DE102017207159B4

DE102017207159B4 - Antriebsstrang-wärmemanagementsystem

Info

Publication number: DE102017207159B4
Application number: DE102017207159.1A
Authority: DE
Inventors: Eugene V. Gonze; Irina N. DMITRIEVA; Michael J. Paratore Jr.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2024-05-02
Anticipated expiration: 2037-04-28
Also published as: CN107339142B; US20170321594A1; CN107339142A; DE102017207159A1; US10718256B2

Abstract

System (10) zum Management von Wärmeenergie in einem Fahrzeugantriebsstrang, das System (10) umfassend:einen Motor (12), der Wärmeenergie im Antriebsstrang erzeugt, welcher Motor (12) einen Motorkühlmitteleinlass (24) und einen Motorkühlmittelauslass (26) aufweist;eine Pumpe (48) zur Versorgung des Motors (12) mit Kühlmittel, welche einem Pumpeneinlass (64) und einem Pumpenauslass (66) aufweist, worin der Pumpenauslass (66) mit dem Motorkühlmitteleinlass (24) in Fluidverbindung steht;ein erstes Regelventil (50) mit einem Einlass (68) in Fluidverbindung mit dem Motorkühlmittelauslass (26) und mit einem Auslass (70) des ersten Regelventils (50);einen Kühler (52) mit einem Kühlereinlass (72) in Fluidverbindung mit dem Auslass (70) des ersten Regelventils (50) und einem Kühlerauslass (74) in Fluidverbindung mit dem Pumpeneinlass (64);eine Heizvorrichtung (56) mit einem Heizvorrichtungseinlass (94) und einem Heizvorrichtungsauslass (96), worin der Heizvorrichtungsauslass (96) in Fluidverbindung mit dem Pumpeneinlass (64) steht;einen Getriebeölwärmetauscher (58) zum Austausch von Wärme zwischen dem Kühlmittel und einem Getriebeöl, welches Getriebeöl ein Getriebe (14) schmiert und Wärmeenergie mit ihm austauscht, worin der Getriebeölwärmetauscher (58) einen Einlass (98) und einen Auslass (100) in Fluidverbindung mit dem Pumpeneinlass (64) aufweist;ein zweites Regelventil (54) mit einem ersten Einlass (76), einem zweiten Einlass (78), einem ersten Auslass (80), einem zweiten Auslass (82) und einem dritten Auslass (84), worin der erste Einlass (76) in Fluidverbindung mit dem Motorkühlmittelauslass (26), der zweite Einlass (78) in Fluidverbindung mit dem Pumpenauslass (66), der erste Auslass (80) in Fluidverbindung mit dem Einlass (94) der Heizvorrichtung (56), der zweite Auslass (82) über eine Kühlerumgehung (92) in Fluidverbindung mit dem Pumpeneinlass (64) und der dritte Auslass (84) in Fluidverbindung mit dem Einlass (98) des Getriebeölwärmetauschers (58) steht, undworin die vom Motor (12) erzeugte Wärmeenergie durch Steuerung des ersten Regelventils (50) zum Kühler (52) und durch Steuerung des zweiten Regelventils (54) zu mindestens einem aus der Heizvorrichtung (56) und dem Getriebeölwärmetauscher (58) übertragen wird; undeinen Motorölwärmetauscher (60) zum Austausch von Wärmeenergie zwischen dem Kühlmittel und dem Motoröl, worin der Motorölwärmetauscher (60) einen Einlass (102) aufweist, der in Fluidverbindung mit einem vierten Auslass (86) des zweiten Regelventils (54) steht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Kühlmittelkreisläufe für Antriebsstrangsysteme von Automobilen und insbesondere Systeme und Verfahren für das Management der durch einen Automobilmotor erzeugten Wärme, um den Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstrangs zu verbessern.
HINTERGRUND
Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die die vorliegende Offenbarung betreffen und dem bisherigen Stand der Technik entsprechen können oder auch nicht.
Ein typischer Antriebsstrang eines Automobils beinhaltet einen Motor und ein Getriebe. Ein Kühlmittelsystem wird eingesetzt, um die Überhitzung des Motors zu verhindern. Das Kühlmittelsystem beinhaltet eine Kühlmittelpumpe, die einer Vielzahl von Motor- und Getriebekomponenten, einschließlich Wärmetauschern, eine Flüssigkeit wie ein Motorkühlmittel durch eine Vielzahl von Flüssigkeitskommunikationsleitungen bereitstellt. Im Allgemeinen wird Wärme vom Motor über einen Kühlmittelmantel, der die durch die Verbrennung erwärmten Komponenten des Motors umgibt, auf das Kühlmittel übertragen. Die durch das zirkulierende Kühlmittel aufgenommene Wärme wird dann im Allgemeinen verwendet, um Wärmeenergie zu und von der Vielzahl von Wärmetauschern zu befördern, um die gewünschten Betriebstemperaturbereiche der Komponenten zu erzielen. Bei konventionellen Kühlmittelsystemen, wird ein großer Teil der Wärmeenergie im zirkulierenden Kühlmittel durch einen Wärmetauscher, wie beispielsweise einen Kühler oder eine Heizvorrichtung, an die Luft abgeleitet und ist danach für das System verloren.
Unter normalen Betriebsbedingungen kann ein Motor und Getriebe nur den Sollkühlmittelstrom benötigen, damit die richtige Temperatur von inneren Komponenten aufrechterhalten wird. Unter schweren Betriebsbedingungen benötigt ein Motor gleichwohl einen erhöhten Kühlmittelstrom, damit die richtigen Temperaturen von Komponenten aufrechterhalten werden. Wird eine Kühlmittelpumpe mit hoher Strömungsgeschwindigkeit verwendet, um unter schweren Bedingungen einen hohen Kühlmitteldurchsatz zu liefern, um eine Überhitzung zu verhindern, dann wird die Menge des Kühlmittelstroms unter normalen Betriebsbedingungen übermäßig sein, was zu parasitären Energieverlusten innerhalb des Motors und Getriebes führt. Unter Kaltstartbedingungen kann ein Motor und Getriebe ebenfalls einen erhöhten Kühlmittelstrom erfordern, um die richtige Temperatur von inneren Komponenten zu erreichen und aufrechtzuerhalten.
Während konventionelle Kühlmittelsysteme effektiv sind, besteht in der Technik Spielraum für einen Kühlmittelkreislauf mit verbesserter Steuerbarkeit und der Fähigkeit, durch einen Motor erzeugte Wärmeenergie für die Verbesserung des Betriebswirkungsgrades des Antriebstrangs über einen Bereich von Betriebsbedingungen nutzbar zu machen.
