DE102005002807B3

DE102005002807B3 - Heizeinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie Verfahren zum Betreiben einer Heizeinrichtung

Info

Publication number: DE102005002807B3
Application number: DE200510002807
Authority: DE
Inventors: Udo Mertel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2025-01-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung (1) für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem von einem Wärmeträgermedium durchströmten Wärmetauscher (12) und einem Zuheizelement (7). Zudem ist eine Regel-/Steuereinrichtung (16) vorgesehen, mittels der die Heizeinrichtung (1) mit einem Standard-Algorithmus regel-/steuerbar ist. Erfindungsgemäß ist das Zuheizelement (7) in Strömungsrichtung des Luftstroms gesehen vor dem Wärmetauscher (12) im Haupt-Luftkanal (3) angeordnet. Stromab nach dem Zusammenheizelement (7) ist ein Luft-Temperaturfühler angeordnet, mit dem dort die Zuheiz-Lufttemperatur ermittelbar ist. In einer Aufheizphase der Heizeinrichtung (1) bei kaltem Wärmeträgermedium ist mittels der Regel-/Steuereinrichtung (16) ein Aufheiz-Algorithmus aktivierbar, bei dem das Zuheizelement (7) eingeschaltet ist und die Luftstrom-Stelleinrichtung (15) in der Nebenkanal-Stellung steht. Bei Unterschreitung eines vorgegebenen Differenzwertes einer ermittelten Temperaturdifferenz zwischen der Wärmeträgermedium-Temperatur und der Zuheiz-Lufttemperatur wird der Standard-Algorithmus aktiviert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Heizeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Aus der gattungsgemäßen DE 197 11 031 A1 ist eine Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die einen Haupt-Luftkanal aufweist, der sich in einem Verzweigungsbereich in einen Wärmetauscher-Luftkanal und einen Neben-Luftkanal aufzweigt. Diese beiden Luftkanäle münden in eine Mischkammer, so dass ein in Richtung eines Fahrzeuginnenraumes strömender Luftstrom vom Haupt-Luftkanal kommend durch den Wärmetauscher-Luftkanal und/oder den Neben-Luftkanal in die Mischkammer strömt. Zudem ist eine Luftstrom-Stelleinrichtung vorgesehen, die zwischen einer Wärmetauscher-Stellung, in der der Luftstrom nur durch den Wärmetauscher-Luftkanal strömt und einer Nebenkanal-Stellung, in der der Luftstrom nur durch den Neben-Luftkanal strömt, gesteuert, vorzugsweise stufenlos, verlagerbar ist. Ein von einem Wärmeträgermedium durchströmter Wärmetauscher ist im Wärmetauscher-Luftkanal angeordnet und von dem in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstrom durchströmbar. Mittels eines Wärmeträgermedium-Temperaturfühlers ist die Wärmeträgermedium-Temperatur ermittelbar. Des weiteren weist die Heizeinrichtung ein schaltbares Zuheizelement auf, das ebenfalls von dem in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstrom durchströmbar ist. Mit tels einer Regel-/Steuereinrichtung ist die Heizeinrichtung mit einem Standard-Algorithmus regel-/steuerbar.

Konkret ist hier das Zuheizelement zusammen mit dem Wärmetauscher im Wärmetauscher-Luftkanal angeordnet, wobei in Strömungsrichtung des Luftstroms gesehen das Zuheizelement hinter dem Wärmetauscher angeordnet ist. Die Luftstrom-Stelleinrichtung umfasst zwei gesteuert verlagerbare Stellklappen, wobei eine erste Stellklappe im Verzweigungsbereich vom Haupt-Luftkanal in den Wärmetauscher-Luftkanal und den Neben-Luftkanal angeordnet ist und eine zweite Stellklappe im Mündungsbereich dieser beiden Luftkanäle in die Mischkammer angeordnet ist. Dadurch kann mittels der Regel-/Steuereinrichtung der Luftstrom entweder durch den Wärmetauscher und das Zuheizelement oder nur durch den Neben-Luftkanal geleitet werden, wobei bei Zwischenstellungen der Luftklappen der Luftstrom sowohl durch den Wärmetauscher-Luftkanal als auch durch den Neben-Luftkanal strömt. Der Wärmetauscher ist in einen Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges eingebunden, so dass die Abwärme der Brennkraftmaschine mittels des Wärmetauschers zum Heizen des Fahrzeuginnenraums genutzt werden kann. An einer Eingabeeinheit, die mit der Regel-/Steuereinrichtung verbunden ist, kann von einem Fahrzeuginsassen eine gewünschte Fahrzeuginnenraumtemperatur eingestellt werden. Aufgrund dieser eingestellten Fahrzeuginnenraumtemperatur wird mittels der Regel-/Steuereinrichtung ein Vergleich mit der vorhandenen Fahrzeuginnenraumtemperatur durchgeführt und bei einer Unterschreitung der vorhandenen Fahrzeuginnenraumtemperatur gegenüber der gewünschten Fahrzeuginnenraumtemperatur eine Sollheizleistung ermittelt. Kann diese benötigte Sollheizleistung vom Wärmetauscher nicht zur Verfügung gestellt werden, wie dies beispielsweise bei einer noch kalten Brennkraftmaschine und daraus folgend noch kalten Kühlwasser der Fall sein kann, so wird mittels der Regel-/Steuereinrichtung das Zuheizelement eingeschalten, so dass der Wärmetauscher zusammen mit dem Zuheizelement die notwendige Sollheizleistung zur Verfügung stellt. Erreicht die Brennkraftma schine und somit das den Wärmetauscher durchströmende Kühlwasser ihre Betriebstemperatur, so kann das Zuheizelement wieder abgeschalten werden, da nun die benötigte Wärme vom Wärmetauscher zur Verfügung gestellt werden kann. Für ein weiteres Aufrechterhalten der gewünschten Innenraumtemperatur bzw. bei einer Änderung der gewünschten Fahrzeuginnenraumtemperatur an der Eingabeeinheit erfolgt in allgemein bekannter Weise eine Regelung/Steuerung der Heizeinrichtung mittels der Regel-/Steuereinrichtung mit dem Standard-Algorithmus.

