DE10319938A1

DE10319938A1 - Internal combustion engine with liquid cooling, especially as vehicle drive, comprises at least one auxiliary power unit for generating electric power to operate an electric heating element attached to the engine block

Info

Publication number: DE10319938A1
Application number: DE2003119938
Authority: DE
Inventors: Thomas Heid; Arthur Schaefert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2004-11-25

Abstract

The internal combustion engine (28) comprises at least one auxiliary power unit for generating electric power and/or for at least temporary generation of electric power for operating an electric heating element (24) attached to the engine block (26). The heating element is used for quick heating of the internal combustion engine before and during its starting phase. The heating element is fixed to the outside of the engine block and has a thick film resistor. An independent claim is also included for the method of operating an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie ein Verfahren zum Betrieb einer entsprechenden Brennkraftmaschine mit den im Anspruch 10 genannten Merkmalen.The The invention relates to an internal combustion engine with liquid cooling the features mentioned in claim 1 and a method for operating a corresponding internal combustion engine with those mentioned in claim 10 Features.

Moderne Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge weisen oftmals so hohe Wirkungsgrade auf, dass eine nur geringe Menge an verfügbarer Abwärme zu Problemen hinsichtlich einer ausreichenden Fahrzeugbeheizung und/oder Klimatisierung führen kann. Der Zeitraum bis zum Erreichen der optimalen Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine ist dadurch ebenfalls verlängert. Dies betrifft insbesondere moderne Einspritzbrennkraftmaschinen mit Selbst- oder Fremdzündung. Bei solch wirkungsgradoptimierten Brennkraftmaschinen sind oftmals Zusatzaggregate wie bspw. ein elektrischer Zuheizer, eine Standheizung, eine Motorvorwärmung, ein Latentwärmespeicher oder dgl. notwendig, um bestehende Komfortansprüche zu gewährleisten und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch sowie den Emissionsausstoß zu reduzieren.modern Internal combustion engines for Motor vehicles often have such high levels of efficiency that a only a small amount of available waste heat problems with adequate vehicle heating and / or air conditioning. The period until the optimal operating temperature is reached the internal combustion engine is also extended. This particularly affects modern injection engines with auto or Spark ignition. With such efficiency-optimized internal combustion engines are often Additional units such as an electric auxiliary heater, an auxiliary heater, an engine preheater, a latent heat storage or the like is necessary to ensure existing comfort requirements and at the same time the Reduce fuel consumption and emissions.

Diese Zusatzaggregate erhöhen jedoch den Bauaufwand und verursachen erhebliche Zusatzkosten. Zudem weisen solche Systeme den Nachteil auf, dass in der Regel nur thermische Energie geliefert wird und der begrenzte Energieinhalt einer herkömmlichen Fahrzeugbatterie die Betriebsdauer vieler Komponenten einschränkt.This Increase additional units however, the construction effort and cause considerable additional costs. moreover Such systems have the disadvantage that they are usually only thermal Energy is delivered and the limited energy content of a conventional one Vehicle battery limits the operating life of many components.

Ein weiterer Nachteil der Zusatzaggregate besteht darin, dass sie auch im Stillstand des Fahrzeugs Abgasemissionen verursachen können, bspw. durch Betrieb eines Brenners einer kraftstoffbetriebenen Standheizung.On Another disadvantage of the additional units is that they too can cause exhaust emissions when the vehicle is at a standstill, e.g. through Operation of a burner of a fuel-operated parking heater.

