DE4431041C2 - Verfahren und Vorrichtung zur selbstadaptiven Steuerung einer Kraftfahrzeugheizung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beheizung der Kabine von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Vor dem Hintergrund ständiger Verbesserungen der Wirkungsgrade von Verbrennungs­ motor, Antriebstechnik und Aerodynamik im Kraftfahrzeugbau wird anhand einfacher thermodynamischer Überlegungen sehr schnell klar, daß in Zukunft wesentlich effizienter bei der Verwendung der Abwärme aus dem Antriebsmotor für Heizzwecke, insbesondere bei der Beheizung der Fahrgastzelle, umgegangen werden muß.

So beschreibt z. B. die Patentschrift DE 37 31 435 Maßnahmen zur Verbesserung der Kabinenbeheizung unter aufwendiger Berücksichtigung des je nach Betriebsbedingung optimalen Frischluftmassenstroms. Hierbei wird bereits ersichtlich, daß je nach Wirkungsgrad und Fahrsituation bei extremen klimatischen Bedingungen schon heute am Markt befindliche Fahrzeuge mit effizienten Motoren Pro­ bleme bei der Beheizung der Kabine zeigen. Bei derartigen Fahrzeugen ist nicht nur ein extrem langsames Aufheizen von Motor und Kabine festzustellen, sondern im Fahrbetrieb mit geringer Last reicht die Heizleistung auch nach längerer Fahrt nicht dazu aus, ein komfortables Klima in der Kabine zu erreichen.

Deshalb sind bei einigen Kraftfahrzeugherstellern bereits Überlegungen im Gange, die­ ses Heizleistungsdefizit durch eine zusätzliche, kraftstoffbefeuerte bzw. elektrisch be­ heizte Wärmequelle zu beheben. Diese Überlegungen sind das Resultat gescheiterter Bemühungen, über eine Optimierung des Kühlmittelsystems eine hinreichende Heizlei­ stung für die Kabine bereitzustellen. Dies verwundert zunächst nicht, sind doch die derzeit am Markt befindlichen Kühlmittel-Heizsysteme das Resultat langjähriger Op­ timierung unter Variation von Kühlmittel-, Frischluft- und Umluftmassenströmen und unter Variation von Geometrie und Anordnung der Kabinenwärmetauscher und Regel­ ventile.

Weitere Ansatzpunkte zur Verbesserung der Kabinenbeheizung bieten die thermische Kapselung des Motors, die Verbesserung der Isolation der Kabine, die Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgas, eine Erhöhung des Umluftmassenstroms in der Kabine oder gar die Rückgewinnung der Wärmemenge, die in der aus der Kabine in die Umgebung austretenden Luft noch enthalten ist, über einen Abluft/Frischluft-Wärmetauscher.

Diese Maßnahmen zur Reduzierung der Wärmeverluste sind bekannt. Sie sind jedoch mit erheblichen Zusatzkosten verbunden, was sie speziell für kleine Fahr­ zeuge unattraktiv macht. Durch die geringe Masse hat aber gerade diese Fahrzeugklasse in Verbindung mit hocheffizienten Motoren bereits heute einen sehr geringen Kraftstoff­ verbrauch und somit auch wenig Abwärme für Heizzwecke.

Die Analyse der bei den heute am Markt erhältlichen Kraftfahrzeugen verwendeten Sy­ steme zur Kabinenbeheizung zeigt, daß insbesondere die Nutzung der in der aus dem Fahrzeug ausströmenden Luft enthaltenen Energie sehr vorteilhaft wäre. Wie das Ange­ botsspektrum von Systemlieferanten für die Fahrzeugklimatisierung zeigt, sind derartige Systeme durchaus realisierbar, doch sind hierzu nicht nur zusätzliche Wärmetauscher, sondern auch umfangreiche Eingriffe in die Luftführung im gesamten Fahrgastraum er­ forderlich.

Deshalb wird aus Kostengründen bei vielen Fahrzeugherstellern diese Variante erst gar nicht erprobt, sondern es werden gleich Versuche mit als kostengünstiger erachteten Zu­ satzheizsystemen unternommen.

Hieraus läßt sich die Aufgabenstellung ableiten, für Kraftfahrzeuge mit Beheizung der Kabine mit Hilfe von über Wärmetauscher bzw. Heizelemente in die Kabine geförderter Luft ein effizientes und kostengünstiges Verfahren zur Reduzierung der Wärmeverluste an die Umgebung zu schaffen, so daß keine, oder zumindest möglichst wenig, zusätzliche Heizenergie aus Quellen, die nicht dem Fahrzeugantrieb dienen, für die Beheizung der Kabine unter extremen klimatischen Bedingungen erforderlich ist. Dabei soll das angesprochene Verfahren nach Möglichkeit nicht nur die Zusatzheizung unter extremen klimatischen Bedingungen unnötig machen, sondern auch im norma­ len winterlichen Fahrbetrieb Heizenergie sparen, so daß die Aufheizdauer des Motors reduziert wird, und daß beim stationären Fahrbetrieb keine Unterkühlung des Motors auftritt, wobei die Einsparung der Wärmeverluste insbesondere mit möglichst wenig Änderungen an bestehenden Fahrzeugaufbauten erreicht weden soll. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Unabhängig davon, ob die Heizleistung für die Erwärmung der in die Kabine geförderten Frischluft aus der Abwärme des Antriebsmotors oder aus einer Zusatzheizung stammt, werden hierdurch die Wärmeverluste des Fahrzeuges an die Umgebung reduziert. Hierzu sind insbesondere die Verluste durch das ungenutzte Aus­ strömen warmer Luft von der Kabine in die Umgebung zu reduzieren. In Verbindung mit den beigeordneten Ansprüchen ergeben sich aber auch Einsparungen an der Motoroberfläche selbst.

Zur Elimination des Heizleistungsdefizits von Kraftfahrzeugen mit hocheffizienten An­ triebsmaschinen, bei denen die Kabinenluft über die im Kühlmittel enthaltene Abwärme durch einen Kabinenwärmetauscher beheizt wird, wird laut Patentanspruch 1 in Abweichung von den bis­ her im Kraftfahrzeugbau angewandten Kabinenheizsystemen als erfindungsgemäße Lösung der Regelbereich, in welchem der Fahrer die über den Kabinenwärmetauscher in die Fahrgastzelle geförderte Frischluft normalerweise variiert, in Fahrsituationen mit erhöhtem Heiz­ leistungsbedarf bei extremer winterlicher Kälte zu reduzierten Luftmassenströmen hin verschoben. Diese Umschaltung des Regelbereiches wird durch ein automatisches Stellglied bewerkstelligt, welches beispielsweise bei Unterschreiten einer bestimmten Umgebungstemperatur durch Dros­ selung des maximal möglichen Luftdurchsatzes zwangsweise auch den Regelbereich für den Luftdurchsatz zu kleineren Werten hin verschiebt.

