DE112009004747B4

DE112009004747B4 - Wärmemanagementvorrichtung für ein fahrzeug

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Publication number: DE112009004747B4
Application number: DE112009004747.5T
Authority: DE
Inventors: Masahide Ishikawa; Kaname Uzuki; Atsushi Morita; Keiko Tanaka; Yuki Miyamoto; Satoru Shiga; Masaki Morita; Miyuki Matsuda; Manabu Orihashi; Yoshihiro Saeki; Keiichi Uno; Hiroki Nishimura; Takayuki Kumamoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2029-05-08
Also published as: JP5120499B2; CN102414414B; WO2010128547A1; JPWO2010128547A1; RU2479731C1; DE112009004747T5; US8475337B2; CN102414414A; US20120037336A1

Abstract

Eine Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug, das einen Motor (11; 31) und ein Getriebe, ein Ansaugluftmengenregulierventil (12, 13; 32, 33) für den Motor (11; 31), und einen Heizkern (16; 34) zum Erwärmen eines Fahrgastraums enthält, wobei die Wärmemanagementvorrichtung aufweist: eine in dem Fahrzeug angeordnete Wärmequelle; einen Ventilaufwärmabschnitt (14), der das Ansaugluftmengenregulierventil (12, 13; 32, 33) des Motors (11; 31) unter Verwendung der von der Wärmequelle zugeführten Wärme aufwärmt; einen Getriebeaufwärmabschnitt (18; 37), der das Getriebe unter Verwendung der von der Wärmequelle zugeführten Wärme aufwärmt; einen Heizkernaufwärmabschnitt (15), der den Heizkern (16; 34) unter Verwendung der von der Wärmequelle zugeführten Wärme aufwärmt, und einen Wärmemanagementabschnitt (22; 38), der nach Anlassen des Motors (11; 31) die Wärmezufuhr von der Wärmequelle derart steuert, dass die Wärmezufuhr sequenziell in der Reihenfolge Ventilaufwärmabschnitt (14) und Heizkern (16; 34) – dann Heizkern (16; 34) – und dann Ventilaufwärmabschnitt (14) und Getriebeaufwärmabschnitt (18; 37) durchgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug, welche die Wärmezufuhr von einer Wärmequelle, die in das Fahrzeug eingebaut ist, an verschiedene Komponenten des Fahrzeugs steuert.
Um das Kraftstoffverbrauchsverhalten und Emissionsverhalten in einem Fahrzeug zu verbessern, wurde ein präzises Wärmemanagement in dem Fahrzeug insgesamt gefordert. Eine Vorrichtung, wie in der JP 2001-280135 A beschrieben, ist als eine Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug bekannt. Die Wärmemanagementvorrichtung aktiviert verschiedene Hilfswärmequellen gemäß den Steuerbedingungen zur Kühlung des Antriebszugs oder der Batterie und der Antriebskraft und stellt einen Klimaanlagenbetrieb für den Fahrgastraum sicher.
Die DE 44 31 351 A1 beschreibt die Möglichkeit, in einem Fahrzeug einen Wärmespeicher vorzusehen, wobei dann das Achs- oder Schaltgetriebe des Fahrzeugs in einen Wärmekreislauf zwischen diesem Speicher und dem Fahrzeugmotor geschaltet wird. Ein Wärmemanagementabschnitt steuert die Energiezufuhr bzw. -verteilung, so dass zunächst der Fahrzeugmotor und anschließend das Getriebe erwärmt wird.
Aus der EP 0 712 999 A1 ist eine weitere Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug bekannt, bei der ein Ansaugluftmengenregulierventil (Motordrosselklappe) erwärmt werden kann.
Fahrgastkomfort und Kraftstoffverbrauchsleistung eines Fahrzeugs sind Überlegungspunkte beim Wärmemanagement, welches von der herkömmlichen Wärmemanagementvorrichtung durchgeführt wird. Jedoch wird das Wärmemanagement für eine bestimmte Bedingung, beispielsweise eine extrem niedrige Umgebungstemperatur, nicht berücksichtigt. Insofern liegt Verbesserungsbedarf bei Wärmemanagementvorrichtungen vor.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug zu schaffen, die in der Lage ist, zuverlässig Wärmemanagement in dem Fahrzeug durchzuführen, wenn eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt.
Zur Lösung der obigen Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug, das einen Motor und ein Getriebe, ein Ansaugluftmengenregulierventil für den Motor, und einen Heizkern zum Erwärmen eines Fahrgastraums enthält. Hierbei weist die Wärmemanagementvorrichtung auf: eine in dem Fahrzeug angeordnete Wärmequelle; einen Ventilaufwärmabschnitt, der das Ansaugluftmengenregulierventil des Motors unter Verwendung der von der Wärmequelle zugeführten Wärme aufwärmt; einen Getriebeaufwärmabschnitt, der das Getriebe unter Verwendung der von der Wärmequelle zugeführten Wärme aufwärmt; einen Heizkernaufwärmabschnitt, der den Heizkern unter Verwendung der von der Wärmequelle zugeführten Wärme aufwärmt, und einen Wärmemanagementabschnitt. Der Wärmemanagementabschnitt steuert nach Anlassen des Motors die Wärmezufuhr von der Wärmequelle derart, dass die Wärmezufuhr sequenziell in der Reihenfolge „Ventilaufwärmabschnitt und Heizkern” – dann „Heizkern” – und dann „Ventilaufwärmabschnitt und Getriebeaufwärmabschnitt” durchgeführt wird.
