DE19958454C2 - Verfahren zum Beheizen eines Fahrzeuginsassenraumes bei sehr unterschiedlichen Außentemperaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen eines Fahr­ zeuginsassenraumes gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, wobei in den Kühlwasserkreislauf eines Verbrennungskraftmotors zwei Kühler eingebaut sind, für deren Umgehung ein thermostatisch gesteuertes Bypaßventil mit elektromagnetischer Zusatzsteuerung gemäß der DE 195 43 348 A1 vorgesehen ist, so daß die Kühler bei der Beheizung eines Fahrzeuginsassenraumes über die Zusatzsteu­ erung vom Kühlwasserkreislauf abtrennbar sind, wodurch ein ra­ scheres Aufheizen des Insassenraumes bei gleichzeitiger Wärme­ abgabe an einen Latentwärmespeicher mittels der Pumpe einer Standheizung ermöglicht ist und wodurch die vom Motor erzeugte Wärme mehr für Heizzwecke nutzbar gemacht ist bzw. weniger an die Außenluft abgegeben wird.

Ein derartiges Verfahren ist bereits im Hauptpatent 199 49 927 C1 aufgezeigt, wo für die Beheizung des Insassenraumes während der Fahrt ein separater Thermostat vorgesehen ist, der über ei­ nen Thermoschalter erst dann aktiviert ist, wenn der Motor sei­ ne Betriebstemperatur erreicht hat.

Über den Thermostat wird dann bei einer Unterschreitung der da­ ran eingestellten Temperatur das Gebläse eines Heizkörpers in Betrieb gesetzt und gleichzeitig die elektromagnetische Zusatz­ steuerung des Bypaßventiles, sowie die Pumpe der Standheizung in Betrieb gesetzt, so daß über die Zusatzsteuerung die beiden Kühler vom Kühlwasserkreislauf abgetrennt sind und über die Pumpe der Standheizung ein Teil der vom Motor abgegebenen Wärme dem Latentwärmespeicher zugeführt wird.

Nachteilig bei dem in der DE 199 49 927 C1 dargestellten Verfah­ ren für das Beheizen des Insassenraumes während der Fahrt ist noch, daß die Kühlleistung der beiden in den Kühlwasserkreis­ lauf eingebauten Kühler sehr stark von der jeweiligen Außentem­ peratur abhängig ist, so daß die Kühlwassertemperatur nach ei­ ner Beheizung des Insassenraumes bei wieder in den Kühlwasser­ kreislauf integrierten Kühlern bei sehr niedrigen Außentempe­ raturen und konstant hoher Fahrgeschwindigkeit möglicherweise rascher abfällt wie die Temperatur im Insassenraum.

Das hat dann zur Folge, daß der im Bypaßventil untergebrachte Ventilkörper bei einer Kühlwassertemperatur, die nur noch an­ nähernd der Motorbetriebstemperatur entspricht oder etwas da­ runter liegt, im Kühlwasserinhalt des Bypaßventiles untertaucht, um einen Teil des Kühlwassers an den Kühlern vorbeizuleiten bzw. um die Kühlwassertemperatur wieder zu erhöhen.

Ein Wiederaufheizen des Insassenraumes findet dann erst wieder statt, wenn die Kühlwassertemperatur auf einen der Motorbe­ triebstemperatur entsprechenden Wert angestiegen ist, so daß also bis zu diesem Zeitpunkt hin die Temperatur im Insassen­ raum möglicherweise unter den am Thermostat eingestellten Wert abfällt und der für die Beheizung erforderliche Wärmebedarf unnötig an die Außenluft abgegeben wird.

Nachteilig bei dieser Ausführung ist außerdem noch, daß die beim Aufheizen des Insassenraumes ruhend in den Kühlern untergebrach­ te Kühlwassermenge entsprechend unterkühlt nach dem Aufheizen, bei wieder in den Kühlwasserkreislauf integrierten Kühlern, den Motor durchströmt, was kurzzeitig zu einer unnötigen Fehlsteu­ erung über im Motor eingesetzte Temperaturfühler führen könnte.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Kühlleistung der beiden in den Kühlwasserkreislauf eingebauten Kühler unabhängig von der jeweiligen Außentemperatur möglichst konstant zu halten.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß, indem in die Zuleitung der beiden Kühler jeweils ein Dreiwegeventil eingebaut ist, das je nach Außentemperatur einen bestimmten Teil des Kühlwassers durch den Kühler leitet und den restlichen Teil über eine Bypaß­ leitung am Kühler vorbeileitet.

