DE19701094A1

DE19701094A1 - Booster heater for vehicle cold start using coolant system in IC engine

Info

Publication number: DE19701094A1
Application number: DE19701094A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Ing Bochtler; Michael Dipl Ing Foerster; Norbert Gruber
Original assignee: BOCHTLER ULRICH DR; Behr GmbH and Co KG
Current assignee: BOCHTLER, ULRICH, DR.-ING., 63773 GOLDBACH, DE
Priority date: 1997-01-15
Filing date: 1997-01-15
Publication date: 1998-07-16

Abstract

The heater uses the coolant circuit of the IC engine and has a heat exchanger (23) which is supplied with coolant from the engine. The heater is in series with the heat exchanger and provides additional heating e.g. during cold starting. An energy-efficient microwave heater (24) operates in a continuous mode when required. A flow control valve (27) regulates the coolant flow through the microwave heater to enhance the heating efficiency. The microwave heater has a microwave chamber lined with perforated metal to contain the microwave energy. An oscillator is mounted into the top of the chamber. The control valve ensures that the coolant has sufficient dwell time in the microwave chamber to be efficiently heated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines verbrauchsoptimierten Motors, für Kraftfahrzeuge, sowie eine Vor richtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for heating the coolant in the coolant circuit of an internal combustion engine, in particular one consumption-optimized engine, for motor vehicles, and a front direction for performing this procedure.

Zusatzheizungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere solche mit ver brauchsoptimierten Motoren, sind bekannt, z. B. aus der Firmenschrift der Firma Behr GmbH & Co. "Beheizung von Fahrzeugen mit verbrauchs optimierten Motoren" von Markus Flik, Michael Löhle und Harald Wil ken. Diese Firmenschrift gibt einen realativ vollständigen Überblick über die heute angebotenen Systeme, unter anderen den sogenannten Brennstoff-Zuheizer, der auch in der DE-A 44 35 693 veröffentlicht wurde. Danach wird die durch die Verbrennung von Kraftstoff erzeugte Wärme über einen Wärmetauscher in das Kühlmittel übertragen. In der erwähnten Firmenschrift sind auch elektrische Zusatzheizungen ange sprochen, und zwar luftseitige (über eine PTC-Heizung) und kühlmit telseitige (über Glühstifte). Letztere weisen den Nachteil auf, daß sie bei einer relativ hohen Temperatur arbeiten und das Kühlmittel daher schnell zum Sieden bringen können.Additional heaters for motor vehicles, especially those with ver consumption-optimized engines are known, e.g. B. from the company script the company Behr GmbH & Co. "Heating of vehicles with consumption optimized engines "by Markus Flik, Michael Löhle and Harald Wil ken. This company publication provides a realistically complete overview about the systems offered today, including the so-called Fuel heater, also published in DE-A 44 35 693 has been. After that, the one generated by the combustion of fuel Transfer heat to the coolant through a heat exchanger. In the mentioned company script are also electric auxiliary heaters spoke, namely on the air side (via a PTC heater) and cool with on the side (via glow plugs). The latter have the disadvantage that they work at a relatively high temperature and the coolant can therefore quickly bring to a boil.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Behei zung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf von Kraftfahrzeugen zu schaffen sowie eine geeignete Heizvorrichtung.The object of the present invention is to provide an improved solution tion of the coolant in the coolant circuit of motor vehicles create as well as a suitable heating device.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß Patentanspruch 1 darin, daß das Kühlmittel mittels Mikrowellen erwärmt wird.The solution to this problem is according to claim 1 that the coolant is heated by means of microwaves.

Die Erwärmung von verschiedenen Medien durch Mikrowellen, d. h. durch elektrische Energie im Frequenzbereich von Mikrowellen (z. B. 2450 MHz) ist an sich bekannt, z. B. durch den Aufsatz "Hochfrequenz- und Mikrowellenerwärmung in der industriellen Produktion" von Gerhard Orth in VDI-Zeitschrift 138 (1996), Nr. 11/12, Seite 39 bis 43. Insoweit sind bisher Anwendungen der Mikrowellenerwärmung nur im stationären Bereich bekanntgeworden.The heating of various media by microwaves, i. H. by electrical energy in the frequency range of microwaves (e.g. 2450 MHz) is known per se, e.g. B. by the essay "radio frequency and Microwave heating in industrial production "by Gerhard Orth in VDI magazine 138 (1996), No. 11/12, pages 39 to 43. So far, applications of microwave heating are only in stationary area.

