DE102008004133A1 - Heating device for motor vehicle, has heating circuit provided with heat exchanger arranged in exhaust gas discharge pipe between exhaust gas outlet of internal-combustion engine and surrounding outlet - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine insbesondere für ein Kraftfahrzeug bestimmte, mit einer Brennkraftmaschine verbundene Heizvorrichtung, wobei die Brennkraftmaschine eine mit einem Lufteinlass der Brennkraftmaschine verbundene Luftzuführleitung und eine mit einem Ab-gasauslass der Brennkraftmaschine verbundene, einen Umgebungsauslass aufweisende Abgasleitung aufweist und wobei die zum Erwärmen der einem Fahrgastinnenraum zuführbaren Luft bestimmte Heizvorrichtung mit einem Heizkreislauf für ein insbesondere flüssiges Wärmeträgermedium ausgestattet ist, wobei der Heizkreislauf einen der Brennkraftmaschine zugeordneten ersten Wärmetauscher und einen der Abgasleitung zugeordneten zweiten Wärmetauscher aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Heizvorrichtung und mit einer Brennkraftmaschine.The The invention relates to a particular for a motor vehicle certain heating device connected to an internal combustion engine, the internal combustion engine having an air intake of the internal combustion engine connected air supply line and one with an exhaust gas outlet the internal combustion engine connected, having an ambient outlet Exhaust line and wherein the for heating the one Passenger compartment feedable air specific heater with a heating circuit for a particular liquid Heat transfer medium is equipped, the Heating circuit one of the internal combustion engine associated with the first heat exchanger and a second heat exchanger associated with the exhaust pipe having. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with such a heater and with an internal combustion engine.
Ein bekanntes Problem bei Kraftfahrzeugen besteht darin, dass vor allem bei den verbrauchsoptimierten Brennkraftmaschinen, insbesondere bei direkteinspritzenden Dieselmotoren, im unteren Lastbereich die Kühlwassererwärmung durch den Zylinderblock oft so gering ist, dass eine Fahrzeugheizung des Fahrgastinnenraums durch Ausnutzung der Wärme des Kühlmediums aus dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine über einen Wärmetauscher nicht mehr möglich ist.One known problem with motor vehicles is that, above all in the consumption-optimized internal combustion engines, in particular in direct-injection diesel engines, in the lower load range the Cooling water heating through the cylinder block often so low is that a vehicle heating of the passenger compartment by utilizing the heat of the cooling medium the cooling circuit of the internal combustion engine via a heat exchanger is no longer possible.
Dies gilt sowohl bei betriebswarmer Brennkraftmaschine im Verkehrsstau als auch bei der Warmlaufphase nach dem Starten des Motors, sodass für den Heizkreislauf, der normalerweise durch den Zylinderblock beheizt wird, praktisch keine zusätzliche Wärme zur Verfügung steht.This applies both in Betriebswarmer internal combustion engine in traffic jam as well as during the warm-up phase after starting the engine, so for the heating circuit, normally through the cylinder block is heated, virtually no additional heat is available.
In der Praxis ist auch bereits der Einbau eines Wärmetauschers in der Abgasrückführleitung und einer daraus resultierenden Wiedereinleitung von entsprechend gekühltem Abgas in den Ansaugbereich der Brennkraftmaschine bekannt, um so den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern. So ergeben sich zum Beispiel Vorteile hinsichtlich der Menge von Stickstoff- und Partikelemissionen und des Kraftstoffverbrauches. Die bisher bekannten Wärmetau scher, die an den Abgasrückführungsleitungen angeordnet waren, haben oftmals lediglich den Zweck, das zurückzuführende Abgas zu kühlen.In The practice is already the installation of a heat exchanger in the exhaust gas recirculation line and a resulting Re-introduction of appropriately cooled exhaust gas into the Intake of the internal combustion engine known, so as to increase the efficiency to improve the internal combustion engine. This is the case, for example Advantages regarding the amount of nitrogen and particulate emissions and fuel consumption. The previously known Wärmetau shear, arranged on the exhaust gas recirculation lines often have only the purpose of being due Cool exhaust.
