DE69303575T2

DE69303575T2 - Stellgerät an Kühl- und Klimaanlage für ein Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE69303575T2
Application number: DE69303575T
Authority: DE
Inventors: Jean-Charles Sarbach
Original assignee: Valeo Climatisation SA
Current assignee: Valeo Climatisation SA
Priority date: 1992-10-26
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 1996-11-07
Anticipated expiration: 2013-10-23
Also published as: US5505251A; DE69303575D1; JPH07304323A; FR2697211B1; FR2697211A1; EP0595699A1; EP0595699B1; ES2091576T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung des Fahr-/Antriebsmotors und zur Heizung und/oder Belüftung oder Klimatisierung des Fahrgastraums eines Fahrzeugs mit einem Kühler zur Kühlung des Motors und zur Heizung des Fahrgastraums und einem Gebläse zur Erzeugung eines aus dem Fahrgastraum und/oder von draußen kommenden Belüftungsluftstroms sowie mit einem Regelorgan für den Lufteinlaß, mit dem ein erstes Verhältnis zwischen dem außerhalb des Fahrzeugs aufgenommenen Luftdurchsatz und dem durch das Gebläse erzeugten Gesamtluftdurchsatz von 0 bis 100% verändert werden kann, einem Regelorgan für den Luftauslaß, mit dem ein Luftauslaß zum Außenbereich des Fahrzeugs allmählich verschlossen und geöffnet werden kann, und einem Mischorgan, mit dem ein zweites Verhältnis, das dem mit einer hinter dem Gebläse angeordneten Wärmequelle in Kontakt kommenden Teilluftdurchsatz, bezogen auf den in den Fahrgastraum eingeleiteten Luftdurchsatz, entspricht, voll 0 bis 100% verändert werden kann.
Derartige Vorrichtungen werden insbesondere in Fahrzeugen mit Elektroantrieb benutzt, wobei die Wärmequelle eine - beispielsweise elektrische - Hilfsquelle umfaßt, die eingeschaltet wird, wenn die durch den elektrischen Fahrmotor und die zugehörigen Nebenanlagen abgegebene Wärme nicht ausreicht, um den Fahrgastraum zu beheizen (EP-A-0 595 699).
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine koordinierte Betätigung der verschiedenen regelbaren Organe der Vorrichtung herbeizuführen, die optimal auf alle Einsatzbedingungen abgestimmt ist.
Ein weiterer Zweck besteht in einer Minimierung des Energieaufwands, wodurch die Reichweite im Falle eines Elektrofahrzeugs entsprechend verlängert wird.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der:
a) das Regelorgan für den Lufteinlaß vor dem Gebläse angeordnet ist,
b) die besagte Wärmequelle den Kühler umfaßt,
c) die Luft frei vom Gebläse zur Wärmequelle zirkuliert und hinter dieser entweder nach außen abgeleitet oder in den Fahrgastraum durch Bahnen eingeleitet wird, die durch das Regelorgan für den Luftauslaß bzw. durch das Mischorgan verschlossen werden können,
d) die Positionen der beiden Regelorgane und des Mischorgans und der Durchsatz des Gebläses durch ein bewegliches Steuerorgan nach einem eindeutigen Verstellweg gesteuert werden, der die folgenden Abschnitte umfaßt:
- einen ersten Abschnitt, über dessen Länge sich das erste Verhältnis von einem Wert nahe bei, aber verschieden von 100% bis 0 verändert, wobei das Regelorgan für den Luftauslaß vollständig geöffnet bleibt, während das zweite Verhältnis gleich 0 bleibt und der Durchsatz des Gebläses sich allmählich von einem Maximalwert zu einem Minimalwert verändert, und
- einen zweiten Abschritt, über dessen Länge sich das erste Verhältnis von 0 bis 100% verändert, wobei sich das Regelorgan für den Luftauslaß allmählich von seiner Position mit vollständiger Öffnung bis zu seiner Schließposition verstellt, während sich das zweite Verhältnis allmählich von 0 bis 100% verändert und der Durchsatz des Gebläses allmählich von dem besagten Minimalwert aus zunimmt.
Weitere, zusätzliche oder alternative Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachstehend angeführt:
- Sie umfaßt eine Klimaanlage mit einem Verdampfer, der zwischen dem Gebläse einerseits und der Wärmequelle und dem Mischorgan andererseits angeordnet ist, wobei diese Anlage durch das Steuerorgan so gesteuert wird, daß sie nur im zweiten Abschnitt des besagten Verstellwegs funktioniert.
