DE3147468A1

DE3147468A1 - "heizgeraet im kuehlwasserkreislauf einer brennkraftmaschine fuer ein kraftfahrzeug"

Info

Publication number: DE3147468A1
Application number: DE19813147468
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. 7255 Rutesheim Braatz; Hans 7000 Stuttgart Hanke; Wolf-Dieter Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Kurz
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1981-12-01
Publication date: 1982-12-09

Description

"Heizgerät im Kühlwasserkreislauf einer
Brennkraftmaschine für ein kraftfahrzeug" Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizgerät im Kühlwasserkreislauf einer I3rennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Kühlwasserkreislauf mit angeschlossenem Wärmetauscher für die Fahrzeugheizung.
Durch die DE¢PS 1 476 328 ist ein parallel zum Flüssigkeit6~ kühlkreis einer Brennkraftmaschine geschaltetes Heizgerät bekannt geworden, das im nsesentlichen aus einem Kraftstoff verbrauchenden Brenner und aus einem Kessel besteht. Um einem Wärmetauscher für die Fahrzeugheizung heißes Wasser zuzuführen, muß das Wasser im Kessel bis zur Dampfbildung erhitzt werden Ein Füllen des Kessels mit kaltem Wasser aus dem Wassermantel der Brennkraftmaschine erfolgt nach Sinken des Wasserspiegels im Kessel und Ablassen des Dampfes in den Wassermantel über ein Schwimmerventil.
Durch diese Art der Betriebsweise wird heißes Wasser nur in aufeinanderfolgenden Pumpstößen in Umlauf gebracht.
Demgegenüber macht es sich die Erfindung zur Aufgabe, eine direkte und kontinuierliche Beheizung des Kühlwasserkreislaufes mit dem Betrieb der Brennkraftmaschine selbst vorzunehmend Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Heizgerät eine im wesentlichen aus einem Rotor-und Statorschaufelrad bestehende hydrodynamische Bremse vorgesehen ist, die mit der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung steht.
Durch die Erfindung gelingt es vorteilhaft, fehlende Kühlwasserwärme mit nur sehr geringen Übertragungsverlusten direkt in das Kühlwasser einzubringen. Es wird nicht nur der heizleistungssteigernde Effekt der Belastung der Brennkraftmaschine ausgenutzt, sondern die aufgenommene Leistung wird zusätzlich in Kühlwasserwärme umgewandelt. Nach kurzer Betriebszeit der hydrodynamischen Bremse steht ununterbrochen soviel Wärme zur Verfügung, daß Warmluft an beschlagene Fenster geblasen werden kann, der Fahrzeuginnenraum durch Warmluft geheizt werden kann und die Brennkraftmaschine selbst schnell ihre Betriebswärme erreicht.
Das Rotorschaufelrad der hydrodynamischen Bremse beschleunigt das Kühlwasser und in den Schaufelkammern des Stators findet wieder eine Verzögerung statt. Die kinetische Energie setzt sich dabei in der umlaufenden Kühlwassermenge direkt in Wärme um, so daß bei der Wassererwärmung ein Wirkungsgrad von mehr als 90% aus mechanischer Arbeit erzielt wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der hydrodynamischen Bremse kann für die Fullung des Arbeitsraumes mit Kühlwasser mindestens ein Eintrittsstutzen vorgesehen sein, der sich bis in das Zentrum des Arbeitsraumes erstreckt. Durch diese Anordnung kann der im Arbeitsraum vorhandene Unterdruck dazu ausgenutzt werden, daß bei jedem Betriebszustand Kühlwasser selbsttätig angesaugt wird. Eine besondere Pumpe oder ein Druckspeicher werden überflüssig. Dieses Ansaugverhalten wird auch dadurch ermöglicht, daß im Leerbetrieb der Arbeitsraum immer mit Kühlwasser gefüllt ist.
Zur Abfuhr des erwärmten Kühlwassers kann an der hydrodynamischen Bremse ein radial außerhalb des Arbeitsraumes liegen der Ringraum angeordnet sein" der mit einem Austrittsstutzen versehen ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zur Beeinflus sung des Füllungsgrades der hydrodynamischen Bremse entweder am Eintritt oder am Austritt ein Druckregelventil angeord nstO Dadurch wird vermieden, daß die Leistungsaufnahme der hydrodynamischen Bremse mit der dritten Potenz der Antriebsdrehzahl ansteigt und mit steigender Erwärmung des Kühlwassers sich die statischen Überlagerungsdrücke im gesamten Kühlwasserkreislauf erhöhen.