Das Dreiwegeventil ist so ausgebildet, daß es bei abnehmender Außentemperatur den Durchgangsquerschnitt zur Bypaßleitung zu­ nehmend vergrößert und gleichzeitig den Durchgangsquerschnitt zum Kühler um denselben Betrag zunehmend so verringert, daß die effektive Kühlleistung bzw. der Temperaturabfall des Kühlwas­ sers über die Kühler und deren Bypaßleitungen unabhängig von der Außentemperatur konstant bleibt. Dabei soll der Strömungs­ widerstand der Ventile bei gleichbleibendem Durchgangsquerschnitt bzw. gleichbleibender Durchflußmenge möglichst gering sein.

Damit das während dem Aufheizen des Insassenraumes, bei vom Kühlwasserkreislauf abgetrennten Kühlern, im jeweiligen Kühler ruhend untergebrachte und entsprechend abgekühlte Kühlwasser wieder erwärmt wird bevor es nach dem Aufheizen den Motor durch­ strömt, ist das die Bypaßleitung durchströmende Kühlwasser durch einen Wärmebehälter geleitet, durch den auch das den Kühler durchströmende Kühlwasser hindurchgeleitet ist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der rückbezogenen Patentansprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigt zusammenfassend:

Fig. 1 ein Verfahren zum Beheizen eines Fahrzeuginsassenraumes bei sehr unterschiedlichen Außentemperaturen.

Im Gegensatz zur DE 199 49 927 C1, in der auch das Vorwärmen des Motors M über einen Latentwärmespeicher L erläutert ist, wird hier das Kühlwasser bei einer Temperatur, die annähernd der Mo­ torbetriebstemperatur entspricht, mittels einer motoreigenen Pumpe P_M vom Bypaßventil 905i aus nicht direkt über die beiden hintereinander angeordneten Kühler R_C wieder zum Motor zurück­ gepumpt, sondern jeweils von unten her über ein Dreiwegeventil 13 teils durch einen Kühler R_C und teils über eine Bypaßleitung 14 am Kühler vorbei durch einen Wärmebehälter 10 gepumpt, durch den auch das den Kühler durchströmende Kühlwasser über eine Ab­ flußleitung 15 hindurchgeleitet ist.

Dabei ist die Abflußleitung 15 des jeweiligen Kühlers bis in den unteren Bereich des jeweiligen Wärmebehälters 10 nach unten gezogen, so daß das während einer Beheizung des Insassenraumes im jeweiligen Kühler abgekühlte Kühlwasser nach dem Aufheizvor­ gang nicht unmittelbar über einen Wärmebehälter und eine vom ersten Behälter abgezweigte Verbindungsleitung 16 bzw. eine vom zweiten Behälter abgezweigte Rückleitung 18 zum Motor zurück­ strömt, sondern vorher durch das in den Behältern gespeicherte und über die Bypaßleitungen 14 nachströmende Kühlwasser erwärmt wird.

Das Kühlwasser wird hier in einer Schlüsselstellung 2 eines Zündschloßes I bei laufendem Motor M mittels der motoreigenen Pumpe P_M über den Motor in ein thermostatisch gesteuertes By­ paßventil 905w ohne Zusatzsteuerung gepumpt, von dem aus das Kühlwasser dann zum größeren Teil über eine am Latentwärmespei­ cher L vorbeiführende Bypaßleitung und zum kleineren Teil über eine drosselbare Verbindungsleitung 3 und über den Latentwärmespeicher durch einen Heizkörper R_H hindurch in ein Bypaßventil 905i mit elektromagnetischer Zusatzsteuerung gemäß der 195 43 348.3-15 geleitet ist.

Da die Kühlwassertemperatur bereits annähernd der Motorbetriebs­ temperatur entspricht, wird das Kühlwasser vom Bypaßventil 905i aus, wie vorangehend erläutert, bei einer Hintereinanderanord­ nung der beiden Kühler R_C jeweils über ein Dreiwegeventil 13 teils über einen Kühler und einen Wärmebehälter 10 und teils über eine Bypaßleitung 14 und denselben Wärmebehälter wieder zum Motor zurückgeleitet.

