DE102009060903B4

DE102009060903B4 - Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums eines Fahrzeugs mit einer Zusatzheizung

Info

Publication number: DE102009060903B4
Application number: DE102009060903.2A
Authority: DE
Inventors: Ingo Naubert; Sönke Driller
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2023-06-01
Anticipated expiration: 2030-01-01
Also published as: DE102009060903A1

Abstract

Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums (2) eines einen Verbrennungsmotor aufweisenden Fahrzeugs (1) mit einer als Wasserheizung ausgebildeten Zusatzheizung mittels einer luftansaugenden Klimatisierungsvorrichtung mit einer Umlufteinrichtung (11), einem Umluftpfad (15) sowie einem Außenluftpfad (10) mit den Schritten:a. Schalten einer eine Aktivierung der Zusatzheizung bewirkenden Funktion FZ, vorzugweise mittels eines Schalters SFZ in einen Zustand ZHona1. Ermitteln, ob der Verbrennungsmotor aktiviert oder deaktiviert ista2. Falls der Verbrennungsmotor nicht aktiviert ist, Durchführen von Schritt ba3. Falls der Verbrennungsmotor aktiviert ist, Warten.b. Automatisches Schalten der Umlufteinrichtung (11) in einen Zustand UMLon, in dem mindestens 60 % der von der Klimatisierungsvorrichtung angesaugten Luftmasse über den Umluftpfad (15) angesaugt werden in Abhängigkeit von einem Signal eines Feuchtigkeitssensors (6) und/oder eines Luftgütesensors (13).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums eines Fahrzeugs, eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer Klimatisierungsvorrichtung, jeweils nach den unabhängigen Patentansprüchen 1, 13 und 14.
Fahrzeuge mit einem Zusatzheizgerät sind beispielsweise aus der DE 103 60 527 A1 bekannt, in der vorgeschlagen wird, dass das Zusatzheizgerät in Strömungsrichtung der in den Innenraum des Fahrzeugs zu fördernden Zu- und Umluft vor dem Fahrzeuggebläse einer Klimabox angeordnet ist. Das Zusatzheizgerät weist dabei einen Wärmeübertrager auf, der von Heizluft durchströmt werden kann sowie ein Heißluftgebläse zum Fördern der durch den Wärmeübertrager zu fördernden Heizluft.
Die DE 101 10 558 A1 beschreibt ein motorunabhängiges Heizgerät für ein Fahrzeug, bei dem ein Steuergerät in Abhängigkeit mehrerer Steuergrößen zwischen einem Betriebsmodus „Umluft“ und einem Betriebsmodus „Belüften“ umschaltet. Zum Aufheizen des Innenraums wird dabei in Richtung des Betriebsmodus „Umluft“ geschaltet.
Aus der DE 196 29 882 A1 ist ein Betriebsverfahren für einen Latentwärmespeicher in einem Fahrzeug bekannt, bei dem mit Auftreten einer Heizanforderung bei im wesentlichen beladenen Wärmespeicher selbsttätig auf Umluftbetrieb geschaltet wird.
Die DE 100 25 713 A1 beschreibt ein Heizsystem für Kraftfahrzeuge mit einem ersten Heizgerät und einem zweiten Heizgerät sowie mit einer Detektoranordnung zum Erfassen von Betriebsparametern des Heizsystems und einer Steueranordnung, die basierend auf den erfassten Betriebsparametern den Betrieb der Heizgeräte steuert. Ein solcher Betriebsparameter kann die Temperatur des Kühlwasserkreislaufs des Motors sein.
Bei derartigen Fahrzeugen wird das Zusatzheizgerät insbesondere als Standheizungsgerät eingesetzt, mittels der das Fahrzeug bei nichtaktiviertem Verbrennungsmotor geheizt werden kann. Mit dem Zusatzheizgerät kann, falls an der Saugseite des Heißluftgebläses des Zusatzgerätes ein Umluftzuführkanal zum Zuführen von Umluft aus dem Innenraum des Fahrzeugs zum Zusatzheizgerät vorgesehen ist, eine Umluft-Zuheizfunktion erreicht werden. Ferner kann auch unmittelbar Frischluft aus der Umgebung des Fahrzeugs zugeführt werden. Zur Steuerung eines Frischluftanteils und eines Umluftanteils ist ferner aus der DE 10 2004 051 912 A1 bekannt, mittels eines CO₂-Sensors einen CO₂-Anteilswert der Innenraumluft zu ermitteln und den Frischluftanteil zu reduzieren, wenn der CO₂-Anteilswert einen vorbestimmten CO₂-Schwellenwert unterschreitet. Aus der DE 197 09 053 A1 ist ferner eine Vorrichtung zur Steuerung der Belüftungseinrichtung eines Innenraums eines Fahrzeugs bekannt, wobei in Abhängigkeit von einer Schadstoffkonzentration der Außenluft eine Umschaltung zwischen Zuluft- und Umluftbetrieb der Belüftungseinrichtung durchführbar ist, und zusätzlich ein von einem Feuchtesensor geliefertes, mit der Feuchtigkeit der Außenluft korreliertes Feuchtesignal zur von der Feuchtigkeit der Außenluft abhängigen Umschaltung zwischen Zuluft- und Umluftbetrieb einsetzbar ist.
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.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Behaglichkeit und Luftqualität in einem Innenraum eines Fahrzeugs bei gleichzeitig effizientem Energieeinsatz zu ermöglichen.
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.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums eines Fahrzeugs mit Zusatzheizung mittels einer luftansaugenden Klimatisierungsvorrichtung mit einer Umlufteinrichtung, einem Umluftpfad sowie einem Außenluftpfad sind dabei folgende Schritte vorgesehen:

