DE19728579C1 - Fahrzeugklimaanlage mit außentaupunktabhängiger Klimatisierungsfunktion - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugklimaanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Klimaanlagen sind be­ kannt, wobei der zu einer Fahrzeugscheibe führende Luftkanal z. B. ein solcher sein kann, der zur Windschutzscheibe führt und dort in einer sogenannten Entfrosterdüse endet. Ein solcher Ent­ froster-Luftkanal dient herkömmlicherweise primär dazu, Verei­ sungen der Windschutzscheibe im Winter möglichst rasch zu ent­ fernen und erneut es Vereisen im laufenden Fahrbetrieb zu verhin­ dern. Dazu wird aufgeheizte Luft gezielt über die Entfrosterdü­ sen auf die Innenseite der Windschutzscheibe gerichtet. Darüber hinaus dient der Entfroster-Luftkanal bei herkömmlichen Klimaan­ lagen häufig dazu, Scheibenbeschlag an der Innenscheibe der Windschutzscheibe zu beseitigen bzw. dessen Bildung zu verhin­ dern. Zu diesem Zweck verfügt die Klimaanlage dann über eine so­ genannte Reheat-Betriebsart, in welcher die von der Klimaanlage angesaugte Luft am Verdampfer abgekühlt und dadurch getrocknet und anschließend die getrocknete Luft aufgeheizt und über den Entfroster-Luftkanal an die Innenseite der Windschutzscheibe als trockener und ausreichend warmer Luftstrom ausgeblasen wird.

Weiter erfolgt die Fahrzeuginnenraumklimatisierung durch derar­ tige Klimaanlagen in Abhängigkeit von der sogenannten Taupunkt­ temperatur der Außenluft und eventuell auch der Innenluft, wobei die Taupunkttemperatur jeweils als derjenige Temperaturwert de­ finiert ist, bei dessen Unterschreiten Kondensation auftritt. Unterschreitet beispielsweise die Temperatur der Windschutz­ scheibe die Taupunkttemperatur der Außenluft oder der Innenluft, tritt an derselben Außenbeschlag bzw. Innenbeschlag auf. Mittel zur Ermittlung der Taupunkttemperatur sind in verschiedenen Rea­ lisierungen bekannt. So ist beispielsweise in einer in der Of­ fenlegungsschrift DE 36 24 171 A1 beschriebenen Fahrzeugklimaan­ lage dieser Art die Kombination eines Temperatursensors und ei­ nes Feuchtesensors zur Ermittlung der Taupunkttemperatur be­ kannt. Dort wird sowohl die Taupunkttemperatur der Außenluft als auch diejenige der Innenluft ermittelt, wobei diese Informatio­ nen zum einen zur gezielten Beeinflussung des Innenraumklimas und zum anderen zum Erkennen einer drohenden oder bereits vor­ handenen Beschlagbildung an den Scheibeninnenseiten genutzt wer­ den. Ein zugehöriges Klimaanlagen-Steuergerät entscheidet je nach den zugeführten Sensorinformationen unter anderem darüber, ob die Belüftung des Fahrzeuginnenraums über einen auf die Wind­ schutzscheibe gerichteten Luftkanal oder über einen mehr in den Mittenbereich des Innenraums ausblasenden Luftkanal erfolgen soll.

