DE19847605A1 - Heizungssystem für brennkraftmaschinenbetriebene Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Bei einem die in den Abgasen der Brennkraftmaschine enthaltene Wärme nutzenden Heizungssystem für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, ist dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine eine Wärmetauschermittel speisende, steuerbare Bypass-Leitung parallel geschaltet. Die Wärmetauschermittel sind dem Fahrzeugboden, diesen dabei großflächig kontaktierend, zugeordnet. DOLLAR A Ein solches Heizungssystem zeichnet sich dadurch aus, daß die Abgaswärme gezielt zur Beschickung einer Fußbodenheizung verwendet wird, wohingegen die übrigen Bereiche des Fahrzeuginnenraumes grundsätzlich in üblicher Weise durch die im Motorkühlwasser enthaltene Wärme beheizt werden können.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Nutzung der Abgaswärme zur Innenraumbeheizung von Kraftfahrzeugen ist im Prinzip bekannt. Als diesbezüglicher Stand der Technik werden die DE 32 25 373 C2 und die DE 36 03 378 A1 genannt. Gattungsmäßiger und damit nächstliegender Stand der Technik ist die DE 36 03 378 A1.

Ausgangssituation für die vorliegende Erfindung sind neuere Entwicklungen an Motoren für Kraftfahrzeuge, die sich eine (weitere) Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs zum Ziel gesetzt haben. Es geht hierbei nicht nur um Otto-Motoren, sondern insbesondere auch um Diesel-Motoren. Eine weitestgehende Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs hat nämlich zur Folge, daß die Motoren immer weniger über das Kühlwasser nutzbare Wärme für den Heizungswärmetauscher zur Verfügung zu stellen vermögen. Andererseits wird durch das Abgassystem eine erhebliche Wärmemenge ungenutzt an die Umgebung abgeführt.

Beim bekannten Heizungssystem nach DE 36 03 378 A1 sind insgesamt zwei Wärmetauscher vorgesehen, von denen der eine - in herkömmlicher Weise - als Wasser-Luft-Wärmetauscher und der andere als Abgas-Wasser-Wärmetauscher ausgebildet ist. Beide Wärmetauscher des bekannten Heizungssystems sind also vom Motor-Kühlwasser durchströmt. Der zweite Wärmetauscher dient lediglich dazu, das zu Heizzwecken verwendete Motorkühlwasser durch Abgaswärme noch weiter zu erhitzen. Hierbei kommt es offenbar darauf an, daß auch bei Verwendung kompakter, einen hohen Druckabfall der sie durchströmenden Abgase bewirkender Wärmetauscher mit hohem Wirkungsgrad der die Brennkraftmaschine belastende Abgasgegendruck bei unterschiedlichen Nutzlasten der Brennkraftmaschine im wesentlichen konstant bleibt.

Der vorliegenden Erfindung ist eine andere Aufgabe gestellt. Sie besteht darin, die Abgaswärme des Motors örtlich gezielt zu Heizzwecken zu nutzen, und zwar grundsätzlich unabhängig von dem üblicherweise zur Innenraumbeheizung dienenden Motorkühl­ wasser-Kreislauf.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Heizungssystem der eingangs bezeichneten Art durch die aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 entnehmbaren Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird also die Abgaswärme zur Beschickung einer Fußbodenheizung verwendet, wohingegen die übrigen Bereiche des Fahrzeuginnenraumes in üblicher Weise durch die im Motorkühlwasser enthaltene Wärme beheizt werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Grundgedankens der Erfindung enthalten die Patentansprüche 2-14.

In der Zeichnung sind - jeweils schematisch - Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden detailliert beschrieben werden. Es zeigt:

Fig. 1 die Bodengruppe eines PKW (Teppichboden bzw. Geräuschdämmschicht teilweise weggelassen), in Draufsicht,

Fig. 2 eine Ausführungsform eines abgasbeschickten Heizungssystems (teilweise), anhand einer teilweisen Querschnittsdarstellung der Bodengruppe nach Fig. 1 (Schnitt II-II), und

Fig. 3 eine andere Ausführungsform eines abgasbeschickten Heizungssystems (teilweise), in Schnittdarstellung entsprechend Fig. 2 (Schnitt III-III).

In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt die Bodengruppe eines PKW. Den Fahrzeugboden bildet hierbei - in üblicher Weise - ein Bodenblech 11, das mit einer Geräuschdämmschicht 12 beschichtet ist (siehe hierzu Fig. 2). Die obere Abdeckung bildet ein Teppichboden 13. Ein mit 14 bezifferter vorderer Sitzquerträger dient zur Aufnahme der (nicht gezeigten) Vordersitze des betreffenden Fahrzeugs. Im Bereich des Getriebetunnels bzw. Antriebsstranges ist die Bodengruppe 10 in Fig. 1 aufgebrochen dargestellt. In diesem Mittelbereich ist daher ein Teil des Abgassystems, bestehend aus Abgasrohr 15, sich darin anschließendem Katalysator 16 und Auspuffrohr 17, erkennbar.

