DE102008040917A1

DE102008040917A1 - Vorrichtung zum Temperieren einer Antriebsmaschine und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung

Info

Publication number: DE102008040917A1
Application number: DE102008040917A
Authority: DE
Inventors: Kai BORNTRÄGER; Rene Budach; Bernard Hunold; Max Bachman; Andreas Hölscher; Paolo Ruatto
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (4) zum Temperieren einer Antriebsmaschine eines eine Getriebeeinrichtung (1) und eine elektrische Maschine (3) umfassenden Fahrzeugantriebsstranges (2) mit Fluid vorgeschlagen, wobei die Getriebeeinrichtung (1) zumindest zur Temperierung mit einem Hydraulikkreislauf ausgeführt ist und zwischen in dem Hydraulikkreislauf führbaren Hydraulikfluid und dem Fluid Wärmeenergie austauschbar ist. Erfindungsgemäß ist zwischen der elektrischen Maschine (3) und dem Fluid ebenfalls Wärmeenergie austauschbar. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung (4) beschrieben, während dem die Antriebsmaschine und/oder die elektrische Maschine (3) in Abhängigkeit der Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine (3) und/oder eines Stators der elektrischen Maschine (3) und/oder eines Fluidvolumenstromes betrieben werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren einer Antriebsmaschine eines eine Getriebeeinrichtung und eine elektrische Maschine umfassenden Fahrzeugantriebsstranges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 10 näher definierten Art.
Aus der Praxis bekannte Kraftfahrzeuge mit Fahrzeugantriebssträngen in Hybridbauweise weisen jeweils neben einer als Verbrennungsmaschine ausgebildeten Antriebsmaschine auch wenigstens eine elektrische Maschine auf. Die elektrische Maschine wird betriebszustandsabhängig entweder als Motor oder als Generator betrieben. Zusätzlich sind derartige Fahrzeugantriebsstränge im Bereich einer vorzugsweise als Automatgetriebe oder als automatisiertes Schaltgetriebe ausgebildeten Getriebeeinrichtung auch unter Umständen mit einer integrierten verschleißfreien Bremse bzw. mit einem Retarder ausgebildet.
Die Getriebevorrichtungen sind zur Darstellung verschiedener Betriebszustände mit reibschlüssigen Schaltelementen, wie nasslaufenden Lamellenkupplungen oder -bremsen ausgeführt. Dabei werden in Abhängigkeit unterschiedlicher Schaltzustände der reibschlüssigen Schaltelemente verschiedene Übersetzungen in der Getriebeeinrichtung eingelegt. Während des Betriebes der Getriebeeinrichtungen werden die reibschlüssigen Schaltelemente zur Schaltung von einem Hydraulikkreislauf der Getriebevorrichtung mit den dafür erforderlichen Betätigungsdrücken beaufschlagt. Zusätzlich wird den Schaltelementen zur Schmierung und Kühlung über den Hydraulikfluidkreislauf ein entsprechender Hydraulikfluidvolumenstrom zugeführt.
Zur Kühlung der Antriebsmaschinen sind die Fahrzeugantriebsstränge im Bereich der Antriebsmaschinen bzw. der Verbrennungsmaschinen mit jeweils einen Fluidkreislauf mit einem Radiator und zugeordnetem Lüfter ausgebildeten Vorrichtungen zum Temperieren einer Antriebsmaschine ausgeführt, mittels welchen Wärme zwischen den Verbrennungsmaschinen und in den Fluidkreisläufen geführten Fluiden austauschbar ist sowie jeweils die Betriebstemperaturen der Verbrennungsmaschinen regulierbar sind.
Die den Antriebsmaschinen zugeordneten Vorrichtungen werden üblicherweise mit Wärmetauschern der Getriebeeinrichtungen und der Retarder gekoppelt, um jeweils zwischen dem Hydraulikfluid des Hydraulikkreislaufes der Getriebeeinrichtung und den Retarder durchströmendem Hydraulikfluid und dem Fluid des Fluidkreislaufes der Vorrichtung betriebszustandsabhängig Wärmeenergie auszutauschen. Auf diese Art und Weise ist beispielsweise eine bei einer Betätigung der Schaltelemente der Getriebeeinrichtungen entstehende vom das Hydraulikfluid aufgenommene Wärmeenergie vom Hydraulikfluid auf das Fluid übertragbar. In gleicher Art und Weise ist in den Retardern während eines Abbremsvorganges entstehende Wärmeenergie jeweils an das Fluid des Fluidkreislaufes abgebbar.
Um sowohl den Verbrauch als auch Schadstoffemissionen von derartigen mit einer Verbrennungsmaschine und einer elektrischen Maschine ausgebildeten Fahrzeugen reduzieren zu können, werden die Verbrennungsmaschine der Fahrzeugantriebsstränge bei verschiedenen Fahrzeugkonzepten in geeigneten Betriebszuständen eines Fahrzeugs abgeschaltet. Derartige Funktionen werden unter anderem als Motor-Start-Stopp-Funktionen bezeichnet, die in Abhängigkeit von Betriebszuständen verschiedenster Fahrzeugkomponenten aktiviert oder deaktiviert werden und selbst bei kurzen Fahrzeugstillständen ein Abschalten der Verbrennungsmaschine auslösen.
