EP2009256A2 - Anordnung und Verfahren zur Erwärmung zumindest eines Betriebsmittels einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Anordnung und Verfahren zur Erwärmung zumindest eines Betriebsmittels einer Verbrennungskraftmaschine Download PDF

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EP2009256A2
EP2009256A2 EP08008792A EP08008792A EP2009256A2 EP 2009256 A2 EP2009256 A2 EP 2009256A2 EP 08008792 A EP08008792 A EP 08008792A EP 08008792 A EP08008792 A EP 08008792A EP 2009256 A2 EP2009256 A2 EP 2009256A2
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EP
European Patent Office
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oil
heat exchanger
engine
coolant
internal combustion
Prior art date
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EP08008792A
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French (fr)
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EP2009256A3 (de
EP2009256B1 (de
Inventor
Marc-Jochen Schweizer
Feitse Ebus
Lars Hentschel
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication of EP2009256A3 publication Critical patent/EP2009256A3/de
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    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M11/00—Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/0004—Oilsumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/02—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating
    • F01M5/021—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating by heating
    • F01M2005/023—Oil sump with partition for facilitating heating of oil during starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01M11/00—Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/0004—Oilsumps
    • F01M2011/0025—Oilsumps with heat exchangers

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for heating at least one operating means of an internal combustion engine according to the preamble of patent claims 1 and 9, respectively.
  • a device for heating a resource which differs essentially from the aforementioned prior art in that a so-called heating tube through which the operating medium flows is arranged directly in the exhaust pipe.
  • the measures described above can be used to specifically influence the temperature of the engine oil and thus its viscosity, as well as significantly reducing the friction losses in the engine, especially in the starting phase.
  • a greater potential for fuel savings and a reduction of the exhaust gas temperature are recorded, which in turn has an advantageous effect on NO x storage concepts.
  • the DE 103 28 846 B4 finally, discloses an exhaust gas heat exchanger for exchanging heat between a combustion-produced exhaust gas and a coolant.
  • the said exhaust gas heat exchanger in this case comprises at least two housings, which form a coolant channel in which the coolant flows and which is formed into a circular tube shape, and each arranged in the two housings heat exchange cores, with an exhaust passage for guiding an exhaust gas flow, wherein the two housing to a single body are combined so that the longitudinal directions of the housing can be substantially parallel to each other.
  • the exhaust gas heat exchanger should be usable both as a gas cooler and as a heat exchanger within a muffler for the recovery of heat energy from the exhaust gas.
  • the present invention seeks to provide an arrangement for heating at least one operating means of an internal combustion engine, which is further improved in terms of a possible increase in engine temperature levels such that a much faster reaching the engine operating temperature in the engine Cold start is allowed, whereby the fuel consumption, CO 2 emissions and wear can be reduced and the ride comfort in terms of vehicle heating can be improved.
  • the object of the invention is also to provide a corresponding method for heating at least one operating means of an internal combustion engine.
  • the invention is based on the finding that a rapid raising of the engine temperature level can be achieved if, in addition to the engine oil, the coolant in the coolant circuit of the internal combustion engine is simultaneously heated accordingly.
  • the object is therefore achieved by an arrangement for heating at least one operating means of an internal combustion engine, starting from an exhaust system hot combustion gases via at least one bypass line arranged in the oil sump of the oil pan of the engine block of the internal combustion engine and located in the oil sump engine oil first heat exchanger are passed, wherein in the oil pan, at least a second heat exchanger is arranged, which in turn is integrated into a coolant circuit of the internal combustion engine.
  • first and second heat exchangers are designed as separate components and arranged in the oil sump of the oil sump. Accordingly, the heat transfer takes place largely directly from the first heat exchanger or the hot exhaust gas flowing in it to the engine oil and indirectly via said heated engine oil in the oil sump to the coolant of the coolant circuit located within the second heat exchanger.
  • first and second heat exchangers can also advantageously be combined to form a preassembled subassembly and arranged in the oil sump of the oil sump.
