DE3826778A1 - Heizungsanlage fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dabei ist wesentlich, daß diese kraftfahr­ technische Heizungsanlage einen mit einem Kühlwasserkreislauf zur Kühlung des Kraftfahrzeugmotors verknüpften Heizkreislauf und eine mit einem Bren­ ner ausgestattete Zusatzheizung aufweist.

Es sind Heizungsanlagen für Kraftfahrzeuge bekannt, die zur Zirkulation des Kühlwassers durch einen im Kraftfahrzeuginnenraum angeordneten Heiz­ körper hindurch einen Kühlwasserkreislauf und zur Erwärmung des Kühlwas­ sers durch eine mit einem Brenner versehene Zusatzheizung einen mit dem Kühlwasserkreislauf verknüpften Heizkreislauf aufweisen (JP-A P 62-12 411).

Die Leitung des Kühlwassers in den Heizkreislauf wird bei der bekannten Heizunganlage durch ein 4/4-Wegeventil gemäß nachfolgender Beschreibung geregelt. Wird der Motor eines Kraftfahrzeugs bei niedrigen Außentempera­ turen gestartet, so benötigt er eine relativ lange Aufheizphase. In die­ sem Falle zirkuliert das Kühlwasser ausschließlich zwischen dem Heizkreis­ lauf und dem Heizkörper und erwärmt dabei schnell den Kraftfahrzeuginnen­ raum. Diese Zirkulation des Kühlwassers wird auch dann eingestellt, wenn beispielsweise ein Fahrzeuginsasse bei stillstehendem Motor schläft. Da­ durch wird der Gesamtkraftstoffverbrauch verringert.

Wenn der Motor bei einer bestimmten Betriebstemperatur arbeitet, wird die Zufuhr des Kühlwassers in den Heizkreislauf unterbrochen und das Kühlwas­ ser wird direkt zum Heizkörper geleitet.

Das 4/4-Wegeventil der bekannten Heizungsanlage ist in Fig. 8 der Zeichnung dargestellt. Dieses 4/4-Wegeventil weist zur Leitung des Kühlwassers zur Zu­ satzheizung eine Auslaßleitung A, zur Aufnahme des vom Heizkörper her strö­ menden Kühlwassers eine Einlaßleitung B, zur Leitung des Kühlwassers zum Heizkörper eine Auslaßleitung C und zur Aufnahme des vom Motor her strömen­ den Kühlwassers eine Einlaßleitung D auf. Die Auslaß- und Einlaßleitun­ gen A bis D sind in der genannten Reihenfolge und mit gleichen Winkelabstän­ den zueinander am Wegeventil vorgesehen. Das Wegeventil weist weiter einen Drehkörper F mit einem bogenförmig verlaufenden Durchgang E auf. Der Durch­ gang E verbindet jeweils zwei benachbarte Auslaß- und Einlaßleitungen A bis D miteinander und dient zur Änderung des Strömungsweges des zirkulie­ renden Kühlwassers. Wenn beispielsweise die Einlaßleitung D mit der Aus­ laßleitung A strömungsverbunden ist, strömt das Kühlwasser der Reihe nach durch den Motor, die Zusatzheizung und den Heizkörper. Wenn die Auslaßlei­ tung A mit der Einlaßleitung B strömungsverbunden ist, strömt das Kühlwas­ ser ausschließlich zwischen der Zusatzheizung und dem Heizkörper. Wenn je­ doch die Einlaßleitung D mit der Auslaßleitung C strömungsverbunden ist, zirkuliert das Kühlwasser ausschließlich zwischen dem Motor und dem Heiz­ körper.

