DE102019104059A1 - System und verfahren zum beheizen eines fahrgastraums eines kraftfahrzeugs - Google Patents

System und verfahren zum beheizen eines fahrgastraums eines kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Diese Offenbarung stellt ein System und Verfahren zum Beheizen eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs bereit. Ein Fahrgastraum-Heizsystem beinhaltet einen Abgaswärmetauscher mit einem Fahrgastraum-Lüftungskanal. Dieser Fahrgastraum-Lüftungskanal beinhaltet ein Rückschlagventil, ein Überdruckventil und einen Wärmetausch-Bereich zwischen dem Rückschlagventil und dem Überdruckventil. Das Fahrgastraum-Heizsystem beinhaltet ferner ein Steuermodul, das dazu konfiguriert ist, Fahrgastraumluft in dem Fahrgastraum-Lüftungskanal bei einem ersten Druck Pzu halten, während Abgas in einem Abgas-Bypass einen zweiten Druck Paufweist, wobei P> P.

Description

  • GEBIET DER TECHNIK
  • Diese Schrift betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Kraftfahrzeugausstattung und insbesondere ein System und Verfahren zum Beheizen eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung des Verbrennungsmotorabgases des Kraftfahrzeugs.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Ein sofortiges Bereitstellen von Wärme in dem Fahrgastraum ist durch Beheizen von Fahrgasträumen basierend auf Motorkühlmittel nicht möglich, wenn das Kraftfahrzeug über lange Zeiträume in kalten Wetterbedingungen gestanden hat. Diese Schrift betrifft ein neues und verbessertes Fahrgastraum-Heizsystem und Verfahren, das durch Wärmerückgewinnung aus Verbrennungsmotor-Abgasen des Kraftfahrzeugs ein beinah sofortiges Beheizen des Fahrgastraums ermöglicht. Vorteilhafterweise wird dies auf sichere und sehr effiziente Weise durchgeführt. Somit stellt das vorliegende Fahrgastraum-Heizsystem und Verfahren einen signifikanten Fortschritt auf dem Gebiet dar.
  • KURZDARSTELLUNG
  • In Übereinstimmung mit den in dieser Schrift beschriebenen Zwecken und Vorteilen wird ein neues und verbessertes Fahrgastraum-Heizsystem bereitgestellt. Dieses Fahrgastraum-Heizsystem umfasst einen Abgaswärmetauscher, beinhaltend einen Fahrgastraum-Lüftungskanal mit einem Rückschlagventil, einem Überdruckventil und einem Wärmetausch-Bereich zwischen dem Rückschlagventil und dem Überdruckventil.
  • Der Abgaswärmetauscher kann ferner einen Abgas-Bypass mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, die mit einem Abgaskanal verbunden sind, beinhalten. Ferner kann das Fahrgastraum-Heizsystem ein Steuermodul beinhalten. Dieses Steuermodul kann dazu konfiguriert sein, Fahrgastraumluft in dem Fahrgastraum-Lüftungskanal zwischen dem Rückschlagventil und dem Überdruckventil bei einem ersten Druck P1 zu halten, während Abgas in dem Abgas-Bypass einen zweiten Druck P2 aufweist, wobei P1 > P2. Dieser Druckgradient gewährleistet, dass Abgase nicht in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs eintreten, selbst wenn sich im Abgaswärmetauscher ein Leck entwickelt.
  • Der Wärmetausch-Bereich kann sich durch den Abgas-Bypass erstrecken. Ferner kann das Steuermodul eine Steuerung und eine Drucküberwachungsvorrichtung beinhalten, die mit dem Fahrgastraum-Lüftungskanal zwischen dem Rückschlagventil und dem Überdruckventil stromabwärts des Rückschlagventils verbunden ist. In zumindest einigen der vielen möglichen Ausführungsformen ist diese Drucküberwachungsvorrichtung mit dem Fahrgastraum-Lüftungskanal zwischen dem Wärmetausch-Bereich und dem Überdruckventil verbunden.
  • Das Steuermodul des Fahrgastraum-Heizsystems kann ferner eine Pumpe (z. B. Turbine, Gebläse) beinhalten, um Fahrgastraumluft durch den Fahrgastraum-Lüftungskanal zu zirkulieren. Die Pumpe kann stromaufwärts des Rückschlagventils bereitgestellt sein.
