DE102017106447A1 - Thermisches Mangagmentsystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Steuern desselben - Google Patents

Thermisches Mangagmentsystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Steuern desselben Download PDF

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Abstract

Ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug kann selektiv gesteuert werden, um Wärme von einer beliebigen einer Vielzahl von unterschiedlichen Wärmequellen zu einer beliebigen aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Wärmesenken zuzuführen. Die Wärmequellen können beinhalten: einen Verbrennungsmotor, einen Zylinderkopf, ein Abgaswärmerückgewinnungssystem, ein Abgasrückführungssystem oder ein Turboladersystem. Die Wärmesenken können beinhalten: den Verbrennungsmotor, die Zylinderwärme, einen Motorölkühler, einen Getriebeölkühler und einen Heizkern. Jedes von einem Motorölkühlersteuerventil, ein Getriebeölkühlersteuerventil, ein Heizkernsteuerventil, ein Motorblocksteuerventil, ein Zylinderkopfsteuerventil, ein Bypass-Steuerventil und ein Wärmeübertragungssteuerventil werden gesteuert, um eine gewünschte Betriebsart für das Wärmemanagementsystem zu bewirken.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Steuern des Wärmemanagementsystems.
  • HINTERGRUND
  • Verbrennungsmotoren erzeugen im Betrieb Wärme. Fahrzeuge beinhalten ein Wärmemanagementsystem, das steuert, wie die Wärme verwendet und/oder entfernt wird. Thermische Managementsysteme beinhalten im Allgemeinen ein Kühlmittel, das durch die Brennkraftmaschine zirkuliert. Das Kühlmittel kann ferner durch andere Komponenten und/oder Systeme des Fahrzeugs zirkulieren, wie ein Abgaswärmerückgewinnungssystem, ein Turboladersystem oder ein Abgasrückführungssystem. Das Kühlmittel absorbiert Wärme von diesen verschiedenen unterschiedlichen Systemen, während es durch sie zirkuliert. Die in dem Kühlmittel gespeicherte Wärme kann für einen Fahrzeugzweck, wie zum Beispiel das Erwärmen eines Fahrgastraums eines Fahrzeugs, verwendet werden oder kann durch Zirkulieren des erwärmten Kühlmittels durch einen Wärmetauscher entfernt werden, um die Wärme in die Atmosphäre abzuführen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug ist bereitgestellt. Das Wärmemanagementsystem beinhaltet eine Pumpe mit einem Pumpeneingang und einem Pumpenauslass. Die Pumpe ist betreibbar, um ein Kühlmittel zu zirkulieren. Ein kalter Kühlmittelverteiler ist stromabwärts der Pumpe angeordnet und steht mit dem Pumpenauslass in fließender Verbindung, um das umgewälzte Kühlmittel von der Pumpe aufzunehmen. Das Wärmemanagementsystem beinhaltet mindestens eine Wärmequelle, die stromabwärts und in fließender Verbindung mit der Kühlkühlgalerie angeordnet ist. Die Wärmequelle empfängt das umgewälzte Kühlmittel aus der Kühlkühlgalerie. Die mindestens eine Wärmequelle ist betreibbar zum Übertragen von Wärme auf das Kühlmittel, das durch die mindestens eine Wärmequelle zirkuliert. Eine heiße Kühlmittelgalerie ist stromabwärts und in fließender Verbindung mit der mindestens einen Wärmequelle angeordnet. Die heiße Kühlmittelgalerie ist betreibbar, um das erwärmte Kühlmittel von der mindestens einen Wärmequelle zu empfangen. Ein Wärmetauscher ist in fließender Verbindung mit der heißen Kühlmittelgalerie und dem Pumpeneinlass angeordnet. Der Wärmeaustauscher ist betreibbar, um Wärme aus dem Kühlmittel zu entfernen, da das Kühlmittel durch den Wärmetauscher zirkuliert wird. Eine Umgehungsschleife verbindet die heiße Kühlmittelgalerie und den Pumpeneinlass und umgeht den Wärmetauscher. Ein Motorölkühler (EOC) beinhaltet einen EOC-Einlass und einen EOC-Auslass. Der EOC-Einlass ist in Fluidverbindung mit jeder der kalten Kühlmittelgalerie und der heißen Kühlmittelgalerie angeordnet. Der EOC-Auslass ist in Fluidverbindung mit der Umgehungsschleife angeordnet. Ein EOC-Steuerventil verbindet den EOC-Einlass, die kalte Kühlmittelgalerie und die heiße Kühlmittelgalerie. Das EOC-Steuerventil ist betätigbar, um den EOC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der kalten Kühlmittelgalerie zu versorgen, um den EOC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen oder den EOC-Einlass mit dem Kühlmittel sowohl von der kalten Kühlmittelgalerie als auch von der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen. Das EOC-Steuerventil ist auch betätigbar, um die Fluidverbindung zwischen dem EOC-Einlass und sowohl der kalten Kühlmittelgalerie als auch der heißen Kühlmittelgalerie zu schließen. Ein Getriebeölkühler (TOC) beinhaltet einen TOC-Einlass und einen TOC-Auslass. Der TOC-Einlass ist in Fluidverbindung mit jeder der kalten Kühlmittelgalerie und der heißen Kühlmittelgalerie angeordnet. Der TOC-Auslass ist in Fluidverbindung mit der Umgehungsschleife angeordnet. Ein TOC-Regelventil verbindet den TOC-Einlass, die kalte Kühlmittelgalerie und die heiße Kühlmittelgalerie. Das TOC-Steuerventil ist betätigbar, um den TOC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der kalten Kühlmittelgalerie zu versorgen, um den TOC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen oder den TOC-Einlass mit dem Kühlmittel sowohl von der kalten Kühlmittelgalerie als auch von der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen. Das TOC-Steuerventil ist auch betätigbar, um die Fluidverbindung zwischen dem TOC-Einlass und sowohl der kalten Kühlmittelgalerie als auch der heißen Kühlmittelgalerie zu schließen. Ein Heizkern (HC) beinhaltet einen HC-Einlass und einen HC-Auslass. Der HC-Einlass ist in Fluidverbindung mit der heißen Kühlmittelgalerie angeordnet. Der HC-Auslass ist in Fluidverbindung mit der Umgehungsschleife angeordnet. Ein HC-Steuerventil verbindet den HC-Einlass und die heiße Kühlmittelgalerie. Das HC-Steuerventil ist betätigbar, um den HC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen und ist betätigbar, um die Fluidverbindung zwischen dem HC-Einlass und der heißen Kühlmittelgalerie zu schließen.
  • Ein Verfahren zur Steuerung eines Thermalmanagementsystems eines Fahrzeugs ist ebenfalls bereitgestellt. Das Wärmemanagementsystem beinhaltet eine Pumpe mit einem Pumpeneinlass und einem Pumpenauslass. Die Pumpe ist betreibbar, um ein Kühlmittel durch das Wärmemanagementsystem zu zirkulieren. Eine kalte Kühlmittelgalerie ist stromabwärts der Pumpe angeordnet und steht mit dem Pumpenauslass in Fluidverbindung, um das umgewälzte Kühlmittel von der Pumpe aufzunehmen. Mindestens eine Wärmequelle ist stromabwärts und in Fluidkommunikation mit der kalten Kühlmittelgalerie angeordnet. Die mindestens eine Wärmequelle empfängt das umgewälzte Kühlmittel aus der Kühlkühlgalerie und ist betreibbar, um Wärme auf das Kühlmittel zu übertragen, das dort hindurch zirkuliert. Eine heiße Kühlmittelgalerie ist stromabwärts und in Fluidverbindung mit der wenigstens einen Wärmequelle angeordnet und ist betreibbar, um das erwärmte Kühlmittel von der mindestens einen Wärmequelle aufzunehmen. Die mindestens eine Wärmequelle beinhaltet einen Verbrennungsmotor, einen am Verbrennungsmotor angebrachten Zylinderkopf und mindestens ein Abgaswärmerückgewinnungssystem, ein Abgasrückführsystem oder ein Turboladersystem. Der Motorblock beinhaltet einen Motorblockeinlass und einen Motorblockauslass, wobei der Motorblockeinlass in Fluidverbindung mit der kalten Kühlmittelgalerie zur Aufnahme des Kühlmittels angeordnet ist und wobei der Motorblockauslass in Fluidverbindung mit der heißen Kühlmittelgalerie zum Zuführen von erwärmtem Kühlmittel zu der heißen Kühlmittelgalerie angeordnet ist. Ein Blocksteuerventil verbindet den Motorblockauslass und die heiße Kühlmittelgalerie. Das Blocksteuerventil ist betätigbar, um eine Fluidverbindung zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen dem Motorblockauslass und der heißen Kühlmittelgalerie zu schließen. Der Zylinderkopf ist in Fluidverbindung mit dem Motorblockeinlass angeordnet und beinhaltet einen Kopfauslass, der in Fluidverbindung mit der heißen Kühlmittelgalerie angeordnet ist. Ein Kopfsteuerventil verbindet den Kopfauslass und die heiße Kühlmittelgalerie. Das Kopfsteuerventil ist betätigbar, um eine Fluidverbindung zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen dem Kopfauslass und der heißen Kühlmittelgalerie zu schließen. Ein Wärmetauscher ist in Fluidverbindung mit der heißen Kühlmittelgalerie und dem Pumpeneinlass angeordnet. Der Wärmetauscher ist betätigbar, um Wärme von dem Kühlmittel zu entfernen, wenn das Kühlmittel durch den Wärmetauscher umgewälzt wird. Ein Wärmeübertragungssteuerventil verbindet die heiße Kühlmittelgalerie und den Wärmetauscher. Das Wärmeübertragungssteuerventil ist betreibbar, um eine Fluidverbindung zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie und dem Wärmetauscher zu schließen. Eine Umgehungsschleife verbindet die heiße Kühlmittelgalerie und den Pumpeneinlass, wodurch der Wärmetauscher umgangen wird. Ein Bypass-Steuerventil verbindet die heiße Kühlmittelgalerie und die Umgehungsschleife. Das Bypass-Steuerventil betreibbar ist, um eine Fluidverbindung zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen dem heißen Kühlmittelverteiler und der Umgehungsschleife zu schließen. Ein Motorölkühler (EOC) beinhaltet einen EOC-Einlass und einen EOC-Auslass. Der EOC Einlass ist in Fluidverbindung mit jeder der kalten Kühlmittelgalerie und der heißen Kühlmittelgalerie angeordnet. Der EOC-Auslass ist in Fluidverbindung mit der Umgehungsschleife angeordnet. Ein EOC-Steuerventil verbindet den EOC-Einlass, die kalte Kühlmittelgalerie und die heiße Kühlmittelgalerie. Das EOC-Steuerventil ist betreibbar, um den EOC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der kalten Kühlmittelgalerie zu versorgen, um den EOC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen oder um den EOC-Einlass mit dem Kühlmittel sowohl von der Kühlkühlgalerie als auch von der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen. Das EOC-Steuerventil ist auch betätigbar, um die Fluidverbindung zwischen dem EOC-Einlass und sowohl der kalten Kühlmittelgalerie als auch der heißen Kühlmittelgalerie zu schließen. Ein Getriebeölkühler (TOC) beinhaltet einen TOC-Einlass und einen TOC-Auslass. Der TOC-Einlass ist in Fluidverbindung mit jeder der kalten Kühlmittelgalerie und der heißen Kühlmittelgalerie angeordnet. Der TOC-Auslass ist in Fluidverbindung mit der Umgehungsschleife angeordnet. Ein TOC-Regelventil verbindet den TOC-Einlass, die kalte Kühlmittelgalerie und die heiße Kühlmittelgalerie. Das TOC-Steuerventil ist betätigbar, um den TOC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der kalten Kühlmittelgalerie zu versorgen, um den TOC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen oder um den TOC-Einlass mit dem Kühlmittel sowohl von der kalten Kühlmittelgalerie als auch von der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen. Das TOC-Steuerventil ist auch betätigbar, um die Fluidverbindung zwischen dem TOC-Einlass und sowohl der kalten Kühlmittelgalerie als auch der heißen Kühlmittelgalerie zu schließen. Ein Heizkern (HC) beinhaltet einen HC-Einlass und einen HC-Auslass. Der HC-Einlass ist in Fluidverbindung mit der heißen Kühlmittelgalerie angeordnet und der HC-Auslass ist in Fluidverbindung mit der Bypassschleife angeordnet. Ein HC-Steuerventil verbindet den HC-Einlass und die heiße Kühlmittelgalerie. Das HC-Steuerventil ist betreibbar, um den HC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen und ist auch betätigbar, um die Fluidverbindung zwischen dem HC-Einlass und der heißen Kühlmittelgalerie zu schließen. Das Verfahren zum Steuern des Wärmemanagementsystems beinhaltet das Auswählen eines gewünschten Betriebsmodus zum Übertragen von Wärme von mindestens einer der Wärmequellen zu mindestens einem der Wärmesenken. Die Wärmequellen umfassen: den Verbrennungsmotor, den Zylinderkopf, das Abgaswärmerückgewinnungssystem, das Abgasrückführsystem oder das Turboladersystem. Die Kühlkörper beinhalten: den Verbrennungsmotor, die Zylinderwärme, den Motorölkühler, den Getriebeölkühler und den Heizkern. Jedes der EOC-Steuerventile, das TOC-Steuerventil, das HC-Steuerventil, das Blocksteuerventil, das Kopfsteuerventil, das Bypasssteuerventil und das Wärmeübertragungssteuerventil werden gesteuert, um die ausgewählte Betriebsart zu bewirken und das thermische Managementsystem in dem ausgewählten Betriebsmodus zu betreiben.
