DE60029874T2

DE60029874T2 - Umwälzanlage für Kühlmittel in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE60029874T2
Application number: DE60029874T
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Heavy Industries Ltd Kenji Nakamura-ku Nagoya Matuda; c/o Mitsubishi Heavy Ind. Ltd Toyotaka Nakamura-ku Nagoya Hirao; c/o Churyo Engineering Co. Ltd Hiroshi Nagoya Mizutani; Gregory A. Beverly Hills Major; June Novi Bian
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Motors Liquidation Co
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Motors Liquidation Co
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: KR20010007283A; US6357541B1; EP1059426B1; CN1277927A; JP2001032713A; DE60029874D1; CN1131153C; KR100459081B1; EP1059426A3; EP1059426A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umwälzvorrichtung für Kühlmittel, die in einem Fahrzeug vorgesehen ist, um Kühlmittel umzuwälzen.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Es gab in der letzten Zeit zunehmendes Verlangen nach Einführung eines schadstoffarmen Fahrzeugs und eines Fahrzeugs für alternative Energie, begleitet vom Verlangen nach Verbesserung der Luftumwelt- und Umweltprobleme. Ein starker Kandidat für das Fahrzeug für alternative Energie ist das Hybridfahrzeug, welches einen Elektromotor zusammen mit einer Maschine verwendet.
Ein Hybridfahrzeug wird während schneller Fahrt durch eine Maschine angetrieben und wird während langsamer Fahrt durch einen Antriebsmotor mit einer Batterie als Stromquelle angetrieben. Die Batterie wird während Maschinenantrieb durch Antrieb eines Stromerzeugungsmotors geladen.
Da eine Mehrzahl von Antriebsquellen auf diese Weise vorgesehen werden, müssen bei dem Hybridfahrzeug für alle Antriebsquellen Kühlsysteme vorgesehen werden. Das heißt, man muss wie bei der konventionellen Maschine eine Kühlmittelumwälzvorrichtung zum Umwälzen von Kühlmittel zwischen einem Kühler und einer Maschine vorsehen, um die Maschine zu kühlen. Außerdem wird der Antriebsmotor gekühlt, indem eine Kühlmittelumwälzvorrichtung für Antriebsmotorkühlmittel vorgesehen wird. Und da der Stromerzeugungsmotor gekühlt werden muss, während er angetrieben wird, ist auch hierfür eine Kühlmittelumwälzvorrichtung nötig. Bei dem Antriebsmotor und dem Stromerzeugungsmotor muss die Temperatur hier auf weniger als ungefähr 65°C gehalten werden.
Und im Falle, dass eine Hochtemperaturbatterie wie z.B. eine Lithium-Ionen-Batterie als die Batterie verwendet wird, ist es wünschenswert, die Temperatur auf ungefähr 85°C zu regeln, um den Wirkungsgrad der Stromerzeugung und -speicherung zu verbessern.
Übrigens, bei Verwendung des Antriebsmotors und des Stromerzeugungsmotors ist die Kühltemperatur (Regelungstemperatur) für die Batterie verschieden. Folglich muss man nicht nur ein Kühlsystem vorsehen, welches einen Kühler (nachfolgend einfach als Kühlsystem bezeichnet) für Maschinenkühlung, sondern auch jeweilige separate Kühlsysteme vorsehen, eines zum Kühlen des Antriebsmotors und des Stromerzeugungsmotors und eines zum Kühlen der Batterie. Und im Falle, dass zum Beispiel ein Zwischenkühler als Maschinenausrüstung vorgesehen ist, muss auch dessen Kühlung berücksichtigt werden. Daher wird die Kühlausrüstung einhergehend mit einer Gewichtszunahme vermehrt, so dass es das Problem der Montage in einem Fahrzeug gibt, wo Verkleinerung erforderlich ist.
Das Dokument FR-A-2 748 428 beschreibt ein Kühlsystem für ein Hybridfahrzeug. Bei diesem System wird ein Kühlmittel zwischen einem einzigen Kühler zum Kühlen des Kühlmittels und einer Maschine und einem elektrischen Antriebsmotor umgewälzt. Die US-A-5251588 offenbart eine Hybridmaschine, bei der die Maschine und der Elektromotor jeweils mit einem separaten Kühler verbunden sind.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der obigen Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Umwälzvorrichtung für Kühlmittel in einem Fahrzeug bereitzustellen, welche Verkleinerung und Gewichtsreduktion von Ausrüstung verwirklicht.
Dank der Erfindung wird diese Aufgabe mittels einer Umwälzvorrichtung für Kühlmittel in einem Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 1 gelöst.
In einem Hybridfahrzeug gibt es als zu kühlende Vorrichtungen abgesehen von der Maschine den Antriebsmotor, den Zwischenkühler und die Einheit zur Abgasrückführung (nachfolgend als EGR bezeichnet). Doch werden nicht alle gleichzeitig benutzt. Zum Beispiel hinsichtlich des Zwischenkühlers und des Antriebsmotors wird der Zwischenkühler nur während Maschinenantrieb benutzt, und daher werden der Zwischenkühler und der Antriebsmotor nicht gleichzeitig benutzt. Das heißt, auch wenn das Kühlsystem für Zwischenkühler-Kühlung und das Kühlsystem für Antriebsmotor-Kühlung separat vorgesehen sind, werden diese Kühlsysteme nicht gleichzeitig benutzt, weshalb Kühlung der beiden mittels eines einzigen Kühlsystems durchgeführt werden kann, wenn die Kühlsysteme für den Zwischenkühler und für den Antriebsmotor gemeinsam sind.
Das heißt, die einzeln vorgesehenen Kühler können zusammengefasst werden, und die Kühlung kann auf eine zentralisierte Weise mit einem (Zahlwort) Kühler durchgeführt werden, wodurch die Leistung der Kühler möglichst klein gemacht wird. Folglich kann das Gewicht und Volumen des Kühlers vermindert werden, ohne die Kühlleistung zu vermindern, auch wenn, wie bei der vorliegenden Erfindung, die Konstruktion derart ist, dass das Kühlmittel zwischen einer Mehrzahl von zu kühlenden Vorrichtungen und einem einzigen Kühler umgewälzt wird.
