DE2856451C2 - Heizeinrichtung für ein mit einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine ausgerüstetes Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine solche Heizeinrichtung ist im Prinzip aus der DE-OS 25 53 174 bekannt Die dort beschriebene Heizvorrichtung weist die Besonderheit auf, daß der Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine und der Kreislauf der Heizflüssigkeit voneinander strömungsmäßig getrennt sind. In dem i-leizflüsstgkeitskreislauf liegt der Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher, so daß sofort nach dem Starten der Brennkraftmaschine die Wärme der heißen Abgase an den der Aufheizung des Fahrzeuginnenraums dienenden Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher abgegeben wird.

Außerdem ist während dieser Betriebsphase der Maschin=, also bei kalter Brennkraftmaschine, über ein Thermostatventil der übliche Kühler der Brennkraftmaschine überbrückt so daß der in wärmeaustauschender Verbindung mit dem Heizflüssigkeitskreislauf stehende Kühlflüssigkeitskreislauf verkleinert und demgemäß nur eine geringere Kühlflüssigkeitsmenge aufzuheizen ist Sobald die Brennkraftmaschine im Betrieb warm geworden ist, erfolgt auch eine Wärmeabgabe seitens der Kühlflüssigkeit an den Heizflüssigkeitskreislauf, so daß dann sin Heizen des Fahrzeuginnenraums unter Benutzung der Wärme sowohl der Abgase als auch der Kühlflüssigkeit auftritt

Verständlicherweise ist die für den Heizvorgang auch bei der beschriebenen Überbrückung des Kühlers der Maschine zur Verfugung stehende Wärmemenge bei kalter Maschine insbesondere im Winter nur relativ klein. Von besonderer Wichtigkeit in der kalten Jahreszeit ist das Beseitigen jeglichen Beschlags insbesondere auf der Windschutzschtibe, scr i-s in Gestalt von niedergeschlagenem oder von gefrorenem Wasser. Wie bekannt, tritt die Gefahr des Beschlagens der Scheibe bzw. der Eisbildung auf der Scheibe dann in verstärktem Maße auf, wenn man den Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher nicht mit Frischluft, sondern mit Umluft beschickt, was man insbesondere dann tun wird, wenn die zur Verfugung stehende Wärmemenge relativ klein ist.

Diese Schwierigkeit kann bei Fahrzeugen, die mit Dieselmaschinen bestückt sind, nicht nur unmittelbar nach dem Starten der Maschine, also bei kalter Maschiso ne, sondern auch bei warmer Maschine im Teillastbetrieb auftreten, da bekanntlich die Abwärme von Dieselmuschinen kleiner ist als diejenige von Ottomaschinen.

Üblicherweise erfolgt die Erwärmung der den Entfrosterdüsen zuzuführenden Luft, für die man in aller Regel Frischluft verwenden wird, über den auch der Heizung der übrigen Luft dienenden FIüssigkeits-Luft-Wärmetauscher. wobei über Verteileranordnungen die Möglichkeit gegeben ist, die geheizte Luft nur den Entfrosterdüsen zuzuführen. Nach wie vor muß dann aber auch bereits bei kalter Maschine die gesamte Heizflüssigkeitsmenge erwärmt werden. Dies ist, sofern die Heizflüssigkeit identisch ist mit der Kühlflüssigkeit, die gesamte Kühlflüssigkeitsmenge, abzüglich der in dem überbrückten Kühler enthaltenen Flüssigkeitsmenge; auch bei getrenntem Heizflüssigkeitskreislauf, wie ihn die eingangs genannte Offenlegungsschrift zeigt, handelt es sich aber um eine Flüssigkeitsmenge für einen Wärmetauscher, der zur Aufheizung des gesamten Fahr-

