Title:
Brennkraftmotor
Kind Code:
A1


Abstract:

Brennkraftmotor umfassend einen Motorblock mit einem oder mehreren Zylindern und darin laufenden Kolben, wobei am Motorblock (6) eine Heizeinrichtung (4) umfassend einen Brennraum (11), in dem Brennstoff verbrannt wird, angeordnet ist, wobei der Brennraum (11) in direktem thermischen Kontakt mit dem Motorblock (6) steht. embedded image




Inventors:
HARTWEG STEFAN (DE)
BERGER JOHANN (DE)
FRITSCH MARTIN (DE)
JOACHIMSTHALER THOMAS (DE)
MEYER BJÖRN (DE)
Application Number:
DE102016226065A
Publication Date:
06/28/2018
Filing Date:
12/22/2016
Assignee:
AUDI AG (Ingolstadt, 85057, DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE10135695C1N/A2003-08-14
DE10147607A1N/A2003-04-10
DE2828298A1N/A1980-01-10



Foreign References:
20924971937-09-07
Claims:
Brennkraftmotor umfassend einen Motorblock mit einem oder mehreren Zylindern und darin laufenden Kolben, dadurch gekennzeichnet, dass am Motorblock (6) eine Heizeinrichtung (4) umfassend einen Brennraum (11), in dem Brennstoff verbrannt wird, angeordnet ist, wobei der Brennraum (11) in direktem thermischen Kontakt mit dem Motorblock (6) steht.

Brennkraftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Motorblock (6) selbst eine den Brennraum (11) bildende Ausnehmung (12) vorgesehen ist.

Brennkraftmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (12) benachbart zu wenigstens einem ein Kühlmittel führenden Kühlkanal (8) des Motorblocks (6) angeordnet ist.

Brennkraftmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Motorblock (6) ein Heizaggregat (13) angeordnet ist, das eine Brennereinrichtung (17) sowie eine Brennstoffzuführeinrichtung (15) zum Zuführen von Brennstoff in die den Brennraum (11) bildende Ausnehmung (12) aufweist.

Brennkraftmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizaggregat (13) eine Zuführeinrichtung (18) für Verbrennungsluft in den Brennraum (11) und eine Abführeinrichtung (23) für Abgas aus dem Brennraum (11) aufweist.

Brennkraftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennraum (11) ein Zylinder (7) dient, dem eine Brennereinrichtung (17) und eine Brennstoffzuführeinrichtung (15) zugeordnet ist.

Brennkraftmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennereinrichtung (17) und/oder die Brennstoffzuführeinrichtung (15) separate, nur dem Betrieb der Heizeinrichtung (4) dienende Komponenten sind, oder dass die Brennereinrichtung (17) und/oder die Brennstoffzuführeinrichtung (15) der Zündung oder der Kraftstoffzufuhr im Regelbetrieb des Brennkraftmotors (2) dienen.

Brennkraftmotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem als Brennraum (11) dienenden Zylinder (7) befindliche Kolben (27) für den Betrieb der Heizeinrichtung (4) in eine definierte Position bringbar ist.

Brennkraftmotor nach einem der Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Einlassventil (28) und wenigstens ein Auslassventil (29) des Zylinders (7) für den Betrieb der Heizeinrichtung (4) aufmachbar sind, so dass über das Einlassventil (28) über eine Zuführeinrichtung Verbrennungsluft zuführbar und über das Auslassventil (29) über eine Abführeinrichtung Abgas abführbar ist.

Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Zylindern (7) und Abschaltung wenigstens eines Zylinders (7) dieser trotz Betriebs des Brennkraftmotors (2) mit den verbleibenden Zylindern (7) als Brennraum (11) im Rahmen des Betriebs der Heizeinrichtung (4) nutzbar ist.

Brennkraftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (4) einen in einem Kammerbauteil (30) ausgebildeten Brennraum (11) aufweist und ein Heizaggregat (13) umfassend eine Brennereinrichtung (17) sowie eine Brennstoffzuführeinrichtung (15) zum Zuführen von Brennstoff in den Brennraum (11) aufweist, wobei das Kammerbauteil (30) in direktem thermischen Kontakt am Motorblock (6) angeordnet ist.

Brennkraftmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kammerbauteil (30) benachbart zu wenigstens einem ein Kühlmittel führenden, im Motorblock (6) vorgesehenen Kühlkanal (8) angeordnet ist.

Brennkraftmotor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizaggregat (13) eine Zuführeinrichtung (19) für Verbrennungsluft in den Brennraum und eine Abführeinrichtung (23) für Abgas aus dem Brennraum (11) aufweist.

Kraftfahrzeug umfassend einen Brennkraftmotor (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche.

Kraftfahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (4) mit einer den Brennkraftmotor (2) im Regelbetrieb mit Brennstoff versorgenden Brennstoffversorgungseinrichtung (15) mit dem Brennstoff versorgbar ist.

Kraftfahrzeug nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (4) mit einer den Brennkraftmotor (2) im Regelbetrieb mit Verbrennungsluft versorgenden Zuführeinrichtung (19) mit der Verbrennungsluft versorgbar ist.

Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass seitens der Heizeinrichtung (4) anfallendes Abgas mit einer vom Brennkraftmotor (2) im Regelbetrieb Abgas abführenden Abführeinrichtung (23) abführbar ist.

Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennereinrichtung (17) für die Heizeinrichtung (4) die dem Regelbetrieb des Brennkraftmotors (2) zugeordnete Brennereinrichtung dient.

Description:

Die Erfindung betrifft einen Brennkraftmotor umfassend einen Motorblock mit einem oder mehreren Zylindern und darin laufenden Kolben.

