DE19906361A1 - Fahrzeugheizvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fahrzeugheizvorrichtungssysteme, die Wärmegeneratoren anwenden, die viskose Flüssigkeit zur Wärmeerzeugung verwenden.

Heizvorrichtungssysteme werden in Fahrzeugen installiert, um den Insassenraum zu erwärmen. Ein Heizvorrichtungssystem hat generell ein Heizvorrichtungszentralstück, das normalerweise durch einen Kühlmittelkreislauf mit dem Wassermantel eines Motors verbunden ist. Der Motor dient als eine Wärmequelle in dem Heizvorrichtungssystem. Wenn das Motorkühlmittel durch den Wassermantel geht, geschieht eine Wärmeübertragung zwischen den Kühlmittel und dem Motor. Dies kühlt den Motor und erwärmt das Motorkühlmittel. Die mittels des Motorkühlmittels getragene Wärme wird anschließend verwendet, um den Insassenraum mit dem Heizvorrichtungszentralstück zu erwärmen. Jedoch ist viel Zeit erforderlich, um den Insassenraum zu erwärmen, und zwar insbesondere dann, wenn der Motor bei Kälte gestartet wird. Daher sind Wärmegeneratoren, die als Hilfswärmequellen dienen, vorgeschlagen worden.

Aus der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2-246823 ist ein typischer Wärmegenerator bekannt, der den Motor unterstützt, ein Motorkühlmittel zu erwärmen. Der Wärmegenerator hat ein Gehäuse, eine in dem Gehäuse enthaltene viskose Flüssigkeit (beispielsweise Silikonöl), und einen besonders entworfenen Rotor. Der an einer Antriebswelle befestigte Rotor wird gedreht, um die viskose Flüssigkeit auf Scherung zu beanspruchen und um Wärme zu erzeugen. Die Antriebswelle ist mit einer elektromagnetischen Kupplung gekoppelt. Die elektromagnetische Kupplung hat eine Scheibe, die über einen Riemen mit dem Motor gekoppelt ist. Die Antriebswelle und der Motor sind mittels einer Elektromagnetkupplung wahlweise miteinander gekoppelt und voneinander entkoppelt. Ein Kühlmittelkreislauf, durch welchen das Motorkühlmittel strömt, erstreckt sich zwischen dem Motor und dem Wärmegenerator. Die mittels des Motors und des Wärmegenerators erzeugte Wärme wird mittels des Motorkühlmittels befördert und dazu verwendet, den Insassenraum zu erwärmen.

Der Wärmegenerator wird mittels einer Regel- bzw. Steuereinrichtung (beispielsweise eine elektronische Steuereinheit) geregelt bzw. gesteuert. Die Steuereinrichtung erregt die Elektromagnetkupplung und dreht die Antriebswelle und den Rotor mit der Energie des Motors, um den Wärmegenerator zu aktivieren. Der Wärmegenerator wird solange aktiviert gehalten, bis die Temperatur des Motorkühlmittels, das durch den Kühlmittelkreislauf strömt, eine vorbestimmte Grenztemperatur überschreitet, d. h. so lange, bis kein Bedarf mehr dafür besteht, daß der Wärmegenerator weiterhin das Motorkühlmittel erwärmt. Sofern die Motorkühlmitteltemperatur die vorbestimmte Grenze überschreitet, regt die Regel- bzw. Steuereinrichtung die Elektromagnetkupplung ab und entkoppelt den Wärmegenerator von dem Motor. In diesem Zustand erwärmt der Motor das Motorkühlmittel und somit den Insassenraum ausreichend, und zwar ohne Hilfestellung von dem Wärmegenerator.

Die Temperatur der viskosen Flüssigkeit in dem Wärmegenerator steigt normalerweise, wenn sich die Drehzahl des Rotors oder die Motordrehzahl erhöht. Jedoch ist die viskose Flüssigkeit anfällig gegen Wärmebeeinträchtigung, die durch Wärme verursacht wird, und gegen mechanische Beeinträchtigung, die durch eine Scherung verursacht wird, wenn die Temperatur der viskosen Flüssigkeit einen bestimmten Wert überschreitet. Wenn beispielsweise ein hochviskoses Silikonöl als die viskose Flüssigkeit angewendet wird, wird das Silikonöl anfällig gegen eine Beeinträchtigung, sofern das Öl kontinuierlich auf Scherung bei einer Temperatur beansprucht wird, die eine maximale Wärmeerzeugungstemperatur von 200°C überschreitet. Eine solche Beeinträchtigung verringert die Heizeffizienz des Silikonöles, wenn dieses mittels des Rotors auf Scherung beansprucht wird. Dadurch nimmt weiterhin die Heizleistung des Wärmegenerators ab und sinkt die Erwärmungseffizienz des Fahrzeugraumes.

Daher erregt der aus dem Stand der Technik bekannte Wärmegenerator die Elektromagnetkupplung bzw. regt diese ab, und zwar in Übereinstimmung mit der Temperatur des Motorkühlmittels. Demgemäß wird das Silikonöl in dem Wärmegenerator kontinuierlich mittels des Rotors auf Scherung beansprucht, bis die Temperatur des Motorkühlmittels die vorbestimmte Grenze oder die Abregungstemperatur erreicht. Allerdings ist Zeit dafür erforderlich, daß die Wärme des Silikonöles das Motorkühlmittel auf die Abregungstemperatur erwärmt. Somit kann der Rotor fortfahren, sich bei großen Drehzahlen (beispielsweise 6000 UpM bis 8000 UpM) zu drehen, selbst wenn das Silikonöl die empfohlene Maximalwärmeerzeugungstemperatur überschritten hat. Dies führt zu einer frühzeitigen Verschlechterung des Silikonöles.

