DE3506040C2

DE3506040C2 - Heizvorrichtung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3506040C2
Application number: DE3506040A
Authority: DE
Inventors: Johann Merz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1984-03-01
Filing date: 1985-02-21
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2005-02-22
Also published as: DE3506040A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung mit einem Wärmemit telkreislauf zum Erwärmen des Fahrgastraumes von Kraftfahrzeugen, mit einem Heizventil und mit einer über ein Stauventil an einen Wärmetau cher angeschlossenen Pumpe, die gleichzeitig eine Hilfskraftlenkung ersorgt.

Eine Heizvorrichtung der genannten Bauart ist aus der DE 29 28 999 A1 bereits bekannt. In dieser Anordnung ist das Stauven til nach Abschalten einer Arbeitshydraulik zur Servolenkung parallel geschaltet. Dies bedeutet, daß dem Stauventil und einem Wärmetauscher nur der von der Servolenkung nicht benötigte Reststrom zu Heizzwecken zur Verfügung steht. Zwar erwärmt sich auch das von der Servolenkung über eine Leitung zu einem zweiten Wärmetauscher zurückströmende Öl. Diese Wärmemenge ist jedoch vergleichsweise gering und reicht zum Heizen nicht aus. Schließlich ist es möglich, daß bei niedriger Pumpendrehzahl kein Öl für Heizzwecke zur Verfügung steht, weil die gesamte Fördermenge durch einen Mengenteiler auf die Servolenkung geschaltet ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine hochwirksame Heizvorrichtung zu schaffen, die bereits während der Warmlaufzeit des Fahrzeugmotors eine voll ausreichende Wärmemenge zum schnellen Aufheizen des Fahr gastraumes abgibt. Eine Abhängigkeit der Heizwirkung von dem von der Hilfskraftlenkung nicht benötigten Überschußstrom soll dabei ver mieden werden. Außerdem soll sich die Heizvorrichtung mit möglichst wenig Bauteilen verwirklichen lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Anspruch 1 angegebene Merk malskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen enthalten die Ansprüche 2 bis 6.

Nach dem Hauptmerkmal ist die Hilfskraftlenkung dem Wärmetauscher in der Einschaltstellung des Heizventils nachgeschaltet. Das Öl fließt durch das Stauventil und nach Abgabe seiner Wärmeenergie im Wärmetauscher zur Hilfskraftlenkung. Beide Verbraucher werden daher mit der selben Ölmenge versorgt, so daß jederzeit eine ausreichende Heizenergie zur Verfügung steht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Öl nach einem Kaltstart mit einer Restwärme in der Servolen kung bereitsteht und sich die sonst übliche anfängliche Ölzähigkeit am Lenkventil nicht nachteilig auswirken kann.

Nach Anspruch 2 ist über eine durch das Heizventil schaltbare Umgehungsleitung für das Stauventil eine direkte Verbindung zwischen der Pumpe und der Hilfskraftlenkung herstellbar. Eine Umschaltung erfolgt nach Erreichen einer angenehmen Fahrgastraumtemperatur. Der Ölstrom der Pumpe wird dann nicht mehr über das Stauventil geführt, sondern steht nur noch in der Hilfskraftlenkung zur Verfügung. Ein Energieverlust am Stauventil läßt sich somit vermeiden.

Nach Anspruch 3 besitzt der durch die Pumpe versorgt Wärmetau scher eigen von der Hauptheizung unabhängigen Wärmemittelkreislauf und ist als Zusatzwärmetauscher zur Unterstützung der Heizwirkung der Hauptheizung vorgesehen. Die Wärmeabgabe der Hauptheizung läßt sich auf diese Weise insbesondere nach einem Kaltstart, durch den schnell ansprechenden Ölkreis des Zusatzwärmetauschers verstärken. Die Dau erheizung des Fahrgastraumes erfolgt danach ausschließlich über die Wärmeabgabe des Fahrzeugmotors auf die Hauptheizung.

In einer vorteilhaften Ausführungsform nach Anspruch 4 ist die Hilfskraftlenkung dem Zusatzwärmetauscher ständig nachgeschaltet und als Stauventil ist eine in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck veränderbare Verstelldrossel vorgesehen. Diese Verstelldrossel arbeitet zum schnellen Aufheizen des Ölstromes mit einem engen Durchlaßquer schnitt.

