DE4139886C2 - Wärmeträgerkreislauf eines Fahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeträgerkreislauf eines Fahrzeuges mit einem Antriebsverbrennungsmotor, einem motorunabhängigen Heizgerät und einem Heizungswärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem solchen Wärmeträgerkreislauf ist eine Vorlaufleitung zur Verbindung des Antriebs- Verbrennungsmotors mit dein Heizungswärmetauscher, eine Rücklaufleitung zur Verbindung des Heizungswärmetauschers mit dem Antriebs-Verbrennungsmotor sowie eine mittels eines Ventils auf- und zusteuerbare Bypaßleitung zur Verbindung der Rücklaufleitung mit der Vorlaufleitung vorgesehen. In der Vorlaufleitung oder alternativ in einer abschnittsweise dazu parallel laufenden Zweigleitung ist das motorunabhängig betreibbare Heizgerät angeordnet. Bei einem solchen, beispielsweise aus der DE 39 20 505 A1 oder der DE 24 12 744 A1 bekannten Wärmeträgerkreislauf ist in der Vorlaufleitung oder alternativ dazu in einer von dieser abzweigenden Zweigleitung ein vom Steuergerät des motorunabhängigen Heizgerätes betreibbares Absperrventil angeordnet, welches ein Sperren der Zufuhr von kaltem Wasser vom Motor ermöglicht und dadurch einen sogenannten kleinen Kreislauf zwischen motorunabhängigem Heizgerät und dem Fahrzeugwärmetauscher in einer bestimmten Betriebsart gestattet. Bei Heizgeräten, die in der vorstehend genannten Weise in abgestellten Nutzfahrzeugen zur Kabinenheizung im Nachtbetrieb eingesetzt werden, ist es nachteilig, daß das Heizgerät aufgrund des reduzierten Wärmebedarfes für die Kabinenheizung ständig ein- und ausgeschaltet wird. Jeder Neustart aus einer Regelpause bedeutet einen zusätzlichen Aufwand an elektrischer Energie, die der Fahrzeugbatterie entzogen wird, und die bei extrem niedrigen Temperaturen unter Umständen ein Starten des Fahrzeuges am Morgen verhindert. Hinzu kommt, daß jeder Neustart mit einer gewissen Geräuschentwicklung verbunden ist, die vom in der Kabine schlafenden Fahrer als sehr störend empfunden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeträgerkreislauf bereitzustellen, der einen kontinuierlichen Betrieb des Heizgerätes gestattet.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch ein im Zulauf zum Heizgerät angeordnetes Ventil ist es möglich, bei Erreichen einer bestimmten Temperatur des Wärmeträgers einem über die Bypaßleitung zum Heizgerät strömenden ersten Teilstrom des Wärmeträgers einen zweiten von der Vorlaufleitung entnommenen Teilstrom zuzumischen. Durch die Zumischung des relativ kalten Wassers kann ein kontinuierlicher Betrieb des Heizgerätes in einer kleinen Leistungsstufe aufrecht erhalten werden.

Bei einer Anordnung des Heizgerätes in einer Zweigleitung der Vorlaufleitung ist das Ventil zweckmäßigerweise zur Vermeidung zusätzlicher Leitungsverbindungen an der Einmündungsstelle angeordnet.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Ventil als Thermostatventil ausgebildet ist. Dadurch arbeitet es selbsttätig und ist unabhängig von Steuerbefehlen eines Steuergerätes.

Die Öffnungstemperatur des Ventils zur Zumischung des zweiten Teilstroms liegt vorteilhaft knapp unterhalb einer Schalttemperatur, bei der das Heizgerät mittels seines Steuergerätes von der kleinen Leistungsstufe in eine Regelpause geschaltet wird.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn zusätzlich zum ersten Ventil (Thermostatventil) ein zweites Ventil zur wahlweisen Absperrung oder Öffnung der Bypaßleitung vorgesehen ist. Die Anordnung eines solchen zweiten Ventils ermöglicht eine gezielte Einstellung der vorgesehenen Betriebsweise auf den Nachtheizbetrieb der Kabine.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, das zweite Ventil als 3/2-Wegeventil auszubilden, das in seiner ersten Schaltstellung eine von der Vorlaufleitung ausgehende Zweigleitung und das in seiner zweiten Schaltstellung die Bypaßleitung mit einem Zulauf zum Heizgerät verbindet.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, das erste und zweite Ventil baulich zu einem Drehschieberventil zu vereinigen. Dadurch können zusätzliche Leitungen, wie eine weitere Zweigleitung vom Vorlauf eingespart werden.

