DE29808554U1 - Device for operating a coolant circuit of an internal combustion engine - Google Patents
Device for operating a coolant circuit of an internal combustion engineInfo
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Description
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben eines einen Wärmespeicher und einen Heizungswärmetauscher enthaltenden Kühlmittelkreises einer Brennkraftmaschine (Motor) für ein Kraftfahrzeug. Bei dem Wärmespeicher kann es sich um einen beliebigen Wärmespeicher handeln, der durch ein fließfähiges Medium entladbar ist; vorzugsweise ist der Wärmespeicher jedoch ein Kühlmittelspeicher, der durch Austausch des Kühlmittels be- und entladen wird. Derartige Wärmespeicher, die Abfallwärme des Motors speichern, sind seit längerer Zeit bekannt. Sie können während eines Kaltstarts des Motors zum Erwärmen der Heizluft für die Fahrzeugkabine und/oder zum Aufheizen des Motors zwecks Verringerung der Abgas-Schadstoffemissionen eingesetzt werden, siehe z.B. „BWK BRENNSTOFF WÄRME KRAFT", Bd. 43 (1991) Nr. 6, S. 333 - 337.The present invention relates to a device for operating a coolant circuit containing a heat accumulator and a heating heat exchanger of an internal combustion engine (motor) for a motor vehicle. The heat accumulator can be any heat accumulator that can be discharged by a flowable medium; however, the heat accumulator is preferably a coolant accumulator that is charged and discharged by exchanging the coolant. Such heat accumulators that store waste heat from the engine have been known for a long time. They can be used during a cold start of the engine to heat the heating air for the vehicle cabin and/or to heat up the engine in order to reduce exhaust pollutant emissions, see e.g. “BWK BRENNSTOFF WÄRME KRAFT”, vol. 43 (1991) no. 6, pp. 333 - 337.
In der Praxis hat sich eine Betriebsweise derartiger Wärmespeicher durchgesetzt, bei der während der Entladung des Wärmespeichers das Kühlmittel (Kühlwasser) aus dem Wärmespeicher zunächst durch den Heizungswärmetauscher und dann durch den Motor und schließlich wieder zurück in den Wärmespeicher fließt, um während der Kaltstartphase sowohl die Heizluft wie auch den Motor möglichst rasch aufzuheizen. Nach der Entladung des Wärmespeichers wird von „Speicherversorgung" auf „Motorversorgung" umgeschaltet. Unter „Speicherversorgung" und „Motorversorgung" ist zu verstehen, daß der jeweils mit dem Heizungswärmetauscher verbundene Kühlmittelkreis mit Wärme aus dem Wärmespeicher bzw. aus dem Motor versorgt wird.In practice, a method of operating such heat storage units has become established in which, during the discharge of the heat storage unit, the coolant (cooling water) from the heat storage unit first flows through the heating heat exchanger and then through the engine and finally back into the heat storage unit in order to heat up both the heating air and the engine as quickly as possible during the cold start phase. After the heat storage unit has been discharged, the system switches from "storage supply" to "engine supply". The terms "storage supply" and "engine supply" mean that the coolant circuit connected to the heating heat exchanger is supplied with heat from the heat storage unit or from the engine.
Der Kühlmittelkreis enthält üblicherweise zusätzlich zu der vom Motor angetriebenen Kühlmittelpumpe (Wasserpumpe) eine elektrische Zusatzpumpe, die während der Kaltstartphase kurzzeitig für einen hohen Volumenstrom des Kühlmittels sorgt. Ein hoher Volumenstrom des Kühlmittels ist in erster Linie erforderlich, um den Heizungswärmetauscher auch bei niedrigen Motordrehzahlen im sogenannten Sättigungsbereich betreiben zu können. Sättigungsbereich bedeutet, daß eine weitereIn addition to the engine-driven coolant pump (water pump), the coolant circuit usually contains an additional electric pump that briefly ensures a high volume flow of coolant during the cold start phase. A high volume flow of coolant is primarily required in order to be able to operate the heating heat exchanger in the so-called saturation range even at low engine speeds. Saturation range means that an additional
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Steigerung des Volumenstroms des Kühlmittels von z.B. 600 l/h keine nennenswerte Erhöhung der Temperatur der Heizluft bewirkt. Ein entsprechend hoher Volumenstrom des Kühlmittels ist vor allem für die in der Kraftfahrzeugtechnik üblicherweise verwendeten Querstrom-Wärmetauscher erforderlich, die einen solchen Aufbau haben, daß sich kurze Luftwege ergeben, um bei dem erforderlichen Flächenbedarf für den Wärmetauscher mit der Heizluft den Druckverlust des erforderlichen Luftstromes bei kleinstem Bauvolumen zu optimieren.Increasing the volume flow of the coolant by, for example, 600 l/h does not result in a significant increase in the temperature of the heating air. A correspondingly high volume flow of the coolant is required above all for the cross-flow heat exchangers commonly used in automotive engineering, which are designed in such a way that short air paths result in order to optimize the pressure loss of the required air flow with the smallest possible construction volume given the required area requirement for the heat exchanger with the heating air.
Die Betriebsweise des Heizungswärmetauschers im Sättigungsbereich hat sich in der Kraftfahrzeugtechnik eingebürgert, weil auf diese Weise mit dem von der Brennkraftmaschine kommenden, sich allmählich von Umgebungstemperatur auf Betriebstemperatur aufheizenden Kühlmittel die jeweils maximal mögliche Heizlufttemperatur erreicht werden kann. Deshalb führt in der Kaltstartphase der hohe Volumenstrom des aus dem Wärmespeicher kommenden heißen Kühlmittels in dem im Sättigungsbereich betriebenen Heizungswärmetauscher zu der höchstmöglichen Heizlufttemperatur und bei Entladungsbeginn zu einem eindrucksvollen schnellen Temperaturanstieg der Heizluft. Andererseits bewirkt der hohe Volumenstrom des Kühlmittels eine schnelle Entleerung des Wärmespeichers. Die Folge ist, daß die Temperatur der Heizluft zunächst sehr rasch auf einen relativ hohen Wert von beispielsweise 45° ansteigt, hierauf jedoch schlagartig auf das Niveau der zu diesem Zeitpunkt noch niedrigen Temperatur des Motors von beispielsweise 20° abfällt, bis dann die Temperatur der Heizluft durch den sich erwärmenden Motor allmählich wieder ansteigt. Dieser Temperaturabfall der Heizluft wird von den Fahrzeuginsassen als unangenehm empfunden; aus Komfortgründen wäre es wünschenswert, die Heizlufttemperatur nach dem raschen Anstieg auf einem im wesentlichen gleichmäßigen Niveau zu halten, bis der Motor eine zum Aufrechterhalten dieses Niveaus ausreichende Temperatur erreicht hat.The operation of the heating heat exchanger in the saturation range has become common practice in automotive engineering because in this way the maximum possible heating air temperature can be achieved with the coolant coming from the internal combustion engine, which gradually heats up from ambient temperature to operating temperature. Therefore, in the cold start phase, the high volume flow of the hot coolant coming from the heat accumulator in the heating heat exchanger operated in the saturation range leads to the highest possible heating air temperature and, when discharge begins, to an impressively rapid increase in the temperature of the heating air. On the other hand, the high volume flow of the coolant causes the heat accumulator to empty quickly. The result is that the temperature of the heating air initially rises very quickly to a relatively high value of, for example, 45°, but then suddenly drops to the level of the engine's still low temperature of, for example, 20°, until the temperature of the heating air gradually rises again as the engine warms up. This drop in the temperature of the heating air is perceived as unpleasant by the vehicle occupants; for reasons of comfort it would be desirable to keep the heating air temperature at a substantially constant level after the rapid increase until the engine has reached a temperature sufficient to maintain this level.
