DE19521292A1 - Kreislauf für eine Wärmeübertragungsflüssigkeit einer mit einem Wärmespeicher zusammenarbeitenden Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kreislauf für eine Wärme­ übertragungsflüssigkeit einer mit einem Wärmespeicher zu­ sammenarbeitenden Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches.

Ein solcher Kreislauf ist mit DE 43 11 524 A1 beschrie­ ben. Bei diesem ist in einem Flüssigkeits-Leitungssystem stromab des Wärmespeichers ein Umschaltventil vorgesehen, welches während des Betriebs der Brennkraftmaschine in einer ersten Stellung einen Heizungswärmetauscher und den Wärmespeicher und in einer zweiten Stellung einen in der Brennkraftmaschine befindlichen Wärmetauscher und den Wärmespeicher hintereinanderschaltet.

Durch einen solchen Kreislauf kann bei Wärmeüberschuß der in Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine ein Teil der überschüssigen Wärme zum Wärmespeicher transportiert und dort gespeichert werden. Wird die Brennkraftmaschine kalt gestartet, dann wird Wärme, soweit diese gespeichert ist, aus dem Wärmespeicher entnommen und vorzugsweise dem Wär­ metauscher der Fahrzeugheizung zugeführt. Durch Anordnung eines Zusatzventils am Ausgang des Wärmetauschers kann dann, wenn ein Heizungsbedarf nicht besteht, der Wärme­ speicher abgeschaltet werden. Um den Wärmespeicher zu la­ den, wird mittels einer Umwälzpumpe die aus dem der Brennkraftmaschine zugeordneten Wärmetauscher austretende warme Flüssigkeit dem Wärmespeicher direkt zugeführt.

Mit einer solchen Anlage kann bei längeren Betriebsetap­ pen der Brennkraftmaschine ein vertretbarer Kompromiß zwischen der Anforderung nach schneller Erwärmung des In­ nenraumes eines Fahrzeuges einerseits und Vermeidung von großen HC- und CO-Emissionen beim Kaltstart andererseits realisiert werden. Wird ein mit einem solchen Kreislauf ausgerüstetes Fahrzeug jedoch über längere Zeit im Kurz­ streckenbetrieb mit kurzen Zwischenhalten betrieben, dann wird die Brennkraftmaschine ihre optimale Betriebstempe­ ratur nicht erreichen und der Wärmespeicher wird nicht mehr geladen, so daß er auch bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine keine Wärme an diese abgeben kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kreislauf der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, bei welchem, insbesonde­ re bei fortdauerndem Kurzstreckenbetrieb, der Wärmespei­ cher geladen wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Mit einem solchen Kreislauf kann für das Aufheizen eines Fahrzeuginnenraumes und das Vorwärmen einer Brennkraftma­ schine in gleicher Weise wie bei bekannten Kreisläufen ein brauchbarer Kompromiß gefunden werden. Darüber hinaus wird die im aufeinanderfolgenden Kurzzeitbetrieb anfal­ lende Wärmemenge, die in der Brennkraftmaschine nach de­ ren Stopp verbleibt, durch die dann anlaufende zweite Flüssigkeitspumpe mit der Wärmeübertragungsflüssigkeit zum Wärmespeicher transportiert und dort gespeichert. Die Brennkraftmaschine kühlt somit bei den Zwischenstopps zwar auch ab, aber die während der Betriebszeiten zwi­ schen den Stopps anfallende überschüssige in der Brenn­ kraftmaschine entstehende und in ihr nach dem Stopp noch verbleibende Wärme geht nicht verloren, sondern wird im Wärmespeicher gesammelt. Sie steht dann jeweils für den nächsten Start zum Vorwärmen, insbesondere der abgekühl­ ten Brennkraftmaschine, zur Verfügung.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wärmeübertragungs­ flüssigkeit gleichzeitig Speichermedium für den Wärme­ speicher ist.

Dadurch kann gegenüber einem Latentwärmespeicher eine größere Wärmemenge ge- bzw. entladen werden, da ein di­ rekter Austausch der Flüssigkeit zwischen Brennkraftma­ schine und Wärmespeicher erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt.

