DE4032701A1 - Verfahren zur beeinflussung der betriebstemperatur eines verbrennungsmotors der kolbenbauart und motor zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur beeinflussung der betriebstemperatur eines verbrennungsmotors der kolbenbauart und motor zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflus
sung der Betriebstemperatur eines Verbrennungsmotors
der Kolbenbauart mit einem Motorblock, einem Zylin
derkopf, miteinander in Verbindung stehenden Kühlmit
telräumen in Motorblock und Zylinderkopf, einem Kühl
kreislauf mit einem Wärmetauscher und einer Kühlmit
telpumpe, deren Förderrichtung so gewählt ist, daß
der Kühlmitteleintritt in den Motorblock erfolgt und
das Kühlmittel am Zylinderkopf austritt, und mit
einem vom Kühlmittel durchströmbaren Wärmespeicher,
wobei die Zirkulation im Kühlkreislauf unterbrechbar
ist, und einen Motor zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, daß beim Kaltstart von Ottomotoren,
wenn ein Katalysator noch nicht wirksam ist, durch
die niedrige Temperatur der Brennraumwände und die
Teile des kalten Ansaugkanals, an denen eingebrachter
Kraftstoff kondensieren kann, erhöhte Emissionen
verursacht werden und auch der Verbrauch erhöhte
Werte aufweist, weshalb es erwünscht ist, diese kal
ten Motorbereiche möglichst schnell auf die Betriebs
temperatur zu bringen.
Es ist bereits bekannt, die Brennluft zu beheizen, um
den beim Kaltstart auftretenden Problemen entgegen
zuwirken. Die höhere Temperatur der vorgewärmten
Brennluft verbessert vor allem die Gemischaufberei
tung, während wegen der geringen Wärmekapazität des
Brennluftstroms die Beheizung der kalten Motorteile
durch die vorgewärmte Brennluft nur von geringer
Effizienz ist. Es wurde auch schon eine Kraftstoff
vorheizung eingesetzt, jedoch ebenfalls mit unbefrie
digendem Ergebnis.
Es besteht demnach noch immer die Aufgabe, einen
Verbrennungsmotor so auszugestalten, daß nach dem
Kaltstart möglichst schnell die Temperatur der Brenn
raumwände und des Ansaugkanals erhöht wird. Auch beim
Dieselmotor ist ein möglichst schnelles Anheben der
Brennkammertemperatur erwünscht, um die Blaurauch-
und Geräuschemissionen beim Kaltstart und Warmlauf zu
reduzieren. Dabei soll nach Möglichkeit eine Lösung
gefunden werden, die Eingriffe in die grundlegenden
Baumerkmale der Motorkonstruktion vermeidet, um auch
bei bereits vorhandenen Motorkonstruktionen mit rela
tiv geringem Aufwand und ohne lange Entwicklungszei
ten die Verbesserung realisieren zu können. Ganz
allgemein aus Kosten- und Gewichtsgründen, aber auch
um bei der nachträglichen Umrüstung möglichst wenig
Platz für den erforderlichen Wärmespeicher zu benöti
gen, soll die erforderliche Wärmespeicherkapazität
möglichst gering gehalten werden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfin
dungsgemäß darin, daß die im Kühlmittelkreislauf
angeordnete Kühlmittelpumpe zu- und abschaltbar ist,
daß ein über den gesamten Kühlmittelraum des Zylin
derkopfs, eine zweite Kühlmittelpumpe und den Wärme
speicher geführter Zylinderkopfkreislauf durch Be
trieb der zweiten Kühlmittelpumpe zumindest bis zum
Erreichen der Betriebstemperatur ständig in Umlauf
gehalten wird und daß oberhalb einer vorgegebenen
Schwelle der Motortemperatur die zu- und abschaltbare
Kühlmittelpumpe zugeschaltet und der Kühlkreislauf
dem Zylinderkopfkreislauf überlagert wird.