Um eine ausreichende elektrische Energieversorgung sicherzustellen kann entweder die Fahrzeugbatterie vergrößert und/oder ein zusätzlicher Energielieferant vorgesehen werden, bspw. auf Basis einer Brennstoffzelle.Around ensure an adequate electrical power supply can either increase the vehicle battery and / or an additional energy supplier can be provided, for example based on a fuel cell.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung, die insbesondere als Fahrzeugantrieb geeignet ist, weist wenigstens eine zusätzliche Energieversorgungseinheit zur Erzeugung elektrischer Versorgungs- bzw. Bordenergie und/oder zur zumindest temporären Erzeugung elektrischer Energie zum Betrieb wenigstens eines an einem Motorblock angebrachten elektrischen Heizelements zur schnelleren Erwärmung der Brennkraftmaschine während bzw. vor ihrer Startphase auf. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist eine zusätzliche Energie versorgungseinheit auf, die auch als sogenannte APU (auxiliary power unit) bezeichnet werden kann. Die zusätzliche Energieversorgungseinheit ermöglicht eine optimale Nutzung von thermischer und elektrischer Energie während des Fahrzeugstillstandes bzw. vor oder während einer Startphase, bei der typischerweise der höchste Schadstoffausstoß stattfindet. Es kann damit eine Verbesserung des Kundenkomforts und der Fahrsicherheit sowie eine gleichzeitige Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen erreicht werden.A Internal combustion engine according to the invention Liquid cooling, the is particularly suitable as a vehicle drive, has at least an additional Power supply unit for generating electrical supply or onboard energy and / or for at least temporary generation of electrical Energy for operating at least one attached to an engine block electric heating element for faster heating of the internal combustion engine while or before their start phase. The internal combustion engine according to the invention has an additional Power supply unit, which is also known as an APU (auxiliary power unit). The additional power supply unit allows optimal use of thermal and electrical energy while the vehicle is at a standstill or before or during a start-up phase in which the highest pollutant emissions typically take place. It can thus improve customer comfort and driving safety as well as a simultaneous reduction in fuel consumption and exhaust emissions can be achieved.

Zudem kann eine solche Brennkraftmaschine in einem besonders problematischen ersten Zeitabschnitt eines normierten Fahrzyklus einen deutlich reduzierten Schadstoffausstoß liefern, so dass die Einhaltung gesetzlicher Abgas- und Verbrauchsgrenzwerte erleichtert wird. Moderne Prüfzyklen zur Schadstoffmessung von Kraftfahrzeugen beziehen einen Motorkaltstart mit ein. Während der ersten Betriebsminuten weist eine Brennkraftmaschine allerdings einen vielfach höheren Schadstoffausstoß auf als nach Erreichen der Betriebstemperatur. Wenn die Kaltstartphase verkürzt werden kann, reduziert sich der resultierende Gesamtausstoß an Schadstoffen erheblich.moreover can such an internal combustion engine in a particularly problematic a significantly reduced first period of a standardized driving cycle Deliver pollutant emissions, so that compliance with legal emissions and consumption limits is facilitated. Modern test cycles for a pollutant measurement of motor vehicles get an engine cold start with a. While an internal combustion engine shows the first minutes of operation a much higher one Emission on as after reaching the operating temperature. If the cold start phase is shortened can, the resulting total emission of pollutants is significantly reduced.

Das wenigstens eine elektrische Heizelement kann insbesondere an einer Außenseite des Motorblocks der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine angebracht sein. Vorzugsweise sind jedoch mehrere Heizelemente, insbesondere zwei, an der Außenseite des Motorblocks angebracht. Hiermit kann vor dem Start und während der Startphase eine schnellere Erwär mung der Brennkraftmaschine erreicht werden, so dass die Abgaswerte bereits nach kurzer Zeit günstigere Werte erreichen. Auch die Innenraumheizung eines Kraftfahrzeugs kann wesentlich früher effektiv arbeiten, wenn die Brennkraftmaschine schneller ihre Betriebstemperatur erreicht.The at least one electrical heating element can in particular on one outside of the engine block of the liquid-cooled internal combustion engine to be appropriate. However, there are preferably several heating elements, especially two, on the outside of the engine block attached. This can be used before and during the start Start phase a faster warming the internal combustion engine can be reached so that the exhaust gas values already cheaper after a short time Achieve values. The interior heating of a motor vehicle can be much earlier work effectively when the internal combustion engine is operating faster reached.

