Bei Verbrennungsmotoren haben die Abgase in der Warmlaufphase nach einem Kaltstart einen relativ hohen Schadstoffanteil. Eine Ursache hierfür ist die Tatsache, daß sich in der Warmlaufphase ein Teil des Kraftstoffs an den noch kalten Saugrohr-und Zy- linderwandungen niederschlägt und zunächst nicht vergast, so daß lediglich eine unvollständige Verbrennung stattfindet.

Gemäß dem Stand der Technik besteht eine Lösung für dieses Pro- blem darin, daß in der Warmlaufphase ein fettes Gemisch für die Verbrennung bereitgestellt wird. Dabei wird unter einem fetten <BR> <BR> <BR> <BR> Gemisch eine Gemischzusammensetzung mit k < 1 verstanden, wobei ein Luftverhältnis (zugeführte Luftmenge in kg/theoretischer <BR> <BR> <BR> <BR> Luftbedarf in kg) von X = 1 das stöchiometrische Gemisch (14,7 kg Luft zu 1 kg Kraftstoff) bezeichnet. Ein herkömmlicher Drei- wege-Katalysator für einen Otto-Viertakt-Motor kann jedoch nur <BR> <BR> <BR> <BR> eine Gemischzusammensetzung in einem engen Bereich um X = 1 op- timal aufbereiten, der als X-Fenster oder Katalysator-Fenster (R = 0,99... 1,00) bezeichnet wird. Daher nehmen bei einem fet- ten Gemisch insbesondere die Anteile von CO und CH-Verbindungen im Abgas stark zu, so daß mit dieser Lösung zukünftig strenge- ren Abgasgesetzgebungen nicht oder nur unter Schwierigkeiten Rechnung getragen werden kann.

Ferner ist es in Gegenden mit sehr tiefen winterlichen Außen- temperaturen bekannt, den Verbrennungsmotors mit einer Heizein- richtung vorzuheizen, um das Starten bei diesen tiefen Tempera- turen überhaupt zu ermöglichen. Hierbei handelt es sich z. B. um eine elektrische Widerstandsheizung, die Wärme ins Kühlwasser abgibt. Bekannt sind für diesen Zweck auch mit Kraftstoff be- triebene Heizbrenner.

Bei Dieselmotoren dient in der Regel eine Heizeinrichtung, wel- che die Luft im Zylinder oder vor den Eintritt in den Zylinder erwärmt, als Starthilfe. Bei der Heizeinrichtung handelt es sich um eine elektrische Widerstandsheizung (z. B. eine Glüh- stiftkerze) oder einen mit Kraftstoff betriebenen Heizbrenner (z. B. Brenner zur Vorwärmung des Luftansaugkanals). Bei kaltem Motor wird durch die Temperaturerhöhung der Luft die Selbstzün- dung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erleichtert. Die Beheizung wird häufig in der Warmlaufphase fortgesetzt.

Ein Viertaktmotor benötigt für einen optimalen Lauf drehzahl- und z. T. auch lastabhängige Ventilsteuerzeiten. Die heute übli- chen festen Ventilsteuerzeiten sind daher nicht optimal. Zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen ist es bekannt, die Ventilsteuerzeiten variabel zu gestalten.

Neben mechanischen Systemen, z. B. auf der Grundlage verstell- barer Nockenwellen, wurden elektromagnetisch arbeitende Ventil- steuerungen vorgeschlagen, z. B. in der DE 30 24 109 A1. Eine elektromagnetische Stelleinrichtung in Form eines aus einer Spule und einem Anker gebildeten Elektromagnets dient der Steuerung jeweils eines Gaswechselventils.

Aus der DE 196 16 354 A1 ist eine durch einen elektrischen Wi- derstandsdraht beheizbare Kraftstoffleitung bekannt.

Die EP 0 545 704 Al schlägt vorbei einem Kraftfahrzeug Kraft- stoff und Luft vor der Verbrennung einem starken Magnetfeld auszusetzen. Dies soll die Verbrennung verbessern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen weiteren Ver- brennungsmotor der eingangs genannten Art und ein entsprechen- des Verfahren bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 durch einen Verbrennungsmo- tor der eingangs genannten Art gelöst, welcher dadurch gekenn- zeichnet ist, daß das Beheizen durch magnetische Wechselfelder erfolgt. Die entsprechende verfahrensmäßige Lösung ist in An- spruch li angegeben.

