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Die
Erfindung betrifft eine Kühleranordnung für ein,en
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten Kühlmittelkreislauf
mit einem ersten Kühlmittelkühler, und
mit einem zweiten Kühlmittelkreislauf
mit einem zweiten Kühlmittelkühler.
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Kühleranordnungen
für einen
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges sind bekannt. Insbesondere werden
solche für
Kraftfahrzeuge mit verschiedenen Aggregaten eingesetzt, deren Betriebstemperaturen unterschiedlich
sind. Bei Hybridfahrzeugen können beispielsweise
der Verbrennungsmotor und der Elektromotor jeweils einem der Kühlmittelkreisläufe zugeordnet
sein.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Kühlung des
Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges zu optimieren.
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Die
Aufgabe ist bei einer Kühleranordnung für einen
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten Kühlmittelkreislauf
mit einem ersten Kühlmittelkühler, und
mit einem zweiten Kühlmittelkreislauf
mit einem zweiten Kühlmittelkühler, dadurch gelöst, dass
eine Verbindung zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten
Kühlmittelkreislauf
vorgesehen ist. Vorteilhaft kann über die Verbindung Wärme zwischen
den Kühlmittelkreisläufen ausgetauscht
werden. Vorteilhaft kann dies abhängig vom Betriebszustand des
zugehörigen
Kraftfahrzeuges erfolgen. In einem Hybridfahrzeug beispielsweise
werden ein konventioneller Verbrennungsmotor und ein Elektromotor
für die
Fortbewegung des Kraftfahrzeuges kombiniert. Aus beiden Motoren
und den dazugehörigen
Nebenaggregaten wie u. a. Getriebe, Leistungselektronik, Batterie
muss Wärme
abgeführt werden,
um die zulässigen
Betriebstemperaturen einzuhalten. Der Verbrennungsmotor und die
Elektrokomponenten arbeiten unter Umständen auf unterschiedlichen
Temperaturniveaus, die durch den ersten Kühlmittelkreislauf und den zweiten
Kühlmittelkreislauf
eingeregelt werden können.
Der erste Kühlmittelkreislauf
und der zweite Kühlmittelkreislauf können im
Wesentlichen separat voneinander betrieben werden und mithin die
unterschiedlichen Temperaturniveaus bereitstellen. Vorteilhaft kann über die Verbindung
zwischen dem ersten und zweiten Kühlmittelkreislauf jedoch Wärme ausgetauscht
werden, um Wärme
für Komponenten
bereitzustellen, so dass diese früher günstige Betriebstemperaturen
erreichen, also schneller in einem optimalen Wirkungsgrad arbeiten
und mithin zur Kraftstoffeinsparung des Kraftfahrzeugs beitragen.
Insbesondere zum Thermomanagement beim Inbetriebnehmen eines kalten Kraftfahrzeuges
mit kalten Aggregaten kann die Verbindung vorteilhaft verwendet
werden, um einen Austausch über
die Kreislaufgrenzen des ersten Kühlmittelkreislaufes und des
zweiten Kühlmittelkreislaufes zu
ermöglichen.
Dies kann insbesondere unmittelbar nach Fahrtbeginn, also mit kalten
Motoren und Kreisläufen,
erfolgen. Vorteilhaft kann beispielsweise die Abwärme aus
einem der beiden Kühlmittelkreisläufe, der
schneller ein höheres
Temperaturniveau erreicht, dem jeweiligen anderen Kühlmittelkreislauf über die Verbindung
zugeführt
werden. Es ist also möglich, diese
Abwärme
nicht an die Umwelt abzugeben, sondern vielmehr über die Verbindung an den jeweiligen anderen
Kühlmittelkreislauf
zu übertragen.