Für eine Erhöhung des Fahrkomforts ist es schließlich vorteilhaft, das zweite Ventil von einer Kabine des Fahrzeuges aus fernbetätigbar zu gestalten.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Wärmeträgerkreislaufes anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Wärmeträgerkreislaufes mit Einbindung des Heizgerätes in einer Zweigleitung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Variante zur Fig. 1 mit direkter Einbindung des Heizgerätes in die Vorlaufleitung,

Fig. 3 eine Variante mit einer Vereinigung beider Ventile zu einem Drehschieberventil,

Fig. 4-6 verschiedene Stellungen des Drehschieberventils nach Fig. 3 bei verschiedenen Betriebsarten.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Antriebsverbrennungsmotor eines Fahrzeuges bezeichnet. An diesem ist eine Umwälzpumpe 2 zur Umwälzung eines Wärmeträgers (Kühlflüssigkeit) vorgesehen. Der Antriebsverbrennungsmotor 1 ist über eine Vorlaufleitung 3 mit einem Heizungswärmetauscher 4 verbunden. Am Heizungswärmetauscher 4 ist ein Fahrzeuggebläse 5 vorhanden, das Wärme in einen nicht dargestellten Innenraum des Fahrzeuges (Kabine) fördert. Der Heizungswärmetauscher 4 ist über eine insgesamt mit 7 bezeichnete Rücklaufleitung mit dem Eingang der Umwälzpumpe 2 verbunden. Die Rücklaufleitung 7 gliedert sich in einen ersten Abschnitt 7a und einen zweiten Abschnitt 7b, die von einer Abzweigstelle einer Bypaßleitung 10 geteilt werden. Von der Vorlaufleitung 3 zweigt eine Zweigleitung 8 ab, in der ein motorunabhängiges Heizgerät 9 parallel zur Vorlaufleitung 3 angeordnet ist. Das Heizgerät ist in mehreren Laststufen betreibbar oder in seiner Heizleistung zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert stufenlos regelbar. In dem parallel zur Zweigleitung 8 liegenden Ast der Vorlaufleitung 3 ist ein Rückschlagventil 6 derart angeordnet, daß es eine Rückströmung der aus dem Heizgerät 9 austretenden erwärmten Flüssigkeit zum Fahrzeugmotor 1 verhindert.

Die Bypaßleitung 10 verbindet die Rücklaufleitung 7 mit der Zweigleitung 8. An der Einmündungsstelle der Bypaßleitung 10 in die Zweigleitung 8 ist ein erstes Ventil 11 angeordnet, das drei Leitungen miteinander verbindet. Das erste Ventil 11 verbindet für einen ungehinderten Durchfluß die Bypaßleitung 10 mit dem zum Heizgerät 9 führenden Zulauf. Es verbindet ferner die Zweigleitung 8 über eine thermostatisch gesteuerte Drossel mit dem Zulauf zum Heizgerät 9. In der Bypaßleitung 10 ist ferner ein zweites Ventil 12 angeordnet, das als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist. Die drei gesteuerten Anschlüsse sind der Zulauf der Bypaßleitung 10 von der Rücklaufleitung 7, ein weiterer Zulauf in Form einer Zweigleitung 13, die von der Vorlaufleitung 3 abzweigt, sowie eine Ablaufleitung, die zum ersten Ventil 11 führt. In der in Fig. 1 dargestellten ersten Schaltstellung verbindet das zweite Ventil 12 die Bypaßleitung 10 mit dem ersten Ventil 11. In einer zweiten nicht dargestellten Position verbindet das zweite Ventil 12 die Zweigleitung 13 mit dem ersten Ventil 11 und sperrt die Bypaßleitung 10.

In einer alternativen Ausgestaltungsform gemäß Fig. 2, bei der alle Bezugszahlen der nicht veränderten Teile unverändert beibehalten wurden, liegt das Heizgerät unmittelbar in einer Vorlaufleitung 3a. Der parallele Ast der Vorlaufleitung mit dem Rückschlagventil 6 kann gegenüber der Fig. 1 dabei entfallen. Bei beiden Varianten ist das erste Ventil 11 so ausgelegt, daß die thermostatisch gesteuerte gedrosselte Zufuhr von Kühlwasser über die Zweigleitung 8 (in Fig. 1) bzw. die Vorlaufleitung 3a (in Fig. 2) in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeträgers erfolgt, der über die Bypaßleitung 10 zum Heizgerät fließt.

Mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind folgende Betriebsarten realisierbar:

• a) Vorheizung von Motor und Kabine.
  Der Wärmeträger fließt vom Antriebs-Verbrennungsmotor über das in Betrieb befindliche Heizgerät 9 und den Heizungswärmetauscher 4 zurück zur Umwälzpumpe 2. Die Bypaßleitung 10 ist mittels des zweiten Ventils 12 gesperrt.
• b) Vorheizung der Kabine.
  Über das in Betrieb befindliche Heizgerät 9 wird Warmwasser in den Heizungswärmetauscher 4 und von dort über den ersten Teil der Rücklaufleitung 7a und die vom zweiten Ventil 12 freigegebene Bypaßleitung 10 zurück zum Zulauf des Heizgerätes 9 gefördert. Dabei wird über die thermostatisch gesteuerte Drosselstelle im ersten Ventil 11 vor Erreichung einer Wärmeträgertemperatur, die ein Abschalten des Heizgeräts 9 in eine Regelpause bewirken würde, kaltes Wasser vom Motor 1 über die Zweigleitung 8 (Fig. 1) bzw. die Vorlaufleitung 3a (Fig. 2) dem über die Bypaßleitung zurückströmenden Wasser zugemischt, so daß ein kontinuierlicher Betrieb bei niedriger Heizleistungsstufe des Heizgerätes 9 aufrecht erhalten werden kann.

In Fig. 3 ist eine Variante dargestellt, bei der erstes und zweites Ventil 11 und 12 aus den Fig. 1 und 2 durch ein einziges Drehschieberventil 14 ersetzt sind. Alle zu den vorstehend beschriebenen Figuren unveränderten Teile wurden mit einem ′ versehen und werden, da sie in ihrer Funktion nicht verändert sind, nicht noch einmal beschrieben. Das Drehschieberventil 14 weist insgesamt fünf mit den Bezugszeichen 14a bis 14e bezeichnete Anschlußleitungen auf, die am Umfang verteilt, vorzugsweise jeweils um 72° Umfangswinkel versetzt, angeordnet sind. In einem ersten Teil des Drehschieberventils 14 sind die Anschlußleitungen 14a, 14b und 14c sternförmig miteinander verbunden. Die Anschlußleitung 14a weist zusätzlich in einer erweiterten Kammer ein Dehnstoffelement 15 auf, das die Anschlußleitung 14a unterhalb einer vorbestimmten Grenztemperatur von beispielsweise 90°C verschließt und bei Überschreiten dieser Grenztemperatur allmählich freigibt. In einem zweiten Teil des Drehschieberventils 14 sind die Anschlußleitungen 14d und 14e bogenförmig miteinander verbunden. Das Drehschieberventil 14 ist mittels eines nicht dargestellten Stellmotors in drei verschiedene Schaltstellungen verdrehbar. Die Betätigung erfolgt vom Arbeitsplatz des Fahrers in der Kabine über eine nicht gezeigte Schaltleitung zum nicht gezeigten Stellmotor. Die verschiedenen Schaltstellungen des Drehschieberventils 14 sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Fig. 4-6 beschrieben.

In Fig. 4 verbindet das Drehschieberventil 14 in einer ersten Schaltposition mittels der Anschlußleitungen 14d und 14e die Zweigleitung 8′ mit dem Zulauf zum Heizgerät 9′. Die von der Rücklaufleitung 7a′, 7b′ abzweigende Bypaßleitung 10′ ist durch die Anschlußleitung 14a abgesperrt. Die Anschlußleitungen 14b und 14c liegen tot. In dieser ersten Schaltstellung des Drehschieberventils 14 wird der sogenannte große Kreislauf realisiert, bei dem Kühlwasser vom Motor 1′ (siehe Fig. 3) über die Vorlaufleitung 3′ und die Zweigleitung 8′ zum Heizgerät 9′ gefördert wird. Vom Heizgerät fließt das erwärmte Wasser über den Wärmetauscher 4′ und die Rücklaufleitung 7′ zurück zur Umwälzpumpe 2′. In dieser Betriebsart werden der Fahrzeuginnenraum über den Heizungswärmetauscher 4′ und der Motor 1′ gleichzeitig vorgewärmt, oder es wird bei Betrieb des Motors 1′ eine Zuheizung durch das Heizgerät 9 bewirkt.

