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Die
Erfindung betrifft eine Klimaanlage und/oder Belüftungsanlage
für ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Erkennung des Verschmutzungsgrades
des Luftfilters bzw. des Erfordernisses eines Austausches des Luftfilters.
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Um
zu verhindern, dass Schmutz- oder Staubpartikel im Rahmen der Klimatisierung
von Fahrzeugen in den Fahrgastraum gelangen, werden in den Frischluftkanal
bzw. allgemeiner in den Luftzuführkanal einer Fahrzeugklimaanlage
Luftfilter eingebaut, die diese Partikel aufnehmen. Da die Luftdurchlässigkeit
dieser Filter mit dem Verschmutzungsgrad abnimmt, müssen
die Filter nach entsprechender Einsatzdauer ausgewechselt werden.
Der Verschmutzungsgrad hängt jedoch maßgeblich
auch von den Umgebungsbedingungen ab, unter denen das Fahrzeug gefahren
wird. So ist beispielsweise in trockenen Klimazonen aufgrund einer
erhöhten Staubbelastung die Einsatzdauer eines Frischluftfilters
kürzer als in gemäßigten Klimazonen.
Ferner verschmutzt ein Frischluftfilter im Stadtbetrieb schneller
als bei Fahrten über Land.
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Derzeit
werden die Luftfilter nach Ablauf vorgegebener Wartungsintervalle
unabhängig vom Verschmutzungsgrad routinemäßig
ausgetauscht. Wird jedoch bei sich stark verschmutzenden Filtern
bis zum Ablauf des Wartungsintervalls gewartet, so kann dies mit
Komforteinbußen für die Fahrgäste verbunden
sein, und zwar auf Grund von Geruchsbelästigungen der in
den Fahrgastraum einströmenden Luft oder auf Grund des
erhöhten Strömungswiderstandes, der sich negativ
auf den Luftdurchsatz auswirkt. Andererseits ist das Austauschen
des Luftfilters bei Ablauf der Wartungsintervalle dann unnötig,
wenn das Luftfilter lediglich geringfügig verschmutzt ist.
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Es
ist also wünschenswert, wenn der Verschmutzungsgrad des
Luftfilters oder das Erfordernis eines Wechsels des Luftfilters
bei Fahrzeugklimaanlagen automatisch angezeigt werden kann. Zu diesem
Zweck sind im Stand der Technik entsprechende Vorrichtungen bekannt.
So beschreibt beispielsweise die
DE-A-41 01 739 eine Vorrichtung, bei der in
einem Bypass des Luftfilters ein Sensor zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit
in der Bypassleitung angeordnet ist. Je stärker das Filter
verschmutzt ist, umso mehr und damit schneller strömt die
Luftströmung durch die Bypassleitung. Allerdings erfordert dieses
System eine konstruktive Änderung der Klimaanlage, in dem
nämlich das Luftfilter durch einen Bypass überbrückt
werden muss.
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Aus
DE-A-41 37 520 ist
eine Vorrichtung zum Erfassen des Verschmutzungsgrades eines Luftfilters
bekannt, bei der zwei Strömungssensoren verwendet werden,
von denen der eine in etwa im mittleren Bereich des Luftzuführkanals
stromab des Luftfilters und der andere in einem Randbereich stromab des
Luftfilters angeordnet ist, wobei diesem Strömungssensor
auf der stromauf angeordneten Seite des Luftfilters ein die Strömungsgeschwindigkeit
lokal verringerndes Hindernis angeordnet ist. Bei einem nicht verschmutzten
Luftfilter misst also der hinter dem Hindernis angeordnete Strömungssensor eine
geringere Strömung als der andere Strömungssensor.
Mit zunehmendem Verschmutzungsgrad sollen sich jedoch die Messsignale
der beiden Sensoren immer mehr angleichen, was ab einer vorbestimmten Mindestabweichung
beider Messsignale als Verschmutzung des Luftfilters interpretiert
wird. Dieses Konzept erfordert sowohl mechanisch (Vorsehen eines
Hindernisses im Luftströmungskanal) als auch elektrisch
(Verwendung zweier Strömungssensoren mit Auswerteelektronik)
einen erhöhten Aufwand, was sich nachteilig auf die Kosten
auswirkt.