  • Des Weiteren kann das Fahrgastraum-Heizsystem ferner eine Drosselklappe beinhalten, um den Abgasstrom zu steuern. Diese Drosselklappe kann in dem Abgaskanal zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Abgas-Bypass bereitgestellt sein, in dem die Klappe dazu dient, den Abgasstrom durch den Abgas-Bypass zu steuern. In zumindest einigen der vielen möglichen Ausführungsformen befindet sich dieser Abgas-Bypass stromabwärts eines Katalysators des Kraftfahrzeugs. Bei niedrigen Abgasströmungsraten wird der Großteil des Abgases durch den Abgas-Bypass geleitet und bei hohen Abgasströmungsraten wird der Gegendruck durch Öffnen der Drosselklappe eingeschränkt.
  • Gemäß einem zusätzlichen Aspekt ist ein Verfahren zum Beheizen eines Fahrgastraums in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt. Dieses Verfahren beinhaltet folgende Schritte: a) Zirkulieren von Fahrgastraumluft durch einen Fahrgastraum-Lüftungskanal (beinhaltend ein Rückschlagventil, ein Überdruckventil stromabwärts des Rückschlagventils und einen Wärmetausch-Bereich zwischen dem Rückschlagventil und dem Überdruckventil), b) Beheizen der Fahrgastraumluft, die den Wärmetausch-Bereich passiert, wobei das Abgas einen Abgas-Bypass passiert, und c) durch ein Steuermodul Halten der Fahrgastraumluft in dem Wärmetausch-Bereich zwischen dem Rückschlagventil und dem Überdruckventil bei einem ersten Druck P1, während Abgas in dem Abgas-Bypass einen zweiten Druck P2 aufweist, wobei P1 > P2.
  • Das Verfahren kann ferner den Schritt des Überwachens des ersten Drucks P1anhand einer Überwachungsvorrichtung des Steuermoduls beinhalten. Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt des Steuerns des Abgasstroms durch den Abgas-Bypass anhand einer Drosselklappe beinhalten.
  • Der Schritt des Haltens der Fahrgastraumluft in dem Fahrgastraum-Lüftungskanal zwischen dem Rückschlagventil und dem Überdruckventil bei einem ersten Druck P1 kann den Schritt des Anpassens einer Ausgabe einer Pumpe, die Fahrgastraumluft durch den Fahrgastraum-Lüftungskanal zirkuliert, beinhalten. Diese Pumpe kann sich stromaufwärts des Rückschlagventils befinden. Wenn die Pumpe ausgeschaltet ist, halten das Rückschlagventil und das Überdruckventil den Wärmetausch-Bereich druckbeaufschlagt, wodurch verhindert wird, dass Niederdruckabgase in den Wärmetausch-Bereich gelangen. Aber selbst wenn er nicht druckbeaufschlagt und die Pumpe ausgeschaltet wäre, würden das Rückschlagventil und das Überdruckventil den Wärmetausch-Bereich von dem Fahrgastraum isolieren. Um der Drucküberwachungsvorrichtung zu entsprechen, muss er jedoch druckbeaufschlagt sein.
  • In der folgenden Beschreibung werden verschiedene bevorzugte Ausführungsformen des Fahrgastraum-Heizsystems und des verwandten Verfahrens zum Beheizen eines Kraftfahrzeug-Fahrgastraums gezeigt und beschrieben. Es versteht sich, dass das Fahrgastraum-Heizsystem und das Verfahren zu anderen, unterschiedlichen Ausführungsformen und ihre mehreren Details zur Modifikation in verschiedenen, naheliegenden Aspekten in der Lage sind, ohne von dem Fahrgastraum-Heizsystem und dem Verfahren, wie sie in den folgenden Ansprüchen dargelegt und beschrieben sind, abzuweichen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen.
  • Figurenliste
  • Die begleitenden Zeichnungsfiguren, die in dieser Schrift aufgenommenen sind und einen Teil der Beschreibung bilden, veranschaulichen mehrere Aspekte des Fahrgastraum-Heizsystems und des Verfahrens zum Beheizen eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, bestimmte Prinzipien davon zu erläutern.
    • 1 ist eine schematische Darstellung des Fahrgastraum-Heizsystems, das Wärme aus Abgasen des Kraftfahrzeugs rückgewinnt und diese Wärme dazu verwendet, den Fahrgastraum zu wärmen, um den Komfort von Insassen im Fahrgastraum zu erhalten.
  • Nachstehend erfolgt eine detaillierte Bezugnahme auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen des Fahrgastraum-Heizsystems und des Verfahrens, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungsfiguren veranschaulicht sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Es wird nun auf 1 Bezug genommen, die ein neues und verbessertes Fahrgastraum-Heizsystem 10 veranschaulicht. Dieses Fahrgastraum-Heizsystem 10 beinhaltet einen Abgaswärmetauscher 12 mit einem Fahrgastraum-Lüftungskanal 14, beinhaltend ein Rückschlagventil 16, ein Überdruckventil 18 und einen Wärmetausch-Bereich 20, der sich zwischen dem Rückschlagventil und dem Überdruckventil erstreckt.
