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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugbelüftungseinrichtung zur Belüftung eines
Fahrzeug-Innenraums.
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Moderne
Konzepte zur Fahrzeugklimatisierung und Fahrzeugbelüftung besitzen
eine genaue Temperaturregulierung, eine stufenlose Lüftersteuerung,
leise arbeitende Lüfter
und eine große
Anzahl von Öffnungen
eines Luftschachtsystems im Fahrzeug-Innenraum, durch welches der
vom Lüfter
erzeugte Luftstrom zum Fahrzeug-Innenraum geführt wird. Der Lüfter wird über Ansaugöffnungen
mit Luft versorgt. Diese Ansaugöffnungen
sind derart angeordnet, dass die Belüftung des Fahrzeug-Innenraums nahezu
unabhängig
von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfolgen kann. Zudem ist die
früher übliche stufenweise
Regulierung des Lüfters über Vorwiderstände einer
drehzahlgeregelten Elektronik für
den Lüfter
gewichen. Diese Lüfter-Steuerung
bewirkt, dass ein von einem Gleichstrom-Motor angetriebener Lüfter bei
stark gedrosseltem Luftstrom durch das Luftschachtsystem, beispielsweise
durch das teilweise Schließen
von Öffnungen
des Luftschachtsystems, automatisch „hochläuft". Dieses „Hochlaufen" bzw. die gestiegene
Drehzahl des Lüfters
führt jedoch
nachteiligerweise an den verbleibenden Öffnungen des Luftschachtsystems
zu einem gesteigerten Luftaustoß bzw.
Luftstrom.
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Trotz
aller Komfortfunktionen und perfekter Klimatisierung durch heutige
Fahrzeugbelüftungseinrichtungen
ist gerade die Stärke
und Richtung des Luftstroms an den Öffnungen des Luftschachtsystems
im Fahrzeug-Innenraum für
das Wohlbefinden der Fahrzeuginsassen von Bedeutung. Aus diesem Grund
lassen sich die verschiedenen Öffnungen
des Luftschachtsystems in Öffnungsgrad
und Richtung des ausgegebenen Luftstroms einzeln einstellen.
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Beim
teilweisen oder vollständigen
Schließen
einer der Öffnungen
durch die Fahrzeuginsassen strömt
jedoch der Luftstrom mit einer höheren Geschwindigkeit
aus den verbleibenden Öffnungen des
Luftschachtsystems. Dies wird häufig
als unangenehm und zugig empfunden. Ein ähnlicher Effekt tritt mit zunehmender
Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf, da sich dann ebenfalls der Luftstrom
aus den Öffnungen
des Luftschachtsystems verstärkt.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugbelüftungseinrichtung
bereitzustellen, die im Vergleich zu bekannten Belüftungssystemen
einen für
die Insassen des Fahrzeugs angenehmeren Luftstrom im Kraftfahrzeug-Innenraum
erzeugt.
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Das
obige Problem wird durch eine Fahrzeugbelüftungseinrichtung zur Belüftung eines
Fahrzeug-Innenraums gelöst,
wie sie im unabhängigen Anspruch
1 definiert ist. Modifikationen, Weiterentwicklungen und bevorzugte
Ausführungsformen
gehen aus der folgenden Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen hervor.
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Die
erfindungsgemäße Fahrzeugbelüftungseinrichtung
umfasst einen Lüfter
zum Erzeugen eines Luftstroms entsprechend seiner Betriebsdaten,
ein Luftschachtsystem mit einer Mehrzahl von verschließbaren Öffnungen, über welches
der Luftstrom vom Lüfter
dem Fahrzeug-Innenraum zuführbar
ist, und eine differenzdruckgeführte
Lüfter-Regelung zum
Einstellen der Betriebsdaten des Lüfters, die auch bei Änderung
des Öffnungsgrads
zumindest einer Öffnungen
und/oder bei Änderung
einer Fahrzeuggeschwindigkeit eine Stärke des Luftstroms durch die
verbleibenden Öffnungen
durch Anpassen der Betriebsdaten des Lüfters konstant hält.
