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Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Heizkraftverstärker der
im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art.
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Zur Heizung der Fahrgasträume von Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen,
verwendet man allgemein eine Warmwasserheizanlage, der Wärme durch das Kühiwassersystem
des Kraftfahrzeuges zugeführt wird. Das bedeutet, die Warmwasserheizanlage wird
im wesentlichen durch einen Wärmetauscher gebildet, dem das durch den Betrieb des
Kraftfahrzeuges erwärmte Kühlwasser zugeführt wird.
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Es besteht nun das Problen, daß es insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen
lange dauert, bis das Kühlwasser die für eine vernünftige Heizleistung dieser Warmwasserheizanlage
notwendige Temperatur erreicht hat. Während dieser Zeit ist der Fahrgastraum nicht
bzw. nur ungenügend beheizt, was nicht nur als unbequem empfunden wird, sondern
was dadurch, daß die Scheiben beschlagen bzw. nicht enteist werden, auch ein Sicherheitsrisiko
darstellt. Es besteht daher ein dringendes Bedürfnis, Heizungen für Kraftfahrzeuge
zu schaffen, die relativ schnell den Fahrgastraum aufheizen, auch solange das Kühlwasser,
das die normale Warmwasserheizanlage mit Wärme versorgt, noch nicht hinreichend
aufgeheizt ist.
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Zu diesem Zweck verwendet man sog. "Standheizungen", die unabhängig
vom Motor betrieben werden und das Kühlwasser des Kühlwassersystems eines Kraftfahrzeuges
vor dessen Inbetriebnahme
bereits vorheizen, so daß damit der Fahrgastraum
bereits vor dem Anlassen des Motors geheizt werden kann (vgl. "Eberspächer-Notizen",
16o Jahrg., NrO 3 (August 1973), So 10; Webasto-Prospekt, Forme Nr. 4762 f 36612).
Diese Standheizungen werden mit Strom aus der Fahrzeugbatterie angetrieben.und erfordern
einen entsprechend großen technischen Aufwand. Es muß dafür Sorge getragen werden,
daß sie eine angemessene Zeit vor Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs eingeschaltet
werden; so werden diese Standheizungen z.B.
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mit einstellbarer Zeituhr oder mit Funkanlagen zur Fern-Einschaltung
verwendet0 Um eine solche Anlage ohne Betätigung der Antriebsaggregate des Motors,
also vor Start des Motors, in Betrieb nehmen zu können, ist eine Brennstoffpumpe
und eine Wasserpumpe notwendig; zu ihrem Betrieb muß Strom aus der Batterie des
Kraftfahrzeuges entnommen werden.
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Ferner muß die Batterie auch die eigentliche Warmwasserheizanlage
des Kraftfahrzeuges, das Gebläse für die Verbrennungsluft und die Zündung der Standheizung,
mit Strom beliefern. Eine befriedigende Betriebsweise einer solchen Heizung macht
daher meist eine größere Batterie erforderlich, zumal dieser Betrieb ja gerade bei
geringen Außentemperaturen erforderlich ist, bei denen die Leistung einer Kraftfahrzeug-Batterie
ohnehin schon vermindert ist. Das macht solche Standheizungen teurer, Dieser große
Aufwand an Bauteilen bei den bekannten Standheizungen ergibt auch ein räumliches
Problem. Es ist nicht immer einfach, sämtliche Bauteile ohne Schwierigkeiten im
Motorraum einbauen zu können. Es ergeben sich ferner technische Schwierigkeiten
bei der Ausbildung der Verbrennungsvorgänge in den Heizflammen dieser sogO Niederdruck-Brenner
und bei der Wärmeübertragung auf das umlaufende Kühlwasser,
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkraftverstärker für die Warmwasserheizanlage
eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, der eine rasche volle Funktionsfähigkeit der Warmwasserheizanlage
eines Kraftfahrzeugs ermöglicht, ohne die geschilderten Nachteile der bekannten
Standheizungen in Kauf nehmen zu müssen.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1
angegebenen Merkmale gelöst, Die Erfindung betrifft ferner mehrere vorteilhafte
Weiterbildungen.
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Die Erfindung geht also von dem Prinzip der Vorheizung des Kühlwassers
durch motorunabhängige Standheizungen ab und fügt in den Kühlwasserkreislauf einen
Heizverstärker ein, der, sofort mit dem Start des Kraftfahrzeuges beginnend, das
Kühlwasser in wenigen Sekunden so aufheizt, daß die Kühlwassertemperatur die kraftfahrzeugeigene
Warmwasserheizanlage völlig normal betriebsfähig macht, auch schon solange der Motor
selbst, der normalerweise das Kühlwasser aufheizt, noch kalt ist. Dabei können die
notwendigen Aggregate des Heizverstärkers, wie Gebläse, Brennstoffpumpe, Wasserpumpe
etc. von der Lichtmaschine des laufenden Motors her mit Strom versorgt werden, so
daß Belastungen der Batterie, die die bekannten Standheizungen so aufwendig machen,
sich nicht ergeben. Sobald der Motor und mit ihm das Kühlwasser warm genug sind,
um die Warmwasserheizanlage genügend aufzuheizen, wird der Heizkraftverstärker abgeschaltet.
