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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugheizung für ein Kraftfahrzeug, das zur
Temperierung eines Antriebsmotors einen ersten Fluidkreislauf aufweist, der dazu
vorgesehen ist, von einem ersten Fluid durchströmt zu werden, wobei der
Kraftfahrzeugheizung ein Heizgerät und ein zumindest zeitweise von dem ersten
Fluidkreislauf getrennter zweiter Fluidkreislauf zugeordnet ist, der dazu
vorgesehen ist, von einem zweiten Fluid durchströmt zu werden.
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Eine derartige Kraftfahrzeugheizung ist aus der DE 197 38 124 A1 bekannt,
wobei der erste Fluidkreislauf und der zweite Fluidkreislauf bei dem in dieser
Druckschrift beschriebenen Heizgerät immer voneinander getrennt sind. Dabei ist die
Heizvorrichtung in Viskofluidbauweise verwirklicht und wird mechanisch vom
Verbrennungsmotor angetrieben.
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Der Einsatz von zwei getrennten Fluidkreisläufen ist zur Zeit jedoch eher
unüblich. Vielmehr werden derzeit üblicherweise Kraftfahrzeugheizungen eingesetzt,
bei denen der Kühlkreislauf und der Heizkreislauf über den Antriebsmotor,
beispielsweise einen Verbrennungsmotor, miteinander gekoppelt sind. Eine derartige
bekannte Fahrzeugheizung ist in Fig. 1 dargestellt, die die Kopplung eines
Kühlkreislaufes 6 mit einem Heizkreislauf 8 durch einen Verbrennungsmotor 10
veranschaulicht. Der Kühlkreislauf 6 umfasst in der üblichen Weise einen Thermostat
20, einen Kühler 22 sowie einen Kühlerlüfter 24. Der Heizkreislauf 8 weist in
ebenfalls bekannter Weise einen Heizkörper 26 und ein diesem zugeordnetes
Gebläse 28 auf. Die Wechselwirkung zwischen dem Kühlkreislauf 6 und dem
Heizkreislauf 8 bedingt eine erschwerte Regelung der beiden Kreisläufe.
Beispielsweise muss bei kennfeldgeregelten Motoren die Kühlmitteltemperatur bei
einer Heizanforderung reduziert werden. Der sich durch die Kopplung des
Kühlkreislaufs 6 und des Heizkreislaufs 8 ergebende Kreislauf weist eine große
Wärmekapazität auf und bedingt große Wärmeverluste, so dass sowohl die
Aufheizung des Kühlkreislaufs 6 als auch die Aufheizung des Heizkreislaufs 8 verzögert
wird. Durch die Trägheit des Motors wird eine schnelle Aufheizung selbst dann
gehemmt, wenn der Heizkreislauf 8 einen Zuheizer aufweist.
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Durch die aus der DE 197 38 124 A1 bereits bekannte Trennung des
Kühlkreislaufs und des Heizkreislaufs können die vorstehend erläuterten Probleme
zumindest teilweise beseitigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftfahrzeugheizung
vorzusehen, bei der Wärme unabhängig vom Antriebsmotor auf das durch den ersten
Fluidkreislauf strömende erste Fluid übertragen werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeugheizung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf,
dass die Kraftfahrzeugheizung beziehungsweise der zweite Fluidkreislauf mit
dem Heizgerät unabhängig vom Antriebsmotor betreibbar ist, und dass ein
Wärmetauscher vorgesehen ist, durch den ein Wärmeaustausch zwischen dem
ersten Fluid und dem zweiten Fluid auch dann möglich ist, wenn der erste
Fluidkreislauf und der zweite Fluidkreislauf voneinander getrennt sind. Durch diese
Lösung kann dem Antriebsmotor, insbesondere einem Verbrennungsmotor, von
dem Heizgerät erzeugte Wärme zugeführt werden, was bei einem stationären
Wärmedefizit des Antriebsmotors, beispielsweise bei einer Bergabfahrt, vorteilhaft
ist. Weiterhin kann nach dem Starten des Antriebsmotors eine schnellere
Aufheizung des Antriebsmotors erreicht werden, was sich bei Verbrennungsmotoren
positiv auf den Kraftstoffverbrauch und die Abgasqualität auswirkt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeugheizung ist vorgesehen, dass der erste Fluidkreislauf durch eine Ventileinrichtung
mit dem zweiten Fluidkreislauf koppelbar ist. Die Ventileinrichtung kann dabei in
vorteilhafter Weise durch eine Ventilmatrix gebildet sein.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeugheizung ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher einen Wärmespeicher umfasst.
