DE4311646C1 - Verfahren zur Steuerung einer PKW-Heiz- oder Klimaanlage mit einem Fondraum-Temperaturwähler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer PKW-Heiz- oder Klimaanlage mit einem Hauptgebläse, mit zumindest einem Wärmetauscher, von dem mit Dosierklappen versehene Luftkanäle zu Front-Ausströmern führen, sowie mit zumindest einem den Front-Ausströmern zugeordneten Front-Temperaturwähler, ferner mit zumindest einem vom Hauptgebläse über den genannten Wärmetauscher versorgten Fondraum-Ausströmer mit vorgeschalteter Dosierklappe so­ wie einem zugeordneten Fondraum-Temperaturwähler.

Im Sinne einer Komfortsteigerung ist es erwünscht, den Fondraum-Passagieren eines Personenkraftwagens neben den vorderen Passagieren ebenfalls die Möglichkeit zu geben, die Temperatur des in ihren Bereich geführten Klimatisie­ rungs-Luftstromes mittels eines Temperaturwählers beein­ flussen zu können. Andererseits möchte man jedoch den hierfür erforderlichen Bauaufwand möglichst gering hal­ ten, d. h. es sollen für den Fondraum keine separaten Wärmetauscher erforderlich sein, sondern es soll die in den Fondraum geführte Klimatisierungsluft dem zentralen Heiz-/Klimagerät, von dem aus auch die Front-Ausströmer versorgt werden, entnommen werden. Dabei muß jedoch dafür Sorge getragen werden, daß mit einer Änderung der Wunsch­ temperatur für den Frontbereich des Personenkraftwagens keine spürbare Änderung der Lufttemperatur für den Fond­ raum einhergeht bzw. daß umgekehrt bei einer Änderung der Wunschtemperatur am Fondraum-Temperaturwähler die Luft­ temperatur der Front-Ausströmer im wesentlichen unverän­ dert bleibt. Das heißt, obwohl lediglich ein einziger Wärmetauscher vorgesehen ist - dabei soll unter den Be­ griff eines einzigen Wärmetauschers auch eine Reihen­ schaltung eines Heizungswärmetauschers sowie eines Klima­ anlagen-Verdampfers fallen -, sollen die Lufttemperaturen für den Frontbereich und für den Fondraum des PKW im we­ sentlichen unabhängig voneinander veränderbar sein.

Eine PKW-Klimaanlage, die den genannten Anforderungen ge­ nügt, ist in der US 4 665 971 beschrieben. Im wesentli­ chen ist bei dieser bekannten Klimaanlage für den Front­ bereich des PKWs sowie für dessen Fondraum jeweils eine separate Luftmischkammer vorgesehen, in der zwei Luft­ ströme, die jeweils nur einen Heizungswärmetauscher oder zusätzlich auch einen Klimaanlagen-Verdampfer durchströmt hatten, individuell, d. h. den jeweiligen Temperaturan­ forderungen entsprechend, gemischt werden.

Da auch diese Lösung noch einen relativ hohen Bauaufwand bedingt, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer PKW-Heiz- oder Klimaanlage nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, das einen weiter vereinfachten Aufbau der Heiz- oder Klimaanlage ermög­ licht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß eine Tempe­ rierung des den oder die Wärmetauscher durchdringenden Luftstromes auf einen Luft-Temperaturwert veranlaßt wird, der unter Vergleich der am Front-Temperaturwähler und Fondraum-Temperaturwähler eingestellten Wunsch-Tempera­ turwerte demjenigen entspricht, der die größte Differenz zur Außentemperatur aufweist, und daß weiterhin eine Ver­ ringerung desjenigen Luftstromes veranlaßt wird, der zu den Ausströmern mit der geringeren Differenz zwischen dem Wunsch-Temperaturwert und der Außentempera­ tur gelangt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Inhalt der Unteransprüche.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der beigefügten Prinzipskizze eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wo­ bei selbstverständlich auch Abwandlungen möglich sind, die weiterhin unter den Inhalt der Patentansprüche fallen können.

