DE102009040259B4

DE102009040259B4 - Kühlanordnung und Verfahren zum Kühlen eines Getriebes

Info

Publication number: DE102009040259B4
Application number: DE102009040259.4A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Bartusch Christian; Dipl.-Ing. Burger Stephan
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2025-01-16
Anticipated expiration: 2029-09-05
Also published as: DE102009040259A1

Abstract

Kühlanordnung zum Kühlen eines Getriebes eines Fahrzeugs, mit einer elektrisch betreibbaren Fördereinrichtung (14), mittels welcher ein Wärmetauscher mit einem Kühlmedium beaufschlagbar ist, wobei der Wärmetauscher mit einem zu kühlenden Fluid des Getriebes beaufschlagbar ist, und eine Auswerteeinrichtung (16) zum Ermitteln eines Fahrzustands (20, 28, 32) des Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei eine Leistung der Fördereinrichtung (14) in Abhängigkeit von dem mittels der Auswerteeinrichtung (16) ermittelten Fahrzustand (20, 28, 32) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) zum Klassifizieren eines Fahrstils (20) eines Fahrers des Fahrzeugs ausgelegt ist, wobei die Leistung der Fördereinrichtung (14) in Abhängigkeit von dem ermittelten Fahrstil (20) unabhängig von einer Temperatur (12) des zu kühlenden Fluids des Getriebes einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zum Kühlen eines Getriebes eines Fahrzeugs, mit einer Fördereinrichtung, mittels welcher ein Wärmetauscher mit einem Kühlmedium beaufschlagbar ist, wobei der Wärmetauscher mit einem zu kühlenden Fluid des Getriebes beaufschlagbar ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Kühlen eines Getriebes eines Fahrzeugs.
Aus DE 199 42 728 A1 ist ein Kühlkreislauf für einen Kraftfahrzeugantrieb bekannt. Ein Motor ist mit mindestens einem Radiator über eine Zufuhr- und eine Abfuhrleitung verbunden, wobei in die Leitungen ein Wärmetauscher eingesetzt ist sowie ein Thermostat und eine Umwälzpumpe. Im Kühlkreislauf ist eine zusätzliche Pumpe derart angeordnet, dass entweder der Thermostat oder der Motor mit einem Teilkühlmittelstrom überbrückt bzw. überlagert wird.
Aus EP 0 965 737 A2 ist ein Verfahren zur Regelung einer Betriebstemperatur eines Motors bekannt. Der Motor weist ein Kühlsystem auf, welches umfasst: (i) eine Kühlerbaugruppe, die einen Kühler und einen Lüfter, der von einem elektrischen Lüftermotor angetrieben wird, umfasst; (ii) einen den Motor und den Kühler miteinander verbindenden Kühlmittelkreislauf zum Zirkulieren von Kühlmittel; (iii) einen Umgehungskreislauf, der mit dem Kühlmittelkreislauf verbunden ist, so dass Kühlmittel den Kühler umgehen kann; (iv) eine elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe mit variabler Drehzahl, die im Kühlmittelkreislauf angeordnet ist, um Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf zu pumpen; (v) eine Regelventilkonstruktion, die so konstruiert und angeordnet ist, dass sie den Massendurchsatz von Kühlmittel durch den Kühler regelt; (vi) einen Motortemperatursensor zum Erfassen einer Temperatur des Motorkühlmittels; (vii) einen Kühlertemperatursensor zum Erfassen einer Temperatur, die Rückschlüsse auf eine Temperatur an dem besagten Kühler ermöglicht; und (viii) ein Steuergerät, das auf wirksame Weise mit dem elektrischen Lüftermotor, der Kühlmittelpumpe, der Regelventilkonstruktion, dem Motortemperatursensor und dem Kühlertemperatursensor verbunden ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (a) Bestimmen einer Isttemperatur der aus dem Kühler austretenden Luft oder des Kühlmittels an einem Auslass des Kühlers und Vergleichen der besagten Isttemperatur mit einer maximalen Zieltemperatur; (b) auf der Basis der Differenz zwischen der besagten Isttemperatur und der besagten maximalen Zieltemperatur Regeln der Drehzahl des elektrischen Lüftermotors, um die Kühlleistung des Kühlers zu verbessern; (c) Bestimmen eines Anstiegs der Kühlmitteltemperatur im Motor und Vergleichen des Temperaturanstiegs mit einem Ziel-Anstieg der Temperatur des Motorkühlmittels; und (d) auf der Basis der Differenz zwischen dem besagten Anstieg der Kühlmitteltemperatur und dem besagten Ziel-Temperaturanstieg des Motorkühlmittels Betätigen der besagten Regelventilkonstruktion und Regeln der Kühlmittelpumpe, um einen Massendurchsatz von Kühlmittel durch den Kühler zu steuern, wodurch die Betriebstemperatur des Motors angepasst wird.
