专利名称：用于汽车的发动机装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有燃料直喷式内燃机的发动机装置。此外，本发明还涉及一种用于在启动之前或期间和/或在暖机时加热内燃机的方法。
背景技术：
更加严格的排气标准和与之相应的法律法规规定，内燃机的废气质量要越来越好并且对环境的不利影响要越来越小。相应于在废气和废气成分以及炭黑颗粒或类似的含在燃烧废气中的物质的许用极限值方面增加的要求，汽车制造商和发动机开发商要持续不断地进一步优化内燃机的燃烧过程。业已表明，在内燃机温度较高时才开始燃烧可以得到有利的原始排放成分。在内燃机启动或暖机阶段中，也就是说从启动时刻到达到预定的一般在约90°C至105°C内的工作温度，例如燃料的混合不能达到最佳。因此特别在内燃机启动或暖机阶段中，可能超出在内燃机废气中包含的化学物质和颗粒的许用极限值。实验进一步显示，正好在燃料直喷式内燃机中，尤其汽油直喷式内燃机中，即在燃料空气混合物喷入内燃机仍然相对较冷的燃烧室时会发生燃料的凝结 (Auskondensieren)。在此，凝结的形成会发生在尤其是仍然相对较冷的气缸内壁区段上或活塞内壁上。在这种情况下会出现局部燃料混合气过浓的现象，这会在燃烧过程中导致更严重地形成炭黑。在燃料直喷式内燃机中，通过燃料直接喷入发动机燃烧室中用于形成燃料混合气的涡流和时长相对较短。因此，提到的有关燃料凝结或局部混合气过浓的问题，在发动机直接喷射时由于废气质量和所要求的排放标准的不能遵守，尤其在发动机启动或暖机阶段会产生非常严重的后果。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于，降低在汽车内燃机的启动和/或暖机阶段产生的废气质量和尤其是废气的炭黑和尘埃的比率。在此，本发明的特点在于对于汽车发动机装置只有尽可能少的设计措施和结构变化，并且能够以较小成本和制造费用实施。上述技术问题首先通过一种用于汽车的发动机装置解决，该发动机装置具有燃料直喷式内燃机，该内燃机与冷却回路热耦连以便排放工作中产生的废热；还具有能与冷却回路耦连的用于存储热能的存储装置，该存储装置设计用于，在内燃机的启动之前和/或暖机阶段中将存储的热能传输给冷却回路和/或内燃机。该技术问题还可以通过一种具有该发动机装置的汽车和一种用于在内燃机启动之前和/或暖机阶段中加热该内燃机的方法解决。通过这样能够以有利的方式达成，发动机组件，尤其是发动机缸体或者发动机直接与燃烧室邻接的区域的温度，在发动机启动之前和/或紧接启动的热机阶段中就已经提高。因此，可以有效地防止燃料凝结在之前较冷的燃烧室内壁上，且减少在启动和/或暖机阶段有害物质的排放，特别是颗粒的形成。也可以通过发动机改善的，尤其是加速的升温减少暖机阶段中的燃料消耗，以及缩短暖机阶段的时间。由此在第一种有利的扩展设计中，存储装置具有用于储热介质的容器。此容器在此可选择地既能与发动机装置的冷却回路耦连，也能够与其去耦，以使热能在冷却回路与存储装置的容器中的储热介质之间交换，或能够使已加热的或相对较热的储热介质隔热。 存储装置的容器或者存储装置本身优选设计成高度隔热的，以便甚至在外部温度相对较低时并且在内燃机长时间静止后，也能在存储装置中提供仍然充足的热能，以加速或者缩短内燃机的加热过程。存储装置和其容器的尺寸按照内燃机及其组件的尺寸和热容以及按照冷却回路的可填充容积设计。为此存储装置用于，容纳并存储内燃机在内燃机工作中产生的多余的废热，尤其以便能够在需要的情况下，尤其在内燃机冷启动之前或期间再提供这种存储的热能。因此，还按照另一种优选的结构设计规定，存储装置仅通过冷却回路与内燃机热耦连。以此种方式和方法可以将用于实施一个被动的内燃机加热装置的设计耗费保持得相对较低。在最简单的结构设计中例如，仅仅使热能存储装置与本来就存在的冷却回路，特别是发动机装置的冷却剂回路连接。在此甚至可以考虑，给已经存在的内燃机设计方案和相应的发动机装置加装所述的存储装置。作为其备选还可以考虑，将存储装置直接与内燃机或内燃机部件热耦连，因此，尤其可以实现从存储装置至内燃机的热传递，必要时也可以独立于内燃机装置的冷却回路进行。