Sobald nun das Kühlwasser eine Temperatur erreicht, die der Mo­ torbetriebstemperatur entspricht, wird über einen am Bypaßven­ til 905i angebrachten Thermoschalter T₃ ein für die Beheizung des Insassenraumes während der Fahrt vorgesehener Thermostat H_Dr aktiviert, der das Gebläse BL des Heizkörpers R_H in Betrieb setzt, sobald die am Thermostat eingestellte Temperatur im In­ sassenraum unterschritten ist.

Über den Thermostat und ein Relais d₃ wird gleichzeitig die elektromagnetische Zusatzsteuerung des Bypaßventiles 905i be­ tätigt und die Pumpe P_St einer Standheizung ST in Betrieb ge­ setzt, so daß über die Zusatzsteuerung des Ventiles die Kühler R_C vom Kühlwasserkreislauf abgetrennt sind und über die Pumpe der Standheizung ein größerer Anteil der vom Motor abgegebenen Wärme dem Latentwärmespeicher L zugeführt wird, so daß derselbe nach einer Beheizung des Insassenraumes wieder Wärme an den Kühlwasserkreislauf abgibt, wenn der Wärmespeicher vor dem Auf­ heizen bereits aufgeladen war und wenn die Kühlwassertempera­ tur bei verringerter Drehzahl bzw. Wärmeabgabe des Motors und erhöhter Fahrgeschwindigkeit aufgrund einer höheren Kühllei­ stung der beiden Kühler gegenüber der Kühlleistung bei gerin­ gerer Fahrgeschwindigkeit und gleicher Motordrehzahl etwas ab­ fällt.

Dabei wird die Wärmeabgabe des Latentwärmespeichers an den Kühl­ wasserkreislauf je nach Bedarf über ein in der Verbindungslei­ tung 3 zum Speicher eingebautes Drosselventil reguliert, das seinen Durchgangsquerschnitt mit abnehmender Motor-, Kühlwasser- oder Motorraumtemperatur zunehmend vergrößert bzw. mit zunehmen­ der Temperatur zunehmend verringert, so daß dann etwas mehr Wär­ me im Speicher für den Fall eines erneuten Wärmebedarfs zurückgehalten ist.

Die beiden Kühler sind so ausgelegt, daß die Kühlwassertempera­ tur bei höchster Fahrgeschwindigkeit nicht unter einen der Mo­ torbetriebstemperatur entsprechenden Wert abfällt und die ge­ ringere Drehzahl des für den Heizkörper R_H vorgesehenen Geblä­ ses BL ist so gewählt, daß die Kühlwassertemperatur während des Heizvorganges im effektivesten Drehzahlbereich des Motors etwas ansteigt.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der beiden in den heckseitigen Aus­ bauchungen eines richtigen Sicherheitskraftfahrzeuges unterge­ brachten Kühler R_C und der beiden Wärmebehälter 10, die gegen Wärmeverlust geschützt in einem vor dem heckseitigen Motorraum angeordneten Stauraum untergebracht sind, in dem auch der La­ tentwärmespeicher L, der Heizkörper R_H mit seinem Gebläse BL, das Bypaßventil 905i und die Standheizung ST untergebracht sind.

Die Wärmebehälter 10, an denen die Kühler R_C jeweils über die Bypaßleitung 14 und über die vom oberen Wasserkasten der Kühler abgezweigte Abflußleitung 15 befestigt sind, sind ihrerseits jeweils über eine Grundplatte 11 an einer Innenwandung des Fahrzeuginsassenraumes befestigt, wobei die Innenwandungen bis zu einer zwischen dem Stauraum und dem Motorraum angebrachten Trennwand nach hinten gezogen sind.

Die beiden Dreiwegeventile 13, über die der Durchfluß über den jeweiligen Kühler R_C und die jeweilige Bypaßleitung 14 bei kon­ stantem Durchgangsquerschnitt so gesteuert ist, daß der Tempe­ raturabfall des Kühlwassers zwischen der Zuleitung 12 zu den, jeweils aus dem Kühler R_C, der Bypaßleitung 14 und dem gemein­ samen Wärmebehälter 10 bestehenden Kühleinrichtungen und der Rückleitung 18 zum Motor unabhängig von der jeweiligen Außen­ temperatur konstant bleibt, sind jeweils zwischen einer Innen- und Außenwandung des Insassenraumes untergebracht und über stirnseitig an den heckseitigen Ausbauchungen des Fahrzeuges angebrachte Lufteintrittsöffnungen zu den Kühlern der jewei­ ligen Außentemperatur ausgesetzt.

