DE4106078A1 - Vorrichtung bzw. verfahren zur steuerung der belueftung eines innenraumes, insbesondere bei kraftfahrzeugen - Google Patents
Vorrichtung bzw. verfahren zur steuerung der belueftung eines innenraumes, insbesondere bei kraftfahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren
zur Steuerung der Belüftung eines Innenraumes, insbesondere
bei Kraftfahrzeugen, in Abhängigkeit von Signalen eines im
wesentlichen nur von Außenluft beaufschlagten Schadstoff
sensors, mit von der Schadstoffkonzentration abhängiger
Umschaltung zwischen Zuluft- und Umluftbetrieb.
Während der Fahrt soll in den Fahrgastraum von Kraftfahrzeugen
in der Regel ständig Frischluft von außen zugeführt werden,
um zu vermeiden, daß der Gehalt an Kohlendioxid in der Luft
im Innenraum durch die Atemtätigkeit der Personen im Innenraum
übermäßig ansteigen und zu Ermüdungserscheinungen der Mitfahren
den führen kann. Außerdem würde ohne Frischluftzufuhr auch der
Feuchtigkeitsgehalt der Luft im Innenraum unerwünscht ansteigen.
Andererseits ist es des öfteren zweckmäßig, die Frischluft
zufuhr, d. h. den Zuluftbetrieb, zu unterbinden bzw. abzuschal
ten und damit auf den sogenannten Umluftbetrieb überzugehen,
bei dem die Luft im Innenraum nur noch aufgrund von Konvektion
oder mittels eines Gebläses im Umlauf bewegt wird.
Die Umschaltung von Zuluft- auf Umluftbetrieb erfolgt bei
Kraftfahrzeugen in der Regel mittels einer Luftklappe,
die in ihrer Zuluftstellung die Eingangsseite eines ausgangs
seitig mit dem Innenraum verbundenen Gebläses mit einem
Außenluftanschluß und in der Umluftstellung mit einem
innenraumseitigen Anschluß verbindet.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, die Umsteuerung
zwischen Zuluft- und Umluftbetrieb automatisch vorzunehmen,
und zwar in Abhängigkeit von den Signalen eines Schadstoff
sensors, der von der Außenluft beaufschlagt wird und damit
Signale erzeugt, die die Schadstoffkonzentration in der
Außenluft wiedergeben. Dabei werden die Signale des Schad
stoffsensors in der Regel derart verarbeitet, daß auf Umluft
betrieb umgeschaltet wird, sobald die Sensorsignale eine
zunehmende Verschlechterung der Qualität der Außenluft,
d. h. eine zunehmende Schadstoffkonzentration in der Außenluft
anzeigen. Sobald sich die Qualität der Außenluft wieder
verbessert, d. h. sobald eine zunehmende Verringerung der
Schadstoffkonzentration in der Außenluft registriert wird,
und/oder nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne wird dann
wieder auf Zuluftbetrieb umgeschaltet.
Diese Steuerungsweise ist noch nicht zufriedenstellend.
Wenn sich beispielsweise die Qualität der Außenluft während
des Umluftbetriebes weiter verschlechtert, wie es beispiels
weise bei längeren Tunnelfahrten der Fall sein kann, kann bei
einer nachfolgenden Verbesserung der Qualität der Außenluft
bereits wieder auf Zuluftbetrieb umgeschaltet werden, obwohl
die Qualität der Außenluft im Vergleich zur Qualität der
Innenluft noch sehr schlecht ist und dementsprechend der
Zuluftbetrieb zumindest vorübergehend zu einer deutlichen
Verschlechterung der Qualität der Innenluft führt.
Um ein unerwünscht vorzeitiges Umschalten von Umluftbetrieb
auf Zuluftbetrieb zu vermeiden, ist es grundsätzlich bekannt,
einerseits Schadstoffsensoren für die Außenluft und anderer
seits Schadstoffsensoren für die Innenluft anzuordnen, um
durch einen Vergleich der in der Außenluft bzw. in der
Innenluft ermittelten Schadstoffkonzentrationen entscheiden
zu können, ob der Zuluftbetrieb oder der Umluftbetrieb
hinsichtlich der Qualität der Innenluft vorteilhafter ist
und dementsprechend eingeschaltet werden sollte. In der
Praxis lassen sich derartige Anordnungen nicht bzw. nicht
mit vertretbarem Aufwand realisieren. Dies beruht vor allem
darauf, daß die Signale üblicher Schadstoffsensoren von sehr
vielen Parametern - nicht nur der Schadstoffkonzentration
in der Umgebung des jeweiligen Sensors - beeinflußt werden.
