CS275712B6

CS275712B6 - Heating circuit for motor vehicles heating

Info

Publication number: CS275712B6
Application number: CS886091A
Authority: CS
Inventors: Hans Hintennach; Dietrich Schmalenbach
Original assignee: Eberspaecher J
Priority date: 1987-09-11
Filing date: 1988-09-12
Publication date: 1992-03-18
Also published as: DE3730598C2; UA12338A; ES2029703T3; EP0306911A2; RU1830009C; CA1325936C; DE3730598A1; EP0306911A3; EP0306911B1; DE3867772D1; US5048752A

Description

Vynález se týká topného okruhu pro vytápění motorových vozidel, obsahujícího topné těleso, nezávisle na hnacím spalovacím motoru, rozvodnou větev topného okruhu, vedoucí od hnacího spalovacího motoru k topnému tělesu a od topného tělesa k topnému výměníku tepla ve vnitřním prostoru vozidla, a vratnou větev topného okruhu, vedenou od topného výměníku tepla ke spalovacímu motoru.

U dosud známých topných okruhů motorových vozidel, majících teto základní zapojeni a obsahujících cirkulující teplonosnou látku, protéká teplonosná látka z topného tělesa topným výměníkem tepla a zpět chladicími kanály hnacího spalovacího motoru motorového vozidla, takže topný výměník tepla a spalovací motor jsou udržovány v podstatě na stejné teplotě, což je nedostatečné pro regulaci výkonu topného tělesa a topného výměníku tepla.

Úkolem vynálezu je vyřeěit zapojení topného okruhu pro vytápění motorových vozidel, obsahujícího cirkulující teplonosnou látku, u kterého by bylo možno příznivěji využít tepla z nosiče tepla v místech, kde je to třeba.

Tento úkol je vyřešen topným okruhem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje spojovací potrubí, kterým je propojeno druhé rozvětvovací misto ve vratné větvi topného okruhu s třetím rozvětvovacím místem v úseku rozvodné větve topného okruhu, nacházejícím se před topným tělesem, a přestavitelný ventil, umístěný v místě topného okruhu, vybraném ze skupiny míst zahrnující rozvodnou větev okruhu od spalovacího motoru k třetímu rozvětvovacímu místu, vratnou větev okruhu od druhého rozvětvovacího místa ke spalovacímu motoru, druhé rozvětvovací místo, spojovací potrubí a třetí rozvětvovací místo, přičemž přestavitelný ventil je spojen s vnějším povelovým členem.

Podle výhodného konkrétního provedení vynálezu je povelovým členem teplotní čidlo, umístěné v rozvodné větvi okruhu mezi spalovacím motorem a třetím rozvětvovacím místem.

V alternativním provedení vynálezu je povelovým členem teplotní čidlo, umístěné ve vratné větvi mezi druhým rozvětvovacím místem a spalovacím motorem. Povelovým členem je s výhodou také spínací časový člen ve formě spínacích hodin.

Topný okruh s cirkulujícím nosičem tepla podle vynálezu tedy obsahuje dílčí obvod, obsahující paralelní větev s topným tělesem, navazující na rozvodný okruh. Přestavitelný ventil je s výhodou trojcestným ventilem, který může být přestaven do své první polohy, při které cirkuluje teplonosná látka výhradně v tomto dílčím obvodu, takže dodávka tepla zahřátou kapalinou je v plném rozsahu koncentrována na topný výměník tepla. Přestavitelný ventil může být přestaven také do své druhé polohy, ve které je zamezeno prouděni kapaliny spojovacím potrubím, takže teplonosná látka, přicházející z topného výměníku tepla, protéká spalovacím motorem před svým přivedením do topného tělesa. Při přestavení přestavítelného ventilu do třetí polohy se proud teplonosná látky rozděluje na své dráze od topného výměníku tepla na dva dílčí proudy, z nichž jeden protéká spalovacím motorem a druhý je přiváděn přímo k topnému tělesu, přičemž přestavitelným ventilem je možno libovolně nastavovat podél teplonosná látky v obou těchto dílčích proudech. U této třetí možnosti je zvláště výhodná taková poloha přestavitelného ventilu, při které se do spalovacího motoru přivádí pouze taková část celkového proudu teplonosné kapaliny, aby jeho teplota byla udržována v rozmezí 10 °C až 30 °C, zejména 15 °C až 25 °C. V tomto případě se do spalovacího motoru přivádí jen takové množství teplonosné látky, která stačí zahřát spalovací motor na teplotu nutnou pro snadné spouštěni motoru.

