DE19547402A1

DE19547402A1 - Fahrzeuginnenraumheizung

Info

Publication number: DE19547402A1
Application number: DE1995147402
Authority: DE
Inventors: Michael Humburg
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2015-12-20
Also published as: DE19547402C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeuginnenraumheizung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für den Umlauf der Wärmeträgerflüssigkeit sorgt bei laufen dem Motor eine mit der jeweiligen Motordrehzahl angetriebene Förderpumpe. Das Fördervolumen einer solchen Pumpe ist damit drehzahlabhängig, das heißt bei einer hohen Drehzahl wird ein großer und bei einer niedrigen Drehzahl ein kleiner Vo lumenstrom gefördert.

Moderne Fahrzeugmotoren besitzen teilweise einen derart ho hen Wirkungsgrad, daß sie bei kühler Witterung nicht immer ausreichend Abwärme für die Fahrzeuginnenraumheizung zur Verfügung stellen können. Daher ist in dem Heizflüssigkeits umlauf bei solchen abwärmearmen Motoren teilweise ein zu sätzliches Heizgerät mit einem Wärmetauscher eingesetzt, über den der Heizflüssigkeit zusätzliche Wärme zugeführt werden kann. Das Heizgerät kann motorunabhängig heizen und beispielsweise brennstoffbetrieben sein. Das Zusatz-Heizgerät ist bei laufendem Motor grundsätzlich nur dann ak tiv, wenn nicht genügend Motorabwärme für die gewünschte Er wärmung des Fahrzeuginnenraumes geliefert wird. In Fällen, in denen genügend Motorabwärme zur Verfügung steht oder eine Aufwärmung des Fahrzeuginnenraumes nur in beschränktem Maße gewünscht wird, bleibt die Zusatzheizung außer Betrieb. Aber auch in unbeheiztem Zustand wird das Zusatz-Heizgerät wei terhin von der Heizflüssigkeit durchströmt. Hierdurch kann es bei großen Flüssigkeitsströmen, die bei hohen Motordreh zahlen wegen der Abhängigkeit der Förderpumpe von der Motor drehzahl zu einem unerwünscht großen Druckverlust in dem Wärmetauscher des Zusatz-Heizgerätes kommen. Ein solcher ho her Druckverlust resultiert daraus, daß jener Wärmetauscher mit relativ geringen Strömungsquerschnitten ausgelegt ist.

Mit geringen Strömungsquerschnitten ist dieser Wärmetauscher deshalb ausgestattet, weil ein Heiz- bzw. Zuheizbetrieb bei laufendem Motor hauptsächlich bei niedrigen Motordrehzahlen notwendig und erwünscht ist und bei diesen Strömungszustän den geringe Strömungsquerschnitte des Wärmetauschers einen optimalen Aufheizwirkungsgrad gewährleisten. Maßgebend für die geringen Strömungsquerschnitte ist im übrigen eine ge wünschte möglichst kleine und kompakte Bauweise des Zusatz-Heizgerätes.

Für einen geringen Flüssigkeitsdurchsatz soll das Zusatz-Heizgerät einer gattungsgemäßen Fahrzeuginnenraumheizung insbesondere auch deshalb heiztechnisch mit optimalem Wir kungsgrad ausgelegt sein, weil ein derartiges Heizgerät auch bei abgeschaltetem Motor die Funktion eines Standheizgerätes ausüben soll. Für diesen Fall ist zusätzlich zu der von dem Fahrzeugmotor betriebenen Förderpumpe in dem Heizflüssig keitskreislauf noch eine Zusatzpumpe vorgesehen, mit der die Flüssigkeit umgewälzt werden kann. Ist die Zusatzpumpe bei ausgeschaltetem Motor in Betrieb, so kann die von dieser Pumpe geförderte Flüssigkeit in bestimmten Betriebszuständen die außer Betrieb befindliche motorabhängige Hauptförderpum pe durchdringen. Umgekehrt bestimmt bei laufendem Motor in der Regel allein die Hauptförderpumpe den Förderstrom inner halb des Flüssigkeitskreislaufes und zwar unabhängig davon, ob die Zusatzpumpe in Betrieb ist oder nicht. Beide zuletzt genannten Fälle können bei der gattungsgemäßen Fahrzeugin nenraumheizung vorkommen. Denn bei der gattungsgemäßen Fahr zeuginnenraumheizung ist ein Betrieb mit ständig laufender Zusatzförderpumpe ebenso möglich wie ein solcher, bei der die Zusatzförderpumpe nur dann läuft, wenn der Wärmetauscher des Zusatz-Heizgerätes beheizt wird. Da die Energie zum Be treiben der Zusatzpumpe relativ gering ist, wird häufig eine Betriebsart der Fahrzeuginnenraumheizung gewählt, bei der die Zusatzpumpe bei laufendem Motor grundsätzlich einge schaltet ist.

Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Umstand, daß das sich ständig im Wärmeträgerflüssigkeitskreislauf der Fahr zeuginnenraumheizung befindliche Zusatz-Heizgerät in dem für es in Frage kommenden Betriebsbereich für eine optimale Energieübertragung relativ geringe Strömungsquerschnitte seines Wärmetauschers aufweisen muß, daß aber andererseits bei hohen Motordrehzahlen die Heizflüssigkeit durch diesen Wärmetauscher unter nicht zu hohem Druckverlust hindurch strömen soll, liegt der Erfindung das Problem zugrunde, für beide Betriebszustände eine möglichst jeweils für sich heiz- bzw. strömungstechnisch optimale Betriebsweise zu schaffen und dabei eine kompakte Bauweise des Zusatz-Heizgerätes bei zubehalten.

Eine hierauf abgestellte Lösung zeigt eine Ausführung der gattungsgemäßen Fahrzeuginnenraumheizung nach dem kennzeich nenden Merkmal des Anspruchs 1 auf.

Diese Lösung beruht auf dem Gedanken, den Strömungsdurchsatz durch den Wärmetauscher des Zusatz-Heizgerätes praktisch auf denjenigen Wert nach oben zu begrenzen, der der Förderlei stung der Zusatzpumpe entspricht. Damit kann der Wärmetau scher des Zusatz-Heizgerätes, wenn dieses zum Zuheizen be nutzt wird, grundsätzlich mit einem optimalen Wirkungsgrad arbeiten. Höhere Heizflüssigkeitsströme, die sich bei höhe ren Drehzahlen des Motors zwangsläufig ergeben, lösen ein Umströmen des Zusatz-Heizgerätes zusammen mit einer in die ses integrierten Zusatzfördereinrichtung über eine Bypass-Leitung aus. Die Bypass-Leitung ist dabei so geschaltet, daß durch sie praktisch nur derjenige Teil der umlaufenden Flüs sigkeit strömt, der oberhalb einer Obergrenze für einen be triebsoptimierten Volumenstrom innerhalb jenes Wärmetau schers des Zusatz-Heizgerätes liegt. Dies bedeutet, daß das Zusatz-Heizgerät - ggf. zusammen mit der mit diesem verbun denen Zusatzfördereinrichtung - bei Volumenströmen oberhalb eines vorgegebenen Wertes gemeinsam mit der parallel dazu verlaufenden Bypass-Leitung durchströmt wird.

Für das Öffnen der Bypass-Leitung ist ein Ventil vorgesehen, das oberhalb eines vorgebbaren Flüssigkeitsgegendruckes an diesem Ventil öffnet. Auf diese Weise kann der Druckverlust durch das Zusatz-Heizgerät bei hohen Flüssigkeitsströmen be grenzt werden, das heißt vor dem Zusatz-Heizgerät kann ein bestimmter Flüssigkeitsdruckwert als nicht überschreitbar eingehalten werden. Das Ventil zum Aufsteuern der Bypass-Leitung arbeitet selbsttätig unter dem an ihm anstehenden Flüssigkeitsgegendruck, indem es bei einer Überschreitung des eingestellten Öffnungsdruckes öffnet und dadurch für ei ne Aufteilung des Flüssigkeitsstromes durch einerseits das Zusatz-Heizgerät und andererseits die Bypass-Leitung sorgt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dabei stellt Anspruch 3 eine herstellungsmäßig einfache und kostengünstige Ausführungsform dar.

Eine weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand einer Zeichnung, in der dargestellt sind in

Fig. 1 ein Fließschema für ein erfindungsgemäßes Ausfüh rungsbeispiel einer Fahrzeuginnenraumheizung,

Fig. 2 die Draufsicht auf ein Ende eines Teil eines Zusatz-Heizgerätes mit nebeneinander liegenden Ein- und Ausläufen für im Kreislauf strömende Flüssigkeit,

Fig. 3 einen Schnitt durch den in Fig. 2 dargestellten Teil des Zusatz-Heizgerätes nach Linie III-III.

In Fig. 1 ist der im Kreislauf fließende Heizflüssig keitsstrom mit 1 bezeichnet. In einem Wärmetauscher 2 wird die einem Fahrzeuginnenraum zuzuführende Warmluft erzeugt.

Bei laufendem Motor 3 strömt ein Teil des an diesem Motor erhitzten Heizmittels über den Wärmetauscher 4 eines Zusatz-Heizgerätes 12 in den die Fahrzeuginnenluft erwärmenden Wär metauscher 2. Aus dem Wärmetauscher 2 strömt die Heizflüs sigkeit zurück in den Kühlmantel des Motors 3. Gefördert wird die Kreislaufflüssigkeit durch eine mit der Drehzahl des Motors angetriebene Förderpumpe 6 (Hauptförderpumpe), wobei es sich bei diesem Kreislaufflüssigkeitsstrom stets nur um einen von dieser Pumpe geförderten Teilstrom handelt.

