DE3916166C2 - Heizungsanlage für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsanlage für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Heizungsanlagen sind allgemein bekannt. Sie bieten den Vorteil, daß der Fahrer und der Beifahrer sich die Heizleistung individuell einstellen können. Hierbei wird die Heizleistung üblicherweise nach dem Behaglichkeitsgefühl des Fahrers bzw. Beifahrers einge­ stellt.

Weiterhin ist es bekannt, daß zum Beschlagfreihalten, insbesondere der Seitenscheiben eines Kraftfahrzeuges, zusätzliche Maßnahmen geschaffen werden müssen, um dort einen Luftstrom insbesondere ausreichender Temperatur vorzuhalten. Bisher hat man dieses Problem in der Regel so gelöst, daß an dem Heizgerät Luftführungskanäle angeschlossen wurden, die bis zu den Front- und Seiten­ scheiben oder in deren Nähe verliefen. Aufgrund der langen Strömungswege war diese dann dort aus tretende Luft meist schon relativ weit abgekühlt, so daß ein Beschlagfreihalten der Seitenscheiben nur durch eine Erhöhung des Luftstromes oder der Lufttemperatur möglich war. Diese Maßnahmen wirkten dann aber an sämtlichen Luftaustrittsöffnungen im Fahrzeuginnenraum gleichzei­ tig. Beide Maßnahmen werden aber als unangenehm empfun­ den.

Darüber hinaus existieren auch relativ lange Luftleit­ kanäle zu den Fondraum-Austrittsöffnungen bei frontsei­ tig angeordnetem Heizgerät. Auch dort tritt aufgrund der langen Strömungswege kältere Luft aus als an den Luft­ austrittsöffnungen, die mit relativ kurzen Luftleitka­ nälen verbunden sind.

Aus der DE 88 05 401 U ist ein Wärmetauscher für eine Heizungs- und/oder Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug bekannt, der in mehrere Zonen unterteilt ist. Die Gesamtheit der Zonen sind jedoch strömungstechnisch hintereinandergeschaltet, d. h. es ist nur ein einziger Zulauf und ein einziger Ablauf für den gesamten Wärmetauscher vorgesehen.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß jede Zone kälter ist als die vorhergehende, wenn in der vorgehenden Wärme abgenommen wird. Damit ist zum einen eine getrennte Rechts-/Links-Regelung nicht möglich und zum anderen wird der erfin­ dungsgemäße Effekt eine dritte Zone zu schaffen, bei der sich eine Temperatur durch Einstellen der beiden anderen Zonen erzielen ist, nicht einstellen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ohne steue­ rungstechnischen zusätzlichen Aufwand eine Möglichkeit bei der gattungsgemäßen Heizungsanlage zu schaffen, die neben der Rechts-Links-Regelung zusätzlich im- Tempera­ turniveau einstellbare Luft an ausgewählten Luftaus­ trittsöffnungen liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Lösung geht davon aus, daß man durch Vorsehen eines dritten Wärme­ tauschers bzw. einer dritten Wärmetauscherzone und deren erfindungsgemäße Anbindung an das Heizmedium keine zusätzlichen Steuerventile benötigt und keine zusätz­ liche Zu- und Ablaufleitung durch die Stirnwand des Fahrzeugs geführt werden muß, um den dritten Wärmetau­ scher bzw. die dritte Wärmetauscherzone zu steuern. Trotz des Fehlens eines separaten Steuerventils hierfür wird die Heizleistung dieser dritten Zone in Abhängig­ keit der Heizleistung der beiden ersten Zonen einge­ stellt. Dadurch wird erreicht, daß die an der dritten Zone angeschlossenen Luftleitkanäle in Abhängigkeit des eingestellten Temperaturniveaus der beiden ersten Zonen einen wärmeren Luftstrom liefern können, um beispiels­ weise die Seitenscheiben beschlagfrei zu halten. Genau­ sogut können damit die Wärmeverluste innerhalb der langen Luftführungskanäle zum Fondraum ausgeglichen werden. Andererseits ist es auch möglich, an diese dritte Zone die Defrosteranlage für die Frontscheibe anzuschließen. Dadurch wird sichergestellt, daß dort immer ein Luftstrom höherer Temperatur austritt, um die Frontscheibe beschlagfrei zu halten, ohne daß dieser Luftstrom von den Insassen als unangenehm empfunden wird.

Im Rahmen der Erfindung ist es gleichgültig, ob der verwendete Wärmetauscher aus drei Einzelwärmetauschern besteht, die in einem Gehäuse angeordnet sind, oder ob ein einziger Wärmetauscher vorgesehen ist, der intern durch Trennwände funktional dreigeteilt ist. Genausogut ist es möglich, den dritten Wärmetauscher separat in einem separaten Gehäuse unterzubringen, während die beiden übrigen Wärmetauscher in einem Gehäuse angeordnet sind.

