DE102011116387B4

DE102011116387B4 - Verbrennungsmotor insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem Wärmespeicher zur Nutzung der Motorabwärme und Verfahren zu deren Nutzung

Info

Publication number: DE102011116387B4
Application number: DE102011116387.9A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Innovationsschatz De GmbH
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2031-10-21
Also published as: DE102011116387A1

Abstract

Verbrennungsmotor mit einem Kühlmittelkreislauf (12, 12a, 12b, 50), der eingerichtet ist zum Verbinden von Motor (10), Heizungswärmetauscher (22) und Kühler (16), und einem Wärmespeicher (5; 24; 24a) für die Warmhaltung des Kühlmittels während der Betriebspausen des Motors (10), dadurch gekennzeichnet, daß das Fassungsvermögen des Wärmespeichers (5; 24; 24a) für Kühlmittel größer ist als das Fassungsvermögen des Kühlmittelkreislaufs (12, 12a, 12b, 50), wobei beim Kaltstart des Motors (10) Kühlmittel aus dem Wärmespeicher (5, 24, 24a) in mehreren Tranchen in den Motor (10) überführt werden kann.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Wärmespeicher für die Warmhaltung des Kühlmittels während der Betriebspausen des Motors und ein Verfahren zu dessen Betrieb, insbesondere zur Schnellaufheizung eines Kraftfahrzeugmotors beim Kaltstart zum Zwecke der Reduzierung schädlicher Abgasemissionen des Motors und zur Verbesserung des Heizungskomforts im Fahrzeug, sowie einen hierfür besonders geeigneten Wärmespeicher.
Stand der Technik
Bei handelsüblichen Kraftfahrzeugmotoren mit einem Wärmespeicher, wie zum Beispiel in der DE 10 2010 013 047 A1 und der DE 103 44 018 A1 beschrieben, ist das Fassungsvermögen des Wärmespeichers üblicherweise gleich dem Kühlmittelvolumen des Kühlmittelkreislaufs des Motors, beispielsweise zwei Liter. Beim Start des Motors fließt das heiße Kühlmittel durch die Wirkung einer Kühlmittelpumpe aus dem Wärmespeicher in den Kühlmittelkreislauf inklusive dem kalten Motor. Gleichzeitig kann kaltes Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf in den Wärmespeicher fließen, wo es einstweilen verbleibt. Man spricht dabei von Kühlmittelaustausch. Das zugeführte heiße Kühlmittel zirkuliert anschließend unter der Wirkung der Kühlmittelpumpe zwischen Motor und Heizungswärmetauscher. Durch diesen Kühlmittelaustausch wird die gespeicherte Wärmemenge an den kalten Motor und über den Heizungswärmetauscher an den Innenraum des Fahrzeugs abgegeben und dadurch die Zeitspanne zum Erreichen der Betriebstemperatur verkürzt und die Behaglichkeit für die Fahrzeuginsassen früher erreicht.
Nach dem Warmlauf des Motors wird durch entsprechende Schaltung eines Steuerventils allmählich das kalte Kühlmittel aus dem Speicher mit dem heißen Kühlmittel im Motor vermischt. Gegebenenfalls wird überhitztes Kühlmittel über den Kühler geführt und dort gekühlt. Wird der Motor nach einer ausreichend langen Betriebsperiode abgestellt, ist das Kühlmittel in Motor, Heizungswärmetauscher und Wärmespeicher auf die gleiche Temperatur gebracht. Das Kühlmittel im Wärmespeicher behält während der nachfolgenden Betriebspause annähernd seine Temperatur, während das Kühlmittel im Motor und Heizungswärmetauscher zusammen mit diesen Bauelementen schnell abkühlt.
