Eine gattungsbildende Kühlanlage und ein gattungsbildendes Verfahren zum Betrieb der Kühlanlage ist aus der DE 44 09547 C2 bekannt. Mit dieser Kühlanlage können abhängig von be- stimmten Betriebsparametern des Fahrzeuges zwei verschiedene Kühlmitteltemperaturen eingeregelt werden. Die beeinflussen- den Betriebsparameter sind hierbei die Fahrzeuggeschwindig- keit, der Lastzustand des Verbrennungsmotors und die Ansaug- lufttemperatur. In Abhängigkeit der vorgenannten Parameter wird mit einem Steuerungsalgorithmus entschieden, auf welches Temperaturniveau das Kühlmittel geregelt werden soll. Die An- steuerung des Thermostaten im Kühlkreislauf erfolgt hierbei mit einem Steuergerät, in das der Steuerungsalgorithmus imp- lementiert ist. Als Temperaturniveaus sind 90°Celsius oder 110°Celsius vorgesehen.

Mit einem gattungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Kühlan- lage ist es möglich, die Kühlanlage je nach Anforderung an den Verbrennungsmotor entweder auf einem verbrauchsgünstigen oberen hohen Temperaturniveau oder auf einem leistungsstei- gernden unteren Temperaturniveau zu betreiben.

Die vorbekannten Zweipunktregelungen neigen zum Schwingen.

Dies Problem tritt immer dann auf, wenn die Einflussgrößen und deren Auswertung in einem Wertebereich liegen, in dem bei geringster Änderung der Einflussgrößen der Steuerungsalgo- rithmus auf das jeweils andere Temperaturniveau regelt. Au- ßerdem lassen vorbekannte Verfahren die Außentemperatur, sprich die Umgebungstemperatur, unberücksichtigt, obwohl die Umgebungstemperaturen stark schwanken können und bei extremen Wetterlagen einen großen Einfluss auf die Motortemperatur und die mögliche Kühlleistung des Kühlsystems haben. Dies hat zur Folge, dass die Führungsgrößen für die Regelung einen gewis- sen Sicherheitsbereich mitenthalten müssen. D. h. insbesondere für das untere Temperaturniveau, dass es hoch genug gewählt werden muss, dass auch noch im Winter oder bei kalten Umge- bungstemperaturen ein schadstoffarmer Betrieb des Verbren- nungsmotors sichergestellt ist. Das heißt, es muss bei hohen Umgebungstemperaturen auf eine gewünschte weitere Absenkung des unteren Temperaturniveaus verzichtet werden.

Erfindungsgemäße Aufgabe ist es daher ein Verfahren zur An- steuerung eines Thermostaten in einer Kühlanlage, insbesonde- re für ein Kraftfahrzeug, anzugeben, das hinsichtlich Schwin- gungsvermeidung und Anpassung an die Umgebungsbedingungen verbessert ist.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in den Ausführungsbeispielen enthal- ten.

Die Lösung gelingt hauptsächlich mit einem Steuerungsalgo- rithmus, der es ermöglicht unter Einbeziehung der Umgebungs- temperatur die Kühlmitteltemperatur auf drei verschiedene Temperaturniveaus zu regeln. Der Steuerungsalgorithmus ist hierbei als ein Softwareprogramm ausgeführt und in ein logi- sches Bauelement der Motorelektronik implementiert. Zur Schwingungsvermeidung durch zu häufiges Wechseln der Re- geleinstellung, verfügt der Steuerungsalgorithmus über eine Haltefunktion, mit der die Regeleinstellungen für eine Min- destzeitdauer beibehalten werden. Erst nach Ablauf der Min- destzeitdauer können wieder neue Regelparameter eingestellt werden.

Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt : Durch die Einrichtung dreier Temperaturniveaus, auf die die Kühlmitteltemperatur geregelt werden kann und durch die Ein- beziehung der Umgebungstemperatur in die Entscheidung über das auszuwählende Temperaturniveau kann sowohl die Leistungs- ausbeute als auch die Verbrauchsminderung eines Verbrennungs- motors verbessert werden. Das unterste Temperaturniveau von 80 °Celsius ermöglicht bei heißen Umgebungstemperaturen be- darfsgesteuert eine verbesserte Befüllung der Verbrennungs- räume mit einem zündfähigen Kraftstoffgemisch. Während das oberste Temperaturniveau von 105 ° Celsius durch die Tempera- turanhebung auch bei kalten Umgebungstemperaturen sicher er- reicht wird und damit der Verbrennungsmotor auch bei extrem kalten Umgebungstemperaturen zuverlässiger schadstoffarm be- trieben werden kann.