Wie des weiteren aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind in die Bodengruppe 10 vier großflächige Wärmetauscher 18, 19, 20 und 21 integriert, die als Fußbodenheizung für den Innenraum des betreffenden Fahrzeugs fungieren. Die Katalysatoren 18-21 sind im wesentlichen quadratisch ausgebildet und entsprechen in ihrer flächigen Ausdehnung in etwa dem jeweiligen Fußraum des zugeordneten Fahrzeugsitzes. Hierbei ist jedem der vier Fußräume jeweils einer der Katalysatoren 18-21 zugeordnet.

Fig. 1 macht weiterhin deutlich, daß die vier Wärmetauscher 18-21 im Bereich des Fahrzeugbodens 10 in einer Ebene und in Fahrzeuglängsrichtung parallel zueinander angeordnet sind. Sie werden von heißen Abgasen durchströmt, die durch eine Bypass-Leitung, in Fig. 1 schematisch in gestrichelten Linien angedeutet und mit 22 bezeichnet, von der Auspuffleitung 17 hinter dem Katalysator 16 abgezweigt werden. Die Strömungsrichtung der Abgase in der Bypass-Leitung 22 ist durch Pfeile 23, 24 gekennzeichnet. Bei 25 bzw. 26 mündet die Bypass-Leitung 22 in Heizleitungen 27 bzw. 28, die die Wärmetauscher 18, 20 bzw. 19, 21 in mehreren Windungen durchlaufen. Die Strömungsrichtung der heißen Abgase innerhalb der Heizleitungen 27, 28 ist hierbei durch Pfeile 29-36 kenntlich gemacht. Nachdem die Abgase ihre Wärme an die Heizleitungen 27, 28 und von dort an die betreffenden Fußräume des Fahrzeuginnenraumes abgegeben haben, strömen sie - in Pfeilrichtung 37 bzw. 38 - zurück in das Auspuffrohr 17 und von dort ins Freie. Der betreffende Rückführungsstrang der Bypass-Leitung ist in Fig. 2 ebenfalls gestrichelt angedeutet und mit 39 beziffert. Die Strömungsrichtung der Abgase im Abgassystem 15-17 kennzeichnet ein Pfeil 40.

Zur Bewirkung der Abzweigung eines Teils des Abgasstromes aus dem Abgasrohr 17 in die Bypass-Leitung 22, 39 ist ein Bypass-Ventil 41 vorgesehen. Dieses ist so konzipiert, daß in seiner (aus Fig. 1 ersichtlichen) Öffnungsstellung ein Übertritt von Abgasen aus dem Abgasrohr 17 in die Bypass-Leitung 22 nicht erfolgt. Bei geschlossenem Bypass-Ventil 41 dagegen wird der Abgasstrom (zumindest teilweise) in die Bypass-Leitung 22 um geleitet und von dort wie bereits oben erwähnt, in die Wärmetauscher 18-21 eingeleitet. Anschließend gelangen die Gase über den rückführenden Abschnitt 39 der Bypass-Leitung wieder zurück in das Abgasleitungssystem 17.

Zur Betätigung des Bypass-Ventils 41 dient eine - gestrichelt angedeutete - Steuerleitung 42. Die Steuerung des Bypass-Ventils 41 über die Steuerleitung 42 erfolgt vorzugsweise thermostatisch, das heißt, in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur der Abgase im Abgasstrang 15-17. Das Bypass-Ventil 41 darf im übrigen nur dann in Funktion treten, wenn - von den Fahrzeuginsassen - die Fußbodenheizung eingeschaltet wird.

Bei der Konzeption der Bypass-Leitung ist darauf zu achten, daß die Druckdifferenz zwischen dem Eingang 22 und dem Ausgang 39 so gewählt wird, daß eine großflächige Durchströmung der Wärmetauscher 18-21 mit der gewünschten Temperatur erreicht wird.

Aus Fig. 2 geht nun eine mögliche Ausführungsform des Wärmetauschers 18 hervor. (Selbstverständlich gilt dies auch für die übrigen in Fig. 1 dargestellten Wärmetauscher 19, 20 und 21.) Fig. 2 macht deutlich, daß der Wärmetauscher 18 großflächig und vergleichsweise flach ausgebildet ist. Er ist in eine entsprechende Aussparung 43 der Geräuschdämmschicht 12 eingebettet. Hierbei schießt er mit seiner Oberfläche 44 plan mit der dem Teppichboden 13 zugewandten Oberfläche 45 der Geräuschdämmschicht 12 ab.

