DE3125709A1

DE3125709A1 - Heizvorrichtung fuer den fahrgastraum eines kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE3125709A1
Application number: DE19813125709
Authority: DE
Inventors: Sadaharu Tokyo Nakazawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-07-01
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1982-04-01
Also published as: JPS5715712U; US4394960A; SE8104112L

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges.
Vorrichtungen zum Erwärmen des Fahrgastraumes von einem Kraftfahrzeug sind im allgemeinen so aufgebaut, dass ein in dem Fahrgastraum angeordneter Wärmeaustauscher mit einer heissen Flüssigkeit gespeist wird, die zum Kühlen der verschiedenen Teile des Motors verwendet worden ist.
Da bei einer solchen Vorrichtung die Flüssigkeit, die durch den Wärmeaustauscher zirkuliert, nur bei Lauf des Motors erhitzt wird, ist eine beträchtlich lange Zeit nach Start des Motors notwendig, um die Flüssigkeitstemperatur im Wärmeaustauscher zu erhöhen.
Zur Lösung dieses vorgenannten Problems wurde schon eine Heizvorrichtung vorgeschlagen, bei der eine Heizeinrichtung oder ein Heizgerät, z.B. ein Brenner, vorgesehen ist, um die Flüssigkeit vor Motorstart zu erwärmen und einen Ausgleich zu der unzureichenden vom Motor erzeugten Wärme zu schaffen.
Bei dieser herkömmlichen Heizvorrichtung muss jedoch eine beträchtlich grosse Flüssigkeitsmenge, die im Motorkühlwassermantel, Wärmeaustauscher und einer Zuführleitung enthalten ist, durch die Wärme erhitzt werden, die vom Motor oder von der Brennerheizeinrichtung abgegeben wird. Daher besteht nach wie vor das Problem, dass die Flüssigkeitstemperatur nicht rasch ansteigt bzw. eine lange Zeit erforderlich ist, um die Temperatur im Fahrgastraum zu erhöhen.
Da ferner die Flüssigkeit auch während des Notorleerlaufes für die Heizeinrichtung verwendet wird, muss die Leerlaufdrehzahl des Motors erhöht werden, um die Zeit zum Aufwärmen der Flüssigkeit zu verkürzen. Ein derartiger Betrieb des Motors bewirkt eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauches, da dieser mit steigender Motordrehzahl zunimmt.
Die erfindungsgemässe Heizvorrichtung umfasst eine Einrichtung, die eine Durchflussleitung für die Flüssigkeit bildet, die ein aufstromseitiges Ende, das mit einem unter relativ hohem Druck stehenden Abschnitt des Motorkühlsystems in Verbindung stehtlund ein abstromseitiges Ende hat, das mit einem unter relativ niedrigem Druck stehenden Abschnitt des Motorkühlsystems verbunden ist, so dass ein Teil der Flüssigkeit im Kühlsystem durch die Durchflussleitung fliessen kann.
Ein Steuerventil ist vorgesehen, um gezielt die Flüssigkeitsströmung aus dem Kühlsystem in die Durchflussleitung zu unterbrechen oder zu bewirken. Eine Bypassleitung hat ein Ende, das mit der Durchflussleitung an deren abstromseitigen Ende in Verbindung steht. Das gegenüberliegende Ende der Bypassleitung ist mit dem aufstromseitigen Ende der Durchflussleitung verbunden. In der Durchflussleitung ist eine Pumpe vorgesehen, die eine Zirkulation der Flüssigkeit durch die Durchflussleitung und die Bypassleitung bewirkt. Eine Heizeinrichtung ist vorgesehen, um die durch die Durchflussleitung strömende Flüssigkeit zu erwärmen. Bei niedrigen Temperaturbedingungen ist das Steuerventil geschlossen, so dass eine Flüssigkeitsströmung vom Kühlsystem in die Durchflussleitung verhindert wird und damit durch die Durchflussleitung nur eine geringe Flüssigkeitsmenge zirkuliert und der Erwärmung durch die Heizeinrichtung unterworfen wird.