  • Der Abgaswärmetauscher 12 des Fahrgastraum-Heizsystems 10 beinhaltet ferner einen Abgas-Bypass 22. Der Abgas-Bypass 22 weist ein erstes Ende 24 und ein zweites Ende 26 auf, die mit dem Abgaskanal 28 verbunden sind. Der Abgaskanal 28 ist der Haupt-Durchgang für Abführung von Abgasen, die durch den Verbrennungsmotor 30 des Kraftfahrzeugs stromabwärts des Katalysators 32 erzeugt werden.
  • Das Fahrgastraum-Heizsystem 10 beinhaltet ferner ein Steuermodul 34. Dieses Steuermodul 34 kann dazu angepasst sein, Fahrgastraumluft in dem Wärmetausch-Bereich 20 des Fahrgastraum-Lüftungskanals 14 zwischen dem Rückschlagventil 16 und dem Überdruckventil 18 bei einem ersten Druck P1 zu halten, während Abgas in dem Abgas-Bypass 20 einen zweiten Druck P2 aufweist, wobei P1 > P2. Es versteht sich, dass sich hier der Wärmetausch-Bereich 20 durch den Abgas-Bypass 22 erstreckt, wodurch die Fahrgastraumluft effektiv innerhalb des Wärmetausch-Bereichs platziert wird und zwar in einer Wärmetauschbeziehung mit den Abgasen in dem Abgas-Bypass. Somit kann die Wand des Wärmetausch-Bereichs 20 aus einem Material gefertigt sein, das für Fahrgastraumluft und Abgase undurchlässig ist und einen hohen Temperaturkoeffizienten für einen effizienten Wärmeaustausch aufweist.
  • Wie in 1 veranschaulicht, beinhaltet das Steuermodul 34 eine Steuerung 36 und eine Drucküberwachungsvorrichtung 38. Die Steuerung 36 kann eine Rechenvorrichtung umfassen, wie etwa einen dedizierten Mikroprozessor oder ein Steuergerät (electronic control unit - ECU), der/das gemäß den Anweisungen geeigneter Steuersoftware arbeitet. Somit kann die Steuerung 36 einen oder mehrere Prozessoren, einen oder mehrere Speicher und eine oder mehrere Netzwerkschnittstellen, die alle über einen oder mehrere Kommunikationsbusse in Kommunikation miteinander stehen, umfassen.
  • Die Drucküberwachungsvorrichtung 38 ist mit dem Fahrgastraum-Lüftungskanal 14 zwischen dem Rückschlagventil 16 und dem Überdruckventil 18 stromabwärts des Rückschlagventils verbunden. Insbesondere ist in der veranschaulichten Ausführungsform die Drucküberwachungsvorrichtung 38 mit dem Fahrgastraum-Lüftungskanal 14 zwischen dem Wärmetausch-Bereich 20 und dem Überdruckventil 18 verbunden.
  • Das Steuermodul 34 kann eine Pumpe 40 beinhalten, um die Fahrgastraumluft durch den Fahrgastraum-Lüftungskanal 14 zu zirkulieren. Wie in 1 veranschaulicht, ist die Pumpe 40 stromaufwärts des Rückschlagventils 16 bereitgestellt. Die Steuerung 36 steuert den Betrieb der Pumpe 40, um den ersten Druck P1 der Fahrgastraumluft in dem stromabwärtigen Wärmetausch-Bereich 20 des Fahrgastraum-Lüftungskanals 14 zu steuern.
  • Das Fahrgastraum-Heizsystem 10 beinhaltet darüber hinaus eine Drosselklappe 42 in dem Abgaskanal 28 zwischen dem ersten Ende 24 und dem zweiten Ende 26 des Abgas-Bypass 22. Die Drosselklappe 42 dient dazu, den Abgasstrom durch den Abgas-Bypass 22 in Wärmetauschbeziehung mit dem Wärmetausch-Bereich 20 des Fahrgastraum-Lüftungskanals 14 zu steuern.