zeuginnenraums ausgelegt ist

Auch der Einsatz eines nur den Entfrosterdüsen zugeordneten und daher relativ klein zu dimensionierenden individuellen Wärmetauschers, wie er schlagwortartig in dem Aufsatz »Air condition control« in Automobile Engineer, Mai 1950, auf den Seiten 199 und 203 angesprochen ist, hilft hier nicht weiter. Ein derartiger individueller Entfroster-Wärmetauscher mag zwar Vorteile hinsichtlich uer individuellen Regelung der Luftströmung und Lufttemperatur im Bereich der Entfrosterdüsen bringen, jedoch verringert der Einsatz eines derartigen zusätzlichen Entfroster-Wärmetauschers beispielsweise im Rahmen der Heizeinrichtung nach der eingangs genannten DE-OS 25 53 174 nicht die auch bei kalter Maschine aufzuheizende Flüssigkeitsmenge, sondern vergrößert diese allenfalls.

Aus der GB-PS 6 54 768 ist eine Heizeinrichtung bekannt, bei der im Bereich des Kopfes des Kühlers der Brennkraftmaschine eine Hauptleitung abzweigt und an eine Stelle unterhalb der Windschutzscheibe geführt ist Dort geht eine Abzweigleitung abwärts zu einem kleinen Tank, der sich nahe der Motorhaube vor der Windschutzscheibe befindet Die Abzweigleitung ijt mit einem vom Armaturenbrett aus handbedienbaren Ventil versehen. Die Hauptleitung ist nahe der Windschutzscheibe erst aufwärts und dann quer über deren unteren Bereich geführt und geht von dort zur Auspuffleitung, die sie mit einigen Windungen umschließt Von der Auspuffleitung verläuft die Hauptleitung zurück zur Windschutzscheibe und schließlich zurück in den Tank unterhalb der Motorhaube. Soweit weitere Wärmetauscher zur Aufheizung des Fahrerraums vorgesehen sind, werden weitere Abzweigleitungen mit Flüssigkeits-Luft-Wärmetauschern an die Hauptleitung angeschlossen, so daß alle Wärmetauscher bezüglich der Belieferung mit erhitzter Heizflüssigkeit »gleichberechtigt« sind. Abgesehen davon, daß diese bekannte Heizeinrichtung infolge Ausnutzung der thermischen Kühlwasserausdehnung zur Speisung der Heizeinrichtung mit Heizwasser mit einer erheblichen zeitlichen Verzögerung arbeitet, besitzt sie demgemäß den grundlegenden Nachteil, daß die nach dem Kaltstart der Brennicraftmaschine zunächst allein zur Verfügung stehende relativ geringe Wärmemenge der Abgase gleichmäßig auf die verschiedenen Heizstellen (Flüssigkpits-Luft-Wärmetauscher) verteilt wird und demgemäß eine wirkungsvolle Entfernung jeglichen Beschlags insbesondere auf der Windschutzscheibe nicht erreichbar ist Auch die in dieser Patentschrift erwählte Zusammenfassung eines Abgas-beheizten und eines Kühlmittel-beheizten Heizkreislaufs durch Parallelschaltung und die dort angeführte Verwendung unterschiedlicher Rohrsysteme mit eigenen Flüssigkeitseinspeisungen für die Raumheizung und die Entfnstereinrichtungen sichern keine schnelle Entfernung des Beschlags insbesondere auf der Windschutzscheibe.

Der Erfindung liegt die Aufgabt zugrunde, eine Heizeinrichtung der im Oberbegriff angegebenen Art so auszubilden, daß auch bei kalter Brennkraftmaschine bzw. bei einer Brennkraftmaschine, die wie eine Dieselmaschine nur relativ geringe Abwärmemengen erzeugt, eine schnelle Aufheizung den Entfrosterdüsen zuzuführender Frischluft gewährleistet ist, wodurch es möglich wird, den der Heizung dienenden Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher zumindest während des Kaltbetriebs der Maschine mit Umluft und nicht mit Frischluft zu beschikken, ohne daß die Gefahr eines die Sicht des Fahrers beeinträchtigenden Beschlagens der Windschutzscheibe auftritt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die gekennzeichneten Merkmale des Hauptanspruchs; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Wie insbesondere durch die Ansprüche 7, 8 und 9 zum Ausdruck kommt, kann der Aufwand für die erfindungsgemäßen Maßnahmen sehr gering gehalten sein.