Systeme und Verfahren zum Management von Wärmeenergie in einem Fahrzeugantriebsstrang sind beispielsweise in DE 11 2013 004 227 T5 , DE 10 2014 108 175 A1 , DE 10 2014 106 725 A1 , DE 10 2015 109 728 A1 und in der nachveröffentlichten DE 10 2017 108 149 A1 beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein System zum Management von Wärmeenergie in einem Fahrzeugantriebsstrang anzugeben, welches einen Kühlmittelkreislauf mit verbesserter Steuerbarkeit bereitstellt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Management von Wärmeenergie in einem Fahrzeugantriebsstrang bereitgestellt. Der Antriebsstrang beinhaltet einen Motor und ein Getriebe. Der Motor erzeugt Wärmeenergie und weist eine Reihe von Kühlmitteldurchgängen auf, einschließlich Motorkühlmitteleinlass und Motorkühlmittelauslass. Das System für das Management von Wärmeenergie beinhaltet eine Kühlmittelpumpe, ein erstes Regelventil, ein zweites Regelventil, einen Kühler, eine Heizvorrichtung und einen Getriebeölwärmetauscher. Die Kühlmittelpumpe liefert dem Motor über einen Pumpeneinlass und einen Pumpenauslass Kühlmittel, und der Pumpenauslass steht mit dem Motorkühlmitteleinlass in Fluidverbindung. Das erste Regelventil weist einen Einlass auf, der mit dem Motorkühlmittelauslass in Fluidverbindung steht. Das erste Regelventil weist außerdem einen Auslass des ersten Regelventils auf. Der Kühler weist einen Kühlmitteleinlass auf, der mit dem Auslass des ersten Regelventils in Fluidverbindung steht. Der Kühler weist ebenfalls einen Kühlerauslass auf, der mit dem Pumpeneinlass in Fluidverbindung steht. Die Heizvorrichtung einen Einlass und einen Auslass. Der Auslass der Heizvorrichtung steht mit dem Einlass der Pumpe in Fluidverbindung. Der Getriebeölwärmetauscher tauscht Wärme zwischen dem Kühlmittel und einem Getriebeöl aus. Das Getriebeöl schmiert das und tauscht Wärmeenergie mit dem Getriebe aus. Der Getriebeölwärmetauscher weist außerdem eine Einlassöffnung sowie einen Auslass auf, der mit dem Einlass der Pumpe in Fluidverbindung steht. Das zweite Regelventil weist einen ersten Einlass, einen zweiten Einlass, einen ersten Auslass, einen zweiten Auslass und einen dritten Auslass auf. Der erste Einlass steht mit dem Motorkühlmittelauslass in Fluidverbindung, während der zweite Einlass mit dem Pumpenauslass in Fluidverbindung steht. Der erste Auslass steht mit dem Einlass der Heizvorrichtung in Fluidverbindung, der zweite Auslass steht mit dem Pumpeneinlass in Fluidverbindung und der dritte Auslass steht mit dem Einlass des Getriebeölwärmetauschers in Fluidverbindung. Vom Motor erzeugte Wärmeenergie wird gesteuert durch das erste Regelventil zum Kühler übertragen und gesteuert durch das zweite Regelventil zu mindestens einem aus der Heizvorrichtung und dem Getriebeölwärmetauscher übertragen.
Das System beinhaltet einen Motorölwärmetauscher zum Austausch von Wärmeenergie zwischen dem Kühlmittel und dem Motoröl. Der Motorölwärmetauscher weist einen Einlass auf, der mit einem vierten Auslass des zweiten Regelventils in Fluidverbindung steht.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste Ventil ein variables Strömungsventil, das fähig ist, die Menge des Stroms des Kühlmittels vom Einlass zum Auslass zu erhöhen.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das zweite Regelventil einen ersten Betriebszustand auf, in dem das zweite Regelventil Kühlmittel vom ersten Einlass des zweiten Regelventils zu den ersten und zweiten Auslässen des zweiten Regelventils lenkt.
In wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das zweite Regelventil des Weiteren einen zweiten Betriebszustand auf, in dem das zweite Regelventil Kühlmittel vom ersten Einlass des zweiten Regelventils zum ersten Auslass des zweiten Regelventils lenkt.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das zweite Regelventil einen dritten Betriebszustand auf, in dem das zweite Regelventil Kühlmittel vom ersten Einlass des zweiten Regelventils zu den ersten und dritten Auslässen des zweiten Regelventils lenkt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das zweite Regelventil einen vierten Betriebszustand auf, in dem das zweite Regelventil Kühlmittel vom ersten Einlass des zweiten Regelventils zu den ersten, zweiten und dritten Auslässen des zweiten Regelventils lenkt.
In wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das zweite Regelventil einen fünften Betriebszustand auf, in dem das zweite Regelventil Kühlmittel vom ersten Einlass und dem zweiten Einlass des zweiten Regelventils zum dritten Auslass des zweiten Regelventils lenkt.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das zweite Regelventil einen sechsten Betriebszustand auf, in dem das zweite Regelventil Kühlmittel von den ersten und zweiten Einlässen des zweiten Regelventils zum ersten Auslass des zweiten Regelventils und zum dritten Auslass des zweiten Regelventils lenkt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das zweite Regelventil einen siebten Betriebszustand auf. Im siebten Betriebszustand lenkt das zweite Regelventil Kühlmittel von den ersten und zweiten Einlässen des zweiten Regelventils zu den ersten, zweiten und dritten Auslässen des zweiten Regelventils.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das zweite Regelventil einen achten Betriebszustand auf. Im achten Betriebszustand lenkt das zweite Regelventil Kühlmittel von den ersten und zweiten Einlässen des zweiten Regelventils zu den ersten, dritten und vierten Auslässen des zweiten Regelventils.
In wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das zweite Regelventil einen neunten Betriebszustand auf. Im neunten Betriebszustand lenkt das zweite Regelventil Kühlmittel von dem zweiten Einlass des zweiten Regelventils zu den dritten und vierten Auslässen des zweiten Regelventils.
In einer nicht beanspruchten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Management von Wärmeenergie in einem Fahrzeugantriebsstrang bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Erzeugung von Wärmeenergie in einem Motor eines Antriebsstrangs und die Verteilung von Wärmeenergie über ein Wärmemanagementsystem. Das Wärmemanagementsystem beinhaltet eine Kühlmittelpumpe, ein erstes Regelventil, ein zweites Regelventil, einen Kühler, eine Heizvorrichtung und einen Getriebeölwärmetauscher. Der Motor weist ebenfalls eine Reihe von Kühlmitteldurchgängen auf, einschließlich Motorkühlmitteleinlass und Motorkühlmittelauslass. Kühlmittel wird dem Motor unter Verwendung der Pumpe zugeführt, die einen Pumpeneinlass und einen Pumpenauslass aufweist. Der Pumpenauslass steht mit dem Motorkühlmitteleinlass in Fluidverbindung. Der Kühlmittelstrom wird durch das erste Regelventil gesteuert, welches einen Einlass des ersten Regelventils und einen Auslass des ersten Regelventils aufweist. Der Einlass des ersten Regelventils steht mit dem Motorkühlmittelauslass in Fluidverbindung. Wärmeenergie wird vom Kühlmittel freigegeben, indem das Kühlmittel durch den Kühler geleitet wird, wobei ein Kühlmitteleinlass mit dem Auslass des ersten Regelventils in Fluidverbindung steht und ein Kühlerauslass mit dem Pumpeneinlass in Fluidverbindung steht. Wärmeenergie wird ebenfalls vom Kühlmittel freigegeben, indem das Kühlmittel durch die Heizvorrichtung geleitet wird, die einen Einlass und einen Auslass aufweist. Der Auslass der Heizvorrichtung steht mit dem Einlass der Pumpe in Fluidverbindung. Wärmeenergie wird zwischen dem Kühlmittel und dem Getriebeöl unter Verwendung eines Getriebeölwärmetauschers ausgetauscht. Das Getriebeöl schmiert das und tauscht Wärmeenergie mit dem Getriebe aus. Der Getriebeölwärmetauscher weist einen Einlass und einen Auslass in Fluidverbindung mit dem Einlass der Pumpe auf. Kühlmittel wird auch mit dem zweiten Regelventil gesteuert, das einen ersten Einlass, einen zweiten Einlass, einen ersten Auslass, einen zweiten Auslass und einen dritten Auslass aufweist. Der erste Einlass steht mit dem Motorkühlmittelauslass in Fluidverbindung, und der zweite Einlass steht mit dem Pumpenauslass in Fluidverbindung. Der erste Auslass des zweiten Regelventils steht mit dem Einlass der Heizvorrichtung in Fluidverbindung, der zweite Auslass steht mit dem Pumpeneinlass in Fluidverbindung und der dritte Auslass steht mit einem Einlass des Getriebeölwärmetauschers in Fluidverbindung. Die vom Motor erzeugte Wärmeenergie wird gesteuert durch das erste Regelventil zum Kühler übertragen und gesteuert durch das zweite Regelventil zu mindestens einem aus der Heizvorrichtung und dem Getriebeölwärmetauscher übertragen.
In wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Wärmeenergie zwischen dem Kühlmittel und dem Motoröl unter Verwendung eines Motorölwärmetauschers ausgetauscht. Der Motorölwärmetauscher weist einen Einlass auf, der mit einem vierten Auslass des zweiten Regelventils in Fluidverbindung steht.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Kühlmittelstrom durch Erhöhen der Menge des Stroms des Kühlmittels vom Einlass zum Auslass des ersten Ventils unter Verwendung eines variablen Strömungsventils gesteuert.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Kühlmittelstrom durch Lenken des Kühlmittels vom ersten Einlass des zweiten Regelventils zu den ersten und zweiten Auslässen des zweiten Regelventils gesteuert.
In wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Kühlmittelstrom in einem zweiten Betriebszustand durch Lenken des Kühlmittelstroms vom ersten Einlass des zweiten Regelventils zum ersten Auslass des zweiten Regelventils gesteuert.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Kühlmittelstrom in einem dritten Betriebszustand durch Lenken des Kühlmittelstroms vom ersten Einlass des zweiten Regelventils zu den ersten und dritten Auslässen des zweiten Regelventils gesteuert.
In wieder einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Kühlmittelstrom in einem vierten Betriebszustand durch Lenken des Kühlmittelstroms vom ersten Einlass des zweiten Regelventils zu den ersten, zweiten und dritten Auslässen des zweiten Regelventils gesteuert.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Kühlmittelstrom in einem fünften Betriebszustand durch Lenken des Kühlmittelstroms vom ersten Einlass und vom zweiten Einlass des zweiten Regelventils zum dritten Auslass des zweiten Regelventils gesteuert.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Kühlmittelstrom in einem sechsten Betriebszustand durch Lenken des Kühlmittelstroms von den ersten und zweiten Einlässen des zweiten Regelventils zu den ersten und dritten Auslässen des zweiten Regelventils gesteuert.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Kühlmittelstrom in einem siebten Betriebszustand durch Lenken des Kühlmittelstroms von den ersten und zweiten Einlässen des zweiten Regelventils zu den ersten, zweiten und dritten Auslässen des zweiten Regelventils gesteuert.
In wieder einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Kühlmittelstrom in einem achten Betriebszustand durch Lenken des Kühlmittelstroms vom ersten Einlass und vom zweiten Einlass des zweiten Regelventils zu den ersten, dritten und vierten Auslässen des zweiten Regelventils gesteuert.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Kühlmittelstrom in einem neunten Betriebszustand durch Lenken des Kühlmittelstroms vom zweiten Einlass des zweiten Regelventils zu den dritten und vierten Auslässen des zweiten Regelventils gesteuert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht dazu beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu begrenzen. Die Komponenten in den Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, die Betonung liegt vielmehr auf der Darstellung der erfindungsgemäßen Prinzipien. In den Figuren bezeichnen darüber hinaus gleiche Nummern in allen Ansichten entsprechend dieselben Komponenten. Zu den Zeichnungen:

1 ist ein schematisches Diagramm eines Antriebsstrangs mit einem Thermomanagementsystem gemäß der Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Funktionsdiagramm eines ersten Regelventils des Thermomanagementsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein funktionelles Zustandsdiagramm eines zweiten Regelventils des Thermomanagementsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Betriebs des Thermomanagementsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Thermomanagementsystem, im Allgemeinen durch die Bezugsziffer 10 angezeigt, zum Management der durch einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs erzeugten Wärme veranschaulicht. Der Antriebsstrang beinhaltet einen Motor 12, der mit einem Getriebe 14 verbunden ist. Motor 12 weist über einen Motorblock 16, einen Zylinderkopf 18, einen integrierten Abgaskrümmer (IEM) 20, eine Turbine 22, einen Motorkühlmitteleinlass 24 und einen Motorkühlmittelauslass 26 auf. Motorblock 16 weist einen Block-Kühlmitteleinlass 28 auf, der mit einem Block-Kühlmittelauslassventil 30 durch eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen (nicht dargestellt) fluidverbunden ist, die im Motorblock 16 gebildet werden. Der Zylinderkopf 18 weist einen Zylinderkopf-Kühlmitteleinlass 32 auf, der mit einer Vielzahl von Zylinderkopf-Kühlmittelauslässen 34 durch eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen (nicht dargestellt) fluidverbunden ist, die im Zylinderkopf 18 gebildet werden. Der IEM 20 weist einen IEM-Kühlmitteleinlass 36 auf, der mit einem IEM-Kühlmittelauslass 38 durch eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen (nicht dargestellt) fluidverbunden ist, die im IEM 20 gebildet werden. Die Turbine 22 weist einen Turbinen-Kühlmitteleinlass 40 auf, der mit einem Turbinen-Kühlmittelauslass 42 durch einen Kühlmittelkanal (nicht dargestellt) fluidverbunden ist, der in der Turbine 22 gebildet wird.
Der Motor 12 kann ein Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor oder jede andere Art von Antriebsmaschine sein, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Getriebe 14 kann ein manuelles, automatisches, Mehrfachkupplungs- oder stufenloses Getriebe oder jede andere Art Kraftfahrzeuggetriebe sein ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Das Getriebe 14 weist einen Schmierungs- und Kühlkreislauf (nicht dargestellt) zum Zirkulieren eines Öls im Getriebe 14 auf, um die inneren Komponenten des Getriebes 14 zu schmieren. Außerdem kann das zirkulierende Öl verwendet werden, um das Getriebe 14 während der Inbetriebnahme des Motors 12 zu erhitzen oder zu erwärmen oder das Getriebe 14 bei schwerer Verwendung wie erforderlich zu kühlen, gesteuert durch das Thermomanagementsystem 10 der vorliegenden Erfindung.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 beinhaltet das Thermomanagementsystem 10 einen Kühlmittelkreislauf 44, der durch eine elektronische Steuerschaltung 46 gesteuert wird. Der Kühlmittelkreislauf 44 beinhaltet eine Kühlmittelpumpe 48, ein erstes Regelventil 50, einen Kühler 52, ein zweites Regelventil 54, eine Heizvorrichtung 56, eine Getriebeölheizung (TOH) 58, eine Motorölheizung (EOH) 60 und einen Ausgleichsbehälter 62.
Die Kühlmittelpumpe 48 weist einen Pumpeneinlass 64 und einen Pumpenauslass 66 auf. Der Pumpenauslass 66 der Kühlmittelpumpe 48 ist mit dem Motorblockeinlass 28 am Motor 12 fluidverbunden, um den Motor 12 mit Kühlmittel zu versorgen. Der Motor 12 erzeugt überschüssige Wärmeenergie Wärme, die vom Kühlmittel aufgenommen wird. Der Pumpenauslass 66 der Kühlmittelpumpe 48 ist außerdem mit dem Zylinderkopfeinlass 32, dem IEM-Einlass 36 und dem Turbineneinlass 40 am Motor 12 fluidverbunden, um diese mit Kühlmittel zu versorgen.
