DE102018101488A1

DE102018101488A1 - Vereinheitlichtes system zum erwärmen von fahrzeugkomponenten unter verwendung eines abgaswärmerückgewinnungssystems

Info

Publication number: DE102018101488A1
Application number: DE102018101488.0A
Authority: DE
Inventors: Shlomo REVACH
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2018-07-26
Also published as: US20180209393A1; US10495045B2; CN108382165A; CN108382165B

Abstract

Ein Abgaswärmerückgewinnungs-(exhaust gas heat recovery - EGHR)-System für ein Fahrzeug ist ausgelegt, ein durch Verbrennungsmotorabgas erwärmtes Fluid zum Erwärmen eines Verbrennungsmotors, eines Getriebes und einer Batterie während kalter Betriebsbedingungen wahlweise durch eine Kühlmittelstrecke zu verteilen, bis eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht wurde. Als Reaktion auf das Empfangen von einer oder mehreren Erwärmungsanforderungen vom Verbrennungsmotor, dem Getriebe und/oder der Batterie verteilt eine Steuerung das Fluid durch die Kühlmittelstrecke gemäß einer Dringlichkeitsstufe für jede empfangene Erwärmungsanforderung, wobei die Dringlichkeitsstufe für jede Erwärmungsanforderung auf aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen und/oder Fahrerbedarf basieren kann.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren zum Erwärmen von Fahrzeugkomponenten, die einen Verbrennungsmotor, ein Getriebe und eine Batterie beinhalten, unter Verwendung eines Abgaswärmerückgewinnungs-(exhaust gas heat recovery - EGHR)-Systems.
STAND DER TECHNIK
Ein Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle - HEV) beinhaltet einen Verbrennungsmotor (internal combustion engine - ICE) und eine elektrische Maschine, die durch eine Antriebsbatterie angetrieben wird. Während eines Kaltstartzustands kann der Verbrennungsmotor gezwungen sein zu laufen, um den Verbrennungsmotor auf eine vorbestimmte Temperatur zu bringen. Es kann außerdem einen Bedarf für Fahrgastzellenerwärmung während kalter Betriebsbedingungen geben, was den Zeitraum, den der Verbrennungsmotor läuft, erhöht. Dieser Betriebsmodus ist möglicherweise nicht der kraftstoffeffizienteste und es gibt möglicherweise verlorene Gelegenheiten während dieses Zeitraums, in denen das Fahrzeug in einem rein elektrischen Modus hätte betrieben werden können, um die Kraftstoffeffizienz zu erhöhen.
Niedrige Temperaturen können ebenfalls die Eingangs- und Ausgangseigenschaften der Hochspannungsbatterie beeinflussen. Die Batterieleistungsgrenzen können erheblich verringert werden, was zu begrenzten Lade- und Entladeeigenschaften führt. Darüber hinaus ändern kalte Temperaturen die Viskosität des Getriebeöls, was zu einem höheren parasitären viskosen Drehmoment führt. All diese Umstände haben negative Auswirkungen auf die Fahrzeugleistung und die Kraftstoffeffizienz. Dementsprechend gibt es einen Bedarf an wirksamen Systemen zum Erwärmen von Fahrzeugkomponenten während kalter Betriebsbedingungen, welche eine Zeit des laufenden Verbrennungsmotors verringern und die Kraftstoffeffizienz erhöhen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Fahrzeug ein Abgaswärmerückgewinnungs-(exhaust gas heat recovery - EGHR)-System, das ausgelegt ist, ein durch Verbrennungsmotorabgas erwärmtes Fluid wahlweise durch eine Kühlmittelstrecke zum Erwärmen von einer oder mehreren Antriebsstrangkomponenten zu verteilen, die den Verbrennungsmotor, das Getriebe und die Batterie beinhalten.
In einer Ausführungsform wird ein Fahrzeug offenbart, das einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine aufweist, die über eine Kupplung wahlweise mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist. Das Fahrzeug beinhaltet ein EGHR-System und eine Steuerung, die programmiert ist, als Reaktion auf das Empfangen von einer Erwärmungsanforderung von einer oder mehreren Antriebsstrangkomponenten ein Fluid, das durch das EGHR-System erwärmt wurde, wahlweise über eine Kühlmittelstrecke an die eine oder die mehreren Antriebsstrangkomponenten zu verteilen, bis eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht wird. Die eine oder die mehreren Antriebsstrangkomponenten beinhalten einen Verbrennungsmotor, ein Getriebe und eine Batterie. Die Steuerung kann ferner programmiert sein, als Reaktion auf das Empfangen von mehr als einer Erwärmungsanforderung, eine Dringlichkeitsstufe für jede Erwärmungsanforderung auf Grundlage aktueller Fahrzeugbetriebsbedingungen und Fahrerbedarf zu bestimmen. Die Steuerung kann dann das Fluid über die Kühlmittelstrecke an die eine oder die mehreren Antriebsstrangkomponenten auf Grundlage der Dringlichkeitsstufe verteilen. Das Fahrzeug kann ferner einen Kühler in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsmotor und dem EGHR-System beinhalten, wobei die Steuerung programmiert ist, als Reaktion auf den Umstand, dass sich das EGHR-System in einem abgeschalteten Modus befindet und das Fluid, welches das EGHR-System verlässt, eine vorbestimmte Temperatur übersteigt, das Fluid über die Kühlmittelstrecke an den Kühler zu verteilen.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein System zur Wärmeverwaltung in einem Fahrzeug offenbart, das einen Verbrennungsmotor, ein Getriebe und eine Batterie aufweist. Das System beinhaltet eine Pumpe, die ausgelegt ist, einem EGHR-System ein Kühlmittel vom Verbrennungsmotor zuzuführen, das durch die Verbrennungsmotorabgase erwärmt werden soll. Eine Steuerung ist programmiert, als Reaktion auf das Empfangen von einer oder mehreren Erwärmungsanforderungen, gemäß einer für jede Erwärmungsanforderung festgelegten Dringlichkeitsstufe, ein Ventil zu betreiben, um vom EGHR-System erwärmtes Kühlmittel wahlweise zu mindestens einem vom Verbrennungsmotor, dem Getriebe und der Batterie zu leiten. Die Dringlichkeitsstufe für jede Erwärmungsanforderung kann auf aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen und/oder Fahrerbedarf basieren. Die Steuerung ist außerdem programmiert, das vom EGHR-System erwärmte Kühlmittel zu verteilen, bis eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht wurde. Das EGHR-System beinhaltet einen Wärmetauscher, eine Umgehungsleitung und ein Steuerventil, das ausgelegt ist, Verbrennungsmotorabgas wahlweise durch den Wärmetauscher oder die Umgehungsleitung zu leiten. Die Steuerung ist ferner ausgelegt, das Strömungssteuerventil anzuweisen, als Reaktion auf das Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur über Antriebsstrangsysteme oder Verbrennungsmotorgegendruckbeschränkungen Verbrennungsmotorabgas durch die Umgehungsleitung zu leiten. Das System kann ferner ein zweites Ventil beinhalten, das ausgelegt ist, vom EGHR-System zugeführtes Kühlmittel wahlweise zu einem Kühler als Reaktion auf das Übersteigen einer Kühlmitteltemperatur einer vorbestimmten Temperatur während des Betriebs des EGHR-Systems in einem Umgehungsmodus zu leiten.
In noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs, das einen Verbrennungsmotor mit einem EGHR-System aufweist, offenbart. Das Verfahren beinhaltet Verteilen, als Reaktion auf das Empfangen von einer oder mehreren Erwärmungsanforderungen von mindestens einem von einem Verbrennungsmotor, einem Getriebe und einer Batterie, eines vom EGHR-System erwärmten Fluids durch eine Kühlmittelstrecke gemäß einer Dringlichkeitsstufe für jede Erwärmungsanforderung. Die Dringlichkeitsstufe für jede Erwärmungsanforderung basiert auf mindestens einem von aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen und Fahrerbedarf. Das vom EGHR-System erwärmte Fluid wird durch die Kühlmittelstrecke verteilt, bis eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht wird. Das EGHR-System beinhaltet einen Wärmetauscher, eine Umgehungsleitung und ein Ventil, das ausgelegt ist, Verbrennungsmotorabgas wahlweise durch eines vom Wärmetauscher und der Umgehungsleitung zu leiten, wobei das Ventil gesteuert wird, Verbrennungsmotorabgas durch die Umgehungsleitung als Reaktion auf das Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur oder Verbrennungsmotorgegendruckbeschränkungen zu leiten. Das Ventil wird gesteuert, um Verbrennungsmotorabgas durch den Wärmetauscher als Reaktion darauf zu leiten, dass mindestens eine von einer Verbrennungsmotortemperatur, einer Getriebetemperatur und einer Batterietemperatur unter der gewünschten Betriebstemperatur liegt. Zusätzlich wird, als Reaktion auf den Umstand, dass sich das EGHR-System in einem abgeschalteten Modus befindet und das Fluid, welches das EGHR-System verlässt, eine vorbestimmte Temperatur übersteigt, das Fluid durch die Kühlmittelstrecke zu einem Kühler zum Kühlen verteilt.
Die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung stellen mehrere Vorteile und Nutzen bereit, wie zum Beispiel das Verringern der Zeit des laufenden Verbrennungsmotors während kalter Betriebsbedingungen, Verringern parasitärer Drehmomente und Erhöhen der Leistung der Hochspannungsbatterie, wodurch die Fahrzeugleistung verbessert und die Gesamtkraftstoffeffizienz des Fahrzeugs erhöht wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines Hybridelektrofahrzeugs, das in der Lage ist, eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umzusetzen;
2 ist eine schematische Darstellung eines Abgaswärmerückgewinnungs-(exhaust gas heat recovery - EGHR)-Systems, das in der Lage ist, eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umzusetzen;
3 ist ein Ablaufdiagramm eines Fahrzeugkühlmittelkreislaufs, der ein EGHR-System gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet; und
4 ist ein Ablaufdiagramm zum Steuern eines EGHR-Systems gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Dabei versteht es sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaften Charakters sind und andere Ausführungsformen unterschiedliche und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Dementsprechend sind hierin offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Basis, um einen Fachmann die unterschiedlichen Verwendungen der Ausführungsformen zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass unterschiedliche Merkmale, die unter Bezug auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, welche in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, welche nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen aus dargestellten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Unterschiedliche Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten dabei für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs (hybrid electric vehicle - HEV) 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 1 veranschaulicht repräsentative Beziehungen unter den Komponenten. Die physische Anordnung und Ausrichtung der Komponenten innerhalb des Fahrzeugs kann variieren. Das HEV 10 beinhaltet einen Antriebsstrang 12. Der Antriebsstrang 12 beinhaltet einen Verbrennungsmotor 14, der ein Getriebe 16 antreibt, das als modulares Hybridgetriebe (modular hybrid transmission - MHT) bezeichnet werden kann. Wie nachstehend näher beschrieben, beinhaltet das Getriebe 16 eine elektrische Maschine, wie zum Beispiel einen Elektromotor/Generator (M/G) 18, eine zugeordnete Antriebsbatterie 20 (Hochspannung), einen Drehmomentwandler 22 und ein mehrstufig übersetztes Automatikgetriebe oder ein Schaltgetriebe 24. Der Verbrennungsmotor 14, der M/G 18, der Drehmomentwandler 22 und das Automatikgetriebe 16 sind sequentiell in Reihe geschaltet, wie in 1 veranschaulicht.
Der Verbrennungsmotor 14 und der M/G 18 sind beide Antriebsquellen für das HEV 10. Der Verbrennungsmotor 14 stellt im Allgemeinen eine Leistungsquelle dar, welche einen Verbrennungsmotor beinhalten kann, wie zum Beispiel einen Verbrennungsmotor, der mit Benzin, Diesel oder Erdgas angetrieben wird. Der Verbrennungsmotor 14 erzeugt eine Verbrennungsmotorleistung und ein entsprechendes Verbrennungsmotordrehmoment, das dem M/G 18 bereitgestellt wird, wenn eine Trennkupplung 26 zwischen dem Verbrennungsmotor 14 und dem M/G 18 mindestens teilweise eingekuppelt ist. Der M/G 18 kann durch eine beliebige von einer Vielzahl von Arten elektrischer Maschinen umgesetzt sein. Zum Beispiel kann es sich bei dem M/G 18 um einen permanenterregten Synchronmotor handeln. Die Leistungselektronik konditioniert den Gleichstrom (direct current - DC), der durch die Batterie 20 bereitgestellt wird, auf die Anforderungen des M/G 18, wie nachstehend beschrieben wird. Zum Beispiel kann die Leistungselektronik dem M/G 18 einen Dreiphasenwechselstrom (alternating current - AC) bereitstellen.
Wenn die Trennkupplung 26 mindestens teilweise eingekuppelt ist, ist ein Leistungsfluss vom Verbrennungsmotor 14 zum M/G 18 oder vom M/G 18 zum Verbrennungsmotor 14 möglich. Zum Beispiel kann die Trennkupplung 26 eingekuppelt sein und der M/G 18 als Generator arbeiten, um Drehenergie, die durch eine Kurbelwelle 28 und eine M/G-Welle 30 bereitgestellt wird, in elektrische Energie umzuwandeln, die in der Batterie 20 gespeichert wird. Die Trennkupplung 26 kann zudem ausgekuppelt sein, um den Verbrennungsmotor 14 derart vom Rest des Antriebsstrangs 12 zu trennen, dass der M/G 18 als alleinige Antriebsquelle für das HEV 10 fungieren kann. Die Welle 30 erstreckt sich durch den M/G 18. Der M/G 18 ist durchgehend antriebsfähig mit der Welle 30 verbunden, wohingegen der Verbrennungsmotor 14 nur dann antriebsfähig mit der Welle 30 verbunden ist, wenn die Trennkupplung 26 mindestens teilweise eingekuppelt ist.
