DE10122532A1 - Verfahren zur Klimaregelung in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, um unabhängig von Temperaturschwankungen, Schwankungen der relativen Feuchte im Innenraum eines Kraftfahrzeuges und unabhängig von Verschmutzungen auf den Scheibenoberflächen und/oder auf anderen sicherheitsrelevanten Baugruppen exakte Informationen zur Klimasteuerung und zur Vermeidung von Kondensation und Eisbildung auf der Innenseite von Windschutzscheibe bzw. der Baugruppen liefert. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass die für das Bauteil relevante Oberflächentemperatur und Taupunkttemperatur an einer repräsentativen Stelle gemessen und mit den aktuellen Werten dieser Größe im Fahrgastraum verglichen wird und bei Unterschreitung eines kraftfahrzeugspezifischen Mindestabstandes von Temperatur und Taupunkttemperatur ein Luftstrom mit einer definiert geringeren Taupunkttemperatur an das Bauteil geleitet wird. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimaregelung in Kraftfahrzeugen und zur Vermeidung von Kondensation auf sicherheitsrelevanten und sensitiven Bauteilen, insbesondere auf Windschutzscheiben und elektronischen Baugruppen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimaregelung in Kraftfahrzeugen und zur Vermeidung von Kondensation auf sicherheitsrelevanten und sensitiven Bauteilen, insbesondere auf Windschutzscheiben und elektronischen Baugruppen.

Gute klimatische Bedingungen in Kraftfahrzeugen sind wichtige Faktoren um die Behaglichkeit und Aufmerksamkeit des Fahrers zu verbessern. Das Einhalten eines für den Fahrer angenehmen Klimas ist deshalb von hoher Bedeutung für die Sicherheit im Straßenverkehr. Für diese Bedingungen sind besonders Temperatur und Feuchte im Fahrgastraum wesentlich. Beeinflusst werden diese Bedingungen in starkem Maße von Beheizung des Fahrgastraumes sowie von feuchteabhängi­ gen Parametern, wie die Kondensation auf Windschutzscheiben (Front- oder Heckscheiben) sowie die Kondensation auf sensitiven Bauelementen, Kontaktsystemen und elektronischen Baugruppen.

Im Stand der Technik wurde mit einer Reihe von Lösungen versucht, das Problem der Kondensation auf Windschutzscheiben zu lösen.

In DE 39 35 563 A1 ist eine Anordnung beschrieben, bei der zur Vermeidung von Kondensation bzw. von Frost auf der Windschutzscheibe ein Lufttemperatursen­ sor, ein Sensor zur Messung der relativen Luftfeuchte sowie ein Sensor, der die Windschutzscheibentemperatur misst, verwendet werden und daraus die Sattdampftemperatur errechnet wird, um entsprechende Aussage zu gewinnen. Der Nachteil dieser Lösung besteht in einem relativ großen Fehler, der durch die Berechnung der Sattdampftemperatur und der Auswertung an verschiedenen Messorten entsteht.

Die in DE 35 06 317 A1 angegebene Einrichtung nutzt die optische Detektion von Kondensation und Frost. Nachteilig bei dieser Lösung ist die bei optischen Syste­ men generell vorhandene Verschmutzungsempfindlichkeit.

In DE 197 08 053 ist ein Verfahren und eine Sensoranordnung beschrieben, die auf der Auswertung einer Streufeldkapazität basieren, bei der eine zusätzliche Schicht Kondensationskeime ein präventives Signalisieren einer aufkommenden Kondensation realisieren soll und andererseits diese Kondensationskeime bezüg­ lich des Sensorsignals eine Verschmutzungskompensation bewirken sollen. Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, dass zur Detektion der Kondensation an Oberflächen die Streufeldlinien auch die Verschmutzungen bzw. die verschmutz­ ten Schichten inkl, derer, die sich durch die keimbildende Schicht bzw. Mischun­ gen erfassen. Während die Windschutzscheiben durch Reinigung auf ihren ursprünglichen "kondensationskeimbildenden" Zustand zurückgeführt werden, verunreinigt der Sensor zunehmend. Diese zunehmende Verunreinigung kann über längeren Zeitraum auch nicht durch derartige vorgeschlagenen verschmut­ zungskompensierte Schichten vermieden werden. Der Abstand zwischen Sensorsignal und Taupunkt der Windschutzscheibe vergrößert sich bis zu dem Zeitpunkt, wo der Sensor mehr den Feuchtegehaltes der Schmutzschicht wiedergibt.

