EP1630374A1 - Rheological control of the cooling of an engine - Google Patents

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EP1630374A1
EP1630374A1 EP04104034A EP04104034A EP1630374A1 EP 1630374 A1 EP1630374 A1 EP 1630374A1 EP 04104034 A EP04104034 A EP 04104034A EP 04104034 A EP04104034 A EP 04104034A EP 1630374 A1 EP1630374 A1 EP 1630374A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
engine
rheological fluid
heat
thermal conductivity
internal combustion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04104034A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Will
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Priority to EP04104034A priority Critical patent/EP1630374A1/en
Publication of EP1630374A1 publication Critical patent/EP1630374A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P9/00Cooling having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P7/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P2003/001Cooling liquid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P2003/006Liquid cooling the liquid being oil

Definitions

  • the invention relates to an engine with a coolant for cooling the engine.
  • Such engines can, for example, internal combustion engines, especially internal combustion engines such.
  • DE 27 53 716 relates to a hot air-emitting heater for powered by an internal combustion engine motor vehicles, acted upon by an atmospheric air heat exchanger for heat dissipation of a flowing in a power circuit heat carrier and also in the Switched line circuit, exhaust heat of the engine receiving and to the heat carrier emitting heat exchanger.
  • the line circuit for the heat carrier of the heater is at least with the lubricating oil circuit of the internal combustion engine in heat-conducting connection.
  • a heat transfer to the lubricating oil in a dry sump tank is achieved in that heat is discharged through a flowing in a flow line heat transfer medium to the located in the dry sump tank lubricating oil.
  • GB 2 381 576 A discloses an exhaust heat recovery device having a heat exchange conduit and a bypass conduit. In the region of the heat exchanger line, a heat exchanger is arranged. At least one valve device is provided in the heat exchanger line and / or the bypass line in order to influence an exhaust gas flow rate in the heat exchanger line. At least the heat exchanger line has a gradient in an exhaust gas flow direction in the installed position.
  • EP 0 885 758 B1 relates to a method for operating a heat exchanger in the exhaust gas stream of an internal combustion engine for motor vehicles, in which the exhaust gas stream can be divided into a main line and into a bypass line.
  • the heat exchanger is arranged in the bypass line.
  • a backflow can be generated in the main line, which causes a back pressure at the exhaust gas outlet of the internal combustion engine.
  • the warm-up operation is divided into two phases, wherein in the first phase, a higher back pressure than in the second phase is generated.
  • a first valve is disposed in the main conduit between the bypass conduit ports, with a second valve disposed in the bypass conduit downstream of the heat exchanger. In the first phase, both valves are closed, wherein in the second phase, the first valve is closed, but the second valve is open.
  • DE 199 08 088 A1 relates to an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, for a vehicle, with a passenger compartment heater, an exhaust pipe, a coolant line forming a cooling circuit with a first pump to which the internal combustion engine is connected, and an exhaust gas heat exchanger for Transfer of exhaust heat to one Heating heat exchanger.
  • the exhaust gas heat exchanger is effective between the exhaust pipe and a circulation medium line forming a circulation circuit to which the heating heat exchanger is connected directly or indirectly.
  • DE 199 08 088 A1 also relates to an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, wherein the internal combustion engine is connected to a branching off from the coolant line first bypass, in which a first thermostatic valve is arranged, which largely bypasses the first bypass until reaching an average coolant temperature locks and opens above this coolant temperature.
  • a second thermostatic valve is arranged, which largely blocks the second bypass above the average cooling temperature.
  • DE 100 47 810 A1 enters a heating circuit with a beautuniques for motor vehicles with internal combustion engine, which is part of a separate short-circuit, which is switchable by means of a switching device in the heating circuit.
  • auxiliary heater an exhaust system of the engine of the motor vehicle is used, from which the exhaust heat is transferred into the heating circuit.
  • the exhaust heat supply can be raised by engine measures when the exhaust heat requirement falls below the heat requirement of the interior heating system.