Zur Lösung dieses Problems könnte man daran denken, den Wärmespeicher zu vergrößern oder die Entladung des Wärmespeichers dadurch zu verzögern, daßTo solve this problem, one could think of increasing the heat storage capacity or delaying the discharge of the heat storage by
das aus dem Speicher kommende Kühlmittel mit aus dem Motor kommenden kaltem Kühlmittel vermischt wird. Beide Lösungen sind jedoch nicht befriedigend.the coolant coming from the reservoir is mixed with cold coolant coming from the engine. However, both solutions are unsatisfactory.
Die Vermischung von heißem Kühlmittel aus dem Speicher mit kaltem Kühlmittel aus dem Motor erhöht zwar die Dauer der Entladung des Wärmespeichers, bedingt jedoch eine proportionale Absenkung der erreichbaren Heizlufttemperatur. Mixing hot coolant from the storage tank with cold coolant from the engine increases the duration of the heat storage tank discharge, but results in a proportional reduction in the achievable heating air temperature.
Eine Vergrößerung des Wärmespeichers scheidet in den meisten Fällen im Hinblick auf die beengten Raumverhältnisse im Kraftfahrzeug aus. Auch kann es zu Problemen bei der Wiederbeladung des Wärmespeichers bei Kurzstrecken wie z.B.In most cases, increasing the size of the heat storage unit is not possible due to the limited space available in the vehicle. There may also be problems recharging the heat storage unit on short journeys, e.g.
im Stadtverkehr kommen.in city traffic.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Betreiben eines Kühlmittelkreises einer Brennkraftmaschine (Motor) für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei der während eines Kaltstarts des Motors nach einem möglichst raschen Anstieg der Heizlufttemperatur auf ein komfortgerechtes Niveau ein Absinken der Heizlufttemperatur unter dieses Niveau vermieden wird. Dies soll bei vertretbarem Bauvolumen des Wärmespeichers und insbesondere durch eine nur geringfügige Modifizierung bekannter Kühlmittelkreise erreicht werden. Außerdem soll eine einfache und kostengünstige Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen bei Be- und Entladung möglich sein. Schließlich soll eine durch die Wärme des Wärmespeichers ermöglichte Verringerung der Schadstoffemissionen des Motors weitgehend erhalten bleiben.The present invention is based on the object of creating a device for operating a coolant circuit of an internal combustion engine (motor) for a motor vehicle, in which during a cold start of the engine, after the heating air temperature has risen as quickly as possible to a comfortable level, a drop in the heating air temperature below this level is avoided. This should be achieved with a reasonable construction volume of the heat accumulator and in particular by only slightly modifying known coolant circuits. In addition, a simple and cost-effective adaptation to different operating conditions during loading and unloading should be possible. Finally, a reduction in the engine's pollutant emissions made possible by the heat of the heat accumulator should be largely maintained.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Reduzieren des Volumenstroms des Kühlmittels im Kühlmittelkreis, die durch die Steuereinrichtung so steuerbar ist, daß der Volumenstrom des Kühlmittels im Kühlmittelkreis nach einer ersten Entladungsphase des Wärmespeichers, in der der Volumenstrom in der Größenordnung der Sättigungsgrenze des Wärmetauschers liegt, in einer zweiten Entladungsphase soweit unter die Sättigungsgrenze des Wärmetauschers reduziert wird, daß die Tempe-The device according to the invention for solving this problem is characterized by a device for reducing the volume flow of the coolant in the coolant circuit, which can be controlled by the control device in such a way that the volume flow of the coolant in the coolant circuit after a first discharge phase of the heat accumulator, in which the volume flow is in the order of magnitude of the saturation limit of the heat exchanger, is reduced in a second discharge phase to such an extent that the temperature
ratur der in die Fahrzeugkabine eintretenden Heizluft in der zweiten Entladungsphase auf einem im wesentlichen gleichförmigen Niveau bleibt.temperature of the heating air entering the vehicle cabin in the second discharge phase remains at an essentially uniform level.
Somit wird in der ersten Entladungsphase der Volumenstrom des Kühlmittels im Sättigungsbereich des Heizungswärmetauschers belassen, um möglichst schnell die Betriebsbereitschaft des Heizungswärmetauschers zu erreichen und dadurch den schnellen Anstieg der Temperatur der Heizluft zu sichern. In der zweiten Entladungsphase wird jedoch der Volumenstrom des Kühlmittels drastisch, vorzugsweise auf weniger als ein Drittel, insbesondere auf ein Fünftel bis ein Zwölftel der Sättigungsgrenze des Heizungswärmetauschers verringert. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich trotz des entsprechend verringerten Volumenstroms des Kühlmittels die Temperatur der in die Kabine einströmenden Heizluft auf einem vergleichsweise hohen Temperaturniveau (Temperaturplateau) halten läßt.Thus, in the first discharge phase, the volume flow of the coolant is left in the saturation range of the heating heat exchanger in order to make the heating heat exchanger ready for operation as quickly as possible and thereby ensure a rapid increase in the temperature of the heating air. In the second discharge phase, however, the volume flow of the coolant is drastically reduced, preferably to less than a third, in particular to a fifth to a twelfth of the saturation limit of the heating heat exchanger. Surprisingly, it has been shown that despite the correspondingly reduced volume flow of the coolant, the temperature of the heating air flowing into the cabin can be kept at a comparatively high temperature level (temperature plateau).
Auf ihrem Weg vom Heizungswärmetauscher in die Fahrzeugkabine durchströmt die Heizluft die Verteilerschächte. Deren Wände sind bei Entladungsbeginn noch kalt und heizen sich entsprechend ihrer Wärmekapazität erst allmählich auf, wobei sie die Heizluft entsprechend kühlen. Beim Stand der Technik sind die Wände der Verteilerschächte durch die schnelle Entleerung des Speichers bei hohem Volumenstrom noch nicht im Temperaturgleichgewicht mit der Heizluft, wenn die Speicherentladung endet. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dagegen kann sich aufgrund der verlängerten Entladungsphase ein solches Gleichgewicht allmählich einstellen.On its way from the heating heat exchanger into the vehicle cabin, the heating air flows through the distribution shafts. Their walls are still cold when the discharge begins and only gradually heat up according to their heat capacity, cooling the heating air accordingly. In the current state of the art, the walls of the distribution shafts are not yet in temperature equilibrium with the heating air when the storage tank discharge ends due to the rapid emptying of the tank at a high volume flow. In the device according to the invention, on the other hand, such an equilibrium can be gradually established due to the extended discharge phase.
