DE19548120C1 - Motorvorwärmung für ein Hybrid-Fahrzeug - Google Patents

Motorvorwärmung für ein Hybrid-Fahrzeug

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    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorvorwärmung für ein Hybrid- Fahrzeug gemäß dem Patentanspruch 1.
Bei Fahrzeugen mit einem Hybrid-Antrieb handelt sich um einen Fahrzeugantrieb, bei dem mehrere Antriebsarten im Wechsel oder nebeneinander wirken können, wie es z. B. aus der DE 42 17 668 C2 bekannt ist. Beispielsweise dient ein Elektromotor als Fahrantrieb, der mit einem Verbrennungsmotor mit Generator zusammenwirkt, um Strom zu erzeugen, der in wenigstens einem Akkumulator gespeichert wird. Derartige Hybrid-Antriebe sollen den Vorteil aufweisen, weniger Schadstoffe, insbesondere während der Kaltlaufphase des Verbrennungsmotors, auszustoßen.
Aus der DE-OS 25 18 156 ist eine Motorvorwärmung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der die Vorwärmung der Verbrennungsluft mittels einer Flammglühkerze in einem Saugrohr während der Startphase erfolgt. Diese Flammglühkerze ist in einer örtlichen, auf einen Teil des Umfanges beschränkten Ausbuchtung des Luftsaugrohres angeordnet. Diese Ausbuchtung ist mit einem Lochblech abgeschlossen, so daß die Flamme gegenüber einem pulsierenden Druck im Luftsaugrohr abgeschirmt werden kann und andererseits zumindest teilweise aus den Öffnungen des Lochbleches gut verteilt heraustreten kann ohne abzureißen.
Eine derartige Anlaßhilfe bzw. Vorwärmung der Ansaugluft bei tiefen Temperaturen weist zwar den Vorteil auf, daß sich eine kurze Hochlaufzeit bis zur Lastannahme bei verhältnismäßig geringer Rauchentwicklung ergibt. Da diese Anlaßhilfe jedoch erst dann zum Einsatz kommen kann, wenn die Brennkraft­ maschine sich bereits in der Kaltlaufphase befindet, ist dennoch eine hohe Rohemission an Schadstoffen gegeben.
Aus dem Stand der Technik sind desweiteren Vorrichtungen zur Vorheizung des Kühlwassers bekannt. Diese weisen jedoch den Nachteil auf, daß relativ viel Heizenergie benötigt wird, um die Brennraumwände zu beheizen, da zwangsweise große Teile des Verbrennungsmotors sowie dessen gesamter Kurzschlußwasserkreislauf mit erwärmt werden muß. Dadurch bleiben auch die Brennraumtemperaturen unterhalb der Öffnungstemperatur des Kühlwassersthermostaten. Somit ist auch der Einsatz von derartigen Standheizungen bzw. Vorheizvorrichtungen nicht zufriedenstellend.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Verbrennungsmotor vor dem Start so vorzuheizen, daß dieser von dem Beginn der Inbetriebnahme an eine geringe Rohemission an Schadstoffen erzeugt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Motorvorwärmung für ein Serien-Hybrid-Fahrzeug mit einem Elektromotor, einem Verbrennungsmotor mit Generator, der beim Start als Anlasser verwendet wird, weist den Vorteil auf, daß zunächst ein Elektromotor als Fahrantrieb dient. Damit kann während der Startphase der Verbrennungsmotor unbefeuert geschleppt werden. In dem Saugrohr des Verbrennungsmotors ist eine Heizvorrichtung angeordnet, die in der Startphase betrieben wird, wodurch die das Saugrohr durchströmende Verbrennungsluft aufgeheizt werden kann. Damit nun eine schnelle und unmittelbare Vorwärmung des Verbrennungsmotors erfolgt, wird dieser vom Generator unbefeuert geschleppt. Die erwärmte Ansaugluft wird zwangsweise durch den geschleppten Betrieb des Verbrennungsmotors den Brennräumen des Verbrennungsmotores zugeführt und durchströmt die Brennräume. Dies hat den Vorteil, daß primär alle den Brennraum bildenden Komponenten, wie die Brennraumwände und zumindest der Kolbenboden primär aufgeheizt werden, und sekundär die Kühlmittel als auch Schmiermittel sowie eine Abgasanlage und ein in der Abgasanlage enthaltender Katalysator aufgewärmt werden. Somit kann bereits nach einer kurzen Anlaufphase der Verbrennungsmotor in Betrieb genommen werden, der aufgrund der primären Vorheizung in dem Brennraum einen höheren Wirkungsgrad der Verbrennung aufweist und zu einem geringeren Ausstoß an Schadstoffen führen kann und überdies sofort auf die Nennleistung gebracht werden kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß eine Bypassleitung zu