DE4426339C1 - Klimaanlage für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei solchen Klimaanlagen wird die im Verdampfer gekühlte Luft direkt über den Luftverteilerkanal in den Fahrzeuginnenraum geführt. Aus Sicherheitsgründen ist daher die Verwendung von nicht brennbarem Kältemittel im Kältekreislauf der Klimaanlage vorgeschrieben, damit bei einem Defekt das über den Verdampfer in den Luftverteilerkanal ausströmende gasförmige Kältemittel im Fahrzeuginnenraum kein feuergefährliches Gemisch bilden kann, das die Fahrzeuginsassen beträchtlich gefährdet.

Die heute bekannten, nicht brennbaren Kältemittel haben, soweit sie FCKW-frei sind, nach heutiger Erkenntnis keinen schädigenden Einfluß auf die Ozonschicht, tragen aber, wenn sie in die Umwelt gelangen, nicht unwesentlich zum sog. Treibhauseffekt bei. Von Umweltschutzverbänden wird daher zunehmend die Verwendung von Kältemitteln gefordert, die vollständig umweltverträglich sind. Solche Kältemittel, unter dem Schlagwort "Green-Freeze" bekannt, sind beispielsweise Gemische aus Propan und Butan mit sehr guten thermodynamischen Eigenschaften. Sie sind jedoch brennbar und damit in Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge bis jetzt nicht einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Klimaanlage der eingangs genannten Art die Verwendung von umweltfreundlichen aber brennbaren Kältemitteln durch Einführen geeigneter Sicherheitsvorkehrungen zum Schutze der Fahrzeuginsassen zu ermöglichen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Klimaanlage hat den Vorteil, daß bei Ausgasen des Kältemittels infolge eines Defekts, was durch den Gassensor erkannt wird, die Kältemittelzufuhr zum Verdampfer extrem schnell gestoppt wird und somit kein Kältemittel mehr in den Verdampfer gelangen und über die defekte Stelle in den Luftverteilerkanal entweichen kann. Der Anteil des bis zum Stoppen der Kältemittelzufuhr insgesamt ausgeströmten Kältemittelgases ist so gering, daß eine Feuer- oder Explosionsgefahr für den Fahrzeuginnenraum nicht besteht.

Gassensoren und ihre Anwendung beim Kraftfahrzeug sind bereits bekannt. So ist ein bekanntes Fahrzeug mit einem Sicherheitssystem ausgestattet (EP 0 386 495 A2), das einen im Fahrzeuginnenraum angeordneten Gassensor zum Detektieren von bei defekter Treibstoffanlage ausströmenden Treibstoffdämpfen und eine an den Gassensor angeschlossene elektronische Schaltung aufweist, die Antriebsorgane zum Öffnen und Schließen der Fenster des Fahrzeuginnenraums derart ansteuert, daß diese aufgrund eines vom Gassensor infolge Anwesenheit von Treibstoffdämpfen generierten Detektionssignal die Fenster öffnen. Dadurch werden größere Men­ gen des austretenden Treibstoffs, die in Verbindung mit Luft im geschlossenen Raum ein zündfähiges Gemisch bilden, relativ schnell und für die Insassen gefahrlos über die geöffneten Fen­ ster an die Umgebungsluft abgeführt.

Durch die DE 40 14 499 A1 ist es bekannt, mittels eines Gassen­ sors die Schadstoffkonzentration in der Innenraumluft von Fahr­ zeugen zu erfassen und bei Überschreiten eines Grenzwertes das den Schadstoffeintrag verursachende Heizgerät abzuschalten.

Bei einem ebenfalls bekannten Fahrzeugklimatisierungssystem (EP 0 042 287 B1) sind dagegen zwei Schadstoffsensoren vorgesehen, von denen der eine den Verschmutzungsgrad der Außenluft und der andere den Verschmutzungsgrad der Luft detektiert. Beide Senso­ ren steuern in Abhängigkeit von dem erfaßten Verschmutzungsgrad Luftklappen zur wechselweisen Versorgung des Fahrzeuginnenraums mit Frisch- oder Umluft, wobei die Umluft über einen elektri­ schen Luftreiniger geführt werden kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Klimaanlage mit zweckmäßigen Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Sperrventil als 2/2-Wegemagnetventil ausgebildet und bevorzugt in der Verbindungsleitung zwischen Kondensator und Expansions­ ventil angeordnet. Es kann aber auch mit dem Expansionsventil zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden, wodurch sich ein elek­ tronisch steuerbares Expansionsventil ergibt, das gesteuert ge­ sperrt werden kann.

