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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug.
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Hybridfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Antrieb sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es ist auch bekannt, dass Verbrennungsmotoren ab einer bestimmten Baugröße nicht bei jeder Temperatur gestartet werden können und vorgewärmt werden müssen.
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Aus dem Dokument mit dem internen Aktenzeichen 2017DE23941 sind ein Verfahren zum Erwärmen eines Antriebs eines Hybridfahrzeugs und eine Vorwärmeinrichtung bekannt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Hybridfahrzeug bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Hybridfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein Hybridfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor mit einem ersten Kühlkreislauf auf. Der erste Kühlkreislauf ist dazu vorgesehen, eine Wärme des Verbrennungsmotors mittels eines ersten Wärmeträgers zu einem ersten Kühler zu führen. Ein Abwärmekreislauf ist an den ersten Kühlkreislauf gekoppelt. Der Abwärmekreislauf ist mittels eines Wärmetauschers an ein Abwärmesystem gekoppelt. Der Abwärmekreislauf ist dazu vorgesehen, eine Wärme des Wärmetauschers mittels des ersten Wärmeträgers zum Verbrennungsmotor zu führen. Das Abwärmesystem weist eine Wärmequelle und eine Pumpe auf. Die Pumpe ist dazu vorgesehen, eine Abwärme der Wärmequelle mittels eines zweiten Wärmeträgers zum Wärmetauscher und zu einem zweiten Kühler des Abwärmesystems zu führen.
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Die Wärmequelle des Hybridfahrzeugs kann zumindest eine Elektrokomponente des Hybridfahrzeugs umfassen, die dazu ausgebildet sein kann, elektrische Energie für einen elektrischen Betrieb des Hybridfahrzeugs bereitzustellen. Beispielsweise kann die Elektrokomponente ein Haupttransformator, ein Stromrichter oder ein Hilfsbetriebtransformatorgerüst sein. Vorteilhafterweise kann die Abwärme der Wärmequelle dazu genutzt werden, den Verbrennungsmotor des Hybridfahrzeugs zu wärmen, d.h. beispielsweise den Verbrennungsmotor vor einem Betrieb vorzuwärmen, um ihn starten zu können. Damit kann ein elektrisches Vorwärmen oder ein Vorwärmen des Verbrennungsmotors mittels eines Brenners entfallen, wodurch das Hybridfahrzeug effizienter betrieben werden kann.
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In einer Ausführungsform umfasst das Abwärmesystem einen zweiten Kühlkreislauf und einen Zulieferkreislauf. Der zweite Kühlkreislauf und der Zulieferkreislauf sind von der Pumpe parallel beaufschlagbar. Der Zulieferkreislauf ist dazu vorgesehen, die Abwärme der Wärmequelle mittels des zweiten Wärmeträgers zum Wärmetauscher zu führen. Der zweite Kühlkreislauf ist dazu vorgesehen, die Abwärme der Wärmequelle mittels des zweiten Wärmeträgers zum zweiten Kühler zu führen. Vorteilhafterweise können sowohl der Zulieferkreislauf, als auch der zweite Kühlkreislauf von einer gemeinsamen Pumpe betrieben werden. Dadurch ist eine Verwendung einer weiteren Pumpe für das Abwärmesystem nicht erforderlich.
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In einer Ausführungsform weist der Zulieferkreislauf ein schaltbares Ventil auf. Das schaltbare Ventil ist bezogen auf eine Pumprichtung der Pumpe der Pumpe nachgeschaltet und dem Wärmetauscher vorgeschaltet angeordnet. Vorteilhafterweise ermöglicht es das schaltbare Ventil, den zweiten Kühlkreislauf mit dem Abwärmekreislauf zu verbinden oder von dem Abwärmekreislauf zu entkoppeln.
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In einer Ausführungsform sind die Wärmequelle, die Pumpe, der Wärmetauscher und der zweite Kühler in einem gemeinsamen Kreislauf seriell angeordnet. Vorteilhafterweise entfällt bei dieser Ausführungsform des Hybridfahrzeugs der Zulieferkreislauf, wodurch Material eingespart wird.
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In einer Ausführungsform weist der Abwärmekreislauf zumindest eine Abwärmepumpe und ein erstes Rückschlagventil auf. Der Wärmetauscher ist bezogen auf eine Pumprichtung der Abwärmepumpe der Abwärmepumpe nachgeschaltet und dem ersten Kühlkreislauf vorgeschaltet angeordnet. Das erste Rückschlagventil ist bezogen auf die Pumprichtung der Abwärmepumpe dem Wärmetauscher nachgeschaltet, dem ersten Kühlkreislauf vorgeschaltet und in Durchlassrichtung angeordnet. Vorteilhafterweise kann die Abwärme der Wärmequelle mittels des Wärmetauschers und der Abwärmepumpe in den Abwärmekreislauf eingekoppelt werden. Da der Abwärmekreislauf an den ersten Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors gekoppelt ist, kann die Abwärme der Wärmequelle in den ersten Kühlkreislauf eingekoppelt werden und zum Vorwärmen des Verbrennungsmotors genutzt werden.
