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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf e 3 Anordnung zur Regelung der Fahrgastraum-Temperatur
eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Warmwasserwärmetauscher enthaltenden Kühlkreis
für den Kraftfahrzeugmotor und/oder einer Klimaanlage mit einem Kompressor und wahlweise
vorgesehenem Lüfter.
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Es sind Kraftfahrzeugheizungen mit man im Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugmotors
liegenden Warmwasserwärmetauscher bekannt, bei denen der Zulauf des Kühlwassers
zum Warmwasserwärmetauscher mittels eines von Hand zu verstellenden Ventils eingestellt
wird und dadurch die Temperatur im Fahrgastraum wahlweise erwärmt werden kann. Ein
wesentlicher Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß im Fahrgastraum
infolge der unterschiedlichen Betriebswärme des Kraftfahrzeugmotors, unterschiedliche
Außentemperaturen, einer zusätzlichen Belüftung des Fahrgastraumes und erheblicher
Ungenauigkeiter bei der von Hand vorzunehmenden Einstellung zu stark schwankenden
Temperaturen im Fahrgastraum führen. Aus diesem Grunde muß durch ständiges Nachstellen
mit Hilfe der vorgesehenen Handbedienung die für die Fahrzeuginsassen optimale Temperatur
nachstellt werden. Da die Bedienungshebel für die Fahrgastraum-Beheizung üblicher
Weise im Bereich des Fahrzeugführers angeordnet sind, wird dadurch dessen Aufmerksamkeit
vom Straßenverk-r abgelenkt, so daß die Unfallgefahr ansteigt.
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Das gleiche trifft auf Kraftfahrzeuge mit einer Klimaanlage zu, deren
Einstellung von Hand erfolgt und in
Abhängigkeit von der jeweiligen
Einstellung der Kompressor der Kühlanlage sowie der den Luftaustritt in den Fahrgastraum
bewirkende Lüfter in verschiedeflen Stufen eingestellt werden. Auch hier kann es
in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, der Außentemperatur und infolge von
Einstellungsungenauigkeiten zu ständigen Nachregulierungen kommen, die die Aufmerksamkeit
des Fahrzeugführers ablenken.
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Aus der DE-OS 31 20 304 ist eine Fahrgastraum-Heizung mit einem Wasserkreislauf
für eine Brennkraftmaschine mit Wasserkühlung bekannt, bei der ein Thermostatventil,
ein Kühler und eine Wasserpumpe über einen Kanal hintereinander geschaltet sind.
In einem Umgehungskanal des Brennkraftmaschinen-Kühlwasserkreises ist ein Magnetventil
angeordnet, um den Umgehungskanal selektiv zu öffnen und zu schließen. Darüber hinaus
weist die bekannte Vorrichtung einen Temperatursensor auf, der in einem Fahrgastraum-Heizwasserkreis
angeordnet ist und der die Temperatur des darinbefindlichen Wassers erfaßt. Darüber
hinaus ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die derart beschaffen ist, daß das
Magnetventil betätigt wird, um seine Schließstellung einzunehmen, wenn der Temperatursensor
ermittelt, daß die Temperatur des Wassers in dem Fahrgastraum-Heizwasserkreis niedriger
als ein vorbestimmter Wert ist.
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Dadurch wird die Durchflußrate bzw. durch das des Wassers in dem Fahrgastraum-Heizwasserkreis
vergrößert.