Die elektrischen Maschinen und die Verbrennungsmaschinen werden dabei in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszustandes und der jeweils vorgesehenen Fahrstrategie betrieben. So wird beispielsweise während eines Anfahrvorganges eines Fahrzeuges ein zu geringes verbrennungsmaschinenseitiges Anfahrmoment über die dann motorisch betriebene elektrische Maschine kompensiert. Die während eines Betriebes der elektrischen Maschine anfallende Wärmeenergie wird bei bekannten Systemen über einen der elektrischen Maschine zugeordneten separaten Fluidkreislauf abgeführt, der einen Bauraumbedarf und die Herstellkosten eines Fahrzeugantriebsstranges erhöht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Temperieren einer Antriebsmaschine eines eine Getriebeeinrichtung und eine elektrische Maschine umfassenden Fahrzeugantriebsstranges und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welchen eine Temperierung kostengünstig durchführbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es wird eine Vorrichtung zum Temperieren einer Antriebsmaschine eines eine Getriebeeinrichtung und eine elektrische Maschine umfassenden Fahrzeugantriebsstranges mit Fluid vorgeschlagen, wobei die Getriebeeinrichtung zumindest zur Temperierung mit einem Hydraulikkreislauf ausgeführt ist und zwischen in dem Hydraulikkreislauf führbaren Hydraulikfluid und dem Fluid Wärmeenergie austauschbar ist. Erfindungsgemäß ist zwischen der elektrischen Maschine und dem Fluid ebenfalls Wärmeenergie austauschbar.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Temperieren der Antriebsmaschine, der Getriebeeinrichtung und der elektrischen Maschine des Fahrzeugantriebsstranges bauraum- und kostengünstig mittels eines gemeinsamen Fluidkreislaufes, der nur eine einzige Pumpeneinrichtung erfordert, durchführbar.
Ein aus der Praxis bekannter Fluidkreislauf zum Temperieren der elektrischen Maschine ist auf einfache Art und Weise mit einer an sich bekannten Vorrichtung zum Temperieren einer Antriebsmaschine und des Hydraulikfluids der Getriebeeinrichtung vorzugsweise im Bereich bereits bestehender Fluidanschlüsse der Getriebeeinrichtung koppelbar, die nur über separate Stutzen zu erweitern sind.
Die Antriebsmaschine, die Getriebeeinrichtung und die elektrische Maschine des Fahrzeugantriebsstranges sind in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles über die Vorrichtung kühl- oder erwärmbar, wobei als Fluid beispielsweise Wasser verwendbar ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass der Fahrzeugantriebsstrang mit einem Retarder ausgebildet ist, wobei zur Temperierung des Retarders zwischen dem Retarder und dem Fluid der Vorrichtung Wärmeenergie austauschbar ist. Ein Wärmeaustausch zwischen einem den Retarder durchströmenden Hydraulikfluid und dem Fluid findet hierbei insbesondere in einem Bereich eines dem Retarder zugeordneten Wärmetauschers statt.
Im Allgemeinen sind Strömungsgeschwindigkeiten des in einem Fluidkreislauf zirkulierenden Fluids bzw. Kühlmittels abhängig von den sich über den Streckenverlauf verändernden Durchmessern der Fluidleitungen. Dabei ist aus Bereichen mit geringeren Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids weniger Wärmeenergie über das Fluid abtransportierbar als in Bereichen mit höheren Strömungsgeschwindigkeiten. Bei gleichem Energieeintrag ist die Temperatur des Fluids in Bereichen mit geringeren Strömungsgeschwindigkeiten größer als eine Temperatur in Bereichen, die das Fluid mit höheren Geschwindigkeiten durchströmt.
Ein bereichsweise unerwünscht hoher Anstieg der Temperatur des Fluids wird durch eine mechanische Anbindung einer Fluidpumpe an die Verbrennungsmaschine und den Einsatz von Motor-Start-Stopp-Strategien der Verbrennungsmaschine unterstützt, da eine Förderleistung der Fluidpumpe im Stillstand oder bei niedrigen Drehzahlen der Verbrennungsmaschine gering ist. In ungünstigen Betriebszuständen eines Fahrzeugantriebsstranges, wie einem rein elektromotorischen Fahrbetrieb, während dem die elektrische Maschine Verlustleistung in Form von Wärmeenergie erzeugt, einem Nachheizen der abgeschalteten elektrischen Maschine, einem aus dem Abschalten der Verbrennungsmaschine im Fluidkreislauf resultierenden Druckabfall, einer zu hohen Fluidzulauftemperatur und/oder einem Betrieb der elektrischen Maschine mit einer dauerhaft hoher Leistung, treten bereichsweise sogenannte Hot-Spots bzw. Bereiche im Fluidkreislauf mit derart überhöhter Fluidtemperatur auf, dass das Fluid in diesen Bereichen siedet und ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid und den zu temperierenden bzw. zu kühlenden Einrichtungen unter Umständen nicht in gewünschtem Umfang durchführbar ist.