Bei üblichen Schadstoffsensoren wird der Effekt ausgenutzt,
daß typische Luftschadstoffe,wie Kohlen- und Stickstoffoxide,
je nach Konzentration in der Luft in unterschiedlichen Mengen
in elektrisch leitfähige Keramikkörper eindringen und damit
deren elektrischen Widerstand verändern. Dieser Effekt ist
stark temperaturabhängig. Um zu erreichen, daß sich die
Werte des elektrischen Widerstandes bei schwankender Schad
stoffkonzentration hinreichend deutlich ändern, muß der
Keramikkörper mittels eines Heizelementes auf einer relativ
hohen Betriebstemperatur gehalten werden. Gleichwohl können
am Keramikkörper deutlich unterschiedliche Oberflächentempe
raturen auftreten, je nachdem, ob der Keramikkörper von sehr
kalter oder wärmerer Luft beaufschlagt wird bzw. ob die
Luft relativ zum Keramikkörper eine hohe Strömungsgeschwin
digkeit hat oder nicht. Im übrigen werden die Oberflächen
temperatur des Keramikkörpers sowie die Eindringfähigkeit
der Schadstoffe in den Keramikkörper auch durch den unter
Umständen stark wechselnden Feuchtigkeitsgehalt der Luft
verändert. Dies führt dazu, daß an verschiedenen Stellen
eingebaute Schadstoffsensoren auch dann deutlich unter
schiedliche Signale erzeugen können, wenn die Konzentration
der zu überwachenden Schadstoffe in der Umgebung beider
Sensoren gleich ist. Somit können die Signale zweier an
unterschiedlichen Stellen angeordneter Sensoren tatsächlich
nicht vorhandene Unterschiede der Schadstoffkonzentrationen
vortäuschen.
Ein Vergleich der Signale des Schadstoffsensors für die
Außenluft mit den Signalen des Schadstoffsensors für die
Innenluft wäre also nur möglich, wenn die unterschiedlichen
Umgebungseinflüsse an den beiden Sensoren berücksichtigt
werden. Dies ist zwar theoretisch durchführbar, jedoch mit
einem überaus hohen Aufwand verbunden. Hierbei kommt im
Falle von Kraftfahrzeugen hinzu, daß sowohl im Außen- als
auch im Innenraum außerordentlich große Änderungen bezüglich
der Lufttemperatur, der Luftfeuchte sowie der Strömungs
geschwindigkeit der Luft auftreten können und neben diesen
Parametern noch weitere Parameter berücksichtigt werden
müßten, um die Signale zweier Sensoren vergleichen zu können:
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine mit geringem konstruk
tiven Aufwand realisierbare Möglichkeit zu schaffen, bei der
Steuerung der Belüftung eines Innenraumes sowohl die Quali
tät der Außenluft als auch die Qualität der Innenluft
berücksichtigen zu können.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung bzw. einem
Verfahren der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst,
daß mittels eines Rechners unter Berücksichtigung der
Sensorsignale des Schadstoffsensors für die Außenluft,
der jeweiligen Betriebsweise (Zuluft-Umluftbetrieb) sowie
vorgegebener und abrufbarer Erfahrungswerte eine mit der
Schadstoffkonzentration im Innenraum korrelierte erste
Größe bestimmt und mit einer aus den Sensorsignalen
abgeleiteten, mit der Schadstoffkonzentration in der
Außenluft korrelierten zweiten Größe verglichen wird,
und daß je nach dem Ergebnis dieses Vergleiches entweder
der Zuluft- oder der Umluftbetrieb eingeschaltet werden
bzw. bleiben.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, daß sich
durch entsprechende Versuche Erfahrungswerte für eine sich
beim Umluftbetrieb einstellende Tendenz zur Verschlechterung
der Luftqualität im Innenraum bzw. für eine beim Zuluftbetrieb
auftretende verzögerte und/oder abgeschwächte Angleichung der
Luftqualität im Innenraum an die Luftqualität der Außenluft
ermitteln lassen. Wenn diese Erfahrungswerte dem Rechner
abrufbar zur Verfügung stehen, ist es also ohne weiteres
möglich, aus den Sensorsignalen des Schadstoffsensors für
die Außenluft, d. h. aus Signalen, welche die Qualität der
Außenluft wiedergeben, Werte für die Qualität der Innenluft
rechnerisch zu ermitteln.
Die Erfindung nutzt also die Tatsache, daß der Rechner
aufgrund der abrufbaren Erfahrungswerte "weiß", wie sich
die beim Zuluftbetrieb in den Innenraum eingeführte
Frischluft mit der im Innenraum vorhandenen Luft durchmischt
und damit die Luftqualität im Innenraum verzögert an die
Luftqualität im Außenraum angleicht bzw. in welcher Weise
sich die Qualität der Innenraumluft beim Umluftbetrieb
durch die Atemtätigkeit der mitfahrenden Personen gegenüber
dem Zustand bei Beginn des Umluftbetriebes verschlechtert.
