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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Hybridfahrzeug, das zumindest eine elektrische Antriebsmaschine und zumindest eine Verbrennungskraftmaschine aufweist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Regelung eines derartigen Kühlsystems.
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Aus der
EP0966627B1 ist eine getriebeintegrierte Elektromaschine für Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen sowie deren Steuerung bekannt. Diese Schrift offenbart ein Antriebsaggregat, bei dem eine Elektromaschine in einem Schaltgetriebe eines Fahrzeuges integriert angeordnet ist und wahlweise als Startermotor für die Brennkraftmaschine oder als Generator zur Versorgung eines Bordnetzes einsetzbar ist. Hinsichtlich der Kühlung dieser elektrischen Maschine wird angegeben, dass die Flüssigkeitskühlung der elektrischen Maschine durch einen Anschluss an den Wasserkühlkreislauf der Brennkraftmaschine sichergestellt wird. Alternativ ist eine Luftkühlung mittels eines extern angebrachten Kühlgebläses erwähnt.
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Aus der
WO2012/092402 A2 ist ein Kühlsystem für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs bekannt. Das Kühlsystem ist als ein einziger Umlaufkühlkreislauf ausgebildet, der zur Kühlung der Verbrennungskraftmaschine dient. Für die Umwälzung der Kühlflüssigkeit sorgen eine elektrische und eine mechanisch betriebene Pumpe. Elektrische Komponenten des Hybridantriebes, beispielsweise ein Elektromotor, ein Umrichter oder eine Kupplung, können wahlweise mittels Ventilen in den Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine eingegliedert oder ausgekoppelt werden.
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Die
DE 10 2010 004 903 A1 offenbart ein Kühlsystem, bei dem die Verbrennungskraftmaschine einem primären Kühlkreislauf bzw. Hauptkühlkreislauf zugeordnet ist. Hybridkomponenten, beispielsweise der Elektromotor oder ein Umrichter, sind einem sekundären Antrieb zugeordnet, wobei für den sekundären Antrieb ein separater Kühlkreislauf vorgesehen ist, der unabhängig vom Hauptkühlkreislauf ist.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2010 043 576 A1 offenbart ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2011 118 898 A1 ist eine Vorrichtung zur thermischen Koppelung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug bekannt. Dabei sind die Kühlkreisläufe als ein Hochtemperaturkreislauf und ein Niedertemperaturkreislauf ausgebildet und mittels eines Mischventils thermisch und fluidisch gekoppelt. Weiterhin wird ein Verfahren zur thermischen Koppelung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug offenbart.
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Die
DE 10 2009 023 724 A1 zeigt ein Verfahren zum Kühlen von Getriebeöl eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, wobei Wärme aus dem Getriebeöl über einen Getriebeöl-/Kühlmittelwärmetauscher an ein in einem Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs umgepumptes Kühlmittel übertragen wird, wobei zumindest in manchen Betriebszuständen des Fahrzeugs das Kühlmittel mittels einer elektrischen Kühlmittelpumpe umgepumpt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kühlsystem für ein Hybridfahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine, Getriebe und Elektromaschine zu schaffen, bei der ein nachfolgend beschriebener Zielkonflikt zwischen gegenläufigen Wirkungsgradcharakteristiken in Abhängigkeit der Betriebstemperatur der Elektromaschine und des Getriebes besteht. Des Weiteren soll das Kühlsystem einfach aufgebaut und mit geringem Aufwand sicher zu betreiben sein. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, einzelne Antriebskomponenten, beispielsweise ein Getriebe und/oder einen Elektromotor bzw. eine E-Maschine sowie die Verbrennungskraftmaschine bedarfsgerecht je nach ihrer Beanspruchung so zu kühlen, dass dem Fahrer möglichst die maximale elektrische Leistung der Elektromaschine und/oder maximalen Wirkungsgrad des Getriebes und somit maximale Dynamik zu Verfügung steht.