Um dieses Problem zu lösen, kann die Elektromagnetkupplung derart gesteuert bzw. geregelt werden, daß sie abgeregt wird, wenn die Drehzahl des Rotors oder die Motordrehzahl einen vorbestimmten feststehenden Schwellwert überschreitet. Die Drehzahl, die das Silikonöl auf ihre maximale Wärmeerzeugungstemperatur erwärmt, wird als der Schwellwert ausgewählt.

Allerdings gibt es Fälle, in denen die Temperaturen von sowohl dem Silikonöl als auch dem Motorkühlmittel gering sind. In solchen Fällen ist es wünschenswert, daß das Silikonöl schnell erwärmt wird, indem die Drehzahl des Rotors erhöht wird, um eine große Wärmemenge innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu erzeugen. Wenn daher die Drehzahl des Rotors auf den Schwellwert begrenzt ist, ist der Wärmegenerator nicht in der Lage, diese Anforderung zu erfüllen.

Demgemäß ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, einen mit viskoser Flüssigkeit versehenen Wärmegenerator zu schaffen, der eine Verschlechterung der viskosen Flüssigkeit verhindert und eine herausragende Heizfähigkeit aufrechterhält, während das Reaktionsvermögen des Wärmegenerators auf einen Heizbedarf verbessert wird.

Um die obige Zielsetzung zu erreichen, verschafft die vorliegende Erfindung eine Heizvorrichtung mit einem Flüssigkeitskreislauf zum Kühlen einer ersten Wärmequelle, einer durch den Kreislauf zirkulierenden ersten Flüssigkeit, einer zweiten Wärmequelle zur Übertragung von Wärme auf die erste Flüssigkeit, und einem Heizvorrichtungszentralstück zur Übertragung von Wärme von der ersten Flüssigkeit. Die zweite Wärmequelle bringt eine zweite Flüssigkeit und einen Rotor unter, der wahlweise über eine Kupplung mit der ersten Wärmequelle gekoppelt und davon entkoppelt ist. Die Kupplung koppelt eine Antriebsquelle mit dem Rotor, um eine Scherung auf die zweite Flüssigkeit auszuüben und um Wärme zu erzeugen. Ein Temperatursensor erfaßt der Temperatur der ersten Flüssigkeit. Ein Drehzahlsensor erfaßt die Drehzahl des Rotors. Ein Speicher speichert eine erste Flüssigkeitstemperaturgrenze. Eine Temperaturbestimmungseinrichtung bestimmt, ob die erfaßte erste Flüssigkeitstemperatur die erste Flüssigkeitstemperaturgrenze überschritten hat. Ein Antrieb bringt die Kupplung außer Eingriff zur Entkopplung des Rotors von der Antriebsquelle E und um die Scherung der zweiten Flüssigkeit zu stoppen, wenn die Temperaturbestimmungseinrichtung bestimmt, daß die erfaßte erste Flüssigkeitstemperatur die erste Flüssigkeitstemperaturgrenze überschritten hat. Die Vorrichtung hat ebenso einen Computer zur Berechnung einer variablen Drehzahlgrenze für den Rotor basierend auf der erfaßten ersten Flüssigkeitstemperatur und eine Drehzahlbestimmungseinrichtung zur Bestimmung, ob die erfaßte Rotordrehzahl die variable Drehzahlgrenze überschritten hat. Der Antrieb bringt ferner die Kupplung außer Eingriff, um den Rotor von der Antriebsquelle zu entkoppeln und um eine Scherung der zweiten Flüssigkeit zu stoppen, sofern die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung bestimmt, daß die erfaßte Rotordrehzahl die variable Drehzahlgrenze überschritten hat.

Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, und zwar in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.

Die Merkmale der vorliegenden Erfindung sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen angegeben. Die Erfindung kann zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am besten anhand der folgenden Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Diagrammansicht eines Heizvorrichtungssystems, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Wärmegenerators, dessen Kupplung sich in einem entkoppelten Zustand befindet;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Querschnitts entlang der Linie 3-3 gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein Fließbild einer Routine zur Steuerung bzw. Regelung der elektromagnetischen Kupplung;

Fig. 5 einen Graphen, in welchem die Beziehung zwischen der Motorkühltemperatur und der Entkopplungsdrehzahl der Elektromagnetkupplung gezeigt ist; und

Fig. 6 ein Graph, der die Beziehung zwischen der Betriebs zeit des Wärmegenerators und der Anfangstemperatur der viskosen Flüssigkeit mit Hinblick auf verschiedene Heizwertabnahmeraten zeigt.

Ein erfindungsgemäßes Fahrzeugheizvorrichtungssystem ist nachstehend anhand der Fig. 1 bis 5 erläutert.

Wie in Fig. 1 gezeigt, hat das Heizvorrichtungssystem einen Kühlkreislauf. Der Kühlkreislauf hat einen Motorkreislauf R1 zum Kühlen eines Motors E (Antriebsquelle), und einen Heizvorrichtungskreislauf R2 zum Wärmen des Fahrzeuginsassenraumes. Der Heizvorrichtungskreislauf R2 bildet einen Teil eines Klimaanlagensystems (einschließlich eines Heizvorrichtungssystems), das in einem Kraftfahrzeug installiert ist. Flüssigkeit zirkuliert durch den Motorkreislauf R1 und den Heizvorrichtungskreislauf R2. Eine Frostschutzflüssigkeit zum Kühlen des Motors, wie etwa in Wasser gelöstes Ethylenglycol, wird als die Umlaufflüssigkeit verwendet.