Vorteilhaft kann das Druckregelventil am Austritt angeord net sein und der Eintritt kann eine Drossel aufweisen.
Das Druckregelventil kann in einem Gehause einen gegen eine Druckf eder verschiebbaren Stufenkolben aufweisen, der mit zeJei nacheinander zur Wirkung kommenden Druckflächen versehen ist, Bei Erhöhung der Antriebsdrehzahl der hydrodynamischen Bremse steigt der Austrittsdruck. Das Regelventil vergrößert dabei den Durchgang und ermöglicht somit eine Entleerung des Arbeitsraumes. Ein Anstieg der Leistungsaufnahme wird abgebaut.
Die erste Druckfläche des Stufenkolbens kann spitzkegelig ausgebildet sein. Ferner kann der die Druckfeder aufnehmende Raum des Gehäuses zur Dämpfung der Bewegung des Stufenkolbens mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gefüllt sein, die durch eine Düse hindurch Verbindung mit einem Überlaufbehälter oder Vorratsbehälter hat0 Das Gehäuse der hydrodynamischen Bremse kann vorteilhaft mit einer wärmeisolierenden Beschichtung versehen sein, um einem Wärmeverlust vorzubeugen.
Der Antrieb der hydrodynamischen Bremse kann von der Brennkraftmaschine aus über einen Riementrieb und eine Elektromagnetkupplung erfolgen, die von einem die Wärme des Kühlwassers vor Eintritt in die hydrodynamische Bremse fühlenden Temperaturschalter gesteuert sein kann.
in Reihe zum Temperaturschalter kann ein bei Inbetriebnahme der Fahrzeugheizung schließender Schalter angeordnet sein.
Das Heizgerät kann im Eühlwasser-Kurzschlußkreislauf der Brennkraftmaschine angeordnet sein. Es kann aber auch im Vorlauf zum Wärmetauscher für die Fahrzeugheizung oder in dessen Rücklauf angeordnet sein. Dabei kann zwischen Ein-und Austritt der hydrodynamischen Bremse ein in Richtung zum Eintritt schließendes Rückschlagventil angeordnet sein, um bei Stillstand des Heizgerät es einen einwandfreien Wasserdurchfluß des Heizungskreislaufes zu gewährleisten.
Das Heizgerät kann schließlich auch in einem separaten Kühlwasserkreislauf des Wärmetauschers für die ahrzeugheizung angeordnet sein, der bis zum Abschalten des Heizgerätes durch ein Ventil vom Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine abgeschaltet ist.
In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Heizgerät in einem Ausführungsbeispiel und verschiedene Anordnungsmöglichkeiten für das Heizgerät dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 das Heizgerät an einer Brennkraftmaschine, Fig. 2 schematisch das Heizgerät mit Druckregelventil im Kühlwasserkreislauf, Fig. 3 einen Schnitt durch das Druckregelventil, Ferner zeigen schematisch Fig. 4 das Heizgerät im Kühlwasser-Kurzschlußkreislauf, Fig. 5 das Heizgerät im Wärmetauschervorlauf, Fig0 6 das Heizgerät im Wärmetauscherrücklauf und Fig0 7 das Heizgerät in einem separaten Kühlwasserkreislauf des Wärmetauschers für die Fahrzeugheizung0 Nach Fig0 1 ist an eine Brennkraftmaschine 1 ein Heizgerät 2 angeflanscht 9 das aus einer hydrodynamischen Bremse mit einem Rotorschaufelrad 3 und mit einem Statorschaufelrad 4 besteht. Der Antrieb des Heizgerätes 2 erfolgt über eine Elektromagnetkupplung 5 von der Brennkraftmaschine 1 aus mittels eines an der Riemenscheibe 6 angreifenden Riemens.