In der DE 195 35 027 A1 ist ein Wärmespeicher beschrieben, wobei ein Wärmeträger, d. h. ein Kühlmittel, zwischen einer Wärmequelle wie zum Beispiel einem Motor und dem Wärmespeicher zirkuliert. Die Zirkulation wird beendet, sobald an Eingang und Ausgang des Speichers die Temperatur des Wärmeträgers auf ein vorgegebenes Maß angenähert ist. Die DE 10 2010 010 276 A1 beschreibt einen zum Austausch von kaltem und heißem Kühlmittel geeigneten Wärmespeicher.
Trotz der vorstehend geschildert Verbesserungen besteht noch immer der Wunsch und damit die Aufgabe nach weiterer Reduzierung der Kaltstartemissionen und zur Verbesserung des Heizungskomforts.
Kurzer Überblick über die Erfindung
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung davon aus, eine Vergrößerung der Wärmemenge anzustreben, die nach dem Kaltstart zur Temperaturerhöhung der abgekühlten Bauteile und des Kühlmittels auf die gewünschte Betriebstemperatur zur Verfügung steht, weshalb ein erstes Merkmal der Erfindung darin besteht, dass das Fassungsvermögen des Wärmespeichers für Kühlmittel größer ist als das Fassungsvermögen des Kühlmittelkreislaufs ohne Wärmespeicher. Dabei ist vorzugsweise das Fassungsvermögen des Wärmespeichers für Kühlmittel etwa doppelt so groß wie das Fassungsvermögen des Motors.
Es kann beim Kaltstart zunächst ein erstes, dem Fassungsvermögen des Motors entsprechendes Teilvolumen des heißen, im Wärmespeicher gespeicherten Kühlmittels mit der oben beschriebenen Wirkung in den Motor überführt werden und ein entsprechendes Volumen des im Motor befindlichen kalten Kühlmittels in den Wärmespeicher verschoben werden.
Dabei kann es zu einer Vermischung von kaltem mit heißem Kühlmittel im Wärmespeicher, weshalb es zu den Aufgaben der Erfindung gehört, eine solche Vermischung weitgehend zu verhindern. Das Problem kann dadurch gemildert werden, dass man unter Berücksichtigung der temperaturbedingten Dichteunterschiede des Kühlmittels die Einströmöffnung der zum Motor führenden Abflußleitung im Wärmespeicher nach oben legt, so dass dort das warme Kühlmittel abfließen kann. Eine zweckmäßige Ausgestaltung kann es deshalb sein, dass innerhalb des Speichers die Zuflußöffnung für das Kühlmittel in den Speicher in Bodennähe und die Abflußöffnung in Deckennähe vorgesehen ist.
Zur Wärmeisolierung im Ruhezustand kann es zweckmäßig sein, dass die Zuflußleitung und die Abflußleitung für das Kühlmittel durch den Boden in den Wärmespeicher geführt werden und innerhalb des Speichers in Bodennähe wärmeisoliert sind. Dabei kann der Zufluß als aufsteigender Krümmer ausgebildet sein, der am Ende der Wärmeisolierung in Bodennähe zurückgeführt ist.
Diese Gestaltung ist aber, wegen der nicht ganz zu vermeidenden Vermischung von kaltem und warmem Kühlmittel und der Wärmeleitung zwischen beiden Massen noch nicht voll befriedigend.
Es stellt deshalb einen Teil der Aufgabe der Erfindung dar, eine Variante zu schaffen, die geeignet ist, den oben genannten unerwünschten Wärmefluß zu verhindern. Dies geschieht dadurch, dass der Wärmspeicher in zwei voneinander wärmeisolierte Zonen unterteilt ist, deren Durchströmung durch ein geeignete gestaltetes Leitungssystem entsprechend dem Wärme- oder Kühlungsbedarf des Motors gesteuert wird. Gemäß einer Ausführungsform ist der Wärmespeicher in zwei voneinander wärmeisolierte Kammern unterteilt. Zur Anpassung an den zur Verfügung stehenden Montageraum können die beiden Kammern unterschiedliche Größe besitzen.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass die Kühlmittelströmung durch Steuerventile derart beeinflußbar ist, dass sie entweder den Wärmespeicher umgeht oder durch den Wärmespeicher über die eine oder andere oder beide Kammern erfolgt. Dabei kann der Wärmespeicher Leitbleche enthalten, die die Kühlmittelströmung mäanderartig in vertikaler Richtung führen.
