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GEBIET DER TECHNIK
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Dieses Dokument bezieht sich im Wesentlichen auf den Kraftfahrzeugbereich und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Heizleistung eines Fahrzeugbelüftungssystems.
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HINTERGRUND
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Eine große Anzahl von Faktoren beeinflusst die Heizeffizienz und Leistung eines Fahrzeugbelüftungssystems. Diese Faktoren gehen deutlich über die Größe und Konstruktion des Heizkerns hinaus, bei dem der Wärmeaustausch zwischen der Luft, welche durch das Belüftungssystem zirkuliert, und dem Kühlmittel, welches durch den Motor zirkuliert, stattfindet. Diese Faktoren umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, die Größe des Motors sowie das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von sonstigen Geräten, die sich auf den Umgebungsluftstrom zum Fahrgastraum des Fahrzeugs oder den Kühlluftstrom zum Motor auswirken.
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Beispielsweise ermöglicht ein Pollenfilter einen kälteren Luftstrom zum Fahrgastraum des Fahrzeugs. Dementsprechend ist es für ein Fahrzeug, welches mit einem Pollenfilter ausgestattet ist, erforderlich, dass das Belüftungssystem eine effizientere und wirksamere Leistung erbringt, um den gewünschten Komfort für die Insassen zu erhalten. Ein weiteres Beispiel ist, dass viele Fahrzeuge mittlerweile mit aktiver Luftklappensteuerung (Active Grill Shutters, AGS) ausgestattet sind. Im geöffneten Zustand ermöglichen die Klappen den Luftstrom durch den Kühler zum Motorraum, um mehr Kühlung zu erhalten. Bei kalten Winterbedingungen, wenn dieser Kühlbedarf nicht besteht, schließen sich jedoch die Klappen, sodass die Luft am Fahrzeug entlang geführt wird, um den Luftwiderstand und den Kraftstoffverbrauch zu verringern. Von entscheidender Bedeutung ist, dass diese Klappen sich auch erheblich auf die Heizleistung des Fahrzeugbelüftungssystems auswirken. Insbesondere im Fall von geschlossenen Klappen wärmt sich der Motor bei kalter Witterung schneller auf und erreicht eine höhere Betriebstemperatur, wodurch sich die Heizleistung des Fahrzeugbelüftungssystems wesentlich verbessert.
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Im Bestreben, den Anforderungen der Kunden Rechnung zu tragen, werden viele Fahrzeuge mit zwei oder mehr Motorvarianten angeboten. Mit dem Ziel der Kontrolle der Produktionskosten werden diese Fahrzeuge oftmals mit einem einzigen Heizkern- und Belüftungssystem angeboten. Während die Heizleistung des Fahrzeugbelüftungssystems bei einer Motorvariante sehr effektiv sein kann, mag dies bei einer anderen nicht der Fall sein. Beispielsweise kann das Heizungs- und Belüftungssystem optimale Leistung erbringen, wenn das Fahrzeug mit einem größeren Motor mit aktiver Luftklappensteuerung ausgestattet ist. Wenn jedoch dasselbe Fahrzeug mit einem kleineren Motor ausgestattet ist, der über keine aktive Luftklappensteuerung aber einen Pollenfilter verfügt, wodurch mehr Umgebungsluftstrom in den Fahrgastraum gelangt, kann die Heizleistung dadurch beeinträchtigt werden.
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Dieses Dokument offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbesserung der Leistung einer Fahrzeugheizung in dieser letztgenannten Lage, sodass ein einziges Fahrzeugbelüftungssystem schnell, einfach und kostengünstig angepasst werden kann, um optimale Leistung zu erreichen, wenn es mit mehr als einem Motor verwendet wird.