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Der erfindungsgemäß zu lösende Zielkonflikt besteht darin, dass die E-Maschine tendenziell einen höheren Wirkungsgrad besitzt, je niedriger ihre Betriebstemperatur ist. Ein mechanisches Getriebe hingegen, beispielsweise ein Automatikgetriebe oder ein Zahnradgetriebe, hat eine Charakteristik, bei der es mit sinkender Betriebstemperatur einen sinkenden Wirkungsgrad aufweist. Das liegt daran, dass aufgrund eines bei niedrigerer Temperatur zähflüssigeren Öls im Getriebe höhere Reibungsverluste auftreten. Umgekehrt verringert sich der Wirkungsgrad der E-Maschine mit steigender Temperatur. Insbesondere kann es zum sogenannten Derating bzw. einer Leistungsbegrenzung der E-Maschine bei übermäßig hoher Temperatur wegen der Gefahr ihrer Überhitzung kommen. Bei höherer Betriebstemperatur, das heißt bei dünnflüssigerem Getriebeöl, besitzt aber das mechanische Getriebe einen tendenziell höheren Wirkungsgrad aufgrund geringerer Reibungsverluste.
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Insbesondere für den Fall, dass die E-Maschine im Getriebe integriert angeordnet ist und gemeinsam mit dem Getriebeöl, beispielsweise das als ATF abgekürzt sog. Automatic transmission fluid, gekühlt wird, ist dieser Zielkonflikt der unterschiedlichen Wirkungsgradcharakteristiken offensichtlich.
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Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kühlsystem umfasst einen ersten und einen zweiten Kühlkreislauf. In dem ersten Kühlkreislauf sind als zu kühlende Komponenten zumindest die E-Maschine und das Getriebe vorgesehen. Weiterhin ist darin eine Umwälzpumpe vorgesehen, welche die zu kühlenden Komponente mit Getriebeöl, beispielsweise ATF, kühlt. In diesem ersten Kühlkreislauf ist ein ferner so genannter ATF-Kühler in Form eines flüssig-flüssig-Wärmetauschers eingesetzt. Der ATF-Kühler besitzt eine Ölseite, die an den ersten Kühlkreislauf angeschlossen ist. Des Weiteren besitzt der ATF-Kühler eine Wasserseite, die in an den zweiten Kühlkreislauf angeordnet ist, der den Hauptkühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine bildet. Über den ATF-Wärmetauscher wird Wärme der E-Maschine und/oder des Getriebes an den Wasserkreislauf der Verbrennungskraftmaschine bzw. kurz VKM übertragen, ohne dass diese beiden Kühlkreisläufe direkt miteinander verbunden sind. Der Wasserseite des ATF-Kühlers sind eine elektrische Pumpe sowie eine mit der VKM mechanisch gekoppelte Pumpe zugeordnet. Zur Einstellung einer mittleren Zieltemperatur im ersten Kühlkreis ist ein Schlauchthermostat im zweiten Kühlkreis vorgesehen. Zu dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik wird auf 2 der beigefügten Zeichnung verwiesen.
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Bei einem derartigen Zweikreis-Kühlsystem orientiert sich die für den ersten Kühlkreislauf – bzw. den die E-Maschine und das Getriebe enthaltenden Kühlkreislauf – zur Verfügung stehende Kühlleistung nach einer mittleren Zieltemperatur, die mittels eines Schlauchthermostats eingestellt wird. Diese Zieltemperatur stellt somit einen Kompromiss zwischen der für das Getriebe einerseits und der für die Elektromaschine andererseits optimalen Betriebstemperatur dar. Aufgrund des nachfolgend beschriebenen Zielkonfliktes sind somit nicht immer optimale Wirkungsgrade des Getriebes und der E-Maschine zugleich erreichbar. Beispielsweise ist bei einem Betrieb des Fahrzeugs im hundertprozentigen Verbrennungskraftmaschinen-Betrieb die Temperatur des Getriebes nicht optimal hoch, so dass unerwünschte Wirkungsgradverluste im mechanischen Getriebe auftreten. Im Fahrbetrieb, der zu 100% auf der Basis des elektrischen Antriebs geschieht, ist bei der vorgegebenen Zieltemperatur die Leistungsfähigkeit der E-Maschine zu stark eingeschränkt, da für diesen Betrieb die Zieltemperatur, die für das Thermostat vorgegeben ist, oftmals zu hoch ist und die Elektromaschine aufgrund des hohen Temperaturniveaus schnell ihrer von diesem Temperaturniveau abhängige maximal zulässige Verlustleistung erreicht bzw. in das sog. Derating gerät.
