CN103452636A - 用于降低车辆的发动机舱的空气温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于降低车辆的发动机舱（12）的空气温度（T_L）的方法，所述发动机舱用于容纳：-内燃机（14），-空气-液体-换热器（18），其具有至少一个冷却元件（20、22）用于冷却所述空气-液体-换热器（18），和-电驱动装置（36），其中基于所述空气-液体-换热器（18）的液体侧的温度并且基于所述电驱动装置（36）的温度（T_EA）来激活所述至少一个冷却元件（20、22）。此外，本发明还涉及一种至少用于降低车辆的发动机舱（12）的空气温度（T_L）的电子控制装置（40）。

Description

用于降低车辆的发动机舱的空气温度的方法

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求1的主题所述的用于降低车辆的发动机舱的空气温度的方法以及根据独立权利要求7的主题所述的至少用于降低车辆的发动机舱的空气温度的电子控制装置。

背景技术

在公开进行的CO₂-讨论的范围中以及鉴于持续升高的燃料价格，用于减小车辆的燃料消耗并且进而CO₂排放的系统越来越重要。

在这种背景下，车辆的传动系的混合化（Hybridsierung）越来越重要。由现有技术已知了所谓的混合动力车辆，这种混合动力车辆除了传统的内燃机之外还具有第二能量源，典型地是具有大于100V的驱动电压的电驱动装置。

除了传统的内燃机之外还具有电机的混合动力车辆的目标是对在制动过程中释放的动能或者在下坡行驶中释放的势能进行回收利用（再生）。这些能量在转换为电形式之后例如用于为车辆的车载电网供电，这样显著影响了车辆的燃料消耗。

如果电机通过逆变器还实现了马达模式运行，则内燃机的驱动力矩可以由于电力矩而增大（“助力”），以便例如提高行驶功率。此外，如果通过再生得到了比车载电网的电压供给和“助力”功能所需更多的能量，则还存在有针对性地减小内燃机的驱动力矩和通过电力矩补偿内燃机的驱动力矩的可能性。通过内燃机上的这种负荷点移动可以进一步减小燃料消耗。

然而，除了所述功能之外还必须保证其它功能。因此例如在车辆的较长的停车阶段期间在空转中（例如在堵车情况中）确保了对车载电网的电压供应可靠地供给能量。

在目前的车辆中追求的是，从效率角度出发以相对高的冷却剂温度运行发动机。因此，传统使用的空气-液体-换热器的风扇仅在冷却剂温度尽可能高的情况下才打开。发动机舱中的空气温度在用于控制风扇的考虑中不重要或仅次级重要。

这些措施导致了，发动机舱中的空气温度水平不断升高，并且即使空气-液体-换热器的液体侧的温度低于100℃或为100℃左右，在发动机舱中也会出现明显高于100℃的温度。

在目前的混合动力车辆中主要使用水冷却的逆变器和电机的组合作为电驱动装置。然而，由于成本的原因值得期望的是，对电驱动装置来说提供空气冷却作为有吸引力的备选方案。

发明内容

本发明的主题是一种用于降低车辆的发动机舱的空气温度的方法，所述发动机舱用于容纳：内燃机；空气-液体-换热器，其具有至少一个冷却元件用于冷却所述空气-液体-换热器；和电驱动装置，其中基于所述空气-液体-换热器的液体侧的温度并且基于所述电驱动装置的温度激活所述至少一个冷却元件。

在上下文中，术语“冷却元件”尤其应该既理解为无源的冷却元件，该冷却元件以无源的方式实现用于冷却的流体的输入。此外，还应该理解为有源的冷却元件，该冷却元件本身以有源的方式输送用于冷却的流体。流体在此优选由车辆的环境空气组成。

由此可以提供具有足够低的温度水平的环境空气用于冷却电驱动装置，而不损害内燃机的最佳冷却策略。

此外提出了，至少一个冷却元件由通风机形成。由此可以较小地保持用于提供具有足够低的温度水平的环境空气的花费，因为在具有所述特征的车辆中存在符合标准的通风机。

此外提出了，在根据本发明的方法中使用了第二冷却元件，该第二冷却元件由至少一个活门形成，所述活门通过激活从第一位置移动到至少一个第二位置中，在所述第一位置中阻止了所述环境空气从所述发动机舱外部通过所述活门进入到所述发动机舱中，在所述第二位置中所述环境空气能从所述发动机舱外部通过由所述活门形成的开口进入到所述发动机舱中，其中所述至少一个活门能够可逆地在所述第一位置和第二位置之间移动。由此在车辆沿向前方向运动期间，能以尤其简单的方式提供具有较低温度水平的环境空气用于降低发动机舱的空气温度。