Ein solcher Brennkraftmotor wird üblicherweise in einem Kraftfahrzeug, sei es ein PKW, sei es ein LKW oder Ähnliches verbaut. Er dient in an sich bekannter Weise zum Antreiben des Fahrzeugs.

Häufig ist ein solches Kraftfahrzeug mit einer zusätzlichen Heizeinrichtung, oft auch Standheizung genannt, ausgerüstet. Eine solche Heizeinrichtung ist als autarkes Aggregat ausgeführt. Es dient dazu, in einem Kreislauf zirkulierendes Wasser zu erwärmen, um über dieses erwärmte Wasser beispielsweise in Verbindung mit einem Wärmetauscher die dem Fahrzeuginnenraum zuzuführende Luft zu erwärmen, mithin also den Innenraum vor Fahrtbeginn zu temperieren, oder Kühlwasser, über das der Motor gekühlt wird, vor Fahrtbeginn zu erwärmen, um infolge der Zirkulation den Motorblock vorzuwärmen, oder Ähnliches. Hierzu ist die Heizeinrichtung in den Wasserkreislauf, üblicherweise den Kühlwasserkreislauf, einzubinden, wozu vom Brennkraftmotor kommend eine Kühlwasserleitung zur Heizeinrichtung geführt wird, und eine das erwärmte Kühlwasser abführende Leitung von der Heizeinrichtung weggeführt werden muss. Infolge der Temperierung des Kühlwassers, das erst wieder über den Kreislauf dem Motorblock zugeführt werden muss, ist die Erwärmung des Motorblocks nicht allzu effizient. Darüber hinaus sind entsprechende Leitungen vorzusehen, um die Heizeinrichtung in den Wasserkreislauf zu integrieren.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Möglichkeit einer effizienteren Erwärmung des Brennkraftmotors respektive des Motorblocks anzugeben.

Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein Brennkraftmotor umfassend einen Motorblock mit einem oder mehreren Zylindern und darin laufenden Kolben vorgesehen, der sich dadurch auszeichnet, dass am Motorblock eine Heizeinrichtung umfassend einen Brennraum, in dem Brennstoff verbrannt wird, angeordnet ist, wobei der Brennraum in direktem thermischen Kontakt mit dem Motorblock steht.

Der erfindungsgemäße Brennkraftmotor zeichnet sich dadurch aus, dass die Heizeinrichtung direkt am Motorblock angeordnet ist, derart, dass der Brennraum, also der Raum, in dem der Brennstoff, sei es Benzin, Diesel oder Gas, verbrannt wird, in unmittelbarem thermischen Kontakt mit dem Motorblock steht. Das heißt, dass folglich die im Brennraum erzeugte Wärme aufgrund der direkten thermischen Kopplung direkt in den Motorblock eingetragen wird, mithin also dieser direkt erwärmt wird. Eine indirekte Erwärmung über das Kühlwasser, wie bisher, ist bei dem erfindungsgemäßen Brennkraftmotor nicht mehr vorgesehen. Darüber hinaus ist, da der Motorblock über die Heizeinrichtung respektive den Brennraum direkt erwärmt wird, auch keine zusätzliche Leitungsintegration in dem Wasser- oder Kühlwasserkreislauf erforderlich. Denn durch die direkte Erwärmung des Motorblocks wird zwangsläufig auch das durch den Motorblock in entsprechenden Kanälen geführte Kühlwasser erwärmt, so dass, wenn dieses zirkuliert, neben der Erwärmung des Motorblocks, also der Metallmasse selbst, auch das Kühlwasser erwärmt wird.

Damit ist bei dem erfindungsgemäßen Brennkraftmotor einerseits eine effizientere Erwärmung respektive Nutzung der Verbrennungswärme im Hinblick auf eine Temperierung des Motorblocks gegeben. Des Weiteren sind keine zusätzlichen Wasserleitungen vorzusehen, wie auch insgesamt die Heizeinrichtung kompakter verbaut werden kann, da sie nicht an einer separaten Position im Motorraum des Kraftfahrzeugs, wo wie beschrieben üblicherweise der Brennkraftmotor und die zusätzliche Heizeinrichtung verbaut sind, anzuordnen ist.

Gemäß einer ersten zweckmäßigen Erfindungsalternative kann am Motorblock selbst eine den Brennraum bildende Ausnehmung vorgesehen sein. Das heißt, dass der Motorblock selbst mit seiner Ausnehmung quasi einen Teil der Heizeinrichtung bildet. Die Ausnehmung, beispielsweise eine in den Motorblock eingebrachte zylindrische Sackbohrung, bildet den Brennraum, das heißt, dass der Brennraum unmittelbar im Motorblock selbst realisiert ist, mithin also der Motorblock die Brennraumwände bildet und demzufolge ein effizienter Wärmeeintrag in den Motorblock.

Die Ausnehmung selbst ist bevorzugt benachbart zu wenigstens einem ein Kühlmittel führenden Kühlkanal des Motorblocks angeordnet. Die Ausnehmung und damit der Brennraum sind also so positioniert, dass sie möglichst eng benachbart zu einem oder mehreren solcher Kühlmittelkanäle, die den Motorblock durchziehen, und durch die zu dessen Kühlung das Kühlmittel, üblicherweise Kühlwasser, strömt, positioniert sind. Hierüber ist eine noch schnellere Erwärmung des Kühlmittels erreichbar, da in diesem Fall relativ wenig Motorblockmasse zwischen dem Brennraum und dem zu erwärmenden Kühlmittel vorhanden ist.

