DE3424366C2 - Anordnung zur Regelung der Temperatur in einem Nutzfahrzeug-Fahrerhaus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Temperatur in einem Fahrerhaus eines Nutzfahrzeuges, ins­ besondere eines Lastkraftwagens, für den Fahr- und den Standbetrieb.

Aus ATZ (1983), Nr. 9 ist eine Anordnung zur Tempera­ turregelung bekannt, bei der mit Hilfe elektronischer Mittel das Heizungs- sowie das Lüf­ tungssystem von Lastkraftwagen automatisch temperaturge­ regelt wird. Die Realisierung erfolgt mittels Sollwert­ geber zur Einstellung der gewünschten Fahrerhaustemperatur, wobei Außen-, Austritts- und Innenraumfühler zur Messung der vorhandenen Ist-Temperaturen vorgesehen sind. Eine Zentralelektronik verarbeitet die vorgegebenen und gemessenen Kennwerte, und es sind elektromagnetische Takt­ ventile zur automatischen Steuerung des Wasserdurchlauf­ flusses durch den Heizungswärmetauscher und durch das Standheizgerät des Fahrzeugs vorgesehen. Im Ergebnis werden die eingestellten Raumtemperaturen zur Anpassung an das meschliche Behaglichkeitsempfinden je nach Jahres­ zeit (Außentemperatur) gemäß eingespeicherter Sollwert- Kennlinie von der Elektronik selbsttätig variiert. Die Kennlinie weist einen geradlinigen Verlauf mit einer vor­ gesehenen Steigung auf und regelt bei tiefen Außenluft­ temperaturen ohne Änderung des Sollwertes eine etwas höhere Innenraumtemperatur ein als bei höheren Außenlufttempe­ raturen. Damit wird in einem Fernfahrerhaus mit großem Aktionsradius durch die bei wechselnden Außentemperaturen unterschiedlichen Wärmestrahlungsverhältnisse ein ständiges Nachregeln (z. B. bei Fahrt über die Alpen nach dem Süden) entbehrlich. Das bekannte System macht zwar manuelle Ein­ griffe des Fahrers weitgehend überflüssig, eignet sich jedoch ausschließlich für eine automatische Temperaturre­ gelung von Heizungs- und Lüftungssystemen von Lastkraft­ wagen, nicht für Klimaanlagen (Air Condition-Systemen). Damit bewirkt die bekannte Anlage keine ausreichende Be­ haglichkeit für die Fahrzeuginsassen und kennzeichnet sich im übrigen durch einen erheblichen Regelungsaufwand.

