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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Belüftungseinrichtung für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Belüftungseinrichtung für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
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Eine Belüftungseinrichtung für einen Kraftwagen ist bereits aus der
DE 10 2012 017 848 A1 bekannt. Dort wird eine Luftzuführungsvorrichtung für eine Fahrzeugklimaanlage mit einem Luftgebläse, das Luft ansaugen und der Fahrzeugklimaanlage zuführen kann, beschrieben. Des Weiteren sind ein erster Luftfilter, der stromaufwärts des Luftgebläses angeordnet und vorzugsweise als Partikelfilter ausgebildet ist, sowie ein zweiter Luftfilter, der stromabwärts des Luftgebläses angeordnet und vorzugsweise als Staubfilter ausgebildet ist, vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Belüftungseinrichtung für einen Kraftwagen sowie eine Belüftungseinrichtung für einen Kraftwagen derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders gute Luftqualität im Innenraum des Kraftwagens erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben einer Belüftungseinrichtung für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Belüftungseinrichtung für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Belüftungseinrichtung für einen Kraftwagen in wenigstens zwei Betriebsmodi, mit einem Luftleitsystem, mittels welchem ein erster Luftstrom aus der Umgebung des Kraftwagens zumindest teilweise mit einem ersten Gebläse in einer Strömungsrichtung einer erster Filtereinrichtung mit einem ersten Filterelement und anschließend in einem stromabwärts angeordneten zweiten Gebläse in einem Fördermodus zugeführt wird. Mittels des Luftleitsystems wird ebenfalls ein zweiter Luftstrom aus dem Innenraum des Kraftwagens mittels des zweiten Gebläses im Fördermodus in das zweite Gebläse gefördert und der erste und der zweite Luftstrom im Fördermodus in dem zweiten Gebläse zu einem dritten Luftstrom vereint. Dieser dritte Luftstrom wird im Fördermodus in eine zweite Filtereinrichtung mit einem zweiten Filterelement gefördert. Zur Erreichung einer besonders guten Luftqualität im Innenraum des Kraftwagens wird das erste Filterelement in einem Regenerationsmodus der Belüftungseinrichtung für die erste Filtereinrichtung regeneriert. Im Regenerationsmodus wird der zweite Luftstrom durch Umkehrung der Förderrichtung wenigstens eines der Gebläse entgegen der Strömungsrichtung in die erste Filtereinrichtung hinein und durch diese hindurch gefördert.
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Mit anderen Worten umfasst die Belüftungseinrichtung für einen Kraftwagen, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird, wenigstens zwei Gebläse sowie Mittel zur Filterung und Reinigung von angesaugter Luft. Hierbei erfolgt die Reinigung der Luft durch die Abscheidung von Partikeln aus der Luft durch mindestens zwei hintereinander geschaltete Filter, insbesondere Filtereinrichtungen mit jeweils wenigstens einem Filterelement. Das erste Filterelement der ersten Filtereinrichtung besitzt hierbei vorteilhafterweise sehr hohe Partikelabscheideraten und ist mechanisch regenerierbar ausgebildet. Diese erste Filtereinrichtung dient der Filterung von Frischluft beziehungsweise Umgebungsluft des Kraftwagens. Das zweite Filterelement der zweiten Filtereinrichtung ist beispielsweise als Standardfilter, insbesondere als Kombifilter mit Aktivkohle und durchschnittlichen Partikelabscheideraten, ausgeführt. Diese zweite Filtereinrichtung wird sowohl von Umgebungsluft als auch von aus dem Fahrzeuginnenraum angesaugter Umluft durchströmt. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird das erste Filterelement der ersten Filtereinrichtung in einem Regenerationsmodus mechanisch mittels eines Strömungsimpulses regeneriert, wobei das erste Filterelement im Regenerationsmodus im Vergleich zu einer im Fördermodus vorhandenen Strömungsrichtung in umgekehrter Strömungsrichtung durchströmt wird.
