DE19847607A1 - Heizungskreislauf für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Heizungskreislauf für Kraftfahrzeuge

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Abstract

In dem Heizungskreislauf ist ein Zuheizer (35) zusammen mit einem Heizungswärmetauscher (36) Bestandteil eines gesonderten - kleinen - Heizungskreises (32). Der gesonderte Heizungskreis (32) ist mittels zweier Thermostaten (33, 34) abgetrennt, die über ein Gestänge (8) gekoppelt sind. Der Eingang und einer der Ausgänge des ersten Thermostaten (33) sind Bestandteil des Heizungskreislaufes (3), sein anderer Ausgang Bestandteil des gesonderten Heizungskreises (32). Der Eingang und einer der Ausgänge des zweiten Thermostaten (34) sind Bestandteil des gesonderten Heizungskreises (32), sein anderer Ausgang ist Bestandteil des Heizungskreislaufes (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizungskreislauf mit Heizungswärmetauscher und Zuheizer für Kraftfahrzeuge.
Es ist bekannt, in dem Heizungskreislauf eines Kraftfahrzeugs einen Zuheizer vorzusehen. Die konventionelle Einbindung des Zuheizers in den Heizungskreislauf führt beim Kaltstart jedoch nur zu unwesentlichen Heizleistungssteigerungen: Einerseits nimmt der noch nicht erwärmte Motorblock den größten Teil der vom Zuheizer abgegebenen Wärme bei nur langsamer Temperatursteigerung auf. Andererseits ist der Zuheizerdurchfluß bezogen auf die Nennleistung dieser Geräte sehr hoch, so daß nur eine geringe Temperaturanhebung über den Zuheizer möglich ist
(Ezu = m.Cp.Δ).
Danach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei kaltem Kraftfahrzeug möglichst schnell eine komfortable Heizlufttemperatur zu erzielen, wobei sowohl die Zuheizerdurchströmung unabhängig von der Motordrehzahl geregelt als auch der Motor vom Heizsystem entkoppelt werden soll.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zuheizer zusammen mit dem Heizungswärmetauscher Bestandteil eines gesonderten - kleinen - Heizungskreises ist, der mittels zweier Thermostaten abgetrennt ist, die über ein Gestänge gekoppelt sind und von denen der Eingang und einer der Ausgänge des ersten Thermostaten Bestandteil des Heizungskreislauf sowie sein anderer Ausgang Bestandteil des gesonderten Heizungskreises sind, und von denen der Eingang und einer der Ausgänge des zweiten Thermostaten Bestandteil des gesonderten Heizkreises sowie sein anderer Ausgang Bestandteil des Heizungskreislaufes sind.
Bei der Erfindung wird der Motor-Kühlkreislauf weitgehend serienmäßig beibehalten. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Änderungen ergeben sich im Vorlauf des Heizungswärmetauschers. Über den ersten Thermostaten wird bei kaltem, vom Motor kommenden Kühlmittel der Heizungswärmetauscher umgangen. Das Kühlmittel fließt dann über den großen Heizungskreis zurück zum Motor. Der mit dem ersten Thermostaten über das Gestänge fest verbundene zweite Thermostat wir über die an dem ersten Thermostaten vorliegende Vorlauftemperatur mitgeschaltet. Der zweite Thermostat blockiert bei kaltem Motor den Heizungsrücklauf in den Heizungskreisumlauf, so daß bei diesem Betriebszustand im kleinen Heizungskreis ein Kühlmittelumlauf vom Zuheizer über den Heizungswärmetauscher und den Thermostaten wieder zum Zuheizer hergestellt wird. Wenn das vom Motor kommende Kühlmittel die Umschaltstelle der Thermostaten übersteigt, wird der direkte Weg vom Motor zum Heizungswärmetauscher freigegeben. Der reine Kühlmittelumlauf wird blockiert.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind als Blockschaltbilder in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine Prioritätsschaltung zur Heizleistungsunterstützung mittels Zuheizer;
Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Prioritätsschaltung mit einer zusätzlichen Wärmespeicherunterstützung.
Ein Motor 1 ist Mittelpunkt einerseits eines Kühlmittelkreises 2, andererseits eines Heizungskreisumlaufs 3. Mit dem Motor 1 verbunden ist eine Abgasanlage 4.
Der Kühlmittelkreis 2 ist unterteilt in einen kleinen Kreislauf 21 und einen großen Kreislauf 22, die parallel zueinander geschaltet sind. Der große Kreislauf 22 enthält einen Kühler 23. Bestandteil beider Kreisläufe ist eine Wasserpumpe 6, mit der ein Thermostat 7 verbunden ist.