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Der
erfindungsgemäßen Fahrzeugbelüftungseinrichtung
liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Stärke des Luftstroms aus den Öffnungen
des Luftschachtsystems durch die Druckdifferenz zwischen dem Luftdruck
im Luftschachtsystem und dem Luftdruck im Fahrzeug-Innenraum bestimmt
wird. Der Luftdruck im Luftschachtsystem verändert sich jedoch mit dem Öffnen und
Schließen
von Öffnungen des
Luftschachtsystems, so dass die Leistung des Lüfters an die Öffnungsbedingungen
bzw. Druckbedingungen im Luftschachtsystem angepasst werden muss,
um die Stärke
des Luftstroms aus den Öffnungen
des Luftschachtsystems in den Fahrzeug-Innenraum konstant zu halten.
In Abhängigkeit
von der Konstruktion des Luftschachtsystems kann dessen Luftdruck
auch durch die Fahrzeuggeschwindigkeit beeinflusst werden. Daher
kann die Leistung des Lüfters
als eine weitere Alternative auch in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit
angepasst werden.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
umfasst die Fahrzeugbelüftungseinrichtung
einen Differenzdrucksensor, mit dem die Differenz des Luftdrucks
zwischen dem Fahrzeug-Innenraum und dem Luftschachtsystem bestimmbar
und als elektrisches Signal an die Lüfter-Regelung übermittelbar
ist.
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Der
Differenzdrucksensor misst und vergleicht in regelmäßigen zeitlichen
Abständen
oder permanent den im Fahrzeug-Innenraum und den im Luftschachtsystem
vorhandenen Luftdruck. Der Luftdruck des Luftschachtsystems ist
beispielsweise abhängig
vom Öffnungsgrad
der Mehrzahl der Öffnungen
und/oder von der Fahrzeuggeschwindigkeit. Der Luftdruck im Fahrzeug-Innenraum
könnte
durch das Öffnen
und Schließen
von Fenstern oder Schiebedach verändert werden. Sobald sich der
Differenzdruck zwischen Fahrzeug-Innenraum und Luftschachtsystem ändert, verändert sich
auch der aus den Öffnungen
austretende Luftstrom, was häufig von
den Fahrzeuginsassen als unangenehm empfunden wird.
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Die
Lüfterregelung
verarbeitet daher das von dem Differenzdrucksensor erhaltene elektrische
Differenzdruck-Signal derart, dass es den Differenzdruck zwischen
Luftschachtsystem und Fahrzeug-Innenraum konstant hält. Zu diesem
Zweck werden je nachdem, ob der Differenzdruck sinkt oder fällt, die Betriebsdaten
des Lüfters
derart angepasst, dass entsprechend die Leistung des Lüfters gesteigert oder
verringert wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erfasst die Lüfter-Regelung als Betriebsdaten
Strom, Spannung und/oder Drehzahl des Lüfters, aus denen näherungsweise
ein Differenzdruck zwischen Luftschachtsystem und Fahrzeug-Innenraum
bestimmbar ist. Sollten diese Daten für die Bestimmung des Differenzdrucks
nicht ausreichend sein, sind jeweils von den Öffnungen des Luftschachtsystems
ein elektrisches Öffnungssignal
entsprechend dem Öffnungsgrad
der Öffnungen und/oder
ein elektrisches Geschwindigkeitssignal entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit
an die Lüfter-Regelung übermittelbar
und durch sie verarbeitbar. Die Öffnungssignale
informieren im Zusammenhang mit den Betriebsdaten des Lüfters die
Lüfter-Regelung
darüber,
in welcher Stärke
die Luft aus den Öffnungen
des Luftschachtsystems in den Fahrzeug-Innenraum strömt.
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Um
die Verarbeitung aller oder nur eines Teils der obigen Daten zu
erleichtern, umfasst die Lüfter-Regelung
zur Bestimmung des Differenzdrucks zwischen Luftschachtsystem und
Fahrzeug-Innenraum ein gespeichertes Kennfeld, in dem der Differenzdruck
in Abhängigkeit
von den Betriebsdaten und/oder Öffnungssignalen
und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit gespeichert ist, so dass durch die
Lüfter-Regelung
im Vergleich mit dem Kennfeld ein konstanter Differenzdruck regelbar
ist, auch wenn der Öffnungsgrad
der Öffnungen
und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit verändert werden/wird.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die einzige
Figur beschrieben. Sie zeigt eine schematische Darstellung der Fahrzeugbelüftungseinrichtung.
