DE102005024827A1

DE102005024827A1 - Mechatronische Kühlmittelpumpen-Antriebsverbindung

Info

Publication number: DE102005024827A1
Application number: DE200510024827
Authority: DE
Inventors: Stefan Klopstein; Ralf Barthel; Jürgen Dohmen
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-11-30
Also published as: WO2006125565A1

Abstract

Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges mit zumindest einer Verbrennungskraftmaschine zum Vortrieb des Kraftfahrzeuges sowie einer Kühlvorrichtung zur Gewährleistung einer bedarfsgerechten Kühlung eines Antriebsaggregates mit möglichst geringem Aufwand und insbesondere Bauraumbedarf, wobei die Kühlvorrichtung wenigstens einen Kühlmittelkreislauf aufweist, in dem wenigstens eine Kühlmittelpumpe (1) angeordnet ist, wobei die Kühlmittelpumpe (1) eine Kopplung mit der Verbrennungskraftmaschine und wenigstens einem Elektromotor (7) aufweist und ein Freilauf (6) für die Kopplung vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges mit einer Kühlvorrichtung sowie ein zugehöriges Kühlverfahren.

Es ist allgemein bekannt, bei einem Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges eine Kühlvorrichtung über einen Abtrieb des Antriebsaggregates anzutreiben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in verschiedenen Betriebszuständen eines Antriebsaggregates eines Kraftfahrzeuges eine bedarfsgerechte Kühlung mit möglichst geringem Aufwand und insbesondere geringem Raumbedarf zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Antriebsaggregat mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie ein Kühlverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 19. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei einem erfindungsgemäßen Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges mit zumindest einer Verbrennungskraftmaschine zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs sowie einer Kühlvorrichtung, die wenigstens einen Kühlmittelkreislauf aufweist, in dem wenigstens eine Kühlmittelpumpe angeordnet ist, weist die Kühlmittelpumpe eine Kopplung mit der Verbrennungskraftmaschine und wenigstens einem Elektromotor auf, wobei ein Freilauf für die Kopplung vorgesehen ist.

Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise ein nach dem Otto- oder Dieselprinzip arbeitender Verbrennungsmotor.

Die Kühlvorrichtung mit dem wenigstens einen Kühlmittelkreislauf ist vorzugsweise zur Kühlung sowohl der Verbrennungskraftmaschine als auch eines weiteren Antriebs- oder Nebenaggregates vorgesehen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, lediglich die Verbrennungskraftmaschine oder lediglich das weitere Antriebs- oder Nebenaggregat mit der Kühlvorrichtung zu kühlen. Insbesondere verfügt die Kühlvorrichtung über zumindest einen Wärmetauscher.

Die Kühlmittelpumpe ist vorzugsweise eine mechanische Kühlmittelpumpe. Besonders bevorzugt handelt es sich um eine Wasserpumpe. Es können jedoch auch andere Pumpentypen verwendet werden.

Als Kopplung ist beispielsweise eine mechanische Kopplung zu einer Antriebswelle der Kühlmittelpumpe vorgesehen. Anstelle einer mechanischen Kopplung kann jedoch auch beispielsweise eine elektromagnetische Antriebsverbindung vorgesehen werden. Des weiteren kann eine Kopplung eine signaltechnische Kopplung umfassen. Insbesondere kann eine Kopplung auch mehrere insbesondere der vorstehenden Ausgestaltungen umfassen. Beispielsweise kann eine Kopplung zwischen Elektromotor und Kühlmittelpumpe unterschiedlich zu einer Kopplung zwischen Verbrennungskraftmaschine und Kühlmittelpumpe ausgestaltet sein.