Die Erfindung beschränkt sich also nicht auf das Vorsehen eines nur den Entfrosterdüsen zugeordneten und daher klein zu dimensionierenden weiteren Flüssigkeits-Luft-Wärmetauschers, sondern verlangt, daß dieser — zumindest bei kalter Maschine — praktisch ailein, bzw. in einem besonderen Heizkreislauf von dem Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher mit Wärme versorgt wird.

Im folgenden werden anhand der F i g. 1,2 und 3 drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung sowie anhand der Fig.4 und 5, die einen Längs- bzw. Querschnitt darstellen, Ir. -istruktive Ausführungsmogiichkeiten des weiteren Fius.- igkeits-Luft-Wärmetauschers erläutert

Betrachtet man zunächst F i g. 1, so geht von der allgemein mit 1 bezeichneten Brennkraftmaschine die Abgasleit» ng 2 ab, in deren Verlauf in üblicher Weise der Abgasschalldämpfer 3 liegt Es handelt sich hier um eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine 1; der Kühlflüssigkeitsvorlauf ist mit 4, der Kühlflüssigkeitsrücklauf mit 5 bezeichnet; im Zuge dieser Leitungen liegt der der Aufheizung des Fahrzeuginnenraums dienende Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher 6. Dieser Wärmetauscher und damit die Kühlflüssigkeitsmenge sind also so groß ausgelegt bzw. gewählt, daß bei warmer Brennkraftmaschine und in der Regel Frischluftzufuhr zum Fahrzeuginnenraum dieser ausreichend beheizt werden kann.

Bei kalter Brennkraftmaschine dagegen ist verständlicherweise die der Kühlflüssigkeit im Wärmetausci^er 6 entnommene Wärmemenge zu gering, um eine ausreichende Erwärmung auch nur der den Entfrosterdüsen zugefCiiirten Frischluft zu gewährleisten. Sobald man zwecks Vergrößerung des Temperaturgradienten im Fahrzeuginnenraum den Flüssigkeits-Luft-Wännetauscher statt mit Frischluft mit Umluft beschickt, erhöht sich bekanntlich die Gefahr des Beschlagens der Windschutzscheibe.

Diesem Umstand wird bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 dadurch Rechnung getragen, daß den — in dieser Figur nicht dargestellten — Entfrosterdüsen unterhalb der Windschatzscheibe ein gegenüber dem Wärmetauscher 6 klein gehaltener weiterer Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher 7 zugeordnet wird, der auch als Fntf. osterwärmetauscher bezeichnet wird. Dieser weitere Wärmetauscher 7 wird mit Abgaswärme mittpls des Abgas-Flüssigkeit^-Wärmetauschers 8 beliefert, der einen Bestandteil des Wärmerohres 9 bekannter und daher hier nicht zu beschreibender Bauart bildet. In den Fällen, in denen die Übertragung der Abgaswärme nicht erforderlich ist, also beispielsweise im Sommer, wird die den Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher 8 enthaltende Bypassleitung 10 der Abgasleitung 2 mittels der Kiappe oder eines anderen entsprechenden Organs 11 verschlossen.

Der durch das Wärmerohr 9 und den seine Kühlzone darstellenden weiteren Wärmetauscher 7 gebildete besondere Heizkreislauf enthält eine Flüssigkeitsmenge, die erheblich kleiner ist als die Flüssigkeitsmenge des Kühlkreislaufes der Brennkraftmaschine mit dem groß

ausgelegten Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher 6. Daher ist eine sehr schnelle Erwärmung zumindest derjenigen Luftmenge sichergestellt, die über die Entfrosterdüsen zum Entfernen eines Beschlags von der Windschutzscheibe bzw. zum Beschlagfreihalten derselben zügeführt wird.