Das wenigstens eine Heizelement kann insbesondere einen Dickschichtwiderstand sowie ein Dielektrikum aufweisen. Vorzugsweise besteht das wenigstens eine Heizelement aus einer Trägerschicht, einer Dielektrikschicht, einer Widerstandsschicht und einer Deckschicht, die nacheinander in einem mehrschichtigen Aufbau aufgebracht sind. Die Trägerschicht kann insbesondere eine metallische Trägerschicht sein, mittels derer das Heizelement am Motorblock der Brennkraftmaschine angebracht ist. Die metallische Trägerschicht kann bspw. mit einem Aluminiummotorblock vergossen oder verpresst werden. Vorzugsweise ist das Heizelement in der Nähe von Brennräumen der Brennkraftmaschine angeordnet, so dass eine möglichst schnelle Erwärmung der Brennkraftmaschine in der Startphase erfolgen kann.The at least one heating element can in particular have a thick-film resistor and a dielectric. The at least one heating element preferably consists of a carrier layer, a dielectric layer, a resistance layer and a cover layer, which are applied in succession in a multilayer structure. The carrier layer can in particular be a metallic carrier layer, by means of which the heating element is attached to the engine block of the internal combustion engine. The metallic carrier layer can, for example, be cast or pressed with an aluminum engine block. The heating element is preferably arranged in the vicinity of combustion chambers of the internal combustion engine, so that the heating of the Internal combustion engine can take place in the starting phase.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Brennkraftmaschine eine separat betreibbare Umwälzpumpe für die Kühlflüssigkeit aufweist. Hierdurch kann der gesamte Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine nach Einschalten der Heizelemente erwärmt und gleichmäßig in der Brennkraftmaschine sowie in den Kühlleitungen verteilt werden. Hierdurch wird vermieden, dass eine örtlich begrenzte Erwärmung nur des Motorblocks stattfindet und der übrige Kühlkreislauf durch Konvektion erwärmt wird, was gegenüber einer Umwälzung mit einer, separat betreibbaren Umwälzpumpe wesentlich länger dauern würde. Die Umwälzpumpe kann insbesondere elektrisch betrieben werden und nach einiger Zeit, nachdem die Startphase beendet ist, abgeschaltet werden.A Another embodiment of the invention provides that the internal combustion engine a separately operated circulation pump for the Has coolant. As a result, the entire cooling circuit of the Internal combustion engine warmed up after switching on the heating elements and evenly in the Internal combustion engine and be distributed in the cooling lines. hereby it is avoided that a local limited warming only the engine block takes place and the rest of the cooling circuit by convection is heated what opposite a revolution take much longer with a separately operated circulation pump would. The circulation pump can in particular be operated electrically and after some time after the start phase has ended, be switched off.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass weitere Antriebsaggregate eines Kraftfahrzeugs während der Startphase der Brennkraftmaschine mittels weiterer Heizelemente temperierbar sind. Solche weiteren Antriebsaggregate können insbesondere ein Getriebe oder dgl. sein, die eine Schmiermittelfüllung aufweisen. Bei schnellerer Erwärmung der Schmiermittelfüllung sinkt die zur Überwindung der erhöhten Ölviskosität notwendige Antriebsenergie der Brennkraftmaschine.A Another embodiment of the invention provides that further drive units of a motor vehicle during the starting phase of the internal combustion engine by means of further heating elements are temperable. Such further drive units can in particular a transmission or the like., Which have a lubricant filling. With faster warming the lubricant filling sinks to overcome the increased oil viscosity required drive energy the internal combustion engine.

Weiterhin kann die Energieversorgungseinheit eine Flüssigkeitskühlung sowie einen Wärmetauscher aufweisen, der mit einem Motorkühlkreislauf und/oder mit einem Getriebekühlkreislauf der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Hierdurch kann die Abwärme der Energieversorgungseinheit zur weiteren Erwärmung der Brennkraftmaschine oder anderer Aggregate genutzt werden.Farther the power supply unit can use liquid cooling and a heat exchanger have, which with an engine cooling circuit and / or with a gearbox cooling circuit the internal combustion engine is coupled. This can the waste heat Power supply unit for further heating the internal combustion engine or other units can be used.

