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Einrichtunu zum Regeln der Innenraumtemperatur eines wahr-
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zeugs. insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln der Innenraumtemperatur
eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Wärmetauscher, mit
einem Temperaturfühler, mit einem Sollwertgeber, mit einem Soll-Isvwert-Vergleicher,
mit einem in Abhängigkeit von dem Soll-Istwert-Vergleicher gesteuerten Stellglied
für das Heizmedium, und mit einem Gerät zum Vorbeileiten der Innenraumluft an einem
Temperaturfühler. Eine derartige Einrichtung ist z. B. aus der DE-OS 25 31 015 bekannt.
Es sind zwei Temperaturf aler, nämlich ein Innenraumtemperaturfühler und ein Heizlufttemperaturfühler
vorgesehen, die verschiedene Wertigkeiten haben. Als Stellglied dient ein Ventil
im Heizungszulauf des Wärmetauschers. Der Innenraumtemperaturfühler ist an der Mündung
eines Rohres angebracht, das über eine Drosselbohrung mit dem Saugrohr der Brennkraftmaschine
verbunden ist und dadurch Innenraumluft an dem Temperaturfühler vorbeisaugt.
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Es sind ferner Heizungseinrichtungen für Fahrzeuge bekannt, bei denen
nicht der Heizungswasserzulauf zum Wärmetauscher über ein Stellglied geregelt wird,
sondern bei denen über Luftklappen das Mischungsverhältnis zwischen unmittelbar
in den Innenraum geförderte Außenluft und über den Wärmetauscher in den Innenraum
geförderte Außenluft eingestellt wird und als Regelgröße dient.
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Den bekannten Einrichtungen, bei denen der Sollwert zwar als Einzelwert
fest eingestellt werden kann, z. B. bei einer elektronischen Regelung durch Verstellen
eines Potentiometers, bei denen aber der Istwert aus mehreren Meßwerten zusammengesetzt
ist, z. B. der Temperatur der Außenluft und der Temperatur der Innenluft bzw. der
Temperatur der Innenraumluft und der Temperatur des Wärmetauschers, haften verschiedene
Nachteile an. Durch Einstellen der Wertigkeit der einzelnen Temperaturfühler und
durch Regelglieder, die ein Überschwingen verhindern sollen, lassen sich zwar die
Schwierigkeiten mildern. Dies erfordert aber zusätzlichen Aufwand und führt de-nnoch
zu nicht voll befriedigenden Ergebnissen.
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Die Erfindung hat zum Ziel, auf einem anderen Wege, nämlich mit Hilfe
eines einzigen Temperaturfühlers, eine derartige Einrichtung zum Regeln der Innentemperatur
zu schaffen, die ein gutes Regelverhalten bei einfachem Aufbau zeigt. Erfindungsgemäß
sind zu diesem Zweck der Temperaturfühler und das Gerät zum Vorbeileiten der Innenraumluft
so angeordnet und so ausgebildet, daß der Temperaturfühler von einer definierten
Mischung der unmittelbar vom Wärmetauscher zum Innenraum des Fahrzeugs strömenden
Luft und der bereits im Innenraum befindlichen Luft beaufschlagt ist.
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Es zeigte sich, daß bei Verwendung eines einzigen Temperaturfühlers,
nämlich eines Innenraumtemperaturfühlers, kein geeigneter Anbauort gefunden werden
konnte, der zu befriedigenden Regelergebnissen bei jedem auftretenden Unterschied
zwischen Außen- und Innentemperatur führte. Dagegen führt die Verwendung eines Geräts
zum Vorbeileiten der Innenraumluft an einem Temperaturfühler in der Weise, daß eine
definierte Mischung aus Innenraumluft und unmittelbar vom Wärmetauscher herbeigeführter
Luft an dem Temperaturfühler vorbeigeleitet wird, zu hervorragenden Ergebnissen
bei einfachem Soll-Istwert-Vergleich.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Regeleinrichtungist darin
zu sehen, daß eine große Entschejgsfreiheit für die Regelung an sich gewährleistet
ist, daß also z. B. eine wasserseitige oder luftseitige Regelung der Heizlufttemperatur
erfolgen kann, und daß die Regelglieder je nach Anwendungsfall sehr einfach werden.
Ob die vom Wärmetauscher zum Innenraum des Fahrzeugs strömende Luft durch kontinuierliche
oder getaktete Verstellung eines Heizwasserventils oder durch Zumischung von Kaltluft
geregelt wird, spielt keine Rolle.
