DE4436943C2 - Heizeinrichtung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für Kraftfahrzeuge mit wassergekühltem Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Heizeinrichtung (DE-OS 19 61 286) weist das thermostatisch betätigte Schaltglied drei Ventile sowie einen Bypaß zwischen zwei Eingängen des Ventils auf. Ein erstes Ventil ist als Rückschlagventil ausgebildet und dem mit dem Zusatzheizgerät verbundenen Ausgang des Schaltglieds unmittelbar zugeordnet. Ein von dem Thermostat gesteuertes zweites Ventil steuert die Verbindung zwischen dem einen an dem Wärmetauscher angeschlossenen ersten Eingang zum Ausgang sowie die Verbindung von einem an dem Wasserkühlkreislauf des Motors angeschlossenen zweiten Eingang zu dem Ausgang des Schaltglieds. Ein von dem Thermostaten gesteuertes drittes Ventil ist unmittelbar dem zweiten Eingang des Schaltglieds zugeordnet.

Bei stillstehendem Motor (Standbetrieb) und eingeschaltetem Zusatzheizgerät ist das dritte Ventil geschlossen und das zweite Ventil geöffnet und der Wärmetauscher ist an die Zusatzheizung angeschlossen. Bei Erreichen einer vorgegebenen Wassertemperatur öffnet der Thermostat das dritte Ventil, und Heißwasser fließt von dem Zusatzheizgerät einerseits über den Wärmetauscher und andererseits über den kalten Motor, und der Motor wird vorgewärmt. Beim weiteren Ansteigen der Temperatur verschließt der Thermostat das zweite Ventil und sperrt den Wärmetauscher ab. Das von dem Zusatzheizgerät erhitzte Wasser strömt ausschließlich über den Motor und bringt diesen auf Betriebstemperatur. Ist der Motor gestartet und liefert über den Kühlwasserkreislauf genügend Heißwasser und ist das Zusatzheizgerät abgeschaltet, so wird von der Wasserpumpe im Kühlkreislauf des Motors Heißwasser über den Wärmetauscher, über den Bypaß und über das geöffnete dritte Ventil zurück zum Motor gepumpt. Ein solches Schaltglied mit drei Ventilen, einem Thermostat und einem Bypaß ist konstruktiv sehr aufwendig und verteuert die Heizeinrichtung ohne deren Effektivität wesentlich zu steigern.

Bei einer bekannten Heizeinrichtung der eingangs genannten Art (DE 43 14 089 C1) betätigt der in der Ablaufkammer angeordnete, als Dehnstoffelement ausgebildete Thermostat einen Hauptventilteller, der unter der Kraft einer Schließfeder auf einem zwischen Zu- und Ablaufkammer angeordneten Flanschring dichtend aufgepreßt wird. Bei einer wählbaren Vorgabetemperatur des vom Zusatzheizgerät über die Ablaufkammer zum Wärmetauscher strömenden Heizwassers hebt der in der Ablaufkammer angeordnete Thermostat den Hauptventilteller vom Flanschring ab, und ein Teil des Heizwassers fließt aus der Ablaufkammer über die Zulaufkammer in den Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors, so daß dieser vorgewärmt wird und schneller seine Betriebstemperatur erreicht. Das ebenfalls zwischen Zu- und Ablaufkammer angeordnete Rückschlagventil mit zur Zulaufkammer weisender Sperrichtung wird durch einen Nebenventilteller gebildet, der sich unter der Kraft einer Druckfeder auf den Hauptventilteller aufpreßt und dabei im Hauptventilteller vorhandene Durchgangslöcher verschließt. Der Nebenventilteller hebt vom Hauptventilteller ab und gibt damit die Verbindung zwischen Zulauf- und Ablaufkammer frei, wenn nach Einschalten der Umwälzpumpe im Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors der von der Umwälzpumpe erzeugte Druck groß genug ist, um die Anpreßkraft der Druckfeder zu überwinden. Damit fließt das vom Verbrennungsmotor in die Zulaufkammer einströmende, aufgeheizte Kühlwasser über die Ablaufkammer und den Wärmetauscher sowie durch das Zusatzheizgerät hindurch zum Verbrennungsmotor zurück. Überschreitet die Temperatur des Kühlwassers die Vorgabetemperatur des Thermostaten, so hebt dieser zusätzlich den Hauptventilteller vom Flanschring ab, so daß eine größere Strömungsöffnung zwischen Zulauf- und Ablaufkammer freigegeben wird. Ein solches Schaltglied mit zwei integrierten Ventilen ist konstruktiv sehr aufwendig, was sich wesentlich in hohen Fertigungskosten des Schaltglieds niederschlägt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Heizeinrichtung der eingangs genannten Art das Schaltglied wesentlich zu vereinfachen und weniger störanfällig zu machen und dabei die grundsätzliche Betriebsweise von Motorheizung und Standheizung aufrecht zu erhalten.