In diesem Zusammenhang ist die Erkenntnis, daß durch die Reduktion des Frischluft­ massenstroms die Wärmeverluste durch den in die Umgebung austretenden Luftmas­ senstrom reduziert werden können, nicht neu.

So sind beispielsweise bereits heute manche Fahrzeuge mit Umluftsystemen ausgestattet, bei welchen die Frischluft mit Kabinenluft gemischt und erneut in die Kabine gefördert wird. Derartige Systeme haben eine Reduktion des aus der Kabine austretenden Luft­ massenstroms und damit auch der Energieverluste an die Umgebung zur Folge. Neben den erhöhten Kosten im Vergleich zu konventionellen Systemen weisen derartige Umluft­ systeme den Nachteil auf, daß bei zu hohem Umluftmassenstrom bzw. bei zu geringem Frischluftmassenstrom die Luftfeuchtigkeit in der Kabine zu hoch wird und dadurch die Scheiben beschlagen oder vereisen können. Zur Vermeidung dieses Problems werden bei manchen Kabinenheizsystemen zusätzliche Systeme zur Trocknung der Umluft vorge­ schlagen, welche den Aufwand und die Kosten weiter in die Höhe treiben.

Andere Kabinenheizsysteme namhafter Hersteller von Kabinenwärmetauschern und Kli­ maanlagen für Kraftfahrzeuge bieten zur Reduzierung der Verluste durch die austretende Warmluft bereits die Möglichkeit, die in der austretenden Luft enthaltene Energie zur Vorwärmung der Frischluft zu nutzen, indem vor dem Kabinenwärmetauscher ein zwei­ ter Wärmetauscher zur Vorwärmung der Kabinenluft mit Hilfe der in die Umgebung austretenden Abluft angeordnet ist. Auch solche Systeme sind mit erheblichen Mehr­ kosten verbunden, die sich nicht nur aus dem Aufwand für den zusätzlichen Wärme­ tauscher ergeben, sondern insbesondere auch aus dem Aufwand für die entsprechenden Strömungskanäle für die Abluft innerhalb und außerhalb der Kabine.

Neu an der erfindungsgemäßen Reduktion des Frischluftmassenstroms ist im Gegensatz zu den eben beschriebenen Systemen die Definition unterschiedlicher Mindestfrischluft­ massenströme bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen. Stark vereinfacht wird hierbei für ein möglichst einfaches System ohne Klimaanlage die folgende Strategie ver­ folgt:

• - bei hohen Umgebungstemperaturen (z. B. ab 15°C):
  keine Begrenzung des Frischluftmassenstroms
  in der Regel kein Umluftbetrieb
• - bei mittlerer bis mäßiger Kabinenheizleistung (z. B. zwischen -5 und +15°C):
  keine Begrenzung des Frischluftmassenstroms
  bei Systemen mit Umluft wird der Umluftmassenstrom durch eine entsprechende Schranke auf einen rel. niedrigen Wert begrenzt
• - bei extremer Kälte (z. B. unter -5°C):
  Begrenzung des Frischluftmassenstroms
  bei Systemen mit Umluft wird der Umluftmassenstrom durch eine entsprechende Schranke auf einen rel. hohen Wert begrenzt.

Hierbei dürfte klar sein, daß bei dieser schematischen Darstellung nur zum besseren Verständnis feste Zahlenwerte und Schaltpunkte gewählt wurden, und daß es vielfältige Konzepte zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Grundgedankens gibt.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Erkenntnis, daß für die im prak­ tischen Fahrbetrieb zu erwartenden Bereiche für Temperatur und Feuchte der Umge­ bungsluft unter Berücksichtigung des Anteils der Luftfeuchtigkeit, der von den Fahr­ zeuginsassen stammt, die kritischen Zustände "zu hohe Feuchtigkeit der Kabinenluft" und "zu geringe Temperatur der Kabinenluft" zumindest bei warmem Motor normaler­ weise nicht gleichzeitig auftreten.

Bei extrem tiefen Temperaturen, wo bereits heute manche Fahrzeuge Heizprobleme ha­ ben, ist die Feuchtigkeit der Umgebungsluft so gering, daß nach deren Aufheizen auf eine Temperatur von +25°C in der Kabine auch bei Reduktion des Frischluftmassenstroms nicht mit dem Beschlagen der Scheiben zu rechnen ist. Für Fahrzeuge mit Umluftsyste­ men bedeutet dies im Gegenzug die Möglichkeit, den Umluftmassenstrom zur weiteren Einsparung von Heizleistung relativ hoch einzustellen.

Umgekehrt ist für Umgebungstemperaturen in der Nähe von 0°C zwar die Gefahr des Beschlagens der Fahrzeugscheiben deutlich größer, doch reicht dort i.a. die verfügbare Heizleistung ohne besondere Maßnahmen aus, um eine angenehme Kabinentempera­ tur sicherzustellen. Hier ist es daher vorteilhaft, den Frischluftmassenstrom auf einem höheren Wert zu belassen als bei extrem tiefen Temperaturen. Für Fahrzeuge mit Um­ luftsystemen bedeutet dies wiederum, daß es unter diesen Bedingungen vorteilhaft ist, den Umluftmassenstrom möglichst niedrig einzustellen.

Ausgehend von den obigen Ausführungen wird klar, daß es zur Erfüllung extremer Wärmeanforderungen in der Kabine bei extrem niedrigen Umgebungstemperaturen zweck­ mäßig ist, den Frischluftdurchsatz durch den Kabinenwärmetauscher zu reduzieren. Dies ist prinzipiell mit den heute eingesetzten Stellgliedern für Belüftung und Beheizung der Kabine möglich, wenn sich der Fahrer über die oben beschriebenen physikalischen Zusammenhänge im Klaren ist, die Dosierung des Frischluftmassenstroms hinreichend feinfühlig einstellbar ist und der Fahrer genügend Geduld hat eine Abwägung zwischen hinreichender Heizleistung und der Gefahr des Beschlagens der Windschutzscheibe vor­ zunehmen.

Im allgemeinen scheitert die erforderliche Abstimmung des Frischluftmassenstroms aber bereits an der zu groben Regelung des Gebläses für die Förderung des Luftmassen­ stroms. So ist es z. B. derzeit gängige Praxis, 3 oder 4 Gebläsestufen zur Anpassung der Gebläseleistung bereitzustellen. Zur Regelung der Heizleistung wird i.a. entweder eine Anpassung des durch den Kabinenwärmetauscher geförderten Kühlmittelmassenstroms vorgenommen und/oder ein Teil der Frischluft wahlweise um den Kabinenwärmetau­ scher herum geleitet.

