DE4214850A1 - Heating IC engine using heat carrier circulation system conducted across heater - involves conducting heat carrier with priority across engine cylinder head with part of circulated heat carrier controlled so that it is also led through engine cylinder block. - Google Patents
Heating IC engine using heat carrier circulation system conducted across heater - involves conducting heat carrier with priority across engine cylinder head with part of circulated heat carrier controlled so that it is also led through engine cylinder block.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen einer Brennkraftmaschine mit einem über eine Heizeinrichtung führenden Wärmeträgerkreislauf, der vorrangig über den Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf geleitet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Wärmeträgerkreislauf, der bei noch nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine in einer Heizeinrichtung Wärme auf nimmt und vorrangig den Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf durchströmt.The invention relates to a method for heating a Internal combustion engine with a heater leading heat transfer circuit, which is primarily via the Internal combustion engine cylinder head is directed. Further The invention relates to an internal combustion engine with a Heat transfer circuit, which is not yet warmer Internal combustion engine heat up in a heating device takes and primarily the engine cylinder head flows through.
Relevanten Stand der Technik bildet die DE-OS 29 16 216. Demnach ist es bekannt, eine Brennkraftmaschine vor ihrem Start vorzuwärmen oder nach erfolgtem Start schneller auf die Betriebstemperatur zu bringen, indem der ansonsten der Kühlung der Brennkraftmaschine dienende Wärmeträger kreislauf mittels einer insbesondere als Wärmespeicher ausgebildeten Heizeinrichtung erwärmt wird. Bevorzugt wird dabei zunächst nur der Brennkraftmaschinen-Zylinder kopf erwärmt, da hierdurch das Startverhalten der Brenn kraftmaschine verbessert und nach erfolgtem Start auch das Warmlaufverhalten beispielsweise im Hinblick auf die zu erwartenden Abgasemissionen optimiert werden kann.The relevant prior art is DE-OS 29 16 216. Accordingly, it is known to have an internal combustion engine in front of it Preheat start or quicker after start bring the operating temperature by the otherwise heat transfer medium for cooling the internal combustion engine circuit by means of a heat storage in particular trained heater is heated. Prefers initially only the internal combustion engine cylinder head warmed, as this causes the firing engine improved and after the start also the warm-up behavior, for example with regard to the expected exhaust emissions can be optimized.
Weiteres Verbesserungspotential an einer derartigen Brennkraftmaschinen-Erwärmung aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.Further potential for improvement in such a It is the task of demonstrating internal combustion engine heating of the present invention.
Im Hinblick auf das Verfahren zum Erwärmen ist als Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, daß ein Teil des umgewälzten Wärmeträgermittels derart gesteuert auch durch den Brenn kraftmaschinen-Zylinderblock geleitet wird, daß die Tem peratur des Zylinderblocks unter Beibehaltung eines ge wissen Temperaturunterschiedes derjenigen des Zylinder kopfes nachgeführt wird.With regard to the method of heating is as a solution this task provided that part of the circulated Heat transfer medium controlled in this way also by the burner engine cylinder block is directed that the tem temperature of the cylinder block while maintaining a ge know the temperature difference of that of the cylinder head is tracked.
Im Hinblick auf die Brennkraftmaschine als solche hinge gen wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der direkt in den Zylinderkopf eintretende Wärmeträgerkreislauf im we sentlichen nur die im Zylinderkopf verlaufenden Brenn kraftmaschinen-Einlaßkanäle bzw. deren Wände oder Umge bung beaufschlagt.With regard to the internal combustion engine as such gene the task is solved in that the directly in the heat transfer circuit entering the cylinder head in the we only the burning in the cylinder head engine inlet ducts or their walls or vice versa exercise.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Inhalt der Unteransprüche.Advantageous further developments of the invention are Content of the subclaims.
