DE3024631C2 - Kühlwasserkreis für Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen, insbesondere für Omnibussen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlwasserkreis für Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen, der einen ersten Kühlwasserregler im Hauptkühlkreislauf zum Kühler und einen zweiten Kühlwasserregler im Heizungskreislauf enthält, wobei dieser zweite Kühlwasserregler den Heizur.gskülwasserstrom entweder an den Heizkörpern vorbe^: durch einen parallel zu den Heizkörpern angeordneten Net- nweg oder durch Schließen dieses Nebenweges durch die Heizkörper hindurchsteuert und früher öffnet als der erste Kühlwasserregler, aber erst, wenn das Kühlwasser die für einen optimalen Verbrennungsvorgang im Motor notwendige Temperatur erreicht hat. Im besonderen ist die Erfindung für einen Kühlwasserkreis in Fahrzeugen mit großem Heizwasserbedarf, wie zum Beispiel Omnibussen usw. bestimmt.

Bei Fahrzeugen ist es bekannt, die Innenheizung über das Kühlwasser zu betätigen. Dabei besteht die Gefahr, daß die Heizkörper dem Kühlwasserkreislauf sehr viel -»5 Wärme entziehen, so daß dieses Wasser mit besonders niedriger Temperatur in den Motorkreislauf zurückgeführt wird. Hierdurch entstehen, besonders bei niedriger Belastung des Motors oder auch bei Aufnahme des Fahrbetriebes sehr niedrige Kühlwassertemperaturen, M die, unterstützt durch im allgemeinen eingebaute kühlwasserbeaufschlagte Ölkühler auch niedrige öltemperaturen verursachen, so daß der Motor seine für eine einwandfreie Funktion erforderliche Betriebstemperatur nicht erreicht.

Hierdurch wird das Betriebsverhalten des Motors in starkem Maß beeinträchtigt, so daß folgende Schaden und Nachteile entstehen können:

— Vefsäuefüng des Schmieröles durch Unterschrei- M) tung der Taupunkttemperaturen entsprechender Abgasbestandteile. Hierdurch treten erhöhter Verschleiß und frühzeitige Ölalterung ein.

— Hohe Lagerreibiing durch zu große dynamische Ölzähigkeit. Hierdurch entstehen Verschleiß und t>^r> infolge Ansteigen der Reibleistung höherer Brennstoffverbrauch.

— Erhöhte Gefahr von Verkokung und innerer

Verschmutzung des Motors, da die Temperaturen, die die Rückstandsbildung unterdrücken, nicht erreicht werden.

Gemäß dem eingangs erwähnten Stand der Technik (GB-PS 10 82 501) ist es bekannt, einen Kühlwasserkreis für Fahrzeuge so auszubilden, daß erst bei Erreichen einer bestimmten Kühlwassertemperatur der Kühlwasserstrom durch die Heizungen freigegeben wird. Der den Heizungskreislauf steuernde Regler wird dabei von der Bypass-Kühlwassermenge des Hauptkühlkreislaufreglers beaufschlagt und ist somit in der Heizungsvorlaufleitung angeordnet Außerdem sind diesem Regler die einzelnen Ventile (Hähne) zur Steuerung der Heizwassermenge zu den Heizkörpern nachgeschaltet Auch ist keine Entlüftung der Heizkörper vorgesehen. Dadurch weist diese Regelung eine Anzahl Nachteile auf.

a) Das Öffnen des Hauptkühlkreislaufreglers (Kühlerreglers) führt bei geöffnetem Heizungsregler zwangsläufig zu einer Verringerung der Umlaufmenge im Heizungskreislauf, besonders dann, wenn bei den großen Öffnungstemperatur-Toleranzen handelsüblicher Regler »frühes« Öffnen des Kühlerreglers einjrjtt Durch Zusammentreffen ungünstiger Toleranzen kann sich dieser Fall mit toleranzbedingt spätem Öffnen des Heizungsreglers überlagern, wobei der Heizungsregler eventuell noch yar nicht ganz offen wäre, wenn der Kühlerregler öffnend den Bypass-Querschnitt innerhalb des gemeinsamen Reglergehäuses bereits wieder verkleinert Dadurch verringert sich in unerwünschter Weise die Heizungseffizienz.

