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Beschreibung' Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine
Schnell-Aufwärme-Vorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine und läßt sich beispielsweise
in einem Automobil anbringen. Insbesonderebetrifft die Erfindung eine Schnell-Aufwärme-Vorrichtung
mit einer Verbrennungs-Eeiævorrichtung zum Aufheizen eines wärmeübertragenden Mediums,
das in einem Kreislauf zirkuliert, der im Motorblock unabhängig von dem Motor-Kühlsystem
verläuft.
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Es wurden bereits vielfältige Schnell-Aufwärme-orrichtungen für Verbrennungsmotoren
entwickelt, die zu besseren Start-Charakteristi B des Motors fuhren sollen. tblicherweise
ist eine elektrische Heizvorrichtung in das Motor-Kühlsystem eingesetzt, und zwar
in den Kühlwasserkreilauf des Motorblocks. Eine solche elektrische Heizvorrichtung
ist ferner zum Aufheizen des Schmieröls in der Ölwanne angebracht. Solche konventionellen
Vorrichtungen sind insofern nachteilig, da sie beim Aufwärmen einen hohen Stromverbrauch
und einen schlechten Wirkungsgrad haben. Daraus resultiert auch eine Verlängerung
der Kaltlaufphase des Motors zwischen dem Start und einem stabilisierten Motorbetrieb,
wodurch sich eine große Brennstoffvergeudung ergibt.
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Es ist deshalb ein Gegenstand vorliegender Erfindung, eine Schnell-Aufwärme-Vorrichtung
zu schaffen, mit der die Aufwärinzeit des Motors verkürzt wird und durch die der
Brennstoffverbrauch im Leerlauf des Motors reduziert oder eliminiert wird.
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Dieses Ziel wird mit einer erfindungsgemäßen Schnell-Aufwärme-Vorrichtung
erreicht, bei der ein Schnell-Aufwärme-Kreislauf mit einer Verbrennungs-Heizvorrichtung
vorgesehen ist. Der Kreislauf enthält ferner Mittel zum Erwärmen des Schmieröls,
wobei hierzu die von der Reizvorrichtung abgegebene Wärme eingesetzt wird. Der Aufwärme-Kreislauf
ist unabhängig von dem Motor-Eühlsystem angeordnet, damit die Menge des wärmeübertragenden
Mediums, die erhitzt werden muß und in dem Aufwärme-Kreislauf zirkuliert, gering
sein kann Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Schnell-Aufwärme-Vorrichtung
für eine Verbrennungsmaschine vorgesehen, welche einen zum Zirkulieren eines Motor-Kühlmittels
bestimmten Wasserkreislauf im Motorblock, ferner einen Kühler sowie einen Kühlmittelkreislauf
zwischen dem Kühlkreislauf im Motorblock und dem Kühler aufweist Ein Schnell-Aufwärme-Rreislauf
ist mit dem Eühlwasserkreislauf im Motorblock verbunden. Eine externe Verbrennunge-Heizvorrichtung
ist einem Wärmetauscherabschnitt des Schnell-Aufwärme-Kreislaufs gegenübergesetzt,
um die zum Aufwärmen notwendige Hitze zu erzeugen. Eine UmlauSpumpe treibt ein Medium
durch den Schnell-Aufwärme-Ereislauf und den Kühlwasserkreislauf im Motor.
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Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgende detaillierte
Beschreibung besser verstärdlich, in der unter Hinweis auf die beiliegenden Zeifihnungen
bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden. Diese Ausführungsformen
sollen nur zum besseren Verständnis der Erfindung herangezogen werden, ohne daß
die Erfindung darauf beschränkt ist.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Schnell-Aufwärme-Vorrichtung
gemäß der Erfindung, wobei die Vorrichtung bei einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt
ist; Fig. 2 einen Querschnitt durch den Motorblock unter Verdeutlichung einer Schmieröl-Heizvorrichtung,
wie sie auch in Fig. 1 vorgesehen ist; Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Schnittansicht
mit einer modifizierten Schmieröl-Heizvorrichtung; Fig. 4 einen Schnitt in der Ebene
IV-IV von Fig. 3; und Fig. 5 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform
einer Schnell-Aufwärme-Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 wird in allgemeiner Form ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Schnell-Aufwärme-Vorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der
Erfindung dargestellt.