Bei einer weiteren Variante kann der Wärmespeicher eine in Deckennähe mündende Be- und Entlüftungsleitung aufweisen, was eine nur teilweise Befüllung des Wärmespeichers ermöglicht. Hierbei kann die Abflußöffnung für das Kühlmittel in der Speicherkammer in halber Höhe angeordnet sein. Der Zufluß kann als Krümmer ausgebildet sein, der am Ende einer Wärmeisolierung in Bodennähe zurückgeführt ist, um kaltes Kühlmittel in Bodennähe einzuleiten. Diese Konstruktion ermöglicht es, das im System befindliche Kühlmittelvolumen ohne Beeinträchtigung der erfindungsgemäß erreichten Verbesserung der Kaltstarteigenschaften mit entsprechender Gewichtsreduzierung um ein Drittel zu reduzieren, wie später noch beschrieben wird.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors der oben beschriebenen Bauart, das beim Kaltstart des Motors in mehreren Tranchen heißes Kühlmittel aus dem Wärmespeicher in den mit kaltem Kühlmittel gefüllten Motor pumpt und dabei das kalte Kühlmittel in den Bodenbereich des Wärmespeichers drückt. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt dabei nach dem Kaltstart der Kühlmittelkreislauf als geschlossener Kreislauf über einen den Motor umgehenden Bypass.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass, wenn sich die steigende Temperatur der Motormasse der fallenden Temperatur der im Motor umgewälzten Kühlmittelmasse der ersten Tranche angenähert hat, die zweite Tranche des heißen Kühlmittels aus dem Wärmespeicher in den Motorkreislauf überführt wird. Dabei kann nach dem Einbringen des Restvolumens ein kontinuierlicher Austausch von heißem Kühlmittel zwischen Motor und Wärmespeicher stattfinden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist der für die Verwendung beim erfindungsgemäßen Motor und der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmte Wärmespeicher, dessen Merkmale sich aus der obigen Schilderung des Verbrennungsmotors, der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ergeben.
Anhand der nun folgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Erfindung wird diese näher erläutert. Es zeigt:
1 den Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors der Kolbenbauart, der mit einem Wärmespeicher für das Kühlmittel des Motors ausgestattet ist;
2 den Kühlmittelkreislauf ähnlich 1 mit einem Wärmespeicher, dessen Fassungsvermögen auf zwei voneinander wärmeisolierte Kammern aufgeteilt ist, die durch zwei Dreiwegeventile individuell geschaltet werden können und wobei eine Betriebsweise als „Kühlmittelaustausch” vorgesehen ist, d. h. bei Betriebsruhe der Motor und der Speicher mit Kühlmittel gefüllt sind;
3 zeigt einen Wärmespeicher für das Kühlmittel des Motors mit zwei voneinander wärmeisolierten Kammern, die durch zwei Dreiwegeventile individuell geschaltet werden können, wobei die Strömungswege des Kühlmittels in den Kammern senkrecht verlaufen und die Einlaß und Auslaßrohre jeweils von einer Wärmeisolierung umgeben sind und
4 zeigt einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors der Kolbenbauart mit einem Wärmespeicher, dessen Fassungsvermögen doppelt so groß ist, wie das Fassungsvermögen des Motors und der für die Betriebsweise mit „Kühlmitteltransfer” vorgesehen ist, d. h. bei Betriebsruhe ist der Motor leer und das gesamte Kühlmittelvolumen wärmeisoliert im Speicher. Motor und Wärmespeicher sind jeweils über eine unabhängige Belüftungsleitung zur Atmosphäre belüftet.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
Bei der nachfolgenden Beschreibung wird als Ausführungsbeispiel ohne einschränkende Absicht ein Motor mit einem Kühlmittelvolumen im Kühlmittelkreislauf ohne Wärmespeicher von zwei Litern zugrunde gelegt, sowie ein Fassungsvermögen des Wärmespeichers von vier Litern.