Mit dem Kühlmantel des Motors 3 verbunden ist ferner ein Fahrzeugkühler 5, der außerhalb des Heizflüssigkeits-Kreislaufes 1 liegt.

Vor dem Wärmetauscher 4 befindet sich als Teil dieses Heiz gerätes 12 eine Zusatzförderpumpe 7, auf deren Betriebsweise nachstehend noch eingegangen wird.

Parallel zu dem Zusatz-Heizgerät 12 mit dem Wärmetauscher 4 und der Zusatzförderpumpe 7 verläuft eine Bypass-Leitung 8, für deren Aufsteuerung ein Ventil 9 vorgesehen ist. Dieses Ventil arbeitet druckabhängig und öffnet oberhalb eines ein gestellten Flüssigkeitsgegendruckes an dem Eingang des Wär metauschers 4. In seiner einfachsten Bauform kann dieses Ventil ein Einwegeventil mit einem unter dem Druck einer Fe der 10 schließenden Ventilteller 11 sein.

Mit dem Wärmetauscher 4 als Bestandteil des strichpunktiert angedeuteten brennstoffbetriebenen Zusatz-Heizgerätes 12, kann die Heizflüssigkeit unabhängig von dem Betrieb bzw. Be triebszustand des Motors 3 aufgeheizt werden.

Mit dem Heizgerät 12 und der Zusatzpumpe 7 kann die Fahrzeu ginnenraumheizung auch als sogenannte Standheizung bei aus geschaltetem Motor 3 betrieben werden. In diesem Fall wird die gesamte Heizwärme über das Heizgerät 12 zugeführt. Die Heizflüssigkeit wird durch den gesamten Kreislauf 1 geführt.

Bei eingeschaltetem Motor soll im Grunde ausschließlich die Motorabwärme über den im Kreislauf strömenden Heizmittel strom 1 zur Aufwärmung der Fahrzeuginnenluft in dem Wärme tauscher 2 dienen. Bei Motorstart und niedrigen Drehzahlen kann bei abwärmearmen Motoren 3 die Motorabwärme zur Fahr zeuginnenraumaufwärmung teilweise nicht ausreichend sein.

Für diesen Fall ist ein zusätzliches Aufheizen mit dem Zusatz-Heizgerät 12 über den Wärmetauscher 4 möglich. Ein sol ches zusätzliches Aufheizen ist bei laufendem Motor in der Regel nur bei niedrigen Motordrehzahlen notwendig. Der Wär metauscher 4 kann daher sowohl für den Zuheiz-Betrieb bei laufendem Motor 3 wie auch für einen Betrieb als Standheiz gerät für einen relativ geringen Flüssigkeitsstrom ausgelegt werden, um in diesem Bereich mit optimalem Heizwirkungsgrad arbeiten zu können.

Bei einer solchen Auslegung für einen niedrigen Flüssig keitsstrom durch den Wärmetauscher 4 kann dieser bei einem großen Kühlflüssigkeitsdurchsatz, wie er bei hohen Motor drehzahlen durch die motordrehzahlabhängig betriebene Hauptförderpumpe 6 zwangsläufig gegeben ist, zusammen mit der ggf. vorhandenen Zusatzförderpumpe 7 zu einem uner wünscht hohen Druckverlust innerhalb des Flüssigkeitsstromes führen. Dies gilt sowohl für den Fall, daß die Zusatzförder pumpe 7 bei laufendem Motor 3 ständig mitläuft sowie für Fälle, in denen die Zusatzförderpumpe 7 nur bei eingeschal tetem Zusatz-Heizgerät 12 arbeitet.

Ein zu hoher Druckverlust durch das Zusatz-Heizgerät 12 mit dem Wärmetauscher 4 und gegebenenfalls einer Zusatzförder pumpe 7 bei motordrehzahlbedingt großen Flüssigkeitsströmen wird durch ein Aufsteuern der an dem Zusatz-Heizgerät 12 vorbeiführenden Bypass-Leitung 8 bewirkt. Das Aufsteuern er folgt dabei nach Überschreiten eines bestimmten Flüssig keitsdruckes stromauf des die Bypass-Leitung 8 steuernden Ventiles 9.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des Endbereiches der Zusatzfördereinrichtung 7 als Teil des Heizgerätes 12 wird die im Kreislauf 1 geförderte Heizflüs sigkeit an einem gleichen stirnseitigen Ende des mit der Zu satzfördereinrichtung 7 in Verbindung stehenden Wärmetau schers 4 durch eine Leitung 13 der Zusatzförderpumpe 7 zuge führt und aus dem Wärmetauscher 4 durch eine parallel hierzu verlaufende Leitung 14 wieder abgeführt. Die Leitung 13 führt direkt in das Gehäuse der Zusatzförderpumpe 7, das wiederum ein Bestandteil des Zusatz-Heizgerätes 12 ist. In dessen oberem Bereich ist eine Entlüftungsöffnung 15 vorge sehen, die mit der Auslauf-Leitung 14 direkt verbunden ist.