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Vorteilhaft
kann dies beispielsweise erfolgen, falls der Verbrennungsmotor erst
zu einem späteren Zeitpunkt
in Betrieb genommen wird, also das kalte Kraftfahrzeug zunächst mit
Elektroantrieb startet. In diesem Fall kann der Verbrennungsmotor
mittels der Abwärme
des Elektromotors und der zugehörigen Nebenaggregate
vorgewärmt
werden, wodurch sich die Reibungsverluste verringern und auch bessere Emissionswerte
erreicht werden. In einem weiteren Betriebszustand des Kraftfahrzeuges
ist es denkbar, das Getriebe des Antriebsstrangs, das ebenfalls
in kühlem
Zustand vergleichsweise große,
den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs reduzierende Reibungsverluste
verursacht, aufzuwärmen. Üblicherweise
ist das Getriebe dem kühleren
Kühlmittelkreislauf
zugeordnet, wirkt also in diesem als Wärmequelle. Mittels der Verbindung
ist es jedoch möglich,
das höhere
Temperaturniveau des dem Verbrennungsmotor zugeordneten Kühlmittelkreislaufes
zur Vorwärmung
des Getriebes auszunutzen. Dies ist insbesondere denkbar, falls
das Kraftfahrzeug zunächst und/oder überwiegend
mit dem Verbrennungsmotor betrieben wird, dieser also schneller
als das Getriebe seine optimale Betriebstemperatur erreicht, so
dass eine Wärmeübertragung über die
Verbindung zum Getriebe hin sinnvoll möglich ist.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kühleranordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleranordnung eine die Verbindung
steuernde Ventilanordnung aufweist. Die beiden Kühlmittelkreisläufe können über die
Verbindung sowie die Ventilanordnung miteinander gekoppelt werden,
so dass ein Austausch von Kühlmittel
und damit von Wärme
möglich
wird. Die Ventilanordnung kann dazu die entsprechend notwendigen
Kühlmittelströme steuern,
also absperren oder ermöglichen
bzw. steuern und/oder drosseln. Im Fall des kalten stehenden Verbrennungsmotors
kann damit Kühlmittel
aus dem Kühlmittelkreislauf
mit dem niedrigeren Temperaturniveau, beispielsweise dem zweiten
Kühlmittelkreislauf
durch den kalten Verbrennungsmotor geleitet werden, der somit als
Wärmesenke
dient. Der Motor wird aufgewärmt
ohne selber zu laufen, so dass beim eigentlichen Start des Verbrennungsmotors
die Reibung und damit der Verbrauch bereits reduziert sind. Die
im zweiten Kühlmittelkreislauf
entstandene Wärme
wird also im Gesamtkühlsystem gehalten
und nicht an die Umgebung abgegeben. Sobald die Kühlmitteltemperatur
am Austritt des Verbrennungsmotors höher ist als die Temperatur
vor einem Getriebeölkühler des
zweiten Kühlmittelkreislaufes,
kann vorteilhaft die Ventilanordnung so umgeschaltet werden, dass über die
Verbindung angewärmtes
Kühlmittel des
Verbrennungsmotors dem Getriebeölkühler des zweiten
Kühlmittelkreislaufes
zugeführt
werden kann. Vorteilhaft kann so die Reibung im Getriebe schneller
reduziert werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kühleranordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittelkreislauf einem Verbrennungsmotor
des Antriebsstrangs und der zweite Kühlmittelkreislauf einer mit
dem Verbrennungsmotor zusammenwirkenden Aggregateanordnung des Antriebsstrangs
zugeordnet ist. So ist es möglich,
den Verbrennungsmotor auf einem anderen Temperaturniveau zu betreiben
wie die übrige
Aggregateanordnung.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kühleranordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aggregateanordnung einem mit
dem Verbrennungsmotor zusammenwirkenden Elektromotor, eine den Elektromotor
ansteuernde Leistungselektronik und/oder ein mit dem Elektromotor und/oder
dem Verbrennungsmotor zusammenwirkendes Getriebe aufweist. Die Kühleranordnung kann
also vorteilhaft für
verschiedenste Ausführungsformen
von Hybridantrieben, insbesondere Serienhybrid, Parallelhybrid und/oder
Mischformen daraus, verwendet werden. Insbesondere ist es möglich, dem Verbrennungsmotor
mit Hilfe des ersten Kühlmittelkreislaufes
auf einem höheren
Temperaturniveau und die restlichen Hybridkomponenten mit Hilfe
des zweiten Kühlmittelkreislaufes
auf einem vergleichsweise niedrigeren Temperaturniveau zu betreiben.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kühleranordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine erste Verbindungsleitung aufweist,
die stromabwärts
der Aggregateanordnung und stromaufwärts des Verbrennungsmotors zwischen
den ersten und den zweiten Kühlmittelkreislauf
geschaltet ist. Über
die erste Verbindungsleitung kann also Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufes
von der Aggregateanordnung kommend über einen Teilabschnitt des
ersten Kühlmittelkreislaufes
dem Verbrennungsmotor zugeführt
werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kühleranordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittelkreislauf ein erstes
Regelventil aufweist, wobei das erste Regelventil stromaufwärts des
Verbrennungsmotor und stromaufwärts der
ersten Verbindungsleitung angeordnet ist. Mithin kann bei geschlossenem
erstem Regelventil sichergestellt werden, dass sowohl ein Bypasskreislauf
des ersten Kühlmittelkreislaufes
sowie der erste Kühlmittelkühler mit
Kühlmittelfluid
beschickt werden. Diese Schaltstellung des ersten Regelventils ist
also dann sinnvoll, falls der Verbrennungsmotor bei geöffnetem zweitem
Regelventil als Wärmesenke
dient.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kühleranordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine zweite Verbindungsleitung
aufweist, die stromabwärts
des Verbrennungsmotors und stromaufwärts der Aggregateanordnung zwischen
den ersten und den zweiten Kühlmittelkreislauf
geschaltet ist. Über
die zweite Verbindungsleitung kann also Kühlmittel von dem Verbrennungsmotor
herkommend über
einen Teilabschnitt des zweiten Kühlmittelkreislaufes der Aggregateanordnung
zugeführt
werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kühleranordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung ein die zweite
Verbindungsleitung steuerndes zweites Regelventil aufweist. Über das
zweite Regelventil kann die zweite Verbindungsleitung gesperrt,
geöffnet
oder teilweise geöffnet
werden. Mithin kann über
das zweite Regelventil der Wärmeaustausch
bzw. der Austausch von Kühlmittel
zwischen den Kühlmittelkreisläufen gesteuert bzw.