a. Schalten einer Aktivierung der Zusatzheizung-bewirkenden Funktion der Klimatisierungsvorrichtung, vorzugsweise mittels eines Schalters in einen Zustand ZHon
b. Automatisches Schalten der Umlufteinrichtung in einen Zustand UMLon, bei dem mindestens 60% der von der Klimatisierungsvorrichtung angesaugten Luftmasse über den Umluftpfad angesaugt werden in Abhängigkeit von einem Signal eines Feuchtigkeitssensors und/oder eines Luftgütesensors.

Durch das automatische Schalten der Umlufteinrichtung in einen Zustand UMLon in Abhängigkeit von einem Signal eines Feuchtigkeitssensors oder eines Luftgütesensors bei Aktivierung der Zusatzheizung wird ein schnelleres Aufheizen des Innenraums bei gleichzeitiger Reduzierung der eingesetzten Energie erreicht.
Die Aufgabe wird ferner mit einer Klimatisierungsvorrichtung eines Innenraums eines Fahrzeugs gelöst, welches ein Klimasteuergerät und eine Umlufteinrichtung aufweist sowie einen Umluftpfad und einen Außenluftpfad und sich dadurch auszeichnet, dass das Klimasteuergerät eingerichtet ist zur Ausführung des Verfahrens wie oben dargestellt. Die erfindungsgemäße Klimatisierungsvorrichtung weist die gleichen Vorteile auf wie das beschriebene Verfahren.
Ferner wird die Aufgabe mit einem Fahrzeug mit einer Klimatisierungsvorrichtung wie oben beschrieben gelöst. Das Fahrzeug weist entsprechende Vorteile auf wie die Klimatisierungsvorrichtung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der in Bezug auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

1 eine schematische Teilansicht des Frontbereichs eines Fahrzeugs mit einer luftansaugenden Klimatisierungsvorrichtung,
2 eine schematische Ansicht eines Funktionsprinzips einer Klimatisierungsvorrichtung eines Innenraums eines Fahrzeugs,
3 eine schematische Ansicht einer Schaltlogik zum Schalten einer Umlufteinrichtung.

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 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 Heizungswärmetauscher 4 und einen Warmluftausströmer für die Windschutzscheibe 3 ins Wageninnere 2 bläst. Der Heizungswärmetauscher 4 ist mit einer Wärmequelle 8 über einen Vorlauf 7a und einen Rücklauf 7b verbunden, wobei ein fluides Medium mittels einer Pumpe 7 zum Wärmeenergietransport von der Wärmequelle 8 zum Wärmetauscher 4 dient. 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.
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.
Das Klimasteuergerät 14 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 90 aufgeschaltet. Der Eingang 50 wird an einen Regler 130 weitergeleitet, der diesen in eine Regelungskennziffer, beispielsweise zwischen 0 und 255, umsetzt. Mittels der Regelungskennziffer des Reglers 130 wird ein Ausgang 150 gesteuert. Der Ausgang 150 weist als Stellgrößen eine Gebläsespannung 170, eine Soll-Verdampfertemperatur 190 eines Verdampfers der Klimatisierungsvorrichtung 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.
Ferner sind Schalter SAC, SFZ und SUML vorgesehen, mit denen die Klimatisierungsvorrichtung, die Zusatzheizung und die Umlufteinrichtung aktvierbar (ACon, FZon, UMLon) und deaktivierbar (ACoff, FZoff, UMLoff) sind.
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 einer Deaktivierung der Klimatisierungsvorrichtung entspricht - jeweils in Hinblick auf Funktionen des Klimasteuergerätes unabhängig von der eine schnelle Abkühlung des Innenraums bewirkenden Funktion.
Gemäß der 1. Variante wird zu einem Zeitpunkt t1 die eine schnelle Abkühlung des Innenraums bewirkende Funktion FZ der Klimatisierungsvorrichtung in einen Zustand FZon 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 FZ in einen Zustand FZoff versetzt. Sobald die Funktion FZ in den Zustand FZoff versetzt wird, wird die Umlufteinrichtung in den Zustand UMLoff versetzt. Der Zustand der Umlufteinrichtung wird daher abhängig von dem Zustand der Funktion FZ 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.
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 Aktivierung der Zusatzheizung bewirkende Funktion in den Zustand FZon aktiviert wird, während ansonsten die Schaltlogik die gleiche wie bei der ersten Variante der 3 ist. Für beide Varianten ist erkennbar, dass nach Abschalten Funktion FZ die Klimaanlage weiterhin in einem Zustand ACon ist.

