DE102015222806A1 - HEATING SYSTEM AND METHOD FOR AIR-CONDITIONING A VEHICLE - Google Patents

HEATING SYSTEM AND METHOD FOR AIR-CONDITIONING A VEHICLE Download PDF

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Abstract

Es wird ein Wärmesystem (2) für ein Fahrzeug angegeben, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, mit einem Abwärme-Heizbetrieb und einem Alternativ-Heizbetrieb sowie mit einem HT-Kühlkreislauf (4), zur Kühlung eines Verbrennungsmotors (6) des Fahrzeugs, wobei der HT-Kühlkreislauf (4) einen Kühlkreis (8) und einen Heizkreis (10) aufweist, welche miteinander über einen Heizkreisvorlauf (12) und einen Heizkreisrücklauf (14) hydraulisch gekoppelt sind, wobei in dem Kühlkreis (8) der Verbrennungsmotor (6) angeordnet ist und in dem Heizkreis (10) ein Heizwärmetauscher (18) und eine Wärmequelle (20), zur Innenraumbeheizung. Der Heizkreis (10) ist geteilt in einen Heizzweig (26), in welchem der Heizwärmetauscher (18) angeordnet ist, und in einen Rückführzweig (28), zur Rückführung von Kühlmittel im Heizkreis (10), wobei im Rückführzweig (28) eine passive Sperrvorrichtung (32) angeordnet ist, zum automatischen Absperren des Rückführzweigs (28) im Abwärme-Heizbetrieb. Das Wärmesystem (2) ist aufgrund der speziellen Verschaltung konstruktiv besonders einfach und kommt mit einer reduzierten Anzahl an aktiv gesteuerten und bestromten Ventilen aus. Weiterhin wird ein Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeugs mit einem entsprechenden Wärmesystem (2) angegeben.The invention relates to a heating system (2) for a vehicle, in particular for a hybrid vehicle, with a waste heat heating operation and an alternative heating operation and with an HT cooling circuit (4) for cooling an internal combustion engine (6) of the vehicle, the HT Cooling circuit (4) has a cooling circuit (8) and a heating circuit (10), which are hydraulically coupled to each other via a Heizkreisvorlauf (12) and a Heizkreisrücklauf (14), wherein in the cooling circuit (8) of the internal combustion engine (6) is arranged and in the heating circuit (10) a heating heat exchanger (18) and a heat source (20), for indoor heating. The heating circuit (10) is divided into a heating branch (26), in which the heating heat exchanger (18) is arranged, and in a return branch (28), for the return of coolant in the heating circuit (10), wherein in the return branch (28) is a passive Locking device (32) is arranged for automatically shutting off the return branch (28) in the waste heat heating operation. The heating system (2) is structurally particularly simple due to the special interconnection and manages with a reduced number of actively controlled and energized valves. Furthermore, a method for the air conditioning of a vehicle with a corresponding heat system (2) is specified.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmesystem sowie ein Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeugs.The invention relates to a heating system and a method for air conditioning a vehicle.

Bei der Klimatisierung eines Fahrzeugs wird üblicherweise dessen Innenraum, auch Fahrgastraum genannt, mittels eines Wärmesystems klimatisiert, d. h. bedarfsweise beheizt oder gekühlt. Dazu weist das Wärmesystem typischerweise eine Kühleinheit auf, z. B. einen Klima-Verdampfer, welcher an einen Kältekreis angeschlossen ist, sowie eine Heizeinheit, häufig ein Heizwärmetauscher, welcher an einen Kühlkreis angeschlossen ist und mit warmer Kühlmittel versorgt wird.In the air conditioning of a vehicle usually its interior, also called passenger compartment, conditioned by means of a heating system, d. H. if necessary, heated or cooled. For this purpose, the heating system typically has a cooling unit, z. As a climate evaporator, which is connected to a refrigerant circuit, and a heating unit, often a heating heat exchanger, which is connected to a cooling circuit and is supplied with warm coolant.

Bei herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor steht dieser durchgängig als Wärmequelle zur Verfügung. Bei alternativen Antriebskonzepten muss jedoch regelmäßig auf andere Lösungen zurückgegriffen werden. Die zur Beheizung verwendete Wärme stammt dann üblicherweise je nach aktuellem Fahrmodus des Fahrzeugs aus unterschiedlichen Wärmequellen, zwischen welchen in geeigneter Weise umgeschaltet werden muss. Der Verschaltungs- und der Steuerungsaufwand des Wärmesystems sind entsprechend erhöht und das gesamte Wärmesystem ist somit aufwendiger und kostenintensiver.In conventional vehicles with internal combustion engine, this is available throughout as a heat source. In alternative drive concepts, however, other solutions must be used regularly. The heat used for heating is then usually depending on the current driving mode of the vehicle from different heat sources, between which must be switched in a suitable manner. The Verschaltungsungs- and the control effort of the heating system are increased accordingly and the entire heating system is therefore more expensive and more expensive.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Wärmesystem anzugeben, welches eine möglichst einfache Verschaltung aufweist und insbesondere auch möglichst einfach anzusteuern ist, d. h. möglichst einfach zwischen verschiedenen Betrieben umschaltbar ist. Insbesondere soll das Wärmesystem zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug geeignet sein. Zudem soll ein Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeugs mittels eines entsprechenden Wärmesystems angegeben werden.Against this background, it is an object of the invention to provide an improved heating system, which has the simplest possible interconnection and, in particular, is to be controlled as simply as possible, d. H. as easy as possible to switch between different companies. In particular, the heating system should be suitable for use in a hybrid vehicle. In addition, a method for the air conditioning of a vehicle by means of a corresponding heat system to be specified.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wärmesystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Wärmesystem sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.The object is achieved by a heating system with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 9. Advantageous embodiments, developments and variants are the subject of the dependent claims. The remarks in connection with the heating system apply mutatis mutandis to the process and vice versa.

Das Wärmesystem dient zur Klimatisierung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, und weist dazu einen Abwärme-Heizbetrieb und einen Alternativ-Heizbetrieb auf. Das Wärmesystem weist weiterhin einen HT-Kühlkreislauf, d. h. einen Hochtemperaturkühlkreis, auf, zur Kühlung eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs, wobei der HT-Kühlkreislauf wiederum einen Kühlkreis und einen Heizkreis aufweist, welche miteinander über einen Heizkreisvorlauf und einen Heizkreisrücklauf hydraulisch gekoppelt sind, sodass zwischen diesen Kühlmittel ausgetauscht werden kann. Das Kühlmittel ist beispielsweise Wasser oder ein Wasser/Glykol-Gemisch. Der Verbrennungsmotor ist im Kühlkreis angeordnet und insbesondere ist auch ein Kühler an den Kühlkreis angeschlossen, zum Wärmetausch mit der Umgebung des Fahrzeugs. Im Heizkreis ist ein Heizwärmetauscher angeordnet, zur Innenraumbeheizung, und eine insbesondere zuschaltbare Wärmequelle.The heating system is for air conditioning of a vehicle, in particular a hybrid vehicle, and has for this purpose a waste heat heating operation and an alternative heating operation. The heating system further includes a HT refrigeration cycle, i. H. a high-temperature cooling circuit, for cooling an internal combustion engine of the vehicle, wherein the HT cooling circuit in turn has a cooling circuit and a heating circuit, which are hydraulically coupled to each other via a heating circuit and a Heizkreisrücklauf so that can be exchanged between these coolant. The coolant is, for example, water or a water / glycol mixture. The internal combustion engine is arranged in the cooling circuit and, in particular, a radiator is also connected to the cooling circuit for heat exchange with the surroundings of the vehicle. In the heating circuit, a heating heat exchanger is arranged, for interior heating, and a particular switchable heat source.

Der Heizwärmetauscher wird vorrangig zur Erwärmung von Luft verwendet, welche dem Fahrzeuginnenraum zur Innenraumbeheizung zugeführt wird. Die Luft ist dabei Außenluft, Innenluft oder eine Mischung aus beiden, d. h.The heating heat exchanger is used primarily for heating air, which is supplied to the vehicle interior for heating the interior. The air is outdoor air, indoor air or a mixture of both, d. H.

Mischluft. Der Heizwärmetauscher ist somit generell als Kühlmittel/Luft-Wärmetauscher ausgebildet.Mixed air. The heating heat exchanger is thus generally designed as a coolant / air heat exchanger.