Bei im wesentlichen gleicher Heizleistung kann dadurch die Entladedauer des Wärmespeichers um ein Mehrfaches erhöht werden. Somit kann das einmal erreichte Temperaturniveau der Heizluft lange genug gehalten werden, bis sich die Brennkraftmaschine genügend aufgeheizt hat, um einen Temperatureinbruch der Heizluft zu vermeiden, wenn der Kühlmittelkreis von Speicherversorgung auf Motorversorgung umgeschaltet wird. Dieser überraschende Effekt läßt sich dadurch erklären, daß das Kühlmittel im Heizungswärmetauscher wegen der längeren Ver-With essentially the same heating output, the discharge time of the heat storage can be increased several times. This means that the temperature level of the heating air once reached can be maintained long enough until the internal combustion engine has heated up sufficiently to avoid a drop in the temperature of the heating air when the coolant circuit is switched from storage supply to engine supply. This surprising effect can be explained by the fact that the coolant in the heating heat exchanger is heated up more quickly due to the longer use.
weildauer stärker als im Stand der Technik abgekühlt wird, wie bei den Ausfuhrungsbeispielen noch genauer erläutert wird.because it is cooled more than in the prior art, as will be explained in more detail in the examples.
Wichtig hierbei ist, daß der Volumenstrom des Kühlmittels in der zweiten Entladungsphase, wie oben erläutert, deutlich unter die Sättigungsgrenze des Hei-Zungswärmetauschers reduziert wird. Wird der Volumenstrom von 600 l/h beispielsweise nur um 150 l/h auf 450 l/h reduziert (was bei dem eingangs erwähnten vorbekannten Kühlmittelkreis durch Abschalten der elektrischen Zusatzpumpe erreicht werden kann), reicht dies nicht aus, einen Temperatureinbruch der Heizluft zu vermeiden. Die für den erfindungsgemäßen Zweck erforderliche Reduzierung desIt is important here that the volume flow of the coolant in the second discharge phase, as explained above, is reduced significantly below the saturation limit of the heating heat exchanger. If the volume flow is reduced from 600 l/h, for example, by only 150 l/h to 450 l/h (which can be achieved in the previously mentioned coolant circuit by switching off the additional electric pump), this is not sufficient to prevent a drop in the temperature of the heating air. The reduction in the volume flow required for the purpose of the invention
&iacgr;&ogr; Volumenstroms des Kühlmittels läßt sich durch Abschalten der elektrischen Zusatzpumpe nur dann erreichen, wenn der Strömungswiderstand des Kühlmittelkreises soweit erhöht wird, daß sich eine ausreichend starke Drosselung des Kühlmittelstroms ergibt.The volume flow of the coolant can only be increased by switching off the additional electric pump if the flow resistance of the coolant circuit is increased to such an extent that the coolant flow is sufficiently throttled.
Eine vorteilhafte Ausfuhrungsform der Erfindung sieht vor, daß das Kühlmittel während der Entladung des Wärmespeichers unter Umgehung des Motors zwischen Wärmespeicher und dem Heizungswärmetauscher zirkuliert. Bei dieser Betriebsweise wird die gesamte vom Heizungswärmetauscher dem Kühlmittelstrom nicht entzogene Wärme wieder in den Wärmespeicher zurückgeführt. Auf diese Weise kann die Umschaltung des Kühlmittelkreises zwischen Speicherversorgung und Motorversorgung auch bei den ungünstigsten Bedingungen wie Leerlauf, niedrige Umgebungstemperaturen, nicht vollständig beladener Wärmespeicher u.a., solange verzögert werden, bis ein stetiger Übergang der Heizlufttemperatur zwischen Speicherversorgung und Motorversorgung möglich ist.An advantageous embodiment of the invention provides that the coolant circulates between the heat accumulator and the heating heat exchanger while the heat accumulator is being discharged, bypassing the engine. In this mode of operation, all of the heat not extracted from the coolant flow by the heating heat exchanger is returned to the heat accumulator. In this way, the switching of the coolant circuit between the storage supply and the engine supply can be delayed even under the most unfavorable conditions such as idling, low ambient temperatures, the heat accumulator not being fully loaded, etc., until a steady transition of the heating air temperature between the storage supply and the engine supply is possible.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie sich durch eine nur geringfügige Modifizierung bekannter Kühlmittelkreise verwirklichen läßt. Ferner erlaubt sie eine Verkleinerung des Speichervolumens. Auch ist eine einfache und kostengünstige Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen der Be- und Entladung möglich. The invention has the advantage that it can be implemented with only a slight modification of known coolant circuits. It also allows the storage volume to be reduced. Simple and cost-effective adaptation to different operating conditions for loading and unloading is also possible.
Die Erfindung ist sowohl bei Otto-Motoren wie auch Dieselmotoren einsetzbar. The invention can be used in both Otto engines and diesel engines.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.
Anhand der Zeichnungen werden Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:Examples of embodiments of the invention are explained in more detail using the drawings. It shows:
Fig. 1 ein Diagramm, in dem die Temperatur der Heizluft über der Zeit aufgetragen ist;Fig. 1 is a diagram showing the temperature of the heating air over time ;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kühlmittelkreises für eine Brennkraftmaschine; Fig. 2 is a schematic representation of a coolant circuit for an internal combustion engine;
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Kühlmittelkreises;Fig. 3 is a representation corresponding to Fig. 2 of a modified embodiment of the coolant circuit;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Reihenschaltung von Wärmetauschern;
Fig. 5 eine abgewandelte Einzelheit des Kühlmittelkreises in Fig. 2; Fig. 6 eine weitere abgewandelte Einzelheit des Kühlmittelkreises in Fig. 2.Fig. 4 is a schematic representation of a series connection of heat exchangers;
Fig. 5 shows a modified detail of the coolant circuit in Fig. 2; Fig. 6 shows a further modified detail of the coolant circuit in Fig. 2.
In Fig. 2 ist in schematischer Weise ein Motor 10 (Brennkraftmaschine) mit einem durch den Motor verlaufenden Kühlmittelkreis 12 angedeutet, der einen Wärmespeicher 14 und einen Heizungswärmetauscher 16 enthält. Im Kühlmittelkreis 12 ist ferner eine von dem Motor 10 angetriebene Kühlmittelpumpe 18 sowie eine elektrisch angetriebene Zusatzpumpe 20 vorgesehen. Außerdem besitzt der Kühlmittelkreis 12 eine den Wärmespeicher 14 umgehende Bypass-Leitung 22, die durch ein Bypass-Ventil 24 gesteuert wird.Fig. 2 shows a schematic representation of an engine 10 (internal combustion engine) with a coolant circuit 12 running through the engine, which contains a heat accumulator 14 and a heating heat exchanger 16. The coolant circuit 12 also contains a coolant pump 18 driven by the engine 10 and an electrically driven auxiliary pump 20. The coolant circuit 12 also has a bypass line 22 that bypasses the heat accumulator 14 and is controlled by a bypass valve 24.
Der Wärmespeicher 14 ist ein Kühlmittelspeicher, der durch Austausch des Kühlmittels (Kühlwasser) be- und entladen wird.The heat accumulator 14 is a coolant accumulator that is charged and discharged by exchanging the coolant (cooling water).