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KURZDARSTELLUNG
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In Übereinstimmung mit den hier beschriebenen Zwecken und Vorteilen wird ein Fahrzeugbelüftungssystem bereitgestellt. Das Belüftungssystem umfasst eine Luftstromleitung, die einen Luftfluss zwischen einem Gebläse, einem Verdampferkern, einem Heizkern und einem Luftdurchflussbegrenzer ermöglicht. Der Verdampferkern ermöglicht die Kühlung und Entfeuchtung von Luft, die von dem Gebläse durch die Leitung gedrückt wird. Im Gegensatz dazu dient der Heizkern dazu, die vom Gebläse durch die Leitung gedrückte Luft zu erwärmen, während der Luftdurchflussbegrenzer, stromabwärts vom Heizkern angeordnet, die Verweildauer der Luft im Heizkern verlängert, um die Heizleistung des Fahrzeugbelüftungssystems zu verbessern.
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In einer möglichen Ausführungsform des Belüftungssystems umfasst der Heizkern eine Abdeckung, welche einen Luftverteiler zwischen dem Heizkern und der Abdeckung definiert. Diese Abdeckung umfasst eine Aussparung, und der Luftdurchflussbegrenzer ist in der Aussparung der Abdeckung montiert.
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In einer möglichen Ausführungsform umfasst der Luftdurchflussbegrenzer eine Platte mit einer Vielzahl von Durchlässen. Jeder Durchlass weist einen Durchmesser zwischen 1,5 mm und 3,0 mm auf, und ein gesamter Luftströmungsbereich der Vielzahl von Durchlässen liegt zwischen 35 % und 75 % des gesamten Luftströmungsquerschnittsbereichs des Belüftungssystems. In einer Ausführungsform weist die Vielzahl von Durchlässen einen gleichförmigen Durchmesser auf. Ferner umfasst der Luftdurchflussbegrenzer einen Befestigungssockel mit einer Oberfläche zum Anstoßen an die Abdeckung, wobei die Platte aus der Oberfläche herausragt.
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In einer anderen möglichen Ausführungsform umfasst der Luftdurchflussbegrenzer einen Rahmen, welcher ein Gitter mit einer Vielzahl von Öffnungen bildet. Ein Geflecht erstreckt sich über diese Öffnungen in dem Gitter. Das Geflecht besteht aus einem aus einer Gruppe, einschließlich Polypropylenfasern, Glasfasern und Mischungen davon, ausgewählten Material mit einem Lochgrößenbereich zwischen ca. 0,3 mm und 1,0 mm. Dieser Luftdurchflussbegrenzer umfasst auch einen Befestigungssockel mit einer Oberfläche zum Anstoßen an die Abdeckung, wobei der Rahmen aus der Oberfläche herausragt.
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In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt wird ein Luftdurchflussbegrenzer für ein Fahrzeugbelüftungssystem bereitgestellt. Ferner wird ein Verfahren zum Verbessern der Heizleistung eines Fahrzeugbelüftungssystems, einschließlich eines Luftstromkreislaufs und eines Heizkerns, bereitgestellt. Dieses Verfahren kann weitgehend dahingehend beschrieben werden, dass es einen Schritt umfasst, bei dem ein Luftdurchflussbegrenzer im Luftstromkreislauf stromabwärts vom Heizkern bereitgestellt wird. Dies umfasst das Montieren des Luftdurchflussbegrenzers auf eine Abdeckung des Heizkerns.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden verschiedene bevorzugte Ausführungsformen des Fahrzeugbelüftungssystems und des Luftdurchflussbegrenzers gezeigt und beschrieben. Es sollte ersichtlich sein, dass das Fahrzeugbelüftungssystem und der Luftdurchflussbegrenzer für andere, verschiedene Ausführungsformen geeignet sind und dass ihre verschiedenen Details zur Modifikation in verschiedener naheliegender Hinsicht geeignet sind, ohne sich von dem Fahrzeugbelüftungssystem und Durchflussbegrenzer wie in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt und beschrieben zu entfernen. Demgemäß sind die Zeichnungen und die Beschreibungen in illustrativer und nicht in einschränkender Weise zu betrachten.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die begleitenden Zeichnungen, die in die Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen verschiedene Aspekte des Fahrzeugbelüftungssystems und des Luftdurchflussbegrenzers, und zusammen mit der Beschreibung dienen sie dazu, bestimmte Prinzipien davon zu erklären. In den
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Zeichnungen:
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ist 1 ein schematisches Blockdiagramm des Fahrzeugbelüftungssystems.