Demgegenüber
offenbart die
Die
Verbrennungsmotoren
mit einer einen Wärmetauscher bzw. einen Abgasrückkühler
aufweisende Abgasrückführleitung sind beispielsweise
auch aus der
Wärmetauscher
zur Wärmerückgewinnung aus Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren
sind auch aus der
Die
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die mit einer zum Erwärmen des Fahrgastinnenraums bestimmte Heizvorrichtung weiter zu verbessern und dabei insbesondere eine optimale Nutzung der im Betrieb der Brennkraftmaschine entstehenden Wärme sicherzustellen. Weiterhin soll ein derart verbessertes Kraftfahrzeug geschaffen werden.In front In this background, the invention is based on the object, the with a heating of the passenger compartment intended Heating device to improve and in particular an optimal Use of heat generated during operation of the internal combustion engine sure. Furthermore, such an improved motor vehicle be created.
Die erstgenannte Aufgabe wird mit einer Heizvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 10 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.The the first object is achieved with a heating device according to the Characteristics of claim 1 solved. The dependent claims 2 to 10 relate to particularly expedient developments the invention.
Erfindungsgemäß ist also eine Heizvorrichtung vorgesehen, bei welcher der zweite Wärmetauscher in der Abgasleitung zwischen dem Abgasauslass der Brennkraftmaschine und dem Umgebungsauslass angeordnet ist. Hierdurch wird also der zweite Wärmetauscher nicht lediglich im Falle der Rückführung des aus der Brennkraftmaschine austretenden Abgases zu der Luftzuführleitung mit der erforderlichen Wärme beaufschlagt. Vielmehr wird aufgrund der Anordnung des zweiten Wärmetauschers beispielsweise in unmittelbarer Nähe des Abgasauslasses der Brennkraftmaschine bedarfsweise der gesamte Abgasstrom zur Wärmerückgewinnung nutzbar. Eine Wasserzusatzheizung oder eine elektrische PTC-Heizung kann erfindungsgemäß entfallen, wodurch einerseits eine Kosteneinsparung und andererseits eine Gewichtsreduzierung erreicht werden. Durch den Entfall dieser genannten Komponenten wird der CO2-Ausstoß dadurch verringert, dass die nach dem Stand der Technik erforderliche Verbrennung von Kraftstoff für die Wasserzusatzheizung oder für die elektrische Energie der PTC-Heizung entfallen kann. Die Heizenergie wird vielmehr ausschließlich aus dem Abgas gewonnen.According to the invention, therefore, a heating device is provided in which the second heat exchanger is arranged in the exhaust gas line between the exhaust gas outlet of the internal combustion engine and the ambient outlet. As a result, therefore, the second heat exchanger is not only subjected to the required heat in the event of the return of the exhaust gas leaving the internal combustion engine to the air supply line. Rather, due to the arrangement of the second heat exchanger, for example, in the immediate vicinity of the exhaust outlet of the internal combustion engine, if necessary, the entire exhaust gas flow for heat recovery available. An additional water heater or an electric PTC heater can be omitted according to the invention, which on the one hand, a cost saving and on the other hand, a weight reduction can be achieved. The elimination of these components, the CO 2 emission is reduced by the fact that the required in the prior art combustion of fuel for the additional water heating or for the electrical energy of the PTC heating can be omitted. The heating energy is rather obtained exclusively from the exhaust gas.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Abgasleitung mit einem Abzweig für eine insbesondere verschließbare, die Abgasleitung mit der Luftzuführleitung verbindende Abgasrückführleitung ausgestattet ist, wobei der Abzweig in Strömungsrichtung hinter dem zweiten Wärmetauscher angeordnet ist, sodass die Wärmerückgewinnung für die Erwärmung des Fahrgastin nenraums unabhängig ist von dem Anteil des Abgasvolumenstroms, welcher der Abgasrückführleitung einerseits und der Abgasleitung andererseits zugeführt wird. Vielmehr gelangt der gesamte Abgasstrom zu dem zweiten Wärmetauscher.there It is particularly advantageous if the exhaust pipe with a branch for a particular closable, the exhaust pipe with the air supply line connecting exhaust gas recirculation line equipped, wherein the branch in the flow direction behind the second heat exchanger is arranged, so that the heat recovery independent of the heating of the passenger compartment is the proportion of the exhaust gas volume flow, which is the exhaust gas recirculation line supplied on the one hand and the exhaust pipe on the other becomes. Rather, the entire exhaust gas flow reaches the second heat exchanger.
