DE3341097A1

DE3341097A1 - Brennkraftmaschine fuer fahrzeuge, insbesondere personenkraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3341097A1
Application number: DE19833341097
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl.-Ing. 4044 Kaarst Bockelmann; Dietrich Dipl.-Ing. 3301 Rothemühle Meyerdierks
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1983-11-12
Filing date: 1983-11-12
Publication date: 1985-05-23

Description

Brennkraftmaschine für Fahrzeuge, insbesondere
Personenkraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine für Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Herkömmliche Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge weisen im allgemeinen einen Schmiermittelkreislauf und, sofern sie durch ein flüssiges Kühlmittel gektihlt werden, auch einen Kühlmittelkreislauf auf.
Das in diesen Kreisläufen umlaufende Arbeitsmittel kühlt nach den Abstellen der Brennkraftmaschine schnell ab, so daß beim Wiederstart der Brennkraftmaschine nach einer längeren Standzeit die Arbeitsmittel relativ niedrige Temperaturen aufweisen, die im allgemeinen wesentlich unterhalb der Betriebstemperatur liegen. Insbesondere bei tiefen Umgebungstemperaturen, bei denen die Arbeitsmittel entsprechend stark abkuhlen, ergeben sich Probleme für den Start und den Betrieb der Brennkraftmaschine. Neben anderen Nachteilen zeigt sich insbesondere eine wesentliche Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine durch erhöhte Reibung in der Brennkraftmaschine sowie durch eine verschlechterte Gemischbildung. Die größere Reibung ergibt sich dabei dadurch, daß an den Schmierstellen das Schmiermittel infolge der niedrigen Temperaturen eine erhöhte Zähigkeit aufweist. Auch die verschlechterte Gemischbildung resultiert aus den ungünstigen Temperaturbedingungen, bei denen der der Luft zugeführte Kraftstoff nur schwer verdampft, so daß eine zusätzliche, den Verbrauch erhöhende Kraftstoffzufuhr, die sogenannte Saltanreicherung, zur Sicherstellung der Verbrennung in den Brennräumen der Brennkraftmaschine erforderlich wird.
Da andererseits ein großer Teil der Fahrzeuge, insbesondere der Personenkraftfahrzeuge, nur auf verhältnismäßig kurzen Fahrstrecken und mit relativ langen Zeitabständen zwischen den einzelnen Betriebsphasen betrieben werden, ergibt sich für diese Fahrzeuge ein relativ hoher Kraftstoffverbrauch.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist nun darin zu sehen, eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen, die eine günstigere Betriebsweise mit verringertem Kraftstoffverbrauch auch für solche Fahrzeuge ermöglicht, die nur relativ kurzzeitig und mit größeren Abständen zwischen den einzelnen Betriebszeiten betrieben werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Dadurch, daß erfindungsgemäß ein wesentlicher Teil des Arbeitsmittels nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine in einem mit wärmeisolierenden Wänden versehenen Vorratsbehälter gespeichert wird und beim Wiederanstellen der Brennkraftmaschine dem Arbeitsmittelkreislauf zugeführt wird, ergibt sich die Möglichkeit, beim Wiederstart der kalten Brennkraftmaschine sofort mit erhöhten Arbeitsmitteltemperaturen zu arbeiten. Insbesondere die Verwendung höherer Schmiermitteltemperaturen beim Wiederstart führt zu einer wesentlichen Verringerung der Reibleistung nach dem Wiederstart und damit zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs.
Neben weiteren zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung, die in den Unteransprüchen aufgeführt sind, ist es bei einer Brennkraftmaschine, deren Kühlmittel aus Kühlwasser besteht, besonders zweckmäßig, den diesem Kühlwasser zugeordneten isolierten Vorratsbehälter so anzuordnen, daß dieser beim Wiederanstellen der Brennkraftmaschine insbesondere den das Saugrohr der Brennkraftmaschine umgebenden Kühlwasserteilkreislauf beaufschlagt. Dabei kann die Anordnung so getroffen sein, daß nach dem Wiederanstellen der Brennkraftmaschine der das Saugrohr umgebende Eühlwasserteilkreislauf zunächst leer bleibt und daß das in dem isolierten Vorratsbehälter gespeicherte Kühlwasser erst mit zeitlicher Verzögerung zugeführt wird. Beide Maßnahmen sorgen dafür, die Gemischaufbereitung in dem Saugrohr nach dem Kaltstart möglichst schnell auf einen Zustand zu bringen, der in etwa dem bei Betriebstemperatur entspricht. Auch hierdurch werden sonst beim Kaltstart auftretende Verbrauchsnachteile vermieden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines schematischen Schaltbildes einer mit einem Eühlwasser- und einem Schmiermittelkreislauf versehenen Brennkraftmaschine gezeigt.