CS 275712 BÓ

V ostatních případech se dodávka tepla soustřeňuje na topný výměník tepla, a tíin taká na vnitřní prostor vozidla.

Teplonosnou látkou je kapalina, zejména voda nebo směs vody a nemrznoucí přísady. Motorovým vozidlem se rozumějí nejen pozemní vozidla, poháněná spalovacím motorem, napři klad osobní a nákladní automobily, autobusy, karavany a podobná vozidla, ale také různá plavidla, například motorové čluny a jachty. Pojem paralelní větev okruhu je volen především s ohledem na funkční charakter této větve a na zapojení okruhu, nikoliv podle geometrických vztahů; v rozvodné větvi topného okruhu je vytvořeno rozvětveni na dvě větve, které se potom opět spojují, přičemž v jedné z těchto větví je zařazeno topné těleso.

Příklad provedení topného okruhu pro vytápění motorových vozidel je Zobrazen na připojeném výkresu, znázorňujícím schematicky zapojení jednotlivých prvků okruhů.

Topný okruh 12 motorového vozidla obsahuje hnací spalovací motor £ pro pohon vozidla, k němž je připojen jednak chladič 4 teplonosné a chladicí kapaliny a topný výměník 6 tepla, umístěný zpravidla pod čelním sklem vozidla ,t ohřívající vzduch přiváděný z okolního prostoru do vnitřního prostoru vozidla nebo cirkulující ve vnitřním prostoru vozidla, přičemž k topnému výměníku 6_ tepla je přiřazen ventilátor 8 pro udržování nuceného prouděni vzduchu. Součástí topného okruhu 12 je také samostatné topné těleso 10, které je nezávislé na hnacím spalovacím motoru 2 a které produkuje teplo spalováním paliva, zejména benzinu nebo nafty, přičemž teplo ze spalovacího paliva se ve vestavěném výměníku tepla převádí do nositele tepla, cirkulujícího v topném okruhu 12 vozidla.

Topný okruh 12 obsahuje kromě potrubí, vedoucích k chladiči 4 a k expanzní nádobce 14, rozvodnou větev 16, kterou je propojen hnací spalovací motor 2 s topným výměníkem 6 tepla, vratnou větev 18, vedoucí od topného výměníku 6 tepla zpět k hnacímu spalovacímu motoru 2 a paralelní větev 20, odbočující z rozvodné větve 16 a obsahující topné těleso 10, a spojovací potrubí 22.

Rozvodná větev 16 topného okruhu 12 sestává z prvního úseku, 24, vedoucího od hnacího spalovacího motoru 2 k prvnímu rozvětvovacímu místu 26, kde z rozvodné větve 16 odbočuje paralelní větev 20, a z druhého úseku 28, sahajícího až k místu opětného zaústění paralelní větve 20 do rozvodné větve 16, přičemž na druhý úsek 28 navazuje ještě třetí úsek 30, probíhající k topnému výměníku 6 tepla. Vrátná větev 18 sestává z prvního úseku 32, propojujícího topný výměník 6 tepla s druhým rozvětvovacím místem 34., ve kterém je na vratnou větev 18 napojeno spojovací potrubí 22, a z navazujícího druhého úseku 36, vedeného až ke spalovacímu motoru 2. Spojovací potrubí 22 je vedeno od druhého rozvětvovaciho místa 34 vratné větve 18 k třetímu rozvětvovacímu místu 35 v paralelní větvi 20, které se nachází ve směru proudění teplonosné kapaliny před topným tělesem,

10. Spojovací potrubí 22 je v jiném příkladném provedení zaústěno do prvního úseku rozvodné větve 16 topného okruhu, který je obdobný prvnímu úseku 24 ze zobrazeného příkladného provedení.

Do druhého úseku 28 rozvodné větve 16 je vřazen zpětný ventil 38, kterým může kapalina protékat jen v rozvodném směru. Ve spojovacím potrubí 22 je umístěn druhý zpětný ventil 40, kterým může kapalina protékat ve směru od vrátné větve 18 k topnému tělesu 10. Ve třetím úseku 30 rozvodné větve 16 je umístěn uzavírací ventil 43, který má tři

CS 275712 BÓ základní polohy, otevřenou pro plné propouštění kapaliny, částečně otevřenou pro seškrcení propouštění topné kapaliny a uzavřenou polohu, ve které jím nemůže protékat žádná kapalina. Šipky, na výkresu vyznačující směr proudění teplonosné látky v jednotlivých částech topného okruhu 12.