Wenn die Wärmezufuhr von dem Heizkern derart gesteuert wird, dass die Wärmezufuhr an den Ventilaufwärmabschnitt und den Heizkern, die Wärmezufuhr an den Heizkern und die Wärmezufuhr an den Ventilaufwärmabschnitt und den Getriebeaufwärmabschnitt nacheinander in dieser Reihenfolge nach dem Anlassen des Motors durchgeführt wird, wird Wärme zuerst dem Ventilaufwärmabschnitt und dem Heizkern nach dem Anlassen des Motors zugeführt, so dass das Ansaugluftregulierventil oder das Fenster (die Fahrzeugfrontscheibe) enteist wird. Dies stellt die Fahrbereitschaft und die gewünschte Betriebsleistung des Fahrzeugs sicher. Nachfolgend wird die Wärmezufuhr an den Heizkern durchgeführt, um den Fahrgastraum zu erwärmen, so dass der Komfort für die Insassen sichergestellt ist. Schließlich wird die Wärme dem Ventilaufwärmabschnitt und dem Getriebeaufwärmabschnitt zugeführt, um eine gewünschte Kraftstoffverbrauchsleistung des Fahrzeugs sicherzustellen. Durch eine derartige Wärmezufuhr an die Komponenten des Fahrzeugs wird das Wärmemanagement auf gewünschte Weise durchgeführt, wenn eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt.
Bei einer extrem niedrigen Umgebungstemperatur kann sich Vereisung in den Ansaugluftmengenregulierventilen eines Motors, beispielsweise einem Drosselventil oder einem Abgasrezirkulationsventil (EGR-Ventil) unmittelbar nach Anlassen des Motors bilden, was einen Funktionsfehler des Ventils verursacht. In diesem Fall kann der Ausgang des Motors nicht reguliert werden und damit wird der Betrieb des Fahrzeugs beeinträchtigt. Im Gegensatz hierzu kann, wenn eine Erwärmung des Getriebes unzureichend ist, das Fahrzeug ohne irgendein Problem betrieben werden, obgleich die Viskosität des Hydraulikfluids im Getriebe erhöht ist und die Kraftstoffverbrauchsleistung des Fahrzeugs verschlechtert ist.
Folglich wird bei der vorliegenden Erfindung nach dem Anlassen des Motors die von der im Fahrzeug eingebauten Wärmequelle erzeugte Wärme zuerst dem Ventilaufwärmabschnitt zugeführt, der das Ansaugluftmengenregulierventil erwärmt. Dies enteist rasch das Ansaugluftmengenregulierventil, auch wenn eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt, so dass die gewünschte Betriebsleistung des Fahrzeugs schneller sichergestellt ist. Im Ergebnis wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Wärmemanagement in dem Fahrzeug bei einer extrem niedrigen Umgebungstemperatur auf gewünschte Weise durchgeführt.
Wenn die Wärmezufuhr von der Wärmequelle derart gesteuert wird, dass Wärme dem Heizkern bevorzugt gegenüber dem Getriebeaufwärmabschnitt zugeführt wird, kann, insbesondere wenn eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt und sich Vereisung an einer Scheibe des Fahrzeugs bildet und somit die Sicht für den Fahrer verschlechtert ist, eine solche Fenstervereisungsbildung gestoppt werden, indem Warmluft von einem Heizer auf das Fensterglas geblasen wird. Aus diesem Grund ist es notwendig, eine gewünschte Heizleistung sicherzustellen. Was das betrifft, wird durch Zufuhr von Wärme an den Heizkern bevorzugt gegenüber dem Getriebeaufwärmabschnitt die gewünschte Heizleistung zu einem früheren Zeitpunkt sichergestellt und die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs schneller sichergestellt.
Die Wärmezufuhr an den Getriebeaufwärmabschnitt kann unter der Voraussetzung begonnen werden, dass der Abschnitt, der die Wärme bevorzugt vor dem Getriebeaufwärmabschnitt erhalten hat, was das Ansaugluftmengenregulierventil und die Heizvorrichtung für den Fahrgastraum (oder der Fahrgastraum) ist, vollständig erwärmt ist. Auf diese Weise wird Wärme bevorzugt dem Ventilaufwärmabschnitt und dem Heizkern zugeführt, bis das Ansaugluftmengenregulierventil und das Fenster des Fahrzeugs enteist sind. Dies stellt die gewünschte Betriebsleistung und Fahrbereitschaft des Fahrzeugs schneller und zuverlässig sicher.
Insbesondere kann für die Wärmemanagementvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Motor oder eine Wärmespeichervorrichtung, welche Abwärme von einem Motor sammelt und die Wärme nach dem Abschalten des Motors speichert, als in das Fahrzeug eingebaute Wärmequelle verwendet werden.
Weitere Einzelheiten und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung.
