DE102007031788A1

DE102007031788A1 - System zum Temperieren eines Getriebeöls, insbesondere bei einem Fahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102007031788A1
Application number: DE102007031788A
Authority: DE
Inventors: Klaus Schneider
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2007-07-07
Filing date: 2007-07-07
Publication date: 2009-01-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Temperieren des Getriebeöls eines Getriebes (1), insbesondere eines Fahrzeuggetriebes, mit - einer Ölwanne (2), die mit dem Getriebe (1) verbunden ist und der Aufnahme des Getriebeöls dient, - einem Wärmetauscher (6), der mit der Ölwanne (2) verbunden ist, - einer Hauptleitung (7) für Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, - einer ersten Zweigleitung (8), die mit der Hauptleitung (7) verbunden ist und einen Durchfluss von Abgas entlang der Ölwanne (2) durch den Wärmetauscher (6) bildet, zum Übertragen von Abgaswärme auf das in der Ölwanne (2) befindliche Getriebeöl, - einer zweiten Zweigleitung (10), die mit der ersten Zweigleitung (8) und der Hauptleitung (7) verbunden ist, zum Abführen von Abgas aus dem Wärmetauscher (6), - einem Ventil (11) zum Sperren oder Freigeben des Durchflusses von Abgas durch den Wärmetauscher (6). Bei einem solchen System wird vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher (6) einen weiteren Zugang (13) für ein kühles Gas aufweist, wobei ein weiteres Ventil (14) zum Sperren oder Freigeben des Durchflusses des weiteren Zuganges vorgesehen ist. Bei einem solchen System ist in der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine eine Getriebevorwärmung möglich und es wird im Normalbetrieb eine Aufheizung des Getriebeöls durch Abgas vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Temperieren des Getriebeöls eines Getriebes, insbesondere eines Fahrzeuggetriebes, mit einer Ölwanne, die mit dem Getriebe verbunden ist und der Aufnahme des Getriebeöls dient, einem Wärmetauscher, der mit der Ölwanne verbunden ist, einer Hauptleitung für Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, einer ersten Zweigleitung, die mit der Hauptleitung verbunden ist und einen Durchfluss von Abgas entlang der Ölwanne durch den Wärmetauscher bildet, zum Übertragen von Abgaswärme auf das in der Ölwanne befindliche Getriebeöl, einer zweiten Zweigleitung, die mit der ersten Zweigleitung und der Hauptleitung verbunden ist, zum Abführen von Abgas aus dem Wärmetauscher, ferner mit einem Ventil zum Sperren oder Freigeben des Durchflusses von Abgas durch den Wärmetauscher.
Aus Verbrauchsgründen ist es notwendig, die Motoren und die Getriebe nach Kaltstart möglichst rasch auf Betriebstemperatur zu bringen, um Verluste infolge der Schleppleistung/Reibung zu minimieren.
Für das Getriebe stehen hierzu mehrere Möglichkeiten zur Auswahl: eine wasserseitige Erwärmung erfordert einen Getriebeöl-Wasser-Wärmetauscher, der allerdings Energie aus dem Wasserkreislauf entzieht, die auch der Motor in der Warmlaufphase benötigt. Abgas/Wasser-Heizgeräte haben das Problem der Überhitzung des Wassers im Heizgerät im Normalbetrieb, wodurch Sieden auftritt und das Kühlsystem nicht mehr funktioniert.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist gemäß dem System der eingangs genannten Art, das aus der US 2005/0202933 A1 bekannt geworden ist, bereits vorgeschlagen worden, die Abgasenergie für die Vorwärmung des Getriebeöls direkt zu nutzen. So wird während der Warmlaufphase des Motors der Abgasstrom mittels eines klappenbetätigten Bypass in den Bereich der Ölwanne des Getriebes geführt. Dabei ist die Ölwanne mit einer weiteren Schale versehen, so dass zwischen der Ölwanne und der Schale ein gasdichter Zwischenraum gebildet wird, in den der Abgasstrom hineingeführt werden kann, wenn das Getriebeöl erwärmt werden soll. Nach Beendigung der Warmlaufphase, somit im Normalbetrieb, wird das Abgas aufgrund einer anderen Klappenstellung am Getriebe vorbeigeleitet. Es wird somit während der Warmlaufphase ein Teil des Abgasstromes für die Erwärmung des Getriebeöls verwendet.