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In einer Ausführungsform ist ein Vorwärmkreislauf an den ersten Kühlkreislauf gekoppelt. Der Vorwärmkreislauf weist ein Heizelement, zumindest eine Vorwärmpumpe und ein zweites Rückschlagventil auf. Das Heizelement ist bezogen auf eine Pumprichtung der Vorwärmpumpe der Vorwärmpumpe nachgeschaltet und dem ersten Kühlkreislauf vorgeschaltet angeordnet. Das zweite Rückschlagventil ist bezogen auf die Pumprichtung der Vorwärmpumpe dem Heizelement nachgeschaltet, dem ersten Kühlkreislauf vorgeschaltet und in Durchlassrichtung angeordnet. Vorteilhafterweise ermöglicht der Vorwärmkreislauf das Vorwärmen des Verbrennungsmotors, wenn das Hybridfahrzeug nicht elektrisch betrieben wird und die Wärmequelle keine Abwärme erzeugt.
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In einer Ausführungsform ist das erste Rückschlagventil bezogen auf die Pumprichtung der Vorwärmpumpe in Sperrrichtung angeordnet. Das zweite Rückschlagventil ist bezogen auf die Pumprichtung der Abwärmepumpe in Sperrrichtung angeordnet. Vorteilhafterweise kann der Abwärmekreislauf in einem Betrieb der Vorwärmpumpe vom ersten Kühlkreislauf entkoppelt werden.
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Umgekehrt kann der Vorwärmkreislauf in einem Betrieb der Abwärmepumpe vom ersten Kühlkreislauf entkoppelt werden.
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In einer Ausführungsform weist der erste Kühlkreislauf zumindest eine Motorpumpe auf. Das erste Rückschlagventil und das zweite Rückschlagventil sind bezogen auf eine Pumprichtung der Motorpumpe in Sperrrichtung angeordnet. Vorteilhafterweise können der Vorwärmkreislauf und der Abwärmekreislauf im Betreib des Verbrennungsmotors, wobei die Motorpumpe betrieben wird, wodurch die Rückschlagventile geschlossen sind, vom ersten Kühlkreislauf entkoppelt werden, sodass der Verbrennungsmotor durch den ersten Kühlkreislauf gekühlt werden kann.
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In einer Ausführungsform weist der erste Kühlkreislauf einen Motorölkühler auf. Vorteilhafterweise kann Motoröl des Verbrennungsmotors, d.h. Schmieröl des Verbrennungsmotors, das sich in der Nähe von Zylindern des Verbrennungsmotors befindet und deswegen im Betrieb des Verbrennungsmotors erwärmt wird, durch den ersten Kühlkreislauf gekühlt werden.
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In einer Ausführungsform weist der erste Kühlkreislauf ein Thermostatventil auf. Das Thermostatventil ist dazu ausgebildet, einen verbrennungsmotorinternen Teil des ersten Kühlkreislaufs und einen verbrennungsmotorexternen Teil des ersten Kühlkreislaufs, wobei der verbrennungsmotorexterne Teil des ersten Kühlkreislaufs den ersten Kühler aufweist, bei einem Erreichen einer vorgegebenen Temperatur des ersten Wärmeträgers miteinander zu verbinden oder voneinander zu trennen. Vorteilhafterweise kann der Verbrennungsmotor vorgewärmt werden, ohne dass ein Kühlen des Verbrennungsmotors durch den ersten Kühlkreislauf erfolgt, wenn der den ersten Kühler aufweisende verbrennungsmotorexterne Teil des ersten Kühlkreislaufs vom verbrennungsmotorinternen Teil des ersten Kühlkreislaufs entkoppelt wird. Umgekehrt kann der Verbrennungsmotor im Betrieb gekühlt werden, wenn der verbrennungsmotorinterne Teil und der verbrennungsmotorexterne Teil miteinander verbunden sind.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
- 1 ein erstes Hybridfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt und
- 2 ein zweites Hybridfahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
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1 zeigt schematisch ein erstes Hybridfahrzeug 1 gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei lediglich erfindungswesentliche Bestandteile des ersten Hybridfahrzeugs 1 dargestellt sind. Das erste Hybridfahrzeug 1 kann ein beliebiges Fahrzeug sein, beispielsweise kann das erste Hybridfahrzeug 1 ein Schienenfahrzeug sein.
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Das erste Hybridfahrzeug 1 weist zumindest zwei verschiedene Antriebe auf. Das erste Hybridfahrzeug 1 weist einen Verbrennungsmotor 3 und einen elektrischen Antrieb auf. Ist das erste Hybridfahrzeug 1 ein Schienenfahrzeug, kann das erste Hybridfahrzeug 1 eine Bahnstrecke mit einer elektrischen Versorgung, beispielsweise mit einem Fahrdraht oder mit einer Stromschiene, und eine Bahnstrecke ohne elektrische Versorgung befahren. Bei einem Wechsel von der Bahnstrecke mit elektrischer Versorgung zu der Bahnstrecke ohne elektrische Versorgung muss vom elektrischen Betrieb in den Verbrennungsbetrieb umgeschaltet werden. Verbrennungsmotoren 3, die eine bestimmte Baugröße überschreiten, können nicht bei jeder Temperatur gestartet werden. Ab einer Grenztemperatur müssen solche Verbrennungsmotoren 3 vorgewärmt werden. Beim ersten Hybridfahrzeug 1 kann eine aus dem elektrischen Betrieb anfallende Abwärme genutzt werden, um Verbrennungsmotor 3 vorzuwärmen.
