DE4344602A1 - Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelkreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Kühlkreis­ lauf, in dem ein von einer Kühlmittelpumpe durch zumindest die Brennkraftma­ schine und einen Wärmetauscher förderbares Kühlmittel zirkuliert, daß während des Stillstandes der Brennkraftmaschine erhitzbar ist.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 33 41 097 bekannt. Der Kühlmittelkreislauf dieser Brennkraftmaschine weist zusätzlich einen von wär­ meisolierenden Wänden umgebenden Vorratsbehälter auf, in dem zusätzlich noch eine elektrische Heizvorrichtung angeordnet ist. Dabei liegt der in dieser Druckschrift beschriebenen Brennkraftmaschine die Aufgabe zugrunde, den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine insbesondere beim Kurzzeitbetrieb in Fahrzeugen zu senken. Nachteilig an der dargestellten Lösung ist der hohe Bauaufwand mit einem speziell isolierten Vorratsbehälter und einer zusätzli­ chen elektrischen Heizeinrichtung, die neben der eigentlichen Heizeinrichtung auch noch die zugehörigen Schaltelemente aufweisen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Einrichtung derart weiterzubilden, daß mit einem möglichst geringen zusätzlichen Bauaufwand eine Erhitzung des Kühlwassers während des Stillstands der Brennkraftma­ schine möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kühlmittel durch die während des Stillstandes der Brennkraftmaschine antreibbare Kühlmittel­ pumpe durch den Kühlmittelkreislauf förderbar ist. Dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegen mehrere Erkenntnisse zugrunde. Zunächst wurde in Ver­ suchen herausgefunden, daß eine Erwärmung des Kühlwassers während des Stillstandes der Brennkraftmaschine auf ca. 40°C eine gegenüber nicht er­ wärmten Kühlwasser erheblich verbesserte Abgasqualität bewirkt, gleichzeitig aber zusätzlich einen besseren Start der Brennkraftmaschine durch ein besse­ res und schnelleres Zünden des Verbrennungsgemisches ermöglicht und da­ durch insgesamt ein schnelleres Hochfahren auf den Betriebspunkt der Brenn­ kraftmaschine erreichbar ist. Dies ist insbesondere bei Gasmotoranlagen wich­ tig, die beispielsweise in einem Blockheizkraftwerk eingesetzt sind und bei de­ nen nach der Bedarfsanforderung von elektrischer Energie oder Heizwärme diese möglichst umgehend bereitgestellt werden muß. Dies erfordert ein schnelles Hochfahren der den Generator antreibenden Brennkraftmaschine auf einen genau vorgegebenen Betriebspunkt, da der Generator mit einer exakt vorgegebenen Drehzahl angetrieben werden muß. Damit ist ein längeres Warmlaufen der Brennkraftmaschine allein schon aus der Anforderung an die umgehende Erzeugung von elektrischer Energie ausgeschlossen. Hinzu kommen die strengen behördlichen Auflagen an derartige Blockheizkraftwerke, die beispielsweise durch die TA-Luft dargestellt sind. Bezüglich der erfin­ dungsgemäßen Ausgestaltung ist nun herausgefunden worden, daß gerade bei einer Vorheizung des Kühlwassers auf ca. 40°C ein ausreichend schnelles Hochfahren der Brennkraftmaschine bei Einhaltung aller behördlichen Abgas- und Umweltbestimmungen möglich ist. Ein weiteres Aufheizen des Kühl­ wassers auf höhere Temperaturen bringt hier keine nennenswerte Verbesse­ rung, während aber bei geringeren Kühlwassertemperaturen als 40°C nur deutlich schlechtere Werte erreichbar sind. Von dieser Erkenntnis ausgehend ist es der nächste Schritt der Erfindung herauszufinden, daß das Kühlwasser durch den Betrieb der Kühlmittelpumpe während des Stillstandes der Brenn­ kraftmaschine auf eine Temperatur von ca. 40°C erwärmt werden kann. Dabei äußert sich die in die Kühlmittelpumpe hineingegebene Leistung durch Flüssigkeitsreibung in einer Erwärmung des Kühlwassers. Zusätzlich ergibt sich durch das Umpumpen der vorteilhafte Effekt, daß das gesamte System gleichmäßig erwärmt wird. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird ein zusätzlicher Heizstab mit einer Leistungsaufnahme von ca. 3 KW eingespart, während der Betrieb der Kühlmittelpumpe auch beim Stillstand der Brennkraft­ maschine insbesondere bei Blockheizkraftwerken mit Brennkraftmaschinenan­ lagen keinen zusätzlichen Bauteilaufwand erfordert, sondern lediglich einer schaltungstechnischen Änderung bedarf. Bei derartigen Brennkraftmaschinen­ anlagen ist es leicht möglicht die Kühlmittelpumpe außerhalb der jeweiligen Brennkraftmaschine anzuordnen und die Kühlmittelpumpe mit Fremdenergie, beispielsweise elektrischer Energie anzutreiben. Dabei wird davon ausge­ gangen, daß als Kühlmittelpumpe eine einzige Pumpe zum Einsatz kommt, wo­ bei diese Pumpe während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Förderung des Kühlwassers zu Kühlzwecken und während des Stillstandes der Brenn­ kraftmaschine - wie beschrieben - zu Heizzwecken vornimmt. Selbstverständ­ lich können im Rahmen der Erfindung auch zwei Pumpen eingesetzt werden, wobei die erste Pumpe während des Betriebs und die andere Pumpe während des Stillstands der Brennkraftmaschine betreibbar ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur betreibbar. Dadurch kann mit einfachen Mitteln die vorge­ gebene Kühlmitteltemperatur beispielsweise in einem Bereich zwischen 38°C und 40°C eingeregelt werden, indem beispielsweise ein Temperatursensor in dem Kühlmittelkreislauf eingeschaltet ist, über den der Antrieb der Kühlmittel­ pumpe ein- und ausgeschaltet wird. Hierzu bietet sich insbesondere bei Ein­ satz der Brennkraftmaschine in Blockheizkraftwerken der zuvor genannte elek­ trische Antrieb der Kühlmittelpumpe an.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Förderleistung der Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur einstellbar. Dadurch kann mit einfa­ chen Mitteln die vorgegebene Kühlmitteltemperatur beispielsweise von 40°C eingestellt werden, indem beispielsweise ein Temperatursensor in dem Kühl­ mittelkreislauf eingeschaltet ist, über den der Antrieb der Kühlmittelpumpe ge­ regelt wird. Auch hierzu bietet sich insbesondere bei Einsatz der Brennkraft­ maschine in Blockheizkraftwerken der zuvor genannte elektrische Antrieb der Kühlmittelpumpe an.

