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Die Erfindung betrifft ein Schaltmodul für eine Vorrichtung zur Steuerung einer Wärmeübertragung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe eines Fahrzeugs.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Steuerung einer Wärmeübertragung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe eines Fahrzeugs mittels eines solchen Schaltmoduls.
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Aus dem Stand der Technik ist allgemein eine Temperierung eines Verbrennungsmotors durch Abgaswärmenutzung anhand einer mittels eines Wärmetauschers an einem Kühler einer Abgasrückführung durchgeführten Wärmeentnahme bekannt.
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Aus der
DE 10 2005 046 514 A1 ist eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Motor mit Motoröl und einem Motorölsumpf, ein Getriebe mit Getriebeöl und einem Getriebeölsumpf, eine Abgasleitung von dem Motor zum Austritt in die Umgebung und ein Wärmetauschsystem mit einem als Kühlwasser ausgebildeten Wärmeübertragungsmedium und einem Wärmetauscher bekannt. Dabei ist das Wärmetauschsystem zu einer direkten Wärmeübertragung zwischen Getriebe und Motor oder zwischen Getriebe und einer Wärmequelle oder zwischen Motor und einer Wärmequelle angeordnet. Das Wärmetauschsystem weist einen geschlossenen Wärmetauschkreislauf des Wärmeübertragungsmediums mit zwei Wärmetauschern auf, wobei der eine Wärmetauscher in dem Motorölsumpf und der andere Wärmetauscher in dem Getriebeölsumpf angeordnet ist. Alternativ ist das das Wärmetauschsystem als einseitig offenes Wärmetauschsystem mit Motoröl oder Getriebeöl als Wärmeübertragungsmedium gespeist und weißt einen in der Abgasleitung angeordneten Wärmetauscher auf. Weiterhin wird ein Verfahren zum Wärmeaustausch in einer solchen Brennkraftmaschine beschrieben, wobei die Wärmeübertragung zwischen Getriebe und Motor oder zwischen Getriebe und Wärmequelle oder zwischen Motor und Wärmequelle direkt mittels des Wärmeübertragungsmediums erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Schaltmodul für eine Vorrichtung zur Steuerung einer Wärmeübertragung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Steuerung einer Wärmeübertragung zwischen einem Verbrennungsmotor mittels eines solchen Schaltmoduls anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schaltmodul, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Schaltmodul für eine Vorrichtung zur Steuerung einer Wärmeübertragung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe eines Fahrzeugs zeichnet sich erfindungsgemäß durch drei schaltbare Eingänge und vier schaltbare Ausgänge, aus. Dabei
- - ist ein erster Eingang zu einer Kopplung mit einem Temperiermedienausgang des Verbrennungsmotors ausgebildet,
- - ist ein zweiter Eingang zu einer Kopplung mit einem Temperiermedienausgang eines Hochtemperaturkühlers eines Hochtemperatur-Temperierkreislaufs ausgebildet,
- - ist ein dritter Eingang zu einer Kopplung mit einem Temperiermedienausgang des Getriebes ausgebildet,
- - ist ein erster Ausgang zu einer Kopplung mit einem Temperiermedieneingang des Hochtemperaturkühlers ausgebildet,
- - ist ein zweiter Ausgang zu einer Kopplung mit einem Temperiermedieneingang des Verbrennungsmotors ausgebildet,
- - ist einer dritter Ausgang zu einer Kopplung mit einem Temperiermedieneingang eines Niedertemperaturkühlers eines Niedertemperatur-Temperierkreislaufs ausgebildet, wobei der Niedertemperaturkühler einen mit einem Temperiermedieneingang des Getriebes gekoppelten Temperiermedienausgang umfasst, und
- - ist ein vierter Ausgang zu einer Kopplung mit dem Temperiermedieneingang des Getriebes ausgebildet.
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Das Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Steuerung einer Wärmeübertragung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe eines Fahrzeugs mittels eines solchen Schaltmoduls zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass bei aktiviertem Verbrennungsmotor und Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur innerhalb des Hochtemperatur-Temperierkreislaufs die Eingänge und Ausgänge des Schaltmoduls derart geschaltet werden, dass
- - der in einem geöffneten Zustand befindliche erste Eingang mit dem in einem geöffneten Zustand befindlichen ersten Ausgang medientechnisch gekoppelt wird,
- - der in einem geöffneten Zustand befindliche zweite Eingang mit dem in einem geöffneten Zustand befindlichen zweiten Ausgang medientechnisch gekoppelt wird,
- - der in einem geöffneten Zustand befindliche dritte Eingang mit dem in einem geöffneten Zustand befindlichen dritten Ausgang medientechnisch gekoppelt wird und
- - der vierte Ausgang im geschlossenen Zustand verbleibt.
