DE10303866A1 - Heating of liquid media, e.g. lubricants, hydraulic oils or coolants, using energy generated during braking directly or indirectly by conversion of braking energy into electrical energy using a generator - Google Patents

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Abstract

Method for heating various liquid media in a motor vehicle with a combustion engine whereby, during braking, a part of the braking power is converted into electrical energy using a generator. The electric energy is then used to electrically heat a liquid. Alternately the heat is directly transmitted from the mechanical or hydraulic braking unit. The invention also relates to a corresponding motor vehicle with a combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen verschiedener flüssiger Betriebsmedien, wie Schmiermittel, Kühlmittel, Leistungsübertragungsmittel, auf Betriebstemperatur in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor.The invention relates to a method for heating various liquid Operating media, such as lubricants, coolants, power transmission media, to operating temperature in motor vehicles with internal combustion engines.

Zur Schmierung der beweglichen Teile in Verbrennungsmotoren und Getrieben von Kraftfahrzeugen werden üblicherweise flüssige Schmiermittel verwendet. Die Schmierwirkung dieser Schmiermittel hängt von deren Viskosität ab, die ihrerseits temperaturabhängig ist. Diese Schmiermittel sind daher auf eine optimale Betriebstemperatur ausgelegt, so dass die geschmierten Aggregate nur im Bereich der optimalen Betriebstemperatur effizient und verschleißarm arbeiten. Infolge der jüngsten Entwicklungsfortschritte, insbesondere bei der Minimierung von Verlustleistungen, erwärmen sich moderne Verbrennungsmotoren und Getriebe aber immer langsamer auf ihre Betriebstemperatur. Nach einem Erfahrungswert benötigt ein moderner Motor nach dem Kaltstart rund ein Viertel seiner Leistung im NEDC Zyklus (New European Driving Cycle) für seine Aufheizung. Aus den bereits genannten Gründen ist das schnelle Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur für die Lebensdauer, Emission und Energieeffizienz von entscheidender Bedeutung. Bei modernen Aggregaten ist dieses Aufheizverhalten nicht immer optimal. Speziell in Verbrennungsmotoren wurden bereits kostspielige elektrische Zusatzheizungen eingebaut. Diese Zusatzheizungen bedeuten aber einen Energiemehrverbrauch, und sie beeinträchtigen das elektrische Bordnetz, insbesondere die Ladebilanz der Batterie, was zu weiteren Kosten hinsichtlich Generator- und Speicherdimensionierung führen kann. Auch eine Zusatzheizung, in der unmittelbar Kraftstoff verbrannt wird, führt zu einem höheren Energieverbrauch.For lubricating the moving parts are usually used in internal combustion engines and transmissions of motor vehicles liquid Lubricant used. The lubricating effect of these lubricants depends on their viscosity starting, which in turn depends on the temperature is. These lubricants are therefore at an optimal operating temperature designed so that the lubricated units only in the area of Optimal operating temperature work efficiently and with little wear. As a result of the youngest Development progress, especially in minimizing power losses, heat modern combustion engines and transmissions are slowing down their operating temperature. According to an empirical value one needs modern engine after cold start around a quarter of its output in the NEDC cycle (New European Driving Cycle) for its heating. From the reasons already mentioned is to quickly reach the desired operating temperature for the Lifetime, emission and energy efficiency are crucial. This heating behavior is not always the case with modern units optimal. Especially in internal combustion engines have become expensive additional electrical heaters installed. These additional heaters mean but an additional energy consumption, and they affect the electrical system, especially the charge balance of the battery, leading to additional costs with regard to generator and storage dimensioning. Also an additional heater in which fuel is burned immediately, leads to a higher one Power consumption.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen.The invention is based on the object cost-effective To create procedures of the type mentioned.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in der Bremsphase ein Teil der Bremsleistung mit einem Generator in elektrische Energie umgewandelt wird, die mit einer an oder in dem das aufzuheizende Medium enthaltenden Aggregat angeordneten elektrischen Heizeinrichtung in Wärme umgewandelt wird, oder mit einer an oder in dem betreffenden Aggregat angeordneten mechanischen oder hydraulischen Bremseinrichtung unmittelbar in Wärme umgewandelt wird.According to the invention, this object solved, that in the braking phase part of the braking power with a generator is converted into electrical energy with an on or in the arranged electrical unit containing the medium to be heated Heater in heat is converted, or with an on or in the aggregate in question arranged mechanical or hydraulic braking device immediately in warmth is converted.

