DE10025083A1 - Fahrzeugklimatisierungseinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugklimatisierungseinheit mit einem Kaltluftkanal (9) zur Bereitstellung eines unbeheizten Kaltluftstroms, einem dazu parallelen Warmluftkanal (10) zur Bereitstellung eines beheizten Warmluftstroms und einem Luftauslassbereich (11), der mehrere, zu verschiedenen Fahrzeuginnenraumbereichen führende Luftauslässe (12, 14, 15) aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind Luftstromschichtungssteuermittel mit einer steuerbaren Luftstromleiteinheit (7) vorgesehen, die in der Ausmündung des Warmluftkanals angeordnet oder von einer beweglichen Luftsteuerklappe gebildet ist, mit der in steuerbarem Maß der Warmluftkanal und der Kaltluftkanal ganz oder teilweise abgesperrt bzw. freigegeben werden können und die eine nieren- oder sichelförmige Gestalt mit in Luftströmungsrichtung gekrümmter Anströmfläche aufweist. DOLLAR A Verwendung z. B. in Fahrzeugklimaanlagen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugklimatisierungseinheit mit ei­ nem Kaltluftkanal zur Bereitstellung eines unbeheizten Kaltluftstroms, einem dazu parallelen Warmluftkanal zur Bereitstellung eines beheizten Warmluft­ stroms und einem Luftauslassbereich, in den der Kaltluftkanal und der Warmluftkanal münden und der mehrere, zu verschiedenen Fahrzeug­ innenraumbereichen führende Luftauslässe aufweist. Unter Kaltluft ist dabei vorliegend ein von außen angesaugter, unbeheizt bleibender, optional z. B. durch einen Klimaanlagenverdampfer gekühlter Luftstrom zu verstehen, während zur Bereitstellung des Warmluftstroms die angesaugte Luft direkt oder, z. B. zwecks Lufttrocknung, nach vorheriger Kühlung beheizt wird.

Eine derartige Fahrzeugklimatisierungseinheit ist in der Offenlegungsschrift DE 195 40 286 A1 als Teil einer Klimaanlage beschrieben. Von einem Ge­ bläse angesaugte Luft wird über einen Verdampfer geleitet und von dort über entsprechende ansteuerbare Luftklappen mit steuerbaren Anteilen zum einen einem Warmluftkanal, in welchem ein Heizkörper angeordnet ist, und zum anderen einem den Warmluftkanal umgehenden, parallelen Kaltluftka­ nal zugeführt. Kaltluftkanal und Warmluftkanal münden in einen Luftaus­ lassbereich, der mehrere, zu verschiedenen Fahrzeuginnenraumbereichen führende Luftauslässe aufweist, speziell einen Auslass für einen zu Aus­ strömdüsen im Armaturenbrett führenden Luftkanal, Auslässe für zu Fuß­ raumdüsen führenden Luftkanälen und Auslässe für zu Defrosterdüsen un­ terhalb einer Windschutzscheibe führenden Luftkanälen. In der Ausmün­ dung des Warmluftkanals ist eine Luftstromleiteinheit in Form von mehreren feststehenden Luftleitelementen angeordnet, die im wesentlichen quer zur Einmündungsrichtung des Kaltluftkanals in den Luftauslassbereich ausge­ richtet sind, so dass der Warmluftstrom im Luftauslassbereich im wesentli­ chen quer auf den Kaltluftstrom trifft und eine intensive Vermischung beider Luftströme erfolgt.

