-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Klappenvorrichtung
eines Luftsammelkastens. Zu der Erfindung gehört auch ein
Belüftungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem
Luftsammelkasten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
5. Ein solches Belüftungssystem ist aus der Druckschrift
DE 44 14 036 A1 bekannt.
-
Ein
solches Belüftungssystem für ein Kraftfahrzeug
weist einen Luftsammelkasten auf, in den über zwei Einlassöffnungen
mittels eines Gebläses Luft eingesogen wird, die anschließend
für eine Klimatisierung der Fahrgastzelle aufbereitet wird. Über die
eine der beiden Einlassöffnungen, die sogenannte Frischlufteinlassöffnung,
gelangt dabei Frischluft von außerhalb des Fahrzeugs in
den Luftsammelkasten. Über die zweite Öffnung,
die Umlufteinlassöffnung genannt wird, wird verbrauchte
und staubhaltige Luft aus der Fahrgastzelle selbst abgesogen. Sowohl
die Umlufteinlassöffnung als auch die Frischlufteinlassöffnung
sind in ihrem Einströmquerschnitt durch Klappen regelbar.
In Abhängigkeit von der Stellung dieser Klappen wird zwischen
drei Belüftungsmodi unterschieden. Wird die Frischlufteinlassöffnung
gänzlich von einer Klappe verschlossen, so dass lediglich
Umluft aus der Fahrgastzelle in das Belüftungssystem rückgeführt
wird, befindet sich das Belüftungssystem im Umluftmodus.
Im Gegensatz dazu spricht man bei verschlossener Umlufteinlassöffnung,
d. h. bei Verwenden von reiner Frischluft für die Belüftung,
vom Frischluftmodus. Werden sowohl Umluft als auch Frischluft in
den Luftsammelkasten eingesogen, spricht man vom Teilumluftmodus
des Belüftungssystems.
-
Während
die Menge der über die Umlufteinlassöffnung eingesogene
Umluft hauptsächlich von der Drehzahl des Gebläses
und der Stellung der Umluftklappe abhängt, kommt bei einem
Regeln der Menge der über die Frischlufteinlassöffnung
in den Luftsammelkasten einströmenden Luft hinzu, dass vor
der Frischlufteinlassöffnung ein von der Fahrgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs abhängiger Staudruck infolge der durch
das Fahrzeug verdrängten Außenluft herrscht. Bei
sehr hohen Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs kann dabei der
Staudruck innerhalb des Luftsammelkastens so groß werden,
dass Luft gegen die vorgesehene Strömungsrichtung aus dem
Luftsammelkasten durch die Umlufteinlassöffnung direkt
in die Fahrgastzelle strömt. Sie wird damit nicht wie gewünscht
durch den Staubfilter und den Wärmetauscher des Belüftungssystems
geführt, sondern gelangt unbehandelt in die Fahrgastzelle.
-
Um
unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs an
der Frischlufteinlassöffnung einen gleich bleibenden Staudruck
und damit gleich bleibende Strömungsverhältnisse
zu erzielen, weist die Frischlufteinlassöffnung des Belüftungssystems gemäß der
DE 44 14 036 A1 eine
zusätzliche Stauluftklappe auf, die abhängig von
dem Druck der in die Lufteintrittsöffnung einströmenden
Frischluft regelbar ist. Dazu wird die Stauluftklappe in den Luftstrom
der durch die Frischlufteinlassöffnung einströmenden Frischluft
geschwenkt, wodurch sie durch ihren Strömungswiderstand
dem Staudruck entgegenwirkt.
-
Nachteilig
wirken sich Staudruckklappen dahingehend aus, dass sich an den Kanten
der in die Frischlufteinlassöffnung hineinragenden Klappe
Turbulenzen im Frischluftstrom bilden, die als Windgeräusche
oder Rauschen in der Fahrgastzelle zu hören sind.