Eine die vorbeschriebenen Nachteile durch einen einfachen und wirkungsvollen Wärmeaustausch zwischen der elektrischen Maschine und dem Fluid lösende Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist mit einem das Fluids radial um die elektrische Maschine führenden Temperiermantel ausgebildet, der vorzugsweise über den gesamten Umfangsbereich mit gleich bleibendem Strömungsquerschnitt ausgeführt ist.
Um einen Wärmeaustausch zwischen der elektrischen Maschine und dem Fluid mit hohem Wirkungsgrad – möglichst ohne Hot-Spots zu erzeugen – durchführen zu können, wird das Fluid bei einer Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung über einen Fluidzulauf in den Temperiermantel eingeleitet und über einen in Umfangsrichtung gegenüber dem Fluidzulauf versetzt angeordneten Fluidablauf aus dem Temperiermantel ausgeführt. Durch die zu dem Fluidzulauf versetzte Anordnung des Fluidablaufes stellt sich im Temperiermantel ein zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades erforderlicher gleichmäßiger Fluidvolumenstrom ein.
Bei einer besonders vorteilhaften Anordnung des Fluidzulaufes in Bezug auf den Fluidablauf ist der Fluidablauf in Umfangsrichtung um wenigstens annähernd 180 Grad versetzt zu dem Fluidzulauf angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass der über den Fluidzulauf in den Temperiermantel der elektrischen Maschine eingeleitete Fluidvolumenstrom im Mündungsbereich des Fluidzulaufes in wenigstens annähernd gleiche Teile aufgeteilt wird und ein erster Teil des Fluidvolumenstroms in der ersten Hälfte des vorzugsweise hohlzylindrisch ausgeführten Temperiermantels und der andere Teil in der zweiten Hälfte des Temperiermantels mit gleichmäßiger Strömung um die elektrische Maschine herum geführt wird.
Mit letztbeschriebener Anordnung des Fluidzulaufes und des Fluidablaufes wird ein bereichsweise voneinander abweichendes Strömungsverhalten des Fluids im Temperiermantel mit hoher Wahrscheinlichkeit vermieden. Die gleichmäßige Durchströmung des Temperiermantels mit annähernd konstanter Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet nahezu konstante Wärmeübergangszahlen im gesamten Temperiermantel und somit den gewünscht hohen Wirkungsgrad, der die Grundlage für einen effektiven Austausch von Wärmeenergie zwischen der elektrischen Maschine und dem Fluid darstellt.
Um einen Wärmeaustausch zwischen dem Fluid und der elektrischen Maschine mit möglichst geringen Druckverlusten durchführen zu können, ist der Temperiermantel der elektrischen Maschine bei einer vorteilhaften Ausfüh rungsform der Vorrichtung nach der Erfindung zu einem Leitungsbereich, in dem zwischen dem Fluid und dem Hydraulikfluid des Hydraulikkreislaufes der Getriebeeinrichtung Wärmeenergie austauschbar ist, parallel angeordnet.
Bei einer zusätzlichen Temperierung eines Retarders durch die Vorrichtung sind die Durchströmung der Vorrichtung nachteilig beeinflussende Druckverluste bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch gering, dass ein Leitungsbereich, in dem zwischen dem Retarder und dem Fluid Wärmeenergie austauschbar ist, parallel zu dem Temperiermantel und zu dem der Getriebeeinrichtung zugeordneten Leitungsbereich geschaltet ist.
Der Temperiermantel ist vorzugsweise stromauf des der Getriebeeinrichtung zugeordneten Leitungsbereiches und der dem Retarder zugeordnete Leitungsbereich ist wiederum stromab des der Getriebeeinrichtung zugeordneten Leitungsbereiches angeordnet. Eine Aufteilung des Fluidvolumenstromes zwischen dem Temperiermantel und den beiden Leitungsbereichen erfolgt in Abhängigkeit der Druckverluste im Temperiermantel und den Wärmetauscher mit Zu- und Ableitungen aufweisenden Leitungsbereichen.
Im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine ist während eines Schubbetriebes eines mit einem Retarder ausgeführten Fahrzeugantriebsstranges beispielsweise zumindest ein Teil des im Bereich des Retarders abzustützenden Abtriebsmomentes während eines Rekuperationsbetriebes in elektrische Energie umwandelbar. In Abhängigkeit der im Bereich der elektrischen Maschine anfallenden Wärmeenergie ist ein zur Temperierung der elektrischen Maschine und des Retarders benötigter Fluidvolumenstrom in der Vorrichtung vorzugsweise zu variieren.
Um der elektrischen Maschine, dem Retarder und der Getriebeeinrichtung den jeweils zur gewünschten Temperierung betriebszustandsabhängig erforderlichen Fluidvolumenstrom zuführen zu können, ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung zwischen dem Temperiermantel und dem der Getriebeeinrichtung zugeordneten Leitungsbereich mit einer Einrichtung zur Beeinflussung des der elektrischen Maschine zuführbaren Fluidvolumenstromes und/oder zwischen dem der Getriebeeinrichtung zugeordneten Leitungsbereich und dem dem Retarder zugeordneten Leitungsbereich mit einer Einrichtung zur Beeinflussung des für den Wärmeaustausch mit der Getriebeeinrichtung vorgesehenen Fluidvolumenstromes ausgebildet.