Anspruch 2 beschreibt die Anwendung der Erfindung auf eine Heizungsanlage für Kraftfahrzeuge, die mit einem geteilten Vorlauf für das Heizmedium und einem gemein­ samen Rücklauf ausgerüstet ist. In dem Vorlauf ist dann für jeden Vorlaufzweig ein separat ansteuerbares Steuer­ ventil eingebaut. Der dritte Wärmetauscher bezieht somit sein Heizmedium aus den Vorläufen der beiden anderen Teile, und zwar hinter den Steuerventilen. Die Rück­ schlagventile verhindern hierbei eine gegenseitige Beeinflussung der beiden ersten Wärmetauscher. Selbst­ verständlich können diese Rückschlagventile sowohl vor als auch in den Wärmetauscher eingebaut sein.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird also ein drittes Steuerventil sowie eine dritte separate Zulaufleitung nicht benötigt. Da somit über den dritten Wärmetauscher wärmere Luft bei einer kleineren Luftmenge zur Verfügung steht, treten auch keine Zugerscheinungen für die Fahrzeuginsassen durch diesen Luftstrom auf.

Eine alternative Einbindung der dritten Wärmetauscher­ zone in den Medienkreislauf beschreibt Anspruch 3.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 4 kann die Heiz­ leistung der dritten Wärmetauscherzone, insbesondere bei der Ausbildung nach Anspruch 2, weiter variiert werden.

Die Ansprüche 5 und 6 beschreiben alternative Ausgestal­ tungen der Erfindung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines ausgewähl­ ten Beispiels näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 einen bevorzugten Aufbau der erfindungsgemäß ausgerüsteten Heizungsanlage;

Fig. 2 ein schematisiertes Durchflußdiagramm des Heizmediums durch die drei Wärmetauscher;

Fig. 3, 4 Alternative zu der Anlage nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist schematisiert ein Heizungskreislauf einer Kraftfahrzeugheizung dargestellt. Hierbei sind nur die zum Verständnis der Funktion der Heizungsanlage notwen­ digen Elemente dargestellt. Alle übrigen Elemente wurden der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.

Von einem Fahrzeugmotor 1 wird über eine Zulaufleitung 2 Kühlwasser als Heizmedium zu einem Wärmetauscher 3 geliefert und über eine Ablaufleitung 4 wieder zurück zum Motor 1 geleitet.

Die Zulaufleitung 2 teilt sich in einen ersten Zweig 5 und einen zweiten Zweig 6. In beiden Zweigen sind je ein Taktventil 7 und 8 als Steuerventil eingebaut. Hinter den Taktventilen 7 und 8 ist eine die beiden Zweige 5 und 6 verbindende Bypass-Leitung 9 vorgesehen. In dieser Bypass-Leitung 9 ist an ihrem Anfang und Ende je ein Rückschlagventil 10 und 11 vorgesehen. Die Rückschlag­ ventile 10 und 11 sind so eingebaut, daß sie eine Strömungsverbindung vom Zweig 5 zum Zweig 6 und umge­ kehrt vom Zweig 6 zum Zweig 5 unterbinden. Zwischen den beiden Rückschlagventilen zweigt von der Bypass-Lei­ tung 9 eine Zuführleitung 12 zu dem Wärmetauscher 3 ab. Ebenfalls münden die beiden Zweige 5 und 6 in den Wärmetauscher 3.

Der Wärmetauscher 3 ist in diesem Beispiel funktional in drei Einzelwärmetauscher aufgeteilt. Der Zweig 5 mündet in den Wärmetauscherteil 3.1, der Zweig 6 in den Wärme­ tauscherteil 3.2 und die Zuleitung 12 in den Wärmetau­ scherteil 3.3. Aus jedem Wärmetauscherteil treten Ablaufleitungen aus, die in die gemeinsame Ablaufleitung 4 münden.

Jeder Wärmetauscherteil 3.1 bis 3.3 ist mit einem oder mehreren Luftleitkanälen abströmseitig verbunden. Diese leiten die durch die Wärmetauscherteile 3 erwärmte Luft zu Luftaustrittsöffnungen im Fahrzeuginnenraum.

Anhand des Durchflußdiagramms in Fig. 2 soll nun im folgenden die Funktion der Heizungsanlage erläutert werden.