In Fahrsituationen bei extremer Kälte tritt daher ein Problem auf, das bei der Ab­ stimmung von Frischluftmassenstrom und Kabinenheizleistung bisher nur ungenügend berücksichtigt wird: Da die vom Kabinenwärmetauscher abgegebene Heizleistung weit­ gehend vom Luftmassenstrom durch den Kabinenwärmetauscher bestimmt wird, wird zur Erzielung einer guten Heizleistung der Frischluftmassenstrom möglichst hoch ein­ gestellt. Daher erfolgt die Erprobung der Heizung in der Regel in der Gebläsestufe 3 d. h. bei hohem bzw. sogar bei maximalem Frischluftmassenstrom. Für Fahrzeuge ohne Umluftsystem bedeutet dies bei als konstant angenommener Kühlmitteltemperatur am Motoraustritt zwar in der Tat einen Betrieb bei maximaler Heizleistungsabgabe des Kabinenwärmetauschers, doch auch einen Betrieb mit maximalem Wärmeverlust durch die aus dem Fahrzeuginnern in die Umgebung austretende Luft. Als Folge der hohen Heizleistung kühlt der Motor in Fahrsituationen mit reduzierter Last immer stärker ab, bzw. er erreicht bei einem Start unter extremer Kälte im Stadtverkehr nicht das not­ wendige Temperaturniveau des Kühlmittels, um eine angenehme Kabinentemperatur zu gewährleisten. Wird bei diesem Fahrzeug nun versucht, durch ein Zurückschalten auf Gebläsestufe 2 die Wärmeverluste durch die in die Umgebung ausströmende Ka­ binenluft zu reduzieren in der Hoffnung, der Einfluß des reduzierten Luftmassenstroms auf die Leistungsabgabe des Kabinenwärmetauschers würde durch eine erhöhte Motor- bzw. Kühlmitteltemperatur kompensiert, so scheitert dies bereits i.a. daran, daß die Abstufung im Luftmassenstrom zu grob ist. Geht man beispielsweise von einer Um­ gebungstemperatur von -20°C, einer Thermostatöffnungstemperatur von 85°C, einer Kühlmitteltemperatur bei Gebläsestufe 3 von 70°C, und einer Luftaustrittstemperatur aus dem Kabinenwärmetauscher von ebenfalls ca. 70°C aus, so bedeutet beim dreistu­ figen Gebläse eine Reduktion des Luftmassenstroms um ein Drittel in erster Näherung eine Abnahme der am Kabinenwärmetauscher übertragenen Heizleistung auf weniger als

(2 · (85-(-20)))/(3 · (70-(-20)) = 77.8%.

Dieser Abschätzung liegt bereits die optimistische Annahme zugrunde, daß sich die Wärmeverluste des Kühlmittelkreislaufes und des Motors trotz der erhöhten Tempe­ raturen nicht ändern. Wie später noch gezeigt wird, entspricht dies jedoch nicht den physikalischen Gegebenheiten, da in vielen Fällen aufgrund der Erhöhung der Wärme­ verluste des Motors und der Kühlmittelleitungen an die Umgebung die Thermostatöff­ nungstemperatur erst gar nicht erreicht wird. Doch bereits in diesem optimistischen Beispiel würde sich jedenfalls die Reduktion der durch das Ausströmen der Kabinen­ luft in die Umgebung entstehenden Wärmeverluste zu einem erheblichen Teil durch das Öffnen des Thermostaten nicht positiv auf die Kabinenheizleistung auswirken, da durch das teilweise Öffnen des Thermostaten ein großer Teil der eingesparten Energie über den großen Kühlkreislauf verlorengeht.

Anhand dieser stark vereinfachten Abschätzung wird schnell klar, daß es bei den heute üblichen Regelmöglichkeiten für den in die Kabine geförderten Luftmassenstrom in Fahr­ situationen mit Heizleistungsdefizit nahezu unmöglich ist, eine umgebungstemperatur­ orientierte Anpassung des Luftmassenstroms zur Verbesserung der in der Kabine wirk­ samen Heizleistung vorzunehmen. Auch einfache stufenlose Regelvorrichtungen für den Luftdurchsatz durch den Kabinenwärmetauscher bieten hier kaum Abhilfe, da deren Dosierbarkeit und vor allem die Reproduzierbarkeit bestimmter Einstellungen des Luft­ massenstroms nicht genau genug sind.

Im oben vorgestellten Rechenbeispiel wäre es zur Optimierung zweckmäßig, den Luft­ massenstrom nicht um ein Drittel zu reduzieren, sondern etwa um 10-15%. Ein Fahrzeug, welches für europäische Verhältnisse ausgelegt ist, und beispielsweise einen Luftmassenstrom aufweist, der für den normalen Alltagsbetrieb bei 0°C im Winter ausgelegt ist, hat aber bei Extrembedingungen von -20°C bereits einen um ca. 8 % erhöhten Luftmassenstrom.

Dies verschärft die Notwendigkeit, den Frischluftmassenstrom bei extremer Kälte zu erhöhen, zusätzlich.

Eine besonders einfache und kostengünstige Variante zur Realisierung des er­ findungsgemäßen Verfahrens bei Fahrzeugen mit elektrisch betriebenem Gebläse sieht vor, einen Ohm′schen Widerstand in die Stromversorgung des Gebläses zu integrieren, welcher bei Fahrsituationen ohne extremen Heizleistungsbedarf bzw. an Wintertagen mit durchschnittlicher Kälte durch einen Schalter überbrückt ist. Bei Unterschreiten einer Umgebungstemperatur von beispielsweise -10°C öffnet dann der Schalter, so daß die Antriebsleistung des Gebläses aufgrund des Spannungsabfalls am Ohm′schen Widerstand gesenkt wird. Über die Auswahl des richtigen Ohm′schen Widerstandes wird somit eine ebenso feinfühlige wie auch präzise Reduktion des Luftmassenstroms von beispielsweise 15% erzielt, wie es das erfindungsgemäße Verfahren zur Steigerung der in der Kabine wirksamen Heizleistung erfordert.

Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich durch Verwendung ei­ nes temperaturabhängigen Ohmschen Widerstandes, welcher den Luftmassenstrom mit abnehmender Umgebungstemperatur immer weiter reduziert, für manche Anwendungen noch verfeinern. Hierzu kann aber auch eine temperaturgesteuerte Antriebsleistung des Gebläses Verwendung finden.

Eine weitere Verbesserung der Kabinenheizleistung bei extremer winterlicher Kälte er­ gibt sich, wenn zusätzlich zur Reduktion des Frischluftmassenstroms die folgenden bei­ den, das erfindungsgemäße Verfahren in idealer Weise ergänzenden, Maßnahmen durch­ geführt werden:

• 1. Ersetzen des heute üblichen Querstrom-Kabinenwärmetauschers durch einen Wärme­ tauscher in Gegenstrombauart,
• 2. Reduktion des Kühlmitteldurchsatzes durch Motor und Kabinenwärmetauscher.

