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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Heizsystem für
ein Fahrzeug, umfassend ein Heizluftgebläse zur Erzeugung eines in einen
Fahrzeuginnenraum einzuleitenden Heizluftstroms sowie ein Heizgerät mit einer
Wärmetauscheranordnung
zur Erwärmung
des durch das Heizluftgebläse
geförderten Heizluftstroms.
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Beim Aufbau derartiger Heizsysteme
für Fahrzeuge
tritt häufig
der Fall auf, dass verschiedene Systembereiche durch verschiedene
Zulieferer bereitgestellt werden, wobei diese verschiedenen Systembereiche
dann miteinander verknüpft
werden müssen.
So kann beispielsweise das Heizgerät mit der zugeordneten Wärmetauscheranordnung
einerseits einen selbständigen
Systembereich darstellen, und das Heizluftgebläse, ggf. kombiniert mit einer
Klimatisierungsanordnung, kann einen weiteren selbständigen Systembereich
darstellen. Diese beiden Systembereiche müssen dann so miteinander betrieben
werden, dass sich der gewünschte
Betrieb einstellt, beispielsweise der Fahrzeuginnenraum eines das
Gesamtsystem aufweisenden Fahrzeugs im Standheizmodus oder im Zuheizmodus
möglichst schnell
auf die gewünschte
Temperatur gebracht werden kann. Für die Ansteuerung der beiden
angesprochenen Systembereiche stehen verschiedene Eingangsgrößen, wie
z. B. verschiedene Solltemperaturen, zur Verfügung, die dann so weiterverarbeitet werden
müssen,
dass sich der gewünschte
Zustand möglichst
rasch und bei möglichst
effizientem Einsatz der aufgewandten Energie einstellt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Heizsystem für
ein Fahrzeug bereitzustellen, das bei ansteuerungstechnisch minimaler
Ver knüpfung
verschiedener Systembereiche eine effiziente Betriebscharakteristik
aufweist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird diese Aufgabe gelöst
durch ein Heizsystem für
ein Fahrzeug, umfassend ein Heizluftgebläse zur Erzeugung eines in einen
Fahrzeuginnenraum einzuleitenden Heizluftstroms, ein Heizgerät mit einer
Wärmetauscheranordnung
zur Erwärmung
des durch das Heizluftgebläse
geförderten
Heizluftstroms, eine Fahrzeuginnenraumtemperatursensoranordnung
zur Erzeugung einer im Zusammenhang mit der Temperatur im Fahrzeuginnenraum
stehenden Ausgabe, eine Fahrzeuginnenraumsolltemperaturvorgabeanordnung,
eine Heizluftstromtemperatursensoranordnung zur Erzeugung einer
im Zusammenhang mit der Austrittstemperatur des durch das Heizgerät erwärmten Heizluftstroms
stehenden zweiten Ausgabe, eine Ansteueranordnung, welche dazu ausgebildet
ist, die Förderleistung
des Heizluftgebläses
beruhend auf der ersten Ausgabe und der durch die Fahrzeuginnenraumsolltemperaturvorgabeanordnung
vorgegebenen Fahrzeuginnenraumsolltemperatur einzustellen und die
Heizleistung des Heizgeräts
beruhend auf der zweiten Ausgabe einzustellen.
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Wesentlich für die erfindungsgemäße Anordnung
ist, dass die beiden Systembereiche Heizluftgebläse einerseits und Heizgerät andererseits
grundsätzlich
beruhend auf verschiedenen Größen angesteuert
werden und nicht in unmittelbarer Art und Weise eine in einem der
Systeme verarbeitende Größe auch
im anderen System zur Ansteuerung genutzt wird. Dadurch können die
beiden Systeme sowohl in aufbautechnischer als auch in ansteuerungstechnischer
Hinsicht weitestgehend entkoppelt werden, was das Bereitstellen
als grundsätzlich
auch autark arbeitende Modulbereiche ermöglicht.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein,
dass eine Heizluftstromsollaustrittstemperatur vorgegeben ist und
dass die Ansteueranordnung das Heizgerät beruhend auf der zweiten
Ausgabe und der Heizluftstromsollaustrittstempe ratur ansteuert.
