DE4239834A1 - Vorwärmeinrichtung für einen wassergekühlten Kraftfahrzeugmotor mit externem Heizgerät - Google Patents

Vorwärmeinrichtung für einen wassergekühlten Kraftfahrzeugmotor mit externem Heizgerät

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorwärmeinrichtung für einen wassergekühlten Kraftfahrzeugmotor mit externem, d. h. motor­ unabhängigem Heizgerät, wobei Wasser als Wärmeträgermedium für das Heizsystem vorgesehen ist.
Bereits bekannte Vorwärmeinrichtungen basieren zumeist auf Luft als Wärmeträgermedium (vgl. DE-OS 38 32 967, DE-OS 38 34 540). Luft als Wärmeträgermedium ist jedoch für tiefe Außentemperaturen aufgrund der geringen Wärmekapazität unge­ eignet. Auch sind Vorwärmeinrichtungen bekannt, welche Wasser als Wärmeträgermedium mit einer externen Wärmequelle verwen­ den (vgl. DE-OS 23 51 472, DE-OS 37 30 598, AT-PS 17 99 94). Mit Wasser als Wärmeträgermedium werden jedoch nur der Motor oder der Motor mit dem Fahrerhaus als Kombination mit einer externen Wärmequelle vorgeheizt. Zwar lassen sich mit Wasser als Wärmeträgermedium der Motor bzw. der Motor mit Fahrerhaus auch bei etwas tieferen Außentemperaturen beheizen. Jedoch sind die bekannten Vorwärmeinrichtungen mit Wasser als Wärme­ trägermedium nicht für extrem tiefe Außentemperaturen ausge­ legt. Es kann nämlich nicht garantiert werden, daß die gefor­ derte Kältefestigkeit von -60°C mit dem als Kühlflüssigkeit verwendeten bekannten Wasser-Glykol-Gemisch gegeben ist. Der Gefrierpunkt des Wasser-Glykol-Gemisches liegt maximal bei -48°C (bei einem Mischungsverhältnis Wasser/Glykol-Anteil von ca. 1 : 1).
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorwärmeinrich­ tung der eingangs genannten Art, welche einfach und kompakt aufgebaut und zuverlässig im Betrieb ist, selbst bei extrem tiefen Außentemperaturen im Bereich von ca. -60°C.
Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Mittel.
Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 10.
Wesen der Erfindung ist, ein an den Kühlmittelkreislauf eines wassergekühlten Kraftfahrzeugmotors angeschlossenes kombi­ niertes Heizsystem vorzusehen, welches als zu heizende Teil­ bereiche zumindest eine Motorvorheizung, eine Innenraumhei­ zung und eine Batterieheizung umfaßt. Als zu heizende Teil­ bereiche können zusätzlich auch noch die Kraftstoffbeheizung und die Ölbeheizung sowie eine Getriebeheizung vorgesehen sein. Ein oder mehrere externe, d. h. motorunabhängige fremd­ energiegespeiste Heizgeräte mit zugeordneter Umwälzpumpe sind im Heizsystem vorgesehen, wobei die Heizgeräte vorzugsweise mit Dieselöl oder mit elektrischer Energie betrieben werden. Darüber hinaus kann im Heizsystem zumindest ein ständig betrie­ bener Temperaturwächter vorgesehen sein, welcher bei Unter­ schreiten einer Grenztemperatur das Heizsystem automatisch in Betrieb setzt, oder es können das oder die Heizgeräte mit einem Handschalter in Betrieb gesetzt werden, wie auch ein Heizsystem sowohl mit Temperaturwächtern als auch mit Hand­ schaltern vorgesehen sein kann.
Der Wärmetransport zu den einzelnen zu heizenden Teilbereichen erfolgt über bereits vorhandene bzw. ergänzte Leitungszweige des Motorkühlsystems. Entsprechend sind alle zu heizenden Teilbereiche an das Kühlsystem angeschlossen. Durch Reihen- oder Parallelschaltung kann festgelegt werden, welche Kompo­ nenten vorrangig aufgeheizt werden. Mit Hilfe von Stellgliedern (z. B. Magnetventilen) und einer Steuerung ist z. B. eine von der Temperatur abhängige Vorrangschaltung realisierbar.
Es ergeben sich grundsätzlich zwei Möglichkeiten einer Behei­ zung.