Bei einer in der Offenlegungsschrift EP 0 258 097 A1 beschriebenen Fahr­ zeugklimatisierungseinheit der eingangs genannten Art ist zum einen eine Mischklappe drehbeweglich im Mündungsbereich von Warmluft- und Kalt­ luftkanal und zum anderen eine Strömungsleitklappe drehbeweglich im an­ schließenden Luftauslassbereich vorgesehen. Die Mischklappe ist von fla­ cher, rautenförmiger Querschnittsform und in einem mittleren Bereich dreh­ beweglich derart gelagert, dass sie zwischen einer ersten Endstellung, in der sie den Warmluftkanal absperrt und den Kaltluftkanal freigibt, und einer zweiten Endstellung verstellbar ist, in der sie den Warmluftkanal freigibt und den Kaltluftkanal absperrt. Die Strömungsleitklappe ist vor den Auslässen des Luftauslassbereiches entlang einer Klappenkante schwenkbeweglich derart gelagert, dass Warmluft einerseits und Kaltluft andererseits mit in ge­ wissem Umfang steuerbaren Anteilen in die verschiedenen Auslässe weiter­ geleitet werden.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Fahr­ zeugklimatisierungseinheit der eingangs genannten Art zugrunde, die in re­ lativ einfacher Weise eine vergleichsweise variable und gut steuerbare Zu­ teilung von Warmluft einerseits und Kaltluft andererseits zu den verschiede­ nen Auslässen ermöglicht.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Fahrzeug­ klimatisierungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Klimati­ sierungseinheit beinhaltet charakteristischerweise Luftstromschichtungs­ steuermittel zur variablen Schichtung von Kalt- und Warmluftstrom im Luf­ tauslassbereich. Hierzu beinhalten die Luftstromschichtungssteuermittel eine steuerbare Luftstromleiteinheit. Diese kann entweder in der Ausmündung des Warmluftkanals angeordnet oder von einer beweglichen Luftsteuerklap­ pe im Mündungsbereich von Warmluft- und Kaltluftkanal gebildet sein. In ersterem Fall kann die Luftstromleiteinheit z. B. aus einer oder jalousieartig mehreren nebeneinanderliegenden Luftleitklappen oder -lamellen bestehen. In letzterem Fall dient die Luftsteuerklappe neben der Einstellung der ge­ wünschten Schichtung von Warmluft und Kaltluft im Luftauslassbereich gleichzeitig zur Einstellung des Mengenverhältnisses an Warm- und Kaltluft und einer gezielten Strömungsrichtung, z. B. in Richtung der verschiedenen Auslässe. Dazu ist sie zwischen zwei Endstellungen beweglich, in denen sie jeweils den einen Luftkanal absperrt und den anderen Luftkanal freigibt und zwischen denen sie bevorzugt stufenlos in Zwischenstellungen einstellbar ist. Die Luftsteuerklappe ist im Querschnitt von nieren- oder sichelförmiger Gestalt derart, dass sie eine vom Mittenbereich zu den beiden Kantenberei­ chen hin in Luftströmungsrichtung gekrümmte Luftanströmfläche aufweist. Dies ergibt im Zusammenwirken mit geeignet gestalteten Begrenzungsflä­ chen von Kalt- und Warmluftkanal im Mündungsbereich eine vorteilhafte, zur Erzielung der gewünschten Warm- und Kaltluftschichtung gut geeignete Strömungscharakteristik.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dar­ gestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht durch eine Fahrzeug­ klimatisierungseinheit mit luftstromschichtungssteuernder Ja­ lousie für eine Fahrzeugklimaanlage in einem Kaltluft- Betriebszustand,

Fig. 2 eine Ansicht entsprechend Fig. 1, jedoch für einen Warmluft Betriebszustand,

Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 1, jedoch in einem Betriebszu­ stand mit normaler Luftschichtung,

Fig. 4 eine Ansicht entsprechend Fig. 3, jedoch in einem Betriebszu­ stand mit verkleinerter Luftschichtung,

Fig. 5 eine Ansicht entsprechend Fig. 3, jedoch in einem Betriebszu­ stand mit vergrößerter Luftschichtung und

Fig. 6 eine Längsschnittansicht einer Fahrzeugklimatisierungseinheit mit einer drehbeweglichen Klappe als Luftstromschichtungs­ steuermittel für eine Fahrzeugklimaanlage.