Dem Kühlmittelkreis 12 ist ferner eine elektronische Steuereinrichtung 30 zugeordnet, die einerseits über Steuerleitungen mit der Zusatzpumpe 20 und dem Bypass-Ventil 24 verbunden ist und andererseits über Signalleitungen Temperatursignale empfängt, und zwar von einem Temperaturfühler 32 für die Heizluft undThe coolant circuit 12 is also assigned an electronic control device 30, which is connected on the one hand to the additional pump 20 and the bypass valve 24 via control lines and on the other hand receives temperature signals via signal lines, namely from a temperature sensor 32 for the heating air and
Temperaturfühlern 34, 36, 38, 40 für die Temperatur des Kühlmittels am Einlaß und Auslaß des Heizungswärmetauschers 16 bzw. am Einlaß und Auslaß des Wärmespeichers 14. Ferner wird die Steuereinrichtung 30 in üblicher Weise mit Signalen versorgt, die Betriebsparameter des Motors 10 wie z.B. seine Temperatur und Drehzahl darstellen (in Fig. 2 durch gestrichelte Linien 41 angedeutet).Temperature sensors 34, 36, 38, 40 for the temperature of the coolant at the inlet and outlet of the heating heat exchanger 16 or at the inlet and outlet of the heat accumulator 14. Furthermore, the control device 30 is supplied in the usual way with signals that represent operating parameters of the engine 10 such as its temperature and speed (indicated in Fig. 2 by dashed lines 41).
Gemäß einem vorbekannten Verfahren wird der Kühlmittelkreis 12 so betrieben, daß bei einem Kaltstart des Motors 10 das Kühlmittel von der elektrischen Zusatzpumpe 20 mit Unterstützung der Kühlmittelpumpe 18 von dem Wärmespeicher 14 durch den Heizungswärmetauscher 16 und dann durch den Motor 10 und von dort zurück zum Wärmespeicher 14 bewegt wird. Das Bypass-Ventil 24 ist hierbei so geschaltet, daß die Bypass-Leitung 22 gesperrt ist. Der Kühlmittelkreis 12 wird also mit Wärme aus dem Wärmespeicher 14 versorgt (Speicherversorgung).According to a previously known method, the coolant circuit 12 is operated in such a way that, when the engine 10 is cold-started, the coolant is moved by the electric auxiliary pump 20 with the support of the coolant pump 18 from the heat accumulator 14 through the heating heat exchanger 16 and then through the engine 10 and from there back to the heat accumulator 14. The bypass valve 24 is switched in such a way that the bypass line 22 is blocked. The coolant circuit 12 is therefore supplied with heat from the heat accumulator 14 (accumulator supply).
Wenn der Temperaturfühler 40 anzeigt, daß die Temperatur des Kühlmittels am Auslaß des Wärmespeichers 14 fällt, kündigt dies die Entleerung des Wärme-Speichers 14 an. Hierauf schaltet die Steuereinrichtung 30 das Bypass-Ventil 24 um, so daß dann das Kühlmittel die Bypass-Leitung 22 unter Umgehung des Wärmespeichers 14 durchströmt. Der Heizungswärmetauscher 16 wird nun direkt von dem Motor über die Bypass-Leitung 22 mit Kühlmittel versorgt (Motorversorgung).If the temperature sensor 40 indicates that the temperature of the coolant at the outlet of the heat accumulator 14 is falling, this indicates that the heat accumulator 14 is emptying. The control device 30 then switches the bypass valve 24 so that the coolant then flows through the bypass line 22, bypassing the heat accumulator 14. The heating heat exchanger 16 is now supplied with coolant directly from the engine via the bypass line 22 (engine supply).
Hat der Motor 10 eine genügend hohe Temperatur erreicht, steuert die Steuereinrichtung 30 das Bypass-Ventil 24 so, daß das Kühlmittel abwechselnd durch den Wärmespeicher 14 und durch die Bypass-Leitung 22 strömt, so daß der Speicher 14 allmählich wiederbeladen wird, indem heißes Kühlmittel aus dem Motor 10 in den Wärmespeicher 14 fließt und das zuvor im Wärmespeicher 14 zurückgehaltene kalte Kühlmittel wieder in den Kühlmittelkreis 12 eintritt. Wird der Motor abgestellt, so wird das Bypass-Ventil 24 so gesteuert, daß das von dem Motor 10 kommende gesamte Kühlmittel durch den Wärmespeicher 14 geleitet wird. Während einer vorgegebenen Zeitspanne von beispielsweise 30 Sek. bewegt die Zusatzpumpe 20 heißes Kühlmittel aus dem Motor 10 in den Wärmespeicher 14 und kaltesIf the engine 10 has reached a sufficiently high temperature, the control device 30 controls the bypass valve 24 so that the coolant flows alternately through the heat accumulator 14 and through the bypass line 22, so that the accumulator 14 is gradually recharged by hot coolant flowing from the engine 10 into the heat accumulator 14 and the cold coolant previously held back in the heat accumulator 14 re-entering the coolant circuit 12. If the engine is switched off, the bypass valve 24 is controlled so that all the coolant coming from the engine 10 is passed through the heat accumulator 14. During a predetermined period of time, for example 30 seconds, the additional pump 20 moves hot coolant from the engine 10 into the heat accumulator 14 and cold
Kühlmittel aus dem Wärmespeicher 14 in den Motor 10. Hierdurch wird die im Kühlmittelkreis 12 verfugbare Wärme vollständig genutzt.Coolant flows from the heat accumulator 14 into the engine 10. This means that the heat available in the coolant circuit 12 is fully utilized.
Bei dieser herkömmlichen Betriebsweise wird während eines Kaltstarts des Motors 10 die durch den Pfeil 17 angedeutete Heizluft von einer Temperatur entsprechend der Umgebungstemperatur von beispielsweise -10° auf einen maximalen Wert von beispielsweise 46° C gebracht. Dies ist durch die Kurve B im Diagramm der Fig. 1 dargestellt, in der die Temperatur der Heizluft 12 am Auslaß des Heizungswärmetauschers 16 über der Zeit aufgetragen ist. Hierbei wird, wie bereits eingangs erwähnt, das Kühlmittel von den beiden Pumpen 18 und 20 mit einemIn this conventional mode of operation, during a cold start of the engine 10, the heating air indicated by the arrow 17 is brought from a temperature corresponding to the ambient temperature of, for example, -10° to a maximum value of, for example, 46° C. This is shown by curve B in the diagram in Fig. 1, in which the temperature of the heating air 12 at the outlet of the heating heat exchanger 16 is plotted against time. Here, as already mentioned at the beginning, the coolant is pumped by the two pumps 18 and 20 with a
&iacgr;&ogr; Volumenstrom gefördert, der ungefähr der Sättigungsgrenze des Wärmetauschers 16 entspricht und z.B. 600 I/h beträgt. Wie ebenfalls eingangs erläutert, ist unter der Sättigungsgrenze des Heizungswärmetauschers 16 derjenige Volumenstrom des Kühlmittels zu verstehen, bei dem sich die maximale Erhöhung der Temperatur der Heizluft ergibt, d.h. eine weitere Steigerung des Volumenstroms des Kühlmittels bewirkt keine nennenswerte Erhöhung der Temperatur der Heizluft. Bei dieser Betriebsweise sinkt die Temperatur des Kühlmittels beim Durchfluß durch den Heizungswärmetauscher 16 nur um etwa 2 bis 6° K. Der größte Teil der Wärme des Kühlmittels wird vom Motor 10 aufgenommen, nur ein geringer Bruchteil gelangt über den Heizungswärmetauscher 16 in die Fahrzeugkabine.Î volume flow is conveyed which corresponds approximately to the saturation limit of the heat exchanger 16 and is, for example, 600 l/h. As also explained at the beginning, the saturation limit of the heating heat exchanger 16 is the volume flow of the coolant at which the maximum increase in the temperature of the heating air occurs, i.e. a further increase in the volume flow of the coolant does not cause a significant increase in the temperature of the heating air. In this operating mode, the temperature of the coolant only drops by about 2 to 6° K as it flows through the heating heat exchanger 16. The majority of the heat of the coolant is absorbed by the engine 10, only a small fraction reaches the vehicle cabin via the heating heat exchanger 16.
