CN104675504A - 用于混合动力车辆的冷却***及其调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合动力车辆用的、具有油回路(11)和水冷却回路(5)的冷却***，其中油回路(11)用于调节变速器(10)的和电机(3)的热量，过剩的热量(Qe)从油回路(11)通过换热器(14)传递至水冷却回路(5)并且内燃机(2)的废热也经过该水冷却回路(5)通过调温器(8)调节并在使用主水冷却器(6)的情况下被排出至环境中，以及本发明还涉及一种用于调节这种冷却***的方法。为了解决对变速器和电机来说最佳的温度的设立之间的目标冲突，提出了一种用于调节混合动力车辆驱动装置用的冷却***(1)的方法，其中在水冷却回路(5)中在使用通过油回路(11)中的当前温度(T)调节的电动泵(17)的情况下冷却水在离开换热器(14)的水侧(15)之后在分支点(21)处一方面通过具有节流阀的支路(24)被引导至调温器(8)之前以及另一方面在水冷却回路(5)中在使用旁路支路(22)的情况下被引导至内燃机(2)之后。

Description

用于混合动力车辆的冷却***及其调节方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力车辆用的冷却***，所述混合动力车辆具有至少一个驱动电机和至少一个内燃机。本发明还涉及一种用于调节这种冷却***的方法。
背景技术
由EP0966627B1已知了一种用于机动车内燃机的、集成在传动装置中的电机以及该电机的控制。该文献公开了一种驱动机组，其中电机以集成方式布置在车辆的变速机构中且可选地用作内燃机的起动电机或者用于为车载电网的供电的发电机。在该电机的冷却方面，通过连接至内燃机的水冷循环回路确保电机的流体冷却。备选地提到了借助于在外部设置的冷却风扇进行空气冷却。
由WO2012/092402A2已知了一种混合动力车辆的传动系的冷却***。该冷却***设计为唯一的闭合冷却循环回路，该闭合冷却循环回路用于冷却内燃机。电动泵和机械驱动泵使得冷却液循环。混合动力驱动装置的电部件，例如电动机、逆变器或耦联器可以选择性地借助于阀装入或脱离内燃机的冷却循环回路。
DE102010004903A1公开了一种冷却***，其中内燃机被分配给初级冷却循环回路或主冷却循环回路。混合动力组件，例如电动机或逆变器配属于次级驱动装置，其中，为次级驱动装置设置了单独的、与主冷却循环回路无关的冷却循环回路。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于混合动力车辆的冷却***，该混合动力车辆具有内燃机、变速器和电机，其中存在与电机和变速器的运行温度相关的、相反的效率特性之间的、随后描述的目标冲突。此外，该冷却***应当结构简单并且能可靠地借助于小的开销运行。此外，本发明的任务还在于，根据各个驱动组件—例如变速器和/或电动机或电机以及内燃机—的负荷如此对所述各个驱动组件进行冷却，使得尽可能为驾驶员提供电机的最大电功率和/或变速器的最大效率和进而提供最大动力/动力特性供使用。
根据本发明待解决的目标冲突在于，电机的运行温度越低，则其倾向于具有更高的效率。相反，机械变速器，例如全自动变速器或齿轮变速箱具有这样一种特性，其中其随着运行温度的降低具有降低的效率。这是因为，由于在较低的温度下更黏稠的油在变速器中出现了较高的摩擦损失。相反，电机的效率随着温度升高而降低。尤其由于其过热的危险在过高的温度下会出现电机的所谓的降载或功率限制。然而，在运行温度较高时，也就是说对更稀的变速器油来说，机械变速器由于较小的摩擦损失具有潜在更高的效率。
尤其对于下述情况：电机集成地布置在变速器中且共同地借助于变速器油，例如缩写为ATF的所谓的自动变速器油液冷却，则不同的效率特性之间的这种目标冲突更明显。
