DE19823457B4

DE19823457B4 - Verfahren zum Steuern einer Klimaanlage für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE19823457B4
Application number: DE19823457A
Authority: DE
Inventors: Yashimitsu Kariya Inoue; Koji Kariya Takahashi; Shinji Kariya Aoki; Hajime Kariya Ito; Mitsugu Kariya Nakamura; Mikio Kariya Fukuoka; Michiyasu Kariya Yamamoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: US6078024A; GB2325732A; GB9810320D0; DE19823457A1; GB2325732B

Abstract

Verfahren zum Steuern einer Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einer Fahrgastzelle, wobei die Klimaanlage aufweist:
ein Gehäuse (35, 116) zum Bilden eines Luftdurchlasses, durch welchen Luft in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasen wird,
einen Heizwärmetauscher (H, H', H'', 100H), der in dem Gehäuse angeordnet ist, um Luft unter Verwendung eines Fluids, das durch den Heizwärmetauscher strömt, als Heizquelle zu heizen,
mehrere elektrische Heizelemente (91–94), die in dem Heizwärmetauscher zum Erwärmen der durch den Luftdurchlass strömenden Luft angeordnet sind, und
eine Steuereinheit zum Steuern von den elektrischen Heizelementen zuzuführendem Strom,
wobei eine Anzahl der einzuschaltenden elektrischen Heizelemente (91–94) entsprechend einer Temperatur des dem Heizwärmetauscher (H, H', H'', 100H) zugeführten Fluids oder einer Heizlast für die Fahrgastzelle gesteuert wird;
wobei alle elektrischen Heizelemente (91–94) ausgeschaltet werden, wenn die Temperatur des Fluids höher als eine erste vorbestimmte Temperatur ist bzw. wenn die Heizlast niedriger als ein vorbestimmter...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Klimaanlage für ein Fahrzeug, die einen Heizwärmetauscher und elektrische Heizelemente aufweist, die mit dem Heizwärmetauscher kombiniert sind.
In den zurückliegenden Jahren wuchs ein Bedarf, den Wirkungsgrad des in einem Motorraum angeordneten Motors eines Fahrzeugs zu verbessern. Wenn der Wirkungsgrad des Motors verbessert wird, wird die Belastung des Motors verringert und Kühlwasser zum Kühlen des Motors kann nicht ausreichend erhitzt werden. In einer Klimaanlage vom Heißwasser-Typ, bei welcher in eine Fahrgastzelle geblasene Luft unter Verwendung des Motorkühlwassers erwärmt wird, besteht das Problem, dass die Heizkapazität für die Fahrgastzelle unzureichend ist.

Um dieses Problem zu überwinden, schlägt die JP 05-069732 A einen Heizwärmetauscher vom Heißwasser-Typ vor, der mit einem elektrischen Heizelement kombiniert ist. Wenn bei dem Heizwärmetauscher die Temperatur von heißem Wasser, welches durch den Heizwärmetauscher strömt, niedriger ist als eine Solltemperatur, wird dem elektrischen Heizelement elektrische Energie zugeführt, um Luft zu heizen. Da in dem Heizwärmetauscher jedoch die zugeführte elektrische Energie zusammen mit dem Heißwasser zugeführt wird, kann die Heizkapazität für die Fahrgastzelle in Übereinstimmung mit dem Fahrzustand und weiteren Bedingungen im Fahrzeug nicht fein gesteuert werden. Da das elektrische Heizelement mit dem Heizwärmetauscher kombiniert ist, wird die in dem Heizwärmeelement erzeugte Wärme zu dem Wasser übertragen, welches durch den Heizwärmetauscher strömt, wenn das Wasser eine niedrigere Temperatur aufweist. In Richtung auf die Fahrgastzelle geblasene Luft kann deshalb durch die Wärme nicht wirksam erwärmt werden, die in dem elektrischen Heizelement erzeugt wird.

Die Dokumente DE 35 32 463 A1 , DE 42 38 364 A1 , DE 44 36 791 A1 , GB 915,379 A und US 3,525,853 A offenbaren jeweils eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, die einen Heizwärmetauscher mit einem einzigen elektrischen Heizelement aufweist.

Die EP 0 350 528 A1 beschreibt dagegen einen Wärmetauscher im Kühlsystem einer Brennkraftmaschine, der mehrere parallel angeordnete Heizelemente aufweist. Eine spezielle Ansteuerung dieser mehreren elektrischen Heizelemente ist jedoch in dieser Druckschrift nicht beschrieben.

Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klimaanlage für ein Fahrzeug zu schaffen, welche die Heizkapazität von elektrischen Heizelementen in Übereinstimmung mit Fahrzeugbedingungen fein steuern kann.

Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Klimaanlage für ein Fahrzeug zu schaffen, in welcher in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasene Luft eine gleichmäßige Temperaturverteilung aufweist.

Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Klimaanlage für ein Fahrzeug zu schaffen, in welcher die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die linke Seite der Fahrgastzelle geblasen wird und die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die rechte Seite der Fahrgastzelle geblasen wird, unabhängig gesteuert werden können.

Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Klimaanlage für ein Fahrzeug zu schaffen, in welcher die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die Oberseite in eine Fahrgastzelle geblasen wird, und die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die Unterseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, unabhängig gesteuert werden können.

Eine fünfte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Klimaanlage mit einem elektrischen Heizelement zu schaffen, das derart mit einem Heizwärmetauscher kombiniert ist, dass die Wärmemenge, die von dem elektrischen Heizelement auf ein Fluid übertragen wird, das durch den Heizwärmetauscher strömt, wirksam reduziert werden kann.

Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Verfahren zum Steuern einer Klimaanlage für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Klimaanlage für ein Fahrzeug enthält ein Gehäuse zum Bilden eines Luftdurchlasses, durch welchen Luft in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasen wird, einen Heizwärmetauscher, der in dem Gehäuse angeordnet ist, um Luft unter Verwendung eines Fluids, das durch den Heizwärmetauscher strömt, als Heizquelle zu heizen, mehrere elektrische Heizelemente, die in dem Heizwärmetauscher zum Erwärmen der durch den Luftdurchlass strömenden Luft angeordnet sind, und eine Steuereinheit zum Steuern von den elektrischen Heizelementen zuzuführendem Strom. Bei dem Steuerverfahren wird eine Anzahl der einzuschaltenden elektrischen Heizelemente entsprechend einer Temperatur des dem Heizwärmetauscher zugeführten Fluids oder einer Heizlast für die Fahrgastzelle gesteuert; alle elektrischen Heizelemente werden ausgeschaltet, wenn die Temperatur des Fluids höher als eine erste vorbestimmte Temperatur ist bzw. wenn die Heizlast niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und die Anzahl der einzuschaltenden elektrischen Heizelemente wird über einen Zustand, in dem ein Teil der elektrischen Heizelemente eingeschaltet ist, erhöht, wenn die Temperatur des Fluids ausgehend von der ersten vorbestimmten Temperatur sinkt bzw. wenn die Heizlast ausgehend von dem vorbestimmten Wert steigt.

Bevorzugt sind die elektrischen Heizelemente parallel in Querrichtung bzw. Links/Rechts-Richtung des Fahrzeugs angeordnet, sodass ein rechtes Heizelement auf der rechten Fahrzeugseite und ein linkes Heizelement auf der linken Fahrzeugseite angeordnet ist, und der Strom wird ausschließlich dem rechten Heizelement zugeführt, wenn die Temperatur der zur rechten Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft höher sein soll, bzw. ausschließlich dem linken Heizelement zugeführt, wenn die Temperatur der zur linken Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft höher sein soll, bzw. wird dem rechten Heizelement und dem linken Heizelement symmetrisch in der Querrichtung des Fahrzeugs zugeführt, wenn die Temperatur der zur linken Seite der Fahrgastzelle geblasenen Luft gleich der Temperatur der zur rechten Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft sein soll.