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Bei aktiviertem Verbrennungsmotor und Unterschreitung einer vorgegebenen Temperatur innerhalb des Hochtemperatur-Temperierkreislaufs werden die Eingänge und Ausgänge des Schaltmoduls derart geschaltet, dass
- - der in einem geöffneten Zustand befindliche erste Eingang über eine Bypassverbindung mit dem in einem geöffneten Zustand befindlichen zweiten Ausgang medientechnisch gekoppelt wird,
- - der in einem geöffneten Zustand befindliche dritte Eingang mit dem in einem geöffneten Zustand befindlichen dritten Ausgang medientechnisch gekoppelt wird und
- - der zweite Eingang sowie der erste und vierte Ausgang im geschlossenen Zustand verbleiben.
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Bei deaktiviertem Verbrennungsmotor und während eines Betriebs einer zur Traktion des Fahrzeugs vorgesehenen elektrischen Antriebseinheit werden die Eingänge und Ausgänge des Schaltmoduls derart geschaltet, dass
- - der in einem geöffneten Zustand befindliche erste Eingang mit dem in einem geöffneten Zustand befindlichen vierten Ausgang medientechnisch gekoppelt wird,
- - der in einem geöffneten Zustand befindliche dritte Eingang mit dem in einem geöffneten Zustand befindlichen zweiten Ausgang medientechnisch gekoppelt wird und
- - der zweite Eingang sowie der erste und dritte Ausgang im geschlossenen Zustand verbleiben.
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Bei Hybridfahrzeugen mit zumindest einer zur Traktion des Fahrzeugs vorgesehenen elektrischen Antriebseinheit und zumindest einem zur Traktion des Fahrzeugs vorgesehenen Verbrennungsmotor besteht die Gefahr, dass bei rein elektrischer Fahrweise der Verbrennungsmotor auskühlt, so dass dieser bei einer Aktivierung nicht in einem optimalen Temperaturbereich startet, woraus eine hohe Reibung, nicht optimale Verbrennung, nicht optimale Abgasnachbehandlung sowie daraus folgend ein hoher Kraftstoffverbrauch und ein hohes Maß an Emissionen entstehen. Das erfindungsgemäße Schaltmodul und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen eine zielgerichtete und flexible Temperierung des Verbrennungsmotors bei elektrischer Fahrt durch eine Nutzung von Abwärme des Getriebes, welches auch während der elektrischen Fahrt Abwärme produziert. Somit muss keine zusätzliche Energie zur Temperierung des Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellt werden.
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Des Weiteren kombiniert das Schaltmodul, welches beispielsweise als elektrischer Steller ausgebildet ist, die Funktion der Steuerung der Wärmeübertragung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe sowie die Funktion eines Thermostatventils zur Umschaltung zwischen einem großen Kühlkreislauf und einem kleinen Kühlkreislauf des Hochtemperatur-Temperierkreislaufs in einem Bauteil.
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Somit ermöglichen das Schaltmodul und das Verfahren eine kostengünstige und bauraumoptimierte Lösung für eine intelligente Wärmenutzung in einem Hybridfahrzeug bei rein elektrischer Fahrweise in Kombination mit der Thermostatfunktion im Hochtemperatur-Temperierkreislauf. Durch die Temperierung vom Verbrennungsmotor bei rein elektrischer Fahrt wird ermöglicht, dass bei Aktivierung des Verbrennungsmotors dieser in einem optimalen Temperaturfenster starten kann und somit in einem verbrauchs- und emissionsarmen Verbrennungsmodus betrieben werden kann. Insbesondere kann durch die Vorwärmung einer Zylinderlaufbahn ein Kraftstoffeintrag in ein Motoröl reduziert werden. Durch die Kombination der Funktion der Steuerung der Wärmeübertragung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe sowie der Funktion eines Thermostatventils in dem Schaltmodul als ein Bauteil bleibt die Anzahl an Bauteilen identisch zu heutigen Anwendungen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung einer Wärmeübertragung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe eines Fahrzeugs mit einem Schaltmodul,
- 2 schematisch ein Schaltbild der Vorrichtung gemäß 1 bei aktiviertem Verbrennungsmotor,
- 3 schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung einer Wärmeübertragung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe eines Fahrzeugs mit einem Schaltmodul bei aktiviertem Verbrennungsmotor,
- 4 schematisch ein Schaltbild der Vorrichtung gemäß 1 bei deaktiviertem Verbrennungsmotor und
- 5 schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung einer Wärmeübertragung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe eines Fahrzeugs mit einem Schaltmodul bei deaktiviertem Verbrennungsmotor.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Schaltbild einer Vorrichtung 1 zur Steuerung einer Wärmeübertragung zwischen einem Verbrennungsmotor 2 und einem Getriebe 3 eines nicht näher gezeigten Fahrzeugs mit einem Schaltmodul 4 dargestellt.
