DE3834540A1 - Vorwaermvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorwärmen von in Fahrzeugen eingebauten Brennkraftma­ schinen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.

Bei bekannten Vorwärmvorrichtungen ist eine Heizeinrich­ tung vorgesehen, die beispielsweise einen Wasserkreislauf aufheizt, wobei der Wasserkreislauf Wärmetauscher auf­ weist, die an der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Diese Wärmetauscher geben die von dem Wasser transportier­ te Wärme an die Brennkraftmaschine weiter. Nachteilig an dieser bekannten Ausführung ist grundsätzlich das Wärme­ trägermedium Wasser, da es bei Temperaturen unter 0° mit Frostschutzzusätzen versehen werden muß. Dabei ist eine dauernde Überwachung und Kontrolle der entsprechenden Konzentration in Abhängigkeit von den jeweiligen Außentem­ peraturen notwendig. Weiterhin sind aufwendige Leitungen und Wärmetauscher nötig. Schließlich können die Wärmetau­ scher nur an bestimmten zugänglichen Stellen der Brenn­ kraftmaschine angebracht werden und dementsprechend auch dort nur die Brennkraftmaschine vorwärmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorwärmen von in Fahrzeugen einge­ bauten Brennkraftmaschinen zu schaffen, die bzw. das un­ kompliziert aufgebaut ist bzw. arbeitet und auch für ande­ re Heizzwecke nutzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Heizeinrichtung ein gasförmiges Wärmeträgermedium aufheizt und daß der Gesamtstrom des Wärmeträgermediums in zumindest zwei Teilströme aufteilbar ist, wobei ein Teilstrom die Brennkraftmaschine anströmt und der weitere Teilstrom in eine Kabine des Fahrzeugs einleitbar ist. Dabei bietet sich als gasförmiges Wärmeträgermedium insbesondere Luft an, die keine besonderen Anforderungen an die Leitungen stellt und insbesondere die Einsparung von Wärmetauschern ermöglicht, da die erwärmte Luft gegebenenfalls durch mehrere Düsen oder Öffnungen auf die zu erwärmenden Teile der Brennkraftmaschine geleitet wird. Außerdem können durch einfaches Anblasen mit erwärmter Luft beispielsweise Zusatzteile (Filter und ähnliches) problemlos vorgewärmt werden. Durch das Aufteilen des Gesamtstroms in zumindest zwei Teilströme ergibt sich die Möglichkeit, mit dem zwei­ ten Teilstrom die Kabine des Fahrzeugs aufzuheizen. Auch hier kann durch einfaches Einblasen von erwärmter Luft zunächst der wesentliche Bereich der Kabine (Fenster und Arbeitsplatzbereich des Fahrzeugführers) erwärmt werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, von dem Gesamtstrom weitere Teilströme abzuzweigen, die beispiels­ weise zur Vorwärmung von Zusatzaggregaten wie insbesondere der Startbatterie verwendet werden. Dabei kann eine Aufteilung der Teilströme beispielsweise durch entspre­ chende Dimensionierung der Leitungsdurchmesser erfolgen.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Brennkraftmaschine zumindest teilweise von einer Kapsel und von einer Ver­ kleidung umgeben, wobei die Kapsel vorzugsweise den Be­ reich der Brennkraftmaschine etwa oberhalb der Ölwanne umfaßt und die Verkleidung vorzugsweise zumindest teil­ weise die Ölwanne umfaßt. In die Kapsel ist ein Teilstrom des Wärmeträgermediums einleitbar, während in die Verklei­ dung der Abgasstrom des die Heizeinrichtung bildenden Brenners (oder in Sonderfällen ein anderes Medium) ein­ führbar ist. Somit wird die von dem Brenner abgegebene Energie weitestgehend genutzt.