Mit der Bezugsziffer 1 ist der Innenraum eines Personen­ kraftwagens bezeichnet. Im Frontbereich 2 befindet sich der Fahrersitz 3a sowie der Beifahrersitz 3b, im Fondraum 4 befindet sich wie üblich eine Fondsitzbank 5. Der Per­ sonenkraftwagen ist mit einer Heiz-/Klimaanlage versehen, die wie üblich Luft aus Umgebung U ansaugt, diesen ange­ saugten Luftstrom mittels eines Hauptgebläses 6 durch zu­ mindest einen Wärmetauscher 7 schickt und diese dann im Wärmetauscher 7 temperierten Luftmassen u. a. über Front- Ausströmer 8 in den Innenraum 1 gelangen läßt. Den Front- Ausströmern 8 sind in den zugeordneten Luftkanälen 9 Do­ sierklappen 10 vorgeschaltet, mit Hilfe derer der durch die Ausströmer in den Innenraum gelangende Luftmassen­ strom quantitativ beeinflußbar ist.

Die zu den Front-Ausströmern 8 führenden Luftkanäle 9 zweigen von einem Luftsammelraum 11 ab, der den im Aus­ führungsbeispiel beiden in Reihe geschalteten Wärmetau­ schern 7, 7′ nachgeordnet ist. Dabei stellt der Wärmetau­ scher 7′ einen Klimaanlagen-Verdampfer dar, während der Wärmetauscher 7 als Heiz-Wärmetauscher fungiert. Neben den zu den Front-Ausströmern 8 führenden Luftkanälen 9 zweigt vom Luftsammelraum 11 ein weiterer Luftkanal 9′ ab, der über ein Fondraum-Gebläse 12 zumindest einen Fondraum-Ausströmer 13 mit einem klimatisierten Luftstrom versorgt. Der Fondraum-Ausströmer 13 kann dabei direkt auf die Fondsitzbank 5 gerichtet sein, daneben kann er aber auch seitliche Ausströmer aufweisen, die bevorzugt den Fußraum des Fondraums 4 beaufschlagen. Auch in dem vom Luftsammelraum 11 zum Fondraum-Ausströmer 13 führen­ den Luftkanal 9′ ist eine Dosierklappe 10′ vorgesehen.

Die im Frontbereich 2 sitzenden Passagiere des PKWs kön­ nen mittels eines Fronttemperaturwählers 14 einen Wunsch- Temperaturwert für den aus den Frontausströmern 8 austre­ tenden Luftmassenstrom vorgeben. Dieser Wunsch-Tempera­ turwert wird einer elektronischen Steuereinheit 15 mitge­ teilt, die insbesondere die Wärmetauscher 7, 7′ entspre­ chend ansteuert, so daß dieser Wunsch-Temperaturwert auch erreicht wird. Selbstverständlich kann die gewünschte Temperierung des zu klimatisierenden Luftstromes aber auch durch geeignete Luftmischung erfolgen, d. h. es wird ein erwärmter sowie ein kalter Luftstrom in einem ge­ eigneten Mischungsverhältnis zusammengeführt, wie dies an sich bekannt ist. Der Front-Temperaturwähler 14 kann als einfacher Bedienknopf in einer Bedienkonsole 16 vorgese­ hen sein, die darüber hinaus weitere Bedienelemente ent­ halten kann, so beispielsweise einen Schalter zum Ein­ schalten der Klimaanlage, einen oder mehrere Schalter zum Beeinflussen der Luftverteilung sowie einen Schalter 17 zur Steuerung der Förderleistung des Hauptgebläses 6.

Auch die Passagiere des Fondraums 4 können die Möglich­ keit haben, mittels eines Bedienelementes 18 die Intensi­ tät des zu den Fondraum-Ausströmern 13 gelangenden Luft­ stromes zu beeinflussen. Das Ausgangssignal dieses Be­ dienelementes 18 wird ebenfalls der Steuereinheit 15 zu­ geführt, die demgemäß die Förderleistung des Fondraum-Ge­ bläses 12 sowie die Position der dem Fondraum-Ausströmer 13 zugeordneten Dosierklappe 10′ entsprechend beeinflußt. Neben dem Bedienelement 18 ist in einer Fondraum-Bedien­ konsole 19 u. a. auch ein Fondraum-Temperaturwähler 20 vorgesehen. Daneben können weitere Elemente der Fondraum- Bedienkonsole 19 ein Schalter zum Einschalten der Klima­ anlage sowie ein oder mehrere Schalter zur Beeinflussung der Luftverteilung im Fondraum 4 sein.