Der Heizkreis ist an einer ersten Verzweigung an den Heizkreisvorlauf angeschlossen sowie an einer zweiten Verzweigung an den Heizkreisrücklauf und durch die beiden Verzweigungen in zwei Zweige geteilt, nämlich in einen Heizzweig, in welchem der Heizwärmetauscher angeordnet ist, und in einen Rückführzweig, zur Rückführung von Kühlmittel im Heizkreis. Dabei ist der Heizkreis über den Heizkreisvorlauf insbesondere stromab des Verbrennungsmotors und stromauf des Kühlers an den Kühlkreis angeschlossen, sodass bezüglich der Strömungsrichtung des Kühlmittels der Heizwärmetauscher zum Kühler parallel geschaltet ist. Stromab des Verbrennungsmotors ist demnach im Kühlkreis eine Abzweigung ausgebildet, welche einerseits über den Heizkreisvorlauf zum Heizkreis führt und andererseits zum Kühler, sodass die Abwärme vom Verbrennungsmotor vorteilhaft je nach Bedarf in diese beiden Richtungen verteilt werden kann.The heating circuit is connected at a first branch to the heating circuit flow and at a second branch to the heating circuit return and divided by the two branches into two branches, namely in a heating branch, in which the heating heat exchanger is arranged, and in a return branch, for the return of coolant in the heating circuit. In this case, the heating circuit is connected via the heating circuit flow in particular downstream of the internal combustion engine and upstream of the radiator to the cooling circuit, so that with respect to the flow direction of the coolant, the heating heat exchanger is connected in parallel to the radiator. Downstream of the internal combustion engine therefore a branch is formed in the cooling circuit, which leads on the one hand via the heating circuit flow to the heating circuit and on the other hand to the radiator, so that the waste heat from the engine can be advantageously distributed as needed in these two directions.

Im Heizkreis ist weiterhin eine Heizkreis-Pumpe angeordnet, welche im Alternativ-Heizbetrieb aktiv ist, sodass Kühlmittel im Heizkreis zirkuliert und wiederkehrend über die Wärmequelle und den Heizwärmetauscher geführt wird, um Wärme von der Wärmequelle dem Heizwärmetauscher zuzuführen.In the heating circuit, a heating circuit pump is further arranged, which is active in the alternative heating operation, so that coolant circulates in the heating circuit and is routinely passed through the heat source and the heating heat exchanger to supply heat from the heat source to the heating heat exchanger.

Im Rückführzweig ist stromauf der ersten Verzweigung und stromab der zweiten Verzweigung eine passive Sperrvorrichtung angeordnet, zum automatischen Absperren des Rückführzweigs im Abwärme-Heizbetrieb. Unter „passiv” wird allgemein insbesondere verstanden, dass keine aktive oder elektronische Steuerung des betreffenden Bauteils erfolgt, sondern dieses vielmehr selbsttätig, automatisch und passiv auf sich ändernde Umgebungsbedingungen reagiert.In the return branch upstream of the first branch and downstream of the second branch a passive locking device is arranged for automatically shutting off the return branch in the waste heat heating operation. "Passive" is generally understood in particular that no active or electronic control of the component concerned takes place, but this rather reacts automatically, automatically and passively to changing environmental conditions.

Der Erfindung liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, die Anzahl an Ventilen, vor allem an aktiv angesteuerten Ventilen, im Wärmesystem soweit wie möglich zu reduzieren und auf diese Weise eine vereinfachte und einfacher zu steuernde Verschaltung zu realisieren. Dabei wird auf Umschalt- und Absperrventile möglichst verzichtet und stattdessen werden vorrangig vergleichsweise einfache und kostengünstige Sperrvorrichtungen verwendet. Ein Umschalten zwischen diversen Betriebsmodi des Wärmesystems, d. h. zunächst zwischen dem Abwärme-Heizbetrieb und dem Alternativ-Heizbetrieb erfolgt dann vorteilhaft im Wesentlichen durch Ein- und Ausschalten der Heizkreis-Pumpe, wobei der Kühlmittelstrom dann durch die jeweils erzeugten Druckverhältnisse in Kombination mit der Sperrvorrichtung automatisch und insbesondere ohne weitere Schaltvorgänge geeignet umgelenkt wird. Zum Umleiten des Kühlmittels wird also vorzugsweise auf elektrisch angesteuerte Umschaltventile verzichtet und es werden stattdessen passive Bauteile, nämlich die Sperrvorrichtung verwendet. Auf eine aufwändige Softwaresteuerung insbesondere für diese Sperrvorrichtung wird vorteilhaft verzichtet. Desweiteren entfällt eine Bestromung entsprechender Ventile, sodass im Betrieb auch vorteilhaft Energie eingespart wird. Das Wärmesystem ist somit insgesamt deutlich kostengünstiger, energieeffizienter und weist zudem einen verringerten Bauraumbedarf auf. Durch die überwiegend passive Ausgestaltung des Wärmesystems ist dieses zudem besonders geräuscharm, wartungsarm und robust im Betrieb. The invention is based in particular on the idea of reducing the number of valves, in particular of actively controlled valves, in the heating system as far as possible and in this way realizing a simplified and easier to control connection. It is possible to dispense with switching and shut-off valves as possible and instead comparatively simple and inexpensive locking devices are used primarily. Switching between various operating modes of the heating system, ie initially between the waste heat heating and the alternative heating operation is then advantageously essentially by switching on and off of the heating circuit pump, the coolant flow then automatically by the respectively generated pressure conditions in combination with the locking device and in particular deflected suitable without further switching operations. For redirecting the coolant is thus preferably dispensed with electrically controlled switching valves and passive components, namely the locking device are used instead. On a complex software control in particular for this locking device is advantageously dispensed with. Furthermore, there is no need for energizing corresponding valves, so that energy is advantageously saved during operation. Overall, the heating system is significantly less expensive, more energy efficient and also has a reduced space requirement. Due to the predominantly passive design of the heating system this is also very quiet, low maintenance and robust in operation.

Das Wärmesystem eignet sich aufgrund der Umschaltmöglichkeit bei der Wärmeversorgung des Heizwärmtauschers besonders zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug, welches zwar einen Verbrennungsmotor aufweist, der aber nicht durchgängig betrieben wird. Vielmehr weist das Hybridfahrzeug zusätzlich zu einem Verbrennungsbetrieb mittels des Verbrennungsmotors einen elektrischen Fahrbetrieb auf, in welchem der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist und das Fahrzeug lediglich mittels eines elektrischen Antriebs angetrieben wird. Eine Heizanforderung während des elektrischen Fahrbetriebs kann also nicht durch Abwärme des Verbrennungsmotors bedient werden. Stattdessen wird in diesem Fall in den Alternativ-Heizbetrieb umgeschaltet, um den Heizwärmetauscher stattdessen über die im Heizkreis angeordnete Wärmequelle zu versorgen. Im Verbrennungsbetrieb wird dann zur Innenraumbeheizung entsprechend in den Abwärme-Heizbetrieb umgeschaltet.The heating system is due to the possibility of switching in the heat supply of the heating heat exchanger especially for use in a hybrid vehicle, which indeed has an internal combustion engine, which is not operated continuously. Rather, the hybrid vehicle in addition to a combustion operation by means of the internal combustion engine on an electric driving operation in which the engine is switched off and the vehicle is driven only by means of an electric drive. A heating request during the electric driving operation can not be operated by waste heat of the engine. Instead, in this case, the alternative heating mode is switched over to supply the heating heat exchanger instead via the heat source arranged in the heating circuit. In combustion operation is then switched to the interior heating according to the waste heat heating mode.

Allgemein wird also bei einem Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeugs mittels des Wärmesystems im Abwärme-Heizbetrieb dem Heizwärmetauscher Abwärme des Verbrennungsmotors zugeführt und der Fahrzeuginnenraum mittels des Heizwärmetauschers beheizt, Auch im Alternativ-Heizbetrieb wird der Fahrzeuginnenraum mittels des Heizwärmetauschers beheizt, in diesem Fall wird dann allerdings dem Heizwärmetauscher zweckmäßigerweise Wärme der Wärmequelle zugeführt. Der wesentliche Unterschied zwischen Abwärme-Heizbetrieb und Alternativ-Heizbetrieb besteht also insbesondere in der Auswahl der Wärmequelle zur Versorgung des Heizwärmetauschers mit erwärmtem Kühlmittel.In general, in a method for air conditioning of a vehicle by means of the heat system in the waste heat heating the heat exchanger exhaust heat of the engine supplied and the vehicle interior heated by the heating heat exchanger, even in alternative heating mode, the vehicle interior is heated by the heating heat exchanger, in this case, however the heat exchanger expediently supplied heat of the heat source. The main difference between waste heat heating operation and alternative heating operation thus consists in particular in the selection of the heat source for supplying the heating heat exchanger with heated coolant.

Im Abwärme-Heizbetrieb wird die Heizkreis-Pumpe in der Regel abgeschaltet, d. h. deaktiviert, und der Heizzweig wird mit dem Kühlkreis gekoppelt, sodass Kühlmittel stromab des Verbrennungsmotors über den Heizkreisvorlauf in den Heizzweig und zum Heizwärmetauscher gelangt. Stromab des Heizwärmetauschers wird das Kühlmittel wieder dem Kühlkreis zugeführt, ohne den Rückführzweig zu durchlaufen. Dazu wird in vorteilhafter Weise der Rückführzweig mittels der passiven Sperrvorrichtung automatisch abgesperrt.In waste heat heating mode, the heating circuit pump is usually switched off, d. H. deactivated, and the heating branch is coupled to the cooling circuit, so that coolant passes downstream of the engine via the heating circuit flow into the heating branch and to the heating heat exchanger. Downstream of the heating heat exchanger, the coolant is returned to the cooling circuit without passing through the return branch. For this purpose, the return branch is automatically shut off by means of the passive locking device in an advantageous manner.