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Wesentlich ist nur die definierte Mischung, die eine schnelle und
integrierende Erfassung von Regelabweichungen ermöglicht.
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Eine integrale Erfassung der definierten Mischluft ermöglicht Regelkonzepte,
bei denen das verzögerte Verhalten des Fühlers und der Regelstrecke durch Differentation
kompensiert werden kann und dadurch ein schnelleres Ausregeln bei Anderung der Außen-
oder Fahrbedingungen möglich wird. Bei einem inhomogenen Luftstrom wäre der Einsatz
eines Differenziergliedes zur Kompensation von Nachteil, da die Schwankungen verstärkt
würden und dadurch starke Störungen in den Regelkreis einfließen. Wesentlich ist
demnach eine definierte Mischluft, die representativ für die Luft im Innenraum ist,
integrierend zu erfassen.
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Man kann verschiedene Luftleitungen, z. B. Schläuche, Rohre o. dgl.
vorsehen, die die Innenraumluft und die vom Wärmetauscher zuströmende Luft erfassen
und dann die Mischung an einem Temperaturfühler vorbeiführen; wie sich bei Versuchen
mit Personenkraftwagen ergab, läßt sich auch bereits mit einem trichterförmigen
Gerät eine ausreichend genaue Mischung herstellen, wenn dieses Gerät richtig angeordnet
und richtig ausgebildet ist.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, ein derartiges Gerät im Fußraum
auf der Fahrerseite des Kraftfahrzeugs anzubringen.
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Wesentlich ist, daß relativ konstante Strömungsverhältnisse vorliegen,
daß also die gewünschte Mischung zwischen zugeführter Heizluft und bereits vorhandener
Innenraumluft nicht durch äußere Faktoren gestört wird. Im Fußraum vor dem Fahrersitz
eines
Kraftfahrzeuges liegen derartige Verhältnisse vor, da sich in diesem Raum stets
eine Heizdüse für die Zufuhr der vom Wärmetauscher kommenden Luft befindet, weil
die Sonneneinstrahlung in diesem Raum normalerweise abgeschattet ist und weil sich
während der Fahrt in diesem Raum stets nur die Pedalanordnung und die Beine des
Fahrers befinden, wobei hinzukommt, daß die Beine des Fahrers eine definierte Haltung
einnehmen. Im Gegensatz dazu befinden sich beispielsweise auf der Beifahrerseite
undefinierte Verhältnisse, weil der Beifahrersitz besetzt oder unbesetzt sein kann
und weil häufig Taschen oder ähnliche Gegenstände in den Fußraum auf der Beifahrerseite
verbracht werden, die die Strömungsverhältnisse krass verändern können. Nicht nur
bei Personenkraftwagen sondern auch bei Omnibussen und Lastkraftwagen scheint der
Anbau im Fußraum der Fahrerseite zur Erfassung eines angemessenen Signals besonders
günstig zu sein.
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Für das Wohlbefinden des Fahrers ist eine gleichbleibende Temperatur
im Fußraum besonders wichtig. Die Wege von der vom Wärmetauscher zum Innenraum strömenden
Luft sind kurz und damit ist eine reaktionsschnelle Regelung möglich. Das Prinzip
der Fußraumregelung gewährleistet, daß auch die Temperatur im gesamten Innenraum
konstant gehalten wird.
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Ein Trichter, dessen Öffnung einen breiten Schlitz darstellte, mit
Abmessungen von etwa 2 - 15 mm Breite und etwa 20 - 150 mm Länge, z. B. von 5 x
100 mm, und der zu einem Rohr von etwa 15 mm Durchmesser zusammengeführt wurde,
wurde im Fußraum eines Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung gesehen, etwa 40 cm hinter
einer Heizluftdüse angebracht. Hinter dem Rohr befindet sich ein motorgetriebener
Lüfter, der Luft durch einen Trichter ansaugt, während sich in dem Trichterrohr
an wärmeisolierenden Fäden aufgehängt ein Temperaturfühler mit besonders geringer
Wärmekapazität befindet, z. B. ein Halbleiter-Bauelement von sehr geringer Baugröße,
z. B. ein PTC-Widerstand.
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Es ist dadurch dafür gesorgt, daß Temperaturänderungen in der durch
den Trichter geförderten Mischluft möglichst schnell erfaßt werden und der Einfluß
der Temperaturstrahlung der
umgebenden Teile auf das Fühlelement
und die Temperaturaufnahme über die Halterung und die Fühleranschlußdrähte gering
ist. Zweckmäßigerweise wird das erhaltene Signal vor der Weiterverarbeitung differenziert.