Üblicherweise wird von herkömmlichen Klimaanlagen, insbesondere solche mit automatischer Luftführung, d. h. selbsttätiger Auftei­ lung der Zuluft auf die verschiedenen vorhandenen Luftkanäle, während des Kühlbetriebs, d. h. während Betriebsphasen zur Abküh­ lung der Innenraumluft, die angesaugte und z. B. über einen Ver­ dampfer abgekühlte Außenluft meist nur über einen Teil der vor­ handenen Luftkanäle in den Innenraum geblasen. Speziell bleibt dabei der Entfroster-Luftkanal meist geschlossen, um zu verhin­ dern, daß durch zu starke Abkühlung der Frontscheibe die Gefahr des Auftretens von Außenbeschlag an der Windschutzscheibe be­ steht. Bei Anlagen mit der Möglichkeit zum selbsttätigen Öffnen und Schließen des Entfroster-Luftkanals sind die Umschaltpunkte so gewählt, daß die Windschutzscheibe selbst bei extrem feuchtem und heißem Wetter, bei dem die Außenbeschlagneigung an höchsten ist, sicher vor Außenbeschlag geschützt bleibt. Andererseits ist es für den Kühlbetrieb wünschenswert, daß die Zuluft aus mög­ lichst vielen Luftkanälen in den Fahrzeuginnenraum ausgeblasen wird. Denn je weniger Luftkanäle geöffnet sind, um so höher sind die Ausblasgeschwindigkeiten und um so stärker treten dadurch Zugerscheinungen auf.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Fahrzeugklimaanlage der eingangs genannten Art zugrunde, mit der im Kühlbetrieb einerseits Scheibenaußenbeschlag zuver­ lässig verhindert wird und andererseits eine möglichst zugfreie Innenraumbelüftung erzielt wird.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Fahrzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei die­ ser Anlage öffnet und schließt das Steuergerät im Kühlbetrieb der Anlage den zu einer Fahrzeugscheibe, insbesondere der Wind­ schutzscheibe, führenden Luftkanal selbsttätig in Abhängigkeit von der ermittelten Außenluft-Taupunkttemperatur und der ermit­ telten Temperatur der in diesen Luftkanal zum Ausblasen in Rich­ tung der Fahrzeugscheibe anstehenden Luft. Dabei hält das Steu­ ergerät diesen Luftkanal geschlossen, solange die Ausblasluft­ temperatur kleiner als die Außenluft-Taupunkttemperatur zuzüg­ lich eines vorgebbaren Sicherheits-Offsettemperaturwertes ist. Letzterer kann anwendungsfallabhängig auf einen beliebigen, ge­ eigneten Wert größer gleich null gesetzt werden, um sicherzu­ stellen, daß der Luftkanal rechtzeitig vor einem Auftreten von Außenbeschlag geschlossen wird, wenn sich die Ausblaslufttempe­ ratur von oben der Außenluft-Taupunkttemperatur nähert. Anderer­ seits hält das Steuergerät den betreffenden Luftkanal stets we­ nigstens teilweise geöffnet, solange die Ausblaslufttemperatur über der Außenluft-Taupunkttemperatur zuzüglich des vorgebbaren Sicherheits-Offsettemperaturwertes liegt.

Insgesamt läßt sich folglich mit dieser Klimaanlage ein Kühlbe­ trieb realisieren, bei welcher auch der zur Fahrzeugscheibe füh­ rende Luftkanal in jeder Situation so lange zur Erzielung einer möglichst zugfreien und daher über möglichst viele der vorhande­ nen Luftkanäle erfolgenden Innenraumbelüftung mit Kühlluft bei­ trägt, wie dies gerade noch nicht zu einem Scheibenaußenbeschlag führt. Speziell kann dieser Luftkanal ein Entfroster-Luftkanal sein. Gegenüber herkömmlichen Anlagen mit festem Umschaltpunkt zwischen Öffnen und Schließen des Entfroster-Luftkanals im Kühl­ betrieb, der sich nach dem ungünstigsten Fall extrem feuchter und heißer Witterung zu richten hat, kann der zur Fahrzeug­ scheibe führende Luftkanal bei der erfindungsgemäßen Anlage z. B. bei weniger feuchter Witterung im Kühlbetrieb länger geöffnet bleiben, was die Behaglichkeit der Innenraumkühlung für die Fahrzeuginsassen erhöht.

Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Anlage läßt sich der zu einer Fahrzeugscheibe führende Luftkanal innerhalb eines in seiner Breite vorgebbaren, sich an die Außenluft-Taupunkttempe­ ratur zuzüglich des vorgebbaren Sicherheits-Offsettemperaturwer­ tes anschließenden Temperaturintervalls stufenlos oder stufig auf Zwischenstellungen zwischen seiner vollständig geschlossenen und seiner vollständig geöffneten Stellung einstellen. Damit kann der Luftkanal in diesem Bereich wenigstens noch teilweise zur Innenraumbelüftung mit Kühlluft genutzt werden, während gleichzeitig sein Luftdurchsatz so eingeschränkt wird, daß das Auftreten von Schreibenaußenbeschlag zuverlässig unterbunden bleibt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hier­ bei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Personenkraftwagens mit einer Klimaanlage mit außentaupunktabhängiger Kühl­ luftbeaufschlagung des Innenraums und