Die elektrischen Heizelemente sind bevorzugt parallel in vertikaler Richtung bzw. Oben/Unten-Richtung des Fahrzeugs angeordnet, sodass ein oberes Heizelement an der oberen Fahrzeugseite und ein unteres Heizelement an der unteren Fahrzeugseite angeordnet ist, und der Strom wird ausschließlich dem oberen Heizelement zugeführt, wenn die Temperatur der zur oberen Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft höher sein soll, bzw. wird ausschließlich dem unteren Heizelement zugeführt, wenn die Temperatur der zur unteren Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft höher sein soll, bzw. wird dem oberen Heizelement und dem unteren Heizelement symmetrisch in der Vertikalrichtung des Fahrzeugs zugeführt, wenn die Temperatur der zur oberen Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft gleich der zur unteren Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft sein soll.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine Vorderansicht eines Heizwärmetauschers gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
2 eine teilweise vergrößerte perspektivische Ansicht eines elektrischen Heizelements, das mit dem Heizwärmetauscher in 1 integriert ist,
3 eine Blockansicht einer elektrischen Steuereinheit der Klimaanlage gemäß der ersten Ausführungsform,
4 eine schematische Ansicht eines Lüftungssystems einer Klimaanlage gemäß der ersten Ausführungsform,
5 ein Flussdiagramm einer elektrischen Steuerung der elektrischen Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform,
6 eine Ansicht der Beziehung zwischen der Wassertemperatur Tw und der Anzahl von elektrischen Heizelementen, die gemäß der ersten Ausführungsform betätigt werden,
7A, 7B, 7C schematische Ansichten der Beziehung zwischen der Anzahl von elektrischen Heizelementen, die betätigt werden sollen, und einer Anordnungsposition derselben gemäß der ersten Ausführungsform,
8 ein Flussdiagramm einer elektrischen Steuerung einer elektrischen Steuereinheit gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
9 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen einer Heizlast HL und der Anzahl von elektrischen Heizelementen, die gemäß der zweiten Ausführungsform betätigt werden sollen,
10A, 10B, 10C schematische Ansichten der Beziehung zwischen einer Anzahl von elektrischen Heizelementen, die betätigt werden sollen, und einer Anordnungsposition derselben bei einer unabhängigen Steuerung für die linke und die rechte Seite (der Fahrgastzelle) gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform,
11A, 11B, 11C schematische Ansichten der Beziehung zwischen der Anzahl der elektrischen Heizelemente, die betätigt werden sollen, und ihrer Anordnungsposition bei einer für die linke und die rechte Seite (der Fahrgastzelle) unabhängigen Steuerung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform,
12 eine Vorderansicht eines Heizwärmetauschers gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform,
13A, 13B, 13C schematische Ansichten der Beziehung zwischen der Anzahl von elektrischen Heizelementen, die betätigt werden sollen, und ihrer Anordnungsposition bei einer unabhängigen Steuerung für die obere und die untere Seite (der Fahrgastzelle) gemäß der fünften Ausführungsform,
14A, 14B, 14C schematische Ansichten der Beziehung zwischen der Anzahl von elektrischen Heizelementen, die betätigt werden sollen, und ihrer Anordnungsposition bei einer für die obere und die untere Seite (der Fahrgastzelle) unab hängigen Steuerung gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform,
15A, 15B, 15C schematische Ansichten der Beziehung zwischen der Anzahl von elektrischen Heizelementen, die betätigt werden sollen, und ihrer Anordnungsposition bei einer für die obere und die untere Seite (der Fahrgastzelle) unabhängigen Steuerung gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform,
16 ein Blockschaltbild eines Wasserkreislaufs eines Heizwärmetauschers und einer elektrischen Steuereinheit für die Klimaanlage gemäß einer achten bevorzugten Ausführungsform,
17 eine schematische Ansicht eines Lüftungssystems der Klimaanlage gemäß der achten Ausführungsform,
18 ein Flussdiagramm der elektrischen Steuerung der elektrischen Steuereinheit gemäß der achten Ausführungsform, und
19A bis 19D Kurvendarstellungen der Beziehung zwischen einer abgelaufenen Zeit nach Einschalten des Klimaanlagenschalters, des Öffnungsgrads eines Heißwasserventils und einer Wassertemperatur Tw gemäß der achten Ausführungsform.
(Erste Ausführungsform)
Bei der ersten Ausführungsform sind drei elektrische Heizelemente (EHM) integral mit einem Heizwärmetauscher gebildet. Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst ein Heizwärmetauscher H einen ersten Tank 1 auf der Heißwassereinlassseite, einen zweiten Tank 2 auf der Heißwasserauslassseite und einen Kernabschnitt 3, der zwischen dem ersten und dem zweiten Tank 1, 2 angeordnet ist. Ein Einlassrohr 4, durch welches heißes Wasser (d.h. Motorkühlwasser) von einem Motor 20 (siehe 3) eines Fahrzeugs in den ersten Tank 1 strömt, ist auf einer Seite des ersten Tanks 1 vorgesehen, und ein Auslassrohr 5, durch welches das heiße Wasser, das mit der Luft Wärme ausgetauscht hat, zum Motor 20 zurückkehrt, ist auf einer Seite des zweiten Tanks 2 vorgesehen, wie in 1 gezeigt. Bei der ersten Ausführungsform ist der erste Tank 1 auf der Unterseite des Wärmeheiztauschers H vorgesehen, und der zweite Tank 2 ist auf seiner Oberseite vorgesehen. Der erste Tank 1 kann jedoch auch auf der Oberseite des Heizwärmetauschers H vorgesehen sein, und der zweite Tank 2 kann auch auf seiner Unterseite vorgesehen sein.
Der erste Tank 1 umfasst einen ersten Tankabschnitt 1a und einen ersten Blechabschnitt 1b zum Verschließen des offenen Endes des ersten Tankabschnitts 1a. Der zweite Tank 2 umfasst einen zweiten Tankabschnitt 2a und einen zweiten Blechabschnitt 2b zum Verschließen des offenen Endes des zweiten Tankabschnitts 2a. Jeder des ersten und des zweiten Tanks 1, 2 erstreckt sich in der Quer- bzw. Links/Rechts-Richtung des Fahrzeugs, wie in 1 gezeigt. Mehrere Rohreinführlöcher, von denen jedes im Querschnitt für flache Rohrformen gebildet ist, sind in jedem Blechabschnitt 1b, 2b in Reihe vorgesehen.
Der Kernabschnitt 3 umfasst mehrere flache Rohre 6, die in der Querrichtung des Fahrzeugs angeordnet sind. Jede flache Oberfläche der flachen Rohre 6 ist parallel zur Strömungsrichtung der Luft (d.h. der Längsrichtung bzw. Vorne/Hinten-Richtung des Fahrzeugs) vorgesehen, die durch den Kernabschnitt 3 tritt bzw. strömt. Heißes Wasser strömt durch die flachen Rohre 6 in einer Richtung von unten nach oben in 1. Eine Kühlrippe 7 ist in Wellenform gebildet und jeweils zwischen benachbarten flachen Rohren 6 angeordnet. Jede gewellte Kühlrippe 7 weist mehrere Kühlschlitze (nicht dargestellt) auf, die um einen vorbestimmten Winkel relativ zur Strömungsrichtung der Luft an geordnet sind, die durch den Kernabschnitt 3 tritt. Durch Ausbildung der Kühlschlitze in jeder gewellten Kühlrippe 7 wird das Wärmetauschleistungsvermögen des Kernabschnitts 3 verbessert. Beide Enden der flachen Rohre 6 sind in die Rohreinführlöcher der Blechabschnitte 1b, 2b derart eingesetzt, dass die flachen Rohre 6 luftdicht mit den Blechabschnitten 1b, 2b verbunden sind. Seitenplatten 8a, 8b sind auf der linken bzw. der rechten Seiten der am weitesten rechts angeordneten gewellten Kühlrippe 7 und der am weitesten links angeordneten gewellten Kühlrippe 7 des Kernabschnitts 3 angeordnet und mit den Blechabschnitten 1b, 2b verbunden.
Elektrische Heizelemente 91, 92, 93 sind in dem Kernabschnitt 3 anstelle eines Teiles der flachen Rohre 6 angeordnet. Wie in 1 gezeigt, sind gemäß der ersten Ausführungsform drei elektrische Heizelemente 91, 92, 93 symmetrisch in der Querrichtung des Fahrzeugs angeordnet. Das heißt, der Abstand zwischen den elektrischen Heizelementen 91, 92 ist gleich demjenigen zwischen den elektrischen Heizelementen 92, 93 in der Links/Rechts-Richtung des Fahrzeugs. Wie in 2 gezeigt, sind Halteplatten 10, 11, die sich in der Längsrichtung des flachen Rohrs 6 erstrecken, mit benachbarten Kühlrippen 7 verbunden, und zwar dort wo die elektrischen Heizelemente 91, 92, 93 vorgesehen sind. Sie sind außerdem so angeordnet, dass sie einen vorbestimmten Abstand L einschließen. Der Abstand L entspricht jeweils der Dicke des elektrischen Heizelements 91, 92, 93, und jedes elektrische Heizelement 91, 92, 93 ist zwischen die Halteplatten 10, 11 eingesetzt.