Bei Betätigung der Hilfskraftlenkung wird die Verstelldrossel in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck mehr oder weniger aufgesteuert, so daß sich der Leistungsbedarf an der Pumpe verringert.

Nach Anspruch 5 ist außerdem vorgesehen, die Verstelldrossel über ein Signal eines im Motorblock angeordneten Temperaturfühlers 50 zu beeinflussen, daß nach Erreichen der Motorbetriebstemperatur die Verstelldrossel aufgesteuert wird.

Schließlich wirkt nach Anspruch 6 der Zusatzwärmetauscher un mittelbar auf den Wärmemittelkreis des Antriebsmotors ein. Auf diese Weise läßt sich die Betriebstemperatur des Motors schnell erreichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und nachfolgend näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Haupt- und einer Zusatzheizvorrichtung mit einem Stauventil, wobei über einen gesonderten Ölkreis der Zusatz heizvorrichtung gleichzeitig eine Hilfskraftlen kung versorgt wird.

Fig. 2 eine Ausführungsform einer Heizvorrichtung, in wel cher als Stauventil eine Verstelldrossel Verwen dung findet.

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform gemäß Fig. 1, in wel cher die Zusatzheizvorrichtung ihre Heizenergie unmittelbar an das Wärmemittel des Fahrzeugmotors abgibt.

In Fig. 1 ist einem Antriebsmotor 1 ein Kühler 2 vorgeschal tet. Der Kühler 2 steht über Leitungen 3, 4 mit einem Wärmetau scher 5 in Verbindung. Über ein Heizventil 6 kann das Wärmemittel des Kühlers 2 bzw. der Antriebsmaschine 1 in den Wärmetauscher eingespeist werden. Für den schnellen Wärmetransport in einen Fahrgastraum ist ein wahlweise einschaltbares Gebläse 7 vorgese hen. Derartige von der Belastung des Fahrzeugmotors abhängige Heizungen sind in den heute angebotenen Kraftfahrzeugen allgemein verbreitet. Die beschriebene, aus den Bauteilen 5, 6, 7 bestehende Heizung, ist nachfolgend mit "Hauptheizung" bezeichnet.

Nach einem Merkmal der Erfindung ist vor dem Wärmetauscher 5 der Hauptheizung ein Zusatzwärmetauscher 10 angebracht. Mit Strichpunktierten Linien sind hierbei sämtliche zu einer Fahrer- Kabinen- oder Fahrgastraumheizung 9 gehörenden Bauteile umrandet. Der Zusatzwärmetauscher 10 ist an einen gesonderten von einer Pumpe 11 versorgten Ölkreis 8 mit einem Stauventil 12 angeschlos sen. Der Antrieb der Pumpe 11 erfolgt über den Antriebsmotor 1. Das Stauventil arbeitet mit einem Einstelldruck von ca. 100 bar, so daß die von der Pumpe 11 erzeugte Druckenergie in Wärme umge wandelt und über den Zusatzwärmetauscher 10 in den Fahrgastraum abgegeben wird.

Nach der Erfindung wird über den Ölkreis 8 auch eine Hilfs kraftlenkung 14 mit Drucköl versorgt. Die Hilfskraftlenkung be sitzt ein Steuerventil mit offener Mitte. Das über den Ölkreis 8 herangeführte Drucköl kann also in der Neutralstellung der Hilfs kraftlenkung 14 über eine Rücklaufleitung 13 abströmen. Eine Um gehungsleitung 15 stellt eine direkte Verbindung von der Pumpe 11 zur Hilfskraftlenkung 14 her. In die Umgehungsleitung 15 ist ein weiteres Heizventil 15A eingebaut.

Die Heizvorrichtung nach Fig. 1 wirkt wie folgt:
Das Heizventil 6 des Wärmetauschers 5 und das Heizventil 15A des Zusatzwärmetauschers 10 sind in ihrer Grundstellung gezeichnet. Dies bedeutet, daß die Fahrgastraumheizung 9 ausgeschaltet ist. Das von der Pumpe 11 geförderte Drucköl steht über die Umgehungs leitung 15 ausschließlich in der Hilfskraftlenkung 14 zur Verfü gung. Da das Stauventil 12 auf den erwähnten hohen Öffnungsdruck von ca. 100 bar eingestellt ist, bleibt dieses geschlossen.