Das erste Regelventil 50 weist einen Einlass 68 des ersten Regelventils und einen Auslass 70 des ersten Regelventils auf. Der Einlass 68 des ersten Regelventils ist mit dem Motorauslass 26 fluidverbunden. Darüber hinaus steht der Einlass 68 des ersten Regelventils intern in selektiver Fluidverbindung mit einem Auslass 70 des ersten Regelventils. Wie in 2 gezeigt ist das erste Regelventil 50 ausgelegt, entlang einem kontinuierlichen Spektrum zwischen einem vollständig geschlossenen Zustand 200 und einem vollständig geöffneten Zustand 202 variiert zu werden. Im vollständig geschlossenen Zustand 200 verhindert das erste Regelventil 50, dass jeglicher auf den Einlass 68 des ersten Regelventils auftreffender Kühlmittelstrom durch den Auslass 70 des ersten Regelventils strömt. In dem vollständig geöffneten Zustand 202 wird das erste Regelventil 50 den gesamten auf den Einlass 68 des ersten Regelventils auftreffenden Kühlmittelstrom zum Auslass 70 des ersten Regelventils liefern. Das erste Regelventil 50 sollte so verstanden werden, dass es die Ventilöffnung in Übereinstimmung mit den Anforderungen des Motors 12 an den Flüssigkeitsstrom sowie mit dem durch die optimalen Betriebstemperaturen der Komponenten von Motor 12 diktierten Kühlungsbedarf variiert.
Der Kühler 52 weist einen Kühlereinlass 72 und einen Kühlerauslass 74 auf. Die Kühlereinlass 72 ist mit dem Auslass 70 des ersten Regelventils fluidverbunden. Der Kühlerauslass 74 ist mit dem Pumpeneinlass 64 fluidverbunden. Der Kühler 52 tauscht Wärmeenergie im Kühlmittel mit der durch den Kühler 52 strömenden Luft aus, wodurch Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf 44 abgeschieden wird.
Das zweite Regelventil 54 weist einen ersten Einlass 76 des zweiten Regelventils und einen zweiten Einlass 78 des zweiten Regelventils auf. Das zweite Regelventil 54 weist weiterhin einen ersten Auslass 80, einen zweiten Auslass 82, dritten Auslass 84 und einen vierten Auslass 86 des zweiten Regelventils auf. Der erste Einlass 76 des zweiten Regelventils steht in Fluidverbindung mit dem Motorauslass 26 und empfängt von dort einen kontinuierlichen Flüssigkeitsstrom. Der erste Einlass 76, der zweite Einlass 78, der erste Auslass 80, der zweite Auslass 82, der dritte Auslass 84 und der vierte Auslass 86 sind sämtlich sind zwischen offenen und geschlossenen Zuständen verstellbar. Der zweite Einlass 78 des zweiten Ventils steht in Fluidverbindung mit dem Pumpenauslass 66 über eine Motorumgehung 88. Das zweite Regelventil 54 weist ebenfalls eine innere Trennwand 90 auf, die auf den ersten Einlass 76 des zweiten Regelventils auftreffenden Kühlmittelstrom von auf den zweiten Einlass 78 des zweiten Regelventils auftreffendem Kühlmittelstrom physikalisch trennt. Unter bestimmten Betriebsbedingungen des Antriebsstrangs wird das zweite Ventil 54 dahingehend gesteuert, die Trennwand 90 zu umgehen, um Motorkühlmittel dorthin zu liefern, wo es am wirkungsvollsten verwendet werden kann.
Die Heizvorrichtung 56 weist einen Heizvorrichtungseinlass 94 und einen Heizvorrichtungsauslass 96 auf. Der Heizvorrichtungseinlass 94 steht mit dem ersten Auslass 80 des zweiten Regelventils in Fluidverbindung. Der Heizvorrichtungsauslass 96 ist mit dem Pumpeneinlass 64 fluidverbunden. Die Heizvorrichtung 56 liegt im Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs und tauscht vom Motor 12 erzeugte und im Motorkühlmittel beförderte Wärmeenergie mit der Luft im Fahrgastraum aus.
Der zweite Auslass 82 des zweiten Regelventils steht mit dem Pumpeneinlass 64 über eine Kühlerumgehung 92 in Fluidverbindung. Die Kühlerumgehung 92 leitet Motorkühlmittels um den Kühler 52 herum, um zu verhindern, dass durch den Motor 12 erzeugte Wärmeenergie aus dem Kühlmittelkreislauf 44 entweicht.
Die TOH 58 weist einen TOH-Kühlmitteleinlass 98 und einen TOH-Kühlmittelauslass 100 auf. Der TOH-Einlass 98 steht mit dem dritten Auslass 84 des zweiten Regelventils in Fluidverbindung. Der TOH-Auslass 100 ist mit dem Pumpeneinlass 64 fluidverbunden. Die TOH 58 ist eine Wärmetausch-Vorrichtung, die an das Getriebe 14 angeschlossen ist. Die TOH 58 weist physikalisch getrennte Kühlmittel- und Getriebeöldurchgänge auf. Vom Motor 12 erzeugte und im Motorkühlmittel transportierte Wärmeenergie wird zur TOH 58 befördert. Vom Getriebe 14 erzeugte und vom Getriebeöl transportierte Wärmeenergie wird ebenfalls zur TOH 58 befördert. Separate Motorkühlmittel- und Getriebeöldurchgänge (nicht dargestellt) in der TOH 58 ermöglichen den Austausch von Wärmeenergie zwischen dem Motorkühlmittel und dem Getriebeöl, ohne dass diese physikalisch miteinander in Kontakt kommen.
Die EOH 60 weist einen EOH-Kühlmitteleinlass 102 und einen EOH-Kühlmittelauslass 104 auf. Der EOH-Einlass 102 steht mit dem vierten Auslass 86 des zweiten Regelventils in Fluidverbindung. Der EOH-Auslass 104 ist mit dem Pumpeneinlass 64 fluidverbunden. Die EOH 60 ist eine Wärmetausch-Vorrichtung, die an den Motor 12 angeschlossen ist, und weist physikalisch getrennte Kühlmittel- und Getriebeöldurchgänge auf (nicht dargestellt). In der EOH 60 tauschen das Motorkühlmittel und das Getriebeöl Wärmeenergie miteinander aus, ohne physikalisch in Kontakt zu kommen.
Die EOH 60 weist auch einen Motorölkreislauf 106 auf, einschließlich einer Motorölpumpe 108 und einem Motoröltemperatursensor 110. Die Motorölpumpe 108 weist einen Ölpumpeneinlass 112 und einen Ölpumpenauslass 114 auf. Der Ölpumpenauslass 114 ist mit einem EOH-Öleinlass 103 fluidverbunden, und ein EOH-Ölauslass 105 ist mit dem Ölpumpeneinlass 112 fluidverbunden. Der Motoröltemperatursensor 110 ist zwischen dem Ölpumpenauslass 114 und dem EOH-Öleinlass 103 angeordnet.
Der Ausgleichsbehälter 62 weist einen Ausgleichsbehälter-Einlass 63 und einen Ausgleichsbehälter-Auslass 65 auf. Der Ausgleichsbehälter-Einlass 63 steht mit dem ersten Auslass 80 des zweiten Regelventils in Fluidverbindung. Der Ausgleichsbehälter-Auslass 65 steht mit dem Pumpeneinlass 64 in Fluidverbindung. Der Ausgleichsbehälter sorgt für den Strom und die thermische Entlastung im Kühlmittelkreislauf 44. Falls die Strömungsraten oder Temperaturen des Kühlmittels vorgegebene Schwellwerte überschreiten, wird überschüssiges Kühlmittel vorübergehend in den Ausgleichsbehälter geleitet, um einen Überdruck im Kühlmittelkreislauf 44 zu verhindern.
Unter weiterer Bezugnahme auf das Thermomanagementsystem 10 aus 1 wird der Kühlkreislauf 44 durch das elektronische Steuersystem 46 gesteuert. Das elektronische Steuersystem 46 beinhaltet ein ECM 116, eine Motorblockheizung 120 und mehrere Sensoren. Die Vielzahl der Sensoren beinhaltet einen Motorkühlmitteleinlass-Temperatursensor 118, einen Motorblock-Temperatursensor 122, einen IEM-Temperatursensor 124, einen Motorauslass-Temperatursensor 126, einen Getriebekühlmittelstrom-Sensor 128, einen Getriebeöl-Temperatursensor 130, einen Motoröl-Temperatursensor 110, einen Kühler-Temperatursensor 131 und einen Heizvorrichtungsstromschalter-Sensor 132.
