DE3324138C1

DE3324138C1 - Einrichtung zur Beheizung des Nutzraums eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE3324138C1
Application number: DE3324138A
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl.-Ing. 7400 Tübingen Stolz
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1983-07-05
Filing date: 1983-07-05
Publication date: 1985-01-17
Also published as: US4537349A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Beheizung des Nutzraumes eines Kraftfahrzeugs gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein derartiges Kraftfahrzeug ist in der nicht vorveröffentlichten DE-OS 33 04 188 (Fig. 21) dargestellt.

Bei dieser Einrichtung wird der zweite Wärmetauscher sekundärseitig von Luft durchströmt, die der Beheizung des Nutzraums dient. Es ist jedoch bei der dargestellten Einrichtung nicht möglich, überschüssige Wärme aus der Brennkraftmaschine abzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung einer möglichst geringen Anzahl von Teilen eine Mehrfachnutzung dieser Teile zu ermöglichen

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung ist mit geringem Aufwand eine Mehrfachnutzung der vorhandenen Teile möglich, indem die Luft, ohne Abgaswärme aufzunehmen, bei hohem Wärmeanfall und/ oder geringem Wärmebedarf im zweiten Wärmetauscher Wärme aus der der Kühlung der Brennkraftmaschine dienenden Flüssigkeit aufnimmt und nach außen abführt und bei geringem Wärmeanfall und/oder hohem Wärmebedarf nach Aufheizung durch die Abgase Wärme an die Flüssigkeit und damit an die Brennkraftmaschine zurückgibt, so daß diese schneller die Betriebstemperatur erreichen kann und indirekt die Beheizung des Nutzraums unterstützt wird.

Aus der DE-PS 6 76 736 ist noch eine Heizeinrichtung für ein Großraumfahrzeug bekannt, bei der in einer Luftleitung ein erster, sekundärseitig von den Abgasen einer Brennkraftmaschine durchströmter Wärmetauscher und stromab von diesem ein zweiter, sekundärseitig von einer der Kühlung der Brennkraftmaschine dienenden Flüssigkeit durchströmter Wärmetauscher angeordnet sind. Bei dieser Heizeinrichtung ist eine den ersten Wärmetauscher umgehende Zweigleitung für die Luft nicht vorgesehen. Die Luft strömt unmittelbar in den Nutzraum ein, was wegen der Gefahr einer Durchmischung mit Abgasen bei einer Undichtigkeit im ersten Wärmetauscher nicht zulässig ist. Auch sind eine Abführung von Wärme aus der der Kühlung der Brennkraftmaschine dienenden Flüssigkeit über die Luft nach außen sowie ein indirektes Aufheizen der Brennkraftmaschine durch die Luft nicht vorgesehen.

Bei der Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem Anspruch 2 dient der zweite Wärmetauscher nicht nur als Motorölkühler, sondern es ist auch ohne weiteren Aufwand eine Rückführung von Abgaswärme über das Motoröl in die Brennkraftmaschine möglich.

Gemäß dem Anspruch 3 kann der zweite, von der Kühlflüssigkeit durchströmte Wärmetauscher allein oder zusätzlich zum vom Motoröl durchströmten Wärmetauscher dazu dienen, durch Abgabe von Wärme an die durchströmende Luft den üblichen Kühlflüssigkeitskühler zu entlasten oder durch Aufnahme von Wärme aus der Luft die Erwärmung der Brennkraftmaschine zu beschleunigen und die Beheizung des Nutzraums zu verbessern.

Die Ausgestaltung gemäß dem Anspruch 4 ermöglicht es mit geringem weiteren Aufwand, der Brennkraftmaschine Verbrennungsluft mit der günstigsten Temperatur zuzuführen und damit den Wärmehaushalt weiter zu verbessern.
Die Merkmale des Anspruchs 5 lassen die durch die

so Leitung strömende Luft bereits vor dem Eintritt in diese eine günstige Temperatur erreichen, weil die Luft im Nutzraum in Zeiten hohen Wärmebedarfs bereits beheizt und in Zeiten geringen Wärmebedarfs oft gekühlt ist.

Die teilweise Führung der Luft in der Leitung als Umluft gemäß dem Anspruch 6 verbessert den Wärmehaushalt weiter.

Bei der Ausgestaltung gemäß dem Anspruch 7 kann ein gesondert angeordneter Ausgleichs- und Ausdehnungsbehälter für die Kühlflüssigkeit eingespart und damit die Anzahl der verwendeten Teile vermindert werden.

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und Mitteln zur Verbesserung des Wärmehaushalts von Kraftfahrzeug und Brennkraftmaschine in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Dabei zeigt
F i g. 1 ein Kraftfahrzeug mit einer durch die Abgase

der Brennkraftmaschine beheizbaren Luft führenden Leitung mit einem darin angeordneten, sekundärseitig vom Motoröl beaufschlagten Wärmetauscher,

F i g. 2 die Leitung der F i g. 1 mit einem darin angeordneten, sekundärseitig vom Kühlwasser der Brennkraftmaschine beaufschlagten Wärmetauscher und mit einer von ihr abzweigenden Zuluftleitung für die Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine,

F i g. 3 die Leitung mit zwei darin angeordneten, vom Motoröl und Kühlwasser beaufschlagten Wärmetauschern,

F i g. 4 die Leitung mit Mitteln zur Aufteilung der sie durchströmenden Luft als Verbrennungsluft und als ins Freie strömende Luft und

F i g. 5 die Leitung mit teilweiser Rückführung der sie durchströmenden Luft.