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Diese bekannte Vorrichtung ermöglicht es zwar, die Fahrgastraumtemperatur
beispielsweise nach einem Kaltstart möglichst schnell auf die gewünschte und optimale
Innenraumtemperatur zu bringen, sie gibt jedoch keine Möglichkeit an, diese Innenraumtemperatur
auch möglichst konstant zu halten. Obwohl in dem Heizwasserkreis für den Fahrgastraum
ein Temperatursensor angeordnet ist,
der für eine konstante Heizwasse
temperatur sorgt, wirken unabhängig davon jedoch die oben stehenden Einflüsse wie
Außentemperatur, Lüftungsbedingungen und dergl. auf die Innentemperatur ein und
erfordern ebenfalls ein stetiges Nachregeln aber das Stellventil des Kühlwasserkreislaufes.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Regelung
der Fahrgastraum-Temperatur eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art zu schaffen,
die eine einmal eingestellte wahrgastraum-Temperatur auch bei sich ändernden Umgebungsparamittern
wie Außentemperatur, Durchlüftung des Kraftfahrzeugs, Sonneneinstrahlung und dergl.
absolut konstant hält, die problemlos auch nachträglich in bereits bestehende Heizungsanlagen
oder Klimaanlagen einbaubar ist und die einen nur geringen Platz beansprucht und
wahlweise eine deutliche Anzeige der eingestellten Temperatur ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei einem Kraftfahrzeug mit einem einen Warmwasserwärmetauscher
enthaltenen Kühlkreis für den Kraftfahrzeugmotor erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß in die Zuleitung des Kühlkreises zum Warmwasserwärmetauscher ein elektrisch
gesteuertes Sperrventil eingefügt ist, und daß ein im Fahrgastraum angeordneter
Temperaturfühler sowie ein Temperatursollwertgeber zusammen mit dem Sperrventil
an eine Regeleinrichtung angeschlossen sind.
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Durch schnelles Ein- und Ausschalten des Sperrventils in Abhängigkeit
von der eingestellten Sollwerttemperatur sowie der mittels des'Temperaturfühlers
erfaßten Istwerttemperatur wird eine Temperaturregelung ermöglicht, die unter Berücksichtigung
aller törfaktoren wie
Außentemperatureinflüsse, Durchlüftung des
Kraftfahrzeuges, Sonneneinstrahlung u.dgl. absolut konstaut hält, die nachträglich
ohne weiteres in bereits bestehende Heizungsanlagen eingebaut werden kann, da in
den Kühlkreislauf lediglich das Sperrventil einzufügen ist und die Regeleinrichtung
sowie der Temperaturfühler und der Sollwertgeber einen nur geringen Platz beanspruchen,
die billig herstellbar ist und die wahlweise durch Abschluß einer entsprechend geeigneten
Anzeigeeinrichtung an den Ausgang der Regeleinrichtung eine genaue Anzeige der eingestellten
und geregelten Temperatur ermöglicht.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemässen Lösung für
ein Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage mit einem Kompressor und wahlweise vorgesehenem
Lüfter ist dadurch gekennzeichnet, daß in die elektrische Zuleitung zum Lüfter und/oder
zum Kompressor der Klimaanlage ein Relais schalter eingefügt ist und daß ein im
Fahrgastraum angeordneter Temperaturfühler sowie ein Temperatursollwertgeber zusammen
mit dem Relaisschalter für die Klimaanlage an eine Regeleinrichtung angeschlossen
sind.
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Aufgrund der elektrisch gesteuerten Klimaanlage ist eine genaue Regelung
der Fahrgastraumtemperatur ohne weiteres und insbesondere ohne zusätzliches Einfügen
eines Sperrventils möglich, wobei die jeweilige Regelung der Temperatur nach unten
hin erfolgt und lediglich ein zusätzlicher Relaisschalter parallel zum Betriebsschalter
für die Klimaanlage vorzusehen ist. Dieser Relaisschalter wird mit dem Ausgang der
Regeleinrichtung verbunden und ermöglich es, daß
die Innenraumtemperatur
des Kraftfahrzeugs unabhängig von irgendwelchen Außeneinflüssen, wie Außentemperatur
und Sonneneinstrahlung, konstant gehalten wird.