Das ECM 116 nutzt entweder in Software oder in Hardware implementierte Steuerlogik, um den Betrieb der Blockheizung 120, des ersten Ventils 50 und des zweiten Ventils 54 zu steuern. Diese Steuerlogik erfordert ECM-Eingabedaten von der Vielzahl von Sensoren der Steuerelektronik 46, und das ECM 116 sendet Ausgabebefehle an die Blockheizung 120, das erste Ventil 50 und das zweite Ventil 54. Das ECM 116 weist einen ersten ECM-Anschluss 134, einen zweiten ECM-Anschluss 136, einen dritten ECM-Anschluss 138, einen vierten ECM-Anschluss 140, einen fünften ECM-Anschluss 142, einen sechsten ECM-Anschluss 144, einen siebten ECM-Anschluss 146, einen achten ECM-Anschluss 148, einen neunten ECM-Anschluss 150, einen zehnten ECM-Anschluss 152, einen elften ECM-Anschluss 154, einen zwölften ECM-Anschluss 156 und einen dreizehnten ECM-Anschluss 158 auf.
Der erste ECM-Anschluss 134 steht in elektronischer Verbindung mit der Kühlmittelpumpe 48 und steuert den Betrieb der Kühlmittelpumpe 48. Die Kühlmittelpumpe 48 beaufschlagt Motorkühlmittel mit Druck und treibt das Motorkühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf 44. Der zweite ECM-Anschluss 136 steht in elektronischer Verbindung mit dem Motorkühlmitteleinlass-Temperatursensor 118. Der Motorkühlmitteleinlass-Temperatursensor 118 ist zwischen der Kühlmittelpumpenauslass 66 und dem Motorkühlmitteleinlass 24 angeordnet. Der Motorkühlmittel-Temperatursensor 118 überwacht die Motoreinlasskühlmitteltemperatur und stellt der ECM 116 Daten zur Motoreinlasskühlmitteltemperatur bereit. Der dritte ECM-Anschluss 138 steht in elektronischer Verbindung mit der Motorblockheizung 120. Die Motorblockheizung 120 ist am Motorblock 16 angeordnet. Das ECM 116 steuert den Betrieb der Motorblockheizung 120. Die Blockheizung 120 ist eine thermische Vorrichtung, die dem Motorblock 16 Wärme bereitstellt. Der Blockheizung 120 wird, insbesondere unter extrem kalten Umgebungsbedingungen, verwendet, um die Temperatur von Motoröl und Kühlmittel zu erhöhen, um die Schmierleistung zu verbessern und Schäden am Motor 12 beim Start reduzieren. Der vierte ECM-Anschluss 140 steht in elektronischer Verbindung mit dem Motorblock-Temperatursensor 122. Der Motorblock-Temperatursensor 122 ist am Motorblock 16 angeordnet. Der Motorblock-Temperatursensor 122 überwacht die Motorblocktemperatur und stellt der ECM 116 Daten zur Motorblocktemperatur bereit. Der fünfte ECM-Anschluss 142 steht in elektronischer Verbindung mit dem IEM-Temperatursensor 124. Der IEM-Temperatursensor 124 ist zwischen dem IEM-Auslass 38 und dem Motorkühlmittelauslass 26 angeordnet. Der IEM-Temperatursensor 124 überwacht die IEM-Kühlmitteltemperatur und stellt der ECM 116 Daten zur IEM-Temperatur bereit. Der sechste ECM-Anschluss 144 steht in elektronischer Verbindung mit dem Motorauslass-Temperatursensor 126. Der Motorauslass-Temperatursensor 126 ist zwischen dem Motorauslass 26 und dem ersten Einlass 76 des zweiten Ventils angeordnet. Der Motorauslass-Temperatursensor 126 überwacht die Motorauslasskühlmitteltemperatur und stellt der ECM 116 Daten zur Motorauslasskühlmitteltemperatur bereit. Der siebte ECM-Anschluss 146 steht in elektronischer Verbindung mit dem Getriebekühlmittelstrom-Sensor 128. Der Getriebekühlmittelstrom-Sensor 128 ist zwischen dem dritten Auslass 84 des zweiten Ventils und dem TOH-Einlass 98 angeordnet. Der Getriebekühlmittelstrom-Sensor 128 überwacht den Getriebekühlmittelstrom und stellt der ECM 116 Daten zum Getriebekühlmittelstrom bereit. Die achte ECM-Anschluss 148 steht in elektronischer Verbindung mit dem Getriebeöl-Temperatursensor 130. Der Getriebeöl-Temperatursensor 130 ist am Getriebe 14 angeordnet. Der Getriebeöl-Temperatursensor 130 überwacht die Getriebeöltemperatur und stellt zu der ECM 116 Daten zur Getriebeöltemperatur bereit. Die neunte ECM-Anschluss 150 steht in elektronischer Verbindung mit dem Motoröl-Temperatursensor 110. Der Motoröl-Temperatursensor 110 ist innerhalb des Motorölheizkreislaufs 106 zwischen dem Ölpumpenauslass 112 und dem EOH-Öleinlass 103 angeordnet. Der Motoröl-Temperatursensor 110 überwacht die Motoröltemperatur und stellt der ECM 116 Daten zur Motoröltemperatur bereit.
Die zehnte ECM-Anschluss 152 steht in elektronischer Verbindung mit dem Kühler-Temperatursensor 131. Der Kühler-Temperatursensor 131 ist am Kühler 52 angeordnet. Der Kühler-Temperatursensor 131 überwacht die Kühlmitteltemperatur des Kühlers und stellt zu der ECM 116 Daten zur Kühlmitteltemperatur des Kühlers bereit
Der elfte ECM-Anschluss 154 steht in elektronischer Verbindung mit dem Heizvorrichtungsstromschalter-Sensor 132. Der Heizvorrichtungsstromschalter-Sensor 132 ist an der Heizvorrichtung 56 angeordnet. Der Heizvorrichtungsstromschalter-Sensor 132 steht in elektronischer Verbindung mit der Heizvorrichtung 56. Die Heizvorrichtung 56 weist einen aktiven Zustand und einen inaktiven Zustand auf. Im aktiven Zustand fließt Kühlmittel durch die Heizvorrichtung 56. Im inaktiven Zustand fließt kein Kühlmittel durch die Heizvorrichtung 56. Der Heizvorrichtungsstromschalter-Sensor 132 stellt der ECM 116 Informationen über die Aktivität der Heizvorrichtung 56 bereit. Der zwölfte ECM-Anschluss 156 steht in elektronischer Verbindung mit dem ersten Ventil 50 und steuert die Betriebsposition des ersten Ventils 50. Der dreizehnte ECM-Anschluss 158 steht in elektronischer Verbindung mit dem zweiten Ventil 54 und steuert die Betriebsposition des zweiten Ventils 54.
Wenden wir uns nun 3 zu, so wird dort ein Zustandsdiagramm gezeigt, das den Betrieb des zweiten Regelventils 54 darstellt. Das zweite Regelventil 54 weist eine Vielzahl von Betriebszuständen auf. In 3 werden die zweiten Steuerzustände durch die senkrecht ausgerichteten Abschnitte des Diagramms dargestellt, die mit 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314 und 316 nummeriert sind. Zusätzlich kann das zweite Regelventil 54 in zwei genau definierte Abschnitte unterteilt werden, die nicht in Fluidverbindung miteinander stehen. Der erste distinkte Bereich ist durch den Motorkühlmittelauslass 26 definiert. In diesem Bereich fließt Kühlmittel aus dem Motorkühlmittelauslass 26 in den ersten Einlass 76 des zweiten Ventils. Der zweite genau definierte Bereich ist durch die Motorumgehung 88 definiert. In diesem Bereich fließt Kühlmittel aus der Motorumgehung 88 in den zweiten Einlass 78 des zweiten Ventils. Die Trennung erfolgt durch eine physikalische Trennwand 90 innerhalb des zweiten Regelventils 54.