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In einem Motorblock 10 ist ein Kühlwasserkreislauf 12 ausgebildet,
durch welchen ein Motor-Kühlmittel strömt. Der Kühlwasserkreislauf 12 im Motorblock
ist mit einem Kühler 14 über einen weiteren Kühlmittel-Zirkulationskreislauf 16
verbunden. Eine Umwälzpumpe 18 ist in dem Kreislauf 16 angeordnet, welche das Kühlmittel
durch den Kreislauf und den Kühlwasserkreislauf 12 im Motorblock treibt. Stromauf
zum Kühlwasserkreislauf 12 im Motorblock ist in dem Kreislauf 16 ein Thermostat
20 angebracht. Die Umwälzpumpe 18 ist benachbart zum Einlaßbereich des Kühlwasserkreislaufes
12
im Motorblock 10 angeordnet und in dem Motorblock 10 baulich eingegliedert. Der
Thermostat 20 ist zwischen einer ersten und die Strömung des Kühlmittels vom Kühler
14 in den Kühlwasserkreislauf 12 des Motorblocks unterbrechenden Stellung und einer
zweiten, einen Kreislauf gestattenden Stellung veränderbar. Der Thermostat 20 spricht
auf die Temperatur des Kühlmittels an und verändert seine Stellung von der ersten
in die zweite, wenn eine vorbestimmte Kühlmitteltemperatur überschritten wird.
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Der Kuhlmittel-Zirkulationskreislauf 16 stromab und strom auf zum
Kühlmittelkreislauf 12 im Motorblock besitzt einen Verbindungskanal 22 zur Umgehung
des Kühlers 14. Der Verbindungskanal 22 schafft eine unmittelbare Strömungsver bindung,
die hinter dem Thermostaten 20-verläuft. Dem Kühler 14 liegt ein Kühlerventilator
24 gegenüber, der die Zuführung und Beschleunigung eines Luftstromes bewirkt, der
zur Aufnahme der vom Kühler abgestrahlten Wärme dient Ein Schnell-Aufwärme-Kreislauf
30 ist mit dem Kühlwasserkreislauf 12 im Motorblock 10 getrennt von dem Eüh1wasser-Zirkulationskreislauf
16 verbunden. Eine Umwälzpumpe, zoBo eine elektrische Pumpe, ist in dem Schnell-AuSwärme-Ereislauf
30 angeordnet, um das darin befindliche Fluid als wärmeübertragendes Medium durch
den Kreislauf zu treiben In dem Schnell-Aufwärme-Kreislauf 30 ist ferner ein Wärme
austauscherabschnitt 34 vorgesehen, der von einer externen Verbrennungs-Heizvorrichtung,
z.B. einer externen Brennstoff-Einspritz-Verbrennungsheizvorrichtung oder einer
Brennstoff-Zerstäuber-Reizvorrichtung, aufgeheizt wird Der Schnell-AuSwärme-Ereislauf
30 führt ferner über einen Wärmetauscher 36 für einen Schmieröl-Heizer 38, um in
diesem Wärme für das Schmieröl zu erzeugen. Ein Temperaturfühler
40
ist in den Schnell-Aufwärme-Ereislauf integriert, um die Temperatur in dem Medium
zu bestimmen.
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Der Temperatursensor 40 ist mit einem elektromagnetischen Ventil 42
verbunden, das in seiner Normalstellung geschlossen ist und eine Strömung unterbindet.