Als nächstliegender Stand der Technik offenbart die DE 33 38 880 A1 eine Vorrichtung zur Klimaanlagensteuerung eines Fahrzeugs. Die Klimaanlage um­ faßt einen Verdampfer, ein Gebläse, das Luft in den Verdampfer leitet, so daß die Luft bis auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt wird, einen mit dem Motor verbundenen Erhitzer für die abgekühlte Luft und einen Luftge­ misch-Regler. Der Luftgemisch-Regler bestimmt den Luftanteil, der zum Steuern der Temperatur der in das Fahrerhaus eingeleiteten Luft durch den Erhitzer wieder erwärmt werden soll. Die Drehzahl des Gebläses, die Tempe­ ratur des Verdampfers und die Stellung des Luftgemisch-Reglers werden un­ abhängig voneinander durch einen einzigen Regelkreis gesteuert. Es werden keine Angaben über eine die Beziehung zwischen Außen- und Innentemperatur angegebende Sollwert-Kennlinie gemacht.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur Regelung der Temperatur in einem Nutzfahrzeug-Fahrer­ haus der eingangs genannten Art, die besonders einfach aufgebaut ist und im Betrieb zuverlässig und weitgehend automatisch die Innentemperatur eines Fahrerhauses in einer Weise regelt, daß ein großes menschlisches Behaglich­ keitsempfinden in einem großen Außenluft-Temperaturinter­ vall gewährleistet ist, das von weit unterhalb des Gefrier­ punkts bis weit oberhalb des Gefrierpunkts reicht, also alle auftretenden Betriebsfälle umfaßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung zur Regelung der Temperatur in einem Fahrerhaus eines Nutzfahrzeugs gemäß Patent­ anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Durch die Erfindung wird mithin über den gesamten Außen­ temperaturbereich als Sollwert-Kennlinie eine sogenannte "Badewannen"-Charakteristik gewählt, die in etwa einem parabelförmigen Kurvenverlauf angenähert ist. Bei einer Außentemperatur von ca. 15°C erreicht die Parabel ihr Mini­ mum von ca. 23°C Innentemperatur. Bei Außentemperaturen über oder unter 15°C liegen die Innentemperaturen über 23°C (z. B. bei -30°C außen +27°C innen; bei +50°C außen +28°C innen). Da eine parabelförmige Regelkurve entsprechend einem optimalen menschlichen Behaglichkeitsempfinden komplizierte elektronische Schaltungselemente erforderlich machen würde, sieht die Erfindung lineare Sollwertkennlinien­ abschnitte vor, die in ihrer Gesamtheit die vorgenannte "Badewannen"-Charakteristik ergeben. Im unteren Bereich von Außentemperaturen unterhalb etwa 10°C hat die Sollwert­ kennlinie eine negative Steigung und im oberen Bereich von Außentemperaturen oberhalb etwa 20°C eine positive Steigung. Letztgenannter Sollwertkennlinienabschnitt entspricht gerade dem Gegenteil eines Kennlinienverlaufs nach dem eingangs zi­ tierten Stand der Technik: Bei hohen Außentemperaturen (beispielsweise in südlichen Ländern) wird auch eine höhere Innenraumtemperatur eingeregelt, so daß der Fahrer in der Kabine kein Kälteempfinden bekommt, beispielsweise dann, wenn er in das Fahrerhaus einsteigt. Der Vorgang ist in etwa zu vergleichen mit dem Betreten eines klimageregelten gekühlten Innenraums, wenn im Freien größere Hitze herrscht. In letztgenanntem Fall ist die Gefahr einer Erkältung groß, wenn nämlich größere Temperaturunterschiede auf den Körper einwirken. Da bei höheren Außentemperaturen auch vergleichs­ weise große Innentemperaturen eingeregelt werden, arbeitet die Klimaanlage mit einem günstigen Energiebedarf. Wesens­ merkmal der Erfindung ist ferner die Ausbildung eines ein­ zigen zusammenhängen Regelkreises für die Motorheizung, die Klimaanlage sowie zusätzlich noch die vorhandene Zusatzhei­ zung, so daß der Aufbau weiter vereinfacht und die Regelan­ ordnung automatisiert wird. Nach dem aus ATZ 85 (1983), Nr. 9 bekannten Stand der Technik müssen Motorheizung, Zusatzheizung und gegebenenfalls eine vor­ handene Klimaanlage des Fahrzeugs manuell aktiviert werden, bevor der Regelbetrieb beginnt.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß im unteren Bereich der Sollwertkennlinie nur die Heizanlage und im oberen Bereich nur die Klimaanlage sowie im dazwischenliegenden mittleren linearen Bereich beide Anlagen in den Regelkreis geschaltet sind. Vor­ teilhaft wird also im Linearbereich des Sollwert-Kennlinien­ abschnitts zwischen 10 und 20°C sowohl durch die Heizanlage geheizt als auch durch die Klimaanlage gekühlt, was an sich konträr ist. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird eine Trocknung der Luft erreicht, wodurch das Beschlagen der Fah­ rerhausfensterscheiben vermieden wird. Die Steuerung der Heizanlage erfolgt über ein getaktetes Wasserventil, das im Vorlauf des Wasserkreislaufes der Heizung eingebaut ist, um eventuell beim Schließen auftretende Druckspitzen im Mo­ torblock aufzufangen. Die Klimaanlage wird durch ein Signal an die Kompressorkupplung zu- oder abgeschaltet.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Sollwert-Kennlinie von Hand in Richtung der Außentemperatur-Achse verschiebbar ist, und zwar vorteil­ haft bis zu maximal ±7°C Innenraumtemperaturveränderung. Ein derart weit gespreizter Regelbereich gibt dem Fahrer die Möglichkeit, das bei Sonneneinstrahlung entstehende Gefühl der Überhitzung im Fahrerhaus besser zu regeln.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist ferner vor­ gesehen, daß bei Standheizbetrieb (Schlafstellung) die Soll­ wertkennlinie automatisch um ca. 10°C in Richtung der Außen­ temperatur-Achse nach unten verschoben wird, um ein niedrigeres Innenraumtemperaturniveau einzuregeln. Dadurch ergibt sich insbesondere nachts beim Schlafen der Fahrzeuginsassen sowei allgemein in den Ruhephasen am Tag eine bessere Be­ haglichkeit bei geringem Kraftstoffverbrauch.