In der DE 199 02 050 C2 ist eine Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die ebenfalls einen Wärmetauscher und ein schaltbares Zuheizelement aufweist. Bei der hier beschriebenen Ausführung der Heizeinrichtung ist das Zuheizelement im Wärmetauscher integriert angeordnet, so dass sich insgesamt ein einziges Bauteil für den Wärmetauscher und das Zuheizelement ergibt.

Des weiteren ist aus der DE 100 26 361 A1 eine Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei der in Strömungsrichtung eines in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstroms gesehen ein Wärmetauscher vor einem Zuheizelement angeordnet ist, wobei diese beiden Bauteile in einem Luftkanal angeordnet sind. Zudem ist stromaufwärts im Luftkanal eine Gebläseeinrichtung angeordnet, die, ebenso wie das Zuheizelement, elektrisch betrieben ist. Mittels einer Regel-/Steuereinrichtung ist die Gebläseeinrichtung so mit dem Zuheizelement gekoppelt, dass bei einem Ausschalten des Gebläses das Zuheizelement ebenfalls ausgeschalten wird.

Weiter ist aus der DE 42 38 364 A1 eine Einrichtung zum Kühlen von Antriebskomponenten und zum Heizen eines Fahrgastraums eines Elektrofahrzeugs mit einem von einer Batterie gespeisten Antriebsmotor bekannt, die einen ersten Kühlmittelkreis aufweist, der über einen Zwischenwärmetauscher mit einem zweiten Kühlmittelkreis gekoppelt ist. Im zweiten Kühlmittelkreis ist ein erster als Kühler wirkender Wärmetauscher und ein zweiter als Heizkörper wirkender Wärmetauscher vorgesehen. Die im zweiten Kühlmittelkreis angeordneten Wärmetauscher sind mit je einem steuerbaren Bypass versehen. Ein Steuergerät erfasst mehrere Temperaturzustände sowie vom Batteriesteuergerät abgeleitete Signale und verarbeitet diese, um entsprechend Stell- und Antriebsmittel für den Durchfluss des Kühlmediums zu betätigen.

Aus der DE 100 37 384 A1 ist eine Heizungs- und Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem Klimatisierungsgehäuse bekannt, in den wenigstens ein Wärmeübertrager integriert ist und das mehrere Luftaustrittsöffnungen zur Luftführung zur frontseitigen Innenraumzone des Kraftfahrzeugs aufweist. Das Klimatisierungsgehäuse weist hier einen mit wenigstens einer Luftaustrittsöffnung versehenen Anschlussabschnitt für die Verbindung mit einer wahlweise ansetzbaren Fronttemperiereinheit auf, der bei Nichtnutzung durch ein lösbares Deckelteil dicht verschlossen werden kann.

Ein Aufbau einer Klimaanlage, bei dem verhindert werden soll, dass kondensiertes Wasser an einem Heizungs-Wärmetauscher anhaftet, ist ferner aus der DE 198 23 061 A1 bekannt. Konkret sind hier Trennwandelemente zum Aufteilen eines Luftkanals vorgesehen, die dafür sorgen, dass sich das an der Trennwandplatte anhaftende, kondensierte Wasser in die vorgesehene Richtung bewegt.

