DE10019204C1 - Control system for vehicle auxiliary heating unit has multi-path valve in form of thermostat valve - Google Patents
Control system for vehicle auxiliary heating unit has multi-path valve in form of thermostat valveInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Steuersystem und 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 eines die Wasserkreisläufe bestimmenden Mehrwegeventils, wobei das Zusatzheizgerät mittels einer Steuereinrichtung zwischen Teillast und Vollast temperaturabhängig geregelt ist.The invention relates to a control system and a method for operating a Additional vehicle heater together with a heat exchanger in one first water cycle excluding the vehicle engine or a second water circuit including the vehicle engine using a the multi-way valve determining the water circuits, whereby the Additional heater by means of a control device between partial load and full load is regulated depending on the temperature.
Ein derartiges Steuersystem zum Betreiben eines Fahrzeug-Zusatzheizgeräts ist beispielsweise aus der US 4 700 888 bekannt. Um ein schnellstmögliches Erwärmen des Fahrzeuginnenraums bei stehendem Fahrzeug zu erzielen, wird gemäß diesem Verfahren manuell per Schalter das Mehrwegeventil so geschaltet, daß der erste Wasserkreislauf, enthaltend das Zusatzheizgerät und den Wärmetauscher vom zweiten Wasserkreislauf unter Einschluß des Fahrzeugmotors getrennt ist. Ein derartiges Umschaltventil ist relativ teuer und erfordert entsprechende aufwendige Montagemaßnahmen.Such a control system for operating a vehicle auxiliary heater is known for example from US 4,700,888. To be as quick as possible To achieve heating of the vehicle interior when the vehicle is stationary according to this procedure, manually switch the multi-way valve so switched that the first water circuit containing the auxiliary heater and the heat exchanger from the second water circuit including the Vehicle engine is disconnected. Such a switch valve is relatively expensive and requires corresponding complex assembly measures.
Stand der Technik ist außerdem, dem Umschaltventil ein im ersten Wasserkreislauf enthaltenes Thermostatventil zuzuordnen, was den Aufwand im Vergleich zu dem vorstehend genannten Vorschlag noch erhöht.State of the art is also one, the changeover valve in the first Water circuit included thermostatic valve to assign what the effort increased compared to the above proposal.
Angesichts dieses Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug-Zusatzheizgeräts der eingangs genannten Art zu schaffen, das im Vergleich zum Stand der Technik mit verringerten Material- und Montagekosten einen funktionellen Betrieb gewährleistet.In view of this prior art, the present invention lies Task, a system and a method for operating a Vehicle auxiliary heater to create the type mentioned in the Compared to the state of the art with reduced material and assembly costs ensures functional operation.
Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Systems durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Mermale des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This task is solved with regard to the system by the characteristics of the Claim 1 and with regard to the method by the features of the claim 7. Advantageous developments of the invention are in the subclaims specified.
Demnach ist das Umschaltventil gemäß dem Stand der Technik erfindungsgemäß durch ein kostengünstiges Mehrwege-Thermostatventil ersetzt, welches bei einer Wassertemperatur im ersten Wasserkreislauf unterhalb seiner Öffnungstemperatur Wasser ausschließlich im ersten Wasserkreislauf zirkulieren läßt, und welches bei Überschreiten einer seiner Öffnungstemperatur entsprechenden Wassertemperatur im ersten Wasserkreislauf Wasser im zweiten Wasserkreislauf zirkulieren läßt, wobei die Regeltemperatur des Zusatzheizgeräts zur Realisierung des ersten Wasserkreislaufs so niedrig gewählt ist, daß die Öffnungstemperatur des Thermostatventils bei einer niedrigen Teillaststufe des Zusatzheizgeräts erreicht wird, und wobei die Regeltemperatur des Zusatzheizgeräts zur Realisierung des zweiten Wasserkreislaufs so hoch gewählt ist, daß die Öffnungstemperatur des Thermostatventils erst in einer höheren Laststufe des Zusatzheizgeräts erreicht wird.Accordingly, the changeover valve is according to the prior art according to the invention by an inexpensive multi-way thermostatic valve replaced, which at a water temperature in the first water cycle below its opening temperature water only in the first Water circulation can circulate, and which if one of its Opening temperature corresponding water temperature in the first Water cycle allows water to circulate in the second water cycle, the Control temperature of the auxiliary heater to implement the first Water cycle is chosen so low that the opening temperature of the Thermostatic valve reached at a low part load level of the auxiliary heater is, and wherein the control temperature of the auxiliary heater for implementation of the second water circuit is chosen so high that the opening temperature of the thermostatic valve only in a higher load level of the additional heater is achieved.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß das Umschalten zwischen erstem und zweitem Wasserkreislauf, ggf. unter kontinuierlichem Übergang zwischen diesen beiden Kreisläufen, durch Einstellung der Regeltemperatur des Zusatzheizgeräts in Abhängigkeit der Öffnungstemperatur des Thermostaten erzielt.In other words, according to the invention, switching between the first and second water cycle, possibly with a continuous transition between these two circuits, by adjusting the control temperature of the Additional heater depending on the opening temperature of the thermostat achieved.