Die 1 zeigt die schematische Darstellung des Kühlmittelkreislaufs 12 eines Verbrennungsmotors der Kolbenbauart gemäß dem Stand der Technik mit einem Wärmespeicher 24 zur Warmhaltung zumindest eines Teils des Kühlmittels während einer Betriebpause, jedoch mit einem Fassungsvermögen für Kühlmittel von vier Litern, das doppelt so groß ist wie das Fassungsvermögen des Motors von zwei Litern. Ein mit dem Abschnitt 12b des Kühlmittelkreislauf zwischen Motor 10 und Heizungswärmetauscher 22 verbundener Ausgleichsbehälter 40 ermöglicht die Aufrechterhaltung eines erforderlichen Kühlmittelvolumens im Motor 10, aber auch, dass im Falle eines Kühlmitteltransfers (4) der Motor belüftet werden kann.
Gezeigt ist ein Wärmespeicher 24 ohne Leitbleche für die Kühlmittelströmung, mit einem Innenbehälter 42 und einem Außenbehälter 44, wobei zwischen diesen ein Isolierraum vorzugsweise mit einem Hochvakuum vorgesehen ist. Der Wärmespeicher 24 ist für den Durchfluß des Kühlmittels während des Betriebs des Motors 10 bei entsprechender Stellung des Dreiwegeventils 52 eingerichtet. Bei Betriebsbeginn fließen zwei Liter kaltes Kühlmittel aus dem Motor 10 über die Zuflußleitung 46 und am Speicherboden aus der Zuflußöffnung 46a am Krümmer 43 in den Speicher 24, während zwei Liter des Kühlmittels oben im Speicher durch die Abflußöffnung 48a in die Abflußleitung 48 eintreten, die eine elektrisch betriebene Pumpe 38 enthalten kann, und in den Motor 10 abfließen. Das Dreiwegeventil 52 ist so geschaltet, dass zuerst der Motor 10 von dem warmen Kühlmittel aus dem Wärmespeicher 24 durchströmt wird, und dann der Heizungswärmetauscher 22, der mit dem Wärmespeicher 24 über die Zuflußleitung 46 verbunden ist.
Erst wenn der Motor 10 und der Heizungswärmetauscher 22 mit heißem Kühlmittel gefüllt sind, werden Motor 10 und Heizungswärmetauscher 22 durch entsprechende Stellung des Ventils 52 über den Bypass 50 kurzgeschlossen. Die motorseitige Kühlwasserpumpe 18 zirkuliert das Kühlmittel zwischen Motor 10 und dem Heizungswärmetauscher 22. Die Kühlung des heißen Motors 10 erfolgt über den Kühlkreislauf 12a und den Kühler 16 durch entsprechende Schaltung des Ventils 17.
Die 2 zeigt die schematische Darstellung des Kühlmittelkreislaufs 12 eines Verbrennungsmotors der Kolbenbauart ähnlich 1, mit einem Fassungsvermögen des Wärmespeichers für Kühlmittel von vier Litern und einem Fassungsvermögen des Motors von zwei Litern. Der Wärmespeicher 5 ist in zwei hier gleich große, von einander wärmeisolierte Kammern 1 und 2 unterteilt, die vom Kühlmittel gleichzeitig oder getrennt voneinander durchflossen werden können. So ist es möglich, beim Start des Motors 10 das kalte Kühlmittel aus dem Motor 10 in eine der beiden Kammern 1 oder 2 einzuleiten und aus dieser Kammer 1 oder 2 warmes Kühlmittel (eine erste Tranche) über die Abflußleitung 48 in den Motor 10 zu drücken. Danach kann, vorzugsweise wenn die Kühlmitteltemperatur im Motor 10 die Temperatur des dort befindlichen warmen Restvolumens erreicht hat, durch Einleiten von Kühlmittel in die jeweils andere Kammer 2 oder 1 das dort befindliche warme Kühlmittel (die zweite Tranche) in den bereits vorgewärmten Motor 10 ausgeschoben werden.
