DE4431351A1 - Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einem Getriebe sowie einem Wärmespeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Brenn­ kraftmaschine und zumindest einem Getriebe, sowie mit einem durch die Brennkraftmaschine und einen Wärmespei­ cher geführten Wärmeträgerkreislauf.

Bekannt ist ein Verfahren zum Erwärmen einer Brennkraft­ maschine mit einem über einen Wärmespeicher geführten Wärmeträgerkreislauf beispielsweise aus der DE 42 14 850 A1. Mittels eines Wärmespeichers kann anschließend an einen Kaltstart eine Brennkraftmaschine schneller auf ihre Betriebstemperatur gebracht werden, wodurch eine Verringerung der Abgasemissionen sowie des Kraftstoffver­ brauches erzielbar ist.

An einem Kraftfahrzeug weitere Maßnahmen zur Erzielung eines geringen Kraftstoffverbrauches sowie reduzierter Abgasemissionen insbesondere in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorlie­ genden Erfindung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Wärme­ trägerkreislauf in wärmeübertragende(r) Verbindung mit dem Getriebe bringbar ist oder steht. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Es wurde erkannt, daß sich sowohl die Achsgetriebe als auch die Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen anschließend an einen Kaltstart der Brennkraftmaschine beim an­ schließenden Los fahren des Kraftfahrzeuges nur sehr lang­ sam erwärmen. In diesen Getrieben treten somit nach einem Kaltabfahren des Kraftfahrzeuges relativ hohe Verluste auf, die durch die hohe Viskosität der in den jeweiligen Getrieben enthaltenen Ölfüllung hervorgerufen werden. Bei den Schaltgetrieben kann es sich dabei um mechanisch schaltbare oder automatisch geschaltete Stufengetriebe oder stufenlose Getriebe handeln; die beiden letztgenann­ ten sind dabei mit einem relativ großen Volumen von Ge­ triebeöl befüllt, das bei zu hoher Viskosität ebenfalls Verluste hervorruft. Eine beschleunigte Erwärmung des Ge­ triebeöles bzw. Getriebe-Schmieröles ist somit erwünscht.

Diese beschleunigte Erwärmung des Getriebes oder sämtli­ cher Getriebe eines Kraftfahrzeuges ist möglich, wenn der über den Wärmespeicher geführte Wärmeträgerkreislauf mit dem Getriebe in wärmeübertragende Verbindung gebracht werden kann. Bevorzugt wird das Getriebeöl des durch den Wärmespeicher zu erwärmenden Getriebes möglichst direkt erwärmt und wird hierzu über einen Wärmetauscher geführt, der sich im Wärmeträgerkreislauf des Wärmespeichers be­ findet. Von besonderem Vorteil ist in diesem Zusammen­ hang, daß anschließend an ein Kaltabfahren des Kraftfahr­ zeuges sich das Getriebe bzw. Getriebeöl nicht nur schneller erwärmt, sondern daß nach einer längeren Fahr­ strecke des Fahrzeuges die im Getriebe anfallende Wärme auch wieder dem Wärmespeicher zugeführt werden kann. Für den folgenden Kaltstartvorgang kann der Wärmespeicher so­ mit nicht nur durch die Abwärme der Brennkraftmaschine, sondern auch durch die Abwärme des oder der Getriebe(s) beladen werden.