Auch das Ausgangssignal des Fondraum-Temperaturwählers 20 wird der Steuereinheit 15 mitgeteilt. Da lediglich ein einziger Luftsammelraum 11 vorhanden ist, dem die einzi­ gen Wärmetauscher 7, 7′ vorgeschaltet sind und von dem aus sowohl die Front-Ausströmer 8 als auch die Fondraum- Ausströmer 13 versorgt werden, gilt es, einen einfachen Steuermodus zu finden, mit Hilfe dessen trotz des relativ einfachen Aufbaus der bislang beschriebenen PKW-Heiz- /Klimaanlage unterschiedliche Wunsch-Temperaturwerte am Front-Temperaturwähler 14 und am Fondraum-Temperaturwäh­ ler 20 erfolgreich umgesetzt werden können. Dies erfolgt erfindungsgemäß in der Steuereinheit 15 unter Berücksich­ tigung der in der Umgebung U herrschenden Außentemperatur auf die folgende Weise:

Zunächst werden die Wunsch-Temperaturwerte des Front-Tem­ peraturwählers 14 sowie des Fondraum-Temperaturwählers 20 mit der in der Umgebung U herrschenden Außentemperatur verglichen und zwar in der Weise, daß als Soll-Tempera­ turwert derjenige Wunsch-Temperaturwert herangezogen wird, der die größte Differenz zur Außentemperatur auf­ weist. Daraufhin werden die notwendigen Schritte einge­ leitet, um den Temperaturwert im Luftsammelraum 11 an diesen Soll-Temperaturwert anzupassen. In anderen Worten ausgedrückt wird durch die Steuereinheit 15 eine Tempe­ rierung des den oder die Wärmetauscher 7, 7′ durchdrin­ genden Luftstromes auf einen Luft-Temperaturwert veran­ laßt, der unter Vergleich der Wunsch-Temperaturwerte mit der Außentemperatur demjenigen entspricht, der die größte Differenz zur Außentemperatur aufweist. Wird somit bei­ spielsweise bei Winter-Betrieb, d. h. bei niedrigen Außentemperaturen, am Front-Temperaturwähler 14 ein Wunsch-Temperaturwert von 24°C und am Fondraum-Tempera­ turwähler 20 ein Wunsch-Temperaturwert von 20°C einge­ stellt, so wird die Lufttemperatur des im Luftsammelraum 11 vorliegenden Luftstromes auf einen Wert eingestellt, der dem Wunsch-Temperaturwert von 24°C entspricht. Dies bedeutet jedoch, daß die Passagiere des Fondraumes 4 einen gegenüber ihrem Wunsch zu hoch temperierten Luft­ strom zugeteilt bekommen. Um diese unerwünschte Aufhei­ zung bzw. Erwärmung des Fondraumes 4 zu vermeiden, wird dann erfindungsgemäß durch die Steuereinheit 15 der in den Fondraum 4 gelangende Luftstrom verringert. Mit ande­ ren Worten ausgedrückt veranlaßt die Steuereinheit 15 so­ mit eine Verringerung desjenigen Luftstromes, der zu den Ausströmern mit der geringeren Differenz zwischen dem Wunsch-Temperaturwert und der Außentemperatur gelangt. Für die oben genannten Beispielswerte von 20°C am Fond­ raum-Temperaturwähler 20 und von 24°C am Front-Tempera­ turwähler 14 muß bei Winter-Betrieb, d. h. niedrigen Außentemperaturen somit der zu den Fondraum-Ausströmern 13 gelangende Luftstrom verringert werden. Dies kann die Steuereinheit 15 durch entsprechende Ansteuerung des Fondraum-Gebläses 12 und/oder der Dosierklappe 10′ im zum Fondraum-Gebläse 12 führenden Luftkanal 9′ veranlassen.

