DE3900255C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugheizungsanlage in einem Fahrzeugkühlmittelkreis­ lauf gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie eine Fahrzeugheizungsanlage gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 3.

Aus DE-OS 35 21 372 ist eine Heizung für Kraftfahrzeuge bekannt, die im Inline-Einbau eines Kühlmittelkreislaufes ein motorunabhängiges, brennstoffbetriebenes Heizgerät in Verbindung mit einem Fahrzeugwärmetauscher und einem Fahr­ zeugheizungsgebläse enthält. Über einen Temperaturfühler wird die Temperatur des Kühlmittels im Heizkreislauf erfaßt und wenn diese tiefer als beispielsweise 50°C liegt, wird über eine Steuereinrichtung die Drehzahl einer Umwälzpumpe im Heizkreislauf herabgesetzt, um die Aufwärmung des Kühlmittels beim Durchgang durch das motorunabhängige Heizgerät zu be­ schleunigen. In Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmit­ tels im Heizkreislauf kann die Drehzahl der Umwälzpumpe stu­ fenweise oder stufenlos bis zur Nenndrehzahl erhöht werden. Bei dieser Fahrzeugheizung wird insbesondere jene Zeit wesent­ lich verkürzt, die zwischen dem Einschalten des Heizgeräts und der Wärmeabgabe in den Fahrgastinnenraum von dem Wärme­ tauscher verstreicht, so daß man einen verbesserten Heizungs­ komfort für ein Kraftfahrzeug erhält. Bei dieser Heizung wird der Beheizung des Fahrgastinnenraums der Vorrang einge­ räumt, während die Vorwärmung des im Kühlmittelkreislauf ein­ gebundenen Fahrzeugmotors nur über die noch nach dem Fahr­ zeugwärmetauscher verbleibende Restwärme möglich ist. Eine homogene Aufwärmung des Fahrzeugmotors, die insbesondere zu einem günstigen Anlaßverhalten zweckmäßig ist, kann hierbei nicht erreicht werden.