Die Aufgabe ist bei einer Heizeinrichtung für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung enthält das Schaltglied neben dem Thermostaten nur noch ein einziges Ventil und stellt eine leicht fertigbare und einfach zu montierende Kompletteinheit dar, die lediglich an den drei Anschlußstutzen mit dem übrigen Heizungssystem verbunden werden muß. Das als Rückschlagventil mit zusätzlicher Betätigung durch den Thermostaten ausgebildete Schaltventil ist robust und wenig störanfällig.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung mit zweckmäßigen Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Heizeinrichtung für Kraftfahrzeuge mit wassergekühltem Verbrennungsmotor,

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Schaltglieds in der Heizeinrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2.

In der in Fig. 1 schematisch dargestellten Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit wassergekühltem Verbrennungsmotor ist der Verbrennungsmotor durch den Block 10 symbolisiert und mit 11 der Wasser-Luft-Wärmetauscher der Heizeinrichtung bezeichnet, der wasserseitig an den Kühlwasserkreislauf 12 des Verbrennungsmotors 10 angeschlossen ist, in dem zur Umwälzung des vom Verbrennungsmotor 10 aufgeheizten Kühlwassers noch eine elektrische Wasserpumpe 13 eingeschaltet ist. Bei betriebswarmem Verbrennungsmotor 10 und Heizbedarf wird Luft über den Wärmetauscher 11 geführt und in die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs eingeleitet. Die den Wärmetauscher durchströmende Luft nimmt hier Wärme aus dem Kühlwasser auf und erwärmt ihrerseits die Fahrgastzelle.

Zum Heizen der Fahrgastzelle bei stillstehendem Verbrennungsmotor, also für sog. Standheizung, ist ein Zusatzheizgerät 14 vorgesehen, das parallel zum Kühlwasserkreislauf 12 über Anschlußleitungen 15 und 16 an den Wärmetauscher 11 angeschlossen ist. Das Zusatzheizgerät 14 enthält einen Kraftstoffbrenner, durch welchen das durch das Zusatzheizgerät 14 hindurchgeführte Wasser aufgeheizt wird sowie eine Umwälzpumpe zur Erzeugung einer Wasserströmung durch das Zusatzheizgerät 14 hindurch. Zum wahlweisen Betreiben des Wärmetauschers 11 mit dem Kühlwasserkreislauf 12 des Verbrennungsmotors 10 und dem Zusatzheizgerät 14 ist im Kühlwasserkreislauf 12 zwischen Kühlwasserausgang des Verbrennungsmotors 10 und Eingang des Wärmetauschers 11 ein Schaltglied 17 mit drei Anschlüssen 171, 172 und 173 eingeschaltet. Dabei ist der Anschluß 171 mit dem Verbrennungsmotor 10, der Anschluß 172 mit dem Wärmetauscher 11 und der Anschluß 173 mit der als Zuflußleitung zum Schaltglied 17 fungierenden Anschlußleitung 15 des Zusatzheizgeräts 14 verbunden, die hierzu ein Rückschlagventil 18 enthält, dessen Durchflußrichtung vom Zusatzheizgerät 14 zum Schaltglied 17 hin gerichtet ist. Die als Rücklaufleitung dienende Anschlußleitung 16 des Zusatzheizgeräts 14 ist an dem Kühlwasserkreislauf 12 zwischen Ausgang des Wärmetauschers 11 und Eingang der Wasserpumpe 13 angeschlossen.

