DE19954000A1 - Heizungs- und Lüftungsanlage für Fahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizungs- und Lüftungsanlage für Fahrzeuge, mit einem Strömungskanalsystem, das wenigstens einen Lufteinlaß und wenigstens einen einem Fahrgastraum zugeordneten Luftauslaß aufweist, und zwischen dem wenigstens einen Lufteinlaß und dem wenigstens einen Luftauslaß eine erste Heizeinrichtung zur Erwärmung der Luft angeordnet ist, die als Wärmequelle ein Kühlmedium eines Kühlsystems einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeuges nutzt, und einer von wenigstens einem Heizelement gebildeten zweiten Heizeinrichtung, die zwischen der ersten Heizeinrichtung und dem wenigstens einen Luftauslaß angeordnet ist, und mit einer Strömungsmaschine zum Erzeugen einer Luftströmung in dem Strömungskanalsystem. DOLLAR A Es ist vorgesehen, daß das wenigstens eine Heizelement (20) unmittelbar in wenigstens einem Fahrzeugscheiben des Fahrzeuges zugeordneten Luftauslaß (12, 14, 16) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungs- und Lüftungsanlage für Fahrzeuge mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Heizungs- und Lüftungsanlagen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Diese dienen dazu, einen Fahrgastinnenraum eines Fahrzeuges zu beheizen und zu belüften beziehungsweise gegebenenfalls zu klimatisieren. Üblicherweise wird hierzu eine Luftströmung durch ein Strömungskanalsystem zu dem Fahrgastinnenraum zugeordneten Luftauslässen geführt. Innerhalb des Strömungskanalsystems ist eine Heizeinrichtung angeordnet, die ihre Wärmeenergie aus einem Kühlsystem einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeuges bezieht. Mittels eines Wärmetauschers wird dem sich erwärmenden Kühlmedium der Verbrennungskraftmaschine Wärme entzogen und der, in den Fahrgastinnenraum geführten Luftströmung zugeführt. Je nachdem, ob ein Heizbedarf besteht oder nicht, wird durch innerhalb des Strömungskanalsystems angeordnete Umlenk- beziehungsweise Steuerungseinrichtungen die Luftströmung über die Heizeinrichtung oder an dieser vorbei (Bypass) geführt. Bei den bekannten Heizungs- und Lüftungsanlagen ist nachteilig, daß bei Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine zunächst eine Zeitspanne vergeht, bis das Kühlmedium der Verbrennungskraftmaschine eine Temperatur aufweist, die eine Erwärmung einer Heizluft über die in dem Strömungskanalsystem angeordnete Heizeinrichtung gestattet. Hierdurch ist zum einen ein Komfortverlust für Fahrzeuginsassen gegeben, da eine Aufheizung des Fahrgastinnenraumes erst nach einer bestimmten Zeitspanne nach Start der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann. Ferner steht, insbesondere bei Außentemperaturen in beziehungsweise unter Gefrierpunktnähe, nicht sofort eine Heizluft zur Verfügung, mittels der eine rasche Enteisung beziehungsweise Beschlagentfernung von Scheiben des Kraftfahrzeuges erfolgen kann.