Aus DE-OS 23 51 472 ist ein Verfahren zur schnellen Vorwärmung eines wassergekühlten Fahrzeugmotors und zur schnellen Be­ heizung des Fahrzeuginnenraumes sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Hierbei wird nach dem Ein­ schalten des motorunabhängigen, brennstoffbetriebenen Heizge­ räts die Eintritts- und Austrittsseite desselben kurzgeschlos­ sen, um das in diesem Kurzschlußkreislauf zirkulierende Kühl­ mittel schnell auf eine Temperatur von größer 60°C zu bringen. Nach Erreichen dieser Temperatur wird dann das aufgeheizte Kühlmittel durch den fahrzeugeigenen Wärmetauscher geleitet, um den Fahrzeuginnenraum schnell aufzuwärmen und nach dem Durch­ gang durch den fahrzeugeigenen Wärmetauscher geht das Kühlmit­ tel durch den Fahrzeugmotor und zum motorunabhängigen Heizge­ rät zurück. Auch bei dieser Verfahrensweise wird der Aufhei­ zung des Fahrgastinnenraums der Vorrang gegeben, so daß es auch bei einer derartigen Fahrzeugheizungsanlage zu Start­ schwierigkeiten beim Fahrzeugmotor kommen kann, wobei diese Startschwierigkeiten zudem noch von der Größe bzw. dem Motor­ raum des Fahrzeugmotors abhängig sind.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugheizungsanlage und eine Fahrzeugheizungsanlage der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die sowohl eine zum zuver­ lässigen Start des Fahrzeugmotors ausreichende Vorwärmung des­ selben als auch eine möglichst rasche Aufwärmung des Fahrzeug­ innenraums unter Verwendung eines motorunabhängigen, brenn­ stoffbetriebenen Heizgeräts ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Be­ treiben einer Fahrzeugheizungsanlage in einem Fahrzeugkühl­ mittelkreislauf, der einen Fahrzeugmotor, eine Fahrzeugheizung mit einem Wärmetauscher und einem zugeordneten Gebläse und ein der Fahrzeugheizung vorgeschaltetes, motorunabhängiges, brenn­ stoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere Fahrzeugzusatzheiz­ gerät, enthält, dadurch gelöst, daß das Kühlmittel bis zu einer ersten vorbestimmten Temperatur von bis zu etwa 30°C im voll­ ständigen Fahrzeugkühlmittelkreislauf umgewälzt wird, bei Er­ reichen oder Überschreiten der ersten vorbestimmten Temperatur das Kühlmittel unter Umgehung des Fahrzeugmotors und der Fahr­ zeugheizung zwischen dem Eintritt und dem Austritt des motor­ unabhängigen Heizgeräts umgewälzt wird, bis etwa eine zweite vorbestimmte Temperatur von 70 bis 80°C erreicht wird, und daß bei Erreichen der zweiten vorbestimmten Temperatur das Kühl­ mittel in gesteuerter Weise allmählich wieder im vollständigen Fahrzeugkühlmittelkreislauf umgewälzt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeug­ heizungsanlage wird nach dem Einschalten des motorunabhängigen, brennstoffbetrie­ benen Heizgeräts zuerst der gesamte Kühlmittelkreislauf durch­ strömt, um den Fahrzeugmotor so ausreichend aufzuwärmen, daß er zumindest ohne Startschwierigkeiten angelassen werden kann. Dann wird der den Austritt mit dem Eintritt des motorun­ abhängigen Fahrzeugheizgeräts verbindende Bypass vollständig ge­ öffnet. Hierbei sinkt die im Fahrzeugkühlmittelkreislauf um­ laufende Menge auf einen niedrigen Wert ab, so daß durch den Bypass eine sehr große Kühlmittelmenge geht, um diese schnell auf eine Temperatur von etwa 70°C aufzuheizen, wobei dank der großen Kühlmitteldurchflußmenge Schwierigkeiten beim Be­ treiben des motorunabhängigen Heizgeräts aufgrund von Wärme­ staus in demselben u.dgl. vermieden werden. Wenn diese Tempe­ ratur von etwa 70°C erreicht ist, wird bei steigender Kühl­ mitteltemperatur der Bypass in gesteuerter Weise geschlossen, so daß die Durchflußmenge des Kühlmittel im gesamten Kühlmit­ telkreislauf wiederum allmählich ansteigt. Dieses allmähliche Schließen des Bypasses wird derart vorgenommen, daß beispiels­ weise beim motorunabhängigen Heizgerät eine Temperatur zwischen etwa 70°C und 80°C konstant aufrechterhalten wird. Wenn eine Temperatur von ca. 80°C überschritten wird, ist der Bypass wieder vollständig geschlossen, so daß dann das motorunabhän­ gige Heizgerät wärmebedarfsabhängig gesteuert werden kann.

Um Startschwierigkeiten des Fahrzeugmotors im Fahrzeugkühlmit­ telkreislauf und insbesondere einen Kaltstart desselben zu vermeiden, wird bei der Erfindung zuerst bis zu einer relativ niedrigen Kühlmitteltemperatur der gesamte Kühlmittelkreis­ lauf erwärmt. Für diese geringfügige Erwärmung benötigt man nur eine relativ kurze Zeit, und dann wird vorrangig unter Durchgang einer großen Kühlmittelmenge durch das motorunab­ hängige Fahrzeugheizgerät eine schnelle Aufheizung des Kühl­ mittels unter Umgehung der Fahrzeugheizung und des Fahrzeug­ motors bewerkstelligt, um dann nach Erreichen der zweiten vorbestimmten Temperatur vorrangig den Fahrgastinnenraum mit Wärme über den Fahrzeugwärmetauscher und dem diesem zugeordne­ ten Gebläse zu versorgen.

Ferner wird eine Fahrzeugheizungsanlage in einem Kühlmittelkreislauf gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 3 bereitgestellt, welche sich dadurch auszeichnet, daß der Bypass mit dem diesem zugeordneten Thermo­ staten in das motorunabhängige Heizgerät eingebaut ist. Hierdurch vereinfacht sich der Einbau des motorunabhängigen Heizgeräts, da keine zusätzlichen Leitungen beim Einbau verlegt werden müssen, sondern das motorunabhängige Heizgerät im Inline- Einbau in den Kühlmittelkreislauf integriert werden kann.

