DE102007049831A1

DE102007049831A1 - Manuell bedienbare Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben

Info

Publication number: DE102007049831A1
Application number: DE200710049831
Authority: DE
Inventors: Michael Gades
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2009-04-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine manuell bedienbare Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug, die einen extern geregelten Kältemittelkompressor, einen Kondensator, ein Expansionsorgan und einen Verdampfer aufweist, der in einem Klimagerät angeordnet ist und dem in diesem ein Gebläse für Frisch- und/oder Umluft vorgeschaltet und ein Heizungswärmetauscher mit einer diesem zugeordneten Temperaturregelklappe nachgeschaltet ist, die über ein Bedienelement betätigbar ist. Sie löst die Aufgabe, eine derartige Klimaanlage so zu gestalten und zu betreiben, dass die zum Betreiben derselben erforderliche Energie reduziert ist. Dazu ist die Lufttemperatur an der Ausgangsseite des Verdampfers (4), die der Verdampfungstemperatur (VT) entspricht, in einem vorbestimmten Temperaturbereich durch den Kältemittelkompressor (1) einstellbar. Das Bedienelement (9) ist dabei über ein Steuergerät (12) derart mit diesem (1) gekoppelt, dass mit der Wahl einer Ausblastemperatur in dem vorbestimmten Temperaturbereich am Bedienelement (9) zugleich eine Leistungsanpassung des Kältemittelkompressors (1) und in Folge die Einstellung einer vorbestimmten Verdampfertemperatur (VT) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine manuell bedienbare Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem extern geregelten Kompressor, bei der die gewünschte Temperatur über eine Klappe im Klimagerät einstellbar ist, und ein Verfahren zum Betreiben derselben.
Herkömmliche manuell bedienbare Klimaanlagen in einem Kraftfahrzeug weisen einen Kältemittelkreislauf auf, der zumindest einen durch den Motor des Fahrzeugs angetriebenen (Kältemittel-)Kompressor, einen Kondensator oder Gaskühler (im Folgenden Kondensator genannt), ein Expansionsorgan und einen Verdampfer als Wärmetauscher umfasst, wobei letzterer in einem Klimagerät angeordnet ist, das neben einem dem Verdampfer vorgeschalteten Gebläse einen diesem nachgeordneten Heizungswärmetauscher und eine zwischen den Wärmetauschern schwenkbar angeordnete und über ein Bedienelement betätigbare Temperaturregelklappe aufweist, durch die den Verdampfer verlassende Luft dem Heizungswärmetauscher zugeführt werden kann. Im Verdampfer wird die diesem zugeführte Luft, entweder Frischluft aus der Fahrzeugumgebung oder Umluft aus dem Fahrzeuginnenraum oder ein Gemisch aus beiden, gekühlt. Anschließend kann die gekühlte Luft oder ein Teil derselben über den Heizungswärmetauscher geführt, durch diesen erwärmt und anschließend wieder mit dem übrigen, nicht erwärmten Teil vereint werden, so dass ein Gemisch aus gekühlter und erwärmter Luft in den Fahrzeuginnenraum ausgeblasen wird, dessen Mischungsverhältnis, geregelt durch die Stellung der Temperaturregelklappe, die Ausblastemperatur bestimmt. Bei diesen herkömmlichen manuell regelbaren Klimaanlagen ist die Verdampfertemperatur als Fixwert vorgegeben, wird über den Kompressor in Verbindung mit dem Expasiosnorgan eingeregelt und liegt nur wenig über der Vereisungsgrenze bei etwa 1°C.
Wegen der schnellen Änderung der Betriebsbedingungen infolge der Fahrzeugbewegung mit wechselnden Fahrgeschwindigkeiten und unterschiedlichem Wärmeeinfall unterliegt der Kältebedarf großen Schwankungen, an den sich die Kälteleistung des Kompressors anpassen muß. Diese Anpassung erfolgt hauptsächlich durch eine Regulierung des Massendurchsatzes im Kältemittelkreislauf. Der Volumenstrom des den Verdampfer durchströmenden Kältemittels zur Aufnahme der Wärme aus der Frisch- und/oder Umluft wird somit durch den extern geregelten Kompressor in Abhängigkeit von der erforderlichen Kälteleistung eingestellt. Zum Betreiben des Kältemittelkreislaufs ist Energie erforderlich, die durch den Fahrzeugmotor und damit durch den in diesem verbrannten Kraftstoff zur Verfügung gestellt werden muß. Der oben genannte Fixwert der Verdampfertemperatur wird konstant gehalten. Steigt die Verdampfertemperatur, muß durch das Expansionsorgan mehr Kältenittel in den Verdampfer eingespritzt werden, sinkt diese, muß die Einspritzmenge erhöht werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine manuell bedienbare Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten und zu betreiben, dass die zum Betreiben derselben erforderliche Energiemenge reduziert wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Klimaanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und dem Oberbegriff des Anspruchs 5 jeweils durch deren kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils angeschlossenen Unteransprüchen aufgeführt.