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Der Verbrennungsmotor 3 kann beispielsweise ein Dieselmotor sein. Der Verbrennungsmotor 3 kann aber auch ein anderer Motor sein. Der Verbrennungsmotor 3 weist Zylinder 4 auf, in denen während eines Betriebs des Verbrennungsmotors 3 eine Verbrennung eines Kraftstoffs stattfindet. Beispielhaft weist der Verbrennungsmotor 3 sechzehn Zylinder 4 auf, die in zwei Reihen mit jeweils acht Zylindern 8 angeordnet sind. Der Verbrennungsmotor 3 kann jedoch eine beliebige Anzahl an Zylindern 4 aufweisen, die auch anders, als in 1 dargestellt, angeordnet sein können.
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Der Verbrennungsmotor 3 weist einen ersten Kühlkreislauf 5 auf. Der erste Kühlkreislauf 5 ist dazu vorgesehen, eine Wärme des Verbrennungsmotors 3 mittels eines ersten Wärmeträgers 35 zu einem ersten Kühler 6 zu führen. Der erste Wärmeträger 35 kann beispielsweise Wasser sein. Zusätzlich kann der erste Wärmeträger 35 beispielsweise ein Frostschutzmittel aufweisen. Der erste Wärmeträger 35 wird von Sammelbehältern 8 des ersten Kühlkreislaufs 5 bereitgestellt. Die Sammelbehälter 8 dienen dazu, dass der erste Wärmeträger 35 auf die Reihen der Zylinder 4 aufgeteilt wird. Beispielhaft weist der erste Kühlkreislauf 5 zwei Sammelbehälter 8 auf, wobei ein Sammelbehälter 8 im ersten Kühlkreislauf 5 den Zylindern 4 vorgeschaltet angeordnet und ein weiterer Sammelbehälter 8 den Zylindern 4 nachgeschaltet angeordnet ist. Der erste Kühlkreislauf 5 kann aber auch eine andere Anzahl an Sammelbehältern 8 aufweisen, die im ersten Kühlkreislauf 5 den Zylindern 4 vorgeschaltet oder nachgeschaltet angeordnet sein können.
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Der erste Wärmeträger 35 ist dazu vorgesehen, durch Leitungen 37 des ersten Kühlkreislaufs 5 befördert zu werden und die Wärme des Verbrennungsmotors 3, die im Betrieb des Verbrennungsmotors 3 an den Zylindern 4 entsteht aufzunehmen. In diesem Fall kann die Wärme des Verbrennungsmotors 3 zum ersten Kühler 6 geführt werden, wo die Wärme an eine Umgebung des Verbrennungsmotors 3 abgegeben werden kann.
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Der erste Kühlkreislauf 5 weist zumindest eine Motorpumpe 9 auf. Der erste Kühlkreislauf 5 kann jedoch auch eine Mehrzahl von Motorpumpen 9 aufweisen, die seriell oder parallel im ersten Kühlkreislauf 5 angeordnet sein können. Die Motorpumpe 9 kann beispielsweise eine Kreiselpumpe sein. Die Motorpumpe 9 ist dazu vorgesehen, den ersten Wärmeträger 35 durch den ersten Kühlkreislauf 5 zu befördern.
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Der erste Kühlkreislauf 5 weist einen verbrennungsmotorinternen Teil 10 und einen verbrennungsmotorexternen Teil 11 auf. Der verbrennungsmotorinterne Teil 10 des ersten Kühlkreislaufs 5 weist die Zylinder 4, die Sammelbehälter 8, die Motorpumpe 9 und ein Thermostatventil 12 auf. Der verbrennungsmotorexterne Teil 11 des ersten Kühlkreislaufs 5 weist den ersten Kühler 6 auf. Der verbrennungsmotorinterne Teil 10 und der verbrennungsmotorexterne Teil 11 sind über Flansche 13 und Schläuche 14 miteinander verbunden.
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Das Thermostatventil 12 ist im verbrennungsmotorinternen Teil 10 des ersten Kühlkreislaufs 5 zwischen den Zylindern 4 und der Motorpumpe 9 angeordnet. Bezogen auf eine Pumprichtung der Motorpumpe 9 ist das Thermostatventil 12 den Zylindern 4 nachgeschaltet angeordnet. In der beispielhaften Ausführungsform des Verbrennungsmotors 3 ist der weitere Sammelbehälter 8 zwischen den Zylindern 4 und dem Thermostatventil 12 und bezogen auf die Pumprichtung der Motorpumpe 9 dem Thermostatventil 12 vorgeschaltet angeordnet.
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Das Thermostatventil 12 ist dazu ausgebildet, den verbrennungsmotorinternen Teil 10 des ersten Kühlkreislaufs 5 vom verbrennungsmotorexternen Teil 11 des ersten Kühlkreislaufs 5 bei einem Erreichen einer vorgegebenen Temperatur des ersten Wärmeträgers 35 miteinander zu verbinden oder voneinander zu trennen. Der verbrennungsmotorexterne Teil 11 ist einerseits mittels der Leitung 37 am Thermostatventil 12 mit dem verbrennungsmotorinternen Teil 10 des ersten Kühlkreislaufs 5 verbunden. Andererseits ist der verbrennungsmotorexterne Teil 11 an einem ersten Anschluss 38 mit dem verbrennungsmotorinternen Teil 10 des ersten Kühlkreislaufs 5 verbunden. Der erste Anschluss 38 ist bezogen auf die Pumprichtung der Motorpumpe 9 dem Thermostatventil 12 nachgeschaltet und der Motorpumpe 9 vorgeschaltet angeordnet.