Für die temperaturabhängige Steuerung des Öffnens und Schließ­ ens des Bypasses gibt es mehrere Alterna­ tiven. Zum einen kann in dem Bypass ein Magnetventil angeordnet sein, das über das Steuergerät des motorunabhängigen Heizge­ räts und unter Verwendung des im motorunabhängigen Heizgerät eingebauten Temperatursensors zur thermodynamischen Steuerung gesteuert wird. Andererseits kann im Bypass wenigstens ein Ven­ til angeordnet sein, das mittels eines Dehnstoffelements tem­ peraturabhängig steuerbar ist. Dieses Ventil kann als doppelt wirkendes Ventil ausgebildet sein. Zum anderen kann an dem zu dem Heizgeräteintritt und -austritt führenden Ende des Bypasses je ein Dehnstoffelement zur Steuerung des Durchflus­ ses durch den Bypass angeordnet sein, wobei in diesem Fall die Öffnung und Schließung des Bypasses unabhängig von der Steu­ erung bzw. dem Steuergerät des motorunabhängigen Heizgeräts sind.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Fahrzeug­ heizungsanlage,

Fig. 2 eine Ausschnittsansicht der Fahrzeughei­ zungsanlage in Fig. 1 zur Verdeutlichung der dem motorunabhängigen, brennstoffbetrie­ benen Heizgerät zugeordneten Einzelheiten,

Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der Steuerung zum Öffnen und Schließen des Bypasses mit Hilfe eines Magnetventils im Bypass, und

Fig. 4 und 5 schematische Ansichten zur Verdeutlichung des Öffnens und Schließens des Bypasses mit Hilfe von zwei Ausführungsvarianten von mittels Dehnstoffelementen betriebenen Ven­ tilen.

In Fig. 1 ist eine Fahrzeugheizungsanlage insgesamt mit 1 bezeichnet. Die Fahrzeugheizungsanlage 1 ist in einem Fahr­ zeugkühlmittelkreislauf vorgesehen, der einen Fahrzeugmotor 2 mit einer eingangsseitig zugeordneten Umwälzpumpe 3, eine Fahrzeugheizung 4, die einen im Fahrzeug eingebauten Wärme­ tauscher 5 und ein diesem zugeordnetes Gebläse bzw. Heizge­ bläse 6 umfaßt, und ein motorunabhängiges, brennstoffbetrie­ benes Heizgerät 7 enthält, die eine Umwälzpumpe 8 hat. Die insoweit beschriebene Fahrzeugheizungsanlage 1 ist von übli­ cher Bauform. Der vom Fahrzeugmotor 2 kommende Abschnitt des Fahrzeugkühlmittelkreislaufes ist in Fig. 1 mit A und der vom motorunabhängigen Heizgerät 7 abgehende Abschnitt mit B bezeichnet.

Mit 10 ist ein Bypass der Fahrzeughei­ zungsanlage 1 gezeigt, der den Abschnitt B unmittelbar mit dem Abschnitt A verbindet und in dem ein schematisch darge­ stelltes Steuerventil 11 angeordnet ist, das abhängig von ei­ nem nicht näher dargestellten Temperatursensor arbeitet. Die­ ser Temperatursensor kann beispielsweise von dem im motor­ unabhängigen Heizgerät 7 eingebauten Temperatursensor ge­ bildet werden oder es kann in dem Abschnitt A vor der Umwälz­ pumpe 8 ein Temperatursensor oder im Bereich des Abschnittes B, d.h. am Austritt des motorunabhängigen Heizgeräts 7 ein Temperatursensor angeordnet sein.

Nachstehend wird das Verfahren zum Betreiben dieser Fahrzeug­ heizungsanlage 1 erläutert.

Der Bypass 10 wird mit Hilfe des Steuerventils 11 nach dem Einschalten des motorunabhängigen Heizgeräts 7 vollständig geschlossen gehalten, bis mit Hilfe des nicht näher darge­ stellten Temperatursensors eine erste vorbestimmte Tempera­ tur des Kühlmittels von bis zu etwa 30°, vorzugsweise zwi­ schen 20 und 30°, erreicht ist. Diese erste vorbestimmte Temperatur ist abhängig von dem Typ und der Größe des Fahrzeug­ motors 2 in der Fahrzeugheizungsanlage 1. Dieser erste vor­ bestimmte Temperaturwert läßt sich empirisch ermitteln und kann auf den jeweiligen Fahrzeugmotor 2 gegebenenfalls ab­ gestimmt werden. Bis zum Erreichen dieser ersten vorbestimm­ ten Temperatur zirkuliert das Kühlmittel im vollständigen Fahrzeugkühlmittelkreislauf, d.h. das Kühlmittel durchströmt den Fahrzeugmotor 2, das motorunabhängige Heizgerät 7 und die Fahrzeugheizung 4. Hierdurch wird der Fahrzeugmotor 2 so vor­ gewärmt, daß er unter günstigen Startverhältnissen angelassen und in Betrieb genommen werden kann.