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In
DE-C-100 36 502 wird
beschrieben, wie zur Erkennung der Überschreitung eines
vorgegebenen Verschmutzungsgrades des Luftfilters ein in einem Luftzufuhrkanal
angeordneter Strömungsgeschwindigkeitssensor eingesetzt
werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Fahrzeugklimaanlage
zu schaffen, bei der die Länge des Austauschintervalls
für das Luftfilter optimiert ist.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren
zur Erkennung des Erfordernisses eines Austausches des Luftfilters
einer Fahrzeugbelüftungs- und/oder -klimaanlage vorgeschlagen,
bei dem
- – die Gesamtmenge an Luft,
die ab einem vorgebbaren Zeitpunkt durch das Luftfilter geströmt
ist, ermittelt und mit einer vorgegebenen maximal zulässigen
Gesamtluftmenge verglichen wird,
- – der Strömungswiderstand des Luftfilters
zumindest nach Ablauf von Zeitintervallen gleicher oder unterschiedlicher
Länge ermittelt und mit einem vorgegebenen maximal zulässigen
Strömungswiderstand verglichen wird und
- – eine Auswechslung des Luftfilters und/oder einer
Verschmutzung des Luftfilters angezeigt wird, wenn entweder (i)
die ermittelte Gesamtmenge an das Luftfilter durchströmter
Luft die maximal zulässige Gesamtluftmenge überschreitet,
obwohl der ermittelte Strömungswiderstand des Luftfilters kleiner
als der oder gleich dem maximal zulässigen Strömungswiderstand
ist oder (ii) der ermittelte Strömungswiderstand des Luftfilters
größer als der maximal zulässige Strömungswiderstand
ist, obwohl die ermittelte Gesamtluftmenge an das Luftfilter durchströmter
Luft kleiner als die oder gleich der maximal zulässigen
Gesamtluftmenge ist, oder (iii) sowohl die ermittelte Gesamtluftmenge
an das Luftfilter durchströmter Luft größer
als die maximal zulässige Gesamtluftmenge und der ermittelte
Strömungswiderstand des Luftfilters größer
als der maximal zulässige Strömungswiderstand
ist.
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Zur
Lösung der zuvor genannten Aufgabe dient auch eine Belüftungs-
und/oder -klimaanlage für ein Fahrzeug, die versehen ist
mit
- – einem Luftzuführkanal
zum Leiten von Luft in Richtung des Innenraums des Fahrzeuges,
- – einem im Luftzuführkanal angeordneten Filter zum
Filtern der Luft,
- – einer Luftverteilvorrichtung, die sich an den Luftzuführkanal
anschließt und mehrere in Auslassöffnungen des
Innenraums endende Luftverteilkanäle und verstellbare Luftverteilelemente
zum Leiten der den Luftzuführkanal verlassenden Luft in einen
oder mehrere der Luftverteilkanäle aufweist und
- – einer Steuereinheit, die die Luftverteilelemente entsprechend
einer gewünschten Luftverteilung steuert, wobei
- – die Steuereinheit
- – die Gesamtmenge an Luft, die ab einem vorgebbaren
Zeitpunkt durch das Luftfilter geströmt ist, ermittelt
und mit einer vorgegebenen maximal zulässigen Gesamtluftmenge
verglichen wird,
- – der Strömungswiderstand des Luftfilters
zumindest nach Ablauf von Zeitintervallen gleicher oder unterschiedlicher
Länge ermittelt und mit einem vorgegebenen maximal zulässigen
Strömungswiderstand verglichen wird und
- – eine Auswechslung des Luftfilters und/oder einer
Verschmutzung des Luftfilters angezeigt wird, wenn entweder (i)
die ermittelte Gesamtmenge an das Luftfilter durchströmter
Luft die maximal zulässige Gesamtluftmenge überschreitet,
obwohl der ermittelte Strömungswiderstand des Luftfilters kleiner
als der oder gleich dem maximal zulässigen Strömungswiderstand
ist oder (ii) der ermittelte Strömungswiderstand des Luftfilters
größer als der maximal zulässige Strömungswiderstand
ist, obwohl die ermittelte Gesamtluftmenge an das Luftfilter durchströmter
Luft kleiner als die oder gleich der maximal zulässigen
Gesamtluftmenge ist, oder (iii) sowohl die ermittelte Gesamtluftmenge
an das Luftfilter durchströmter Luft größer
als die maximal zulässige Gesamtluftmenge und der ermittelte
Strömungswiderstand des Luftfilters größer
als der maximal zulässige Strömungswiderstand
ist.