V druhém rozvětvovacím místě 34, kde z vratné větve 18 odbočuje spojovací potrubí 22, je vestavěn přestavitelný ventil 42, který je termostatickým trojcestným ventilem. Tento přestavitelný ventil 43 je možno přestavit do první polohy, ve které je otevřen průtok teplonosné látky v plném rozsahu z vratné větve 18 do spojovacího potrubí 22, nebo do druhé polohy, ve kterém protéká teplonosné kapalina pouze z prvního úseku 32 vratné větve 18 do druhého úseku 36 vratné větve 18, popřípadě do mezilehlé polohy, ve které může teplonosné látka proudit zčásti do spojovacího potrubí 22 z první větve prvního úseku 32 vratné větve 18 a z části do druhého úseku 36 vratné větve £8, přičemž podíl obou těchto dílčích proudů je možno podle potřeby měnit.

Přestavitelný ventil 42 může být přestavován do jedné ze svých poloh elektrotepelným nebo elektromotorickým pohonem, magnetem nebo ovládacím prvkem 44, založeným na tepelné roztažnosti materiálu. Řídicí signály jsou k ovládání trojcestného přestavitelného ventilu 42 přiváděny od teplotního čidla 46, které je zařazeno do prvního úseku 24 rozvodné větve 16 v blízkosti spalovacího motoru 2, přičemž tyto signály jsou zpracovávány řídicí a regulační logickou jednotkou 48 a porovnávány s nastavenými požadovanými hodnotami teplot.

Topné těleso 10 je vybaveno neznázorněným ovládacím ústrojím, které je v podstatě známého provedení a které proto není třeba podrobněji objasňovat.

Topný okruh 12 podle vynálezu, obsahující cirkulující teplonosncu látku, pracuje následovně:

Zastaví-li se po ukončení jízdy motorového vozidla hnací spalovací motor 2, má chladicí a topná kapalina teplotu v rozsahu od 80 °C do 100 °C, přičemž rozvodná větev £6 je o něco teplejší než vratná větev 18 topného okruhu 12. Tato teplota je nezávislá na tom, zda bylo topné těleso 10 vyřazeno po dobu jízdy z činnosti nebo zda bylo při nižších vnějších teplotách zapnuto. Bylo-li topné těleso 10 vyřazeno z činnosti, je zpravidla paralelní větev 20 o něco chladnější, protože jí protéká menši množství teplonosné kapaliny, popřípadě vůbec žádná kapalina, protože veškeré množství kapaliny protéká do druhého úseku 28 rozvodné větve 16 topného okruhu £2. Po zastavení hnacího spalovacího motoru 2 se automaticky uvádí v činnost topné těleso £0, pokud jeho hlavní spínač není vypnut. Pokud zůstává teplota teplonosné kapaliny, snímaná teplotním čidlem 46, nad druhou prahovou hodnotou, která leží mezi 60 °C a 80 °C, zejména mezi 65 °C a 75 °C, zůstává u topného tělesa 10 zapnuto pouze oběhové čerpadlo, které je součásti topného tělesa £0, pro udržování cirkulace topné kapaliny, zatímco hořák pro zahřívání kapaliny zůstává mimo provoz; kromě toho se trojcestný přestavovací ventil 42 nachází ve své první poloze, ve které proudí teplonosné kapalina pouze z prvního úseku 32 vratné větve 18 do spojovacího potrubí 22. Tím se vytvoří dílčí topný okruh, ve kterém cirkuluje teplonosná kapalina a který v podstatě sestává ze zadní části paralelní větve 20 s topným tělesem £0, třetího úseku 30 rozvodné větve £6, topným výměníkem 6 tepla, prvního úseku 32 vratné větve 18 a ze spojovacího potrubí 22. Teplo obsažené v cirkulující topné kapalině je využito pro vyhřívání vnitřního prostoru motorového vozidla.

CS 275712 Bí>

Klesne li teplota topné kapaliny pod druhou prahovou hodnotu, přičemž tato teplota se také měří teplotním čidlem 46 v prvním úseku 24 rozvodné větve 16, zapne se opět topné těleso 10, které produkuje další teplo, dodávané do tohoto dílčího topného okruhu..

