WO2002090730A1 - Device for heating an operating medium - Google Patents

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Jochen Gross
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    • F01M5/02—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating
    • F01M5/021—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating by heating

Abstract

In known devices, the thermal transfer from hot exhaust gases for heating an operating medium does not take place directly. An inventive device (1) comprises a heating pipe (14), which is located in the exhaust gas pipe (8) and heats the operating medium directly.

Description

Vorrichtung zur Erwärmung eines BetriebsmittelsDevice for heating an item of equipment
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erwärmung eines Betriebsmittels nach der Gattung des Anspruchs 1.The invention relates to a device for heating an item of equipment according to the preamble of claim 1.
Aus der DE 30 32 090 AI ist eine Vorrichtung zum Erwarmen eines Betriebsmittels bekannt, bei dem das Abgasrohr einen Bypasskanal aufweist, in dem ein Warmerohr (heat pipe) angeordnet ist, das von einem heißen Abgas erwärmt wird. Das Warmerohr ist wiederum zumindest teilweise im Olkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Die Wärmeübertragung vom heißen Abgas erfolgt nicht direkt.From DE 30 32 090 AI a device for heating an operating medium is known, in which the exhaust pipe has a bypass channel in which a heat pipe is arranged, which is heated by a hot exhaust gas. The heat pipe is in turn at least partially arranged in the oil circuit of an internal combustion engine. The heat transfer from the hot exhaust gas is not direct.
Die US-PS 5,638,775 zeigt eine Verbrennkraftmaschine mit einem Abgasrohr, in dem heiße Abgase nach außen strömen, wobei an dem Abgasrohr ein zweiter Kreislauf mit einem zweiten Betriebsmittel angeschlossen ist. Dieses zweite Betriebsmittel wird erwärmt, um ein erstes Betriebsmittel, z.B. 01, in einer Olwanne zu erwarmen. Dieser Kreislauf weist ein Ventil auf, um die Wärmezufuhr des zweiten Betriebsmittels in die Olwanne hineinzusteuern. Vorteile der ErfindungUS Pat. No. 5,638,775 shows an internal combustion engine with an exhaust pipe, in which hot exhaust gases flow to the outside, a second circuit with a second operating medium being connected to the exhaust pipe. This second operating medium is heated in order to heat a first operating medium, for example 01, in an oil pan. This circuit has a valve to control the heat supply of the second operating fluid into the oil pan. Advantages of the invention
Die erfindungsgemaße Vorrichtung zur Erwärmung eines Betriebsmittels mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise ein Betriebsmittel einer Verbrennungskraftmaschine erwärmt wird.The device according to the invention for heating an item of equipment with the characterizing features of claim 1 has the advantage that an item of equipment of an internal combustion engine is heated in a simple manner.
Durch die in den abhangigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 genannten Vorrichtung möglich .The measures listed in the dependent claims allow advantageous developments and improvements of the device mentioned in claim 1.
Ein Aufheizrohr ist vorteilhafterweise mit dem Olkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine verbunden. So kann die sehr hohe Abgastemperatur der Verbrennungskraftmaschine auch schon kurz nach einem Kaltstart dazu benutzt werden, um das Motorol der Verbrennungskraftmaschine zu erwarmen. Somit wird eine schnellere Erwärmung des Motorols in der Verbrennungskraftmaschine und eine Verkürzung der Warmlaufphase erreicht, in der der Kraftstoffverbrauch gegenüber der Kaltlaufphase deutlich geringer ist. Ebenso werden die Emissionen der Verbrennungskraftmaschine reduziert.A heating pipe is advantageously connected to the oil circuit of an internal combustion engine. Thus, the very high exhaust gas temperature of the internal combustion engine can be used shortly after a cold start to heat the engine oil of the internal combustion engine. This results in a faster heating of the engine oil in the internal combustion engine and a shortening of the warm-up phase, in which the fuel consumption is significantly lower compared to the cold-running phase. The emissions of the internal combustion engine are also reduced.
Zur Steuerung der Erwärmung des Motorols im Olkreislauf ist es vorteilhaft, wenn das Aufheizrohr ein Ventil aufweist, um die Zufuhr von zu warmem oder weiterem warmen Motorol in den Olkreislauf zu unterbinden.To control the heating of the motor oil in the oil circuit, it is advantageous if the heating pipe has a valve in order to prevent the supply of motor oil that is too warm or too warm into the oil circuit.