Ist der Brennraum, der auch als Brennkammer bezeichnet werden kann, über die Ausnehmung direkt am Motorblock ausgebildet, so wird in Weiterbildung der Erfindung zweckmäßigerweise am Motorblock ein entsprechendes Heizaggregat angeordnet, das eine Brennereinrichtung sowie eine Brennstoffzuführeinrichtung zum Zuführen von Brennstoff in die den Brennraum bildende Ausnehmung aufweist. Die Brennereinrichtung kommuniziert folglich mit dem Brennraum bzw. greift in diesen ein, um den Kraftstoff respektive Brennstoff, der über die Brennstoffzuführeinrichtung der Brennereinrichtung zugeführt wird, zu verbrennen. Eine solche Brennereinrichtung kann beispielsweise einen Metallschwamm umfassen, dem der Brennstoff, sei es beispielsweise Diesel oder Benzin, zugeführt wird, und der am Schwamm verdampft. Die Brennereinrichtung umfasst des Weiteren ein die Verbrennung zumindest einmalig initiierendes Brenn- oder Zündelement, beispielsweise einen Glühstift, der zur Initiierung des Verbrennungsvorgangs den Brennstoff respektive den Kraftstoffdampf zündet. Nach einmaliger Zündung setzt sich die Verbrennung kontinuierlich fort, nachdem der Brennstoff kontinuierlich zugeführt wird und die Verbrennung quasi selbst nährt. Es ist also lediglich eine einmalige Zündung respektive Erwärmung über eine bestimmte Initialtemperatur, ab der die Verbrennung sodann selbsttätig weitergeht, erforderlich.

Um die Verbrennung aufrechtzuerhalten, ist zweckmäßigerweise das Heizaggregat mit einer Zuführeinrichtung für Verbrennungsluft in den Brennraum und einer Abführeinrichtung für Abgas aus dem Brennraum versehen. In diesem Fall ist also das Heizaggregat mit der entsprechenden Luftver- und Abgasentsorgung versehen, sofern dies nicht in irgendeiner Weise mit der Luftversorgungseinrichtung und Abgasentsorgungseinrichtung des Brennkraftmotors selbst erfolgen kann. Eine solche Luftzuführeinrichtung kann beispielsweise einen Ventilator oder ein Gebläse und einen Zuführkanal, über den die Luft in den Brennraum eingebracht wird, umfassen. Die Luft wird beispielsweise dem bereits beschriebenen Metallschwamm, wie auch der Brennstoff, zugeführt, so dass der Brennstoff in Verbindung mit der Luftzufuhr verdampft respektive gerichtet in den Brennraum eingeblasen wird, wo er sodann verbrennt. Die Abführeinrichtung kann beispielsweise einen entsprechenden Abgaskanal umfassen, über den das Abgas aus dem Brennraum ausgetragen wird, wobei die Abförderung letztlich über den Zustrom der Verbrennungsluft erwirkt wird. Alternativ ist es natürlich auch denkbar, statt eines die Verbrennungsluft zuführenden Ventilators oder Gebläses einen das Abgas absaugenden Ventilator oder Gebläse vorzusehen, das heißt, dass in diesem Fall das Abgas aktiv abgezogen wird, während die Verbrennungsluft infolge des Absaugens am Lufteingang angesaugt wird.

Eine zweite Erfindungsalternative mit einem motorblockseitig integrierten Brennraum sieht demgegenüber vor, dass als Brennraum ein Zylinder dient, dem eine Brennereinrichtung und eine Brennstoffzuführeinrichtung zugeordnet ist. Gemäß dieser Erfindungsalternative wird folglich ein ohnehin motorseitig vorgesehener Zylinder als Brennraum der Zusatzheizeinrichtung genutzt. Der Zylinder kann natürlich nur dann als Brennraum genutzt werden, wenn er abgeschaltet ist, mithin also der Kolben im Zylinder ruht. Über die Brennstoffzuführeinrichtung wird der Brennstoff in den Zylinder eingetragen, über die Brennereinrichtung wird er gezündet und verbrannt. Auch hier wird eine Brennereinrichtung verwendet, die zumindest die Zündung des Kraftstoffs ermöglicht, wonach die Verbrennung infolge der fortgesetzten Brennstoffzufuhr selbsttätig aufrechterhalten bleibt.

Bei dieser Erfindungsalternative wird folglich ein von Haus aus motorseitig vorgesehenes Element, nämlich der Zylinder, in einer zweiten Funktion als Brennraum der Heizeinrichtung genutzt, so dass bezüglich der Ausbildung des Brennraums keine zusätzlichen Vorkehrungen zu treffen sind.

In einer ersten Weiterbildungsalternative ist es denkbar, dass die Brennereinrichtung und/oder die Brennstoffzuführeinrichtung separate, nur dem Betrieb der Heizeinrichtung dienende Komponenten sind. Der Motorblock wird also zylinderseitig zusätzlich mit einer Brennereinrichtung und/oder einer Brennstoffzuführeinrichtung ausgerüstet, das heißt, dass beispielsweise ein zusätzlicher Glühstift für die Erwärmung auf die Initialtemperatur und/oder eine zusätzliche Brennstoffzuführung beispielsweise in Form eines Brennstoffinjektors oder Ähnliches vorgesehen wird.

Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Brennereinrichtung und/oder die Brennstoffzuführeinrichtung der Zündung oder der Kraftstoffzufuhr im Regelbetrieb des Brennkraftmotors dienen. Bei dieser Alternative werden folglich ohnehin zylinderseitig bereits vorhandene Komponenten, die der Regelverbrennung des Kraftstoffs respektive der Regelzufuhr des Kraftstoffs dienen, verwendet. Das heißt, dass beispielsweise die ohnehin vorgesehene elektrische Zündanlage, die im Normalbetrieb die Zündfunken liefert, genutzt wird, um initial das Kraftstoff-Luft-Gemisch für den Heizeinrichtungsbetrieb zu zünden, mithin also die Verbrennung zu initiieren und auf Initialtemperatur für den Selbsterhaltungsbetrieb zu bringen. Natürlich ist in diesem Zusammenhang auch eine Mehrfachzündung und Ähnliches denkbar, wozu die Zündanlage entsprechend gesteuert wird. Die Kraftstoffzufuhr kann beispielsweise über einen zylinderseitig ohnehin vorgesehenen Injektor, über den die Kraftstoffzufuhr im Regelbetrieb, wenn der Motor also normal arbeitet, erfolgen.

Natürlich ist auch eine quasi gemischte Ausgestaltung denkbar, das heißt, dass beispielweise die zylinderseitig vorgesehene Brennereinrichtung verwendet wird, jedoch eine separate, zusätzliche Kraftstoffzuführpumpe oder Ähnliches. Ebenso kann die zylinderseitig vorgesehene Brennstoffzuführeinrichtung verwendet werden, und eine separate, zusätzliche Brennereinrichtung in Form eines Glühstiftes oder Ähnliches vorgesehen werden.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der in dem als Brennraum dienenden Zylinder befindliche Kolben für den Betrieb der Heizeinrichtung in eine definierte Position bringbar ist. Gemäß dieser Erfindungsausgestaltung ist es möglich, den Kolben definiert zu positionieren, so dass der Brennraum stets ein gleiches Volumen aufweist, unabhängig davon, wo der Kolben zuletzt beim vorhergehenden Stopp des Motors zur Ruhe kam. Das heißt, wenn also die zusätzliche Heizeinrichtung zugeschaltet werden soll, wird über einen entsprechenden Aktor die Kurbelwelle entsprechend gedreht, so dass der Kolben in die definierte Position gebracht werden kann. Erst anschließend kann der eigentliche Heizbetrieb erfolgen. Auch diese Bewegung des Kolbens kann, wie der gesamte Betrieb der Heizeinrichtung, unabhängig davon, wie diese nun innerhalb der diversen Alternativen konkret ausgeführt ist, über eine entsprechende Steuerungseinrichtung gesteuert werden.

Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil des Zylinders für den Betrieb der Heizeinrichtung aufmachbar sind, so dass über das Einlassventil über eine Zuführeinrichtung Verbrennungsluft zuführbar und über das Auslassventil über eine Abführeinrichtung Abgas abführbar ist. Üblicherweise sind am Zylinder ein oder mehrere Einlass- sowie ein oder mehrere Auslassventile vorgesehen. Über diese werden entsprechende Kanäle geöffnet bzw. geschlossen. Erfindungsgemäß wird nun ein Einlassventil definiert geöffnet, so dass über dieses respektive den zugeordneten Einlasskanal Verbrennungsluft zugeführt werden kann. Diese Luftzufuhr kann beispielsweise über ein Gebläse oder eine Sekundärluftpumpe oder Ähnliches erfolgen.

In entsprechender Weise wird seitens des Auslasses verfahren. Auch dort wird ein Auslassventil definiert geöffnet, um den Auslasskanal zu öffnen. Über diesen kann im Zylinder anfallendes Abgas abgeführt werden. Die Abfuhr kann über die Luftzufuhr getrieben sein. Alternativ ist es auch denkbar, ein Absauggebläse zu nutzen, um das Abgas abzuziehen, wobei in diesem Fall dann ein Zuführgebläse nicht unbedingt erforderlich ist. Das Einlass- und das Auslassventil sind beispielsweise über eine entsprechende elektromechanische Ventilsteuerung ohne weiteres definiert ansteuerbar und in die Offenstellung bringbar.

Sind mehrere Zylinder vorgesehen und ist ein oder sind mehrere Zylinder definiert abschaltbar, wie dies bei modernen Brennkraftmaschinen häufig der Fall ist, so ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung möglich, dass bei mehreren Zylindern und Abschaltung wenigstens eines Zylinders dieser trotz Betriebs des Brennkraftmotors mit den verbleibenden Zylindern als Brennraum im Rahmen des Betriebs der Heizeinrichtung nutzbar ist. Erfolgt also im Teillastbereich des Brennkraftmotors eine teilweise Zylinderabschaltung, um den Wirkungsgrad zu erhöhen, so kann der oder können, sofern mehreren Zylindern eine Heizeinrichtung zugeordnet ist, die abgeschalteten Zylinder, bei dem oder denen der Kolbentrieb abgekoppelt und der jeweilige Kolben in einer definierten Position geparkt ist, auch bei Betrieb des Brennkraftmotors mit den verbleibenden Zylindern als Brennraum oder Brennräume genutzt werden.

Eine dritte Erfindungsalternative sieht vor, statt einer Integration des Brennraums im Motorblock selbst die Heizeinrichtung umfassend einen in einem Kammerbauteil ausgebildeten Brennraum sowie ein Heizaggregat umfassend eine Brennereinrichtung sowie eine Brennstoffzuführeinrichtung zum Zuführen von Brennstoff in den Brennraum so an der Motorblockaußenseite anzuordnen, dass das Kammerbauteil in direktem thermischen Kontakt am Motorblock angeordnet ist. Hier werden also am Motorblock selbst keine Modifikationen, sei es hinsichtlich der Ausbildung einer Ausnehmung zur Bildung eines Brennraums, sei es zur Realisierung desselben in einem Zylinder etc., vorgenommen. Vielmehr wird die Heizeinrichtung so am Motorblock befestigt, dass das Kammerbauteil, das natürlich, da den Brennraum bildend, hinreichend heiß wird, in direktem thermischen Kontakt mit dem Motorblock steht, so dass ein direkter Wärmeübergang zur Erwärmung des Blocks bzw. des Kühlwassers möglich ist. Das Kammerbauteil selbst ist möglichst dünnwandig auszuführen und so anzuordnen, dass sich eine möglichst große Kontaktfläche zum Motorblock ergibt und mithin ein sehr guter Wärmeübergang möglich ist.

