Toyota LandCruiser HZJ 78:

Einbau wassergekühlte Standheizung zur Motorvorwärmung

Vorbemerkung

Wenn über Standheizungen in Reisefahrzeugen gesprochen wird, denken die meisten sofort an Heizungen, die Warmluft für den Innenraum erzeugen. Es gibt aber auch die Variante einer Wasserheizung, und um die wird es hier schwerpunktmäßig gehen. Eine Wasserheizung kann nämlich (neben dem Heizen des Wohnraums) auch zur Motorvorwärmung sowie zum Erwärmen von Brauchwasser genutzt werden.

Das grundlegende Prinzip ist in beiden Fällen jedoch gleich: Brennstoff (Gas, Benzin oder Diesel) wird mittels Druck bei Gas oder durch eine kleine Pumpe in eine Brennkammer eingeleitet und dort verbrannt. Die entstehende Wärme wird dabei entweder als warme Luft (Luftheizung) oder als warmes Wasser (Wasserheizung) abgeführt.

Prinzip einer Luftheizung

Am Beispiel einer Airtronic von Eberspächer erkennt man die Funktionsweise (Bild links): Eine Dosierpumpe spritzt Kraftstoff in eine Brennkammer, in der dieser kontrolliert verbrennt. Ein Luftgebläse saugt kalte Luft an, diese erwärmt sich an den heißen Außenwänden der Brennkammer und strömt als Warmluft in den Innenraum des Wohnmobils.

Warmluftschläuche verteilen die Wärme dann im Wohnraum. Die nötige Verbrennungsluft wird durch ein weiteres Gebläse angesaugt und verlässt die Heizung schließlich als heißes Abgas durch einen feuerfesten Auspuff mit Schalldämpfer. Aus Sicherheitsgründen wird eine solche Heizung meistens auf der Bodenplatte des Chassis montiert, damit die Abgase direkt ins Freie geführt werden können.

Diverse Sensoren stellen sicher, dass eine solche Heizung korrekt arbeitet und nicht überhitzen kann. Bei unserem Modell, einer Planar 2D des russischen Herstellers Autoterm mit 2kW Heizleistung, wird das Außengehäuse nur handwarm. Ein Höhensensor sorgt dabei für eine Reduzierung der Einspritzmenge in Höhenlagen, damit auch in größeren Höhen noch eine ordentliche Verbrennung erfolgen kann. In diesem Fall ist dann aber die Heizleistung reduziert. Unser Modell ist bis zu einer Höhe von 2.500 Meter zugelassen. Wichtig: Wird in Höhenlagen die Treibstoffmenge nicht reduziert, erfolgt eine schlechtere Verbrennung und die Brennkammer verrußt. Mit etwas Glück lässt sich die Heizung auf Meereshöhe allenfalls wieder "freibrennen". Wenn sie sich aber nicht mehr starten lässt, muss die Heizung komplett zerlegt und gereinigt werden ...

Prinzip einer Wasserheizung

Die Wasserheizung (z.B. unsere Binar von Autoterm) besitzt ebenfalls eine Brennkammer. Hier jedoch wird die erzeugte Wärme mittels einer Kühlflüssigkeit abgeführt, und zwar mit der gleichen Flüssigkeit (Wasser-Glykol-Mischung) wie die, welche im Kühlkreislauf eines KFZ zum Einsatz kommt.

Ansonsten ist das Prinzip ähnlich (siehe Bild rechts) wie bei einer Luftheizung, mit dem Unterschied, dass statt eines Frischluftgebläses eine Wasserpumpe für den Wärmetransport sorgt. Je nach Einbau der Heizung kann so mit dem erzeugten warmen Wasser (gemäß dem Prinzip einer Zentralheizung) der Innenraum mit Heizkörpern geheizt werden. Mittels eines Wärmetauschers kann aber auch das Brauchwasser erwärmt werden oder aber die Wärme wird genutzt, um den Motor vor dem Start vorzuwärmen.

Motorvorwärmung

Warum haben wir uns zum Einbau einer Motorvorwärmung entschlossen?

Für einen Dieselmotor, insbesondere älterer Bauart und großem Hubraum, ist der Kaltstart immer eine Belastung. Dies trifft insbesondere bei niedrigen Temperaturen zu. Eine Vorwärmung des Kühlwassers reduziert beim Starten den Verschleiß und sorgt von Anfang an für eine gute Verbrennung.
Die Starterbatterie und der Anlasser werden entlastet, da warmes Motoröl eine bessere Viskosität hat und der Anlasser weniger Kraft aufwenden muss.
Sofort nach dem Start kommt warme Luft aus den Ausströmern am Armaturenbrett und erwärmt den Fahrer / Beifahrer.
Da bei uns die Warmwasserversorgung mittels eines Wärmetauschers über das Kühlwasser erfolgt, können wir somit auch unabhängig vom Motorbetrieb unser Brauchwasser aufheizen.
Sollte unsere Luftheizung Planar 2D ausfallen, kann diese Heizung als Backup zumindest für etwas Wärme im Innenraum sorgen.

