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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Luftstromabsperrvorrichtung, welche in einem Kraftfahrzeug frontseitig eines von einem Außenluftstrom durchströmbaren Außenwärmeübertragers einer Klimatisierungsvorrichtung angeordnet ist, wobei Vertikalbereiche des Außenwärmeübertragers durch entsprechende Ansteuerung der Luftstromabsperrvorrichtung gesondert abdeckbar sind.
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Stand der Technik
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Derartige Steuerverfahren für Luftstromabsperrvorrichtungen sind bekannt aus der
WO 2017/021205 A1 .
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Es ist allgemein bekannt, in einem Kraftfahrzeug frontseitig eines im Vorderwagen angeordneten, von Außenluft durchstrombaren Wärmeübertragers, der insbesondere als der Kühler eines Kühlmittelsystems oder aber der Außenwärmeübertrager einer Klimatisierungsvorrlichtung sein kann, eine z.B. als aus verkippbaren Lamellen aufgebaute Jalousie, als Rollladen oder als Rollo ausgebildete Luftstromabsperrvorrichtung vorzusehen, um einen durch die Fahrtbewegung des Fahrzeugs erzeugten Außenluftstrom bedarfsweise durch den Außenwärmeübertrager strömen zu lassen oder zu blockieren und um das Fahrzeug herumströmen zu lassen. Neben der bedarfsgerechten Durchströmung des Außenwärmeübertragers spielt hier auch die Optimierung des Fahrtwiderstandes eine Rolle.
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Die genannte Druckschrift sieht eine aus mehreren horizontal erstreckten, einander vertikal benachbarten Lamellen aufgebaute Jalousie vor, deren Lamellen einzelnen oder gruppenweise asynchron ansteuerbar sind. Insbesondere erlaubt es die bekannte Luftstromabsperrvorrichtungssteuerung, die Lamellen eines oberen, größeren Luftstromabsperrvorrichtungsbereichs geschlossen und die Lamellen eines unteren, kleineren Luftstromabsperrvorrichtungsbereichs geöffnet zu halten. Auf diese Weise kann stets ein Kompromiss zwischen einer bedarfsgerechten Durchströmung des Außenwärmeübertragers und einer Minimierung des Fahrtwiderstandes gefunden werden.
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Das bekannte Verfahren schöpft jedoch die mit einer solchen, teilbaren Luftstromabsperrvorrichtung erzielbaren Vorteile nicht vollumfänglich aus.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Steuerverfahren für eine Luftstromabsperrvorrichtung derart weiterzubilden, dass zusätzliche Vorteile, die sich aus der Teilbarkeit der Luftstromabsperrvorrichtung ergeben, nutzbar gemacht werden.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass ein kritischer Zustand, in dem der Außenwärmeübertrager als Verdampfer bei einer Temperatur von unter 0°C betrieben wird und der Außenluftstrom Wassertröpfchen enthält, als solcher detektiert wird und die Luftstromabsperrvorrichtung in der Folge in einen Zustand überführt wird, in dem ein oberer, größerer Vertikalbereich des Außenwärmeübertragers von der Luftstromabsperrvorrichtung abgedeckt und ein unterer, kleinerer Vertikalbereich des Außenwärmeübertragers von der Luftstromabsperrvorrichtung nicht abgedeckt ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis einer bislang unberücksichtigten Wirkung der bekannten Luftstromabsperrvorrichtung im teilgeöffneten Zustand zugrunde. Ist der obere Wärmeübertragerbereich durch die Luftstromabsperrvorrichtung abgedeckt und der untere Wärmeübertragerbereich nicht abgedeckt, d.h. für den Außenluftstrom unmittelbar zugänglich, entsteht in dem zwischen der Luftstromabsperrvorrichtung und dem Außenwärmeübertrager liegenden Spalt ein nach oben wirkender Kamineffekt, der wenigstens Teile des auftreffenden Luftstroms um die untere Kante des geschlossenen, oberen Luftstromabsperrvorrichtungsbereichs umlenkt und dem oberen Bereichen des Außenwärmeübertragers zuführt. Mit anderen Worten wird der obere Wärmeübertragerbereich durch die ihn abdeckende Luftstromabsperrvorrichtung keineswegs deaktiviert; vielmehr wird er statt von einem frontal auf ihn auftreffenden Außenluftstrom von einem um die Kante der Luftstromabsperrvorrichtung umgelenkten Luftstrom durchströmt.
