DE102014226018A1

DE102014226018A1 - Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, mit einem Hochtemperaturkühlkreislauf und mit einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102014226018A1
Application number: DE102014226018.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Hartinger; Carina Dittmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Kraftfahrzeug (100) mit einer Brennkraftmaschine (103), mit einem Hochtemperaturkühlkreislauf (109) und mit einer elektrischen Maschine (10), die zumindest eine Komponente (12) aufweist, die durch einen Kühlmittelkreislauf kühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf, durch die die zumindest eine Komponente (12) kühlbar ist, ein Niedertemperaturkühlkreislauf (109) ist.

Description

Stand der Technik
Generatoren und Startergeneratoren in Kraftfahrzeugen sind bekannt. Die Kühlung derartiger Generatoren erfolgt meist durch aus dem Motorraum entnommene Umgebungsluft, welche durch direkt auf der Welle angebrachte Lüfter angesaugt wird. Die Gleichrichter (Generator) oder Inverter (Startergenerator, Elektronik) werden daher ebenfalls durch den angesaugten Volumenstrom gekühlt.
Wassergekühlte Generatoren sind ebenfalls bekannt.
Bei dieser Lösung ist nachteilig, dass die Temperatur des in die elektrische Maschine angesaugten Kühlmediums Luft mit der Motorraumtemperatur identisch ist. Insbesondere bei kleinen Drehzahlen ist die Temperatur des Mediums zur Kühlung des Antriebes bei gleichzeitig geforderter hoher elektrischer Leistung nicht hinreichend.
Die Motorraumtemperaturen werden zukünftig über 120°C liegen, da die Motoren zunehmend gekapselt werden, um insbesondere die zukünftige Abgasgesetzgebung einhalten zu können und die Komfortanforderungen der Kunden (Geräuschreduktion) gerecht zu werden. Dies ist ein Hinderungsgrund für den Einsatz elektronischer Inverter. Darüber hinaus wird die geforderte elektrische Leistung aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung im Pkw steigen.
Offenbarung der Erfindung
Fahrzeuge mit Brennkraftmaschinen die verhältnismäßig kleine Hubräume aufweisen („Downsizing“) und in Oberklassefahrzeugen werden zunehmend Niedertemperaturkreisläufe vorgesehen, welche Soll-Kühlwassertemperaturen von typischerweise deutlich weniger als 65°C haben. Daher ist eine weitere Möglichkeit, das Kühlwasser des Niedertemperaturkreislaufes zur Kühlung des Generators, Startergenerators oder allgemein einer elektrischen Maschine als elektrischer Antrieb oder Generator zu verwenden.
Eine bevorzugte Eigenschaft der beiden Temperaturkreisläufe lässt sich wie folgt beschreiben: Die Temperatur des Kühlmittels nach dem Durchfließen des Kühlers des Hochtemperaturkühlkreislaufs ist höher als die Temperatur des anderen Kühlmittels nach dem Durchfließen des Kühlers des Niedertemperaturkühlkreislaufs.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt:
1 zeigt eine prinzipielle Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einem Hochtemperaturkühlkreislauf und einem Niedertemperaturkühlkreislauf, den zugehörigen Wärmetauschern, einer elektrischen Maschine und einem Ladeluftkühler,
2 zeigt eine erste Ausführung einer elektrischen Maschine mit einer elektrischen Baueinheit und ihrer Kühlung,
3 zeigt eine zweite Ausführung einer elektrischen Maschine mit einer elektrischen Baueinheit und ihrer Kühlung.
In 1 ist in stark schematischer Weise ein Kraftfahrzeug 100 gezeigt. Das Kraftfahrzeug 100 hat eine Brennkraftmaschine 103. Eine Kühlmittelleitung 106 ist hier ebenfalls schematisch dargestellt und typischerweise vom Verlauf durch eine Brennkraftmaschine 103 her betrachtet sehr komplex. Die Kühlmittelleitung 106 ist Teil eines Hochtemperaturkühlkreislaufs 109. Der Hochtemperaturkühlkreislauf 109 weist unter anderem einen Wärmetauscher 112, eine Kühlmittelpumpe 113 und Verbindungsleitungen zwischen dem Wärmetauscher 112 und der Kühlmittelpumpe 113, der Kühlmittelpumpe 113 und der Brennkraftmaschine 103 sowie zwischen der Brennkraftmaschine 103 und dem Wärmetauscher 112 auf. Durch Ausströmung des Kraftfahrzeugs 100 durch Luft 114 (Fahrtwind) und Durchströmen des Wärmetauschers 112 wird Wärme aus dem Hochtemperaturkühlkreislauf 109 an die Luft 114 abgegeben. Der Hochtemperaturkühlkreislauf 109 dient dazu ein Kühlmittel durch eine Kühlmittelleitung 106 in der Brennkraftmaschine 103 zu leiten und dadurch die Brennkraftmaschine 103 zu kühlen.