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Umschaltbereichs zwischen Geschlossenstellung und Offenstellung eines Ent­ froster-Luftkanals von Fig. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch die vorliegend relevanten Komponenten einer in einen Personenkraftwagen 1 eingebauten Klimaanlage. Die Klimaanlage besitzt einen herkömmlichen Aufbau und umfaßt ein Luftansauggebläse 2, an das sich in Luftströmungsrichtung ein Verdampfer 3 und ein Heizkörper 4 anschließen. Von Heizkörper 4 gelangt die Luft in einen Luftverteilraum 5, von dem ein Fuß­ raum-Luftkanal 6 zum Ausblasen von Luft in den Fußraum eines Fahrzeuginnenraums 8, ein Mittelebenen-Luftkanal 7 zum Ausblasen von Luft in den Mittenbereich des Fahrzeuginnenraums 8 und ein Entfroster-Luftkanal 9 abgehen, der im unteren Bereich der In­ nenseite einer Windschutzscheibe 10 mit im wesentlichen nach oben ausblasenden Entfrosterdüsen endet. In jedem Luftkanal 6, 7, 9 befindet sich eine zugehörige, ansteuerbare Luftklappe 11, 12, 13, mit welcher der Luftkanal 6, 7, 9 wahlweise geöffnet oder geschlossen gehalten werden kann. Die Luft kann vom Luftan­ sauggebläse 2 in herkömmlicher Weise in einem Umluftbetrieb über einen aus dem Fußraumbereich des Innenraums 8 ausmündenden Um­ luftansaugkanal 14 oder in einem Frischluftbetrieb über einen Zuluftkanal 15 angesaugt werden, der sich in dem Bereich vor der Windschutzscheibe 10 nach außen öffnet.

Im Zuluftkanal 15 ist eine Außenluft-Taupunktsensorik 16 ange­ ordnet, mit der die Taupunkttemperatur der angesaugten Außenluft erfaßt wird. Die Taupunktsensorik kann in herkömmlicher Weise direkt aus einem Taupunktsensor oder aus einer Kombination eines Feuchtesensors und eines Temperatursensors bestehen. Die ent­ sprechende Außentaupunktinformation wird von der Außentaupunkt­ sensorik 16 einem Steuergerät 17 zugeführt, das als Klimaanla­ gen-Steuergerät fungiert und sämtliche Klimaanlagenfunktionen steuert. Vorliegend ist dabei lediglich der nachfolgend näher erläutere Kühlbetrieb der Anlage von Interesse, während die An­ lage in den übrigen Betriebsarten vom Steuergerät 17 in herkömm­ licher Weise betrieben wird. Zur Durchführung des charakteristi­ schen Kühlbetriebs beinhaltet die Klimaanlage des weiteren Mit­ tel zur Ermittlung der Ausblaslufttemperatur für den Entfroster- Luftkanal 9, d. h. derjenigen Temperatur, welche Luft, die über den Entfroster-Luftkanal 9 im Kühlbetrieb der Anlage in Richtung Windschutzscheibe 10 schräg nach oben ausgeblasen wird, in Scheibennähe besitzt. Hierfür kann in einer nicht gezeigten Al­ ternative ein Temperatursensor im Austrittsbereich des Ent­ froster-Luftkanals 9 vorgesehen sein. Statt dessen ist bei der Anlage von Fig. 1 ein Temperatursensor 18 am Heizkörper 4 vorge­ sehen, der die Heizkörpertemperatur erfaßt, die ohnehin auch für weitere, hier nicht interessierende Betriebszwecke benötigt wird. Das Signal dieses Temperatursensors 18 ist ebenfalls dem Steuergerät 17 zugeführt, das daraus die Temperatur der über den Entfroster-Luftkanal 9 zur Windschutzscheibe 10 hin ausgeblase­ nen Luft dadurch ermittelt, daß es von der Temperatur am Heiz­ körper 4 einen Korrekturwert abzieht. Der Korrekturwert berück­ sichtigt das Temperaturgefälle für die Luftströmung vom Heizkör­ per 4 bis zum Austritt aus den Entfrosterdüsen des Entfroster- Luftkanals 9 und kann vorab empirisch ermittelt werden. Typische Korrekturwerte liegen z. B. in der Größenordnung von 10K.

Das Steuergerät 17 steuert den Anlagenbetrieb in Abhängigkeit von den in Fig. 1 gestrichelt angedeuteten Ausgangssignalen der beiden genannten Sensoren 16, 18 sowie weiterer, hier nicht wei­ ter interessierender und daher nicht explizit gezeigter Senso­ ren. Von Interesse ist dabei vorliegend speziell die selbsttä­ tige Ansteuerung der im Entfroster-Luftkanal 9 liegenden Ent­ froster-Luftklappe 13 durch das Steuergerät 17 über eine zugehö­ rige Steuerleitung 19, während die weiteren Steuerleitungen zur Bewirkung der übrigen Steuerungsfunktionen des Steuergerätes 17 in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind.