In einer ersten geeigneten Variante ist die Wärmequelle im Heizzweig angeordnet. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auch im Abwärme-Heizbetrieb mittels der Wärmequelle noch zusätzlich zugeheizt werden kann. Die Wärmequelle wird hierbei lediglich dann im Abwärme-Heizbetrieb zusätzlich zur Wärmezufuhr verwendet, falls die Abwärme des Verbrennungsmotors nicht ausreicht, um eine gegebene Heizanforderung zu bedienen. In einer zweiten geeigneten Variante ist die Wärmequelle dagegen im Rückführzweig angeordnet und wird daher im Abwärme-Heizbetrieb nicht durchströmt, wodurch sich vorteilhaft ein geringerer Druckverlust ergibt und weniger Pumpleistung benötigt wird. Generell ist die Wärmequelle zur Wärmezufuhr geeigneterweise stromauf des Heizwärmetauschers an den Herzkreis angeschlossen.In a first suitable variant, the heat source is arranged in the heating branch. This has the particular advantage that even in the waste heat heating operation by means of the heat source can be additionally heated. The heat source is in this case only used in the waste heat heating operation in addition to the heat supply, if the waste heat of the internal combustion engine is not sufficient to serve a given Heizanforderung. In a second suitable variant, however, the heat source is arranged in the return branch and is therefore not flowed through in the waste heat heating operation, which advantageously results in a lower pressure loss and less pump power is needed. In general, the heat source for supplying heat is suitably connected upstream of the heating heat exchanger to the cardiovascular system.

Im Alternativ-Heizbetieb wird der Heizkreis vorzugsweise mittels der Heizkreis-Pumpe getrennt vom Kühlkreis betrieben. Dadurch ist eine vorteilhafte Entkopplung von Heizkreis und Kühlkreis möglich, sodass im Alternativ-Heizbetrieb kein Kühlmittelaustausch zwischen dem Heizkreis und dem Kühlkreis erfolgt, sondern das Kühlmittel im Heizkreis lediglich dort umgewälzt wird, wodurch der Fahrzeuginnenraum mittels der Wärmequelle und des Heizwärmetauschers besonders effizient beheizt wird.In alternative Heizbetieb the heating circuit is preferably operated by means of the heating circuit pump separately from the cooling circuit. As a result, an advantageous decoupling of the heating circuit and the cooling circuit is possible, so that in alternative heating operation no coolant exchange between the heating circuit and the cooling circuit, but the coolant is circulated in the heating circuit only there, whereby the vehicle interior is heated by the heat source and the heating heat exchanger particularly efficient.

Zur Umwälzung von Kühlmittel im Kühlkreis ist in diesem Insbesondere eine Kühlkreis-Pumpe angeordnet, welche zweckmäßigerweise im Abwärme-Helzbetrieb eingeschaltet, d. h. aktiviert ist, um das Kühlmittel über den Verbrennungsmotor und durch den Heizzweig zu fördern. Im Alternativ-Heizbetrieb kann die Kühlkreis-Pumpe dagegen ausgeschaltet bleiben und wird zumindest für die Innenraumbeheizung nicht benötigt. Da die Kühlkreis-Pumpe regelmäßig lediglich dann benötigt wird, wenn der Verbrennungsmotor aktiv ist, wird die Kühlkreis-Pumpe in einer geeigneten Variante mechanisch vom Verbrennungsmotor angetrieben und ist dann insbesondere keine elektrisch angetriebene Pumpe.For circulation of coolant in the cooling circuit, a cooling circuit pump is arranged in this particular, which is suitably turned on in the waste heat Helzbetrieb, that is activated to promote the coolant via the engine and by the heating branch. In alternative heating mode, however, the cooling circuit pump can remain switched off and is not needed, at least for the interior heating. Since the cooling circuit pump is needed regularly only when the Internal combustion engine is active, the cooling circuit pump is mechanically driven in a suitable variant of the internal combustion engine and is then in particular no electrically driven pump.

Geeigneterweise wird dann zwischen dem Abwärme-Heizbetrieb und dem Alternativ-Heizbetrieb umgeschaltet, indem die Heizkreis-Pumpe aktiviert oder deaktiviert wird. Gegebenenfalls wird auch die Kühlkreis-Pumpe entsprechend deaktiviert oder aktiviert, ansonsten sind jedoch insbesondere keine weiteren Schalt- oder Umschaltvorgänge notwendig, sodass die Steuerung des Wärmesystems besonders einfach ist und im Wesentlichen passiv und automatisch erfolgt. Zum Umschalten vom Abwärme-Heizbetrieb in den Alternativ-Heizbetrieb wird also die Heizkreis-Pumpe aktiviert und die Kühlkreis-Pumpe insbesondere deaktiviert. Bei Umschalten in anderer Richtung wird die Heizkreis-Pumpe deaktiviert und die Kühlkreis-Pumpe insbesondere aktiviert. Ein wesentlicher Vorteil ist nun insbesondere, dass zwischen den beiden Heizbetrieben lediglich durch Umschalten der Pumpen umgeschaltet wird und der Kühlmittelfluss ansonsten noch durch die vorteilhaft passive Sperrvorrichtung bestimmt wird, jedoch kein Ventil angesteuert werden muss.Suitably, a switch is then made between the waste heat heating operation and the alternative heating operation by activating or deactivating the heating circuit pump. Optionally, the cooling circuit pump is deactivated or activated accordingly, but otherwise in particular no further switching or switching operations are necessary so that the control of the heating system is particularly simple and is essentially passive and automatic. To switch from the waste heat heating mode in the alternative heating mode so the heating circuit pump is activated and the cooling circuit pump in particular deactivated. When switching in other direction, the heating circuit pump is deactivated and the cooling circuit pump in particular activated. A significant advantage is now in particular that is switched only by switching the pump between the two heating operations and the coolant flow is otherwise determined by the advantageous passive locking device, but no valve must be controlled.

Die Wärmequelle ist in einer bevorzugten Ausgestaltung ein elektrischer Zuheizer, sodass der Alternativ-Heizbetrieb ein elektrischer Heizbetrieb ist. Dies ist insbesondere bei einem Hybridfahrzeug vorteilhaft, bei welchem dann im elektrischen Fahrbetrieb zur Innenraumbeheizung in den elektrischen Heizbetrieb umgeschaltet wird, d. h. mittels elektrischer Energie geheizt wird. Der Zuheizer ist dazu beispielsweise als elektrischer Durchlauferhitzer ausgebildet. Die Wärmequelle ist in einer geeigneten und besonders einfachen Ausgestaltung insbesondere kein Wärmetauscher, welcher mit einem Kältekreis verbunden ist und ist beispielsweise gerade kein wassergekühlter Kondensator und kein Teil einer Wärmepumpe. Grundsätzlich sind solche Ausgestaltungen der Wärmequelle allerdings denkbar.The heat source is in a preferred embodiment, an electric heater, so that the alternative heating operation is an electrical heating operation. This is particularly advantageous in a hybrid vehicle in which is then switched in the electric driving operation for interior heating in the electric heating mode, d. H. is heated by electrical energy. The heater is for example designed as an electric water heater. The heat source is in a suitable and particularly simple embodiment, in particular no heat exchanger which is connected to a refrigeration circuit and is for example just no water-cooled condenser and no part of a heat pump. In principle, however, such embodiments of the heat source are conceivable.

Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die Sperrvorrichtung ein Rückschlagventil ist. Ein solches ist besonders kostengünstig und braucht nicht aktiv angesteuert zu werden, sondern reagiert vielmehr automatisch auf sich ändernde Druckverhältnisse im HT-Kühlkreislauf und im Heizkreis. in einer besonders kompakten Ausgestaltung ist das Rückschlagventil direkt in einen Leitungsschlauch integriert, welcher den Rückführzweig selbst oder einen Teilabschnitt von diesem bildet.Particularly preferred is an embodiment in which the locking device is a check valve. Such is particularly cost-effective and does not need to be actively controlled, but rather reacts automatically to changing pressure conditions in the HT cooling circuit and in the heating circuit. In a particularly compact embodiment, the check valve is integrated directly into a line hose, which forms the return branch itself or a portion of this.

