DE19728374A1 - Betriebsverfahren für den Kühlmittelkreislauf einer Kfz-Brennkraftmaschine mit einem Wärmespeicher - Google Patents
Betriebsverfahren für den Kühlmittelkreislauf einer Kfz-Brennkraftmaschine mit einem WärmespeicherInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für den Kühlmittelkreislauf eines
Kraftfahrzeug-Antriebsaggregates, insbesondere einer Brennkraftmaschine,
mit einem Wärmespeicher sowie mit einer auch bei stillgesetztem An
triebsaggregat betreibbaren Umwälzpumpe für das Kühlmittel. Zum techni
schen Umfeld wird neben der DE-OS 27 12 438 insbesondere auf die
EP 0 340 621 B1 verwiesen.
Die letztgenannte Schrift zeigt eine Fahrzeugheizung, die durch den Kühl
mittelkreislauf eines Kraftfahrzeug-Antriebsaggregates gespeist wird, in wel
chem sich gleichzeitig ein Wärmespeicher befindet. Dadurch, daß eine Um
wälzpumpe für das Kühlmittel auch bei stillgesetztem Antriebsaggregat be
trieben werden kann, ist es möglich, das Kraftfahrzeug oder auch das An
triebsaggregat vorzuwärmen. Hierbei wird das Kühlmittel sowohl durch den
Wärmespeicher als auch durch den Fahrzeug-Heizungstauscher und/oder
den Kühlmittelmantel des Antriebsaggregates geführt, wobei der Wärme
speicher entladen und die darin gespeicherte Wärmemenge an die Fahr
zeugheizung bzw. an das insbesondere als Brennkraftmaschine ausgebilde
te Antriebsaggregat abgeben wird.
Ein derartiger Wärmespeicher im Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeug-An
triebsaggregates ist somit äußerst vorteilhaft, kann jedoch nur dann in der
beschriebenen Weise genutzt werden, wenn der Wärmespeicher aus einer
vorangegangenen Betriebsphase des Antriebsaggregates im wesentlichen
vollständig beladen ist, d. h. wenn im Wärmespeicher eine ausreichende
Wärmemenge gespeichert ist. Dies ist aber insbesondere bei vorangegan
genen Kurzstreckenfahrfen des Kraftfahrzeuges nicht immer der Fall.
Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist
Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel
mittels der Umwälzpumpe nach einem Stillsetzen des Antriebsaggregates
solange durch dasselbe sowie durch den Wärmespeicher umgewälzt wird,
als die Kühlmittel-Temperatur im Austrittsbereich aus dem Antriebsaggregat
höher ist als die Kühlmittel-Temperatur im Austrittsbereich aus dem Wärme
speicher. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird das Kühlmittel mittels der Umwälzpumpe nach einem
Stillsetzen des Antriebsaggregates solange durch dasselbe sowie durch den
Wärmespeicher umgewälzt, als hierdurch noch eine sinnvolle, d. h. effiziente
Beladung des Wärmespeichers mit der im Antriebsaggregat noch vorhande
nen Restwärme möglich ist. Entsprechende Kriterien hierfür sind in den
kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 bis 3 angegegeben.
So sollte die Kühlmittel-Temperatur im Austrittsbereich aus dem Antriebsag
gregat höher sein als die Kühlmittel-Temperatur im Austrittsbereich aus dem
Wärmespeicher, da nur dann überhaupt eine speicherbare Wärmemenge
zur Verfügung steht.
Um den Aufwand für die Speicherung der im Antriebsaggregat enthaltenen
Wärmemenge in sinnvollen Grenzen zu halten, kann zusätzlich bei einem
als Latentwärmespeicher ausgebildeten Wärmespeicher abgefragt werden,
ob die Kühlmittel-Temperatur im Austrittsbereich aus dem Wärmespeicher
um einen Temperatur-Differenzbetrag in der Größenordnung von 3°-7°
größer ist als die Phasenwechsel-Temperatur des Speichermaterials, da
dann die zuvor betriebene Umwälzpumpe abgeschaltet werden kann, weil
mit Erreichen dieses Kriteriums der Wärmespeicher ausreichend beladen ist.
Ein weiteres sinnvolles Abfragekriterium für den Betrieb der Umwälzpumpe
ist bei einem als Brennkraftmaschine ausgebildeten Kraftfahrzeug-Antriebs
aggregat, ob die Kühlmittel-Temperatur im Austrittsbereich aus dem
Antriebsaggregat höher ist als ein Grenzwert, welcher in der Größenordnung
eines Kühlmittel-Temperarturwertes liegt, unterhalb dessen die Kaltstart-
oder Warmlauf-Anreicherung der Brennkraftmaschinen-Gemischsteuerung
aktiv ist.