Wenn diese erste vorbestimmte Temperatur erreicht ist und/oder überschritten wird, so öffnet das Steuerventil 11 den Bypass 10 momentan vollständig, so daß eine große Kühlmittelmenge von beispielsweise 1000 l/h durch den Bypass 10 und das motor­ unabhängige Heizgerät 7 geht, während die im restlichen Kühl­ mittelkreislauf umlaufende Kühlmittelmenge auf eine niedrige Größe von beispielsweise kleiner als 100 l/h abnehmen kann. Dank dieser großen Durchflußmenge durch den Bypass 10 und das motorunabhängige Heizgerät 7 kann das motorunabhängige Heiz­ gerät 7 stabil und ohne Schwierigkeiten hinsichtlich von Wärme­ staus u.dgl. betrieben werden, wobei das Kühlmittel mit Hilfe des motorunabhängigen Heizgeräts 7 schnell aufgewärmt wird. Wenn das durch den Bypass 10 und das motorunabhängige Heizgerät 7 gehende Kühlmittel auf eine Temperatur von etwa 70°C, d.h. eine zweite vorbestimmte Temperatur aufgewärmt ist, wird der Bypass 10 mit Hilfe des Steuerventils 11 allmählich in Ab­ hängigkeit von dem Temperaturanstieg des Kühlmittels geschlos­ sen, wobei eine Temperatur am Austritt des motorunabhängigen Heizgeräts 7 von etwa 70°C bis etwa 80°C aufrechterhalten wird. Dieses so aufgewärmte Kühlmittel geht dann zuerst durch die Fahrzeugheizung 4, so daß diese mit hohem Temperaturgefälle an ihrem Wärmetauscher 5 bei eingeschaltetem Heizgebläse 6 betrieben werden kann, um den Fahrzeuginnenraum beispielsweise zur Entfrostung der Scheiben schnell aufheizen kann. Somit wird in zunehmendem Maße wieder eine größere Kühlmittelmenge durch den gesamten Fahrzeugkühlmittelkreislauf geleitet.

Die Verfahrensweise zum Betreiben der Fahrzeugheizungsanlage ist ferner derart getroffen, daß der Bypass 10 mit Hilfe des Steuerventils 11 wiederum vollständig geschlossen ist, wenn eine Kühlmitteltemperatur von etwa 80°C überschritten wird. Wenn dies erreicht ist, kann das motorunabhängige Heizgerät 7 auf übliche Weise abhängig vom Wärmebedarf der Fahrzeughei­ zungsanlage und der Heizleistung des motorunabhängigen Heiz­ geräts 7 gesteuert werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2, in der gleiche oder ähnliche Teile wie bei Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist in vergrößertem Maßstab der Ausschnitt zwischen dem Leitungsabschnitt A und dem Leitungsabschnitt B des Kühlmit­ telkreislaufes und dem dort angeordneten motorunabhängigen Heizgerät 7 dargestellt. Der tempera­ turabhängig steuerbare Bypass 10 ist unmittelbar in das motorunab­ hängige Heizgerät 7 eingebaut, so daß das motorunabhängige Heizgerät 7 mit integrierter Umwälzpumpe 8 lediglich einen Ein­ laß und einen Auslaß für das Kühlmittel des Fahrzeugkühlmit­ telkreislaufes aufweist und daher direkt in den Fahrzeugkühl­ mittelkreislauf entsprechend Fig. 1 in sogenannter Inline- Einbauweise eingebaut werden kann.

Anhand den Fig. 3 bis 5 werden Ausführungsvarianten für das temperaturabhängige Öffnen und Schließen des Bypasses 10 erläutert.