  • the assembly of the first and second heat exchangers may be configured such that a certain first part of the outer wall of the first heat exchanger with the engine oil of the oil sump and a certain second part of the outer wall of the first heat exchanger with a certain part of the outer wall of the second heat exchanger in direct Contact is, whereby a heat exchange over the walls of the two heat exchangers is allowed by the hot combustion gas directly to the coolant. Furthermore, there is also a heat exchange with the engine oil surrounding said assembly.
  • first and second heat exchangers may also be integrally formed by partially having a common partition wall, whereby production and assembly thereof are simplified.
  • the invention may be appropriate to arrange within a designed as a hollow body first heat exchanger with at least one input and at least one output for the supplied combustion gases, the coolant flowing through the second heat exchanger with at least one coolant inlet and at least one coolant outlet, so that this hot combustion gases is swept over. Accordingly, engine oil and coolant are largely supplied directly from the hot combustion gas with an increased amount of heat.
  • an adjustable exhaust gas flap arranged in the flow cross-section of the exhaust system has proven to be expedient for the defined admission of the bypass line with hot combustion gases.
  • the exhaust gas flap can advantageously be activated as a function of the operating state of the internal combustion engine and / or of a currently sensed temperature of the engine oil and / or the coolant in the coolant circuit and / or other relevant state variables by means of an electronic control and control unit (ECU).
  • ECU electronice control and control unit
  • the method for heating at least one operating means of an internal combustion engine wherein starting from an exhaust system hot combustion gases are passed through at least one bypass line through a located in the oil sump of the oil pan of the engine block of the internal combustion engine and located in the oil sump engine oil heating first heat exchanger is characterized, characterized that in addition to the engine oil at the same time coolant is heated, which flows within a second arranged in the oil pan heat exchanger of a coolant circuit of the internal combustion engine.
  • the coolant can, on the one hand, be heated indirectly by the hot combustion gases, taking into account the heat exchangers, via the engine oil contained in the oil sump. On the other hand, the coolant can be heated directly from the hot combustion gases, taking into account the heat exchanger.
  • the heat transfer of combustion gases to the operating means in the form of the engine oil and the coolant is adjusted by means of a passage of the combustion gases through the bypass line regulating exhaust flap.
  • the exhaust flap can advantageously be controlled by an electronic control unit (ECU) depending on the current operating state of the internal combustion engine and / or the current temperature of the engine oil and / or the coolant and / or other relevant state variables.
  • ECU electronice control unit
  • Fig. 1 initially very schematically a schematic diagram of an internal combustion engine 1 with an exhaust system 2 and a known coolant circuit 3 in the form of a dual-circuit with thermostatic valves "T1" and “T2, which regulate the flow of the coolant 4 in dependence on the sensed temperature of the same.
  • FIG. 1 can be seen further, are from said exhaust system 2, in particular a known catalyst 8 and an adjoining exhaust pipe 9 shown.
  • a bypass line 10 for diverting the combustion gases 11 to a mounted within an engine block 12 mounted on the oil pan 13 of the internal combustion engine 1 first heat exchanger 14 is connected.
  • the first heat exchanger 14 is in turn disposed within the oil sump 15 of the oil pan 13 and thus allows heating of the engine oil 16 by means of the first heat exchanger 14 flowing hot combustion gases 11 (esp. Fig. 2 to 5 ).
  • an adjustable exhaust flap 17 is arranged in the flow cross section of the exhaust system 2 respectively in the flow cross section of the exhaust pipe 9, which allows the deflection of certain flowing volume fractions of the hot combustion gases 11 in the bypass line 10 ( Fig. 1 ).
  • the exhaust flap 17 is controlled by an electronic control unit (ECU), which in turn receives by means not shown in detail sensors detected input signals 18a-c, for example, the current operating state of the internal combustion engine 1 and / or the current temperature of the engine oil 16 and / or the coolant 4 and / or other relevant state variables, the same with one or more predetermined reference values and in the presence of a certain deviation or a trend of a deviation, a control signal 19 for an unspecified actuator of the exhaust valve 17 in terms of increasing or reducing the passage of hot combustion gases 11 generated by the bypass line 10 therethrough.
