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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums eines Fahrzeugs, eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer Klimatisierungsvorrichtung, jeweils nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Klimatisierungsanlagen für Fahrzeuge, bei denen der Innenraum des Fahrzeugs mit Frisch- und/oder Umluft versorgt werden kann, sind bekannt, wobei eine Luftansaugung über einen Außenluftpfad bzw. einen Umluftpfad erfolgt und die angesaugte Luft dem Innenraum des Fahrzeugs zugeführt wird.
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Aus der
DE 101 64 374 A1 ist eine Klimaanlage mit einem Frischluft- und einem Umluftkanal bekannt, die in einer stromaufwärts von einer Heiz- bzw. Kühleinheit liegenden Gebläseansaugkammer münden und jeweils mit dem Fahrzeuginneren bzw. mit der äußeren Umgebung in Verbindung gesetzt werden können, wobei der Strömungsquerschnitt des Umlaufkanals in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen Gebläseansaugkammer und Fahrzeuginnenraum veränderbar ist Die bekannte Klimaanlage soll es ermöglichen, dass dem Fahrzeuginnenraum ein Höchstmaß an Umluft zugeführt werden kann und eine unbeabsichtigte direkte Zufuhr von Frischluft in den Fahrzeuginnenraum vermieden wird. Aus der
DE 10 2007 056 770 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Klimatisierungssystems eines Fahrzeugs bekannt, bei dem bei stehendem Fahrzeug eine Standbelüftung des Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung, der Außentemperatur und der Standzeit des Fahrzeugs eine Ansaugung von Außenluft durch das Gebläse gesteuert wird. Insbesondere erfolgt eine Ansaugung von Außenluft aus einem Bereich von unterhalb des Fahrzeugs oder aus einem oberen Bereich des Fahrzeugs. Aus der
WO 2009/085937 ist eine Klimaanlage bekannt, mit einem sekundären Kühlkreislauf, der zusammen mit einem Kompressorsystem arbeitet und einen Bypass aufweist, mit dem ein Reservoir des sekundären Kühlkreislaufs überbrückt werden kann. Der Bypass erlaubt es, eine Abkühlung schneller durchzuführen. Aus der
DE 10 200 704 1903 A1 ist eine Vorrichtung zur Regelung einer Temperatur in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs bekannt, die eine Temperiereinrichtung zum Bereitstellen eines Luftstroms mit einer vorgebbaren Luftstromtemperatur in den Innenraum, eine Vorgabeeinheit zum Bereitstellen einer Zeitdauer zum Erreichen einer Solltemperatur der Luft im Innenraum und eine Steuereinheit aufweist, wobei letztere ausgebildet ist, um die Luftstromtemperatur abhängig von der vorgegebenen Zeitdauer einzustellen. Aus der
DE 196 37 232 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Luftführungselementes eines Fahrzeugs bekannt, wobei die dem Fahrzeuginnenraum zuzuführende Umluft und Frischluft durch die Stellung des Luftführungselementes gesteuert wird und wobei das Luftführungselement in Abhängigkeit von sensorisch erfassten Signalen gesteuert wird. Insbesondere wird das Luftführungselement in Abhängigkeit von den Zustandsbedingungen in eine Umluft- und eine Frischluftstellung sowie in eine beliebige Zwischenstellung positioniert.
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Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen dienen dazu, eine Klimatisierungsvorrichtung derart zu betreiben, dass die Behaglichkeit im Innenraum des Fahrzeugs sowie die Luftgüte bei unterschiedlichen Außentemperaturen oder Wetterbedingungen bestimmten Kriterien genügen. Mittels der Klimatisierungsvorrichtung wird erreicht, dass ein tatsächlicher Istwert der Temperatur des Innenraums des Fahrzeugs mit einem Sollwert in Übereinstimmung gebracht wird. Ebenso wird eine Feuchte der Innenraumluft auf einen gewünschten Sollwert gebracht. Hierbei kann in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern der Anteil der Luft in unterschiedlichem Maße aus Umluft bestehen. Vorallem in heissen Klimazonen besteht dabei ein Wunsch nach sehr schneller Abkühlung des Fahrzeuginneren, der jedoch bisher nicht energie-effizient realisiert werden konnte, da die üblichen Funktionen der Klimaanlage Behaglichkeit, Luftgüte und Energieeffizienz nicht gleichzeitig gewährleisten konnten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Behaglichkeit und Luftgüte in einem Innenraum eines Fahrzeugs bei gleichzeitig effizientem Energieeinsatz zu erreichen.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Die Erfindung erlaubt es, Parameter der Fahrzeugklimatisierung wie Behaglichkeit und Luftqualität unter Berücksichtigung eines effizienten Energieeinsatzes einzustellen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums eines Fahrzeugs sind folgende Schritte vorgesehen:
Aktivieren einer eine schnelle Abkühlung des Innenraums bewirkenden Funktion FLO der Klimatisierungsvorrichtung, d. h. Versetzen der Funktion einen Zustand LOon, vorzugsweise durch Schalten eines Schalters SL0.
