DE10225293A1

DE10225293A1 - Heizungs- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10225293A1
Application number: DE2002125293
Authority: DE
Inventors: Stefan Oberberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2003-12-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizungs- und/oder Klimaanlage (1) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Straßenfahrzeugs. Die Anlage weist ein Gebläse (17) zur Erzeugung eines Luftstroms zu einem Innenraum des Kraftfahrzeugs, eine elektrische Schaltung (21, 22, 27, 29) zur Einstellung einer Gebläseleistung des Gebläses (17) und eine Luftführung (4) zum Führen des Luftstroms auf. Die elektrische Schaltung hat wenigstens ein Leistungselement (21), insbesondere einen Leistungstransistor, der beim Betrieb des Gebläses (17) mittels des Luftstroms gekühlt wird. Es wird vorgeschlagen, eine Steuerungseinrichtung (3, 35, 37, 39) vorzusehen, die Mittel (5, 6, 7, 8, 23, 25) zum automatischen Steuern einer Kühlwirkung des Luftstroms aufweist und die eine Ermittlungseinrichtung (3) zum Ermitteln eines Kühlungsbedarfs des wenigstens einen Leistungselements (21) aufweist. Die Steuerungseinrichtung (3, 35, 37, 39) ist derart ausgebildet, dass die Mittel (5, 6, 7, 8, 23, 25) abhängig von dem Kühlungsbedarf betätigbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Heizungs- und/oder Klimaanlage, insbesondere für ein Straßenfahrzeug.
Aus der DE 91 06 035 U1 ist eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage bekannt, mit einem Gebläse zur Erzeugung eines Luftstroms, mit einer elektrischen Schaltung zur Einstellung einer Gebläseleistung des Gebläses und mit einer Luftführung zum Führen des Luftstroms. Die elektrische Schaltung weist einen Leistungstransistor auf. Das Leistungselement und die Luftführung sind derart angeordnet, dass das Leistungselement beim Betrieb des Gebläses mittels des Luftstroms gekühlt wird.
Leistungselemente von derartigen Anlagen sind über die gesamten während des Betriebs möglichen Temperatur- und Spannungsversorgungsbereiche in ausreichender Weise zu kühlen. Um eine bessere Kühlleistung zu erreichen, kann beispielsweise die Anzahl der Leistungstransistoren vergrößert werden und ein größerer Kühlkörper verwendet werden. Da es sich bei Leistungstransistoren um verhältnismäßig teure Bauteile handelt, erhöhen sich durch diese Maßnahme die Kosten der Anlage wesentlich. Außerdem wird ein größerer Bauraum für den zusätzlich auch noch schwereren Kühlkörper benötigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Leistungselement auf kostensparende, platzsparende und gewichtssparende Weise zuverlässig zu kühlen.
Es wird vorgeschlagen, die Kühlwirkung des Luftstroms abhängig von einem Kühlungsbedarf des Leistungselements automatisch zu steuern, insbesondere die Temperatur des Luftstroms bei Bedarf zu begrenzen und/oder zu reduzieren. Für die Anlage wird eine Steuerungseinrichtung vorgeschlagen, die Mittel zum automatischen Steuern der Kühlwirkung des Luftstroms aufweist. Ferner weist die Anlage eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Kühlungsbedarfs des wenigstens einen Leistungselements auf und ist die Steuerungseinrichtung derart ausgebildet, dass die Mittel abhängig von dem Kühlungsbedarf betätigbar sind.
Insbesondere wenn ein erhöhter Kühlungsbedarf ermittelt wird, setzt die automatische Steuerung der Kühlwirkung des Luftstroms ein.
Bei der Auslegung konventioneller Anlagen musste selbst für extreme Betriebssituationen, beispielsweise maximal mögliche Verlustleistung des Leistungselements bei größtmöglicher Temperatur des Luftstroms, eine ausreichende Kühlung des Leistungselements vorgesehen werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zumindest bestimmte extreme Betriebssituationen in der Praxis vermieden werden können, ohne dass dies zu einer erheblichen Einschränkung des Komforts und/oder der für die Praxis erforderlichen Funktionen der Anlage führt. Beispielsweise ist es möglich, die maximal mögliche oder gewünschte Heizleistung der Anlage auch oder sogar besser bei einer anderen als einer vom Benutzer eingestellten Gebläseleistung zu erreichen, bei der die Verlustleistung des oder der Leistungselemente geringer ist. Durch eine intelligente Steuerungseinrichtung können daher bestimmte Betriebszustände der Anlage vermieden werden, bei denen die Kühlwirkung schlecht ist.