由现有技术已知的冷却***包括第一和第二冷却循环回路。在第一冷却循环回路中至少设置了电机和变速器作为待冷却的组件。此外，其中设置了循环泵，该循环泵借助于变速器油，例如ATF冷却所述待冷却的组件。在该第一冷却循环回路中还使用了形式为液-液-换热器的、所谓的ATF冷却器/散热器。ATF冷却器具有油侧，该油侧连接在第一冷却循环回路上。此外，ATF冷却器具有水侧，该水侧布置在第二冷却循环回路中，该第二冷却循环回路形成了内燃机的主冷却循环回路。通过ATF换热器把电机和/或变速器的热量传递至内燃机(或缩写为VKM)的水循环回路，同时这两个冷却回路并未直接彼此连接。为ATF冷却器的水侧配设了电动泵以及与VKM机械耦联的泵。为了调节第一冷却循环回路中的平均目标温度，在第二冷却循环回路中设置了软管调温器。关于上述现有技术参考附图2。
在这种两回路冷却***中，对第一冷却循环回路(或者说包含电机和变速器的冷却循环回路)来说供使用的冷却功率以借助于软管调温器调节的平均目标温度为导向。因此，该目标温度体现为用于变速器和用于电机的最佳的运行温度之间的折衷。因此，由于随后所述的目标冲突并不总是能同时达到变速器和电机的最佳效率。例如，在车辆百分之百的内燃机运行中，变速器的温度不是最佳地高，从而在机械变速器中出现了不期望的效率损失。在100％基于电驱动装置的行驶运行中，对预定了目标温度的情况来说很大程度限制了电机的功率性，因为对这种运行来说，为调温器预定的目标温度往往过高，且电机由于该高的温度水平迅速达到其取决于该温度水平的最大允许损失功率或者陷入所谓的降载。
另一个缺点是：根据由现有技术已知的方法，电机和变速器的废热通过油回路传递至内燃机的冷却水。冷却水返回流动通过内燃机并可能不均匀地加热/冷却内燃机。因为借助在发动机中安装的温度传感器不能完全地检测该不均匀的加热，所以可能在某些情况下导致错误选择的起动和/或喷射策略。
此外，已知的冷却回路在其散热功率方面很大程度取决于，内燃机是否运行或关闭，像这恰好在混合动力驱动装置中是偶尔可能和期望的那样。
根据本发明，通过具有权利要求1所述特征的方法如此解决前述的在为冷却回路随时提供足够的散热功率的同时设立用于变速器、电机和内燃机的最佳温度之间的目标冲突的任务：在使用通过油回路中的当前温度调节的电动泵的情况下，冷却水在离开换热器的水侧之后在分支点处一方面通过节流阀被引导至调温器之前以及另一方面在水冷却回路中在使用旁路支路的情况下被引导至内燃机之后或在内燃机的冷却装置的出口处。
例如，由于使用了经调节的电动泵，之前使用的软管调温器变得多余，这样减少了冷却水回路中不同组件的数量。在内燃机关闭时，冷却水现在通过电动泵从换热器的水侧流出，同时并不近似在回路中在主水冷却器中被泵送流过且冷却。为了相对于使用新创造的旁路支路来说保持小的这种效应，在该第一支路中包含节流阀，而第二支路或旁路支路不具有节流阀且进而冷却在主水冷却器中冷却水的可调的大部分，以便随后在经过电动泵之后能够重新通过换热器吸收来自油回路的损耗热。根据现有技术，这种维持按照需要的冷却或从油回路排出损耗热在内燃机关闭时是不可能的。
根据一种特别有利的改进方案，在水冷却回路的新的旁路支路中使用单通阀或止回阀，该单通阀或止回阀仅允许从换热器的水侧至内燃机的冷却装置的出口的流动方向。这种改进方案考虑到这一事实：与此相关的、与内燃机机械耦联的泵的输送功率和输送体积明显大于电动泵的输送功率和输送体积。在接通内燃机时，例如在混合动力驱动装置的混合运行中，内燃机的机械泵从具有节流阀的支路经由调温器和内燃机朝着主水冷却器抽吸被加热的水。同时，水冷却回路的新的旁路支路中的止回阀防止被强烈加热的冷却水可以从内燃机绕过主水冷却器直接到达换热器的水侧。
此外，该任务还通过用于混合动力车辆的、形式为冷却***的装置完成，其中，按规定通过油回路中的温度调节水循环回路中的电动泵，并在换热器的水侧设置了分支点，在分支点处，一方面具有节流阀的支路连接在电动泵和调温器之间，另一方面旁路支路连接在内燃机的冷却装置的出口之后或处。
在优选的实施方案中，旁路支路具有单通阀或止回阀，该单通阀或止回阀仅允许从换热器的水侧至内燃机的冷却装置的出口的流动。
