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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nutzung der Abwärme eines durch einen Kühlmittelkreislauf gekühlten Zylinderkopfs eines Verbrennungsmotors der Kolbenbauart mittels eines Wärmespeichers, wobei der über den Zylinderkopf geführte Kühlmittelkreislauf in einen einen Kühler enthaltenden Kühlerzweig und einen dazu parallelen, mit dem Wärmespeicher verbindbaren zweiten Leitungszweig unterteilt und der Strömungspfad über den Kühler absperrbar ist.
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Stand der Technik sind Kühlsysteme, bei denen der zweite Leitungszweig ein einen Heizungswärmetauscher enthaltender Heizungszweig ist, dem ein den Wärmespeicher enthaltender Bypass zu und abschaltbar parallel geschaltet ist. Dabei kann das Kühlmittel ohne den Wärmespeicher zu passieren nur über den Heizungswärmtauscher und den Zylinderkopf zirkulieren, oder es kann alternativ über den Wärmespeicher fließen. Dieser Umweg wird zur Beladung des Speichers mit heißem Kühlmittel genutzt, oder zur Anhebung der Kühlmitteltemperatur durch Beimischung des heißen Kühlmittels aus dem Wärmespeicher, wenn der Motor bei einem Kaltstart zur Vermeidung schädlicher Abgasemissionen schnell aufgeheizt werden soll.
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Probleme beim Stand der Technik
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Hauptproblem beim Stand der Technik ist die während des Stillstands des Motors-stattfindende Abkühlung des Kühlmittels und der mit dem Kühlmittel oder der im Vergleich zur Betriebstemperatur des Motors kalten Umwelt in Kontakt stehenden Massen des Motors und gegebenenfalls auch des Heizungswärmetauschers. Die Beimischung des im Wärmespeicher gespeicherten heißen Teilvolumens des Kühlmittels zum abgekühlten Restvolumen des Kühlmittels stellt zwar eine Verbesserung des Kühlmittelkreislaufs beim Kaltstart dar, die Zeitspanne, die nach dem Kaltstart bis zum Erreichen der Betriebstemperatur des Systems verstreicht, bleibt trotzdem unbefriedigend. Die Folge sind weiterhin relativ hohe Abgasemissionen und ein erhöhter Kraftstoffverbrauch beim Kaltstart des Motors.
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Dieses derzeit bestehende Problem belastet die intensiven Bemühungen, bei Verbrennungsmotoren die Güte der Verbrennung hinsichtlich Energieausbeute und Schadstoffarmut der Abgase soweit anzuheben, daß sie durch Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen dem Schutz der Umwelt gerecht und den Anforderungen der Gesetzgebung auch in Zukunft genügen werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Wärmeverluste des Systems während des Stillstands und der dabei stattfindenden Abkühlung des Motors drastisch zu reduzieren und dadurch bereits beim Kaltstart, insbesondere beim Kaltstart eines Verbrennungsmotors für Kraftfahrzeuge, die effiziente Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemischs zu fördern und dabei zugleich die Investitions- und Herstellungskosten für die erforderliche Technik auf ein Mindestmaß zu beschränken.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Zur Lösung dieser Aufgabe erfolgen beim Stillsetzen des eingangs beschriebenen Motors folgende Schritte:
Sperren des Strömungspfads über den Kühler und nachfolgendes Entleeren und Belüften des Zylinderkopfs durch Transfer des Kühlmittelvolumens aus dem Zylinderkopf in den Wärmespeicher,
Speichern dieses Kühlmittelvolumens (Transfervolumen) im Wärmespeicher bis zum Neustart des Motors,
beim Neustart Überführung des gespeicherten Kühlmittelvolumens zurück in den Zylinderkopf. und zugleich dessen Entlüftung,
sowie beim Erreichen einer Schwellentemperatur des Kühlmittels im Motorbereich Öffnen des Kühlerkreislaufs.
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Der Begriff „Zylinderkopf” ist hier als allgemeine Bezeichnung für die zum Zwecke der Kühlung vom Kühlmittel durchflossenen Bereiche des Motors, also einschließlich des Kühlbereichs für den Zylindermantel, zu verstehen.
