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Beschreibung
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Die Erfindung befaßt sich mit einer Heizung für Kraftfahrzeuge, die
insbesondere zur Beheizung des Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, wie eines Personenkraftwagens
dient.
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Aus DE-OS 31 25 709 ist eine Heizvorrichtung für den Fahrgastraum
eines Kraftfahrzeugs bekannt geworden, bei der im Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine
eine Umwälzpumpe und ein motorunabhängiges Heizgerät einem Wärmetauscher vorgeschaltet
ist, der die Wärme für die Aufwärmung des Fahrgastraums liefert und dem Fahrzeug
ein Heizgebläse zugeordnet ist. Um einen schnellen Anstieg der Kühlmitteltemperatur
zur raschen Erhöhung der Temperatur im Fahrgastraum zu erzielen, ist wenigstens
eine den Motorkühlkreislauf umgehende Bypaßleitung vorgesehen, um eine Aufwärmung
des gesamten Kühlmittels im Kühlkreislauf, insbesondere im Motorblock der Brennkraftmaschine
zu vermeiden. Zum Öffnen und Schließen dieser Bypaßleitung sind Thermostatventile
vorgesehen, die verhindern, daß das kalte Kühlmittel im Motorblock in den Heizkreislauf
und insbesondere zum Wärmetauscher desselben gelangt. Zur Temperatursteuerung des
Thermostatventils ist ein Temperatursensor vorgesehen. Somit ist bei dieser Heizvorrichtung
wenigstens eine zusätzliche Bypaßleitung sowie Thermostatventile zum Öffnen und
Schließen derselben erforderlich, so daß eine solche Heizvorrichtung einen komplizierten
Aufbau hat und hierdurch
bedingt auch störungsanfällig ist.
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Hierbei handelt es sich um einen Inline-Einbau eines motorunabhängigen
Heizgeräts, bei dem das motorunabhängige Heizgerät in den Kühlmittelkreislauf der
Brennkraftmaschine, der auch die Fahrzeugheizungsanlage mit dem Fahrzeug-Wärmetauscher
enthält, derart integriert ist, daß es vom Kühlmittel durchströmt wird.
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Es hat sich gezeigt, daß es bei Inline-Einbau relativ lange dauert,
bis dem Fahrzeuginnenraum Wärme zugeführt werden kann. Ganz generell kann man sagen,
daß bei größerem Hubraum der Brennkraftmaschine auch die Zeit vom Einschalten der
Heizung bis zur Wärmeabgabe in den Fahrzeuginnenraum länger wird, da üblicherweise
das Fahrzeugheizungsgebläse erst dann automatisch eingeschaltet wird, wenn eine
Kühlmitteltemperatur von z.B. 500C erreicht ist.
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Die Erfindung zielt darauf ab, eine Heizung für Kraftfahrzeuge und
insbesondere zur Beheizung des Fahrgastraums zu schaffen, die eine möglichst schnelle
Wärmezufuhr zum Fahrzeuginnenraum ermöglicht und deren Einbauaufwand wesentlich
reduziert ist.
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Hierzu weist nach der Erfindung die Heizung für Kraftfahrzeuge einen
Temperaturfühler im Kühlmittelkreislauf und eine mit diesem verbundene Steuereinrichtung
auf, die die Drehzahl
der Umwälzpumpe in Abhängigkeit von der durch
den Temperaturfühler ermittelten Kühlmitteltemperatur herabsetzt, wenn diese Kühlmitteltemperatur
niedriger als ein vorbestimmter Wert ist. Bei der erfindungsgemäßen Heizung können
somit Kühlmittelleitungen, wie den Motorkühlkreislauf umgehende Bypaßleitungen sowie
darin vorgesehene Ventile vermieden werden. Durch die Herabsetzung der Drehzahl
der Umwälzpumpe im Heizkreislauf der Heizung wird das Kühlmittel mit dem motorunabhängigen,
brennstoffbetriebenen Heizgerät schnell auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt,
bei der das Fahrzeugheizungsgebläse zugeschaltet wird, so daß in den Fahrgastraum
möglichst bald nach dem Einschalten der Heizung Warmluft eingeleitet werden kann.
Insbesondere in kalten Jahreszeiten ermöglicht somit das brennstoffbetriebene Heizgerät,
daß der Fahrgastraum schnell nach Einschalten des Heizgeräts beheizt werden kann.