  • Dementsprechend ist das Wärmemanagementsystem fähig und kann gesteuert werden, um Wärme von einer beliebigen der Wärmequellen zu einer beliebigen der Wärmesenken zuzuführen. Dabei kann die Wärme eingefangen und zur schnellen Erwärmung der verschiedenen Komponenten des Motors auf ihre optimale Betriebstemperatur wie Motorblock, Zylinderkopf, Motoröl und/oder Getriebeöl verwendet werden. Zusätzlich kann die Wärme von einer beliebigen der Wärmequellen zum Erwärmen des Fahrgastraums verwendet werden. Der Kraftstoffwirkungsgrad des Fahrzeugs wird verbessert, indem die Zeitdauer verringert wird, die erforderlich ist, um die Komponenten des Fahrzeugs auf ihre optimalen Betriebstemperaturen zu erwärmen. Zusätzlich verringert die Verringerung der Zeit, die erforderlich ist, um das Motoröl zu erwärmen, die Ölverdünnung, was es ermöglicht, dass die Größe des Hauptlagers für die Kurbel- und Stangenlager verringert wird, was wiederum die Reibung zwischen diesen verringert, wodurch die Haltbarkeit des Motors und der Kraftstoffverbrauch verbessert werden.
  • Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, lassen sich leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Durchführungsarten der Lehren ableiten, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Draufsicht eines Wärmemanagementsystems für ein Fahrzeug, das einen normalen Betriebsmodus zeigt.
  • 2 ist eine schematische Draufsicht des Wärmemanagementsystems, das einen Nullstrommodus zeigt.
  • 3 ist eine schematische Draufsicht des Wärmemanagementsystems, das einen Motorerwärmungsmodus zeigt.
  • 4 ist eine schematische Draufsicht des Wärmemanagementsystems, das einen Motoröl-Erwärmungsmodus zeigt.
  • 5 ist eine schematische Draufsicht des Wärmemanagementsystems, das einen Getriebeöl-Erwärmungsmodus zeigt.
  • 6 ist eine schematische Draufsicht des Wärmemanagementsystems, das einen Fahrgastraum-Heizmodus zeigt.
  • 7 ist eine schematische Draufsicht des Wärmemanagementsystems, das einen aktiven Wärmesenkenbetrieb zeigt.
  • 8 ist eine schematische Draufsicht des Wärmemanagementsystems, das einen Split-Kühlmodus zeigt.
  • 9 ist eine schematische Draufsicht des Wärmemanagementsystems, das einen maximalen Kühlmodus zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Begriffe, wie „über“, „unter“, „nach oben“, „nach unten“, „oben“, „unten“ usw. beschreibend für die Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der durch die beigefügten Patentansprüche definierten Offenbarung darstellen. Weiterhin können die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl von Hardware, Software- bzw. Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die konfiguriert sind, um die spezifizierten Funktionen auszuführen.
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, ist ein Wärmemanagementsystem 20 für ein Fahrzeug allgemein bei 20 gezeigt. Das Wärmemanagementsystem 20 steuert einen Fluidströmungspfad/-kreislauf eines Kühlmittels zwischen verschiedenen Komponenten und/oder Systemen des Fahrzeugs, um den Wärmeübergang zwischen den verschiedenen Komponenten und/oder Systemen des Fahrzeugs zu steuern. Das Wärmemanagementsystem 20 kann verwendet werden, um die verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs zu erwärmen oder zu kühlen, um eine Temperatur der verschiedenen Komponenten innerhalb optimaler Betriebsbereiche zu erhalten und zu steuern.
  • Bezug nehmend auf die Figuren schließt das Wärmemanagementsystem 20 eine Pumpe 22 ein. Die Pumpe 22 zirkuliert das Kühlmittel durch die verschiedenen Schläuche und/oder Rohre, die die Fluidkreise des Wärmemanagementsystems 20 und zwischen den verschiedenen Komponenten des Wärmemanagementsystems 20 bilden. Die Pumpe 22 kann jegliche Art und/oder Typ der Pumpe 22 beinhalten, die zur Verwendung in einem Fahrzeug geeignet ist und in der Lage ist, das Kühlmittel durch den Fluidkreislauf zu zirkulieren. Die Pumpe 22 kann beispielsweise eine mechanisch angetriebene Pumpe 22 beinhalten, die von einem Motor des Fahrzeugs angetrieben wird, oder eine elektrische Pumpe 22, die von einer Batterie des Fahrzeugs angetrieben wird. Die Pumpe 22 beinhaltet einen Pumpeneinlass 24 und einen Pumpenauslass 26. Die Pumpe 22 empfängt das Kühlmittel durch den Pumpeneinlass 24 und entlädt das unter Druck stehende Kühlmittel durch den Pumpenauslass 26.
  • Eine kalte Kühlmittelgallerie 28 ist stromabwärts der Pumpe 22 angeordnet ist. Die Kühlkühlmittelgalerie 28 ist in Fluidverbindung mit dem Pumpenauslass 26 zur Aufnahme des umgewälzten Kühlmittels von der Pumpe 22 angeordnet. Die kalte Kühlmittelgalerie 28 liefert und/oder leistet Kühl- oder Niedrigtemperaturkühlmittel an die verschiedenen Komponenten und/oder Systeme des Wärmemanagementsystems 20.
  • Das Wärmemanagementsystem 20 beinhaltet mindestens eine Wärmequelle auf, die stromabwärts und in Fluidverbindung mit der Kühlkühlmittelgalerie 28 angeordnet. Die Wärmequelle empfängt das umgewälzte Kühlmittel aus dem Kühlmittelkanal 28. Die Wärmequelle ist betreibbar, um Wärme auf das Kühlmittel zu übertragen, das durch die Wärmequelle zirkuliert. Eine heiße Kühlmittelgalerie 30 ist stromabwärts und in Fluidkommunikation mit der mindestens einen Wärmequelle angeordnet. Die heiße Kühlmittelgalerie 30 empfängt das erwärmte Kühlmittel von der mindestens einen Wärmequelle.
  • Die mindestens eine Wärmequelle kann einen Verbrennungsmotor 32 des Fahrzeugs beinhalten. Der Verbrennungsmotor 32 beinhaltet einen Motorblock 34 mit einem Blockeinlass 36 und einem Blockauslass 38. Der Blockeinlass 36 ist in Fluidverbindung mit der Kühlkühlmittelgalerie 28 zum Aufnehmen des Kühlmittels angeordnet. Der Verbrennungsmotor 32 empfängt das Kühlmittel aus dem Kühlkühlmittelraum 28 durch den Blockeinlass 36. Der Blockauslass 38 ist in Fluidverbindung mit der heißen Kühlmittelgalerie 30 angeordnet und kann der heißen Kühlmittelgalerie 30 ein erwärmtes Kühlmittel zuführen.
  • Wie dargestellt, beinhaltet der Verbrennungsmotor 32 einen Zylinderkopf 40. Der Zylinderkopf 40 kann als eine weitere der Wärmequellen definiert sein. Der Zylinderkopf 40 ist in Fluidverbindung mit dem Blockeinlass 36 angeordnet und nimmt das Kühlmittel durch den Blockeinlass 36 auf. Der Zylinderkopf 40 beinhaltet einen Kopfauslass 42, der in Fluidverbindung mit der heißen Kühlmittelgalerie 30 angeordnet ist. Demgemäß kann der Zylinderkopf 40 der heißen Kühlmittelgalerie 30 ein erwärmtes Kühlmittel zuführen. Obwohl der Blockauslass 38 und der Kopfauslass 42 beide das Kühlmittel durch den Blockeinlass 36 aufnehmen, ist der Kopfauslass 42 getrennt und von dem Blockauslass 38 verschieden.