Die Einbeziehung der Umgebungstemperatur in den Entschei- dungsprozess über das einzuregelnde Temperaturniveau hat wei- terhin den Vorteil, dass der Betrieb des Verbrennungsmotors besser an die unterschiedlichen Umgebungstemperaturen ange- passt werden kann. Damit können sowohl Temperaturschwankungen durch geographische Einflüsse als auch durch saisonale Ein- flüsse in die Entscheidungsfindung über das einzuregelnde Temperaturniveau miteinbezogen werden und der Verbrennungsmo- tor in einem besseren Betriebspunkt betrieben werden als das bisher möglich war.

Einen besseren Betriebspunkt des Motors einzustellen, ist auch der Vorteil der drei Temperaturniveaus, auf die die Kühlmitteltemperatur geregelt werden kann und die erfindungs- gemäß eingeführt werden.

Vorteilhafter Weise verfügt die Erfindung über eine Rückfall- ebene, auf die bei Ausfall der Steuerungselektronik oder bei fehlerhaft arbeitendem Steuerungsalgorithmus zurückgegriffen werden kann. Die Fehlererkennung ist hierbei durch den Selbsttest der Steuerungselektronik oder durch die Tempera- turüberwachung der Kühlmitteltemperatur möglich. Der Selbst- test der Steuerungselektronik erzeugt hierbei ein Fehlersig- nal. Bei zu hoher Kühlmitteltemperatur, die mit einem Sensor überwacht wird, wird mit einem Entscheidungsstufe entschie- den, ob die Kühlmitteltemperatur über einer kritischen Tempe- raturschwelle liegt und wenn ja ein Fehlersignal erzeugt. Bei vorliegendem Fehlersignal wird die Temperaturregelung mit ei- nem redundanten PID-Regler eingestellt, oder falls auf einen redundanten PID-Regler verzichtet wird, wird die Kühlanlage ungeregelt mit maximaler Kühlleistung betrieben.

In einer anderen vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird in den Steuerungsalgorithmus eine Fahrertypklassifizierung miteinbezogen. Fahrertypklassifizierungen sind aus adaptiven Getriebesteuerungen bekannt und als Kennung in den Motorsteu- erungen enthalten. Dies ermöglicht mit Vorteil die Kühlleis- tung auf das persönliche verhalten des Fahrzeugführers abzu- stellen. Sportliche Fahrer werden eher Kühlmitteltemperaturen im unteren Temperaturbereich bevorzugen, da dann der Fül- lungsgrad der Verbrennungszylinder besser ist und mehr Dreh- moment und mehr Leistung zur Verfügung steht.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an- hand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen : Fig. 1 Eine typische Kühlanlage in einem Kraftfahrzeug und schematisch die Ansteuerung des Dreiwegethermostaten mit einem Steuergerät unter Einbeziehung der wich- tigsten Betriebsparameter für das erfindungsgemäße Verfahren, Fig. 2 Einen Signalflussplan mit fünfstufiger Entschei- dungskaskade in Form einer vereinfachten Matlab- Simulink Darstellung des erfindungsgemäßen Verfah- rens, Fig. 3 Die Ergänzung des erfindungsgemäßen Verfahrens um eine Rückfallebene in Form einer Signalflussdarstel- lung.

Figur 1 zeigt schematisch ein typisches Kühlsystem für einen Sechszylinder-Verbrennungsmotor 1. Neben dem Verbrennungs- motor sind in das Kühlsystem ein Fahrzeugkühler 2 und ein Heizungswärmetauscher 3 integriert. Die Kühlleistung des Fahrzeugkühlers kann mit einem elektrisch angetriebenen Lüfter 4 beeinflusst werden. Zur Regulierung der Lüfterleistung wird der elektrische Motor des Lüfters mit einem Steuergerät 5 geregelt. Aus dem Fahrzeugkühler wird mittels der Vorlaufleitung 6 gekühltes Kühlmittel entnommen und mit der Kühlmittelpumpe 7 in die Kühlleitungen 8 zur Speisung der nicht näher dargestellten Kühlkanäle für die Verbrennungszylinder 9 eingespeist. Von den Verbrennungszylindern 9 wird das erhitzte Kühlmittel über Rückleitungen 10 zu einem Drei-Wege-Thermostaten 11 geführt.

