DE102006017246A1 - Abwärmenutzungssystem für einen Kraftfahrzeugmotor - Google Patents

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Nobuyuki Kariya Hashimura
Yoshio Kariya Miyata
Shinji Kariya Ogawa
Yusuke Kariya Yanagisawa
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Abstract

Ein Hauptkühlkreis ist durch einen Motor (1), einen Kühler (2) und eine erste Pumpe (4) gebildet. Ein Heißwasserkreis (8) ist durch den Motor (1), einen Heizerkern (7d) und die erste Pumpe (4) gebildet. Ein Wärmespeicherwasserkreis (10) ist zwischen einem Verzweigungspunkt (8a) des Heißwasserkreises (8) und dem Motor (1) verbunden, wobei eine zweite Pumpe (11) und ein Wärmespeicherbehälter (12) in dem Wärmespeicherwasserkreis vorgesehen sind. Ein in dem Wärmespeicherbehälter (12) gespeichertes Motorkühlwasser wird durch die zweite Pumpe (11) zirkuliert, sodass das heiße Wasser dem Motor zugeführt wird, bevor der Motorbetrieb gestartet wird. Das Motorkühlwasser wird auch während des Motorbetriebs durch die zweite Pumpe zirkuliert, sodass heißes Wasser in dem Wärmespeicherbehälter (12) gespeichert wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abwärmenutzungssystem für einen Kraftfahrzeugmotor zum Erleichtern eines Aufwärmvorgangs eines wassergekühlten Verbrennungsmotors, und insbesondere ein Abwärmenutzungssystem für einen Kraftfahrzeugmotor mit einem Heißwasserspeicherbehälter für ein Motorkühlwasser.
  • In der Technik ist ein Abwärmenutzungssystem für einen wassergekühlten Verbrennungsmotor bekannt, bei dem ein in einem Motorkühlkreis zirkulierendes Hochtemperatur-Motorkühlwasser (heißes Wasser) in einem Heißwasserbehälter gespeichert wird, das gespeicherte heiße Wasser dem Motor durch eine elektrische Pumpe kurz vor dem Starten eines Motorbetriebs beim nächsten Mal zugeführt wird, um einen Aufwärmvorgang des Motors zu erleichtern, und das Hochtemperatur-Motorkühlwasser einem Heizerkern zugeführt wird, um einen Heizvorgang für einen Fahrzeug-Fahrgastraum durchzuführen, nachdem der Motor aufgewärmt worden ist.
  • Gemäß dem obigen herkömmlichen Abwärmenutzungssystem kann jedoch die in dem Behälter gespeicherte Wassertemperatur niedriger als jene des Motorkühlwassers beim Starten des Motorbetriebs sein, wenn zum Beispiel der Motor für eine lange Zeitdauer nicht in Betrieb gewesen ist. In einer solchen Situation gibt es ein Problem, dass der Temperaturanstieg des Motorkühlwassers durch den Heißwasserspeicherbehälter verhindert wird, falls das Motorkühlwasser in und durch den Heißwasserspeicherbehälter zirkuliert wird.
  • Demgemäß wird in der Technik vorgeschlagen (siehe zum Beispiel die japanische Patentveröffentlichung Nr. H10-71838), dass der Fluidstrom des Motorkühlwassers durch ein Dreiwegeventil mit drei Einlass/Auslassöffnungen so geschaltet wird, dass das Motorkühlwasser an dem Heißwasserspeicherbehälter vorbeiströmt, wenn die Zirkulation des Motorkühlwassers durch den Behälter nicht gewünscht wird.
  • Ein solches System hat jedoch einen Nachteil, dass seine Kosten aufgrund des Dreiwegeventils hoch werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist deshalb in Anbetracht des vorgenannten Problems gemacht und hat eine Aufgabe, ein Abwärmenutzungssystem vorzusehen, das durch Weglassen eines Dreiwegeventils von niedrigen Kosten ist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heißwasserspeicherbehälter vorzusehen, der auf das Abwärmenutzungssystem für einen Kraftfahrzeugmotor angewendet werden kann.
  • Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abwärmenutzungssystem vorzusehen, bei dem eine Betriebsrate einer elektrischen Pumpe reduziert ist, um einen Energieverbrauch zu senken.
  • Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung weist ein Abwärmenutzungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor (1) auf: einen Heizerkern (7d) zum Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen einem aus dem Motor (1) strömendem Motorkühlwasser und in einen Fahrzeug-Fahrgastraum zu blasender Luft; einen ersten Fluidkanal (8) zum Verbinden des Heizerkerns (7d) mit dem Motor (1), um einen geschlossenen Fluidkreis zu bilden, durch den das Motorkühlwasser vom Motor (1) zum Heizerkern (7d) strömt; einen Wärmespeicherbehälter (12) zum Speichern des Motorkühlwassers und Halten seiner Wärme; und einen zweiten Fluidkanal (10), der von einem Verzweigungspunkt (8a) des ersten Fluidkanals (8) stromab des Heizerkerns (7d) verzweigt und durch den Wärmespeicherbehälter (12) mit dem Motor (1) verbunden ist.
  • In dem obigen System ist eine erste Pumpe (4) in dem ersten Fluidkanal (8) zum Zirkulieren des Motorkühlwassers vom Motor (10) und durch den Heizerkern (7d) und den Verzweigungspunkt (8a) zurück zum Motor (1) vorgesehen, wobei die erste Pumpe (1) stromab des Verzweigungspunkts (8a) im Fluidstrom vorgesehen ist, sodass in einem Teil des ersten Fluidkanals (8) zwischen dem Verzweigungspunkt (8a) und der ersten Pumpe (4) ein negativer Druck erzeugt wird. Und eine zweite Pumpe (11) eines elektrisch betriebenen Typs ist in dem zweiten Fluidkanal (10) zum Zirkulieren des Motorkühlwassers vorgesehen, sodass das Motorkühlwasser vom Wärmespeicherbehälter (12) zum Motor (1) strömt.
  • Das Abwärmenutzungssystem weist ferner auf: ein in dem zweiten Fluidkanal (10) vorgesehenes Rückschlagventil (13), um das Motorkühlwasser nur in einer Richtung strömen zu lassen, welche eine Richtung des durch einen Pumpvorgang der zweiten Pumpe (11) bewirkten Fluidstroms ist; und eine Steuereinheit (15) zum Stoppen des Betriebs der zweiten Pumpe (11), sodass das Motorkühlwasser an einem Strömen in den Wärmespeicherbehälter (12) selbst in dem Fall gehindert wird, dass die erste Pumpe (11) in Betrieb ist.
  • Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung weist ein Abwärmenutzungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor (1) auf: einen Heizerkern (7d) zum Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen einem aus dem Motor (1) strömenden Motorkühlwasser und in einen Fahrzeug-Fahrgastraum zu blasender Luft; einen ersten Fluidkanal (8) zum Verbinden des Heizerkerns (7d) mit dem Motor (1), um einen geschlossenen Fluidkreis zu bilden, durch den das Motorkühlwasser vom Motor (1) zum Heizerkern (7d) strömt; einen Wärmespeicherbehälter (12) zum Speichern des Motorkühlwassers und Halten seiner Wärme; und einen zweiten Fluidkanal (10), der von einem Verzweigungspunkt (8a) des ersten Fluidkanals (8) stromab des Heizerkerns (7d) verzweigt und durch den Wärmespeicherbehälter (12) mit dem Motor (1) verbunden ist.
  • In dem obigen System ist eine erste Pumpe (4) in dem ersten Fluidkanal (8) zum Zirkulieren des Motorkühlwassers vom Motor (1) und durch den Heizerkern (7d) und den Verzweigungspunkt (8a) zurück zum Motor (1) vorgesehen, wobei die erste Pumpe (1) stromab des Verzweigungspunkts (8a) im Fluidstrom vorgesehen ist, sodass in einem Teil des ersten Fluidkanals (8) zwischen dem Verzweigungspunkt (8a) und der ersten Pumpe (4) ein negativer Druck erzeugt wird. Und eine zweite Pumpe (11) eines elektrisch betriebenen Typs ist in dem zweiten Fluidkanal (10) zum Zirkulieren des Motorkühlwassers vorgesehen, sodass das Motorkühlwasser vom Wärmespeieherbehälter (12) zum Motor (1) strömt.
