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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Schrift betrifft allgemein das Kraftfahrzeuggebiet und insbesondere ein Ergänzungsheizungssubsystem und ein verwandtes Ergänzungsheizverfahren für eine Fahrzeugklimaregelungsanlage.
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HINTERGRUND
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Das breite Konzept des Ergänzens einer standardmäßigen oder herkömmlichen Klimaregelungsanlage für ein Kraftfahrzeug ist in der Technik ein gut besuchtes.
US-Patent 6,124,570 offenbart zum Beispiel eine Heizungs-und-Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, bei der ein ergänzendes elektrisches Heizelement integriert ist, das aktiviert wird, wenn die Klimaregelungen für maximale Heizungsausgabe positioniert sind.
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Die vorliegende Schrift betrifft ein neues und verbessertes Ergänzungsheizungssubsystem und ein Ergänzungsheizverfahren, bei dem eine Steuerung in Form einer Computereinrichtung integriert ist, die für effektivere und effizientere ergänzende Heizung für das Kraftfahrzeug sorgt.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß den vorliegend beschriebenen Zwecken und Vorteilen ist ein Ergänzungsheizungssubsystem bereitgestellt für eine Fahrzeugklimaregelungsanlage, das eine Luftstromsteuerklappe beinhaltet. Das Ergänzungsheizungssubsystem beinhaltet eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, die Ergänzungsheizung zu steuern, ein Ergänzungsheizungselement, das auf die Steuerung reagiert, und einen Aktor zur Positionierung der Luftstromsteuerklappe in Reaktion auf die Steuerung. Im Betrieb verstellt der auf die Steuerung reagierende Aktor die Klappe wie benötigt, um die Betriebseffizienz des Ergänzungsheizungselements zu verbessern. Die Luftstromsteuerklappe kann eine Frischlufteinlassklappe, eine Temperaturmischungsklappe oder sowohl eine Frischlufteinlassklappe als auch eine Temperaturmischungsklappe umfassen.
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Bei einer möglichen Ausführungsform beinhaltet das Subsystem ferner einen Umgebungstemperatursensor, der der Steuerung Umgebungstemperaturdaten bereitstellt. Bei einer möglichen Ausführungsform beinhaltet das Subsystem einen Fahrgastraumtemperatursensor, der der Steuerung Fahrgastraumtemperaturdaten bereitstellt. Bei einer möglichen Ausführungsform beinhaltet das Subsystem einen Sonneneinstrahlungssensor, der der Steuerung Sonneneinstrahlungsdaten bereitstellt.
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Bei einer möglichen Ausführungsform beinhaltet das Subsystem einen Motorkühlmitteltemperatursensor, der der Steuerung Motorkühlmitteltemperaturdaten bereitstellt. In einer noch weiteren möglichen Ausführungsform beinhaltet das Subsystem einen Umgebungsfeuchtigkeitssensor, der der Steuerung Umgebungsfeuchtigkeitsdaten bereitstellt. In einer noch weiteren möglichen Ausführungsform beinhaltet das Subsystem einen Fahrgastraumfeuchtigkeitssensor, der der Steuerung Fahrgastraumfeuchtigkeitsdaten bereitstellt.
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Bei einer noch weiteren möglichen Ausführungsform beinhaltet die Steuerung eine Temperatursollwertkomponente zum Empfangen von Temperatursollwertdaten von der Fahrzeugklimaregelungsanlage. Bei einer noch weiteren möglichen Ausführungsform beinhaltet die Steuerung eine Klappenpositionskomponente zum Empfangen von Klappenpositionsdaten von der Fahrzeugklimaregelungsanlage. Bei einer noch weiteren möglichen Ausführungsform beinhaltet die Steuerung eine Gebläsegeschwindigkeitskomponente zum Empfangen von Gebläsegeschwindigkeitsdaten von der Fahrzeugklimaregelungsanlage. Somit stellt bei einer möglichen Ausführungsform die Steuerung einen effizienteren und effektiveren Betrieb des Ergänzungsheizungselements in Reaktion auf Dateneingaben von dem Umgebungstemperatursensor, dem Fahrgastraumtemperatursensor, dem Sonneneinstrahlungssensor, dem Motorkühlmitteltemperatursensor und der Fahrzeugklimaregelungsanlage bereit.