Die erfindungsgemäßen sicherheitstechnischen Vorkehrungen an der Klimaanlage werden noch dadurch verbessert, wenn gemäß einer verbesserten Ausführungsform der Erfindung aus dem Detektions­ signal zusätzlich ein Abschaltsignal für den Verdichter abgelei­ tet wird. Die Abschaltung des Verdichters kann dabei über das sog. Klimatisierungsbediengerät erfolgen, über welches auch die manuelle Ein- und Abschaltung der Klimaanlage vorgenommen wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zweigt sich der Luftverteilerkanal stromabwärts des Verdampfers in einen im Fahrzeuginnenraum und in einen außerhalb des Fahrzeuginnenraums mündenden Zweigkanal auf, wobei an der Verzweigungsstelle eine Luftklappe so angeordnet ist, daß sie in ihrer Grundstellung den nach außen führenden Zweigkanal sperrt und den anderen freigibt und in ihrer Umsteuerstellung den zum Fahrzeuginnenraum führenden Zweigkanal sperrt und den anderen freigibt. Aus dem Detektionssignal des Gassensors wird nunmehr ein zusätzliches Umsteuersignal für die Luftklappe abgeleitet, so daß diese den Fahrzeuginnenraum gegen Luftzufuhr absperrt. Auf diese Weise wird das im Verdampfer ausgegaste Kältemittel sofort an die Umgebungsluft abgegeben und vom Fahrzeuginnenraum entfernt gehalten.

Ist der Luftverteilerkanal wie üblich über eine sog. Umluftklappe wechselweise an Frischluft aus der Umgebung und an der aus dem Fahrzeuginnenraum kommenden Umluft anschließbar, so kann - wie dies in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist - aus dem Detektionssignal noch ein zusätzliches Einstellsignal für die Umluftklappe abgeleitet werden, das die Umluftklappe durch Ansteuerung des elektrischen Stellmotors der Umluftklappe so einstellt, daß der Luftverteilerkanal von dem Fahrzeuginnenraum auch eingangsseitig abgetrennt ist.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung wird weiterhin aus dem Detektionssignal noch ein Aktivierungssignal für eine optische und/oder akustische Warnvorrichtung abgeleitet, die den Fahrer auf einen Defekt in der Klimaanlage aufmerksam macht.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigt die Zeichnung eine schematische Darstellung einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge.

Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Klimaanlage weist in üblicher Weise einen Kompressor oder Verdichter 11, einen Kondensator 12, ein Expansionsventil 13 und einen Verdampfer 14 auf, die in einem Kältemittelkreislauf 15 angeordnet sind und in der genannten Reihenfolge von einem Kältemittel durchströmt werden. Der Kältemittelkreislauf 15 wird durch Verbindungsleitungen zwischen den genannten Bauelementen hergestellt. Der Verdampfer 14 ist in einem Luftverteilerkanal 16 angeordnet und überdeckt dessen gesamten Luftdurchtrittsquerschnitt. Der Luftverteilerkanal 16 ist eingangsseitig an den Ausgang eines Gebläses 17 angeschlossen, dessen Eingang mittels einer Umluftklappe 18 wechselweise an eine Frischluftöffnung 19 oder eine Abluftöffnung 20 des Innenraums 21 des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden kann. Die Abluftöffnung 20 ist in der mit 22 angedeuteten Stirnwand des Innenraums 21 angeordnet, während die Frischluftöffnung 19 in der Wandung eines am Gebläse 17 festgelegten Wasserkastens 34 angeordnet ist, der über ein Luftgitter 23 in der Motorhaube 24 mit der Umgebungsluft in Verbindung steht. Mit 25 ist ein Luftfilter bezeichnet. Die Umluftklappe 18 wird von einem elektrischen Stellmotor 26 betätigt und gibt wechselweise die Frischluftöffnung 19 oder die Abluftöffnung 20 zum Ansaugen von Frischluft oder Umluft aus dem Innenraum 21 durch das Gebläse 17 frei. Stromabwärts des Verdampfer 14 verzweigt sich der Luftverteilerkanal 16 in einen im Innenraum 21 mündenden Zweigkanal 161 und in einen außerhalb des Innenraums 21 mündenden Zweigkanal 162. An der Verzweigungsstelle ist eine Luftklappe 27 schwenkbar so angeordnet, daß sie in ihrer Grundstellung den Zweigkanal 162 sperrt und den Zweigkanal 161 freigibt und in ihrer Umsteuerstellung den Zweigkanal 161 sperrt und den Zweigkanal 162 freigibt. Die Luftklappe 27 wird hierzu von einem elektrischen Stellmotor 28 angetrieben.