Die in EP 0 733 898 A1 angegebene Lösung begegnet der Problematik mit einer Temperaturmessung innerhalb von Kühl- und Heizzyklen. Auswertungen des Verhaltens der Kondensation und Verdunstungen werden in einem Zusammen­ hang mit dem Risiko einer Kondensation gesetzt. Diese Lösung ist kostenintensiv, zumal dieses Sensorsystem für jede zu betrachtende Kondensationsfläche einge­ setzt werden muss.

Ferner ist es nach US 5,653,904 bekannt Feuchte- und Kondensationssensoren an den inneren Flächen der Fensterscheiben anzubringen. Nachteilig wirken sich hierbei die Hystereseerscheinungen von Feuchtesensoren nach der Betauung aus, die nicht ausgeschlossen werden können sowie die negativen Einflußgrößen der Verschmutzung auf das Kondensationsverhalten der Betauungssensoren.

Bei der in US 4.424,933 beschriebenen Anordnung misst ein Sensor an der Innen­ seite der Windschutzscheibe die aufkommende Kondensation über die Messung der Feuchte auf der Glasoberfläche und vergleicht diese mit der Außentemperatur. Für den Fall, dass auf der Innenseite der Fensterscheibe ein relativer Feuchtesensor eingesetzt wird, wirkt sich die Hysterese nachteilig aus, während beim Einsatz von eines Betauungssensors Einflüsse der Verschmutzung nicht zu vermeiden sind.

Neben der Messung bzw. der Vermeidung der Kondensation auf Windschutzschei­ ben ist eine energieoptimale Klimatisierung von wachsender Bedeutung. Dabei sind bisher die Klimaparameter bspw. im Ansaugtrakt, im Fahrgastraum als auch in der Nähe der Windschutzscheiben erfasst worden.

In DE 36 24 170 A1 und in DE 36 24 171 A1 sind Verfahren zum Betreiben einer Heiz-und/oder Klimaanlage für Kraftfahrzeuge beschrieben, bei denen ein Messsy­ stem verwendet wird, das aus Innenraumtemperatur- und -feuchtesensor sowie einem zweiten Temperatur- und -feuchtesensor für die Außenluft sowie ein dritter Temperatur- und -feuchtsensor in der Nähe der Windschutzscheibe besteht. Mit dieser aufwendigen Messtechnik sollen die Probleme der Kondensation, der energieoptimalen Behaglichkeit und Klimareglung/Trocknung begegnet werden.

Analog dazu wird mit der in US 5,325,912 angegebenen Anordnung versucht über einen Mikrorechner die verschiedenen Sensormesssignale zu einer energieoptima­ len Steuerung des Gesamtsystems zu verarbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, um unabhängig von Temperaturschwan­ kungen, Schwankungen der relativen Feuchte im Innenraum eines Kraftfahrzeuges und unabhängig von Verschmutzungen auf den Scheibenoberflächen und/oder auf anderen sicherheitsrelevanten Baugruppen exakte Informationen zur Klimasteue­ rung und zur Vermeidung von Kondensation und Eisbildung auf der Innenseite von Windschutzscheibe bzw. der Baugruppen liefert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale enthält.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, die oben genannten Probleme bei der Klimatisierung von Kraftfahrzeugen auf die Ermittlung elementarer thermody­ namische Größen wie die Temperatur und Feuchte zurückzuführen.