  • DE 100 47 810 A1 also relates to a method for operating a heating circuit with an auxiliary heating device for motor vehicles with an internal combustion engine, designed as exhaust gas heat exchanger through which the engine exhaust gas and coolant flow. To increase the heating power of the additional heater, the engine operating parameters can be influenced.
  • EP 1 094 214 A2 relates to a heat recovery system having a circulation passage in which a heat transfer medium circulates through an engine cooling unit, and an exhaust heat exchanger for utilizing the exhaust gases of an engine and a passage connecting an outlet side of the circulation passage to an exit of the heat exchanger.
  • the exhaust gas heat exchanger is disposed across the circulation passage at a side upstream of the engine cooling unit.
  • the heat transfer medium, introduced into the exhaust gas heat exchanger is controlled to a lower temperature sufficient to lower a temperature of the water vapor contained in the exhaust gas stream from which heat is transferred to the heat transfer medium to lower its dew point.
  • the assembly is connected to a fan to cool a radiator.
  • the magnetorheological fluid has a semi-solid consistency in an activated state, so that a drive means is entrained by the fluid.
  • the invention has the object to improve an engine of the type mentioned by simple means to the extent that the engine oil is performed faster in the cold start phase or in the warm-up phase to operating temperature, so that both a reduced fuel consumption and reduced emissions are achieved wherein overheating of the engine oil is to be avoided.
  • the object is achieved in that the coolant is a rheological fluid.
  • a rheological fluid in the context of the invention is a z.
  • silicone oil-based fluid that includes electrically and / or magnetically-responsive ingredients.
  • a suitable activation device which For example, generates an electric current and / or a magnetic field, the rheological fluid is placed in an active or passive state. In the passive state, rheological fluid is fluid. In contrast, in the active state, the rheological fluid changes its viscosity and is essentially semi-solid.
  • the invention is based on the finding that the rheological fluid in its passive state has a lower thermal conductivity than in its active state.
  • the thermal conductivity increases continuously.
  • the coolant has a rheological fluid with a thermal conductivity of about one third, based on theticianleitwert of water in its passive state and a thermal conductivity of slightly more than three times the thermal conductivity of water when the rheological fluid is activated.
  • the rheological fluid has a varnishleitwert Scheme of about 0.2 to 1.88 W / mK, wherein the shallleitwert of water is at an amount of 0.6 W / mK.
  • the low thermal conductivity is particularly favorable in a warm-up phase of an internal combustion engine, since the resulting heat is advantageously dissipated not so fast, which in particular the engine oil is quickly led to operating temperature.
  • the rheological fluid acts as a kind of heat insulator.
  • the rheological fluid in its activated state.
  • the activation device is located at a suitable location.
  • a suitable place can z.
  • Example be a cylinder wall of the engine and / or cylinder head, the coolant is of course included in coolant channels, which is known per se.
  • the rheological fluid reacts very quickly to the continuous activation by means of the activation device, whereby a continuous increase in the Thermal conductivity is achieved.
  • the fuel consumption of the internal combustion engine is significantly reduced, whereby friction losses are reduced, since the engine oil is accelerated to operating temperature, whereby the engine oil provides the required lubricating property more quickly.
  • measures to heat the catalyst faster, resulting in increased fuel consumption can be reduced, the catalyst is guided by the invention faster to operating temperature. This in turn causes an improved conversion of pollutants, eg. B. NOx. Further, fuel condensation on the cylinder walls is reduced.
  • the rheological fluid can generally be used as a coolant if the heat is to be transported away from its point of origin.
  • the rheological fluid also other basic materials such. B. have water.

Abstract

The engine is cooled by a rheological fluid which in its passive state has a lower thermal conductivity value than in its activated state. The rheological fluid in its passive state has a thermal conductivity value of about a third with regard to the thermal conductivity value of water, and in its active state has a value of somewhat more than three times the thermal conductivity value of water. The rheological fluid has a base substance of silicone oil and a thermal conductivity value range of 0.2 to 1.88 watts per metre kelvin.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine mit einem Kühlmittel zur Kühlung der Kraftmaschine.The invention relates to an engine with a coolant for cooling the engine.

