DE19901807C1

DE19901807C1 - Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug-Zusatzheitzgeräts

Info

Publication number: DE19901807C1
Application number: DE19901807A
Authority: DE
Inventors: Michael Reiser; Georg Habbel
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 1999-01-19
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2019-01-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug-Zusatzheizgeräts (1) zusammen mit einem Wärmetauscher (2) in einem ersten Wasserkreislauf unter Ausschluß des Fahrzeugmotors (4) oder einem zweiten Wasserkreislauf unter Einschluß des Fahrzeugmotors (4) mit Hilfe einer die Wasserkreisläufe bestimmenden Ventileinrichtung (3). Um eine Fahrzeuginnenraumerwärmung mit erhöhtem Komfort sowie ohne zusätzlichen Bedienaufwand durch den Benutzer zu erzielen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Öffnungszustand der Ventileinrichtung (3) zur Mischung der beiden Wasserkreisläufe abhängig von der Wassertemperatur im geschlossen betriebenen ersten Wasserkreislauf und der Wassertemperatur im zweiten Wasserkreislauf geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug-Zusatzheizgeräts zusammen mit einem Wärmetauscher in einem ersten Wasserkreislauf unter Ausschluß des Fahrzeugmotors oder einem zweiten Wasserkreislauf unter Einschluß des Fahrzeugmotors mit Hilfe einer die Wasserkreisläufe bestimmenden Ventileinrichtung, wobei der Öffnungszustand der Ventileinrichtung zur Mischung der beiden Wasserkreisläufe abhängig von der Wassertemperatur im zweiten Wasserkreislauf geregelt wird.

Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug Zusatzheizgeräts ist aus der US 4 700 888 bekannt. Um mit dem Fahrzeug-Zusatzheizgerät eine schnellstmögliche Erwärmung des Fahrzeuginnenraums bei stehendem Fahrzeug zu erzielen, wird manuell per Schalter ein Mehrwegeventil so geschaltet, daß der erste Wasserkreislauf, enthaltend das Zusatzheizgerät und den Wärmetauscher, vom zweiten Wasserkreislauf unter Einschluß des Fahrzeugmotors getrennt wird. Dadurch kommt die gesamte vom Zusatzheizgerät erzeugte Wärme über den geschlossenen ersten Wasserkreislauf dem Fahrzeuginnenraum zugute. Im Fahrbetrieb wird das Mehrwegeventil dann derart geschaltet, daß der erste Wasserkreislauf ohne den Fahrzeugmotor mit dem zweiten Wasserkreislauf, enthaltend den Fahrzeugmotor, verbunden ist. Alternativ zu der manuellen Umschaltung zwischen erstem Wasserkreislauf und zweitem Wasserkreislauf wird ein Zeitgeber genutzt, um den geschlossenen ersten Wasserkreislauf nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer mit dem zweiten Wasserkreislauf zu verbinden. Das Entscheidungskriterium zum Umschalten zwischen erstem und zweitem Wasserkreislauf ist demnach die Unterscheidung zwischen "Betriebsmodi" und "Fahrbetrieb", wobei zwischen den Betriebsmodi entweder manuell oder per Zeitgeber umgeschaltet wird. Dieses bekannte Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug Zusatzheizgeräts hat jedoch den Nachteil, daß ein noch betriebswarmer Motor als Restwärmequelle außer Betracht gelassen wird, und daß bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperaturschwelle das Zusatzheizgerät in Teillast oder Regelpause betrieben wird, anstatt die erzeugbare Wärme zur Vorwärmung des Fahrzeugmotors zu nutzen.

Dieser Nachteil wird durch ein aus der DE 44 46 152 A1 bekanntes Verfahren überwunden, indem die in beiden Wasserkreisläufen aktuell herrschende Temperatur berücksichtigt wird. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem der Erwärmungszustand des Motors berücksichtigt und das Wasser in den beiden Wasserkreisläufen derart gemischt wird, daß Motorrestwärme zu Heizzwecken genutzt wird. Andernfalls, d. h. bei kaltem Motor, erfolgt die Mischung der beiden Wasserkreisläufe nach anfänglich vollständig betriebenem ersten Wasserkreislauf beispielsweise derart, daß der zunächst betriebene erste Wasserkreislauf zunehmend mit dem zweiten, den Motor umfassenden Wasserkreislauf gemischt wird.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren bezüglich der Wassertemperaturermittlung kostengünstig zu gestalten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird demnach die Wassertemperatur im geschlossenen ersten Wasserkreislauf direkt ermittelt während die Ermittlung der Wassertemperatur im zweiten Wasserkreislauf vorteilhafterweise indirekt erfolgt, indem über die Ventileinrichtung kurzzeitig Wasser aus dem zweiten Wasserkreislauf entsprechend einem vorgegebenen Mischverhältnis zugemischt wird, wobei ein Temperatursensor in diesem Fall die Temperaturänderung durch Hinzumischen von Wasser aus dem zweiten Kreislauf ermittelt.