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Während beim Stand der Technik nach dem Abstellen des Motors nicht nur das metallische Volumen des Zylinderkopfs, sondern auch das im Zylinderkopf enthaltene Kühlmittelvolumen abkühlt und dieses große Volumen beim Neustart des Motors wieder aufgeheizt werden muß, sind bei Anwendung der vorliegenden Erfindung die Wärmeverluste am Zylinderkopf auf die Abkühlung seiner geringen wärmeaktiven metallischen Masse beschränkt. Beim Neustart des Motors wird durch das Einströmen des heißen Kühlmittels aus dem Wärmespeicher die optimale Betriebstemperatur in kurzer, in Sekunden zu messender Frist erreicht.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht bei einem Kühlmittelkreislauf, dessen zweiter Leitungszweig einen Heizungswärmetauscher enthält, darin, daß beim Stillsetzen des Motors das Kühlmittelvolumen aus dem Zylinderkopf zuzüglich des im Heizungswärmetauscher enthaltenen Kühlmittelvolumens (Transfervolumen) aus dem Zylinderkopf entleert und bis zum Neustart des Motors im Wärmespeicher gespeichert und beim Neustart des Motors wieder in den Heizungswärmetauscher zurückgeführt wird.
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Bevorzugt wird beim Neustart des Motors das Transfervolumen dem Heizungswärmetauscher über den Motor zugeführt.
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Die Entleerung des Zylinderkopfs und gegebenenfalls des Heizungswärmetauschers schließt die zugehörigen Leitungselemente des zweiten Leitungszweigs ein.
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Vorzugsweise setzt beim Motorstart die Kolbenbewegung verzögert ein und es wird zunächst das Kühlmittelvolumen aus dem Wärmespeicher in den zweiten Leitungszweig zurückgeführt und der Zylinderkopf durch das Kühlmittel aufgeheizt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß beim Stillsetzen des Motors das Kühlmittel in einen tiefer gelegenen Wärmespeicher abgelassen wird. Falls die Verhältnisse im Motorraum diese Variante nicht zulassen, kann gemäß einer anderen Variante das Transfervolumen des Kühlmittels durch geeignete Fördermittel, vorzugsweise Pumpen, in den Wärmespeicher überführt bzw. aus diesem entnommen. werden.
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Ein erfindungsgemäßes Kühlsystem eines Verbrennungsmotors der Kolbenbauart mit einem Zylinderkopf und einem Kühlmittelkreislauf, der einen einen Kühler enthaltenden, über ein Thermostatventil vom Kühlmittelkreislauf trennbaren Kühlerzweig und einen zweiten, mit einem Wärmespeicher über ein steuerbares Ventil verbindbaren Leitungszweig umfaßt, ist erfindungsgemäß derart gestaltet, daß der Wärmespeicher an einer Anschlußstelle mit dem tiefstgelegenen Leitungselement des zweiten Leitungszweigs über eine das steuerbare Ventil enthaltende Kühlmittelleitung verbunden ist, der zweite Leitungszweig in seiner höchstgelegenen Position ein eine Belüftungsöffnung aufweisendes Ausgleichsvolumen aufweist, dem Wärmespeicher eine Fördervorrichtung zur Überführung des Kühlmittels aus dem Wärmespeicher in den zweiten Leitungszweig zugeordnet ist und der Wärmespeicher mit einer Entlüftungsleitung versehen ist, die in Höhe der Belüftungsöffnung des Ausgleichsvolumens in die Umgebungsluft ausmündet, wobei die Kapazität des Wärmespeichers so bemessen ist, daß sie wenigstens das Kühlmittelvolumen aus dem Zylinderkopf (Transfervolumen) aufnehmen kann.
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Dabei besteht eine vorteilhafte Ausführungsform darin, daß der zweite Leitungszweig als Heizungszweig einen Heizungswärmetauscher enthält, wobei die Kapazität des Wärmespeichers (24) so bemessen ist, daß sie wenigstens das Kühlmittelvolumen aus dem Zylinderkopf und dem Heizungswärmetauscher (Transfervolumen) aufnehmen kann.