Ein separater Anlasser 31 kann wahlweise mit dem Verbrennungsmotor 14 in Eingriff gebracht sein, um den Verbrennungsmotor zu drehen und damit den Beginn der Verbrennung zu ermöglichen. Sobald der Verbrennungsmotor angelassen ist, kann der Anlasser 31 vom Verbrennungsmotor außer Eingriff gebracht werden, zum Beispiel über eine Kupplung (nicht gezeigt) zwischen dem Anlasser 31 und dem Verbrennungsmotor 14. In einer Ausführungsform wird der Verbrennungsmotor 14 durch den Anlasser 31 angelassen, während die Trennkupplung 26 offen ist, wodurch der Verbrennungsmotor vom M/G 18 ausgekuppelt bleibt. Sobald der Verbrennungsmotor angelassen und auf die Drehzahl des M/G 18 gebracht wurde, kann die Trennkupplung 26 den Verbrennungsmotor an den M/G koppeln, damit der Verbrennungsmotor das Antriebsdrehmoment bereitstellen kann.
In einer anderen Ausführungsform ist kein Anlasser 31 bereitgestellt und der Verbrennungsmotor 14 wird stattdessen durch den M/G 18 gestartet. Dafür kuppelt die Trennkupplung 26 teilweise ein, um Drehmoment vom M/G 18 auf den Verbrennungsmotor 14 zu übertragen. Es kann erforderlich sein, das Drehmoment des M/G 18 zu erhöhen, um die Fahreranforderungen zu decken, während zugleich der Verbrennungsmotor 14 gestartet wird. Die Trennkupplung 26 kann dann vollständig eingekuppelt werden, sobald die Drehzahl der Verbrennungsmotor auf die Drehzahl des M/G gebracht wurde.
Der M/G 18 ist über die Welle 30 mit dem Drehmomentwandler 22 verbunden. Daher ist der Drehmomentwandler 22 mit dem Verbrennungsmotor 14 verbunden, wenn die Trennkupplung 26 mindestens teilweise eingekuppelt ist. Der Drehmomentwandler 22 beinhaltet ein an der M/G-Welle 30 befestigtes Laufrad und ein an einer Getriebeeingangswelle 32 befestigtes Turbinenrad. Der Drehmomentwandler 22 stellt somit eine hydraulische Kupplung zwischen der Welle 30 und der Getriebeeingangswelle 32 bereit. Der Drehmomentwandler 22 überträgt Leistung vom Laufrad auf das Turbinenrad, wenn sich das Laufrad schneller als das Turbinenrad dreht. Die Höhe des Turbinenraddrehmoments und Laufraddrehmoments hängt im Allgemeinen von den relativen Drehzahlen ab. Wenn das Verhältnis zwischen Laufraddrehzahl und Turbinenraddrehzahl ausreichend hoch ist, beträgt das Turbinenraddrehmoment ein Vielfaches des Laufraddrehmoments. Eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 34 kann ebenfalls bereitgestellt sein, die, sofern sie in Eingriff gebracht ist, für eine Reib- oder mechanische Kupplung des Laufrads und des Turbinenrads des Drehmomentwandlers 22 sorgt, wodurch eine effizientere Kraftübertragung ermöglicht wird. Die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 34 kann als Anfahrkupplung betrieben werden, um eine sanfte Anfahrt des Fahrzeugs bereitzustellen. Alternativ oder in Kombination damit kann eine Anfahrkupplung ähnlich der Trennkupplung 26 zwischen dem M/G 18 und dem Schaltgetriebe 24 für Anwendungen bereitgestellt werden, die keinen Drehmomentwandler 22 oder eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 34 beinhalten. Bei einigen Anwendungen wird die Trennkupplung 26 im Allgemeinen als vorgeschaltete Kupplung und die Anfahrkupplung 34 (bei der es sich um eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung handeln kann) im Allgemeinen als nachgeschaltete Kupplung bezeichnet.
Das Schaltgetriebe 24 kann Zahnradsätze (nicht gezeigt) beinhalten, die durch wahlweises Einkuppeln von Reibungselementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen (nicht gezeigt), wahlweise in unterschiedliche Getriebeübersetzungen gebracht werden, um die gewünschten mehreren einzelnen oder stufenweisen Antriebsübersetzungen zu erreichen. Die Reibungselemente können über einen Schaltzeitplan gesteuert werden, der bestimmte Elemente der Zahnradsätze verbindet und trennt, um die Übersetzung zwischen einer Getriebeausgangswelle 36 und der Getriebeeingangswelle 32 zu steuern. Das Schaltgetriebe 24 wird auf Grundlage verschiedener Fahrzeug- und Umgebungsbetriebsbedingungen durch eine zugehörige Steuerung, wie etwa eine Antriebsstrangsteuereinheit (powertrain control unit - PCU), automatisch aus einer Übersetzung in eine andere geschaltet. Das Schaltgetriebe 24 stellt anschließend der Ausgangswelle 36 ein Antriebsstrangausgangsdrehmoment bereit.
Es versteht sich, dass das hydraulisch gesteuerte Schaltgetriebe 24, das mit einem Drehmomentwandler 22 verwendet wird, nur ein Beispiel für eine Schaltgetriebe- oder Getriebeanordnung ist; jedes Mehrfachübersetzungsschaltgetriebe, das (ein) Eingangsdrehmoment(e) von einem Verbrennungsmotor und/oder einem Elektromotor annimmt und dann einer Ausgangswelle ein Drehmoment mit den unterschiedlichen Übersetzungen bereitstellt, ist für die Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung annehmbar. Zum Beispiel kann das Schaltgetriebe 24 durch ein automatisiertes mechanisches (oder manuelles) Getriebe (automated mechanical transmission - AMT) umgesetzt sein, das einen oder mehrere Servomotoren beinhaltet, um Schaltgabeln entlang einer Schaltbetätigungsstange zu verschieben/drehen, um eine gewünschte Übersetzung auszuwählen. Wie im Allgemeinen vom Durchschnittsfachmann verstanden wird, kann ein AMT zum Beispiel bei Anwendungen mit einem höheren Drehmomentbedarf verwendet werden.
Wie in der repräsentativen Ausführungsform in 1 gezeigt, ist die Ausgangswelle 36 mit einem Differential 40 verbunden. Das Differential 40 treibt ein Paar Räder 42 über jeweilige Achsen 44 an, die mit dem Differential 40 verbunden sind. Das Differential überträgt ungefähr das gleiche Drehmoment auf jedes Rad 42, während es leichte Drehzahlunterschiede erlaubt, wie etwa, wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt. Unterschiedliche Arten von Differentialen oder ähnlichen Vorrichtungen können verwendet werden, um das Drehmoment vom Antriebsstrang auf eines oder mehrere Räder zu verteilen. Bei einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung variieren, zum Beispiel je nach konkreter Betriebsart oder -bedingung.
