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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Wärmemanagementsystem, ein solch ein Wärmemanagementsystem enthaltendes Fahrzeug und damit verwandte Verfahren. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein Wärmemanagementsystem, welches die Strömung des Motorkühlmittels während des Abstellens eines Motors steuert, um die Heizleistung während der Motorabstellung zu verbessern, wenn der Fahrgastraum unter Verwendung eines Motorkühlmittels beheizt wird, ein elektrisches Hybridfahrzeug mit solch einem System und damit verwandte Verfahren.
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Hintergrund der Erfindung
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Da Verbrennungsmotoren durch fossile Brennstoffe, wie beispielsweise Benzin oder Diesel angetrieben werden, weisen sie viele Defizite auf, wie beispielsweise Umweltverschmutzung aufgrund des Abgases, Erderwärmung augrund von Kohlendioxid, Atemwegsbeschwerden aufgrund des erhöhten Ozons, etc. Da die auf der Erde übrige Menge an fossilen Brennstoffen begrenzt ist, werden dieselben zudem eines Tages aufgebraucht sein.
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Folglich wurden verschiedene Arten an Elektrofahrzeugen entwickelt, welche ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug (EV), welches durch Betätigen eines Antriebsmotors angetrieben wird, ein elektrisches Hybridfahrzeug (HEV), welches durch einen Motor und einen Antriebsmotor angetrieben wird, und ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug (FCEV), welches durch Betätigen eines Antriebsmotors angetrieben wird, welcher durch eine Brennstoffzelle erzeugte Leistung verwendet, enthalten, aber nicht darauf beschränkt sind.
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Diese Elektrofahrzeuge sind umweltfreundliche Fahrzeuge mit niedrigem Schadstoffausstoß oder ohne Schadstoffausstoß, welche das Umweltproblem und das Problem der Erschöpfung der natürlichen Ressourcen minimieren oder vollständig lösen können. Das Elektrofahrzeug ist mit einem Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs, einer Batterie (beispielsweise eine Hochspannungsbatterie) als Energiespeichervorrichtung zum Versorgen des Elektromotors mit einer elektrischen Leistung und einem Inverter zum Drehen des Elektromotors ausgestattet. Der Inverter kehrt die Phase der von der Energiespeichervorrichtung (oder Brennstoffzelle) zugeführten elektrischen Leistung basierend auf einem von einer Steuerung zugeführten Steuersignal zum Betätigen des Elektromotors um.
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Solch ein Elektrofahrzeug ist mit Wandlern zur Leistungsumwandlung ausgestattet, wie beispielsweise einem Niederspannungs-Gleichstromswandler (LDC) zur Leistungsumwandlung zwischen einer Hochspannungsbatterie (z. B. eine Hauptbatterie) und einer Niederspannungsbatterie (z. B. eine Zusatzbatterie) und einem Hochspannungs-Gleichstromswandler (HDC) zum Umwandeln der elektrischen Leistung der Hochspannungsbatterie und Versorgen von Hochspannungs-Antriebsschaltungen mit der umgewandelten Leistung.
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Solch ein Elektrofahrzeug ist zudem mit einem Kühlsystem zum Entziehen von Wärme ausgestattet, welche von verschiedenen Bauteilen erzeugt wird, wie beispielsweise Hochspannungsbauteile, und kühlt dadurch solche Bauteile. Solch ein Elektrofahrzeug ist ebenso wie Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren mit einer Klimaanlage und einem Heizsystem ausgestattet, welche zum Verbessern der Annehmlichkeit des Fahrgastraumes vorgesehen sind und betätigt werden.
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Genauer sind die verschiedenen elektronischen Leistungsbauteile, wie beispielsweise Motoren (z. B. Antriebsmotor, Kühlerlüftermotor etc.), Gleichstromwandler, Inverter, Hochspannungsbatterien etc., für solch ein Elektrofahrzeug mit einem Wasserkühlsystem ausgestattet, welches ein Rohr enthält, durch welches ein Kühlmittel zugeführt und umgewälzt wird, um die vom entsprechenden Bauteil erzeugte Wärme zu absorbieren.
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Nun in Bezug auf 1 wird ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines typischen Wärmemanagementsystems für ein elektrisches Hybridfahrzeug gezeigt. Solch ein Wärmemanagementsystem enthält ein Motorkühlsystem, ein Heizsystem, welches das Motorkühlmittel verwendet, und ein Getriebeöl-Heizkühlsystem.
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Solch ein elektrisches Hybridfahrzeug enthält einen Verbrennungsmotor, d. h. einen Motor 10, als Antriebsquelle und ein Motorkühlsystem, welches den Motor 10 durch Zuführen und Zirkulieren eines Kühlmittels kühlt. Solch ein Hybridfahrzeug enthält auch ein Heizsystem, welches den Fahrgastraum unter Verwendung des Kühlmittels des Motors 10 beheizt, und ein Getriebeöl-Heizkühlsystem, welches das Öl eines Getriebegehäuses 61 mit einem Getriebe auch unter Verwendung des Kühlmittels des Motors 10 kühlt oder erhitzt.
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Solch ein Kühlsystem enthält. einen Heizungswärmetauscher 20, durch welchen das Kühlmittel strömt, wobei der Heizungswärmetauscher zum Entziehen oder Absorbieren der Wärmeenergie vom Kühlmittel vorgesehen und angeordnet ist. Die durch den Heizungswärmetauscher 20 entzogene oder absorbierte Wärme wird ausgetauscht oder zur Luft übertragen, welche dem Fahrgastraum zuzuführen ist. Üblicherweise ist ein Gebläse oder Ähnliches mit dem Heizungswärmetauscher 20 und dem Fahrgastraum derart fluidgekoppelt, dass die erhitzte Luft im Fahrgastraum umgewälzt wird. Auf diese Weise wird dem Fahrgastraum Wärme zugeführt.