Wie Fig. 1 zeigt, ist die maximale Temperatur der Heizluft von ca. 46° C bereits nach ca. 18 Sek. erreicht. Danach sinkt bei dem vorbekannten Verfahren die Temperatur der Heizluft schlagartig ab, so daß sie nach ca. 50 Sek. sogar unter C gefallen ist. Erst danach wird die Temperatur der Heizluft durch die von dem . Motor abgegebene Wärme allmählich wieder erhöht.As Fig. 1 shows, the maximum temperature of the heating air of approx. 46° C is reached after just 18 seconds. After that, with the previously known process, the temperature of the heating air drops suddenly, so that after approx. 50 seconds it has even fallen below C. Only then is the temperature of the heating air gradually increased again by the heat given off by the engine.
Zum Vergleich stellt die Kurve A den Verlauf der Temperatur der Heizungsluft ohne Verwendung eines Wärmespeichers dar.For comparison, curve A shows the temperature of the heating air without using a heat storage unit.
Der plötzliche Abfall der Temperatur der Heizluft nach Erreichen der maximalen Temperatur ist aus Komfortgründen unerwünscht. Erstrebenswert ist, daß die Temperatur der Heizluft nach dem raschen Anstieg zu Beginn der Entladung desThe sudden drop in the temperature of the heating air after reaching the maximum temperature is undesirable for reasons of comfort. It is desirable that the temperature of the heating air after the rapid increase at the beginning of the discharge of the
Wärmespeichers auf einem im wesentlichen konstanten Niveau (Plateau) von beispielsweise ca. 40° bleibt, bis der Motor eine ausreichende Temperatur erreicht hat, um einen glatten Übergang der Temperatur der Heizluft zwischen Speicherversorgung und Motorversorgung sicherzustellen.Heat storage remains at an essentially constant level (plateau) of, for example, approx. 40° until the engine has reached a sufficient temperature to ensure a smooth transition of the temperature of the heating air between the storage supply and the engine supply.
Um dies zu erreichen, sorgt gemäß der Erfindung die Steuereinrichtung 30 dafür, daß nach einer ersten Entladungsphase, in der der Kühlmittelkreis wie bisher beschrieben betrieben wird, der Volumenstrom des Kühlmittels drastisch verringert wird, beispielsweise von 600 l/h auf 100 l/h oder sogar 50 l/h. Zu diesem Zweck schaltet die Steuereinrichtung 30 die Zusatzpumpe 20 ab. Dies reicht zur Verringerung des Volumenstroms auf 100 l/h bzw. 50 l/h allerdings nur dann aus, wenn dem Strömungsmittelkreis 12 ein entsprechend hoher Strömungswiderstand verliehen wurde. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck in einem bei Speicherversorgung durchflossenen Leitungsabschnitt eine feste Drosselstelle 25 vorgesehen. Es versteht sich, daß der hohe Strömungswiderstand des Kühlmittelkreises 12 statt durch eine feste Drosselstelle 25 durch eine entsprechenden Dimensionierung der Länge und/oder des Querschnitts der Leitungen des Kühlmittelkreises 12 erreicht werden kann.To achieve this, according to the invention, the control device 30 ensures that after a first discharge phase in which the coolant circuit is operated as previously described, the volume flow of the coolant is drastically reduced, for example from 600 l/h to 100 l/h or even 50 l/h. For this purpose, the control device 30 switches off the additional pump 20. However, this is only sufficient to reduce the volume flow to 100 l/h or 50 l/h if the fluid circuit 12 has been given a correspondingly high flow resistance. In the embodiment shown in Fig. 2, a fixed throttle point 25 is provided for this purpose in a line section through which fluid flows during storage supply. It is understood that the high flow resistance of the coolant circuit 12 can be achieved by appropriate dimensioning of the length and/or cross-section of the lines of the coolant circuit 12 instead of by a fixed throttle point 25.
Durch den reduzierten Volumenstrom des Kühlmittels wird der Abfluß der zu diesem Zeitpunkt im Wärmespeicher 14 befindlichen Restmenge des Kühlmittels so stark verzögert, daß das einmal erreichte Niveau der Heizlufttemperatur gehalten werden kann, bis der Motor ausreichend Wärme produziert, um die Temperatur der Heizluft weiter zu erhöhen (Kurve C in Fig. 1).Due to the reduced volume flow of the coolant, the outflow of the remaining amount of coolant in the heat accumulator 14 at this time is delayed to such an extent that the level of the heating air temperature once reached can be maintained until the engine produces sufficient heat to further increase the temperature of the heating air (curve C in Fig. 1).
Trotz des verringerten Volumenstroms des Kühlmittels durch den Heizungswärmetauscher 16 gibt dieser ausreichend Wärme an die Heizluft ab, um das einmal erreichte Temperaturniveau zu halten. Wie anhand von Versuchen festgestellt wurde, beträgt der Abfall der Temperatur des Kühlmittels im Heizungswärmetauscher 16 bei einem Volumenstrom im Bereich der Sättigungsgrenze (450 bis 600 l/h) ca. 3 bis 6° K, bei einem Volumenstrom von ca. einem Sechstel der Sättigungsgrenze (100 l/h) dagegen ca. 20 bis 30° K. Dieser verstärkte Abfall der TemperaturDespite the reduced volume flow of the coolant through the heating heat exchanger 16, it gives off sufficient heat to the heating air to maintain the temperature level once it has been reached. As has been determined through tests, the drop in the temperature of the coolant in the heating heat exchanger 16 is approx. 3 to 6° K at a volume flow in the range of the saturation limit (450 to 600 l/h), but approx. 20 to 30° K at a volume flow of approx. one sixth of the saturation limit (100 l/h). This increased drop in temperature
des Kühlmittels im Heizungswärmetauscher 16 läßt sich dadurch erklären, daß sich die Verweildauer des Kühlmittels im Wärmetauscher 16 aufgrund des verringerten Volumenstroms um den Faktor 6 erhöht hat. Das Kühlmittel wird dann um den Faktor 5 stärker abgekühlt.of the coolant in the heating heat exchanger 16 can be explained by the fact that the residence time of the coolant in the heat exchanger 16 has increased by a factor of 6 due to the reduced volume flow. The coolant is then cooled by a factor of 5.
