DE3411951C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrgastraum-Heizungssystem nach Anspruch 1 bzw. nach Anspruch 6.

Aus der DE-AS 15 30 634 ist ein Fahrgastraum-Heizungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und mit einem Kühlsystem für diesen bekannt. Das Kühlsystem weist eine Kühlmittelummantelung auf, die über ein Leitungsrohr mit einem Wärmetauscher verbunden ist, der seinerseits über ein Leitungsrohr mit der Kühlmittelummantelung verbunden ist. Von dem zum Wärmetauscher führenden Leitungsrohr zweigt ein weiteres Leitungsrohr zur Zulieferung heißen Kühlmittels zu einem zweiten Wärmetauscher ab, der ein Teil des Heizungssystems ist, und der seinerseits wiederum über ein Leitungsrohr mit dem vom ersten Wärmetauscher kommenden Rohr verbunden ist. Ferner weist das bekannte Heizungssystem eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Durchströmraten des heißen Kühlmittels durch die Wärmetauscher auf, die einen Thermostaten und ein Sperrventil aufweist, das zwischen dem Thermostaten und dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist. Das Sperrventil liegt in einem elektrischen Stromkreis, der von einem Thermoschalter ein- und ausgeschaltet wird, der aus einem Mikroschalter und einem diesen betätigenden Dehnstoffelement besteht. Das Dehnstoffelement ist dabei so eingestellt, daß es bei oder kurz vor dem Erreichen der Betriebstemperatur des Kühlmittels, d. h. sobald der Thermostat die Kühlerzulaufleitung zum Wärmetauscher bzw. Kühler hin öffnet und dabei eine Kühlerkurzschlußleitung sperrt, den Stromkreis schließt, so daß sich das Sperrventil öffnet und die Kühlerzulaufleitung zum ersten Wärmetauscher bzw. Kühler hin ebenfalls freigibt.

Solange also der Thermostat die Kühlerzulaufleitung aufgrund noch unter der Betriebstemperatur liegender Kühlmitteltemperatur gesperrt hält, ist auch das Sperrventil geschlossen und sperrt die durch den geschlossenen Thermostaten in unerwünschter Weise durchtretende Kühlmittelleckmenge.

Durch diese Anordnung soll erreicht werden, daß trotz der nicht zu vermeidenden Undichtheit des die Kühlerzuflußleitung steuernden Thermostaten keine Leckmengen an heißem Kühlmittel in unerwünschter Weise durch den Kühler abströmen. Dies soll bedeuten, daß die gesamte, den Motor verlassende heiße Kühlmittelmenge durch den Wärmetauscher der Fahrzeugheizanlage gefördert wird, so daß die im Kühlmittel enthaltene Wärmemenge für Heizzwecke voll ausnutzbar gemacht werden kann.

Dennoch ist das bekannte Fahrgastraum-Heizungssystem relativ wenig wirksam beim schnellen Aufwärmen des Fahrgastraumes in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors, da als Wärmequelle das zwar erhitzte, jedoch noch flüssige Kühlmittel verwendet wird, wobei überdies unabhängige Kreisläufe zum Einsatz kommen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Fahrgastraum-Heizungssystem zu schaffen, das neben einer effektiven Beheizung des Fahrgastraumes unter normalen Fahrbedingungen vor allem eine schnelle Erwärmung des Fahrgastraumes auch in der kalten Startphase des Motors ermöglicht.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 6.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert:

Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrgastraum-Heizungssystems,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt einer Steuereinrichtung des Fahrgastraum-Heizungssystems gemäß Fig. 1, und

Fig. 3 einen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform, bei der eine Ventileinrichtung als Steuereinrichtung vorgesehen ist.

In Fig. 1 ist ein durch siedende Flüssigkeit gekühlter Verbrennungsmotor dargestellt, der mit einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrgastraum-Heizungssystems versehen ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der gesamte Motor E und ein Teil des Heizungssystems H im Motorraum R der Karosserie angeordnet. Mit der Bezugsmenge F ist eine Feuerwand bezeichnet, durch die der Motorraum R und der Fahrzeuginnenraum bzw. Fahrgastraum C getrennt sind.