K tomuto pracovnímu režimu se přechází zpravidla při poklesu teploty na 70 °C až 85 °C v třetím úseku 30 rozvodné větve 16. V průběhu těchto popisovaných provozních fází se v dalších částech topného okruhu 12, obsahujících druhý úsek 36 vratné větve 18, vnitřní prostor kanálků hnacího spalovacího motoru 2j první úsek 24 rozvodné větve 16, druhý úsek 28 rozvodné větve 16 a další úsek paralelní větve 20, topná kapalina ochlazuje.

Při dalším poklesu teploty topné kapaliny, snímané teplotním čidlem 46 v prvním úseku 24 rozvodné větve 16, pod první prahovou hodnotu, nastavenou například na 20 °C, se přestaví trojcestný přestavítelný ventil 42 směrem do druhé polohy, takže část topné kapaliny, která má ještě po opuštění topného výměníku 6 tepla určitou teplotu, proudí z prvního úseku 32 vrátné větve 18 do druhého úseku 36 a do spalovacího motoru 2 a odtud dále do základní části okruhu. Při tomto proudění kapaliny se do hnacího spalovacího motoru 2 přivádí zbytkové teplo z topné kapaliny. Trojcestný přestavítelný ventil 42 může být přestavován plynule v obou směrech, takže vhodným nastavením otevírací polohy jeho regulačního členu je možno udržovat teplotu kapaliny na výstupu z hnacího spalovacího motoru 2 na hodnotách kolem 20 °C. Z vratné větve 18 se tedy odvádí do hnacího spalovacího motoru 2 jen takové množství topné kapaliny, které je nutné pro udržováni této hodnoty teploty, zatímco větší část tepla, obsaženého v teplonosné kapalině, zůstává obsaženo v dílčím topném okruhu.

Ventilátor <8 u topného výměníku 6 tepla je spojen s neznázorněným ovládacím ústrojím, které zajištuje zapínání a vypínání ventilátoru 0. podle požadavků na přívod tepla do vnitřního prostoru motorového vozidla. Teplotu vnitřního prostoru vozidla je možno také nastavit a potom udržovat automaticky.

Provozní režim, při kterém je teplota kapaliny na výstupu z hnacího spalovacího motoru 2 udržována na přibližně 20 °C, je velmi důležitý a je možno je zvolit zejména tehdy, když je hnací spalovací motor 2 v klidu a předtím nebyl v provozu, to znamená když je požadováno předehřívání vnitřního prostoru motorového vozidla. Typickým příkladem potřeby takového provozního režimu je příprava vozidla k jízdě například po studené noci, pobyt osob po delší dobu ve vozidle se zastaveným hnacím spalovacím motorem 2^ nebo při podpoře topného výkonu ještě chladného hnacího spalovacího motoru 2 po rozjetí vozidla.

Topné těleso 10 může být vybaveno časovým spínačem 52, například spínacími hodinami, na který je připojen také trojcestný přestavítelný ventil 42. Časový spínač 52 je upraven tak, že ovládá nejen přívod kapaliny do topného tělesa l_0, ale přestavuje také trojcestný přepínací přestavítelný ventil 42, přičemž přepínáni přestavitelného ventilu 42 se s výhodou uskutečňuje v časovém odstupu po zapnutí topného tělesa 10. Typickým příkladem takového provozního režimu je vyhřívání kabiny řidiče u nákladních vozů v noci, kdy má posádka vozu přestávku na spánek, a zapínání topení v určité době pro zahřátí hnacího spalovacího motoru 2, například hodinu před předpokládaným výjezdem nákladního vozu. Podobným příkladem potřeby takového provozního režimu je předehřívání osobního automobilu po chladné noci. V první fázi tohoto režimu je všechen>objem teplonosné látky veden od topného výměníku 6 tepla do hnacího spalovacího motoru 2, aby se hnací spalovací motor 2 rychle zahřál. V druhé fázi tohoto režimu se dodávka tepla, uskutečňována pomocí teplonosné látky, koncentruje více na topný výměník 6^ tepla, jak již ‘j

CS 275712 Qó bylo objasněno v předchozí části, a spalovací motor 2 oo udržuje na teplota přibližně 20 °C, což je pro nastartování hnacího spalovacího motoru 2 postačující; větSina tepla se v této fázi využívá pro odstraňování námrazy z okenních skel uvnitř vnitřního prostoru vozidla.