Um schließlich unerwünschte Fehlfunktionen auszuschließen, sollte die
Umwälzpumpe nach einer gewissen Zeitspanne seit Inbetriebnahme nach
einem Stillsetzen des Antriebsaggregates abgeschaltet werden.
Mit den beschriebenen Maßnahmen kann generell die Restwärme des An
triebsaggregates nach Stillsetzen desselben genutzt werden. Auch bereits
nach einer kurzen Fahrtstrecke des Kraftfahrzeuges hat sich das Antriebs
aggregat, welches wie bereits erwähnt bevorzugt als Brennkraftmaschine
ausgebildet ist, bereits so weit erwärmt, daß hiermit eine Beladung des
Wärmespeichers möglich ist. Da aber andererseits der Beladevorgang des
Wärmespeichers ebenfalls eine gewisse Zeitdauer in Anspruch nimmt, kann
diese Beladung nicht erfolgen, wenn mit dem Stillsetzen des Antriebsaggre
gates auch der Wärmeträgerkreislauf stillgesetzt wird. Daher wird vorge
schlagen, die Restwärme im Antriebsaggregat nach einem Stillsetzen des
selben zu nutzen und den Wärmespeicher hiermit zu beladen, wozu es le
diglich erforderlich ist, die Umwälzpumpe nach einem Stillsetzen des An
triebsaggregates zumindest für eine gewisse Zeitdauer weiterzubetreiben.
Zwar ist es aus der DE-OS 27 12 438 grundsätzlich bekannt, das Kühlmittel
einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine nach dem Stillsetzen derselben
weiter umzuwälzen, um auch bei stehendem Fahrzeug, so beispielsweise
bei einem am Standplatz wartenden Taxi, eine Beheizung des Fahrzeug-Innen
raumes zu ermöglichen. Jedoch ist in diesem vorbekannten Stand der
Technik kein Hinweis enthalten, nach welchen Kriterien dieses weitere Um
wälzen nun für die Beladung eines Wärmespeichers in besonders effizienter
Weise erfolgen sollte.
Hier nun schlägt die vorliegende Erfindung die o.g. sinnvollen Abfragekrite
rien vor. Diese sowie weitere Merkmale der Erfindung gehen auch aus der
vorliegenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles her
vor, wobei die beigefügte Prinzipskizze einen vorteilhaften Kühlmittelkreis
lauf zeigt.
Bestandteil dieses Kühlmittelkreislaufes ist eine Kühlmittel-Rücklaufleitung
1, die zum Kraftfahrzeug-Antriebsaggregat 2, das insbesondere als Brenn
kraftmaschine ausgebildet ist, führt. Über eine Vorlaufleitung 4 gelangt das
aus dem Antriebsaggregat 2 austretende Kühlmittel (vgl. die Pfeile in den
Leitungen 1 und 4) über ein Umschaltventil 3 zu einer beispielsweise elek
tromotorisch, auf alle Fälle jedoch unabhängig vom Antriebsaggregat 2 be
treibbaren Umwälzpumpe 8. Von dieser aus kann das Kühlmittel über ein
erstes Schaltventil 5 gesteuert einem Heizungswärmetauscher 3 und/oder
über ein zweites Schaltventil 7 gesteuert einem Wärmespeicher 6 zugeführt
werden. Sowohl vom Heizungswärmetauscher 3 als auch vom Wärmespei
cher 6 aus gelangt das Kühlmittel dann wieder in die Rücklaufleitung 1. Zur
exakten Funktion dieses Kühlmittelkreislaufes sowie insbesondere auch zur
Funktion des Umschaltventiles 10, mit Hilfe dessen es möglich ist, das
Kühlmittel bei stillgesetztem Antriebsaggregat 2 vom Wärmespeicher 6 aus
gehend entgegen der soeben beschriebenen Strömungsrichtung über das
Umschaltventil 10 und die Umwälzpumpe 8 in den Heizungswärmetauscher
3 und von diesem aus zurück in den Wärmespeicher 6 zu leiten und hier
durch unter Nutzung der im Wärmespeicher 6 gespeicherten Wärmemenge
eine Vorheizung des Kraftfahrzeuges zu erzielen, wird im übrigen auf die
eingangs genannte EP 0 340 621 B1 verwiesen.