此外，在另一种有利的结构设计中，发动机装置具有设计用于此的泵或者输送装置，即，与内燃机的工作状态无关地给内燃机输送存储装置中存储的热能。在此例如可以规定，将存储装置的容器中包含的储热介质导入仍处于静止状态或刚刚启动的内燃机的冷却回路中。为此可以与内燃机的工作状态无关地操作优选电动设计的泵或输送装置，以便将存储在存储装置中的、较热或温的储热介质输送给冷却回路和/或内燃机。由此在扩展设计中，特别是本来在冷却回路中循环的冷却剂，尤其是冷却水被设计为储热介质，冷却水中一般掺有防冻剂。该存储装置在此设计用于容纳内燃机工作中被加热的冷却剂并且用于向冷却回路时间延迟地输出所容纳的冷却剂。代替传统的冷却水作为载热介质，在原则上也能够使用其他的载热介质。向冷却回路时间延迟地输出容纳的或储存的冷却剂优先通过控制或调节装置实现，该控制或调节装置可以很大程度上自动识别或探测内燃机即将启动，且相应地例如激活用于加热内燃机的泵或输送装置。此外，按照本发明另一种结构方案，一种潜热存储材料被设计为储热介质，该潜热存储材料容纳在存储装置中或在其与外界高度隔热的容器中。潜热存储材料充分利用其聚集状态的相变或者变化来存储热能。尤其将盐或石蜡用作潜热存储材料。此外，在存储装置中使用潜热存储材料的优点是，在存储装置之中或之上设置附加的热交换器，以便根据需要和内燃机的工作状态要么将热能导入储热材料中，要么将自由的潜热例如传输给冷却回路，并因此直接传输给内燃机。在此潜热存储材料保留在存储装置中。按照本发明一种有利的扩展设计，尤其按照一种实施形式，其中，给存储装置直接输送在冷却回路中循环的冷却剂，为此设置至少一个调节装置，例如注入阀或溢流阀，借助该注入阀或溢流阀，存储装置和必要时其用于储热介质的容器在流体技术上集成到冷却回路中。借助该调节装置例如能够设置，当内燃机在工作温度中运行时，存储装置完全与冷却回路集为一体，因此存储装置可达到与冷却回路相似的温度水平。在此情况下设置其他的控制或调节器件，它们例如在内燃机关停时和/或在冷却剂温度降低到预先给定的阀值以下时，这样操作调节装置，使得存储装置在流体技术上与冷却回路断开，从而冷却回路和/或内燃机能够与存储装置在很大程度上热去耦。之后内燃机和冷却回路冷却到环境温度，而存储装置却将容纳在其中的储热介质经过一段尽可能长的时间，尤其经过几天后保持在相对环境温度明显更高的温度水平。在内燃机启动时或之前重新操作调节装置，以能够将存储装置中装有的并且仍然相对较温或热的热能存储介质输送给冷却回路并因此输送给待加热的内燃机。按照本发明一种优选的结构设计，发动机装置具有调节模块，该调节模块根据内燃机的温度和/或冷却回路中循环的冷却剂的温度与冷却回路耦连或去耦。一旦在冷却回路中循环的冷却剂的温度降低至内燃机正常工作温度以下，尤其就规定存储装置和冷却回路去耦。而且该调节模块能够在冷却剂温度降低之前就已经开始存储装置和内燃机或存储装置和冷却回路的热去耦。此调节模块也能够设计成独立的结构单元。调节模块优选被集成到内燃机的控制模块中。因为在这样的内燃机控制模块中，内燃机大量的状态参数和其他的汽车参数本来就存在，所以存储装置和内燃机耦连或去耦，或存储装置和冷却回路耦连和去耦可以用相对较少的设计耗费实施。从现有的内燃机设计方案出发，为测得内燃机或冷却剂的温度而设置可能的传感器已不必要。此外，在另一种有利的结构设计中设定，该调节模块至少与一个传感器单元耦连， 以便探测在内燃机启动之前发生的事件，例如，识别车门解锁，车门打开，车座占用和/或点火启动。根据一般在内燃机启动之前发生的事件的探测和识别，该调节模块设计用于，将存储在存储装置中的热能传递给内燃机以实现内燃机的预热。此动作在内燃机实际启动之前就发生有利于尽可能缩短内燃机的启动或暖机阶段。此外，本发明在另外一个独立的方面涉及一种带有之前描述的发动机装置的汽车，该汽车发动机能够借助一种可选择与内燃机冷却回路热耦连的用于存储热能的存储装置提前，亦即在实际的启动之前被预热或加热。此外，本发明在另外一个独立的方面涉及一种用于在内燃机启动之前和/或在随后的暖机阶段预热或加热汽车内燃机的方法，在此，在第一步中，将热能存储在与内燃机的冷却回路耦连的存储装置中。此处优选在内燃机工作中，当内燃机在预先给定的工作温度时存储热能。