geregelt werden. Vorteilhaft kann dies abhängig vom Betriebszustand des
Kraftfahrzeuges, insbesondere vom jeweiligen Temperaturniveau im Verbrennungsmotor
und in der Aggregateanordnung erfolgen. Ein Schließen des
Regelventils bringt mithin den Kühlmittelstrom
in der zweiten Verbindungsleitung zum Erliegen. Da es sich bei dem
ersten und zweiten Kühlmittelkreislauf
jeweils um ein geschlossenes System handelt, kann durch ein Schließen des zweiten
Regelventils auch ein Überströmen von Kühlmittel über die
erste Verbindungsleitung, die vorzugsweise kein Regelventil aufweist,
im Wesentlichen unterbunden werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kühleranordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine dritte Verbindungsleitung
aufweist, die stromabwärts
des Verbrennungsmotors, stromabwärts
der Leistungselektronik und stromaufwärts des Getriebeölkühlers zwischen
den ersten und den zweiten Kühlmittelkreislauf
geschaltet ist. Vorteilhaft kann also über die dritte Verbindungsleitung,
insbesondere heißes
Kühlmittel,
von dem Verbrennungsmotor herkommend über ein Teilstück des zweiten
Kühlmittelkreislaufes
dem Getriebeölkühler zugeführt werden.
Vorteilhaft ist, dass über
die dritte Verbindungsleitung die Leistungselektronik umgangen werden
kann. So kann es vermieden werden, dass beispielsweise beim Transport
von heißem Kühlmittel
vom Verbrennungsmotor herkommend die Leistungselektronik sich über ihre
zulässige
Betriebstemperatur erhitzen kann.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kühleranordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung ein die dritte
Verbindungsleitung steuerndes drittes Regelventil aufweist. Das
dritte Regelventil kann analog dem zweiten Regelventil den Kühlmittelaustausch über die
dritte Verbindungsleitung steuern bzw. regeln. Bevorzugt ist das
zweite Regelventil geschlossen, falls das dritte Regelventil geöffnet werden
soll. Vorzugsweise ist das zweite Regelventil stromaufwärts der
Leistungselektronik in den zweiten Kühlmittelkreislauf geschaltet.
Mithin kann ein Absperren des zweiten Regelventils bei gleichzeitigem Öffnen des
dritten Regelventils die dritte Verbindungsleitung als Bypass zur
Leistungselektronik schalten, so dass diese auf keinen Fall mit
dem heißen
Kühlmittel
des Verbrennungsmotors beaufschlagt werden kann.
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Die
Aufgabe ist außerdem
bei einem Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer Kühleranordnung,
insbesondere mit einer oben näher
beschriebenen Kühleranordnung,
durch folgenden Schritt gelöst: Übertragen
von Wärme
zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf
und dem zweiten Kühlmittelkreislauf.
So ist es möglich,
dass die beiden Kühlmittelkreisläufe je nach
Betriebszustand als Wärmesenke
oder Wärmequelle
für den
jeweiligen anderen Kühlmittelkreislauf
verschaltet sind.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet: Übertragen
der Wärme
von der Aggregateanordnung als Wärmequelle
auf den Verbrennungsmotor als Wärmesenke.