  • Der Wärmespeicherbehälter (12) weist auf: einen Hauptbehälterkörper (121); ein Gehäuse (122, 123) mit einem Fluideinströmkanal (1222), durch den das Motorkühlwasser in den Wärmespeicherbehälter (12) strömt, und einem Fluidausström kanal (1223), durch den das Motorkühlwasser aus dem Wärmespeicherbehälter (12) strömt; ein in dem Fluidausströmkanal (1223) vorgesehenes Rückschlagventil (13), um das Motorkühlwasser nur in einer Richtung strömen zu lassen, welche eine Richtung des durch einen Pumpvorgang der zweiten Pumpe (11) bewirkten Fluidstroms ist; und ein in dem Fluidausströmkanal (1223) parallel zum Rückschlagventil (13) vorgesehenes Ein/Aus-Ventil (14) zum Öffnen und Schließen des Fluidausströmkanals (1223) in Abhängigkeit von einer Temperatur des Motorkühlwassers.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist ein Abwärmenutzungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor (1) auf: einen durch den Motor (1), einen Kühler (2) und eine erste Pumpe (4) gebildeten Hauptkühlkreis (3), in dem ein Motorkühlwasser durch einen Betrieb der ersten Pumpe (4) zirkuliert wird; einen durch den Motor (1), einen Heizerkern (7d) und die erste Pumpe (4) gebildeten Heißwasserkreis (8), sodass das Motorkühlwasser durch den Betrieb der ersten Pumpe (4) zirkuliert wird, wobei der Heißwasserkreis (8) einen Verzweigungspunkt (8a) aufweist, sodass der Heißwasserkreis (8) in einen ersten Teil (8b) mit dem Heizerkern (7d) und einen zweiten Teil (8c) mit der ersten Pumpe (4) aufgeteilt ist; und einen Wärmespeicherwasserkreis (10), der zwischen dem Verzweigungspunkt (8a) des Heißwasserkreises (8) und dem Motor (1) verbunden ist und eine zweite Pumpe (11) und einen Wärmespeicherbehälter (12) aufweist, in welchem das Motorkühlwasser durch einen Betrieb der zweiten Pumpe (11) von dem Motor (1) und durch den Heizerkern (7d), den Verzweigungspunkt, die zweite Pumpe (11) und den Wärmespeicherbehälter (12) zurück zum Motor (1) zirkuliert wird, wobei das Motorkühlwasser ferner durch den Betrieb der zweiten Pumpe (11) durch den zweiten Teil (8c) des Heißwasserkreises (8) und den Wärmespeicherwasserkreis (10) zirkuliert wird.
  • Gemäß einem noch weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist ein Abwärmenutzungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor (1) auf: einen durch den Motor (1), einen Kühler (2) und eine erste Pumpe (4) gebildeten Hauptkühlkreis (3), in dem ein Motorkühlwasser durch einen Betrieb der ersten Pumpe (4) zirkuliert wird; einen durch den Motor (1), einen Heizerkern (7d) und die erste Pumpe (4) gebildeten Heißwasserkreis (8), sodass das Motorkühlwasser durch den Betrieb der ersten Pumpe (4) zirkuliert wird, wobei der Heiß wasserkreis (8) einen Verzweigungspunkt (8a) aufweist, sodass der Heißwasserkreis (8) in einen ersten Teil (8b) mit dem Heizerkern (7d) und einen zweiten Teil (8c) mit der ersten Pumpe (4) aufgeteilt ist; und einen Wärmespeicherwasserkreis (10), der zwischen dem Verzweigungspunkt (8a) des Heißwasserkreises (8) und dem Motor (1) verbunden ist und eine zweite Pumpe (11) und einen Wärmespeicherbehälter (12) aufweist, in welchem das in dem Wärmespeicherbehälter (12) gespeicherte Motorkühlwasser durch einen Betrieb der zweiten Pumpe (11) vom Wärmespeicherbehälter (12) durch den Motor (1), den Heizerkern (7d) und den Verzweigungspunkt (8a) zurück zum Wärmespeicherbehälter (12) zirkuliert wird, kurz bevor der Motorbetrieb gestartet wird, sodass der Motor (1) aufgewärmt wird.
  • In einem solchen System wird ein Teil des Motorkühlwassers durch den Betrieb der ersten Pumpe (4) durch den Hauptkühlkreis (3) zirkuliert, wenn eine Temperatur des Motorkühlwassers höher als ein vorbestimmter Wert ist, und ein weiterer Teil des Motorkühlwassers wird gleichzeitig durch den Betrieb der ersten Pumpe (4) durch den ersten Teil (8b) des Heißwasserkreises (8) und den Wärmespeicherwasserkreis (10) zirkuliert, sodass das Hochtemperatur-Motorkühlwasser in dem Wärmespeicherbehälter (12) gespeichert wird.
  • Obige sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
  • 1 einen schematischen Systemaufbau für ein Abwärmenutzungssystem für einen Kraftfahrzeugmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Tabelle von verschiedenen Betriebsmodi des in 1 dargestellten Systems;
  • 3 den schematischen Systemaufbau eines Betriebsmodus für einen Heißwasserspeicherbetrieb;
  • 4 den schematischen Systemaufbau eines Betriebsmodus für einen Aufwärmbetrieb für einen Kraftfahrzeugmotor;
  • 5 den schematischen Systemaufbau eines Betriebsmodus für einen Heizbetrieb für einen Fahrzeug-Fahrgastraum, nachdem der Motor aufgewärmt worden ist;
  • 6 den schematischen Systemaufbau für ein Abwärmenutzungssystem für einen Kraftfahrzeugmotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 7 eine Tabelle von verschiedenen Betriebsmodi des in 6 dargestellten Systems;
  • 8 einen schematischen Systemaufbau für ein Abwärmenutzungssystem für einen Kraftfahrzeugmotor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 9 eine Querschnittsansicht eines Heißwasserspeicherbehälters, der auf das in 8 dargestellte System angewendet werden soll;
  • 10 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Rückschlagventils und eines Ein/Aus-Ventils des in 9 dargestellten Heißwasserspeicherbehälters;
  • 11 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines durch „XI" in 10 eingekreisten Ausschnitts;
  • 12 eine schematische Ansicht des in 11 dargestellten Ausschnitts aus Sicht eines Pfeils „XII"; und
  • 13 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Rückschlagventils und des Ein/Aus-Ventils, bei welcher das Ein/Aus-Ventil geöffnet ist.
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • Es wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. 1 zeigt einen schematischen Systemaufbau für ein Abwärmenutzungssystem für einen Kraftfahrzeugmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, während 2 eine Tabelle von verschiedenen Betriebsmodi des in 1 dargestellten Betriebssystems ist.
  • In 1 erzeugt ein Verbrennungsmotor 1 eine Antriebskraft zum Fahren eines Fahrzeugs, wobei der Motorbetrieb automatisch gestoppt wird, wenn eine bestimmte Betriebsbedingung für einen Motorstopp erfüllt ist, wohingegen der Motorbetrieb automatisch neu gestartet wird, wenn eine bestimmte Betriebsbedingung für einen Motorneustart erfüllt ist. Zum Beispiel wird der Motorbetrieb gestoppt, wenn das Fahrzeug aufgrund einer roten Verkehrsampel vorübergehend anhält, und wieder gestartet, wenn ein Fahrer das Fahrzeug wieder fahren will.
  • Der Motor 1 ist ein wassergekühlter Motor, in dem ein Wassermantel (nicht dargestellt) in einem Zylinderblock 1a und einem Zylinderkopf 1b zum Zirkulieren eines Motorkühlwassers durch den Motor 1 gebildet ist.
