DE19905072A1

DE19905072A1 - Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit Aufwärmsteuerung

Info

Publication number: DE19905072A1
Application number: DE19905072A
Authority: DE
Inventors: Yoshimitsu Inoue; Koji Takahashi; Hajime Ito
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 1999-08-12
Also published as: JP3807072B2; JPH11222024A; US6037567A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kraftfahrzeug-Kli maanlagen, und insbesondere eine Anlage, bei welcher als zu sätzliche bzw. Hilfswärmequelle elektrische Heizvorrichtungen in den Wärmetauscher der Anlage integriert sind, um Motorkühl wasser rascher zu erhitzen, das genutzt wird, eine Fahrgast zelle zu heizen.

In den zurückliegenden Jahren ist der Wirkungsgrad von Kraft fahrzeugmotoren gestiegen, was zur Folge hat, daß die Tempera tur des erwärmten Kraftfahrzeugmotorkühlwassers auf einer nied rigeren Temperatur verbleibt, als dies bislang der Fall war, und zwar selbst dann, nachdem der Motor sich erwärmt hat. Bei Klimaanlagen vom Warmwasser-Typ zum Heizen des Innern einer Fahrgastzelle ist deshalb das Problem einer unzureichenden Heizfähigkeit entstanden.

Die DE-A1-44 33 814 offenbart eine Anlage, bei welcher elektri sche Heizvorrichtungen zwischen Paaren von Warmwasserröhren oder zwischen Wasserröhren und Kühlrippen in einem Wärmetau scher vom Warmwasser-Typ angebracht sind. Durch die Heizvor richtungen erzeugte Wärme wird verwendet, um warmes Wasser in den Röhren zu erhitzen.

Da bei der vorstehend genannten Anlage die elektrischen Heiz vorrichtungen im direkten Kontakt mit den Warmwasserröhren an gebracht sind und Wärme von den elektrischen Heizvorrichtungen direkt zum warmen Wasser in den Röhren geleitet wird, ist die Wärmemenge, die von den elektrischen Heizvorrichtungen zu der Heizluft übertragen wird, minimal, und der Anteil der durch die elektrischen Heizvorrichtungen erhitzten Luft ist niedrig.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Fahrzeug-Klimaanlage der in Rede stehenden Art zu schaf fen, bei welcher die elektrischen Heizvorrichtungen verwendet werden, um den Temperaturanstieg der Luft zum Heizen der Fahr gastzelle zu beschleunigen, indem der Temperaturanstieg des warmen Wassers beschleunigt wird, das zum Heizen der Luft ver wendet wird, und zwar durch direktes Heizen der Luft.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, 6 bzw. 11. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach schafft die Erfindung eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit einem Wärmetauscher unter Verwendung von warmem Wasser als Heizquelle in an sich bekannter Weise zur sogenannten Aufwärm steuerung. Wenn bei dieser Aufwärmsteuerung das Heizen der Fahrgastzelle unmittelbar folgend auf das Starten des Kraft fahrzeugmotors gestartet wird, d. h. wenn die Motorkühlwasser temperatur niedrig ist, wird das Gebläse selbst dann, wenn ein Fahrgast bzw. Insasse der Fahrgastzelle ein derartiges Heizen einleitet, das Gebläse daran gehindert, zu arbeiten, bis die Warmwassertemperatur auf eine vorbestimmte Temperatur (bei spielsweise 35°C) ansteigt, woraufhin das Gebläse mit niedriger Drehzahl gestartet wird. Daraufhin wird die Drehzahl des Geblä ses allmählich erhöht, wenn die Wassertemperatur ansteigt.

Mittels dieser Aufwärmsteuerung wird das Komfortmangel bewir kende Phänomen, daß kalte Luft in die Fahrgastzelle während des anfänglichen Heizvorgangs geblasen wird, verhindert.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Wärmetauscher bereit, bei welchem die elektrische Heizvorrichtung zwischen zwei be nachbarten (Wärme)Abstrahlrippen bzw. Kühlrippen derart ange ordnet ist, daß die Abstrahlrippen zwischen der elektrischen Heizvorrichtung un den Warmwasserröhren des Wärmetauscherkern zu liegen kommen.

Da durch den vorstehend genannten Wärmetauscher Wärme von der elektrischen Heizvorrichtung zunächst zu den Abstrahlrippen ge leitet wird, wird die Wärme von der elektrischen Heizvorrich tung durch die Rippen in die umgebende Luft abgegeben, bevor sie in das warme Wasser innerhalb der Röhren freigegeben wird.

Da während der vorgenannten Aufwärmsteuerung selbst mit dem Aufbau des vorstehend genannten Wärmetauschers die Strömung der Heizluft gestoppt wird, hört die Wärme von den Abstrahlrippen nahezu auf, in die Luft abgegeben zu werden. Es ist dehalb möglich, daß die Wärme von der elektrischen Heizvorrichtung wirksam durch die Abstrahlrippen in das Wasser in den Röhren abgegeben bzw. freigegeben wird.