Die Beheizung erfolgt dadurch, daß von einer Quelle (z. B. einer wechelsstromgespeisten Spule gemäß Anspruch 2) magnetische Wechselfelder erzeugt werden, diese Felder magnetische Felde- nergie an einen von der Quelle verschiedenen Ort transportie- ren, und die magnetische Feldenergie an das dort vorhandene Ma- terial ankoppelt und in Wärmeenergie umgesetzt wird. Mögliche Ankopplungsarten sind magnetische Ankopplung, d. h. Ummagneti- sierung von Elementarmagneten und magnetisierten Bezirken z. B. bei Ferromagneten, sowie die Induktion von Spannungen, die ei- nen Strom (z. B. Wirbelstrom) hervorzurufen trachten, welcher den vom magnetischen Wechselfeld bedingten Flußänderungen ent- gegenwirkt. Die thermische Energie wird im ersten Fall erzeugt durch Ummagnetisierungsverluste, im zweiten Fall durch ohmsche Verluste des induzierten Stroms. Je nach Ausführungsform kann nur eine der beiden Arten maßgeblich zur Beheizung beitragen ; möglich ist aber auch ein größenordnungsmäßig gleichberechtig- ter Beitrag. Die hier vorgeschlagene Beheizung ist von der be- kannten Widerstandsheizung zu unterscheiden : Zwar sind bei die- ser-theoretisch betrachtet-neben elektrischen Wechselfel- dern auch magnetische Wechselfelder im Spiel, die nach Poynting außerhalb des Stromleiters liegen und zusammen für den Energie- transport verantwortlich sind. Aufgeheizt wird hier aber der Stromleiter selbst, der auch die Felder erzeugt, während erfin- dungsgemäß das Beheizen-durch magnetische Felder-also an einem vom felderzeugenden Stromleiter verschiedenen Ort er- folgt.

Vorzugsweise umfassen die zu beheizenden Teile des Verbren- nungsmotors Gaswechselventile, Ansaugkanäle und/oder Brennraum- wände und/oder hiermit in thermischem Kontakt stehende Teile des Verbrennungsmotors (Anspruch 3). Die zur Vermeidung von Kraftstoffniederschlag gewünschte Beheizung der Gaswechselven- tile, Ansaugkanäle, Brennraumwände etc. kann also direkt oder indirekt durch die magnetischen Wechselfelder erfolgen. Im letzteren Fall erfolgt die Wärmeabgabe aus dem Feld zunächst in einem anderen Teil, z. B. einem Ventilschaft. Von dort wird die Wärme zu einem der o. g. Teile (z. B. dem Gaswechselventil) durch

Wärmeleitung, Wärmestrahlung und/oder Konvektion (z. B. bei Ver- wendung einer sog. heat-pipe) übertragen.

Aufgrund von Wärmeleitung werden sich im allgemeinen auch die Gaswechselventile, Gaskanäle und/oder den Brennräumen angren- zenden Teile des Verbrennungsmotors erwärmen, so der Zylinder- kopf, der Zylinderblock und/oder die Kolben. Dies trägt dazu bei, dem Kraftstoffniederschlag entgegenzuwirken.

Während Ausgestaltungen der Erfindung möglich sind, bei denen zum Beheizen eigens hierfür vorgesehene Spulen dienen, wird bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 bei Verbrennungsmotoren mit elektromagnetischer Ventilbetäti- gung vorgeschlagen, daß die Ventilbetätigungsspule neben der Ventilbetätigung auch die Funktion der Heizspule hat.