Bei der ersten Ausführungsform ist der Heizwärmetauscher H mit Ausnahme der elektrischen Heizelemente 91, 92, 93 aus Aluminium (einschließlich Aluminiumlegierung) hergestellt. Die elektrischen Heizelemente 91, 92, 93 weisen denselben Aufbau wie in 2 gezeigt, auf. Jedes der elektrischen Heizelemente 91, 92, 93 umfasst ein plattenartiges Wärmeerzeugungselement 9a, dünne plattenartige Elektrodenplatten 9b, 9c, die auf den Ober- und Unterseiten des Wärmeerzeugungselements 9a angeordnet sind. Das heißt, das Wärmeerzeugungselement 9a ist zwischen beide Elektrodenplatten 9b, 9c eingesetzt bzw. eingeführt, um eine Dreischichtenstruktur zu bilden. Ein Abdeckelement 9d, das aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, ist auf die Elektrodenplatten 9b, 9c abdeckend um diese angebracht. Insbesondere ist das Abdeckelement 9b aus einem elektrisch isolierenden Kunstharz mit hoher Wärmebeständigkeit, wie etwa Polyimidharz, hergestellt.
Bei dem Wärmeerzeugungselement 9a handelt es sich um ein PTC-Heizelement mit positiven Widerstandstemperatureigenschaften, wonach sein Widerstandselement sprunghaft bei einer vorbestimmten Temperatur, d.h. beim Curie-Punkt (beispielsweise 150°C) zunimmt. Beide Elektrodenplatten 9b, 9c des Wärmeerzeugungselements 9a sind aus einem elektrisch leitenden Metall, wie etwa Aluminium, Kupfer und Edelstahl, hergestellt. Jede Abmessung bzw. Größe der elektrischen Platten 9b, 9c in der Längsrichtung (d.h. die Abmessung in der vertikalen Richtung bzw. Oben/Unten-Richtung in 1) ist ungefähr gleich derjenigen der Halteplatten 10, 11. Durch Pressen beider Elektrodenplatten 9b, 9c an das Wärmeerzeugungselement 9a sind die Elektrodenplatten 9b, 9c elektrisch mit dem Wärmeerzeugungselement 9a verbunden. Das Abdeckelement 9d ist durch die Halteplatten 10, 11 derart gepresst bzw. gedrückt, dass jedes elektrische Heizelement 91, 92, 93 zwischen den Halteplatten 10, 11 (fest) angebracht ist. In 2 handelt es sich bei der oberen Elektrodenplatte 9b um eine positive Elektrode und bei der unteren Elektrodenplatte 9c um eine negative Elektrode. (Nicht gezeigte) Anschlussabschnitte zum jeweiligen elektrischen Anschließen der Elektrodenplatten 9b, 9c an externe elektrische Steuerschaltungen sind an den Elektrodenplatten 9b, 9c angeordnet.
Wie in 3 gezeigt, sind die externen elektrischen Steuerschaltungen jeweils elektrisch an die Anschlussabschnitte der elektrischen Heizelemente 91, 92, 93 angeschlossen. Elektrische Energie von einer Batterie 28 im Fahrzeug wird den elektrischen Heizelementen 91, 92, 93 durch die externen elektrischen Steuerschaltungen zugeführt. Die drei elektrischen Heizelemente 91, 92, 93 sind jeweils elektrisch parallel an die Batterie 28 angeschlossen.
Den elektrischen Heizelementen 91, 92, 93 zugeführte elektrische Energie wird so gesteuert, wie in 3 gezeigt. Kühlwasser (heißes Wasser, warmes Wasser) zirkuliert zwischen dem Motor 20 des Fahrzeugs und dem Heizwärmetauscher H durch einen Heißwasserkreislauf bzw. eine Heißwasserleitung 21. Der Heißwasserkreislauf 21 umfasst ein Heißwasserventil 21a zum Einstellen des Stroms bzw. Durchflusses des heißen Wassers, welches dem Heizwärmetauscher H zugeführt wird, und eine Wasserpumpe 21b zum Umwälzen des heißen Wassers.
Die Temperatur des heißen Wassers in dem Motor 20 des Fahrzeugs wird durch einen Wassertemperatursensor 22 ermittelt, und die durch den Wassertemperatursensor 22 ermittelte Wassertemperatur wird in eine elektronische Steuereinheit (nachfolgend als "ECU" bezeichnet) 23 eingegeben. Die ECU 23 umfasst einen Mikrocomputer und steuert elektrischen Strom, der den elektrischen Heizelementen 91, 92, 93 in Übereinstimmung mit einem voreingestellten Programm zugeführt werden soll. Signale von der ECU 23 werden an drei Relais 24, 25, 26 ausgegeben und den elektrischen Heizelementen 91, 92, 93 zugeführter elektrischer Strom wird durch die Relais 24, 25, 26 geschaltet bzw. umgeschaltet.
Elektrischer Strom von der Batterie 28 des Fahrzeugs wird der ECU 23 durch einen Zündschalter 27 zugeführt, welcher den Betrieb der ECU 23 schaltet. Die Batterie 28 wird durch eine Lichtmaschine 29 geladen, und die Ausgangsspannung der Lichtmaschine 29 wird durch einen Regler 30 eingestellt.
Signale von einem Außenlufttemperatursensor 31 und einem Maximalheizbetriebsartschalter 32 werden der ECU 23 eingegeben. Wenn die Maximalheizbetriebsart in der Klimaanlage eingestellt ist, ist der Maximalheizbetriebsartschalter 32 eingeschaltet. Wenn eine Luftmischklappe in der Klimaanlage verwendet wird, um die Temperatur von Luft zu steuern, die in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasen wird, wie in 4 gezeigt, werden die Luftmenge, die durch den Heizwärmetauscher H strömt, und die Luftmenge, die durch einen Bypasskanal 33 des Heizwärmetauschers H strömt, durch eine Luftmischklappe 34 eingestellt. Wenn die Luftmischklappe 34 in die in 4 gestrichelt gezeigte Position 34a betätigt ist, um den Bypasskanal 33 vollständig zu schließen und den Heizwärmetauscher H vollständig zu öffnen, ist der Maximalheizschalter 32 eingeschaltet.
Wie in 4 gezeigt, umfasst die Klimaanlage ein Klimagehäuse 35 zum Bilden eines Luftdurchlasses, ein Gebläse 36 zum Blasen von Luft in Richtung auf den Heizwärmetauscher H in dem Klimagehäuse 35 und einen Kühlwärmetauscher (d.h. Verdampfer) 37 zum Kühlen von Luft, die dort hindurchtritt. Das Klimagehäuse 35 umfasst einen Gesichtsluftauslass 40 zum Blasen von Luft in Richtung auf die Oberseite eines Fahrgasts in der Fahrgastzelle, einen Fußluftauslass 41 zum Blasen von Luft in Richtung auf den Fußbereich des Fahrgasts in der Fahrgastzelle, einen Entfrosterluftauslass 42 zum Blasen von Luft in Richtung auf die Innenseite einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs. Der Gesichtsluftauslass 40, der Fußluftauslass 41 und der Ent frosterluftauslass 42 werden durch Luftauslassbetriebsartklappen 43 bis 45 jeweils geöffnet und geschlossen.
Der Heizwärmetauscher H ist in dem Klimagehäuse 35 entsprechend der Darstellung in 1 angeordnet. Die drei elektrischen Heizelemente 91, 92, 93 sind deshalb in dem Klimagehäuse 35 parallel zur Querrichtung aus 4 angeordnet. Das zentrale elektrische Heizelement 92 ist in einer Position zwischen den zwei elektrischen Heizelementen 91, 93 in Querrichtung aus 4 angeordnet. Das heißt, innerhalb des Klimagehäuses 35 sind die drei elektrischen Heizelemente 91 bis 93 symmetrisch in der Querrichtung aus 4 angeordnet. Bei den Lasten 38a, 38b handelt es sich um elektrische Lasten, welche die Batterie 28 über die Betätigungsschalter 39a, 39b belasten.