Dabei ist zwischen den Kühlern und den inneren Begrenzungen der Lufteintrittsöffnungen etwas Distanz eingehalten, so daß die Dreiwegeventile über den Fahrtwind die jeweilige Außentem­ peratur vermittelt bekommen.

Vor den Lufteintrittsöffnungen sind hier nicht dargestellte luftdurchläßige Abdeckungen angebracht, um die Kühllamellen der Kühler vor einer Beschädigung zu schützen.

Die von den Dreiwegeventilen 13 abgezweigten Bypaßleitungen 14 münden ausreichend oberhalb von den Austrittsöffnungen der Ab­ flußleitungen 15 in den jeweiligen Wärmebehälter 10, so daß das erhitzte Kühlwasser nach dem Aufheizen des Insassenraumes oberhalb der im Kühler abgekühlten, über die Abflußleitung ein­ strömenden Kühlwassermenge in den Wärmebehälter einströmt und eine gewisse Absperrung bildet, die das erkaltete Kühlwas­ ser erst durchdringen kann, wenn es ausreichend erwärmt ist.

Von der zwischen den beiden Kühleinrichtungen angebrachten Ver­ bindungsleitung 16 ist eine Zuleitung 17 zu einem im Motorraum untergebrachten Ausgleichsbehälter CO abgezweigt, wobei die Zuleitung durch die zwischen dem Stauraum und dem Motorraum angebrachte Trennwand bzw. durch eine in der Trennwand einge­ setzte Gummimuffe oder dgl. hindurchgeführt ist.

Damit nicht überallhin andere Fahrzeuge hingeschickt werden müssen, wo doch die Menschen bis auf ihre Religion, ihre Gesetze und ihre Hautfarbe überall gleich sind und nur die Außentempe­ raturen verschieden sind, sollte sich der Regelbereich der Dreiwegeventile über einen Temperaturbereich von minus 30°C bis plus 30°C erstrecken, wobei bei minus 30°C noch eine ge­ ringe Kühlwassermenge durch die Kühler und bei plus 30°C noch eine geringe Kühlwassermenge durch die Bypaßleitungen strömen sollte.

Dann kann ein Eskimo mal zum Sonnen nach Afrika fahren und ein Afrikaner kann mal bei eisiger Kälte die Gastfreundschaft der Eskimos genießen.

Die von den Dreiwegeventilen (13) abgezweigten Zuleitungen zu den Kühlern (R_C) sind jeweils in den hinteren Bereich eines un­ teren Wasserkastens eines Kühlers eingeführt und die von den Dreiwegeventilen abgezweigten Bypaßleitungen (14) sind jeweils nach vorne abgewinkelt und durch eine Grundplatte (11) hindurch in den vorderen Bereich eines Wärmebehälters (10) eingeführt, während die Abflußleitungen (15) jeweils vom hinteren Bereich eines oberen Wasserkastens eines Kühlers (R_C) abgezweigt und ebenfalls nach vorne abgewinkelt durch eine Grundplatte (11) hindurch in den vorderen Bereich eines Wärmebehälters (10) ein­ geführt sind, so daß durch die Abwinkelungen der Bypaßleitungen (14) und der Abflußleitungen (15) gewisse Verspannungen, die beim Erkalten der Kühler besonders bei niedrigen Außentempera­ turen während einer Aufheizphase des Fahrzeuginsassenraumes durch eine bestimmte Längenabnahme der Kühler verursacht werden, ausreichend gemindert sind.