Im ersten Zustand 300 sind der erste Einlass 76 des zweiten Regelventils, der erste Auslass 80 des zweiten Regelventils und der zweite Auslass 82 des zweiten Regelventils in einem geöffneten Zustand, und dem Kühlmittel wird es ermöglicht, vom ersten Einlass 76 zu den ersten und zweiten Auslässen 80, 82 zu fließen. Der erste Auslass 80 des zweiten Regelventils überträgt Kühlmittel zum Heizvorrichtungseinlass 94. Der zweite Auslass 82 des zweiten Regelventils überträgt Kühlmittel zum Pumpeneinlass 64. Alle anderen Auslässe des zweiten Ventils 54 bleiben geschlossen. Im ersten Zustand 300 ist das zweite Regelventil 54 so positioniert, dass es bei extremer Kälte den Kühlmittelstrom zur Heizvorrichtung 56 durch Betreiben der Kühlmittelpumpe 48 bei höheren Durchsätzen maximiert und Kühlmittel durch die Kühlerumgehung 92 lenkt.
Im zweiten Zustand 302 sind der erste Einlass 76 des zweiten Regelventils und der erste Auslass 80 des zweiten Regelventils in einem geöffneten Zustand, und dem Kühlmittel wird es ermöglicht, vom ersten Einlass 76 zum ersten Auslass 80 zu fließen. Der erste Auslass 80 des zweiten Regelventils überträgt Kühlmittel zum Heizvorrichtungseinlass 94. Alle anderen Auslässe des zweiten Ventils 54 bleiben geschlossen. Im zweiten Zustand 302 ist das zweite Regelventil 54 betreibbar, den maximalen Kühlmittelstrom zur Heizvorrichtung 56 zu lenken.
Im dritten Zustand 304 sind der erste Einlass 76 des zweiten Regelventils, der erste Auslass 80 des zweiten Regelventils und der dritte Auslass 84 des zweiten Regelventils in geöffneten Zuständen. Im dritten Zustand 304, überträgt der erste Auslass 80 des zweiten Regelventils Kühlmittel zum Heizvorrichtungseinlass 94, und der dritte Auslass 84 des zweiten Regelventils überträgt Kühlmittel zum TOH-Einlass 98. Alle anderen Auslässe des zweiten Ventils 54 bleiben geschlossen. Im dritten Zustand 304, lenkt das zweite Regelventil 54 Wärmeenergie im Kühlmittel zur Heizvorrichtung 56 und zur TOH 58.
Im vierten Zustand 306, sind der erste Einlass 76 des zweiten Regelventils, der erste Auslass 80 des zweiten Regelventils, der zweite Auslass 82 des zweiten Regelventils und der dritte Auslass 84 des zweiten Regelventils in einem geöffneten Zustand. Im vierten Zustand 306 überträgt der erste Auslass 80 des zweiten Regelventils Kühlmittel zum Heizvorrichtungseinlass 94 und der zweite Auslass 82 des zweiten Regelventils überträgt über die Kühlerumgehung 92 Kühlmittel zum Pumpeneinlass 64. Zusätzlich überträgt der dritte Auslass 84 des zweiten Regelventils Kühlmittel zum TOH-Einlass 98. Im vierten Zustand 306, wo die maximale Motorleistung erfordert wird, ist die Heizvorrichtung 56 in einer ein/aktiven Position, und ein maximaler Kühlmittelstrom des Kühlmittelkreislaufes 44 wird ebenfalls erfordert. Im vierten Zustand 306 wird Motorkühlmittel zur Heizvorrichtung 56 übertragen, um dem Fahrgastraum Wärme zu liefern. Motorkühlmittel wird auch zur TOH 58 übertragen, um das Getriebe 14 rasch aufzuwärmen, während die Kühlerumgehung 92 aktiviert wird, um extremen Strömungsdruck auf die TOH 58 zu entlasten.
In einem fünften Zustand 308 sind der erste Einlass 76 des zweiten Ventils und der zweite Einlass 78 des zweiten Ventils in einem geöffneten Zustand. Der dritte Auslass 84 des zweiten Ventils ist ebenfalls in einem geöffneten Zustand. Außerdem wird im fünften Zustand 308 die Trennwand 90 des zweiten Ventils intern innerhalb des zweiten Ventils 54 umgangen, sodass Kühlmittel sowohl aus dem ersten Einlass 76 als auch aus dem zweiten Einlass 78 des zweiten Ventils 54 zum dritten Auslass 84 des zweiten Ventils übertragen wird. Im fünften Zustand 308 überträgt der dritte Auslass 84 des zweiten Ventils Kühlmittel zum TOH-Einlass 98. Im fünften Zustand 308 wird eine maximale Menge Motorkühlmittel durch die TOH 58 gelenkt, indem die Motorumgehung 88 aktiviert wird.
Im sechsten Zustand 310 sind der erste Einlass 76 des zweiten Ventils und der zweite Einlass 78 des zweiten Ventils in einem geöffneten Zustand. Der erste Auslass 80 und der dritte Auslass 84 des zweiten Ventils sind ebenfalls in einem geöffneten Zustand. Im sechsten Zustand 310 überträgt der Motorauslass 26 Kühlmittel zum ersten Einlass 76 des zweiten Ventils, und der Kühlmittelpumpenauslass 66 überträgt über die Motorumgehung 88 Kühlmittel zum zweiten Einlass 78 des zweiten Regelventils. Zusätzlich überträgt der erste Auslass 80 des zweiten Ventils Kühlmittel zum Heizvorrichtungseinlass 94, und der dritte Auslass 84 des zweiten Ventils überträgt Kühlmittel zum TOH-Einlass 98. Im sechsten Zustand 310 ist das Getriebe 14 bereits bei oder über einer vorgegebenen Temperaturschwelle, und so wird die Motorumgehung 88 aktiviert, um dem Getriebe 14 aus dem Kühler vom Motor eingeleitetes Kühlmittel zu liefern, um eine Kühlwirkung zu erzielen.
In einem siebten Zustand 312 sind der erste Einlass 76 des zweiten Ventils und der zweite Einlass 78 des zweiten Ventils in einem geöffneten Zustand. Der erste Auslass 80, der zweite Auslass 82 und der dritte Auslass 84 des zweiten Ventils sind ebenfalls in einem geöffneten Zustand. Im siebten Zustand 312 überträgt der Motorauslass 26 Kühlmittel zum ersten Einlass 76 des zweiten Ventils, und der Kühlmittelpumpenauslass 66 überträgt über die Motorumgehung 88 Kühlmittel zum zweiten Einlass 78 des zweiten Regelventils. Zusätzlich überträgt der erste Auslass 80 des zweiten Ventils Kühlmittel zum Heizvorrichtungseinlass 94, der zweite Auslass 82 des zweiten Ventils überträgt über die Kühlerumgehung 92 Kühlmittel zum Kühlmittelpumpeneinlass 64 und der dritte Auslass 84 des zweiten Ventils überträgt Kühlmittel zum TOH-Einlass 98. Im siebten Zustand 312 ist der Motor 12 unter einer Betriebstemperaturschwelle, und vom Motor 12 wird eine maximale Leistung gefordert. Zusätzlich ist die Heizvorrichtung 56 in einer ein/aktiven Position, und das Getriebe 14 ist unterhalb einer vorgegebenen Temperaturschwelle, und so wird die Motorumgehung 88 aktiviert, um der Heizvorrichtung 56 und dem Getriebe 14 möglichst viel erwärmtes, vom Motor eingeleitetes Kühlmittel zur Verfügung zu stellen, ohne dabei Wärmeenergie über den Kühler 52 an die Atmosphäre zu verlieren. Im siebten Zustand 312 läuft der Motor 12 unter hoher Last und erfordert eine maximale Kühlkapazität, während die Heizvorrichtung 56 auch aktiviert ist. Im siebten Zustand 312 wird das Thermomanagementsystem 10 betrieben, um der Heizvorrichtung 56 und der TOH 58 möglichst viel Kühlmittel bereitzustellen, um die Temperaturen von Fahrgastraum und Getriebe 14 rasch zu erhöhen.