Mit der Erfindung wird also einerseits berücksichtigt,
daß die Qualität der Luft im Innenraum deutlich abhängig
ist von der Qualität der Luft im Außenraum. Andererseits
können die typischen Abweichungen der Qualität der Luft im
Innenraum von der Qualität der Luft im Außenraum mittels
des Rechners bestimmt werden, da derselbe Zugriff auf
entsprechende Erfahrungswerte hat.
Da das die Qualität der Luft im Innenraum wiedergebende
Signal mittels des Rechners erzeugt wird, läßt sich ohne
weiteres gewährleisten, daß das Signal für die Qualität der
Innenluft entsprechend den die Schadstoffkonzentration der
Außenluft wiedergebenden Signalen ausgebildet bzw. struktu
riert ist und eine fiktive Außenluft-Schadstoffkonzentration
darstellt, bei der die jeweilige Qualität der Innenluft unver
ändert bliebe.
Hierzu brauchen die Erfahrungswerte für die Abweichung der
Qualität der Innenluft von der Qualität der Außenluft ledig
lich als zeit- sowie betriebszustandsabhängige Faktoren aus
gebildet zu sein, mit denen der die Außenluft-Qualität wieder
gebende Wert bzw. das entsprechende Signal im Sinne eines
mathematischen Produktes verknüpft werden.
Der Rechner braucht also lediglich Zugriff auf entsprechend
zeitabhängige Faktoren zu haben, um sodann durch Produktbil
dung aus dem Signal für die Außenluft-Qualität ein Signal
für die Innenluft-Qualität zu ermitteln.
Im Hinblick auf eine hohe Meßgenauigkeit - nicht nur bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen
Vorrichtung - ist es zweckmäßig, wenn der Schadstoffsensor
für die Außenluft gegenüber Luftzug und Tropfwasser geschützt
in einer Kammer angeordnet ist, deren Wände - zumindest
bereichsweise - für Gase sowie die zu überwachenden Schad
stoffe durchlässig sind.
Zweckmäßigerweise ist dabei ein Wandbereich durch eine gas
durchlässige Membran abgeschlossen; die übrigen Wandbereiche
sind dagegen gas- und flüssigkeitsdicht.
Statt einer Membran kann gegebenenfalls auch ein Vlies ange
ordnet sein.
Aufgrund dieser Anordnung ändert sich die Schadstoffkonzen
tration in der Kammer praktisch gleichzeitig mit der Schad
stoffkonzentration in der Außenluft. Jedoch kann vorteilhaf
terweise vermieden werden, daß der Schadstoffsensor bei
unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten oder wechselhaftem
Wetter unterschiedlich schnell strömender Luft und/oder
Spritzwasser bzw. Nebeltröpfchen ausgesetzt wird und allein
aufgrund einer Änderung dieser Parameter stark unterschied
liche Signale erzeugt.
Im übrigen wird bezüglich vorteilhafter Merkmale auf die
Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Erfindung
anhand der Zeichnung verwiesen, in der vorteilhafte Ausfüh
rungsformen dargestellt sind.
Dabei zeigt
Fig. 1 ein schematisiert dargestelltes Kraftfahrzeug
mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten
Belüftungs- und Umluftsystem für den Innenraum,
Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise
dieses Systemes und
Fig. 3 ein Schnittbild einer einen Schadstoffsensor
aufnehmenden Kammer, die gegenüber der Außenluft
durch eine gasdurchlässige Membran abgeschlossen ist.
Der Innenraum 1 des in Fig. 1 schematisch dargestellten
Personenkraftwagens besitzt in grundsätzlich bekannter Weise
Entlüftungsöffnungen 2, die in an sich bekannter Weise so
angeordnet bzw. ausgebildet sind, daß bei der Fahrt des
Fahrzeuges praktisch nur ein Luftstrom in Entlüftungsrichtung
aufzutreten vermag. Dies kann beispielsweise durch Rückschlag
klappen oder dadurch gewährleistet werden, daß der Unterdruck
ausgenutzt wird, welcher bei der Fahrt durch die das Fahrzeug
umströmende Luft im Bereich der Entlüftungsöffnungen erzeugt
wird.
Zur Frischluftzufuhr in den Innenraum 1 dient ein Belüftungs
system 3 mit einem Gebläse 4, welches ausgangsseitig über
Ausblasdüsen 5 mit dem Innenraum 1 und eingangsseitig über
eine Saugleitung 6 mit einer Eingangskammer 7 verbunden ist.