Schließlich ist aus der DE 100 25 713 A1 ein Heizsystem für Kraftfahrzeuge bekannt, das zwei Heizgeräte aufweist. Die Steuerung der Heizgeräte wird hier mittels einer Detektoranordnung zum Erfassen von Betriebsparametern des Heizungssystems gesteuert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizeinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zu schaffen, mit der ein optimierter Betrieb, insbesondere ein optimierter Aufheizbetrieb, einfach möglich ist.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist das Zuheizelement in Strömungsrichtung des Luftstroms gesehen vor dem Wärmetauscher im Haupt-Luftkanal angeordnet. Stromab nach dem Zusatzheizelement ist ein Luft-Temperaturfühler angeordnet, mittels dem dort die Zuheiz-Lufttemperatur ermittelbar ist. Vorzugsweise ist der Luft-Temperaturfühler als Mischkammer-Temperaturfühler in der Mischkammer zur Ermittlung der Mischkammer-Lufttemperatur angeordnet. In einer Aufheizphase der Heizeinrichtung bei kaltem Wärmeträgermedium ist mittels der Regel-/Steuereinrichtung ein Aufheiz-Algorithmus aktivierbar, bei dem das Zuheizelement eingeschalten ist und die Luftstrom-Stelleinrichtung in der Nebenkanal-Stellung befindlich ist. Bei Unterschreitung eines vorgegebenen Differenzwertes einer ermittelten Temperaturdifferenz zwischen der Wärmeträgermedium-Temperatur und der Zuheiz-Lufttemperatur wird der Standard-Algorithmus aktiviert.

Vorteilhaft hierbei ist, dass im Aufheiz-Algorithmus die Luftstrom-Stelleinrichtung in der Nebenkanal-Stellung befindlich ist, so dass der Wärmetauscher von dem in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstrom nicht durchströmt wird. D. h., dass der Luftstrom aufgrund des eingeschalteten Zuheizelementes im Haupt-Luftkanal erwärmt wird und durch den Neben-Luftkanal in die Mischkammer und von dort weiter in den Fahrzeuginnenraum strömen kann. Wäre eine Durchströmung des Wärmetauschers in der Aufheizphase, in der aufgrund des noch kalten Wärmeträgermediums nur eine geringe bzw. keine Heizleistung des Wärmetauschers vorhanden ist, möglich, so würde die durch das Zuheizelement erwärmte Luft beim Durchströmen des noch kalten Wärmetauschers wieder abgekühlt, so dass insgesamt gesehen die Aufheizung des Fahrzeuginnenraums verzögert werden würde. Im Aufheiz-Algorithmus erfolgt die Aufheizung des in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstroms nur über das Zuheizelement. Durch die Anordnung des Zuheizelementes in Strömungsrichtung des Luftstroms gesehen vor dem Wärmetauscher im Haupt-Luftkanal kann der insgesamte Aufbau der Heizeinrichtung in bauraumtechnischer Sicht optimiert werden. Zudem kann bei einer derartigen Anordnung des Zuheizelementes ein Schutz thermisch empfindlicher Bauteile erfolgen. Wird beispielsweise ein Kraftfahrzeug nach einer längeren Standzeit, z. B. im Winter über Nacht im Freien, gestartet, so ist das Wärmeträgermedium aufgrund der während der Standzeit vorherrschenden niedrigen Außentemperaturen kalt. Darausfolgend kann am Wärmetauscher im Verlauf der Aufheizphase des Wärmeträgermediums keine bzw. nur eine geringe Heizleistung zur Verfügung gestellt werden. Da die Fahrzeuginnenraumtemperatur zum Zeitpunkt des Startens der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges ebenfalls niedrig ist, ist es für einen Fahrzeuginsassen wünschenswert, dass eine schnelle Aufheizung des Fahrzeuginnenraums erfolgt. Dies ist durch das erfindungsgemäße Aktivieren des Aufheiz-Algorithmus einfach möglich, da hier das Zuheizelement eingeschalten wird und die Luftstrom-Stelleinrichtung in die Nebenkanal-Stellung verlagert wird. Damit wird der in den Fahrzeuginnenraum strömende Luftstrom durch das Zuheizelement erwärmt, wobei sich der bei aktiviertem Aufheiz-Algorithmus nicht vom Luftstrom umströmte Wärmetauscher bzw. das Wärmeträgermedium während der Aufheizphase ohne negativen Einfluss auf die Erwärmung des Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstroms erwärmen kann. Der Aufheiz-Algorithmus bleibt solange aktiviert, bis die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmeträgermedium-Temperatur und der Zuheiz-Lufttemperatur einen vorgegebenen Differenzwert unterschreitet. Bevorzugt wird ein Differenzwert von Null vorgegeben, d. h., dass die Umschaltung vom Aufheiz-Algorithmus auf den Standard-Algorithmus erfolgt, wenn die Wärmeträgermedium-Temperatur gleich der Zuheiz-Lufttemperatur ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2 kann der Wärmetauscher in einen Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine des Fahrzeuges eingebunden sein. Das Wärmeträgermedium kann Kühlwasser sein. Hiermit ist ein regelmäßig eingesetzter Aufbau einer Kühleinrichtung für die Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei dem die an das Kühlwasser abgegebene Wärme der Brennkraftmaschine am Wärmetauscher an den in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstrom zur Erwärmung desselben abgegeben werden kann. Grundsätzlich kann der im Wärmetauscher-Luftkanal angeordnete Wärmetauscher der Heizeinrichtung auch Bestandteil einer separaten Heizanlage sein, bei der beispielsweise mittels eines Wärmepumpenprozesses die benötigte Wärme erzeugt werden kann. Die Notwendigkeit der erfindungsgemäßen Aktivierung des Aufheiz-Algorithmus besteht aber vorrangig im Zusammenhang mit der Verwendung eines in den Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine eingebundenen Wärmetauschers, da hier die Aufheizphase des Kühlwassers als Wärmeträgermedium, insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, eine längere Zeitspanne in Anspruch nimmt, so dass durch den Aufheiz-Algorithmus eine funktionssichere Erwärmung des in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstroms sichergestellt ist.