Eine Brennkraftmaschine 1 ist mit einer Flüssigkeitspumpe 2 zur Förderung der Wärmeübertragungsflüssigkeit im Kreislauf während des Betrieb der Brennkraftmaschine 1 sowie mit einem Thermostatventil 3 ausgerüstet. Ein er­ ster Wärmetauscher 4 ist zwischen dem Thermostatventil 3 und der Flüssigkeitspumpe 2 in einer ersten Schleife des Kreislaufes, nämlich einem Kühlerkreislauf 5, einbezogen. Eine zweite Schleife des Kreislaufes bildet einen Kurz­ schlußkreislauf 6 zum Kühlerkreislauf 5 und verläuft gleichfalls zwischen dem Thermostatventil 3 und der Flüs­ sigkeitspumpe 2. In diesem Kurzschlußkreislauf 6 ist ein­ bezogen ein Umschaltventil 7, welches zwei Schaltstellun­ gen realisieren kann.

Zwischen dem Kurzschlußkreislauf 6 und der Brennkraftma­ schine 1 ist ein für die Fahrzeugheizung vorgesehener zweiter Wärmetauscher 8 angeordnet. Parallel zu dem Kurz­ schlußkreislauf 6 ist ein von einer Abzweigung 9 bis zu dem Umschaltventil 7 verlaufender Wärmespeicherleitungs­ strang 10 vorgesehen, in welchem eine zweite, unabhängig von der Brennkraftmaschine 1, z. B. über einen Elektromo­ tor antreibbare Flüssigkeitspumpe 11 sowie ein Wärmespei­ cher 12 hintereinander angeordnet sind. Das Umschaltven­ til 7 ist durch ein Solenoid 13 betätigt, welches durch eine elektronische Steuereinheit 14 angesteuert wird. Ebenso wird der Motor der Flüssigkeitspumpe 11 von der Steuereinheit 14 angesteuert.

In der in der Zeichnung dargestellten Stellung des Um­ schaltventils 7 ist der Wärmespeicherleitungsstrang 10 abgeschaltet und der Kreislauf der Wärmeübertragungsflüs­ sigkeit arbeitet als üblicher Kühlkreislauf. Sobald durch den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 überschüssige Wärme erzeugt wird und der Wärmespeicher 12 Kapazität zur Auf­ nahme von Wärme frei hat, was durch geeignete Temperatur­ sensoren leicht feststellbar ist, dann wird durch die Steuereinheit 14 das Umschaltventil 7 in seine zweite Stellung geschaltet, bei welcher der Wärmeübertragungs- Flüssigkeitsstrom vom Druck der Flüssigkeitspumpe 2 von der Abzweigung 9 an durch den Wärmespeicherleitungsstrang 10, also durch die bei diesem Betriebszustand nicht ange­ triebene Flüssigkeitspumpe 11 hindurch und durch den Wär­ mespeicher 12, geführt wird. Der Wärmespeicher 12 wird dabei in üblicher Weise aufgeladen. Kann bei hoher Bela­ stung der Brennkraftmaschine 1 die anfallende Wärmemenge vom Heizungswärmetauscher 8 und vom Wärmespeicher 12 nicht ausreichend aufgenommen werden, dann regelt das Thermostatventil 3 in üblicher Weise einen Teil der Wär­ meübertragungsflüssigkeit durch den Kühlerkreislauf 5 und somit durch den Wärmetauscher 4 der Kühlung, welcher die überschüssige Wärme an die Umgebung abgibt.

Beim Starten der kalten Brennkraftmaschine 1 wird von der Steuereinheit 14 das Umschaltventil 7 in üblicher Weise in seine zweite (die nicht dargestellte) Schaltposition gebracht. Damit wird die Brennkraftmaschine 1 unmittelbar nach dem Start mit erwärmter Wärmeübertragungsflüssig­ keit, welche die gespeicherte Wärme aus dem Wärmespeicher 12 aufgenommen hat, gefüllt und somit erwärmt. Die schäd­ lichen Bestandteile des Abgases können so während der Startphase reduziert werden. Die Heizung des Fahrzeuges über den Wärmetauscher 8 spricht schneller an.