Das elektromagnetische Ventil 42 wird in seine. Öffnungsstellung gebracht, wenn
die ermittelte Fluidtemperatur niedriger ist als es einem vorbestimmten Wert entspricht.
Es ist hervorzuheben, daß das in dem Schnell-Aufwärme-Kreislauf befindliche Fluid,
das als wärmeübertragendes Medium dient, zweckmäßigerweise eine Flüssigkeit ist,
die dieselben Komponenten hat wie das Kühlmittel für den Motor.
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Wie Fig. 2 hervorhebt, hat der Shnell-Aufwärme-Kreislauf 30 einen
Einlaßanschluß 44 und einen Auslaßanschluß 46 zu dem Kühiwasserkreislauf 12 im Zylinderkopf
26 des Motorblocks 10.
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Andererseits ist auch der Schmieröl-Heizer 38 am Zylinderblock 28
des Motorblocks 10 angebaut. Er befinde.t sich in einem Öldurchgang 37 des Schmieröls
für den Motor, und zwar zwischen einem Ölfilter 48 und einem Hauptölkanal 50. Die
Ausbildung des Ölheizers wird nicht im Detail erläutert und kann beliebig modifiziert
werden In den Fig. 3 und 4 ist eine Modifikation des Ölheizers gezeigt. Ein Teil
des Schnell-Aufwärme-Kreislaufs 30 ist hierin den Ölkanal 47 eingesetzt. Zweckmäßigerweise
ist dieser Teil des Schnell-Aufwärme-Kreislaufes 30 mit einer Vielzahl von flossenartigen
Rippen ausgestattet, damit die Wärme in das Schmieröl wirkungsvoll eingeleitet werden
kann.
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Es ist zweckmäßig, daß das erwärmte Fluidum im Schnell-Aufwärme-Kreislauf
in unmittelbarer Nachbarschaft des Einlaßkanals,der Verbrennungskammer und des Zündbereiches
zirkuliert,
wo eine Schnellaufwärinung besonders wichtig und wirkungsvoll ist. Durch das Aufwärmen
des Einlaßkanals des Motors läßt sich das Luft/Brennstoffgemisch auf seinem Weg
in die Verbrennungskammer wirkungsvoll aufwärmen, wodurch das Startverhalten des
Motors verbessert wird Weitere Details der zweckmäßigen Ausführungsforin einer Schnell-Aufwärme-Vorrichtung
gemäß der Erfindung werden nachstehend anhand der Betriebsweise der Vorrichtung
erläutert.
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Bevor der Motor angeworfen wird, bestimmt der Temperatursensor 40
die Temperatur des Fluidums0 Wenn die ermittelte Fluidtemperatur niedriger ist als
ein vorbestimmter Wert, wird das elektromagnetische Ventil 42 betätigt, so daß eine
Strömung durch den Kreislauf beginnt Das Fluid zirkuliert durch den Schnell-Äufwärme-Kreislauf
30 und den Kühlwasserkreislauf 12 im Motorblock 10 Dazu wird die Umwälzpumpe 32
angetrieben. Das gepumpte Fluid strömt durch einen Kreislaufabschnitt 52, in dem
sich der Wärmetauscherabschnitt 34 befindet. Beim Durchlaufen des Wärmtauscherabschnittes
34 wird das Fluid durch die Wärme erhitzt, die durch eine externe Verbrennungs-Heizvorrichtung
erzeugt und vom Warme tauscher 36 aufgenommen wird. Das erwärmte Fluid gelangt dann
zum Einlaßanschluß 44 und dem Ölheizer 38 über entsprechende Kreislaufabschnitte
54 und 56 Das in den Kühlwasserkreislauf 12 durch den Einlaßanschluß 44 strömende
Fluid zirkuliert hauptsächlich in dem Einlaßkanal, den Verbrennungskammern, den
Zündvorrichtungen benachbarten Bereichen, um diese-zu zu erwärmen Das weiterhin
den ERhlb wasserkreislauf 12 durchlaufende Fluid kehrt dann erneut in den Kreislaufabschnitt
52 zurück, um dann durch den Wärmetauscher 36 erneut aufgeheizt zu werden
Andererseits
läuft das in den Ereislaufabschnitt 56 gelangte Fluid durch den Ölheizer 38 und
kehrt zum Kreislaufabschnitt 52 zurück. Auf seinem Weg durch den Ölheizer wärmt
das erhitzte Fluid das Schmieröl auf, so daß der Motorbetrieb durch eine verringerte
Reibung zwischen den Kolben bzw. Kolbenringen und den Zylinderwänden sowie eine
verbesserte liagerschmierung bzw. Lagerreibung erleichtert wird.