Der konstruktive Aufbau des Schaltglieds 17 ist aus Fig. 2 ersichtlich, in welcher das Schaltglied 17 im Längsschnitt dargestellt ist. Das Schaltglied 17 weist ein dreiteiliges Gehäuse 20 mit einem unteren Gehäuseteil 21, einem mittleren Gehäuseteil 22 und einem oberen Gehäuseteil 23 auf. Am unteren Gehäuseteil 21 ist ein Anschlußstutzen 24 angeformt, der den Anschluß 171 des Schaltglieds 17 bildet. Im Innern des unteren Gehäuseteils 21 ist eine Zulaufkammer 25 ausgebildet. Der mittlere Gehäuseteil 22 ist auf den unteren Gehäuseteil 21 koaxial aufgesetzt. An seiner auf dem unteren Gehäuseteil 21 aufsitzenden Unterseite ist am mittleren Gehäuseteil 22 ein eine Ventilöffnung 26 umschließender Ventilsitz 27 ausgebildet. In einem zwischen dem Ventilsitz 27 und der Innenwand des mittleren Gehäuseteils 22 vebleibenden Ringsteg 28 sind axiale Leckagebohrungen 29 vorgesehen. Mit dem Ventilsitz 27 wirkt ein Ventilglied 30 eines Rückschlagventils 31 zusammen, das im mittleren Gehäuseteil 22 axial verschieblich geführt und so ausgebildet ist, daß es bei Beaufschlagung der Zulaufkammer 25 mit Wasser vom Ventilsitz 27 abhebt und somit das Rückschlagventil 31 öffnet. Der obere Gehäuseteil 23 ist koaxial auf den mittleren Gehäuseteil 22 aufgesetzt. An ihm sind zwei Anschlußstutzen 32 und 33 ausgebildet, welche die Anschlüsse 172 und 173 des Schaltglieds 17 bilden. Die beiden Anschlußstutzen 32, 33 stehen mit einer Ablaufkammer 34 in Verbindung, die im Innern des oberen Gehäuseteils 23 ausgebildet ist und ihrerseits mit dem Innern des mittleren Gehäuseteils 22 in Verbindung steht.

Im unteren Gehäuseteil 21 ist ein Thermostat 35 angeordnet und mittels eines Befestigungsrings 36 am Boden des unteren Gehäuseteils 21, von welchem aus sich der Anschlußstutzen 24 fortsetzt, gehalten. Der Thermostat 35 besteht aus einer Wachspatrone 37, aus welcher axial ein Betätigungsstift 38 herausragt. Wachspatrone 37 mit Betätigungsstift 38 sind koaxial zu der Achse des Gehäuses 20 angeordnet. Bei Erwärmung dehnt sich das Wachs in der Wachspatrone 37 aus, und der Betätigungsstift 38 schiebt sich aus der Wachspatrone 37 hin zum Ventilglied 30 aus. Der Thermostat 35 ist dabei so eingestellt, daß bei Erreichen einer Solltemperatur der Betätigungsstift 38 sich an das Ventilglied 30 des Rückschlagventils 31 anlegt und dieses vom Ventilsitz 27 abhebt, so daß auch der Durchfluß von der Ablaufkammer 34 zur Zulaufkammer 25 in Sperrichtung des Sperrventils 31 hergestellt ist.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Heizeinrichtung ist wie folgt:
Bei stillstehendem Verbrennungsmotor 10 und eingeschaltetem Zusatzheizgerät 14 kommt Heißwasser vom Zusatzheizgerät 14 über die Anschlußleitung 15 zum Anschlußstutzen 33, gelangt in die Ablaufkammer 34, drückt hier das Ventilglied 30 auf den Ventilsitz 27 und fließt weiter über den Anschlußstutzen 32 zum Wärmetauscher 11 ab, gibt dort seine Wärme an die den Wärmetauscher 11 durchströmende Luft ab und gelangt über die Anschlußleitung 16 wieder zurück zum Zusatzheizgerät 14, wo es erneut aufgeheizt wird. Die im Wärmetauscher 11 erwärmte Luft wird der Fahrgastzelle zugeführt, und diese wird aufgewärmt. Bei diesem Vorgang gelangen kleinere Heißwassermengen über die Leckagebohrungen 29 in die Zulaufkammer 25 und erwärmen hier den Thermostaten 35. Durch die Erwärmung dehnt sich das Wachs in der Wachspatrone 37 aus, und der Betätigungsstift 38 schiebt sich allmählich in Richtung zum Ventilglied 30. Ist die vorgegebene Solltemperatur erreicht, so hebt der Betätigungsstift 38 das Ventilglied 30 vom Ventilsitz 27 ab. Nunmehr fließt auch Heißwasser aus der Zulaufkammer 25 über das geöffnete Rückschlagventil 31 in die Ablaufkammer 34 und gelangt von hier über den Anschlußstutzen 24 zum Verbrennungsmotor 10. In dieser Stellung des Schaltglieds 17 wird über den Kühlwasserkreislauf 12 auch der Verbrennungsmotor 10 von dem durch das Zusatzheizgerät 14 aufgeheizten Heißwasser durchströmt und wärmt sich allmählich auf. Sind die Heizungsventile geschlossen, so fließt das Heißwasser des Zusatzheizgeräts 14 ausschließlich über den Verbrennungsmotor 10, so daß dieser sehr schnell auf Betriebstemperatur aufgewärmt wird.