Das Zuheizelement kann gemäß Anspruch 3 durch einen elektrischen Zuheizer gebildet sein. Dabei wird bevorzugt ein PTC-Element eingesetzt. Grundsätzlich kann das Zuheizelement auch auf andere Art und Weise ausgebildet sein, wobei insgesamt darauf zu achten ist, dass beim Einschalten des Zuheizelements sofort Wärme zur Verfügung steht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß Anspruch 4 kann die Luftstrom-Stelleinrichtung durch eine einzige im Verzweigungsbereich angeordnete steuerbare Stellklappe gebildet sein. Die Verstellung kann bevorzugt stufenlos durchgeführt werden. Durch eine einzige Stellklappe ist ein einfacher Aufbau der Luftstrom-Stelleinrichtung vorgeschlagen, mit der eine funktionssichere Leitung des Luftstroms durch den Wärmetauscher-Luftkanal und/oder den Neben-Luftkanal möglich ist.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 5 kann die Heizeinrichtung Bestandteil einer Klimaanlage des Fahrzeuges sein. Dabei kann im Haupt-Luftkanal ein Klima-Verdampfer angeordnet sein, der im aktivierten Zustand zur Kühlung des in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstroms von diesem durchströmbar ist. Hiermit ist ein regelmäßig eingesetzter Aufbau einer Klimaanlage vorgeschlagen, mit der einerseits eine Kühlung des Luftstroms mittels des Klima-Verdampfers und andererseits eine Erwärmung des Luftstroms mittels des Zuheizelements bzw. mittels des Wärmetauschers möglich ist. Die Regelung/Steuerung der Klimaanlage erfolgt mittels der Regel-/Steuereinrichtung in allgemein bekannter Weise mit dem Standard-Algorithmus. Der erfindungsgemäße Aufheiz-Algorithmus wird nur aktiviert, wenn das Wärmeträgermedium des Wärmetauschers noch kalt ist und zudem aufgrund der Regel-/Steuereinrichtung ein Heizbedarf für den in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstrom notwendig ist, d. h., dass die vorhandene Fahrzeuginnenraumtemperatur in von einem Fahrzeuginsassen gewünschter Weise erhöht werden soll.

Des weiteren kann gemäß Anspruch 6 im Haupt-Luftkanal eine Gebläseeinrichtung angeordnet sein. Damit kann eine Zwangsströmung für den in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstrom erzeugt werden, so dass dieser von der Gebläseeinrichtung ausgehend durch den Haupt-Luftkanal weiter durch den Wärmetauscher-Luftkanal und/oder den Neben-Luftkanal in die Mischkammer und von dort weiter in Richtung Fahrzeuginnenraum strömt.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 7.

Gemäß diesem Verfahren wird insbesondere vorgesehen, dass in der Regel-/Steuereinrichtung ein Wärmeträgermedium-Temperaturschwellwert festgelegt ist, bei dessen Unterschreitung der Aufheiz-Algorithmus aktiviert wird. Wird mit dem Kraftfahrzeug eine längere Fahrt unternommen, so weist das den Wärmetauscher durchströmende Wärmeträgermedium eine warme Betriebstempera tur auf, die größer als der Wärmeträgermedium-Temperaturschwellwert ist. Aufgrund des warmen Wärmeträgermediums wird die Heizeinrichtung mittels der Regel-/Steuereinrichtung mit dem Standard-Algorithmus in allgemein bekannter Weise betrieben. D. h., dass durch Verlagerung der Luftstrom-Stelleinrichtung der vom Haupt-Luftkanal kommende Luftstrom durch den Wärmetauscher-Luftkanal und/oder den Neben-Luftkanal in die Mischkammer und von dort weiter in Richtung Fahrzeuginnenraum strömt, wobei aufgrund der Stellung der Luftstrom-Stelleinrichtung in der Mischkammer eine gewünschte Mischkammer-Lufttemperatur, die der in den Fahrzeuginnenraum einströmenden Lufttemperatur entspricht, eingestellt werden kann. Erfolgt beispielsweise bei einer Fahrtunterbrechung eine Abkühlung des Wärmeträgermediums, so bleibt bei einer nur geringen Abkühlung desselben der Standard-Algorithmus aktiviert. Erst bei Unterschreitung des vorgegebenen Wärmeträgermedium-Temperaturschwellwertes wird der Aufheiz-Algorithmus aktiviert, da nun aufgrund des nun kalten Wärmeträgermediums eine Aufheizung des in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstroms durch den Wärmetauscher nicht möglich ist. Eine Erwärmung des Luftstroms erfolgt nun wieder nur durch das eingeschaltete Zuheizelement.

