DE19847607A1 - Heating circuit for motor vehicles has heat exchanger and pre-heater forming part of small separate heating circuit separated by two thermostats coupled via a rod - Google Patents
Heating circuit for motor vehicles has heat exchanger and pre-heater forming part of small separate heating circuit separated by two thermostats coupled via a rodInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Heizungskreislauf mit Heizungswärmetauscher und Zuheizer für Kraftfahrzeuge.The invention relates to a heating circuit with a heat exchanger and auxiliary heater for motor vehicles.
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
It is known to provide an auxiliary heater in the heating circuit of a motor vehicle. However, the conventional integration of the auxiliary heater into the heating circuit only leads to insignificant increases in heating output when cold starting: On the one hand, the as yet unheated engine block absorbs most of the heat given off by the auxiliary heater with only a slow temperature increase. On the other hand, the auxiliary heater flow rate is very high in relation to the nominal output of these devices, so that only a slight temperature increase is possible via the auxiliary heater
(Ezu = m.Cp.Δ).(E to = mC p .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.Thereafter, the invention is based, if possible, when the motor vehicle is cold to quickly achieve a comfortable heating air temperature, with both the Boiler flow regulated independently of the engine speed as well as the engine to be decoupled from the heating system.
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.According to the invention, this object solved in that the auxiliary heater together with the heating heat exchanger Part of a separate - small - heating circuit is that by means of two Thermostats is separated, which are coupled via a linkage and of which the Input and one of the outputs of the first thermostat part of the Heating circuit and its other output part of the separate Are heating circuit, and of which the input and one of the outputs of the second Thermostats part of the separate heating circuit and its other output Are part of the heating circuit.
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.In the invention, the engine cooling circuit is largely maintained in series. The Changes provided according to the invention arise in the run-up to Heating heat exchanger. When the engine is cold, the first one comes from the engine bypassed upcoming coolant of the heat exchanger. The coolant flows then back to the engine via the large heating circuit. The one with the first Thermostats are connected to the second thermostat via the linkage flow temperature present in the first thermostat. The second Thermostat blocks the heating return to the heating circuit when the engine is cold, so that in this operating state in the small heating circuit a coolant circulation from Auxiliary heater via the heating heat exchanger and the thermostat back to the auxiliary heater will be produced. If the coolant coming from the engine is the changeover point of the Thermostats, the direct route from the engine to the heating heat exchanger Approved. The pure coolant circulation is blocked.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Refinements and developments of the invention are in the subclaims specified.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind als Blockschaltbilder in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigenTwo embodiments of the invention are shown as block diagrams in the Drawings shown. Show it
Fig. 1 eine Prioritätsschaltung zur Heizleistungsunterstützung mittels Zuheizer; Fig. 1 is a priority circuit for heating by means of heater support;
Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Prioritätsschaltung mit einer zusätzlichen Wärmespeicherunterstützung. Fig. 2 shows the priority circuit shown in Fig. 1 with an additional heat storage support.
Ein Motor 1 ist Mittelpunkt einerseits eines Kühlmittelkreises 2, andererseits eines Heizungskreisumlaufs 3. Mit dem Motor 1 verbunden ist eine Abgasanlage 4.An engine 1 is the center of a coolant circuit 2 on the one hand and a heating circuit 3 on the other. An exhaust system 4 is connected to the engine 1 .
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.The coolant circuit 2 is divided into a small circuit 21 and a large circuit 22 , which are connected in parallel to one another. The large circuit 22 contains a cooler 23 . A water pump 6 , to which a thermostat 7 is connected, is part of both circuits.
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.The heating circuit circulation 3 is also divided into a large heating circuit 31 and a small heating circuit 32 . The heating circuit 3 contains a thermostat 33 . Fixedly connected by a rod 8 with the thermostat 33 a further thermostat 34 is coupled, having no separate expansion element and is thus connected across the thermostat 33 present at the flow temperature with. One of the outputs of the thermostats 33 and 34 is assigned to the small heating circuit 32 , the other to the large heating circuit 31 . The associated outputs are connected in parallel to each other.
Zwischen dem großen Heizungskreis 31 und dem Kühlmittelkreis 2 ist ein Ausgleichsbehälter 5 vorgesehen. Der große Heizungskreis 31 mündet in der Wasserpumpe 6.An expansion tank 5 is provided between the large heating circuit 31 and the coolant circuit 2 . The large heating circuit 31 opens into the water pump 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.After the outputs of the thermostats 33 and 34 are connected in parallel, the series connection of an auxiliary heater 35 and a heating heat exchanger 36 are part of the small heating circuit 32 . A temperature sensor 37 is arranged upstream of the auxiliary heater 35 . The output of the second thermostat 34 assigned to the small heating circuit 32 additionally contains an electric water pump 38 . The end of the small heating circuit 32 forms the input of the second thermostat 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.The exhaust system 4 contains a catalytic converter 41 . An exhaust pipe 9 of the auxiliary heater 35 opens into the exhaust system 4 . It is advantageous to feed the exhaust gases of the auxiliary heater 35 in the exhaust system 4 in the case of diesel vehicles upstream of the catalytic converter 41 , in the case of gasoline vehicles behind the catalytic converter 41 .