Durch die erfindungsgemässe Heizvorrichtung wird daher eine Verkürzung der Zeit erreicht, die für das Anheben der Temperatur im Fahrgastraum auf einen ausreichend hohen Wert erforderlich ist.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung unter vorhergehender Bezugnahme auf den Stand der Technik näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht von einer herkömmlichen Heizvorrichtung für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges, Fig. 2 eine schematische Ansicht von einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 3 eine schematische Ansicht von einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Anhand von Fig. 1 wird nachfolgend zunächst eine herkömmliche Heizvorrichtung für den Fahrgastraum beschrieben.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst die Heizvorrichtung einen im Fahrgastraum angeordneten Wärmeaustauscher 1, eine Heizeinrichtung 3 und eine Rückflussleitung 2, die mit einer durch den Motor 4 angetriebenen Wasserpumpe 9 verbunden ist.
Der Motor 4 weist ferner einen Kühlkreislauf auf, der einen Kühler 8, einen Thermostaten 7 und eine Rückflussleitung 6 für die Flüssigkeit umfasst.
Bei dieser bekannten Vorrichtung wird die Motorflüssigkeit, die die Wärme des Motors 4 aufgenommen hat, zu dem Wärmeaustauscher 1 zur Erwärmung des Fahrgastraumes geführt.
Die Heizeinrichtung 3 hat die Aufgabe, bei unzureichender Wärmeabgabe seitens des Motors für einen entsprechenden Ausgleich zu sorgen, was die Heizkapazität der Vorrichtung insbesondere im Winter verbessert.
Wie jedoch erwähnt, hat diese bekannte Vorrichtung das Problem, dass das Aufheizen langsam erfolgt und/oder ein hoher Energieverbrauch hierfür erforderlich ist.
In Fig. 2 der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform von einer erfindungsgemäss aufgebauten Heizvorrichtung für den Fahrgastraum gezeigt.
Nach Fig. 2 umfasst der Motorkühlkreislauf einen Kühler 8, einen Thermostaten 7, eine Rückflussleitung 6 für die Flüssigkeit und eine Kühlerbypassleitung 16. Ein mit dem Motor kühlkreislauf verbundener Heizkreislauf umfasst eine Wasserummantelung am Motor, eine erste von dem Motor 4 angetriebene Wasserpumpe 9, eine Rückflussleitung 1, einen im Fahrgastraum angeordneten Wärmeaustauscher 1, eine Heizeinrichtung 3, bei der es sich um eine Verbrennungsheizeinrichtung handeln kann, eine zweite Wasserpumpe 10, eine Zuführleitung 2A, ein erstes Thermostatventil 12B, eine Bypassleitung 11, die sich zwischen der hinteren Kammer des ersten Thermostatventiles 12B und der Rückflussleitung 2 erstreckt, und ein zweites Thermostatventil 12A, das in der Bypassleitung 11 angeordnet ist.
Der Thermostat 7 ist so ausgelegt, dass er sich öffnet, wenn die Flüssigkeitstemperatur einen bestimmten Wert überschreitet. Die Kühlerbypassleitung 16 erstreckt sich zwischen der Aufstromseite des Thermostaten 7 und der Flüssigkeitsrückflussleitung 6, um bei geschlossenem Thermostaten 7 eine Rückführung des Kühlwassers zur ersten vom Motor 4 getriebenen Wasserpumpe 9 vorzusehen.