Schließlich ist vorgesehen, eine mit der Umgebung verbun­ dene Verbrennungsluftansaugleitung der Brennkraftmaschine zur Umgebung ansperrbar auszubilden und gleichzeitig durch eine geeignete Einrichtung zumindest einen Teilstrom des Wärmeträgermediums in die Verbrennungsluftansaugleitung einzuleiten. Dazu kann der in die Kapsel der Brennkraftma­ schine eingeleitete Teilstrom als auch der in die Kabine des Fahrzeugs eingeleitete Teilstrom durch beispielsweise eine entsprechende Klappensteuerung genutzt werden. Diese Vorrichtung wird insbesondere während des Startens der schon vorgewärmten Brennkraftmaschine angewandt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Vorwärmen der Brenn­ kraftmaschine sieht vor, daß zunächst die Heizeinrichtung eine sich nach den Umgebungstemperaturen richtende Zeit­ spanne betrieben wird, bis die Brennkraftmaschine eine für den Startvorgang nötige Mindesttemperatur erreicht hat. Dieser Vorwärmvorgang kann beispielsweise durch an der Brennkraftmaschine angeordnete Wärmesensoren gesteuert werden. Gleichzeitig wird ein weiterer Teilstrom des Wär­ meträgermediums in die Kabine des Fahrzeugs eingeleitet, so daß beim Start der Brennkraftmaschine die Kabine aufge­ heizt ist oder zumindest die Scheiben der Kabine freie Durchsicht ermöglichen. Zum Start der Brennkraftmaschine wird dann die in die Umgebung mündende Verbrennungsluftan­ saugleitung zur Umgebung abgesperrt und zumindest einer der Teilströme in die Verbrennungsluftansaugleitung einge­ leitet. Dadurch wird zumindest während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine erwärmte Verbrennungsluft zuge­ führt, wodurch der Startvorgang wesentlich erleichtert wird. Die erwärmte Luft kann dabei solange in die Ver­ brennungsluftansaugleitung eingeleitet werden, bis die Brennkraftmaschine eine bestimmte vorgebbare Betriebstem­ peratur erreicht hat. Dabei kann die Steuerung auch dieses Vorgangs durch entsprechende Wärmesensoren vorgenommen werden.

Die weiteren abhängigen Patentansprüche beinhalten zu­ sätzliche vorteilhafte Fortgestaltungen der Erfindung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht der in ein Fahrzeug eingebauten erfindungsgemäßen Vorwärmvorrichtung für die Brennkraftma­ schine des Fahrzeuges,

Fig. 2 die Brennkraftmaschine mit einer diese um­ gebenden Kapsel in Detailansicht.

Ein Fahrzeug 1, das beispielsweise ein Nutzfahrzeug oder ein landwirtschaftliches Fahrzeug sein kann, weist eine Brennkraftmaschine 2 auf, die insbesondere eine selbstzün­ dende Brennkraftmaschine ist. Die Brennkraftmaschine 2 ist in einen Motorraum 3 eingesetzt, der gegenüber der Umge­ bung und einer Kabine 4 des Fahrzeuges 1 verschlossen ist. Die Kabine 4 weist zumindest einen Fahrer- bzw. Bedie­ nungsplatz auf.

An geeigneter Stelle des Fahrzeugs 1 ist ein die Heizein­ richtung bildender Brenner 5 angeordnet, der vorteilhaft mit dem gleichen Brennstoff wie die Brennkraftmaschine 2 betrieben wird. Der Brenner 5 saugt im allgemeinen aus der Umgebung gegebenenfalls über einen Filter Frischluft an und gibt die erwärmte Luft in eine Leitung 6 ab. Die Lei­ tung 6 führt einen Teilstrom 8, 8 a in die Kabine 4 und abzweigend von der Leitung 6 über Motorraumleitungen 9, 9 a einen anderen Teilstrom 10, 10 a zu der Brennkraftmaschine 2. Weiterhin ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Kabine 4 eine ein Hilfsaggregat darstellende Batterie 11 angeordnet, die von einem Gehäuse 12 umgeben ist. Das Gehäuse 12 ist mit einem Verteilstutzen 7 verbunden, der brennernah in die Leitung 6 eingesetzt ist. Über den Ver­ teilstutzen 7 wird in das Gehäuse 12 ein dritter Teilstrom 13 von erwärmter Luft eingeleitet. Abgeführt wird die Luft aus dem Gehäuse 12 durch eine Öffnung in die Umgebung. Dabei ist es auch denkbar, die aus dem Gehäuse 12 abzu­ führende Luft beispielsweise für weitere Heizzwecke zu nutzen.