Der getrennt Betrieb des Heizkreises im Alternativ-Heizbetrieb ermöglicht auf vorteilhafte Weise ein gleichzeitiges Vorwärmen des Verbrennungsmotors, da dieser im Alternativ-Heizbetrieb nicht mit dem Heizkreis verbunden ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Wärmesystem dann einen Vorwärmkreis und einen Vorwärm-Betrieb auf, zum Vorwärmen des Verbrennungsmotors. Beim Vorwärmen wird dann Kühlmittel stromab des Verbrennungsmotors nicht über den Kühler geführt, sondern über den Vorwärmkreis unter Umgehung des Kühlers an eine Stelle stromauf des Verbrennungsmotors rückgeführt. Der Vorwärmkreis wird daher auch als innerer Kühlkreis bezeichnet, der ursprünglich lediglich als Kühlkreis bezeichnete Kreis ist dann ein äußerer Kühlkreis.The separate operation of the heating circuit in the alternative heating operation advantageously allows a simultaneous preheating of the internal combustion engine, since this is not connected in the alternative heating operation with the heating circuit. In an advantageous development, the heating system then has a preheating circuit and a preheating operation for preheating the internal combustion engine. When preheating then coolant downstream of the engine is not passed through the radiator, but returned via the Vorwärmkreis bypassing the radiator to a point upstream of the engine. The preheating circuit is therefore also referred to as an inner cooling circuit, the circle originally referred to only as a cooling circuit is then an outer cooling circuit.

Der Vorwärm-Betrieb ist aufgrund der speziellen Verschaltung des HT-Kühlkreises unabhängig vom Alternativ-Heizbetrieb einstellbar und beide Betriebe können vorteilhaft auch gleichzeitig eingestellt sein. Zum Einstellen des Vorwärm-Betriebs ist im Kühlkreis ein Ventil angeordnet, welches zumindest drei Anschlüsse aufweist, nämlich jeweils einen für den Kühlkreis und den Vorwärmkreis, d. h. für den inneren und den äußeren Kühlkreis, sowie einen für den Verbrennungsmotor. Der innere Kühlkreis dient dann dem Vorwärmen des Verbrennungsmotors im Vorwärm-Betrieb und der äußere Kühlkreis dient zum Kühlen des Verbrennungsmotors in einem Motor-Kühlbetrieb, bei welchem Abwärme über den Kühler abgeführt wird. Zwischen dem Vorwärm-Betrieb und dem Motor-Kühlbetrieb wird lediglich das Ventil umgeschaltet.The preheating operation is independent of the alternative heating mode adjustable due to the special interconnection of the HT cooling circuit and both operations can advantageously also be set simultaneously. To set the preheating operation, a valve is arranged in the cooling circuit, which has at least three ports, namely one each for the cooling circuit and the preheating, d. H. for the inner and the outer cooling circuit, as well as one for the internal combustion engine. The inner cooling circuit is then used to preheat the engine in the preheat mode and the outer cooling circuit is used to cool the engine in an engine cooling mode in which waste heat is dissipated through the radiator. Between the preheat mode and the engine cooling mode, only the valve is switched.

Die Kühlkreis-Pumpe ist dann vorteilhafterweise in beiden Kreisen angeordnet, d. h. sowohl im Vorwärmkreis als auch im Kühlkreis, sodass vorteilhaft mittels lediglich einer Pumpe ein Vorwärmen und ein Kühlen des Verbrennungsmotors realisiert ist. Dazu ist die Kühlkreis-Pumpe insbesondere zwischen dem Ventil und dem Verbrennungsmotor angeschlossen. Der Vorwärmkreis und der Kühlkreis weisen also einen gemeinsamen Leitungsabschnitt auf, auf welchem der Verbrennungsmotor, die Kühlkreis-Pumpe und das Ventil angeordnet sind. Insgesamt ist also die Kühlkreis-Pumpe im Kühlkreis angeordnet und zweckmäßigerweise im Abwärme-Heizbetrieb sowie im Motor-Kühlbetrieb aktiv, d. h. fördert Kühlmittel. Auch im Vorwärm-Betrieb ist die Kühlkreis-Pumpe aktiv.The cooling circuit pump is then advantageously arranged in both circles, d. H. both in the preheating and in the cooling circuit, so that advantageously by means of only one pump preheating and cooling of the internal combustion engine is realized. For this purpose, the cooling circuit pump is connected in particular between the valve and the internal combustion engine. The preheating circuit and the cooling circuit thus have a common line section, on which the internal combustion engine, the cooling circuit pump and the valve are arranged. Overall, therefore, the cooling circuit pump is arranged in the cooling circuit and expediently active in the waste heat heating mode and in the engine cooling mode, d. H. promotes coolant. The cooling circuit pump is also active in preheat mode.

Insgesamt weist das Wärmesystem in einer bevorzugten Ausgestaltung einen Abwärme-Heizbetrieb, einen Alternativ-Heizbetrieb, einen Vorwärm-Betrieb und einen Motor-Kühlbetrieb auf. Dabei sind der Alternativ-Heizbetrieb und der Vorwärm-Betrieb auch gleichzeitig einstellbar. Generell ist der Vorwärm-Betrieb unabhängig vom Alternativ-Heizbetrieb einstellbar. Der Motor-Kühlbetrieb ist gleichzeitig zum Abwärme-Heizbetrieb einstellbar, sodass Wärme, welche nicht zum Heizen benötigt wird über den Kühler abgeführt wird. Der Alternativ-Heizbetrieb und der Abwärme-Heizbetrieb sind insofern gleichzeitig einstellbar, als dass im Abwärme-Heizbetrieb zusätzlich noch Wärme über die Wärmequelle bereitgestellt werden kann.Overall, in a preferred embodiment, the heating system has a waste heat heating operation, an alternative heating operation, a preheating operation, and an engine cooling operation. The alternative heating mode and the preheating mode are also adjustable at the same time. In general, the preheat mode is independent of the alternative heating mode adjustable. The engine cooling operation is simultaneously adjustable to the waste heat heating operation, so that heat, which is not required for heating is discharged through the radiator. The alternative heating mode and the waste heat heating mode are adjustable so far as that in the waste heat heating mode In addition, heat can still be provided via the heat source.

Die Gesamtheit der aktiven und inaktiven Betriebe des Wärmesystems bestimmt dessen Betriebszustand zu einem gegebenen Zeitpunkt. Beispielsweise wird ein Hybridfahrzeug zunächst im elektrischen Fahrbetrieb betrieben. Liegt nun eine Heizanforderung vor, so wird diese zunächst durch Einschalten des Alternativ-Heizbetriebs bedient. Wird nun vom elektrischen Fahrbetrieb in den Verbrennungsbetrieb gewechselt, wird zunächst der Vorwärm-Betrieb aktiviert und der Verbrennungsmotor vorgewärmt. Liegt währenddessen eine Heizanforderung vor, so wird auch diese noch mittels des Alternativ-Heizbetriebs bedient oder es wird, je nach allgemeiner Betriebsstrategie, alternativ auch schon beim Vorwärmen mittels des Abwärme-Heizbetriebs geheizt. Hat der Verbrennungsmotor die gewünschte Vorwärmtemperatur erreicht, wird der Abwärme-Heizbetrieb aktiviert, d. h. die Abwärme des Verbrennungsmotors zur Innenraumbeheizung verwendet, wobei der Alternativ-Heizbetrieb zweckmäßigerweise beendet wird. Liegt danach, d. h. insbesondere bei aktiviertem Abwärme-Heizbetrieb noch überschüssige Wärme vor, wird diese durch Einschalten des Motor-Kühlbetriebs über den Kühler an die Umgebung abgeführt. Liegt in dieser Situation eine Heizanforderung vor, so wird insbesondere zusätzlich der Abwärme-Heizbetrieb eingeschaltet, um zunächst die Abwärme des Verbrennungsmotors zur Innenraumbeheizung zu verwenden. Reicht diese nicht aus, wird auch die Wärmequelle noch aktiviert, um zusätzlich Wärme bereitzustellen. Insgesamt ist demnach eine besonders flexible und effiziente Klimatisierung realisiert, bei einem zugleich besonders einfach konstruierten Wärmesystem, speziell HT-Kühlkreislauf.The totality of the active and inactive operations of the heating system determines its operating state at a given time. For example, a hybrid vehicle is initially operated in electric driving mode. If a heating request is now present, it is initially operated by switching on the alternative heating mode. Now, if the electric driving operation in the combustion mode changed, the preheating operation is first activated and preheated the internal combustion engine. If, meanwhile, a heating request is present, it will also be operated by means of the alternative heating operation or, depending on the general operating strategy, it will alternatively also be heated during preheating by means of the waste heat heating operation. When the internal combustion engine has reached the desired preheating temperature, the waste heat heating mode is activated, d. H. the waste heat of the internal combustion engine used for indoor heating, wherein the alternative heating operation is expediently terminated. Is it after that, d. H. especially with activated waste heat heating before excess heat, this is dissipated by switching on the engine cooling mode via the radiator to the environment. If there is a heating request in this situation, then in particular the waste heat heating mode is additionally switched on, in order first to use the waste heat of the internal combustion engine for heating the interior. If this is not enough, the heat source will still be activated to provide additional heat. Overall, therefore, a particularly flexible and efficient air conditioning is realized with a very simple design at the same time, especially HT cooling circuit.