  • ECU electronice control unit
  • At least one second heat exchanger 20 with at least one coolant inlet 20a and at least one coolant outlet 20b, which in turn is integrated into the coolant circuit 3 of the internal combustion engine 1, is now arranged within the oil sump 13, whereby a heating of the same advantageously takes place by means of two operating means and accordingly absorbed by the same ratio of more heat energy from the hot combustion gas 11 and the internal combustion engine 1 can be made available.
  • the coolant 4 is heated in addition to the engine oil 16 ( Fig. 1 and 2 ).
  • first and second heat exchangers 14, 20 are formed as separate components and arranged in the oil sump 15 of the oil pan 13, whereby the coolant 4, taking into account the heat exchangers 14, 20 indirectly via the located in the oil pan 13 engine oil 16 from the hot combustion gases 11th is heated.
  • the embodiment according to Fig. 3 differs from the above to the effect that first and second heat exchangers 14, 20 are combined into a pre-assembled assembly and arranged in the oil sump 15 of the oil pan 13 by a certain first part of the outer wall of the first heat exchanger 14 with the engine oil 16 of the oil sump 15 and a certain second part of the outer wall of the first heat exchanger 14 is in direct contact with a certain part of the outer wall of the second heat exchanger 20.
  • the coolant 4 is indirectly heated by means of already heated engine oil 13 and secondly directly by the hot combustion gases 11, taking into account the heat exchangers 14, 20 or their outer walls.
  • Fig. 4 further shows a development of the aforementioned embodiment such that first and second heat exchangers 14, 20 are so to speak integrally formed by the same partially have a common inner partition wall 21, thereby reducing the manufacturing and assembly costs and the heat transfer from the hot combustion gases 11th is improved on the coolant 4.
  • FIG. 1 shows a first heat exchanger 14 designed as a hollow body for the supplied combustion gases 11, in which the coolant-passed second heat exchanger 20 is arranged and swept over by hot combustion gases 11, whereby both the engine oil 16 and the coolant 4, of course taking into account the heat exchangers 14 , 20 itself, a largely exclusive direct heat transfer from the hot combustion gases 11 to the two resources in question can be accomplished.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Aufgabe, eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Erwärmung zumindest eines Betriebsmittels einer Verbrennungskraftmaschine (1) zu schaffen bzw. anzugeben, welche im Hinblick auf eine etwaige Anhebung des Motor-Temperaturniveaus weiter verbessert sind derart, dass ein deutlich schnelleres Erreichen der Motor-Betriebstemperatur gerade im Motor-Kaltstart gestattet ist, wodurch der Kraftstoffverbrauch, der CO 2 -Ausstoß und der Verschleiß verringerbar sowie der Fahrkomfort in Bezug auf die Fahrzeug-Heizung (5) verbesserbar sind, wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass zum einen ausgehend von einer Abgasanlage (2) heiße Verbrennungsgase (11) über zumindest eine Bypassleitung (10) durch einen im Ölsumpf (15) der Ölwanne (13) des Motorblocks (12) der Verbrennungskraftmaschine (1) angeordneten und das in der Ölwanne (13) befindliche Motorenöl (16) erwärmenden ersten Wärmetauscher (14) hindurchgeführt sind, und zum anderen in der Ölwanne (13) zumindest ein zweiter Wärmetauscher (20) angeordnet ist, der seinerseits in einen Kühlmittelkreislauf (3) der Verbrennungskraftmaschine (1) eingebunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Erwärmung zumindest eines Betriebsmittels einer Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 9.