Aus US 2004 / 0 069 546 A1 ist ein Verfahren bekannt, um eine optimale thermische Umgebung in einem hybriden elektrischen Fahrzeug herzustellen. Das Verfahren zur Steuerung der Temperaturen im Bereich Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs verwendet verschiedene Sensoren und Signale. Es sind Schritte zur Steuerung der Temperatur des Motor-Kühlmittels, zur Steuerung der Temperatur des Endes der Statorwicklung eines Elektromotors, zur Steuerung der Temperatur einer Getriebe-Flüssigkeit, zur Herabsetzung der elektrischen Leistung und zur Steuerung eines elektrischen Wasserventils vorgesehen.
Die DE 103 01 314 A1 beschreibt einen Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeuggetriebe. Über den Kühlkreislauf ist ein Getriebefluid einem Wärmetauscher zuführbar, durch welchen Motorkühlmittel strömt. Das Motorkühlmittel wird in einem Motorkühlmittel/Luft-Wärmetauscher gekühlt. Der Kühlkreislauf zum Kühlen des Getriebefluids umfasst einen zweiten Wärmetauscher, welcher ebenfalls mittels Luft kühlbar ist. Über Ventile ist steuerbar, ob der luftgekühlte Wärmetauscher des Kühlkreislaufs mit dem Getriebefluid beaufschlagt werden soll. Dies ist beispielweise dann der Fall, wenn das Getriebe auf Grund hoher Beanspruchung vergleichsweise viel Wärme freisetzt und auf das Getriebefluid überträgt. In diesem Fall wird also das Getriebefluid mittels des Motorkühlmittels und mittels Luft gekühlt.
Als nachteilig bei einer derartigen Kühlanordnung ist der Umstand anzusehen, dass es bei starker Beanspruchung des Getriebes dennoch zu einer vergleichsweise hohen thermischen Belastung des Getriebes kommen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Kühlanordnung der eingangs genannten Art und ein verbessertes Verfahren zum Kühlen eines Getriebes eines Fahrzeugs zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Kühlanordnung zum Kühlen eines Getriebes eines Fahrzeugs umfasst eine elektrisch betreibbare Fördereinrichtung, mittels welcher ein Wärmetauscher mit einem Kühlmedium beaufschlagbar ist. Der Wärmetauscher ist mit einem zu kühlenden Fluid des Getriebes beaufschlagbar. Des Weiteren ist eine Auswerteeinrichtung zum Ermitteln eines Fahrzustands des Fahrzeugs vorgesehen, wobei eine Leistung der Fördereinrichtung in Abhängigkeit von dem mittels der Auswerteeinrichtung ermittelten Fahrzustand einstellbar ist. Die Auswerteeinrichtung ist zum Klassifizieren eines Fahrstils eines Fahrers des Fahrzeugs ausgelegt, wobei die Leistung der Fördereinrichtung in Abhängigkeit von dem ermittelten Fahrstil unabhängig von einer Temperatur des zu kühlenden Fluids des Getriebes einstellbar ist.
Die Fördereinrichtung kann also bedarfsgerecht angesteuert werden. Die Ansteuerung kann beispielsweise durch einen Temperaturregler erfolgen.
Insbesondere kann bei einem zu erwartenden dynamischen Fahrzustand und einem damit einhergehenden hohen Wärmeeintrag des Getriebes in das zum Kühlen des Getriebes vorgesehene Fluid präventiv gekühlt werden. Dann ist das Fahrzeug besonders lange in einem Grenzbereich bewegbar, in welchem das Getriebe einer hohen Beanspruchung ausgesetzt ist und somit besonders viel Wärme in das Fluid einträgt.
Auch kann die Leistung der Fördereinrichtung auf einen besonders geringen Wert, insbesondere auf einen Wert von Null, eingestellt werden, wenn ein das Getriebe besonders wenig beanspruchender Fahrzustand ermittelt wird.