Grundsätzlich ist es denkbar, das Ventil entweder stromauf oder stromab des Verbrennungsmotors anzuschließen. Vorzugsweise ist das Ventil jedoch stromauf des Verbrennungsmotors angeschlossen, da hier die thermische Belastung üblicherweise geringer ist. Im Folgenden wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit von einer solchen Anordnung stromauf des Verbrennungsmotors ausgegangen. Die Kühlkreis-Pumpe ist dann entsprechend stromab des Ventils angeordnet.In principle, it is conceivable to connect the valve either upstream or downstream of the internal combustion engine. Preferably, however, the valve is connected upstream of the internal combustion engine, since the thermal load is usually lower here. In the following, it is assumed that such an arrangement upstream of the internal combustion engine without limiting the generality. The cooling circuit pump is then arranged corresponding downstream of the valve.

In einer ersten geeigneten Variante ist das Ventil ein Wärmemanagementmodul, an welches der Heizkreis schaltbar angeschlossen ist. Dabei wird unter „schaltbar” insbesondere verstanden, dass der Heizkreis an einen Anschluss des Ventils angeschlossen ist, welcher einstellbar ist und zumindest geöffnet und geschlossen werden kann. Das Wärmemanagementmodul ist insbesondere ein Mischventil mit mehreren, insbesondere drei Eingängen, allgemein Anschlüssen, an welche der Kühlkreis, der Vorwärmkreis und der Heizkreis angeschlossen sind. Der Herzkreis ist dabei insbesondere über den Heizkreisrücklauf an das Ventil angeschlossen, sodass Kühlmittel vom Heizkreis ausgehend stromauf des Verbrennungsmotors in den Kühlkreis strömt. Die Eingänge münden üblicherweise in eine Mischkammer, in welcher die verschiedenen Kühlmittelströme vermischt werden. Das Wärmemanagementmodul weist dann weiterhin einen insbesondere einzelnen Ausgang, d. h. allgemein einen weiteren Anschluss auf, welcher die Mischkammer mit dem Kühlkreis verbindet, genauer gesagt mit dem Verbrennungsmotor bei einer entsprechenden Anordnung des Ventils stromauf des Verbrennungsmotors.In a first suitable variant, the valve is a thermal management module to which the heating circuit is connected switchable. In this case, "switchable" means, in particular, that the heating circuit is connected to a connection of the valve, which is adjustable and can at least be opened and closed. The thermal management module is in particular a mixing valve having a plurality, in particular three inputs, generally terminals, to which the cooling circuit, the preheating circuit and the heating circuit are connected. The heart circuit is in particular connected to the valve via the heating circuit return, so that coolant flows from the heating circuit upstream of the internal combustion engine into the cooling circuit. The inputs usually open into a mixing chamber, in which the different coolant flows are mixed. The thermal management module then further has a particular single output, i. H. in general, a further connection, which connects the mixing chamber with the cooling circuit, more precisely with the internal combustion engine with a corresponding arrangement of the valve upstream of the internal combustion engine.

Das Wärmemanagementmodul ist regelmäßig ein aktives Ventil und wird aktiv angesteuert, wodurch eine besonders hohe Flexibilität bei der Klimatisierung erzielt wird. Vorteilhafterweise wird dadurch die Temperatur des Kühlmittels im HT-Kühlkreislauf bedarfsgerecht eingeregelt. Insbesondere werden die Anschlüsse geeignet angesteuert und je nach Bedarf geöffnet oder geschlossen.The thermal management module is an active valve on a regular basis and is actively controlled, which ensures particularly high flexibility in air conditioning. Advantageously, the temperature of the coolant in the HT cooling circuit is thereby regulated as required. In particular, the connections are suitably activated and opened or closed as required.

In einer zweiten geeigneten Variante ist das Ventil dagegen ein Thermostat, vorzugsweise ein sogenanntes Kennfeldthermostat. In dieser Ausgestaltung ist das Ventil insbesondere nicht direkt an den Heizkreisrücklauf oder – vorlauf angeschlossen, sondern weist vielmehr jeweils einen Eingang, allgemein Anschluss, für den Kühlkreis und den Vorwärmkreis auf, sowie einen Ausgang, allgemein Anschluss, an welchen der Verbrennungsmotor angeschlossen ist. Das Thermostat zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass dieses nicht aktiv angesteuert zu werden braucht, sondern vielmehr ein passives Schaltelement darstellt, welches automatisch eine geeignete Konfiguration einnimmt. Beim Einschalten des Verbrennungsmotors wird dieser dann zunächst im Vorwärm-Betrieb vorgewärmt. Ist eine bestimmte Vorwärmtemperatur erreicht, schaltet das Thermostat automatisch und selbständig um und der Verbrennungsmotor wird mit dem Kühler verbunden, zur Wärmeabfuhr an die Umgebung, oder alternativ mit dem Heizzweig, zur Innenraumbeheizung. In dieser Ausgestaltung umfasst der HT-Kreislauf somit zum Einstellen des Kühlmittelstroms insbesondere lediglich zwei aktive Bauteile, nämlich die Heizkreis-Pumpe und die Kühlkreis-Pumpe, wohingegen sämtliche Ventile im HT-Kühlkreislauf passive Bauteile sind. Dadurch ist das Wärmesystem insgesamt konstruktiv besonders einfach, kostengünstig und wartungsarm.In a second suitable variant, however, the valve is a thermostat, preferably a so-called map thermostat. In this embodiment, the valve is in particular not directly connected to the heating circuit return or - flow, but rather has in each case an input, generally connection, for the cooling circuit and the preheating circuit, and an output, generally connection to which the internal combustion engine is connected. The thermostat is characterized in particular by the fact that this does not need to be actively driven, but rather represents a passive switching element, which automatically assumes a suitable configuration. When switching on the internal combustion engine, this is then preheated initially in preheat mode. When a certain preheating temperature has been reached, the thermostat switches automatically and independently and the internal combustion engine is connected to the radiator, for heat dissipation to the environment, or alternatively with the heating branch, for interior heating. In this embodiment, the HT circuit thus comprises only two active components for adjusting the coolant flow, namely the heating circuit pump and the cooling circuit pump, whereas all the valves in the HT cooling circuit are passive components. As a result, the overall heating system is structurally particularly simple, inexpensive and low maintenance.

Die Heizkreis-Pumpe ist insbesondere abhängig von der Ausgestaltung des Ventils entweder im Rückführzweig oder im Heizzweig angeordnet. Bei einem Wärmemanagementmodul ist eine Anordnung der Heizkreis-Pumpe in beiden Zweigen möglich. Bei einer Anordnung im Heizzweig wird in einer möglichen Variante auch im Abwärme-Heizbetrieb die Heizkreis-Pumpe zusätzlich aktiviert, um insbesondere einen stärkeren Kühlmittelstrom durch den Heizzweig einstellen, falls ein solcher benötigt wird. Bei einem Thermostat als Ventil ist die Heizkreis-Pumpe dagegen geeigneterweise im Rückführzweig angeordnet, um insbesondere ein ungewolltes Durchströmen des Verbrennungsmotors zu verhindern.The heating circuit pump is arranged in particular depending on the configuration of the valve either in the return branch or in the heating branch. In a thermal management module, an arrangement of the heating circuit pump in both branches is possible. In an arrangement in the heating branch is in a possible variant also in the waste heat heating mode, the heating circuit pump additionally activated to adjust in particular a stronger flow of coolant through the heating branch, if one is needed. In contrast, in a thermostat as a valve, the heating circuit pump is suitably arranged in the return branch, in order in particular to prevent an undesired flow through the internal combustion engine.

Bei einer Ausgestaltung mit Thermostat ist im Heizkreisvorlauf vorteilhafterweise eine weitere passive Sperrvorrichtung angeordnet, insbesondere ein Rückschlagventil, zum Absperren des Kühlkreises im Alternativ-Heizbetrieb. Dadurch wird ein ungewolltes Rückströmen von Kühlmittel an der ersten Verzweigung in den Heizkreisvorlauf und somit in den Kühlkreis auf einfach Weise und automatisch verhindert. Die Sperrvorrichtung schließt im Alternativ-Heizbetrieb automatisch aufgrund der im HT-Kühlkreislauf herrschenden Druckverhältnisse. Der Heizkreis ist dann gegenüber dem Kühlkreis abgesperrt und Kühlmittel im Heizkreis zirkuliert auch nur in diesem. Beim Umschalten in den Abwärme-Heizbetrieb ändern sich dann die Druckverhältnisse, da die Herzkreis-Pumpe deaktiviert wird, sodass die Sperrvorrichtung öffnet und den Kühlkreis mit dem Heizzweig verbindet.In an embodiment with a thermostat, a further passive blocking device is advantageously arranged in the heating circuit flow, in particular a check valve, for shutting off the cooling circuit in the alternative heating mode. As a result, an unwanted backflow of coolant at the first branch in the heating circuit flow and thus in the cooling circuit in a simple manner and automatically prevented. The locking device automatically closes in the alternative heating mode due to the prevailing pressure in the HT cooling circuit pressure conditions. The heating circuit is then shut off from the cooling circuit and coolant in the heating circuit circulates only in this. When switching to the waste heat heating operation then change the pressure conditions, as the cardiovascular pump is disabled, so that the locking device opens and connects the cooling circuit with the heating branch.