Der Motorkühlkreislauf arbeitet in der gleichen Weise wie die üblichen Motorkühlsysteme, d.h. wie folgt: wenn die Flüssigkeitstemperatur unter dem bestimmten Wert liegt, ist der Thermostat 7 geschlossen und wird eine Abfuhr der Wärme durch den Kühler 8 solange verhindert, bis sich der Motor ausreichend erwärmt hat. Nach der Erwärmung des Motors oder Erreichen des bestimmten Wertes der Flüssigkeitstemperatur öffnet sich der Thermostat 7, so dass die Flüssigkeit durch den Motorkreislauf geführt wird und die von der Flüssigkeit aufgenommene Motorwärme über den Kühler an die Luft abgeführt werden kann.
Was den Aufbau der Heizvorrichtung betrifft, so wird die zweite Wasserpumpe 10, bei der es sich vorzugsweise um eine Elektropumpe handelt, unabhängig vom Betrieb des Motors 4 angetrieben.
Bei Betrieb dieser zweiten Wasserpumpe 10 wird die Flüssigkeit durch die Heizeinrichtung 3 zum Wärmeaustauschher 1 gedrückt. Der Umlauf der Flüssigkeit durch den Heizkreislauf kann daher auch dann stattfinden, wenn der Motor stillsteht.
Die auf stromseitig vom Wärmeaustauscher 1 angeordnete Heizeinrichtung 3 hat die Aufgabe, die Flüssigkeit im Heizkreislauf unabhängig vom Motorbetrieb zu erwärmen. Die Heizvorrichtung ist somit mit zwei unabnängigen Wärmequellen versehen, nämlich der Heizeinrichtung 3 und dem Verbrennungsmotor 4.
Das erste und zweite Thermostatventil 12B und 12A, die ein auf die Temperatur ansprechendes Ventilsystem 12 bilden, stellen vorzugsweise Thermostatventile dar, die mit der Wärmeausdehnung von einem ausdehnbaren Element arbeiten und auf die Temperatur der Flüssigkeit ansprechen.
Das erste Thermostatventil 12B ist so eingestellt, dass es sich öffnet, wenn die Flüssigkeitstemperatur oberhalb eines ersten bestimmten Wertes liegt, während das zweite Thermostatventil 12A so eingestellt ist, dass es sich schliesst, wenn die Temperatur der Flüssigkeit oberhalb eines zweiten bestimmten Wertes liegt, der höher als der erste bestimmte Wert ist.
Diese beiden Thermostatventile 12B und 12A sind so ausgelegt, dass das öffnen und Schliessen allmählich stattfindet, so dass verhindert wird, dass die kalte Flüssigkeit im Motorwassermantel in den Heizkreislauf und insbesondere zum Wärmeaustauscher 1 gelangt. Anderenfalls würde die Wirksamkeit der Heizvorrichtung vorübergehend infolge der kalten Flüssigkeit herabgesetzt werden.
Des weiteren ist ein Ventil 13 aufstromseitig vom Wärmeaustauscher 1 vorgesehen, um die Zuführleitung zum Wärmeaustauscher 1 während der Zeit, bei der die Heizvorrichtung nicht zum Einsatz kommt, abzutrennen.
Die Arbeitsweise der vorbeschriebenen Heizvorrichtung wird nachfolgend erläutert. Wenn die Aussentemperatur, z.B. während der Winterzeit, niedrig ist, wird das Ventil 13 automatisch oder von Hand entsprechend der Flüssigkeitstemperatur geöffnet, um den Heizkreislauf in Betrieb zu setzen Das Thermostatventilsystem 12 ist in diesem Fall so geeicht, dass es sich öffnet, wenn die Temperatur oberhalb eines geeigneten Wertes in einem Bereich von 60 bis 700C liegt.
Das zweite Thermostatventil 12A ist voll geöffnet, wenn die Temperatur unterhalb eines geeigneten Wertes in einem Bereich von 60 bis 950C liegt.
Wenn daher die Flüssigkeitstemperatur niedrig ist, wird die Zuführleitung 2A durch das Thermostatventil 12B geschlossen und strömt die Flüssigkeit im Heizkreislauf durch die Bypassleitung 11. Die zweite Wasserpumpe 10 und die Heizeinrichtung 3 werden vor Start des Motors in Betrieb gesetzt, um den Heizbetrieb der Vorrichtung zu bewirken.