In einem achten Zustand 314 sind der erste Einlass 76 des zweiten Ventils und der zweite Einlass 78 des zweiten Ventils in einem geöffneten Zustand. Der erste Auslass 80, der dritte Auslass 84 und der vierte Auslass 86 des zweiten Ventils sind ebenfalls in einem geöffneten Zustand. Im achten Zustand 314 überträgt der Motorauslass 26 Kühlmittel zum ersten Einlass 76 des zweiten Ventils, und der Kühlmittelpumpenauslass 66 überträgt über die Motorumgehung 88 Kühlmittel zum zweiten Einlass 78 des zweiten Regelventils. Zusätzlich überträgt der erste Auslass 80 des zweiten Ventils Kühlmittel zum Heizvorrichtungseinlass 94, der dritte Auslass 84 des zweiten Ventils überträgt Kühlmittel zum TOH-Einlass 98 und der vierte Auslass 86 des zweiten Ventils überträgt Kühlmittel zum EOH-Einlass 102. Im achten Zustand 314 ist der Motor 12 über einer vorgegebenen Temperaturschwelle und läuft unter hoher Last. Im achten Zustand 314 erfordert der Motor 12 eine maximale Kühlkapazität, während die Heizvorrichtung 56 auch aktiviert ist. Daher wird das Thermomanagementsystem 10 betrieben, um der EOH 60, der TOH 58 und der Heizvorrichtung 56 einen größtmöglichen Kühlmittelstrom zu liefern, während sie zugleich die Durchleitung eines Teils des Kühlmittels durch den Kühler 52 ermöglicht, wenn die Anforderungen an den Strom durch die TOH 58 einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten.
In einem neunten Zustand 316 ist der zweite Einlass 78 des zweiten Ventils in einem geöffneten Zustand. Der dritte Auslass 84 und der vierte Auslass 86 des zweiten Ventils sind ebenfalls in einem geöffneten Zustand. Im neunten Zustand 316 überträgt der Pumpenauslass 66 über die Motorumgehung 88 Kühlmittel zum zweiten Einlass 78 des zweiten Ventils. Der dritte Auslass 84 des zweiten Regelventils überträgt Kühlmittel zum TOH-Einlass 98 und der vierte Auslass 86 des zweiten Regelventils überträgt Kühlmittel zum EOH-Einlass 102. Im neunten Zustand läuft der Motor 12 unter hoher Last, und der Motor 12 erfordert eine maximale Kühlkapazität. Im neunten Zustand 316 wird Kühlmittel durch die EOH 60 und die TOH 58 sowie durch den Kühler 52 gelenkt.
Wenden wir uns nun 4 zu, so wird dort ein Verfahren 400 zum Management von Wärmeenergie in einem Antriebsstrang gemäß der vorliegenden Erfindung in Form eines Flussdiagramms dargestellt. Wenn das exemplarische Thermomanagementsystem aktiviert ist, wird eine kontinuierliche Schleife zur Erwärmung des Getriebes verwendet, um das Getriebe 14 rasch auf die optimale Betriebstemperatur zu bringen, damit der optimale Wirkungsgrad innerhalb des Antriebsstrangs erzielt wird.
Das exemplarische Verfahren 400 beginnt an Block 402. An Block 404 liest das ECM 116 den Getriebeöl-Temperatursensor 130 ab. Das ECM 116 vergleicht die gelesene Getriebeöltemperatur mit einem vorgegebenen Temperaturschwellwert an Block 406. Falls das ECM 116 bestimmt, dass der Schwellenwert überschritten wird, geht das Verfahren zu Block 408 über. An Block 408 werden die TOH 58 und die EOH 60 aktiviert. Die TOH 58 und die EOH 60 werden durch Aktivieren des Strömungsdurchgangs zwischen dem dritten Auslass 84 des zweiten Regelventils und dem TOH-Einlass 98 sowie durch Aktivieren des vierten Auslasses 86 des zweiten Regelventils zum EOH-Einlass 102 aktiviert. Dies erhöht den Strom von Wärmeenergie aus dem Motorkühlmittel zum Motorölheizkreislauf 106 und zum Getriebeöl, ohne dass dieser durch den Kühler 52 oder andere Wärmetauscher im System fließt.
Wenn das ECM 116 indes bestimmt, dass die Getriebeöl-Temperatur den Schwellwert nicht erreicht hat, liest das ECM 116 an Block 410 den Getriebekühlmittelstrom-Sensor 128 ab. Das ECM 116 vergleicht an Block 412 den Wert des Getriebekühlmittelstroms mit einem vorgegebenen Schwellwert. Falls das ECM 116 bestimmt, dass der Schwellenwert überschritten wird, geht das Verfahren zu Block 414 über. An Block 414 wird der Kühler 52 aktiviert, indem ein Strömungspfad zwischen dem Motoraustritt 26 durch den Einlass 68 des ersten Regelventils zum Auslass 70 des ersten Regelventils und zum Kühlereinlass 72 aktiviert wird. Die Aktivierung des Strömungspfades zwischen dem Auslass 70 des ersten Regelventils und dem Kühlereinlass 72 ermöglicht es einem Teil des Kühlmittels, das Getriebe 14 zu umgehen und verhindert eine möglicherweise schädigende Überversorgung mit Kühlmittel.
Wenn das ECM 116 indes bestimmt, dass der Getriebekühlmitteldurchsatz den Schwellwert nicht überschritten hat, liest das ECM 116 an Block 416 den Heizvorrichtungsschalter-Sensor 132 ab. Wenn das ECM 116 an Block 418 bestimmt, dass der Heizvorrichtungsschalter-Sensor 132 bestimmt hat, dass der Heizvorrichtung 56 in der „Ein“-Position ist, geht das Verfahren zu Block 420 über. An Block 420 wird die Heizvorrichtung 56 aktiviert, indem der zweite Auslass 80 des zweiten Kühlmittelregelventils aktiviert wird, um den Strom zum Heizvorrichtungseinlass 94 zu ermöglichen. In diesem Zustand wird ein Teil der Wärmeenergie im Motorkühlmittel in den Fahrgastraum abgestrahlt und ansonsten für das Thermomanagementsystem 10 verloren.
Wenn das ECM 116 indes bestimmt, dass die Heizvorrichtung 56 in der „Aus“-Position ist, liest das ECM 116 an Block 422 den Motoröl-Temperatursensor 110 ab. An Block 424 vergleicht das ECM 116 die Motoröltemperatur einem vorgegebenen Motoröltemperatur-Schwellwert. Falls das ECM 116 bestimmt, dass der Motoröltemperaturwert den Schwellwert überschritten hat, geht das Verfahren zu Block 426 über. An Block 426 wird die EOH 60 aktiviert, indem der Durchgang für den Kühlmittelstrom zwischen dem vierten Auslass 86 des zweiten Kühlmittelregelventils und dem EOH-Einlass 102 aktiviert wird. Dies trägt dazu bei, ein Überhitzen des Motors 12 oder einen anderweitigen Betrieb außerhalb des thermisch effizientesten Temperaturbereichs zu verhindern.