Derartige Kraftmaschinen können beispielsweise Brennkraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren wie z. B. Dieselmotoren oder Ottomotoren für Kraftfahrzeuge sein, bei denen das Kühlmittel in Kühlkanälen eingebracht ist, so daß der Verbrennungsmotor einen Kühlmittelmantel aufweist.Such engines can, for example, internal combustion engines, especially internal combustion engines such. B. diesel engines or gasoline engines for motor vehicles, in which the coolant is introduced into cooling channels, so that the internal combustion engine has a coolant jacket.

In einem Verbrennungsmotor ist ein Kraftstoffverbrauch während eines NEDC-Tests im kalten Zustand (Starttemperatur ca. 24 °C) ca. 10 bis 15 % höher als bei demselben Test mit einer Motoröltemperatur bei einem Start von ca. 90 °C, dem so genannten NEDC-Heißtest. Dies liegt unter anderem daran, daß das Schmieröl bei niedrigeren Temperaturen eine höhere Zähigkeit aufweist, und das der Kraftstoff an Zylinderwänden kondensiert und in das Motoröl eingetragen wird. Zudem werden Maßnahmen ergriffen, um den Katalysator schneller aufzuheizen, dies sind z. B. eine Spätverstellung der Zündung, eine Anhebung der Leerlaufdrehzahl sowie eine Anfettung mit Sekundärlufteinblasung. Zudem entsteht der Großteil der emittierten Abgasemissionen während der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors, wenn der Katalysator noch nicht die erforderliche Betriebstemperatur erreicht hat. Gleichzeitig wird ein Großteil der zugeführten Energie ungenutzt als Abgasenthalpie abgeführt. Dies sind insgesamt ca. 30 bis 40 % der Energie des zugeführten Kraftstoffes.In a combustion engine, fuel consumption during a cold NEDC test (starting temperature about 24 ° C) is about 10 to 15% higher than in the same test with an engine oil temperature starting at about 90 ° C, the so-called NEDC -Heißtest. This is partly because the lubricating oil at lower temperatures has a higher toughness, and the fuel is condensed on the cylinder walls and registered in the engine oil. In addition, measures are taken to heat the catalyst faster, these are z. As a retardation of the ignition, raising the idle speed and enrichment with Sekundärlufteinblasung. In addition, the majority of the emitted exhaust emissions during the cold start phase of the internal combustion engine, if the catalyst has not yet reached the required operating temperature. At the same time, a large part of the energy supplied is discharged unused as exhaust gas enthalpy. This is a total of about 30 to 40% of the energy of the fuel supplied.

Bekannt ist, die Aufwärmphase des Motors zu verbessern, indem Abgaswärmetauscher eingesetzt werden, die in komplizierter Weise das Motoröl aufheizen. Auf der anderen Seite ist es ein Problem, den Motor, insbesondere das Motoröl bei dieser Aufheizung vor Überhitzung zu schützen. Daher werden zusätzliche Hochleistungsölkühler verwendet.It is known to improve the warm-up phase of the engine by using exhaust gas heat exchangers which heat the engine oil in a complicated manner. On the other hand, it is a problem to protect the engine, in particular the engine oil in this heating from overheating. Therefore, additional high performance oil coolers are used.

Die DE 27 53 716 betrifft eine warmluftabgebende Heizvorrichtung für durch eine Brennkraftmaschine angetriebene Kraftfahrzeuge, mit einem von atmosphärischer Luft beaufschlagbaren Wärmetauscher für die Wärmeabgabe eines in einen Leistungskreislauf strömenden Wärmeträgers und einem ebenfalls in den Leitungskreislauf eingeschalteten, Abgaswärme der Brennkraftmaschine aufnehmenden und an den Wärmeträger abgebenden Wärmetauscher. Der Leitungskreislauf für den Wärmeträger der Heizvorrichtung steht zumindest mit dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine in wärmeleitender Verbindung. Hierbei wird eine Wärmeabgabe an das Schmieröl in einem Trockensumpfbehälter dadurch erreicht, daß durch einen in einer Vorlaufleitung strömenden Wärmeträger Wärme an das in dem Trockensumpfbehälter befindliche Schmieröl abgegeben wird.DE 27 53 716 relates to a hot air-emitting heater for powered by an internal combustion engine motor vehicles, acted upon by an atmospheric air heat exchanger for heat dissipation of a flowing in a power circuit heat carrier and also in the Switched line circuit, exhaust heat of the engine receiving and to the heat carrier emitting heat exchanger. The line circuit for the heat carrier of the heater is at least with the lubricating oil circuit of the internal combustion engine in heat-conducting connection. Here, a heat transfer to the lubricating oil in a dry sump tank is achieved in that heat is discharged through a flowing in a flow line heat transfer medium to the located in the dry sump tank lubricating oil.