在此该热能例如通过充分的隔热和/或借助潜热存储器与内燃机各个工作状态无关地存储在存储装置中。在已冷却的内燃机再一次启动之前和/或在暖机阶段中，在另一个步骤中规定，将保存在存储装置中的热能传递给冷却回路和/或内燃机。为此例如能够运行一个用于冷却剂或冷却回路的、单独的循环泵，以便将存在于存储装置中的储热介质输送给冷却回路并因此输送给内燃机。由此按照一种扩展设计，此存储装置在此方面具有一个用于装有热能存储介质的容器，其中，存储装置在内燃机工作时与冷却回路耦连以便存储热能。此存储装置例如通过相应的阀的打开，可以说集成到冷却回路中。冷却回路和存储装置的去耦能够与温度有关地，尤其通过冷却剂或储热物质的温度与额定温度的比较实现。在此还可以考虑，使用内燃机的工作状态，尤其是内燃机的停机来触发存储装置与冷却回路的热去耦。优选通过探测到一般在内燃机启动之前发生的典型事件，在冷机或暖机阶段之前或之时就开始预热或加热内燃机。例如，识别出车门解锁，车门打开或者关闭，车座占用和/或点火启动，或将点火钥匙或类似的、携带的启动装置和身份确认装置插入汽车侧面为之设置的锁中均可以当作这种事件。
通过实施例的以下描述并且参照附图阐述本发明的其他目的，特征以及有利的应用可能性。在附图中图1是一个发动机装置的示意图，该发动机装置具有内燃机、冷却回路和与之耦连的存储装置；图2是带有发动机装置的汽车的简化的示意图。
具体实施例方式图2显示轿车1形式的汽车的简化示意图，该汽车具有一个在图1中更进一步描述的发动机装置10。图1中用框图示出的发动机装置10具有一个内燃机11，该内燃机与冷却回路传热接触。此内燃机11配备有燃料直接喷射器，且可以相应地设计成柴油或汽油机组。为了将内燃机11工作中产生的废热排放到环境中，内燃机11与冷却回路12传热连接。通常被称为冷却剂的冷却物质经由冷却剂泵22在冷却回路12中循环，且根据冷却剂温度及因此对于一个恒温器16的配置被输送给热交换器，例如水冷却器14，以便与环境交换热能。在图1的下方示意性地描述了存储装置20，该存储装置20能够按照虚线可选的， 如借助多路阀或恒温器18与冷却回路12耦连。在此特别规定，一旦冷却剂的温度到达预先给定的、一般基本上相当于内燃机11工作温度的最低温度，则给存储装置20，尤其是其包含的、与外界隔热的容器加入较温或热的储热介质26，尤其是冷却剂观或者使冷却剂观流过该存储装置20。在内燃机11停机后，可以调节或关闭多路阀18进而实现冷却回路12与存储装置 20热去耦。在冷却回路12和内燃机11随后的冷却阶段中，使存储装置20的容器中包含的、较温或热的冷却剂保持在一个升高了的温度水平上且很大程度上绝热。在启动之前，期间或不久之后，但至少在内燃机11于重新启动时达到其工作温度之前规定，通过打开阀18 将存储在存储装置中的热能再次传输给内燃机11或冷却回路12，尤其使得内燃机的被动的、环保的预先加温或加热能够实现。在此例如由于探测到一般在内燃机启动之前发生的事件可以调节或开启多路阀 18。因此，例如通过汽车门解锁36，车门打开38，车座占用40以及点火启动42或此类事件， 借助调节模块32既能打开阀18也能使另一个泵M工作，以使得在内燃机实际启动前就已经将容纳在存储装置20中的且相应隔热存储的、较温或热的储热介质沈，特别的是热的冷却剂观传输给冷却回路12并因此输送给向内燃机11。此调节模块32为此至少与阀18以及传感器单元34耦连，该传感器单元34能够识别汽车锁36的操作和/或汽车门38的操作以及座椅40的操作和点火启动42。此外调节模块34能够直接与内燃机11和/或与冷却回路耦连，特别是以便在内燃机11停机时控制阀18的关闭。优选要电动操控的且由汽车蓄电池供能的泵M视存储装置20和内燃机11的布置而定也并不是必不可少的，特别是当存储装置20沿汽车高度方向看布置在通向内燃机 11的冷却回路12的入口的上方，因此可以仅通过阀18的打开，如在重力条件下或也可以通过冷却剂泵22实现存储的储热介质沈流入内燃机11。在其变型的方式中，存储装置20也可以设计用于容纳潜热存储材料30。所示的实施形式只显示了本发明的一种可能的设计方案，在本发明的范围内还可以考虑与之不同的其他的大量变型方案。示例性示出的实施例就范围而言不应当解释为对本发明应用或配置可能性的限制。本说明书对专业人员来说只是按照本发明的实施例的一种可行实施方式。因此，可以对所述元件的功能和布置进行各式各样的变型，只要不背离权利要求书限定的保护范围或其等同技术方案。附图标记清单