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Gemäß einem zusätzlichen Aspekt ist ein Verfahren zum Liefern von ergänzender Heizung zu einer Fahrzeugklimaregelungsanlage bereitgestellt. Das Verfahren kann allgemein als die Schritte Überwachen der Umgebungstemperatur mittels eines Umgebungstemperatursensors und Bereitstellen von Umgebungstemperaturdaten an die Steuerung, Aktivieren eines Ergänzungsheizungselements mittels der Steuerung und Verstellen einer Luftstromsteuerklappe der Fahrzeugklimaregelungsanlage mittels eines von der Steuerung gesteuerten Aktors, wenn das Ergänzungsheizungselement aktiviert ist, umfassend beschrieben werden.
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Bei einer möglichen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ferner Überwachen einer Fahrgastraumtemperatur mittels eines Fahrgastraumtemperatursensors und Bereitstellen von Fahrgastraumtemperaturdaten an die Steuerung. Bei einer möglichen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ferner Überwachen einer Sonneneinstrahlung mittels eines Sonneneinstrahlungssensors und Bereitstellen von Sonneneinstrahlungsdaten an die Steuerung.
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Bei einer möglichen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ferner Überwachen einer Motorkühlmitteltemperatur mittels eines Motorkühlmitteltemperatursensors und Bereitstellen von Motorkühlmitteltemperaturdaten an die Steuerung. Bei einer noch weiteren möglichen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren Überwachen einer Umgebungsfeuchtigkeit mittels eines Umgebungsfeuchtigkeitssensors und Bereitstellen von Umgebungsfeuchtigkeitsdaten an die Steuerung. Bei einer noch weiteren möglichen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren Überwachen einer Fahrgastraumfeuchtigkeit mittels eines Fahrgastraumfeuchtigkeitssensors und Bereitstellen von Fahrgastraumfeuchtigkeitsdaten an die Steuerung.
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Bei einer noch weiteren möglichen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren Bereitstellen von Temperatursollwertdaten an eine Temperatursollwertkomponente der Steuerung. Bei einer noch weiteren möglichen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren Bereitstellen von Klappenpositionsdaten an eine Klappenpositionskomponente der Steuerung. Bei einer noch weiteren möglichen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren Bereitstellen von Gebläsegeschwindigkeitsdaten an eine Gebläsegeschwindigkeitskomponente der Steuerung.
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In der folgenden Beschreibung sind mehrere bevorzugte Ausführungsformen des Ergänzungsheizungssubsystems und des Verfahrens gezeigt und beschrieben. Es versteht sich, dass das Ergänzungsheizungssubsystem und das Verfahren auch andere, unterschiedliche Ausführungsformen aufweisen können und ihre mehreren Einzelheiten in verschiedenen, offensichtlichen Aspekten modifiziert werden können, ohne von dem Subsystem und dem Verfahren, wie sie in den folgenden Ansprüchen abgelegt und beschrieben sind, abzuweichen. Entsprechend sollten die Zeichnungen und Beschreibungen als beispielhaft und nicht als einschränkend betrachtet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
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Die begleitenden Zeichnungsfiguren, die vorliegend einbezogen sind und Teil der Beschreibungsschrift ausbilden, zeigen verschiedene Aspekte des Ergänzungsheizungssubsystems und des Verfahrens und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erklärung gewisser Prinzipien davon. In den Zeichnungsfiguren:
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ist 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Kraftfahrzeugklimaregelungsanlage des Typs, bei dem die den Gegenstand der vorliegenden Schrift bildende ergänzende Heizung integriert ist.
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2 ist ein schematisches Blockdiagramm des Ergänzungsheizungssubsystems.