Der Motorkreislauf R1 hat eine erste Leitung 12 und eine zweite Leitung 13, die den Motor E mit einem Abstrahler 11 verbinden. Ein Thermostatventil 14 ist in der ersten Leitung 12 vorgesehen. Eine sich von dem Abstrahlerthermostatventil 14 erstreckende Überbrückungsleitung 15 ist unmittelbar mit der zweiten Leitung 13 verbunden, um den Abstrahler 11 zu überbrücken. Das Thermostatventil 14 erfaßt die Temperatur des durch die erste Leitung 12 strömenden Kühlmittels. Wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 80°C) ist, schickt das Thermostatventil 14 das Kühlmittel in die Überbrückungsleitung 15. Wenn die Kühlmitteltemperatur die vorbestimmte Temperatur überschreitet, gestattet das Thermostatventil 14 dem Kühlmittel, in Richtung auf den Abstrahler 11 zu strömen. Demgemäß wird das durch den Motor E und die Heizvorrichtungskreisläufe R1, R2 strömende Kühlmittel gesteuert bzw. geregelt, um dessen Temperatur unterhalb des vorbestimmten Wertes zu halten.

Der Heizvorrichtungskreislauf R1 hat einen Wärmegenerator 16, ein Elektromagnetventil 17 und ein Heizvorrichtungszentralstück 18. Das Heizvorrichtungszentralstück 18 überträgt Wärme zu der in den Insassenraum eintretenden Luft. Der Wärmegenerator 16, das Elektromagnetventil 17 und das Heizvorrichtungszentralstück 18 sind mittels einer dritten Leitung 19, einer vierten Leitung 20, einer fünften Leitung 21 und einer sechsten Leitung 22 in Reihe verbunden. Das von dem Motor E in die dritte Leitung 19 geschickte Kühlmittel strömt durch den Wärmegenerator 16, das Elektromagnetventil 17 und das Heizvorrichtungszentralstück 18 und kehrt anschließend zum Motor E zurück. Ein Kühlmitteltemperatursensor S1 ist in der den Motor E mit dem Wärmegenerator 16 verbindenden dritten Leitung 19 eingerichtet, um die Temperatur des strömenden Motorkühlmittels zu erfassen. Das Heizvorrichtungszentralstück 18 ist in einem Kanal 23 untergebracht, und zwar zusammen mit einem Gebläse 24, das Luft durch das Heizvorrichtungszentralstück 18 bläst. Das Gebläse 24 wird mittels eines Motors 25 angetrieben. Die dritten, vierten, fünften und sechsten Leitungen definieren eine Umlaufpassage, wobei ein Teil davon mittels eines (nicht gezeigten) Wassermantels des Motors E gebildet wird.

Der Kanal 23 bringt auch andere Teile des Klimaanlagensystems unter, wie etwa einen Verdampfer und eine Luftmischungstür (beide nicht gezeigt). Der mittels des Gebläses 24 erzeugte Luftstrom wird zunächst mittels des Verdampfers gekühlt, anschließend mittels des Heizvorrichtungszentralstücks 18 erwärmt und schließlich durch einen Kanalauslaß in den Insassenraum geschickt. Die Luftmischungstür regelt den mittels des Verdampfers gekühlten Luftstrom und den mittels des Heizvorrichtungszentralstücks 18 erwärmten Luftstrom, um die Temperatur der aus dem Kanalauslaß herausgeschickten Luft einzustellen.

Das Elektromagnetventil 17 koppelt und entkoppelt die vierten und fünften Ventile 20, 21, um die Strömung des beheizten Motorkühlmittels zu steuern, das zu dem Heizvorrichtungszentralstück 18 geschickt wird. Dadurch wird die Temperatur der in den Insassenraum eintretenden Luft eingestellt.

Der Wärmegenerator 16 dient als eine Hilfswärmequelle, die den Motor E unterstützt, oder als eine Hauptwärmequelle, um das Motorkühlmittel zu erwärmen. Genauer gesagt zieht der Wärmegenerator 16 Motorkühlmittel von den Motor E durch die dritte Leitung 19 ein und erwärmt das Kühlmittel. Der Wärmegenerator 16 schickt dann das beheizte Kühlmittel durch die vierte Leitung 20 zu dem Heizvorrichtungszentralstück 18. Eine Elektromagnetkupplung 51 verbindet den Wärmegenerator 16 betriebsfähig mit dem Motor E, der als eine externe Antriebsquelle dient. Der Motor E hat eine Kurbelwelle, an der eine Antriebsscheibe 27 gesichert ist. Eine angetriebene Scheibe 53 ist an die Elektromagnetkupplung 51 gesichert und mit einem Rotor 43 verbunden, der in dem Wärmegenerator 16 untergebracht ist. Die Antriebsscheibe 27 und die angetriebene Scheibe 53 sind über einen Riemen miteinander verbunden.

Ein Drehzahlsensor S2 ist nahe der Elektromagnetkupplung 51 eingerichtet. Der Drehzahlsensor S2 erfaßt die Drehzahl der angetriebenen Scheibe 53, die die Drehzahl des Rotors 43 wiedergibt. Obwohl in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Drehzahlsensor S2 die Drehzahl der angetriebenen Scheibe 53 erfaßt, kann der Drehzahlsensor S2 angewendet werden, um anstelle dessen die Drehzahl der Antriebsscheibe 27 (d. h. die Motordrehzahl) zu erfassen, solange eine bekannte Beziehung zwischen den Drehzahlen der Antriebsscheibe 27 und des Rotor vorhanden ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt, hat der Wärmegenerator ein Vordergehäuse 31 und ein Rückgehäuse 36. Der Begriff "Vorder-" bezieht sich gemäß Fig. 2 auf die rechte Seite, während sich der Begriff "Rück-" gemäß Fig. 2 auf die linke Seite bezieht. Das Rückgehäuse 36 hat einen Innenkörper, eine Abtrennung 42 und einen Außenkörper oder eine Abdeckung 33, wobei dazwischen eine Dichtung 34 angeordnet ist. Eine Vielzahl von Bolzen 35 befestigt das Rückgehäuse 36 an dem Vordergehäuse 31.

