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Heizung für Kraftfahrzeuge
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizung für Kraftfahrzeuge mit
Verbrennungsmotor, der entweder luftgekühit sein kann oder einen Kühlwasserkreislauf
zwischen Motorblock und Kühler aufweist und bei dem parallel zum Kühler ein Wårmeaustouscher
im Fahrzeuginneren angeordnet ist, durch den das Heizwasser bzw. Kühlwasser geleitet
werden kann.
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Zur Heizung des Innenraums von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor
wird meist das Kühlwasser des Motors verwendet, das in einem Rohrsystem zwischen
Motorblock und Kühler umluft. Der Kühler wird von der Außenluft durchströmt und
kühlt im Normalbetrieb das vom Motor aufgeheizte Kühlwasser bis auf eine solche
Temperatur ab, die es wieder zur Kühlung des Motors geeignet macht. Um das Fahrzeuginnere
bei niedrigen Außentemperaturen zu erwärmen, wird das Kühlwasser durch einen parallel
zum Kühler angeschlossenen Wärmeaustauscher geleitet, der sich im Fahrzeuginneren
befindet. Um die Wdrmeebgab vom Wärmeaustauscher in das Fahrzeuginnere zu beschleunigen,
konn noch ein Gebläse vorgesehen sein.
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Bei luftgekühlten Motoren ist eine solche Warmwasserheizung unter
Ausnutzung des aufgeheizten KUhlwassers nicht möglich. Zum Heizen des Fahrzeuginneren
wird bei luftgekuhlten Motoren die Wärme der Motorabgase verwendet, die Uber einen
Abgas-Luft-Wä.rmeaustauscher die durch diesen strömende
Frischluft
erwärmt, die in das Fahrzeuginnere geleitet wird. Da bei Undichtigkeiten dieses
Wärmeaustauschers sehr leicht Abgase in das Warmluftheizsystem eindringen und die
Fahrzeuginsassen gefährden könnten, sind solchc Abgas-Luft-Wtirmeaustauscher besonders
genehmigungspflichtig, und sie müssen eine aufwendige Konstruktion aufweisen. Schließlich
ist die idrmeousbeute bzw. der thermische Wirkungsgrad wegen der notwendigen Wdrmeübertrogung
von dem einen gasförmigen Medium zu einem anderen gasförmigen Medium recht schlecht'
so daß ein großer Teil der im Abgas enthaltenen Wärme mit dem ins Freie tretenden
Abgas verlorengeht.
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Bei Fahrzeugen mit vossergekühiten Motoren reicht in vielen Fällen
die von Kühlwosserkreislauf gelieferte Wärme zur Heizung des Fahrgastraumes nicht
aus, insbesondere wenn der Motor soeben angelassen wurde, bei kurzen Aufenthalten
oder Fahrtunterbrechungen, bei großer Kälte und bei großröumigen Fahrzeugen, wie
Bussen.
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Mon hat deshalb zusätzliche Heizungen in die Kraftfahrzeuge eingebaut,
bei denen Luft oder Wasser durch zusätzliche Wörmequellen, wie Ölbrenner, aufgeheizt
werden, die meist mit Kraftstoff oder Öl betrieben werden. Dies bedeutet jedoch
zusätzliche Betriebskosten.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine wirksamere und schneller
onsprechende Heizung, ggf. unter Einschluß des Kühlwosserkreisloufes, zu schaffen,
die keinen zusötzlichen Brennstoff benötigt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Heizung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß ein Abgas-Wasser-Wärmeoustauscher im Strom der
Motorabgase vorgesehen ist.
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Die Motorabgase sind nämlich schon kurz nach dem Anlassen des Motors
so heiß, daß es durch einen in dem Abgosstrom angeordneten Wärmeoustouscher möglich
ist, Wärme entweder an den Fahrgastraum oder (bei wassergekühlten
Motoren)
an das Kühlwasser abzugeben und domit sowohl den Innenraum des Fahrzeuges als auch
den anfangs noch kalten Motor anzuwörmen. Im Gegensatz zu den bekannten Gas-Luft-Wtirmeaustauschern
im Strom der Motorabgase wird hier ein vom Heizwasser durchflossener Wflrmeaustauscher
verwendet, der bei einer ßeschödigung keine Gefahr für die Insassen des Fahrzeuges
hervorruft. Da im Falle von wassergekühlten Motoren nach dem Anlassen des Motors
das Kühlwasser durch den neuen Wärmeaustauscher schnell ervormt vird, wird auch
der Motor viel schneller auf seine Betriebstemperatur gebracht, so daß ein längeres
Warmloufenlassen des Motors vermieden wird. Außerdem kann das durch die Abgase erhitzte
Heizwasser bzw. das Kühlwasser früher zur Beheizung des Fahrzeuginneren verwendet
werden, weil das durch den zusätzlichen Wärmeaustauscher erwärmte Kühlwasser bei
stehendem Fahrzeug durch den Kühler nicht wesentlich gekühlt wird. Schließlich ist
auch durch Abkühlung der Motorabgase eine größere Schonung des ganzen Auspuffsystems
zu erwarten, weil die Korrosion durch die Motorabgase im Auspuffsystem hauptsächlich
durch die hohen Temperaturen der Abgase bedingt ist. Es ist somit eine längere Lebensdauer
des Auspuffsystems zu erwarten. Vorzugsweise ist der zusotzliche Wärmeaustauscher
im Abgasstrom der Motorabgase zwischen dem ersten Auspuffkrümmer und dem ersten
Abgasdämpfer angeordnet.
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Vorteilhaft ist der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung im Kühivasserkreislauf
in Strömungsrichtung hinter dem Motorblock angeordnet. Dadurch kann das vom Motor
erwärmte Kühlwasser weiter aufgeheizt und zur Innenheizung des Fahrzeugs verwendet
werden, während das abgekühlte Kühlwasser zunächst wieder dem Motorblock zugeführt
wird.