Wenngleich es wünschenswert ist, bevorzugt den Brenn kraftmaschinen-Zylinderkopf und insbesondere die Ein laßkanäle vorzuwärmen bzw. beschleunigt zu erwärmen, um möglichst kurzfristig eine optimale Gemischaufbereitung in den Kanälen sowie Verbrennung in den Brennräumen der Brennkraftmaschine zu erzielen, so sollte dennoch mit steigender Erwärmung des Zylinderkopfes auch der Zylin derblock erwärmt werden, um die Reibleistungsverluste bei Betrieb der Brennkraftmaschine ebenfalls möglichst früh zeitig zu reduzieren. Um dennoch der wesentlich effekti veren Zylinderkopferwärmung den Vorzug zu geben, wird erfindungsgemäß die Zylinderblockerwärmung der Zylinderkopferwärmung quasi nachgeführt. Dies kann bei spielsweise durch eine entsprechend gesteuerte Aufteilung des Wärmeträgerstromes auf Kopf und Block erfolgen. Dann erhält der Zylinderkopf einen größeren Anteil des Wärme trägermittels als der Zylinderblock und wird somit auch intensiver erwärmt. Insbesondere jedoch kann dann, wenn zunächst nur der Zylinderkopf durchströmt wird, mit Er reichen eines gewissen Temperaturunterschiedes zwischen Kopf und Block der Wärmeträgerkreislauf für eine gewisse Zeit auch durch den Block geführt werden. Nach einer Ver ringerung des Temperaturunterschiedes hingegen wird der Wärmeträgerkreislauf wieder unter Umgehung des Zylinder blocks im wesentlichen nur über den Zylinderkopf gelei tet. Sobald somit die Temperaturdifferenz zwischen dem Zylinderkopf sowie dem Zylinderblock aufgrund der Erwär mung des Zylinderkopfes eine gewisse Höhe erreicht hat, wird im weiteren zusätzlich zum Zylinderkopf auch der Zy linderblock erwärmt, bis diese Temperaturdifferenz zwi schen Zylinderkopf und Zylinderblock verringert ist. An schließend daran wird wieder der Brennkraftmaschinen-Zy linderkopf alleine erwärmt. Nach neuerlichem Auftreten einer gewissen Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden Bauteilen kann abermals zusätzlich der Zylinderblock er wärmt werden und hiernach abermals der Zylinderkopf al leine; sollte jedoch bereits vorher die Brennkraftma schine ihre Betriebstemperatur erreicht haben, so wird selbstverständlich der Vorwärm- bzw. Erwärmprozeß been det. Die Umschaltung des die Erwärmung bzw. Vorwärmung durchführenden Wärmeträgerkreislaufes kann dabei mittels geeigneter Ventile entweder zeitgesteuert oder auch tem peraturgesteuert erfolgen. Im erstgenannten Fall können die geeigneten Zeitspannen, nach denen der gewisse Tempe raturunterschied erreicht bzw. wieder reduziert ist, durch Versuchsreihen ermittelt werden, im zweitgenannten Fall können geeignet plazierte Temperaturfühler am Zylin derblock sowie am Zylinderkopf angebracht sein oder in den Wärmeträgerkreislauf hineinreichen, mit denen dann aktuelle Temperaturwerte gemessen sowie aktuelle Tempera turunterschiede ermittelt werden können. Although it is desirable, preference is given to the Brenn engine cylinder head and especially the one preheat or accelerate to warm up Optimal mixture preparation as short as possible in the channels and combustion in the combustion chambers of the Achieve internal combustion engine, so should still use increasing heating of the cylinder head also the Zylin The block can be heated to reduce the friction loss Operation of the internal combustion engine also as early as possible to reduce early. In order to be the much more effective to give preference to cylinder head heating according to the cylinder block heating Cylinder head heating practically tracked. This can happen with for example, through an appropriately controlled division of the heat transfer flow take place on the head and block. Then the cylinder head receives a greater proportion of the heat carrier than the cylinder block and is therefore also warmed more intensely. In particular, however, if initially only the cylinder head is flowed through with Er range of a certain temperature difference between Head and block the heat transfer circuit for a certain Time can also be guided through the block. After a ver however, the temperature difference will decrease Heat transfer circuit again bypassing the cylinder blocks essentially only over the cylinder head tet. As soon as the temperature difference between the Cylinder head and the cylinder block due to the heating tion of the cylinder head has reached a certain height, In addition to the cylinder head, the Zy linderblock heated until this temperature difference between cylinder head and cylinder block is reduced. On then the engine-Zy lind head warmed alone. After a new appearance a certain temperature difference between these two Components can again the cylinder block he be warmed and then again the cylinder head al rope; However, the internal combustion engine should machines have reached their operating temperature of course, the preheating or heating process has been completed det. Switching the warming or preheating performing heat transfer circuit can by means suitable valves either time-controlled or tem temperature controlled. In the former case, you can the appropriate periods of time after which the certain tempe difference in temperature is reached or reduced again, can be determined by series of tests in the second Suitably placed temperature sensors on the cylinder can be used the block and attached to the cylinder head or in pass in the heat transfer circuit with which then current temperature values measured as well as current tempera door differences can be determined.
