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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Erfindung betrifft ein Antriebsstrangkühlsystem und ein Verfahren zum Kühlen eines Antriebsstrangs.
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HINTERGRUND
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Ein schnelles Aufwärmen von Motorkühlmittel, Motoröl und Getriebeöl nach einem Kaltstart kann eine Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit verbessern. Ein Kaltstart ist ein Start des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug nicht im Betrieb gewesen ist und der Motor und das Getriebe relativ kalt sind. Das Aufwärmen des Motors ist insbesondere für Diesel- und Hybridanwendungen herausfordernd, da wenig Kraftstoff verbrannt wird. Beispielsweise beschreibt die
DE 28 41 555 A1 eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, bei der während eines Kaltstarts die Kühlflüssigkeit zunächst nur durch den Zylinderkopf geleitet wird. Steigt dann die Temperatur an, wird die Kühlflüssigkeit in Reihe durch den Motorblock und den Zylinderkopf geleitet.
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Ferner ist aus der
DE 23 14 301 A bekannt, den Kühlmittelfluss bis zum Erreichen einer bestimmten Temperatur komplett zu unterbinden.
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Die
DE 10 2004 034 443 A1 beschreibt ein Kühlsystem mit einem Umlenkventil, um selektiv den Durchsatz an Kühlmittel durch einen Verbrennungsmotor zu steuern, wobei der Verbrennungsmotor einen Zylinderblock mit einem Kühlmantel und einen an dem Zylinderblock befestigten Zylinderkopf mit einem Kühlmantel aufweist. Ein Controller, der auf die Temperatur des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes reagiert, steuert das Umlenkventil und eine Wasserpumpe, um einen ausreichenden Kühlmittelfluss durch den Kopf und den Block bereitzustellen und somit optimale Betriebstemperaturen beizubehalten.
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Ergänzend wird auf die
DE 10 2009 017 748 A1 verwiesen, aus der es prinzipiell bekannt ist, in dem Kühlkreislauf eines Motors auch den Kühler für Motor- und Getriebeöl einzubinden, wohingegen aus der
DE 10 2010 048 467 A1 die Einbindung von Abgaswärmetauschern bekannt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein schnelles Aufwärmen von Antriebsstrangkomponenten und Fluiden zu sorgen, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch Reduzierung von Reibungsverlusten zu verbessern.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird mit einem Antriebsstrangkühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Optional kann ein Wärmetauscher einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (EHRDHE von engl.: ”exhaust heat recovery device heat exchanger”) zumindest teilweise in dem Abgassystem und in thermischer Kommunikation mit der Kühlmittelströmung in den Kühlmittelströmungsdurchgängen stromaufwärts des zweiten, drei Positionen aufweisenden Ventils positioniert sein. Ein Umgehungs- bzw. Bypassventil, das eine Wärmeaustauschposition und eine Bypassposition besitzt, dient dazu, eine Abgasströmung durch den EHRDHE in der Wärmeaustauschposition zu lenken und in der Bypassposition den EHRDHE zu umgehen. Das Bypassventil wird so gesteuert, dass es in der Wärmeaustauschposition steht, wenn sich das zweite, drei Positionen aufweisende Ventil in der ersten Position befindet und wenn sich das zweite, drei Positionen aufweisende Ventil in der zweiten Position befindet, und wird so gesteuert, dass es in der Bypassposition steht, wenn sich das zweite, drei Positionen aufweisende Ventil in der dritten Position befindet.
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Das Antriebsstrangkühlsystem kann auch einen Kühler aufweisen, der funktional mit den Kühlmittelströmungsdurchgängen verbunden ist. Ein Kühlerventil kann in den Kühlmittelströmungsdurchgängen zwischen dem Kühler und einem Einlass der Wasserpumpe positioniert sein. Das Kühlerventil ist derart konfiguriert, dass es eine offene Position, die eine Kühlmittelströmung durch den Kühler zulässt, und eine geschlossene Position besitzt, die eine Kühlmittelströmung durch den Kühler verhindert. Das Kühlerventil kann funktional mit dem Controller verbunden und so gesteuert sein, dass es sich in dem ersten und dem zweiten der Kühlmittelströmungsmoden in der geschlossenen Position befindet. Das Kühlerventil kann so gesteuert sein, dass es sich in dem dritten Kühlmittelströmungsmodus in der offenen Position befindet, wenn das zweite, drei Positionen aufweisende Ventil in der dritten Position steht und die Kühlmitteltemperatur angibt, dass die Motoröltemperatur und die Getriebeöltemperatur größer als eine vorbestimmte maximale Öltemperatur sind. Die vorbestimmte maximale Öltemperatur ist größer als die vorbestimmte Öltemperatur.
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Das Antriebsstrangkühlsystem kann auch so gesteuert sein, dass es das Erwärmen des Fahrzeug-Fahrgastraumes unterstützt. Genauer kann eine Fahrgastraumheizung in thermischer Kommunikation mit der Kühlmittelströmung in den Kühlmittelströmungsdurchgängen stromabwärts des Zylinderkopfs und stromaufwärts des zweiten, drei Positionen aufweisenden Ventils positioniert sein. Wärme von dem Kühlmittel wird somit dazu verwendet, den Fahrgastraum über den Fahrgastraum-Wärmetauscher zu heizen.