Die Bypassleitung 10 nebst Klappe 11 kann, wie in Fig. 2 dargestellt, eingespart werden, wenn man im Zuge des dort mit 20 bezeichneten Wärmerohres zwischen dem wiederum mit 8 bezeichneten Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher einerseits und dem den Entfrosterdüsen zugeordneten weiteren Wärmetauscher 7 andererseits eine zusätzliche Kühlzone, d. h. einen zusätzlichen Kondensator 21, vorsieht.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 finden sich wiederum eine Brennkraftmaschine 30, die — ebenso wie übrigens die Brennkraftmaschine 1 in dem behandelten Ausführungsbeispiel — mit einer Kühlwasserpumpe ausgerüstet i.si. ein Kühlkreislauf FTiii den beiden Leitungen 31 und 32 sowie dem Flüssigkeits-Luft-Warmetauscher 33 zum Aufheizen des Fahrzeuginnenraums, die Abgasleitung 34 sowie der hier wiederum in einer Bypassleitung 35, der die Klappe 36 zugeordnet ist, angeordnete Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher 37. In diesem Ausführungsbeispiel ist der weitere Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher 38, der wiederum nur den Entfrosterdüsen zugeordnet ist, nicht getrennt von dem Kühlkreislauf 31,32,33, sondern ist an diesen mittels der Leitungen 39 und 40 angekoppelt. Die Blende 41 in der Leitung 39 sorgt dafür, daß nur eine begrenzte Flüssigkeitsmenge den Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher 37 und damit auch den weiteren Wärmetauscher 38 durchströmt, so daß auch hier die von dem Abgaswärmetauscher 37 aufzuheizende Flüssigkeitsmenge wesentlich geringer ist als die Kühlflüssigkeitsmenge der Brennkraftmaschine bei Wirksamkeit des Bypasses zum Kühler, beispielsweise im Verhältnis 1:10. Diese Flüssigkeitsmenge und damit auch die von dem Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher 37 kurz nach dem Starten der Maschine auch bei einer Dieselmaschine abgegebene Warmemenge reichen aus, die relativ kleine, den Entfrosterdüsen zuzuführende Luftmonge aufzuheizen.

Mit 42 ist ei.i in Strömungsrichtung vor dem Abzweig der Leitung 39 liegendes Heizungsventil bezeichnet, das vom Fahrer des Fahrzeugs betätigt werden kann.

In den Fig.4 und 5 schließlich ist in einem Längsschnitt bzw. in dem in Fig.4 mit V-V bezeichneten Querschnitt eine Ausbildung des erfindungsgemäß vorgesehenen und angeordneten weiteren Flüssigkeits-Luft-Wärmetauschers dargestellt, und zwar unter Zusammenfassung dieses Wärmetauschers und des der eigentlichen Heizung dienenden Flüssigkeits-Luft-Wärmetauschers zu einem gemeinsamen Bauteil.

Man erkennt in Fig.4 die beiden Luftkanäle 50 und 51, die beide mit der Frischluftzuführung 52 in Verbindung stehen. Der untere Luftkanal 51, der einen erheblich größeren Querschnitt als der Kanal 50 besitzt, enthält die Klappe 53, die vom Fahrer bedienbar ist und in ihrer dargestellten Lage die Frischluftzufuhr zu dem Heizluftaustritt 54 unterbindet, dagegen den Zutritt von Umluft über die Umluftleitung 55 freigibt. Die Umluft durchsetzt also den unteren Teil des kombinierten Wärmetauschers 56, d. h. denjenigen Teil desselben, der den der Heizung dienenden Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher 57 bildet.

Über den oberen Kanal 50 wird dagegen dem oberen Bereich der Wärmetauscheranordnung 56 stets Frischluft zugeführt. Dieser obere Bereich bildet den weiteren Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher 58, der nur im Wege der den Entfrosterdüsen 59 unterhalb der Windschutzscheibe zugeführten Frischluft liegt. Dieser weitere Wärmetauscher wird, wie anhand der Fig. 1, 2 und 3 bereits erläutert, mit Abgaswärme beaufschlagt.

