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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Antrieb, einer Steuerung mit Start-Stopp-Automatikfunktion und mit einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts eines mit einer Start-Stopp-Automatikfunktion ausgestatteten Kraftfahrzeugs sowie ein Computerprogramm zur Steuerung eines derartigen Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts.
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Hintergrund
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Zur Verringerung des Schadstoffausstoßes und zur Reduzierung des Energie- und Kraftstoffverbrauchs weisen Kraftfahrzeuge heutzutage eine Start-Stopp-Automatik auf. Dementsprechend kann der Antrieb des Kraftfahrzeugs, meist in Form eines Verbrennungsmotors in Stillstandsphasen des Kraftfahrzeugs automatisch abgeschaltet und bei Bedarf, etwa infolge einer Betätigung des Kupplungs- oder Gaspedals, wieder aktiviert werden. Bei aktivierter Start-Stopp-Automatikfunktion wird der Kraftfahrzeugantrieb nur dann in Stillstandsphasen des Kraftfahrzeugs ausgeschaltet, wenn die Betriebsbedingungen und Umgebungsparameter des Kraftfahrzeugs dies zulassen.
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Bei Kraftfahrzeugen mit Klimaanlage, die von einem vom Kraftfahrzeugantrieb angetriebenen Kompressor betrieben werden, führt das Abschalten des Antriebs in einer Stoppphase der Start-Stopp-Automatik dazu, dass der die Innenraumluft abkühlende Verdampfer der Klimaanlage nicht mehr aktiv gekühlt wird. Bei länger anhaltenden Stillstandsphasen des Kraftfahrzeugs wird der Verdampfer durch die fortwährende Beaufschlagung mit vergleichsweise warmer Luft auf ein derartiges Temperaturniveau erwärmt, bei welchem eine Kühlung des Kraftfahrzeuginnenraums nur noch bedingt oder nur noch eingeschränkt möglich ist. Herkömmliche Start-Stopp-Systeme für Kraftfahrzeuge sehen daher vor, die Stoppphase des Antriebs im Stillstand des Kraftfahrzeugs vorzeitig zu unterbrechen, den Antrieb sozusagen im Stillstand des Kraftfahrzeugs wieder zu starten, um eine aktive Kühlung des Verdampfers wieder einzuleiten.
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Es ist generell erstrebenswert, das unweigerliche Erwärmen eines Verdampfers bei abgeschaltetem Kraftfahrzeugantrieb möglichst lange hinauszuzögern. So ist aus der
DE 10 2006 022 249 A1 ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit Kältespeicher bekannt, wobei der Verdampfer mit einem Kältespeicher gekoppelt ist, der ein Speichermedium aufweist, das durch Phasenumwandlung Kälte speichert. Das Bereitstellen eines derartigen gesonderten Kältespeichers allein für die Implementierung der Start-Stopp-Automatik führt jedoch zu einer Erhöhung des Kraftfahrzeuggesamtgewichts und trägt ferner zu einer Steigerung der Herstellungskosten bei.
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Es ist daher Aufgabe einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren und ein Computerprogramm bereitzustellen, mittels welchem das Aufheizen eines Fahrzeuginnenraums bei abgeschaltetem Kraftfahrzeugantrieb ohne Bereitstellung gesonderter oder zusätzlicher Komponenten verzögert werden kann. Das betreffende Verfahren, bzw. das betreffende Kraftfahrzeug soll möglichst einfach und kostengünstig implementierbar sein und sich für einen wartungsarmen oder wartungsfreien Langzeitbetrieb eignen.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Kraftfahrzeugs gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, mit einem Verfahren nach Anspruch 7 sowie mit einem Computerprogramm gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind dabei Gegenstand abhängiger Patentansprüche.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen
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Insoweit ist ein Kraftfahrzeug mit einem Antrieb, typischerweise mit einem Verbrennungsmotor sowie mit einer Start-Stopp-Automatikfunktion und mit einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät vorgesehen. Das Klimagerät, welches auch als HVAC-Modul (Heating, Ventilation und Air Conditioning-Modul) zu bezeichnen ist, weist typischerweise ein Gehäuse mit einem Einlass und mit einem oder mehreren Auslässen für thermisch zu behandelnde Luft auf. Das Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät weist zur thermischen Behandlung zugeführter Luft einen in einen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eingebundenen Verdampfer sowie einen mit dem Antrieb des Kraftfahrzeugs thermisch koppelbaren Heizungswärmetauscher auf. Mittels des Heizungswärmetauschers, welcher gemeinhin auch als Heizerkern bezeichnet wird, kann die dem Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät zugeführt Luft erwärmt werden. Mittels des Verdampfers ist die Luft hingegen abkühlbar.
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Im Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät, mithin in dessen Gehäuse sind ein erster und ein zweiter Strömungspfad für zugeführte Luft stromabwärts des Verdampfers, typischerweise zwischen Verdampfer und Heizungswärmetauscher vorgesehen. Der erste Strömungspfad führt dabei durch den Heizungswärmetauscher während der zweite Strömungspfad am Heizungswärmetauscher vorbei führt und dabei als Bypass fungiert. Die über den zweiten Strömungspfad strömende Luft umgeht den Heizungswärmetauscher während der Heizungswärmetauscher mit über den ersten Strömungspfad strömende Luft beaufschlagt wird.
