DE3032090A1

DE3032090A1 - Verfahren zur senkung des kraftstoffverbrauchs und der schadstoffemissionen durch verminderung der reibleistung eines verbrennungsmotors waehrend des warmlaufes (verkuerzung der warmlaufzeit) sowie eine vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3032090A1
Application number: DE19803032090
Authority: DE
Inventors: Günter Prof. Dr. Dr.-Ing. 7300 Esslingen Wößner
Original assignee: Individual
Current assignee: WOESSNER, GUENTER, PROF. DR. DR.-ING., 73734 ESSLI
Priority date: 1980-08-26
Filing date: 1980-08-26
Publication date: 1982-04-01
Also published as: DE3032090C2

Description

Verfahren zur SenKung des traftstoffverbrauchs und der Schad-
stoffemissionen durch Verminderung der Reibleistung eines Verbrennungsmotors während des Warmlaufes (Verkürzung der Warmlaufzeit) sowie eine Vorrichtung zur Durchführung; des Verfahrens.
Wegen der akuten Verknappung von Ölresourcen und der großen Abhängigkeit von ölfördernden Ländern müssen mit größter Dringlichkeit Verfahren gefunden werden, um beim Betrieb von Kraftfahrzeugen den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. In den USA werden den Automobilherstellern schon seitens der Regierung Auflagen gemacht, die den mittleren Höchstverbrauch aller produzierten Fahrzeuge limitieren. Weltweit werden deshalb Anstrengungen zur Verbrauchsreduzierung an Fahrzeugen unternommen.
Bekanntlich ist der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges beim Kaltstart und während des noch nicht betriebswarmen Motors während des Warmlaufs infolge der erhöhten Reibleistung sehr hoch. Diese erhohte Reibleistung, die erhöhten Kraftstoffverbrauch, erhöhte Schadstoffemissionen und zusätzlich noch höheren-Motorverschleiß bedeutet, ist insbesondere auf die hohe Viskosität des Motorschmieröls bei niedrigen Öltemperaturen zurückzuführen Deshalb wird vom Motoröl gefordert, daß es möglichst schon bei niedrigen Temperaturen dünnflüssig ist, d.h. eine geringe Zähigkeit aufweist, aber bei hohen Temperaturen noch eine solche Zähigkeit besitzt, daß es voll schmierfähig bleibt.
Um solchen Forderungen näher zu kommen, werden die Mehrbereichsöle mit einem hohen Viskositätsindex (d.h, flacher Verlauf der Ölviskosität über der Temperatur) entwickelt. Doch bei diesen nach SAE-Klassen eingeteilten Mehrbereichsölen ist die Viskosität bei niedrigen Temperaturen noch um ein Vielfaches höher als bei Motorbetriebs-'temperaturen von 90 - 120 OC (z.B. Öl 10 W 30' Bei -17,80C: Kinemat.
Zähigkeit 1300 L? p = 2600 c St; bei 98,90C: (Betriebstemp.) ginemat.
Zähigkeit 10 = D ~ 13 c St.). Deshalb werden seitens der Schmierölprodnzenten große Anstrengungen gemacht, um Öle mit noch flacherem Zähigkeitsverlauf über der Temperatur zu erwirken.
Da die Zähigkeit des Öles stark temperaturabhängig ist, liegt es nahe, das bei Kaltstart noch kalte Öl durch eine entsprechende zusätzliche Aufheizung rasch auf Betriebstemperatur zu bringen, um so die Warmlaufzeit mit der erforderlichen Gemischanreicherung und den damit verbundenen erhöhten Kraftstoffverbrauch mit den erhöhten Abgasmassen-Emissionen abzakürzen. Verschiedene Untersuchungen 51 , z haben gezeigt, daß durch solche Maßnahmen der Kraftstoffverbrauch wesentlich gesenkt werden kann. Dies gilt besonders im Kurzstrecken-(Stadt-)Verkehr, wenn der Hauptanteil des Motorbetriebs noch im Bereich des Warmlaufs liegt. Verschiedene Vorschläge für eine rasche Erwärmung des Motoröls liegen vor: Aufheizung des Motoröls durch eine elektrische Heizung (z.B. Eckert,R.), durch das Abgas (z.B. Friedl, Reiner oder Andrei-Alexandru, Marcel), durch das Kühlwasser (Gaggiano,Forlai), durch eigene Motorvärme in entsprechend rasch sich erwärmenden Motorteilen (Reinshagen).
Da die Batterie bei niedrigen Temperaturen ohnehin schon stark belastet ist, ist eine elektrische Beheizung des Öls kritisch, Für die elektrische Beheizung des Öls bzw. Kühlwassers ist beispielsweise eine elektrische Energie erforderlich, die von den normalerweise in Kraftfahrzeugen eingebauten Bauteilen nicht aufgebracht werden kann, da die Leistungder üblicherweise verwendeten Batterien insbesondere beim Kaltstart unter der erforderlichen Leistung für eine elektrische Beheizung liegt. Dies gilt insbesondere für den Kaltstart bei niedrigen Temperaturen, bei denen die Batterie ohnehin schon stark belastet ist.
Auch ein an den Motor angeschlossener Generator, der ausschließlich zur Speisung der elektrischen Heizung vorgesehen ist, kann nicht zu dem erwünschten Ergebnis führen. Da der Motor gerade bei Beginn seines Betriebes nicht die volle Leistung abgibt, kann auch der Generator nur einen Bruchteil seiner Leistung abgeben. Wnn man nun dem Generator bei einer in Teillast laufenden Brennkraftmaschine eine bestimmte, vorgegebene Leistung entnehmen will, muß der Generator entsprechend groß ausgelegt und überdimensioniert werden; seine Leistungsaufnahme ist dann so groß, daß der Vorteil der Verminderung der Reibleistung des Motors durch Ölvorwärmung aufgehoben wird. Dies insbesondere, weil Generatoren in der hierfür erforderlichen Größenordnung einen sehr schlechten Wirkungsgrad haben, so daß hierdurch wiederum eine vergrößerte Bauweise bedingt wird.
Hinzu kommt noch, daß bei einer Verwendung von Generatoren zur Speisung der elektrischen Heizung für die bl bzw, Wasseraufheizung vom Motor gerade in dem Augenblick, nämlich bei Betriebsbeginn des Motors, die größte Leistung für ein möglichst rasches Aufheizen des Motoröl 8 bzw.
des Kühlwassers abverlangt wird, in welchem der Motor gerade die geringste Leistung abgibt. Die elektrischen Heizungen sind also nicht nur unwirtschaftlich, sondern führen nicht einmal zu dem gewiinschten Ergebnis.
Eine Aufheizung des Öls bzw. Kühlwassers durch eine Benzinheizung wäre möglich. Wenn in einem Kraftfahrzeug eine Benzinstandheizung für die Vorwärmung des Fahrgastraumes eingebaut ist, so kann mit diesem Standheizgerät insbes. das Kühlwasser, aber auch das Öl nach Moser g33 während der 1. Warmlaufphase des Europatests (ca 11 min) mit dem Ergebnis einer Kraftstoffsenkung und einer Reduzierung der Abgasemissionen vorgewärmt werden; allerdings kann dann in dieser Zeit eine bedeutsame Erwärmung des Fahrgastraumes kaum eintreten. Dies ist ein großer Nachteil, denn gerade dies ist die ursprüngliche Aufgabe von Benzinstandheizungen.
Die Benzinheizungen sind kompliziert aufgebaute Vorrichtungen, die eine Vielzahl von Einzelteilen aufweisen und mit einer Reihe von Zusatzaggregaten versehen werden müssen, wie Benzinförderpumpe, Zündung, Brennluftgebläse, Mischvorrichtung und Brenner. Auch bei der Benzinheizung ist eine Antriebseinrichtung für die Benzinförderpumpe und das Brennluftgeblc-e erforderlich, die entweder von der Batterie oder vom Motor her gespeist werden muß, so daß ein Teil des Vorteils infolge der Aufheizung der Motorbetriebsmittel durch die Reduzierung der Motorleistung wieder aufgehoben wird. Darüber hinaus ist für die Benzinheizung ein beträchtlicher Raum erforderlich, der die ohnehin beschränkten Platzverhältnisse in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Personenkraftwagen, weiter belastet.
Eine Benzinheizung ist also sehr aufwendig, kostspielig und raumbeanspruchend, so daß sie praktisch hauptsächlich im Hinblick auf eine komfortable Fahrgastraum-Beheizung und insbesondere für größere Kraftfahrzeuge wirtschaftlich eingesetzt wird; in dem Fall, wenn im Kraftfahrzeug sowieso eine Standheizung eingebaut ist, ist auch die Verwendung der Heizung zur Erwärmung der Betriebsmittel mit den oben genannten eingeschränkten Vorteilen gegeben.
Im Gegensatz zur elektrischen oder zur Benzin-Heizung ist die Nutzung der im Motor erzeugten Wärmeleistung zur raschen Aufheizung des öls bzw. Kühlwassers energetisch sinnvoller und wirtwährend schaftlicher. Untersuchungen von Moser[13haben gezeigt, daß sich/ des Warmlaufs das Abgas am raschesten aufheizt und die höchsten Temperaturen aufweist, gefolgt vom Kühlmittel und danach vom öl.
Das Abgas erreicht im mittleren Drehzahlbereich in ca. 20 sec.
Temperaturen von 400 bis 500° C. Deshalb wäre für die rascheste Erwärmung des Motoröls bzw. des Kühlmittels das Abgas am geeignetsten.
Da die Reibleistung im wesentlichen drehzshlabhängig und kaum lastabhängig ist, gilt dies auch für die Temperaturverläufe von Abgas, Kühlmittel und Öl.
Verachiedene Vorschläge, bei denen bie Abgaswärme zur Aufheizung des öls bzw. Wassers genutzt wird, wurden schon gemacht.
In [1] wird zwangsmäßig ein Abgasteilstrom durch einen direkt in, der Ölwanne liegenden Wärmetauscher geleitet. Damit dieser Abgasleila@rom bei dem hohen Druckverlu@l in@olge der engen kohrleitung überhaupt durch den Wärmetauscher strömt, mußte dort der Abgashauptstrom hinter der Abzweigung durch eine Abgasklappe entsprechend aufgestaut werden. Dieser so erzeugte hohe abgasgegendruck bewirkt jedoch eine solche Leistungseinbuße, dal! die hraftstoffeinsparung infolge der Ölvorwärmung praktisch aufgehoben wurde.
Es wird dabei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß auf eine strömungsgünstige Ausbildung des Wärmetauschers größten zuerst zu legen ist, d.h. daß beim Abgas- und Ölstrom die durch ein Wärmeübertragungssystem zur Aufheizung des öls bewirkten zusätzlichen Druckverluste möglichst klein gehalten werden müssen, damit dadurch-keine wesentlicht Einbuße an der Motorleistung in Kauf genommen werden muß um so den Vorteil einer Betriebsmittelaufheizung möglichst wenig zu schmälern.
Im Bericht von Hofmann [2] sind schemtaisch Abgas-Öl-(Wasser)-Wärmetauscher-Konzepte mit zugehöriger Verbrauchsreduzierung angegeben, wobei aber nur ein Teilstrom des Abgases zur Erwärmung des öls bzw.
des Kühlwassers herangezogen wird. Dabei wird angegeben, daß die größte Kraftstoffverbrauchsreduzierung bei gleichzeitiger Aufheizung von öl und Kühlwasser erzielt wird.
Bei Moser bzw. Hofmann wird nur ein Abgasteilstrom in die Ölwanne pzw. zum Abgas-Öl-Wärmetauscher geleitet, wodurch abgasseitig ein hoher Druckverlust erzeugt wird. Wird dagegen der gesamte Abgasstrom durch die Ölwanne oder zur Ölleitung geführt, so entsteht ein geringerer aber zimmer noch hoher zusätzlicher Druckverlust (durch Umlenkungen und verlängertes Abgasrohr). Dabei ist der Bauaufwand und der erforderliche Platzbedarf infolge der großen Abgasrohrdurchmesser erheblich und kaum verwirklichbar.
Ebenfalls sind zur Umlenkung des Abgases zur Ölleitung Abgasklappen erforderlich.
Wird andererseits umgekehrt der ölstrom über eine entsprechend lange Ölleitung zur Wärmeaufnahme in den Abgasstrom geleitet, solst der bauliche Aufwand und der erforderliche Bauraum etwas geringer als im obigen Fall, aber insbesondere durch die erforderliche große Wärmeaustauschfläche der ÖlleitungeSX z.B. durch die erforderliche größere Rohrwindungszahl zur Wärmeübertragung wird die Rohrlänge der Ölleitungen und damit der zusätzlich erzeugte Druckverlust ölseitig erheblich, so daß das Öl-sicher nur auf der Druckseite der Ölpumpe dem Abgas-Wärmetauscher zugeführt werden kann. Dies ist ein Nachteil, da der Ölpumpe zunächst nur kaltes Öl zuläuft, was sich in einer erhöhten Leistungsaufnahme der ölpumpe zeigt, und dies wird wiederum durch den zusätzlich erhöhten Druckverlust infolge des Öl-Abgas-Wärmetauschers druckseitig verstärkt;1Aus baulichen Gründen und wegen des zusätzlich verursachten Druckverlustes wird nach einem Wärmeübertragungssystem gesucht, bei dem die beiden wärmeaustauschenden Medien nicht zusammengeführt werden müssen, wie oben geschildert (d.h. Abgas zum Öl bzw. Öl zum Abgas geleitet).
In diesem Fall können der Öl-und der Abgasstrom weit voneinander getrennt liegen, und sie bleiben beim Wärmeaustausch ungestört, d.h.
sie erleiden praktisch keinen zusätzlichen Druckverlust. Hierbei ist jedoch für den Wärmeaustausch ein interner, eigener geschlossener Wärmeübertragungskreislauf zwischen den beiden wärmeaustauschenden Medien (z.B. Öl- u. Abgasstrom) erforderlich.
Wird hierbei-ein 1-Phasenfluid als Wärmeträger eingesetzt (ein Gas, z.B. Luft, oder eine Flüssigkeit), so ist die Vorrichtung aufwendig bei großem Platzbedarf, u.a wegen der erforderlichen großen Wärmeübertragungsflächen, bei der relativ schlechten Wärmeübertragung.