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Die Fördervorrichtung ist vorzugsweise eine Kühlmittelpumpe in der Kühlmittelleitung. Alternativ kann die Entlüftungsleitung ein Absperrventil enthalten, wobei zwischen dem Absperrventil und dem Wärmespeicher eine Luftansaugleitung in die Entlüftungsleitung einmündet, die als Fördervorrichtung eine Luftpumpe enthält, der ein Rückschlagventil nachgeschaltet ist.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Heizungswärmetauscher und der Anschlußstelle eine den Rückfluß zum Heizungswärmetauscher verhindernde Rückflußsperre angeordnet, um nach dem Neustart des Motors das Transfervolumen zunächst über den Zylinderkopf des Motors zu leiten und dessen Aufheizung zu optimieren.
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Eine Ausführungsvariante besteht darin, daß der Wärmspeicher unterhalb des erwähnten tiefstgelegenen Leitungselements angeordnet ist. Es kann somit das Kühlmittel unter der Wirkung der Schwerkraft in den Wärmespeicher transferiert werden, sobald das steuerbare Ventil geöffnet wird. Diese Variante setzt voraus, daß im Motorbereich genügend Platz zur Verfügung steht, um den Wärmespeicher ausreichend tief positionieren zu können Diese Möglichkeit besteht jedoch nicht immer. Es besteht deshalb eine weitere Ausführungsvariante darin, daß die Fördervorrichtung zwischen zwei entgegengesetzten Förderrichtungen umschaltbar ist, so daß das Kühlmittel durch den Betrieb der Fördervorrichtung in den Wärmespeicher transferiert werden kann.
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Anhand der nachfolgenden Beschreibung von auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird diese näher erläutert,
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist die schematische Darstellung des Kühlmittelkreislaufs eines Verbrennungsmotors der Kolbenbauart gemäß dem Stand der Technik mit einem Wärmespeicher zur Warmhaltung eines Teils des Kühlmittels während einer Betriebspause.
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2 ist die schematische Darstellung des Kühlmittelkreislaufs eines Verbrennungsmotors der Kolbenbauart mit einem erfindungsgemäß angeordneten Wärmespeicher für die Warmhaltung zumindest eines Teils des Kühlmittels des Motors während einer Betriebspause des Motors,
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3 zeigt eine erst Variante der erfindungsgemäßen Anordnung,
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4 zeigt eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Anordnung und
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5 zeigt ein dritte Variante der erfindungsgemäßen Anordnung
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
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Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 der Stand der Technik näher erläutert, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht.
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Über einen nur schematisch dargestellten Vierzylinder-Verbrennungsmotor 10 führt ein insgesamt mit 12 bezeichneter Kühlmittelkreislauf, der einen Kühlerzweig 12a und einen Heizungszweig 12b aufweist.
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Der Kühlerzweig 12a führt vom Motor 10 über einen Kühler 14 und über ein Thermostatventil 16 zu einer dem Kühlmitteleingang des Motors 10 benachbarten Kühlmittelpumpe 18 und von dort zurück zum Motor 10. Das Thermostatventil 16 ist als ein Dreiwegeventil ausgestaltet. Um das den Motor 10 verlassende Kühlmittel zu kühlen, wird das den Kühler 14 verlassende Kühlmittel vom Thermostatventil 16 zur Kühlmittelpumpe 18 geleitet. Liegt die Kühlmitteltemperatur unter einem vorgegebenen Schwellenwert, unterbricht das Thermostatventil die Verbindung zur Kühlmittelpumpe 18 und schließt den Kühlerzweig 12a unter Umgehung des Motors 10 über einen Leitungszweig 20 kurz.