对上述混合动力车辆来说，在降低的或关闭的内燃机的运行状态中也实现了充分排出来自混合动力驱动装置的油回路的损耗热。因此，除了在纯通过内燃机的驱动时的变速器冷却连同对以发电机方式运行的电动机和所属的功率电子装置的冷却之外，还满足了通过内燃机以及打开电动机的混合驱动以及纯通过电动机的驱动。
有利地，集成有变速器的的驱动装置用作电驱动装置，从而仅需要把紧凑的结构单元***油回路中且在提供随时充分的散热功率的同时存在最佳的温度。
附图说明
下面参考本发明的实施例根据附图进一步描述根据本发明的实施方案与已知的冷却***相比的其它特征和优点。其中以示意图示出：
图1是本发明的实施例的框图；
图2是类似于图1的、由现有技术已知的冷却***的视图；
图3a是在内燃机关掉时根据图1的框图，其中绘出了流动路径，以及
图3b是在内燃机打开时根据图1的框图，其中绘出了流动路径。
具体实施方式
忽略不同的附图，对相同的元件来说始终使用相同的附图标记。
图2的框图示出由现有技术已知的冷却***1，其最初设计用于通过内燃机2驱动的车辆。该车辆现在通过添加电机3而扩展为所谓的插电式混合动力车辆(Plug-in-Hybrid)。然而，因为在此保留了冷却***的基本结构，所以下面由仅具有内燃机2的车辆驱动装置的冷却装置出发描述该结构：
内燃机2和与该内燃机机械耦联的泵4一起位于水冷却回路5中，该水冷却回路通过主水冷却器6把过量的热能从水冷却回路5排出至环境中。在水冷却回路5中，通过调温器8如此控制旁路7，即在内燃机2仍过冷或者出于其它原因内燃机2的冷却不必要的情况下，由水循环泵4驱动的水冷却回路5通过调温器8经由旁路7如此闭合/接通，使得主水冷却器6近似短路且没有热量排出至环境中。这种情况通过图2中的小点画圈示出。相反，如果必须冷却内燃机2，则调温器8关闭旁路7，则得到伴随着通过主水冷却器6的散热的循环，像通过图2中较大的虚线圈示出的那样。
在该实施例中，为了冷却变速器10，在使用自动操纵的车辆变速器10的情况下，在油冷却循环回路中使用称为自动变速器油液--缩写为ATF的专用变速器油，该专用变速器油因此既用于控制变速器10内部的液压功能也用于润滑和冷却变速器10。为此，在油冷却循环回路11中设置了油泵12，其如此与变速器10耦联，即，该油泵提供用于冷却变速器10的、既取决于功率也取决于转速的油输送功率。在此，当变速器油温度高于90℃时，变速器10通常具有值得追求的高效率。为了从油冷却循环回路11排出过剩的热量，该油冷却循环回路通过ATF冷却器14的油侧13闭合。在ATF冷却器14中，热量通过水侧15传输至水冷却回路5的支路16中，其中，该支路16跨接了调温器8。因为该水支路16的散热效率应该用于输出来自油冷却循环回路11的过剩热量，所以其与和内燃机2耦联的水泵4的泵功率无关地通过在ATF冷却器14的水侧15的流入处的单独的、电驱动的泵17反作用于在水侧15的流出处的软管调温器18的阻止效应被从主水冷却器6供给冷却水。软管调温器18可以几乎完全阻止水回路5的支路16，从而由ATF冷却器14的水侧15流出的冷却水几乎具有油回路11的ATF油的温度。随着超过对油循环回路11的油来说在软管调温器18中设定的最高温度，软管调温器18断开，从而在由未经调节的电动泵17进行输送的情况下，来自ATF冷却器14的热量可以通过水回路5排出至主水冷却器6。
如上所述，该冷却***1现在通过添加用于形成插电式混合动力驱动装置的电机3而得到扩展。该电机3通过节省空间的集成(作为仅视为所谓的集成有变速器的电机的特殊情况)和变速器10一起形成一结构单元，该结构单元可以相应地也仅共同地通过油冷却循环回路11的ATF油经由ATF冷却器14冷却。然而，变速器10在油温高于约90℃时才达到值得追求的高效率，而电机3在油温低于70℃时通过油壳中的以及在绕组头部处的良好冷却具有高效率。从绕组或磁体温度的固定的极限值开始，电机3在所谓的降载曲线的范围内运行。为了能够近似公正地平衡在电机3的油循环回路11处以及在变速器10的油回路处的相反的温度要求，根据现有技术在上述冷却***1中在软管调温器18中设定用于油循环回路11的油的折衷温度。通过这种折衷接受了变速器10和电机3的效率方面的损失。