Der Freilauf ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass mittels der Kopplung in einer Antriebsdrehrichtung der Kühlmittelpumpe ein Antriebsmoment übertragen werden kann und ein entgegen dieser Antriebsdrehrichtung wirkendes Drehmoment durch Kopplung unterbrochen werden. Die Antriebsdrehrichtung der Kühlmittelpumpe ist diejenige, welche zur Förderung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf in einer vorgesehenen Richtung erforderlich ist. Insbesondere ist es dadurch möglich, dass beispielsweise eine Drehzahl einer Antriebswelle der Kühlmittelpumpe größer ist als eine Drehzahl z.B. einer auf dieser angeordneten Treibscheibe, welche von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Vorteilhafterweise kann die Kühlmittelpumpe mittels des Elektromotors angetrieben werden, ohne dass die Verbrennungskraftmaschine eine Drehzahl aufweisen muss. Des Weiteren kann vorteilhafterweise eine Drehzahl der Kühlmittelpumpe unabhängig von einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine eingestellt werden. In einer Weiterbildung kann darüber hinaus vorgesehen sein, Drehmomente von Verbrennungskraftmaschine und Elektromotor zusammen zum Antrieb der Kühlmittelpumpe zu verwenden. Besonders bevorzugt kann der Elektromotor im Vergleich zu einer ansonsten vergleichbaren Anordnung einer Kühlvorrichtung mit jedoch ausschließlich elektromotorisch angetriebener Kühlmittelpumpe kleiner dimensioniert werden. Beispielsweise kann ein Elektromotor mit einer geringeren als in diesem Falle sonst vorzusehenden Nennleistung verwendet werden. Entsprechend kann insbesondere ein niedrigerer Strom für den Antrieb des Elektromotors vorgesehen werden im Vergleich zu einer ausschließlich elektrisch vorzusehenden Kühlung. Z.B. kann ein Elektromotor mit einer Leistung von etwa 1,5 kW bei einer Verwendung einer Bordnetzspannung von 12V vorgesehen sein. In einer Ausgestaltung kann in dem Antriebsaggregat vorzugsweise ein nicht im Hinblick auf einen Druckverlust des Kühlsystems des Verbrennungsmotors optimierter Verbrennungsmotor verwendet werden. Insbesondere wird dadurch eine Neukonstruktion des Motors bzw. von Komponenten des Kühlsystems vermindert bzw. vermieden.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Antriebsaggregat ein Hybridantriebsaggregat ist, welches wenigstens ein elektrisches Antriebsaggregat zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs umfasst. Das elektrische Antriebsaggregat ist vorzugsweise ein Elektromotor in Verbindung mit einem elektrischen Energiespeicher. Beispielsweise handelt es sich dabei um eine Brennstoffzelle und/oder eine Batterie bzw. einen Akkumulator. Vorzugsweise umfasst das Antriebsaggregat einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf zur Kühlung sowohl der Verbrennungskraftmaschine als auch des elektrischen Antriebsaggregates. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, lediglich die Verbrennungskraftmaschine oder lediglich das elektrische Antriebsaggregat mit der Kühlvorrichtung zu kühlen.

Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Kopplung eine erste Antriebsverbindung mit der Verbrennungskraftmaschine und eine zweite Antritebsverbindung mit einem Elektromotor, wobei mittels des Freilaufes zumindest eine Übertragung eines entgegen der Antriebsdrehrichtung der Kühlmittelpumpe wirkenden Drehmomentes durch die erste Antriebsverbindung unterbrochen werden kann.

Als erste Antriebsverbindung ist beispielsweise eine mechanische Antriebsverbindung zu einer Antriebswelle der Kühlmittelpumpe vorgesehen. Anstelle einer mechanischen Antriebsverbindung kann jedoch auch beispielsweise eine elektromagnetische Antriebsverbindung vorgesehen werden. In ähnlicher Weise gilt dieses für die zweite Antriebsverbindung. Erste und zweite Antriebsverbindung können beispielsweise auf eine gleiche Antriebswelle der Kühlmittelpumpe wirken. Es kann jedoch auch eine Kühlmittelpumpe mit zwei getrennten Antriebswellen für die erste und die zweite Antriebsverbindung vorgesehen sein.

Der Freilauf kann in einer ersten Variante permanent aktiviert sein.

In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass der Freilauf mechanisch schaltbar ist. Beispielsweise wird dazu mittels wenigstens eines mechanischen Stellmittels eine Sperrklinke oder dergleichen aktiviert.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist der Freilauf elektrisch schaltbar. Eine Schaltung erfolgt dabei insbesondere elektromagnetisch beispielsweise mittels wenigstens eines Elektromagneten oder elektromechanisch beispielsweise mittels wenigstens eines Stellmittels.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Freilauf sowohl entgegen als auch in der Antriebsdrehrichtung freilaufend schaltbar ist. Bei aktiviertem Freilauf sind dann vorzugsweise durch die Verbrennungskraftmaschine in beiden Richtungen keine Drehmomente mehr übertragbar. Entsprechend kann die Kühlmittelpumpe völlig unbeeinflusst von der ersten Antriebsverbindung und somit von der Verbrennungskraftmaschine betrieben werden. Vorzugsweise kann die Kühlmittelpumpe unter Verwendung einer derartigen Betriebsart zur Temperaturregelung verwendet werden. Beispielsweise kann eine Drehzahl der Kühlmittelpumpe in einer Kaltstartphase reduziert werden.