Die oben aus dem ersten Wärmebehälter (10) austretende Verbin­ dungsleitung (16) ist ebenso wie die oben aus dem zweiten Wärme­ behälter austretende Rückleitung (18) zum Motor vom hinteren Be­ reich des jeweiligen Wärmebehälters abgezweigt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Beheizen eines Fahrzeuginsassenraumes bei sehr unterschiedlichen Außentemperaturen, wobei in den Kühlwasserkreislauf eines Verbrennungskraft­ motors (M) zwei hintereinander angeordnete Kühler (R_C) ein­ gebaut sind, für deren Umgehung ein thermostatisch gesteu­ ertes Bypaßventil (905i) mit elektromagnetischer Zusatz­ steuerung vorgesehen ist, um die Kühler bei einer Beheizung eines Fahrzeuginsassenraumes über die Zusatzsteuerung vom Kühlwasserkreislauf abzutrennen, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuleitung (12) zum ersten Kühler (R_C) und in die zwischen den Kühlern angebrachte, zum zweiten Kühler führen­ de Verbindungsleitung (16) jeweils ein Dreiwegeventil (13) eingebaut ist, über das der Durchfluß des Kühlwassers durch den jeweiligen Kühler und durch eine vom Ventil abgezweigte, am Kühler vorbeiführende Bypaßleitung (14) so gesteuert ist, daß der Temperaturabfall des Kühlwassers über die Kühler und deren Bypaßleitungen bei möglichst gleichbleibendem Durchgangsquerschnitt der Ventile bzw. gleichbleibender Durchflußmenge unabhängig von der jeweiligen Außentempera­ tur konstant bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Dreiwegeventilen (13) abgezweigten Zuleitun­ gen zu den Kühlern (R_C) jeweils in den unteren Wasserkasten eines Kühlers eingeführt sind und die von den oberen Wasser­ kästen der Kühler abgezweigten Abflußleitungen (15) jeweils von oben her in einen Wärmebehälter (10) eingeführt und bis in den unteren Bereich des Behälters nach unten gezogen sind, während die von den Dreiwegeventilen (13) abgezweig­ ten Bypaßleitungen (14) ausreichend oberhalb von den Aus­ trittsöffnungen der Abflußleitungen (15) in den jeweiligen Wärmebehälter (10) einmünden, so daß das beim Aufheizen des Fahrzeuginsassenraumes in den Kühlern erkaltete Kühlwasser bei wieder in den Kühlwasserkreislauf integrierten Kühlern erst durch das oberhalb der Austrittsöffnungen einströmende Kühlwasser erwärmt wird, bevor es ausreichend erwärmt über die Verbindungsleitung (16) bzw. über eine Rückleitung (18) zum Motor (M) aus den Wärmebehältern (10) ausströmt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kühler (R_C) jeweils außenseitig über die vom Dreiwegeventil (13) abgezweigte Bypaßleitung (14) und über die von ihrem Wasserkasten abgezweigte Abflußleitung (15) an ihrem Wärmebehälter (10) befestigt sind, während die Wärmebehälter jeweils über eine Grundplatte (11) innerhalb eines vor dem heckseitigen Motorraum angeordneten Staurau­ mes an einer Innenwandung des Fahrzeuginsassenraumes befes­ tigt sind, so daß die beiden Kühler in die an einem Sicher­ heitskraftfahrzeug angebrachten heckseitigen Ausbauchungen hineinragen und die beiden Dreiwegeventile (13) jeweils zwischen einer Innen- und einer Außenwandung des Insassen­ raumes untergebracht sind, wo sie über die für die Kühler vorgesehenen, stirnseitig an den Ausbauchungen angebrachten Lufteintrittsöffnungen der jeweiligen Außentemperatur aus­ gesetzt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 2 u. 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Dreiwegeventilen (13) abgezweigten Zuleitun­ gen zu den Kühlern (R_C) jeweils in den hinteren Bereich ei­ nes unteren Wasserkastens eines Kühlers eingeführt sind, während die von den Dreiwegeventilen abgezweigten Bypaßlei­ tungen (14) jeweils nach vorne abgewinkelt und durch eine Grundplatte (11) hindurch in den vorderen Bereich eines Wär­ mebehälters (10) einmünden, und daß die Abflußleitungen (15) jeweils vom hinteren Bereich eines oberen Wasserkastens ei­ nes Kühlers (R_C) abgezweigt und ebenfalls nach vorne abge­ winkelt durch eine Grundplatte (11) hindurch in den vorderen Bereich eines Wärmebehälters (10) einmünden, so daß durch die Abwinkelungen der Bypaßleitungen (14) und der Abflußlei­ tungen (15) gewisse Verspannungen, die beim Erkalten der Kühler während einer Aufheizphase des Fahrzeuginsassenraumes durch eine bestimmte Längenabnahme der Kühler verursacht werden, ausreichend gemindert sind.