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STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheizen einer Kurbelwellengehäuseentlüftung, wodurch insbesondere eine Vereisung derselben verhindert wird.
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Seit einigen Jahren sind als verbrauchssparende und umweltschonendere Alternativen zu üblichen Brennkraftmaschinen Fahrzeuge mit sogenannten Hybridantrieben bekannt. Als Hybridantrieb bezeichnet man in der Regel die Kombination verschiedener Antriebsprinzipien oder die Kombination verschiedener Energiequellen für eine jeweilige Antriebsform. Allgemein weist ein Hybridantrieb demnach zwei verschiedene Energiewandler und zwei verschiedene Energiespeicher auf. Bis auf wenige Ausnahmen handelt es sich dabei in der praktischen Umsetzung bei den Energiewandlern um einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor und bei den Energiespeichern um einen brennbaren Kraftstoff und eine Batterie.
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Bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb können sowohl der Verbrennungsmotor wie auch der Elektromotor in einem jeweils günstigen Wirkungsgradbereich betrieben werden. Überschüssige Energie, beispielsweise beim Bremsen oder passiven Rollen, wird über einen Generator für die Batterieaufladung verwendet.
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Beim Beschleunigen arbeiten Verbrennungs- und Elektromotor in der Regel gemeinsam, sodass im Vergleich zu einem üblichen Verbrennungsmotor ein Kleinerer verwendet werden kann. Da ein Verbrennungsmotor insbesondere in einem höheren Drehzahlbereich ein hohes Drehmoment liefern kann, eignet sich insbesondere beim Anfahren eher der vorgehaltene Elektromotor, da dieser auch bei niedrigen Drehzahlen ein maximales Drehmoment zur Verfügung stellen kann. Bei bestimmten Fahrdynamiken erfolgt somit ein jeweiliges Zu- und Abschalten der beiden Motoren, um ein verbrauchsgünstigstes Fahren mit hohem Wirkungsgrad zu erzielen.
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Beim Betrieb von Hybridfahrzeugen liegt demnach häufig die Situation vor, in der der Verbrennungsmotor während der Fahrt abgeschattet ist. In der Vergangenheit ist es bereits bei konventionellen Fahrzeugen zu einer Vereisung von Kurbelwellengehäuseentlüftungen gekommen. Eine Kurbelwellengehäuseentlüftung ist notwendig, weil regelmäßig Gase und unverbrannter Kraftstoff aus den Verbrennungskammern des Verbrennungsmotors in den Ölkreislauf gelangen können. Ist keine Entlüftung durch beispielsweise ein Ventil im Kurbelwellengehäuse möglich, kann sich ein gefährlicher Druck innerhalb des Gehäuses aufbauen und zu Motorschäden führen.
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Insbesondere bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise unter 5°C kann durch Fahrtwind und Verdunstungskälte eine Vereisung an Teilen des Kurbelwellengehäuses auftreten. Besonders gefährdet sind hervorstehende Teile wie Entlüftungsventile oder Schläuche, durch die eine Entgasung des Kurbelwellengehäuseinnenraums erfolgen soll. Insbesondere bei Hybridfahrzeugen besteht diese Gefahr, da diese entsprechenden Teile im Hybridfahrbetrieb rascher abkühlen können, wenn der Verbrennungsmotor deaktiviert ist. Die Gefahr der Vereisung bei Hybridfahrzeugen ist zudem erhöht, da der Verbrennungsmotor häufig abgeschaltet ist und falls er läuft, mit hohen Lasten und daher besonders großen Drosselklappenwinkeln betrieben wird. Besonders viel kalte Luft kann daher zu einer Abkühlung des Entlüftungssystems führen.
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In der Vergangenheit wurde zum Beispiel bei üblichen Kraftfahrzeugen, die nur einen Verbrennungsmotor aufweisen, vorgeschlagen, die entsprechenden Lüftungsventile mit einer elektrischen Heizung zu erwärmen, um deren Vereisung zu verhindern. Dies erfordert zusätzlichen Strombedarf und eine Verkabelung der zu beheizenden Teile.
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Die
DE 103 00 294 A1 zeigt ein Kraftübertragungs-Wärmemanagementsystem für ein Hybridfahrzeug mit Vorrichtungen für das Beheizen des Fahrgastraumes und das Anwärmen des V-Motors.
