DE1530487A1 - Heating and ventilation system for motor vehicles - Google Patents
Heating and ventilation system for motor vehiclesInfo
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Description
'Heiz- und Entlüftunges;istem für Motorfahrzeugelt Die Erfindung bezieht-sich auf Heiz- und Entlüftungssysteme fÜr Motorfahrzeuge, welche mit wassergekühlten Motoren ausgerüstet sind, und sieht eine verbesserte Konstruktion oder 4nordnung vor, um#eine angemessene Kühlung des Motors-zü gewährleisten, wobei eine ständige Zufuhr von frischer Warm--; oder frischer Kaltluft in das Fahrzeug automatisch aufrechterhalten wird, entsprechend der darin befinälichen Temperatur. Heating and ventilation systems for motor vehicles The invention relates to heating and ventilation systems for motor vehicles which are equipped with water-cooled engines and provides an improved construction or arrangement in order to ensure adequate cooling of the engine, whereby a constant supply of fresh warm--; or fresh cold air is automatically maintained in the vehicle according to the temperature therein.
Erfindungsgemäß besteht das verbesserte System aus mindestens einem Wärmeaustauscher im Motorkühlsystem anstelle des üblichen Wärmestrahlers, einem Lüfter, welcher verbunden ist mit dem Wärmeaustauscher, der mit verschiedenen Drehzahlen betrieben werden kann, wo bei besagter Lüfter Luft durch den Wärmeaustauscher oder in das Innere des Wagens drückt, Ein Regelventil dient dazu, die Temperatur des Motorkühlmittele entsprechend einzustellen, die Drehzahl des Lüfters zu regeln sowie die Temperatur im Wagen und die Richtung des Luftstromes durch den Wärmeaustauscher zu bestimmen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei anhand der Zeichnung näher erläutert und zwar zeigen: Fig. 1 die schematische Darstellung des Warmwasserkreislaufes für die Wärmeaustauscheinheiten in dem oberen und unteren Kammern eines doppeldeckigen Autos, Fig. 2 die schematische Darstellung der Hydraulik, die die Lüfter betätigt zur Regelung des Stromes von warmer oder kalter Luft, Fig. 3 in schematischer Darstellung des Strom von Warmluft in die obere und untere Kammer eines Doppeldeckerautos und Fig. 4, ähnlich wie Fig. 3, jedoch den Strom von Kühlluft für-das Wageninnere.According to the invention, the improved system consists of at least one heat exchanger in the engine cooling system instead of the usual heat radiator, a fan which is connected to the heat exchanger, which can be operated at different speeds, where said fan pushes air through the heat exchanger or into the interior of the car, A control valve is used to set the temperature of the engine coolant accordingly, to regulate the speed of the fan and to determine the temperature in the car and the direction of the air flow through the heat exchanger. An embodiment of the invention will be explained with reference to the drawing and that show: Fig. 1 is a schematic representation of the hot water circuit for the heat exchange units in the upper and lower chambers of a doppeldeckigen cars, Figure 2 shows the schematic representation of the hydraulic system that actuates the fans to control. the flow of warm or cold air, FIG. 3 in a schematic representation of the flow of warm air into the upper and lower chambers of a double-decker car and FIG. 4, similar to FIG. 3, but the flow of cooling air for the interior of the car.
Zunächst wird bezug genommen auf Fig. 1, wobei das dargestellte System die Anwendung der Erfindung bei einer Heiz-oder Lüftungsvorrichtung eines Doppeldeckautos mit Reckantrieb zeigt. Der normale Wärmestrahler zusammen mit seinem Lüfter und Lüfterantrieb wird ersetzt durch zwei relativ kleine Wärmeaustauscher 1 und 2 im unteren und oberen Raum oder in einem von den beiden, die verbunden sind mit dem MotorkÜhlsystem und zwar entweder in Reihe oder parallel zueinander. Gemäß Fig.-1 treibt der Motor 3 wine Kühlmittelpumpe 4 an', die-Kühlmittel zum Motor 3 fördert und von da zu den Wärmeaustauschern 1 und 2 durch die Leitung 5. Die Leitung 5 enthältein Temperaturfühlerelement 6 (Fig. 2),welches ein Oloteuerventil ?.betätigt. Das Kühlmittel läuft von den Wärmeaustauschern 1 und '2 zurück zu der Pumpe 4 durch die Leitung 8. Reference is first made to FIG. 1, the system shown showing the application of the invention to a heating or ventilation device of a double-deck car with a stretch drive. The normal radiant heater together with its fan and fan drive is replaced by two relatively small heat exchangers 1 and 2 in the lower and upper room or in one of the two, which are connected to the engine cooling system, either in series or in parallel with each other. According to Fig. 1, the engine 3 drives the coolant pump 4, which delivers coolant to the engine 3 and from there to the heat exchangers 1 and 2 through the line 5. The line 5 contains a temperature sensor element 6 (Fig. 2), which is a Oloteu valve?. Actuated. The coolant runs from the heat exchangers 1 and 2 back to the pump 4 through line 8.
