DE102010046460B4

DE102010046460B4 - Mehrzonen-Kühlsystem zur Verwendung in einem Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb des Mehrzonen-Kühlsystems

Info

Publication number: DE102010046460B4
Application number: DE201010046460
Authority: DE
Inventors: Ryan J. Benoit; Rick H. Rajaie
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2030-09-25
Also published as: DE102010046460A1; US20110073285A1

Abstract

Mehrzonen-Kühlsystem (26) zur Verwendung in einem Fahrzeug (20), umfassend: einen Mehrzonen-Wärmetauscher (40), der eine erste Zone (60), eine zweite Zone (62), eine dritte Zone (64), einen Einlass (70) in die erste Zone (60), einen Auslass (72) aus der ersten Zone (60), einen ersten Auslass (74) aus der zweiten Zone (62), einen zweiten Auslass (82) aus der zweiten Zone (62), einen Einlass (78) in die dritte Zone (64) und einen Auslass (80) aus der dritten Zone (64) besitzt; ein zwischen der ersten Zone (60) und der zweiten Zone (62) angeordnetes erstes Rückschlagventil (66), das derart konfiguriert ist, dass es nur eine Fluidströmung von der ersten Zone (60) in die zweite Zone (62) ermöglicht; ein zwischen der dritten Zone (64) und der zweiten Zone (62) angeordnetes zweites Rückschlagventil (68), das derart konfiguriert ist, dass es nur eine Fluidströmung von der dritten Zone (64) in die zweite Zone (62) ermöglicht; einen ersten Kühlkreislauf (42) mit einem ersten 3-Wege-Ventil (48), das einen mit dem Auslass (72) aus der ersten Zone (60) verbundenen ersten Einlass, einen mit dem ersten Auslass (74) aus der zweiten Zone (62) verbundenen zweiten Einlass und einen mit einer ersten Fahrzeugkomponente (50) verbundenen Auslass (76) aufweist, wobei der erste Kühlkreislauf (42) derart konfiguriert ist, dass er eine Strömung eines Fluides durch die erste Fahrzeugkomponente (50) zum Kühlen der ersten Fahrzeugkomponente (50) bereitstellt und er eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf (54) zu dem Einlass (70) in die erste Zone (60) führt, wobei das erste 3-Wege-Ventil (48) derart konfiguriert ist, dass es selektiv eine Fluidströmung von entweder seinem ersten Einlass oder seinem zweiten Einlass zu dem Auslass (76) ermöglicht und eine Fluidströmung von dem anderen Einlass zu dem Auslass (76) blockiert; einen zweiten Kühlkreislauf (44) mit einem zweiten 3-Wege-Ventil (56), das einen mit dem Auslass (80) aus der dritten Zone (64) verbundenen ersten Einlass, einen mit dem zweiten Auslass (82) aus der zweiten Zone (62) verbundenen zweiten Einlass und einen mit einer zweiten Fahrzeugkomponente (52) verbundenen Auslass (84) aufweist, wobei der zweite Kühlkreislauf (44) derart konfiguriert ist, dass er eine Strömung des Fluides durch die zweite Fahrzeugkomponente (52) zum Kühlen der zweiten ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrzonen-Kühlsystem zur Verwendung in einem Fahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb des Mehrzonen-Kühlsystems.
Ein Kondensator-, Kühler-, Gebläsemodul (CRFM) für ein Kraftfahrzeug umfasst typischerweise verschiedene separate Wärmetauscher zum Kühlen von Fluiden, die durch verschiedene Fahrzeugsubsysteme strömen. In den jüngsten Fahrzeugen, wie Hybridfahrzeugen, hat mit einer Zunahme der Anzahl von Subsystemen die Anzahl von Kühlkreisläufen zugenommen, und somit hat auch die Anzahl von Wärmetauschern in dem CRFM zugenommen. Überdies ist jeder dieser Wärmetauscher so bemessen, dass er die Kühlanforderungen für seinen jeweiligen Kühlkreislauf unter den Spitzenlastbedingungen dieses bestimmten Kreislaufs erfüllt. Diese Wärmetauscher nehmen dann mehr Einbauraum in dem CRFM ein, als gewünscht ist. Folglich ist es erwünscht, die Spitzenkühlanforderungen für jeden der Kühlkreisläufe zu erfüllen, während der für die Wärmetauscher in dem CRFM erforderliche Einbauraum reduziert wird.