In Fig. 2 ist auf der Abszisse die Schaltzeit der beiden Taktventile 7 und 8 bzw. ihre Öffnungs- und Schließdauer dargestellt. Auf der Ordinate ist der Durchfluß durch die drei Wärmetauscherzonen 3.1 bis 3.3 dargestellt. Der Durchfluß durch die beiden Wärmetauscherzonen 3.1 und 3.2 ist dabei abhängig von der Öffnungszeit der Ven­ tile 7 bzw. 8.

In der unteren Ordinatenreihe ist der Durchfluß durch die Wärmetauscherzone 3.1 geöffnet und wird im Zeit­ punkt t1 geschlossen. Dadurch kann auch bis zu diesem Zeitpunkt t1 über das Rückschlagventil 10 und die Bypass-Leitung 9 das Heizmedium in die Leitung 12 und damit in die Wärmetauscherzone 3.3 einströmen (obere Ordinatenreihe). Das Taktventil 8 ist geschlossen. Damit fließt auch kein Heizmedium in die Wärmetauscher­ zone 3.2. Dies ist in der mittleren Ordinatenreihe dargestellt.

Im Zeitpunkt t2 öffnet das Taktventil 8. Somit fließt das Heizmedium über den Zweig 6 in die Wärmetauscher­ zone 3.2. Gleichzeitig gelangt das Heizmedium über das Rückschlagventil 11 in die Bypass-Leitung 9. Von dort fließt es über die Leitung 12 in die Wärmetauscher­ zone 3.3. Einen Durchfluß zu der Wärmetauscherzone 3.1 über die Bypass-Leitung 9 verhindert das Rückschlag­ ventil 10. Dementsprechend wird nun auch die Wärmetau­ scherzone 3.3 wieder durchströmt.

Zum Zeitpunkt t3 schließt das Taktventil 8 wieder. Da in diesem Zeitpunkt das Taktventil 7 noch nicht geöffnet hat, wird der Durchfluß des Heizmediums durch den gesamten Wärmetauscher 3 unterbunden.

Im Zeitpunkt t4 öffnet nun wieder das Taktventil 7, so daß der Durchfluß durch die Wärmetauscherzone 3.1 stattfinden kann. Gleichzeitig wird auch die Wärmetau­ scherzone 3.3 über das Rückschlagventil 10, die Bypass- Leitung 9 und die Zuleitung 12 durchflossen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird das Temperaturniveau in der Wärmetauscherzone 3.3 aufgrund der längeren Öff­ nungszeit höher liegen als das Temperaturniveau in den Wärmetauscherzonen 3.1 und 3.2. Damit wird von der Wärmetauscherzone 3.3 stärker erwärmte Luft zu den angeschlossenen Luftaustrittsöffnungen geliefert. Je länger die Öffnungsdauer der Taktventile 7 bzw. 8 ist, um so wärmer werden die Wärmetauscherzonen 3.1 und 3.2 und damit auch die Wärmetauscherzone 3.3.

Weiterhin ist es möglich, zwischen beiden Taktventilen 7 und 8 eine Phasenverschiebung vorzusehen. Bei einer Phasenverschiebung von 180° und einer Öffnungsdauer der Ventile von der halben Taktfrequenz wird die Wärmetau­ scherzone 3.3 ständig durchströmt. Dies bedeutet die volle Heizungsleistung.

Die Einschaltdauer und die Taktfrequenz der Taktven­ tile 7 und 8 hängen von dem eingestellten Temperatur­ niveau sowie der tatsächlichen Temperatur ab. Dies wird durch eine Steuereinheit, die nicht dargestellt ist und im übrigen auch Stand der Technik ist, erreicht. Auch kann durch diese Steuereinrichtung die Phasenverschie­ bung zwischen den beiden Taktventilen 7 und 8 in Abhän­ gigkeit gewünschter Parameter eingestellt werden. Dabei kann die Phasenverschiebung auch im Laufe der Heizdauer geändert werden.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Phasenver­ schiebung zwischen den Taktzeiten der beiden Taktven­ tile 7 und 8 fest einzustellen.

In Fig. 3 ist eine alternative Anschlußmöglichkeit der drei Wärmetauscherzonen 30.1, 30.2 und 30.3 zu Fig. 1 dargestellt. Auch hier ist die Zulaufleitung 2 in einen ersten Zweig 5 und einen zweiten Zweig 6 geteilt, in dem die Taktventile 7 und 8 als Steuerventile eingebaut sind. Im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig. 1 sind jedoch die beiden Rückschlagventile 10 und 11 nicht notwendig, wenn die dritte Wärmetauscherzone 30.3 nicht an den Vorlauf, sondern an den Rücklauf, also an den Ausgang aus den beiden Wärmetauscherzonen 30.1 und 30.2 angeschlossen wird.