Das Heizgerät 2 ist in den Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine 1 eingeschaltet, wobei das Kühlwasser durch den Eintrittsstutzen 7 in das Zentrum des im Meridianschnitt kreisförmigen Arbeitsraumes 8 des Heizgerät es 2 eintritt und dieses über den radial außen im Gehäuse 9 angeordneten Ringraum 10 durch den Austrittsstutzen 11 verläßt. Um Wärmeverlusten vorzubeugen, ist das Gehäuse 9 mit einer wärmeisolierenden Beschichtung 12 versehen.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist in der an den Eintritt stutzen 7 des Heizgerätes 2 angeschlossenen Zuleitung 13 für Kühlwasser eine Drossel 14 angeordnet0 In die an den Austrittsstutzen 11 angeschlossene Ableitung 15 ist ein Druckregelventil 16 eingeschaltet, , das mit einem durch eine Druckfeder 17 belasteten zweistufigen Kolben 18 ausgestattet ist. Zur Ein- und Ausschaltung der Elektromagnetkupplung 5 und damit des Heizgerätes 2 ist ein Temperaturschalter 19 vorgesehen, der in Abhängigkeit von der Wärme des SUhlwassers in der Zuleitung 13 einen Stromkreis schließt oder öffnet, z.B. bei 300 C den Stromkreis schließt und bei 500 C diesen unterbricht. In Reihe zu diesem Temperaturschalter 19 ist ein Schalter 20 angeordnet, der dann schließt, wenn die Reizung des Fahrzeuges eingeschaltet wird. Ist das in Fig. 2 dargestellte System in dem Heizungskreislauf angeordnet, ist es notwendig, die Zuleitung 13 mit der Ableitung 15 durch eine Leitung 21 zu verbinden und in dieser Leitung ein federloses Rückschlagventil 22 anzuordnen, das in Richtung zur Ableitung 15 öffnet. Das Rückschlagventil 22 ermöglicht auch bei Stillstand des Heizgerätes 2 einen einwandfreien Wasserdurchfluß des Heizungskreislaufes.
Das Druckregelventil 76 mit.Stuf.enkolben 18 aus Fig. 2 zeigt nach Fig. 3 einen Stufenkolben, dessen erste Druckfläche 23 spitzkegelig ausgebildet ist, so daß über die Anpassung der Druckfläche am Ventilkegel zur Vorspannung der Druckfeder 17 die maximale Leistungsaufnahme entsprechend den gewünschten Heizleistungsverbesserungen einstellbar ist. Die zweite Druckfläche am Stufenkolben 18 dient dazu, das Druckregelventil weiter zu öffnen und einen Druckausgleich herbeizuführen, wenn der Druck im Kühlwasser vor und hinter dem Druckregelventil ansteigt. Durch das Druckregelventil 16 werden mögliche Störungen durch Erhöhung der Antriebsdrehzahl, Steigerung der Temperatur im Kühlwasser und Druckanstiege ausgeglichen. Eine gewisse Dämpfung der Bewegung des Stufenkolbens 18 wird dadurch erreicht, daß der Raum 24 im Gehäuse des Druckregelventiles hinter dem Stufenkolben 18 mit Wasser gefüllt ist, das durch eine Düse 25 hindurch Verbindung mit einem überlaufbehälter hat.
Nach Fig, 4 ist das Heizgerät 2 in einem aus den Leitungen 26 bestehenden Kurzschlußkreislauf der Brennkraftmaschine 1 angeordnet, in deren Kühlwasserkreislauf ein Wärmetauscher 27 zur Rückkühlung des Kühlwassers und ein Wärmetauscher 28 für die Fahrzeugheizung angeordnet sind. Die Anschlüsse der Leitungen 26 liegen vorteilhaft am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine.
Bei der Anordnung nach Fig. 5 liegt das Heizgerät 2 in der Vorlaufleitung 29 zum Wärmetauscher 28 für die Fahrzeugheizung, während es nach Fig. 6 in der Rücklaufleitung 30 dieses Wärmetauschers liegt.