Insbesondere werden, wenn die zu kühlenden Vorrichtungen die Maschine, der Antriebsmotor und die Maschinenausrüstung sind, ein erster Kühler zur Maschinenkühlung und ein zweiter Kühler zur Kühlung von Antriebsmotor und Maschinenausrüstung vorgesehen. Als Maschinenausrüstung gibt es einen Zwischenkühler und/oder eine Abgasrückführungseinheit.
Außerdem kann eine Batterie in dem Kühlmittelumwälzsystem mit dem zweiten Kühler vorgesehen sein.
Bei der Umwälzvorrichtung für Kühlmittel in einem Fahrzeug der vorliegenden Erfindung kann eine Umwälzmengen-Steuereinrichtung zur Steuerung der zu den jeweiligen zu kühlenden Vorrichtungen umgewälzten Kühlmittelmenge zwischen den zu kühlenden Vorrichtungen und dem Kühler vorgesehen sein.
Bei dieser Kühlmittelumwälzvorrichtung wird eine für die jeweiligen zu kühlenden Vorrichtungen nötige Kühlmittelmenge durch die Kühlmittelmengen-Steuereinrichtungen umgewälzt. Das heißt, die jeweiligen Kühlmittelmengen-Steuereinrichtungen verteilen das von Kühler zugeführte Kühlmittel auf die jeweiligen zu kühlenden Vorrichtungen.
Für die Kühlmittelmengen-Steuereinrichtung sind Pumpen vorgesehen, die zum Beispiel jeweils für die zu kühlende Vorrichtung vorgesehen sein können.
Im Falle, dass Kühlmittel von einem Kühler zu einer Mehrzahl von zu kühlenden Vorrichtungen umgewälzt wird, gibt es hier den Fall, dass, wenn eine Pumpe gestoppt ist und die andere Pumpe arbeitet, das Kühlmittel nicht dem Kühler zugeführt wird, sondern zu den anderen zu kühlenden Vorrichtungen zurückfließt, deren Pumpe gestoppt ist. In diesem Fall wird das Kühlmittel nicht zwischen dem Kühler umgewälzt, sondern wird zwischen der zu kühlenden Vorrichtung umgewälzt, deren Pumpe gestoppt ist. Um dies zu verhindern, wird die Pumpe auch dann nicht vollständig gestoppt, wenn es nicht notwendig ist, die zu kühlende Vorrichtung mit Kühlmittel zu kühlen, und wird in dem Maße betrieben, dass das Kühlmittel nicht zurückfließt.
Als Mittel zur Verhinderung von Rückfluss kann statt des Obigen der Einbau eines Rückschlagventils erwogen werden. Dies weist jedoch das Problem auf, dass bei fließendem Kühlmittel das Rückschlagventil Flusswiderstand verursacht. Wird der Rückfluss mit einer Umwälzmengen-Steuereinrichtung wie z.B. einer Pumpe wie oben beschrieben verhindert, tritt dieses Problem nicht auf, und der Energieverlust der Pumpe kann beschränkt werden. Das heißt, statt das Rückschlagventil vorzusehen, ermöglicht die Konstruktion, bei der Rückfluss durch die Pumpe verhindert wird, eine kleinere Pumpe und damit eine Reduktion des Fahrzeuggewichts.
Außerdem kann eine Kühlmittel-Heizeinrichtung zum Erwärmen des Kühlmittels vorgesehen sein, und eine Kühlmittelmischung von durch die Kühlmittel-Heizeinrichtung erwärmtem heißem Kühlmittel und einem Kühlmittel mit niedrigerer Temperatur als das heiße Kühlmittel können zu den zu kühlenden Vorrichtungen umgewälzt werden.
Als Kühlmittel-Heizeinrichtung gibt es eine Vorrichtung wie z.B. die Maschine, welche das Kühlmittel erwärmt. Als das Kühlmittel mit niedriger Temperatur gibt es zum Beispiel Kühlmittel, welches vom Kühler gekühlt worden ist, oder Kühlmittel, welches von der zu kühlenden Vorrichtung erwärmt worden ist.
Durch Mischen des heißen Kühlmittels und des Kühlmittels mit niedriger Temperatur kann dann ein Kühlmittel mit einer wahlweisen Temperatur innerhalb eines Bereichs der Temperaturen erzeugt werden. Temperaturreglung wird durchgeführt, indem die Menge des heißen Kühlmittels und des Kühlmittels mit niedriger Temperatur, welche zusammengemischt werden, eingestellt wird. Auf diese Weise wird zum Beispiel ein Kühlmittel mit konstanter Temperatur kontinuierlich zu der zu kühlenden Vorrichtung (zum Beispiel der Lithium-Ionen-Batterie) umgewälzt, so dass die zu kühlende Vorrichtung auf einer konstanten Temperatur gehalten werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Skizze, die eine Anordnung eines Hybridfahrzeugs zeigt, das mit einer Umwälzvorrichtung für Kühlmittel in einem Fahrzeug ausgestattet ist, gezeigt als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Perspektivansicht eines HPVM, das in dem Hybridfahrzeug montiert ist.
3 ist ein Blockdiagramm des Hybridfahrzeugs.
4 ist eine Skizze, die einen Kältemittelflussweg einer Klimaanlage zeigt, die in dem Hybridfahrzeug montiert ist.
5 ist eine Skizze, die den Fluss von Kühlmittel in dem Hybridfahrzeug zeigt.