Werden bei einem Kaltstart die beiden Heizventile 6 und 15A eingeschaltet, so beginnt das sich langsam erwärmende Wärmemittel des Kühlers 2 durch den Wärmetauscher 5 zu strömen. Durch das nach oben verstellte Heizventil 15A ist die Umgehungsleitung 15 gesperrt. Das von der Pumpe 11 geförderte Drucköl kann jetzt nur über den Ölkreis 8 zur Hilfskraftlenkung 14 und von dort zur Rücklaufleitung 13 gelangen. Die Pumpe 11 muß daher den Öffnungs druck des Stauventils 12 überwinden. Dabei wird das Drucköl er hitzt, das seine Wärmeenergie im Zusatzwärmetauscher 10 abgibt. Die während der Warmlaufzeit des Motors nur langsam einsetzende Heizwirkung des Wärmetauschers 5 wird somit durch das schnelle Ansprechen des Zusatzwärmetauschers 10 erheblich verbessert. Zur Unterstützung der Heizwirkung ist hierbei noch das Gebläse 7 eingeschaltet.

Beim gleichzeitigen Lenken muß die Pumpe einen Druck auf bauen, der sich aus dem Öffnungsdruck des Stauventils 12 und dem jeweiligen Arbeitsdruck der Hilfskraftlenkung 14 zusammensetzt. Ist der Fahrgastraum ausreichend aufgeheizt, so stellt der Fahrer das Heizventil 15A wieder in die gezeichnete Grundstellung zurück. Zur Dauerheizung während der Fahrt reicht die Wärmeabgabe des Wärmetauschers 5 völlig aus.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 zeigt einen durch ein Heiz ventil 16 einschaltbaren Wärmetauscher 17 einer Hauptheizung, der an einem mit einem Antriebsmotor 18 verbundenen Kühler 20 ange schlossen ist. In der Ausschaltstellung des Heizventils 16 strömt das Wärmemittel aus dem Antriebsmotor 18 über eine Umgehungslei tung 21 unmittelbar zum Kühler 20 und anschließend zum Antriebs motor zurück. Eine Pumpe 22 fördert das Drucköl über eine Ver stelldrössel 23 in einen Zusatzwärmetauscher 24, welcher wiederum mit einer Hilfskraftlenkung 26 verbunden ist. Die Wärmetauscher 17 und 24, sowie ein Gebläse 27, stellen zusammen die Fahrgastraum heizung 28 dar. Im Unterschied zu Fig. 1 sind hier der Zusatzwär metauscher 24 und die Hilfskraftlenkung 26 ständig in Reihe ge schaltet. Außerdem findet als Stauventil die Verstelldrossel 23 Anwendung.

Die Verstelldrossel 23 ist durch drei Signale folgender Be triebszustände ansteuerbar:

1. Schaltstellung des Heizventils 16 (Steuerleitung 25)
2. Motortemperatur (Steuerleitung 30)
3. Rückwirkungsdruck der Hilfskraftlenkung (Steuerleitung 31).

Bei ausgeschaltetem Heizventil 16, d. h. der Wärmetauscher 17 wird umgangen, ist die Verstelldrossel 23 ganz geöffnet. Der von der Pumpe 22 gelieferte Druckölstrom wird der Hilfskraftlenkung 26 ungehindert zugeleitet und steht dort im Falle einer Lenkungsbe tätigung als Arbeitsstrom zur Verfügung.

Bei eingeschaltetem Heizventil 16, d. h. der Wärmetau scher 17 wird durchströmt, übernimmt die Verstelldrossel 23 ihre Staufunktion, so daß die erzeugte Wärmeenergie des Öles über den Zusatzwärmetauscher 24 abgegeben wird. Sobald eine Lenkungsbetä tigung vorgenommen wird, wirkt der sich aufbauende Arbeitsdruck als Rückwirkungsdruck über die Steuerleitung 31 auch auf die Ver stelldrossel 23 ein und steuert diese auf. Die Stauwirkung wird also während eines Lenkvorganges in Abhängigkeit vom jeweiligen Arbeitsdruck mehr oder weniger aufgehoben.