Wie bereits erläutert, wird mittels der von der Brenn kraftmaschine unabhängigen Heizeinrichtung insbesondere der Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf vorgewärmt bzw. in tensiv erwärmt, da hiermit ein verbessertes Warmlaufver halten und daraus resultierend verringerte Abgasemissio nen bei verringertem Kraftstoffverbrauch erzielt werden können. Insbesondere bei gemischverdichtenden Brennkraft maschinen wirkt es sich dabei besonders vorteilhaft aus, vorrangig die im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ver laufenden Einlaßkanäle zu erwärmen, da in diesen Ein laßkanälen die Gemischbildung erfolgt, bzw. da es zu ver hindern gilt, daß sich flüssiger Kraftstoff an den Wänden der Einlaßkanäle absetzt. Erfindungsgemäß beaufschlagt somit der in den Zylinderkopf eintretende Wärmeträger kreislauf im wesentlichen nur die Umgebung der Ein laßkanäle, insbesondere dort, wo ein von einem Brenn stoff-Einspritzventil abgespritzter Kraftstoffstrahl auf trifft. Diese Kanalbereiche sollen somit einen "hot-spot" darstellen. Hierzu wird das Wärmeträgermittel entspre chend im Zylinderkopf geführt. Insbesondere strömt das Wärmeträgermittel einlaßkanalseitig in den Zylinderkopf ein und verläßt diesen ebenfalls einlaßkanalseitig, ohne die andere Längsseite eines beispielsweise Reihen-Zylin derkopfes zu durchströmen, auf der dann die Aus laßkanäle vorgesehen sein können. Selbstverständlich wird sich auch dieses Totwassergebiet an den Auslaßkanälen langfristig erwärmen, die konzentrierte Wärmezufuhr durch das in der Heizeinrichtung erwärmte Wärmeträgermittel er folgt jedoch erwünschtermaßen lediglich einlaßkanalsei tig. Gesteigert werden kann diese Maßnahme dadurch, daß bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine je Zylinder ein eigener Eintritt oder Austritt, d. h. allgemein Über tritt für den Wärmeträgerkreislauf, vorgesehen ist.As already explained, by means of the Brenn Motor-independent heating device in particular the engine cylinder head preheated or in heated intensively, as this improves the warm-up hold and the resulting reduced exhaust emissions can be achieved with reduced fuel consumption can. Especially with mixture-compressing internal combustion it is particularly advantageous for machines, primarily the ver in the cylinder head of the internal combustion engine to heat up the current inlet ducts, because in this one let channels form the mixture, or because it is too ver prevent liquid fuel from sticking to the walls the inlet channels settles. Acted on according to the invention thus the heat transfer medium entering the cylinder head cycle essentially only the environment of the one let channels, especially where one of a focal sprayed fuel jet on meets. These channel areas should therefore be a "hot spot" represent. For this, the heat transfer medium will correspond accordingly in the cylinder head. In particular, it flows Heat transfer medium on the intake port side into the cylinder head and leaves this also on the inlet channel side, without the other long side of a row cylin, for example to flow through the head, on which then the off let channels can be provided. It goes without saying this dead water area at the outlet channels heat long term, the concentrated heat supply through the heated heat transfer medium in the heater however, desirably follows only intake port egg tig. This measure can be increased by the fact that with a multi-cylinder internal combustion engine per cylinder a separate entry or exit, d. H. general About occurs for the heat transfer circuit, is provided.
Handelt es sich bei der Heizeinrichtung für den Wärmeträ gerkreislauf um einen Wärmespeicher, so wird dieser Wär mespeicher üblicherweise durch die Abwärme der betriebs warmen Brennkraftmaschine beladen. Es kann jedoch darüber hinaus eine zusätzliche Beladung des Wärmespeichers durch eine weitere externe Energiequelle vorgesehen sein. Beispielsweise kann elektrische Energie aus einem Stromnetz abgezogen werden, mit der dann beispielsweise über Heizstäbe der Wärmeträgerkreislauf oder der Wär mespeicher direkt beheizt wird. Um darüber hinaus nach Abstellen der Brennkraftmaschine die Brennkraftmaschinen-Rest wärme nutzen zu können, wenn der Wärmespeicher durch den vorangegangenen Betrieb noch nicht vollständig bela den ist, kann eine Vorrichtung zum Fördern des Wärme trägermittels in/durch den Wärmespeicher nach Abstellen der Brennkraftmaschine vorgesehen sein. Im einfachsten Fall wird eine ohnehin vorhandene Zusatzpumpe für das Wärmeträgermittel, die erforderlich ist, um die Brenn kraftmaschine vorzuwärmen, auch nach Abstellen der Brenn kraftmaschine für eine gewisse Zeitspanne in Betrieb ge nommen.Is it the heater for the Wärmeträ circulation around a heat accumulator, this heat storage is usually caused by the waste heat from operation loaded warm internal combustion engine. However, it can be about additional loading of the heat accumulator another external energy source may be provided. For example, electrical energy from a Electricity network are withdrawn, for example the heating medium circuit or the heat via heating rods memory is heated directly. To go beyond Turning off the engine the engine rest to be able to use heat when the heat storage is through did not fully load the previous operation is a device for conveying the heat carrier in / through the heat accumulator after being switched off the internal combustion engine can be provided. In the simplest Fall is an additional pump for the already existing Heat transfer medium that is required to keep the burning Preheat the engine, even after stopping the burner engine operated for a certain period of time taken.
Dies sowie weitere Vorteile der Erfindung werden auch aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Aus führungsbeispiele ersichtlich, die teilweise lediglich in Prinzipskizzen dargestellt sind.This, as well as other advantages of the invention also preferred from the following description management examples can be seen, some of which are only in Principle sketches are shown.
In Fig. 1 ist ein Wärmeträgerkreislauf einer Brennkraft maschine, der eine Brennkraftmaschinen-Erwärmung ermög licht, prinzipiell dargestellt.In Fig. 1, a heat transfer circuit of an internal combustion engine that enables an internal combustion engine heating light is shown in principle.