Die Eingangskammer 7 ist über einen Eingangskanal 8 mit der
Fahrzeugaußenseite und über einen Eingangskanal 9 mit dem
Innenraum 1 des Fahrzeuges verbunden. Innerhalb der Eingangs
kammer 7 ist eine verstellbare Klappe 10 derart angeordnet,
daß die Saugleitung 6 in der dargestellten Zuluftstellung der
Klappe 10 mit dem zur Fahrzeugaußenseite führenden Eingangs
kanal 8 und in der strichliert dargestellten Umluftstellung
mit dem an den Innenraum 1 angeschlossenen Eingangskanal 9
verbunden ist. In der Zuluftstellung wird also Frischluft von
der Außenseite des Fahrzeuges in den Innenraum 1 eingeblasen.
In der Umluftstellung kann die Luft im Innenraum 1 lediglich
mittels des Gebläses umgewälzt werden, ein Zutritt von
Frischluft in den Innenraum wird durch die Klappe 10 verhin
dert. Die Umluftstellung ist strichliert dargestellt.
Gegebenenfalls kann im Strömungsweg der Luft, beispielsweise
hinter dem Gebläse 4, noch eine nicht dargestellte Klima
anlage angeordnet sein.
Am Eingangskanal 8 - oder an einem anderen für die Luft
außerhalb des Fahrzeuges leicht erreichbaren Ort - ist ein
Schadstoffsensor 11 angeordnet, dessen Signale sich entspre
chend der Schadstoffkonzentration in der Luft auf der Außen
seite des Fahrzeuges (Außenluft) ändern und dem Rechner 12
einer rechnergesteuerten Stellvorrichtung 13 für die Klappe 10
zugeführt werden. Darüber hinaus wird dem Rechner 12 noch ein
weiteres Signal zugeführt, welches sich entsprechend der
Leistung des Gebläses 4 ändert. Wenn beispielsweise das
Gebläse 4 mittels eines Elektromotors mit unterschiedlicher
Geschwindigkeit angetrieben werden soll, kann als solches
Signal die am Motor abfallende, je nach Drehzahl unterschied
liche elektrische Spannung ausgenutzt werden.
Erfindungsgemäß soll der Rechner 12 über die von ihm
gesteuerte Stellvorrichtung 13 die Klappe 10 so betätigen,
daß die Klappe 10 in optimaler Weise zwischen Zuluft- und
Umluftstellung umgeschaltet wird, d. h. es soll immer auf
diejenige Stellung geschaltet werden, bei der die Schadstoff
konzentration der Innenluft optimal gering bleibt.
Dazu muß der Rechner "wissen", wie groß die Schadstoff
konzentration der Innenluft im Vergleich zur Schadstoff
konzentration der Außenluft ist.
Erfindungsgemäß wird nun zu diesem Zweck kein zusätzlicher
Schadstoffsensor im Innenraum 1 eingesetzt. Vielmehr berech
net der Rechner 12 in nachfolgend erläuterter Weise, wie sich
die Schadstoffkonzentration der Innenluft relativ zur Schad
stoffkonzentration der Außenluft ändert.
Hierbei werden folgende Tatsachen berücksichtigt:
Bei gleichbleibender Schadstoffkonzentration in der Außenluft
wird sich bei Zuluftbetrieb die Schadstoffkonzentration der
Innenluft - nach einer gewissen Zeitspanne - an den entspre
chenden Wert der Außenluft angleichen. Wenn sich nun die
Schadstoffkonzentration der Außenluft während der Fahrt
ändert, wird sich auch die Schadstoffkonzentration der
Innenluft bei Zuluftbetrieb entsprechend ändern, wenn auch
mit einer gewissen Verzögerung. Das Maß der Verzögerung ist
im wesentlichen von der Leistung des Gebläses 4 abhängig
und läßt sich durch Versuchsreihen feststellen. Die entspre
chenden Daten lassen sich in einer für den Rechner 12
abrufbaren Weise im Rechner 12 bzw. einem zugeordneten
Speicher ablegen, so daß der Rechner 12 in der Lage ist,
bei Zuluftbetrieb die Schadstoffkonzentration der Innenluft
aufgrund der vom Schadstoffsensor 11 abgegebenen Signale für
die Schadstoffkonzentration der Außenluft zu ermitteln.
Entsprechendes gilt auch für den Umluftbetrieb. Durch Versuchs
reihen läßt sich ermitteln, in welcher Weise sich die Luft
qualität im Innenraum 1 nach Einschalten des Umluftbetriebes
aufgrund der Atemtätigkeit der Passagiere verschlechtert.