  • Die mindestens eine Wärmequelle beinhaltet ferner mindestens ein Abgaswärmerückgewinnungssystem 44, ein Abgasrückführungssystem 46 oder ein Turboladersystem 48. Wie in der Technik bekannt ist, zirkuliert das Abgaswärmerückgewinnungssystem 44 das Kühlmittel durch oder um verschiedene Komponenten des Abgasbehandlungssystems, wie beispielsweise einem Abgaskrümmer, nutzbare Wärme aus dem Abgas zu absorbieren. Der spezifische Betrieb des Abgaswärmerückgewinnungssystems 44 ist außer der Tatsache, dass das Kühlmittel Wärme aus dem Abgaswärmerückgewinnungssystem 44 aufnimmt, nicht relevant für den Umfang der Offenbarung und wird daher hierin nicht im Detail beschrieben. Wie in der Technik bekannt ist, zirkuliert das Abgasrückführsystem 46 einen Teil des Abgases zurück in einen Ansaugkrümmer, um sich mit der Verbrennungsluft zu vermischen. Das Kühlmittel kann durch den Ansaugkrümmer zirkuliert werden, um Wärme aus dem Abgas zu absorbieren und/oder die Verbrennungsluft zu kühlen. Der spezifische Betrieb des Abgasrückführsystems 46, abgesehen von der Tatsache, dass das Kühlmittel Wärme aus dem Abgasrückführsystem 46 aufnimmt, ist nicht relevant für den Umfang der Offenbarung und wird daher hierin nicht im Detail beschrieben. Wie in der Technik bekannt ist, komprimiert das Aufladesystem 48 Verbrennungsluft. Ein Nebenprodukt der Kompression der Verbrennungsluft ist die Erzeugung von Wärme. Das Kühlmittel kann durch das Turboladersystem 48 zirkuliert werden, um überschüssige Wärme zu absorbieren und die Druckluft in einem bevorzugten Temperaturbereich zu halten. Der spezifische Betrieb des Turboladersystems 48 mit Ausnahme der Tatsache, dass das Kühlmittel Wärme von dem Turboladersystem 48 aufnimmt, ist nicht relevant für den Umfang der Offenbarung und wird daher hierin nicht im Detail beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass das Fahrzeug andere Wärmequellen einschließen kann, die hierin nicht speziell beschrieben sind und die in Fluidverbindung mit dem Fluidkreislauf des Kühlmittels stehen und die in der Lage sind, dem Kühlmittel Wärme zuzuführen.
  • Das Wärmemanagementsystem 20 beinhaltet einen Wärmetauscher 50, z. B. einen Kühler, der in Fluidverbindung mit dem heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Pumpeneinlass 24 angeordnet ist. Der Wärmetauscher 50 empfängt erhitztes Kühlmittel von der heißen Kühlmittelgalerie 30 und ist betreibbar, um Wärme von dem Kühlmittel zu entfernen, wenn das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 50 zirkuliert wird. Der Wärmetauscher 50 ist mit dem Pumpeneinlass 24 verbunden, um den Pumpeneinlass 24 mit dem gekühlten Kühlmittel zu versorgen, um den Fluidkreislauf zu vervollständigen. Das Wärmemanagementsystem 20 beinhaltet ferner eine Umgehungsschleife 52. Die Umgehungsschleife 52 verbindet die heiße Kühlmittelgalerie 30 und den Pumpeneinlass 24 und umgeht den Wärmetauscher 50. Dementsprechend kann das Kühlmittel durch die Umgehungsschleife 52 anstelle des Wärmetauschers 50 strömen, um den Fluidkreislauf zu vervollständigen und den Pumpeneinlass 24 mit dem Kühlmittel zu versorgen.
  • Ein Blocksteuerventil 54 verbindet den Motorblock 34 und die heiße Kühlmittelgalerie 30. Das Blocksteuerventil 54 ist betreibbar, um eine Fluidverbindung zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen dem Motorblock 34-Auslass und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu schließen. Das Blocksteuerventil 54 kann als ein 1:1-Ventil bezeichnet werden, das einen Eingang mit einem Ausgang verbindet. Das Blocksteuerventil 54 kann ein Ein-/Aus-Ventil beinhalten, das zwischen einer vollständig geöffneten Position und einer vollständig geschlossenen Position beweglich ist. Vorzugsweise ist das Blocksteuerventil 54 jedoch ein Proportionalventil. Ein Proportionalventil wird hierin als ein Ventil definiert, das in der Lage ist, eine glatte und kontinuierliche Änderung der Strömung oder des Drucks zwischen einer vollständig geöffneten Position und einer vollständig geschlossenen Position bereitzustellen. Dementsprechend kann ein Proportionalventil in einer vollständig geöffneten Position positioniert werden, um einen maximalen Fluidstrom durch das Ventil zu ermöglichen, eine vollständig geschlossene Position, um einen Fluidstrom durch das Ventil vollständig zu verhindern, oder an einer beliebigen Anzahl von Zwischenpositionen, um eine kontinuierliche Änderung des Flusses oder Drucks durch das Ventil vorzusehen. Es sei angemerkt, dass, wenn das Blocksteuerventil 54 ein Proportionalventil ist, das Blocksteuerventil 54 betätigbar ist, um den Fluidstrom durch das Blocksteuerventil 54 auf eine gewünschte Strömungs- oder Druckrate zu messen oder zu beschränken.
  • Ein Kopfsteuerventil 56 verbindet den Kopfauslass 42 und die heiße Kühlmittelgalerie 30. Das Kopfsteuerventil 56 ist betätigbar, um eine Fluidverbindung zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen dem Kopfauslass 42 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu schließen. Das Kopfsteuerventil 56 kann als ein 1:1-Ventil bezeichnet werden, das einen Eingang mit einem Ausgang verbindet. Das Kopfsteuerventil 56 kann ein Ein-/Aus-Ventil beinhalten, das zwischen einer vollständig geöffneten Position und einer vollständig geschlossenen Position beweglich ist. Vorzugsweise ist jedoch das Kopfsteuerventil 56 ein Proportionalventil, wie vorstehend beschrieben. Es sei angemerkt, dass, wenn das Kopfsteuerventil 56 ein Proportionalventil ist, das Kopfsteuerventil 56 betätigbar ist, um den Fluidstrom durch das Kopfsteuerventil 56 auf eine gewünschte Strömungs- oder Druckrate zu messen oder zu beschränken.
  • Ein Bypass-Steuerventil 58 verbindet die heiße Kühlmittelgalerie 30 und die Bypassschleife 52. Das Bypass-Steuerventil 58 ist betätigbar, um eine Fluidverbindung zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und der Umgehungsschleife 52 zu schließen. Das Bypass-Steuerventil 58 kann als ein 1:1-Ventil bezeichnet werden, das einen Eingang mit einem Ausgang verbindet. Das Bypass-Steuerventil 58 kann Ein-/Aus-Ventil beinhalten, das zwischen einer vollständig geöffneten Position und einer vollständig geschlossenen Position beweglich ist. Vorzugsweise ist jedoch das Bypass-Steuerventil 58 ein Proportionalventil, wie vorstehend beschrieben. Es sei angemerkt, dass wenn das Bypass-Steuerventil 58 ein Proportionalventil ist, das Bypass-Steuerventil 58 betätigbar ist, um den Fluidstrom durch das Bypass-Steuerventil 58 auf eine gewünschte Strömungs- oder Druckrate zu messen oder zu beschränken.
  • Ein Wärmeübertragungssteuerventil 60 verbindet die heiße Kühlmittelgalerie 30 und den Wärmetauscher 50. Das Wärmeübertragungssteuerventil 60 ist betätigbar, um eine Fluidverbindung zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Wärmetauscher 50 zu schließen. Das Wärmeübertragungssteuerventil 60 kann als ein 1:1-Ventil bezeichnet werden, das einen Eingang mit einem Ausgang verbindet. Vorzugsweise ist das Wärmeübertragungssteuerventil 60 ein Ein-/Aus-Ventil, das zwischen einer vollständig geöffneten Position und einer vollständig geschlossenen Position beweglich ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass das Wärmeübertragungsventil alternativ ein Proportionalventil beinhalten kann.
  • Das Wärmemanagementsystem 20 beinhaltet eine Vielzahl von unterschiedlichen Kühlkörpern, die ausgewählt werden können, um Wärme von dem Kühlmittel aufzunehmen. Der Kühlkörper kann beispielsweise den Motorblock 34 und/oder den Zylinderkopf 40 der Brennkraftmaschine 32 beinhalten. Als solches können der Motorblock 34 und der Zylinderkopf 40 entweder Wärmequellen oder Wärmesenken sein, abhängig davon, in welcher Betriebsart das Wärmemanagementsystem 20 konfiguriert ist, um zu arbeiten. Zusätzlich können die Wärmesenken einen Motorölkühler 62 (EOC), einen Getriebeölkühler 64 (TOC) oder einen Heizkern 66 (HC) beinhalten.
  • Der Motorölkühler 62 beinhaltet einen EOC-Einlass 68 und einen EOC-Auslass 70. Der EOC-Einlass 68 ist in Fluidverbindung mit jeder der kalten Kühlmittelgalerie 28 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 angeordnet. Der EOC-Auslass 70 ist in Fluidverbindung mit der Umgehungsschleife 52 angeordnet. Der Motorölkühler 62 kann verwendet werden, um entweder das Motoröl zu erwärmen, wenn es mit erwärmtem Kühlmittel aus der heißen Kühlmittelgalerie 30 versorgt wird, oder kann verwendet werden, um das Motoröl abzukühlen, wenn es mit dem Kühlmittel aus der Kühlkühlmittelgalerie 28 versorgt wird.
