DE102013203715A1

DE102013203715A1 - Kompakte Getriebefluid-Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE102013203715A1
Application number: DE102013203715A
Authority: DE
Inventors: Farzad Samie; James L. Lanzon; Andrew L. Bartos
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: DE102013203715B4; CN103321726B; US20130247864A1; CN103321726A; US8622040B2

Abstract

Eine Getriebefluid-Heizvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine an dem Getriebe angebrachte Fluidwanne zum Speichern eines Vorrats an Getriebefluid. Die Fluidwanne weist eine das Getriebefluid speichernde Innenkammer und eine die Innenkammer umgebende Außenkammer auf. Ein Einlass zur Außenkammer steht mit einer Quelle eines Brennkraftmaschinenabgases in Verbindung, und ein Auslass von der Außenkammer lässt das Abgas ab. Ein Einlassventil öffnet und schließt die Verbindung des Brennkraftmaschinenabgases mit dem Einlass. Mehrere Wärmetauscherrippen, die die Übertragung von Wärme von dem Brennkraftmaschinenabgas in der Außenkammer zu dem Getriebefluid verbessern, sind in der Innenkammer untergebracht.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Verbessern einer Getriebeleistung durch Erwärmen des Getriebefluids und sieht insbesondere einen kompakten Fluidwannen-Wärmetauscher vor, der Abwärme aus dem Brennkraftmaschinenabgas nutzt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist bekannt, dass der Wirkungsgrad von Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen durch die Viskosität des Automatikgetriebefluids beeinflusst wird. Es ist auch bekannt, dass Drehverluste des Getriebes und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs durch das Erwärmen des Automatikgetriebefluids während Warmlaufen der Brennkraftmaschine und bei Arbeiten bei extrem kalten Umweltbedingungen verbessert werden können.
Der Stand der Technik hat verschiedene Zusatzhilfsvorrichtungen zum Erwärmen des Getriebefluids auf die Solltemperatur, bei der Drehverluste des Getriebes minimiert werden und eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit erhalten wird, vorgeschlagen.
Es wäre wünschenswert, eine neue und verbesserte Einrichtung zum wirtschaftlichen Verwirklichen des Erwärmens des Getriebefluids vorzusehen, insbesondere eine Vorrichtung, die sich gut in den verfügbaren Raum einbauen ließe, sich wirtschaftlich fertigen ließe und von der Fahrzeugbrennkraftmaschine abgestrahlte verfügbare Abwärme nutzen würde.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Getriebefluid-Heizvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine an dem Getriebe angebrachte Fluidwanne zum Speichern eines Vorrats an Getriebefluid. Die Fluidwanne weist eine das Getriebefluid speichernde Innenkammer und eine die Innenkammer umgebende Außenkammer auf. Ein Einlass zur Außenkammer steht mit einer Quelle von Brennkraftmaschinenabgas in Verbindung, und ein Auslass von der Außenkammer lässt das Abgas ab. Ein Einlassventil öffnet und schließt die Verbindung eines Brennkraftmaschinenabgases zu dem Einlass. Mehrere Wärmetauscherrippen verbessern die Übertragung von Wärme von dem Brennkraftmaschinenabgas in der Außenkammer zu dem Getriebefluid, in der Innenkammer gespeichert ist.
Die folgende Beschreibung und spezifischen Beispiele zeigen zwar beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, sind aber nur für die Zwecke der Veranschaulichung gedacht und beschränken den Schutzumfang der Erfindung nicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der Begleitzeichnungen besser verständlich. Hierbei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht, die die Unterseite eines Kraftfahrzeug-Getriebes zeigt, das eine Fluidwannen-Baugruppe und Abgasrohre umfasst, die Abwärme weg von der Fahrzeugbrennkraftmaschine befördern.
2 eine Schnittansicht durch die Fluidwannen-Baugruppe in der Richtung der Pfeile 2-2 von 1.
3 eine Schnittansicht in der Richtung der Pfeile 3-3 von 1.
4 eine perspektivische Ansicht der Fluidwannen-Baugruppe mit weggebrochenen Teilen und im Schnitt.
5 eine vergrößerte Ansicht mit weggebrochenen Teilen und im Schnitt, die ein Einlassventil zum Öffnen und Absperren einer Abgasströmung zu der Fluidwannen-Baugruppe zeigt.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Nutzungen nicht beschränken.