Die 3 zeigt einen Wärmespeicher 5 ähnlich dem in 2, wobei durch Leitbleche 70 für die Strömung des Kühlmittels in senkrechten Mäanderbahnen die Durchmischung von kaltem und warmem Kühlmittel während der Be- und Entladung des Speichers 5 verhindert wird. Die Schaltung der Steuerklappen 54 und 56 erlaubt es, ähnlich wie bei 2, den Fluß des Kühlmittels in den Kammern 1 und 2 unabhängig voneinander zu steuern. So kann beim Kaltstart das kalte Kühlmittel von 2 Litern aus dem Motor 10 in den Einströmkanal 60 bzw. 62 einer der beiden Speicherkammern 1 oder 2 geschoben werden, die das Kühlmittel über die Abflußkanäle 61 bzw. 63 wieder verlassen kann. Dadurch wird das warme Kühlmittel aus dieser Speicherkammer in den Motor 10 verdrängt und zirkuliert dort, bis sich ein Temperaturgleichgewicht zwischen dem Motor 10 und dem Kühlmittel einstellt. Dann wird das heiße Kühlmittel der zweiten Speicherkammer in den Motor 10 geschoben und erhöht die Motortemperatur zusätzlich.
Die 4 zeigt einen Kühlmittelkreislauf und einen Wärmespeicher ähnlich 1 mit einem als Transferspeicher bezeichneten Wärmespeicher 24a mit 4 Liter Fassungsvermögen. Dabei ist die Kühlmittelmenge des gesamten Kühlmittelkreislaufs auf vier Liter begrenzt, also gegenüber den anderen Ausführungsbeispielen um zwei Liter, d. h. um ein Drittel reduziert. Der Wärmespeicher 24a ist von besonderer Art, denn er ist für den Transfer des warmen Kühlmittels vom Wärmespeicher 24a in den kühlmittelfreien Motor 10 bei dessen Start, oder für den Transfer des warmen Kühlmittels vom Motor in den Wärmespeicher 24a bei Betriebsende geeignet. Im Gegensatz zum Kühlmittelaustausch, bei dem kaltes Kühlmittel gegen warmes Kühlmittel aus dem Wärmespeicher ausgetauscht wird, wird beim Kühlmitteltransfer jeweils ein warmes Kühlmittel verschoben, nämlich beim Motorstart aus dem Wärmespeicher 24a in den Motor 10 und beim Betriebsende des Motors 10 aus diesem in den Wärmespeicher 24a. Der jeweils kühlmittelfreie Raum ist mit Luft gefüllt.
Bei Betriebsruhe des Motors 10 befindet sich die gesamte Kühlmittelmenge von vier Litern im Wärmespeicher 24a. Davon werden zu Beginn der Aufheizung des kalten Motors zwei Liter des heißen Kühlmittels (erste Tranche) in Richtung Motor verschoben und werden dort nach dessen Aufheizung zur Kühlung benötigt. Die Abflußleitung 48 des Wärmespeichers 24a beginnt deshalb in halber Höhe des Speichers 24a, so dass während des Motorbetriebs der Wärmespeicher 24a nicht mehr als zwei Liter Kühlmittel aufnehmen kann. Wird der Motor stillgesetzt, fließt das Kühlmittel aus Motor 10 und Heizungswärmetauscher der Schwerkraft folgend über die Leitungen 46 und 48 in den Wärmespeicher 24a ab, so dass das ganze Fassungsvermögen des Wärmespeichers in Anspruch genommen wird.
