DE102004052354A1

DE102004052354A1 - Klimaanlage

Info

Publication number: DE102004052354A1
Application number: DE102004052354A
Authority: DE
Inventors: Bernd Kohlbecker; Hubert Krug; Werner Dipl.-Ing. Vogt; Andreas Dr. Zygan
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage (1) für eine Fahrerkabine eines Nutzfahrzeugs, wobei ein von Kühlmittel einer Verbrennungsmaschine (2) durchströmter Wärmetauscher (21) und ein Brenner (23) zum Heizen der Fahrerkabine vorgesehen sind. Zudem weist die Klimaanlage (1) einen von dem Verbrennungsmotor angetrieben Verdichter (3) und einen Kältespeicher (4) zum Kühlen der Fahrerkabine auf. Um einen besonders einfachen und komfortablen Betrieb der Klimaanlage (1) zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass ein Klimasteuergerät (5) die Komponenten der Klimaanlage (1) steuert und einen Programmspeicher (52) aufweist, in dem zwei verschiedene Steuerprogramme abgespeichert sind. Ein erstes Steuerprogramm ist für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs vorgesehen und das zweite Steuerprogramm ist für den Standbetrieb des Fahrzeugs vorgesehen. Die Erkennung des Fahrbetriebs oder des Standbetriebs erfolgt über das Klimasteuergerät (5) voll automatisch, indem das Klimasteuergerät (5) in Datenaustausch mit einem Motorsteuergerät steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für eine Fahrerkabine eines Fahrzeugs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Aus der DE 199 00 947 A1 ist ein Nutzfahrzeug mit einer Klimaanlage bekannt. Das Nutzfahrzeug weist ein Fahrerhaus mit einer Schlafkoje auf, welche auch bei Stand des Fahrzeugs gekühlt wird. Hierfür weist die Klimaanlage des Fahrzeugs einen Kältespeicher auf, der während der Fahrt und Betrieb der Fahrzeugklimaanlage geladen wird. Dafür wird ein Teil des Kältemittelstromes der Klimaanlage bei Fahrtbetrieb abgezweigt und dem Kältespeicher zugeführt. Dies bedingt jedoch eine entsprechend große Auslegung der Kälteleistung der Klimaanlage, die in Fahrtbetrieb nicht nur die Fahrzeugkabine zu kühlen hat, sondern zusätzlich noch den Kältespeicher aufladen muss.

Aus der DE 198 52 641 C1 ist ein Kältespeicher bekannt. Der Kältespeicher ist als Eisspeicherelement ausgebildet und ist für eine Standklimaanlage eines Kraftfahrzeugs geeignet. Als Kältespeichermedium wird hier eine Flüssigkeit verwendet, die beim Abkühlen ihren Aggregatzustand ändert und einfriert. Dadurch wird ermöglicht, dass auf möglichst wenig Bauraum eine hohe Wärmekapazität realisiert wird.

