DE19731369C1

DE19731369C1 - Klimaanlage für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE19731369C1
Application number: DE19731369A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Nonnenmacher; Roland Dipl Phys Schreiber
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2017-07-23

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Fahrzeugen mit Klimaanlage tritt das Problem auf, daß bei erneutem Starten der Klimaanlage nach kurzer Standzeit unter bestimmten Umgebungsbedingungen eine Scheibenbeschlagneigung besteht; denn nach Abschalten der Klimaanlage ist der Verdampfer an seiner Oberfläche feucht und durch die warme Umgebung im Motorraum oder im Außenraum steigt die Temperatur der Luft im Klimakasten an und nimmt die Feuchtigkeit der in den Fahrzeuginnenraum einströmenden und dort die Fahrzeugscheiben, insbesondere die Windschutz- oder Frontscheibe, bestreichenden Luft zu.

Bei einer bekannten Klimaanlage der eingangs genannten Art (DE 40 28 787 C1) wirkt man dieser erhöhten Scheibenbeschlagneigung dadurch entgegen, daß dem Verdampfer eine Heizvorrichtung zugeordnet wird, die durch Wärmeleitung, Konvektion oder Strahlung die für den Kondensatniederschlag besonders anfälligen Verdampferbereiche erwärmt. Die Heizvorrichtung wird elektrisch oder mit dem von der Brennkraftmaschine kommenden heißen Kühlwasser betrieben. Für das zuverlässige Entfeuchten des Verdampfers ist es jedoch erforderlich, daß die Ausschaltdauer des Kompressors im Kältemittelkreislauf der Klimaanlage während der Fahrt oder der Stillstandszeit des Fahrzeugs lange genug ist, um den Verdampfer abzutrocknen. Auch kann eine Scheibenbeschlagung nicht verhindert werden, wenn der Fahrzeugnutzer während der Stillstandszeit des Fahrzeugs die Klimaanlage erst kurz vor Neustart des Fahrzeugs ausschaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klimaanlage der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß unter allen erdenklichen Randbedingungen und bei allen möglichen Betriebszuständen eine Beschlagfreihaltung der Fahrzeugscheiben, insbesondere der Windschutz- oder Frontscheibe, gewährleistet ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Klimaanlage hat den Vorteil, daß mit Schließen des Kaltluftkanal-Absperrorgans feuchte Luft aus dem Verdampferbereich definiert durch die Abluftöffnung nach außen abgeleitet wird und zugleich durch Öffnen des Bypass-Absperrorgans der Fahrzeuginnenraum und die Fahrzeugscheiben mit beheizter oder unbeheizter Luft belüftet werden. Damit ist unabhängig von der Standzeit des Fahrzeugs oder Ausschaltdauer der Klimaanlage oder dem Einschaltzeitpunkt der Klimaanlage auch noch bei nassem Verdampfer sichergestellt, daß die Frontscheibe stets beschlagfrei gehalten wird.

Zweckmäßige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Klimaanlage mit vorteilhaften Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der vorzugsweise am Kanalboden in dem von Verdampfer und Absperrorgan begrenzten Kanalabschnitt des Kaltluftkanals angeordneten Abluftöffnung ein steuerbares Absperrorgan zugeordnet. Dieses Absperrorgan wird im Normalbetrieb geschlossen, um unnötige Luftverluste zu vermeiden, und zum Abtrocknen des Verdampfers vollständig geöffnet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuereinheit vorgesehen, die in Abhängigkeit von Parametern, wie Feuchte am Verdampfer, Außentemperatur, Einschaltdauer des Kompressors im Kältemittelkreislauf etc., aktiviert und deaktiviert wird, wobei sie mit Aktivierung das Kaltluftkanal-Ab sperrorgan ganz oder teilweise schließt und das Bypass-Absperrorgan sowie das Abluftöffnungs-Absperrorgan öffnet und mit Deaktivierung umgekehrt das Kaltluftkanal-Absperrorgan vollständig öffnet und das Bypass-Absperrorgan sowie das Abluftöffnungs-Absperrorgan wieder schließt.