Angesichts der vorstehenden Ausführung schafft die Erfindung außerdem eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, in welcher, wenn das warme Wasser sich auf einer niedrigen Temperatur unmittelbar nach Motorstart befindet, die vorstehend genannte Aufwärm steuerung genutzt wird, die Wassertemperatur mit Wärme von einer elektrischen Heizvorrichtung wirksam zu erhöhen. Wenn an dererseits die Warmwassertemperatur auf eine vorbestimmte Tem peratur angestiegen ist, un das Anlagengebläse gestartet wurde, kann die Heizlufttemperatur, geliefert durch das Ge bläse, wirksam durch Wärme von der elektrischen Heizvorrichtung durch die Abstrahlrippen erhöht werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispiel haft näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der gesamten Kraftfahrzeug- Klimaanlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung, aufweisend ein elektrisches Steuersystem und einen Warmwasserkreislauf mit einem Wärmetauscher zum Heizen,

Fig. 2 eine Vorderansicht des in Fig. 1 gezeigten Wärmetau schers zum Heizen,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils des Wärme tauschers von Fig. 2, wobei die elektrische Heizvorrichtung in stalliert ist,

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht einer Klimaanlagenlüf tungsleitung in eben dieser bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 5 ein Flußdiagramm der elektrischen Steuerung bei der be vorzugten Ausführungsform, und

Fig. 6 ein Diagramm der Arbeitsweise der bevorzugten Ausfüh rungsform.

Nunmehr wird zunächst eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klimaanlage erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Kraftfahrzeug-Warmwasserkreislauf mit einem Wärmetauscher vom Warmwasser-Typ zum Heizen des Kraftfahrzeug innern mit integralen elektrischen Heizvorrichtungen. In Fig. 1 weist ein Warmwasserkreislauf 11 eines wassergekühlten Kraft fahrzeugmotors 10 eine Warmwasserpumpe 12 auf, die durch einen Fahrzeugmotor 10 angetrieben ist, und die Warmwasserpumpe 12 wälzt Motorkühlwasser durch den Warmwasserkreislauf 11 um.

In dem Warmwasserkreislauf 11 strömt warmes Wasser, welches durch den Kraftfahrzeugmotor 10 erwärmt wird, in einen Heizwär metauscher 14 des Kraftfahrzeuginnern durch ein Warmwasserven til 13. Das Warmwasserventil 13 besteht aus einem elektrischen Betätigungsorgan 13a, wie etwa einem Servomotor, und einem Ven til 13b, das durch das elektrische Betätigungsorgan 13a betä tigt ist, um die Öffnung bzw. Öffnungsweite gegenüber dem Strö mungsdurchlaß des warmen Wassers einzustellen. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind mehrere elektrische Heizvorrichtungen, beispiels weise drei elektrische Heizvorrichtungen 15a bis 15c, integral in den Wärmetauscher 14 eingebaut, und der Wärmetauscher 14 ist im Gehäuse 16 untergebracht, welches einen Lüftungskanal für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage bildet.

Der Wärmetauscher 14 erwärmt Luft, die durch ihn mittels eines Klimatisierungsgebläses 17 geblasen wird, und zwar unter Ver wendung von Wasser oder der elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c als Wärmequelle. In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10a einen Kühler zum Abkühlen vom Motorkühlwasser, die Bezugs ziffer 10b bezeichnet einen Umgehungsdurchlaß und die Bezugs ziffer 10c bezeichnet einen Thermostaten, der einen Durchlaß zu dem Kühler 10a öffnet, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers über eine vorbestimmte Temperatur ansteigt.

Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht des Wärmetauschers 14 für die Kraftfahrzeugheizung, die in Fig. 1 gezeigt ist. Dieser Wärme tauscher 14 weist einen Warmwassereinlaßtank 18, einen Warmwas serauslaßtank 19 und einen Wärmetauscherkernteil 20 auf, der zwischen diesen beiden Tanks 18 und 19 angeordnet ist.

Eine Einlaßröhre 21, durch welche warmes Motorkühlwasser von dem Kraftfahrzeugmotor 10 zuströmt, ist auf dem Warmwasserein laßtank 18 vorgesehen und eine Auslaßröhre 22, durch welches warmes Wasser ausströmt und zum Motor 10 rückgeführt wird, ist auf dem Warmwasserauslaßtank 19 vorgesehen. Der Wärmetauscher 14 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist von oben nach un ten symmetrisch aufgebaut, wie in Fig. 2 gezeigt, weshalb die Positionen des Warmwassereinlaßtanks 18 und des Warmwasseraus laßtanks 19 auch umgekehrt sein können.

Die Tanks 18, 19 bestehen jeweils aus Tankverteilern bzw. Tank anschlußköpfen 18a, 19a und Metallblechen 18b, 19b, welche die offenen Seiten der Tankverteiler 18a und 19a verschließen und bei Tankaufbauten mit einer Längserstreckung von links nach rechts bekannt sind, wie in Fig. 2 gezeigt. Mehrere (nicht ge zeigte) Flachröhreneinführlöcher sind in jedem der Metallbleche 18b, 19b gebildet, und zwar in Reihe angeordnet oder in mehre ren Reihen in der Richtung von links nach rechts in Fig. 2.

Der Wärmetauschkernteil 20 weist mehrere flache Warmwasserröh ren 23 auf, von denen jede parallel zur Strömungsrichtung der Heizluft (Richtung senkrecht zu dem Zeichnungsblatt von Fig. 2 verlaufen) und in einer Reihe in Fig. 2 von links nach rechts angeordnet sind. Warmes Wasser strömt durch das Innere der meh reren Warmwasserröhren 23 von unten nach oben in Fig. 2. Ge wellte Wärmeabstrahl- bzw. Kühlrippen 24 sind zwischen den Warmwasserröhren 23 angeordnet und mit diesen verbunden. Meh rere (nicht gezeigte) Kühlschlitze sind diagonal unter vorbe stimmtem Winkel in bezug auf die Strömungsrichtung der Heizluft in bekannter Weise in jeder der Kühlrippen 24 durch Stanzen eingebracht und verbessern den Wärmeübertragungswirkungsgrad der Rippen.