Mit dem Einbau der Li-Batterie im Innenbereich wurde endlich Platz im Motorraum frei für eine solche Heizung. Die Positionierung dieser Art von Heizung ist anspruchsvoller als bei einer Luftheizung und will gut bedacht werden.

Grundlegend hierzu sind Kenntnisse über den Verlauf des kleinen und großen Kühlkreislaufs und wie diese prinzipiell zusammenarbeiten.

Der kleine Kreislauf (Bild links, blau) erwärmt den Motor rasch und somit auch den Innenraum mittels Wärmetauscher. Ist das Kühlwasser warm genug (ca. 80°C), öffnet das Thermostat den großen Kreislauf (rot), und die Wärme des Motors wird über den Kühler abgeführt, damit der Motor sich nicht überhitzt. (Quelle: Kfz-Schule, YouTube)

Einbau

Ich habe die Heizung in den kleinen Kreislauf vor dem Wärmetauscher eingebaut, was bedeutet, dass der Heizungsregler zwingend auf "warm" stehen muss, damit die Kühlflüssigkeit zirkulieren kann. Wichtigste Einbaukriterien:

Der Brenner muss nahe des kleinen Kühlkreislaufs eingebaut werden.
Der Verlauf der Kühlschläuche des kleinen Kühlkreislaufs vom Motoraustritt über elektrische Umwälzpumpe zum Brenner bis zum Wärmetauscher für den Innenbereich sollte aufsteigend sein, damit sich keine Luftblasen im Kühlkreislauf bilden können.
Der Brenner sollte sich unterhalb des Ausgleichgefäßes für die Kühlflüssigkeit befinden.
Da der Brenner eine Leistung von 5 kW hat, wird er trotz der Kühlung außen heiß und braucht somit entsprechende Freiräume.
Die Abgasführung darf nicht mit hitzeempfindlichen Bauteilen in Kontakt kommen.

Zum Thema "Einbau von Luftheizungen" quillt YouTube über mit Einbaufilmen und Tipps. Für Wasserheizungen habe ich allerdings gerade mal einen einzigen Film (Stand 04/21) gefunden, der zum Glück den Einbau bei einem Mercedes G gut beschreibt.

Bei uns (Bild unten rechts) war der ideale Platz die Position der Starterbatterie (vor dem linken Kotflügel), somit musste diese auf den Platz umziehen, den früher mal die Verbraucherbatterien eingenommen hatten. Hierzu musste leider der Batterieträger aufgeschnitten werden und neue Halterungen verwendet werden. Bei dieser Gelegenheit wurden die Batteriekabel und der Tiefentlade-Schutz der Starterbatterie neu verlegt. Als die finale Lage passte, wurde der Brenner (komplett mit Abgasrohr, Frischluftschlauch und Dieselleitung!) montiert, da diese Anschlüsse später durch den Batterieträger verdeckt sind.

Aufgrund der Gegebenheiten im Motorraum musste die Motorheizung relativ hoch installiert werden (Bild oben links). Die Oberkante der Schläuche befindet sich etwas oberhalb der Maximalmarkierung des Ausgleichsbehälters. Dies entspricht zwar nicht den Vorgaben des Herstellers, funktioniert aber bei guter Entlüftung der Schläuche, da es ein geschlossenes System darstellt.

Versorgung mit Brennstoff, Luft und Kühlwasser

Die Dieselversorgung war relativ einfach zu verlegen (Bild unten links), da die vorhandene Standheizung bereits einen Abgang von der Dieselleitung zum Motor hatte. Da dieser Abgang vor dem Dieselfilter erfolgt, wurde ein kleiner Vorfilter eingebaut, bevor ein T-Stück die beiden Dosierpumpen mit Kraftstoff versorgt. Beim Einbau der Kraftstoffleitungen ist es enorm hilfreich, die Leitungen provisorisch verschließen zu können, weil der Diesel sonst frei fließen kann. Eine passende Blechschraube mit etwas Teflonband hilft dabei, wenn der Dieselschlauch provisorisch zu verschließen ist ...

Die elektrische Umwälzpumpe (Bild oben rechts) wird in Fließrichtung des Kühlwassers vor dem Brenner installiert. Die Fließrichtung ist leicht zu erkennen, und zwar anhand des Temperaturanstiegs vor und nach dem Wärmetauscher der Heizung des Innenraums. Die Fließrichtung muss zwingend beachtet werden, weil ansonsten die Wasserpumpe des Motors und die Umwälzpumpe entgegengesetzt arbeiten.