Gemäß Fig. 2 hat jeder Wärmeaustauscher einen damit verbundenen,Axialturbinenlüfter 91 der auf einem Achsschenkel eines hydraulischen Motors 10 angebracht iatt der in seiner Dreh--zahl r'egerlbar ist. Den Motoren 10 wird das Öl durch einen Kreis lauf zugeleitet, bestehend aus einem Behälter 12i# einer motorgetriebenen hydraulischen Pumpe 13, die das Öl vom Behälter 12 Über das Rückschlagventil 14 leitet, winem Steuerventil 7 und einem Umkehrventil 15. Von diesem Ventil führt eine Rücklauf-18 leitung 16 und eine Leitung 17 zum Einlaß der Pumpe 13. According to FIG. 2, each heat exchanger has an axial turbine fan 91 connected to it, which is mounted on a steering knuckle of a hydraulic motor 10 and its speed can be regulated. The motors 10 , the oil is fed through a circuit, consisting of a container 12i # a motor-driven hydraulic pump 13, which directs the oil from the container 12 via the check valve 14, winem control valve 7 and a reversing valve 15. From this valve there is a return -18 line 16 and a line 17 to the inlet of the pump 13.
In der Praxis sind das Rückschlagventil 141 das REgelventil und das Umkehrventil 15 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, so daß eine gemeinsame Rücklaufleitung zum Pumpeneinlaß 18 benutzt werden kann. Das Rückschlagventil.14 ist eine Sicherheitsvorrichtung,-um den von der Pumpe 13 entwickelten Druck -tu begrenzen und verhindert eine zu hohe Geschwindigkeit der -Motoren-10 und Lüfter g. Dem System können ferner ein Filter bzw. Filter 19 angehören und ein luftgekühlter Ölkühler 20 im Anschluß an ein'en der Lüfter 9. In practice, the check valve 141, the regulating valve and the reversing valve 15 are arranged in a common housing, so that a common return line to the pump inlet 18 can be used. The non-return valve. 14 is a safety device -to limit the pressure -tu developed by the pump 13 and prevents the motors-10 and fan g from running too high. A filter 19 and an air-cooled oil cooler 20 connected to one of the fans 9 can also belong to the system.
Das Steuerventil 7 wird vom Thermostat 6 in der Hauptkühlmittelleitung 5 betätigt entsprechend der Temperatur des Motorkühlmittels, so daß unter der vorbestimmten Kühlmitteltemperatur den Ölflussea,iron--Pumpe-13 es möglich istl das Steuerventil 7 zu,durchlaufen zurück zum Pumpeneinlaß 18 über die Leitung 17. Es läuft daher kein Öl in den Hydraulikmotorkreis und,die Motoren 10,sind nicht in Tätigkeit. Daher bleiben die Inifter 9 stehen und verhindern,.daß Luft durch die Wärmeaustauscher 1 und 2 strömt, wodurch keine Abkühlung -des Kühlmittels bei deren Durchlauf eintritt, Da die Kühlmitteltemperatur bei laufendem Motor ansteigtg schließt der Thermostat 6 progressiv das Regelventil 7, so daß Öl zum Motorkreialauf strömt, wodurch progressiv die Drehzahl der Lüfter erhöht wird und dem Kühlmittel beim Durchlauf der Wärmeaustauscher 1 und 2 die Wärme entzogen wird. Diese progressive Regelung der Läfterdrehzahl hat die Vorteile, daß 4ie Kühlmitteltemperatur schneller ihren normalen Stand erreicht, wodurch die Motorabnutzung verringert und erreicht wird, daß die Temperatur der aus-den Wärmeaustauschern 1 und 2 austretenden Luft konstanter istg als es der Fall wäre, wenn z.B. die Lüfter 9 intermittierend liefen oder eine Regelung Über den Wasserfluß erfolgen würde. Die kombinierte Wärme-Vernichtung der Austauscher 1-und 2 ist vorteilhafterweise derartg «aß bei maxi»Irk Lüftergeschwindigkeit für eine gegebene Motordrehzahl die Temperaturdifferenz von Motorkühlmittel und umgebender Luft nicht das angegebene Höchstmaß Übersteigt. Wenn die Raumtemperatur unter den vorbestimmten Wert abfällt, z.B. 68 OF, tritt das Umkehrventil 15 infolge eines Luftthermometers (nicht gezeJgb) in den Räumen 21 (Fig. 3 und 4) in Tätigkeit und veranlaßt so die Lüfter 9 Luft von außen hereinzuholen und diese durch die