Vorteilhaft kann dies beim Warmlaufen des Fahrzeuges überwiegend
betrieben mit dem Elektromotor erfolgen. Dabei steigt die Temperatur
im zweiten Kühlmittelkreislauf
schneller an als im ersten Kühlmittelkreislauf,
wodurch ein Wärmetransport
vom zweiten Kühlmittelkreislauf
in den ersten Kühlmittelkreislauf
ermöglicht
wird.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet: Einspeisen
von erwärmtem
Kühlmittel von
dem zweiten Kühlmittelkreislauf
in den ersten Kühlmittelkreislauf über die
erste Verbindungsleitung und Einspeisen von abgekühltem Kühlmittel
von dem ersten Kühlmittelkreislauf
in den zweiten Kühlmittelkreislauf über die
zweite Verbindungsleitung. So kann also über die erste und zweite Verbindungsleitung
ein weiterer Kühlmittelkreislauf,
der dem ersten und zweiten Kühlmittelkreislauf überlagert
sein kann, erfolgen. Vorteilhaft kann hierdurch der Verbrennungsmotor
durch die Abwärme
der Aggregateanordnung aufgewärmt
werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet: Sperren
der dritten Verbindungsleitung mittels des dritten Regelventils
und Freigabe der zweiten Verbindungsleitung mittels des zweiten
Regelventils. Mittels der Regelventile kann also der gewünschte Kühlmittelaustausch
gesteuert bzw. geregelt werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet: Übertragen
von Wärme
von dem Verbrennungsmotor als Wärmequelle
auf das Getriebe der Aggregateanordnung als Wärmesenke. Durch diesen Schritt
ist es also möglich,
mittels des warmen Verbrennungsmotors das Getriebe schnellstmöglich auf
seine Betriebstemperatur zu erwärmen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet: Einspeisen
von erwärmtem
Kühlmittel vom
ersten Kühlmittelkreislauf
in den zweiten Kühlmittelkreislauf über die
dritte Verbindungsleitung und Einspeisen von abgekühltem Kühlmittel
von dem zweiten Kühlmittelkreislauf
in den ersten Kühlmittelkreislauf über die
erste Verbindungsleitung. So ist es also möglich, über die erste und dritte Verbindungsleitung
einen, insbesondere dem ersten und zweiten Kühlmittelkreislauf überlagerten,
weiteren Kühlmittelkreislauf
zu ermöglichen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet: Sperren
der zweiten Verbindungsleitung mittels des zweiten Regelventils
und Freigeben der dritten Verbindungsleitung mittels des dritten
Regelventils. Über
das zweite und dritte Regelventil kann also der entsprechende Kühlmittelaustausch zwischen
dem ersten und zweiten Kühlmittelkreislauf gesteuert
bzw. geregelt werden.
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Die
Aufgabe ist außerdem
bei einem Kraftfahrzeug, insbesondere mit Hybridantrieb, durch eine wie
oben beschrieben ausgeführte
Kühleranordnung gelöst.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel
im Einzelnen beschrieben ist.
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Die
einzige 1 zeigt ein Schaltschema einer
Kühleranordnung
mit einem ersten Kühlmittelkreislauf
und einem zweiten Kühlmittelkreislauf
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1 zeigt
eine Kühleranordnung 1 mit
einem ersten Kühlmittelkreislauf 3 und
einem zweiten Kühlmittelkreislauf 5.
Der erste Kühlmittelkreislauf 3 weist
einen ersten Kühlmittelkühler 7 auf.
Der zweite Kühlmittelkreislauf 5 weist
einen zweiten Kühlmittelkühler 9 auf.
Zur Belüftung
der Kühlmittelkühler 7 und 9 kann
die Kühleranordnung 1 einen
Lüfter 10 aufweisen,
beispielsweise einen elektrisch angetriebenen und/oder mit einem
Verbrennungsmotor 11 gekoppelten, insbesondere temperaturabhängig gekoppelten,
vorzugsweise temperaturabhängig
gesteuerten, Lüfter.
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Der
erste Kühlmittelkreislauf 3 ist
dem Verbrennungsmotor 11 zugeordnet. Der zweite Kühlmittelkreislauf 5 ist
einer Aggregateanordnung 13 zugeordnet. Die Aggregateanordnung 13 weist
eine Leistungselektronik 15, einen Elektromotor 17 sowie
ein Getriebe 19 auf, die zusammen mit dem Verbrennungsmotor 11 Teile
eines Antriebsstrangs 21 eines Kraftfahrzeuges 23 sein
können.