Die DE 197 35 976 A1 zeigt eine Bedien- und Steuereinheit für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Diese Bedieneinheit ist als zentrales Steuerelement ausgebildet und steuert sowohl eine Heizung oder Klimaanlage als auch eine Zusatzheizung.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klimaanlage für ein Fahrzeug zu schaffen, die sowohl im Fahrbetrieb als auch im Standbetrieb des Fahrzeugs eine Kühlung ermöglicht, dabei konstruktiv einfach aufgebaut ist und möglichst wenig Bauraum benötigt, sowie insbesondere einfach bedienbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Klimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Klimaanlage weist ein Klimasteuergerät zum Steuern einzelner Komponenten der Klimaanlage auf. Komponenten können zum Beispiel sein, ein Brenner zum Heizen der Fahrerkabine, Gebläse zur Luftförderung oder Magnetventile zum Steuern eines Kältemittelkreislaufs. Das Klimasteuergerät ist mit einem Motorsteuergerät zum Erkennen eines Fahrbetriebs und eines Standbetriebs des Fahrzeugs z. Bsp. Über eine Datenleitung verbunden. Das Motorsteuergerät kann ein herkömmliches Motorsteuergerät zum Steuern eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs sein. Zudem weist das Klimasteuergerät ein Programmspeicher auf, in dem zwei fest gespeicherte Steuerprogramme nicht flüchtig abgelegt sind. Ein erstes Steuerprogramm läuft bei Fahrbetrieb ab und das zweite Steuerprogramm läuft bei Standbetrieb des Fahrzeugs, automatisch durch das Klimasteuergerät selektiert, ab. Die Erkennung des Fahrbetriebs oder des Standbetriebs erfolgt über das Klimasteuergerät voll automatisch, indem das Klimasteuergerät in Datenaustausch mit dem Motorsteuergerät steht. Somit ermöglicht das Klimasteuergerät eine automatische Steuerung der Klimaanlage, wobei zwischen einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs und einem Standbetrieb des Fahrzeugs selektiert wird. Dadurch kann ein exakt an die jeweilige Klimatisierungssituation angepasster Steuerablauf realisiert werden, ohne dass ein Fahrer manuell in den Steuerungsablauf eingreifen muss.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Klimasteuergerät eine Bedieneinheit aufweist, die zum manuellen Wählen einer gewünschten Temperatur der Fahrerkabine ausgebildet ist. Über die manuelle Bedieneinheit kann ein Fahrer eine gewünschte Temperatur einstellen und/oder verändern, wobei das Klimasteuergerät dann die Fahrerkabine auf die vorgewählte Temperatur entweder aufheizt oder abkühlt. Dafür kann das Klimasteuergerät einen Kühlmitteltemperatursensor zum Erfassen der Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs aufweisen und zudem einen Kältespeichertemperatursensor zum Erfassen der Temperatur eines Kältespeichers aufweisen und einen Kabinentemperatursensor zum Erfassen der Kabinetemperatur aufweisen. Anhand dieser drei Temperatursensoren legt das Klimasteuergerät den jeweils günstigsten Verlauf einer Steuer- und/oder Kühlkennlinie fest. Insbesondere kann bei einer zu niedrigen Kühlmitteltemperatur einer Verbrennungskraftmaschine ein zusätzlicher, insbesondere kraftstoffbetriebener, Brenner eingeschaltet werden, um die Fahrerkabine rasch auf die gewünschte Temperatur aufzuheizen.

Es ist auch vorgesehen, dass das Klimasteuergerät bei ausreichend tiefer Temperatur des Kältemittelspeichers die Fahrzeugkabine durch Einschalten eines Gebläses im Kältemittelspeicher kühlt, ohne dass ein von der Verbrennungskraftmaschine angetriebener Verdichter der Klimaanlage in Betrieb gesetzt werden muss. Somit erreicht das Klimasteuergerät einen komfortablen automatisch ablaufenden Regelvorgang für die Temperatur der Fahrzeuginnenkabine, der automatisch abläuft und somit für den Fahrer zu einem komfortablen Fahrerraumklima führt.

In einer Version ist vorgesehen, dass das erste Steuerprogramm, welches bei Fahrbetrieb abläuft, bei einer Fahrerkabinentemperatur kleiner oder gleich der Solltemperatur, die durch die Bedieneinheit vorgegeben wird, den Verdichten zum Laden des Kältespeichers ansteuert. Somit kann, wenn die Fahrerkabine ausreichend gekühlt ist, während der Fahrt der Kältespeicher aufgeladen werden. Dies hat den Vorteil, dass der Verdichter konstruktiv ausgelegt werden kann, dass er zum Kühlen eine ausreichende Leistung aufweist. Eine größere Dimensionierung, welche mit größerem Bauraum verbunden wäre, ist somit nicht notwendig, da während des Kühlbetriebs der Fahrerkabine keine Kälteenergie zum Laden des Kältespeichers abgezweigt werden muss.