1 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch den Aufbau einer Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Gesamtheit zeigt;
2(a), 2(b) und 2(c) sind Darstellungen, welche Änderungen des Kühlmittelkreislaufmodus nach dem Anlassen des Motors in der in 1 dargestellten Wärmemanagementvorrichtung zeigen;
3 ist ein Flussdiagramm, das schematisch den Verarbeitungsablauf in einer Wärmezufuhrpfadschaltroutine zeigt, die von der Wärmemanagementvorrichtung gemäß 1 verwendet wird;
4 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration einer Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Gesamtheit zeigt; und
5 ist ein Flussdiagramm, das den Verarbeitungsablauf einer Wärmezufuhrsollschaltroutine zeigt, die von der in 4 dargestellten Wärmemanagementvorrichtung durchgeführt wird.
Eine erste Ausführungsform einer Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Die Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug der ersten Ausführungsform steuert die Wärmezufuhr von einem Motor unter Verwendung von Motorkühlwasser als Wärmeübertragungsmedium an Komponenten des Fahrzeugs. In der ersten Ausführungsform entspricht der Motor der in das Fahrzeug eingebauten Wärmequelle.
Die Konfiguration der Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug der ersten Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Das Fahrzeug, in welchem die erste Ausführungsform verwendet wird, enthält einen Kühlmittelkreislauf 10 zum Zirkulieren von Kühlwasser, nachdem das Kühlwasser von einem Motor 11 erwärmt wurde, der als Wärmequelle dient. Der Kühlmittelkreislauf 10 ist an Positionen stromab des Motors 11 in drei Kühlmittelpfade unterteilt, welche ein Ventilkühlmittelpfad 14, ein Heizerkühlmittelpfad 15 und ein Wärmerkühlmittelpfad 17 sind.
Der Ventilkühlmittelpfad 14 verläuft nahe einem Drosselventil 12 und einem EGR-Ventil 13, welche Ansaugluftmengenregulierventile sind, und erwärmt diese Ventile (die Ventile 12 und 13) mittels der vom Kühlwasser erzeugten Wärme, welches vom Motor 11 erwärmt wurde. In der ersten Ausführungsform entspricht der Ventilkühlmittelpfad 14 dem Ventilaufwärmabschnitt.
Ein Heizkern 16 zur Erwärmung des Fahrgastraums ist in dem Heizerkühlmittelpfad 15 ausgebildet. Der Heizkern 16, der als eine Wärmetauschervorrichtung ausgelegt ist, erwärmt die in den Fahrgastraum geführte Luft mittels der Wärme, die vom Kühlwasser erzeugt wird, welches vom Motor 11 erwärmt wurde.
Der Wärmerkühlmittelpfad 17 enthält einen Ölwärmer 18 zur Erwärmung von Hydraulikfluid (Getriebeöl) in einem Getriebe durch die Wärme, die vom Kühlwasser erzeugt wird, welches vom Motor 11 erwärmt wurde. In der ersten Ausführungsform entspricht der Ölwärmer 18 dem Getriebeaufwärmabschnitt.
Die Pfade 14, 15 und 17 enthalten Ventile 19, 20 und 21. Durch selektives Öffnen und Schließen der Ventile 19, 20, 21 kann das Kühlwasser in den entsprechenden Pfaden 14, 15, 17 fließen oder nicht. Nach Durchlauf durch die Pfade 14, 15, 17 wird das Kühlwasser zum Motor 11 zurückgeführt.
Das Öffnen/Schließen der Ventile 19, 20, 21 wird durch eine elektronische Steuereinheit 22 gesteuert, welche als ein Wärmemanagementabschnitt dient. Die elektronische Steuereinheit 22 empfängt Erkennungssignale von einem Außentemperatursensor 23 zur Erkennung der Außentemperatur um das Fahrzeug und von einem Innentemperatursensor 24 zur Erkennung der Innentemperatur (Fahrgastraumtemperatur) im Fahrgastraum. Die elektronische Steuereinheit 22 führt ein Wärmemanagement in dem Fahrzeug durch selektives Öffnen und Schließen der Ventile 19, 20, 21 auf der Grundlage der Erkennungsergebnisse dieser Sensoren (der Sensoren 23, 24) durch.
Das Wärmemanagement in dem Fahrzeug, das von der Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug der ersten Ausführungsform durchgeführt wird, wird nachfolgend im Detail beschrieben. In der ersten Ausführungsform wird die Wärmezufuhr von dem Motor unter Verwendung des Kühlwassers als Medium in der nachfolgend beschriebenen Weise durchgeführt, wenn eine extrem niedrige Umgebungstemperatur oder Außentemperatur kleiner oder gleich –20°C vorliegt.
Wie in 2(a) gezeigt, schließt in einer Periode unmittelbar nach Anlassen des Motors 11 die elektronische Steuereinheit 22 das Ventil 21 und öffnet die Ventile 19, 20, um dem Kühlwasser zu ermöglichen, in dem Ventilkühlmittelpfad 14 und dem Heizerkühlmittelpfad 15 zu fließen. Das heißt, an dieser Stufe wird die Abwärme vom Motor 11, der die Wärmequelle ist, den Ansaugluftmengenregulierventilen (dem Drosselventil 12 und dem EGR-Ventil 13) und dem Heizkern 16 zugeführt. Dies enteist die Ansaugluftmengenregulierventile (das Drosselventil 12 und das EGR-Ventil 13) und stellt die gewünschte Heizerleistung sicher. Insbesondere wird an dieser Stufe die gewünschte Heizerleistung sichergestellt werden, um optimal einen Enteiser zum Enteisen eines Fahrzeugfensters zu betreiben. Eine solche Wärmezufuhr an die Ansaugluftmengenregulierventile und den Heizkern 16 wird fortgeführt, bis abgeschätzt wird, dass die Ansaugluftmengenregulierventile vollständig enteist sind.
