DE102008037467B4

DE102008037467B4 - Regelung der Temperaturen des Getriebefluids und des Motorkühlmittels bei einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008037467B4
Application number: DE102008037467.9A
Authority: DE
Inventors: Jim Thomas Gooden; Brian D. Bishop; Greg Dean Gardner
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2028-10-18
Also published as: GB2455170A; US20090101312A1; GB0817134D0; DE102008037467A1; CN101417608A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein bei einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Automatikgetriebe umfassend: je eine Quelle für Motorkühlmittel und für Getriebefluid; einen ersten mit der Quelle für Motorkühlmittel in Verbindung stehenden Wärmetauscher mit einem ersten Einlass, durch den das Getriebefluid aus der Quelle für Getriebefluid in den ersten Wärmetauscher strömt, und einem ersten Auslass durch den das Getriebefluid den ersten Wärmetauscher verlässt, um Wärme zwischen dem Motorkühlmittel und dem Getriebefluid auszutauschen; einen zweiten Wärmetauscher durch den Luft strömen kann, mit einem zweiten Einlass, durch den Getriebefluid in den zweiten Wärmetauscher hinein fließt und einem zweiten Auslass, durch den das Getriebefluid den zweiten Wärmetauscher verlässt, um Wärme zwischen dem Getriebefluid und der Luft auszutauschen; ein erstes Bypassventil zum Öffnen der durch den zweiten Einlass und den zweiten Auslass laufenden Verbindung, wenn die Temperatur des den ersten Auslass verlassenden Getriebefluids größer als eine erste Referenztemperatur ist und zum Schließen der durch den zweiten Einlass und den zweiten Auslass laufenden Verbindung, wenn die Temperatur des den ersten Auslass verlassenden Getriebefluids kleiner als eine zweite Referenztemperatur ist. einen dritten Wärmetauscher, der mit der Motorkühlmittelquelle in Verbindung steht, und ein zweites Bypassventil zum Öffnen der Verbindung zwischen dem Motorkühlmittel im drittem Wärmetauscher und dem Motorkühlmittel im ersten Wärmetauscher, wenn die Temperatur des in das zweite Bypassventil strömenden Motorkühlmittels größer als eine dritte Referenztemperatur ist, und zum Schließen der Verbindung zwischen dem Motorkühlmittel im drittem Wärmetauscher und dem Motorkühlmittel im ersten Wärmetauscher, wenn die Temperatur des in das zweite Bypassventil strömenden Motorkühlmittels kleiner als die dritte Referenztemperatur ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Temperatur des Getriebefluids und des Motorkühlmittels bei einem Kraftfahrzeug.
Ein Kühlsystem für ein Getriebe kann einen Öl-Wasserkühler oder einen Öl-Luftkühler oder beides umfassen, der die in dem Getriebeöl enthaltene Wärme entfernt und ausgebildet ist, eine Wärmebelastung aufzunehmen, die erzeugt wird, wenn das Getriebe unter schweren Betriebsbedingungen arbeitet. Um die Reibung des Getriebes zu reduzieren, ist es erwünscht, das Getriebe bei relativ hohen Temperaturen laufen zu lassen. Die höhere Temperatur reduziert die Viskosität des Öls, die zu einem großen Teil zu der inneren Reibung beiträgt.
Ein Kühler-Bypassventil kann verwendet werden, um die Wärmeübertragung von dem Getriebeöl zu reduzieren, wenn keine Kühlung erwünscht ist, so dass die innere Reibung das Getriebeöl auf die gewünschte Betriebstemperatur erwärmen kann. Kühler-Bypassventile haben jedoch eine beschränkte Wirksamkeit bezüglich der Aufwärmgeschwindigkeit nach einem Kaltstart.
Ein in der Heizschleife angeordneter Öl-Wasserkühler verwendet, insbesondere nach Kaltstarts, das Kühlmittel des Motors zum Erwärmen des Getriebes. Dieser Kühler hat Vorteile im Vergleich zu einem Öl-Wasserkühler, der im Motorkühler eingebaut ist, in dem kein Kühlmittel fließt, bis der Motor seine gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat, da der Thermostat geschlossen ist. Obwohl der in der Kühlschleife des Motors angeordnete Öl-Wasserkühler eine Lösung für leichte Nutzfahrzeuge darstellt, ist er nicht in der Lage, bei einem Hochleistungsbetrieb, wie beispielsweise bei Schwerlastwagen oder anderen Zugmaschinen, eine Kühlung zu bewirken, was auf ihre hohen Kühlmitteltemperaturen und die Notwendigkeit, das Getriebe bei Temperaturen laufen zu lassen, die nahe an der Maximaltemperatur des Motorkühlmittels liegen, zurückzuführen ist.