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Die Erfinder haben nun eine besonders vorteilhafte Anwendung dieses Kamineffektes erkannt. Enthält der Außenluftstrom nämlich Wassertröpfchen, wie dies insbesondere bei Regen oder bei Gischt aufgrund nasser Fahrbahn auftritt, so führt die Umlenkung des Außenluftstroms zu einem Abscheiden des Wasser am geschlossenen Luftstromabsperrvorrichtungsbereich, sodass der den oberen Wärmeübertragerbereich durchströmende Außenluftstrom weitgehend von besagten Wassertröpfchen befreit ist. Eine solche Wasserabscheidung wirkt sich besonders vorteilhaft aus, wenn der Außenwärmeübertrager als Verdampfer bei Temperaturen unter 0°C betrieben wird, d.h. insbesondere wenn die Klimatisierungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs im Wärmepumpenbetrieb betrieben wird. Dann nämlich würden im Außenluftstrom enthaltene Wassertröpfchen am Außenwärmeübertrager festfrieren und diesen schnell zusetzen, sodass die für den Wärmepumpenbetrieb erforderliche Durchsetzung mit Luft nicht mehr gewährleistet wäre.
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Aus diesen Erkenntnissen leitet sich die Erfindung ab. Insbesondere ist vorgesehen, dass der hier als kritischer Zustand bezeichnete Zustand, in dem der Außenwärmeübertrager als Verdampfer bei einer Temperatur von unter 0°C betrieben wird und der Außenluftstrom Wassertröpfchen enthält, als solcher detektiert wird. Die Detektion des Betriebs des Außenwärmeübertragers als Verdampfer kann unmittelbar aus den Steuersignalen der Klimatisierungsvorrichtung abgeleitet werden. Für die Detektion des Vorhandenseins Wassertröpfchen im Außenluftstrom sind unterschiedliche Möglichkeiten denkbar, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird.
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Sobald besagter kritischer Zustand detektiert ist, wird die Luftstromabsperrvorrichtung so angesteuert, dass, wie oben geschildert, der obere, größere Wärmeübertragerbereich abgedeckt und der untere, kleinere Wärmeübertragerbereich dem frontalen Außenluftstrom ausgesetzt ist. Wie oben erläutert führt dies zu einer weitgehend wasserfreien Durchströmung des oberen Wärmeübertragerbereichs, wohingegen im unteren Wärmeübertragerbereich durchaus mit einer Vereisung zu rechnen ist. Eine solche Vereisung ist jedoch nicht nachteilig. Vielmehr kann der untere Wärmeübertragerbereich als zusätzliche Gefrierfalle für durch die Umlenkung des Luftstroms an der Kante der Luftstromabsperrvorrichtung noch nicht vollständig abgeschiedene Wassertröpfchen dienen. Mit anderen Worten kann es sogar sein, die Wasserfreiheit des den oberen Wärmeübertragerbereich durchströmenden Außenluftstromanteils hierdurch noch verstärkt wird.
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Dies kann freilich dazu führen, dass der untere Bereich des Außenwärmeübertragers schneller vereist, als dies bei einem gleichmäßig durchströmten Außenwärmeübertrager der Fall wäre, insbesondere schneller als der obere Wärmeübertragerbereich. Letzterer ist ja sogar, wie oben erläutert, gegen eine Vereisung weitgehend geschützt. Der unterschiedliche Vereisungsgrad der Wärmeübertragerbereiche könnte dazu führen, dass das Kältemittel lediglich den unteren, vereisten Wärmeübertragerbereich durchströmt, ohne dabei verdampft zu werden. Die Verdampfung würde lediglich im oberen, nicht vereisten und von Luft durchströmten Bereich stattfinden. Bei einer derart ungleichmäßigen Verdampfung würde im oberen Bereich das Volumen des Kältemittels und damit die Durchströmungsgeschwindigkeit sowie der Druckverlust ansteigen. Als Konsequenz würde verhältnismäßig wenig Kältemittel durch den oberen, nicht vereisten Bereich strömen und viel Kältemittel durch den unteren, durch das Eis gut isolierten Bereich. Dies ist im Hinblick auf die Wärmeaustauscheffizienz nachteilig.