Nachfolgend schließt gemäß 2(b) die elektronische Steuereinheit 22 das Ventil 19 und hält nur das Ventil 20 offen, um es dem Kühlwasser zu ermöglichen, alleine in dem Heizerkühlmittelpfad 15 zu fließen. Mit anderen Worten, an dieser Stufe wird die Abwärme vom Motor 11, der die Wärmequelle ist, dem Heizkern 16 zugeführt. Insbesondere muss an dieser Stufe die Wärme dem Heizkern 16 zum Erwärmen des Fahrgastraums zugeführt werden.
Nachdem der Fahrgastraum ausreichend erwärmt worden ist, schließt die elektronische Steuereinheit 22 das Ventil 20 und öffnet die Ventile 19, 21, um es dem Kühlwasser zu ermöglichen, in dem Ventilkühlmittelpfad 14 und dem Wärmerkühlmittelpfad 17 zu fließen, wie in 2(c) gezeigt. Mit anderen Worten, an dieser Stufe wird die Abwärme vom Motor 11, der die Wärmequelle ist, den Ansaugluftmengenregulierventilen (dem Drosselventil 12 und dem EGR-Ventil 13) und dem Ölwärmer 18 zugeführt. Dies fördert die Erwärmung des Getriebes (erhöht die Temperatur des Getriebeöls), so dass die erwünschte Kraftstoffverbrauchsleistung sichergestellt ist. Indem weiterhin dem Kühlwasser erlaubt wird, in dieser Stufe nahe dem EGR-Ventil 13 zu fließen, wird das Kühlwasser von der Wärme erwärmt, die vom Abgas erzeugt wird, das über das EGR-Ventil 13 zur Ansaugluft zurückgeführt wird. Dies fördert das Erwärmen des Motors 11.
3 ist ein Flussdiagramm, welches eine Wärmezufuhrpfadschaltroutine darstellt, die in der ersten Ausführungsform verwendet wird. Die Abarbeitung der Routine wird von der elektronischen Steuereinheit 22 periodisch und wiederholt durchgeführt, wenn der Motor 11 in Betrieb ist.
Bei der Abarbeitung der Routine bestimmt die elektronische Steuereinheit 22 zunächst im Schritt S10, ob die Außentemperatur niedriger oder gleich –20°C ist, oder in anderen Worten, ob das Fahrzeug einer extrem niedrigen Umgebungstemperatur ausgesetzt ist. Wenn die Außentemperatur höher als –20°C ist (S10: NEIN), führt die elektronische Steuereinheit 22 Schritt S20 durch. Im Schritt S20 öffnet die elektronische Steuereinheit 22 die Ventile 19, 20 und 21, um es dem Kühlwasser zu erlauben, in dem Ventilkühlmittelpfad 14, dem Heizerkühlmittelpfad 15 und dem Wärmerkühlmittelpfad 17 zu fließen, und beendet den vorliegenden Verarbeitungszyklus der Routine.
Wenn im Gegensatz hierzu die Außentemperatur kleiner oder gleich –20°C ist (S10: JA), führt die elektronische Steuereinheit 22 den Schritt S30 durch. Im Schritt 30 bestimmt die elektronische Steuereinheit 22, ob die Zeit nach Anlassen des Motors größer oder gleich einem bestimmten Wert α ist. Der bestimmte Wert α wird als die Zeit gesetzt, die notwendig und ausreichend zum Enteisen des Drosselventils 12 und des EGR-Ventils 13 ist, welche vereist sind, mit dem Kühlwasser ist, das in dem Ventilkühlmittelpfad 14 fließt. Mit anderen Worten, im Schritt S30 wird bestimmt, ob die Enteisung des Drosselventils 12 und des EGR-Ventils 13 vollständig ist. Wenn die Zeit nach Anlassen des Motors kleiner dem bestimmten Wert α ist (S30: NEIN), führt die elektronische Steuereinheit 22 den Schritt S40 durch. Im Schritt S40 steuert die elektronische Steuereinheit 22 die Ventile 19, 20, 21, um das Kühlwasser den Ansaugluftmengenregulierventilen (dem Drosselventil 12 und dem EGR-Ventil 13) und dem Heizkern 16 zuzuführen, und beendet den vorliegenden Verarbeitungszyklus der Routine. Wenn die Zeit, die seit Anlassen des Motors verstrichen ist, größer als oder gleich dem bestimmten Wert α ist (S30: JA), führt die elektronische Steuereinheit 22 den Schritt S50 durch.