Die Zuflußleitung 46 für das aus dem Motor 10 zufließende Kühlmittel mündet bei 46a am Boden des Wärmespeichers, so dass das heiße Kühlmittel der im Wärmespeicher 24a verbliebenen zweiten Tranche von dem aus dem Motor zufließenden, abgekühlten Kühlmittel der ersten Tranche angehoben wird und somit in der Mitte des Speichers 24a in die Abflußleitung 48 gelangen kann, die während des Transfer der Tranchen oder bei einer Kühlmittelzirkulation über den Speichers 24a unter der Sogwirkung der Pumpe 18 und gegebenenfalls der Pumpe 38 steht.
Während des Stillstands des Motors 10 befindet sich das gesamte Kühlmittel im Wärmespeicher 24a. Während des Betriebs des Motors 10 befindet sich eine Hälfte des Kühlmittels im Motorkreislauf und die Kühlmittelpumpe 18 zirkuliert dann das Kühlmittel zwischen dem Motor 10, dem Heizungswärmetauscher 22 und der Bypass-Leitung 50 bei entsprechender Schaltung des Ventils 52.
Die Vorteile dieser Speichervariante sind einmal die für die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugbetriebs bedeutsame Gewichtsreduzierung von 2 kg und der Entfall der Vermischung von heißem mit kaltem Kühlmittel.
Zur Realisierung dieses Speichertyps ist eine Luftleitung 68 zwischen dem Speicherdach und der Atmosphäre vorgesehen, die für Druckausgleich im Wärmespeicher 24a sorgt. Desgleichen ist der Motorkreislauf 12 über den Ausgleichsbehälter 40 belüftbar, so dass dieser während einer Betriebspause beim Abfluß des Kühlmittels aus dem Motor 10 belüftet ist.
Das Prinzip des Kühlmitteltransfers bei Motoren mit zwei Liter Fassungsvermögen ist bei Speichern mit 2 Litern und bei Speichern mit 4 Litern anwendbar. In beiden Fällen ist eine Gewichtsreduzierung von 2 kg je Motor möglich.
Statt das vorstehend mit Varianten beschriebenen, von einem Wärmespeicher unterstützte schnelle Aufheizen des Motors 10 mit dem Starten des Motors zu beginnen, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform bei einem Verbrennungsmotor beim Kaltstart bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen das heiße Kühlmittel aus dem Wärmespeicher in zwei Tranchen mit zeitlichem Abstand in den Motor 10 eingebracht werden, wobei ein die Überführung der ersten Tranche auslösender Steuerimpuls durch die Öffnung des Schlosses der Fahrertür an eine Motorsteuerung ausgegeben wird. Ein die Überführung der zweiten Tranche auslösender Steuerimpuls kann durch das Betätigen des Motorstarters an die Motorsteuerung ausgegeben werden.
Im Folgenden werden einige Aspekte eines Verfahrens zum Betrieb eines Verbrennungsmotors genannt.
Beim Kaltstart des Motors kann ein Teil des heißen Kühlmittels aus dem Wärmespeicher in den mit kaltem Kühlmittel gefüllten Motor überführt werden, wodurch das kalte Kühlmittel in den Wärmespeicher gedrückt wird.
Nach dem Kaltstart kann der Kühlmittelkreislauf als geschlossener Kreislauf über einen den Motor umgehenden Bypass erfolgt.
Beim Kaltstart kann das heiße Kühlmittel aus dem Wärmespeicher in zwei Tranchen mit zeitlichem Abstand in den Motor eingebracht werden.
Ein die Überführung der ersten Tranche auslösender Steuerimpuls kann durch die Öffnung des Schlosses der Fahrertür an eine Motorsteuerung ausgegeben werden.
Ein die Überführung der zweiten Tranche auslösender Steuerimpuls kann durch das Betätigen des Motorstarters an die Motorsteuerung ausgegeben werden.
Wenn sich die steigende Temperatur der metallischen Motormasse der fallenden Temperatur der im Motor umgewälzten Kühlmittelmasse der ersten Tranche angenähert hat, kann die zweite Tranche des heißen Kühlmittels aus dem Wärmespeicher in den Motorkreislauf überführt werden.