Das Vordergehäuse 31 hat eine Vertiefung, die - wenn sie mittels der generell flachen Abtrennung 32 abgedichtet ist - eine Heizkammer 37 eingrenzt. Ein Wassermantel 38, der als eine Wärmeaufnahmekammer dient, ist zwischen der Rückoberfläche der Abtrennung 32 und der Abdeckung 33 eingegrenzt. Somit liegt der Wassermantel 38 neben der Heizkammer 37. Die Abdeckung 33 hat einen Einlaß 39a, durch den Motorkühlmittel von dem Heizvorrichtungskreislauf R2 in den Wassermantel 38 gesaugt wird, und einen Auslaß 39b, durch den Motorkühlmittel von dem Wassermantel 38 aus dem Heizvorrichtungskreislauf R2 geschickt wird.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, ragt eine zylindrische Nabe 32a von dem Rückzentrum der Abtrennung 32 vor. Ferner erstreckt sich eine Wand 32b ausgehend von der Nabe 32a radial nach oben entlang der Rückoberfläche der Abtrennung 32 zwischen dem Einlaßanschluß 39a und dem Auslaßanschluß 39b. Eine Vielzahl konzentrischer Führungsrippen 32c erstreckt sich um die Nabe 32a zwischen der Nachbarschaft des Einlasses 39a und der des Auslasses 39b. Die Nabe 32a, die Wand 32b und die Rippen 32c sind mit der Innenoberfläche der Abdeckung 33 in Kontakt, um in dem Wassermantel 38 eine Umlaufpassage zu bilden, durch die das Motorkühlmittel strömt.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist eine Lagerung 41 in dem Vordergehäuse 31 angeordnet, um eine Antriebswelle 42 drehbar aufzunehmen. Eine Abdichtung (beispielsweise eine Öldichtung) ist an der Antriebswelle 42 angebracht, um den Raum zwischen der Heizkammer 37 und der Lagerung 41 abzudichten. Der scheibenartige Rotor 43 ist an dem Rückende der Antriebswelle 42 befestigt und in der Heizkammer 37 untergebracht.

Die Heizkammer 37 ist mit einer viskosen Flüssigkeit oder mit Silikonöl gefüllt. Das heißt, daß der Raum zwischen der Innenoberfläche der Heizkammer 37 und der Außenoberfläche des Rotors 43 nahezu vollständig mit dem Silikonöl gefüllt ist. Die viskose Flüssigkeit ist weder auf Silikonöl noch auf Flüssigkeiten oder Halbflüssigkeiten mit großer Viskosität beschränkt. Die viskose Flüssigkeit kann von jeglicher Art von Medium sein, das Wärme erzeugt, wenn eine mechanische Kraft darauf ausgeübt wird.

Ein Zylinder 31a ragt von den Vordergehäuse 31 vor, um eine Elektromagnetkupplung 51 zu stützen. Die Elektromagnetkupplung 51 hat eine angetriebene Scheibe 53 und eine scheibenartige Kupplungsplatte 55. Die angetriebene Scheibe 53 ist mittels einer Traglagerung 53 drehbar an dem Zylinder 31a abgestützt. Ein Ring 54 ist an dem Vorderende der Antriebswelle 42 befestigt, um die Kupplungsplatte 55 derart zu stützen, daß die Kupplungsplatte 55 entlang des Rings 54 in der Axialrichtung der Antriebswelle 42 gleitet. Eine Blattfeder 56 hat einen Mittelabschnitt, der an dem Ring 54 befestigt ist, und einen Umfangsabschnitt, der mit Hilfe von Nieten oder dergleichen mit dem Umfangsabschnitt der Kupplungsplatte 55 gekoppelt ist. Die angetriebene Scheibe 53 hat eine Fläche 53a, die der Kupplungsplatte 55 gegenüberliegt, und funktioniert als eine weitere Kupplungsplatte.

Die angetriebene Scheibe 53 ist über einen Riemen 26 betriebsfähig mit dem Motor E verbunden. Eine Elektromagnetspule 57 ist in der angetriebenen Scheibe 53 eingerichtet, um durch die Scheibenfläche 53a eine Elektromagnetkraft auf die Kupplungsplatte 55 auszuüben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist in dem Heizvorrichtungssystem eine Regel- bzw. Steuereinrichtung 71 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 71 ist eine Steuereinheit, wie etwa ein Mikrocomputer, der eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und eine Einga­ be-/Ausgabeschnittstelle eingliedert (keines davon ist gezeigt). Ferner dient die Steuereinrichtung 71 als ein Computer, ein Speicher, eine Temperaturbestimmungseinrichtung, eine Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung und ein Antrieb. Verschiedenartige Programme, wie etwa Programme zur Steuerung des Elektromagnetventils 17, des Gebläsemotors 25 und der Elektromagnetkupplung 51 sind in der ROM gespeichert.