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Durch eine zumindest partielle Aufteilung oder durch vollständiges Leiten der Luft entlang dem ersten und/oder dem zweiten Strömungspfad kann der vom Antrieb thermisch entkoppelte Heizungswärmetauscher mit der vom Verdampfer bereits abgekühlten Luft bei aktivierter Start-Stopp Automatik abgekühlt und als Kältespeicher für und während einer Stopp Phase der Start-Stopp Automatik verwendet werden. Zur maximalen Kühlung oder Vorkühlung des Heizungswärmetauschers wird die Luft stromabwärts des Verdampfers vollständig über den ersten Strömungspfad geleitet.
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Bei aktivierter Start-Stopp-Automatik ist der Heizungswärmetauscher vom Antrieb des Kraftfahrzeugs thermisch entkoppelt. Er ist bei aktivierter Start-Stopp-Automatik insbesondere als Kältespeicher für und in einer Stoppphase der Start-Stopp-Automatik verwendbar. Zu diesem Zweck ist der Heizungswärmetauscher zumindest bei aktivierter Start-Stopp-Automatik thermisch mit dem Verdampfer gekoppelt. Insoweit ist der Heizungswärmetauscher als Kältespeicher für die Start-Stopp-Automatik verwendbar. Der Heizungswärmetauscher, insbesondere das im Heizungswärmetauscher befindliche Kühlmittel, welches typischerweise einen hohen Wasseranteil aufweist, oder welches abgesehen von einem Frostschutzzusatz weitgehend aus Wasser besteht, kann insoweit als Kältespeicher im Betrieb der Klimaanlage Verwendung finden.
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Im Betrieb der Klimaanlage ist der Heizungswärmetauscher durch die thermische Kopplung mit dem Verdampfer der Klimaanlage auf ein vorgegebenes Temperaturniveau abkühlbar. Durch seine thermische Entkopplung vom Antrieb, die im Kühlbetrieb des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts ohne weiteres möglich ist, erfährt der Heizungswärmetauscher zusammen mit dem in ihm enthaltenen Kühlmittel eine Abkühlung. In einer Stoppphase der Start-Stopp-Automatik, in welcher der Kraftfahrzeugantrieb abgeschaltet ist, und der Verdampfer der Klimaanlage keine weitere aktive Kühlung mehr erfährt, kann die dem Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät zugeführte Luft sowohl vom Verdampfer als auch vom abgekühlten Heizungswärmetauscher weiter gekühlt werden. Das Zeitintervall, bis der Fahrzeuginnenraum bei abgeschaltetem Kraftfahrzeugantrieb ein maximal zulässiges Temperaturniveau erreicht, kann auf diese Art und Weise effektiv verlängert werden.
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Die ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandene thermische Masse des Heizungswärmetauschers kann auf diese Art und Weise besonders effizient und vielseitig, nicht nur für die Erwärmung der einem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführenden Luft, sondern auch für die Kühlung der Luft, insbesondere in Stoppphasen einer Start-Stopp-Automatik verwendet werden. Das Vorsehen eines gesonderten Kältespeichers sowie das Bereitstellen zusätzlicher Komponenten für einen Kältespeicher kann auf diese Art und Weise umgangen werden. Die hier vorgeschlagene Lösung trägt insoweit zur Gewichts- und Verbrauchsminimierung des Kraftfahrzeugs bei.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs ist der Heizungswärmetauscher bei aktivierter Start-Stopp-Automatik vom Antrieb thermisch entkoppelt. Die Kopplung bzw. Entkopplung kann mittels einer Steuerung erfolgen. Diese kann als separate Steuerung für das Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät vorgesehen und dementsprechend implementiert sein. Es ist aber auch denkbar, dass die genannte Steuerung in das Steuergerät des Kraftfahrzeugs implementiert, sozusagen in das zentrale Steuergerät des Kraftfahrzeugs eingebunden ist. Die Steuerung weist typischerweise einen Speicher sowie einen Prozessor auf und ist datentechnisch mit dem Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät gekoppelt. In der Steuerung kann insbesondere auch die Start-Stopp-Automatik implementiert sein. Insoweit kann die Start-Stopp-Automatik beispielsweise rein softwaretechnisch in der Steuerung realisiert sein.