Nachteilig ist bei dem bekannten System, dass im Normalbetrieb Rückströmungen über den Bypassrücklauf erfolgen, so dass dann eine unerwünschte Aufheizung des Getriebeöls zu verzeichnen ist. Abgesehen hiervon ermöglicht das System ausschließlich eine Aufheizung des Getriebeöls.
Aus der DE 34 03 435 A1 ist ein Getriebe mit einer Einrichtung zur Temperaturregelung des Getriebeöls bekannt. Die Einrichtung weist einerseits eine Heizeinrichtung, die als Wärmetauscher ausgebildet ist, auf, wobei der Wärmetauscher dem Zweck dient, die Wärme der Abgase einer mit dem Getriebe verbundenen Verbrennungskraftmaschine zum Getriebeöl zu übertragen. Zusätzlich ist eine Kühlvorrichtung für das Getriebeöl vorgesehen.
Aus der DE 32 01 443 A1 ist es bekannt, Getriebeöl durch die Abgaswärme einer Verbrennungskraftmaschine zu erwärmen und ein an das Kühlsystem des Kraftfahrzeugs angeschlossenes Kühlaggregat zum Kühlen des Getriebeöls vorzusehen.
Aus der JP 10318348 A ist es bekannt, Abgas zum Erwärmen des Getriebeöls in der Warmlaufphase einer Verbrennungskraftmaschine zu verwenden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das System der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass im Normalbetrieb, somit nach Beendigung der Warmlaufphase, eine Aufheizung des Getriebeöls durch Abgas vermieden wird.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass der Wärmetauscher einen weiteren Zugang für ein kühles Gas aufweist, wobei ein weiteres Ventil zum Sperren oder Freigeben des Durchflusses des weiteren Zugangs vorgesehen ist.
Im Normalbetrieb, in dem das Ventil zum Sperren oder Freigeben des Durchflusses von Abgas durch den Wärmetauscher sich in Sperrstellung befindet, wird aufgrund der Öffnungsstellung des weiteren Ventils ein Rückströmen des Abgasstromes über die zweite Zweigleitung in den Wärmetauscher dadurch verhindert, dass über den weiteren Zugang kühles Gas in den Wärmetauscher einströmt und von dort in die Hauptleitung gelangt.
Die Bezeichnung „kühles Gas" ist dahingehend zu verstehen, dass es sich bei diesem Gas nicht um Abgas handelt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Gas um Luft, insbesondere Umgebungsluft. Es handelt sich somit um Luft, deren Temperatur deutlich geringer ist als die Abgastemperatur; die Luft wird im Normalbetrieb durch den Wärmetauscher geleitet und bewirkt einen Kühleffekt.
Vorzugsweise ist das weitere Ventil ein Rückschlagventil mit Durchflussrichtung des Ventils in dem Wärmetauscher. In der Warmlaufphase kann somit kein Abgas durch den weiteren Zugang aus dem Wärmetauscher ausströmen, sondern es ist die Zwangsführung des Abgases von der Hauptleitung über die erste Zweigleitung und damit dem Wärmetauscher zur zweiten Zweigleitung und von dort zur Hauptleitung gewährleistet.
Besonders einfach lässt sich der Wärmetauscher verwirklichen, wenn mit der Ölwanne eine Schale verbunden ist und durch den zwischen der Schale und der Ölwanne gebildeten Raum das abgezweigte Abgas bzw. das kühle Gas strömt.
Besonders einfach lässt sich der Bypass gestalten und im Sinne der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Normalbetriebs der Verbrennungskraftmaschine regeln, wenn im Bereich der von der Hauptleitung abgehenden ersten Zweigleitung das Ventil zum Sperren oder Freigeben des Durchflusses von Abgas durch den Wärmetauscher angeordnet ist, wobei das Ventil in einer ersten Stellung den Durchfluss durch die Hauptleitung sperrt und den Durchfluss durch die erste Zweigleitung freigibt und in einer zweiten Stellung den Durchfluss durch die Hauptleitung freigibt und den Durchfluss durch die erste Zweigleitung sperrt.
Um den Massenstrom durch den Wärmetauscher zu optimieren, sei es in der Warmlaufphase oder dem Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine, wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Hauptleitung im Bereich der zweiten Zweigleitung als Venturi-Düse ausgebildet ist. Diese Venturi-Düse baut somit mittels des strömenden Abgasstromes die nötige Druckdifferenz auf und fördert aufgrund der erhöhten Druckdifferenz einen größeren Massenstrom durch den Wärmetauscher.