der Heizvorrichtung vorgesehen ist. Dadurch kann in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsphasen die Verbrennungsluft direkt über die Heizvorrichtung zu dessen Aufheizung geführt werden oder über die Bypassleitung teilweise oder vollständig vorbeigeleitet werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Heizeinrichtung von Einspritzventilen entfernt angeordnet ist oder jeweils ein das Einspritzventil abschirmendes Hitzeschild vorgesehen ist, damit ein Durchzünden verhindert werden kann. Darüber hinaus werden die Einspritzventile den hohen Temperaturen einer offenen Brennerflamme der Heizvorrichtung nicht ausgesetzt. Die Heizeinrichtung kann auch nach erfolgtem Start der Verbrennungsmaschine, das heißt bei eigener Befeuerung, mit reduzierter Leistung weiterbetrieben werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein die Heizvorrichtung aufnehmender Bereich der Sauganlage des Verbrennungsmotors als Teil eines Wärmetauschers einer Kühlwasservorwärmung einsetzbar ist. Dadurch kann die im Wandbereich der Heizvorrichtung abstrahlende Wärme zusätzlich genutzt werden, um das Kühlmittel aufzuheizen. Desweiteren kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß auch das Schmiermittel zumindest teilweise entlang dem Bereich der Heizvorrichtung geführt werden kann, so daß auch dieses nach einem Wärmetauscher­ prinzip erwärmt werden kann.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Motorvorwärmung für einen Verbrennungs­ motor eines Hybrid-Fahrzeuges.
In Fig. 1 ist eine Motorvorwärmung 11 für einen Verbrennungsmotor 12 eines Hybrid-Fahrzeuges dargestellt. Die weiteren Komponenten des Hybrid-Fahrzeuges, wie beispielsweise ein Elektromotor als Fahrantrieb und ein Generator des Verbrennungsmotors, um Strom zu erzeugen sowie Akkumulatoren, um den erzeugten Strom zu speichern, sind in dieser Figur nicht dargestellt.
In einem Saugrohr 13 wird Verbrennungsluft dem Verbrennungsmotor 12 zugeführt. Diese durchströmt einen Luftfilter 14 und einen stromab des Luftfilters 14 liegenden Luftmengenmesser 16. Stromab des Luftmengenmessers 16 ist die Motorvorwärmung 11 angeordnet, die parallel zu einer Bypassleitung 17 mit einer Bypassklappe 18 in dem Saugrohr 13 angeordnet ist.
Die Motorvorwärmung 11 weist eine Heizvorrichtung 19 auf, die als Brenner ausgebildet ist. Das Saugrohr 13 weist zur Aufnahme der Heizvorrichtung 19 eine Ausbuchtung 21 auf, in der die Heizvorrichtung 19 angeordnet ist. Bei geschlossener Bypassklappe 18 strömt die Verbrennungsluft zur Heizvorrichtung 19 und wird durch die offene Brennerflamme aufgeheizt, bevor die Verbrennungsluft in einen Brennraum des Verbrennungsmotors gelangt.
Die Heizvorrichtung 19 ist in der Ausbuchtung 21 derart angeordnet, daß eine offene Brennerflamme nicht bis zu den Einspritzventilen 22 gelangen kann, sofern die Heizvorrichtung 19 nach erfolgtem Start der Verbrennungsmaschine 12 noch weiterbetrieben werden soll. Dadurch kann eine Überhitzung und zu hohe Temperaturbelastung der Einspritzventile 22 ausbleiben.
Bei einem als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungsmotor 12 ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Einspritzventile 22 gegen die Hitze des Verbrennungsgases beständig sind bzw. abgeschirmt gestaltet sind. Dafür kann ein den Einspritzventilen 22 vorgeschaltetes und dieses abschirmendes Hitzeschild in dem Saugrohr 13 vorgesehen sein.
In einer Warmlaufphase des Hybrid-Fahrzeuges ist zunächst der Elektromotor als Fahrantrieb im Einsatz. Durch eine Wirkverbindung zwischen Elektromotor und Verbrennungsmotor 12 wird der unbefeuerte Verbrennungsmotor 12 mitgeschleppt, wodurch die aufgeheizte Verbrennungsluft zwangsweise in die Brennräume des Verbrennungsmotors 12 eingezogen werden. Dadurch können Brennräume und Kolben des Verbrennungsmotores 12 vorgewärmt und aufgeheizt werden. Nachdem eine bestimmte Aufwärmtemperatur in den Brennräumen des Verbrennungsmotors 12 erreicht worden ist, wird der Verbrennungsmotor 12 in Betrieb genommen. Dabei kann vorgesehen sein, daß während eines Teillastbetriebes die Heizvorrichtung 19 weiterbetrieben wird, um zusätzlich eine weitere schnelle Erhöhung der Brennraumtemperatur zu erzielen.