Dabei kann auch das subjektive Empfinden der Passagiere
berücksichtigt werden, die in der Regel einen lang anhaltenden
Umluftbetrieb als unangenehm empfinden, d. h. anstelle des
tatsächlichen Anstieges der Schadstoffkonzentration beim
Umluftbetrieb kann auch der vermeintliche Anstieg der
Schadstoffkonzentration der Innenluft berücksichtigt bzw.
ermittelt werden. Wenn auch diese Erfahrungswerte dem Rechner
12 in einer zugreifbaren Form dargeboten werden, so kann auch
beim Umluftbetrieb mittels des Rechners 12 ein Wert für die
(tatsächliche oder vermeintliche) Schadstoffkonzentration
der Innenluft ermittelt werden, indem der zuletzt vor Beginn
des Umluftbetriebes ermittelte Wert der Schadstoffkonzentra
tion der Innenluft entsprechend den bei Versuchen ermittelten
Erfahrungswerten zeitabhängig abgeändert wird.
Damit "weiß" der Rechner 12 zu jedem Zeitpunkt, ob die
Schadstoffkonzentrationen der Innenluft und der Außenluft
annähernd gleich sind oder ob entweder die Innenluft oder
die Außenluft eine vergleichsweise geringere Schadstoff
konzentration aufweist. In Abhängigkeit von diesem "Wissen",
d. h. in Abhängigkeit von einem mittels des Rechners 12
durchführbaren Vergleiches kann dann die Klappe 10 so
gesteuert werden, daß die Qualität der Innenluft immer
optimal bleibt.
Sollte beispielsweise die Schadstoffkonzentration der
Außenluft plötzlich stark ansteigen, so wird der Umluft
betrieb eingeschaltet. Denn damit wird eine geringere
Verschlechterung der Innenluft erreicht als es der Fall
wäre, wenn beim Zuluftbetrieb die zunehmend schadstoff
belastete Außenluft in den Innenraum 1 eingeblasen würde.
Wenn aber die Schadstoffkonzentration in der Außenluft nur
sehr allmählich ansteigt, so ist der Rechner 12 in der
Lage, zu erkennen, daß in diesem Falle ein Zuluftbetrieb
Vorteile bringt, denn jetzt würde beim Umluftbetrieb die
Qualität der Innenluft schneller abnehmen als es bei Zuluft
betrieb aufgrund der Zufuhr der allmählich zunehmend belaste
ten Außenluft in den Innenraum 1 der Fall wäre.
Wenn andererseits aufgrund übermäßigen Schadstoffgehaltes
der Außenluft der Umluftbetrieb eingeschaltet worden ist,
so ist es möglich, auch bei wieder abnehmender Schadstoff
konzentration in der Außenluft zunächst noch den Umluft
betrieb aufrechtzuerhalten, weil der Rechner 12 "erkennen"
kann, daß die Schadstoffkonzentration der Innenluft trotz
des Umluftbetriebes relativ zur Schadstoffkonzentration in
der Außenluft noch gering ist, so daß ein Einschalten des
Zuluftbetriebes sogar trotz der sich bereits wieder
verbessernden Außenluft eine Verschlechterung der
Innenluft mit sich brächte.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens wird besonders
deutlich bei Tunnelfahrt. Am Tunneleingang wird von
einem zuvor in der Regel eingeschalteten Zuluftbetrieb
aufgrund der sich schnell verschlechternden Außenluft
auf Umluftbetrieb umgeschaltet. Wenn die Schadstoff
konzentration der Außenluft bei zunehmender Annäherung
an den Tunnelausgang wieder abnimmt, bleibt der Umluft
betrieb zunächst noch aufrechterhalten, trotz der
Verbesserung der Außenluft, bis die Schadstoffkonzentration
in der Außenluft auf einen Wert in der Nähe des errechneten
Wertes für die Schadstoffkonzentration in der Innenluft
abgefallen ist oder diesen letzteren Wert unterschritten
hat.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise des Rechners 12
beispielhaft anhand des in Fig. 2 dargestellten Flußdia
grammes erläutert.
Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Flußdiagramm erzeugt
der auf die Schadstoffkonzentration der Außenluft reagieren
de Schadstoffsensor 11 (vgl. Fig. 1) zu einem Abfragezeit
punkt t ein die Schadstoffkonzentration wiedergebendes
Signal Ut.
Für die folgende Betrachtung wird nun davon ausgegangen,
daß der Pegel dieses Signales Ut bzw. der dieses Signal
repräsentierende Zahlenwert mit zunehmender Schadstoff
konzentration ansteigt.
Mittels des Rechners 12 (vgl. Fig. 1) wird nun gemäß dem
Abschnitt 101 der Fig. 2 aus dem Sensorsignal Ut ein Signal
bzw. ein Zahlenwert Ut* berechnet, welcher die Schadstoff
konzentration der Innenluft im Fahrzeug repräsentiert.
