DE102020002877A1

DE102020002877A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erwärmung eines zur Schmierung eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs vorgesehenen Ölvorrats

Info

Publication number: DE102020002877A1
Application number: DE102020002877.2A
Authority: DE
Inventors: Bastian Brueckers; Jens Warnke
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2021-11-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erwärmung eines zur Schmierung eines Verbrennungsmotors (2) eines Hybridfahrzeugs vorgesehenen Ölvorrats (V). Die Vorrichtung umfasst erfindungsgemäß einen mit einem Temperiermedium durchströmbaren und thermisch mit einem Getriebe (5) einer aus dem Verbrennungsmotor (2) und zumindest einer elektrischen Antriebseinheit (3) gebildeten Antriebsvorrichtung gekoppelten Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf (NT), einen innerhalb eines zur Aufnahme des Ölvorrats (V) vorgesehenen Ölbehälters (7) angeordneten Behälterwärmetauscher (14) und ein Schaltmittel (15), welches ausgebildet ist, das Temperiermedium in Abhängigkeit einer Öltemperatur des Ölvorrats (V) in einer ersten Schaltstellung durch einen Niedertemperaturkühler (13) zu leiten und in einer zweiten Schaltstellung durch den Behälterwärmetauscher (14) zu leiten.Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erwärmung eines zur Schmierung eines Verbrennungsmotors (2) eines Hybridfahrzeugs vorgesehenen Ölvorrats (V).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines zur Schmierung eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs vorgesehenen Ölvorrats.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erwärmung eines zur Schmierung eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs vorgesehenen Ölvorrats.
Aus der DE 10 2019 103 364 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren für ein Fahrzeug zur Übertragung von Abwärme von einem Fahrzeugantriebsmotor und einer zugehörigen Leistungselektronik über einen Wärmeaustauschmechanismus an einen Verbrennungsmotor, um diesen vorzuwärmen, bekannt.
Weiterhin ist aus der DE 10 2012 112 856 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, das einen Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine umfasst, bekannt. Der Elektromaschine wird zu Kühlzwecken Luft zugeführt, die sich im Betrieb der Elektromaschine erwärmt und als Abluft abgeführt wird. Die Abluft der Elektromaschine wird zu Heizzwecken einem zur Schmierung des Verbrennungsmotors vorgesehenen Öltank des Hybridfahrzeugs zugeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Erwärmung eines zur Schmierung eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs vorgesehenen Ölvorrats anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Vorrichtung zur Erwärmung eines zur Schmierung eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs vorgesehenen Ölvorrats umfasst erfindungsgemäß einen mit einem Temperiermedium durchströmbaren und thermisch mit einem Getriebe einer aus dem Verbrennungsmotor und zumindest einer elektrischen Antriebseinheit gebildeten Antriebsvorrichtung gekoppelten Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf, einen innerhalb eines zur Aufnahme des Ölvorrats vorgesehenen Ölbehälters angeordneten Behälterwärmetauscher und ein Schaltmittel. Das Schaltmittel ist ausgebildet, das Temperiermedium in Abhängigkeit einer Öltemperatur des Ölvorrats in einer ersten Schaltstellung durch einen Niedertemperaturkühler zu leiten und in einer zweiten Schaltstellung durch den Behälterwärmetauscher zu leiten.
Das Verfahren zur Erwärmung eines zur Schmierung eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs vorgesehenen Ölvorrats zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass mittels eines Schaltmittels in Abhängigkeit einer Öltemperatur des Ölvorrats ein in einem thermisch mit einem Getriebe einer aus dem Verbrennungsmotor und zumindest einer elektrischen Antriebseinheit gebildeten Antriebsvorrichtung gekoppelten Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf geführtes Temperiermedium in einer ersten Schaltstellung durch einen Niedertemperaturkühler geleitet wird und in einer zweiten Schaltstellung durch einen innerhalb eines zur Aufnahme des Ölvorrats vorgesehenen Ölbehälters angeordneten Behälterwärmetauscher geleitet wird.
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 bzw. sich nicht erwärmt, 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. Insbesondere kann hierbei bei geringen Temperaturen des Ölvorrats und bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem hohen Lastbereich eine so genannte Mischreibung auftreten, welche insbesondere zu einem hohen Verschleiß an Komponenten eines Kurbeltriebs des Verbrennungsmotors führen kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen eine zielgerichtete und flexible Temperierung des Ölvorrats 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. Durch Nutzung der Abwärme des Getriebes zur Erwärmung des Ölvorrats kommt es auf Grund des vorgewärmten Öls und einer daraus resultierenden reduzierten Antriebsleistung einer Ölpumpe zu einer Verbrauchsreduzierung während des verbrennungsmotorischen Betriebs und zu einer Verschleißreduzierung durch kürzere Mischreibungsphasen.