Bei einer sog. luftseitig geregelten Heizung, bei welcher der Wärmetauscher ständig von dem heißen Kühlwasser der Brennkraftmaschine durchströmt wird, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dem Wärmetauscher ein weiterer Bypass zugeordnet, der von dem Bypass in Luftströmungsrichtung gesehen hinter dessen Mündungsstelle im Kaltluftkanal abzweigt und im Warmluftkanal mündet. In dem weiteren Bypass und an der Mündungsstelle des ersten Bypasses im Kaltluftkanal ist jeweils ein Absperrorgan angeordnet. Beide Absperrorgane dienen zur Regulierung der Luftmenge, die durch den Wärmetauscher hindurchströmt und/oder durch den weiteren Bypass den Wärmetauscher umgeht.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 und 2 jeweils ausschnittweise einen Längsschnitt einer Klimaanlage für Fahrzeuge gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.

Die in Fig. 1 im Längsschnitt schematisch dargestellte Klimaanlage weist ein Gehäuse 10 auf, an dessen Eingang ein Gebläse 11 angesetzt ist und dessen Ausgang mit einem Luftverteiler verbunden ist. In bekannter Weise führen vom Luftverteiler Luftkanäle zu Luftausströmdüsen, die an verschiedenen Stellen im Fahrzeuginnenraum angeordnet sind. Das Gebläse 11 saugt Frischluft aus der Fahrzeugumgebung oder Umluft aus dem Fahrzeuginnenraum an und bläst diese in einen Hauptluftkanal 12 ein. Der Hauptluftkanal 12 ist an dem vom Gebläse 11 abgekehrten Ende mit einem Verdampfer 13 begrenzt, der in bekannter Weise zusammen mit einem hier nicht dargestellten Kompressor und einem Expansionsventil im Kältemittelkreislauf der Klimaanlage eingebunden ist. Dem Verdampfer 13 ist ein Kaltluftkanal 14 nachgeordnet, in dem die den Verdampfer 13 durchströmende und hier zu Kaltluft gewandelte Gebläseluft weitergeführt wird. Der Kaltluftkanal 14 ist von einem Wärmetauscher 15 begrenzt, der in bekannter Weise vom heißen Kühlwasser der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs durchströmt ist und die ihn durchströmende Kaltluft entsprechend erwärmt. Dem Wärmetauscher 15 ist ein Warmluftkanal 16 nachgeordnet, der in dem hier nicht dargestellten Luftverteiler mündet oder diesen Luftverteiler selbst bildet.

Dem Verdampfer 13 ist ein Bypass 17 zugeordnet, der vom Hauptluftkanal 12 abzweigt und im Kaltluftkanal 14 mündet. Die Abzweigstelle des Bypasses 17 vom Hauptluftkanal 12 ist mit 18 und die Mündungsstelle des Bypasses 17 im Kaltluftkanal 14 mit 19 bezeichnet. An der Abzweigstelle 18 ist ein steuerbares Absperrorgan 20 zum Sperren bzw. Freigeben des Bypasses 17 angeordnet, das beispielsweise als schwenkbare Luftklappe ausgebildet ist. Im Kaltluftkanal 14 hinter dem Verdampfer 13 ist in Luftströmungsrichtung gesehen vor der Mündungsstelle 19 des Bypasses 17 ein zweites steuerbares Absperrorgan 21 vorgesehen, mit dem der Querschnitt des Kaltluftkanals 14 vollständig abdeckbar oder freigebbar ist. Da gleichzeitig die Ablüftungsöffnung 22 zum Abführen von Kondenswasser dient, verschließt das Absperrorgan 23 in ihrer Schließstellung die Ablüftungsöffnung 22 nur teilweise. Dieses zweite Absperrorgan 21 kann ebenfalls als Luftklappe ausgebildet werden, die um eine quer zur Luftströmungsrichtung ausgerichtete Schwenkachse drehbar ist. In dem von dem Verdampfer 13 einerseits und dem zweiten Absperrorgan 21 andererseits begrenzten Kanalabschnitt 141 des Kaltluftkanals 14 ist am Boden des Kanalabschnitts 141 eine Ablüftungsöffnung 22 vorgesehen, die mittels eines dritten Absperrorgans 23 abdeckbar oder freigebbar ist. Die drei Absperrorgane 20, 21 und 23 sind von einer Steuereinheit 24 steuerbar und werden bei Aktivierung der Steuereinheit 24 so gesteuert, daß das erste Absperrorgan 20 geöffnet, das zweite Absperrorgan 21 geschlossen und das dritte Absperrorgan 23 ebenfalls geöffnet wird. Bei Deaktivierung der Steuereinheit 24 erfolgt umgekehrt ein Schließen des ersten Absperrorgans 20 ein Öffnen des zweiten Absperrorgans 21 und ein Schließen des dritten Absperrorgans 23. Die Aktivierung bzw. Deaktivierung erfolgt in Abhängigkeit von bestimmten Parametern, so z. B. der Feuchte am Verdampfer 13 der Außentemperatur und/oder der Einschaltdauer oder eines Abschaltsignals des Kompressors im Kältemittelkreislauf. Hierzu ist mit dem Eingang der Steuereinheit 24 ein am Verdampfer 13 angeordneter Feuchtesensor 25, ein Temperatursensor 26 für die Außentemperatur und eine vom Kompressor kommende Signalleitung 27 verbunden.