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Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der vorliegenden Lehren in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangkühlsystems und eines Anteils eines Antriebsstrangs, wobei sich das Kühlsystem in einem ersten Kühlmittelströmungsmodus befindet, der keine Kühlmittelströmung aufweist.
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2 ist eine schematische Darstellung des Antriebsstrangkühlsystems und des Antriebsstrangs von 1, wobei sich das Antriebsstrangkühlsystem in einem zweiten Kühlmittelströmungsmodus mit einer Kühlmittelströmung zu einem Zylinderkopf des Motors und zu einem Motorwärmetauscher befindet, wobei ein Wärmetauscher der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung in einem Wärmeaustauschmodus ist und keine Kühlmittelströmung durch einen Kühler vorhanden ist.
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3 ist eine schematische Darstellung des Antriebsstrangkühlsystems und des Antriebsstrangs von 1, wobei sich das Antriebsstrangkühlsystem in einem dritten Kühlmittelströmungsmodus mit einer Kühlmittelströmung zu sowohl einem Motorblock als auch dem Zylinderkopf des Motors und zu einem Getriebewärmetauscher befindet, wobei der Wärmetauscher der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung in einem Wärmeaustauschmodus ist und keine Kühlmittelströmung durch einen Kühler vorhanden ist.
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4 ist eine schematische Darstellung des Antriebsstrangkühlsystems und des Antriebsstrangs von 1, wobei sich das Antriebsstrangkühlsystem in einem vierten Kühlmittelströmungsmodus mit einer Kühlmittelströmung zu sowohl einem Motorblock als auch dem Zylinderkopf des Motors, zu sowohl dem Motorwärmetauscher und dem Getriebewärmetauscher befindet, wobei der Wärmetauscher der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung in einem Wärmeaustauschmodus ist und keine Kühlmittelströmung durch einen Kühler vorhanden ist.
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5 ist eine schematische Darstellung des Antriebsstrangkühlsystems und des Antriebsstrangs von 1, wobei sich das Antriebsstrangkühlsystem in einem fünften Kühlmittelströmungsmodus mit einer Kühlmittelströmung zu sowohl einem Motorblock und dem Zylinderkopf des Motors, zu sowohl dem Motorwärmetauscher und dem Getriebewärmetauscher befindet, wobei der Wärmetauscher der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung in einem Bypassmodus ist und eine Kühlmittelströmung durch einen Kühler vorhanden ist.
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6 ist eine schematische Darstellung in Schnittansicht des ersten, drei Positionen aufweisenden Ventils von 1 in einer ersten Position.
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7 ist eine schematische Darstellung in Schnittansicht des ersten, drei Positionen aufweisenden Ventils von 1 in einer zweiten Position.
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8 ist eine schematische Darstellung in Schnittansicht des ersten, drei Positionen aufweisenden Ventils von 1 in einer dritten Position.
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9 ist eine schematische Darstellung in Schnittansicht des zweiten, drei Positionen aufweisenden Ventils von 1 in einer ersten Position.
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10 ist eine schematische Darstellung in Schnittansicht des zweiten, drei Positionen aufweisenden Ventils von 1 in einer zweiten Position.
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11 ist eine schematische Darstellung in Schnittansicht des zweiten, drei Positionen aufweisenden Ventils von 1 in einer dritten Position.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen über die verschiedenen Ansichten hinweg gleiche Komponenten bezeichnen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10, das einen Antriebsstrang 12 und ein Antriebsstrangkühlsystem 14 besitzt, das in mehreren Kühlmittelströmungsmoden betreibbar ist, um eine Fahrzeugwirtschaftlichkeit zu erhöhen, wie hier beschrieben ist. Der Antriebsstrang 12 weist einen Motor 16 auf, der einen Motorblock 18 und einen Zylinderkopf 20 besitzt. Der Antriebsstrang 12 weist auch ein Getriebe 22 auf, das funktional mit dem Motor 16 verbunden und durch den Motor 16 zum Vortrieb des Fahrzeugs 10 angetrieben ist. Zusätzlich weist das Fahrzeug 10 eine Fahrgastraumheizung 23 auf, die dazu dient, Wärme für einen Fahrgastraum bereitzustellen, der in thermischer Kommunikation mit der Heizung 23 steht. Der Fahrgastraum ist nicht gezeigt, jedoch sei er in der Technik als ein Volumen zu verstehen, das von der Fahrzeugkarosserie umgeben ist und in dem Fahrgäste in dem Fahrzeug 10 sitzen. Der Fahrgastraum befindet sich benachbart der Heizung 23, die unterhalb der Motorhaube des Fahrzeugs 10 in einem Motorraum vorgesehen sein kann, so dass, wenn Luft über die Heizung 23 in den Fahrgastraum geblasen wird, die Luft durch die Heizung 23 erhitzt wird.