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Aufgrund des vorgesehenen Regenerationsmodus und des regenerierbar ausgebildeten ersten Filterelements hat das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber dem Stand der Technik unter anderem den Vorteil, dass hohe Partikelabscheideraten bei moderaten Druckverlustwerten erreichbar sind. Des Weiteren werden durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders lange Serviceintervalle auch bei stark verschmutzter Luft erreicht, da sich die Partikel, welche sich auf dem regenerierbaren Filterelement ablagern, im Regenerationsmodus ohne die Anlage öffnen zu müssen zumindest teilweise aus dem System entfernen lassen. Dies ermöglicht hohe Filterstandzeiten auch bei stark verschmutzter Außenluft. Des Weiteren können aufgrund der Regenerierbarkeit der Filtereinrichtung Filterelemente mit besonders kleinen Filterflächen eingesetzt werden, woraus eine geringere Baugröße der Filtereinrichtungen resultiert, was wiederum Bauraumvorteile für den Anwender mit sich zieht. Durch die Regenerierbarkeit des ersten Filterelements in einem Regenerationsmodus kann gewährleistet werden, dass die aus der Umgebung des Kraftwagens angesaugte Luft möglichst gut gefiltert wird, da sich auf dem Filterelement ablagernde Partikel zumindest teilweise im Regenerationsmodus wieder entfernt werden können. Durch eine Verbesserung der Partikelabscheiderate in der ersten Filtereinrichtung und einer daraus resultierenden saubereren Luft, die der zweiten Filtereinrichtung zugeführt wird, kann somit ebenfalls die Filterstandzeit der zweiten Filtereinrichtung erhöht werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Regenerationsmodus der Belüftungseinrichtung ein in dem zweiten Gebläse angeordnetes zweites Förderelement deaktiviert und der zweite Luftstrom wird aus dem Innenraum des Kraftwagens mittels des ersten Gebläses entgegengesetzt der Strömungsrichtung in die erste Filtereinrichtung hinein und durch diese hindurch gefördert.
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Im normalen Belüftungsbetrieb, auch Förderbetrieb genannt, unterstützt dieses erste Gebläse die Förderung des ersten Luftstromes in den Fahrzeuginnenraum. Im Regenerationsbetrieb wird durch Umkehrung der Förderrichtung des ersten Gebläses die Durchströmung der ersten Filtereinrichtung und damit des ersten Filterelements entgegengesetzt der Strömungsrichtung im Fördermodus gewährleistet.
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Vorteilhafterweise umfasst das erste Gebläse ein Axialgebläse mit wenigstens einem um eine Drehachse in zwei Drehrichtungen drehbaren ersten Förderelement, wobei die Drehrichtung des Förderelements zum Umschalten zwischen dem Fördermodus und dem Regenerationsmodus verändert wird.
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In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung wird im Regenerationsmodus mittels des zweiten Gebläses der zweite Luftstrom und/oder ein weiterer Luftstrom entgegen der Strömungsrichtung in die erste Filtereinrichtung hinein und durch die Filtereinrichtung hindurch gefördert. In dieser Ausgestaltung ist die Belüftungseinrichtung so konfiguriert, dass lediglich der zweite Luftstrom das erste Filterelement der ersten Filtereinrichtung entgegengesetzt der Strömungsrichtung durchströmt und somit regeneriert. Hierbei ist das Luftleitsystem so gestaltet, dass im Regenerationsmodus die zweite Filtereinrichtung weder vom ersten, noch vom zweiten, noch vom dritten Luftstrom durchströmt wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens beruht eine Filterung des ersten Luftstromes in der ersten Filtereinrichtung auf Oberflächenfiltration. Im Gegensatz zu einer sogenannten Tiefenfiltration, beispielsweise wie bei standardmäßig in Personenkraftwagen eingesetzten Faltenfiltern, lagern sich bei einem Oberflächenfilter Partikel an der Filteroberfläche an, welche sich in Strömungsrichtung stromaufwärts befindet. Mittels Durchströmung eines solchen Oberflächenfilters aus einer zur Strömungsrichtung entgegengesetzten Richtung während eines Regenerationsbetriebes können die am Filterelement abgelagerten Partikel leicht wieder abgetragen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem zweiten Gebläse ein Strömungsleitelement, beispielsweise eine Frischluft-/Umluftklappe, vorgesehen.