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Eine Lösung der gestellten Aufgabe für ein Kraftfahrzeug mit einem
einen Warmwasser-Wärmetauscher enthaltenden Kühlkreis für den Kraftfahrzeugmotor
und einer Klimaanlage mit einem Kompressor und wahlweise vorgesehenem Lüfter ist
dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuleitung des Kühlkreises zn warmwasser-Wärmetauscher
ein elektrisch gesteuertes Sperrventil und/oder in die elektrische Zuleitung zum
Lüfter und/ oder zum Kompressor der Klimaanlage ein Relaisschalter eingefügt sind
und daß ein im Fahrgastraum angeordneter Temperaturfühler sowie ein Temperatursollwertgeber
zusammen mit dem Sperrventil und/oder dem Relaisschalter für die Klimaanlage an
eine Regeleinrichtung angeschlossen sind.
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Diese erfindungsgemäße Lösung gestattet, wahlweise in den Xühlkreislauf
mittels eines im Xühlkreislauf angeordneten Sperrventils oder über den Relaisschalter
in die Klimaanlage einzugreifen und somit in einem sehr weiten Temperaturbereich
für eine konstante Innenraumtemperatur des Kraftfahrzeugs zu sorgen. Dazu weist
die Regeleinrichtung zwei Ausgänge auf, die entweder in den Kühlkreislauf durch
Ansteuerung des Sperrventils oder in die Klimaanlage durch Ansteuerung des Relais
schalters bzw. überlappt eingreift.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösungen
sind den Merkmalen der Patentansprüche 4 bis 10 zu entnehmen.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Regelung der Temperatur des Fahrgastraumes
eines Kraftfahrzeugs und Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild der Regeleinrichtung.
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Das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen
Anordnung zeigt einen mit 1a bezeichneten Warmwasserzulauf vom Kühlkreislauf des
Kraftfahrzeugmotors, der mit einem Warmwasser-Wärmetauscher 2 verbunden ist sowie
einen vom Warmwasser-Wärmetauscher 2 zum Kühler bzw. zum Kraftfahrzeugmotor zurückführenden
Wasserablauf 1b. Der Warmwasserwärme tauscher 2 ist zusätzlich mit einem Luftschacht
zur Zufuhr von Kaltluft verbunden, der üblicherweise mittels einer Klappe geregelt
wird. Während sich der Warmwasserzulauf 1a, der Wasserablauf ib und der Kaltluftschacht
im Motorraum M des Kraftfahrzeugs befinden, ist der Warmwasser-Wärmetauscher 2 zwischen
Motorraum M und Fahrgastraum F bzw. unmittelbar im Fahrgastraum F angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist in den Kühlkreislauf an der Stelle des Warmwasserzulaufs
1a ein elektromagnetisches Sperrventil 3 vorgesehen, dessen Steueranschluß mit dem
Ausgang einer Regeleinrichtung 5 verbunden ist.
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Diese Regeleinrichtung 5 ist einerseits an eine kraftfahrzeuginterne
Spannungsquelle UB, d. h. dem Kraftfahrzeug-Akkumulator und mit einem Temperatur-Sollwertgeber
6 sowie mit einem Temperaturfühler 7
Die im Prinzipschaltbild dargestellte
erfindungsgemäße Anordnung eignet sich für eine einstellbare Temperaturregelung
im Bereich von ca. 15 bis 32 OC.
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Eine Erweiterung des einstellbaren Regelungsbereiches kann dadurch
vorgenommen werden, daß ein weiterer Ausgang der Regeleinrichtung 5 mit der Steuerwicklung
eines Relais schalters 8 verbunden ist, der im Stromkreislauf einer Klimaanlage
4 mit Lüfter 41 und Kompressor 42 vorgesehen ist. Unabhängig von dem Relaisschalter
8 kann die Betät -l lg der Klimaanlage 4 über einen parallel zum Relaisschalter
8 geschalteten und von Hand zu betätigenden Schalter 9 erfolgen.