Bevorzugt wird das Kammerbauteil derart angeordnet, dass es benachbart zu wenigstens einem ein Kühlmittel führenden, im Motorblock vorgesehenen Kühlkanal positioniert ist. Je näher das Kammerbauteil zu dem Kühlkanal und damit zum Kühlmittel ist, desto leichter und schneller ist dieses erwärmbar.

Das Heizaggregat der Heizeinrichtung dieser Erfindungsausgestaltung weist in Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise eine Zuführeinrichtung für Verbrennungsluft in den Brennraum und eine Abführeinrichtung für Abgas aus dem Brennraum auf. Die Zuführeinrichtung kann beispielsweise in Form eines Ventilators oder Gebläses und eines in den Brennraum führenden Kanals ausgeführt sein, während die Abführeinrichtung beispielsweise nur ein Abführkanal ist, wobei das Abgas über die Luftzufuhr aus dem Brennraum getrieben wird. Auch umgekehrt ist natürlich ein Absaugen des Abgases über den Abführ- oder Auslasskanal möglich, ein zuführender Ventilator oder dergleichen ist dann nicht erforderlich.

Neben dem Brennkraftmotor selbst betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug umfassend einen Brennkraftmotor der beschriebenen Art. Das heißt, dass das Kraftfahrzeug einen Brennkraftmotor mit daran angeordneter oder integrierter Heizeinrichtung aufweist.

Bevorzugt wird die Heizeinrichtung mit einer den Brennkraftmotor im Regelbetrieb mit Brennstoff versorgenden Brennstoffversorgungseinrichtung mit dem Brennstoff versorgt. Das heißt, dass - sollte nicht von Haus aus insbesondere bei Nutzung eines Zylinders als Brennraum die zylinderseitige, im Regelbetrieb genutzte Brennstoffinjektion verwendet werden - die Heizeinrichtung derart in die Brennstoffversorgungseinrichtung des Brennkraftmotors integriert ist, dass nur sehr wenige Zusatzelemente respektive Verbindungsleitungen und Ähnliches zur Heizeinrichtung zu führen sind.

Auch kann die Heizeinrichtung mit einer den Brennkraftmotor im Regelbetrieb mit Verbrennungsluft versorgenden Zuführeinrichtung mit der Verbrennungsluft gekoppelt sein und über diese mit Verbrennungsluft versorgt werden. Auch hier wird also die Heizeinrichtung mit einer Zuführeinrichtung gekoppelt, die von Haus aus vorgesehen ist, um den Brennkraftmotor im Regelbetrieb mit Luft zu versorgen, so dass nur möglichst wenige zusätzliche Bauteile wie eine kurze Versorgungsleitung oder Ähnliches zur Heizeinrichtung zu führen ist. Eine solche Zuführeinrichtung kann beispielsweise eine Sekundärluftpumpe umfassen oder Ähnliches.

Schließlich kann des Weiteren seitens der Heizeinrichtung anfallendes Abgas mit oder über eine vom Brennkraftmotor im Regelbetrieb Abgas abführenden Abführeinrichtung abführbar sein. Auch hier wird also die von Haus aus vorhandene, mit dem Motor gekoppelte Abgasanlage, in der auch die Abgasreinigung stattfindet, genutzt, um das im Brennraum anfallende Abgas abzuführen. Wiederum ist auch in diesem Fall nur unter Verwendung weniger zusätzlicher Bauteile eine entsprechende Verbindung der Heizeinrichtung respektive des Brennraums mit der Abgasabführung des Motors erforderlich.

Insgesamt bietet der erfindungsgemäße Brennkraftmotor sowie das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug eine Reihe von Vorteilen. Zum einen reduziert der direkte Wärmeeintrag in den Motorblock respektive auch das Kühlwasser, das im Kühlkreislauf beispielsweise über eine Umwälzpumpe zirkuliert, die erforderliche Reibarbeit der Kolbengruppe in der Warmlaufphase des Brennkraftmotors. Die Wärmeverteilung im gesamten Motor kann bei konventionellen Kühlkreisläufen beispielsweise über eine elektrische Umwälzpumpe, z. B. eine Zusatzpumpe zur Innenraumklimatisierung, genutzt werden, um die Konvektion zu erzwingen. Weiterhin ist die Nutzung der vorhandenen Luftversorgungs- und Abgassysteme zweckmäßig, da es sich hierbei um schon vorhandene und spezifisch auf den Brennkraftbetrieb ausgelegte Komponenten handelt. Insbesondere kann seitens des Abgassystems dessen Abgasreinigungs- und Schalldämpfungsfunktion genutzt werden. Im Abgassystem stellt darüber hinaus der Energieeintrag, der über das Abziehen des erwärmten Abgases erfolgt, eine zusätzliche Vorheizung der abgassystemseitigen Komponenten dar, was zu einer Schadstoffminimierung führt.

