专利名称：用于车辆的热交换系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于车辆的热交换系统及其控制方法。更具体而言，本发明涉及能够同时应用至车辆的自动变速器和差动装置(differential apparatus)的热交换系统及其控制方法。
背景技术：
一般而言，热交换系统引导高温热源和低温热源之间的热交換，从而加热低温流体并且冷却高温流体。 热交换系统能够应用于车辆的驱动设备。在这里，驱动设备代表车辆的功率输送设备，包括自动变速器或手动变速器。在使用自动变速器的车辆的功率输送设备中，自动变速器和差动装置中的油所具有的特性在干，当其温度升高时其粘度降低。考虑到这样的特性，可以通过自动变速器的快速加热而减小机械摩擦。因此，已经对功率输送设备的快速加热进行了研究，以改进车辆的燃料经济性。根据常规技术，用于升高油温的设备并不应用于自动变速器和差动装置，或者说用于升高油温的热交换系统仅仅在自动变速器中使用。因此，不容易加热差动装置中的油，并且不能获得最优燃料经济性。公开于本背景技术部分的信息仅仅g在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面已经致カ于提供一种用于车辆的热交换系统及其控制方法，其具有的优点是同时应用于自动变速器和差动装置。此外，本发明的其它方面已经涉及提供一种用于车辆的热交换系统及其控制方法，其能够使得不必要的冷却损失最小化，并且改进车辆的燃料经济性和驱动设备的耐久性。根据本发明的用于车辆的示例性热交换系统可以包括热交換器，所述热交換器适合于传递冷却剤、自动变速器油和/或齿轮油之间的热；发动机，所述发动机流体连接至所述热交換器并且适合于将所述冷却剂输送至所述热交換器或者接收来自于所述热交换器的所述冷却剂；自动变速器，所述自动变速器流体连接至所述热交換器并且适合于将所述自动变速器油输送至所述热交換器或者接收来自于所述热交換器的所述自动变速器油；差动装置，所述差动装置流体连接至所述热交換器并且适合于将所述齿轮油输送至所述热交換器或者接收来自于所述热交換器的所述齿轮油；泵，所述泵适合于泵送所述齿轮油；以及控制単元，所述控制单元适合于控制所述泵。在所述热交換器中可以形成冷却剂通路、变速器油通路和齿轮油通路，所述冷却剂流动通过所述冷却剂通路，所述自动变速器油流动通过所述变速器油通路，所述齿轮油流动通过所述齿轮油通路，并且所述冷却剂通路、所述变速器油通路和所述齿轮油通路可以不是彼此流体连通的。在所述冷却剤、所述自动变速器油和/或所述齿轮油分别穿过所述冷却剂通路、所述变速器油通路和/或所述齿轮油通路的过程中，所述冷却剤、所述自动变速器油和/或所述齿轮油可以彼此传递热。所述泵可以设置于所述差动装置。所述控制単元可以适合于接收所述冷却剤、所述自动变速器油和/或所述齿轮油的信息，并且适合于基于所述信息控制所述泵的旋转速度或者选择性地打开或关闭所述 栗。所述热交換系统可以进ー步包括加热器，所述加热器适合于接收来自于所述发动机的所述冷却剤，加热所述冷却剂并且使得所述冷却剂返回至所述发动机；以及散热器，所述散热器适合于接收来自于所述发动机的所述冷却剤，冷却所述冷却剂并且使得所述冷却剂返回至所述发动机。根据本发明的用于示例性热交换系统的示例性控制方法可以包括在发动机的操作过程中确定是否接收冷却剤、自动变速器油和齿轮油的温度的信息；如果接收所述信息，则根据所述信息计算泵的旋转速度；以及根据计算的旋转速度对所述泵进行操作。在不接收所述信息的情况下，则所述泵可以在安全模式中进行操作。所述泵可以仅仅在所述发动机操作的时候进行操作。所述控制方法可以进一歩包括如果在所述发动机操作之前车辆处于接通(key-on)状态，则对所述泵进行诊断。根据本发明的用于示例性热交换系统的另一种示例性控制方法可以包括在发动机的操作过程中确定是否接收冷却剤、自动变速器油和齿轮油的温度的信息；以及如果接收所述信息，则基于所述信息选择性地打开或关闭所述泵。在冷却剂温度低于第一预定温度的情况下，所述泵可以关闭以防止所述冷却剂的热损失。