Aus der DE 197 52 676 A1 ist eine Klimaanlagen-Steuervorrichtung für Fahrzeuge bekannt, bei der zusätzlich innerhalb des Strömungskanalsystems wenigstens ein PTC(positiver Temperaturkoeffizient)-Heizelement angeordnet ist. Dort ist beschrieben, wenigstens ein PTC-Heizelement in einem Fußauslaß und wenigstens ein weiteres PTC- Heizelement vor einem Luftverteiler des Strömungskanalsystems anzuordnen, wobei der Luftverteiler eine Verteilung des Luftstromes zu mehreren, entfernt vom Verteiler angeordneten Auslässen in einer Instrumententafel des Fahrzeuges beziehungsweise zu den Fußauslässen übernimmt. Dieses zusätzliche PTC-Heizelement vor dem Verteiler soll in einer Aufheizphase die Bereitstellung einer Wärmeenergie übernehmen, mittels der eine rasche Erwärmung des Fahrgastinnenraumes beziehungsweise eine rasche Entfrostung der Scheiben des Fahrzeuges erfolgen soll. Bei der bekannten Klimaanlagen-Steuervorrichtung ist jedoch nachteilig, daß durch die zentrale Anordnung des zusätzlichen PTC-Heizelementes dieses relativ weit entfernt von den, den Fahrzeugscheiben zugeordneten Luftauslässen angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich, daß bis zum Eintritt einer Heizwirkung beziehungsweise Enteisungsfunktion der Scheiben ebenfalls eine relativ lange Zeitspanne vergeht, da zunächst der Abschnitt des Strömungskanalsystems, der zwischen dem zusätzlichen PTC-Heizelement und dem Luftauslaß angeordnet ist, erwärmt werden muß. Insbesondere bei relativ tiefen Außentemperaturen, beispielsweise weit unterhalb des Gefrierpunktes, bedarf es zunächst eines erheblichen Energieeinsatzes, um an den den Fahrzeugscheiben zugeordneten Luftauslässen eine Heizwirkung zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungs- und Lüftungsanlage der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der in einfacher Weise eine unmittelbare Heizwirkung an den den Fahrzeugscheiben zugeordneten Luftauslässen möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Heizungs- und Lüftungsanlage mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, daß das wenigstens eine Heizelement unmittelbar in wenigstens einem der, den Fahrzeugscheiben zugeordneten Luftauslässe angeordnet ist, wird bei Zuschaltung des Heizelementes sofort die von diesem erzeugte Wärmeenergie den Scheiben zugeführt. Somit kann unmittelbar eine Heiz- beziehungsweise Abtauwirkung an den Scheiben eingeleitet werden. Entsprechend einer eingestellten Strömungsgeschwindigkeit der Heizluft innerhalb des Strömungskanalsystems durch die diesem zugeordnete Strömungsmaschine kann sofort durch das Heizelement erwärmte Luft auf die Scheiben geleitet werden. Entsprechend einer Heizleistung des Heizelementes kann somit sehr rasch eine Defrostung beziehungsweise Beschlagbefreiung der Scheiben erzielt werden. Das Aufheizen des Strömungskanalsystems selber wird nunmehr durch die Heizeinrichtung, die als Wärmeenergie das Kühlmedium eines Kühlsystems der Verbrennungskraftmaschine nutzt, übernommen. Während dieser Aufheizung des Strömungskanalsystems wird bereits durch das Heizelement erwärmte Heizluft auf die Scheiben geleitet.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Heizelement ein PTC-Heizelement ist und wahlweise zuschaltbar ist, insbesondere durch eine Temperatursteuerschaltung und/oder ein von einem Fahrzeugführer betätigbares Schaltelement. Somit kann vorteilhaft erreicht werden, daß eine Zuschaltung des PTC- Heizelementes tatsächlich nur in einem benötigten Umfange, beispielsweise wenn tatsächlich eine Vereisung beziehungsweise eine Beschlagung der Scheiben gegeben ist, erfolgt. Dies läßt sich entweder über einen Temperaturfühler außen­ beziehungsweise innentemperaturabhängig und/oder durch ein subjektives Empfinden eines Fahrzeugführers bestimmen.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Heizelement automatisch abschaltet, wenn eine von der Heizeinrichtung zur Verfügung gestellt Heizluft ein genügend großes Temperaturniveau erreicht hat. Dies ist innerhalb einer bestimmten Zeitspanne nach Starten der Verbrennungskraftmaschine der Fall. Somit wird erreicht, daß das Heizelement tatsächlich nur in der unmittelbar dem Start der Verbrennungskraftmaschine folgenden Phase zugeschaltet ist. Ein Energieeinsatz zum Betrieb des Heizelementes wird somit auf ein notwendiges Minimum beschränkt.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Instrumententafel eines Fahrzeuges und

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Heizungs- und Lüftungsanlage eines Fahrzeuges.

Fig. 1 zeigt eine Instrumententafel 10 eines nicht dargestellten Fahrzeuges. Neben hier nicht zu erläuternden Bedien- und Anzeigeelementen für einen Fahrzeugführer eines Fahrzeuges ist in der Instrumententafel 10 ein erster Luftauslaß 12 angeordnet, der in Richtung einer nicht dargestellten Frontscheibe des Fahrzeuges gerichtet ist. Ferner sind zweite Luftauslässe 14 angeordnet, die in Richtung eines Fahrgastinnenraumes weisen. In der Mündung der Luftauslässe 14 sind Luftleitelemente angeordnet, mittels denen ein Luftstrom in den Fahrgastinnenraum beziehungsweise zu den Seitenscheiben der vorderen Türen des Fahrzeuges lenkbar ist. Ferner sind in der Instrumententafel 10 dritte Luftauslässe 16 vorgesehen, die in Richtung der Seitenscheiben weisen. Darüber hinaus ist ein weiterer Luftauslaß 18 vorgesehen, der in etwa in der Mitte der Instrumententafel 10 angeordnet ist und in Richtung des Fahrgastinnenraumes weist.