Eine andere, besonders praxisgerechte Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird dadurch realisiert, dass die Abgasleitung einen Abzweig für einen zwischen dem Abgasauslass der Brennkraftmaschine und dem Umgebungsauslass angeordneten Bypass aufweist, in dem der zweite Wärmetauscher angeordnet ist. Hierdurch kann der Abgasstrom bedarfsweise an dem zweiten Wärmetauscher vorbeigeführt werden, sodass eine Überhitzung des zweiten Wärmetauschers ausgeschlossen ist.A another, particularly practical modification of the present invention is realized in that the exhaust pipe is a branch for one between the exhaust outlet of the internal combustion engine and the ambient outlet arranged bypass, in which arranged the second heat exchanger is. As a result, the exhaust gas stream, if necessary, at the second heat exchanger be passed, so that overheating the second heat exchanger is excluded.
Hierzu weist gemäß einer weiteren besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Abzweig ein zur variablen Verteilung der Abgasströmung ausgeführtes Stellglied auf. Auf diese Weise kann das Stellglied zur Einstellung der Fahrgastinnenraumtemperatur genutzt werden, indem so die dem zweiten Wärmetauscher zugeführte Wärmemenge an den zu übertragenden Wärmebedarf der Heizvorrichtung angepasst wird. Zusätzliche Steuermittel sind nicht erforderlich. Insbesondere kann das Bedienelement für die Temperatureinstellung unmittelbar auf das Stellglied zur Verteilung der Abgasströmung einwirken.For this according to another particularly useful Design of the branch for a variable distribution of the exhaust gas flow executed actuator. In this way, the actuator be used to adjust the passenger compartment temperature, thus supplying the second heat exchanger Amount of heat to be transferred to the heat demand the heater is adjusted. Additional tax funds are not required. In particular, the operating element for the Temperature setting directly on the actuator for distribution the exhaust gas flow act.
Der Bypass und die Abgasleitung könnten jeweils mit einem separaten Umgebungsauslass ausgestattet sein. Besonders einfach ist hingegen eine Ausgestaltung, bei welcher der Bypass hinter dem zweiten Wärmetauscher und vor dem Umgebungsauslass mit der Abgasleitung verbunden ist, sodass die Anordnung mit einem einzigen Umgebungsauslass auskommt. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Heizvorrichtung mit geringem Aufwand auch bei an sich bekannten Konstruktionen vorgesehen oder auch bei vorhandenen Kraftfahrzeugen nachgerüstet werden.Of the Bypass and the exhaust pipe could each be with a separate Environmental outlet be equipped. It is especially easy an embodiment in which the bypass behind the second heat exchanger and connected to the exhaust pipe in front of the ambient outlet, so that the arrangement manages with a single ambient outlet. As a result, the heating device according to the invention provided with little effort even in constructions known per se or be retrofitted to existing vehicles.
Die beiden Wärmetauscher könnten von dem Wärmeträgermedium nacheinander durchströmt werden, um so eine stufenweise Erhöhung der Temperatur zu erreichen. Besonders praxisnah ist es hingegen, wenn die beiden Wärmetauscher in einer parallelen Anordnung in dem Heizkreislauf vorgesehen geschaltet sind. Hierdurch kann die erforderlicher Wärmemenge entsprechend dem Heizbedarf sowie der Betriebsparameter wahlweise unmittelbar der Verbrennungswärme der Brennkraftmaschine oder der Abgaswärme entnommen werden. Insbesondere im Falle einer Abgasrückführung kann somit also unabhängig von der Temperatur des rückgeführten Abgases die zum Heizen des Fahrgastinnenraums erforderliche Wärme bereitgestellt werden.The Both heat exchangers could be from the heat transfer medium flow through one after the other, so gradually To increase the temperature. Especially practical It is, however, when the two heat exchangers in a parallel Arrangement are provided provided in the heating circuit. hereby can the required amount of heat according to the heating demand as well the operating parameters either directly the heat of combustion the internal combustion engine or the exhaust heat can be removed. In particular, in the case of exhaust gas recirculation can thus independent of the temperature of the recycled Exhaust gas required for heating the passenger compartment heat to be provided.