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Der erste Kühlkreislauf 5 weist einen Motorölkühler 15 auf. Der Motorölkühler 15 ist bezogen auf die Pumprichtung der Motorpumpe 9 der Motorpumpe 9 nachgeschaltet und den Zylindern 4 vorgeschaltet angeordnet. Bei der in 1 gezeigten beispielhaften Ausgestaltung des Verbrennungsmotors 3 ist zwischen dem Motorölkühler 15 und den Zylindern 4 der Sammelbehälter 8 angeordnet. Der Motorölkühler 15 ist dazu ausgebildet, Motoröl des Verbrennungsmotors 3 zu kühlen. Das Motoröl kann als Schmieröl innerhalb des Verbrennungsmotors 3 verwendet werden. Da sich das Motoröl in der Nähe der Zylinder 4 befindet, wird das Motoröl im Betrieb des Verbrennungsmotors 3 erwärmt und muss gegebenenfalls gekühlt werden. Das Kühlen des Motoröls erfolgt durch den ersten Wärmeträger 35, der eine Wärme des Motoröls aufnehmen und am ersten Kühler 6 wieder abgeben kann. Der Motorölkühler 15 kann jedoch auch entfallen.
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Das erste Hybridfahrzeug 1 weist einen Vorwärmkreislauf 16 auf. Der Vorwärmkreislauf 16 ist dazu vorgesehen, den ersten Wärmeträger 35 durch Leitungen 39 des Vorwärmkreislaufs 16 zu befördern. Der Vorwärmkreislauf 16 ist an den ersten Kühlkreislauf 5 gekoppelt. Der Vorwärmkreislauf 16 ist an einem zweiten Anschluss 40 und an einem dritten Anschluss 41 mit dem verbrennungsmotorinternen Teil 10 des ersten Kühlkreislaufs 5 verbunden. Der zweite Anschluss 40 ist bezogen auf die Pumprichtung der Motorpumpe 9 dem Motorölkühler 15 nachgeschaltet und dem vor den Zylindern 4 angeordneten Sammelbehälter 8 vorgeschaltet ausgebildet. Der dritte Anschluss 41 ist bezogen auf die Pumprichtung der Motorpumpe 9 dem ersten Anschluss 38 nachgeschaltet und der Motorpumpe 9 vorgeschaltet ausgebildet. Der zweite Anschluss 40 und der dritte Anschluss 41 können jedoch auch an anderen Positionen des verbrennungsmotorinternen Teils 10 des ersten Kühlkreislaufs 5 angeordnet sein. Der verbrennungsmotorinterne Teil 10 des ersten Kühlkreislaufs 5 bildet einen Abschnitt des Vorwärmkreislaufs 16.
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Der Vorwärmkreislauf 16 weist ein Vorwärmgerät 17 und ein zweites Rückschlagventil 18 auf. Das Vorwärmgerät 17 weist ein Heizelement 19 und zumindest eine Vorwärmpumpe 20 auf. Der Vorwärmkreislauf 16 kann auch eine Mehrzahl von Vorwärmpumpen 20 aufweisen, die seriell oder parallel im Vorwärmkreislauf 16 angeordnet sein können. Die Vorwärmpumpe 20 kann beispielsweise eine Kreiselpumpe sein. Die Vorwärmpumpe 20 ist dazu vorgesehen, den ersten Wärmeträger 35 durch den Vorwärmkreislauf 16 zu befördern.
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Die Vorwärmpumpe 20, das Heizelement 19 und das zweite Rückschlagventil 18 sind seriell angeordnet. Das Heizelement 19 ist bezogen auf eine Pumprichtung der Vorwärmpumpe 20 der Vorwärmpumpe 20 nachgeschaltet und dem zweiten Rückschlagventil 18 vorgeschaltet angeordnet. Das zweite Rückschlagventil 18 ist bezogen auf die Pumprichtung der Vorwärmpumpe 20 dem Heizelement 19 nachgeschaltet, dem ersten Kühlkreislauf 5 vorgeschaltet und in Durchlassrichtung angeordnet. In einem Betrieb der Vorwärmpumpe 20 ist das zweite Rückschlagventil 18 geöffnet, da der von der Vorwärmpumpe 20 beförderte erste Wärmeträger 35 das zweite Rückschlagventil 18 aufgrund eines durch das Befördern des ersten Wärmeträgers 35 mittels der Vorwärmpumpe 20 erzeugten Drucks öffnet. Das zweite Rückschlagventil 18 ist bezogen auf die Pumprichtung der Motorpumpe 9 in Sperrrichtung angeordnet und ist im Betrieb der Motorpumpe 9 geschlossen. Die Motorpumpe 9 und die Vorwärmpumpe 20 sind parallel geschaltet. Es kann entweder die Motorpumpe 9 oder die Vorwärmpumpe 20 betrieben werden.