In einer Ausführung kann vorgesehen sein, dass das Steuerprogramm bei einer Fahrerkabinentemperatur kleiner oder gleich der Solltemperatur und zudem einer unterhalb einer im Klimasteuergerät einstellbar gespeicherten Temperaturschwelle liegenden Kühltemperatur, den Brenner zusätzlich oder alleine zum Wärmetauscher zum Heizen der Fahrerkabine ansteuert.

In einer Ausführung ist vorgesehen, dass das zweite Steuerprogramm, das dem Standbetrieb zugeordnet ist, bei einer Fahrerkabinentemperatur größer der Solltemperatur ein Gebläse des Kältespeichers zum Kühlen der Fahrerkabine ansteuert. Somit wird erreicht, dass im Standbetrieb die Fahrerkabine ausreichend gekühlt wird, und dass der Fahrer in Pausenzeiten oder Standzeiten eine angenehme Fahrerkabinentemperatur vorfindet.

In einer Ausführung kann vorgesehen sein, dass das Klimasteuergerät insbesondere im zweiten Steuerprogramm des Standbetriebs, eine Spannungsüberwachung des Bordnetzes beziehungsweise der Fahrzeugbatterie vornimmt. Dazu kann das Klimasteuergerät einen entsprechenden Spannungssensor aufweisen und bei zu geringer Bordnetz- oder Fahrzeugbatteriespannung, Stromverbraucher der Klimaanlage wie zum Beispiel Gebläse oder Magnetkupplung oder Verdichter von dem Bordnetz beziehungsweise der Fahrzeugbatterie trennen. Dadurch wird erreicht, dass die Fahrzeugbatterie in jedem Fall immer ausreichend Energie gespeichert hat, die zu einem Start des Fahrzeugsmotors notwendig ist.

In einer Ausführung ist vorgesehen, dass das dem Standbetrieb zugeordnete zweite Steuerprogramm bei einer Fahrerkabinentemperatur kleiner der vorgegebenen Solltemperatur den Brenner und zudem ein Gebläse zum Aufheizen der Fahrerkabine ansteuert. Somit wird erreicht, dass auch bei Stand des Motors die Temperatur der Fahrerkabine auf einem angenehmen Niveau gehalten wird.