Die mit der Bezugsziffer 1 bezeichnete Brennkraftmaschine besteht aus einem Zylinderblock 1a, sowie einem Zylinder kopf 1b. Vorgesehen ist eine von der Brennkraftmaschine 1 angetriebene Kühlmittelpumpe 2, mit der ein Kühlmittel in einem durch Linien dargestellten Wärmeträgerkreislauf 3 wie bekannt umgewälzt werden kann. Die bekannten Elemente dieses Wärmeträgerkreislaufes 3 sind ein Thermostatventil 4, ein Kühler 5, sowie zwei Heizungswärmetauscher 6a, 6b, mit vorgeschalteten Heizungsventilen 7a, 7b. The designated with the reference number 1 internal combustion engine consists of a cylinder block 1 a, and a cylinder head 1 b. A coolant pump 2 driven by the internal combustion engine 1 is provided , with which a coolant can be circulated in a heat transfer circuit 3 represented by lines, as is known. The known elements of this heat transfer circuit 3 are a thermostatic valve 4 , a cooler 5 , and two heating heat exchangers 6 a, 6 b, with upstream heating valves 7 a, 7 b.
Neben diesen üblichen Elementen enthält der in Fig. 1 dargestellte Wärmeträgerkreislauf eine Heizeinrichtung 8 in Form eines Latent-Wärmespeichers, eine zusätzliche, von der Brennkraftmaschine unabhängig antreibbare Umwälz pumpe 9, sowie mehrere einzelne Leitungszweige freige bende bzw. absperrende Regelventile 10a bis 10e. Das Re gelventil 10a befindet sich dabei stromab der Umwälzpumpe 9 sowie stromauf der Heizeinrichtung 8. Stromab des Re gelventiles 10b ist eine mit Fremdenergie, d. h. insbe sondere elektrisch betreibbare Wärmezufuhr-Vorrichtung 11 an das im Wärmeträgerkreislauf umlaufende Wärmeträgermit tel vorgesehen. Das Regelventil 10c befindet sich in ei nem Leitungszweig, der Wärmeträgermittel direkt in den Zylinderkopf 1b der Brennkraftmaschine 1 fördert, während das Regelventil 10d in einem Leitungszweig angeordnet ist, über den das Wärmeträgermittel in den Zylinderblock 1a gelangen kann. Nicht näher dargestellt ist der Weg des Wärmeträgermittels vom Zylinderblock 1a zum Zylinderkopf 1b, da dies auch hier wie bei Brennkraftmaschinen allge mein üblich erfolgt. Ferner ist im üblichen Heizungsrück lauf ein Regelventil 10e vorgesehen.In addition to these usual elements, the heat transfer circuit shown in FIG. 1 contains a heating device 8 in the form of a latent heat accumulator, an additional circulation pump 9 that can be driven independently of the internal combustion engine, and several individual line branches that release or shut off control valves 10 a to 10 e. The re control valve 10 a is located downstream of the circulating pump 9 and upstream of the heating device 8 . Downstream of the re gel valve 10 b is provided with external energy, ie in particular special electrically operable heat supply device 11 to the circulating in the heat transfer circuit Wärmeträgermit tel. The control valve 10 c is located in a line branch which conveys heat transfer medium directly into the cylinder head 1 b of the internal combustion engine 1 , while the control valve 10 d is arranged in a line branch through which the heat transfer medium can get into the cylinder block 1 a. The path of the heat transfer medium from the cylinder block 1 a to the cylinder head 1 b is not shown, since this is also customary here, as is the case with internal combustion engines. Furthermore, a control valve 10 e is provided in the usual heating return.
Wie bereits erwähnt, ist der Wärmeträgerkreislauf bei be triebswarmer Brennkraftmaschine 1 wie üblich geschaltet. Das bedeutet, daß in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeträgermittels durch entsprechende Position des Ther mostatventiles 4 das Wärmeträgermittel über die Kühlmit telpumpe 2 entweder im Kurzschlußkreislauf im wesentli chen lediglich über den Zylinderblock 1a sowie über den Zylinderkopf 1b gefördert wird, oder - falls eine Kühlung des Wärmeträgermittels erforderlich ist - zusätzlich über den Kühler 5 umgewälzt wird.As already mentioned, the heat transfer circuit is switched as usual when the internal combustion engine 1 is warm. This means that, depending on the temperature of the heat transfer medium by appropriate position of Ther mostatventiles 4, the heat transfer medium via the Kühlmit telpump 2 either in the short circuit in Chen essentially only via the cylinder block 1 a and the cylinder head 1 b, or - if one Cooling of the heat transfer medium is required - is additionally circulated via the cooler 5 .
Soll zusätzlich die Abwärme der Brennkraftmaschine 1 bei spielsweise zur Beheizung eines durch die Brennkraftma schine angetriebenen Fahrzeuges herangezogen werden, so werden darüber hinaus die Heizungswärmetauscher 6a, 6b durchströmt. Hierzu sind die Heizungsventile 7a, 7b ge öffnet, ebenso geöffnet ist das Regelventil 10e, so daß das aus dem Zylinderkopf 1b abgeführte und die Heizungs-Wär metauscher 6a, 6b durchströmende Wärmeträgermittel stromauf der Kühlmittelpumpe 2 wieder in den eigentlichen Brennkraftmaschinen-Wärmeträgerkreislauf zurückgeführt werden kann. In diesem stationären Betriebszustand bei betriebswarmer Brennkraftmaschine sind dann zumindest die Regelventile 10b, 10c, 10d geschlossen.In addition, if the waste heat of the internal combustion engine 1 is used for example for heating a vehicle driven by the internal combustion engine, the heating heat exchangers 6 a, 6 b are also flowed through. For this purpose, the heating valves 7 a, 7 b ge opens, the control valve 10 e is also open, so that the discharged from the cylinder head 1 b and the heat exchanger 6 a, 6 b flowing through heat transfer medium upstream of the coolant pump 2 again in the actual Internal combustion engine heat transfer circuit can be recycled. In this stationary operating state when the internal combustion engine is warm, at least the control valves 10 b, 10 c, 10 d are then closed.