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Der Heizungszweig 12b führt vom Motor 10 über einen Heizungswärmetauscher 22 und die Kühlmittelpumpe 18 zurück zum Motor 10. Parallel zu dem zwischen dem Heizungswärmetauscher 22 und der Kühlmittelpumpe 18 verlaufenden Abschnitt des Heizungszweigs 12b ist ein Wärmespeicher 24 angeordnet, dessen Zufluß durch ein Dreiwegeventil 26 geöffnet oder geschlossen werden kann, und dessen Abfluß bei 28 wieder in den Heizungszweig 12b einmündet. Das Dreiwegeventil 26 leitet den Kühlmittelstrom entweder über den Wärmespeicher 24 (Abzweigung) oder an diesem vorbei (Durchfluß). Stromauf vom Dreiwegeventil 26 und stromab von der Einmündung 28 ist jeweils ein Temperaturfühler 30 bzw. 32 angeordnet. Diese Temperaturfühler 30 und 32 liefern ihre Temperaturmeßwerte an eine Vergleichsschaltung 34, die geeignet ist, einen Steuerimpuls an das Dreiwegeventil 26 zu dessen Umschaltung auf Durchfluß auszugeben, wenn die Differenz der beiden Temperaturmeßwerte einen gegebenen Schwellenwert unterschreitet, wodurch angezeigt wird, daß sich die kalten und die warmen Volumina des Kühlmittels ausreichend vermengt haben und Temperaturen des gesamten Kühlmittelvolumens im wesentlichen ausgeglichen sind. Eine weitere Kühlmittelausgabe an den Kreislauf aus dem Wärmespeicher 26 kann keine weitere Erhöhung der Kühlmitteltemperatur bewirken. Der Steuerimpuls aus der Vergleichsschaltung 34 schaltet deshalb das Dreiwegeventil 26 auf Durchfluß. Nach dieser Umschaltung des Dreiwegeventils wird die Vergleichsschaltung 34 inaktiviert. Erst wenn festgestellt wird, daß das Kühlmittel bzw. das System seine gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat, wird das Dreiwegeventil 26 wieder auf Abzweigung umgeschaltet, dem Wärmespeicher 26 wird Kühlmittel auf Betriebstemperatur zugeführt und das Kühlmittel bis zum Abschalten des Motors 10 durch den Kühler 14 und das Thermostatventil 16 auf der Betriebstemperatur gehalten.
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Damit die gewünschte Betriebstemperatur erreicht wird, muß dem Kühlmittel aus dem Motorbetrieb resultierende Abwärme zugeführt werden. Steht das Dreiwegeventil 26 auf Durchfluß, ist das von der Motorabwärme aufzuheizende Kühlmittelvolumen um das Volumen reduziert, das sich in dem über den Wärmespeicher 24 führenden Zweig 36 des Kühlmittelkreislaufs befindet. Ist die Betriebstemperatur erreicht, öffnet das Thermostatventil 16 den Kühlerzweig 12a, um ein weiteres Ansteigen der Kühlmitteltemperatur zu verhindern.
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Da bei kaltem Motor der Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen hoch sind, ist zweckmäßigerweise die Steuerung des Systems derart ausgelegt, daß zunächst die Kühlmitteltemperatur im Motor 10 mit Hilfe des heißen Kühlmittels aus dem Wärmespeicher bis zum Temperaturausgleich angehoben und dann erst der Motor 10 gestartet wird. Falls allerdings der Antrieb der Kühlmittelpumpe 18 mechanisch mit der Motorkurbelwelle verbunden ist, kann die Kühlmittelpumpe 18 vor dem Motorstart kein Kühlmittel fördern. Für diesen Fall ist in dem über den Wärmespeicher 26 führenden Zweig 36 eine weitere, elektrisch betreibbare Pumpe 38 vorgesehen, die geeignet ist, nach der Umschaltung des Dreiwegeventils 26 auf Abzweigung, den Kühlmittelkreislauf über den Wärmespeicher 24 in Gang zu setzen und damit die Vorwärmung des Motors durchzuführen. Hierzu kann beispielsweise beim Öffnen des Türschlosses ein Steuerimpuls ausgelöst werden, der die Pumpe 38 in Betrieb setzt.
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Beim Kaltstart des Motors 10 kann das Dreiwegeventil 26 auf Durchfluß stehen, dann wird es durch einen Impuls beim Motorstart bzw. beim Starten der Pumpe 38 auf Abzweigung geschaltet. Zu diesem Zeitpunkt herrscht an den Temperaturfühlern 30 und 32 annähernd die gleiche Temperatur, nämlich die des abgekühlten Kühlmittels außerhalb des Wärmespeichers 26, was bei sofortiger Aktivierung der Vergleichsschaltung 34 diese veranlassen würde, das Dreiwegeventil 26 sofort wieder auf Durchfluß umzuschalten, weshalb dem Startimpuls erst mit einer kurzen Verzögerung, während welcher das aus dem Wärmespeicher 26 zugeführte heiße Kühlmittel über die Anschlußstelle 28 zum Temperaturfühler 32 vordringt und dadurch einen ausreichend großen Temperaturunterschied zum Temperaturfühler 30 herstellt, um die Rückstellung des Dreiwegeventils 26 zu verhindern, ein zweiter Impuls folgt, der die Vergleichsschaltung 34 wieder aktiviert.