Die Klimaanlage läßt sich mit einem sog. Klimatisierungsbediengerät 29 manuell ein- und ausschalten, wodurch der Verdichter 11 gestartet bzw. stillgesetzt wird. Als Kältemittel wird im Kältemittelkreislauf ein Gemisch aus Propan und Butan verwendet, das gute thermodynamische Eigenschaften hat und in Verbindung mit Luft brennbar ist. Um das durch die Brennbarkeit des Kältemittels gegebene Gefährdungspotential für die Fahrzeuginsassen zu beseitigen, ist im Kältemittelkreislauf 15, und zwar in der Verbindungsleitung zwischen Kondensator 12 und Expansionsventil 13, ein als 2/2-Wegemagnetventil 30 mit Federrückstellung ausgebildetes Sperrventil angeordnet, das von einer Steuerelektronik 31 angesteuert wird. Weitere Ausgänge der Steuerelektronik 31 sind mit dem Klimatisierungsbediengerät 29, mit einer elektrischen und akustischen Warnvorrichtung 32 sowie mit den Stellmotoren 26 und 28 für die Umluftklappe 18 bzw. für die Luftklappe 27 verbunden. Eingangsseitig ist die Steuerelektronik 31 an einem Gassensor 33 angeschlossen, der im Luftverteilerkanal 16 stromabwärts des Verdampfers 14, also auf der vom Gebläse 17 abgekehrten Seite des Verdampfers 14, nahe diesem angeordnet ist. Der Gassensor 33 reagiert auf ausgegastes Kältemittel im Luftstrom im Luftverteilerkanal 16, das beispielsweise durch Leckage im Verdampfer 14 austreten kann, und gibt bei Vorhandensein von ausgegastem Kältemittel ein elektrisches Detektionssignal an die Steuerelektronik 31.

Aufgrund des Detektionssignals generiert die Steuerelektronik 31 insgesamt fünf Steuersignale, die an verschiedenen Stellen der Klimaanlage wirksam werden und insgesamt verhindern, daß aus dem Kältemittelkreislauf 15 austretendes Kältemittel mit dem Luftstrom über den Luftverteilerkanal 16 in den Innenraum 21 gelangt und hier zusammen mit Luft ein brennbares Gemisch bilden kann, das die Fahrzeuginsassen erheblich gefährdet. Zunächst legt die Steuerelektronik 31 ein Steuersignal an das 2/2-Wegemagnetventil 30, was bewirkt, daß dieses in seine Sperrstellung umschaltet und damit die Kältemittelzufuhr zum Verdampfer 14 stoppt. Weiterhin generiert die Steuerelektronik 31 ein Abschaltsignal für den Verdichter 11, das dem Klimatisierungsbediengerät 29 zugeführt wird und dort die Trennung des Verdichters 11 vom Bordnetz bewirkt. Weiterhin legt die Steuerelektronik 31 ein Umsteuersignal an den Stellmotor 28 der Luftklappe 27, das den Elektromotor 28 solange einschaltet, bis er die Luftklappe 27 aus der in der Zeichnung dargestellte Grundstellung in Pfeilrichtung in ihre Umsteuerstellung überführt hat, in welcher der im Innenraum 21 mündende Zweigkanal 161 vollständig abgesperrt ist und der Luftverteilerkanal 16 über den nunmehr geöffneten Zweigkanal 162 unmittelbar mit der Umgebung in Verbindung steht. Dadurch wird der Innenraum 21 vom Luftverteilerkanal 16 abgesperrt, und im Luftstrom enthaltenes ausgegastes Kältemittel strömt unmittelbar in die Umgebung ab. Weiterhin erzeugt die Steuerelektronik 31 ein Einstellsignal für die Umluftklappe 18, das an deren Stellmotor 26 gelangt und diese solange einschaltet, bis die Umluftklappe 18 ihre in der Zeichnung dargestellte Lage einnimmt, in welcher die Abluftöffnung 20 des Innenraums 21 vollständig verschlossen ist und der Eingang des Gebläses 17 mit der Frischluftöffnung 19 in Verbindung steht. Als letztes generiert die Steuerelektronik 31 aufgrund des Detektionssignals des Gassensors 33 ein Aktivierungssignal für die optische und akustische Warnvorrichtung 32, die damit eingeschaltet wird und den Fahrer auf den Defekt in der Klimaanlage aufmerksam macht.