Als praxisgerecht vorteilhaft hat sich herausgestellt, die Öffnungstemperatur des Thermostatventils zur Realisierung des ersten Wasserkreislaufs bei der niedrigsten Teillaststufe und zur Realisierung des zweiten Wasserkreislaufs erst in der Vollaststufe des Zusatzheizgeräts zu erreichen.The opening temperature has proven to be advantageous in practice of the thermostatic valve to implement the first water circuit at lowest partial load level and only to implement the second water cycle to reach in the full load stage of the auxiliary heater.
Grundsätzlich kann das Thermostatventil ein solches sein, welches nach Überschreiten seiner Öffnungstemperatur schlagartig vollständig öffnet, um den zweiten Wasserkreislauf zu realisieren. Bevorzugt ist jedoch ein kontinuierlicher Übergang.Basically, the thermostatic valve can be one that follows Exceeding its opening temperature suddenly opens completely to the to realize the second water cycle. However, a continuous one is preferred Crossing.
Um den Wärmetauscher zur ausschließlichen Erwärmung des Fahrzeugmotors zu nutzen, wird bevorzugt der Wärmetauscher aus dem ersten Wasserkreislauf als Wärmelast abgekoppelt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß das dem Wärmetauscher zugeordnete Gebläse ausgeschaltet wird.Around the heat exchanger for the exclusive heating of the vehicle engine to use, the heat exchanger from the first water cycle is preferred decoupled as a thermal load. This can be achieved, for example, by that the fan assigned to the heat exchanger is switched off.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch die zwei Wasserkreisläufe mit Ausschluß bzw. unter Einbeziehung eines Fahrzeugmotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuersystems zum Betreiben eines Fahrzeug- Zusatzheizgeräts.The invention will now be described in more detail by way of example with reference to the drawing explained. The only figure in the drawing shows schematically the two Water cycles with or without inclusion Vehicle engine according to a preferred embodiment of the control system according to the invention for operating a vehicle Auxiliary heater.
Das Fahrzeug-Zusatzheizgerät ist mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet und umfaßt einen Wärmemitteleinlaß und einen Wärmemittelauslaß. Als Wärmemittel wird vorliegend Wasser verwendet. Der Wärmemitteleinlaß des Zusatzheizgeräts 10 ist mit einem Mehrwege-Thermostatventil 11 verbunden. Der Auslaß des Zusatzheizgeräts 10 ist mit dem Einlaß eines Wärmetauschers 12 verbunden, dem ein Gebläse 13 zugeordnet ist, und der dazu bestimmt ist, in die Fahrgastzelle geblasene Luft zu erwärmen. Der Auslaß des Wärmetauschers 12 ist unter Zwischenschaltung eines Heizleistungsregelventils 14 und einem diesem nachgeschalteten Rückschlagventil 15 mit einem Einlaß des Thermostatventils 11 verbunden. Vom Heizleistungsventil 14 zweigt außerdem eine Umgehungsleitung 16 ab, deren anderes Ende mit dem Einlaß des Wärmetauschers 12 verbunden ist. The vehicle auxiliary heater is designated by the reference number 10 and comprises a heat medium inlet and a heat medium outlet. In the present case, water is used as the heating medium. The heat medium inlet of the auxiliary heater 10 is connected to a multi-way thermostatic valve 11 . The outlet of the auxiliary heater 10 is connected to the inlet of a heat exchanger 12, which is associated with a blower 13 and which is designed to heat air blown into the passenger compartment. The outlet of the heat exchanger 12 is connected to an inlet of the thermostatic valve 11 with the interposition of a heating capacity control valve 14 and a check valve 15 connected downstream. A bypass line 16 branches off from the heating power valve 14 , the other end of which is connected to the inlet of the heat exchanger 12 .