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Der Motor 16 besitzt ein Abgassystem 24, das einen Abgaskrümmer 26 aufweist, der an dem Zylinderkopf 20 montiert ist. Das Abgas wird von dem Motor 16 durch den Abgaskrümmer 26 und ein Abgasrohr 28, das funktional damit verbunden ist, ausgetragen. Ein Wärmetauscher einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung (EHRDHE) 30 ist in thermischer Kommunikation mit einer Kühlmittelströmung in dem Kühlsystem 14 positioniert und ist selektiv in thermischer Kommunikation mit dem Abgas in dem Abgasrohr 28, wie hier erläutert ist. Ein Bypassventil 32 ist zwischen zwei verschiedenen Positionen steuerbar. In einer Wärmeaustauschposition strömt das Abgas durch den EHRDHE 30. Wenn sich das Bypassventil 32 in einer zweiten Bypassposition befindet, strömt das Abgas durch eine Bypassleitung 34, die mit dem Abgasrohr 28 verbunden ist, um den EHRDHE 30 zu umgehen.
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Das Antriebsstrangkühlsystem 14 ist vorgesehen, um die Kühlmittelströmung zu regulieren und die Abgasströmung zu regulieren, um ein Erwärmen der Komponenten und Fluide des Antriebsstrangs 12 in der Priorität bereitzustellen, die für die Kraftstoffwirtschaftlichkeit am Nützlichsten ist, und dann optimale Temperaturen beizubehalten. Das Antriebsstrangkühlsystem 14 weist mehrere Kühlmittelströmungsdurchgänge 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H, 50J, 50K, 50P, 50Q, 50R und 50S auf, durch die Kühlmittel durch eine Pumpe 52 gepumpt werden kann, die hier als eine Wasserpumpe oder eine Kühlmittelpumpe bezeichnet ist. Die Kühlmittelströmungsdurchgänge 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H, 50J, 50K, 50P, 50Q, 50R und 50S können Leitungen oder eine flexible oder starre Verrohrung sein oder können gebohrte, gedrehte, gegossene oder anderweitig geformte Durchgänge in irgendeiner Fahrzeugkomponente sein. Die Pumpe 52 besitzt einen Einlass 52A und einen Auslass 52B. Die Pumpe 52 kann von dem Motor 16 angetrieben werden. Die Kühlmittelströmung durch die Durchgänge 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H, 50J, 50K, 50P, 50Q, 50R und 50S wird durch mehrere Ventile 54, 56, 58, gesteuert durch einen Controller, gesteuert, um verschiedene Kühlmittelströmungsmoden herzustellen. Die Position des Bypassventils 32 ist ebenfalls durch den Controller 60 gesteuert.
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Das Ventil 54 wird als ein erstes, drei Positionen aufweisendes Ventil bezeichnet. Das Ventil 54 besitzt einen Einlass 54A, der mit dem Auslass 52B der Pumpe 52 durch den Durchgang 50A verbunden ist, einen ersten Auslass 54B, der mit dem Zylinderkopf 20 durch den Durchgang 50B verbunden ist, und einen zweiten Auslass 54C, der mit dem Motorblock 18 durch den Durchgang 50C verbunden ist. Das Ventil 54 befindet sich stromabwärts der Pumpe 52 und stromaufwärts des Motors 16 in der Richtung der Kühlmittelströmung durch die Durchgänge 50A, 50B, 50C. Die Richtung der Kühlmittelströmung, wenn Kühlmittel durch das Ventil 54 strömen kann, ist durch Pfeile an den Enden der jeweiligen Durchgänge 50A bis 50S angegeben. Wie hier verwendet ist, befindet sich eine erste Komponente ”stromabwärts” einer zweiten Komponente, wenn Kühlmittel zu der ersten Komponente von der zweiten Komponente während einer einzelnen Zirkulationsschleife des Strömungskreislaufs strömt, wobei der Strömungskreislauf an dem Auslass 52B der Pumpe 52 beginnt. Eine erste Komponente befindet sich ”stromaufwärts” einer zweiten Komponente, wenn Kühlmittel von der ersten Komponente zu der zweiten Komponente in einer einzelnen Zirkulationsschleife des Strömungskreislaufs strömt, wobei der Strömungskreislauf an dem Auslass 52B der Pumpe 52 beginnt.