Bei dem Kraftfahrzeug 23 kann es sich um ein Fahrzeug mit
Hybridantrieb handeln, wobei der Verbrennungsmotor 11 gemeinsam
mit dem Elektromotor 17 als Antriebsquelle des Kraftfahrzeugs 23 dienen.
Hierzu kann das Getriebe 19 weiteren, in 1 nicht
dargestellten Antriebsaggregaten des Kraftfahrzeuges 23 zugeordnet werden.
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Der
Verbrennungsmotor 11 kann mittels des ersten Kühlmittelkreislaufes 3 gekühlt bzw.
auf Betriebstemperatur gehalten werden. Hierzu ist der Verbrennungsmotor 11 über eine
erste Kühlleitung 25 stromabwärts mit
dem ersten Kühlmittelkühler 7 verbunden.
Der erste Kühlmittelkühler 7 ist
stromabwärts über eine
zweite Kühlmittelleitung 27 mit
einem ersten Regelventil 29 verbunden. Das erste Regelventil 29 ist
stromabwärts über eine
dritte Kühlmittelleitung 31 mit
einer ersten Kühlmittelpumpe 33 des ersten
Kühlmittelkreislaufes 3 verbunden.
Die erste Kühlmittelpumpe 33 ist
stromabwärts
dem Verbrennungsmotor 11 des Kraftfahrzeugs 23 zugeordnet.
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Zwischen
die erste Kühlmittelleitung 25 und das
erste Regelventil 29 ist eine Bypassleitung 35 geschaltet.
Die Kühlmittelleitungen 25, 27 und 31,
die Bypassleitung 35, die erste Kühlmittelpumpe 33 sowie
das erste Regelventil 29 bilden einen Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf
mit kleinem Bypass-Kühlmittelkreislauf
für den
Verbrennungsmotor 11. Unabhängig von dem zweiten Kühlmittelkreislauf 5 kann der
erste Kühlmittelkreislauf 3 beim
Hochfahren des Verbrennungsmotors wie folgt betrieben werden. Bei kaltem
Verbrennungsmotor 11 kann die erste Kühlmittelpumpe 33 abgeschaltet
werden, so dass sich keinerlei Kühlmittelzirkulation
ergibt. Insbesondere im Falle einer mechanischen Kopplung der ersten Kühlmittelpumpe
an den Verbrennungsmotor kann auch vorgesehen werden, dass die Pumpe
gegen einen geschlossenen Kreislauf arbeitet, wodurch gegebenenfalls
bis auf einen geringen Leckagestrom kein Kühlmittel umgewälzt wird.
Sobald erste Teile des Verbrennungsmotors 11 die maximal
zulässige
Betriebstemperatur erreichen, kann die erste Kühlmittelpumpe 33 das
Kühlmittel
des ersten Kühlmittelkreislaufes 3 umwälzen. Dazu
kann zunächst
das erste Regelventil 29 so geschaltet werden, dass dieses
einen Fluidstrom von der Bypassleitung 35 in die dritte Kühlmittelleitung 31 ermöglicht und
einen Fluidstrom von der zweiten Kühlmittelleitung 27 in
die dritte Kühlmittelleitung 31 absperrt.
Der Verbrennungsmotor 11 wird also über einen Bypasskreislauf oder
klei nen Kühlmittelkreislauf über die
Bypassleitung 35 unter Auslassung des ersten Kühlmittelkühlers 7 betrieben. Sobald
die Kühlmitteltemperatur
im kleinen Kühlkreislauf
einen maximal zulässigen
Wert übersteigt, kann
das erste Regelventil 29 dosiert einen Zustrom von kaltem
Kühlmittel
von der zweiten Kühlmittelleitung 27 in
die dritte Kühlmittelleitung 31 zulassen. Gleichzeitig
kann dabei der Kühlmittelstrom
in der Bypassleitung 35 entsprechend durch das erste Regelventil 29 gedrosselt
werden.
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Der
zweite Kühlmittelkühler 9 ist
stromabwärts über eine
vierte Kühlmittelleitung 37 mit
einem zweiten Regelventil 39 verbunden. Das zweite Regelventil 39 ist über eine
fünfte
Kühlmittelleitung 41 stromabwärts mit
einem dritten Regelventil 43 verbunden. In die fünfte Kühlmittelleitung 41 ist
eine zweite Kühlmittelpumpe 45 zur
Umwälzung
des Kühlmittels
im zweiten Kühlmittelkreislauf 5 geschaltet. Stromabwärts der
zweiten Kühlmittelpumpe 45 ist mittels
einer Parallelkühlmittelleitung 47 die
Leistungselektronik 15 zur fünften Kühlmittelleitung 41 parallel
geschaltet. Mittels der Parallelkühlmittelleitung 47 kann
also ein Teil des von der zweiten Kühlmittelpumpe 45 geförderten
Kühlmittels
an der Leistungselektronik 15 zur Kühlung derselben vorbeigeführt werden.