Vorzugsweise erfolgt die Mikrowellen-Erwärmung kontinuierlich, d. h. beim Durchlaufen des Kühlmittels durch einen Durchlauferhitzer. Die ses Verfahren arbeitet mit einem günstigen Wirkungsgrad, da die elektrische Energie direkt in das Kühlmittel eingespeist wird, d. h. ohne zusätzlichen Wärmeübertrager. Die Energie zur Erwärmung kann relativ einfach durch handelsübliche Geräte erzeugt werden. Der Bau raum ist vergleichsweise gering. Vorzugsweise wird die Strömung des Kühlmittels verzögert, damit es der Mikrowellenbestrahlung für eine längere Verweilzeit ausgesetzt ist und damit eine kontrollierte Er wärmung erreicht wird.Preferably, the microwave heating is continuous, i.e. H. when the coolant passes through a water heater. The This process works with a favorable efficiency because the electrical energy is fed directly into the coolant, d. H. without additional heat exchanger. The energy for heating can can be generated relatively easily by commercially available devices. The construction space is comparatively small. Preferably, the flow of the The coolant is delayed so that it can withstand microwave radiation exposed to longer dwell times and thus a controlled Er warming is achieved.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen: Danach ist im Kühlmittelkreislauf, insbesondere im Heizkreislauf des ver brauchsoptimierten Motors ein Mikrowellendurchlauferhitzer angeord net. Das Kühlmittel strömt durch diesen Durchlauferhitzer und wird dabei durch die Mikrowellenstrahlung erwärmt. Das so erwärmte Kühl mittel strömt anschließend in den Heizungswärmetauscher des Fahrzeu ges, wo es seine Wärme an die in den Fahrzeuginnenraum geförderte Luft abgibt. Bei dieser Ausführung ist der Mikrowellendurchlaufer hitzer in Reihe mit dem Heizungswärmetauscher geschaltet, so daß das erwärmte Kühlmittel unmittelbar der Beheizung des Fahrgastraumes zu gute kommt. Darüber hinaus wird auch eine schnellere Aufwärmung des Motors erreicht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.In a further embodiment of the invention is a device provided for carrying out the method according to the invention: afterwards is in the coolant circuit, especially in the heating circuit of ver consumption-optimized motor arranged a microwave water heater net. The coolant flows through this instantaneous water heater and becomes heated by the microwave radiation. The so warmed cooling medium then flows into the vehicle's heating system where it transfers its heat to the inside of the vehicle Emits air. This version is the microwave flow heater connected in series with the heating heat exchanger, so that heated coolant directly to the heating of the passenger compartment good is coming. In addition, a faster warm-up of the Motors reached. Further advantageous configurations result from the other subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing represents and is described in more detail below. Show it:

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Mikrowellen-Durchlauferhitzer und Fig. 1 the instantaneous microwave heater and

Fig. 2 den Mikrowellen-Durchlauferhitzer im Kühlmittelkreis lauf eines Kraftfahrzeug-Motors. Fig. 2 shows the instantaneous microwave heater in the coolant circuit of a motor vehicle engine.