  • Anordnungen der gattungsgemäßen Art sind seit geraumer Zeit in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. So beschreibt die DE 101 07 018 A1 eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Motorblock, mit einer Ölwanne für das Motorenöl und mit einem Abgasrohr für die Verbrennungsgase, wobei ein Wärmetauscher zur Erwärmung des Motorenöls durch die Temperatur der Verbrennungsgase vorgesehen ist. Im Wesentlichen ist an das Abgasrohr ein Abzweig respektive ein Bypass zur Umleitung der Verbrennungsgase zu dem innerhalb der Ölwanne angeordneten Wärmetauscher angeschlossen. Mittels einer innerhalb des Abgasrohres angeordneten verstellbaren Abgasklappe kann der Bypass definiert mit heißem Abgas beschickt oder abgesperrt werden. Aus der WO 02/090730 A1 ist des Weiteren eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Betriebsmittels bekannt, welche sich im Wesentlichen dadurch vom vorgenannten Stand der Technik unterscheidet, dass ein vom Betriebsmittel durchflossenes sogenanntes Aufheizrohr direkt im Abgasrohr angeordnet ist. Durch vorstehende Maßnahmen lassen sich die Temperatur des Motorenöls und damit dessen Viskosität gezielt beeinflussen sowie die Reibungsverluste im Motor gerade in der Startphase wesentlich verringern. Ferner sind ein größeres Potential für Kraftstoffeinsparungen sowie eine Verringerung der Abgastemperatur zu verzeichnen, die sich ihrerseits wiederum vorteilhaft auf NOx-Speicherkonzepte auswirkt. Die DE 103 28 846 B4 offenbart schließlich einen Abgaswärmetauscher für den Austausch von Wärme zwischen einem durch Verbrennung erzeugten Abgas und einem Kühlmittel. Der besagte Abgaswärmetauscher umfasst dabei mindestens zwei Gehäuse, die einen Kühlmittelkanal bilden, in dem das Kühlmittel strömt und der zu einer kreisförmigen Rohrgestalt ausgebildet ist, sowie jeweils in den beiden Gehäusen angeordnete Wärmeaustauschkerne, mit einem Abgaskanal zur Führung einer Abgasströmung, wobei die beiden Gehäuse zu einem einzigen Körper so zusammengefasst sind, dass die Längsrichtungen der Gehäuse im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen können. Der Abgaswärmetauscher soll sowohl als Gaskühler als auch als Wärmetauscher innerhalb eines Schalldämpfers zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus dem Abgas verwendbar sein.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Erwärmung zumindest eines Betriebsmittels einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die im Hinblick auf eine etwaige Anhebung des Motor-Temperaturniveaus weiter verbessert ist derart, dass ein deutlich schnelleres Erreichen der Motor-Betriebstemperatur gerade im Motor-Kaltstart gestattet ist, wodurch der Kraftstoffverbrauch, der CO2-Ausstoß und der Verschleiß verringerbar sowie der Fahrkomfort in Bezug auf die Fahrzeug-Heizung verbesserbar sind. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein entsprechendes Verfahren zur Erwärmung zumindest eines Betriebsmittels einer Verbrennungskraftmaschine anzugeben.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein schnelles Anheben des Motor-Temperaturniveaus erzielbar ist, wenn neben dem Motorenöl gleichzeitig das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf der Verbrennungskraftmaschine entsprechend erwärmt wird.
  • Die gestellte Aufgabe wird demnach durch eine Anordnung zur Erwärmung zumindest eines Betriebsmittels einer Verbrennungskraftmaschine gelöst, bei der ausgehend von einer Abgasanlage heiße Verbrennungsgase über zumindest eine Bypassleitung durch einen im Ölsumpf der Ölwanne des Motorblocks der Verbrennungskraftmaschine angeordneten und das in der Ölwanne befindliche Motorenöl erwärmenden ersten Wärmetauscher hindurchgeführt sind, wobei in der Ölwanne zumindest ein zweiter Wärmetauscher angeordnet ist, der seinerseits in einen Kühlmittelkreislauf der Verbrennungskraftmaschine eingebunden ist.
  • Aufgrund dieser Maßnahme ist mit minimalem Aufwand eine Erwärmung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf vermittels Ausnutzung der Abgaswärme gestattet, indem ein entsprechender Wärmetauscher des Kühlmittelkreislaufes mit in die Ölwanne integriert ist.
  • Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind erster und zweiter Wärmetauscher als separate Bauteile ausgebildet und im Ölsumpf der Ölwanne angeordnet. Der Wärmeübergang erfolgt demgemäß vom ersten Wärmetauscher respektive des in demselben strömenden heißen Abgases weitestgehend unmittelbar auf das Motorenöl und mittelbar über besagtes erwärmtes Motorenöl in der Ölwanne auf das innerhalb des zweiten Wärmetauschers befindliche Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes.