Der Freilauf ist in einer ersten Variante ein Klinkenfreilauf. Beispielsweise ist ein Klinkenfreilauf auf einer Antriebswelle der Kühlmittelpumpe angeordnet. Ein Freilaufring des Klinkenfreilaufes ist dabei beispielsweise mit einem Antriebsriemen einer Verbrennungskraftmaschine verbunden. Anstelle einer koaxialen Freilaufanordnung kann auch eine Freilaufanordnung in axialer Richtung vorgesehen sein, beispielsweise mittels einer mit einer Sägezahnung versehenen Stirnfläche unter einer entsprechend gegenüber angeordneten Sperrklinkenanordnung.

In einer weiteren Variante ist der Freilauf ein Klemmkörperfreilauf. In einer nichtschaltbaren Variante wird dabei beispielsweise abhängig von einer Drehrichtung eine Klemmung zwischen einem äußeren Freilaufring und einem konzentrisch darin angeordneten Antriebsschaft mittels eines Klemmelementes erzielt. In ähnlicher Weise kann auch ein Rollenfreilauf verwendet werden.

In einer anderen Ausgestaltung umfasst der Freilauf eine Kupplung mit einem einstellbaren Schlupf. Vorzugsweise kann ein Schlupf stufenlos zwischen völlig schlupffrei und völlig antriebsmomentübertragungsfrei eingestellt werden. Beispielsweise wird eine sogenannte Visko-Kupplung verwendet. Des weiteren kann eine elektromagnetische Kupplung vorgesehen sein.

Die erste Antriebsverbindung ist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine mechanische Verbindung. Beispielsweise ist die erste Antriebsverbindung aus der Gruppe umfassend Kettentrieb, Riementrieb oder/und Zahnradantrieb ausgewählt. Vorzugsweise ist die erste Antriebsverbindung zwischen einer angetriebenen Achse der Verbrennungskraftmaschine und einer Antriebswelle der Kühlmittelpumpe vorgesehen. Ein Antrieb erfolgt beispielsweise mittels direkt auf den Achsen angeordneten Zahnrädern. Des Weiteren kann der Antrieb mittels eines Kettentriebes und entsprechender Kettenzahnräder erfolgen. Ebenso kann der Antrieb mittels eines Riementriebes und entsprechender Antriebsräder ausgestaltet sein.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Antriebsverbindung eine Triebscheibe umfasst. Diese wird beispielsweise durch einen Keilriemen von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Freilauf in die Triebscheibe integriert ist. Bevorzugt entspricht die Triebscheibe dabei in ihren Abmessungen im Wesentlichen einer in einem gewöhnlichen Verbrennungsmotor zum Antrieb einer Kühlmittelpumpe vorgesehenen Triebscheibe.

Gemäß einem weiteren Gedanken ist der Elektromotor auf einer Antriebswelle der Kühlmittelpumpe angeordnet und weist wenigstens eine Drehmomentabstützung auf. Insbesondere bildet eine Abtriebswelle des Elektromotors die Antriebswelle der Kühlmittelpumpe. Entsprechend können beide Wellen auch mit einer festen Kupplung verbunden sein. Die Drehmomentabstützung ist beispielsweise an einem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine befestigt. Des Weiteren kann eine Befestigung beispielsweise an der Kühlmittelpumpe selbst vorgesehen sein.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Elektromotor in die Riemenscheibe integriert ist. Dazu können beispielsweise ein Stator und ein Rotor des Elektromotors konzentrisch auf der Antriebswelle der Kühlmittelpumpe angeordnet sein und eine Sperrklinkenarretierung entgegen der Antriebsdrehrichtung der Kühlmittelpumpe aufweisen. Bevorzugt können so die Drehzahlen des Elektromotors und des Antriebs durch die Verbrennungskraftmaschine addiert werden.