Aktivieren der Umlufteinrichtung, d. h. Versetzen der Umlufteinrichtung in einen Zustand UMLon.
Einspeisung von Frischluft zumindest für ein Zeitintervall nach Versetzen der Umlufteinrichtung in den Zustand UMLon.
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Das Klimatisieren erfolgt dabei mittels einer mit einer Umlufteinrichtung, einem Umluftpfad und einem Außenluftpfad versehenen luftansaugenden Klimatisierungsvorrichtung, die ferner mit einer Wärmesenke versehen ist. Gemäß der Erfindung kann eine schnelle Abkühlung des Innenraums erreicht werden, wobei der Energieaufwand dadurch reduziert wird, dass zumindest 60% der von der Klimatisierungsvorrichtung angesaugten Luftmasse über den Umluftpfad angesaugt werden und damit vorgekühlte Luft aus dem Innenraums weiter abgekühlt wird. Unter schneller Abkühlung wird beispielsweise eine maximale Abkühlungsgeschwindigkeit der Innenraumtemperatur mittels der Wärmesenke auf einen vorgegebenen Wert, vorzugsweise den niedrigsten zulässigen Wert der Klimatisierungsvorrichtung verstanden. Es versteht sich, dass auch davon abweichende Betriebsweisen noch von der Erfindung umfasst werden, beispielsweise mit nur 80% der maximalen Abkühlungsgeschwindigkeit und/oder 80% der minimalen Temperatur. Unter Funktion FLO der Klimatisierungsvorrichtung wird eine, vorzugsweise in einem Steuergerät der Klimatisierungsvorrichtung implementierte Betriebsweise der Klimatisierungseinrichtung verstanden, die die schnelle Abkühlung realisiert, beispielsweise mit einer Leistungszufuhr eines Klimakompressors und/oder einem Wert eines Drucks in einem Hochdruckbereich der Vorrichtung. Wird, wie bisher üblich, Frischluft aus der warmen Umgebung abgekühlt, ist relativ mehr Energie zur Abkühlung notwendig. Erfindungsgemäß kann der Klimakompressor der Klimatisierungsvorrichtung schneller heruntergeregelt werden und die Klimatisierungsvorrichtung mit einem niedrigeren Druck in ihrem Hochdruckbereich betrieben werden. Da das Versetzen der Umlufteinrichtung in den Zustand UMLon nach einiger Zeit zu einer Erhöhung der Feuchtigkeits und/oder des CO2-Gehalts der Luft im Innenraum führen kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest für ein Zeitintervall nach Versetzen der Umlufteinrichtung in den Zustand UMLon eine Einspeisung von Frischluft erfolgt, womit der CO2-Gehalt der Luft im Innenraum reduziert und eine Erhöhung der Luftgüte erreicht wird. Die Einspeisung von Frischluft kann durch Variation einer Stellung einer Umluftklappe und damit Zuschaltung eines Frischluftpfades und/oder durch eine Zuschaltung eines weiteren Frischluftpfades erfolgen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird die genannte Funktion FLO der Klimatisierungsvorrichtung in einen Zustand LOoff versetzt, vorzugsweise mittels eines Schalters SLO geschaltet, und die Umlufteinrichtung automatisch in den Zustand UMLoff geschaltet, wobei mindestens 80% der angesaugten Luft über einen Frischluftpfad angesaugt werden. Es wird hiermit erreicht, dass sobald, vorzugsweise durch einen Benutzer des Fahrzeugs bzw. der Klimatisierungsvorrichtung, die eine schnelle Abkühlung des Innenraums bewirkende Funktion FLO deaktiviert wird, die vorher automatisch in den Zustand UMLon gebrachte Umlufteinrichtung automatisch in den Zustand UMLoff gebracht wird, so dass der Frischluftanteil erhöht und der Umluftanteil vermindert wird. Hiermit wird auf sehr einfache Weise eine Verbesserung der Luftgüte im Innenraum gewährleistet, sobald die Funktion FLO deaktiviert wird.