  • Demgegenüber können gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante erster und zweiter Wärmetauscher auch vorteilhaft zu einer vormontierten Baugruppe zusammengefasst und im Ölsumpf der Ölwanne angeordnet sein.
  • Insoweit kann die Baugruppe aus dem ersten und zweiten Wärmetauscher derart ausgebildet sein, dass ein bestimmter erster Teil der Außenwandung des ersten Wärmetauschers mit dem Motorenöl des Ölsumpfes und ein bestimmter zweiter Teil der Außenwandung des ersten Wärmetauscher mit einem bestimmten Teil der Außenwandung des zweiten Wärmetauschers in direktem Kontakt steht, wodurch ein Wärmeaustausch über die Wandungen der beiden Wärmetauscher vom heißen Verbrennungsgas unmittelbar auf das Kühlmittel gestattet ist. Ferner ist auch ein Wärmeaustausch mit dem die besagte Baugruppe umgebenden Motorenöl zu verzeichnen.
  • Weiter vorteilhaft können erster und zweiter Wärmetauscher auch einstückig ausgebildet sein, indem dieselben partiell eine gemeinsame Trennwand aufweisen, wodurch Herstellung und Montage derselben vereinfacht sind.
  • Wie die Erfindung noch vorsieht, kann es angezeigt sein, innerhalb eines als Hohlkörper ausgebildeten ersten Wärmetauschers mit zumindest einem Eingang und zumindest einem Ausgang für die zugeführten Verbrennungsgase den kühlmitteldurchflossenen zweiten Wärmetauscher mit zumindest einem Kühlmittelzulauf und zumindest einem Kühlmittelablauf anzuordnen, so dass dieser von heißen Verbrennungsgasen überstrichen wird. Es werden demgemäß Motorenöl und Kühlmittel weitestgehend unmittelbar vom heißen Verbrennungsgas mit erhöhter Wärmemenge versorgt.
  • Als zweckmäßig hat sich des Weiteren eine im Strömungsquerschnitt der Abgasanlage angeordnete verstellbare Abgasklappe zur definierten Beaufschlagung der Bypassleitung mit heißen Verbrennungsgasen bewährt.
  • Hierbei ist die Abgasklappe vorteilhaft in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine und/oder von einer aktuell sensierten Temperatur des Motorenöls und/oder des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf und/oder anderer relevanter Zustandsgrößen vermittels einer elektronischen Regelungs- und Steuerungseinheit (ECU) ansteuerbar.
  • Das Verfahren zur Erwärmung zumindest eines Betriebsmittels einer Verbrennungskraftmaschine, wobei ausgehend von einer Abgasanlage heiße Verbrennungsgase über zumindest eine Bypassleitung durch einen im Ölsumpf der Ölwanne des Motorblocks der Verbrennungskraftmaschine angeordneten und das in der Ölwanne befindliche Motorenöl erwärmenden ersten Wärmetauscher hindurchgeführt werden, zeichnet sich dadurch aus, dass neben dem Motorenöl gleichzeitig Kühlmittel erwärmt wird, welches innerhalb eines zweiten in der Ölwanne angeordneten Wärmetauschers eines Kühlmittelkreislaufes der Verbrennungskraftmaschine fließt.
  • Das Kühlmittel kann zum einen unter Berücksichtigung der Wärmetauscher mittelbar über das in der Ölwanne befindliche Motorenöl von den heißen Verbrennungsgasen erwärmt werden. Zum anderen kann das Kühlmittel auch unter Berücksichtigung der Wärmetauscher unmittelbar von den heißen Verbrennungsgasen erwärmt werden.
  • Weiter ist vorgesehen, dass der Wärmeübergang von Verbrennungsgasen auf die Betriebsmittel in Form des Motorenöls und des Kühlmittels mittels einer den Durchtritt der Verbrennungsgase durch die Bypassleitung regulierenden Abgasklappe eingestellt wird. Die Abgasklappe kann hierbei vorteilhaft von einer elektronischen Regelungs- und Steuerungseinheit (ECU) in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine und/oder der aktuellen Temperatur des Motorenöls und/oder des Kühlmittels und/oder anderer relevanter Zustandsgrößen angesteuert werden.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    äußerst schematisch einen Kühlmittelkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine mit kombinierter Motorenöl/Kühlmittel-Erwärmung mittels heißer Verbrennungsgase,
    Fig. 2
    die schematische Darstellung einer Wärmetauscheranordnung in der Ölwanne der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante,
    Fig. 3
    die Wärmetauscheranordnung in der Ölwanne der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante,
    Fig. 4
    die Wärmetauscheranordnung in der Ölwanne der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer dritten Ausgestaltungsvariante, und
    Fig. 5
    die Wärmetauscheranordnung in der Ölwanne der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer vierten Ausgestaltungsvariante.