-
In
der Druckschrift
DE
101 24 153 A1 wird ein Luftführungsgehäuse
beschrieben, bei dem eine zusätzliche Flügel-
oder Schmetterlingsklappe vorgesehen ist, die in einer Ausführungsform
im Umlufteinlass angeordnet ist, um so eine gegenströmige
Luftbewegung hinein in die Fahrgastzelle zu verhindern. Zur Steuerung
der Stellposition dieser zusätzlichen Klappe sind allerdings
ein zusätzlicher Antrieb und eine Erweiterung der die Stellpositionen
der verschiedenen Klappen des Luftsammelkastens steuernden Regelung
nötig.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Luftsammelkasten mit einer
Klappenvorrichtung zum Einstellen der jeweiligen Einströmquerschnitte
einer Frischlufteinlassöffnung und einer Umlufteinlassöffnung
in der Weise weiterzubilden, dass auch bei einer hohen Fahrgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs in effizienter Weise verhindert wird, dass unbehandelte
Frischluft aus dem Luftsammelkasten durch die Umlufteinlassöffnung
direkt in die Fahrgastzelle strömen kann. Zusätzlich
sollen Strömungsgeräusche vermieden werden.
-
Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einem Teilumluftmodus
in dem über die Frischlufteinlassöffnung sowie
die Umlufteinlassöffnung Luft angesaugt wird, in einen
Umluftmodus, in dem Luft lediglich über die Umlufteinlassöffnung angesaugt
wird, übergegangen wird, sobald die Geschwindigkeit des
Kraftfahrzeugs einen vorbestimmten ersten Geschwindigkeitswert übersteigt.
-
Anstatt
wie im Stand der Technik einen gleich bleibenden Staudruck bei sich ändernder
Fahrgeschwindigkeit anzustreben, wird also erfindungsgemäß die
Frischlufteinlassöffnung bei hohen Fahrgeschwindigkeiten
vollständig verschlossen. Somit ist gewährleistet,
dass sich innerhalb des Luftsammelkastens kein den Luftdruck der
Fahrgastzelle übersteigender Staudruck bilden kann und
unbehandelte Frischluft aus der Umlufteinlassöffnung in
die Fahrgastzelle gedrückt wird. Außerdem wird
verhindert, dass Rauschgeräusche an in den Frischluftstrom
ragenden Kanten entstehen.
-
Wurde
durch Überschreiten des ersten Geschwindigkeitswerts der
Umluftmodus aktiviert, wird wieder in den Teilumluftmodus zurückgeschaltet, wenn
die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs unter einen vorbestimmten
zweiten Geschwindigkeitswert sinkt, wobei der zweite Geschwindigkeitswert
höchstens dem ersten vorbestimmten Geschwindigkeitswert
entspricht. Bevorzugt ist der zweite Geschwindigkeitswert kleiner
als der erste Geschwindigkeitswert.
-
Indem
die Klappenvorrichtung selbständig in den Teilumluftmodus
zurückgeschaltet wird, wird der Fahrgastzelle automatisch
immer dann Frischluft zugeführt, wenn die Fahrgeschwindigkeit
es zulässt. Dadurch wird verhindert, dass sich die Luft
in der Fahrgastzelle verbraucht und der Fahrer dadurch ermüdet.
Durch Wahl eines Wertes für den zweiten Geschwindigkeitswert,
der kleiner als der erste Geschwindigkeitswert ist, wird verhindert,
dass die Frischlufteinlassöffnung mehrmals abwechselnd
geschlossen und wieder geöffnet wird, wenn das Fahrzeug
längere Zeit eine Fahrgeschwindigkeit nahe dem ersten Geschwindigkeitswert
hat. Ein solches Pendeln zwischen dem Umluftmodus und dem Teilumluftmodus
würde unerwünschte Geräusche durch ein
ständiges Öffnen und Schließen der Frischlufteinlassöffnung
hervorrufen.