6 ist eine Tabelle, die den Gebrauch und Nichtgebrauch von verschiedener Ausrüstung während Maschinenantrieb und Motorantrieb in dem Hybridfahrzeug zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es folgt eine Beschreibung eines Hybridfahrzeugs, das mit einer Umwälzvorrichtung für Kühlmittel in einem Fahrzeug ausgestattet ist, als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Hybridfahrzeug, das mit einer Antriebseinheit 2 (zu kühlende Vorrichtung) im vorderen Teil des Fahrzeugs mit einem darin untergebrachten Motor 2a zum Antrieb der Vorderräder und einer Maschine 3 im hinteren Teil des Fahrzeugs zum Antrieb der Hinterräder ausgestattet ist. Das Hybridfahrzeug läuft während langsamer Fahrt mittels des Antriebsmotors 2a als Antriebsquelle und läuft während schneller Fahrt über einer bestimmten Geschwindigkeit, indem die Antriebsquelle auf die Maschine 3 umgeschaltet wird. Da der Motor 2a im vorderen Teil des Fahrzeugs vorgesehen ist, ist die Maschine 3 im hinteren Teil des Fahrzeugs angeordnet, aus Gründen des Montageplatzes und unter Berücksichtigung des Luftwiderstands.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 5 eine Batterie (zu kühlende Vorrichtung), welche eine Stromquelle für den Motor 2a ist, und das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Motor-Generator-Einheit (zu kühlende Vorrichtung) zum Umwandeln der Antriebskraft des Motors 3 in elektrischen Strom und Speichern des elektrischen Stroms in der Batterie 5. Ein Stromerzeugungsmotor (nicht gezeigt) ist in der Motor-Generator-Einheit 6 montiert, und der elektrische Strom wird erzeugt, indem die Antriebskraft der Maschine 3 auf den Stromerzeugungsmotor übertragen wird. Außerdem hat die Motor-Generator-Einheit 6 die Funktion, den in der Batterie 5 gespeicherten elektrischen Strom in die Antriebskraft umzuwandeln, indem der Stromerzeugungsmotor mit dem elektrischen Strom angetrieben wird. Die Batterie 5 dieses Beispiels ist hier eine Hochtemperatur-Batterie, welche in einem hohen Temperaturbereich (zum Beispiel 80°C bis 90°C) mit hohem Wirkungsgrad stabil ist. Ein Beispiel für eine Hochtemperatur-Batterie ist eine Batterie, welche ein Halid, zum Beispiel Kupfer, Nickel oder Silber, für die positive Elektrode und metallisches Lithium (alternativ ist auch ein aktiviertes Metall wie z.B. Kalzium, Magnesium möglich) für die negative Elektrode verwendet und einen organischen Stoff wie z.B. Propylencarbonat für den Elektrolyten verwendet.
Das Bezugszeichen 50 bezeichnet ein I/C(Zwischenkühler)-EGR-System (zu kühlende Vorrichtung).
Außerdem bezeichnet das Bezugszeichen 8 einen ersten Kühler zum Kühlen der Maschine 3, und 9 bezeichnet einen zweiten Kühler, der zusammen mit dem ersten Kühler 8 vorgesehen ist. Der zweite Kühler 9 dient zum Kühlen des Antriebsmotors 2a, der Motor-Generator-Einheit 6 und des I/C-EGR-Systems 50. Der erste Kühler 8 und der zweite Kühler 9 sind so konstruiert, dass die Wärme durch ein Gebläse 10 für die kühlenden Kühler an die umgebende Luft abgegeben wird.
Außerdem ist ein Batteriewärmetauscher 11 (kühlende Heizvorrichtung) zur Übertragung von Wärme von der Maschine 3 zur Batterie 5 vorgesehen.
Es folgt eine Beschreibung einer Klimaanlagenvorrichtung (nachfolgend als Klimaanla ge bezeichnet), die im Hybridfahrzeug 1 montiert ist.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 12 eine Kompressoreinheit zum Komprimieren eines Kältemittels, 13 bezeichnet einen Wärmetauscher, 14 bezeichnet ein Gebläse zum Blasen von Luft den Wärmetauscher 13, und 15 bezeichnet ein Modul, das als HPVM (Wärmepumpen-Belüftungsmodul) bezeichnet wird. Der Wärmetauscher 13 ist auf der rechten Seite des Fahrzeugchassis vorgesehen, um Wärmeaustausch mit der Außenluft zu erleichtern, und die Wärme wird mittels des Gebläses 14 zwangsweise mit der Außenluft ausgetauscht. Das HPVM 15 ist in der Mitte des hinteren Teils des Fahrzeugchassis angeordnet und ist mit einem Kanal 16 verbunden, der entlang einer Mitte des unteren Teils des Fahrzeugchassis zur Vorderseite des Fahrzeugchassis verläuft. Der Kanal 16 ist rohrförmig ausgebildet und ist mit Luftauslassabschnitten 17 und 18 im mittleren Teil bzw. im vorderen Ende des Kanals 16 versehen.
Das HPVM 15 wird jetzt im Detail beschrieben.
2 zeigt eine Perspektivansicht des HPVM 15, und 3 zeigt ein Blockdiagramm der Klimaanlage.
In 2 ist der HPVM 15 mit einem Gehäuse 15a, einem Innenlufteinlass 21, einem Außenlufteinlass 22, einer Auslassöffnung 23 und einem Verbindungsteil 24 zur Verbindung des HPVM 15 mit dem Kanal 16 versehen.
Der Innenlufteinlass 21 steht mit der Fahrzeugkabine in Verbindung, und der Außenlufteinlass 22 und die Auslassöffnung 23 stehen mit der Außenseite der Fahrzeugkabine in Verbindung.
Wie in 3 gezeigt, ist das HPVM 15 außerdem mit einer Innenluft/Außenluft-Umschaltklappe 30, die bestimmt, ob Luft innerhalb der Fahrzeugkabine (Innenluft) oder Luft außerhalb der Fahrzeugkabine (Außenluft) einzusaugen ist, einem Lüfter 31 zum Einleiten von Luft über die Innenluft/Außenluft-Umschaltklappe 30, einem Wärmetauscher 33 zum Austausch von Wärme zwischen der eingeleiteten Luft und dem Kältemittel, einer Luftmischklappe 34 zum Abzweigen eines Teils der wärmegetauschen Luft und einem Heizkern 35 zum Erwärmen der abgezweigten Luft ausgestattet.