Im Falle des Ausführungsbeispieles nach Fig. 7 liegt das Heizgerät 2 in einem durch die Leitungen 31 dargestellten separaten Kreislauf für den Wärmetauscher 28, der außerdem mittels der Leitungen 299 30 an den Kühlwasserkreislauf angeschlossen ist. In der Leitung 29 ist ein Ventil 32 angeordnet0 Zum Erwärmen des Kühlwassers im Wärmetauscher 28 durch das Heizgerät 2 wird das Ventil 32 geschlossen. Bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur oder zeitabhängig wird das Heizgerät 2 abgeschaltet und das Ventil 32 geöffnet. Damit ist der normale Kühlwasserkreislauf Xfieder hergestellt.
L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche 1. Heizgerät im Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine für ein kraftfahrzeug, insbesondere Kühlwasserkreislauf mit angeschlossenem Wärmetauscher für die Fahrzeugheizung, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß als Heizgerät (2) eine im wesentlichen aus einem Rotor und Stator schaufelrad (394) bestehende hydrodynamische Bremse vorgesehen ist, die mit der Brennkraftmaschine (i) in Antriebsverbindung steht 20 Heizgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e z c h n e t, , daß die hydrodynamische Bremse für die Füllung des Arbeitsraumes (s) mit Kuhlwasser mindestens einen Eintrittsstutzen (7) aufweist, der sich bis in das Zentrum des Arbeitsraumes erstreckt
3. Heizgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an der hydrodynamischen Bremse ein radial außerhalb des Arbeitsraumes liegender Ringraum (10) angeordnet ist, der mit einem Austrittsstutzen (ii) versehen ist.
4. Heizgerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Beeinflussung des Füllungsgrades der hydrodynamischen Bremse entweder am Eintritt oder am Austritt ein Druckregelventil (16) angeordnet ist.
5. Heizgerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Druckregelventil (16) am Austritt angeordnet ist und der Eintritt eine Drossel (14) aufweist.
6. Heizgerät nach den Ansprüchen 1 bis. 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Druckregelventil (16) in einem Gehäuse einen gegen eine Druckfeder (17) verschiebbaren Stufenkolben (18) aufweist, der mit zwei nacheinander zur Wirkung kommenden Druckflächen versehen ist.
7. Heizgerät nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die erste Druckfläche (23) des Stufenkolbens (18) spitzkegelig ausgebildet ist.
8. Heizgerät nach den Ansprüchen 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der die Druckfeder (17) aufnehmende Raum (24) des Gehäuses zur Dämpfung der Bewegung des Stufenkolbens mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gefüllt ist, die durch eine Düse (25) hindurch Verbindung mit einem Überlaufbehälter oder Vorratsbehälter hat.
9. Heizgerät nach den Ansprüchen 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Gehäuse der hydrodynamischen Bremse mit einer wärmeisolierenden Beschichtung (12) versehen ist.
100 Heizgerät nach den Ansprüchen 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Antrieb der hydrodynamischen Bremse von der Brennkraftmaschine (1) aus über einen Riementrieb und eine Elektromagnetkupplung (5) erfolgt.
11. Heizgerät nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Elektromagnetkupplung (5) von einem die Wärme des Kühlwassers vor Ein tritt in die hydrodynamische Bremse fühlenden Temperaturschalter (19) gesteuert ist,
12 Heizgerät nach Anspruch 11, d g d u r c h g zu e e k e n n z e i c h n e t, daß in Reihe zum Temperae turschalter (19) ein bei Inbetriebnahme der Fahrzeugheizung schließender Schalter (20) angeordnet ist.
13. Heizgerät nach den Ansprüchen 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es im Kühlwasser-Kurzschlußkreislauf der Brennkraftmaschine angeordnet ist (Figo 4).
14. Heizgerät nach den Ansprüchen 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es im Vorlauf zum Wärmetauscher für die Fahrzeugheizung oder in dessen Rücklauf angeordnet ist (Fig0 5, Fig. 6).
15. Heizgerät nach Anspruch 14, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß zwischen Ein- und Austritt der hydrodynamischen Bremse ein in Richtung zum Eintritt schließendes Rückschlagventil (22) angeordnet ist.
16. Heizgerät nach den Ansprüchen 1 bis 15, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es in einem separaten Kühlwasserkreislauf des Wärmetauschers (28) für die Fahrzeugheizung angeordnet ist, der bis zum Abschalten des Heizgerätes (2) durch ein Ventil (32) vom Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine (1) abgeschaltet ist (Fig. 7).