DE102015208765B4

DE102015208765B4 - Verfahren zum Heizen einer Komponente und/oder eines Betriebsmediums eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102015208765B4
Application number: DE102015208765.4A
Authority: DE
Inventors: Mario Zschiegner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2035-05-13
Also published as: DE102015208765A1

Abstract

Verfahren zum Heizen einer Komponente und/oder eines Betriebsmediums eines Fahrzeugs mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Sorbermediums, insbesondere eines Zeoliths, – Herstellen einer Fluidverbindung zwischen dem Sorbermedium und einem Wasser- und/oder Wasserdampfreservoir, wodurch Wasserdampf von dem Sorbermedium adsorbiert wird, wodurch Adsorptionswärme an oder in dem Sorbermedium frei wird, wobei die Adsorptionswärme mittels einer Wärmetauschereinrichtung der Komponente und/oder dem Betriebsmedium des Fahrzeugs zugeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heizen einer Komponente und/oder eines Betriebsmediums eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 40 31 873 A1 bekannt. Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 und dem Merkmal, dass Wärme, die beim Adsorbieren des Wasserdampfs frei wird, mittels einer Wärmetauschereinrichtung einem Motoröl des Fahrzeugs im Bereich eines Motorölfilters zugeführt wird, ist aus der älteren aber nachveröffentlichten DE 10 2015 208 582 A1 bekannt.
Aus der DE 44 14 595 A1 ist eine Vorrichtung zum Heizen eines Fahrgastraums eines Fahrzeugs bekannt, welche auf der Basis eines Sorbens, wie Zeolith, arbeitet.
Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählen die DE 10 2013 216 462 A1 sowie die US 2015/0041099 A1 .
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Heizen einer Komponente und/oder eines Betriebsmediums eines Fahrzeugs anzugeben, das sich günstig auf den Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs auswirkt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Heizen einer Komponente und/oder eines Betriebsmediums eines Fahrzeugs. Bei der „Kompenente” kann es sich beispielsweise um einen Antriebsmotor, insbesondere einen Verbrennungsmotor, ein Getriebe, einen Katalysator oder um eine andere zu temperierende bzw. zu beheizende Fahrzeugkomponente handeln.
Bei dem „Betriebsmedium” kann es sich um eine Betriebsflüssigkeit einer zu temperierenden Komponente handeln, wie z. B. um ein Motoröl eines Verbrennungsmotors, ein Getriebeöl eines Getriebes, eine Kühlflüssigkeit eines Kühlkreislaufs (z. B. eines Verbrennungsmotors) ein Kältemittel eines Kältemittelkreislaufs (z. B. eines Wärmepumpenkreislaufs oder eines Klimaanlagenkreislaufs), etc.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Einsatz bzw. der Verwendung eines Sorbermediums, bei dem es sich z. B. um einen Zeolith handeln kann. Gemäß der Erfindung wird eine Fluidverbindung zwischen dem Sorbermedium und einem Wasser- und/oder Wasserdampfreservoir hergestellt, über die Wasserdampf von dem Sorbermedium „angesaugt” und adsorbiert werden kann. Dabei wird Adsorptionswärme frei.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass die Adsorptionswärme mittels einer Wärmetauschereinrichtung der Komponente und/oder dem Betriebsmedium des Fahrzeugs zugeführt wird. Die Komponente bzw. das Betriebsmedium wird also mittels der Adsorptionswärme, die beim Adsorbieren des Wassers bzw. Wasserdampfs an bzw. in dem Sorbermedium entsteht, beheizt. Sofern hinreichend Wasserdampf zur Verfügung steht, ist für das Aufheizen kein Energieaufwand erforderlich.
Sofern mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Betriebsmedium beheizt werden soll, kann vorgesehen sein, dass das Betriebsmedium während des Heizens mittels einer Pumpe umgewälzt wird. Soll beispielsweise das Motoröl eines Verbrennungsmotors, das Getriebeöl eines Getriebes, ein Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs oder ein Kältemittel eines Kältemittelkreislaufs (z. B. Wärmepumpenkreislauf) mittels der während des Adsorptionsvorgangs entstehenden Wärme geheizt bzw. vorgeheizt werden, kann es sinnvoll sein, wenn das betreffende Betriebsmedium mittels einer Motorölpumpe bzw. mittels einer Getriebeölpumpe bzw. mittels einer Kühlmittelpumpe bzw. mittels eines Kältemittelverdichters in dem betreffenden Systemkreislauf umgewälzt wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist in der Fluidverbindung ein Absperrorgan angeordnet, wobei das „Herstellen der Fluidverbindung” durch Öffnen des Absperrorgans erfolgen kann. Bei dem Absperrorgan kann es sich beispielsweise um ein Magnetventil oder um ein elektrisch ansteuerbares Proportionalventil handeln. Vorzugsweise wird das Absperrorgan und somit das Zuführen von Wärme zu der zu beheizenden Komponente bzw. zu dem zu beheizenden Betriebsmedium von einer elektronischen Steuereinrichtung gesteuert.
Dabei kann eine Überwachungselektronik vorgesehen sein, mittels der die Temperatur der zu beheizenden (Fahrzeug-)Komponente und/oder des Betriebsmediums überwacht wird. Vorzugsweise erfolgt das „Zuführen von Wärme” nur dann, wenn die Temperatur der Komponente bzw. des Betriebsmediums kleiner als eine vorgegebene Temperatur ist. Die Temperatur kann mittels eines Temperatursensors gemessen oder mittels eines vorgegebenen Algorithmus näherungsweise ermittelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet, um eine Komponente oder ein Betriebsmedium eines Fahrzeugs vor einem Kaltstart des Fahrzeugs zu beheizen bzw. vorzuwärmen. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass „Zuführen von Wärme” vor dem Starten eines Antriebsmotors des Fahrzeugs erfolgt oder zumindest beginnt.