Die GB 2 381 576 A offenbart eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einer Wärmetauscherleitung und einer Bypaßleitung. Im Bereich der Wärmetauscherleitung ist ein Wärmetauscher angeordnet. Zumindest eine Ventileinrichtung ist in der Wärmetauscherleitung und/oder der Bypaßleitung vorgesehen, um einen Abgasmengenstrom in der Wärmetauscherleitung zu beeinflussen. Zumindest die Wärmetauscherleitung weist in einer Abgasströmrichtung in Einbaulage ein Gefälle auf.GB 2 381 576 A discloses an exhaust heat recovery device having a heat exchange conduit and a bypass conduit. In the region of the heat exchanger line, a heat exchanger is arranged. At least one valve device is provided in the heat exchanger line and / or the bypass line in order to influence an exhaust gas flow rate in the heat exchanger line. At least the heat exchanger line has a gradient in an exhaust gas flow direction in the installed position.

Die EP 0 885 758 B1 betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Wärmetauschers im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, bei dem der Abgasstrom in eine Hauptleitung und in eine Bypaßleitung aufteilbar ist. Der Wärmetauscher ist in der Bypaßleitung angeordnet. In einem Warmlaufbetrieb ist in der Hauptleitung ein Rückstau erzeugbar, der einen Gegendruck am Abgasauslaß der Brennkraftmaschine verursacht. Der Warmlaufbetrieb wird in zwei Phasen aufgeteilt, wobei in der ersten Phase ein höherer Gegendruck als in der zweiten Phase erzeugt wird. Ein erstes Ventil ist in der Hauptleitung zwischen den Bypaßleitungsanschlüssen angeordnet, wobei ein zweites Ventil in der Bypaßleitung stromabwärts vom Wärmetauscher angeordnet ist. In der ersten Phase sind beide Ventile geschlossen, wobei in der zweiten Phase das erste Ventil geschlossen, aber das zweite Ventil geöffnet ist.EP 0 885 758 B1 relates to a method for operating a heat exchanger in the exhaust gas stream of an internal combustion engine for motor vehicles, in which the exhaust gas stream can be divided into a main line and into a bypass line. The heat exchanger is arranged in the bypass line. In a warm-up operation, a backflow can be generated in the main line, which causes a back pressure at the exhaust gas outlet of the internal combustion engine. The warm-up operation is divided into two phases, wherein in the first phase, a higher back pressure than in the second phase is generated. A first valve is disposed in the main conduit between the bypass conduit ports, with a second valve disposed in the bypass conduit downstream of the heat exchanger. In the first phase, both valves are closed, wherein in the second phase, the first valve is closed, but the second valve is open.

Die DE 199 08 088 A1 bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Dieselbrennkraftmaschine, für ein Fahrzeug, mit einer Fahrgastraumheizvorrichtung, einer Abgasleitung, einer Kühlmittelleitung, die einen Kühlkreislauf mit einer ersten Pumpe bildet, an dem die Brennkraftmaschine angeschlossen ist, und einen Abgaswärmetauscher zum Übertragen von Abgaswärme an einen Heizungswärmetauscher. Der Abgaswärmetauscher ist zwischen der Abgasleitung und einer Zirkulationsmittelleitung wirksam, die einen Zirkulationskreislauf bildet, an dem der Heizungswärmetauscher mittelbar oder unmittelbar angeschlossen ist.DE 199 08 088 A1 relates to an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, for a vehicle, with a passenger compartment heater, an exhaust pipe, a coolant line forming a cooling circuit with a first pump to which the internal combustion engine is connected, and an exhaust gas heat exchanger for Transfer of exhaust heat to one Heating heat exchanger. The exhaust gas heat exchanger is effective between the exhaust pipe and a circulation medium line forming a circulation circuit to which the heating heat exchanger is connected directly or indirectly.