Das Wegeventil der bekannten Heizungsanlage ist jedoch in der Praxis pro­ blematisch. Der im Drehkörper F ausgebildete gebogene Durchgang weist näm­ lich einen größeren Strömungswiderstand als ein gerader Durchgang auf und verringert daher die Durchflußrate des Kühlwassers durch das Wegeventil. Aufgrund dieser verringerten Durchflußrate ist die Heizleistung der bekann­ ten Heizungsanlage relativ gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungsanlage für Kraft­ fahrzeuge mit einer relativ hohen Heizleistung zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Heizungsanlage für Kraftfahrzeuge löst die zuvor auf­ gezeigte Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils von Anspruch 1.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten die Lehre der vorliegenden Erfin­ dung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nach­ folgende Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzug­ ten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Heizungsanla­ ge für Kraftfahrzeuge,

Fig. 2 bis 4 im Querschnitt, vergrößert, ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wegeventils der Heizungsanlage aus Fig. 1 in verschiedenen Be­ triebsstellungen,

Fig. 5 bis 7 im Querschnitt, vergrößert, ein zweites Ausführungsbeispiel ei­ nes Wegeventils der Heizungsanlage aus Fig. 1 in verschiedenen Betriebsstellungen und

Fig. 8 in einer Draufsicht, schematisch, ein aus dem Stand der Technik bekanntes Wegeventil.

Fig. 1 zeigt eine Heizungsanlage 1 für Kraftfahrzeuge. Zu der Heizungsanla­ ge 1 gehören ein Heizkörper 2 zur Abgabe der dem erwärmten Kühlwasser eines Motors 3 entnommenen Wärme an den Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs, ein Kühlwasserkreislauf 4 zur Zirkulation des Kühlwassers zwischen dem Mo­ tor 3 und dem Heizkörper 2 und ein etwa im mittleren Bereich des Kühlwas­ serkreislaufs 4 abgezweigter Heizkreislauf 5 zur Erwärmung des Kühlwassers mittels in einer Verbrennungsanlage erzeugter Wärme.

Der Heizkörper 2 ist in einem Gehäuse 6 eines Luftkonditionierers angeord­ net. Der Luftkonditionierer befindet sich im Fahrzeuginnenraum. Zur Erwär­ mung der Luft auf eine vorgegebene Temperatur findet ein Wärmetausch zwischen der zu wärmenden Luft und dem Kühlwasser statt, während einer­ seits die Luft, andererseits das Kühlwasser durch den Heizkörper 2 strö­ men. Im Gehäuse 6 sind ein Gebläse 7 zur Leitung der Luft zum Heizkör­ per 2, ein Verdampfer 8 zur Kühlung der Luft und eine Mehrzahl von Klap­ pen 9 zur Regulierung des Luftstromes vorgesehen. Das Gehäuse 6 weist einen als Defroster wirkenden Luftauslaß 10, einen die Luft in Richtung des Gesichts eines Fahrzeuginsassen leitenden oberen Luftauslaß 11 und einen die Luft in Richtung der Füße des Fahrzeuginsassen leitenden unteren Luft­ auslaß 12 auf.

Der Motor 3 weist zur Zirkulation eines Teils des den Motor 3 kühlenden Kühlwassers durch einen Kühler 13 einen sich zwischen dem Motor 3 und dem Kühler 13 erstreckenden Motorkühlkreislauf 14 auf. Zu dem Motorkühlkreis­ lauf 14 gehört ein Ventil 15 zur Regulierung des vom Motor 3 zu Motorkühl­ kreislauf 14 zu fördernden Kühlwassers. Diese Regulierung erfolgt derart, daß das Kühlwasser automatisch durch den Motorkühlkreislauf 14 zum Küh­ ler 13 gefördert wird, wenn die Temperatur des Kühlwassers einen vorgege­ benen Wert erreicht.

Der Kühlwasserkreislauf 4 weist zur Leitung eines Teils des Kühlwassers vom Motor 3 zum Heizkörper 2 eine Vorlaufleitung 16 und zur Rückleitung des Kühlwassers vom Heizkörper 2 zum Motor 3 eine Rücklaufleitung 17 auf. Ein als Vier-Wege-Ventil ausgeführtes Wegeventil 18 ist zur Änderung des Strö­ mungsweges des Kühlwassers zum Heizkreislauf 5 in einem mittleren Bereich der Vorlaufleitung 16 angeordnet.