In der Zeichnung ist mit 1 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die beispielsweise zum Antrieb eines Personenkraftfahrzeugs dient und als herkömmliche gemischverdichtende Hubkolben-Brenmkraftmaschine (Otto-Motor) ausgebildet ist. Sie weist ein das Eraftstoff-Luft-Gemisch zuführendes Saugrohr 2 mit einem den Kraftstoff zumessenden und das Gemisch bildenden Gemischbildner 3 auf.
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Brennkraftmaschine 1 durch ein flüssiges Kühlmittel, insbesondere Wasser, gekühlt und weist daher einen insgesamt mit 4 bezeichneten Kühlmittelkreislauf auf. In diesem Kühlmittelkreislauf ist ein Wasserkühler 7 angeordnet,indem das in den Kühlmänteln der Brennkraftmaschine während des Betriebs erhitzte Kühlmittel, vorzugsweise unter Verwendung der Fahrtluft, wieder zurückgekühlt wird. Weiter ist in dem Kühlkreislauf 4 eine Kühlmittelpumpe 8 vorgesehen, die nicht von der Brennkraftmaschine, sondern von einem Elektromotor 9 angetrieben wird, um unabhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 zu sein. Mit 6 ist ein das Saugrohr 2 der Brennkraftmaschine 1 umgebender Kühlwassermantel bezeichnet, der als Teil des die Brennkraftmaschine 1 beaufschlagenden Kühlkreislaufs angesehen werden kann.
Erfindungsgemäß ist nun ein von dem Eühlkreislauf 4 abzweigender Nebenzweig 10 vorgesehen, in dem ein mit isolierenden Wänden versehener Vorratsbehälter 11 zur Aufnahme eines wesentlichen Teils der Kühlmittelmenge der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Über durch Hilfskraft betätigte Ventilvorrichtungen 13 und 14 kann das Kühlmittel dem isolierten Vorratsbehälter 11 zugeführt bzw.
von diesem wieder in den Kühlkreislauf zurückgeleitet werden.
Mit 16 ist mit unterbrochenen Linien die Möglichkeit des Anschlusses des Vorratsbehälters 11 an den das Saugrohr 2 umgebenden Kühlwasserteilkreislauf 6 angedeutet, wobei in diesem Fall steuerbare Ventilvorrichtungen 132 und 14' in der Leitung 16 vorhanden sein müßten.
Mit 5 ist in der Zeichnung der Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine 1 angegeben, wobei 17 den Schmiermittelsumpf und 18 eine ebenfalls von einem Elektromotor 19 antreibbare Schmiermittelpumpe darstellt. In einem Nebenzweig 20 ist ein mit isolierenden Wänden 22 versehener Vorratsbehälter 21 angeordnet, der zur Aufnahme eines größeren Teils der in dem Kreislauf 5 umlaufenden Schmiermittelmenge, ggf. der Gesamtmenge, ausgebildet sein kann.