Gegenüber Lösungen, bei welchen der Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf mit einem Hochtemperatur-Temperiermedienkreislauf mittels Wärmetauschern während der elektrischen Fahrt gekoppelt wird, ist kein elektrischer Antrieb einer im Hochtemperatur-Temperiermedienkreislauf angeordneten Förderpumpe, beispielsweise Wasserpumpe, erforderlich. Dadurch wird weniger elektrische Antriebsleistung benötigt und eine elektrische Reichweite wird erhöht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:

1 schematisch einen Schaltplan einer Vorrichtung zur Erwärmung eines zur Schmierung eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs vorgesehenen Ölvorrats.

In der einzigen 1 ist ein Schaltplan eines möglichen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zur Erwärmung eines zur Schmierung eines Verbrennungsmotors 2 eines nicht gezeigten Hybridfahrzeugs, insbesondere eines Kurbeltriebs des Verbrennungsmotors 2, vorgesehenen Ölvorrats V dargestellt.
Die Vorrichtung 1 umfasst neben dem Verbrennungsmotor 2 zusätzlich zumindest eine elektrische Antriebseinheit 3 zur Erzeugung eines Vortriebs des Hybridfahrzeugs, wobei der Verbrennungsmotor 2 und die elektrische Antriebseinheit 3 eine Antriebsvorrichtung 4 bilden. Die Antriebsvorrichtung 4 ist mit einem Getriebe 5 gekoppelt, welches mit einem Getriebewärmetauscher 6, beispielsweise einem Getriebe-ÖI-Wasser-Wärmetauscher, thermisch gekoppelt ist.
Der Verbrennungsmotor 2 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine so genannte Trockensumpfschmierung auf und ist mit einem als Öltank ausgebildeten Ölbehälter 7 gekoppelt, welcher den Ölvorrat V umfasst. Zur Förderung des Ölvorrats V ist eine Ölpumpe 8 vorgesehen.
In einem nicht näher dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel weist der Verbrennungsmotor 2 eine so genannte Nasssumpfschmierung auf und umfasst einen als Ölwanne ausgebildeten Ölbehälter 7.
Zu einer Temperierung des Verbrennungsmotors 2 ist dieser mit einem Hochtemperatur-Temperiermedienkreislauf HT thermisch gekoppelt, wobei in dem Hochtemperatur-Temperiermedienkreislauf HT ein beispielsweise flüssiges, insbesondere als so genanntes Kühlwasser ausgebildetes, Temperiermedium geführt wird. Leitungen des Hochtemperatur-Temperiermedienkreislaufs HT sind mit durchgezogenen Linien dargestellt.
Zu einer Förderung des Temperiermediums ist eine als Hochtemperatur-Pumpe ausgebildete Förderpumpe 9 innerhalb des Hochtemperatur-Temperiermedienkreislauf HT vorgesehen. Weiterhin sind innerhalb des Hochtemperatur-Temperiermedienkreislauf HT ein Heizungswärmetauscher 10 zur Erwärmung eines Innenraums des Hybridfahrzeugs und ein Hochtemperaturkühler 11 zur Kühlung des Temperiermediums angeordnet. Der Hochtemperaturkühler 11 ist beispielsweise als Wasser-Luft-Wärmetauscher ausgebildet.
Ferner umfasst der Hochtemperatur-Temperiermedienkreislauf HT ein Thermostatventil 12 zur Umschaltung zwischen einem großen Kühlkreislauf und einem kleinen Kühlkreislauf des Hochtemperatur-Temperierkreislaufs HT. Dabei wird in bekannter Weise bei aktiviertem Verbrennungsmotor 2 und Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur der große Kühlkreislauf aktiviert und das Temperiermedium zur Kühlung über den Hochtemperaturkühler 11 geleitet. Hat das Temperiermedium die vorgegebene Temperatur noch nicht erreicht, wird der kleine Kühlkreislauf aktiviert und das Temperiermedium wird nicht durch den Hochtemperaturkühler 11 gefördert.
Die Vorrichtung 1 umfasst neben dem Hochtemperatur-Temperiermedienkreislauf HT einen Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf NT, in welchem ebenfalls ein beispielsweise flüssiges, insbesondere als Kühlwasser ausgebildetes, Temperiermedium geführt wird. Leitungen des Niedertemperatur-Temperiermedienkreislaufs NT sind in einem Warmbereich des Niedertemperatur-Temperiermedienkreislaufs NT mit Strich-Punkt-Linien und in einem Kaltbereich des Niedertemperatur-Temperiermedienkreislaufs NT mit gestrichelten Linien dargestellt.