Es wird weiterhin ein Verfahren zum Betreiben der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, während dem die Antriebsmaschine und/oder die elektrische Maschine in Abhängigkeit der Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine und/oder eines Stators der elektrischen Maschine und/oder eines Fluidvolumenstromes betrieben werden.
Das heißt, dass mittels des Verfahrens nach der Erfindung eine Fahrstrategie, über die vorzugsweise ein Betrieb der Antriebsmaschine und der elektrischen Maschine im jeweiligen Fahrzustand koordinierbar ist, und somit der Betrieb der Antriebsmaschine und der elektrischen Maschine an den aktuellen Betriebszustand der Vorrichtung auf einfache und kostengünstige Art und Weise angepasst werden. Zur Anpassung der Fahrstrategie wird vorzugsweise eine Temperatur eines Stators der elektrischen Maschine und eine Fluidtemperatur in dem Temperiermantel bzw. eine Temperatur nahe dem Temperiermantel der elektrischen Maschine herangezogen.
Bei einer vorteilhaften Variante des Verfahrens nach der Erfindung wird eine Leistung der elektrischen Maschine bei Überschreiten eines Schwellwertes der Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine und/oder eines Stators der elektrischen Maschine und/oder bei Unterschreiten eines Grenzwertes des Fluidvolumenstromes reduziert. Damit werden Hot-Spot-Bereiche mit einer unerwünschten hohen und eine Temperierung nachteilig beeinflussenden Temperatur des Fluid vermieden und eine ausreichende Kühlung der elektrischen Maschine sichergestellt.
Ebenso kann es vorgesehen sein, dass die Betriebsweise der Antriebsmaschine bei Überschreiten des Schwellwertes der Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine und/oder eines Stators der elektrischen Maschine im Vergleich zu einem über die Fahrstrategie vorgegebenen „Normalbetrieb” verändert wird. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Antriebsmaschine in einem zugeschalteten Betriebszustand zu belassen oder von einem abgeschalteten in einen zugeschalteten Betriebszustand zu überführen, um eine Leistung der elektrischen Maschine reduzieren zu können und/oder die das Fluid im Fluidkreislauf der Vorrichtung umwalzende Fluidpumpe im erforderlichen Umfang über die Antriebsmaschine antreiben zu können.
Das bedeutet, dass die Antriebsmaschine beispielsweise oberhalb einer vordefinierten Temperaturschwelle des Fluids oder unterhalb eines Schwellwertes des Fluidvolumenstromes in der Vorrichtung bei einer entsprechenden Anforderung der Motor-Start Stopp-Funktion zum Abschalten der Antriebsmaschine nicht abgeschaltet wird oder dass eine gewisse Nachlaufzeit der Antriebsmaschine zur weiteren Förderung von Fluid vorgesehen wird, bevor diese anforderungsgemäß abgeschaltet wird.
Zur Bestimmung der Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine und/oder eines Stators der elektrischen Maschine und/oder des Fluidvolumenstroms sind unterschiedliche Vorgehensweisen möglich. Die Temperatur des Fluids oder des Stators bzw. der Fluidvolumenstrom in der Vorrichtung bzw. im Bereich der elektrischen Maschine sind beispielsweise über eine geeignete Sensorik messtechnisch bestimmbar. Abweichend oder in Kombination hierzu ist die Temperatur bzw. der Fluidvolumenstrom mittels eines den Fahrzeugantriebsstrang abbildenden Modells theoretisch und vorzugsweise ohne Sensorik ermittelbar.
Darüber hinaus kann es auch vorgesehen sein, dass die Schwellwerte der Temperatur und/oder des Fluidvolumenstromes in Abhängigkeit einer Betriebsdauer des Fahrzeugantriebsstranges bzw. von dessen Komponenten und/oder eines Fahrverhaltens eines Fahrers über entsprechende Adaptionsroutinen adaptiert werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
1 eine dreidimensionale Darstellung einer Getriebeeinrichtung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer elektrischen Maschine, wobei ein Temperiermantel der elektrischen Maschine über einen Fluidzulauf und einen Fluidablauf an einen Fluidkreislauf einer eine Antriebsmaschine des Fahrzeugantriebsstranges temperierenden Vorrichtung angebunden ist;
2 eine Seitenansicht der Getriebeeinrichtung gemäß 1; und
3 eine stark schematisierte Teildarstellung des Fluidkreislaufes bzw.
der Vorrichtung zum Temperieren der Antriebsmaschine, der elektrischen Maschine, der Getriebeeinrichtung und eines Retarders.