Steuerbare Ventilvorrichtungen 23 und 24 sind an den Abzweigungsstellen des Nebenzweiges 20 von den Schmiermittelkreislauf 5 angeordnet und mit 25 ist schließlich eine elektrisch betriebene Heizvorrichtung vorgesehen, die bei Bedarf, d. h. für den Fall, daß die Temperatur des in dem Vorratsbehälter 21 gespeicherten Schmiermittels unter einen vorgegebenen Wert gesunken ist, das Schmiermittel wieder aufheizt. Im übrigen ist auch dem das Kühlmittel speichernden Vorratsbehälter 11 eine elektrische Heizvorrichtung 15 zugeordnet, die ebenfalls bei Unterschreitung einer vorgegebenen Eühlmitteltemperatur zwecks Aufheizung zuschaltbar isto Schließlich ist in der Zeichnung mit 26 ein zentrales Steuergerät angedeutet, das die Zu- und Ab-Führung zu bzw. von den Vorratsbehältern 11 und 21 steuert. Dazu ist dieses Steuergerät über Signalleitungen mit den steuerbaren Ventilvorrichtungen 13, 14 und 23, 24, mit den Antriebsmotoren 9 und 19 der Pumpen 8 und 18 sowie mit den elektrischen Heizvorrichtungen 15 und 25 verbunden. Die Information über den Betriebszustand erhält das Steuergerät z.B. über Temperaturgeber 27 und 28, die an den Arbeitsmittelkreisläufen 4 und 5 angeordnet sind, sowie über weitere Temperaturgeber 29 und 30, die jeweils die Temperatur in den Vorratsbehältern 11 und 21 erfassen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung funktioniert nun in der Weise, daß während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 das Eühlmittel in dem Kühlkreislauf 4 und das Schmiermittel in dem Schmiermittelkreislauf 5 in üblicher Weise umläuft, wobei das Kühlmittel seine in den Eühlmänteln der Brennkraftmaschine 1 aufgenommene Wärme in dem Kühler 7 an die umgebende Luft abgibt. Ggf. kann auch in dem Schmiermittelkreislauf 5 ein besonderer Ölkühler vorgesehen werden, wenn sich dies als erforderlich erweist. Die steuerbaren Ventilvorrichtungen 13 und 14 des Kühlmittelkreislaufs 4 und die Ventilvorrichtungen 23 und 24 in dem Schmiermittelkreislauf 5 sind während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine zumindest bei Betriebstemperatur so geschaltet, daß die Vorratsbehälter 11 und 21 nicht beaufschlagt sind. Beim Abschalten der Brennkraftmaschine 1 soll dagegen durch entsprechende Umschaltung der Ventilvorrichtungen dafür gesorgt werden, daß ein wesentlicher Teil der Arbeitsmittel in diese wärmeisolierten Vorratsbehälter überführt wird, um dort über längere Zeit bei Betriebstemperatur aufbewahrt zu werden. Beim Wiederanstellen der Brennkraftmaschine wird dann dieses warmgehaltene Arbeitsmittel direkt in den Kreislauf der Brennkraftmaschine 1 zugeführt, um so die durch kalte Arbeitsmittel hervorgerufenen Verbrauchsnachteile zu vermeiden. Für den Fall, daß die Standzeit zwischen zwei Betriebs zeiten der Brennkraftmaschine zu lange ist und demgemäß das in den Vorratsbehältern gespeicherte Arbeitsmittel trotz der isolierenden Wände unter vorgegebene Mindesttemperaturen abkühlt, kann eine Aufheizung über die elektrischen Heizvorrichtungen 15 und 25 zusätzlich erfolgen.
Um die Förderung des Arbeitsmittels in die Vorratsbehälter hinein bzw. aus diesen heraus zu verbessern, könnten noch zusätzliche Förderpumpen in den Nebenzweigen 10 bzw. 20 vorgesehen sein.
Auf diese Weise wird nach dem Abstellen der zuvor bei Betriebstemperatur betriebenen Brennkraftmaschine 1 durch entsprechende Schaltung der Ventilvorrichtungen 23 und 24 ein größerer Teil der in dem Schmiermittelsumpf 17 vorhandenen Schmierölmenge, ggf.
auch die gesamte Ölmenge, in den isolierten Vorratsbehälter 21 überführt, wo die während des Betriebs erreichte Schmiermitteltemperatur über längere Zeit, ggf. unter Zuhilfenahme der elektrischen Heizvorrichtung 25, gehalten wird. Nach dem Wiederanstellen der inzwischen erkalteten Brennkraftmaschine 1 wird diese Schmiermittelmenge wieder in den Schmiermittelsumpf 17 zurückgeleitet, von wo aus sie, ggf. vermischt mit dem restlichen, in dem Schmiermittelsumpf 17 vorhandenen Schmiermittel, über die Förderpumpe 18 den Schmierstellen der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Die auf diese Weise erreichte Versorgung der Brennkraftmaschine auch im Kaltstartzustand mit betriebswarmem Schmiermittel sichert einen leichten Anlauf und einen verbrauchsarmen Betrieb selbst unter ungünstigen Anfangsbedingungen.