Ergänzend oder alternativ kann die Leistung der Fördereinrichtung dann erhöht werden, wenn aufgrund des Fahrzustands des Fahrzeugs besonders viel Energie zum Betreiben der Fördereinrichtung zur Verfügung steht, und zwar auch dann, wenn die mit dem Fahrzustand korrespondierende Temperatur des Fluids des Getriebes gar kein besonders starkes Kühlen des Fluids notwendig macht. Das präventiv gekühlte Fluid steht dann in einem vergleichsweise kalten Zustand zur Verfügung und ermöglicht es so, die Fördereinrichtung auch dann noch mit einer besonders geringen Leistung zu betreiben, wenn anschließend das Getriebe stärker beansprucht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mittels der Auswerteeinrichtung eine Längsbeschleunigung und/oder eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder ein Bewegen eines Fahrpedals und/oder eines Bremspedals des Fahrzeugs auswertbar. Hierbei kann die Auswerteeinrichtung insbesondere zum Klassifizieren eines Fahrstils eines Fahrers des Fahrzeugs und zum Einstellen der Leistung der Fördereinrichtung in Abhängigkeit von dem ermittelten Fahrstil unabhängig von einer Temperatur des zu kühlenden Fluids des Getriebes ausgelegt sein. Es kann also aufgrund von Beschleunigungen des Fahrzeugs und/oder aufgrund des Bewegens von Fahrpedal und Bremspedal darauf geschlossen werden, dass der Fahrer als einen besonders dynamischen Fahrstil aufweisend klassifizierbar ist. Dann kann die Fördereinrichtung bereits mit einer hohen Leistung betrieben werden, auch wenn das Fluid des Getriebes noch nicht eine sehr hohe Temperatur erreicht hat. Diese Art der Einstellung der Leistung der Fördereinrichtung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Fahrzeug ohnehin bereits das Klassifizieren des Fahrstils des Fahrers anhand der Auswertung von Beschleunigungen und/oder Bewegungen von Fahrpedal bzw. Bremspedal und/oder aufgrund von angeforderten Schaltvorgängen und/oder aufgrund der Auswahl einer voreingestellten Fahrdynamik durch den Fahrer ermöglicht.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn mittels der Auswerteeinrichtung ein Schubbetriebszustand und/oder ein Zugbetriebszustand eines Antriebsaggregats des Fahrzeugs und/oder ein im Wesentlichen konstanter Fahrzustand des Fahrzeugs ermittelbar ist. Wenn sich das Fahrzeug in einem Schubbetriebszustand befindet, wird vom Generator elektrische Energie bereitgestellt. Diese kann dann genutzt werden, um die Fördereinrichtung anzutreiben. Durch das damit einhergehende Kühlen des Fluids des Getriebes kann gegebenenfalls auf ein Antreiben der Fördereinrichtung ganz verzichtet werden, wenn der Fahrzustand des Fahrzeugs wieder mit einer höheren thermischen Belastung des Fluids einhergeht. Dadurch ist eine Verbrauchseinsparung beim Betreiben der Fördereinrichtung erreichbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum Kühlen eines Getriebes eines Fahrzeugs mittels einer Kühlanordnung geschaffen, bei welchem eine elektrisch betreibbare Fördereinrichtung einen Wärmetauscher mit einem Kühlmedium beaufschlagt und bei welchem der Wärmetauscher mit einem zu kühlenden Fluid des Getriebes beaufschlagt wird. Hierbei ermittelt eine Auswerteeinrichtung einen Fahrzustand des Fahrzeugs, und eine Leistung der Fördereinrichtung wird in Abhängigkeit von dem mittels der Auswerteeinrichtung ermittelten Fahrtzustand eingestellt. Die Auswerteeinrichtung ist zum Klassifizieren eines Fahrstils (20) eines Fahrers des Fahrzeugs ausgelegt, wobei die Leistung der Fördereinrichtung in Abhängigkeit von dem ermittelten Fahrstil unabhängig von einer Temperatur des zu kühlenden Fluids des Getriebes eingestellt wird.
Die für die erfindungsgemäße Kühlanordnung beschriebenen bevorzugten Vorteile und Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen eines Getriebes eines Fahrzeugs.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt schematisch eine Kühlanordnung zum Kühlen eines Getriebes eines Fahrzeugs.