  • So zeigt Fig. 1 zunächst äußerst schematisch eine Prinzipskizze einer Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer Abgasanlage 2 und einem an sich bekannten Kühlmittelkreislauf 3 in Form einer Zweikreisführung mit Thermostatventilen "T1" und "T2, welche den Durchfluss des Kühlmittels 4 in Abhängigkeit von der sensierten Temperatur desselben regulieren.
  • Ferner sind in den Kühlmittelkreislauf 3 eine Fahrzeug-Heizung 5, ein an sich bekannten Fahrzeug-Kühler 6 sowie ein Ölkühler 7 eingebunden.
  • Wie der Fig. 1 weiter zu entnehmen ist, sind von besagter Abgasanlage 2 insbesondere ein an sich bekannter Katalysator 8 sowie ein sich daran anschließendes Abgasrohr 9 gezeigt.
  • In Anlehnung an die eingangs gewürdigte DE 101 07 018 A1 ist am Abgasrohr 9 eine Bypassleitung 10 zur Umleitung der Verbrennungsgase 11 zu einem innerhalb einer am Motorblock 12 befestigten Ölwanne 13 der Verbrennungskraftmaschine 1 angeordneten erster Wärmetauscher 14 angeschlossen.
  • Der erste Wärmetauscher 14 ist seinerseits innerhalb des Ölsumpfes 15 der Ölwanne 13 angeordnet und gestattet somit eine Erwärmung des Motorenöles 16 mittels der den ersten Wärmetauscher 14 durchströmenden heißen Verbrennungsgase 11 (insbes. Fig. 2 bis 5).
  • Zur Regulierung respektive definierten Beaufschlagung der Bypassleitung 10 mit heißen Verbrennungsgasen 11 ist vorliegend im Strömungsquerschnitt der Abgasanlage 2 respektive im Strömungsquerschnitt des Abgasrohres 9 derselben eine verstellbare Abgasklappe 17 angeordnet, welche die Umlenkung bestimmter strömender Volumenanteile der heißen Verbrennungsgase 11 in die Bypassleitung 10 gestattet (Fig. 1).
  • Angesteuert wird die Abgasklappe 17 von einer elektronischen Regelungs- und Steuerungseinheit (ECU), die ihrerseits mittels nicht näher gezeigter Sensoren erfasste Eingangssignale 18a-c empfängt, betreffend beispielsweise den aktuellen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 und/oder die aktuelle Temperatur des Motorenöls 16 und/oder des Kühlmittels 4 und/oder anderer relevanter Zustandsgrößen, dieselben mit einem oder mehreren vorgegebenen Referenzwerten vergleicht und bei Vorliegen einer bestimmten Abweichung oder eines Trends einer Abweichung ein Steuerungssignal 19 für einen nicht näher gezeigten Aktuator der Abgasklappe 17 im Sinne einer Verstärkung oder Verminderung des Durchtritts von heißen Verbrennungsgasen 11 durch die Bypassleitung 10 hindurch generiert.
  • Wie bereits oben dargetan, ist ein schnelles Anheben des Motor-Temperaturniveaus gerade beim Kaltstart desselben zweckmäßig, um den Kraftstoffverbrauch, den CO2-Ausstoß und/oder den Verschleiß maßgeblich zu verringern sowie den Fahrkomfort in Bezug auf die Fahrzeug-Heizung 5 zu verbessern.
  • Dies gelingt zum einen dadurch, dass vorliegend mittels der heißen Verbrennungsgase 11, die ihrerseits den innerhalb des Ölsumpfes 15 der Ölwanne 13 angeordneten ersten Wärmetauscher 14 mit zumindest einem Eingang 14a und zumindest einem Ausgang 14b durchströmen, ein bestimmter Wärmeübergang auf das Motorenöl 16 zu verzeichnen ist.