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Das Heizelement 19 kann beispielsweise als elektrisches Element oder als Brenner ausgebildet sein und Wärme erzeugen, die zum Vorwärmen des Verbrennungsmotors 3 verwendet werden kann. In diesem Fall wird der erste Wärmeträger 35 durch das Heizelement 19 erwärmt und transportiert die Wärme des Heizelements 19 zum Verbrennungsmotor 3. Das Vorwärmen des Verbrennungsmotors 3 mittels des Heizelements 19 erfordert einen zusätzlichen Heizenergieaufwand, da beim elektrischen Vorwärmen elektrische Energie bzw. bei Brennern chemische Energie auf den ersten Wärmeträger 35 übertragen wird. Der Vorwärmkreislauf 16 kann entfallen, falls das Vorwärmen des Verbrennungsmotors 3 mittels des Heizelements 19 nicht erforderlich ist. Das Vorwärmen des Verbrennungsmotors 3 mittels des Heizelements 19 ist beispielsweise dann nicht erforderlich, wenn die aus dem elektrischen Betrieb des ersten Hybridfahrzeugs 1 anfallende Abwärme zum Vorwärmen des Verbrennungsmotors 3 genutzt wird. Erforderlich ist das Vorwärmen des Verbrennungsmotors 3 mittels des Heizelements 19 dann, wenn das erste Hybridfahrzeug 1 im Verbrennungsmotorbetrieb gestartet werden soll, ohne dass ein elektrischer Betrieb des ersten Hybridfahrzeugs 1 vorausgegangen ist, sodass keine Abwärme aus dem elektrischen Betrieb zu Verfügung steht.
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Das erste Hybridfahrzeug 1 weist einen Abwärmekreislauf 21 auf. Der Abwärmekreislauf 21 ist an den ersten Kühlkreislauf 5 gekoppelt und dazu vorgesehen, den ersten Wärmeträger 35 durch Leitungen 42 des Abwärmekreislaufs 21 zu befördern. Der Abwärmekreislauf 21 ist am zweiten Anschluss 40 und am dritten Anschluss 41 mit dem verbrennungsmotorinternen Teil 10 des ersten Kühlkreislaufs 5 verbunden. Der verbrennungsmotorinterne Teil 10 des ersten Kühlkreislaufs 5 bildet einen Abschnitt des Abwärmekreislaufs 21.
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Der Vorwärmkreislauf 16 und der Abwärmekreislauf 21 weisen gemeinsame Abschnitte der Leitungen 39, 42 auf, die zwischen dem zweiten Anschluss 40 und einem vierten Anschluss 43 und zwischen dem dritten Anschluss 41 und einem fünften Anschluss 44 ausgebildet sind. Der vierte Anschluss 43 ist bezogen auf die Pumprichtung der Vorwärmpumpe 20 dem zweiten Rückschlagventil 18 nachgeschaltet und dem zweiten Anschluss 40 vorgeschaltet angeordnet. Der fünfte Anschluss 44 ist bezogen auf die Pumprichtung der Vorwärmpumpe 20 dem dritten Anschluss 41 nachgeschaltet und der Vorwärmpumpe 20 vorgeschaltet angeordnet.
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Der Abwärmekreislauf 21 weist zumindest eine Abwärmepumpe 22 und ein erstes Rückschlagventil 23 auf. Die Motorpumpe 9, die optionale Vorwärmpumpe 20 und die Abwärmepumpe 22 sind parallel geschaltet. Es kann lediglich eine dieser Pumpen 9, 20, 22 betrieben werden. Es können aber auch zwei der Pumpen 9, 20, 22 gleichzeitig oder alle Pumpen 9, 20, 22 gleichzeitig betrieben werden. Der Abwärmekreislauf 21 kann auch eine Mehrzahl von Abwärmepumpen 22 aufweisen, die seriell oder parallel im Abwärmekreislauf 21 angeordnet sein können. Die Abwärmepumpe 22 kann beispielsweise eine Kreiselpumpe sein. Die Abwärmepumpe 22 ist dazu ausgebildet, den ersten Wärmeträger 35 durch die Leitungen 42 des Abwärmekreislaufs 21 zu befördern.
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Das erste Rückschlagventil 23 ist bezogen auf eine Pumprichtung der Abwärmepumpe 22 der Abwärmepumpe 22 nachgeschaltet, dem ersten Kühlkreislauf 5 vorgeschaltet und in Durchlassrichtung angeordnet. Das erste Rückschlagventil 23 ist bezogen auf die Pumprichtung der Abwärmepumpe 22 dem zweiten Anschluss 40 und, wenn das erste Hybridfahrzeug 1 den Vorwärmkreislauf 16 aufweist, dem vierten Anschluss 43 vorgeschaltet angeordnet.
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Das erste Rückschlagventil 23 ist bezogen auf die Pumprichtung der Vorwärmpumpe 20 in Sperrrichtung angeordnet. Das erste Rückschlagventil 23 ist also im Betrieb der Abwärmepumpe 22 geöffnet und im Betrieb der Vorwärmpumpe 20 geschlossen. Bezogen auf die Pumprichtung der Motorpumpe 9 ist das erste Rückschlagventil 23 in Sperrrichtung angeordnet und im Betrieb der Motorpumpe 9 geschlossen. Das zweite Rückschlagventil 18 ist bezogen auf die Pumprichtung der Abwärmepumpe 22 in Sperrrichtung angeordnet und im Betrieb der Abwärmepumpe 22 geschlossen.
