-
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühlmittelkreislauf, einem Getriebeölkreislauf und einer Wärmetauscheinrichtung, die mit dem Getriebeölkreislauf fluidisch verbunden ist.
-
Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kühlsystem.
-
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Kühlsystemen bekannt, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. So ist bekannt, dass zur Kühlung von Getrieben, insbesondere Automatikgetrieben, ein Getriebeölkreislauf vorhanden ist. Ein Getriebeölkühler oder ein Getriebeöl-Kühlmittelwärmetauscher sind mit einem Getriebeöl des Getriebeölkreislaufs fluidisch verbunden. Das Getriebeöl wird von einer getriebeinternen Ölpumpe durch den Getriebeölkreislauf gepumpt.
-
Bei Automatikgetrieben, die über eine Anfahrkupplung oder Anfahrbremse verfügen, wie zum Beispiel ein Doppelkupplungsgetriebe oder ein Stufenautomatikgetriebe mit integrierter Anfahrkupplung oder Anfahrbremse, kann in bestimmten Fahrsituationen ein sehr hoher Wärmeeintrag in das Getriebeöl auftreten, sodass die Grenzen der Kühlkapazität des Getriebeölkühlers oder des Getriebeöl-Kühlmittelwärmetauschers schnell erreicht sein können und daher das Getriebeöl nicht auf die gewünschte Temperatur abgekühlt werden kann. Dies sind in der Regel Fahrsituationen, bei denen sich die Anfahrkupplung oder Anfahrbremse über einen längeren Zeitraum im Schlupf befindet.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Kühlsystem anzugeben, bei dem unabhängig von der Fahrsituation das Getriebeöl immer ausreichend gekühlt werden kann.
-
Die Aufgabe wird durch ein Kühlsystem der eingangs genannten Art gelöst, das gekennzeichnet ist durch einen Wärmetauscher, der mit dem Getriebeölkreislauf und dem Kühlmittelkreislauf fluidisch verbunden ist und der zum Wärmetausch zwischen einem im Getriebeölkreislauf strömenden Getriebeöl und einem im Kühlmittelkreislauf strömenden Kühlmittel dient.
-
Das erfindungsgemäße Kühlsystem weist den Vorteil auf, dass durch das Vorsehen des zusätzlichen Wärmetauschers eine deutlich höhere Kühlleistung realisiert werden kann als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen, bei denen ausschließlich ein einziger Getriebeölkühler oder ein Getriebeöl-Kühlmittelwärmetauscher vorhanden sind. Insbesondere ist es aufgrund des Wärmetauschers möglich, das Getriebeöl unabhängig von der Fahrsituation auf die gewünschte Temperatur abzukühlen. Darüber hinaus besteht ein Vorteil darin, dass ein bereits im Fahrzeug befindlicher Kühlmittelkreislauf zur Kühlung des Getriebeöls verwendet wird, so dass die höhere Kühlleistung ohne signifikante Umbauarbeiten am Fahrzeug realisiert werden kann.
-
Im Sinne der Erfindung ist ein Wärmetauscher eine Einrichtung, durch den wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Fluide hindurch strömen. Dementsprechend weist der Wärmetauscher für jedes Fluid einen eigenen Eingang und Ausgang auf. Dabei können auch unterschiedliche Fluide, wie beispielsweise Getriebeöl und Kühlmittel, jeweils durch den Wärmetauscher hindurch strömen. Alternativ oder zusätzlich können durch den Wärmetauscher Fluide unterschiedlicher Phasen, insbesondere ein flüssiges Fluid und ein gasförmiges Fluid, strömen. Das Kühlmittel kann ein flüssiges Fluid, wie beispielsweise Wasser sein.
-
Als fluidische Verbindung zwischen zwei Bauteilen wird eine Verbindung verstanden, durch die ermöglicht wird, dass ein Fluid, insbesondere ein flüssiges oder gasförmiges Medium, von dem einen Bauteil zu dem anderen Bauteil oder umgekehrt strömen kann. So können zwei Bauteile beispielsweise durch eine Strömungsleitung fluidisch miteinander verbunden sein.
-
Bei einer besonderen Ausführung kann die Wärmetauscheinrichtung als weiterer Wärmetauscher oder als Kühler ausgeführt sein. Als Kühler wird eine Einrichtung verstanden, durch die ein einziges Fluid, wie beispielsweise das Getriebeöl, hindurch strömt. Dabei wird mittels des Kühlers die Wärme des Getriebeöls an die Umgebungsluft abgegeben. Dabei kann die Kühlleistung des Kühlers gesteigert werden, wenn beispielsweise mittels eines Gebläses Luft auf den Kühler geblasen wird.