b) Der Heizungskreislauf wird unter Umgehung der Heizkörper auch bei abgeschalteten Heizkörpern bei jedem Regelvorgang, verbunden mit Öffnen des Heizungsreglers, noch in der Aufwärmphase durchströmt Hierdurch wird dem Motorkreislauf besonders bei langen Leitungen mit großem Durchmesser, wie diese zum Beispiel bei Omnibus-Heizsystemen vorhanden sind, eine große Kaltwassermenge zugeführt, die in unerwünschter Weise den Aufwärmvorgang verzögert.

c) Gemäß Punkt b kann der gesamte Heizungskreislauf nicht mit nur einem Öffnungsventil zu- oder abgeschaltet werden, sondern es ist bei Anordnung mehrerer Heizkörper (Omnibus) für jeden Heizkörper ein besonderes Ventil (zur Steuerung der Heizleistung) nötig. Dies ist teuer und erschwert die Bedienung sowie die Kühlwasserbefüllung des Kühlwasserkreises, wofür Öffnen der Ventile Voraussetzung ist, zumal die Ventile im Regelfall schwer zugängig sind.

d) Bei dem üblicherweise raschen öffnen des Heizungsreglers nach Erreichen der Motor-Betriebstemperatur und geöffneten Heizkörpern großer Heizkreisläufe (Omnibus) wird (da Heizungsregler im Heizungsvorlauf) eine große Kaltwassermenge in kurzer Zeit dem bereits betriebswarmen Motor zugeführt. Dies kann, da sich dieser Vorgang bei jeder Inbetriebnahme wiederholt, zu schweren Motorschäden durch Thermoschockeinwirkung führen.

e) Eine automatische, gemeinsame Entlüftung, z. B. beim Befüllen von Motor- und Heizkreislauf, findet nach Öffnen der einzelnen Heizungsventile nicht statt oder ist erschwert, da der Heizungsregler in

diesem Fall geschlossen ist

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile dieses bekannten Kühlwasserkreises zu vermeiden und bei Fahrzeugen mit hohem Heizwasserverbrauch den Wärmeentzug des Kühlwassers in der Heizung der Wärmeabgabe im Motor stets so anzupassen, daß optimale Temperaturen des rückfließenden Kühlwassers niemals unterschritten werden, wobei sich unter allen Bedingungen keine Verzögerung des Motor-Aufwärmvorgangs bzw. keine Verringerung der Heizungseffizienz ergibt, sowie eine dauernd einwandfreie Entlüftung der Heizkörper gewährleistet ist

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der zweite Kühlwasserregler im Heizungsrücklauf am Eintritt des Nebenweges in den Heizungsrücklauf angeordnet ist und daß von den Eintrittswasserkästen der Heizkörper eine EntJüftungsleitung stetig ansteigend zu einem Kühlwasserausgleichsbehälter führt.

Durch die Erfindung ist der erste Kühlwasserregler (Kühlerregler) und der zweite Kühlwasserregler (Heizungsregler) nicht über einen gemeinsamen Bypass miteinander gekoppelt. Dadurch wird die Umlaufmenge im Heizungskreislauf allein durch die ÖffnungscWarakteristik des zweiten Kühlwasserreglers gesteuert (dadurch keine Verringerung der Heizungseffizienz). Durch die Anordnung dieses letztgenannten Reglers im Heizungsrücklauf (am Eintritt des Nebenweges in den Heizungsrücklauf) wird das in der Heizung abgekühlte Kühlwasser bei jeder denkbaren Bedienung des Heizungskreislaufes »sanft« in den Motorkreis zurückgeführt, wobei eine Thermoschockwirkung vermieden wird. Außerdem ist dadurch stets eine einwandfreie Entlüftung aller Heizkörper möglich (selbst bei geschlossenem Heizungsregler). Durch das Vorliegen des Öffnungshahnes der Heizung vor dem Heizungsregler ist der gesamte Heizungskreislauf bei geschlossener Heizung vom Motorkreislauf abgetrennt und nimmt am Umlauf nicht teil. Somit kann keine Verzögerung des Motor-Aufwärmvorgangs eintreten. Außerdem erübrigen sich dadurch mehrere Öffnungsventile, nämlich je ein Ventil für die einzelnen Heizkörper.