Zugleich kann mit der Umschaltung der Regel-/Steuereinrichtung vom Aufheiz-Algorithmus auf den Standard-Algorithmus das Zuheizelement ausgeschalten werden. D. h., dass nun eine weitere Erwärmung des in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstroms nur durch den Wärmetauscher erfolgt, wobei dies aufgrund des nun warmen Wärmeträgermediums problemlos möglich ist. Die Stellung der Luftstrom-Stelleinrichtung erfolgt im Standard-Algorithmus in allgemein bekannter Weise, d. h., dass für eine weitere Erwärmung des Luftstroms die Luftstrom-Stelleinrichtung in die Wärmetauscher-Stellung verlagert wird, wobei beispielsweise für eine Aufrechterhaltung einer eingestellten Fahrzeuginnenraumtemperatur die Luftstrom-Stelleinrichtung in einer Zwischenstellung befindlich sein kann, so dass der Luftstrom teilweise durch den Wär metauscher-Luftkanal und teilweise durch den Neben-Luftkanal zur Einstellung einer gewünschten Mischkammer-Lufttemperatur strömt.

Alternativ zu der Möglichkeit, das Zuheizelement zugleich mit der Umschaltung der Regel-/Steuereinrichtung auszuschalten, kann bei der Umschaltung der Regel-/Steuereinrichtung vom Aufheiz-Algorithmus auf den Standard-Algorithmus das Zuheizelement erst bei Erreichen eines vorgebbaren Ausschalt-Temperaturwertes ausgeschalten werden. D. h., dass in der Aufheizphase bei aktiviertem Aufheiz-Algorithmus eine Erwärmung des Luftstromes nur durch das Zuheizelement erfolgt und bei Umschaltung der Regel-/Steuereinrichtung in den Standard-Algorithmus eine weitere Erwärmung des Luftstroms sowohl durch das Zuheizelement als auch durch den Wärmetauscher erfolgt, so dass insgesamt die Erwärmung des Fahrzeuginnenraums noch weiter beschleunigt werden kann. Bevorzugt entspricht eine von einem Fahrzeuginsassen vorgegebene, gewünschte Fahrzeuginnenraumtemperatur der Ausschalt-Temperatur, d. h., dass auch bei aktiviertem Standard-Algorithmus das Zuheizelement noch so lange eingeschalten bleibt, bis die gewünschte Fahrzeuginnenraumtemperatur erreicht ist.