Die ein Kraftfahrzeug antreibende Brennkraftmaschine 1 wird über eine mit einem Luftfilter 2 versehene Einlaßleitung 3 mit Verbrennungsluft versorgt. Die Abgase der Brennkraftmaschine 1 verlassen diese über eine Auslaßleitung 4, in der ein erster Wärmetauscher 5 angeordnet ist, der auf der einen Seite von den Abgasen durchströmt wird, während er auf der anderen Seite von Luft beaufschlagt ist. Diese Luft durchströmt die Leitung 6, deren Einlaßöffnung 7 dem durch das fahrende Kraftfahrzeug erzeugten Staudruck oder der Druckseite des nicht dargestellten Lüfters der Brennkraftmaschine 1 ausgesetzt ist. Im Bereich des Wärmetauschers 5 teilt sich die Leitung 6 in zwei Leitungszweige 8 und 9 auf mit einer Klappe 10 in der Verzweigungsstelle zur Aufteilung der Luft auf die beiden Leitungszweige 8 und 9. Der Leitungszweig 8 durchsetzt den Wärmetauscher 5, so daß die durch ihn strömende Luft Wärme aus den Abgasen aufnehmen kann. Der Leitungszweig 9 umgeht den Wärmetauscher 5. Nach der Wiederzusammenführung der beiden Leitungszweige 8 und 9 weitet sich die Leitung 6 auf. In dieser Aufweitung 11 ist ein zweiter Wärmetauscher 12 angeordnet, der sekundärseitig von Motoröl durchströmt ist. Dieses Motoröl wird von einer von der Brennkraftmaschine 1 angetriebenen ölpumpe 13 über Leitungen 14 und 15 zum Wärmetauscher 12 und zurück gefördert. Im Anschluß an die Aufweitung 11 mündet die Leitung 6 ins Freie. Dadurch wird sichergestellt, daß bei einem eventuellen Leck im ersten Wärmetauscher 5 in die Luft der Leitung 6 übertretende Abgase nicht ins Innere des Kraftfahrzeuges gelangen können.

Weiterhin ist ein Teil eines Kreislaufs für das Kühlwasser der Brennkraftmaschine 1 dargestellt, das von einer von der Brennkraftmaschine 1 angetriebenen Wasserpumpe 16 gefördert wird. Das Kühlwasser strömt aus der Brennkraftmaschine 1 über eine Leitung

17 in einen Heizungswärmetauscher 18, über den Wärme direkt oder indirekt an den hier nicht dargestellten Nutzraum des Kraftfahrzeuges abgegeben wird. Nachdem das Kühlwasser eine am Heizungswärmetauscher

18 angebaute Drossel 19 durchströmt hat, fließt es über die Leitung 20 zur Brennkraftmaschine 1 zurück.

Mit Hilfe der beschriebenen Anordnung ist es auf einfache Weise möglich, Wärmeanfall und Wärmebedarf in Übereinstimmung zu bringen. Ist beispielsweise die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 1 noch nicht erreicht oder besteht bei geringerem Wärmeanfall in dieser ein hoher Wärmebedarf für den Nutzraum des Kraftfahrzeugs, so wird die die Leitung 6 durchströmende Luft mit Hilfe der Klappe 10 über den Leitungszweig 8 geleitet. Die dort im Wärmetauscher 5 von den Abgasen aufgenommene Wärme wird im zweiten Wärmetauscher 12 an das Motoröl abgegeben, so daß die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 1 schneller erreicht wird bzw. der Wärmeanfall in der Brennkraftmaschine 1 zur Deckung des Wärmebedarfs erhöht wird. Ist dagegen der Wärmebedarf bei hohem Wärmeanfall in der Brennkraftmaschine gering, so wird die Luft über den Leitungszweig 9 geleitet und dient anschließend als Kühlung für das Motoröl im Wärmetauscher 12, so daß auf einen gesonderten Motorölkühler verzichtet werden kann.

Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 2 wird die Luft von einem Gebläse 21 durch die Leitung 6 gefördert, wobei sie über eine Leitung 22 aus dem Nutzraum 23 des Kraftfahrzeuges angesaugt wird, so daß dessen Wärmeeinheit genutzt werden kann. Von der Leitung 6 zweigt in der Zusammenführung der beiden Leitungszweige 8 und 9 eine Zuluftleitung 24 für Verbrennungsluft ab, die in die Einlaßleitung 3 mündet, so daß die Brennkraftmaschine 1 je nach Bedarf mit kühler oder mit im Wärmetauscher 5 vorgewärmter Verbrennungsluft versorgt wird.