In 1 ist eine dreidimensionale Ansicht einer Getriebeeinrichtung 1 eines als Hybridantrieb ausgeführten Fahrzeugantriebsstranges 2 eines Fahr zeugs gezeigt, wobei der Fahrzeugantriebsstrang 2 in an sich bekannter Art und Weise mit einer Antriebsmaschine bzw. einer Verbrennungsmaschine und einer in das Getriebegehäuse der Getriebeeinrichtung 1 integrierten elektrischen Maschine 3 ausgebildet ist, welche in der in 1 dargestellten Ansicht in axialer Erstreckung der Getriebeeinrichtung 1 hinter einem Torsionsdämpfer angeordnet ist. Die Getriebeeinrichtung 1 umfasst ein Schaltgetriebe und wird in Kombination mit einem Retarder 5 im Nutzkraftfahrzeugbereich, beispielsweise in Busfahrzeugen und dergleichen, eingesetzt. Grundsätzlich kann die Getriebevorrichtung jedes aus der Praxis bekannte Handschaltgetriebe, automatisierte Handschaltgetriebe oder Automatgetriebe sein, welches mit hydraulisch ansteuerbaren Schaltelementen, wie reibschlüssigen Schaltkupplungen oder Lamellenbremsen, ausgebildet und mit einer elektrischen Maschine kombinierbar ist.
Für eine Verbrauchsoptimierung und eine Reduzierung von Schadstoffemissionen des Fahrzeuges ist eine so genannte Motor-Start-Stopp-Funktion vorgesehen, mittels welcher die Verbrennungsmaschine in vordefinierten Betriebszuständen des Fahrzeuges abgeschaltet wird und bei Vorliegen eines oder mehrerer vordefinierter Startkriterien wieder gestartet wird.
So wird das Antriebsaggregat beispielsweise bei aktiviertem Bremslicht und im Fahrzeugstillstand und/oder bei fahrerseitig betätigtem Kupplungspedal selbst während sehr kurzer Stillstandsphasen des Fahrzeuges bei Vorliegen einer Wählhebelposition ”D” für Vorwärtsfahrt abgeschaltet und bei Vorliegen verschiedener Startkriterien, wie beispielsweise bei Unterschreiten einer Bremsdruckschwelle, bei einem Lösen der Fahrzeugbremse, bei deaktiviertem Bremslicht, bei einer fahrerseitigen Wählhebelbetätigung in eine Position, in der ein Start des Antriebsaggregates angefordert wird, bei einer Betätigung des Gaspedals größer oder kleiner als ein Schwellwert, bei einer steuersystemseitigen Ankündigung eines Startvorganges des Antriebsaggregates, bei Vorliegen einer Abtriebsdrehzahl größer oder kleiner als ein Schwellwert, bei Vorliegen einer vordefinierten Ladebilanz eines elektrischen Speichers des Fahrzeuges oder in Abhängigkeit von Komfortkriterien, wie eine Anforderung zur Klimatisierung der Fahrgastzelle, wieder gestartet.
Ein Kraftschluss zwischen den Schaltelementen der Getriebeeinrichtung 1 ist durch eine Beaufschlagung der Schaltelemente mit Betätigungsdruck herstellbar, wobei die Getriebeeinrichtung hierfür in bekannter Art und Weise einen Hydraulikfluid führenden Hydraulikkreislauf aufweist. Über den Hydraulikkreislauf wird auch eine Temperierung und Schmierung der Getriebeeinrichtung 1 sichergestellt. Im Betrieb der verschleißfreien Bremse bzw. des Retarders 5 entstehende Wärmeenergie wird über das im Retarder 5 angeordnete Hydraulikfluid im Bereich eines in 3 näher gezeigten Wärmetauschers 8 betriebszustandsabhängig abgeführt, wobei 3 den kühlwasserseitigen Bereich einer Vorrichtung 4 zeigt, die unter anderem zur Temperierung der Verbrennungsmaschine vorgesehen ist.
Die Verbrennungsmaschine wird hierfür mit einem in einem ausschnittsweise in 3 dargestellten Fluidkreislauf 6 der Vorrichtung 4 zirkulierenden Fluid, dass vorzugsweise Wasser ist, beaufschlagt. Die Vorrichtung 4 ist mit einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Fluidpumpe ausgebildet, die von der Antriebsmaschine angetrieben wird. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung 4 in bekannter Art und Weise einen Radiator mit zugeordnetem Lüfter, in dessen Bereich das Fluid Wärmeenergie mit der Umgebung austauscht.
In Abhängigkeit des Fördervolumens der Fluidpumpe und der Fluidtemperatur ist eine definierte Wärmeübertragung zwischen dem Fluid der Vorrichtung 4 und der Verbrennungsmaschine einstellbar, um eine Temperatur der Verbrennungsmaschine über das Fluid zu regulieren. In Abhängigkeit des aktuellen Betriebszustandes wirkt das Fluid als Kühl- oder als Wärmemittel, um im Betrieb der Verbrennungsmaschine entstehende Wärmeenergie über das Fluid abzuführen oder eine Betriebstemperatur der Verbrennungsmaschine insbe sondere kurz nach einer Inbetriebnahme des Fahrzeuges bzw. nach einem Kaltstart durch das Fluid in gewünschtem Umfang auf eine vordefinierte Betriebstemperatur anzuheben.