So bleibt bei der Erfindung von Friedl der Abgasstrom ungestört, da in einem geschlossenen Ringkanal zwischen Abgas rohr und leitung mittels eines eingebauten Gebläses eine Luftströmung erzeugt wird, die zur Wärmeaufnahme das Abgasrohr umströmt und die Abgaswärme über den Luft-Ul/Wärmetauscher an das Öl abgibt. Nachteilig ist der große Bauaufwand und Platzbedarf der Ringleitung mit dem erforderlichen Gebläse und dessen Leistungsaufnahme, das den Vorteil der erhöhten Leistungsausbeute des Motors durch die Ölaufheizung zum Teil wieder zunichte macht. Ferner bewirkt der Öltauscher einen zusätzlichen Druckverlust ölseitig. Die Wärmeübertragung vom Abgas an das öl ist wegen der großen Wärmeübergangswiderstände (Abgas-Luft, Luft-Öl) relativ schlecht, weshalb große Wärmeübertragungsflächen auf der Abgas- und Ölseite erforderlich sind, was Druckverlust, Bauaufwand und Platzbedarf des Wärmeübertragungssystems weiter-erhöht. Andererseits bleibt die erforderliche hohe Luftumwälzgeschwindigkeit für eine ausreichende WÄrmeübertragung fraglich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw.
eine Vorrichtung zur Aufheizung des Motoröls bzw. Kühlwassers während des Warmlaufs zu entwickeln ohne die genannten Nachteile.
Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst und entsprechend denen der Unteransprüche ausgestaltet.
Die Erfindung weist dabei folgende Vorteile auf: 1. Rascheste Aufheizung des Motoröls bzw. Kühlwassers durch Nutzung der Abgaswärme.
2. Nutzung der Abgaswärme des gesamten Abgasstromes.
3. Internes abgeschlossenes Wärmeübertragungssystem (W.U.-S.), bei dem beide wärmeaustauschenden Medienströme wegen baulichen Gegebenheiten getrennt voneinander liegen können.
4. W.U.-S. mit kleinem Bauaufwand.
5. W.U.-S. mit geringster Beeinflussung des bl-(Wasser-) und Abgasstromes, d.h. W.U.-S. bei geringstem Druckverlust der einzelnen Stoffströme; 6. W.U.-s. ohne zusätzlichen Leistungsverbrauch für Gebläse etc.
7. W.U.-S. mit geringsten Ansprechzeiten (bestes dynamisches Verhalten) durch größte Wärmedurchgangszahlen (geringste Wärmewiderstände) und hohem Wärmestrom-Transportvermögen (hohe Wärmestromdichten).
Dies sind die wichtigsten Kriterien, die erfindungsgemäß alle durch den Einsatz eines Abgas-Öl- (Wasser-)"Wärmerohr- Wärmetauschers"(W.R.-W.T.) erfüllt werden.
Dieser Wärmerohr-Wärmetauscher arbeitet im wärmeübertragenden Betriebszustand mit einem 2-phasigen Fluid, das in jedem Wärmetauscher, also auf der Abgas- und auf der Betriebsmittelseite (Öl, Kühlwasser) eine Phasenänderung durchläuft (Verdampfung bzw. Kondensation) und dadurch im Gegensatz zu einem Wärmeübertragungssystem mit einem 1-phasigen Fluid hinsichtlich des Bauvolumens wenig aufwendig ist und obige Vorteile aufweist Neben den obigen Kriterien sind noch folgende Maßnahmen während des Warmlaufs von Verbrennungsmotoren zu beachten, die u.a. nach [1], [2] zur kürzesten Warmlaufzeit führen: a) Verringerung der Wärmekapazität der Betriebsmittel (Öl, Wasser); dies bedeutet die Aufheizung von nur einer Ölteilmene evtl.
des warmiaurs bei einem möglichst weitgehend ruhenden Wasserkreislauf während/ Dadurch auch zusätzlich Fortfall der :iasserpumpen-Antriebsleistung.
b) Senkung der Leistungsaufnahme der Ölpumpe durch Aufheizung des Öls vor Eintritt in die Ölpumpe bzw. Aufheizung der Ölpumpe selbst.
c) Gleichzeitige Öl- und Wasseraufheizung durch Abgas.
Erfindungsgemäße Beispiele, die die Kriterien 1. - 6. und Maßnahmen a) bis c) zur Verkürzung der Warmlaufphase eines (Fahrzeug-)Verbrennungsmotors erfüllen, werden in der Zeichnung dargestellt und auf den folgenden Seiten näher beschrieben.
Zunächst zu den einzelnen Zeichnungen.
Es zeigt': Fig. 1 a: Längschnitt durch einen Abgasbypaß und eine. Ölleitung mit Wärmerohr- Wärmetauscher, dessen Verdampfungszone im Abgasbypaß, und dessen Kondensationszone innerhalb der leitung liegt.
Fig. 1 b: wie oben, jedoch Kondensationszone des Wärmerohrs umschließt die leitung.
Fig. 1 c: Querschnitt durch Verdampfungs- bzw. Kondensationszone des Wärmerohr- Wärmetauschers, nach Schnitt AA in Fig. 1 a.
Fig. 2: Längsschnitt durch ölwanne, Öl direkt aufgeheizt durch Wärmerohr.
Fig. 3 ab Wie in Fig. 2, jedoch mit Ölwärmetauscber (Wärmerohr) nach Art eines Durchlauferhitzers.
Fig. 3 b: wie in Figur 3 a, mit alternativer Konstruktion des Ölwärmetauschers.
Fig. 4 a: bzw. 4 b Längs- bzw. Querschnitt durch eine mittels eines Wärmerohrs aufgeheizte Ölpumpe.
Fig. 4 c: Längschnitt durch Ölwanne und Ölpumpe, letztere aufgeheizt durch zwischengeschalteten Wärmetauscher (Wärmespeichermedium).
Fig. 5: Längss'cbnitt durch Ölwanne und Wärmetauscher auf der Saugseite der Pumpe.
Fig. 6: Länsschnitt durch Ölwanne und Wärmetauscher auf der Druckseite der Pumpe.
Fig. 7: Längs schnitt durch Ölwanne und Wärmetauscher, letzterer in der Ölüberdruck- bzw. -Rückführleitung.
Fig. 8: Längsschnitt durch Ölwanne und Wärmetauscher, letzterer in einer separaten ÖIrückführleitung, welche temperaturabhängig geöffnet wird.
Fig. 9: Längs schnitt durch Ölwanne mit trichterförmigem Einsatz zur Unterteilung des ölvolumen (Aufheiz@ung einer Ölteilmenge).
Fig. 10 : Längsschnitt durch die Ölwanne mit umgebendem wärmedämmendem Gehäuse, wobei die Belüftung der Ölwanne abhängig von der Temperatur des Öls gesteuert wird.
Fig. lla: Längsschnitt durch Ölwanne mit Wärmerohr als Ölüberhitzungsschutz (Kühlwärmerohr").
Fig. 11b: Querschnitt durch Wärmerohr nach Schnitt AA von Fig. 11 a.
Fig.12: Längsschnitt durch Abgasrohr und in zwei Kammern aufgeteilten Ölbehälter mit Wärmerohranordnungen für eine zeitlich nacheinander erfolgende Aufheilung der einzelnen Olteilmengen, einschließlich Ölüberhitzungsschutz.
Fig. 13: Längsschnitt durch das Abgasrohr, die Ölwanne und ein beide Bauteile verbindendes temperaturstabilisiertes Wärmerohr als Wärmetauscher (mit Gasreservoir).
Fig. 14: Längsschnitt durch das Abgasrohr, die Ölwanne und den beide Bauteile verbindenden Wärmerohr- Wärmetauscher mit an dessen Ende aufgesetztem "Kühlwärmerohr als Uberhitzungsschutz für das Öl.
Fig 15: Längsschnitt durch das Abgasrohr, die ölführende Leitung und den Abgas- Öl- Wärmerohr- Wärmetauscher mit alternativen Anordnungen von Wärmerohren ( a, b, c, ) als Überhitzungschutz.
Fig. 16 : Längsschnitt durch Abgasrohr, Ölbehälter und Wärmerohr- Wärmetauscher mit Ölüberhitzungschutz in der Gestalt eines den Ölbehälter ganz oder teilweise unschließenden Wärmerohrs.
Fig. 17a: Längsschnitt durch kombinierten Abgas- Öl- Wasser-Wärmetauscher, z.B. als Wärmerohr- Wärmetauscher; mit Uberhitzungschutz,ausgebildet als Wärmerohrummantelung des Wärmetauschers.
Fig. 17b: Schnitt nach AB in Fig. 17a durch Abgas- Wärmerohr-Wärmetauscher, abgasseitig,bei tangentialem Abgaseintritt.
Fig. 17c: Längsschnitt durch kombinierten Abgas- ol- Wasser-Wärmetauscher mit Wärmerohren wie in Fig. 1?a, Jedoch mit zusätzlichem ringförmigem Wärmerohr zwischen ol- ui Wasserbehälter, damit zuerst das Öl und dann das Wasser durch die Abgaswärme aufgeheizt wird.
Fig. 17d: tängsschnitt durch kombinierten Abgas- ol- Wasser-Wärmetauscher unter Verwendung eines temperaturstabilisierten Warmerohrs (mit Gasreservoir) für eine vorrangige Aufheizung des Öls bei Teillast, während bei Vollast das Wasser aufgeheizt wird.
Fig. 18: Längsschnitt durch kombinierten Abgas ol- Wasser-Wärmetauscher unter Verwendung von 2 Wärmerohren (2 Betriebsmittel).
Fig. 19a: Längsschnitt durch einen Abgas- Öl (Wasser)-Wärmerohr- Wärmetauscher mit im Dampfstrom liegend Dampfdrossel, gesteuert, durch die Ol-(Wasser)-Temperatur.
Fig. 19b: Längsschnitt durch Abgas- Öl (Wasser)- Wärmerohr-Wärmetauscher mit getrennter Kondensat- und Dampf leitung; letztere mit Dampfdrosselklappe, gesteuert z.B. durch die Temperatur des Öls (Wassers).
Fig. 19c. Schnitt nach AA der Fig. 19b; Schnitt durch Verdampfungszone des Wärmerohr- Wärmetauschers im Abgasrohr.
Fig. 19d: Schnitt nach BB der Fig. 19b; Schnitt durch Kondensationszone des Wärmrohr- Wärmetauschers im Betriebsmittel Öl(bzw. Wasser).
Fig. 20: Schnitt durch ein perforiertes Abgasrohr mit im äußeren Ringraum (Bypaß) liegender Verdampfungszone des Wärmerohr- Betriebsmittel-Wärmetauschers (Vermeidung von Abgasklappen).
Fig. 21: Schnitt durch ein Abgasrohr mit im Bypaß liegender Verdampfungszone des Wärmerohr- Betriebsmittel-Wärmetauschers und einer tragflügelähnlichen Leitvorrichtung vor der Rohrverzweigung zur Vermeidung einer Abgasklappe.
Fig. 22 : Längsschnitt durch eine Vorrichtung, die alle Maßnahmen zur Verkürzung der Warmlaufzeit eines Verbrennungsmotors erfüllt, im Beispiel einer Trockensumpfschmierung bei unterteiltem Ölbehälter (Ölteilmengen) und bei Fortfall eines Abgas- Bypaßes durch variablen Ölspiegel.
Fg.-23 : Längsschnitt durch die gesamte Anlage im Beispiel der Trockensumpfschmierung bei unterteiltem Ölbehälter, jedoch mit kombiniertem Abgas- Öl- Wasser-Wärmetauscher und im Falle der ERfüllung aller sicherheitstechnischen Maßnahmen.
Abgas- Öl- Wärmerohr-Wärmetauscher (W.R.-W.T.) Zur Übertragung der Abgaswärme auf die Betriebsmittel Öl oder Kühlwasser wird vorteilhaft ein sog. Wärmerohr (W.R.1 engl. "heat-Pipe") als Wärmetauschen (W.T.) eingesetzt, wie es im Prinzip schematisch Fi.4a zeigt.
Es besteht aus einem beidseitig abgeschlossenen Rohr (abgeschlossenes Wärmeübertraeunessystem) mit einer Kapillarstruktur im Rohrinnen 2 (Längsrillen en an Innenwand oder Netzstruktur), durch gestrichelte Linien dargestellt. -- Es beinhaltet ein Wärmeübertragungsmedium als Arbeitsmedium Die sog. heiße Zone'3 (Heizzone: Verdampfungszone) liegt im Abgasstrom, in Fig 1@ in einem Abgasbypaß 41bzw. umschließt das Abgasrohr; die"kalte Zone 5" (Kondensationszone) des W.R. liegt im Ölstrom 6 bzw. umgibt) nach (11) die ölführenden Leitungen. Das wärmeübertragende Medium im W.R. mit entsprechendem Siedepunkt, das sich im flüssigen Zustand in der Kapillarstruktur befindet, verdampft nun in der Heizzone 3 bei Aufnahme von Abgaswärme, überträgt in dampfförmigem Zustand die Wärme auf die/kalte Seite",(5)z.B.zum Öl, und gibt unter Kondensation die übertragene Abgaswärme an das Öl ab. Das Kondensat fließt durch die Kapillarkräfte infolge der Kapillarstruktur (2) zum "heißen Ende" des W.R. zurück. Der Kreislauf des Wärmeübertragungsmediums ist g Vorteile des Wärmerohres sind die hohen ubertragKren Wärmestromdichten bei quasi isothermen Bedingungen. Zur Vergrößerung der Wärmeaustauschflächen können z.B. auf dem W.R. an den beiden Zonen entsprechende Kippen 7 angebracht werden; auch kann der W.R.-Durchmesser variiert werden, um eine entsprechend hohe radiale Wärmestromdichte zu erreichen.
(Wärmestromtransformator). Die W.R. können entsprechend der Einbau- verhältnisse verschieden lang und gebogen (8) und flexibel( biegsam) sein.
Der Abgasbypaß 4 wird nach Erreichen der Ölbetriebstemperatur von 900 - 120 C, gemessen über den Temperaturfühler 9 durch 2 Abgasklappen 10 verschlossen, so daß die Wärmezufuhr zum Öl unterbunden wird.
Die Abgasklappen können z.-B. über den Saugrohrunterdruck, über Elektromagnete oder über Dehnstoffelemente betätigt werden. In Fig. 1 für die ölseitige Aufheizung 2 Alternativlösungen dargestellt.während die "heiße" berippte Zone 5 des W.R. 1 in direkt in der Ölleitung liegt, umschließt in die heiße Zone 11 des Wärmerohrs die leitung.
Der Siedepunkt des Arbeitsmediums im W.R. kann im Bereich zwischen 100 # 300°C liegen, wobei jedoch durch entsprechende Wahl der Strömungsgeschwindigkeit des Öls (Wahl des Wärmeübergangs,der Güte der Wärmeübertragung) darauf zu achten ist, daß dasselbe an der W.R.-Oberfläche nicht überhitzt wird und dadurch verkokt. Fig. 1c zeigt den Schnitt AA des berippten Wärmerohrs auf der Verdampfungs- bzw. Kondensationsseite..
Das Verbindungsstück des W.R. zwischen Verdampfungs- und Kondensationszone kann bei Bedarf durch eine Wärmeisolation 12 umgeben aein.
Der übertragene Wärmestrom des W.R. ist auch regelbar (Siehe Fig. 13, 19a,19b). So kann bei variabler Wärmezufuhr des Abgases z.B. durch ein am W.R. angeschlossenes Gasreservoir die übertragene Wärmestromdichte und damit die Temperatur des W.R. konstant gehalten werden oder es kann durch eine im Wärmerohr eingebaute Drossel die Wärmeübertragung durch die Dampfzufuhr gesteuert bzw. unterbunden werden; entsprechendes gilt für den Kondensatstrom.
Wärmerohr-W.T. direkt in Ölwanne bzw. in Hauptleitung (Art "Durchlauferhitzer"); (Fig 2 - 6 ) In diesem Fall muß die Wärmezufuhr abgasseitig bei Erreichen der Ölbetriebstemperatur abgestellt werden (Abgasklappen3. Ist die heiße Zone" des W.R. in einem Abgasbypaß eingebaut, so kann die Wärmezufuhr durch Schließen des Bypasses nach Erreichen der Ölbetriebstemperatur (900 - 1200C) in der Ölwanne durch Abgasklappen unterbunden werden.
In Fig 2 wird das Öl durch das W.R. 13 direkt in der Ölwanne 14 aufgeheizt; das erwärmte Öl wird über=den Saugkorb 15 von der Pumpe 16 angesaugt. In Fig. 3 a bzw. 3 b ist der W.R.-W.T. 17 in die Saugleitung 18 eingebaut,