Je nach Stellung der Ventile in dem Drei-Wege-Thermostaten 11 gelangt das Kühlmittel aus dem Verbrennungsmotor über den Kühlerrücklauf 12 wieder zurück in den Fahrzeugkühler oder über den Kühlerkurzschluss 13 und die Kühlmittelpumpe 7 wieder zurück in die Kühlleitungen 8 des Verbrennungsmotors.

Je nach Stellung der Ventile im Drei-Wege-Thermostaten 11 kann das Kühlsystem hierbei in an sich bekannter Weise im Kurzschlussbetrieb, im Mischbetrieb, oder im großen Kühlkreislauf gefahren werden. Der Heizungswärmetauscher 3 ist über ein temperaturgesteuertes Absperrventil 14 an den Hochtemperaturzweig des Kühlsystems im Verbrennungsmotor angeschlossen. Der Durchsatz nach Öffnen des Absperrventils 14 durch den Heizungswärmetauscher kann zur Regulierung der Heizleistung mit einer zusätzlichen elektrischen Kühlmittelpumpe 15 und einem getakteten Absperrventil 16 reguliert werden.

Das Temperaturniveau des Kühlmittels im Verbrennungsmotor wird hierbei von dem Steuergerät 5 sensorgesteuert einge- stellt. In dem Steuergerät ist ein logisches Bauelement Logik in Form einer mikroelektronischen Recheneinheit enthalten.

Vorzugsweise wird das Steuergerät durch das Steuergerät der Motorelektronik gebildet. In dem logischen Bauelement ist der in den Figuren 2 und 3 skizzierte Steuerungsalgorithmus in Form eines Softwareprogramms implementiert. Die wichtigsten Betriebsdaten als Eingangsgrößen für den Steuerungsalgorith- mus sind hierbei : die in den Verbrennungszylinder eingebrach- te Kraftstoffmenge, die Motordrehzahl, die Ansauflufttempera- tur, die Außenlufttemperatur, die Fahrertypklassifizierung und die Fahrzeuggeschwindigkeit.

Die Kraftstoffmenge kann bei direkteinspritzenden Motoren ü- ber die gemessene und gesteuerte Einspritzmenge FJRAT be- stimmt werden. Im Falle von Vergaser Motoren wird die Kraft- stoffmenge indirekt über den gemessenen Ansaugluftstrom MAF (für Mass Air Flow) und das stöchiometrische Kraftstoff- Luftverhältnis bestimmt. Die vorgenannten Betriebsdaten sind in Motorsteuergeräten üblicherweise vorhanden bzw. werden von ihnen erfasst und ermittelt, um den Verbrennungsprozess zu steuern. Fahrertypklassifikationen werden z. B. in Fahrzeugen mit adaptiven Automatikgetrieben eingesetzt. Die Anzeige der Außenlufttemperatur auf einem Display im Fahrzeuginneren ist heutzutage in den Fahrzeugen der Patentanmelderin üblich. So dass zur Ausführung der Erfindung auf bestehende Motorelekt- roniken bzw. auf bestehende Motorsteuerungssoftware zurück- griffen werden kann und kein zusätzlicher Aufwand zur Aufbe- reitung oder Ermittlung der Betriebsdaten des Verbrennungsmo- tors notwendig ist.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Matlab-Simulink Darstellung für die Software Architektur und den Signalflussplan zur er- findungsgemäßen Bestimmung der einzuregelnden Kühlmitteltem- peratur. Die Eingangssignale Ansauglufttemperatur 21, Mass Air Flow 22, Fahrertypklassifizierung 23, Motordrehzahl 24, Kraftstoffeinspritzmenge 25 und Außenlufttemperatur 26 werden mit einer fünfstufigen Entscheidungskaskade weiterverarbeitet und daraus die auf die aktuellen Betriesparameter abgestimmte Kühlmittelsolltemperatur 27 bestimmt. Jede Stufe der Ent- scheidungskaskade besteht aus einem EDV-Programm zur Ent- scheidung und Berechnung einer Solltemperatur in Abhängigkeit der programmtechnischen Eingangsgrößen. Die einzelnen Soft- wareprogramme werden im folgenden als Module bezeichnet.