Das „Zuführen von Wärme” kann insbesondere zeitgesteuert eingeleitet werden. Hierzu kann im Fahrzeug eine „Zeitschaltuhr” in Form einer Steuerelektronik vorgesehen sein, die eine Komponente des Fahrzeugs bzw. ein Betriebsmedium des Fahrzeugs ab einem vorgegebenen, vom Fahrer eingestellten Zeitpunkt beheizt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Fahrer über die Steuerelektronik einprogrammiert, dass eine bestimmte Komponente des Fahrzeugs oder ein Betriebsmedium des Fahrzeugs 5 min, 10 min oder 15 min vor Beginn der täglichen Fahrt zur Arbeit vorgeheizt wird. Wenn beispielsweise der Verbrennungsmotor oder das Motoröl oder das Getriebe bzw. das Getriebeöl oder auch der Katalysator eines Fahrzeugs vorgeheizt wird, verbessert sich dadurch die Energieeffizienz des Fahrzeugs beträchtlich. Gleichzeitig verringert sich der Schadstoffausstoß des Fahrzeugs und der Verschleiß der vorgeheizten Komponente.
Alternativ zu einer Zeitsteuerung des Adsorptions- und somit des Heizprozesses kann vorgesehen sein, dass das Zuführen von Wärme gestartet wird, wenn das Fahrzeug mit einem Funkschlüssel oder in anderer Weise geöffnet wird bzw. nachdem das Fahrzeug geöffnet worden ist. Das „Zuführen von Wärme” kann also auch noch während der Kaltstartphase, d. h. in der Zeit unmittelbar nach einem Kaltstart erfolgen, wodurch sich die Zeit, bis die betreffende Komponente des Fahrzeugs oder das betreffende Betriebsmedium seine normale Betriebstemperatur erreicht, verkürzt.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fluidverbindung durch Schließen des Absperrorgans unterbrochen wird (d. h. dass das Zuführen von Wärme beendet wird), wenn die Fahrzeugkomponente und/oder das Betriebsmedium eine Temperatur erreicht hat, die größer als eine vorgegebene Temperatur ist.
Die während des Adsorptionsvorgangs am oder im Sorbermedium frei werdende Wärme wird mittels einer Wärmetauschereinrichtung einem Antriebsmotor zugeführt. Unter dem Begriff „Antriebsmotor” ist hier insbesondere das Gehäuse des Antriebsmotors (das Kurbelgehäuse), die Ölwanne oder ein anderer Teil des Antriebsmotors zu verstehen.
Gemäß der Erfindung wird, was besonders effektiv ist, die während des Adsorptionsvorgangs entstehende Wärme mittels der Wärmetauschereinrichtung unmittelbar dem Motoröl des Antriebsmotors zugeführt. Gemäß der Erfindung wird, was besonders vorteilhaft ist, die Wärme mittels der Wärmetauschereinrichtung im Bereich eines Motorölfilters oder unmittelbar in ein Ölfiltermodul des Fahrzeugs eingespeist. Vorzugsweise wird die Wärme mittels der Wärmetauschereinrichtung dem Motoröl im Bereich eines Ölauslasses des Ölfiltermoduls zugeführt. Das im Ölfiltermodul gefilterte, vorgeheizte Motoröl strömt dann unmittelbar zu den Schmierstellen des Verbrennungsmotors. Aufgrund der Vorwärmung ergeben sich kurz nach einem Kaltstart bereits gute Schmierverhältnisse.
Bekanntlich kann ein Sorbermedium nur eine vorgegebene Menge Wasser bzw. Wasserdampf aufnehmen und muss dann „regeneriert”, d. h. desorbiert werden. Unter dem Begriff „desorbieren” versteht man ein Austreiben des im Sorbermedium eingelagerten Wassers. Hierzu wird dem Sorbermedium Wärme zugeführt, was z. B. während der Fahrt des Fahrzeugs erfolgen kann. Zum Desorbieren des Sorbermediums wird zwischen dem Sorbermedium und dem Wasser und/oder Wasserdampfreservoir oder zwischen dem Sorbermedium und der Umgebung eine Fluidverbindung hergestellt, über die dann Wasser aus dem Sorbermedium ausgetrieben werden kann.
Die für das Desorbieren erforderliche Wärme kann im betriebswarmen Zustand des Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs einer sich im Betrieb erwärmenden Komponente, wie z. B. dem Verbrennungsmotor, entzogen werden. Die Wärme für das Desorbieren kann beispielsweise dem Gehäuse des Verbrennungsmotors, dem Motoröl, dem Kühlmittel des Verbrennungsmotors, o. ä. entzogen werden.
Alternativ dazu kann die für das Desorbieren erforderliche Wärme auch dem Abgas einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs entzogen werden oder einer Komponente der Abgasanlage.
Wenn der Desorptionsvorgang des Sorbermediums abgeschlossen ist, d. h. wenn ein Großteil der im Sorbermedium gespeicherten Wassermenge oder die gesamte im Sorbermedium gespeicherte Wassermenge ausgetrieben worden ist, muss die Fluidverbindung zwischen dem Sorbermedium und dem Wasser- und/oder Wasserdampfreservoir oder zwischen dem Sorbermedium und der Umgebung wieder unterbrochen werden, was durch Schließen eines entsprechenden Ventils erfolgen kann. Das Sorbermedium wird dadurch in einem „aktivierten Zustand” gehalten, d. h. in einem Zustand, in dem es durch erneutes Öffnen der Fluidverbindung wieder Wasserdampf adsorbieren und Wärme generieren kann.
Zur Verbesserung bzw. Beschleunigung des Adsorptionsprozesses kann vorgesehen sein, dass Wasserdampf mittels einer z. B. elektrischen Heizeinrichtung erzeugt wird.