Eine Verwendung der Klimaanlage kann bei leichten Nutzfahrzeugen wie Transportern oder schweren Nutzfahrzeugen im Fernverkehr erfolgen. Zudem kann die Verwendung der erfindungsgemäßen Klimaanlage in Wohnmobilen vorteilhaft sein, um auch bei Wohnmobilen im Stand eine ausreichende und komfortable Klimatisierung zur Verfügung zu stellen.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der zugehörigen Figur.
Die Figur zeigt einen schematischen Überblick über eine Klimaanlage für eine Fahrerkabine eines Nutzfahrzeugs. Das Nutzfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor 2, insbesondere einen Dieselmotor auf, welcher über eine steuerbare Magnetkupplung 31 ein Verdichter oder Kompressor 3 einer Fahrzeugklimaanlage 1 ansteuert. Der Verdichter 3 ist in einem Kühlmittelkreislauf, der durch die Kühlmittelleitungen 35 gebildet wird, angeordnet, und fördert ein handelsübliches Kühlmittel, wie zum Beispiel R 134a. Dem Verdichter nachgeschaltet ist ein Verflüssiger 32 und ein Verdampfer 33. Der Verdampfer 33 weist ein Gebläse 34 auf, das die in dem Verdampfer 33 durch Expansion des Kältemittels gewonnene Kälte über ein angeschlossenes Luftverteilsystem in die Fahrzeugkabine leitet.
Parallel zu dem Verdampfer 33 ist ein Latentwärmespeicher 4 geschaltet, der in einer Fahrerkabine, zum Beispiel an einer Rückwand im Bereich einer Schlafkoje gehaltert sein kann. Über Magnetventile wird der Fluss des Kältemittels von einem Klimasteuergerät 5 gesteuert, so dass die Kälte entweder in dem Verdampfer 33 oder in dem Wärmespeicher 4 verwendet werden kann. Der Wärmespeicher 4 ist als Latentwärmespeicher oder Eiswärmespeicher ausgebildet, und weist ein Medium auf, welches seinen Aggregatzustand beim Abkühlen von flüssig nach fest ändert. Durch diesen Phasenübergang lässt sich in dem Wärmespeicher eine möglichst große thermische Energiemenge speichern, bzw. durch Wärmeentzug Kälte speichern. Der Kältespeicher 4 weist ein in das Gehäuse des Wärmespeichers integriertes Gebläse 41 auf. Dieses ist an einen Luftkanal 42 angeschlossen, wobei das Klimasteuergerät 5 mit dem Gebläse 41 verbunden ist. Sofern ein Fahrzeuginnenraum über den Kältespeicher 4 gekühlt werden soll, steuert das Klimasteuergerät 5 das Gebläse 41 an und fördert Luft um die Oberfläche des Kältespeichers 4 herum in den Fahrzeuginnenraum hinein.
Die Verbrennungskraftmaschine, beziehungsweise der Motor 2 des Nutzfahrzeugs weist einen Kühlmittelkreislauf auf, welcher über Kühlmittelleitungen 24 an einen Wärmetauscher 21 angeschlossen ist. Dieser Wärmetauscher 21 dient zur Abfuhr der Verbrennungswärme des Verbrennungsmotors 2 an die Umgebung und zugleich zum Aufheizen des Innenraums der Fahrzeugkabine.
Dem Wärmetauscher 21 vorgeschaltet ist ein Brenner 23, der mittels eines Kraftstoffs, wie zum Beispiel Benzin oder Diesel, betreibar ist und den Wärmetauscher 21 zum Heizen des Fahrzeuginnenraums unterstützt. Ein Gebläse 22 ist dem Brenner 23 beziehungsweise dem Wärmetauscher 21 zugeordnet, und fördert Luft durch das Gehäuse 23 beziehungsweise durch den Wärmetauscher 21 hindurch und in eine Fahrerkabine hinein. Dadurch wird zum Beispiel Außenluft von außerhalb der Fahrzeugkabine angesaugt, in dem Wärmetauscher 21 oder Brenner angeheizt und in die Fahrzeugkabine zum Heizen eingebracht.
Ein Klimasteuergerät 5 ist mit den einzelnen Komponenten der Klimaanlage verbunden und steuert diese. Das Klimasteuergerät 5 weist einen Programmspeicher 52 auf, der als nicht flüchtiger Speicher, vorzugsweise als ROM (=readable only memory) ausgebildet ist und in dem zwei verschiedene Steuerprogramme abgespeichert sind. Ein erstes Steuerprogramm wird bei Fahrbetrieb vom Klimasteuergerät aufgerufen, also wenn das Fahrzeug fährt, bzw. wenn der Verbrennungsmotor 2 läuft. Ein zweites Steuerprogramm wird von dem Klimasteuergerät bei Standbetrieb aufgerufen, also wenn das Fahrzeug steht, d. h. wenn der Verbrennungsmotor 2 ausgeschaltet ist.
Zum Erkennen des Fahrbetriebs und/oder des Standbetriebs ist das Klimasteuergerät 5 mit einem Motorsteuergerät, welches die Verbrennungskraftmaschine 2 steuert, über eine Datenleitung verbunden. Zudem weist das Klimasteuergerät 5 drei Temperatursensoren auf. Ein erster Temperatursensor 55 ist als Fahrzeugkabineninnenraumtemperatursensor ausgebildet, und misst die Temperatur der Fahrerkabine. Ein zweiter Temperatursensor 56 ist als Kühlmitteltemperatursensor ausgebildet und thermisch mit dem Wärmetauscher 21 verbunden, so dass er die Temperatur des Kühlmittels der Verbrennungskraftmaschine misst. Ein dritter Temperatursensor 57 ist zum Messen der Temperatur des Eisspeichers ausgebildet und erfasst mit Hilfe der Eisspeichertemperatur den Ladegrad des Temperaturspeichers 4.
Über eine manuelle Bedieneinheit 51, kann ein Fahrer die Heizung oder Klimaanlage bedienen und zum Beispiel eine Wunschtemperatur für den Fahrzeuginnenraum vorgeben. Zudem kann über die Bedieneinheit ein Temperaturzeitprofil eingestellt werden, wobei ein Fahrer vorgibt, dass er zu einer gewissen Zeit eine bestimmte Temperatur im Fahrzeuginnenraum einstellen möchte. Das Klimabediengerät 51 kann zum Beispiel im Bereich der Armaturentafel des Fahrzeuginnenraums angeordnet sein und ist somit von einem Fahrer einfach zu erreichen und auch einfach zu bedienen. Alternativ kann ein manuelles Bediengerät 51 oder ein weiteres zu diesem parallel geschaltetes Klimabediengerät im Innenraum, zum Beispiel im Bereich der Schlafkoje angeordnet sein, um die Bedienung der Klimaanlage weiter zu vereinfachen.