Gleichzeitig wird mittels des Rechners 12 gemäß dem Abschnitt
102 in Fig. 2 aus dem Sensorsignal Ut ein Signal bzw. Zahlen
wert Ut** erzeugt, welcher nachfolgend im Abschnitt 103 der
Fig. 2 mit dem Signal bzw. dem Zahlenwert Ut* verglichen wird,
um zu entscheiden, ob der Umluft- oder der Zuluftbetrieb
eingeschaltet werden bzw. bleiben.
Sodann wird das beschriebene Verfahren mit einer erneuten
Abfrage des Sensorsignales Ut wiederholt usw.
Das die Schadstoffkonzentration im Innenraum repräsentierende
Signal Ut* bzw. der entsprechende Zahlenwert können gemäß dem
Abschnitt 101 in der nachfolgend dargestellten vorteilhaften
Weise ermittelt werden.
Zunächst wird vom Rechner 12 abgefragt, ob das Belüftungs
system im Umluft- oder im Zuluftbetrieb arbeitet. Falls Umluft
betrieb vorliegt, wird Ut* berechnet als
Ut* = Ut-a* Vd,
wobei d die Zeitspanne ist, die seit der letzten Einschaltung
des Umluftbetriebes verstrichen ist, und Vd einen von
dieser Zeitspanne d abhängigen Faktor darstellt, welcher
den tatsächlichen und/oder vermeintlichen Anstieg der
Schadstoffkonzentration im Innenraum bei Umluftbetrieb
repräsentiert. Die Faktoren Vd stellen Erfahrungswerte dar,
die im Rechner 12 gespeichert sind bzw. auf die der Rechner
12 Zugriff hat. Falls kein Umluftbetrieb vorliegt, d. h. wenn
das Belüftungssystem im Zuluftbetrieb arbeitet, wird Ut*
berechnet als
Ut* = Ut-1* + UtVg .
Hierbei ist U*t-1 das die Schadstoffkonzentration repräsen
tierende Signal bzw. der entsprechende Zahlenwert, welches
bzw. welcher vom Rechner für den dem Zeitpunkt t voraus
gehenden Abfragezeitpunkt t-1 ermittelt wurde. Vg stellt
einen Faktor dar, der einerseits von der Stromstärke der
in den Innenraum einströmenden Luft bzw. der diese Strom
stärke repräsentierenden Leistung g des Gebläses 4 (vgl. Fig. 1)
und andererseits von der Größe des Innenraumes des Fahrzeuges
abhängt. Die Faktoren Vg stellen wiederum Erfahrungswerte dar,
die in einer für den Rechner 12 zugreifbaren Weise gespeichert
sind. Gegebenenfalls können die Faktoren Vg auch für unter
schiedliche Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeuges unterschied
lich sein, um berücksichtigen zu können, daß der Zustrom von
Luft in den Fahrzeuginnenraum beim Zuluftbetrieb auch von
der Fahrgeschwindigkeit abhängt. In diesem Falle muß der
Rechner 12 neben Signalen, die die augenblickliche Leistung
des Gebläses darstellen, zusätzlich Signale erhalten, die die
Fahrgeschwindigkeit repräsentieren. Auf diese Weise kann mit
den Faktoren Vg berücksichtigt werden, daß sich die
Schadstoffkonzentration im Fahrzeuginnenraum gegenüber
der Schadstoffkonzentration in der Außenluft mit einer
gewissen Verzögerung ändert, weil ein vollständiger
Austausch der Luft im Fahrzeuginnenraum relativ langsam
(beispielsweise in ca. 1/2 Minute) erfolgt.
Gemäß dem Abschnitt 102 der Fig. 2 wird aus den Signalen Ut
des Schadstoffsensors 11 (vgl. Fig. 1) ein Mittelwert Ut′
ermittelt. Dazu werden zu vorausgehenden Abfragezeitpunkten
t-1 bis t-n abgefragte Sensorsignale Ut-1 bis Ut-n neben
dem augenblicklichen Sensorsignal Ut mit berücksichtigt;
hierbei ist n eine vorgegebene ganze Zahl. Beispielsweise
kann aus den angegebenen Sensorsignalen der arithmetische
Mittelwert gebildet werden. Nachfolgend wird ein Wert T
bestimmt, welcher ein Maß dafür ist, inwieweit die Schad
stoffkonzentration in der Außenluft eine ansteigende oder
abfallende Tendenz hat. Beispielsweise kann T bestimmt
werden als
T = Ut - Ut′
oder
T = Ut/Ut′ .