Eine in der Figur gezeigte Kühlanordnung 10 dient dem Kühlen eines (nicht gezeigten) Getriebes eines Fahrzeugs, wobei in der Figur eine Temperatur 12 eines Fluids, beispielsweise eines Getriebeöls, schematisch dargestellt ist. Mit zunehmender Belastung des Getriebes findet ein zunehmender Wärmeeintrag in das Fluid des Getriebes statt und dessen Temperatur 12 erhöht sich. Eine elektrisch betreibbare Kühlmittelpumpe 14 der Kühlanordnung 10 beaufschlagt einen Wärmetauscher mit Kühlmittel. In dem Wärmetauscher nimmt das Kühlmittel Wärme aus dem Fluid des Getriebes auf, und die Kühlmittelpumpe 14 fördert das nun erwärmte Kühlmittel zu einem weiteren, insbesondere luftgekühlten, Wärmetauscher.
Insbesondere der Fluid-Kühlmittel-Wärmetauscher, zu welchem die Kühlmittelpumpe 14 das Kühlmittel fördert, kann als Plattenwärmetauscher ausgebildet sein.
In einer alternativen Ausführungsform der Kühlanordnung 10 kann eine, bevorzugt elektrisch betreibbare, Fördereinrichtung auch einen Fluid-Luft-Wärmetauscher vermehrt mit Luft beaufschlagen, wenn das Fluid des Getriebes verstärkt gekühlt werden soll.
Vorliegend wird die Kühlmittelpumpe 14 in Abhängigkeit von einem Fahrzustand des Fahrzeugs angesteuert. Zum Ermitteln des Fahrzustands des Fahrzeugs weist die Kühlanordnung 10 eine Auswerteeinrichtung 16 auf, welche mit einer Steuereinrichtung 18 zum Einstellen einer Leistung der Kühlmittelpumpe 14 kommunizieren kann. Hierbei kann - wie vorliegend schematisch gezeigt - die Auswerteeinrichtung 16 mit der Steuereinrichtung 18 gekoppelt sein oder die Auswerteeinrichtung 16 und die Steuereinrichtung 18 können in eine Einrichtung integriert sein.
Die Auswerteeinrichtung 16 ist dazu ausgelegt, einen Fahrstil 20 eines Fahrers des Fahrzeugs zu klassifizieren. Der mit einem dynamischen Fahrstil 20 einhergehende Fahrzustand des Fahrzeugs ist durch Auswerten von einer Längsbeschleunigung und einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs sowie einem Bewegen des Fahrpedals und des Bremspedals des Fahrzeugs ermittelbar. Klassifiziert die Auswerteeinrichtung 16 den Fahrstil 20 als besonders dynamisch, so wird die Steuereinrichtung 18 veranlasst, präventiv ein Erhöhen 22 einer Leistung der Kühlmittelpumpe 14 zu veranlassen.
Das Erhöhen 22 erfolgt bevorzugt bereits bevor sich aufgrund des dynamischen Fahrstils 20 eine starke Erhöhung der Temperatur 12 des Fluids des Getriebes bemerkbar macht. Das Fahrzeug kann dann besonders lange in einem Grenzbereich betrieben werden, in welchem die Beanspruchung des Getriebes und damit dessen Wärmefreisetzung und Kühlbedarf besonders hoch sind.
Die Kühlmittelpumpe 14 kann, wie vorliegend beispielhaft gezeigt, eine Mehrzahl von Leistungsstufen 24 aufweisen, wobei die Leistung der Kühlmittelpumpe 14 durch Ansteuern 26 einer diskreten Leistungsstufe 24 einstellbar ist. Eine unterste Leistungsstufe 24 der Kühlmittelpumpe 14 kann mit einer Förderleistung von Null Litern pro Minute einhergehen, wohingegen die höchste Leistungsstufe 24 der vorliegenden beispielhaft gezeigten fünf Leistungsstufen 24 mit einer Förderleistung von zwanzig Litern pro Minute einhergehen kann.