Des Weiteren ist ein Niedertemperaturkühlkreislauf 117 vorhanden, der einen Wärmetauscher 120, eine Kühlmittelpumpe 122, ein Ventil 125, einen Ladeluftkühler 127 und ein weiteres Ventil 130 in einem Hauptstromweg 133 aufweist. Der Niedertemperaturkühlkreislauf 109 dient dazu Ladeluft der Brennkraftmaschine 103 zu kühlen. Durch die beiden Ventile 125 und 130 ist der Zufluss bzw. Durchfluss durch einen Nebenstromweg 135 des Niedertemperaturkühlkreislaufs 117 einstellbar. Im Nebenstromweg 135 ist des Weiteren eine elektrische Maschine 10 angeordnet. Diese elektrische Maschine 10 weist zumindest eine Komponente 12 auf, die durch den Niedertemperaturkühlkreislauf 117 als Kühlmittelkreislauf kühlbar ist. Dieser Niedertemperaturkühlkreislauf 117 ist bevorzugt ein Kühlmittelkreislauf mit einem flüssigen Kühlmittel, gleiches gilt für den Hochtemperaturkühlkreislauf 109. Es ist somit ein Teil des Niedertemperaturkühlkreislaufs 109 zur Kühlung der Komponente 12 zu einem anderen Teil des Niedertemperaturkühlkreislaufs 109 parallel geführt und durch zumindest ein Ventil 125, 130 ein Durchfluss von Kühlmittel durch die Komponente 12 einstellbar ist. Das Ventil 125 kann beispielsweise den Durchfluss zum Nebenstromweg 135 schließen und dabei den Weg zum Ladeluftkühler 127 offen halten oder den Durchfluss zum Nebenstromweg 135 und den Weg zum Ladeluftkühler 127 schließen oder beispielsweise den Durchfluss zum Nebenstromweg 135 und den Weg zum Ladeluftkühler 127 offen halten. Das Ventil 130 ist nur optional vorhanden oder alternativ zum Ventil 125 vorhanden und kann dann die gleiche Funktionalität wie eben erwähnt aufweisen.
In 2 ist die elektrische Maschine 10 schematisch gezeigt. Sie hat ein Gehäuse 13, welches vorzugsweise mehrteilig, hier zweiteilig, ausgebildet ist. Teile dieses Gehäuses 13 sind ein in der Figur links dargestelltes Lagerschild 16 und ein in der Figur rechts dargestelltes Lagerschild 19. In nicht dargestellten Naben der Lagerschilde 16 und 19 sind je ein Lager 22 und 25 gehalten. Die Lager 22 und 25 sind vorzugsweise als Wälzlager, zum Beispiel als Kugellager, ausgeführt. Die Lager 22 und 25 nehmen in ihrem Innern eine Welle 28 eines Rotors 31 auf und lagern diesen drehbar. Um den Rotor 31 ist ein Stator 34 angeordnet, der durch das Gehäuse 13 gehalten ist. Der Rotor 31 kann beispielsweise als Klauenpolläufer und der Stator 34 als Wechselstromoder Drehstromstator ausgeführt sein.
Im Innern des Gehäuses 13 sind beiderseits des magnetisch erforderlichen Teils (Eisenteils, Polteil) des Rotors 31 beispielsweise je ein Lüfter 37 angeordnet. Am rechten Lagerschild 19 ist eine elektrische Einrichtung 40 (Gleichrichter, Inverter). Die Lüfter 37 blasen Kühlluft beispielsweise durch sogenannte Wickelköpfe des Stators 34 hindurch und durch radial außerhalb im Gehäuse 13 angeordnete Öffnungen 61 aus. Diese Luft wird beispielsweise durch axial in den Lagerschilden 16 und 19 stirnseitig angeordnete Öffnungen 64 eingesaugt, die nur teilweise dargestellt sind. In diesem Beispiel kühlt der Niedertemperaturkühlkreislauf 109 einen Kühlkörper 41 einer elektrischen Baueinheit 40, in dem das Kühlmittel den Kühlkörper 41 anströmt, wobei die elektrische Baueinheit 40 dazu dient die Eigenschaften der elektrischen Maschine 10 zu beeinflussen. Der Kühlkörper 41 könnte auch so geformt sein, dass Teile dieses Kühlkörpers 41 von dem Kühlmittel durchströmt werden. In diesem Beispiel sind der Rotor 31 und der Stator 34 durch Luft gekühlt. Die Baueinheit 40 kann beispielsweise als Gleichrichter (Wechselstromgenerator) oder auch als Inverter für generatorischen und motorischen Betrieb ausgeführt sein.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Ein Teil der elektrischen Maschine 10, hier der Stator 34, wird durch das Kühlmittel des Niedertemperaturkühlkreislaufs 109 umströmt. Alternativ oder in Kombination mit dem Stator 34 könnte der Rotor 31 als Teil der elektrischen Maschine 10 ebenfalls durch das Kühlmittel durchströmt und so durch den Niedertemperaturkühlkreislauf 109 gekühlt sein. Diese elektrische Maschine hat hier eine Kapselung 70 mit einem Einlass 73 und einem Auslass 76.