Hierdurch erhält man eine komfortable Beheizung des Fahrgastraums.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung derart ausgelegt, daß mit steigender
Kühlmitteltemperatur die Drehzahl der Umwälzpumpe erhöht wird, und zwar entweder
stufenlos oder stufenweise. Bei der stufenweisen Erhöhung der Drehzahl erfolgt zweckmäßigerweise
eine Kopplung mit den Betriebszuständen des Heizgeräts, die durch eine dem Heizgerät
zugeordnete Steuerung geregelt werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausbildungsform nach der Erfindung ergibt
sich dann, wenn die Steuereinrichtung beispielsweise einen Vorwiderstand der Umwälzpumpe
ansteuert, der die Drehzahl der Umwälzpumpe herabsetzt. Wenn mit Hilfe des Temperaturfühlers
dann das Erreichen einer vorbestimmten Kühlmitteltemperatur von z.B. 500C festgestellt
wird, so wird der Vorwiderstand durch Ausschalten unwirksam und die Drehzahl der
Umwälzpumpe steigt wieder auf die übliche Betriebsdrehzahl an.
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Wenn das motorunabhängige, brennstoffbetriebene Heizgerät eine Steuerung
für mehrere Lastbereiche und zum geregelten Einschalten eines Fahrzeuggebläses für
die Lieferung der Wärme an den Fahrgastraum aufweist, so ist die Auslegung der Heizung
zweckmäßig derart getroffen, daß der Vorwiderstand der Umwälzpumpe beim Einschalten
des Heizungsgebläses unwirksam wird.
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Bei dieser kombinierten Auslegungsform unter Verwendung eines mit
einer Steuerung ausgestatteten Heizgeräts benötigt man daher zur Verwirklichung
des Erfindungsgedankens lediglich noch einen Vorwiderstand für die Umwälzpumpe,
während die Aktivierung und Desaktivierung des Vorwiderstandes direkt von der Steuereinrichtung
des motorunabhängigen Heizgeräts bewirkt wird.
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Eine weitere wesentliche Vereinfachung insbesondere hinsichtlich der
Montage erhält man dann, wenn in Weiterbildung der
Erfindung die
Umwälzpumpe im motorunabhängigen Heizgerät selbst integriert ist und für die Temperaturermittlung
gegebenenfalls ein ohnedies im Heizgerät vorhandener Temperaturfühler genutzt wird.
Bei dieser Auslegungsform braucht also lediglich ein Heizgerät, wie ein Wasserheizgerät,
als motorunabhängiges, brennstoffbetriebenes Heizgerät im Kühlmittelkreislauf, vorzugsweise
dem Fahrzeugwärmetauscher vorgeschaltet, eingebaut zu werden. Man benötigt somit
weder zusätzliche Bypaßleitungen noch Ventile oder gar zusätzliche Aggregate, wie
Pumpen o.dgl., die gesondert im Kühlmittelkreislauf in bisher üblicher Weise angeordnet
waren.
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Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf
die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt: Fig. 1 eine schematische
Ansicht einer Kraftfahrzeugheizung zur Beheizung des Fahrgastinnenraums gemäß der
Erfindung in Form eines Blockschaltbildes, Fig. 2 eine schematische Ansicht einer
Ausführungsvariante der Heizung, bei der die Umwälzpumpe und der Temperaturfühler
im motorunabhängigen Heizgerät integriert sind, Fig. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung
der temperaturabhängigen Drehzahlregelung der Umwälzpumpe,
Fig.
4 ein Diagramm zur Verdeutlichung einer weiteren Ausführungsvariante der temperaturabhängigen
Regelung der Drehzahl der Umwälzpumpe, Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung einer
temperaturabhängigen Regelung der Drehzahl der Umwälzpumpe mit einer schrittweisen
Regelung und Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Ausführungsvariante einer Heizung
nach der Erfindung, bei der zur Drehzahlregelung der Umwälzpumpe ein Vorwiderstand
verwendet wird, der in Abhängigkeit von der Steuereinrichtung des brennstoffbetriebenen
Heizgeräts aktiviert oder desaktiviert werden kann.