Durch Öffnen oder Schließen der Innenluft/Außenluft-Umschaltklappe 30 ist es möglich, entweder einen Innenluft-Umwälzbetrieb zum Einsaugen von Innenluft aus dem Innenlufteinlass 21 (siehe 2) und Schicken der Luft zum Kanal 16 oder einen Außenluft-Einleitungsbetrieb zum Einleiten von Außenluft aus dem Außenlufteinlass 22 (siehe 2) und Schicken der Luft zum Kanal 16 und außerdem Entlassen von Innenluft aus der Auslassöffnung 23 (siehe 2) auszuwählen.
Der Heizkern 35 ist ein Wärmetauscher, dem heißes Kühlmittel von der Maschine 3 zugeführt wird, wie unten beschrieben, und der einen Strom eingeleiteter Luft erwärmt. Dieser wird während des Heizbetriebs (Wärmepumpenbetriebs) der Klimaanlage ergänzend verwendet. Die Luftmischklappe 34 dient zum Einstellen der Menge der zum Heizkern 35 abgezweigten eingeleiteten Luftmenge entsprechend ihrem Öffnungsgrad.
Die eingeleitete Luft wird dann aus den Luftauslassabschnitten 17 und 18 des Kanals 16 in die Fahrzeugkabine geblasen.
Der Kühlbetrieb oder Heizbetrieb wird durchgeführt, indem dem Wärmetauscher 33 und dem Wärmetauscher 13 durch die Kompressoreinheit 12 Kältemittel zugeführt wird. 4 zeigt die Kompressoreinheit 12.
Wie in 5 gezeigt, enthält die Kompressoreinheit 12 als Hauptbestandteile einen Kompressor 41, einen Drosselwiderstand 42, ein Vier-Wege-Ventil 43 und einen Akkumulator 44. Die oben beschriebenen Wärmetauscher 13 und 33 sind durch einen Kältemittelweg 45 zwischen diesen jeweiligen Einrichtungen verbunden, um einen Kältemittelkreis auszubilden.
Eine Antriebskraft wird durch die Maschine 3 oder die Motor-Generator-Einheit 6 zum Kompressor 41 übertragen. Der Kompressor 41 hat die Funktion, das als Gas zugeführte Kältemittel zu komprimieren und das Kältemittel als unter hoher Temperatur und hohem Druck stehendes gasförmiges Kältemittel dem Vier-Wege-Ventil 43 zuzuführen. Das Vier-Wege-Ventil 43, zu dem das unter hoher Temperatur und hohem Druck stehende gasförmige Kältemittel geschickt wird, hat die Funktion, den Kühl- oder Heizbetrieb durch Änderung der Kältemittelflussrichtung im Kältemittelkreis umzuschalten. Außerdem hat der Drosselwiderstand 42 die Funktion, das unter hoher Temperatur und hohem Druck stehende flüssige Kältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren, um ein unter niedriger Temperatur und niedrigem Druck stehendes flüssiges (Nebel) Kältemittel abzugeben. Dieser benutzt ein Kapillarrohr oder ein Expansionsventil. Der Akkumulator 44 ist dazu vorgesehen, die flüssige Komponente zu entfernen, die im dem Kompressor 41 zugeführten gasförmigen Kältemittel enthalten ist.
Bei dem oben beschriebenen Kältemittelkreis wird während des Heizbetriebs das unter niedriger Temperatur und niedrigem Druck stehende flüssiges Kältemittel durch Absorption von Wärme aus der Außenluft im Wärmetauscher 33 verdampft und vergast, um ein unter niedriger Temperatur und niedrigem Druck stehendes gasförmiges Kältemittel zu werden, und wird dann zum Kompressor 41 geschickt und wird zu einem unter hoher Temperatur und hohem Druck stehenden gasförmigen Kältemittel komprimiert. Danach gibt das gasförmige Kältemittel im Wärmetauscher 13 Wärme ab und geht durch den Drosselwiderstand 42 hindurch, um ein unter hoher Temperatur und hohem Druck stehendes flüssiges Kältemittel zu werden, wonach es wieder zum Wärmetauscher 33 umgewälzt wird. In diesem Fall fungiert der Wärmetauscher 33 als Verdampfer, während der Wärmetauscher 13 als Kondensator fungiert.
Während des Kühlbetriebs wird das unter hoher Temperatur und hohem Druck stehende gasförmige Kältemittel dem Wärmetauscher 33 zugeführt, und daher wird es durch Wärmeabgabe an die Außenluft kondensiert und verflüssigt, um ein unter hoher Temperatur und hohem Druck stehendes flüssiges Kältemittel zu werden, welches zum Drosselwiderstand 42 und zum Wärmetauscher 13 geschickt wird. Das flüssige Kältemittel, das im Wärmetauscher 13 verdampft worden ist, wird dann zum Kompressor 41 geschickt und wird wieder zum Wärmetauscher 33 umgewälzt. In diesem Fall fungiert der Wärmetauscher 33 als Kondensator und fungiert der Wärmetauscher 13 als Verdampfer.
Bei der obigen Konstruktion ist es für sicheren Betrieb erforderlich, dass die Temperatur der oben beschriebenen Antriebseinheit 2 und der Motor-Generator-Einheit 6 nicht höher als 65°C ist. Außerdem ist die Temperatur der Batterie 5 aus Sicht des Speicherwirkungsgrades idealerweise 85 ± 5°C. Um diese Anforderung zu erfüllen, wird im Hybridfahrzeug 1 die Temperatur des Kühlmittels geregelt, wie unten beschrieben.
Wie in 5 gezeigt, sind vorbestimmte Flusswege ausgebildet, die ein Kühlmittel zwischen der Maschine 3, der Batterie 5, dem I/C-EGR-System 50, der Antriebseinheit 2, der Motor-Generator-Einheit 6, dem ersten Kühler 8, dem zweiten Kühler 9 und dem Batteriewärmetauscher 11 fließen lassen.