Es ist zweckmäßig, einen Luftfeuchtefühler im Fahrerhaus­ innenraum als zusätzlichen Parameter zur Regelung anzuordnen. Über den Feuchtigkeitsfühler wird insbesondere der Frischluft/Umluft-Anteil selbsttätig reguliert. Als be­ sonderer Vorteil einer derartigen Anordnung ergibt sich, daß die Luftfeuchte besonders genau geregelt und somit die Heizleistung und Kälteleistung sowie auch das Behaglich­ keitsgefühl der Fahrzeuginsassen optimiert werden kann.

Jeweils beim Start des Motors kann vorteilhafterweise auto­ matisch sofort die Zusatzheizung aktiviert und damit auch der Motor schneller auf Betriebstemperatur gebracht werden. Dadurch wird in vorteilhafter Weise der vorgegebene Soll­ wert der Fahrerhaus-Innenraumtemperatur in der Heizbetriebs­ phase schneller erreicht. Gleichzeitig wird der Verschleiß der Motorteile durch Kaltstarteinflüsse vermindert.

Die Einschaltung der automatischen Regelung des vorgegebenen Sollwerts der Fahrerhaus-Innenraumtemperatur erfolgt zweck­ mäßigerweise selbsttätig bei Betätigung des Fahrzeug-Be­ triebsschalters. Dadurch werden Fahrer bzw. Beifahrer durch Betätigung des Regelablaufs nicht belastet. Lediglich die über die Stufe 1 hinausgehende (n) Gebläsestufe (n) müssen je nach persönlichen Bedürfnissen selbst bestimmt und ein­ gestellt werden. Die Gebläseregelung ist zweckmäßigerweise außentemperaturgesteuert. Dadurch, daß die Gebläseregulierung außentemperaturgesteuert wird, erfolgt die erforderliche Erhöhung des Luftdurchsatzes bei "Klima" gegenüber "Heizen" unter Beibehaltung derselben Gebläsestufe. Es wird also min­ destens eine Gebläsestufe eingespart.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 die Sollwert-Kennlinie der Anordnung zur Regelung der Temperatur in einem Nutzfahrzeug-Fahrerhaus, wobei auf der Abszisse die Außentemperatur und auf der Ordinate die Fahrerhausinnentemperatur aufge­ tragen ist, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines überlappenden Betriebsbereichs von Heiz- und Klimaanlage.

Die physiologischen und thermodynamischen Anforderungen an ein automatisches Temperaturregelsystem in Fahrzeugen sind in der Literatur ausführlich beschrieben und hinreichend bekannt. Grundsätzlich ist festzustellen, daß es die Auf­ gabe jedes diesbezüglichen Regelsystems ist, bei allen im Fahrbetrieb vorkommenden Betriebszuständen solche klimatischen Verhältnisse im Innenraum einzustellen und zu regeln, deren Kennwerte sich innerhalb der Behaglichkeitsgrenzen bewegen.