在所述冷却剂温度高于或等于所述第一预定温度并且油温低于第二预定温度的情况下，所述泵可以打开以提高所述油和所述冷却剂之间的热交换效率。在所述油温高于或等于所述第二预定温度并且低于第三预定温度的情况下，所述泵可以关闭以使得所述热交换系统的浪费能量最小化。在所述油温高于或等于第三预定温度的情况下，所述泵可以打开以防止所述自动变速器和所述差动装置过热。在不接收所述信息的情况下，则所述泵可以在安全模式中进行操作。所述泵可以仅仅在所述发动机操作的时候进行操作。另ー种控制方法可以进一歩包括如果在所述发动机操作之前车辆处于接通状态，则对所述泵进行诊断。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式
，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。
图I是具有根据本发明的示例性热交换系统的驱动设备的框图。图2是根据本发明的用于车辆的示例性热交换系统的示意图。图3是根据本发明的用于控制示例性热交换系统的示例性控制方法的流程图。图4是根据本发明的用于控制示例性热交换系统的另一种示例性控制方法的流程图。
具体实施例方式现在将详细地參考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非g在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明g在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。如图I中所示，根据本发明的示例性热交换系统包括发动机10、加热器20、散热器30和恒温器40，组成元件10、20、30和40通过冷却剂通路100彼此连接。穿过发动机10和加热器20的冷却剂通过冷却剂通路100在热交換器90中流动。此外，穿过热交換器90的冷却剂通过冷却剂通路100返回至发动机10。冷却剂由加热器20进行加热。另ー方面，从发动机10流出的冷却剂穿过散热器30和恒温器40，并且返回至发动机10。冷却剂由散热器30进行冷却。此外，热交換器90连接至差动装置70和自动变速器80。參考图2，将会对根据本发明的示例性热交换系统进行具体描述。如图2中所示，根据本发明的各个实施例的用于车辆的热交换系统包括热交換器90、泵60和控制单元50，热交換器90升高或降低冷却剤、自动变速器油和齿轮油的温度，泵60对齿轮油进行泵送，控制单元50对泵60进行控制。在热交換器90处形成冷却剂入口 102、冷却剂出口 104、齿轮油入口 112、齿轮油出ロ 114、变速器油入口 122和变速器油出口 124。此外，热交換器90具有形成于其中的冷却剂通路100、齿轮油通路110和变速器油通路120。冷却剂与发动机10进行热交換，自动变速器油与自动变速器80进行热交換，齿轮油与差动装置70在热交換器90的外部进行热交換。此外，冷却剤、自动变速器油和齿轮油在热交換器90中彼此进行热交換。为了实现冷却剤、自动变速器油和/或齿轮油之间的热交換，本领域技术人员将会认识到，热交換器90中的冷却剂通路100、齿轮油通路110和变速器油通路120以各种方式进行布置。如上文所述，根据本发明的各个实施例，三种类型的流体同时彼此热交换，从而可以使得冷却损失和热损失最小化。热交換器90中的冷却剂通路100具有连接至冷却剂入口 102的端部以及连接至冷却剂出ロ 104的另ー个端部。如图I中所示，热交換器90中的冷却剂通路100通过冷却剂入口 102或冷却剂出ロ 104连接至发动机10。此外，冷却剂通路100能够通过其它设备连接至发动机10。从发动机10流出的冷却剂相继穿过或者基本上相继穿过冷却剂入ロ 102、热交换器90中的冷却剂通路100和冷却剂出ロ 104，并且返回至发动机10。热交換器90中的齿轮油通路110具有连接至齿轮油入口 112的端部以及连接至齿轮油出口 114的另ー个端部。如图2中所示，热交換器90中的齿轮油通路110通过齿轮油入口 112或齿轮油出口 114连接至差动装置70。