DE4239834B4

DE4239834B4 - Vorwärmeinrichtung für einen wassergekühlten Kraftfahrzeugmotor mit externem Heizgerät

Info

Publication number: DE4239834B4
Application number: DE19924239834
Authority: DE
Inventors: Erhard Bartsch
Original assignee: Iveco Magirus AG
Current assignee: Iveco Magirus AG
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1992-11-27
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2012-11-28
Also published as: DE4239834A1; GB9325088D0; GB2284662A; GB2284662B

Abstract

Vorwärmeinrichtung (20) für ein Kraftfahrzeug mit einem wassergekühlten Motor (8), mit einem in ein Heizsystem integrierten Heizgerät (1), welches Heizsystem mit dem Kühlwasserkreis verbunden ist, einer Pumpe (6) um Betreiben des Heizgeräts (1) einem ständig betriebenen Temperaturwächter (4, 9) zur Steuerung des Betriebes des Heizsystems, wenn die Temperatur unter eine Grenztemperatur abfällt, und einem manuell betätigbaren Handschalter (5) zum Einschalten des Betriebes, welches Heizsystem als zu erwärmende Teilbereiche eine Motorvorheizung (21), eine Innenraumheizung (2) und eine Batterieheizung (22) umfaßt, welcher Temperaturwächter (4, 9) so ausgebildet ist, daß er den Betrieb des Heizgeräts (1) und der Pumpe (6) steuert, wenn die Temperatur des Gemisches unterhalb der Grenztemperatur liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit ein Wasser-Glycol-Gemisch mit einer vorgebenen Gefriertemperatur unterhalb der Grenztemperatur ist, daß das Heizgerät (1) ein externes, motorunabhängiges Heizgerät (1) ist, daß das Heizsystem eine Heizvorrangschaltung für die zu heizenden Teilbereiche umfaßt, wobei genannte Teilbereiche in Reihe oder parallel...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorwärmeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem wassergekühlten Motor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Europäische Patentanmeldung EP 0 250 066 A2 offenbart eine Vorwärmeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zeigt. Ferner beschreibt die DE 85 09 842 U1 einen Behälter für eine Kraftfahrzeugbatterie, der mit einer Masse gefüllt ist, die Latentwärme durch Kristallisation speichert.
Die DE 38 24 099 A1 beschreibt ein Verfahren zur Beheizung eines Verbrennungsmotors, bei welchem in einem Wärmespeicher gespeicherte Wärme an die Brennluft vor deren Eintritt in den Verbrennungsraum des Motors abgegeben wird.
Weitere bekannte Vorwärmeinrichtungen basieren zumeist auf Luft als Wärmeträgermedium (vgl. DE 38 32 967 A1 , DE 38 34 540 A1 ). Luft als Wärmeträgermedium ist jedoch für tiefe Außentemperaturen aufgrund der geringen Wärmekapazität ungeeignet. Auch sind Vorwärmeinrichtungen bekannt, welche Wasser als Wärmeträgermedium mit einer externen Wärmequelle verwenden (vgl. DE 23 51 472 A1 , DE 37 30 598 A1 , AT 17 99 94 B ). 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 Wärmeträgermedium nicht für extrem tiefe Außentemperaturen ausgelegt. Es kann nämlich nicht garantiert werden, dass die geforderte 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 Vorwärmeinrichtung 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 9.
Wesen der Erfindung ist, ein an den Kühlmittelkreislauf eines wassergekühlten Kraftfahrzeugmotors angeschlossenes kombiniertes Heizsystem vorzusehen, welches als zu heizende Teilbereiche zumindest eine Motorvorheizung, eine Innenraumheizung und eine Batterieheizung umfaßt. Als zu heizende Teilbereiche können zusätzlich auch noch die Kraftstoffbeheizung und die Ölbeheizung sowie eine Getriebeheizung vorgesehen sein. Ein oder mehrere externe, d. h. motorunabhängige fremdenergiegespeiste 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 betriebener Temperaturwächter vorgesehen sein, welcher bei Unterschreiten 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 Handschaltern 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 Komponenten 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 Beheizung.
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 geforderten –60°C Kältefestigkeit zu erreichen, wird der im Heizsystem 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 Einschalten des Handgerätes begonnen bzw. beendet.
Zweite Möglichkeit:
Über eine geeignete Umlaufpumpe wird das bei –60°C zähflüssige Glykol-Wasser-Gemisch in Umlauf gebracht und über die Heizung relativ schnell erwärmt. Durch die rasche Änderung der Konsistenz werden schnell hohe Umlauftemperaturen erreicht.
Durch die Erfindung ist es mithin möglich, das Kraftfahrzeug auch tieferen Außentemperaturen auszusetzen, als es das Kühlmittel erlauben würde, ohne der Gefahr des Einfrierens ausgesetzt zu sein. Durch die Heizvorrangschaltung können die wichtigen Baugruppen schnell auf Starttemperatur gebracht werden. Die erfindungsgemäße kombinierte Einrichtung ist insgesamt besonders einfach und kompakt aufgebaut und im übrigen auch besonders betriebssicher.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
1 eine Vorwärmeinrichtung für einen wassergekühlten Kraftfahrzeugmotor mit parallelgeschalteten einzelnen zu heizenden Teilbereichen eines kombinierten Heizsystems,
2 eine Vorwärmeinrichtung ähnlich 1 mit einer Heizvorrangschaltung für die zu heizenden Teilbereiche des Heizsystems, und
3 eine Vorwärmeinrichtung ähnlich 1 mit in Reihe geschalteten zu heizenden Teilbereichen eines Heizsystems.
Gemäß 1 umfaßt eine Vorwärmeinrichtung (20) für einen wassergekühlten Fahrzeugmotor (8) ein an den Kühlmittelkreislauf des Motors angeschlossenes Heizsystem mit einer Motorvorheizung (21), einer Fahrerhaus-Innenraumheizung (2) und einer Batterieheizung (22) als zu heizende Teilbereiche. Weitere zu heizende Teilbereiche wie Kraftstoff- und Ölbeheizung sowie Getriebeheizung können angeschlossen sein. Die zu heizenden Teilbereiche sind gleichwertig parallel geschaltet.
Ein in das Heizsystem integriertes externes, d. h. fremdenergiegespeichertes Heizgerät (1) und eine Umwälzpumpe (6) führen 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 Außengrenztemperatur wird das Heizgerät (1) und die Umwälzpumpe (6) in Betrieb genommen.
Die Funktion des Temperaturwächters (4) kann durch ein Thermoelement mit einer nachgeschalteten elektronischen Schaltung oder durch einen geeigneten temperaturabhängigen Schalter realisiert werden, der direkt das Heizgerät (1) und die Umwälzpumpe (6) betätigt.
In 3 sind alle Teilbereiche in Reihe geschaltet. Zuerst wird der Motor (8), dann die Innenraumheizung (2) und schließlich das Batteriegehäuse (7) der Batterieheizung (22) mit Wärme versorgt.
Gemäß 2 wird die Vorwärmstrategie durch ein Steuergerät (9) einer Heizvorrangschaltung gesteuert. Mit einem Wählschalter (10) ist es möglich, eine bestimmte Strategie vorzuwählen. Über Stellorgane (9a, 9b, 9c) werden die einzelnen Teilbereiche an- bzw. abgekoppelt. Der Temperaturwächter (4) ist bei dieser Ausführungsvariante im Steuergerät (9) integriert. Die Temperaturfühler (3) versorgen auch hier das Steuergerät (9) mit den nötigen Signalen für die Temperaturwächterfunktion.
Des weiteren ist es möglich, über diese Signale den Aufwärmvorgang 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 Drucksäule auf das restliche kalte System, damit die relativ kalte Flüssigkeitssäule rasch zum Heizgerät (1) transportiert 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 Kombination sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind.