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Daher ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Wärmeübertrager mehrflutig mit wenigstens zwei horizontal erstreckten, einander vertikal benachbarten und insbesondere kältemittelseitig hinerteinandergeschalteten Kältemittelpässen ausgebildet ist, wobei ein oder mehrere obere Kältemittelpässe im oberen Wärmeübertragerbereich und ein oder mehrere untere Kältemittelpässe im unteren Wärmeübertragerbereich angeordnet sind. Auf diese Weise stellt sich in jedem Pass eine gleichmäßige Verdampfung bzw. Kältemitteldurchströmung ein.
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Die mechanische Ausgestaltung der Luftstromabsperrvorrichtung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Luftstromabsperrvorrichtung in Form eines von oben nach unten verfahrbahren Rollladens oder Rollos aufgebaut sein, der bzw. das bedarfsweise unterschiedlich weit abgesenkt werden kann.
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Als noch günstiger hat es sich jedoch erwiesen, wenn die Luftstromabsperrvorrichtung als eine aus einer Mehrzahl von horizontal erstreckten, einander vertikal benachbarten, um eine jeweilige Längsachse schwenkbaren Lamellen aufgebaute Jalousie ausgebildet ist. Dies entspricht im Wesentlichen der bekannten Ausgestaltung von Luftstromabsperrvorrichtungen im Frontwagen von Kraftfahrzeugen. Die asynchrone Ansteuerung der Lamellenverschwenkung kann auf verschiedene Weisen realisiert sein. Grundsätzlich denkbar ist die Ansteuerung der Lamellen einzeln oder gruppenweise mittels unterschiedlicher, zugeordneter Stellmotoren. Dies ist im Hinblick auf die damit verbundenen Kosten- und Bauraumnachteile jedoch nicht die bevorzugte Variante. Als günstiger wird derzeit eine mechanische Kinematik angesehen, die beispielsweise über eine Kurvenscheiben- oder Hebelmimik oder in Form eines Getriebes, beispielsweise eines Malteserkreuz-Getriebes, wirkt.
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Zur Verbesserung der Wasserabscheidung kann vorgesehen sein, dass wenigstens der obere Luftstromabsperrvorrichtungsbereich eine frontal auftreffendes Wasser nach seitlich außen ableitende Wasserleitstruktur aufweist. Dies kann beispielsweise in Form von schräg nach unten und außen gerichteten Rinnen bzw. vorspringenden Leisten umgesetzt sein. Insbesondere im Fall einer aus Lamellen aufgebauten Jalousie kann die Wasserableitstruktur ein mehrere Lamellen übergreifendes Ableitsystem sein. Alternativ oder zusätzlich kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die Wasserableitstruktur ein auf jeder Lamelle wenigstens des oberen Jalousiebereichs wiederholtes, lamellenindividuelles Ableitsystem ist. Die vom Fachmann zu treffende Wahl wird sich stets an den Gegebenheiten des Einzelfalls auszurichten haben. Insbesondere wird die (vertikale) Breite der einzelnen Lamellen hier eine Rolle spielen, da die realisierbare Schräge der Rinnen bzw. Leisten, d.h. die Vertikalkomponente der Abflussbewegung des Wassers, unmittelbar von der Lamellenbreite abhängt.
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Wie eingangs beschrieben ist es ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens, den sogenannten kritischen Zustand, in dem die asynchrone Ansteuerung der Lamellen erfolgen soll, als solchen zu detektieren. Diese Detektion kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Beispielsweise kann aus dem Signal eines Regensensors, der in modernen Kraftfahrzeugen serienmäßig vorhanden ist, auf das Vorhandensein Wassertröpfchen im Außenluftstrom geschlossen werden. Alternativ oder zusätzlich kann hierfür auch das Signal einer den Außenbereich des Kraftfahrzeugs beobachtenden Kamera genutzt werden. Beide Varianten stellen eine direkte Detektion von Wassertröpfchen in der Umgebungsluft und daher auch in dem auf den Außenwärmeübertrager gerichteten Außenluftstrom dar.