Wird ein Zylinder als Brennraum genutzt, so kann Bauraum gespart werden, da es zu einer Doppelnutzung des Zylindervolumens kommt, wie auch Teile der Luft- und Kraftstoffversorgung respektive -regelung sowie der Abgasentsorgung genutzt werden können.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

  • 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
  • 2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Brennkraftmotors einer ersten Ausführungsform mit über eine motorblockseitige Ausnehmung gebildetem Brennraum,
  • 3 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Brennkraftmotors einer zweiten Ausführungsform mit einem in einem Zylinder ausgebildeten Brennraum,
  • 4 eine Detailansicht des zylinderseitigen Brennraums aus 3, und
  • 5 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Brennkraftmotors einer dritten Ausführungsform mit an der Außenseite des Motorblocks angeordneter zusätzlicher Heizeinrichtung.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1, umfassend einen erfindungsgemäßen Brennkraftmotor 2, der über wenigstens eine zugeordnete Steuerungseinrichtung 3 in seinem Betrieb gesteuert wird. Dem Brennkraftmotor 2 zugeordnet respektive an ihm angeordnet ist eine zusätzliche Heizeinrichtung 4, die ebenfalls über eine zugeordnete Steuerungseinrichtung 5 gesteuert wird. Im gezeigten Beispiel kommunizieren die Steuerungseinrichtungen 4, 5 miteinander. Die zusätzliche Heizeinrichtung 4 dient beispielsweise als Standheizung dazu, das in einem Kreislauf befindliche Kühlwasser zu erwärmen, um über einen Wärmetauscher Luft zu erwärmen, die dem Innenraum zuzuführen ist, um diesen zu temperieren. Auch kann die zusätzliche Heizeinrichtung 4 dazu dienen, den Brennkraftmotor 2 respektive dessen Motorblock zu temperieren und Ähnliches. Ein solches Kraftfahrzeug nebst Brennkraftmotoren und zusätzlichen Heizeinrichtung ist hinlänglich bekannt, ebenso deren Aufbau und Funktion.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung 4 direkt am Motorblock des Brennkraftmotors 2 angeordnet ist, derart, dass der Brennraum, in dem Brennstoff verbrannt wird, in direktem thermischen Kontakt mit dem Motorblock steht. Als Brennstoff wird üblicherweise der Kraftstoff, sei es Diesel oder Benzin, verwendet, mit dem der Brennkraftmotor 2 betrieben wird. Durch den direkten thermischen Kontakt des Brennraums mit dem Motorblock ist ein deutlich besserer Wärmeübergang zum Motorblock und das in entsprechenden Kühlmittelkanälen im Motorblock zirkulierende Kühlwasser möglich, mithin also eine wesentlich bessere Er- bzw. Durchwärmung.

Eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines solchen Brennkraftmotors 2 zeigt 2 in Form einer Prinzipdarstellung. Gezeigt ist der Motorblock 6, der im gezeigten Beispiel vier Zylinder 7 aufweist, in denen in an sich bekannter Weise entsprechende Kolben laufen. Der Motorblock 6 ist von mehreren Kühlmittelkanälen 8 durchzogen, denen, wie durch den Pfeil 9 dargestellt, Kühlwasser zugeführt wird. Es durchströmt die Kühlkanäle 8 und tritt, wie durch den Pfeil 10 dargestellt, aus dem Motorblock 6 wieder aus. Über das Kühlwasser wird im Regelbetrieb der Brennkraftmotor 2 gekühlt.

Gezeigt ist ferner die zusätzliche Heizeinrichtung 4. Diese umfasst einen Brennraum 11, der hier unmittelbar im Motorblock 6 ausgebildet ist. Hierzu ist im Motorblock 6 eine Ausnehmung 12 vorgesehen, hier in Form einer Sackbohrung, die den Brennraum 11 bildet respektive definiert. Am Motorbock 6 ist ein Heizaggregat 13, das Teil der Heizeinrichtung 4 ist, angeordnet. Dieses verfügt einerseits über eine Brennerzuführeinrichtung 14, über die, wie durch den Pfeil 15 dargestellt ist, der Brennstoff in den Brennraum 11 geführt wird. Hierzu ist beispielsweise ein Injektor 16 oder Ähnliches vorgesehen, über das der Brennstoff gefördert wird und beispielsweise auf einen nicht näher gezeigten Metallschwamm, wo er verdampft, gegeben wird.

Gezeigt ist des Weiteren eine Brennereinrichtung 17, beispielsweise in Form eines Glühstifts, der dazu dient, den Brennstoff zu zünden, so dass es zur Verbrennung kommt. Diese Verbrennung setzt sich spätestens ab Erreichen einer Initialtemperatur selbsttätig fort, solange der Brennstoff, wie durch den Pfeil 15 dargestellt ist, zugeführt wird.

Des Weiteren ist eine Zuführeinrichtung 18 für Verbrennungsluft, wie durch den Pfeil 19 dargestellt, vorgesehen. Diese Zuführeinrichtung 18 umfasst beispielsweise ein Gebläse 20, über das die Luft herangefördert wird und über einen entsprechenden Zuführkanal 22 in den Brennraum 11 gelangt, so dass letztlich ein Brennstoff-Luft-Gemisch entsteht, das im Brennraum 11 verbrennt.

Das anfallende Abgas wird über eine Abführeinrichtung 23, im gezeigten Beispiel umfassend einen Abführkanal 24, sodann abgeführt, wie durch den Pfeil 25 dargestellt. Der Betrieb der Heizeinrichtung 4 wird wie beschrieben über die Steuerungseinrichtung 5 gesteuert, mithin also die entsprechenden Elemente der Brennstoffzuführeinrichtung, die mit einer entsprechenden Brennstoffleitung gekoppelt ist, der Brennereinrichtung, der Zuführeinrichtung sowie der Abführeinrichtung. Die Steuerungseinrichtung 5 kann auch in das Heizaggregat 13 integriert sein.