Der Antriebsstrang 12 beinhaltet ferner eine zugehörige Steuerung 50, wie etwa eine Antriebsstrangsteuereinheit (PCU). Obwohl sie als eine Steuerung veranschaulicht ist, kann die Steuerung 50 Teil eines größeren Steuersystems sein und durch verschiedene andere Steuerungen in dem gesamten Fahrzeug 10, wie etwa eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC), gesteuert werden. Dementsprechend versteht es sich, dass die Antriebsstrangsteuereinheit 50 und eine oder mehrere andere Steuerungen gemeinsam als eine „Steuerung“ bezeichnet werden können, welche verschiedene Aktoren als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren steuert, um Funktionen wie beispielsweise Anlassen/Anhalten, Betreiben des M/G 18, um das Raddrehmoment bereitzustellen oder die Batterie 20 zu laden, Auswählen oder Planen von Gangwechseln und das Steuern eines Abgaswärmerückgewinnungs-(exhaust gas heat recovery - EGHR)-Systems zum Erwärmen von Antriebsstrangkomponenten, wie zum Beispiel dem Verbrennungsmotor 14, das Schaltgetriebe 24 und die Batterie 20 zu steuern. Die Steuerung 50 kann einen Mikroprozessor oder einen Hauptprozessor (central processing unit - CPU) beinhalten, der mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien verbunden ist. Zu computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicher zum Beispiel in Festwertspeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM) und Keep-Alive-Speicher (KAM) gehören. Bei einem KAM handelt es sich um einen Dauer- oder nichtflüchtigen Speicher, der zum Speichern verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während der CPU heruntergefahren wird. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer Reihe bekannter Speichergeräten implementiert sein, wie beispielsweise PROM (programmierbare Festspeicher), EPROM (elektronische PROM), EEPROM (elektronische löschbare PROM), Flash-Speicher oder beliebige andere elektronische, magnetische, optische oder Kombi-Speichergeräte, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen manche ausführbare Befehle darstellen, welche durch die Steuerung zum Steuern des Verbrennungsmotors oder Fahrzeuges verwendet werden.
Die Steuerung kommuniziert mit unterschiedlichen Verbrennungsmotor-/Fahrzeugsensoren und -Aktoren über eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle (E/A), die als eine einzelne integrierte Schnittstelle umgesetzt sein kann, welche verschiedene Rohdaten oder eine Signalkonditionierung, -verarbeitung und/oder -umwandlung, Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ können einer oder mehrere dedizierte Hardware- oder Firmware-Chips verwendet werden, um konkrete Signale zu konditionieren und zu verarbeiten, bevor diese dem CPU bereitgestellt werden. Wie in der repräsentativen Ausführungsform aus 1 im Allgemeinen dargestellt, kann die Steuerung 50 Signale an den und/oder vom Verbrennungsmotor 14, an die und/oder von der Trennkupplung 26, an den und/oder vom M/G 18, an die und/oder von der Anfahrkupplung 34, an das und/oder vom Schaltgetriebe 24 und an die und/oder von der Leistungselektronik 56 kommunizieren. Wenngleich nicht ausdrücklich veranschaulicht, erkennt der Durchschnittsfachmann verschiedene Funktionen oder Komponenten, die innerhalb jedes der vorstehend festgestellten Teilsysteme durch die Steuerung 50 gesteuert werden können. Repräsentative Beispiele von Parametern, Systemen und/oder Komponenten, die direkt oder indirekt unter Verwendung von Steuerlogik betätigt werden können, die durch die Steuerung ausgeführt wird, beinhalten ein Antriebsstrangwärmemanagement, das das Erwärmen von Komponenten während kalter Betriebsbedingungen beinhaltet. Andere Beispiele beinhalten den Einspritzzeitpunkt, die Einspritzmenge und die Einspritzdauer, die Stellung der Drosselklappe, den Zündzeitpunkt der Zündkerzen (bei fremdgezündeten Verbrennungsmotoren), die zeitliche Abstimmung und Dauer für Einlass- und Auslassventile, Keilriemen-(front-end accessory drive - FEAD-)Komponenten, wie beispielsweise eine Lichtmaschine, ein Klimakompressor, das Laden der Batterie, die Rückgewinnung von Bremsenergie, der M/G-Betrieb, die Kupplungsdrücke für die Trennkupplung 26, die Anfahrkupplung 34 und das Schaltgetriebe 24 und dergleichen. Sensoren, welche Eingaben über die E/A-Schnittstelle kommunizieren, können verwendet werden, um beispielsweise den Ladedruck, die Kurbelwellenstellung (PIP), die Verbrennungsmotorumdrehungszahl (U/min), die Raddrehzahlen (WS1, WS2), die Fahrzeuggeschwindigkeit (VSS), die Kühlmitteltemperatur (ECT), den Druck im Ansaugkrümmer (MAP), die Gaspedalposition (PPS), die Zündschalterstellung (IGN), die Drosselklappenstellung (TP), die Lufttemperatur (TMP), den Sauerstoffgehalt im Abgas (EGO) oder die Konzentration oder den Gehalt eines anderen Bestandteils des Abgases, den Ansaugluftstrom (MAF), den Gang, die Übersetzung oder den Modus des Getriebes, die Getriebeöltemperatur (TOT), die Drehzahl der Getriebeturbine (TS), den Status der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 34 (TCC), den Abbrems- oder Gangwechselmodus (MDE) anzuzeigen.
Die Steuerlogik oder Funktionen, die von der Steuerung 50 ausgeführt werden, können in einer oder mehreren Figuren durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Diagramme dargestellt sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder eine repräsentative Steuerlogik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien umgesetzt sein können bzw. kann, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Stufen oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Obwohl sie nicht immer ausdrücklich veranschaulicht sind, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der konkreten verwendeten Verarbeitungsstrategie wiederholt ausgeführt werden können. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht notwendigerweise erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, und soll vielmehr die Veranschaulichung und Beschreibung erleichtern. Die Steuerlogik kann hauptsächlich in Software umgesetzt sein, die durch eine mikroprozessorbasierte Fahrzeug-, Verbrennungsmotor- und/oder Antriebsstrangsteuerung, wie etwa die Steuerung 50, ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerlogik in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung in Software, Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein. Bei einer Umsetzung in Software kann die Steuerlogik in einer bzw. einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, auf denen Daten gespeichert sind, die Code oder Anweisungen darstellen, der bzw. die durch einen Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder seiner Teilsysteme ausgeführt wird bzw. werden. Zu den computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Reihe von bekannten physikalischen Vorrichtungen gehören, die ausführbare Anweisungen und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen elektronisch, magnetisch und/oder optisch speichern.