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3 ist ein Blockdiagramm einer möglichen Ausführungsform der Steuerung, die im Ergänzungsheizungssubsystem verwendet wird.
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4 ist ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren möglichen Ausführungsform der Steuerung, die im Ergänzungsheizungssubsystem verwendet wird.
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Nunmehr wird ausführlich auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen des Ergänzungsheizungssubsystems Bezug genommen, von denen in den begleitenden Zeichnungsfiguren Beispiele gezeigt sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nunmehr wird auf 1 Bezug genommen, die schematisch eine Kraftfahrzeugklimaregelungsanlage 10 darstellt. Aus Zwecken dieser Beschreibung stellen die Handlungspfeile A die Luftstromverbindungen der Fahrzeugklimaregelungsanlage 10 dar.
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Wie gezeigt beinhaltet das System 10 einen Ansaugkrümmer oder -kanal 14. Der Ansaugkanal 14 beinhaltet einen Frischlufteinlass 11, einen Rezirkulationslufteinlass 13 und eine Einlassklappe 15 zum Steuern des Stroms von Frischluft und Rezirkulationsluft in den Einlasskanal. Es versteht sich, dass die Klappe 15 so positioniert werden kann, dass der Frischlufteinlass 11 verschlossen und abgedichtet wird und nur Rezirkulationsluft in den Einlasskanal 14 gelassen wird oder der Rezirkulationslufteinlass 13 verschlossen und abgedichtet wird und nur Frischluft in den Einlasskanal gelassen wird. Alternativ dazu kann die Klappe 15 auch in einer beliebigen Anzahl von Zwischenpositionen bereitgestellt werden, um eine sich verändernde Mischung aus Frischluft und Rezirkulationsluft in den Einlasskanal 14 zu lassen, falls so gewünscht ist.
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Ein Gebläse 16 zieht Luft aus dem Ansaugkanal 14 und drückt diese Luft daraufhin durch den Verdampferkern 18 und den Heizungskern 26. Die durch den Verdampferkern 18 tretende Luft wird durch Wärmeaustausch mit einer Kälteflüssigkeit der Fahrzeugklimaanlage gekühlt und entfeuchtet. Wie in der Technik bekannt ist, strömt diese Kälteflüssigkeit zwischen einem Kompressor 19, einem Kondensator 20 und dem Verdampferkern 18 durch die Leitungen 22, 23, 24. Insbesondere wird kühles Kältemittel von dem Kondensator 20 über die Leitung 23 zum Verdampferkern 18 geführt. Das kühle Kältemittel entfeuchtet und absorbiert Wärme von der mittels des Gebläses 16 durch den Verdampferkern 18 gedrückten Luft und wird dann über die Leitung 24 an den Kompressor 19 zurückgegeben. Nach der Kompression wird das Kältemittel über die Leitung 22 zum Kondensator 20 geführt, wo es erneut gekühlt wird, bevor es zum Verdampferkern 18 rezirkliert wird.
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Die durch den Heizungskern 26 tretende Luft wird durch Wärmeaustausch mit einem heißen Motorkühlmittel erhitzt. Es versteht sich, dass der Heizungskern 26 über die Leitungen 28 und 30 mit dem Motorkühlsystem 33 verbunden ist. Im Winter wird heißes Motorkühlmittel durch die Leitung 28 vom Motor zum Heizungskern 26 gepumpt, wo es die durch den Heizungskern gedrückte Luft mittels Wärmeaustausch erwärmt, bevor es über die Leitung 30 an das Motorkühlsystem zurückgegeben wird.