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Befindet sich die Umlufteinrichtung in einem Zustand UMLon, so werden mindestens 60% der von der Klimatisierungsvorrichtung angesaugten Luftmasse über den Umluftpfad angesaugt. Befindet sich die Umlufteinrichtung in dem Zustand UMLoff, werden höchstens 20% der angesaugten Luftmasse für den Umluftpfad angesaugt. Es versteht sich, dass im Zustand UMLon auch Werte, wie beispielsweise 60%, 70%, 80% oder 90% der angesaugten Luftmasse über den Luftpfad vorgesehen sein können.
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Analog kann auch vorgesehen sein, dass, falls die Umlufteinrichtung im Zustand UMLoff ist, höchstens 15%, 10% oder 5% der angesaugten Luft über den Umluftpfad angesaugt werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Umlufteinrichtung mittels eines Schalters SUML in den Zustand UMLoff oder UMLon geschaltet, womit die Prozessfreiheit der Fahrzeuginsassen erhöht wird.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Umlufteinrichtung mittels des Schalters SUML in den Zustand UMLon oder UMLoff geschaltet, wobei zumindest einer der Zustände UMLon oder UMLoff unabhängig davon angenommen wird in welchem Zustand die Funktion FLO ist und somit die Innenraumklima-Manipulationsmöglichkeiten eines Fahrzeuginsassen weiter erhöht werden.
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In einer Weiterbildung ist ein Schalten der Umlufteinrichtung mittels des Schalters SUML in de Zustand UMLoff vorgesehen, wobei der Zustand UMLoff nur angenommen wird, wenn die Funktion FLO in dem Zustand LOoff ist, so dass auch bei Eingriff eines Fahrzeuginsassen, eine Energieeinsparung dadurch, dass die Umlufteinrichtung in dem Zustand UMLon ist, gewährleistet bleibt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt ein Schalten der Klimaanlage mittels eines Schalters SAC in einen Zustand ACon oder ACoff, vorzugsweise wobei der jeweilige Zustand unabhängig ist von einem Schalten des Schalters SLO, sodass einem Fahrzeuginsassen eine zusätzliche Eingriffsmöglichkeit in das Innenraumklima des Fahrzeugs gestattet wird.
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In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Einspeisung von Frischluft zweckmäßigerweise diskontinuierlich, vorzugsweise auch periodisch. Ferner kann auch eine kontinuierliche Einspeisung von Frischluft zweckmäßig sein.
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In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Einspeisung einer Masse an Frischluft, die ausreicht, um den CO2-Gehalt der Luft im Innenraum auf höchstens 0,5 Vol.-%, vorzugsweise 0,3 Vol.-% zu halten und damit eine ausreichende Luftgüte im inneren des Fahrzeugs zu gewährleisten.
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In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Einspeisung von Frischluft derart, dass diese unter einer Wahrnehmungsschwelle eines Durchschnitts-Fahrgastes erfolgt, womit eine Komfortminderung durch die Einspeisung der Frischluft vermieden wird.
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In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Einspeisung von Frischluft in Abhängigkeit von einem Signal eines Feuchtigkeitssensors und/oder CO2-Sensors, so dass nur bei einem realen Bedarf Frischluft eingespeist wird.
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Die Aufgabe wird ferner durch eine luftansaugende Fahrzeug-Klimatisierungsvorrichtung mit einem Klimasteuergerät gelöst, wobei ein Umluftpfad mit einer Umlufteinrichtung sowie ein Außenluftpfad vorgesehen ist, und die sich auszeichnet dadurch, dass das Steuergerät eingerichtet ist zur Ausführung des Verfahrens, wie oben dargestellt. Die erfindungsgemäße Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung weist die dem Verfahren entsprechenden Aspekte und Vorteile auf.
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Ferner wird die Aufgabe mit einem Fahrzeug mit einer Klimatisierungsvorrichtung, wie oben dargestellt gelöst, die ebenfalls die geschilderten Aspekte und Vorteile aufweist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der im Bezug auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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1 eine schematische Teilansicht des Frontbereichs eines Fahrzeugs mit einer luftansaugenden Klimatisierungsvorrichtung,
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2 eine schematische Ansicht eines Funktionsprinzips einer Klimatisierungsvorrichtung eines Innenraums eines Fahrzeugs,
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3 eine schematische Ansicht einer Schaltlogik zum Schalten einer Umlufteinrichtung, und
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4 eine schematische Ansicht einer weiteren Schaltlogik zum Schalten einer Umlufteinrichtung.