Ein erster Wasserkreislauf zwischen Einlaß und Auslaß des Zusatzheizgeräts 10 ist demnach gebildet durch das Zusatzheizgerät 10 verlassendes, den Wärmetauscher 12 und/oder die Umgehungsleitung 16 unter Einbeziehung des Heizleistungsventils 14, das Rückschlagventil 15 und das Thermostatventil 11 durchsetzendes Wasser. Dieser erste Kreislauf ist an den Abzweigstellen mit durchgehenden Pfeilen gekennzeichnet.A first water circuit between the inlet and outlet of the auxiliary heater 10 is accordingly formed by the auxiliary heater 10 leaving, the heat exchanger 12 and / or the bypass line 16 including the heating power valve 14 , the check valve 15 and the thermostatic valve 11 penetrating water. This first cycle is indicated by solid arrows at the branch points.
Ferner ist ein zweiter Wasserkreislauf vorgesehen, welcher einen Fahrzeugmotor 17 einschließt. Dieser ist durch gestrichelt dargestellte Pfeile an den Abzweigstellen in der Zeichnung dargestellt. Bei aktiviertem zweitem Wasserkreislauf durchströmt vom Zusatzheizgerät abgegebenes warmes Wasser den Motor 17, um diesen vorzuwärmen und das den Motor 17 verlassende Wasser kehrt über den zweiten Einfaß des Thermostatventils 11 zum Einlaß des Zusatzheizgeräts 10 zurück. Zwischen diesem zweiten Einlaß des Thermostatventils 11 und dem Auslaß des Zusatzheizgeräts 10 ist ein weiteres Rückschlagventil 18 geschaltet.A second water circuit is also provided, which includes a vehicle engine 17 . This is shown by dashed arrows at the branch points in the drawing. When the second water circuit is activated, warm water discharged from the auxiliary heater flows through the engine 17 to preheat it and the water leaving the engine 17 returns via the second socket of the thermostatic valve 11 to the inlet of the auxiliary heater 10 . Another check valve 18 is connected between this second inlet of the thermostatic valve 11 and the outlet of the auxiliary heater 10 .
Das Thermostatventil 11 besitzt eine vorgegebene Öffnungstemperatur über welche erfindungsgemäß zusammen mit einer Einstellung der Regeltemperatur des Zusatzheizgeräts, das zwischen Teillast und Vollast regelbar ist, festgelegt wird, ob ausschließlich der erste Wasserkreislauf oder der zweite Wasserkreislauf oder ein Gemisch aus beiden Wasserkreisläufen realisiert wird. D. h., wenn sich das vom Heizgerät 10 erwärmte Wasser über die Öffnungstemperatur des Thermostatventils 11 hinaus erwärmt, ändert sich dessen Durchflußrichtung ausgehend von einem Betrieb mit ausschließlich den ersten Wasserkreislauf durchsetzendem Wasser bis zu einer Aktivierung des zweiten Wasserkreislaufs. Mit anderen Worten bestimmt die Temperatur am Thermostatventil 11, ob und in welchem Umfang der Fahrzeugmotor 17 mit warmem Wasser durchströmt wird oder nicht. The thermostatic valve 11 has a predetermined opening temperature via which, according to the invention, together with a setting of the control temperature of the additional heater, which can be regulated between partial load and full load, it is determined whether only the first water circuit or the second water circuit or a mixture of both water circuits is realized. That is, if the water heated by the heater 10 heats up beyond the opening temperature of the thermostatic valve 11 , its direction of flow changes from an operation with water which only passes through the first water circuit to an activation of the second water circuit. In other words, the temperature at the thermostatic valve 11 determines whether and to what extent the vehicle engine 17 is flowed through by hot water or not.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Steuersystem auf Grundlage folgender Randparameter näher erläutert. Die Durchströmung des ersten Wasserkreislaufs bei in bezug auf den zweiten Wasserkreislauf geschlossenem Thermostatventil beträgt 600 l/h. Durch feinstufiges Einstellen der Heizleistung mittels einer nicht gezeigten, zum Stand der Technik gehörenden Steuereinrichtung regelt das Zusatzheizgerät 10 eine vorbestimmte Wasseraustrittstemperatur ein. Diese Regelung findet eine Begrenzung bei Vollast und kleinster Teillast des Zusatzheizgeräts 1. Die Öffnungstemperatur des Thermostaten ist beispielsweise mit 73°C vorbestimmt.The control system according to the invention is explained in more detail below on the basis of the following boundary parameters. The flow through the first water circuit when the thermostatic valve is closed with respect to the second water circuit is 600 l / h. The auxiliary heater 10 regulates a predetermined water outlet temperature by finely adjusting the heating power by means of a control device (not shown) belonging to the prior art. This regulation is limited at full load and the lowest partial load of the auxiliary heater 1 . The opening temperature of the thermostat is predetermined, for example, at 73 ° C.