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Das Ventil 54 ist ein Drehventil bei der gezeigten Ausführungsform, kann jedoch ein beliebiger Typ von Ventil sein, der zumindest drei Positionen besitzt und in der Lage ist, die hier beschriebenen Strömungsmoden herzustellen. Das Ventil 54 besitzt ein internes bewegbares Element 55, das von dem Controller 60 gesteuert werden kann, um drei verschiedene Positionen herzustellen, wie in den 6 bis 8 gezeigt ist. Eine Kühlmittelströmung durch das Ventil 54 ist durch Pfeile FI zur Strömung in das Ventil 54 und FO zur Strömung aus dem Ventil 54 dargestellt. Das bewegbare Element 55 wird um einen Schwenkzapfen 57 geschwenkt. In einer ersten Position, die in 6 gezeigt ist, blockiert das Element 55 die Auslässe 54B, 54C, so dass kein Kühlmittel durch das Ventil 54 strömen kann. Somit wird kein Kühlmittel an den Motor 16 geliefert. Wie in 7 gezeigt ist, kann das Ventil 54 in der Richtung des Pfeils 59 zu einer zweiten Position gedreht werden, in der das Kühlmittel durch das Ventil 54 von dem Einlass 54A zu dem Auslass 54B und somit zu dem Zylinderkopf 20 strömen kann. Das Ventil 54 kann in der Richtung von Pfeil 61 zu einer dritten Position gedreht werden, in der Kühlmittel durch das Ventil 54 von dem Einlass 54A zu dem Auslass 54C strömen kann, wie in 8 gezeigt ist.
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Gleichermaßen ist das Ventil 56 ein drei Positionen aufweisendes Ventil und besitzt einen Einlass 56A, einen ersten Auslass 56B und einen zweiten Auslas 56C. Der Einlass 56A ist mit dem EHRDHE 30 durch den Kühlmitteldurchgang 50H von 1 verbunden. Der erste Auslass 56B ist mit einem Motorwärmetauscher 62 durch den Durchgang 50J verbunden. Der zweite Auslass 56C ist mit einem Getriebewärmetauscher 64 durch den Kühlmitteldurchgang 50I verbunden. Der Motorwärmetauscher 62 steht in Fluidkommunikation mit dem Motoröl in einer Ölwanne 85. Genauer wird Motoröl durch Durchgänge 53A und 53B zwischen dem Motorölwärmetauscher 62 und der Ölwanne 85 geführt, um zu ermöglichen, dass die Temperatur des Motoröls durch Wärmeübertragung mit dem Kühlmittel in dem Motorwärmetauscher 62 variiert wird. Der Wärmetauscher 62 kann das Öl abhängig von den relativen Temperaturen des Motoröls und des Kühlmittels erwärmen oder kühlen. Gleichermaßen steht das Getriebeöl in dem Getriebe 22 in thermischer Kommunikation mit dem Kühlmittel über Durchgänge 53C, 53D, durch die das Getriebeöl zwischen dem Getriebe 22 und dem Getriebeölwärmetauscher 64 geführt wird. Dies ermöglicht, dass die Temperatur des Getriebeöls durch Wärmeübertragung mit dem Kühlmittel in dem Getriebewärmetauscher 64 variiert werden kann. Der Wärmetauscher 64 kann das Getriebeöl abhängig von den relativen Temperaturen des Getriebeöls und des Kühlmittels erwärmen oder kühlen.
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Das Ventil 56 ist ein Drehventil, kann jedoch ein beliebiger Typ von Ventil sein, der zumindest drei Positionen besitzt und in der Lage ist, die hier beschriebenen Strömungsmoden herzustellen. Das Ventil 56 besitzt ein intern bewegbares Element 55A, das von dem Controller 60 gesteuert werden kann, um drei verschiedene Positionen herzustellen, wie in den 9–11 gezeigt ist. Das bewegbare Element 55A ist um einen Zapfen 57A schwenkbar. Das bewegbare Element 55A besitzt eine erste Position, die in 9 gezeigt ist und in der das Element 55A nur den Auslass 56C blockiert, so dass das Kühlmittel durch das Ventil von dem Einlass 56A zu dem Auslass 56B und somit zu dem Motorwärmetauscher 62 strömen kann. Das bewegbare Element 55A besitzt eine zweite Position, die in 10 gezeigt ist und in der das Element 55A nur den Auslass 56B blockiert, so dass Kühlmittel durch das Ventil 56 von dem Einlass 56A zu dem Auslass 56C und somit zu dem Getriebewärmetauscher 64 strömen kann. Das bewegbare Element 55A besitzt auch eine dritte Position, die in 11 gezeigt ist und in der keiner der Auslässe 56B, 56C blockiert ist, so dass Kühlmittel durch das Ventil 56 von dem Einlass 56A zu sowohl dem Auslass 56B als auch dem Auslass 56C und dadurch zu sowohl dem Motorwärmetauscher 62 als auch dem Getriebewärmetauscher 64 strömen kann.
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Wieder Bezug nehmend auf 1 besitzt das Bypassventil 32 einen Einlass 32A, der mit dem Abgasrohr 28 verbunden ist, einen ersten Auslass 32B, der mit dem EHRDHE 30 verbunden ist und einen zweiten Auslass 32C, der mit der Bypassleitung 34 verbunden ist. Das Bypassventil 32 ist mit dem Controller 60 verbunden und kann als eine einfache Ventilklappe mit einem inneren Element konfiguriert sein, das von dem Controller 60 bewegbar ist, um die Abgasströmung von dem Einlass 32A zu dem Auslass 32B in einer Wärmeaustauschposition zu lenken und die Abgasströmung von dem Einlass 32A zu dem Auslass 32C in einer Bypassposition zu lenken.