Hier nun wird vorgeschlagen, direkt im Anschluß an ein Stillsetzen des An
triebsaggregates 2 die Umwälzpumpe 8 weiterzubetreiben und somit gemäß
den dargestellten Pfeilrichtungen aus dem Antriebsaggregat 2 Kühlmittel
abzuziehen, welches dann bei geschlossenem ersten Schaltventil 5 aus
schließlich über das geöffnete zweite Schaltventil 7 dem Wärmespeicher 6
zugeführt wird. Die nach dem Stillsetzen des Antriebsaggregates 2 in die
sem enthaltene Restwärmemenge kann auf diese Weise dem Wärmespei
cher 6 zugeführt und in diesem gespeichert werden. Das Kühlmittel verläßt
den Wärmespeicher 6 entsprechend der dargestellten Pfeilrichtung und ge
langt dann über die Rücklaufleitung 1 wieder zurück zum Antriebsaggregat
2, wobei diese Umwälzung des Kühlmittels 2 jedoch nur unter gewissen Be
dingungen sinnvoll ist und somit nur in Abhängigkeit von gewissen Kriterien
praktiziert werden sollte. Diese Kriterien können von einer nicht gezeigten
elektronischen Steuereinheit abgefragt werden, welche bei Erfüllung des in
Anspruch 1 angegebenen Kriteriums dann die Inbetriebnahme der Umwälz
pumpe 8 veranlaßt.
Die weiteren Abfragekriterien können einer sinnvollen Verfeinerung des Be
triebsverfahrens dienlich sein, so bspw. in dem Sinne, daß nicht für eine le
diglich minimale Speicherkapazitätssteigerung eine überproportionale Bela
stung des elektrischen Bordnetzes des Kraftfahrzeuges durch die Umwälz
pumpe 8 erfolgt. Es kann somit vorgesehen sein, daß bei Nichterfüllung der
in den Ansprüchen 2 und 3 angegebenen Kriterien die Umwälzpumpe 8
nicht betrieben wird oder daß dann die zuvor betriebene Umwälzpumpe 8
stillgesetzt wird.
Das wesentliche Abfragekriterium ist, ob die Temperatur des Kühlmittels im
Austrittsbereich 12a aus dem Antriebsaggregat 2 höher ist als die Kühlmittel-Temperatur
im Austrittsbereich 12b aus dem Wärmespeicher. Hierzu können
an den jeweiligen Austrittsbereichen 12a, 12b entsprechende Temperatur
fühler vorgesehen sein deren Signale der elektronischen Steuereinheit, die
auch die Betriebsweise der Schaltventile 5, 7 und 10 steuern kann, zuge
führt werden. Dabei können sich die Austrittsbereiche 12a, 12b sowohl in
nerhalb des Antriebsaggregates 2 bzw. des Wärmespeichers 6 als auch au
ßerhalb geringfügig beabstandet hiervon in der jeweiligen Abführleitung be
finden.
Durch eine Abfrage der Temperaturen in den Austrittsbereichen 12a, 12b
bzw. durch den Vergleich dieser Temperaturen wird sichergestellt, daß der
Wärmespeicher 6 nicht unerwünschterweise durch das abgekühlte Antrieb
saggregat 2 entladen wird. Nur solange die Temperatur im Austrittsbereich
12a höher ist als diejenige im Austrittsbereich 12b kann nämlich überhaupt
Wärme vom Antriebsaggregat 2 an den Wärmespeicher 6 abgegeben wer
den. Würde hingegen die Umwälzpumpe 8 noch länger betrieben werden, so
würde aufgrund der Abkühlung der Brennkraftmaschine bzw. des Antrieb
saggregates 2 der Wärmespeicher 6 unerwünschtermaßen wieder entladen.
Neben dem soeben beschriebenen Vergleich der Temperaturwerte in den
Austrittsbereichen 12a, 12b können weitere Abfragen in der bereits erwähn
ten nicht dargestellten Steuerelektronik vorgesehen sein, um eine optimale
Betriebsweise zu gewährleisten. So sollte auf alle Fälle abgefragt werden,
ob das Antriebsaggregat 2 gewünscht stillgesetzt wurde, was bei einer übli
chen Fahrzeug-Brennkraftmaschine durch eine definierte Zündschlüssel
position erkennbar ist.
Ferner sollte dann, wenn die im Wärmespeicher gespeicherte Wärme zu
Standheizzwecken verwendet wird, die erfindungsgemäße beschriebene
Funktion nicht gleichzeitig aktiviert sein. Gleiches gilt für Kraftfahrzeuge mit
Restwärmenutzung zu Heizzwecken, wie in der bereits genannten DE-OS 27 12 438
beschrieben. Ist nämlich die Restwärmenutzung des Antriebsaggre
gates 2 zu Heizzwecken, d. h. zur Beheizung des Fahrzeug-Innenraumes
erwünscht, wobei das Kühlmittel aus dem Antriebsaggregat 2 bewußt über
den Heizungswärmetauscher 3 geführt wird, so sollte der Wärmespeicher 6
nicht durchströmt und das zweite Schaltventil 7 somit geschlossen sein, um
keine Komforteinbuße durch andernfalls verminderte Heizleistung zu haben.