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ist 2 eine detaillierte perspektivische Ansicht des Heizkerns, der Heizkernabdeckung und des Luftdurchflussbegrenzers.
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ist 3 eine detaillierte perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Luftdurchflussbegrenzers.
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ist 4 eine detaillierte perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Luftdurchflussbegrenzers.
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Bezug genommen wird nun im Detail auf die vorliegende bevorzugte Ausführungsform des Fahrzeugbelüftungssystems und des Luftdurchflussbegrenzers, für die Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht werden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es wird nun Bezug genommen auf 1, die eine schematische Darstellung des Fahrzeugbelüftungssystems 10 enthält. Für die Zwecke dieser Beschreibung stellt die mittlere horizontale Linie von Kästchen den Luftstromkreislauf 12 dar, und die Pfeile zwischen den Kästchen in dieser horizontalen Linie stellen die Luftstromleitungen dar.
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Wie dargestellt umfasst der Luftstromkreislauf 12 eine Ansaugöffnung 14. Ein Gebläse 16 saugt Luft aus dem Fahrgastraum des Fahrzeugs durch die Ansaugöffnung 14 und drückt diese Luft durch den Verdampferkern 18. Dort wird die Luft mittels Wärmetausch durch eine Kältemittelflüssigkeit der Fahrzeugklimaanlage gekühlt und entfeuchtet. Die Kältemittelflüssigkeit fließt zwischen einem Kompressor 19, einem Kondensator 20 und dem Verdampferkern 8 durch die Leitungen 22, 23, 24. Insbesondere wird das kühle Kältemittel vom Kondensator 20 über die Leitung 23 zum Verdampferkern 18 transportiert. Das kühle Kältemittel nimmt die Wärme aus der Luft auf, die von dem Gebläse 16 durch den Verdampferkern 18 gedrückt wird, und wird über die Leitung 24 zum Kompressor 19 zurückgeführt. Nach der Komprimierung wird das Kältemittel durch die Leitung 22 zum Kondensator 20 geführt, wo es erneut gekühlt wird, bevor es in den Kreislauf zum Verdampferkern 18 zurückgeführt wird.
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Nach der Kühlung und Entfeuchtung wird die Luft vom Gebläse 16 durch den Heizkern 26 gedrückt, der sich im Luftstromkreislauf 12 stromabwärts vom Verdampferkern 18 befindet. Wie erkenntlich sein sollte, ist der Heizkern 26 durch die Leitungen 28 und 30 mit dem Motor und dem Kühlersystem 32 verbunden. Heißes Motorkühlmittel wird durch die Leitung 28 vom Motor zum Heizkern 26 gepumpt, wo es die Luft, welche durch den Heizkern gedrückt wird, mittels Wärmeaustausch erwärmt, bevor es durch die Leitung 30 zum Motor/Kühlersystem zurückgeführt wird.
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Wie am besten in 2 dargestellt umfasst der Heizkern 26 eine Abdeckung 34, die mit dem Wärmetauscher 35 des Heizkerns 26 auf der stromabwärtigen Seite des Wärmetauschers einen Luftverteiler wirksam bildet (zu beachten ist die Richtung der Luftbewegung durch den Heizkern 26 wie durch Wirkpfeil A dargestellt). Die Abdeckung 34 umfasst eine Aussparung 38 und eine Seitenwand 40, welche einen Luftdurchflussbegrenzer 42 aufnimmt und hält, dessen Einzelheiten und Funktionsweise nachstehend ausführlicher beschrieben werden.
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Nach der Entfeuchtung im Verdampferkern 18 und der Erwärmung im Heizkern 26 wird die Luft im Luftstromkreislauf 12 vom Gebläse 16 durch den Luftdurchflussbegrenzer 42 und aus dem Ableitungsauslass 44 in der Abdeckung 34 zu einem oder mehreren einer Anzahl von im Fahrgastraum bereitgestellten Ableitungsdurchgängen 46 gedrückt, um die Frontscheibe von Niederschlag zu befreien und/oder den Fahrgastraum zu beheizen.