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Mittels des Gebläses 16 wird Luft vom Verdampferkern 18 und Heizungskern 26 durch den Luftstrombegrenzer 32 an einen oder mehrere einer Anzahl von Ablasskanälen 34, die im Fahrzeug bereitgestellt sind, gedrückt, um so Beschlagung von der Windschutzscheibe zu entfernen und/oder den Fahrzeugfahrgastraum zu erwärmen. Im Sommer läuft der Luftstrom entweder am Heizungskern 26 vorbei, oder es wird von dem Motorkühlsystem 33 kein heißes Motorkühlmittel durch den Heizungskern zirkuliert. Eine Temperaturmischungsklappe 31 nach dem Verdampferkern 18 und dem Heizungskern 26 regelt den Luftstrom vom Verdampferkern und Heizungskern zum Luftstrombegrenzer 32. Die Temperaturmischungsklappe 31 kann so positioniert sein, dass jeglicher Luftstrom gegenüber dem Verdampferkern 18 oder jeglicher Luftstrom gegenüber dem Heizungskern 26 abgedichtet wird. Die Temperaturmischungsklappe 31 kann auch eine beliebige Anzahl von Zwischenpositionen einnehmen, um Luftstrom von beiden Kernen 18, 26 nach Wunsch zu mischen.
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Die vorliegende Schrift betrifft ein Ergänzungsheizungssubsystem 50 zum Ergänzen der von der Fahrzeugklimaregelungsanlage 10 bereitgestellten Wärme zu jeder gewünschten Zeit, darunter insbesondere vor dem Erwärmen des Kältemittels, das durch das Motorkühlsystem 33 und den Heizungskern 26 läuft. Dieses Ergänzungsheizungssubsystem 50 ist schematisch in 2 dargestellt. Wie gezeigt beinhaltet das Ergänzungsheizungssubsystem 50 eine Steuerung 52, die dazu konfiguriert ist, das Ergänzungsheizungssubsystem zu steuern. Die Steuerung 52 kann einen zweckbestimmten Mikroprozessor oder eine elektronische Steuereinheit (ECU) umfassen, auf der geeignete Steuersoftware abläuft. Somit beinhaltet wie in 3 gezeigt bei einer möglichen Ausführungsform die Steuerung 52 mindestens einen Prozessor 54, mindestens einen Speicher 56 und eine Netzwerkschnittstelle 58, die allesamt über einen Kommunikationsbus 16 miteinander kommunizieren.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform, die in 4 gezeigt wird, beinhaltet die Steuerung 52 einen oder mehrere Prozessoren 62, einen oder mehrere Speicher 64, eine oder mehrere Netzwerkschnittstellen 66, eine Mensch-Schnittstelle 68, eine Displayeinrichtung wie zum Beispiel ein Multifunktionsdisplay mit Berührungsbildschirmfunktionalität 70 und sogar einen Sprachprozessor 72, die allesamt über einen Kommunikationsbus 74 miteinander kommunizieren. Bei dieser Ausführungsform gestatten es die Mensch-Schnittstelle 68 und die Displayeinrichtung 70 dem Betreiber, Klimaregelungsbefehle einzugeben und Klimaregelungsanlagenstatus nach Wunsch zu überprüfen. Der Sprachprozessor 72 kann sogar eine Sprachsteuerung der Fahrzeugklimaregelungsanlage 10 und/oder des Ergänzungsheizungssubsystems 50 erlauben.
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Wie in 2 ferner dargestellt ist, beinhaltet das Ergänzungsheizungssubsystem außerdem ein elektrisches Ergänzungsheizungselement 76, das von dem Fahrzeugbatterie-und-Ladesystem 77 mit elektrischer Energie versorgt wird. Wie weiter in 2 dargestellt ist, beinhaltet das Ergänzungsheizungssubsystem 50 außerdem einen Aktor 78 zur Positionierung einer Luftstromsteuerklappe 15, 31 in Reaktion auf Befehle von der Steuerung 52. Um eine höchste Betriebseffizienz des Ergänzungsheizungssubsystems 50 bereitzustellen und maximalen Nutzen aus der von dem Ergänzungsheizungselement 76 erzeugten Wärme zu ziehen, ist die Steuerung 52 zu Folgendem konfiguriert: (a) Schließen des Frischlufteinlasses 11 mittels der Einlasstür 15, (b) Positionieren der Temperaturmischungsklappe 31 zum Abdichten des Luftstroms gegenüber dem Heizungskern 26 oder (c) Schließen des Frischlufteinlasses mit der Frischlufteinlassklappe und Abdichten des Luftstroms gegenüber dem Heizungskern mit der Temperaturmischungsklappe, wenn das Ergänzungsheizungselement aktiviert ist.
