DE10026361A1 - Heizungssystem in einem Kraftfahrzeug mit ein- und ausschaltbarem Gebläse - Google Patents

Abstract

Heizungssystem (1) in einem Kraftfahrzeug mit ein- und ausschaltbarem Gebläse (2) und einem schaltbaren elektrischen Heizelement (3). Dieses System steuert unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung das Heizelement (3) und das Gebläse (2) an, und zwar indem das Heizelement (3) mit dem Gebläse (2) ausgeschaltet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizungssystem in einem Kraftfahrzeug mit ein- und ausschaltbarem Gebläse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bestimmte Heizungssysteme in Kraftfahrzeugen weisen als elektrische Verbraucher unter anderem ein Gebläse und ein elektrisches Heizelement auf. Beide Verbraucher benötigen elektrische Energie, die entweder von dem Akkumulator oder von der Lichtmaschine bereitgestellt wird. Dieser Bedarf an elektrischer Energie muß über die Lichtmaschine gedeckt werden, sodaß stets ein bestimmter Anteil mechanischer Energie des Motors in elektrische Energie umgewandelt werden muß.

Die FR 2 757 735 A1 offenbart ein rein elektrisches Heizsystem. Die Stromversorgung wird über ein Kommunikationssystem geregelt. Hierbei spielt allerdings eine Kombination mit einem Gebläse nur eine untergeordnete Rolle.

Die JP 6 082 076 offenbart eine Steuereinrichtung, um das subjektive Temperaturgefühl eines Anwenders gegenüber der objektiven Temperatur zu justieren und die tatsächliche Temperatur dem subjektiven Temperaturgefühl beziehungsweise der Behaglichkeitstemperatur des Anwenders anzupassen. Hierbei geht es um die Steuerung einer Klimaanlage.

JP 52 091 236 offenbart ein Temperatursteuerungssystem, welches Schwankungen der Temperatur/des Wärmeflusses, die durch Schwankungen der Batteriespannung hervorgerufen werden, eliminiert. Hierbei geht es darum, die Temperaturmessung und Temperatursteuerung von Spannungsschwankungen einer Versorgungsbatterie unabhängig zu machen.

Keine der hier genannten Schriften offenbart ein Heizungssystem, welches ein Heizelement und ein Gebläse gezielt ansteuert.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Heizungssystem zu entwickeln, welches unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung ein schaltbares Heizelement sowie ein Gebläse ansteuert.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Wesentlich für die Erfindung ist der Gedanke, daß das elektrische Heizelement, welches der Zuheizung während der Warmlaufphase des Motors dient, in der "Aus-Stellung" des Heizungs-/Klimagebläses vom Bordnetz des Kraftfahrzeugs getrennt und somit abgeschaltet ist.

Die Erfindung betrifft daher ein verbessertes Heizungssystem in einem Kraftfahrzeug. Dieses Heizungssystem umfaßt als elektrische Verbraucher ein ein- und ausschaltbares Gebläse sowie ein schaltbares elektrisches Heizelement. Heizungssysteme mit derartigen elektrischen Verbrauchern finden sich in zahlreichen PKW-Typen, wobei schaltbare elektrische Heizelemente auch bei Fahrzeugen mit Klimaanlage eingesetzt werden können. Dabei dient das elektrische Heizelement der Zuheizung, solange der Heizkreislauf des Motors noch nicht ausreichend warm ist.

Die Kombination des herkömmlichen Wärmetauschers mit dem schaltbaren Heizelement hat daher den Vorteil, daß die in die Fahrerkabine einströmende Luft schon geheizt wird, wenn der Motor in seiner Warmlaufphase noch nicht genügend Wärme an sein Kühlsystem und über dieses an den Wärmetauscher im Heizungssystem abgeben kann.

Diesen Vorteil will die Erfindung nur dann nutzen, wenn Bedarf an zugeheizter Luft besteht. Das schaltbare Heizelement wird daher parallel zum Gebläse in den Gebläsesteuerkreis eingebaut. In jedem Fall jedoch ist das schaltbare Heizelement bei der Gebläsestufe "Null" ausgeschaltet.

Durch das Abschalten des elektrischen Heizelements bei ausgeschaltetem Gebläse wird energiesparend keine unnötige elektrische Energie an der Lichtmaschine abgegriffen. Somit wird bei abgestelltem Gebläse auch keine Luft im Heizungsschacht aufgeheizt. Ein Heißluftstau im Heizungsschacht, der zu einer beschleunigten Alterung des verwendeten Kunststoffs führen kann, wird zuverlässig verhindert.