-
Bei einer Ausführung, bei der die Wärmetauscheinrichtung als weiterer Wärmetauscher ausgeführt ist, kann der weitere Wärmetauscher mit einem Motorkühlkreislauf fluidisch verbunden sein. Ein in dem Motorkühlkreislauf strömendes Motorkühlmittel dient zum Kühlen eines Verbrennungsmotors. Bei dieser Ausführung besteht ein Vorteil darin, dass kurz nach einem Starten des Fahrzeugs mittels des weiteren Wärmetauschers das Getriebeöl aufgewärmt werden kann. Dies ist möglich, weil nach einem Starten des Fahrzeugs und damit des Verbrennungsmotors das Motorkühlmittel durch den Verbrennungsmotor aufgewärmt wird und eine höhere Temperatur als das Getriebeöl aufweist. Nach einer gewissen Zeit nach dem Start des Fahrzeugs weist das Getriebeöl eine höhere Temperatur als das Motorkühlmittel auf. Somit kann mittels des weiteren Wärmetauschers Wärme vom Getriebeöl in das Motorkühlmittel eingebracht werden. Der weitere Wärmetauscher und der Wärmetauscher können mit unterschiedlichen Kühlmittelkreisläufen fluidisch verbunden sein, wobei die unterschiedlichen Kühlmittelkreisläufe miteinander nicht fluidisch verbunden sind.
-
Der Wärmetauscher kann zum Abkühlen des Getriebeöls dienen. Dadurch kann das Getriebeöl auf besonders einfache Weise stark gekühlt werden. Dies kann, wie oben bereits erläutert wurde, insbesondere dann notwendig sein, wenn eine Fahrsituation aufgetreten ist, bei der ein hoher Wärmeeintrag in das Getriebeöl erfolgt ist. Um das Getriebeöl abzukühlen, weist das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf eine geringere Temperatur auf als das Getriebeöl im Getriebeölkreislauf. Dabei kann der Kühlmittelkreislauf ein Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf sein, bei dem das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 60°C (Celsius) und 70°C, vorzugsweise 65°C, aufweist.
-
Das Getriebeöl im Getriebeölkreislauf kann eine Temperatur in einem Bereich zwischen 80°C und 150°C vorzugsweise zwischen 90° und 100° aufweisen. Dabei kann das Getriebeöl eine Temperatur in einem Bereich zwischen 80° und 100°, vorzugsweise zwischen 90° und 100°, aufweisen, wenn sich das Fahrzeug und/oder das Getriebe im Normalbetrieb befindet. Dagegen kann das Getriebeöl eine Temperatur in dem Bereich zwischen 100° und 150°, insbesondere 150°, aufweisen, wenn die zuvor beschriebene Fahrsituation auftritt, bei der ein hoher Wärmeeintrag in das Öl erfolgt, weil sich beispielsweise die Anfahrkupplung oder -bremse über einen längeren Zeitraum im Schlupf befindet. Durch den großen Temperaturunterschied zwischen der Getriebeölseite und der Kühlmittelseite können sehr hohe Kühlleistungen realisiert werden.
-
Der Wärmetauscher kann der Wärmetauscheinrichtung strömungstechnisch vorgeschaltet sein. Dies bietet bei einer Ausführung, bei der die Wärmetauscheinrichtung als Kühler ausgeführt ist, den Vorteil, dass die Wärme des Getriebeöls innerhalb des Fahrzeugs, beispielsweise zum Aufwärmen des Fahrgastraums, genutzt werden kann und somit nicht als Verlustwärme mittels des Kühlers an die Umgebungsluft abgegeben wird.
-
Bei einer besonderen Ausführung kann der Kühlmittelkreislauf eine andere Wärmetauscheinrichtung aufweisen, die mit dem Kühlmittel fluidisch verbunden ist. Insbesondere kann das Kühlmittel durch die andere Wärmetauscheinrichtung hindurch strömen. Die andere Wärmetauscheinrichtung kann dem Wärmetauscher strömungstechnisch nachgeschaltet sein. Darüber hinaus kann die andere Wärmetauscheinrichtung als anderer Kühler oder als anderer Wärmetauscher ausgeführt sein. Bei einer Ausführung der anderen Wärmetauscheinrichtung als anderer Wärmetauscher kann dieser mit einem anderen Kühlmittelkreislauf fluidisch verbunden sein. Insbesondere kann der andere Kühlmittelkreislauf Bestandteil einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs sein. Dabei können der Wärmetauscher, der andere Wärmetauscher und der weitere Wärmetauscher mit jeweils unterschiedlichen Kühlmittelkreisläufen fluidisch verbunden sein, wobei die Kühlmittelkreisläufe untereinander fluidisch nicht verbunden sind. Dabei kann mittels des anderen Wärmetauschers die Wärme des Kühlmittels an das im anderen Kühlmittelkreislauf strömende andere Kühlmittel abgegeben werden.
