DE19539605A1 - Heizungswärmetauschersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizungswärmetauschersystem einer Fahrzeugheizung an einem Kühlsystem für Kühlwasser und/oder Motorschmieröl einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Fahrzeugen mit wassergekühlter Brennkraftmaschine wird der Wasserumlauf auch zur Aufheizung des Fahrgastraumes verwendet. Das Kühlwasser wird von einer Kühlmittel­ pumpe umgewälzt. Diese Kühlmittelpumpe wird bei heutigen Fahrzeugen von der Brennkraftmaschine angetrieben (z. B. über einen Riementrieb). Die Drehzahl und damit auch die Pumpenleistung ist deshalb abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Die von der Brennkraftmaschine an das Kühlwasser abgegebene Wärmemenge wird über einen Luft/Wasserwärmetauscher (Kühler) an die Umgebung abgeführt.

Ein Nebenkreislauf des Kühlwassers wird über einen Heizungswärmetauscher geleitet. Die mittels Gebläse oder Fahrtwind durch diesen Heizungswärmetauscher geleitete Luft erwärmt sich und dient zur Temperierung des Fahrgastraumes. Ein Stellventil wird zur Einstellung der durch den Heizungswärmetauscher fließenden Kühlmittelmenge verwendet. Die Luftaustrittstemperatur am Wärmetauscher ist vorwiegend abhängig von der Temperatur und dem Volumenstrom des Kühlwassers im Wärmetauscher. Der Heizungskreislauf ist zum Hauptwasserkreislauf als Bypass geschaltet. Dies heißt, daß nur ein Teilstrom der gesamten Wassermenge durch den Heizungswärmetauscher fließt. Diese Teilmenge ist abhängig von der Grundauslegung des Systems (Drosselung durch unterschiedliche Leitungsquerschnitte etc.), der Stellung des Stellventils und der Fördermenge der Kühlmittelpumpe und somit auch von der Drehzahl bzw. Leistung der Brennkraftmaschine.

Nachteil eines solchen Heizsystems ist, daß damit auch die Aufwärmung des Fahrgastraums bei konstanter Stellung des Stellventils abhängig von der Brenn­ kraftmaschinendrehzahl und/oder -leistung ist. Zudem ist der Kühlwasserdurchfluß des Heizungskreislaufs bei niedrigen Drehzahlen (Stadtverkehr, Leerlauf) oft unzureichend, so daß keine ausreichende Erwärmung des Innenraumes mehr gewährleistet ist.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungs­ gemäßen System Mittel aufzufinden, mit denen eine vom Kühlmittelkreislauf weitgehend unabhängige Steuerung/Regelung eines Heizsystems möglich wird.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merk­ male gelöst worden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Heizungswärmetauschersystem,

Fig. 2 eine alternative Ausführung nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Kühlsystem für Kühlwasser, bestehend aus nicht dargestellten Kühlkanälen innerhalb der Brennkraftmaschine und einer Kühl­ mittelrückführleitung 2 und einer Kühlmittelzuführleitung 3, die eine Kühlmittelpumpe 4 aufweist. Zwischen beiden Leitungen 2, 3 besteht eine Verbindung über einen Kühler 5 und eine zum Kühler 5 bestehende Bypassleitung 6, wobei ein Thermostatventil 7 den Kühlmittelzufluß zum Kühler 5 und/oder in die Bypassleitung 6 steuert.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß an die Kühlmittelrückführleitung 2 vor dem Thermostatventil 7 ein Kühlmittel/Heizmittelwärmetauscher 8 ausgebildet und an eine Heizmittelringleitung 9 angeschlossen ist, in derem Zuge eine elektrisch steuer-regelbare Heizmittelpumpe 10 sowie ein Heizmittel/Heizluftwärmetauscher 11 angeordnet sind, wobei die Heizmittelpumpe 10 in ihrer Fördermenge durch Signale einer Heizleistungs­ steuerung/ -regelung (nicht dargestellt) einstellbar ist.

Alternativ zu der Darstellung kann der Kühlmittel-/Heizmitteltauscher 8 auch vom aufgeheizten Motorschmieröl durchströmt sein oder vom Kühlwasser und vom Mo­ torschmieröl.

Damit ist der Heizmittelstrom in der Ringleitung 9 unabhängig von der Pumpleistung der Kühlmittelpumpe 4 und oder einer Motorölpumpe der Brennkraftmaschine. Die Tempera­ turbeeinflussung des Fahrzeuginnenraums erfolgt nur noch über die Leistungsregelung der Heizmittelpumpe 10. Insbesondere bei Verwendung einer Pumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor ist die Integration der Regelung mit sehr geringem Aufwand möglich. Es wird lediglich ein Steuersignaleingang (S) an der Pumpe 4 selbst nötig. Hier wird abhängig von der gewünschten Temperatur die Drehzahl der Heizmittelpumpe 10 vorgegeben.