Diese Ausführungsform des Wärmetauschers 18 zeichnet sich zum einen durch eine große Effizienz der Wärmeübertragung in den Fußraum 46 des betreffenden Fahrzeuges aus. Zum anderen ist er - durch die Geräuschdämmschicht 12 - von unten her vor möglichen Beschädigungen optimal geschützt. Wie des weiteren aus Fig. 2 hervorgeht, besteht der Wärmetauscher 18 aus zwei gleichartigen Hälften 47, 48, die als gestanzte Blechteile ausgebildet und an ihrer Symmetrie-Ebene 49 - z. B. durch Punktverschweißung - mit­ einander verbunden sind. Durch die beschriebene Gestaltung des Wärmetauschers 18 ergeben sich insgesamt sechs parallel nebeneinanderliegende Heizungskanäle 50-55, die einen Sechseckquerschnitt aufweisen. Die Heizungskanäle 50-55 werden durch die Bypass-Leitung (siehe Bezugszeichen 22 in Fig. 1) mit heißen Abgasen beschickt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der dort mit 18a bezifferte Wärmetauscher gleichartig aufgebaut wie der Wärmetauscher 18 nach Fig. 2. Die Besonderheit der Variante nach Fig. 3 liegt darin, daß der Wärmetauscher 18a nicht in die Geräuschdämmschicht 12a eingebettet, sondern unterhalb derselben angeordnet ist. Er bildet somit mit seiner Unterseite 56 gewissermaßen einen größeren Bestandteil des im übrigen mit 11a bezeichneten Bodenblechs der betreffenden Bodengruppe 10a.

Da im übrigen die Variante nach Fig. 3, wie gesagt, der Ausführungsform nach Fig. 2 gleicht, sind in Fig. 3 die einander entsprechenden Bestandteile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 2 beziffert.

Claims (14)

1. Heizungssystem für brennkraftmaschinenbetriebene Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, unter Nutzung der in den Abgasen der Brennkraftmaschine enthaltenen Wärme, wobei dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine eine Wärmetauschermittel speisende, steuerbare Bypass-Leitung parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschermittel (18, 18a, 19-21) dem Fahrzeugboden (10, 10a), diesen dabei großflächig kontaktierend, zugeordnet sind.

2. Heizungssystem nach Anspruch 1, für Kraftfahrzeuge mit einem Fahrzeugboden, der ein Bodenblech (11) eine das Bodenblech innenseitig bedeckende Geräuschdämmschicht (12) und einen die Geräuschdämmschicht innenraumseitig überdeckenden Teppichboden (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschermittel (18-21) zwischen Bodenblech (11) und Teppichboden (13) innerhalb der Geräuschdämmschicht (12) eingebettet sind (Fig. 2).

3. Heizungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschermittel (18-21) oberflächenseitig (bei 44) plan mit der dem Teppichboden (13) zugewandten Oberfläche (45) der Geräuschdämmschicht (12) abschließen.

4. Heizungssystem nach Anspruch 1, für Kraftfahrzeuge mit einem Fahrzeugboden, der ein Bodenblech (11a), eine das Bodenblech innenseitig bedeckende Geräuschdämmschicht (12a) und einen die Geräuschdämmschicht innenraumseitig überdeckenden Teppichboden 13 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschermittel (18a, 19-21) unterhalb der Geräuschdämmschicht (12a), unmittelbar an diese angrenzend, angeordnet sind und zugleich - zumindest teilweise - das Bodenblech (11a, 56) bilden (Fig. 3).

5. Heizungssystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmetauschermittel (18, 18a, 19-21) großflächige, vergleichsweise flach ausgebildete Wärmetauscher dienen.

6. Heizungssystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschermittel in an sich bekannter Weise flüssigkeitsdurchströmte Heizleitungen aufweisen, die von den durch die Bypass-Leitung (22, 39) in die Wärmetauschermittel eingeleiteten Abgasen, hierbei deren Wärme aufnehmend, umströmt sind.

7. Heizungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschermittel (18, 18a, 19-21) aus in einer Ebene in Fahrzeuglängsrichtung parallel zueinander angeordneten Heizungskanälen (50-55) bestehen, die unmittelbar von den durch die Bypass-Leitung (22) herangeführten Abgasen durchströmt sind (Fig. 2 und 3).

8. Heizungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wärmetauschermittel (18, 18a, 19-21) bildenden Heizungskanäle (50-55) aus gestanzten miteinander durch Widerstandschweißung verbundenen Blechteilen (47, 48) bestehen.

9. Heizungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wärmetauschermittel (18, 18a, 19-21) aus zwei symmetrischen an der Symmetrie-Ebene (49) miteinander verbundenen Blechhälften (47, 48) zusammensetzen.

10. Heizungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Fahrzeugsitze, einschließlich des zugehörigen Fußraumes, je ein Wärmetauscher (18, 18a, 19-21) angeordnet ist.

11. Heizungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 5-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (18, 18a, 19-21) hinsichtlich der sie durchströmenden Abgase miteinander verbunden sind.

12. Heizungssystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, mit einem die Bypass-Leitung (22, 39) steuernden Bypass-Ventil (49), derart, daß bei geschlossenem Bypass-Ventil zumindest ein Teil des Abgasstroms aus dem Abgasstrang (15-17) in die Bypass-Leitung (22) eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypass-Ventil (41) durch die Fahrzeuginsassen manuell betätigbar ist.

13. Heizungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypass-Ventil (41) im Abgasstrang (15-17), etwa auf Höhe der Vordersitz-Querträger (14) angeordnet ist.

14. Heizungssystem nach Anspruch 13, mit einem im Abgasstrang (15-17) angeordneten Katalysator (16), der durch eine Verbindungsschelle mit dem sich anschließenden Auspuff (17) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypass-Ventil (41) in die Verbindungsschelle integriert ist.