Zur Durchführung des Verfahrens ist ein Verbrennungs
motor der beschriebenen Art so ausgestaltet, daß die
Kühlmittelpumpe im Kühlkreislauf zu- und abschaltbar
ist und daß ein Zylinderkopfkreislauf über den Wärme
speicher und den gesamten Kühlmittelraum des Zylin
derkopfes geführt ist und eine zweite Kühlmittelpumpe
enthält. Dabei werden vorzugsweise die Anschlüsse am
Zylinderkopf so angeordnet, daß im Zylinderkopf die
Strömung des Kühlkreislaufs und die Strömung des
Zylinderkopfkreislaufs einander zumindest annähernd
gleich sind. Bei einer Längsdurchströmung unsymmetri
scher Zylinderköpfe ist es besonders zweckmäßig, daß
beide Kühlmittelpumpen im Zylinderkopf in die gleiche
Richtung fördern.
Es ist bekannt, daß während des Kaltstarts und Warm
laufs eines Verbrennungsmotors, aber auch bei ausge
dehntem Teillastbetrieb, insbesondere bei tiefen
Temperaturen, eine Kühlung des Motorblocks durch
Zwangsumwälzung des Kühlmittels über den Motorblock
nicht erforderlich ist, sondern ein Kühlungsmittel
kreislauf über den Zylinderkopf ausreicht. Es ist
deshalb bereits vorgeschlagen worden, allein den
Zylinderkopf in einen Kühlkreislauf einzubezie
hen und die Wärme vom Motorblock durch Festkörper-
Wärmeleitung abzuführen oder am Motorblock nicht in
den Kreislauf einbezogene, jedoch mit ihm in Ver
bindung stehende Kühlmittelräume vorzusehen. Es ist
ebenfalls bekannt, einen Kühlkreislauf in zwei
Zweige auszuteilen, deren einer über den Motorblock
geführt wird, während der andere über einen Wärmetau
scher und dann durch den Zylinderkopf verläuft, wobei
vorgesehen ist, daß die Kühlmitteltemperatur nach dem
Austritt aus dem Zylinderkopf niedriger ist als die
Temperatur des den Motorblock verlassenden Kühlmit
tels, so daß sich nach der Vereinigung beider Kühlmit
telströme eine Mischtemperatur einstellt, die niedri
ger ist als die Temperatur am Austritt aus dem Motor
block und wobei diese Temperaturdifferenz als für die
Kühlung des Motorblocks ausreichend angesehen wird.
Im Gegensatz hierzu ist der Zylinderkopfkreislauf
beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht als Kühlkreis
lauf ausgebildet, vielmehr dient er einerseits zur
schnellen Aufheizung des Zylinderkopfs mit der Spei
cherwärme, andererseits zur Ladung des Speichers bei
betriebswarmem Motor und schließlich noch zur Auf
rechterhaltung einer konstanten Heizwirkung an einem
gegebenenfalls in den Zylinderkopfkreislauf einbe
ziehbaren Heizungswärmetauscher, wie nachfolgend noch
näher erläutert wird. Zwar kann bei niedrigen Außen
temperaturen und eingeschaltetem Heizungswärmetau
scher der Heizungswärmetauscher auch bei betriebswar
mem Motor allein zur erforderlichen Kühlung des Mo
tors ausreichend sein, doch stellt dies nur einen
Nebeneffekt dar und die Vorteile der Erfindung sind
nicht davon abhängig, daß in den Zylinderkopfkreis
lauf ein Heizungswärmetauscher einbezogen werden
kann.
Beim Kaltstart oder etwa 30 sec vor dem Kaltstart
wird die im Zylinderkopfkreislauf angeordnete Kühl
mittelpumpe aktiviert, während die Zirkulation im
Kühlkreislauf unterbrochen ist. Solange der Motor die
gewünschte Betriebstemperatur noch nicht erreicht
hat, wird das im Zylinderkopfkreislauf umgewälzte
Kühlmittel vom Wärmespeicher aufgeheizt und beheizt
seinerseits den Zylinderkopf, der dadurch schnell die
gewünschte Betriebstemperatur erreicht. Insbesondere
werden die Brennraumwände und Teile der Ansaugkanäle
erwärmt. Aufgrund der Verbindung zwischen den Kühl
mittelräumen in Zylinderkopf und Motorblock wird
heißes Kühlmittel auch entlang des oberen Bereichs
der Zylinderwände strömen, wodurch sich eine sehr
wirksame Beheizung der gesamten relevanten Brennraum
oberflächen ergibt.