-
Liegt
die Fahrgeschwindigkeit für längere Zeit über
dem ersten Geschwindigkeitswert, so dass die Fahrgastzelle die ganze
Zeit über im Umluftmodus belüftet wird, besteht
ebenfalls die Gefahr, dass der Fahrer aufgrund von verbrauchter
Luft ermüdet. Daher wird das erfindungsgemäße
Verfahren vorteilhaft in der Weise erweitert, dass aus dem Umluftmodus
intervallweise für eine vorbestimmte Zeit in den Teilmodus
gewechselt wird, wenn der Umluftmodus durch Überschreiten
des ersten Geschwindigkeitswerts aktiviert wurde, d. h. das Fahrzeug
mit hoher Geschwindigkeit fährt. Indem in größeren
Zeitabständen vom Umluftmodus zurück in den Teilumluftmodus
geschaltet wird, kann Frischluft in die Fahrgastzelle gelangen,
was die Konzentrationsfähigkeit des Fahrers fördert.
Dabei wird lediglich für eine kurze, vorbestimmte Zeitdauer
der Teilumluftmodus aktiviert und anschließend wieder zurück
in den Umluftmodus geschaltet. Vorzugsweise wird während
dieses „Stoßlüftens” das Gebläse
des Luftsammelkastens mit hoher Drehzahl betrieben, wodurch einem
Aufbauen eines zu hohen Staudrucks im Luftsammelkasten entgegen
gewirkt wird. Vorzugsweise wird alle fünf Minuten vom Umluftmodus
in den Teilumluftmodus gewechselt, aus dem wiederum vorzugsweise nach
30 Sekunden zurück in den Umluftmodus geschaltet wird.
-
Da
die Strömungsverhältnisse innerhalb des Luftsammelkasten
bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch Messungen leicht ermittelt
werden können, lässt sich in einem Belüftungssystem
für ein Kraftfahrzeug das erfindungsgemäße
Verfahren zum Steuern einer Klappenvorrichtung vorteilhaft in der Weise
erweitern, dass im Teilumluftmodus auch bei einer Fahrgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs unterhalb des ersten Geschwindigkeitswerts eine
Stellposition wenigstens einer Klappe der Klappenvorrichtung in
Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
gesteuert wird, wobei die Änderung der Stellposition im
Verhältnis zu einem auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit
bezogenen Positionswert geschieht. Daraus ergibt sich folgender
Vorteil: Stellt ein Fahrgast das Belüftungssystem nach
seinen Bedürfnissen ein, während sich das Kraftfahrzeug
mit einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit fortbewegt, können
die Stellpositionen von Klappen der Klappenvorrichtung bei Kenntnis
der Strömungsverhältnisse im Luftsammelkasten
in der Weise nachgeführt werden, dass sich innerhalb der
Fahrgastzelle bei einer Änderung der Fahrgeschwindigkeit
dieselben klimatischen Verhältnisse ergeben, wie sie der Fahrer
beim Einstellen des Belüftungssystems als angenehm empfand.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter
Weise durch ein Belüftungssystem für ein Kraftfahrzeug
umgesetzt, das eine Klappenvorrichtung mit zugeordneter Regeleinheit
aufweist. Mittels der Regeleinheit ist dabei ein Wert für
die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu empfangen und eine Stellposition
wenigstens einer Klappe der Klappenvorrichtung in Abhängigkeit
von dem Wert für die Fahrgeschwindigkeit zu steuern. Indem
die Regeleinheit bereits in das Belüftungssystem integriert
ist, lässt sich ein Belüftungssystem, mit dem
die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielbaren
Vorteile erreicht werden können, als eigenständige
Einheit herstellen, die mit wenig Aufwand in einem Fahrzeug montiert
werden kann und lediglich an einen Werte für die Fahrgeschwindigkeit
liefernden Datenbus angeschlossen werden muss.
-
Indem
die Regeleinheit Mittel zum Vergleichen des Werts für die
Geschwindigkeit mit einem Schwellwert aufweist, der vorgebbar, also
einstellbar ist, kann der Umschaltpunkt zwischen Teilumluftmodus
und Umluftmodus verlagert und das Verfahren somit an weitere Randbedingungen
neben der Fahrgeschwindigkeit angepasst werden.