  • Das Hochtemperatur-Motorkühlwasser nach dem Abkühlen des Motors wird an einem Kühler 2 abgekühlt. Der Kühler 2 ist bekanntermaßen ein Wärmetauscher zum Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen dem Motorkühlwasser und Luft, um das Motorkühlwasser abzukühlen. Der Motor 1 und der Kühler 2 sind durch einen Hauptkühlreis 3 verbunden, der als ein geschlossener Fluidkreis zwischen dem Motor 1 und dem Kühler 2 gebildet ist. Eine erste Pumpe 4 ist in dem Hauptkühlkreis 3 vorgesehen, wobei die erste Pumpe 4 mit dem Motor 1 wirkverbunden ist und durch die Antriebskraft des Motors 1 mechanisch angetrieben wird, sodass das Motorkühlwasser in dem Hauptkühlkreis 3 zirkuliert wird. Im Hauptkühlkreis 3 wird das Motorkühlwasser vom Zylinderkopf 1b zum Zylinderblock 1a durch den Kühler 2 zirkuliert.
  • Ein Bypasskanal 5 ist parallel zu einem durch den Kühler 2 laufenden Teil des Hauptkühlkreises 3 vorgesehen, sodass das Motorkühlwasser durch den Bypasskanal 5 am Kühler 2 vorbeiströmen kann, wenn er geöffnet ist. Ein Thermostat 6 ist an einem Schnittpunkt des Hauptkühlkreises 3 und des Bypasskanals 5 vorgesehen und es schaltet den Bypasskanal 5, um ihn zu öffnen oder zu schließen. Zum Beispiel wird der Bypasskanal 5 geschlossen, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers höher als 80°C ist, sodass das Motorkühlwasser durch den Kühler 2 strömt, wohingegen der Bypasskanal 5 geöffnet wird, wenn die Temperatur niedriger als 80°C ist, sodass das Motorkühlwasser durch den Bypasskanal 5 strömt.
  • Eine Klimavorrichtung 7 ist in dem Fahrzeug montiert, um einen Klimabetrieb für einen Fahrzeug-Fahrgastraum durchzuführen, wobei die Klimavorrichtung 7 einen Teil des Abwärmenutzungssystems bildet.
  • Die Klimavorrichtung 7 weist ein Klimagehäuse 7a auf, und eine Luftblasvorrichtung 7a ist an einer luftstromaufwärtigen Seite in dem Gehäuse 7a zum Blasen der Luft in den Fahrzeug-Fahrgastraum angeordnet.
  • Ein Verdampfapparat 7c ist an einer luftstromabwärtigen Seite in dem Klimagehäuse 7a angeordnet, sodass die Luft von der Luftblasvorrichtung 7b abgekühlt wird. Der Verdampfapparat 7c ist ein wohlbekannter Wärmetauscher zum Verdampfen eines Kältemittels in einem Dampfkompressions-Kühlkreis.
  • Ein Heizerkern 7d ist stromab des Verdampfapparats 7c in dem Klimagehäuse 7a angeordnet. Der Heizerkern 7d heizt die Luft von der Luftblasvorrichtung 7b mit Wärme des Motorkühlwassers (heißes Wasser) für den Motor 1.
  • Eine Luftmischklappe 7e ist an einer Lufteinströmseite des Heizerkerns 7d in dem Klimagehäuse 7a zum Steuern einer durch den Heizerkern 7d strömenden Luftmenge sowie einer an dem Heizerkern 7d vorbeiströmenden und zu einer stromabwärtigen Seite (zu einer Seite des Fahrgastraums) strömenden Luftmenge vorgesehen, sodass die Temperatur der in den Fahrgastraum geblasenen Luft eingestellt wird. Die Luftmischklappe 7e wird durch einen Elektromotor betrieben und wird auch als eine Luftströmungsmengen-Steuereinrichtung bezeichnet.
  • Der Motor 1 und der Heizerkern 7d sind miteinander durch einen Heißwasserkreis 8 verbunden, um einen geschlossenen Fluidkreis zu bilden. Insbesondere ist ein Ende des Heißwasserkreises 8 mit dem Wassermantel des Zylinderkopfes 1b verbunden, während das andere Ende davon mit dem Hauptkühlkreis 3 an einem Schnittpunkt zwischen der ersten Pumpe 4 und dem Thermostat 6 sowie durch die erste Pumpe 4 mit dem Wassermantel des Zylinderblocks 1a verbunden ist.
  • Ein Zweiwegeventil 9 ist zwischen dem Wassermantel des Zylinderkopfes 1b und dem Heizerkern 7d in dem Heißwasserkreis 8 vorgesehen, wobei das Zweiwegeventil 9 durch einen Elektromotor betätigt wird, um den Heißwasserkreis 8 zu öffnen oder zu schließen. Das Motorkühlwasser (heißes Wasser) strömt vom Zylinderkopf 1b durch das Zweiwegeventil 9 zum Heizerkern 7d. Der Heißwasserkreis 8 wird auch als ein erster Fluidkreis bezeichnet.
  • Ein Wassertemperatursensor Sw ist zwischen dem Wassermantel des Zylinderkopfes 1b und dem Zweiwegeventil 9 im Heißwasserkreis 8 zum Erfassen einer Wassertemperatur des Motorkühlwassers vorgesehen. Der Sensor Sw gibt ein elektrisches Signal entsprechend der erfassten Wassertemperatur aus.
  • Ein Wärmespeicherwasserkreis 10 ist von dem Heißwasserkreis 8 verzweigt, d.h. von einem Verzweigungspunkt 8a verzweigt, der an einer stromabwärtigen Seite des Heizerkerns 7d des Fluidstroms des Motorkühlwassers im Heißwasserkreis 8 positioniert ist, und mit dem Wassermantel des Zylinderblocks 1a verbunden. Der Wärmespeicherwasserkreis 10 wird auch als ein zweiter Fluidkreis bezeichnet.
  • Der Heißwasserkreis 8 ist in einen ersten Teil 8b, in dem das Zweiwegeventil 9 und der Heizerkern 7d angeordnet sind, und einen zweiten Teil 8c, in dem die erste Pumpe 4 angeordnet ist, aufgeteilt.
  • Eine zweite Pumpe 11, die durch einen Elektromotor betrieben wird, ist in dem Wärmespeicherwasserkreis 10 vorgesehen, damit das aus dem Heißwasserkreis 8 strömende Motorkühlwasser (heißes Wasser) durch den Wärmespeicherwasserkreis 10 zum Wassermantel des Zylinderblocks 1a zirkuliert wird.
  • Ein Wärmespeicherbehälter 12 ist stromab der zweiten Pumpe 11 in dem Wärmespeicherwasserkreis 10 zum Speichern des Motorkühlwassers (heißes Wasser) und Halten seiner Temperatur vorgesehen. Ein Rückschlagventil 13 ist stromab des Wärmespeicherbehälters 12 in dem Wärmespeicherwasserkreis 10 vorgesehen, sodass das Motorkühlwasser nur in der Richtung von der zweiten Pumpe 11 zum Wärmespeicherbehälter 12 strömen kann.
  • Eine elektronische Steuereinheit 15 weist einen wohlbekannten Mikrocomputer mit CPU, ROM, RAM, usw. auf und führt einen Berechnungsprozess entsprechend in dem Mikrocomputer gespeicherter Programme durch. Das Ausgangssignal des Wassertemperatursensors Sw, ein Betriebssignal von einem Zündschalter (nicht dargestellt) sowie weitere verschiedene Signale zum Bestimmen einer Motorabschaltbedingung und einer Motorneustartbedingung für den Motor 1 werden der elektronischen Steuereinheit 15 eingegeben, sodass die elektronische Steuereinheit 15 Betriebe des Motors 1, der Luftmischklappe 7e, des Zweiwegeventils 9, der zweiten Pumpe 11, usw. entsprechend den obigen eingegebenen Signalen steuert.
  • Das Abwärmenutzungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel hat die folgenden sechs Betriebsmodi, wie in 2 dargestellt. Ein Betrieb des Abwärmenutzungssystems in den jeweiligen Betriebsmodi wird erläutert.
  • (1: Vorheizmodus)
  • Ein Betrieb eines Vorheizmodus wird ausgeführt, kurz bevor der Motor 1 gestartet wird. Wenn der Zündschalter in eine Motorstartstellung betätigt wird und die Temperatur des Motorkühlwassers niedriger als eine erste vorbestimmte Temperatur ist, öffnet die elektronische Steuereinheit 15 (nachfolgend auch als ECU bezeichnet) das Zweiwegeventil 9, um den Heißwasserkreis 8 zu öffnen, und betreibt die zweite Pumpe 11 für eine bestimmte Zeitdauer.