Alle Luftauslässe 12, 14, 16 und 18 sind über ein verzweigtes Kanalsystem mit einer Heizungs- und Lüftungsanlage verbunden, über die eine Luftströmung in den Fahrgastinnenraum bringbar ist. Je nach Bedarf kann die Luftströmung geheizt beziehungsweise gekühlt (klimatisiert) werden. Aufbau und Wirkungsweise einer derartigen Heizungs- und Lüftungsanlage sind allgemein bekannt, so daß im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen werden soll. Insbesondere kann mittels Stellelementen die Luftaustrittsrichtung und/oder Luftaustrittsmenge und/oder Luftaustrittstemperatur variiert werden.

Gemäß der Erfindung ist in den Luftauslässen 12 und/oder 14 und/oder 16 jeweils ein PTC-Heizelement 20 (Fig. 2) angeordnet. Hierbei kann entweder in jedem der Luftauslässe 12, 14, 16 oder in einzelnen der Luftauslässe 12, 14, 16 ein derartiges PTC-Heizelement 20 angeordnet sein.

In Fig. 2 ist anhand einer schematischen Darstellung eine insgesamt mit 22 bezeichnete Heizungs- und Lüftungsanlage dargestellt. Die Instrumententafel 10 ist in einer Schnittdarstellung im Bereich eines Luftauslasses 14 gezeigt. Innerhalb des Luftauslasses 14 ist das PTC-Heizelement 20 angeordnet. Dieses ist durch geeignete, hier nicht näher dargestellte Befestigungselemente unmittelbar benachbart zu einer, in einer Mündung 24 des Luftauslasses 14 angeordneten Luftleiteinrichtung 26 angeordnet. Das PTC-Heizelement 20 ist derart befestigt beziehungsweise ausgebildet, daß sich ein möglichst geringer Strömungswiderstand ergibt.

Die Heizungs- und Lüftungsanlage 22 umfaßt ferner einen Lufteinlaß 28, der beispielsweise mittels einer hier angedeuteten Schalteinrichtung 30 umschaltbar ist, so daß der Lufteinlaß 28 mit Frischluft (von außerhalb des Fahrzeuges) und/oder Umluft (aus einem Fahrzeuginnenraum) beaufschlagbar ist. Der Lufteinlaß 28 führt zu einem Strömungskanalsystem 32, an dessem stromabwärtigen Ende die Luftauslässe 12, 14, 16, 18 angeordnet sind. Innerhalb des Strömungskanalsystems 32 ist eine Strömungsmaschine 34 angeordnet, mittels der eine Strömungsgeschwindigkeit der über den wenigstens einen Lufteinlaß 28 angesaugten Luft einstellbar ist. Ferner ist innerhalb des Strömungskanalsystems 32 eine Heizeinrichtung 36 angeordnet. Die Heizeinrichtung 36 ist mit einem Kühlsystem 38 einer Brennkraftmaschine des Fahrzeuges gekoppelt, wobei ein Kühlmedium des Kühlsystems 38 als Wärmequelle zum Erhitzen einer Heizluft dient. Im einzelnen nicht dargestellt ist, daß bei Nichtbedarf der Heizeinrichtung 36 die Luftströmung um die Heizeinrichtung 36 über einen Bypass vorbeileitbar ist.

Das wenigstens eine PTC-Heizelement 20 ist über eine Steuereinrichtung 40 mit einer Spannungsquelle 42, in der Regel eine Kraftfahrzeugbatterie, zur Bereitstellung einer Bordspannung des Fahrzeuges verbunden. Steuereingänge der Steuereinrichtung sind mit einem Außentemperaturfühler 43, einem Innentemperaturfühler 44 sowie einem Schaltmittel 46 verbunden.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Heizungs- und Lüftungsanlage 22 zeigt folgende Funktion:
Beim Start einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeuges und gleichzeitiger Heizungsanforderung eines Fahrzeugführers beziehungsweise einer Steuerelektronik beginnt die Heizeinrichtung 36 einen durch das Strömungskanalsystem 32 geführten Luftstrom zu erwärmen. Entsprechend einer Betriebsweise der Strömungsmaschine 34 wird hierbei ein mehr oder weniger großer Luftstrom durch das Strömungskanalsystem 32 geführt. Da die Verbrennungskraftmaschine noch keine Betriebstemperatur aufweist, kann über das Kühlmedium des Kühlsystems 38 noch keine genügend große Wärmeenergie bereitgestellt werden, um die gewünschte Solltemperatur der Heizluft zu erreichen. Um jedoch unmittelbar nach Start der Verbrennungskraftmaschine über die Luftauslässe 12 und/oder 14 und/oder 16 im Bedarfsfalle sofort eine Heizluft, beispielsweise zum Defrosten von Scheiben des Fahrzeuges, bereitzustellen, wird über die Steuereinrichtung 40 das PTC-Heizelement 20 eingeschaltet, so daß dieses entsprechend seiner Heizleistung eine Wärmeenergie abgibt. Die Zuschaltung des PTC- Heizelementes 20 kann hierbei abhängig von einer über den Außentemperaturfühler 43 sensierten Außentemperatur und/oder einer von dem Innentemperaturfühler 44 sensierten Innentemperatur und/oder einer von dem Fahrzeugführer betätigten Schaltstellung des Schaltmittels 46 erfolgen.