Die Verbrennung erfolgt also im Motorblock 6 selbst, so dass demzufolge eine direkte thermische Kopplung des Brennraums 11 zum Motorblock 6 gegeben ist. Ersichtlich ist die Ausnehmung 12, die die Brennkammer definiert, so positioniert, dass sie eng benachbart zu wenigstens einem Kühlkanal 8 angeordnet ist, so dass das in diesem zirkulierende Kühlwasser, das über eine entsprechende Kühlmittelpumpe umgewälzt wird, ebenfalls mit guter thermischer Kopplung erwärmt werden kann.

3 zeigt eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennkraftmotors 2, ebenfalls umfassend einen Motorblock 6 mit vier darin ausgebildeten Zylindern 7 und mehreren Kühlkanälen 8, über die Kühlwasser, wie durch die Pfeile 9 und 10 dargestellt, zu- und abfließen kann.

Vorgesehen ist auch hier eine zusätzliche Heizeinrichtung 4, wobei hier als Brennraum 11 der in 3 links gezeigte Zylinder 7 dient. Im Zylinder 7 findet ohnehin eine Verbrennung im Regelbetrieb des Brennkraftmotors 2 statt. Erfindungsgemäß wird nun dieser Zylinder 7 selbst auch als Brennraum 11 im Rahmen des Betriebs der Heizeinrichtung 4 genutzt. Die Heizeinrichtung 4 umfasst wiederum ein Heizaggregat 13, umfassend eine Brennstoffzuführeinrichtung 14, wobei der Brennstoff, wie durch den Pfeil 15 dargestellt, zugeführt wird. Bei dieser Brennstoffzuführeinrichtung 14 kann es sich entweder um eine separate Zuführeinrichtung handeln, die also zusätzlich zur im Regelbetrieb aktiven Zuführeinrichtung, beispielsweise einem Injektor, über den das bei normalem Motorbetrieb zu verbrennender Brennstoff zugeführt wird, vorgesehen ist. Bevorzugt handelt es sich jedoch bei der Brennstoffzuführeinrichtung 14 um dieselbe Brennstoffzuführeinrichtung, über die auch im Regelbetrieb der Brennstoff zugeführt wird.

Vorgesehen ist des Weiteren eine Brennereinrichtung 17, beispielsweise wiederum ein Glühstift oder Ähnliches. Es kann sich auch hier um ein separates Element handeln, das also zusätzlich zu der Brenner- oder Zündeinrichtung, über die der Zündfunke im normalen Motorbetrieb zur Verfügung gestellt wird, handeln. Alternativ kann es sich bei der Brennereinrichtung 17 aber auch um die Brenner- oder Zündeinrichtung handeln, über die im Regelbetrieb der Zündfunke zur Verfügung gestellt wird. Das heißt, dass auch diesbezüglich auf zylinderseitig ohnehin bereits vorhandene Komponenten, die im Regelbetrieb aktiv sind, aufgesetzt wird respektive diese genutzt werden.

Des Weiteren ist eine Zuführeinrichtung 18 zum Zuführen von Verbrennungsluft, wie durch den Pfeil 19 dargestellt, vorgesehen, beispielsweise wiederum umfassend ein Gebläse 20 oder Ähnliches. Über den Kanal 22 kann die Verbrennungsluft in den Brennraum 11, also den Zylinder 7, eingetragen werden, so dass sich wiederum ein verbrennendes Kraftstoff-Luft-Gemisch ergibt. Auch bei dieser Zuführeinrichtung 18 kann es sich um eine Einrichtung handeln, die auch im normalen Motorbetrieb die für die Verbrennung benötigte Verbrennungsluft zuführt, also über die Lufteinlasseinrichtung des Zylinders, so dass auch in diesem Umfang auf die quasi vorhandene Betriebsinfrastruktur aufgesetzt wird.

Schließlich ist eine Abführeinrichtung 23 zum Abführen des anfallenden Abgases vorgesehen, wobei diese in jedem Fall der zylinderseitig vorgesehenen Abgasabführung entspricht, das heißt, dass das Abgas über dieselbe Einrichtung abgeführt wird, wie auch das im Regelbetrieb anfallende Abgas. Wie 3 zeigt, sind alle vier Zylinder 7 an einer gemeinsamen Abgasabführung gekoppelt, so dass das Abgas, wie durch den Pfeil 25 dargestellt wird, entsprechend abgezogen wird. Im Betrieb der Heizeinrichtung 4 jedoch sind üblicherweise die drei übrigen Zylinder 7 nicht in Betrieb, das heißt, dass der Brennkraftmotor 2 steht. Alternativ ist es natürlich denkbar, dass, wenn eine teilweise Zylinderabschaltung möglich ist, nur der linke Zylinder 7 abgeschaltet wird und folglich in den Heizbetrieb eingebunden wird, während die drei übrigen Zylinder im normalen Motorbetrieb arbeiten.

Bei dieser Erfindungsausgestaltung findet folglich die Nutzung des Zylinders 7 als Brennraum 11 statt, das heißt, dass keine zusätzliche Ausnehmung oder Ähnliches vorzusehen sind. Wiederum erfolgt eine unmittelbare Erwärmung und damit ein direkter Temperaturübergang zum Motorblock 6 hin, wie natürlich auch das Kühlwasser, das in den Kühlkanälen 8 zirkuliert, entsprechend erwärmt wird.

Die Steuerung der Komponenten der Heizeinrichtung 4 kann entweder über die Steuerungseinrichtung 5 erfolgen, insbesondere, soweit separate Komponenten vorgesehen sind. Werden im Regelbetrieb genutzte Komponenten auch für die Heizeinrichtung 4 genutzt, kann deren Steuerung über die sie im Regelbetrieb steuernde Steuerungseinrichtung 3, gegebenenfalls in Kommunikation mit der Steuerungseinrichtung 5 erfolgen.