Die durch die Heizeinrichtung 3 auf eine hohe Temperatur erwärmte Flüssigkeit wird mittels der zweiten Wasserpumpe 10 durch den Wärmeaustauscher 1 gedrückt. Im Wärmeaustauscher 1 gibt die heisse Flüssigkeit ihre Wärme'an die Luft ihm Fahrgastraum ab. Nach Durchlauf durch den Wärmeaustauscher fliesst die Flüssigkeit durch einen Teil der Rückflussleitung 2 und über die Bypassleitung 11 zur zweiten Wasserpumpe 10. In diesem Zustand ist somit ein Heizkreislauf mit einer geringen Wasserkapazität gebildet. Bei diesen Heizkreislauf bewirkt der rasche Anstieg der Flüssigkeitstemperatur ein sehr rasches Erwärmen des Fahrgastraumes.
Wenn danach die Temperatur des Kühlwassers auf den bestimmten Wert angestiegen ist, beginnt sich das erste Thermostatventil 12B zu öffnen. Gleichzeitig mit dem öffnet des ersten Thermostatventiles 12B oder etwas später beginnt sich das Thermostatventil 12A zu schliessen. Durch die Arbeit des Thermostatventilsystems 12 fliesst die Flüssigkeit in die Heizeinrichtung 3 anstelle über die Bypassleitung 11 von dem Wassermantel des Motors 4. Damit beginnt der motorseitige Heizbetrieb.
Wenn das öffnen und Schliessen des ersten Thermostatventiles 12B rasch stattfindet, strömt schnell eine Flüssigkeit mit niedriger Temperatur, die sich im Motorwassermantel befindet, in die Heizeinrichtung 3 und den Wärmeaustauscher 1, was zu einem plötzlichen Abfall der Temperatur der Heizeinrichtung führt. Deshalb sind die Thermostatventile so ausgelegt, dass das öffnen und Schliessen allmählich erfolgt, um eine geeignete Steuerung der dadurch strömenden Flüssigkeitsmenge zu erhalten.
Das Anlassen des Motors 4 wird erleichtert, wenn die Temperatur der Flüssigkeit im Motorwassermantel auf einen geeigneten Wert angestiegen ist,so daßdie Zylinderend des Motors 4 und das Schmieröl durch die Flüssigkeit, die von der Heizeinrichtung 3 erwärmt ist, erhitzt werden.
Nach dem Anlaufen des Motors 4 wird die Strömung der Flüssigkeit in zwei Kreislaufsysteme unterteilt, d.h. den Heizkreislauf durch das erste Thermostatventil 12B und den Motorkühlkreislauf infolge des Betriebs der vom Motor 4 angetriebenen ersten Wasserpumpe. Bis die Flüssigkeitstemperatur den bestimmten Wert erreicht hat, strömt die Flüssigkeit im Motorkühlkreislauf durch die Kühlerbypassleitung 16 entsprechend der Stellung des Thermostaten 7.
Der Betrieb der Heizeinrichtung 3 wird unterbrochen, wenn die Flüssigkeit im Motor 4 einen bestimmten Wert überschritten hat, da die Erwärmung des Fahrgastraumes dann ausreichend durch die vom Motor 4 abgegebene Wärme erfolgen kann.
Wenn weiter die Temperatur des Kühlwassers im Motor den bestimmten Wert überschritten hat, öffnet sich der Thermostat 7, so dass das Kühlwasser durch den Kühler 8 strömen kann und damit die Temperatur der Flüssigkeit auf einem gewünschten Wert verbleibt.
Obgleich das Thermoventilsystem 12 bei der vorliegenden Ausführungsform aus einem Paar Thermostatventilen 12A-und 12B besteht, ist die Anordnung hierauf nicht beschränkt. Vielmehr kann auch eine Anordnung verwendet werden, bei der die Flüssigkeitstemperatur durch einen im Heizkreislauf angeordneten Sensor 14 für die Wassertemperatur erfasst wird und ein elektrisches Ventil vorgesehen ist, das durch den Sensor 14 betätigt wird.