Insgesamt wird aufgrund der speziellen Verschaltung im gesamten HT-Kühlkreislauf auf eine Umkehr der Strömungsrichtung des Kühlmittels beim Umschalten zwischen verschiedenen Betrieben verzichtet.Overall, due to the special interconnection in the entire HT cooling circuit, a reversal of the flow direction of the coolant when switching between different operations is dispensed with.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. In each case schematically show:

1 ein Wärmesystem, 1 a heating system,

2a–2c jeweils einen Betriebszustand des Wärmesystems aus 1, 2a - 2c each one operating state of the heating system 1 .

3 eine Variante des Wärmesystems, und 3 a variant of the heating system, and

4a–4c jeweils einen Betriebszustand des Wärmesystems aus 3. 4a - 4c each one operating state of the heating system 3 ,

In 1 ist schematisch ein Wärmesystem 2 für ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, dargestellt. Das Wärmesystem 2 weist einen HT-Kühlkreislauf 4 auf, zur Kühlung eines Verbrennungsmotors 6 des Fahrzeugs. Der HT-Kühlkreislauf 4 weist wiederum einen Kühlkreis 8 und einen Heizkreis 10 auf, welche über einen Heizkreisvorlauf 12 und einen Heizkreisrücklauf 14 hydraulisch miteinander gekoppelt sind. Der Verbrennungsmotor 6 ist in dem Kühlkreis 8 angeordnet, ebenso ein Kühler 16, zum Wärmetausch mit der Umgebung des Fahrzeugs. Im Heizkreis 10 ist ein Heizwärmetauscher 18 angeordnet, zur Innenraumbeheizung, und stromauf des Heizwärmetauschers 18 ist eine Wärmequelle 20 angeordnet, welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein elektrischer Zuheizer ist. Der Heizkreis 10 ist an einer ersten Verzweigung 22 an den Heizkreisvorlauf 12 angeschlossen sowie an einer zweiten Verzweigung 24 an den Heizkreisrücklauf 14 und durch die beiden Verzweigungen 22, 24 in zwei Zweige 26, 28 geteilt, nämlich in einen Heizzweig 26, in welchem der Heizwärmetauscher 18 angeordnet ist, und in einen Rückführzweig 28, zur Rückführung von Kühlmittel im Heizkreis 10. Desweiteren ist im Heizkreis 10, in 1 speziell im Rückführzweig 28, eine Heizkreis-Pumpe 30 angeordnet. im Rückführzweig 28 ist zudem stromauf der ersten Verzweigung 22 und stromab der zweiten Verzweigung 24 eine passive Sperrvorrichtung 32 angeordnet, zum automatischen Absperren des Rückführzweigs 28.In 1 is schematically a heating system 2 for a vehicle, not shown in detail, in particular a hybrid vehicle shown. The heating system 2 has a HT cooling circuit 4 on, for cooling an internal combustion engine 6 of the vehicle. The HT cooling circuit 4 again has a cooling circuit 8th and a heating circuit 10 on, which via a heating circuit flow 12 and a heating circuit return 14 hydraulically coupled with each other. The internal combustion engine 6 is in the cooling circuit 8th arranged, as well as a cooler 16 , for heat exchange with the environment of the vehicle. In the heating circuit 10 is a heating heat exchanger 18 arranged, for interior heating, and upstream of the heating heat exchanger 18 is a heat source 20 arranged, which is an electric heater in the embodiment shown. The heating circuit 10 is at a first junction 22 to the heating circuit flow 12 connected as well as at a second branch 24 to the heating circuit return 14 and through the two branches 22 . 24 in two branches 26 . 28 divided, namely in a heating branch 26 in which the heating heat exchanger 18 is arranged, and in a return branch 28 , for the return of coolant in the heating circuit 10 , Furthermore, in the heating circuit 10 , in 1 especially in the return branch 28 , a heating circuit pump 30 arranged. in the return branch 28 is also upstream of the first branch 22 and downstream of the second branch 24 a passive blocking device 32 arranged to automatically shut off the return branch 28 ,

Im Kühlkreis 8 ist stromauf des Verbrennungsmotors 6 eine Kühlkreis-Pumpe 34 angeordnet, zur Umwälzung von Kühlmittel im Kühlkreis 8. Außerdem ist zum Vorwärmen des Motors ein Vorwärmkreis 36 ausgebildet, welcher stromab des Verbrennungsmotors 6 vom Kühlkreis 8 aus abzweigt und Kühlmittel an eine Stelle stromauf des Verbrennungsmotors 6 zurückführt. An dieser Stelle ist hier ein Ventil 38 angeordnet, welches in 1 als Thermostat ausgebildet ist. Das Ventil 38 weist dann zwei Eingänge E1, E2 auf, wobei der Eingang E1 an den Kühlkreis 8 angeschlossen ist und der Eingang E2 an den Vorwärmkreis 26. Ein Ausgang A des Ventils 38 ist in Richtung des Verbrennungsmotors 6 an den Kühlkreis 8 angeschlossen.In the cooling circuit 8th is upstream of the combustion engine 6 a cooling circuit pump 34 arranged, for the circulation of coolant in the cooling circuit 8th , In addition, the preheating of the engine is a Vorwärmkreis 36 formed, which downstream of the internal combustion engine 6 from the cooling circuit 8th branches off and coolant to a point upstream of the engine 6 returns. At this point here is a valve 38 arranged in which 1 is designed as a thermostat. The valve 38 then has two inputs E1, E2, the input E1 to the cooling circuit 8th is connected and the input E2 to the preheating circuit 26 , An outlet A of the valve 38 is in the direction of the internal combustion engine 6 to the cooling circuit 8th connected.

Das in 1 gezeigte Wärmesystem 2 weist mehrere Betriebsmodi auf, nämlich einen Abwärme-Heizbetrieb, einen Alternativ-Heizbetrieb, einen Motor-Kühlbetrieb und einen Vorwärm-Betrieb. Im Abwärme-Heizbetrieb und im Alternativ-Heizbetrieb wird der Fahrzeuginnenraum mittels des Heizwärmetauschers 18 beheizt. Dabei wird im Abwärme-Heizbetrieb Abwärme des Verbrennungsmotors 6 verwendet, im Alternativ-Heizbetrieb dagegen lediglich Wärme der Wärmequelle 20. Im Motor-Kühlbetrieb wird Abwärme des Verbrennungsmotors 6 über den Kühler 16 abgeführt. Im Vorwärm-Betrieb wird Kühlmittel, welches vom Verbrennungsmotor 6 erwärmt wird, über den Vorwärmkreis 36 erneut dem Verbrennungsmotor 6 zugeführt, um diesen vorzuwärmen.This in 1 shown heating system 2 has several operating modes, namely, a waste heat heating operation, an alternative heating operation, an engine cooling operation and a preheating operation. In waste heat heating mode and in alternative heating mode, the vehicle interior is replaced by the heating heat exchanger 18 heated. This waste heat of the combustion engine is in the waste heat heating operation 6 used in alternative heating mode, however, only heat of the heat source 20 , In engine cooling mode, waste heat of the internal combustion engine 6 over the radiator 16 dissipated. In preheat mode, coolant is used by the internal combustion engine 6 is heated, over the preheating circuit 36 again the internal combustion engine 6 fed to preheat this.

In den 2a bis 2c ist jeweils ein Betriebszustand des Wärmesystems 2 aus 1 gezeigt, wobei in einem gegebenen Betriebszustand auch mehrere der vorgenannten Betriebsmodi aktiv sein können. Die im jeweiligen Betriebszustand von Kühlmittel durchströmten Leitungsabschnitte des HT-Kühlkreislaufs 4 sind jeweils verstärkt dargestellt.In the 2a to 2c is in each case an operating state of the heating system 2 out 1 shown, wherein in a given operating condition, several of the aforementioned operating modes can be active. The flowed through in the respective operating state of coolant line sections of the HT cooling circuit 4 are each shown reinforced.