Eine Effizienz des Kühlsystems wird in einer zweckmäßigen Weiterbildung verbessert, wenn der Kühlmittelkreislauf wenigstens ein zusätzliches schaltbares Ventil umfasst. Beispielsweise kann dadurch zumindest ein Teil des Kühlmittelkreislaufes deaktiviert werden. Insbesondere kann bei einer Verkleinerung des Kühlmittelkreislaufes ein erhöhter Kühlmitteldurchfluss erzielt werden. Des Weiteren wird ein zusätzliches schaltbares Ventil beispielsweise vorgesehen, um eine bedarfsgerechte Kühlung eines Nebenaggregates oder dergleichen zu gewährleisten. Insbesondere wird ein sogenanntes Split-Cooling-Verfahren vorgesehen, wonach beispielsweise je nach Schaltung des Ventils oder der Ventile ausgewählte Bereiche des Antriebsaggregates gekühlt werden. Beispielsweise kann eine Kühlung des Zylinderkopfes aktiviert oder deaktiviert werden. Ein Schalten des Ventils kann dabei beispielsweise anhand wenigstens eines Thermoschalters erfolgen. Des Weiteren kann ein Schalten eines Ventils beispielsweise anhand einer Motorsteuerung erfolgen. Ein Schalten kann auch ein teilweises Öffnen bzw. Schließen umfassen.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Kühlmittelkreislauf wenigstens einen schaltbaren Abzweig zu einer Kabinenheizung umfasst. Vorzugsweise wird in Abhängigkeit der Temperatur der Verbrennungskraftmaschine und einer Kabinentemperatur eine bedarfsgerechte Verteilung eines Wärmestromes in eine Fahrzeugkabine vorgenommen.

Ein Antriebsaggregat, insbesondere ein Hybridantriebsaggregat gemäß wenigstens einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen kann mehrere Kühlmittelpumpen umfassen. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Kühlmittelkreislauf genau eine Kühlmittelpumpe.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kühlverfahren eines Antriebsaggregates, insbesondere gemäß einer der vorstehenden Ausgestaltungen, welches wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine umfasst, wobei ein Kühlmittel zur Kühlung des Antriebsaggregates in wenigstens einem Kühlmittelkreislauf des Antriebsaggregates mittels wenigstens einer Kühlmittelpumpe umgewälzt wird, welche über eine erste Antriebsverbindung über einen Freilauf von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, wobei der Freilauf genutzt wird, wenn die Kühlmittelpumpe zusätzlich oder anstatt mittels wenigstens eines Elektromotors angetrieben wird oder gar nicht angetrieben wird.

Der Freilauf ist insbesondere so ausgestaltet, dass eine Übertragung eines entgegen der Antriebsdrehrichtung der Kühlmittelpumpe wirkenden Drehmomentes durch die erste Antriebsverbindung unterbrochen werden kann. Insbesondere kann die Drehzahl der Kühlmittelpumpe eine Drehzahl des Antriebs durch die Verbrennungskraftmaschine überschreiten. Besonders zweckmäßig wird beispielsweise nach einem Betrieb in einer ersten Phase unter hoher Belastung und anschließendem Betrieb in einer zweiten Phase mit niedrigen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine ein Temperaturanstieg durch Nachheizen verhindert, indem beispielsweise die Drehzahl der Kühlmittelpumpe in der zweiten Phase mittels des Elektromotors zumindest für eine Übergangszeitdauer erhöht wird. Des weiteren kann bei höherer Belastung der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise bei einer Berg- oder Anhängerfahrt eine verbesserte Kühlung erreicht werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Antriebsaggregat ein Hybridantriebsaggregat, insbesondere gemäß einer der vorstehenden Ausgestaltungen, welches wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine und wenigstens ein elektrisches Antriebsaggregat umfasst, wobei ein Kühlmittel zur Kühlung der Verbrennungskraftmaschine und/oder des elektrischen Antriebsaggregates in wenigstens einem Kühlmittelkreislauf des Hybridantriebsaggregates mittels wenigstens einer Kühlmittelpumpe umgewälzt wird, welche über eine erste Antriebsverbindung über einen Freilauf von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, wobei der Freilauf genutzt wird, wenn die Kühlmittelpumpe zusätzlich oder anstatt mittels wenigstens eines Elektromotors angetrieben wird oder gar nicht angetrieben wird.