Wenn beispielsweise eine Regeltemperatur für das Zusatzheizgerät 10 von 76 °C eingestellt und das Zusatzheizgerät 10 gestartet wird, beginnt der Heizbetrieb mit Vollast bei im ersten Wasserkreislauf unter Ausschluß des Fahrzeugmotors 17 zirkulierendem Wasser, bis eine Wasseraustrittstemperatur von 76°C erreicht ist. Die Höhe der Wassereintrittstemperatur hängt von der vom Wärmetauscher 12 entnommenen Wärmemenge und der Aufheizdynamik des ersten Wasserkreislaufs ab. Im Lauf der Zeit wird sich ein Gleichgewicht zwischen vom Zusatzheizgerät 10 erzeugter und vom Wärmetauscher 12 entnommener Wärmemenge einstellen.If, for example, a control temperature for the additional heater 10 is set at 76 ° C. and the additional heater 10 is started, the heating operation starts at full load with water circulating in the first water circuit with the exclusion of the vehicle engine 17 until a water outlet temperature of 76 ° C. is reached. The level of the water inlet temperature depends on the amount of heat withdrawn from the heat exchanger 12 and the heating dynamics of the first water cycle. In the course of time an equilibrium will be established between the amount of heat generated by the additional heater 10 and removed by the heat exchanger 12 .
Liegt beispielsweise die vom Wärmetauscher 12 entnommene Wärmemenge unterhalb von 1,8 kW, also im Bereich der kleinsten Teillast des Zusatzheizgeräts 10, müßte das Temperaturniveau im ersten Wasserkreislauf eigentlich über die festgelegte Regeltemperatur von 76°C hinaus steigen, wodurch das Zusatzheizgerät 10 in Regelpause übergehen würde. Dies wird durch das Thermostatventil 11 jedoch dadurch verhindert, daß bei Überschreiten seiner Öffnungstemperatur von 73°C kaltes Wasser aus dem zweiten Kreislauf, der ein Strömen von Wasser über den Fahrzeugmotor 17 vorsieht, zugemischt wird, so daß aus dem Thermostatventil 11 austretendes und in das Zusatzheizgerät 10 zuströmendes Wasser in etwa die gleiche Temperatur wie die Öffnungstemperatur des Thermostatventils 11 besitzt. Da diese Temperatur demnach die Eintrittstemperatur des Zusatzheizgeräts 10 darstellt, wird zwischen Heizgeräteeinlaß und -auslaß eine Temperaturdifferenz von 3°C zwischen der Regeltemperatur von 76°C und der Öffnungstemperatur des Thermostatventils 11 von 73°C aufgebaut. Bei dem angesetzten Wasservolumenstrom von 600 l/h ausschließlicher Wasserzirkulation im ersten Wasserkreislauf wird hierzu eine Leistung von 1,8 kW entsprechend der kleinsten Teillast des Zusatzheizgeräts 10 benötigt.For example, if the amount of heat taken from the heat exchanger 12 is below 1.8 kW, i.e. in the area of the lowest partial load of the additional heater 10 , the temperature level in the first water circuit should actually exceed the specified control temperature of 76 ° C, causing the additional heater 10 to go into a break from control would. This is prevented by the thermostatic valve 11 in that when its opening temperature of 73 ° C cold water from the second circuit, which provides a flow of water through the vehicle engine 17 , is admixed, so that escapes from the thermostatic valve 11 and into it Additional heater 10 inflowing water has approximately the same temperature as the opening temperature of the thermostatic valve 11 . Since this temperature accordingly represents the inlet temperature of the additional heater 10 , a temperature difference of 3 ° C. between the control temperature of 76 ° C. and the opening temperature of the thermostatic valve 11 of 73 ° C. is built up between the heater inlet and outlet. Given the water volume flow of 600 l / h of exclusive water circulation in the first water circuit, an output of 1.8 kW corresponding to the lowest partial load of the auxiliary heater 10 is required for this.