-
Da
es beim Umluftmodus des Belüftungssystems darauf ankommt,
dass der Einströmquerschnitt der Frischlufteinlassöffnung
so klein wie möglich ist, d. h. die Frischlufteinlassöffnung
möglichst dicht ist, ist es von Vorteil, die Regeleinheit
mit einem gesonderten Umluftmodus auszustatten. Unter einem solchen
speziellen Modus ist dabei beispielsweise zu verstehen, dass mittels
der Regeleinheit beim Übergang vom Teilumluftmodus in den
Umluftmodus die Klappen der Klappenvorrichtung nicht einfach graduell
den Einströmquerschnitt einer Frischlufteinlassöffnung
immer weiter verringern, sondern dass zusätzlich die die
Frischlufteinlassöffnung abdeckende Klappe durch die Regeleinheit
in eine Stellung verfahren wird, in der auch eventuell verbleibende
Ritzen zwischen dem Rand der Frischlufteinlassöffnung und
der Frischluftklappe verschlossen werden.
-
Wird
die Regeleinheit des erfindungsgemäßen Belüftungssystems
zusätzlich mit Mitteln zum Messen von Zeitintervallen ausgestattet,
kann durch die Regelungseinheit in vorgebbaren Zeitabständen vom
Umluft- in den Teilumluftmodus umgeschaltet werden, so dass die
Fahrgastzelle regelmäßig mit Frischluft versorgt
wird. Mittel zum Messen von Zeitintervallen sind dabei z. B. digitale
Zeitgeber oder aber auch Schaltungen mit RC-Gliedern, d. h. einer Kombination
aus Widerständen und Kondensatoren.
-
Ein
Fahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, mit einem erfindungsgemäßen
Lüftungssystem weist somit den Vorteil auf, dass bei hohen Geschwindigkeiten
keine unbehandelte Frischluft durch die Umlufteinlassöffnung
aus dem Luftsammelkasten direkt in die Fahrzeugkabine strömen
kann. Des Weiteren werden Geräusche, wie sie durch eine auf
einen gleich bleibenden Staudruck ausgerichtete Staudruckregelung
verursacht werden, verhindert.
-
Anhand
einer Darstellung des Stands der Technik sowie einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform des Verfahrens zum Steuern einer Klappenvorrichtung
wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert.
Dazu zeigen:
-
1 den
Lufteintritt und das Gebläse eines Luftsammelkastens gemäß dem
Stand der Technik und
-
2 Diagramme
zum Zeitverlauf zweier durch das erfindungsgemäße
Verfahren in Bezug gebrachte Größen.
-
In 1 ist
ein Schnitt durch einen Lufteinlass 10 eines Luftsammelkastens
dargestellt. Der Lufteinlass 10 weist eine Frischlufteinlassöffnung 12 und
eine Umlufteinlassöffnung 14 auf. Die beiden Einlassöffnungen 12, 14 werden
durch eine Schalenklappe 16 teilweise verschlossen. Das
Belüftungssystem befindet sich somit im Teilumluftmodus.
Die durch die beiden Einlassöffnungen 12, 14 aufnehmbare
Luft soll durch ein Gebläse 18 in den Luftsammelkasten
gesogen werden. Das Gebläse 18 ist als Radiallüfter
ausgeführt, der angesogene Luft in eine Spirale 20 drückt,
von wo aus die angesogene Luft in Richtung eines nicht dargestellten
Staubfilters weitergeleitet wird. Aufgrund der hohen Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeugs, in dem der Luftsammelkasten untergebracht ist, besteht
in einem Staubereich 22 vor dem Gebläse 18 ein
erhöhter statischer Luftdruck (Staudruck). Da dieser Luftdruck
auch größer als der in der Fahrgastzelle herrschende
Luftdruck ist, drückt die durch die Frischlufteinlassöffnung
einströmende und im Staubereich 22 aufgestaute
Frischluft aus der Umlufteinlassöffnung 14 direkt
in die Fahrgastzelle. Dieser Strom 24 an unbehandelter
Frischluft ist in der 1 als breiter Pfeil dargestellt.