Die Maschine 3 wird durch den ersten Kühler 8 gekühlt, und die Batterie 5, das I/C-EGR-System 50, die Antriebseinheit 2 und die Motor-Generator-Einheit 6 werden durch den zweiten Kühler 9 gekühlt.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung des Flussweges.
Das I/C-EGR-System 50, die Antriebseinheit 2 und die Motor-Generator-Einheit 6 werden durch vom zweiten Kühler 9 zugeführtes Kühlmittel gekühlt.
Zuerst wird das Kühlmittel von der Auslassseite des zweiten Kühlers 9 dem Flussweg 51 zugeführt. Das Kühlmittel wird an einem Verzweigungspunkt p1 zur Seite des I/C-EGR-Systems 50 und zur Seite der Antriebseinheit 2 und der Motor-Generator-Einheit 6 verzweigt.
Das zur Seite des I/C-EGR-System 50 verzweigte Kühlmittel wird über eine Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe (Umwälzmengen-Steuereinrichtung) 53, die in einen Flussweg b1 eingefügt ist, dem I/C-EGR-System 50 zugeführt. Nach Kühlung des Vorrichtungssystems im I/C-EGR-System 50 wird das Kühlmittel über einen Flussweg 52 wieder zum zweiten Kühler 9 umgewälzt. In diesem Zeitpunkt wird dem Kühlmittel von der Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 eine Fließgeschwindigkeit gegeben, die das Kühlmittel im Flussweg b1 fließen lässt.
Andererseits wird das zur Seite der Antriebseinheit 2 und der Motor-Generator-Einheit 6 verzweigte Kühlmittel an einem Verzweigungspunkt p2 weiter verzweigt, wonach ein Teil des Kühlmittels über eine Traktions-Kühlmittelpumpe (Umwälzmengen-Steuereinrichtung) 54 weiter verzweigt wird. Ein Teil wird zu einem Flussweg b2 auf der Seite der Antriebseinheit 2 verzweigt, und der andere wird zu einem Flussweg b3 auf der Seite der Motor-Generator-Einheit 6 verzweigt. Das Kühlmittel nach dem Verzweigen wird der Antriebseinheit 2 bzw. der Motor-Generator-Einheit 6 zugeführt, ähnlich dem dem I/C-EGR-System 50 zugeführten Kühlmittel, um das Vorrichtungssystem zu kühlen, und wird dann über den Flussweg 52 wieder zum zweiten Kühler 9 umgewälzt. In diesem Zeitpunkt wird dem Kühlmittel von der Traktions-Kühlmittelpumpe 54 eine Fließge schwindigkeit gegeben, die das Kühlmittel in den Flusswegen b2 und b3 fließen lässt.
Die Antriebseinheit 2 ist hier im vorderen Teil des Fahrzeugchassis vorgesehen, wie in 1 gezeigt. Andererseits sind die Motor-Generator-Einheit 6 und der zweite Kühler 9 im hinteren Teil des Fahrzeugchassis vorgesehen. Das heißt, der Flussweg b2 ist länger als der Flussweg b3 und hat einen größeren Kühlmittel-Flusswiderstand. Ist es erforderlich, das Kühlmittel sowohl zur Antriebseinheit 2 als auch zur Motor-Generator-Einheit 6 fließen zu lassen, so wird daher die Durchflussmenge auf der Seite der Motor-Generator-Einheit 6 höher als auf der Seite der Antriebseinheit 2, was in einem Ungleichgewicht resultiert. Um dieses Problem zu lösen, ist ein Flussregelventil 55 in den Flussweg b3 eingefügt, um das Durchflussmengengleichgewicht mit dem Flussweg b2 aufrechtzuerhalten.
Das andere am Verzweigungspunkt p2 verzweigte Kühlmittel fließt zur Seite der Batterie 5 in einem Flussweg b4, in den eine Batterie-Kühlmittelpumpe (Umwälzmengen-Steuereinrichtung) 57 eingefügt ist.
An einem Vereinigungspunkt p4 vor der Batterie-Kühlmittelpumpe 57 mischt sich dieses mit durch die Wärme der Maschine 3 erwärmtem heißen Kühlmittel. Das heiße Kühlmittel wird später beschrieben. Die Durchflussmenge wird im Voraus so eingestellt, dass das Kühlmittel nach dem Mischen eine vorbestimmte Temperatur (85 ± 5°C) erlangt.
Danach wird das Kühlmittel der Batterie 5 zugeführt und zum Auslass-Flussweg b5 entlassen, während die Batterie 5 innerhalb der oben beschriebenen vorbestimmten Temperatur gehalten wird. Das Kühlmittel wird an einem Verzweigungspunkt p3 zu Flusswegen b6 und b7 verzweigt. Die Konstruktion ist derart, dass der Flussweg b6 durch den Batteriewärmetauscher 11 hindurchgeht und sich am Vereinigungspunkt p4 mit dem Flussweg b4 vereinigt, und der Flussweg b7 vereinigt sich mit dem Flussweg 52 und wird dann wieder zum zweiten Kühler 9 gekreist. Ein Flussregelventil 60 ist in den Flussweg b6 eingefügt, und ein Flussregelventil 61 ist in den Flussweg b7 eingefügt. Die Flussregelventile werden später beschrieben.
Das im Flussweg b6 fließende Kühlmittel wird durch die Wärme der Maschine 3 im Batteriewärmetauscher 11 erwärmt. Spezieller wird im Batteriewärmetauscher 11 Wärme zwischen dem Flussweg b6 und dem Flussweg b10 ausgetauscht, welcher das Kühlmittel zwischen der Maschine 3 und dem Batteriewärmetauscher 11 umwälzt. Da die Temperatur des durch die Maschine 3 erwärmten Kühlmittels im Flussweg b10 höher ist als jene des Kühlmittels im Flussweg b6 (85 ± 5°C), wird das Kühlmittel im Flussweg b6 erwärmt, so dass es ein heißes Kühlmittel wird, und mischt sich am Vereinigungspunkt p4 mit dem Kühlmittel mit niedriger Temperatur im Flussweg b4.