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Solch ein elektrisches Hybridfahrzeug enthält zusätzlich zum Motor 10 als Antriebsquelle und Wärmequelle (z. B. Wassermantel des Motorblocks) und dem Heizungswärmetauscher 20 auch einen Kühler 30, einen Wärmetauscher 40, ein Getriebegehäuse 61 und einen Elektromotor 62 (z. B. einen Antriebsmotor). Der Kühler ist zum Abstrahlen der Wärme des Motors 10 durch den Wärmeaustausch zwischen dem durch den Motor 10 strömenden Kühlmittel und der Außenluft vorgesehen. Der Wärmetauscher 40 tauscht die Wärme zwischen dem Arbeitsöl des Getriebegehäuses 61 und dem Kühlmittel und ist vorgesehen, um das Getriebegehäuse 61 (wie beispielsweise ein Getriebe) zu erhitzen oder zu kühlen, welches mit einem Elektromotor 62 (z. B. Antriebsmotor) verbunden ist.
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Solch ein elektrisches Hybridfahrzeug enthält auch eine Kühlmittelleitung 51, welche zwischen dem Motor 10, dem Heizungswärmetauscher 20, dem Wärmetauscher 40 und dem Kühler 30 derart angeschlossen ist, dass das Kühlmittel durch dieselben zirkuliert wird. Außerdem sind eine Kühlmittelpumpe 50, welche das Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung 51 zirkuliert, ein Thermostat 52, welches die Kühlmittelströmung steuert, um selektiv durch den Kühler 30 zu strömen, und eine Ölleitung 41 enthalten, welche zwischen dem Wärmetauscher 40 und dem Getriebegehäuse 61 zur Ölzirkulation angeschlossen ist.
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In dieser Konfiguration des Wärmemanagementsystems absorbiert das Kühlmittel, wenn der Motor 10 betätigt wird (z. B. das Fahrzeug angetrieben wird), die Wärme des Motors 10, welche dann mit der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft im Heizungswärmetauscher 20 ausgetauscht wird, wodurch der Fahrgastraum beheizt wird.
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Wenn der Motor 10 abgestellt wird, absorbiert das Kühlmittel Wärme von dem Öl, welches das Getriebegehäuse 61 kühlt, im Wärmetauscher 40, welche dann mit der Luft im Heizungswärmetauscher 20 ausgetauscht wird, wodurch zum Beheizen des Fahrgastraums erforderte Wärme zugeführt wird.
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Wenn es notwendig ist, die Temperatur des Motors 10 schnell zu erhöhen, um Abgase zu verringern und die Kraftstoffeffizienz nach dem Abstellen des Motors 10 zu verbessern, ist es möglich, den Motor unter Verwendung der Wärme von dem Öl des Wärmetauschers 40 zu erhitzen, welche durch das Kühlmittel absorbiert wurde.
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Wenn der Motor abgestellt wird und der Fahrgastraum unter Verwendung der latenten Wärme des Motors 10 oder unter Verwendung der Wärme beheizt wird, welche vom Wärmetauscher 40 zum Kühlmittel übertragen wird, oder wenn die Temperatur des Motors 10 unterhalb des kritischen Punktes liegt, ist es bei dem oben beschriebenen System jedoch zwangsläufig notwendig, den Motor 10 zum Beheizen des Fahrgastraums zu starten.
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Zwar absorbiert das Kühlmittel Wärme vom Öl des Wärmetauschers 40 und der Fahrgastraum wird in einem Zustand beheizt, in welchem der Motor 10 abgeschaltet ist, aber das Kühlmittel strömt zu jeder Zeit durch den Motor. Dies lässt zu, dass dem Kühlmittel durch den kalten Motor 10 Wärme entzogen wird und folglich die Wärme zum Beheizen des Fahrgastraums nicht ausreichend ist.
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Die obigen Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen nur zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, welche nicht den Stand der Technik bilden, welcher jemanden mit gewöhnlichen technischen Fähigkeiten in diesem Land bereits bekannt ist.
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Folglich wird erwünscht, ein neues Wärmemanagementsystem, insbesondere für ein elektrisches Hybridfahrzeug, und damit verwandte Verfahren zu liefern. Insbesondere wird erwünscht, solch ein System und Verfahren zu liefern, welche im Vergleich zu Systemen des Stands der Technik die Heizleistung des Fahrgastraums verbessern, wenn derselbe unter Verwendung des Motorkühlmittels beheizt wird und der Motor abgestellt ist. Solche Wärmemanagementsysteme sind vorzugsweise nicht komplizierter als die des Stands der Technik und solche Verfahren erfordern keine erhöhte Fertigkeit der Bedienpersonen solcher Fahrzeuge.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Erfindung weist ein Wärmemanagementsystem, ein elektrisches Hybridfahrzeug, welches solch ein Wärmemanagementsystem enthält, Verfahren zum Managen bzw. Betreiben thermischer Systeme solch eines elektrischen Hybridfahrzeugs sowie damit verwandte Verfahren auf. Solch ein Wärmemanagementsystem und verwandte Verfahren verbessern vorteilhafter Weise ferner die Heizleistung während einer Motorabstellung, wenn der Fahrgastraum unter Verwendung eines Motorkühlmittels beheizt wird.
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Solch ein Wärmemanagementsystem enthält im Allgemeinen einen Heizungswärmetauscher, welcher Wärme zum Beheizen des Fahrgastraums durch einen Wärmetausch zwischen einem Kühlmittel und der Luft des Fahrgastraums zuführt, eine Kühlmittelleitung, welche einen Motor und einen Heizungswärmetauscher fluidkoppelt, damit das durch eine Kühlmittelpumpe umgewälzte Kühlmittel durch dieselben strömt. Ein Bypassventil befindet sich in der Kühlmittelleitung in der Nähe des Motors und wird gemäß dem An/Aus-Zustand des Motors selektiv und derart geöffnet und geschlossen, dass das Kühlmittel im ausgeschalteten Zustand des Motors nicht durch den Motor, sondern nur durch den Heizungswärmetauscher strömt. Solch ein System enthält einen Wärmetauscher, welcher mit einer anderen Wärmequelle derart fluidgekoppelt ist, dass das Kühlmittel durch den Wärmetauscher erhitzt und dem Heizungswärmetauscher im ausgeschalteten Zustand des Motors zugeführt wird.