Das dritte Regelventil 43 ist stromabwärts mittels einer sechsten
Kühlmittelleitung 49 an das
Getriebe 19 des Antriebsstrangs 21 des Kraftfahrzeugs 23 angeschlossen.
Das Getriebe 19 beziehungsweise ein entsprechender Getriebeölkühler des
Getriebes 19 ist stromabwärts mittels einer siebten Kühlmittelleitung 51 an
den zweiten Kühlmittelkühler 9 angeschlossen.
Der Elektromotor 17 ist mittels einer Elektromotorkühlmittelleitung 53 an
die fünfte
Kühlmittelleitung 41 und
an die siebte Kühlmittelleitung 51 angeschlossen.
Dabei zweigt die Elektromotorkühlmittelleitung 53 stromabwärts der
Leistungselektronik 15 und stromaufwärts des dritten Regelventils 43 zum
Elektromotor 17 hin ab und mündet stromabwärts des
Getriebes 19 in die siebte Kühlmittelleitung 41 des
zweiten Kühlmittelkreislaufes 5.
Mithin sind der Elektromotor 17 und das Getriebe 19 fluidisch
parallel in dem zweiten Kühlmittelkreislauf 5 geschaltet,
wobei das dritte Regelventil 43 das Ver hältnis der
Flussrate durch entsprechendes Absperren oder Drosseln der sechsten
Kühlmittelleitung 49 steuern
kann.
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Stromabwärts des
Elektromotors 17 und des Getriebes 19 ist eine
erste Verbindungsleitung 55 abgezweigt, die stromabwärts in die
dritte Kühlmittelleitung 31 des
ersten Kühlmittelkreislaufes 3 mündet. Über die
erste Verbindungsleitung 55 sind also der erste Kühlmittelkreislauf 3 und
der zweite Kühlmittelkreislauf 5 fluidisch
miteinander verbunden. Das zweite Regelventil 39 des zweiten
Kühlmittelkreislaufes 5 ist
stromaufwärts
mittels einer zweiten Verbindungsleitung 57 an die erste
Kühlmittelleitung 25 des ersten
Kühlmittelkreislaufes 3 angeschlossen.
Außerdem
ist das dritte Regelventil 43 mittels einer dritten Verbindungsleitung 59 stromaufwärts ebenfalls an
die erste Kühlmittelleitung 25 des
ersten Kühlmittelkreislaufes 3 angeschlossen.
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Im
Folgenden werden verschiedene Thermomanagementstrategien unter Bezug
auf die 1 beschrieben, wobei jeweils
Wärme zwischen
dem ersten Kühlmittelkreislauf 3 und
dem zweiten Kühlmittelkreislauf 5 übertragen
wird.
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In
einem ersten Betriebszustand des Fahrzeuges 23, insbesondere
nach einem Start mit kalten Aggregaten, kann das Kraftfahrzeug überwiegend mittels
des Elektromotors 17 angetrieben werden. In diesem Betriebszustand
wirkt die Aggregateanordnung 13, also die Leistungselektronik 15,
der Elektromotor 17 sowie das Getriebe 19 als
Wärmequelle. Die
von der Aggregateanordnung 13 erzeugte Wärme wird
auf das Kühlmittel
des zweiten Kühlmittelkreislaufes 5 übertragen.
In diesem Betriebszustand ist der Verbrennungsmotor 11 nicht
in Betrieb, mithin verhältnismäßig kühl. Es ist
jedoch wünschenswert, vor
Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors 11, diesen so wert
wie möglich
vorzuwärmen,
um unerwünschte
Emissionen sowie hohe Reibwerte auf ein Minimum zu reduzieren. Um
dies zu erreichen, kann das zweite Regelventil 39 so geschaltet
werden, dass die zweite Verbindungslei tung 57 über das
zweite Regelventil 39 und die fünfte Kühlmittelleitung 41 an die
zweite Kühlmittelpumpe 45 des
zweiten Kühlmittelkreislaufes 5 angeschlossen
ist. Außerdem
kann das zweite Regelventil 39 so geschaltet werden, dass die
vierte Kühlmittelleitung 37 nicht
mit der fünften Kühlmittelleitung 41 des
zweiten Kühlmittelkreislaufes 5 verbunden
ist. Mithin herrscht im zweiten Kühlmittelkühler 9 des zweiten
Kühlmittelkreislaufes 4 Stillstand,
das darin befindliche Kühlmittel
wird also nicht umgewälzt.
