DE19524199C1 - Sicherheitseinrichtung für eine Kraftfahrzeugklimaanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Einrichtung ist aus der älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung gemäß DE 44 26 339 A1 bekannt.

Die ältere Patentanmeldung befaßt sich mit einem Sicherheitsas­ pekt bei Klimaanlagen, die mit einem zwar umweltverträglichen aber brennbaren Kältemittel, z. B. mit einem Kohlenwasserstoff betrieben werden. Bei einem solchen Kältemittel können die Fahr­ zeuginsassen im Falle eines Lecks des Kältemittelkreislaufes da­ durch gefährdet werden, daß sich im Fahrgastraum ein brennbares Gemisch aus Luft und Kältmittel bilden kann, welches durch einen Funken zur Entzündung gebracht werden kann. In der älteren Pa­ tentanmeldung wird zur Behebung dieser Gefahr vorgeschlagen, im Luftstrom laufend durch einen geeigneten Gassensor die etwaige Anwesenheit eines Kohlenwasserstoffes in der durch den Verdamp­ fer hindurch geförderten Luft zu detektieren und ggf. den Kälte­ mittelkreislauf abzusperren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte Klimaanlage durch eine andere Einrichtung in der gleichen Hinsicht abzusichern, nämlich dahin, daß im Falle eines Lecks des Kältemittelkreislaufes die Fahrzeuginsassen ebenfalls nicht gefährdet und rechtzeitig gewarnt werden, wobei die Über­ wachung auch dann wirksam sein soll, wenn die Klimaanlage und/oder ein in den Fahrgastraum geleiteter Luftstrom nicht ein­ geschaltet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 1 gelöst. Ein Leck im Kältemittelkreislauf kann danach unabhängig vom Einschaltzustand der Klimaanlage durch eine Drucküberwachung des Kältemittelkreislaufes festgestellt werden. Bei Absinken unter einen Minimaldruck wird - sofern nötig - die Klimaanlage stillgesetzt und/oder der Luftstrom auf Frischluft­ zufuhr geschaltet.

Diese Sicherheitseinrichtung kann außer einer alleinigen Anwen­ dung selbstverständlich auch in Kombination mit dem Gassensor gemäß der älteren Patentanmeldung und den dort erwähnten zweck­ mäßigen Ausgestaltungen eingesetzt werden, was die Redundanz und die Sicherheit erhöht.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann der Druck­ sensor mit einer zeitlich differenzierend wirkenden Meßcharakte­ ristik ausgestattet sein, derart, daß er auf langsame Druckände­ rungen nicht, sondern nur auf rasche, d. h. mit einem oberhalb eines voreinstellbaren zeitlichen Druckgradienten sich ändernden Druckänderungen anspricht. Dadurch bleiben betriebsbedingte, langsame Druckänderungen ebenso unberücksichtigt wie schleichen­ de Lecks, die keine Gefährdung für die Insassen darstellen. Ein unnötiges oder vermeidbares Ansprechen der Warneinrichtung kann dadurch vermieden werden.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, daß im Falle des Ansprechens des Drucksensors das Gebläse zur Förderung der Frischluft selbsttätig auf eine höchstmögliche Förderstufe einstellbar ist. Dadurch wird eine größtmögliche Verdünnung der gebildeten bzw. austretenden Dämpfe mit Luft erzeugt und das gebildete Dampf/Luft-Gemisch unter eine zündfähige Konzentration gedrückt.

In weiterhin vorteilhafter Weise ist in der Klimaanlage ein Steuergerät mit darin abgespeicherter Dampfdruckkurve des ver­ wendeten Kältemittels vorgesehen und ist der Verdampfer mit ei­ nem Temperaturfühler versehen; damit ist die voreinstellbare An­ sprechschwelle des Drucksensors durch das Steuergerät in Abhän­ gigkeit von der Verdampfertemperatur laufend selbsttätig so ein­ stellbar, daß der der Ansprechschwelle entsprechende Druckwert des Drucksensors stets unterhalb des jeweiligen Arbeitspunktes der Dampfdruckkurve der Klimaanlage liegt. Dadurch kann ein Fehlalarm aufgrund betriebsbedingter Absenkung des Kältemittel­ druckes vermieden werden; eine Absenkung des Kältemitteldruckes erfolgt regelmäßig bei niedrigeren Außentemperaturen.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles noch erläutert; dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Klimaan­ lage für Kraftfahrzeuge.

Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Klimaanlage weist in üblicher Weise einen Kompressor oder Verdichter 11, einen Kondensator 12, ein Expansionsventil 13 und einen Verdampfer 14 auf, die in einem Kältemittelkreislauf 15 angeordnet sind und in der genannten Reihenfolge von einem Kältemittel durchströmt wer­ den. Der Kältemittelkreislauf 15 wird durch Verbindungsleitungen zwischen den genannten Bauelementen hergestellt. Die Klimaanlage enthält außerdem - wie üblich - einen Temperatursensor 36 am Verdampfer und einen Drucksensor 33 auf der Hochdruckseite des Kreislaufes. Der Verdampfer 14 ist in einem Luftverteilerkanal 16 angeordnet und überdeckt dessen gesamten Luftdurchtrittsquer­ schnitt. Der Luftverteilerkanal 16 ist an den Ausgang eines Ge­ bläses 17 angeschlossen, dessen Zulauf mittels einer Umluftklap­ pe 18 wechselweise an eine Frischluftöffnung 19 oder eine Abluft­ öffnung 20 des Innenraums 21 des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden kann. Die Abluftöffnung 20 ist in der mit 22 angedeuteten Stirnwand des Innenraums 21 angeordnet, während die Frischluft­ öffnung 19 in der Wandung eines am Gebläse 17 festgelegten Was­ serkastens 34 angeordnet ist, der über ein Luftgitter 23 in der Motorhaube 24 mit der Umgebungsluft in Verbindung steht. Mit 25 ist ein Luftfilter bezeichnet. Die Umluftklappe 18 wird von ei­ nem elektrischen Stellmotor 26 betätigt und gibt wechselweise die Frischluftöffnung 19 zum gebläseseitigen Ansaugen von Frischluft von außen oder die Abluftöffnung 20 zum Ansaugen von Umluft aus dem Innenraum 21 frei.

Die Klimaanlage enthält ein sog. Klimatisierungsbediengerät 29, welches auch eine Steuerungselektronik umfaßt. Mit diesem Bedi­ engerät läßt sich die Klimaanlage nicht nur manuell ein- und ausschalten, sondern sie bedient auch aufgrund einer gewissen "Intelligenz" des Bediengerätes in Abhängigkeit von den Signalen installierter Sensoren automatisch und selbsttätig die Klimaan­ lage. Beim Ein- bzw. Ausschalten der Klimaanlage wird der Ver­ dichter 11 gestartet bzw. stillgesetzt. Als Kältemittel wird im Kältemittelkreislauf ein Kohlenwasserstoff verwendet, der gute thermodynamische Eigenschaften hat, jedoch in Verbindung mit Luft brennbar ist. Beispielsweise kann ein Gemisch aus Propan und Butan zum Einsatz gelangen. Um durch die Brennbarkeit des Kältemittels die Fahrzeuginsassen nicht zu gefährden, sind so­ wohl am Kältemittelkreislauf als auch an dem Klimatisierungsbe­ diengerät gewisse Vorkehrungen getroffen. So sind die Signale des Temperatursensors 36 und des hochdruckseitigen Drucksensors 33 auf die Eingangsseite des Klimatisierungsbediengerätes ge­ schaltet. Zu Zwecken der Erfindung ist ferner auch auf der Nie­ derdruckseite des Kältemittelkreislaufes, und zwar in enger Nachbarschaft zum Verdampfer 14 stromabwärts zwischen diesem und dem Expansionsventil 13, ein weiterer Drucksensor 35 angeordnet, dessen Signalausgang ebenfalls eingangsseitig auf das Klimati­ sierungsbediengerät geschaltet ist. Dieser Drucksensor ist so geschaltet, daß er nur aktiv ist, wenn das Fahrzeug zwar benutzt wird, aber die Klimaanlage nicht in Betrieb ist. Dann reagiert der Drucksensor 35 auf einen etwaigen, leckbedingten Druckabfall im Kältemittelkreislauf 15 und gibt bei unzulässig starkem bzw. raschem Druckabfall ein elektrisches Detektionssignal an das Klimatisierungsbediengerät 29 ab.