In Schritt S50 bestimmt die elektronische Steuereinheit 22, ob die Fahrgastraumtemperatur höher oder gleich 20°C ist, oder in anderen Worten, ob der Fahrgastraum ausreichend erwärmt wurde, um ausreichend Komfort im Fahrgastraum sicherzustellen. Wenn die Fahrgastraumtemperatur niedriger als 20°C ist (S50: NEIN), führt die elektronische Steuereinheit 22 den Schritt S60 durch. Im Schritt S60 steuert die elektronische Steuereinheit 22 die Ventile 19, 20, 21, um das Kühlwasser nur dem Heizkern 16 zuzuführen, und beendet den momentanen Verarbeitungszyklus der Routine. Wenn die Fahrgastraumtemperatur höher oder gleich als 20°C ist (S50: JA), führt die elektronische Steuereinheit 22 den Schritt S70 durch. Im Schritt S70 steuert die elektronische Steuereinheit 22 die Ventile 19, 20, 21, um das Kühlwasser den Ansaugluftmengenregulierventilen (dem Drosselventil 12 und dem EGR-Ventil 13) und dem Ölwärmer 18 zuzuführen, und beendet den momentanen Verarbeitungszyklus der Routine.
Die beschriebene erste Ausführungsform hat die nachfolgend erläuterten Vorteile.

(1) In der ersten Ausführungsform liefert, nachdem der Motor 11 angelassen worden ist, die elektronische Steuereinheit 22, die als der Wärmemanagementabschnitt dient, Wärme vom Motor 11 an das Drosselventil 12 und das EGR-Ventil 13, die jeweils als Ansaugluftmengenregulierventil dienen, bevorzugt gegenüber dem Ölwärmer 18, der als Getriebeaufwärmabschnitt dient. Mit anderen Worten, in der ersten Ausführungsform wird nach Anlassen des Motors die Wärmezufuhr vom Motor 11 über das Kühlwasser als Wärmeübertragungsmedium zunächst auf dem Ventilkühlmittelpfad 14, der der Ventilaufwärmabschnitt ist, und dann am Ölwärmer 18 durchgeführt, der der Getriebeaufwärmabschnitt ist. Folglich werden die Ansaugluftmengenregulierventile (das Drosselventil 12 und das EGR-Ventil 13) zu einem frühen Zeitpunkt enteist, auch wenn eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt, und die gewünschte Betriebsleistung des Fahrzeugs wird rasch sichergestellt. Im Ergebnis wird bei der ersten Ausführungsform das Wärmemanagement in dem Fahrzeug auf eine gewünschte Weise durchgeführt, wenn eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt.
(2) In der ersten Ausführungsform liefert nach Anlassen des Motors die elektronische Steuereinheit 22 Wärme an den Heizkern 16 zum Erwärmen des Fahrgastraums bevorzugt gegenüber dem Ölwärmer 18, der der Getriebeaufwärmabschnitt ist. Im Ergebnis wird die gewünschte Heizleistung sichergestellt und der Enteiser wird betätigt, um zu einem frühen Zeitpunkt das Fahrzeugfenster zu enteisen. Dies stellt die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs schneller sicher.
(3) In der ersten Ausführungsform führt nach dem Anlassen des Motors die elektronische Steuereinheit 22 die Wärmezufuhr an den Ventilkühlmittelpfad 14, der als Ventilaufwärmabschnitt dient, und an den Heizkern 16, die Wärmezufuhr an den Heizkern 16 und die Wärmezufuhr an den Ventilkühlmittelpfad 14 und den Ölwärmer 18, der als Getriebeaufwärmabschnitt dient, sequenziell in dieser Reihenfolge durch. Insbesondere wird nach Anlassen des Motors 11 zunächst Wärme dem Ventilkühlmittelpfad 14 und dem Heizkern 16 zugeführt, um die Ansaugluftmengenregulierventile (das Drosselventil 12 und das EGR-Ventil 13) und das Fahrzeugfenster zu enteisen. Dies stellt die Fahrbereitschaft und die gewünschte Betriebsleistung des Fahrzeugs sicher. Nachfolgend wird Wärme dem Heizkern 16 zugeführt, um wirksam den Fahrgastraum zu erwärmen, so dass der Insassenkomfort sichergestellt wird. Schließlich wird Wärme dem Ventilkühlmittelpfad 14 und dem Ölwärmer 18 zugeführt, um die gewünschte Kraftstoffverbrauchsleistung des Fahrzeugs sicherzustellen. Auf diese Weise wird das gewünschte Wärmemanagement bei extrem niedriger Umgebungstemperatur durchgeführt.
(4) In der ersten Ausführungsform beginnt die elektronische Steuereinheit 22 mit der Wärmezufuhr an den Ölwärmer 18, der der Getriebeaufwärmabschnitt ist, unter der Bedingung, dass das Erwärmen (Enteisen) von Drosselventil 12 und EGR-Ventil 13, welche die Ansaugluftmengenregulierventile sind, und das Erwärmen des Fahrgastraums abgeschlossen sind. Auf diese Weise wird die Wärmezufuhr an den Ventilkühlmittelpfad 14 und den Heizkern 16 bevorzugt durchgeführt, bis die Ansaugluftmengenregulierventile und das Fahrzeugfenster enteist sind. Dies stellt die gewünschten Betriebsleistungen und die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs schneller und zuverlässiger sicher.

Die erste Ausführungsform kann wie folgt abgewandelt werden.
In der ersten Ausführungsform wird abhängig von der Zeit, die seit Anlassen des Motors verstrichen ist, abgeschätzt, dass das Enteisen der Ansaugluftmengenregulierventile (des Drosselventils 12 und des EGR-Ventils 13) abgeschlossen ist. Diese Abschätzung kann jedoch auch unter Verwendung eines anderen Parameters durchgeführt werden, beispielsweise der Kühlwassertemperatur.