Eine Aktivierung des Freilaufes kann insbesondere bei Über- oder Unterschreiten einer vorgebbaren Drehzahl erfolgen. Die vorgebbare Drehzahl wird beispielsweise fest eingestellt. In einer anderen Variante kann die Drehzahl jedoch auch von beispielsweise einer Motorsteuerung zeitlich veränderlich vorgegeben werden. Insbesondere ist die vorgebbare Drehzahl so bemessen, dass mit dieser eine ausreichende Kühlung des Antriebsaggregates, welches insbesondere ein Hybridantriebsaggregat ist, gewährleistet wird. Bevorzugt wird eine Drehzahl der Kühlmittelpumpe mittels des Elektromotors eingestellt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kühlmittelpumpe bei laufendem Verbrennungsmotor mittels einer Schaltung des Freilaufes deaktiviert wird. Dazu wird insbesondere die Drehzahl des Elektromotors und somit die Drehzahl der Kühlmittelpumpe auf Null Umdrehungen eingestellt. Eine Schaltung des Freilaufes erfolgt insbesondere in beiden Drehrichtungen. Vorzugsweise wird eine zwangsgeführte Kühlmittelströmung bei einer derartigen Schaltung des Freilaufes und einer Deaktivierung der Kühlmittelpumpe vollständig unterbunden. Bevorzugt kann dabei auf ein Ventil zur Schaltung bzw. Steuerung des Kühlmittelkreislaufes verzichtet werden. Insbesondere zusätzlich kann jedoch auch zumindest ein Ventil zur Schaltung bzw. Steuerung des Kühlmittelkreislaufes vorgesehen werden. Eine Deaktivierung der Kühlmittelpumpe erfolgt beispielsweise vorübergehend, um insbesondere eine Erhöhung einer Temperatur des Antriebsaggregates zu ermöglichen. Dies kann zum Beispiel in einer Kaltstartphase vorteilhaft sein.

In einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung wird wenigstens ein Ventil im Kühlmittelkreislauf in Abhängigkeit einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine oder/und einer Temperatur zumindest teilweise geöffnet oder geschlossen. Eine Steuerung des Ventils erfolgt beispielsweise mittels eines Thermoschalters oder anhand einer Motorsteuerung. Bevorzugt wird eine bedarfsgerechte Temperaturverteilung oder/und eine bedarfsgerechte Verteilung eines Wärmestromes verbessert.

Besonders zweckmäßig wird eine von der Verbrennungskraftmaschine an die Kühlmittelpumpe abgegebene Antriebsleistung gesteuert. Beispielsweise wird anhand einer Motorsteuerung eine benötigte bedarfsgerechte Kühlleistung ermittelt. In Abhängigkeit dieser ermittelten Kühlleistung wird vorzugsweise eine gemittelte von der Verbrennungskraftmaschine an die Kühlmittelpumpe abgegebene Antriebsleistung eingestellt. Dies kann beispielsweise mittels eines Intervallbetriebes erfolgen. Dazu wird beispielsweise in periodischen Abständen der Freilauf in beiden Drehrichtungen aktiviert und so die Kühlmittelpumpe zyklisch stillgelegt.

In einer anderen Variante ist vorgesehen, dass mittels des Elektromotors ein Volumenstrom des Kühlmittelkreislaufes gesteuert wird. Dazu wird beispielsweise anhand insbesondere eines Signals einer Motorsteuerung die Drehzahl des Elektromotors gesteuert. Des Weiteren kann ähnlich der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise ein Intervallbetrieb des Elektromotors erfolgen und somit ein mittlerer Volumenstrom des Kühlmittelkreislaufs eingestellt werden.

Gemäß einer Weiterbildung wird der Elektromotor in einem Start/Stop-Betrieb bei stehender Verbrennungskraftmaschine zugeschaltet. Vorzugsweise wird bei Ampelstopphasen oder dergleichen des Kraftfahrzeuges eine kontinuierliche Kühlung des Antriebsaggregates ermöglicht. Dabei erfolgt insbesondere eine Kühlung des elektrischen Antriebsaggregates sowie gegebenenfalls wenigstens eines Hilfsaggregates. Des weiteren kann bei einer Stillsetzung des Fahrzeuges ein Nachlaufen der Kühlmittelpumpe vorgesehen sein. Außerdem kann auch die Funktion einer Heizung darüber vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine Innenraumheizung, eine Bauteilheizung oder dergleichen dadurch gewährleistet sein.

Bei stehender Verbrennungskraftmaschine wird bevorzugt eine Leistungselektronik gekühlt. Insbesondere wird durch eine ausreichende und kontinuierliche Kühlung der Leistungselektronik ein Ausfall derselbigen verhindert bzw. zumindest vermindert.