Steht genügend Abwärme durch die Brennkraftmaschine 1 be reit, so kann diese Abwärme in dem Latent-Wärmespei cher/Heizeinrichtung 8 gespeichert werden. Für diesen Fall wird das Regelventil 10a geöffnet, so daß das Wärme trägermittel den Latent-Wärmespeicher durchströmt und da bei überschüssige Wärmeenergie abgeben kann. Die Rückfüh rung dieses Wärmeträgermittels erfolgt ebenfalls über das Regelventil 10e sowie den bereits beschriebenen Heizungs rücklauf.If there is enough waste heat from the internal combustion engine 1 , this waste heat can be stored in the latent heat storage / heating device 8 . In this case, the control valve 10 a is opened so that the heat carrier flows through the latent heat accumulator and can give off excess thermal energy. The return of this heat transfer medium also takes place via the control valve 10 e and the heating return already described.
Die in diesem Wärmespeicher bzw. in dieser Heizeinrich tung 8 gespeicherte Wärmeenergie soll dazu genutzt wer den, die Brennkraftmaschine 1 vor einem Start vorzuwärmen oder direkt anschließend an einen Start schneller zu er wärmen. Insbesondere im letztgenannten Fall ist die noch näher erläuterte Strategie zur Brennkraftmaschinen-Behei zung besonders vorteilhaft. Ausgehend von einem Start der Brennkraftmaschine wird bei stillgesetzter Kühlmittel pumpe 2 - hierzu kann eine Schaltkupplung vorgesehen sein - die zusätzliche Umwälzpumpe 9 in Betrieb genommen und die Regelventile 10a, 10c geöffnet. Geschlossen bleiben bei dieser Brennkraftmaschinen-Erwärmung die Regelventile 10b, 10e. Bedarfsweise können die Heizungs-Wärmetauscher 6a, 6b durchströmt werden, so daß die Heizungsventile 7a, 7b geöffnet sein können. The stored in this heat storage or in this Heizeinrich device 8 thermal energy should be used to who to preheat the internal combustion engine 1 before a start or to heat it faster immediately after a start. In the latter case in particular, the strategy for internal combustion engine heating explained in more detail is particularly advantageous. Starting from the start of the internal combustion engine, when the coolant pump 2 has stopped - a clutch can be provided for this purpose - the additional circulation pump 9 is started up and the control valves 10 a, 10 c are opened. The control valves 10 b, 10 e remain closed with this internal combustion engine heating. If necessary, the heat exchangers 6 a, 6 b can be flowed through, so that the heating valves 7 a, 7 b can be opened.
Zunächst sei das Regelventil 10d geschlossen. Bei Betrieb der Umwälzpumpe 9 wird nun das Wärmeträgermittel durch den Wärmespeicher geleitet, erwärmt sich in diesem und gelangt von da aus direkt in den Zylinderkopf 1b der Brennkraftmaschine 1. Hier gibt das Wärmeträgermittel die zuvor aufgenommene Wärme an den Zylinderkopf ab und ver läßt diesen anschließend, um neuerlich von der Umwälz pumpe 9 angesaugt zu werden. Auf diese Weise wird wie ge wünscht der Zylinderkopf 1b erwärmt, eine nennenswerte Erwärmung des Zylinderblocks 1a erfolgt dabei nicht.First, the control valve 10 d is closed. When the circulation pump 9 is in operation, the heat transfer medium is now passed through the heat accumulator, heats up in it and from there passes directly into the cylinder head 1 b of the internal combustion engine 1 . Here, the heat transfer medium releases the previously absorbed heat to the cylinder head and then leaves it to be sucked in again by the circulation pump 9 . In this way, as desired, the cylinder head 1 b is heated, noteworthy heating of the cylinder block 1 a does not take place.