Bei Lastkraftwagen mit Schlafkabine muß der Bereich der Fah­ rerhaus-Temperaturregelung zusätzlich auf die Stammbetriebs­ phase ausgeweitet werden, da auch bei Motorstillstand z. B. beim Übernachten) ein angenehmes, vorgewähltes Temperatur­ niveau vorausgesetzt wird.

Die in der Zeichnung nicht veranschaulichte und für die Er­ findung nicht weiter interessierende Gesamtanlage eines Heizungs- und Klimaanlagesystems bestehend aus Motorheizung, Zusatzheizung im Heizwasserkreislauf mit Kraftstoffvorheizung und Klimaanlage umfaßt einen einzigen zusammenhängenden Regelkreis für die vorgenannten Geräte, die als Regler in den Regelkreis geschaltet sind.

Im Regelkreis ist ferner eine außentemperaturgesteuerte Gebläseregelung integriert.

Im Fahrerhausinnenraum befindet sich im Bedienungsteil der Heizung oder unter der Vorwahluhr für die Zusatz­ heizung in einer für einen Kippschalter vorgesehenen Aus­ stanzung ein Innenraumtemperaturfühler, welcher im Betrieb die Istwerte der einzuregelnden Temperatur liefert.

Um die Außentemperatur zu messen, ist ein Außentemperatur­ fühler am Frischlufteintritt der Heizung montiert.

Die Klimaanlage (Verdampfer) umfaßt einen an sich bekannten Verdampfertemperaturfühler, der von vorn durch die Frisch­ luftöffnung in den Verdampfer geschoben ist.

Als weiterer Temperaturfühler des Regelsystems ist ein Blas­ temperaturfühler vorgesehen, der als Sensor im Raum zwischen den Gebläsen angebracht ist.

Sämtliche vorgenannten Temperaturfühler im bzw. am Heizge­ rät/Klimaanlage sind im Hinblick auf einen leichten Ausbau bei Fühlerschäden in einer Weise verkabelt, daß eine Trenn­ stelle vorgesehen ist.

Die Anordnung zur Regelung der Temperatur im Fahrerhaus um­ faßt ferner einen von der Außentemperatur gemäß einer vor­ gegebenen Sollwert-Kennlinie gesteuerten Sollwertsteller für die Innentemperatur, wobei im (einzigen) Regelkreis des Systems die Innentemperatur auf den jeweils eingestellten Sollwert geregelt wird. Die Sollwert-Kennlinie 1 gemäß Fig. 1 besitzt einen wannenförmigen Verlauf mit drei linearen Sollwert-Kennlinienabschnitten. Im unteren Bereich von Außentemperaturen unterhalb etwa 10°C hat der Kennlinien­ abschnitt eine negative Steigung dergestalt, daß bei einer Außentemperatur von ca. -30°C eine Fahrerhausinnentemperatur von ca. 27°C und bei einer Außentemperatur von +10°C eine Innentemperatur von ca. 23°C gegeben ist.

Im oberen Bereich von Außentemperaturen oberhalb etwa 20°C schließt sich ein linearer Sollwert-Kennlinienabschnitt mit positiver Steigung in einer Weise an, daß bei ca. 20°C Außen­ temperatur eine Innentemperatur von ca. 23°C und bei einer Außentemperatur von ca. 50°C eine Fahrerhaus-Innentemperatur von ca. 27°C gegeben ist.

Beide vorgenannten linearen Sollwert-Kennlinienabschnitte sind zwischen 10°C und 20°C Außentemperatur durch einen linearen mittleren Sollwert-Kennlinienabschnitt verbunden, der parallel zur Außentemperatur-Achse (Abszisse) verläuft.