Die Ausbildung des Ventils als Rückschlagventil ist insbesondere dann von Vorteil, wenn im Normalbetrieb in der Abgasanlage instationäre Druckverhältnisse vorliegen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung und der Zeichnung selbst.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung erläutert und in der nachfolgenden Beschreibung näher beschrieben.
Es zeigt in schematischer Darstellung:
1 das System zum Temperieren des Getriebeöls eines Getriebes, veranschaulicht für die Warmlaufphase, in einer geschnittenen Seitenansicht dargestellt,
2 für die Warmlaufphase das System, nur für die Ölwanne, den Wärmetauscher und die zu diesem führenden Leitungen sowie die Hauptleitung dargestellt, in einer Draufsicht,
3 eine Darstellung gemäß 1, für den Normalbetrieb veranschaulicht,
4 eine Darstellung gemäß 2, für den Normalbetrieb veranschaulicht.
Gezeigt ist ein Getriebe 1 einer Verbrennungskraftmaschine, das eine Ölwanne 2 und einen innerhalb der Ölwanne gebildeten Ölraum 3 aufweist. Mit der Ölwanne 2 ist eine Schale 4 verbunden, womit zwischen der Schale 4 und der Ölwanne 2 ein Raum 5 zum Durchströmen von Gas gebildet ist. Die Ölwanne 2 und die Schale 4 bilden einen Wärmetauscher 6.
Das gezeigte System weist ferner eine Hauptleitung 7 für Abgas der Verbrennungskraftmaschine auf. Eine erste Zweigleitung 8 ist mit der Hauptleitung 7 verbunden, wobei diese Zweigleitung 8 durch einen mit der Hauptleitung 7 verbundenen Rohrabschnitt 9 und den mit dem Rohrabschnitt 9 verbundenen Wärmetauscher 6 gebildet ist, so dass Abgas von der Hauptleitung 7 durch den Rohrabschnitt 9 in den zwischen der Ölwanne 3 und der Schale 4 gebildeten Raum 5 geleitet werden kann. Eine zweite Zweigleitung 10, die mit der ersten Zweigleitung 8, konkret mit dem Wärmetauscher 6 verbunden ist, dient dem Abführen von Abgas aus dem Wärmetauscher 6. Bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases ist im Eingangsbereich des Rohrabschnitts 9 ein eine Klappe aufweisendes Ventil 11 angeordnet, dass um eine Achse 12 motorisch, hydraulisch oder pneumatisch, z. B. mittels einer Unterdruckdose bzw. Thermostat, schwenkbar ist. Dieses Ventil 11 dient dem Sperren oder Freigeben des Durchflusses von Abgas derart, dass in der einen Endstellung des Ventils 11, wie es in 2 gezeigt ist, der Bereich der Hauptleitung 7 zwischen dem Rohrabschnitt 9 und der zweiten Zweigleitung 10 geschlossen ist und der Zugang zum Rohrabschnitt 9 offen ist, während in der anderen Position, wie es zur 4 gezeigt ist, der Rohrabschnitt 9 geschlossen ist und Abgas frei durch die Hauptleitung 7 strömen kann.
Zusätzlich ist der Wärmetauscher 6 mit einer Zugangsleitung 13 versehen, die ein Rückschlagventil 14 aufweist. Die Durchströmrichtung des Rückschlagventils 14 ist derart, dass durch die Zugangsleitung 13 Umgebungsluft in den Raum 5 zwischen der Ölwanne 2 und der Schale 4 einströmen kann. Der Rohrabschnitt 9 und die zweite Zweigleitung 10 befinden sich auf einer Längsseite des Wärmetauschers 6, die Zugangsleitung 13 hingegen auf der anderen Längsseite des Wärmetauschers 6.
Im Bereich der Mündung der zweiten Zweigleitung 10 in die Hauptleitung 7 ist diese als Venturi-Düse ausgebildet. Dies ist durch den Leitungsabschnitt 15 verdeutlicht.
Die 1 und 2 veranschaulichen für den Zustand der Getriebevorwärmung, somit der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine, die Durchströmung des Systems, verdeutlicht durch die dunklen Pfeile. Aufgrund des sich in Sperrstellung befindlichen Ventils 11 wird das Abgas der ersten Zweigleitung 8 zugeführt, gelangt somit durch den Rohrabschnitt 9 in den Wärmetauscher 6 und infolgedessen den Raum 5. Das Abgas gelangt vom Wärmetauscher 6 in die zweite Zweigleitung 10 und von dort in die Hauptleitung 7.