Auf diese Weise mischen sich das heiße Kühlmittel und das Kühlmittel mit niedriger Temperatur am Vereinigungspunkt p4, wodurch das oben beschriebene Kühlmittel der Batterie 5 mit einer vorbestimmten Temperatur zugeführt wird. Durch Einstellen der Menge des heißen Kühlmittels mittels der oben beschriebenen Flussregelventile 60 und 61 wird die Temperatur des der Batterie 5 zugeführten Kühlmittels geregelt.
Ein weiterer Flussweg b11 zur Maschine 3 ist unabhängig von dem oben beschriebenen Flussweg b10 vorgesehen, um das Kühlmittel zwischen dem ersten Kühler 8 und der Maschine 3 umzuwälzen. Außerdem ist ein Flussweg b12 vorgesehen, um das Kühlmittel zwischen dem Heizkern 35 und der Maschine 3 umzuwälzen.
Das von der Maschine 3 entlassene Kühlmittel wird an einem Verzweigungspunkt p5 auf die Flusswege b10, b11 und b12 verzweigt und geht durch den Batteriewärmetauscher 11, den ersten Kühler 8 bzw. den Heizkern 35 hindurch, wonach es sich am Vereinigungspunkt p6 mischt und dann wieder zur Maschine 3 umgewälzt wird.
Eine Maschinen-Kühlmittelpumpe 69 ist im Flussweg auf der Einlassseite der Maschine 3 vorgesehen, um das Kühlmittel in den Flusswegen b10 bis b12 fließen zu lassen. Außerdem sind in den Flusswegen b10 und b12 Flussregelventile 71 bzw. 73 vorgesehen, und im Flussweg b11 ist ein Thermostat 72 vorgesehen.
Der erste Kühler 8 und der oben beschriebene zweite Kühler 9 sind parallel vorgesehen, und da das durch den ersten Kühler 8 fließende Kühlmittel eine höhere Temperatur hat, ist ein Zug(Saug)-Kühler-Kühlmittelgebläse 10 auf der stromabwärtigen Seite des ersten Kühlers 8 vorgesehen, so dass durch den zweiten Kühler 9 hindurchgehende Luft durch den ersten Kühler 8 hindurchgeht.
Es folgt eine Beschreibung des Betriebs der oben beschriebenen Klimaanlage.
Wie oben beschrieben, fährt das Hybridfahrzeug 1 während langsamer Fahrt mittels des Antriebsmotors 2a als Antriebsquelle und fährt während schneller Fahrt über einer bestimmten Geschwindigkeit, indem die Antriebsquelle auf die Maschine 3 umgeschaltet wird. Daher ist auch die Antriebsquelle der Klimaanlage von jener der konventionellen Fahrzeugklimaanlage verschieden.
Zuerst, wenn das Hybridfahrzeug 1 mittels der Maschine 3 fährt, wird die Kompressoreinheit 12 während Klimatisierung durch die Antriebskraft von der Maschine 3 angetrieben, um das Kältemittel zwischen den Wärmetauschern 13 und 33 umzuwälzen. Die Maschine 3 überträgt auch eine Antriebskraft auf die Motor-Generator-Einheit 6, und die Motor-Generator-Einheit 6 erzeugt mittels eines Motors (nicht gezeigt) elektrischen Strom und speichert den elektrischen Strom in der Batterie 5.
Bei dem HPVM 15 leitet das Gebläse 31 Innenluft oder Außenluft über die Innenluft/Außenluft-Umschaltklappe 30 ein, um Luft zum Wärmetauscher 33 zu blasen. Die Wärme der eingeleiteten Luft wird mit dem Kältemittel im Wärmetauscher 33 ausgetauscht, wodurch sie erwärmt (während des Heizbetriebs) oder gekühlt (während des Kühlbetriebs) wird.
Nach dem Erwärmen wird die Luft mittels der Luftmischklappe 34 zum Kanal 16 oder zum Heizkern 35 geleitet, und die zum Heizkern 35 geschickte eingeleitete Luft wird durch die Abwärme der Maschine 3 weiter erwärmt und dann zum Kanal 16 geschickt.
Andererseits, wenn der Motor 2a antreibt, ist der Betrieb wie folgt. Und zwar treibt die Motor-Generator-Einheit 6 den darin untergebrachten Stromerzeugungsmotor mittels des in der Batterie 5 gespeicherten elektrischen Stroms an. Die Antriebskraft wird zur Kompressoreinheit 12 übertragen, wodurch das Kältemittel zwischen den Wärmetauschern 13 und 33 umgewälzt wird. Der übrige Betrieb ist demjenigen ähnlich, wenn die Maschine 3 antreibt.
Es folgt eine Beschreibung der Kühlmittelumwälzung. Wie in 5 gezeigt, wird das vom zweiten Kühler 9 entlassene Kühlmittel über den Flussweg 51 auf die verschiedenen Vorrichtungen verteilt, verzweigend an den Verzweigungspunkten p1 und p2. Und zwar wird die Menge des zur Batterie 5 umgewälzten Kühlmittels durch die Batterie- Kühlmittelpumpe 57 bestimmt, und die Menge des zum I/C-EGR-System 50 umgewälzten Kühlmittels wird durch die Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 bestimmt, und die Menge des zur Antriebseinheit 2 und zur Motor-Generator-Einheit 6 umgewälzten Kühlmittels wird durch die Traktions-Kühlmittelpumpe 54 bestimmt.
Das Nächste ist eine separate Beschreibung der Kühlmittelumwälzung für den Fall, dass die Maschine 3 antreibt, und für den Fall, dass der Motor 2a antreibt.