Ferner wird die Leistung der Heizung für den Fahrgastraum beeinträchtigt, wenn das Kühlmittel des Motors zum Erwärmen des Getriebes verwendet wird. Das Erwärmen des Getriebes führt zu einer niedrigeren Kühlmitteltemperatur, die die Leistung der Heizung herabsetzt und die Zufuhr von Wärme zum Fahrgastraum verlangsamt.
Aus der Druckschrift US 6 427 640 B1 ist ein System und ein Verfahren zum Regeln der Temperatur des Getriebefluids eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor bekannt. Das System enthält einen Öl-/Wasser-Wärmetauscher, der über Leitungen mit Fluidquellen des Getriebes und des Verbrennungsmotors in Verbindung steht. Das Getriebefluid fließt über ein passives Thermoventil temperaturabhängig von einem Schwellenwert entweder direkt oder über einen Öl-/Luft-Wärmetauscher zum Getriebe zurück. Das Wasser des Motor-Kühlkreises kann über ein geregeltes Magnetventil in Abhängigkeit von der Außentemperatur und der Temperatur des Getriebefluids durch den Öl-/Wasser-Wärmetauscher fließen.
Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine verbesserte Temperaturregelung von Getriebefluiden vorzuschlagen. Die Lösung ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruches 1, Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen erfasst.
Ein erfindungsgemäßes System zum Regeln der Temperatur des Getriebefluids umfasst einen ersten Wärmetauscher, der mit einer Quelle für das Motorkühlmittel in Verbindung steht, um Wärme zwischen dem Motorkühlmittel und dem Getriebefluid (das manchmal als Öl oder ATF [automatic transmission fluid = Automatikgetriebefluid] bezeichnet wird) auszutauschen, und der einen ersten Auslass aufweist, durch den Getriebefluid aus dem ersten Wärmetauscher hinaus fließt, einen zweiten Wärmetauscher, durch den Luft strömen kann, um Wärme zwischen dem Getriebefluid und der Luft auszutauschen, und der einen zweiten Einlass, durch den das Getriebefluid in den zweiten Wärmetauscher fließt sowie einen zweiten Auslass, durch den das Getriebefluid aus dem zweiten Wärmetauscher hinaus fließt, aufweist, ein erstes Bypassventil zum abwechselnden Öffnen und Schließen des zweiten Einlasses und des zweiten Auslasses, wenn die Temperatur des den ersten Auslass verlassenden Getriebefluids größer als eine erste Referenztemperatur ist, und zum Umgehen des zweiten Wärmetauschers, wenn das den ersten Auslass verlassende Getriebefluid kleiner als eine zweite Referenztemperatur ist.
Das auf der Seite des Motorkühlmittels angeordnete Bypassventil umgeht den ATF-Wärmetauscher immer dann, wenn die Auslasstemperatur des Heizkörpers unter einem gewünschten Schwellenwert liegt. Dann kann der erste Wärmetauscher nahezu jede beliebige Größe haben, ohne dass die Geschwindigkeit beeinträchtigt wird, mit der die Temperatur des Heizkörpers unterhalb dieses Schwellenwerts steigt. Über dem Temperaturschwellenwert öffnet sich das Bypassventil, wodurch gestattet wird, das Kühlmittel in den ersten Wärmetauscher fließt.
Das ATF fließt immer durch den Wärmetauscher. Das zweite Bypassventil erfasst die Temperatur des rücklaufenden Öls und, wenn die Temperatur unter einem Referenzwert von beispielsweise 200°F (93,33°C) liegt, fließt es zum Getriebe zurück, was eine Umgehung für jeden in der ATF-Kühlschleife vorhandenen Hilfskühler darstellt. Wenn die Temperatur des Öls höher als die Referenztemperatur ist, öffnet sich das ATF-Bypassventil, wodurch dem Öl gestattet wird, zu dem Hilfskühler zu fließen und dann zu dem Getriebe zurückzuströmen.
Das System bietet zusätzliche Vorteile bei der Unterbringung, wenn sowohl die Umgehung auf der Wasserseite als auch die ATF-Umgehung und der erste Wärmetauscher als eine Baueinheit ausgebildet sind.
Der Umfang der Anwendbarkeit der bevorzugten Ausführungsform geht aus der folgenden genauen Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung hervor. Es ist selbstverständlich, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele, auch wenn sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen, lediglich zum Zweck der Veranschaulichung dienen. Für einen Fachmann werden sich verschiedene Änderungen und Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen abzeichnen.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung besser verstanden werden.