当所述电驱动装置在正常的工作范围内利用最高60V的电压工作时，由于小的电压可以降低对接触保护的要求，并降低与此相关的花费，且同时借助于所述方法实现特别大的受控的发动机功率，因为在发动机功率控制装置的常见的半导体元件上和在电驱动装置的线圈上的电损失随着流经半导体构件和线圈的电流以平方方式增长。

此外，在根据本发明的方法中所述电驱动装置包括逆变器，通过所述逆变器实现了所述电驱动装置的马达模式运行。由此可以通过电力矩增大内燃机的驱动力矩（“助力”），以便改善车辆的行驶技术方面的性能。在适合的设计方案中—在该设计方案中通过再生方法获得了比车载电网的供给和“助力”功能所需更多的能量，还存在减小内燃机的正常的机械驱动力矩以及通过电力矩对其进行补偿的可能性。通过这种负荷点移动可以进一步减少车辆的燃料消耗。

此外提出了，通过激活电子控制电路或调节电路中的至少一个冷却元件，将发动机舱中的空气温度调节至额定温度范围。由此可以特别均匀地降低发动机舱的空气温度以及对电驱动装置进行特别有效地冷却。发动机舱的空气温度的预先确定的最大极限值有利地为最高90℃。由此可以提供相对于电驱动装置具有特别高的温度差的空气温度，这可以实现电驱动装置的特别有效的冷却。

本发明的另一个主题是至少用于降低车辆的发动机舱的空气温度的电子控制装置，所述发动机舱用于容纳：内燃机；空气-液体-换热器，其具有至少一个冷却元件用于冷却所述空气-液体-换热器；以及车辆的电驱动装置。控制装置包括控制单元，所述控制单元设计用于，与所述空气-液体-换热器的液体侧的温度无关地并且基于所述电驱动装置的温度激活所述至少一个冷却元件。

在一种有利的设计方案中，电子控制装置包括软件模块，该软件模块用于根据至少一种所述方法来控制所述控制装置，其中所述至少一种方法转换为软件模块的程序编码，该程序编码可在控制单元中执行并可通过控制单元实施，以便降低车辆的发动机舱的空气温度。由此可以实现控制装置的控制的灵活的设计方案。

如果控制单元包括至少一个电子控制电路或调节电路，所述电子控制电路或调节电路设计用于相继激活和去激活至少一个冷却元件，以便将发动机舱的空气温度调节至额定温度范围，则可以特别均匀地降低发动机舱的空气温度以及特别有效地冷却电驱动装置。

附图说明

其它优点由下面的附图说明给出。附图中示出了本发明的实施例。附图、说明书和权利要求包含了大量特征组合。本领域技术人员也可以符合目的地单独考虑所述特征，并且将所述特征组合为有意义的其它组合。附图示出了：

图1示意性示出了设计成混合动力车辆的车辆的车载电网；

图2示意性示出了所述车辆的发动机舱，其具有容纳在其中的部件；以及

图3示出了根据图2的根据本发明的用于降低发动机舱的空气温度的方法的设计方案的流程图。

具体实施方式

图1示意性示出了设计成混合动力车辆的、未详细示出的车辆的车载电网26。车载电网26包括14V的第一电平（图1右部），所述第一电平包含传统的铅酸电池28并且设置用于为第一电负载30和可选的起动机64供电。此外，车载电网26具有48V的第二电平，所述第二电平用于利用功率电池32为第二电负载34和电驱动装置36供电（图1左部），所述电驱动装置包括电动机和逆变器。因此，所述电驱动装置36在额定运行范围内利用最高48V的电压来驱动。

车载电网26的DC/DC变压器38以已知的方式设置用于，使第二电平的供电电压与第一电平的供电电压匹配。

此外，第二电平用于车辆在空转中、例如在堵车情况中较长的停车阶段期间确保了车载电网26的电能供给。

电驱动装置36设置用于，通过在制动过程中释放的动能或者在下坡行驶中释放的势能的回收利用（再生）在转换成电形式之后用于为车辆的车载电网26供电，以便显著减小车辆的燃料消耗。

通过逆变器实现了电驱动装置36的马达模式运行，从而除了传统的驱动力矩之外可以产生电驱动力矩（“助力boost”），以便提高车辆的行驶功率。

电驱动装置36具有第一温度传感器48（图2），该第一温度传感器设置在电驱动装置36的一种位置处，在该位置处在电驱动装置36运行中根据经验出现最强烈的升温。

在图2中以简化的方式示出了车辆的发动机舱12。发动机舱12设置用于接纳：

-内燃机14，该内燃机具有耦联的变速器16，

-空气-液体-换热器18，该空气-液体-换热器具有由通风机形成的第一冷却元件20用于冷却所述空气-液体-换热器18，

-电驱动装置36，和

-电子控制装置40。

电子控制装置40包括：控制单元42，该控制单元具有用于控制电子控制装置40的软件模块46；和第二温度传感器50，利用该第二温度传感器可以确定发动机舱的空气温度T_L。