Neben der Verbrennungsmaschine wird das Fluid des Fluidkreislaufes 6 auch durch einen der Getriebeeinrichtung 1 zugeordneten Wärmetauscher 7 und den Wärmetauscher 8 des Retarders 5 geführt, um in diesen Bereichen jeweils Wärmeenergie mit dem Hydraulikfluid des Hydraulikkreislaufes der Getriebeeinrichtung 1 und dem Hydraulikfluid des Retarders 5 auszutauschen und sowohl die Betriebstemperatur der Getriebeeinrichtung 1 als auch des Retarders 5 beeinflussen können.
Zur Temperierung der elektrischen Maschine 3 ist das Fluid des Fluidkreislaufes 6 zusätzlichen durch einen die elektrische Maschine 3 radial umgebenden, ringförmigen Temperiermantel 9 führbar. Das Fluid wird über einen Fluidzulauf 10 in den Temperiermantel 9 eingeleitet und über einen gegenüber dem Fluidzulauf 10 in Umfangsrichtung des Temperiermantels 9 um etwa 180 Grad versetzt angeordneten Fluidablauf 11 wieder aus dem Temperiermantel 9 ausgeleitet. Der Fluidzulauf 10 ist in montiertem Zustand der Getriebeeinrichtung 1 im Fahrzeug in Bezug auf eine Fahrzeughochachse über dem Fluidablauf 11 angeordnet, so dass das durch den Temperiermantel 9 der elektrischen Maschine 3 geführte Fluid im Wesentlichen in Wirkrichtung der Schwerkraft in Richtung des Fluidablaufs 11 strömt.
Durch die um 180 Grad versetzte Anordnung des Fluidzulaufs 10 zu dem Fluidablauf 11 wird die elektrische Maschine 3 auf jeder Seite 12, 13 von jeweils wenigstens annähernd der Hälfte des in den hohlzylindrisch bzw. ringraumförmig und mit wenigstens annähernd konstantem Strömungsquerschnitt ausgeführten Temperiermantel 9 eingeleiteten Fluidvolumenstroms umspült. Die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids ist somit im gesamten Temperiermantel 9 nahezu gleich groß. Damit werden innerhalb des Temperiermantels 9 Bereiche mit einer im Vergleich zu einer durchschnittlichen Fluidströmungsgeschwindigkeit erheblich geringeren Strömungsgeschwindigkeit auf einfache Art und Weise vermieden. Die Wärmeübergangszahlen für den Wärmeaustausch zwischen dem Fluid und der zu temperierenden elektrischen Maschine 3 sind somit vorteilhafterweise im gesamten Temperiermantel 9 nahezu konstant.
Der Wärmetauscher 8 des Retarders 5 ist in einem Leitungsbereich 14, der Wärmetauscher 7 der Getriebeeinrichtung 1 ist in einem Leitungsbereich 15 und der Temperiermantel 9 der elektrischen Maschine 3 ist einem Leitungsbereich 22 des Fluidkreislaufes 6 angeordnet, die parallel zueinander geschaltet sind. Der Leitungsbereich 22 ist in Bezug auf die Fluidpumpe stromauf des den Wärmetauscher 7 der Getriebeeinrichtung 1 versorgenden Leitungsbereiches 15 und des den Wärmetauscher 8 des Retarders 5 mit Fluid versorgenden Leitungsbereich 14 angeordnet, womit geringe Druckverluste im Fluidkreislauf 6 der Vorrichtung 4 erzeugt werden.
Der Fluidzulauf 10 und der Fluidablauf 11 des Temperiermantels 9 der elektrischen Maschine 3 sind in der 1 strichliert angedeuteten Art und Weise im Bereich von Fluid in das Getriebegehäuse der Getriebeeinrichtung 1 einleitenden Stutzen 20, 21 an den Fluidkreislauf 6 gebunden. Dabei ist der Fluidzulauf 10 des Temperiermantels 9 über den ersten Stutzen 20 mit einer der Druckseite der Fluidpumpe zugeordneten Leitung 18 des Fluidkreislaufes 6 verbunden. Der Fluidablauf 11 des Temperiermantels 9 ist über den zweiten Stutzen 21 mit der Saugseite der Fluidpumpe zugeordneten Leitung 19 des Fluidkreislaufes 6 verbunden.
Um die der elektrischen Maschine 3, dem Wärmetauscher 7 der Getriebeeinrichtung 1 und dem Wärmetauscher 8 des Retarders 5 zugeordneten Fluidvolumenströme des Fluidkreislaufes 6 aufeinander abstimmen zu können, sind vorliegend zwei als Blenden ausgebildete Einrichtungen 16, 17 zur Beeinflussung des Fluidvolumenstroms in dem Fluidkreislauf 6 vorgesehen. Mittels der ersten Blende 16, welche stromab des Leitungsbereiches 22 und stromauf des Leitungsbereiches 15 angeordnet ist, stellt sich ein in den Temperiermantel 9 einleitbarer Fluidvolumenstrom ein. Ein für den Wärmetauscher 7 der Getriebeeinrichtung 1 vorgesehener Fluidvolumenstrom wird durch eine zweite Blende 17 beeinflusst, welche stromab des Leitungsbereiches 15 und stromauf des Leitungsbereiches 14 vorgesehen ist.