Beim Abbremsen eines Kraftfahrzeugs wird die Bremsleistung üblicherweise als Wärme in die Umgebung abgegeben. Erfindungsgemäß wird ein Teil der Bremsleistung mittelbar oder unmittelbar an einem bestimmten Aggregat in Wärme umgewandelt, um das darin enthaltene flüssige Betriebsmedium schneller auf die optimale Betriebstemperatur zu erwärmen. Idealer Weise erfolgt die Umwandlung von mechanischer Energie in thermische Energie direkt in dem betroffenen Aggregat, um das entsprechende Schmier- oder Kühlmittel zu erwärmen. Im NEDC Fahrzyklus wird pro Bremsung in der Stadtfahrt eine durchschnittliche Bremsleistung von ca. 3 KW benötigt. Diese Bremsleistung kann ohne große Verluste im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs in Wärme umgewandelt und zum Aufheizen der flüssigen Betriebsmedien benutzt werden. Wenn das jeweilige Aggregat bzw. das darin enthaltene Betriebsmedium die optimale Temperatur erreicht hat, dann wird in den Bremsphasen des Kraftfahrzeugs ausschließlich über die Betriebsbremse gebremst.When braking a motor vehicle the braking power is usually as warmth released into the environment. According to the invention, part of the braking power indirectly or directly converted to heat at a particular unit the liquid contained therein Operating medium faster to the optimal operating temperature heat. Ideally, the conversion of mechanical energy into thermal energy directly in the unit concerned in order to or coolant to warm up. In the NEDC driving cycle there is an average per braking in city driving Braking power of approx. 3 KW is required. This braking performance can be achieved without large losses in the drive train of the motor vehicle in heat converted and used to heat the liquid operating media become. If the respective unit or the operating medium contained therein has reached the optimal temperature, then in the braking phases of the motor vehicle exclusively via the Service brake braked.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Bremsenergie nicht verloren geht, sondern dem Antriebsstrang als thermische Energie zurückgeführt wird, kann auf eine kostspielige mit Strom oder Kraftstoff gespeiste Zusatzheizung verzichtet werden. Als Nebeneffekt kann die Ladebilanz der Batterie in einem gesunden Zustand gehalten werden bzw. der Kraftstoffverbrauch verringert werden.Since in the method according to the invention Braking energy is not lost, but as the drive train thermal energy is returned, can be on an expensive auxiliary heater powered by electricity or fuel to be dispensed with. As a side effect, the battery's charge balance be kept in a healthy state or fuel consumption be reduced.

Die Erfindung kann in der Weise verwirklicht werden, dass die Leistung eines zur Erzeugung der Bordspannung dienenden Stromgenerators während der Bremsphasen erhöht und die zusätzlich erzeugte Leistung der oder den an dem oder den aufzuheizenden Aggregaten angeordneten elektrischen Heizeinrichtungen zugeführt wird.The invention can be implemented in the manner that the power of one used to generate the on-board voltage Power generator during the Braking phases increased and the additional generated power of the one or more units to be heated arranged electrical heating devices is supplied.

Auf konstruktiv besonders einfache Weise läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei Kraftfahrzeugen mit einem Automatikgetriebe verwirklichen. Ein Automatikgetriebe umfaßt mehrere Kupplungen, von denen im Fahrbetrieb nur eine geschlossen ist, nämlich diejenige, die der gewünschten Gangstufe entspricht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in den Bremsphasen eine in der jeweiligen Getriebestufe geöffnete Kupplung in Gleitberührung gebracht wird. Da diese Kupplung einer "falschen" Gangstufe zugeordnet ist, besteht eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Teilen dieser Kupplung die eine Gleitreibung und damit die Erzeugung von Wärme bewirkt. Das Getriebe kann daher ohne eine zusätzliche Heizeinrichtung auf die optimale Betriebstemperatur erwärmt werden.On structurally particularly simple Way can be the inventive method realize in motor vehicles with an automatic transmission. On Automatic transmission includes several clutches, of which only one is closed when driving is, namely the one that the desired gear level equivalent. According to the invention, that in the braking phases a clutch open in the respective gear stage brought into sliding contact becomes. Because this clutch is assigned to a "wrong" gear stage there is a speed difference between parts of it Coupling that causes sliding friction and thus the generation of heat. The gearbox can therefore be operated without an additional heating device the optimal operating temperature.