Der Kühlungsbedarf kann beispielsweise unter Verwendung eines Temperatursensors ermittelt werden, der eine für das wenigstens eine Leistungselement repräsentative Temperatur misst.
Bevorzugt wird, dass der Kühlungsbedarf zumindest teilweise unter Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustandes der Anlage ermittelt wird. Zum Beispiel erfasst die Ermittlungseinrichtung die Gebläseleistung oder eine Gebläsestufe, eine Heizleistung oder Heizstufe der Anlage, die zu einer Erwärmung von Luft in dem Luftstrom führt, und den/die Bereiche oder die Quellen, aus der/denen die Luft des Luftstroms entnommen wird. Daraus ermittelt die Ermittlungseinrichtung, ob und gegebenenfalls wie die Kühlwirkung des Luftstroms zu steuern ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Heizungsanlage eines Straßen- Kraftfahrzeugs.
Die Heizungsanlage 1 weist eine Luftführung 4 auf, durch die Luft in den durch Pfeile angedeuteten Richtungen geleitet wird. Über zwei Luftzuführungen 9, 11 wird der Luftführung 4 Luft zugeführt, und zwar aus einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs über die Luftzuführung 9 und von außerhalb des Kraftfahrzeugs über die Luftzuführung 11. Die Luftzuführungen 9, 11 münden in einer Mischungseinrichtung 5 in einen Hauptkanal der Luftführung 4. Die Mischungseinrichtung 5 weist eine bewegliche Klappe 6 auf, mit der das Mischungsverhältnis der von außerhalb des Kraftfahrzeugs und der aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs kommenden Luft eingestellt werden kann. Es ist auch möglich, jeweils eine der Luftzuführungen 9, 11 mit der Klappe 6 zu schließen. Die Mischungseinrichtung 5 ist über eine Steuerleitung 35 von einer Steuerungseinrichtung 3 ansteuerbar, sodass die Stellung der Klappe 6 einstellbar ist.
An einem stromabwärts gelegenen Ende der Luftführung 4 befindet sich eine Luftverteilungseinrichtung 7 mit einer Klappe 8, die über eine Steuerleitung 37 in entsprechender Weise wie die Mischungseinrichtung 5 ansteuerbar ist. Auf diese Weise kann eine Verteilung der aus dem Hauptkanal der Luftführung 4 strömenden Luft über zwei Lufteinlässe 13, 15 in den Innenraum des Kraftfahrzeugs eingestellt werden. Die Lufteinlässe 13, 15 münden in verschiedenen Bereichen des Innenraums. Bei einer Variante der dargestellten Anlage sind zusätzliche Lufteinlässe in weitere Bereiche des Innenraums vorgesehen. Jeder der Lufteinlässe 13, 15 kann durch die Klappe 8 bzw. gegebenenfalls durch weitere Vorrichtungsteile geschlossen werden.
In dem Hauptkanal der Luftführung 4 befindet sich stromabwärts der Mischungseinrichtung 5 ein Gebläse 17. Das Gebläse 17, ein Leistungstransistor 21, ein elektrischer Anschluss 27 des Gebläses 17, eine elektrische Verbindung zwischen dem Leistungstransistor 21 und dem Gebläse 17 sowie ein elektrischer Anschluss 29 des Leistungstransistors 21 sind Teil einer elektrischen Schaltung zur Einstellung einer Gebläseleistung des Gebläses 17. Weitere Teile der elektrischen Schaltung, die in an sich bekannter Weise ausgeführt werden können, sind in Fig. 1 nicht dargestellt. Die elektrische Schaltung ist von der Steuerungseinrichtung 3 ansteuerbar, sodass die Gebläseleistung einstellbar ist. Dies ist durch eine Steuerleitung 41 angedeutet, die die Steuerungseinrichtung 3 mit einem Steuereingang des Leistungstransistors 21 verbindet.
Der Leistungstransistor 21 ist an oder in einem Kühlkörper 19 angeordnet, der wiederum zumindest teilweise im Luftstrom des Gebläses 17 angeordnet ist.
Weiter stromabwärts in der Luftführung 4 ist eine Heizungseinrichtung 23 zur Erwärmung des Luftstroms angeordnet. Die Heizungseinrichtung 23 weist einen elektrischen Anschluss 31 auf. Über eine Stelleinrichtung 25 ist die Heizungseinrichtung 23 mit einem weiteren elektrischen Anschluss 33 verbunden. Die elektrischen Anschlüsse 31, 33 können in bekannter, nicht dargestellter Weise mit einer Energiequelle verbunden sein. Über eine Steuerleitung 39 ist die Stelleinrichtung 25 von der Steuerungseinrichtung 3 ansteuerbar, sodass die Heizleistung der Heizungseinrichtung 23 einstellbar ist.