Durch das Abschalten des elektrischen Heizelementes wird die Leistungsabnahme mechanischer Energie durch die Lichtmaschine am Motor reduziert. Dies führt zu Treibstoffeinsparungen.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß sich speziell bei PKW-Typen mit niedrigem Treibstoffverbrauch ein prozentual hohes Einsparpotential für Treibstoffe ergibt. Daher ist es von Vorteil, wenn elektrische Belastungen nur dann zugeschaltet werden, wenn sie auch tatsächlich benötigt werden. Die Erfindung nutzt das LOW-Signal des abgeschalteten Gebläses als Ausschaltsignal für das Heizelement.

Dies erfolgt zweckmäßigerweise durch eine elektrische Parallelschaltung des Heizelementes mit der Ansteuerung des Gebläses. Zusätzlich kann die Ansteuerung des Heizelements über ein Schaltgerät erfolgen, um hohe Ströme zu realisieren. Darüber hinaus kann das Heizelement in einen Temperaturregelkreis eingebunden sein, um mit fortgeschrittener Erwärmung des Wärmetauschers durch den Motorkühlkreislauf die Zuheizung durch das elektrische Heizelement zurückzufahren. Das heißt, das Heizelement wird, wenn überhaupt, durch Betätigung des Gebläses ein- oder ausgeschaltet. Das heißt aber auch, beim Einschalten des Gebläses wird das Heizelement - abhängig von der Vorgabe durch den Temperaturregelkreis - mit eingeschaltet, und beim Ausschalten des Gebläses wird das Heizelement immer vom Bordnetz getrennt.

Um den Verbrauch von elektrischer Energie weiter zu verringern, kann das Heizelement zusätzlich durch einen Temperaturregelkreis ein- und ausgeschaltet werden. Hierzu wird vorgeschlagen, die aktuelle Temperatur des Motorkühlkreislaufs und die Stellung der Temperaturklappe bzw. den Grad der Heizungsanforderung als Führungsgröße in den Temperaturregelkreis einzuspeisen, sodaß die Zuheizung über das Heizelement mit zunehmender Motortemperatur abnimmt beziehungsweise ab einer Grenztemperatur gänzlich unterbleibt. Ist die Führungsgröße durch die Stellung der Temperaturklappe bzw. durch den Grad der Heizungsanforderung bestimmt, läßt sich das Heizelement ebenfalls bedarfsweise im Sinne der Erfindung abschalten. Diese Maßnahmen erfolgen allerdings immer unter der Voraussetzung, daß die Hauptschaltung über das Gebläse stattfindet.

Das hat den Vorteil, daß bei hinreichend hoher Motorwärme das Gebläse eingeschaltet werden kann, der Temperaturregelkreis das Heizelement jedoch ausgeschaltet läßt.

Andererseits ist es aber nicht möglich, nur durch den Temperaturregelkreis das Heizelement in Betrieb zu nehmen.

Um den Energieverbrauch eines solchen Heizelements zu reduzieren, ist es weiterhin von Vorteil, zusätzlich einen Wärmetauscher vorzusehen, der in den Kühlkreislauf des Motors eingebunden ist, so daß Heizelement und Wärmetauscher zusammen ein bivalentes Heizsystem bilden. Damit steht neben der rein elektrischen Energie zur Erwärmung der Innenraumluft des PKWs nach der Warmlaufphase des Motors, auch die Wärme aus dem Motorkühlkreislauf zur Verfügung.

Zu diesem Zweck dient der Wärmetauscher. Dieser bezieht seine Heizenergie aus dem Motorkühlkreislauf und gibt die Wärme an den Luftstrom innerhalb des Heizungssystems ab. Es empfiehlt sich, das elektrische Heizelement im Luftstrom hinter dem Wärmetauscher anzubringen, der von der Motorwärme gespeist wird. Dies bietet den Vorteil, daß die vom Heizelement abgegebene Wärme nicht zur Enthalpieerhöhung des Wärmetauscherwassers beiträgt sondern lediglich zur Enthalpieerhöhung der Heizluft.