Schließlich ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass bei einer Kühlung des Antriebsaggregates aufgenommene Wärme zumindest teilweise einer Fahrzeug-Kabinenheizung zugeführt wird. Vorzugsweise wird ein Kühlmittelstrom dabei bedarfsgerecht in Bezug auf den Bedarf des Verbrennungsmotors und in Bezug auf den Bedarf der Kabinenheizung gesteuert.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die Merkmale sind dort jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr sind jeweils in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung und/oder der Zeichnung enthaltene Merkmale zu Weiterbildungen miteinander kombinierbar.
Es zeigen:
1 eine Antriebsanordnung einer Kühlmittelpumpe,
2 ein Hybridantriebsaggregat mit einem Kühlmittelkreislauf und
3 eine erste Treibscheibe und
1 zeigt eine Antriebsanordnung einer Kühlmittelpumpe. Die Kühlmittelpumpe ist eine Wasserpumpe 1, welche mittels einer nicht dargestellten Befestigungsvorrichtung an einem ebenfalls nicht dargestellten Antriebsaggregat befestigt ist. Bei diesem Antriebsaggregat kann es sich beispielsweise um eine einzelne Verbrennungskraftmaschine oder ein Hybridantriebsaggregat handeln, welcher beispielsweise eine Verbrennungsmaschine mitumfasst. Im folgenden wird die Erfindung ohne Beschränkung der Allgemeinheit stets am Beispiel eines Hybridantriebsaggregates dargestellt. Die Wasserpumpe 1 weist eine erste Antriebswelle 2 auf, auf der eine Riemenscheibe 3 befestigt ist. Dabei ist eine innere Lagerschale 4 der Riemenscheibe 3 drehfest mit der ersten Antriebswelle 2 verbunden. Zwischen der inneren Lagerschale 4 und einem äußeren Kranz 5 der Riemenscheibe befindet sich ein Freilauf 6 mit einem Lager. Ebenfalls auf der ersten Antriebswelle 2 befestigt ist ein Elektromotor 7. Dieser weist eine Drehmomentabstützung 8 zu einem ansatzweise gezeigten Motorblock 9 einer Verbrennungskraftmaschine des Hybridantriebsaggregates auf. Der Freilauf 6 ist so ausgestaltet, dass eine Drehzahl der ersten Antriebswelle 2 in einer ersten Drehrichtung 10, welche eine Antriebsdrehrichtung ist, eine Drehzahl des äußeren Kranzes 5 der Riemenscheibe 3 in der ersten Drehrichtung 10 überschreiten kann. Bei dem Freilauf 6 handelt es sich um einen Klinkenfreilauf. Die Riemenscheibe 3 wird mittels eines nicht dargestellten Antriebsriemens angetrieben, welcher mit einem ebenfalls nicht dargestellten Abtrieb einer Verbrennungskraftmaschine verbunden ist.
Im Folgenden werden gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen und Bezeichnungen versehen.
2 zeigt ein Hybridantriebsaggregat 11. Das Hybridantriebsaggregat 11 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 12 und ein elektrisches Antriebsaggregat 13. Das Hybridantriebsaggregat 11 ist mit einem Kühlmittelkreislauf 14 versehen, der einen ersten Abzweig 15 zur Verbrennungskraftmaschine 12, einen zweiten Abzweig 16 zum elektrischen Antriebsaggregat 13, einen dritten Abzweig 17 zu einem als Kühler ausgebildeten Wärmetauscher 18 und einen vierten Abzweig 19 zu einer Kabinenheizung 20 aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine 12 ist mit einer zweiten Antriebswelle 21 ausgestattet, auf welcher ein Treibrad 22 befestigt ist. Dieses Treibrad ist mit einem nicht dargestellten Treibriemen im Eingriff mit einer Riemenscheibe 3. Die Riemenscheibe 3 ist mit einer inneren Lagerschale 4 auf einer ersten Antriebswelle 2 einer Wasserpumpe 1 mit der inneren Lagerschale 4 drehfest befestigt. Zwischen dem äußeren Kranz 5 der Riemenscheibe 3 und der inneren Lagerschale 4 befindet sich ein Freilauf 6 mit einem Lager. Ebenfalls auf der ersten Antriebswelle 2 befestigt ist ein Elektromotor 7. Dieser weist eine Drehmomentabstützung 8 auf, welche an dem Hybridantriebsaggregat 11 befestigt ist. Bei dem Freilauf 6 handelt es sich um einen Klemmkörpeifreilauf.