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Da nach dem Anlassen der Motor zunächst schnell auf seine Betriebstemperasur
gebrocht werden soll, ist gemUB einer Weiterbildung der Erfindung eine Zweiwegeklappe
im Wasserkreislauf vorgesehen, die durch einen Thermostaten gesteuert wird. Damit
soll der Wärmeaustauscher (Heizer) im Fahrzeuginneren zunächst so lange aus dem
Kühlwasserkreislauf ausgeschaltet
werden, bis der Motor seine Betriebstemperotur
erreicht hat. Anschließend wird durch den Thermostaten die Zveivegekloppe so verschoben,
daß auch der Wörmeaustauscher im Fahrzeuginneren eingeschlossen ist. Ist der Wärmebedarf
im Fahrzeuginneren größer als die durch den Wärmeaustausch im Abgasstrom gewonnene
Wärme, so wird über die Zweiwegklappe der Wasserdurchlauf durch den Kühler vermindert
und stattdessen über den Wärmeoustouscher im Fahrzeuginneren geleitet.
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In der Zeichnung ist die Kraftfohrzeugheizung gemäß der Erfindung
schematisch im Zusammenwirken mit einem vossergekühiten Motor dargestellt.
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Während bei einem luftgekühiten Motor der zu dem Wärmeoustauscher
6 (Heizer) parallel verlaufende Kühlwasserkreislauf 2, 3 naturgemäß nicht vorhanden
ist, durchläuft die Heizflüssigkeit auch nicht den Motorblock, sondern die Leitung
5 direkt über die gestrichelt eingezeichnete Leitung 5a mit dem Abgas-Wasser-Wärmeaustauscher
verbunden. Da es sich hier um eine einfache Ringleitung handelt, ist auf eine nähere
Beschreibung des Anwendungsfalles bei luftgekühiten Motoren verzichtet, weil die
Wirkungsweise durch die folgende Beschreibung des Anwendungsfalles bei wossergekühiten
Motoren sinngemäß hervorgeht.
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Das durch den Motorblock 1 erwärmte Kühlwasser fließt in Pfeilrichtung
über die Kühlwasserleitung 2 zum Kühler 3 und wieder zurück zum Motorblock. Das
Kühlwasser wird durch eine von einem Elektromotor oder vom Verbrennungsmotor selbst
angetriebene Umwolzpumpe 4 in dem Wasserkreislauf bewegt. Parallel zum Kühlwasserkreislauf
2 durch den Kühler 3 ist eine Leitung 5 vorgesehen, die das aufgeheizte Kühlwasser
durch einen Wärmeaustauscher 6 leitet, der im Fahrzeuginneren angeordnet ist und
als Heizkörper wirkt. Diese Leitung 5 verläuft parallel zur Kühlwesserleitung 2
durch den Kühler 3. Durch eine bei 10 in die Rohrleitungen eingeschaltete Zweiwegeklappe
kann das Kühlwasser entweder in die Kühlwosserleitung 2 oder in die Heizungsleitung
5 geleitet oder auch zwischen beiden Leitungen beliebig aufgeteilt werden. Zur bessenen
Wörmeabgabe kann noch
ein nicht dargestelltes Gebläse vorgesehen
sein, das Luft über den Wärmeaustauscher 6 bläst.
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Gemäß der Erfindung ist ein Wärmeaustouscher 9 vorgesehen, in dem
das Heiz- bzw. Kühlwasser durch die Motorabgase aufgeheizt wird. In der Figur ist
zur Sichtbarmachung des Wörmeaustauschers 9 das Abgosrohr teilweise aufgeschnitten
dargestellt. Zweckmößigerweise ist der Wärmeaustauscher 9 zwischen dem Auspuffkrümmer
7 und dem ersten AbgosdUmpfer angeordnet, der bei 8 angeschlossen ist. An geeigneter
Stelle, vorzugsweise beim Kühivosseraustritt aus dem Motorblock 1, ist ein Thermostat
11 im Kühlvasser angeordnet, von dem abhängig die Zweiwegeklappe 10 gesteuert wird.
Der Thermostat 11 hält die Zveivegeklappe 10 nach dem Anlassen des Motors in einer
solchen Stellung, daß das Kühlwasser nicht durch die Heizungsleitung 5 und den Wärmeaustauscher
6 geleitet wird, sondern durch den Kühler 3. bei stehendem Fahrzeug wird fast keine
Kühlvirkung durch den Kühler 3 erzielt, so daß das Kühlwasser schnell den Motor
auf die Betriebstemperatur aufheizt. Wenn die Betriebstemperatur des Motors erreicht
ist, wird durch den Thermostaten 11 die Zveivegeklappe 10 in die in der Figur dargestellte
Stellung oder in eine Zwischenstellung gebracht, so daß das Kühlwasser auch über
die Heizungsleitung 5 und den Wårmeaustauscher 6 zur Heizung des Fahrzeuginneren
benutzt werden kann. Ist der Wärmebedarf im Fahrzeuginneren gedeckt, so wird durch
teilweise Unschaitung der Zweiwegeklappe 10 das Wasser wieder in den Kühler 3 geleitet.
Bei besonders starkem Wörmebedarf im Fahrzeuginneren kann der Kühlvasserumlauf durch
Unstellen der Zweiwegeklappe 10 vollständig durch die Leitung 5 über den Wärmeaustauscher
6 geführt verden, so daß sovohl die vom Motorblock 1 gelieferte Warme, als auch
die von den Abgasen über den Wärmeoustauscher 9 abgegebene Wärme zur Heizung zur
Verfügung steht.