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Nach einem Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein Wärmemanagementsystem für ein elektrisches Hybridfahrzeug mit einem Motor, welches einen Heizungswärmetauscher, einen Wärmetauscher, eine Kühlmittelleitung, eine Kühlmittelpumpe, eine Leitung für das Wärmetauschmittel, eine Bypassleitung und eine Steuerung enthält. Der Heizungswärmetauscher führt zum Beheizen des Fahrgastraums erforderte Wärme durch den Wärmetausch zwischen einem durch einen Motor strömenden Kühlmittel und dem Fahrgastraum zuzuführender Luft zu. Der Wärmetauscher ist derart angeordnet, dass der Wärmetausch zwischen. einem Wärmetauschmittel, welches durch ein Antriebsbauteil strömt, und dem Kühlmittel durchgeführt wird. Die Kühlmittelleitung lässt das Kühlmittel durch den Motor, den Heizungswärmetauscher und den Wärmetauscher strömen. Die Kühlmittelpumpe ist in der Kühlmittelleitung eingebaut. Die Wärmetauschmittelleitung lässt zu, dass das Wärmetauschmittel durch den Wärmetauscher und das Antriebsbauteil zirkuliert wird.
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Das Bypassventil ist in der Kühlmittelleitung in der Nähe des Motors eingebaut, um durch die Steuerung gemäß dem An/Aus-Zustand des Motors selektiv geöffnet und geschlossen zu werden. Genauer wird das Bypassventil derart durch die Steuerung gesteuert, dass das Kühlmittel nicht durch den Motor, sondern nur durch den Wärmetauscher strömt, wenn der Motor abgestellt ist, und das durch den Wärmetauscher erhitzte Kühlmittel dem Heizungswärmetauscher zum Beheizen des Fahrgastraums zugeführt wird. Da verhindert wird, dass das Kühlmittel durch den abgestellten Motor strömt, wird das Kühlmittel nicht durch den abgestellten Motor gekühlt.
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Nach noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein weiteres Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein elektrisches Hybridfahrzeug, gezeigt. Solch ein Wärmemanagementsystem enthält einen Heizungswärmetauscher, welcher Wärme zum Beheizen des Fahrgastraums durch einen Wärmetausch zwischen einem Kühlmittel, welches durch einen Motor strömt, und Luft, welche dem Fahrgastraum zuzuführen ist, zuführt, eine Kühlmittelleitung, welche mit dem Motor und dem Heizungswärmetauscher derart fluidgekoppelt ist, dass das Kühlmittel durch dieselben strömt, und eine Kühlmittelpumpe, welche sich in der Kühlmittelleitung zum Umwälzen des Kühlmittels befindet. Solch ein System enthält auch ein Bypassventil, welches sich in der Kühlmittelleitung in der Nähe des Motors befindet, und eine Steuerung, welche mit dem Bypassventil betriebsfähig verbunden ist. Die Steuerung ist zum selektiven Öffnen und Schließen des Bypassventils gemäß dem An/Aus-Zustand des Motors vorgesehen, wobei die Steuerung das Bypassventil derart steuert, dass das Kühlmittel nicht durch den Motor, sondern nur durch den Heizungswärmetauscher strömt, wenn der Motor abgestellt ist oder sich im ausgeschalteten Zustand befindet. Auf diese Weise wird folglich verhindert, dass das Kühlmittel durch den Motor gekühlt wird.
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In bestimmten Ausführungsformen enthält solch ein Wärmemanagementsystem zudem einen Wärmetauscher, welcher mit einer Wärmequelle des Fahrzeugs derart fluidgekoppelt ist, dass Wärme durch ein Wärmetauschmittel ausgetauscht wird, welches zwischen denselben strömt, und die Kühlmittelleitung ist derart mit dem Motor, dem Heizungswärmetauscher und dem Wärmetauscher fluidgekoppelt, dass das Kühlmittel durch dieselben strömt. In solch einer Anordnung wird das Bypassventil derart gesteuert, dass das Kühlmittel nicht durch den Motor strömt, wenn derselbe abgestellt ist oder sich im ausgeschalteten Zustand befindet, sondern stattdessen durch den Wärmetauscher strömt, damit das Kühlmittel durch den Wärmetauscher erhitzt und dem Heizungswärmetauscher zum Beheizen des Fahrgastraums zugeführt wird.
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In noch anderen Ausführungsformen ist der Wärmetauscher ein Automatikgetriebeölwärmer, in welchem ein Wärmetausch zwischen einem Automatikgetriebeöl als Wärmetauschmittel und dem Kühlmittel durchgeführt wird, oder eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, in welcher ein Wärmetausch zwischen dem vom Motor ausgestoßenen Abgas, dem Kühlmittel und dem Öl als Wärmetauschmittel durchgeführt wird.
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Nach anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Hybridfahrzeug gezeigt, welches einen Hubkolbenmotor, ein Antriebsbauteil, welches mit dem Motor selektiv betriebsfähig verbunden ist, und ein Wärmemanagementsystem enthält, welches zumindest das Beheizen eines Fahrgastraumes steuert, das hierin beschrieben wird.
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In bestimmten Ausführungsformen enthält solch ein elektrisches Hybridfahrzeug einen Elektromotor oder Motorgenerator, welcher mit dem Antriebsbauteil betriebsfähig verbunden ist.