Wie «r.sbesondere aus Fig.5 ersichtlich, besteht die Wärmetauscheranordnung 56 aus einer Vielzahl parallel quer zur Strömungsrichtung verlaufender Rohre 60, diesen gemeinsamen Lamellen 61 und den beiden seitlichen Wasserkästen 62 und 63. Sowohl die Wasserkästen als auch die Rohranordnung, also der Bereich zwischen den Wasserkästen, werden durch die Querwand 64 unterteilt, die — siehe auch F i g. 4 — die Trennungswand zwischen den beiden Luftkanälen 50 und 51 bildet.

Die Erfindung stellt mithin eine konstruktiv einfache Lösung des Problems dar, auch kurz nach dem Staiten der Brennkraftmaschine bzw. bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit geringer Abwärmeentwicklung unter Vermeidung der Notwendigkeit einer Fremdenergie benutzenden Heizeinrichtung die erforderliche Aufwärmung der für das Beschlagfreihalten der Windschutzscheibe erforderlichen Frischluftmenge sicherzustellen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Heizeinrichtung für ein mit einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine ausgerüstetes Fahrzeug, enthaltend einen Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher, der zur Erwärmung der Luft im Fahrzeuginnenraum ausgelegt ist und in einem Flüssigkeitskreislauf liegt, der durch den Kühlflüssigkeitskreislauf gebildet ist oder mit diesem über Wärmetauscher in wärmeübertragender Verbindung steht, und einen Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher zur Erwärmung einer dem Fahrzeuginnenraum zuzuführenden Frischluftmenge, dem den Abgasen der Brennkraftmaschine entnommene Wärme zugeführt wird, gekennzeichnet durch die Kombination, daß an den Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher (8) ein weiterer Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher (7) angeschlossen ist, der nur im Wege der über Entfrostereinrichlungen (59) unterhalb der Windschutzscheibe zuzuführenden Frischluftmenge liegt, und daß der Abgas-Flüssigkeits-Wärmetaujcher (8) und der weitere Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher (T) in einem besonderen Heizkreislauf (7,8, 9) liegen, dessen strömende Flüssigkeitsmenge wesentlich kleiner als die Flüssigkeitsmenge des durch die Kühlflüssigkeit gebildeten Flüssigkeitskreislaufs ist

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der besondere Heizkreislauf von dem Kühlkreislauf (4, 5) der Prennkraftmaschine (1) getrennt ist

3. Heizeinrichtung nach Ansp-uch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der besondere Heizkreislauf ein Wärmerohr (9) enthält

4. Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher (8) dauernd von Abgas durchströmt und dem Wärmerohr (20) zusätzlich zu dem weiteren Flüssigkeits-Luft Wärmetauscher (7) eine Kühlzone (21) zugeordnet ist.

5. Heizeiiiiichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der besondere Heizkreislauf (37, 38, 39, 40) über Strömungsbegrenzende Mittel (41) an den Kühlkreislauf (31, 32, 33) der Brennkraftmaschine (30) angeschlossen ist

6. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher (37) in einer Bypassleitung

(35) der Abgasleitung (34) liegt, der ein Stellglied

(36) zur Aufteilung der Abgasströmung zugeordnet ist.

7. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeits-Lu^ft-Wärmetauscher (57) und der weitere Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher (58) zu einer Baueinheit (56) mit parallel verlaufenden Rohren (60) zwischen gemeinsamen Wasserkästen (62, 63) zusammengefaßt sind, wobei letztere durch Querwände (64) in den beiden Wärmetauschern (57, 58) individuell zugehörige Kammern unterteilt sind.

8. Heizeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (60) mit beiden Wärmetauschern (57, 58) gemeinsamen Lamellen (61) bestückt sind.

9. Heizeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rohren

(60) und parallel zu ihnen eine Wand (64) zur Trennung der Luftströme durch die beiden Wärmetauscher (57,58) verläuft