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Die
DE 37 26 332 C1 schlägt einen beheizten Drosselklappenstutzen vor, wobei die Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitung in eine wannenförmige Vertiefung des Drosselklappenstutzens mündet, womit sich bildendes Kondensat sich in jener Vertiefung ansammelt, so dass ein Vereisen der Drosselklappe auch bei stillstehender Brennkraftmaschine sicher vermieden wird.
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Die
DE 102 24 964 A1 offenbart eine Wärmeverteilungseinrichtung für ein Kurbelgehäusezwangsventilationssystem einer Brennkraftmaschine.
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Die
US 2005/0022545 A1 stellt eine Kühleinrichtung für ein Fahrzeug bereit, mit einem einzelnen Kühler und einen Kühler einer Klimaanlage.
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Aus der
DE 199 54 327 B4 ist ein Verfahren bekannt zum Transport von in einem Kraftfahrzeug entstehender Wärmeenergie.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Vermeidung von Vereisungen am Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug zu schaffen.
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VORTEILE DER ERFINDUNG
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beheizen einer Kurbelwellengehäuseentlüftung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. ein damit ausgestattetes Hybridfahrzeug gemäß Patentanspruch 6 hat den Vorteil, dass unabhängig von einem Kühlkreislauf für den Verbrennungsmotor, der insbesondere dann abkühlen kann, wenn im Hybridbetrieb lediglich die Elektromaschine läuft, das Entlüftungsmittel beheizt wird und nicht vereisen kann.
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Bei praktisch allen Hybridfahrzeugen muss ein Niedertemperatur- oder Unterkühlkreislauf vorgesehen werden, der die Bauelemente der Leistungselektronik für die Steuerung des Elektromotors kühlt. Die Erfindung erfordert daher keine zusätzliche, beispielsweise eine elektrische Beheizung, die einen erhöhten Energieverbrauch des gesamten Fahrzeugs nach sich zieht.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Unterkühlkreislauf einen ersten Kreislauf zum Kühlen der Leistungselektronik und einen Teilkühlkreislauf zum Beheizen des Entlüftungsmittels auf. Dabei ist der Kühlmitteldurchfluss durch den Teilkühlkreislauf steuerbar gestaltet. Als Entlüftungsmittel kommt beispielsweise ein Entlüftungsventil, eine Öffnung in dem Gehäuse und/oder ein Entlüftungsschlauch in Frage. Vorteilhafterweise wird mindestens eine Nachlaufpumpe im Unterkühlkreislauf vorgesehen. Um die Kühlmitteltemperatur im Unterkühlkreislauf oder auch dem Teilkreislauf auf etwa 70°C zu regeln, kann eine Temperaturregelungseinrichtung vorgesehen sein. Denkbar ist beispielsweise eine Kühlmitteldurchflusssteuerung und Wärmetauscher, sodass bei einem Durchlaufen des Teil- oder Unterkühlkreislaufs das Kühlmittel Wärmeenergie an die Umgebung abgibt.
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Die Erfindung sieht auch eine Verwendung der Vorrichtung zum Beheizen einer Kurbelwellengehäuseentlüftung in einem Hybridfahrzeug vor, wobei das Kurbelwellengehäuse dem Verbrennungsmotor zugeordnet ist. Gemäß der Erfindung wird somit nicht ein bereits vorhandener Kühlkreislauf der in der Regel bei hohen Kühlmitteltemperaturen von um die 100°C arbeitet, zum Heizen der Kurbelgehäuseentlüftung verwendet, sondern vorzugsweise Teile oder ein Abzweig des Unterkühlkreislaufs.
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Die Leistungselektronik weist zum Beispiel Halbleitertransistoren, Spannungswandler und/oder Schaltmittel mit einer vorgegebenen Temperaturfestigkeit auf. In einer Ausführungsform ist das Entlüftungsmittel ausschließlich über den Unterkühlkreislauf beheizbar. Jedoch kann auch zum Beheizen des Entlüftungsmittels ein Teilkühlkreislauf vorgesehen werden, in dem über eine gesteuerte Ventileinrichtung Kühlmittel aus dem Verbrennungsmittelkühlkreislauf und/oder aus dem Unterkühlkreislauf zuführbar ist. Es ist somit möglich, eine Mischung der Kühlmittel, die gleichartig ausgeführt sind, gesteuert vorzunehmen, um die Temperatur des Entlüftungsmittels an der Kurbelwellengehäuseentlüftung beispielsweise in Abhängigkeit von der Außentemperatur einzustellen.