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Nach noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wärmemanagementverfahren für ein Wärmemanagementsystem für ein Hybridfahrzeug gezeigt. Solch ein Wärmemanagementsystem enthält einen Heizungswärmetauscher zum Zuführen von Wärme, welche zum Beheizen des Fahrgastraums erfordert wird, durch den Wärmetausch zwischen einem Kühlmittel, welches durch einen Motor strömt, und Luft, welche dem Fahrgastraum zuzuführen ist, einen Wärmetauscher, in welchem ein Wärmetausch zwischen einem Wärmetauschmittel, welches durch ein Antriebsbauteil strömt, und dem Kühlmittel durchgeführt wird, eine Kühlmittelleitung zum Zulassen, dass das Kühlmittel durch den Motor, den Heizungswärmetauscher und den Wärmetauscher strömt, eine Kühlmittelpumpe, welche in der Kühlmittelleitung eingebaut ist, eine Wärmetauschmittelleitung zum Zulassen, dass das Wärmetauschmittel durch den Wärmetauscher und das Antriebsbauteil zirkuliert wird, und ein Bypassventil, welches in der Kühlmittelleitung am Motor eingebaut ist, um durch eine Steuerung derart geöffnet und geschlossen zu werden, dass das Kühlmittel selektiv durch den Motor strömt.
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Solch ein Wärmemanagementverfahren enthält den/die Schritt(e) zum Steuern des Bypassventils derart, dass das Kühlmittel nicht durch den Motor, sondern nur durch den Wärmetauscher strömt, wenn der Motor abgestellt ist. Auf diese Weise wird das Kühlmittel durch den Wärmetauscher erhitzt und dem Heizungswärmetauscher zugeführt, um den Fahrgastraum zu beheizen. Da verhindert wird, dass das Kühlmittel durch den abgestellten Motor strömt, wird dasselbe nicht durch den abgestellten Motor gekühlt.
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Nach noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein weiteres Wärmemanagementverfahren für ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein elektrisches Hybridfahrzeug, gezeigt. Solch ein Wärmemanagementverfahren enthält das Liefern eines Wärmemanagementsystems, welches einen Heizungswärmetauscher, welcher Wärme zum Beheizen des Fahrgastraums durch einen Wärmetausch zwischen einem durch einen Motor strömenden Kühlmittel und dem Fahrgastraum zuzuführender Luft zuführt, eine Kühlmittelleitung, welche mit dem Motor und dem Heizungswärmetauscher derart fluidgekoppelt ist, dass das Kühlmittel durch dieselben strömt, eine Kühlmittelpumpe, welche in der Kühlmittelleitung zum Umwälzen des Kühlmittels eingebaut ist, und ein Bypassventil enthält, welches in der Kühlmittelleitung in der Nähe des Motors eingebaut ist. Solch ein Verfahren enthält auch das Steuern des Bypassventils derart, dass das Kühlmittel nicht durch den Motor strömt, wenn sich derselbe im ausgeschalteten Zustand befindet, und derart, dass das Kühlmittel durch zumindest nur den Heizungswärmetauscher strömt und folglich verhindert wird, dass das Kühlmittel durch den Motor gekühlt wird.
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In weiteren bestimmten Ausführungsformen eines solchen Wärmemanagementverfahrens enthält das gelieferte Wärmemanagementsystem zudem einen Heizungswärmetauscher, welcher mit einer Wärmequelle des Fahrzeugs derart fluidgekoppelt ist, dass die Wärme durch ein Wärmetauschmittel ausgetauscht wird, welches zwischen denselben strömt, wobei die Kühlmittelleitung mit dem Motor, dem Heizungswärmetauscher und dem Wärmetauscher derart fluidgekoppelt ist, dass das Kühlmittel durch dieselben strömt. Bei solch einem Verfahren enthält das Steuern des Bypassventils auch das Steuern des Bypassventils derart, dass das Kühlmittel nicht durch den Motor strömt, wenn derselbe abgestellt ist, und derart, dass das Kühlmittel durch den Wärmetauscher und den Heizungswärmetauscher strömt, damit das Kühlmittel durch den Wärmetauscher erhitzt und dem Heizungswärmetauscher zum Beheizen des Fahrgastraums zugeführt wird.
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Andere Aspekte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unten erörtert.
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DEFINITIONEN
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Die vorliegende Erfindung ist in Bezug auf die folgenden Definitionen am deutlichsten verständlich:
Wie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, enthält der Singular „ein(e)” und „der/die/das” Referenzen im Plural, sofern der Kontext es nicht anders diktiert.
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Wie hierin verwendet, soll der Ausdruck „mit” bzw. „aufweisend” oder „enthaltend” bedeuten, dass die Anordnungen, Verfahren, Vorrichtungen, Geräte und Systeme die aufgezählten Elemente enthalten, aber andere Elemente nicht ausschließen. „Im Wesentlichen bestehend aus”, wenn zum Definieren von Anordnungen, Vorrichtungen, Geräten, Systemen und Verfahren verwendet, soll bedeuten andere Elemente von jeglicher Wichtigkeit für die Anordnung auszuschließen. Durch jeden dieser Übergangsausdrücke definierte Ausführungsformen liegen innerhalb des Bereiches dieser Erfindung.
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Unter USP soll US-Patent Nummer verstanden werden, d. h. ein durch das amerikanische Patent- und Markenamt erteiltes US-Patent.
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Es sollte klar sein, dass der Ausdruck „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-” oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, welcher hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen enthält, wie beispielsweise Personenkraftwagen, welche Geländefahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Geschäftswagen enthalten, Wasserfahrzeuge, welche eine Vielzahl an Booten und Schiffen enthalten, Luftfahrzeuge und Ähnliches, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, elektrische Plug-In-Hybridfahrzeuge, Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen enthält (z. B. Kraftstoffe, welche aus anderen Rohstoffen als Erdöl gewonnen werden). Wie hierin bezeichnet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, wie beispielsweise ein sowohl benzinbetriebenes als auch elektrisch betriebenes Fahrzeug.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die oben erwähnten und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun in Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben detailliert beschrieben werden, welche durch die beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind, welche nachstehend nur zur Veranschaulichung gegeben sind und folglich die vorliegende Erfindung nicht einschränken und in welchen:
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1 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines typischen Wärmemanagementsystems für ein elektrisches Hybridfahrzeug ist;
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die 2A und 2B schematische Darstellungen von Ausführungsformen eines Wärmemanagementsystems nach der vorliegenden Erfindung sind; und
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die 3 und 4 schematische Darstellungen sind, welche die Betätigung des Wärmemanagementsystems nach der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, wenn das Ventil geöffnet (3) und geschlossen (4) ist.