  • Das Motorkühlwasser wird dann aus dem Wärmespeicherbehälter 12 und durch das Rückschlagventil 13, den Zylinderblock 1a, den Zylinderkopf 1b, das Zweiwegeventil 9, den Heizerkern 7d und die zweite Pumpe 11 zurück zum Wärmespeicherbehälter 12 zirkuliert, wie durch Pfeile in 1 angedeutet. Außerdem wird das Motorkühlwasser aus dem Wärmespeicherbehälter 12 durch das Rückschlagventil 13, den Zylinderblock 1a, die erste Pumpe 4 und die zweite Pumpe 11 zurück zum Wärmespeicherbehälter 12 zirkuliert. Der Motor 1 wird dadurch durch das in dem Wärmespeicherbehälter 12 gespeicherte heiße Wasser geheizt. Als Ergebnis wird der Auf wärmvorgang des Motors 1 erleichtert und dadurch werden der Kraftstoffverbrauch sowie die Emission schädlicher Abgase verbessert. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der Motor 1 gestartet, nachdem der Vorheizbetrieb beendet ist.
  • (2: Heizmodus während vorübergehendem Abschalten des Motors)
  • Ein Heizmodus für den Fahrzeug-Fahrgastraum wird als Ergebnis, dass eine Bedingung eines vorübergehenden Abschaltens des Motors erfüllt ist, wenn zum Beispiel das Fahrzeug vor einer Verkehrsampel anhält, ausgeführt, wenn der Motorbetrieb automatisch gestoppt wird. Das heißt, wenn die Bedingung eines vorübergehenden Abschaltens des Motors erfüllt ist und der Motorbetrieb gestoppt wird und wenn die Temperatur des Motorkühlwassers höher als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist, öffnet die ECU 15 das Zweiwegeventil 9, um den Heißwasserkreis 8 zu öffnen, und betreibt die zweite Pumpe 11, um den Heizbetrieb während des vorübergehenden Abschaltens des Motors durchzuführen.
  • Das Motorkühlwasser (heißes Wasser) wird zirkuliert, wie durch die Pfeile in 1 angedeutet, d.h. in der gleichen Weise wie im Vorheizmodus, sodass das durch Nachwärme des Motors 1 geheizte Motorkühlwasser in den Heizerkern 17d strömt. Demgemäß kann der Heizbetrieb für den Fahrzeug-Fahrgastraum ausgeführt werden, selbst wenn der Motorbetrieb gestoppt ist, nachdem der Motor 1 aufgewärmt worden ist.
  • (3: Erster Wärmespeichermodus)
  • Ein erster Wärmespeichermodus wird durchgeführt, nachdem der Motor aufgewärmt worden ist, um ein Hochtemperatur-Wasser in dem Wärmespeicherbehälter 12 als Vorbereitung des Vorheizbetriebs beim nächsten Motorstart zu speichern. Das heißt, wenn der Motor 1 in Betrieb ist und die Temperatur des Motorkühlwassers höher als eine dritte vorbestimmte Temperatur ist, öffnet die ECU 15 das Zweiwegeventil 9, um den Heißwasserkreis 8 zu öffnen, treibt die Luftmischklappe 7e an, um einen Luftstrom durch den Heizerkern 7d zu verhindern, und startet den Betrieb der zweiten Pumpe 11, um den ersten Wärmespeicherbetrieb zu starten.
  • Das Motorkühlwasser wird dann aus dem Wärmespeicherbehälter 12 und durch das Rückschlagventil 13, den Zylinderblock 7a, den Zylinderkopf 1b, das Zweiwegeventil 9, den Heizerkern 7d und die zweite Pumpe 11 zurück zum Wärmespeicherbehälter 12 zirkuliert, wie durch Pfeile in 3 angedeutet. Gleichzeitig wird ein Teil des im Hauptkühlkreis 3 umlaufenden Motorkühlwassers stromab des Thermostats 6 abgezweigt und strömt durch die zweite Pumpe 11 in den Wärmespeicherbehälter 12.
  • Demgemäß wird das Motorkühlwasser niedriger Temperatur, das in dem Wärmespeicherbehälter 12 im vorherigen Vorheizbetrieb gespeichert worden ist, durch das Hochtemperatur-Motorkühlwasser ersetzt, sodass das heiße Wasser in dem Wärmespeicherbehälter 12 gespeichert wird.
  • Da die Luftmischklappe 7e einen Luftstrom durch den Heizerkern 7d verhindert, wird der Wärmeaustausch zwischen der Luft und dem Hochtemperatur-Motorkühlwasser unterdrückt, sodass die Wärmeabstrahlung im Heizerkern 7d minimiert wird. Als Ergebnis wird das Hochtemperatur-Motorkühlwasser effektiv im Wärmespeicherbehälter 12 gespeichert.
  • Wenn das Motorkühlwasser niedriger Temperatur im Wärmespeicherbehälter 12 zirkuliert wird, um eine Position des Wassertemperatursensors Sw zu erreichen, wird die erfasste Temperatur des Motorkühlwassers vorübergehend niedriger, um für eine kurze Dauer niedriger als die dritte vorbestimmte Temperatur zu werden. Es kann angenommen werden, dass das Ersetzen des Niedertemperatur-Wassers durch das Hochtemperatur-Wasser in dem Wärmespeicherbehälter 12 abgeschlossen ist, wenn das Motorkühlwasser niedriger Temperatur im Wärmespeicherbehälter 12 die Position des Wassertemperatursensors Sw erreicht.
  • Die ECU 15 stoppt deshalb den Betrieb der zweiten Pumpe 11, um den ersten Wärmespeicherbetrieb zu stoppen, wenn die erfasste Temperatur des Motorkühlwassers während des Betriebs des ersten Wärmespeichermodus niedriger als die dritte vorbestimmte Temperatur wird.
  • (4: Zweiter Wärmespeichermodus)
  • Ein zweiter Wärmespeichermodus wird durchgeführt, wenn der Motorbetrieb durch den Schlüssel des Fahrers gestoppt wird, wobei die Temperatur des Motorkühl wassers nicht höher als die dritte vorbestimmte Temperatur gestiegen ist und dadurch der erste Wärmespeichermodus nicht durchgeführt worden ist.
  • Das heißt, wenn der Motorbetrieb durch den Fahrer gestoppt wird, bevor die Temperatur des Motorkühlwassers höher als die dritte vorbestimmte Temperatur gestiegen ist, öffnet die ECU 15 das Zweiwegeventil 9, um den Heißwasserkreis 8 zu öffnen, und betreibt die zweite Pumpe 11, um den zweiten Wärmespeicherbetrieb für eine bestimmte Zeitdauer durchzuführen.
  • Das Motorkühlwasser wird zirkuliert, wie durch die Pfeile in 1 angedeutet, d.h. in der gleichen Weise wie im Vorheizmodus, sodass das Motorkühlwasser niedriger Temperatur, das im vorherigen Vorheizbetrieb im Wärmespeicherbehälter 12 gespeichert worden ist, durch das durch den Motorbetrieb geheizte Motorkühlwasser ersetzt wird.
  • (5: Umlaufmodus beim Motoraufwärmen)
  • Der Umlaufmodus wird während einer Dauer durchgeführt, in welcher der Motor aufgewärmt wird. Das heißt, wenn der Motor 1 in Betrieb ist, aber die Temperatur des Motorkühlwassers niedriger als die dritte vorbestimmte Temperatur ist, schließt die ECU 15 das Zweiwegeventil 9, um den Heißwasserkreis 8 zu schließen, und stoppt den Betrieb der zweiten Pumpe 11, um den Motoraufwärmbetrieb durchzuführen.
  • Das Motorkühlwasser wird deshalb von der ersten Pumpe 4 und durch den Zylinderblock 1a, den Zylinderkopf 1b, den Bypasskanal 5 und das Thermostat 6 zurück zur ersten Pumpe 4 zirkuliert, wie durch Pfeile in 4 angedeutet.
  • Da der Heißwasserkreis 8 während des obigen Betriebs durch das Zweiwegeventil 9 geschlossen ist, um ein Strömen des Motorkühlwassers durch den Heizerkern 7d zu verhindern, wird die Wärmeabstrahlung am Heizerkern 7d verhindert, um den Motoraufwärmbetrieb zu erleichtern.