Die Enden der Warmwasserröhren 23 sind in die Rohreinführlöcher der Metallbleche 18b, 19b eingesetzt und mit diesen verbunden. Seitenplatten 25, 26 sind auf den Außenseiten der am weitesten außenliegenden Kühlrippen 24 (an den linken und rechten Enden von Fig. 2) des Kernteils 20 angeordnet, und die Seitenplatten 25, 26 sind mit den am weitesten außenliegenden Kühlrippen 24 verbunden und mit den Tanks 18, 19.

An vorbestimmten Stellen in dem Wärmetauschkernteil 20 sind die elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c anstelle der Warm wasserröhren 23 eingesetzt. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel sind die elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c in drei gleichermaßen beabstandeten Positionen in dem Wärmetauschkern teil 20 in symmetrischen Links-Rechts-Positionen eingesetzt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, sind flache Metallhalteplatten 50, 50, die sich jeweils in Längsrichtung der Warmwasserröhren 23 er strecken, mit den Rändern der benachbarten Kühlrippen 24 mit einem vorbestimmten Spalt dazwischen verbunden, und zwar in den Teilen des Wärmetauschkernteils 20, wo die elektrischen Heiz vorrichtungen 15a bis 15c eingesetzt sind. Die elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c sind zwischen die metallischen Halteplatten 50, 50 eingesetzt.

Die Bestandteile des Wärmetauschers 14 und die metallischen Halteplatten 50, 50 bestehen bevorzugt sämtliche aus Aluminium und sind miteinander durch Löten verbunden, und die Installa tion der elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c wird nach diesem Löten ausgeführt. Die metallischen Halteplatten 50, 50 können zwei Plattenelemente sein oder alternativ aus einer ein zigen U-förmigen Platte gebildet sein.

Wie in Fig. 3 gezeigt, weisen die elektrischen Heizvorrichtun gen 15a bis 15c jeweils eine 3-schichtige Sandwich-Konstruktion mit mehreren plattenartigen Heizvorrichtungselementen 51 und flachen Elektrodenplatten 52, 53 auf, die auf jeder Seite der Heizvorrichtungselemente 51 abgedeckt durch einen elektrischen Isolator 54 angeordnet sind. Die Heizvorrichtungselemente 51 sind elektrisch mit einer externen Schaltung durch die vorste hend genannten Elektrodenplatten 52, 53 verbunden.

Bei den Heizvorrichtungselementen 51 handelt es sich um PTC- Heizelemente (beispielsweise aus Bariumtitanat), hergestellt aus einem Widerstandsmaterial mit einer positiven Widerstand- Temperatur-Charakteristik, so daß ihr Widerstand bei einer vor bestimmten Solltemperatur rasch zunimmt (dem Curie-Punkt, bei spielsweise 150°C). Da die Heizvorrichtungselemente 51 aus PTC- Heizelementen der genannten Art bestehen, wie an sich bekannt, weist jedes Element eine Selbsttemperatursteuerfähigkeit zum automatischen Steuern der Heiztemperatur auf dem Curie-Punkt auf. Die elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c sind elek trisch parallel zu einer im Fahrzeug angebrachten Energiequelle (der Batterie 30, gezeigt in Fig. 1) geschaltet.

Unter erneutem Bezug auf Fig. 1 steuert eine elektronische Steuereinheit (ECU) 27 die Zufuhr von Strom zu den elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c. Bei der ECU 27 handelt es sich um einen Mikrocomputer, der vorbestimmte Rechenschritte durch führt und die Stromzufuhr zu den elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c und anderen Vorrichtungen auf Grundlage von in ihm gespeicherten Steuerprogrammen durchführt. Ausgangssignale der ECU 27 werden an Relais 28 angelegt und Ströme zu den elektri schen Heizvorrichtungen 15a bis 15c werden durch die Relais 28 ein- und ausgeschaltet.

In Fig. 1 ist lediglich eine der elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c und eines der Relais 28 gezeigt; tatsächlich sind jedoch drei Relais 28 vorgesehen, von denen jeweils eines jeder der drei elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c entspricht. Die Ströme von jeder der drei elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c können unabhängig gesteuert werden.

Strom wird an die ECU 27 von der Kraftfahrzeugbatterie 30 mit tels eines Zündschalters 29 zum Starten und Stoppen des Kraft fahrzeugmotors 10 zugeführt. Eine Lichtmaschine 31 ist mit der Fahrzeugbatterie 30 verbunden und die Batterie 30 wird durch die Ausgangsspannung der Lichtmaschine 31 aufgeladen.