Nach Starten des Motors in kurzer Zeit, wie sie etwa zum Ausrangieren aus einer
Parklücke und zum Anlegen des Sicherheitsgurtes erforderlich ist, ist das Kühlwasser
bereits so stark aufgeheizt, daß die Warmwasserheizanlage des Kraftfahrzeuges vollwertig
betrieben
werden kann, so daß eine Erwärmung des Fahrgastraumes
möglich ist und auch die Scheiben enge ist werden können.
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Damit ist eine äußerst einfache und billige Möglichkeit geschaffen,
um Fahrgasträume von Kraftfahrzeugen während der Zeitspanne aufzuheizen, während
die Motoren noch nicht Betriebstemperatur erreicht haben. Beispielsweise kann bereits
nach 10 Sekunden das Kühlwasser des Kühlwassersystems auf ca. 50 0C aufgeheizt sein.
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Die Erfindung betrifft dann in ihren vorteilhaften Weiterbildungen
im einzelnen die Ausbildung des Heizkraftverstärkers, insbesondere des Zerstäubers,
in dem Brennstoff mit Luft gemischt und in die Brennkammer eingeblasen wird.
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Hierzu ist ein relativ leistungsfähiges Gebläse erforderlich, das
jedoch im Hinblick darauf, daß der Heizkraftverstärker während des Betriebs des
Motors arbeitet, aus der Lichtmaschine mit der notwendigen elektrischen Leistung
versorgt werden kann. Es ergeben sich ferner kleinste Abmessungen und geringes Gewicht,
so.daß die Montage im Motorraum jedes Kraftfahrzeuges einfach ist. Auch ist der
nachträgliche Einbau der Anlage in Kraftfahrzeuge gegenüber den bekannten Standheizungen
wesentlich vereinfacht und verbilligt. Der Kühlwasserkreislauf wird in derselben
Art und Weise wie bei laufendem Motor, nämlich durch die fahrzeugeigene Kühlwasserpumpe
umgewälzt. Wählt man den Raum in der Brennstoffversorgungsanlage, über den der Brennkammer
Brennstoff zugeführt wird, so groß, daß darin ein gewisser Brennstoffvorrat enthalten
ist, so kann die Anlage, solange dieser Vorrat reicht, auch ohne laufenden Motor
betrieben werden. Das ist insbesondere für Taxi-Fahrzeuge etc. günstig, die auch
während längerer Standpausen eine Heizung benötigen.
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Der Heizkraftverstärker wird also nach dem Start des Motors nur so
lange betrieben, bis der Motor das Kühlwasser auf die normale Betriebstemperatur
aufheizt. Der Heizkraftverstärker ist also als Kurzzeitläufer ausgebildet. Eine
gesonderte Brennstoffpumpe ist nicht erforderlich. Vielmehr reicht der von der Luftzufuhr
zur Brennkammer abgezweigte Luftdruck aus, um eine Brennstoffzerstäubung zu erzielen.
Damit erfolgt die Brennstofförderung selbsttätig und auch nur dann, wenn der Luftdruck
im Gebläse ausreichend ist. Sobald der Heizkraftverstärker abgestellt wird, also
das Gebläse zum Stehen kommt, entfällt der Förderdruck. Die aus dem Heizkraftverstärker
austretenden Abgase stehen noch unter ausreichend hohem Druck der Verbrennungsgase,
um selbsttätig auszutreten, so daß für die Abgasleitung kleine Querschnitte und
auch nachgeschaltete Schalldämpfer möglich werden, die erheblich geringere Abmessungen
der Durchlaßquerschnitte benötigen, als dies bei den bekannten Standheizungen der
Fall ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen
wird in der Anlage anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel; Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Ausführungsbeispiels
nach Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1; Fig. 4 einen
Schnitt durch die Brennstoffversorgungsanlage des Heizkraftverstärkers nach Fig.
1 bis 3.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Verbrennungsmotor 1 eines
Kraftfahrzeuges, vorzugsweise eines Personenkraftwagens, mit einem Zylinderkopf
2 und einer Wasserpumpe 3 dargestellt.