Die zu Fig. 1 beschriebene Klimaanlage arbeitet wie folgt:
Im Normalbetrieb ist die Steuereinheit 24 deaktiviert und damit das Bypass-Absperrorgan 20 an der Mündungsstelle 18 und das Ablüftungsöffnungs-Absperrorgan 23 an der Ablüftungsöffnung 22 geschlossen sowie das Kaltluftkanal-Ab sperrorgan 21 geöffnet. Der vom Gebläse 11 geförderte Gebläse- oder Hauptluftstrom durchströmt den Verdampfer 13, den Wärmetauscher 15 und tritt über den Verteiler an verschiedenen Luftaustrittsdüsen in den Fahrzeuginnenraum ein. Im Verdampfer 13 wird der Luftstrom gekühlt und im Wärmetauscher 15 wieder aufgeheizt. Der Wärmetauscher 15 ist wasserseitig geregelt, d. h. seine Wärmeleistung wird durch die Menge des durch ihn hindurchfließenden Kühlwassers der Brennkraftmaschine bestimmt. Durch die Kühlung der Gebläseluft im Verdampfer 13 wird diese entfeuchtet, wobei sich das Kondenswasser am Verdampfer 13 und im Kaltluftkanal 14 niederschlägt und über die Ablüftungsöffnung 22 abläuft. Die entfeuchtete Luft wird entsprechend der gewünschten Temperatur im Wärmetauscher 15 wieder aufgeheizt. Wird in der Steuerelektronik 24 aufgrund der verschiedenen Parameter erkannt, daß der Verdampfer 13 zu feucht ist und daher die Gefahr des Scheibenbeschlagens durch die in den Fahrzeuginnenraum einströmende, zu feuchte Luft besteht, wird die Betriebsweise "Verdampfertrocknung" der Klimaanlage eingeschaltet. Durch die Aktivierung der Steuereinheit 24 wird das Bypasskanal-Absperrorgan 20 und das Ablüftungsöffnungs-Ab sperrorgan 23 geöffnet und das Kaltluftkanal-Absperrorgan 21 geschlossen. Dadurch wird die dem Verdampfer 13 zugeführte Gebläseluft in zwei Teilströme getrennt, von denen der eine durch den Bypasskanal 17 in den Kaltluftkanal 14 unmittelbar vor dem Wärmetauscher 15 einströmt und der andere Teilstrom den Verdampfer 13 durchsetzt und über die Abluftöffnung 22 an die Umgebung abgegeben wird. Dieser zweite Teilluftstrom trocknet den Verdampfer 13 und führt das Kondenswasser über die Ablüftungsöffnung 22 nach außen ab. Über den ersten Teilluftstrom kann der Fahrzeuginnenraum nach wie vor mit beheizter oder unbeheizter Luft versorgt werden, je nachdem ob der Wärmetauscher 15 von dem Heizmedium durchströmt ist oder nicht. Dieser Teilluftstrom besitzt keine von dem nassen Verdampfer 13 bewirkte erhöhte Feuchtigkeit und führt daher nicht zu einem Beschlagen der Windschutzscheibe.

Zur Beschleunigung des Trocknungsprozesses am Verdampfer 13 kann der den Verdampfer 13 durchströmende zweite Teilluftstrom aufgeheizt werden. Hierzu ist, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet ist, der den Hauptluftkanal 12 begrenzenden Vorderseite des Verdampfers 13 eine flächige, elektrische Heizvorrichtung 33 vorgeordnet, die in der Betriebsweise "Verdampfertrocknung" über die Steuereinheit 24 eingeschaltet wird.