Signale von den folgenden verschiedenen Sensoren werden in die ECU 27 eingegeben. Das heißt, Signale werden in die ECU 27 von einem Wassertemperatursensor 32 zum Ermitteln der Warmwasser temperatur des wassergekühlten Kraftfahrzeugmotors 10, einem Außenlufttemperatursensor 33 zum Ermitteln der Außenlufttempe ratur, einem Batteriespannungssensor 34 zum Erzeugen eines Si gnals entsprechend der Ladespannung der Kraftfahrzeugbatterie 30, einem Klimaanlagenbetätigungsschalter (beispielsweise einem Klimatisierungsgebläseschalter) 35, einem Innenlufttemperatur sensor 36 zum Ermitteln der Temperatur der Luft in der Kraft fahrzeugfahrgastzelle, einem Sonnenstrahlungssensor 37 zum Er mitteln des Ausmaßes der Sonnenstrahlung, welche in die Fahr gastzelle eintritt, einer Temperatureinstelleinrichtung 38 auf einem Klimaanlagenbedienbrett und einem Maximalheizschalter 39 eingegeben, der ein Signal erzeugt, welches den maximalen Heiz zustand anzeigt.

Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht des Lüftungssystems der Kraftfahrzeugklimaanlage. Außenluft oder Innenluft wird durch einen Innen/Außenluft-Umschaltkasten 40 eingeleitet. Diese ein geleitete Luft wird durch die Wirkung des Gebläses 17 durch den Wärmetauscher 41 geblasen und gekühlt sowie entfeuchtet. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Tempe ratureinstellverfahren für die Kraftfahrzeug-Klimaanlage um einen bekannten Luftmisch-Typ, und die Luft, die durch den Wär metauscher 41 gekühlt wird, wird durch eine Luftmischklappe 42 in einen Warmluftanteil, der den Wärmetauscher 14 durchsetzt und einen Kaltluftanteil unterteilt, der einen Umgehungsdurch laß 43 des Wärmetauschers 14 durchsetzt.

Die Temperatur der Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, kann deshalb durch die Strömungsanteile des Warmluftan teils und des Kühlluftanteils eingestellt werden, die durch die Luftmischklappe 42 eingestellt werden. Die Bezugsziffer 42a be zeichnet einen maximalen Heizzustand, bei welchem die Luft mischklappe 42 den Umgehungsdurchlaß 43 vollständig geschlossen und den Luftpfad zum Wärmetauscher 14 vollständig geöffnet hat.

Der vorstehend genannte Maximalheizschalter 39 wird in Überein stimmung damit ein- und ausgeschaltet, ob oder ob nicht die Kraftfahrzeug-Klimaanlage sich im maximalen Heizzustand befin det. Wenn beispielsweise das Temperatureinstellverfahren der Kraftfahrzeug-Klimaanlage der vorstehend erläuterte Luftmisch- Typ ist, wie in Fig. 4 gezeigt, schaltet der Maximalheizschal ter 39 ein, wenn die Luftmischklappe 42 in die Position 42a be tätigt wurde, wie in Fig. 4 strichliert gezeigt. In dieser Po sition schließt sie vollständig den Umgehungsdurchlaß 43 und öffnet vollständig den Luftpfad zu dem Wärmetauscher 14.

In Fig. 4 bezeichnet die Bezugsziffer 430 einen Mischteil, wo der Warmluftanteil und-der Kühlluftmischanteil vorliegen; die Bezugsziffern 44 bis 46 bezeichnen Luftströmungsbetriebsart- Schaltklappen; die Bezugsziffer 47 bezeichnet eine Entfroster öffnung zum Richten von Luft auf die Innenseite der Kraftfahr zeug-Windschutzscheibe; die Bezugsziffer 48 bezeichnet eine Ge sichtsöffnung zum Richten von Luft auf den Kopf eines Fahrga stes und die Bezugsziffer 49 bezeichnet eine Fußöffnung zum Richten von Luft auf die Füße des Fahrgasts.

Als nächstes wird die Arbeitsweise der vorstehend erläuterten Ausführungsform auf Grundlage des Flußdiagramms von Fig. 5 er läutert.

Die Steuerroutine von Fig. 5 startet, wenn der Zündschalter 29 des Kraftfahrzeugmotors 10 und der Klimaanlagenschalter 35 beide eingeschaltet sind. Im Schritt S100 werden Signale von den verschiedenen Sensoren und Schaltern gelesen. Als nächstes wird im Schritt S110 eine Zielluftströmungslufttemperatur bzw. Zielluftanteillufttemperatur TAO berechnet, die zum Aufrechter halten einer Zieltemperatur in der Fahrgastzelle erforderlich ist. Diese Ziel- bzw. Solltemperatur TAO der Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, wird auf Grundlage des folgenden Ausdrucks 1 berechnet, der in einem der ECU zugeordneten ROM gespeichert ist.

TAO = Kset × Tset - Kr × Tr - Kam × Tam - Ks × Ts + C.

Dabei ist Tset die Zieltemperatur, die mittels des Temperatur einstellers 38 auf dem Klimaanlagensteuerbrett eingestellt wird, Tr ist die Innenlufttemperatur, die durch den Innenluft temperatursensor 36 ermittelt wird, Tam ist die Außenlufttempe ratur, die durch den Außenlufttemperatursensor 33 ermittelt wird und Ts ist die Menge an Sonnenstrahlung, die durch den Sonnenstrahlungssensor 37 ermittelt wird. Bei Kset, Kr, Kam und Ks handelt es sich um Verstärkungsfaktoren und bei C handelt es sich um eine Korrekturkonstante.