Weiterhin wird vorgeschlagen, das Heizelement als PTC-Element auszuführen. Unter Beachtung der Wärmestrahlungsgesetze strahlen diese flächenförmigen Wärmegebilde die Wärme nach außen ab, sodaß die abgestrahlte Wärme vom vorbeistreichenden Luftstrom aufgenommen wird. Über den "positiven Temperaturkoeffizienten" derartiger PTC-Elemente ist sichergestellt, daß die Heizleistung mit zunehmender Stromzufuhr ansteigt und umgekehrt, sodaß das Regelverhalten des PTC-Elements technisch keine Probleme aufwirft.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:

In Fig. 1 ist eine mögliche Ausgestaltung des Heizungssystems gezeigt.

Fig. 1 zeigt ein Heizungssystem 1 nach dieser Erfindung.

Ein Heizungssystem 1 nach dieser Erfindung besteht im wesentlichen aus einem Kanalsystem als Luftführung 10, welches eingangsseitig von einem Gebläse 2 beaufschlagt ist. Ausgangsseitig des Gebläses 2 wird die strömende Luft 5 zunächst durch einen vom Kühlkreislauf des Motors gespeisten Wärmetauscher 4 und stromab dahinter an dem elektrischen Heizelement 3 vorbei getrieben.

Der Wärmetauscher 4 befindet sich, dem Heizelement 3 vorgeschaltet, mit diesem im Heizraum 12. Der Wärmetauscher 4 wird vom Motorkühlkreislauf durch eine Zuleitung 23 mit heißem/warmem Wasser versorgt. Die Zufuhr kann durch ein Ventil 22 gesteuert werden. Der Rücklauf erfolgt durch die Rücklaufleitung 24.

Das Ventil 22 erhält seine Öffnungs-/Schließinformation vom Temperaturregler 17 über die Steuerleitung 30. Dabei wird die Stellung des Ventils 22 zur Stellung des Potis 21 vorgegeben, die ihrerseits von der Stellung des Temperaturreglers 17 abhängt.

Der Luftstrom 5 kommt vom Gebläse 2 über eine Luftstromführung 10 durch den Eingang 11 in den Heizraum 12. Der Luftstrom 5 trifft dort auf den Wärmetauscher 4 und eine Temperaturregelklappe 6.

Die Temperaturregelklappe 6 steuert durch ihre Stellung den Fluß des Luftstroms 5. Die Temperaturregelklappe 6 ist so in das Kanalsystem integriert, daß sie im geschlossenen Zustand dafür sorgt, daß der gesamte Luftstrom 5 durch/über die in Reihe liegenden Heizer, nämlich den Wärmetauscher 4 und nachfolgend das Heizelement 3, getrieben wird.

Im geöffneten Zustand teilt sich je nach Öffnungsgrad der Temperaturregelklappe 6 der Luftstrom 5 in 2 Teilströme. Der eine strömt über/durch die Heizer 4, 3; der andere strömt als abgezweigter Luftstrom 31 ohne Wärmezufuhr weiter und vermischt sich in Richtung Ausgang 7 strömend mit dem von den Heizern 4, 3 kommenden Luftstrom. Bei Über-/Durchströmen wird bei entsprechender Wärmeleistung des Motorkühlkreislaufes der Luftstrom 5 am Wärmetauscher 4 vor/aufgewärmt.

Stromab hinter dem Wärmetauscher 4 ist das elektrische Heizelement 3 angeordnet. Das elektrische Heizelement 3 ist über die Heizstromleitung 14 mit der Stromquelle 15 zu verbinden bzw. von dieser zu trennen. Zu diesem Zweck dient das Steuergerät 8, welches über die Steuerleitung 13 angesteuert wird. Voraussetzung zur Ansteuerung des Steuergeräts 8 ist allerdings ein HIGH-Signal am Ausgang der Gebläsesteuerung 9, gleichbedeutend mit eingeschaltetem Gebläse 2. Das elektrische Heizelement 3 wird also nur dann mit elektrischer Energie versorgt, wenn das Gebläse 2 durch die Gebläsesteuerung 9 aktiviert ist, und, falls vorhanden, die Temperaturregelkreise 16 für die Kühlwassertemperatur und für die Heizungsanforderung 17 signalisieren, daß die Temperatur des Kühlwassers zu niedrig ist und der Heizungswunsch über die Klappenstellung des Temperaturwahlhebels besteht.

Der Temperaturregelkreis 16 hat den Vorteil, daß bei Erreichen einer bestimmten Kühlwassertemperatur trotz Heizungswunschanforderung über den Regelkreis 17 bei in Betrieb befindlichen Gebläse 2 das elektrische Heizelement 3 temperaturabhängig, zum Beispiel durch ein Relais 29, ausgeschaltet werden kann. Diese Schaltsignale kommen aus dem Vergleicher 19 und werden über dessen Ausgang mittels der gezeigten Steuerleitung 26 dem Relais 29 übermittelt.