Das Steuergerät 17 steuert den Kühlbetrieb der Anlage, in wel­ chem Kühlluft in den Innenraum 8 ausgeblasen wird, derart, daß diese Kühlluft stets über den Fußraum-Luftkanal 6 und den Mit­ telebenen-Luftkanal 7 sowie möglichst oft auch über den Ent­ froster-Luftkanal 9 ausgeblasen wird. Wenn dabei die Ausblas­ lufttemperatur an den Entfrosterdüsen-Austritten die Taupunkt­ temperatur der Außenluft unterschreitet, besteht die Gefahr, daß an der Windschutzscheibe 10 Außenbeschlag auftritt, was nicht tolerierbare Sichtbehinderungen zur Folge haben könnte. Das Steuergerät 17 unterbindet daher das Ausblasen von Kühlluft über den Entfroster-Luftkanal 9 jeweils gerade in dem Maß, wie dies zur zuverlässigen Verhinderung von Außenbeschlag der Windschutz­ scheibe 10 erforderlich ist. Dazu ist im Steuergerät 17 ein ge­ eignetes Steuerverfahren implementiert, das nachfolgend anhand von Fig. 2 erläutert wird.

Im Diagramm von Fig. 2 ist die vom Steuergerät 17 im Kühlbetrieb der Anlage selbsttätig eingestellte Stellung der Entfroster- Luftklappe 13 in Abhängigkeit von der ermittelten Ausblasluft­ temperatur T_A dargestellt. Ist die Ausblaslufttemperatur T_A klei­ ner als ein Geschlossenstellungs-Schwellwert T_G, welcher sich aus der Addition eines Sicherheits-Offsettemperaturwertes von z. B. 4K zur ermittelten Außenluft-Taupunkttemperatur bestimmt, hält das Steuergerät 17 die Entfroster-Luftklappe 13 vollständig ge­ schlossen, denn dann ist die Ausblaslufttemperatur geringer als die Taupunkttemperatur der Außenluft oder jedenfalls nur um den Sicherheits-Offsettemperaturwert größer, so daß Außenbeschlag­ neigung der Windschutzscheibe 10 besteht, wenn derart kalte Aus­ blasluft gegen die Innenseite der Windschutzscheibe 10 geblasen würde. Dies wird durch das selbsttätige Schließen der Ent­ froster-Luftklappe 13 verhindert.

Ist die Ausblaslufttemperatur T_A größer als ein Offenstellungs- Schwellwert T_O, hält die Steuereinheit 17 die Entfroster-Luft­ klappe 13 vollständig geöffnet. In diesem Fall besteht wegen der ausreichend warmen Ausblasluft selbst bei maximaler Anströmung der Windschutzscheibe 10 keine Gefahr eines Außenbeschlags der­ selben. Der Offenstellungs-Schwellwert T_O liegt dabei um einen vorgebbaren Temperaturabstand T_D von typischerweise zwischen etwa 5K und 10K über dem Geschlossenstellungs-Schwellwert T_G.

Innerhalb des Temperaturbereichs zwischen den Geschlossenstel­ lungs-Schwellwert T_G und dem Offenstellungs-Schwellwert T_O er­ folgt der Übergang der Stellung der Entfroster-Luftklappe 13 zwischen ihrer vollständig geschlossenen und ihrer vollständig geöffneten Stellung. Dazu kann das Steuergerät 17 die Ent­ froster-Luftklappe 13 in diesem Bereich der Ausblaslufttempera­ tur T_A je nach Systemauslegung mit stufenlos oder stufig verän­ derbarem Öffnungsgrad in teilweise geöffneten Zwischenstellungen halten. In Fig. 2 ist dies durch zwei Beispiele illustriert. In einem ersten, durch eine durchgezogene Klappenstellungskennlinie K₁ repräsentierten Beispiel wird die Entfroster-Luftklappe 13 in diesem Bereich der Ausblaslufttemperatur T_A mit stufenlos zwi­ schen 0% und 100% linear veränderlichem Öffnungsgrad einge­ stellt, während in einem zweiten Beispiel, das durch eine ge­ punktete Klappenstellungskennlinie K₂ repräsentiert ist, die be­ treffende Entfroster-Luftklappe stufig verstellt wird. Speziell ist dabei eine einzelne Zwischenstellung mit einem Öffnungsgrad von 50% vorgesehen. Es versteht sich, daß je nach Bedarf weitere Alternativen für die Ansteuerung der Entfroster-Luftklappe 13 in diesem Zwischenstellungsbereich realisierbar sind, z. B. gestuft mit mehr als einer Zwischenstufe oder in Form eines sprung­ freien, gekrümmten Verlaufs der Öffnungsgrad-Kennlinie zwischen 0% beim Geschlossenstellungs-Schwellwert T_G und 100% beim Offen­ stellungs-Schwellwert T_O. In Betracht kommt selbstverständlich auch eine einstufige Umschaltung direkt zwischen der vollständig geöffneten und der vollständig geschlossenen Luftklappenstellung auf Höhe des Geschlossenstellungs-Schwellwertes T_G oder einem da­ rüberliegenden Temperaturwert der Ausblaslufttemperatur T_A.