Durch diese Maßnahme entfallen weitere Bauteile, nämlich die Rückschlagventile. Auch hier ist die dritte Wärme­ tauscherzone 30.3 in Abhängigkeit zu der Temperatur der ersten oder zweiten Wärmetauscherzone einstellbar.

Im Unterschied zu der Ausführung nach Fig. 1 wird jedoch die dritte Wärmetauscherzone 30.3 immer etwas kühlere Luft zu den angeschlossenen Luftleitkanälen liefern. Auch diese Anordnung hat den Vorteil, daß nur drei Leitungen insgesamt notwendig sind, um die Wärmetau­ schereinheit 30.1 bis 30.3 an das Heizmedium anzu­ schließen.

In Fig. 4 ist eine weitere Alternative der erfindungs­ gemäßen Heizanlage dargestellt. Hier sind auch wieder drei Wärmetauscherzonen 40.1 bis 40.3 vorgesehen. Die dritte Wärmetauscherzone 40.3 wird hier - im Gegensatz zur Ausführung nach Fig. 3 - an die Zulaufleitung 41 angeschlossen, die sich im Gegensatz zu den bisherigen Ausführungsbeispielen nicht aufteilt. Die zur Steuerung des Durchflusses des Heizmediums durch die Wärmetauscher benötigten Steuerventile 7 und 8 sind im Rücklauf aus der Wärmetauscherzone 40.1 und 40.2 angeordnet. Dement­ sprechend weist der Rücklauf zwei Zweige 42 und 43 auf, die sich in Strömungsrichtung hinter den Taktventilen 7 und 8 zur gemeinsamen Rücklaufleitung 44 vereinigen.

Nach der Ausführung in Fig. 4 wird die dritte Wärmetau­ scherzone 40.3 wärmere Luft liefern wie die beiden übrigen Wärmetauscherzonen, da sie im Vorlauf an erster Stelle angeordnet ist.

Die Steuerung der Taktventile und die damit erzielbaren Heizleistungen sind analog den in Fig. 2 dargestellten, die sich auf die Anordnung nach Fig. 1 beziehen.

Claims (5)

1. Heizungsanlage für Kraftfahrzeuge mit einer für die rechte und linke Kraftfahrzeuginnenseite getrennten Regelung der Heizleistung, bestehend aus einem zumindest funktionell geteilten Wärmetauscher, der mit Zu- und Ablaufleitungen für das wärmeüber­ tragende Medium ausgerüstet ist und mit für jede Wärmetauscherzone getrennt ansteuerbarem Steuer­ ventil für den Durchfluß des Mediums durch die entsprechende Wärmetauscherseite, sowie für jede Wärmetauscherzone getrennte Luftleitkanäle zu Auslaßöffnungen im Innenraum, dadurch gekennzeichnet, daß ein funktionell drei­ geteilter Wärmetauscher (3.1-3.3; 30.1-30.3; 40.1-40.3) vorgesehen ist, dessen dritter Teil (3.3; 30.3; 40.3) immer dann durchflossen wird, wenn der erste und/oder der zweite Teil durchflossen wird.

2. Heizungsanlage nach Anspruch 1 mit über Steuerven­ tile geregelten getrennten Zulaufleitungen- für das wärmeübertragende Medium für den ersten und zweiten Teil des Wärmetauschers, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchflußrichtung hinter den Steuerventilen (7, 8) eine die beiden Zulaufleitungen (5, 6) verbindende Bypass- Leitung (9) vorgesehen ist, die an ihrem Anfang und Ende je ein sperrendes Rückschlagventil (10, 11) aufweist und daß die Zulaufleitung für den dritten Wärmetauscher (3.3) zwischen den beiden Rückschlag­ ventilen abzweigt.

3. Heizungsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerven­ tile (7, 8) phasenverschoben mit einstellbarer Phasenlage angesteuert werden.

4. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 3 mit über Steuerventile geregelten getrennten Zulaufleitungen für das wärmeübertragende Medium für den ersten und zweiten Teil des Wärmetauschers, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ablauflei­ tungen des ersten (30.1) und des zweiten (30.2) Teils des Wärmetauschers die gemeinsame Zulauflei­ tung für den dritten Teil des Wärmetauschers (30.3) bilden.

5. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 3 mit über Steuerventile geregelten getrennten Ablaufleitungen für das wärmeübertragende Medium für den ersten und zweiten Teil des Wärmetauschers, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Zulauflei­ tung (41) vorgesehen ist, die in die dritte Wärme­ tauscherzone (40.3) mündet und daß deren Ablauflei­ tung sich gabelt und die Zulaufleitungen für die erste (40.1) und zweite (40.2) Wärmetauscherzone bildet.