In Fig. 3 ist in dem Bypass 10 zwischen dem Kühlmittelkreis­ laufabschnitt B und A ein Magnetventil 13 angeordnet, das von einem Steuergerät 14 des motorunabhängigen Heizgeräts 7 ange­ steuert wird. Mit diesem Steuergerät 14 ist der Ausgang eines Temperatursensors 15 verbunden, der üblicherweise im Heizge­ rät beispielsweise an dessen Austrittsseite angeordnet ist. Das Steuergerät 14 steuert dann das Magnetventil 13 in Ab­ hängigkeit von der mit Hilfe des Temperatursensors 15 erfaßten Temperatur derart, daß die vorstehend beschriebene Verfahrens­ weise zum Betreiben einer Fahrzeugheizungsanlage 1 durchführ­ bar ist, so daß mit Hilfe des Magnetventils 13 der Bypass 10 in der angegebenen Verfahrensweise ge­ steuert geöffnet und geschlossen wird.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform zur Steuerung des Bypasses 10 gezeigt, wobei ein doppelt wirkendes Ventil 16 im Bypass 10 angeordnet ist, dessen Öffnungs- und Schließbewegung mit Hilfe eines Dehnstoffelements 17 gesteuert wird, so daß man die vorangehend beschriebene Verfahrensweise zum Betrei­ ben der Fahrzeugheizungsanlage 1 erhält.

In Fig. 5 schließlich ist eine Ausführungsvariante gezeigt, bei der an dem dem Leitungsabschnitt B und dem dem Leitungs­ abschnitt A zugewandten Ende des Bypasses je ein Dehnstoff­ element 18, 19 zugeordnet ist, dessen Stellglied entsprechend der Verfahrensweise das Öffnen und Schließ­ en des Bypasses 10 steuert.

Bei beiden in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsvarianten läßt sich der Bypass 10 unabhängig von dem Steuergerät des mo­ torunabhängigen Heizgeräts 7 auf die ange­ strebte Weise öffnen und schließen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugheizungsanlage in einem Fahrzeugkühlmittelkreislauf, der einen Fahrzeug­ motor, eine Fahrzeugheizung mit einem Wärmetauscher und einem zugeordneten Gebläse und ein der Fahrzeugheizung vorgeschal­ tetes, motorunabhängiges, brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere Fahrzeugzusatzheizgerät, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Kühlmittel bis zu einer ersten vorbestimmten Temperatur von bis zu etwa 30°C im vollständigen Fahrzeug­ kühlmittelkreislauf umgewälzt wird,
• - bei Erreichen oder Überschreiten der ersten vorbe­ stimmten Temperatur das Kühlmittel unter Umgehung des Fahr­ zeugmotors und der Fahrzeugheizung zwischen dem Eintritt und dem Austritt des motorunabhängigen Heizgeräts umgewälzt wird, bis etwa eine zweite vorbestimmte Temperatur von 70 bis 80°C erreicht wird, und
• - bei Erreichen der zweiten vorbestimmten Temperatur das Kühlmittel in gesteuerter Weise allmählich wieder im vollständigen Fahrzeugkühlmittelkreislauf umgewälzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erreichen der vollständigen Durchströmung des Fahrzeugkühlmittelkreislaufes das motorunabhängige Heizgerät wärmebedarfsabhängig und/oder leistungsabhängig gesteuert wird.

3. Fahrzeugheizungsanlage in einem Kühlmittelkreislauf, der einen Fahrzeugmotor, eine Fahrzeugheizung mit einem Wärmetauscher und einem zugeordneten Gebläse und ein der Fahrzeugheizung vorgeschaltetes, motorunabhängiges, brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere Fahrzeugzusatzheizgerät, enthält, wobei der Austritt und der Eintritt des motorunabhängigen, brennstoffbetriebenen Heizgeräts (7) in einen mittels eines Thermostaten steuerbaren Bypass (12) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass (10) mit dem Thermostaten in das motorunabhängige Heizgerät (7) eingebaut ist.

4. Fahrzeugheizungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bypass (10) ein Magnetventil (13) angeordnet ist, das über das Steuergerät (14) des motorunabhängigen Heizgeräts (7) und dessen eingebauten Temperatursensor (15) temperaturabhängig steuerbar ist.

5. Fahrzeugheizungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bypass (10) wenigstens ein Ventil (16; 18; 19) angeordnet ist, das mittels eines Dehnstoffelements (17, 18, 19) temperaturabhängig steuerbar ist.

6. Fahrzeugheizungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den zum Eintritt (A) und zum Austritt (B) des motorunabhängigen Heizgeräts (7) führenden Enden des Bypasses (10) je ein Dehnstoffelement (18, 19) angeordnet ist.