Nach dem Motorstart wird das im wesentlichen stehende
Kühlmittel im Bereich der Zylinderwände und das strö
mende Kühlmittel im Zylinderkopf durch die Verbren
nung erwärmt. Da die im Kühlkreislauf angeordnete
Wasserpumpe noch abgeschaltet ist, wird die durch die
Verbrennung freigesetzte Wärme besonders auf den für
die Verbrennung sensiblen oberen Motorbereich konzen
triert und der Warmlaufvorgang, soweit er die für die
Verbrennung maßgeblichen Parameter beeinflußt, ver
kürzt sich weiter, was sich vorteilhaft auf die Roh
emissionen auswirkt.
Da zunächst nur die im Zusammenhang mit den Ver
brauchs- und Emissionswerten maßgeblichen, vom Kühl
mittel beaufschlagten Motorbereiche aufgeheizt wer
den, nämlich im wesentlichen der Zylinderkopf, kann
die Kapazität des Wärmespeichers wesentlich kleiner
gehalten werden, als wenn die Speicherwärme über
einen üblichen Kühlmittelkreislauf unnötigerweise
auch an den Motorblock abgegeben wird.
Überschreitet die durch geeignet angebrachte Tempera
turfühler ermittelte Motortemperatur einen festge
legten Wert, wird - z. B. durch eine Magnetkupplung
zwischen Pumpenantriebsrad und Pumpenwelle - die im
Kühlkreislauf angeordnete Kühlmittelpumpe
zugeschaltet, so daß abgekühltes Kühlmittel über den
Motorblock zum Zylinderkopf und von dort über den
Kühler-Wärmetauscher im Kreislauf gefördert wird. Im
Bereich des Zylinderkopfes überlagert sich der Kühl
mittelkreislauf dem Zylinderkopfkreislauf. Da zweck
mäßigerweise die Leistung der zweiten Kühlmittelpumpe
geringer ist als die der Kühlmittelpumpe im Kühl
kreislauf, wird der außerhalb des Zylinderkopfs ver
laufende Zweig des Zylinderkopfkreislaufs wei
terhin vom Kühlmittel durchströmt und so einerseits
die Ladung des Wärmespeichers aufrechterhalten und
andererseits der gegebenenfalls zugeschaltete Hei
zungswärmetauscher gleichbleibend versorgt.
Mit Rücksicht auf die nachträgliche Umrüstung einer
bereits vorhandenen, bewährten Motorkonstruktion,
deren Zylinderkopf meist als Ergebnis langer Entwick
lungszeiten so gestaltet ist, daß der Kühlmittel
kreislauf eine möglichst optimale Kühlung aller sen
siblen Bereiche erreicht, sind - wie erwähnt - die
Anschlüsse am Zylinderkopf so gewählt, daß die
Strömung des Kühlmittelkreislaufs und die Strömung
des Zylinderkopfkreislaufs im Zylinderkopf einander
zumindest annähernd gleich sind, um lokale Überhit
zungen und damit Schäden aufgrund abweichender Strö
mungsverhältnisse zu vermeiden. Dieser Vorteil, der
voraussetzt, daß im längs durchströmten Zylinderkopf
die beiden Pumpen in gleicher Richtung fördern, über
wiegt bei weitem den relativ geringen Nachteil, daß
dann die zweite Kühlmittelpumpe nicht zur Unter
stützung der zu- und abschaltbaren Kühlmittelpumpe
eingesetzt werden kann, weil sie das über den Wärme
speicher und gegebenenfalls den oder die Wärmetau
scher zu führende Kühlmittel nahe dem Ausströmende
des Zylinderkopfs abzieht, während bei entgegenge
setzter Förderrichtung der zweiten Kühlmittelpumpe
dieses Kühlmittel nahe dem Ausströmende des Zylinder
kopfs wieder mit dem den Zylinderkopf durchströmen
den, von der zu- und abschaltbaren Kühlmittelpumpe
geförderten Kühlmittel vereinigt wird und dort die