Der Temperaturregelkreis 17 enthält die Information Heizungswunsch. Derartige Temperaturregelkreise sind Stand der Technik. Insoweit soll jedoch die Funktion erläutert werden wie folgt: Ab einer definierten Heizungsanforderung wird ein Signal über ein Stellglied (nicht gezeigt) an ein Steuergerät weiterleitet, welches in der Regel ein Motorsteuergerät (nicht gezeigt) ist. Ist der Heizungsanforderungswunsch unterhalb einer bestimmten Größe zum Beispiel bei 70% des aktuellen Wärmeangebots, so erhält ein entsprechendes PTC-Relais (nicht gezeigt) eine Schaltinformation über eine entsprechende Steuerleitung (nicht gezeigt) zum Deaktivieren des PTC-Elementes 3, auch bei eingeschaltetem Gebläse 2. Für alle nicht gezeigten Bestandteile des Temperaturregelkreises 17 wird ausdrücklich auf den Stand der Technik Bezug genommen.

Die Trennung des PTC-Elements 3 vom Bordnetz hat stets den Vorteil, daß das elektrische Heizelement 3 dann keine elektrische Energie mehr verbraucht. Die Lichtmaschine wird entlastet. Die Motorleistung kann vermindert werden. Dies spart Treibstoff.

Der erwärmte Luftstrom 5 wird hinter dem elektrischen Heizelement 3 noch an einer Temperaturregelklappe 6 vorbeigeführt. Die Temperaturregelklappe 6 dient dem Zweck, über Gebühr erwärmte Luft des Luftstroms 5 auf ein vom Fahrer gewünschtes Maß abzukühlen. Dies erfolgt durch Aufteilen des gesamten Luftstroms 5 in einen erwärmten und einen kühleren Innen- und/oder Umgebungsluftstrom aus dem Gebläse 2. Der abgezweigte Luftstrom 31 wird mit dem anderen Teilstrom hinter den beiden Heizern 3, 4 im Heizraum 12 durchgemischt. Die so vorbereitete Mischluft wird dann durch den Ausgang 7 aus dem Heizraum 12 entlassen. Dies ist dann nötig, wenn der Wär­ metauscher 4 zuviel Wärmeenergie vom Motorkühlkreislauf an den Luftstrom 5 abgibt.

Das im Heizraum 12 angebrachte, elektrische Heizelement 3 kann als PTC-Element ausgeführt sein. Dies hat den Vorteil, daß es flächig in einem gegebenenfalls länglich ausgeformten Heizraum 12 eingebracht werden kann, sodaß bei kleinem Bauvolumen eine große Heizfläche zur Verfügung steht.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Heizungssystem

2

Gebläse

3

elektrisches Heizelement

4

Wärmetauscher

5

Luftstrom

6

Temperaturregelklappe

7

Luftstromausgang

8

Steuergerät für das elektrische Heizelement

9

Gebläsesteuerung

10

Luftführung

11

Eingang

12

Heizraum

13

Steuerleitung

14

Heizstromleitung

15

Stromquelle

16

Temperaturfühler

17

Temperaturregler

19

Vergleicher

20

Temp

21

Poti

22

Ventil

23

Zuleitung

24

Ablaufleitung

25

Steuerleitung

26

Steuerleitung

27

Schalter/Relais

28

Steuerleitung

29

Schalter/Relais

30

Steuerleitung

31

abgezweigter Luftstrom

Claims (7)

1. Heizungssystem (1) in einem Kraftfahrzeug mit ein- und ausschaltbarem Gebläse (2) und einem schaltbaren, elektrischen Heizelement (3), dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (3) mit dem Gebläse (2) ausgeschaltet wird.

2. Heizungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (3) mit dem Gebläse (2) auch eingeschaltet wird.

3. Heizungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (3) zusätzlich durch zwei Temperaturregelkreise (16, 17) ein­ beziehungsweise ausgeschaltet wird.

4. Heizungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (3) Bestandteil eines bivalenten Heizsystems (1) ist.

5. Heizungssystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Heizquelle der Motorkühlkreislauf ist, der seine Wärme über einen Wärmetauscher (4) an den Luftstrom (5) abgibt.

6. Heizungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisches Heizelement (3) ein PTC-Element benutzt wird.

7. Heizungssystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement im Luftstrom (5) hinter dem Wärmetauscher (4) angebracht ist.