Die Erfindung besteht in der Weiterentwicklung einer herkömmlichen manuell bedienbaren Klimaanlage mit einem extern geregelten Kältemittelkompressor, deren Verdampfer gemeinsam mit einem diesem nachgeschalteten Heizungswärmetauscher und einer zwischen diesen beiden Wärmetauschern angeordneten und dem Heizungswärmetauscher zugeordneten Temperaturregelklappe angeordnet ist, und dabei darin, dass die Lufttemperatur an der Ausgangsseite des Verdampfers, die im Wesentlichen gleich der Verdampfertemperatur ist, in einem vorbestimmten Temperaturbereich mit dem Bedienelement für die Temperaturregelklappe manuell einstellbar ist. Dabei ist diese Einstellung über ein Steuergerät mit dem Kompressor und in dem vorbestimmten Temperaturbereich mit der Einstellung einer (Wunsch-)Ausblastemeperatur der klimatisierten Luft in den Fahrgastinnenraum gekoppelt. Mit der Einstellung dieser Ausblastemperatur in dem vorbestimmten Temperaturbereich erfolgt zugleich eine Regelung des Kompressors bzw. eine Leistungsanpassung desselben und die Einstellung einer vorbestimmten Verdampfertemperatur oberhalb der minimalen Verdampfertemperatur von 1°C bis 2°C.
Der zugrunde liegende Gedanke ist der, dass die zu klimatisierende Luft im Normalfall nach ihrer Kühlung im Verdampfer durch den Heizungswärmetauscher wieder erwärmt wird, wodurch die Kühlung der Luft im Verdampfer reduziert werden kann, so dass die Verdampfertemperatur erhöht werden kann. Durch die Erhöhung der Verdampfertemperatur wird dem Kompressor weniger Kälteleistung abverlangt, wodurch dessen Energiebedarf sinkt, verbunden mit einer Kraftstoffersparnis. Die Kompressorregelung zur Anpassung der Verdampfertemperatur kann dabei ohne Erfassung der Ausblastemperatur erfolgen, so dass eine Innenraumtemperaturmessung mit der dafür erforderlichen Sensorik entfällt. Am Verdampferausgang ist vorteilhaft ein Temperaturfühler angeordnet, mit dem dort die Lufttemperatur, gleich der Verdampfertemperatur, mit Rückkopplung zum Steuergerät gemessen wird.
Das Bedienelement für die Einstellung der Ausblastemperatur ist üblicherweise ein Temperaturdrehknopf. Dieser ist zwischen einer 0°-Stellung, in der der Heizungswärmetauscher durch die Temperaturregelklappe gesperrt ist und der Luftstrom an diesem vorbei geleitet wird, so dass die Ausblastemperatur im Wesentlichen gleich der Verdampfertemperatur ist, und einer 270°-Stellung, in der das Vorbeileiten eines Luftstromes am Heizungswärmetauscher gesperrt ist und der gesamte Luftstrom durch den Heizungswärmetauscher geleitet wird, so dass die Ausblastemperatur sehr viel höher als die Verdampfertemperatur ist, verstellbar. In einer Zwischenstellung wird die Luft teilweise und dabei mit zunehmendem Drehwinkel mit größerem Anteil durch den Heizungswärmetauscher geleitet und stromab desselben dem gekühlten Verdampferluftstrom wieder zugeführt, wodurch die Ausblastemperatur höher als die Verdampfertemperatur ist. Bei teilweise offener Klappenstellung wird somit mehr oder weniger zugeheizt.
Beim Verstellen des Drehknopfes im Bereich von 0° bis 90° wird über das Steuergerät und die Rückkopplung zum Kompressor die Verdampfertemperatur von 1°C bis 2°C auf 10°C erhöht, wodurch der Kompressor weniger Kühlleistung erbringen muß. Im Drehbereich zwischen 90° und 270° bleibt die Verdampfertemperatur von 10°C konstant.