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Es sollte klar sein, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Merkmale aufzeigen, welche für die vorliegende Erfindung veranschaulichend sind. Wie jemandem mit technischen Fähigkeiten bekannt ist, werden die spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, die hierin offenbart sind und beispielsweise spezifische Maße, Orientierungen, Plätze und Formen enthalten, zum Teil durch die speziell vorgesehene Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt werden.
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In den Figuren beziehen sich die Bezugsnummern überall in den verschiedenen Figuren der Zeichnungen auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zur Veranschaulichung bestimmte Aspekte und/oder Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben. Wie jemand mit technischen Fähigkeiten erkennen wird, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weisen modifiziert werden, ohne dabei vom Wesen oder Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Zeichnungen und Beschreibung gelten als veranschaulichender Art und nicht einschränkend und ähnliche Bezugsnummern bezeichnen überall in der Beschreibung ähnliche Elemente.
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Nach Aspekten/Ausführungsformen ist ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein elektrisches Hybridfahrzeug, gezeigt. Solch ein Wärmemanagementsystem enthält einen Heizungswärmetauscher, welcher Wärme zum Beheizen des Fahrgastraums durch den Wärmetausch zwischen einem Kühlmittel, welches durch den Motor strömt, und Luft, welche dem Fahrgastraum zuzuführen ist, zuführt; eine Kühlmittelleitung, welche mit dem Motor und dem Heizungswärmetauscher derart fluidgekoppelt ist, dass das Kühlmittel durch dieselben strömt; und eine Kühlmittelpumpe, welche in der Kühlmittelleitung zum Umwälzen des Kühlmittels eingebaut ist. Solch ein System enthält auch ein Bypassventil, welches in der Kühlmittelleitung in der Nähe des Motors eingebaut ist, und eine Steuerung, welche mit dem Bypassventil betriebsfähig verbunden ist. Solch eine Steuerung ist zum selektiven Öffnen und Schließen des Bypassventils gemäß dem An/Aus-Zustand des Motors vorgesehen, wobei die Steuerung das Bypassventil derart steuert, dass das Kühlmittel nicht durch den Motor, sondern nur durch den Heizungswärmetauscher strömt, wenn sich der Motor im ausgeschalteten Zustand befindet.
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In weiteren Aspekten/Ausführungsformen enthält solch ein Wärmemanagementsystem zudem einen Wärmetauscher, welcher mit einer anderen Wärmequelle des Fahrzeugs derart verbunden ist, dass Wärme durch ein Wärmetauschmittel ausgetauscht wird, welches zwischen denselben strömt. Bei solch einer Konfiguration ist die Kühlmittelleitung mit dem Motor, dem Heizungswärmetauscher und dem Wärmetauscher derart fluidgekoppelt, dass das Kühlmittel durch dieselben strömt, und das Bypassventil wird derart gesteuert, dass das Kühlmittel nicht durch den Motor strömt, wenn derselbe abgestellt ist oder sich im ausgeschalteten Zustand befindet, sondern stattdessen durch den Wärmetauscher strömt, damit das Kühlmittel durch den Wärmetauscher erhitzt und dem Heizungswärmetauscher zum Beheizen des Fahrgastraums zugeführt wird.
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Nach anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung ist auch ein elektrisches Hybridfahrzeug gezeigt, welches einen Hubkolbenmotor oder Verbrennungsmotor; ein Antriebsbauteil, welches mit dem Motor selektiv betriebsfähig verbunden ist; und ein Wärmemanagementsystem aufweist, welches zumindest das Beheizen des Fahrgastraums steuert. Solch ein Wärmemanagementsystem ist, wie oben oder anderswo hierein beschrieben.
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Nun in Bezug auf die 2A und 2B werden zwei schematische Darstellungen eines Wärmemanagementsystems 100a, b für ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein elektrisches Hybridfahrzeug, nach der vorliegenden Ausführungsform gezeigt, wenn sich das Bypassventil 153 in dem Abschnitt der Kühlmittelleitung 151 in der Nähe des Motoreinlasses (2A) oder in dem Abschnitt der Kühlmittelleitung 151 in der Nähe des Motorauslasses (2B) befindet. In den 3 und 4 werden schematische Darstellungen mit überlagerten Strömungswegen gezeigt, um die Betätigung des Wärmemanagementsystems für ein elektrisches Hybridfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung gemäß der Ventilsteuerung zu veranschaulichen, wenn das Bypassventil 153 geöffnet ist (3), was einem eingeschalteten Zustand des Motors 110 entspricht, und wenn das Bypassventil geschlossen ist (4), was einem ausgeschalteten Zustand des Motors entspricht.
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Wie in den 2A und 2B gezeigt, enthält das Hybridfahrzeug oder elektrische Hybridfahrzeug einen Verbrennungsmotor oder Motor 110, welcher sowohl als Antriebsquelle als auch als Wärmequelle arbeitet. Solche ein Fahrzeug enthält auch ein Motorkühlsystem zum Kühlen des Motors 110 durch Zuführen und Zirkulieren eines Kühlmittels oder Motorkühlmittels und ein Heizsystem zum Beheizen des Fahrgastraums unter Verwendung des Kühlmittels des Motors 110. Solch ein Fahrzeug kann zudem ein Getriebeöl-Heizkühlsystem zum Kühlen oder Erhitzen des Öls eines Getriebegehäuses 161, welches ein Getriebe enthält, unter Verwendung des Kühlmittels des Motors 110 enthalten.