Förderwirkung beider Pumpen gleichgerichtet ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist im Zylin
derkopfkreislauf ein Heizungswärmetauscher angeord
net. Der Wärmeübergang am Heizungswärmetauscher ist
somit nicht mehr von der Kühlmittelpumpe im Kühl
kreislauf abhängig, die im unteren Drehzahlbereich
nicht optimal arbeitet und bei der insbesondere im
Leerlauf und bei Stop-and-Go-Verkehr der Kühlmittel
umsatz oft so gering ist, daß die Wirkung der Kabi
nenheizung stark abfällt. Zudem ist ihr Wirkungsgrad
der Kühlmittelpumpe - bedingt durch die breite Ein
satzspanne - nicht optimal, wodurch sich der Kraft
stoffverbrauch verschlechtert. Im Gegensatz hierzu
wird im Zylinderkopfkreislauf das Kühlmittel von der
zweiten Kühlmittelpumpe stets gleichmäßig umgewälzt,
so daß eine ebenso gleichmäßige Heizwirkung sicherge
stellt ist, wobei diese zweite Kühlmittelpumpe bei
Heizungsbedarf auch in Betrieb gehalten wird, wenn
der Motor die vorgesehene Betriebstemperatur erreicht
hat. Die Erfindung ermöglicht somit eine optimale
Wirksamkeit der Kabinenheizung in allen Betriebsbe
reichen.
Vorzugsweise ist die Leistung der zweiten Kühlmittel
pumpe geringer als die der Kühlmittelpumpe im Kühl
kreislauf, um sicherzustellen, daß bei geöffneter
Zirkulation im Kühlkreislauf die in diesem Kühlkreis
lauf befindliche Kühlmittelpumpe jederzeit die kon
ventionellen Strömungsverhälnisse aufrechterhalten
kann. Dabei soll jedoch zweckmäßigerweise wegen der
vorstehend bereits beschriebenen optimalen Wirkung
der Kabinenheizung die Leistung der zweiten Kühlmit
telpumpe zur Sättigung des Heizungswärmetauschers
ausreichend sein.
Eine besonders günstige Wirkungsweise ergibt sich
bei Heizungsbedarf, wenn nach einer weiteren zweck
mäßigen Ausgestaltung im Zylinderkopfkreislauf der
Wärmespeicher, der Zylinderkopf und der Heizungswär
metauscher in Strömungsrichtung aufeinanderfolgen.
Um beim Kaltstart und Warmlauf des Motors die Lager
reibung im Motor und den Energieeinsatz für die Öl
pumpe und damit den Verbrauch weiter zu reduzieren,
besteht eine andere vorteilhafte Ausführungsform
darin, daß in den Zylinderkopfkreislauf ein Kühlmit
tel-Öl-Wärmetauscher zur Beheizung des Motoröls ein
bezogen ist, wobei vorzugsweise Wärmespeicher, Zy
linderkopf, Kühlmittel-Öl-Wärmetauscher und gegebe
nenfalls parallel zum Kühlmittel-Öl-Wärmetauscher ein
Heizungswärmetauscher (42) aufeinanderfolgen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
ist der Wärmespeicher ein Latentwärmespeicher.
Noch eine andere sehr vorteilhafte Ausführungsform
ist es, daß die zu- und abschaltbare Kühlmittelpumpe
über eine lösbare Magnetkupplung antreibbar ist. Es
ist eine Eigenschaft von Magnetkupplungen, daß sie
keine vollkommene Trennung von antreibender und ange
triebener Seite bewirken, weshalb die zu- und ab
schaltbare Kühlmittelpumpe im Kühlkreislauf im abge
schalteten Zustand nicht völlig wirkungslos bleiben
wird, sondern eine - wenn auch sehr geringe Zirkula
tion über den Motorblock aufrechterhalten kann, falls
der Kühlkreislauf nicht vollständig unterbro
chen wird, sondern an einem Absperrventil ein Bypass
mit geringem Querschnitt ständig geöffnet bleibt.