1 zeigt die Unterseite eines Fahrzeuggetriebes und einer Abgasanlage. Ein Getriebe 10 weist eine an die Unterseite desselben angeschraubte Fluidwannen-Baugruppe 12 zum Speichern eines Getriebefluidvolumens auf, das zum Umwälzen durch das Getriebe 10 bereit steht. Eine Fahrzeug-Abgasanlage 14 umfasst ein Abgasrohr 18 für die linke Reihe und ein Abgasrohr 20 für die rechte Reihe. Das Abgasrohr 18 für die linke Reihe wechselt unter dem Getriebe 10 über und vereint sich an einer Abgasrohr-Verbindungsstelle 22 mit dem Abgasrohr 20 für die rechte Reihe.
Eine Endrohr-Baugruppe 26 ist zum Befördern der Brennkraftmaschinenabgase durch eine Nachbehandlungsvorrichtung 28 und dann aus dem Heck des Fahrzeugs heraus mit der Abgasrohr-Verbindungsstelle 22 verbunden.
Unter Bezugnahme auf 2, 3 und 4 ist ersichtlich, dass die Fluidwannen-Baugruppe 12 ein Innengehäuse 36 und ein Außengehäuse 38 umfasst. Das Innengehäuse 36 bildet eine Innenkammer 40 aus, die einen Vorrat an Getriebefluid 42 speichert. Eine nicht gezeigte Getriebefluidpumpe pumpt Getriebefluid 42 aus der Innenkammer 40 und wälzt Getriebefluid 42 durch das Getriebe 10 um.
Das Innengehäuse 36 und das Außengehäuse 38 sind jeweils ein Metallstanzteil. Das Innengehäuse 36 weist insbesondere eine Bodenwand 46, Seitenwände 48 und 50, eine vordere Endwand 52 und eine hintere Endwand 54 auf. Die Seitenwände 48 und 50 sowie die vordere Endwand 52 und die hintere Endwand 54 gehen in einen Umfangsflansch 58 über. Das Außengehäuse 38 weist eine Bodenwand 64, Seitenwände 66 und 68, eine vordere Endwand 70 und eine hintere Endwand 72 auf. Die Seitenwände 66 und 68, die vordere Endwand 70 und die hintere Endwand 72 gehen in einem Umfangsflansch 76 über. Der Umfangsflansch 58 des Innengehäuses 36 ist durch einen umgebogenen Rand 80 des Umfangsflansches 58 des Innengehäuses 36 an dem Umfangsflansch 76 des Außengehäuses 38 angebracht. In den Umfangsflanschen 58 und 76 sind mehrere Bolzenlöcher 84 vorgesehen, um ein Verbolzen der Fluidwannen-Baugruppe 12 mit der Unterseite des Getriebes 10 zu ermöglichen.
Wie in 2, 3 und 4 ersichtlich ist, sind die Seitenwände 48 und 66, die Seitenwände 50 und 68 sowie die vorderen Endwände 52 und 70 voneinander beabstandet, um dazwischen eine Außenkammer 86 zum Aufnehmen von Abgas von der Fahrzeugbrennkraftmaschine auszubilden. Insbesondere ist, wie in 2 ersichtlich, eine Einlassöffnung 88 in der Seitenwand 66 des Außengehäuses 38 vorgesehen. An der gegenüberliegenden Seite der Fluidwannen-Baugruppe 12 ist in der Seitenwand 68 des Außengehäuses 38 eine Auslassöffnung 90 vorgesehen. Wie in 2 am besten ersichtlich ist, ist ein Abgasrohr-Einlassverbindungsstück 94 an die Seitenwand 66 des Außengehäuses 38 geschweißt und fluchtet mit der Einlassöffnung 88. Das Abgasrohr-Einlassverbindungsstück 94 weist darin Bolzenlöcher 96 zum Verbolzen mit dem Abgasrohr 18 auf. An die Seitenwand 68 des Außengehäuses 38 ist ein Abgasrohr-Auslassverbindungsstück 98 geschweißt und fluchtet mit der Auslassöffnung 90. Das Auslassverbindungsstück 98 weist Bolzenlöcher 102 zum Verbolzen mit dem Abgasrohr 20 für die rechte Reihe auf.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2, 3 und 4 sind mehrere Wärmeübertragungsrippen 106 zum Verbessern der Übertragung von Wärme von dem in der Außenkammer 86 aufgenommenen Abgas zu dem in der Innenkammer 40 gespeicherten Getriebefluid 42 vorgesehen. Wie am besten in 2 ersichtlich ist, sind die Rippen durch mehrere U-förmige Kanäle 110 vorgesehen. Jeder U-förmige Kanal 110 umfasst eine untere Wand 112, die an eine Seitenwand oder Endwand des Innengehäuses 36 geschweißt ist, sowie ein Paar von seitlich beabstandeten Rippenwänden 114 und 116, die von der unteren Wand 112 in die Außenkammer 86 ragen. Einer oder mehrere dieser U-förmigen Kanäle 110 ist an den Seitenwänden 48 und 50 des Innengehäuses 36 und an der vorderen Endwand 52 des Inngengehäuses 36 vorgesehen.