- Die Wärmequelle umfaßt außerdem eine Hilfsquelle, die durch das Steuerorgan gesteuert wird, wobei der zweite Abschnitt des besagten Verstellwegs in einen ersten Teilabschnitt, über dessen Länge die Hilfsquelle ausgeschaltet ist, und einen zweiten Teilabschnitt unterteilt ist, über dessen Länge die Hilfsquelle eingeschaltet ist.
- Die Hilfsquelle gibt eine über die Länge des zweiten Teilabschnitts zunehmende Wärmeleistung ab.
- Der Durchsatz des Gebläses erreicht einen Zwischenwert am Ende des ersten Teilabschnitts und den besagten Maximalwert am Ende des zweiten Teilabschnitts.
- Die Hilfsquelle ist ein elektrischer Radiator.
- Sie umfaßt einen ersten Luftkreislaufstrang, der das Gebläse und gegebenenfalls den Verdampfer enthält und der sich davor an einen Umlufteinlaß und an einen Außenlufteinlaß anschließt, die durch das Regelorgan für den Lufteinlaß gesteuert werden, und dahinter an Luftauslässe zum Fahrgastraum, sowie einen zweiten Luftkreislaufstrang, der in Abzweigung am ersten Strang hinter dem Gebläse und gegegebenenfalls dem Verdampfer angeordnet ist und die Wärmequelle enthält, wobei das Mischorgan in seinen beiden jeweiligen Endpositionen den ersten Strang und die nachgeordnete Verbindung zwischen den beiden Strängen verschließen kann, und wobei das Regelorgan für den Luftauslaß einen Luftauslaß nach draußen steuert, der sich in den zweiten Strang, hinter der Wärmequelle öffnet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, auf denen folgendes dargestellt ist:
- Die Figuren 1, 2, 3, 4, 5 und 6 zeigen schematisch einige Bestandteile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in sechs verschiedenen Funktionszuständen.
- Die Figuren 1a, 2a, 3a, 4a, 5a und 6a zeigen die Postionen eines Steuerorgans, die jeweils diesen sechs Funktions zuständen entsprechen.
Die Figuren 1 bis 6 zeigen den Luftkreislauf einer Vorrichtung zur Kühlung des elektrischen Fahr-/Antriebsmotors eines Fahrzeugs und zur Klimatisierung des Fahrgastraums dieses Fahrzeugs. Dieser Luftkreislauf umfaßt einen Hauptstrang 1, der sich zwischen einem Umlufteinlaß 2, der mit dem Fahrgastraum, insbesondere mit seinem rückwärtigen Bereich, verbunden ist, und Auslässen 3 zum Fahrgastraum, insbesondere an der Unterseite der Windschutzscheibe, am Armaturenbrett und im unteren Bereich des Fahrgastraums, verbunden ist. Dieser Strang 1 bildet dabei mit dem Fahrgastraum einen geschlossenen Kreis. Er enthält ein Gebläse 4 und dahinter, das heißt zwischen dem Gebläse und den Auslässen 3, einen Verdampfer 5, der zu einem in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Kühlmittelkreislauf gehört.
Ein Außenlufteinlaß 6 öffnet sich in den Strang 1, hinter dem Gebläse 4, und eine Lufteinlaßklappe 7 ist schwenkbar zwischen einer in den Figuren 5 und 6 dargestellten ersten Position, in der sie den Außenlufteinlaß 6 verschließt, und einer in Figur 3 dargestellten zweiten Position gelagert, in der sie den Umlufteinlaß 2 verschließt, wobei sie das Verhältnis zwischen dem außerhalb des Fahrzeugs aufgenommenen Luftdurchsatz und dem durch das Gebläse erzeugten Gesamtluftdurchsatz von 0 bis 100% verändert.