Die Eingabeseite der Steuereinrichtung 71 ist mit dem Kühlmitteltemperatursensor S1 und dem Drehzahlsensor S2 verbunden. Ein Temperatursensor S3 und ein Heizvorrichtungsschalter 72 sind ebenso mit der Steuereinrichtung 71 verbunden. Falls notwendig kann ein Flüssigkeitstemperatursensor zur Erfassung der Temperatur der viskosen Flüssigkeit in der Heizkammer 37 auch mit der Steuereinrichtung 71 verbunden werden. Der Temperatursensor S3 erfaßt die Temperatur des Insassenraumes und die Temperatur außerhalb des Fahrzeugs. Der Heizvorrichtungsschalter 72 ist an einer Instrumententafel eingerichtet, so daß ein Insasse das Heizvorrichtungssystem aktivieren oder deaktivieren kann. Der Heizvorrichtungsschalter 71 wird auch verwendet, um eine wünschenswerte Insassenraumtemperatur auszuwählen. Die Ausgabeseite der Steuereinrichtung 71 ist mit dem Elektromagnetventil 17, dem Gebläsemotor 25 und der Elektromagnetkupplung 51 verbunden.

Der Betrieb des Heizvorrichtungssystems ist nachstehend beschrieben. Wenn der Motor E gestartet wird, überträgt der Riemen 26 das Motordrehmoment von der Antriebsscheibe 27 zu der angetriebenen Scheibe 53. Sofern der Motor E mittels eines Anlaßmotors 28 gestartet wird, hält die Steuereinrichtung 71 die Elektromagnetspule 57 der Elektromagnetkupplung 55 abgeregt, und zwar ungeachtet davon, ob der Heizvorrichtungsschalter 72 eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, um eine nicht notwendige Belastung des Anlaßmotors 28 zu vermeiden. Somit funktioniert der Wärmegenerator 16 (Hilfswärmequelle) während dieser Periode nicht, da keine Energie von dem Motor E zu dem Wärmegenerator 16 übertragen wird. Die Steuereinrichtung 71 fährt fort, die Elektromagnetkupplung 51 von dem Motor E entkoppelt zu halten, und zwar selbst nachdem der Motor E startet und beginnt, leer zu laufen, solange der Heizvorrichtungsschalter 72 ausgeschaltet ist.

Wenn - während sich der Motor E in Betrieb befindet - der Heizvorrichtungsschalter 72 eingeschaltet wird, öffnet die Steuereinrichtung 71 das Elektromagnetventil 17 und speist Strom zu dem Gebläsemotor 25, um das Gebläse 24 anzutreiben. Die Steuereinrichtung 71 speist ferner Strom zu der Elektromagnetspule 57 der Elektromagnetkupplung 51, um mit dem Wärmegenerator 16 Wärme zu erzeugen. Genauer gesagt erregt die Steuereinrichtung 71 die Elektromagnetspule 57, um eine Elektromagnetkraft zu erzeugen, die die Kupplungsplatte 55 in Richtung auf die Scheibenfläche 53a gegen die Kraft der Blattfeder 56 anzieht. Dadurch stößt die Kupplungsplatte 55 gegen die Scheibenfläche 53a. Die Reibung zwischen der Kupplungsplatte 55 und der Scheibe 53 überträgt die Drehung der Scheibe 53 über die Kupplungsplatte 55 und den Ring 54 zu der Antriebswelle 42. Dadurch dreht sich der Rotor 43. Die Drehung des Rotors 43 übt eine Scherung auf das Silikonöl aus, das den Zwischenraum zwischen der Innenoberfläche der Heizkammer 37 und der Außenoberfläche des Rotors 43 einnimmt, und erzeugt somit Wärme. Die Wärme wird anschließend durch die Abtrennung 32 zu dem durch den Wassermantel 38 strömenden Motorkühlmittel transferiert.

Das Motorkühlmittel, das - während es durch den Wassermantel 38 zirkuliert - erwärmt wird, wird über die vierte Leitung 20 und das Elektromagnetventil 17 zu dem Heizvorrichtungszentralstück 18 geschickt. Wenn das Motorkühlmittel durch den Heizvorrichtungszentralstück 18 geht, wird Wärme in den mittels des Gebläses 24 erzeugten Luftstrom übertragen. Dadurch wird die Luft geheizt und der Passagierraum erwärmt. Das Motorkühlmittel, von dem im Heizvorrichtungszentralstück 18 Wärme entfernt worden ist, strömt anschließend durch die sechste Leitung 22 und kehrt zu dem Motor E zurück.

Während des Betriebs des Motors E wird die Elektromagnetkupplung 51 durch eine in den Fließbild gemäß Fig. 4 gezeigte Routine gesteuert. Diese Routine wird in einer unterbrechenden und wiederholenden Weise (beispielsweise alle 100 Millisekunden) durchgeführt.

Beim Eintritt in die Routine führt die Steuereinrichtung 71 zunächst Schritt S81 durch und beurteilt, ob der Heizvorrichtungsschalter 72 eingeschaltet ist. Wenn bestimmt wird, daß der Heizvorrichtungsschalter 72 ausgeschaltet ist, zeigt dies, daß der Insassenraum nicht erwärmt werden muß. In diesem Fall geht die Steuereinrichtung 71 weiter zu Schritt S82 und regt die Elektromagnetkupplung 51 ab. In diesem Zustand ist der Wärmegenerator 16 von dem Motor E entkoppelt. Somit erzeugt der Wärmegenerator 16 keine Wärme.