Die Erwärmung des Betriebsmittels im Aufheizrohr kann auf vorteilhafte Weise dadurch erfolgen, daß das Aufheizrohr zumindest teilweise im Abgasrohr verlauft und so dort von den heißen Abgasen umströmt ist, wodurch das Betriebsmittel im Aufheizrohr erwärmt wird. Ebenso kann auf vorteilhafte Weise das Aufheizrohr außen im direkten Kontakt auf dem Abgasrohr angeordnet sein.The heating of the operating medium in the heating pipe can advantageously take place in that the heating pipe runs at least partially in the exhaust pipe and thus the hot exhaust gases flow around it, whereby the operating medium is heated in the heating pipe. Likewise, advantageous Way, the heating tube can be arranged outside in direct contact on the exhaust pipe.
Es ist vorteilhaft, wenn das Abgasrohr einen Bypasskanal hat, in den ein Teil der heißen Abgase strömen kann, wobei in dem Bypasskanal auch das Aufheizrohr angeordnet ist.It is advantageous if the exhaust pipe has a bypass duct into which a part of the hot exhaust gases can flow, the heating pipe also being arranged in the bypass duct.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der Bypasskanal ein Ventil aufweist, mit dem der Zustrom der heißen Abgase in dem Bypasskanal gesteuert werden kann, wodurch sich auch die Erwärmung des Betriebsmittels im Aufheizrohr steuern laßt.It is furthermore advantageous if the bypass duct has a valve with which the inflow of the hot exhaust gases in the bypass duct can be controlled, as a result of which the heating of the equipment in the heating pipe can also be controlled.
Zeichnungdrawing
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawing and are explained in more detail in the following description.
Es zeigenShow it
Figur la, lb ein erstes bzw. ein zweites Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemaßen Vorrichtung,Figure la, lb a first and a second exemplary embodiment of a device according to the invention,
Figur 2a, 2b einen Bypasskanal eines Abgasrohrs zurFigure 2a, 2b a bypass duct of an exhaust pipe
Verwendung in einer erfindungsgemaßen Vorrichtung,Use in a device according to the invention,
Figur 3a, 3b Möglichkeiten, die Warme des heißen Abgases auf das Aufheizrohr zu übertragen.Figure 3a, 3b ways to transfer the heat of the hot exhaust gas to the heating pipe.
Beschreibung der AusfuhrungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
Figur la zeigt ein erstes Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemaßen Vorrichtung 20.FIG. 1 a shows a first exemplary embodiment of a device 20 according to the invention.
Eine Verbrennungskraftmaschine 1 weist eine Luftzufuhr 3 auf, bei der Luft über ein Einlaßgasventil 5 in einen nicht dargestellten Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine 1 einströmt, und dort einen nicht dargestellten Brennstoff verbrennen laßt. Durch die Verbrennung wird ein Kolben 6 angetrieben. Nach der Verbrennung strömen heiße Abgase über Auslaßgasventil und ein Abgasrohr 8 nach außen. Die Verbrennungskraftmaschine 1 benotigt ein Betriebsmittel in Form von Motorol als Schmiermittel. Ein Olkreislauf 11 der Verbrennungskraftmaschine 1 sorgt dabei für eine gleichmaßige Versorgung der Verbrennungskraftmaschine 1 mit diesem Betriebsmittel. Die Warme der heißen Abgase in dem Abgasrohr 8 kann genutzt werden, um das Betriebsmittel, d.h. das Motorol, wahrend der Kaltlaufphase schneller zu erwarmen.An internal combustion engine 1 has an air supply 3, in which air via an inlet gas valve 5 into a combustion chamber (not shown) of the internal combustion engine 1 flows in, and there can burn a fuel, not shown. A piston 6 is driven by the combustion. After the combustion, hot exhaust gases flow to the outside via an exhaust gas valve and an exhaust pipe 8. The internal combustion engine 1 requires an operating medium in the form of motor oil as a lubricant. An oil circuit 11 of the internal combustion engine 1 ensures a uniform supply of the internal combustion engine 1 with this operating medium. The heat of the hot exhaust gases in the exhaust pipe 8 can be used to heat the operating fluid, ie the engine oil, more quickly during the cold running phase.