Außerdem umfaßt der Kreislauf hinter dem Verdampfer 5 einen abgezweigten Strang 8, auf dessen gesamtem Querschnitt sich ein Block erstreckt, der aus zwei hintereinander angeordneten Radiatoren besteht, und zwar aus einem ersten Radiator 9, in dem ein Kühlmittel für den elektrischen Fahrmotor und seine zugehörigen Nebenanlagen (Leistungselektronik, Speisebatterie) zirkuliert, und einem elektrischen Hilfsradiator 10 für die Heizung des Fahrgastraums, insbesondere ein Radiator mit elektrischem Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten. Die Stränge 1 und 8 sind durch eine Mischklappe 11 voneinander getrennt, die schwenkbar um eine Achse 12 gelagert ist, die sich entlang der zum Strang 1 gerichteten Kante der Fläche 13 des Blocks 9, 10 erstreckt, von der aus die durch das Gebläse zugeleitete Luft einströmt. Die Klappe 11 kann zwischen einer in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Position, in der sie die nachgeordnete Verbindungsstelle zwischen den Strängen 1 und 8 verschließt und so das Einströmen von durch den Radiatorblock erwärmter Luft in den Fahrgastraum verhindert, und einer in den Figuren 5 und 6 dargestellten zweiten Position verschwenkt werden, in der sie den Strang 1 zwischen seinen beiden verbindungsstellen mit dem Strang 8 verschließt, so daß die zum Fahrgastraum geleitete Luft hingegen durch den Radiatorblock hindurchströmen muß. Die Klappe 11 weist einen Ansatz 14 auf, der sich von der Achse 12 aus nach vorn erstreckt, wobei er einen stumpfen Winkel mit dem nachgeordneten Hauptteil der Klappe bildet. Dieser Ansatz stellt ein Ablenkstück dar, das in der ersten Poistion der Klappe das Einströmen von Luft in den Strang 8 und in deren zweiter Position in den Strang 1 begünstigt. In dieser zuletzt genannten Position erstreckt sich der Ansatz 14 durch den Strang 8 auf einem kleineren Bruchteil seines Querschnitts.
Ein Luftauslaß 15 zum Außenbereich des Fahrzeugs mündet in den Strang 8 hinter dem Block 9, 10 und ist mit einer Regelklappe 16 versehen, die zwischen einer in den Figuren 5 und 6 dargestellten Schließposition und einer in den Figren 1 bis 3 vollständig geöffneten Position verstellt werden kann.
Das Gebläse 4, die Klimaanlage mit dem Verdampfer 5, der Hilfsradiator 10 und die Klappen 7, 11 und 16 werden durch Mittel gesteuert, die kein Bestandteil der Erfindung sind, ausgehend von einem einheitlichen Steuerorgan, zu dem ein Schieber 20 gehört (Figuren 1a bis 6a), der sich entlang einem horizontalen Schlitz 21 bewegt, welcher in eine Bedientafel am Fahrerplatz des Fahrzeugs eingearbeitet ist, und der mit einem Hebel oder einem Gleitelement verbunden werden kann, das durch den Schlitz hindurch geht. Auf der Bedientafel sind über dem Schlitz 21 graphische Symbole angebracht, die als Markierung für die verschiedenen Positionen des Schiebers 20 dienen. Diese Symbole umfassen ein blaues Dreieck 22 und ein rotes Dreieck 23, die sich in horizontaler Richtung von einer gemeinsamen Spitze 24 bei einer mittleren Position des Schiebers 20 aus erstrecken und deren dieser Spitze gegenüberliegende Seiten 25 bzw. 26 am linken bzw. rechten Ende des Verstellwegs des Schiebers 20 angeordnet sind. Das Dreieck 23 wird zwischen der Spitze 24 und der Seite 26 durch einen schmalen vertikalen Streifen 27 in der Farbe des die beiden Dreiecke umgebenden Hintergrunds unterbrochen. Von links nach rechts entspricht das blaue Dreieck der Betätigung der Kühlung des Fahrgastraums mit abnehmender Leistung, während das rote Dreieck der Betätigung der Heizung des Fahrgastraums mit zunehmender Leistung entspricht.
Die Figuren 1 und 1a zeigen die Position des Schiebers 20 und die daraus resultierenden Positionen der Klappen zur Herbeiführung einer maximalen Kühlung des Fahrgastraums. Die Klimaanlage ist eingeschaltet, und das Gebläse 4 wird mit seiner maximalen Spannung betrieben, wodurch eine maximale Wärmeabgabe durch den im Strang 1 zirkulierenden Luftstrom an den Verdampfer 5 bewirkt wird. Die Mischklappe 11 befindet sich in ihrer ersten Position, in welcher der Strang 1 freigegeben und ein freier Zugang der abgekühlten Luft zu den Auslässen 3 in den Fahrgastraum ermöglicht wird. Die Auslaßklappe 16 befindet sich in ihrer vollständig geöffneten Position, welche die Ableitung der durch den Kühler 9 zur Kühlung des Fahrmotors erwärmten Luft außerhalb des Fahrzeugs ermöglicht. Die Einlaßklappe 7 wird so eingestellt, daß der Einlaß von Außenluft möglich ist, um diesen Auslaß von erwärmter Luft auszugleichen, wobei sie sich jedoch näher an ihrer ersten Position als an ihrer zweiten Position befindet, so daß es sich bei dem größten Teil der im Strang 1 zirkulierenden Luft um Umluft handelt.