Wie nachfolgend noch näher beschrieben wird, helfen gerade diese beiden Maßnahmen in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Reduktion des Frischluftmassenstroms bei extremer Kälte, die Wärmeverluste des Motors und des Kühlmittelkreislaufes an die Umgebung zu reduzieren. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Reduktion des Frischluft­ durchsatzes durch den Kabinenwärmetauscher von besonderer Bedeutung, da durch diese Maßnahme die Motor- bzw. die Kühlmitteltemperatur im gesamten Kühlmit­ telkreislauf angehoben wird. Während dieser Effekt für die Kühlmitteltemperatur am Motoraustritt erwünscht ist, so ist er zumindest in der vom Kabinenwärmetauscher zum Motor zurückführenden Kühlmittelleitung nicht erwünscht.

Bei der Anwendung dieser Verbesserung sind die Grenzen der potentiellen Reduktion des Kühlmitteldurchsatzes zunächst durch den maximal zulässigen Druck bzw. die maximal zulässige Temperatur im Kühlsystem, die vom Motor abzuführende Wärmemenge, die Umgebungstemperatur, die Temperatur des Kühlmittels beim Eintritt in den Motor so­ wie die spezifische Wärmekapazität des Kühlmittels festgelegt. Dies gilt für Heizsysteme mit Gegenstrom-Kabinenwärmetauscher in gleicher Weise, wie für Fahrzeuge mit dem heute üblichen Querstrom-Kabinenwärmetauscher.

Bei Betrachtung der am Markt befindlichen Kabinenheizsysteme fällt jedoch auf, daß der Kühlmitteldurchsatz durch den Motor unabhängig von der in der Kabine erforderlichen Heizleistung in vielen Betriebssituationen ein Vielfaches des für die Motorkühlung erfor­ derlichen Wertes beträgt. Hierbei ist es keine Seltenheit, daß der Kühlmitteldurchsatz durch den Motor mehr als das Zehnfache des für die Abführung der Abwärme aus dem Motor erforderlichen Wertes beträgt. Auch die Kühlmitteldurchsätze durch den Ka­ binenwärmetauscher sind im winterlichen Fahrbetrieb viel höher als zur Kühlung des Motors bei geschlossenem Thermostaten erforderlich.

Bei den heute eingesetzten Kabinenheizsystemen mit Querstromkabinenwärmetauschern und Wasser-Glycol-Gemischen als Kühlmittel liegen aufgrund der hohen Kühlmittelmassenströme teilweise Differenzen der Kühlmit­ teltemperaturen am Motorein- und -austritt von weniger als 10 K vor. Das gleiche gilt bei warmem Motor auch am Kabinenwärmetauscher. Hierbei sei an dieser Stelle angemerkt, daß die Temperaturdifferenz zwischen Motorein- und -austritt bei Kühlmittelsystemen, bei denen der Kabinenwärmetauscher parallel zum kleinen Kühlmittelkreislauf liegt, noch wesentlich geringer sein kann.

Die bei der Optimierung der Kabinenheizung vielerorts experimentell gemachte Erfah­ rung, daß ein Gegenstrom-Kabinenwärmetauscher kaum Vorteile bringt basiert auf die­ sem Sachverhalt: Hier sind der Kühlmittelmassenstrom und die Wärmetauscherfläche des Kabinenwärmetauschers so groß, daß die Lufttemperatur am Austritt aus dem Ka­ binenwärmetauscher nahe der "Sättigung" liegt, d. h. die Lufttemperatur ist fast so hoch wie die Kühlmitteltemperatur.

Eine bisher jedoch nicht beachtete Folge derartiger Systeme sind unnötig hohe Wärme­ verluste in den vom Kabinenwärmetauscher zum Motor zurückführenden Kühlmittellei­ tungen, in der Kühlmittelpumpe und im Kurbelgehäuse des Motors. Speziell das Kurbel­ gehäuse gibt nicht nur über eine große Fläche Wärme ab, sondern hat zusätzlich an der Motoraufhängung und den angeflanschten Komponenten noch weitere "Wärmebrücken".

Wird anstelle des üblichen Querstrom-Kabinenwärmetauschers ein Gegenstrom-Kabinen­ wärmetauscher eingesetzt, so ändert sich am obigen Sachverhalt zunächst kaum etwas. Ausgehend von einem kühlmittelseitigen Temperaturabfall am Querstrom-Kabinenwärme­ tauscher von 10 K kann beim Einsatz eines Gegenstrom-Kabinenwärmetauschers lediglich mit einer Erhöhung der Lufttemperatur am Wärmetauscheraustritt in der Größenordnung von 5 K gerechnet werden. Dies rechtfertigt die deutlich höheren Kosten der Gegenstrombauart in Kraftfahrzeuganwendungen nicht.

Wird jedoch neben dieser Maßnahme gleichzeitig der Kühlmittelmassenstrom z. B. um den Faktor 5 reduziert, so erhöht sich der Temperaturabfall am Kabinenwärmetauscher von 10 K auf 50 K, während sich die Luftaustrittstemperatur kaum ändert, d. h. es liegt zunächst eine unveränderte Heizleistung in der Kabine vor. Die Wärmeverluste auf dem Strömungsweg vom Kabinenwärmetauscher-Austritt zum Motor sind hierdurch jedoch drastisch reduziert. Dies trifft bereits bei unveränderten Kühlmittelleitungen zu. Wird die vom Motor zum Kabinenwärmetauscher führende Kühlmittelleitung noch mit einer besseren Isolation ausgestattet und/oder deren Querschnitt reduziert, was bei dem re­ duzierten Kühlmitteldurchsatz problemlos möglich ist, so führt dies zu einer weiteren Reduktion der Wärmeverluste an die Umgebung. Die zum Motor zurückführende Kühl­ mittelleitung ist in diesem Zusammenhang aufgrund des reduzierten Temperaturniveaus von untergeordneter Bedeutung.

Wesentlich ist nun für das erfindungsgemäße Verfahren, daß diese Reduktion der Wärme­ verluste an die Umgebung in Verbindung mit der unveränderten Abwärme aus dem Verbrennungsprozeß eine Erhöhung der Motoraustrittstemperatur des Kühlmittels nach sich zieht. Dies führt zwar zu einer geringfügigen Erhöhung der Temperatur im Bereich des Zylinderkopfes und in der zum Kabinenwärmetauscher führenden Kühlmittellei­ tung, doch wird dieser Effekt durch die beschriebene Reduktion der Verluste bei weitem überkompensiert. Von besonderer Bedeutung ist weiterhin, daß durch die erhöhte Motor­ austrittstemperatur auch die Heizleistung des Kabinenwärmetauschers deutlich erhöht ist. Für den Gegenstrom-Kabinenwärmetauscher ist diese - unabhängig vom Kühlmit­ telmassenstrom - in erster Näherung direkt proportional zur Kühlmitteleintrittstempe­ ratur, solange Systeme betrachtet werden, bei denen die Kabinenluft temperaturseitig in die "Sättigung" geht.