Erste Möglichkeit
Bekanntlich wird bei einem Mischungsverhältnis von etwa 1 : 1 der tiefste Gefrierpunkt von ca. 48°C des Kühlmittels (bei einem Wasser-Glykol-Gemisch) erreicht. Um die geforder­ ten -60°c Kältefestigkeit zu erreichen, wird der im Heiz­ system integrierte Temperaturwächter aktiviert, der bei Unterschreiten einer Grenztemperatur die Vorwärmeinrichtung in Betrieb setzt, so daß das Einfrieren des Kühlsystems zuverlässig verhindert wird. Da der Aufwärmvorgang durch Schaltung bzw. Regelung bereits festgelegt ist, wird das Aufheizen auf Starttemperatur durch einfaches manuelles Ein­ schalten des Handgerätes begonnen bzw. beendet.
Zweite Möglichkeit
Über eine geeignete Umlaufpumpe wird das bei -60°C zähflüs­ sige Glykol-Wasser-Gemisch in Umlauf gebracht und über die Heizung relativ schnell erwärmt. Durch die rasche Änderung der Konsistenz werden schnell hohe Umlauftemperaturen er­ reicht.
Durch die Erfindung ist es mithin möglich, das Kraftfahrzeug auch tieferen Außentemperaturen auszusetzen, als es das Kühlmittel erlauben würde, ohne der Gefahr des Einfrie­ rens ausgesetzt zu sein. Durch die Heizvorrangschaltung können die wichtigen Baugruppen schnell auf Starttempera­ tur gebracht werden. Die erfindungsgemäße kombinierte Ein­ richtung ist insgesamt besonders einfach und kompakt aufge­ baut und im übrigen auch besonders betriebssicher.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläu­ tert; es zeigen:
Fig. 1 eine Vorwärmeinrichtung für einen wassergekühlten Kraftfahrzeugmotor mit parallelgeschalteten einzelnen zu heizenden Teilbereichen eines kombinierten Heiz­ systems,
Fig. 2 eine Vorwärmeinrichtung ähnlich Fig. 1 mit einer Heiz­ vorrangschaltung für die zu heizenden Teilbereiche des Heizsystems, und
Fig. 3 eine Vorwärmeinrichtung ähnlich Fig. 1 mit in Reihe geschalteten zu heizenden Teilbereichen eines Heiz­ systems.
Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Vorwärmeinrichtung (20) für einen wassergekühlten Fahrzeugmotor (8) ein an den Kühlmittelkreis­ lauf des Motors angeschlossenes Heizsystem mit einer Motor­ vorheizung (21), einer Fahrerhaus-Innenraumheizung (2) und einer Batterieheizung (22) als zu heizende Teilbereiche. Weitere zu heizende Teilbereiche wie Kraftstoff- und Ölbehei­ zung sowie Getriebeheizung können angeschlossen sein. Die zu heizenden Teilbereiche sind gleichwertig parallel geschal­ tet.
Ein in das Heizsystem integriertes externes, d. h. fremdener­ giegespeichertes Heizgerät (1) und eine Umwälzpumpe (6) füh­ ren dem Heizsystem zusätzlich Wärmeenergie zu. Auch können mehrere externe Heizgeräte (1) vorgesehen sein.
Ein oder mehrere Temperaturfühler (3), die an geeigneten Stellen (hier z. B. Kühler) angebracht sind, informieren den Temperaturwächter (4) ständig über die Temperatur des Systems.
Der Temperaturwächter ist ständig im Betrieb und kann nicht ausgeschaltet werden. Bei Unterschreiten der Außengrenztempera­ tur wird das Heizgerät (1) und die Umwälzpumpe (6) in Betrieb genommen.
Die Funktion des Temperaturwächters (4) kann durch ein Thermo­ element mit einer nachgeschalteten elektronischen Schaltung oder durch einen geeigneten temperaturabhängigen Schalter realisiert werden, der direkt das Heizgerät (1) und die Umwälzpumpe (6) betätigt.
In Fig. 3 sind alle Teilbereiche in Reihe geschaltet. Zuerst wird der Motor (8), dann die Innenraumheizung (2) und schließ­ lich das Batteriegehäuse (7) der Batterieheizung (22) mit Wärme versorgt.