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Die Steuerung ist insbesondere dazu ausgebildet, die Aktivierung der Start-Stopp-Automatik zu erfassen und dementsprechend infolge einer Aktivierung der Start-Stopp-Automatik oder bei aktivierter Start-Stopp-Automatik den Heizungswärmetauscher vom Antrieb thermisch zu entkoppeln und den Heizungswärmetauscher thermisch mit dem Verdampfer zu koppeln. Für eine derartige thermische Kopplung und Entkopplung ist die Steuerung typischerweise mit geeigneten Stellantrieben verbunden, mittels derer der Heizungswärmetauscher in geforderter Art und Weise thermisch koppelbar bzw. thermisch entkoppelbar ist. Für die Verwirklichung der hier beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltung ist es insoweit lediglich erforderlich, den Funktionsumfang einer ohnehin vorhandenen Steuerung zu erweitern. Insoweit kann die Verwendungsmöglichkeit des Heizungswärmetauschers als Kältespeicher für die Stoppphase der Start-Stopp-Automatik rein oder überwiegend softwaretechnisch implementiert sein.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Heizungswärmetauscher bei aktivierter Start-Stopp Automatik mit dem Verdampfer thermisch gekoppelt. Diese thermische Kopplung erfolgt typischerweise durch einen Luftzustrom auf den Heizungswärmetauscher über den ersten Strömungspfad. Hierdurch kann der Heizungswärmetauscher im Betrieb der Start-Stopp Automatik abgekühlt werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät eine Klappe auf. Bei aktivierter Start-Stopp-Automatik ist die Klappe in eine geschlossene Stellung überführbar, in welcher der Heizungswärmetauscher mit vom Verdampfer abgekühlter Luft beaufschlagbar ist bzw. beaufschlagt wird. Die Klappe ist insbesondere über die Steuerung betätigbar. Sie ist insbesondere als eine sogenannte Mischluftklappe ausgestaltet. So kann insbesondere vorgesehen sein, mit Aktivierung der Start-Stopp-Automatik die Klappe in die geschlossene Stellung zu überführen, sodass vorzugsweise sämtliche durch oder über den Verdampfer strömende Luft auch dem Heizungswärmetauscher zugeführt wird. Vorliegend wird von einer geschlossenen Klappe gesprochen, wenn die zugeführte Luft über den Heizungswärmetauscher strömt. Bei einer geöffneten oder offenen Klappe wird die Luft hingegen unter Umgehung des Heizungswärmetauschers direkt in den Fahrzeuginnenraum befördert.
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Die geschlossene Klappe erzwingt sozusagen eine strömungstechnische Reihenschaltung von Verdampfer und Heizungswärmetauscher. Insoweit kann eine thermische Kopplung zwischen Heizungswärmetauscher und Verdampfer über die vom Verdampfer bereits abgekühlte Luft erreicht werden. Da der Heizungswärmetauscher vom Antrieb des Kraftfahrzeugs thermisch entkoppelt ist, trägt dieser, nachdem er auf ein vorgegebenes Temperaturniveau abgekühlt wurde, kaum noch zur Erwärmung der vom Verdampfer gekühlten Luft bei. Lediglich in kurzen Phasen nach der Aktivierung kann es durch den gegebenenfalls noch vergleichsweise warmen Heizungswärmetauscher kurzzeitig zu einer ansonsten unerwünschten Erwärmung der dem Fahrzeuginnenraum zuzuführenden Luft kommen.
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Indem die thermische Kopplung zwischen Verdampfer und Heizungswärmetauscher vorzugsweise ausschließlich über die vom Verdampfer bereits abgekühlte Luft erfolgt, sind weitere bauliche Maßnahmen zur Herbeiführung einer thermischen Kopplung nicht zu treffen. Die thermische Kopplung von Verdampfer und Heizungswärmetauscher mittels zugeführt Luft erweist sich von daher in herstellungs- und montagetechnischer Hinsicht als besonders vorteilhaft.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Heizungswärmetauscher über einen Kühlkreislauf mit dem Antrieb thermisch gekoppelt. Der Heizungswärmetauscher ist in den Kühlkreislauf eingebunden. Insbesondere im Heizungsbetrieb kann der Heizungswärmetauscher einen Teil der Abwärme des Antriebs als Heizenergie dem Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät zur Verfügung stellen. In einem derartigen Heizungsmodus kann die dem Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät zugeführte Luft bedarfsgerecht erwärmt werden. Für den Betrieb einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit Start-Stopp-Automatikfunktion ist der Heizungswärmetauscher nicht zu Heizungs-, sondern zu Kühlzwecken einzusetzen.