Bevor im einzelnen der Aufbau des Fahrgastraum-Heizungssystems H beschrieben wird, wird nachfolgend das als Verdampfungskühlsystem bezeichnete Kühlsystem des Verbrennungsmotors E beschrieben, da das Heizungssystem H mit diesem eng verknüpft ist.

Das Kühlsystem weist eine Kühlmittelummantelung auf, die aus den Teilen 10 und 12 besteht, wobei das Teil 12 vergrößert ausgebildet und mit dem Teil 10 verbunden ist. Die Kühlmittelummantelung 10, 12 enthält ein flüssiges Kühlmittel 14 (z. B. Wasser), welches durch einen freien Spalt in das vergrößerte Teil 12 gelangen kann. Eine Vorlaufleitung 16 erstreckt sich vom vergrößerten Teil 12 zu einem oberen Tank eines ersten Wärmetauschers 18. Der erste Wärmetauscher 18 ist mit einem elektrischen Gebläse 20 versehen, welches einen Luftstrom durch den ersten Wärmetauscher 18 erzeugt. Von einem unteren Tank 22 des ersten Wärmetauschers 18 erstreckt sich eine Rücklaufleitung 24, welche zur Kühlmittelummantelung 10, 12 führt. An der Rücklaufleitung 24 ist eine elektrische Förderpumpe 26 angebracht, um das verflüssigte Kühlmittel 14 aus dem unteren Tank 22 in die Kühlmittelummantelung 10, 12 hochzupumpen. Eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte bekannte elektrische Einrichtung ist mit der Förderpumpe 26 derart verbunden, daß beim Betrieb des Verbrennungsmotors E die Förderpumpe 26 die Höhe des verflüssigten Kühlmittels in der Kühlmittelummantelung 10, 12 konstant hält.

Beim Betrieb des Verbrennungsmotors E kann das Kühlmittel 14 in der Kühlmittelummantelung 10, 12 sieden, und das auf diese Art und Weise erzeugte gasförmige Kühlmittel strömt durch die Vorlaufleitung 16 zum ersten Wärmetauscher 18, wo das gasförmige Kühlmittel kondensiert und somit verflüssigt wird. Während der Kondensation im ersten Wärmetauscher 18 gibt das Kühlmittel dabei eine große Wärmemenge ab, was einem derartigen Verdampfungskühlsystem eine hohe Kühleffizienz verleiht. Nach der Kondensation wird das verflüssigte Kühlmittel durch die Rücklaufleitung 24 in die Kühlmittelummantelung 10, 12 des Verbrennungsmotors E zurückgeleitet.

Die erste Ausführungsform des Fahrgastraum-Heizungssystems H ist mit dem oben beschriebenen Verdampfungskühlsystem verbunden, was nunmehr im einzelnen beschrieben wird.