Nach einer gewissen Zeitspanne ist ein gewisser Unter schied zwischen der Temperatur des Zylinderkopfes 1b so wie der Temperatur des Zylinderblocks 1a erreicht. Ermit telt werden kann dieser Temperaturunterschied beispiels weise mittels geeignet angebrachter Temperatur-Meßfühler 12a, 12b. Wie in der Beschreibungseinleitung erläutert, soll nun auch der Zylinderblock 1a erwärmt werden. Somit wird für eine gewisse Zeit der Wärmeträgerkreislauf auch durch den Zylinderblock 1a geführt, wozu das Regelventil 10c geschlossen und das Regelventil 10d geöffnet wird. Nach einer Verringerung des Temperaturunterschiedes zwi schen dem Zylinderkopf 1b sowie dem Zylinderblock 1a wird der Wärmeträgerkreislauf hingegen wieder unter Umgehung des Zylinderblocks 1a im wesentlichen nur über den Zylin derkopf 1b geleitet. Dies bedeutet, daß bei stets noch betriebener Umwälzpumpe 9 sowie geöffnetem Regelventil 10a nun das Regelventil 10d wieder geschlossen und das Regelventil 10c wieder geöffnet wird.After a certain period of time, a certain difference between the temperature of the cylinder head 1 b and the temperature of the cylinder block 1 a is reached. This temperature difference can be determined, for example, by means of a suitably attached temperature sensor 12 a, 12 b. As explained in the introduction to the description, the cylinder block 1 a should now also be heated. Thus, the heat transfer circuit is also guided through the cylinder block 1 a for a certain time, for which purpose the control valve 10 c is closed and the control valve 10 d is opened. After a reduction in the temperature difference between the cylinder head 1 b and the cylinder block 1 a, the heat transfer circuit, on the other hand, is bypassed the cylinder block 1 a essentially only via the cylinder head 1 b passed. This means that always closed when not operated circulation pump 9 and open control valve 10 a now the control valve 10 d again and the control valve 10 c is opened again.
Die sich mit dieser Erwärmstrategie einstellenden Tempe raturverläufe für den Wärmespeicher sowie die zu erwär menden Bauteile der Brennkraftmaschine 1 sind im Tempera tur-Zeitdiagramm gemäß Fig. 2 dargestellt. Über der hori zontal verlaufenden Zeitachse sind die Temperaturen im Wärmespeicher (Kurve 8′), im Zylinderblock (Kurve 1a′) sowie im Zylinderkopf (Kurve 1b′) dargestellt.The temperature curves for the heat accumulator and the components to be heated in the internal combustion engine 1 to be heated with this heating strategy are shown in the temperature-time diagram according to FIG. 2. The temperatures in the heat accumulator (curve 8 '), in the cylinder block (curve 1 a') and in the cylinder head (curve 1 b ') are shown above the horizontal time axis.
Zum Zeitpunkt t0 beginnt der Prozeß mit Inbetriebnahme der Umwälzpumpe 9 bei geschlossenem Regelventil 10d sowie geöffnetem Regelventil 10c. Wie ersichtlich erwärmt sich dabei lediglich der Zylinderkopf 1b. Zum Zeitpunkt t1 ist ein derart hoher Temperaturunterschied zwischen dem Zy linderkopf und dem Zylinderblock erreicht, daß nunmehr auch der Zylinderblock 1a erwärmt wird. Wie oben be schrieben wird hierzu das Regelventil 10d geöffnet und das Regelventil 10c geschlossen. Zum Zeitpunkt t2 ist dieser Temperaturunterschied so weit herabgesetzt, daß nun bis zum Zeitpunkt t3 wieder nur der Zylinderkopf 1b der Brennkraftmaschine 1 erwärmt wird. In der Zeitspanne von t3 bis t4 hingegen wird das Wärmeträgermittel wieder zunächst in den Zylinderblock 1a eingeleitet. Bei t4 ist der Temperaturunterschied zwischen Zylinderkopf und Zy linderblock wieder so weit reduziert, daß im folgenden lediglich eine Erwärmung des Zylinderkopfes 1b erfolgt. Schließlich wird zum Zeitpunkt t5 die reguläre Kühlmit telpumpe 2 in Betrieb genommen. Gleichzeitig kann die Um wälzpumpe 9 abgeschaltet werden. Auch werden nun die Re gelventile 10c, 10d geschlossen.At time t 0 , the process begins with the commissioning of the circulation pump 9 with the control valve 10 d closed and the control valve 10 c open. As can be seen, only the cylinder head 1 b heats up. At the time t 1 , such a high temperature difference between the cylinder head and the cylinder block is reached that now the cylinder block 1 a is heated. As described above, the control valve 10 d is opened and the control valve 10 c is closed. At time t 2 , this temperature difference is reduced to such an extent that now only cylinder head 1 b of internal combustion engine 1 is heated again until time t 3 . In the period from t 3 to t 4, however, the heat transfer medium is initially introduced into the cylinder block 1 a again. At t 4 , the temperature difference between the cylinder head and cylinder block Zy is reduced again so far that only the cylinder head 1 b is heated in the following. Finally, the regular coolant pump 2 is put into operation at time t 5 . At the same time, the circulation pump 9 can be switched off. Also, the re regulating valves 10 c, 10 d are now closed.
Während dieses gesamten Erwärmprozesses in der Zeitspanne von t0 bis t5 nimmt selbstverständlich die Temperatur im Wärmespeicher/Heizeinrichtung 8 kontinuierlich ab, wie der Kurvenverlauf 8′ zeigt. Die Vorteile dieser Erwärm-Strategie liegen darin, daß bei Inbetriebnahme der regu lären Kühlmittelpumpe 2 keine Thermoschock-Belastung auf treten kann, da das Temperaturniveau des Kurbelgehäuses bereits im wesentlichen an das des Zylinderkopfes ange paßt ist. Weiterhin wird durch die nachgeführte Beheizung des Kurbelgehäuses die gesamte Motorcharakteristik nicht nachteilig beeinflußt, da eine ggf. vorhandene elektroni sche Motorsteuerung keine divergierenden Angaben über unterschiedliche Temperaturverhältnisse im Zylinderkopf bzw. im Kurbelgehäuse erhält.During this entire heating process in the period from t 0 to t 5 , the temperature in the heat accumulator / heating device 8 naturally decreases continuously, as the curve profile 8 'shows. The advantages of this heating strategy are that when starting the regular coolant pump 2 no thermal shock load can occur, since the temperature level of the crankcase is already essentially matched to that of the cylinder head. Furthermore, the overall engine characteristics are not adversely affected by the tracked heating of the crankcase, since any electronic engine control that may be present does not receive divergent information about different temperature conditions in the cylinder head or in the crankcase.