wobei\ aufs

Platzgründen der W.T. außerhalb der Ölwanne liegt und das Öl vorteilhaft dem W.T. zuströmt. Fig. 3b zeigt eine alternative Ausführungsform des W.R.-W.T. 17.
In Fig. 4a bzw. 4b dient die ölpumpe 16 selbst als Wärmetauscher; so werden z. B. zweckmäßig die Stirnseiten der ölpumpe durch das W.R., das die beiden Stirnseiten der ölpumpe umgibt (19),aufgeheizt.
Liegt die gesamte Ölpumpe direkt im Abgasstrom oder in einem sekundären Wärmespeichermedium 20 (Fig 4c), (das z.B. ebenfalls entsprechend des W.R.-Prinzips verdampft), so kann die Wärmeübertragung über die gesamte (berippte) Oberfläche der ölpumpe erfolgen. Auch eine analoge Beheizung des Saugkorbes wäre denkbar.
In allen Fällen, Fig. 2 -4C, wird die Leistungsaufnahme der Ölpumpe während des Warmlaufs wesentlich redaziert.
Einbau des Wärmerohr-Wärmetauschers (W.T. oder W.R. - W.T.) in Ölbypaß (Fig. 5,6) In den folgenden Fig. wird der Abgas-Öl-Wärmerohr-Wärmetaascher, der nach dem Prinzip von Fig. 1 arbeiten soll, vereinfacht symbolisch dargestellc und mit .T. bezeichnet.
In Fig. 5 ist der W.T. 21 in eine Öl-Bypaßleitung 22 saugseitig angebaut. Während des Warmlaufs (bei niedrigen Öltemperaturen) gibt ein elektromagnetisch gesteuertes 3/2 Wegeventil 23, gesteuert durch den Temperaturfühler 9 in der Ölwanne oder durch einen Zeitschalter, nur den Bypar Pumpe 16 frei, so daß der angesaugte ölstrom im W.T. 21 aufgeheizt wird. Hat das Öl in der Wanne die Betriebstemperatur erreicht, so wird über den Temperaturfühler 9 oder über einen Zeitschalter entsprechend eingestellter Zeit (z.B. 8 Min. nach Kaltstart) das z.B. elektromagn. Ventil 23 betätigt, der Bypaß 22 geschlossen, die Hauptleitung 24 geöffnet. In diesem!Fall kann evtl. auf einen Abgasbypaß, d. h. auf Abgasklappen im Abgasrohr verzichtet werden, da das restliche Öl im W.T. in die Ölwanne zurückfließen kann, wodurch eine Überhitzung des Restöls verhindert wird. (Das elektromagn. Ventil kann evtl. durch einen Thermostaten unter Fortfall des Temperaturfühlers in der Wanne ersetzt werden.) Analog ist in Fig. 6 der W.T. unter Verwendung von 2 z.B. elektromagnetischen Ventilen 23 (3/2-Wegeventil) 25 (4l2-Wegeventil) in einen Ölbypaß druckseitig eingebaut, wobei die in Fig.