Die Figur ist ein schematisches Diagramm eines Systems zum Regeln der Temperatur eines Automatikgetriebefluids.
Ein Automatikgetriebe 10 umfasst eine Ölwanne 12, die eine Quelle für Getriebefluid darstellt, aus der Getriebefluid der Einlassseite einer Getriebepumpe (nicht dargestellt) zugeführt wird und in die das Fluid aus dem Hydraulikkreis des Getriebes befördert wird, nachdem das Fluid die Kupplungen, Lager, Wellen, Zahnräder und andere Bestandteile des Getriebes geschmiert und Wärme abgeleitet hat.
Ein erster Wärmetauscher 14, der mit der Getriebefluidquelle 12 über eine Ölleitung 16 in Verbindung steht, ist ausgebildet, Motorkühlmittel zu befördern und Wärme zwischen dem Motorkühlmittel und dem Getriebefluid auszutauschen. Der Wärmetauscher 14 umfast einen ersten Einlass 18, durch den das Getriebefluid aus der Leitung 16 in den Wärmetauscher 14 hinein fließt, und einen ersten Auslass 20, aus dem das Getriebefluid den Wärmetauscher verlässt und in eine Leitung 22 strömt.
Ein zweiter Wärmetauscher 24 umfasst einen Durchgang, durch den Umgebungsluft strömen kann, und tauscht Wärme zwischen dem Getriebefluid und der Luft aus. Der Wärmetauscher 24 umfasst einen zweiten Einlass 26, durch den das Getriebefluid über eine Ölleitung 28 in den zweiten Wärmetauscher hinein fließen kann, und einen zweiten Auslass 30, durch den das Getriebefluid den zweiten Wärmetauscher über eine Ölleitung 32 verlässt.
Ein erstes Bypassventil 34 wird über die Leitung 22 mit dem den Wärmetauscher 14 am Auslass 20 verlassenden Getriebefluid beliefert und umfasst einen Auslass 36, durch den das Getriebefluid der Fluidquelle 12 über eine Ölleitung 38 zugeführt wird. Die Ölleitungen 28, 32 verbinden das Bypassventil 34 und den Wärmetauscher 24.
Das Bypassventil 34 öffnet die Verbindung über den zweiten Einlass 26 und den zweiten Auslass 30, wenn die Temperatur des den ersten Auslass 20 verlassenden Getriebefluids größer als eine erste Referenztemperatur ist. Das Bypassventil 34 veranlasst, dass das Getriebefluid den zweiten Wärmetauscher 24 umgeht und direkt in die Fluidquelle 12 fließt, wenn die Temperatur des den ersten Auslass 20 verlassenden Getriebefluids niedriger als eine zweite Referenztemperatur ist. Dieses Bypassventil 34 schließt die Verbindung über den zweiten Einlass 26 und den zweiten Auslass 30, wenn die Temperatur des den ersten Auslass 20 verlassenden Getriebefluids größer als die erste Referenztemperatur ist.
Vorzugsweise beträgt die erste Referenztemperatur ungefähr 200°F (93,33°C) und die zweite Referenztemperatur beträgt ungefähr 190°F (87,78°C). Vorzugsweise ist das Bypassventil 34 ein Bypassventil vom Wachsmotortyp, das in den Kühlschleifen von Automatikgetrieben von verschiedenen Kraftfahrzeugherstellern verwendet wird.
Ein Motor 40 umfasst eine Kammer 42, d. h. eine Quelle für Motorkühlmittel, in der das Motorkühlmittel um die Verbrennungskammern des Motors zirkuliert und aus der das Motorkühlmittel einem dritten Wärmetauscher zugeführt wird, der einen Radiator 44 oder einen Heizkörper 46 oder sowohl einen Radiator als auch einen Heizkörper umfasst. Ein Motorkühlmittelkreislauf umfasst eine Kühlmittelleitung 48, die das Kühlmittel von der Kühlmittelquelle 42 zu dem Heizkörper 46 befördert, eine Kühlmittelleitung 50, die das Kühlmittel aus dem Heizkörper 46 abführt und eine Kühlmittelleitung 52, die das Kühlmittel zu der Motorkammer 42 befördert.
Die Kühlmittelleitungen 50, 52 befördern das Kühlmittel zu und von einem zweiten Bypassventil 54. Das zweite Bypassventil 54 öffnet und schließt die Verbindung zwischen dem Heizkörper 46 und dem Motor 42, wenn die Temperatur des in das Bypassventil 54 einströmenden Motorkühlmittels kleiner als eine dritte Referenztemperatur ist, wodurch das Kühlmittel den Wärmetauscher 14 umgeht. Das Bypassventil 54 schließt die Verbindung zwischen dem Heizkörper 46 und dem Motor 42, wenn die Temperatur des in das Ventil 54 einströmenden Motorkühlmittels größer als die dritte Referenztemperatur ist.