Bei einer ersten Variante sind keine besondere Heizspeiseströme für die Spulen vorgesehen ; ein Heizeffekt trifft also nur im Rahmen der Ventilbetätigung auf, hervorgerufen durch die magne- tischen Streufelder die aus den Spulen bei deren Speisung mit Ventilbetätigungspulsen austreten. Diese Variante erlaubt also i. a. kein Heizen vor dem Start des Verbrennungsmotors, be- schleunigt aber die Aufheizung in der Warmlaufphase. Vorteil- haft ist eine Ausgestaltung, bei der durch Wahl geeigneter Ma- terialien eine effektive magnetische Ankopplung der Streufelder und damit die effektive Umsetzung der Streufeldenergie in Wärme gewährleistet ist.

Bei einer zweiten Variante werden die Spulen für die Heizfunk- tion mit einem eigenen hierfür bestimmten Heizspeisestrom ver- sorgt (Anspruch 5). Dieser Strom ist so geartet, daß er keine Ventilbetätigung hervorruft, etwa indem seine Amplitude unter- halb der für die Ventilbetätigung erforderliche Mindestamplitu- de bleibt, oder indem seine Frequenz oberhalb der Resonanzfre- quenz des jeweiligen Feder-Ventil-Systems liegt (bei mehreren Resonanzfrequenzen : oberhalb der höchsten Resonanzfrequenz).

Bei einem nicht-sinusförmigen Strom liegt die Frequenz der niedrigsten Fourier-Komponente oberhalb der Resonanzfrequenz ;

alternativ können auch Fourier-Komponenten unterhalb der Reso- nanzfrequenz liegen, wenn ihre Amplitude gemäß der obigen Be- dingung unterhalb der Mindestamplitude für Ventilbetätigung bleibt. Die zweite Variante erlaubt die Beheizung vor dem Start. Im Fall einer Speisung mit höherfrequentem Strom erlaubt sie eine von der Ventilbetätigung oder Ventil-Nichtbetätigung unabhängige Beheizung vor und nach dem Start. Diese letztge- nannte Ausgestaltung ist besonders bevorzugt, da sie eine unab- hängige und simultane Doppelfunktion der Spule-einerseits zur Ventilbetätigung und andererseits zur Beheizung-ermöglicht.

Um ein optimales Ankoppeln der magnetischen Wechselfelder an die zu erwärmenden Teile des Verbrennungsmotors zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn diese ganz oder teilweis aus einem magnetisch harten ferromagnetischen Material gefertigt sind oder ein solches Material enthalten (Anspruch 6). Magnetisch harte Materialien zeichnen sich durch eine große Koerzitivkraft aus, d. h. dadurch, daß ein großes äußeres Magnetfeld erforder- lich ist, um eine einmal erfolgte Magnetisierung des Materials zum Verschwinden zu bringen. Eine große Koerzitivkraft bedingt eine stark ausgeprägte Hysterese der Magnetisierung als Funkti- on des magnetisierenden Felds und damit eine große thermische Verlustleistung beim Anlegen eines magnetischen Wechselfeldes.

Die Verwendung eines magnetisch harten Materials bringt als ei- ne thermisch effektive magnetische Kopplung des Materials an das magnetische Wechselfeld. Unter"harten magnetischen Mate- rialien"werden vorteilhaft solche mit einer Koerzitivkraft größer 10 Gauß, vorzugsweise größer 100 Gauß und besonders vor- zugsweise größer 250 Gauß verstanden.

Vorzugsweise wird die magnetische Härte durch Verwendung magne- tischer Partikel erzielt (Anspruch 7). Der mittlere Durchmesser dieser Partikel ist vorteilhaft kleiner als 10-3 cm, vorzugs- weise kleiner als 10-4 cm und besonders vorzugsweise kleiner als 10-5 cm. Bei Partikeln ist die Koerzitivkraft relativ groß, selbst wenn sie selbst nicht aus einem magnetisch harten Material bestehen, da aufgrund ihrer Kleinheit eine Ummagneti- sierung im wesentlichen nicht durch Wandverschiebung zwischen magnetischen Domänen, sondern durch echte Ummagnetisierung je-

weils des ganzen Partikels, was ein größeres Magnetfeld erfor- dert. Für feine Eisenpartikel erwartet man beispielsweise eine Koerzitivkraft von rund 500 Gauß.