  • Ein EOC-Steuerventil 72 verbindet den EOC-Einlass 68, die kalte Kühlmittelgalerie 28 und die heiße Kühlmittelgalerie 30. Das EOC-Steuerventil 72 ist betätigbar, um den EOC-Einlass 68 mit dem Kühlmittel von der Kühlkühlmittelgalerie 28 zu versorgen, um den EOC-Einlass 68 mit dem Kühlmittel aus der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu versorgen oder den EOC-Einlass 68 mit dem Kühlmittel sowohl von der kalten Kühlmittelgalerie 28 als auch von der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu versorgen. Zusätzlich ist das EOC-Steuerventil 72 betätigbar, um eine Fluidverbindung zwischen dem EOC-Einlass 68 und sowohl der kalten Kühlmittelgalerie 28 als auch der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu schließen. Das EOC-Steuerventil 72 kann als ein 2:1-Ventil bezeichnet werden, das zwei Eingänge mit einem Ausgang verbindet. Das EOC-Steuerventil 72 kann ein Ein-/Aus-Ventil beinhalten, das zwischen jeweiligen vollständig geöffneten Positionen und vollständig geschlossenen Positionen bewegbar ist, um eine maximale Fluidströmung zu ermöglichen oder eine Fluidströmung zwischen der kalten Kühlmittelgalerie 28 und dem TOC-Einlass 74 oder zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem TOC-Einlass 74 verhindern. Vorzugsweise ist jedoch das EOC-Steuerventil 72 ein Proportionalventil, wie vorstehend beschrieben. Es sei angemerkt, dass wenn das EOC-Steuerventil 72 ein Proportionalventil ist, das EOC-Steuerventil 72 betätigbar ist, um den Fluidstrom durch das EOC-Steuerventil 72 auf eine gewünschte Strömungs- oder Druckrate zu messen oder zu beschränken. Als solches kann die Fluidströmung aus der Kühlkühlmittelgalerie 28 und/oder der heißen Kühlmittelgalerie 30 auf eine gewünschte Strömungsrate oder einen gewünschten Druck dosiert werden.
  • Der Getriebeölkühler 64 beinhaltet einen TOC-Einlass 74 und einen TOC-Auslass 76. Der TOC-Einlass 74 ist in Fluidverbindung mit jeder der kalten Kühlmittelgalerie 28 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 angeordnet. Der TOC-Auslass 76 ist in Fluidverbindung mit der Umgehungsschleife 52 angeordnet. Der Getriebeölkühler 64 kann verwendet werden, um das Getriebeöl entweder zu erwärmen, wenn es mit erwärmtem Kühlmittel aus der heißen Kühlmittelgalerie 30 geliefert wird, oder es kann verwendet werden, um das Motoröl abzukühlen, wenn es mit dem Kühlmittel aus der Kühlkühlgalerie 28 versorgt wird.
  • Ein TOC-Steuerventil 78 verbindet den TOC-Einlass 74, die kalte Kühlmittelgalerie 28 und die heiße Kühlmittelgalerie 30. Das TOC-Steuerventil 78 ist betätigbar, um den TOC-Einlass 74 mit dem Kühlmittel aus der Kühlkühlmittelgalerie 28 zu versorgen, um den TOC-Einlass 74 mit dem Kühlmittel aus der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu versorgen oder den TOC-Einlass 74 mit dem Kühlmittel sowohl von der kalten Kühlmittelgalerie 28 als auch von der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu versorgen. Zusätzlich ist das TOC-Steuerventil 78 betätigbar, um eine Fluidverbindung zwischen dem TOC-Einlass 74 und sowohl der kalten Kühlmittelgalerie 28 als auch der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu schließen. Das TOC-Steuerventil 78 kann als ein 2:1-Ventil bezeichnet werden, das zwei Eingänge mit einem Ausgang verbindet. Das TOC-Steuerventil 78 kann ein Ein-/Aus-Ventil beinhalten, das zwischen jeweiligen vollständig geöffneten Positionen und vollständig geschlossenen Positionen bewegbar ist, um einen maximalen Fluidstrom zu ermöglichen oder eine Fluidströmung zwischen dem kalten Kühlmittelraum 28 und dem TOC-Einlass 74 oder zwischen dem heißen Kühlmittelraum 30 und dem TOC-Einlass 74. Vorzugsweise ist jedoch das TOC-Steuerventil 78 ein Proportionalventil, wie vorstehend beschrieben. Es sei angemerkt, dass wenn das TOC-Steuerventil 78 ein Proportionalventil ist, das TOC-Steuerventil 78 betätigbar ist, um den Fluidstrom durch das TOC-Steuerventil 78 auf eine gewünschte Strömungs- oder Druckrate zu messen oder zu beschränken. Als solches kann die Fluidströmung aus der Kühlkühlmittelgalerie 28 und/oder der heißen Kühlmittelgalerie 30 auf eine gewünschte Strömungsrate oder einen gewünschten Druck dosiert werden.
  • Der Heizkern 66 beinhaltet einen HC-Einlass 80 und einen HC-Auslass 82. Der HC-Einlass 80 ist in Fluidverbindung mit der heißen Kühlmittelgalerie 30 angeordnet. Der HC-Auslass 82 ist in Fluidverbindung mit der Umgehungsschleife 52 angeordnet. Der Heizkern 66 ist ein Wärmetauscher 50, der zum Erwärmen eines Fahrgastraums des Fahrzeugs verwendet wird, wie es in der Technik bekannt ist.
  • Ein HC-Steuerventil 84 verbindet den HC-Einlass 80 und die heiße Kühlmittelgalerie 30. Das HC-Steuerventil 84 ist betätigbar, um den HC-Einlass 80 mit dem Kühlmittel von der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu versorgen und ist betreibbar, um die Fluidverbindung zwischen dem HC-Einlass 80 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu schließen. Das HC-Steuerventil 84 kann als ein 1:1-Ventil bezeichnet werden, das einen Eingang mit einem Ausgang verbindet. Das HC-Steuerventil 84 kann ein Ein-/Aus-Ventil beinhalten, das zwischen einer vollständig geöffneten Position und einer vollständig geschlossenen Position beweglich ist. Vorzugsweise ist jedoch das HC-Steuerventil 84 ein Proportionalventil, wie vorstehend beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass wenn das HC-Steuerventil 84 ein Proportionalventil ist, das HC-Steuerventil 84 betätigbar ist, um den Fluidstrom durch das HC-Steuerventil 84 auf eine gewünschte Strömungs- oder Druckrate zu messen oder zu beschränken.
  • Das vorstehend beschriebene Wärmemanagementsystem 20 kann so gesteuert werden, dass es in mehreren verschiedenen Betriebsarten arbeitet. Das Wärmemanagementsystem 20 kann ein Steuermodul beinhalten, das verwendet wird, um automatisch die bevorzugte Betriebsart für die aktuellen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs auszuwählen.
  • Das Steuermodul kann einen Computer und/oder Prozessor und alle Software, Hardware, Speicher, Algorithmen, Verbindungen, Sensoren usw. beinhalten, die erforderlich sind, um den Betrieb des Wärmemanagementsystems 20 als solches und ein Verfahren, das beschrieben wird, zu verwalten und zu steuern, kann ein unten beschriebenes Verfahren als ein auf dem Steuermodul betreibbares Programm oder Algorithmus ausgeführt sein. Es versteht sich, dass das Steuermodul jedwede Vorrichtung beinhalten kann, die in der Lage ist, von verschiedenen Sensoren empfangene Daten zu analysieren, die Daten zu vergleichen, die erforderlichen Entscheidungen zu treffen, die zur Steuerung des Betriebs des Wärmemanagementsystems 20 und die erforderlichen Aufgaben zum Steuern des Wärmemanagementsystems 20 auszuführen.
  • Das Steuermodul kann durch einen oder mehrere Digital- oder Host-Rechner verkörpert werden, der jeweils über einen oder mehrere Prozessoren, Nur-Lese-Speicher (ROM), Schreib-Lesespeiche mit wahlfreiem Zugriff (RAM), elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), optische Laufwerke, Magnetlaufwerke usw., einen Hochgeschwindigkeitstakt, Analog/Digital(A/D)-Schaltungen, Digital/Analog(D/A)-Schaltungen und alle erforderlichen Eingabe/Ausgabe(E/A)-Schaltungen, Ein-/Ausgabegeräte und Kommunikationsschnittstellen sowie Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen verfügt.
  • Der computerlesbare Speicher kann jedes beliebige flüchtige/nichtflüchtige Medium einschließen, das an der Bereitstellung von Daten oder computerlesbaren Anweisungen teilnimmt. Speicher kann nichtflüchtig oder flüchtig sein. Nichtflüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Disketten und andere persistente Speicher sein. Flüchtige Medien können zum Beispiel dynamische Schreib-Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) beinhalten, die einen Hauptspeicher bilden. Zu weiteren Beispielen von Ausführungsformen von Speichern gehören eine Diskette, eine flexible Disk oder eine Festplatte, ein Magnetband oder andere magnetische Medien, eine CD-ROM, DVD bzw. andere optische Medien sowie andere mögliche Speicherelemente wie Flash-Speicher. Das Steuermodul beinhaltet einen physischen, nichtflüchtigen Speicher, auf dem computerausführbare Anweisungen aufgezeichnet sind. Der Prozessor des Steuermoduls ist für die Ausführung der aufgezeichneten computerausführbaren Anweisungen konfiguriert.
  • Das Verfahren zum Steuern des Wärmemanagementsystems 20 beinhaltet das Auswählen eines gewünschten Betriebsmodus zum Übertragen von Wärme von mindestens einer der Wärmequellen zu mindestens einem der Wärmesenken. Wie vorstehend erwähnt, können die Wärmequellen beinhalten: den Verbrennungsmotor 32, den Zylinderkopf 40, das Abgaswärmerückgewinnungssystem 44, das Abgasrückführsystem 46 oder das Turboladersystem 48. Die Wärmesenken können beinhalten: die Brennkraftmaschine 32, die Zylinderwärme, den Motorölkühler 62, den Getriebeölkühler 64 und den Heizkern 66.
  • Sobald die gewünschte Betriebsart ausgewählt ist, werden jeweils das EOC-Steuerventil 72, das TOC-Steuerventil 78, das HC-Steuerventil 84, das Blocksteuerventil 54, das Kopfsteuerventil 56, das Bypasssteuerventil 58 und das Wärmeübertragungssteuerventil 60 auf eine jeweilige offene oder geschlossene Position gesteuert, um den ausgewählten Betriebsmodus zu bewirken und das thermische Managementsystem 20 in dem ausgewählten Betriebsmodus zu betreiben. Innerhalb 1 bis 9 zeigt ein festes Dreieck in jedem der jeweiligen Ventile an, dass ein Fluidstrom zwischen den verbundenen Fluidwegen geschlossen ist, während ein offenes oder klares Dreieck innerhalb jedes entsprechenden Ventils anzeigt, dass der Fluidstrom zwischen den verbundenen Fluidwegen offen ist.