2a zeigt den Alternativ-Heizbetrieb, bei welchem die Heizkreis-Pumpe 30 aktiv ist und im Heizkreis 10 Kühlmittel umwälzt. Dieses wird wiederkehrend über die Wärmequelle 20 und den Heizwärmetauscher 18 geführt, sodass effektiv Wärme der Wärmequelle 20 mittels des Heizwärmetauschers 18 zur Innenraumbeheizung verwendet wird. Um hierbei ein Einströmen von Kühlmittel in den Heizkreisvorlauf 12 zu vermeiden, ist in diesem eine weitere Sperrvorrichtung 40 angeordnet, hier ebenfalls ein Rückschlagventil. Die Kühlkreis-Pumpe 34 ist in 2a nicht aktiv. Der gezeigte Betriebszustand wird insbesondere in einem elektrischen Fahrbetrieb des Fahrzeugs verwendet, falls eine Heizanforderung für den Fahrzeuginnenraum vorliegt. 2a shows the alternative heating operation, in which the heating circuit pump 30 is active and in the heating circuit 10 Coolant circulates. This is recurring via the heat source 20 and the heating heat exchanger 18 led, effectively heat the heat source 20 by means of the heating heat exchanger 18 is used for indoor heating. In this case, an inflow of coolant in the heating circuit flow 12 To avoid this is another locking device 40 arranged here also a check valve. The cooling circuit pump 34 is in 2a not active. The operating state shown is used in particular in an electric driving operation of the vehicle, if there is a heating request for the vehicle interior.

2b zeigt ausgehend von 2a zusätzlich zum Alternativ-Heizbetrieb den Vorwärm-Betrieb, bei welchem die Kühlkreis-Pumpe 34 aktiv ist und das Ventil 38 derart geschaltet ist, dass Kühlmittel durch den Vorwärmkreis 36 gefördert wird. 2 B shows starting from 2a in addition to the alternative heating mode, the preheating operation, in which the cooling circuit pump 34 is active and the valve 38 is switched such that coolant through the preheating circuit 36 is encouraged.

2c zeigt ausgehend von 2b ein Umschalten zwischen dem Alternativ-Heizbetrieb und dem Abwärme-Heizbetrieb. Der Verbrennungsmotor 6 hat eine vorgegebene Vorwärmtemperatur erreicht und das Ventil 38, welches hier als Thermostat ausgebildet ist, schaltet automatisch vom Eingang E2 auf den Eingang E1 um, sodass die Kühlkreis-Pumpe 34 nun Kühlmittel durch den Kühlkreis 8 fördert. Der Vorwärm-Betrieb ist demnach deaktiviert. Stromab des Verbrennungsmotors 6 zweigt der Heizkreisvorlauf 12 vom Kühlkreis 8 ab und führt dem Heizkreis 10 erwärmtes Kühlmittel zu. Durch die Sperrvorrichtung 32 wird automatisch eine Umgehung des Heizwärmetauschers 18 über den Rückführzweig 28 verhindert und lediglich der Heizzweig 26 bedient. Falls die Abwärme des Verbrennungsmotors 6 nicht ausreichend ist, wird die Wärmequelle 20 zusätzlich aktiviert, um weitere Wärme bereitzustellen. Die Heizkreispumpe 30 ist nicht aktiv. 2c shows starting from 2 B switching between the alternative heating operation and the waste heat heating operation. The internal combustion engine 6 has reached a given preheat temperature and the valve 38 , which is designed here as a thermostat, automatically switches from input E2 to input E1, so that the cooling circuit pump 34 now coolant through the cooling circuit 8th promotes. The preheat operation is therefore deactivated. Downstream of the internal combustion engine 6 branches the heating circuit flow 12 from the cooling circuit 8th and leads to the heating circuit 10 heated coolant too. Through the locking device 32 automatically bypasses the heating heat exchanger 18 over the return branch 28 prevents and only the heating branch 26 served. If the waste heat of the internal combustion engine 6 is not sufficient, the heat source 20 additionally activated to provide more heat. The heating circuit pump 30 is not active.

Im Ausführungsbeispiel der 1 und 2a bis 2c ist die Wärmequelle 20 im Heizzweig 26 angeordnet. In einer nicht gezeigten Variante ist die Wärmequelle 20 stattdessen im Rückführzweig 28 angeordnet und wird daher im Abwärme-Heizbetrieb nicht durchströmt, wodurch sich vorteilhaft ein geringerer Druckverlust ergibt und weniger Pumpleistung benötigt wird. Die in 1 gezeigte Anordnung im Heizzweig 26 hat jedoch den Vorteil, dass auch im Abwärme-Heizbetrieb noch mittels der Wärmequelle 20 zugeheizt werden kann.In the embodiment of 1 and 2a to 2c is the heat source 20 in the heating branch 26 arranged. In a variant, not shown, the heat source 20 instead in the return branch 28 arranged and is therefore not flowed through in the waste heat heating operation, which advantageously results in a lower pressure loss and less pump power is needed. In the 1 shown arrangement in the heating branch 26 However, it has the advantage that even in the waste heat heating mode by means of the heat source 20 can be heated.

In 3 ist eine Variante des Wärmesystems 2 aus 1 gezeigt, bei welcher das Ventil 38 als Wärmemanagementmodul ausgebildet ist, an welches der Heizkreisrücklauf 14 über einen dritten Eingang E3 angeschlossen ist. Zudem ist die Heizkreis-Pumpe 30 hier im Heizzweig 26 angeordnet und nicht wie in 1 im Rückführzweig 28. Auf die weitere Sperrvorrichtung 40 wurde verzichtet. Ansonsten entspricht das Wärmesystem 2 in 3 demjenigen aus 1.In 3 is a variant of the heating system 2 out 1 shown in which the valve 38 is designed as a thermal management module to which the Heizkreisrücklauf 14 connected via a third input E3. In addition, the heating circuit pump 30 here in the heating branch 26 arranged and not as in 1 in the return branch 28 , On the further locking device 40 was waived. Otherwise corresponds to the heating system 2 in 3 from that one 1 ,

4a zeigt das Wärmesystem 2 aus 3 im Alternativ-Heizbetrieb, bei dem wie in 2a lediglich die Heizkreis-Pumpe 30 aktiviert ist. Der Verbrennungsmotor 6 ist ebenfalls ausgeschaltet und braucht nicht gekühlt zu werden. Der Eingang E3 ist geschlossen. 4a shows the heating system 2 out 3 in alternative heating mode, where as in 2a only the heating circuit pump 30 is activated. The internal combustion engine 6 is also off and does not need to be refrigerated. The input E3 is closed.

In 4b wird das Wärmesystem 2 wie in 2b zusätzlich im Vorwärm-Betrieb betrieben. Die Eingänge E3 und E1 des Ventils 38 sind dazu geschlossen, sodass auch hier der Heizkreis 10 getrennt vom Vorwärmkreis 36 betrieben wird und auch der Kühler 16 nicht durchströmt wird.In 4b becomes the heating system 2 as in 2 B additionally operated in preheat mode. The inputs E3 and E1 of the valve 38 are closed, so here too the heating circuit 10 separate from the preheating circuit 36 is operated and also the radiator 16 is not flowed through.

Nach dem Vorwärmen schaltet das Ventil 38 um und der Eingang E2 wird geschlossen, Bei Vorliegen einer Heizanforderung ist dann ein Abwärme-Heizbetrieb möglich, welcher dann wie in 4c gezeigt eingestellt wird. Der Eingang E3 wird geöffnet, sodass der Heizzweig 26 mit dem Verbrennungsmotor 6 in Serie geschaltet ist. Die Sperrvorrichtung 32 verhindert wie in 2c eine Umgehung des Heizwärmetauschers 18 über den Rückführzweig 28. Bei Bedarf wird zusätzliche Wärme mittels der Wärmequelle 20 bereitgestellt. Die Heizkreis-Pumpe 30 ist nicht zwingend aktiv, sondern wird lediglich hinzugeschaltet, falls ein erhöhter Kühlmittelvolumenstrom benötigt wird.After preheating the valve switches 38 um and the input E2 is closed, in the presence of a heating request then a waste heat heating operation is possible, which then as in 4c shown is set. The input E3 is opened so that the heating branch 26 with the internal combustion engine 6 connected in series. The locking device 32 prevented as in 2c a bypass of the heating heat exchanger 18 over the return branch 28 , If necessary, additional heat is generated by means of the heat source 20 provided. The heating circuit pump 30 is not necessarily active, but is only connected, if an increased coolant flow is required.