图1示出与图2图示类似的、本发明的实施方案的框图。与图2的框图的不同在于，此处在水冷却循环回路5中不再存在软管调温器18。油冷却循环回路11内的温度T在此直接通过在变速器10内部未进一步示出的测量点检测，可选地通过电机3处的测量点检测。温度T被输入控制装置19中。由油冷却回路温度T的初始值开始，在控制装置19中确定了用于水回路5的电动泵17的控制信号20，其中，泵17此时构造为经调节的泵。根据参考图1的框图示出的新的构思，电机3以及变速器10的冷却不再通过软管调温器18控制，因此去除了该支路。而是，按照需要基于经由水冷却回路5的调温器8检测的、内燃机2的温度以及通过油冷却循环回路11中的温度在使用控制装置19中的调节功能的情况下进行该冷却。
控制装置19不是额外的构件，而是一种在现代的机动车驱动装置中已经存在的构件或电路。相应地仅扩展了该构件的功能性。因为向控制装置19传输了相应的运行状态，即仅通过电机3驱动，仅通过内燃机2驱动或混合运行，所以在最佳地利用围绕各个组件的冷却循环回路的基础上按照需要根据存在的负荷可以如此运行，即对驾驶员来说除了用于加速或也用于车载电池的充电的最大电功率之外还可以提供混合动力驱动装置的最大动力供使用。因为仅在需要时水冷却回路5的支路16中的电驱动的泵17才起作用，所以得到以下优点：
-在冷运行时，泵17近似关掉且因此相对于根据图2的旧的构思来说根本不需要能量。
-相反在其它情况下，取代恒定地基于相同转速运行的泵，在此按照需要操控所述泵，这同样节省了电能。
因为控制装置19通常已经存在，且仅通过该前述额外的输入参量和额外的调节任务以小幅度被额外地加载，所以与已知的构思相比，通过实现本发明的实施例由于较小的复杂性整体仅出现相对较小的硬件成本，尤其要指出的是取消了软管调温器18。
为了即使在内燃机2关掉时也能够确保充分冷却，在图1的实施方案中，沿冷却水的流动方向看，在换热器14的水侧15之后设置了分支点21，从该分支点出发，旁路支路22连接在内燃机2的未示出的冷却装置的出口之后或出口处。在图3a中示出了内燃机2关闭的情况。为清楚起见，在此仅仍以点画线示出不起作用的、具有调温器8、机械泵4以及内燃机2的小回路。在通过电动泵17驱动时，为了排出过剩热量Qe，冷却水在大的回路I中从油回路11通过旁路支路22经过关闭的内燃机2被引导至主水冷却器6且从那里返回至电动泵17。
当参考图3b描述内燃机2接通时的运行情况时，图1和3a的冷却回路的其它元件变得可以理解。用于通过旁路支路22经由主水冷却器6排出来自油回路11的过剩热量Qe的、点-划-线绘出的大的循环回路I又基本上通过电动泵17驱动。为了排出内燃机2的过剩的废热，另一个回路II通过调温器8经由主水冷却器6闭合，其中，在经由调温器8操控旁路7的情况下在上文中针对于图2描述的加热功能保持不变。鉴于相对于电动泵17，与内燃机2机械耦联的泵4的明显较大的输送体积，在此必须防止，由内燃机2加热的冷却水通过旁路支路22压回到换热器14的水侧15处的分支处21。因此，在旁路支路22中设置了止回阀23，该止回阀仅允许从换热器14的水侧15至主水冷却器6的流动方向。
为了在调节回路II中的温度时也能够考虑到油回路的废热Qe的作用，在回路I中，支路24在分支点21处引出，并在回路II中通到调温器8之前。内燃机2的泵4通过该支路24和调温器8抽吸冷却水。为了在此设置量方面的限制，在支路24中设置了节流阀25。
根据图3a，在内燃机2关掉时，支路24的节流阀25同样起到对量的限制的作用：通过支路24经由电动泵17和换热器14的水侧15形成了未经冷却的冷却水的循环回路，而大回路I可以通过主冷却水冷却器6把过剩的热量排出至大气中。在此，对支路24中的节流阀25再次进行干预，以便保持未经冷却的冷却水的小的份额。
因此，在改动很小的情况下，为了最佳地使用在机动车的插电式混合动力驱动装置中以及为了用在集成在变速器10中的且经过油冷却的驱动电机3中，通过前述新的构思，在实现前述优点的情况下，进一步改进了本身已知的且在使用中也经过考验和证明的两回路的冷却***结构。