Wärmeaustauscher 1 und 2 zu drücken, in denen die Luft vom Kühlmittel erhitzt wird, woraufhin die Luft durch Verteilerkanäle 22 in den Raum eintritt, vorteilhafter Weise in Bodenhöhe, wedurch verteilte Öffnungen 31. Diese Luftströmung ist mit den Pfeilen in Fig. 3 0 angegeben. Wenn die Raumtemperatur-68 F übersteigt, tritt der Luftthermostat in Tätigkeit und läßt das Ventil 15 die Richtung ändern für den Ölfluß in dem Teil, in dem-die Motoren 10 liegen, so daß sich die Drehric htung dieser Motoren ändert und-damit die Richtung der Luftströmung. Somit wird Luft aus dem Raum durch die Verteilerkanäle 22 über die Wärmeaustauscher 1 und 2 nach außen geleitet. Dieser Verlauf wird durch die Pfeile in Fig. 4 angedeutet. Frischluft als Ersatz für die abgezogene aus den Räumen tritt durch die Öffnungen 23 ein, wodurcheLn Entlüftung erfolgt. Es ist wünschenswert, eine Verzögerungsvorrichtung im Ventil 15 v orzusehen, um eine plötzliche Umkehrung zu verhindern, wodurch die Hydraulik oder die Lüfter Schaden-nehmen können, Das oben beschriebene System kann Änderungen erfahren.The control valve 7 is actuated by the thermostat 6 in the main coolant line 5 according to the temperature of the engine coolant, so that below the predetermined coolant temperature the oil flows a, iron - pump 13, it is possible to pass the control valve 7 back to the pump inlet 18 via the line 17 . therefore does not fill oil into the hydraulic motor circuit and the motors 10, are not in action. Therefore, the Inifter 9 stop and prevent .that air flows through the heat exchangers 1 and 2, whereby no cooling-of the coolant occurs during their passage, Since the coolant temperature rises when the engine is running, the thermostat 6 progressively closes the control valve 7, so that oil flows to the motor circuit, which progressively increases the speed of the fan and the heat is extracted from the coolant as it passes through the heat exchangers 1 and 2. This progressive control of the fan speed has the advantages that the coolant temperature reaches its normal level more quickly, whereby the engine wear is reduced and it is achieved that the temperature of the air leaving the heat exchangers 1 and 2 is more constant than it would be if, for example, the Fan 9 ran intermittently or a control would take place over the water flow. The combined heat destruction of exchangers 1 and 2 is advantageously such that at a maximum fan speed for a given engine speed, the temperature difference between engine coolant and surrounding air does not exceed the specified maximum. When the room temperature falls below the predetermined value, for example 68 OF, the reversing valve 15 comes into operation as a result of an air thermometer (not shown) in the rooms 21 (FIGS. 3 and 4) and thus causes the fan 9 to draw in air from the outside and through it to press the heat exchanger 1 and 2, in which the air is heated by the coolant, whereupon the air enters through distribution channels 22 in the space, advantageously at ground level, wedurch distributed openings 31. This air flow is indicated by arrows in Fig. 3 0 . If the room temperature exceeds 68 F, the air thermostat comes into action and changes the direction of the valve 15 for the oil flow in the part in which the motors 10 are located, so that the direction of rotation of these motors changes and thus the direction the air flow. Thus, air from the room is passed through the distribution channels 22 via the heat exchangers 1 and 2 to the outside. This course is indicated by the arrows in FIG. 4. Fresh air as a replacement for the air drawn off from the rooms enters through the openings 23 , whereby ventilation takes place. It is desirable to provide a delay device in valve 15 to prevent a sudden reversal which could damage the hydraulics or fans. The system described above may be modified.