此外，齿轮油入口 112和齿轮油出口 114的至少ー个连接至设置于差动装置70的泵60。从差动装置70流出的齿轮油相继穿过或者基本上相继穿过齿轮油入口 112、热交 换器90中的齿轮油通路110和齿轮油出口 114，并且返回至差动装置70。此外，齿轮油在穿过泵60之后在差动装置70中流动，或者在穿过泵60之后从差动装置70流出。热交換器90中的变速器油通路120具有连接至变速器油入口 122的端部以及连接至变速器油出口 124的另ー个端部。如图2中所示，热交換器90中的变速器油通路120通过变速器油入口 122或变速器油出口 124连接至自动变速器80。从自动变速器80流出的自动变速器油相继穿过或者基本上相继穿过变速器油入ロ 122、热交換器90中的变速器油通路120和变速器油出口 124，并且返回至自动变速器80。如上文所述，在冷却剤、自动变速器油以及齿轮油分别穿过热交換器90中的冷却剂通路100、变速器油通路120和齿轮油通路110的过程中，冷却剤、自动变速器油以及齿轮油彼此热交換。在这里，齿轮油(差动油)代表用于润滑差动装置(差动齿轮)的所有油。此外，自动变速器流体(ATF)能够用作自动变速器油，但不限于此。泵60设置于差动装置70。泵60连接至齿轮油入口 112和齿轮油出口 114的至少ー个，并且泵送齿轮油。因此，泵60促进差动装置70中的齿轮油的循环，或者促进热交換器90中齿轮油的流动。电动泵可以用作泵60，但不限于此。控制单元50电连接至泵60。此外，控制单元50电连接至发动机10和自动变速器80。控制单元50接收关于冷却剤、自动变速器油和/或齿轮油的信息(例如，温度和/或速度)。此外，基于接收的信息，控制单元50控制泵60的旋转速度并且选择性地打开或关闭泵60。參考图3至图4，将具体描述根据本发明的各个实施例的热交换系统的控制方法。如图3中所示，如果在步骤SlOO中车辆变为接通状态，那么在步骤SllO中控制单元50开始泵60的诊断。如果开始泵60的诊断，那么在步骤S120中控制单元50将用于对泵60进行操作的信号输送至泵60。如果泵60接收该信号并且操作，那么在步骤S130中控制单元50接收关于泵60的操作状况的信号，并且确定泵60是否正常地操作。泵60的正常操作意味着，泵60没有发生故障或者检测泵60的状况的传感器没有发生故障。如果泵60没有正常地操作(例如，泵60发生故障或者检测泵60的状况的传感器发生故障)，那么在步骤S180中控制单元50操作警告设备，例如警告灯。警告灯可以以群集方式(at a cluster)设置，从而使得驾驶员能够识别泵60的状況。如果泵60正常操作，那么在步骤S140中控制单元50使得泵60的操作以及泵60的准备操作停止。此外，步骤S140能够在发动机10启动之前完成。如果在步骤S150中发动机10操作，那么在步骤S160中控制单元50确定是否接收油和冷却剂的温度的信息。油代表用于润滑差动装置70的齿轮油。一般而言，齿轮油和自动变速器油之间的温差不大，从而自动变速器油的温度或者齿轮油的温度都可以用作油温。此外，根据本发明的各个实施例，油温是差动装置70或自动变速器80中的油温，冷却剂温度是流入热交換器90之前的冷却剂温度。然而，油温和冷却剂温度可以通过其它方式进行定义。
如果不接收油和冷却剂的温度的信息，那么在步骤S170中控制单元50在安全模式中对泵60进行操作。安全模式是泵60安全操作的模式。在安全模式中泵60的操作能够以另外的常规方式进行设置。此外，如果泵60在安全模式中操作，那么在步骤S180中控制单元50操作警告灯。如果接收油和冷却剂的温度的信息，那么在步骤S200中控制单元50根据该信息计算泵60的旋转速度。如果计算泵60的旋转速度，那么在步骤S210中控制单元50根据计算的旋转速度对泵60进行操作。根据该信息的旋转速度能够以另外的常规方式根据目标泵性能进行设置。步骤S160至S180以及步骤S200至S210在发动机操作过程中重复进行。在泵60的操作过程中，在步骤S220中控制单元50确定发动机10是否停止。如果发动机10不停止，那么控制単元50返回至步骤S160。