Die Verbindung ist über einen in das Material des Gehäuses der Zusatzpumpe 7 eingearbeiteten und über einen Deckel 16 verschlossenen Kanal 17 gegeben.

Bei dieser Ausführungsform läßt sich das Ventil 9 ohne be sonderen konstruktiven Zusatzaufwand äußerst rationell in den Verbindungskanal 17 zwischen der Entlüftungsöffnung 15 und der Auslauf-Leitung 14 integrieren. Hierzu ist es ledig lich erforderlich, die Entlüftungsöffnung 15 in einen Ven tilteller 18 zu legen, der belastet durch eine Feder 19 ei nen Einlaß in den hier als Bypass-Leitung 8 dienenden Kanal 17 verschließt. Das Ventil 9 der Bypass-Leitung 8 besteht damit hier praktisch nur aus dem Ventilteller 18 und der diesen belastenden Feder 19, die sich an dem Deckel 16 ab stützt. Von der Zusatzförderpumpe 7 gelangt die geförderte Heizflüssigkeit über einen Kanal 20 in den Wärmetauscher 4 des Zusatz-Heizgerätes 12, aus dem die Heizflüssigkeit über die Auslauf-Leitung 14 in den Wärmetauscher 2 zur Erwärmung der Fahrzeuginnenluft gelangt.

Eine spezielle erfindungsgemäße Einrichtung kann beispiels weise auf folgende Betriebsparameter ausgelegt sein.

Die Bypass-Leitung 8 wird bei einem Flüssigkeitsgegendruck von oberhalb 20 hPa vor dem Zusatz-Heizgerät 12 mit dem Wär metauscher 4 geöffnet. Ein solcher Gegendruck stellt sich ein, wenn der geförderte Volumenstrom an Flüssigkeit motor betriebsbedingt bei oberhalb 500 l/h liegt. Die Zusatzför derpumpe 7 hat eine Betriebsförderleistung von 450 l/h bei 100 hP Gegendruck, was demjenigen Volumenstrom entspricht, mit dem die Einrichtung im Standheizbetrieb arbeitet.

Bezugszeichenliste

1 Kühlmittelstrom
2 Wärmetauscher
3 Motor
4 Wärmetauscher
5 Fahrzeug Kühler
6 Hauptfördereinrichtung
7 Zusatzfördereinrichtung
8 Bypass-Leitung
9 Ventil
10 Feder
11 Ventilteller
12 Brennstoff-Zusatz-Heizgerät
13 Einlauf-Leitung
14 Auslauf-Leitung
15 Entlüftungsöffnung
16 Deckel
17 Verbindungskanal
18 Ventilteller
19 Feder
20 Kanal.

Claims

1. Fahrzeuginnenraumheizung mit im Kreislauf (1) durch den Fahrzeugmotor (3) und ein Zusatz-Heizgerät (12) mit varia blem Durchsatz geförderter Wärmeträgerflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatz-Heizgerät (12) mit einer ventilgesteuerten oberhalb eines vorgebbaren Flüssigkeitsgegendruckes selbst tätig öffnenden Bypass-Leitung (8) versehen ist.

2. Fahrzeuginnenraumheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu einer von dem Fahrzeugmotor (1) angetrie benen Fördereinrichtung (6) für die Wärmeträgerflüssigkeit noch eine wahlweise einschaltbare motorunabhängig betreibba re Fördereinrichtung (7) im Verbund mit dem Zusatz-Heizgerät (12) vorgesehen ist, die ebenso wie die motorabhängig arbei tende Fördereinrichtung (6) auch in ausgeschaltetem Zustand oder mit einem über ihr Fördervolumen hinaus gehenden Volu menstrom durchströmbar ist.

3. Zusatz-Heizgerät (12) mit Zusatzfördereinrichtung (7) nach Anspruch 1 oder 2 mit einer eingangsseitig angeordne ten, mit dem stromab liegenden Ausgang in Verbindung stehen den, Entlüftungsöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsöffnung (15) in dem Ventilteller (18) ei nes Einwegeventiles (9) liegt, dessen Schließdruck auf den zum Aufsteuern der Bypass-Leitung (8) maßgeblichen Flüssig keitsgegendruck einstellbar ist.