Der Wärmespeicher kann insbesondere zu einem schnelleren Aufheizen des
Antriebsmotors beitragen, insbesondere mit dem Ziel, die für die Schadstoffemission
und den Verbrauch ungünstige Warmlaufphase des Motors zu verkürzen.
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Bei der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugheizung kann weiterhin vorgesehen
sein, dass der erste Fluidkreislauf bei einem Ausfall des Heizgerätes mit dem
zweiten Fluidkreislauf gekoppelt wird. Auf diese Weise ergibt sich ein
Notlaufmodus, in dem die Motorabwärme bei einem Ausfall des Heizgerätes in
konventioneller Weise zum Beheizen des Kraftfahrzeuginnenraumes genutzt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeugheizung ist vorgesehen, dass das Heizgerät ein brennstoffbetriebenes Heizgerät
ist. Dabei kann die maximale Heizleistung des brennstoffbetriebenen Heizgerätes
beispielsweise 8 kW betragen.
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Insbesondere in diesem Zusammenhang wird es als besonders vorteilhaft
erachtet, wenn vorgesehen ist, dass das Heizgerät zum Standheizbetrieb ausgelegt
ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Wärmespeicher bereits vor dem
Start des Antriebsmotors zu laden, wodurch eine besonders schnelle Aufheizung
des Antriebsmotors erreicht werden kann.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung werden die jeweiligen Vorteile von
Kraftfahrzeugheizungen mit durch den Antriebsmotor gekoppelten Heiz- und
Kühlkreisläufen mit den Vorteilen von Kraftfahrzeugheizungen mit separaten Heiz-
und Kühlkreisläufen verbunden.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert. Es
zeigt:
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Fig. 1 eine Kraftfahrzeugheizung gemäß dem Stand der Technik mit durch
den Antriebsmotor gekoppelten Heiz- und Kühlkreisläufen; und
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Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeugheizung.
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In Fig. 2 ist schematisch ein Verbrennungsmotor 10 dargestellt, der einen
Bestandteil eines ersten Fluidkreislaufs 12 bildet. Der ersten Fluidkreislauf 12 wird
von einem ersten Fluid durchströmt, um den Verbrennungsmotor 10 zu
temperieren, das heißt bei Bedarf zu kühlen oder zu erwärmen. Ein Thermostat 20 mit
einer diesem zugeordneten Stichleitung ist in bekannter Weise im ersten
Fluidkreislauf 12 angeordnet. Weiterhin ist ein Kühler 22 Bestandteil des ersten
Fluidkreislaufs 12, wobei ein Kühlergebläse 24 dem Kühler 22 in ebenfalls bekannter
Weise zugeordnet ist. Ein zweiter Fluidkreislauf 14 bildet bei der in Fig. 2
dargestellten Ausführungsform den Heizkreislauf. Dem zweiten Fluidkreislauf 14 ist ein
Heizgerät 18 zugeordnet, bei dem es sich insbesondere um ein
brennstoffbetriebenes Heizgerät handeln kann, das zum Standheizbetrieb ausgelegt ist.
Weiterhin ist ein Heizkörper 26 Bestandteil des zweiten Fluidkreislaufs 14. Dem
Heizkörper 26 ist in der üblichen Weise ein Gebläse 28 zugeordnet, über das durch
den Heizkörper 26 erwärmte Luft in den Fahrzeuginnenraum geführt werden
kann. Der erste Fluidkreislauf 12 und der zweite Fluidkreislauf 14 sind durch
einen Wärmetauscher 16 gekoppelt, durch den ein Wärmeaustausch zwischen
dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid möglich ist. Der Wärmetauscher 16
enthält eine nicht dargestellte Ventileinrichtung, beispielsweise eine Ventilmatrix, mit
der der erste Fluidkreislauf 12 bei Bedarf mit dem zweiten Fluidkreislauf 14
gekoppelt werden kann. Eine Kopplung des ersten Fluidkreislaufs 12 und des
zweiten Fluidkreislaufs 14 kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn das
Heizgerät 18 ausfällt. Bei der dargestellte Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, dass
der ersten Fluidkreislauf 12 im Normalbetrieb vom zweiten Fiuidkreislauf 14
getrennt ist. Der Wärmetauscher 16 ist mit einem Wärmespeicher ausgestattet.