Nachfolgend wird abgefragt, ob der Wert von T größer ist
als eine vorgegebene Konstante c. Sollte dies der Fall sein,
hat die Schadstoffkonzentration in der Außenluft zum Abfrage
zeitpunkt t eine stark steigende Tendenz. In diesem Falle
wird Ut** bestimmt als
Ut** = Ut .
Sollte dagegen der Wert von T die vorgegebene Konstante c
nicht überschreiten, hat die Schadstoffkonzentration der
Außenluft allenfalls eine mäßig ansteigende Tendenz, im
Regelfalle aber eine gleichbleibende oder sogar fallende
Tendenz. In diesem Falle wird Ut** bestimmt als
Ut** = Ut′ .
Nun wird gemäß dem Abschnitt 103 der Fig. 2 ein Vergleich
zwischen Ut* und Ut** vorgenommen, um hinsichtlich Umluft
bzw. Zuluftbetriebes zu entscheiden. Vorzugsweise werden
dabei drei Kriterien überprüft. Dabei wird bzw. bleibt der
Umluftbetrieb eingeschaltet, wenn alle drei Kriterien
gleichzeitig vorliegen.
Die zu überprüfenden Kriterien umfassen die Abfrage, ob der
Wert von T größer ist als die Konstante c, d. h. ob die
Schadstoffkonzentration in der Außenluft eine stark steigende
Tendenz hat. Des weiteren wird überprüft, ob Ut kleiner ist
als Ut** zuzüglich einer vorgegebenen kleinen Konstante k,
d. h. ob die vom Rechner ermittelte Schadstoffkonzentration
im Fahrzeuginnenraum allenfalls geringfügig größer als die
Schadstoffkonzentration der Außenluft ist. Schließlich wird
noch untersucht, ob d kleiner ist als dmax, d. h. ob die
Zeitdauer d eines gegebenenfalls bereits eingeschalteten
Umluftbetriebes kleiner als der Schwellwert dmax ist.
Falls die genannten Kriterien vorliegen, wird bzw. bleibt
der Umluftbetrieb eingeschaltet. Andernfalls wird bzw.
bleibt der Zuluftbetrieb eingeschaltet.
Die im Abschnitt 102 dargestellte Verarbeitung der Signale Ut
ist besonders vorteilhaft, weil auf diese Weise gewährleistet
werden kann, daß frühzeitig auf Umluftbetrieb umgeschaltet
wird, wenn die Schadstoffkonzentration der Außenluft eine
stark steigende Tendenz aufweist. Andererseits erfolgt
nachfolgend eine Umschaltung auf Zuluftbetrieb erst dann,
wenn damit in jedem Falle eine Verbesserung der Innenluft
erreicht werden kann bzw. wenn damit die Qualität der Innen
luft nicht mehr verschlechtert wird. Damit ist gleichzeitig
eine wünschenswerte Schalthysterese beim Umschalten zwischen
Umluft- und Zuluftbetrieb gewährleistet, d. h. die entsprechen
den Umschaltungen können zeitlich nicht beliebig kurz auf
einanderfolgen.
Im übrigen bleibt der Zuluftbetrieb nach seiner Einschaltung
aufrechterhalten, solange sich die Schadstoffkonzentration
der Außenluft nur langsam ändert.
Insgesamt ergibt sich also ein optimales Betriebsverhalten,
welches auch durch Eingriff des Fahrers praktisch nicht mehr
verbessert werden könnte.
Fig. 3 zeigt nun eine besonders vorteilhafte Anordnung
eines Schadstoffsensors. Dieser besteht im wesentlichen
aus einem Keramikkörper 14, dessen elektrischer Widerstand
sich unter dem Einfluß der Schadstoffe konzentrationsabhängig
ändert. Da dieser Effekt jedoch in der Regel nur bei höheren
Temperaturen hinreichend ausgeprägt ist, besitzt der Keramik
körper 14 eine Heizung 15.
Der Keramikkörper 14 und dessen Heizung 15 sind in einem
Sensorgehäuse 16 untergebracht, dessen in Fig. 3 obere Seite
offen ist, wobei in der Öffnung ein Stahlnetzgewebe 17
angeordnet ist, welches im wesentlichen nur Sicherheits
funktion hat und verhindern soll, daß der gegebenenfalls
heiße Keramikkörper 14 oder die Heizung 15 berührt werden
können. Im übrigen ist die Öffnung des Sensorgehäuses 16
durch eine gasdurchlässige Membran 18, beispielsweise aus
Teflon, abgeschlossen.
