DE3338769A1

DE3338769A1 - Heiz- und kuehlsystem fuer ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE3338769A1
Application number: DE19833338769
Authority: DE
Inventors: Norbert Ing.(grad.) 6090 Rüsselsheim Arndt; Udo Ing.(grad.) 6082 Mörfelden-Walldorf Schneider
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1983-10-26
Filing date: 1983-10-26
Publication date: 1985-05-15
Also published as: US4623092A; DE3338769C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heiz- und Kuhlsystem fur ein Kraftfahrzeug mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor, einem von dem den Verbrennungsmotor kühlenden Blasser durchstrSmten Motorköhler, welcher in einem Gehäuse angeordnet ist, das fahrzeugauBenseitig einen Lufteinlaß und zumindest einen zur Innenrauraheizung führenden Heizungsstutzen hat, und in das vor dem Motorkühler eine Heizeinrichtung angeordnet ist« Ein solches Heiz- und Kühlsystem ist in der DE-OS 22 31 117 beschrieben.

Bei dem bekansiten Heiz- und Kühlsystem wird bei warmem Motor die Luft fur die Innenraumheizung beim Durchströmen des Motorkühlers erwärmt. Die Heizeinrichtung, welche vor dem MotorkQhler angeordnet ist, arbeitet mit dem gleichen Kraftstoff wie der Verbrennungsmotor. Es handelt sich bei ihr um eine Zusatzheizung, die allerdings nicht nur dazu dient, bei noch kaltem Motor das Fahrzeuginnere heizen zu können, vielmehr sorgt sie auch dafür, daS der Motor nach dem Start rasch auf Betriebstemperatur kommt, da die von ihr erwärmte Luft zunächst durch den Motorkühler strömt und dabei einen Teil ihrer üJärme an den Motorkühlkreislauf abgibt·

Das in der DE-OS 22 31 117 beschriebene Heiz- und Kuhlsystem ist zwar in der Lage, sowohl den Hotor als auch den Fahrzeuginnenraum rasch aufzuheizen, Jedoch benötigt es hierzu unerwünscht viel Energie, so daS der Kraftstoffverbrauch eines mit einem solchen System ausgerüsteten Fahrzeugs unerwünscht stark ansteigt.

In der DE-OS 27 o5 7kB ist auch schon ein Heiz- und Kühlsystem beschrieben, welches einen Abgaswärmetauscher aufweist, durch den das Wasser im Motorkühlkreislauf erwärmt wird. Die Innenraumheizung besitzt einen dem Motorkühler

parallel geschalteten üJasserwärraetauscher, durch den die den Fahrzeuginnenraum heizende Luft erwirmbar ist. Bei noch kaltem Motor wird allerdings mittels eines Thermoatatventils das Wasser des Motorkühlkreislaufes ausschließlich durch den bei stehendem oder nur langsam fahrenden Fahrzeug kaum wirksamen Motarkuhler geleitet, damit der Motor möglichst rasch auf Betriebstemperatur kommt» Die Innenraumheizung tdird deshalb zunächst nicht mit üJSrroe versorgt, so daß es bei niedrigen AuSentemperaturen zu einem unerwünschten, die Verkehrs» sicherheit beeinträchtigenden Beschlagen der Fensterscheiben kommt· Diese Betriebsphase tiiird durch den Abgaswärmetauscher gegenüber üblichen Heiz- und Kühlsystemen zwar verkürzt, ist aber an kalten Idintertagen immer nach unerwünscht lang·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heiz- und Kühlsystem der eingangs genannten Art zu entwickeln, welches als Heizeinrichtung keine Zusatzheizung enthalt, dennoch aber in der Lage ist, in möglichst kurzer Zeit sowohl den Motor als auch den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen«

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß die Heizeinrichtung ein Abgaswärmetauscher ist·