Herkömmliche Mehrzonen-Kühlsysteme sind aus den Druckschriften US 7 322 399 B2 und DE 32 17 836 A1 bekannt. Aus der Druckschrift DE 101 34 678 A1 ist ein Kühlsystem zur Kühlung der Elektronik eines Elektromotors bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein erfindungsgemäßes Mehrzonen-Kühlsystem zur Verwendung in einem Fahrzeug umfasst einen Mehrzonen-Wärmetauscher, der eine erste Zone, eine zweite Zone, eine dritte Zone, einen Einlass in die erste Zone, einen Auslass aus der ersten Zone, einen ersten Auslass aus der zweiten Zone, einen zweiten Auslass aus der zweiten Zone, einen Einlass in die dritte Zone und einen Auslass aus der dritten Zone besitzt. Außerdem umfasst das Mehrzonen-Kühlsystem ein zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone angeordnetes erstes Rückschlagventil, das derart konfiguriert ist, dass es nur eine Fluidströmung von der ersten Zone in die zweite Zone ermöglicht, und ein zwischen der dritten Zone und der zweiten Zone angeordnetes zweites Rückschlagventil, das derart konfiguriert ist, dass es nur eine Fluidströmung von der dritten Zone in die zweite Zone ermöglicht. Das Mehrzonen-Kühlsystem umfasst ferner einen ersten Kühlkreislauf mit einem ersten 3-Wege-Ventil, das einen mit dem Auslass aus der ersten Zone verbundenen ersten Einlass, einen mit dem ersten Auslass aus der zweiten Zone verbundenen zweiten Einlass und einen mit einer ersten Fahrzeugkomponente verbundenen Auslass aufweist, wobei der erste Kühlkreislauf derart konfiguriert ist, dass er eine Strömung eines Fluides durch die erste Fahrzeugkomponente zum Kühlen der ersten Fahrzeugkomponente bereitstellt und er eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf zu dem Einlass in die erste Zone führt. Das erste 3-Wege-Ventil ist derart konfiguriert ist, dass es selektiv eine Fluidströmung von entweder seinem ersten Einlass oder seinem zweiten Einlass zu dem Auslass ermöglicht und eine Fluidströmung von dem anderen Einlass zu dem Auslass blockiert. Das Mehrzonen-Kühlsystem umfasst einen zweiten Kühlkreislauf mit einem zweiten 3-Wege-Ventil, das einen mit dem Auslass aus der dritten Zone verbundenen ersten Einlass, einen mit dem zweiten Auslass aus der zweiten Zone verbundenen zweiten Einlass und einen mit einer zweiten Fahrzeugkomponente verbundenen Auslass aufweist, wobei der zweite Kühlkreislauf derart konfiguriert ist, dass er eine Strömung des Fluides durch die zweite Fahrzeugkomponente zum Kühlen der zweiten Fahrzeugkomponente bereitstellt und er eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf zu dem Einlass in die dritte Zone führt. Das zweite 3-Wege-Ventil ist derart konfiguriert, dass es selektiv eine Fluidströmung von entweder seinem ersten Einlass oder seinem zweiten Einlass zu dem Auslass ermöglicht und eine Fluidströmung von dem anderen Einlass zu dem Auslass blockiert. Ein Controller bringt das erste und zweite 3-Wege-Ventil steuerbar in Eingriff, um ein Schalten des ersten und zweiten 3-Wege-Ventils zu steuern.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb des vorstehend beschriebenen Mehrzonen-Kühlsystems in einem Fahrzeug umfasst die Schritte, dass: (a) eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf in die erste Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den ersten Kühlkreislauf von der ersten Zone während eines ersten Betriebszustands für die erste Fahrzeugkomponente geführt wird; (b) eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf in die dritte Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den zweiten Kühlkreislauf von der dritten Zone während eines ersten Betriebszustandes für die zweite Fahrzeugkomponente geführt wird; (c) eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf in die erste Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers, von der ersten Zone zu der zweiten Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den ersten Kühlkreislauf von der zweiten Zone während eines Spitzenbetriebszustandes des ersten Kühlkreislaufs, bei dem eine Spitzenkühlung für die erste Fahrzeugkomponente erforderlich ist, geführt wird; (d) bei der Ausführung von Schritt (c) eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf in die dritte Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den zweiten Kühlkreislauf von der dritten Zone während des ersten Betriebszustandes für die zweite Fahrzeugkomponente geführt wird; (e) eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf in die dritte Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers, von der dritten Zone zu der zweiten Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den zweiten Kühlkreislauf von der zweiten Zone während eines Spitzenbetriebszustandes des zweiten Kühlkreislaufs, bei dem eine Spitzenkühlung für die zweite Fahrzeugkomponente erforderlich ist, geführt wird; und (f) bei der Ausführung von Schritt (e) eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf in die erste Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den ersten Kühlkreislauf von der ersten Zone während des ersten Betriebszustandes für die erste Fahrzeugkomponente geführt wird.
Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass eine reduzierte Anzahl von Wärmetauschern in dem CRFM des Fahrzeugs verwendet wird, während dennoch eine angemessene Kühlung für Spitzenkühllasten der verschiedenen Kühlkreisläufe bereitgestellt wird. Diese reduzierte Anzahl von Wärmetauschern kann die Kosten reduzieren und das Einbauen des CRFM in dem Fahrzeug verbessern.
Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass zwei separate Kühlmittelkreisläufe, die dasselbe Kühlmittel verwenden und Spitzenlasten typischerweise unter verschiedenen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, über verschiedene Zonen eines einzelnen Wärmetauschers mit einer gemeinsam genutzten Zone arbeiten, die die zusätzliche Kühlkapazität bereitstellt, um die verschiedenen Spitzenlastbedingungen der beiden Kreisläufe zu berücksichtigen. Tatsächlich ist eine zusätzliche Reservekühlkapazität für jeden Kreislauf verfügbar, wenn ein Zustand mit hoher Kühllast für einen der beiden Kreisläufe entsteht, wodurch eine variable Kühlkapazität für jeden dieser beiden Kreisläufe ermöglicht wird. Tatsächlich wirkt dieser eine Mehrzonen-Wärmetauscher als im Wesentlichen vier Wärmetauscher, während der Einbauraum minimiert ist.
Ein Vorteil einer Ausführungsform kann darin bestehen, dass der Gebrauch des Mehrzonen-Wärmetauschers eine Reduzierung des Fahrzeugluftwiderstandes, eine Reduzierung des Leistungsverbrauchs der Kühlmittelpumpe des Motorgebläses und einen reduzierten Gesamtdruckabfall in den Fluiden über das CRFM ermöglicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Schaubild eines Abschnitts eines Fahrzeugs.
2 ist ein schematisches Schaubild von Abschnitten eines Mehrzonen-Kühlsystems, das in einem ersten Modus arbeitet.
3 ist ein schematisches Schaubild ähnlich zu 2, das jedoch in einem Betrieb in einem zweiten Modus gezeigt ist.
4 ist ein schematisches Schaubild ähnlich zu 2, das jedoch in einem Betrieb in einem dritten Modus gezeigt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die 1 und 2 ist ein Abschnitt eines Fahrzeugs 20 schematisch gezeigt. Das Fahrzeug 20 kann verschiedene Typen von Kühlsystemen aufweisen, wie beispielsweise ein Getriebeölkühlsystem 22, ein Kältemittelsystem 24 für ein Heiz-, Belüftungs- und Klimaanlagen-(HVAC-)System sowie ein Mehrzonen-Kühlsystem 26. Typischerweise besitzen diese Kühlsysteme Wärmetauscher, die nahe einer vorderen Öffnung des Fahrzeugs befestigt sind, was üblicherweise als ein Kondensator-, Kühler-, Gebläsemodul (CRFM) 28 bezeichnet ist. Das Getriebeölkühlsystem 22 kann einen Wärmetauscher 30 (Ölkühler) aufweisen, der in dem CRFM 28 zur Kühlung von Öl in einem Getriebeölkreislauf 32 montiert ist, die Getriebeöl von einem Getriebe (nicht gezeigt) bringt, und zurück an dieses liefert. Das Kältemittelsystem 24 kann einen Kondensator 34 aufweisen, der in dem CRFM 28 montiert ist, um Wärme von durch einen Kältemittelkreislauf 36 strömendem Kältemittel zu entfernen. Das CRFM 28 weist auch ein Gebläse 38 auf, das dazu verwendet wird, Luft durch die Wärmetauscher in dem CRFM 28 zu ziehen.