Um bei aktiviertem 2/2-Wegemagnetventil 30 einen Rückfluß des Kältemittels von Kondensator 12 zum Verdampfer 14 hin, was bei Undichtigkeiten im Verdichter 11 einsetzen kann, zuverlässig zu verhindern, ist in der Verbindungsleitung vom Verdampfer 14 zum Verdichter 11 ein weiteres Sperrventil eingeschaltet, das ebenfalls als 2/2-Wegemagnetventil 30′ mit Federrückstellung ausgebildet ist. Der Steuereingang des weiteren 2/2-Wegemagnetventils 30′ ist an dem gleichen Ausgang der Steuerelektronik 31 angeschlossen wie der Steuereingang des ersten 2/2-Wegemagnetventils 30. Für die Dauer des Auftretens des Steuersignals schaltet das 2/2- Wegemagnetventil 30′ aus seiner die Verbindungsleitung freigebenden Grundstellung in seine die Verbindungsleitung sperrende Arbeitsstellung um.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es nicht notwendig, daß die Steuerelektronik 31 aus dem Detektionssignal des Gassensors 33 fünf verschiedene Steuersignale ableitet, vielmehr genügt es, wenn das Detektionssignal des Gassensors 33 in ein Steuersignal für das 2/2-Wegemagnetventil 30 umgewandelt wird. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn dabei gleichzeitig auch der Verdichter 11 automatisch abgeschaltet wird.

Das im Ausführungsbeispiel als 2/2-Wegemagnetventil ausgebildete Sperrventil zum Sperren der Kältemittelzufuhr zum Verdampfer 14 kann unmittelbar in das Expansionsventil 13 integriert werden. Durch entsprechende Ansteuerung kann das elektrisch steuerbare Expansionsventil geschlossen werden und damit in gleicher Weise die Kältemittelzufuhr zum Verdampfer 14 unterbunden werden.

Claims (10)

1. Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, mit einem Verdichter, einem Kondensator, einem Expansionsventil und einem Verdampfer, die in einem Kältemittelkreislauf in der genannten Reihenfolge von einem Kältemittel durchströmt werden, und mit einem zum Fahrzeuginnenraum führenden, mit einem Luftstrom beaufschlagbaren Luftverteilerkanal, in dem der Verdampfer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem das Kältemittel in Flüssigform führenden Teil des Kältemittelkreislaufs ein Sperrventil (30) zum Sperren der Kältemittelzufuhr zum Verdampfer (14) angeordnet ist, daß im Luftverteilerkanal (16) in Luftströmungsrichtung hinter dem Verdampfer (14) ein Gassensor (33) angeordnet ist, der im Luftstrom mitgeführtes ausgegastes Kältemittel detektiert und ein Detektionssignal generiert und daß aus dem Detektionssignal zumindest ein Steuersignal zum Aktivieren des Sperrventils (30) abgeleitet ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil als 2/2-Wegemagnetventil (30) ausgebildet ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (30) in einer Verbindungsleitung zwischen Kondensator (12) und Expansionsventil (13) angeordnet ist.

4. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil im Expansionsventil integriert ist.

5. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gassensor (33) nahe dem Verdampfer (14) angeordnet ist.

6. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Detektionssignal zusätzlich ein Abschaltsignal für den Verdichter (11) abgeleitet ist.

7. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftverteilerkanal (16) sich stromabwärts des Verdampfers (14) in einen im Fahrzeuginnenraum (21) und in einen außerhalb des Fahrzeuginnenraums (21) mündenden Zweigkanal (161, 162) aufzweigt, daß in der Verzweigungsstelle eine Luftklappe (27) so angeordnet ist, daß sie in ihrer Grundstellung den nach außen führenden Zweigkanal (162) sperrt und den anderen Zweigkanal (161) freigibt und in ihrer Umsteuerstellung den zum Fahrzeuginnenraum (21) führenden Zweigkanal (161) sperrt und den anderen Zweigkanal (162) freigibt und daß aus dem Detektionssignal zusätzlich ein Umsteuersignal für die Luftklappe (27) abgeleitet ist.

8. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-7 mit einer Umluftklappe zum wechselweisen Anschließen des Luftverteilerkanals an eine Frischluftöffnung oder Abluftöffnung des Fahrzeuginnenraums, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Detektionssignal ein Einstellsignal für die Umluftklappe (18) derart abgeleitet ist, daß die Umluftklappe (18) die Abluftöffnung (20) schließt.

9. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Detektionssignal ein Aktivierungssignal für eine optische und/oder akustische Warnvorrichtung (32) abgeleitet ist.

10. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß in einer vom Verdampfer (14) zum Verdichter (11) führenden Verbindungsleitung ein weiteres, vorzugsweise als 2/2-Wegemagnetventil (30′) ausgebildetes Sperrventil angeordnet ist, das bei Auftreten des Steuersignals die Verbindungsleitung sperrt.