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In Fig. 1 ist ein Beispiel eines Kühlmittelkreislaufs mit einer Heizung
für Kraftfahrzeuge gezeigt. Das Kühlmittel zur Kühlung eines Motorblocks 4 tritt
über einen Kühlmittelauslaß 2 aus und geht über ein Thermostatventil 5 zum Kühler
1. Der Auslaß des Kühlers wird mit einem Kühlmitteleinlaß 3 am Motorblock 4 verbunden,
wobei diesem Bereich auch eine motorbetriebene Umwälzpumpe 7 zugeordnet ist. Wenn
die Kühlmitteltemperatur niedriger als sein vorbestimmter Wert ist, ist das Thermostatventil
5 geschlossen, um eine Wärmeabfuhr über den Kühler 1 zu verhindern. Das Kühlmittel
strömt dann vom Kühlmittelauslaß 2 über eine den Kühler 1 umgehende Bypaßleitung
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zum Kühlmitteleinlaß 3 zurück. Sobald der vorbestimmte Temperaturwert für das Kühlmittel
überschritten wird, öffnet das Thermostatventil 5 und das Kühlmittel strömt dann
über den Kühler 1 zum Kühlmitteleinlaß 3 zurück.
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Uber einen weiteren Kühlmittelauslaß 8 wird Kühlmittel vom Motorblock
4 mit Hilfe der motorbetriebenen Umwälzpumpe 7 in den insgesamt mit 9 bezeichneten
Heizkreislauf gefördert. Dieser Heizkreislauf 9 enthält eine Umwälzpumpe 10, ein
motorunabhängiges, brennstoffbetriebenes Heizgerät 11 und einen Wärmetauscher 14,
einen sogenannten Fahrzeugwärmetauscher, dem ein Fahrzeugheizungsgebläse 15 zugeordnet
ist, bei dessen Einschaltung mit Hilfe des Wärmetauschers 14 Wärme an einen Fahrzeuginnenraum
16 abgegeben wird, der in Fig.1 schematisch durch den rechts liegenden Teil der
strichpunktierten Linie angedeutet ist. Das Heizgerät 11 hat einen Einlaß 12 und
einen Auslaß 13. Die Austrittsseite des Wärmetauschers 14 ist mit dem Bereich des
Kühlmitteleinlasses 3 zur Schliessung des Kühlmittelkreislaufes verbunden.
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Mit 17 ist in Fig. 1 ein Temperaturfühler gezeigt, der im Heizkreislauf
9 an irgendeiner geeigneten Stelle, wie z.B.
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vor dem Einlaß des Wärmetauschers 14 oder zwischen dem Heizgerät 11
und dem Wärmetauscher 14 angeordnet ist. Der Ausgang des Temperaturfühlers 17 ist
mit einer Steuereinrichtung 18 verbunden, deren Ausgang mit der Umwälzpumpe 10 verbunden
ist.
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Die Steuereinrichtung 18 ist derart beschaffen, daß sie bei Unterschreiten
einer Kühlmitteltemperatur von beispielsweise etwa 500C die Drehzahl der Umwälzpumpe
herabsetzt. Ferner kann die Steuereinrichtung 18 die Drehzahl stufenweise oder stufenlos
bis zur üblichen Nenndrehzahl der Umwälzpumpe 10 erhöhen.
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Wenn eine vorbestimmte Temperatur des Kühlmittels von beispielsweise
500C erreicht wird, kann dann die Umwälzpumpe 10 mit üblicher Nenndrehzahl konstant
weiterarbeiten.
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Durch die nach der Erfindung vorgesehene Drehzahlregelung der Umwälzpumpe
10 in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur wird erreicht, daß bei verminderter
Drehzahl der Umwälzpumpe 10 das Kühlmittel langsamer durch das Heizgerät 11 strömt,
so daß es dort im Vergleich mit der üblichen Nenndrehzahl schneller erwärmt wird.
Somit kann der Wärmetauscher 14 in Verbindung mit dem Fahrzeugheizungsgebläse 15
wesentlich früher als bisher üblich Wärme an den Fahrzeuginnenraum 16 abgeben. Hierdurch
wird der Heizungskomfort einer solchen Heizungsanlage verbessert, da nach dem Start
äußerst schnell der Fahrzeuginnenraum 16 aufgeheizt werden kann.
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Nähere Einzelheiten der nach der Erfindung vorgesehenen temperaturabhängigen
Regelung der Drehzahl der Umwälzpumpe 10 werden nachstehend anhand den Fig. 3 bis
5 näher erläutert.