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Das Fahrzeug ist ein so genanntes Hybridfahrzeug und umfasst neben dem Verbrennungsmotor 2 und dem Getriebe 3 zur Erzeugung eines Vortriebs zusätzlich zumindest eine nicht näher dargestellte elektrische Antriebseinheit.
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Bei derartigen Hybridfahrzeugen besteht die Gefahr, dass bei rein elektrischer Fahrweise der Verbrennungsmotor 2 auskühlt, so dass dieser bei einer Aktivierung nicht in einem optimalen Temperaturbereich startet, woraus eine hohe Reibung, nicht optimale Verbrennung, nicht optimale Abgasnachbehandlung sowie daraus folgend ein hoher Kraftstoffverbrauch und ein hohes Maß an Emissionen entstehen. Ein solches Auskühlen wird mit der Vorrichtung 1 vermieden.
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Zur Steuerung der Wärmeübertragung zwischen einem Verbrennungsmotor 2 und dem Getriebe 3 umfasst das Schaltmodul 4, welches beispielsweise als elektrischer Steller ausgebildet ist, drei schaltbare Eingänge E1 bis E3 und vier schaltbare Ausgänge A1 bis A4, wobei zur Schaltung der Eingänge E1 bis E3 und Ausgänge A1 bis A4 mehrere nicht näher dargestellte, als Drehschieber ausgebildete Ventile und/oder als Kugelventil ausgebildete Ventile vorgesehen sind.
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Die Eingänge E1 bis E3 umfassen einen ersten Eingang, welcher zu einer Kopplung mit einem Temperiermedienausgang TA1 des Verbrennungsmotors 2 ausgebildet ist, einen zweiten Eingang, welcher zu einer Kopplung mit einem Temperiermedienausgang TA2 eines Hochtemperaturkühlers 5 eines in 3 näher dargestellten Hochtemperatur-Temperierkreislaufs HT ausgebildet ist, und einen dritten Eingang E3, welcher zu einer Kopplung mit einem Temperiermedienausgang TA3 des Getriebes 3 ausgebildet ist.
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Die Ausgänge A1 bis A4 umfassen einen ersten Ausgang A1, welcher zu einer Kopplung mit einem Temperiermedieneingang TE1 des Hochtemperaturkühlers 5 ausgebildet ist, einen zweiten Ausgang A2, welcher zu einer Kopplung mit einem Temperiermedieneingang TE2 des Verbrennungsmotors 2 ausgebildet ist, einen dritten Ausgang A3, welcher zu einer Kopplung mit einem Temperiermedieneingang TE3 eines Niedertemperaturkühlers 6 eines in 3 näher dargestellten Niedertemperatur-Temperierkreislaufs NT ausgebildet ist, und einen vierten Ausgang A4 zu einer Kopplung mit einem Temperiermedieneingang TE4 des Getriebes 3 ausgebildet ist.
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2 zeigt ein Schaltbild der Vorrichtung 1 gemäß 1 bei aktiviertem Verbrennungsmotor 2. In 3 ist ein Blockschaltbild der Vorrichtung 1 dargestellt. Hierbei entspricht eine Funktion des Schaltmoduls 4 der Funktion eines Thermostatventils zur Umschaltung zwischen einem großen Kühlkreislauf und einem kleinen Kühlkreislauf des Hochtemperatur-Temperierkreislaufs HT.
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Um dies zu erreichen, werden bei aktiviertem Verbrennungsmotor 2 und Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur innerhalb des Hochtemperatur-Temperierkreislaufs HT die Eingänge E1 bis E3 und Ausgänge A1 bis A4 des Schaltmoduls 4 derart geschaltet, dass der große Kühlkreislauf des Hochtemperatur-Temperierkreislaufs HT aktiviert wird.
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Dabei wird der in einem geöffneten Zustand befindliche erste Eingang E1 mit dem in einem geöffneten Zustand befindlichen ersten Ausgang A1 medientechnisch über eine erste Koppelverbindung K1 gekoppelt. Somit wird warmes bzw. heißes Temperiermedium aus dem Verbrennungsmotor 2 zur Kühlung in den Hochtemperaturkühler 5 geleitet.
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Weiterhin ist der in einem geöffneten Zustand befindliche zweite Eingang E2 mit dem in einem geöffneten Zustand befindlichen zweiten Ausgang A2 medientechnisch über eine zweite Koppelverbindung K2 gekoppelt. Somit wird gekühltes Temperiermedium aus dem Hochtemperaturkühler 5 zurück in den Verbrennungsmotor 2 geleitet.