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Hierfür ist es erforderlich, den Heizungswärmetauscher thermisch vom Kühlkreislauf zu entkoppeln. Der Kühlkreislauf weist hierfür zumindest ein mittels der Steuerung betätigbares Absperrventil auf, mit welchem der Heizungswärmetauscher bei aktivierter Start-Stopp-Automatik vom Antrieb des Kraftfahrzeugs thermisch entkoppelbar bzw. entkoppelt ist. Ein Zulauf bzw. Ablauf für den Heizungswärmetauscher wird mittels des Absperrventils vorzugsweise vollständig abgeriegelt. Das im Heizungswärmetauscher vorhandene und infolge der Abriegelung nicht zirkulierende Kühlmittel, kann beispielsweise aufgrund seines vergleichsweise hohen Wasseranteils, eine beträchtliche Wärmespeicherkapazität und somit eine vergleichsweise große thermische Masse für den mittels des Heizungswärmetauschers zu realisierenden Kältespeicher bereitstellen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Klimaanlage des Kraftfahrzeugs einen vom Antrieb des Kraftfahrzeugs angetriebenen Kompressor auf. Dieser ist zumindest bei aktivierter Start-Stopp-Automatik zur Regulierung der Lufttemperatur regelbar. Mittels des regelbaren Kompressors kann die Kühlleistung der Klimaanlage bedarfsgerecht angepasst werden. Insbesondere ist hiermit die Temperatur des Verdampfers, mithin auch der des Heizungswärmetauschers im Start-Stopp-Modus regelbar bzw. einstellbar. Mittels des regelbaren Kompressors ist insoweit bei angeschalteter Klimaanlage die Temperatur der mittels Verdampfer und Heizungswärmetauscher kühlbaren Luft veränderbar. Mittels des regelbaren Kompressors kann trotz der sich in Schließstellung befindlichen Klappe des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts eine Temperaturregelung der Luft realisiert werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Klappe bei deaktivierter Start-Stopp-Automatik in eine Schließstellung oder in eine Öffnungsstellung überführbar. In der Öffnungsstellung der Klappe ist die vom Verdampfer wegströmende Luft unter Umgehung des Heizungswärmetauschers dem Fahrzeuginnenraum zuführbar. Das heißt, bei geöffneter Klappe strömt die vom Verdampfer gekühlte Luft weitgehend ohne thermische Kopplung oder thermischen Austausch mit dem Heizungswärmetauscher an diesem vorbei in den Fahrzeuginnenraum.
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Der Betrieb des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts bei deaktivierter Start-Stopp-Automatik mit geöffneter Klappe ermöglicht einen besonders geringen Strömungswiderstand innerhalb des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts. Insoweit ist bei geöffneter Klappe eine besonders große Luftmasse dem Fahrzeuginnenraum zuführbar. In dieser Konfiguration wird jedoch der Heizungswärmetauscher nicht oder nur geringfügig von der über oder durch den Verdampfer strömenden gekühlten Luft gekühlt. Befindet sich die Klappe bei deaktivierter Start-Stopp-Automatik in geöffneter Stellung, so wäre diese mit Aktivierung der Start-Stopp-Automatik in die vollständig geschlossene Stellung zu überführen.
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Im weiteren Betrieb der Klimaanlage ist dann der Heizungswärmetauscher zunächst über die thermische Kopplung mit dem Verdampfer auf in etwa das Temperaturniveau des Verdampfers abzukühlen. Der Kältespeicher des Heizungswärmetauschers stets dann erst nach vollständiger Abkühlung des Heizungswärmetauschers, das heißt erst nach einer gewissen Zeit nach Aktivierung der Start-Stopp-Automatik zur Verfügung.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist die Klappe auch bei deaktivierter Start-Stopp-Automatik in Schließstellung, sodass der Heizungswärmetauscher auch bei deaktivierter Start-Stopp-Automatik permanent mit der vom Verdampfer wegströmenden gekühlten Luft beaufschlagt ist. Auch im deaktivierten Zustand der Start-Stopp-Automatik ist der Heizungswärmetauscher unabhängig von der Stellung der Klappe vom Kühlkreislauf des Antriebs des Kraftfahrzeugs thermisch entkoppelt. Befindet sich die Klappe bereits bei Aktivierung der Start-Stopp-Automatik in Schließstellung, so steht der Kältespeicher des Heizungswärmetauschers unmittelbar nach Aktivierung der Start-Stopp-Automatik zur Verfügung.
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Für einen Heizungsbetrieb ist die Bereitstellung eines Kältespeichers ohnehin nicht erforderlich. Insoweit ist für den Heizungsbetrieb der Heizungswärmetauscher etwa durch Öffnen des Absperrventils thermisch mit dem Kühlkreislauf des Antriebs gekoppelt. Die Klappe kann zur bedarfsgerechten Regulierung der Lufttemperatur jedwede Stellung zwischen Öffnungs- und Schließstellung einnehmen, um kalte und warme Luft miteinander zu mischen.
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Nach einem weiteren Aspekt ist ferner ein Verfahren zur Steuerung eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts eines mit einer Start-Stopp-Automatikfunktion ausgestatteten Kraftfahrzeugs vorgesehen. Bei oder mit Aktivierung der Start-Stopp-Automatikfunktion wird dabei ein Heizungswärmetauscher des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts von einem Kühlkreislauf eines Antriebs des Kraftfahrzeugs thermisch entkoppelt. Zudem wird der typischerweise vom Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs thermisch entkoppelte Heizungswärmetauscher als Kältespeicher in einer Stoppphase der Start-Stopp-Automatik verwendet.