Die Anwendung der Erfindung ermöglicht es,

• - die Lüftung nur bis zur Beseitigung der Kondensation in Betrieb zu nehmen;
• - neben der Sicherung einer Energiekosten- auch eine sicherheitsoptimale Behag­ lichkeit zu erreichen
• - die Batterie-Belastung und den Verbrauch an Kraftstoff zu reduzieren, und damit eine Verbesserung der Behaglichkeit für den Fahren und der Leistungsfähigkeit des Kraftfahrzeugs zu erreichen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Klimaregelung im Kraftfahr­ zeug zur Sicherung einer energieoptimalen und sichheitsoptimalen Behaglichkeit, zur gesicherten Vermeidung von Kondensation auf Windschutzscheibe und sonsti­ gen sensitiven Substraten sowie zur energieoptimalen Trocknung mittels Luftsteuerung, wobei die Steuerung auf der Grundlage der direkten Messung elementarer thermodynamischer Größen Temperatur und Taupunkttemperatur erfolgt.

Dabei ist es möglich, dass zur präventiven Vermeidung einer Kondensation/Eisbil­ dung auf Windschutzscheiben die Oberflächen-Temperatur der Windschutzscheibe an einer repräsentativen Stelle gemessen und verglichen wird mit der aktuellen Messung der Taupunkttemperatur.

Vorteilhafte Ausführungen sehen vor,

• - dass die Taupunkttemperatur direkt im Fahrgastraum gemessen wird,
• - dass die Taupunkttemperatur in der Nähe der Windschutzscheibe bzw. im Luftstrom zur Windschutzscheibe gemessen wird,
• - dass die Taupunkttemperatur in der Umluft gemessen wird,
• - dass zur Vermeidung des Beschlags und der Kondensation die Taupunkttempe­ ratur des Trockners ausreichend gering ist im Vergleich zur Temperatur der Windschutzscheibe gehalten wird,
• - dass bei Unterschreitung eines kraftfahrzeugspezifischen Mindestabstandes von Temperatur und Taupunkttemperatur ein Luftstrom mit definiert geringerer Taupunkttemperatur an die Windschutzscheibe geleitet wird,
• - dass zur Vermeidung der Kondensation auf sicherheitsrelevanten Baugruppen die Temperatur der Baugruppen gemessen wird und gegen die Taupunkttempera­ tur der Umgebung verglichen wird,
• - dass bei Annäherung der Taupunkttemperatur an die Temperatur der Baugrup­ pen bzw. bei gleichen Temperaturen bzw. bei Temperaturen kleiner als die Taupunkttemperatur der Baugruppe entsprechende Vorsichtsmaßnahmen vorge­ nommen werden,
• - dass zur Steuerung der Behaglichkeit die Temperatur im Fahrgastraum abhängig von den Bedürfnissen an ein oder mehreren Stellen gemessen wird und zur Ermitt­ lung der relativen Feuchte die Taupunkttemperatur gemessen an repräsentativer Stelle, herangezogen wird und bei Unterschreitung eines kraftfahrzeugspezifischen Mindestabstandes von Temperatur und Taupunkttemperatur ein Luftstrom mit einer definiert geringeren Taupunkttemperatur an die Windschutzscheibe geleitet wird,
• - dass die Luft, die zur Vermeidung einer Kondensation bzw. zur Sicherung der Behaglichkeit geregelt eingesetzt wird, zielgemäß getrocknet wird, das heißt, dass die angegebene Luft mindestens einen Taupunktabstand von bis 5 Kelvin gegenüber der Fahrgastraumluft aufweist,
• - dass die Luft soweit getrocknet wird, dass sie eine Kondensation der Windschutzscheibe vermeidet bzw. zusammen mit der Temperatur eine optimale Behaglichkeit sichert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 die Anordnung von Messorten ab einem Pkw.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, befinden sich im dargestellten Beispiel fünf Messstellen am Fahrzeug. Die Positionen hierzu sind:
Position 1: Fahrzeuginnenraum
Position 2: Frontscheibe
Position 3: Heckscheibe
Position 4: Klimaanlage
Position 5: Sicherheitsrelevante Baugruppen (z. B. elektronische Regel- oder Steuereinheiten).