Die dritte Referenztemperatur beträgt vorzugsweise ungefähr 30°F (–1,11°C). Vorzugsweise ist das Bypassventil 34 ein Bimetall-Bypassventil, wie es oft benutzt wird, um den Radiator zu umgehen.
Vorzugsweise ist der Heizkörper 46 in einem Fahrgastraum 60 angeordnet, der Motor 40 und der Radiator 44 sind in einem Motorraum 62 angeordnet und das Kühlmittel-Bypassventil 54, das ATF-Bypassventil 34 und der Wärmetauscher 14 sind in eine Unterbaugruppe 66 eingegliedert, die an dem Getriebe 10 befestigt und im Motorraum untergebracht ist. Als Alternative sind das Kühlmittel-Bypassventil 54 und der Wärmetauscher 14 in eine Unterbaugruppe eingegliedert, die an dem Getriebe 10 befestigt und in dem Motorraum untergebracht ist, wobei das ATF-Bypassventil 34 jedoch entweder in dem Wärmetauscher 24, d. h. dem Hilfskühler, oder in den Leitungen 28, 32 untergebracht ist.
In Übereinstimmung mit den Vorgaben des Patentgesetzes wurde die bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es sollte jedoch Zur Kenntnis genommen werden, dass alternative Ausführungsformen auf andere Weise durchgeführt werden können, als hier im Einzelnen dargestellt und beschrieben wurde.

Claims

Bei einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Automatikgetriebe umfasst ein System zum Regeln der Temperatur des Getriebefluids und des Motorkühlmittels: eine Quelle für Motorkühlmittel; eine Quelle für Getriebefluid; einen ersten mit der Quelle für Motorkühlmittel in Verbindung stehenden Wärmetauscher mit einem ersten Einlass, durch den das Getriebefluid aus der Quelle für Getriebefluid in den ersten Wärmetauscher strömt, und einem ersten Auslass durch den das Getriebefluid den ersten Wärmetauscher verlässt, um Wärme zwischen dem Motorkühlmittel und dem Getriebefluid auszutauschen; einen zweiten Wärmetauscher durch den Luft strömen kann, mit einem zweiten Einlass, durch den Getriebefluid in den zweiten Wärmetauscher hinein fließt und einem zweiten Auslass, durch den das Getriebefluid den zweiten Wärmetauscher verlässt, um Wärme zwischen dem Getriebefluid und der Luft auszutauschen; ein erstes Bypassventil zum Öffnen der durch den zweiten Einlass und den zweiten Auslass laufenden Verbindung, wenn die Temperatur des den ersten Auslass verlassenden Getriebefluids größer als eine erste Referenztemperatur ist und zum Schließen der durch den zweiten Einlass und den zweiten Auslass laufenden Verbindung, wenn die Temperatur des den ersten Auslass verlassenden Getriebefluids kleiner als eine zweite Referenztemperatur ist. einen dritten Wärmetauscher, der mit der Motorkühlmittelquelle in Verbindung steht, wobei der dritte Wärmetauscher – einen Heizkörper zum Übertragen der Wärme vom Motorkühlmittel auf die Luft in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs und – einen mit dem Heizkörper in Verbindung stehenden Radiator umfasst, um Wärme von dem Motorkühlmittel auf die Umgebungsluft zu übertragen und ein zweites Bypassventil zum Öffnen der Verbindung zwischen dem Motorkühlmittel im drittem Wärmetauscher und dem Motorkühlmittel im ersten Wärmetauscher, wenn die Temperatur des in das zweite Bypassventil strömenden Motorkühlmittels größer als eine dritte Referenztemperatur ist, und zum Schließen der Verbindung zwischen dem Motorkühlmittel im drittem Wärmetauscher und dem Motorkühlmittel im ersten Wärmetauscher, wenn die Temperatur des in das zweite Bypassventil strömenden Motorkühlmittels kleiner als die dritte Referenztemperatur ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher und das erste Bypassventil mit dem Getriebe verbunden sind.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher, das erste Bypassventil und das zweite Bypassventil mit dem Getriebe verbunden sind.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiter eine Verbindung zwischen dem ersten Auslass des ersten Wärmetauschers und der Getriebefluidquelle vorgesehen ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bypassventil weiter eine Verbindung zwischen dem ersten Auslass des ersten Wärmetauschers und der Getriebefluidquelle umfasst.