In der Aufweitung 11 der Leitung 6 ist ein Wärmetauscher 25 angeordnet, der sekundärseitig von Kühlwasser der Brennkraftmaschine 1 durchströmt ist. Dazu fließt das Kühlwasser, von der Wasserpumpe 16 gefördert, von der Brennkraftmaschine 1 durch die Leitung 17 über den Heizungswärmetauscher 18 oder, gesteuert von einer Wasserweiche 26, direkt durch eine Leitung 27 dem Wärmetauscher 25 zu und über eine Leitung 28 zur Brennkraftmaschine zurück. Mit dieser Erfindungsanordnung kann, je nach Wärmebedarf und Wärmeanfall, entweder das Kühlwasser im Wärmetauscher 25 aufgeheizt und damit dem Kühlwasserkreislauf mehr Wärme zugeführt werden oder das Kühlwasser im Wärmetauscher 25 gekühlt und damit der übliche Kühlwasserkühler entlastet (oder sogar ganz eingespart) werden.

Laut F i g. 3 saugt das Gebläse 21 die die Leitung 6 durchströmende Luft über eine Ansaugleitung 29 mit einem Luftfilter 30 aus dem Freien an. Die Verbrennungsluft und die durch die Wärmetauscher 12 und 25 strömende Luft werden so gemeinsam gereinigt. Durch die Anordnung der beiden Wärmetauscher 12 und 25 für das Motoröl und das Kühlwasser werden die Vorteile der beiden vorigen Ausführungsbeispiele vereinigt, wobei ein besonders schneller Ausgleich von Wärmeanfall und -bedarf erreichbar ist. Dabei wird das Kühlwasser von der Mitte der Brennkraftmaschine 1 über eine Leitung 31 dem Wärmetauscher 25 zugeführt und gelangt

so von dort über eine Leitung 32 zu einer Verzweigung 33, von der aus es entweder über eine Leitung 34 unmittelbar oder über den Heizungswärmetauscher 18 und die Drossel 19 sowie die Leitung 20 zur Brennkraftmaschine 1 zurückfließt. Auch ein unmittelbarer Zufluß von Kühlwasser von der Brennkraftmaschine 1 zum Heizungswärmetauscher 18 ist über die Leitung 34 möglich. In der F i g. 4 ist an der Verzweigung der beiden Leitungszweige 8 und 9 eine weitere, zum Nutzraum 23 des Kraftfahrzeugs führende Leitung 35 angeschlossen, so daß die von dem Gebläse 21 aus dem Freien angesaugte Luft auch dem Nutzraum 23 als Frischluft zugeführt werden kann. In der Zusammenführung der beiden Leitungszweige 8 und 9 sind zwei Klappen 36 und 37 angeordnet, die die Aufteilung der Luft auf diese beiden Leitungszweige 8, 9 steuern und dabei die Aufteilung auf die Zuluftleitung 24 und den ins Freie führenden Teil der Leitung 6 nur indirekt beeinflussen.
Im Ausführungsbeispiel der F i g. 5 wird ein Teil der

Luft aus der Leitung 6 stromab den beiden Wärmetauschern 12 und 25 über die Leitung 38 zurückgeführt, wobei die Menge der rückgeführten Luft im Verhältnis zur über die Einlaßöffnung 7 angesaugten Luft über eine Klappe 39 gesteuert wird. Damit ist es möglich, einen Teil des Wärmeinhalts der Luft stromab der Wärmetauscher 12 und 25 wieder zu nutzen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

: ίο

20

25

JO

35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Beheizung des Nutzraumes eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine mit einer ins Freie führenden Leitung, durch die Luft förderbar ist, die in zwei Leitungszweige aufgeteilt ist, von denen einer mit einem sekundärseitig von den Abgasen der Brennkraftmaschine durchströmten ersten Wärmetauscher versehen ist, und in der stromab der Zusammenführung der beiden Leitungszweige ein zweiter Wärmetauscher angeordnet ist und mit Mitteln zur Aufteilung der Luft auf die beiden Leitungszweige, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wärmetauscher (12,25) sekundärseitig von einer der Kühlung der Brennkraftmaschine (1) dienenden Flüssigkeit durchströmt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Motoröl ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Kühlwasser ist und daß dieses einen der Beheizung des Nutzraums (23) dienenden Heizwärmetauscher (18) durchströmt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von der Leitung (6) stromab der Zusammenführung der beiden Leitungszweige (8,9) eine Zuluftleitung (24) für die Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine (1) abzweigt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leitung (6) durchströmende Luft dem Nutzraum (23) entnehmbar ist

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Luft aus der Leitung (6) stromab des zweiten Wärmetauschers (12, 25) in die Leitung (6) stromauf der Verzweigung der beiden Leitungszweige (8,9) rückführbar ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wärmetauscher (25) das für die Ausdehnung der Kühlflüssigkeit bei Erwärmung notwendige Reservevolumen und den Einfüllstutzen (mit Deckel) für die Kühlflüssigkeit enthält.