In der ersten Ausführungsform wird nach dem Anlassen des Motors 11 die Wärmezufuhr an den Ventilkühlmittelpfad 14, der als Ventilaufwärmabschnitt dient, und an den Heizkern 16, die Wärmezufuhr an den Heizkern 16 und die Wärmezufuhr an den Ventilkühlmittelpfad 14 und den Ölwärmer 18, der als Getriebeaufwärmabschnitt dient, nacheinander in dieser Reihenfolge durchgeführt. Jedoch kann die Wärmezufuhr an den Heizkern 16 auch einer anderen Reihenfolge unterschiedlich zu der Reihenfolge gemäß der Ausführungsform folgend durchgeführt werden, wenn dies notwendig ist. Auch in diesem Fall werden die Vorteile (1) und (2) sichergestellt, indem die Wärmezufuhr an den Heizkern 16 bevorzugt gegenüber der Wärmezufuhr an den Ölwärmer 18 durchgeführt wird. Insbesondere kann, solange die Wärmezufuhr an den Ventilkühlmittelpfad 14 bevorzugt gegenüber der Wärmezufuhr an den Ölwärmer 18 durchgeführt wird, der Vorteil (1) erhalten werden.
Eine zweite Ausführungsform einer Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4 und 5 im Wesentlichen anhand der Unterschiede zwischen der zweiten Ausführungsform und der ersten Ausführungsform beschrieben.
Bezug nehmend auf 4 wird die Konfiguration der Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug der zweiten Ausführungsform beschrieben. Das Fahrzeug, in welchem die zweite Ausführungsform verwendet wird, enthält einen Kühlmittelkreislauf 30, in welchem Kühlwasser fließt. Der Kühlmittelkreislauf 30 verläuft durch einen Motor 31, ein Drosselventil 32 und ein EGR-Ventil 33, die beide als ein Ansaugluftmengenregulierventil dienen, und einen Heizkern 34 zur Erwärmung des Fahrgastraums. Im Ergebnis wird durch Zufuhr von Wärme an den Kühlmittelkreislauf 30 die Wärme an das Drosselventil 32 und das EGR-Ventil 33 geliefert, welche die Ansaugluftmengenregulierventile sind. In der zweiten Ausführungsform entspricht der Kühlmittelkreislauf 30 dem Ventilaufwärmabschnitt.
Das Fahrzeug enthält auch eine Wärmespeichervorrichtung 35, die als Wärmequelle dient. Die Wärmespeichervorrichtung 35 gewinnt Abwärme vom Motor 31 zurück und speichert die Wärme, nachdem der Motor 31 gestoppt hat. Das Ziel, an welches die von der Wärmespeichervorrichtung 35 gespeicherte Wärme geliefert wird, wird mittels eines Schaltventils 36 zwischen dem Kühlmittelkreislauf 30 und einem Ölwärmer 37 umgeschaltet, der als Getriebeaufwärmabschnitt dient.
Das Schaltventil 36 wird von einer elektronischen Steuereinheit 38 gesteuert, die als Wärmemanagementabschnitt dient. Die elektronische Steuereinheit 38 empfängt Erkennungssignale von einem Außentemperatursensor 39 zur Erkennung der Außentemperatur und einem Kühlmitteltemperatursensor 40 zur Erkennung der Temperatur des Kühlwassers im Motor 31.
Das Wärmemanagement im Fahrzeug, das durch die Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird, wird nachfolgend im Detail beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform liefert, wenn eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt, die elektronische Steuereinheit 38 die gespeicherte Wärme von der Wärmespeichervorrichtung 35 in einer unterschiedlichen Reihenfolge zu der Reihenfolge zum Zeitpunkt, wenn keine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt. Genauer gesagt, wenn eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt, liefert die elektronische Steuereinheit 38 die Wärme von der Wärmespeichervorrichtung 35 an den Kühlmittelkreislauf 30 und dann an den Ölwärmer 37. Wenn keine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt, liefert die elektronische Steuereinheit 38 die Wärme von der Wärmespeichervorrichtung 35 an den Ölwärmer 37 und dann an den Kühlmittelkreislauf 30. Diese Reihenfolgen sind aus dem nachfolgend erläuterten Grund unterschiedlich.
Genauer gesagt, durch Zufuhr von Wärme an den Ölwärmer 37, um das Getriebe aufzuwärmen, wird die Viskosität des Getriebeöls verringert und der Gleitwiderstand in den Getriebebauteilen wird verringert. Dies verbessert die Kraftstoffverbrauchsleistung des Fahrzeugs. Folglich wird unter normalen Umständen die Wärme von der Wärmespeichervorrichtung 35 zunächst dem Ölwärmer 37 zugeführt, um die gewünschte Kraftstoffverbrauchsleistung im Fahrzeug sicherzustellen.