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1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Frontbereichs eines Fahrzeugs 1 mit einem Innenraum 2, einer Motorhaube 9, einer Windschutzscheibe 5 und einem Klimasteuergerät 14. Durch einen vorzugsweise schaltbaren Außenluftpfad 8 im Unterbodenbereich 7 sowie einen weiteren Außenluftpfad 10 kann Frischluft ins Wageninnere 2 eingespeist werden. Eine Umlufteinrichtung 11 mit Umluftklappe und Stellmotor kann einen Umluftpfad 15 öffnen oder schließen. Es sind auch weitere Stellungen der Umluftklappe möglich, mit einer entsprechenden Aufteilung zwischen den über den Außenluftpfad 10 bzw. den Luftpfad 15 angesaugten Luftmassen. Zum Luftansaugen dient ein Fahrzeuggebläse 12, welches die angesaugte Luft über einen optionalen Heizungswärmetauscher 4 und einen Warmluftausströmer für die Windschutzscheibe 3 ins Wageninnere 2 bläst. Ferner sind ein Feuchtigkeitssensor 6, der an der Windschutzscheibe 5 angeordnet ist sowie ein Luftgütesensor 13 vorgesehen, deren Signale als Eingangsgrößen des Klimasteuergeräts 14 dienen, welches unter anderem die Umlufteinrichtung 11 steuert. Es versteht sich, dass auch andere Konfigurationen von Außenluftpfad, Umluftpfad und Umlufteinrichtung von der Erfindung umfasst werden.
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2 zeigt für ein mittels des Bezugzeichens 1 angedeutetes Fahrzeug eine schematische Ansicht eines Klimasteuergerätes 14 für den nicht näher dargestellten Innenraum des Fahrzeugs 1.
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Das Klimatisierungssteuergerät 3 weist als Eingang 50 als Störgrößen eine Feuchtigkeit 70 und eine Luftgüte (beispielsweise CO2-Gehalt der Innenraumluft) 110 auf. Als Führungsgröße ist eine Temperaturdifferenz 90 aus einer Soll-Innenraumtemperatur und einer Ist-Innenraumtemperatur des Innenraums des Fahrzeugs 1 vorgesehen. Die Störgrößen Feuchtigkeit und Luftgüte können mittels geeigneter Sensorvorrichtungen des Fahrzeugs 1 ermittelt und/oder geschätzt werden und sind auf die Temperaturdifferenz 9 aufgeschaltet. Der Eingang 5 wird an einen Regler 130 weitergeleitet, der diesen in eine Regelungskennziffer, beispielsweise zwischen 0 und 255, umsetzt. Mittels der Regelungskennziffer des Reglers 13 wird ein Ausgang 150 gesteuert. Der Ausgang 150 weist als Stellgrößen eine Gebläsespannung 170, eine Soll-Verdampfertemperatur 190 eines Verdampfers der Klimatisierung 3 sowie eine Stellung 210 einer Klappe zur Steuerung einer Luftverteilung des Innenraums des Fahrzeugs 1, vorzugsweise der Umluftklappe, auf. Bei der Soll-Verdampfertemperatur 190 kann es sich alternativ und/oder zusätzlich auch um eine Ausblastemperatur an dem Innenraum zugeordneten Ausblasöffnungen zum Einblasen von Luft in den Innenraum handeln. Zum Einstellen einer entsprechenden Ist-Verdampfertemperatur beziehungsweise der sich daraus ergebenden Ausblastemperatur kann ein entsprechender, nicht näher dargestellter Führungsregler zur Steuerung einer Wärmesenke, beziehungsweise des nicht näher dargestellten Kompressors und Verdampfers der Wärmesenke vorgesehen sein.
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Die Klimatisierungsvorrichtung weist eine eine schnelle Abkühlung des Innenraums bewirkende Funktion FLO auf, wie oben beschrieben.
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Ferner sind Schalter SAC, SLO und SUML vorgesehen, mit denen die Klimatisierungsvorrichtung, die Funktion FLO und die Umlufteinrichtung aktvierbar (ACon, LOon, UMLon) und deaktivierbar (ACoff, LOoff, UMLoff) sind.