  • Innerhalb 1 bis 9 sind die Fluidströmungsverbindungen der verschiedenen Ventile durch den Füllzustand der jeweiligen Dreiecke, die mit den Leitungen verbunden sind, die mit den verschiedenen Ventilen verbunden sind, bezeichnet. Ein gefülltes oder festes Dreieck weist auf eine geschlossene Ventilstellung hin, die eine Fluidverbindung mit der jeweiligen Leitung verhindert, während ein offenes Dreieck eine offene Ventilstellung anzeigt, die eine Fluidströmung zwischen den verbundenen Fluidleitungen ermöglicht und die jeweiligen verbundenen Fluidleitungen in einer Fluidverbindung verbindet. Zusätzlich ist die allgemeine Strömungsrichtung des Kühlmittels in den verschiedenen Figuren durch die Strömungspfeile in den Fluidleitungen dargestellt, die die verschiedenen Komponenten des Wärmemanagementsystems 20 verbinden.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist das Wärmemanagementsystem 20 für den Betrieb in einem Standardbetriebsmodus konfiguriert dargestellt. Wie vorstehend erwähnt, können der Motorölkühler 62 und der Getriebeölkühler 64 verwendet werden, um das Motoröl oder das Getriebeöl entweder zu erwärmen oder zu kühlen. Sobald das Motoröl und das Getriebeöl auf die optimalen Betriebstemperaturen erwärmt werden, müssen das Motoröl und das Getriebeöl nicht erwärmt werden und müssen lediglich gekühlt werden. Um das Motoröl und/oder das Getriebeöl zu kühlen, kann das Wärmemanagementsystem 20 für den Betrieb in der Standardbetriebsart, wie in 1 gezeigt, konfiguriert sein.
  • Wie in 1 dargestellt, arbeitet die Pumpe 22, um das Kühlmittel durch das Wärmemanagementsystem 20 zu zirkulieren. Das EOC-Steuerventil 72 ist konfiguriert, um eine Fluidverbindung zwischen der Kühlkühlmittelgalerie 28 und dem EOC-Einlass 68 zu öffnen, um gekühltes Kühlmittel für den Motorölkühler 62 bereitzustellen, wodurch dem Motorölkühler 62 ermöglicht wird, Wärme von dem Motoröl auf das Kühlmittel zu übertragen. Zusätzlich ist das TOC-Steuerventil 78 so konfiguriert, dass es eine Fluidverbindung zwischen der kalten Kühlmittelgalerie 28 und dem TOC-Einlass 74 öffnet, um gekühltes Kühlmittel für den Getriebeölkühler 64 bereitzustellen, wodurch es dem Getriebeölkühler 64 ermöglicht wird, Wärme von dem Getriebeöl auf das Kühlmittel zu übertragen. das EOC-Steuerventil 72 und das TOC-Steuerventil 78 jeweils ein Proportionalventil sein können und die Fluidströmungsrate durch das EOC-Steuerventil 72 und das TOC-Steuerventil 78 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Motorölkühler 62 oder den Getriebeölkühler 64 vorzusehen.
  • Wie in 1 dargestellt, ist das HC-Steuerventil 84 positioniert, um eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Heizkern 66 zu öffnen. Jedoch hängt die Position des HC-Steuerventils 84 von der gewünschten Fahrgastraumtemperatur ab und kann alternativ in enger Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Heizkern 66 positioniert sein. Ferner sei darauf hingewiesen, dass das HC-Steuerventil 84 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das HC-Steuerventil 84 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Heizkern 66 bereitzustellen.
  • Unter der Annahme, dass der Motorblock 34 und der Zylinderkopf 40 auf ihre jeweiligen optimalen Betriebstemperaturen erwärmt sind und wie in 1 dargestellt, sind das Blocksteuerventil 54 und das Kopfsteuerventil 56 in ihren jeweiligen offenen Positionen positioniert, um eine Fluidverbindung zwischen dem Motorblock 34 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 und zwischen dem Zylinderkopf 40 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu öffnen, sodass die Temperatur des Motorblocks 34 und des Zylinderkopfes 40 innerhalb ihres jeweiligen optimalen Betriebstemperaturbereichs gehalten werden kann. Es sollte beachtet werden, dass das Blocksteuerventil 54 und das Kopfsteuerventil 56 Proportionalventile beinhalten können, die den Flüssigkeitsstrom durch das Blocksteuerventil 54 und das Kopfsteuerventil 56 je nach Bedarf ändern, um die Temperaturen des Motorblocks 34 und des Zylinderkopfs 40 korrekt aufrechtzuerhalten.
  • Das Wärmeübertragungssteuerventil 60 ist so positioniert, dass es eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Wärmetauscher 50 öffnet, sodass Wärme aus dem Kühlmittel, das durch das Wärmemanagementsystem 20 zirkuliert, entfernt werden kann. Das Bypass-Steuerventil 58 ist so angeordnet, dass es die Fluidverbindung zwischen dem heißen Kühlgasstrom 30 und der Umgehungsschleife 52 schließt, um das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 50 zu zwingen.
  • Unter Bezugnahme auf 2 ist das Wärmemanagementsystem 20 für den Betrieb in einem Nulldurchgangsmodus konfiguriert dargestellt. Der Nullströmungsmodus kann während der Zeit verwendet werden, wenn der Verbrennungsmotor 32 zuerst gestartet wird, und die Zeit, zu der das Kühlmittel eine Temperatur erreicht, die geringer als die Siedetemperatur des Kühlmittels ist. Während der Nullströmungsbetriebsart wird die gesamte erzeugte Wärme verwendet, um die thermische Masse der Brennkraftmaschine 32 und keine Wärmeabfuhr zum Wärmetauscher 50 zu erwärmen.
  • Wie in 2 dargestellt, beinhaltet das Betreiben des Wärmemanagementsystems 20 im Nullströmungsmodus das Deaktivieren der Pumpe 22, sodass die Pumpe 22 das Kühlmittel nicht durch das Wärmemanagementsystem 20 zirkuliert, und schließt das Wärmeübertragungssteuerventil 60, um zu verhindern, dass das Kühlmittel aufgrund des thermischen Syphonierens durch den Wärmetauscher 50 zirkuliert. Da die Pumpe 22 deaktiviert ist, drückt und/oder zirkuliert die Pumpe 22 das Kühlmittel nicht durch den Fluidkreislauf. Als Ergebnis bleibt die gesamte Wärme, die von den verschiedenen Systemen des Fahrzeugs erzeugt wird, in diesen Systemen eingeschlossen.
  • Unter Bezugnahme auf 3 ist das Wärmemanagementsystem 20 für den Betrieb in einem Motorwärmemodus konfiguriert dargestellt. Wenn im Motorerwärmungsmodus betrieben wird, wird Wärme, die von dem Verbrennungsmotor 32 entweder im Motorblock 34 oder im Zylinderkopf 40 erzeugt wird, in der Verbrennungsmotor 32 eingeschlossen oder gehalten, wodurch der Verbrennungsmotor 32 schnell erwärmt wird.
  • Der Betrieb des Wärmemanagementsystems 20 in dem Motorerwärmungsmodus beinhaltet das Aktivieren der Pumpe 22, um das Kühlmittel durch das Wärmemanagementsystem 20 zu zirkulieren. Das EOC-Steuerventil 72 wird gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der kalten Kühlmittelgalerie 28 und dem Motorölkühler 62 zu schließen und eine Fluidverbindung zwischen der erhitzten Kühlmittelgalerie 30 und dem Motorölkühler 62 zu öffnen, um erhitztes Kühlmittel von der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu dem Motorölkühler 62 bereitzustellen, wodurch dem Motorölkühler 62 ermöglicht wird, Wärme von dem Kühlmittel auf das Motoröl zu übertragen. Es sollte beachtet werden, dass das EOC-Steuerventil 72 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das EOC-Steuerventil 72 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Motorölkühler 62 bereitzustellen. In ähnlicher Weise wird das TOC-Steuerventil 78 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der Kühlkühlmittelgalerie 28 und dem Getriebeölkühler 64 zu schließen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Getriebeölkühler 64 zu öffnen um erhitztes Kühlmittel von der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu dem Getriebeölkühler 64 bereitzustellen, wodurch dem Getriebeölkühler 64 ermöglicht wird, Wärme von dem Kühlmittel auf das Getriebeöl zu übertragen. Es sollte beachtet werden, dass das TOC-Steuerventil 78 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das TOC-Steuerventil 78 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Getriebeölkühler 64 bereitzustellen. Das HC-Steuerventil 84 wird vorzugsweise so gesteuert, dass es die Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Heizkern 66 schließt. Dies kann jedoch außer Kraft gesetzt und das HC-Steuerventil 84 positioniert werden, um die Fluidverbindung zwischen dem Heizkern 66 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu öffnen, um die Passagierkabine bei Bedarf mit Wärme zu versorgen. Es sollte beachtet werden, dass die heiße Kühlmittelgalerie 30 erhitztes Kühlmittel von der mindestens einen der Wärmequellen, wie beispielsweise dem Abgaswärmerückgewinnungssystem 44, dem Abgasrückführsystem 46 und/oder dem Turboladersystem 48 empfängt.
  • Da der Zweck des Verbrennungsmotoraufwärmmodus darin besteht, den Motorblock 34 und den Zylinderkopf 40 auf optimale Betriebstemperaturen zu erwärmen, wird das Blocksteuerventil 54 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen dem Motorblock 34-Auslass und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu schließen. In ähnlicher Weise wird das Kopfsteuerventil 56 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen dem Ausgang des Zylinderkopfes 40 und dem heißen Kühlmittelgalerie 30 zu schließen. Durch Schließen des Blocksteuerventils 54 und des Kopfsteuerventils 56 zirkuliert das Kühlmittel nicht durch den Motorblock 34 und/oder den Zylinderkopf 40. Als solches verbleibt die innerhalb des Motorblocks 34 und/oder des Zylinderkopfes 40 erzeugte Wärme innerhalb des Motorblocks 34 oder des Zylinderkopfes 40, wodurch der Motorblock 34 und der Zylinderkopf 40 schnell erwärmt werden.
  • Um so viel Wärme wie möglich in dem Kühlmittel aufrechtzuerhalten, wird das Wärmeübertragungssteuerventil 60 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Wärmetauscher 50 zu schließen, wodurch verhindert wird, dass das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 50 zirkuliert und gekühlt wird. Um den Fluidkreislauf zu vervollständigen, wird das Bypass-Steuerventil 58 gesteuert, um eine Fluidverbindung zwischen dem heißen Kühlmittelkanal 30 und der Umgehungsschleife 52 zu öffnen, wodurch der Fluidkreislauf mit der Pumpe 22 vervollständigt wird. Es sollte erkannt werden, dass das Bypass-Steuerventil 58 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das Bypass-Steuerventil 58 reguliert oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Fluidkreislauf bereitzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf 4, ist das Wärmemanagementsystem 20 für den Betrieb in einem Motoröl-Erwärmungsmodus konfiguriert dargestellt. Bei Betrieb im Motoröl-Erwärmungsmodus wird Wärme von mindestens einer der Wärmequellen, wie beispielsweise dem Abgaswärmerückgewinnungssystem 44, dem Abgasrückführsystem 46 und/oder dem Turboladersystem 48 zum Motorölkühler 62 geleitet, um das Motoröl zu erwärmen.