Bei dem Kühlwasserkreis nach der Erfindung gibt der Heizungsregler den Kühlwasserweg zu den Heizkörpern erst frei, wenn die erforderliche Mindest-Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erreicht ist. Dieser Regler regelt somit in Abhängigkeit von der Motorbetriebstemperatur bzw. von den Motorvorwärmbedingungen und nicht wie es auch bekannt ist in Abhängigkeit von den Heizungsbedingungen. Eine derartige Regelung ist z. B. durch die DE-OS 29 23 523 bekannt. Dort ist ein Steuerventil im Heizungsvorlauf angeordnet, welches mehr oder weniger einem Heizungsöffnungsventil entspricht. Ein derartiges Ventil wird in der Regel dwch die Lufttemperatur im Fahrzeug gesteuert. Wenn bei niedrigen Temperaturen im Fahrzeug dieses Ventil geöffnet ist, strömt Kühlwasser ■ - unabhängig von der Motor-Betriebstemperatur — durch die Heizung, wodurch der Aufwärrr.vorgang des Motors trotz ausgeklügelter Thermostatregelung (im Hauptkühlkreislauf) verzögert wird. Bei starker Abkühlung in der Heizung in geringer Leistungsentnahme aus dem Motor (bedeutet geringen Kühlwasser-Wärmeanfall) ist es denkbar, daß der Motor seine Betriebstemperatur nicht erreicht. Eine Entlüftung ist beim bekannten kühlwasserkreis ebenfalls nicht vorgesehen.

Zwar ist es auch bekannt. Kühlwasserkreise (einschließlich Heiziingskreisiaiif) zu entlüften (DE-OS 15 30 847). Bei diesem Stand der Technik soil stets ein ausreichendes Heizen gewährleistet sein, ohne daß das Kühlwasser die optimale Temperatur erreicht zu haben braucht Ein Regler, der den Durchgang durch die Heizung in Abhängigkeit von den Motorvorwärmbedingungen steuert, ist nicht vorgesehen, sondern lediglich ein Öffnungsventil für die Heizung im Heizungsvorlauf. Außerdem ist die Entlüftungsleitung an dem Austrittswasserkasten der Heizung angeschlossen.

ίο Weitere Einzelheiten des Kühlwasserkreises nach der Erfindung sowie deren Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Dabei ist in der Zeichnung schematisch der Kühlwasserkreis für den Verbrennungsmotor eines

ιό Omnibusses wiedergegeben.

Im einzelnen zeigt diese Darstellung eine Kühlwasserpumpe 1, die Kühlwasser durch einen Motor 2 und einen Getriebeölkühler 5 eines Getriebes 4 drückt Bei dem Durchlauf durch den Motor 2 und den Getriebeöl-

■2» kühler 5 nimmt das Kühlwasser Verlustwärme auf. Vor Erreichen der Betriebstemperatur du; Kühlwassers ist der Kühlwasserkreislauf über die Leitung 15 kurzgeschlossen, da der Thermostat 14 (erster Kühlwasserregler) zunächst geschlossen ist. Bei geöffnetem Heizkreislauf durch ein in der Heizungsvorlaufleitung angebrachtes (nich: mit einer Bezugsziffer versehenen) Öffnungsventil strömt ein Teil der Wassermenge in den Heizwasserkreislauf zu den Heizkörpern 17.
Parallel zu den Heizkörpern 17 ist ein Nebenweg 20 vorgesehen, der über einen Thermostaten 18 (zweiter Kühlwasserregler) ein- und ausgeschaltet werden kann. Dabei wird vor Erreichen der Betriebstemperatur des Kühlwassers der Thermostat 18 den Durchfluß des Kühlwassers durch die Heizkörper 17 unterbinden, so

i"> daß dieses durch die Nebenschlußleitung 20 im Kurzschlußbetrieb wieder dem Motor durch die Rohrverbindung 19 (Heizungsrücklauf) zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist auch der Thermostat 14, wie erwähnt noch geschlossen, so daß das Kühlwasser auch nicht durch den Hauptkühler 3 strömt. Das Kühlwasser erwärmt sich deshalb sehr rasch.

Bei einer bestimmten, im Vergleich zur Öffnungstemperatur des Thermostaten 14 niedrigeren Temperatur, wird dann der Thermostatregler 18 allmählich geöffnet.