Da die Membran 18 gasdurchlässig ist, hat die Zusammensetzung
der Atmosphäre im Sensorgehäuse 16 praktisch die gleiche
Zusammensetzung wie die Atmosphäre außenseitig des Sensor
gehäuses 16. Jedoch wird sicher verhindert, daß der Keramik
körper 14 bzw. die Heizung 15 des Schadstoffsensors starken
Luft- bzw. Gasströmungen und/oder Wassertropfen (bei Regen
oder Nebel) ausgesetzt werden können. Dies ist gleichbedeutend
damit, daß im Sensorgehäuse 16 weitestgehend gleichbleibende
Betriebsbedingungen aufrechterhalten werden können und dement
sprechend die erzeugbaren Sensorsignale sich nur allenfalls
geringfügig ändern, wenn die Luft bzw. die Gase außenseitig
des Sensorgehäuses 16 langsamer oder schneller strömen
und/oder das Gehäuse 16 von Regen oder Nebel beaufschlagt
wird. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, daß die
Sensorsignale praktisch nur von der Schadstoffkonzentration
der umgebenden Luft bzw. Gase abhängig sind.
Im Beispiel der Fig. 1 kann das in Fig. 3 dargestellte
Sensorgehäuse am Eingangskanal 8 derart angeordnet sein,
daß der Innenraum des Sensorgehäuses 16 gegenüber dem Innen
raum des Eingangskanales 8 durch die Membran 18 abgesperrt
wird.
Claims (7)
1. Vorrichtung bzw. Verfahren zur Steuerung der Belüftung
eines Innenraumes, insbesondere bei Kraftfahrzeugen,
in Abhängigkeit von Signalen eines im wesentlichen nur
von Außenluft beaufschlagten Schadstoffsensors, mit von
der Schadstoffkonzentration abhängiger Umschaltung zwischen
Zuluft- und Umluftbetrieb,
dadurch gekennzeichnet
daß mittels eines Rechners (12) unter Berücksichtigung der
Sensorsignale (Ut), der jeweiligen Betriebsweise (Zuluft
oder Umluftbetrieb) sowie vorgegebener und abrufbarer
Erfahrungswerte eine mit der Schadstoffkonzentration im
Innenraum korrelierte erste Größe (Ut*) bestimmt und mit
einer aus den Sensorsignalen (Ut) abgeleiteten, mit der
Schadstoffkonzentration der Außenluft korrelierten zweiten
Größe (Ut**) verglichen wird, und daß je nach dem Ergebnis
dieses Vergleiches entweder der Zuluft- oder der Umluft
betrieb eingeschaltet werden bzw. bleiben.
2. Vorrichtung bzw. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet
daß die die Schadstoffkonzentration der Außenluft wieder
gebende zweite Größe (Ut**) bzw. das dieselbe repräsentierende
Signal taktweise aktualisiert werden, wobei im Falle einer
stark ansteigenden Tendenz der Schadstoffkonzentration in
der Außenluft das jeweils letzte Signal des Sensors bzw.
dessen Meßwert (Ut) und bei mäßig steigender, gleichbleibender
bzw. fallender Tendenz der Schadstoffkonzentration der
Außenluft ein Mittelwert (Ut′) weiterverarbeitet werden,
welcher unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Anzahl
vorangehender Werte gebildet wird.
3. Vorrichtung bzw. Verfahren nach einem der Ansprüche 1
oder 2,
dadurch gekennzeichnet
daß die Erfahrungswerte eine sich beim Umluftbetrieb
einstellende Tendenz zur Verschlechterung der Luftqualität
im Innenraum und/oder eine beim Zuluftbetrieb auftretende
verzögerte und/oder abgeschwächte Angleichung der Luftquali
tät im Innenraum an die Luftqualität der Außenluft umfassen.
4. Vorrichtung bzw. Verfahren nach einem der Ansprüche 1
bis 3,
dadurch gekennzeichnet
daß das die Qualität der Innenluft wiedergebende Signal (Ut*)
entsprechend den die Schadstoffkonzentration der Außenluft
repräsentierenden Signalen (Ut**) ausgebildet bzw. struktu
riert ist und eine fiktive Außenluft-Schadstoffkonzentration
darstellt, bei der die jeweilige Qualität der Innenluft
unverändert bliebe bzw. nicht verbessert werden kann.
5. Schadstoffsensor-Anordnung, insbesondere geeignet für
ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet
daß der Sensor (14, 15) in einem Gehäuse (16) angeordnet
ist, dessen Wände - zumindest bereichsweise - für Gase
sowie die zu überwachenden Schadstoffe durchlässig ist.
6. Schadstoffsensor-Anordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet
daß das im übrigen geschlossene Gehäuse zumindest eine
Öffnung aufweist, die durch eine gasdurchlässige Membran
(18) abgeschlossen ist.
7. Schadstoff sensor-Anordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet
daß das im übrigen geschlossene Gehäuse zumindest eine
Öffnung aufweist, die durch ein Vlies abgeschlossen ist.
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