Die in Fig. 2 abschnittweise im Längsschnitt dargestellte Klimaanlage stimmt weitgehend mit der Klimaanlage gemäß Fig. 1 überein, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Sie ist insoweit modifiziert, als der Wärmetauscher 15 luftseitig geregelt ist, d. h. ständig von dem heißen Kühlwasser der Brennkraftmaschine unregelbar durchströmt ist und der Wärmebedarf durch die über den Wärmetauscher 15 geführte Luftmenge reguliert wird. In diesem Fall ist dem Wärmetauscher 15 ein weiterer Bypass 28 zugeordnet, der von dem ersten Bypass 17 in Luftströmungsrichtung gesehen hinter dessen Mündungsstelle 19 im Kaltluftkanal 14 abzweigt und im Warmluftkanal 16 mündet. Im weiteren Bypass 28 ist ein viertes Absperrorgan 29 in Form einer schwenkbaren Luftklappe angeordnet, das vorzugsweise unmittelbar an der Abzweigstelle 30 des weiteren Bypasses 28 angeordnet ist. Außerdem ist der Mündungsstelle 19 des ersten Bypasses 17 im Kaltluftkanal 14 ein fünftes Absperrorgan 31 in Form einer schwenkbaren Luftklappe zugeordnet. Das vierte und fünfte Absperrorgan 29, 31, die ebenfalls von der Steuereinheit 24 angesteuert werden, dienen zur Einstellung der Luftmengen, die den Wärmetauscher 15 durchströmen und/oder an diesem vorbeigeführt werden. Die beiden getrennten, z. B. als Luftklappen gestaltete Absperrorgane 29, 31, können auch als sog. Kombiklappe ausgebildet werden, die wechselweise in der einen Schwenkendstellung den weiteren Bypass 28 verschließt und die Mündungsstelle 19 des ersten Bypasses 17 freigibt und in der anderen Schwenkendstellung umgekehrt die Abzweigstelle 30 zum weiteren Bypass 28 freigibt und die Mündungsstelle 19 schließt, wobei die Kombiklappe jede Schwenkstellung zwischen den beiden Schwenkendstellungen einnehmen kann. Dadurch kann die Temperatur der im Warmluftkanal 16 zum Luftverteiler strömenden Luft eingestellt werden. Die Mündungsstelle des weiteren Bypasses 28 im Warmluftkanal 16 ist mit 32 bezeichnet. Bis auf die Temperatureinstellung der Warmluft durch die beiden Absperrorgane 29, 31 ist die Wirkungsweise dieser Klimaanlage identisch mit der zu Fig. 1 beschriebenen Klimaanlage, so daß insoweit auf die dortige Beschreibung Bezug genommen wird.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist es möglich, im Betriebsmodus "Verdampfertrocknung" mittels des Kaltluftkanal-Ab sperrorgans 21 nicht den Kaltluftkanal 14 vollständig sondern nur teilweise abzusperren, so daß noch ein Teil des durch den Verdampfer 13 zur Verdampferentfeuchtung strömenden Luftstromes dem über den Bypass 17 den Wärmetauscher 15 zuströmenden zweiten Teilstrom beigemischt wird.

Anstelle der oder zusätzlich zur Aktivierung und Deaktivierung der Steuereinheit 24 bei Erfüllung bestimmter Parameter kann auch grundsätzlich die Steuereinheit 24 für eine gewisse Zeit nach Abschalten des Kompressors im Kältemittelkreislauf aktiviert werden.

Es ist auch nicht zwingend, daß die Klimaanlage im sog. Reheat-Betrieb arbeitet, d. h., die Gebläseluft zunächst im Verdampfer 13 abgekühlt und anschließend im Wärmetauscher 15 wieder aufgeheizt wird, um so wirkungsvoll entfeuchtet zu werden. Es ist auch möglich, die vom Verdampfer 13 erzeugte Kaltluft unter Umgehung des Wärmetauschers einen dem Warmluftkanal 16 nachgeordneten und dem Luftverteiler vorgeordneten Luftmischraum zuzufahren, in dem die mittels einer Warm- und Kaltluftklappe dosierten Luftmengen unterschiedlicher Temperatur miteinander vermischt werden, um eine gewünschte Lufttemperatur zu erhalten.