Die in den Fig. 1 bis 5 gezeigte Fahrzeugklimatisierungseinheit beinhaltet ein Gehäuse 1, in welchem ein Verdampfer 2, eine Kaltluftklappe 3, eine Temperaturklappe 4, ein Heizkörper 5, ein elektrisches Heizelement 6 und Luftstromschichtungssteuermittel in Form einer ansteuerbaren Jalousie 7 mit z. B. drei Lamellen untergebracht sind und aus welchem mehrere Auslässe zur Weiterleitung von dem Gehäuse 1 zugeführter und in ihm aufbereiteter Luft zu verschiedenen Bereichen eines Fahrzeuginnenraums ausmünden. Speziell wird die Luft über ein übliches, nicht gezeigtes, am Gehäuse 1 an­ gebrachtes Gebläse als Umluft vom Fahrzeuginnenraum oder als Frischluft von außerhalb des Fahrzeugs angesaugt und, wie mit den Strömungspfeilen veranschaulicht, zunächst über den Verdampfer 2 geleitet. Der Verdampfer 2 ist dabei so im Gehäuse 1 angeordnet, dass die Luft vorteilhafterweise im wesentlichen parallel zur hierzu mit einem Pfeil R angedeuteten Fahrzeug­ fahrtrichtung durch den Verdampfer 2 hindurchgeleitet wird. Durch die Durchströmung des Verdampfers 2 in Fahrtrichtung R wird die abgekühlte Luft an die parallel zur Stirnwand des Fahrzeugs verlaufende Gehäusewand geführt. Hierbei können sich die entstandenen Kondenswassertropfen ab­ setzen und nach unten zu einem Kondenswasserablauf abgeführt werden. Bei aktivem Verdampfer 2 wird die Luft gekühlt, ansonsten tritt sie ohne Temperaturbeeinflussung durch den Verdampfer 2 hindurch. Anschließend wird der Luftstrom mittels der Kaltluftklappe 3 und der Temperaturklappe 4 mit steuerbaren Anteilen auf einen ersten Kaltluftkanal 8, einen zweiten Kaltluftkanal 9 und/oder einen Warmluftkanal 10 aufgeteilt, wobei die drei Luftkanäle 8, 9, 10 durch entsprechende Gehäuseinnenwandungen gebildet sind und strömungstechnisch parallel geschaltet sind. Der Heizkörper 5 und das elektrische Heizelement 6 sind im Warmluftkanal 10 hintereinanderlie­ gend angeordnet.

Die drei parallelen Luftkanäle 8, 9, 10 münden austrittseitig in einen Luft­ auslassbereich 11, wobei die Jalousie 7 in der Mündung des Warmluftka­ nals 10 zum Luftauslassbereich 11 angeordnet ist. Vom Luftauslassbereich 11 führen die verschiedenen Auslässe ab, speziell sind dies ein Fußraum­ auslass 12, von dem entsprechende Fußraumkanäle 13 weiterführen, ein Belüftungsauslass 14, von dem kopfraumseitige Luftkanäle weiterführen, und ein Defrosterauslass 15, von dem entsprechende Defrosterkanäle wei­ terführen, wobei wie üblich mindestens je ein Kanal jedes Typs für die linke und rechte Fahrzeugseite vorgesehen ist. Dabei mündet der Belüftungs­ auslass 14 auf der in Fig. 1 linken Mündungsseite des Luftauslassbereiches 11 aus, der Defrosterauslass 15 und, in der gewählten Schnittansicht nicht explizit zu erkennen, der fußraumseitige Auslass 12 hingegen aus der rechten Seite des Luftauslassbereichs 11. In den Auslässen sind üb­ liche Luftklappen 16 angeordnet.