Alternativ ist die Heizungseinrichtung 23 auf andere Weise ausgeführt. Z. B. weist sie einen in der Luftführung 4 angeordneten Heizkörper auf, der von einer warmen Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durchströmbar ist. Die Stelleinrichtung 25 kann dann so ausgeführt sein, dass sie von der Steuerungseinrichtung 3 ansteuerbar ist und durch Beeinflussen der Temperatur und/oder Strömungsflussdichte der Flüssigkeit die Heizleistung einstellbar ist.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Beispiel für den Betrieb der Heizungsanlage 1 näher beschrieben:
Der Leistungstransistor 21 ist so geschaltet, dass die von ihm erzeugte Wärmeleistung im mittleren Bereich der Gebläseleistung, z. B. bei mittlerer Gebläsestufe, am größten ist. In diesem Bereich besteht also der größte Bedarf für eine Abführung der erzeugten Wärme. Wenn die beispielsweise durch einen nicht dargestellten Temperatursensor im Bereich des Gebläses 17 gemessene Temperatur des Luftstroms hoch ist, kann die Wärme u. U. nicht in ausreichender Weise abgeführt werden, sodass es zu einer Überhitzung des Leistungstransistors 21 kommen kann. Fehlfunktionen und Zerstörung des Leistungstransistors 21 sind mögliche Folgen.
Es gibt verschiedene Ausführungsformen einer in der Steuerungseinrichtung 3 integrierten Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung eines solchen kritischen Betriebszustandes und damit zur Ermittlung eines Kühlungsbedarfs des Leitungselements. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der kritische Betriebszustand aus den der Steuerungseinrichtung 3 bekannten Stellungen bzw. Einstellungen der Klappe 6 der Mischungseinrichtung 5, der Klappe 8 der Luftverteilungseinrichtung 7, der Gebläseleistung und der Heizungseinrichtung 23 ermittelt. Optional kann zusätzlich auf einen oder mehrere Temperatursensoren an einer oder mehreren Stellen der Anlage zurückgegriffen werden. Insbesondere ist der Steuerungseinrichtung 3 bekannt, dass der Lufteinlass 13 derjenigen Lufteinlass ist, der der Luftzuführung 9 am nächsten liegt.
Somit stehen der Steuerungseinrichtung 3 eine Reihe von Maßnahmen zur Verfügung, um bei mittlerer Gebläseleistung die Temperatur des Luftstroms im Bereich des Kühlkörpers 19 zu begrenzen und/oder zu reduzieren. Diese Maßnahmen werden einzeln oder in Kombination miteinander ergriffen.
Erste Maßnahme: Der Anteil der von außerhalb des Fahrzeugs in die Luftführung 4 einströmenden Luft wird auf einen Minimalwert festgelegt und/oder erhöht. Vorausgesetzt dass die Temperatur der Luft außerhalb des Fahrzeugs kleiner als die Temperatur der Luft im Bereich des offenen Endes der Luftzuführung 9 ist, wird dadurch die Temperatur des Luftstroms begrenzt und/oder reduziert.
Zweite Maßnahme: Die Heizleistung der Heizungseinrichtung 23 wird begrenzt und/oder reduziert. Vorausgesetzt dass überhaupt Luft aus dem Fahrzeuginnenraum in die Luftführung 4 strömt, wird dadurch die Temperatur des Luftstroms begrenzt und/oder reduziert.
Dritte Maßnahme: Die Verteilung der aus der Luftführung 4 in den Fahrzeuginnenraum strömenden Luft wird so eingestellt, dass die Temperatur im Bereich des offenen Endes der Luftzuführung 9 möglichst gering ist. Beispielsweise befindet sich das offene Ende der Luftzuführung 9 im Fußraum des Fahrers und/oder Beifahrers. In diesem Fall wird zumindest der Anteil der in den Fußraum strömenden warmen Luft begrenzt und/oder reduziert.
Vierte Maßnahme: Die Gebläseleistung wird erhöht oder erniedrigt bzw. wird verhindert, dass das Gebläse in einem durch einen unteren und einen oberen Grenzwert definierten mittleren Leistungsbereich betrieben wird. Dadurch wird die von dem Leistungselement 21 erzeugte Wärmeleistung verringert. Im Fall der Erhöhung der Gebläseleistung bzw. des Betriebs des Gebläses oberhalb des oberen Grenzwertes wird außerdem die Kühlleistung des Luftstroms an dem Kühlkörper 19 erhöht bzw. auf hohem Niveau begrenzt. In beiden Fällen steuert die Steuerungseinrichtung 3 den Betrieb der Anlage derart automatisch, dass die Temperatur des Leistungselements begrenzt und/oder reduziert wird.
Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen darin, dass der Aufwand bei der Auslegung einer Heizungs- und/oder Klimaanlage reduziert werden kann. Insbesondere reicht eine geringere Anzahl von Leistungselementen aus und kann ein kleinerer Kühlkörper verwendet werden.