Um hier eine möglichst
rasche Erwärmung
eines Fahrzeuginnenraums erhalten zu können, wird vorgeschlagen, dass
die Heizluftstromsollaustrittstemperatur im Bereich von 60°C bis 90°C fest vorgegeben
ist. Die Heizluftstromsollaustrittstemperatur ist also in dem erfindungsgemäßen System
eine grundsätzlich fest
vorgegebene oder vorgebbare Größe, die
beispielsweise aus konstruktiven Parametern, wie z. B. den eingesetzten
Materialien für
die den Heizluftstrom führenden
Kanäle,
resultiert. Sie ist grundsätzlich
aber unabhängig
beispielsweise von der Fahrzeuginnenraumsolltemperatur. Dies wiederum
bedeutet, dass bei einerseits vorgegebener Heizluftstromsollaustrittstemperatur
und andererseits fest vorgegebener Fahrzeuginnenraumsolltemperatur
im Wesentlichen die Einstellung der Fahrzeuginnenraumsolltemperatur
dadurch beeinflusst wird, mit welcher Förderleistung das Heizluftgebläse arbeitet. Die
Förderleistung
des Heizluftgebläses
wiederum gibt indirekt vor, mit welcher Heizleistung das Heizgerät betrieben
werden muss, um die grundsätzlich
fest vorgegebene Heizluftsollaustrittstemperatur, welche die wesentliche
Eingangsgröße zur Ansteuerung
des Heizgeräts
bildet, erlangen zu können.
Ein geringerer Heizluftstrom erfordert bei vorgegebener Eintrittstemperatur
der Heizluft vor Eintritt in die Wärmetauscheranordnung eine geringere
Heizleistung und umgekehrt.
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Grundsätzlich ist also vorzugsweise
bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
eines Heizsystems vorgesehen, dass die Förderleistung des Heizluftgebläses bzw.
eine diese repräsentierende
Größe keine
der Ansteuerung des Heizgeräts
zu Grunde zu legende Eingangsgröße für die Ansteueranordnung bildet.
Daraus resultiert gemäß einem
weiteren vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit,
dass die Ansteueranordnung ein erstes Ansteuergerät zur Ansteuerung
des Heizluftgebläses und
ein zweites Ansteuergerät
zur Ansteuerung des Heizgeräts
umfasst, wobei das erste Ansteuergerät die erste Ausgabe und die
Fahrzeuginnenraumsolltemperatur als Eingangsgrößen aufweist und das zweite
Ansteuergerät
die zweite Ausgabe und die Heizluftsollaustrittstemperatur als Eingangsgrößen auf weist.
Man erkennt also, dass die beiden Systembereiche, welchen auch physikalisch
voneinander getrennt ausgebildete Ansteuergeräte zugeordnet sind, auf der
Grundlage unterschiedlicher Eingangsgrößen arbeiten und es beispielsweise
nicht erforderlich ist, die durch die erste Ansteuervorrichtung
vorgegebene Förderleistung
des Heizluftgebläses
auch als Ansteuergrundlage für
die Heizleistung des Heizgeräts
zu verwenden.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit
Bezug auf die beiliegende Figur detailliert beschrieben, welche
ein erfindungsgemäßes Heizsystem
in prinzipeller Hinsicht darstellt.
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Das in der Figur dargestellte Heizsystem 10 umfasst
als wesentlichen Bestandteil ein mit Strichlinie umgebenes Temperiermodul 12.
Dieses Temperiermodul 12 nimmt zu temperierende Luft einerseits von
einem schematisch angedeuteten Fahrzeuginnenraum 14 wie
durch einen Strömungspfeil 16 angedeutet
auf und andererseits vom Außenraum,
wie durch einen Strömungspfeil 18 verdeutlicht.
In einem Mischer 20 werden diese beiden Luftströme vermischt
und zu einem Heizgerät 22 geleitet.
Dies geschieht unter der Förderwirkung
eines stromabwärts des
Heizgerätes
vorgesehenen Gebläses 24.
Es wird somit ein eine Wärmetauscheranordnung 26 des Heizgerätes 22 durchströmender Luftstrom
erzeugt, der, wie durch einen Strömungspfeil 28 angedeutet, in
den Fahrzeuginnenraum eintritt.