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Ein weiterer Nachteil ist, dass die Abwärme der E-Maschine und des Getriebes gemäß den aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen über den Öl-Kreis auf das Kühlwasser der Brennkraftmaschine übertragen wird. Das Kühlwasser strömt im Rücklauf durch den Verbrennungsmotor und erwärmt/kühlt diesen ggf. inhomogen. Da diese inhomogene Erwärmung anhand eines im Motor verbauten Temperatursensors nicht vollständig erfasst werden kann, kann es unter Umständen zu einer falsch gewählten Start- und/oder Einspritzstrategie führen.
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Zudem sind bekannte Kühlkreise in ihrer Wärmeabfuhrleistung sehr stark davon abhängig, ob die Verbrennungskraftmaschine läuft oder abgeschaltet ist, wie dies gerade bei Hybridantrieben zeitweise möglich und erwünscht ist.
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Diese Aufgabe der Auflösung des vorstehend beschriebenen Zielkonflikts zwischen der Einrichtung einer für das Getriebe, die E-Maschine und die Verbrennungskraftmaschine optimalen Temperatur bei Bereitstellung einer jederzeit ausreichenden Wärmeabfuhrleistung eines Kühlkreises wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass unter Verwendung einer durch eine aktuelle Temperatur in dem Ölkreis geregelte elektrische Pumpe Kühlwasser nach dem Verlassen einer Wasserseite des Wärmetauschers an einer Verzweigung einerseits über eine Drossel vor das Thermostat sowie andererseits unter Verwendung eines Bypass-Zweiges im Wasserkühlkreis hinter die Verbrennungskraftmaschine bzw. an den Auslass der Kühlung der Verbrennungskraftmaschine geführt wird.
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Aufgrund der Verwendung einer geregelten elektrischen Pumpe ist z. B. ein zuvor eingesetztes Schlauchthermostat entbehrlich geworden, was eine Anzahl unterschiedlicher Komponenten im Kühlwasserkreis senkt. Bei abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine wird nun Kühlwasser durch die e-Pumpe aus der Wasserseite des Wärmetauschers heraus, ohne Durchfließen und Abkühlung im Hauptwasserkühler quasi im Kreis gepumpt. Um diesen Effekt gegenüber einer Nutzung des neu geschaffenen Bypass-Zweiges gering zu halten, ist in dem ersten Zweig eine Drossel enthalten, während der zweite bzw. der Bypass-Zweig keine Drossel aufweist und damit einen einstellbar großen Anteil des Kühlwassers im Hauptwasserkühler abkühlt, um dann nach Passieren der E-Pumpe erneut Verlustwärme aus dem Ölkreis über den Wärmetauscher aufnehmen zu können. Eine derartige Aufrechterhaltung einer bedarfsgerechten Kühlung bzw. Abführung von Verlustwärmen aus dem Ölkreis war nach dem Stand der Technik bei abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine nicht möglich.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung wird in dem neuen Bypass-Zweig des Wasserkühlkreises ein Einwege- bzw. Rückschlagventil verwendet, das nur eine Flussrichtung von der Wasserseite des Wärmetauschers zum Auslass der Kühlung der Verbrennungskraftmaschine zulässt. Diese Weiterbildung berücksichtigt die Tatsache, dass eine Förderleistung und damit verbunden ein Fördervolumen der mechanisch mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelten Pumpe wesentlich höher als das der E-Pumpe ist. Bei eingeschalteter Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise in einem Mischbetrieb des Hybridantriebs, saugt die mechanische Pumpe der Verbrennungskraftmaschine erwärmtes Wasser aus dem Zweig mit der Drossel durch das Thermostat und die Verbrennungskraftmaschine hindurch zum Hauptwasserkühler hin. Zugleich verhindert das Rückschlagventil in dem neuen Bypass-Zweig des Wasserkühlkreises jedoch, dass stark erwärmtes Kühlwasser von der Verbrennungskraftmaschine unter Umgehung des Hauptwasserkühlers direkt zur Wasserseite des Wärmetauschers gelangen kann.
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Ferner wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung in Form eines Kühlsystems für ein Hybridfahrzeug gelöst, bei dem eine e-Pumpe im Wasserkreis unter Vorgabe durch eine Temperatur in dem Ölkreis geregelt ist und an der Wasserseite des Wärmetauschers eine Verzweigung vorgesehen ist, an die einerseits ein Zweig mit einer Drossel zwischen die E-Pumpe und das Thermostat, andererseits ein Bypass-Zweig hinter bzw. an den Auslass der Kühlung der Verbrennungskraftmaschine verbindet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Bypass-Zweig ein Einwege- bzw. Rückschlagventil auf, das nur einen Durchfluss von der Wasserseite des Wärmetauschers zum Auslass der Kühlung der Verbrennungskraftmaschine hin zulässt.