Fig. 1 zeigt die Klimatisierungseinheit in einem Kaltluft-Betriebszustand, in welchem allen Auslässen 12, 14, 15 unbeheizte Luft zugeführt wird, die ge­ gebenenfalls durch Aktivierung des Verdampfers 2 gekühlt sein kann. In die­ sem Betriebszustand ist die Kaltluftklappe 3 geöffnet, wodurch der ankom­ mende Luftstrom in einen durch den ersten Kaltluftkanal 8 strömenden Teil und einen durch den zweiten Kaltluftkanal 9 strömenden Teil aufgeteilt wird. Die Temperaturklappe 4 ist geschlossen und verhindert dadurch einen Lufteintritt in den Warmluftkanal 10. Die beiden Kaltluftströme werden im Luftauslassbereich 11 wieder zusammengeführt, von wo die unbeheizte und gegebenenfalls vom Verdampfer 2 aktiv gekühlte Luft in die verschiedenen Auslässe 12, 14, 15 geleitet wird. Die geschlossene Jalousie 7 verhindert jeglichen Wärmeeintrag vom Warmluftkanal 10 in den Luftauslassbereich 11 und damit jegliche Restaufwärmung des dortigen, auf die Auslässe 12, 14, 15 über die Klappen 16 mit steuerbaren Anteilen verteilten Kaltluftstroms.

Fig. 2 zeigt die Klimatisierungseinheit in einem Warmluft-Betriebszustand, in welchem ausschließlich beheizte Luft den verschiedenen Auslässen 12, 14, 15 zugeführt wird. Dazu wird die Kaltluftklappe 3 geschlossen, und die Tem­ peraturklappe 4 wird in eine den zweiten Kaltluftkanal 9 absperrende End­ stellung verbracht, so dass die gesamte, den Verdampfer 2 verlassende Luft durch den Warmluftkanal 10 hindurchgeleitet wird. Dort wird sie in ge­ wünschter Weise durch den Heizkörper 5 und/oder das elektrische Heizele­ ment 6 aufgeheizt. Die Jalousie 7 befindet sich in ihrer voll geöffneten Stel­ lung mit um 90° gegenüber der Geschlossenstellung verschwenkten Lamel­ len, um die erwärmte Luft zum Luftauslassbereich 11 durchzulassen.

Fig. 3 zeigt die Klimatisierungseinheit in einem Betriebszustand, in welchem eine normale Luftschichtung der aufbereiteten Luft im Luftauslassbereich 11 erzeugt wird, bei welcher wärmere Luft zum fußraumseitigen Auslass 12 und kühlere Luft zum kopfraumseitigen Belüftungsauslass 14 geleitet wird. Dazu ist die Kaltluftklappe 3 geöffnet, um einen Teil der Luft nach dem Verdampfer 2 über den ersten Kaltluftkanal 8 zu leiten, und die Temperaturklappe 4 ist in eine mittlere Stellung gesteuert, in der sie den ankommenden Luftstrom auf den zweiten Kaltluftkanal 9 einerseits und den Warmluftkanal 10 andererseits aufteilt. Die Jalousie 7 befindet sich in ihrer voll geöffneten Stellung.

Fig. 4 zeigt die Klimatisierungseinheit in einem Betriebszustand mit verklei­ nerter, abgeschwächter Luftschichtung im Luftauslassbereich 11. Dazu ent­ sprechen die Stellungen der Kaltluftklappe 3 und der Temperaturklappe 4 denjenigen im Betriebszustand normaler Luftschichtung gemäß Fig. 3, wäh­ rend die Jalousie 7 in eine über ihre volle Offenstellung hinausgedrehte Stellung eingestellt ist, in der die Lamellen einen Schwenkwinkel von ca. 120° gegenüber der Geschlossenstellung einnehmen. In dieser Jalousie­ stellung wird die wärmere Luft stärker zur linken Seite des Luftauslassbe­ reichs 11 geführt, von welcher der Belüftungsauslass 14 ausmündet, wäh­ rend auf der rechten Seite, von welcher der fußraumseitige Auslass 12 und der Defrosterauslass 15 abgehen, vermehrt kühlere Luft bereitsteht.