Claims

Kraftfahrzeug (100) mit einer Brennkraftmaschine (103), mit einem Hochtemperaturkühlkreislauf (109) und mit einer elektrischen Maschine (10), die zumindest eine Komponente (12) aufweist, die durch einen Kühlmittelkreislauf kühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf, durch die die zumindest eine Komponente (12) kühlbar ist, ein Niedertemperaturkühlkreislauf (109) ist.
Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperaturkühlkreislauf (109) einen Kühlkörper (41) einer elektrischen Baueinheit (40) durchströmt oder anströmt, wobei die elektrische Baueinheit (40) dazu dient die Eigenschaften der elektrischen Maschine (10) zu beeinflussen.
Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der elektrischen Maschine (10), insbesondere Rotor (31) und/oder Stator (34), durch den Niedertemperaturkühlkreislauf (109) kühlbar ist.
Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotor (31) und ein Stator (34) durch Luft gekühlt werden.
Kraftfahrzeug (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Niedertemperaturkühlkreislaufs (109) zur Kühlung der Komponente (12) zu einem anderen Teil des Niedertemperaturkühlkreislaufs (109) parallel geführt ist und durch zumindest ein Ventil (125, 130) ein Durchfluss von Kühlmittel durch die Komponente (12) einstellbar ist.
Kraftfahrzeug (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturkühlkreislauf (109) dazu dient ein Kühlmittel durch eine Kühlmittelleitung (106) in der Brennkraftmaschine (103) zu leiten und dadurch die Brennkraftmaschine (103) zu kühlen.
Kraftfahrzeug (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperaturkühlkreislauf (109) dazu dient Ladeluft der Brennkraftmaschine (103) zu kühlen.