  • Das Fahrgastraum-Heizsystem 10 funktioniert in einem Verfahren zum Beheizen eines Fahrgastraums in einem Kraftfahrzeug. Dieses Verfahren beinhaltet das Zirkulieren von Fahrgastraumluft durch den Fahrgastraum-Lüftungskanal 14 vorbei an dem Rückschlagventil 16 und durch den Wärmetausch-Bereich 20 vorbei an dem Überdruckventil 18. Das Verfahren beinhaltet ebenfalls den Schritt des Beheizens der Fahrgastraumluft, die den Wärmetausch-Bereich 20 passiert, wobei aus Abgasen rückgewonnene Wärme den Abgas-Bypass 22 passiert. Darüber hinaus beinhaltet das Verfahren den Schritt des Haltens, durch das Steuermodul 32, der Fahrgastraumluft in dem Wärmetausch-Bereich 20 zwischen dem Rückschlagventil 16 und dem Überdruckventil 18 bei einem ersten Druck P1, während Abgas in dem Abgas-Bypass 22 einen zweiten Druck P2 aufweist, wobei P1 > P2. Es versteht sich, dass die durchgehende Wand des Wärmetausch-Bereichs 20 dazu dient, Wärme von dem Abgas in dem Abgas-Bypass 22 auf die Fahrgastraumluft im Wärmetausch-Bereich 20 zu übertragen, während verhindert wird, dass sich das Abgas und die Fahrgastraumluft vermischen. Gesetzt dem Fall, dass in Leck auftritt, bleibt die Fahrgastraumluft in dem Wärmetausch-Bereich 20 jedoch stets bei einem höheren Druck als das Abgas in dem Abgas-Bypass 22, wodurch sichergestellt wird, dass ein Leck in Richtung des Abgas-Bypass 22 auftritt: das heißt, Fahrgastraumluft kann in Richtung Abgas-Bypass 22 entweichen, Abgas kann jedoch nicht in Richtung des Wärmetausch-Bereichs 20 entweichen.
  • In diesem Sinne kann das Verfahren anhand der Drucküberwachungsvorrichtung 38 des Steuermoduls 34 ein Überwachen des ersten Drucks P1 der Fahrgastraumluft beinhalten. Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt des Anpassens der Ausgabe der Pumpe 40, die die Fahrgastraumluft durch den Fahrgastraum-Lüftungskanal 14 und insbesondere den Wärmetausch-Bereich 20 zirkuliert, beinhalten, um sicherzustellen, dass der erste Druck P1 stets höher ist als der zweite Abgasdruck P2. Zusätzlich kann das Verfahren den Schritt des Steuerns des Abgasstroms durch den Abgas-Bypass 22 anhand der Drosselklappe 42 beinhalten und zwar für einen Wärmeaustausch mit der Fahrgastraumluft in dem Wärmetausch-Bereich 20.
  • Zusammenfassend stellen das in dieser Schrift beschriebene Fahrgastraum-Heizsystem 10 und das verwandte Verfahren zum Beheizen eines Fahrgastraums in einem Kraftfahrzeug eine Vielfalt von Nutzen und Vorteilen bereit. Das Fahrgastraum-Heizsystem 10 und das Verfahren ermöglichen mit dem Starten des Verbrennungsmotors 30 des Kraftfahrzeugs ein im Wesentlichen sofortiges Beheizen eines Fahrgastraums in dem Kraftfahrzeug. Dieses schnelle Beheizen stellt Insassen in dem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs viel schneller einen wärmenden Komfort bereit als dies mit herkömmlichen Heizsystemen möglich wäre, die auf aus Motorkühlmittel rückgewonnene Wärme zurückgreifen. Vorteilhafterweise werden diese nützlichen Ergebnisse auf hoch effiziente und sichere Weise erreicht. Zwischen dem Druck in dem Wärmetausch-Bereich 20 des Fahrgastraum-Lüftungskanals 14 und dem Druck des Abgases in dem Abgas-Bypass 22 wird stets ein Druckgradient aufrechterhalten. Mit anderen Worten dient das Steuermodul 34 dazu sicherzustellen, dass die Fahrgastraumluft in dem Wärmetausch-Bereich 20 bei einem ersten Druck P1 gehalten wird, der größer ist als der zweite Abgasdruck P2 in dem Abgas-Bypass 22.