Der Motorraum, in dem die Brennkraftmaschine 2 angeordnet ist, dient als Kapsel 3, die die Brennkraftmaschine 2 bis etwa zur Ölwanne 14 umfaßt. Dazu ist die Kapsel 3 zumin­ dest zum Start der Brennkraftmaschine 2 soweit gegenüber der Umgebung verschließbar, daß außer dem Teilstrom 10, 10 a keine zusätzlich kalte Umgebungsluft in die Kapsel 3 gelangt. Die Motorraumleitungen 9, 9 a sind so zu der Brennkraftmaschine 2 geleitet, daß die aus diesen Leitun­ gen austretende erwärmte Luft gezielt auf anzuwärmende Brennkraftmaschinenteile geleitet wird. Dabei wird ein Teilstrom 10 in den Kühlluftkanal 27 bei Ausführung der Brennkraftmaschine 2 als luftgekühlte Version eingeleitet. Ist die Brennkraftmaschine 2 als V-Maschine ausgebildet, wird die erwärmte Luft auch insbesondere zu der in dem V-Raum angeordneten Einspritzpumpe 15 geleitet. Um den unteren Teil der Ölwanne 14 ist eine Verkleidung 17 ange­ ordnet, die als Vorwärmschale ausgebildet ist. In diese Verkleidung 17 wird vorzugsweise der Abgasstrom 18 des Brenners 5 durch eine Verbindungsleitung eingeleitet. Es ist aber auch möglich, einen Teilstrom (8, 8 a, 10, 10 a) oder gegebenenfalls für besondere Anwendungen ein flüssi­ ges Medium, beispielsweise Wasser, einzuleiten.

Die Verbrennungsluftansaugleitung 19 mündet normalerweise in die Umgebung, ist aber zum Start der Brennkraftmaschine 2 zur Umgebung durch eine Klappe 20 zur Umgebung ver­ schließbar. In diesem Fall öffnet die umgelegte Klappe 20 eine Verbindung zu der Leitung 6, so daß die erwärmte Luft des Teilstroms 8 über die Verbrennungsluftansaugleitung 19 in nicht näher dargestellter Weise zu der Brennkraftma­ schine geleitet wird. Dabei wird die Klappe 20 beispiels­ weise über temperaturgesteuerte Sensoren solange in der zur Umgebung verschlossenen Stellung gehalten, bis die Brennkraftmaschine 2 eine ausreichende Betriebstemperatur erreicht hat.

Die in der Fig. 1 dargestellte Kaltstartvorrichtung ge­ währleistet bis zumindest ca. -60°C einen einwandfreien Start der Brennkraftmaschine 2. In Extremfällen kann zu­ sätzlich zu der beschriebenen Kaltstartvorrichtung in die Ölwanne 14 noch eine zusätzliche, beispielsweise elektrisch betriebene Ölvorwärmeinrichtung 21 eingebaut sein.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorwärm­ einrichtung. Dabei wird in die Kapsel 3 a ein Teilstrom 10 oder 10 a der von dem Brenner 5 erwärmten Luft eingeführt. Abgeführt wird die Luft über eine Austrittsöffnung 22 und wird wiederum dem Brenner 5 zugeführt, um sich mit dem Abgasstrom 18 zu vermischen. Dieser Gesamtabgasstrom 18 a gemäß dem Ausführungsbeispiel wird an die Umgebung abgegeben. Der Brenner kann aber auch so geschaltet sein, daß die von der Austrittsöffnung kommende Luft als aufzuwärmende An­ saugluft des Brenners genutzt wird. Diese erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß der Brenner 5 erheblich weni­ ger Leistung zum Aufwärmen der Luft aufbringen muß.