Wenn ein Heizbetrieb für die Fahrgastzelle durchgeführt wird, wird das in 4 gezeigte Gebläse 36 betätigt, und Luft strömt zwischen den flachen Rohren 6 und den gewellten Kühlrippen 7 hindurch. Andererseits wird die Wasserpumpe 21b des Motors 20 derart betätigt, dass heißes Wasser vom Motor 20 in den ersten Tank 1 aus dem Einlassrohr 4 strömt. Das heiße Wasser im ersten Tank 1 wird in die flachen Rohre 6 verteilt. Durch den Kernabschnitt 3 tretende Luft wird dabei durch das heiße Wasser erhitzt. Das heiße Wasser, welches durch die flachen Rohre 6 geströmt ist, strömt in den zweiten Tank 2 hinein und strömt über das Auslassrohr 5 zum Motor 20 zurück.
Wenn im Heizbetrieb in den elektrischen Heizelementen 91 bis 93 erzeugte Wärme erforderlich ist, werden die Relais 24 bis 26 eingeschaltet, und elektrische Energie wird von der Batterie 28 den elektrischen Heizelementen 91 bis 93 und damit den jeweiligen Wärmeerzeugungselementen 9a durch die Elektrodenplatten 9b, 9c zugeführt. In den Wärmeerzeugungselementen 9a erzeugte Wärme wird dann zu den gewellten Kühlrippen 7 über tragen, die zu beiden Seiten jedes elektrischen Heizelements 91 bis 93 vorgesehen sind. Wenn heißes Wasser, das durch den Heizwärmetauscher H strömt, eine niedrige Temperatur aufweist, kann in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasene Luft unter Verwendung der elektrischen Heizelemente 91 bis 93 rasch erwärmt bzw. erhitzt werden.
Da das Wärmeerzeugungselement 9a in jedem elektrischen Heizelement 91 bis 93 ein PTC-Element mit positiven Widerstandstemperatureigenschaften ist, kann vom Wärmeerzeugungselement 9a erzeugte Wärme am Curie-Punkt durch dieses selbst gesteuert werden.
Als nächstes wird die elektrische Steuerung der elektrischen Heizelemente 91, 92, 93 unter Bezug auf 5 erläutert. Wenn der Zündschalter 27 und der Klimatisierungsbetriebsschalter (nicht gezeigt) eingeschaltet sind, startet eine in 5 gezeigte Steuerroutine. Beim Schritt S100 werden Signale von Sensoren und Schaltern und dergleichen eingegeben. Beim Schritt S101 wird ermittelt, ob eine Außenlufttemperatur Ta, ermittelt durch den Außenlufttemperatursensor 31, niedriger als eine Solltemperatur (beispielsweise 10°C) ist oder nicht. Das heißt, beim Schritt S101 wird ermittelt, ob der Heizvorgang in der Fahrgastzelle erforderlich ist oder nicht. Die Solltemperatur ist üblicherweise auf eine niedrige Temperatur (beispielsweise 10°C) eingestellt. Wenn die Außenlufttemperatur niedriger als 10°C ist, wird ermittelt, ob eine Wassertemperatur Tw, ermittelt durch den Wassertemperatursensor 22, niedriger als eine Solltemperatur ist (beispielsweise 75°C) oder nicht.
Wenn die Wassertemperatur Tw niedriger als 75°C ist, wird ermittelt, ob der Maximalheizschalter 32 eingeschaltet ist oder nicht, und zwar beim nächsten Schritt S103. Das heißt, beim Schritt S103 wird ermittelt, ob die Luftmischklappe 34 im Maximalheizzustand (d.h. in der mit gestrichelten Linien bezeichneten Position 34a) angeordnet ist oder nicht. Wenn der Maximalheizschalter 32 eingeschaltet ist, wird die Anzahl von elektrischen Heizelementen (EHM), denen elektrische Energie zugeführt wird, in Übereinstimmung mit der Wassertemperatur Tw beim Schritt S104 ermittelt. Das heißt, beim Schritt S104 wird die Anzahl der elektrischen Heizelemente, die betätigt werden sollen, ermittelt. Wenn, wie in 6 gezeigt, die Wassertemperatur Tw niedriger als 35°C (Tw < 35°C) ist, wird den drei elektrischen Heizelementen (EHM) Strom zugeführt. Wenn die Wassertemperatur Tw sich im Bereich von 35°C ≤ Tw < 55°C befindet, wird zwei elektrischen Heizelementen Strom zugeführt. Wenn die Wassertemperatur Tw sich im Bereich von 55°C ≤ Tw < 75°C befindet, wird einem einzigen elektrischen Heizelement Strom zugeführt. Als nächstes wird beim Schritt S105 ein Steuersignal entsprechend der Anzahl der elektrischen Heizelemente, die betätigt werden sollen, an die Relais 24 bis 26 ausgegeben, und durch Schalten der Relais 24 bis 26 wird den elektrischen Heizelementen 91 bis 93 Strom zugeführt. Da, wie vorstehend erläutert, die Anzahl von elektrischen Heizelementen, die betätigt werden sollen, in Übereinstimmung mit der Wassertemperatur Tw fein gesteuert wird, kann verhindert werden, dass den elektrischen Heizelementen 91 bis 93 zugeführter Strom verschwendet wird.
Wenn andererseits die Außenlufttemperatur Ta nicht niedriger als 10°C beim Schritt S101 ist oder die Heißwassertemperatur Tw nicht niedriger als 75°C beim Schritt S102 ist oder der Maximalheizzustand nicht eingestellt ist (d.h. die Luftmischklappe 34 nicht in der Maximalheizposition 34a angeordnet ist), wird der den drei elektrischen Heizelementen 91 bis 93 zugeführte Strom unterbrochen, um zu verhindern, dass elektrische Energie verschwendet wird.
Bei der ersten Ausführungsform kann ein Ladezustand (d.h. ein Ladepegel) der Batterie 28 durch eine Batterieermittlungseinheit, wie etwa einem Batteriespannungsermittlungssensor, ermittelt werden, und die Betätigungsanzahl der elektrischen Heizelemente kann in Übereinstimmung mit dem Ladezustand der Batterie 28 ermittelt werden. Die Anzahl der elektrischen Heizelemente, die betätigt werden sollen, kann außerdem in Übereinstimmung mit der Wassertemperatur Tw ermittelt werden. Eine übermäßige Entladung der Batterie 28 wird demnach verhindert.
7A, 7B, 7C zeigen Einschaltzustände der elektrischen Heizelemente 91 bis 93. In 7A, 7B, 7C bezeichnet eine durchgezogene Linie ein elektrisches Heizelement, welchem Strom zugeführt wird, und eine strichpunktierte Linie bezeichnet ein elektrisches Heizelement, welchem kein Strom zugeführt wird. 7A zeigt einen Zustand, bei welchem den drei elektrischen Heizelementen 91 bis 93 Strom zugeführt wird, 7B zeigt einen Zustand, bei welchem dem linken und dem rechten elektrischen Heizelement 91, 93 Strom zugeführt wird, und 7C zeigt einen Zustand, bei welchem lediglich einem zentralen elektrischen Heizelement 92 Strom zugeführt wird. In jedem der in 7A, 7B, 7C gezeigten Fälle wird Luft, die von dem Heizwärmetauscher H ausgehend geblasen wird, symmetrisch in der Querrichtung des Fahrzeugs erwärmt. Infolge davon weist Luft, die in Richtung auf die rechte und die linke Seite (d.h. auf die Fahrersitzseite und die Beifahrersitzseite neben dem Fahrersitz) in der Fahrgastzelle geblasen wird, eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf.
(Zweite Ausführungsform)
Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist der Aufbau der Klimaanlage ähnlich demjenigen bei der ersten Ausführungsform. Die Erläuterung derselben Teile wie bei der ersten Ausführungs form erübrigt sich damit, und es werden lediglich diejenigen Teile erläutert, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden. Bei der zweiten Ausführungsform wird eine Heizlast HL berechnet, und die Anzahl der elektrischen Heizelemente 91 bis 93, die betätigt werden sollen, wird in Übereinstimmung mit der berechneten Heizlast HL ermittelt, wie in 8 gezeigt.