Nach dem Einbringen des Restvolumens (zweite Tranche) kann ein kontinuierlicher Austausch von heißem Kühlmittel zwischen Motor und Wärmespeicher stattfinden.

Claims

Verbrennungsmotor mit einem Kühlmittelkreislauf (12, 12a, 12b, 50), der eingerichtet ist zum Verbinden von Motor (10), Heizungswärmetauscher (22) und Kühler (16), und einem Wärmespeicher (5; 24; 24a) für die Warmhaltung des Kühlmittels während der Betriebspausen des Motors (10), dadurch gekennzeichnet, daß das Fassungsvermögen des Wärmespeichers (5; 24; 24a) für Kühlmittel größer ist als das Fassungsvermögen des Kühlmittelkreislaufs (12, 12a, 12b, 50), wobei beim Kaltstart des Motors (10) Kühlmittel aus dem Wärmespeicher (5, 24, 24a) in mehreren Tranchen in den Motor (10) überführt werden kann.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fassungsvermögen des Wärmespeichers (5; 24; 24a) für Kühlmittel etwa doppelt so groß ist wie das Fassungsvermögen des Kühlmittelkreislaufs (12, 12a, 12b, 50).
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Wärmespeicher (5, 24, 24a) einen Boden und eine Decke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuflußöffnung (46a) für das Kühlmittel in den Wärmespeicher (5; 24; 24a) in Bodennähe und eine Abflußöffnung (48a) in Deckennähe vorgesehen ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Wärmespeichers (5; 24; 24a) eine Zuflußleitung (46) und eine Abflußleitung (48) in Bodennähe wärmeisoliert sind.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuflußleitung (46) im Wärmespeicher (5; 24; 24a) als aufsteigender Krümmer (43) ausgebildet ist, der am Ende einer ihn umgebenden Wärmeisolierung in Bodennähe zurückgeführt ist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (5) in zwei voneinander wärmeisolierte Kammern (1; 2) unterteilt ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern (1; 2) zur Anpassung an einen zur Verfügung stehenden Montageraum unterschiedliche Größe besitzen.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlmittelströmung durch Steuerventile (54; 56) derart beeinflußbar ist, daß sie entweder den Wärmespeicher (5) umgeht oder durch den Wärmespeicher über die eine oder andere oder beide Kammern (1: 2) erfolgt.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (5) Leitbleche (70) enthält, die die Kühlmittelströmung mäanderartig in vertikaler Richtung führen.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (24a) eine in Deckennähe mündende Be- und Entlüftungsleitung (68) besitzt.
Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußöffnung (48a) für das Kühlmittel im Wärmespeicher (24a) in halber Höhe angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (68) durch den Boden des Wärmespeichers (24a) in diesen eintritt und zumindest ein unterer Teil der Entlüftungsleitung wärmeisoliert ist.
Verfahren zum Betrieb des Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kaltstart des Motors (10) ein Teil des heißen Kühlmittels aus dem Wärmespeicher (5; 24; 24a) in den mit kaltem Kühlmittel gefüllten Motor (10) überführt wird und dabei das kalte Kühlmittel in einen Bodenbereich des Wärmespeichers (5; 24; 24a) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Kaltstart der Kühlmittelkreislauf (12, 12a, 12b, 50) als geschlossener Kreislauf über einen den Motor (10) umgehenden Bypass (50) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kaltstart das heiße Kühlmittel aus dem Wärmespeicher (5; 24; 24a) in zwei Tranchen mit zeitlichem Abstand in den Motor (10) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Überführung einer ersten Tranche auslösender Steuerimpuls durch ein Öffnen des Schlosses der Fahrertür an eine Motorsteuerung ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine Überführung einer zweiten Tranche auslösender Steuerimpuls durch ein Betätigen des Motorstarters an die Motorsteuerung ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn sich eine steigende Temperatur einer metallischen Motormasse einer fallenden Temperatur des im Motor (10) umgewälzten Kühlmittels einer ersten Tranche angenähert hat, eine zweite Tranche des heißen Kühlmittels aus dem Wärmespeicher (5; 24; 24a) in den Motor (10) überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Einbringen eines Restvolumens (zweite Tranche) ein kontinuierlicher Austausch von heißem Kühlmittel zwischen Motor (10) und Wärmespeicher (5; 24; 24a) stattfindet.
Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 2, bei welchem das Fassungsvermögen des Wärmespeicher (24a) doppelt so groß ist wie das des Kühlmittelkreislaufs (12, 12a, 12b, 50), dadurch gekennzeichnet, daß die im gesamten System aus Kühlmittelkreislauf (12, 12a, 12b, 50) und Wärmespeicher (24a) vorhandene Kühlmittelmenge lediglich dem Volumen des Wärmespeichers (24a) entspricht.
Wärmespeicher (5, 24, 24a) eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 mit einem Kühlmittelkreislauf (12, 12a, 12b, 50), der den Motor (10), den Heizungswärmetauscher (22) und den Kühler (16) verbindet, wobei der Wärmespeicher (5; 24; 24a) ein Fassungsvermögen für Kühlmittel größer als ein Fassungsvermögen des Kühlmittelkreislaufs (12, 12a, 12b, 50) derart aufweist, dass beim Kaltstart des Motors (10) Kühlmittel aus dem Wärmespeicher (5, 24, 24a) in mehreren Tranchen in den Motor (10) überführt wird.
Wärmespeicher (5; 24; 24a) nach Anspruch 21, wobei der Wärmespeicher (5, 24, 24a) einen Boden und eine Decke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuflußleitung (46) und eine Abflußleitung (48) für das Kühlmittel durch den Boden in den Wärmespeicher (5; 24; 24a) geführt und innerhalb des Speichers in Bodennähe wärmeisoliert sind.
Wärmespeicher (5; 24; 24a) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuflußleitung (46) als aufsteigender Krümmer (43) ausgebildet ist, die am Ende der Wärmeisolierung in Bodennähe zurückgeführt ist.
Wärmespeicher (5) nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (5) in zwei von einander wärmeisolierte Zonen unterteilt ist, deren Durchströmung durch ein entsprechend gestaltetes Leitungssystem entsprechend einem Wärme- oder Kühlungsbedarf des Motors (10) gesteuert wird.
Wärmespeicher (5) nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (5) in zwei voneinander wärmeisolierte Kammern (1; 2) unterteil ist.
Wärmespeicher (5) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß angepaßt an den zur Verfügung stehenden Montageraum die beiden Kammern (1; 2) unterschiedliche Größe besitzen.
Wärmespeicher (5) nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlmittelströmung durch Steuerventile (54; 56) derart beeinflußbar ist, daß sie entweder den Wärmespeicher (5) umgeht oder durch den Wärmespeicher (5) über die eine oder andere oder beide Kammern erfolgt.
Wärmespeicher (5) nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (5) Leitbleche (70) enthält, die eine Kühlmittelströmung mäanderartig in vertikaler Richtung führen.
Wärmespeicher (24a) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (24a) eine in Deckennähe mündende Be- und Entlüftungsleitung (68) besitzt.
Wärmespeicher (24a) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abflußleitung (48a) für das Kühlmittel im Wärmespeicher (24a) in halber Höhe angeordnet ist.
Wärmespeicher (24a) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuflußleitung als aufsteigender Krümmer (43) ausgebildet ist, der am Ende einer Wärmeisolierung in Bodennähe zurückgeführt ist.
Wärmespeicher (24a) nach den Ansprüchen 30 und 31, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Wärmespeicher führenden Leitungen (46; 48; 68) für den Zu- und Abfluß von Kühlmittel und Umgebungsluft zumindest bis zur Speichermitte wärmeisoliert sind.