Zu dem Heizkreislauf 5 gehören eine Zusatzheizung 19 und eine Pumpe 19 a. Die Pumpe 19 a ist in Strömungsrichtung des Kühlwassers gesehen vor der Zu­ satzheizung 19 angeordnet und dient zur Förderung des Kühlwassers zur Zu­ satzheizung 19. Die Zusatzheizung 19 weist einen Brenner 20, einen Kraft­ stofftank 21, eine Kraftstoffpumpe 21 a zur Förderung des Krafstoffs vom Kraftstofftank 21 zum Brenner 20 und ein Gebläse 22 zur Versorgung des Brenners 20 mit Luft auf. Das Verbrennungsgas wird über eine Abgasleitung 23 ausgestoßen. Das erwärmte Kühlwasser wird zu dem sich zwischen dem Heiz­ körper 2 und dem Wegeventil 18 erstreckenden Teil der Vorlaufleitung 16 zurückgeleitet.

Das Wegenventil 18 weist gemäß der Darstellungen in den Fig. 2 bis 4 ein in Form eines zylindrischen Drehkörpers 24 ausgebildetes Ventilelement auf. Der Drehkörper 24 hat einen kreisförmigen Querschnitt und ist in einem Ventilgehäuse 25 angeordnet. Das Ventilgehäuse 25 weist zur Aufnahme des vom Motor 3 her strömenden Kühlwassers eine erste Einlaßöffnung 26 und zur Leitung des Kühlwassers zum Heizkörper 2 eine erste Auslaßöffnung 27 auf. Die erste Einlaßöffnung 26 und die erste Auslaßöffnung 27 sind einan­ der gegenüber angeordnet. Sobald die erste Einlaßöffnung 26 über den Dreh­ körper 24 mit der ersten Auslaßöffnung 27 strömungsverbunden ist, wird das vom Motor 3 her strömende Kühlwasser über die Vorlaufleitung 16 direkt zum Heizkörper 2 geleitet. Das Ventilgehäuse 25 weist weiter eine mit ei­ ner von einem Bereich der Rücklaufleitung 17 abgezweigten Einlaßleitung verbundene zweite Einlaßöffnung 28 und eine mit einer Zuführleitung 5 a des Heizkreislaufs 5 verbundene zweite Auslaßöffnung 29 auf. Die zweite Einlaßöffnung 28 und die zweite Auslaßöffnung 29 sind einander gegenüber angeordnet. Die Mittellinien der ersten Einlaßöffnung 26 und der ersten Auslaßöffnung 27 verlaufen rechtwinklig zu den Mittellinien der zweiten Einlaßöffnung 28 und der zweiten Auslaßöffnung 29.

Die erste Einlaßöffnung 26, die zweite Auslaßöffnung 29, die erste Auslaßöffnung 27 und die zweite Einlaßöffnung 28 sind in der genannten Reihenfolge im Uhrzeigersinn mit gleichen Abständen am Umfang des Ventilgehäuses 25 angeordnet.

Der Drehkörper 24 des Wegenventils 18 weist einen Durchgang 30 und eine Aus­ sparung oder Ausnehmung 31 auf. Der Durchgang 30 verläuft gerade in radia­ ler Richtung und erstreckt sich quer durch den Drehkörper 24, d. h. der Durchgang 30 verläuft durch die Drehachse des Drehkörpers 24. Die Ausneh­ mung 31 ist bogenförmig im Randbereich des Drehkörpers 24 ausgebildet und erstreckt sich im wesentlichen parallel zu dem radial verlaufenden Durch­ gang 30. Da der Durchgang 30 gerade ausgebildet ist, kann er leicht durch Bohren hergestellt werden. Auch die bogenförmige Ausnehmung 31 läßt sich beispielsweise durch Wegschneiden eines Randbereichs des Drehkörpers 24 leicht herstellen. Folglich ist der Drehkörper 24 leicht zu fertigen und daher preiswert. Im Gegensatz dazu ist der mit dem gebogenen Durchgang E gemäß Fig. 8 versehene bekannte Drehkörper 24 schwierig herzustellen und somit teuer.