Z.B. können die Lüfter 9 durch Blektromotoren angetrieben werden anstelle der Hydraulikmotoren 10, wobei sie den Strom ent--. weder aus dem elektrischen Kreis des Fahrzeuges nehmen oder von einer separaten motorgetriebenen Wechselstrommaschine oder Generator, die-speziell vorges-ehen ist für die Speisung der Lüftermotoren. Die Spannung des separaten Kreises kann eine andere sein als die des Fahrzeugkreises..Die Regelung der Motorgeschwindig würde dann elektronisch oder elektrisch erfolgen, entsprechend der Motorwassertemperatur. Ferner sind die Axiellüfter 9 in der einen Drehrichtung wirksamer als in der anderen. Es ist vorteilhaftl die weniger wirksame Drehrichtung für das Einlassen von Warmluft in die Räume 21 zu wählerMnd die wirksamere Drehrichtung für die Ventilation, wenn größere Luftströme erforderlich.sind für den Komfort der Insassen in den Räumen und die Kühlung der Wärmeaustauscher 1 und 2 um eine wirksamere Abkühlung des Motors bei höheren Temperaturen sicherzustellen. Bei Raumbeheizung, wenn die Waniger wirksame Drehrichtung der Lüfter benutzt wird, bewirkt der geringere Luftstrom höhere Lufttemperatur, welche ansteigt durch die Hitze der Wärmeaustauscher 1 und 2 durch gewisse Wärmeabgabe des Motors an sein Kühlmittel.For example, the fans 9 can be driven by lead motors instead of the hydraulic motors 10, whereby they ent--. neither from the electrical circuit of the vehicle nor from a separate motor-driven alternating current machine or generator, which is specially provided for supplying the fan motors. The voltage of the separate circuit can be different from that of the vehicle circuit. The engine speed would then be regulated electronically or electrically, depending on the engine water temperature. Furthermore, the axial fans 9 are more effective in one direction of rotation than in the other. It is vorteilhaftl less effective direction of rotation for the admission of hot air into the spaces 21 to wählerMnd the effective direction of rotation for the ventilation when larger air flows erforderlich.sind more effective for the comfort of the occupants in the room and the cooling of the heat exchangers 1 and 2 by a Ensure that the motor cools down at higher temperatures. In the case of room heating, if the Waniger effective direction of rotation of the fan is used, the lower air flow causes a higher air temperature, which rises due to the heat of the heat exchangers 1 and 2 due to the motor giving off a certain amount of heat to its coolant.
In gewissen Fällen können-ein oder mehrere Zentrifugallüfter verwendet werdeng wobei jedoch hierbei eine Drehrichtungsänderung keine Umkehrungdes Luftstromes bewirkt, Die Lüftet drehen sich daher nur in einer Richtung, während die Umkellrung-den Luftstromes durch ein Zugklappensystem an den Lüftungskinälen errei I cht wird und zwar durch deren Verstellung in Abhängigkeit-von den Raumthermostat.In certain cases, one or more centrifugal fans can be used, although a change in the direction of rotation does not reverse the air flow their adjustment depending on the room thermostat.
Die,---Wärmeau stauscher können an jeder geeigneten Stelle den Autos angebracht werden, a.B. unter der Treppe eines Doppeldeckauton oder unter dem Boden, je nach Ausführung und Lage das Motors, ob mit Heckantrieb oder Unterflurmotor.The heat exchangers can be installed in any suitable place on the car, e.g. under the stairs of a double-deck car or under the floor, depending on the design and location of the engine, whether with rear-wheel drive or underfloor engine.