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Bei der in Fig. 2 schematisch angedeuteten Ausführungsvariante
einer
Heizung, bei der nur der Heizkreislauf 9 in Verbindung mit dem Motorblock 4 gezeigt
ist, ist in Abweichung zu Fig. 1 ein Heizgerät 11' im Inline-Einbau vorgesehen,
das schon herstellerseitig eine Umwälzpumpe 10' und einen Temperaturfühler 17' enthält.
Der Temperaturfühler 17' ist im Bereich des Auslasses 13 des Heizgeräts 11' angeordnet.
Über die Steuereinrichtung 18, die in Verbindung mit dem Temperaturfühler 17' steht,
wird dann die Drehzahl der im Heizgerät 11' eingebauten Umwälzpumpe 10' ähnlich
wie bei der vorangehenden Ausführungsform geregelt.
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In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsvariante in Weiterbildung der
Ausführungsform nach Fig. 2 dargestellt, bei der ein Heizgerät 11" im Inline-Einbau
vorgesehen ist, das zusätzlich zu der Umwälzpumpe 10' und dem Temperaturfühler 17'
auch eine Steuerung 19 hat, die den Betrieb des Heizgeräts 11" steuert und regelt.
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Mit dieser Steuerung 19 ist dann bereits üblicherweise der im Heizgerät
11" integrierte Temperaturfühler 17' verbunden.
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Ein Ausgang dieser Steuerung 19, die auch die Funktion der Steuereinrichtung
18 bei den vorangehenden Ausführungsformen übernimmt, ist beispielsweise über einen
Vorwiderstand 20 mit der Umwälzpumpe 10' oder der Umwälzpumpe 10 in Fig. 1 verbunden.
Wenn der Temperaturfühler 17' beispielsweise eine Temperatur von kleiner 500C mißt,
bei der das Fahrzeugheizungsgebläse 15 eingeschaltet wird, das dem Wärmetauscher
14 zugeordnet ist, so ist der Vorwiderstand 20 wirksam und die Drehzahl der Umwälzpumpe
10 bzw. 10' wird in entsprechender Weise herabgesetzt. Sobald beispielsweise die
Einschalttemperatur für das Fahrzeugheizungsgebläse 15 überschritten wird, wird
der Vorwiderstand 20 umgangen und ist daher unwirksam, so daß die Umwälzpumpe 10
bzw. 10' nunmehr mit ihrer üblichen Betriebsdrehzahl betrieben wird. Eine solche
Auslegung bringt den Vorteil mit sich, daß man bei einem motorunabhängigen Heizgerät
11", das eine ohnedies vorhandene Steuerung 19 besitzt, diese Steuerung 19 gleichzeitig
als Steuereinrichtung 18 für die Drehzahlregelung der Umwälzpumpe 10 bzw. 10' nutzen
kann, so daß man lediglich noch zusätzlich eine Schaltverbinding über einen Vorwiderstand
20 zwischen der Steuerung 19 und der Umwälzpumpe 10 bzw. 10' benötigt.
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Anhand den Fig. 3 bis 5 wird ein Beispiel die Funktionsweise der temperaturabhängigen
Drehzahlregelung der Umwälzpumpe 10 bzw. 10' näher erläutert.
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Bei dem Diagramm nach Fig. 3 ist die Drehzahl nup der Umwälzpumpe
10 bzw. 10' über der Temperatur T des Kühlmittels, gemessen in OC, aufgetragen.
Bei einer Temperatur des Kühlmittels von beispielsweise -400C hat die Umwälzpumpe
10 bzw. 10' beispielsweise eine Drehzahl von 100 Upm. Bei dem Beispiel aus Fig.
3 erhöht sich diese Drehzahl, wie in durchgezogener Linie dargestellt ist, beispielsweise
linear, wenn die Kühlmitteltemperatur T allmählich ansteigt. Bei einer Temperatur
von etwa 500C, bei der das Fahrzeugheizungsgebläse 15 eingeschaltet wird, ist dann
die übliche Nenndrehzahl der Umwälzpumpe 10 bzw. 10' erreicht und sie arbeitet mit
dieser Nenndrehzahl konstant weiter. In unterbrochenen Linien sind in Fig. 3 weitere
lineare Anstiegslinien für die Drehzahl der Umwälzpumpe 10, 10' beispielsweise eingetragen,
die im Vergleich zu der durchgezogenen Linie andere Steigungen haben.