Aufgrund dieses bei der Temperaturmessung in den Wasserkreisläufen ermittelten Systemzustands werden erfindungsgemäß Regelparameter ihr die Ventileinrichtung zum Umschalten zwischen den beiden Wasserkreisläufen definiert, und zwar bevorzugt von einer Ansteuerung der Ventileinrichtung zwischen "vollständig geöffnet" über beliebige Mischverhältnisse bis hin zu "vollständig geschlossen".

Die Berechnung der Regelparameter unterliegt bevorzugt einer speziellen Regelungsstrategie, die beispielsweise einen minimalen Brennstoffverbrauch des Zusatzheizgeräts zum Ziel haben kann. Alternativ liegt der Regelungsstrategie vorteilhafterweise eine maximale Heizleistungsausbeute des Heizgeräts oder eine schnellstmögliche Innenraumerwärmung gegebenenfalls optional mit einer Motorerwärmung bei Stand- oder Zuheizen zugrunde. Die Regelungsstrategie für den Fall einer maximalen Heizleistungsausbeute des Heizgeräts ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Vorteilhafterweise wird die Wassertemperatur im ersten Wasserkreislauf und im zweiten Wasserkreislauf durch einen einzigen Temperatursensor ermittelt. Vorteilhafterweise wird dabei aus Kostengründen als Temperatursensor derjenige Sensor eingesetzt, der üblicherweise standardmäßig im Zusatzheizgerät integriert ist.

Als Ventileinrichtungen kommen grundsätzlich unterschiedliche Ventilaufbauten in Betracht, beispielsweise ein Dreiwege-Ventil oder ein 3/2-Wege-Ventil oder auch zwei miteinander gekoppelte Zweiwegeventile.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 schematisch die beiden Wasserkreisläufe, auf welche sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug-Zusatzheizgeräts bezieht,

Fig. 2 den Temperaturverlauf am im Zusatzheizgerät integrierten Temperatursensor bei der Regelstrategie einer maximalen Heizleistungsausbeute des Heizgeräts, und

Fig. 3 eine Variante zur Fig. 1.

Wie in Fig. 1 gezeigt, befinden sich in einem mittels durchgezogener Pfeile dargestellten ersten Wasserkreislauf A ein Fahrzeug-Zusatzheizgerät 1 und ein Wärmetauscher 2, während sich in einem zweiten Wasserkreislauf B, der schematisch durch strichlierte Pfeile dargestellt ist, zusätzlich ein Fahrzeugmotor 4 befindet. Die Umschaltung zwischen den beiden Wasserkreisläufen erfolgt mittels einer Ventileinrichtung, im dargestellten Fall mittels eines Dreiwege-Ventils 3, das in der Wasserkreislaufstrecke zwischen dem Fahrzeugmotor 4 und dem Zusatzheizgerät 1 angeordnet ist, und dessen dritter Weg mit einer Umgehungsleitung 5 für den Motor 4 verbunden ist, welche Umgehungsleitung 5 mit dem Auslaß des Wärmetauschers 2 verbunden ist. In Übereinstimmung mit dem Stand der Technik erlaubt demnach das Dreiwege-Ventil 3 die Realisierung eines ersten geschlossenen Wasserkreislaufs A unter Ausschluß des Fahrzeugmotors 4 sowie die Realisierung eines zweiten größeren Wasserkreislaufs B unter Einschluß des Fahrzeugmotors 4. Erfindungsgemäß wird demgegenüber auch eine Mischung der beiden Wasserkreisläufe in beliebigem Verhältnis zum optimalen Betreiben des Fahrzeug- Zusatzheizgeräts vorgesehen, wobei mittels eines Temperatursensors 6, der bevorzugt im Zusatzheizgerät 1 eingebaut ist, das Dreiwege-Ventil 3 angesteuert wird zur Mischung der beiden Wasserkreisläufe in beliebigen Mischverhältnissen.

Anhand von Fig. 2 wird beispielhaft die eingangs angeführte Regelstrategie einer maximalen Heizleistungsausbeute des Zusatzheizgeräts 1 beim Standheizen nunmehr näher erläutert.

Mit Beginn des Starts des Zusatzheizgeräts 1 ist der erste Kreislauf A, der auch als innerer Kreislauf bezeichnet wird, geschaltet, wobei das Wasser durch das Zusatzheizgerät 1 und den Wärmetauscher 2 unter Ausschluß des Wassermotors 4 zirkuliert. Erfolgt nun durch den Heizbetrieb eine Temperaturerhöhung in diesem geschlossenen Wasserkreislauf, so wird bei Erreichen eines vorbestimmten Temperaturwerts T1, erfaßt durch den Temperatursensor 6, im Zusatzheizgerät 1 zum Zeitpunkt t1 das Dreiwege-Ventil 3 für einen Zeitraum Δt = t1 - t2 geöffnet und die Veränderung des Meßwerts des Temperatursensors während dieser Zeitspanne wird ermittelt.