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Sinngemäß wird
also mit der Erfindung vorgeschlagen, das Erfordernis eines Austausches
des Luftfilters einer Fahrzeugbelüftungsanlage nicht mehr
nach zuvor festgelegten Zeitintervallen sondern in Abhängigkeit
von dem Einsatz des Luftfilters zur Luftfilterung von dem Fahrzeug
zugeführter Luft anzuzeigen. Ein erster Indikator für
den Austausch des Luftfilters ist der Strömungswider stand,
den das Luftfilter aktuell darstellt. Diesbezüglich wird
in
DE-C-100 36 502 ein
Verfahren vorgeschlagen, mit dem der Strömungswiderstand
messtechnisch erfassbar ist. Andere mögliche Verfahren
sind in den Druckschriften genannt, die in der zuvor genannten Patentschrift zum
Stand der Technik erwähnt sind. Überschreitet der
gemessene oder auf andere Art und Weise ermittelte aktuelle Strömungswiderstand
des Luftfilters einen bestimmten Mindestwert, so wird unabhängig von
der Dauer des Einbaus des Luftfilters in der Fahrzeugbelüftungs-
und/oder -klimaanlage das Erfordernis des Austausches des Luftfilters
angezeigt. Ein weiterer möglicher Indikator ist die Menge
an Luft, die seit einem vorgegebenen Zeitpunkt (beispielsweise letzter
Austausch des Luftfilters) durch das Luftfilter geströmt
ist. Moderne Klimaanlagen erfassen insoweit die Gesamtluftmenge,
die durch das Luftfilter einer Fahrzeugbelüftungs- und/oder
-klimaanlage strömt, als die einzelnen Luftmassenströme,
die über die unterschiedlichen Ausblasöffnungen
in den Innenraum eines Fahrzeugs gelangen, erfasst werden. Dies
kann entweder sensorisch oder aber modellbasiert erfolgen. Übersteigt
die durch Integration der einzelnen Luftmassenströme ermittelte
Gesamtluftmenge einen vorgegebenen Wert, so wird ebenfalls das Erfordernis
eines Austausches des Luftfilters angezeigt. Liegt mindestens eine
der zuvor genannten Bedingungen vor, so wird der Austausch des Luftfilters
angezeigt.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Konzept ist es also möglich,
die Länge des Nutzungsintervalls eines Luftfilters in Abhängigkeit
von der Verschmutzung der Luft, durch die sich das Fahrzeug seit
dem letzten Austausch des Luftfilters bewegt hat, zu wählen.
Bei einer weniger sauberen Umgebung muss das Luftfilter also eher
ausgetauscht werden als bei einer sauberen Umgebung. Je verschmutzter
also die Luft ist (mit Partikeln belastet), desto eher muss das
Luftfilter auch ausgewechselt werden. Dies wird durch das erfindungsgemäße
Verfahren angezeigt.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Strömungswiderstand
des Luftfilters unter Ausnutzung der Stromaufnahme des Gebläsemotors
ermittelt, wenn sich die Fahrzeugbelüftungsanlage in einem
vorgegebenen Re ferenzzustand befindet. Wird in diesem Referenzzustand
vom Motor ein zu großer Strom aufgenommen, ist dies ein
Zeichen dafür, dass der Strömungswiderstand des
Luftfilters einen vorgegebenen zulässigen Maximalwert überschreitet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen dabei:
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1 eine
Klimaanlage eines Fahrzeuges, und
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2 ein
Diagramm zur Erläuterung der Erkennung einer Luftfilterverschmutzung.