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Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Bypassventil 32 ein beliebiges selbstregulierendes Ventil sein, das in Ansprechen auf eine Temperatur automatisch öffnet und schließt. Beispielsweise kann das Bypassventil 32 in Ansprechen auf einen Aktuator, wie ein thermisches Wachs, öffnen, der in thermischer Kommunikation mit dem Kühlmittel steht und die Ventilöffnung aufgrund der Temperatur des Kühlmittels und der Ausdehnung und Kontraktion des Wachses einstellt, das mit dem Bypassventil 32 in Kontakt steht. Das Bypassventil 32 kann derart konfiguriert sein, bei einer vorbestimmten Kühlmitteltemperatur automatisch zu öffnen.
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Das Kühlerventil 58 besitzt einen ersten Einlass 58A, einen zweiten Einlass 58B und einen Auslass 58C. Der Auslass 58C des Ventils 58 ist mit dem Einlass 52A der Pumpe 52 durch den Durchgang 50R verbunden. Ein internes Element 59 ist in Ansprechen auf Steuersignale von dem Controller 60 von einer ersten Position, die in 1 gezeigt ist, zu einer zweiten Position, die in 5 gezeigt ist, bewegbar. Wenn sich das interne Element 59 in der ersten Position befindet, kann Kühlmittel von dem ersten Einlass 58A zu dem Auslass 58C strömen und der zweite Einlass 58B ist blockiert. Wenn das interne Element 59 in der zweiten Position ist, kann das Kühlmittel von sowohl dem ersten Einlass 58A als auch dem zweiten Einlass 58B zu dem Auslass 58C strömen. Wenn sich das Kühlerventil in der zweiten Position befindet, so dass der zweite Einlass 58B nicht blockiert ist, strömt Kühlmittel durch einen Kühler 70, der in dem Kühlsystem 14 enthalten ist. Genauer kann, wenn das Kühlerventil 58 in der zweiten Position ist, Kühlmittel von dem Kühler 70 durch den Durchgang 50Q strömen. Dies erlaubt seinerseits eine Strömung von Kühlmittel in den Kühler 70 von dem Durchgang 50S. Im Gegensatz dazu kann, wenn sich das interne Element 59 in der ersten Position befindet, wobei der zweite Einlass 58B blockiert ist, Kühlmittel nicht durch den Kühler 70 strömen und das Kühlmittel in dem Durchgang 50S wird gestoppt.
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Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Kühlerventil 58 ein beliebiges selbstregulierendes Ventil sein, das in Ansprechen auf eine Temperatur automatisch öffnet und schließt. Beispielsweise kann das interne Element 59 in Ansprechen auf einen Aktuator, wie ein thermisches Wachs, öffnen, der die Ventilöffnung auf Grundlage der Temperatur des Kühlmittels und der Expansion und Kontraktion des Wachses einstellt, das mit dem bewegbaren Element 59 in Kontakt steht. Das Ventil 58 kann so konfiguriert sein, dass das interne Element 59 bei einer vorbestimmten Kühlmitteltemperatur automatisch öffnet.
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Das Antriebsstrangkühlsystem 14 weist auch mehrere Temperatursensoren auf, die funktional mit dem Controller 60 verbunden sind, um gegenwärtige Temperaturbedingungen in dem Antriebsstrang 12 bereitzustellen. Beispielsweise ist ein erster Temperatursensor 80 an oder in dem Zylinderkopf 20 montiert oder anderweitig funktional mit dem Zylinderkopf 20 verbunden, so dass der Sensor 80 in thermischer Kommunikation mit dem Zylinderkopf 20 steht und Sensorsignale an den Controller 60 liefern kann, die eine Zylinderkopftemperatur angeben. Die elektrische Verdrahtung, die den Sensor 80 mit dem Controller 60 verbindet, ist zu Zwecken der Vereinfachung der Zeichnungen nicht gezeigt.
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Ein zweiter Temperatursensor 82 ist an oder in dem Motorblock 18 montiert oder anderweitig funktional mit dem Motorblock 18 verbunden, so dass der Sensor 82 in thermischer Kommunikation mit dem Motorblock 18 steht und Sensorsignale an den Controller 60 liefern kann, die eine Motorblocktemperatur angeben. Die elektrische Verdrahtung, die den Sensor 82 mit dem Controller 60 verbindet, ist zu Zwecken der Klarheit der Zeichnungen nicht gezeigt.
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Ein dritter Temperatursensor 84 ist an oder in der Ölwanne 85 montiert oder anderweitig funktional mit der Ölwanne 85 verbunden, die an dem Motorblock 18 montiert ist, so dass der Sensor 84 in thermischer Kommunikation mit Motoröl steht, das sich in der Ölwanne 85 sammelt, und Sensorsignale an den Controller 60 liefern kann, die eine Motoröltemperatur angeben. Die elektrische Verdrahtung, die den Sensor 84 mit dem Controller 60 verbindet, ist zu Zwecken der Klarheit in den Zeichnungen nicht gezeigt.