Vorteilhaft bilden die magnetischen Partikel-alleine oder in Mischung mit Pulverteilchen anderer Materialien-die Grundlage eines pulvermetallurgischen Sinterwerkstoffs (Anspruch 8). Die mechanischen, thermischen und magnetischen Eigenschaften des fertigen Sinterprodukts lassen sich in weiten Grenzen einstel- len. Durch Sintern bei angelegtem Magnetfeld lassen sich anisotrope Partikel zudem ausrichten, woraus eine weitere Erhö- hung der Koerzitivkraft aufgrund von Anisotropieeffekten er- zielt werden kann.

Um bei einer elektromagnetischen Vetilbetätigungseinrichtung eine effektive Beheizung durch von den Ventilbetätigungsspulen erzeugte Magnetfelder zu erzielen, sind vorteilhaft Bauelemente der Vetilbetätigungseinrichtung oder Teile hiervon aus dem ma- gnetisch harten Material gefertigt (Anspruch 9). Diese befinden sich nämlich i. a. in einem relativ geringen Abstand von den felderzeugenden Spulen. Der weitere Wärmetransport zu den zu erwärmenden Flächen erfolgt z. B. per Wärmeleitung.

Die genannten Bauelemente sind vorzugsweise eines oder mehrere aus der folgenden Gruppe von Bauelementen : Ventilführung, Ven- til, Ventilschaft, Anker, Haltevorrichtung und Zylinderkopf (Anspruch 10). Einzelne oder mehrere dieser Bauelemente bzw.

Teile davon können direkt durch die magnetischen"Wechselfelder erwärmt werden. Die Elemente bzw. Teile sind einerseits ausrei- chend nahe an der Ventilsteuerspule und andererseits um bzw. nahe dem Saugrohr und dem Brennraum angeordnet. Diese Bauele- mente bzw. Teile können vorteilhaft aus den oben beschriebenen Sinterwerkstoffen hergestellt werden.

Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Verbrennungsmotor mit elektromagnetisch betätigten Venti- len erfolgt die magnetische Beheizung durch die zur Ventilbetä- tigung erzeugten magnetischen Felder (Anspruch 12). Das Heizen erfolgt also nur während des Betriebs des Verbrennungsmotors ;

ein Heizen vor dem Start ist also hiermit nicht möglich, wohl aber eine Verkürzung der Warmlaufphase. Bei dieser Ausgestal- tung besteht nach besteht das Beheizen nach Abschluß der Warm- laufphase fort.

Bei einer anderen-bevorzugten-Ausgestaltung erfolgt das Be- heizen durch solche magnetischen Wechselfelder, die keine Ven- tilbetätigung hervorrufen oder-falls andere Felder die Venti- le betätigen-sie diese nicht stören (Anspruch 13). Für eine Beheizung bei laufendem Verbrennungsmotor werden diese zum Hei- zen dienenden Felder denjenigen für die Ventilbetätigung über- lagert (Anspruch 14). Diese vom Verbrennungsmotorbetrieb unab- hängige Ausgestaltung erlaubt ein Vorheizen vor dem Start, ein beliebiges Nachheizen z. B. in der Warmlaufphase und ein Ab- schalten der Beheizung z. B. bei warmem Motor.

Hinsichtlich weiterer Merkmale des Verfahrens und dessen Ausge- staltung wird auf die obigen Ausführungen zum Verbrennungsmotor verwiesen.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und der an- gefügten Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ei- ne schematische Querschnittsansicht eines Ventilbereichs eines Verbrennungsmotors.

Der dargestellte Verbrennungsmotor umfaßt einen Zylinderblock 1, einen Kolben 2, eine Zylinderkopfdichtung 3, einen Zylinder- kopf 4 sowie ein Gaswechselventil, hier in Form eines Teller- ventils 5, welches als Steuerelement für den Gaseinlaß oder- auslaß mit einem Ventilschaft 13 in einer Ventilführung 6 ge- führt ist und den Brennraum 7 gemeinsam mit seinem Ventilsitz- ring 8 gegen einen Einlaß-bzw. Auslaßkanal 9 abdichtet.