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Allerdings lassen sich auch indirekte Detektionsmethoden realisieren. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass aus dem Signal eines Vereisungssensors des Außenwärmeübertragers auf das Vorhandensein Wassertröpfchen im Außenluftstrom geschlossen wird. Ein solcher Vereisungssensor kann beispielsweise als ein Sensorkomplex, der Temperaturdaten und den Verdampfungsgrad des Kältemittels erfasst, realisiert sein. Derartige Vereisungssensoren finden bereits heute Einsatz in Klimatisierungsvorrichtungen, insbesondere in solchen, die auch im Wärmepumpenbetrieb betreibbar sind. Sie werden häufig eingesetzt um Abtauphasen des Verdampfers bedarfsgerecht einzuleiten. Wird mittels eines solchen Vereisungssensors eine übermäßig schnelle Vereisung des Außenwärmeübertragers erkannt, kann dies als Zeichen dafür interpretiert werden, dass der den Außenwärmeübertrager durchströmende Außenluftstrom übermäßig mit Feuchtigkeit, insbesondere in Form von Wassertröpfchen, beladen ist.
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Eine weitere, indirekte Detektionsmethode, die alternativ oder zusätzlich zu einer oder mehreren der vorgenannten Detektionsmethoden eingesetzt werden kann, beruht darauf, dass aus dem Signal einer meteorologische Daten übertragenden Datenfernübertragungseinheit auf das Vorhandensein von Wassertröpfchen im Außenluftstrom geschlossen wird. Beispielsweise können Wetterdaten über Internet bzw. Mobilfunk an eine Steuereinheit des Kraftfahrzeugs übertragen und an die Luftstromabsperrvorrichtungs-Steuerung weitergeleitet werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1: eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäß angesteuerten Jalousie,
- 2: eine schematische Darstellung einer zur Ansteuerung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeigneten Jalousie in Frontansicht,
- 3: zwei alternative Darstellungen eines Lamellenquerschnitts entlang der Schnittlinie III in 2 sowie
- 4: ein schematisches Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß angesteuerten Jalousie 10, die frontal vor einem Außenwärmeübertrager 12 eines weiter nicht dargestellten Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die Jalousie 10 ist aus einer Mehrzahl von Lamellen aufgebaut, die in einen oberen Jalousiebereich bildende, obere Lamellen 101 und eine unteren Lamellenbereich bildende, untere Lamellen 102 gruppiert sind.
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Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs trifft ein durch die Fahrtgeschwindigkeit generierter Außenluftstrom 14 frontal auf die Jalousie 10. Im dargestellten Zustand trägt der Luftstrom 14 Wassertröpfchen 16 mit sich, die beispielsweise durch Regen oder Gischt von einer nassen Straße herrühren können. Ein solcher Zustand stellt den hier als kritischer Zustand bezeichneten Zustand dar, in dem die Jalousie 10 in der erfindungsgemäßen Weise angesteuert wird. Hierzu werden die oberen Lamellen 101 geschlossen und die unteren Lamellen 102 geöffnet bzw. in ihrem jeweiligen der dargestellten Zielkonfiguration entsprechenden Stellung belassen.
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Dies führt dazu, dass der auf den oberen Jalousiebereich auftreffende Außenluftteilstrom die Jalousie nicht durchströmen kann und stattdessen nach unten abgelenkt wird. Dabei setzen sich die mitgeführten Wassertröpfchen 16 an den geschlossenen oberen Lamellen 101 ab. Insbesondere können sie, wie in den 2 und 3 dargestellt, durch nach lateral außen gerichtete Wasserableitstrukturen abgeleitet werden. Diese Wasserableitstrukturen können, wie in 2 dargestellt, als ein mehrere Lamellen übergreifendes Ableitsystem 18 oder als lamellenindividuelle Ableitsysteme 20 ausgebildet sein. 3 zeigt zwei besonders bevorzugte Ausführungsformen eines lamellenindividuellen Ableitsystems 20, nämlich als aufgesetzte Leiste 201 oder als Rinne 202. Analoges gilt für das mehrere Lamellen übergreifende Ableitsystem 18.
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Der auf diese Weise weitgehend von Wassertröpfchen 16 befreite Außenluftstromanteil wird auf die geöffneten unteren Lamellen 102 gelenkt, wo er gemeinsam mit dem unteren Außenluftstromanteil, der noch mit Wassertröpfchen durchsetzt ist, durch die geöffneten unteren Lamellen 102 auf den Außenwärmeübertrager 12 zuströmt.