如果发动机10停止，那么在步骤S230中控制单元50停止泵60。图4是根据本发明的用于控制示例性热交换系统的另一种示例性控制方法的流程图。在图4中，步骤SlOO至S150以及步骤S180与图3中的步骤相同，从而省略其具体描述。如图4中所示，如果在步骤S150中发动机开始操作，那么在步骤S160中控制单元50确定是否接收油和冷却剂的温度的信息。如果接收油和冷却剂的温度的信息，那么在步骤S162中控制单元50确定冷却剂温度是否低于第一预定温度t0。如果冷却剂温度低于第一预定温度t0，那么在步骤S190中控制单元50关闭泵60。如果冷却剂温度低于第一预定温度t0，那么由于车辆中的诸如加热器的设备的操作，可能会出现热损失。因此，泵被关闭以防止冷却剂的热损失。如果冷却剂温度不低于第一预定温度t0，那么在步骤S164中确定油温是否低于第二预定温度tl。如果油温低于第二预定温度tl，那么在步骤S192中控制单元50打开泵60。也就是说，由于油温较低，自动变速器80和差动装置70通过执行油和冷却剂之间的热交换而迅速加热。因此，为了提高油和冷却剂之间的热交换效率，泵60被打开。如果油温不低于第二预定温度tl，那么在步骤S166中确定油温是否低于第三预定温度t2。在这里，第二预定温度tl低于第三预定温度t2。如果油温低于第三预定温度t2，那么在步骤S194中控制单元50关闭泵60。当油温高于或等于第二预定温度tl并且低于第三预定温度t2时，油可以在泵不操作的情况下充分地润滑自动变速器80和差动装置70。因此，泵被关闭以使得根据本发明的各个实施例的热交换系统的浪费能量最小化。如果油温不低于第三预定温度t2，那么在步骤S196中控制单元50打开泵60。第三预定温度t2基本上较高。如果油温升得太高，那么自动变速器80和差动装置70可能会过热。因此，油应该被冷却。如果油温高于或等于第三预定温度t2，那么油应该通过与冷却剂的热交换而冷却。因此，泵60被打开，从而提高油和冷却剂之间的热交换效率。 本领域技术人员能够任意地设置第一、第二和第三预定温度t0、tl和t2。此外，在本发明的各个实施例中使用三个预定温度，但不限于此。能够使用一系列的多个预定温度。如上文所述，根据本发明的各个实施例，由于热交換系统同时应用于自动变速器和差动装置，油和冷却剂之间的热交换可以有效地执行，并且车辆的燃料消耗可以降低。此外，由于三种流体在ー个热交換器中彼此热交换，从而可以使得不必要的冷却损失最小化并且可以改进驱动设备的耐久性。为了便于在所附权利要求中解释和精确定义，术语上或下、前或后、内或外等等用于參考在图中所示的示例性实施方案的特征的位置来对这些特征进行描述。前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。
权利要求
1.ー种用于车辆的热交换系统，包括 热交換器，所述热交換器适合于传递冷却剤、自动变速器油和/或齿轮油之间的热；发动机，所述发动机流体连接至所述热交換器并且适合于将所述冷却剂输送至所述热交換器或者接收来自于所述热交換器的所述冷却剂； 自动变速器，所述自动变速器流体连接至所述热交換器并且适合于将所述自动变速器油输送至所述热交換器或者接收来自于所述热交換器的所述自动变速器油； 差动装置，所述差动装置流体连接至所述热交換器并且适合于将所述齿轮油输送至所述热交換器或者接收来自于所述热交換器的所述齿轮油； 泵，所述泵适合于泵送所述齿轮油；以及 控制单元，所述控制单元适合于控制所述泵。
2.根据权利要求I所述的用于车辆的热交换系统，其中，在所述热交換器中形成冷却剂通路、变速器油通路和齿轮油通路，所述冷却剂流动通过所述冷却剂通路，所述自动变速器油流动通过所述变速器油通路，所述齿轮油流动通过所述齿轮油通路，并且所述冷却剂通路、所述变速器油通路和所述齿轮油通路不是彼此流体连通的。
3.根据权利要求2所述的用于车辆的热交换系统，其中，在所述冷却剤、所述自动变速器油和/或所述齿轮油分别穿过所述冷却剂通路、所述变速器油通路和/或所述齿轮油通路的过程中，所述冷却剤、所述自动变速器油和/或所述齿轮油彼此传递热。