Die zusätzliche Energieversorgungseinheit, die sogenannte APU, kann bspw. auf Basis einer Brennstoffzelle, eines Verbrennungsmotors oder einer Dampfmaschine oder dgl. aufgebaut sein. Die Abwärme der APU kann gleichzeitig über einen speziellen Wärmetauscher zur Aufwärmung von Motor- bzw. Automatikgetriebeöl und zur Aufladung der Fahrzeugbatterie bzw. zu deren Erwärmung verwendet werden. Ein Teil der elektrischen Energie der APU kann für die Aufwärmung der Motorstruktur und des Kühlwassers mit Hilfe von Heizelementen mit Dickschichtwiderstand verwendet werden. Der restliche Anteil der elektrischen Energie kann insbesondere dem Betrieb von Umwälzpumpen, zur Scheibenenteisung, insbesondere zur Frontscheibenbeheizung mit hoher Leistung (42 Volt, bis ca. 1,5 kW), zur Sitzbeheizung und dgl. dienen. Insgesamt ergeben sich damit deutliche Verbesserungen hinsichtlich eines Kundenkomforts, der Fahrzeugsicherheit, der Verbrauchs- und Emissionsreduzierung im Sommer- und Winterbetrieb eines Fahrzeugs. Die Fahrzeugsicherheit kann bspw. durch Verhinderung eines Scheibenbeschlags bzw. durch deren Enteisung erhöht werden. Es ergeben sich deutliche Verbrauchsreduzierungen im Sommer- wie auch im Winterfahrbetrieb. Die Emissionen können deutlich reduziert werden, der Kundenkomfort erhöht sich durch eine Vorheizung bzw. Kühlung des Fahrzeuginnenraums.The additional Energy supply unit, the so-called APU, can be based, for example a fuel cell, an internal combustion engine or a steam engine or the like. The waste heat from the APU can be released simultaneously special heat exchanger for warming up of engine or automatic transmission oil and for charging the vehicle battery or to warm them be used. Part of the electrical energy of the APU can for the warming the engine structure and the cooling water used with the help of heating elements with thick film resistance become. The rest of the electrical energy can in particular the operation of circulation pumps, for window defrosting, especially for windscreen heating with high power (42 volts, up to approx. 1.5 kW), for seat heating and Like. Serve. Overall, there are significant improvements in terms of customer comfort, vehicle safety, consumption and emission reduction in summer and winter operation of a vehicle. Vehicle safety can be prevented, for example, by preventing window fogging or increased by defrosting. There are significant reductions in consumption in summer as well also in winter driving. Emissions can be reduced significantly customer comfort increases by preheating or cooling the vehicle interior.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung, die insbesondere als Fahrzeugantrieb vorgesehen ist und die wenigstens eine zusätzliche Energieversorgungseinheit zur Erzeugung elektrischer Bordenergie und/oder zur zumindest temporären Erzeugung elektrischer Energie zum Betrieb wenigstens eines an einem Motorblock angebrachten elektrischen Heizelements aufweist, sieht vor, dass während und/oder einer Startphase der Brennkraftmaschine mittels des wenigstens eines Heizelements der Motorblock und/oder ein Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine erwärmt wird. Dies kann insbesondere dadurch erfol gen, dass eine separat betreibbare Umwälzpumpe im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine während der Startphase für eine Umwälzung der Kühlflüssigkeit sorgt. Zusätzlich kann in der Startphase mittels zusätzlicher Heizelemente ein Motor- und/oder Getriebeschmiermittelkreislauf erwärmt werden.On inventive method for operating an internal combustion engine with liquid cooling, in particular as Vehicle drive is provided and the at least one additional Power supply unit for generating electrical on-board energy and / or for at least temporary Generation of electrical energy for operating at least one on one Has engine block attached electrical heating element sees before that during and / or a starting phase of the internal combustion engine by means of the at least one Heating element of the engine block and / or a cooling circuit of the internal combustion engine heated becomes. In particular, this can be done by having a separate operable circulation pump in the cooling circuit the engine during the start phase for a revolution the coolant provides. additionally can in the start phase by means of additional heating elements an engine and / or Gear lubricant circuit to be heated.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den abhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen.Further advantageous refinements of the invention result from the remaining in the dependent claims mentioned features.

Die Erfindung wird nachfolgend in bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:The In the following, the invention is described in preferred exemplary embodiments on the basis of the associated drawings explained in more detail. there shows:

1 ein schematisches Schaubild zur Verdeutlichung der thermischen Energieströme zwischen einer Brennkraftmaschine und einer zusätzlichen Energieversorgungseinheit, 1 1 shows a schematic diagram to illustrate the thermal energy flows between an internal combustion engine and an additional energy supply unit,

2 eine schematische Schnittdarstellung einer Brennkraftmaschine mit daran angeordneten elektrischen Heizelementen, 2 2 shows a schematic sectional illustration of an internal combustion engine with electrical heating elements arranged thereon,

3 den Aufbau eines elektrischen Heizelements anhand einer schematischen Schnittdarstellung und 3 the construction of an electrical heating element based on a schematic sectional view and