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Die Temperaturregelung erfolgt vorzugsweise derart, dass beim Beheizen des Entlüftungsmittels eine Vereisung verhindert wird.
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Eine Heizregelungseinrichtung bzw. Temperaturregelungseinrichtung kann die steuerbare Ventileinrichtung derart steuern, dass in einem Betriebszustand des Hybridfahrzeugs, bei dem der Verbrennungsmotor deaktiviert ist, im Wesentlichen Kühlmittel aus dem Unterkühlkreislauf in den Teilkühlkreislauf zugeführt ist. Während in einem Betriebszustand des Hybridfahrzeugs, bei dem der Verbrennungsmotor aktiviert ist, im Wesentlichen Kühlmittel aus dem Verbrennungsmotorkühlkreislauf in den Teilkühlkreislauf zugeführt ist. Es kann so zum Beispiel durch eine Beheizung des Entlüftungsmittels beim Betrieb des Verbrennungsmotors dessen Kühlkreislauf dadurch zusätzlich abgekühlt werden, da Wärme von dem jeweiligen Kühlmittel an das Entlüftungsmittel übertragen wird.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen angegebenen Merkmalen sowie den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2: ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3: ein drittes, nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel; und
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4: ein viertes, nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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In der 1 ist schematisch ein Kurbelwellengehäuse 1 mit einem Entlüftungsmittel 2 dargestellt, wobei durch die Pfeile A angedeutet ist, dass Luft oder Gase durch das Entlüftungsmittel 2 einen Druckausgleich herstellen können. Als Entlüftungsmittel sind beispielsweise Ventile denkbar oder einfache Öffnungen im Kurbelwellengehäuse, wie auch Schläuche, die erlauben, dass Luft oder Gas-Luftgemische aus dem Innenraum des Kurbelwellengehäuses nach außen treten können. Das Kurbelwellengehäuse ist in der Regel dem Verbrennungsmotorbereich eines Hybridfahrzeugs zugeordnet, der in der 1 mit 7 bezeichnet ist, wobei auf eine Darstellung des Verbrennungsmotors verzichtet wurde. Dem Verbrennungsmotor ist ein Verbrennungsmotorkreislauf 6 zugeordnet, der Kühlmittel enthält, das über einen Wärmetauscher 8, beispielsweise über den Kühler des Fahrzeugs, abgekühlt wird und eine Kühlwirkung für die Verbrennungsmotorbestandteile hat.
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Insbesondere bei Hybridfahrzeugen ist ein auch als Elektromaschine bezeichneter Elektromotor 5 in einem Elektromotorbereich 12 vorhanden, der über eine Leistungselektronik 4 angesteuert ist. Die Leistungselektronik muss dabei hohe Spannungen wie beispielsweise 300 V schalten und steuern können. Die entsprechenden elektronischen Bauelemente, wie Höchstleistungsschalttransistoren, erhitzen sich dabei und müssen über einen Unterkühlkreislauf 3 gekühlt werden, damit sie nicht zerstört werden. In der Leistungselektronik 4 sind beispielsweise Schalt und Steuerelemente 9 sowie Spannungswandler 10, die die Batteriespannung von 300 V auf weitere Spannungen herabsetzt, vorgesehen. Typische Temperaturen für eine Temperaturfestigkeit der entsprechenden Elektronikbauteile liegen bei 70°C. Der Unterkühlkreislauf bzw. das darin enthaltene Kühlmittel hat in etwa diese Temperatur.
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Gemäß der in der 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung Ist nun vom Unterkühlkreislauf 3a ein Teilkühlkreislauf 3b abgezweigt, der zu dem Entlüftungsmittel 2 des Kurbelwellengehäuses 1 führt. Über diesen Teilkreislauf 3b wird das Entlüftungsmittel 2, beispielsweise ein Entlüftungsventil, ebenfalls auf eine Temperatur um etwa 70°C gehalten. Eine Vereisung kann somit auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen in denen das Hybridfahrzeug eingesetzt wird, nicht eintreten.