Hat der Antriebsmotor 18 seine Betriebstemperatur erreicht, so erfolgt ein selbsttätiges Aufsteuern der Verstelldrossel 23 über die Steuerleitung 30, welche mit einem Temperaturfühler des Antriebsmotors 18 verbunden ist. An der Verstelldrossel 23 findet setzt keine Energieumwandlung mehr statt. Der Zusatzwärmetau scher 24 gibt also keine Wärmeenergie mehr ab. Der Wärmetau scher 17 reicht nunmehr für die weitere Wärmeversorgung alleine aus.

Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß die Nennlei stung der Pumpe 22 geringer sein kann, da diese für einen gerin geren Höchstdruck ausgelegt werden kann.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ein Zusatzwärmetau scher 32 zum schnellen Aufheizen des Wärmemittelkreises 33 eines Antriebsmotors 34 vorgesehen. Die in der Einschaltstellung eines Heizventils 35 mittels eines Stauventils 36 erzeugte Wärmeenergie dient also zum raschen Erreichen der Motortemperatur. Bei gleich zeitig durch ein weiteres Heizventil 37 eingeschaltetem Wärmetau scher 38 ist ein schnelles Ansprechen der Fahrgastraumheizung 40 gesichert. Außerdem wird durch diese Anordnung der Kaltstartver schleiß des Motors 34 verringert.

Bezugszeichenliste

Fig. 1
1 Antriebsmotor
2 Kühler
3 Leitung
4 Leitung
5 Wärmetauscher
6 Heizventil
7 Gebläse
8 Ölkreis
9 Fahrgastraumheizung
10 Zusatzwärmetausch
11 Pumpe
12 Stauventil
13 Rücklaufleitung
14 Hilfskraftlenkung
15 Umgehungsleitung
15A Heizventil
Fig. 2
16 Heizventil
17 Wärmetauscher
18 Antriebsmotor
19 -
20 Kühler
21 Umgehungsleitung
22 Pumpe
23 Verstelldrossel
24 Zusatzwärmetauscher
25 Steuerleitung an 16
26 Hilfskraftlenkung
27 Gebläse
28 Fahrgastraumheizung
29 -
30 Steuerleitung an 18
31 Steuerleitung an 26
Fig. 3
32 Zusatzwärmetauscher
33 Wärmemittelkreis
34 Antriebsmotor
35 Heizventil
36 Stauventil
37 Heizventil
38 Wärmetauscher
39 -
40 Fahrgastraumheizung

Claims

1. Heizvorrichtung mit einem Wärmemittelkreislauf zum Erwärmen des Fahrgastraumes von Kraftfahrzeugen, mit einem Heizventil und mit einer über ein Stauventil an einen Wärmetauscher angeschlossenen Pumpe, die gleichzeitig eine Hilfskraftlenkung versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskraftlen kung (14) dem Wärmetauscher (10) in der Einschaltstellung des Heiz ventils (15A) nachgeschaltet ist.

2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über eine durch das Heizventil (15A) schaltbare Umgehungsleitung (15) für das Stau ventil (12) eine direkte Verbindung zwischen der Pumpe (11) und der Hilfskraftlenkung (14) herstellbar ist.

3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Pumpe (11) versorgte Wärmetauscher (10) einen von der Hauptheizung (5, 6, 7) unabhängigen Wärmemittelkreislauf besitzt und als Zusatz wärmetauscher zur Unterstützung der Heizwirkung der Hauptheizung vorgesehen ist.

4. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskraft lenkung (26) dem Zusatz-Wärmetauscher (24) ständig nachgeschaltet ist und als Stauventil eine in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck veränderbare Verstelldrossel (23) vorgesehen ist (Fig. 2).

5. Heizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelldrossel (23) durch die Motortemperatur beeinflußbar ist.

6. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwärmetau scher (32) unmittelbar auf den Wärmemittelkreis (33) des Antriebs motors (34) einwirkt (Fig. 3).