  • In dem obigen Motoraufwärmbetrieb wird durch den Pumpvorgang der ersten Pumpe 4 im Heißwasserkreis 8 stromab eines Schnittpunkts 10a zwischen dem Heißwasserkreis 8 und dem Wärmespeicherwasserkreis 10 ein negativer Druck erzeugt.
  • Der Fluidstrom des Motorkühlwassers aus dem Heißwasserkreis 8 zum Wärmespeicherwasserkreis 10 wird durch einen solchen negativen Druck unterdrückt, und der Fluidstrom des Motorkühlwassers aus dem Motor 1 zum Wärmespeicherwasserkreis 10 wird durch das Rückschlagventil 13 ebenfalls verhindert. Die Wärmeabstrahlung im Wärmespeicherbehälter 12 wird dadurch verhindert, um den Motoraufwärmbetrieb zu erleichtern.
  • (6: Umlaufmodus nach dem Motoraufwärmen)
  • Der Umlaufmodus wird durchgeführt, nachdem der Aufwärmbetrieb für den Motor 1 beendet ist. Das heißt, wenn der Motor 1 in Betrieb ist und die Temperatur des Motorkühlwassers höher als die dritte vorbestimmte Temperatur ist, öffnet die ECU 15 das Zweiwegeventil 9, um den Heißwasserkreis 8 zu öffnen, aber stoppt den Betrieb der zweiten Pumpe 11, um den Umlaufmodus des Motorkühlwassers nach dem Motoraufwärmen durchzuführen.
  • Das Motorkühlwasser wird deshalb im Hauptkühlkreis 3 zirkuliert, wie durch Pfeile in 5 angedeutet, und außerdem vom Zylinderkopf 1b und durch das Zweiwegeventil 9, den Heizerkern 7d, die erste Pumpe 4 und den Zylinderblock 1a zurück zum Zylinderkopf 1b zirkuliert. Wie oben erläutert, kann, da das Hochtemperatur-Motorkühlwasser durch den Heizerkern 7d strömt, der Heizbetrieb für den Fahrzeug-Fahrgastraum durchgeführt werden.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird erläutert. 6 zeigt einen schematischen Systemaufbau für ein Abwärmenutzungssystem für einen Kraftfahrzeugmotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, während 7 eine Tabelle von verschiedenen Betriebsmodi des in 6 dargestellten Systems ist.
  • Im zweiten Ausführungsbeispiel ist das Zweiwegeventil 9 des ersten Ausführungsbeispiels weggelassen. Wie in 7 dargestellt, sind jedoch die Betriebsmodi des zweiten Ausführungsbeispiels (die Betriebsbedingungen des Motors 1 und der zweiten Pumpe 11) gleich jenen des ersten Ausführungsbeispiels (2).
  • Der Fluidstrom des Motorkühlwassers im Umlaufmodus im Motoraufwärmbetrieb ist von dem des ersten Ausführungsbeispiels verschieden, weil das Zweiwegeventil 9 des ersten Ausführungsbeispiels in diesem zweiten Ausführungsbeispiel weggelassen ist.
  • 6 zeigt den Fluidstrom des Motorkühlwassers im Umlaufmodus des Motoraufwärmbetriebs. Das Motorkühlwasser wird aus der ersten Pumpe 4 und durch den Zylinderblock 1a, den Zylinderkopf 1b, den Bypasskanal 5 und das Thermostat 6 zurück zur ersten Pumpe 4 zirkuliert und auch aus dem Zylinderkopf 1b und durch den Heizerkern 7d, die erste Pumpe 4 und den Zylinderblock 1a zurück zum Zylinderkopf 1b zirkuliert.
  • Im obigen Betriebsmodus treibt die ECU 15 die Luftmischklappe 7e an, um sich zu einer solchen Position zu bewegen, an welcher die Luftmischklappe 7e einen Luftstrom durch den Heizerkern 7d verhindert. In einer solchen Position der Luftmischklappe 7e wird der Wärmeaustausch zwischen der Luft und dem Motorkühlwasser unterdrückt, d.h. die Wärmestrahlung am Heizerkern 7d wird verhindert, um den Motoraufwärmbetrieb zu erleichtern.
  • (Modifikationen)
  • Die vorliegende Erfindung in den obigen Ausführungsbeispielen ist auf das Kraftfahrzeug angewendet, bei dem der Motor 1 automatisch abgeschaltet wird, wenn die Motorabschaltbedingung erfüllt ist, während der Motor 1 automatisch wieder gestartet wird, wenn die Motorneustartbedingung erfüllt ist. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf ein Hybridfahrzeug mit dem Verbrennungsmotor 1 und einem Elektromotor zum Erzeugen von Antriebskräften für die Fahrzeugfahrt angewendet werden.
  • Im obigen ersten Ausführungsbeispiel wird im ersten Wärmespeichermodus durch die Luftmischklappe 7e ein Luftstrom durch den Heizerkern 7d verhindert, sodass der Wärmeaustausch am Heizerkern 7d zwischen der Luft und dem Motorkühlwasser unterdrückt wird. Jedoch kann der Fluidstrom des Motorkühlwassers zum Heizerkern 7d auch durch Schließen des Heißwasserkreises 8 durch das Zweiwege ventil 9 gestoppt werden, sodass die Wärmeabstrahlung am Heizerkern 7d minimiert wird, um den Motoraufwärmbetrieb zu erleichtern.
  • (Drittes Ausführungsbeispiel)
  • Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird Bezug nehmend auf 8 bis 13 erläutert. Ein Systemaufbau des dritten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel darin, dass das Rückschlagventil 13 für den Strom des Motorkühlwassers nur in einer Richtung (der Richtung des durch die zweite Pumpe 11 ausgepumpte Wassers) in dem Wärmespeicherbehälter 12 vorgesehen ist und ein Ein/Aus-Ventil 14 parallel zum Rückschlagventil 13 zum Öffnen und Schließen eines Fluidkanals im Wärmespeicherbehälter 12 gemäß der Temperatur des Motorkühlwassers vorgesehen ist.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht eines Aufbaus des Wärmespeicherbehälters 12, und 10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Rückschlagventils 13 und des Ein/Aus-Ventils 14.
  • Wie in 9 dargestellt, besitzt der Wärmespeicherbehälter 12 einen Hauptbehälterkörper 121, der aus einem solchen Material mit guten korrosionsfesten Eigenschaften, wie beispielsweise rostfreiem Stahl gemacht ist. Der Hauptbehälterkörper 121 weist ein Innenbehälterelement 1211 und ein Außenbehälterelement 1212 auf, die jeweils in einer Zylinderform mit einem geschlossenen Ende am oberen Abschnitt ausgebildet sind. Ein Wärmeisolationsraum 1213 von beinahe Vakuum ist zwischen dem Innen- und dem Außenbehälterelement 1211 und 1212 ausgebildet. Ein Wasserspeicherabschnitt 1214 ist im Innenraum des Innenbehälterelements 1211 ausgebildet.
  • Ein erstes Gehäuseelement 122 aus Kunstharz ist in einen Öffnungsabschnitt des Hauptbehälterkörpers 121 eingesetzt, um den Öffnungsabschnitt zu schließen. Ein O-Ring 1221 ist zwischen dem Innenbehälterelement 1211 und dem ersten Gehäuseelement 122 angeordnet, um einen Spalt zwischen dem Innenbehälterelement 1211 und dem ersten Gehäuseelement 122 abzudichten.
  • Ein zweites Gehäuseelement 123 ist in das erste Gehäuseelement 122 auf einer Seite des Wasserspeicherabschnitts 1214 eingesetzt. Ein Einströmkanal 1222 ist in dem ersten Gehäuseelement 122 zur Verbindung des Wärmespeicherwasserkreises 10 auf der Seite der zweiten Pumpe 11 (8) mit dem Wasserspeicherabschnitt 1214 ausgebildet. Ein Ausströmkanal 1223 ist in dem ersten und dem zweiten Gehäuseelement 122 und 123 zur Verbindung des Wärmespeicherwasserkreises 10 auf der Seite des Zylinderblocks 1a (8) mit dem Wasserspeicherabschnitt 1214 ausgebildet.