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Der Unterkühlkreislauf 3 kann beispielsweise einen weiteren Wärmetauscher 11 aufweisen, der jedoch auch gemeinsam mit dem Wärmetauscher 8 für den Verbrennungsmotorkühlkreislauf 6 ausgeführt werden kann.
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Während der Verbrennungsmotorkühlkreislauf 6 bis zu 120°C aufweisen kann, wird das Kühlmittel für die Leistungselektronik 4 im Unterkühlkreislauf 3 bei 60–70°C gehalten. Falls bei extrem niedrigen Temperaturen eine Vereisung des Entlüftungsventils 2 eintritt, besteht die Gefahr, dass durch Gasentwicklung in dem Kurbelwellengehäuse dasselbe platzt und der Motor zerstört wird. Gase können beispielsweise im Verbrennungsprozess durch die Zylinder in den Innenraum des Kurbelwellengehäuses eintreten und sich dort ansammeln. Gemäß der Erfindung wird jedoch immer ein freies und beheiztes Ventil 2 bereitgestellt.
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Die Erfindung ermöglicht eine zuverlässige Beheizung und damit Vermeidung von Vereisungserscheinungen am Entlüftungsventil 2, auch wenn der Verbrennungsmotor 7 des Hybridfahrzeugs abgeschaltet ist, und lediglich die Elektromaschine 5 die Antriebsleistung erbringt. Die 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beheizen einer Kurbelwellengehäuseentlüftung. Die 2 zeigt im Wesentlichen dieselben Elemente wie im Ausführungsbeispiel gemäß der 1 dargestellt ist, wobei jedoch ferner eine Temperaturregelungseinrichtung 13 vorgesehen ist, die die Kühlmitteltemperatur im Unterkühlkreislauf 3 regelt. Dazu ist zum Beispiel ein Temperatursensor 15 über Messleitungen 16 an die Temperaturregelungseinrichtung 13 gekoppelt, die wiederum ein steuerbares Ventil 14 oder eine steuerbare Pumpe steuert. Mittels dem steuerbaren Ventil 14 oder der steuerbaren Pumpe lässt sich der Kühlmitteldurchfluss durch den Teilkreislauf 3b steuern, indem die Temperaturregelungseinrichtung 13 Steuersignale über Steuerleitungen 17 erzeugt. In den Ausführungsbeispielen der 1 und der 2 wird das Entlüftungsmittel 2 ausschließlich über den Unterkühlkreislauf 3 beheizt.
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In der 3 ist ein erweitertes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zum Beheizen einer Kurbelwellengehäuseentlüftung dargestellt. Die aus den 1 und 2 bekannten Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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Es ist eine Kühlmittelmischeinrichtung 20 vorgesehen, die von einer Temperaturregelungseinrichtung 13 über entsprechende Steuersignale die über Steuerleitungen 21 an die Mischeinrichtung 20 geführt sind, gesteuert ist. Die Mischeinrichtung 20 ist über einen Abzweig 3b, 3c an den Unterkühlkreislauf 3a gekoppelt und über einen Abzweig 24a, 24b an den Verbrennungsmotorkühlkreislauf 6 gekoppelt. An die Mischeinrichtung ist ferner ein Teilkühlkreislauf 25 gekoppelt, der an das Entlüftungsventil 2 des Kurbelwellengehäuses 1 geführt ist. Die Mischeinrichtung 20 kann auch als steuerbare Ventileinrichtung verstanden werden. Die Mischeinrichtung 20 lässt zu, die Kühlmittel aus dem über die Abzweige 3b, 3c, 24a, 24b aus dem Unterkühlkreislauf 3a und dem Verbrennungsmotorkühlkreislauf 6 bezogenen Kühlmittel in den Teilkühlkreislauf 25 zu führen, der zum Beheizen des Entlüftungsventils 2 dient. Die entsprechende Temperatureinstellung für die Beheizung des Entlüftungsventils 2 regelt die Temperaturregelungseinrichtung 13, welche über eine Messleitung 16 an mindestens einen Temperatursensor 15 im Unterkühlkreislauf 3a gekoppelt ist und über eine Messleitung 19 an mindestens einen Temperatursensor 18 im Verbrennungsmotorkühlkreislauf 6 gekoppelt ist. Ferner erhält die Temperaturregelungseinrichtung 13 über Messleitungen 23 Informationen über die Temperatur an dem Entlüftungsventil 2 über einen weiteren vorgesehenen Temperatursensor 22. Es ist somit möglich, in Abhängigkeit von den Temperaturen in dem Hochtemperatur-Verbrennungsmotor-Kühlkreislauf 6 und dem Niedertemperatur-Unterkühlkreislauf 3 die Temperatur des Entlüftungsventils 2 über die Temperaturregelung 13 einzustellen.