Dadurch wird der Gefahr vorgebeugt, daß bei abge
schalteter Kühlmittelpumpe an besonders gefährdeten
Stellen eine Überhitzung eintreten kann, während
andererseits diese geringe Zirkulation die mit der
Erfindung angestrebte Wirkung des allein in Betrieb
befindlichen Zylinderkopfkreislaufes nicht beein
trächtigt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht da
rin, daß die zweite Kühlmittelpumpe einen elektri
schen Antrieb aufweist, wodurch sie freizügiger an
geordnet werden kann und von der Drehzahl des Ver
brennungsmotors unabhängig ist, was sich bei Hei
zungsbetrieb vorteilhaft auswirkt.
Beim Ottomotor ergeben sich durch die erfindungsge
mäße Zylinderkopfvorwärmung oder -beheizung mehrere
Effekte. Die Beheizung der Ansaugkanalwände und indi
rekt der Ansaugventile verringert oder verhindert die
Kondensation von eingebrachtem Kraftstoff. Erst
dadurch kann der Kraftstoffüberschuß beim Kaltstart
und Warmlauf abgebaut werden, was eine Vorbedingung
für die Emissionsreduktion beim Kaltstart ist. Die
Ansaugluft wird indirekt vor allem beim Umströmen der
Ansaugventile beheizt, was die Gemischaufbereitung
verbessert. Dies führt im Zusammenhang mit den be
heizten Brennraumwänden und der Abmagerung zu einer
schadstoffärmeren Verbrennung, welche zudem schneller
verläuft und damit effizienter ist. Die HC- und CO-
Emissionen des mit dem Motor ausgerüsteten Fahrzeugs,
welche beim Kaltstart - solange der Katalysator nicht
angesprungen ist - gleich den Rohemissionen sind,
werden signifikant verringert.
Beim Dieselmotor wird das Startverhalten bei tiefen
Außentemperaturen durch die Anhebung des Isotropenex
ponenten und die daraus folgende Erhöhung der Ver
dichtungsendtemperatur verbessert. Damit besteht die
Möglichkeit die Start-Kraftstoffmenge abzusenken. Die
Reduktion der Start-Kraftstoffmenge hat eine Absen
kung der Weißrauchemissionen beim Start zur Folge.
Die Optimierung der Verbrennung aufgrund der gestie
genen Brennkammer- und Ansauglufttemperaturen führt
ebenfalls zu einer Absenkung der HC-Emissionen wäh
rend des Warmlaufs. Insbesondere wird auch das Kalt
startnageln durch eine Verkürzung des Zündverzugs
veringert.
Durch die Senkung der Weißrauchemissionen nach dem
Kaltstart des Dieselmotors, lassen sich die Parti
kelemissionen im Abgastest absenken, welche zu we
sentlichen Teilen aus kondensierten Kohlenwasserstof
fen bestehen.
Anhand der nun folgenden Beschreibung eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Er
findung wird diese näher erläutert.
Die Figur zeigt in Form eines Schaltbildes das Kühl
mittelsystem eines zur Durchführung des erfindungsge
mäßen Verfahrens dienenden Verbrennungsmotors.
Dabei ist ein Motor 10 mit einem Motorblock 12 und
einem Zylinderkopf 14 nur schematisch dargestellt.