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In 3 sind Varianten einer Schaltlogik zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wobei mit dem Graph AC ein Schaltzustand der Klimatisierungsvorrichtung und mit dem Graph UML ein Schaltzustand der Umlufteinrichtung bezeichnet und 0 einem Zustand OFF und 1 einem Zustand ON entspricht. Ein Zustand ON der Klimatisierungsvorrichtung entspricht einer Aktivierung der Klimatisierungsvorrichtung, so dass die in 2 beispielhaft dargestellte Reglerstruktur aktiviert wird, während ein Zustand OFF der Klimatisierungsvorrichtung entspricht – jeweils in Hinblick auf Funktionen des Klimasteuergerätes unabhängig von der eine schnelle Abkühlung des Innenraums bewirkenden Funktion.
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Gemäß der 1. Variante wird zu einem Zeitpunkt T1 die eine schnelle Abkühlung des Innenraums bewirkende Funktion FLO der Klimatisierungsvorrichtung in einem Zustand LOon versetzt, automatisch die Umlufteinrichtung in einen Zustand UMLon sowie die Klimatisierungsvorrichtung aktivert, also in einen Zustand ACon versetzt. Zu einem späteren Zeitpunkt T2 wird die Funktion FLO in einen Zustand LOoff versetzt. Sobald die Funktion FLO in den Zustand LOoff versetzt wird, wird die Umlufteinrichtung in den Zustand UMLoff versetzt. Der Zustand der Umlufteinrichtung wird daher abhängig von dem Zustand der Funktion FLO geschaltet, wobei es sich versteht, dass die Folgeschaltung der Umlufteinrichtung nicht exakt zu den Zeitpunkten T1 bzw. T2 sondern auch mit einer geringen Verzögerung von einigen Sekunden, d. h. zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen kann.
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In der 2. Variante der 3 ist im Unterschied zur ersten Variante die Klimatisierungsvorrichtung in einem Zustand ACon zu dem Zeitpunkt T1, zu dem die eine schnelle Abkühlung bewirkende Funktion in den Zustand aktiviert wird, während ansonsten die Schaltlogik die gleiche wie bei der ersten Variante der 3 ist. Für beide Varianten ist erkennbar, dass nach Abschalten der eine schnelle Abkühlung bewirkenden Funktion FLO die Klimaanlage weiterhin in einem Zustand ACon ist.
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In dem Zeitintervall T1–T2 wird erfindungsgemäß Frischluft eingespeist. Dies entspricht in der vereinfachten Darstellung der 3 dem Zeitintervall T1–T2.
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In 4 ist für zwei Varianten, analog wie in 3, die Schaltlogik einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gezeigt. In der 1. Variante der 4 ist die Klimaanlage zum Zeitpunkt T1 in einem Zustand ACoff, während sie in der zweiten Variante in einem Zustand ACon ist. Allerdings erfolgt in der 1. Variante mit der Aktivierung von FLO auch eine Aktivierung der Klimatisierungsvorrichtung, die zuvor deaktiviert ist. In der Ausgestaltung der 4 kann die Umlufteinrichtung, vorzugsweise manuell in einen Zustand UMLon durch Schalten eines Schalters SUML versetzt werden.
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Sowohl in der 1. als auch in der 2. Variante erfolgt zum Zeitpunkt T3 eine Aktivierung der Umlufteinrichtung, nachdem diese wie die in den Zustand LOoff versetzte Funktion FLO deaktiviert worden war. Wenn zum Zeitpunkt T4 der Zustand LOon angenommen wird, hat dies keine Auswirkung auf die Umlufteinrichtung. Ebenso hat aber das Versetzen der genannten Funktion in den Zustand LOoff zum Zeitpunkt T5 keine Auswirkung auf die Umlufteinrichtung: der Zustand UMLon bleibt erhalten.
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Jeweils in den Zeitintervallen T4–T5 erfolgt eine Frischlufteinspeisung. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt auch in den Zeitintervallen T3–T4, d. h. sobald die Umlufteinrichtung in den Zustand UMLon versetzt ist, eine Frischlufteinspeisung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10164374 A1 [0003]
- DE 102007056770 A1 [0003]
- WO 2009/085937 [0003]
- DE 102007041903 A1 [0003]
- DE 19637232 A1 [0003]