Das Mehrzonen-Kühlsystem 26 umfasst einen Mehrzonen-Wärmetauscher 40, der in dem CRFM 28 enthalten sein kann und mit zwei verschiedenen Kühlkreisläufen, nämlich einem ersten Kühlkreislauf 42 und einem zweiten Kühlkreislauf 44, verbunden ist. Der erste Kühlkreislauf 42 kann beispielsweise ein Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors sein und kann einen herkömmlichen Typ eines Kühlmittelgemisches enthalten, wie Wasser und Ethylenglykol. Dieser Kühlmittelkreislauf 42 kann das Kühlmittel beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor 50 und einen HVAC-Heizkörper (nicht gezeigt) führen. Dieser Kühlkreislauf kann dazu verwendet werden, eine andere Komponente oder ein anderes Subsystem, wenn so erforderlich, zu kühlen, wie beispielsweise eine Batteriepackung oder batterieverwandte elektronische Komponenten. Der Begriff ”Komponente”, wie hier verwendet ist, umfasst bei Bezugnahme auf Objekte, die durch den Kühlkreislauf gekühlt werden, ein Subsystem oder Subsysteme und betrifft einfach ein oder mehrere Objekte, die durch das Fluid in diesem bestimmten Kreislauf gekühlt werden. Der erste Kühlkreislauf 42 kann eine elektronisch steuerbare Pumpe 46 zum Pumpen des Kühlmittels durch den Kreislauf 42 sowie ein elektronisch steuerbares 3-Wege-Ventil 48 zum Umlenken der Kühlmittelströmung durch den Kreislauf 42 aufweisen.
Der zweite Kühlkreislauf 44 kann ein Kühlkreislauf für Antriebsstrangelektronik sein, die dasselbe Kühlmittelgemisch wie der erste Kühlkreislauf 42 enthält. Dieser Kühlmittelkreislauf 44 kann das Kühlmittel beispielsweise durch Antriebsstrangelektronik führen, wie ein Traktionswechselrichtermodul 52. Der zweite Kühlkreislauf 44 kann eine elektronisch steuerbare Pumpe 54 zum Pumpen des Kühlmittels durch den Kreislauf 44 und ein elektronisch steuerbares 3-Wege-Ventil 56 zum Umlenken der Kühlmittelströmung durch den Kreislauf 44 aufweisen. Die Ventile 48, 56 können separat von dem Mehrzonen-Wärmetauscher 40 sein, an diesem oder in diesem montiert sein.
Ein elektronischer Controller 58 kann mit den Pumpen 46, 54 und den Ventilen 48, 56 (wie durch gestrichelte Linien in 1 gezeigt) verbunden sein und deren Betrieb steuern. Der Controller kann separat von dem Fahrzeugcontroller oder ein Teil eines anderen Fahrzeugcontrollers sein, wie ein Antriebsstrangsteuermodul, und kann aus einer beliebigen Kombination von Hardware und Software aufgebaut sein, wie dem Fachmann bekannt ist.
Der Mehrzonen-Wärmetauscher 40 steht in Wechselwirkung mit sowohl dem ersten als auch zweiten Kühlkreislauf 42, 44. Dieser Wärmetauscher 40 ist ein einzelner Wärmetauscher, der in drei Zonen aufgeteilt ist, nämlich eine erste Zone 60, eine zweite Zone 62 und eine dritte Zone 64. Das Kühlmittel in dem Wärmetauscher 40 kann nicht von der ersten Zone 60 in die zweite Zone 62 strömen, außer durch ein Rückschlagventil 66 der Zone 1–2, und kann nicht direkt von der zweiten Zone 62 zurück in die erste Zone 60 strömen (d. h. ohne Strömung durch den ersten Kühlkreislauf 42). Das Kühlmittel in dem Wärmetauscher 40 kann nicht von der dritten Zone 64 in die zweite Zone 62 strömen, außer durch ein Rückschlagventil 68 der Zone 3–2, und kann nicht direkt von der zweiten Zone 62 zurück in die dritte Zone 64 strömen (d. h. ohne Strömung durch der zweiten Kühlkreislauf 44). Zusätzlich erlaubt der Wärmetauscher 40 keine direkte Kühlmittelströmung zwischen der ersten Zone 60 und der dritten Zone 64.
