DE10005490A1 - Heizanlage - Google Patents

Heizanlage

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Abstract

Die Erfindung geht von einer Heizanlage für ein Kraftfahrzeug aus, das von einer Brennkraftmaschine (10) angetrieben wird, wobei ein Heizgerät (30) eine Brennkammer (32) mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (34) und einer Zündeinrichtung (35) und ein Luftgebläse (40) umfasst und in Abhängigkeit von Betriebsparametern und/oder Umgebungsparamter des Kraftfahrzeugs und/oder der Brennkraftmaschine (10) oder von Betätigungssignalen angesteuert wird. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die Brennkammer (32) im Bereich eines Abgaskrümmers (62) der Brennkraftmaschine (10) zwischen Auslassventilen (24) und einem Abgaskatalysator (56) über eine Abgasleitung (42) an den Abgasstrang (62) der Brennkraftmaschine (10) angeschlossen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Heizanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.
In einigen Betriebszuständen einer Brennkraftmaschine, bei­ spielsweise beim Kaltstart, beim Kurzstreckenverkehr oder bei langen Talfahrten von Kraftfahrzeugen, ist der Wärmeeintrag ins Kühlwasser durch die Brennkraftmaschine selbst nicht mehr ausreichend, insbesondere wenn der Wirkungsgrad der Brenn­ kraftmaschine sehr gut ist, wie bei einer direkten Benzinein­ spritzung, einer Hochdruckdieseleinspritzung mit einem ge­ meinsamen Hochdruckspeicher oder einer hoch aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem Turbolader, weil geringe Wärme­ verluste entstehen. Demzufolge erreichen die Brennkraftma­ schine und ihr Katalysator ihre optimalen Temperaturen nicht in der kurzen, zur Verfügung stehenden Zeit oder erst sehr spät, was zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und zu erhöh­ ten Abgasemissionen führt.
Da bei niedrigen Außentemperaturen erhebliche Wärmemengen be­ nötigt werden, um die Fahrzeugscheiben zu enteisen oder den Fahrzeuginnenraum zu beheizen, sind die Fahrsicherheit und der Fahrkomfort eingeschränkt. Außerdem benötigen zukünftige Antriebskonzepte, z. B. Hybridfahrzeuge, während des Elektro­ betriebs zum Beheizen des Innenraums des Kraftfahrzeugs oder des Katalysators eine zusätzliche Wärmequelle. Derzeit wird diese Problematik vorwiegend mit chemischen oder elektrischen Zuheizern gelöst. Chemische Zuheizer, beispielsweise Brenner, bieten zwar durch die Möglichkeit, auch im Stillstand der Brennkraftmaschine zu heizen, einen hohen Komfort, sind aber relativ teuer. Herkömmliche, elektrische Zuheizer nach dem Prinzip einer Widerstandsheizung sind in der Leistung stark eingeschränkt, weil durch den Generator nicht beliebig viel Strom zur Verfügung gestellt werden kann.
Vorteile der Erfindung
Nach der Erfindung ist eine Brennkammer im Bereich eines Ab­ gaskrümmers der Brennkraftmaschine zwischen Auslassventilen und einem Abgaskatalysator über eine Abgasleitung an den Ab­ gaskrümmer der Brennkraftmaschine angeschlossen. Bei Bedarf wird die Brennkammer in Betrieb gesetzt, so dass durch ihre heißen Abgase das Abgassystem der Brennkraftmaschine aufge­ heizt wird. Hierzu gehört in erster Linie der Abgaskatalysa­ tor, der sehr schnell seine optimale Betriebstemperatur er­ reicht, aber auch die Abgaskanäle bis zu den Auslaßventilen, wodurch die Brennkraftmaschine selbst, insbesondere ihr Zy­ linderkopf, schneller ihre Betriebstemperatur erreicht.
Um einen intensiveren Wärmeaustausch zwischen der Brennkammer und der Brennkraftmaschine zu erzielen, ist es zweckmäßig, dass Kühlmittelkanäle eines Wärmetauschers die Brennkammer umgeben und an einen Kühlmittelkreislauf der Brennkraftma­ schine angeschlossen sind. Somit kann die Brennkammer zum ei­ nen die Brennkraftmaschine schon vor dem Start vorwärmen und zum anderen die an den Kühlmittelkreislauf der Brennkraftma­ schine angeschlossene Heizung für den Fahrgastraum versorgen. Über elektronisch angesteuerte Ventile kann die Wärmemenge entsprechend den jeweiligen Prioritäten verteilt werden.