此外，电子控制装置40配备了用于连接第一温度传感器48的入口，以便确定电驱动装置36的温度T_EA。

空气-液体-换热器18以已知的方式设置用于，将由内燃机14产生的废热输出至环境空气24。空气-液体-换热器的功能方式对本领域技术人员来说是熟悉的且因此下文中不再详细描述。

沿正常的行驶方向10观察，发动机舱12在最前面且在冷却器隔栅之后配备了第二冷却元件22，该第二冷却元件由活门（Klappen）形成。所述活门通过激活可由第一位置移动至第二位置中，在该第一位置中阻止了环境空气24从所述发动机舱12外部通过活门进入到发动机舱12中，在该第二位置中使得环境空气24能从发动机舱12外部通过由活门形成的开口进入到发动机舱12中。

电驱动装置36的逆变器具有多个半导体元件，所述半导体元件由具有绝缘栅极的双极型晶体管（IGBT，“insulated-gate bipolar transistors”绝缘栅双极型晶体管）形成。原则上，半导体元件也可以由MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）或其它对于本领域技术人员来说适合的半导体元件形成。为了保持该半导体元件的完全的功能可靠性，必须遵守特定的温度界限。出于这个原因，预先确定了90℃的第一极限值用于发动机舱12的最大空气温度T_L ^max，在所有行驶情况下都应低于该第一极限值。在发动机舱12的最大空气温度T_L ^max时，按照设计充分地对电驱动装置36进行冷却。

用于发动机舱12的空气温度T_L的第一极限值T_L ^max存储在控制单元42的存储器单元44中。此外，在控制单元42的存储器单元44中还存储了用于发动机舱12的最小空气温度T_L的70℃的第二极限值T_L ^min。通过用于发动机舱12的最小空气温度T_L的70℃的第二极限值T_L ^min确保了，可以避免内燃机14的过大的热排出，以便能够使内燃机在最佳的效率范围内工作。

此外，在控制单元42的存储器单元44中还存储了用于电驱动装置36的最大温度T_EA的第三极限值T_EA ^max。

电子控制装置40用于，至少降低车辆的发动机舱12的空气温度T_L。为了降低车辆的发动机舱12的空气温度T_L，为此设计了一种在下文中描述的方法。所述方法包括方法步骤52-62（图3），所述方法步骤转换为软件模块46中的程序编码，所述程序编码可在电子控制装置40的控制单元42中实施并可通过控制单元42执行，以便降低车辆的发动机舱12的空气温度T_L。

图3示出了根据图2的根据本发明的用于降低发动机舱12的空气温度T_L的方法的设计方案的流程图。控制单元42具有相应于图2的流程图的电子调节电路，该电子调节电路设置用于相继激活和去激活所述至少一个冷却元件20、22，以便将发动机舱12的空气温度T_L调节至额定温度范围，其中通过用于发动机舱12的空气温度T_L的90℃的第一极限值T_L ^max给出所述额定温度范围的上限温度，以及通过用于发动机舱12的空气温度T_L的70℃的第二极限值T_L ^min给出所述额定温度范围的下限温度。

在初始化步骤52之后，控制单元42处于工作预备状态。如下的方法步骤54-62以周期的时间间隔进行，所述时间间隔由控制单元42的时钟定时。

在另一个步骤54中，通过分析第一温度传感器48的信号来确定电驱动装置36的温度T_EA，并且通过分析第二温度传感器50的信号来确定发动机舱12的空气温度T_L。随后在下一个步骤56中进行在电驱动装置36的确定的温度T_EA和存储在控制单元42的存储器单元44中的、用于电驱动装置36的温度T_EA的极限值T_EA ^max之间的第一比较测试。如果电驱动装置36的确定的温度T_EA大于被存储的用于电驱动装置36的温度T_EA的极限值T_EA ^max，则在激活步骤60中通过使通风机旋转以及使活门移动至第二位置中来激活第一冷却元件20和第二冷却元件22，在该第二位置中通过由活门形成的开口使得发动机舱12外部的环境空气24能进入到发动机舱12中。以这种方式通过利用环境空气24进行的有效冲洗可以降低发动机舱12的空气温度T_L，从而在发动机舱12中能以足够低温度T_L提供足够量的环境空气24以用于冷却电驱动装置36。

可选地，也可以基于车辆沿行驶方向10的行驶速度实现通风机的激活（在流程图中未示出），因为由于环境空气24从发动机舱12外部通过由活门形成的开口的流入，足够的环境空气24进入到发动机舱12中，以便引起空气温度T_L的降低。也可以从预先确定的行驶速度开始停止通风机的激活。