Die durch Reduzieren des Kühlmittel-Volumenstroms bedingte erhöhte Energieabgabe im Heizungswärmetauscher 16 führt dazu, daß die Aufteilung der Wärme aus dem Wärmespeicher 14 zwischen dem Motor 10 und dem Heizungswärmetauscher 16 zugunsten des Heizungswärmetauschers 16 verschoben wird. Die Aufteilung der aus dem Wärmespeicher stammenden Energie während des Kaltstarts eines Motors für ein gemessenes Ausführungsbeispiel des Standes der Technik und der Erfindung ist wie folgt:The increased energy output in the heating heat exchanger 16 caused by reducing the coolant volume flow leads to the distribution of the heat from the heat accumulator 14 between the engine 10 and the heating heat exchanger 16 being shifted in favor of the heating heat exchanger 16. The distribution of the energy from the heat accumulator during the cold start of an engine for a measured embodiment of the prior art and the invention is as follows:
Aufteilung der Energie aus WärmespeicherDistribution of energy from heat storage
Stand der Technik ErfindungState of the art Invention
Abbau der Kühlmitteltemperatur im HeizungswärmetauscherReduction of the coolant temperature in the heating heat exchanger
(50K)(5 0 K)
(20° K)(20°K)
Wie ersichtlich, geht bei dem untersuchten Ausführungsbeispiel der Erfindung 20,8 % der Energie des Wärmespeichers (gegenüber 3,6 % im Stand der Technik) an die Heizluft, wobei immer noch 33,2 % der Energie (gegenüber 58,4 %) für die Erwärmung des Motors zur Verfügung steht.As can be seen, in the embodiment of the invention examined, 20.8% of the energy of the heat storage (compared to 3.6% in the prior art) goes to the heating air, with 33.2% of the energy (compared to 58.4%) still being available for heating the engine.
Durch die Reduzierung des Volumenstroms des Kühlmittels in der zweiten Entladungsphase ist somit die Nutzung des Wärmespeichers für Heizungszwecke von etwa 4 % auf etwa 20 % erhöht worden. Wie durch Versuche nachgewiesen wurde und weiter unten erläutert wird, ist es durch weitere Maßnahmen ohne weiteres möglich, den Speichernutzungsgrad für Heizungszwecke auf ca. 50 % zu erhöhen, ohne daß eine Änderung der üblichen Heizungssysteme vorgenommen werden muß. Selbst Steigerungen des Nutzungsgrades auf 75 bis 80 % sind durch besondere Maßnahmen möglich, wie ebenfalls weiter unten noch erläutert wird.By reducing the volume flow of the coolant in the second discharge phase, the use of the heat storage for heating purposes has been increased from around 4% to around 20%. As has been demonstrated by tests and will be explained below, it is possible to increase the storage utilization rate for heating purposes to around 50% by taking additional measures without having to change the usual heating systems. Even increases in the utilization rate to 75 to 80% are possible by taking special measures, as will also be explained below.
Ist die Zusatzpumpe 20 eine Pumpe mit regelbarer Förderleistung, so kann die Zusatzpumpe 20 in der zweiten Entladungsphase mit in der gewünschten Weise reduzierter Förderleistung betrieben werden.If the additional pump 20 is a pump with adjustable delivery capacity, the additional pump 20 can be operated in the second discharge phase with a delivery capacity reduced as desired.
Eine andere oder zusätzliche Möglichkeit zum Reduzieren des Volumenstroms des Kühlmittels besteht darin, den Strömungswiderstand des Kühlmittelkreises 12 in der zweiten Entladungsphase gegenüber dem in der ersten Entladungsphase zu erhöhen. Dies kann beispielsweise in der Weise verwirklicht werden, daß die feste Drosselstelle 25 in Fig. 2 durch eine verstellbare Drosselstelle (Drosselventil bzw. Durchflußsteuerventil) ersetzt wird, wie in Fig. 5 angedeutet ist.Another or additional possibility for reducing the volume flow of the coolant is to increase the flow resistance of the coolant circuit 12 in the second discharge phase compared to that in the first discharge phase. This can be achieved, for example, by replacing the fixed throttle point 25 in Fig. 2 with an adjustable throttle point (throttle valve or flow control valve), as indicated in Fig. 5.
Eine weitere Möglichkeit ist in Fig. 6 angedeutet. Dort ist eine zu dem Leitungsabschnitt 12a des Kühlmittelkreises 12 parallel geschaltete Zweigleitung 50 vorgesehen, die mit einer festen Drosselstelle 25 bzw. einem erhöhten Strömungswiderstand versehen ist. Die Zweigleitung 50 ist über ein Absperrventil 52 oder ein (nicht gezeigtes) Wegeventil so steuerbar, daß das Kühlmittel in der zweiten Entladungsphase durch die Zweigleitung 50 und somit durch die Drosselstelle 25 geführt wird.Another possibility is indicated in Fig. 6. There, a branch line 50 is provided which is connected in parallel to the line section 12a of the coolant circuit 12 and is provided with a fixed throttle point 25 or an increased flow resistance. The branch line 50 can be controlled via a shut-off valve 52 or a directional control valve (not shown) so that the coolant is guided through the branch line 50 and thus through the throttle point 25 in the second discharge phase.
Eine weitere Möglichkeit zum Reduzieren des Volumenstroms besteht darin, im Kühlmittelkreis ein taktgesteuertes Schließventil vorzusehen, wie bei dem Kühlmittelkreis der Fig. 3 bei 26 angedeutet ist. Die Verwendung eines taktgesteuerten Schließventiles ist insofern vorteilhaft, als hochwertige Kraftfahrzeuge ohnehin mit solchen Taktventilen am Heizungswärmetauscher zur TemperaturregelungAnother way to reduce the volume flow is to provide a clock-controlled closing valve in the coolant circuit, as indicated at 26 in the coolant circuit in Fig. 3. The use of a clock-controlled closing valve is advantageous in that high-quality motor vehicles are already equipped with such clock valves on the heating heat exchanger for temperature control.
ausgerüstet sind. Über die Steuereinrichtung 60 läßt sich dann das taktgesteuerte Schließventil 26 in einer gewünschten Taktfolge öffnen und schließen, um die erforderliche Reduzierung des Volumenstroms des Kühlmittels herbeizuführen. Hierbei entsteht der überraschende Effekt, daß die Verbesserung der Heizleistung gewissermaßen durch „Herabdrehen" des im Fahrzeug üblicherweise vorgesehenen Heizungswählschalters (nicht gezeigt) erreicht wird.are equipped. The control device 60 can then open and close the clock-controlled closing valve 26 in a desired cycle sequence in order to bring about the required reduction in the volume flow of the coolant. This creates the surprising effect that the improvement in heating performance is achieved to a certain extent by "turning down" the heating selector switch (not shown) usually provided in the vehicle.
Die Umschaltung zwischen der ersten Entladungsphase und der zweiten Entladungsphase kann nach einer vorgegebenen Zeitspanne (z.B. 12 Sek.) erfolgen. Eine andere Möglichkeit ist es, die Umschaltung vorzunehmen, wenn die von dem Temperaturfühler 32 erfaßte Temperatur der Heizluft oder die von dem Temperaturfühler 34 oder 40 erfaßte Temperatur des Kühlmittels einen vorgegebenen Wert erreicht hat.The switchover between the first discharge phase and the second discharge phase can take place after a predefined period of time (e.g. 12 seconds). Another possibility is to carry out the switchover when the temperature of the heating air detected by the temperature sensor 32 or the temperature of the coolant detected by the temperature sensor 34 or 40 has reached a predefined value.