Ein Gaspedal 52 wird durch den Fahrer des Fahrzeugs dazu verwendet, ein gefordertes Drehmoment, eine geforderte Leistung oder einen geforderten Antriebsbefehl zum Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen. Im Allgemeinen führt das Betätigen und Freigeben des Gaspedals 52 zu einem Gaspedalpositionssignal, welches von der Steuerung 50 als ein Bedarf an einer jeweils höheren bzw. niedrigeren Leistung interpretiert werden kann. Die Steuerung 50 befiehlt auf Grundlage von mindestens der Eingabe vom Pedal ein Drehmoment vom Verbrennungsmotor 14 und/oder dem M/G 18. Die Steuerung 50 steuert zudem die zeitliche Abfolge von Gangwechseln innerhalb des Schaltgetriebes 24 sowie das Einkuppeln oder Auskuppeln der Trennkupplung 26 und der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 34. Wie die Trennkupplung 26 kann die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 34 in einem Bereich zwischen der eingekuppelten und ausgekuppelten Position moduliert werden. Dies erzeugt einen variablen Schlupf im Drehmomentwandler 22 zusätzlich zum variablen Schlupf, der durch die hydrodynamische Kupplung zwischen dem Laufrad und dem Turbinenrad erzeugt wird. Alternativ kann die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 34 als verriegelt oder offen betrieben werden, ohne einen modulierten Betriebsmodus zu verwenden, was von der konkreten Anwendung abhängt.
Um das Fahrzeug mit dem Verbrennungsmotor 14 anzutreiben, ist die Trennkupplung 26 mindestens teilweise eingekuppelt, um mindestens einen Teil des Verbrennungsmotordrehmoments über die Trennkupplung 26 auf den M/G 18 und anschließend vom M/G 18 durch den Drehmomentwandler 22 und das Schaltgetriebe 24 zu übertragen. Wenn der Verbrennungsmotor 14 allein das Drehmoment liefert, das zum Antreiben des Fahrzeugs notwendig ist, so kann dieser Betriebsmodus als „Verbrennungsmotormodus“, „Nur-Verbrennungsmotor-Modus“ oder „mechanischer Modus“ bezeichnet werden.
Der M/G 18 kann den Verbrennungsmotor 14 dadurch unterstützen, dass er zusätzliche Leistung zum Drehen der Welle 30 bereitstellt. Dieser Betriebsmodus kann als „Hybridmodus“, „Verbrennungsmotor/Elektromotor-Modus“ oder „elektrisch unterstützter Modus“ bezeichnet werden.
Um das Fahrzeug mit dem M/G 18 als einzige Leistungsquelle anzutreiben, bleibt der Leistungsfluss gleich, mit der Ausnahme, dass die Trennkupplung 26 den Verbrennungsmotor 14 vom Rest des Antriebsstrangs 12 isoliert. Während dieses Zeitraums kann die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor 14 deaktiviert oder anderweitig abgeschaltet sein, um Kraftstoff zu sparen. Die Antriebsbatterie 20 überträgt die gespeicherte elektrische Energie über Kabel 54 an die Leistungselektronik 56, die zum Beispiel einen Wechselrichter beinhalten kann. Die Leistungselektronik 56 wandelt Gleichspannung von der Batterie 20 in Wechselspannung um, die durch den M/G 18 verwendet wird. Die Steuerung 50 befiehlt der Leistungselektronik 56, die Spannung von der Batterie 20 in eine Wechselspannung umzuwandeln, die dem M/G 18 bereitgestellt wird, um der Welle 30 ein positives oder negatives Drehmoment bereitzustellen. Dieser Betriebsmodus kann als „rein elektrischer Modus“, „EF(Elektrofahrzeug)-Modus“ oder „Elektromotormodus“ bezeichnet werden.
In einem beliebigen Betriebsmodus kann der M/G 18 als ein Elektromotor fungieren und eine Antriebskraft für den Antriebsstrang 12 bereitstellen. Alternativ kann der M/G 18 als Generator fungieren und kinetische Energie vom Antriebsstrang 12 in elektrische Energie umwandeln, die in der Batterie 20 gespeichert wird. Der M/G 18 kann zum Beispiel als Generator fungieren, während der Verbrennungsmotor 14 Antriebsleistung für das Fahrzeug 10 bereitstellt. Der M/G 18 kann zudem während der Rückgewinnung von Bremsenergie als Generator fungieren, während derer Rotationsenergie von den sich drehenden Rädern 42 zum Schaltgetriebe 24 zurückübertragen und in elektrische Energie umgewandelt wird, welche in der Batterie 20 gespeichert wird.
Es versteht sich, dass die schematische Darstellung in 1 lediglich beispielhafter Natur ist und nicht einschränkend sein soll. Andere Auslegungen werden in Betracht gezogen, die wahlweises Einkuppeln sowohl eines Verbrennungsmotors als auch eines Elektromotors für die Übertragung durch das Getriebe verwenden. Beispielsweise kann der M/G 18 gegenüber der Kurbelwelle 28 versetzt sein und/oder der M/G 18 kann zwischen dem Drehmomentwandler 22 und dem Schaltgetriebe 24 bereitgestellt sein. Andere Auslegungen werden in Betracht gezogen, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Während kalter Umgebungstemperaturen kann die Laufzeit des Verbrennungsmotors in HEVs erhöht sein, weil die für das Erwärmen der Fahrgastzelle erforderliche Energie erhöht ist. Niedrige Temperaturen können ebenfalls die Eingangs- und Ausgangseigenschaften der Hochspannungsbatterie beeinflussen. Die Batterieleistungsgrenzen können erheblich verringert werden, was zu begrenzten Lade- und Entladeeigenschaften führt. Darüber hinaus ändern kalte Temperaturen die Viskosität des Getriebeöls, was zu einem höheren parasitären viskosen Drehmoment führt. All diese Umstände haben negative Auswirkungen auf die Fahrzeugleistung und die Kraftstoffeffizienz. Es sind Systeme verfügbar, die versuchen, Kaltstartprobleme mittels Verwendung einzelner Komponenten zu beheben. Systeme, die den Verbrennungsmotor, das Getriebe und die Batterie unter Verwendung einzelner Komponenten erwärmen, können jedoch die Kosten, das Gewicht und die Komplexität des Fahrzeugs erhöhen. Dementsprechend verwenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein einziges vereinheitlichtes System, um den Verbrennungsmotor, die Batterie und das Getriebe während kalter Betriebsbedingungen zu erwärmen. Im Allgemeinen durchquert Verbrennungsmotorkühlmittel ein EGHR-System und wird wahlweise zum Verbrennungsmotor, zur Batterie und/oder zum Getriebe geleitet, bis eine optimale oder gewünschte Betriebstemperatur erreicht wird.