Dies geschieht dadurch, daß ein Aufheizrohr 14 und das Abgasrohr 8 so angeordnet ist, daß das Betriebsmittel, das in dem Aufheizrohr 14 strömt, durch die heißen Abgase erwärmt wird. Dabei ist das Aufheizrohr 14 ein Teil des Olkreislaufs 11.This is done in that a heating pipe 14 and the exhaust pipe 8 are arranged so that the operating fluid flowing in the heating pipe 14 is heated by the hot exhaust gases. The heating pipe 14 is part of the oil circuit 11.
Eine Verbrennungskraftmaschine 1 weist weiterhin eine nicht dargestellte Kühlung auf. Diese Kühlung wird benotigt, um das Motorol im Olkreislauf 11 zu kühlen, wenn die Warmlaufphase erreicht ist und eine Erwärmung des Motorols im olkreislauf 11 über das Aufheizrohr 14 oder die Verbrennungskraftmaschine selbst weiterhin erfolgt.An internal combustion engine 1 also has cooling, not shown. This cooling is required in order to cool the motor oil in the oil circuit 11 when the warm-up phase has been reached and the motor oil in the oil circuit 11 continues to be heated via the heating pipe 14 or the internal combustion engine itself.
Wenn die Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine erreicht ist, kann die Wärmezufuhr durch warmes Motorol, das im Aufheizrohr 14 erwärmt worden ist, durch ein Aufheizventil 23 (Fig. lb) unterbrochen werden. Dabei wird das Aufheizventil 23 von einer Steuerung, die unter anderem auch die Betriebstemperatur des Motorols im Olkreislauf 11 überwacht, gesteuert.When the warm-up phase of the internal combustion engine is reached, the supply of heat by warm motor oil which has been heated in the heating pipe 14 can be interrupted by a heating valve 23 (FIG. 1b). In this case, the heating valve 23 is controlled by a controller which, among other things, monitors the operating temperature of the motor oil in the oil circuit 11.
Figur 2a zeigt, wie die Erwärmung des Motorols im Aufheizrohr 14 durch die heißen Abgase im Abgasrohr 8 erfolgen kann. Das Abgasrohr 8 weist zumindest einen Bypasskanal 26 auf, in dem ein Teil der heißen Abgase des Abgasrohrs 8 strömt. Das Aufheizrohr 14 ist zumindest teilweise in dem Bypasskanal 26 angeordnet. Die heißen Abgase im Bypasskanal 26 umströmen das Aufheizrohr 14 und erwarmen dieses und damit indirekt das Motorol im Aufheizrohr 14 auf. Das Aufheizrohr 14 ist im Bereich des Bypasskanals 26 gegen Korrosion geschützt. Dies kann durch eine Ummantelung mit einer Keramik oder durch die Verwendung von korrosionsbeständigem Edelstahl erfolgen.FIG. 2a shows how the engine oil in the heating pipe 14 can be heated by the hot exhaust gases in the exhaust pipe 8. The exhaust pipe 8 has at least one Bypass channel 26 in which a part of the hot exhaust gases of the exhaust pipe 8 flows. The heating pipe 14 is at least partially arranged in the bypass channel 26. The hot exhaust gases in the bypass channel 26 flow around the heating pipe 14 and heat it up and thus indirectly the engine oil in the heating pipe 14. The heating pipe 14 is protected against corrosion in the area of the bypass channel 26. This can be done by coating with a ceramic or by using corrosion-resistant stainless steel.
Im Vergleich zu Figur 2a ist in Figur 2b an einer Eintrittsoffnung 32 des Bypasskanals 26 eine Bypasskanalklappe 29 angeordnet. Die Bypasskanalklappe 29 ist bewegbar und kann den Bypasskanal ganz verschließen oder stufenlos offnen. So kann die Menge des heißen Abgases, das in den Bypasskanal strömt, gesteuert werden und somit auch die Erwärmung des Betriebsmittels in dem Aufheizrohr 14.In comparison to FIG. 2a, a bypass channel flap 29 is arranged in FIG. 2b at an inlet opening 32 of the bypass channel 26. The bypass channel flap 29 is movable and can completely close the bypass channel or open it continuously. In this way, the amount of the hot exhaust gas flowing into the bypass channel can be controlled and thus also the heating of the operating medium in the heating pipe 14.