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In dem Spalt zwischen dem Außenwärmeübertrager 12 und der Jalousie 10 entwickelt sich hierdurch ein nach oben gerichteter Kamineffekt, der die vorgetrocknete Luft in den oberen Bereich 121 des Außenwärmeübertragers 12 zieht, während sich die im Luftstrom verbliebenen Wassertröpfchen 16 am unteren Bereich 122 des Außenwärmeübertragers 12 absetzen. Dieses Absetzen wird insbesondere dadurch begünstigt, dass der Außenwärmeübertrager 12 im kritischen Zustand als Verdampfer bei unter 0°C betrieben wird, sodass die auf den unteren Bereich 122 des Außenwärmeübertragers 12 auftreffenden Wassertröpfchen 16 hier ausfrieren. Im Ergebnis gelangt tröpfchenfreie Luft zum oberen Bereich 121 des Außenwärmeübertragers 12, um diesen zu durchströmen und dort die gewünschte thermische Wechselwirkung hervorzurufen, ohne dass die Gefahr einer übermäßigen Vereisung des oberen Bereichs 121 des Außenwärmeübertragers 12 besteht.
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Bei der in 1 dargestellten, besonders günstigen Ausführungsform ist der Außenwärmeübertrager 12 zweiflutig ausgebildet, d.h. sein unterer Bereich 122 und sein oberer Bereich 121 sind voneinander getrennt und werden nacheinander von dem Kältemittel, insbesondere in unterschiedlichen Richtungen, durchströmt. Dies ist durch die Richtungssymbole 22 in 1 angedeutet.
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4 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens. Zunächst erfolgt eine Abfrage, ob sich die Klimatisierungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs im Wärmepumpenbetrieb befindet („WP?“).
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Dies erfolgt durch Abfrage einer geeigneten, hier allgemein mit dem Bezugszeichen 24 versehenen Datenquelle, die bei der genannten, ersten Abfrage insbesondere die Steuerungseinheit der Klimatisierungsanlage sein kann. Wird die Klimatisierungsanlage nicht im Wärmepumpenbetrieb betrieben, d.h. arbeitet der Außenwärmeübertrager 12 nicht als Verdampfer, erfolgt die Ansteuerung der Jalousie 10 in herkömmlicher Weise nach bekannten Kriterien, die vorliegend keine Rolle spielen. Dies ist in 4 durch die symbolisch vollständig offene bzw. vollständig geschlossene Jalousie 10 angedeutet.
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Wurde der Wäremepumpenbetrieb detektiert, erfolgt alsdann eine weitere Abfrage, ob der Außenwärmeübertrager 10 bei Temperaturen und 0°C betrieben wird („T<0°C ?“), sodass Vereisungsgefahr für auftreffendes Wasser besteht. Die hierzu abgefragte Datenquelle 24 kann insbesondere ein geeigneter Temperatursensor sein. Ist dies nicht der Fall, erfolgt die Jalousie-Ansteuerung in üblicher Weise.
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Anderenfalls erfolgt eine weitere Abfrage, ob der Außenluftstrom Flüssigkeitströpfchen 16 transportiert („16?“). Die hierzu abgefragte Datenquelle 24 kann beispielsweise ein Regensensor, eine Kamera, ein Vereisungssensor, eine Datenfernübertragungseinrichtung o.ä. sein. Werden keine Flüssigkeitströpfchen 16 transportiert, erfolgt die Jalousieansteuerung in üblicher Weise. Ist dies jedoch der Fall, wird insgesamt der „kritische Zustand“ als solcher festgestellt und die Jalousie 10 wird in erfindungsgemäßer Weise, d.h. insbesondere gemäß der Skizze von 1 angesteuert.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Jalousie
- 101
- obere Lamellen von 10
- 102
- untere Lamellen von 10
- 12
- Außenwärmeübertrager
- 121
- oberer Vertikalbereich von 12
- 122
- unterer Vertikalbereich von 12
- 14
- Außenluftstrom
- 16
- Wassertröpfchen
- 18
- lamellenübergreifendes Ableitsystem
- 20
- lamellenindividuelles Ableitsystem
- 201
- Ableitleiste
- 202
- Ableitrinne
- 22
- Richtungssymbol
- 24
- Datenquelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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