Der Drehkörper 24 wird schrittweise um einen vorgegebenen Winkel durch ge­ eignete Erregung eines in den Figuren nicht gezeigten Elektromagneten be­ wegt.

Die zuvor erläuterte Heizungsanlage 1 arbeitet folgendermaßen:

Für den Fall, daß die Außentemperatur einen vorgegebenen Temperaturgrenz­ wert nicht unterschreitet, bleibt die Zusatzheizung 19 ausgeschaltet und das Kühlwasser wird durch den Kühlwasserkreislauf 4 geleitet. Dabei wird das Kühlwasser ausschließlich durch die Wärme des Motors 3 erwärmt. In diesem Falle befindet sich der Drehkörper 24 in der in Fig. 2 gezeigten Position, so daß die erste Einlaßöffnung 26 über den radial verlaufenden Durchgang 30 mit der ersten Auslaßöffnung 27 strömungsverbunden ist. Da­ bei kann das Kühlwasser ohne übermäßigen Strömungswiderstand durch das We­ geventil 18 hindurchströmen.

Wenn der Fahrzeuginnenraum geheizt werden soll, sobald der Motor 3 bei niedriger Außentemperatur gestartet wird, wird das vom Motor 3 her strö­ mende Kühlwasser zur Erwärmung und späteren Leitung zum Heizkörper 2 zu der Zusatzheizung 19 geleitet. Das bedeutet, daß das Kühlwasser sowohl vom Motor 3 als auch von der Zusatzheizung 19 erwärmt wird. Dazu wird ausgehend von der in Fig. 2 dargestellten Stellung des Drehkörpers 24 der Drehkörper 24 im Gegenuhrzeigersinn um 45°, d. h. um einen in Fig. 3 mit einem Pfeil G dargestellten Winkel aus der in Fig. 2 dargestellten Position gedreht und dabei wird die erste Einlaßöffnung 26 über die bogenförmige Ausneh­ mung 31 mit der zweiten Auslaßöffnung 29 verbunden. Während ein später beschriebener schneller Heizkreislauf aktiviert ist, wird der in Fig. 3 dargestellte Strömungspfad des Kühlwassers auch dann aufrechterhalten, wenn das Kühlwasser eine Temperatur von etwa 70°C erreicht hat. Sobald das Kühlwasser eine Temperatur von etwa 85°C überschritten hat, wird die Leitung des Kühlwassers in den Heizkreislauf 5 gemäß der Darstellung in Fig. 2 unterbrochen.

Wird bei extrem niedriger Kühlwassertemperatur bei anlaufendem Motor 3 eine schnelle Erwärmung des Fahrzeuginnenraumes gewünscht, oder will der Fahrer im Fahrzeuginnenraum unter behaglichen Bedingungen schlafen, dann wird das Kühlwasser ausschließlich zwischen dem Heizkörper 2 und dem Heizkreislauf 5 zirkuliert. Bei dieser Zirkulation des Kühlwassers ist es nicht länger er­ forderlich, den Motor 3 in Betrieb zu halten. Durch Abschalten des Motors 3 wird eine erhebliche Kraftstoffeinsparung erreicht. In diesem in Fig. 4 ge­ zeigten Falle wird der Drehkörper 24 aus der in Fig. 2 dargestellten Posi­ tion im Gegenuhrzeigersinn um 90°, d. h. um einen in Fig. 4 durch einen Pfeil H dargestellten Winkel gedreht. Dabei wird die zweite Einlaßöff­ nung 28 über den gerade, in radialer Richtung verlaufenden Durchgang 30 mit der zweiten Auslaßöffnung 29 strömungsverbunden, wobei das Kühlwasser im Wegeventil 18 keinem wesentlichen Strömungswiderstand unterworfen ist.