51zweite

Saugleitung 22 entfällt. Während des Warmlaufs sind die Ventile so gestellt, daß der Ölbypaß 22 geöffnet ist und das Öl im W.T.21 erwärmt wird; nach Erreichen der Betriebstemperatur wird das öl über die Kurzschlußleitung gefördert (wie gezeichnet) und der Ölbypaß durch das Ventil 23 geschlossen, wobei das Restöl im W.T. über das Ventil 25 (Ventil wie in gezeichneter Stellung) in die Ölwanne zurückfließen kann.
Rückführung des aufgeheizten Öls (Fig. 7,8) in Ölwanne In Fig. 7 wird der W.T. 21 dem im Ölkreislauf in der Druckleitung stets erforderlichen Überdruckventil 26 nachgeschaltet. Beim Kaltstart und während des Warmlaufs würde sich ohne Überdruckventil infolge des kalten Öls ein sehr hoher Druck in der Hauptleitung aufbauen. Das Überdruckventil dient jedoch zur Druckentlastung und sorgt, dafür, daß ein Seil der geförderten Ölmenge sofort über den W.T. 21 wieder in das KurbelgehäuselÖlwanne)lE zurückfließt; d. h.
die von der Pumpe geförderte gleichbleibende Ölmenge teilt sich somit beim Kaltstart in die zu den Schmierstellen fließende Ölmenge und die Überströmmenge des Überdruckventils auf; letztere wird im Wärmetauscher 21 aufgeheizt und möglichst nahe der Saugkorbmündung 27 wieder zurückgeführt (28; so daß der Pumpe bei möglichst geringer Vermischung von erwärmtem mit dem noch kaltem Öl in der Wanne ein möglichst warmes Öl zugeführt wird, um die mechanischen Verluste vom, Start an klein zu halten. Mit zunehmender Erwärmung des Öls sinkt der Öldruck in den Leitungen zu den Schmierstellen, wodurch die Überström-Ölmenge sich verringert und schließlich gestoppt wird, wenn das Uberdruck-Ventil nicht mehr anspricht, d. h geöffnet wird.
Die im W.T. verbliebene Ölrestmenge kann durch den freien Ausfluß ablaufen, so daß selbst, wenn kein verschließbarer Abgasbypaß zur Wärmeaufnahme des W.T. vorgesehen ist, die Gefahr einer i;berhitzung eines Restöls vermieden wird. Doch wird in diesem Falle der Sicherheit wegen ein Thermostatventil 29 vor den W.T. eingebaut, das bei höherer Oltemperatur und bei etwaigem4Auftreten eines erhöhten Olgegendrucks (z.B. beim Start des warmen Motors), bei dem das ÜberdruCKventil kurz öffnet, das warme Öl schon vor dem W.T. in die Ölwanne abi/3t.
Die Anordnung des W.T. in die Überströmleitung hat durch die Ö1-rückführung möglichst nahe des Saugkorbs den Vorteil, daß in der ersten Warmlaufphase zunächst nur eine Teilmenge des Öls der Ölwanne erwärmt wird,und zu den Schmierstellen gelangt, wobei das kalte Öl am Rande der Ölwanne erst etwas später) nach Vermischung mit dem warmen Öl, umgepumpt wird.
Die Ölrückfiihrung eines Teilstromes des Öls von der Druckseite zum Saugfuß der Pumpe hat insbesondere den Vorteil, daß die Schmierölpumpe rasch erwärmt wird und warmes Öl fördert, um somit ihre Antriebsleistung auch bei noch kaltem Motor schon niedrig zu halten.
Die Rückführung einer Ölteilmenge kann auch durch einen Thermo- staten 30 erfolgen (Fig. 8), der bei kaltem 01 die/Rück-(Neben)leitung 28 teils freigibt, so daß ein Teilstrom dem W.T. 21 zuströmt. Hit zunehmender Öl temperatur verschließt der Thermostat die Rückführleitung 28 und unterbindet damit die Aufheizung. Der gesamte Förderstrom gelangt jetzt erwärmt zu den Schmierstellen des Motors.
Das Überdruckventil muß dann separat eingebaut werden bzw. kann bei entsprechender Auslegung des Thermostaten entfallen, da dieser indirekt die Funktion des Überdruckventils übernehmen kann.
Anstelle des Thermostaten kann auch ein Ventil eingebaut werden1 das durch die Öltemperatur oder aber durch einen Zeitschalter gesteuert wird.
Ölteilmenge (Verringerung der Wärmekapazität des Betriebsmittels), In [1] wird die Ölwanne in 2 Teilräume unterteilt, wobei der Saugkorb der Pumpe im kleineren Teilraum liegt, zu dem jedoch der gesamte Ölspiegel einbezogen ist. Damit ist gewährleistet, daß zunächst nur die kleinere Öl-Teilmenge im Motor umgepumpt und(evtl.
durch einen W.T.) aufgeheizt wird. Bei höherer Öltemperatur öffnet dann ein Thermostat7 in der Trennwand beider @lkammern, so daß Jetzt das kalte Öl zu dem warmen Öl überströmt und das gemischte 01 umgepumpt wira.
Zur Vereinfachung bzw. zum nachträglichen Einbau in Fahrzeugmotoren wird hier folgender Vorschlag mit demselben obigen gemacht: ~~~~~~ 1 in die vorhandene Rurbelwanne/wird nach Fig. 9 ein trichterförmiger Blecheinsatz 31 eingesetzt. so daß möglichst die gesamte aus dem Motor zurückfließende erwärmte Ölmenge dem Saugkorb 27 27 zugeführt wird.
Das unterhalb des warmen Öls (32) befindliche kalte Öl (33) kann infolge seiner großen Zähigkeit kaum durch den engen Ringspalt 34 zum Saugkorb 27 gelangen, so daß dem Saugkorb zunächst nur das aufgewärmte Öl zuströmt. Erst wenn das kalte öl sich durch das aufgeheizte Öl etwa erwärmt hat und dünnflüssiger geworden ist, strömt dem Saugfuß auch öl aus dem unteren Raum durch den engen Ringspalt34 zu.
Für eine bessere Vermischung des betriebswarmen mit dem noch kalten Öl wird vorteilhaft der untere Teil des Trichters (35) (angenähert senkrechte Wand) mit Bohrungen (36) versehen, so daß das etwas erwärmte Kaltöl,nachdem es etwas dünnflüssig geworden ist, ebenfalls durch die TrichterAzum Saugkorb gelangen kann.
Dieser Vorschlag zur Unterteilung des Betriebsmittelvolumens im Hinblick auf eine rasche Aufheizung des@selben könnte auch bei entsprechenden Anlagen z.B. in der Verfahrenstechnik von Interesse sein.
Geregelte Wärmeisolation der Olwanne(Fig. 10, 11a, 11b) Daß das Motoröl während des Warmlaufs rascher seine Betriebstemperatur erreicht und nach Abstellen des Motors dieselbe noch möglichst lange aufrecht erhält, kann durch einevariable Wärmeisolation der Ölwanne erreicht werden, die abhängig von der öl temperatur in der Ölwanne geregelt wird. Die Ölwanne 14, mit Kühlrippen 37 versehen, wird wie Fig. 10 zeigt, in einem bestimmten Abstand von einem sehr gut wärmeisolierenden Gehäuse 38 umgeben; auf der Stirn- und Rückseite des Gehäuses, senkrecht zur Fahrtrichtung, befinden sich jeweils eine oder mehrere Luftklappen 39 bzw. Jalousien . Die Klappen bzw. Jalousien können durch ein Gestänge miteinander verbunden'sein, da diese stets dieselbe Stellung einnehmen. Die Klappen werden z.B.
Abhängig von der Öltemperatur in der Wanne (Temperaturfühler 9) oder der Motortemperatur oder über einen Thermostat (zB.Bimetall oder Dehnstoffelement, abhängig von der Umgebungsterperathr) oder über einen Zeitschalter gesteuert.
(Betätigung z.B über Elektromagnet 40 oder Saugrohrunterdruck etc.).
Liegt die Temperatur des öls unterhalb der Betriebstemperatur, so sind die beiden Klappen geschlossen, das öl heizt sich infolge guter Wärmeisolation rascher auf; wird die öl temperatur zu hoch, so öffnen beide Klappen, so dass das öl bzv der Motor durch den zwischen Ölwanne bzw. Motor und Isolationsgehäuse strömenden Luftstrom (Fahrtwind) gekühlt: werden. Da die Klappen kontinuierlich öffnen bzw. schliessen, sind Übergangs zustände möglich.
Beim Abstellen des Motors schliessen die Luftklappen entsprechend der Öl- (Motor)-Temperatur oder evtl. automatisch beim Abschalten der Zündung (z.B. über Elektromagneten), so daß die im Öl (bzv.im Wasser u. Motor) gespeicherte Wärmeenergie infolge der eingeschlossenen, ruhenden und damit wärmeisolierenden Luftschicht. und der wärmeisolierenden Gehäusewand nur langsam an die Umgebung abgegeben wird.
Damit liegen bei erneutem Motorstart innerhalb eines kürzeren Zeitin-,tervalls(1 2 Std) erleichterte Warmlaufbedingungen vor. Im Idealfall wird der gesamte Motor in gleicher Weise thermisch variabel isoliert.
Genügt bei einer übermässigen Motorbelastung die Kühlung des Öls bzw. Motors durch den Fahrtwind nicht mehr aus, so kann die erforderliche Kühlung des Öls (Wassers) durch ein zusätzliches Wärmerohr erfolgen, das erst bei einer Temperatur oberhalb der zulässigen Temperatur des Betriebsmittels Öl bzw. Wasser anspricht. Dies ist gewährleistet, wenn, die Verdampfungstemperatur des Wärmeträgers im Wärmerohr der höchstzulässigen Betriebsmittel temperatur (z.B.
für Öl 100 - 120°C) entspricht. In Fig. 11a liegt ein solches Wärmerohr 41 z.B. im Öl sumpf der Ölwanne 14 und gibt die Überwärme über KühlrippenF2n die umgebende Luft oder an das Kühlwasser ab.
Fig. lib zeigt einen Schnitt durch die berippte Kondensationszone des Kühl-Wärmerohrs.
Vermeidung eines Abgasbypasses und/ode'r von Abgasklappen(Fig. ir- 21) Neben den Vorschlägen in Fig.'5 bis 8 kann bei folgenden Vorschlägen in Fig. 12 bis 19 auf ein Abgasbypaß mit den erforderlichen Abgasklappen verzichtet werden, da durch andere Maßnahmen eine Überhitzung des Öls nach dem Warmlauf vermieden wird.
a.) Abfuhr bzw. Nutzung der Überschußwärme (quasi konstante öltem.) Fig 12 zeigt einen in 2 Kammern 43, 44 aufgeteilten Ölbehälter, (z.B. bei Trokensumpfschmierung), wobei Kammer 43, in die der Ölrückfluß vom Motor erfolgt, gut wärmeisoliert ist (Wärmeisolation 45) und durch einen Überlauf 46 mit der nicht wärmeisolierten Kammer in Verbindung steht.
Während des Warmlaufs fördert nun die Pumpe 16 über das Ventil 47, das abhängig von der Temperatur des Öls in der Kammer 43 (Temperaturfühler 9) gesteuert wird, zunächst Öl aus Kammer 43. Dieses wird durch die"kalte Zone" 48 des Wärmerohrs 49, dessen "heiße Zone 50 sich im Abgasstrom aufheizt, aufgewärmt. Das gesamte Öl aus dem Motor fließt zur Kammer 43 zurück. Das Wärmerohr-Verbindungsstück zwischen den Zonen 48 und 50 kann vorteilhaft mit einer Wärmeisolation 51 versehen sein Überschreitet das Öl in 43 seine Betriebstemperatur mit ca. 100 - 120 OC, so verdampft der entsprechend gewählte Wärmeträger im Wärmerohr 52, das Kammer 43 mit Kammer 44 verbindet, so daß die Überwärme vom Öl in 43 zum Öl in 44 übertragen und somit das Öl in 44 aufgeheizt wird. Die Öltemperatur in 43 bleibt damit angenähert konstant.
Hat das Öl in 44 ebenfalls seine Betriebstemperatur erreicht, so schaltet das Ventil 47, z. B. gesteuert über den Temperatur- fühler 9, so daß jetzt das Ol aus 44 gefördert wird, das über den Überlauf 46 ständig von 43 nach 44 gelangt.
Überschreitet das Öl in 44 ebenfalls die Betriebstemperatur, (falls die Kühlung durch den Fahrtwind nicht ausreicht), so tritt Wärmerohr 53(mit dem gleichen Wärmeträger wie in 52)in Betrieb, d. h.
sein Arbeitsmedium beginnt ebenfalls bei Überschreiten der zulässigen Ölbetriebstemperatur zu verdampfen und überträgt die Überwärme über das berippte "kalte Ende" 53a an die Umgebung, wobei dieses vorteilhaft durch den Fahrtwind gekühlt wird.
Dieses Prinzip einer zeitlich nacheinander erfolgenden Aufheizung von durch Zwischenwände getrennten Medien auf eine bestimmte Temperatur mittels eines Wärmerohrs. das die beiden benachbarten Medien verbindet (52)mit entsprechender Siedetemperatur de Wa"rrreträgers die der Aufheizungstemperatur der Medien entspricht,kann auch allgemein angewandt werden, so z.B. zur "Aufladung" eines Wärrnespeichers, und zwar mit dem Vorteil, däß das Speichermedium, wenn auch nur jeweils-ene Teilmenge, rasch aufgeheizt wird.
Die einzelnen S;peicherkammern (-teilmengen) können dann bei jeweiliger Wärmeentnahme einzeln entladen werden.
Beim Abstellen des Motors kühlt sich das Öl in 44 am raschesten ab, während sich die Öl temperatur im wärmeisolierten Behälter nur sehr langsam abkühlt, da die Wärmeübertragung durch Wärmerohr 52, entsprechend der Siedetemperatur des Wärmeträgers,von 43 nach 44 beim Unterschreiten der höchstzulässigen Ölbetriebstemperatur in 43 sofort wieder unterbrochen wird; analoges gilt für Wärmerohr 53.
Das Ventil 47 könnte auch durch einen Zeitsch@lter gesteuert werden.
Anstelle des Ventil 47 könnte auch evtl. ein thermostatisch betätigtes Ventil eingesetzt' werden.
Als Arbeitsmedium für Wärmerohr 52 bzw. 53 kommen Medien mit Verdampfungstemperaturen um 90 - lOO0C bei entsprechendem Dampfdruck in Frage; so z.B. Wasser, bzw. Tri C2 H Methanol oder Aceton bei etwas Überdruck.
In Fig. 13 ist für die Ölaufheizung auf quasi konstante Temperatur nur ein einziges Wärmerohr 54 erforderlich, das infolge eines am Ende des Wärmerohrs befindlichen Gasreservoirs 55 (gefüllt mEt Edelgas) auch bei variablem Wärmestromangebot auf der Heizseite 56 im AbgassGtrom eine quasi konstante Temperatur im wärmeabgebenden Teil 57 im Ölbad 58 gewährleistet (temperaturstabilisiertes Wärmerohr). Steigt die durch das Wärmerohr übertragene Wärmestromdichte an, so wird infolge des höheren Dampfdruckes das ;m kalten Wärmerohrende 59 außerhalb des Ölbads befindliche Edelgas in Richtung Gasreservoir zurückgeschoben, so daß der wärmeübertragende Dampf auch in den im Kuhlluftstrom CF,ahrtwind) liegenden berippten Wärmerohrteil 59 gelangen kann, um so seine Überschußwärme an die Umgebung (Fahrtwind) abzugeben. Fällt der Dampfdruck wieder ab, so dehnt sich das Edelgas aus und blockiert das außerhalb des Ölbades liegende berippte Rohrende 59 für Iie Kühlung. Die Faltenbelge 60 am Rohrende vor dem Reservoir gestatten auch in gewissen Grenzen eine Einstellung der gewünschten Arbeitstemperatur des W.Rg durch äußeren mechanischen Eingriff auf den Gasdruck.
Fig. 14 zeigt ebenfalls ein temperaturstabilisiertes Wärmerohr, wobei/ ten"Ende des Wärmerohrs 61, das Abgaswärme an das Ölbad 62 im Kurbelgehäuse überträgt, ein weiteres Wärmerohr 63 aufgesteckt ist, das bei engem Berührungskontakt, bei Temperaturen oberhalb'der Ölbetriebstemperatur die Überschußwärme durch sein beripptes W.R.-Ende 64 an die Umgebung, vorteilhaft an den Fahrtwind, abgibt. (Siedetemp. des Wärme trägerswie bei W.R. 52, 53 in Fig. 12).
In Fig. 15 werden 3 alternative Konstruktionen für einen Überhitzungsschutz des abgasbeheizten Öls aufgezeigi. Die Wärmerohre, die als Uberhitzungsschutz dienen ("Kühlwärmerohre"), beginnen erst dann zu arbeiten, wenn die Ölbetriebstemperatur überschritten wird (durch Wahl des im W.R. befindlichen Wärmeträgers mit entsprechendem Siedepunkt); bei allen 3 Alternativen handelt es sich um ringförmige Wärmerohre, die mentelförmig den Wärmetauscher 65 bzw. die ölführende Leitung 66 umschließen: in a.) umschließt der Verdampfungsteil 67 des "Kühl-Wärmerohrs" den Abgas-Öl-W.T. 65, während der Kondensationsteil 68 außerhalb des W.T. die Überschußwärme an die U-gebung abgibt; im Falle b.) steht zur Wärmeabfuhr ein beripptes Wärmerohr 69 (oder eine Rippenfläche) in Verbindung mit dem ringförmigen W.R.
70; bei c.) steht die Verdampfungszone 71 des Kühl-W.R. in engem Berührungskontakt mit der leitung 66; die beiden Enden des WR.?2 stellen dann die wesentlichen Kondensationszonen zur Wärmeabfuhr an die Umgebung dar. Zur Erhöhung der Wärmeabfuhr können die W.R.
wie in a.) mit Rippenm ver6ehen sein.
In Fig. 16 wird der Ölbehälter, z.B. die ölwanne 14, ganz oder teilweise durch eine Wandung in der Gestalt eines Wärmerohrs 74 umgeben. Unterhalb der Öabetriebstemperatur wirkt diese "Wärmerohrummantelung" 74 als Wärmeisolation. Denn erst oberhalb der Olbetriebstemperatur tritt die Wärmeübertragung durch die W.R.-Ummantelung in Betrieb, d.h. der Wärmeträger in W.R. 74 verdampft erst dann und gibt die Uberwärme des Öls über die mit Kühlrippen 75 versehenen Kühlflächen ab, die vorteilhaft im Fahrtwind liegen.
In analoger Weise wie @@@@@@@ nach Fig. 1 - 16 könnte auch der innere Kühlkrei lauf im Motor oder das Kühlwasser in einem separaten Wasserbehälter, Kühler etc. rasch aufgeheizt werden.- Diese Verfahren bzw. Vorrichtungen nach Fig. 1 - 16 sind nicht nur auf die Brennkraftmaschine begrenzt, sondern können @.Teil allgemein in der Technik zur Aufheizung eines beliebigen Mediums angewandt werden.
Die Fig 17 und 18 zeigen kombinierte Abgas-Öl-Kühlwasser-Wärmetauscher, da bekanntlich der Motorwarmlauf nach Hofmann 52] dann am raschesten erfolgt, wenn gleichzeitig das Motoröl und das Kühlwasser durch das Abgas aufgeheizt werden.