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Für ein vorstehend beschriebenes Hybridfahrzeug ist nun auch in Betriebszuständen einer verminderten oder abgeschalteten Verbrennungskraftmaschine ein ausreichender Abtransport von Verlustwärme aus dem Ölkreis des Hybridantriebs geschaffen worden. Damit sind neben einer Getriebekühlung bei reinem Antrieb durch die Verbrennungskraftmaschine mit Kühlung des generatorisch betriebenen Elektromotors und einer zugehörigen Leistungselektronik auch ein Mischantrieb durch die Verbrennungskraftmaschine unter Zuschaltung des Elektromotors sowie ein reiner Antrieb durch den Elektromotor abgedeckt.
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Vorteilhafter Weise wird als elektrische Antriebsmaschine eine getriebeintegrierte Antriebsmaschine verwendet, so dass nur eine kompakte Baueinheit in den Ölkreis eingesetzt werden muss und dennoch optimale Temperatur bei Bereitstellung einer jederzeit ausreichenden Wärmeabfuhrleistung vorhanden ist.
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Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Vergleich zu einem bekannten Kühlsystem anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
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1: ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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2: eine Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekanntes Kühlsystems analog der Darstellung von 1;
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3a: das Blockschaltbild gemäß 1 mit eingezeichneten Strömungswegen bei abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine und
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3b: das Blockschaltbild gemäß 1 mit eingezeichneten Strömungswegen bei eingeschalteter Verbrennungskraftmaschine.
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Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Das Blockschaltbild von 2 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kühlsystem 1, das ursprünglich für ein durch eine Verbrennungskraftmaschine 2 angetriebenes Fahrzeug ausgelegt worden ist. Dieses Fahrzeug ist nun durch Zufügung einer E-Maschine 3 zu einem sogenannten Plug-in-Hybrid erweitert worden. Da hierbei jedoch die grundsätzliche Struktur des Kühl-Systems beibehalten worden ist, wird diese Struktur nachfolgend ausgehend von einer Kühlung eines nur die Verbrennungskraftmaschine 2 aufweisenden Fahrzeugantriebs her beschrieben werden: Die Verbrennungskraftmaschine 2 liegt zusammen mit einer mit dieser mechanisch gekoppelten Pumpe 4 in einem Wasserkühlkreis 5, der über einen Hauptwasserkühler 6 überschüssige Wärmeenergie aus dem Wasserkühlkreis 5 an die Umgebung abgibt. In dem Wasserkühlkreis 5 wird ein Bypass 7 über ein Thermostat 8 derart gesteuert, dass in dem Fall, dass die Verbrennungskraftmaschine 2 noch zu kalt ist oder aus sonstigen Gründen keine Kühlung der Verbrennungskraftmaschine 2 notwendig ist, der durch die Wasserkreispumpe 4 angetriebene Wasserkühlkreis 5 durch das Thermostat 8 über den Bypass 7 derart geschlossen wird, dass der Hauptwasserkühler 6 quasi kurzgeschlossen ist und keine Wärme an die Umgebung abgeführt wird. Dieser Fall ist durch den kleinen gepunkteten Kreis in 2 angedeutet. Muss die Verbrennungskraftmaschine 2 hingegen gekühlt werden, so schließt das Thermostat 8 den Bypass 7, und es ergibt sich ein Kreislauf mit einer Wärmeabfuhr über den Hauptwasserkühler 6, wie es durch den größeren gestrichelten Kreis in 2 dargestellt ist.