Die Regelung der Verdampfertemperatur erfolgt vorteilhaft unter Einbeziehung der Außentemperatur und dabei derart, dass bei einer niedrigen Außentemperatur die Verdampfertemperatur um 3°C niedriger als diese eingeregelt wird. Dadurch wird der Kompressor auch dann weiter betrieben, wenn eine Abkühlung der Frisch- und/oder Umluft nicht erforderlich ist. Bei der Einstellung der Verdampfertemperatur 3°C unter der Außentemperatur erfolgt somit noch eine minimale Abkühlung der Verdampferluft.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: das Schema einer manuell bedienbaren Klimaanlage für ein Fahrzeug,
2: die Abhängigkeit der (Soll-)Verdampfertemperatur vom Drehwinkel eines Temperaturregelknopfes in einem Diagramm und
3: die Abhängigkeit der (Soll-)Verdampfertemperatur von der Außentemperatur in einem Diagramm.
Die in 1 gezeigte Klimaanlage umfasst als Hauptbestandteile einen vom Motor M des Fahrzeugs angetriebenen, extern geregelten (Kältemittel-)Kompressor 1, einen Kondensator 2, ein Expansionsorgan 3 und einen Verdampfer 4, die einen Kältemittelkreislauf bilden. Der Verdampfer ist in einem Klimagerät 5 angeordnet, in dem diesem ein Gebläse 6 für Frischluft F und/oder Umluft U vorgeschaltet und ein Heizungswärmetauscher 7 mit einer diesem vorgeschalteten Temperaturregelklappe 8 nachgeschaltet sind. Der Temperaturregelklappe 8 ist ein Temperaturdrehknopf 9 zugeordnet, durch den diese (8) zwischen einer Schließstellung, in der der Heizungswärmetauscher 7 gesperrt ist und die aus dem Verdampfer strömende Luft diesen umgeht, und einer Offenstellung, in der die aus dem Verdampfer strömende Luft durch den Heizungswärmetauscher 7 geleitet wird, schwenkbar ist. Dabei ist der Schließstellung der Temperaturregelklappe 8 die 0°-Drehstellung des Temperaturdrehknopfes 9 und deren (8) Offenstellung die 270°-Drehstellung desselben zugeordnet. 1 zeigt eine Zwischenstellung. Am Verdampferausgang ist ein Temperaturfühler 10 zur Temperaturmessung der aus dem Verdampfer 4 strömenden Luft, die als gleich der Verdampfertemperatur VT angesehen wird, angeordnet. Der Temperaturdrehknopf 9, der Temperaturfühler 10 und ein Außentemperaturfühler 11 sind mit einem Steuergerät 12 verbunden, das mit dem Kompressor 1 gekoppelt ist. Durch das Gebläse 6 angesaugte Frischluft F und/oder Umluft U durchströmt das Klimagerät 5 und wird durch Luftausströmer 13 in den Fahrzeuginnenraum ausgeblasen.
Die Klimatisierung des Innenraumes erfolgt durch die Wahl einer Ausblastemperatur am Temperaturdrehknopf 9, dessen Einstellung im Bereich zwischen 0° und 90° infolge der Rückkopplung zum Kompressor 1 über das Steuergerät 12 mit einer Veränderung der Verdampfertemperatur VT einhergeht und diese mit steigendem Drehwinkel bis auf 10°C erhöht wird, was in 2 dargestellt ist. Im Drehbereich zwischen 90° und 270° bleibt die Verdampfertemperatur VT konstant bei 10°C, und es wird nur noch die Ausblastemperatur infolge einer weiteren Klappenöffnung erhöht.
Die Ausblastemperatur und die Verdampfertemperatur VT werden unter zusätzlicher Berücksichtigung der Außentemperatur AT, die mit dem Außentemperaturfühler 11 erfasst und dem Steuergerät 12 signalisiert wird, eingestellt. Die Verdampfertemperatur VT wird durch den Kompressor 1 so eingestellt, dass diese 3°C niedriger als die Außentemperatur AT ist, damit die Klimaanlage bei minimaler Kühlung weiterläuft. 3 zeigt diesen Zusammenhang. Beträgt also die Außentemperatur AT = 13°C oder mehr, wird die Verdampfertemperatur VT bei einem Drehwinkel des Temperaturdrehknopfes 9 durch den Kompressor 1 auf 10°C eingestellt. Beträgt die Außentemperatur AT = 10°C, wird die Verdampfertemperatur VT durch den Kompressor 1 auf 7°C eingestellt. Unter einer Außentemperatur von 5°C beträgt die Verdampfertemperatur VT konstant 2°C.