Der Mehrzonen-Wärmetauscher 40 umfasst auch einen Einlass 70 der Zone Eins in die erste Zone 60, der eine Fluidströmung von der Pumpe 46 in dem ersten Kühlkreislauf 42 aufnimmt, einen Auslass 72 der Zone Eins, der eine Fluidströmung von der ersten Zone 60 in Richtung eines ersten Einlasses des 3-Wege-Ventils 48 in dem ersten Kühlkreislauf 42 lenkt, und einen ersten Auslass 74 der Zone Zwei, der eine Fluidströmung von der zweiten Zone 62 in Richtung einem zweiten Einlass des 3-Wege-Ventils 48 in dem ersten Kühlkreislauf 42 lenkt. Ein Auslass 76 von dem 3-Wege-Ventil 48 führt das Fluid in den Rest des ersten Kühlkreislaufs 42 (wie den Verbrennungsmotor 50). Alternativ dazu kann die Pumpe 46 zwischen dem 3-Wege-Ventil 48 und dem Verbrennungsmotor 50 anstatt zwischen dem Motor 50 und dem Einlass 70 der Zone Eins angeordnet sein, wenn dies so gewünscht ist.
Ein Einlass 78 der Zone Drei in die dritte Zone 64 nimmt Fluid in die dritte Zone 64 von der Pumpe 54 in dem zweiten Kühlkreislauf 44 auf, ein Auslass 80 der Zone Drei führt eine Fluidströmung von der dritten Zone 64 in Richtung eines ersten Einlasses des 3-Wege-Ventils 56 in dem zweiten Kühlkreislauf 44 und ein zweiter Auslass 82 der Zone Zwei führt eine Fluidströmung von der zweiten Zone 62 in Richtung einem zweiten Einlass des 3-Wege-Ventils 56. Ein Auslass 84 von dem 3-Wege-Ventil 56 führt das Fluid in den Rest des zweiten Kühlkreislaufs 44 (wie das Traktionswechselrichtermodul 52). Alternativ dazu kann die Pumpe 54 zwischen dem 3-Wege-Ventil 56 und dem Traktionswechselrichtermodul 52 anstatt zwischen dem Wechselrichtermodul 52 und dem Einlass 78 der Zone Drei angeordnet sein, wenn dies so gewünscht ist.
Somit ist zur Fluidströmung die erste Zone 60 stets mit dem ersten Kühlkreislauf 42 verbunden, die dritte Zone 64 ist stets mit dem zweiten Kühlkreislauf 44 verbunden und die zweite Zone 62 kann mit dem ersten oder zweiten Kreislauf 42, 44 oder keinem der Kühlkreisläufe verbunden sein. Dies ermöglicht drei getrennte Moden einer Kühlmittelkühlung für den Mehrzonen-Wärmetauscher 40, wenn er mit dem ersten und zweiten Kühlkreislauf 42, 44 wechselwirkt.
