DE4032701A1 - Verfahren zur beeinflussung der betriebstemperatur eines verbrennungsmotors der kolbenbauart und motor zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

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.