Der Gedanke, das Getriebe eines Kraftfahrzeugs zur Unterstützung der Betriebsbremse zu benutzten, um dadurch in dem Getriebe Reibungswärme zu erzeugen, kann auch bei einem normalen Schaltgetriebe verwirklicht werden. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass dem Getriebe eine Bremseinrichtung zugeordnet ist, die mit diesem in wärmeleitender Verbindung steht. Vorzugsweise ist das Getriebe mit einer mechanischen Bremseinrichtung versehen, so dass in der Bremsphase die Reibungswärme unmittelbar im Getriebe entsteht und auf besondere Wärmeübertragungseinrichtungen verzichtet werden kann.The idea of using the transmission of a motor vehicle to support the service brake, in order to thereby generate frictional heat in the transmission, can also be realized in a normal manual transmission. For this purpose, it is provided that the transmission is assigned a braking device which is thermally conductive to it. The transmission is preferably provided with a mechanical braking device, so that the frictional heat in the braking phase me directly in the gearbox and special heat transfer devices can be dispensed with.

Vorzugsweise wird die Getriebebremse in den Bremsphasen des Kraftfahrzeugs selbsttätig aktiviert bis die optimale Betriebstemperatur des Getriebes bzw. des darin enthaltenen Schmiermittels erreicht ist. Zu diesem Zweck ist der Betriebsbremse und der Getriebebremse eine Steuereinheit zugeordnet, die mit dem Brems pedal oder einer Bremsautomatik (Tempomat, ACC oder dergl.) ansteuerbar und mit einem die Temperatur des Getriebes ermittelnden Sensor verbunden ist.Preferably the transmission brake automatically activated in the braking phases of the motor vehicle until the optimum Operating temperature of the gearbox or the lubricant contained therein is reached. For this purpose, the service brake and the transmission brake a control unit assigned to the brake pedal or one Automatic brake control (cruise control, ACC or the like) can be controlled and with one the temperature of the transmission determining sensor is connected.

Die primär zur Erzeugung von Reibungswärme vorgesehene Getriebebremse kann vorzugsweise so ausgebildet sein, dass sie weitere Funktionen erfüllt und als Rücklaufsperre (Hill Holder) und/oder als Feststellbremse betätigbar ist.The primary intended for the generation of frictional heat The transmission brake can preferably be designed so that it has more Functions fulfilled and as a backstop (Hill Holder) and / or can be operated as a parking brake.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is described below of an embodiment shown in the drawing.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild des Bremssystems eines Kraftfahrzeugs mit einer Einrichtung zum Aufheizen des Getriebes auf Betriebstemperatur.The only figure in the drawing shows a block diagram of the brake system of a motor vehicle with a Device for heating the gear unit to operating temperature.