Gemäß Fig. 2 wird die Vorwärmstrategie durch ein Steuergerät (9) einer Heizvorrangschaltung gesteuert. Mit einem Wählschal­ ter (10) ist es möglich, eine bestimmte Strategie vorzuwäh­ len. Über Stellorgane (9a, 9b, 9c) werden die einzelnen Teilbereiche an- bzw. abgekoppelt. Der Temperaturwächter (4) ist bei dieser Ausführungsvariante im Steuergerät (9) inte­ griert. Die Temperaturfühler (3) versorgen auch hier das Steuergerät (9) mit den nötigen Signalen für die Temperatur­ wächterfunktion.
Des weiteren ist es möglich, über diese Signale den Aufwärm­ vorgang zusätzlich zu beeinflussen.
Mit einem manuell zu betätigenden Schalter (5) wird der Anwärmvorgang ein- bzw. ausgeschaltet.
Der (die) Temperaturwächter (4) sorgen auch dafür, daß die Wassertemperatur auch bei fallenden Außentemperaturen stets im Bereich von -45°C gehalten wird.
Andererseits muß die Umwälzpumpe (6) in der Lage sein, auch bei Wassertemperaturen von -55°C bis -60°C das dickflüssige Wasser-/Glykol-Gemisch in Umlauf zu bringen und schnell aufzuheizen, entweder
  • a) über einen kleinen Kurzschlußkreislauf und steter Druck­ säule auf das restliche kalte System, damit die relativ kalte Flüssigkeitssäule rasch zum Heizgerät (1) transpor­ tiert wird, oder
  • b) über eine stark dimensionierte Pumpe, die die genannte Flüssigkeitssäule durch das Heizgerät (1) transportiert.
Über einen weiteren im Batteriegehäuse (7) angeordneten Temperaturfühler (3a) wird die Batterietemperatur überwacht. Ist die maximal zulässige Batterietemperatur erreicht, wird über ein Stellorgan (9c oder 10) die Erwärmung der Batterie beendet.
Alle in der Beschreibung erwähnten und/oder in der Zeichnung dargestellten neuen Merkmale allein oder in sinnvoller Kombi­ nation sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind.

Claims (10)

1. Vorwärmeeinrichtung (20) für einen wassergekühlten Kraft­ fahrzeugmotor (8) mit externem, d. h. motorunabhängigem Heizgerät (1), wobei Wasser als Wärmeträgermedium für das Heizsystem vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das mit zumindest einem Heizgerät (1) über eine Umwälzpumpe (6) betreibbare Heizsystem als zu heizende Teilbereiche zumindest eine Motorvorheizung (21) eine Innenraumheizung (2) und eine Batterieheizung (22) umfaßt und zumindest einen ständig betriebenen Temperaturwächter (4) enthält, welcher bei Unterschreiten einer Grenztempera­ tur das Heizsystem in Betrieb setzt, und/oder einen manuell betätigbaren Ein-/Ausschalter für das Heizgerät (1) aufweist.
2. Vorwärmeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturwächter (4) ein Thermoelement mit einer nachgeordneten elektronischen Schaltung ist.
3. Vorwärmeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturwächter (4) ein temperaturabhängiger Schalter ist, der direkt mit dem Heizgerät (1) und der Umwälzpumpe (6) in einer Schaltverbindung steht.
4. Vorwärmeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einem der zu heizenden Teilbereiche ein Temperaturfühler (3 bzw. 3a) zugeordnet ist, welcher mit dem Temperaturwächter (4) in einer Leitungsverbindung steht.
5. Vorwärmeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu heizenden Teilbereiche des Heizsystems paral­ lelgeschaltet sind.
6. Vorwärmeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu heizenden Teilbereiche des Heizsystems in Reihe geschaltet sind, wobei zuerst die Motorvorheizung (21), dann die Innenraumheizung (2) und schließlich die Batterieheizung (22) oder aber zuerst die Batteriehei­ zung, dann die Motorvorheizung und schließlich die Innenraumheizung mit Wärme versorgt wird.
7. Vorwärmeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizsystem eine Heizvorrangschaltung für die zu heizenden Teilbereiche umfaßt.
8. Vorwärmeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrangschaltung ein Steuergerät (9) auf­ weist, welches mit einem Wählschalter (10) betätigbar bzw. vorwählbar ist.
9. Vorwärmeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät (9) Stellorgane (9a, 9b, 9c, 10) zwecks An- und Abkoppeln einzelner zu heizender Teil­ bereiche zugeordnet sind.
10. Vorwärmeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wasser-Glykol-Gemisch als Motorkühlmittel die Grenztemperatur zur Inbetriebsetzung des Heizungs­ systems im Bereich von ca. -40°C liegt.
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