Zu einer Förderung des Temperiermediums ist eine als Niedertemperatur-Pumpe ausgebildete Förderpumpe 16 innerhalb des Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf NT vorgesehen. Mit dem Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf NT ist der Getriebewärmetauscher 6 thermisch gekoppelt. Weiterhin ist innerhalb des Niedertemperatur-Temperiermedienkreislaufs NT ein Niedertemperaturkühler 13 angeordnet. Der Niedertemperaturkühler 13 ist beispielsweise als Wasser-Luft-Wärmetauscher ausgebildet.
Um bei deaktiviertem Verbrennungsmotor 2 und während des Betriebs der elektrischen Antriebseinheit 3 eine Erwärmung des zur Schmierung des Verbrennungsmotors 2 vorgesehenen Ölvorrats V durch Abwärme des Getriebes 5 zu realisieren, ist innerhalb des Ölbehälters 7 ein Behälterwärmetauscher 14 angeordnet, welcher mittels eines Schaltmittels 15 thermisch mit dem Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf NT koppelbar ist. Der Behälterwärmetauscher ist beispielsweise als Öl-Flüssigkeits-Wärmetauscher oder als mäanderförmig verlaufende Temperiermedienleitung ausgebildet.
Das Schaltmittel 15 ist ausgebildet, das in dem Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf NT geführte Temperiermedium in Abhängigkeit einer Öltemperatur des Ölvorrats V in einer ersten Schaltstellung durch den Niedertemperaturkühler 13 zu leiten und in einer zweiten Schaltstellung durch den Behälterwärmetauscher 14 zu leiten.
Hierzu umfasst das Schaltmittel 15 zwei jeweils als 2/3-Wegeventil ausgebildete Ventile 15.1, 15.2, wobei ein erstes Ventil 15.1 in Strömungsrichtung des Temperiermediums vor dem Ölbehälter 7 und vor dem Niedertemperaturkühler 13 angeordnet ist. Das zweite Ventil 15.2 ist in Strömungsrichtung des Temperiermediums vor dem Ölbehälter 7 und vor der mit einem Temperiermedienausgang des Niedertemperaturkühlers 13 medientechnisch gekoppelten Förderpumpe 16 angeordnet.
In der ersten Schaltstellung koppelt das erste Ventil 15.1 das Getriebe 5 mit einem Temperiermedieneingang des Niedertemperaturkühlers 13 thermisch durch medientechnische Kopplung des Getriebewärmetauschers 6 mit dem Temperiermedieneingang des Niedertemperaturkühlers 13. Das zweite Ventil 15.2 trennt in der ersten Schaltstellung eine thermische Verbindung zwischen einem Temperiermedienausgang des Ölbehälters 7 und der Förderpumpe 16. Somit wird eine Kühlung des Temperiermediums innerhalb des Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf NT durchgeführt. Dies erfolgt insbesondere dann, wenn eine Erwärmung des Ölvorrats V nicht erforderlich ist und/oder eine Temperatur des Ölvorrats V eine vorgegebene Betriebstemperatur erreicht oder überschreitet, insbesondere bei aktiviertem Verbrennungsmotor 2. Somit wird eine Erwärmung des Niedertemperatur-Temperiermedienkreislaufs NT durch während des Betriebs ansteigende Temperaturen des Ölvorrats V vermieden. Gleichzeitig erfolgen in einer Aufwärmphase eine Erwärmung des Ölvorrats V bis zum Erreichen einer Betriebstemperatur desselben und eine Kühlung des Ölvorrats V nach Erreichen dieser Betriebstemperatur mittels des Hochtemperatur-Temperiermedienkreislaufs HT.
In der zweiten Schaltstellung koppelt das erste Ventil 15.1 das Getriebe 5 mit einem Temperiermedieneingang des Ölbehälters 7 thermisch durch medientechnische Kopplung des Getriebewärmetauschers 6 mit dem Behälterwärmetauscher 14. Das zweite Ventil 15.2 gibt in der zweiten Schaltstellung die thermische Verbindung zwischen dem Temperiermedienausgang des Ölbehälters 7 und der Förderpumpe 16 durch medientechnische Kopplung des Behälterwärmetauschers 14 mit der Förderpumpe 16 frei. Somit erfolgt eine Erwärmung des Ölvorrats V.