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Vorteilhafterweise stellt das Strömungsleitelement im Fördermodus die Vereinigung des ersten und des zweiten Luftstromes ein. In dem Fördermodus steuert das Strömungsleitelement die Vereinigung des ersten Luftstromes und des zweiten Luftstromes zu dem dritten Luftstrom. Hierbei kann durch das Verstellen des Strömungsleitelements in dem zweiten Gebläse das Verhältnis des Massenstromes des ersten Luftstromes zum Massenstrom des zweiten Luftstromes im dritten Luftstrom eingestellt werden. Im Regenerationsmodus soll das Strömungsleitelement in einer Stellung angeordnet sein, in welcher es die Luftströme besonders wenig beeinflusst.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Belüftungseinrichtung für einen Kraftwagen, welche in wenigstens zwei Betriebsmodi betreibbar ist, mit einem Luftleitsystem, mit wenigstens zwei Gebläsen, mittels welcher wenigstens ein Luftstrom durch das Luftleitsystem förderbar ist, mit wenigstens zwei jeweils wenigstens ein Filterelement umfassenden Filtereinrichtungen. Dies ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Filterelemente in einem Regenerationsmodus der Belüftungseinrichtung für die erste Filtereinrichtung durch Umdrehen der Strömungsrichtung des wenigstens einen Luftstromes mittels wenigstens eines der Gebläse regenerierbar ist.
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Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt:
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1 eine schematische Draufsicht einer Belüftungseinrichtung für einen Kraftwagen in einem Fördermodus;
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2 eine geschnittene schematische Seitenansicht der Belüftungseinrichtung im Fördermodus;
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3 eine schematische Draufsicht der Belüftungseinrichtung in einem Regenerationsmodus; und
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4 eine geschnittene schematische Seitenansicht der Belüftungseinrichtung im Regenerationsmodus.
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In 1 ist eine schematische Draufsicht einer Belüftungseinrichtung 10 für einen Kraftwagen gezeigt. Die Belüftungseinrichtung 10 umfasst zwei Filtereinrichtungen, eine erste Filtereinrichtung 12 mit einem ersten Filterelement 14 und eine zweite Filtereinrichtung 16 mit einem zweiten Filterelement 18. Diese Filtereinrichtungen 12, 16 sind in einem Luftleitsystem 20 angeordnet. Zusätzlich zu den Filtereinrichtungen 12, 16 sind wenigstens zwei Gebläse 22, 24 in dem Luftleitsystem 20 angeordnet.
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In einem Fördermodus wird ein erster Luftstrom 26 mittels wenigstens eines der Gebläse 22, 24 in einer Strömungsrichtung 28 durch das Luftleitsystem gefördert. Des Weiteren kann vom Gebläse 24 ein zweiter Luftstrom 30 vom Innenraum des Kraftwagens in das Luftleitsystem 20 gefördert werden. Der erste Luftstrom 26 und der zweite Luftstrom 30 werden im Gebläse 24 zu einem dritten Luftstrom 32 vereint und vom Gebläse 24 durch die Filtereinrichtung 16 mit dem Filterelement 18 in den Innenraum des Kraftwagens gefördert. Dabei durchläuft der erste Luftstrom 26 nach seiner Förderung aus der Umgebung des Kraftwagens in das Luftleitsystem 20 in Stromrichtung 28 im Fördermodus zuerst das Filterelement 14 der Filtereinrichtung 12. Anschließend durchläuft der erste Luftstrom 26 das Gebläse 22 bevor er im Gebläse 24 mit dem zweiten Luftstrom 30 zu einem dritten Luftstrom 32 vereint wird. Der zweite Luftstrom 30 wird nach seiner Förderung aus dem Fahrzeuginnenraum im Gebläse 24 mit dem ersten Luftstrom 26 zu einem dritten Luftstrom 32 vereint ohne das Gebläse 22 oder die Filtereinrichtung 12 durchlaufen zu haben.
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Im Fördermodus sind vorteilhafterweise beide Gebläse 22, 24 aktiviert. Hierbei dreht sich ein Förderelement 34 des Gebläses 22 in einer Drehrichtung 36, sodass der erste Luftstrom 26 in Strömungsrichtung 28 gefördert wird. Durch die Förderung des ersten Luftstromes 26 in Strömungsrichtung 28 durch das Luftleitsystem 20 werden im ersten Luftstrom 26 vorhandene Partikel durch das Filterelement 14 der Filtereinrichtung 12 herausgefiltert und lagern sich als Ablagerungen 38 an einer stromaufwärts liegenden Oberfläche des Filterelements 14 an.