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Das Kühlsystem enthält einen Heizungswärmetauscher 120, durch welchen das Kühlmittel, welches die Wärme vom Motor 110 absorbiert, (z. B. Wassermantel eines Motorblocks), d. h. das Kühlmittel, welches den Motor 110 kühlt, strömt, um die Wärme mit der Luft auszutauschen, welche dem Fahrgastraum zuzuführen ist. Üblicherweise enthält das Fahrgastraumheizsystem einen oder mehrere Kanäle, welche mit dem Heizungswärmetauscher 120 und einem Gebläse oder einer anderen Vorrichtung zum Bewegen der Luft nach dem oder durch den Heizungswärmetauscher und von dort durch das Kanalwerk fluidgekoppelt sind, um dem Fahrgastraum die Wärme zuzuführen. D. h., solch ein Hybridfahrzeug verwendet den Motor 110 als Wärmequelle und den Heizungswärmetauscher 120 zum Zuführen der Wärme zum Fahrgastraum durch den Wärmetausch zwischen dem durch den Motor 110 strömenden Kühlmittel und der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft.
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Solch ein Hybridfahrzeug enthält ferner einen Kühler 130 und einen Wärmetauscher 140. Wie jemandem mit technischen Fähigkeiten bekannt ist, muss die unbrauchbare oder überschüssige Wärmeenergie, welche durch den Motor 110 erzeugt wird, zur sicheren, kontinuierlichen Betätigung des Motors abgegeben oder beseitigt werden. Folglich enthält solch ein Hybridfahrzeug einen Kühler 130, welcher mit dem Motor fluidgekoppelt ist, um die Wärme oder überschüssige Wärme des Motors 110 abzustrahlen. Mit anderen Worten strömt das durch den Motor 110 strömende Kühlmittel auch derart durch den Kühler 130, dass die überschüssige Wärmeenergie durch den Wärmetausch, welcher im Kühler zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft stattfindet, zur Außenluft oder Umgebung übertragen wird.
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Der Wärmetauscher 140 ist mit einer anderen Wärmequelle des Fahrzeugs und dem Kühlmittel derart fluidgekoppelt, dass die durch die andere Wärmequelle erzeugte Wärmeenergie abgegeben oder verwendet wird. In weiteren bestimmten Ausführungsformen ist die andere Wärmequelle mit dem Kühlsystem derart fluidgekoppelt, dass die erzeugte Wärmeenergie zum Kühlsystem übertragen wird.
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In weiteren bestimmten Aspekten/Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Wärmetauscher 140 mit dem Getriebegehäuse 161 verbunden. Als Folge des Wärmetausches im Wärmetauscher 140 zwischen dem Arbeitsöl des Getriebegehäuses 61 und dem Kühlmittel ist solch ein Wärmetausch zum Erhitzen oder Kühlen des Getriebegehäuses 61 (wie beispielsweise ein Getriebe) verwendbar. Wie hierin angegeben, ist solch ein Getriebegehäuse 161 oder Getriebe mit dem Antriebsmotor 162 verbunden. In weiteren Ausführungsformen ist solch ein Antriebsmotor ein Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs oder zum Anlegen einer zusätzlichen Leistung an das Fahrzeug oder ein Elektromotor/Generator, welcher das Fahrzeug antreiben oder zusätzliche Leistung an das Fahrzeug anlegen kann, wenn derselbe als Motor oder, wenn als Generator vorgesehen, zum Erzeugen einer elektrischen Leistung arbeitet.
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In weiteren Ausführungsformen enthält solch ein Hybridfahrzeug eine Kühlmittelleitung 151, welche zwischen dem Motor 110, dem Heizungswärmetauscher 120, dem Wärmetauscher 140 und dem Kühler 130 derart angeschlossen ist, dass das Kühlmittel durch dieselben zirkuliert wird, und eine Kühlmittelpumpe 150, welche das Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung 151 und die mit derselben verbundenen Funktionalitäten (functionalities) umwälzt. Im Kühlsystem ist auch ein Thermostat 152 enthalten, welches die Kühlmittelströmung steuert, damit diese selektiv durch den Kühler 130 strömt. Das Fahrzeug enthält auch eine Ölleitung 41 oder eine Wärmetauschmittelleitung, welche zwischen dem Wärmetauscher 140 und dem Getriebegehäuse 161 zur Zirkulation des Öls oder Wärmetauschmittels zwischen denselben angeschlossen ist.
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In weiteren bestimmten Ausführungsformen wird eine elektrische Wasserpumpe oder andere Pumpe, die jemandem mit technischen Fähigkeiten bekannt ist und andernfalls zur vorgesehenen Verwendung geeignet ist, als Kühlmittelpumpe 150 zum Umwälzen des Kühlmittels verwendet. Genauer ist die Kühlmittelpumpe 150 derart vorgesehen, dass sie das Kühlmittel selbst dann weiter umwälzt, nachdem der Motor 10 abgestellt wird oder sich im ausgeschalteten Zustand befindet.
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In alternativen Ausführungsformen ist anstelle eines Wärmetauschers 140, welcher jemandem mit technischen Fähigkeiten bekannt ist und zum Kühlem des Öls eines Antriebsbauteils, d. h. das Öl des Getriebegehäuses 161, geeignet ist, ein Automatikgetriebefluidwärmer (AT-Wärmer) zum Erhitzen des Öls des Getriebegehäuses 161 unter Verwendung des Kühlmittels als Wärmetauscher 40 verwendbar, bei welchem der Wärmetausch zwischen dem Öl und dem Kühlmittel durchgeführt wird.
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Üblicherweise wird der AT-Wärmer, welcher das Kühlmittel als Wärmetauschmittel verwendet, derart verwendet, dass das Kühlmittel und das Öl eines Automatikgetriebes durch den AT-Wärmer strömen, um die Temperatur des Öls unter Verwendung des Kühlmittels schnell zu erhöhen, wodurch die Leistungsübertragungseffizienz des Automatikgetriebes verbessert wird.