4 eine schematische Draufsicht auf ein elektrisches Heizelement gemäß 2 bzw. 3. 4 is a schematic plan view of an electrical heating element according to 2 respectively. 3 ,

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription of the embodiments

1 verdeutlicht in einem schematischen Blockschaltbild die Verschaltung einer zusätzlichen Energieversorgungseinheit 10 mit einem Kühlkreislauf 12 einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) zur Nutzung der thermischen Energie der zusätzlichen Energieversorgungseinheit 10. Die Energieversorgungseinheit 10 weist einen separaten Kühlmittelkreislauf 14 auf, der mittels einer Umwälzpumpe zwischen der Energieversorgungseinheit 10 und einem Wärmetauscher 18 ausgetauscht werden kann. 1 illustrates the interconnection of an additional power supply unit in a schematic block diagram 10 with a cooling circuit run 12 an internal combustion engine (not shown) for using the thermal energy of the additional energy supply unit 10 , The power supply unit 10 has a separate coolant circuit 14 on the by means of a circulation pump between the power supply unit 10 and a heat exchanger 18 can be exchanged.

Der Wärmetauscher 18 kann insbesondere ein kompakter Stapelscheibenwärmetauscher oder dgl. sein. Der Wärmetauscher 18 sorgt für einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittelkreislauf 14 der Energieversorgungseinheit 10 und dem Kühlkreislauf 12 der Brennkraftmaschine. Zusätzlich können Anschlüsse für weitere Aggregate der Brennkraftmaschine vorgesehen sein, wie bspw. ein Getriebekühlkreislauf 20 oder dgl.The heat exchanger 18 can in particular be a compact stacked-plate heat exchanger or the like. The heat exchanger 18 ensures heat exchange between the coolant circuit 14 the power supply unit 10 and the cooling circuit 12 the internal combustion engine. In addition, connections can be provided for further units of the internal combustion engine, such as a transmission cooling circuit 20 or the like

Eine elektrische Batterie 22 zur Pufferung der von der Energieversorgungseinheit 10 gelieferten elektrischen Energie kann zusätzlich erwärmt werden, was durch entsprechende Pfeile angedeutet ist. Die Darstellung der 1 verdeutlicht somit das Thermomanagement der mit der Energieversorgungseinheit 10 ausgerüsteten Brennkraftmaschine. Hierbei wird die thermische Abwärme, die beim Betrieb der zusätzlichen Energieversorgungseinheit 10 anfällt, mittels des Kompaktwärmetauschers 18 für die Erwärmung von Motor- oder Getriebeöl verwendet. Gleichzeitig kann mit dem Wärmetauscher 18 das Öl im Kühlleistungsfall über den Fahrzeugkühlkreislauf 12 gekühlt werden. Die Ausführung des Kühlers gestattet die thermische Kopplung der Kühlkreisläufe bei Trennung der Medienströme und somit den Betrieb der jeweiligen Kreisläufe mit unterschiedlichen Kühlmedien.An electric battery 22 to buffer the from the power supply unit 10 supplied electrical energy can also be heated, which is indicated by corresponding arrows. The representation of the 1 thus illustrates the thermal management of the with the energy supply unit 10 equipped internal combustion engine. This is the thermal waste heat generated during the operation of the additional energy supply unit 10 occurs, by means of the compact heat exchanger 18 used for heating engine or gear oil. At the same time, with the heat exchanger 18 the oil in the cooling performance case via the vehicle cooling circuit 12 be cooled. The design of the cooler permits the thermal coupling of the cooling circuits when the media flows are separated and thus the operation of the respective circuits with different cooling media.