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Die Steigung läßt sich bei der erfindungsgemäßen Regelung auf die
jeweiligen Gegebenheiten und insbesondere auch auf den Fahrzeugtyp abstellen.
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In Fig. 4 ist in Abweichung von Fig. 3 eine nichtlineare Abhängigkeit
der Drehzahländerungen der Umwälzpumpe 10 bzw. 10' für den Bereich zwischen etwa
-400C und +500C der Kühlmitteltemperatur
T gezeigt. Bei dem Beispiel
nach Fig. 5 wird davon ausgegangen, daß eine Steuerung 19 hnlich Fig.6 vorgesehen
ist, die dort mit 19 bezeichnet ist und die verschiedene Schaltschwellen vorsieht.
Als eine Schaltschwelle ist beispielsweise jene von etwa 300C bezeichnet, bei der
das Fahrzeugheizungsgebläse 15 eingeschaltet wird. Eine weitere Schaltschwelle ist
maßgebend für die Umschaltung der vom Heizgerät 11 bzw. 11' oder 11" gelieferten
Heizleistung, und zwar vom Teillastbetrieb auf den Vollastbetrieb und umgekehrt.
Ferner ist eine weitere Schaltschwelle vorgegeben, die maßgebend für eine Regelpause
bei der Heizleistungsregelung ist.
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Unter den vorstehend genannten Voraussetzungen wird die Drehzahl der
Umwälzpumpe 10 bzw. 10' stufenweise geregelt, und zwar so, daß beispielsweise in
dem Temperaturbereich von -40 bis etwa +300C des Kühlmittels eine Drehzahl von etwa
100 Upm konstant eingestellt bleibt. Bei dieser Schaltschwelle, bei der beispielsweise
das Fahrzeugheizungsgebläse 15 eingeschaltet wird, wird dann die Drehzahl der Umwälzpumpe
10 bzw. 10' auf eine nächst höhere Stufe erhöht. Im Teillastbereich der Heizleistungsregelung
bzw. bei der Schaltschwelle für diesen Teillastbetrieb wird die Drehzahl wiederum
um eine weitere Stufe angehoben. Eine Erhöhung auf die Nenndrehzahl der Umwälzpumpe
10 bzw. 10' in einer weiteren Stufe erfolgt dann schließlich mit der Schaltschwelle
für die Regelpause.
Abweichend von den vorangehenden Ausführungsvarianten
sind natürlich auch Teilkombinationen derselben möglich, so daß beispielsweise auch
eine stufenlose mit einer stufenweisen Drehzahlregelung der Umwälzpumpe 10 bzw.
10' kombiniert werden kann und/oder daß ein linearer Drehzahlanstieg mit einem nichtlinearen
kombiniert werden kann.
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Ferner können auch die Ausführungsbeispiele anhand den Fig. 1, 2 und
6 derart kombiniert werden, daß eine Umwälzpumpe gesondert vom Heizgerät 11' oder
11" im Heizkreislauf 9 angeordnet ist. Ähnliches gilt auch für den Temperaturfühler
17'.
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Bezugszeichen 1 Kühler 2 Kühlmittelauslaß 3 Kühlmitteleinlaß 4 Motorblock
5 Thermostatventil 6 Bypaßleitung 7 Motorbetriebene Umwälzpumpe 8 Weiterer Kühlmittelauslaß
am Motorblock 4 9 Heizkreislauf insgesamt 10 Umwälzpumpe in Fig. 1 10' Umwälzpumpe
in Fig. 2 und Fig. 6 11 Motorunabhängiges Heizgerät in Fig. 1 11' Motorunabhängiges
Heizgerät in Fig. 2 11" Motorunabhängiges Heizgerät in Fig. 6 12 Einlaß 13 Auslaß
14 Wärmetauscher bzw. Fahrzeugwärmetauscher 15 Fahrzeugheizungsgebläse 16 Fahrzeuginnenraum
17 Temperaturfühler in Fig. 1 17' Temperaturfühler in Fig. 2 und Fig. 6 18 Steuereinrichtung
19 Steuerung in Fig. 6 20 Vorwiderstand
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