Wenn in Schritt S81 bestimmt wird, daß der Heizvorrichtungsschalter 72 eingeschaltet ist, zeigt dies, daß der Insassenraum Wärme benötigt. Somit geht die Steuereinrichtung 71 zu Schritt S83 und erhält diese durch die von dem Kühlmitteltemperatursensor S1 geschickten Daten die Temperatur T_x des Motorkühlmittels. In Schritt S84 erhält die Steuereinrichtung durch die von dem Drehzahlsensor S2 geschickten Daten die Drehzahl R_x der angetriebenen Scheibe 53 oder des Rotors 43.

In Schritt S85 bestimmt die Steuereinrichtung 71, ob die aktuelle Motorkühlmitteltemperatur T_x die vorbestimmte Maximaltemperatur T_MAX (beispielsweise 80°C) überschritten hat, die ein feststehender Schwellwert zur Bestimmung dafür ist, ob die Energieübertragung von dem Motor E zu dem Rotor 43 fortgesetzt wird oder nicht. Wenn bestimmt wird, daß die Motorkühlmitteltemperatur T_x größer ist als die Maximaltemperatur T_MAX, geht die Steuereinrichtung 71 weiter zu Schritt S82 und stoppt ein Einspeisen des Stromes zu der Elektromagnetspule 57 der Elektromagnetkupplung 51. Dadurch wird die Wärmeerzeugung durch den Wärmegenerator 16 beendet. Dementsprechend schickt das Abstrahlerthermostatventil 14 das Motorkühlmittel zu dem Abstrahler 11, damit es gekühlt wird, wenn die Motorkühlmitteltemperatur T_x die Maximaltemperatur T_MAX überschreitet.

Wenn in Schritt S85 bestimmt wird, daß die Motorkühlmitteltemperatur T_x gleich oder kleiner ist als die Maximaltemperatur T_MAX, geht die Steuereinrichtung 71 weiter zu Schritt S86. In Schritt S86 nimmt die Steuereinrichtung 71 Bezug auf den Graphen oder das Kennfeld, das in Fig. 5 gezeigt ist, um eine Drehzahlgrenze R_SET zu erhalten, die ein variabler Schwellwert zur Bestimmung dafür ist, ob die Energieübertragung von dem Motor E zu dem Rotor 43 fortgesetzt wird oder nicht. Der Graph gemäß Fig. 5 kann anstelle dessen durch eine in der Steuereinrichtung 71 gespeicherte Formel dargestellt werden.

In Schritt S87 beurteilt die Steuereinrichtung 71, ob die Drehzahl R_x der angetriebenen Scheibe 53 oder des Rotors 43, die in Schritt S84 erhalten wurde, kleiner ist als die Drehzahlgrenze R_SET, die in Schritt S86 erhalten wurde. Sofern bestimmt wird, daß die Drehzahl R_x gleich oder größer ist als die Drehzahlgrenze R_SET, geht die Steuereinrichtung 71 weiter zu Schritt 82 und stoppt ein Einspeisen von Strom zu der Elektromagnetspule 57 der Elektromagnetkupplung 51. Dies beendet die Wärmeerzeugung durch den Wärmegenerator 16.

Sofern bestimmt wird, daß die Drehzahl R_x kleiner ist als die Drehzahlgrenze R_SET, geht die Steuereinrichtung 71 weiter zu Schritt S88 und fährt fort, Strom zu der Elektromagnetspule 57 der Elektromagnetkupplung 51 einzuspeisen. In diesem Zustand setzt der Wärmegenerator 16 die Wärmeerzeugung fort.

Das zweidimensionale Kennfeld gemäß Fig. 5 ist in Form von digitalen Daten in der ROM oder RAM gespeichert, die in der Steuereinrichtung 71 eingegliedert sind. In dem Kennfeld gemäß Fig. 5 ist die Maximaltemperatur T_MAX des Motorkühlmittels bei 80°C ausgewählt, da das Abstrahlerthermostatventil 14 derart festgelegt ist, daß der Abstrahler 11 beginnt, bei etwa 80°C zu arbeiten.

Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die Drehzahlgrenze R_SET auf 2500 UpM festgelegt, wenn die Motorkühlmitteltemperatur T_s gleich der Maximaltemperatur T_MAX wird. Versuche haben bestätigt, daß die Temperatur des Silikonöls in der Heizkammer 37 auf 200°C ansteigt, wenn sich der Rotor 43 bei etwa 2500 UpM dreht. Mit anderen Worten verbleibt die Temperatur des Silikonöls unter 200°C, so lange die Drehzahl des Rotors 43 gleich oder kleiner ist als 2500 UpM, selbst wenn die Motorkühlmitteltemperatur T_x gleich der Maximaltemperatur T_MAX ist.

Die Drehzahlgrenze R_SET wird auf einen Wert festgelegt, der nahe der Maximalmotordrehzahl ist, wenn die Motorkühlmitteltemperatur T_x gleich einer vorbestimmten Minimaltemperatur T_MIN (beispielsweise -40°C) ist. Wenn die Temperatur des Motorkühlmittels relativ gering ist, ist viel Zeit erforderlich, bevor die Temperatur des Silikonöls 200°C erreicht, selbst wenn sich der Rotor 43 bei einer großen Drehzahl dreht. Dies liegt darin begründet, daß eine große Wärmemenge von der Heizkammer 37 in den Wassermantel 38 geführt wird. Somit kann der Rotor 43 unter solchen Bedingungen bei einer großen Geschwindigkeit drehen.

In Fig. 5 ist die Kennlinie L, die sich durch den Kühlmitteltemperaturbereich (zwischen T_MIN und T_MAX) erstreckt, aufgetragen, um die Rotordrehzahlen anzuzeigen, die erforderlich sind, um das Silikonöl auf eine Temperatur von 200°C zu erwärmen.