Claims

1. Kraftfahrzeug-Heizungs- und/oder Klimaanlage (1) mit

- einem Gebläse (17) zur Erzeugung eines Luftstroms zu einem Innenraum des Kraftfahrzeugs,

- einer elektrischen Schaltung (21, 22, 27, 29) zur Einstellung einer Gebläseleistung des Gebläses (17), wobei die elektrische Schaltung wenigstens ein Leistungselement (21), insbesondere einen Leistungstransistor, aufweist und

- einer Luftführung (4) zum Führen des Luftstroms, wobei das Leistungselement (21) und die Luftführung (4) derart angeordnet sind, dass das Leistungselement (21) beim Betrieb des Gebläses (17) mittels des Luftstroms gekühlt wird,

gekennzeichnet durch

- eine Steuerungseinrichtung (3, 35, 37, 39), die Mittel (5, 6, 7, 8, 23, 25) zum automatischen Steuern einer Kühlwirkung des Luftstroms aufweist und die eine Ermittlungseinrichtung (3) zum Ermitteln eines Kühlungsbedarfs des wenigstens einen Leistungselements (21) aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung (3, 35, 37, 39) derart ausgebildet ist, dass die Mittel (5, 6, 7, 8, 23, 25) abhängig von dem Kühlungsbedarf betätigbar sind.

2. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Mittel (5, 6, 7, 8, 23, 25) eine Einrichtung (5, 6) zum Zumischen und/oder Einleiten von Luft von außerhalb des Kraftfahrzeugs in die Luftführung (4) aufweisen.

3. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittel (5, 6, 7, 8, 23, 25) eine Einrichtung (23, 25) zum Begrenzen und/oder Reduzieren einer Heizleistung aufweisen und wobei die Heizleistung zu einer Erwärmung von Luft in dem Luftstrom führt.

4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anlage eine Mehrzahl von Lufteinlässen (13, 15) zum Einlassen des Luftstroms oder Teilen des Luftstroms in verschiedene Bereiche des Innenraums des Kraftfahrzeugs aufweist und wobei die Mittel (5, 6, 7, 8, 23, 25) eine Einrichtung (7, 8) zum Verändern einer Zuführung des Luftstroms zu einem der Lufteinlässe (13, 15) und/oder zum Verändern einer Aufteilung des Luftstroms über die Lufteinlässe (13, 15) aufweisen.

5. Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeug-Heizungs- und/oder Klimaanlage (1), wobei die Anlage ein Gebläse (17) zur Erzeugung eines Luftstroms zu einem Innenraum des Kraftfahrzeugs und eine elektrische Schaltung (21, 22, 27, 29) zur Einstellung einer Gebläseleistung des Gebläses (17) aufweist, wobei die elektrische Schaltung (21, 22, 27, 29) wenigstens ein Leistungselement (21), insbesondere einen Leistungstransistor, aufweist, wobei der Luftstrom zur Kühlung des wenigstens einen Leistungselements (21) genutzt wird und wobei eine Kühlwirkung des Luftstroms abhängig von einem Kühlungsbedarf des Leistungselements (21) automatisch gesteuert wird.