Da bei einem Verbrennungsmotor der Auspuff durch die heißen Abgase unmittelbar nach dem Start des Motors heiß wird, vermag der Abgaswärmetauscher in sehr kurzer Zeit die durch den Motarkühler strömende Luft aufzuheizen, so daß rasch erwärmte Luft in das Fahrzeuginnere gelangen kann und diese Luft zuvor durch Abgabe eines 3d Teiles ihrer Warme das ω as s er im Kuhlkreislauf mit erwärmt und dadurch dazu beiträgt, daß der Motor rasch auf Betriebstemperatur kommt·

Das erfindungsgemäße Heiz- und Kühlsystem benötigt gegenüber üblichen Heiz- und Kühleysteraen keine zusätzliche Energie, da es die Abgaswärme nutzt, sorgt aber im Gegensatz zum Heiz- und Kühlsystem nach der DE-OS 27 o5 zu einem raschen Aufwärmen des Fahrzeuginnenraumes, so daß das im Winter sehr nachteilige anfängliche Beschlagen der Fensterscheiben nicht eintritt. Hiervon abgesehen ist ein Abgaswärmetauscher melt billiger als eine Zusatzheizung mit eigenem Brenner, so daß das erfindungsgeraaße Heiz- und Kühlsystem billiger kommt als ein Heiz- und Kühlsystem mit Zusatzheizung· Weiterhin hat es ein erheblich geringeres Gewicht, was wiederum bei einem Kraftfahrzeug zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führt·

Durch die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale kann die Heizleistung der Innenraumheizung auf einfache Weise verstellt werden, ohne daß dazu die durch den Motorkühler strömende Luftmenge verändert werden muß und damit die Motorkühlung beeinflußt wird·

AuBenluft kann wie bei einem üblichen Heiz- und Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug zum Zwecke der Frischluftzufuhr unmittelbar in das Fabrzeuginnere gelangen, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hinter dem Lufteinlaß eine den Motorkühler und den Abgaswärmetauscher umgehende erste Bypassverbindung zum Heizungsstutzen vorgesehen ist.

Wenn bei dem erfindungsgemißen Heiz- und Kühlsystem der Motor heiß ist, dann ware die Kühlleistung des Motorkühlers zu gering, wenn ihm zwangsläufig nur vom Abgaswärmetauscher vorgewärmte Luft zugeführt würde. Das kann 3a auf einfache Weise vermieden werden, indem hinter dem Lufteinlaß eine den Abgaswärmetaaseher umgehende zweite Bypassverbindung zum Motorkühler vorgesehen ist.

Zur Erhöhung der Lebensdauer des Auspuffrohres trägt es bei_r wenn die Ober den Abgaswärmetauscher fuhrende Stromungsverbindung zum LufteinlaB hin ständig offen ist und hinter dem Abgaswärmetauscher eine von einer Klappe gesteuerte Öffnung hat· Durch diese Merkmale tjird das Auspuffrohr gerade in dem Bereich nahe des ZylinderkopfES,der zwangsläufig am heissesten aird, durch einen Frischluftstram auch dann gekühlt, wenn das Heiz- und Kühlsystem keine ωarme vom Abgas benötigt·

Zur Erzielung einer konstruktiv einfachen, funktionell jedoch vorteilhaften Regelung sind die im Anspruch S angegebenen Merkmale zweckmäßig·

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausfuhrungsmoglichkeiten zu· Zu ihrer weiteren Verdeutlichung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, die schematisch das erfindungsgemäße Heiz- und Kühlsystem zeigt, wobei im Heiz- und Kühlsystem angeordnete Klappen diejenige Stellung einnehmen, die sich bei kalten Motor, kalter Umgebungsluft und eingeschalteter Innenraumheizung er-

Za gibt·

Das erfindungsgemäße Heiz· und Kuhlsystem ist in einem Gehäuse 2 angeordnet, welches einen LufteinlaB k und einen Heizungsstutzen 6 mit Luftauslässen S, 1a hat· Hinter dem LufteinlaB 4 ist ein Gebläse 12 angeordnet, das Luft vom Lufteinlaß k durch das Gehäuse 2 zu den Luftauslässen 8, 1o fordert· Das Gebläse 12 kann thermisch geregelt sein· Im linken Teil der Zeichnung ist ein Motorblock 14 eines wassergekühlten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges dargestellt· Dieser Hotorblock 14 hat einen Zylinderkopf 16, von dem aus ein Auspuffrohr 18 wegführt. Dieses Auspuffrohr 18 ist

durch das Gehäuse 2 des Heiz- und KOhlsysteras geleitet und bildet inaerhalb des Gehäuses 2 durch Rippen 2o, 22 am Auspuffrohr 18 und in Gehäuse 2 einen Abgaauirmetauscher 24»