Eigentlich kann das Silikonöl auf eine Temperatur erwärmt werden, die größer ist als 200°C, und kann immer noch Wärme erzeugen. Mit anderen Worten schließt der Wert von 200°C einen Sicherheitsspielraum ein und ist kleiner als die eigentliche maximale Wärmeerzeugungstemperatur. Der zwischen der maximalen Wärmeerzeugungstemperatur und der Sicherheitsspielraumstemperatur vorgesehene Spielraum verhindert Probleme, die durch eine Überschwingung verursacht werden, die manchmal während einer Temperaturrückkoppelungssteuerung auftritt.

Der Temperaturwert von 200°C wird gemäß der angenommenen Anwendungszeitdauer des Wärmegenerators 16 (d. h. einer garantierten Zeitdauer) bestimmt. Fig. 6 veranschaulicht einen Graphen, der die vorausgesetzte (anfängliche) Beziehung zwischen der Betriebszeitdauer des Wärmegenerators und der Temperatur zeigt, auf die sich das Silikonöl heizt. Jede Kurve stellt verschiedene Zielabnahmeraten Q(%) des Heizwertes dar. Die Abnahmerate Q wird aus der Gleichung (1) berechnet.

In Gleichung (1) bezeichnet Q₀ den anfänglichen Heizwert des Silikonöls, wenn der Wärmegenerator 16 erstmalig verwendet wird. Mit Q_t ist der Heizwert des Silikonöls bezeichnet, wenn der Wärmegenerator 16 während einer gesamten Verwendungsdauer t angewendet worden ist. Sofern der aktuelle Heizwert gleich dem anfänglichen Heizwert ist (Q_t = Q₀), beträgt die Heizwertabnahmerate Q 0 Prozent. Ein solcher Zustand ist insofern ideal, als keine Abnahme im Heizwert auftritt. Allerdings kann eine Abnahme im Heizwert aufgrund einer Verschlechterung des Silikonöls nicht vermieden werden.

Die Kurven in dem Graphen gemäß Fig. 6 stellen die Beziehung zwischen der Öltemperatur und der Betriebszeitdauer des Wärmegenerators dar, wenn die Heizwertabnahmerate auf 40%, 50% und 60% vorausgesetzt wird. Sofern die garantierte Zeitdauer des Wärmegenerators 16 die Zeitdauer t_x ist und die Zielabnahmerate Q 50% beträgt, wird vorausgesetzt, daß das Silikonöl in der Lage ist, auf eine Temperatur von 200°C anzusteigen, wenn die garantierte Zeitdauer endet. Die Sicherheitsspielraumtemperatur von 200°C wird in dieser Weise bestimmt.

In dem bevorzugten und veranschaulichten Ausführungsbeispiel steuert die Steuereinrichtung 71 die Elektromagnetkupplung 51 des Wärmegenerators 16 basierend auf der Beziehung zwischen der Kupplungsdrehzahlgrenze R_SET, die mit der Motorkühlmitteltemperatur T_x korrespondiert, und der Drehzahl R_x des Rotors 43 (oder der angetriebenen Scheibe 53). Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik dahingehend, daß die Elektromagnetkupplung 51 sowohl von der Motorkühlmitteltemperatur T_x als auch von der Rotordrehzahl R_s gesteuert wird. Demgemäß wird eine Scherung auf das Silikonöl lediglich dann ausgeübt, wenn die Drehzahl R_x kleiner ist als die Deaktivierdrehzahl oder die Drehzahlgrenze R_SET. Dadurch wird eine Überhitzung des Silikonöls verhindert und wird eine Verschlechterung verlangsamt.

In dem bevorzugten und veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird kein feststehender Rotordrehzahlschwellenwert verwendet, um zu bestimmen, ob die Elektromagnetkupplung 51 abzuregen ist. Die Elektromagnetkupplung 51 wird deaktiviert, wenn die Rotor- (Scheiben-)Drehzahl R_x die variable Drehzahlgrenze R_SET erreicht, die festgelegt ist, um sich zu erhöhen, wenn die Temperatur des Motorkühlmittels in einer proportionalen Weise abnimmt. Wenn demgemäß die Temperatur des Motorkühlmittels niedrig ist, kann aufgrund der größeren Drehzahlgeschwindigkeitsgrenze R_SET der Rotor 43 mit einer größeren Drehzahl drehen. Somit erzeugt der Wärmegenerator 16 problemlos Wärme, wenn dieser aktiviert ist.

Die Steuereinrichtung 71 steuert die Elektromagnetkupplung 51 basierend auf der Maximaltemperatur T_MAX des Motorkühlmittels. Somit wird eine Wärmeerzeugung gestoppt, wenn die Motorkühlmitteltemperatur den feststehenden Schwellwert oder die Maximaltemperatur T_MAX überschreitet. Dadurch wird eine Verschlechterung des Silikonöls verzögert.

Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung in vielerlei anderen bestimmten Ausführungsformen ausführbar ist, ohne vom Gedanken oder Bereich der Erfindung abzuweichen.

Beispielsweise wird in dem bevorzugten und veranschaulichten Ausführungsbeispiel die vorliegende Erfindung auf einem Wärmegenerator angewendet, der einen Rotor anwendet, um Wärme mit Silikonöl zu erzeugen. Allerdings kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Wärmegenerator einer Getriebebauart oder einer Hydraulikbauart angewendet werden. In solchen Wärmegeneratoren wird viskose Flüssigkeit dadurch erwärmt, daß eine Getriebepumpe oder eine Hydraulikpumpe betätigt wird. Eine solche Struktur hat die gleichen Vorteile wie das bevorzugte Ausführungsbeispiel.