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2 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Belüftungseinrichtung 10. In dieser Abbildung 2 ist das zweite Gebläse 24 ebenfalls geschnitten dargestellt. Des Weiteren umfasst das Gebläse 24 ein Strömungsleitelement 42 z. B. in Form einer Frischluft-/Umluftklappe. Das Strömungsleitelement 42 kann in dem zweiten Gebläse 24 in unterschiedlichen Stellungen angeordnet sein. So kann das Strömungsleitelement 42 die jeweiligen Öffnungen 46 des Luftleitsystems nicht, teilweise oder ganz verdecken. Durch die Anordnung des Strömungsleitelements 42 in unterschiedlichen Stellungen, welche die jeweiligen Öffnungen 46 des Luftleitsystems frei lässt oder zumindest teilweise bedeckt, können die einströmenden Massenströme des ersten Luftstroms 26 und des zweiten Luftstroms 30 in das Gebläse 24 eingestellt werden. Mittels des Strömungsleitelementes 42 kann somit das Verhältnis zwischen dem ersten Luftstrom 26, welcher insbesondere Frischluft umfasst und dem zweiten Luftstrom 30, welcher insbesondere Umluft aus dem Fahrzeuginneren umfasst, eingestellt werden. Hierbei wird der zweite Luftstrom 30 aus dem Innenraum des Kraftwagens mittels des Förderelements 40 des Gebläses 24 in das Gebläse 24 gefördert.
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Im Fördermodus wird der Luftstrom 26 zumindest teilweise durch wenigstens eines der Gebläse 22, 24 in das Luftleitsystem 20 gefördert und durch eine Filtereinrichtung 12 mit einem Filterelement 14 gefiltert bevor der Luftstrom 26 in das Gebläse 24 weitergeleitet wird. Die Führung des ersten Luftstromes 26 über die Filtereinrichtung 12 ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da vor allem die Luft aus der Umgebung des Kraftwagens verschmutzt sein kann und die Umluft aus dem Kraftwagen, welche als zweiter Luftstrom 30 in das Gebläse 24 gefördert wird, bereits in einem früheren Durchlauf gefiltert wurde.
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Die Filtereinrichtung 12, mittels derer der Luftstrom 26 gefiltert wird, besitzt insbesondere ein Filterelement 14, welches eine besonders hohe Partikelabscheiderate aufweist. Die Filterung mittels des Filterelements 14 erfolgt durch Oberflächenfiltration. Dabei lagern sich Partikel, welche mit dem Luftstrom 26 in das Luftleitsystem eingetragen wurden, auf der in Strömungsrichtung 28 stromaufwärts liegenden Seite der Oberfläche des Filterelements 14 als Ablagerungen 38 an. Zur zumindest teilweisen Kompensation des Druckabfalls durch das Filterelement 14 ist in Strömungsrichtung 28 stromabwärts hinter dem Filterelement 14 das Gebläse 22 angeordnet. Im normalen Fördermodus der Belüftungseinrichtung unterstützt das Gebläse 22 das Gebläse 24.
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In der in 2 dargestellten Ausführungsform der Belüftungseinrichtung umfasst das Luftleitsystem 20 des Weiteren eine sich im Fördermodus in einer Schließstellung befindende Klappe 44.
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3 zeigt eine schematische Draufsicht der Belüftungseinrichtung in einem Regenerationsmodus. In dem Regenerationsmodus wird der zweite Luftstrom 30 aus dem Innenraum des Kraftwagens mittels des Förderelements 34 des Gebläses 22 und/oder mittels des Förderelements 40 des Gebläses 24 in das Luftleitsystem 20 gefördert. Aufgrund der Umkehrung der Drehrichtung 36 des Gebläses 32 und/oder aufgrund des Verschließens des Luftleitsystems 20 vor oder nach der Filtereinrichtung 16 wird der zweite Luftstrom 30 im Regenerationsmodus durch das Gebläse 24 hindurch gefördert. Anschließend wird der Luftstrom 30 entgegengesetzt der Strömungsrichtung 28 des Fördermodus nach dem Gebläse 24 in das Gebläse 22 hinein und durch dieses hindurch geleitet. Darauf folgend wird der Luftstrom 30 entgegengesetzt der Strömungsrichtung 28 durch die erste Filtereinrichtung 12 und folglich durch das erste Filterelement 14 geleitet. Im Regenerationsmodus wird somit der Luftstrom 30 vom Innenraum des Kraftwagens durch die beiden Gebläse 24 und 22 sowie durch die Filtereinrichtung 12 durch das Luftleitsystem 20 in die Umgebung des Kraftwagens gefördert. In diesem Regenerationsmodus wird die Filtereinrichtung 16 nicht beziehungsweise nur unwesentlich vom Luftstrom 30 durchströmt.