-
In 2 ist
in zwei Diagrammen der zeitliche Verlauf zweier durch das erfindungsgemäße
Verfahren in Verbindung gebrachter Zustandsgrößen
eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen
Belüftungssystem dargestellt. In dem oberen Diagramm ist
aufgetragen, in welchem Modus m das Belüftungssystem in
Abhängigkeit von der Zeit t betrieben wird. In dem gezeigten
Fall wird das Belüftungssystem zwischen dem Teilumluftmodus
TU und dem Umluftmodus U hin- und hergeschaltet. In dem unteren Diagramm
ist der Verlauf der Fahrgeschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs über
der Zeit t aufgetragen. Das Kraftfahrzeug wird von einem Zeitpunkt
t0 ab beschleunigt, bis es zu einem Zeitpunkt t1 einen ersten Geschwindigkeitswert
G1 überschreitet. Da sich das Belüftungssystem
bis zu diesem Zeitpunkt im Teilumluftmodus TU befindet, wird es
bei Übersteigen der Fahrgeschwindigkeit über den
ersten Geschwindigkeitswert G1 in den Umluftmodus U umgeschaltet. Da
der Umluftmodus U durch Überschreiten des ersten Geschwindigkeitswerts
G1 aktiviert wurde, wird entsprechend einer Ausführungsform
der Erfindung nach einiger Zeit kurz in den Teilumluftmodus TU zurückgeschaltet,
um die Fahrgastzelle mit neuer Frischluft zu versorgen. Durch dieses
intervallweise Zurückschalten vom Umluftmodus U in den
Teilumluftmodus TU entsteht im oberen Diagramm ein Graph in der
Form einer Pulsfolge. Zu einem Zeitpunkt t2 sinkt die Fahrgeschwindigkeit
v des Kraftfahrzeugs unter einen vorgegebenen zweiten Geschwindigkeitswert
G2. Da der Umluftmodus U zuvor aufgrund der hohen Fahrgeschwindigkeit
aktiviert wurde, wird zum Zeitpunkt t2 automatisch dauerhaft vom
Umluftmodus U zurück in den Teilumluftmodus TU geschaltet.
Da der zweite Geschwindigkeitswert G2 kleiner als der erste Geschwindigkeitswert
G1 ist, wird auch bei stark schwankenden Geschwindigkeitswerten
verhindert, dass zwischen dem Teilumluftmodus TU und dem Umluftmodus
U entsprechend häufig hin- und hergeschaltet wird. In der 2 ist dies
im Zeitabschnitt vor dem Zeitpunkt t2 zu erkennen: Während
die Fahrgeschwindigkeit v abwechselnd Werte größer
und kleiner als der erste Geschwindigkeitswert G1 annimmt, wird
das Belüftungssystem nicht in entsprechender Weise ständig zwischen
dem Umluftmodus U und dem Teilumluftmodus TU umgeschaltet, sondern
es wird der Umluftmodus U beibehalten, der lediglich für
eine Stoßlüftung kurzzeitig durch Umschalten in
den Teilumluftmodus TU unterbrochen wird.
-
Durch
das erfindungsgemäße Belüftungssystem
und das erfindungsgemäße Verfahren wird wirkungsvoll
verhindert, dass bei hohen Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs
der Staudruck im Luftsammelkasten dazu führt, dass unbehandelte Frischluft
direkt in die Fahrgastzelle einströmt. Gleichzeitig wird
eine ungewollte Geräuschentwicklung verhindert, wie sie
eine Drosselung des Frischluftstroms bei hohen Geschwindigkeiten
verursachen würde.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4414036
A1 [0001, 0004]
- - DE 10124153 A1 [0006]