2 zeigt eine beispielhafte Anbringung von elektrischen Heizelementen 24 am Motorblock 26 einer Brennkraftmaschine 28, die eine Flüssigkeitskühlung mit einem im Motorblock 26 angeordneten Kühlflüssigkeitsmantel 30 aufweist. Im Kühlflüssigkeitsmantel 30 befindet sich ein Kühlmedium 32, das typischerweise eine wasserhaltige Flüssigkeit sein kann. 2 shows an exemplary attachment of electrical heating elements 24 on the engine block 26 an internal combustion engine 28 that have a liquid cooling with one in the engine block 26 arranged coolant jacket 30 having. In the coolant jacket 30 there is a cooling medium 32 , which can typically be an aqueous liquid.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei elektrische Heizelemente 24 zu beiden Seiten des Motorblocks 26 angeordnet, die mittels der von der Energieversorgungseinheit gelieferten elektrischen Energie versorgt werden. Insbesondere während einer Startphase der Brennkraftmaschine 28 werden die elektrischen Heizelemente 24 mit elektrischer Energie beaufschlagt und sorgen damit für eine schnellere Erwärmung des Kühlmediums 32 der Brennkraftmaschine 28 während einer Startphase.In the exemplary embodiment shown there are two electrical heating elements 24 on both sides of the engine block 26 arranged, which are supplied by means of the electrical energy supplied by the energy supply unit. In particular during a starting phase of the internal combustion engine 28 become the electric heating elements 24 charged with electrical energy and thus ensure faster heating of the cooling medium 32 the internal combustion engine 28 during a starting phase.

Hierzu wird vorzugsweise das Kühlmedium 32 zusätzlich mittels einer elektrisch betreibbaren Umwälzpumpe (nicht dargestellt) umgewälzt, so dass in kurzer Zeit das gesamte Kühlmedium 32 erwärmt wird, was zu einer schnellen Erwärmung der Brennkraftma schine 28 und zu einer Verringerung des Schadstoffausstoßes sowie des Kraftstoffverbrauchs führt.For this purpose, the cooling medium is preferably used 32 additionally circulated by means of an electrically operated circulation pump (not shown), so that the entire cooling medium is produced in a short time 32 is heated, which leads to rapid heating of the internal combustion engine 28 and leads to a reduction in pollutant emissions and fuel consumption.

Die Heizelemente 24 können insbesondere einen Dickschichtwiderstand aufweisen, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist.The heating elements 24 can in particular have a thick film resistance, as shown in the 3 and 4 is shown.

3 zeigt in einer Schnittdarstellung den Aufbau eines elektrischen Heizelements 24, das eine Trägerschicht 36 zur Verbindung mit dem Motorblock 26 sowie darauf aufgebrachte weitere Schichten aufweist. Auf der Trägerschicht 36 sind ein Dielektrikum 38, die eigentliche Widerstandsschicht 34 sowie eine umhüllende Deckschicht 40 zur Isolierung aufgebracht. Die Trägerschicht 36 kann insbesondere aus Metall bestehen. Vorzugsweise ist die Trägerschicht 36 formschlüssig mit einer Außenseite des Motorblocks 26 verbunden, um einen optimalen Wärmeübergang zu ermöglichen. Die Trägerschicht 36 kann insbesondere aus Stahl bestehen und mit dem aus Leichtmetall (bspw. einer Aluminiumlegierung) oder aus Stahl bestehenden Motorblock verklebt, vernietet, verschraubt oder verpresst sein. 3 shows in a sectional view the structure of an electrical heating element 24 which is a backing layer 36 for connection to the engine block 26 as well as further layers applied thereon. On the backing 36 are a dielectric 38 , the actual resistance layer 34 as well as an enveloping cover layer 40 applied for insulation. The backing layer 36 can in particular consist of metal. The carrier layer is preferably 36 form-fitting with an outside of the engine block 26 connected to enable optimal heat transfer. The backing layer 36 can in particular consist of steel and be glued, riveted, screwed or pressed to the engine block made of light metal (for example an aluminum alloy) or steel.

Die schematische Draufsicht der 4 verdeutlicht die Anordnung des in mehreren Schleifen mäanderförmig auf die Dielektrikumsschicht 38 aufgebrachten Dickschichtwiderstands 34, der über elektrische Zuleitungen 42 mit elektrischer Energie von der Zusatzenergieversorgungseinheit 10 versorgt werden kann.The schematic top view of the 4 illustrates the arrangement of the meandering in several loops on the dielectric layer 38 applied thick film resistance 34 that has electrical leads 42 with electrical energy from the auxiliary power supply unit 10 can be supplied.