-
Bei einer besonderen Ausführung kann eine Leistungselektronik mit dem Kühlmittelkreislauf fluidisch verbunden sein. Das Kühlmittel dient zum Kühlen der Leistungselektronik. Bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem kann somit der bei Hybridgetrieben, die eine elektrische Maschine und eine Leistungselektronik aufweisen, zwingend vorhandene Kühlmittelkreislauf zum Kühlen des Getriebeöls eingesetzt werden. Insofern sind keine Umbaumaßnahmen am Fahrzeug notwendig, sondern die Kühlung des Getriebeöls kann bereits durch den im Fahrzeug bereits vorhandenen Kühlmittelkreislauf erfolgen.
-
Die Leistungselektronik kann in einem Getriebe integriert sein und/oder mit der elektrischen Maschine elektrisch verbunden sein. Insbesondere kann die Leistungselektronik innerhalb eines Hohlraums des Getriebes angeordnet sein. Alternativ kann die Leistungselektronik außerhalb des Getriebes angeordnet sein. Insbesondere kann die Leistungselektronik im Fahrzeug verbaut sein. Die Leistungselektronik dient zum Steuern oder Regeln der elektrischen Maschine. Zudem kann die Leistungselektronik mit einer Fahrzeugsteuerung kommunizieren. Die Leistungselektronik kann ein elektronisches Steuergerät, einen Inverter und einen DC/DC-Wandler aufweisen.
-
Die elektrische Maschine besteht zumindest aus einem Stator und einem drehbar gelagerten Rotor und ist in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln.
-
Alternativ oder zusätzlich zu der Leistungselektronik kann die elektrische Maschine mit dem Kühlmittelkreislauf fluidisch verbunden sein. Bei diesem Fall kann der Stator der elektrischen Maschine durch das Kühlmittel gekühlt werden. Dies ist auch dann möglich, wenn die elektrische Maschine in einem Hohlraum des Getriebes angeordnet ist. Alternativ ist es auch möglich, dass der Wärmetauscher mit anderen als den zuvor genannten Kühlmittelkreisläufen fluidisch verbunden ist.
-
Der Wärmetauscher kann der Leistungselektronik und/oder der elektrischen Maschine strömungstechnisch nachgeschaltet sein. Dadurch wird sichergestellt, dass die Leistungselektronik und/oder die elektrische Maschine durch das Kühlmittel gekühlt wird.
-
Bei einer bevorzugten Ausführung kann das Kühlsystem ein Ventil aufweisen. Das Ventil kann derart ausgebildet und angeordnet sein, dass bei einem Ventilzustand ein Teil des Getriebeöls durch den Wärmetauscher hindurch strömt und bei einem anderen Ventilzustand kein Getriebeöl durch den Wärmetauscher hindurch strömt. Das Ventil kann in den Ventilzustand geschaltet werden, wenn die Getriebeöltemperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet. Andernfalls befindet sich das Ventil im anderen Ventilzustand. Beim anderen Ventilzustand wird somit das Getriebeöl am Wärmetauscher vorbei geleitet, sodass die Druckverluste im normalen Fahrbetrieb gering sind. Das Ventil kann als Thermobypassventil ausgeführt sein, sodass das Schalten des Ventils in den Ventilzustand oder den anderen Ventilzustand abhängig von der Temperatur des Getriebeöls selbsttätig erfolgt. Das Ventil kann an und/oder im Wärmetauscher angeordnet sein. Alternativ kann das Ventil in einem separaten Gehäuse an einem anderen Ort als dem Wärmetauscher angeordnet sein oder direkt am oder im Getriebe.
-
Bei einer alternativen Ausführung kann der Getriebeölkreislauf derart ausgebildet sein und/oder der Wärmetauscher kann derart angeordnet und ausgebildet sein, dass ein Teil des Getriebeöls durch den Wärmetauscher hindurch strömt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass wenigstens ein Teil des Getriebeöls permanent durch den Wärmetauscher hindurch strömt. Bei dieser Ausführung kann auf das Ventil verzichtet werden.
-
Das Getriebe kann ein Automatgetriebe sein. Darüber hinaus kann das Getriebe mehrere Radsätze und/oder Schaltelemente aufweisen, mittels denen mehrere Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungen zwischen einer Getriebeeingangswelle und eine Getriebeausgangswelle des Getriebes realisierbar sind. Die Getriebeeingangswelle kann mit den Radsätzen triebtechnisch verbunden oder triebtechnisch verbindbar sein. Darüber hinaus können die unterschiedlichen Gänge durch Schließen eines einzigen oder mehrerer Schaltelemente realisiert werden.