Unter Bezugnahme auf 5 übermittelt ein Einlassventil 118 heißes Abgas in die Außenkammer 86. Insbesondere weist das Abgasrohr 18 für die linke Reihe ein Zweigrohr 120 auf, das mit einem Flansch 122 ausgestattet ist, der mit dem Einlassverbindungsstück 94 des Außengehäuses 36 verbolzt ist. Ein Klappenventil 124 schwenkt an dem Schwenkpunkt 125 für eine Drehbewegung zwischen einer Position an einer durchgehenden Linie von 5 und einer Position an einer Phantomlinie von 5. Mit dem Klappenventil 124 ist ein Motor 126 durch eine Stange 128 und einen Arm 130 verbunden, so dass der Motor 126 das Klappenventil 124 zwischen der Position an der durchgehenden Linie und der Position an der Phantomlinie schwenken kann.
In der Position an der durchgehenden Linie hat das Klappenventil 124 die Abgasströmung in das Zweigrohr 120 und die Außenkammer 86 geöffnet, während es gleichzeitig die gesamte oder einen Teil der Strömung des Abgases zu dem Endrohr 26 absperrt. Demgemäß wird das heiße Abgas in die Außenkammer 86 geleitet, wo das Abgas den Rippen 106, den Seitenwänden 48 und 50 und der vorderen Endwand 52 des Innengehäuses 36 ausgesetzt ist. In das Getriebefluid 42 überträgt sich Wärme. Nach dem Strömen durch die Außenkammer 86 wird das Abgas durch die Auslassöffnung 90 in ein Auslasszweigrohr 136, das zurück in das Abgasrohr 20 für die rechte Reihe anbindet, und dann durch die Abgasrohr-Verbindungsstelle 22 zu dem Endrohr 26 abgelassen, wie in 1 ersichtlich ist.
In der Position an der Phantomlinie von 5 schließt das Klappenventil 124 die Strömung von Abgas zu der Einlassöffnung 88, so dass das Abgas nicht die Außenkammer 86 erreicht, und das Erwärmen des Getriebefluids 42 durch das Abgas wird beendet. Der Motor 126 zum Betreiben des Klappenventils 124 kann hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch sein und wird als Reaktion auf die Temperatur des Getriebefluids 42 durch ein Steuersystem betrieben.
Auch wenn die Zeichnungen hierin das Beispiel einer Fluidwannen-Baugruppe 12 zeigen, die durch zwei Metallstanzteile, die miteinander verbunden sind, konstruiert ist, versteht sich, dass die Fluidwannen-Baugruppe in einem Gießprozess gefertigt werden kann, in welchem Fall die Gehäuse ein einteiliges Gussstück oder ein separates Innengussstück und Außengussstück sein können. In dem Fall eines Gussgehäuses können die Rippen integral mit dem Innengehäuse gegossen werden, statt separat gefertigt und daran angeschweißt zu werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 und 3 sind die Bodenwände 46 und 64 einander berührend, ohne Raum dazwischen, gezeigt. Diese Konstruktion ist vorteilhaft, da sie den maximalen Freiraum vom Boden wahrt. Bei Bedarf kann aber zwischen den Bodenwänden 46 und 64 ein Raum vorgesehen werden, um ein Umwälzen von Abgas durch diesen Raum zu ermöglichen. Wie in 2, 3 und 4 am besten ersichtlich ist, berühren die hinteren Endwände 54 und 72 einander ferner ohne Raum dazwischen. Diese Konstruktion ist vorteilhaft, da sie bewirkt, dass das Abgas eine U-förmige Strömung durch die Außenkammer 86 erreicht. Insbesondere dringt das Abgas an einer Seite an der Einlassöffnung 88 in die Fluidwanne 12 ein und bewegt sich dann um die eine Seite nach unten entlang der Vorderseite und dann entlang der anderen Seite, bevor es durch die Auslassöffnung 90 austritt. Bei Bedarf kann aber zwischen den hinteren Endwänden 54 und 72 ein Raum vorgesehen werden, so dass die hintere Endwand 54 ebenfalls dem Abgas ausgesetzt werden kann.