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Ein vierter Temperatursensor 86 ist an oder in dem Getriebe 22 montiert oder anderweitig funktional mit dem Getriebe 22 verbunden, so dass der Sensor 86 in thermischer Kommunikation mit Getriebeöl in dem Getriebe 22 steht und Sensorsignale an den Controller 60 liefern kann, die eine Getriebeöltemperatur angeben. Die elektrische Verdrahtung, die den Sensor 86 mit dem Controller 60 verbindet, ist zu Zwecken der Klarheit in den Zeichnungen nicht gezeigt.
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1 zeigt das Kühlsystem 14 in einem ersten Kühlmodus, der für eine Zeitperiode unmittelbar nach einem Kaltstart des Fahrzeugs 10 geeignet ist. In dem ersten Kühlmodus befindet sich das Ventil 54 in der ersten Position von 6, so dass eine Fluidströmung durch das Ventil 54 nicht zugelassen ist. Da das Fahrzeug 10 gerade gestartet worden ist, ist es wahrscheinlich, dass das Kühlmittel relativ kalt ist, und zwar bei weniger als einer vorbestimmten Kühlmitteltemperatur, bei der das Kühlerventil 58 öffnet. Demgemäß befindet sich das Kühlerventil 58 in der geschlossenen Position, und eine Kühlmittelströmung durch den Kühler 70 wird nicht zugelassen. Ein in einem Prozessor des Controllers 60 gespeicherter Algorithmus ist derart konfiguriert, dass der Controller 60 das Kühlerventil 58 öffnet, wenn die Temperatur des Kühlmittels über einer vorbestimmten Kühlmitteltemperatur liegt. Die Kühlmitteltemperatur wird durch Zuordnen zu der Motorblocktemperatur, die durch den Sensor 82 bestimmt ist, angegeben. Die Kühlmitteltemperatur, bei der das Kühlerventil 58 öffnet, kann eine Motoröltemperatur und eine Getriebeöltemperatur oberhalb einer vorbestimmten maximalen Öltemperatur angeben.
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Demgemäß öffnet das Kühlerventil 58 nur, nachdem das Motoröl und das Getriebeöl ausreichend erwärmt sind, um eine Strömung des Kühlmittels durch den Kühler 70 zuzulassen.
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In dem ersten Kühlströmungsmodus von 1 befindet sich das Bypassventil 32 in der Wärmeaustauschposition, und das Ventil 56 befindet sich in der ersten Position. Jedoch wird, da sich das Ventil 54 in der ersten Position befindet, eine Kühlströmung durch das Kühlsystem gestoppt. Ohne Zirkulation des Kühlmittels steigt während dieses Modus die Temperatur von sowohl dem Zylinderkopf 20, dem Motorblock 18, dem Motoröl als auch dem Getriebeöl.
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Wenn der erste Temperatursensor 80 angibt, dass die Temperatur des Zylinderkopfs 20 größer als eine erste vorbestimmte Temperatur ist, und der zweite Temperatursensor 82 angibt, dass die Temperatur des Motorblocks 18 kleiner als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist, stellt der Controller 60 einen zweiten Kühlströmungsmodus dadurch her, dass das Ventil 54 in die zweite Position von 7 gebracht wird, um eine Kühlmittelströmung durch den Zylinderkopf 20 zuzulassen, wie in 2 gezeigt ist. Die erste vorbestimmte Temperatur ist als eine optimale Zylinderkopftemperatur gewählt. Die zweite vorbestimmte Temperatur ist als eine optimale Motorblocktemperatur gewählt. Die Ventile 32 und 56 bleiben in denselben Positionen, wie in dem ersten Kühlströmungsmodus. Das Kühlerventil 58 befindet sich ebenfalls in der geschlossenen Position, da die Zylinderkopftemperatur, bei der das Ventil 54 in der zweiten Position angeordnet ist, mit einer Motoröltemperatur in Verbindung steht und die Kühlmitteltemperatur signifikant geringer als die ist, bei der das Ventil 58 in die offene Position bewegt wird.
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Wenn sich das Ventil 54 in der zweiten Position befindet, strömt gepumptes Kühlmittel durch den Zylinderkopf 20 an die Heizung 23, durch den EHRDHE 30 und durch den Motorwärmetauscher 62 durch Durchgänge 50A, 50B, 50E, 50F, 50G, 50H, 50J, 50K und 50R. In diesem Strömungsmodus entnimmt das Kühlmittel Wärme von dem Zylinderkopf 20, liefert Wärme an die Heizung 23, nimmt zusätzliche Wärme in dem EHRDHE 30 auf und liefert Wärme an den Motorwärmetauscher 62, um das Motoröl in der Ölwanne 85 zu erwärmen. Das Getriebeöl wird anfänglich nicht durch den Getriebewärmetauscher 64 erhitzt, da an dem Beginn des zweiten Kühlströmungsmodus Kühlmittel nicht zu dem Getriebewärmetauscher 64 strömt. Jedoch kann, sobald das Motoröl auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt ist, das zweite, drei Positionen aufweisende Ventil 56 zu einer Bewegung zu der zweiten Position von 10 gesteuert werden, so dass Kühlmittel zu dem Getriebewärmetauscher 64 strömt, um das Getriebeöl zu erwärmen. Das Ventil 56 wird auf Grundlage von Temperaturen gesteuert, die durch die Temperatursensoren 84, 86 angegeben sind, so dass das Motoröl und das Getriebeöl in Stufen während des zweiten Kühlströmungsmodus erhitzt werden, um maximale Vorteile bei der Reibungsreduzierung bereitzustellen.