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Bei der dargestellten Ausführungsform beinhaltet das Ergänzungsheizungssubsystem 50 weiter einen Umgebungstemperatursensor 80 zur Bereitstellung von Umgebungstemperaturdaten an die Steuerung 52. Zusätzlich beinhaltet das Subsystem 50 einen Fahrgastraumtemperatursensor 82 zur Bereitstellung von Fahrgastraumtemperaturdaten an die Steuerung 52.
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Noch weiter beinhaltet das Subsystem 50 einen Sonneneinstrahlungssensor 84 zur Bereitstellung von Sonneneinstrahlungsdaten an die Steuerung 52. Ferner beinhaltet das Subsystem 50 einen Motorkühlmitteltemperatursensor 86 zur Bereitstellung von Motorkühlmitteltemperaturdaten an die Steuerung 52. Zusätzlich beinhaltet das Subsystem 50 einen Umgebungsfeuchtigkeitssensor 88 und einen Fahrgastraumfeuchtigkeitssensor 90 zur Bereitstellung von Umgebungsfeuchtigkeits- bzw. Fahrgastraumfeuchtigkeitsdaten an die Steuerung 52.
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Ebenfalls in 2 gezeigt beinhaltet die Steuerung 52 eine Temperatursollwertkomponente 94 zum Empfangen von Temperatursollwertdaten von einer Temperatursollwertschnittstelle 92, die ein Fahrzeugführer dazu verwendet, eine gewünschte Fahrgastraumtemperatur für das Kraftfahrzeug auszuwählen. Zusätzlich beinhaltet die Steuerung 52 eine Gebläsegeschwindigkeitskomponente 98 zum Empfangen von Gebläsegeschwindigkeitsdaten von einer Gebläsegeschwindigkeitsschnittstelle 96, die der Fahrzeugführer dazu verwendet, die Geschwindigkeit des Gebläses 16 der Kraftfahrzeugklimaregelungsanlage 10 einzustellen. Noch weiter beinhaltet die Steuerung 52 eine Klappenpositionskomponente 102 zum Empfangen von Klappenpositionsdaten von einem Einlassklappen- und/oder Temperaturmischungsklappenpositionssensor 100 oder einer anderen Einrichtung, die dazu verwendet wird, die Position der Einlassklappe 15 und/oder Temperaturmischungsklappe 31 zu überwachen.
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Das dargestellte Ergänzungsheizungssubsystem 50 funktioniert gemäß einem Verfahren zum Bereitstellen von ergänzender Heizung an die Fahrzeugklimaregelungsanlage 10. Das Verfahren kann allgemein so beschrieben werden, dass es die Schritte Überwachen der Umgebungstemperatur mittels des Umgebungstemperatursensors 80 und Bereitstellen von Umgebungstemperaturdaten an die Steuerung 52 umfasst. Zusätzlich beinhaltet das Verfahren den Schritt Aktivieren des Ergänzungsheizungselements 76 mittels der Steuerung und Verstellen der Luftstromsteuerklappe 15 und/oder 31 mittels des von der Steuerung gesteuerten Aktors 78, wenn das Ergänzungsheizungselement aktiviert ist, wie nötig ist, um die Betriebseffizienz und Effektivität des Ergänzungsheizungselements zu maximieren.
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Das Verfahren beinhaltet ferner Überwachen der Fahrgastraumtemperatur mittels des Fahrgastraumtemperatursensors 82 und Bereitstellen von Fahrgastraumtemperaturdaten an die Steuerung 52, sowie Überwachen einer Sonneneinstrahlung mittels des Sonneneinstrahlungssensors 84 und Bereitstellen von Sonneneinstrahlungsdaten an die Steuerung. Zusätzlich beinhaltet das Verfahren Überwachen einer Motorkühlmitteltemperatur mittels des Motorkühlmitteltemperatursensors 86 und Bereitstellen von Motorkühlmitteltemperaturdaten an die Steuerung 52.