Unter Bezugnahme auf 2 wird ein beispielhaftes EGHR-System 200 bereitgestellt, das in der Lage ist, eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umzusetzen. Konkret kann Abgas vom Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) in das EGHR-System 200 am Einlass 202 geleitet werden. Das EGHR-System 200 ist ausgelegt, Wärme wahlweise zwischen dem Abgas vom Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) und dem Kühlmittel 212, wie nachfolgend erläutert, auszutauschen. Das EGHR-System 200 weist ein Strömungssteuerventil 204 auf, das ein Zweiwegeventil sein kann. Das Steuerventil 204 leitet Abgas entweder durch einen Wärmetauscher 206 während des angeschalteten Modus oder durch eine Umgehungsleitung 208 des EGHR-Systems 200 während eines abgeschalteten oder Umgehungsmodus. Wenn das heiße Abgas durch den Wärmetauscher 206 strömt, tauscht es Wärme mit dem Kühlmittel 212 im Kühlmittelsystem aus. Das erwärmte Kühlmittel kann dann wahlweise durch eine Kühlmittelstrecke geleitet werden, um Fahrzeugkomponenten zu erwärmen, die den Verbrennungsmotor, das Getriebe und die Batterie beinhalten, wie ausführlicher unter Bezugnahme auf 3 erläutert wird. Alternativ kann Abgas durch die Umgehung 208 geleitet werden, wenn das Erwärmen nicht erforderlich ist (z. B. eine gewünschte Betriebstemperatur wurde durch Antriebsstrangsysteme erreicht, die den Verbrennungsmotor, das Getriebe und die Batterie beinhalten). Abgas kann ebenfalls aufgrund von Verbrennungsmotorgegendruckbeschränkungen umgeleitet werden (z. B. Verbrennungsmotorgegendruck, der einen entsprechenden Schwellenwert dessen übersteigt, was für ein Fahrzeugsystem zulässig ist, kann erfordern, dass Abgase umgeleitet werden). Das Abgas verlässt dann das EGHR-System 200, indem es aus dem Wärmetauscher 206 und/oder der Umgehungsleitung 208 zu einer Abgasleitung 210 strömt, die in ein Nachbehandlungssystem oder dergleichen (nicht gezeigt) geleitet wird.
Unter Bezugnahme auf 3 wird ein Ablaufdiagramm eines Fahrzeugkühlmittelkreislaufs 300 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt, das ein EGHR-System, wie zum Beispiel das in 2 gezeigte, beinhaltet. Wie gezeigt, strömt das Kühlmittel vom Verbrennungsmotor 302 zur Kreuzungsbaugruppe oder zum Verteiler 304. Der Verteiler 304 stellt passive Steuerung des Kühlmittelstroms bereit. In anderen Ausführungsformen kann der Verteiler 304 derartig durch ein Ventil ersetzt werden, dass das gesamte Kühlmittel wahlweise über das Thermostat 306 durch einen Kühler 316 geleitet wird. Der Verteiler 304 ist ausgelegt, das Kühlmittel auf zwei Strecken, einschließlich zum Thermostat 306 und zur Fahrgastzellenheizung 308, zu leiten.
Wenn das Thermostat 306 offen ist, strömt das Kühlmittel durch den Kühler 316, was die Temperatur im Kühlmittel dadurch senkt, dass das Kühlmittel einen Wärmetauscher durchquert, der in Kontakt mit der Umgebung steht. Das Kühlmittel strömt dann durch den Kühler 316 zurück zum Verbrennungsmotor 302. Wenn das Thermostat 306 geschlossen ist, strömt das Kühlmittel zurück zum Verbrennungsmotor 302, ohne gekühlt zu werden. Der Strömungsweg durch den Kühler 316 kann verwendet werden, um die Kühlmitteltemperatur zu senken und dadurch die Verbrennungsmotortemperatur zu senken.
Der Verteiler 304 leitet das Kühlmittel außerdem zur Fahrgastzellenheizung 308. Die Fahrgastzellenheizung 308 dient als Heizung für das HLK-System für das Fahrzeug und verwendet warmes Kühlmittel, um die Luft der Fahrgastzelle oder des Fahrzeuginnenraums zu erwärmen. Die erwärmte Luft von der Fahrgastzellenheizung 308 wird zum Beispiel im HLK-System verwendet, wenn ein Benutzer am HLK-System eine Wärmeeinstellung für das Enteisen des Fensters etc. anfordert. Das Kühlmittel verlässt die Fahrgastzellenheizung 308 und strömt zum EGHR-System 312 über die Pumpe 310. Innerhalb des EGHR-Systems 312 sind das Kühlmittel und das Abgas ausgelegt, Wärme auszutauschen. Wenn Abgas durch das EGHR-System 312 strömt, kann Wärme derartig zwischen den beiden Medien ausgetauscht werden, dass die Kühlmitteltemperatur durch die Abgastemperatur erhöht wird. Nachdem das Kühlmittel das EGHR-System 312 verlässt, wird die Kühlmitteltemperatur durch einen Wärmetauscherkühlmitteltemperatursensor (heat exchanger coolant temperature sensor - HECT) 313 gemessen, der entweder in einer Kühlmittelleitung stromabwärts des EGHR-Systems 312 positioniert ist oder im EGHR-System 312 enthalten ist. Das Kühlmittel strömt dann zum Ventil 314, wo es wahlweise entweder zum Kühler 316 oder zum Ventil 318 geleitet wird.
In Fällen, in denen das EGHR-System 312 abgeschaltet ist oder im Umgehungsmodus arbeitet (wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben), kann ein Teil des Abgases immer noch in den Wärmetauscherbereich des EGHR-Systems 312 entweichen und unerwünschtes Erwärmen des Kühlmittels verursachen (auch als parasitäre Last bekannt). Dieses unerwünschte Erwärmen des Kühlmittels kann das Kühlmittel im EGHR-System 312 veranlassen überzukochen. Somit leitet das Ventil 314 Kühlmittel zum Kühler 316, wenn es keinen Bedarf für EGHR-Wärme gibt, um die zusätzliche Wärme abzugeben, und dann wird es zum Verbrennungsmotor 302 zurückgeleitet.
In Fällen, in denen das EGHR-System 312 angeschaltet ist, leitet das Ventil 314 das erwärmte Kühlmittel zum Ventil 318, wo es dann wahlweise zum Verbrennungsmotor 302, zum Getriebe 322 und/oder zur Batterie 330 geleitet wird, um die Fahrzeugkomponente(n) auf eine optimale oder gewünschte Betriebstemperatur zu erwärmen. Das Ventil 318 kann ausgelegt sein, erwärmtes Kühlmittel auf Grundlage eines Dringlichkeitssystems zum Verbrennungsmotor 302, zum Getriebe 322 und/oder zur Batterie 330 zu leiten. Die Dringlichkeit kann aus aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen und -parametern und dem Fahrerbedarf bestimmt werden. Das Dringlichkeitssystem kann auf einem beliebigen Steueralgorithmus basieren, der bestimmt, welches System zuerst Erwärmen erfordert, zum Beispiel kann dem Verbrennungsmotor 302 die höchste Dringlichkeit in Abhängigkeit von den Fahrzeugbetriebsparametern gegeben werden.
Wenn zum Beispiel bestimmt wird, dass die Batterie 330 Erwärmen erfordert, dann leitet das Ventil 318 das erwärmte Kühlmittel durch die Pumpe 326. Das Kühlmittel verlässt die Pumpe 326 und strömt durch das Ventil 328, wo es in die Batterie 330 geleitet wird. Die Batterie 330 ist weiter mit dem Kühlapparat 334 verbunden und steht mit diesem in Fluidverbindung. Eine Pumpe 332 ist zwischen der Batterie 330 und dem Kühlapparat 334 angeordnet, um das Kühlmittel dadurch zu zirkulieren. Der Kühlapparat 334 tauscht Wärme mit einem Kältemittelteilsystem (nicht gezeigt) aus, um ein gekühltes Kühlmittel während bestimmter Bedingungen bereitzustellen, wie zum Beispiel, wenn die Temperatur der Batterie 330 einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Der Kühlapparat 334 zirkuliert dann das gekühlte Kühlmittel zum Ventil 328, wo es direkt zur Batterie 330 geleitet wird. Die Batterie 330 ist ebenfalls mit dem Verbrennungsmotor 302 verbunden, wo das Kühlmittel die Batterie 330 verlassen und durch das Rückschlagventil 336 strömen kann, das rückwärts gerichteten Strom verhindert. Der Kühlmittelkreislauf 300 kann erwärmtes Kühlmittel zur Batterie 330 zirkulieren, bis eine optimale oder gewünschte Temperatur erreicht ist.