  • Um das Motor-Temperaturniveaus noch schneller und effektiver anheben zu können, ist zum anderen nunmehr innerhalb der Ölwanne 13 zumindest ein zweiter Wärmetauscher 20 mit zumindest einem Kühlmittelzulauf 20a und zumindest einem Kühlmittelablauf 20b angeordnet, der seinerseits in den Kühlmittelkreislauf 3 der Verbrennungskraftmaschine 1 eingebunden ist, wodurch eine Erwärmung derselben vorteilhaft mittels zweier Betriebsmittel erfolgt und demgemäß durch dieselben im Verhältnis mehr Wärmeenergie vom heißen Verbrennungsgas 11 aufgenommen und der Verbrennungskraftmaschine 1 zur Verfügung gestellt werden kann. Es wird somit bei Bedarf, insbesondere während eines Kaltstartes der Verbrennungskraftmaschine 1, neben dem Motorenöl 16 auch das Kühlmittel 4 erwärmt (Fig. 1 und 2).
  • Wie in den Fig. 1 und 2 weiter gezeigt, sind erster und zweiter Wärmetauscher 14, 20 als separate Bauteile ausgebildet und im Ölsumpf 15 der Ölwanne 13 angeordnet, wodurch das Kühlmittel 4 unter Berücksichtigung der Wärmetauscher 14, 20 mittelbar über das in der Ölwanne 13 befindliche Motorenöl 16 von den heißen Verbrennungsgasen 11 erwärmt wird.
  • Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich zum vorbeschriebenen dahingehend, dass erster und zweiter Wärmetauscher 14, 20 zu einer vormontierten Baugruppe zusammengefasst und im Ölsumpf 15 der Ölwanne 13 angeordnet sind, indem ein bestimmter erster Teil der Außenwandung des ersten Wärmetauschers 14 mit dem Motorenöl 16 des Ölsumpfes 15 und ein bestimmter zweiter Teil der Außenwandung des ersten Wärmetauschers 14 mit einem bestimmten Teil der Außenwandung des zweiten Wärmetauschers 20 in direktem Kontakt steht.
  • Durch diese Maßnahme wird unter Berücksichtigung der Wärmetauscher 14, 20 bzw. deren Außenwandungen das Kühlmittel 4 zum einen mittelbar über bereits erwärmtes Motorenöl 13 und zum anderen unmittelbar von den heißen Verbrennungsgasen 11 erwärmt.
  • Fig. 4 zeigt des Weiteren eine Weiterbildung des vorgenannten Ausführungsbeispieles derart, dass erster und zweiter Wärmetauscher 14, 20 sozusagen einstückig ausgebildet sind, indem dieselben partiell eine gemeinsame innenliegende Trennwand 21 aufweisen, wodurch zum einen der Herstellungs- und Montageaufwand gemindert und der Wärmeübergang von den heißen Verbrennungsgasen 11 auf das Kühlmittel 4 verbessert ist.
  • Fig. 5 zeigt schließlich einen als Hohlkörper ausgebildeten ersten Wärmetauscher 14 für die zugeführten Verbrennungsgase 11, in welchem der kühlmitteldurchflossene zweite Wärmetauscher 20 angeordnet und von heißen Verbrennungsgasen 11 überstrichen ist, wodurch sowohl für das Motorenöl 16 als auch für das Kühlmittel 4, selbstverständlich unter Berücksichtigung der Wärmetauscher 14, 20 selbst, eine weitestgehend ausschließliche unmittelbare Wärmeübertragung von den heißen Verbrennungsgasen 11 auf die beiden in Rede stehenden Betriebsmittel bewerkstelligbar ist.