Auch der Heizungskreisumlauf 3 ist in einen großen Heizungskreis 31 und einen kleinen Heizungskreis 32 geteilt. Der Heizungskreisumlauf 3 enthält einen Thermostaten 33. Über ein Gestänge 8 fest mit dem Thermostaten 33 verbunden ist ein weiterer Thermostat 34 gekoppelt, der kein eigenes Dehnstoffelement aufweist und somit über die am Thermostaten 33 vorliegende Vorlauftemperatur mit geschaltet wird. Jeweils einer der Ausgänge der Thermostaten 33 und 34 ist dem kleinen Heizungskreis 32 zugeordnet, jeweils der andere dem großen Heizungskreis 31. Die zugehörigen Ausgänge sind parallel zueinander geschaltet.
Zwischen dem großen Heizungskreis 31 und dem Kühlmittelkreis 2 ist ein Ausgleichsbehälter 5 vorgesehen. Der große Heizungskreis 31 mündet in der Wasserpumpe 6.
Bestandteil des kleinen Heizungskreises 32 sind nach der Parallelschaltung der Ausgänge der Thermostaten 33 und 34 die Reihenschaltung eines Zuheizers 35 sowie eines Heizungswärmetauschers 36. Dem Zuheizer 35 vorgeordnet ist ein Temperaturfühler 37. Der dem kleinen Heizungskreis 32 zugeordnete Ausgang des zweiten Thermostaten 34 enthält zusätzlich eine elektrische Wasserpumpe 38. Das Ende des kleinen Heizungskreises 32 bildet der Eingang des zweiten Thermostaten 34.
Die Abgasanlage 4 enthält einen Katalysator 41. In die Abgasanlage 4 mündet eine Abgasleitung 9 des Zusatzheizers 35. Es ist vorteilhaft, die Abgase des Zusatzheizers 35 bei Dieselfahrzeugen vor dem Katalysator 41, bei Ottofahrzeugen hinter dem Katalysator 41 in die Abgasanlage 4 einzuspeisen.
Bei der Prioritätsschaltung mit Wärmespeicherunterstützung ist in dem kleinen Heizungskreis 32 zwischen dem Zuheizer 35 und dem Heizungswärmetauscher 36 ein Wärmespeicher 39 vorgesehen, vgl. Fig. 2.
Über den Thermostaten 33 wird bei kaltem, vom Motor 1 kommenden Kühlmittel (z. B. < 80°C) der Heizungswärmetauscher 36 umgangen. Das Kühlmittel fließt dann über den großen Heizungskreis 31 zurück zum Motor 1. Der mit dem Thermostaten 33 über ein Gestänge fest verbundene Thermostat 34 wird über die an dem Thermostaten 33 vorliegende Vorlauftemperatur mit geschaltet. Dieser Thermostat 34 blockiert bei kaltem Motor 1 den Heizungsrücklauf in den Heizungskreisumlauf 3, so daß bei diesem Betriebszustand im kleinen Heizungskreis 32 ein Kühlmittelumlauf vom Zuheizer 35 über den Heizungswärmetauscher 36 und den Thermostaten 34 wieder zum Zuheizer 35 hergestellt wird. Zwischen dem Thermostaten 34 und dem Zuheizer 35 sorgt die elektrische Wasserpumpe 38 für die erforderliche Kühlmittelumwälzung. Um am Heizungswärmetauscher 36 stets kühlmittelseitig ein hinreichendes Wärmeangebot bereitzustellen, sind Kühlmittelmassenströme von 150 kg/h bis 800 kg/h, insbesondere von 200 kg/h bis 300 kg/h, erforderlich. Diese Kühlmittelmassenströme werden bevorzugt über Nachlaufpumpen mit einer Leistungsaufnahme von 20 bis 40 Watt erbracht.
Wenn das vom Motor 1 kommende Kühlmittel die Umschaltstelle (z. B. 80°C) der Thermostaten 33 und 34 übersteigt, wird durch Verschieben der Ventile in den Thermostaten der direkte Weg vom Motor 1 zum Heizungswärmetauscher 36 freigegeben. Der reine Kühlmittelumlauf wird blockiert. Über einen Kontakt am Thermostaten 33 oder am Thermostaten 34 kann die Zusatzwasserpumpe 38 abgeschaltet werden.
Die Leistung des Zuheizers 35 wird über den Temperaturfühler 37 im Vorlauf des Zuheizers 35 gesteuert. Zur Begrenzung des Mehrverbrauchs ist es vorteilhaft, den Zuheizer 35 beim Öffnen des Thermostaten 33 abzuschalten. Bei sehr niedrigen Außentemperaturen kann aber eine weitere Kühlmittelbeheizung sinnvoll sein. Bei externer Beheizung des Dehnstoffelements im Thermostaten 33 kann die Öffnungstemperatur in gewissen Grenzen variiert werden. So kann beispielsweise außentemperaturgesteuert oder abhängig von der Stellung des Heizungswahlschalters eine niedrigere Öffnungstemperatur gewählt werden.