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Während des zweiten Kühlströmungsmodus setzt der Controller 60 den Empfang der Sensorsignale von den Temperatursensoren fort, die erfasste Temperaturbedingungen angeben, wie oben beschrieben ist. Wenn der zweite Temperatursensor 82 angibt, dass die Temperatur des Motorblocks 18 größer als die zweite vorbestimmte Temperatur ist, bringt der Controller 60 das Ventil 54 in die dritte Position, so dass Kühlmittel zu dem Motorblock 18 und dann zu dem Zylinderkopf 20 in einer U-Formation durch die Durchgänge 50D und 50E strömt. Die internen Durchgänge in dem Motorblock 18, die durch den Durchgang 50D repräsentiert sind, stehen in kontinuierlicher Fluidkommunikation mit den internen Durchgängen des Zylinderkopfs 20, die durch den Durchgang 50 repräsentiert sind, wobei eine U-Formation gebildet wird. Es sei angemerkt, dass die internen Durchgänge in dem Motorblock 18 und die internen Durchgänge in dem Zylinderkopf 20 derart konfiguriert sein können, dass sie in Fluidkommunikation miteinander in Formationen stehen, die von einer U-Formation verschieden sind. Dies bedeutet, die Durchgänge 50D, 50E können in einer anderen als einer U-Formation konfiguriert sein.
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Wenn das Ventil 54 in der zweiten Position der 2 und 7 steht, ist das Kühlmittel in dem Durchgang 50D relativ stagnierend und nicht durch die Kühlmittelströmung durch den Durchgang 50E beeinflusst. Die Kühlmittelströmung durch den Durchgang 50D mit dem Ventil 54 in der dritten Position treibt Kühlmittel zur Strömung zu dem Durchgang 50E und dann zu dem Durchgang 50F das Ventil 32 bleibt in der Abwärmerückgewinnungsposition.
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Während des dritten Kühlströmungsmodus wird das Ventil 56 so gesteuert, dass eine gestufte Erwärmung des Motoröls und des Getriebeöls durch Bewegung zwischen der ersten und zweiten Position hergestellt wird. 3 zeigt eine dieser Stufen, wobei das Ventil 56 in der zweiten Position ist. Sobald optimale Öltemperaturen erreicht sind, wird das Ventil 56 in die dritte Position von 11 bewegt, wie in 4 gezeigt ist, so dass Kühlmittel an sowohl den Motorwärmetauscher 62 als auch den Getriebewärmetauscher 64 gleichzeitig geliefert wird, um eine Öltemperatur bei der optimalen vorbestimmten Öltemperatur über die Wärmetauscher 62, 64 beizubehalten. Kühlmittel strömt somit in einem Kreislauf in dem dritten Kühlströmungsmodus durch den Motorblock 18, den Zylinderkopf 20, die Heizung 23, den EHRDHE 30 und einen oder beide des Motorwärmetauschers 62 und des Getriebewärmetauschers 64 durch Durchgänge 50A, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H, 50I, 50J, 50K, 50P und 50R.
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Die Abwärmerückgewinnung und Kühlmittelströmung zu dem Motorwärmetauscher 62 und dem Getriebewärmetauscher 64 wird fortgesetzt, bis die Öltemperaturen mit maximalen Reibungsvorteilen konsistent sind. Sobald die Temperatursensoren 84, 86 angeben, dass eine vorbestimmte maximale Öltemperatur, bei der maximale Reibungsvorteile erzielt werden, erreicht ist, wird ein vierter Kühlströmungsmodus hergestellt, wie in 5 gezeigt ist, da das Ventil 32 zu einer Bypassposition bewegt wird und das Kühlerventil 58 zu einer offenen Position bewegt wird. Der Controller 60 bewegt das Ventil 58 zu einer offenen Position, wenn eine Kühlmitteltemperatur, die mit den maximalen Öltemperaturen konsistent ist, erreicht ist, wobei die Kühlmitteltemperatur durch den Controller 60 auf Grundlage einer Motorblocktemperatur bestimmt wird. Das Kühlmittel kann dann durch den Kühler 70 strömen, um zusätzliche Wärme auszutragen. Das Ventil 54 bleibt in der dritten Position, und das Ventil 56 bleibt in seiner dritten Position. In dem vierten Kühlströmungsmodus strömt Kühlmittel in einem Kreislauf durch die Durchgänge 50A, 50C, 50D, 50E, wobei es sich durch 50F und 50S aufteilt. Die Strömung von dem Durchgang 50F setzt sich durch eine Heizung 23, durch den Durchgang 50G, durch den EHRDHE 30 (den das Abgas durch die Leitung 34 umgeht) fort, wird durch Durchgang 50I und 50J aufgeteilt, strömt durch den Durchgang 50P oder 50K und dann zu 50R. Das Kühlmittel, das sich zu Durchgang 50S aufgeteilt hat, strömt durch den Kühler 70 zu dem Durchgang 50Q und durch das Kühlerventil 58 zu dem Durchgang 50R und zurück durch die Pumpe 52.