Die DE 199 08 088 A1 bezieht sich aber auch auf eine Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselbrennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine an einen von der Kühlmittelleitung abzweigenden ersten Bypaß angeschlossen ist, in dem ein erstes Thermostatventil angeordnet ist, das den ersten Bypaß bis zum Erreichen einer mittleren Kühlmitteltemperatur weitgehend sperrt und oberhalb dieser Kühlmitteltemperatur öffnet. In einem sich parallel zum ersten Bypaß erstreckenden zweiten Bypaß ist ein zweites Thermostatventil angeordnet, das den zweiten Bypaß oberhalb der mittleren Kühltemperatur weitgehend sperrt.However, DE 199 08 088 A1 also relates to an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, wherein the internal combustion engine is connected to a branching off from the coolant line first bypass, in which a first thermostatic valve is arranged, which largely bypasses the first bypass until reaching an average coolant temperature locks and opens above this coolant temperature. In a parallel to the first bypass extending second bypass, a second thermostatic valve is arranged, which largely blocks the second bypass above the average cooling temperature.

Die DE 100 47 810 A1 betritt einen Heizungskreislauf mit einer Zusatzheizvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschine, die Bestandteil eines gesonderten Kurzschlußkreislaufs ist, der mittels einer Umschaltvorrichtung in den Heizungskreislauf schaltbar ist. Als Zusatzheizvorrichtung wird eine Abgasanlage des Motors des Kraftfahrzeugs benutzt, von der die Abgaswärme in den Heizungskreislauf transferiert wird. Das Abgaswärmeangebot ist bei einem den Wärmebedarf der Innenraumheizung unterschreitenden Abgaswärmeangebot durch motorische Maßnahmen anhebbar. Die DE 100 47 810 A1 bezieht sich aber auch auf ein Verfahren zum Betreiben eines Heizungskreislaufs mit einer Zusatzheizvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschine, ausgebildet als vom Motorabgas und Kühlmittel durchströmter Abgaswärmetauscher. Zur Steigerung der Heizleistung der Zusatzheizvorrichtung können die Motorbetriebsparameter beeinflußt werden.DE 100 47 810 A1 enters a heating circuit with a Zusatzheizvorrichtung for motor vehicles with internal combustion engine, which is part of a separate short-circuit, which is switchable by means of a switching device in the heating circuit. As auxiliary heater, an exhaust system of the engine of the motor vehicle is used, from which the exhaust heat is transferred into the heating circuit. The exhaust heat supply can be raised by engine measures when the exhaust heat requirement falls below the heat requirement of the interior heating system. However, DE 100 47 810 A1 also relates to a method for operating a heating circuit with an auxiliary heating device for motor vehicles with an internal combustion engine, designed as exhaust gas heat exchanger through which the engine exhaust gas and coolant flow. To increase the heating power of the additional heater, the engine operating parameters can be influenced.

Die EP 1 094 214 A2 bezieht sich auf eine Wärmerückgewinnungsanlage mit einer Zirkulationsleitung, in der ein Wärmeübertragungsmedium durch eine Motorkühleinheit zirkuliert, und einen Abgaswärmetauscher zur Nutzung der Auspuffgase eines Motors und eine Leitung, die eine Auslaßseite der Zirkulationsleitung mit einem Ausgang des Wärmetauschers verbindet. Der Abgaswärmetauscher ist quer durch die Zirkulationsleitung an einer Seite stromaufwärts der Motorkühleinheit angeordnet. Das Wärmeübertragungsmedium, das in den Abgaswärmetauscher eingeführt wird, wird auf eine niedrigere Temperatur geregelt, die ausreichend ist, um eine Temperatur des Wasserdampfes abzusenken, der in dem Abgasstrom enthalten ist, von dem Wärme zum Wärmeübertragungsmedium übertragen wird, um dessen Taupunkt zu senken.EP 1 094 214 A2 relates to a heat recovery system having a circulation passage in which a heat transfer medium circulates through an engine cooling unit, and an exhaust heat exchanger for utilizing the exhaust gases of an engine and a passage connecting an outlet side of the circulation passage to an exit of the heat exchanger. The exhaust gas heat exchanger is disposed across the circulation passage at a side upstream of the engine cooling unit. The heat transfer medium, introduced into the exhaust gas heat exchanger is controlled to a lower temperature sufficient to lower a temperature of the water vapor contained in the exhaust gas stream from which heat is transferred to the heat transfer medium to lower its dew point.