Um das Regelfeld der Temperaturkurve zu erhöhen, kann der Fahrer oder Beifahrer individuell nach seinen Wünschen die vorgenannte Badewanne-Regelcharakteristik gemäß Fig. 1 nach oben und unten um maximal ±7°C manuell verstellen, so daß auf einfache Weise eine individuelle Behaglichkeits­ stufe eingestellt werden kann. Dadurch wird dem Fahrer bzw. Beifahrer die Möglichkeit gegeben, das bei Sonneneinstrah­ lung entstehende Gefühl der Überhitzung im Fahrerhaus besser regeln zu können.

Bei einem Standheizbetrieb kann die vorgenannte Badewannen- Regelcharakteristik automatisch aus der (in ausgezogener Linie veranschaulichten) Normallage um ca. 10°C nach unten abgesenkt werden. Dies ergibt insbesondere nachts beim Schlafen der Fahrzeuginsassen sowie allgemein in deren Ruhephasen eine bessere Behaglichkeit bei geringem Kraft­ stoffverbrauch der Zusatzheizung.

In Fig. 2 ist eine vorteilhafte Betriebsart einer Heizungs- und einer Klimaanlage schematisch dargestellt. Der Heizbe­ trieb der Heizanlage des Regelsystems wird bis zu ca. 20°C durchgeführt, während ab ca. 10°C bereits die Klimaanlage des Regelsystems gefahren wird, so daß in einem überlappenden Temperaturbereich zwischen 10°C und 20°C sowohl Heizung als auch Klimaanlage gemeinsam betrieben sind. Damit wird eine Trocknung der Luft und mithin eine Luftfeuchte im be­ haglichen Bereich erreicht und gleichzeitig das Beschlagen der Fahrerhausfensterscheibe vermieden. Die Steuerung der Heizung erfolgt über ein oder mehrere getaktete Wasserventile bzw. über einen kontinuierlichen Mengenteiler, welches bzw. welche im Vorlauf des Wasserkreislaufs der Heizung eingebaut ist bzw. sind, um eventuell beim Schließen auftretende Druck­ spitzen im Motorblock aufzufangen und eine stetig gleichblei­ bende Heizmediumumlaufmenge zu gewährleisten. Die Klimaan­ lage wird durch ein Signal an die Kompressorkupplung zu- oder abgeschaltet.

Claims (8)

1. Anordnung zur Regelung der Temperatur in einem Fahrerhaus eines Nutz­ fahrzeugs, insbesondere Lastkraftwagens, für den Fahr- und Standbetrieb, mit einem von der Außentemperatur (t_e) gemäß einer vorgegebenen Sollwert- Kennlinie (1) gesteuerten Sollwertsteller für die Innentemperatur (t_i) und mit einem einzigen, auf eine Motorheizung, Klimaanlage sowie eine Zusatz­ heizung im Heizwasserkreislauf einwirkenden Regelkreis zum Regeln der In­ nentemperatur (t_i) auf den jeweils eingestellten Sollwert, wobei die Sollwert- Kennlinie (1) einen wannenförmigen Verlauf aufweist mit negativer Steigung im unteren Bereich von Außentemperaturen (t_e) unterhalb etwa 10°C und po­ sitiver Steigung im oberen Bereich von Außentemperaturen (t_e) oberhalb etwa 20°C.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Be­ reich nur die Heizanlage und im oberen Bereich nur die Klimaanlage und im dazwischenliegenden, mittleren Bereich beide Anlagen in den Regelkreis ge­ schaltet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwert-Kennlinie (1) von Hand in Richtung der Außentemperaturachse ver­ schiebbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine außentemperaturgesteuerte Gebläsereglung im Regelkreis integriert ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, daß im Fahrerhausinnenraum ein Luftfeuchtefühler als zusätzlicher Parameter zur Temperaturregelung vorgesehen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Regelkreis ein Motorstartfühler integriert ist, der mit der Zusatzheizung verbunden ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Regelkreis der Fahrzeug-Betriebsschalter inte­ griert ist.

8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwert-Kennlinie um ca. 10°C in Richtung der Außentemperatur-Achse nach unten verschiebbar ist.