Auch wenn die Zeichnungen hierin die Verwendung der Erfindung bei einer Brennkraftmaschine mit einem Ablass an der linken Reihe und einem Ablass an der rechten Reihe zeigen, kann die Erfindung auch bei einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasrohr, das sich von einer einzigen Seite der Brennkraftmaschine erstreckt, verwendet werden.
Somit wird eine kompakte und wirtschaftlich hergestellte Getriebefluid-Heizvorrichtung zum Verbessern des Betriebs des Fahrzeugs durch Erwärmen des Getriebefluids, um Drehverlust des Getriebes zu minimieren und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs zu verbessern, vorgesehen.

Claims

Getriebefluid-Heizvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend: eine an dem Getriebe angebrachte Fluidwanne zum Speichern eines Vorrats eines Getriebefluids, wobei die Fluidwanne eine Innenkammer, die das Getriebefluid speichert, eine Außenkammer, die die Innenkammer umgibt, einen Einlass zu der Außenkammer, der mit einer Quelle von Brennkraftmaschinenabgas in Verbindung steht, einen Auslass von der Außenkammer zum Ablassen des Abgases und ein Einlassventil entweder zum Öffnen oder Schließen der Verbindung des Brennkraftmaschinenabgases zu dem Einlass aufweist.
Getriebefluid-Heizvorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin mehrere Wärmetauscherrippen umfasst, die die Übertragung von Wärme von dem Brennkraftmaschinenabgas in der Außenkammer zu dem in der Innenkammer gespeicherte Getriebefluid verbessern.
Getriebefluid-Heizvorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin umfasst, dass der Einlass zu der Außenkammer mit einem sich von einer ersten Seite einer Brennkraftmaschine erstreckenden Abgasrohr kommuniziert und das der Auslass von der Außenkammer mit einem sich von einer zweiten Seite der Brennkraftmaschine erstreckenden Abgasrohr kommuniziert.
Getriebefluid-Heizvorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin umfasst, dass die Innenkammer durch ein Metallinnengehäuse und ein Metallaußengehäuse, das an dem Metallinnengehäuse angebracht ist, gebildet ist, wobei ein Raum zwischen dem Metallinnen- und dem Metallaußengehäuse die Außenkammer bildet.
Getriebefluid-Heizvorrichtung nach Anspruch 4, welche weiterhin umfasst, dass der Einlass und Auslass in dem Metallaußengehäuse vorgesehen sind.
Getriebefluid-Heizvorrichtung nach Anspruch 4, welche weiterhin mehrere Rippen umfasst, die an einem von Metallinnen- und Metallaußengehäuse angebracht sind und hin zum anderen Metallgehäuse ragen, um die Übertragung von Wärme zu verbessern.
Getriebefluid-Heizvorrichtung nach Anspruch 4, welche weiterhin mehrere Rippen umfasst, die von dem Metallinnengehäuse in die Außenkammer ragen, um die Übertragung von Wärme zu verbessern.
Getriebefluid-Heizvorrichtung nach Anspruch 4, welche weiterhin umfasst, dass das Metallinnengehäuse und das Metallaußengehäuse durch Blechstanzen gefertigt sind.
Getriebefluid-Heizvorrichtung nach Anspruch 8, welche weiterhin mehrere durch Blechstanzen gefertigte U-förmige Rippen umfasst, wobei jede der U-förmigen Rippen einen an das Metallinnengehäuse geschweißten Boden und erste und zweite Rippenschenkel, die in die Außenkammer ragen, aufweist, um die Übertragung von Wärme von dem Abgas in das Getriebefluid zu verbessern.
Getriebefluid-Heizvorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin umfasst, dass das Ventil ein Ventilelement aufweist, das durch einen Motor entweder zum Öffnen des Einlasses oder zum Schließen des Einlasses betrieben wird.