Eine weitere, besonders Erfolg versprechende Weiterbildung wird dann erreicht, wenn in dem Heizkreislauf in Strömungsrichtung vor einem jeweils einem Wärmetauscher zugeordneten Abzweig ein Hauptkühler angeordnet ist, sodass die erforderliche Kühlung der Brennkraftmaschine selbst dann sichergestellt ist, wenn die Heizvorrichtung für den Fahrgastinnenraum ausgeschaltet ist und die gesamte Wärme in die Umgebung abgeführt werden muss. Die dem Fahrgastinnenraum zuzuführende Luft kann dabei grundsätzlich durch den Hauptkühler oder durch einen separaten Heizluftwärmetauscher erwärmbar sein.Another, particularly promising development is achieved when a main radiator is arranged in the heating circuit upstream of each branch associated with a heat exchanger, so that the required cooling of the internal combustion engine is ensured even if the heater is turned off for the passenger compartment and the entire heat must be dissipated into the environment. The air to be supplied to the passenger compartment can basically be heated by the main radiator or by a separate Heizluftwärmetauscher.
Als Wärmeträgermedium könnte grundsätzlich die dem Fahrgastinnenraum zuzuführende Luft genutzt werden. Besonders sinnvoll ist hingegen eine Abwandlung, bei der das Wärmeträgermedium als wesentlichen Bestandteil Kühlwasser aufweist, um so zugleich den Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine für die Heizvorrichtung nutzen zu können.When Heat transfer medium could basically the air to be supplied to the passenger compartment is used. In contrast, a modification is particularly useful in which the heat transfer medium as an essential ingredient has cooling water, so at the same time the cooling water circuit of the internal combustion engine to use for the heater.
Die zweitgenannte Aufgabe, ein verbessertes Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und mit einer Heizvorrichtung zu schaffen, wobei die Brennkraftmaschine eine mit einem Lufteinlass der Brennkraftmaschine verbundene Luftzuführleitung und eine mit einem Ab-gasauslass der Brennkraftmaschine verbundene, einen Umgebungsauslass aufweisende Abgasleitung aufweist und wobei die zum Erwärmen der einem Fahrgastinnenraum zuführbaren Luft bestimmte Heizvorrichtung mit einem Heizkreislauf für ein insbesondere flüssiges Wärmeträgermedium ausgestattet ist, wobei der Heizkreislauf einen der Brennkraftmaschine zugeordneten ersten Wärmetauscher und einen der Abgasleitung zugeordneten zweiten Wärmetauscher aufweist, wird erfindungsgemäß gelöst, indem der zweite Wärmetauscher in der Abgasleitung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Abgasauslass angeordnet ist. Hierdurch wird die erforderliche Wärmemenge dem zweiten unabhängig von einer möglichen Abgasrückführung und dem dabei erforderlichen veränderlichen Volumenstrom bereitgestellt.The second task, an improved motor vehicle with a Internal combustion engine and to provide a heating device, wherein the internal combustion engine one with an air inlet of the internal combustion engine connected air supply line and one with an exhaust gas outlet the internal combustion engine connected, having an ambient outlet Exhaust line and wherein the for heating the one Passenger compartment feedable air specific heater with a heating circuit for a particular liquid Heat transfer medium is equipped, the Heating circuit one of the internal combustion engine associated with the first heat exchanger and a second heat exchanger associated with the exhaust pipe has, is achieved according to the invention, by placing the second heat exchanger in the exhaust pipe between the internal combustion engine and the exhaust gas outlet is arranged. hereby the required amount of heat is the second independent from a possible exhaust gas recirculation and the required variable volume flow provided.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigen jeweils in einer Prinzipdarstellung inThe Invention allows for numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is in illustrated in the drawings and will be described below. These each show in a schematic diagram in
Die
erfindungsgemäße Heizvorrichtung
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