Fig. 5 zeigt die Klimatisierungseinheit in einem Betriebszustand mit gegen­ über der normalen Schichtung von Fig. 3 vergrößerter Luftschichtung im Luftauslassbereich 11. Dazu entsprechen die Stellungen der Kaltluftklappe 3 und der Temperaturklappe 4 denjenigen der Fig. 3 und 4, wobei die Kaltluft­ klappe 3 auch ganz geschlossen sein könnte. Die Jalousie 7 ist auf eine Zwischenstellung zwischen ihrer Geschlossenstellung und ihrer vollen Of­ fenstellung eingestellt, z. B. auf einen Lamellenschwenkwinkel von ca. 60°. Dies vergrößert die Luftschichtungswirkung, wobei in dieser Jalousiestellung der linke Teil des Mischluftstroms im Luftauslassbereich 11, der primär in den Belüftungsauslass 14 gelangt, einen höheren Kaltluftanteil aufweist, während die primär zum fußraumseitigen Auslass 12 und zum Defroster­ auslass 15 gelangende, rechte Mischluftstromseite einen erhöhten Warm­ luftanteil aufweist.

Wie die oben beschriebenen Darstellungen verschiedener Betriebszustände verdeutlichen, ermöglicht die Klimatisierungseinheit wahlweise einen direk­ ten Kaltluftstrom zur Belüftung, einen direkten Warmluftstrom für den Fuß­ raum und/oder zur Entfrostung sowie eine variable Luftschichtung im Aus­ lassbereich durch entsprechende Verstellung der Jalousie 7. Der Warmluft­ kanal 10 bleibt durch Umströmung der beiden Kaltluftkanäle 8, 9 abge­ grenzt. Die bauliche Konstruktion der Klimatisierungseinheit ist so gewählt, dass die Luft vom Fördergebläse über einen Filter zum Verdampfer und in Fahrtrichtung über diesen geleitet werden kann. Spritzwasser kann pro­ blemlos im Stirnwandbereich des Fahrzeugs abgeführt werden, ohne dass damit der Warmluftkanal 10 in Kontakt kommt.

Fig. 6 zeigt eine Fahrzeugklimatisierungseinheit im Längsschnitt, die als Luftstromschichtungssteuermittel eine spezielle, drehbewegliche Luftsteuer­ klappe 17 statt der Jalousie 7 des oben beschriebenen, ersten Ausfüh­ rungsbeispiels aufweist. Soweit die Klimatisierungseinheit von Fig. 6 funk­ tionell gleiche Kompontenten aufweist wie diejenige der Fig. 1 bis 5, sind der Übersichtlichkeit halber gleiche Bezugszeichen verwendet, und es kann in­ soweit auf die obige Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwie­ sen werden. Im weiteren Unterschied zum ersten Beispiel ist bei der Klimati­ sierungseinheit von Fig. 6 nur noch ein einziger Kaltluftkanal vorgesehen, und zwar der den Warmluftkanal 10 unterseitig umgebende Kaltluftkanal 9. Dementsprechend entfällt die Kaltluftklappe 3 des ersten Beispiels.