Daher sind die derzeitigen Beispiele und Ausführungsbeispiele als veranschaulichend zu verstehen und nicht beschränkend, wobei die Erfindung nicht auf die darin gegebenen Einzelheiten beschränkt ist, sondern innerhalb des Bereiches und der Äquivalenz der beigefügten Ansprüche modifizierbar ist.

Eine Heizvorrichtung hat einen Kühlmittelkreislauf R1, R2 zur Kühlung eines Motors E, ein durch den Kreislauf R1, R2 zirkulierendes Kühlmittel, einen Wärmegenerator 16 zur Übertragung von Wärme zu dem Kühlmittel, und ein Heizvorrichtungszentralstück 18 zur Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel. Der Wärmegenerator 16 bringt eine viskose Flüssigkeit und einen Rotor 43 untere der wahlweise mittels einer Kupplung 51 mit dem Motor E gekoppelt und von diesem entkoppelt ist. Die Kupplung 51 verbindet den Motor E mit dem Rotor 43, um eine Scherung auf die viskose Flüssigkeit auszuüben und um Wärme zu erzeugen. Wenn die Drehzahl des Rotors 43 eine in Abhängigkeit der erfaßten Kühlmitteltemperatur variierende Rotordrehzahlgrenze überschreitet, entkoppelt die Kupplung 51 den Rotor 43 des Wärmegenerators 16 von dem Motor E und deaktiviert den Wärmegenerator 16.

Claims (7)

1. Heizvorrichtung mit einem Flüssigkeitskreislauf (R1, R2) zum Kühlen einer ersten Wärmequelle (E), einer durch den Kreislauf (R1, R2) zirkulierenden ersten Flüssigkeit, einer zweiten Wärmequelle (16) zur Übertragung von Wärme auf die erste Flüssigkeit, wobei die zweite Wärmequelle (16) eine zweite Flüssigkeit und einen Rotor (43) unterbringt, der wahlweise über eine Kupplung (51) mit der ersten Wärmequelle (E) gekoppelt und davon entkoppelt ist, wobei die Kupplung (51) eine Antriebsquelle (E) mit dem Rotor (43) koppelt, um eine Scherung auf die zweite Flüssigkeit auszuüben und um Wärme zu erzeugen, und einem Reizvorrichtungszentralstück (18) zur Übertragung von Wärme von der ersten Flüssigkeit, einem Temperatursensor (S1) zur Erfassung der Temperatur der ersten Flüssigkeit, einem Drehzahlsensor (S2) zur Erfassung der Drehzahl des Rotors (43), einem Speicher (71) zur Speicherung einer ersten Flüssigkeitstemperaturgrenze, einer Temperaturbestimmungseinrichtung (71) zur Bestimmung, ob die erfaßte erste Flüssigkeitstemperatur die erste Flüssigkeitstemperaturgrenze überschritten hat, und einem Antrieb (71), um die Kupplung (51) außer Eingriff zu bringen zur Entkopplung des Rotors (43) von der Antriebsquelle (E) und um die Scherung der zweiten Flüssigkeit zu stoppen, wenn die Temperaturbestimmungseinrichtung (71) bestimmt, daß die erfaßte erste Flüssigkeitstemperatur die erste Flüssigkeitstemperaturgrenze überschritten hat, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch:
einen Computer (71) zur Berechnung einer variablen Drehzahlgrenze für den Rotor (43) basierend auf der erfaßten ersten Flüssigkeitstemperatur, eine Drehzahlbestimmungseinrichtung (71) zur Bestimmung, ob die erfaßte Rotordrehzahl die variable Drehzahlgrenze überschritten hat, wobei der Antrieb (71) ferner die Kupplung (51) außer Eingriff bringt, um den Rotor (43) von der Antriebsquelle (E) zu entkoppeln und um eine Scherung der zweiten Flüssigkeit zu stoppen, sofern die Geschwindigkeitsbestimmungseinrichtung (71) bestimmt, daß die erfaßte Rotordrehzahl die variable Drehzahlgrenze überschritten hat.

2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer (71) Informationen speichert, in denen bestimmt ist, daß die variable Drehzahlgrenze umgekehrt proportional zu der ersten Flüssigkeitstemperatur ist.

3. Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen in einem zweidimensionalen Kennfeld oder einer Formel vorliegen.

4. Heizvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flüssigkeit eine maximale Wärmeerzeugungstemperatur hat, die der Maximaltemperaturwert ist, bei dem die zweite Flüssigkeit fortfährt, ausreichend Wärme zu erzeugen, und eine Sicherheitsspielraumstemperatur hat, die um einen Sicherheitsspielraum geringer festgelegt ist als die Maximalwärmeerzeugungstemperatur, und daß der Computer (71) die variable Drehzahlgrenze bestimmt, um dem Rotor (43) zu gestatten, die zweite Flüssigkeit bis zu der Sicherheitsspielraumstemperatur auf Scherung zu beanspruchen und zu erwärmen.

5. Heizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsspielraumstemperatur vorbestimmt ist, um eine Beeinträchtigung der zweiten Flüssigkeit innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu halten.

6. Heizvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flüssigkeit eine viskose Flüssigkeit einschließt.

7. Heizvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wärmequelle (16) eine Heizkammer (37) zur Unterbringung der zweiten Flüssigkeit sowie des Rotors (43) und eine Wärmeaufnahmekammer (38) einschließt, die angrenzend an der Heizkammer (37) angeordnet ist, wobei die Wärmeaufnahmekammer (38) einen Teil des Flüssigkeitskreislaufes (R1, R2) bildet.