For die Erfindung wesentlich ist weiterhin, daß innerhalb des Gehäuses 2 der für den Verbrennungsmotor notwendige MotorkQhler 25 angeordnet ist· In der dargestellten Betriebsphase des Heiz- und Kühlsystems besteht vom Lufteinlaß k eine Straraungsverbindung 28 entlang des Abgas-Ια Wärmetauschers 2k durch den Motarkühler 26 hindurch zum Heizungsstutzen 6 und von dort zu den Luftauslissen 8 und 1o, uielche zur Luftverteilung dienen· Um in das Fahrzeuginnere auch nicht erwärmte Frischluft leiten zu können, ist im Gehäuse 2 eine erste Bypassverbindung 3o vorgesehen, die unter Umgehung des Abgasuiirmetauschers 2k und des Motorkühlers 26 unmittelbar vom Lufteinlaß k zum Heizungsskitzen 5 fuhrt· Eine zweite Bypassverbindung 32 fuhrt unter Umgehung des Abgasuarraetauschers 2k zum Motorkuhler 26·

Um das erfindungsgem§6e Heiz- und Kühlsystem regeln und verstellen zu können, sind in ihm mehrere Klappen vorgesehen. In der zweiten Sypassverbindung 32 befindet sich eine thermostatisch gesteuerte Klappe 3k, die in der dargestellten Position die zuieite Bypassverbindung 32 verschließt· Die erste Bypassverbindung 3o ist ebenfalls verschlossen und zwar durch eine Klappe 36· Strömungsraäßig hinter dem Motorkuhler 26 befindet sich eine Klappe 38, durch die in der dargestellten Position eine Öffnung ko ins Freie versperrt ist· In der Stromungsverbindung ist eine entsprechende Klappe kZ vorgesehen, die in dargestellter Position eine Öffnung kk ins Freie versperrt·

Die Klappen 3k und kk sind miteinander gekoppelt und thermostatisch gesteuert· Diese Steuerung und Kopplung ist derart, daß die Klappen 3k . und kk stets synchron öffnen oder schließen und entweder beide vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen sind·

Das beschriebene Heiz- und Kühlsystem arbeitet wie folgt« Bei noch kaltem Motor, kalter Umgebungsluft und benötigter Heizung strömt ÄuSenluft in den Lufteinlaß k und gelangt Ober die StrSmungsverbindung 28 zum Abgaswärmetauscher 2k· Von dort strömt die Luft durch den Motorkuhler 26 und anschließend tdieder hoch zum Heizungsstutzen 6. Die Klappen 3k und 36 versperren die beiden Bypassverbindungen· Eine Verbindung nach außen besteht ebenfalls nicht, da die Klappen k2 und 38 sich in Schließstellung befinden. Da nach dem Starten des Motors sich das Auspuffrohr 18 sehr rasch eruiärmt, ist die durch den Abgaswärmetauscher Zk strömende Luft sehr schnell in der Lage, sich zu erwärmen und diese üJärme teilweise in den Motorkühler 26 und im übrigen in das Fahrzsuginnere zu leiten·

liiird die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors erreicht, dann öffnen sich die Klappen 34 und 42. Luft kann dann vom Lufteinlaß k durch die zweite Bypassverbindung 32 zum Motorkühler 26 und von dort zum Heizungsstutzen 6 strömen. Ein Teilluftstram strömt nach uiie vor durch die Strömungsverbindung 28 und dem Abgaswärmetauscher, gelangt jedoch nicht zum Motorkühlar 26, sondern verlißt das Gehäuse 2 Ober die Öffnung kk.