附图标记列表
1  冷却***
2  内燃机
3  电机
4  泵
5  水冷却回路
6  主水冷却器
7  旁路
8  调温器
10  变速器
11  油冷却循环回路
12  油泵
13  换热器14的油侧
14  ATF冷却器/换热器
15  换热器14的水侧
16  水回路的支路
17  水支路的电动泵
18  软管调温器
19  控制装置
20  水回路5的支路16中经调节的电动泵17处的控制信号
21  分支点
22  旁路支路
23  止回阀
24  支路
25  节流阀
Qe  过剩的热量
T  油循环回路11中的温度
I  水冷却回路5内的大回路
II 水冷却回路5内的小回路

Claims (8)

1.一种用于调节混合动力车辆驱动装置用的冷却***(1)的方法，该冷却***具有油回路(11)和水冷却回路(5)，其中，油回路(11)用于调节变速器(10)和电机(3)的热量，过剩的热量(Qe)从油回路(11)通过换热器(14)传递至水冷却回路(5)中，以及内燃机(2)的废热也经过该水冷却回路(5)通过调温器(8)调节并在使用主水冷却器(6)的情况下被排出到环境中，其特征在于，在使用通过油回路(11)中的当前温度(T)调节的、水冷却回路(5)中的电动泵(17)的情况下，冷却水在离开换热器(14)的水侧(15)之后在分支点(21)处一方面通过具有节流阀(25)的支路(24)被引导到调温器(8)之前以及另一方面在使用水冷却回路(5)中的旁路支路(22)的情况下被引导到内燃机(2)之后。
2.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，在水冷却回路(5)的旁路支路(22)中使用止回阀(23)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在使用控制装置(20)的情况下基于在变速器(10)或在电机(3)中确定的温度值(T)调节水冷却回路(5)中的电动泵(17)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用集成有变速器的驱动装置作为驱动电机(3)。
5.一种混合动力车辆用的冷却***，该冷却***具有油回路(11)和水冷却回路(5)，所述混合动力车辆具有至少一个驱动电机(3)、变速器(10)和至少一个内燃机(2)，其中，驱动电机(3)和变速器(10)布置在闭合的油回路(11)中，所述油回路通过换热器(14)与水回路(5)的支路(16)耦联以用于传输过剩的热量(Qe)，以及水冷却回路(5)设计用于也把内燃机(2)的热量通过主水冷却器(6)排出到环境中，其中，冷却***(1)尤其如此设计用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法，即，按照规定通过油回路(11)中的温度(T)调节水冷却回路(5)中的电动泵(17)以及在换热器(14)的水侧(15)处设置了分支点(21)，从分支点(21)出发，一方面具有节流阀(25)的支路(24)连接在电动泵(17)和调温器(8)之间，另一方面，旁路支路(22)连接在内燃机(2)的冷却装置的出口之后或所述出口处。
6.根据权利要求5所述的冷却***，其特征在于，旁路支路(22)包括止回阀(23)，该止回阀仅允许从换热器(14)的水侧(15)至内燃机(2)的冷却装置的出口的流动。
7.根据权利要求5或6所述的冷却***，其特征在于，变速器(10)和/或电机(3)设计用于确定油回路(11)中的温度值(T)以及为了传输温度值(T)与控制装置(19)连接，所述控制装置操控水冷却回路(5)的支路(16)中的电动泵(17)。
8.根据前述权利要求5-7中任一项所述的冷却***，其特征在于，驱动电机(3)和变速器(10)构造为集成有变速器的驱动装置。
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