Aus der Temperatur zum Zeitpunkt t2 können nunmehr Regelparameter abgeleitet werden, mit denen das Dreiwege-Ventil 3 unter Mischung des Wassers in den beiden Wasserkreisläufen derart gesteuert wird, daß zum einen ein unkomfortabler Temperatureinbruch auf einem Temperaturniveau T2 vermieden wird, während andererseits ein Temperaturanstieg über das Temperaturniveau T1 hinaus vermieden wird, um das Abregeln der Heizleistung des Zusatzheizgeräts 3 bei Überschreiten dieses Temperaturniveaus T1 zu vermeiden. Durch geeignete Ansteuerung wird folgend auf den Zeitpunkt t2 ein weiterer Verlauf der Temperaturkurve knapp unterhalb des Temperaturniveaus T1 erzielt.

Die durch die Erfindung erreichbaren Vorteile erschließen sich damit unmittelbar. Zum einen wird ein erhöhter Komfort bei der Innenraumerwärmung im Stand- und Zusatzheizen ohne zusätzlichen Bedienaufwand für den Benutzer gewährleistet. Ferner wird eine optimale Ausnutzung des Heizleistungsangebots des Heizgeräts sichergestellt. Gegebenenfalls wird auch die Motorerwärmung bei gleichzeitig optimaler Innenraumerwärmung ermöglicht. Schließlich werden schädliche Betriebszustände des Zusatzheizgeräts 1 zuverlässig vermieden, weil sich die Temperaturregelung für das Zusatzheizgerät in einem sicheren Regelungsbereich abspielt.

Wie in Fig. 3 dargestellt, können auch zwei separate Zweiwegeventile 3A, 3B anstelle des 3/2-Wegeventils 3 vorgesehen sein, die wirkungsmäßig gegenläufig gekoppelt sind. Beim Schließen des Ventils 3A öffnet sich gleichzeitig das Ventil 3B, sodaß ebenfalls eine Umschaltung zwischen großem Kreislauf B und kleinem Kreislauf A erreicht wird.

Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug-Zusatzheizgerät

2

Wärmetauscher

3

3-Wege-Ventil

3

A, B Zweiwege-Ventil

4

Fahrzeugmotor

5

Umgehungsleitung

6

Temperatursensor

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug-Zusatzheizgeräts (1) zusammen mit einem Wärmetauscher (2) in einem ersten Wasserkreislauf (A) unter Ausschluß des Fahrzeugmotors (4) oder einem zweiten Wasserkreislauf (B) unter Einschluß des Fahrzeugmotors (4) mit Hilfe einer die Wasserkreisläufe bestimmenden Ventileinrichtung (3; 3A, 3B), wobei der Öffnungszustand der Ventileinrichtung (3; 3A, 3B) zur Mischung der beiden Wasserkreisläufe (A, B) abhängig von der Wassertemperatur im zweiten Wasserkreislauf (B) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur indirekten Ermittlung der Wassertemperatur im zweiten Wasserkreislauf (B) periodisch kurzzeitig Wasser aus dem zweiten Wasserkreislauf (B) entsprechend einem vorgegebenen Mischverhältnis dem ersten Wasserkreislauf (A) zugemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (3) zwischen beliebigen Mischverhältnissen für die beiden Wasserkreisläufe (A, B) regelbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischverhältnis die Extremwerte einer vollständigen Öffnung und eines vollständigen Schließens der Ventileinrichtung (3; 3A, 3B) umschließt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassertemperatur im ersten Wasserkreislauf (A) durch einen Temperatursensor (6) ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur sensor (6) im Zusatzheizgerät (1) integriert ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Mischung der beiden Wasserkreisläufe auf Grundlage einer Regelstrategie erfolgt, die auf einen minimalen Brennstoffverbrauch des Zusatzheizgeräts (1) abzielt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Mischung der beiden Wasserkreisläufe auf Grundlage einer Regelstrategie erfolgt, die auf eine maximale Heizleistungsausbeute des Zusatzheizgeräts (1) abzielt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Mischung der beiden Wasserkreisläufe auf Grundlage einer Regelstrategie erfolgt, die auf eine schnellst mögliche Fahrzeug- Innenraumerwärmung abzielt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Mischung der beiden Wasserkreisläufe auf Grundlage einer Regelstrategie erfolgt, die auf eine optionale Erwärmung des Fahrzeugmotors beim Stand- oder Zuheizen abzielt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (3) ein Dreiwege-Ventil umfaßt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (3) ein 3/2-Wege-Ventil umfaßt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (3) aus zwei 2/2-Wege-Ventilen (3A, 3B) besteht.