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Zur Kühlung eines Getriebes 10 wird in diesem Ausführungsbeispiel unter Einsatz eines automatisch betätigten Fahrzeuggetriebes 10 in einem Ölkühlkreislauf ein als automatic transmission fluid, kurz ATF, genanntes Spezialgetriebeöl verwendet, welches so zur Steuerung hydraulischer Funktionen innerhalb des Getriebes 10, als auch zur Schmierung und Kühlung des Getriebes 10 eingesetzt wird. Im Ölkühlkreislauf 11 ist dazu eine Ölpumpe 12 vorgesehen, die mit dem Getriebe 10 derart gekoppelt ist, dass sie eine sowohl leistungs-, als auch drehzahlabhängige Ölförderleistung zur Kühlung des Getriebes 10 bereitstellt. Dabei weist ein Getriebe 10 bei Getriebeöltemperaturen von mehr als 90°C üblicherweise einen erstrebenswert hohen Wirkungsgrad auf. Zur Abführung überschüssiger Wärme aus dem Ölkühlkreislauf 11 ist dieser über eine Ölseite 13 eines ATF-Kühlers 14 geschlossen. Im ATF-Kühler 14 wird die Wärme über eine Wasserseite 15 in einen Zweig 16 des Wasserkühlkreises 5 übertragen, wobei dieser Zweig 16 das Thermostat 8 überbrückt. Da eine Wärmeabtransportleistung dieses Wasserzweiges 16 einem Abtransport überschüssiger Wärme aus dem Ölkühlkreislauf 11 dienen soll, wird er unabhängig von der Pumpleistung der mit der Verbrennungskraftmaschine 2 gekoppelten Wasserpumpe 4 durch eine separate, elektrisch angetriebene Pumpe 17 im Zufluss der Wasserseite 15 des ATF-Kühlers 14 gegen die Sperrwirkung eines Schlauchthermostats 18 am Abfluss der Wasserseite 15 aus dem Hauptwasserkühler 6 mit kühlem Wasser versorgt. Das Schlauchthermostat 18 kann den Zweig 16 des Wasserkreises 5 fast vollständig sperren, so dass das dann aus der Wasserseite 15 des ATF-Kühlers 14 austretende Kühlwasser ungefähr die Temperatur des ATF-Öls des Ölkreises 11 aufweist. Mit Überschreitung einer im Schlauchthermostat 18 eingestellten Höchsttemperatur für das Öl des Öl-Kreislaufes 11 öffnet das Schlauchthermostat 18, so dass unter Förderung durch die ungeregelte E-Pumpe 17 Wärme aus dem ATF-Kühler 14 über den Wasserkreis 5 zum Hauptwasserkühler 6 hin abtransportiert werden kann.
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Wie vorstehend beschrieben, ist dieses Kühlsystem 1 nun durch Zufügung einer E-Maschine 3 zur Bildung eines Plug-In-Hybridantriebes erweitert worden. Die E-Maschine 3 bildet mit dem Getriebe 10 durch platzsparende Integration als ein im Weiteren ausschließlich betrachteter Sonderfall einer sog. getriebeintegrierten E-Maschine eine bauliche Einheit, die dementsprechend auch nur gemeinsam durch das ATF-Öl des Ölkühlkreislaufes 11 über den ATF-Kühler 14 gekühlt werden kann. Während jedoch das Getriebe 10 erst bei Öltemperaturen von mehr als ca. 90°C einen erstrebenswert hohen Wirkungsgrad erreicht, weist die E-Maschine 3 bei Öltemperaturen kleiner als 70°C durch gute Kühlung im Ölmantel sowie an den Wickelköpfen hohe Wirkungsgrade auf. Ferner läuft die E-Maschine 3 ab festen Grenzwerten der Wicklungs-, bzw. Magnettemperatur in den Bereich einer sogenannten Derating-Kurve. Um diesen gegenläufigen Temperaturanforderungen an den Ölkreislauf 11 der E-Maschine 3 einerseits, sowie des Getriebes 10 andererseits näherungsweise gerecht werden zu können, wird in dem vorstehend beschriebenen Kühlsystem 1 nach dem Stand der Technik im Schlauchthermostat 18 eine Kompromisstemperatur für das Öl des Ölkreislaufs 11 eingestellt. Durch diesen Kompromiss werden Einbußen hinsichtlich des Wirkungsgrades sowohl des Getriebes 10, als auch der E-Maschine 3 hingenommen.