Dem Motor 10 ist ein Kühlmittelkreislauf 16 herkömm
licher Art zugeordnet, der einen von einem Lüfter 18
beaufschlagbaren Wärmetauscher 20 zur Kühlung des
Kühlmittels und eine Kühlmittelpumpe 22 enthält,
wobei die Förderrichtung der Kühlmittelpumpe 22 so
gewählt ist, daß das Kühlmittel über einen Kühlmit
teleinlaß 24 im unteren Bereich des Motorblocks 12 in
dessen nicht dargestellte Kühlmittelräume eintritt,
von wo aus es in die mit diesen Kühlmittelräumen im
Motorblock 12 verbundenen Kühlmittelräume im Zylin
derkopf 14 überströmt, den es über einen Kühlmittel
auslaß 26 wieder verläßt. Insoweit handelt es sich um
eine Anordnung, wie sie als großer Kühlkreislauf bei
herkömmlichen Kühlsystemen bekannt ist und deshalb
keiner weiteren Erläuterung bedarf.
Die Kühlmittelpumpe 22 ist zu- und abschaltbar, wozu
vorzugsweise ein von der Motorkurbelwelle abgeleite
ter, eine Magnetkupplung enthaltender Antrieb dient.
Auf den Kühlmittelauslaß 26 folgt in Strömungsrich
tung ein Absperrventil 28, durch das der Kühlmittel
kreislauf 16 zumindest nahezu vollständig unterbro
chen werden kann. Es kann vorteilhaft sein, z. B.
durch einen Bypass mit geringem Querschnitt eine
vollständige Unterbrechung des Kühlkreislaufs
zu vermeiden, um auch bei abgeschaltetem Kühlmittel
kreislauf 16 eine geringfügige Zirkulation des Kühl
mittels zuzulassen, die dadurch verursacht wird, daß
die Magnetkupplung in der Regel keine vollständige
Trennung des Pumpenantriebs bewirkt, so daß die Kühl
mittelpumpe in der Lage ist, eine geringe Zirkulation
aufrechtzuerhalten. Dies kann von Vorteil sein, um an
temperaturempfindlichen Stellen des Motorblocks mit
Sicherheit eine Überhitzung auch dann auszuschließen,
wenn vor dem Erreichen der Betriebstemperatur in der
nachfolgend noch erläuterten Weise der Kühlmittel
kreislauf 16 über den Motorblock 12 abgeschaltet
wird.
Um das Ventil 28 und die Kühlmittelpumpe 22 zu steu
ern, ist eine Steuereinheit 30 vorgesehen, die in
Abhängigkeit von den über Sensoren 32 am Motorblock
und 34 am Zylinderkopf ermittelten Temperaturen das
Ventil 28 schließt und die Kühlmittelpumpe 22 still
setzt bzw. das Ventil 28 öffnet und die Kühlmittel
pumpe 22 in Betrieb setzt.
Die Sensoren 32 und 34 sind nur beispielsweise darge
stellt. Es können mehrere Sensoren, vorzugsweise an
besonders temperaturempfindlichen Stellen, im Motor
angebracht werden, wobei die Steuereinheit anspricht,
wenn einer der Sensoren das Erreichen einer kriti
schen Temperatur anzeigt. Es kann aber auch an einer
Stelle eine repräsentative Motortemperatur ermittelt
und als Bezugsgröße für die Steuereinheit eingesetzt
werden.
Zwischen dem Kühlmittelauslaß 26 und dem Absperrven
til 28 ist an einer Abzweigung 33 ein nur über den
Zylinderkopf 14 geführter und deshalb als Zylin
derkopfkreislauf 35 bezeichneter Kühlkreislauf ange
schlossen, der über eine zweite Kühlmittelpumpe 36
und einen Wärmespeicher 38 zu einem Kühlmitteleinlaß
40 am Zylinderkopf 14 führt, wobei der Kühlmittelein
laß 40 derart angeordnet ist, daß der Zylinderkopf
kreislauf 35 den Zylinderkopf 14 in ganzer Länge
durchquert und innerhalb des Zylinderkopfes 14 im
wesentlichen gleichgerichtet mit dem über den Kühl
mitteleinlaß 24 in den Motorblock 12 eintretenden
Kühlkreislauf 16 verläuft. Dadurch wird erreicht, daß
der Zylinderkopfkreislauf 35 im wesentlichen die
temperaturempfindlichen Bereiche des Zylinderkopfs 14
in gleicher Weise bestreicht wie der über den Motor
block 12 eintretende Kühlmittelkreislauf 16.