Die jeweiligen Vorrichtungen, welche verwendet werden und welche nicht verwendet werden, wenn die Maschine 3 antreibt und der Motor 2a antreibt, sind in 6 gezeigt.
Beim Fahren mittels der Maschine 3 wird wie bei dem konventionellen Maschinenfahrzeug das Kühlmittel mittels der Maschinen-Kühlmittelpumpe 69 zwischen der Maschine 3 und dem Kühler 8 umgewälzt, wodurch die Maschine 3 gekühlt wird. Außerdem wird das Kühlmittel mittels der Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 auch im I/C-EGR-System 50 umgewälzt.
Wenn bei der Motor-Generator-Einheit 6 der darin untergebrachte Stromerzeugungsmotor angetrieben wird, wird das Kühlmittel umgewälzt. Das heißt, im Falle der Stromspeicherung mittels der Antriebsleistung der Maschine 3 und im Falle des Betriebs der Klimaanlage, wenn die Maschine 3 gestoppt ist, wird das Kühlmittel mittels der Traktions-Kühlmittelpumpe 54 zur Motor-Generator-Einheit 6 umgewälzt, wodurch die Motor-Generator-Einheit 6 gekühlt wird.
Andererseits, wenn mittels des Motors 2a gefahren wird, wird das Kühlmittel mittels der Traktions-Kühlmittelpumpe 54 zur Antriebseinheit 2 umgewälzt, wodurch die Antriebseinheit 2 gekühlt wird.
Wie in 6 gezeigt, ist es hier nicht notwendig, das I/C-EGR-System 50 zu kühlen, wenn der Motor 2a antreibt. Folglich ist es nicht notwendig, die Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 zu betreiben. Daher gibt es den Fall, dass diese Pumpe vollständig gestoppt ist und das Kühlmittel durch den Antrieb einer anderen Pumpe zurückfließen gelassen wird. Zum Beispiel im Falle, dass die Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 gestoppt ist und die Traktions-Kühlmittelpumpe 54 arbeitet, erlaubt die Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 einen Rückfluss, so dass das von der Antriebseinheit 2 oder der Motor-Generator-Einheit 6 entlassene Kühlmittel nicht zum zweiten Kühler 9 fließt, sondern zum I/C-EGR-System 50 fließt. Es gibt daher den Fall, dass eine Route verfolgt wird, die über den Verzweigungspunkt p1 wieder zur Traktions-Kühlmittelpumpe 54 kreist.
Um dies zu verhindern, wird die Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 betrieben, obwohl keine Kühlung des I/C-EGR-Systems 50 erforderlich ist, in dem Maße, dass der oben erwähnte Rückfluss nicht auftritt.
Ähnlich wird die Traktions-Kühlmittelpumpe 54 auch in dem Fall betrieben, in dem keine Kühlung für die Antriebseinheit 2 und die Motor-Generator-Einheit 6 erforderlich ist, in dem Maße, dass der Rückfluss von Kühlmittel nicht auftritt.
Außerdem wird die Batterie 5 unabhängig davon, ob die Maschine 3 antreibt oder der Motor 2a antreibt, immer auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten. Die Batterie-Kühlmittelpumpe 57 wird entsprechend einer Temperaturänderung der Batterie 5 betrieben, so dass heißes Kühlmittel, dessen Flussmenge durch die Flussregelventile 60 und 61 eingestellt worden ist, und Kühlmittel mit niedriger Temperatur am Vereinigungspunkt p4 gemischt werden, wodurch die Temperatur des zur Batterie 5 umgewälzten Kühlmittels kontinuierlich auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird.
Mit der vorliegenden Ausführungsform wie oben beschrieben erzielt man die folgenden Wirkungen.
Der zweite Kühler 9 allein kühlt die Batterie 5, das I/C-EGR-System 50, die Antriebseinheit 2 und die Motor-Generator-Einheit 6. Da aber die Batterie 5, das I/C-EGR-System 50, die Antriebseinheit 2 und die Motor-Generator-Einheit 6 nicht gleichzeitig benutzt werden, können die Leistung und das Gewicht des Kühlers verglichen mit separat vorgesehenen Kühlern vermindert werden.
Außerdem, da die Umwälzmenge zu den verschiedenen zu kühlenden Vorrichtungen mittels der Kühlmittelpumpen 53, 54 und 57 eingestellt wird, kann die Kühlmittelmenge zu den verschiedenen Vorrichtungen unabhängig geregelt werden, obwohl es nur einen Kühler gibt. In die verschiedenen Flusswege können Flussregelventile eingefügt werden, um die Flussmenge zu regeln. Einstellung der Flussmenge mit den verschiedenen Pumpen ermöglicht jedoch eine Verminderung des Flusswiderstandes, und daher kann der Energieverlust der Pumpe beschränkt werden.
Und in dem Fall, dass Kühlmittel von einem (Zahlwort) Kühler zu einer Mehrzahl von Vorrichtungen umgewälzt wird und eine andere Pumpe betrieben wird, wenn eine Pumpe gestoppt ist, gibt es den Fall, dass das Kühlmittel zurückfließt, ohne zum Kühler zu fließen. Indem aber die Pumpe auch im Falle, dass keine Kühlung mittels Kühlmittel erforderlich ist, nicht vollständig gestoppt wird, sondern die Pumpe in dem Maße betrieben wird, dass das Kühlmittel nicht zurückfließt, kann Rückfluss verhindert werden.
Als Mittel zur Verhinderung von Rückfluss kann statt des Obigen der Einbau eines Rückschlagventils erwogen werden. Dies weist jedoch das Problem auf, dass bei fließendem Kühlmittel das Rückschlagventil Flusswiderstand verursacht. Da die Konstruktion derart ist, dass der Rückfluss mittels einer Pumpe wie oben beschrieben gestoppt wird, tritt dieses Problem nicht auf, und daher kann der Energieverlust der Pumpe beschränkt werden.