Das Heizungssystem H weist eine weitere Leitung 28 auf, die von der vorher erwähnten Vorlaufleitung 16 abzweigt und zu einem oberen Tank 30 eines zweiten Wärmetauschers 32 führt. Nahe dem zweiten Wärmetauscher 32 ist ein elektrisches Gebläse 34 angeordnet, um einen Luftstrom durch den zweiten Wärmetauscher 32 zu erzeugen. Der zweite Wärmetauscher 32 und das Gebläse 34 sind in einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Wärmetauschergehäuse angeordnet, welches im Frontteil des Fahrgastinnenraumes C angebracht ist. Ausgehend von einem unteren Tank 36 des zweiten Wärmetauschers 32 führt eine weitere Rücklaufleitung 38 zum unteren Tank 22 des ersten Wärmetauschers 18.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist in der Verzweigungsstelle zwischen der Vorlaufleitung 16 und der weiteren Leitung 28 eine erste und zweite Steuerklappe 40 bzw. 42 angeordnet. Die Steuerklappen 40, 42 sind jeweils in ihren Drehpunkten mit Hebeln 44 und 46 verbunden. Hierbei ist der Hebel 44 länger als der Hebel 46. Die freien Enden der Hebel 44 und 46 sind mit einem üblichen Steuerdraht 48 verbunden, welcher zu einem im Fahrzeuginnenraum C angeordneten, in der Zeichnung jedoch nicht dargestellten Steuerknopf führt. Durch die Wirkung einer als Fehler ausgebildeten Vorspanneinrichtung 50 wird die Steuerklappe 40 vollständig geöffnet, während die Steuerklappe 42 vollständig geschlossen gehalten wird. Zum Erwärmen des Fahrzeuginnenraumes C wird der Draht 48 in Richtung des Pfeiles A bis zu einer gewissen Auslenkung gegen die Kraft der Feder 50 gezogen, so daß sich die Steuerklappe 40 leicht in eine durch die gestrichelte Linie angedeutete Stellung dreht, während die Steuerklappe 42 stärker gedreht wird, um die Leitung 28 vollständig zu öffnen. Hierbei ist hervorzuheben, daß die Steuerklappe 40 die Vorlaufleitung 16 selbst dann nicht vollständig schließt, wenn die andere Steuerklappe 42 ihre vollgeöffnete Stellung einnimmt. Der Grund hierfür liegt in den unterschiedlichen Längen der Hebel 44 und 46. Nachfolgend wird die Betätigung des Fahrgastraum-Heizungssystems H beschrieben. Der Einfachheit halber wird die Beschreibung mit dem durch die durchgesetzte Linie verdeutlichten Zustand der Fig. 2 begonnen, worin die Vorlaufleitung 16 völlig offen und die Leitung 28 völlig geschlossen ist.

Wenn beim Starten des Verbrennungsmotors E die Höhe des verflüssigten Kühlmittels 14 in der Kühlmittelummantelung 10, 12 unter der vorbestimmten Höhe liegt, wird die Förderpumpe 26 betätigt, um das Kühlmittel 14 aus dem unteren Tank 22 in die Kühlmittelummantelung 10, 12 hochzupumpen, damit die Höhe auf das vorbestimmte Niveau ansteigt. Wenn nach dem Start der Verbrennungsmotor E noch kalt ist, siedet das Kühlmittel 14 noch nicht. Somit ändert sich unter diesen Bedingungen das Niveau nicht oder sinkt ab, so daß die Förderpumpe 26 anhält, da das Kühlmittel 14 in der Kühlmittelummantelung 10, 12 stationär stehen bleibt. Nach einer gewissen Zeit beginnt an besonders erhitzten Teilen, wie z. B. die Motorteile, die die Brennräume und die Auspuffteile begrenzen, das Sieden der Kühlflüssigkeit 14. Zu diesem Zeitpunkt kann bereits das Fahrgastraum-Heizungssystem H bedient werden. Wenn die Kühlflüssigkeit 14 zu sieden beginnt, kann eine im Fahrzeuginnenraum sitzende Person den Steuerknopf betätigen, und den Steuerdraht 48, der zusammen mit den Hebeln 44 und 46 eine Synchronisiereinrichtung bildet, zu ziehen. Hierdurch dreht sich die Steuerklappe 42, um die Leitung 28 vollständig zu öffnen, und die Steuerklappe 40 dreht sich leicht, um die Vorlaufleitung 16 leicht zu schließen, wie es durch die mit gestrichelten Linie in Fig. 2 dargestellten Klappenpositionen gezeigt ist. Somit fließt der in der Kühlmittelummantelung 10, 12 erzeugte Dampf nicht nur in den ersten Wärmetauscher 18, sondern auch in den zweiten Wärmetauscher 32, so daß durch Betätigung des Gebläses 34 erwärmte Luft aus dem Wärmetauscher 32 in den Fahrzeuginnenraum C geblasen wird. Das so im zweiten Wärmetauscher 32 gekühlte und kondensierte Kühlmittel fließt in den unteren Tank 22 des ersten Wärmetauschers 18. Das verflüssigte Kühlmittel aus dem unteren Tank 18 wird dann durch die Rücklaufleitung 24 in der zuvor beschriebenen Art und Weise zurück in die Kühlmittelummantelung 10, 12 des Verbrennungsmotors E zurückgeleitet.