Fig. 1 zeigt einen Behälter 1, der vorzugsweise aus einer Alumini umlegierung oder einer anderen leitfähigen Umhüllung besteht und als Erwärmungsraum für das zu erwärmende Fluid (Kühlmittel) dient. Auf der Oberseite des Behälters ist ein Mikrowellenleistungsoszillator 2 angeordnet, welcher im Handel, beispielsweise unter der Produktbe zeichnung "Magnetron" (z. B. Typ OM52S oder 2M213) erhältlich ist. Die Stromzufuhr zu dem Mikrowellenleistungsoszillator 2 erfolgt über ein Kabel 3. Innerhalb des Oszillators 2 befindet sich die Spannungs- und Frequenzaufbereitung, die auch an einem entfernteren Ort in der Zuleitung (Kabel 3) angeordnet sein kann. Die Zufuhr des Kühlmittels erfolgt über einen ebenfalls metallischen Rohrstutzen 4, und die Kühlmittelabfuhr über einen weiteren metallischen Rohrstutzen 5. Im Inneren des Behälters 1 sind kühlmitteldurchlässige Abschirmmittel 6 und 7 in Form von metallischen Lochblenden, Sieben oder Metallgazestrukturen angeordnet. Fig. 1 shows a container 1 , which preferably consists of an aluminum alloy or another conductive sheath and serves as a heating space for the fluid to be heated (coolant). A microwave power oscillator 2 , which is commercially available, for example under the product name "Magnetron" (for example type OM52S or 2M213) is arranged on the top of the container. The power supply to the microwave power oscillator 2 takes place via a cable 3 . Within the oscillator 2 is the voltage and frequency conditioning, which can also be arranged at a more distant location in the supply line (cable 3 ). The coolant is supplied via a likewise metallic pipe socket 4 , and the coolant is removed via a further metallic pipe socket 5 . In the interior of the container 1 , coolant-permeable shielding means 6 and 7 are arranged in the form of metallic perforated screens, sieves or metal gauze structures.

Die Funktion des Mikrowellendurchlauferhitzers ist die folgende: Das Kühlmittel tritt über den Eintrittsstutzen 4 in den sich erweitern den Behälter 1 ein, wo die Kühlmittelströmung verzögert wird. Der Behälter 1 weist ein bestimmtes Puffervolumen auf, welches das Kühl mittel für eine bestimmte Verweilzeit aufnimmt. In dieser Zeit ist das Kühlmittel bei Aktivierung des Mikrowellenleistungsoszillators 2 einer Mikrowellenbestrahlung ausgesetzt, die zu einer Erwärmung des Kühlmittels führt. Das Kühlmittel tritt dann durch den Austritts stutzen 5 aus dem Behälter 1 aus. Die im Inneren angeordneten Loch platten 6 und 7 gewährleisten eine Abschirmung der Mikrowellenstrah len, so daß diese nicht nach außen austreten können. Zusätzlich sind auch die Ein- und Austrittsstutzen 4 und 5 als Metallrohre ausgebil det, um somit ebenfalls eine Abschirmfunktion zu erfüllen.The function of the microwave instantaneous water heater is as follows: The coolant enters the tank 1 via the inlet connection 4 , where the coolant flow is decelerated. The container 1 has a certain buffer volume, which receives the cooling medium for a certain dwell time. During this time, when the microwave power oscillator 2 is activated, the coolant is exposed to microwave radiation, which leads to heating of the coolant. The coolant then emerges through the outlet nozzle 5 from the container 1 . The perforated plates arranged inside 6 and 7 ensure a shielding of the microwave radiation len, so that they can not escape to the outside. In addition, the inlet and outlet ports 4 and 5 are ausgebil det as metal tubes, so as to also perform a shielding function.