In der Startphase kann das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine über eine elektrisch betriebene Zu satzwasserpumpe (nicht dargestellt) bis zu einer Planfläche zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf mit Kühlmedium 32 befüllt werden, so dass über Wärmeleitung die Motorstruktur und das Kühlmedium erwärmt werden. Die Erwärmung wird vorzugsweise sowohl im Sommer- wie auch im Winterbetrieb des Fahrzeugs durchgeführt um Wandwärme und Reibungsverluste des Motors zu minimieren. Die Minimierung dieser Verluste bedeutet eine Gewinn an nutzbarer mechanischer Energie bei gleichzeitiger Reduzierung von Verbrauch und Emissionen. Im Winterbetrieb kann die von der zusätzlichen Energieversorgungseinheit 10 gelieferte elektrische Leistung zusätzlich für den Betrieb von Sitzheizungen und Scheibenenteisung oder dgl. verwendet werden. Überschüssige elektrische Leistung kann über die Zusatzheizelemente für die Erwärmung von Motor- bzw. Automatikgetriebeöl und eine Unterstützung des Heizkreislaufs genutzt werden.In the starting phase, the crankcase of the internal combustion engine can be cooled by an electrically operated auxiliary water pump (not shown) up to a flat surface between the crankcase and the cylinder head 32 be filled so that the motor structure and the cooling medium are heated via heat conduction. The heating is preferably carried out both in summer and in winter operation of the vehicle in order to minimize wall heat and friction losses of the engine. The minimization of these losses means a gain in usable mechanical energy while reducing consumption and emissions. In winter operation, the additional energy supply unit 10 supplied electrical power can also be used for the operation of seat heating and window defrosting or the like. Excess electrical power can be used via the additional heating elements to heat engine or automatic transmission oil and to support the heating circuit.

Die zusätzliche Energieversorgungseinheit 10 wird auch als APU (Auxiliary Power Unit) bezeichnet und kann bspw. eine Brennstoffzelle, ein Verbrennungsmotor, eine Dampfmaschine o. dgl. sein.The additional power supply unit 10 is also referred to as APU (Auxiliary Power Unit) and can, for example, a fuel cell, a combustion be a motor, a steam engine or the like.

Claims

Internal combustion engine with liquid cooling, in particular as a vehicle drive, with at least one additional energy supply unit ( 10 ) for generating electrical supply energy and / or for at least temporarily generating electrical energy for operating at least one electrical heating element attached to an engine block ( 24 ) for faster heating of the internal combustion engine ( 28 ) before or during their start phase.

Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the at least one electric heating element ( 24 ) on the outside of the engine block ( 26 ) the liquid-cooled internal combustion engine ( 28 ) is attached.

Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one heating element ( 24 ) a thick film resistor ( 34 ) having.

Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one heating element ( 24 ) a dielectric ( 38 ) having.

Internal combustion engine according to claim 3 or 4, characterized in that the at least one heating element ( 24 ) a multi-layer structure, consisting of a carrier layer ( 36 ), a dielectric layer ( 38 ), a resistance layer ( 34 ) and a top layer ( 40 ) having.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating element ( 24 ) near combustion chambers of the internal combustion engine ( 28 ) is arranged.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine ( 28 ) a separately operated circulation pump for the cooling medium ( 32 ) having.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that further drive units of a motor vehicle before or during the starting phase of the internal combustion engine ( 28 ) with additional heating elements ( 24 ) can be tempered.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the energy supply unit ( 10 ) liquid cooling and a heat exchanger ( 18 ) with a motor cooling circuit ( 12 ) and / or with a gearbox cooling circuit ( 20 ) of the internal combustion engine ( 28 ) is coupled.

Method for operating an internal combustion engine ( 28 ) with liquid cooling, which is provided in particular as a vehicle drive, and the at least one additional energy supply unit ( 10 ) for generating electrical supply energy and / or for at least temporarily generating electrical energy for operating at least one on an engine block ( 26 ) attached electrical heating element ( 24 ), wherein before and / or during a starting phase of the internal combustion engine ( 28 ) by means of the at least one heating element ( 24 ) the engine block ( 26 ) and / or a cooling circuit ( 12 ) of the internal combustion engine ( 28 ) is heated.

A method according to claim 10, characterized in that a separately operated circulation pump in the cooling circuit ( 12 ) of the internal combustion engine ( 28 ) before or during the start phase for a circulation of the cooling medium ( 32 ) cares.

A method according to claim 10 or 11, characterized in that before or in the starting phase by means of additional heating elements ( 24 ) an engine and / or gear lubricant circuit ( 20 ) is heated.

Method according to one of Claims 10 to 12 for operating an internal combustion engine ( 28 ) according to at least one of claims 1 to 9.