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Während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeugs, insbesondere seines Antriebs und seiner Klimaanlage, wird der Heizungswärmetauscher auf ein vorgegebenes Temperaturniveau abgekühlt. Er fungiert dann in einer Stoppphase der Start-Stopp-Automatik als Kältespeicher und kann dazu beitragen, dass das Zeitintervall verlängert wird, innerhalb welchem der Fahrzeuginnenraum ein vorgegebenes maximales Temperaturniveau erreicht. Die Stoppphase bis zum automatischen Starten des Antriebs bei Erreichen der maximal zulässigen Temperatur des Fahrzeuginnenraums kann auf diese Art und Weise ohne Implementierung zusätzlicher Kraftfahrzeugbauteile verlängert werden. Ohne Einbußen am Klimakomfort vornehmen zu müssen, kann insoweit das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs als auch dessen Energiebilanz und Kraftstoffverbrauch weiter gesenkt werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung wird der Heizungswärmetauscher bei aktivierter Start-Stopp-Funktion oder mit Aktivieren der Start-Stopp-Funktion mit dem Verdampfer der Klimaanlage thermisch gekoppelt. Die thermische Kopplung des Heizungswärmetauschers mit dem Verdampfer der Klimaanlage ermöglicht eine besonders einfache und effiziente Kühlung des Heizungswärmetauschers. So ist lediglich der Verdampfer der Klimaanlage aufgrund seiner Einbindung in den Kältemittelkreislauf der Klimaanlage aktiv kühlbar. Eine entsprechende Kühlung kann der Heizungswärmetauscher allein durch die thermische Kopplung mit dem Verdampfer erfahren. Gesonderte Kühlmittel oder Kühlvorrichtungen sind insoweit für den Heizungswärmetauscher entbehrlich und nicht erforderlich.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung wird der Heizungswärmetauscher bei aktivierter Start-Stopp-Funktion mit vom Verdampfer abgekühlter Luft beaufschlagt. Die thermische Kopplung von Verdampfer und Heizungswärmetauscher mittels vom Verdampfer abgekühlter Luft ist besonders einfach und kostengünstig implementierbar. Es ist hierbei lediglich dafür Sorge zu tragen, dass bevorzugt sämtliche vom Verdampfer wegströmende Luft durch oder zum Heizungswärmetauscher geleitet wird. Da der Heizungswärmetauscher bei aktiviert Start-Stopp-Funktion vom Kühlkreislauf des Antriebs thermisch entkoppelt ist, geht über den Heizungswärmetauscher kaum Kühlenergie verloren. Ist der Heizungswärmetauscher einmal auf ein vorgegebenes Temperaturniveau abgekühlt, so erfährt die vom Verdampfer über den Heizungswärmetauscher in den Fahrzeuginnenraum strömende Luft kaum oder gar keine thermische Erwärmung am Heizungswärmetauscher.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Heizungswärmetauscher bei deaktivierter Start-Stopp-Funktion und bei aktivierter Klimaanlage mit dem Verdampfer thermisch gekoppelt wird bzw. thermisch gekoppelt bleibt. Insoweit kann der zurzeit für Heizungszwecke nicht verwendete Heizungswärmetauscher auf einem dem Verdampfer vergleichbaren Temperaturniveau konstant gehalten werden. Bei Aktivierung der Start-Stopp-Funktion kann der Kältespeicher des Heizungswärmetauschers unmittelbar zur Verfügung gestellt werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung wird der Heizungswärmetauscher bei deaktivierter Start-Stopp-Funktion und bei aktivierter Klimaanlage vom Verdampfer thermisch entkoppelt. Hierzu kann beispielsweise eine Klappe in ihre Öffnungsstellung überführt werden, sodass sämtliche vom Verdampfer wegströmende Luft unmittelbar einem Auslass des Gehäuses des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts zugeführt wird. Der Strömungswiderstand des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts kann hierdurch verringert werden, sodass ein vergleichsweiser großer Luftmassenstrom, der zuvor vom Verdampfer abgekühlt wurde, dem Fahrzeuginnenraum zuführbar ist. Bei einem vom Verdampfer thermisch entkoppelten Heizungswärmetauscher steht jedoch bei Aktivierung der Start-Stopp-Funktion der Kältespeicher des Heizungswärmetauschers erst nach einem dann noch zu erfolgenden Abkühlen des Heizungswärmetauschers durch die dann zu realisierende thermische Kopplung von Heizungswärmetauscher und Verdampfer, d. h. erst nach einem gewissen Zeitintervall zur Verfügung.
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Nach einem weiteren Aspekt ist schließlich ein Computerprogramm zur Steuerung eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts eines mit einer Start-Stopp-Automatikfunktion ausgestatteten Kraftfahrzeugs vorgesehen. Das Computerprogramm weist hierbei Programmmittel zur Detektion einer Aktivierung der Start-Stopp-Automatikfunktion auf. Das Computerprogramm weist ferner Programmmittel zum thermischen Entkoppeln eines Heizungswärmetauschers des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts von einem Kühlkreislauf eines Antriebs des Kraftfahrzeugs bei aktivierter Start-Stopp-Automatikfunktion sowie Programmmittel zum thermischen Koppeln des Heizungswärmetauschers mit einem Verdampfer einer Klimaanlage bei aktivierter Start-Stopp-Funktion auf.