-
Von Vorteil ist ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kühlsystem.
-
In der Figur ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Dabei zeigt:
- 1 eine Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Kühlsystem.
-
1 zeigt ein Kühlsystem 1, das einen Kühlmittelkreislauf 3, einen Getriebeölkreislauf 4 und eine Wärmetauscheinrichtung 5 aufweist. Das Kühlsystem 1 ist Bestandteil eines Kraftfahrzeugs 2. Die Wärmetauscheinrichtung 5 ist mit dem Getriebeölkreislauf 4 fluidisch verbunden. Insbesondere strömt das in dem Getriebeölkreislauf 4 strömende Öl durch die Wärmetauscheinrichtung 5 hindurch. Mittels der Wärmetauscheinrichtung 5 kann das im Getriebeölkreislauf 4 strömende Getriebeöl erwärmt oder abgekühlt werden.
-
Das Kühlsystem 1 weist außerdem einen Wärmetauscher 7 auf, der mit dem Getriebeölkreislauf 4 und dem Kühlmittelkreislauf 3 fluidisch verbunden ist. Insbesondere können das Getriebeöl und ein im Kühlmittelkreislauf 3 strömendes Kühlmittel durch den Wärmetauscher 7 hindurch strömen. Der Wärmetauscher 7 dient zum Wärmeaustausch zwischen dem im Getriebeölkreislauf 4 strömenden Getriebeöl und dem im Kühlmittelkreislauf 3 strömenden Kühlmittel.
-
Das Kühlsystem 1 weist eine Ölpumpe 12 auf, die innerhalb eines Hohlraums eines Getriebes 6 des Kühlsystems 1 angeordnet ist. Die Ölpumpe 12 fördert das in dem Getriebe 6 befindliche Getriebeöl innerhalb des Getriebeölkreislaufs 4. Der Wärmetauscher 7 ist der Wärmetauscheinrichtung 5 strömungstechnisch vorgeschaltet, wobei die Wärmetauscheinrichtung 5 als Kühler ausgeführt ist. Das durch die Wärmetauscheinrichtung 5 hindurch geströmte Getriebeöl strömt zurück in das Getriebe 6.
-
Eine andere Wärmetauscheinrichtung 8 in Form eines Kühlers ist mit dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs 3 fluidisch verbunden. Insbesondere strömt das Kühlmittel durch die andere Wärmetauscheinrichtung 8 hindurch. Das Kühlsystem 1 weist eine Kühlmittelpumpe 13 zum Fördern des Kühlmittels innerhalb des Kühlmittelkreislaufs 3 auf. Stromabwärts der Kühlmittelpumpe 13 ist eine Leistungselektronik 9 angeordnet. Das in dem Kühlmittelkreislauf 3 strömende Kühlmittel strömt zum Kühlen der Leistungselektronik 9 durch die Leistungselektronik 9 hindurch. Die Leistungselektronik 9 ist an dem Getriebe 6, insbesondere einem Getriebegehäuse, angeordnet. Dabei ist die Leistungselektronik 9 mit einer elektrischen Maschine 11 elektrisch verbunden. Die elektrische Maschine 11 ist in einem Hohlraum des Getriebes 6 angeordnet.
-
Der Wärmetauscher 7 ist der Leistungselektronik 9 strömungstechnisch nachgeschaltet und der anderen Wärmetauscheinrichtung 8 strömungstechnisch vorgeschaltet. Das in dem Kühlmittelkreislauf 3 strömende Kühlmittel strömt durch den Wärmetauscher 7 hindurch. Das Kühlsystem 1 weist ein Ventil 10 auf, das in einen Ventilzustand schaltbar ist, bei dem zumindest ein Teil des im Getriebeölkreislauf 4 strömenden Getriebeöls durch den Wärmetauscher 7 hindurch strömt. Zudem ist das Ventil 10 in einen anderen Ventilzustand schaltbar, bei dem das im Getriebeölkreislauf 4 strömende Getriebeöl nicht durch den Wärmetauscher 7 hindurch strömt. Der Wärmetauscher 7 ist derart ausgebildet, dass das gesamte im Kühlmittelkreislauf 3 strömende Kühlmittel durch den Wärmetauscher 7 hindurch strömt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kühlsystem
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Kühlmittelkreislauf
- 4
- Getriebeölkreislauf
- 5
- Wärmetauscheinrichtung
- 6
- Getriebe
- 7
- Wärmetauscher
- 8
- andere Wärmetauscheinrichtung
- 9
- Leistungselektronik
- 10
- Ventil
- 11
- elektrische Maschine
- 12
- Ölpumpe
- 13
- Kühlmittelpumpe