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4 zeigt die Belüftungseinrichtung in dem Regenerationsmodus in einer schematischen geschnittenen Seitenansicht. Im Regenerationsmodus wird aus dem Fahrzeuginnenraum ein Luftstrom 30 mittels wenigstens eines der Gebläse 22, 24 in das Luftleitsystem eingesaugt. Dies kann beispielsweise durch eine Umkehrung der Drehrichtung 36 des Gebläses 22 erfolgen. Aufgrund des Verschließens des Luftleitsystems vor oder nach der Filtereinrichtung 16 wird der Luftstrom 30 in das Gebläse 24 gefördert und danach entgegen der Strömungsrichtung 28 des Fördermodus durch das Gebläse 22 und die Filtereinrichtung 12 gefördert. Vorteilhafterweise nimmt das Strömungsleitelement 42, welches innerhalb des Gebläses 24 angeordnet ist, eine Stellung in Bezug auf die Öffnungen 46 des Luftleitsystems ein, in welcher der Luftstrom 30 möglichst wenig beeinflusst wird und möglichst frei das Gebläse 24 durchströmen kann.
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Die Förderung des Luftstroms 30 kann sowohl mittels des Gebläses 24 als auch mittels des Gebläses 22, oder alternativ mittels beider Gebläse erfolgen.
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Im Regenerationsmodus wird das Filterelement 14 der Filtereinrichtung 12 entgegengesetzt der Strömungsrichtung 28 mit dem Luftstrom 30 durchströmt. Aufgrund der Durchströmung des Filterelements 14 entgegengesetzt der Strömungsrichtung 28 werden abgefilterte Partikel, welche im Fördermodus eine Ablagerung 38 auf dem Filterelement 14 gebildet haben, von der Oberfläche des Filterelements 14 der Filtereinrichtung 12 gelöst. Vorteilhafterweise ist insbesondere in Strömungsrichtung 28 stromaufwärts hinter dem Filterelement 14 die Klappe 44 angeordnet. In dieser vorteilhaften Ausgestaltung ist die Klappe 44 im Regenerationsmodus so angeordnet, dass die durch die Regeneration der Filtereinrichtung 12 von der Oberfläche des Filterelements 14 abgelösten Ablagerungen 38 durch die Schwerkraft in Richtung des Pfeils 48 aus dem Luftleitsystem 20 entfernt werden können. In dieser Stellung der Klappe 44 wird das Luftleitsystem 20 derart blockiert, dass der im Fördermodus in das Luftleitsystem einströmende erste Luftstrom 26 im Regenerationsmodus nicht in das Luftleitsystem 20 eintreten kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann außerhalb des Luftleitsystems 20 in Strömungsrichtung 28 stromaufwärts vor dem Bereich des Luftleitsystems 20, in welchem die Klappe 44 angeordnet ist, ein in der Abbildung nicht dargestellter Wasserabscheidungskasten angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann bei trockenem Wetter im Fördermodus die Klappe 44 entsprechend ihrer Position im Regenerationsmodus so im Luftleitsystem 20 angeordnet werden, dass ein Teil des Luftleitsystems, in welchem auch der Wasserabscheidungskasten befindlich ist, blockiert wird. Durch diese Stellung der Klappe 44 wird auch im Fördermodus die Öffnung des Luftleitsystems, welche im Regenerationsmodus dazu dient, die auf dem Filterelement 14 abgelagerten Ablagerungen 38 zu entfernen, freigegeben. Somit kann in dieser beschriebenen Anordnung der Klappe 44 im Fördermodus der erste Luftstrom 26 aus der Umgebung des Kraftwagens in das Luftleitsystem 20 durch die von der Klappe 44 freigegebene Öffnung gefördert werden, wodurch der Wasserabscheidungskasten umgangen werden kann. Diese in der Abbildung nicht dargestellte Konfiguration bietet den Vorteil, dass der Gesamtdruckverlust der Anlage reduziert und die geförderten Luftmengen erhöht werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012017848 A1 [0002]