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Zum Aufbau des Heizgeräts 22 an
sich sei ausgeführt,
dass dieses von herkömmlichem
Aufbau sein kann und einen nur schematisch angedeuteten Heizbrenner 30 aufweisen
kann, dem über
eine Dosierpumpe 32 zu verbrennender Brennstoff zugeführt wird
und über
ein Verbrennungsluftgebläse 34 die
zur Verbrennung mit dem zugeführten
Brennstoff erforderliche Verbrennungsluft zugeführt wird. Der Heizbrenner 30 kann
ein Zerstäuberbrenner
oder ein Verdampferbrenner sein, wobei dem Heizbrenner 30 zum
Zünden
desselben ein Zündorgan 36,
beispielsweise Glühzündstift,
zu geordnet ist. Ferner kann diesem ein Flammfühler 38 zugeordnet
sein, während der
Wärmetauscheranordnung 26 ein Überhitzungsfühler 40 zugeordnet
sein kann. Das Heizgerät 22 an sich
steht zusammen mit der Dosierpumpe 32 und dem Heizluftgebläse 34 unter
der Ansteuerung eines allgemein mit 42 bezeichneten Heizgeräts. Auch
der in der Startphase des Heizgeräts 22 zu aktivierende Glühzündstift 36 steht
unter der Ansteuerung des Ansteuergeräts 42. Neben den Ausgaben
der bereits angesprochenen Sensoren 38, 40 empfängt das
Ansteuergerät 32 ferner
eine Ausgabe von einem Austrittstemperatursensor 44, welcher
die Temperatur des Luftstroms erfasst, nachdem dieser die Wärmetauscheranordnung 26 durchströmt hat.
Es ist selbtsverständlich,
dass der Austrittstemperatursensor 44 auch stromaufwärts des
Gebläses 24 angeordnet sein
kann bzw. die Temperatur des Luftstroms stromaufwärts bezüglich dieses
Gebläses 24 erfassen kann.
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Ein weiteres Steuergerät 46 ist
dem Gebläse 24 zugeordnet,
was bedeutet, dass das Gebläse 24 durch
Erzeugung entsprechender Ansteuerbefehle gemäß der Vorgabe des Ansteuergeräts 46 betrieben wird.
Das Ansteuergerät 46,
welches weiterhin auch den Mischer 20 zum Einstellen des
Umluft/Frischluft-Verhältnisses
ansteuern kann, empfängt
verschiedene Eingangsgrößen. Dies
ist zum einen eine Ausgabe eines Temperatursensors 48,
der die Temperatur des in die Wärmetauscheranordnung 26 eintretenden
Luftstroms erfasst. Ferner gibt ein Innenraumtemperatursensor 50 seine
Ausgabe in die Ansteuervorrichtung 46 ein. Eine Startvorgabeanordnung 52,
beispielsweise ein Bedienschalter, kann ein Signal erzeugen, welches
dem Ansteuergerät 46 anzeigt,
dass das Heizsystem 10 beispielsweise in einem Standheizungsmodus
oder einem Zuheizmodus betrieben werden soll. Eine entsprechende
Information kann auch durch eine programmierbare Zeitschaltuhr 54 generiert
werden. Diese die Startphase des Heizbetriebs repräsentierende
Information kann auch dem Steuergerät 42 zugeführt werden,
entweder direkt von den Bereichen 52, 54, oder
unter Vermittlung des Ansteuergeräts 46. Des Weiteren
empfängt
das Ansteuergerät 46 aus
einer Fahrzeuginnenraumsolltemperaturvorgabeanordnung 56, beispielsweise
einem Temperaturwahlschalter, Information darüber, auf welche Temperatur der
Fahrzeuginnenraum erwärmt
werden soll bzw. bei welcher Temperatur er gehalten werden soll.