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Nachstehend soll die Funktionsweise der in Fig. 1 im Prinzip dargestellten
erfindungsgemäßen Anordnung näher erläutert werden.
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Beim Kaltstart des Kraftfahrzeuges, bei dem noch keine genügende Warmwassermenge
vorliegt, ist das elektromagnetisch gesteuerte Sperrventil 3 vollständig geöffnet.
Sobald der Kraftfahrzeugmotor genügend Wärme über den Wärmetauscher 2 in den Fahrgastraum
F abgegeben hat, um das Wageninnere auf den vorher eingestellten Wert zu erwärmen,
schaltet die Regeleinrichtung 5 das Sperrventil 3 zu. Sobald die Temperatur im Fahrgastraum
F unter einen voreingestellten Wert sinkt, schaltet die Regeleinrichtung 5 das Sperrventil
3 wieder auf, wobei dieses ständige öffnen und Schließen des Sperrventiles 3 in
der dafür erforderlichen Schnelligkeit erfolgt. Durch diese schnelle Regelung wird
die Temperatur im Fahrgastraum F in einem beliebig vorgebbaren Streubereich konstant
ge1lten, wobei die Genauigkeit
der Regelung in Abhängigkeit von
der Schließfolge des Sperrventils bzw. in Abhängigkeit von der Regelabweichungstoleranz
erfolgt.
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In gleicher Weise erfolgt die Regelung der Klimaanlage, wobei diese
Regelung unabhängig vom Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugmotors erfolgt, da im allgemeinen
die in Kraftfahrzeuge eingebauten Klimaanalagen ausschließlich elektrisch gesteuert
sind. Durch entsprechendes Schließen und öffnen des Relais schalters 8 wird wahlweise
der Lüfter oder der Kompressor ein- oder ausgeschaltet und damit die Klimaanlage
auf den voreingestellten Wert so geregelt, daß eine Temperaturregelung nach unten
hin erfolgt.
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Anhand des in Fig. 2 dargestellten Stromlaufplans für die Regeleinrichtung
soll deren Funktion nachstehend näher erläutert werden.
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Der in Fig. 2 dargestellten Stromlaufplan enthält einen in integrierter
Schaltkreistechnik aufgebauten Spannungsregler 10, der beispielsweise aus einem
von der Firma TEXAS INSTRUMENTS unter der Bezeichnung UA723C erhältlichen Präzisions-Spannungsregler
bestehen kann, der eingangsseitig über einen Widerstand 23 und eine zum Schutz gegen
eine Verpolung dienende Diode 13 mit einer kraftfahrzeugeigenen Spannungsversorgungsquelle
UB verbunden ist. An die Zuleitung ist zur Spannungsstabilisierung eine Zenerdiode
24 sowie ein parallelgeschalteter Kondensator 25 angeschlossen, die jeweils an ihrem
anderen Anschluß mit Minus- oder Massepotential verbunden sind.
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Die Eingangsspannung wird zum einen über einen Wandler
101
an eine Zenerdiode 102 gelegt, deren anderer Anschluß wiederum mit einem mit Massepotential
verbundenen Anschluß der integrierten Schaltung 10 verbunden ist. Die Verbindung
der ''wandlers 101 mit der Zenerdiode 102 zur Abgabe einer im höchsten Maße konstanten
Referenzspannung wird zum einen über einen Widerstand 17 an den als temperaturabhängigen
Widerstand ausgebildeten Temperaturfühler 7 und andererseits über ein Trimmpotentiometer
14 an ein zur Einstellung der gewünschten Fahrgastraum-Temperatur dienenden Potentiometer
15 g ~ gt. Der Temperaturfühler 7 ist mit seinem anderen Anschluß an Massepotential
angeschlossen, während das Potentiometer 15 über einen weiteren Widerstand 16 mit
Masse verbunden ist. Der Potentiometerabgriff des Potentiometers 15 wird über einen
Widerstand 18 an einen Eingang des Spannungsreglers 10 angeschlossen, dessen anderer
Eingang über einen Widerstand 19 mit der Verbindung des Temperaturfühlers 7 mit
dem Widerstand 17 angeschlossen ist. Beide Eingänge des Spannungsreglers 10 führen
an die Eingänge eines Operationsverstärkes 100, der die angelegten Spannungen am
Potentiometer 15 und am Temperaturfühler 7 vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleich
einen im Spannungsregler 10 vorgesehenen internen Transistor 103 ansteuert, dessen
Emitter über eine Zenerdiode 1'4 mit dem Ausgang des Spannungsreglers 10 verbunden
ist. Dieser Ausgang ist an die Basis eines nachgeschalteten Transistors 11 gelegt,
dessen Emitter mit Massepotential verbunden ist und parallel zu dessen Basis-Emitter-Strecke
die Parallelschaltung eines Widerstandes 20 mit einem Kondensator 21 geschaltet
ist.