Ist der Verbrennungsmotor 10 ,gestartet und hat sich das Kühlwasser auf Betriebstemperatur aufgeheizt und ist das Zusatzheizgerät 14 dann abgeschaltet, so fließt das vom Verbrennungsmotor 10 aufgeheizte Kühlwasser über den Anschlußstutzen 24 in die Zulaufkammer 25 und weiter über das Rückschlagventil 31 zum Wärmetauscher 11 und über die Wasserpumpe 13 zurück zum Verbrennungsmotor 10. Der Heißwasserfluß zum Zusatzheizgerät 14 ist durch das Rückschlagventil 18 in der Anschlußleitung 15 gesperrt. Im Rückschlagventil 18 kann, wie hier nicht weiter dargestellt ist, noch eine Leckagebohrung vorgesehen sein, die einen geringen Heißwasserzufluß zum Zusatzheizgerät 14 (entgegen Pfeilrichtung in Fig. 1) zuläßt. Dadurch sinkt bei gesperrtem Heizungsventil am Wärmetauscher 11 die Wassertemperatur im Zusatzgerät 14 nicht soweit ab, daß das Zusatzheizgerät 14 unnötig einschaltet.

Claims (5)

1. Heizeinrichtung für Kraftfahrzeuge mit wassergekühltem Verbrennungsmotor, mit einem einerseits mit dem Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotor und andererseits mit einem vom Verbrennungsmotor unabhängigen Zusatzheizgerät (Standheizung) in Verbindung stehenden Wasser-Luft- Wärmetauscher und mit einem thermostatisch betätigten Schaltglied, das solchermaßen ausgebildet ist, daß bei eingeschaltetem Zusatzheizgerät, das von diesem erwärmte Heizwasser unterhalb einer vom Thermostaten vorgegebenen Temperatur über den Wärmetauscher und oberhalb der vorgegebenen Temperatur zusätzlich über den Verbrennungsmotor fließt und bei abgeschaltetem Zusatzheizgerät das vom Verbrennungsmotor aufgeheizte Motorkühlwasser über den Wärmetauscher strömt, wozu das Schaltglied eine mit dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors verbundene Zulaufkammer und eine sowohl mit dem Wärmetauscher als auch mit dem Zusatzheizgerät verbundene Ablaufkammer sowie ein zwischen Zu- und Ablaufkammer angeordnetes Rückschlagventil mit Ventilglied und Ventilsitz aufweist, dessen Sperrichtung zur Zulaufkammer hin gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulauf- und Ablaufkammer (25, 34) über mindestens eine Leckagebohrung (29) miteinander in Verbindung stehen und daß der Thermostat (35) in der Zulaufkammer (25) angeordnet ist und ein Betätigungselement (38) aufweist, das oberhalb einer vorgegebenen Temperatur in der Zulaufkammer (25) das Ventilglied (30) des Rückschlagventils (31) von dessen Ventilsitz (27) abhebt.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Thermostat (35) als Wachspatrone (37) mit Betätigungsstift (38) ausgebildet ist, die axial zum Ventilglied (30) angeordnet ist und mit zunehmender Temperatur den Betätigungsstift (38) zunehmend axial aus schiebt.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (17) ein dreiteiliges Gehäuse (20) aufweist, das einen die Zulaufkammer (25) umschließenden zylindrischen Unterteil (21) mit daran angeformtem Anschlußstutzen (24) zum Anschluß des Kühlwasserkreislaufs (12) des Verbrennungsmotors (10), einen auf den Unterteil (21) aufgesetzten, das Ventilglied (30) axial verschiebbar aufnehmenden Mittelteil (22), an dem der Ventilsitz (27) ausgebildet ist, und einen auf den Mittelteil (22) aufgesetzten, die Ablaufkammer (34) enthaltenden Oberteil (23) aufweist, an dem zwei Anschlußstutzen (32, 33) zum Anschluß von Zusatzheizgerät (14) und Wärmetauscher (11) ausgebildet sind.

4. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuflußleitung (15) vom Zusatzheizgerät (14) zur Ablaufkammer (34) des Schaltglieds (17) ein Rückschlagventil (18) mit zum Zusatzheizgerät (14) hin gerichteter Sperrichtung angeordnet ist.

5. Heizeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückschlagventil (18) eine Leckagebohrung vorgesehen ist, die eine geringfügige Heizwasserströmung in Sperrichtung des Rückschlagventils (18) zuläßt.