  • Der Betrieb des Wärmemanagementsystem 20 in dem Motoröl-Erwärmungsmodus beinhaltet das Aktivieren der Pumpe 22, um das Kühlmittel durch das Wärmemanagementsystem 20 zu zirkulieren. Das EOC-Steuerventil 72 wird vorzugsweise gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der Kühlkühlmittelgalerie 28 und dem Motorölkühler 62 zu schließen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Motorölkühler 62 zu öffnen, um erhitztes Kühlmittel von der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu dem Motorölkühler 62 bereitzustellen, wodurch dem Motorölkühler 62 ermöglicht wird, Wärme von dem Kühlmittel auf das Motoröl zu übertragen.
  • Es sollte beachtet werden, dass das EOC-Steuerventil 72 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das EOC-Steuerventil 72 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Fluidkreislauf bereitzustellen, um eine gewünschte Menge oder Heizrate zu erreichen. Weiterhin sollte klar sein, dass das EOC-Steuerventil 72 gleichzeitig die Fluidverbindung mit der kalten Kühlmittelgalerie 28 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 öffnen kann, um ein Gemisch oder eine Mischung bereitzustellen, um die gewünschte Kühlmitteltemperatur zum Erwärmen des Motoröls zu erzielen.
  • Das TOC-Steuerventil 78 wird gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen dem kalten Kühlmittelraum 28 und dem Getriebeölkühler 64 zu schließen und die Fluidverbindung zwischen dem heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Getriebeölkühler 64 zu schließen. Das HC-Steuerventil 84 wird vorzugsweise so gesteuert, dass es die Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Heizkern 66 schließt. Dies kann jedoch außer Kraft gesetzt und das HC-Steuerventil 84 positioniert werden, um eine Fluidverbindung zwischen dem Heizkern 66 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu öffnen, um die Passagierkabine bei Bedarf mit Wärme zu versorgen. Es sollte beachtet werden, dass die heiße Kühlmittelgalerie 30 erhitztes Kühlmittel von mindestens einer der Wärmequellen, wie beispielsweise dem Abgaswärmerückgewinnungssystem 44, dem Abgasrückführsystem 46 und/oder dem Turboladersystem 48 empfängt.
  • Da der Zweck des Motoröl-Erwärmungsmodus darin besteht, das Motoröl auf eine optimale Betriebstemperatur zu erwärmen, wird das Blocksteuerventil 54 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen dem Motorblock 34-Auslass und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu schließen. In ähnlicher Weise wird das Kopfsteuerventil 56 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen dem Ausgang des Zylinderkopfes 40 und dem heißen Kühlmittelraum 30 zu schließen. Durch Schließen des Blocksteuerventils 54 und des Kopfsteuerventils 56 zirkuliert das Kühlmittel nicht durch den Motorblock 34 und/oder den Zylinderkopf 40. Als solches verbleibt innerhalb des Motorblocks 34 und/oder des Zylinderkopfs 40 erzeugte Wärme innerhalb des Motorblocks 34 oder des Zylinderkopfes 40, wodurch der Motorblock 34 und der Zylinderkopf 40 und das darin enthaltene Motoröl schnell erwärmt werden.
  • Um so viel Wärme wie möglich zu dem Motorölkühler 62 zu übertragen, wird das Wärmeübertragungssteuerventil 60 gesteuert, um eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Wärmetauscher 50 zu schließen, wodurch verhindert wird, dass das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 50 zirkuliert und gekühlt wird. Um den Fluidkreislauf zu vervollständigen, wird das Bypass-Steuerventil 58 gesteuert, um eine Fluidverbindung zwischen dem heißen Kühlmittelkanal 30 und der Umgehungsschleife 52 zu öffnen, wodurch der Fluidkreislauf mit der Pumpe 22 vervollständigt wird. Es sollte beachtet werden, dass das Bypass-Steuerventil 58 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das Bypass-Steuerventil 58 reguliert oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Fluidkreislauf bereitzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf 5 ist das Wärmemanagementsystem 20 für den Betrieb in einem Getriebeöl-Erwärmungsmodus konfiguriert dargestellt. Bei Betrieb im Getriebeöl-Wärmemodus wird Wärme von mindestens einer der Wärmequellen, wie dem Abgaswärmerückgewinnungssystem 44, dem Abgasrückführsystem 46 und/oder dem Turboladersystem 48 zum Getriebeölkühler geleitet 64, um das Getriebeöl zu erwärmen.
  • Der Betrieb des Wärmemanagementsystems 20 in dem Getriebeöl-Erwärmungsmodus beinhaltet das Aktivieren der Pumpe 22, um das Kühlmittel durch das Wärmemanagementsystem 20 zu zirkulieren. Das TOC-Steuerventil 78 wird vorzugsweise gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen dem kalten Kühlmittelraum 28 und dem Getriebeölkühler 64 zu schließen und eine Fluidverbindung zwischen dem heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Getriebeölkühler 64 zu öffnen, um erhitztes Kühlmittel von der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu dem Getriebeölkühler 64 bereitzustellen, wodurch dem Getriebeölkühler 64 ermöglicht wird, Wärme von dem Kühlmittel auf das Getriebeöl zu übertragen.
  • dass das TOC-Steuerventil 78 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das TOC-Steuerventil 78 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Fluidkreislauf bereitzustellen, um eine gewünschte Menge oder Heizleistung zu erreichen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass das TOC-Steuerventil 78 gleichzeitig eine Fluidverbindung mit der kalten Kühlmittelgalerie 28 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 öffnen kann, um eine Mischung oder ein Gemisch aus erwärmtem und gekühltem Kühlmittel bereitzustellen, um ein Gemisch oder eine Mischung aus erwärmtem und gekühltem Kühlmittel bereitzustellen, um die gewünschte Kühlmitteltemperatur zum Erwärmen des Getriebeöls zu erreichen.
  • Das EOC-Steuerventil 72 wird gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der kalten Kühlmittelgalerie 28 und dem Motorölkühler 62 zu schließen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Motorölkühler 62 zu schließen. Das HC-Steuerventil 84 wird vorzugsweise so gesteuert, dass es die Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Heizkern 66 schließt. Dies kann jedoch außer Kraft gesetzt und das HC-Steuerventil 84 kann positioniert werden, um eine Fluidverbindung zwischen dem Heizkern 66 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu öffnen, um die Passagierkabine bei Bedarf mit Wärme zu versorgen. Es sollte beachtet werden, dass die heiße Kühlmittelgalerie 30 erhitztes Kühlmittel von mindestens einer der Wärmequellen, wie beispielsweise dem Abgaswärmerückgewinnungssystem 44, dem Abgasrückführsystem 46 und/oder dem Turboladersystem 48 empfängt.
  • Da der Zweck des Getriebeöl-Erwärmungsmodus darin besteht, das Getriebeöl auf eine optimale Betriebstemperatur zu erwärmen, wird das Blocksteuerventil 54 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen dem Motorblock 34-Auslass und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu schließen. In ähnlicher Weise wird das Kopfsteuerventil 56 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen dem Ausgang des Zylinderkopfes 40 und dem heißen Kühlmittelraum 30 zu schließen. Durch Schließen des Blocksteuerventils 54 und des Kopfsteuerventils 56 zirkuliert das Kühlmittel nicht durch den Motorblock 34 und/oder den Zylinderkopf 40. Als solches verbleibt die innerhalb des Motorblocks 34 und/oder des Zylinderkopfes 40 erzeugte Wärme innerhalb des Motorblocks 34 bzw. des Zylinderkopfes 40, wodurch der Motorblock 34 und der Zylinderkopf 40 schnell erwärmt werden.
  • Um so viel Wärme wie möglich zu dem Getriebeölkühler 64 zu übertragen, wird das Wärmeübertragungssteuerventil 60 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Wärmetauscher 50 zu schließen, wodurch verhindert wird, dass das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 50 zirkuliert und gekühlt wird. Um den Fluidkreislauf zu vervollständigen, wird das Bypass-Steuerventil 58 gesteuert, um eine Fluidverbindung zwischen dem heißen Kühlmittelkanal 30 und der Umgehungsschleife 52 zu öffnen, wodurch der Fluidkreislauf mit der Pumpe 22 vervollständigt wird. Es sollte beachtet werden, dass das Bypass-Steuerventil 58 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das Bypass-Steuerventil 58 kann reguliert oder dosiert werden, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Fluidkreislauf bereitzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf 6 ist das Wärmemanagementsystem 20 für den Betrieb in einem Fahrgastraum-Heizmodus konfiguriert dargestellt. Um so viel Wärme wie möglich bereitzustellen, um die Fahrgastraumheizungsanforderung zu erfüllen, kann das Wärmemanagementsystem 20 für den Betrieb in dem Fahrgastraumheizmodus, wie in 6 dargestellt, konfiguriert sein.
  • Wie in 6 gezeigt, arbeitet die Pumpe 22, um das Kühlmittel durch das Wärmemanagementsystem 20 zu zirkulieren. Das EOC-Steuerventil 72 wird vorzugsweise gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der kalten Kühlmittelgalerie 28 und dem Motorölkühler 62 zu schließen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Motorölkühler 62 zu schließen. Ähnlich wird das TOC-Steuerventil 78 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der kalten Kühlmittelgalerie 28 und dem Getriebeölkühler 64 zu schließen und die Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Getriebeölkühler 64 zu schließen. Das HC-Steuerventil 84 wird gesteuert, um eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Heizkern 66 zu öffnen, wodurch erwärmtes Kühlmittel für den Heizkern 66 bereitgestellt wird, um zum Erwärmen des Fahrgastraums verwendet zu werden.
  • Um der heißen Kühlmittelgalerie 30 so viel Wärme wie möglich zuzuführen sowie um dem Heizkern 66 so viel Wärme wie möglich zuzuführen, sind das Blocksteuerventil 54 und das Kopfsteuerventil 56 in ihren jeweiligen offenen Positionen positioniert, um eine Fluidverbindung zwischen dem Motorblock 34 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 und zwischen dem Zylinderkopf 40 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu öffnen. Es sollte beachtet werden, dass das Blocksteuerventil 54 und das Kopfsteuerventil 56 Proportionalventile aufweisen können, die den Fluidstrom durch das Blocksteuerventil 54 und das Kopfsteuerventil 56 je nach Bedarf ändern können, um die Temperaturen des Motorblocks 34 und des Zylinderkopfs 40 korrekt aufrechtzuerhalten sowie Wärme an die heiße Kühlmittelgalerie 30 zu liefern.