Bekannt ist aber auch eine intelligente Kühlung der Verbrennungsmotoren mittels zusätzlicher Ventile oder elektrischer Wasserpumpen zu erreichen, wobei als Kühlmittel Wasser verwendet wird. Dies hat sich in der Praxis zwar bewährt, jedoch wurde bei diesen Maßnahmen die hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität von Wasser nicht berücksichtigt. Dies ist für einen Volllastbetrieb notwendig, verringert aber den Wirkungsgrad während der Warmlaufphase. Ein weiterer Nachtteil von Wasser als Kühlmittel ist darin zu sehen, daß die maximale Betriebtemperatur um den Bereich von ca. 100°C begrenzt ist, um ein Aufkochen des Wassers bzw. eine lokale Überhitzung zu vermeiden.But it is also known to achieve intelligent cooling of internal combustion engines by means of additional valves or electric water pumps, water being used as the coolant. Although this has proven successful in practice, the high thermal conductivity and heat capacity of water has not been taken into account in these measures. This is necessary for a full load operation, but reduces the efficiency during the warm-up phase. Another night part of water as a coolant is to be seen in the fact that the maximum operating temperature is limited by the range of about 100 ° C in order to avoid boiling of the water or a local overheating.

Die JP 2002 323071 (=EP 1 223 362 A2) betrifft eine Ventilatorantriebsanordnung mit einer elektronisch gesteuerten magnetorheologischen Flüssigkeit. Die Anordnung ist mit einem Ventilator verbunden, um einen Kühler zu kühlen. Die magnetorheologische Flüssigkeit weist in einem aktivierten Zustand eine halbfeste Konsistenz auf, so daß ein Antriebsmittel von der Flüssigkeit mitgenommen wird.JP 2002 323071 (= EP 1 223 362 A2) relates to a fan drive arrangement with an electronically controlled magnetorheological fluid. The assembly is connected to a fan to cool a radiator. The magnetorheological fluid has a semi-solid consistency in an activated state, so that a drive means is entrained by the fluid.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kraftmaschine der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln dahin gehend zu verbessern, daß das Motoröl in der Kaltstartphase bzw. in der Warmlaufphase schneller auf Betriebstemperatur geführt wird, so daß sowohl ein verringerter Kraftstoffverbrauch als auch verringerte Schadstoffemissionen erreicht werden, wobei eine Überhitzung des Motoröls vermieden werden soll.The invention has the object to improve an engine of the type mentioned by simple means to the extent that the engine oil is performed faster in the cold start phase or in the warm-up phase to operating temperature, so that both a reduced fuel consumption and reduced emissions are achieved wherein overheating of the engine oil is to be avoided.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Kühlmittel eine rheologische Flüssigkeit ist.According to the invention the object is achieved in that the coolant is a rheological fluid.