Bei dem Weiterbetreiben der Heizvorrichtung 19 nach Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors 12 ist bei Vollastbetrieb des Verbrennungsmotors 12 zu berücksichtigen, daß dem Verbrennungsmotor 12 um die Menge weniger Kraftstoff zugeführt wird, die zuvor im Saugrohr 13 schon verbrannt wurde.
Nachdem die Verbrennungsluft aus den Brennräumen des Verbrennungsmotors 12 austritt, gelangt diese über eine Abgasanlage 23 in die Umgebung. In der Abgasanlage 23 ist zumindest ein Katalysator 24 oder Rußfilter (beim Diesel) und ein stromab liegender Schalldämpfer 26 vorgesehen.
Stromauf des Katalysators 24 oder im Katalysator kann vorteilhafterweise eine elektrische Heizeinrichtung 27 vorgesehen sein, die beispielsweise in einer späten Vorwärmphase des Verbrennungsmotors 12, d. h. kurz bevor der Verbrennungsmotor 12 in Betrieb genommen wird, zusätzlich eingeschaltet werden kann. Dadurch kann die Katalysatortemperatur zusätzlich gesteigert werden, wodurch die Emission an Schadstoffen weiter verringert werden kann. Die elektrische Heizleistung bleibt aber erfindungsgemäß gering, weil die Vorheizung vom Brenner stammt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß im Bereich der Ausbuchtung 21 ein Wärmetauscher für Kühlmittel vorgesehen ist (nicht dargestellt) . Ebenso kann ein Wärmetauscher vorgesehen sein, der von Schmiermitteln durchströmt wird. Dadurch kann die im Bereich der Ausbuchtung 21 abstrahlende Wärme der Heizvorrichtung 19 genutzt werden und zur weiteren Vorwärmung von Kühlmittel als auch Schmierstoffen vorteilhaft genutzt werden.
Das Prinzip der Vorwärmung des Verbrennungsmotors 12 im unbefeuerten Zustand, wobei aufgeheizte Verbrennungsluft dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, kann auch bei anderen Anordnungen für Fahrantriebe vorgesehen sein.
Die Heizvorrichtung 19 kann auch bei konventionellen Fahrzeugen verwendet werden, wenn der Vorheizvorgang ähnlich der Dieselvorglühprozedur automatisiert ist. Das Schleppen des Motors im unbefeuerten Zustand erfolgt dann durch den Anlasser. Dadurch kann der Schadstoffausstoß, der unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine am größten ist, stark verringert werden. Der Startvorgang ist nur möglich, wenn kein Gang eingelegt ist, um die Betriebssicherheit zu gewähren.

Claims (8)

1. Motorvorwärmung für ein Hybrid-Fahrzeug, das einen Elektromotor als Fahrantrieb und einen Verbrennungsmotor (12) mit Generator aufweist, um Strom zu erzeugen und mit einem Akkumulator, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (12) in einer Warmlaufphase unbefeuert von dem Generator geschleppt wird und die von einer in einem Saugrohr (13) des Verbrennungsmotors (12) angeordneten Heizvorrichtung (19) aufgeheizten Gase den Brennräumen des Verbrennungsmotors (12) zuführbar sind.
2. Motorvorwärmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (19) als Brenner ausgebildet ist.
3. Motorvorwärmung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Saugrohr (13) parallel zur Heizvorrichtung (19) eine Bypassleitung (17) vorgesehen ist.
4. Motorvorwärmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungsmaschine (12) ein die Einspritzventile (22) abschirmendes Hitzeschild vorgesehen ist.
5. Motorvorwärmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Heizvorrichtung (19) aufnehmender Bereich (21) des Saugrohres (13) als Teil eines Wärmetauschers einer Kühlmittel- und/oder Schmiermittelvorwärmung einsetzbar ist.
6. Motorvorwärmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (19) nach Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors (12) im Teillastbetrieb betreibbar ist.
7. Motorvorwärmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Abgasanlage (23) vor einem Abgaskatalysator (24) eine elektrische Heizvorrichtung (27) vorgesehen ist.
8. Motorvorwärmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (12) von einem Anlasser unbefeuert geschleppt wird.
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