Das Klimatisierungsbediengerät 29 generiert aufgrund der Detek­ tionssignale der Sensoren und in Abhängigkeit von ihnen gewisse Aktivierungssignale, die ggf. an unterschiedlichen Ausgängen an­ stehen. Diese Ausgänge sind mit einer elektrischen und akusti­ schen Warnvorrichtung 32, dem Gebläsemotor 37 sowie mit den Stellmotor 26 für die Umluftklappe 18 verbunden. Durch die Ein­ griffe des Klimatisierungsbediengerätes an verschiedenen Stellen der Klimaanlage soll verhindert werden, daß aus dem Kältemittel­ kreislauf 15 austretendes Kältemittel, welches mit dem Luftstrom über den Luftverteilerkanal 16 in den Innenraum 21 gelangen kann, sich dort anreichern und zusammen mit der Raumluft ein brennbares Gemisch bilden kann, das die Fahrzeuginsassen erheb­ lich gefährden könnte.

In diesem Zusammenhang generiert das Klimatisierungsbediengerät 29 zunächst aufgrund des Detektionssignals ein Aktivierungssig­ nal für die optische und akustische Warnvorrichtung 32, die da­ mit eingeschaltet wird und den Fahrer auf den Defekt in der Kli­ maanlage aufmerksam macht. Ferner erzeugt das Klimatisierungsbe­ diengerät 29 ein Stellsignal für die Umluftklappe 18, das an de­ ren Stellmotor 26 gelangt und diesen solange einschaltet, bis die Umluftklappe 18 ihre in der Zeichnung dargestellte Lage ein­ nimmt, in welcher die Abluftöffnung 20 des Innenraums 21 voll­ ständig verschlossen ist und der Eingang des Gebläses 17 mit der Frischluftöffnung 19 in Verbindung steht. Im Leckfalle wird also selbsttätig auf Frischluftbetrieb umgeschaltet. Darüber hinaus wird im Falle des Ansprechens des niederdruckseitigen Drucksen­ sors 35 durch das Klimatisierungsbediengerät 29 das Gebläse 17 über den von ihr angesteuerten Gebläsemotor 37 selbsttätig auf eine höchstmögliche Förderstufe eingestellt, wodurch die austre­ tenden Dämpfe auf größtmögliche Weise mit Luft verdünnt werden, so daß das entstehende Gemisch nicht mehr zündfähig ist.

Der Drucksensor 35 ist zweckmäßiger Weise mit einer zeitlich differenzierend wirkenden Meßcharakteristik ausgestattet wodurch er auf langsame Druckänderungen nicht reagiert. Vielmehr spricht er nur auf relativ rasch ablaufende Druckänderungen an, die sich mit einem oberhalb eines voreinstellbaren zeitlichen Druckgradi­ enten ändern. Dadurch bleiben betriebsbedingte, langsame Druck­ änderungen ebenso unberücksichtigt wie schleichende Lecks, die keine Gefährdung für die Insassen darstellen. Ein unnötiges oder vermeidbares Ansprechen der Warneinrichtung kann dadurch vermie­ den werden.