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Dieses dem Stand der Technik angehörende Kühlsystem und seine Betriebsweise weisen die eingangs erörterten Unzulänglichkeiten auf und die Erfindung beabsichtigt, ohne großen Aufwand den Zeitraum drastisch zu verkürzen, der zwischen dem Start des abgekühlten Motors und dem Zeitpunkt verstreicht, zu dem der Motor
10 die Betriebstemperatur erreicht hat. Die
2 zeigt ein dazu geeignetes erfindungsgemäßes System zum Betrieb eines Verbrennungsmotors
10. wobei für Elemente, die mit jenen der
1 übereinstimmen, gleiche Bezugszeichen verwendet werden und insoweit auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird, jedoch nachfolgend auf die gegenüber der bekannten Konstruktion, die beispielsweise in der
DE 195 35 027 A1 offenbart ist, geänderten Konstruktionsmerkmale und abweichenden Funktionsmerkmale näher eingegangen wird.
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Wie beim Stand der Technik ist ein Verbrennungsmotor 10 mit einem Kühlmittelkreislauf 12 versehen, der in einen Kühlerzweig 12a und einen Heizungszweig 12b unterteilt ist. Der Heizungszweig 12b verläßt den Zylinderkopf des Motors 10, durchquert den Heizungswärmetauscher 22 und kehrt über die Kühlmittelpumpe 18 zum Motor 10 zurück. Zwischen dem Motor 10 und dem Heizungswärmetauscher 22 ist mit dem Heizungszweig 12b ein mit der Außenluft in Verbindung stehendes Ausgleichsvolumen in Form eines Ausgleichsbehälters 40 verbunden, der den höchsten Abschnitt des Heizungszweigs 12b darstellt und nach oben gegenüber der Umgebungsluft geöffnet ist. Seine Funktion wird später erläutert.
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Tiefer als dieser Heizungszweig 12b ist ein Wärmespeicher 24 angeordnet, der in bekannter Bauweise aus einem Außenbehälter 42 und einem Innenbehälter 44 besteht, die zwischen sich einen Vakuum-Isolierraum einschließen. Wärmeisoliert sind in den Innenbehälter 44 eine etwa in Höhe des Ausgleichsbehälters 40 offene Luftleitung 46 und eine Kühlmittelleitung 48 eingeführt. Die Luftleitung 46 mündet im Innenbehälter 44 dessen oberem Wandungsabschnitt benachbart aus, die Kühlmittelleitung 48 nahe dessen Boden. Die Kühlmittelleitung 48 ist bei 28 mit dem tiefsten, unterhalb von Motor 10 und Heizungswärmetauscher 22 liegenden Leitungselement 50 des Heizungszweigs 12b verbunden. Zwischen dem Wärmespeicher 24 und dem Anschlußpunkt 28 führt die Kühlmittelleitung 48 über eine Förderpumpe 38, die bei Stillstand entgegen der Förderrichtung durchströmt werden kann, und ein Absperrventil 52.
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Wird der Betrieb des Motors 10 beendet, wird das Absperrventil 52 geöffnet, Das im Heizungszweig 12b, einschließlich Motor 10, Ausgleichsbehälter 40 und Heizungswärmetauscher 22, befindliche Kühlmittel läuft der Schwerkraft folgend in den Wärmespeicher 24 und verdrängt dabei die Luft über die Luftleitung 46 aus dem Wärmespeicher 24. Mit dem Transfer des Kühlmittelvolumens aus dem Heizungszweig 12b füllt sich dieser über den Ausgleichsbehälter 40 mit Luft.
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Beim Neustart des Motors 10 wird durch die Pumpe 38 das heiße Kühlmittel über das geöffnete Absperrventil 52 nach oben gedrückt, bis es den Ausgleichsbehälter 40 erreicht, was durch einen geeigneten Sensor festgestellt wird, worauf das Absperrventil 52 geschlossen und die Pumpe 38 abgeschaltet wird. Der Ausgleichsbehälter 40 stellt sicher, daß der Kühlmittelkreislauf während des Motorbetriebs frei von Lufteinschlüssen ist und andererseits der entleerte Heizungszweig 12b mit Luft gefüllt wird. Dem aus dem Wärmespeicher 24 in den Heizungszweig 12b zurückgeführten Kühlmittel wird nun die zur Aufheizung des abgekühlten Metallvolumens erforderliche Wärme entzogen, die alsbald durch die Verbrennungswärme des laufenden Motors ersetzt wird.