Durch die oben erläuterte Kühlbetrieb-Funktionalität ist es mit der gezeigten Klimaanlage möglich, Kühlluft so lange wie möglich auch über den Entfroster-Luftkanal 9 in den Innenraum 8 aus zu­ blasen, ohne Außenbeschlag der Windschutzscheibe 10 zu verursa­ chen. Das Ausblasen von Kühlluft auch über den Entfroster-Luft­ kanal 9 hat den Vorteil, daß die Ausblasluftgeschwindigkeiten der verschiedenen Luftkanäle 6, 7, 9 bei gegebenem Luftdurchsatz geringer sind als bei geschlossenem Entfroster-Luftkanal 9, wo­ durch ein vergleichsweise zugfreies und damit luftiges Fahrzeug­ innenraumklima bereitgestellt werden kann. Zu beachten ist hier auch, daß kalte bzw. gekühlte Luft im Fußbereich als sehr unan­ genehm empfunden wird und der Fußraum-Luftkanal 6 daher zweck­ mäßigerweise geschlossen wird, sobald die Ausblaslufttemperatur die Körpertemperatur unterschreitet. Ein alleiniges Ausblasen der Kühlluft über den Mittelebenen-Luftkanal 7 würde dann zu re­ lativ hohen, unangenehmen Ausblasgeschwindigkeiten führen, was bei der gezeigten Anlage in den allermeisten Betriebssituationen aufgrund des geöffneten Entfroster-Luftkanals 9 vermieden wird.

Es versteht sich, daß neben der gezeigten weitere Realisierungen der erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage für den Fachmann mög­ lich sind. So kann insbesondere bei Bedarf anstelle des Ent­ froster-Luftkanals für die Windschutzscheibe oder zusätzlich zu demselben ein anderer, zu einer Fahrzeugscheibe führender Luft­ kanal, z. B. ein solcher, der zu einer seitlichen Fahrzeugscheibe führt, im Kühlbetrieb der Anlage auf die zum Entfroster-Luftka­ nal 9 beschriebene Art und Weise in seinem Luftausblasverhalten selbsttätig vom zugehörigen Klimaanlagen-Steuergerät gesteuert werden.

Claims (2)

1. Fahrzeugklimaanlage mit

• - Mitteln (16) zur Ermittlung der Taupunkttemperatur der Außen­ luft,
• - einem zu einer Fahrzeugscheibe (10) führenden Luftkanal (9) mit ansteuerbaren Verschlußmitteln (13),
• - Mitteln (17, 18) zur Ermittlung der Temperatur der über den zu der Fahrzeugscheibe führenden Luftkanal auszublasenden Luft und - einem Steuergerät (17) zum selbsttätigen Öffnen und Schließen des zur Fahrzeugscheibe führenden Luftkanals durch entsprechende Ansteuerung der Luftkanal-Verschlußmittel,
  dadurch gekennzeichnet, daß - das Steuergerät (17) im Kühlbetrieb der Klimaanlage den zur Fahrzeugscheibe (10) führenden Luftkanal (9) selbsttätig in Ab­ hängigkeit von der ermittelten Außenluft-Taupunkttemperatur und der ermittelten Ausblaslufttemperatur der über diesen Luftkanal ausgeblasenen Luft öffnet und schließt, wobei es den Luftkanal geschlossen hält, solange die Ausblaslufttemperatur kleiner als die Außenluft-Taupunkttemperatur zuzüglich eines vorgebbaren Sicherheits-Offsettemperaturwertes ist, und ihn wenigstens teil­ weise geöffnet hält, solange die Ausblaslufttemperatur über der Außenluft-Taupunkttemperatur zuzüglich des vorgebbaren Sicher­ heits-Offsettemperaturwertes liegt.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (17) im Kühlbetrieb der Klimaanlage den zu der Fahrzeugscheibe (10) führenden Luftkanal (9) bei Ausblaslufttem­ peraturen zwischen der Außenluft-Taupunkttemperatur zuzüglich des Sicherheits-Offsettemperaturwertes und einem demgegenüber um einen vorgebbaren Temperaturabstand (T_D) größeren Temperaturwert mit stufenlos oder in Stufen zwischen der Geschlossen- und der Offenstellung veränderlichen Öffnungsgrad teilweise geöffnet hält.