Claims

Vorwärmeinrichtung (20) für ein Kraftfahrzeug mit einem wassergekühlten Motor (8), mit einem in ein Heizsystem integrierten Heizgerät (1), welches Heizsystem mit dem Kühlwasserkreis verbunden ist, einer Pumpe (6) um Betreiben des Heizgeräts (1) einem ständig betriebenen Temperaturwächter (4, 9) zur Steuerung des Betriebes des Heizsystems, wenn die Temperatur unter eine Grenztemperatur abfällt, und einem manuell betätigbaren Handschalter (5) zum Einschalten des Betriebes, welches Heizsystem als zu erwärmende Teilbereiche eine Motorvorheizung (21), eine Innenraumheizung (2) und eine Batterieheizung (22) umfaßt, welcher Temperaturwächter (4, 9) so ausgebildet ist, daß er den Betrieb des Heizgeräts (1) und der Pumpe (6) steuert, wenn die Temperatur des Gemisches unterhalb der Grenztemperatur liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit ein Wasser-Glycol-Gemisch mit einer vorgebenen Gefriertemperatur unterhalb der Grenztemperatur ist, daß das Heizgerät (1) ein externes, motorunabhängiges Heizgerät (1) ist, daß das Heizsystem eine Heizvorrangschaltung für die zu heizenden Teilbereiche umfaßt, wobei genannte Teilbereiche in Reihe oder parallel geschaltet sind, und dass bei einer Temperatur des Gemisches unterhalb der Gefriertemperatur die Pumpe (6) das Gemisch in dem Heizgerät (1) nur über einen Kurzschlußkreislauf umwälzt.
Vorwärmeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (6) so groß bemessen ist, daß sie das Gemisch in dem Heizgerät (1) über das Heizsystem auch dann umwälzt, wenn die Temperatur des Gemisches unterhalb der Gefriertemperatur liegt.
Vorwärmeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, 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.
Vorwärmeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturwächter (4) ein Thermoelement mit einer nachgeordneten elektronischen Schaltung ist.
Vorwärmeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturwächter (4) ein temperaturabhängiger Schalter ist, der direkt mit dem Heizgerät (1) und der Umwälzpumpe (6) in einer Schaltverbindung steht.
Vorwärmeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Motorvorheizung (21), dann die Innenraumheizung (2) und schließlich die Batterieheizung (22) oder aber zuerst die Batterieheizung (22) dann die Motorvorheizung (21) und schließlich die Innenraumheizung (2) mit Wärme versorgt wird.
Vorwärmeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrangschaltung ein Steuergerät (9) aufweist, welches mit einem Wählschalter (10) betätigbar bzw. vorwählbar ist.
Vorwärmeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät (9) Stellorgane (9a, 9b, 9c, 10) zwecks An- und Abkoppeln einzelner zu heizender Teilbereiche zugeordnet ist.
Vorwärmeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wasser-Glycol-Gemisch als Motorkühlmittel die Grenztemperatur zu Inbetriebsetzung des Heizungssystems im Bereich von ca. –40°C liegt.