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Durch die thermische Entkopplung des Heizungswärmetauschers vom Kühlkreislauf des Antriebs und durch die thermische Kopplung des Heizungswärmetauschers mit dem Verdampfer der Klimaanlage, kann ein Kältespeicher zur Verlängerung der Stoppphase der Start-Stopp-Automatikfunktion bereitgestellt werden. Auf diese Art und Weise kann eine ursprünglich zu Heizungszwecken im Kraftfahrzeug vorgesehene Komponente in Form eines Heizungswärmetauschers einem weiteren Verwendungszweck zugeführt werden. Bauliche Anpassungen sind hierfür kaum erforderlich, sofern der Heizungswärmetauscher beispielsweise mittels eines Absperrventils vom Kühlkreislauf eines etwa als Brennkraftmaschine ausgestalteten Antriebs thermisch entkoppelbar ist. Insoweit kann die weitere Verwendung des Heizungswärmetauschers als Kältespeicher durch Erweiterung des Funktionsumfangs eines Steuergeräts und somit rein softwaretechnisch erreicht werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Computerprogramm von einer Steuerung des Kraftfahrzeugs, insbesondere von einem Kraftfahrzeugsteuergerät ausführbar. Das Steuergerät ist typischerweise zur Steuerung des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts ausgebildet. Es ist typischerweise mit geeigneten Stellmotoren, etwa zum Bewegen einer Klappe und/oder zum Betätigen eines Absperrventils gekoppelt.
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Das zuvor beschriebene Verfahren zur Steuerung des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts ist von dem zuvor beschriebenen Kraftfahrzeug ausführbar. Insoweit gelten sämtliche Merkmale, Eigenschaften und beschriebenen Vorteile des Kraftfahrzeugs auch gleichermaßen für das Verfahren und umgekehrt. In gleicher Art und Weise ist das erwähnte Computerprogramm zur computerimplementierten Umsetzung des beschriebenen Verfahrens vorgesehen. Insoweit gelten auch hier sämtliche im Hinblick auf das Verfahren zur Steuerung des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts beschriebenen Merkmale, Eigenschaften und Vorteile auch gleichermaßen für das Computerprogramm und umgekehrt.
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Nach einem weiteren Aspekt ist schließlich eine Vorrichtung zur Steuerung eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts eines mit einer Start-Stopp-Automatikfunktion ausgestatteten Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die Vorrichtung weist Mittel zur Detektion einer Aktivierung der Start-Stopp-Automatikfunktion, Mittel zum thermischen Entkoppeln eines Heizungswärmetauschers des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts von einem Kühlkreislauf eines Antriebs des Kraftfahrzeugs bei aktivierter Start-Stopp-Automatikfunktion sowie Programmmittel zum thermischen Koppeln des Heizungswärmetauschers mit einem Verdampfer einer Klimaanlage bei aktivierter Start-Stopp-Automatikfunktion auf.
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Die Vorrichtung zur Steuerung des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts ist ferner in einer Steuerung des Kraftfahrzeugs implementiert, die mit dem Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät gekoppelt und zur Steuerung des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts ausgebildet ist.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen werden in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen:
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1 ein Kraftfahrzeug in Seitenansicht,
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2 ein schematisches Blockdiagramm des im Kraftfahrzeug vorgesehenen Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts,
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3 eine vereinfachte schematische Darstellung des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts bei aktivierter Start-Stopp-Automatikfunktion,
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4 das Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät bei deaktivierter Start-Stopp-Automatikfunktion,
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5 das Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät gemäß der 3 und 4 im Heizungsbetrieb,
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6 ein Diagramm zweier simulierter Messkurven, die die Aufheizung des Heizungswärmetauschers über die Zeit darstellen und
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7 ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Steuerung des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts.
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Detaillierte Beschreibung
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Das in 1 in Seitenansicht exemplarisch dargestellte Kraftfahrzeug 1 weist eine selbsttragende Kraftfahrzeugkarosserie 2 mit einem als Fahrgastzelle fungierenden Innenraum 3 auf. Im Blockdiagramm der 2 sind diverse Kraftfahrzeugkomponenten dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 verfügt über eine Steuerung 50, die mit einer Start-Stopp-Automatik 52 ausgestattet ist. Mittels der Start-Stopp-Automatik kann der typischerweise in Form eines Verbrennungsmotors ausgestaltete Antrieb 30 beim Stillstand des Kraftfahrzeugs 1 automatisch abgeschaltet und bei Bedarf wieder gestartet werden.
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Der Antrieb 30 ist ferner über einen Kühlkreislauf 22 mit einem Heizungswärmetauscher 20 thermisch koppelbar. Der Heizungswärmetauscher 20 ist zusammen mit einem Verdampfer 18 einer Klimaanlage 40 innerhalb eines Gehäuses 12 eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts 10 angeordnet. Mittels dem Verdampfer 18 ist die dem Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät 10 zuführbare Luft 5 abkühlbar, während sie mittels des Heizungswärmetauschers 20 im, beispielsweise in 5 dargestellten Heizungsbetrieb des Heizungswärmetauschers 20 auf ein vorgegebenes Temperaturniveau erwärmbar ist.