Die fünfstufige Entscheidungskaskade besteht hierbei bei Mo- toren mit Kanaleinspritzung aus den Modulen KE ECT (für Ka- nalEinspritzer Engine Cooling Temperature), ECTFTK (für En- gine Cooling Temperatur nach Fahrertypklassifizierung), ECTAT (für Engine Cooling Temperatur nach Ansauglufttempera- tur), ECTVehSpd (für Engine Cooling Temperatur Vehicle Speed) und dem Modul ECTExtAir (für Engine Cooling Tempera- ture Extern Airtemperature).

Bei direkt einspritzenden Motoren wird die Kraftstoffmenge aus der Einspritzmenge bestimmt. Bei diesen Motoren wird an Stelle des Moduls KEECT das Modul DETECT (für Direkt Ein- spritzung Engine Cooling Temperature) für die Berechnung ei- ner ersten Kühlmittelsolltemperatur TMSolll herangezogen. Der Steuerungsalgorithmus enthält standardmäßig beide Module, so- wohl für den Kanaleinspritzer als auch für den Direktein- spritzer. Welches Modul eingesetzt wird, wird motorspezifisch durch programmtechnisches Aktivieren eines der beiden Module, eingestellt. Diese Auswahlmöglichkeit ist in dem Signalfluss- plan nach Fig. 2 mit dem Schaltelement 28 dargestellt. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass für die verschiedenen Arten der Gemischbildung lediglich ein Steuerungsalgorithmus implementiert werden muss, der dann auf die jeweilige Motor- version eingestellt werden kann.

Die aus dem Kraftstoffeintrag berechnete erste Kühlmittel- solltemperatur TMSolll wird lastabhängig, das heißt in Abhän- gigkeit der Motordrehzahl EngSpd und der Kraftstoffmenge auf 105 °Celsius oder auf 80 °Celsius festgelegt. Mit dem folgen- den Modul ECTFTK wird die erste Kühlmittelsolltemperatur TMSolll in Abhängigkeit der aktuellen Fahrertypklassifizie- rung FTK aus der Motorsteuerung gewichtet und daraus entspre- chend der Fahrertypklassifizierung entweder eine Kühlmittel- temperatur von 105 °Celsius oder von 80 °Celsius bevorzugt.

Die Kühlmitteltemperatur von 80 °Celsius wird bei einer sportlichen Fahrertypklassifizierung stärker gewichtet, d. h. bevorzugt ausgewählt. Ergebnis dieser Gewichtung ist eine zweite Kühlmittelsolltemperatur TMSoll2.

Nach der Fahrertypklassifikation wird in der nächsten Stufe der Entscheidungskaskade die Ansauglufttemperatur berücksich- tigt. Dies erfolgt im Modul ECTAT. Die Erfassung der Ansaug- lufttemperatur dient der Erkennung einer Stausituation. Be- findet sich das Kraftfahrzeug im Stau ist eine durch diesen Stau getriggerte Absenkung der Kühlmittelsolltemperatur auf 80 °Celsius oder 90 °Celsius gewünscht. Dem wird entsprochen, indem die Kühlmitteltemperatur auf einen der beiden vorge- nannten Werte abgesenkt wird, wenn die Ansauglufttemperatur einen Referenzwert aus dem Temperaturintervall 40 °Celsius bis 50 °Celsius übersteigt. Ergebnis nach Berücksichtigung der Ansauglufttemperatur ist die Kühlmittelsolltemperatur TMSoll3.

Diese ermittelte Kühlmittelsolltemperatur TMSoll3 wird mit dem nächsten Modul ECTVehSpd in der Entscheidungskaskade un- ter Heranziehung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit bewer- tet. Übersteigt die Fahrzeuggeschwindigkeit einen ersten Re- ferenzwert, z. B. 120 km/h, wird die Kühlmitteltemperatur auf 90 °Celsius festgelegt ; übersteigt die Fahrzeuggeschwindig- keit einen zweiten Referenzwert, z. B. 160 km/h wird die Kühl- mittelsolltemperatur auf 80 °Celsius festgelegt.