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Heizeinrichtung, wobei eine Luftstrom-Stelleinrichtung in einer Nebenkanal-Stellung steht, und
2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Heizeinrichtung, wobei eine Luftstrom-Stelleinrichtung in einer Wärmetauscher-Stellung steht.
In beiden Figuren ist eine schematische Schnittdarstellung durch eine Heizeinrichtung 1, die Bestandteil einer Klimaanlage 2 eines Kraftfahrzeuges ist, dargestellt. In einem Haupt-Luftkanal 3 der Heizeinrichtung 1 ist eine Gebläseeinrichtung 4 angeordnet, mittels der ein in Richtung eines Fahrzeuginnenraums (hier nicht mit dargestellt) strömender Luftstrom erzeugt werden kann. Der Luftstrom ist schematisch in den 1 und 2 zur Kenntlichmachung der Strömungsrichtung mit Pfeilen 5 eingezeichnet. Von der Gebläseeinrichtung 4 stromabwärts gehend ist ein Klima-Verdampfer 6 im Haupt-Luftkanal 3 angeordnet, der zum Kühlen des Luftstroms eingesetzt werden kann. Stromabwärts anschließend ist im Haupt-Luftkanal 3 ein schaltbares Zuheizelement 7 angeordnet, das als elektrisches PTC-Element ausgebildet sein kann.
Im Anschluss an das Zuheizelement 7 zweigt sich der Haupt-Luftkanal 3 in einem Verzweigungsbereich 8 in einen Wärmetauscher-Luftkanal 9 und einen Neben-Luftkanal 10 auf. Diese beiden Luftkanäle 9 und 10 münden in eine Mischkammer 11, an die strömungsmäßig anschließend der hier nicht mehr mit dargestellte Fahrzeuginnenraum anschließt.
Im Wärmetauscher-Luftkanal 9 ist ein von einem Wärmeträgermedium durchströmter Wärmetauscher 12 angeordnet, an dem ein Wärmeträgermedium-Temperaturfühler 13 angeordnet ist, mit dem die Wärmeträgermedium-Temperatur ermittelt werden kann. Stromab nach dem Zuheizelement ist in der Mischkammer 11 ein Mischkammer-Temperaturfühler 14 als Luft-Temperaturfühler angeordnet, mit dem die Zuheiz-Lufttemperatur hier als Mischkammer-Lufttemperatur ermittelt werden kann. Im Verzweigungsbereich 8 ist eine Luftstrom-Stelleinrichtung 15 angeordnet, die hier durch eine einzige steuerbare Stellklappe gebildet ist. Die Luftstrom-Stelleinrichtung 15 kann zwischen einer Wärmetauscher-Stellung und einer Nebenkanal-Stellung gesteuert und stufenlos verlagert werden. In 1 ist die Nebenkanal-Stellung gezeigt, in der der Luftstrom nur durch den Neben-Luftkanal 10 strömt. In 2 ist die Wärmetauscher-Stellung gezeigt, in der der Luftstrom nur durch den Wärmetauscher-Luftkanal 9 und damit durch den Wärmetauscher 12 strömt. Des weiteren ist eine Regel-/Steuereinrichtung 16 als Bestandteil der Heizeinrichtung vorgesehen, die u. a. mit dem Zuheizelement 7 den beiden Temperaturfühlern 13 und 14 sowie mit der Luftstrom-Stelleinrichtung 15 gekoppelt ist. Die Kopplung der Regel-/Steuereinrichtung 16 an die einzelnen Bauteile 7, 13, 14 und 15 ist mit strichlierten Linien in 1 und 2 eingezeichnet, wobei noch weitere Bauteile der Heizeinrichtung 1 bzw. der Klimaanlage 2 an die Regel-/Steuereinrichtung 16 angekoppelt sein könnnen (hier nicht dargestellt).
Der Wärmetauscher 12 ist in einen hier nicht mit dargestellten Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges eingebunden, wobei das Wärmeträgermedium, das den Wärmetauscher 12 durchströmt, Kühlwasser ist. Soll der von der Gebläseeinrichtung 4 in Richtung Fahrzeuginnenraum getriebene Luftstrom erwärmt werden, so wird die Luftstrom-Stelleinrichtung 15 entweder vollständig in die Wärmetauscher-Stellung verlagert oder in so eine Zwischenstellung gestellt, dass der Luftstrom wenigstens teilweise durch den Wärmetauscher 12 strömen kann. Dort wird der Luftstrom aufgrund des durch den Wärmetauscher 12 strömenden Kühlwassers erwärmt, so dass der erwärmte Luftstrom weiter über die Mischkammer 11 in den Fahrzeuginnenraum einströmt. Befindet sich die Luftstrom-Stelleinrichtung 15 in einer Zwischenstellung zwischen der Wärmetauscher-Stellung