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Der Vollständigkeit halber sei hier erwähnt, dass die Klimaanlage 40 des Kraftfahrzeugs 1 einen Kältemittelkreislauf 42 aufweist, welcher ein vom Antrieb 30 angetriebenen Kompressor 44, einen Kondensator 46, ein Expansionsventil 48 und den Verdampfer 18 strömungstechnisch miteinander koppelt. Im Betrieb der Klimaanlage 40 kann über den Kondensator 46 Wärme an die Umgebung abgegeben werden, sodass der Verdampfer 18 gegenüber der Umgebungstemperatur ein niedrigeres Temperaturniveau zum Kühlen zugeführter Luft 5 einnehmen kann.
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Auslassseitig ist das Gehäuse 12 des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts 10 mit einer Luftverteilung 6 in Strömungsverbindung. Die Luftverteilung 6 weist typischerweise verzweigende Luftkanäle auf, über welche die vom Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät temperierte Luft 5 den Innenraum 3 des Kraftfahrzeugs 1 zuführbar ist.
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In 3 ist in schematischer Darstellung ein Querschnitt durch das Gehäuse 12 des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts 10 gezeigt. Das Gehäuse 12 weist einen Einlass 14 für die Luftzufuhr sowie vorliegend zwei oder mehrere Auslässe 16 für die Abfuhr der temperierten Luft zum Innenraum 3 auf. Innerhalb des Gehäuses 12, typischerweise stromabwärts eines Gebläses 15, ist der mit Luft 5 beaufschlagbare Verdampfer 18 der Klimaanlage 40 angeordnet. Stromabwärts des Verdampfers 18 ist der Heizungswärmetauscher 20 vorgesehen, der in den Kühlkreislauf 22 des Antriebs 30 eingebunden ist.
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Ein Zulauf zum Heizungswärmetauscher 20 ist vorliegend mittels eines Absperrventils 24 abriegelbar. Auf diese Art und Weise kann der Heizungswärmetauscher 20 vom Antrieb 30 im Bedarfsfall thermisch entkoppelt werden. Das Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät 10 weist ferner eine schwenkbar im Gehäuse 12 angeordnete Klappe 26 auf. In der in 3 gezeigten Konfiguration des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts 10 befindet sich die Klappe 26 in einer Schließstellung. Die Klappe 26 verschließt hierbei die direkte Strömungsverbindung vom Verdampfer 18 zu den Auslässen 16.
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Sämtliche stromabwärts des Verdampfers 18 befindliche Luft 5 ist somit gezwungen, entlang des ersten Strömungspfads 5a durch den Heizungswärmetauscher 20 zu strömen. Die in 3 dargestellte Konfiguration spiegelt eine Situation bei angeschalteter Klimaanlage 40 und bei aktivierter Start-Stopp-Automatik 52 wider. Durch die geschlossene Klappe 26 und durch die thermische Entkopplung des Heizungswärmetauschers 20 vom Antrieb 30 wird erreicht, dass der Heizungswärmetauscher 20 mittels der vom Verdampfer 18 wegströmenden, auf ein vorgegebenes Temperaturniveau bereits abgekühlten Luft 5 ebenfalls auf ein vorgegebenes Temperaturniveau, etwa im Bereich des Temperaturniveaus des Verdampfers 18 abgekühlt wird.
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Der Heizungswärmetauscher 20 fungiert dann als Kältespeicher für eine Stoppphase der Start-Stopp-Automatik 52. Bei aktivierter Start-Stopp-Automatik 52 wird beispielsweise der Antrieb bei Erkennen des Stillstands des Kraftfahrzeugs 1 ausgeschaltet. Infolgedessen wird auch der Kompressor 44 der Klimaanlage 40 nicht weiter angetrieben, sodass auch der Verdampfer 18 keine aktive Kühlung mehr erfährt. Da das Gebläse 15 des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts 10 nach wie vor Luft 5 in den Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 fördert, erfahren der Verdampfer 18 als auch der Heizungswärmetauscher 20 eine sukzessive Erwärmung. Da der Heizungswärmetauscher 20 ergänzend zur Wärme- oder Kühlkapazität des Verdampfers 18 einen ergänzenden Kältespeicher zur Verfügung stellt, kann ein Zeitintervall bis zum Erreichen einer vorgegebenen maximal zulässigen Temperatur des Innenraums 3 zeitlich gestreckt werden. Eine Stoppphase des Antriebs 30 kann ohne merkliche Einbuße am Klimakomfort insoweit verlängert werden.
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In 4 ist ein hiervon abweichendes Szenarion bei deaktivierter Start-Stopp-Automatik 52 dargestellt. Wenngleich auch bei deaktivierter Start-Stopp-Automatik 52 das Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät 10 in einer in 3 dargestellten Konfiguration unverändert weiter betreibbar ist, kann in der hiervon abweichenden Konfiguration gemäß 4 vorgesehen sein, den Heizungswärmetauscher 20 nach wie vor mittels des Absperrventils 24 vom Antrieb 30 thermisch zu entkoppeln.