4.根据权利要求I所述的用于车辆的热交换系统，其中，所述泵设置于所述差动装置。
5.根据权利要求I所述的用于车辆的热交换系统，其中，所述控制单元适合于接收所述冷却剤、所述自动变速器油和/或所述齿轮油的信息，并且适合于基于所述信息控制所述泵的旋转速度或者选择性地打开或关闭所述泵。
6.根据权利要求I所述的用于车辆的热交换系统，进一歩包括 加热器，所述加热器适合于接收来自于所述发动机的所述冷却剤，加热所述冷却剂并且使得所述冷却剂返回至所述发动机；以及 散热器，所述散热器适合于接收来自于所述发动机的所述冷却剤，冷却所述冷却剂并且使得所述冷却剂返回至所述发动机。
7.ー种热交換系统的控制方法，所述热交换系统使得冷却剂循环通过发动机，使得齿轮油通过泵循环通过差动装置，并且使得自动变速器油循环通过自动变速器，所述方法包括 在发动机的操作过程中确定是否接收所述冷却剤、所述自动变速器油和所述齿轮油的温度的信息； 如果接收所述信息，则根据所述信息计算所述泵的旋转速度；以及 根据计算的旋转速度对所述泵进行操作。
8.根据权利要求7所述的热交換系统的控制方法，其中如果不接收所述信息，则所述泵在安全模式中进行操作。
9.根据权利要求7所述的热交換系统的控制方法，其中，所述泵仅在所述发动机操作的时候进行操作。
10.根据权利要求7所述的热交換系统的控制方法，进ー步包括如果在所述发动机操作之前车辆处于接通状态，则对所述泵进行诊断。
11.ー种热交換系统的控制方法，所述热交换系统使得冷却剂循环通过发动机，使得齿轮油通过泵循环通过差动装置，并且使得自动变速器油循环通过自动变速器，所述方法包括 在发动机的操作过程中确定是否接收所述冷却剤、所述自动变速器油和所述齿轮油的温度的信息；以及 如果接收所述信息，则基于所述信息选择性地打开或关闭所述泵。
12.根据权利要求11所述的热交換系统的控制方法，其中，当冷却剂温度低于第一预定温度时，所述泵关闭以防止所述冷却剂的热损失。
13.根据权利要求12所述的热交換系统的控制方法，其中，当所述冷却剂温度高于或等于所述第一预定温度并且油温低于第二预定温度时，所述泵打开以提高所述油和所述冷却剂之间的热交换效率。
14.根据权利要求13所述的热交換系统的控制方法，其中，当所述油温高于或等于所述第二预定温度并且低于第三预定温度时，所述泵关闭以使得所述热交换系统的浪费能量最小化。
15.根据权利要求14所述的热交換系统的控制方法，其中，当所述油温高于或等于第三预定温度时，所述泵打开以防止所述自动变速器和所述差动装置过热。
16.根据权利要求11所述的热交換系统的控制方法，其中如果不接收所述信息，则所述泵在安全模式中进行操作。
17.根据权利要求11所述的热交換系统的控制方法，其中，所述泵仅在所述发动机操作的时候进行操作。
18.根据权利要求11所述的热交換系统的控制方法，进ー步包括如果在所述发动机操作之前车辆处于接通状态，则对所述泵进行诊断。
19.根据权利要求10所述的热交換系统的控制方法，进ー步包括操作警告设备，以在所述泵不正常操作的情况下向司机发出警报。
20.根据权利要求19所述的热交換系统的控制方法，其中所述警告设备是警告灯。
全文摘要
本发明涉及用于车辆的热交换系统及其控制方法。一种用于车辆的热交换系统可以包括热交换器，所述热交换器传递冷却剂、自动变速器油和/或齿轮油之间的热；发动机，所述发动机流体连接至所述热交换器并且适合于输送/接收所述冷却剂；自动变速器，所述自动变速器流体连接至所述热交换器并且适合于输送/接收所述自动变速器油；差动装置，所述差动装置流体连接至所述热交换器并且适合于输送/接收所述齿轮油；泵，所述泵适合于泵送所述齿轮油；以及控制单元，所述控制单元适合于控制所述泵。本发明还提供了一种控制方法。
文档编号B60R16/08GK102765320SQ20111039748
公开日2012年11月7日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年5月4日
发明者金大光 申请人:现代自动车株式会社