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Vorzugsweise ist im Leitungselement 50 ein Rückschlagventil 51 vorgesehen, das einen Durchfluß vom Anschlußpunkt 28 zum Heizungswärmetauscher 22 verhindert. Damit wird erreicht, daß bei der Rückführung des im Wärmespeicher 24 gespeicherten Kühlmittels in den Heizungszweig 12b durch die Pumpe 38 die für den Heizungswärmetauscher 22 bestimmte Kühlmittelmasse zunächst den Motor 10 durchströmt und dessen Vorheizung bewirkt, bevor die für den Motor bestimmte Kühlmittelmasse in den Motor 10 eintritt und ihn weiter aufheizt. Dabei wird die Durchflußgeschwindigkeit durch den Motor 10 erhöht und die Turbulenz der Strömungsmasse sichergestellt, wodurch der Wärmeübertragungskoeffiient zwischen dem Kühlmittel und der Motorwand maximiert wird. Die Turbulenz erzeugt im Kühlmittel eine Pfropfenströmung mit höchstmöglicher Rate für den Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel und dem Motor. Die schnelle Aufheizung der Motorwände ist eine wichtige Voraussetzung für die effiziente und schadstoffarme Verbrennung des Kraftstoffs beim Kaltstart des Motors.
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Bei einem Vierzylindermotor wird beispielsweise ein Kühlmittelvolumen von 2 Litern gespeichert. Die Förderleistung der Pumpe 38 beträgt beispielsweise 600 Liter/Stunde. Das Transfervolumen von 2 Litern wird somit in 12 Sekunden gefördert. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit der metallischen Elemente des Heizungszweigs 12b liegt die Zeitspanne zwischen dem Einschalten der Kühlmittelpumpe 38 und dem Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur des Motors 10 in der gleichen Größenordnung. Verwendet man eine Verzögerungsschaltung, um einen Vorlauf der Pumpe 38 vor dem Starten des Motors entsprechend der genannten kurzen Zeitspanne zu bewirken, weist der Zylinderkopf bereits die optimale Betriebstemperatur auf, wenn die Kolbenbewegung im Motor 10 beginnt. Dadurch wird neben der Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen der vom Kaltstart verursachte Verschleiß vermieden, ohne daß aufwendige technische Einrichtungen erforderlich sind.
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Die 3 zeigt eine Variante, bei der die Pumpe 38 entfällt, weil ihre Aufgabe eine Luftpumpe 54 übernimmt, die durch eine vor dem Wärmespeicher 24 mit der Luftleitung 46 bei 60 verbundene, ein Rückschlagventil 61 enthaltende Ansaugleitung 56 Umgebungsluft in den Wärmespeicher 24 preßt und dadurch das heiße Kühlmittel in den Heizungszweig 12b zurückdrückt. Dabei ist ein auf der vom Wärmespeicher 24 abgewandten Seite der Verbindungsstelle 60 in der Luftleitung 46 vorgesehenes Absperrventil 58 geschlossen. Wird nach dem Abschalten des Motors 10 das Ventil 52 geöffnet, wird auch das Absperrventil 58 geöffnet, so daß das in den Wärmespeicher 26 einströmende Kühlmittel die Luft aus dem Wärmespeicher 26 ins Freie drücken kann. Statt der Luftpumpe 54 kann auch eine andere bordeigene Druckluftquelle verwendet werden.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind geeignet, das den Wärmespeicher 24 füllende Kühlmittelvolumen unter Wirkung der Schwerkraft in den Wärmespeicher 24 zu überführen, der im System die unterste Position einnimmt. Wo diese Position nicht zur Aufnahe des Wärmespeichers zur Verfügung steht, ist eine Anordnung nach 4 geeignet. Der Wärmespeicher 24 befindet sich dort in einer Position die höher liegt als das Leitungselement 50. In der Kühlmittelleitung 48 ist eine Kühlmittelpumpe 62 angeordnet, deren Förderrichtung derart umschaltbar ist, daß jeweils bei geöffnetem Ventil 52 entweder das Kühlmittel in den Wärmespeicher 24 transferiert wird, oder aber in der Gegenrichtung zurück in den Leitungszweig 12b.