Stromauf von der zweiten Kühlmittelpumpe 36 ist ein
Heizungswärmetauscher 42 mit einem Heizungsgebläse 44
angeordnet, dessen Luftstrom entsprechend der Ein
stellung eines Heizungsreglers 46 mittels eines Ven
tils 48 ganz oder teilweise über einen Bypass 50 am
Heizungswärmetauscher 42 vorbeigeleitet werden kann.
Der Wärmespeicher 38 ist vorzugsweise ein Latentwär
mespeicher.
Wenn beim Start des Verbrennungsmotors 10 die Senso
ren 32 und 34 anzeigen, daß der Motor die vorgegebene
Betriebstemperatur noch nicht aufweist, wird oder
bleibt das Absperrventil 28 geschlossen und die Kühl
mittelpumpe 22 stillgesetzt, so daß allein die zwei
te, vorzugsweise elektrisch angetriebene Kühlmit
telpumpe 36 die im Zylinderkopfkreislauf 35 befindli
che Kühlmittelmenge umwälzt und dadurch aus dem La
tentwärmespeicher 38 Wärme entzieht und an den kalten
Zylinderkopf 14 abgibt, wodurch möglichst rasch die
Temperatur der Ansaugkanäle und der Brennraumwände
erhöht wird. Die nach dem Austritt aus dem Zylinder
kopf 14 verbleibende Restwärme kann bereits in dieser
Startphase am Heizungswärmetauscher 42 abgegeben
werden.
Sobald durch die Sensoren bzw. Temperaturfühler 32
oder 34 angezeigt wird, daß die zulässige Höchsttem
peratur erreicht ist, wird das Ventil 28 geöffnet und
die Kühlmittelpumpe 22 in Betrieb gesetzt, worauf der
Kühlkreislauf 16 in üblicher Weise die Motor
kühlung übernimmt. Die zweite Kühlmittelpumpe 36
bleibt zumindest bis zur Aufladung des Wärmespeichers
38, bei Heizungsbedarf aber ständig in Betrieb.
Da die zweite Kühlmittelpumpe 36 unabhängig vom
jeweiligen Motorbetriebszustand arbeitet, wird eine
gleichmäßige Heizwirkung erzielt.
Besonders vorteilhaft ist es, parallel zum Heizungs
wärmetauscher 42 einen Kühlmittel- Öl-Wärmetauscher
52 anzuordnen, der in der Kaltstartphase für eine
rasche Erwärmung des Motoröls sorgt.
Wie aus der Zeichnung leicht zu entnehmen ist, kann
eine bereits vorhandene Motorkonstruktion leicht für
die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens umge
rüstet werden, wozu es nur erforderlich ist, am Zy
linderkopf 14 den Kühlmitteleinlaß 40 anzubringen,
während alle weiteren Veränderungen außerhalb von
Motorblock 12 und Zylinderkopf 14 vorgenommen werden
können, wobei eine weitgehende Anpassung an die je
weils im Motorraum bestehenden räumlichen Verhältnis
se möglich ist.
Zwar stellt die Anbringung des Kühlmitteleinlasses 40
einen Eingriff in das optimierte Strömungssystem
innerhalb des Zylinderkopfes 14 dar, weil aber die
bei der ursprünglichen Konstruktion des Zylinderkop
fes 14 vorgesehene Strömungsrichtung des Kühlmittel
stroms durch den Zylinderkopf 14 zum Kühlmittelauslaß
26 auch für den Zylinderkopfkreislauf 35 beibehalten
wird, ist in der Regel nicht mit Kühlungsproblemen im
Zylinderkopf 12 nach Anbringung des zusätzlichen
Kühlmitteleinlasses 40 zu rechnen.