Möglich sind verschiedene Anordnungen des Getriebeöl-Wär­ metauschers bezüglich des Wärmeträgerkreislaufes. Reali­ siert werden kann beispielsweise eine Serienschaltung von Wärmespeicher, Brennkraftmaschine und Getriebeöl- Wärmetauscher, wobei heißes Wärmeträgermittel (bevorzugt Kühlwasser der Brennkraftmaschine) den Wärmespeicher ent­ weder in der angedeuteten Reihenfolge oder auch in einer beliebigen anderen Reihenfolge durchströmt. Es ist aber auch möglich, die Brennkraftmaschine sowie den Getrie­ beöl-Wärmetauscher parallel zueinander anzuordnen, so daß ein erster Teilstrom des den Wärmespeicher durchströmen­ den Wärmeträgerkreislaufes die Brennkraftmaschine und ein zweiter Teilstrom den Getriebeöl-Wärmetauscher durch­ strömt. Die Teilströme können durch Drosseln auf die Lei­ stungsanforderungen von Brennkraftmaschinen bzw. Getriebe abgestimmt werden, oder in den jeweiligen Teilzweigen des Wärmeträgerkreislaufes können Sperrventile vorgesehen sein, mit Hilfe derer eine besondere Schaltlogik re­ alisierbar ist. Mit Hilfe dieser Sperrventile ist es mög­ lich, beispielsweise zunächst die Brennkraftmaschine mit heißem Wärmeträgermittel zu beaufschlagen und somit zu erwärmen, bis sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen der Brennkraftmaschine sowie dem Wärmespeicher einge­ stellt hat. Die verbleibende Speicher-Restwärme kann an­ schließend genutzt werden, um das Getriebe über den Ge­ triebeöl-Wärmetauscher zu erwärmen. Eine derartige zeit­ lich versetzte Erwärmung der Komponenten Brennkraftma­ schine und Getriebe durch den Wärmespeicher ist sinnvoll, da sich bei serienmäßigen Kraftfahrzeugen ohnehin das Ge­ triebe deutlich langsamer erwärmt als die Brennkraftma­ schine. Dies bedeutet, daß zum Zeitpunkt des thermischen Gleichgewichtes zwischen der Brennkraftmaschine und dem Wärmespeicher bei üblichen Serien-Kraftfahrzeugen die Temperatur des Getriebes bzw. Getriebeöles deutlich unter derjenigen des durch den Wärmespeicher geführten Wärme­ trägermittels ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden im folgen­ den nochmals zwei Prinzipskizzen bevorzugter Ausführungs­ beispiele erläutert. In diesen beiden Ausführungsbeispie­ len (Fig. 1, Fig. 2) ist mit der Bezugsziffer 1 stets ein Wärmeträgerkreislauf bezeichnet, der mittels einer För­ dervorrichtung 2 (Pumpe) durch einen Wärmespeicher 3, so­ wie durch eine Brennkraftmaschine 4 und einen Getriebeöl- Wärmetauscher 5 geleitet werden kann. Beim Wärmespeicher 3 handelt es sich bevorzugt um einen an sich bekannten Latent-Wärmespeicher.

Die Fördervorrichtung 2 kann eine eigenständig beispiels­ weise mittels eines Elektromotors angetriebene Pumpe sein, die es ermöglicht, den Wärmeträgerkreislauf 1 nur dann über den Wärmespeicher 3 umzuwälzen, wenn aus diesem Wärmespeicher 3 Wärme entnommen werden soll oder wenn diesem Wärmespeicher 3 Wärme zugeführt werden soll. Dane­ ben ist es jedoch auch möglich, den Wärmeträgerkreislauf 1 insbesondere dann, wenn als Wärmeträgermittel das übli­ che Kühlmittel der Brennkraftmaschine 4 verwendet wird, mittels der Kühlmittelpumpe der Brennkraftmaschine 4 um­ zuwälzen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegen die Brenn­ kraftmaschine 4 sowie der Getriebeöl-Wärmetauscher 5 in Reihe im Wärmeträgerkreislauf 1. Bei Umwälzen des Wärme­ trägermittels anschließend an einen Kaltstart der Brenn­ kraftmaschine wird somit nicht nur die Brennkraftmaschine 4 selbst, sondern über den Getriebeöl-Wärmetauscher 5 auch ein nicht gezeigtes Getriebe des Kraftfahrzeuges, dessen Getriebeöl über den Wärmetauscher 5 geführt ist, erwärmt. Mit der Bezugsziffer 6 ist dabei der ölkreislauf des nicht gezeigten Getriebes bezeichnet, der über den Getriebeöl-Wärmetauscher 5 geführt ist.

Auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die glei­ chen Komponenten wie bei Fig. 1 vorgesehen, jedoch sind die Brennkraftmaschine 4 sowie der Getriebeöl-Wärmetau­ scher 5 parallel zueinander angeordnet. Der Wärmeträger- Kreislauf 1 verzweigt sich somit stromab der Fördervor­ richtung 2 in zwei Teilzweige 1a, 1b, wobei der Teilzweig 1a durch die Brennkraftmaschine 4 und der Teilzweig 1b durch den Wärmetauscher 5 führt. Stromab dieser Komponen­ ten sind die beiden Teilzweige 1a, 1b wieder zum Wärme­ träger-Kreislauf 1 zusammengeführt. In den Teilzweigen 1a, 1b sind Sperrventile 7 angeordnet, so daß es möglich ist, wahlweise nur einen der beiden Teilzweige 1a, 1b mit Wärmeträgermittel zu beaufschlagen. Bevorzugt kann hier­ durch anschließend an einen Kaltstart zunächst aus­ schließlich die Brennkraftmaschine 4 erwärmt werden, wäh­ rend erst nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne auch das Sperrventil 7 im Teilzweig 1b geöffnet wird, so daß nun­ mehr zusätzlich - oder auch alternativ - der Getriebeöl- Wärmetauscher 5 mit Wärmeträgermittel beaufschlagt wird. Ebenso ist es möglich, zum Beladen des Wärmespeichers 3 durch die Abwärme der betriebswarmen Komponenten (Brennkraftmaschine 4, Wärmetauscher 5), den Wärmeträger­ kreislauf 1 entsprechend den jeweils günstigsten Randbe­ dingungen ebenfalls nur über einen der beiden Teilzweige 1a, 1b zu leiten. Jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets ergibt sich in erster Linie eine Absenkung des Kraftstoffverbrauchs der Brenn­ kraftmaschine und damit einhergehend auch eine Reduktion von Abgasemissionen, wenn ein Getriebe eines Kraftfahr­ zeuges, sei es das Schaltgetriebe oder auch das Achsge­ triebe, beschleunigt erwärmt wird. Dabei wird mit den be­ schriebenen Maßnahmen der nutzbare Anteil der im Wärme­ speicher 3 gespeicherten Wärme größer, da dieser Speicher 3 tiefer, d. h. verstärkt entladen werden kann, als dies bei alleiniger Erwärmung der Brennkraftmaschine 4 bisher üblich war.

Claims (7)

1. Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und zu­ mindest einem Getriebe, sowie mit einem durch die Brennkraftmaschine (4) und einen Wärmespeicher (3) geführten Wärmeträgerkreislauf (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkreislauf (1) in wärmeübertragende(r) Verbindung mit dem Ge­ triebe bringbar ist oder steht.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkreislauf (1) über einen Wärmetauscher (5) für das (Schmier-)Öl des Getriebes geführt oder führbar ist.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (4) sowie der Getriebeöl-Wärmetauscher (5) in Reihe im Wärmeträgerkreislauf (1) liegen.

4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (4) sowie der Getriebeöl-Wärmetauscher (5) zueinan­ der parallel im Wärmeträgerkreislauf (1) liegen.

5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Teilzweigen (1a, 1b) des zur Brennkraftmaschine (4) und zum Wärmetau­ scher (5) führenden Wärmeträger-Kreislaufes (1) Sperrventile (7) vorgesehen sind.

6. Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger-Kreis­ lauf (1) mit einer eigenständig angetriebenen För­ dervorrichtung (2) versehen ist.

7. Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkreislauf (1) zeitlich versetzt durch die Brennkraftmaschine (4) sowie den Getriebeöl-Wärmetauscher (5) geleitet wird.