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung analog der Darstellung von 2. Im Unterschied zu der Blockschaltdarstellung von 2 ist hier das Schlauchthermostat 18 im Wasserkühlkreislauf 5 nicht mehr vorhanden. Eine Temperatur T innerhalb des Ölkühlkreislaufes 11 wird nun direkt über eine nicht weiter dargestellte Messstelle innerhalb des Getriebes 10 erfasst, alternativ über eine Messstelle an der E-Maschine 3. Die Temperatur T wird einem Steuergerät 19 zugeführt. Aus dem Eingangswert Ölkühlkreis-Temperatur T wird im Steuergerät 19 ein Steuersignal 20 für die E-Pumpe 17 des Wasserkreises 5 bestimmt, wobei die Pumpe 17 nun als geregelte Pumpe ausgeführt ist. Gemäß des unter Bezugnahme auf das Blockschaltbild von 1 dargestellten neuen Konzepts ist die Kühlung der E-Maschine 3 sowie des Getriebes 10 also nicht länger über das Schlauchthermostat 18 gesteuert, dieser Zweig ist daher entfernt worden. Diese Kühlung erfolgt vielmehr bedarfsgerecht in Abhängigkeit von einer über das Thermostat 8 des Wasserkühlkreises 5 erfassten Temperatur der Verbrennungskraftmaschine 2 sowie über die im Ölkühlkreislauf 11 herrschende Temperatur unter Verwendung einer Regelfunktion in einem Steuergerät 19.
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Bei dem Steuergerät 19 handelt es sich um kein zusätzliches Bauteil, sondern um eine Baugruppe oder einen Schaltkreis, wie er in modernen Kraftfahrzeugantrieben heute bereits vorhanden ist. Dieses Bauteil wird dementsprechend lediglich um eine Funktionalität erweitert. Da dem Steuergerät 19 auch jeweilige Betriebszustände, also Antrieb nur durch die E-Maschine 3, Antrieb nur durch die Verbrennungskraftmaschine 2 oder Mischbetrieb – übermittelt wird, ist auf eine optimale Ausnutzung der Kühlkreisläufe um die jeweiligen Komponenten bedarfsgerecht je nach herrschender Beanspruchung so zu führen, dass einem Fahrer neben einer maximalen elektrischen Leistung zur Beschleunigung oder aber zur Ladung von Bordbatterie auch eine maximale Dynamik des Hybridantriebs zur Verfügung gestellt werden kann. Da die elektrisch angetriebene Pumpe 17 im Zweig 16 des Kühlwasserkreises 5 nur noch dann angesprochen wird, wenn sie benötigt wird, ergeben sich weitere Vorteile:
- – Im kalten Betrieb wird die Pumpe 17 quasi abgeschaltet und verbraucht damit im Gegensatz zu dem alten Konzept gemäß 2 gar keine Energie.
- – In anderen Fällen wird sich hingegen statt als konstant auf gleicher Drehzahl laufende Pumpe nun bedarfsgerecht angesteuert, was ebenfalls zu Einsparung von elektrischer Energie führt.
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Da ein Steuergerät 19 regelmäßig bereits vorhanden ist und nur durch diese vorstehend beschriebene zusätzlichen Eingangsgrößen und eine zusätzliche Regelaufgabe im geringen Maße zusätzlich beaufschlagt wird, fallen insgesamt durch Verwirklichung des vorliegenden Ausführungsbeispiels vergleichsweise geringere Hardware-Kosten aufgrund geringerer Komplexität gegenüber dem bekannten Konzept an, insbesondere auf den Entfall des Schlauchthermostats 18 hinzuweisen.
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Um auch bei abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine 2 eine ausreichende Kühlung sicherstellen zu können, ist in der Ausführungsform von 1 nun in Flussrichtung des Kühlwassers gesehen, hinter der Wasserseite 15 des Wärmetauschers 14 eine Verzweigung 21 vorgesehen, von der ein Bypass-Zweig 22 hinter bzw. an den Auslass einer nicht weiter dargestellten Kühlung der Verbrennungskraftmaschine 2 verbindet. Diese Situation mit abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine 2 ist in 3a dargestellt. Zur Verdeutlichung ist ein hier nun inaktiver kleiner Kreis mit dem Thermostat 8, der mechanischen Pumpe 4 sowie der Verbrennungskraftmaschine 2 nur noch in gepunkteter Linie darstellt. Unter dem Antrieb durch die elektrische Pumpe 17 wird Kühlwasser zur Abfuhr überschüssiger Wärme Qe in einem großen Kreis I aus dem Ölkreis 11 durch den Bypass-Zweig 22 an der abgeschalteten Verbrennungskraftmaschine 2 vorbei zum Hauptwasserkühler 6 und von dort zurück zur elektrische Pumpe 17 geführt.