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Ferner beinhaltet das Verfahren auch Überwachen einer Umgebungsfeuchtigkeit mittels des Umgebungsfeuchtigkeitssensors 88 und der Fahrgastraumfeuchtigkeit mittels des Fahrgastraumfeuchtigkeitssensors 90 und Bereitstellen von Umgebungs- und Fahrgastraumfeuchtigkeitsdaten an die Steuerung 52.
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Dazu werden der Temperatursollwertkomponente 94 der Steuerung 52 Temperatursollwertdaten bereitgestellt, der Gebläsegeschwindigkeitskomponente 98 der Steuerung werden Gebläsegeschwindigkeitsdaten bereitgestellt, und der Klappenpositionskomponente 102 der Steuerung werden Klappenpositionsdaten bereitgestellt. Die Steuerung 52 ist dazu konfiguriert, effizienteren und effektiveren Betrieb des Ergänzungsheizungselements 76 in Reaktion auf die Dateneingabe von den verschiedenen Sensoren und Schnittstellen 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 96, 100 bereitzustellen.
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Bei einer möglichen Ausführungsform schließt die Temperaturmischungsklappe 31 den Luftstrom und dichtet ihn für die gesamte Zeit, während der die Motorkühlmitteltemperatur unter einer vorbestimmten Zieltemperatur liegt und das Ergänzungsheizungselement 76 aktiviert ist, gegenüber dem Heizungskern 26 ab. Dies verhindert, dass das noch kalte Motorkühlmittel die Luft kühlt und die Betriebseffizienz und Effektivität des Ergänzungsheizungselements 76 reduziert werden. Wenn die Dateneingabe von den verschiedenen Sensoren und Schnittstellen 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 96, 100 vorbestimmte Kriterien erfüllt und der Ergänzungswärmebedarf fällt, wird mittels mehrfacher Relais oder Pulsweitenmodulation (PWM) der elektrische Strom für das Ergänzungsheizungselement 76 zurückgeschraubt. Wenn der Strom für das Ergänzungsheizungselement 76 auf null reduziert wurde, wird die Fahrgastraumtemperatur ausschließlich über den Wärmeaustausch mit dem Motorkühlmittel in dem Heizungskern 26 mittels der Temperaturmischungsklappe 31 aufrechterhalten und die Einlassklappe 15 wird freigegeben, damit der Frischlufteinlass 11 geöffnet werden kann, falls der Führer es wünscht, Frischluft in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs zu zirkulieren.
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Obwohl die dargestellte Ausführungsform des Ergänzungsheizungssystems 50 den Umgebungstemperatursensor 80, den Fahrgastraumtemperatursensor 82, den Sonneneinstrahlungssensor 84, den Motorkühlmittelsensor 86, den Umgebungsfeuchtigkeitssensor 88 und den Fahrgastraumfeuchtigkeitssensor 90 sowie die Temperatursollwertkomponente 94, die Gebläsegeschwindigkeitskomponente 98 und die Einlassklappenpositionskomponente 102 beinhaltet, versteht es sich, dass das Ergänzungsheizungssubsystem 50 beliebige von verschiedenen Kombinationen dieser Sensoren und Komponenten beinhalten kann, je nach der jeweiligen Fahrzeuganwendung.
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Das Obengenannte wurde zu Veranschaulichungszwecken und zur Beschreibung dargestellt. Es soll nicht erschöpfend sein oder die Ausführungsformen auf die offenbarte präzise Form beschränken. Offensichtliche Modifikationen und Variationen sind in Hinsicht auf die obigen Lehren möglich. Alle derartigen Modifikationen und Variationen liegen in dem Umfang der angehängten Ansprüche, wenn diese gemäß der Breite interpretiert werden, zu der sie aus Fairness-, aus rechtlichen und Gleichberechtigungsgründen berechtigt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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