Eine Beladung des Wärmespeichers 6 nach einem Stillsetzen des Antrieb
saggregates 2 ist grundsätzlich an sämtlichen gängigen Wärmespeichern
anwendbar, wobei sich jedoch insbesondere die sog. Latentwärmespeicher,
die mit einem Phasenwechsel ihres Speichermaterials arbeiten, durch einen
hohen Speicherwirkungsgrad auszeichnen.
Bei Einsatz derartiger Latentwärmespeicher kann zusätzlich zum Vergleich
der Temperaturwerte in den Austrittsbereichen 12a und 12b abgefragt wer
den, ob die Kühlmitteltemperatur im Austrittsbereich 12b aus dem Wärme
speicher 6 um einen Temperatur-Differenzbetrag in der Größenordnung von
3° bis 7° größer oder höher ist als die Phasenwechsel-Temperatur des Spei
chermaterials. Bei Nichterfüllung dieses Kriteriums ist eine weitere Beladung
des Wärmespeichers 6 noch effizient. Liegt hingegen die Kühlmitteltempera
tur im Austrittsbereich 12b aus dem Wärmespeicher 6 um einen Temperatur-Differenz
betrag in der Größenordnung von 3° bis 7° höher als die Phasen
wechsel-Temperatur, so ist der Speicher aus dem vorangegangenen Lade
modus bspw. während des Betriebs des Antriebsaggregates bereits mit bis
zu 90% seiner möglichen Speicherkapazität beladen. Für eine weitere Bela
dung über diesen Wert hinaus würde es unter Optimierungsgesichtspunkten
bezüglich des Gesamtwirkungsgrades keinen Sinn machen, die Umwälz
pumpe 8, welche selbstverständlich das elektrische Bordnetz des Kraftfahr
zeuges belaset, weiter zu betreiben. Sollte somit die Kühlmittel-Temperatur
im Austrittsbereich 12b aus dem Wärmespeicher 6 höher sein als der in der
Größenordnung von 3° bis 7° über der Phasenwechsel-Temperatur des
Speichermaterials liegende Grenzwert, so ist dies ein Indiz für eine bereits
ausreichende Beladung des Wärmespeichers 6, so daß dann die zuvor mit
einem Stillsetzen des Antriebsaggregates 2 möglicherweise in Betrieb ge
nommene Umwälzpumpe 8 wieder abgeschaltet, bzw. ggf. nach einem Still
setzen des Antriebsaggregates 2 überhaupt nicht in Betrieb genommen wird.
Ist das Kraftfahrzeug-Antriebsaggregat 2 als Brennkraftmaschine ausgebil
det, so kann weiterhin abgefragt werden, ob die Kühlmittel-Temperatur im
Austrittsbereich 12a aus dem Antriebsaggregat 2 höher ist als ein Grenz
wert, welcher in der Größenordnung eines Kühlmittel-Temperarturwertes
liegt, unterhalb dessen die Kaltstart- oder Warmlauf-Anreicherung der
Brennkraftmaschinen-Gemischsteuerung aktiv ist.
Beispielsweise liege dieser Grenzwert in der Größenordnung von 40°C. Hat
nun die Kühlmitteltemperatur im Austrittsbereich 12a aus der Brennkraftma
schine bzw. aus dem Antriebsaggregat 2 einen Wert von über 40°C, so ist
eine Wärmeabgeabe an den Wärmespeicher 2 sinnvoll. Liegt hingegen die
Kühlmitteltemperatur im Austrittsbereich 12a aus der Brennkraftmaschine
bzw. aus dem Antriebsaggregat 2 unter dem Grenzwert von bspw. 40°C, so
würde die Brennkraftmaschine durch einen Betrieb der Umwälzpumpe 8
nach einem Stillsetzen so weit abgekühlt, daß bei einem kurz darauf nach
folgenden Neustart der Brennkraftmaschine die dem Fachmann bekannte
Kaltstartanreicherung oder auch Warmlaufanreicherung der Brennkraftma
schinen-Gemischaufbereitung aktiviert werden würde, was aber einen uner
wünscht höheren Kraftstoffverbrauch zur Folge hätte.