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Weitere Elemente des Kühlkreises der 1 und 3a werden verständlich, wenn nun der Betriebsfall bei eingeschalteter Verbrennungskraftmaschine 2 unter Bezugnahme von 3b beschrieben wird. Wiederum wird der strich-punktiert eingezeichnete große Kreislauf I zur Abfuhr überschüssiger Wärme Qe aus dem Ölkreis 11 durch den Bypass-Zweig 22 über den Hauptwasserkühler 6 im Wesentlichen durch die elektrische Pumpe 17 angetrieben. Zur Abfuhr überschüssiger Abwärme von der Verbrennungskraftmaschine 2 ist ein weiterer Kreis II über das Thermostat 8 über den Hauptwasserkühler 6 geschlossen, wobei die vorstehend zu 2 beschriebene Aufwärmfunktion unter Ansteuerung des Bypasses 7 über das Thermostat 8 unverändert beibehalten wird. In Anbetracht des gegenüber der elektrischen Pumpe 17 wesentlich größeren Fördervolumens der mit der Verbrennungskraftmaschine 2 mechanisch gekoppelten Pumpe 4 muss nun verhindert werden, dass durch die Verbrennungskraftmaschine 2 aufgeheiztes Kühlwasser durch den Bypass-Zweig 22 zur Verzweigung 21 an der Wasserseite 15 des Wärmetauschers 14 zurück drückt. Daher ist im Bypass-Zweig 22 ein Rückschlagventil 23 vorgesehen, das nur eine Flussrichtung von der Wasserseite 15 des Wärmetauschers 14 zum Hauptwasserkühler 6 hin zulässt.
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Um bei der Regelung der Temperatur im Kreis II auch den Beitrag der Abwärme Qe des Ölkreises berücksichtigen zu können, führt ein Zweig 24 von der Verzweigung 21 in Kreis I und mündet vor dem Thermostat 8 in Kreis II. Die Pumpe 4 der Verbrennungskraftmaschine 2 saugt nun Kühlwasser durch diesen Zweig 24 und das Thermostat 8 hindurch an. Um hier eine mengenmäßige Begrenzung vorzusehen, ist in dem Zweig 24 eine Drossel 25 vorgesehen.
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Ebenfalls als mengenmäßige Begrenzung wirkt diese Drossel 25 des Zweiges 24 bei abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine 2 gemäß 3a: Durch den Zweig 24 bildet sich über die elektrische Pumpe 17 und die Wasserseite 15 des Wärmetauschers 14 ein ungekühlter Kreislauf von Kühlwasser aus, während der große Kreis I über den Hauptkühlwasserkühler 6 überschüssige Wärme an die Atmosphäre abgeben kann. Hier greift wieder die Drossel 25 in dem Zweig 24 ein, um diesen Anteil ungekühlten Kühlwassers klein zu halten.
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Damit wird durch das vorstehend beschriebene neue Regelungskonzept ein an und für sich bekannter und auch im Einsatz erprobter sowie bewährter zweikreisiger Kühlsystemaufbau unter geringen Änderungen für einen optimalen Einsatz in ein Plug-In-Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs auch für einen Einsatz einer im Getriebe 10 integrierten und ölgekühlten elektrischen Antriebsmaschine 3 unter Verwirklichung der vorstehend genannten Vorteile weiterentwickelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlsystem
- 2
- Verbrennkraftmaschine
- 3
- E-Maschine
- 4
- Pumpe
- 5
- Wasserkühlkreis
- 6
- Hauptwasserkühler
- 7
- Bypass
- 8
- Thermostat 9
- 10
- Getriebe
- 11
- Ölkühlkreislauf
- 12
- Ölpumpe
- 13
- Ölseite des Wärmetauschers 14
- 14
- ATF-Kühler/Wärmetauscher
- 15
- Wasserseite des Wärmetauschers 14
- 16
- Zweig des Wasserkreises
- 17
- E-Pumpe des Wasserzweiges
- 18
- Schlauchthermostat
- 19
- Steuergerät
- 20
- Steuersignal an geregelte elektr. Pumpe 17 im Zweig 16 des Wasserkreises 5
- 21
- Verzweigung
- 22
- Bypass-Zweig
- 23
- Rückschlagventil
- 24
- Zweig
- 25
- Drossel
- Qe
- überschüssige Wärme
- T
- Temperatur im Ölkreislauf 11
- I
- großer Kreis innerhalb des Wasserkühlkreises 5
- II
- kleiner Kreis innerhalb des Wasserkühlkreises 5
