EP2148786A1 - Vorrichtung zur steuerung der belüftungseinrichtung für einen kraftfahrzeuginnenraum - Google Patents

Vorrichtung zur steuerung der belüftungseinrichtung für einen kraftfahrzeuginnenraum

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EP2148786A1
EP2148786A1 EP08716922A EP08716922A EP2148786A1 EP 2148786 A1 EP2148786 A1 EP 2148786A1 EP 08716922 A EP08716922 A EP 08716922A EP 08716922 A EP08716922 A EP 08716922A EP 2148786 A1 EP2148786 A1 EP 2148786A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
air quality
sensor
quality sensor
motor vehicle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08716922A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dubravko Barkic
Reinhold Weible
Wolfram Breitling
Maximilian Sauer
Michael Arndt
Dirk Taffe
Horst Muenzel
Matthias Ludwig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2148786A1 publication Critical patent/EP2148786A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00735—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models
    • B60H1/00792—Arrangement of detectors
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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
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    • B60H1/008—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models the input being air quality
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    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00821—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being ventilating, air admitting or air distributing devices
    • B60H1/00835—Damper doors, e.g. position control
    • B60H1/00849—Damper doors, e.g. position control for selectively commanding the induction of outside or inside air

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling the ventilation device for a motor vehicle interior according to the preamble of the independent claim.
  • a device for ventilation control which is used for pollutant-dependent control of the ventilation of an interior.
  • the device comprises an evaluation circuit which processes the signals of an air quality sensor and a moisture sensor and serves to automatically prevent misting of the windscreens in addition to the pollutant-dependent regulation of the ventilation.
  • the air quality sensor consists of a CO and an NO sensor and detects the pollution of the outside air by diesel (NO) and gasoline exhaust gases (CO).
  • NO diesel
  • CO gasoline exhaust gases
  • an actuator is controlled via the evaluation circuit such that an air mixing flap of a ventilation device is closed, so that no fresh air, but only a recirculation mode takes place in the interior of the motor vehicle. Since this device only detects the quality of the outside air and thus pollutants that have already reached the interior or have been there before detection, can no longer be detected, it is only partially suitable for improving the interior air of the motor vehicle interior.
  • EP 1 422 089 A2 shows a method for combating odors and / or pollutants in the vehicle interior, in which a ventilation system of the motor vehicle is controlled by means of an air quality sensor such that when the odors and / or pollutants in the vehicle interior are detected the air dampers are independent be opened by the signal of another sensor for detecting odors and / or pollutants in the outside air.
  • an air quality sensor for detecting the quality of the indoor air for example, a CCV sensor or an infrared gas sensor is used.
  • alternatives also represent sensors based on metal oxide semiconductors, or those that use piezoelectrically generated surface waves or conductive polymers. Further principles include the quartz microbalance, gas-sensitive MOSFETs, optical sensors or hybrid systems.
  • the ventilation flap of the ventilation device of the air conditioning system is opened until a second concentration - for example, 0, 1% (Pettenkofer number) - is reached by supplying fresh air. Then the air damper is closed again, and the air conditioning can be operated in the most energetically favorable mode.
  • the invention relates to a device for controlling a ventilation device for a motor vehicle interior, comprising at least one air quality sensor for generating a Beergütesignals the air quality sensor surrounding air, an actuator for adjusting an air valve of the ventilation device in response to the air quality signal and a fan for conveying the air through the ventilation device in the vehicle interior.
  • a device for controlling a ventilation device for a motor vehicle interior comprising at least one air quality sensor for generating a Beergütesignals the air quality sensor surrounding air, an actuator for adjusting an air valve of the ventilation device in response to the air quality signal and a fan for conveying the air through the ventilation device in the vehicle interior.
  • the air quality sensor is integrated into an engine electronics of the fan such that it is arranged in the motor vehicle interior outside of air ducts of the ventilation device.
  • the indoor air of the vehicle interior is supplied to the air quality sensor.
  • the fan has an additional ventilation opening to the motor vehicle interior through which the air quality sensor undergoes a permanent supply of indoor air. This can be realized for example via a defined leak between the installation space of the air quality sensor in the fan and an air duct of the ventilation device. In order to avoid a back pressure caused flow reversal of the air in the additional vent of the fan, this is secured by a non-return valve.