Die Auswerteeinrichtung 16 ist vorliegend dazu ausgelegt, als Fahrzustand eine Konstantfahrt 28 des Fahrzeugs zu ermitteln. Ein solcher im Wesentlicher konstanter Fahrzustand zeichnet sich durch eine besonders geringe Belastung des Getriebes aus, da kaum Beschleunigungen oder Bremsvorgänge stattfinden. Während einer solchen Konstantfahrt 28 kann, wie vorliegend schematisch gezeigt, ein Verringern 30 der Leistung der Kühlmittelpumpe 14 erfolgen, so dass beim Betreiben der Kühlmittelpumpe 14 eine Verbrauchseinsparung realisierbar ist. Dem liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bei der Konstantfahrt 28 des Fahrzeugs lediglich ein geringer Kühlbedarf des Getriebes vorliegt.
Mittels der Auswerteeinrichtung 16 ist des Weiteren ein Schubbetriebszustand 32 des Fahrzeugs ermittelbar. In diesem Schubbetriebszustand 32 liefert der Generator elektrische Energie, welche dazu benutzt wird, die Kühlmittelpumpe 14 anzutreiben. Es erfolgt also analog zu der Leistungserhöhung der Kühlmittelpumpe 14 beim Erkennen des dynamischen Fahrstils 20 ein Erhöhen 34 der Leistung der Kühlmittelpumpe 14.
Damit wird die Temperatur 12 des Fluids des Getriebes ebenfalls präventiv gesenkt, so dass bei einem anschließenden Zugbetriebszustand des Fahrzeugs kein Betreiben der Kühlmittelpumpe 14 notwendig ist, oder die Kühlmittelpumpe 14 allenfalls auf einer sehr geringen Leistungsstufe 24 betrieben zu werden braucht. Auch dies ermöglicht eine Verbrauchseinsparung beim Betreiben der Kühlmittelpumpe 14.

Claims

Kühlanordnung zum Kühlen eines Getriebes eines Fahrzeugs, mit einer elektrisch betreibbaren Fördereinrichtung (14), mittels welcher ein Wärmetauscher mit einem Kühlmedium beaufschlagbar ist, wobei der Wärmetauscher mit einem zu kühlenden Fluid des Getriebes beaufschlagbar ist, und eine Auswerteeinrichtung (16) zum Ermitteln eines Fahrzustands (20, 28, 32) des Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei eine Leistung der Fördereinrichtung (14) in Abhängigkeit von dem mittels der Auswerteeinrichtung (16) ermittelten Fahrzustand (20, 28, 32) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) zum Klassifizieren eines Fahrstils (20) eines Fahrers des Fahrzeugs ausgelegt ist, wobei die Leistung der Fördereinrichtung (14) in Abhängigkeit von dem ermittelten Fahrstil (20) unabhängig von einer Temperatur (12) des zu kühlenden Fluids des Getriebes einstellbar ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinrichtung (16) eine Längsbeschleunigung und/oder eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs, und/oder ein Bewegen eines Fahrpedals und/oder eines Bremspedals des Fahrzeugs auswertbar ist.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinrichtung (16) ein Schubbetriebszustand (32) und/oder ein Zugbetriebszustand und/oder ein im Wesentlichen konstanter Fahrzustand (28) des Fahrzeugs ermittelbar ist.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung als elektrisch betreibbare Kühlmittelpumpe (14) ausgebildet ist, mittels welcher das erwärmte Kühlmittel einem weiteren Wärmetauscher zuführbar ist.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (14) eine Mehrzahl von Leistungsstufen (24) aufweist, wobei eine Leistung der Fördereinrichtung (14) durch Ansteuern (26) einer diskreten Leistungsstufe (24) einstellbar ist.
Verfahren zum Kühlen eines Getriebes eines Fahrzeugs mittels einer Kühlanordnung (10), bei welchem eine elektrisch betreibbare Fördereinrichtung (14) einen Wärmetauscher mit einem Kühlmedium beaufschlagt, und bei welchem der Wärmetauscher mit einem zu kühlenden Fluid des Getriebes beaufschlagt wird, und eine Auswerteeinrichtung (16) einen Fahrzustand (20, 28, 32) des Fahrzeugs ermittelt, wobei eine Leistung der Fördereinrichtung (14) in Abhängigkeit von dem mittels der Auswerteeinrichtung (16) ermittelten Fahrzustand (20, 28, 32) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) zum Klassifizieren eines Fahrstils (20) eines Fahrers des Fahrzeugs ausgelegt ist, wobei die Leistung der Fördereinrichtung (14) in Abhängigkeit von dem ermittelten Fahrstil (20) unabhängig von einer Temperatur (12) des zu kühlenden Fluids des Getriebes eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels einer Kühlanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchgeführt wird.