Deutlich erkennbar ist bei beiden Varianten des Wärmesystems 2, dass dieses mit besonders wenig aktiven Bauteilen auskommt und auf aufwendige Ventile weitestgehend verzichtet wird. Der Kühlmittelstrom im gesamten HT-Kühlkreislauf 4 wird maßgeblich durch das Ein- und Ausschalten der Pumpen 30, 34 und das automatische Sperren der Sperrvorrichtungen 32, 40 bestimmt. Im Ausführungsbeispiel der 3 und 4a bis 4c wird zusätzlich auch das als Wärmemanagementmodul ausgebildete Ventil 38 noch aktiv geschaltet.Clearly visible in both variants of the heating system 2 in that this requires very little active components and expensive valves are largely dispensed with. The coolant flow in the entire HT cooling circuit 4 becomes decisive by switching the pumps on and off 30 . 34 and the automatic locking of the locking devices 32 . 40 certainly. In the embodiment of 3 and 4a to 4c In addition, also designed as a thermal management module valve 38 still active.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22
Wärmesystemheating system
44
HT-KühlkreislaufHT cooling circuit
66
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
88th
Kühlkreiscooling circuit
1010
Heizkreisheating circuit
1212
HeizkreisvorlaufHeating circuit
1414
Heizkreisrücklaufheating circuit
1616
Kühlercooler
1818
Heizwärmetauscherheating heat exchanger
2020
Wärmequelleheat source
2222
erste Verzweigungfirst branch
2424
zweite Verzweigungsecond branch
2626
Heizzweigheating branch
2828
RückführzweigReturn branch
3030
Heizkreis-PumpeHeating circuit pump
3232
Sperrvorrichtunglocking device
3434
Kühlkreis-PumpeCooling circuit pump
3636
VorwärmkreisVorwärmkreis
3838
VentilValve
4040
weitere Sperrvorrichtunganother locking device
AA
Ausgangoutput
E1, E2, E3E1, E2, E3
Eingangentrance

Claims (13)

Wärmesystem (2) für ein Fahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug, mit einem Abwärme-Heizbetrieb und einem Alternativ-Heizbetrieb sowie mit einem HT-Kühlkreislauf (4), zur Kühlung eines Verbrennungsmotors (6) des Fahrzeugs, wobei – der HT-Kühlkreislauf (4) einen Kühlkreis (8) und einen Heizkreis (10) aufweist, welche miteinander über einen Heizkreisvorlauf (12) und einen Heizkreisrücklauf (14) hydraulisch gekoppelt sind, – in dem Kühlkreis (8) der Verbrennungsmotor (6) angeordnet ist und in dem Heizkreis (10) ein Heizwärmetauscher (18) und eine Wärmequelle (20), zur Innenraumbeheizung, – der Heizkreis (10) an einer ersten Verzweigung (22) an den Heizkreisvorlauf (12) angeschlossen ist sowie an einer zweiten Verzweigung (24) an den Heizkreisrücklauf (14) und durch die beiden Verzweigungen (22, 24) in zwei Zweige (26, 28) geteilt ist, nämlich in einen Heizzweig (26), in welchem der Heizwärmetauscher (18) angeordnet ist, und in einen Rückführzweig (28), zur Rückführung von Kühlmittel im Heizkreis (10), – im Heizkreis (10) eine Heizkreis-Pumpe (30) angeordnet ist, welche im Alternativ-Heizbetrieb aktiv ist, – im Rückführzweig (28) stromauf der ersten Verzweigung (22) und stromab der zweiten Verzweigung (24) eine passive Sperrvorrichtung (32) angeordnet ist, zum automatischen Absperren des Rückführzweigs (28) im Abwärme-Heizbetrieb.Heating system ( 2 ) for a vehicle, in particular hybrid vehicle, with a waste heat heating operation and an alternative heating operation as well as with an HT cooling circuit ( 4 ), for cooling an internal combustion engine ( 6 ) of the vehicle, wherein - the HT cooling circuit ( 4 ) a cooling circuit ( 8th ) and a heating circuit ( 10 ), which communicate with each other via a heating circuit flow ( 12 ) and a heating circuit return ( 14 ) are hydraulically coupled, - in the cooling circuit ( 8th ) the internal combustion engine ( 6 ) is arranged and in the heating circuit ( 10 ) a heating heat exchanger ( 18 ) and a heat source ( 20 ), for interior heating, - the heating circuit ( 10 ) at a first branch ( 22 ) to the heating circuit flow ( 12 ) and at a second branch ( 24 ) to the heating circuit return ( 14 ) and the two branches ( 22 . 24 ) in two branches ( 26 . 28 ), namely in a heating branch ( 26 ), in which the heating heat exchanger ( 18 ) and in a return branch ( 28 ), for the return of coolant in the heating circuit ( 10 ), - in the heating circuit ( 10 ) a heating circuit pump ( 30 ) is arranged, which is active in the alternative heating mode, - in the return branch ( 28 ) upstream of the first branch ( 22 ) and downstream of the second branch ( 24 ) a passive blocking device ( 32 ) is arranged for automatically shutting off the return branch ( 28 ) in the waste heat heating mode. Wärmesystem (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (20) im Heizkreis (10) ein elektrischer Zuheizer ist.Heating system ( 2 ) according to the preceding claim, characterized in that the heat source ( 20 ) in the heating circuit ( 10 ) is an electric heater. Wärmesystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrvorrichtung (32) ein Rückschlagventil ist.Heating system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the locking device ( 32 ) is a check valve. Wärmesystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Vorwärmkreis (36) und einen Vorwärm-Betrieb aufweist, zum Vorwärmen des Verbrennungsmotors (6), und dass im Kühlkreis (8) ein Ventil (38) angeordnet ist, zum Einstellen des Vorwärm-Betriebs.Heating system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that this is a preheating circuit ( 36 ) and a preheat operation, for preheating the internal combustion engine ( 6 ), and that in the cooling circuit ( 8th ) a valve ( 38 ) is arranged for adjusting the preheating operation. Wärmesystem (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (38) ein Wärmemanagementmodul ist an welches der Heizkreis (10) insbesondere über den Heizkreisrücklauf (14) schaltbar angeschlossen ist.Heating system ( 2 ) according to the preceding claim, characterized in that the valve ( 38 ) a thermal management module is to which the heating circuit ( 10 ) in particular via the heating circuit return ( 14 ) is connected switchable. Wärmesystem (2) nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (38) ein Thermostat ist.Heating system ( 2 ) according to claim 3, characterized in that the valve ( 38 ) is a thermostat. Wärmesystem (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Heizkreisvorlauf (12) eine weitere passive Sperrvorrichtung (40) angeordnet ist, insbesondere ein Rückschlagventil, zum Absperren des Kühlkreises (8) im Alternativ-Heizbetrieb.Heating system ( 2 ) according to the preceding claim, characterized in that in the heating circuit flow ( 12 ) another passive blocking device ( 40 ) is arranged, in particular a check valve, for shutting off the cooling circuit ( 8th ) in alternative heating mode. Wärmesystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlkreis (8) eine Kühlkreis-Pumpe (34) angeordnet ist, welche im Abwärme-Heizbetrieb sowie in einem Motor-Kühlbetrieb aktiv ist.Heating system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the cooling circuit ( 8th ) a cooling circuit pump ( 34 ) is arranged, which is active in the waste heat heating mode and in an engine cooling mode. Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeugs mittels eines Wärmesystems (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem in einem Abwärme-Heizbetrieb dem Heizwärmetauscher (18) Abwärme des Verbrennungsmotors (6) zugeführt wird und der Fahrzeuginnenraum mittels des Heizwärmetauschers (18) beheizt wird, wobei der Rückführzweig (28) im Abwärme-Heizbetrieb mittels der passiven Sperrvorrichtung (32) automatisch abgesperrt wird.Method for air conditioning a vehicle by means of a heating system ( 2 ) according to one of the preceding claims, wherein in a waste heat heating operation the heating heat exchanger ( 18 ) Waste heat of the internal combustion engine ( 6 ) is supplied and the vehicle interior by means of the heating heat exchanger ( 18 ) is heated, wherein the return branch ( 28 ) in the waste heat heating operation by means of the passive blocking device ( 32 ) is automatically shut off. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Alternativ-Heizbetrieb dem Heizwärmetauscher (18) Wärme der Wärmequelle (20) zugeführt wird und der Fahrzeuginnenraum mittels des Heizwärmetauschers (18) beheizt wird, wobei der Heizkreis (10) mittels der Heizkreis-Pumpe (30) getrennt vom Kühlkreis (8) betrieben wird.Method according to the preceding claim, characterized in that in an alternative heating operation the heating heat exchanger ( 18 ) Heat of the heat source ( 20 ) is supplied and the vehicle interior by means of the heating heat exchanger ( 18 ) is heated, wherein the heating circuit ( 10 ) by means of the heating circuit pump ( 30 ) separated from the cooling circuit ( 8th ) is operated. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abwärme-Heizbetrieb und dem Alternativ-Heizbetrieb umgeschaltet wird, indem die Heizkreis-Pumpe (30) aktiviert oder deaktiviert wird.Method according to the preceding claim, characterized in that switching between the waste heat heating operation and the alternative heating operation by the heating circuit pump ( 30 ) is activated or deactivated. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vorwärm-Betrieb der Verbrennungsmotor (6) vorgewärmt wird, indem Kühlmittel stromab des Verbrennungsmotors (6) an eine Stelle stromauf des Verbrennungsmotors (6) rückgeführt wird.Method according to one of the two preceding claims, characterized in that in a preheat operation of the internal combustion engine ( 6 ) is preheated by coolant downstream of the internal combustion engine ( 6 ) to a location upstream of the internal combustion engine ( 6 ) is returned. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Motor-Kühlbetrieb Abwärme des Verbrennungsmotors (6) über einen Kühler (16) abgeführt wird.Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that in an engine Cooling operation Waste heat of the internal combustion engine ( 6 ) via a cooler ( 16 ) is discharged.
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