Letztlich ist der Temperaturabfall am Kabinenwärmetauscher durch die Reduktion des Kühlmitteldurchsatzes um den Faktor 5 nicht von 10 auf 50 K angestiegen sondern bei­ spielsweise von 10 auf 60 K. Dies entspricht einer Erhöhung der Kabinenheizleistung um 20%.

Negative Auswirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den Verbrennungspro­ zeß bzw. die Schadstoffemissionen des Motors sind nicht zu erwarten. Im Gegenteil, in unmittelbarer Nähe der Brennraumwände liegt eine höhere Kühlmitteltemperatur vor als bei der Ausgangsanordnung.

Es dürfte einleuchten, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zur Steigerung der maximalen Heizleistung unter extremer Winterkälte geeignet ist, sondern in vie­ len Fahrsituationen mit Kabinenbeheizung auch zur Verkürzung der Aufheizdauer des Motors.

Dennoch ist zu beachten, daß es nicht immer zweckmäßig ist, möglichst viel Heizlei­ stung auf die Kabine zu konzentrieren, so wie es das erfindungsgemäße Verfahren in der Standardanwendung tut. Bei geringem Heizleistungsbedarf kann es bei der erfindungs­ gemäßen Reduktion des Kühlmitteldurchsatzes vorkommen, daß die Kühlmittelaustritts­ temperatur aus dem Motor zu hoch ist.

Dies kann u. a. die folgenden unerwünschten Effekte nach sich ziehen:

• - Gefahr der lokalen Überhitzung innerhalb des Motors, Dampfblasenbildung
• - überhöhte Wärmeverluste an die Umgebung durch hohe Kühlmitteltemperatur im gesamten Kühlmittelkreislauf (Vor- und Rücklauf)
• - drastisch erhöhte Wärmeverluste an die Umgebung durch Öffnen des Thermostaten für den großen Kühlmittelkreislauf
• - unnötige Erhöhung der Pumpleistung der Kühlmittelpumpe.

In derartigen Betriebszuständen ist es zweckmäßig, die Reduktion des Kühlmitteldurch­ satzes ganz oder zumindest teilweise aufzuheben.

Wie eine vollständige Energiebilanz am Kraftfahrzeug zeigt, ist die erfindungsgemäße Reduktion des Kühlmitteldurchsatzes durch Motor und Kabinenwärmetauscher in Ver­ bindung mit einem Gegenstrom-Kabinenwärmetauscher eine sehr effektive Maßnahme, um die Heizleistung in der Kabine - auf dem Umweg über die Reduktion der Wärme­ verluste an die Umgebung - zu steigern.

Aber auch wenn lediglich der Kühlmitteldurchsatz durch den Motor reduziert wird, ist in Verbindung mit dem Gegenstrom-Kabinenwärmetauscher bereits eine deutliche Verbesserung der Kabinenheizleistung unter Reduzierung der Verluste an die Umgebung möglich.

Dies liegt daran, daß die Kühlmitteltemperatur durch die Reduktion des Durchsatzes durch den Motor auf einen erhöhten Wert ansteigt. In Verbindung mit dem Gegenstrom- Kabinenwärmetauscher führt dies, wie bereits beschrieben, zu einem nahezu linearen Anstieg der für das Kraftfahrzeug genutzten Kabinenheizleistung. Eine potentielle Erhöhung der Verluste der Vorlaufleitung zum Kabinenwärmetauscher an die Umge­ bung wird durch den erhöhten Wärmeentzug aus dem Kühlmittel, der sich sowohl aus der Erhöhung der Vorlauftemperatur als auch aus durch die Gegenstromanordnung er­ gibt, deutlich überkompensiert. Hinzu kommt hier die bereits beschriebene Möglichkeit, den Durchmesser der Vorlaufleitung zur Reduktion der Wärmeverluste zu verkleinern.

Wesentlich für eine optimales Zusammenwirken der erfindungsgemäßen Reduktion von Kühlmittel- und Frischluftmassenstrom bei extremer Kälte in Verbindung mit der Ge­ genstromanordnung des Kabinenwärmetauschers ist eine sorgfältige Abstimmung, um sicherzustellen, daß sich der Thermostat für den großen Kühlkreislauf nicht durch ein Überschreiten der maximal zulässigen Motortemperatur öffnet. Auch beim Zusammen­ spiel von maximaler Kühlmitteltemperatur, Kühlmittelmassenstrom und Frischluft­ massenstrom ist insbesondere eine sehr feinfühlige Regelbarkeit des Frischluftmassen­ stroms unerläßlich.

Ausgehend von einem dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Beispiel für eine Kabinenheizung sollen nachfolgend einige besonders zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden.

Eine ebenso einfache wie verbreitete Standardschaltung zur Beheizung der Kabine mit Abwärme aus dem Motor zeigt Fig. 2. Hier wird das i.a. flüssige Kühlmittel vom Motor 1 über die Vorlaufleitung 2 zum Kabinenwärmetauscher 3 und dann über die Rücklaufleitung 4, den Thermostaten 5 und die Kühlmittelpumpe 6 zurück zum Motor 1 gefördert. Hierbei ist zu beachten, daß der Thermostat 5 den großen Kühlkreislauf - hier angedeutet durch die Leitungen 7 und 8 - weitgehend verschließt, solange keine überschüssige Abwärme vorhanden ist.

Die Regelung der an die Kabine abgegebenen Wärme erfolgt in dieser Standardschaltung durch die Anpassung der mit Hilfe des Gebläses 9 von der Leitung 10 durch die Leitung 11 über den Kabinenwärmetauscher 3 und die Leitung 13 in die Kabine geförderten Luft­ masse. Hierbei ergibt sich die Temperatur der i.a. über zahlreiche Düsen in die Kabine geförderten Luft als Mischtemperatur der über die Regelklappe 14 auf die Leitungen 11 und 12 verteilten Luftmassen. Bei manchen Anwendungen sitzt die Regelklappe auch hinter dem Kabinenwärmetauscher. Das Gebläse wird hierbei über den Elektromotor 20 angetrieben, welcher je nach Gebläsestufe über den Schalter 22 und die Ohm′schen Widerstände R1, R2 und R3 mit der Fahrzeugbatterie 21 verbunden ist. Die Schalter­ stellung R3 weist hierbei einen vernachlässigbaren Widerstand auf, d. h. hier liegt die maximale Spannung am Gebläsemotor an, was der oben angesprochenen Gebläsestufe 3 mit maximalem Luftdurchsatz entspricht. In Stellung R0 ist der Gebläsemotor ausge­ schaltet. Weiterhin sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß im Kühlmittelkreislauf nach Fig. 2 ein Kabinenwärmetauscher nach heute üblichem Standard in Querstrom­ bauart eingesetzt wird.