Um schließlich noch möglichen Fehlfunktionen bzw. Störungen vorzubeu
gen, wird vorgeschlagen, die Umwälzpumpe 8 nach einer gewissen Zeit
spanne seit Inbetriebnahme nach einem Stillsetzen des Antriebsaggregates
2 abzuschalten, insbesondere um die im Kraftfahrzeug vorgesehene Ener
giequelle bzw. Batterie, aus welcher nicht nur die Umwälzpumpe 8, sondern
üblicherweise die gesamte Fahrzeugelektrik gespeist wird, nicht zu entladen.
Indem wie beschrieben die im Antriebsaggregat 2 nach einem Stillsetzen
desselben noch enthaltene Restwärme auf die beschriebene Weise genutzt
und im Wärmespeicher 6 gespeichert werden kann, wird der Wirkungsgrad
dieses Wärmespeichers nochmals erhöht und ist insbesondere auch bei ei
nem Kurzstreckenbetrieb des Kraftfahrzeuges äußerst effizient. Dabei kön
nen selbstverständlich eine Vielzahl von Details durchaus abweichend vom
beschriebenen Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Pa
tentansprüche zu verlassen.
Claims (4)
1. Betriebsverfahren für den Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeug-Antriebs
aggregates (2), insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit
einem Wärmespeicher (6) sowie mit einer auch bei stillgesetztem An
triebsaggregat (2) betreibbaren Umwälzpumpe (8) für das Kühlmittel,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel mittels der Umwälzpum
pe (8) nach einem Stillsetzen des Antriebsaggregates (2) solange
durch dasselbe sowie durch den Wärmespeicher (6) umgewälzt wird,
als die Kühlmittel-Temperatur im Austrittsbereich (12a) aus dem An
triebsaggregat (2) höher ist als die Kühlmittel-Temperatur im Aus
trittsbereich (12b) aus dem Wärmespeicher (6).
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 wobei der Wärmespeicher (6) als
Latentwärmespeicher ausgebildet ist, der mit einem Phasenwechsel
seines Speichermaterials arbeitet,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel mittels der Umwälzpum
pe (8) nach einem Stillsetzen des Antriebsaggregates (2) solange
durch dasselbe sowie durch den Wärmespeicher (6) umgewälzt wird,
bis die Kühlmittel-Temperatur im Austrittsbereich (12b) aus dem
Wärmespeicher (6) um einen Temperatur-Differenzbetrag in der Grö
ßenordnung von 3°-7° größer ist als die Phasenwechsel-Temperatur
des Speichermaterials.
3. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel mittels der Umwälzpum
pe (8) nach einem Stillsetzen des Antriebsaggregates (2) solange
durch dasselbe sowie durch den Wärmespeicher (6) umgewälzt wird,
als die Kühlmittel-Temperatur im Austrittsbereich (12a) aus dem An
triebsaggregat (2) höher ist als ein Grenzwert, welcher in der Grö
ßenordnung eines Kühlmittel-Temperarturwertes liegt, unterhalb des
sen die Kaltstart- oder Warmlauf-Anreicherung der Brennkraftmaschi
nen-Gemischsteuerung aktiv ist.
4. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (8) nach einer ge
wissen Zeitspanne seit Inbetriebnahme nach einem Stillsetzen des
Antriebsaggregates (2) abgeschaltet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19728374A DE19728374A1 (de) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | Betriebsverfahren für den Kühlmittelkreislauf einer Kfz-Brennkraftmaschine mit einem Wärmespeicher |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19728374A DE19728374A1 (de) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | Betriebsverfahren für den Kühlmittelkreislauf einer Kfz-Brennkraftmaschine mit einem Wärmespeicher |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19728374A1 true DE19728374A1 (de) | 1999-01-07 |
Family
ID=7834493
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19728374A Ceased DE19728374A1 (de) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | Betriebsverfahren für den Kühlmittelkreislauf einer Kfz-Brennkraftmaschine mit einem Wärmespeicher |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19728374A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10353505A1 (de) * | 2003-11-13 | 2005-06-23 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zur Klimatisierung des Innenraumes eines Kraftfahrzeugs mit einer Motor-Stop-Starteinrichtung |
-
1997
- 1997-07-03 DE DE19728374A patent/DE19728374A1/de not_active Ceased
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10353505A1 (de) * | 2003-11-13 | 2005-06-23 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zur Klimatisierung des Innenraumes eines Kraftfahrzeugs mit einer Motor-Stop-Starteinrichtung |
DE10353505B4 (de) * | 2003-11-13 | 2007-03-15 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zur Klimatisierung des Innenraumes eines Kraftfahrzeugs mit einer Motor-Stop-Starteinrichtung |
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