Der Freilauf 6 ist dabei so ausgestaltet, dass in einer ersten Stellung eine Drehzahl der ersten Antriebswelle in einer Antriebsrichtung der Wasserpumpe 1 eine Drehzahl des äußeren Kranzes 5 der Riemenscheibe 3 überschreiten kann. Damit kann beispielsweise bei stehender Verbrennungskraftmaschine 12 ein Antrieb der Wasserpumpe 1 mittels des Elektromotors 7 erfolgen. In einer zweiten Stellung ist der Freilauf 6 so geschaltet, dass keine Drehmomentübertragung zwischen dem äußeren Kranz 5 der Riemenscheibe 3 und der inneren Lagerschale 4 und somit der ersten Antriebswelle 2 möglich ist. In dieser Stellung kann beispielsweise trotz laufender Verbrennungskraftmaschine 12 die Wasserpumpe 1 deaktiviert werden. Hierdurch wird beispielsweise in Folge einer Deaktivierung des Kühlmittelkreislaufes eine Erwärmung des Hybridantriebsaggregates bewirkt.
Entsprechend einem Signal einer nicht dargestellten Motorsteuerung kann eine Schaltung des Freilaufes 6 und eine Aktivierung oder Deaktivierung der Wasserpumpe 1 erfolgen. Eine Schaltung des Freilaufes erfolgt, hier nicht dargestellt, elektromagnetisch.
Für eine flexiblere Bemessung entsprechender Kühlwasserströme sind im Kühlmittelkreislauf 14 verschiedene Ventile angeordnet. So ist ein erstes Ventil 23 im ersten Abzweig 15 zur Verbrennungskraftmaschine 12 angeordnet. Des Weiteren ist ein zweites Ventil 24 im zweiten Abzweig zum Wärmetauscher 18 angeordnet. Schließlich ist ein drittes Ventil 25 im dritten Abzweig 19 zur Kabinenheizung 20 angeordnet. Anhand nicht dargestellter Thermoschalter oder einer entsprechenden Steuerung mittels einer ebenfalls nicht darge stellten Motorsteuerung kann ein Öffnen oder Schließen der entsprechenden Ventile bewirkt werden. Hierbei kann auch ein teilweises Öffnen bzw. Schließen vorgesehen sein. Je nach Bedarf kann beispielsweise das Hybridantriebsaggregat 12 hauptsächlich der Kabinenheizung oder beispielsweise hauptsächlich dem Wärmetauscher 18 zu geführt werden. Des Weiteren können auch Abzweige deaktiviert werden. Dies wird dazu benutzt, beispielsweise in einer Kaltstartphase eine schnellere Erwärmung des Hybridantriebsaggregates zu ermöglichen.
Durch den Antrieb der Wasserpumpe 1 unter Zuhilfenahme des Elektromotors 7 kann ein Durchfluss des Kühlmittels zumindest weitestgehend unabhängig von einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine eingestellt werden. In einer nicht dargestellten Variante kann anstelle eines Klemmkörperfreilaufes auch eine Kupplung, insbesondere mit einem einstellbaren Schlupf, verwendet werden. Beispielsweise kann eine sogenannte Visko-Kupplung verwendet werden.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer ersten Treibscheibe 26. Auf einer ersten Antriebswelle 2 ist eine Sperrklinkenanordnung 27 drehfest befestigt. Eine Sperrklinke 28 greift in einen mit einer Sägezahnverzahnung 29 ausgestatteten Mitnehmerring 30 ein. Dieser Mitnehmerring 30 ist in einem nicht dargestellten Lager auf der ersten Antriebswelle 2 drehbar gelagert. Des Weiteren ist der Mitnehmerring 30 fest mit einem äußeren Treibring 31 verbunden. Dieser äußere Treibring 31 dient beispielsweise zum Antrieb mittels eines nicht dargestellten Keilriemens. Entgegen der gezeigten Ausführung kann jedoch auch ein zahnradförmiger Treibring verwendet werden. Die Sperrklinke 28 ist wird mit einem Federelement 32 aktiviert. Mit einer nicht dargestellten Aktuierungseinrichtung kann die Sperrklinke 28 elektromagnetisch deaktiviert werden.