  • Ein Rohrelement 124 ist an dem zweiten Gehäuseelement 123 auf einer Seite des Wasserspeicherabschnitts 1214 befestigt. Der Ausströmkanal 1223 steht mit dem Wasserspeicherabschnitt 1214 durch das Rohrelement 124 in Verbindung.
  • Ein Trennplattenelement 125, das in einer Becherform ausgebildet ist, ist an dem ersten Gehäuseelement 122 auf der Seite des Wasserspeicherabschnitts 1214 befestigt, wobei das Trennplattenelement 125 den Einströmkanal 1222 auf der Seite des Wasserspeicherabschnitts 1214 umgibt. Mehrere Ausströmöffnungen 1251 sind in dem Trennplattenelement 125 ausgebildet, sodass das über den Einströmkanal 1222 in den vom becherförmigen Trennplattenelement 125 umgebenen Raum geströmte Motorkühlwasser durch die mehreren Ausströmöffnungen 1251 zum Wasserspeicherabschnitt 1214 ausströmen kann.
  • Wie in 9 und 10 dargestellt, ist der Ausströmkanal 1223 in zwei (einen ersten und einen zweiten) Ausströmkanalabschnitte 1223a und 1223b in dem zweiten Gehäuseelement 123 aufgeteilt, wobei der erste und der zweite Kanalabschnitt 1223a und 1223b parallel zueinander angeordnet sind. Insbesondere sind der erste und der zweite Kanalabschnitt 1223a und 1223b koaxial angeordnet, sodass der zweite Ausströmkanalabschnitt 1223b einer zylindrischen Form im Innern des ersten Ausströmkanalabschnitts 1223a einer zylindrischen Form angeordnet ist, Das Rückschlagventil 13 ist im ersten Ausströmkanalabschnitt 1223a angeordnet. Das Rückschlagventil 13 weist einen Ventilkörper 131 in der Form eines Donuts zum Öffnen und Schließen des ersten Ausströmkanalabschnitts 1223a und eine Schraubenfeder 132 einer zylindrischen Form zum Drücken des Ventilkörpers 131 in eine Ventilschließrichtung auf.
  • Das Ein/Aus-Ventil 14 ist im zweiten Ausströmkanalabschnitt 1223b angeordnet. Das Ein/Aus-Ventil 14 weist einen Temperaturmessabschnitt 141 mit Thermowachs auf, dessen Volumen entsprechend dem Temperaturanstieg größer wird und dann stark größer wird, wenn die Temperatur einen Schwellwert überschreitet. Das Ein/Aus-Ventil 14 weist ferner eine an dem zweiten Gehäuseelement 123 befestigte und bewegbar in den Temperaturmessabschnitt 141 eingesetzte Stange 142 auf, sodass sich die Stange 142 in Abhängigkeit von der Volumenänderung des Thermowaches in den oder aus dem Temperaturmessabschnitt 141 bewegt. Das heißt, da das eine Ende der Stange 142 an dem zweiten Gehäuseelement 123 befestigt ist, wird der Temperaturmessabschnitt 141 angetrieben, um sich in Abhängigkeit von der Volumenänderung des Thermowaches zu bewegen. Ein Ventilkörper 143 ist an einem Außenumfangsabschnitt des Temperaturmessabschnitts 141 zum Öffnen und Schließen des zweiten Ausströmkanalabschnitts 1223b befestigt. Eine Schraubenfeder 144 einer konischen Form ist zum Drücken des Ventilkörpers 143 in einer Ventilschließrichtung angeordnet.
  • 11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Ausschnitts „XI" des zweiten Gehäuseelements 123 in 10, und 12 ist eine Seitenansicht des gleichen Ausschnitts „XI" aus Sicht einer Richtung „XII" in 11. Wie in 11 und 12 dargestellt, ist ein Verbindungskanal 1232 einer Nutform an einem Ventilsitz 1231 ausgebildet, an welchem der Ventilkörper 143 des Ein/Aus-Ventils 14 im zweiten Gehäuseelement 123 sitzt und/oder von ihm getrennt ist, sodass die stromaufwärtige und die stromabwärtige Seite des zweiten Ausströmkanalabschnitts 1223b des Ein/Aus-Ventils 14 immer miteinander in Verbindung stehen.
  • Eine Funktionsweise des Abwärmenutzungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel wird erläutert.
  • Ein Betrieb des Vorheizmodus wird ausgeführt, kurz bevor der Motor 1 gestartet wird. Das heißt, wenn der Zündschalter in die Motorstartstellung betätigt wird und die Temperatur des Motorkühlwassers niedriger als die (erste) vorbestimmte Temperatur ist, öffnet die ECU 15 das Zweiwegeventil 9, um den Heißwasserkreis zu öffnen, und betreibt die zweite Pumpe 11 für eine bestimmte Zeitdauer, in der gleichen Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel.
  • In diesem Vorheizbetrieb wird das Rückschlagventil 13 durch den Ausgabedruck der zweiten Pumpe 11 geöffnet, und das Motorkühlwasser wird dann aus dem Wärmespeicherbehälter 12 und durch den Zylinderblock 1a, den Zylinderkopf 1b, das Zweiwegeventil 9, den Heizerkern 7d und die zweite Pumpe 11 zurück zum Wärmespeicherbehälter 12 zirkuliert, wie durch Pfeile in 8 angedeutet. Außerdem wird das Motorkühlwasser aus dem Wärmespeicherbehälter 12 und durch den Zylinderblock 1a, die erste Pumpe 4 und die zweite Pumpe 11 zurück zum Wärmespeicherbehälter 12 zirkuliert. Der Motor 1 wird dadurch durch das in dem Wärmespeicherbehälter 12 gespeicherte heiße Wasser geheizt. Als Ergebnis ist der Aufwärmbetrieb des Motors 1 erleichtert und dadurch sind der Kraftstoffverbrauch sowie die Emission schädlicher Abgase verbessert. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der Motor 1 gestartet, nachdem der Vorheizbetrieb beendet ist.
  • Während des Aufwärmbetriebs des Motors 1 ist die erste Pumpe 4 in Betrieb, wohingegen der Betrieb der zweiten Pumpe 11 gestoppt ist. Das Motorkühlwasser wird deshalb aus der ersten Pumpe 4 und durch den Zylinderblock 1a, den Zylinderkopf 1b, den Bypasskanal 5 und das Thermostat 6 zurück zur ersten Pumpe 4 zirkuliert.
  • Im Wärmespeicherbehälter 12 wird, da der Ausgabedruck der ersten Pumpe an dem Rückschlagventil 13 durch den Zylinderblock 1a und den Wärmespeicherwasserkreis 10 anliegt, das Rückschlagventil 13 geschlossen gehalten. Und da die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, wird auch das Ein/Aus-Ventil 14 geschlossen. Jedoch strömt eine kleine Menge des Motorkühlwassers aus dem zweiten Ausströmkanalabschnitt 1223b durch den Verbindungskanal 1232 des zweiten Gehäuseelements 123 zum Wasserspeicherabschnitt 1214, sodass das Thermowachs des Temperaturmessabschnitts 141 die Temperatur des Motorkühlwassers erfassen kann. Die kleine Menge des durch den Verbindungskanal 1232 strömenden Motorkühlwassers ist auf eine solche Menge konstruiert, die den Heizbetrieb am Heizerkern 7d nicht negativ beeinflussen kann.
  • Wenn die Temperatur des Motorkühlwassers den vorbestimmten Schwellenwert erreicht, wenn der Aufwärmbetrieb fortschreitet, wird der zweite Ausströmkanalabschnitt 1223b durch das Ein/Aus-Ventil 14 geöffnet, weil der Temperaturmessabschnitt 141 sowie der Ventilkörper 143 vom Ventilsitz 1231 des zweiten Gehäuseelements 123 durch die Ausdehnung des Thermowachses getrennt sind, wie in 13 dargestellt.
  • Als Ergebnis strömt ein Teil des von der ersten Pumpe 4 ausgepumpten Hochtemperatur-Motorkühlwassers durch den Zylinderblock 1a, den Wärmespeicherwasserkreis 10, den Ausströmkanal 1223, den zweiten Ausströmkanalabschnitt 1223b und in den Wasserspeicherabschnitt 1214. Demgemäß wird das Motorkühlwasser niedriger Temperatur, das in dem Wärmespeicherbehälter 12 im vorherigen Vorheizbetrieb gespeichert worden ist, durch das Hochtemperatur-Motorkühlwasser ersetzt, sodass das heiße Wasser im Wärmespeicherbehälter 12 gespeichert wird.