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Im Vergleich zur 3 ist jedoch bei der Konfiguration nach 4 vorgesehen, die Klappe in eine Öffnungsstellung 26' zu überführen. In dieser Stellung kann die vom Verdampfer 18 wegströmende Luft 5 ungehindert und unmittelbar entlang des zweiten Strömungspfads 5b und somit unter Umgehung des Heizungswärmetauschers 20 zu den Auslässen 16 des Gehäuses 12 und somit in die Luftverteilung 6 und in den Innenraum 3 strömen. Der Heizungswärmetauscher 20 wird hierbei strömungstechnisch weitgehend umgangen. Er erfährt insoweit eine weitaus geringere Kühlung durch die vom Verdampfer 18 wegströmende Luft 5. In der in 4 gezeigten Konfiguration ist im Vergleich zur in 3 gezeigten Konfiguration der Strömungswiderstand des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts verringert, sodass bei gleichbleibender Leistung des Gebläses 15 ein größerer Luftmassenstrom dem Fahrzeuginnenraum 3 zuführbar ist.
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Spätestens bei oder mit Aktivierung der Start-Stopp-Automatik 52 wäre die Klappe 26 wieder in ihre in 3 gezeigte geschlossene Stellung zu überführen, sodass der Heizungswärmetauscher 20 mittels der vom Verdampfer 18 bereits gekühlten Luft 5 abgekühlt wird.
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In 5 ist schließlich der konventionelle Betrieb des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts 10 dargestellt. Hierbei ist das Absperrventil 24 geöffnet, sodass eine thermische Kopplung des Heizungswärmetauschers 20 mit dem Antrieb 30 gegeben ist und der Heizungswärmetauscher 20 die ihm zugeführte Luft 5 in vorgegebener Art und Weise erwärmen kann.
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In 6 ist anhand zweier simulierter Kurven die Erwärmung des Heizungswärmetauschers 20 über die Zeit dargestellt. Die Kurve 60 stellt einen Fall einer Lufteintrittstemperatur von 30°C und eine Temperatur des Heizungswärmetauschers von 3°C dar. Ohne Berücksichtigung der Kühlleistung des Verdampfers und bei einem Luftmassenstrom von 230 kg/h vergehen 187 Sekunden, bis der Heizungswärmetauscher 20 eine zulässige Endtemperatur von 20°C erreicht. Die Kurve 62 spiegelt eine hiermit vergleichbaren Fall wider, bei dem die Lufteintrittstemperatur 25°C und die initiale Temperatur des Heizungswärmetauschers 20 6°C beträgt. Bei gleichbleibendem Luftmassenstrom vergehen hierbei 227 Sekunden bis der Heizungswärmetauscher 20 die maximal zulässige Temperatur von 20°c erreicht.
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Wie aus den Diagrammen der 6 ersichtlich, kann durch die Verwendung des Heizungswärmetauschers 20 als Kältespeicher die Stoppphase einer Start-Stopp-Automatik 52 eines Kraftfahrzeugs 1 bei angeschalteter Klimaanlage 40 um mehrere Minuten gestreckt und verlängert werden.
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In 7 ist schließlich ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Steuerung des Heizungs-, Lüftungs- und Klimageräts 10 schematisch dargestellt. In einem ersten Schritt 100 wird beispielsweise die Start-Stopp-Automatikfunktion des Kraftfahrzeugs 1 aktiviert. Infolge der Aktivierung erfolgt in einem Schritt 102 zunächst die thermische Entkopplung des Heizungswärmetauschers 20 vom Antrieb 30 des Kraftfahrzeugs 1, beispielsweise durch Schließen des im Kühlkreislauf 22 vorgesehenen Absperrventils 24. In einem weiteren nachfolgenden Schritt 104 wird schließlich der Heizungswärmetauscher 20 mit dem Verdampfer 18 der Klimaanlage 40 des Kraftfahrzeugs 1 thermisch gekoppelt, um diesen auf ein vorgegebenes Temperaturniveau, vorzugsweise im Bereich der Temperatur des Verdampfers 18, selbst abzukühlen. Auf diese Art und Weise kann der Heizungswärmetauscher 20 im Betrieb der Klimaanlage 40 und bei aktivierter Start-Stopp-Automatikfunktion des Kraftfahrzeugs 1 als Kältespeicher verwendet werden.
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Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltung der Erfindung zu welcher weitere zahlreiche Varianten denkbar und im Rahmen der Erfindung sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Erfindung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine mögliche Implementierung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Kraftfahrzeugkarosserie
- 3
- Innenraum
- 5
- Luft
- 5a
- Strömungspfad
- 5b
- Strömungspfad
- 6
- Luftverteilung
- 10
- Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerät
- 12
- Gehäuse
- 14
- Einlass
- 15
- Gebläse
- 16
- Auslass
- 18
- Verdampfer
- 20
- Heizungswärmetauscher
- 22
- Kühlkreislauf
- 24
- Absperrventil
- 26
- Klappe
- 30
- Antrieb
- 40
- Klimaanlage
- 42
- Kältemittelkreislauf
- 44
- Kompressor
- 46
- Kondensator
- 48
- Expansionsventil
- 50
- Steuerung
- 52
- Start-Stopp-Automatik
- 60
- Kurve
- 62
- Kurve
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006022249 A1 [0004]