In der zweiten Entladungsphase kann der Volumenstrom des Kühlmittels auf einem praktisch konstanten reduzierten Wert gehalten werden. Statt dessen ist es jedoch auch möglich, den Volumenstrom des Kühlmittels in Abhängigkeit von der durch den Temperaturfühler 32 erfaßten Temperatur der Heizluft zu regeln, beispielsweise in der Weise, daß die Steuereinrichtung 30 das taktgesteuerte Schließventil 26 mit der vom Temperaturfühler 32 gemessenen Heizlufttemperatur als Führungsgröße steuert.In the second discharge phase, the volume flow of the coolant can be kept at a practically constant reduced value. Instead, however, it is also possible to regulate the volume flow of the coolant depending on the temperature of the heating air detected by the temperature sensor 32, for example in such a way that the control device 30 controls the clock-controlled closing valve 26 with the heating air temperature measured by the temperature sensor 32 as a reference variable.
Auf vorteilhafte Weise erfolgt die Regelung des reduzierten Volumenstroms in der zweiten Entladungsphase in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Motors 10, insbesondere der Drehzahl des Motors 10. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ergibt sich eine entsprechende Regelung insofern, als die Motorpumpe 18 vom Motor angetrieben wird und ihre Förderleistung daher von der Motordrehzahl abhängig ist. Wird der Volumenstrom durch ein taktgesteuertes Schließventil oder Drosselventil (26 in Fig. 3) reduziert, so kann ein konstantes Öffnungs- und Schließverhältnis eingestellt werden. Da die Kühlmittelpumpe 18 vom Motor 10 angetrieben wird und somit ihre Förderleistung von der Motordrehzahl abhängt, ergibt sich eine automatische Anpassung des Volumenstroms an die Mo-The reduced volume flow is advantageously regulated in the second discharge phase depending on the operating parameters of the engine 10, in particular the speed of the engine 10. In the embodiment shown in Fig. 2, a corresponding regulation is obtained in that the motor pump 18 is driven by the engine and its delivery capacity is therefore dependent on the engine speed. If the volume flow is reduced by a clock-controlled closing valve or throttle valve (26 in Fig. 3), a constant opening and closing ratio can be set. Since the coolant pump 18 is driven by the engine 10 and its delivery capacity is therefore dependent on the engine speed, the volume flow is automatically adapted to the engine speed.
17 .17 .
tordrehzahl. Andererseits ist es möglich, das Schließ- oder Drosselventil 26 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl aktiv zu regeln.On the other hand, it is possible to actively control the closing or throttle valve 26 depending on the engine speed.
Die Verringerung des Volumenstroms des Kühlmittels wird zweckmäßigerweise so bestimmt, daß die Entladung des Wärmespeichers 14 beendet werden kann, wenn die gesamte Menge des im Wärmespeicher 14 gespeicherten Kühlmittels zum ersten Mal den Heizungswärmetauscher 16 durchlaufen hat. Wenn am Ende der zweiten Entladungsphase der Kühlmittelstrom das Bypass-Ventil 24 von Durchfluß auf Umgehung des Wärmespeichers 14 umgeschaltet wird, wird der Volumenstrom des Kühlmittels zweckmäßigerweise wieder auf die SättigungsgrenzeThe reduction in the volume flow of the coolant is expediently determined so that the discharge of the heat accumulator 14 can be terminated when the entire amount of coolant stored in the heat accumulator 14 has passed through the heating heat exchanger 16 for the first time. When at the end of the second discharge phase the coolant flow is switched via the bypass valve 24 from flowing through to bypassing the heat accumulator 14, the volume flow of the coolant is expediently reduced to the saturation limit again.
&iacgr;&ogr; des Heizungswärmetauschers 16 angehoben. Diese Umschaltung von Speicherversorgung auf Motorversorgung sollte spätestens erfolgen, wenn die vom Temperaturfühler 34 erfaßte Temperatur des Kühlmittels am Eingang des Heizungswärmetauschers 16 gleich oder niedriger als die von dem Temperaturfühler 38 erfaßte Temperatur des Kühlmittels am Einlaß des Wärmespeichers 14 ist, was mit Hilfe einer Vergleichsschaltung (nicht gezeigt) der Steuereinrichtung 30 erfolgen kann.δ of the heating heat exchanger 16 is raised. This switchover from storage supply to engine supply should take place at the latest when the temperature of the coolant at the inlet of the heating heat exchanger 16 detected by the temperature sensor 34 is equal to or lower than the temperature of the coolant at the inlet of the heat accumulator 14 detected by the temperature sensor 38, which can be done with the aid of a comparison circuit (not shown) of the control device 30.
Auf vorteilhafte Weise erfolgt die Umschaltung spätestens, wenn das Produkt
aus der Temperatur des Kühlmittels am Einlaß des Heizungswärmetauschers und dem relativen Temperaturhub &agr; des Heizungswärmetauschers bei Speicherversorgung
den entsprechenden Wert bei Motorversorgung erreicht hat, wobei T — T
&agr; =laai JL Advantageously, the switchover takes place at the latest when the product of the temperature of the coolant at the inlet of the heating heat exchanger and the relative temperature lift α of the heating heat exchanger when supplied from the storage tank has reached the corresponding value when supplied from the engine, where T - T
α = laai JL
T-TT-T
1Cm 1U 1 Cm 1 U
undand
Taus = Temperatur der Heizluft am Auslaß des Heizungswärmetauschers, Tein = Temperatur des Kühlmittels am Einlaß des Heizungswärmetauschers, Ty = Temperatur der Umgebungsluft.Tout = temperature of the heating air at the outlet of the heating heat exchanger, T in = temperature of the coolant at the inlet of the heating heat exchanger, T y = temperature of the ambient air.
Der in Fig. 3 gezeigte Kühlmittelkreis entspricht dem in Fig. 2 gezeigten Kühlmittelkreis, abgesehen von dem bereits oben erwähnten taktgesteuerten Schließventil 26 und abgesehen davon, daß zusätzlich eine den Motor 10 umgehende Bypass-Leitung 42 vorgesehen ist, die durch ein Bypass-Ventil 44 gesteuert wird. Der Kühlmittelkreis der Fig. 3 kann so betrieben werden, daß sowohl in derThe coolant circuit shown in Fig. 3 corresponds to the coolant circuit shown in Fig. 2, apart from the clock-controlled closing valve 26 already mentioned above and apart from the fact that a bypass line 42 is also provided which bypasses the motor 10 and is controlled by a bypass valve 44. The coolant circuit of Fig. 3 can be operated in such a way that both in the
ersten als auch in der zweiten Entladungsphase das Kühlmittel unter Umgehung des Motors 10 mit Hilfe der Bypass-Leitung 42 unmittelbar zwischen dem Wärmespeicher 14 und dem Heizungswärmetauscher 16 zirkuliert. Hierdurch wird die gesamte vom Heizungswärmetauscher 16 dem Kühlmittelstrom nicht entzogene Wärme wieder in den Wärmespeicher 14 zurückgeführt. Auf diese Weise kann auch bei den ungünstigsten Bedingungen wie Leerlauf, niedrige Umgebungstemperatur, nicht vollständig beladener Wärmespeicher etc. die Umschaltung zwischen Speicherversorgung und Motorversorgung beliebig lange hinaus gezögert werden, bis ein glatter Übergang der Heizlufttemperatur zwischen Speicherversorgung und Motorversorgung möglich ist.In the first and second discharge phases, the coolant circulates directly between the heat accumulator 14 and the heating heat exchanger 16, bypassing the engine 10 using the bypass line 42. As a result, all of the heat not extracted from the coolant flow by the heating heat exchanger 16 is returned to the heat accumulator 14. In this way, even under the most unfavorable conditions such as idling, low ambient temperature, not fully loaded heat accumulator, etc., the switchover between the storage supply and the engine supply can be delayed as long as desired until a smooth transition of the heating air temperature between the storage supply and the engine supply is possible.