In Fig 17a wird die berippte Kondensationszone 76 des abgasbeheizten W.R. 77 vom Öl umströmt. Dieser ringförmige"Abgas-Öl-W.T."78 wird wieder ringförmig von einem Wasser-w.T. 79 umgeben, der an den inneren Kühlkreislanf 80 des Motors angeschlossen ist. Um einen guten Wärmeübergang vom Abgas an die im Abgasstrom liegende "heiße Zone" 81 des, Wärmerohrs zu erzielen, wird das Abgas in den Abgs-t5l-W.T. 82 , wie auch der Schnitt in Fig. 17b zeigt, tangential ein- und ausgeleitet, so daß ein'Abgaswirbel mit guter Wärmeübertragung bei z.B. schraubenförmiger Berippung 83 des W.R. 81 erzeugt wird. Während des Motorwarmlaufs wird somit das Kühlwasser auch durch Wärmeübertragung über den inneren "Abgas-Öl-W.T." 78 aufgeheizt, wobei ringförmige Rippen 84 u. Umlenkbleche 85 sowohl im öl als auch im Wasser-W.T. für guten Wärm übergang sorgen.Da die Tempert des Wasserkühlkreislaufs d.Motors therm tisch geregelt wird, d . h. da nach Erreichen einer bestimmten Wassertemperatur das Kühlwasser über den Thermostaten in den äußeren Kühlkreislauf zum Kühler gelangt, um dort mittels eines Lüfters gekühlt zu werden, wird bei deren entsprechender Auslegung eine Überhitzung des Öls (höchstens 1200C) infolge der "Wasserkühlungn vermieden. Als weiterer Überhitzungsschutz könnte ein separates ringförmiges Wärmerohr 86 am Umfang des W.T. 79 dienen, das oberhalb der Betriebstemperatur des Wassers(bzw. Öli anspricht und die Überwärme über die Kondensationszone 87 an die Umgebung abgibt.
Fig. 17c und 17d zeigen kombinierte Abgas-Öl-Wasser-Wärmetauscher, bei denen das Kühlwasser erst dann durch die Abgaswärme aufgeheizt wird, nachdem das öl seine Betriebstemperatur erreicht hat.
Zu diesem Zweck ist in der Ausführungsform von Fig. 17c zwischen Ol-und Wasserwärmetauscher (78 u. 79) ein ringförmiges Wärmerohr 87a zwischengeschaltet, das mit dem (inneren) Ölwärmetauscher in engstem Berührungskontakt steht und ein Wärmeübertragungsmedium beinhaltet, das erst oberhalb der ölbetriebstemperatur verdampft und somit nur die ölüberschußwärme an das Wasser abgibt.
In Fig 17d wird durch ein temperaturstabilisiertes Wärmerohr 54, im Prinzip analog nach Fig. 13, bei kleineren und mittleren Wärmestromdichten des Abgas- Wärmerohr-Wärmetauschers 54, also bei den für den Motorwarmlauf charakteristischen Betriebszuständen im wesentlichen nur das öl im ölbehälter 78 aufgeheizt; bei höheren Wärmestromdichten wird jedoch infolge des höheren Dampfdruckes im Wärmerohr 54 das Edelgas verdrängt und in Richtung Gasreservoir geschoben, so daß sich dadurch die Kondensationszone des W.R. derart vergrößert, daß auch der im Wasserbehälter 79 liegende Teil des Wärmerohrs Abgaswärme an den Kühlwasserstrom abgeben kann. Bei gesteigerter Wärmezufuhr auf der Abgasseite wird schließlich das Edelgas ganz in dRs Gasreservoir zurückgedrängt, so, daß die Abgasüberschusswärme über den außerhalb der Wärmetauscher 78 und 79 liegenden Wärmerohrkondensationsteil an die Umgebung bzw den Fahrtwind abgegeben wird In Fig 18 wird gegenüber den Anordnungkin Fig 17 neben dem Öl auch gleichzeitig das Kühlwasser durch ein zusätzlichrábgasbeheiztes W.R. 88 erwärmt, dessen Kondensationszone 89 z.B. ringförmig gestaltet ist, versehen mit Kühlrippen 90, so daß z.B. bei tangentialem Ein- und Austritt des Kühlwassers in 79 ein Wasserwirbel mit guter U'ärmeübertragung vorliegt. Eìne Uberhitzung von Öl und Wasser ist bei entsprechender Auslegung des Wasserkreislaufs mit Kühler und Lüfter vermeidbar; der Sicherheit halber erfolgt in Fig. 18 die Aufheizung des W.R. 88 jedoch in einem Abgasbypaß 9l, der nach Erreichen der Öl- bzw. Wasserbetriebsternperatur durch die Abgasklappe 92 geschlossen wird.(temperatur- oder zeitabhängig gesteuerte Abgasklappe Bei allen Anordnungen der Fig.l2 bis Fig. 18 kann durch die gezeigten Vorkehrungen zur Vermeidung einer Überhitzung des Öls nach dem Warmlauf vermutlich auf einen Abgasbypaß mit den erforderlichen temperatur- oder zeitabhängig gesteuerten Abgasklappen verzichtet werden.
Die Verfahren bzw. Vorrichtungen eines kombinierten Abgas-Betriebsmitte1-Wärmerohr-Wärmetauscher, wie sie in Fig. 17a - 18 dargestellt sind, können auch allgemein in der Technik für einen Wärmetauscher zur Wärmeübertragung bei unterschiedlichen Medien von Interesse sein und angewandt werden.
b) Unterbrechung des Wärmetransports im Wärmeübertragungssystem Wärmerohr (Fig. 19) Eine andere Möglichkeit, auf einen Abgasbypaß zu verzichten wäre, den Wärmetransport im Wärmerohr selbst oberhalb der Ölbetriebstemperatur zu stoppen. Dies kann durch Unterbrechung des Kondensatrückstrom.s oder des Dampfstroms erfolgen. Letzteres ist in Fig 19a bis 19c dargestellt. In Fig. 19a dehnt sich oberhalb der Ölbetriebtemperatur eine Flüssigkeit oder ein Gas im Gefäß 88, de sich im Ölbad 14 befindet, derart aus, daß sich die Dampfdrossel 89 im W. R. 77 entgegender Druckfeder 90 schließt, so daß der Dampfstrohm im W.R. und damit der Wärmetransport vom Abgas zum Öl unterbunden wird. Fig. 19b zeigt dasselbe Prinzip, jedoch mit getrennter Kondensat- (91) und Dampfleitung (92); in letzterer liegt die abhängig von der Temperatur des Olbades über den Temperaturfühler 9 gesteuerte Dampfdrosselklappe 93, die bei tberschreitung der Ölbetriebstemperatur mechanisch oder elektromagnetisch geschlossen wird. Fig. 19c zeigt den Schnitt AA durch die Verdampfungszone des Wärmerohres im Abgasrohr, Fig. 19d'den Schnitt BB aer Kondensationszone des Wärmerohrs im Ölbad 14.
c) Abgasbypaß ohne Klappen (Fig. 20, 21) Fig. 20 und 21 zeigen Möglichkeiten zur Umlenkung des Abgasstrom mes in einen Bypaß (d.h. zum Abgas-Ölasser)-W.T.) bei Vermeidung des Einsatzes von Abgasklappen. Bei der Anordung von Fig. 20 tritt bei mittleren Abgasströmen (im unteren und mittleren Drehzahlbereich und bei Teillast),also während des Motor-Warm -laufs, ein wesentlicher Abgasteilstrom aus dem Abgas-Innenrohr 95 durch die Bohrungen 94 in den mantelförmigen Außenraum 96 (Abgasbypaß) ausZin;dem sich vorteilhaft die berippte Verdampfungszone 97 des Wärmerohrs 77 befindet, wodurch der Wärmetransport zur Aufheizung des Öls erfolgt.Mit der Erhöhung des Abgasstroms (zunehmende Abgasgeschwindigkeit) tritt ein immer geringerer Abgasteilstrom durch die Bohrungen des Innenrohrs in den W.T.-Bypaß 96, so daß eine weitere Ölaufheizung nicht stattfinden kann. Dies ist darin begründet, daß mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit der Rohrreibungs-(Wi derstands-)beiwert des Innenrohrs abnimmt, während der Widerstandbeiwert der Bohrungen praktisch konstant bleibt.
In Fig. 21 ist vor dem Abgasbypaß 99,vorteilhaft in einem Abgasrohrteil von rechteckigem Querschnitt, ein feststehender Flügel 98 (entsprechend eines Tragflügels) als Leitvorrichtung eingebaut. Bei niedrigen Abgasgeschwindigkeiten erfolgt die Ablösung der Strömung an der EFlügeloberseite unter Wirbelbildung schon früh, z.B. im Punkt A, sodaß der größte Teil des Abgasstroms in den Abgasbypaß 99 gelangt, in dem die Verdampfungszone 97 des Wärmerohrs 77 liegt; bei Uberschreitung einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit (entsprechend der "kritischen Reynoldszahl") liegt die Strömung am Flügel jedoch länger an und zwar bis zum Flügelende, sodaß zwangsweise eine Umlenkung des Abgas-Hauptstromes in den Bypaß 96 erfolgt. Eine zusätzliche Verstärkung der Krümmung des' flügels durch seine Wärmedehnung bei hohen Temperaturen unterstützt diese Stromablenkung bei großen, heißen Abgasströmen.
Das Verfahren bzw. die Vorrichtung entsprechend Fig. 20,21 zur Umlenkung eines Gas- oder Dampfstroms in einen Bypaß, abhängig von der Höhe des Massenstroms bzw. der Temperatur, kann auch allgemei,z. B. in der 'Verfahrenstechnik,.«ngewandt werden.
Fig. 22 zeigt eine Vorrichtung zur Verkürzung der Warmlaufzeit im Beispiel einer Trockensumpfschmierung , wobei praktisch alle möglichen Maßnahmen hinsichtlich der kürzesten Warmlaufzeit getroffen werden und gleichzeitig auf einen Abgasbypaß verzichtet werden kann.
Der separate Ölbehälter 99 besteht aus einer kleineren wärmeisolierten Kammer 100 und der größeren mit Kühlrippen 117 versehenen Kammer 101, die bei Erreichen der ölbetriebstemperatur im Behälter 100 durch deD öffnenden Thermostaten 102 in der Trennwand 103 miteinander verbunden sind. Ebenfalls stehen beide Kammern durch den Uberlauf 104 mit einander in Verbindung.
Die Funktionsweise ist wie folgt: Bei kaltem Motor steht der Ölspiegel in beiden Kammern 100 und 101 gleich hoch auf der Spiegelebene I-I.
Die ölpumpe 105 fördert nun das Öl aus dem Ölsumpf 106 der Kurbelwanne 107, das ihr vorteilhaft zuläuft, in den wärmeisolierten Behälter 100.
Dabei fördert sie ca. 30 - 50 % mehr Öl als die Pumpe 108 gleichzeitig aus Kammer 100 absaugt, damit einerseits gewährleistet ist, daß die Pumpe 108 keine Luft ansaugS 'Dié thermostatisch geregelten Ventile (Thermostaten) 102' und 109 in den Seitenwänden des ölbehälters 100 sind bei nicht betriebswarmem öl geschlossen, so daß der ölspiegel in Kammer 100 entsprechend des Ölvolumens, das zuvor im Ölsumpf 106 der Kurbelwanne 107 sich befand (ca. 1 ltr.) rasch ansteigt. Somit taucht die berippte Kondensationszone 110 des Wärmerohrs 111, dessen berippte Verdampfungszone 112 zur Wärmeaufnahme direkt im Abgasstrom des Abgasrohrs 113 liegt, in das'steigende Ölbad ein und erwärmt das im Behälter 100 befindliche öl.
Ist der ölsumpf in der Kurbelwanne 107 fast leer gepumpt, so läuft der Pumpe 105 praktisch nur noch so viel öl zu wie die Pumpe 108 aus Behälter 100 abpumpt. Zur Sicherheit kann das öl bei Ubersteigen des Überlaufs 104 aus der Kammer 100 in die Kammer 101 überströmen. Die Kammer 100 benötigt noch eine Belüftungsöffnung 140. Durch Umlenkbleche 114 in Behälter 100 wird dafür gesorgt, daß das noch wenig erwärmte und im Motor etwas abgekühlte öl, das mittels Pumpe 105 in den Behälter 100 zurückgefördert wird, gezwungen wird, zuerst zum W.T. 110 zu strömen, um dort weiter aufgeheizt zu werden, bevor es durch Die Pumpe 108 erneut angesaugt wird. Erreicht das Öl im Behälter 100 schließlich seine Betriebstemperatur mit ca. 90 - 100° C, so öffnen die Thermostaten 102 und 109, wodurch das Ölvolumen im Behälter 100 zwischen ölspiegel II und I als heißes öl teils über den geöffneten Thermostaten 109 in den Ölsumpf 106 der Kurbelwanne 107 zurückfließt und teils als heißes öl sich bei;geöffnetem Thermostaten 102 mit dem kalten öl in Kammer 101 vermischt. Der Ölspiegel stellt sich in beiden Kammern danach wieder auf dieselbe Höhe I - I ein. Beim Absinken des Ölspiegels in Kammer 100 von Höhe II auf I kommt die Verdampfungszone 110 des W.R. wieder außerhalb des Ölbads 100 (bzw. Ölstromes) zu liegen, wodurch der W.T. praktisch außer Betrieb gesetzt wird; d.h. es erfolgt nur noch eine geringe-Wärmeübertragung vom W.R.-W.T.
auf das öl infolge Strahlung und freier Konvektion über die über dem Ölspiegel liegende Luft. Das öl am Wärmerohr kann abtropfen, so daß keine Gefahr einer Uberhitzung besteht.
Bei betriebswarmem Motor muß bei offenem Thermostaten 102 gewährleistet sein, daß eine ständige gute Vermischung des öls von Kammer 100 und 101 vorliegt; dies kann z.B. durch einen entsprechend zur Kammer 101 gerichteten öleintrittsstrahl 115 erfolgen, oder dadurch, daß ab Erreichen der Betriebstemperatur durch ein thermisch resteuertes Ventil 116 in der Druckleitung der Pumpe 105 der Ölzutritt zu Kammer 100 geschlossen und zu Kammer 101 geöffnet wird. Kühlrippen 117 an der Kammerwand 101 sorgen bei betriebswarmem Zustand für eine- erforderliche Kühlung des öls bei Ubertemperatur. Diese Aufgabe kann auch ein Wärmerohr 118 übernehmen, das im Ölbad 101 (oder 100) liegt und ab einer höchstzulässigen Temperatur (z.B. t>1000 C gleich Siedetemperatur des Wärmeträgers im W.R. 118) die überschüssige Wärme aus dem öl an die Umgebung (Fahrtwind) oder an das Kühlwasser abgibt.
Fällt z.B. bei wechselnden Betriebsbedingungen die Öltemperåtur in Kammer 100 wieder unter die Betriebstemperatur von ca. 900 C ab, so schließen die Thermostaten 102 und 109 wieder und der Ulspiegel in Kammer 100 steigt erneut an, so daß sich das öl wiederum am W.R. 110 aufheizen kann.
Bei abgestelltem Motor schließen die Thermostaten 102 und 109, wenn die Öltemperatur in Kammer 100 unter die Betriebstemperatur fällt.
Wegen der sehr guten Wärmeisolation der Kammer 100 kühlt die darin)Teilölmenge.nur sehr langsam ab, so daß bei erneutem Motorstart innerhalb eines gewissen Zeitraumes (ca. 1 bis 2 Std.) für den Motorbetrieb noch warmes Öl vorliegt. In diesen Zeitraum fallen auch viele Motorstarts bei Stadt- bzw. Kurzstreckenbetrieb eines Fahrzeuges.
Nimmt man eine evtl. geringe Überhitzung des Motoröls in der Kammer 100 durch Wärmestau in Kauf, so wird die Abkühlung des Öls nach Abstellen des Motors noch dadurch weiter verzögert, daß z.B. durch das Ausschalten der Zündung die Thermostaten 109 und 102 z.B. über eine elektromagnetische Betätigung sofort geschlossen werden (in Fig. 22 nicht eingezeichnet).
Da nachl23der Motorwarmlauf durch gleichzeitiges Aufheizen von öl und Kühlwasser am raschesten erfolgt, kann vorteilhaft anstelle des beschriebenen Abgas-Öl-W.T. 111 ein kombinierter Abgas-Öl-Wasser-W.T.
eingesetzt (analog 78, 79 in Fig. 17) oder neben dem Abgas- Öl-W.T.111 ein weiterer Wärmerohr- W.T. analog 88 in Fig. 18 für die zusätzliche Wärmeübertragung vom Abgas auf den inneren Kühlkreislauf des Motors vorgesehen werden.
Bei der beschriebenen Anordnung von Fig. 22 wird der Wärmeaustausch zwischen Abgas und öl durch den variablen öl Spiegel in Kammer 100 geregelt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Verdampfungszone des W.T. direkt im Abgasstrom liegen kann und somit ein Abgasbypaß und Abgasklappen entfallen können.
In Fig. 23 wird ein Vorschlag für den Fall gemacht, daß eine örtliche Uberhitzung des Öls auf alle Fälle ausgeschlossen werden muß. Dabei werden alle Maßnahmen hinsichtlich der Sicherheit und der rasch Lufheizung getroffen, wobei von den grundsätzlichen Anlagenkomponenten, wie sie in Fig. 22 dargestellt sind, ausgeganzen wird. Deshalb soll hier nur auf die wesentlichen Unterschiede der Anlage gegenüber Fig. 23 eingegangen werden.
So wird jetzt die Verdampfungszone 112 des W.R. 111 in einen Abgas paß 119 gelegt. der durch AbgasklaPPen 120, abhängig von der Öl- temperatur in Kammer 101\uber den Temperaturfühler 9 geöffnet bzw.
geschlossen wird. Die Kondensationszone 110 des Wärmerohres 111 liegt in einem kombinierten Abgas-Öl-Wasser-W.R.-W.T. 121, entsprechend der Gestaltung nach Fig. 17 bzw. 18. Die durchgezogenen Linien stellen den Ölkreislauf, die strichpunktierten den inneren Wasserkreislauf dar, d.h. der W.T. 121 ist an den inneren Wasserkreislauf des Motors angeschlossen.
Das öl kann, geregelt durch den ölthermostaten 124, der in gleicher Weise wie der Kühlwasserthermostat als automatischer Temperaturregler arbeitet, entweder aus Kammer 100 oder 101 über die jeweils zugehörige Saugleitung 122 bzw. 123 angesaugt werden. Der Thermostat ist vorteilhaft ein Dehnstoff-Thermostat, dessen Dehnstoff i'm. Regelbereich, also bei ölbetriebstemperatur schmilzt, so daß die eine Zuleitung geschlossen und die andere geöffnet wird. Die Ölaufheizung im W.T., 121 erfolgt in einem ölbypaß und wird ebenfalls über einen Ölthermostaten 125 automatisch geregelt. Im T-Stück 126 der leitung verbindet sich wieder der @@- Bypaß mit der Ölhauptleitung. Damit die ölpumpe zur Senkung ihrer AnÇriebsleistung selbst rasch warmes öl erhält und erwärmt wird, liegt der W.T. 121 auf der Saugseite der Pumpe 108. Dies dürfte hinsichtlich der auftretenden Saughöhe noch zulässig sein, da die Ölströmung längs des W.R.-W.T. nur einen geringen Druckverlust erleidet - ein Vorteil für den Einsatz des W.R. gegenüber herkömmlichen Wärmetauschern. Im anderen Fall muß der W.T. 121 auf der Druckseite der Pumpe 108 eingebaut werden, wie mit 121' gestrichelt angedeutet ist. Analog zum Bypaß für die Ölaufheizung könnte dann im Bedarfsfalle auch ein Bypaß für eine evtl.