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Es wird nun Bezug genommen auf 3, welche eine erste Ausführungsform des Luftdurchflussbegrenzers 42 veranschaulicht. Wie dargestellt umfasst der Luftdurchflussbegrenzer 42 einen Befestigungssockel 48 und eine Platte 50 mit einer Vielzahl von Durchlässen 52. In einer möglichen Ausführungsform besitzen die Durchlässe einen Durchmesser zwischen 1,5 mm und 3,0 mm. In einer möglichen Ausführungsform sind die Durchlässe 52 in der Platte 50 alle von gleichförmiger Größe. Ferner weisen in einer möglichen Ausführungsform alle Durchlässe 52 einen gesamten Luftströmungsbereich zwischen 35 % und 75 % eines gesamten Luftströmungsquerschnittsbereichs des Belüftungssystems auf und insbesondere des Luftverteilers 36 an dem Punkt, an dem der Luftdurchflussbegrenzer 42 aufgenommen und in der Abdeckung 34 eingesetzt wird. Hier sollte erkenntlich sein, dass der Luftdurchflussbegrenzer 42 sich über die gesamte Querschnittsabmessung des Luftverteilers 36 erstreckt, sodass jegliche durch den Luftverteiler strömende Luft durch die Durchlässe 52 des Luftdurchflussbegrenzers 42 strömen muss. Dies dient dazu, den Luftstrom durch den Luftverteiler wirksam auf etwa 80 % dessen zu begrenzen, was ohne Luftdurchflussbegrenzer 42 an Luft strömen würde. Somit ermöglicht der Luftdurchflussbegrenzer 42 eine etwa 20 %ige Reduzierung der Luftströmung, wodurch die Verweildauer der durch den Luftstromkreislauf 12 im Wärmeaustauschabschnitt 35 des Heizkerns 26 strömenden Luft erhöht wird. Dies erhöht die Erwärmung der Luft, bevor sie durch das Gebläse 16 zum Fahrgastraum des Fahrzeugs durch den Ableitungsdurchgang 46 zurückgeführt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Heizeffizienz des Belüftungssystems 10 zu erhöhen, damit dieses innerhalb der gewünschten Betriebsparameter seine Funktion erfüllt, auch wenn dieses System mit einer kleineren Motorenvariante oder anderen Komponenten betrieben wird, wie etwa einem Pollenfilter, die einen erhöhten Umgebungsluftstrom in den Fahrgastraum ermöglichen.
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Es wird nun Bezug genommen auf 4, welche eine zweite Ausführungsform des Luftdurchflussbegrenzers 42 veranschaulicht. Diese Ausführungsform umfasst einen Befestigungssockel 54 und einen Rahmen 56, welcher ein Gitter mit einer Vielzahl von Öffnungen 58 bildet. Ein Geflecht 60 erstreckt sich über die Öffnungen 58 in dem Gitter. Das Geflecht kann auf eine oder beide Seiten des Rahmens 56 gesteckt, geklemmt, geclipst oder auf andere Weise befestigt werden. In einer möglichen Ausführungsform umfasst das Geflecht einen Beutel mit einer Öffnung und einem Innenraum, der bemessen und geformt ist, um den Rahmen 56 aufzunehmen, welcher durch das offene Ende des Beutels in den Beutel geschoben wird.
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In jeder der Ausführungsformen kann das Geflecht 60 aus Polypropylenfasern, Glasfasern und Kombinationen davon bestehen und einen Lochgrößenbereich zwischen ca. 0,3 mm und 1,0 mm aufweisen. Wie der in 3 dargestellte Luftdurchflussbegrenzer 42 ermöglicht der in 4 dargestellte Luftdurchflussbegrenzer 42 eine etwa 20 %ige Reduzierung der Luftströmung, um die Heizleistung des Fahrzeugbelüftungssystems zu verbessern.