In Fig. 3 ist eine Ventileinrichtung gezeigt, welche anstatt der Klappenanordnung gemäß Fig. 2 benutzt werden kann. Die Ventileinrichtung weist ein Gehäuse 52 auf, das erste, zweite und dritte Strömungskanäle 54, 56 und 58 begrenzt, welche im Gehäuse 52 ausgebildet sind. Die ersten, zweiten und dritten Strömungskanäle 54, 56 und 58 sind mit dem Auslaß der Kühlmittelummantelung 10, 12, dem oberen Tank des ersten Wärmetauschers 18 bzw. dem unteren Tank 30 des zweiten Wärmetauschers 32 verbunden. Die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungskanal 54 und 56 ist durch eine Hauptöffnung 60 und eine Bypaß-Öffnung 62 hergestellt, während die Verbindung zwischen dem ersten und dem dritten Strömungskanal 54 und 58 durch eine einzige Öffnung 64 hergestellt ist. Im Gehäuse 52 ist ein Ventilteller 66 angeordnet, der aus einer durch die gestrichelte Linie dargestellten ersten Lage, in der er die Öffnung 64 verschließt, in eine durch die ausgezogene Linie dargestellte zweite Lage bewegbar ist, in der er die Hauptöffnung 60 verschließt. Der Ventilteller 66 weist eine Stange 68 auf, die sich zu einem Vakuum-Motor erstreckt. Der Vakuum-Motor weist ein Gehäuse 70 auf, dessen Innenraum in zwei Kammern 72 und 74 mit Hilfe einer Membran 76 unterteilt ist, die wiederum mit der Stange 68 verbunden ist. In der Kammer 74 ist eine Vorspanneinrichtung in Form einer Feder 78 angeordnet, um die Membran 76 auf die andere Kammer 72 zu vorzuspannen, so daß der Ventilteller 66 üblicherweise in der ersten Lage gehalten wird. Die Kammer 74 ist durch ein Rohr 80 mit einem ein Vakuum erzeugenden Teil des Verbrennungsmotors E verbunden. Obwohl es in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist, ist das Rohr 80 mit einem an sich bekannten Steuerventil versehen, dessen Bedienung aus dem Fahrzeuginnenraum C ferngesteuert erfolgt. Somit wird bei Betrieb des Verbrennungsmotors und bei Betätigung des Steuerventiles zur Öffnung des Rohres 80 ein Vakuum in der Kammer 74 erzeugt, um den Ventilteller 66 in die mit der durchgezogenen Linie dargestellte zweite Lage zu verschieben. Unter diesen Bedingungen speist der Dampf oder das in der Kühlmittelummantelung 10, 12 erzeugte gasförmige Kühlmittel sowohl den zweiten Wärmetauscher 32 als auch den ersten Wärmetauscher 18, um dadurch den Fahrzeuginnenraum C zu erwärmen.

Wie die voranstehende Beschreibung zeigt, kann mittels des Fahrgastraum-Heizungssystems H der Dampf oder das gasförmige Kühlmittel, das sofort an den besonders heißen Teilen des Verbrennungsmotors erzeugt wird, als eine sogenannte "Anfangsheizquelle" des Heizungssystems H ausgenutzt werden. Somit sichert das Heizungssystem H ein rasches Aufwärmen des Fahrzeuginnenraumes C, was den Fahrzeugkomfort durch eine schnelle Erwärmung erhöht.

Claims (7)

1. Fahrgastraum-Heizungssystem (H) für ein Kraftfahrzeug mit einem ein Verdampfungskühlungssystem aufweisenden Verbrennungsmotor (E), bestehend aus:

• - einer die Brennräume des Verbrennungsmotors (E) umgebenden Kühlmittelummantelung (10, 12),
• - einem über eine Vorlaufleitung (16) und eine Rücklaufleitung (24) mit der Kühlmittelummantelung (10, 12) verbundenen ersten Wärmetauscher (18) zur Abfuhr der Motorabwärme an die Umgebung,
• - einem über eine weitere Leitung (28) sowie eine weitere Rücklaufleitung (38) dem ersten Wärmetauscher (18) kühlmittelseitig parallel geschalteten zweiten Wärmetauscher (32) zum Beheizen des Fahrzeuginnenraumes (C), wobei die weitere Leitung (28) an einer Verzweigungsstelle von der Vorlaufleitung (16) abzweigt,
• - einer an der Verzweigungsstelle angeordneten Steuereinrichtung zur anteilmäßigen Steuerung des durch den ersten (18) und den zweiten (32) Wärmetauscher strömenden Kühlmittels, wobei die Steuereinrichtung aus einer ersten, in der Vorlaufleitung (16) zum ersten Wärmetauscher (18) liegenden Steuerklappe (40) und einer zweiten, in der Leitung (28) zum zweiten Wärmetauscher (32) liegenden Steuerklappe (42) besteht, sowie
• - einer Synchronisiereinrichtung (44, 46, 48) zur Koppelung der Verstellbewegungen beider Steuerklappen (40, 42).

2. Fahrgastraum-Heizungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorspanneinrichtung (50) zum Vorspannen der ersten und zweiten Steuerklappe (40 bzw. 42) zum Einnehmen ihrer vollständig offenen bzw. vollständig geschlossenen Lage.

3. Fahrgastraum-Heizungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisiereinrichtung (44, 46, 48) einen ersten, mit der ersten Steuerklappe (40) zu deren Bewegung mit dieser verbundenen Hebel (44), einen zweiten, mit der zweiten Steuerklappe (42) zu deren Bewegung mit dieser verbundenen Hebel (46), und einen Steuerdraht (48) aufweist, mit dem die freien Enden des ersten und zweiten Hebels (44, 46) verbunden sind.

4. Fahrgastraum-Heizungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hebel (44) länger ist als der zweite Hebel (46).

5. Fahrgastraum-Heizungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerklappe (40) auch dann gehindert ist, ihre vollgeschlossene Lage einzunehmen, wenn die zweite Steuerklappe (42) ihre vollständig offene Lage einnimmt.

6. Fahrgastraum-Heizungssystem (H) für ein Kraftfahrzeug mit einem ein Verdampfungskühlsystem aufweisenden Verbrennungsmotor (E), bestehend aus:

• - einer die Brennräume des Verbrennungsmotors (E) umgebenden Kühlmittelummantelung (10, 12),
• - einem über eine Vorlaufleitung (16) und eine Rücklaufleitung (24) mit der Kühlmittelummantelung (10, 12) verbundenen ersten Wärmetauscher (18) zur Abfuhr der Motorabwärme an die Umgebung,
• - einem über eine weitere Leitung (28) sowie eine weitere Rücklaufleitung (38) dem ersten Wärmetauscher (18) kühlmittelseitig parallel geschalteten zweiten Wärmetauscher (32) zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums (C), wobei die weitere Leitung (28) an einer Verzweigungsstelle von der Vorlaufleitung (16) abzweigt,
• - einer an der Verzweigungsstelle angeordneten Steuereinrichtung zur anteilmäßigen Steuerung des durch den ersten (18) und den zweiten (32) Wärmetauscher strömenden Kühlmittels, wobei die Steuereinrichtung ein Gehäuse (52) mit einem daran angeordneten ersten, zweiten und dritten Strömungskanal (54, 56, 58), welche miteinander und mit der Kühlmittelummantelung (10, 12), dem ersten Wärmetauscher (18) bzw. dem oberen Tank (30) des zweiten Wärmetauschers (32) verbunden sind, eine Bypaß-Einrichtung mit einem Bypaß-Kanal (62) zwischen dem ersten und zweiten Strömungskanal (54, 56), einen Ventilteller (66), der aus einer die Verbindung zwischen dem ersten und dem dritten Strömungskanal (44, 58) blockierenden Lage in eine zweite Lage bewegbar ist, in der er die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungskanal (44, 56) blockiert, und einen Vakuummotor aufweist, der mit dem Ventilteller (66) verbunden ist und diesen beim Aufbau eines Vakuums in die zweite Lage verschiebt, während er beim Abbau des Vakuums den Ventilteller (66) in die erste Lage verschiebt.

7. Fahrgastraum-Heizungssystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Vorspanneinrichtung (78) zum Vorspannen des Ventiltellers (66) in die erste Lage.