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Angetrieben
von der zweiten Kühlmittelpumpe 45 sowie
der ersten Kühlmittelpumpe 33,
falls der Verbrennungsmotor läuft,
ergibt sich also ein Kreislauf, beginnend von der zweiten Kühlmittelpumpe 45 über die
fünfte
Kühlmittelleitung 41,
die dazu parallel geschaltete Parallelkühlmittelleitung 47 und
die daran angeschlossene Leistungselektronik 15, die Elektromotorkühlmittelleitung 53 sowie
den daran angeschlossenen Elektromotor 17, die siebte Kühlmittelleitung 51,
die erste Verbindungsleitung 55, die dritte Kühlmittelleitung 31 sowie
die daran angeschlossene erste Kühlmittelpumpe 33 sowie
den an diese angeschlossenen Verbrennungsmotor 11, über die
erste Kühlmittelleitung 25 des
ersten Kühlmittelkreislaufes 3 schließlich über die
zweite Verbindungsleitung 57, das zweite Regelventil 39 und
die fünfte
Kühlmittelleitung 41 wieder
zurück
zur zweiten Kühlmittelpumpe 45 des
zweiten Kühlmittelkreislaufes 5.
Außerdem ergibt
sich je nach Öffnungsstellung
des dritten Regelventils 43 ein abgezweigter paralleler
Fluss zur Elektromotorkühlmittelleitung 53 vom
dritten Regelventil 43 über
die sechste Kühlmittelleitung 49 über das
Getriebe 19 und schließlich über die
siebte Kühlmittelleitung 51 in
die erste Verbindungsleitung 55.
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Es
ist also möglich,
von der Aggregateanordnung 13 erwärmtes Kühlmittel von dem ersten Kühlmittelkreislauf 3 über die
erste Verbindungsleitung 55 dem Verbrennungsmotor 11 zuzuführen, der
in diesem Betriebszustand als Wärmesenke
dient. Es ist zu erkennen, dass durch eine entsprechende Abriegelung
des zweiten Regelventils 39 die gesamte Abwärme der
Aggrega teanordnung 13 innerhalb des Triebstangs 21 des
Kraftfahrzeugs 23 gehalten wird. Es sind also in diesem
Betriebszustand sowohl der erste Kühlmittelkühler 7 wie auch der
zweite Kühlmittelkühler 9 nicht
durchströmt,
so dass wirkungsvoll jegliche Abgabe von Wärme an die Umwelt unterbleibt.
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In
einem weiteren Betriebszustand des Kraftfahrzeuges 23 kann
die Kühlmitteltemperatur
des Kühlmittels
in der ersten Kühlmittelleitung 25 die Kühlmitteltemperatur
stromabwärts
des Getriebes 19 in der siebten Kühlmittelleitung 51 übersteigen.
In diesem Betriebszustand kann es also wünschenswert sein, das Getriebe 19 mittels
der Abwärme
des Verbrennungsmotors 11 aufzuwärmen, also den Verbrennungsmotor 11 als
Wärmequelle
und das Getriebe 19 als Wärmesenke zu verwenden. Dieser
Betriebszustand ist beispielsweise dann gegeben, falls der Verbrennungsmotor 11 bereits
seine Betriebstemperatur vollständig
erreicht hat, also beispielsweise das erste Regelventil 29 bereits
so geschaltet ist, dass der Kühlmittelfluss
des ersten Kühlmittelkreislaufes 3 zumindest
teilweise über
den ersten Kühlmittelkühler 7 geführt wird.
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Dabei
ist es möglich,
einen Teil oder den gesamten Kühlmittelstrom
von dem Verbrennungsmotor 11 herrührend aus der ersten Kühlmittelleitung 25 in
die dritte Verbindungsleitung 59 abzuzweigen, also dem
dritten Regelventil 43 zuzuführen.
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In
diesem Betriebszustand kann das dritte Regelventil 43 so
geschaltet sein, dass es die dritte Verbindungsleitung 59 mit
der sechsten Kühlmittelleitung 49 verbindet
und die fünfte
Kühlmittelleitung 41 ganz
oder teilweise absperrt. Der Verbrennungsmotor 11 ist also
stromabwärts über die
erste Kühlmittelleitung 25,
die dritte Verbindungsleitung 59, das dritte Regelventil 43 und
schließlich
die sechste Kühlmittelleitung 49 mit
dem Getriebe 19 verbunden. Die siebte Kühlmittelleitung 51 ist
wiederum über
die erste Verbindungslei tung 55, die dritte Kühlmittelleitung 31 sowie
die erste Kühlmittelpumpe 33 stromabwärts mit dem
Verbrennungsmotor 11 verbunden.