Eine rheologische Flüssigkeit im Sinne der Erfindung ist eine z. B. auf Silikonöl basierende Flüssigkeit, die elektrisch und/oder magnetisch ansprechende Bestandteile beinhaltet. Mittels einer geeigneten Aktivierungsvorrichtung, welche z.B. einen elektrischen Strom und/oder ein magnetisches Feld erzeugt, wird die rheologische Flüssigkeit in einen aktiven oder passiven Zustand versetzt. Im passiven Zustand ist rheologische Flüssigkeit flüssig. In dem aktiven Zustand dagegen ändert die rheologische Flüssigkeit ihre Viskosität und ist im wesentlichen quasi halbfest.A rheological fluid in the context of the invention is a z. For example, silicone oil-based fluid that includes electrically and / or magnetically-responsive ingredients. By means of a suitable activation device, which For example, generates an electric current and / or a magnetic field, the rheological fluid is placed in an active or passive state. In the passive state, rheological fluid is fluid. In contrast, in the active state, the rheological fluid changes its viscosity and is essentially semi-solid.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die rheologische Flüssigkeit in ihrem passiven Zustand eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als in ihrem aktiven Zustand. Die Wärmeleitfähigkeit steigt hierbei kontinuierlich an.The invention is based on the finding that the rheological fluid in its passive state has a lower thermal conductivity than in its active state. The thermal conductivity increases continuously.

Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn das Kühlmittel eine rheologische Flüssigkeit mit einem Wärmeleitwert von ca. einem drittel, bezogen auf den Wärmeleitwert von Wasser in ihrem passiven Zustand und einen Wärmeleitwert von etwas mehr als dem dreifachen Wärmeleitwert von Wasser aufweist, wenn die rheologische Flüssigkeit aktiviert ist. Bevorzugter Weise weist die rheologische Flüssigkeit einen Wärmeleitwertbereich von ca. 0,2 bis 1,88 W/mK auf, wobei der Wärmeleitwert von Wasser bei einem Betrag von 0,6 W/mK liegt.Favorable for the purposes of the invention is when the coolant has a rheological fluid with a thermal conductivity of about one third, based on the Wärmeleitwert of water in its passive state and a thermal conductivity of slightly more than three times the thermal conductivity of water when the rheological fluid is activated. Preferably, the rheological fluid has a Wärmeleitwertbereich of about 0.2 to 1.88 W / mK, wherein the Wärmeleitwert of water is at an amount of 0.6 W / mK.

Die geringe Wärmeleitfähigkeit ist insbesondere in einer Warmlaufphase eines Verbrennungsmotors günstig, da die entstehende Wärme vorteilhaft nicht so schnell abgeführt wird, wodurch insbesondere das Motoröl schnell auf Betriebstemperatur geführt wird. Die rheologische Flüssigkeit wirkt in ihrem passiven Zustand quasi als Wärmeisolator.The low thermal conductivity is particularly favorable in a warm-up phase of an internal combustion engine, since the resulting heat is advantageously dissipated not so fast, which in particular the engine oil is quickly led to operating temperature. In its passive state, the rheological fluid acts as a kind of heat insulator.

Nach der Warmlaufphase dagegen, insbesondere wenn der Verbrennungsmotor in seinem Vollastbereich betrieben wird, ist es zweckmäßig, wenn die entstehende Wärme schnell abgeführt wird. Dies wird aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit der rheologischen Flüssigkeit in ihrem aktivierten Zustand erreicht. Um die rheologische Flüssigkeit zu aktivieren, ist die Aktivierungsvorrichtung an einer geeigneten Stelle angeordnet. Eine geeignete Stelle kann z. B. eine Zylinderwand des Verbrennungsmotors und/oder Zylinderkopf sein, wobei das Kühlmittel selbstverständlich in Kühlmittelkanälen aufgenommen ist, was an sich bekannt ist. Die rheologische Flüssigkeit reagiert sehr schnell auf die kontinuierliche Aktivierung mittels der Aktivierungsvorrichtung, wodurch auch ein kontinuierlicher Anstieg der Wärmeleitfähigkeit erreicht wird. Die rheologische Flüssigkeit transportiert die Wärme von dem Entstehungsort, beispielsweise der Zylinderinnenwand zur Zylinderaußenwand. Um diesen Wärmeübergang zu steuern, können Betriebsparameter des Verbrennungsmotors bzw. der Kraftmaschine wie beispielsweise Motorgeschwindigkeit, -last und/oder -temperatur benutzt werden, wobei mittels geeigneter Steueralgorithmen Steuersignale für die Aktivierungsvorrichtung bereitgestellt werden können.By contrast, after the warm-up phase, in particular when the internal combustion engine is operated in its full load range, it is expedient if the resulting heat is dissipated quickly. This is achieved due to the high thermal conductivity of the rheological fluid in its activated state. To activate the rheological fluid, the activation device is located at a suitable location. A suitable place can z. Example, be a cylinder wall of the engine and / or cylinder head, the coolant is of course included in coolant channels, which is known per se. The rheological fluid reacts very quickly to the continuous activation by means of the activation device, whereby a continuous increase in the Thermal conductivity is achieved. The rheological fluid transports the heat from the place of origin, for example, the cylinder inner wall to the cylinder outer wall. In order to control this heat transfer, operating parameters of the internal combustion engine or the engine such as engine speed, load and / or temperature can be used, with control signals for the activation device can be provided by means of suitable control algorithms.