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Die
Fahrzeugbelüftungseinrichtung 1 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst einen Lüfter 10, dessen Leistung über seine Betriebsdaten
beschrieben werden kann. Seine Betriebsdaten umfassen die elektrische
Spannung U, den elektrischen Strom I und/oder seine Drehzahl n, die
in Kennlinien zusammengefasst die Leistungen des Lüfters 10 darstellen.
Beispiele für
derartige Kennlinien sind die U/I-Kennlinie oder die n/I-Kennlinie.
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Der
Lüfter 10 ist
mit einem Luftschachtsystem 20 verbunden, der die durch
den Lüfter 10 bewegten
Luftmassen dem Fahrzeug-Innenraum 60 zuführt. Es
umfasst ein Lüftergehäuse, in
dem der Lüfter 10 angeordnet
ist, Kanäle 22 und Öffnungen 24. Die Öffnungen 24 sind
zumeist mit bekannten Einstellmechanismen ausgestattet, um sowohl
den Öffnungsgrad,
d. h. die Größe der Öffnung 24,
als auch die Richtung des austretenden Luftstroms einzustellen.
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Der
Luftdruck im Luftschachtsystem 20 wird durch verschiedene
Faktoren beeinflusst. Zum einen bestimmen die Betriebsdaten des
Lüfters 10 seine Leistung
und somit den Luftdruck im Luftschachtsystem 20. Zum anderen
wird der Luftdruck im Luftschachtsystem 20 bei konstanter
Lüfterleistung durch
die Veränderung
des Öffnungsgrads
der Öffnungen 24 des
Luftschachtsystems 20 verändert. Wird beispielsweise
eine Öffnung 24 des
Luftschachtsystems 20 geschlossen, nimmt die Stärke des
Luftstroms durch die verbleibenden Öffnungen 24 aufgrund
des gesteigerten Luftdrucks im Luftschachtsystem 20 zu.
In Abhängigkeit
von der konstruktiven Verbindung des Luftschachtsystems 20 zu seiner
Umgebung kann der Luftdruck im Luftschachtsystem 20 zudem
durch die Veränderung
der Fahrzeuggeschwindigkeit beeinflusst werden.
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Im
Fahrzeug-Innenraum 60 ist der Luftdruck annähernd konstant.
Er wird lediglich durch das Öffnen
eines Fensters und/oder eines Schiebedachs verändert.
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Die
Stärke
des oft als unangenehm empfundenen Luftstroms aus den Öffnungen 24 des
Luftschachtsystems 20 wird durch den Differenzdruck zwischen
dem Luftdruck im Luftschachtsystem 20 und dem Luftdruck
im Fahrzeug-Innenraum 60 bestimmt. Eine komfortable Fahrzeugbelüftung lässt sich
dadurch realisieren, dass der Differenzdruck annähernd konstant gehalten wird,
weil sich dann die Stärke
des aus den Öffnungen 24 des
Luftschachtsystems 20 austretenden Luftstroms nicht verändert. Wird
daher der Öffnungsgrad
der Öffnungen 24 des Luftschachtsystems 20 geändert, erfolgt
eine Regulierung des Differenzdrucks bzw. ein Konstanthalten des
Differenzdrucks zwischen Luftschachtsystem 20 und Fahrzeug-Innenraum 60 über die
Anpassung der Betriebsdaten bzw. der Leistung des Lüfters 10 an die
neue Konfiguration der Öffnungen 24 des
Luftschachtsystems 20. Die Lüfter-Regelung 30 regelt somit
die Betriebsdaten des Lüfters 10 in
Abhängigkeit
von dem durch die Fahrzeug-Insassen geforderten oder in der Lüfter-Regelung 30 voreingestellten Differenzdruck.