Im Gegensatz hierzu, wenn eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt, kann sich Vereisung in dem Drosselventil 32 oder dem EGR-Ventil 33 oder an einem Fahrzeugfenster während einer Zeitdauer unmittelbar nach Anlassen des Motors 31 bilden. Das Eis kann die Ausgangseinstellung des Motors 31 beeinträchtigen oder die Sichtverhältnisse für den Fahrer verschlechtern. Folglich wird bei einer extrem niedrigen Umgebungstemperatur die Wärme von der Wärmespeichervorrichtung 35 zuerst dem Kühlmittelkreislauf 30 zur Erwärmung des Kühlwassers zugeführt. Die Wärme wird somit dem Drosselventil 32 und dem EGR-Ventil 33 zugeführt, um die Ventile zu enteisen, und zu dem Heizkern 34, um eine Erwärmung durchzuführen, so dass der Enteiser zum Enteisen des Fahrzeugfensters betätigt wird. Nachdem die Ventile und das Fahrzeugfenster enteist sind, wird die Wärme dem Ölwärmer 37 zugeführt, um die gewünschte Kraftstoffverbrauchsleistung sicherzustellen.
5 ist ein Flussdiagramm, welches die Wärmezufuhrzielschaltroutine darstellt, die verwendet wird, die Wärmezufuhrziele für die Wärmespeichervorrichtung 35 bei der zweiten Ausführungsform zu schalten. Die Verarbeitung der Routine wird von der elektronischen Steuereinheit 38 periodisch und wiederholt durchgeführt, wenn der Motor 31 läuft.
Bei der Abarbeitung der Routine bestimmt die elektronische Steuereinheit 38 im Schritt S10, ob die Außentemperatur niedriger oder gleich –20°C ist, oder in anderen Worten, ob die momentane Umgebungstemperatur extrem niedrig ist. Wenn die Außentemperatur höher als –20°C ist (S10: NEIN), führt die elektronische Steuereinheit 38 den Schritt S110 durch. Im Schritt S110 liefert die elektronische Steuereinheit 38 die gespeicherte Wärme aus der Wärmespeichervorrichtung 35 an den Ölwärmer 37 und dann an den Kühlmittelkreislauf 30 und beendet dann den momentanen Verarbeitungszyklus der Routine.
Wenn im Gegensatz hierzu die Außentemperatur niedriger oder gleich –20°C ist (S100: JA), führt die elektronische Steuereinheit 38 den Schritt S120 durch. Im Schritt S120 bestimmt die elektronische Steuereinheit 38, ob die Temperatur des Kühlwassers (die Kühlwassertemperatur) niedriger oder gleich 70°C ist, oder in anderen Worten, ob das Erwärmen des Motors 31 unvollständig ist. Wenn die Erwärmung unvollständig ist (S120: JA), führt die elektronische Steuereinheit 38 den Schritt S130 durch. Im Schritt S130 liefert die elektronische Steuereinheit 38 die gespeicherte Wärme von der Wärmespeichervorrichtung 35 an den Kühlmittelkreislauf 30, oder mit anderen Worten, an das Drosselventil 32, das EGR-Ventil 33 und den Heizkern 34, und beendet dann den momentanen Verarbeitungszyklus der Routine. Wenn im Gegensatz die Aufwärmung vollständig ist (S120: NEIN), führt die elektronische Steuereinheit 38 den Schritt S140 durch. Im Schritt S140 liefert die elektronische Steuereinheit 38 die gespeicherte Wärme von der Wärmespeichervorrichtung 35 an den Ölwärmer 37 und beendet dann den momentanen Verarbeitungszyklus der Routine.
Die Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug der zweiten Ausführungsform hat die nachfolgend beschriebenen Vorteile.

(5) Bei der zweiten Ausführungsform wird, nachdem der Motor angelassen worden ist, während eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt, die gespeicherte Wärme von der Wärmespeichervorrichtung 35, welche die Wärmequelle ist, zunächst dem Kühlmittelkreislauf 30, der als Ventilaufwärmabschnitt dient, und dann dem Ölwärmer 37 zugeführt, der als der Getriebeaufwärmabschnitt dient. Folglich werden auch bei einer extrem niedrigen Umgebungstemperatur die Ansaugluftmengenregulierventile zu einem frühen Zeitpunkt enteist und die gewünschte Betriebsleistung des Fahrzeugs wird schneller sichergestellt. Im Ergebnis wird das Wärmemanagement in dem Fahrzeug auf gewünschte Weise durchgeführt, wenn es extrem niedrige Umgebungstemperatur gibt.
(6) Bei der zweiten Ausführungsform wird, nachdem der Motor angelassen wurde, während eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt, die gespeicherte Wärme von der Wärmespeichervorrichtung 35 dem Heizkern 34 bevorzugt gegenüber dem Ölwärmer 37 zugeführt, der als der Getriebeaufwärmabschnitt dient. Im Ergebnis wird eine Heizleistung zu einem früheren Zeitpunkt sichergestellt und die Fahrzeugwindschutzscheibe wird rasch enteist.
(7) Bei der zweiten Ausführungsform wird, nachdem der Motor angelassen wurde, während eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt, die Wärme von der Wärmespeichervorrichtung 35 dem Ölwärmer 37, der als Getriebeaufwärmabschnitt dient, unter der Bedingung zugeführt, dass das Erwärmen des Motors 31 durch die Wärmezufuhr von der Wärmespeichervorrichtung 35 an den Kühlmittelkreislauf 30 vollständig ist. Folglich wird die bevorzugte Wärmezufuhr an die Ansaugluftmengenregulierventile (das Drosselventil 32 und das EGR-Ventil 33) und den Heizkern 34 fortgeführt, bis die Ansaugluftmengenregulierventile und die Fahrzeugwindschutzscheibe enteist sind. Dies stellt die gewünschten Betriebsleistungen und die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs schneller und zuverlässig sicher.