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Während der vorstehenden Aufwärmphase kann das im Kühler befindliche
Kühlmittel in den Kühlwasserkreislauf12 im Motorblock nicht einströmen, da der Thermostat'20
diese Strömung blockiert. Gleichzeitig blockiert jedoch der Thermostat auch das
im Kühlwasserkreislauf 12 strömende Fluid aus dem S'chnell-Aufwärme-Kreislauf gegen
ein Einströmen in den Kühler.
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Der Motor wird erst gestartet, wenn er ausreichend aufgewärmt ist.
Es ist jedoch auch möglich, den Motor schon zu starten, wenn die Schnell-Aufwärme-Vorrichtung
noch arbeitet. Nach dem Anlaufen des Motors strömt das Motor-Kühlmittel durch den
Verbindungskanal 22 und betätigt den Thermostaten 20, sobald die Kühlmitteltemperatur
im Kühlwasserkreislauf 12 im Motorblock 10 einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Der Thermostat öffnet dann, worauf die Kühlmittelströmung sich auch auf den Kühler
14 ausdehnt.
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Wenn die Fluidtemperatur im Schnell-Aufwärme-Kreislauf 30 einen vorbestimmten
Wert übersteigt, fühlt der Temperatursensor 40 diese Temperatur ab und schaltet
das elektromagnetische Ventil 42, worauf dieses die Strömung durch den Kreislaufabschnitt
56 und den Ölheizer 78 unterbricht.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel zirkuliert das Fluidum durch
die Kreislaufabschnitte 52 und 54 und dem Kühlwasserkreislauf
12
im Motorblock so lange, bis die Umwälzpumpe 32 angehalten wird, und zwar um die
AuSwärmphase möglichst lange auszudehnen.
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Obwohl dies nicht deutlich hervorgehoben wird, werden die Umwälzpumpe
32 und die externe Verbrennungs-Heizvorrichtung durch eine Zeitschaltung gesteuert,
die eine vorbestimmte Aufwärmdauer für die Schnell-Aufwärme-Vorrichtung vorgibt
Es ist ferner möglich, eine Schaltverbindung zwischen der Umwälzpumpe und der externen
Verbrennungs-Reizvorrichtung sowie dem Motor-Startschalter vorsusehen, so daß die
Schnell-Aufwärme-Vorrichtung dann ihren Betrieb einstellt, wenn der Startschalter
betätigt wird.
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Es ist ferner hervorzuheben, daß die Anordnung des Ölheizers 38, des
Temperatursensors 40, des elektromagneti schen Ventils 42 und des Wärmetauschers
36 sowie die Auslegung des Schnell-Aufwärme-Kreislaufs 90 in verschiedener Weise
modifiziert werden kann und daß die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele keine
Einschränkung sein sollen, Beispielsweise können, wie Fig. 5 zeigt, der Ölheizer
38, der Temperatursensor 40, das elektromagnetische Ventil 42 in Reihe mit dem Wärmetauscher
36 und der Umwälzpumpe 32 innerhalb des Kreislaufs 58 angeordnet sein.
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Mit den vorbeschriebenen Ausbildungen werden die gesteckten Ziele
in einfacher und wirkungsvoller Weise erreicht