Claims

Antriebsaggregat (11) eines Kraftfahrzeuges mit zumindest einer Verbrennungskraftmaschine (12) zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs sowie einer Kühlvorrichtung, die wenigstens einen Kühlmittelkreislauf (14) aufweist, in dem wenigstens eine Kühlmittelpumpe (1) angeordnet ist, wobei die Kühlmittelpumpe (1) eine Kopplung mit der Verbrennungskraftmaschine (12) und wenigstens einem Elektromotor (7) aufweist und ein Freilauf (6) für die Kopplung vorgesehen ist.
Antriebsaggregat (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat ein Hybridantriebsaggregat ist, welches wenigstens ein elektrisches Antriebsaggregat (13) zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs umfasst.
Antriebsaggregat (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung eine erste Antriebsverbindung mit der Verbrennungskraftmaschine (12) und eine zweite Antriebsverbindung mit dem Elektromotor (7) umfasst, wobei mittels des Freilaufes (6) zumindest eine Übertragung eines entgegen einer Antriebsdrehrichtung der Kühlmittelpumpe (1) wirkenden Drehmomentes durch die erste Antriebsverbindung unterbrochen werden kann.
Antriebsaggregat (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (6) mechanisch schaltbar ist.
Antriebsaggregat (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (6) elektrisch schaltbar ist.
Antriebsaggregat (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (6) sowohl in als auch entgegen der Antriebsdrehrichtung freilaufend schaltbar ist.
Antriebsaggregat (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (6) ein Klinkenfreilauf ist.
Antriebsaggregat (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (6) ein Klemmkörperfreilauf ist.
Antriebsaggregat (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (6) eine Kupplung mit einstellbarem Schlupf umfasst.
Antriebsaggregat (11) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsverbindung eine mechanische Verbindung ist.
Antriebsaggregat (11) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsverbindung aus der Gruppe umfassend Kettentrieb, Riementrieb oder/und Zahnradantrieb ausgewählt ist.
Antriebsaggregat (11) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsverbindung eine Triebscheibe (3) umfasst.
Antriebsaggregat (11) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (6) in die Triebscheibe (3) integriert ist.
Antriebsaggregat (11) nach einem der varhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (7) auf einer Antriebswelle der Kühlmittelpumpe (1) angeordnet ist und wenigstens eine Drehmomentabstützung (8) aufweist.
Antriebsaggregat (11) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (7) in die Triebscheibe (3) integriert ist.
Antriebsaggregat (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (14) wenigstens ein zusätzlich schaltbares Ventil (23; 24; 25) umfasst.
Antriebsaggregat (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (14) wenigstens einen schaltbaren Abzweig 15; 16; 17) zu einer Kabinenheizung (20) umfasst.
Antriebsaggregat (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (14) genau eine Kühlmittelpumpe(1) umfasst.
Kühlverfahren eines Antriebsaggregates (11), welches wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine (12) umfasst, wobei ein Kühlmittel zur Kühlung des Antriebsaggregates (11) in wenigstens einem Kühlmittelkreislauf (14) des Antriebsaggregates (11) mittels wenigstens einer Kühlmittelpumpe (1) umgewälzt wird, welche über eine erste Antriebsverbindung über einen Freilauf (6) von der Verbrennungskraftmaschine (12) angetrieben wird, wobei der Freilauf (6) genutzt wird, wenn die Kühlmittelpumpe (1) zusätzlich oder anstatt mittels wenigstens eines Elektromotors (7) angetrieben wird oder gar nicht angetrieben wird.
Kühlverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (11) ein Hybridantriebsaggregat ist, welches wenigstens ein elektrisches Antriebsaggregat (13) umfasst, wobei ein Kühlmittel zur Kühlung der Verbrennungskraftmaschine (12) und/oder des elektrischen Antriebsaggregates (13) in wenigstens einem Kühlmittelkreislauf (14) des Antriebsaggregates (11) mittels wenigstens einer Kühlmittelpumpe (1) umgewälzt wird, welche über eine erste Antriebsverbindung über einen Freilauf (6) von der Verbrennungskraftmaschine (12) angetrieben wird, wobei der Freilauf (6) genutzt wird, wenn die Kühlmittelpumpe (1) zusätzlich oder anstatt mittels wenigstens eines Elektromotors (7) angetrieben wird oder gar nicht angetrieben wird.
Kühlverfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelpumpe (1) bei laufender Verbrennungskraftmaschine (12) mittels einer Schaltung des Freilaufes (6) deaktiviert wird.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ventil (23; 24; 25) im Kühlmittelkreislauf (14) in Abhängigkeit einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (12) oder/und einer Temperatur zumindest teilweise geöffnet oder geschlossen wird.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Verbrennungskraftmaschine (12) an die Kühlmittelpumpe (1) abgegebene Antriebsleistung gesteuert wird.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Elektromotors (7) ein Volumenstrom des Kühlmittelkreislaufes (14) gesteuert wird.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor in einem Start/Stop-Betrieb bei stehender Verbrennungskraftmaschine (12) zugeschaltet wird.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungselektronik bei stehender Verbrennungskraftmaschine (12) mit zumindest einem Teil des umgewälzten Kühlmittels gekühlt wird.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kühlung des Antriebsaggregates (11) aufgenommene Wärme zumindest teilweise einer Fahrzeug-Kabinenheizung (20) zugeführt wird.