Ferner kann die Brennkammer bei aufgeladenen Brennkraftma­ schinen dazu dienen, das Ansprechverhalten des Abgasturbola­ ders zu verbessern, indem sie im unteren Drehzahlbereich die Menge und Energie des Abgases erhöht. Die sich daraus erge­ bende höhere Drehzahl der Abgasturbine und des Radialverdich­ ters ermöglicht einen höheren Ladedruck, der zu einem besse­ ren Beschleunigungsverhalten der Brennkraftmaschine bei einem günstigeren Wirkungsgrad führt. Die Abgasturbine ist zweckmä­ ßigerweise vor dem Abgaskatalysator angeordnet und ist durch einen Bypass umgehbar, der ein Steuerorgan aufweist. Dadurch kann die Abgasturbine geregelt werden. Ferner können durch den Bypass im Stillstand der Brennkraftmaschine heiße Abgase direkt zum Katalysator gelangen und diesen schon vor dem Start der Brennkraftmaschine auf eine geeignete Betriebstem­ peratur bringen.
Durch die erfindungsgemäße Heizanlage können somit alle An­ forderungen einer modernen Brennkraftmaschine durch eine ein­ zige Brennkammer und mit einem geringen Bauaufwand erfüllt werden.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe­ schreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammen­ fassen.
Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung einen teilweisen Schnitt durch eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Heizanlage.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Brennkraftmaschine 10 besitzt Zylinder 12, die zwischen Kolben 16 und einem Zylinderkopf 14 Arbeitsräume bilden, de­ nen über Einlaßkanäle 18 Luft zugeführt wird. Über Auslasska­ näle 22 schiebt der Kolben 16 das Abgas in einen Abgaskrümmer 62. Die Einlaßkanäle 18 und die Auslasskanäle 22 werden durch Einlaßventile 20 bzw. Auslaßventile 24 gesteuert. Eine Zünd­ hilfe 26 leitet in Form einer Zündkerze beim Ottoverfahren die Verbrennung des Kraftstoffluftgemisches im Zylinder 12 ein, während eine Zündhilfe 26 in Form einer Glühkerze beim Dieselverfahren zur Vorwärmung der Verbrennungsluft dient.
Eine Brennkammer 32 eines Heizgeräts 30 ist über eine Abgas­ leitung 42 an den Abgaskrümmer 62 der Brennkraftmaschine 10 angeschlossen. Die Abgasleitung 42 ist zweckmäßigerweise als Metallbalg ausgebildet, um unterschiedliche Wärmedehnungen in Folge unterschiedlicher Temperaturen zwischen der Brennkammer 32 und dem Abgaskrümmer 62 ausgleichen zu können. Der Brenn­ kammer wird Kraftstoff über ein Einspritzventil 34 zugeführt, während ein Luftgebläse 40 über ein Steuergerät 38 und eine Luftzuführung 36 Luft in die Brennkammer 32 fördert. Eine Zündhilfe 35 bringt das Gemisch zur Zündung. Wie bei der Zündhilfe 26 kann es sich hier um eine Zündkerze oder einen Glühstift handeln. Das verbrannte Kraftstoffluftgemisch ver­ lässt die Brennkammer 32 und strömt in den Abgaskrümmer 62, wo es die Menge und Energie des Abgases der Brennkraftmaschi­ ne 10 erhöht.
Vor dem Start der Brennkraftmaschine 10 gelangt das Abgas z. B. über einen Bypass 46 zu einem Abgaskatalysator 56, der so schon auf Betriebstemperatur gebracht werden kann, bevor die Brennkraftmaschine 10 startet. Dadurch wird die Abgas­ emission beachtlich verbessert. Im Bypass 46 ist ein Steuer­ organ 48 angeordnet, das von einem elektronisch ansteuerbaren Aktuator 44 betätigt wird. Das Steuerorgan 48 regelt gleich­ zeitig den Durchsatz durch eine Abgasturbine 52 eines Abga­ sturboladers 50, die durch die zusätzliche Abgasmenge und Ab­ gasenergie der Brennkammer 32 im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine 10 verstärkt angetrieben werden kann, so dass durch die höhere Drehzahl eines mit der Abgasturbine 52 verbundenen Radialverdichters 54 der Ladedruck in den Einlaß­ kanälen 18 erhöht werden kann, so dass die Brennkraftmaschine 10 schneller beschleunigt.
Ein Wärmetauscher 60 umgibt die Brennkammer 32. Seine Kühl­ mittelkanäle sind über eine Verbindungsleitung 58 mit Kühlmittelkanälen 28 und Kühlmittelräumen der Brennkraftmaschine 10 verbunden, so dass die Brennkammer 32 das Kühlmittel des Kühl- und Heizkreislaufs der Brennkraftmaschine 10 aufheizen kann. Zum Umwälzen des Kühlmittels dient vorzugsweise eine elektrisch angetriebene Pumpe 64. Anstatt der Umwälzpumpe wä­ re auch ein Schaltventil denkbar, das beim Aufheizen den Kühlmittelkreislauf öffnet. Der Wärmetauscher 60 sorgt somit dafür, dass die Brennkraftmaschine 10 während des Stillstands vorgewärmt werden kann, und dass an den Kühlkreislauf ange­ schlossene Wärmetauscher, z. B. zum Beheizen des Fahrzeugin­ nenraums oder der Fahrzeugscheiben, während des Stillstands oder beim Start der Brennkraftmaschine mit Wärme versorgt werden.