Wie in 8 gezeigt, wird beim Schritt S107 die Heizlast HL berechnet auf Grundlage: einer Klimatisierungssolltemperatur Tset, die durch einen Fahrgast in der Fahrgastzelle eingestellt wird, der Außenlufttemperatur Ta, ermittelt durch den Außenlufttemperatursensor 22, und der Wassertemperatur Tw, ermittelt durch den Wassertemperatursensor 22. Die Heizlast HL entspricht der Wärmemenge, die erforderlich ist, die Fahrgastzelle bis auf die Solltemperatur Tset zu erwärmen. Je höher die Solltemperatur Tset ist, desto höher wird die Heizlast HL. Je niedriger die Außenlufttemperatur oder die Wassertemperatur ist, desto höher wird die Heizlast HL.
Als nächstes wird beim Schritt S108 die Anzahl von elektrischen Heizelementen 91 bis 93 in Übereinstimmung mit einem voreingestellten Programm entsprechend 9 ermittelt. Das heißt, wenn die Heizlast HL niedriger als eine erste Heizlast HL₁ ist (d.h. HL < HL₁), wird die Anzahl der elektrischen Heizelemente 91 bis 93, die betätigt werden sollen, auf Null eingestellt. Wenn die Heizlast HL sich in einem Bereich zwischen der ersten Heizlast HL₁ und einer zweiten Heizlast HL₂ befindet (d.h. HL₁ ≤ HL < HL₂), wird die Anzahl der elektrischen Heizelemente 91 bis 93, die betätigt werden sollen, auf 1 eingestellt. Wenn die Heizlast HL sich in einem Bereich zwischen der zweiten Heizlast HL₂ und einer dritten Heizlast HL₃ befindet (d.h. HL₂ ≤ HL < HL₃), wird die Anzahl der elektrischen Heizelemente 91 bis 93, die betätigt werden sollen, auf 2 eingestellt. Wenn die Heizlast HL nicht niedriger als die dritte Heizlast HL₃ ist (d.h. HL > HL₃), wird die Anzahl der elektrischen Heizelemente 91 bis 93, die betätigt werden sollen, auf 3 eingestellt.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform kann bei der zweiten Ausführungsform die Anzahl der elektrischen Heizelemente 91 bis 93 bevorzugt in Übereinstimmung mit dem Batterieladezustand ermittelt werden, um eine übermäßige Entladung der Batterie zu verhindern.
(Dritte Ausführungsform)
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform wird nun unter Bezug auf 10A bis 10C erläutert.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform sind bei der dritten Ausführungsform drei elektrische Heizelemente 91 bis 93 mit dem Heizwärmetauscher H kombiniert, wie in 1 gezeigt, und die elektrischen Heizelemente 91 bis 93 sind in der Querrichtung bzw. Links/Rechts-Richtung des Fahrzeugs angeordnet. Durch elektrisches Schalten bzw. Umschalten der elektrischen Heizelemente 91 bis 93 kann damit die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die rechte Seite (d.h. die Fahrersitzseite) in der Fahrgastzelle geblasen wird, und die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die linke Seite (d.h., die Vordersitzseite neben dem Fahrersitz) in der Fahrgastzelle geblasen wird, unabhängig gesteuert werden.
Bei einer Klimaanlage, bei welcher die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die rechte Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, und die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die linke Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, unabhängig gesteuert werden können, sind zwei Temperatureinstelleinheiten zum unabhängigen Einstellen der Temperatur für die rechte und die linke Seite in der Fahrgastzelle vorgesehen, sowie ein Trennelement zum Unterteilen des Luftdurchlasses im Klima gehäuse 35 in einen rechten Durchlass und einen linken Durchlass, und zwei Temperatureinstellelemente zum unabhängigen Steuern der Temperatur von Luft, die durch den rechten Luftdurchlass strömt, und der Temperatur von Luft, die durch den linken Luftdurchlass strömt. Wenn bei dieser Art einer Klimaanlage eine Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die linke Seite der Fahrgastzelle geblasen wird, gleich einer Zieltemperatur von Luft ist, die in Richtung auf die rechte Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird den linken und rechten Heizelementen 91, 93 Strom zugeführt, wie in 10A gezeigt.
Wenn die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die linke Seite der Fahrgastzelle geblasen wird, höher ist als die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die rechte Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird lediglich dem linken Heizelement 93 Strom zugeführt, wie in 10B gezeigt.
Wenn die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die linke Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, niedriger ist als die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die rechte Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird lediglich dem rechten elektrischen Heizelement 91 Strom zugeführt, wie in 10C gezeigt.
Wie vorstehend erläutert, werden bei der dritten Ausführungsform die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die linke Seite der Fahrgastzelle geblasen wird, und die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die rechte Seite der Fahrgastzelle geblasen wird, unabhängig in Übereinstimmung mit der Solltemperatur auf der linken und der rechten Seite in der Fahrgastzelle gesteuert. Die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die linke Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, und die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die rechte Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, können jedoch nicht unabhängig in Übereinstimmung mit weiteren Bedingungen gesteuert werden, wie etwa der Differenz von Sonnenlicht, das auf die linke und die rechte Seite in der Fahrgastzelle einstrahlt.
(Vierte Ausführungsform)
Eine vierte bevorzugte Ausführungsform wird nun unter Bezug auf 11A bis 11C erläutert.
Die vierte Ausführungsform stellt eine Modifikation der dritten Ausführungsform dar. Wenn bei der vierten Ausführungsform eine Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die linke Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, gleich einer Zieltemperatur von Luft ist, die in Richtung auf die rechte Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird den drei elektrischen Heizelementen 91 bis 93 Strom zugeführt, wie in 11A gezeigt.
Wenn die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die linke Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, höher als die Zieltemperatur von Luft ist, die in Richtung auf die rechte Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird dem linken und dem zentralen elektrischen Heizelement 92, 93 Strom zugeführt, wie in 11B gezeigt.
Wenn die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die linke Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, niedriger als die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die rechte Seite der Fahrgastzelle geblasen wird, wird dem rechten und dem zentralen elektrischen Heizelement 91, 92 Strom zugeführt, wie in 11C gezeigt. Auch bei der Schaltung der elektrischen Heizelemente 91 bis 93, wie in 11A bis 11C gezeigt, können gemäß der vierten Ausführungsform die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die linke Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, und die Temperatur, die in Richtung auf die rechte Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform unabhängig gesteuert werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Eine fünfte bevorzugte Ausführungsform wird nun unter Bezug auf 12, 13A bis 13C erläutert.
Gemäß der fünften Ausführungsform sind die drei elektrischen Heizelemente 91 bis 93 mit einem Heizwärmetauscher H' kombiniert, der in der Klimaanlage des Fahrzeugs derart angeordnet ist, dass drei elektrischen Heizelemente 91 bis 93 in einer vertikalen Richtung bzw. Oben/Unten-Richtung des Fahrzeugs parallel angeordnet sind, wie in 12 gezeigt. Bei der Klimaanlage werden deshalb durch elektrisches Schalten bzw. Umschalten der elektrischen Heizelemente 91 bis 93 die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die Oberseite der Fahrgastzelle geblasen wird, und die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die Unterseite der Fahrgastzelle geblasen wird, unabhängig gesteuert. In der Zwei-Niveau-Betriebsart, bei der klimatisierte Luft in Richtung sowohl auf die Oberseite als auch auf die Unterseite der Fahrgastzelle geblasen wird, können deshalb die Temperatur von Luft, die aus dem Gesichtsluftauslass 40 geblasen wird (siehe 4), und die Temperatur von Luft, die aus dem Fußluftauslass 41 geblasen wird (siehe 4), unabhängig gesteuert werden.
Um die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die Oberseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, und die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die Unterseite der Fahrgastzelle geblasen wird, unabhängig zu steuern, ist ein (nicht gezeigter) Kühlluft-Bypasskanal zum direkten Einleiten von kühler Luft vorgesehen, die durch den Kühlwärmetauscher 37 zu dem Gesichtsluftauslass 40 geströmt ist, wobei die Menge von kühler Luft, die durch den Kühlluft-Bypasskanal strömt, durch eine Kühlluft- Bypassklappe eingestellt wird. Wenn bei diesem Typ einer Klimaanlage eine Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Oberseite der Fahrgastzelle geblasen wird, gleich einer Zieltemperatur von Luft ist, die in Richtung auf die Unterseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird den oberen und unteren elektrischen Heizelementen 91, 93 Strom zugeführt, wie in 13A gezeigt.