In dem Klimatisierungsbediengerät 29 ist die Dampfdruckkurve des verwendeten Kältemittels abgespeichert. Ferner ist der Verdamp­ fer 14 mit dem bereits erwähnten Temperaturfühler 36 versehen. Im übrigen ist der Drucksensor 35 derart ausgebildet, daß seine Ansprechschwelle durch das Klimatisierungsbediengerät 29 fernbe­ tätigt und automatisiert voreinstellbar und auch jederzeit ver­ änderbar ist. Dadurch kann die Ansprechschwelle des Drucksensors 35 in Abhängigkeit von der Verdampfertemperatur laufend selbst­ tätig so eingestellt werden, daß der Ansprech-Druckwert des Drucksensors stets unterhalb des jeweiligen Arbeitspunktes der Dampfdruckkurve der Klimaanlage liegt. Dadurch kann ein Fehl­ alarm aufgrund betriebsbedingter Absenkung des Kältemittel­ druckes vermieden werden; eine Absenkung des Kältemitteldruckes er­ folgt regelmäßig bei niedrigeren Außentemperaturen.

Ist die Klimaanlage hingegen in Betrieb, so ist der Drucksensor 35 am Verdampfer nicht aktiv. Tritt in betriebsbereitem Zustand der Klimaanlage ein Leck und in Folge dessen ein Druckabfall auf, so wird die Klimaanlage durch das Signal des üblicherweise vorhandenen hochdruckseitigen Drucksensors 33 abgeschaltet. Die vom Klimatisierungsbediengerät 29 generierten Steuersignale für das Gebläse 17, die Umluftklappe 18 und die Warnvorrichtung 32 sind die gleichen wie im zuvor beschriebenen Fall der ausge­ schalteten Klimaanlage.

Claims (4)

1. Sicherheitseinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, mit einem Verdichter, einem Kondensator, einem Expansionsventil und einem Verdampfer, die in einem Kältemittelkreislauf in der genannten Reihenfolge von ei­ nem Kältemittel durchströmt werden, und mit einem zum Fahrzeug­ innenraum führenden, mit einem Luftstrom beaufschlagbaren Luft­ verteilerkanal, in dem der Verdampfer angeordnet ist, wobei der Luftstrom mittels einer servosteuerbaren Klappenbetätigung wahl­ weise auf Frischluftzufuhr oder auf Umluftbetrieb einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß neben einem hochdruckseitig im Kältemittelkreislauf angeord­ neten Drucksensor (33) ein weiterer Drucksensor (35) in dem das Kältemittel in dampfförmiger Form führenden, niederdruckseitigen Teil des Kältemittelkreislaufes (15) zum Erfassen des Kältemit­ teldruckes im Bereich des Verdampfers (14) angeordnet ist, wobei die Drucksensoren (33, 35) im Falle des Absinkens des Kältemit­ teldruckes unterhalb eines für jeden Drucksensor separat vorein­ stellbaren, minimal zulässigen Grenzwertes ein Drucksignal er­ zeugen, welches die Klappensteuerung für den Luftstrom auf Frischluftzufuhr einstellt, und wobei der hochdruckseitige Drucksensor (33) bei ein­ geschalteter und der niederdruckseitige Drucksensor bei nicht eingeschalteter Klimaanlage wirksam ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der niederdruckseitige Drucksensor (35) mit einer zeitlich differenzierend wirkenden Meßcharakteristik ausgestat­ tet ist, derart, daß er auf langsame Druckänderungen nicht, son­ dern nur auf rasche, d. h. mit einem oberhalb eines voreinstell­ baren zeitlichen Druckgradienten sich ändernden Druckänderungen anspricht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle des Ansprechens der Drucksensoren (33, 35) das Ge­ bläse (17) zur Förderung der Frischluft selbsttätig auf eine höchstmögliche Förderstufe gesteuert wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Klimatisierungsbediengerät (29) mit darin abgespeicher­ ter Dampfdruckkurve des verwendeten Kältemittels vorgesehen und der Verdampfer (14) mit einem Temperaturfühler (36) versehen ist und daß die voreinstellbare Ansprechschwelle des Drucksensors (35) durch das Klimatisierungsbediengerät (29) in Abhängigkeit von der Verdampfertemperatur laufend selbsttätig so gesteuert wird, daß der der Ansprechschwelle entsprechende Druckwert des Drucksensors (35) stets unterhalb des jeweiligen Arbeits­ punktes der Dampfdruckkurve der Klimaanlage liegt.