Die Figuren 2 und 2a entsprechen einer Zwischenposition des Schiebers 20 zwischen der in Figur 1a dargestellten Position mit maximaler Kühlung und der in Figur 3a dargestellten neutralen Position. Die allmähliche Verstellung des Schiebers in diesem ersten Abschnitt seines Verstellwegs geht mit einer allmählichen Verringerung der Speisespannung des Gebläses bis zu einem Minimalwert und mit einer allmählichen Verstellung der Klappe 7 bis zu ihrer zweiten Position einher. Der durch das Gebläse erzeugte Luftdurchsatz, der an den Verdampfer abgegebene Luftdurchsatz und der im Fahrgastraum zirkulierende Luftdurchsatz nehmen allmählich ab. Die Positionen der Klappen 11 und 16 bleiben unverändert.
Die Figuren 3 und 3a zeigen die neutrale Position des Schiebers 20, die am Ende des ersten Abschnitts seines Verstellwegs erreicht wird, und die entsprechende Position der Klappe 7. Außerdem ist die Klimaanlage ausgeschaltet. In dieser Position dient die Vorrichtung ausschließlich zur Kühlung des Motors und seiner zugehörigen Nebenanlagen.
Die Figuren 4 und 4a beziehen sich auf einen ersten Teilabschnitt des Abschnitts "Heizung" des Verstellwegs des Schiebers 20, der einem sparsamen Heizbetrieb entspricht und am Streifen 27 endet. Wenn der Schieber allmählich vom Punkt 24 zum Streifen 27 verstellt wird, steigt die Speisespannung des Gebläses 4 allmählich von seinem Minimalwert auf einen Zwischenwert an, die Einlaßklappe 7 schwenkt von ihrer zweiten Position zu ihrer ersten Position, die Klappe 11 schwenkt von ihrer ersten Position zu ihrer zweiten Position, und die Klappe 16 schwenkt von ihrer vollständig geöffneten Position zu ihrer Schließposition. Die Klimaanlage bleibt natürlich ausgeschaltet. Dadurch wird sowohl der durch das Gebläse erzeugte Luftdurchsatz als auch der durch den Radiator 9 strömende Teil dieses Luftdurchsatzes und der durch den Fahrgastraum strömende Teil ebendieses Luftdurchsatzes erhöht. Aus diesen miteinander verbundenen Vorgängen ergibt sich eine allmähliche Vergrößerung des an den Fahrgastraum abgegebenen Wärmedurchsatz es.
In Figur 5a befindet sich der Schieber 20 im zweiten Unterabschnitt des "Heiz"-Abschnitts seines Verstellwegs hinter dem Streifen 27. Wie in Figur 5 dargestellt, sind in diesem Bereich die Positionen der Klappen die Endpositionen des vorangehenden Bereichs, wie sie vorstehend definiert wurden. Die Speisespannung des Gebläses nimmt weiter zu, bis zu ihrem Maximalwert, der bei der in Figur 6a dargestellten Endposition des Schiebers 20 erreicht wird. Der Hilfsradiator 10 ist zugeschaltet und liefert einen zusätzlichen Wärmedurchsatz. Für den Fall, daß der Radiator 10 einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten aufweist, nimmt die von ihm abgegebene Leistung ebenfalls mit steigendem Luftdurchsatz zu, wodurch sich der in den Fahrgastraum eingeleitete Wärmedurchsatz noch weiter erhöht.
Als Variante kann die Klimaanlage und der dazu gehörende Verdampfer 5 entfallen, wobei die Betätigung der anderen Bestandteile unverändert bleibt, mit Ausnahme der Klappe 7 die auf vollständiger Öffnung des Lufteinlasses 6 verbleibt. Im "Kalt"-Abschnitt des Verstellwegs des Steuerorgans wird die Einleitung von gekühlter Luft, die einem abnehmenden Kühldurchsatz entspricht, durch eine einfache Belüftung mit einem abnehmenden Volumendurchsatz ersetzt. Diese zuletzt genannte Funktionsweise kann auch durch die Ausschaltung einer vorhandenen Klimaanlage, unabhängig von der jeweiligen Position des Steuerorgans 20, mit dem Ziel eine Energieeinsparung oder bei einem Ausfall dieser Klimaanlage herbeigeführt werden.