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Weiterhin wird der in einem geöffneten Zustand befindliche dritte Eingang E3 mit dem in einem geöffneten Zustand befindlichen dritten Ausgang A3 medientechnisch über eine dritte Koppelverbindung K3 gekoppelt wird. Somit wird warmes bzw. heißes Temperiermedium aus dem Getriebe 3 zur Kühlung in den Niedertemperaturkühler 6 geleitet. Der Niedertemperaturkühler 6 umfasst einen mit dem Temperiermedieneingang TE4 des Getriebes 3 gekoppelten Temperiermedienausgang TA4, über welchen gekühltes Temperiermedium aus dem Niedertemperaturkühler 6 zurück in das Getriebe 3 geleitet wird. Hierzu ist beispielsweise eine Förderpumpe 7 vorgesehen.
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Der vierte Ausgang A4 verbleibt im geschlossenen Zustand.
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Bei aktiviertem Verbrennungsmotor 2 und Unterschreitung einer vorgegebenen Temperatur innerhalb des Hochtemperatur-Temperierkreislaufs HT, beispielsweise nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 2, werden die Eingänge E1 bis E3 und Ausgänge A1 bis A4 des Schaltmoduls 4 derart geschaltet, dass der kleine Kühlkreislauf des Hochtemperatur-Temperierkreislaufs HT aktiviert wird.
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Hierzu wird abweichend von der Schaltung zur Aktivierung des großen Kühlkreislaufs der in einem geöffneten Zustand befindliche erste Eingang E1 über eine schaltbare Bypassverbindung B mit dem in einem geöffneten Zustand befindlichen zweiten Ausgang A2 medientechnisch gekoppelt, so dass das aus dem Verbrennungsmotor 2 austretende Temperiermedium, welche noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat, zu einer schnellen Erwärmung direkt zurück in den Verbrennungsmotor 2 geleitet wird. Der zweite Eingang E2 sowie der erste und vierte Ausgang A1, A4 verbleiben im geschlossenen Zustand.
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In beiden Betriebsarten entkoppelt das Schaltmodul 4 den Hochtemperatur-Temperierkreislauf HT vom Niedertemperatur-Temperierkreislauf NT, so dass Temperaturunterschiede in den beiden Kreisläufen sichergestellt werden können. Beispielsweise wird der Hochtemperatur-Temperierkreislauf HT mit Temperaturen von 90 °C bis 130 °C betrieben, der Niedertemperatur-Temperierkreislauf NT mit Temperaturen von 40 °C bis 80 °C.
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4 zeigt ein Schaltbild der Vorrichtung 1 gemäß 1 bei deaktiviertem Verbrennungsmotor 2 und aktivierter elektrischer Antriebseinheit. In 5 ist ein Blockschaltbild der Vorrichtung 1 dargestellt. Im Unterschied zu den in den 2 und 3 dargestellten Betriebsarten koppelt das Schaltmodul 4 den Hochtemperatur-Temperierkreislauf HT mit dem Niedertemperatur-Temperierkreislauf NT, um mit Abwärme des Getriebes 3 den Verbrennungsmotor 2 vorzuwärmen. Eine Thermostatfunktion ist hier nicht notwendig.
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Um dies zu erreichen, werden bei deaktiviertem Verbrennungsmotor 2 und während des Betriebs der zur Traktion des Fahrzeugs vorgesehenen elektrischen Antriebseinheit die Eingänge E1 bis E3 und Ausgänge A1 bis A4 des elektrischen Stellers 4 derart geschaltet, dass der in einem geöffneten Zustand befindliche erste Eingang E1 mit dem in einem geöffneten Zustand befindlichen vierten Ausgang A4 medientechnisch über eine vierte Koppelverbindung K4 gekoppelt wird. Somit wird das aus dem Verbrennungsmotor 2 austretende Temperiermedium, welche noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat, zu einer schnellen Erwärmung in das Getriebe 3 geleitet. Eine Förderung des Temperiermediums erfolgt insbesondere mittels der Förderpumpe 7. Gleichzeitig wird der in einem geöffneten Zustand befindliche dritte Eingang E3 mit dem in einem geöffneten Zustand befindlichen zweiten Ausgang A2 medientechnisch über eine fünfte Koppelverbindung K5 gekoppelt, so dass warmes Temperiermedium aus dem Getriebe 3 in den Verbrennungsmotor 2 geführt wird.
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Der zweite Eingang E2 sowie der erste und dritte Ausgang A1, A3 verbleiben im geschlossenen Zustand.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Getriebe
- 4
- Schaltmodul
- 5
- Hochtemperaturkühler
- 6
- Niedertemperaturkühler
- 7
- Förderpumpe
- A1 bis A4
- Ausgang
- B
- Bypassverbindung
- E1 bis E3
- Eingang
- HT
- Hochtemperatur-Temperierkreislauf
- K1 bis K5
- Koppelverbindung
- NT
- Niedertemperatur-Temperierkreislauf
- TA1 bis TA4
- Temperiermedienausgang
- TE1 bis TE4
- Temperiermedieneingang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005046514 A1 [0004]