  • Vorstehendes wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt. Es erhebt keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit und soll die Ausführungsformen nicht auf die konkrete offenbarte Form beschränken. Naheliegende Modifikationen und Variationen sind angesichts der vorstehenden Lehren möglich. Zum Beispiel ist die Steuerung 36 in dem veranschaulichten Beispiel dazu konfiguriert, den Druck der Fahrgastraumluft in dem Wärmetausch-Bereich 20 über jeglichen vorhersehbaren Abgasdruck in dem Abgas-Bypass 22 zu halten. In anderen Ausführungsformen kann eine zweite Drucküberwachungsvorrichtung bereitgestellt sein, um den Abgasdruck in dem Abgas-Bypass 22 zu überwachen, und die Steuerung 36 kann dazu konfiguriert sein, (a) den Druck der Fahrgastraumluft in dem Wärmetausch-Bereich 14 und der Abgase in dem Abgas-Bypass stets zu vergleichen und (b) den Fahrgastraumluftdruck stets bei einem höheren Druck zu halten. Alle derartigen Modifikationen und Variationen befinden sich innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche, wenn diese entsprechend der Breite ausgelegt werden, auf die sie billigerweise, nach dem Gesetz sowie Equity-Recht einen Anspruch haben.

Claims (14)

  1. Fahrgastraum-Heizsystem, umfassend: einen Abgaswärmetauscher, beinhaltend einen Fahrgastraum-Lüftungskanal, der ein Rückschlagventil, ein Überdruckventil und einen Wärmetausch-Bereich zwischen dem Rückschlagventil und dem Überdruckventil beinhaltet.
  2. Fahrgastraum-Heizsystem nach Anspruch 1, wobei der Abgaswärmetauscher ferner einen Abgas-Bypass mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, die mit einem Abgaskanal verbunden sind, beinhaltet.
  3. Fahrgastraum-Heizsystem nach Anspruch 2, ferner beinhaltend ein Steuermodul, das dazu konfiguriert ist, Fahrgastraumluft in dem Fahrgastraum-Lüftungskanal zwischen dem Rückschlagventil und dem Überdruckventil bei einem ersten Druck P1 zu halten, während Abgas in dem Abgas-Bypass einen zweiten Druck P2 aufweist, wobei P1 > P2.
  4. Fahrgastraum-Heizsystem nach Anspruch 3, wobei sich der Wärmetausch-Bereich durch den Abgas-Bypass erstreckt.
  5. Fahrgastraum-Heizsystem nach Anspruch 4, wobei das Steuermodul eine Steuerung und eine Drucküberwachungsvorrichtung, die mit dem Fahrgastraum-Lüftungskanal zwischen dem Rückschlagventil und dem Überdruckventil stromabwärts des Rückschlagventils verbunden ist, beinhaltet.
  6. Fahrgastraum-Heizsystem nach Anspruch 5, wobei die Drucküberwachungsvorrichtung mit dem Fahrgastraum-Lüftungskanal zwischen dem Wärmetausch-Bereich und dem Überdruckventil verbunden ist.
  7. Fahrgastraum-Heizsystem nach einem der Ansprüche 3-6, wobei das Steuermodul eine Pumpe beinhaltet, um Fahrgastraumluft durch den Fahrgastraum-Lüftungskanal zu zirkulieren.
  8. Fahrgastraum-Heizsystem nach Anspruch 7, wobei sich die Pumpe stromaufwärts von dem Rückschlagventil befindet.
  9. Fahrgastraum-Heizsystem nach Anspruch 8, ferner beinhaltend eine Drosselklappe in dem Abgaskanal zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Abgas-Bypass, um den Abgasstrom durch den Abgas-Bypass zu steuern.
  10. Fahrgastraum-Heizsystem nach Anspruch 9, wobei sich der Abgas-Bypass stromabwärts eines Katalysators befindet.
  11. Verfahren zum Beheizen eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, umfassend: Zirkulieren von Fahrgastraumluft durch einen Fahrgastraum-Lüftungskanal, beinhaltend ein Rückschlagventil, ein Überdruckventil stromabwärts von dem Rückschlagventil und einen Wärmetausch-Bereich zwischen dem Rückschlagventil und dem Überdruckventil; Beheizen der Fahrgastraumluft, die den Wärmetausch-Bereich passiert, wobei das Abgas den Abgas-Bypass passiert; und durch ein Steuermodul Halten der Fahrgastraumluft in dem Wärmetausch-Bereich zwischen dem Rückschlagventil und dem Überdruckventil bei einem ersten Druck P1, während Abgas in dem Abgas-Bypass einen zweiten Druck P2 aufweist, wobei P1 > P2.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, beinhaltend Überwachen des ersten Drucks P1 anhand einer Überwachungsvorrichtung des Steuermoduls.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Halten das Anpassen einer Ausgabe einer Pumpe, die die Fahrgastraumluft durch den Fahrgastraum-Lüftungskanal zirkuliert, beinhaltet, wobei sich die Pumpe stromaufwärts von dem Rückschlagventil befindet.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, ferner beinhaltend das Steuern des Abgasstroms durch den Abgas-Bypass anhand einer Drosselklappe.
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