Trojcestný přestavovací ventil 42 je v alternativním příkladném provedení, které není na výkresu zobrazeno, umístěn do třetího rozvětvovacího místa 35., kde ze spojovacího potrubí 22 odbočuje paralelní větev 20 topného okruhu 12, popřípadě v prvním rozvětvovacím místě 26, ve kterém odbočuje z rozvodné větve 16 paralelní větev 20. Funkce topného okruhu 12 je i v těchto příkladech zapojení v podstatě stejná, protože také v těchto příkladech ovládá trojcestný přestavovací ventil 42 poměr množství topné kapaliny, přicházejícího buď ze spojovacího potrubí 22 a z vratné větve 18, a/nebo ze spalovacího motoru 2_, přičemž teplonosná kapalina opět přitéká do topného tělesa 10. V obou těchto příkladech je druhý zpětný ventil 40 zbytečný.

Přestavítelný ventil 42 je termostatickým trojcestným ventilem se třemi připojovacími vstupy a dvěma mezními polohami, přičemž regulační charakteristika přestavitelného ventilu 42 je především proporcionální. Místo popsaného trojcestného přestavovacího ventilu 42 je však možno také použít jednoduššího jednocestného vtokového a výtokového ventilu s mezipolohami, umístěného například ve druhém úseku 36 vratné větve 18 topného okruhu 12, ve spojovacím potrubí 22 nebo v přední části paralelní větve 20 topného okruhu 12. Pomocí tohoto jednocestného ventilu je také možno ovládat množství topné kapaliny, přitékající do topného tělesa 10 ve větším nebo menším množství spojovacím potrubím 22 přímo z vratné větve 18, a odpovídající další množství topné kapaliny z prvního úseku 24 rozvodné větve 16 topného okruhu 12

Hnací spalovací motor 2 je jako obvykle vybaven vodním čerpadlem 50 a také spojovacími potrubími nebo hadicemi, spojujícími hnací spalovací motor 2_ s chladičem 4 chladicí kapaliny.

Přestavitelným ventilem 42 je tedy především trojcestný ventil, ovládaný teplotními hodnotami nebo časovými hodnotami.

Claims

PATENTOVĚ NÁROKY

1. Topný okruh pro vytápění motorových vozidel, obsahující topné těleso, nezávisle na spalovacím motoru, rozvodnou větev, vedenou od hnacího spalovacího motoru k topnému tělesu a od topného tělesa k topnému výměníku tepla, a vratnou větev, vedenou od topného výměníku tepla k hnacímu spalovacímu motoru, vyznačující se tím, že obsahuje spojovací potrubí (22), kterým je propojeno druhé rozvětvovací místo (34) ve vratné větvi (18) s třetím rozvětvovacím místem (35) v úseku rozvodné větve (16), nacházejícím se před topným tělesem (10) a přestavitelný ventil (42), umístěný v místě topného okruhu (12), vybraném ze skupiny míst zahrnující úsek rozvodné větve (16) mezi hnacím spalovacím motorem (2) a třetím rozvětvovacím místem (35), úsek vratné větve (18) mezi druhým rozvětvovacím místem (34) a hnacím spalovacím motorem (2)., druhé rozvětvovací misto (34), spojovací potrubí (22) a třetí rozvětvovací místo (35), přičemž přestavitelný ventil (42) je spojen s vnějším povelovým členem.

CS 275712 Bó
2. Topný okruh podle bodu 1, vyznačující se tím, že vnějším povelovým členem pro přesta vitelný ventil (42) je teplotní čidlo (46), zařazené do rozvodné větve (16) mezi hna ci spalovací motor (2) a třetí rozvětvovací místo (35).
3. Topný okruh podle bodu 1, vyznačující se tím, že vnějším povelovým členem pro přesta vitelný ventil (42) je teplotní čidlo (46),zařazené do vratné větve (18) mezi druhé rozvětvovací místo (34) a hnací spalovací motor (2).
4. Topný okruh podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že povelovým členem pro přestavitelný ventil (42) je časový spínač (52).
5. Topný okruh podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že přestavitelným ventilem (42) je trojcestný ventil ve druhém rozvětvovacím místě (34).
6. Topný okruh podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že přestavitelným ventilem (42) je trojcestný ventil ve třetím rozvětvovacím místě (35).
7. Topný okruh podle bodů 1 až 4, vyznačující se tim, že přestavitelný ventil (42) je zapojen do rozvodné větve (16) mezi hnací spalovací motor (2) a třetí rozvětvovací místo (35).
8. Topný okruh podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že přestavitelný ventil (42) je zapojen do vratné větve (18) mezi druhé rozvětvovací místo (34) a hnací spalovací motor (2).
9. Topný okruh podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že přestavitelný ventil (42) je zapojen do spojovacího potrubí (22).