Die Betriebsweise ist hierbei vorzugsweise so, daß das Kühlmittel nach der ersten Entladungsphase mit stark reduziertem Volumenstrom solange durch den Kühlmittelkreis gefördert wird, bis das im Wärmespeicher 14 enthaltene gesamte Kühlmittel einen vollständigen Durchlauf ausgeführt hat. Wenn nach diesem ersten Durchlauf das Kühlmittel in dem Motor 10 noch keine ausreichende Temperatur für einen stetigen Übergang der Heizlufttemperatur bei der Umschaltung erreicht hat, wird die Rezirkulation des Kühlmittels solange weitergeführt, bis ein glatter Übergang bei der Umschaltung möglich ist.The operating mode is preferably such that after the first discharge phase, the coolant is pumped through the coolant circuit with a greatly reduced volume flow until all of the coolant contained in the heat accumulator 14 has made a complete run. If after this first run, the coolant in the engine 10 has not yet reached a sufficient temperature for a steady transition of the heating air temperature during the switchover, the recirculation of the coolant is continued until a smooth transition is possible during the switchover.
Bei dem Heizungswärmetauscher 16 kann es sich um einen Querstrom-Wärmetauscher handeln, wie er in der Kraftfahrzeugtechnik wegen der kurzen Luftwege und des hierdurch ermöglichten geringen Bauvolumens üblicherweise eingesetzt wird. Um jedoch die Nutzung der im Wärmespeicher gespeicherten Wärme zum Aufheizen der Heizluft weiter zu steigern, kann der Heizungswärmetauscher 16 von dem üblicherweise verwendeten Querstromprinzip auf das Gegenstromprinzip umgestellt werden. Ein entsprechend gestalteter Gegenstrom-Wärmetauscher sorgt für einen höheren relativen Temperaturhub der Heizluft als ein Gleichstrom-Wärmetauscher und ermöglicht gleichzeitig einen höheren Temperaturabbau des Kühlmittels im Heizungswärmetauscher, so daß sich bereits in der ersten Entladungsphase - bei gleichem Volumenstrom des Kühlmittels und gleicher Kühlmitteltemperatur amThe heating heat exchanger 16 can be a cross-flow heat exchanger, as is usually used in automotive engineering due to the short air paths and the small construction volume that this enables. However, in order to further increase the use of the heat stored in the heat accumulator to heat up the heating air, the heating heat exchanger 16 can be converted from the cross-flow principle that is usually used to the counter-flow principle. A correspondingly designed counter-flow heat exchanger ensures a higher relative temperature rise of the heating air than a direct current heat exchanger and at the same time enables a higher temperature reduction of the coolant in the heating heat exchanger, so that already in the first discharge phase - with the same volume flow of the coolant and the same coolant temperature at the
Auslaß des Wärmespeichers - eine höhere Temperatur der erwärmten Heizluft als im Stand der Technik ergibt.Outlet of the heat storage - a higher temperature of the heated air than in the state of the art.
Ein ähnlich dem Gegenstromprinzip arbeitender Wärmetauscher läßt sich ausgehend von dem branchenüblichen Querstrom-Wärmetauscher - bei geringem Mehraufwand dadurch verwirklichen, daß dem Querstrom-Wärmetauscher ein zweiter gleicher Wärmetauscher auf der Luftseite nachgeschaltet wird, derart, daß das Kühlmittel den zweiten Wärmetauscher zuerst durchströmt, bevor es in den ersten Wärmetauscher gelangt. Eine entsprechende Gestaltung der Wärmetauscheranordnung ist in Fig. 4 schematisch angedeutet (Bezugszeichen 16a und 16b).A heat exchanger that works similarly to the countercurrent principle can be implemented starting from the cross-flow heat exchanger that is common in the industry - with little additional effort by connecting a second identical heat exchanger downstream of the cross-flow heat exchanger on the air side, such that the coolant flows through the second heat exchanger first before it reaches the first heat exchanger. A corresponding design of the heat exchanger arrangement is shown schematically in Fig. 4 (reference numerals 16a and 16b).
Die Regulierung der Temperatur der Heizluft von der Fahrzeugkabine aus kann in herkömmlicher Weise mittels Steuerung des Durchsatzes der durch den Heizungswärmetauscher 16 strömenden Heizluft erfolgen, wie in Fig. 2 bei 48 schematisch angedeutet ist (Heizluftregelung auf Luftseite). Statt dessen kann die Temperatur der Heizluft - ebenfalls in herkömmlicher Weise - durch eine Steuerung des Volumenstroms des Kühlmittels durch den Heizungswärmetauscher 16 erfolgen, beispielsweise mittels eines taktgesteuerten Schließventils 26, wie es bei dem Kühlmittelkreis der Fig. 3 vorgesehen ist (Heizluftregelung auf Kühlmittelseite).The regulation of the temperature of the heating air from the vehicle cabin can be carried out in a conventional manner by controlling the throughput of the heating air flowing through the heating heat exchanger 16, as is indicated schematically in Fig. 2 at 48 (heating air control on the air side). Instead, the temperature of the heating air can be controlled - also in a conventional manner - by controlling the volume flow of the coolant through the heating heat exchanger 16, for example by means of a clock-controlled closing valve 26, as is provided in the coolant circuit of Fig. 3 (heating air control on the coolant side).
Claims (14)
DR.-ING. H. NEGENDANK (-1973)PATENT ATTORNEYS
DR.-ING. H. NEGENDANK (-1973)
Mühlstr. 16d
82346 Erling-Andechs M-9674Schatz Thermo System GmbH
Mühlstr. 16d
82346 Erling-Andechs M-9674
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29808554U DE29808554U1 (en) | 1998-04-22 | 1998-04-22 | Device for operating a coolant circuit of an internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19818030A DE19818030C2 (en) | 1998-04-22 | 1998-04-22 | Method and device for operating a coolant circuit of an internal combustion engine |
| DE29808554U DE29808554U1 (en) | 1998-04-22 | 1998-04-22 | Device for operating a coolant circuit of an internal combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=26045706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29808554U Expired - Lifetime DE29808554U1 (en) | 1998-04-22 | 1998-04-22 | Device for operating a coolant circuit of an internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29808554U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004058865B4 (en) * | 2004-12-06 | 2020-08-20 | Att Automotivethermotech Gmbh | Method and device for needs-based cooling and venting of internal combustion engines |
-
1998
- 1998-04-22 DE DE29808554U patent/DE29808554U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004058865B4 (en) * | 2004-12-06 | 2020-08-20 | Att Automotivethermotech Gmbh | Method and device for needs-based cooling and venting of internal combustion engines |
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