Wenn das ECM 116 indes bestimmt, dass die Motoröltemperatur den Schwellwert nicht überschritten hat, weist das ECM 116 das erste Kühlmittelregelventil 50 an, soviel Kühlmittel wie möglich zum zweiten Kühlmittelregelventil 54 zu leiten, indem es den Auslass 70 des ersten Kühlmittelventils an Block 428 teilweise oder vollständig schließt. Zusätzlich weist das ECM 116 an Block 428 das zweite Kühlmittelregelventil 54 an, Kühlmittel sowohl an die TOH 58 als auch an die EOH 60 zu liefern, um den optimalen thermischen Austausch zwischen dem Motorkühlmittel und dem Getriebeöl bzw. dem Motoröl bereitzustellen.
Sobald das Kühlmittel an Block 430 und Block 432, oder wenn eine der anderen Bedingungen bei den Blöcken 408, 414, 420 oder 426 eingetreten ist, durch die EOH 60 und die TOH 58 geflossen ist, verlässt das Thermomanagementsystem 10 das Verfahren an Block 434 und kehrt wieder zu Block 402 zurück, wo das ECM 116 das Verfahren 400 ständig neubewertet.

Claims

System (10) zum Management von Wärmeenergie in einem Fahrzeugantriebsstrang, das System (10) umfassend: einen Motor (12), der Wärmeenergie im Antriebsstrang erzeugt, welcher Motor (12) einen Motorkühlmitteleinlass (24) und einen Motorkühlmittelauslass (26) aufweist; eine Pumpe (48) zur Versorgung des Motors (12) mit Kühlmittel, welche einem Pumpeneinlass (64) und einem Pumpenauslass (66) aufweist, worin der Pumpenauslass (66) mit dem Motorkühlmitteleinlass (24) in Fluidverbindung steht; ein erstes Regelventil (50) mit einem Einlass (68) in Fluidverbindung mit dem Motorkühlmittelauslass (26) und mit einem Auslass (70) des ersten Regelventils (50); einen Kühler (52) mit einem Kühlereinlass (72) in Fluidverbindung mit dem Auslass (70) des ersten Regelventils (50) und einem Kühlerauslass (74) in Fluidverbindung mit dem Pumpeneinlass (64); eine Heizvorrichtung (56) mit einem Heizvorrichtungseinlass (94) und einem Heizvorrichtungsauslass (96), worin der Heizvorrichtungsauslass (96) in Fluidverbindung mit dem Pumpeneinlass (64) steht; einen Getriebeölwärmetauscher (58) zum Austausch von Wärme zwischen dem Kühlmittel und einem Getriebeöl, welches Getriebeöl ein Getriebe (14) schmiert und Wärmeenergie mit ihm austauscht, worin der Getriebeölwärmetauscher (58) einen Einlass (98) und einen Auslass (100) in Fluidverbindung mit dem Pumpeneinlass (64) aufweist; ein zweites Regelventil (54) mit einem ersten Einlass (76), einem zweiten Einlass (78), einem ersten Auslass (80), einem zweiten Auslass (82) und einem dritten Auslass (84), worin der erste Einlass (76) in Fluidverbindung mit dem Motorkühlmittelauslass (26), der zweite Einlass (78) in Fluidverbindung mit dem Pumpenauslass (66), der erste Auslass (80) in Fluidverbindung mit dem Einlass (94) der Heizvorrichtung (56), der zweite Auslass (82) über eine Kühlerumgehung (92) in Fluidverbindung mit dem Pumpeneinlass (64) und der dritte Auslass (84) in Fluidverbindung mit dem Einlass (98) des Getriebeölwärmetauschers (58) steht, und worin die vom Motor (12) erzeugte Wärmeenergie durch Steuerung des ersten Regelventils (50) zum Kühler (52) und durch Steuerung des zweiten Regelventils (54) zu mindestens einem aus der Heizvorrichtung (56) und dem Getriebeölwärmetauscher (58) übertragen wird; und einen Motorölwärmetauscher (60) zum Austausch von Wärmeenergie zwischen dem Kühlmittel und dem Motoröl, worin der Motorölwärmetauscher (60) einen Einlass (102) aufweist, der in Fluidverbindung mit einem vierten Auslass (86) des zweiten Regelventils (54) steht.
System (10) nach Anspruch 1, worin das erste Regelventil (50) ein variables Strömungsventil ist, das in der Lage ist, die Menge des Kühlmittelstroms vom Einlass (68) zum Auslass (70) zu erhöhen.
System (10) nach Anspruch 1, worin das zweite Regelventil (54) des Weiteren einen ersten Betriebszustand umfasst, worin der erste Betriebszustand Kühlmittel vom ersten Einlass (76) des zweiten Regelventils (54) zum ersten Auslass (80) des zweiten Regelventils (54) und dem zweiten Auslass (82) des zweitenRegelventils (54) lenkt.
System (10) nach Anspruch 1, worin das zweite Regelventil (54) des Weiteren einen zweiten Betriebszustand umfasst, worin der zweite Betriebszustand Kühlmittel vom ersten Einlass (76) des zweiten Regelventils (54) zum ersten Auslass (80) des zweiten Regelventils (54) lenkt.
System (10) nach Anspruch 1, worin das zweite Regelventil (54) des Weiteren einen dritten Betriebszustand umfasst, worin der dritte Betriebszustand Kühlmittel vom ersten Einlass (76) des zweiten Regelventils (54) zum ersten Auslass (80) des zweiten Regelventils (54) und zum dritten Auslass (84) des zweiten Regelventils (54) lenkt.
System (10) nach Anspruch 1, worin das zweite Regelventil (54) des Weiteren einen vierten Betriebszustand umfasst, worin der vierte Betriebszustand Kühlmittel vom ersten Einlass (76) des zweiten Regelventils (54) zum ersten Auslass (80) des zweiten Regelventils (54), zum zweiten Auslass (82) des zweiten Regelventils (54) und zum dritten Auslass (84) des zweiten Regelventils (54) lenkt.
System (10) nach Anspruch 1, worin das zweite Regelventil (54) des Weiteren einen fünften Betriebszustand umfasst, worin der fünfte Betriebszustand Kühlmittel von den ersten und zweiten Einlässen (76, 78) des zweiten Regelventils (54) zum dritten Auslass (84) des zweiten Regelventils (54) lenkt.
System (10) nach Anspruch 1, worin das zweite Regelventil (54) des Weiteren einen sechsten Betriebszustand umfasst, worin der sechste Betriebszustand Kühlmittel von den ersten und zweiten Einlässen (76, 78) des zweiten Regelventils (54) zum ersten Auslass (80) des zweiten Regelventils (54) und zum dritten Auslass (84) des zweiten Regelventils (54) lenkt.
System (10) nach Anspruch 1, worin das zweite Regelventil (54) des Weiteren einen siebten Betriebszustand umfasst, worin der siebte Betriebszustand Kühlmittel von den ersten und zweiten Einlässen (76, 78) des zweiten Regelventils (54) zum ersten Auslass (80) des zweiten Regelventils (54), zum zweiten Auslass (82) des zweiten Regelventils (54) und zum dritten Auslass (84) des zweiten Regelventils (54) lenkt, und worin das zweite Regelventil (54) des Weiteren einen achten Betriebszustand umfasst, worin der achte Betriebszustand Kühlmittel von den ersten und zweiten Einlässen (76, 78) des zweiten Regelventils (54) zum ersten Auslass (80) des zweiten Regelventils (54), zum dritten Auslass (84) des zweiten Regelventils (54) und zum vierten Auslass (86) des zweiten Regelventils (54) lenkt, und worin das zweite Regelventil (54) des Weiteren einen neunten Betriebszustand umfasst, worin der neunte Betriebszustand Kühlmittel vom zweiten Einlass (78) des zweiten Regelventils (54) zum dritten Auslass (84) des zweiten Regelventils (54) und zum vierten Auslass (86) des zweiten Regelventils (54) lenkt.