Vorteilhafterweise kann nun vorgesehen werden, daß das Thermostatventil 7 des Kühlsystems von einem Elektromagnetventil 12 gebildet ist, das auf Signale eines an der Brennkraftmaschine 1 angeordneten Temperatursensors 13 reagiert.

Bei einem thermostatisch gesteuerten Kühlkreislauf ist es vorteilhaft, anstelle der heute üblichen Dehnstoffventile dieses Elektromagnetventil 12 einzusetzen. Damit werden die bei Dehnstoffventilen hohen Totzeiten reduziert und die Regelgenauigkeit verbessert.

Alternativ hierzu, wie in Fig. 2 dargestellt ist, kann vorgesehen werden, daß das Thermostatventil 7 von einem Rückschlagventil 14 gebildet ist, das auf den Kühlmittel­ druck in der Kühlmittelrückführleitung 2 reagiert, der von der Kühlmittelpumpe 4 erzeugt wird, die dann als elektrische Pumpe ausgeführt ist und auf Signale des an der Brenn­ kraftmaschine angeordneten Temperatursensors 13 reagiert, wobei in diesem Fall die Bypassleitung 6 gedrosselt ist.

Die Drosselung kann durch entsprechend dimensionierte (kleine) Leitungsquerschnitte oder eine Drossel erzielt werden. Bei niedrigen Motortemperaturen wird von der Kühl­ mittelpumpe 4 nur ein geringer Volumenstrom gefördert. Dieser kleine Volumenstrom fließt bei geschlossenem Rückschlagventil 14 zunächst nur durch die Bypassleitung 6 und die Kühlkanäle der Brennkraftmaschine 1 und erwärmt sich schnell. Aufgrund des in diesem Betriebszustand umgewälzten niedrigen Kühlmittelstroms kommt die Drossel­ wirkung der Bypassleitung 6 nicht zum Tragen. Von der steigenden Brennkraftmaschi­ nentemperatur abhängig wird nun die Förderleistung der Pumpe 4 erhöht. Der Druck vor dem Rückschlagventil 14 steigt aufgrund der nun größer werdenden Drosselung in der Bypassleitung 6 an, das Rückschlagventil 14 öffnet allmählich und ein Teil des nun steigenden Volumenstroms wird durch den Kühler 5 geleitet. Abhängig von der Förderleistung der Pumpe 4 wird das Rückschlagventil 14 vollständig geöffnet, bis nahezu der gesamte Kühlmittelstrom durch den Kühler 5 geleitet wird. Dieses System arbeitet ohne Totzeiten mit großer Regelgenauigkeit. Im Zuge der Heizmittelringleitung 9 kann ein Druckventil 15 angeordnet sein, das bei abgestellter Heizung bzw. Heizmittelpumpe 10 einen Heizmittelumlauf durch Thermosiphonwirkung ausschließt.

Claims (5)

1. Heizungswärmetauschersystem einer Fahrzeugheizung an einem Kühlsystem für Kühlwasser und/oder Motorschmieröl einer Brennkraftmaschine, mit einem an einer direkt von der Brennkraftmaschine kommenden Kühlmittelrückführleitung ange­ schlossenen Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher als Kühlmittel/Heizmittelwärmetauscher (8) ausgebildet und an eine Heizmittelringleitung (9) angeschlossen ist, in derem Zuge eine elektrisch steuer­ regelbare Heizmittelpumpe (10) sowie ein Heizmittel-/Heizluftwärmetauscher (11) angeordnet sind, wobei die Heizmittelpumpe (10) in ihrer Fördermenge durch Signale einer Heizleistungssteuerung/ -regelung einstellbar ist.

2. Heizungswärmetauschersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kühlmittelrückführleitung (2) stromab des Kühlmittel/Heizmittelwärmetau­ schers (11) ein Thermostatventil (7) aufweist, das den Kühlmittelzufluß zu einem Kühler (5) oder/und in eine zum Kühler (5) bestehende Bypassleitung (6) steuert.

3. Heizungswärmetauschersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Thermostatventil (7) von einem Elektromagnetventil (12) gebildet ist, das auf Signale eines an der Brennkraftmaschine (1) angeordneten Temperatursensors (13) reagiert.

4. Heizungswärmetauschersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Thermostat von einem Rückschlagventil (14) gebildet ist, das auf den Kühlmitteldruck in der Kühlmittelrückführleitung (2) reagiert, der von der Kühlmittel­ pumpe (4) erzeugt wird, die als elektrische Pumpe ausgeführt ist und auf Signale eines an der Brennkraftmaschine angeordneten Temperatursensors (13) reagiert, wobei die Bypassleitung (6) gedrosselt ist.

5. Heizungswärmetauschersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß im Zuge der Heizmittelringleitung (9) ein Druckventil (15) angeordnet ist, das bei abgestellter Heizmittelpumpe (10) einen Heizmittelumlauf durch Thermosiphonwirkung ausschließt.