如果通过利用环境空气24的冲洗如此降低了发动机舱12的空气温度T_L，使得电驱动装置36的确定的温度T_EA低于被存储的用于电驱动装置36的温度T_EA的极限值T_EA ^max，则在下一个步骤58中实现了在确定的空气温度T_L和存储在控制单元42的存储器单元44中的、用于发动机舱12的空气温度T_L的极限值T_L ^min之间的第二比较测试。只要确定的空气温度T_L大于用于发动机舱12的空气温度T_L的极限值T_L ^min，则第一冷却元件20和第二冷却元件22保留在激活状态中或第二位置中。如果确定的空气温度T_L降低为用于空气温度T_L的存储的极限值T_L ^min或降低到其之下，则在去激活步骤62中通过停止通风机的旋转以及使活门移动至第一位置中来去激活第一冷却元件20和第二冷却元件22，在该第一位置中阻止了环境空气24从发动机舱12外部通过活门进入发动机舱12中。

在两种情况中，控制单元42设置用于，基于空气-液体-换热器18的液体侧的温度以及基于电驱动装置36的温度T_EA来激活至少一个冷却元件20、22。

在图3中通过虚线示出的备选的设计方案中，可以在步骤56—在该步骤中进行电驱动装置36的确定的温度T_EA和存储在控制单元42的存储器单元44中的极限值T_EA ^max之间的第一比较测试—和步骤58—在该步骤中进行确定的空气温度T_L和存储在控制单元42的存储器单元44中的极限值T_L ^min之间的第二比较测试—之间执行额外的第三比较测试步骤57。在第三比较测试中对通过分析第二温度传感器50的信号确定的空气温度T_L和存储在控制单元42的存储器单元44中的、用于发动机舱12的空气温度T_L的第一极限值T_L ^max进行比较。只要确定的空气温度T_L小于第一极限值T_L ^max，则紧跟着第三比较测试进行第二比较测试步骤58。如果确定的空气温度T_L达到或超过第一极限值T_L ^max，则在第三比较测试之后进行激活步骤60。

Claims (9)

1. 一种用于降低车辆的发动机舱（12）的空气温度（T_L）的方法，所述发动机舱设置用于容纳：

-内燃机（14），

-空气-液体-换热器（18），所述空气-液体-换热器具有至少一个冷却元件（20）用于冷却所述空气-液体-换热器（18），和

-电驱动装置（36），

其中基于所述空气-液体-换热器（18）的液体侧的温度并且基于所述电驱动装置（36）的温度（T_EA）来激活所述至少一个冷却元件（20、22）。

2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个冷却元件（20）由通风机形成。

3. 按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于第二冷却元件（22），所述第二冷却元件由至少一个活门形成，所述活门通过激活从第一位置移动到至少一个第二位置中，在所述第一位置中阻止了所述环境空气（24）从所述发动机舱（12）外部通过所述活门进入到所述发动机舱（12）中，在所述第二位置中所述环境空气（24）能从所述发动机舱（12）外部通过由所述活门形成的开口进入到所述发动机舱（12）中，其中所述至少一个活门能够可逆地在所述第一位置和第二位置之间移动。

4. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电驱动装置（36）在正常的工作范围内利用最高60V的电压工作。

5. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电驱动装置（36）包括逆变器，通过所述逆变器实现了所述电驱动装置（36）的马达模式运行。

6. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过激活电子控制电路或调节电路中的所述至少一个冷却元件（20、22），将所述发动机舱（12）的所述空气温度（T_L）调节至额定温度范围。

7. 一种至少用于降低车辆的发动机舱（12）的空气温度（T_L）的电子控制装置（40），所述发动机舱用于容纳车辆的：

-内燃机（14）；

-空气-液体-换热器（18），所述空气-液体-换热器具有至少一个冷却元件（20、22）用于冷却所述空气-液体-换热器（18）；和

-电驱动装置（36），

其特征在于控制单元（42），所述控制单元设计用于，基于所述空气-液体-换热器（18）的液体侧的温度并且基于所述电驱动装置（36）的温度（T_EA）来激活所述至少一个冷却元件（20、22）。

8. 按照权利要求7所述的电子控制装置（40），其特征在于软件模块（46），所述软件模块用于根据按权利要求1至7中所述的方法的至少一种方法来控制所述电子控制装置（40），其中所述至少一种方法转换为所述软件模块（46）的程序编码，所述程序编码能在所述控制单元（42）中执行并能通过所述控制单元（42）实施，以便降低所述车辆的发动机舱（12）的空气温度（T_L）。

9. 按照权利要求7或8所述的电子控制装置（40），其特征在于，所述控制单元（42）包括至少一个电子控制电路或调节电路，所述电子控制电路或调节电路设计用于，相继激活和去激活所述至少一个冷却元件（20、22），以便所述发动机舱（12）的空气温度（T_L）调节至额定温度范围。

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