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Bei kaltem Motor ist in bekannter Weise vorgesehen, daß die Wasserpumpe
3 das aufzuwärmende Wasser nicht durch den Kühler 4 und die Rücklaufleitung 5 fördert,
sondern daß -bis zur Erwärmung des Kühlwassersystems - der Thermostat 7 den Zufluß
vom Kühler 4 durch die Leitung 8 sperrt, so daß das Kühlwasser, ohne durch den Kühler
4 zu fließen, direkt über das Leitungsstück 9 in den Wasserraum des Zylinderkopfes
2 fließt, Der Kreislauf wird dann dadurch geschlossen, daß das Wasser aus dem Zylinderkopf
2 durch den Schlauch 10 zu der Warmwasserheizanlage 11 des Kraftfahrzeuges austritt,
die im wesentlichen durch einen Wärmetauscher gebildet wird, bei dem das Gebläse
11' Frischluft ansaugt und an den Leitungen der Warmwasserheizanlage vorbeibläst,
so daß die Luft angewärmt und als Warmluft 11" in den Fahrgastraum geblasen wird.
Von der Warmwasserheizanlage 11 fließt das derart abgekühlte Heizwasser in die Rücklaufleitung
12 und von dort zurück zur Wasserpumpe 3, so daß ein geschlossener Kreislauf des
Kühlwassers entsteht. Daraus geht hervor, daß eine ausreichende Heizung des Fahrgastinnenraumes
erst dann gewährleistet ist, wenn der Motor so lange unter Leistung betrieben worden
ist, daß eine Aufheizung des Kühlwassers auf die endgültige Betriebstemperatur erfolgt
ist0 Erfindungsgemäß ist in den Kreislauf des Kühlwassers ein Heizkraftverstärker
13 eingebaut. Er wird in den Schlauch 10 zwischen Zylinderkopf 2 und Warmwasserheizanlage
11 mit
IIilfe eines Trennteiles 17 eingebaut, das die direkte Verbindung
unterbricht, so daß das Kühlwasser auf dem Weg von Zylinderkopf 2 zur Warmwasserheizanlage
11 durch den Heizverstärker 13 hindurchfließen muß.
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Der Heizkraftverstärker 13 enthält ein Radialgebläse 14, das von einem
elektrischen Gebläsemotor 29 angetrieben wird0 Letzterer erhält seine Stromversorgung
von der Lichtmaschine des Kraftfahrzeuges. Vom Radialgebläse 14 wird Luft über eine
Luftleitung 15 unter Druck zur Brennkammer 21 geleitet. Der Brennstoff (Benzin)
wird der Brennkammer 21 von einer Brennstoffversorgungsanlage 16 über einen Zerstäuber
34 zugeführt. An die Brennstoffversorgungsanlage 16 gelangt der Brennstoff über
Leitung 32 von einer vom Motor angetriebenen (nicht gezeigten) Brennstoffpumpe.
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Von der Luftleitung 15 ist dann ferner eine weitere Luftleitung 30
abgezweigt, die ebenfalls zur Brennstoffversorgungsanlage 16 führt Wie aus Fig.
2 zu ersehen, besteht der Heizkraftverstärker 13 aus einer Brennkammer 21, in dem
ein Brennstoff/Luft-Gemisch verbrannt wird, und einem sich anschließenden Wärmetauscher
22, der von dem durch die Verbrennung gebildeten Heizgas durchströmt und aufgeheizt
wird. Das dann dadurch abgekühlte Heizgas wird dann im Abgassammler 23 gefangen
und über den Anschlußstutzen 24 in die Abgasleitung 20 überführt. Die konstruktiven
Einzelheiten des Aufbaues von Brennkammer 21 und Wärmetauscher 22 sind dem Fachmann
bekannt (DE-OSen 24 37 934 und 22 27 392), so daß auf eine weitere Darstellung verzichtet
werden kann. Am Wärmetauscher 22 ist ein Anschlußstutzen 25 zur Zuleitung des aufzuheizenden
Wassers, der mit dem Anschlußende 18
verbunden ist, und ein Ausflußstutzen
26 für den Auslauf des aufgeheizten Wassers, der mit dem Anschlußende 19 verbunden
ist, vorgesehen. Durch den Trennteil 17 wird die direkte Verbindung des Schlauches
10 mit der Warmwasserheizanlage 11 unterbrochen. Dies erfolgt, wie aus Fig. 3 zu
ersehen, mittels einer Trennscheibe 27, die jedoch an ihrer Oberseite eine kleine
Öffnung 28 aufweist, durch die Luftblasen hindurchtreten können.