Eine Frischluft/Umluft-Verhältniswahlanordnung 58 ermöglicht die
Vorgabe eines bestimmten Verhältnisses
von Frischluft zu Umluft bzw. das Arbeiten beispielsweise im Frischluftmodus
oder im Umluftmodus. Die Anordnungen 52, 56, 58 können beispielsweise
manuell betätigbare
Anordnungen sein, können
jedoch auch implementiert sein in Form eines Ansteuersystembereichs,
der entsprechende Vorgaben generiert und als zu verarbeitende Informationen für das Ansteuergerät 46 bereitstellt,
so dass beispielsweise diese Anordnungen auch Teil des Ansteuergeräts 46 selbst
sein können.
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Im Folgenden wird der Betrieb des
in der Figur dargestellten erfindungsgemäßen Heizsystems 10 anhand
des Standheizbetriebs detaillierter erläutert. Dazu sei beispielsweise
angenommen, dass entweder durch die Zeitschaltuhr 54 oder
die Anordnung 52 ein Einschaltbefehl generiert wird, d.
h. ein Befehl, der signalisiert, dass der Heizbetrieb begonnen werden
soll. Da davon auszugehen ist, dass der Standheizmodus nur bei vergleichsweise
geringer Außentemperatur
vorgenommen wird und dass beispielsweise durch Sonneneinstrahlung
der Fahrzeuginnenraum bereits in gewisser Weise vorgewärmt ist und
insofern die darin enthaltene Luft eine höhere Temperatur aufweisen wird,
als die Außenluft,
kann durch die Anordnung 58 vorgegeben werden, dass im
Umluftmodus gearbeitet wird, was dadurch umgesetzt werden kann,
dass durch den Mischer 20 entweder nur die vom Fahrzeuginnenraum 14 abgezogene
Umluft eingeleitet wird oder diese Umluft unter Beimengung eines
geringen Frischluftanteils von beispielsweise 15% genutzt wird und
zur Wärmetauscheranordnung
26 geleitet wird. Ferner erzeugt die Anordnung 56 eine
Fahrzeuginnenraumsolltemperatur, die beispielsweise bei +20°C liegen
kann.
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Die Information, dass der Standheizbetrieb begonnen
werden soll, wird, wie vorangehend bereits geschildert, auch zum
Heizgerät 42 geleitet,
so dass dieses nunmehr durch Erregen der Dosierpumpe 32, des
Verbrennungsluftgebläses 34 und
des Glühzündstifts 36 das
Heizgerät 22 in
Betrieb setzt. Mit dem Inbetriebsetzen des Heizgeräts 22 oder
beispielsweise dann, wenn durch den Flammfühler 38 erkannt wird, dass
der Heizbrenner 30 gezündet
hat und somit das Heizgerät 22 in
einem Zustand ist, in welchem in der Wärmetauscheranordnung 26 Verbrennungswärme auf
den dieses durchsetzenden Luftstrom übertragen werden kann, aktiviert
das Steuergerät 46 das
Gebläse 24,
um eine Luftzirkulation bzw. Luftströmung zu generieren. Die Förderleistung
des Gebläses 24 wird dabei
im Wesentlichen bestimmt durch die Differenz zwischen der Fahrzeuginnenraumsolltemperatur, vorgegeben
durch die Anordnung 56, und der Fahrzeuginnenraumtemperatur,
erfasst durch die Sensoranordnung 50. Je größer diese
Temperaturdifferenz ist, desto größer wird die Förderleistung
des Gebläses 24 eingestellt,
um sicherzustellen, dass eine relativ große in den Fahrzeuginnenraum 14 eingeleitete
Menge erwärmter
Luft eine möglichst
schnelle Erwärmung
des Fahrzeuginnenraums 14 bewirken kann, d. h, ein möglichst
schnelles Heranführen
der durch die Sensoranordnung 50 erfassten Isttemperatur
an die Fahrzeuginnenraumsolltemperatur.
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Im Steuergerät 42 ist für die Solltemperatur des
die Wärmetauscheranordnung 26 verlassenden Luftstroms
ein Wert vorgegeben. Dieser z.B. fest und unveränderbar vorgegebene Wert ist
so ausgewählt, dass
die die Wärmetauscheranordnung 26 verlassende
und in ein im Allgemeinen aus Kunststoffmaterial aufgebautes Rohrleitungssystem
einströmende Luft
nicht zu thermisch bedingten Verformungen verschiedener Kunststoffkomponenten
führen
kann. Es sei beispielsweise angenommen, dass diese Solltemperatur
bei 65°C
liegt. Angestrebt ist jedoch hier eine Temperatur im Bereich von
bis zu 80°C.