Die Luftsteuerklappe 17 vereinigt die Funktionen der Temperaturklappe 4 und der Jalousie 7 des obigen Beispiels. Zu diesem Zweck besitzt sie eine geeignete, nieren- oder sichelförmige Querschnittsform und ist derart um eine Schwenkachse 18 drehbeweglich angeordnet, dass sie zwischen einer gestrichelt angedeuteten ersten Endstellung 17a und einer gepunktet ange­ deuteten zweiten Endstellung 17b stufenlos verstellbar ist, wobei sie mit durchgezogener Linie in einer Zwischenstellung gezeigt ist. In der ersten Endstellung 17a sperrt sie die ausgangsseitige Mündung des Warmluftka­ nals 10 vollständig ab und gibt gleichzeitig den Kaltluftkanal 9 vollständig frei. Umgekehrt sperrt sie in der zweiten Endstellung 17b den Kaltluftkanal 9 vollständig ab und gibt gleichzeitig den Warmluftkanal 10 vollständig frei. In den Zwischenstellungen lässt sie Luft vom Kaltluftkanal 9 und vom Warm­ luftkanal 10 mit steuerbaren Durchtrittsquerschnitten und damit in steuerba­ ren Mengenanteilen durch und bewirkt gleichzeitig im Zusammenwirken mit geeignet gestalteten Kanalwandungen im Bereich der Luftsteuerklappe 17 und im anschließenden Luftauslassbereich 11 eine jeweils gewünschte, va­ riable Luftschichtung. Dabei ist die Luftsteuerklappe 17 mit ihrer nach außen gekrümmten Außenseite 19 dem Kaltluft- und Warmluftkanal 9, 10 zuge­ wandt, die somit eine Luftanströmfläche bildet, welche sich von einem mittle­ ren Bereich zu den beiden Klappenkantenbereichen 20a, 20b hin mit einer in Luftströmungsrichtung weisenden Komponente krümmt, wodurch ein gün­ stiges An- und Umströmungsverhalten erzielt wird.

Durch die gegenüber dem Beispiel von Fig. 1 um etwa 45° gekippte Lage des Heizkörpers 5 und des elektrischen Heizelementes 6 lässt sich die Luft­ steuerklappe 17 verglichen mit der Jalousie 7 des ersten Beispiels verhält­ nismäßig weit unten anordnen, d. h. mit relativ großem Abstand zu den Aus­ lässen 12, 14, 15 so dass sich eine Vermischung von Warm- und Kaltluft nicht erst unmittelbar vor den Auslässen 12, 14, 15 ergibt. Durch die Form­ gestaltung der Luftsteuerklappe 17 kann der Kaltluftmengenanteil bei gege­ benem Warmluftmengenanteil beeinflusst werden, wieder im Zusammenwir­ ken mit der umgebenden Kanalwandungsstruktur. Für die Betätigung der Luftsteuerklappe 17 ist keine Übersetzung erforderlich.

Eine für die Gestaltung der unteren Begrenzungswandung 21 des Kaltluft­ kanals 9 im Bereich der Luftsteuerklappe 17 mögliche Variante, mit der sich ebenfalls das gewünschte variable Luftschichtungsverhalten gesteuert von der Luftsteuerklappe 17 erreichen lässt, ist mit einer gestrichelten Wan­ dungslinie 21a angedeutet.

Claims (1)

1. Fahrzeugklimatisierungseinheit mit
   einem Kaltluftkanal (9) zur Bereitstellung eines unbeheizten Kalt­ luftstroms,
   einem zum Kaltluftkanal strömungstechnisch parallelen Warmluft­ kanal (10) zur Bereitstellung eines beheizten Warmluftstroms und
   einem Luftauslassbereich (11), in den der Kaltluftkanal und der Warmluftkanal münden und der mehrere, zu verschiedenen Fahr­ zeuginnenraumbereichen führende Luftauslässe (12, 14, 15) auf­ weist, gekennzeichnet durch
   Luftstromschichtungssteuermittel zur variablen Schichtung von Kalt- und Warmluftströmung im Luftauslassbereich (11) mit einer steuerbaren Luftstromleiteinheit (7, 17), die in der Ausmündung des Warmluftkanafs angeordnet oder von einer im Mündungsbe­ reich von Warmluft- und Kaltluftkanal beweglich angeordneten Luftsteuerklappe (17) gebildet ist, welche zwischen einer ersten Endstellung (17a), in der sie den Warmluftkanal absperrt und den Kaltluftkanal freigibt, und einer zweiten Endstellung, in der sie den Warmluftkanal freigibt und den Kaltluftkanal absperrt, verstellbar ist und eine nieren- oder sichelförmige Gestalt mit sich vom Mit­ tenbereich zu den Kantenbereichen (20a, 20b) hin in Luftströ­ mungsrichtung gekrümmter Luftanströmfläche (19) aufweist.