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Das erste Hybridfahrzeug 1 weist ein Abwärmesystem 24 auf. Das Abwärmesystem 24 weist einen Wärmetauscher 25 auf. Der Abwärmekreislauf 21 ist mittels des Wärmetauschers 25 an das Abwärmesystem 24 gekoppelt. Der Abwärmekreislauf 21 ist dazu vorgesehen, eine Wärme des Wärmetauschers 25 mittels des ersten Wärmeträgers 35 zum Verbrennungsmotor 3 zu führen. Der Wärmetauscher 25 ist bezogen auf die Pumprichtung der Abwärmepumpe 22 der Abwärmepumpe 22 nachgeschaltet und dem ersten Kühlkreislauf 5 vorgeschaltet angeordnet. Genauer gesagt ist der Wärmetauscher 25 der Abwärmepumpe 22 nachgeschaltet und dem ersten Rückschlagventil 23 vorgeschaltet angeordnet.
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Das Abwärmesystem 24 weist eine Wärmequelle 7, eine Pumpe 26 und einen zweiten Kühler 27 auf. Die Pumpe 26 ist dazu vorgesehen, eine Abwärme der Wärmequelle 7 mittels eines zweiten Wärmeträgers 36 zum Wärmetauscher 25 und zum zweiten Kühler 27 des Abwärmesystems 24 zu führen. Dabei wird der zweite Wärmeträger 36 durch Leitungen 45 des Abwärmesystems 24 befördert. Der zweite Wärmeträger 36 kann beispielsweise Wasser oder ein Öl sein. Öl bietet gegenüber Wasser den Vorteil, dass es eine größere Abwärmemenge der Wärmequelle 7 aufnehmen kann, wenn der Siedepunkt des Öls über dem Siedepunkt von Wasser liegt.
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Die Wärmequelle 7 des ersten Hybridfahrzeugs 1 kann zumindest eine Elektrokomponente des ersten Hybridfahrzeugs 1 umfassen, die dazu ausgebildet ist, elektrische Energie für einen elektrischen Betrieb des ersten Hybridfahrzeugs 1 bereitzustellen. Beispielsweise kann die Elektrokomponente ein Haupttransformator, ein Stromrichter oder ein Hilfsbetriebtransformatorgerüst sein. Die Wärmequelle 7 muss allerdings nicht notwendigerweise eine Elektrokomponente sein, die elektrische Energie für den elektrischen Betrieb des ersten Hybridfahrzeugs 1 bereitstellt. Die Wärmequelle 7 kann auch eine andere Komponente sein. Im Betrieb der Wärmequelle 7 erzeugt die Wärmequelle 7 die Abwärme.
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Das Abwärmesystem 24 des ersten Hybridfahrzeugs 1 umfasst einen zweiten Kühlkreislauf 28 und einen Zulieferkreislauf 29. Der zweite Kühlkreislauf 28 und der Zulieferkreislauf 29 sind von der Pumpe 26 parallel beaufschlagbar. Der Zulieferkreislauf 29 ist dazu vorgesehen, die Abwärme der Wärmequelle 7 mittels des zweiten Wärmeträgers 36 zum Wärmetauscher 25 zu führen. Der zweite Kühlkreislauf 28 ist dazu vorgesehen, die Abwärme der Wärmequelle 7 mittels des zweiten Wärmeträgers 36 zum zweiten Kühler 27, der innerhalb des zweiten Kühlkreislaufs 28 angeordnet ist, zu führen. Die Wärmequelle 7 und die Pumpe 26 sind also sowohl Bestandteile des zweiten Kühlkreislaufs 28, als auch des Zulieferkreislaufs 29. Der Zulieferkreislauf 29 und der zweite Kühlkreislauf 28 weisen eine gemeinsame Leitung 46 auf, innerhalb derer der zweite Wärmeträger 36 befördert werden kann. Die gemeinsame Leitung 46 ist zwischen der Wärmequelle 7 und einem sechsten Anschluss 47 ausgebildet. Der sechste Anschluss 47 ist bezogen auf eine Pumprichtung der Pumpe 26 der Pumpe 26 nachgeschaltet und dem Wärmetauscher 25 vorgeschaltet angeordnet. Vom sechsten Anschluss 47 ausgehend, kann der zweite Wärmeträger 36 entweder zum Wärmetauscher 25 oder zum zweiten Kühler 27 geführt werden.
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Der Zulieferkreislauf 29 weist ein schaltbares Ventil 30 auf. Das schaltbare Ventil 30 ist bezogen auf die Pumprichtung der Pumpe 26 der Pumpe 26 nachgeschaltet und dem Wärmetauscher 25 vorgeschaltet angeordnet. Das schaltbare Ventil 30 des ersten Hybridfahrzeugs 1 ist beispielhaft als 2/2-Wegeventil ausgebildet, d.h. das schaltbare Ventil 30 weist zwei Anschlüsse und zwei mögliche Positionen auf. Ein erster Anschluss ist der Pumpe 26 zugewandt, während ein zweiter Anschluss dem Wärmetauscher 25 zugewandt ist. In einer ersten Position 31 ist das schaltbare Ventil 30 offen. In 1 deutet ein Pfeil an der ersten Position 31 eine Fließrichtung des zweiten Wärmeträgers 36 an. In einer zweiten Position 32 ist das schaltbare Ventil 30 geschlossen. Das schaltbare Ventil 30 weist beispielsweise, wie in 1 gezeigt, eine elektromagnetische Ansteuerung 33 auf. Mittels der elektromagnetischen Ansteuerung 31 kann das schaltbare Ventil 30 geöffnet oder geschlossen werden. Beispielhaft ist das schaltbare Ventil 30 in 1 in der ersten Position 31, also geöffnet.