und der Nebenkanal-Stellung, so strömt der Luftstrom teilweise durch den Wärmetauscher-Luftkanal 9 und wird dort bei der Durchströmung des Wärmetauschers 12 erwärmt und teilweise durch den Neben-Luftkanal, wobei in der Mischkammer 11 aufgrund der Durchmischung des teilweise erwärmten Luftstroms und des temperaturmäßig unveränderten Luftstroms eine sog. Mischtemperatur erhalten wird. In bestimmten vorgegebenen Betriebszuständen der Heizeinrichtung 1 kann das Zuheizelement 7 für eine zusätzliche Erwärmung des durch den Haupt-Luftkanal 3 strömenden Luftstroms eingeschalten werden. Die insgesamte Regelung/Steuerung der Heizeinrichtung 1 bzw. der Klimaanlage 2, zu der beispielsweise eine Einstellung der Luftstrom-Stelleinrichtung 15 bzw. das Ein- oder Ausschalten des Zuheizelementes 7 gehört, erfolgt über die Regel-/Steuereinrichtung 16 mit einem Standard-Algorithmus, der die Regelung/Steuerung der Heizeinrichtung 1 bzw. der Klimaanlage 2 in allgemein bekannter Weise durchführt.
Ist das Wärmeträgermedium des Wärmetauschers 12 noch kalt, wie dies beispielsweise bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine mit noch kaltem Kühlwasser sein kann, könnte der Luftstrom bei in der Wärmetauscher-Stellung befindlicher Luftstrom-Stelleinrichtung zuerst mit dem Zuheizelement 7 erwärmt werden und durch das anschließende Durchströmen des Wärmetauschers 12, der aufgrund des noch kalten Wärmeträgermediums noch keine Wärme abgeben kann, wieder abgekühlt. Um dies funktionssicher zu vermeiden wird bei Unterschreitung eines in der Regel-/Steuereinrichtung festgelegten Wärmeträgermedium-Temperaturschwellwertes ein Aufheiz-Algorithmus aktiviert, bei dem das Zuheizelement 7 eingeschalten ist und die Luftstrom-Stelleinrichtung 15 in der Nebenkanal-Stellung befindlich ist. Dadurch ist sichergestellt, dass der mittels dem Zuheizelement 7 erwärmte Luftstrom nur durch den Neben-Luftkanal 10 strömt und somit ohne durch den Wärmetauscher 12 verursachte Wärmeverluste in die Mischkammer 11 und weiter in den Fahrzeuginnenraum gelangt. Unterschreitet eine zwischen der Wärmeträgermedium-Temperatur und der Mischkammer-Lufttemperatur ermittelte Temperaturdifferenz einen vorgegebenen Differenzwert, so wird in der Regel-Steuereinrichtung der Standard-Algorithmus aktiviert, so dass die weitere Regelung/Steuerung der Heizeinrichtung 1 mit dem Standard-Algorithmus erfolgt.
Mit dem Aufheiz-Algorithmus kann auf einfach Weise die Aufheizphase der Heizeinrichtung 1 bei noch kaltem Wärmeträgermedium vorteilhaft positiv beeinflusst werden. Bevorzugt erfolgt die Aktivierung des Standard-Algorithmus erst dann, wenn die Wärmeträgermedium-Temperatur mit der Mischkammer-Lufttemperatur gleich ist, d. h., dass der vorgegebene Differenzwert zu Null wird. Das Zuheizelement 7 kann zugleich mit der Aktivierung des Standard-Algorithmus ausgeschalten werden, wobei aber auch die Möglichkeit besteht, bis zum Erreichen einer vorgebbaren Ausschalt-Temperatur das Zuheizelement 7 eingeschalten zu lassen, so dass der insgesamte Aufheizvorgang zuerst nur mit dem Zuheizelement 7 erfolgt und bei Erreichen einer vorgegebenen Wärmeträgermedium-Temperatur durch den Wärmetauscher 12 und das Zuheizelement 7 erfolgt. Die Ausschalt-Temperatur kann beispielsweise eine vom Fahrzeuginsassen vorgegebene, gewünschte Fahrzeuginnenraumtemperatur sein. Neben der Bedingung des kalten Wärmeträgermediums zur Aktivierung des Aufheiz-Algorithmus ist selbstverständlich der generelle Bedarf zur Erwärmung des in Richtung des Fahrzeuginnenraums strömenden Luftstroms notwendig, d. h., dass die Heizeinrichtung 1 eingeschalten ist bzw. die Klimaanlage 2 auf Heizbetrieb steht, sowie dass die von einem Fahrzeuginsassen eingestellte, gewünschte Fahrzeuginnenraumtemperatur größer ist als die aktuell vorherrschende Fahrzeuginnenraumtemperatur.