Selbstverständlich ist dieser Prozeß in ähnlicher Weise auch dann durchführbar, wenn der Start der Brennkraftma schine erst zum Zeitpunkt t5 erfolgt und der geschilderte Erwärm-Prozeß als Vorwärmprozeß, beispielsweise von einer Schaltuhr gesteuert oder auch durch manuelles Einschalten gestartet, durchgeführt wird. Hat zum Zeitpunkt t6 schließlich die gesamte Brennkraftmaschine 1 ihre statio näre Betriebstemperatur erreicht und ist somit eine Küh lung der Brennkraftmaschine durch das Wärmeträgermittel erforderlich, so kann der Wärmespeicher/die Heizeinrich tung 8 wieder beladen werden, wie der Kurvenverlauf 8′ jenseits des Zeitpunktes t6 zeigt. Die hierfür erforder liche Schaltung des Wärmeträgerkreislaufes 3 wurde be reits oben beschrieben.Of course, this process can also be carried out in a similar manner if the start of the internal combustion engine does not take place until time t 5 and the heating process described is carried out as a preheating process, for example controlled by a timer or also started by manual switching on. Finally, at time t 6 , the entire internal combustion engine 1 has reached its statio nary operating temperature and cooling of the internal combustion engine by the heat transfer medium is required, the heat accumulator / heating device 8 can be reloaded, like the curve profile 8 'beyond time t 6 shows. The circuit for the heat transfer circuit 3 required for this was already described above.
Fig. 1 zeigt ein weiteres mögliches Detail eines erfin dungsgemäßen Wärmeträgerkreislaufes einer Brennkraftma schine. In einem parallel zum Wärmespei cher/Heizeinrichtung 8 verlaufenden Leitungszweig ist eine mit Fremdenergie betreibbare Wärmezufuhr-Vorrichtung 11 angeordnet. Insbesondere kann diese Wärmezufuhr-Vor richtung 11 ähnlich einem Durchlauferhitzer ausgebildet und an ein stationäres elektrisches Stromnetz anschließ bar sein. Im zugehörigen Leitungszweig, der stromab des Wärmespeichers/Heizeinrichtung 8 abzweigt und stromauf der Umwälzpumpe 9 mündet, ist das mit der Bezugsziffer 10b bezeichnete Regelventil angeordnet. Sind somit die Regelventile 10a, 10b geöffnet, die Regelventile 10c, 10d, 10e sowie die Heizungsventile 7a, 7b geschlossen und wird gleichzeitig die Umwälzpumpe 9 - beispielsweise ebenfalls über das stationäre elektrische Stromnetz - betrieben, so kann der Wärmespeicher 8 über diese externe Wärmezufuhrvorrichtung 11 beladen werden. Dieser Betrieb bietet sich beispielsweise dann an, wenn die Brennkraft maschine während ihrer letzten Inbetriebnahme ihre sta tionäre Betriebstemperatur beispielsweise wegen Kurz streckenbetrieb nicht erreicht hat, so daß eine Beladung des Wärmespeichers 8 durch die Abwärme der Brennkraftma schine nicht erfolgen konnte. Fig. 1 shows another possible detail of a heat transfer circuit according to the invention of an internal combustion engine. In a line branch running parallel to the heat storage / heating device 8 , a heat supply device 11 that can be operated with external energy is arranged. In particular, this heat supply device 11 can be configured similarly to a water heater and can be connected to a stationary electrical power network. In the associated line branch, which branches off downstream of the heat accumulator / heating device 8 and opens upstream of the circulation pump 9 , the control valve denoted by reference number 10 b is arranged. Thus, if the control valves 10 a, 10 b are open, the control valves 10 c, 10 d, 10 e and the heating valves 7 a, 7 b are closed and the circulation pump 9 is simultaneously operated - for example also via the stationary electrical power supply - then the Heat storage 8 can be loaded via this external heat supply device 11 . This operation is useful, for example, when the internal combustion engine has not reached its steady operating temperature during its last startup, for example because of short-range operation, so that loading of the heat accumulator 8 by the waste heat of the internal combustion engine could not take place.