Zentraler Bestandteil des in der Zeichnung dargestellten Bremssystems ist eine elektrische Steuereinheit 1, die in bekannter Weise mit einem Bremspedal 2 oder einer Bremsautomatik 3 ansteuerbar ist. Bei dieser Bremsautomatik 3 handelt es sich um eine selbsttätige Einrichtung, die entweder beim Überschreiten einer vorgegebenen Geschwindigkeit oder beim Eintreten einer kritischen Fahrsituation ein Bremssignal abgibt. Eine solche Bremsautomatik wird auch als Tempomat oder ACC bezeichnet. Die Steuereinheit 1 ist mit der Betriebsbremse 4 sowie mit einer Getriebebremse 5 verbunden. Bei der Getriebebremse 5 kann es sich grundsätzlich um eine beliebig ausgebildete mechanisch, hydraulisch oder elektrisch wirkende Bremse handeln, sie muß nur geeignet sein, auf die Ausgangswelle des Getriebes ein Bremsmoment auszuüben, wobei die kinetische Energie des Kraftfahrzeugs in Wärmeenergie umgewandelt wird. Diese Wärmeenergie wird benutzt, um das Getriebe auf die optimale Betriebstemperatur aufzuheizen. Vorzugsweise ist die Getriebebremse in das (nicht gezeigte) Getriebe integriert, um den Transport der bei Betätigung der Getriebebremse entstehenden Wärmeenergie zu dem aufzuheizenden Schmiermittel zu erleichtern. Die Getriebebremse kann beispielsweise eine sich am Getriebegehäuse und an der Ausgangswelle abstützende Scheiben- oder Zangenbremse sein. Dem Getriebe ist ein Temperatursensor 6 zugeordnet, der die Temperatur des Getriebegehäuses bzw. des darin enthaltenen Schmiermittels er mittelt. Die von dem Temperatursensor 6 ermittelten Temperaturen werden als Signale in die Steuereinheit 1 eingespeist. Der durchgezogene Pfeil bezeichnet ein Signal für eine unter der Betriebstemperatur liegende Getriebetemperatur wogegen der unterbrochene Pfeil ein Signal entsprechend der Betriebstemperatur bezeichnet.A central component of the brake system shown in the drawing is an electrical control unit 1 in a known manner with a brake pedal 2 or automatic braking 3 is controllable. With this automatic braking system 3 it is an automatic device that emits a brake signal either when a predetermined speed is exceeded or when a critical driving situation occurs. Such automatic braking is also referred to as cruise control or ACC. The control unit 1 is with the service brake 4 as well as with a gear brake 5 connected. With the transmission brake 5 can basically be any mechanically, hydraulically or electrically acting brake, it only has to be suitable to exert a braking torque on the output shaft of the transmission, the kinetic energy of the motor vehicle being converted into thermal energy. This thermal energy is used to heat the gear unit to the optimal operating temperature. The gear brake is preferably integrated in the gear (not shown) in order to facilitate the transport of the thermal energy generated when the gear brake is actuated to the lubricant to be heated. The gear brake can be, for example, a disc or caliper brake which is supported on the gear housing and on the output shaft. The gearbox is a temperature sensor 6 assigned, which he averages the temperature of the gear housing or the lubricant contained therein. The from the temperature sensor 6 determined temperatures are sent as signals to the control unit 1 fed. The solid arrow denotes a signal for a gearbox temperature below the operating temperature, whereas the interrupted arrow denotes a signal corresponding to the operating temperature.

Wenn die Steuereinheit 1 mit dem Bremspedal 2 oder der Bremsautomatik 3 angesteuert wird und der Temperatursensor 6 anzeigt, dass die Betriebstemperatur des Getriebes noch nicht erreicht ist, dann liefert die Steuereinheit 1 einen Bremsbefehl sowohl an die Betriebsbremse 4 als auch an die Getriebebremse 5, wie dies durch durchgezogene Pfeile angedeutet ist. Infolge der bei Betätigung der Getriebebremse entstehenden Reibungswärme wird das Getriebe aufgeheizt. Sobald das Getriebe infolge der Erwärmung im normalen Fahrbetrieb sowie infolge der bei Betätigung der Getriebebremse erfolgenden Erwärmung die optimale Betriebstemperatur erreicht hat, wird dies von dem Temperatursensor 6 der Steuereinheit 1 mitgeteilt. Wenn jetzt die Steuereinheit 1 vom Bremspedal 2 oder von der Bremsautomatik 3 angesteuert wird, dann gibt sie lediglich an die Betriebsbremse 4 einen Bremsbefehl ab.If the control unit 1 with the brake pedal 2 or the automatic brake 3 is controlled and the temperature sensor 6 indicates that the operating temperature of the transmission has not yet been reached, then the control unit delivers 1 a brake command to both the service brake 4 as well as the gear brake 5 , as indicated by solid arrows. As a result of the frictional heat generated when the transmission brake is actuated, the transmission is heated up. As soon as the transmission has reached the optimum operating temperature as a result of the warming in normal driving operation and as a result of the heating occurring when the transmission brake is actuated, the temperature sensor does this 6 the control unit 1 communicated. If now the control unit 1 from the brake pedal 2 or from the automatic brake system 3 is controlled, then it only gives to the service brake 4 a brake command.