Somit wird eine komfortable Fahrzeugbelüftungseinrichtung 1 durch
eine differenzdruckgeführte
Lüfter-Regelung 30 erzielt.
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Gemäß einer
ersten Alternative erhält
die differenzdruckgeführte
Lüfter-Regelung 30 den
Differenzdruck zwischen Luftschachtsystem 20 und Fahrzeug-Innenraum 60 als
ein elektrisches Signal von einem Differenzdrucksensor 40.
Der Differenzdrucksensor 40 misst den Druck im Fahrzeug-Innenraum 60,
im Luftschachtsystem 20 und bildet aus diesen Daten die
benötigte
Druckdifferenz, die den Luftstrom aus dem Luftschachtsystem 20 in
den Fahrzeug-Innenraum 60 charakterisiert.
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Der
Referenzluftdruck im Fahrzeug-Innenraum 60 wird beispielsweise
durch eine Luftleitung 45, insbesondere einen Schlauch,
bestimmt, der den Differenzdrucksensor 40 mit dem Fußraum des
Fahrzeug-Innenraums 60 verbindet. In Abhängigkeit
von dem elektrischen Signal des Differenzdrucksensors 40 regelt
die Lüfter-Regelung 30 den
Lüfter 10 derart bzw.
passt die Leistung des Lüfters 10 derart
an, dass der Differenz druck zwischen Luftschachtsystem 20 und
Fahrzeug-Innenraum 60 konstant gehalten wird. Auf diese
Weise bleibt die Stärke
des Luftstroms aus den Öffnungen 24 des
Luftschachtsystems 20 unverändert, obwohl beispielsweise
der Öffnungsgrad
der Öffnungen 24 des
Luftschachtsystems 20 und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit
in der Zwischenzeit verändert
worden sind.
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Neben
bekannten Differenzdrucksensoren 40 kann ebenfalls ein
unkalibrierter Differenzdrucksensor genutzt werden. Stellen beispielsweise
die Insassen des Fahrzeugs am Einstellknopf 50 des Lüfters 10 einen
für sie
angenehmen Luftstrom aus den Öffnungen 24 des
Luftschachtsystems 20 ein, kann das Ausgangssignal des
unkalibrierten Differenzdrucksensors 40 als Sollwert für den Differenzdruck in
der Lüfter-Regelung 30 gesetzt
werden. Diese technische Konfiguration der Fahrzeugbelüftungseinrichtung 1 spart
eine teure Sensorkalibrierung, ohne dass sich daraus für die Fahrzeugbelüftungseinrichtung 1 funktionelle
Nachteile ergeben.
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Unabhängig von
der Art des verwendeten Differenzdrucksensors 40 führt die
Lüfter-Regelung 30 die
Lüfterdrehzahl
n bzw. die Leistung des Lüfters 10 nach,
um trotz Verstellung des Öffnungsgrads
der Öffnungen 24 des
Luftschachtsystems 20 und/oder der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder
des Öffnens
von Fenstern oder Schiebedach im Fahrzeug-Innenraum 60 den
Differenzdruck und somit den Luftstrom aus den Öffnungen 24 des Luftschachtsystems 20 konstant
zu halten.
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Gemäß einer
weiteren Alternative der Fahrzeugbelüftungseinrichtung 1 werden
anstelle des Differenzdrucksensors 40 in der Lüfter-Regelung 30 bekannte
und/oder einfach feststellbare Betriebsdaten des Lüfters 10 und/oder
Konfigurationsdaten des Luftschachtsystems 20 verwendet,
um näherungsweise
den Differenzdruck zu bestimmen. Die Betriebsdaten des Lüfters 10 umfassen
U/I-, n/I- oder U/I/n-Kennlinien, aus denen die Leistung des Lüfters 10 bestimmbar
ist.