In den Fig. 3, 4 ist eine vorteilhafte Brennkraftmaschine für einen eine Vorwärmung bzw. Erwärmung mit Hilfe einer Heizeinrichtung ermöglichenden Wärmeträgerkreislauf dar gestellt. Fig. 3 zeigt dabei einen Schnitt durch einen Reihen-Zylinderkopf 1b einer mehrzylindrigen Brennkraft maschine parallel zur Dichtungsebene zwischen dem Zylin derkopf 1b und dem Zylinderblock 1a einer Brennkraftma schine 1, während Fig. 4 den Querschnitt A-A aus Fig. 3 durch den Zylinderkopf 1b zeigt. Näher bezeichnet sind lediglich die für das Wesen der Erfindung wesentlichen Elemente, nicht erläutert hingegen werden die durchaus üblichen Bestandteile eines Brennkraftmaschinen-Zylinder kopfes.In Figs. 3, 4, an advantageous internal combustion engine for preheating or heating by means of a heating device permitting heat transfer medium circuit is is set. Fig. 3 shows a section through a row cylinder head 1 b of a multi-cylinder internal combustion engine parallel to the sealing plane between the Zylin derkopf 1 b and the cylinder block 1 a of an internal combustion engine 1 , while Fig. 4 shows the cross section AA of Fig. 3 by the Cylinder head 1 b shows. Only the elements that are essential for the essence of the invention are described in more detail, but are not explained.
Gezeigt ist ein Zylinderkopf einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine mit zwei Einlaßkanälen 20, 21 je Zy linder. In diese Einlaßkanäle 20, 21 für Verbrennungsluft mündet auch der Einspritzstrahl eines den Brennstoff zu führenden Einspritzventiles 22. Nach erfolgter Verbren nung im Brennraum 31 wird das Abgas über zwei Aus laßkanäle 23, 24 je Zylinder aus dem Zylinderkopf 1b ab geführt.Shown is a cylinder head of a six-cylinder internal combustion engine with two inlet channels 20 , 21 per cylinder. The injection jet of an injection valve 22 to guide the fuel also opens into these inlet channels 20 , 21 for combustion air. After combustion has taken place in the combustion chamber 31 , the exhaust gas is discharged from two cylinder ducts 23 , 24 per cylinder from the cylinder head 1 b.
Es ist erwünscht, anschließend an einen Kaltstart der Brennkraftmaschine möglichst kurzfristig im Bereich der Einlaßkanäle 20, 21 erhöhte Bauteiltemperaturen zu haben, um die Vermischung der Verbrennungsluft mit dem Brenn stoff in den Einlaßkanälen 20, 21 zu verbessern, d. h. die Wandablagerung von Brennstoff zu minimieren. Daher wird der Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf 1b insbesondere im Bereich der Einlaßkanäle 20, 21 mittels einer Heizein richtung 8 (Wärmespeicher) vorgewärmt bzw. intensivst schneller erwärmt. Der die Heizeinrichtung 8 durchströ mende und von der Umwälzpumpe 9 geförderte Wärmeträger kreislauf 3 wird somit innerhalb des Zylinderkopfes 1 im wesentlichen in einem Längskanal 25 geführt, der im Be reich der Einlaßkanäle 20, 21 liegt. Hierzu kann der Wär meträgerkreislauf 3 über eine stirnseitige Eintrittsboh rung 26 zugeführt und über eine auf der gegenüberliegen den Stirnseite angeordnete Austrittsöffnung 27 abgeführt werden.It is desirable to have increased component temperatures in the area of the inlet channels 20 , 21 as shortly as possible after a cold start of the internal combustion engine in order to improve the mixing of the combustion air with the fuel in the inlet channels 20 , 21 , ie to minimize the wall deposits of fuel. Therefore, the internal combustion engine cylinder head 1 b is preheated, particularly in the area of the inlet ducts 20 , 21, by means of a heating device 8 (heat accumulator) or is heated up more intensively. The heating device 8 through-flowing and promoted by the circulating pump 9 heat transfer circuit 3 is thus performed within the cylinder head 1 essentially in a longitudinal channel 25 which is rich in the inlet channels 20 , 21 Be. For this purpose, the heat transfer circuit 3 can be supplied via an end-side inlet bore 26 and discharged via an outlet opening 27 arranged on the opposite end side.
Es ist aber auch möglich, für jeden Zylinder einen eige nen Übertritt 28 für den Wärmeträgerkreislauf 3 vorzuse hen, wie dies in Fig. 3 schematisch und in Fig. 4 expli zit dargestellt ist. Demnach mündet ausgehend von einem Verteilerrohr 29 je Zylinder eine Wasserdüse 30 in den Kühlwasserraum des Zylinderkopfes 1b nahe der Ein laßkanäle 20, 21. Die Abfuhr des Wärmeträgermittels er folgt dabei abermals über die Austrittsöffnung 27. Diese Darstellung zeigt jedoch lediglich eine prinzipielle An ordnung. Daneben ist eine Vielzahl von Abwandlungen mög lich, die unter den Inhalt der Patentansprüche fallen.However, it is also possible for each cylinder to have its own transition 28 for the heat transfer circuit 3 , as is shown schematically in FIG. 3 and explicitly in FIG. 4. Accordingly, starting from a manifold 29 for each cylinder, a water nozzle 30 in the cooling water chamber of the cylinder head 1 b near the A lasskanäle 20 , 21st The heat transfer medium is removed again via the outlet opening 27 . However, this representation only shows a basic arrangement. In addition, a variety of modifications are possible, which fall under the content of the claims.
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