Claims

Klimaanlage für eine Fahrerkabine eines Fahrzeugs, mit folgenden Komponenten, mit einem von Kühlmittel einer Verbrennungskraftmaschine (2) durchströmten Wärmetauscher (21) und einem Brenner (23) zum Heizen der Fahrerkabine, mit einem von dem Verbrennungsmotor (2) angetriebenen Verdichter (3) und einem Kältespeicher (4) zum Kühlen der Fahrerkabine, und mit einem Klimasteuergerät (5) zum Steuern der Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimasteuergerät (5) mit einem der Verbrennungskraftmaschine (2) zugeordneten Motorsteuergerät zum Erkennen eines Fahrbetriebs und eines Standbetriebs verbunden ist und einen Programmspeicher (52) mit zwei fest gespeicherten Steuerprogrammen aufweist, wobei das erste Steuerprogramm bei Fahrbetrieb abläuft und das zweite Programm bei Standbetrieb abläuft.
Klimaanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Klimasteuergerät (5) eine Bedieneinheit (51) zum manuellen Wählen einer Solltemperatur der Fahrerkabine aufweist und einen Kabinentemperatursensor (55) zum Erfassen der Kabinentemperatur und einen Kühlmitteltemperatursensor (56) zum Erfassen der Kühlmitteltemperatur und einen Kältespeichertemperatursensor (4) zum Erfassen der Kältespeichertemperatur aufweist.
Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerprogramm bei einer Fahrerkabinentemperatur kleiner oder gleich der Solltemperatur den Verdichter (3) zum Laden des Kältespeichers (4) ansteuert.
Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerprogramm bei einer Fahrerkabinentemperatur kleiner oder gleich der Solltemperatur und einer unterhalb einer im Klimasteuergerät einstellbar gespeicherten Temperaturschwelle liegenden Kühlmitteltemperatur den Brenner (23) zum Heizen der Fahrerkabine ansteuert.
Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerprogramm bei einer Fahrerkabinentemperatur größer der Solltemperatur ein Gebläse (41) des Kältespeichers (4) zum Kühlen der Fahrerkabine ansteuert.
Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimasteuergerät (5) im zweiten Steuerprogramm eine Spannungsüberwachung einer Fahrzeugbatterie vornimmt und bei zu geringer Fahrzeugbatteriespannung die Stromverbraucher (22, 23, 41) der Klimaanlage von der Fahrzeugbatterie trennt.
Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerprogramm bei einer Fahrerkabinentemperatur kleiner der Solltemperatur den Brenner (23) und ein Gebläse (22) zum Heizen der Fahrerkabine ansteuert.