Des weiteren versteht es sich, dass der zeitliche Ablauf beim Motorstart nicht auf den beschriebenen beschränkt ist, sondern der Motor zu jedem gewunschten Zeitpunkt gestartet werden kann.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der die Kühlerbypassleitung 16 weggelassen wurde und deren Funktion eine andere'Fluidleitung übernimmt, die eine Flüssigkeitsströmung unter Umgehung des Kühlers 8 erlaubt.
Wie zuvor in Verbindung mit dem Kaltstart des Motors beschrieben, wird der Thermostat 7 solange unter Vermeidung einer Zirkulation der Flüssigkeit durch den Kühler 8 geschlossen gehalten, bis die Flüssigkeitstemperatur ausreichend hoch ist, um die Aufwärmzeit zu verkürzen. Da die Bypassleitung bei dieser Ausführungsform nicht vorgesehen ist, ist eine offene Fluidleitung,durch die das von der Wasserpumpe 9 ausgestossene Druckfluid strömen kann, vorzugsweise in dem Heizkreislauf untergebracht. Das erste Thermostatventil 12B an der Abstromseite der Zufuhrleitung 2A ist geschlossen, so dass bei Motor-Kaltstart eine Strömung des Fluides in den Heizkreislauf verhindert wird.
Daher ist eine Bypassleitung 23 vorgesehen, die eine Umgehung des ersten Thermostatventiles 12B ermöglicht, und ist das zweite Thermostatventil 12A weggelassen Ferner ist ein Ventil 24 zum öffnen und Schliessen dieser Bypassleitung 23 vorgesehen. Dieses Ventil 24 kann vorzugsweise ein Ventil sein, das von Hand gesteuert und vor Kaltstart des Motors geöffnet wird. Des weiteren kann es sich bei dem Ventil 24 um ein Thermostatventil handeln, das sich öffnet, wenn die Temperatur des Motors unterhalb eines bestimmten Wertes liegt.
Bei dieser Anordnung strömt das von der Wasserpumpe 9 ausgestossene Druckfluid durch die Bypassleitung 23 und durch die Bypassleitung 11 und fliesst über die Rückflussleitung 2 zur Wasserpumpe 9. Nachdem der Motor ausreichend warm gelaufen ist, öffnet sich der Thermostat 7, so dass das Fluid durch den Kühler 8 strömen kann, und wird das in der Bypassleitung 23 angeordnete Ventil 24 automatisch oder von Hand geschlossen.
Die Arbeitsweise der Bypassleitung kann durch Ausbildung einer Drosselöffnung im ersten Thermostatventil 12B ersetzt werden. Diese Drosselöffnung bewirkt eine minimale durch das Ventil hindurchgehende Strömung.
Wenn der Motor weiter mit einem Heizkreislauf 22 zum Erwärmen eines in Fig. 3 durch gestrichelte Linien angedeuteten Vergasers 21 ausgestattet ist, braucht die Bypassleitung 23 nicht vorgesehen zu werden da das von der Pumpe 9 ausgestossene Fluid durch den Vergaserheizkreislauf 22 fliessen kann.