4 zeigt in einer detaillierteren Prinzipdarstellung einen Ausschnitt des Brennkraftmotors 2 gemäß 3, wobei hier der Zylinder 7 gezeigt ist. Im Zylinder 7 respektive im Zylinderinnenraum 26 ist ein Kolben 27 angeordnet, der im Regelbetrieb die vertikale Hub- und Senkbewegung durchführt. Soll jedoch der Zylinder 7 als Brennraum 11 fungieren, so wird der Kolben 27 über einen Aktor, der beispielsweise auf die entsprechende Kurbelwelle wirkt, in eine definierte, abgesenkte Position gebracht, so dass ein hinreichend großer Brennraum 11 gebildet wird.

In diesen Brennraum 11 führt zum einen ein Zuführkanal 22, über den die Verbrennungsluft zugeführt wird. Über diesen Kanal 22 wird auch im Regelbetrieb die benötigte Verbrennungsluft zugeführt. Er wird über ein Ventil 28, beispielsweise ein elektro-mechanisch betätigtes Ventil, definiert geöffnet und geschlossen. Für den vorliegenden Heizbetrieb, der ein kontinuierliches Verbrennen vorsieht, wird das Ventil 28 z. B. über die Steuerungseinrichtung 5 definiert und über die gesamte Zeit geöffnet.

Vorgesehen ist des Weiteren ein Kanal 24, über den im Regelbetrieb das Abgas abgeführt wird. Es handelt sich also um einen Auslasskanal, während der Kanal 22 einen Einlasskanal bildet. Der Kanal 22 ist Teil der Abgaseinrichtung des Brennkraftmotors 2. Auch er wird im Regelbetrieb über ein Ventil 29 definiert geöffnet und geschlossen, beispielsweise wiederum elektro-mechanisch gesteuert. Für den Betrieb der Heizeinrichtung jedoch bleibt auch dieses Ventil 29 permanent geöffnet, ebenfalls z. B. über die Steuerungseinrichtung 5 gesteuert.

Dargestellt ist des Weiteren eine Brennstoffzuführeinrichtung 14, bei der es sich exemplarisch ebenfalls um diejenige handelt, über die auch der im Regelbetrieb verbrannte Brennstoff zugeführt wird. Beispielsweise handelt es sich um eine elektrische Förderpumpe oder einen Injektor oder Ähnliches. Ihm zugeordnet ist des Weiteren eine Brennereinrichtung 17, die auch hier nur exemplarisch dargestellt ist.

Über die Brennstoffzuführeinrichtung 14 erfolgt, z. B. ebenfalls über die Steuerungseinrichtung 5 gesteuert, eine permanente Brennstoffzufuhr oder -einspritzung, gleich wie auch über den Einlasskanal 22 eine permanente Zufuhr von Verbrennungsluft erfolgt, wie Abgas ebenfalls permanent über den Auslasskanal 24 abgezogen wird. Zu Beginn wird initial gezündet, wozu die Brennereinrichtung 17, beispielsweise ein Glühstift oder eine sonstige elektrische Zündeinrichtung, entsprechend z. B. über die Steuerungseinrichtung 5 angesteuert wird. Sodann setzt sich die Verbrennung kontinuierlich selbsterhaltend fort.

Ersichtlich sind in den Zylinderwandungen entsprechende Kühlkanäle 8 vorgesehen, in denen Kühlmittel zirkuliert. Es kommt zu einer sehr guten Erwärmung des Kühlmittels infolge der direkten thermischen Kopplung des Brennraums 11, also des Zylinders 7, zum Motorblock 6.

Auch im Bereich des Einlass- und Auslasskanals 22, 24 sind entsprechende Kühlkanäle 8 vorgesehen, die hier nur angedeutet sind. Nachdem auch in diesem Bereich natürlich eine Durchwärmung stattfindet, erfolgt auch dort ein Temperatureintrag in das Kühlwasser.

5 zeigt schließlich eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 2, umfassend den Motorblock 6 sowie auch hier exemplarisch vier Zylinder 7. Der Motorblock 7 weist eine entsprechende Anzahl an Kühlkanälen 8 auf, durch die Kühlwasser zirkuliert, wie durch die Pfeile 9 und 10 dargestellt ist.

Bei dieser Erfindungsausgestaltung ist die Heizeinrichtung 4 umfassend ein Heizaggregat 13 an der Außenseite des Motorblocks 6 angeordnet und zwar derart, dass der Brennraum 11, der von einem entsprechenden Kammerbauteil 30 gebildet ist, in direktem thermischen Kontakt mit dem Motorblock 6 respektive dessen Außenseite steht. Die Verbrennung findet hier ebenfalls im Brennraum 11 statt, die erzeugte Wärme kann über das Kammerbauteil 30 unmittelbar an den Motorblock 6 übertragen werden. Vorgesehen ist auch hier seitens der Heizeinrichtung 4 natürlich einerseits die Brennstoffzuführeinrichtung, wie durch den Pfeil 15 angedeutet, ferner die Brennereinrichtung 17 sowie die Luftzuführeinrichtung, wie durch den Pfeil 19 angedeutet, und die Abgasabführeinrichtung, wie durch den Pfeil 25 angedeutet, die hier nur exemplarisch dargestellt sind.

Zum Beenden des jeweiligen Heizbetriebes, unabhängig davon, welche Ausgestaltung gemäß der 2 - 5 vorgesehen ist, wird auf einfache Weise die Brennstoffzufuhr beendet, so dass die Verbrennung in sich zusammenbricht. Im Falle der Ausgestaltung gemäß 4 kann der Zylinder sodann wieder im normalen Betrieb genutzt werden.