Dabei ist es beispielsweise möglich, dass der Wärmespeicher vor dem Start des
Antriebsmotors 10 im Standheizbetrieb des Heizgerätes 18 geladen wird. Die in
dem Wärmespeicher gespeicherte Wärme kann insbesondere zur Verkürzung der
Warmlaufphase des Antriebsmotors 10 auf das erste Fluid übertragen werden,
das durch den ersten Fluidkreislauf 12 strömt.
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Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Fahrzeugheizung ermöglicht ein vereinfachtes Motorthermomanagement, wobei
beispielsweise eine Kennfeldkühlung für alle Heizungsbetriebszustände möglich ist.
Weiterhin ergibt sich aufgrund der im Normalbetrieb getrennten, im Vergleich zu
einem gekoppelten Kreislauf kleinen Fluidkreisläufe ein geringerer Abstimmungs-
und Regelungsaufwand. Aufgrund einer geringeren Wärmekapazität und einer
möglichen Volumenstromregelung insbesondere für das erste Fluid wird eine
schnellere Aufheizung des Antriebsmotors 10 ermöglicht, was zu einem
geringeren Kraftstoffverbrauch und einem verringerten Emissionsausstoß führt, in einer
ECE-tauglichen Variante. Dies gilt auch für den Fall, dass die Aufheizung des
Antriebsmotors 10 durch eine Entladung des Wärmespeichers weiter
beschleunigt wird. Weiterhin ist es möglich, ein stationäres Wärmedefizit des
Antriebsmotors 10, beispielsweise bei einer Bergabfahrt, durch eine zeitlich begrenzte
Kopplung des ersten Fluidkreislaufs 12 und des zweiten Fluidkreislaufs 14auszugleichen. Aufgrund der geringeren Wärmekapazität im zweiten Fluidkreislauf 14
und einer gemessen daran vorzugsweise hohen Heizleistung des Heizgerätes 18
ist eine besonders schnelle Aufheizung des Fahrzeuginnenraums möglich. Dabei
kann die Fahrzeuginnenraumtemperatur beispielsweise über die Temperatur des
zweiten Fluids, das durch Wasser gebildet sein kann, komfortabel geregelt
werden, so dass eine zugfreie Heizung gebildet werden kann. Weiterhin tritt unter
keinen Betriebsbedingungen ein Zuheizdefizit im Fahrzeuginnenraum auf. Die
elektrische Leistungsaufnahme ist gering. Ein Standheizbetrieb ist ohne
zusätzlichen Aufwand mit einer sehr guten Wirkung möglich, da es sich um einen kleinen
Heizkreis (zweiter Fluidkreis 14) bei hoher Heizleistung handelt. Bei höheren
Außentemperaturen kann sich der zweite Fluidkreislauf 14 völlig neutral verhalten.
Insbesondere wenn keine Kopplung des ersten Fluidkreislaufs 12 und des
zweiten Fluidkreislaufs 14 vorgesehen ist, können das erste Fluid und das zweite
Fluid durch unterschiedliche Fluide gebildet sein. Beispielsweise kann es in
einigen Fällen vorteilhaft sein, wenn das zweite Fluid eine relativ geringe
Wärmekapazität aufweist. In vielen Fällen ist es jedoch ausreichend, wenn sowohl das
erste Fluid als auch das zweite Fluid durch Wasser gebildet ist, dem in bekannter
Weise ein Frostschutzmittel zugesetzt ist.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den
Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in
beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
6 Kühlkreislauf
8 Heizkreislauf
10 Antriebsmotor
12 erster Fluidkreislauf
14 zweiter Fluidkreislauf
16 Wärmetauscher
18 Heizgerät
20 Thermostat
22 Kühler
24 Kühlerlüfter
26 Heizkörper
28 Gebläse