In Fig. 5 verbindet das Drehschieberventil 14 mit seinen Anschlußleitungen 14e und 14d die Bypaßleitung 10′ mit dem Zulauf zum Heizgerät 9′. Diese zweite Schaltstellung entspricht der Betriebsart kleiner Kreislauf, d. h. es wird von dem aus dem Heizgerät 9′ austretenden erwärmten Wasser nur der Innenraum des Fahrzeuges über den Heizungswärmetauscher 4′ erwärmt, worauf das Wasser über die Bypaßleitung 10′ unmittelbar zum Heizgerät 9′ zurückfließt. Die Zweigleitung 8′ ist in dieser Schaltstellung mit der Anschlußleitung 14c verbunden und liegt dadurch tot.

In Fig. 6 ist das Drehschieberventil 14 in einer dritten Schaltposition dargestellt, die dem Nachtheizbetrieb für die Fahrzeugkabine entspricht. Dabei sind die Bypaßleitung 10′ und der Zulauf zum Heizgerät 9′ mittels der Anschlußleitungen 14c und 14b verbunden. Zusätzlich strömt bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur, die geringfügig unterhalb der Schalttemperatur liegt, bei der das nicht dargestellte Steuergerät des Heizgerätes 9′ dieses vom Teillastbetrieb schalten würde, durch Öffnung des Dehnstoffthermostaten 15 eine kleine Menge kalten Wassers über die Zweigleitung 8′ zum Zulauf des Heizgerätes 9′. Die thermostatische Steuerung der Zulaufmenge von der Zweigleitung 8′ über den Dehnstoffthermostaten 15 regelt selbsttätig eine Aufrechterhaltung des Betriebes des Heizgerätes bei kleiner Laststufe, ohne daß das Steuergerät eine Abschaltung des Heizgeräts in einer Regelpause bewirkt.

Als Alternative zu der in den Fig. 3 bis 6 gezeigten Einbindung des Heizgerätes 9′ in eine Zweigleitung 8′ ist auch analog zur Fig. 1 eine direkte Einbindung des Heizgerätes 9′ in die Vorlaufleitung 3′ möglich. In diesem Fall entfällt der das Rückschlagventil 6′ umfassende parallele Zweig der Vorlaufleitung 3′ und die Vorlaufleitung 3′ liegt in den Fig. 4 bis 6 statt der Zweigleitung 8′ unmittelbar am Drehschieberventil 14 an.

Bei der in den Fig. 3 bis 6 gezeigten Ausführungsform ist eine saubere Trennung aller drei Betriebsarten möglich, wogegen beim kleinen Kreislauf in den in Fig. 1 und 2 gezeigten Varianten stets bei Erreichen der vorgegebenen Ansprechtemperatur des Thermostatventils 11 eine kleine Menge kalten Wassers vom Motor 1 über die Zweigleitung 8 bzw. über die Vorlaufleitung 3 zum Heizgerät 9 strömt und dabei einen - wenn auch geringen - Leistungsverlust bei der Kabinenheizung bewirkt.

Bei allen drei Varianten kann auf ein sonst in der Bypaßleitung oder im zweiten Teil der Rücklaufleitung angeordnetes Rückschlagventil verzichtet werden, das ein Absaugen von Wasser vom Zulauf des Heizgerätes zur Umwälzpumpe am Fahrzeugmotor bei gleichzeitigem Betrieb von Heizgerät und Fahrzeugmotor verhindern soll. In den Fig. 1 und 2 wird diese Funktion vom zweiten Ventil 12 mit übernommen, das beim großen Kreislauf die Bypaßleitung 10 sperrt. Bei der Variante gemäß den Fig. 3 bis 6 übernimmt die Funktion der Trennung des Zulaufes zum Heizgerät von der Saugseite der Umwälzpumpe das Drehschieberventil 14 in der betreffenden Betriebsstellung mit.