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Das schaltbare Ventil 30 ermöglicht es, den zweiten Kühlkreislauf 28 mit dem Abwärmekreislauf 21 zu verbinden oder von dem Abwärmekreislauf 21 zu entkoppeln. Auf diese Weise kann die Abwärme der Wärmequelle 7 entweder zum Wärmetauscher 25 und zum zweiten Kühler 27 oder lediglich zum zweiten Kühler 27 geführt werden. Wird die Abwärme der Wärmequelle 7 zum Wärmetauscher 25 geführt, so kann sie mittels des Abwärmekreislaufs 21 zum ersten Kühlkreislauf 5 geführt werden, um den Verbrennungsmotor 3 vorzuwärmen. Soll der Verbrennungsmotor 3 nicht vorgewärmt werden, so kann die Wärmequelle 7 lediglich durch den zweiten Kühler 27 gekühlt werden.
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2 zeigt schematisch ein zweites Hybridfahrzeug 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei lediglich erfindungswesentliche Bestandteile des zweiten Hybridfahrzeugs 2 dargestellt sind. Das zweite Hybridfahrzeug 2 stellt eine Alternative für das erste Hybridfahrzeug 1 dar. Das zweite Hybridfahrzeug 2 kann ein beliebiges Fahrzeug sein, beispielsweise kann das zweite Hybridfahrzeug 2 ein Schienenfahrzeug sein. Das zweite Hybridfahrzeug 2 weist eine große Ähnlichkeit zum ersten Hybridfahrzeug 1 auf. Identische oder vergleichbare Elemente sind mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet. In der nachfolgenden Beschreibung werden lediglich die Unterschiede des zweiten Hybridfahrzeugs 2 zum ersten Hybridfahrzeug 1 erläutert.
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Im Unterschied zum ersten Hybridfahrzeug 1 umfasst das Abwärmesystem 24 des zweiten Hybridfahrzeugs 2 keinen zweiten Kühlkreislauf und keinen Zulieferkreislauf. Aus diesem Grund weist das Abwärmesystem 24 des zweiten Hybridfahrzeugs 2 auch keinen sechsten Anschluss und kein schaltbares Ventil auf. Stattdessen sind die Wärmequelle 7, die Pumpe 26, der Wärmetauscher 25 und der zweite Kühler 27 in einem gemeinsamen Kreislauf 34 seriell angeordnet. Das Abwärmesystem 24 des zweiten Hybridfahrzeugs 2 ist über den Wärmetauscher 25 an den Abwärmekreislauf 21 gekoppelt. Bei dieser Ausführungsform des Hybridfahrzeugs 2 wird die Abwärme der Wärmequelle 7 stets zum Wärmetauscher 25 und zum zweiten Kühler 27 geführt.
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Nachfolgend werden verschiedene Betriebsszenarien des ersten und des zweiten Hybridfahrzeugs 1, 2 erläutert.
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In einem ersten Betriebszustand des ersten oder des zweiten Hybridfahrzeugs 1, 2 wird der Verbrennungsmotor 3 betrieben. Dabei wird die Motorpumpe 9 betrieben, um den Verbrennungsmotor 3 zu kühlen. Hierzu sind der verbrennungsmotorinterne Teil 10 und der verbrennungsmotorexterne Teil 11 des ersten Kühlkreislaufs 5 über das Thermostatventil 12 miteinander verbunden, sodass der erste Wärmeträger 35 am ersten Kühler 6 gekühlt werden kann, wodurch der Verbrennungsmotor 3 gekühlt wird. Durch das Betreiben der Motorpumpe 9 sind das erste und das zweite Rückschlagventil 23, 18 geschlossen. Die Abwärmepumpe 22 und die optionale Vorwärmpumpe 20 werden nicht betrieben. Der erste Kühlkreislauf 5 ist im ersten Betriebszustand vom Abwärmekreislauf 21, vom Abwärmesystem 24 und vom optionalen Vorwärmkreislauf 21 entkoppelt. Das erste bzw. das zweite Hybridfahrzeug 1, 2 wird mittels des Verbrennungsmotors 3 und nicht elektrisch betrieben. Ein Kühlen der Wärmequelle 7 kann entfallen, wenn die Wärmequelle 7 ebenfalls nicht betrieben wird. Ist die Wärmequelle 7 jedoch eine Elektrokomponente, die keine elektrische Energie für den elektrischen Betrieb des ersten bzw. zweiten Hybridfahrzeugs 1, 2 bereitstellt, sondern eine andere Elektrokomponente, so kann ein Kühlen der Wärmequelle 7 erfolgen, indem die Pumpe 26 betrieben wird. In diesem Fall ist das schaltbare Ventil 30 des ersten Hybridfahrzeugs 1 geschlossen.
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In einem zweiten Betriebszustand des ersten oder des zweiten Hybridfahrzeugs 1, 2 wird der Verbrennungsmotor 3 nicht betrieben und ist kalt. Außerdem ist kein vorausgegangener elektrischer Betrieb, beispielsweise ein elektrischer Betrieb des Hybridfahrzeugs 1, 2 unter einem Fahrdraht oder auf einer Stromschiene, erfolgt. Der Verbrennungsmotor 3 muss vorgewärmt werden, da er in Betrieb genommen werden soll.