Als nächstes wird im Schritt S120 ermittelt, ob die Zielluft strömungslufttemperatur TAO gleich oder größer als ein Sollwert (beispielsweise 35°C) ist. Dies dient dazu, zu ermitteln, ob oder ob nicht der Betriebszustand der Klimaanlage sich in einem Heizbetriebsbereich befindet.

Wenn TAO im Schritt S120 über dem Sollwert liegt und der Be triebszustand als sich im Heizbetriebsbereich befindend ermit telt wird, wird im nachfolgenden Schritt S130 auf Grundlage des Signals von dem Maximalheizschalter 39 ermittelt, ob oder ob nicht die Anlage sich im maximalen Heizzustand befindet. Wenn die Anlage sich im maximalen Heizzustand befindet, wird im Schritt S140 auf Grundlage des Signals von dem Batteriespan nungssensor 34 ermittelt, ob oder ob nicht die Batterie ausrei chend geladen wird. Wenn die Batterie ausreichend geladen wird, wird im Schritt S150 auf Grundlage des Signals von dem Außen lufttemperatursensor 33 ermittelt, ob oder ob nicht die Außen lufttemperatur unter einer vorbestimmten Temperatur (beispiels weise 10°C) liegt.

Da Vorstehendes dazu dient, zu ermitteln, ob oder ob nicht die Umgebung des Kraftfahrzeugs aktuell kalt ist, in welchem Fall es einige Zeit dauert, bis die Warmwassertemperatur ansteigt, ist die Solltemperatur auf eine ziemlich niedrige Temperatur von beispielsweise 10°C eingestellt. Wenn die Außenlufttempera tur unter 10°C liegt, wird im Schritt S160 auf Grundlage des Signals von dem Wassertemperatursensor 32 ermittelt, ob oder ob nicht die Wassertemperatur gleich oder niedriger als eine erste Solltemperatur T₁ (beispielsweise 80°C) ist. Wenn die Wasser temperatur gleich oder kleiner als 80°C ist, werden im Schritt S170 die Relais 28 eingeschaltet und Ströme werden durch die elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c geleitet.

Im Schritt S180 wird daraufhin die Wassertemperatur erneut er mittelt. Das heißt, es wird ermittelt, ob oder ob nicht die Wassertemperatur gleich oder niedriger als eine zweite Solltem peratur T₂ (beispielsweise 35°C) ist. Die zweite Solltemperatur T₂ ist eine Minimaltemperatur, bei welcher das warme Wasser Luft auf eine komfortable Heiztemperatur erhitzen kann, wie beispielsweise etwa 35°C. Wenn die Wassertemperatur gleich oder kleiner als 35°C ist, wird im Schritt S190 das Klimaanlagenge bläse 17 gestoppt und das Warmwasserventil 13 wird geöffnet.

Infolge davon, daß das Warmwasserventil 13 bei gestopptem Kli maanlagengebläse 17 geöffnet wird und Ströme durch die elektri schen Heizvorrichtungen 15a bis 15c geleitet werden, tritt fol gende Wirkung im Wärmetauscher 14 auf.

In dem Warmwasserkreislauf 11 tritt aufgrund des Betriebs der Warmwasserpumpe 12, angetrieben durch den Kraftfahrzeugmotor 10, warmes Wasser von dem Motor 10 durch das Warmwasserventil 13 hindurch und strömt durch die Einlaßröhre 21 in den Warmwas sereinlaßtank 18 des Wärmetauschers 14.

Das warme Wasser wird daraufhin durch den Warmwassereinlaßtank 18 in mehrere Warmwasserröhren 23 verteilt und durchsetzt die Röhren 23. Das Wasser strömt daraufhin in den Warmwasserauslaß tank 19 zur Außenseite des Wärmetauschers durch die Auslaßröhre 22 und kehrt zum Motor zurück. Da zu diesem Zeitpunkt keine Luft durch die Spalte zwischen den Warmwasserröhren 23 und den Kühlrippen 24 geblasen wird, wird keine Wärme in die Luft abge geben. Wenn infolge davon Ströme durch die elektrischen Heiz vorrichtungen 15a bis 15c geleitet werden, und die Heizvorrich tungen infolge davon Wärme abgeben, wird die durch die elektri schen Heizvorrichtungen 15a bis 15c erzeugte Wärme im wesentli chen nicht in die Luft durch die Kühlrippen 24 abgegeben, statt dessen in die Warmwasserinnenseite der Warmwasserröhren 23 ge leitet, um das Wasser zu erwärmen. Das Wasser kann demnach durch das Heizen der elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c erwärmt werden.

Da die elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c Wärme in das Wasser bei niedriger Temperatur abgeben, wird die Temperatur der elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c auf einer Tempe ratur niedriger als dem Curie-Punkt gehalten. Folglich wird der elektrische Widerstand der elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c auf einem relativ kleinen Wert gehalten und der Strom (d. h. der Energieverbrauch) der elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c wird relativ groß. Infolge davon nehmen die Gene ratorlast der Lichtmaschine 31 und die Antriebslast des Kraft fahrzeugmotors 10 beide zu und die Menge an Abwärme, die durch den Motor 10 selbst erzeugt wird, nimmt zu.

Folglich kombinieren die erhöhte Abwärme von dem Motor 10 und die Wärmeüberführung von den elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c miteinander, um die Wassertemperatur rasch zu erhöhen.