Wenn die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Oberseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, höher ist als die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Unterseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird lediglich dem oberen Heizelement 91 Strom zugeführt, wie in 13B gezeigt.
Wenn die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Oberseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, niedriger ist als die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Unterseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird lediglich dem unteren elektrischen Heizelement 93 Strom zugeführt, wie in 13C gezeigt.
(Sechste Ausführungsform)
Eine sechste bevorzugte Ausführungsform wird nun unter Bezug auf 14A bis 14C erläutert.
Bei der sechsten Ausführungsform handelt es sich um eine Modifikation der fünften Ausführungsform. Wenn bei der sechsten Ausführungsform die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Oberseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, gleich der Zieltemperatur von Luft ist, die in Richtung auf die Unterseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird den drei elektrischen Heizelementen 91 bis 93 Strom zugeführt, wie in 14A gezeigt.
Wenn die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Oberseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, höher ist als die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Unterseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird dem oberen und dem zentralen elektrischen Heizelement 91, 92 Strom zugeführt, wie in 14B gezeigt.
Wenn die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Oberseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, niedriger ist als die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Unterseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird dem unteren und dem zentralen elektrischen Heizelement 92, 93 Strom zugeführt, wie in 14C gezeigt.
(Siebte Ausführungsform)
Eine siebte bevorzugte Ausführungsform wird nun unter Bezug auf 15A bis 15C erläutert.
Bei der siebten Ausführungsform handelt es sich um eine Modifikation der fünften Ausführungsform. Gemäß der siebten Ausführungsform sind vier elektrische Heizelemente 91 bis 94 mit einem Heizwärmetauscher H'' kombiniert, und die vier elektrischen Heizelemente 91 bis 94 sind in einer vertikalen Richtung bzw. Oben/Unten-Richtung des Fahrzeugs parallel angeordnet. Wenn in diesem Fall die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Oberseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, gleich der Zieltemperatur von Luft ist, die in Richtung auf die Unterseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird den vier elektrischen Heizelementen 91 bis 94 Strom zugeführt, wie in 15A gezeigt.
Wenn die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Oberseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, höher ist als die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Unterseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird den oberen elektrischen Heizelementen 91, 92 Strom zugeführt, wie in 15B gezeigt.
Wenn die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Oberseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, niedriger ist als die Zieltemperatur von Luft, die in Richtung auf die Unterseite in der Fahrgastzelle geblasen wird, wird den unteren elektrischen Heizelementen 93, 94 Strom zugeführt, wie in 15C gezeigt.
(Achte Ausführungsform)
Eine achte bevorzugte Ausführungsform wird nun unter Bezug auf 16 bis 18 und 19A bis 19D erläutert.
Bei der achten Ausführungsform ist der Aufbau der Klimaanlage ähnlich demjenigen der ersten Ausführungsform. Wie in 16 gezeigt, ist eine Wasserpumpe 112, angetrieben durch einen Motor 110 des Fahrzeugs, in einem Wasserkreislauf bzw. einer Wasserleitung 111 vorgesehen, und heißes Wasser zirkuliert in dem Wasserkreislauf 111 durch Betätigen der Wasserpumpe 112. In dem Motor 110 erhitztes heißes Wasser strömt in einen Heizwärmetauscher 100H durch ein Heißwasserventil 113. Das Heißwasserventil 113 umfasst ein elektrisches Betätigungsglied 113a, wie etwa einen Servomotor, und einen Ventilkörper 13b, der durch das elektrische Betätigungsglied 113a angetrieben wird, um den Öffnungsgrad eines Wasserdurchlasses einzustellen. Elektrische Heizelemente 91 bis 93 sind außerdem mit dem Heizwärmetauscher 100H in ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform kombiniert. Der Heizwärmetauscher 100H ist in einem Klimagehäuse 116 enthalten und erhitzt Luft, die dort hindurchströmt unter Verwendung von heißem Wasser oder den elektrischen Heizelementen 91 bis 93 als Heizquelle. Der Heizwärmetauscher 100H mit den elektrischen Heizelementen 91 bis 93 weist einen ähnlichen Aufbau auf wie derjenige der ersten Ausführungsform, sodass sich seine Erläuterung erübrigt.
Als nächstes wird die elektrische Steuerung der drei elektrischen Heizelemente 91 bis 93 erläutert. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 127 umfasst einen Mikrocomputer und steuert die elektrischen Heizelemente 91 bis 93 auf Grundlage eines voreingestellten Programms. Signale von der ECU 127 werden an ein Relais 128 ausgegeben. In 16 ist lediglich ein einziges Relais 128 gezeigt. Tatsächlich sind jedoch drei Relais vorgesehen, die den drei elektrischen Heizelementen 91 bis 93 zugeordnet sind. Ein Zündschalter 129 zum Schalten bzw. Einschalten des Betriebs des Motors 110 ist vorgesehen, und elektrischer Strom von einer Batterie 130 des Fahrzeugs wird der ECU 127 durch den Zündschalter 129 zugeführt. Eine Lichtmaschine 131 ist mit der Batterie 130 verbunden, und die Batterie 130 wird durch die Lichtmaschine 131 geladen. Signale von einem Wassertemperatursensor 132 zum Ermitteln der Temperatur von heißem Wasser im Motor 110, von einem Außenlufttemperatursensor 133 zum Ermitteln der Außenlufttemperatur Ta, von einem Batteriespannungssensor 134 zum Ermitteln der Spannung, die in der Batterie 130 geladen ist, von einem Maximalheizschalter 135 zum Einstellen der Maximalheizbetriebsart und von einem Klimatisierungsbetriebsartschalter 136 werden in die ECU 127 eingegeben.
Wie in 17 gezeigt, umfasst die Klimaanlage ein Klimagehäuse 116 zum Bilden eines Luftdurchlasses, einen Innen/Außenluftumschaltkasten 139 zum Einleiten von Innenluft und Außenluft, ein Gebläse 117 zum Blasen von Luft, die von dem Innen/Außenluftumschaltkasten 139 eingeleitet wird, in das Klimagehäuse 116, einen Kühlwärmetauscher 140 (d.h. einen Verdampfer) zum Kühlen von Luft, die dort hindurchtritt, und einen Heizwärmetauscher 100H, der luftstromab des Kühlwärmetauschers 140 angeordnet ist. Der Heizwärmetauscher 100H ist angeordnet bzw. vorgesehen, um einen Bypasskanal 137 zu bilden, und die Luftmenge, die durch den Bypasskanal 137 strömt, und die Luftmenge, die durch den Heizwärmetauscher 100H strömt, werden durch eine Luftmischklappe 138 eingestellt. Das Klimagehäuse 116 enthält eine Entfrosteröffnung 144 zum Blasen von Luft in Richtung auf die Innenseite einer Windschutzscheibe, eine Gesichtsöffnung 45 zum Blasen von Luft in Richtung auf die Oberseite in der Fahrgastzelle, und eine Fußöffnung 46 zum Blasen von Luft in Richtung auf die Unterseite in der Fahrgastzelle. Die Entfrosteröffnung 11, die Gesichtsöffnung 45 und die Fußöffnung 46 werden durch Luftauslassbetriebsartwahlklappen 141 bis 143 gesteuert.
Wenn bei der achten Ausführungsform die Temperatur des heißen Wassers niedriger als eine vorbestimmte Temperatur in einer Heizbetriebsart ist, wird das Relais 128 derart eingeschaltet, dass von der Batterie 130 den elektrischen Heizelementen 91 bis 93 Strom zugeführt wird. Die elektrischen Heizelemente 91 bis 93 erzeugen deshalb Wärme, und die erzeugte Wärme wird zu gewellten Kühlrippen übertragen, die zu beiden Seiten von jedem der elektrischen Heizelemente 91 bis 93 angeordnet sind. Selbst dann, wenn die Temperatur des heißen Wassers niedrig ist, kann deshalb Luft, die in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasen wird, in der Heizbetriebsart rasch erwärmt werden. In den elektrischen Heizelementen 91 bis 93 erzeugte Wärme kann jedoch zum Wasser in den flachen Rohren durch die gewellten Kühlrippen und die flachen Rohre übertragen werden, wenn die Temperatur des Wassers, das durch die flachen Rohre strömt, niedrig ist. Wenn die Wärmemenge, die von den elektrischen Heizelementen 91 bis 93 zum Wasser bzw. in dieses übertragen wird, erhöht wird, kann die in den elektrischen Heizelementen 91 bis 93 erzeugte Wärme zum Heizen der Luft, die in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasen wird, nicht wirksam verwendet werden, weshalb das Heizleistungsvermögen der elektrischen Heizelemente 91 bis 93 zum raschen Erwärmen der Fahrgastzelle abgesenkt ist.