1: Kompressor
2: Kondensator
3: Expansionsorgan
4: Verdampfer
5: Klimagerät
6: Gebläse
7: Heizungswärmetauscher
8: Temperaturregelklappe
9: Temperaturdrehknopf
10: Temperaturfühler
11: Außentemperaturfühler
12: Steuergerät
13: Luftausströmer
AT: Außentemperatur
F: Frischluft
M: Motor
U: Umluft
VT: Verdampfertemperatur

Claims

Manuell bedienbare Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug, mit einem vom Motor des Fahrzeugs angetriebenen und extern geregelten Kältemittelkompressor, einem Kondensator oder Gaskühler, einem Expansionsorgan und einem Verdampfer als Wärmetauscher für diesen durchströmende und in den Fahrzeuginnenraum auszublasende Frisch- und/oder Umluft, der mit einem dem Verdampfer nachgeschalteten Heizungswärmetauscher und einer (Ausblas-)Temperaturregelklappe zwischen diesen in einem Klimagerät angeordnet ist, und einem Bedienelement für die Klappe, durch das letztere zwischen einer Schließ- und einer Offenstellung schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufttemperatur an der Ausgangsseite des Verdampfers (4), die der Verdampfertemperatur (VT) entspricht, in einem vorbestimmten Temperaturbereich durch den Kältemittelkompressor (1) einstellbar ist, wozu das Bedienelement (9) über ein Steuergerät (12) derart mit diesem (1) gekoppelt ist, dass mit der Wahl einer Ausblastemperatur in dem vorbestimmten Temperaturbereich am Bedienelement (9) zugleich eine Leistungsanpassung des Kältemittelkompressors (1) und in Folge die Einstellung einer vorbestimmten Verdampfertemperatur (VT) erfolgt.
Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Verdampferausgang ein Temperaturfühler (10) angeordnet ist.
Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement ein Temperaturdrehknopf (9) mit einem Bedienknebel ist, der zwischen einer 0°-Stellung, in der die Temperaturregelklappe (8) geschlossen ist und den Heizungswärmetauscher (7) sperrt, und einer 270°-Stellung, in der die Temperaturregelklappe (8) geöffnet ist und der gesamte durch den Verdampfer (4) gekühlte Luftstrom den Heizungswärmetauscher (7) durchströmt, drehbar ist.
Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als vorbestimmter Temperaturbereich ein an die 0°-Stellung angeschlossener, insbesondere bis zur 90° Stellung erstreckter Drehbereich vorgesehen ist, der der Wahl und Einstellung einer Ausblastemperatur in einem unteren Temperaturbereich dient.
Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeuginerraumes mit einer Klimaanlage, die einen vom Motor des Fahrzeugs angetriebenen Kältemittelkompressor (1), einen Kondensator (2), ein Expansionsorgan (3) und einen in einem Klimagerät (5) angeordneten Verdampfer (4) aufweist, wobei in dem Klimagerät (5) dem Vedampfer (4) für die Wahl der Ausblastemperatur in den Fahrzeuginnenraum ein Heizungswärmetauscher (7) und eine vor diesem angeordnete Temperaturregelklappe (8) nachgeschaltet sind, mit der der durch den Verdampfer (4) gekühlte Luftstrom über den Heizungswärmetauscher (7) leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der durch den Verdampfer (4) gekühlten Luft, die der Verdampfertemperatur (VT) entspricht, in einem vorbestimmten Temperaturbereich durch die Wahl einer Ausblastemperatur an einem Bedienelement (9) für die Temperaturregelklappe (8) in einem unteren Temperaturbereich in Verbindung mit einem Steuergerät (12) einstellbar ist, das dem Kältemittelkompressor (1) eine die Verdampfertemperatur (VT) beeinflussende Leistungsveränderung signalisiert.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelklappe (8) über einen um 270° drehbaren Temperaturdrehknopf (9) als Bedienelement betätigt wird und dabei derartig mit diesem (9) gekoppelt ist, dass die Temperaturregelklappe (8) in der 0°-Stellung des Temperaturdrehknopfes (9) den Heizungswärmetauscher (7) sperrt, so dass die Ausblastemperatur der Verdampfertemperatur (VT) entspricht, in der 270°-Stellung des Temperaturdrehknopfes (9) so weit verschwenkt ist, dass diese (8) den Luftstrom ausschließlich durch den Heizungswärmetauscher (7) leitet, so dass die Ausblastemperatur sehr viel größer als die Verdampfertemperatur (VT) und maximal ist, in einer Stellung dazwischen proportional zum Drehwinkel geöffnet ist und Ausblastemperaturen zwischen den beiden Extremwerten ermöglicht, und dass die Verdampfertemperatur (VT) mit steigendem Drehwinkel des Temperaturdrehknopfes (9) im Bereich von größer 0° bis 90° von 1°C bis 2°C auf 10°C erhöht wird und bei Drehwinkeln von größer 90° bis 270° konstant bei 10°C verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Verdampfertemperatur (VT) unter Einbeziehung der Außentemperatur (AT) erfolgt, und dass bei einer niedrigen Außentemperatur (AT) die Verdampfertemperatur (VT) 3°C niedriger eingeregelt wird.