Vorteilhafter Weise wird mittels der erfindungsgemäßen rheologischen Flüssigkeit der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors erheblich verringert, wobei Reibungsverluste verringert sind, da das Motoröl schneller auf Betriebstemperatur geführt wird, wodurch das Motoröl die erforderliche Schmiereigenschaft schneller zu Verfügung stellt. Zudem können Maßnahmen den Katalysator schneller aufzuheizen, was zu einem gesteigerten Kraftstoffverbrauch führt, verringert werden, wobei der Katalysator mittels der Erfindung schneller auf Betriebstemperatur geführt wird. Dies bewirkt wiederum eine verbesserte Konvertierung der Schadstoffe, z. B. NOx. Weiter wird eine Kraftstoffkondensation an den Zylinderwänden verringert.Advantageously, by means of the rheological fluid according to the invention, the fuel consumption of the internal combustion engine is significantly reduced, whereby friction losses are reduced, since the engine oil is accelerated to operating temperature, whereby the engine oil provides the required lubricating property more quickly. In addition, measures to heat the catalyst faster, resulting in increased fuel consumption can be reduced, the catalyst is guided by the invention faster to operating temperature. This in turn causes an improved conversion of pollutants, eg. B. NOx. Further, fuel condensation on the cylinder walls is reduced.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors beschränkt. Die rheologische Flüssigkeit kann generell als Kühlmittel verwendet, wenn die Wärme von ihrem Entstehungsort wegtransportiert werden soll. Weiter kann die rheologische Flüssigkeit auch andere Basisstoffe wie z. B. Wasser aufweisen.Of course, the invention is not limited to the preferred embodiment of an internal combustion engine. The rheological fluid can generally be used as a coolant if the heat is to be transported away from its point of origin. Next, the rheological fluid also other basic materials such. B. have water.

Claims (4)

Kraftmaschine mit einem Kühlmittel zur Kühlung der Kraftmaschine,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Kühlmittel eine rheologische Flüssigkeit ist.
Engine with a coolant for cooling the engine,
characterized in that
the coolant is a rheological fluid.
Kraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die rheologische Flüssigkeit in ihrem passiven Zustand einen geringeren Wärmeleitwert als in ihrem aktivierten Zustand aufweist.
Engine according to claim 1,
characterized in that
the rheological fluid in its passive state has a lower thermal conductivity than in its activated state.
Kraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die rheologische Flüssigkeit in ihrem passiven Zustand einen Wärmeleitwertbetrag von etwa einem drittel, bezogen auf den Wärmeleitwertbetrag von Wasser, und in ihrem aktiven Zustand einen Wärmeleitwertbetrag von etwas mehr als dem dreifachen Wärmeleitwert von Wasser aufweist.
Engine according to claim 1 or 2,
characterized in that
the rheological fluid in its passive state has a Wärmeleitwertbetrag of about one third, based on the Wärmeleitwertbetrag of water, and in its active state, a Wärmeleitwertbetrag of slightly more than three times the thermal conductivity of water.
Kraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die rheologische Flüssigkeit als Basisstoff Silikonöl und einen Wärmemeleitwertbereich von 0,2 bis 1,88 W/mK aufweist.
Engine according to one of claims 1 to 3,
characterized in that
the rheological fluid as a base material silicone oil and a calorific value range of 0.2 to 1.88 W / mK.
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