Claims

1. Klimaanlage für Fahrzeuge mit einem an einem Hauptluftkanal angeschlossenen Verdampfer zur Erzeugung von Kaltluft, einem vom Verdampfer wegführenden Kaltluftkanal, einem von einem Heizmedium durchströmenden Wärmetauscher zur Erzeugung von Warmluft und einem vom Wärmetauscher wegführenden Warmluftkanal, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verdampfer (13) ein Bypass (17) zugeordnet ist, der vom Hauptluftkanal (12) abzweigt und im Kaltluftkanal (14) mündet und mindestens ein steuerbares Absperrorgan (20) enthält, daß im Kaltluftkanal (14) in Luftströmungsrichtung gesehen vor der Mündungsstelle (19) des Bypasses (17) ein weiteres steuerbares Absperrorgan (21) zum vollständigen oder teilweise Verschließen des Kaltluftkanals (14) angeordnet ist, daß in dem vom Verdampfer (13) und dem weiteren Absperrorgan (21) begrenzten Kaltluftkanalabschnitt (141) eine Ablüftungsöffnung (22) angeordnet ist und daß eine Steuereinheit (24) zum Steuern der Absperrorgane (20, 21) vorgesehen ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (24) das Bypass-Absperrorgan (20) und das Kaltluftkanal-Absperrorgan (21) gleichzeitig und gegensinnig ansteuert.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise am Kanalboden des Kanalabschnitts (141) angeordneten Abluftöffnung (22) ein steuerbares Absperrorgan (23) zugeordnet ist.

4. Klimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (24) das Abluftöffnungs-Absperrorgan (23) gleichzeitig und gegensinnig mit dem Kaltluftkanal-Absperrorgan (21) ansteuert.

5. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (24) in Abhängigkeit von Feuchte am Verdampfer (13) und/oder Außentemperatur und/oder Einschaltdauer eines Kompressors im Kältemittelkreislauf und/oder eines Abschaltsignals des Kompressors aktiviert und deaktiviert wird.

6. Klimaanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (24) mit ihrer Aktivierung das Kaltluftkanal-Absperrorgan (21) ganz oder teilweise schließt und das Bypass-Absperrorgan (20) sowie das Ablüftungsöffnungs-Ab sperrorgan (23) öffnet und mit Deaktivierung umgekehrt das Kaltluftkanal-Absperrorgan (21) öffnet und das Bypass-Absperrorgan (20) sowie das Ablüftungsöffnungs-Absperrorgan (23) wieder schließt.

7. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine steuerbare Absperrorgan (20) im Bypass (17) an der Abzweigstelle (18) des Bypasses (17) vom Hauptluftkanal (12) angeordnet ist.

8. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (15) am Kaltluftkanal (14) in Luftströmungsrichtung gesehen hinter der Mündungsstelle (19) des Bypasses (17) angeordnet ist.

9. Klimaanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (15) unsteuerbar ständig von einem Heizmedium durchflossen ist, daß dem Wärmetauscher (15) ein weiterer Bypass (28) zugeordnet ist, der von dem ersten Bypass (17) in Luftströmungsrichtung gesehen hinter dessen Mündungsstelle (19) im Kaltluftkanal (14) abzweigt und im Warmluftkanal (16) mündet und daß jeweils ein Absperrorgan (29, 31) in dem weiteren Bypass (28) und an der Mündungsstelle (19) des ersten Bypasses (17) im Kaltluftkanal (14) angeordnet ist.

10. Klimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Absperrorgane (29, 31) von einer einzigen Schwenkklappe gebildet sind, die wechselweise in je einer Schwenkendstellung den weiteren Bypass (28) und die Mündungsstelle (19) sperrt und freigibt.

11. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Verdampfer (13) eine elektrische Heizvorrichtung (33) angeordnet ist.

12. Klimaanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißvorrichtung (33) im Luftstrom unmittelbar vor dem Verdampfer (13) angeordnet ist.

13. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hauptluftkanal (12) ein Gebläse (11) zur Erzeugung eines Hauptluftstroms vorgeordnet ist, das Frischluft aus der Fahrzeugumgebung oder Umluft aus dem Fahrzeuginnenraum ansaugt.