Die dem Getriebe zugeordnete Getriebebremse 5 kann so ausgebildet sein, dass sie die Funktion einer Feststellbremse und/oder einer Rücklaufsperre (Hill Holder) erfüllt.The transmission brake associated with the transmission 5 can be designed such that it fulfills the function of a parking brake and / or a backstop (hill holder).

11
Steuereinheitcontrol unit
22
Bremspedalbrake pedal
33
BremsautomatikAuto brake
44
Betriebsbremseservice brake
55
Getriebebremsetransmission brake
66
Temperatursensortemperature sensor

Claims (8)

Verfahren zum Aufheizen verschiedener flüssiger Betriebsmedien, wie Schmiermittel, Kühlmittel, Leistungsübertragungsmittel, auf Betriebstemperatur in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bremsphase ein Teil der Bremsleistung mit einem Generator in elektrische Energie umgewandelt wird, die mit einer an oder in dem das aufzuheizende Medium enthaltenden Aggregat angeordneten elektrischen Heizeinrichtung in Wärme umgewandelt wird, oder mit einer an oder in dem betreffenden Aggregat angeordneten mechanischen oder hydraulischen Bremseinrichtung unmittelbar in Wärme umgewandelt wird.Method for heating various liquid operating media, such as lubricants, coolants, power transmission means, to the operating temperature in motor vehicles with internal combustion engines, characterized in that in the braking phase, part of the braking power is converted into electrical energy by a generator, which can be heated on or in the Medium-containing unit arranged electrical heating device is converted into heat, or is converted directly into heat with a mechanical or hydraulic braking device arranged on or in the relevant unit. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung eines Stromgenerators während der Bremsphasen erhöht und die zusätzlich erzeugte Leistung der oder den elektrischen Heizeinrichtungen zugeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the power of an electricity generator increases during the braking phases and the additionally generated Power of the or the electric heating devices is supplied. Verfahren nach Anspruch 1 für Kraftfahrzeuge mit einem Automatikgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bremsphasen eine in der jeweiligen Getriebestufe geöffnete Kupplung in Gleitberührung gebracht wird, um durch Reibung Wärme zu erzeugen.The method of claim 1 for motor vehicles with an automatic transmission, characterized in that in the braking phases, a clutch opened in the respective transmission stage is brought into sliding contact in order to generate heat by friction. Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor und Schaltgetriebe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Getriebe eine Bremseinrichtung (5) zugeordnet ist, die mit diesem in wärmeleitender Verbindung steht.Motor vehicle with internal combustion engine and manual transmission for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the transmission has a braking device ( 5 ) is assigned, which is thermally conductive to it. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe mit einer mechanischen Bremseinrichtung (5) versehen ist.Motor vehicle according to claim 4, characterized in that the transmission with a mechanical braking device ( 5 ) is provided. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebebremse (5) als Rücklaufsperre (Hill Holder) und/oder als Feststellbremse ausgebildet ist.Motor vehicle according to claim 5, characterized in that the gear brake ( 5 ) is designed as a backstop (hill holder) and / or as a parking brake. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe mit einer hydraulischen Bremseinrichtung (Retarder) versehen ist.Motor vehicle according to claim 4, characterized in that the transmission with a hydraulic brake device (retarder) is provided. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine der Betriebsbremse (4) und der Getriebebremse (5) zugeordnete Steuereinheit (1), die mit dem Bremspedal (2) oder einer Bremsautomatik (3) ansteuerbar und mit einem die Temperatur des Getriebes ermittelnden Sensor (6) verbunden ist.Motor vehicle according to Claim 4, characterized by one of the service brakes ( 4 ) and the gear brake ( 5 ) assigned control unit ( 1 ) with the brake pedal ( 2 ) or an automatic brake ( 3 ) controllable and with a sensor that determines the temperature of the gearbox ( 6 ) connected is.
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