Manchmal ist es erforderlich, das Auto bei warmem Wettbr im Stand zu entlüften, z.B. an der Endstation. Für solche Yälle ist eine Hilfahydraulikpumpe 24 vorgesehen, welche von einem elektrischen Motor 25 angetrieben wird, der von der Fahrzeugbatterie gespeist wird. Die Pumpe 24 ist in den hydraulischen Kreis eingeschaltet, um die Motoren.10 mit einer reduzierten Drehzahl anzutreiben. Weil die von einem Lüfter verbrauchte Kraft proportional der dritten Kraft der Geschwindigkeit ist wenn die Lüfter Z.B. mit der Hälfte ihrer Maximaldrehzahl laufen, wÜrde der Verbrauch durchschnittlich 1/8 der Maxikalkraft betragen, ohne Berücksichtigung der schlechten Wirkung von Motor und Pumpe. Ein vernünftiger Grad von Entlüftung.ist daher mit einem niedrigen Kraftverbrauch von den Batterien erhältialich. Rückströmventile 26 und 27 sind dann in dem Kreis nötig. Das Ventil 26 verhindert eine Inbetriebnahme der Pumpe 24, wenn die Hauptpumpe 13 in Tätigkeit ist, während das Ventil 27 einen Ölstrom von der Pumpe 24 zur Leitung 17 und dem Ventil 7 verhindert, wenn der Thermostat 6 es ganz oder teilweise öffnet.Sometimes it is necessary to ventilate the car when the car is stationary, for example at the end of the line. For such yalls, an auxiliary hydraulic pump 24 is provided, which is driven by an electric motor 25 which is fed by the vehicle battery. The pump 24 is connected to the hydraulic circuit in order to drive the motors.10 at a reduced speed. Because the power consumed by a fan is proportional to the third power of the speed if the fans run e.g. at half their maximum speed, the consumption would be on average 1/8 of the maximum power, without taking into account the bad effect of the motor and pump. A reasonable degree of venting is therefore available with low power consumption from the batteries. Backflow valves 26 and 27 are then necessary in the circuit. The valve 26 prevents the pump 24 from starting up when the main pump 13 is in operation, while the valve 27 prevents an oil flow from the pump 24 to the line 17 and the valve 7 when the thermostat 6 opens it completely or partially.
(Die Pfeile c zeigen diesen Hilfaölstrom.) Für den Fall, daß die Lüfter 9 elektromotorisch angetrieben werden , können ihre.Notoren vorzugsweise mit reduzierter Drehzahl laufen, um eine Ventilation zu bewirken, wenn das Fahrzeug steht, Unter bestimmten Umständen mag es unerwünscht sein, in dem Raum einen kleinen negativen Druck zu haben, welcher hervorgerufen wird durch die Saugwirkung der Läfter 9 bei Entlüftüngebedingu ngen, z.B. in staubiger Atmosphäre. Ein Hilfsentlüfter 28, Motor 29 und Rückschlagvontil 30 können dann in den Kreis eingeschlossen sein.(The arrows c show this auxiliary oil flow.) In the event that the fans 9 are driven by an electric motor , their motors can preferably run at a reduced speed in order to provide ventilation when the vehicle is stationary. Under certain circumstances it may be undesirable To have a small negative pressure in the room, which is caused by the suction effect of the fans 9 when there are ventilation conditions, for example in a dusty atmosphere. An auxiliary ventilator 28, motor 29 and non-return valve 30 can then be included in the circuit.
Unter Reizbedingungen mit einem Ölstrom, wie er durch die Pfeile a dargestellt isti wird das Rückschlägventil 30 geöfinet und erlaubt, den Ölstrom am Motor 29 vorbeizuführen, so daß der Lüfter 28 stillsteht. Unter Entlüftungsbedingungen, wie durch die Pfeile b angedeutet (und.wahliveise durch die Pfeile a) wird das Rückschlagventil 30 geschlossen, so daß der Ölstrom durch den Motor 29 strömt und damit der Lüfter 28 in Drehung versetzt wird. Lüfter 28 steht direkt mit der Atmosphäre in Verbindung und bläst somit a tmoophärische Luft in den Raum. Wenn dies ungehindert geschieht, ist die Abgabe nicht kleiner als die kombinierte installierte Abgabe der Lüfter 9, so daß der negative Druck in dem Raum vermieden wird. Es versteht sich, daß clie am Ausführungsbeispiel eines Doppeldeckautos beschriebene Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt ist, sondern ganz allgemein auch für Eindeckfahrzeuge anwendbar ist.Under stimulus conditions with an oil flow, as shown by the arrows ai, the non-return valve 30 is opened and allows the oil flow to bypass the motor 29 so that the fan 28 comes to a standstill. Under venting conditions, as indicated by the arrows b (und.wahliveise by the arrows a), the check valve 30 is closed so that the oil flow flows through the motor 29 and the fan 28 is set in rotation. Fan 28 is in direct contact with the atmosphere and thus blows atmospheric air into the room. If this happens unhindered, the output will be no less than the combined installed output of the fans 9 so that the negative pressure in the room is avoided. It goes without saying that the invention described using the exemplary embodiment of a double-deck vehicle is not restricted to this application, but can also be used quite generally for single-deck vehicles.
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