An den einzelnen Positionen werden folgende Kennwerte ermittelt:
Position 1: Taupunkttemperatur und Temperatur
Position 2: Temperatur
Position 3: Temperatur
Position 4: Taupunkttemperatur und Temperatur
Position 5: Temperatur.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet zur Ermittlung der erforderlichen Steuergrößen elementare thermodynamische Größen wie die Temperatur und der Taupunkttemperatur als absolute Feuchtemessgröße. Diese Größen sind thermo­ dynamisch rückführbar auf Standards der entsprechenden Landesorganisationen (beispielsweise PTB in Deutschland, NPL in Großbritannien und NAMAS in den USA).

Die Feuchte innerhalb des Kraftfahrzeuges wird durch Messen der Taupunkttem­ peratur ermittelt. Diese Feuchte ist eine absolute Größe und unabhängig von Temperaturschwankungen.

Die Vermeidung von Kondensationen oder Eisbildung auf der Windschutzschei­ ben erfolgt über einen direkten Vergleich der Taupunkttemperatur der Luft, der die Windschutzscheibe ausgesetzt ist mit der Temperatur der Windschutzscheibe, gemessen an einem repräsentativen Ort. Die so ermittelte Differenz ist maßgebend für das Aufkommen oder Vorhandensein einer Kondensation. Abhängig von den kraftfahrzeugspezifischen Bedingungen wie Bauform, Oberflächenbeschaffenheit der Windschutzscheibe, Luftführung, Luftwechselrate und -geschwindigkeit, Druckschwankungen wird jeweils die minimal erforderliche Differenz ermittelt. In der Regel sind hierzu 2 . . . 3 K zweckmäßig. Wird dieser Wert unterschritten, werden kondensationsvermeidende Maßnahmen eingeleitet. Dies kann beispiels­ weise durch Trocknung der Luft über die Reduzierung der Taupunkttemperatur oder durch Erhöhung der Temperatur der Windschutzscheibe erfolgen. Die Vermeidung der Kondensation kann auch präventiv durch Taupunkttemperaturre­ gelung des Trockners bewirkt werden. Die direkte Messung der Taupunkttempe­ ratur des den Trockner verlassenden Luftstromes muss entsprechend der genannten spezifischen Kondensationsbedingungen unterhalb der Temperatur der Windschutzscheibe liegen.

Unter Berücksichtigung dieser energie- und sicherheitsrelevanten Beziehungen erfolgt die Klimaregelung des Fahrgastraumes. Dabei wird die relative Feuchte über die Magnus-Formel von Taupunkttemperatur und Temperatur erfasst.

Claims (6)

1. Verfahren zur Klimaregelung in Kraftfahrzeugen und zur Vermeidung von Kondensation auf sicherheitsrelevanten und sensitiven Bauteilen, insbesondere auf Windschutzscheiben und elektronischen Baugruppen, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Bauteil relevante Oberflächentemperatur und Taupunkttemperatur an einer repräsentativen Stelle gemessen und mit den aktuellen Werten dieser Größen im Fahrgastraumes verglichen wird und bei Unterschreitung eines kraft­ fahrzeugspezifischen Mindestabstandes von Temperatur und Taupunkttemperatur ein Luftstrom mit einer definiert geringeren Taupunkttemperatur an das Bauteil geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft des an das Bauteil geleiteten Luftstroms soweit getrocknet wird, dass sie eine Kondensation auf dem Bauteil verhindert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taupunkttemperatur in der Nähe der Windschutzscheibe und/oder im Luftstrom zur Windschutzscheibe gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass die Taupunkttemperatur in der Umluft gemessen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass zur Steuerung der Behaglichkeit die Temperatur und/oder die Taupunkt­ temperatur im Fahrgastraum an einer oder an mehreren repräsentativen Stellen gemessen wird und mit einstellbaren Vorgabewerten verglichen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass die Luft, die in das Fahrzeuginnere geleitet wird, soweit getrocknet wird, dass sie mindesten einen Taupunktabstand von bis 2 bis 5 Kelvin gegenüber der Luft im Fahrgastraum aufweist.