Um den für die elektrische Maschine 3 und den für den Wärmetauscher 7 der Getriebeeinrichtung 1 vorgesehenen Fluidvolumenstrom beispielsweise in Abhängigkeit einer aktuellen Leistung der elektrischen Maschine 3 aktiv und betriebszustandsabhängig variieren zu können, sind die Blenden 16 und 17 bzw. die Einrichtungen zum Beeinflussen des Fluidvolumenstroms ansteuerbar und/oder regelbar ausbildbar.
Die spezifischen Gegebenheiten eines hybridisierten Automatgetriebes werden mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 durch die im Fluidkreislauf 6 angeordneten Blenden 16 und 17 berücksichtigt. Im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 3 wird zumindest ein Teil der im Bereich des Retarders 5 anfallenden Verlustleistung durch eine Nutzbremsung substituiert. In Abhängigkeit eines Verhältnisses zwischen der Leistung der elektrischen Maschine 3 und der maximalen Leistung des Retarders 5 ist der Bedarf an Fluid zur Temperierung des Retarders 5 reduzierbar. Es ist daher vorteilhaft, den Fluidbedarf zur Temperierung der elektrischen Maschine 3 zumindest teilweise mit dem bei aus der Praxis bekannten Fahrzeugantriebssträngen zur Temperierung des Retarders vorgesehenen Fluidvolumenstromes zu decken. Dies wird über die beiden Blenden 16 und 17 realisiert.
Aufgrund der relativ langen Zuleitungswege wird der Fluidvolumenstrom über die Blende 16 gesteuert. Damit steht zur Temperierung der Getriebeeinrichtung 2 und des Retarders 5 lediglich ein reduzierter Fluidvolumenstrom zur Verfügung. Da der Retarder 5 im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 3 im Vergleich zu Fahrzeugantriebssträngen ohne elektrische Maschine in verringertem Umfang und das Schaltgetriebe in gleichem Umfang oder sogar in höherem Umfang mit Fluid beaufschlagt werden soll, ist die zweite Blende 17 zwischen dem Retarder 5 und der Getriebeeinrichtung 2 angeordnet. Über die Blende 17 wird mindestens der bei herkömmlichen Fahrzeugantriebssträngen über den Schaltgetriebewärmetauscher 7 geführte konventionelle Fluidvolumenstrom eingestellt. Die Blenden 16 und 17 sind in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles sowohl zulaufseitig als auch ablaufseitig der elektrischen Maschine 3, der Getriebeeinrichtung 2 und des Retarders 5 anordenbar.
Um im Fluidkreislauf 6 zumindest im Bereich der elektrischen Maschine 3 unerwünscht hohe Fluidtemperaturen zu vermeiden, werden die Verbrennungsmaschine und die elektrische Maschine 3 vorliegend in Abhängigkeit einer Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine 3, einer Temperatur eines Stators der elektrischen Maschine 3 und eines Fluidvolumenstromes im Bereich der elektrischen Maschine 3 betrieben. In Abhängigkeit dieser Betriebsparameter wird eine die Betriebsweise der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Maschine 3 betriebszustandsabhängig beeinflussende Fahrstrategie, die beispielsweise das Zusammenwirken der Antriebsmaschine und der elektrischen Maschine 3 im jeweiligen Fahrzustand bestimmt, an den jeweiligen Betriebszustand der Vorrichtung 4 angepasst.
Wenn ein Schwellwert der Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine oder des Stators der elektrischen Maschine 3 überschritten wird oder ein Grenzwert des Fluidvolumenstromes unterschritten wird, wird eine Leistung der elektrischen Maschine 3 reduziert und weniger Verlustleistung bzw. Wärmeenergie erzeugt. Damit wird ein zumindest bereichsweiser Anstieg der Fluidtemperatur im Bereich der elektrischen Maschine mit Hot-Spot-Bereichen auf einfache Art und Weise vermieden und ein den Wärmeübergang zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem Fluid beeinträchtigendes Sie den des Fluids verhindert. Somit wird eine ausreichende Kühlung der elektrischen Maschine 3 und des Stators der elektrischen Maschine 3 sichergestellt.
Zusätzlich wird die Verbrennungsmaschine bei einem Überschreiten des Temperaturschwellwerts oder einem Unterschreiten des Grenzwerts des Fluidvolumenstroms derart angesteuert, dass die Verbrennungsmaschine bei einer Anforderung von der Motor-Start-Stopp-Funktion zum Abschalten der Verbrennungsmaschine nicht oder nicht sofort abgeschaltet und zumindest über eine vordefinierte Nachlaufzeit über den angeforderten Abschaltzeitpunkt hinaus weiter betrieben wird. Dadurch fördert die von der Verbrennungsmaschine angetriebene Fluidpumpe ausreichend Fluid durch den Temperiermantel 9 der elektrischen Maschine 3 und eine unerwünscht hohe Fluidtemperatur wird vermieden.