Wenn gleichermaßen bestimmt wird, dass das Getriebe 322 Erwärmen erfordert, dann kann das Ventil 318 Kühlmittel, das vom EGHR-System 312 erwärmt wurde, zum Getriebe 322 über die Pumpe 320 zirkulieren. Das Getriebe 322 ist mit dem Verbrennungsmotor 302 verbunden und steht mit diesem in Fluidverbindung. Das Kühlmittel kann das Getriebe 322 verlassen und durch das Rückschlagventil 324, das eine Stromumkehrung verhindert, zurück zum Verbrennungsmotor 302 strömen. Der Kühlmittelkreislauf 300 kann erwärmtes Kühlmittel zum Getriebe 322 zirkulieren, bis eine optimale oder gewünschte Temperatur erreicht ist.
3 veranschaulicht ein einziges vereinheitlichtes System, um den Verbrennungsmotor 302, die Batterie 330 und das Getriebe 322 unter kalten Betriebsbedingungen zu erwärmen. Wie vorstehend beschrieben, durchquert Verbrennungsmotorkühlmittel ein EGHR-System 312 und wird wahlweise durch den Verbrennungsmotor 302, die Batterie 330 und/oder das Getriebe 322 geleitet, bis eine gewünschte Betriebstemperatur für jedes Teilsystem erreicht ist. Ausführungsformen, die 3 ähnlich sind, stellen die Fähigkeit bereit, EGHR-Wärme für ein beliebiges aus Verbrennungsmotor 302, Batterie 330 und Getriebe 322 auf Grundlage von Systembeschränkungen und/oder Betriebsbedingungen/-parametern anzuwenden und einzuteilen. Wenn zum Beispiel sowohl der Verbrennungsmotor 302 als auch das Getriebe 322 erwärmt werden müssen, dann kann das System einteilen, welches System zuerst Wärme erfordert, und häufig kann der Verbrennungsmotor 302 vor dem Getriebe 322 und der Batterie 330 Vorrang haben. Wenn dies der Fall ist, dann werden die Systeme und Verfahren gemäß dieser Offenbarung zuerst erwärmtes Kühlmittel vom EGHR-System zum Verbrennungsmotor 302 zirkulieren, bis dieser eine optimale oder gewünschte Betriebstemperatur erreicht, dann würde es das Kühlmittel zum Getriebe 322 zirkulieren, bis dieses auch eine optimale oder gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat.
4 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm zum Steuern eines einzigen EGHR-Systems, um den Verbrennungsmotor, die Batterie und/oder das Getriebe unter kalten Betriebsbedingungen in Fahrzeugen, wie zum Beispiel HEVs, zu erwärmen. Der Algorithmus beginnt bei Schritt 400, wenn eine Anforderung für Fahrzeugkomponentenerwärmung vom Verbrennungsmotor, dem Getriebe und/oder der Batterie empfangen wird. Wenn eine Erwärmungsanforderung empfangen wird, wird dem EGHR-System bei Schritt 402 der angeschaltete Modus befohlen, wodurch Verbrennungsmotorabgas verwendet wird, um Kühlmittel zu erwärmen, welches den Wärmetauscher des EGHR-Systems durchquert, wie unter Bezugnahme auf die 2-3 beschrieben wird. Der Algorithmus geht dann zu Schritt 404 über, wo bestimmt wird, ob mehr als eine Fahrzeugkomponentenerwärmungsanforderung empfangen wurde. Wenn nicht, dann geht der Algorithmus zu Schritt 406 über, bei dem das Kühlmittel, das durch das EGHR-System erwärmt wurde, zur Fahrzeugkomponente geleitet wird, die das Erwärmen anfordert, bis eine gewünschte Betriebstemperatur, wie bei Schritt 408 gezeigt, erreicht wird. Wenn zum Beispiel das Getriebe Erwärmen anfordert, dann würde Kühlmittel, das durch das EGHR-System erwärmt wurde, zum Getriebe geleitet werden, bis dieses eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht. Der Algorithmus würde dann zu Schritt 410 übergehen, bei welchem dem EGHR-System der abgeschaltete/Umgehungsmodus befohlen wird und zum Beginn zurückkehrt.
Wenn mehr als eine Erwärmungsanforderung bei Schritt 404 empfangen wurde, dann geht der Algorithmus zu Schritt 412 über, bei dem das System die Fahrzeugkomponentenerwärmungsanforderungen einteilt. Das Einteilen, welche Fahrzeugkomponente (Verbrennungsmotor, Getriebe und/oder Batterie) zuerst, als zweites etc. Erwärmen erfordert, kann auf aktuellen Betriebsbedingungen, unterschiedlichen Fahrzeugparametern, Systembeschränkungen und Fahrerbedarf basieren. Wenn zum Beispiel sowohl der Verbrennungsmotor als auch das Getriebe Erwärmen anfordern, dann kann das System dem Verbrennungsmotor aufgrund von Fahrzeugbetriebsanforderungen und - beschränkungen als zuerst zu erwärmen Vorrang geben. Nach dem Einteilen der Fahrzeugkomponentenerwärmungsanforderungen bei Schritt 412 geht der Algorithmus dann zu Schritt 414 über, bei dem das Kühlmittel, das durch das EGHR-System erwärmt wurde, zu den Fahrzeugkomponenten in der Reihenfolge der in Schritt 412 festgelegten Einteilung geleitet wird, bis gewünschte Betriebstemperaturen für jedes Antriebsstrangsystem erreicht wurden. Unter Fortführung des vorstehenden Beispiels würde die Steuerung das Kühlmittel, das durch das EGHR-System erwärmt wurde, zum Verbrennungsmotor leiten, bis eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht wurde, wenn dem Verbrennungsmotor Vorrang vor dem Getriebe gegeben wird. Die Steuerung würde dann das erwärmte Kühlmittel zum Getriebe leiten, bis dieses seine gewünschte Betriebstemperatur erreicht. Der Algorithmus würde dann zu Schritt 410 übergehen, bei welchem dem EGHR-System der abgeschaltete/Umgehungsmodus befohlen wird und zum Beginn zurückkehrt. Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung stellen mehrere Vorteile bereit, welche die Fähigkeit beinhalten, EGHR-Wärme auf ein beliebiges aus Verbrennungsmotor, Batterie und/oder Getriebe unter Verwendung eines einzigen vereinheitlichten Systems anzuwenden und einzuteilen. Die Verwendung eines einzigen vereinheitlichten Systems (d. h. EGHR-System) vermeidet Kosten, die dem Erwärmen von Komponenten unter Verwendung vieler Systeme zugeordnet sind. Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung werden außerdem die Fahrzeugleistung verbessern und die Kraftstoffeffizienz verbessern, indem die Zeit des laufenden Verbrennungsmotors verringert wird. Durch die Verwendung der hierin bereitgestellten Ausführungsformen werden die Batterieleistungsgrenzen verbessert und das Viskositätsscherdrehmoment im Getriebe wird verringert.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon umgesetzt werden, die/der jede bereits bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. In ähnlicher Weise können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert werden, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen, darunter unter anderem Informationen, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie etwa ROM-Vorrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und sonstigen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind, ausführbar sind. Die Prozesse, Verfahren und Algorithmen können auch in einem von Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten wie zum Beispiel anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Auslegungen (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderer Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten ausgeführt sein.
Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen eventuell so beschrieben wurden, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen aus dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften Vorteile bereitstellen oder bevorzugt werden, wird der Durchschnittsfachmann doch erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die sich nach der spezifischen Anwendung und Umsetzung richten. Diese Attribute können Folgendes einschließen, sind jedoch nicht darauf beschränkt: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, unaufwändige Montage usw. Soweit beliebige Ausführungsformen in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen aus dem Stand der Technik beschrieben werden, liegen diese Ausführungsformen daher nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Fahrzeug, umfassend: einen Verbrennungsmotor; eine elektrische Maschine, die wahlweise über eine Kupplung mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist; ein Abgaswärmerückgewinnungs-(exhaust gas heat recovery - EGHR)-System; und eine Steuerung, die programmiert ist, als Reaktion auf das Empfangen von einer Erwärmungsanforderung von einer oder mehreren Antriebsstrangkomponenten ein Fluid, das durch das EGHR-System erwärmt wurde, wahlweise über eine Kühlmittelstrecke an die eine oder die mehreren Antriebsstrangkomponenten zu verteilen, bis eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Antriebsstrangkomponenten einen Verbrennungsmotor, ein Getriebe und eine Batterie beinhalten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, als Reaktion auf das Empfangen von mehr als einer Erwärmungsanforderung, eine Dringlichkeitsstufe für jede Erwärmungsanforderung auf Grundlage aktueller Fahrzeugbetriebsbedingungen und Fahrerbedarf zu bestimmen.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, das Fluid über die Kühlmittel strecke an die eine oder die mehreren Antriebsstrangkomponenten auf Grundlage der Dringlichkeitsstufe zu verteilen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Kühler in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsmotor und dem EGHR-System, wobei die Steuerung programmiert ist, als Reaktion auf den Umstand, dass sich das EGHR-System in einem abgeschalteten Modus befindet und das Fluid, welches das EGHR-System verlässt, eine vorbestimmte Temperatur übersteigt, das Fluid über die Kühlmittelstrecke an den Kühler zu verteilen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, das EGHR-System anzuweisen, das Fluid mit Abgas vom Verbrennungsmotor als Reaktion auf das Empfangen der Erwärmungsanforderung von einem vom Verbrennungsmotor, einem Getriebe und einer Batterie zu erwärmen.
System zur Wärmeverwaltung in einem Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor, ein Getriebe und eine Batterie aufweist, das System umfassend: eine Pumpe, die ausgelegt ist, einem EGHR-System ein Kühlmittel vom Verbrennungsmotor zuzuführen, das durch die Verbrennungsmotorabgase erwärmt werden soll; und eine Steuerung, die programmiert ist, als Reaktion auf das Empfangen von einer oder mehreren Erwärmungsanforderungen, gemäß einer für jede Erwärmungsanforderung festgelegten Dringlichkeitsstufe, ein Ventil zu betreiben, um vom EGHR-System erwärmtes Kühlmittel wahlweise zu mindestens einem vom Verbrennungsmotor, dem Getriebe und der Batterie zu leiten.
System nach Anspruch 7, wobei die Dringlichkeitsstufe für jede Erwärmungsanforderung auf aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen basiert.
System nach Anspruch 7, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, das vom EGHR-System erwärmte Kühlmittel zu verteilen, bis eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht wurde.
System nach Anspruch 9, wobei das EGHR-System einen Wärmetauscher, eine Umgehungsleitung und ein Steuerventil beinhaltet, das ausgelegt ist, Verbrennungsmotorabgas wahlweise durch eines vom Wärmetauscher und der Umgehungsleitung zu leiten, wobei die Steuerung ferner ausgelegt ist, das Steuerventil anzuweisen, Verbrennungsmotorabgas durch die Umgehungsleitung als Reaktion auf das Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur und das Übersteigen des Verbrennungsmotorgegendrucks eines entsprechenden Schwellenwerts zu leiten.
System nach Anspruch 7, ferner umfassend: ein zweites Ventil, das ausgelegt ist, vom EGHR-System zugeführtes Kühlmittel wahlweise zu einem Kühler als Reaktion auf das Übersteigen einer Kühlmitteltemperatur einer vorbestimmten Temperatur während des Betriebs des EGHR-Systems in einem Umgehungsmodus zu leiten.
System nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine zweite Pumpe, die ausgelegt ist, vom EGHR-System erwärmtes und vom Ventil zum Getriebe geleitetes Kühlmittel als Reaktion auf eine Getriebeerwärmungsanforderung zuzuführen; und eine dritte Pumpe, die ausgelegt ist, vom EGHR-System erwärmtes und vom Ventil zur Batterie geleitetes Kühlmittel als Reaktion auf eine Batterieerwärmungsanforderung zuzuführen.
Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs, das einen Verbrennungsmotor mit einem EGHR-System aufweist, umfassend: Verteilen, als Reaktion auf das Empfangen von einer oder mehreren Erwärmungsanforderungen von mindestens einem von einem Verbrennungsmotor, einem Getriebe und einer Batterie, eines vom EGHR-System erwärmten Fluids durch eine Kühlmittelstrecke gemäß einer Dringlichkeitsstufe für jede Erwärmungsanforderung.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Dringlichkeitsstufe für jede Erwärmungsanforderung auf mindestens einem von aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen und Fahrerbedarf basiert.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Verteilen des vom EGHR-System erwärmten Fluids durch die Kühlmittelstrecke, bis eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht wurde, wobei das EGHR-System einen Wärmetauscher, eine Umgehung und ein Ventil umfasst, das ausgelegt ist, Verbrennungsmotorabgas wahlweise durch eines vom Wärmetauscher und der Umgehung zu leiten, wobei das Ventil gesteuert wird, um Verbrennungsmotorabgas als Reaktion auf eines vom Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur und Übersteigen des Verbrennungsmotorgegendrucks eines entsprechenden Schwellenwerts durch die Umgehung zu leiten, und wobei das Ventil gesteuert wird, um Verbrennungsmotorabgas als Reaktion auf das Unterschreiten der gewünschten Betriebstemperatur durch mindestens eine von einer Verbrennungsmotortemperatur, einer Getriebetemperatur und einer Batterietemperatur durch den Wärmetauscher zu leiten.