Figur 3a zeigt eine erste Möglichkeit, wie ein Wärmeübergang der heißen Abgase im Abgasrohr 8 auf das Aufheizrohr 14 erfolgen kann. In diesem Beispiel ist das Aufheizrohr 14 zumindest teilweise in dem Abgasrohr 8 angeordnet. Das Aufheizrohr 14 wird von den heißen Abgasen umströmt, die das Aufheizrohr 14 aufwarmen, das die Warme an das Betriebsmittel im Aufheizrohr 14 weiterleitet.FIG. 3a shows a first possibility of how heat transfer from the hot exhaust gases in the exhaust pipe 8 to the heating pipe 14 can take place. In this example, the heating pipe 14 is at least partially arranged in the exhaust pipe 8. The hot exhaust gases flow around the heating tube 14, which heat up the heating tube 14, which transfers the heat to the operating medium in the heating tube 14.
Figur 3b zeigt eine weitere Möglichkeit, wie die heißen Abgase im Abgasrohr 8 oder im Bypasskanal 26 das Betriebsmittel im Aufheizrohr 14 erwarmen können. Das Aufheizrohr 14 ist außen auf dem Abgasrohr 8 oder dem Bypasskanal 26 angeordnet. Dabei wird auf einen guten wärmeleitenden Kontakt zwischen Aufheizrohr 14 und Abgasrohr 8 bzw. Bypasskanal 26 geachtet. Dies kann beispielsweise durch eine Lötung des Abgasrohrs 8 mit dem Aufheizrohr 14 erfolgen. FIG. 3b shows a further possibility of how the hot exhaust gases in the exhaust pipe 8 or in the bypass duct 26 can heat the operating medium in the heating pipe 14. The heating pipe 14 is arranged on the outside of the exhaust pipe 8 or the bypass duct 26. Care is taken to ensure good heat-conducting contact between heating pipe 14 and exhaust pipe 8 or bypass duct 26. For example by soldering the exhaust pipe 8 to the heating pipe 14.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Erwärmung eines Betriebsmittels, insbesondere von Motorol, einer Verbrennungskraftmaschine, deren heisse Abgase durch ein Abgasrohr nach aussen geleitet werden, wobei die heissen Abgase des Abgasrohrs zumindest teilweise ein Betriebsmittel eines Aufheizrohr erwärmen,1. Apparatus for heating an operating medium, in particular motor oil, of an internal combustion engine, the hot exhaust gases of which are conducted to the outside through an exhaust pipe, the hot exhaust gases of the exhaust pipe at least partially heating an operating medium of a heating pipe,
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
in dem Aufheizrohr (14) das Betriebsmittel strömt.the operating medium flows in the heating pipe (14).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,2. Device according to claim 1, characterized in that
dass als Betriebsmittel Motorol dient, und dass das Aufheizrohr (14) mit dem Motorölkreislauf (11) derthat serves as operating fluid Motorol, and that the heating pipe (14) with the engine oil circuit (11)
Verbrennungskraftmaschine (1) verbunden ist. Internal combustion engine (1) is connected.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass3. Device according to claim 2, characterized in that
das Aufheizrohr (14) ein Aufheizventil (23) aufweist, das das Aufheizrohr (14) vom Motorölkreislauf (11) trennen kann.the heating pipe (14) has a heating valve (23) which can separate the heating pipe (14) from the engine oil circuit (11).
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass4. The device according to claim 1 or 2, characterized in that
das Aufheizrohr (14) im Abgasrohr (8) angeordnet ist und aussen zumindest teilweise von den heissen Abgasen umströmt ist.the heating pipe (14) is arranged in the exhaust pipe (8) and at least partially the hot exhaust gases flow around the outside.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass5. The device according to claim 1, 2 or 4, characterized in that
das Aufheizrohr (14) aussen auf dem Abgasrohr (8) angeordnet ist.the heating pipe (14) is arranged on the outside of the exhaust pipe (8).
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass6. The device according to one or more of claims 1, 2, 4 or 5, characterized in that
das Abgasrohr (8) einen Bypasskanal (26) hat, in oder auf dem das Aufheizrohr (14) angeordnet ist.the exhaust pipe (8) has a bypass duct (26) in or on which the heating pipe (14) is arranged.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass7. The device according to claim 6, characterized in that
der Bypasskanal (26) durch eine Bypasskanalklappe (29) stufenlos vom Abgasrohr (8) zu trennen ist. the bypass duct (26) can be separated continuously from the exhaust pipe (8) by a bypass duct flap (29).
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