Wenn die Warmwassertemperatur über die zweite Solltemperatur T₂ (beispielsweise 35°C) ansteigt, schreitet daraufhin der Prozeß ablauf vom Schritt S180 rum Schritt S200 weiter und das Klima tisierungsgebläse 17 wird betätigt und das Warmwasserventil 13 wird geöffnet. Infolge der Betätigung des Klimaanlagengebläses 17 tritt Luft durch die Spalte zwischen den Warmwasserröhren 23 und den Kühlrippen 24 des Wärmetauschers 14 hindurch.

Da die durch die elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c er zeugte Wärme zu den Kühlrippen 24 auf beiden Seiten der jewei ligen Heizvorrichtungen geleitet und von den Kühlrippen 24 in die Luft zum Heizen abgegeben wird, wird die Wärmemenge, die von den elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c zu dem war mem Wasser in den Warmwasserröhren 23 geleitet wird, ab. Die Luft zum Heizen kann deshalb rasch durch Wärme erhitzt werden, die durch die elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c er zeugt wird, und dadurch kann ein sofortiges effektives bzw. wirksames Heizen durchgeführt werden.

Es wird bemerkt, daß aufgrund des Starts des Gebläses die Wär memenge, die von den elektrischen Heizvorrichtungen (den PTC- Elementen) 15a bis 15c abgeführt wird, zunimmt und die Tempera turen der elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c abnehmen. In Übereinstimmung mit der PTC-Widerstands-Temperatur-Kennlinie nehmen die Widerstände der Heizvorrichtungen ab und die Ströme durch die Heizvorrichtungen nehmen zu (siehe Fig. 6).

Wenn zu diesem Zeitpunkt die Luftströmung zum Heizen plötzlich zunimmt, fällt die Temperatur der Luft, die zur Innenseite der Fahrgastzelle zugeführt wird und führt dazu, daß das Heizen als unzulänglich empfunden wird. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die auf den Gebläsemotor 17a aufgeprägte Spannung zu dem Zeitpunkt mi nimal, zu welchem das Klimaanlagengebläse 17 gestartet wird, und nimmt daraufhin allmählich in Übereinstimmung mit dem An stieg der Warmwassertemperatur zu. Da die Luftströmung zum Hei zen allmählich größer wird, nachdem die Warmwassertemperatur über die zweite Solltemperatur T₂ angestiegen ist, nimmt die Temperatur der Luft, die zur Innenseite der Fahrgastzelle ge liefert wird, nicht ab, und ein komfortables Heizempfinden kann rasch erzielt werden.

In Fig. 6 ist auf der horizontalen Achse des Diagramms die ab gelaufene Zeit aufgetragen, nach welcher der Klimatisierungsbe tätigungsschalter 35 eingeschaltet wurde, und auf der vertika len Achse des Diagramms ist die Öffnung bzw. die Öffnungsweite des Warmwasserventils 13, der Strom, der die elektrischen Heiz vorrichtungen 15a bis 15c durchfließt, die Spannung, die dem Motor durch Antreiben des Klimatisierungsgebläses 17 aufgeprägt ist und die Motorwasserstemperatur aufgetragen.

Die strichlierte Linie [1] in der Kurve des Stroms der elektri schen Heizvorrichtungen 15a bis 15c ist derjenige Strom, wenn die Warmwassertemperatur niedriger als die zweite Solltempera tur T₂ (beispielsweise 35°C) ist. In diesem Fall wird Strom einfach durch die elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c geleitet, ohne daß die Vorrichtungen Wärme entweder in die Luft oder in das warme Wasser abgeben. Dieses Vergleichsbeispiel, das durch die strichlierte Linie [1] gezeigt ist, zeigt wie, da die Wärmemenge, die von den elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c entzogen wird, sehr klein ist, die Temperatur der elek trischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c rasch den Curie-Punkt erreicht und der elektrische Widerstand der Vorrichtungen rasch ansteigt und der die Vorrichtungen durchfließende Strom rasch abnimmt. Da die Generatorlast der Lichtmaschine 31 niedrig ist, nimmt die Antriebslast des Kraftfahrzeugmotors 10 nicht zu. Folglich nimmt das Ausmaß an Abwärme, erzeugt durch den Motor selbst, nicht zu, und die Wassertemperatur wird minimal er wärmt.

Wenn die Ermittlung im Schritt S120 von Fig. 5 NEIN ergibt, be findet sich die Anlage nicht im Heizbetriebsbereich, und wenn die Ermittlung im Schritt S130 NEIN ergibt, ist die erforderli che Heizkapazität gering. In jedem Fall schreitet der Prozeß zum Schritt S210 weiter und die Ströme zu den elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c werden unterbrochen. Wenn im Schritt S140 ermittelt wird, daß die Batterie nicht ausreichend geladen wird, schreitet der Prozeß zum Schritt S120 weiter und unterbricht die Ströme zu den elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c, um ein übermäßiges Entladen der Batterie zu ver hindern.

Wenn im Schritt S150 die Außenlufttemperatur 10°C übersteigt, wird ermittelt, daß die Umgebung nicht kalt ist, und der Prozeß schreitet zum Schritt S210 weiter und unterbricht die Ströme zu den elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c. Wenn die Was sertemperatur die erste vorbestimmte Temperatur T₁ (beispiels weise 80°C) überschreitet, weil die Luftströmungstemperatur zur Innenseite der Fahrgastzelle lediglich mit der aus dem warmen Wasser in die Warmwasserröhren 23 eingetragene Wärme nicht aus reichend ansteigt, schreitet der Prozeß zum Schritt S210 weiter und schaltet die Ströme zu den elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c ab.