Fig. 1 zeigt nun zwei dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechende Verbesserungen des Kühlmittelkreislaufs nach Fig. 2.

Zum einen ist ein als Thermoschalter funktionierender Schalter 23 eingebaut, der vor­ zugsweise als Bimetallschalter ausgebildet ist und bei einer Umgebungstemperatur von beispielsweise tiefer als -10°C den Strom über den Zusatzwiderstand R4 strömen läßt und somit die feindosierte Reduktion des Frischluftdurchsatzes um beispielsweise 15% gegenüber Gebläsestellung 3 bewerkstelligt. Zweckmäßigerweise ist bei dieser An­ wendung der Luftmassenstrom für Umgebungstemperaturen nahe 0°C auf optimale Heizleistung ausgelegt, so daß ab Umgebungstemperaturen tiefer als -10°C die erfin­ dungsgemäße Reduktion des Luftdurchsatzes erfolgt.

Als zweite Verbesserung ist anstelle des Wärmetauschers 3 in Querstrombauart ein Ge­ genstromwärmetauscher 3a eingebaut.

Diese beiden Maßnahmen bewirken bei Umgebungstemperaturen unter -10°C eine Re­ duktion des Frischluftmassenstroms zur Kabine bei gleichzeitiger Erhöhung der Frischluft­ temperatur. Hierbei wurde zu einem Kabinenwärmetauscher mit Gegenstromcharak­ teristik übergegangen, weil in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Reduktion des Frischluftmassenstroms auch die relativ geringfügige Verbesserung der Luftaustrittstem­ peratur aus dem Kabinenwärmetauscher letztendlich bereits eine signifikante Verbesse­ rung bewirkt.

Je nach Empfindlichkeit des Motors auf starke Temperaturunterschiede des Kühlmittels am Motorein- bzw. -austritt ist es zur weiteren Verbesserung der Effizienz zweckmäßig, den Gegenstromwärmetauscher so auszulegen, daß er im Vergleich zu den heute übli­ chen Querstromwärmetauschern einen deutlich reduzierten Kühlmitteldurchsatz auf­ weist. Aufgrund der Gegenstrombauart führt dies zu einer uneingeschränkten Wärme­ abfuhr an die Kabine und somit auch aus dem Motor. Da die Rücklauftemperatur des Kühlmittels zum Motor bei einer derartigen Ausgestaltung deutlich herabgesetzt ist, sind an diese Maßnahme insbesondere geringere Verluste des Kühlmittels und des Mo­ tors an die Umgebung gekoppelt.

Um potentielle Probleme bei mäßiger Kabinenheizleistung zu vermeiden, kann es jedoch auch vorteilhaft sein, einen Gegenstromkabinenwärmetauscher ohne erhöhte Druckver­ luste zu verwenden, und bei extremer Kälte eine entsprechende Drosselung des Kühl­ wasserdurchsatzes über ein Zusatzventil vorzunehmen.

Bei manchen Motoren (z. B. Fig. 3) wird innerhalb des kleinen Kühlkreislaufs zusätzlich zur in Fig. 1 dargestellten Schaltung ein wasserseitiger Bypaß 24 vorgesehen, so daß nur ein Teil des im kleinen Kreislauf geförderten Kühlmittels über den Kabinenwärmetau­ scher strömt. Dies wird vorwiegend bei temperaturempfindlichen Motoren verwandt, um eine möglichst homogene Temperaturverteilung im Motorblock und im Zylinderkopf zu gewährleisten. Auch bei derartigen Kühlmittelkreisläufen ist eine Anwendung des er­ findungsgemäßen Verfahrens zur Steigerung der Kabinenheizleistung bei extremer Kälte erfolgreich.

Wärmetauscher in Gegenstrombauart zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens können der einschlägigen Literatur entnommen werden, wobei auch für eine genaue Dimensionierung genügend Datenmaterial zur Verfügung steht.

Für den Einbau in Kraftfahrzeuge eignet sich jedoch aus geometrischen Gründen und aufgrund der spezifischen Vorteile beim Einbau eine von der üblichen Gegenstromwärme­ tauscherbauweise abweichende Variante:

Durch die Reihenschaltung einer größeren Anzahl von Querstromwärmetauschern läßt sich nahezu die gleiche Wirkung erzielen wie mit einem konventionellen Gegenstromwärme­ tauscher.

Fig. 4a und 4b zeigen, wie ein konventioneller Kabinenwärmetauscher von der Querstrombauart in einen Wärmetauscher zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens modifiziert werden kann. Hierbei zeigt Fig. 4a einen Wärmetauscher für hohe Wärmeüber­ tragungsraten, wie er bereits bekannt ist.

Dabei ist bei richtigem Anschluß ins Kühlmittelsystem bereits ein gewisser Gegenstrom­ effekt erzielbar. Speziell die zweiflutige Führung der Kühlmittelrohre innerhalb des Kabinenwärmetauschers zeigt jedoch, daß auch hier in Richtung möglichst hoher Kühl­ mitteldurchsätze optimiert wurde. In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren ist dies jedoch nicht mehr zweckmäßig, so daß durch eine einfache Modifikation des Gehäuses auf die Ausgestaltung gemäß Fig. 4b übergegangen werden kann, so daß die gewünschte Gegenstromcharakteristik erreicht wird.

Ganz optimal ist der Wärmetauscher nach Fig. 4b zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens allerdings noch nicht. Da alle 4 Fluten des Kabinenwärmetau­ schers über gemeinsame Wärmeübertragungsrippen verbunden sind, wird ein gewisser Anteil an Wärme durch Wärmeleitung in der Rippe entgegen der Luftströmung trans­ portiert. Deshalb ist es zweckmäßig, die Wärmeübertragungsrippen zumindest lokal zu unterbrechen oder lokal die Wandstärke dieser Rippen zu reduzieren. Hierbei kann die Beschränkung auf eine lokale Unterbrechung bzw. die Beschränkung auf eine lokale Re­ duktion der Wandstärke aus fertigungstechnischen Gründen vorteilhaft sein gegenüber einer Unterbrechung über die gesamte Rippenbreite.

Die angesprochenen Maßnahmen zur Verhinderung der Wärmeleitung entgegen der Luft­ strömung sind bevorzugt in der Mitte zwischen den einzelnen Fluten vorzunehmen. Als positive Begleiterscheinung wird durch diese Maßnahmen auch die Turbulenz der Luft­ strömung und damit der Wärmeübergang erhöht.

Liegen verminderte Anforderungen bezüglich der Baugröße vor, so kann die Wärme­ leitung natürlich auch durch eine Vergrößerung der Abstände zwischen den einzelnen Fluten eingedämmt werden.