Claims (9)

1. Heizanlage für ein Kraftfahrzeug, das von einer Brenn­ kraftmaschine (10) angetrieben wird, wobei ein Heizgerät (30) eine Brennkammer (32) mit einer Kraftstoffeinspritzvorrich­ tung (34) und einer Zündeinrichtung (35) und ein Luftgebläse (40) umfasst und in Abhängigkeit von Betriebsparametern und/oder Umgebungsparameter des Kraftfahrzeugs und/oder der Brennkraftmaschine (10) oder von Betätigungssignalen ange­ steuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (32) im Bereich eines Abgaskrümmers (62) der Brennkraftma­ schine (10) zwischen Auslassventilen (24) und einem Abgaska­ talysator (56) über eine Abgasleitung (42) an den Abgasstrang (62) der Brennkraftmaschine (10) angeschlossen ist.
2. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (42) der Brennkammer (32) zumindest teilwei­ se als Faltenrohr ausgebildet ist.
3. Heizanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass Kühlmittelkanäle eines Wärmetau­ schers (60) die Brennkammer (32) umgeben und an einen Kühl­ mittelkreislauf (28) der Brennkraftmaschine (10) angeschlos­ sen sind.
4. Heizanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlmittelkreislauf (28) der Brennkraftmaschine (10) und/oder dem Wärmetauscher (60) mindestens eine elektrisch angetriebene Pumpe (64) oder ein elektrisch angesteuertes Schaltventil zugeordnet ist.
5. Heizanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Einmündung der Abgasleitung (42) in den Abgasstrang (42) eine Abgasturbine (52) eines Abgasturboladers (50) angeordnet ist.
6. Heizgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (52) vor dem Abgaskatalysator (56) angeord­ net und durch einen Bypass (46) umgehbar ist, der ein Steuer­ organ (48) aufweist.
7. Heizanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Anlage als Standheizung be­ nutzt wird und vor dem Motorstart angesteuert wird.
8. Heizanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Anlage zur Aufheizung minde­ stens eines Katalysators benutzt wird.
9. Heizanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage während eines Beschleunigungsvorgangs bzw. nach einer Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor an­ gesteuert wird, mit dem Ziel, den Ladedruck zu erhöhen.
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