Das Heizgerät 42 vergleicht
diese Solltemperatur mit der vermittels der Sensoranordnung 44 erfassten
Isttemperatur des Luftstroms und verändert, je nach Vergleichsergebnis,
die durch Verbrennung im Heizbrenner 30 freigesetzte Wärmeenergiemenge
und infolgedessen die Heizleistung des Heizgeräts 22. Die zum Erreichen
dieser fest vorgegebenen Solltemperatur erforderliche Heizleistung
wird im Wesentlichen abhängen
von der Eintrittstemperatur, mit welcher die Luft in die Wärmetauscheranordnung 26 eintritt, und
von dem Luftmassenstrom, welcher die Wärmetauscheranordnung 26 durchsetzt.
Je mehr Luft diese Wärmetauscheranordnung 26 durchsetzt,
desto mehr Wärmeenergie
muss vermittels des Heizbrenners 30 bereitgestellt werden,
um am Austrittsbereich bzw. zur Einleitung in den Fahrzeuginnenraum 14 die gewünschte Solltemperatur
beispielsweise im Bereich von 65°C
zu erlangen. Daraus folgt aber, dass, obgleich das das Gebläse 24 ansteuernde
Heizgerät 46 keinen
direkten Einfluss auf den Betrieb des Heizgeräts 22 hat, da keine
entsprechende Ansteuerverbindung besteht, die durch das Ansteuergerät 46 für das Gebläse 24 vorgegebene
Förderleistung
einen Einfluss auf die Temperatur der die Wärmetauscheranordnung 26 verlassenden
Luft haben wird und insofern gemäß der Erfassung
dieser Temperatur das Steuergerät 42 beispielsweise
bei Erhöhung
der Förderleistung
des Gebläses 24 in
entsprechender Weise die Heizleistung des Heizgeräts 22 bzw.
des Brenners 30 desselben nachführen wird. Insofern besteht zwischen
der Ansteuercharakteristik des Steuergeräts 46 und der Ansteuercharakteristik
des Steuergeräts 42 für die beiden
von diesen Steuergeräten
betriebenen Systembereiche ein enger Zusammenhang, obgleich keines
dieser Steuergeräte
durch entsprechende Vorgabe von Ansteuergrößen eine Ansteuerung im anderen
Systembereich vornimmt. Dies ermöglicht
es, das Heizgerät 22 mit
dem diesem zugeordneten Steuergerät 42 und selbstverständlich auch
der Dosierpumpe 32 und dem Verbrennungsluftgebläse 34 als
einen im Wesentlichen selbständig aufgebauten
und auch autark arbeitenden Systembereich in ein Gesamtsystem einzugliedern.
Ansteuerungstechnische Änderungen
im Bereich des Steuergeräts 46 für das Gebläse 24 sind
dadurch nicht erforderlich.
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Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich zusätzlich zu
den vorangehenden jeweils der Ansteuerung der verschiedenen Systembereiche zu
Grunde liegenden Eingangsgrößen, jeweils
umfassend Messgrößen einer seits
und entweder fest vorgegebene oder variabel vorgebbare Sollwerte
andererseits, in den verschiedenen Steuergeräten 42 bzw. 46 noch
zusätzliche
Informationen, wie z. B. die Temperatur der in die Wärmetauscheranordnung 26 eintretenden
Luft, erfasst durch die Sensoranordnung 48, herangezogen
werden können,
ebenso wie weitere externe Parameter, wie Außenlufttemperatur, Außenluftdruck
und dergleichen. Es ist selbstverständlich, dass das in der Figur
dargestellte System noch weitere Bereiche, wie z. B. in Zuordnung
zum Gebläse 24 eine
Klimatisierungseinheit umfassen kann, die dann auch vom Steuergerät 46 angesteuert werden
kann. Auch ist es selbstverständlich
möglich, beispielsweise
das Gebläse 24 stromaufwärts bezüglich der
Wärmetauscheranordnung 26 anzuordnen.