Claims (14)

  1. Anordnung zur Erwärmung zumindest eines Betriebsmittels einer Verbrennungskraftmaschine (1), wobei ausgehend von einer Abgasanlage (2) heiße Verbrennungsgase (11) über zumindest eine Bypassleitung (10) durch einen im Ölsumpf (15) der Ölwanne (13) des Motorblocks (12) der Verbrennungskraftmaschine (1) angeordneten und das in der Ölwanne (13) befindliche Motorenöl (16) erwärmenden ersten Wärmetauscher (14) hindurchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ölwanne (13) zumindest ein zweiter Wärmetauscher (20) angeordnet ist, der seinerseits in einen Kühlmittelkreislauf (3) der Verbrennungskraftmaschine (1) eingebunden ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Wärmetauscher (14, 20) als separate Bauteile ausgebildet und im Ölsumpf (15) der Ölwanne (13) angeordnet sind.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Wärmetauscher (14, 20) zu einer vormontierten Baugruppe zusammengefasst und im Ölsumpf (15) der Ölwanne (13) angeordnet sind.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe aus dem ersten und zweiten Wärmetauscher (14, 20) derart ausgebildet ist, dass ein bestimmter erster Teil der Außenwandung des ersten Wärmetauschers (14) mit dem Motorenöl (16) des Ölsumpfes (15) und ein bestimmter zweiter Teil der Außenwandung des ersten Wärmetauscher (14) mit einem bestimmten Teil der Außenwandung des zweiten Wärmetauschers (20) in direktem Kontakt steht.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Wärmetauscher (14, 20) einstückig ausgebildet sind, indem dieselben partiell eine gemeinsame Trennwand (21) aufweisen.
  6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (14) als Hohlkörper mit zumindest einem Eingang (14a) und zumindest einem Ausgang (14b) für die zugeführten Verbrennungsgase (11) ausgebildet ist, wobei innerhalb desselben der kühlmitteldurchflossene zweite Wärmetauscher (20) mit zumindest einem Kühlmittelzulauf (20a) und zumindest einem Kühlmittelablauf (20b) angeordnet und von heißen Verbrennungsgasen (11) überstrichen ist.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsquerschnitt der Abgasanlage (2) eine verstellbare Abgasklappe (17) zur definierten Beaufschlagung der Bypassleitung (10) mit heißen Verbrennungsgasen (11) angeordnet ist.
  8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe (17) in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine (1) und/oder von einer aktuell sensierten Temperatur des Motorenöls (16) und/oder des Kühlmittels (4) im Kühlmittelkreislauf (3) und/oder anderer relevanter Zustandsgrößen vermittels einer elektronischen Regelungs- und Steuerungseinheit (ECU) ansteuerbar ist.
  9. Verfahren zur Erwärmung zumindest eines Betriebsmittels einer Verbrennungskraftmaschine (1), wobei ausgehend von einer Abgasanlage (2) heiße Verbrennungsgase (11) über zumindest eine Bypassleitung (10) durch einen im Ölsumpf (15) der Ölwanne (13) des Motorblocks (12) der Verbrennungskraftmaschine (1) angeordneten und das in der Ölwanne (13) befindliche Motorenöl (16) erwärmenden ersten Wärmetauscher (14) hindurchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Motorenöl (16) gleichzeitig Kühlmittel (4) erwärmt wird, welches innerhalb eines zweiten in der Ölwanne (13) angeordneten Wärmetauschers (20) eines Kühlmittelkreislaufes (3) der Verbrennungskraftmaschine (1) fließt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (4) unter Berücksichtigung der Wärmetauscher (14, 20) mittelbar über das in der Ölwanne (13) befindliche Motorenöl (16) von den heißen Verbrennungsgasen (11) erwärmt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (4) unter Berücksichtigung der Wärmetauscher (14, 20) unmittelbar von den heißen Verbrennungsgasen (11) erwärmt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübergang von Verbrennungsgasen (11) auf die Betriebsmittel in Form des Motorenöls (16) und des Kühlmittels (4) mittels einer den Durchtritt der Verbrennungsgase (11) durch die Bypassleitung (10) regulierenden Abgasklappe (17) eingestellt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe (17) von einer elektronischen Regelungs- und Steuerungseinheit (ECU) angesteuert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Abgasklappe (17) in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine (1) und/oder der aktuellen Temperatur des Motorenöls (16) und/oder des Kühlmittels (4) und/oder anderer relevanter Zustandsgrößen erfolgt.
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