(8) Bei der zweiten Ausführungsform liefert die elektronische Steuereinheit 38 Wärme an den Kühlmittelkreislauf 30, der als Ventilaufwärmabschnitt dient, bevorzugt gegenüber dem Ölwärmer 37, der als der Getriebeaufwärmabschnitt dient, wenn eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt. Wenn keine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt, steuert die elektronische Steuereinheit 38 die Wärmezufuhr von der Wärmespeichervorrichtung 35, welche die Wärmequelle ist, derart, dass Wärme dem Ölwärmer 37 bevorzugt gegenüber dem Kühlmittelkreislauf 30 zugeführt wird. Mit anderen Worten, die bevorzugte Wärmezufuhr an den Kühlmittelkreislauf 30, der als der Ventilaufwärmabschnitt dient, wird nur dann durchgeführt, wenn eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt, die eine Vereisungsbildung an den Ansaugluftmengenregulierventilen verursachen kann. Wenn keine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt, wird die Wärme bevorzugt dem Ölwärmer 37 zugeführt, der als Getriebeaufwärmabschnitt dient. Dies löst in einer gewünschten Weise Probleme einer verringerten Betriebsleistung und Beeinträchtigung der Fahrbereitschaft im Fahrzeug durch Vereisungsbildung, wenn eine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt. Im Gegensatz dazu wird in einem normalen Zustand ein Wärmemanagement durchgeführt, das geeignet ist, die gewünschte Kraftstoffverbrauchsleistung sicherzustellen.

Die dargestellten Ausführungsformen können in nachfolgend beschriebener Weise abgewandelt werden.
In der zweiten Ausführungsform wird im Schritt S120 der Wärmezufuhrzielschaltroutine abhängig von der Temperatur des Kühlwassers bestimmt, ob das Ziel für die Wärmezufuhr von der Wärmespeichervorrichtung 35 vom Kühlmittelkreislauf 30 zum Ölwärmer 37 umgeschaltet werden soll. Jedoch kann diese Bestimmung auch unter Verwendung eines anderen Parameters durchgeführt werden, beispielsweise der Zeit, die seit dem Anlassen des Motors verstrichen ist, oder der Fahrgastraumtemperatur.
In der zweiten Ausführungsform wird, wenn keine extrem niedrige Umgebungstemperatur vorliegt, Wärme dem Ölwärmer 37 bevorzugt gegenüber dem Kühlmittelkreislauf 30 zugeführt. Jedoch auch dann, wenn die Wärmezufuhr von der Wärmespeichervorrichtung 35 bei einer extrem niedrigen Umgebungstemperatur auf eine Weise gesteuert wird, die nach Bedarf abgewandelt wird, können die obigen Vorteile (5) bis (7) erhalten werden.
Für die dargestellten Ausführungsformen wurde die Steuerung der Wärmezufuhr von dem Motor oder der Wärmespeichervorrichtung beschrieben. In einem Fall, in dem eine andere Wärmequelle in einer Zeitdauer unmittelbar nach Anlassen des Motors zur Verfügung steht, kann die Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß der Erfindung als eine Vorrichtung verwendet werden, um die Wärmezufuhr von der Wärmequelle an unterschiedliche Komponenten des Fahrzeugs zu steuern.

Claims

Eine Wärmemanagementvorrichtung für ein Fahrzeug, das einen Motor (11; 31) und ein Getriebe, ein Ansaugluftmengenregulierventil (12, 13; 32, 33) für den Motor (11; 31), und einen Heizkern (16; 34) zum Erwärmen eines Fahrgastraums enthält, wobei die Wärmemanagementvorrichtung aufweist: eine in dem Fahrzeug angeordnete Wärmequelle; einen Ventilaufwärmabschnitt (14), der das Ansaugluftmengenregulierventil (12, 13; 32, 33) des Motors (11; 31) unter Verwendung der von der Wärmequelle zugeführten Wärme aufwärmt; einen Getriebeaufwärmabschnitt (18; 37), der das Getriebe unter Verwendung der von der Wärmequelle zugeführten Wärme aufwärmt; einen Heizkernaufwärmabschnitt (15), der den Heizkern (16; 34) unter Verwendung der von der Wärmequelle zugeführten Wärme aufwärmt, und einen Wärmemanagementabschnitt (22; 38), der nach Anlassen des Motors (11; 31) die Wärmezufuhr von der Wärmequelle derart steuert, dass die Wärmezufuhr sequenziell in der Reihenfolge Ventilaufwärmabschnitt (14) und Heizkern (16; 34) – dann Heizkern (16; 34) – und dann Ventilaufwärmabschnitt (14) und Getriebeaufwärmabschnitt (18; 37) durchgeführt wird.
Wärmemanagementvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wärmequelle der Motor (11) ist.
Wärmemanagementvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wärmequelle eine Wärmespeichervorrichtung (35) ist, welche Abwärme von dem Motor (31) zurückgewinnt und die Abwärme nach dem Abschalten des Motors (31) speichert.