1汽车
10发动机装置
11内燃机
12冷却回路
14水冷器
16恒温器
18阀
20存储装置
22水泵
24辅助泵
26储热介质
28冷却剂
30潜热存储材料
32调节模块
34传感器单元
36车门解锁
38车门打开
40车座占用
42点火启动
权利要求
1.一种用于汽车的发动机装置，该发动机装置具有-燃料直喷式内燃机(11)，该内燃机(11)与冷却回路(12)热耦以便排放在工作中产生的废热；-能与所述冷却回路(1 耦连的用于存储热能的存储装置(20)，该存储装置00)设计用于，在所述内燃机(11)的启动之前和/或暖机阶段中将存储的热能传输给所述冷却回路(12)和/或所述内燃机(11)。
2.按照权利要求1的发动机装置，其特征在于，所述存储装置00)具有用于储热介质 (26)的容器。
3.按照前述权利要求之一的发动机装置，其特征在于，所述存储装置OO)仅通过所述冷却回路(1 与所述内燃机(11)热耦。
4.按照前述权利要求之一的发动机装置，其特征在于，该发动机装置还具有泵装置或输送装置(M)，该泵装置或输送装置04)设计用于，与所述内燃机(11)的工作状态无关地输送存储在所述存储装置OO)中的热能。
5.按照前述权利要求之一的发动机装置，其特征在于，所述存储装置OO)设计用于容纳在所述内燃机(11)工作中被加热的冷却剂08)并且用于将所容纳的冷却剂08)时间延迟地传输给所述冷却回路(12)。
6.按照前述权利要求之一的发动机装置，其特征在于，所述存储装置OO)具有用于容纳并且输出热能的潜热存储材料(30)。
7.按照前述权利要求之一的发动机装置，其特征在于，所述存储装置OO)能够借助至少一个调节装置(18)在流体技术上集成到所述冷却回路(1 中。
8.按照前述权利要求之一的发动机装置，其特征在于，所述发动机装置还具有调节模块(32)，该调节模块(32)根据所述内燃机(11)的温度和/或所述冷却回路(12)中循环的冷却剂08)的温度使所述存储装置OO)与所述冷却回路(12)耦连和/或去耦。
9.按照权利要求8的发动机装置，其特征在于，所述调节模块(32)与至少一个用于识别车门解锁(36)、车门打开(40)、车座占用(40)和/或点火启动(42)的传感器单元(34) 耦连，以便进行由所述储热装置OO)提供的对于所述内燃机(11)的预热。
10.一种带有按照前述权利要求之一所述的发动机装置(10)的汽车。
11.一种用于在内燃机(11)启动之前和/或暖机阶段中加热该内燃机(11)的方法，具有以下步骤-在能与内燃机(11)的冷却回路(12)耦连的存储装置OO)中存储热能；-在所述内燃机(11)启动之前和/或暖机阶段中将存储在所述存储装置OO)中的热能传递给所述冷却回路(1 和/或所述内燃机(11)。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，所述存储装置OO)具有用于容纳储热介质的容器并且在所述内燃机(11)工作时与所述冷却回路(1 耦连以便存储热能。
13.根据前述权利要求11或12的方法，其特征在于，探测在所述内燃机(11)启动之前发生的事件，并且根据探测结果将热能从所述存储装置OO)传递到所述内燃机(11)上。
全文摘要
本发明涉及一种汽车的发动机装置，其具有-燃料直喷式内燃机(11)，该内燃机(11)与冷却回路(12)热耦以便排放工作中产生的废热；-能与所述冷却回路(12)耦连的用于存储热能的存储装置(20)，该存储装置(20)设计用于，在所述内燃机(11)的启动之前和/或在其暖机阶段中将存储的热能传输给所述冷却回路(12)和/或所述内燃机(11)。
文档编号F01P5/10GK102383999SQ20111026199
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月6日 优先权日2010年9月6日
发明者T.米勒 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司