Um das Heizleistungsvermögen der elektrischen Heizelemente 91 bis 93 zu verbessern, wird gemäß der achten Ausführungsform die Klimaanlage auf Grundlage einer in 18 gezeigten Steuerroutine betätigt bzw. betrieben.
Die in 18 gezeigte Steuerroutine wird gestartet, wenn der Zündschalter 129 des Motors 110 und der Klimatisierungsbetriebsschalter 137 eingeschaltet werden. Signale von den Sensoren und Schaltern werden in Schritt S200 eingegeben. Als nächstes wird beim Schritt S210 ermittelt, ob die Maximalheizbetriebsart eingestellt ist oder nicht, und zwar auf Grundlage eines Signals von dem Maximalheizschalter 135. Wenn die Maximalheizbetriebsart beim Schritt S210 eingestellt ist, wird ermittelt, ob ein Batterieladepegel in Übereinstimmung mit einem Signal von einem Batteriespannungssensor 134 ausreichend ist oder nicht, und zwar beim Schritt S220. Wenn ermittelt wird, dass der Batterieladepegel beim Schritt S220 ausreichend ist, wird ermittelt, ob die Außentemperatur Ta, ermittelt durch den Außentemperatursensor 133, gleich oder kleiner als 10°C ist oder nicht. Das heißt, beim Schritt S230 wird ermittelt, ob die Heizbetriebsart in der Fahrgastzelle erforderlich ist oder nicht. Die Temperatur ist üblicherweise auf eine niedrige Temperatur, wie etwa 10°C, eingestellt. Wenn die Außentemperatur Ta niedriger als 10°C ist, wird ermittelt, ob die Wassertemperatur Tw gleich oder kleiner als eine erste Solltemperatur (beispielsweise 80°C) ist oder nicht, und zwar auf Grundlage eines Signals vom Wassertemperatursensor 132 beim Schritt S240. Wenn die Wassertemperatur Tw nicht höher als 80°C ist, wird das Relais 128 eingeschaltet, und den elektrischen Heizelementen 91 bis 93 wird Strom zugeführt.
Als nächstes wird beim Schritt S260 erneut ermittelt, ob die Wassertemperatur Tw gleich oder kleiner als eine zweite Soll temperatur (beispielsweise 35°C) ist oder nicht. Die zweite Solltemperatur (beispielsweise 35°C) ist die niedrigste Temperatur zum Heizen von Luft unter Verwendung des Wassers. Bei der achten Ausführungsform wird die zweite Solltemperatur deshalb beispielsweise auf 35°C eingestellt. Wenn die Wassertemperatur Tw gleich oder kleiner als die zweite Solltemperatur (beispielsweise 35°C) ist, wird beim Schritt S270 das Gebläse 117 betätigt und das Heißwasserventil 113 geschlossen.
Wenn bei der achten Ausführungsform die Wassertemperatur Tw während des Betriebs der elektrischen Heizelemente 91 bis 93 niedrig ist, wird das Heißwasserventil 113 geschlossen, um zu verhindern, dass Wasser mit niedriger Temperatur in den Heizwärmetauscher H strömt. Damit kann vermieden werden, dass in den elektrischen Heizelementen 91 bis 93 erzeugte Wärme zum Wasser übertragen wird, das eine niedrigere Temperatur hat.
19A zeigt die Beziehungen zwischen der abgelaufenen Zeit nach Einschalten bzw. Drehen des Klimatisierungsbetriebsschalters 136 und dem Energieverbrauch (W) der elektrischen Heizelemente 91 bis 93. 19B zeigt die Beziehung zwischen der abgelaufenen Zeit und der Spannung (V), die an einen Antriebsmotor für das Gebläse 117 angelegt wird, 19C zeigt die Beziehung zwischen der abgelaufenen Zeit und dem Öffnungsgrad des Heißwasserventils 113, und 19D zeigt die Beziehung zwischen der abgelaufenen Zeit und der Wassertemperatur Tw (°C). Wenn, wie in 19A bis 19D gezeigt, die Wassertemperatur Tw niedriger als eine zweite Solltemperatur (beispielsweise 35°C) ist, wird das Heißwasserventil 13 vollständig geschlossen und die an den Antriebsmotor des Gebläses 17 angelegte Spannung wird erniedrigt. Dadurch wird das Volumen der Luft, die durch das Gebläse 17 geblasen wird, ebenfalls verringert. Unter Steuerung des Volumens von Luft, die durch das Gebläse 17 geblasen wird, kann ein Heizverhältnis (d.h. Heizkapazität/Luftvolumen) selbst zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach Starten des Motors erhöht bzw. vergrößert werden. Ausgehend vom Startzeitpunkt der Heizbetriebsart kann damit das Empfinden eines Fahrgasts (bezüglich der Umgebungstemperatur) in der Fahrgastzelle verbessert werden.
Das heißt, wenn die Wassertemperatur Tw zum Zeitpunkt unmittelbar nach Starten des Motors niedrig ist, wird die Luft, die in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasen wird, lediglich durch die Wärme (beispielsweise bei einem Energieverbrauch von 1 kW) erwärmt, die durch die elektrischen Heizelemente 91 bis 93 erzeugt wird. Durch Einstellen des Luftvolumens auf einen niedrigen Pegel (beispielsweise dem Pegel Lo oder Me) kann deshalb zu diesem Zeitpunkt die Temperatur der Luft, die in Richtung zur Fahrgastzelle geblasen wird, erhöht werden. Wenn andererseits ermittelt wird, dass die Maximalheizbetriebsart beim Schritt S210 nicht eingestellt ist, oder dass die Außenlufttemperatur Ta beim Schritt S230 höher als 10°C ist, werden die elektrischen Heizelemente 91 bis 93 beim Schritt S280 ausgeschaltet. Wenn ermittelt wird, dass der Batterieladepegel beim Schritt S220 unzureichend ist, werden die elektrischen Heizelemente 91 bis 93 abgeschaltet, um eine übermäßige Entladung der Batterie 130 zu verhindern.
Wenn die elektrischen Heizelemente 91 bis 93 beim Schritt S280 ausgeschaltet sind bzw. werden, wird das Gebläse 117 in üblicher Weise gesteuert, und das Heißwasserventil 113 wird beim Schritt S290 geöffnet. Das heißt, bei der üblichen Steuerung des Gebläses 117 wird das Gebläse 117 gestoppt, wenn die Wassertemperatur Tw niedriger ist als die zweite Solltemperatur (beispielsweise 35°C), und das Gebläse 117 wird mit einem niedrigen Luftvolumenpegel angetrieben, wenn die Wassertemperatur Tw die zweite Solltemperatur (beispielsweise 35°C) erreicht. Das durch das Gebläse 117 geblasene Luftvolumen wird allmählich erhöht, bis die Wassertemperatur Tw auf eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 60°C) erhöht ist, woraufhin das Volumen von Luft, die in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasen wird, in Übereinstimmung mit einer Ziellufttemperatur (TAO) geändert wird.
Wenn die Wassertemperatur Tw beim Schritt S260 höher als die zweite Solltemperatur (beispielsweise 35°C) ist, wird das Gebläse 117 ebenfalls in üblicher Weise beim Schritt S290 gesteuert. Da in diesem Fall die Wassertemperatur höher als 35°C ist, wird das Gebläse 117 auf bzw. bei einem niedrigen Pegel ohne Stoppen des Gebläses 117 betrieben.
Wenn bei der vorstehend erläuterten achten Ausführungsform die elektrischen Heizelemente 91 bis 93 eingeschaltet werden und die Wassertemperatur niedriger als die zweite Solltemperatur (beispielsweise 35°C) ist, kann jedoch das Heißwasserventil 113 auch geringfügig geöffnet sein, um die Menge von Luft zu reduzieren, die durch den Heizwärmetauscher 100H strömt.
Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen ist ein Maximalheizschalter 32, 135 vorgesehen. Falls die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasen wird, automatisch gesteuert wird, kann der Maximalheizschalter jedoch auch weggelassen werden, weil die Position eines Temperatureinstellelements (beispielsweise der Luftmischklappe) in der ECU 23, 127 automatisch berechnet wird.
Bei den vorstehend erläuterten dritten und vierten Ausführungsformen werden die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die linke Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, und die Temperatur von Luft, die in Richtung auf die rechte Seite in der Fahrgastzelle geblasen wird, unter Verwendung der drei elektrischen Heizelemente 91 bis 93 automatisch gesteuert; die unabhängige Temperatursteuerung für die linke und die rechte Seite (von der Fahrgastzelle) kann jedoch auch unter Verwendung von vier elektrischen Heizelemente durchgeführt werden.
Bei jeder vorstehend erläuterten Ausführungsform sind die elektrischen Heizelemente mit dem Heizwärmetauscher H, H', H'', 100H kombiniert; die elektrischen Heizelemente können jedoch auch unabhängig in dem Klimagehäuse 35, 116 auf der luftstromabwärtigen Seite des Heizwärmetauschers H, H', H'', 100H angeordnet sein. Bei jeder vorstehend erläuterten Ausführungsform wird das heiße Wasser, das in dem Heizwärmetauscher H, H', H'', 100H zirkuliert, als Heiz- bzw. Heizquelle verwendet. Als Heizquelle kann jedoch Öl, wie etwa Motoröl, verwendet werden.
Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen sind drei bzw. vier elektrische Heizelemente mit dem Heizwärmetauscher H, H', H'', 100H kombiniert. Die Anzahl der elektrischen Heizelemente, die mit dem Heizwärmetauscher H, H', H'', 100H kombiniert sind, kann jedoch auch willkürlich bzw. den jeweiligen Erfordernissen entsprechend geändert werden.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einer Fahrgastzelle, wobei die Klimaanlage aufweist: ein Gehäuse (35, 116) zum Bilden eines Luftdurchlasses, durch welchen Luft in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasen wird, einen Heizwärmetauscher (H, H', H'', 100H), der in dem Gehäuse angeordnet ist, um Luft unter Verwendung eines Fluids, das durch den Heizwärmetauscher strömt, als Heizquelle zu heizen, mehrere elektrische Heizelemente (91–94), die in dem Heizwärmetauscher zum Erwärmen der durch den Luftdurchlass strömenden Luft angeordnet sind, und eine Steuereinheit zum Steuern von den elektrischen Heizelementen zuzuführendem Strom, wobei eine Anzahl der einzuschaltenden elektrischen Heizelemente (91–94) entsprechend einer Temperatur des dem Heizwärmetauscher (H, H', H'', 100H) zugeführten Fluids oder einer Heizlast für die Fahrgastzelle gesteuert wird; wobei alle elektrischen Heizelemente (91–94) ausgeschaltet werden, wenn die Temperatur des Fluids höher als eine erste vorbestimmte Temperatur ist bzw. wenn die Heizlast niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und wobei die Anzahl der einzuschaltenden elektrischen Heizelemente (91–94) über einen Zustand, in dem ein Teil der elektrischen Heizelemente eingeschaltet ist, erhöht wird, wenn die Temperatur des Fluids ausgehend von der ersten vorbestimmten Temperatur sinkt bzw. wenn die Heizlast ausgehend von dem vorbestimmten Wert steigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der den symmetrisch in dem Heizwärmetauscher angeordneten elektrischen Heizelementen zugeführte Strom symmetrisch geschaltet bzw. umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Klimaanlage ferner eine Außenlufttemperaturermittlungseinrichtung (31, 133) zum Ermitteln der Temperatur außerhalb der Fahrgastzelle aufweist, und der den elektrischen Heizelementen zugeführte Strom unterbrochen wird, wenn die Temperatur, die durch die Außenlufttemperaturermittlungseinrichtung ermittelt wird, höher als eine vorbestimmte Temperatur ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Klimaanlage ferner eine Temperatureinstelleinheit (34, 138) zum Einstellen der Temperatur von Luft, die in Richtung auf die Fahrgastzelle geblasen wird, und eine Maximalheizbetriebsartermittlungseinrichtung (32, 135) zum Ermitteln, dass die Maximalheizbetriebsart durch die Temperatureinstelleinheit eingestellt ist, aufweist, und der den elektrischen Heizelementen zugeführte Strom unterbrochen wird, wenn die Maximalheizbetriebsartermittlungseinrichtung die Maximalheizbetriebsart nicht ermittelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrischen Heizelemente parallel in Querrichtung bzw. Links/Rechts-Richtung des Fahrzeugs angeordnet sind, sodass ein rechtes Heizelement auf der rechten Fahrzeugseite und ein linkes Heizelement auf der linken Fahrzeugseite des Heizwärmetauschers angeordnet ist, und der Strom ausschließlich dem rechten Heizelement zugeführt wird, wenn die Temperatur der zur rechten Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft höher sein soll.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Strom ausschließlich dem linken Heizelement zugeführt wird, wenn die Temperatur der zur linken Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft höher sein soll.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Strom dem rechten Heizelement und dem linken Heizelement symmetrisch in der Querrichtung des Fahrzeugs zugeführt wird, wenn die Temperatur der zur linken Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft gleich der Temperatur der zur rechten Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft sein soll.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrischen Heizelemente parallel in vertikaler Richtung bzw. Oben/Unten-Richtung des Fahrzeugs angeordnet sind, sodass ein oberes Heizelement an der oberen Fahrzeugseite und ein unteres Heizelement an der unteren Fahrzeugseite des Heizwärmetauschers angeordnet ist, und der Strom ausschließlich dem oberen Heizelement zugeführt wird, wenn die Temperatur der zur oberen Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft höher sein soll.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Strom ausschließlich dem unteren Heizelement zugeführt wird, wenn die Temperatur der zur unteren Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft höher sein soll.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Strom dem oberen Heizelement und dem unteren Heizelement symmetrisch in der Vertikalrichtung des Fahrzeugs zugeführt wird, wenn die Temperatur der zur oberen Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft gleich der Temperatur der zur unteren Seite in der Fahrgastzelle geblasenen Luft sein soll.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Klimaanlage ferner ein Gebläse (36, 117) zum Blasen von Luft in Richtung auf die Fahrgastzelle in dem Gehäuse aufweist, und das Fluid dem Heizwärmetauscher nicht zugeführt wird, während das Gebläse in Betrieb ist, wenn die Temperatur des Fluids niedriger als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist, die niedriger als die erste vorbestimmte Temperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Klimaanlage ferner ein Gebläse (36, 117) zum Blasen von Luft in Richtung auf die Fahrgastzelle in dem Gehäuse aufweist, und das Gebläse betätigt und eine Menge des dem Heizwärmetauscher zugeführten Fluids reduziert wird, wenn die Temperatur des Fluids niedriger als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist, die niedriger als die erste vorbestimmte Temperatur ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Menge des Fluids, das dem Heizwärmetauscher zugeführt wird, mittels eines Ventils (113) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Klimaanlage ferner eine Luftvolumensteuereinheit (127) zum Steuern des Volumens von Luft, welches durch das Gebläse geblasen wird, aufweist, und das Volumen der durch das Gebläse geblasenen Luft reduziert wird, wenn die Temperatur des Fluids verringert wird, wenn die Temperatur des Fluids niedriger als die erste vorbestimmte Temperatur ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Klimaanlage ferner eine Fluidtemperaturermittlungseinrichtung (132) zum Ermitteln der Temperatur von Fluid, das dem Heizwärmetauscher zugeführt wird, aufweist, und das elektrische Heizelement ausgeschaltet wird, wenn die Temperatur des Fluids höher als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist, die höher ist als die erste vorbestimmte Temperatur.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Klimaanlage ferner eine Batterieladepegeleremittlungseinrichtung zum Ermitteln des Ladepegels der Batterie (130) des Fahrzeugs, die dem elektrischen Heizelement Strom zuführt, aufweist, und das elektrische Heizelement ausgeschaltet wird, wenn die Batterieladepegelermittlungseinrichtung ermittelt, dass der Ladepegel der Batterie unzureichend ist.