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Da
der Lüfter 10 elektronisch
geregelt ist, ist eine elektronische Schaltung vorhanden. Die Strommessung
am Lüfter 10 erfordert
in dieser elektronischen Schaltung einen zusätzlichen Shunt und einen Differenzeingang
an einem Controller. Der Differenzeingang ist üblicherweise in derartigen
Schaltungen vorhanden. Die elektrische Spannung U des Lüfters kann
z. B. aus dem PWM (pulse-width-modulation)-Verhältnis des Stroms ermittelt
werden. Falls die Motorstromendstufe des Lüfters ein FET (Feldeffekttransistor)
ist, kann zur Strommessung anstelle eines Shunts auch der Kanalwiderstand
des FET (RDrain- Source
On) verwendet werden. Dann ist kein zusätzliches Shunt erforderlich.
Wird der Lüfter 10 durch
einen Bürstenmotor
betrieben, kann die Drehzahl n leicht ermittelt werden, da der Ankerstrom
mit einem Vielfachen der Drehzahl schwankt. Bei bürstenlosen
Motoren ist die Drehzahl aus dem Kommutator-ASIC bekannt.
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Um
den Differenzdruck durch die Lüfter-Regelung 30 noch
genauer bestimmen zu können,
wird gemäß einer
weiteren Ausführungsform
von den Öffnungen 24 des
Luftschachtsystems 20 ein elektrisches Öffnungssignal entsprechend
dem Öffnungsgrad
der Öffnungen 24 und/oder
ein elektrisches Geschwindigkeitssignal entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit
an die Lüfter-Regelung 30 übermittelt und
durch sie verarbeitet.
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Zur
erleichterten Verarbeitung der Gesamtheit oder eines Teils der Daten
zur Bestimmung des Differenzdrucks ist es ebenfalls bevorzugt, diese
Daten vollständig
oder teilweise in einem Kennfeld in der Lüfter-Regelung 30 zu
speichern. Das Kennfeld hat die Form einer Datentabelle oder einer
Datenmatrix, in der der Differenzdruck in Abhängigkeit von den Betriebsdaten
und/oder Öffnungssignalen
und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit dargestellt ist. Aus diesem
Kennfeld kann somit bei Vorliegen der Betriebsdaten und/oder der Öffnungssignale
und/oder des Geschwindigkeitssignals in der Lüfter-Regelung der entsprechende
Differenzdruck bestimmt werden. Umgekehrt können beispielsweise bei Änderung
der Öffnungssignale die
erforderlichen Betriebsdaten ausgelesen werden, um durch Anpassung
der Lüfterleistung
den Differenzdruck konstant zu halten.
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Der
einzustellende oder nachzuregelnde Differenzdruck wird beispielsweise
wieder durch das Auswählen
am Lüftereinstellknopf 50 im
Fahrzeug-Innenraum 60 als Sollwert in der Lüfter-Regelung 30 gesetzt.
Verändert
sich der Differenzdruck durch Umstellen des Öffnungsgrads der Öffnungen des
Luftschachtsystems 20 und/oder durch die Fahrzeuggeschwindigkeit,
entnimmt die Lüfter-Regelung 30 dem
Kennfeld, welche Betriebsdaten des Lüfters 10 in welcher
Weise angepasst werden müssen
bzw. nachgeregelt werden müssen,
um den Differenzdruck-Sollwert wieder zu erreichen.
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Gemäß den oben
beschriebenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung arbeitet die Fahrzeugbelüftungseinrichtung 1 mit
einer differenzdruckgeführten
Lüfter-Regelung 30,
die gemäß einer Ausführungsform
den Differenzdruck als ein Signal vom Differenzdrucksensor 40 erhält. Gemäß einer weiteren
Ausführungsform
basiert die differenzdruckgeführte
Lüfter-Regelung 30 auf
einem Differenzdruck, der indirekt aus den Betriebsdaten des Lüfters 10 allein
oder in Kombination mit Konfigurationsdaten des Luftschachtsystems 20 und/oder
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt wird.
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- 1
- Fahrzeugsbelüftungseinrichtung
- 10
- Lüfter
- 20
- Luftschachtsystem
- 22
- Kanal
- 24
- Öffnung
- 30
- Lüfter-Regelung
- 40
- Differenzdrucksensor
- 45
- Verbindungsleitung
- 50
- Einstellknopf
- 60
- Fahrzeug-Innenraum
- 70
- Heizung