Die Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine 3 und/oder eines Stators der elektrischen Maschine 3 und/oder der Fluidvolumenstrom sind in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles messtechnisch und/oder über ein den Fahrzeugantriebsstrang abbildendes Modell theoretisch und somit gegebenenfalls unabhängig von einer Sensorik bestimmbar. Dabei ist es denkbar, dass die Schwellwerte der Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine 3 und/oder des Stators der elektrischen Maschine 3 und/oder des Fluidvolumenstromes über entsprechende Adaptionsroutinen mit zunehmender Betriebsdauer adaptiert werden, um eventuellen Verschleiß und dergleichen berücksichtigen zu können.

1: Getriebeeinrichtung
2: Fahrzeugantriebsstrang
3: elektrische Maschine
4: Vorrichtung zum Temperieren einer Verbrennungsmaschine
5: Retarder
6: Fluidkreislauf
7: Wärmetauscher der Getriebeeinrichtung
8: Wärmetauscher des Retarders
9: Temperiermantel
10: Fluidzulauf
11: Fluidablauf
12: Bereich des Temperiermantels
13: Bereich des Temperiermantels
14: Leitungsbereich des Retarders
15: Leitungsbereich der Getriebeeinrichtung
16: erste Blende, Einrichtung zur Beeinflussung des Fluidvolumenstromes
17: zweite Blende, Einrichtung zur Beeinflussung des Fluidvolumenstromes
18: Leitung
19: Leitung
20: erster Stutzen
21: zweiter Stutzen
22: Leitungsbereich der elektrischen Maschine
23: Torsionsdämpfer

Claims

Vorrichtung (4) zum Temperieren einer Antriebsmaschine eines eine Getriebeeinrichtung (1) und eine elektrische Maschine (3) umfassenden Fahrzeugantriebsstranges (2) mit Fluid, wobei die Getriebeeinrichtung (1) zumindest zur Temperierung mit einem Hydraulikkreislauf ausgeführt ist und zwischen in dem Hydraulikkreislauf führbaren Hydraulikfluid und dem Fluid Wärmeenergie austauschbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der elektrischen Maschine (3) und dem Fluid ebenfalls Wärmeenergie austauschbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugantriebsstrang (2) mit einem Retarder (5) ausgebildet ist, wobei zwischen dem Retarder (5) und dem Fluid Wärmeenergie austauschbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid zum Temperieren der elektrischen Maschine (3) in einem die elektrische Maschine (3) radial umgebenden Temperiermantel (9) um die elektrische Maschine (3) führbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid über einen Fluidzulauf (10) in den Temperiermantel (9) einleitbar und über einen in Umfangsrichtung gegenüber dem Fluidzulauf (10) versetzt angeordnet Fluidablauf (11) aus dem Temperiermantel (9) ausführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidablauf (11) in Umfangsrichtung um wenigstens annähernd 180 Grad gegenüber dem Fluidzulauf (10) versetzt angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperiermantel (9) der elektrischen Maschine (3) parallel zu einem Leitungsbereich (15), in dem zwischen dem Fluid und dem Hydraulikfluid des Hydraulikkreislaufes der Getriebeeinrichtung (1) Wärmeenergie austauschbar ist, geschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitungsbereich (14), in dem zwischen dem Retarder (5) und dem Fluid Wärmeenergie austauschbar ist, parallel zum Temperiermantel (9) und zu dem der Getriebeeinrichtung (1) zugeordneten Leitungsbereich (15) geschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperiermantel (9) stromauf des der Getriebeeinrichtung (1) zugeordneten Leitungsbereiches (15) und der dem Retarder (5) zugeordnete Leitungsbereich (14) stromab des der Getriebeeinrichtung (1) zugeordneten Leitungsbereiches (15) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Temperiermantel (9) und dem der Getriebeeinrichtung (1) zugeordneten Leitungsbereich (15) eine Einrichtung (16) zur Beeinflussung des der elektrischen Maschine (3) zuführbaren Fluidvolumenstromes und/oder zwischen dem der Getriebeeinrichtung (1) zugeordneten Leitungsbereich (15) und dem dem Retarder (5) zugeordneten Leitungsbereich (14) eine Einrichtung (17) zur Beeinflussung des für den Wärmeaustausch mit der Getriebeeinrichtung (1) vorgesehenen Fluidvolumenstromes angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß einem der vorstehend genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmaschine und/oder die elektrische Maschine (3) in Abhängigkeit der Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine (3) und/oder eines Stators der elektrischen Maschine (3) und/oder eines Fluidvolumenstromes betrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistung der elektrischen Maschine (3) bei Überschreiten eines Schwellwertes der Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine (3) und/oder eines Stators der elektrischen Maschine (3) und/oder bei Unterschreiten eines Grenzwertes des Fluidvolumenstromes reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmaschine bei Überschreiten des Schwellwertes der Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine (3) und/oder eines Stators der elektrischen Maschine (3) in einem zugeschalteten Betriebszustand belassen oder in einen zugeschalteten Betriebszustand überführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine (3) und/oder eines Stators der elektrischen Maschine (3) und/oder der Fluidvolumenstrom messtechnisch bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Fluids im Bereich der elektrischen Maschine (3) und/oder eines Stators der elektrischen Maschine (3) und/oder der Fluidvolumenstrom mittels eines den Fahrzeugantriebsstrang (2) abbildenden Modells theoretisch bestimmt wird.