  • Wie oben erläutert, kann das Hochtemperatur-Motorkühlwasser in dem Wärmespeicherbehälter 12 ohne Betrieb der zweiten Pumpe 11 gespeichert werden. Dies bedeutet, dass die Betriebsrate der zweiten Pumpe 11 reduziert werden kann, und dadurch wird der Energieverbrauch reduziert.
  • Mit anderen Worten wird die zweite Pumpe 11 nur betrieben, wenn der Motor 1 durch Verwenden des in dem Wärmespeicherbehälter 12 gespeicherten heißen Wassers aufgewärmt wird (d.h. der Vorheizmodus). Demgemäß ist im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel der Energieverbrauch in diesem Ausführungsbeispiel reduziert.
  • Ferner sind das Rückschlagventil 13 und das Ein/Aus-Ventil 14 in dem Wärmespeicherbehälter 12 vorgesehen, weshalb das Abwärmenutzungssystem dieses Ausführungsbeispiels einen kleineren Raum zur Montage benötigt.
  • Da es nicht notwendig ist, das Rückschlagventil 13 in dem Wärmespeicherwasserkreis 10 zu montieren, ist es außerdem nicht notwendig, Schrauben, Schlauch klemmen und dergleichen zu verwenden. Dies bedeutet, dass eine Anzahl von Montagevorgängen reduziert werden kann.
  • (Modifikationen)
  • Das mechanische Ein/Aus-Ventil 14 des Thermowachstyps wird in dem obigen Ausführungsbeispiel verwendet. Jedoch kann auch ein elektrisch angetriebenes Ein/Aus-Ventil benutzt werden, sodass es durch die ECU 15 gesteuert wird.
  • Das Rückschlagventil 13 und das Ein/Aus-Ventil 14 sind nicht notwendigerweise als integrale Einheit ausgebildet. In einer Anordnung, bei welcher das Ein/Aus-Ventil 14 entsprechend der Temperatur des Motorkühlwassers am Auslassabschnitt des Motors geöffnet oder geschlossen wird und das Motorkühlwasser an dem Rückschlagventil 13 vorbeiströmt, kann die Betriebsrate der zweiten Pumpe 11 reduziert werden und der Energieverbrauch eingeschränkt werden, ob das Ein/Aus-Ventil 14 und das Rückschlagventil 13 integral ausgebildet sind oder nicht.

Claims (16)

  1. Abwärmenutzungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor (1), mit einem Heizerkern (7d) zum Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen einem aus dem Motor (1) strömenden Motorkühlwasser und in einen Fahrzeug-Fahrgastraum zu blasender Luft; einem ersten Fluidkanal (8) zum Verbinden des Heizerkerns (7d) mit dem Motor (1), um einen geschlossenen Fluidkreis zu bilden, durch den das Motorkühlwasser vom Motor (1) zum Heizerkern (7d) strömt; einem Wärmespeicherbehälter (12) zum Speichern des Motorkühlwassers und Halten seiner Wärme; einem zweiten Fluidkanal (10), der von einem Verzweigungspunkt (8a) des ersten Fluidkanals (8) stromab des Heizerkerns (7d) verzweigt und durch den Wärmespeicherbehälter (12) mit dem Motor (1) verbunden ist; einer im ersten Fluidkanal (8) vorgesehenen ersten Pumpe (4) zum Zirkulieren des Motorkühlwassers aus dem Motor (1) und durch den Heizerkern (7d) und den Verzweigungspunkt (8a) zurück zum Motor (1), wobei die erste Pumpe (1) an einer fluidstromabwärtigen Seite des Verzweigungspunkts (8a) vorgesehen ist, sodass in einem Abschnitt des ersten Fluidkanals (8) zwischen dem Verzweigungspunkt (8a) und der ersten Pumpe (4) ein negativer Druck erzeugt wird; einer im zweiten Fluidkanal (10) vorgesehenen zweiten Pumpe (11) eines elektrisch betriebenen Typs zum Zirkulieren des Motorkühlwassers, sodass das Motorkühlwasser vom Wärmespeicherbehälter (12) zum Motor (1) strömt; einem im zweiten Fluidkanal (10) vorgesehenen Rückschlagventil (13), um das Motorkühlwasser nur in einer Richtung strömen zu lassen, welche eine Richtung des durch einen Pumpvorgang der zweiten Pumpe (11) bewirkten Fluidstroms ist; und einer Steuereinheit (15) zum Stoppen des Betriebs der zweiten Pumpe (11), sodass ein Strömen des Motorkühlwassers in den Wärmespeicherbehälter (12) selbst in dem Fall, dass die erste Pumpe (11) in Betrieb ist, verhindert wird.
  2. Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Steuereinheit (15) die zweite Pumpe (11) betreibt, nachdem der Motorbetrieb gestoppt ist, sodass das Hochtemperatur-Motorkühlwasser fortlaufend dem Heizerkern (7d) zugeführt wird, um einen Heizbetrieb für den Fahrzeug-Fahrgastraum durchzuführen.
  3. Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Steuereinheit (15) die zweite Pumpe (11) vor dem Starten des Motorbetriebs betreibt, um das in dem Wärmespeicherbehälter (12) gespeicherte Hochtemperatur-Motorkühlwasser dem Motor (1) zuzuführen.
  4. Abwärmenutzungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einem Zweiwegeventil (9), das im ersten Fluidkanal (8) stromauf des Verzweigungspunkts (8a) zum Öffnen und Schließen des ersten Fluidkanals (8) vorgesehen ist.
  5. Abwärmenutzungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einer Luftstrommengen-Steuereinrichtung (7e) zum Steuern einer durch den Heizerkern (7d) gelangenden Luftmenge.
  6. Abwärmenutzungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem der Motorbetrieb automatisch gestoppt wird, wenn eine bestimmte Motorabschaltbedingung erfüllt ist, während der Motorbetrieb automatisch wieder gestartet wird, falls eine bestimmte Motorneustartbedingung erfüllt ist.
  7. Abwärmenutzungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor (1), mit einem Heizerkern (7d) zum Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen einem aus dem Motor (1) strömenden Motorkühlwasser und in einen Fahrzeug-Fahrgastraum zu blasender Luft; einem ersten Fluidkanal (8) zum Verbinden des Heizerkerns 17d) mit dem Motor (1), um einen geschlossenen Fluidkreis zu bilden, durch den das Motorkühlwasser vom Motor (1) zum Heizerkern (7d) strömt; einem Wärmespeicherbehälter (12) zum Speichern des Motorkühlwassers und Halten seiner Wärme; einem zweiten Fluidkanal (10), der von einem Verzweigungspunkt (8a) des ersten Fluidkanals (8) stromab des Heizerkerns (7d) verzweigt und durch den Wärmespeicherbehälter (12) mit dem Motor (1) verbunden ist; einer in dem ersten Fluidkanal (8) vorgesehenen ersten Pumpe (4) zum Zirkulieren des Motorkühlwassers aus dem Motor (1) und durch den Heizerkern (7d) und den Verzweigungspunkt (8a) zurück zum Motor (11, wobei die erste Pumpe (1) an einer fluidstromabwärtigen Seite des Verzweigungspunkts (8a) vorgesehen ist, sodass in einem Abschnitt des ersten Fluidkanals (8) zwischen dem Verzweigungspunkt (8a) und der ersten Pumpe (4) ein negativer Druck erzeugt wird; und einer in dem zweiten Fluidkanal (10) vorgesehenen zweiten Pumpe (11) eines elektrisch betriebenen Typs zum Zirkulieren des Motorkühlwassers, sodass das Motorkühlwasser vom Wärmespeicherbehälter (12) zum Motor (1) strömt, wobei der Wärmespeicherbehälter (12) aufweist: einen Hauptbehälterkörper (121); ein Gehäuse (122, 123) mit einem Fluideinströmkanal (1222), durch den das Motorkühlwasser in den Wärmespeicherbehälter (12) strömt, und einem Fluidausströmkanal (1223), durch den das Motorkühlwasser aus dem Wärmespeicherbehälter (12) strömt; ein in dem Fluidausströmkanal (1223) vorgesehenes Rückschlagventil (13), um das Motorkühlwasser nur in einer Richtung strömen zu lassen, welche eine Richtung des durch einen Pumpvorgang der zweiten Pumpe (11) bewirkten Fluidstroms ist; und ein Ein/Aus-Ventil (14), das in dem Fluidausströmkanal (1223) parallel zum Rückschlagventil (13) zum Öffnen und Schließen des Fluidausströmkanals (1223) in Abhängigkeit von einer Temperatur des Motorkühlwassers vorgesehen ist.