Ein weiteres Beispiel erläutere den sog. Sommer-Betrieb, d. h. die Passagiere des PKWs wünschen einen gegenüber der Außentemperatur abgekühlten Luftstrom, wobei diese Abkühlung wie bekannt am Klimaanlagen-Verdampfer 7′ er­ folgt. Bei einer Außentemperatur von beispielsweise 30°C sei nun am Front-Temperaturwähler 14 ein Wunsch-Tempera­ turwert von beispielsweise 22°C eingestellt und am Fond­ raum-Temperaturwähler 20 beispielsweise ein Wunsch-Tempe­ raturwert von 18°C. Da nun die größere Differenz zwischen der Außentemperatur sowie dem Wunsch-Temperaturwert gemäß dem Fondraum-Temperaturwähler 20 vorliegt, wird nun nach der Erfindung der Luftstrom im Luftsammelraum 11 auf einen Temperaturwert temperiert, der dem Wunsch-Tempera­ turwert des Fondraum-Temperaturwählers 20, d. h. dem Wunsch-Temperaturwert von 18°C entspricht. Hierdurch wür­ den jedoch die Passagiere im Frontbereich 2 eine stärkere Abkühlung erhalten, als dies durch den Front-Temperatur­ wähler 14 mit dem eingestellten Wunsch-Temperaturwert von 22°C gewünscht wurde. Erfindungsgemäß wird daher nun der zu den Front-Ausströmern 8 gelangende Luftmassenstrom verringert. Dies wird abermals durch die Steuereinheit 15 veranlaßt, wobei bevorzugt die Dosierklappen 10 in den zu den Front-Ausströmern 8 führenden Luftkanälen 9 in Richtung ihrer Schließposition gebracht werden und/oder auch die Gebläseleistung des Fondraum-Gebläses 12 erhöht werden kann, wodurch dieses einen vergrößerten Luftmas­ senstrom aus dem Luftsammelraum 11 absaugt, so daß auch hierdurch ein verringerter Luftmassenstrom zu den Front- Ausströmern 8 gelangt.

Die genaue Abhängigkeit, um welches Maß jeweils derjenige Luftstrom, der zu den Ausströmern mit der geringeren Dif­ ferenz zwischen Wunsch-Temperaturwert und Außentemperatur gelangt, quantitativ verringert werden muß, kann in einem in der Steuereinheit 15 abgelegten Kennfeld festgeschrie­ ben sein, wobei sich dieses Kennfeld auf einfache Weise durch eine größere Versuchsreihe bestimmen läßt. Möglich ist die erfindungsgemäße und durch die Steuereinheit 15 realisierbare Steuerlogik aus der Erkenntnis heraus, daß die Wunsch-Temperaturwerte der einzelnen Temperaturwähler 14, 20 üblicherweise lediglich um ein relativ geringes Maß auseinanderliegen. Aufgrund dieser Tatsache läßt sich dann in den einzelnen Bereichen des Innenraumes 1, d. h. im Frontbereich 2 sowie im Fondraum 4 das jeweils ge­ wünschte Raumklima - wie erfindungsgemäß beschrieben - eben auch durch Beeinflussung des in diesen Bereich des Innenraumes gelangenden Luftmassenstromes einstellen. Der jeweilige Passagier des Frontbereiches 2 bzw. des Fond­ raumes 4 wünscht nämlich - wie die Erfinder erkannt haben - lediglich eine bestimmte Wärmemenge zu erhalten. Diese Wärmemenge ist aber nicht nur durch die Temperatur des zugeführten Luftmassenstromes bestimmt, sondern auch durch die Masse des zugeführten Luftstromes. Wünschen so­ mit beispielsweise die Passagiere im Fondraum 4 mittels des Fondraum-Temperaturwählers 20 eine geringere Wärme­ menge zu erhalten als die Passagiere des Frontbereiches 2, so kann die in den Fondraum geführte klimatisierte Luft durchaus den gleichen Temperaturwert haben, wie die in den Frontbereich 2 geführte Luftmenge, es muß ledig­ lich der Fondraum-Luftmassenstrom entsprechend verringert werden, um dem Fondraum 4 eine entsprechend verringerte Wärmemenge zuzuführen. Entsprechendes gilt selbstver­ ständlich im Sommer-Betrieb, wenn keine Warmluft, sondern Kaltluft in die einzelnen Bereiche des PKW-Innenraumes geleitet werden soll.