Die Frischluftzufuhr erfolgt unterhalb des Batterieträgers aus dem Motorraum, die Abgase werden durch einen isolierten Schlauch direkt nach unten, am Lenkgestänge vorbei, in Richtung Stoßstange geführt. Auf der Innenseite der Stoßstange ist der Abgas-Schalldämpfer montiert (Bild unten links), durch den die immer noch heißen Abgase ins Freie gelangen. Auf jeden Fall muss darauf geachtet werden, dass der Austrittsbereich frei von hitzeempfindlichen Teilen ist (anfangs hatte ich den linken Vorderreifen nicht im Blick - er wurde durch die Abgase richtig warm!).

Hat man sich mit dem Kühlwasserkreislauf erst einmal vertraut gemacht (Bild unten rechts), wird der Kühlwasserschlauch vor dem Wärmetauscher getrennt (mit einem scharfen Cutter). Wie beim Diesel ist auch hier ein vorbereiteter Stopfen hilfreich, damit wenig Kühlflüssigkeit austritt. Der zwei Meter lange Kühlschlauch der Lieferung hat übrigens mit 18 mm Innendurchmesser das gleiche Maß wie beim HZJ. Mit den mitgelieferten Spannklemmen werden die Schläuche mit Pumpe und Brenner verbunden.

Bevor der Kühlwasserschlauch, der vom Ausgang des Brenners kommt, an den Wärmetauscher des Innenbereichs angeschlossen wird, wird mit einem Trichter der Schlauch mit neuer Kühlflüssigkeit gefüllt. Neue Schlauchlänge x Querschnittsfläche ergibt dass Füllvolumen ... sofern man Radius nicht mit Durchmesser vertauscht (wie es mir anfangs passierte). Jetzt noch kurz den Motor starten, damit die Wasserpumpe ggf. Luftblasen aus den neu montierten Schläuchen drückt. Anschließend wird der kleine Kühlkreislauf wieder geschlossen.

Elektrik

Der mitgelieferte Kabelbaum ist vollständig aufgebaut und muss nur korrekt mit allen Bauteilen (Dieselpumpe, Umwälzpumpe, Brenner, Steuergerät und Stromversorgung) verbunden werden. Die Steckverbinder werden erst montiert, wenn alle Kabel durch mögliche Engpässe wie Spritzwände geschoben wurden; sehr praktisch! In unserem Fall kommt der Strom von der Li-Batterie, denn die Starterbatterie soll ja geschont werden.

Das Steuergerät wird im Armaturenbereich installiert und ermöglicht so manches:

Programmierbarer Start
Einstellung der max. Kühlwassertemperatur
Heizdauer
div. Parametereinstellungen zu Lüftung, Anzeige etc.

Im Betrieb werden angezeigt:

Innentemperatur
Kühlwassertemperatur
Batteriespannung
bisherige Heizdauer.

Inbetriebnahme und erste Erfahrungen

Bereits der zweite Startversuch war erfolgreich und der Brenner sprang direkt an ohne Probleme. Die Heizung ist nicht lauter als eine übliche Standheizung. Nach wenigen Minuten erwärmt sich das Kühlwasser spürbar, nach gut 30 Minuten hat sich das Wasser um mehr als 50°C erwärmt. Nach 40 Minuten ist der Motorblock gut warm geworden, die Temperatur des Kühlwassers verbleibt auf 80°C wie eingestellt. Nach dieser Zeit ist auch unser Warmwasserboiler so warm geworden, dass wir duschen könnten ...

Leider gibt es für diese Ausführung (Binar von Autoterm) keine Höhenanpassung wie bei der Planar 2D. Der Hersteller gibt eine maximale Betriebshöhe von 1.000 Meter an. Ich gehe davon aus, dass kurzfristig auch ein Betrieb in höheren Lagen möglich ist, allerdings sollte danach ein Freibrennen in tieferen Lagen erfolgen.

Der Einbau war nicht einfach wegen der beengten Platzverhältnisse und Anpassungen an diversen Halterungen. Die restlichen Arbeiten waren dagegen nicht sonderlich schwierig, wenn man die Anleitung sorgfältig befolgt ...

Meine Beschreibungen und Erfahrungen mögen für andere Fahrzeuge abweichen, somit sind diese mit Vorsicht zu genießen. Wer einen solchen Einbau selbst vornehmen möchte, sollte sich vorher mit einem KFZ-Mechaniker seines Vertrauens austauschen und im besten Fall seine Arbeiten von ihm abnehmen lassen, um auf der sicheren Seite zu sein. Zur Lieferung ist noch anzumerken, dass diese wirklich komplett zum Einbau mit allen Schrauben, Schläuchen, Schellen etc. ist. Das einzige, was noch zusätzlich bestellt werden musste, war ein T-Stück zur Dieselverteilung zur zweiten Dosierpumpe ...

Anm. der Red.: Weitere Beiträge von Hans-Jörg finden sich in unserer Autorenübersicht!

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