Mit fortschreitender Betriebsdauer der Brennkraftmaschine kann über das Kühlmedium des Kühlsystems 38 eine genügend große Wärmeenergie abgenommen werden, um die Heizluft auf die benötigte Temperatur aufzuheizen. Mit Ansteigen der Temperatur der Heizluft stromaufwärts des PTC-Heizelementes 20 auf eine erforderliche Solltemperatur erfolgt ein selbsttätiges Abschalten des PTC-Heizelementes 20, so daß die weitere Aufheizung des Fahrgastinnenraumes beziehungsweise die Defrostung beziehungsweise Beschlagbefreiung der Scheiben nunmehr durch die von der Heizeinrichtung 36 erwärmte Heizluft übernommen wird. Das selbsttätige Abschalten des PTC-Heizelementes 20 erfolgt hierbei durch eine an sich bekannte, den PTC- Heizelementen 20 integrierte Sensorschaltung zur Erfassung einer Temperaturdifferenz zwischen einem stromabwärtigen und stromaufwärtigen Meßpunkt des PTC- Heizelementes 20. Solange eine positive Temperaturdifferenz zwischen dem stromabwärtigen und dem stromaufwärtigen Meßpunkt ermittelt ist, bleibt das PTC- Heizelement 20 zugeschaltet. Erst bei Unterschreiten einer Mindestdifferenz oder bei Erreichen einer negativen Temperaturdifferenz, das heißt, die Temperatur am stromabwärtigen Meßpunkt ist höher als die Temperatur am stromaufwärtigen Meßpunkt, wird das PTC-Heizelement 20 abgeschaltet.

Alles in allem wird deutlich, daß durch die zusätzliche Anordnung des wenigstens einen PTC-Heizelementes 20 unmittelbar im Luftauslaß 12 und/oder 14 und/oder 16 eine zusätzliche Heizleistung, insbesondere in der Startphase der Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeuges, bereitgestellt werden kann. Unabhängig von einer Erwärmung der Luftströmung durch die Heizeinrichtung 36 und einer Erwärmung des Strömungskanalsystems 32 selber kann sofort eine Heizenergie zur Verfügung gestellt werden.

Claims (6)

1. Heizungs- und Lüftungsanlage für Fahrzeuge, mit einem Strömungskanalsystem, das wenigstens einen Lufteinlaß und wenigstens einen einem Fahrgastraum zugeordneten Luftauslaß aufweist, und zwischen dem wenigstens einen Lufteinlaß und dem wenigstens einen Luftauslaß eine erste Heizeinrichtung zur Erwärmung der Luft angeordnet ist, die als Wärmequelle ein Kühlmedium eines Kühlsystems einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeuges nutzt, und einer von wenigstens einem Heizelement gebildeten zweiten Heizeinrichtung, die zwischen der ersten Heizeinrichtung und dem wenigstens einen Luftauslaß angeordnet ist, und mit einer Strömungsmaschine zum Erzeugen einer Luftströmung in dem Strömungskanalsystem, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Heizelement (20) unmittelbar in wenigstens einem, Fahrzeugscheiben des Fahrzeuges zugeordneten Luftauslaß (12, 14, 16) angeordnet ist.

2. Heizungs- und Lüftungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (20) eine PTC-Element ist.

3. Heizungs- und Lüftungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Heizelement (20) wahlweise zuschaltbar ist.

4. Heizungs- und Lüftungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Heizelement (20) durch eine Temperatursteuerschaltung (42, 44) zuschaltbar ist.

5. Heizungs- und Lüftungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Heizelement (20) durch ein von einem Fahrzeugführer betätigbares Schaltmittel (46) zuschaltbar ist.

6. Heizungs- und Lüftungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (20) bei Erreichen einer Solltemperatur der durch die erste Heizeinrichtung (36) erwärmten Heizluft abschaltet.