Die Pfeile an den Fluidlinien in den 1 und 2 zeigen die Strömung von Fluiden für einen ersten Betriebsmodus. In diesem Modus arbeiten der erste und der zweite Kühlkreislauf 42, 44 beide unter normalen Kühllasten. Die Pumpen 46, 54 sind aktiviert, das erste 3-Wege-Ventil 48 ist so eingestellt, dass es eine Fluidströmung von dem Auslass 72 der Zone Eins durch den Auslass 76 des 3-Wege-Ventils führt und eine Strömung von dem ersten Auslass 74 der Zone Zwei blockiert, und das zweite 3-Wege-Ventil 56 ist so eingestellt, dass es eine Fluidströmung von dem Auslass 80 der Zone Drei durch den Auslass 84 des 3-Wege-Ventils führt und eine Strömung von dem zweiten Auslass 82 der Zone Zwei blockiert. Demgemäß strömt das Kühlmittel in dem ersten Kühlkreislauf 42 nur durch die erste Zone 60, und das Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreislauf 44 strömt nur durch die dritte Zone 64. Fluid strömt nicht durch die zweite Zone 62, und so trägt diese Zone nicht zu der Kühlung des Kühlmittels bei. Während die Kühlkapazität der ersten Zone 60 kleiner als die Spitze ist, die zum Kühlen in dem ersten Kühlkreislauf 42 unter Spitzenlastbedingungen notwendig ist, ist die Wärmetauscherkapazität der ersten Zone 60 so bemessen, dass sie ausreichend ist, um die Kühlanforderungen unter Normallastbedingungen für den erste Kühlkreislauf 42 zu erfüllen. Dasselbe gilt für die dritte Zone 64 und den zweiten Kühlkreislauf 44.
3 zeigt einen zweiten Betriebsmodus, bei dem der erste Kühlkreislauf 42 unter Spitzenkühllastbedingungen arbeitet und der zweite Kühlkreislauf unter normalen Kühllastbedingungen arbeitet. Beispielsweise kann der Motor 50 eine Spitzenkühlung erfordern, während das Traktionswechselrichtermodul 52 nur eine normale Kühlung benötigt. In diesem Betriebsmodus sind die Pumpen 46, 54 aktiviert, das erste 3-Wege-Ventil 48 wird so geschaltet, dass es eine Fluidströmung von dem ersten Auslass 74 von Zone Zwei durch den Auslass 76 des 3-Wege-Ventils führt und eine Strömung von dem Auslass 72 von Zone Eins blockiert, und das zweite 3-Wege-Ventil 56 ist so eingestellt, dass es eine Fluidströmung von dem Auslass 80 von Zone Drei durch den Auslass 84 des 3-Wege-Ventils führt und eine Strömung von dem zweiten Auslass 82 von Zone Zwei blockiert. Demgemäß strömt das Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreislauf 44 nur durch die dritte Zone 64 des Mehrzonen-Wärmetauschers 40. Jedoch strömt das Kühlmittel in dem ersten Kühlkreislauf 42 nun durch die erste Zone 60, durch das Rückschlagventil 66 von Zone 1–2 und durch die zweite Zone 62. Diese Strömung durch zwei Zonen des Wärmetauschers 40 erhöht die Kühlkapazität signifikant, wodurch die Spitzenkühlanforderungen für den ersten Kühlkreislauf 42 erfüllt werden. Das Rückschlagventil 68 von Zone 2–3 blockiert die Strömung des Kühlmittels von der zweiten Zone 62 in die dritte Zone 64. Auch kann nach Bedarf die Pumpe 46 eine variable Kapazität besitzen und eingestellt werden, um das Kühlen des ersten Kühlkreislaufs 42 unter Spitzenkühllastbedingungen weiter zu verbessern.
4 zeigt einen dritten Betriebsmodus, bei dem der erste Kühlkreislauf 42 unter normalen Kühllastbedingungen arbeitet und der zweite Kühlkreislauf unter Spitzenkühllastbedingungen arbeitet. Beispielsweise kann der Motor 50 nur eine normale Kühlung erfordern, während das Traktionswechselrichtermodul 52 eine Spitzenkühlung erfordert. In diesem Betriebsmodus sind die Pumpen 46, 54 aktiviert, das erste 3-Wege-Ventil 48 ist so eingestellt, dass es eine Fluidströmung von dem Auslass 72 von Zone Eins durch den Auslass 76 des 3-Wege-Ventils führt und eine Strömung von dem ersten Auslass 74 von Zone Zwei blockiert, und das zweite 3-Wege-Ventil 56 ist so eingestellt, dass es eine Fluidströmung von dem zweiten Auslass 82 von Zone Zwei durch den Auslass 84 des 3-Wege-Ventils führt und eine Strömung von dem Auslass 80 von Zone Drei blockiert. Demgemäß strömt das Kühlmittel in dem ersten Kühlkreislauf 42 nur durch die erste Zone 60 des Mehrzonen-Wärmetauschers 40. Jedoch strömt das Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreislauf 44 nun durch die dritte Zone 64, durch das Rückschlagventil 68 von Zone 3–2 und durch die zweite Zone 62. Diese Strömung durch zwei Zonen des Wärmetauschers 40 erhöht die Kühlkapazität signifikant, wodurch Spitzenkühlanforderungen für den zweiten Kühlkreislauf 44 erfüllt werden. Das Rückschlagventil 66 von Zone 1–2 blockiert die Strömung des Kühlmittels von der zweiten Zone 62 in die erste Zone 60. Auch kann nach Bedarf die Pumpe 54 eine variable Kapazität besitzen und so eingestellt werden, dass sie das Kühlen in dem zweiten Kühlkreislauf 44 unter Spitzenkühllastbedingungen weiter verbessert.