In der letzten Stufe der Entscheidungskaskade wird die nach der Fahrzeuggeschwindigkeit bewertete Kühlmittelsolltempera- tur TMSoll4 unter Heranziehung der Außenlufttemperatur bewer- tet und bestimmt. Hiermit können letztlich die zuvor gefunde- nen Kühlmittelsolltemperaturen bei Vorliegen extremer Umwelt- bedingen, wie z. B. extreme Kälte, übersteuert werden und eine letztlich anzusteuernde Kühlmittelsolltemperatur TMSollS er- mittelt werden, die als Sollgröße der Ansteuerung der Lüfters 4 und des Dreiwegethermostaten 11 vorgegeben wird. Übersteigt die Außentemperatur einen ersten Referenzwert, von z. B. 12 °Celsius, findet durch die letzte Stufe der Entscheidungskas- kade keine Temperaturabsenkung statt. Eine Adaption der Kühl- mittelsolltemperatur an die Außentemperatur erfolgt bei Un- terschreiten des ersten Referenzwertes, von z. B. 12 °Celsius, auf eine Kühlmittelsolltemperatur von 90 °Celsius. Fällt die Außentemperatur weiter ab und unterschreitet sie einen zwei- ten Referenzwert, von z. B. minus 15 °Celsius, wird die Kühl- mittelsolltemperatur unabhängig von den anderen Einflussgrö- ßen auf 105 °Celsius festgelegt.

Die nach der fünften Stufe letztendlich vorliegende Kühlmit- telsolltemperatur TMSoll5 wird als Sollgröße für die Ansteue- rung des Lüfters 4 und des Dreiwegethermostaten 11 unabhängig von den Eingangssignalen 21,22, 23,24, 25,26 und der Fahrzeug- geschwindigkeit für einen Mindestzeitraum, von z. B. 100 Se- kunden, beibehalten. Diese Haltefunktion kann z. B. mit einem Halteglied oder einer programmtechnischen Warteschleife rea- lisiert werden. Im Signalflussplan der Figur 2 ist die Halte- funktion der ermittelten Kühlmittelsolltemperatur durch ein zeitliches Halteglied 29 symbolisiert.

Fig. 3 veranschaulicht ein weiteres Merkmal der Erfindung, nämlich die Ergänzung des Thermomanagements des Verbrennungs- motors durch eine Rückfallebene, wenn der zuvor beschriebene Steuerungsalgorithmus ausfällt. Grundlage der Rückfallebene ist ein Kennsignal disable, das von nachfolgenden Ansteuerun- gen für den Lüfter 4 und den Dreiwegethermostaten 11 über- prüft wird. Dieses Kennsignal ist in der Regel ein Fehler- flag, das gesetzt wird, wenn in dem zu überprüfenden Prozess ein Fehler ermittelt wurde. Ist das Fehlerflag gesetzt, wer- den eventuelle mit dem Steuerungsalgorithmus aus Fig. 2 er- mittelte Kühlmittelsolltemperaturen, von nachfolgenden Steue- rungen unberücksichtigt gelassen. Die Kühlanlage des Verbren- nungsmotors wird dann entweder ständig mit maximaler Kühl- leistung betrieben oder falls vorhanden wird die Kühlmittel- temperatur mit einem redundant vorhandenen PID-Regler in her- kömmlicher Weise rein temperaturgesteuert eingestellt.

Die Fehlererkennung nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 erfolgt dabei programmtechnisch durch eine Überwachung der relevanten Datensignale mit dem Programmmodul Failsafe, durch Überwachung der Kühlmitteltemperatur und durch eine programm- technische Fehlerentscheidung und Setzen des Fehlerflags di- sable mit dem Modul TMdisable. Die Fehlerentscheidung ist hierbei alternativ zu treffen, sobald entweder die Kühlmit- teltemperatur einen vorgegebenen kritischen Referenzwert, von z. B. 108 °Celsius, übersteigt oder sobald von der Signal- flussüberwachung Failsafe ein nichtvorhandenes Datensignal oder ein unerlaubtes Datensignal festgestellt wird. Die Feh- lerüberwachung kann noch auf die Überwachung der Steuergeräte der Motorelektronik ME ausgedehnt werden. Die Steuergeräte verfügen über Selbsttestsroutinen, die Fehlersignale zur Ver- fügung stellen, die mit dem Modul zur Signalflussüberwachung mitüberwacht werden können. Wird von der Signalflussüberwa- chung ein Fehler festgestellt, wird ein Fehler Kennsignal an die Entscheidungsstufe Tu disable gesandt. In der Entschei- dungsstufe wird dann anhand der übermittelten Fehlerkennung, eine Bewertung des Fehlers vorgenommen und die Entscheidung getroffen, ob ein Fehlerflag zu setzen ist oder nicht.