  • Wenn das Wärmemanagementsystem 20 in dem Fahrgastraum-Heizmodus arbeitet, ist zu erkennen, dass die heiße Kühlmittelgalerie 30 erhitztes Kühlmittel von allen Wärmequellen einschließlich des Motorblocks 34, des Zylinderkopfs 40, des Abgaswärmerückgewinnungssystems 44, des Abgasrückführsystems 46 und des Turboladersystems 48 empfängt.
  • Um dem Heizkern 66 maximale Wärme zuzuführen, wird das Wärmeübertragungssteuerventil 60 so gesteuert, dass es die Fluidverbindung zwischen dem heißen Kühlgasstrom 30 und dem Wärmetauscher 50 schließt, wodurch verhindert wird, dass das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 50 zirkuliert und gekühlt wird. Um den Fluidkreislauf zu vervollständigen, wird das Bypass-Steuerventil 58 gesteuert, um eine Fluidverbindung zwischen dem heißen Kühlmittelkanal 30 und der Umgehungsschleife 52 zu öffnen, wodurch der Fluidkreislauf mit der Pumpe 22 vervollständigt wird. Es sollte beachtet werden, dass das Bypass-Steuerventil 58 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das Bypass-Steuerventil 58 reguliert oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Fluidkreislauf bereitzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf 7 ist das Wärmemanagementsystem 20 so konfiguriert, dass es für einen Betrieb in einer aktiven Wärmesenken-Betriebsart konfiguriert ist. Um so viel Wärme wie möglich an alle Wärmesenken des Fahrzeugs zu liefern, kann das Wärmemanagementsystem 20 für den Betrieb in dem gesamten Wärmesenken-Aktivmodus konfiguriert sein, wie in 7 dargestellt.
  • Wie in 7 gezeigt, arbeitet die Pumpe 22, um das Kühlmittel durch das Wärmemanagementsystem 20 zu zirkulieren. Das EOC-Steuerventil 72 wird gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der kalten Kühlmittelgalerie 28 und dem Motorölkühler 62 zu schließen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Motorölkühler 62 zu öffnen, um erhitztes Kühlmittel von der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu dem Motorölkühler 62 bereitzustellen, wodurch dem Motorölkühler 62 ermöglicht wird, Wärme von dem Kühlmittel auf das Motoröl zu übertragen. Es sollte beachtet werden, dass das EOC-Steuerventil 72 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das EOC-Steuerventil 72 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Motorölkühler 62 bereitzustellen. In ähnlicher Weise wird das TOC-Steuerventil 78 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der Kühlkühlmittelgalerie 28 und dem Getriebeölkühler 64 zu schließen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Getriebeölkühler 64 zu öffnen, um erhitztes Kühlmittel von der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu dem Getriebeölkühler 64 bereitzustellen, wodurch dem Getriebeölkühler 64 ermöglicht wird, Wärme von dem Kühlmittel auf das Getriebeöl zu übertragen. Es sollte beachtet werden, dass das TOC-Steuerventil 78 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das TOC-Steuerventil 78 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Getriebeölkühler 64 bereitzustellen. Das HC-Steuerventil 84 wird gesteuert, um eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Heizkern 66 zu öffnen, wodurch erwärmtes Kühlmittel für den Heizkern 66 bereitgestellt wird, um zum Erwärmen des Fahrgastraums verwendet zu werden. Es sollte beachtet werden, dass das HC-Steuerventil 84 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das HC-Steuerventil 84 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Heizkern 66 bereitzustellen.
  • Um der heißen Kühlmittelgalerie 30 so viel Wärme wie möglich für die Wärmesenken des Fahrzeugs zuzuführen, sind das Blocksteuerventil 54 und das Kopfsteuerventil 56 in ihren jeweiligen offenen Positionen positioniert, um eine Fluidverbindung zwischen dem Motorblock 34 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 und zwischen dem Zylinderkopf 40 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu öffnen. das Blocksteuerventil 54 und das Kopfsteuerventil 56 Proportionalventile beinhalten können, die den Fluidstrom durch das Blocksteuerventil 54 und das Kopfsteuerventil 56 je nach Bedarf ändern können, um die Temperaturen des Motorblocks 34 und des Zylinderkopfs 40 korrekt aufrechtzuerhalten sowie Wärme an die heiße Kühlmittelgalerie 30 zu liefern.
  • Wenn das Wärmemanagementsystem 20 im gesamten Wärmesenkenbetrieb betrieben wird, ist zu erkennen, dass die heiße Kühlmittelgalerie 30 erhitztes Kühlmittel von allen Wärmequellen einschließlich des Motorblocks 34, des Zylinderkopfs 40, des Abgaswärmerückgewinnungssystems 44, des Abgasrückführsystems 46 und des Turboladersystems 48 aufnimmt.
  • Um eine maximale Wärme für die Wärmesenken bereitzustellen, wird das Wärmeübertragungssteuerventil 60 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Wärmetauscher 50 zu schließen, wodurch verhindert wird, dass das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 50 zirkuliert und gekühlt wird. Das Bypass-Steuerventil 58 wird gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und der Umgehungsschleife 52 zu schließen, wodurch das Kühlmittel durch den Motorölkühler 62, den Getriebeölkühler 64 und den Heizkern 66 gedrückt wird, um den Fluidkreislauf mit der Pumpe 22 zu vervollständigen und die maximale Wärmemenge den jeweiligen Kühlkörpern zuzuführen.
  • Unter Bezugnahme auf 8 ist das Wärmemanagementsystem 20 für den Betrieb in einem Split-Kühlmodus konfiguriert dargestellt. Wenn der Zylinderkopf 40 auf seine optimale Betriebstemperatur erwärmt wird, muss der Zylinderkopf 40 gekühlt werden, während der Motorblock 34 seine optimale Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat und eine zusätzliche Erwärmung erfordert. Um den Zylinderkopf 40 zu kühlen und den Motorblock 34 zu erwärmen, kann das Wärmemanagementsystem 20 für den Betrieb im Split-Kühlmodus, wie in 8 dargestellt, konfiguriert sein.
  • Wie in 8 gezeigt, arbeitet die Pumpe 22, um das Kühlmittel durch das Wärmemanagementsystem 20 zu zirkulieren. Das EOC-Steuerventil 72 wird gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der kalten Kühlmittelgalerie 28 und dem Motorölkühler 62 zu schließen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Motorölkühler 62 zu öffnen, um erhitztes Kühlmittel von der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu dem Motorölkühler 62 bereitzustellen, wodurch dem Motorölkühler 62 ermöglicht wird, Wärme von dem Kühlmittel auf das Motoröl zu übertragen. Es sei darauf hingewiesen, dass das EOC-Steuerventil 72 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das EOC-Steuerventil 72 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Motorölkühler 62 bereitzustellen. In ähnlicher Weise wird das TOC-Steuerventil 78 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der Kühlkühlmittelgalerie 28 und dem Getriebeölkühler 64 zu schließen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Getriebeölkühler 64 zu öffnen, um erhitztes Kühlmittel von der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu dem Getriebeölkühler 64 bereitzustellen, wodurch dem Getriebeölkühler 64 ermöglicht wird, Wärme von dem Kühlmittel auf das Getriebeöl zu übertragen. Es sollte beachtet werden, dass das TOC-Steuerventil 78 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das TOC-Steuerventil 78 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Getriebeölkühler 64 bereitzustellen. Das HC-Steuerventil 84 wird gesteuert, um eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Heizkern 66 zu öffnen, wodurch erwärmtes Kühlmittel für den Heizkern 66 bereitgestellt wird, um zum Erwärmen des Fahrgastraums verwendet zu werden. Es sollte beachtet werden, dass das HC-Steuerventil 84 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das HC-Steuerventil 84 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Heizkern 66 bereitzustellen.
  • Um die Wärme innerhalb des Motorblocks 34 zu halten, wird das Blocksteuerventil 54 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen dem Motorblock 34 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu schließen. Um eine Kühlung des Zylinderkopfes 40 zu ermöglichen, wird das Kopfsteuerventil 56 so gesteuert, um eine Fluidverbindung zwischen dem Kopfauslass 42 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu öffnen, wodurch ermöglicht wird, dass das Kühlmittel durch den Zylinderkopf 40 zirkuliert und den Zylinderkopf 40 kühlt. Es ist anzumerken, dass das Kopfsteuerventil 56 ein Proportionalventil beinhalten kann, das den Fluidstrom durch das Kopfsteuerventil 56 je nach Bedarf variieren kann, die Temperatur des Zylinderkopfs 40 korrekt aufrechtzuerhalten, und auch Wärme an die heiße Kühlmittelgalerie 30 zu liefern.
  • Wenn das Wärmemanagementsystem 20 im Split-Kühlmodus arbeitet, versteht es sich, dass die heiße Kühlmittelgalerie 30 von allen Wärmequellen mit Ausnahme des Motorblocks 34, einschließlich des Zylinderkopfs 40, des Abgaswärmerückgewinnungssystems 44, des Abgasrückführsystems 46 und des Turboladersystems 48 erwärmtes Kühlmittel aufnimmt.
  • Wenn das Wärmemanagementsystem 20 im Split-Kühlmodus arbeitet, wird das Wärmeübertragungssteuerventil 60 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Wärmetauscher 50 zu schließen, wodurch verhindert wird, dass das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 50 zirkuliert und gekühlt wird. Das Bypass-Steuerventil 58 wird gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und der Umgehungsschleife 52 zu schließen, wodurch das Kühlmittel durch den Motorölkühler 62, den Getriebeölkühler 64 und den Heizkern 66 gedrückt wird, um den Fluidkreislauf mit der Pumpe 22 zu vervollständigen und die maximale Wärmemenge den jeweiligen Kühlkörpern zuzuführen.