Claims

Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums (2) eines einen Verbrennungsmotor aufweisenden Fahrzeugs (1) mit einer als Wasserheizung ausgebildeten Zusatzheizung mittels einer luftansaugenden Klimatisierungsvorrichtung mit einer Umlufteinrichtung (11), einem Umluftpfad (15) sowie einem Außenluftpfad (10) mit den Schritten: a. Schalten einer eine Aktivierung der Zusatzheizung bewirkenden Funktion FZ, vorzugweise mittels eines Schalters SFZ in einen Zustand ZHon a1. Ermitteln, ob der Verbrennungsmotor aktiviert oder deaktiviert ist a2. Falls der Verbrennungsmotor nicht aktiviert ist, Durchführen von Schritt b a3. Falls der Verbrennungsmotor aktiviert ist, Warten. b. Automatisches Schalten der Umlufteinrichtung (11) in einen Zustand UMLon, in dem mindestens 60 % der von der Klimatisierungsvorrichtung angesaugten Luftmasse über den Umluftpfad (15) angesaugt werden in Abhängigkeit von einem Signal eines Feuchtigkeitssensors (6) und/oder eines Luftgütesensors (13).
Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten: - Schalten, vorzugsweise mittels des Schalters SFZ, der Funktion FZ in einen Zustand FZoff - Automatisches Schalten der Umlufteinrichtung (11) in den Zustand UMLoff, wobei höchstens 20 % der angesaugten Luft über den Umluftpfad (15) angesaugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit dem Schritt: - Schalten der Umlufteinrichtung (11) mittels eines Schalters SUML in den Zustand UMLon oder UMLoff.
Verfahren nach Anspruch 3 mit dem Schritt: - Schalten der Umlufteinrichtung (11) mittels des Schalters SUML in den Zustand UMLon oder UMLoff, wobei zumindest einer der genannten Zustände unabhängig von einem Schalten des Schalters SZH angenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 3 mit dem Schritt: - Schalten der Umlufteinrichtung (11) mittels des Schalters SUML in den Zustand UMLoff, wobei dieser Zustand abhängig ist von einem Schalten des Schalters SZH.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem Schritt: - Schalten der Klimaanlage mittels des Schalters SAC in einen Zustand ACon oder ACoff, wobei der jeweilige Zustand unabhängig von einem Schalten des Schalters SZH angenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspeisung von Frischluft zumindest für ein Zeitintervall nach Schritt 1b. erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung von Frischluft diskontinuierlich, vorzugsweise periodisch, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung von Frischluft kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung einer Masse an Frischluft erfolgt, die ausreicht, um den CO₂-Gehalt der Luft im Innenraum auf höchstens 0,5 Vol. % , vorzugsweise auf höchstens 0,3% Vol. zu halten.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung von Frischluft in Abhängigkeit von einem Signal eines CO2-Sensors erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem Signal eines Feuchtigkeitssensors (6) ein automatisches Schalten der Umlufteinrichtung (11) in den Zustand UMLoff erfolgt, vorzugsweise unabhängig davon, ob die Zusatzheizung aktiviert oder deaktivert ist.
Klimatisierungsvorrichtung eines Innenraums (2) eines Fahrzeugs (1) mit einem Klimasteuergerät (14) und einer Umlufteinrichtung (11), einem Umluftpfad (15) sowie einem Außenluftpfad (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Klimasteuergerät (14) eingerichtet ist zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug (1) mit einer Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 13.