Insbesondere um Wärmeverluste auszugleichen, kann in dem vom Luftsammelraum 11 zum Fondraum-Gebläse 12 führenden Luftkanal 9 zusätzlich eine elektrische Heizvorrichtung 21 vorgesehen sein, die dann ebenfalls von der Steuerein­ heit 15 den jeweiligen Anforderungen entsprechend ange­ steuert werden kann. Jedoch kann dies sowie weitere De­ tails auch durchaus abweichend vom gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Pa­ tentansprüche zu verlassen. Insbesondere ist es auch mög­ lich, das beschriebene Steuerungskonzept bei PKW-Heiz- und/oder Klimaanlagen zu realisieren, bei denen zusätz­ lich eine Links-Rechts-Trennung vorgesehen ist. Eine der­ artige Links-Rechts-Trennung, bei der für die linke Seite sowie für die rechte Seite des Innenraumes 1 unterschied­ liche Wunsch-Temperaturwerte vorgegeben werden können, kann wie bekannt beispielsweise durch getrennte Wärmetau­ scher 7 für die linke sowie für die rechte Innenraum­ hälfte realisiert sein. Überlagert man nun einer derarti­ gen bekannten Links-Rechts-Trennung die erfindungsgemäße individuelle Fondraum-Klimatisierung, d. h. das oben be­ schriebene in der Steuereinheit 15 realisierte Steue­ rungskonzept, mit Hilfe dessen für den Frontbereich 2 so­ wie für den Fondraum 4 unterschiedliche Wunsch-Temperatu­ ren umsetzbar sind, so erhält man eine vorteilhafte 4-Zo­ nen-Klimatisierung. Dabei ist quasi für jedes Eck des In­ nenraumes 1 ein eigenes Wunschklima einstellbar. Ferner soll ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß das Fondraum-Gebläse 12 für das Wesen der Erfindung nicht un­ bedingt erforderlich ist. Vielmehr kann die entsprechende Beeinflussung der in den Fondraum 4 oder Frontbereich 2 gelangenden Luftmasse auch allein über die Dosierklappen 10, 10′ erfolgen. Selbstverständlich können auch für die linke und rechte Hälfte des Fondraums getrennte Fondraum- Kanäle 9′ vorgesehen sein. Selbstverständlich können ins­ besondere diese getrennten Fondraum-Kanäle 9′ auch ledig­ lich im Fußraumbereich des Fondraums münden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung einer PKW-Heiz- oder Klima­ anlage mit einem Hauptgebläse (6), mit zumindest einem einem Wärmetauscher (7) nachgeschalteten Luft­ sammelraum (11), von dem mit Dosierklappen (10) ver­ sehene Luftkanäle (9) zu Front-Ausströmern (8) füh­ ren, sowie mit zumindest einem den Front-Ausströmern (8) zugeordneten Front-Temperaturwähler (14), ferner mit zumindest einem vom Hauptgebläse (6) über den genannten Luftsammelraum (11) versorgten Fondraum- Ausströmer (13) mit vorgeschalteter Dosierklappe (10′) sowie einem zugeordneten Fondraum-Temperatur­ wähler (20), dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperierung des Luftstromes im Luftsammelraum (11) auf einen Luft- Temperaturwert veranlaßt wird, der unter Vergleich der am Front-Temperaturwähler (14) und Fondraum-Tem­ peraturwähler (20) eingestellten Wunsch-Temperatur­ werte demjenigen entspricht, der die größte Diffe­ renz zur Außentemperatur aufweist, und daß weiterhin eine Verringerung desjenigen Luftstromes veranlaßt wird, der zu den Ausströmern (8 oder 13) mit der ge­ ringeren Differenz zwischen Wunsch-Temperaturwert und Außentemperatur gelangt.

2. Verfahren zur Steuerung einer PKW-Heiz- oder Klima­ anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung des Luftstromes durch Betätigung der entsprechenden Do­ sierklappen (10, 10′) erfolgt.

3. Verfahren zur Steuerung einer PKW-Heiz- oder Klima­ anlage nach Anspruch 1 oder 2 mit einem dem/den Fondraum-Ausströmer(n) (13) zugeordneten und dem Hauptgebläse (6) sowie dem/den Wärmetauscher(n) (7, 7′) und Luftsammelraum (11) nachgeschalteten Fond­ raum-Gebläse (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung des Luftstromes durch geeignete Veränderung der Geblä­ seleistung des Fondraum-Gebläses (12) erfolgt.

4. PKW-Heiz- oder Klimaanlage zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine die Verfahrensschritte veranlassende Steuereinheit (15).

5. PKW-Heiz- oder Klimaanlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine elektrische Heizvorrich­ tung (21) im zu den/dem Fondraum-Ausströmer(n) (13) führenden Luftkanal (9′).