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In diesem Fall wird das Vorwärmgerät 17 mit der zugehörigen Vorwärmpumpe 20 und dem zugehörigen Heizelement 19 eingeschaltet. Da der Verbrennungsmotor 3 und die zugehörige Motorpumpe 9 ausgeschaltet sind, entsteht eine Zirkulation des aufgewärmten ersten Wärmeträgers 35 durch den ersten Kühlkreislauf 5 und durch den Vorwärmkreislauf 16. Das Thermostatventil 12 trennt in diesem Fall den verbrennungsmotorinternen Teil 10 des ersten Kühlkreislaufs 5 vom verbrennungsmotorexternen Teil 11 des ersten Kühlkreislaufs 5, da keine Kühlung des Verbrennungsmotors 3 erfolgen soll. Das erste Rückschlagventil 23 wird durch den Druck der Vorwärmpumpe 20 verschlossen und die Abwärmepumpe 22 ist ausgeschaltet. Es findet keine Zirkulation des ersten Wärmeträgers 35 durch den Abwärmekreislauf 21 statt. Beim ersten Hybridfahrzeug 1 wird zusätzlich das schaltbare Ventil 30 aktiv geschlossen. Das Vorwärmgerät 17 ist mit einem Thermometer ausgestattet. Beim Erreichen einer Vorwärmtemperatur des Verbrennungsmotors 3 schaltet das Vorwärmgerät 17 ab. Der Verbrennungsmotor 3 ist vorgewärmt und kann gestartet werden.
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In einem dritten Betriebszustand des ersten oder des zweiten Hybridfahrzeugs 1, 2 wird der Verbrennungsmotor 3 nicht betrieben und ist kalt. Das Hybridfahrzeug 1, 2 wird elektrisch betrieben, fährt also beispielsweise unter Fahrdraht oder auf einer Stromschiene. Im Anschluss soll das Hybridfahrzeug 1, 2 eine Strecke ohne Fahrdraht oder ohne Stromschiene befahren. In diesem Fall sind der Verbrennungsmotor 3 und die zugehörige Motorpumpe 9 ausgeschaltet. Die Wärmequelle 7 erzeugt Abwärme und wird über die Pumpe 26 mit dem zweiten Kühler 27 gekühlt. Zum Vorwärmen des Verbrennungsmotors 3 wird beim ersten Hybridfahrzeug 1 das schaltbare Ventil 30 geöffnet. Der erwärmte zweite Wärmeträger 36 erreicht den Wärmetauscher 25 des ersten bzw. des zweiten Hybridfahrzeugs 1, 2. Dadurch wird der Wärmetauscher 25 erwärmt. Die Abwärmepumpe 22 wird eingeschaltet und der am Wärmetauscher 25 erwärmte erste Wärmeträger 35 gelangt über das erste Rückschlagventil 23 in den ersten Kühlkreislauf 5 und zum Verbrennungsmotor 3 und wärmt diesen vor. In diesem Fall ist das optionale Vorwärmgerät 17, d.h. das Heizelement 19 und die Vorwärmpumpe 20 ausgeschaltet. Somit wird das optionale zweite Rückschlagventil 18 durch den aufgebauten Druck der Abwärmepumpe 22 verschlossen. Das Thermostatventil 12 trennt in diesem Fall den verbrennungsmotorinternen Teil 10 des ersten Kühlkreislaufs 5 vom verbrennungsmotorexternen Teil 11 des ersten Kühlkreislaufs 5, da keine Kühlung des Verbrennungsmotors 3 erfolgen soll. Beim Erreichen der Vorwärmtemperatur des Verbrennungsmotors 3 schaltet die Abwärmepumpe 22 ab. Beim ersten Hybridfahrzeug 1 wird das schaltbare Ventil 30 geschlossen. Der Verbrennungsmotor 3 kann vorgewärmt gestartet werden.
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In einem vierten Betriebszustand des ersten oder des zweiten Hybridfahrzeugs 1, 2 ist der Verbrennungsmotor 3 vorgewärmt. Das Hybridfahrzeug 1, 2 wird elektrisch betrieben, fährt also beispielsweise unter Fahrdraht oder auf einer Stromschiene. Das Befahren einer nachfolgenden Strecke ohne Fahrdraht bzw. ohne Stromschiene verzögert sich. Der Verbrennungsmotor 3 kühlt langsam wieder aus. Da der Verbrennungsmotor 3 und die zugehörige Motorpumpe 9 nicht betrieben werden, kann die Abwärmepumpe 22 eingeschaltet werden. Beim ersten Hybridfahrzeug 1 wird das schaltbare Ventil 30 geöffnet. Sollte sich die Temperatur des ersten Wärmeträgers 35 im Verbrennungsmotor 3 unterhalb der Starttemperatur abgesenkt haben, kann auf diese Weise erneut Abwärme von der Wärmequelle 7 in den Verbrennungsmotor 3 fließen und die Temperatur des ersten Wärmeträgers 35 auf die Starttemperatur des Verbrennungsmotors 3 anheben, sodass der Verbrennungsmotor 3 wieder startfähig ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