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Gemäß der
Zeichnung weist eine Klimaanlage 10 für ein Kraftfahrzeug 12 ein
Gebläse 14 auf, das in Abhängigkeit der
Stellung einer Frischluft-/Umluftklappe 16 Frischluft aus
einem Frischluft-Ansaugkanal 18 oder Umluft aus einem im
Innenraum 20 endenden Umluftkanal 21 ansaugt.
In Strömungsrichtung betrachtet hinter dem Gebläse 14 befindet
sich eine Kühlvorrichtung 22, die einen (nicht dargestellten)
Kompressor und einen Verdampfer 23 zum Abkühlen
der Ansaugluft aufweist. Hinter dem Verdampfer 23 ist eine
(in diesem Beispiel luftseitig gesteuerte) Heizvorrichtung 24 angeordnet.
Die abgekühlte Luft durchströmt in Abhängigkeit
von der Stellung einer das Stellglied der Heizvorrichtung 24 bildenden
Mischklappe 26 einen von zwei zueinander parallel geschalteten
Kanälen 28, 30 der Heizvorrichtung 24.
Einer dieser beiden Kanäle (im Ausführungsbeispiel
der Kanal 30) weist einen von einem Teil des Motorkühlwassers
durchströmten Wärmetauscher 32 zum Erwärmen
der zuvor abgekühlten Luft auf. Hinter dem Wärmetauscher 32 sind
die beiden Kanäle 28, 30 wieder zusammengeführt.
In Strömungsrichtung hinter der Mischklappe 26 schließt sich
eine Luftverteilvorrichtung 34 an, die zwei Klappen 36, 38 aufweist,
um die Luft wahlweise über die Mannanströmöffnungen 40,
die Defrosteröffnungen 42 und/oder die Fußraumausströmöffnungen 44 in den
Innenraum 20 einzulassen.
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Die
Steuerung der gesamten Klimaanlage 10 erfolgt dergestalt,
dass eine vorgebbare Solltemperatur für den Innenraum 20 erreicht
und gehalten wird. Zu diesem Zweck weist die Klimaanlage 10 einen
Innenraum-Temperaturfühler 46 auf, der den Istwert der
Innenraumtemperatur misst und z. B. im Steuergerät 48 untergebracht
ist. Das Steuergerät 48 verfügt über
eine Einstellvorrichtung 50 zur manuellen Vorgabe des Sollwerts
für die Innenraumtemperatur.
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Die
Klimaanlage 10 umfasst ferner ein Luftfilter 52,
das in dem hier beschriebenen Fall vor dem Gebläse 14 angeordnet
ist. Dieses Luftfilter 52 filtert die dem Innenraum 20 zuzuführende
Luft.
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Ferner
kann die Klimaanlage 10 einem oder mehreren Strömungssensoren
zur Messung der Strömungsrate der dem Innenraum zugeführten
Luft aufweisen (Luftmassenstromregelung). Aus dem oder den Messwerten
des bzw. der Strömungssensoren kann dann die Gesamtluftmenge
ermittelt werden, die dem Innenraum pro Zeiteinheit zugeführt wird.
Wird die Gesamtluftmenge akkumuliert, so kann ermittelt werden,
wie viel Luft dem Innenraum seit einem vorgegebenen (Start-)Zeitpunkt
(z. B. letzter Luftfilterwechsel) zugeführt worden ist.
Diese Größe lässt sich auch bei einer
Klimaanlage ermitteln, deren Luftmassenstromregelung modellbasierend erfolgt.