Wird die Brennkraftmaschine 1 abgestellt, dann prüft die Steuereinheit 14 über die Temperatursensoren, ob das zwi­ schen der Brennkraftmaschine 1 und dem Wärmespeicher 12 bestehende Temperaturgefälle ausreichend für eine Ladung des Wärmespeichers 12 ist. Ist dies der Fall, dann wird bei stillstehender Brennkraftmaschine 1 das Umschaltven­ til 7 in die zweite Stellung geschaltet und gleichzeitig die zusätzliche Flüssigkeitspumpe 11 angeschaltet. Die Flüssigkeitspumpe 11 fördert so die Wärmeübertragungs­ flüssigkeit über den Kurzschlußkreislauf 6 und den Wärme­ speicherleitungsstrang 10 im Kreis lauf aus der Brenn­ kraftmaschine 1 in den Wärmespeicher 12. Der Wärmespei­ cher 12 wird dabei mit der Wärmemenge aufgeladen, die sonst beim üblichen Abkühlen der Brennkraftmaschine 1 an die Umgebung nutzlos abgegeben würde. Somit kann auch dieser Anteil an Wärme beim erneuten Start der Brenn­ kraftmaschine 1 dieser Brennkraftmaschine wieder zuge­ führt werden.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß mit relativ einfachen Mitteln auch die im ständigen Kurzstreckenbetrieb anfallende Wärme aus der Brennkraft­ maschine 1 in einem Wärmespeicher 12 aufgefangen und im System für erneute Startvorgänge gehalten werden kann.

Der oben beschriebene Kühlkreislauf eignet sich für alle bekannten Arten von Wärmespeichern, welche die Motorkühl­ flüssigkeit als Wärmeübertragungsflüssigkeit verwenden wie z. B. der Latentwärmespeicher. Besonders groß ist die Effizienz aber bei Wärmespeichersystemen, die die Wärme­ übertragungsflüssigkeit gleichzeitig als Speichermedium verwenden, da bei einem derartigen System beim Be- und Entladen ein Austausch der Flüssigkeiten zwischen Brenn­ kraftmaschine und Wärmespeicher erfolgt. Dadurch stellt sich nicht wie beim Latentwärmespeicher eine Mischtempe­ ratur ein, sondern es kann eine größere Wärmemenge ge­ oder entladen werden.

Claims (3)

1. Kreislauf für eine Wärmeübertragungsflüssigkeit ei­ ner mit einem Wärmespeicher zusammenarbeitenden Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftma­ schine für den Antrieb eines Kraftfahrzeuges

• - mit einem ersten Wärmetauscher für die Kühlung der Brennkraftmaschine
• - einem zweiten Wärmetauscher für eine Fahrzeughei­ zung,
• - einem Wärmespeicher,
• - mindestens einer Flüssigkeitspumpe zur Förderung der Wärmeübertragungsflüssigkeit innerhalb des Kreislaufes,
• - einem Thermostatventil zur teilweisen oder voll­ ständigen Umsteuerung der Wärmeübertragungsflüs­ sigkeit zwischen einem Kühlerkreislauf und einem Kurzschlußkreislauf und
• - einem Umschaltventil zur wahlweisen Einbeziehung des Wärmespeichers in den Kreislauf der Wärme­ übertragungsflüssigkeit,

dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (12) sowie eine unabhängig von der Brennkraftmaschine (1) antreibbare zweite Flüssigkeitspumpe (11) in einem parallel zum Kurzschlußkreislauf (5) verlaufenden Wärmespeicherleitungsstrang (10) angeordnet sind und das Umschaltventil (7) alternativ den Kurzschluß­ kreislauf (6) über den Wärmespeicherleitungsstrang (10) oder an diesem vorbeileitet, wobei eine Steuer­ einheit (14) das Umschaltventil (7) in eine den Wär­ mespeicherleitungsstrang (10) öffnende Stellung und die zweite Flüssigkeitspumpe (11) auf Förderung schaltet, wenn die Brennkraftmaschine (1) abgeschal­ tet und deren Temperatur höher als eine Grenztempe­ ratur zum Laden des Wärmespeichers (12) ist.

2. Kreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsflüssigkeit gleichzeitig Speichermedium für den Wärmespeicher (12) ist.