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Da der AT-Wärmer zum Kühlen des Öls des Automatikgetriebes unter Verwendung des Kühlmittels dient, wird der Wärmetauscher 140, wie beispielsweise der AT-Wärmer, in der vorliegenden Erfindung derart verwendet, dass das Kühlmittel durch den Wärmetausch zwischen dem Öl und dem Kühlmittel erhitzt wird und das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 140 strömt. Dieses erhitzte Kühlmittel wird der Heizspirale 120 zugeführt, wodurch dem Fahrgastraum Wärme zugeführt wird.
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D. h., das durch den Wärmetauscher 140 erhitzte Kühlmittel strömt durch den Heizungswärmetauscher 120, um die Luft durch den Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und der Luft zu erhitzen, und die erhitzte Luft wird dann dem Fahrgastraum zugeführt.
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In noch anderen Ausführungsformen ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, in welcher ein Wärmetausch zwischen dem vom Motor 10 ausgestoßenen Abgas, dem Kühlmittel und dem Öl durchgeführt wird, als Wärmetauscher 140 verwendbar. D. h., die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ist derart vorgesehen, dass die vom Abgas emittierte Abgaswärme im Kühlmittel und Öl rückgewonnen wird. Daher kann die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung derart effizient verwendet werden, dass das durch die Abgaswärme erhitzte Kühlmittel zum Beheizen des Fahrgastraums und das durch die Abgaswärme erhitzte Öl zum Erhitzten des Automatikgetriebes verwendet wird.
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Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung erhöht die Temperatur des Kühlmittels unter Verwendung des während dem Betrieb vom Motor 110 ausgestoßenen Abgases und das erhitzte Kühlmittel wird dem Heizungswärmetauscher 120 zum Durchführen eines Wärmetausches zwischen demselben und Luft zugeführt, wodurch der Fahrgastraum beheizt wird.
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Wenn der Motor 110 abgestellt wird, wird das Kühlmittel durch das Öl auf eine später beschriebene Weise erhitzt und das erhitzte Kühlmittel dem Heizungswärmetauscher 120 zum Durchführen eines Wärmetausches zwischen demselben und Luft zugeführt, wodurch der Fahrgastraum beheizt wird.
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Das Wärmemanagementsystem 100a der vorliegenden Erfindung ist derart konfigurierbar, dass das Kühlmittel zum Kühlen des Motors 110 und das Wärmetauschmittel zum Kühlen des Antriebsbauteils (z. B. Getriebegehäuse) durch einen einzigen Wärmetauscher 140 zum Wärmetausch strömen und das Wärmetauschmittel durch eine einzige Pumpe, d. h. die Kühlmittelpumpe 150, umgewälzt wird. D. h., das durch den Wärmetauscher 140 strömende Wärmetauschmittel (Kühlmittel und Öl) kann allein durch die Kühlmittelpumpe 150 zum Umwälzen des Kühlmittels umgewälzt werden.
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Da das Antriebsbauteil als Getriebegehäuse 161 definiert wurde, welches das Getriebe enthält, erfolgte in der vorangehenden Erörterung die Beschreibung in Bezug auf das Beispiel, in welchem das Wärmetauschmittel zum Kühlen des Antriebsbauteils Öl ist. Wenn das Antriebsbauteil jedoch durch ein Wasserkühlsystem gekühlt wird, kann das Mittel Wasser sein. Wenn das Antriebsbauteil andererseits durch ein Luftkühlsystem gekühlt wird, kann das Mittel Luft sein. Zudem kann in jedem Fall ein anderes typisches Wärmetauschmittel, welches Wärme vom Antriebsbauteil absorbiert, zum Kühlen des Antriebsbauteils verwendet werden.
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Die Kühlmittelleitung 151 ist zwischen dem Motor 110 und der Kühlmittelpumpe 150 derart verzweigt, dass eine der verzweigten Leitungen an einem Kühlmitteleinlass des Motors 110 und die Andere an einem Einlass des Wärmetauschers 140 angeschlossen ist. Zudem ist die Kühlmittelleitung 151 an einem Auslass des Wärmetauschers 140 angeschlossen, mit der Kühlmittelleitung 151 verbunden, welche an einem Kühlmittelauslass des Motors 110 angeschlossen ist, und dann an einem Einlass des Heizungswärmetauschers 120 angeschlossen. Daher strömt bei Betätigung der Kühlmittelpumpe 150 ein Anteil des Kühlmittels durch den Wärmetauscher 140 und wird dann dem Heizungswärmetauscher 120 zugeführt und der Rest des Kühlmittels durch den Motor 110 und wird dann dem Heizungswärmetauscher 120 zugeführt.
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Wie hierin angegeben, enthält das Wärmemanagementsystem der vorliegenden Erfindung ein Bypassventil 153, welches in einem Abschnitt der Kühlmittelleitung 151 am Kühlmitteleinlass des Motors 110 (2A) oder in einem Abschnitt der Kühlmittelleitung 151 am Auslass des Motors 110 (2B) eingebaut ist oder sich dort befindet. Das Bypassventil ist basierend auf dem An/Aus-Zustand des Motors betriebsfähig, um selektiv geöffnet oder geschlossen zu werden. Wenn das Bypassventil geschlossen ist, blockiert es die Kühlmittelströmung zum oder vom Motor derart, dass das Kühlmittel nur durch den Wärmetauscher 140 und nicht durch den Motor 110 strömt.
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In einer bestimmten Ausführungsform ist das Bypassventil 153 ein elektronisches Ventil, das jemandem mit technischen Fähigkeiten bekannt ist und welches in Erwiderung auf ein Steuersignal selektiv geöffnet und geschlossen wird. Das Bypassventil 153 kann jedes einer Anzahl an Ventilen sein, welche jemandem mit technischen Fähigkeiten bekannt sind, wie beispielsweise elektromechanische Ventile, Magnetventile, das andererseits für die vorgesehene Verwendung und Fahrzeugart geeignet ist. In bestimmten Ausführungsformen wird das Bypassventil 153 durch eine Steuerung 170 gesteuert, welche ein Signal ausgibt, welches die Öffnungs- und Schließbetätigung des Bypassventils 153 gemäß dem An/Aus-Zustand des Motors 110 steuert. Beispielsweise ist die Steuerung 170 ein Sensor, welcher den Betriebsstatus des Motors 110 überwacht. Alternativ ist die Steuerung 170 eine Motorsteuereinheit, welche die Motorbetätigung steuert und Signale ausgibt, welche für das Anlassen oder Abstellen des Motors repräsentativ sind.