Claims

Heizeinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Haupt-Luftkanal, der sich in einem Verzweigungsbereich in einen Wärmetauscher-Luftkanal und einen Neben-Luftkanal aufzweigt, wobei diese beiden Luftkanäle in eine Mischkammer münden, so dass ein in Richtung eines Fahrzeuginnenraumes strömender Luftstrom vom Haupt-Luftkanal kommend durch den Wärmetauscher-Luftkanal und/oder den Neben-Luftkanal in die Mischkammer strömt, mit einer Luftstrom-Stelleinrichtung, die zwischen einer Wärmetauscher-Stellung, in der der Luftstrom nur durch den Wärmtauscher-Luftkanal strömt, und einer Nebenkanal-Stellung, in der der Luftstrom nur durch den Neben-Luftkanal strömt, gesteuert, vorzugsweise stufenlos, verlagerbar ist, mit einem von einem Wärmeträgermedium durchströmten Wärmetauscher, der im Wärmetauscher-Luftkanal angeordnet ist und von dem in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstrom durchströmbar ist, wobei mittels eines Wärmeträgermedium-Temperaturfühlers die Wärmeträgermedium-Temperatur ermittelbar ist, mit einem schaltbaren Zuheizelement, das ebenfalls von dem in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstrom durchströmbar ist, und mit einer Regel-/Steuereinrichtung, mittels der die Heizeinrichtung mit einem Standard-Algorithmus regel-/steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuheizelement (7) in Strömungsrichtung des Luftstroms gesehen vor dem Wärmetauscher (12) im Haupt-Luftkanal (3) angeordnet ist, dass stromab nach dem Zusatzheizelement (7) ein Luft-Temperaturfühler (14) angeordnet ist, mit dem dort die Zuheiz-Lufttemperatur ermittelbar ist, dass in einer Aufheizphase der Heizeinrichtung (1) bei kaltem Wärmeträgermedium mittels der Regel-/Steuereinrichtung (16) ein Aufheiz-Algorithmus aktivierbar ist, bei dem das Zuheizelement (7) eingeschalten ist und die Luftstrom-Stelleinrichtung (15) in der Nebenkanal-Stellung befindlich ist, und dass bei Unterschreitung eines vorgegebenen Differenzwertes einer ermittelten Temperaturdifferenz zwischen der Wärmeträgermedium-Temperatur und der Zuheiz-Lufttemperatur, vorzugsweise der Differenzwert zu Null wird, der Standard-Algorithmus aktiviert wird.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (12) in einen Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine des Fahrzeuges eingebunden ist, und dass das Wärmeträgermedium Kühlwasser ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuheizelement (7) durch einen elektrischen Zuheizer, vorzugsweise durch ein PTC-Element, gebildet ist.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftstrom-Stelleinrichtung (15) durch eine einzige im Ver zweigungsbereich (8) angeordnete, vorzugsweise stufenlos, steuerbare Stellklappe gebildet ist.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (1) Bestandteil einer Klimaanlage (2) des Fahrzeuges ist, und dass im Haupt-Luftkanal (3) ein Klima-Verdampfer (6) angeordnet ist, der im aktivierten Zustand zur Kühlung des in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstroms von diesem durchströmbar ist.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zudem eine Gebläseeinrichtung (4) im Haupt-Luftkanal (3) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Heizeinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Haupt-Luftkanal, der sich in einem Verzweigungsbereich in einen Wärmetauscher-Luftkanal und einen Neben-Luftkanal aufzweigt, wobei diese beiden Luftkanäle in eine Mischkammer münden, so dass ein in Richtung eines Fahrzeuginnenraumes strömender Luftstrom vom Haupt-Luftkanal kommend durch den Wärmetauscher-Luftkanal und/oder den Neben-Luftkanal in die Mischkammer strömt, mit einer Luftstrom-Stelleinrichtung, die zwischen einer Wärmetauscher-Stellung, in der der Luftstrom nur durch den Wärmtauscher-Luftkanal strömt, und einer Nebenkanal-Stellung, in der der Luftstrom nur durch den Neben-Luftkanal strömt, gesteuert verlagerbar ist, mit einem von einem Wärmeträgermedium durchströmten Wärmetauscher, der im Wärmetauscher-Luftkanal angeordnet ist und von dem in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstrom durchströmbar ist, wobei mittels eines Wärmeträgermedium-Temperaturfühlers die Wärmeträgermedium-Temperatur ermittelbar ist, mit einem schaltbaren Zuheizelement, das ebenfalls von dem in Richtung Fahrzeuginnenraum strömenden Luftstrom durchströmbar ist, und mit einer Regel-/Steuereinrichtung, mittels der die Heizeinrichtung mit einem Standard-Algorithmus regel-/steuerbar ist, wobei das Zuheizelement (7) in Strömungsrichtung des Luftstroms gesehen vor dem Wärmetauscher (12) im Haupt-Luftkanal (3) angeordnet ist, wobei stromab nach dem Zusatzheizelement (7) ein Luft-Temperaturfühler (14) angeordnet ist, mit dem dort die Zuheiz-Lufttemperatur ermittelt wird, wobei in einer Aufheizphase der Heizeinrichtung (1) bei kaltem Wärmeträgermedium mittels der Regel-/Steuereinrichtung (16) ein Aufheiz-Algorithmus aktivierbar ist, bei dem das Zuheizelement (7) eingeschalten ist und sich die Luftstrom-Stelleinrichtung (15) in der Nebenkanal-Stellung befindet, wobei bei Unterschreitung eines vorgegebenen Differenzwertes einer ermittelten Temperaturdifferenz zwischen der Wärmeträgermedium-Temperatur und der Zuheiz-Lufttemperatur der Standard-Algorithmus aktiviert wird dergestalt, dass in der Regel-/Steuereinrichtung (16) ein Wärmeträgermedium-Temperaturschwellwert festgelegt ist, bei dessen Unterschreitung der Aufheiz-Algorithmus aktiviert wird, wobei zugleich mit der Umschaltung der Regel-/Steuereinrichtung (16) vom Aufheiz-Algorithmus auf den Standard-Algorithmus das Zuheizelement (7) ausgeschalten wird oder alternativ bei der Umschaltung der Regel-/Steuereinrichtung (16) vom Aufheiz-Algorithmus auf den Standard-Algorithmus das Zuheizele ment (7) eingeschalten bleibt und erst bei Erreichen eines vorgebbaren Ausschalt-Temperaturwertes, vorzugsweise eine vorgebbare Fahrzeuginnenraumtemperatur, ausgeschalten wird.