Claims

Verfahren zum Heizen einer Komponente und/oder eines Betriebsmediums eines Fahrzeugs mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Sorbermediums, insbesondere eines Zeoliths, – Herstellen einer Fluidverbindung zwischen dem Sorbermedium und einem Wasser- und/oder Wasserdampfreservoir, so dass Wasserdampf von dem Sorbermedium adsorbiert werden kann, wodurch an oder in dem Sorbermedium Adsorptionswärme frei wird, wobei – die Adsorptionswärme mittels einer Wärmetauschereinrichtung der Komponente und/oder dem Betriebsmedium des Fahrzeugs zugeführt wird und wobei – Wärme, die beim Adsorbieren des Wasserdampfs frei wird, mittels der Wärmetauschereinrichtung einem Antriebsmotor des Fahrzeugs zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass • Wärme, die beim Adsorbieren des Wasserdampfs frei wird, mittels der Wärmetauschereinrichtung einem Motoröl des Fahrzeugs im Bereich eines Motorölfilters zugeführt wird und • die Fluidverbindung durch Schließen des Absperrorgans unterbrochen wird, wenn die Komponente und/oder das Betriebsmedium eine Temperatur erreicht hat, die größer als eine vorgegebene Temperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beheizende Betriebsmedium während des Heizens mittels einer Pumpe umgewälzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fluidverbindung ein Absperrorgan angeordnet ist, wobei das Herstellen der Fluidverbindung durch Öffnen des Absperrorgans erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführen von Wärme von einer elektronischen Steuereinrichtung gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan mittels der elektronischen Steuereinrichtung gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Überwachungselektronik die Temperatur der Komponente und/oder des Betriebsmediums überwacht wird, wobei das Zuführen von Wärme nur dann erfolgt, wenn die Temperatur kleiner als eine vorgegebene Temperatur ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführen von Wärme vor dem Starten eines Antriebsmotors des Fahrzeugs erfolgt oder beginnt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführen von Wärme zeitgesteuert eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführen von Wärme gestartet wird, wenn das Fahrzeug mittels eines Funkschlüssels oder in anderer Weise geöffnet wird oder nachdem das Fahrzeug geöffnet worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme, die beim Adsorbieren des Wasserdampfs frei wird, mittels der Wärmetauschereinrichtung dem Motoröl im Bereich eines Auslasses eines Ölfiltermoduls zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorbermedium desorbiert wird, indem dem Sorbermedium Wärme zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorbermedium desorbiert wird, indem dem Sorbermedium Wärme während der Fahrt des Fahrzeugs zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während des Desorbierens eine Fluidverbindung zwischen dem Sorbermedium und dem Wasser- und/oder Wasserdampfreservoir oder zwischen dem Sorbermedium und der Umgebung hergestellt wird, wobei Wasser aus dem Sorbermedium ausgetrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Desorbieren verwendete Wärme von einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs stammt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Desorbieren verwendete Wärme einem Motoröl eines Antriebsmotors oder eines Getriebeöls eines Getriebes des Fahrzeugs entzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Desorbieren verwendete Wärme einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs entzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–13 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Desorbieren verwendete Wärme heißem Abgas eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs entzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–17, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Desorbieren des Sorbermediums die Fluidverbindung zwischen dem Sorbermedium und dem Wasser- und/oder Wasserdampfreservoir oder zwischen dem Sorbermedium und der Umgebung unterbrochen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–18, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen ist, mittels der Wasserdampf für den Adsorptionsvorgang erzeugt wird.