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Der Kollektor des nachgeschalteten Transistors 11 ist mit der Steuerwicklung
eines Relais' 12 verbunden, wobei parallel zu den Steueranschlüssen eine Diode 26
geschaltet ist. Die Schaltkontakte des Relais' 12 sind zum einen an die kraftfahrzeuginterne
Spannungsversorgung UB und zum anderen an den Ausgang der Regeleinrichtung 5 angeschlossen.
Der Ausgang selbst führt wahlweise zum elektromagnetischen Sperrventil 3 und/oder
zur Klimaanlage 4.
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Darüber hinaus kann wahlweise der Ausgang der Regeleinrichtung mit
einer LED-Kette zur Temperaturanzeige bzw. über einen entsprechend geeigneten integrierten
Schaltkreis und einen Operationsverstärker mit einer LED-Anzeige verbunden werden.
Mit dieser Temperaturanzeige kann in digitalen Schritten eine exakte Anzeige der
jeweils im Fahrgastraum herrschenden Temperatur erfolgen.
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Nachstehend soll die Funktionsweise der in Fig. 2 dargestellten Regeleinrichtung
näher erläutert werden.
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Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung wird zur Spannungsversorgung
an den Kraftfahrzeug-Akkumulator angeschlossen, der üblicherweise eine Spannung
im Bereich von 12 bis 14 Volt in Abhängigkeit von der Zündung abgibt. Über das Chassis
oder eine gesonderte Minus leitung wird der Minuspol der Spannungsversorgung angeschlossen.
Der positive Spannungsanschluß gelangt über die Verpolungs-Schutzdiode 13 und den
Widerstand 23 auf die Parallelschaltung der Zenerdiode 24 mit dem Kondensator 25.
Mit Hilfe der Zenerdiode 24 und dem Kondensator 25 wird die bordeigene Spannung
des Kraftfahrzeuges vorstabilisiert.
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Diese vorstabilisierte Spannung gelangt an den Spannungsversorgungseingang
10.12 des integrierten Spannungsreglers, der am Ausgang 10.6 eine Referenzspannung
von ca. 7 Volt abgibt, die df ein Höchstmaß konstant gehalten wird.
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Diese konstante Referenzspannung wird an den Spannungsteiler, bestehend
aus dem Widerstand 17 und dem Temperaturfühler 7 gelegt und die jeweilige am Temperaturfühler
7 anstehende Spannung wird über den Widerstand 19 auf den Eingang 10.5 r -s integrierten
Spannungsreglers 10 und damit an den einen Eingang des Operationsverstärkers 100
gelegt. Der andere Eingang des Operationsverstärkers 100 ist mit dem Eingang 10.4
des integrierten Spannungsreglers verbunden, der über den aus dem Trimmpotentiometer
14, dem Potentiometer 15 und dem Widerstand 16 bestehenden Spannungsteiler eine
zuvor fest eingestellte Referenzspannung über den Widerstand 18 erhält.