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Ein Verfahren zum Kühlen eines Antriebsstrangs 12, der einen Motor 16 mit einem Zylinderkopf 20 und einem Motorblock 18 aufweist, weist somit ein Steuern eines ersten, drei Positionen aufweisenden Ventils 54 zu einer ersten Position auf, um eine Kühlmittelströmung zu dem Motorblock 18 zu blockieren, wenn eine Temperatur des Zylinderkopfs 20 kleiner als eine erste vorbestimmte Temperatur ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Steuern des ersten, drei Positionen aufweisenden Ventils 54 zu einer zweiten Position, um die Kühlmittelströmung zu dem Zylinderkopf 20 zu lenken und eine Kühlmittelströmung von dem Motorblock 18 zu blockieren, wenn die Temperatur des Zylinderkopfs 20 größer als die erste vorbestimmte Temperatur ist und eine Temperatur des Motorblocks 18 kleiner als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist. Das Verfahren weist dann ein Steuern des ersten, drei Positionen aufweisenden Ventils 54 zu einer dritten Position auf, um die Kühlmittelströmung zu sowohl dem zweiten Zylinderkopf 20 als auch dem Motorblock 18 zu lenken, wenn die Temperatur des Motorblocks 18 größer als die zweite vorbestimmte Temperatur ist.
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Das Verfahren umfasst ein Steuern eines zweiten drei Positionen aufweisenden Ventils 56, das stromabwärts des Motors 16 angeordnet ist, zu einer ersten Position, um die Kühlmittelströmung zu einem Motorwärmetauscher 62 zu lenken, wenn eine Motoröltemperatur kleiner als eine vorbestimmte Motoröltemperatur ist. Das zweite, drei Positionen aufweisende Ventil 56 dann zu einer zweiten Position gesteuert, um die Kühlmittelströmung zu einem Getriebewärmetauscher 64 zu lenken, wenn eine Getriebeöltemperatur kleiner als eine vorbestimmte Getriebeöltemperatur ist und die Motoröltemperatur größer als die vorbestimmte Motoröltemperatur ist. Das Verfahren umfasst ein Steuern des zweiten, drei Positionen aufweisenden Ventils 56 zu einer dritten Position, um die Kühlmittelströmung zu sowohl dem Motorwärmetauscher 62 als auch dem Getriebewärmetauscher 64 zu lenken, wenn die Getriebeöltemperatur größer als eine vorbestimmte Getriebeöltemperatur ist und die Motoröltemperatur größer als die vorbestimmte Motoröltemperatur ist. Die vorbestimmte Getriebeöltemperatur kann gleich wie die vorbestimmte Motoröltemperatur sein.
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Zusätzlich kann das Abwärmerückgewinnungsbypassventil 32 mit dem Verfahren gesteuert werden, um Motorabgas so zu lenken, dass es in thermischer Kommunikation mit der Kühlmittelströmung steht, wenn das zweite, drei Positionen aufweisende Ventil 56 in der ersten Position oder in der zweiten Position ist. Das Abwärmerückgewinnungsbypassventil 32 kann so gesteuert werden, dass das Motorabgas die thermische Kommunikation mit der Kühlmittelströmung umgeht, wenn das zweite, drei Positionen aufweisende Ventil 56 in der dritten Position ist. Ein Kühlerventil 58 kann in der Kühlmittelströmung stromabwärts des Motorwärmetauschers 62 und des Getriebewärmetauschers 64 stromaufwärts eines Einlasses 52A der Kühlmittelpumpe 52 und stromabwärts eines Kühlers 70 positioniert sein. Gemäß dem Verfahren kann das Ventil 58 so gesteuert werden, eine geschlossene Position beizubehalten, in der eine Kühlmittelströmung von dem Kühler 70 von dem Einlass 52A der Pumpe 50 blockiert wird, wie in 1 gezeigt ist, wodurch eine Kühlmittelströmung durch den Kühler 70 gestoppt wird. Das Ventil 58 kann so gesteuert werden, dass eine offene Position beibehalten wird, in der eine Kühlmittelströmung von dem Kühler 70 durch das Kühlerventil 58 zu dem Einlass 52A der Kühlmittelpumpe 52 zugelassen wird. Das Kühlerventil 58 kann derart konfiguriert sein, eine Kühlmittelströmung von dem Motorwärmetauscher 62 und dem Getriebewärmetauscher 64 zum Durchgang durch das Ventil 58 in sowohl der geschlossenen Position als auch der offenen Position zuzulassen.