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.In the priority circuit with heat storage support, a heat storage 39 is provided in the small heating circuit 32 between the auxiliary heater 35 and the heating heat exchanger 36 , cf. 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.When the coolant coming from the engine 1 is cold (eg <80 ° C.), the heating heat exchanger 36 is bypassed via the thermostat 33 . The coolant then flows back to the engine 1 via the large heating circuit 31 . The thermostat 34 , which is permanently connected to the thermostat 33 via a linkage, is also switched via the flow temperature present on the thermostat 33 . This thermostat 34 is blocked with a cold engine 1 the heating return into the heating circuit circuit 3, so that a coolant circulation from the heater 35 through the heater core 36 and the thermostat 34 is restored to the heater 35 in this operating state, the small heating circuit 32nd Between the thermostat 34 and the auxiliary heater 35 , the electric water pump 38 provides the necessary coolant circulation. In order to always provide a sufficient supply of heat on the coolant side of the heating heat exchanger 36 , coolant mass flows of 150 kg / h to 800 kg / h, in particular from 200 kg / h to 300 kg / h, are required. These coolant mass flows are preferably provided via follow-up pumps with a power consumption of 20 to 40 watts.
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.If the coolant coming from engine 1 exceeds the switchover point (e.g. 80 ° C.) of thermostats 33 and 34 , the direct path from engine 1 to heating heat exchanger 36 is released by moving the valves in the thermostats. The pure coolant circulation is blocked. The auxiliary water pump 38 can be switched off via a contact on the thermostat 33 or on the thermostat 34 .
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.The output of the auxiliary heater 35 is controlled via the temperature sensor 37 in the flow of the auxiliary heater 35 . To limit the additional consumption, it is advantageous to switch off the auxiliary heater 35 when the thermostat 33 is opened . If the outside temperature is very low, additional coolant heating can be useful. When the expansion element in the thermostat 33 is heated externally, the opening temperature can be varied within certain limits. For example, outside temperature control or a lower opening temperature can be selected depending on the position of the heating selector switch.
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.Because of the purely passive design of the system, the additional costs are limited to the expenditure for the two thermostats 33 and 34 , the electric auxiliary water pump 38 and, if appropriate, additional tubing. An integration of the thermostats 33 , 34 and the auxiliary heater 35 in one assembly is advantageous.
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.To further shorten the warm-up time, the auxiliary heater 35 can be activated via a pilot control by means of a door opening contact, via a driver seat assignment or when the ignition is switched on. Preheating triggered by a timer or radio signal is also possible. However, due to the low mass of coolant to be heated, it only max. 5 minutes - in contrast to 30 minutes with conventional systems - must be.
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.Essential for the effectiveness of the priority circuit according to the invention is the lowest possible coolant mass in the circulation of auxiliary heater 35 - heating heat exchanger 36 - thermostat 34 - auxiliary heater 35 , that is to say in the small heating circuit 32 , and the fastest possible ignition of auxiliary heater 35 . Known devices have start times of 20 to 40 seconds. If dead times from "start of journey" to "warm air" of 2 to 3 minutes are not tolerated - e.g. B. from the buyer of a luxury car with a TDI engine -, the circuit of FIG. 1 is supplemented by the small latent heat storage 39 , see. Fig. 2. Since engine heating is not possible with this design, the capacity of the heat accumulator 39 can be increased to max. 150 Wh are limited compared to 600 to 800 Wh for latent heat stores. The heat accumulator 39 is integrated between the additional heater 35 and the heating heat exchanger 36 , the valves for switching the end and loading not being shown. The fresh air in the heating heat exchanger 36 is heated after a few seconds of running time of the electric auxiliary water pump 38 .
Auch im extremen Kurzstreckenbetrieb ist eine Wiederbeladung des Wärmespeichers über einen Nachlauf des Zusatzheizers nach Fahrzeugstillstand problemlos möglich. Even in extreme short-haul operation, the heat storage unit is recharged Easily possible by running the auxiliary heater after the vehicle has come to a standstill.
11
Motor
engine
22nd
Kühlmittelkreis
Coolant circuit
33rd
Heizungskreisumlauf
Heating circuit
44th
Abgasanlage
Exhaust system
55
Ausgleichsbehälter
surge tank
66
Wasserpumpe
water pump
77
Thermostat
thermostat
88th
Gestänge
Linkage
99
Abgasleitung
Exhaust pipe
2121
kleiner Kreislauf
small cycle
2222
großer Kreislauf
great cycle
2323
Kühler
cooler
3131
großer Heizungskreis
large heating circuit
3232
kleiner Heizungskreis
small heating circuit
3333
Thermostat
thermostat
3434
Thermostat
thermostat
3535
Zuheizer
Auxiliary heater
3636
Heizungswärmetauscher
Heating heat exchanger
3737
Temperaturfühler
Temperature sensor
3838
elektrische Zusatzwasserpumpe
electric auxiliary water pump
3939
Wärmespeicher
Heat storage
4141
Katalysator
catalyst
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19847607A DE19847607A1 (en) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | Heating circuit for motor vehicles has heat exchanger and pre-heater forming part of small separate heating circuit separated by two thermostats coupled via a rod |
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