zo. awarse,17qJ

olkühlungt-

127 vorgesehen werden, wobei zur Regelung anstelle eines Thermostaten ein 4/3-degeventil 128 für die drei Möglichkeiten, Öldurchgang, beheizung oder ölkühlung' eingebaut werden muß, das abhängig von der öltemperatur durch den Temperaturfühler 129 gesteuert wird. - Die ölpumpe 105 soll etwa 30 % mehr öl fördern als die Pumpe 108, damit die Kurbelwanne mit Sicherheit leer ge,pumpt wird.
Das öl läuft dann der Pumpe vorteilhaft zu und wird stets in den wärmeisolierten Behälter 100 gefördert.
Die Funktionsweise der Anlage ist wie folgt: Während des Kaltstarts und des Warmlaufs ist bei kaltem öl in 100 durch den Thermostaten 124 die Saugleitung 122 geöffnet, die Saugleitung 123 verschlossen) der Thermostat 125, der gleich wie der 124 arbeitet, ist so eingebaut, daß er den gesamten noch kalten ölstrom zur Aufheizung in den W.T. 121 leitet, während die Kurzschlußleitung zur Pumpe 108 verschlossen ist. Die Abgasklappen sind so gestellt, daß der gesamte Abgasstrom durch den Bypaß 119 zur raschesten Aufheizung des W.R. 111 strömt Erreicht das öl im wärmeisolierten Behälter 100-die Betriebstemperatur von 90 bis 1000 C, so schließt der Thermostat 124 die Saugleitung 122 und öffnet die Saugleitung 123, so daß das noch kalte öl aus dem größeren nicht wäremisolierten Behälter 101 angesaugt wird, wodurch der Thermostat 125 wegen des noch kalten öls nach wie vor den Ölbypaß zum W.T\.'24offen hält. Dadurch erwärmt sich auch dieses Öl aus Kammer 101. Da die Pumpe 105 das öl ausschließlich in den Behälter 100 fördert, die Pumpe 108 das öl aber aus Behälter 101 absaugt, gelangt das etwas aufgeheizte öl nach Vermischung mit dem betriebswarmen Öl in Kammer 100 über den Uberlauf 104 zur Kammer 101i dadurch erleidet die Temperatur des zum Motor gelangenden öls beim Umschalten der der Ölförderung aus der Kammer 100 aug Kammer 101 keinen wesentlichen Temperatureinbruch.
Hat schließlich auch das vermischte öl in 101 die Betriebstemperatur erreicht, so verschließt der Thermostat 125 die Olbypaßleitung zum W.T. 121 und gibt die Kurzschlußleitung zur Pumpe 108 frei. Damit ist die Aufheizung des öls (außerhalb des Motors) beendet. Gleichzeitig schließen die Abgasklappen 120 den Abgasbypaß, gesteuert durch den Temperaturfühler 9 im ölbad der Kammer 101.
Damit wird eine Uberhitzung des im W.T. 121 verbliebenen Restöls vermieden.
Da die Kammer 100 gegen Wärmeverluste sehr gut wärmeisoliert ist, wobei die Zwischenwand 130 zur Ölkammer 101 noch vorteilhaft eine wärmeisolierende Luftschicht 131 besitzt um auch Wärmeleitverluste zum ölbad 101 möglichst zu vermeiden, kühlt das öl in Kammer 100 nach Abstellen des Mptors nur sehr langsam aus, so daß bei erneutem Motorstart innerhalb von 1 bis 2 Std. noch warmes öl vorliegen kann. Wenn es die Einbauverhältnisse erlauben, kann der ölbehälter 100 mit entsprechender Uberlaufvorrichtung vorteilhaft auch oberhalb des Behälters 101 angeordnet sein. Damit entfällt die isolierende Luftschicht in der Swischenwand, da die auf dem Ölspiegel im Behälter 101 ruhende Luft ebenfalls stark wärmeisolierend wirkt. Eine Wärmeisolation der ölwanne 107 und der öl führenden Leitungen und des Wärmerohr-Verbindungsstückes zwischen yerdampfungs- und Kondensationszone (112 und 110) wäre ebenfalls günstig.-Bei erneutem Motorstart wird, geregelt entsprechend' der Öltemperatur, das öl entweder aus Kammer 100 oder 101 gefördert, im letzteren Fall bei entsprechender Öltemperatur auch ohne zusätzliche ölaufheizung, wie oben ausführlich beschrieben.
Andere mögliche Kombination der einzelnen Bauteile wie hier beschrieben, die zum gleichen Zwecke, zur Verkürzung der Warmlaufphase eines Verbrennungsmotors führen, sind ebenfalls im Sinne dieser dargelegten erfinderischen Vorschläge und damit mit dieser Anmeldung abgedeckt,: LITERATURNACHWEISE [1] oser" F.: Uber das Verhalten von Fahrzeug-Otto-Motoren, insbesondere Vergasermotoren, im nichtbetriebswarmem Zustand und Wege zur Verbesserung von Abgasemission und Kraftstoffverbrauch in der Warmlaufphase.
Fortschrittberichte der VDI-Z, Reihe 6, Nr. 54, 1978.
[2]Hofmann, R.; Mayr B. und Schäfer, J.: Möglichkeiten zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs des nicht-betriebswarmen PKW-Motors.
Fortschrittberichte der VDI-Z, Reihe 12, Nr. 34, 1979.
c3]Moser, F.: Benzinstandheizungen für Kraftfahrzeuge: Betriebsverhalten, Energie-und Abgasbilanz, ATZ, 81 (1979) 11, S. 599 bis 603.
Patentschriften: Eckert, Rolf: OS 27 13 153 Friedl , Reiner: OS 26 17 948 -Andrei-Alexandru, Marcel: OS 23 31 831 Gaggiano, Nicola; Forlai, Giorgio: OS 27 45 931 Reinshagen, Ernst Ewald: OS 1 948 216

Claims

Ansprüche Verfahren zur Abkürzung der Warmlaufzeit von Brennkraftma schinen mit mindestens einem Mittel zur Wärmeübertragung zwischen Abgasrohr und Motorölkreislauf und/oder Eühlwasserkreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel mindestens ein Wärmerohr oder ein Wärmetauscher dient.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärmerohr eine Verdampfungszone (3), eine insbesondere nach außen isolierte Transportzone (1) und eine Kondensationszone (5) nacheinander angeordnet ist sowie mit einer radial durchlässigen Kapillar-Struktur im Rohrinnern (z.B. Rinnen, Netz, schraubenförmig gewundener Draht),die innen den zur Kondensationszone (5) strömenden Dampf und außen die zur Verdampfungszone3) fließende Flüssigkeit leitet, und daß insbesondere für ein möglichst langes Aufrechterhalten der Ber triebsmittel- bzw. Motortemperatur auch nach Abstellen des Motors (im Hinblick auf einen erneuten kurzen Warmlauf)wärmeisolierende Maßnahmen für die Betriebsmittel bzw. den Motor getroffen sind.

3 Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeaufnehmende Teil des Wärmetauschers und im speziellen Fall des Wärmerohr-Wärmetauschers der Wärmerohrabschnitt(3) mit Verdampfungszone in einem im Durchgang steuerbaren sowie verschließbaren Bypaßrohr (4) (temperatur-oder zeitabhängig) des Abgas-Auspuffrohres einer Brennkraftmaschine liegt oder bei entsprechenden Vorkehrungen zur Vermeidung einer Uberhitzung des Betriebsmittes öl bzw. Wasser direkt im Abgasrohr liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,daß das Abgaswärme aufnehmende bzw. abgebende Ende des Abgas-Betriebsmittel-Wärmetauschers und im speziellen die Verdampfungszone(7) bzw. die Kondensationszone (5) des Abgas-Wärmetauscher-Wärmerohrs (1) zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsflächen Rippenflächen(7) aufweisen und die Eondensationszone (5) im Ölbad (14) der gurbelwanne liegt, oder auf der Saugseite bzw.

Druckseite der ölpumpe (16) in einem ölwärmetauscher (57), (17a) direkt in der Saugleitung bzw. in der Druckleitung liegt, oder insbesondere die Stirnseiten der Ölpumpe (19) oder den Saugfuß (27) umschließt oder mit einem Filter in Verbindung steht oder mit odez ohne ein zusätzliches Wärmespeichermedium als Zwischen-Wärmeträger (Fig. 4c)(oder das Abgas selbst) die gesamt ölpumpe bzw. die blleitungen, die Filter, oder den Saugkorb umschließt (umströmt), oder daß die Kondensationszone (5) auch vorteilhaft (zusätzlich) im inneren Kühlkreislauf im Motor, oder in einem an dem inneren Kühlkreislauf angeschlossenen separaten Wärmetauscher oder Behälter oder auch im Kühler liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmerohrabschnitt mit Transportzone (2) flexibel ausaebildet und wärmeisoliert ist und insbesondere außer- halb des Auspuffrohres bzw. der ölwanne und/oder Ölleitungen verläuft, wobei vorzugsweise als Kapillarrohr ein schraubenförmig gewundener Draht oder eine Netz- oder eine Rillenstruktu dient.

6. Vorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, -dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas-Betriebsmittel-Wärmetauscher bzw. der Wärmerohrtauscher in einer Bypaßleitung, Neben leitung bzw. Rückführleitung der Ölhauptleitung oder der Kühlwasserleitung bzw. des vorteilhaft inneren Kühlwassersystems liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölbypaßleitung (22) mit dem Wärmetauscher (21) auf der Saugseite der Ölpumpe liegt und vorteilhaft einen separaten Saugfuß (Filter) in der Ölwanne aufweist. (Fig.5) 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsteuerung des Öls von der Ölbypaßleitung auf die Hauptleitung nach Beendigung des Warmlaufs, d.h. nach Erreichen der Ölbetriebstemperatur, durch ein Ventil (z.B. 3/2-Wege-Ventil), gesteuert durch einen Temperaturfühler (9) im ölbad oder durch einen Zeitschalter, oder durch einen automatischen Thermostaten erfolgt. (Fig. 5) 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung elektromagnetisch oder mechanisch, z.B. über den Saugrohrunterdruck erfolgt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeicho net, daß die blbypaßleitung mit dem Wärmetauscher (21) auf der Druckseite der ölpumpe liegt, wobei die Steuerung der Ölahzweigung von der Hauptleitung durch ein 4/2-Wegeventil (25) bzw. die Vereinigung der Abzweigung mit der Ölhauptleitung durch ein 3/2-Wege-Ventil (23)+19.0 erfolgt oder daß bei Einbau eines Abgasbypasses mit verschließbaren Klappen die Abzweigung durch ein 3/2-Wegeventil oder durch einen automatischen Thermostaten erfolgen kann, wobei das Ventil bei der Vereinigung der Bypaßleitung mit der Hauptleitung entfallen kann.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (21) in eine ölbypaßleitung auf der Druckseite der Pumpe eingebaut wird wobei das im Wärmetauscher (21) erwärmte öl im Ölbad möglichst nahe zum Saugfuß (27) zurückgeleitet wird.