Fig. 2 zeigt einen an sich bekannten Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine 21 für ein Kraftfahrzeug. Der Kühlmittelkreislauf weist folgende wesentlichen Komponenten auf: Einen sekundärseitig luftbeaufschlagten Kühlmittelkühler 22 und einen sekundärseitig luftbeaufschlagten Heizungswärmetauscher 23, den Mikrowellendurch lauferhitzer 24, eine Kühlmittelpumpe 25, ein Thermostatventil 26 und ein Mengenventil 27. Das aus dem Kühlmantel des Motors 21 aus tretende Kühlmittel verzweigt sich an der Stelle 28 in den Kühl kreislauf und den Heizungskreislauf, die hier parallel geschaltet sind. Der Kühlkreislauf besteht aus dem Kühlervorlauf 29 und dem Kühlerrücklauf 30 sowie aus dem über das Thermostatventil 26 gesteu erten Kurzschluß 31. Der Heizungskreislauf besteht aus dem Heizungs vorlauf 31 und dem Heizungsrücklauf 32 der vor der Kühlmittelpumpe 25 in den Kühlerrücklauf 30 mündet. Erfindungsgemäß ist nun im Hei zungsvorlauf 31 der Mikrowellendurchlauferhitzer 24 angeordnet, der von Kühlmittel durchströmt wird, wie oben bereits beschrieben. Vor dem Mikrowellendurchlauferhitzer 24 ist ein Mengenventil 27 zur Steuerung des Durchsatzes angeordnet, und parallel zu dem Mengenven til 27 und dem Mikrowellendurchlauferhitzer 24 ist ein Bypass 33 zur Umgehung des Mikrowellendurchlauferhitzers 24 vorgesehen. Diese Maß nahme dient dem Zweck, den Durchsatz und damit die Verweilzeit des Kühlmittels im Erwärmungsraum des Mikrowellendurchlauferhitzers zu kontrollieren und den Bedürfnissen an die Zusatzheizung anzupassen. Nach Erwärmung durch die Mikrowellen tritt das Kühlmittel dann in den Heizungswärmetauscher 23 ein, welcher sekundärseitig von Luft beaufschlagt wird - diese wird in bekannter Weise über ein Gebläse in den Fahrzeuginnenraum gefördert. Insofern tritt eine sofortige Heizwirkung ein, auch wenn der Motor noch nicht warmgelaufen ist. Fig. 2 shows a known coolant circuit of an internal combustion engine 21 for a motor vehicle. The coolant circuit has the following essential components: a coolant cooler 22 , which is subjected to secondary air, and a heating heat exchanger 23 , which is subjected to secondary air, the microwave continuous-flow heater 24 , a coolant pump 25 , a thermostatic valve 26 and a quantity valve 27 . The coolant emerging from the cooling jacket of the engine 21 branches at point 28 into the cooling circuit and the heating circuit, which are connected in parallel here. The cooling circuit consists of the radiator inlet 29 and the radiator return 30 as well as the short circuit 31 which is controlled via the thermostatic valve 26 . The heating circuit consists of the heating flow 31 and the heating return 32 which opens into the cooler return 30 in front of the coolant pump 25 . According to the invention the microwave water heater 24 is now in Hei wetting leading 31 is disposed, which is traversed by coolant, as already described above. Before the microwave instantaneous water heater 24 , a quantity valve 27 is arranged to control the throughput, and parallel to the quantitative valve 27 and the microwave instantaneous water heater 24 , a bypass 33 is provided for bypassing the microwave instantaneous water heater 24 . This measure serves the purpose of controlling the throughput and thus the dwell time of the coolant in the heating space of the microwave instantaneous water heater and adapting it to the needs of the auxiliary heater. After heating by the microwaves, the coolant then enters the heating heat exchanger 23 , which is acted upon on the secondary side by air - this is conveyed into the vehicle interior in a known manner via a blower. In this respect, there is an immediate heating effect, even if the engine has not yet warmed up.

Claims

1. A method for heating the coolant in the coolant circuit of an internal combustion engine, in particular a consumption-optimized engine for motor vehicles, characterized in that the coolant is heated by means of microwaves.

2. The method according to claim 1, characterized in that the coolant is heated in a continuous flow through a microwave flow heater ( 24 ).

3. The method according to claim 2, characterized in that the flow rate of the coolant is delayed in the water heater ( 24 ).

4. A device for performing the method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the coolant circuit ( 31 , 32 ) of the motor ( 21 ) a microwave heater ( 24 ) is arranged, through which the coolant flows.

5. The device according to claim 4, characterized in that the continuous-flow microwave heater ( 24 ) has a buffer volume and a cross-sectional widening, which lead to a delay in the coolant flow and an increased residence time of the coolant in the area of microwave radiation.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the microwave water heater ( 24 ) on the coolant side is connected in series with the heating heat exchanger ( 23 ) of the motor vehicle.

7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the coolant throughput through the microwave water heater ( 24 ) is regulated via a quantity valve ( 27 ) and that a bypass line ( 33 ) is provided in parallel with the microwave water heater ( 24 ).

8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the instantaneous water heater ( 24 ) has a metal container ( 1 ), preferably made of an aluminum alloy and means ( 6 , 7 ) for shielding the microwave radiation from the outside.

9. The device according to claim 8, characterized in that the shielding means are designed as metallic perforated plates ( 6 , 7 ) inside the container ( 1 ).

10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the metal container ( 1 ) has metallic pipe sockets ( 4 , 5 ) for the entry and exit of the coolant.

11. The device according to claim 8, 9 or 10, characterized in that a microwave power oscillator ( 2 ) is arranged on the top ( 1 a) of the container, the microwave radiation sweeps the interior of the container ( 1 ).