·»'> Hierdurch strömt zunächst ein Teilstrom des Heizwassers durch die Heizkörper. Das in den Heizkörpern rückgekühlte Heizwasser bildet zusammen mit dem über den Nebenweg 20 geführten Heizwasser infolge noch nicht völlig geöffnetem Thermostatregler 18 eine

"'" niedrigere Mischtemperatur, die bewirkt, daß sich der Thermostat zunächsl wieder schließt. Hierdurch wird verhindert, daß dem Motor plötzlich stark rückgekühl· tes Kühlwasser aus den Heizkörpern zugeführt wird und ein KäLeschock entsteht

5"> Bei weiter steigenden Temperaturen wird nun der Thermostat 18 im Heizkreislauf voll geöffnet, wodurch der Nebenweg 20 verriegelt und die volle Heizwassermenge durch die Heizkörper 17 strömt. Dabei bleibt der Thermostat 18 nur so lange geöffnet, als die

wi Rückströmtemperatur einen bestimmten, für die Funktion des Motors notwendigen Mindestwert nicht unterschreitet.

Der den Kühlwasserstrom durch den Hauptkühler 3 freigebende Thermostat 14 ist so eingestellt, daß der Hauptkühlkreislauf er^ct dann eingeschaltet wird, wenn die im Motor anfallende Verlustwärme nicht mehr in den Fahrzeugheizkörpern 17 allein abgeführt werden kann.

In der Zeichnung ist neben den für die Kühlung wesentlichen Leitungen noch ein Wasserreservoir 6 im Ausgleichsbehälter 22 dargestellt, durch das über die Leitung 13 fehlendes Kühlwasser jederzeit ersetzt wird. Das Wasserreservoir 6 kann über den Schraubverschluß 8 mit Wasser angefüllt werden.

Der Kühlwasserkreislauf nach der Erfindung, der ein rasches Aufheizen des Kühlwassers auch bei völlig eingeschalteter Fahrzeugheizung mit großem Heizwasserbedarf garantiert, kann selbstverständlich je nach der Art des Fahrzeuges in verschiedener Weise variiert werden. Insbesondere können auch mehrere Parallelwege zu den einzelnen Heizkörpern H 1, H2, Hi und HA vorgesehen werden, die getrennt über Thermostaten einzeln, gruppenweise oder auch gemeinsam je nach der Temperatur des Kühlwassers zu- bzw. abgeschaltet werden, um den Wärmeentzug des Kühlwassers in Stufen zuzuschalten. In jedem Fall wird erreicht, daß das Kühlwasser rasch seine geeignete Betriebstemperatur durch Zuschalten von stark wärmeentziehenden Heizkörpern vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Thermostats 18 in der Leitung 19 nach den Heizkörpern 17 bietet den Vorteil, daß neben Vermeidung von Kälteschocks durch plötzliche Zufuhr in den Heizkörpern 17 stark abgekühlten Wassers zum Motor 2 auch eine vollautomatische Entlüftung der Heizkörper 17 ermöglicht wird, da an den oberen Eintrittswasserkästen der Heizkörper 17 eine Entlüftungsleitung 21 angeschlossen ist. weiche stetig steigend mit einem Kühlwasserausgleichsbehälter 22 verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kühlwasserkreis fur Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen, der einen ersten Kühlwasserregler im Hauptkühlkreislauf zum Kühler und einen zweiten Kühlwasserregler im Heizungskreislauf enthält, wobei dieser zweite Kühlwasserregler den Heizungskühlwasserstrom entweder an den Heizkörpern vorbei durch einen parallel zu den Heizkörpern angeordneten Nebenweg oder durch Schließen dieses Nebenweges durch die Heizkörper hindurchsteuert und früher öffnet als der erste Kühlwasserregler, aber erst, wenn das Kühlwasser die für einen optimalen Verbrennungsvorgang im Motor notwendige Temperatur erreicht hat, dadurch ge-is kennzeichnet, daß der zweite Kühlwasserregler (18) im Heizungsrücklauf (19) am Eintritt des Nebenweges (20) in den Heizungsrücklauf (19) angeordnet ist, und daß von den Eintrittswasserkästen der i?5izkörper(17) eine Entlüftungsleitung (21) stetig ansteigend zu einem Kühlwasserausgleichsbehälter (22) führt