Steigt die Motortemperatur weiter, dann öffnet zusatzlich

die Klappe 38. Dadurch wird der Luftwiderstand des Heiz-

und Kühlsysteras geringer, so daß die durch den Motorkühler

26 strömende Luftraenge ansteigt und es deshalb zu einer

intensiveren Kühlung kommt.

Wenn keine Innenrauraheizung erwünscht ist, dann braucht lediglich die Klappe 36 in ihre nicht dargestellte zweite Endstellung bewegt zu werden· Die Klappe 38 Öffnet dann, so daß alle durch den Motorkühler 26 strömende Luft über die Öffnung ^o ins Freie gelangt·

!denn als Ausgangszustand der Motor kalt,die Umgebungsluft uarm und die Heizung aus ist, dann befindet sich die Klappe 36 ebenfalls in der nicht dargestellten zweiten

Ία Endstellung. In den Fahrzeuginnenraum wird dann ausschließlich vom Lufteinlaß k Ober die erste Bypassverbindung 3o durch den Heizungsstutzen 6 Frischluft geleitet. Eine Kopplung der Klappe 36 mit der Klappe sorgt dafür, daß die Klappe 3B zunächst leicht geöffnet ist. Die Klappen 34 und kk sind geschlossen.

AuBenluft strömt weiterhin vom Heizungsstutzen k über die Strömungsverbindung 28 zum Abgaswärmetauscher 24, von dort zum Motarkühler 26 und anschließend durch dia Öffnung ko ins Freie. Durch die tdärme des Abgasas erwarrat sich dieser Luftstrom rasch und heizt den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors beim Passieren des Motorkühlers 26 sehr rasch auf· Hat der Verbrennungsmotor seine Betriebstemperatur erreicht, öffnen sich die Klappen 3k und kZ_t so daß sder Abgaswärmetauscher 2k nicht mehr zur Erhöhung der Temperatur des Kühlkreislaufes beitragen kann» Steigt die Temperatur im Motorkühlkreislauf noch weiter an, dann öffnet die Klappe 38 weiter und regelt infolge einer thermo--Statischen Steuerung den Motorkühlkreislauf.

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Claims

21. Oktober 1983 8050

Anmelderin: Adam Opel Aktiengesellschaft, Rüsselsheim

Heiz- und Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug

Ansprüche

Heiz- und Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem wassergekühlten Verbrennungsmotor, einem von dem den Verbrennungsmotor kühlenden Wasser durchströmten Motorkühler, welcher in einem Gehäuse angeordnet ist, das fahrzeugaußenseitig einen Lufteinlaß und zumindest einen zum Innenraum führenden Heizungsstutzen hat, und in dem vor dem Motorkühler eine Heizeinrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein Abgaswärmetauscher (24) ist.
2. Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 1,

IS dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (2) hinter dem Motorkühler (26) Steuermittel (36, 38) zum wahlweisen Umlenken des durch den Motorkühler (26) strömenden Luftstromes zu einer Öffnung (40) ins Freie oder zum Heizungsstutzen (6) vorgesehen sind.
3. Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Lufteinlaß (4) eine den Motorkühler (26) und den Abgaswärmetauscher (24) umgehende erste Bypassverbindung (30) zum Heizungsstutzen (6) vorgesehen ist.
4. Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Lufteinlaß (4) eine den Abgaswärmetauscher (24) umgehende zweite Bypassverbindung (32) zum Motorkühler (26) vorgesehen ist.
5. Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, daß die über den Abgaswärmetauscher (24) führende Stromungsverbindung (28) zum Lufteinlaß (4) hin ständig offen ist und hinter dem Abgaswärmetauscher (24) eine von einer Klappe (42) gesteuerte Öffnung (44) besitzt.
6. Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,

dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (34) in der den Abgaswärmetauscher (24) umgehenden zweiten Bypassverbindung (32) und die Klappe (42) hinter dem Abgaswärmetauscher (24) miteinander derart gekoppelt und thermostatisch gesteuert sind, daß sie bei Überschreiten einer Temperaturschwelle synchron zueinander aus einer Schließstellung in eine Offenstellung schalten.