Die Brennkraftmaschine 2 ist in dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel, wie schon gesagt, eine luftgekühlte Brenn­ kraftmaschine und weist demzufolge ein Kühlgebläse 23 auf. Das Kühlgebläse 23 saugt über einen Einlaufstutzen 24, der in die Kapsel 3 a eingelassen ist beim Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 2 Luft aus der Umgebung an. In dem Einlaufstutzen 24 ragt auch die Verbrennungsluftansauglei­ tung 19 hinein. Beim Kaltstart der Brennkraftmaschine 2 wird der Einlaufstutzen 24 von der Einlaufkappe 25 zur Umgebung abgeschlossen und öffnet gleichzeitig einen Ein­ laß 26 in den Innenraum der Kapsel 30, so daß in der Kap­ sel 3 a befindliche vorgewärmte Luft über den Einlaß 26 in den Einlaufstutzen 24 und weiter in die Verbrennungsluft­ ansaugleitung angesaugt werden kann.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Vorwärmen von einer in ein Fahrzeug eingebauten Brennkraftmaschine (2) mittels einer Heizein­ richtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein gas­ förmiges Wärmeträgermedium aufheizt und daß der Gesamt­ strom des Wärmeträgermediums in zumindest zwei Teilströme (8, 8 a, 10, 10 a) aufteilbar ist, wobei ein Teilstrom (10, 10 a) die Brennkraftmaschine (2) anströmt und der weitere Teilstrom (8, 8 a) in eine Kabine (4) des Fahrzeugs (1) einleitbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Teilstrom (13) von dem Gesamtstrom abzweigbar ist, wobei der dritte Teilstrom (13) zur Vorwärmung zumindest eines Hilfsaggregates dieses anströmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsaggregat eine Batte­ rie ist und die Batterie (11) von einem Gehäuse (12) umge­ ben ist, in das der dritte Teilstrom (13) eingeleitet wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein vor­ zugsweise mit dem Brennstoff der Brennkraftmaschine (2) befeuerbarer Brenner (5) ist, wobei der Abgasstrom (18) des Brenners (5) als Wärmeträger der Brennkraftmaschine (2) zuführbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (2) zumindest teilweise von zumindest einer Kapsel (3, 3 a) umgeben ist, in die zumindest ein Teilstrom (8, 8 a, 10, 10 a) und/oder der Abgasstrom (18) einleitbar ist/sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (2) zumindest teilweise von einer Verkleidung (17) umgeben ist, wobei die Verkleidung (17) im wesentlichen die von der Kapsel (3, 3 a) nicht abgedeckten Bereiche der Brenn­ kraftmaschine (2) umfaßt, wobei in die Kapsel (3, 3 a) zumindest ein Teilstrom (8, 8 a, 10, 10 a) des Wärmeträger­ mediums und in die Verkleidung (17) der Abgasstrom (18) oder ein Teilstrom (8, 8 a, 10, 10 a) einleitbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Umgebung verbun­ dene Verbrennungsluftansaugleitung (19) zur Umgebung ab­ sperrbar ist und gleichzeitig mit einem Teilstrom (8, 8 a, 10, 10 a) des Wärmeträgermediums verbindbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilstrom (8, 8 a, 10, 10 a) des Wärmeträgermediums in einen Kühlluftkanal (27) der luftgekühlt ausgebildeten Brennkraftmaschine (2) einleitbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Einlaufstutzen (24) des Kühlluftkanals (27) eine Einlaufklappe (25) angeordnet ist, die in einer ersten Stellung eine Verbindung des Kühlluftkanals (27) mit der Umgebung und in einer zweiten Stellung eine Verbindung des Kühlluftkanals (27) mit dem Innenraum der Kapsel (3, 3 a) herstellt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapsel (3, 3 a) eine Aus­ trittsöffnung für das Wärmeträgermedium aufweist, die mit der Luftansaugseite der Heizeinrichtung verbindbar ist.

11. Verfahren zum Vorwärmen einer in einem Fahrzeug (1) eingebauten Brennkraftmaschine (2), wobei eine Heizein­ richtung ein Wärmeträgermedium erhitzt, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Start der Brennkraft­ maschine (2) von der Heizeinrichtung ein gasförmiges Wär­ meträgermedium erhitzt wird, dessen Gesamtstrom in zumin­ dest zwei Teilströme (8, 8 a, 10, 10 a) aufgeteilt wird, wobei der Teilstrom (10, 10 a) in eine die Brennkraftma­ schine (2) zumindest teilweise umgebende Kapsel (3, 3 a) eingeleitet wird und der weitere Teilstrom (8, 8 a) in eine Kabine (4) des Fahrzeuges (1) eingeleitet wird, wobei weiterhin zumindest bis zum erfolgten Start der Brenn­ kraftmaschine (2) eine mit der Umgebung verbundene Ver­ brennungsluftansaugleitung (19) zur Umgebung abgesperrt wird und gleichzeitig zumindest ein Teilstrom (8, 8 a, 10, 10 a) in die Verbrennungsluftansaugleitung (19) eingeleitet wird.