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Das gesamte Gerät zum Vorbeileiten der aus Innenraumluft und vom Wärmetauscher
stammender Luft zusammengesetzten Mischluft einschließlich des Temperaturfühlers
kann im wesentlichen verdeckt hinter der Innenraumverkleidung angebracht sein. Es
hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Ansaugöffnung mehrere Millimeter, z. B. 5
- 30 mm, über die Innenraumwandung hinausragen zu lassen, damit die angesaugte Mischluft
nicht allzusehr von Luftanteilen beeinflußt ist, die unmittelbar an der normalerweise
mit einer hohen Wärmekapazität versehenen und damit verfälschend wirkenden Innenraumwand
vorbeiströmen.
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Bei dieser-Anordnung ist das Verhältnis zwischen den Luftmengen, die
unmittelbar aus dem Fußraum stammen und denen, die dem Fußraum über die Heizluftdüse
zugeführt werden, etwa in der Größenordnung von z. B. 2 bis 10 zu 1. Es ist dadurch
dafür gesorgt, daß einerseits Veränderungen der Temperatur der Innenraumluft, die
z. B. durch geöffnete Fenster oder Sonneneinstrahlung eintreten, sich ständig dem
Temperaturfühler mitteilen und daß gleichzeitig Änderungen, die aufgrund des Regelverhaltens
eintreten, nämlich die Anderungen der zugeführten Heizluft, sich ebenfalls dem Temperaturfühler
schnell mitteilen.
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In der Zeichnung ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Durch eine Trennwand 1 hindurchragend ist ein flacher Trichter 2 angeordnet,
der mit seiner Trichteröffnung einige Millimeter über die Trennwand 1 hinausragt.
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Durch ihn kann die Innenraumluft 3 des Kraftfahrzeugs angesaugt werden.
Die Zeichnung zeigt die äußere Öffnung 4 des Trichters 2 in der Draufsicht auf die
breite Öffnungsseite.
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Die schmale Öffnungsseite ist im Verhältnis dazu von erheblich geringerer
Abmessung.
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Auf der dem Innenraum des Kraftfahrzeugs abgewandten Seite der Trennwand
1 befindet sich an der einen Seite des Trichters 2 ein Schlitz 5,der erheblich kleinere
Abmessungen als der Eintrittsschlitz des Trichters 2 aufweist. Durch diesen kann
hinter der Trennwand 1 befindliche Luft eintreten, wie der Pfeil 6 zeigt. Innerhalb
des Trichters 2 sid zweckmäßigerweise Luftleitstege 7 angeordnet.
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Die Anordnung wird ergänzt durch einen wärmefuhlenden Sensor 8, z.
B. einen PTC-Widerstand, durch eine motorisch angetriebene Pumpe 9 zum Ansaugen
der Luft und die elektrischen Zuleitungen 10 zum Motor. Weiter ist eine Schlauchleitung
11 gesehen, vom Innenraum des Kraftfahrzeugs WOthinter der Trennwand 1 angeordnet,
und zwar in einem gewissen Abstand von den Schlitz 5 zum Ansaugen der hinter der
Trennwand befindlichen Luft. Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Anordnung in
etwa maßstäblich in geringer Verkleinerung.
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Durch die Schlauchleitung 11 wird unmittelbar vom Wärmetauscher stammende
Luft ausgeblasen. Es wird dadurch erreicht, daß das in der Zeichnung dargestellte
Gerät praktisch an jeder nicht unmittelbar der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Stelle
des Kraftfahrzeuginnenraums angebracht werden kann, weil die gewünschte definierte
Mischung zwischen Innenraumluft und unmittelbar vom Wärmetauscher zugeführte Luft
ganz unabhängig von der Verteilung der Warmluftdüsen im Kraftfahrz euginnenraum
eintritt.
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Der Soll-Istwert-Vergleich wird zweckmäßigerweise in einem Regler
durchgeführt, der bei einem Stellglied mit integrierendem Verhalten, beispielsweise
einem Stellglied bestehend aus einem Stellmotor ohne Rückführpotentiometer, vorzugsweise
als PD-Regler ausgebildet ist und der bei einem Stellglied mit verzögerndem P-Verhalten,
beispielsweise einem Schaltventil oder einem Stellglied mit Stellmotor und Rückführpotentiometer,
vorzugsweise als PID-Regler ausgebildet ist.