Zum Betrieb dieses Mehrzonen-Kühlsystems 26 in dem Fahrzeug 20 besitzen der erste und zweite Kühlkreislauf dasselbe Kühlmittelgemisch, und die Spitzenlastbedingungen dieser Kreisläufe besitzen wenig oder keine Überlappung (d. h. wenn ein Kreislauf eine Spitzenkühlkapazität anfordert, kann die andere mit einer wesentlich vernünftigeren Kühlkapazität reguliert werden). Zusätzlich ist es, während diese Ausführungsform mit zwei Kühlkreisläufen, die mit dem Mehrzonen-Wärmetauscher 40 Wechselwirken, diskutiert worden ist, vorstellbar, dass eine andere Ausführungsform beispielsweise einen dritten Kühlkreislauf und den Zusatz einer weiteren Zone, eines weiteren Rückschlagventils, einer weiteren Pumpe, eines weiteren 3-Wege-Ventils und entsprechender Einlässe und Auslässe von dem Wärmetauscher 40 besitzen kann.

Claims

Mehrzonen-Kühlsystem (26) zur Verwendung in einem Fahrzeug (20), umfassend: einen Mehrzonen-Wärmetauscher (40), der eine erste Zone (60), eine zweite Zone (62), eine dritte Zone (64), einen Einlass (70) in die erste Zone (60), einen Auslass (72) aus der ersten Zone (60), einen ersten Auslass (74) aus der zweiten Zone (62), einen zweiten Auslass (82) aus der zweiten Zone (62), einen Einlass (78) in die dritte Zone (64) und einen Auslass (80) aus der dritten Zone (64) besitzt; ein zwischen der ersten Zone (60) und der zweiten Zone (62) angeordnetes erstes Rückschlagventil (66), das derart konfiguriert ist, dass es nur eine Fluidströmung von der ersten Zone (60) in die zweite Zone (62) ermöglicht; ein zwischen der dritten Zone (64) und der zweiten Zone (62) angeordnetes zweites Rückschlagventil (68), das derart konfiguriert ist, dass es nur eine Fluidströmung von der dritten Zone (64) in die zweite Zone (62) ermöglicht; einen ersten Kühlkreislauf (42) mit einem ersten 3-Wege-Ventil (48), das einen mit dem Auslass (72) aus der ersten Zone (60) verbundenen ersten Einlass, einen mit dem ersten Auslass (74) aus der zweiten Zone (62) verbundenen zweiten Einlass und einen mit einer ersten Fahrzeugkomponente (50) verbundenen Auslass (76) aufweist, wobei der erste Kühlkreislauf (42) derart konfiguriert ist, dass er eine Strömung eines Fluides durch die erste Fahrzeugkomponente (50) zum Kühlen der ersten Fahrzeugkomponente (50) bereitstellt und er eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf (54) zu dem Einlass (70) in die erste Zone (60) führt, wobei das erste 3-Wege-Ventil (48) derart konfiguriert ist, dass es selektiv eine Fluidströmung von entweder seinem ersten Einlass oder seinem zweiten Einlass zu dem Auslass (76) ermöglicht und eine Fluidströmung von dem anderen Einlass zu dem Auslass (76) blockiert; einen zweiten Kühlkreislauf (44) mit einem zweiten 3-Wege-Ventil (56), das einen mit dem Auslass (80) aus der dritten Zone (64) verbundenen ersten Einlass, einen mit dem zweiten Auslass (82) aus der zweiten Zone (62) verbundenen zweiten Einlass und einen mit einer zweiten Fahrzeugkomponente (52) verbundenen Auslass (84) aufweist, wobei der zweite Kühlkreislauf (44) derart konfiguriert ist, dass er eine Strömung des Fluides durch die zweite Fahrzeugkomponente (52) zum Kühlen der zweiten Fahrzeugkomponente (52) bereitstellt und er eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf (44) zu dem Einlass (78) in die dritte Zone (64) führt, wobei das zweite 3-Wege-Ventil (56) derart konfiguriert ist, dass es selektiv eine Fluidströmung von entweder seinem ersten Einlass oder seinem zweiten Einlass zu dem Auslass (84) ermöglicht und eine Fluidströmung von dem anderen Einlass zu dem Auslass (84) blockiert; und einen Controller (58), der das erste und zweite 3-Wege-Ventil (48, 56) steuerbar in Eingriff bringt, um ein Schalten des ersten und zweiten 3-Wege-Ventils (48, 56) zu steuern.