Gemäß voranstehender Beschreibung wird der Drehkörper 24 aus der in Fig. 2 gezeigten anfänglichen Position heraus um einen Winkel von 90° in die in Fig. 4 gezeigte Position einem Schritt gedreht. Im Gegensatz zu dem Drehkörper 24 nach der Lehre der Erfindung muß der Drehkörper F des kon­ ventionellen Wegeventils aus seiner in Fig. 8 dargestellten Ausgangsposi­ tion um einen Winkel von 270° in einem Schritt gedreht werden, damit die Einlaßleitung B mit der Auslaßleitung C strömungsverbunden ist. Hingegen läßt sich der Drehkörper 24 der erfindungsgemäßen Heizungsanlage 1 schnell durch eine kleine oder kompakte elektromagnetische Stelleinrichtung ein­ stellen.

Die Heizungsanlage 1 wird am häufigsten derart betrieben, daß das Kühlwas­ ser ausschließlich zwischen dem Heizkörper 2 und dem Motor 3 zirkuliert oder derart, daß die Zusatzheizung 19 genutzt wird. In beiden Fällen strömt das Kühlwasser durch das Wegeventil 18 durch den gerade, in radialer Rich­ tung verlaufenden Durchgang 30, wodurch der durch das Wegenventil 18 verur­ sachte Druckabfall geringer gehalten wird.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen ein modifiziertes Wegeventil 40 der erfindungsge­ mäßen Heizungsanlage 1. Das modifizierte Wegeventil 40 weist einen Drehkör­ per 42 mit einem gerade, in radialer Richtung verlaufenden Durchgang 44 und einer bogenförmigen Ausnehmung 46 im Randbereich des Drehkörpers 42 auf. Der Durchgang 44 öffnet sich auf einer Seite in die bogenförmige Aus­ nehmung 46. Weitere bauliche Einzelheiten des Wegeventils 40 stimmen mit denen des Wegeventils 18 des zuvor erläuterten Ausführungsbeispiels über­ ein, so daß entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

In der in Fig. 5 gezeigten Stellung des Drehkörpers 42 sind die erste Ein­ laßöffnung 26 und die erste Auslaßöffnung 27 miteinander strömungsverbunden. Dabei befinden sich die Ausnehmung 46 mit der ersten Einlaßöffnung 26 und der Durchgang 44 mit der ersten Auslaßöffnung 27 in Deckung.

Soll die erste Einlaßöffnung 26 mit der zweiten Auslaßöffnung 29 gemäß Fig. 6 strömungsverbunden werden, wird der Drehkörper 42 im Uhrzeigersinn aus der in Fig. 5 gezeigten anfänglichen Position heraus um einen Winkel von 45° in einem Schritt gemäß dem in Fig. 6 gezeigten Pfeil J gedreht. Dabei wird die erste Einlaßöffnung 26 über die Ausnehmung 46 mit der zwei­ ten Auslaßöffnung 29 strömungsverbunden.

Soll die zweite Einlaßöffnung 28 mit der zweiten Auslaßöffnung 29 gemäß der Darstellung in Fig. 7 strömungsverbunden werden, so ist ausgehend von der in Fig. 5 dargestellten Ausgangsposition der Drehkörper 42 im Uhrzei­ gersinn um 90° in einem Schritt zu drehen. Dabei werden die zweite Einlaß­ öffnung 28, der Durchgang 44, die Ausnehmung 46 und die zweite Auslaßöff­ nung 29 in eine Position gebracht, in der sie miteinander fluchten.

Die zahlreichen zuvor erläuterten, mit der ersten Ausführungsform des Wege­ ventils 18 erreichten Vorteile können ebenso durch die zweite Ausführungs­ form, d. h. das Wegeventil 40 erreicht werden.