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An der Brennkammer 21 ist eine Zündkerze 35 zur Einleitung des Verbrennungsvorganges
und ein Temperaturwächter 36 vorgesehen. Die Brennstoffversorgungsanlage 16 mit
dem Zerstäuber 34 ist in Fig. 4 dargestellt. Sie wird durch einen in einem Gehäuse
31 angeordneten Schwimmer 37 gebildet, der in bekannter Weise die Zulauföffnung
von der Brennstoffzuleitung 32 her in Abhängigkeit von dem Pegel des Brennstoffes
im Gehäuse 31 schließt bzw. öffnet, so daß dieser Pegel konstantes Niveau aufweist0
Es ist zweckmäßig, in die Brennstoffleitung zwischen der vom Motor angetriebenen
Brennstoffpumpe und dem Gehäuse 31 ein Ventil (nicht dargestellt) einzubauen, das
elektrisch oder pneumatisch gesteuert wird und bei Stillstand des Heizkraftverstärkers
den Brennstoff-Zufluß sperrt. Gleichzeitig gelangt über die von der Luftzuleitung
16 abgezweigte weitere Luftzuleitung 30 her die Druckluft in den oberen Bereich
31' des Gehäuses 31. Damit stehen sowohl die Luft im oberen Teil des Gehäuses 31
als auch der Brennstoff im unteren Teil 31" desselben unter Druck und werden dadurch
in den Zerstäuber 34 gefördert.
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Der Zerstäuber 34 wird dadurch gebildet, daß ein Innenrohr 38 und
ein Außenrohr 39 konzentrisch zueinander so angeordnet sind, daß sich zwischen ihnen
ein zylindrischer Raum 42 und zwischen den Plättchen 38' und 39', die die Rohre
abschließen, ein Ringraum 48 ergibt. Die Plättchen 38' bzw. 39' weisen Öffnungen
40 bzw. 41 auf. Vom oberen Raum 31' des Gehäuses 31 her gelangt nun unter Druck
stehende Luft über die beiden oeffnungen 40 und 41 in das
Innere
der Brennkammer 21. Die beiden Öffnungen wirken dabei als Düse und nehmen beim Austritt
aus dem radialen Ringraum 48 Brennstoff mit. Der angesaugte Brennstoff wird beim
Austritt des Luftstromes aus der Öffnung 41 in die Brennkammer 21 zerstäubt.
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Dem zylindrischen Raum 42 wird der Brennstoff vom unteren Teil 31"
des Gehäuses 31 über ein einstellbares Drosselventil 47, die Brennstoffleitung 46,
eine Ringkammer 45, Bohrungen 44 und eine Ringkammer 43 zugeführt. Das Mischungsverhältnis
kann dadurch reguliert werden, daß das Drosselventil 47 entsprechend eingestellt
wird. Außerdem gelangt Luft über die Leitung 15 in die Brennkammer 21.
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Die Montage der Brennstoffversorgungsanlage 16 erfolgt dadurch, daß
die Flansche 49 und 50 des Innenrohres 38 bzw.
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des Außenrohres 39 mit Hilfe einer Mutter 51 und Dichtungen 52 und
53 gegeneinander abgedichtet sind. Die gegenseitige Abstützung erfolgt an dem Mantel
54, der mit den Innenrohr (38) einstückig ausgebildet ist und in dem die Bohrungen
44 vorgesehen sind. Diese Art des Aufbaues einer Brennstoffversorgungsanlage ist
für den Anwendungszweck einer pulsierenden Verbrennung an sich bereits aus der DE-AS
12 76 855 bekannt, wird jedoch im vorliegenden Zusammenhang für den neuartigen Anwendungszweck
einer fortlaufenden Verbrennung verwandt.
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Die Größe des Gehäuses 31 und damit das Fassungsvolumen an Brennstoff
wird so bestimmt, daß sich eine gewisse Reserve auch ohne Zulauf durch Leitung 32
ergibt. Auch bei stehendem Motor, d.h. wenn die Benzinpumpe nicht mit in Betrieb
ist und demgemäß kein Brennstoff über die Leitung 32 nachgefördert
wird,
soll kurzzeitig eine solche Aufheizung möglich sein, daß das Innere des Fahrzeuges
erwärmt wird. Diese Art der Standheizung ist besonders für zum Warten gezwungene
Fahrer, z.B. Taxifahrer, wichtig, denn es ist verboten, auch bei kurzzeitigem Warten
den Motor zum Zweck der Heizung eines Fahrzeuges laufen zu lassen. Zusätzlich zu
den gezeigten Bauteilen muß dann lediglich noch eine weitere unabhängig von der
Wasserpumpe des Motors mit Batteriekraft zu betreibende kleine Umwälzpumpe (nicht
gezeigt) vorgesehen werden.
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Die dargestellte Einrichtung ermöglicht es, sofort beim Einsteigen
in ein Kraftfahrzeug diese Heizanlage zu starten und damit den Kühlwasserstrom intensiv
in den wenigen Sekunden auf die normale Betriebstemeperatur aufzuheizen und damit
die fahrzeugeigene, vom Kühlwasserstrom ihre Wärmeenergie beziehende Heizung, voll
betriebsfähig zu machen.
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L e e r s e i t e