Claims (11)
1. Verfahren zur Beeinflussung der Betriebstem
peratur eines Verbrennungsmotors der Kolbenbauart mit
einem Motorblock, einem Zylinderkopf, miteinander in
Verbindung stehenden Kühlmittelräumen in Motorblock
und Zylinderkopf, einem Kühlkreislauf mit einem Wär
metauscher und einer Kühlmittelpumpe, deren Förder
richtung so gewählt ist, daß der Kühlmitteleintritt
in den Motorblock erfolgt und das Kühlmittel am Zy
linderkopf austritt, und mit einem vom Kühlmittel
durchströmbaren Wärmespeicher, wobei die Zirkulation
im Kühlkreislauf unterbrechbar ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß die im Kühlmittelkreislauf angeordnete
Kühlmittelpumpe zu- und abschaltbar ist, daß ein über
den gesamten Kühlmittelraum des Zylinderkopfs, eine
zweite Kühlmittelpumpe und den Wärmespeicher geführ
ter Zylinderkopfkreislauf durch Betrieb der zweiten
Kühlmittelpumpe zumindest bis zum Erreichen der Be
triebstemperatur ständig in Umlauf gehalten wird und
daß oberhalb einer vorgegebenen Schwelle der Motor
temperatur die zu- und abschaltbare Kühlmittelpumpe
zugeschaltet und der Kühlkreislauf dem Zylinderkopf
kreislauf überlagert wird.
2. Verbrennungsmotor der Kolbenbauart zur
Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem
Motorblock (12), einem Zylinderkopf (14), miteinander
in Verbindung stehenden Kühlmittelräumen im Motor
block (12) und Zylinderkopf (14), einem Kühlmittel
kreislauf (16) mit einem Wärmetauscher (20) und einer
Kühlmittelpumpe (22), deren Förderrichtung so gewählt
ist, daß der Kühlmitteleintritt in den Motorblock
(12) erfolgt und das Kühlmittel am Zylinderkopf (14)
austritt, und mit einem vom Kühlmittel durchströmba
ren Wärmespeicher (38), wobei die Zirkulation im
Kühlkreislauf (16) unterbrechbar ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Kühlmittelpumpe (22) im Kühl
mittelkreislauf (16) zu- und abschaltbar ist und daß
ein Zylinderkopfkreislauf (35) über den Wärmespeicher
(38) und den gesamten Kühlmittelraum des Zylinder
kopfs (14) geführt ist und eine zweite Kühlmittel
pumpe (36) enthält.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß im Zylinderkopfkreislauf (35) ein
Heizungswärmetauscher (42) angeordnet ist.
4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2
oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der
zweiten Kühlmittelpumpe (36) geringer ist als die der
Kühlmittelpumpe (22) im Kühlkreislaufkreislauf.
5. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der zweiten
Kühlmittelpumpe (36) zur Sättigung des Heizungswärme
tauschers (42) ausreichend ist.
6. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopf
kreislauf (35) der Wärmespeicher (38), der Zylinder
kopf (14) und der Heizungswärmetauscher (42) in Strö
mungsrichtung aufeinanderfolgen.
7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zylinder
kopfkreislauf (35) ein Kühlmittel-Öl-Wärmetauscher
(52) zur Beheizung des Motoröls einbezogen ist.
8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß im Zylinderkopfkreislauf (35)
Wärmespeicher (38), Zylinderkopf (14), Kühlmittel-Öl-
Wärmetauscher (52) und gegebenenfalls parallel zum
Kühlmittel-Öl-Wärmetauscher ein Heizungswärmetauscher
(42) aufeinanderfolgen.
9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher
(38) ein Latentwärmespeicher ist.
10. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zu- und ab
schaltbare Kühlmittelpumpe (22) über eine lösbare
Magnetkupplung antreibbar ist.
11. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Kühlmittelpumpe (36) einen elektrischen An
trieb aufweist.
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DE19904032701 DE4032701A1 (de) | 1990-10-15 | 1990-10-15 | Verfahren zur beeinflussung der betriebstemperatur eines verbrennungsmotors der kolbenbauart und motor zur durchfuehrung des verfahrens |
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