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In beiden Ausführungsformen kann der Luftdurchflussbegrenzer 42 aus Polypropylen wie Xenopren® PP-TD-20 oder einem anderen geeigneten Material geformt werden. Ferner umfassen, wie am besten in 4 dargestellt, beide Ausführungsformen des in den 3 und 4 veranschaulichten Luftdurchflussbegrenzers 42 eine Lippe oder Oberfläche 62, welche an die Abdeckung 34 anstößt, wenn der Luftdurchflussbegrenzer 42 mithilfe eines Befestigungsmittels wie beispielsweise Schrauben 64, die in den Befestigungsansätzen 66 auf den jeweiligen Befestigungssockeln 48, 54 aufgenommen und in Ansätzen 68 auf der Heizkernabdeckung gewindemäßig in Eingriff genommen werden, in der Position gesichert wird.
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Insgesamt bewirken das Belüftungssystem 10 und der Luftdurchflussbegrenzer 42 zahlreiche Vorteile. Insbesondere durch die Positionierung des Luftdurchflussbegrenzers 42 im Luftstromkreislauf 12 unmittelbar stromabwärts vom Heizkern 26 wird der Luftstrom im Kreislauf begrenzt, um mehr Wärmeaustausch am Heizkern (niedrigere Luftströmungsgeschwindigkeit) zu erzeugen und die Leistung des Heizgeräts zu verbessern. Vorteilhafterweise wird dies ohne negative Einflüsse auf die Kühlleistung des Fahrzeugbelüftungssystems im Sommer bewerkstelligt, da der Luftstrom keine wesentliche Reduzierung durch den Verdampferkern 18 erfährt, wo die Abkühlung der Luft erfolgt.
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Vorteilhafterweise ist der Luftdurchflussbegrenzer 42 ein einfacher Kunststoffeinsatz ähnlich einer Kassette, der sehr kostengünstig hergestellt werden kann. Ferner kann der Luftdurchflussbegrenzer 42 in derselben Aussparung angeordnet und montiert werden, die in der Heizkernabdeckung 34 bereits für ein elektrisch betriebenes Gerät zur Temperaturkompensation bereitgestellt wird, wobei es sich um ein elektrisches Widerstandsheizungsgerät handelt, das mitunter zur Verbesserung der Heizleistung des Belüftungssystems verwendet wird. Der in diesem Dokument beschriebene Luftdurchflussbegrenzer 42 ist oftmals eine preiswertere und effizientere Methode zur Erreichung dieses Ziels und daher eine bessere Option für viele Anwendungen. Ferner sollte erkennbar sein, dass der Luftdurchflussbegrenzer 42 keine Geräusche oder Vibrationen erzeugen sowie keinerlei Wartung über die Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg erfordern sollte. Zugleich erlaubt es der Luftdurchflussbegrenzer 42 einem einzelnen Fahrzeugbelüftungssystem, mit optimaler Effizienz betrieben zu werden, wenn es mit mehr als einer Motorengröße oder einem Fahrzeug mit verschiedenen anderen Merkmalen wie Pollenfiltern und/oder aktiver Luftklappensteuerung betrieben wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Menge der durch den Luftdurchflussbegrenzer 42 bereitgestellten Luftstrombegrenzung zur Optimierung der Belüftungssystemleistung individuell angepasst werden kann, indem (a) die Größe und Anzahl der Löcher oder (b) die Feinheit des Geflechts im Luftdurchflussbegrenzer variiert werden.
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Das Vorangegangene wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Es soll nicht erschöpfend sein oder die Ausführungsformen auf die exakt offengelegte Form beschränken. Offensichtliche Abwandlungen und Änderungen sind angesichts der voranstehend geschilderten Lehre möglich. Alle derartigen Abwandlungen und Änderungen liegen in dem Umfang der beigefügten Ansprüche, wenn sie in Übereinstimmung mit der Breite ausgelegt werden, auf die sie rechtlich, gemäß gesetzlichen Bestimmungen und nach Billigkeitsrecht Anspruch haben.