Der Prozeß schreitet folglich vom Schritt S210 zum Schritt S220 weiter, und eine normale Klimatisierungssteuerung wird ausge führt. Das heißt, bei der aktuell bevorzugten Ausführungsform werden in Übereinstimmung mit der Zielluftströmungslufttempera tur TAO, berechnet im vorstehend genannten Schritt S110, eine Betriebsart zur Luftströmungsförderung zur Fahrgastzelle, eine Öffnung der Luftmischklappe 42, ein Förderstrom des Klimatisie rungsgebläses 17, eine Position des Warmwasserventils 13 und dergleichen ermittelt und eine automatische Klimaanlagensteue rung wird ausgeführt.

Nachfolgend werden weitere bevorzugte Ausführungsformen erläu tert.

Bei der vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsform stellt die ECU die Temperatur der in die Fahrgastzelle geblase nen Luft ein und die Luftmischklappe 42 stellt die Strömungsan teile der Luft ein, die durch den Wärmetauscher 14 strömt, und der Luft, die durch den Umgehungsdurchlaß 43 des Wärmetauschers 14 zum Heizen strömt. Verfahren, bei welchen die Luftströmungs lufttemperatur durch Einstellen der Strömung und der Temperatur des warmen Wassers eingestellt werden, welches durch den Wärme tauscher 14 umgewälzt wird, und zwar unter Verwendung des Warm wasserventils 13, sind ebenfalls bekannt, und die Erfindung kann in ähnlicher Weise auf eine derartige Klimaanlage angewen det werden.

Obwohl bei der vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungs form als Strömungssteuerung für das Klimatisierungsgebläse 17 der Spannungspegel, der auf dem Gebläsemotor 17a aufgeprägt ist, variiert wird, um die Motordrehzahl zu variieren, kann auch ein Impulsbreiten-Modulations (PWM) verfahren eingesetzt werden, bei welchem die Impulsbreite einer Impulsausgangsspan nung, die an den Gebläsemotor 17a angelegt ist, moduliert wird.

Wenn die elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c mit dem Wärmetauscher 14 integral ausgebildet werden, ist die Form der Installation der elektrischen Heizvorrichtungen 15a bis 15c nicht auf die in Fig. 2 gezeigte Form beschränkt, sondern kann in Übereinstimmung mit den Spezifikationen des Wärmetauschers 14 geändert werden.

Während die vorstehend angeführte Beschreibung die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrifft, wird be merkt, daß die Erfindung modifiziert und abgewandelt werden kann, ohne von ihrem Umfang abzuweichen, der durch die anlie genden Ansprüche festgelegt ist. Dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließen sich zahlreiche durch die Erfindung er zielbare Vorteile, nachdem er die vorstehend angeführte Erläu terung in Verbindung mit den Zeichnungen studiert hat.

Claims

1. Kraftfahrzeug-Klimaanlage, aufweisend:
ein Gehäuse (16), welches einen Lüftungskanal festlegt,
einen Wärmetauscher (14), der in dem Gehäuse (16) angeord net ist, um in eine Fahrgastzelle zu blasende Luft mit warmem Wasser von einer Kraftfahrzeugmotor-Kühlquelle zu erwärmen,
ein Warmwasserventil (13) zum Steuern einer Warmwasser strömung von der Kraftfahrzeugmotor-Kühlquelle zu dem Wär metauscher (14), und
ein Gebläse (17) zum Blasen von Luft durch den Kanal (16), wobei der Wärmetauscher (14) Warmwasserröhren (23) auf weist, durch welche das warme Wasser fließt, Kühlrippen (24), die mit den Warmwasserröhren (23) verbunden sind, und elektrische Heizvorrichtungen (15a-15c), die in den Wärmetauscher (14) eingebaut sind, um Wärme mittels der Kühlrippen (24) an die Luft abzugeben, die in die Fahr gastzelle geblasen wird.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Steuereinheit zum Einschalten der elektrischen Heizvor richtungen (15a-15c) zum Stoppen des Klimatisierungsgeblä ses (17) und zum Öffnen des Warmwasserventils (13) derart, daß Wärme von den elektrischen Heizvorrichtungen (15a-15c) durch die Kühlrippen (24) an das warme Wasser in den Warm wasserröhren (23) abgegeben wird, wenn ein vorbestimmter Heizbetriebsbereich erreicht ist und die Temperatur des warmen Wassers niedriger als eine Solltemperatur (T₂) ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit das Klimatisierungsgebläse (17) startet, während die elektri schen Heizvorrichtungen (15a-15c) in einem eingeschalteten Zustand gehalten sind und das Warmwasserventil (13) in einem offenen Zustand gehalten ist, so daß Wärme von den elektrischen Heizvorrichtungen (15a-15c) durch die Kühl rippen (24) in die Luft abgegeben wird, die durch das Kli matisierungsgebläse (17) geblasen wird, wenn die Tempera tur des warmen Wassers über die Solltemperatur (T₂) steigt.

4. Klimaanlage nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit außerdem eine Zielluftströmungslufttemperatur (TAO) von Luft berechnet, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, um zu ermitteln, ob oder ob nicht der Heizbetriebsbereich auf Grundlage der Zielluftströmungslufttemperatur (TAO) er reicht wurde.

5. Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei die elektrischen Heiz vorrichtungen (15a-15c) Heizvorrichtungselemente (51) auf weisen, die aus einem Widerstandsmaterial mit positiver Widerstandstemperatur-Kennlinie hergestellt sind, welche dafür sorgt, daß ihr Widerstand bei einer vorbestimmten Solltemperatur rasch ansteigt.

6. Kraftfahrzeug-Klimaanlage, aufweisend:
ein Gehäuse (16) mit einem Lüftungskanal,
einen Wärmetauscher (14), der in dem Gehäuse (16) zum Er wärmen von Luft mit durch einen Kraftfahrzeugmotor (10) erwärmtem Wasser angeordnet ist, die in eine Fahrgastzelle geblasen wird,
ein Warmwasserventil (13) zum Steuern einer Warmwasser strömung zu dem Wärmetauscher (14), und
ein Gebläse (17) zum Blasen von Luft durch den Lüftungska nal (16),
wobei der Wärmetauscher (14) Warmwasserröhren (23) umfaßt, durch welche das warme Wasser strömt, Kühlrippen (24), die mit den Warmwasserröhren (23) verbunden sind, und elektri sche Heizvorrichtungen (15a-15c), die in den Wärmetauscher (14) eingebaut sind, um Wärme über die Kühlrippen (24) an die Luft abzugeben, die in die Fahrgastzelle geblasen wird.

7. Klimaanlage nach Anspruch 6, außerdem aufweisend eine Heizbetriebsermittlungseinrichtung (S120) zum Ermitteln, ob oder ob nicht die Anlage sich in einem Heizbetriebsbe reich befindet,
eine Warmwassertemperaturermittlungseinrichtung (32) zum Ermitteln der Temperatur des warmen Wassers, eine Warmwassertemperaturermittlungseinrichtung (S180) zum Ermitteln, ob oder ob nicht die Temperatur des warmen Was sers höher als eine Solltemperatur (T₂) ist,
eine erste Steuereinrichtung (S170, S190) zum Einschalten der elektrischen Heizvorrichtungen (15a-15c) und zum Stop pen des Klimatisierungsgebläses (17) und zum Öffnen des Warmwasserventils (13), wenn durch die Ermittlungseinrich tung (S120, S180) ermittelt wurde, daß die Anlage sich in einem Heizbetriebsbereich befindet und die Temperatur des warmen Wassers niedriger als die Solltemperatur (T₂) ist, und
eine zweite Steuereinrichtung (S170, S200) zum Starten des Klimatisierungsgebläses (17), wobei die elektrischen Heiz vorrichtungen (15a-15c) weiterhin eingeschaltet sind und das Warmwasserventil (13) weiterhin offen ist, wenn durch die Ermittlungseinrichtung (S120, S180) ermittelt wurde, daß die Anlage sich in einem Heizbetriebszustand befindet und die Temperatur des warmen Wassers höher als die Soll temperatur (T₂) ist.

8. System nach Anspruch 6, außerdem aufweisend eine Berech nungseinrichtung (S110) zum Berechnen einer Zielluftströ mungslufttemperatur (TAO) von Luft, die in die Fahrgast zelle geblasen wird, um zu ermitteln, ob ein Heizbetriebs bereich auf Grundlage der Zielluftströmungslufttemperatur (TAO) erreicht ist.

9. Klimaanlage nach Anspruch 6, wobei das Klimatisierungsge bläse (17) mit minimaler Drehzahl gestartet wird und dar aufhin die durch das Klimatisierungsgebläse (17) geför derte Strömung allmählich erhöht wird, wenn die Temperatur des warmen Wassers ansteigt, wenn die Temperatur des war men Wassers über die Solltemperatur (T₂) steigt.

10. Klimaanlage nach Anspruch 6, wobei die elektrischen Heiz vorrichtungen (15a-15c) Heizvorrichtungselemente (51) auf weisen, die aus einem Widerstandsmaterial mit einer posi tiven Widerstandstemperatur-Kennlinie bestehen, die derart verläuft, daß der Widerstand bei einer vorbestimmten Soll temperatur plötzlich zunimmt.

11. Wärmetauscher für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, aufwei send:
mehrere Warmwasserröhren (23), durch welche durch einen Motor erhitztes Wasser strömt,
mehrere Kühlrippen (24), die in Verbindung mit den mehre ren Warmwasserröhren (23) stehen, und
mehrere elektrische Heizvorrichtungen (15a-15c), die zwi schen bestimmten den mehreren Warmwasserröhren verteilt angeordnet sind und in Verbindung mit den Kühlrippen (24) stehen, um Wärme an in eine Fahrgastzelle zu blasende Luft durch die mehreren Kühlrippen (24) in gesteuerter Weise abzugeben.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, außerdem aufweisend ein Warmwasserventil (13) zum Steuern des Stroms von motorge kühltem Wasser zu den mehreren Warmwasserröhren (23)

13. Wärmetauscher nach Anspruch 11, wobei die mehreren elek trischen Heizvorrichtungen (15a-15c) mehrere elektrische Heizvorrichtungselemente (51) umfassen, die aus Wider standsmaterial hergestellt sind, das eine positive Wider standstemperatur-Kennlinie aufweist, die ihren Widerstand veranlaßt, bei einer vorbestimmten Solltemperatur plötz lich anzusteigen.