Wird nunmehr die Regeltemperatur des Heizgeräts zugunsten einer Vorerwärmung des Fahrzeugmotors 17 auf einen höheren Wert, beispielsweise 88°C eingestellt, entweder manuell mittels eines Schalters oder durch eine Vorwahluhr, so beträgt die Eintrittstemperatur am Einlaß des Zusatzheizgeräts 10 nach wie vor 73°C; es muß jedoch eine Temperaturdifferenz in Höhe von 15°C zwischen der erhöhten Regeltemperatur von 88°C und der Öffnungstemperatur des Thermostatventils von 73°C über dem Zusatzheizgerät 10 aufgebaut werden. Dies erfordert bei den vorausgesetzten Randparametern eine Heizleistung von 9 kW, was der Vollast des Zusatzheizgeräts 10 entspricht. Da die Wärmeabnahme des Wärmetauschers 12 durch die erhöhte Austrittstemperatur des Zusatzheizgeräts 10 nur mäßig steigt, kommt die zusätzliche Heizleistung im Vergleich zu der geringsten Teillast des Zusatzheizgeräts 10 nunmehr der Erwärmung des Fahrzeugmotors 17 zugute.If the control temperature of the heater is now set to a higher value, for example 88 ° C., in favor of preheating the vehicle engine 17 , either manually by means of a switch or by means of a timer, the entry temperature at the inlet of the additional heater 10 is still 73 ° C. however, a temperature difference of 15 ° C between the increased control temperature of 88 ° C and the opening temperature of the thermostatic valve of 73 ° C above the additional heater 10 must be built up. Given the required boundary parameters, this requires a heating power of 9 kW, which corresponds to the full load of the additional heating device 10 . Since the heat consumption of the heat exchanger 12 increases only moderately as a result of the increased outlet temperature of the additional heater 10 , the additional heating power compared to the lowest partial load of the additional heater 10 now benefits the heating of the vehicle engine 17 .
Eine reine Motorvorwärmung ohne Wärmeaustrag über den Wärmetauscher 12 läßt sich z. B. dadurch realisieren, daß dieser als Wärmeabnehmer abgekoppelt wird, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß das Gebläse 13 im Bereich des Wärmetauschers 12 abgeschaltet wird, wodurch über den Wärmetauscher 12 keine Wärme mehr oder kaum noch Wärme an die Luft abgegeben wird.A pure engine preheating without heat dissipation via the heat exchanger 12 can, for. B. realize that this is decoupled as a heat consumer, which can be achieved, for example, that the fan 13 is switched off in the region of the heat exchanger 12 , whereby no more or hardly any heat is given off to the air via the heat exchanger 12 .
Die vorstehend erläuterte Ausführungsform des Betriebs des erfindungsgemäßen Steuersystems stellt einen Spezialfall des Grundgedankens der Erfindung dar, gemäß dem der erste Wasserkreislauf unter Ausschluß des Fahrzeugmotors dadurch aktiviert wird, daß die Regeltemperatur des Heizgeräts für den Fall, daß eine bevorzugte Erwärmung der Fahrgastzelle erwünscht ist, so weit erniedrigt wird, daß die Öffnungstemperatur des Thermostatventils nur bei einer niedrigen Teillaststufe des Zusatzheizgeräts erreicht wird. Für diesen Fall wird Heizenergie an den Fahrzeugmotor nur dann abgegeben, wenn diese niedrige Regeltemperatur aufgrund einer sehr geringen Wärmeabnahme des Wärmetauschers überschritten wird und ein Abregeln des Zusatzheizgeräts in Regelpause vermieden werden soll. Wird jedoch eine Vorwärmung des Fahrzeugmotors angestrebt, wird die zur Realisierung des ersten Wasserkreislaufs gewählte relativ niedrige Regeltemperatur des Zusatzheizgeräts derart angehoben, daß in einer höheren Teillaststufe oder in Vollastbetrieb des Zusatzheizgeräts das Thermostatventil geöffnet und damit der Fahrzeugmotor von erwärmtem Wasser durchströmt wird. The above-described embodiment of the operation of the control system according to the invention represents a special case of Basic idea of the invention, according to which the first water cycle is activated by excluding the vehicle engine by the Control temperature of the heater in the event that preferred heating the passenger compartment is desired, is lowered so far that the Opening temperature of the thermostatic valve only at a low partial load level of the auxiliary heater is reached. In this case, heating energy is transferred to the Vehicle engine only emitted when this low control temperature due to a very low heat consumption from the heat exchanger is exceeded and a shutdown of the auxiliary heater during the break should be avoided. However, preheating the vehicle engine aimed at, the one chosen to implement the first water cycle relatively low control temperature of the auxiliary heater raised so that in a higher part load level or in full load operation of the auxiliary heater Thermostat valve opened and the vehicle engine warmed up Water is flowing through.
1010th
Zusatzheizgerät
Additional heater
1111
Thermostatventil
Thermostatic valve
1212th
Wärmetauscher
Heat exchanger
1313
Gebläse
fan
1414
Heizleistungsregelventil
Heating capacity control valve
1515
Rückschlagventil
check valve
1616
Umgehungsleitung
Bypass line
1717th
Fahrzeugmotor
Vehicle engine
1818th
Rückschlagventil
check valve
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ID=7639192
Family Applications (1)
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DE (1) | DE10019204C1 (en) |
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