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Dabei wird am Potentiometer 15 der jeweils gewünschte Temperaturwert
für den Fahrgastraum eingestellt, während das Trimmpotentiometer 14 dazu dient,
eine feste Abhängigkeit von dem Ort der Temperaturerfassung im Fahrgastraum von
der Luftaustrittstemperatur aus dem Warmwasser-Wärmetauscher 2 fest einzustellen.
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rst der Eingang 10.4 des Operationsverstärkers 100 negativ gegenüber
dem Eingang 10.5, so wird über den Ausgang 10.9 des integrierten Spannungsreglers
10 der nachgeschaltete Transistor in den leitenden Zustand überführt, so daß an
der Steuerwicklung des Relais' 10 die Versorgungsspannung ansteht und damit die
Schaltkontakte des Relais' geschlossen wird.
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Bei eingeschaltetem Relais 12 liegt am Ausgang A der erfindungsgemaßen
Regeleinrichtung die Versorgungsspannung an, so daß zum einen die Leuchtdioden in
entsprechender Weise zum Aufleuchten gebracht werden und zum anderen wahlweise das
elektromagnetische Sperrventil 3 im Kraftfahrzeug-Motorraum einschaltet und zum
anderen ggf. die Klimaanlage aktiviert wird.
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Bei eingeschaltetem elektromagnetischen Sperrventil im Kraftfahrzeugmotorraum
wird der Wasserfluß gecffnet und strömt durch den Warmwasser-Wärmetauscher 2. Die
dadurch angewärmte Luft im Fahrgastratn gelangt an den Temperaturfühler 7, der vorzugsweise
im Bereich des Warmluftaustritts des Warmwasser-Wärmetauschers 2 angeordnet wird
und dessen erfaßter Istwert zu dem im Fahrgastraum herrschenden Temperaturwert mittels
des Trimmpotentiometers in weiten Bereichen eingestellt werden kann. Bei steigender
Temperatur am Temperaturfühler sinkt dessen Widerstandswert, so daß der Eingang
10.5 des integrierten Spannungsreglers 10 negativer gegenüber dem Eingang 10.4 wird.
Dadurch wird über den Operationsverstärker 100 der nachgeschaltete Transistor 11
in den Sperrzustand überführt, so daß das Relais 12 abfällt und dadurch bedingt
die Leuchtdioden erlöschen und das elektromagnetische Sperrventil 3 schließt. Unabhängig
davon kann eine unmittelbare Anzeige der im Fahrgastraum herrschenden Temperatur
beispielsweise mittels einer LED-Balkenanzeige erfolgen.
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Da der Schaltvorgang in schneller Folge erfolgt, wird eine gleichbleibende
Temperatur im Fahrgastraum des Kraftfahrzeuges erzielt.
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Die anhand der Regelung des Warmwasserzulaufs zum Warmwasser-Wärmetauscher
2 beschriebene erfindungsgemäße Anordnung kann in gleicher Weise auch auf die genaue
Regelung des Zeitvorganges ar die Klimaanlage gelesen werden. In diesem Fall wird
der zum Einschalten des Lüfters und/oder des Kompressors der Klimaanlage dienende
Relaisschalter 8 in schneller Folge getätigt und ermöglicht somit eine kontante
Temperaturregelung des Fahrgastinnenraums.
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Wie aus der vorstehenden Beschreihu:,g deutlich hervorgeht, ist ohne
weiteres auch eine Kombination der Regelung des Warmwasserzulaufs zum Warmwasser-Wärmetauscher
mittels des elektromagnetischen Sperrventils als auch der Klimaanlage mittels des
Relaisschalters möglich.
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Bei Fahrzeugen ohne Direktbelüftung kann alternativ eine Ansteuerung
des Lüfters mittels der erfindungsgemäßen Steuer- und Regeleinrichtung erfolgen.