Das für eine manuelle Betätigung vorgesehene Steuerorgan 20 kann durch ein automatisches Steuerorgan nach einem vorgegebenen Programm ersetzt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Kühlung des Fahr-/Antriebsmotors und zur Heizung und/oder Belüftung oder Klimatisierung des Fahrgastraums eines Fahrzeugs mit einem Kühler (9) zur Kühlung des Motors und zur Heizung des Fahrgastraums und einem Gebläse (4) zur Erzeugung eines aus dem Fahrgastraum und/oder von draußen kommenden Belüftungsluftstroms sowie mit einem Regelorgan für den Lufteinlaß (7), mit dem ein erstes Verhältnis zwischen dem außerhalb des Fahrzeugs aufgenommenen Luftdurchsatz und dem durch das Gebläse erzeugten Gesamtluftdurchsatz von 0 bis 100% verändert werden kann, einem Regelorgan für den Luftauslaß (15), mit dem ein Luftauslaß zum Außenbereich des Fahrzeugs allmählich verschlossen und geöffnet werden kann, und einem Mischorgan (11), mit dem ein zweites Verhältnis, das dem mit einer hinter dem Gebläse angeordneten Wärmequelle (9, 10) in Kontakt kommenden Teilluftdurchsatz, bezogen auf den in den Fahrgastraum eingeleiteten Luftdurchsatz, entspricht, von 0 bis 100% verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß:

a) das Regelorgan für den Lufteinlaß vor dem Gebläse angeordnet ist,

b) die besagte Wärmequelle den Kühler (9) umfaßt,

c) die Luft frei vom Gebläse zur Wärmequelle zirkuliert und hinter dieser entweder nach außen abgeleitet oder in den Fahrgastraum durch Bahnen eingeleitet wird, die durch das Regelorgan für den Luftauslaß bzw. durch das Mischorgan verschlossen werden können,

d) die Positionen der beiden Regelorgane und des Mischorgans und der Durchsatz des Gebläses durch ein bewegliches Steuerorgan (20) nach einem eindeutigen Verstellweg (25-26) gesteuert werden, der die folgenden Abschnitte umfaßt:

- einen ersten Abschnitt (25-24), über dessen Länge sich das erste Verhältnis von einem Wert nahe bei, aber verschieden von 100% bis 0 verändert, wobei das Regelorgan für den Luftauslaß vollständig geöffnet bleibt, während das zweite Verhältnis gleich 0 bleibt und der Durchsatz des Gebläses sich allmählich von einem Maximalwert zu einem Minimalwert verändert, und

- einen zweiten Abschnitt (24-26), über dessen Länge sich das erste Verhältnis von 0 bis 100% verändert, wobei sich das Regelorgan für den Luftauslaß allmählich von seiner Position mit vollständiger Öffnung bis zu seiner Schließposition verstellt, während sich das zweite Verhältnis allmählich von 0 bis 100% verändert und der Durchsatz des Gebläses allmählich von dem besagten Minimalwert aus zunimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Klimaanlage mit einem Verdampfer (5) umfaßt, der zwischen dem Gebläse einerseits und der Wärmequelle und dem Mischorgan andererseits angeordnet ist, wobei diese Anlage durch das Steuerorgan so gesteuert wird, daß sie nur im zweiten Abschnitt des besagten Verstellwegs funktioniert.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle außerdem eine Hilfsquelle (10) umfaßt, die durch das Steuerorgan gesteuert wird, wobei der zweite Abschnitt des besagten Verstellwegs in einen ersten Teilabschnitt (24-27) , über dessen Länge die Hilfsquelle ausgeschaltet ist, und einen zweiten Teilabschnitt (27-26) unterteilt ist, über dessen Länge die Hilfsquelle eingeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsquelle eine über die Länge des zweiten Teilabschnitts zunehmende Wärmeleistung abgibt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz des Gebläses einen Zwischenwert am Ende des ersten Teilabschnitts und den besagten Maximalwert am Ende des zweiten Teilabschnitts erreicht.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsquelle ein elektrischer Radiator ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ersten Luftkreislaufstrang umfaßt, der das Gebläse und gegebenenfalls den Verdampfer enthält und der sich davor an einen Umlufteinlaß (2) und an einen Außenlufteinlaß (6) anschließt, die durch das Regelorgan für den Lufteinlaß (7) gesteuert werden, und dahinter an Luftauslässe (3) zum Fahrgastraum, sowie einen zweiten Luftkreislaufstrang (8), der in Abzweigung am ersten Strang hinter dem Gebläse und gegegebenenfalls dem Verdampfer angeordnet ist und die Wärmequelle enthält, wobei das Mischorgan (11) in seinen beiden jeweiligen Endpositionen den ersten Strang und die nachgeordnete Verbindungsstelle zwischen den beiden Strängen verschließen kann, und wobei das Regelorgan für den Luftauslaß (16) einen Luftauslaß (15) nach draußen steuert, der sich in den zweiten Strang, hinter der Wärmequelle öffnet.