Claims (5)

1. Heizungsanlage (1) für Kraftfahrzeuge, wobei zum Heizen eines Kraft­ fahrzeuginnenraumes Kühlwasser vom Motor (3) des Kraftfahrzeuges und/oder von einer motorunabhängigen Zusatzheizung (19) zu einem Heizkörper (2) ge­ leitet wird, mit einem Kühlwasserkreislauf (4) zur Zirkulation des Kühl­ wassers zwischen dem Motor (3) und dem Heizkörper (2), wobei der Kühlwas­ serkreislauf (4) eine Vorlaufleitung (16) zur Leitung des Kühlwassers vom Motor (3) zum Heizkörper (2) und eine Rücklaufleitung (17) zur Leitung des Kühlwassers vom Heizkörper (2) zum Motor (3) aufweist, mit einem von der Vorlaufleitung (16) abgezweigten Heizkreislauf (5) zur Umleitung des Kühlwassers zur Zusatzheizung (19), wobei der Heizkreislauf (5) eine Zu­ führleitung (5 a) zur Leitung des Kühlwassers von der Vorlaufleitung (16) zur Zusatzheizung (19) und eine Rückführleitung (5 b) zur Rückleitung des Kühlwassers von der Zusatzheizung (19) zur Vorlaufleitung (16) aufweist und wobei das im Heizkreislauf (5) strömende Kühlwasser durch die Zusatz­ heizung (10) erwärmt wird, und mit einem an einer Verbindung zwischen der Vorlaufleitung (16) und der Zuführleitung (5 a) angeordneten Vier-Wege-Ven­ til (18) zur Änderung des Strömungsweges des Kühlwassers, wobei das Vier- Wege-Ventil (18) ein Ventilgehäuse (25) und einen im Ventilgehäuse (25) angeordneten Drehkörper (24, 42) aufweist und wobei das Ventilgehäuse (25) eine mit einem vom Motor (3) her führenden Teil der Vorlaufleitung (16) verbundene erste Einlaßöffnung (26), eine mit einem zum Heizkörper (2) führenden Teil der Vorlaufleitung (16) verbundene erste Auslaßöffnung (27), eine mit einem mittleren Bereich der Rücklaufleitung (17) verbundene zwei­ te Einlaßöffnung (28) und eine mit der Zuführleitung (5 a) verbundene zwei­ te Auslaßöffnung (29) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Auslaßöffnung (27) der ersten Einlaßöffnung (26) und die zweite Auslaßöffnung (29) der zweiten Einlaßöffnung (28) gegenüberliegt und der Drehkörper (24, 42) einerseits zur Verbindung von zwei sich gegen­ überliegenden Einlaß- und Auslaßöffnungen (26, 27 bzw. 28, 29) einen ge­ raden, in radialer Richtung verlaufenden Durchgang (30, 44) und anderer­ seits zur Verbindung von zwei benachbarten Einlaß- und Auslaßöffnun­ gen (26, 29) eine im Randbereich des Drehkörpers (24, 42) vorgesehene bo­ genförmige Ausnehmung (31, 46) aufweist.

2. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ge­ rade, in radialer Richtung verlaufende Durchgang (30) und die bogenförmige Ausnehmung (31) sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken.

3. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gerade, in radialer Richtung verlaufende Durchgang (44) mit einem Ende in die teilkreisförmige Ausnehmung (46) mündet.

4. Heizungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der gerade, in radialer Richtung verlaufende Durchgang (30, 44) durch die Drehachse des Drehkörpers (24, 42) hindurch verläuft.

5. Heizungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einlaßöffnungen (26, 28) und die Auslaßöffnungen (27, 29) in gleichen Abständen voneinander am Umfang des Ventilgehäuses (25) angeordnet sind und daß sich die teilkreisförmige Ausnehmung (31, 46) zur Verbindung von zwei benachbarten Einlaß- und Auslaßöffnungen (26, 29) über ein Viertel des gesamten Umfanges des Drehkörpers (24, 42) erstreckt.