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Darüber
hinaus weist die Klimaanlage 10 eine weitere Vielzahl von
hier nicht näher beschriebenen Sensoren für beispielsweise
die Außentemperatur, die Kühlwassertemperatur,
Schadstoffkonzentration in der Frischluft, etc. auf. Sämtliche
dieser Sensoren sowie der oder die Strömungssensoren sind mit
einer zentralen Steuereinheit 56 verbunden, die zumindest
einen Ausblastemperaturregler und insbesondere einen Innenraumtemperaturregler
mit unterlagerter Ausblastemperaturregelung aufweist und ihrerseits
mit den Stellgliedern für die Kühlvorrichtung 22,
die Heizvorrichtung 24, das Gebläse 14 sowie
die Klappen 16, 26, 36, 38 verbunden
ist.
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Anhand
von 2 wird nachfolgend darauf eingegangen, wie bei
der Klimaanlage nach 1 das Erfordernis des Austausches
des Luftfilters angezeigt wird.
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Die
Steuereinheit 56 der Klimaanlage 10 erfasst die
Gesamtluftmenge, von der das Luftfilter 52 seit dem letzten
Austausch oder seit einem anderen vorgegebenen Zeitpunkt durchströmt
worden ist. Die Gesamtluftmenge kann beispielsweise sensorisch ermittelt
werden, indem dem Luftzuführkanal 18 bzw. in demjenigen
Abschnitt der Luftverteilvorrichtung, in welchem das Gebläse 14 angeordnet
ist, ein Strömungssensor untergebracht ist. Der Strömungssensor
misst entweder die Masse an strömender Luft oder deren
Geschwindigkeit, aus der dann anhand der Querschnittsgröße
des Kanals die Luftmenge bestimmt werden kann. Alternativ zur sensorischen
Erfassung der Gesamtluftmenge ist es auch möglich, diese
anhand der gesteuerten Luftmasseneinzelströmungen zu ermitteln,
die aus den einzelnen Auslässen in der Instrumententafel
(Defrosteröffnungen 22 und Mannanströmöffnungen 40)
bzw. aus dem Fußraum (Fußraumausströmöffnungen 44)
ausströmen. Derartige Air-Volume-Control-Klimaanlagen,
die modellbasiert arbeiten, sind im Stand der Technik bekannt.
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Ferner
wird von Zeit zu Zeit der Strömungswiderstand des Luftfilters
oder ein diesen repräsentierender Wert ermittelt, was beispielsweise
durch Analyse der Stromaufnahme des Gebläsemotors erfolgen
kann, wenn sich die Fahrzeugklimaanlage 10 und insbesondere
ihre Klappen in einem bestimmten Referenzzustand befindet. Überschreitet
nun der tatsächliche Strömungswiderstand einen
vorgegebenen maximal zulässigen Strömungswiderstand
SWmax und/oder überschreitet die
Gesamtmenge an das Luftfilter seit dem letzten Austausch oder einem
anderen Zeitpunkt durchströmter Luft eine maximal zulässige
Gesamtluftmenge GLMmax, so wird das Erfordernis
des Austausches des Luftfilters 52 angezeigt.
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- 10
- Klimaanlage,
Fahrzeugklimaanlage
- 12
- Kraftfahrzeug
- 14
- Gebläse
- 16
- Frischluft-/Umluftklappe,
Klappen
- 18
- Frischluft-Ansaugkanal,
Luftzuführkanal
- 20
- Innenraum
- 21
- Umluftkanal
- 22
- Kühlvorrichtung
- 23
- Verdampfer
- 24
- Heizvorrichtung
- 26
- Mischklappe,
Klappen
- 28
- Kanälen
- 30
- Kanälen
- 32
- Wärmetauscher
- 34
- Luftverteilvorrichtung
- 36
- Klappen
- 38
- Klappen
- 40
- Mannanströmöffnungen
- 42
- Defrosteröffnungen
- 44
- Fußraumausströmöffnungen
- 46
- Innenraum-Temperaturfühler
- 48
- Steuergerät
- 50
- Einstellvorrichtung
- 52
- Luftfilter,
Filter
- 56
- Steuereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4101739
A [0004]
- - DE 4137520 A [0005]
- - DE 10036502 C [0006, 0010]