12.-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (21) in die Uberdruckleitung hinter dem allgemein erforderlichen Uberdruckventil (26) eingebaut wirds wobei zwischen dem Uberdruckventil und dem Wärmetauscher sicherheitshalber ein Thermostat (299 vorgesehen sein kann, der bei Überschreiten der ölbetriebstemperatur das öl der Uberdruckleitung vor dem Wärmetauscher wieder in die ölwanne zurückströmen läßt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 12, dadurch gekennzeichnet1 daß für den Wärmetauscher (21) eine gesonderte Ölrückführleitung (28a) vorgesehen wird, die vorteilhaft durch einen automatischen Thermostaten (30) (oder durch ein Ventil, das elektromagnetisch oder mechanisch betätigt und durch die Öltemperatur in der ölwanne oder durch einen Zeitschalter gesteuert wird) nach Erreichen der ölbetriebstemperatur verschlossen wird.

insbesondere 14. Vorrichtung / nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein tricherfö'rmiger'Einsatz (31) in der Olwanne(14) die gesamte vom Motor rückströmende ölmenge auffängt ("lauffangtrichtert') und die umgewälzte kleinere blteilmenge von der unterhalb des Trichters liegenden, restlichen größeren kalten ölmenge (33) trennt, wobei die umgewälzte Ulteilmenge möglichst nahe zum Saugfuß (27) zurückgeleitet wird, so daß zunächst während der ersten Warmlaufphase nur eine Ulteilmenge umgewälzt und damit rasch aufgeheizt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der trichterförmige Einsatz (31) an seinem unteren steil verlaufenden un' konisch verjüngenden Teil Bohrungen (36) aufweist. damit auch das zwischenzeitlich erwärmte Kaltol unterhalb des Einsatzes rasch' über die Bohrungenzin den Trichter uid damit zum Saugfuß gelangen kann.

16. Vorrichtung, insbesondere nach einem der anderen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ölwanne (14) bzw. der Motor in einem bestimmten Abstand von einem wärmeisolierenden Gehäuse (38) umgeben ist, versehen mit Klappen oder Jalousien (39) vorteilhaft auf der in Fahrtrichtung gesehenen Vorder und Rückseite des Gehäuses, so daß bei geöffneten Klappen die ölwanne bzw. der Motor, versehen mit Kühlrippen (37), durch den Fahrtwind bzw. die umgebende Luft gut gekühlt werden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen bzw. Jalousien (39) abhängig von der Motor-bzw. Umgebungstemperatur durch ein Bimevtaltoder abhängig von der öltemperatur durch einen Temperaturfühler (9) z.B.

in der ölwanne gesteuert werden, wobei nach Erreichen der ölbetriebstemperatur die Klappen öffnen, bzw. beim Abschalten des Motors (bzw. der Zündung) schließen, wobei die Betätigung der Klappen elektromagnetisch oder mechanisch, z.B. über ein Dehnstoffelement, ein Bime- tall oder über den Saugrohrunterdruck erfolgen kann.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der(wärmeaufnehmende Teil des) Abgas-öl-Warmetauschers und insbesondere als Wärmerohr ausgebildet, direkt im Abgasrohr liegt, wobei ein Abgas-Bypaß, der eine Klappensteuerung zum öffnen bzw. Schließen erforderlich macht, entfällt.

/dadurch/ 19. Vorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche/ gekennzeichnet, daß ein "Kühl-Wärmerohr" als Uberhitzungsschutz in das bl(Wasser)-Bad (oder in ein beliebiges Medium) eingesetzt wird (Fig. 11a), dessen Wärmeträger im Wärmerohr erst im Bereich der zu- lässigen Öl)-Betriebstemperatur bzw. einer vorgegebenen Medientemperatur verdampft, d. h. dessen Verdampfungszone im bl-(Wasser-)Bad bzw.

in einem bestimmten Medium die Uberschußwärme des öls (Wasers) bzw.

des Mediums, hiernach Beendigung der Warmlaufphase des Motors,aufnimmt und über die außerhalb des ölbad (Wasserbads) liegende vorteilhaft berippte Kondensationszone (41) an die Umgebung bzw. an den Fahrtwind oder an ein anderes Medium abgibt.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch e-20, kQ nnzeic net, daß die Ölwanne in eine kleine wärmeisolierte Kammer (43) und eine angrenzende größere nicht wärmeisolierte, vorteilhaft mit Kühlrippen versehene Kammer (44) unterteilt ist, wobei der gesamte ölrückfluß vom Motortin die kleinere wärmeisolierte Kammer (43) erfolgt.

20a Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden mit öl (oder beliebigen Medien) gefüllten Kammern oder Behälter (43, 44) durch ein Wärmerohr nach (52) oder dasselbe als Trennwand ausgebildet, derart verbunden sind, daß-bei geeigneter Wahl eines in Wärmerohr (52) eingeschlossenenWärmeträgers mit entsprechendem Siedepunkt-das öl (bzw.das Medium) in Kammer (44) erst nach Erreichen der Betriebstemperatur des Ols (bzwh geforderten Temperatur des beliebigen Mediums) in der Kammer(43) aufgeheizt wird (Prinzip des zeitlich nacheinander erfolzenden "Aufladens" und "Entladens" eines in einzelnen Kammern aufgeteilten WärmespeichersN).

21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 20,20a, dadurch gekennzeichnet, daß im 1. Teil der Warmlaufphase das öl aus der wärmeisolierten Kammes das durch die wärmeabgebende Seite des AbRas-Öl-Wärmetauschers und insbesondere bei Einsatz des Wärmerohrs durch die Kondensationszone (48) des Wärmerohrs (49) aufgeheizt wird, angesaugt wird, wobei nach Erreichen der ölbetriebstemperatur ein automatischer Thermostat (47) in der ölsaugleitung die Saugleitung zur wärmeisolierten Kammer (43) verschließt und die Saugleitung zur nicht wärmeisolierten Kammer (44) öffnet, wobei gleichzeitig das beide Kammern verbindende Wärmerohr (52) die Uberschußwärme aus der wärmeisolierten Kammer (43) in die andere Kammer (44) überleitet, was durch entsprechende Wahl des Siedepunktes des im Wärmerohr (52) eingeschlossenen Wärmeträgers erreicht wird.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, 20a oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Thermostats (47) ein Ventil eingesetzt wird, das über den in der wärmeisolierten Kammer (43) bzw. in der Kammer (44) eingebauten Temperatutfühler (9) bei Erreichen der Ölbetriebstemperatur in (439 bzw. in (44) auf die Saugleitung der nicht wärmeisolierten Kammer (44) umschaltet, sodaß das öl jetzt aus Kammer (44) gefördert wird.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 48 -22, dadurch gekennzeichnet, daß ein "Kühl-Wärmerohr" (53) die nicht wärmeisolierte Kammer (44) eingesetzt wird, das nach Erreichen der öl Betriebstemperatur in (44) die Uberschußwärme des . Khtasse/s) Olsan die

Umgebung nach außen bzw. an den Fahrtwind oder an das Kühlwasser abgibt (ermöglicht durch geeignete Wahl des Wärmeträgers im Wärmerohr (53) mit entsprechendem Siedepunkt).

24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,daß als Abgas-Öl-Wärmetauscher (oder analog als Abgas-Wasser-Wärmetauscher) ein sog. "temperaturstabilisiertes Wärmerohr" (54) eingesetzt wird, dessen Kondensationszone variabel ist, wobei ein Teil z. B. direkt im ölbad der ölwanne liegt und der andere vorteilhaft ebenfalls berippte Teil (59) aus der ölwanne herausragt und zur Kühlung vorteilhaft im Fahrtwind liegt, indem das Wärmerohr mit einem Gasreservoir (55) endet, das mit Edelgas gefüllt ist, sodaß bei variablem Wärmestromangebot (variabler Wärmestromdichte) auf der Verdampfungsseite (56) des Wärmerohrs (ski) im Abgasrohr infolge des variablen Dampfdruckes im Wärmerohr sich eine entsprechend variable wärmeabgebende Kondensationszone einstellt, wodurch sich bei allen Motorbetriebszuständen eine angenähert konstante Temperatur in der Kondensationszone, d. h. im ölbad (58) einstellt.

25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwisdhen Gasreservoir und Kondensationszone des Wärmerohrs ein dehnbares Rohrelement bzw. ein Rohrbalg (6o) eingebaut ist, der durch mechanischen Eingriff eine gewisse Einstellung der Arbeitstemperatur des Wärmerohrs gestattet.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 - 25, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgas-Betriebsmittel-Wärmetauscher bzw. dem Wärmerohr (61), dessen Kondensationszone z. B. das ölbad (62), z. B. in der Kurbelwanne aufheizt, außerhalb des ölbad ein zweites, separates "Kühlwärmerohr" (63) nachgeschaltet ist, das das Ende des 1.

Wärmerohres (61) bei innigstem Berührungskontakt umschließt, so daß beim Überschreiten einer bestimmtetn Temperatur auf der Kondensationszone des 1. Wärmerohrs, das Wärmeübertragungs medium im t'Kühlwärmerohr" (63) zu verdampfen beginnt und somit die Uberschußwärme des öls über die berippte ondensationszone (64) an die Umgebung bzw. den Fahrtwind abgibt.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 - 26, dadurch gekennzeichnet, daß als Uberhitzungsschutz der Betriebsmittel der Abgas-Ol (Wasser)-Wärmetauscher (67) oder die betriebsmittelführenden Leitungen (66) oder die ölwanne (14 in Fig. 16) selbstadurch sog.

"Kühl-Wärmerohre (67r70,71r74) in innigstem Berührungskontakt stehen, so z.B. ringförmig umschlossen sind, sodaß bei Uberschreiten der Betriebstemperatur der z.B. in der Leitung fließenden Betriebsmittel (Ol,Wasser), das im Wärmerohr befindliche Wärmeübertragungsmedium zu verdampfen beginnt, um somit die UberschuPwärme des Betriebsmittels über die ganz in der umgebung liegende bzw. von einem weiteren Kühlmittel umströmte, vorteilhaft berippte Kondensationszone (68,69,72,74,75) an ein Kühlmedium z. B. an den Fahrtwind abzuführen.

28. Vorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein kombinierter Abgas-Ol-Wasser-Wärmetauscher und im speziellen als Wärmerohr-Wärmetauscher ausgebildet, eingesetzt wird, bei dem der (innere) Wärmetauscher (78)zur Aufheizung z. B. des öls von einem zweiten z. B. wasserführenden Wärmetauscher (79) umschlossen wird oder beide aneinander angrenzen, sodaß insbedondere die Uberwärme z. B. des öls an das umgebende oder angrenzende Kühlwasser über eine berippte Wand(84) (zur Vergrößerung der Wärmeaustauschflächen) bei entsprechenden Umlenkvorrichtungen (85) der Stoffströme (zur Verbesserung des Wärmeübergangs) abgegeben wird, wobei die Kühlwassertemperatur ihrerseits durch Kühler und Lüfter und ggf-. z. B. durch ein Kühlwärmerohr (86), das den Wasserbehälter (79) umschließt oder diesen durchsetzt oder daran angrenzt, begrenzt wird.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem 1. u. 2.Wärmetauscher(78 u.79) ein Wärmerohr(87a) geschaltet wird (Fig. 17c.), dessen Wärmeträger erst dann verdampft und damit den Wärmetransport zwischen dem 1. und 2. Betriebsmittel erst dann herstellt, nachdem das Betriebsmittel im 1. Wärmetauscher, z.B. das Öl, seine Betriebstemperatur erreicht hat, so daß die Aufheizung des 2. Betriebsmittel zeitlich nach der Aufheizung des 1. Betriebsmittels und dann nur durch die Uberschußwärme des 1. Betriebsmittels erfolgt.

29a. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28,29, dadurch gekennzeichnet, daß der kombinierte Abgas-Ol-Wasser-Wärmetauscher in 2 angrenzenden öl-bzw. wasserdurchflossenen Kammern (78,79 in Fig. 17d) auf geteilt ist, die durch ein abgasbeheiztes, temperaturstabilisiertes Wärmerohr (54) mit Edelgasreservoir (55) am anderen Ende entsprechend des Wårmeangebots abgasseitig unterschiedlich aufgehe-izt werden (siehe auch Anspruch 24), wobei7niedrigen Wärmestromdichten des Wärinerohrs t4) vorwiegend-'das öl in der ersten Kammer (78), und bei größerem Wärmestromangebot zusätzlich durch die vergrößerte Kondensationszone infolge des erhöhten Dampfdrucks im Wärmerohr der Kühlwasserstrom in der 2. Kammer (79) aufgeheizt wird.

30. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29 oder 29a, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung beider Betriebsmittel, öl und Wasser, jeweils durch einen separaten Abgas-Betriebsmittel-Wärmetauscher, die insbesondere als Wärmerohre (77,88 in Fig. 18) ausgebildet sind, erfolgt, wodurch beide Betriebsmittel durch das Abgas gleichzeitig aufgeheizt werden, wobei aber z. B. der Abgas-Wasser-Wärmetauscher (89) den Abgas-Öl-Wärmetauscher (78) so umgibt, daß das öl seine Uberschußwärme ebenfalls an das Kühlwasser ab führen kann, da die Temperatur des'Wassers ihrerseits durch entsprechende Maßnahmen, wie durch Kühler und Lüfter begrenzt wird, und/oder wobei-um jede etwaige Uberhitzung zu vermeiden der wärmeaufnehmende Teil des Abgas-Betriebsmittel-Wärmetauschers vorteilhaft in einen durch Klappen gesteuerten Abgasbypaß gelegt wird.