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Es ist zum Beispiel denkbar, dass in einem Betriebszustand, in dem der Verbrennungsmotor 7 komplett abgeschaltet ist, und nur der Elektromotor 5 läuft, im Wesentlichen das aufgeheizte Kühlmittel des Unterkühlkreislaufs 3 in den abgezweigten Teilkühlkreislauf 25 über die Mischeinrichtung 20 geleitet wird. Andererseits ist möglich, dass bei einer Fahrsituation in der ausschließlich der Verbrennungsmotor 7 läuft, das Kühlmittel des Verbrennungsmotorkühlkreislaufs 6 in den Teilkühlkreislauf 25 geführt wird.
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In der 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Beheizen einer Kurbelwellengehäuseentlüftung zum Einsatz in einem Hybridfahrzeug dargestellt. An das Entlüftungsmittel 2 ist ein Teilkreislauf 6b des Verbrennungsmotorkühlkreislaufs 6 geführt, und es ist ein Teilkreislauf 3b von dem Unterkühlkreislauf 3 an das Entlüftungsmittel 2 geführt. Die beiden Teilkreisläufe 3b, 6b können über steuerbare Ventileinrichtungen 26, 27 in ihrem Durchfluss geregelt werden. Dazu ist eine Temperaturregelungseinrichtung 13 vorgesehen, die über eine Messleitung 16 an einen Temperatursensor 15 im Unterkühlkreislauf 3 gekoppelt ist, die über eine Messleitung 19 an einen Temperatursensor 18 im Verbrennungsmotorkühlkreislauf 6 gekoppelt ist, die über eine weitere Messleitung 23 an einen Temperatursensor 22 gekoppelt ist, der mit dem Entlüftungsventil 2 verbunden ist, und die über eine Messleitung 30 an einen Temperatursensor 29 gekoppelt ist, der die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs misst.
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Die Temperaturregelungseinrichtung 13 steuert den Durchfluss der steuerbaren Ventile 26, 27 über geeignete Steuersignale, die über Steuerleitungen 28, 31 an die Ventileinrichtung 26, 27 geführt sind. Über eine Programmierung der Temperaturregelungseinrichtung 13 kann beispielsweise ein Beheizen des Entlüftungsventils 2 ausschließlich über den Teilkreislauf 6b des Verbrennungsmotorkühlkreislaufs 6 erfolgen, oder ausschließlich über den Teilkreislauf 3b des Unterkühlkreislaufs 3 geschehen. Je nach Fahrsituation und Witterungsverhältnissen kann so immer zuverlässig eine Vereisung des Entlüftungsventils 2 verhindert werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand einzelner Ausführungsbeispiele näher erläutert wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar. Die beispielhaft genannten Temperaturen für die Kühlkreisläufe bzw. Kühlmittel lassen sich an die Verbrennungsmotor- oder Elektromotoreigenschaften bzw. Temperaturfestigkeit der Leistungselektronik anpassen. Ferner können weitere Elemente für den einzelnen Kühlkreislauf vorgesehen werden, wie zum Beispiel Nachlaufpumpen, Ausgleichsbehälter für das Kühlmittel oder weitere Wärmetauscher, um zusätzliches Beheizen von beispielsweise des Fahrgastinnenraumes zu ermöglichen oder die Kühlmitteltemperaturen abzusenken. Ferner ist lediglich eine beispielhafte und vereinfachte Darstellung der Kurbelwellengehäuseentlüftungen dargestellt. Neben einer Beheizung der Kurbelwellenentlüftung sind mittels der Erfindung auch weitere im Fahrzeug von Vereisung gefährdete Elemente zuverlässig beheizbar.