Mehrzonen-Kühlsystem (26) nach Anspruch 1, wobei der erste Kühlkreislauf (42) eine erste Pumpe (46) aufweist, die steuerbar ist, um das Fluid selektiv durch den ersten Kühlkreislauf (42) zu pumpen.
Verfahren zum Betrieb des Mehrzonen-Kühlsystems (26) in einem Fahrzeug (20) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf (42) in die erste Zone (60) des Mehrzonen-Wärmetauschers (40) und zurück in den ersten Kühlkreislauf (42) von der ersten Zone (60) während eines ersten Betriebszustands für die erste Fahrzeugkomponente (50) geführt wird; (b) eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf (44) in die dritte Zone (64) des Mehrzonen-Wärmetauschers (40) und zurück in den zweiten Kühlkreislauf (44) von der dritten Zone (64) während eines ersten Betriebszustandes für die zweite Fahrzeugkomponente (52) geführt wird; (c) eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf (42) in die erste Zone (60) des Mehrzonen-Wärmetauschers (40), von der ersten Zone (60) zu der zweiten Zone (62) des Mehrzonen-Wärmetauschers (40) und zurück in den ersten Kühlkreislauf (42) von der zweiten Zone (62) während eines Spitzenbetriebszustandes des ersten Kühlkreislaufs (42), bei dem eine Spitzenkühlung für die erste Fahrzeugkomponente (50) erforderlich ist, geführt wird; (d) bei der Ausführung von Schritt (c) eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf (44) in die dritte Zone (64) des Mehrzonen-Wärmetauschers (40) und zurück in den zweiten Kühlkreislauf (44) von der dritten Zone (64) während des ersten Betriebszustandes für die zweite Fahrzeugkomponente (52) geführt wird; (e) eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf (44) in die dritte Zone (64) des Mehrzonen-Wärmetauschers (40), von der dritten Zone (64) zu der zweiten Zone (62) des Mehrzonen-Wärmetauschers (40) und zurück in den zweiten Kühlkreislauf (44) von der zweiten Zone (62) während eines Spitzenbetriebszustandes des zweiten Kühlkreislaufs (44), bei dem eine Spitzenkühlung für die zweite Fahrzeugkomponente (52) erforderlich ist, geführt wird; und (f) bei der Ausführung von Schritt (e) eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf (42) in die erste Zone (60) des Mehrzonen-Wärmetauschers (40) und zurück in den ersten Kühlkreislauf (42) von der ersten Zone (60) während des ersten Betriebszustandes für die erste Fahrzeugkomponente (50) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei Schritt (c) ferner umfasst, dass eine Drehzahl einer ersten Pumpe (46) in dem ersten Kühlkreislauf (42) erhöht wird, um die Fluidströmung während des Spitzenbetriebszustandes des ersten Kühlkreislaufs (42) zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei Schritt (e) ferner umfasst, dass eine Drehzahl einer zweiten Pumpe (54) in dem zweiten Kühlkreislauf (44) erhöht wird, um die Fluidströmung während des Spitzenbetriebszustandes des zweiten Kühlkreislaufs (44) zu erhöhen.