Der Verbrennungsmotor weist eine schematisch dargestellte Ven- tilbetätigungseinrichtung in Form einer elektromagnetischen Stelleinrichtung 10 zur Ansteuerung von zwei diskreten Schalt- positionen des Tellerventils 5 (offen und geschlossen) auf. In der Figur ist die geschlossene Position gezeigt. Die Stellein- richtung 10 weist eine Ventilbetätigungsspule 11 auf, die in

einer Haltebuchse 12 gelagert ist. Diese dient auch als Magnet- joch für die Leitung des magnetischen Flusses der Spule 11. Der Ventilschaft 13 weist einen flanschartig auskragenden Anker 14 auf, der bei Erregung der Spule 11 von ihr angezogen wird, so daß das Ventil 5 öffnet. Eine (nicht gezeigte) Rückstellfeder stellt das Ventil 5 bei Beendigung der Erregung in die ge- schlossene Position zurück. Bei weiteren, nicht gezeigten Aus- führungsformen sind eine oder mehrere weitere Spulen vorgese- hen, z. B. um das Ventil aktiv in die Schließposition zu stellen und/oder die Vorspannung der Rückstellfeder zu variieren. Ein oder mehrere Teile des Verbrennungsmotors sind ganz oder teil- weise aus Sinterwerkstoff aufgebaut, der magnetische Partikel, z. B. aus Eisenoxid enthält. Es handelt sich beispielsweise um die Haltebuchse 12, die Ventilführung 6, den Ventilschaft 13, den Ventilkörper des Tellerventils 5 und/oder Teile des Zylin- derkopfs 4. Die gezeigte Ausführungsform ist ferner noch mit einer zusätzlichen Heizspule 15 ausgerüstet, die magnetische Felder nur zum Beheizen erzeugt (neben der Ventilbetäti- gungsspule 11), nicht aber zur Ventilbetätigung. Bei anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen ist keine derartige Heiz- spule vorgesehen, die magnetische Beheizung erfolgt dort au- schließlich durch die Ventilbetätigungsspule 11. Bei weiteren (nicht gezeigten) Ausführungsformen erfolgt das magnetische Be- heizen ausschließlich durch eine Spule nach Art der Heizspule 15 ; eine Ventilbetätigungsspule ist dort entweder nicht vorhan- den (etwa bei einem herkömmlichen, rein mechanischen Ventil- trieb), oder sie dient ausschließlich der Ventilbetätigung.

Ohne Beheizung würde sich bei einem Kaltstart Kraftstoff an den kalten Teilen und Wandungen des Gaskanals 9 und des Brennraums 7 niederschlagen. Fließt ein von einer (nicht dargestellten) Wechselstromquelle erzeugter Wechselstrom durch die Ventilbetä- tigungsspule 11 und/oder die Heizspule 15, so werden die Hal- tebuchse 12, die Ventilzuführung 6, der Ventilschaft 13, der Ventilkörper des Ventils 5 und/oder die betreffenden Teile des Zylinderkopfs 4 erwärmt, und zwar auf Grund des oben erläuter- ten Effekts der Ummagnetisierungsverluste der magnetischen Par- tikel im magnetischen Wechselfeld. Die Erwärmung dieser Teile sorgt direkt und/oder durch Wärmeleitung für eine Erwärmung der

Teile des Verbrennungsmotors, an denen sich der Kraftstoff nie- derschlagen würde.

Sofern die Beheizung nur durch die zum Ventilbetätigen aufge- brachten Wechselfelder erfolgt, kann das Heizen erst mit dem Starten beginnen ; es ist dann auch nicht abschaltbar. Falls die Spulenerregung hingegen durch nicht zur Ventilbetätigung füh- rende Wechselströme erfolgt, kann die Beheizung bereits vor dem Start beginnen und bei Erreichen eines bestimmten Betriebszu- stands, z. B. der Betriebstemperatur beendet werden. Hierzu kann z. B. ein frequenzmäßig über der mechanischen Resonanzfrequenz des Ventiltriebs liegendes Wechselfeld der Ventilbetäti- gungsspule 11 und/oder ein (beliebiges) Wechselfeld der Heiz- spule 15 dienen.