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Allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß das bei Betriebsruhe des Verbrennungsmotors aus dem Zylinderkopf und gegebenenfalls dem Heizungswärmetauscher in den Wärmespeicher zu transferierende Kühlmittelvolumen nach dem Öffnen eines Ventils 52 über eine Leitung 48 in den Wärmespeicher 24 gelangt und über die gleiche Leitung 48 wieder in den Zylinderkopf und gegebenenfalls den Wärmetauscher zurückgeführt und dadurch der Wärmespeicher 24 entleert wird, der dann während des Motorbetriebs durch das Ventil 52 vom Kühlmittelkreislauf 12 getrennt ist.
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Die 5 zeigt eine Konstruktionsvariante, die sich besonders für Verbrennungsmotoren eignet, die in Gebieten eingesetzt werden, in welchen mit relativ niedrigen Temperaturen zu rechnen ist. Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren des Kühlmitteltransfers wird dabei bei einer Konstruktion ähnlich der 2 angewandt, deren Bezugszeichen entsprechend übernommen werden, wobei jedoch ein Wärmespeicher 24a eingesetzt wird, in dessen wärmeisolierten Innenraum drei Leitungen 46, 48 und 64 geführt sind.
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Die Leitung 64 ersetzt die aus dem Heizungswärmetauscher 22 austretende Leitung 50 und bewirkt, daß der Kühlmittelkreislauf des Heizungszweigs 12b während des Motorbetriebs ständig über den Wärmespeicher 24a und weiter über die Pumpe 38 und die Leitung 48 zurück zum Zylinderkopf und Heizungswärmetauscher geführt wird. Wird der Verbrennungsmotor 10 abgeschaltet, soll erfindungsgemäß der wesentliche Teil des außerhalb des Wärmespeichers 24a befindlichen Kühlmittelvolumens (Transfervolumen) in den Wärmespeicher 24 überführt werden.
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Bei den oben anhand der 2–4 beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Kapazität des Wärmespeichers 24 derart bemessen, daß er das Transfervolumen aufnehmen kann. Wenn das Transfervolumen beim Motorstart in den Heizungszweig 12b überführt wird, bleibt der Wärmespeicher 24 leer, bis er beim Abschalten des Motors 10 wieder gefüllt wird.
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Bei der Ausführungsform nach 5 ist beim Abschalten des Motors 10 der Wärmespeicher 24a nicht leer, weil er ja in den Kühlmittelkreislauf einbezogen ist. Es ist deshalb zur Aufnahme des Transfervolumens eine Erweiterung des Speichervolumens, d. h. eine Vergrößerung der Wärmespeichers 24a erforderlich, die beispielsweise das Speichervolumen auf das Doppelte des Transfervolumens erhöht. Während des Motorbetriebs ist dann der Wärmespeicher nur im unteren Bereich mit dem durchgeleiteten Kühlmittel gefüllt. Der Zu- und Abfluß der Luft aus dem Wärmespeicher 24a erfolgt entsprechend der Veränderungen des Kühlmittelvolumens innerhalb des Wärmespeichers 24a über die Luftleitung 46.
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Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß beim Motorstart den ausgekühlten Bereichen des Heizungszweigs 12b ein Volumen an heißem Kühlmittel zugeführt wird, das wesentlich größer ist als das Transfervolumen, und damit auch eine entsprechend größere Wärmemenge transportiert, wodurch die Aufheizung der kalten Motormasse beschleunigt wird, insbesondere bei tiefen Umgebungstemperaturen.
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Um das Einströmen von Luft in den beim Ableiten des Transfervolumens in den Wärmespeicher 24a entleerten Heizungszweig zu ermöglichen und nach dem Motorstart die vollständige Füllung des Heizungszweigs 12b zu sichern, ist am höchstgelegenen Abschnitt des Heizungszweigs 12b ein zur Atmosphäre geöffneter Ausgleichsbehälter 40 vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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