  8. Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 7, bei welchem das Rückschlagventil (13) einen Ventilkörper (131) in der Form eines Donuts aufweist, und das Ein/Aus-Ventil (14) innerhalb des Ventilkörpers (131) koaxial zum Ventilkörper (131) angeordnet ist.
  9. Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem das Ein/Aus-Ventil ein Thermowachs aufweist, dessen Volumen sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Motorkühlwassers verändert, sodass das Ein/Aus-Ventil den Fluidausströmkanal (1223) entsprechend einer solchen Volumenänderung öffnet und schließt, und das Gehäuse (122, 123) einen Verbindungskanal (1232) zum stetigen Verbinden der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Ein/Aus-Ventils (14) miteinander aufweist.
  10. Abwärmenutzungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor (1), mit einem durch den Motor (1), einen Kühler (2) und eine erste Pumpe (4) gebildeten Hauptkühlkreis (3), in dem ein Motorkühlwasser durch einen Betrieb der ersten Pumpe (4) zirkuliert wird; einem durch den Motor (1), einen Heizerkern (7d) und die erste Pumpe (4) gebildeten Heißwasserkreis (8), sodass das Motorkühlwasser durch den Betrieb der ersten Pumpe (4) zirkuliert wird, wobei der Heißwasserkreis (8) einen Verzweigungspunkt (8a) besitzt, sodass der Heißwasserkreis (8) in einen ersten Teil (8b) mit dem Heizerkern (7d) und einen zweiten Teil (8c) mit der ersten Pumpe (4) aufgeteilt ist; und einem Wärmespeicherwasserkreis (10), der zwischen dem Verzweigungspunkt (8a) des Heißwasserkreises (8) und dem Motor (1) verbunden ist und eine zweite Pumpe (11) und einen Wärmespeicherbehälter (12) aufweist, in welchem das Motorkühlwasser durch einen Betrieb der zweiten Pumpe (11) aus dem Motor (1) und durch den Heizerkern (7d), den Verzweigungspunkt (8a), die zweite Pumpe (11) und den Wärmespeicherbehälter (12) zurück zum Motor (1) zirkuliert wird, wobei das Motorkühlwasser weiter durch den Betrieb der zweiten Pumpe (11) durch den zweiten Teil (8c) des Heißwasserkreises (8) und den Wärmespeicherwasserkreis (10) zirkuliert wird.
  11. Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 10, bei welchem das Motorkühlwasser durch den Betrieb der zweiten Pumpe (11) durch den ersten Teil (8b) des Heißwasserkreises (8) und den Wärmespeicherwasserkreis (11) zirkuliert wird, wenn eine Temperatur des Motorkühlwassers höher als ein vorbestimmter Wert ist, sodass das Hochtemperatur-Motorkühlwasser im Wärmespeicherbehälter (12) gespeichert wird.
  12. Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 10, bei welchem das Motorkühlwasser durch den Betrieb der zweiten Pumpe (11) durch den ersten Teil (8b) des Heißwasserkreises (8) und den Wärmespeicherwasserkreis (11) zirkuliert wird, wenn eine Temperatur des Motorkühlwassers selbst nach einem Stoppen des Motorbetriebs hoch ist, sodass das Hochtemperatur-Motorkühlwasser in dem Wärmespeicherbehälter (12) gespeichert wird.
  13. Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 10, bei welchem das in dem Wärmespeicherbehälter (12) gespeicherte Motorkühlwasser durch den Betrieb der zweiten Pumpe (11) kurz vor dem Starten des Motorbetriebs durch den Wärmespeicherwasserkreis (10) und den ersten Teil (8b) des Heißwasserkreises (8) zirkuliert wird, sodass der Motor (1) aufgewärmt wird.
  14. Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 10, bei welchem ein Rückschlagventil (13) in dem Wärmespeicherwasserkreis (10) vorgesehen ist, um das Motorkühlwasser nur in einer Richtung strömen zu lassen, welche eine Richtung des durch den Betrieb der zweiten Pumpe (11) bewirkten Fluidstroms ist, ein Bypasskanal (5) in dem Hauptkühlkreis (3) vorgesehen ist, sodass das Motorkühlwasser an dem Kühler (2) vorbeiströmt, wenn der Bypasskanal (5) geöffnet ist, und das Motorkühlwasser durch den Betrieb der ersten Pumpe (4) im Hauptkühlkreis (3) durch den Bypasskanal (5) zirkuliert wird, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, sodass ein Motoraufwärmbetrieb durchgeführt wird, wobei im zweiten Teil (8c) des Heißwasserkreises (8) ein negativer Druck erzeugt wird, sodass das Motorkühlwasser während eines solchen Motor aufwärmbetriebs an einem Strömen in den Wärmespeicherbehälter (12) gehindert wird.
  15. Abwärmenutzungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor (1), mit einem durch den Motor (1), einen Kühler (2) und eine erste Pumpe (4) gebildeten Hauptkühlkreis (3), in dem ein Motorkühlwasser durch einen Betrieb der ersten Pumpe (4) zirkuliert wird; einem durch den Motor (1), einen Heizerkern (7d) und die erste Pumpe (4) gebildeten Heißwasserkreis (8), sodass das Motorkühlwasser durch den Betrieb der ersten Pumpe (4) zirkuliert wird, wobei der Heißwasserkreis (8) einen Verzweigungspunkt (8a) besitzt, sodass der Heißwasserkreis (8) in einen ersten Teil (8b) mit dem Heizerkern (7d) und einen zweiten Teil (8c) mit der ersten Pumpe (4) aufgeteilt ist; und einem Wärmespeicherwasserkreis (10), der zwischen dem Verzweigungspunkt (8a) des Heißwasserkreises (8) und dem Motor (1) verbunden ist und eine zweite Pumpe (11) und einen Wärmespeicherbehälter (12) aufweist, in welchem das in dem Wärmespeicherbehälter (12) gespeicherte Motorkühlwasser durch einen Betrieb der zweiten Pumpe (11) aus dem Wärmespeicherbehälter (12) und durch den Motor (1), den Heizerkern (7d) und den Verzweigungspunkt (8a) zurück zum Wärmespeicherbehälter (12) zirkuliert wird, kurz bevor der Motorbetrieb gestartet wird, sodass der Motor (1) aufgewärmt wird, wobei ein Teil des Motorkühlwassers durch den Betrieb der ersten Pumpe (4) durch den Hauptkühlkreis (3) zirkuliert wird, wenn eine Temperatur des Motorkühlwassers höher als ein vorbestimmter Wert ist, und ein weiterer Teil des Motorkühlwassers gleichzeitig durch den Betrieb der ersten Pumpe (4) durch den ersten Teil (8b) des Heißwasserkreises (8) und den Wärmespeicherwasserkreis (10) zirkuliert wird, sodass das Hochtemperatur-Motorkühlwasser in dem Wärmespeicherbehälter (12) gespeichert wird.
  16. Abwärmenutzungssystem nach Anspruch 15, bei welchem ein Rückschlagventil (13) in dem Wärmespeicherwasserkreis (10) vorgesehen ist, um das Motorkühlwasser nur in einer Richtung strömen zu lassen, welche eine Richtung des durch den Pumpbetrieb der zweiten Pumpe (11) bewirkten Fluidstroms ist; und ein Ein/Aus-Ventil (14) in dem Wärmespeicherwasserkreis (10) parallel zum Rückschlagventil (13) zum Öffnen und Schließen des Wärmespeicherwasserkreises (10) in Abhängigkeit von der Temperatur des Motorkühlwassers vorgesehen ist.
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