Bei näherer Betrachtung der bisher vorgestellten physikalischen Zusammenhänge für die Wärmeverluste am Kraftfahrzeug in bezug auf eine Minimierung der Verluste bzw. Ma­ ximierung der in der Kabine wirksamen Heizleistung wird klar, daß sich auch bei noch so präzise einstellbarem Frischluftmassenstrom durch den Kabinenwärmetauscher im prak­ tischen Fahrbetrieb nie das volle Einsparpotential realisieren läßt. Durch die variable Fahrgeschwindigkeit wird sich der Luftmassenstrom durch den Kabinenwärmetauscher immer wieder verändern. Da sich i.a. der Luftdurchsatz bei konstanter Einstellung von Gebläse und Belüftungsdüsen aufgrund unterschiedlicher Fahrgeschwindigkeiten nicht in gleicher Weise ändert wie die erforderliche Heizleistung in der Kabine, wird an dieser Stelle ein gewisses Potential verschenkt.

So steigt bei den heute eingesetzten Fahrzeugheizsystemen üblicherweise die in der Kabine erforderliche Heizleistung beim Übergang vom Stillstand des Fahrzeuges auf eine relativ geringe Fahrgeschwindigkeit zunächst stark an, um die konvektionsbedingte Erhöhung der Wärmeverluste von der Fahrzeugoberfläche an die Umgebung zu kompen­ sieren. Der Staudruck hat in diesem Geschwindigkeitsbereich noch einen untergeordne­ ten Einfluß auf den Frischluftdurchsatz durch den Kabinenwärmetauscher, doch nimmt dieser bekanntlich quadratisch mit der Fahrgeschwindigkeit zu, so daß sehr schnell der Punkt erreicht ist, wo dessen Einfluß nicht mehr vernachlässigt werden kann.

Bedenkt man weiterhin, daß die Gebläseleistung so ausgelegt sein muß, daß auch bei stehendem Fahrzeug kein Beschlagen der Windschutzscheibe unter den kritischsten Be­ dingungen, d. h. in der Nähe von etwa 0°C erfolgen darf, so kommt man zu der bereits erwähnten Schlußfolgerung, daß sich der minimale Frischluftmassenstrom bei stehendem Fahrzeug und gleichzeitiger Beheizung des Fußraumes und der Windschutzscheiben an diesem Betriebspunkt orientieren muß. Aus diesem Grund ist für den europäischen Test zur Prüfung des Belüftungs- bzw. Trocknungssystems für die Fahrzeugscheiben eine Umgebungstemperatur von -3°C vorgeschrieben.

Die zur Nutzung des vollen Potentials des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgende Reduktion des Frischluftmassenstroms bei tieferen Umgebungstemperaturen wird sich nun zunächst wieder an der Grenze bei der entsprechenden Umgebungstemperatur und bei stehendem Fahrzeug orientieren.

Sobald sich das Fahrzeug aber bewegt ist sehr schnell der Punkt erreicht, bei dem sich aufgrund des Staudruckes eine signifikante Erhöhung des Frischluftmassenstroms durch den Kabinenwärmetauscher ergibt. Zur Nutzung des vollen Potentials des er­ findungsgemäßen Verfahrens zur Einsparung von Wärmeverlusten ist es daher ab einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit vorteilhaft, die Antriebsleistung des Gebläses weiter herabzusetzen oder die Drosselung in der Frischluftzufuhr etwas zu erhöhen. Ob bis zum Erreichen dieser Fahrgeschwindigkeit diejenige Einstellung der Gebläseleistung bzw. der Drosselklappe beibehalten wird, wie sie beim stehenden Fahrzeug verwendet wird, hängt vom Anwendungsfall ab. Im Normalfall ist es in diesem untersten Fahrgeschwindigkeits­ bereich zweckmäßig, eine leichte Erhöhung des Luftmassenstroms vorzunehmen, um die in diesem Bereich relativ stark zunehmenden konvektionsbedingten Wärmeverluste an der Fahrzeugoberfläche zu kompensieren. Bei Fahrzeugen mit Umluftsystemen ist es hier vorteilhaft, lediglich den Gesamtluftmassenstrom über eine erhöhte Gebläseleistung zu steigern, ohne den Frischluftmassenstrom zu erhöhen.

Bei Kenntnis obiger Zusammenhänge erscheint es als zweckmäßig, zur Realisierung eines Fahrzeuges mit minimalen Wärmeverlusten eine Schaltung vorzusehen, die beispielsweise einen Schalter für die Option "Maximale Kabinenheizleistung" aufweist. Ist diese Option aktiviert, so erfolgt ab einer bestimmten Umgebungstemperatur in der Nähe von 0°C mit weiterer Absenkung der Umgebungstemperatur automatisch eine immer stärkere Reduktion des Frischluftmassenstroms durch den Kabinenwärmetauscher.

Neben der Temperatur und der Geschwindigkeit bzw. dem Massenstrom der in den Ka­ binenwärmetauscher geförderten Frischluft wird hierbei in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung auch die Geschwindigkeit des Fahrzeuges in oben beschriebener Weise in die automatische Regelung des Frischluftmassenstroms miteinbezogen. Optimal wird parallel die richtige Stellung des manuellen Luftmassenstromreglers über LED anzeigt.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung nimmt für die Regelung des Frischluft­ massenstroms durch den Kabinenwärmetauscher ein Meßsignal für die Kühlmitteltem­ peratur am Austritt aus dem Motor bzw. am Kabinenwärmetauschereintritt auf und nimmt die erfindungsgemäße Reduktion des Frischluftmassenstroms in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und diesem Meßsignal vor.

Wahlweise kann vorteilhafterweise auch die zusätzliche Verarbeitung der Lufttemperatur am Austritt aus dem Kabinenwärmetauscher in Verbindung mit der Umgebungstempe­ ratur verarbeitet werden, um vor allem bei betriebswarmem Motor und relativ kaltem Kühlmittel möglichst hohe Temperaturen der in die Kabine geförderten Luft zu erzie­ len. Insbesondere ist es bei gleichzeitiger Verwendung je einer Temperaturmeßstelle für die Kühlmitteltemperatur am Kabinenwärmetauschereintritt und die Lufttemperatur am Kabinenwärmetauscheraustritt vorteilhaft, die Anpassung des Luftmassenstroms in Abhängigkeit von der Differenz dieser beiden Temperaturen vorzunehmen, so daß sich eine Lufttemperatur möglichst nahe der Kühlmitteltemperatur ergibt. Dies gilt insbe­ sondere für Betriebszustände, in denen die Thermostatöffnungstemperatur auch nach längerem Motorbetrieb bei weitem noch nicht erreicht ist und ein Unterkühlen des Mo­ tors vermieden werden soll.