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Die Betätigung des Wärmemanagementsystems und verwandte Verfahren der vorliegenden Erfindung können basierend auf der folgenden Erörterung in Bezug auf die Erörterung der 2A, B am besten verstanden werden. Wie in 3 gezeigt, verursacht die Steuerung 170 bei Antrieb oder Betätigung (d. h. im eingeschalteten Zustand) des Motors 10, dass sich das Bypassventil 153 öffnet, damit das Kühlmittel durch den Motor 110 zum Kühlen des Motors 110 und Absorbieren der Wärme oder überschüssigen Wärme, welche durch den Motor 110 erzeugt wird, zirkuliert wird. Überschüssige Wärme ist die Wärme, welche erzeugt wird, aber bei der Erzeugung von mechanischer Leistung durch den Motor nicht brauchbar ist. Das durch den Motor erhitzte Kühlmittel wird dann dem Heizungswärmetauscher 120 zugeführt (z. B. durch Tätigkeit der Kühlmittelpumpe 150 zum Heizungswärmetauscher zirkuliert).
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Der Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und der Luft wird im Heizungswärmetauscher 120 zum Erhitzen der Luft durchgeführt und die erhitzte Luft wird dem Fahrgastraum zugeführt, wodurch der Fahrgastraum beheizt wird. D. h., die Wärme des Motors 110 wird zum Beheizen des Fahrgastraums verwendet. Zu dieser Zeit wird ein Anteil des Kühlmittels auch dem Wärmetauscher 140 durch eine Kühlmittelleitung 151a zugeführt, welche für den Wärmetausch mit dem Öl verzweigt ist.
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Wenn der Motor 10 abgestellt wird oder sich im ausgeschalteten Zustand befindet, wie in 4 gezeigt, beispielsweise wenn das Fahrzeug nur durch den Antriebsmotor 162 angetrieben wird, wie z. B. in einem Elektrofahrzeugmodus (EV-Modus), verursacht die Steuerung, dass sich das Bypassventil 153 derart schließt, dass das Kühlmittel nicht durch den Motor 110 strömt, sondern derart durch den Motor umgeleitet wird, dass das Kühlmittel dabei nicht durch den abkühlenden Motor gekühlt wird.
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In diesem Fall wird das Kühlmittel durch den Wärmetausch mit dem Öl im Wärmetauscher 140 erhitzt und das erhitzte Kühlmittel dann dem Heizungswärmetauscher 120 zum Beheizen des Fahrgastraums zugeführt. Folglich strömt das Kühlmittel nicht durch den Motor 110, sondern wird dem Heizungswärmetauscher 120 durch den Wärmetauscher 140 zugeführt. Daher wird die Wärme des Kühlmittels selbst dann nicht zum Motor 110 übertragen, wenn der abgestellte Motor 110 abkühlt, wodurch die Heizleistung verbessert wird.
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D. h., das Kühlmittel wird umgeleitet, um nicht durch den Motor 110 zu strömen, so dass das Kühlmittel nicht durch den kalten oder abkühlenden Motor 110 gekühlt wird. Daher ist es möglich die Temperatur des Kühlmittels verglichen mit dem Fall zu erhöhen, in welchem das Kühlmittel zu jeder Zeit durch den Motor 110 strömt, selbst wenn derselben abgestellt ist, wie es beim herkömmlichen System zutrifft. Als Folge wird die vom Heizungswärmetauscher 120 zur Luft abgestrahlte Wärmemenge dadurch erhöht.
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Wenn die Temperatur des Motors 110 erhöht werden muss, wird das Bypassventil 153 derart geöffnet, dass das Kühlmittel durch den Motor 110 strömt. Zu dieser Zeit strömt das durch den Wärmetauscher 140 erhitzte Kühlmittel durch den Motor 110.
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Wie oben beschrieben wurde, wird nach dem Wärmemanagementsystem für das Hybridfahrzeug der vorliegenden Erfindung das Bypassventil derart betätigt, dass das Kühlmittel durch den Motor umgeleitet wird und nur durch den Wärmetauscher und Heizungswärmetauscher strömt, wenn der Motor abgestellt ist oder sich im ausgeschalteten Zustand befindet, z. B., wenn das Fahrzeug im EV-Modus angetrieben wird. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass die Temperatur des Kühlmittels, welches zum Beheizen des Fahrgastraums verwendet wird, durch den kalten Motor 110 verringert wird, wodurch die Heizleistung während der Motorabstellung verbessert wird.
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Die Erfindung wurde in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen derselben detailliert beschrieben, wobei diese Beschreibung nur zu veranschaulichenden Zwecken dient. Es wird jedoch von jemandem mit technischen Fähigkeiten eingesehen werden, dass Änderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Wesen oder Bereich der Erfindung abzuweichen, wobei der Bereich derselben in den beiliegenden Ansprüchen und den Äquivalenten derselben definiert ist.
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Aufnahme durch Verweis
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Alle Patente, veröffentlichten Patentanmeldungen und andere Verweise, welche hierin offenbart sind, sind hierdurch ausdrücklich durch Verweis in der Gesamtheit derselben enthalten.
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Äquivalente
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Jemand mit technischen Fähigkeiten wird unter Verwendung von nicht mehr als Routineversuchen viele Äquivalente der hierin beschriebenen bestimmten Ausführungsformen der Erfindung erkennen oder fähig sein, dieselben festzustellen. Solche Äquivalente sollen durch die folgenden Ansprüche enthalten sein.