In Weiterbildung der Erfindung ist zumindest während des Stillstandes der Brennkraftmaschine eine Drossel in den Kühlmittelkreislauf einschaltbar. Die Drossel bewirkt durch den verengten Durchströmungsquerschnitt eine erhöhte Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers, was sich letztendlich durch Flüssig­ keitsreibung in einer Temperaturerhöhung des Kühlmittels ausdrückt.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Drossel einen veränderlichen Drosselquerschnitt auf. Hierdurch kann eine Anpassung an die jeweils gege­ benen Anforderungen bezüglich einer zusätzlichen Kühlmittelerwärmung durch Verändern des Drosselquerschnitts erfolgen. Hierbei ist in weiterer Ausgestal­ tung der Drosselquerschnitt in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur ver­ änderbar. Durch diese Einrichtung kann im Zusammenwirken mit der Regelung der Kühlmittelpumpe ein günstiges Zusammenwirken dieser beider Bauele­ mente bezüglich einer Erwärmung des Kühlmittels gewährleistet sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbe­ schreibung zu entnehmen, in der ein in der Figur dargestelltes Ausführungs­ beispiel der Erfindung näher beschrieben ist.

Die Figur zeigt einen erfindungsgemäß ausgestalteten Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine die insbesondere als Gasmotoranlage für Blockheizkraft­ werke ausgebildet ist.

Der Kühlmittelkreislauf weit eine außerhalb der Brennkraftmaschine 1 an­ geordnete Kühlmittelpumpe 2 auf, die von einem Elektromotor 3 regelbar ange­ trieben ist. Die Kühlmittelpumpe 2 fördert das Kühlmittel durch eine Verbin­ dungsleitung, in die ein flexibler Anschluß 4a eingebaut ist, in den Kühlmittel­ kreislauf der Brennkraftmaschine 1, die ihrerseits einen Generator 5 antreibt. Der Ausgang aus dem Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine ist wieder­ rum mit einem flexiblem Anschluß 4b versehen, und im weiteren Verlauf der motorexternen Kühlmittelleitung ist eine einstellbare und arretierbare Drossel 6 eingesetzt. Im weiteren Strömungsverlauf ist hinter der Drossel 6 eine Abzwei­ geleitung vorgesehen, in die ein Entlüftungsventil 7 und ein Überdruckventil 8 eingeschaltet sind. Weiter gelangt das Kühlmittel durch den Hauptkreislauf in einen Wärmetauscher 9, um von dort wieder in den Eingang der Kühlmittel­ pumpe 2 zu gelangen. Dabei ist zwischen dem Wärmetauscher 9 und der Kühlmittelpumpe 2 eine weitere Abzweigleitung vorgesehen, in die ein Aus­ dehnungsgefäß 10 und ein weiteres Überdruckventil 11 eingeschaltet sind.

Durch das erfindungsgemäße Betreiben der Kühlmittelpumpe 2 während des Stillstandes der Brennkraftmaschine 1 wird das Kühlmittel auf ca. 40°C erhitzt. Durch diese Vorwärmung bedingt ergibt sich ein besseres Startverhalten der Brennkraftmaschine und die Brennkraftmaschine 1 kann bei geringen Ab­ gasemissionswerten schneller auf ihren Betriebspunkt hochgefahren werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist eine deutliche Verringerung des Ver­ schleißes der Brennkraftmaschine.

Claims (6)

1. Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Kühlmittelkreislauf, in dem ein von einer Kühlmittelpumpe durch zumindest die Brennkraftmaschine und einem Wärmetauscher förderbares Kühlmittel zirkuliert, das während des Still­ stands der Brennkraftmaschine erhitzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel von einer während des Stillstan­ des der Brennkraftmaschine (1) antreibbaren Kühlmittelpumpe (2) durch den Kühlmittelkreislauf förderbar ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelpumpe (2) in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur betreibbar ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung der Kühlmittelpumpe (2) in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur einstellbar ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drossel (6) in den Kühlmittelkreislauf ein­ schaltbar ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (6) einen veränderbaren Drossel­ querschnitt aufweist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselquerschnitt in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur veränderbar ist.