  • Unter Bezugnahme auf 9 ist das Wärmemanagementsystem 20 für den Betrieb in einem maximalen Kühlmodus konfiguriert dargestellt. Bei Betrieb im maximalen Kühlbetrieb arbeitet die Pumpe 22, um das Kühlmittel durch das Wärmemanagementsystem 20 zu zirkulieren. Das EOC-Steuerventil 72 wird gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der kalten Kühlmittelgalerie 28 und dem Motorölkühler 62 zu schließen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Motorölkühler 62 zu öffnen, um erhitztes Kühlmittel von der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu dem Motorölkühler 62 bereitzustellen, wodurch dem Motorölkühler 62 ermöglicht wird, Wärme von dem Kühlmittel auf das Motoröl zu übertragen. Es sollte beachtet werden, dass das EOC-Steuerventil 72 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das EOC-Steuerventil 72 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Motorölkühler 62 bereitzustellen. In ähnlicher Weise wird das TOC-Steuerventil 78 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der Kühlkühlmittelgalerie 28 und dem Getriebeölkühler 64 zu schließen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Getriebeölkühler 64 zu öffnen, um erhitztes Kühlmittel von der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu dem Getriebeölkühler 64 bereitzustellen, wodurch dem Getriebeölkühler 64 ermöglicht wird, Wärme von dem Kühlmittel auf das Getriebeöl zu übertragen. Es sollte beachtet werden, dass das TOC-Steuerventil 78 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das TOC-Steuerventil 78 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Getriebeölkühler 64 bereitzustellen. Das HC-Steuerventil 84 wird gesteuert, um eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Heizkern 66 zu öffnen, wodurch erwärmtes Kühlmittel für den Heizkern 66 bereitgestellt wird, um zum Erwärmen des Fahrgastraums verwendet zu werden. Es sollte beachtet werden, dass das HC-Steuerventil 84 ein Proportionalventil sein kann und die Fluidströmungsrate durch das HC-Steuerventil 84 geregelt oder dosiert werden kann, um eine erwünschte Fluidströmungsrate durch den Heizkern 66 bereitzustellen.
  • Wie in 9 gezeigt ist, wird das Blocksteuerventil 54 gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen dem Motorblock 34 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 zu schließen. Um eine Kühlung des Zylinderkopfes 40 zu ermöglichen, wird das Kopfsteuerventil 56 so gesteuert, dass eine Fluidverbindung zwischen dem Kopfauslass 42 und der heißen Kühlmittelgalerie 30 geöffnet wird, wodurch ermöglicht wird, dass das Kühlmittel durch den Zylinderkopf 40 zirkuliert und den Zylinderkopf 40 kühlt. Es sollte beachtet werden, dass das Kopfsteuerventil 56 ein Proportionalventil beinhalten kann, das den Fluidstrom durch das Kopfsteuerventil 56 je nach Bedarf variieren kann, um die Temperatur des Zylinderkopfs 40 korrekt aufrechtzuerhalten, und auch Wärme an die heiße Kühlmittelgalerie 30 zu liefern.
  • Wenn das Wärmemanagementsystem 20 in dem Maximalkühlmodus arbeitet, ist zu erkennen, dass die heiße Kühlmittelgalerie 30 von allen Wärmequellen mit Ausnahme des Motorblocks 34, einschließlich des Zylinderkopfs 40, des Abgaswärmerückgewinnungssystems 44, des Abgasrückführsystems 46 und des Turboladersystems 48 erwärmtes Kühlmittel aufnimmt.
  • Wenn das Wärmemanagementsystem 20 in der maximalen Kühlbetriebsart arbeitet, wird das Wärmeübertragungssteuerventil 60 gesteuert, um eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und dem Wärmetauscher 50 zu öffnen, wodurch das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 50 zirkulieren und gekühlt werden kann. Das Bypass-Steuerventil 58 wird gesteuert, um die Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie 30 und der Umgehungsschleife 52 zu schließen, wodurch das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 50 gezwungen wird, den Fluidkreislauf mit der Pumpe 22 zu vervollständigen.
  • Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zur Umsetzung der beanspruchten Lehren im Detail beschrieben sind, existieren verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zur Umsetzung der Offenbarung, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind.

Claims (10)

  1. Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem Motor, wobei das Wärmemanagementsystem umfasst: eine Pumpe, die einen Pumpeneingang und einen Pumpenauslass aufweist und betreibbar ist, um ein Kühlmittel zu zirkulieren; eine kalte Kühlmittelgalerie, die stromabwärts der Pumpe angeordnet ist und in Fluidverbindung mit dem Pumpenauslass steht, um das umgewälzte Kühlmittel von der Pumpe aufzunehmen; mindestens eine Wärmequelle, die stromabwärts und in Fluidverbindung mit der kalten Kühlmittelgalerie angeordnet ist, um das umgewälzte Kühlmittel aus dem kalten Kühlgasstrom aufzunehmen, worin die mindestens eine Wärmequelle betreibbar ist, um Wärme auf das Kühlmittel zu übertragen, das durch die mindestens eine Wärmequelle zirkuliert; eine heiße Kühlmittelgalerie, die stromabwärts und in Fluidverbindung mit der mindestens einen Wärmequelle angeordnet ist und betreibbar ist, um das zirkulierende Kühlmittel von der wenigstens einen Wärmequelle zu empfangen; einen Wärmetauscher, der in Fluidverbindung mit der heißen Kühlmittelgalerie und dem Pumpeneinlass angeordnet ist und betätigbar ist, um Wärme von dem Kühlmittel zu entfernen, wenn das Kühlmittel durch den Wärmetauscher umgewälzt wird; eine Umgehungsschleife, die die heiße Kühlmittelgalerie und den Pumpeneinlass miteinander verbindet, und den Wärmetauscher umleitet; einen Motorölkühler (EOC) mit einem EOC-Einlass und einem EOC-Auslass, worin der EOC-Einlass in Fluidverbindung mit jeder der kalten Kühlmittelgalerie und der heißen Kühlmittelgalerie angeordnet ist und worin der EOC-Auslass in Fluidverbindung mit der Umgehungsschleife angeordnet ist; ein EOC-Steuerventil, das den EOC-Einlass, die kalte Kühlmittelgalerie und die heiße Kühlmittelgalerie miteinander verbindet, worin das EOC-Steuerventil betätigbar ist, um den EOC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der Kühlkühlmittelgalerie zu versorgen, um den EOC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen, um den EOC-Einlass mit dem Kühlmittel sowohl von der kalten Kühlmittelgalerie als auch der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen und so betreibbar ist, dass es die Fluidverbindung zwischen dem EOC-Einlass und sowohl der kalten Kühlmittelgalerie als auch der heißen Kühlmittelgalerie schließt; einen Getriebeölkühler (TOC) mit einem TOC-Einlass und einem TOC-Auslass, worin der TOC-Einlass in Fluidverbindung mit jeder der kalten Kühlmittelgalerie und der heißen Kühlmittelgalerie angeordnet ist und worin der TOC-Auslass in Fluidverbindung mit der Umgehungsschleife angeordnet ist; ein TOC-Steuerventil, das den TOC-Einlass, die kalte Kühlmittelgalerie und die heiße Kühlmittelgalerie miteinander verbindet, worin das TOC-Steuerventil so betreibbar ist, dass es den TOC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der kalten Kühlmittelgalerie zuführt, um den TOC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen, um den TOC-Einlass mit dem Kühlmittel sowohl von der kalten Kühlmittelgalerie als auch der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen und betätigbar ist, um eine Fluidverbindung zwischen dem TOC-Einlass und sowohl der kalten Kühlmittelgalerie als auch der heißen Kühlmittelgalerie zu verhindern; einen Heizkern (HC) mit einem HC-Einlass und einem HC-Auslass, worin der HC-Einlass in Fluidverbindung mit der heißen Kühlmittelgalerie angeordnet ist und worin der HC-Auslass in Fluidverbindung mit der Umgehungsschleife angeordnet ist; und ein HC-Steuerventil, das den HC-Einlass und die heiße Kühlmittelgalerie miteinander verbindet, worin das HC-Steuerventil betätigbar ist, um den HC-Einlass mit dem Kühlmittel aus der heißen Kühlmittelgalerie zu versorgen und betätigbar ist, um eine Fluidverbindung zwischen dem HC-Einlass und dem heißen Kühlgasstrom zu verhindern.
  2. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Bypass-Steuerventil, das die heiße Kühlmittelgalerie und die Umgehungsschleife miteinander verbindet, worin das Bypass-Steuerventil betätigbar ist, um eine Fluidverbindung zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie und der Umgehungsschleife zu verhindern.
  3. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 2, worin das Bypass-Steuerventil ein Proportionalventil ist, das betreibbar ist, um den Fluidstrom durch das Bypass-Steuerventil auf eine gewünschte Durchflussrate zu beschränken.
  4. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Wärmeübertragungssteuerventil, das die heiße Kühlmittelgalerie und den Wärmetauscher miteinander verbindet, worin das Wärmeübertragungssteuerventil betreibbar ist, um eine Fluidverbindung zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen der heißen Kühlmittelgalerie und dem Wärmetauscher zu verhindern.
  5. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 4, worin die mindestens eine Wärmequelle eine Wärmequelle einen Verbrennungsmotor mit einem Motorblockeinlass und einem Motorblockauslass beinhaltet, worin der Motorblockeinlass in Fluidverbindung mit der kalten Kühlmittelgalerie zum Aufnehmen des Kühlmittels angeordnet ist und worin der Motorblockauslass in Fluidverbindung mit der heißen Kühlmittelgalerie zum Zuführen von erwärmtem Kühlmittel zu der heißen Kühlmittelgalerie angeordnet ist.
  6. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 5, ferner umfassend ein Blocksteuerventil, das den Motorblockauslass und die heiße Kühlmittelgalerie miteinander verbindet, worin das Blocksteuerventil betreibbar ist, um eine Fluidverbindung zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen dem Motorblockauslass und der heißen Kühlmittelgalerie zu schließen.
  7. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 6, worin das Blocksteuerventil ein Proportionalventil ist, das betreibbar ist, um den Fluidstrom durch das Blocksteuerventil auf eine gewünschte Strömungsrate zu beschränken.
  8. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 6, worin der Verbrennungsmotor einen Zylinderkopf beinhaltet, der in Fluidverbindung mit dem Motorblockeinlass angeordnet ist und einen Kopfauslass aufweist, der in Fluidverbindung mit dem heißen Kühlgasstrom angeordnet ist, worin die mindestens eine Wärmequelle den Zylinderkopf beinhaltet.
  9. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 8, ferner umfassend ein Kopfsteuerungsventil, das den Kopfauslass und die heiße Kühlmittelgalerie miteinander verbindet, worin das Kopfsteuerventil betätigbar ist, um eine Fluidverbindung zu öffnen und eine Fluidverbindung zwischen dem Kopfauslass und dem heißen Kühlmittelbereich zu schließen.
  10. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 9, worin das Kopfsteuerventil ein Proportionalventil ist, das betreibbar ist, um den Fluidstrom durch das Kopfsteuerventil auf eine gewünschte Strömungsrate zu beschränken.
DE102017106447.8A 2016-03-24 2017-03-24 Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug Active DE102017106447B4 (de)

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US15/079,597 US10040335B2 (en) 2016-03-24 2016-03-24 Thermal management system for a vehicle, and a method of controlling the same
US15/079,597 2016-03-24

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