Das heißt, in Abhängigkeit der Öltemperatur des Ölvorrats V wird das in dem Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf NT geführte Temperiermedium in der ersten Schaltstellung des Schaltmittels 15 durch den Niedertemperaturkühler 13 geleitet und in einer zweiten Schaltstellung des Schaltmittels 15 durch den Behälterwärmetauscher geleitet. Dabei wird die zweite Schaltstellung insbesondere bei deaktiviertem Verbrennungsmotor 2 und aktivierter elektrischer Antriebseinheit 3 aktiviert.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Verbrennungsmotor
3: elektrische Antriebseinheit
4: Antriebsvorrichtung
5: Getriebe
6: Getriebewärmetauscher
7: Ölbehälter
8: Ölpumpe
9: Förderpumpe
10: Heizungswärmetauscher
11: Hochtemperaturkühler
12: Thermostatventil
13: Niedertemperaturkühler
14: Behälterwärmetauscher
15: Schaltmittel
15.1: erstes Ventil
15.2: zweites Ventil
16: Förderpumpe
HT: Hochtemperatur-Temperiermedienkreislauf
NT: Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf
V: Ölvorrat

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019103364 A1 [0003]
DE 102012112856 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (1) zur Erwärmung eines zur Schmierung eines Verbrennungsmotors (2) eines Hybridfahrzeugs vorgesehenen Ölvorrats (V), gekennzeichnet durch - einen mit einem Temperiermedium durchströmbaren und thermisch mit einem Getriebe (5) einer aus dem Verbrennungsmotor (2) und zumindest einer elektrischen Antriebseinheit (3) gebildeten Antriebsvorrichtung gekoppelten Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf (NT), - einen innerhalb eines zur Aufnahme des Ölvorrats (V) vorgesehenen Ölbehälters (7) angeordneten Behälterwärmetauscher (14) und - ein Schaltmittel (15), welches ausgebildet ist, das Temperiermedium in Abhängigkeit einer Öltemperatur des Ölvorrats (V) - in einer ersten Schaltstellung durch einen Niedertemperaturkühler (13) zu leiten und - in einer zweiten Schaltstellung durch den Behälterwärmetauscher (14) zu leiten.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterwärmetauscher (14) als - Öl-Flüssigkeits-Wärmetauscher oder - als mäanderförmig verlaufende Temperiermedienleitung ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (15) zwei jeweils als 2/3-Wegeventil ausgebildete Ventile (15.1, 15.2) umfasst, wobei ein erstes Ventil (15.1) - in Strömungsrichtung des Temperiermediums vor dem Ölbehälter (7) und vor dem Niedertemperaturkühler (13) angeordnet ist, - in der ersten Schaltstellung das Getriebe (5) mit einem Temperiermedieneingang des Niedertemperaturkühlers (13) thermisch koppelt und - in der zweiten Schaltstellung das Getriebe (5) mit einem Temperiermedieneingang des Ölbehälters (7) thermisch koppelt, wobei ein zweites Ventil (15.2) - in Strömungsrichtung des Temperiermediums vor dem Ölbehälter (7) und vor einer mit einem Temperiermedienausgang des Niedertemperaturkühlers (13) medientechnisch gekoppelten Förderpumpe (16) angeordnet ist, - in der ersten Schaltstellung eine thermische Verbindung zwischen einem Temperiermedienausgang des Ölbehälters (7) und der Förderpumpe (16) trennt und - in der zweiten Schaltstellung die thermische Verbindung zwischen dem Temperiermedienausgang des Ölbehälters (7) und der Förderpumpe (16) freigibt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (2) eine Trockensumpfschmierung aufweist und mit einem als Öltank ausgebildeten Ölbehälter (7) gekoppelt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (2) eine Nasssumpfschmierung aufweist und einen als Ölwanne ausgebildeten Ölbehälter (7) umfasst.
Verfahren zur Erwärmung eines zur Schmierung eines Verbrennungsmotors (2) eines Hybridfahrzeugs vorgesehenen Ölvorrats (V), dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Schaltmittels (15) in Abhängigkeit einer Öltemperatur des Ölvorrats (V) ein in einem thermisch mit einem Getriebe (5) einer aus dem Verbrennungsmotor (2) und zumindest einer elektrischen Antriebseinheit (3) gebildeten Antriebsvorrichtung gekoppelten Niedertemperatur-Temperiermedienkreislauf (NT) geführtes Temperiermedium - in einer ersten Schaltstellung durch einen Niedertemperaturkühler (13) geleitet wird und - in einer zweiten Schaltstellung durch einen innerhalb eines zur Aufnahme des Ölvorrats (V) vorgesehenen Ölbehälters (7) angeordneten Behälterwärmetauscher (14) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltstellung bei deaktiviertem Verbrennungsmotor (2) und aktivierter elektrischer Antriebseinheit (3) aktiviert wird.