Wegen der rein passiven Auslegung des Systems beschränken sich die Mehrkosten auf den Aufwand für die beiden Thermostaten 33 und 34, die elektrische Zusatzwasserpumpe 38 und gegebenenfalls eine zusätzliche Verschlauchung. Eine Integration der Thermostaten 33, 34 und des Zuheizers 35 in einer Baugruppe ist vorteilhaft.
Zur weiteren Verkürzung der Aufwärmzeit kann der Zuheizer 35 über eine Vorsteuerung mittels Türöffnungskontakt, über eine Fahrersitzbelegung oder bei Einschalten der Zündung aktiviert werden. Ebenfalls möglich ist eine durch Zeitschaltuhr oder Funksignal ausgelöste Vorwärmung, die jedoch wegen der geringen zu erwärmenden Kühlmittelmasse nur max. 5 Min. - im Gegensatz zu 30 Min. bei konventionellen Systemen - betragen muß.
Wesentlich für die Wirksamkeit der Prioritätsschaltung nach der Erfindung ist eine möglichst geringe Kühlmittelmasse im Umlauf Zuheizer 35 - Heizungswärmetauscher 36 - Thermostat 34 - Zuheizer 35, also im kleinen Heizungskreis 32, sowie ein möglichst schnelles Zünden des Zuheizers 35. Bekannte Geräte liegen bei Startzeiten von 20 bis 40 Sec. Falls Totzeiten von "Fahrtbeginn" bis "warme Luft" von 2 bis 3 Min. nicht toleriert werden - z. B. vom Käufer eines Oberklassekraftfahrzeugs mit TDI-Motor -, wird die Schaltung nach Fig. 1 um den kleinen Latent-Wärmespeicher 39 ergänzt, vgl. Fig. 2. Da eine Motorerwärmung bei dieser Auslegung nicht möglich ist, kann die Kapazität des Wärmespeichers 39 auf max. 150 Wh begrenzt werden gegenüber 600 bis 800 Wh bei ausgeführten Latent-Wärmespeichern. Der Wärmespeicher 39 ist zwischen Zusatzheizer 35 und Heizungswärmetauscher 36 eingebunden, wobei die Ventile zur Schaltung der End- und Beladung nicht dargestellt sind. Bereits nach wenigen Sekunden Laufzeit der elektrischen Zusatzwasserpumpe 38 wird die Frischluft im Heizungswärmetauscher 36 erwärmt.
Auch im extremen Kurzstreckenbetrieb ist eine Wiederbeladung des Wärmespeichers über einen Nachlauf des Zusatzheizers nach Fahrzeugstillstand problemlos möglich.
Bezugszeichenliste
1
Motor
2
Kühlmittelkreis
3
Heizungskreisumlauf
4
Abgasanlage
5
Ausgleichsbehälter
6
Wasserpumpe
7
Thermostat
8
Gestänge
9
Abgasleitung
21
kleiner Kreislauf
22
großer Kreislauf
23
Kühler
31
großer Heizungskreis
32
kleiner Heizungskreis
33
Thermostat
34
Thermostat
35
Zuheizer
36
Heizungswärmetauscher
37
Temperaturfühler
38
elektrische Zusatzwasserpumpe
39
Wärmespeicher
41
Katalysator

Claims (7)

1. Heizungskreislauf mit Heizungswärmetauscher und Zuheizer für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuheizer (35) zusammen mit dem Heizungs­ wärmetauscher (36) Bestandteil eines gesonderten - kleinen - Heizungskreises (32) ist, der mittels zweier Thermostaten (33, 34) abgetrennt ist, die über ein Gestänge (8) gekoppelt sind und von denen der Eingang und einer der Ausgänge des ersten Thermostaten (33) Bestandteil des Heizungskreislaufes (3) sowie sein anderer Ausgang Bestandteil des gesonderten Heizungskreises (32) sind und von denen der Eingang und einer der Ausgänge des zweiten Thermostaten (34) Bestandteil des gesonderten Heizungskreises (32) sowie sein anderer Ausgang Bestandteil des Heizungskreislaufs (3) sind.
2. Heizungskreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zuheizer (35) ein Temperaturfühler (37) vorgeordnet ist.
3. Heizungskreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem kleinen Heizungskreis (32) zugeordnete Ausgang des zweiten Thermostaten (34) eine elektrische Wasserpumpe (38) enthält.
4. Heizungskreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Abgasanlage, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgasleitung (9) des Zusatzheizers (35) in die Abgasanlage (4) mündet.
5. Heizungskreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem kleinen Heizungskreis (32) zwischen dem Zuheizer (35) und dem Heizungswärmetauscher (36) ein Wärmespeicher (39) vorgesehen ist.
6. Heizungskreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuheizer (35) über eine Vorsteuerung mittels Türöffnungskontakt, Fahrer­ sitzbelegung und/oder Einschalten der Zündung aktivierbar ist.
7. Heizungskreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuheizer (35) über eine Vorsteuerung mittels Zeitschaltuhr oder Funksignal aktivierbar ist.
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