Bei dieser Anwendung wird dann vorteilhafterweise zusätzlich zur Regelung auf die Temperaturdifferenz und die Umgebungstemperatur eine Anpassung des Frischluftmas­ senstroms an den Absolutwert der Kabinenwärmetauschereintrittstemperatur des Kühl­ mittels vorgenommen, welche wiederum ein Maß für die in der Kabine wirksame Heiz­ leistung darstellt.

Claims (27)

1. Verfahren zur selbstadaptiven Steuerung einer Kraftfahrzeugheizung mit einem vom aufzuheizenden Frischluftstrom durchsetzten Wärmetauscher und einem Gebläse, dessen Förderleistung zur Erzeugung eines variablen Luftstroms verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischluftmassenstrom automatisch reduziert wird, sobald die Temperatur der Umgebungsluft einen bestimmten Grenzwert unterschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion des Frischluftmassenstroms mit abnehmender Temperatur der Umgebungsluft verstärkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion des Frischluftmassenstroms durch eine einfache Schaltfunktion, d. h. ohne Anpassung an eine weitere Temperaturabnahme der Umgebungsluft unter den Schaltpunkt erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Reduktion des Frischluftmassenstroms manuell deaktiviert werden kann.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer genauen Messung der Umgebungstemperatur eine Referenztemperatur an der Fahrzeugkarosserie oder am Antrieb herangezogen wird, welche den Zustand der Umgebungsluft hinreichend genau charakterisiert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der über den Kabinenwärmetauscher ins Fahrzeuginnere geförderte Luftmassenstrom durch eine Drosselstelle reduziert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der über den Kabinenwärmetauscher ins Fahrzeuginnere geförderte Frischluftmassenstrom durch eine Regelung des Lüfters reduziert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für die Reduktion des Frischluftdurchsatzes durch den Kabinenwärmetauscher anstelle eines Grenzwertes für die Umgebungstemperatur ein Grenzwert für die Feuchtigkeit der Umgebungsluft herangezogen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion des Frischluftdurchsatzes durch den Kabinenwärmetauscher nur dann vorgenommen wird, wenn die Temperatur des Motors einen bestimmten Grenzwert überschreitet.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion des Frischluftdurchsatzes durch den Kabinenwärmetauscher nur dann vorgenommen wird, wenn die Feuchtigkeit der Kabinenluft einen bestimmten Grenzwert unterschreitet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10 für Kraftfahrzeuge mit Elektromotor als Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Heizleistung aus der Regelung der elektrischen Antriebsleistung stammt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme zur Reduktion bzw. Behinderung des Luftmassenstroms durch den Kabinenwärmetauscher ab einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit verstärkt wird, um den aus dem erhöhten Staudruck bei erhöhter Fahrgeschwindigkeit resultierenden Einfluß zu verringern.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme zur Reduktion bzw. Behinderung des Luftmassenstroms durch den Kabinenwärmetauscher bei stehendem Fahrzeug einen geringeren Frischluftdurchsatz vorsieht als bei mit geringer Fahrgeschwindigkeit bewegtem Fahrzeug.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von Sensoren, welche beispielsweise die Umgebungstemperatur und die Kühlmitteltemperatur oder die Differenz zwischen Kühlmitteltemperatur und Lufttemperatur am Kabinenwärmetauscheraustritt erfassen, ein Signal für den Fahrer zur optimalen Einstellung des manuellen Reglers für den Frischluftdurchsatz erstellt und in der Kabine angezeigt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Luftmassenstrom durch den Kabinenwärmetauscher aus einem Frischluftmassenstrom und einem Umluftmassenstrom, d. h. einem aus der Kabine entnommenen Luftmassenstrom, zusammensetzt.

16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5 sowie 8-15 an Kraftfahrzeugen mit elektrisch angetriebenem Frischluftgebläse, dadurch gekennzeichnet, daß der über den Kabinenwärmetauscher ins Fahrzeuginnere geförderte Frischluftmassenstrom zur Steigerung der Kabinenbeheizung bei extremer Kälte durch einen zusätzlichen, gegebenenfalls mit den bereits serienüblichen Regelwiderständen in Reihe liegenden, schaltbaren Ohm'schen Widerstand, welcher die Antriebsleistung des Lüfters herabsetzt, reduziert wird.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5 sowie 8-16 an Kraftfahrzeugen mit elektrisch angetriebenem Frischluftgebläse, dadurch gekennzeichnet, daß der über den Kabinenwärmetauscher ins Fahrzeuginnere geförderte Frischluftmassenstrom durch einen temperaturabhängigen Ohm'schen Widerstand, welcher die Antriebsleistung des Lüfters mit abnehmender Umgebungstemperatur immer mehr herabsetzt, reduziert wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Ohm'sche Widerstand seine Wärme an die in die Kabine geförderte Frischluft abgibt.

19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kabinenwärmetauscher mit Gegenstromcharakteristik Verwendung findet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschlossener Kühlmittelkreislauf zur Übertragung der Abwärme des Motors auf den Kabinenwärmetauscher verwendet wird, und daß zur bedarfsweisen Steigerung der in der Kabine wirksamen Heizleistung bei extremer winterlicher Kälte neben der Reduktion des Frischluft­ massenstroms auch eine Reduktion des Kühlmittelmassenstroms erfolgt.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer Standard-Gegenstromwärmetauscheranordnung eine Reihenschaltung von mindestens 3 Querstromwärmetauschern eingesetzt wird, wobei die Kabinenluft in mindestens 3 Stufen erwärmt und das Kühlmittel über diese Stufen abgekühlt wird.

22. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe geschalteten Querstromwärmetauscher in einem ge­ meinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei das Kühlmittel durch das Rohrsystem des Querstromwärmetauschers strömt und die Kabinenluft über mit diesem Rohrsystem in Kontakt stehende Wärmeübertragungsrippen beheizt wird.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß für alle in Reihe geschalteten Querstromwärmetauscher gemeinsame Wärmeübertragungsrippen zur Beheizung der Kabinenluft verwendet werden.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21-23, dadurch gekennzeichnet, daß Maßnahmen zur Vermeidung der Wärmeleitung entlang der Wärmeübertragungsrippen entgegen der Strömungsrichtung der durch den Wärmetauscher geförderten Kabinenluft getroffen werden.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wärmeüber­ tragungsrippen im Bereich zwischen den Kühlmittelrohren Aussparungen zur Unterbre­ chung der Wärmeleitung entgegen der Luftströmungsrichtung vorgesehen werden.

26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Aussparungen lokal eine starke Reduktion der Dicke der Wärmeübertragungsrippen vorgesehen wird.

27. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabstand so groß gewählt wird, daß die Wärmeleitung stromauf zur Strömungsrichtung der durch den Wärmetauscher geförderten Kabinenluft vernachlässigt werden kann.