Die 3 und 4 zeigen den Normalbetrieb mit Getriebekühlung. Das Abgas strömt ausschließlich, wie es durch die dunklen Pfeile veranschaulicht ist, durch die Hauptleitung 7. Der Rohrabschnitt 9 ist mittels des Ventils 11 abgesperrt. Über den als Venturi-Düse ausgebildeten Leitungsabschnitt 15 wird Umgebungsluft, somit wesentlich kühlere Luft als das Abgas, aus dem Raum 5 durch die zweite Zweigleitung 10 abgesaugt, wobei die Umgebungsluft dem Raum 5 durch die Zugangsleitung 13 mit in Offenstellung befindlichem Rückschlagventil 14 zugeführt wird. Die Luftführung der Umgebungsluft ist mit helleren Pfeilen veranschaulicht.
Durch die Beimischung von Umgebungsluft in den Abgasstrom wird eine Abkühlung des Abgasmassenstromes erzielt. Dadurch sinkt zum einen das Volumen des Abgasstromes mittels der Abkühlung bzw. des Druckverlustes. Andererseits könnten für die Abgasanlage ab diesem Bereich, wo die Beimischung stattfindet, weniger hitzebeständige Materialen verwendet werden. Somit können sowohl die Materialkosten als auch das Gewicht der Abgasanlage reduziert werden.

1: Getriebe
2: Ölwanne
3: Ölraum
4: Schale
5: Raum
6: Wärmetauscher
7: Hauptleitung
8: erste Zweigleitung
9: Rohrabschnitt
10: zweite Zweigleitung
11: Ventil
12: Achse
13: Zugangsleitung
14: Rückschlagventil
15: Leitungsabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2005/0202933 A1 [0004]
- DE 3403435 A1 [0006]
- DE 3201443 A1 [0007]
- JP 10318348 A [0008]

Claims

System zum Temperieren des Getriebeöls eines Getriebes (1), insbesondere eines Fahrzeuggetriebes, mit – einer Ölwanne (2), die mit dem Getriebe (1) verbunden ist und der Aufnahme des Getriebeöls dient, – einem Wärmetauscher (6), der mit der Ölwanne (2) verbunden ist, – einer Hauptleitung (7) für Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, – einer ersten Zweigleitung (8), die mit der Hauptleitung (7) verbunden ist und einen Durchfluss von Abgas entlang der Ölwanne (2) durch den Wärmetauscher (6) bildet, zum Übertragen von Abgaswärme auf das in der Ölwanne (2) befindliche Getriebeöl, – einer zweiten Zweigleitung (10), die mit der ersten Zweigleitung (8) und der Hauptleitung (7) verbunden ist, zum Abführen von Abgas aus dem Wärmetauscher (6), – einem Ventil (11) zum Sperren oder Freigeben des Durchflusses von Abgas durch den Wärmetauscher (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (6) einen weiteren Zugang (13) für ein kühles Gas aufweist, wobei ein weiteres Ventil (14) zum Sperren oder Freigeben des Durchflusses des weiteren Zugangs (13) vorgesehen ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Zugang (13) dem Zuführen von Luft, insbesondere Umgebungsluft dient.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Ventil (14) ein Rückschlagventil ist, mit Durchflussrichtung des Ventils (14) in den Wärmetauscher (6).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Ölwanne (2) eine Schale (4) verbunden ist und durch den zwischen der Schale (4) und der Ölwanne (2) gebildeten Raum (5) das abgezweigte Abgas oder das kühle Gas strömt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der von der Hauptleitung (7) abgehenden ersten Zweigleitung (8) das Ventil (11) zum Sperren oder Freigeben des Durchflusses von Abgas durch den Wärmetauscher (6) angeordnet ist, wobei das Ventil (11) in einer ersten Stellung den Durchfluss durch die Hauptleitung (7) sperrt und den Durchfluss durch die erste Zweigleitung (8) freigibt und in einer zweiten Stellung den Durchfluss durch die Hauptleitung (7) freigibt und den Durchfluss durch die erste Zweigleitung (8) sperrt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptleitung (7) im Bereich der zweiten Zweigleitung (10) als Venturi-Düse (15) ausgebildet ist.