Und indem das heiße Kühlmittel mit dem Kühlmittel mit niedriger Temperatur gemischt wird, kann der Batterie 5 Kühlmittel mit einer vorbestimmten Temperatur zugeführt werden. Daher kann die Batterie 5 kontinuierlich auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden.
Die Umwälzmengen-Steuereinrichtung kann hier eine einzige Pumpe und Flussregelventile aufweisen, die in Flusswege zu den verschiedenen zu kühlenden Vorrichtungen eingefügt sind. Zum Beispiel kann statt der in der oben erwähnten Ausführungsform gezeigten Pumpen 53, 54 und 57 eine einzige Pumpe vorgesehen werden und kann die zu den verschiedenen zu kühlenden Vorrichtungen fließende Kühlmittelmenge durch Flussregelventile geregelt werden.
In diesem Fall, wenn für eine zu kühlende Vorrichtung kein Kühlmittel erforderlich ist, kann das in den entsprechenden Flussweg eingefügte Flussregelventil geschlossen werden, um Rückfluss von Kühlmittel zu verhindern.
Mit der Umwälzvorrichtung für Kühlmittel in einem Fahrzeug der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben erzielt man die folgenden Wirkungen.
Und zwar, indem einer Mehrzahl von zu kühlenden Vorrichtungen Kühlmittel von einem (Zahlwort) Kühler zugeführt wird, können die Gesamtleistung und das Gewicht des Kühlers vermindert werden.
Da die Kühlmittelmenge zu den jeweiligen Vorrichtungen durch die Umwälzmengen-Steuereinrichtungen eingestellt wird, kann die Kühlmittelumwälzmenge zu den jeweiligen Vorrichtungen auch mit einem einzigen Kühler unabhängig eingestellt werden.
Wird Kühlmittel von einem (Zahlwort) Kühler zu einer Mehrzahl von Vorrichtungen umgewälzt, gibt es den Fall, dass, wenn eine Umwälzmengen-Steuereinrichtung gestoppt ist und die andere Umwälzmengen-Steuereinrichtung betrieben wird, das Kühlmittel nicht dem Kühler zugeführt wird, sondern zu den anderen zu kühlenden Vorrichtungen zurückfließt, deren Umwälzmengen-Steuereinrichtung gestoppt ist. in diesem Fall wird das Kühlmittel nicht zwischen dem Kühler umgewälzt, sondern wird zwischen der zu kühlenden Vorrichtung umgewälzt, deren Pumpe gestoppt ist. Wenn aber die Umwälzmengen-Steuereinrichtung auch dann nicht vollständig gestoppt wird, wenn die Vorrichtung kein Kühlmittel benötigt, sondern in dem Maße betrieben wird, dass das Kühlmittel nicht zurückfließt, kann der Rückfluss verhindert werden.
Und indem das heiße Kühlmittel und das Kühlmittel mit niedriger Temperatur gemischt werden, kann ein Kühlmittel mit einer wahlweisen Temperatur innerhalb eines Bereichs der Temperaturen der Kühlmittel erzeugt werden. Indem daher das Kühlmittel nach dem Mischen zu der zu kühlenden Vorrichtung (zum Beispiel der Lithium-Ionen-Batterie) umgewälzt wird, kann die zu kühlende Vorrichtung auf einer konstanten Temperatur gehalten werden.
Auf die obige Weise ist es möglich, die Umwälzvorrichtung für Kühlmittel zu verkleinern und leichter zu machen, so dass Verkleinerung und Gewichtsreduktion des Fahrzeugs selbst verwirklicht werden kann.

Claims

Umwälzvorrichtung für Kühlmittel in einem Hybridfahrzeug mit einer Maschine (3), einem Antriebsmotor (2a) und Maschinenausrüstung, wobei ein Kühlmittel zwischen einem Kühler (9) zum Kühlen des Kühlmittels und einer Mehrzahl von zu kühlenden Vorrichtungen (5, 50, 2, 6) umgewälzt wird, wobei ein Kühlmittelumwälzsystem in ein Kühlmittelumwälzsystem mit einem ersten Kühler (8) für Maschinenkühlung und ein Kühlmittelumwälzsystem mit einem zweiten Kühler (9) zur Kühlung von Antriebsmotor (2a) und Maschinenausrüstung (50) getrennt ist.
Umwälzvorrichtung für Kühlmittel in einem Fahrzeug, gemäß Anspruch 1, wobei die Maschinenausrüstung (50) ein Zwischenkühler und/oder eine Abgasrückführungseinheit ist.
Umwälzvorrichtung für Kühlmittel in einem Fahrzeug, gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei zusätzlich eine Batterie (5) in dem Kühlmittelumwälzsystem mit dem zweiten Kühler (9) vorgesehen ist.
Umwälzvorrichtung für Kühlmittel in einem Fahrzeug, gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Umwälzmengen-Steuereinrichtung (53, 54, 57) zur Steuerung der zu der Mehrzahl von zu kühlenden Vorrichtungen (5, 50, 2, 6) umgewälzten Kühlmittelmenge zwischen den zu kühlenden Vorrichtungen und dem zweiten Kühler (9) vorgesehen ist.
Umwälzvorrichtung für Kühlmittel in einem Fahrzeug, gemäß Anspruch 4, die so aufgebaut ist, dass die Umwälzmengen-Steuereinrichtung (53, 54, 57) auch dann Kühlmittel zu den zu kühlenden Vorrichtungen umwälzt, wenn die Letzteren keine Kühlung benötigen.
Umwälzvorrichtung für Kühlmittel in einem Fahrzeug, gemäß irgendeinem der Ansprüche 1, 3 oder 4, wobei eine Kühlmittel-Heizeinrichtung (11) zum Erwärmen des Kühlmittels vorgesehen ist und eine Kühlmittelmischung von durch die Kühlmittel-Heizeinrichtung erwärmtem heißen Kühlmittel und einem Kühlmittel mit niedrigerer Temperatur als das heiße Kühlmittel zu den zu kühlenden Vorrichtungen umgewälzt wird.