L e e r s e i t e

Claims

Heizvorrichtung für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges PATENTANSPRUCHE Heizvorrichtung für den Fahrgastraum eines Kraftfahrges mit einem Motor und einem Flüssigkeitskühlsystem, das einen Kühler und eine Pumpe enthält, die in dem Flüssigkeitskühlsystem bei Betrieb einen Abschnitt mit relativ hohem Druck und einen Abschnitt mit relativ niedrigem Druck hervorruft, g e k e n-n z e i c h n e t durch eine Einrichtung, die eine Durchflusleitung für die Flüssigkeit mit einem aufstromseitigen Ende, das mit dem unter relativ hohem Druck stehenden Abschnitt des Flüssigkeitskühlsystemes in Verbindung steht, und einem abstromseitigen Ende bildethas mit dem unter relativ niedrigem Druck stehenden Abschnitt des Kühlsystems in Verbindung steht, so dass ein Teil der Flüssigkeit im Kühlsystem durch die Flüssigkeitsdurchflussleitung fliessen kann, einen Wärmeaustauscher (1), der in der Flüssigkeitsdurchflussleitung eingefügt ist, eine Steuerventileinrichtung (12B) zur gezielten Unterbindung oder Herstellung einer Flüssigkeitsströmung aus dem Kühlsystem in die Flüssigkeitsdurchflussleitung, eine Einrichtung (11), die eine Bypassleitung bildet, die an einem Ende mit der Flüssigkeitsdurchflussleitung an deren abstromseitigen Ende in Verbindung steht, während das gegenüberliegende Ende der Bypassleitung mit dem aufstromseitigen Ende der Flüssigkeitsdurchflussleitung verbunden ist, eine Pumpeneinrichtung in der Flüssigkeitsdurchflussleitung, die eine Zirkulation der Flüssigkeit durch die Durchflussleitung und die Bypassleitung bewirkt, und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der durch die Flüssigkeitsleitung strömenden Flüssigkeit.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Steuerventileinrichtung ein Thermostatventil (12B) ist, das so eingestellt ist, dass es in Schliesstellung eine Flüssigkeitsströmung aus dem Kühlsystem in die Flüssigkeitsdurchflussleitung verhindert, während es sich öffnet, wenn die Temperatur der Flüssigkeit abstromseitig vom Thermostatventil einen ersten bestimmten Wert überschreitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n -z e i c h n e t durch eine Kaltstart-Hilfseinrichtung für den Motor, die unter Umgehung des Kühlers eine Strömung der von der Pumpe ausgestossenen Flüssigkeit durch das Kühlsystem bewirkt; wenn die Steuerventileinrichtung geschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Kaltstart-Hilfseinrichtung eine Bypassleitung (16) aufweist, die mit dem Kühlsystem verbunden ist und einen Bypass zum Kühler bildet1 und dass ein Thermostatventil (7) so angeordnet ist, dass es die Flüssigkeitsströmung zum Kühler unterbindet, so dass die Flüssigkeit durch die Bypassleitung der Kaltstart-Hilfseinrichtung fliesst.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h -n e t durch ein zweites Thermostatventil (12A), das in der Bypassleitung (11) angeordnet ist und sich öffnet, wenn die Temperatur der.Flüssigkeit abstromseitig von dem zweiten Thermostatventil unterhalb eines zweiten bestimmten Wertes liegt, der höher ist als der erste bestimmte Wert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , das die Kaltstart-Hilfseinrichtung für den Motor eine Bypassleitung (23) umfasst, die mit der Flüssigkeitsdurchflussleitung verbunden ist , um die Steuerventileinrichtung zu umgehen, und dass in der Bypassleitung der Kaltstart-Hilfseinrichtung ein Steuerventil (24) angeordnet Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Kaltstart-Hilfseinrichtung eine in der Steuerventileinrichtung ausgebildete Drosselöffnung umfasst, die eine direkte Verbindung zwischen der Auf- und Abstromseite der Ventileinrichtung vorsieht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g ek e n n -z e i c h n e t , dass das Steuerventil (24) der Kaltstart-Hilfseinrichtung geöffnet ist, wenn der Motor kalt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Kaltstart-Hilfseinrichtung einen Heizkreislauf (22) für den Vergaser umfasst, wobei ein Ende des Heizkreislaufes (22) mit dem Hochdruckabschnitt des Kühlsystems und das gegenüberliegende Ende mit dem Niederdruckabschnitt des Kühlsystems verbunden ist.