Auch das Kühlwasser wird beim Abstellen der betriebswarmen Brennkraftmaschine zumindest zu einem wesentlichen Teil aus dem Kühlwasserkreislauf 4 abgezweigt und in dem isolierten Vorratsbehälter 11 gespeichert, um nach dem Wiederanstellen der Brenhkraftmaschine dem Kühlwasserkreislauf zur Verbesserung der Betriebsbedingungen wieder zugeführt zu werden. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn dieser isolierte Vorratsbehälter 11 an einen Kühlmittelteilkreislauf angeschlossen ist, der beispielsweise dem Saugrohr 2 der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Dies bewirkt nämlich, daß nach dem Wiederanstellen der Brennkraftmaschine speziell das Saugrohr 2 durch das in dem Vorratsbehälter warmgehaltene Kühlwasser beheizt wird, so daß die Aufbereitung des über den Gemischbildner 3 zugeführten Kraftstoffes schon während des Kaltstart der Brennkraftmaschine wesentlich verbessert wird.
Hierbei könnte die Steuerung der Kühlwasserzuführung so variiert werden, daß zunächst, d.h. unmittelbar nach dem Wiederanstellen der kalten Brennkraftmaschinesder das Saugrohr 2 umgebende Kühlwassermantel 6 sowie gegebenenfalls die die Zylinder umgebenden Eühlwassermäntel zunächst wasserfrei bleiben, um durch Reduzierung der Wärmeabgabe des metallischen Motorblocks diesen schnell auf höhere Temperatur zu bringen. Anschließend, d.h. nach Erreichen einer bestimmten Temperatur des Motorblocks, kann dann das in dem Vorratsbehälter 11 warmgehaltene Kühlwasser in den Saugrohrkühlwassermantel 6 sowie den Wassermantel des Motorblocks eingeleitet werden.
Insgesamt können dadurch das sehr schnelle Erreichen der Be triebstemperatur der Brennkraftmaschine und damit günstige Verbrennungsverhältnisse und Verbrauchswerte ersielt werden. - Leerseite -

Claims

PATEN TA N 8 P RÜ C E .E Brennkraftmaschine für Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftfahrzeuge, mit wenigstens einem ein Eühl- oder Schmiermittel aufweisenden Arbeitsmittelkreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kreislauf (4, 5) ein von wärmeisolierenden Wänden (12; 22) umgebener Vorratsbehälter (11; 21) zugeordnet istsdem zumindest ein wesentlicher Teil des Arbeitsmittels nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine zuführbar ist und der beim Wiederanstellen der Brennkraftmaschine mit dem Kreislauf wieder verbindbar ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vorratsbehälter (11; 21) eine elektrische Heizvorrichtung (15; 25) zugeordnet ist.
3e Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (11; 21) in einem von dem die Brennkraftmaschine beaufschlagenden Arbeitsmittelkreislauf (4; 5) abzweigen den Nebenzweig (10; 20) angeordnet ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Hilfskraft betätigbare Ventilvorrichtungen (13, 14; 23, 24) zur Arbeitsmittelbeaufschlagung des Nebenzweiges (10; 20) vorgesehen sind.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch betätigbare Arbeitsmittelpumpe zur Förderung des Arbeitsmittels auch nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Arbeitsmittel aus Kühlwasser besteht und die Brennkraftmaschine ein ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zuführendes Saugrohr aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der den Vorratsbehälter (11) adVeisende Nebenzweig (10) an einen das Saugrohr (2) beaufschlagenden Kühlwasserteilkreislauf (6) anschließbar ist.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der das Saugrohr (2) umgebende Kühlwasserteilkreislauf (6) nach dem Wiederanstellen der Brennkraftmaschine (1) zunächst geleert bleibt und daß das in dem Vorratsbehälter (11) gespeicherte warme Kühlwasser erst mit zeitlicher Verzögerung dem Eühlwasserteilkreislauf (6) zuführbar ist.