Kernpunkt der Erfindung ist die gezielte Zumischung von kaltem Wasser im Zulauf zum Heizgerät zur Aufrechterhaltung eines Teillastbetriebes. Zur Erreichung dieses Zieles sind neben den vorstehend beschriebenen Varianten auch andere Ausgestaltungsformen denkbar, wie beispielsweise ein motorisch verstellbares Drosselventil, das vom Steuergerät des Heizgerätes in Abhängigkeit von einer diesem über einen Temperaturfühler zugeführten Wärmeträgertemperatur angesteuert wird.

Bezugszeichenliste

 1 Antriebsverbrennungsmotor
 2 Umwälzpumpe
 3, 3a Vorlaufleitung
 4 Heizungswärmetauscher
 5 Fahrzeuggebläse
 6 Rückschlagventil
 7 Rücklaufleitung
 8 Zweigleitung
 9 Heizgerät
10 Bypaßleitung
11 erstes Ventil (Thermostatventil)
12 zweites Ventil (3/2-Wegeventil)
13 weitere Zweigleitung
14 Drehschieberventil
14a-e Anschlußleitungen von 14
15 Dehnstoff-Thermostat

Claims (10)

1. Wärmeträgerkreislauf eines Fahrzeuges mit

• - einem Antriebs-Verbrennungsmotor (1, 1′),
• - einem motorunabhängigen Heizgerät (9, 9′),
• - einem Heizungswärmetauscher (4, 4′),
• - einer Vorlaufleitung (3, 3a, 3′) zur Verbindung des Antriebs-Verbrennungsmotors (1, 1′) mit dem Heizungswärmetauscher (4, 4′),
• - einem in der Vorlaufleitung (3, 3a, 3′) oder einer abschnittsweise parallel dazu laufenden Zweigleitung (8, 8′) angeordneten Heizgerät (9, 9′),
• - einer Rücklaufleitung (7, 7′) zur Verbindung des Heizungswärmetauschers (4, 4′) mit dem Antriebs-Verbrennungsmotor (1, 1′) sowie
• - einer mittels eines Ventils auf- und zusteuerbaren Bypaßleitung (10, 10′) zur Verbindung der Rücklaufleitung (7, 7′) mit der Vorlaufleitung (3, 3a, 3′) oder mit der Zweigleitung (8, 8′),

dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät (9, 9′) in seiner Heizleistung steuerbar ist und das Ventil (11,14) als Mischventil ausgebildet und im Zulauf zum Heizgerät (9, 9′) derart angeordnet ist, daß es in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeträgers einem über die Bypaßleitung (10, 10′) zum Heizgerät (9, 9′) strömenden ersten Teilstrom (A) des Wärmeträgers einen zweiten von der Vorlaufleitung (3, 3a, 3′) entnommenen Teilstrom (B) zur Aufrechterhaltung eines Betriebes des Heizgerätes (9, 9′) in einer kleinen Leistungsstufe zumischt.

2. Wärmeträgerkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaßleitung (10, 10′) in die Zweigleitung (8, 8′) einmündet und das Ventil (11, 14) an der Einmündungsstelle angeordnet ist.

3. Wärmeträgerkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (11, 15) als Thermostatventil ausgebildet ist.

4. Wärmeträgerkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungstemperatur des Ventils (11, 14, 15) zur Zumischung des zweiten Teilstroms (B) knapp unterhalb einer Schalttemperatur liegt, bei der das Heizgerät (9, 9′) mittels seines Steuergerätes von der kleinen Leistungsstufe in eine Regelpause geschaltet wird.

5. Wärmeträgerkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum ersten Ventil (Thermostatventil 11) ein zweites Ventil (12) zur wahlweisen Absperrung oder Öffnung der Bypaßleitung vorgesehen ist.

6. Wärmeträgerkreislauf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (12) ein 3/2-Wegeventil ist, das in seiner ersten Schaltstellung eine von der Vorlaufleitung (3, 3a) ausgehende Zweigleitung (13) und das in seiner zweiten Schaltstellung die Bypaßleitung (10, 10′) mit einem Zulauf zum Heizgerät (9, 9′) verbindet.

7. Wärmeträgerkreislauf nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß erstes und zweites Ventil baulich zu einem Drehschieberventil (14, 15) vereinigt sind.

8. Wärmeträgerkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (12, 14) von einer Kabine des Fahrzeuges aus betätigbar ist.

9. Wärmeträgerkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät (9, 9′) stufenlos zwischen einer oberen und einer unteren Leistungsgrenze regelbar ist und die kleine Leistungsstufe der unteren Leistungsgrenze entspricht.