31.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 - 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas- bzw. der Wasser-, oder der Ölstrom tangential in die Wärmetauscher eingeleitet werden (Fig. 17, 1o), so daß eine, entsprechende Drallströmung dieser Stoffströme erzeugt wird, unterstützt durch entsprechende drall- bzw. schraubenförmig ausgebildete UmleUk-vorrichtungen (z.B.83i85) im Wärmetauscher, um damit eine gute Wärmeübertragung zwischen den einzelnen Wärmeübertrugungsmedien zu erzielen.

32. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der Betriebstemperatur des Betriebsmittels (z.B. öl oder/und Wasser) die Aufheizung des Betriebsmittels durch ein Wärmerohr dadurch gestoppt wird, daß der Dampfstrom im Wärme rohr von der Verdampfungs- zur Kondensationszone durch ein Absperrventil (89 in Fig. 19a) bzw. eine Drosselklappe (93 in Fig. 19b) unterbunden wird, wobei die DroSselung abhängig von der Betriebsmitteltemperatur gesteuert wird.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32 dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselung des Dampfsiromes in der Transportzone des Wärmerohrs durch die temperaturabhängige Ausdehnung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums in einem GefåZ (88) bzw. durch ein Dehnstoffelement, das sich im Betriebsmittel (14) selbst befindet, erfolgt, indem dadurch z.B. ein Drosselkolben(89)bei einer bestimmten Betriebsmittel temperatur entgehen einer Federkraft (90) das Ventil (89)im Wärmerohr schließt und den'Dampfstrom absperrt, bzw. daß eine im Wärmerohr drehbar gelagerte Drosselklappe, analog (93), z. B. temperaturabhängig gesteuert über den Temperaturfühler(9) im Betriebsmittelbad (14), den Dampfstrom unterbricht.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf- und der Kondensatrückstrom des Wärmerohrs in räumlich getrennten Leitungen strömt (Fig. 19b), wodurch der eine oder-andere Stoffstrom, so z. B. der Dampfstrom in (92) über eine Drosselklappe (93) abhängig von der Betriebsmitteltemperstur, z.B. gesteuert über den Temperaturfühler (9),oder abhängig von der Warmlaufzeit gedrosselt und damit der Wärmetransport innerhalb des Wärmerohrs zur Aufheizunghes Betriebsmittels unterbunden werden kann.

35. Vorrichtung insbesondere nach. einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichniet, daß im Abgasbypaß Abgasklappen zum Verschluß des Bypasses nach Erreichen derMetriebsmitteltemperatur entfallen können,indem strömungstechnische Maßnahmen getroffen werden (Fig.20,21)und zwar auf die Art,daß bei kleinen und mittleren Abgasgeschwindigkeiten, also während des Motorwarmlaufs bei Teillast, der Abgasstrom automatisch in den Abgasbypaß (96, 99) umgelenkt wird, in welchem der wärmeaufnehmende Teil des Abgas Betriebsmittel-Wärmeaustauschers, d.h. beim Wärmerohr die Kondensationszone (97) liegt, während bei höheren Gasgeschwindigkeiten der Abgasstrom im Abgashauptrohr-ohne Wärmeabgabe an das Wärmerohr-verbleibt (95) bzw. strömt (96).

36.Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgashauptrohr (95) am Umfang Bohrungen (94) aufweist, so daß bei niedrigen Gasgeschwindigkeiten ein Großteil des Abgas stroms aus dem Innenrohr (95) durch die Bohrungen (94) in den das Innenrohr umschließenden äußeren Ringraum (96) ausströmt und dadurch den hierin befindlichen Wärmetauscher (97), der für eine gute Wärmeaufnahme vorteilhaft mit einer drallförmigen Beripeung versehen ist, umströmt und aufheizt.

37. Vorrichtung nach Anspruch 35 dadurch gekennzeichnet, daß vor der Abzweigstelle des Abgas-Bypasses (99) vom Abgashauptrohr (96 in Fig. 21),die vorteilhaft einen rechteckigen Querschnitt aufweist, eine Leitvorrichtung (98), z.B. mit tragflügelähnlichem Profil derart eingebaut ist, das bei niedri@gen Abgasgeschwindigkeiten die Ablösung der Gasströmung längs des "Tragflügelprofils" schon früh, also z.B. in der Mitte des "Tragflügels" erfolgt (Ablöe Sepunkt A),so daß durch die Ablösung der Gasströmung der Abgashauptstrom unter Wjrbeibildung in den Bypaß (99) gelangt und dort den Wärmetauscher <97) aurheiat, wohingegen bei höheren Gasgeschwindigkeiten, d.h. nach Uberschreiten der "kritischen Reynoldszahl" die Gasströmung längs der gesamten Wandung der tragflügelähnlichen Leitvorrichtung (98) strömt, d.h. anliegt, so daß der Abgasstrom im wesentlichen in das Hauptabgasrohr (96) gelenkt wird, wodurch eine Aufheizung des Wärmetauschers (97) im Abgasbypaß (99) unterbleibt.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35,37,dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkung der Gasströmung in das Abgashauptrohr mit zunehmender Gastemperatur dadurch unterstützt bzw. verstärkt wirkt, daß die Leitvorrichtung sich bei entsprechender Auslegung (Wahl des Werkstoffs und Konstruktion) mit zunehmenden Jaszunehmender temperaturen bzw./trhitzung im Gasstrom derart ausdehnt, daß sie sich im verstärkten Maße krümmt, so daß das Abgas bei höheren Gastemperaturen sicher in das Abgashauptrohr (96) gelangt und damit den Bypaß (99) umgeht.

39. Vorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das öl in der ölwanne (106) wie bei der sog. Trockensumpfschmierung zunächst durch eine vorteilhaft unterhalb des blsumpfs liegende separate ölpumpe (105) in einen separaten Ölbehälter abgepumpt wird, der jedoch vorteilhaft in zwei Kammern aufgeteilt ist, in eine kleinere wärmeisolierte Kammer (ion) und eine angrenzende vorteilhaft mit Kühlrippen (117) versehene Kammer (101), wobei das öl durch eine zweite ölpumpe (108) aus einer dieser Kammern oder nacheinander aus der einen darnach aus der anderen Kammer ab gepumpt wird um dann zu den Schmierstellen des Motors zu gelangen.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ölkammer und vorteilhaft im oberen Teil der kleineren wärmeisolierten Kammer (100) der wärmeabgebende Teil des Wärmetauschers bzw. insbesondere die berippte Kondensationszone(110)des Wärmerohrs 4111)liegt, wobei der wärmeaufnehmende Teil bzw. die Verdampfungszone (112) direkt im Abgasstrom des Abgasrohrs (113) liegen kann.

41. Vorrichtung nach Anspruch 39, - 40,dadurch gekennzeichnet, daß die aus der ölwanne (107) fördernde ölpumpe (105) einen wesentlich größeren Ölstrom-und zwar vorteilhaft nur in die Kammer (100) fördert-als die Pumpe (108) von dort absaugt (30 bis 50 % größerer Förderstrom), so daß nährend der ersten Minuten des Warmlaufs der Ölspiegel in der Kammer (100) rasch ansteigt, wodurch der Abgaswärmetauscher (111) und speziell (110) in das Ölbad voll eintaucht und dieses somit aufheizt.

42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39-41, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennwand (103) der beiden Kammern (100) und (101) ein Uberlauf (104) vorgesehen ist, damit der Ölspiegel in der wärmeisolierten Kammer (100) eine maximale Höhe nicht überschreitet (Spiegeloberfläche il-il).

43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39-42,dadurch gekennzeichnet, daß in der Seitenwand der kleineren Kammer(100) ein Thermostat (109) eingebaut ist und in der Trennwand (103) der beiden Kammern (100) und (101) ebenfalls ein Thermostat (102) sich befindet, wobei im Warmlauf nach Erreichen der blbetriebstemperatur (von 90 - 1200 C) in der kleinen Kammer (lot) beide Thermostaten öffnen, so daß einerseits das ölteilvolumen zwischen den Spiegelflächen II-II bis I-I über den Thermostaten (1o9) in die Ölwanne (107) zurückfließt und andererseits durch den Thermostaten (102) ein gewisser Temperaturausgleich zwischen dem heißen und dem noch kalten ölbad in (100) und (101) erfolgt, wobei durch das Absenken des Ölspiegels von II-II auf die Niveauebene I-I in der Kammer (loo) der wärmeabgebende Teil(110) des Wärmetauschers aus dem Ölbad austaucht, wodurch eine weitere wesentliche Ölaufheizung unterbunden wird.

44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-49, dadurch gekennzeichnet, daß im Ölbad der Kammer (101) eine Kühlvorrichtung vorgesehen ist, die - z.B. als Wärmerohr (118) ausgebildet - nach Erreichen der ölbetriebstemperatur die Uberschußwärme an die Umgebung bzw. an den Fahrtwind abgibt , indem in diesem Beispiel der Wärmeträger im Wärmerohr (118) bei ölbetriebstemperatur zu verdampfen beginnt (analog Anspruch 19, 2?) 45. Vorrichtung nach einem der Anspruchc39-44, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölzufuhr in die kleinere Kammer (100) so eingeleitet wird, daß der Ölstrghl in Richtung auf den Thermostaten (102) auftrifft, damit hei betriebswarmem öl und dabei geöffnetem Thermostaten zwecks guter ölvermischung bzw. zwecks Temperaturausgleich der heiße Ölstrahl in das noch kalte Ölbad der Kammer (ion) gelangt.

46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39-45, dadurch gekennzeichnet, daß im Ölbad der? kleineren Kammer (100) eine Umlenkvorrichtung (114) derart vorgesehen ist, daß der durch die ölpumpe (105) zugeführte noch nicht betriebswarmeCölstrom zu seiner Aufheizung entlang des Wärmetauschers (110) geleitet wird.

47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39-46, dadurch gekennzeichnet, daß in die Druckleitung der ersten Ölpumpe (105) ein Thermostat (116) eingebaut ist, der nach Erreichen der ölbetriebstemperatur die ölzufuhr in die kleine Kammer (ion) unterbindet und die leitung zur Kammer (lol) freigibt.

48. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Värmeabgebende Teil des Abgas- Betriebsmittel- Wärmetauschers (121 in Fig. 23) und insbesondere die Kondensationszone (110) des Wärmerohr- Wärmetauschers (111) außerhalb der Ölkammer (100) liegt, und der wärmeaufnehmende Teil des Wärmetauschers bzw. die Verdampfungszone (112) des Wärmerohrs (111) vorteilhaft in einem durch Abgasklappen (120) gesteuerten Abgasbypaß (119) oder evtl. direkt im Abgasstrom liegt.

49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß die aus derölwanne (107) Öl absaugende ölpumpe (105) einen etwas größeren ölstrom in die Kammer (100) fördert als die Pumpe (108) von dort absaugt, so daß während der ersten Warmlaufphase der Ölspiegel in Kammer (100) etwas ansteigt, und daß ein Überlauf (104) in der Trennwand (130) der beiden Kammern (100) und (101) für eine Verbindung beider Kammern sorgt. (Figc 23) 50. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (130) zwischen den beiden Kammern (100) und (101) im Hinblick auf eine gute Wärmeisolation vorteilhaft aus einer Doppelwand mit einer eingeschlossenen Luftschicht (131) besteht.

51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 48 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß in die Saugleitung der Pumpe (108) ein Thermostat (124) oder ein von der Öltemperatur abhängiggesteuertes Ventil eingebaut ist, der bzw. das je nach Stellung gestattet, das Öl entweder aus der wärmeisolierten Kammer (100) oder aus der Kammer (101) abzupumpen.

52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 48 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Thermostaten bzw. Ventil (124) ein weitere Thermostat (125) eingebaut teer bei nocn nicht betriebswarmem Öl nur die Ölbypaßleitung zum Abgas-Betriebsmittel-Wärmetauscher (121) freigibt und bei Erreichen der Olbetriebstemperatur das öl nur durch die Kurzschlußleitung direkt zur Pumpe (108) leitet.

53. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 48 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß während des Warmlaufs bei noch nicht betriebswarmem Öl der Thermostat (124) in der Saugleitung der Pumpe (108) so gestellt ist, daß das Öl nur aus der wärmeisolierten Kammer (100) über die Saugleitung (122) abgepumpt wird und über den Thermostaten (125) zur Aufheizung in den vorteilhaft kombinierten Abgas-Ö l-Wasser-Wärmetauscher (121) und insbesondere in den Wärmerohr-Wärmetauscher einer Ol-Bypaßleitung gelangt.

54. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 48 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das Öl in der Kammer (100) seine Betriebstemperatur erreicht'hat, der Thermostat (124) die Saugleitung (122) der Kammer (100) verschließt und die Saugleitung (123) der'Kammer (101) öffnet, so daß jetzt das noch kalte Öl aus der Kammer (101) über den Thermostaten (125) zum Wärmetauscher (121) gelangt.

55. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 48 bis 54, dadurch qe Kennzeichnet, daß, wenn das @l, das von Kammer (100)\in Kammer (101) überströmt, ebenfalls seine Betriebstemperatur erreicht hat, der Thermostat (125> die Ölbypaßleitung zum Wärmetauscher (121) schließt, so daß das öl ohne weitere Aufheizung direkt über die Kurzschlußleitung zur Ölpumpe (108) strömt.

56. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaswärmetauscher (121) auf der Druckseite der Pumpe eingebaut ist (121'), wobei ein vorgeschalteter Thermostat (128) bzw. ein Ventil, das durch den Temperaturfühler (129) gesteuert wird, das Öl z.B. alternativ über drei mögliche Leitungen zu den Schmierstellen des Motors leitet, und zwar bei niedrigen Temperaturen zur Olaufheizung über den Wäremtausdher (121'), nach Erreichen der Betriebstemperatur über die Kurzschlußleitung und bei unzulässig hoher Temperatur über eine Kühleinrichtung (127).

57. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet , daß die Ölkammer (101) oberhalb bzw. unterhalb der wärmeisolierten Ölkammer (100) angebracht ist, so daß die doppelwandige wärmeisolierende Trennwand (131) entfällt, da die oberhalb des Ölspiegels liegende Luftschicht der Kammer (100) bzw. (101) selbst wärmeisolierend wirkt.