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Über diese
Verbindung kann also die über die
dritte Verbindungsleitung 59 entnommene Kühlmittelmenge
entsprechend von dem zweiten Kühlmittelkreislauf 5 wieder
dem ersten Kühlmittelkreislauf 3 zurückgeführt werden.
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Es
ergibt sich also ein dritter Kühlmittelkreislauf,
der sich dem ersten Kühlmittelkreislauf 3 teilweise überlagert.
Außerdem
ist der beschriebene dritte Kühlmittelkreislauf
in diesem Betriebszustand von dem zweiten Kühlmittelkreislauf 5 je
nach Schaltstellung des dritten Regelventils 43 getrennt
beziehungsweise diesem lediglich in der siebten Kühlmittelleitung 51 nach
der Einmündung
der Elektromotorkühlmittelleitung 53 überlagert.
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Dies
ist notwendig, da eine Kühlung
der Leistungselektronik 15 stets notwendig ist. Hierzu
wird durch die zweite Kühlmittelpumpe 45 Kühlmittel
innerhalb des zweiten Kühlmittelkreislaufes 5 umgewälzt, wobei
jedoch das Getriebe 19 mittels des dritten Regelventils 43 von
dieser Umwälzung
abgeschnitten ist. Um diese Umwälzung
zu ermöglichen, ist
das zweite Regelventil 39 so geschaltet, dass die zweite
Verbindungsleitung 57 abgesperrt ist und die vierte Kühlmittelleitung 37 entsprechend
der benötigten
Kühlmittelmenge
ganz oder teilweise mit der fünften
Kühlmittelleitung 41 verbunden
ist. Es ergibt sich also stromabwärts des dritten Regelventils 43 und stromaufwärts der
Abzweigung der ersten Verbindungsleitung 55 an der siebten
Kühlmittelleitung 51 ein
Kühlmittelstrom,
der genau der dem ersten Kühlmittelkreislauf 3 entnommenen
Kühlmittelmenge
entspricht. Es ist jedoch auch denkbar, das dritte Regelventil zumindest
teilweise zwischen der fünften
Kühlmittelleitung 41 und
der sechsten Kühlmittelleitung 49 zu öffnen, wobei
sich dann in dem beschriebenen Abschnitt des zweiten Kühlmittelkreislaufes 5 ein
erhöhter
Kühlmittelstrom
ergibt, der genau um die dem ersten Kühlmittelkreislauf 3 entnommene
Kühlmittelmenge
erhöht
ist.
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Es
ist zu erkennen, dass in diesem Betriebszustand stets eine Kühlung der
Leistungselektronik 15 gewährleistet ist und durch die
Einmündung
der dritten Verbindungsleitung 59 stromabwärts der
Leistungselektronik 15 und stromaufwärts des Getriebes 19 dennoch
das Getriebe 19 als Wärmesenke
für den Verbrennungsmotor 11 verwendet
werden kann, das Getriebe 19 also schnellstmöglich auf
seine Betriebstemperatur gebracht werden kann. Neben dem Getriebe 19 als
Wärmesenke
fungiert auch der erste Kühlmittelkühler 7 des
ersten Kühlmittelkreislaufs 3 als
Wärmesenke
für den
Verbrennungsmotor 11 in der genannten Schaltstellung der
Ventile 29, 39 und 43, sodass eine Überhitzung
des Verbrennungsmotors 11 ausgeschlossen ist.
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Durch
das beschriebene Thermomanagement kann eine optimierte Warmlaufstrategie
für den Verbrennungsmotor 11 sowie
die Aggregateanordnung 13 gewährleistet werden. Hierzu müssen die Regelventile 29, 39 sowie 43 die
entsprechenden Temperaturverläufe
des Verbrennungsmotors 11 sowie der Aggregateanordnung 13 überwachen
und eine entsprechende Schließ- und/oder Öffnungsstellung
einnehmen. Zur Ansteuerung der Ventile 29, 39 sowie 43 kann
auch eine mit entsprechenden Temperatursensoren und/oder weiteren
Sensoren gekoppelte zentrale Regeleinheit ausgelegt zur Temperaturregelung
des Verbrennungsmotors 11 sowie der damit zusammenwirkenden
Aggregateanordnung 13 verwendet werden.