  • the air quality sensor is integrated into the fan in such a way that it detects the air quality of the air guided inside the air ducts of the ventilation device.
  • the structural unit has a common interface, by means of which it exchanges at least data with a higher-level control unit, in particular an air conditioning control unit, and the actuator and thus acts as an intelligent subsystem.
  • the data exchange can take place via a motor vehicle bus system, for example a LIN bus.
  • the interface can also serve for supplying energy to the structural unit.
  • the engine electronics control the actuator by means of an evaluation and control algorithm stored in it now so that the air quality sensor is always surrounded by a proportion of recirculated air, which is set in response to the air quality signal to the maximum possible value.
  • the air quality sensor is surrounded depending on the air quality signal of the air quality sensor for a defined period either exclusively fresh air or a recirculating fresh air mixture, the control electronics before and / or after the defined period of time then controls such that the air quality sensor is surrounded exclusively by circulating air.
  • a combination of these two control strategies is conceivable.
  • a gas sensor and / or a humidity sensor can be used.
  • a spectroscopic gas sensor in particular a CO 2 , CO, NOx sensor or the like, or a chemical gas sensor is conceivable as a gas sensor. In this way it is possible to detect a wide variety of pollutants or odors in the indoor air.
  • FIGS 1 to 6 wherein like reference numerals in the figures indicate the same components with the same operation.
  • the figures of the drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. A person skilled in the art will also consider these features individually and combine them into further meaningful combinations. In particular, a person skilled in the art will also combine the features from different exemplary embodiments into further meaningful combinations.
  • 1 is a schematic representation of a known HVAC system in a side section through a dashboard of a motor vehicle
  • 2 shows a first and a second exemplary embodiment of a known arrangement of one or two louvers for controlling or regulating a recirculating fresh air mixture
  • FIG. 3 is a schematic representation of a first embodiment of the structural unit according to the invention.
  • Fig. 5 is a schematic representation of a third embodiment of the structural unit according to the invention.
  • Fig. 6 is a block diagram of the structural unit according to the invention for controlling an actuator mechanically connected to an air damper.
  • FIG. 1 shows a side section through a dashboard 10 of a motor vehicle, not shown.
  • a HVAC system known to those skilled in the art (heating, ventilation and air conditioning) 12, which has inter alia a ventilation device 13 which comprises a fan 14, an evaporator 16, a heating element 18, various air ducts 19 and in the air ducts 19 arranged air dampers, which work as air mixing flaps 20, 22 and ventilation flaps 24, there is.
  • Arrows indicate the path of the fresh air 26 or the circulating air 28 through the air ducts 19 of the ventilation device 13.
  • a corresponding circulating air fresh air mixture can be controlled or regulated.
  • the fan 14 sucks the fresh air 26 entering from outside through a ventilation slit 32 located in front of a windshield 30 into the motor vehicle and conveys it to the evaporator 16, which in turn via terminals 16 a and 16 b in a closed Kältemitte lniklauf a not shown air conditioning HVAC system 12 is integrated.
  • the evaporator 16 it is possible in a known manner to cool the air flowing through it and / or to dehumidify, wherein the amount of water precipitated on the evaporator 16 can be dissipated via a drainage 17. Since the mode of operation of an air conditioning system is known in principle to the person skilled in the art, reference should not be made to the individual components (not shown) of the refrigerant circuit (eg compressor, condenser, expansion element, etc.).
  • circulating air 28 is conveyed through the ventilating device 13 of the HVAC system 12 and the motor vehicle interior 36 by means of the ventilator 14 instead of the fresh air 26.
  • This is particularly useful when there are pollutants or unpleasant odors in the outside air of the motor vehicle.
  • the energy consumption of the air conditioning reduce, since the already in the motor vehicle interior 36 located, already cooled and dehumidified air can be passed to the evaporator 16 again and thus has a lower temperature difference from the evaporator temperature than would be the case with the fresh air 26. In this way, it is possible to achieve considerable fuel savings compared to fresh air operation, especially at high outside temperatures.
  • FIG. 2a shows two alternative embodiments according to the prior art for setting a desired circulating air-fresh air mixture.
  • a common air mixing flap 20 arranged in the air duct 19 is used, which controls the fan 14 in the illustrated circulating air position (compare with the dashed line in FIG. 1) the circulating air 28 and in the corresponding fresh air position (FIG. compare with the line shown in solid line in Figure 1), the fresh air 26, so that it conveys the resulting air via another air duct 19 to the evaporator 16 (see Figure 1). If the air mixing flap 20 is in a position between the circulating air and the fresh air position, a corresponding fresh air fresh air mixture is sucked in by the fan 14.
  • FIG. 2b shows a mode of operation analogous to FIG. 2a with two air mixing flaps 20a and 20b arranged in the air duct 19, which can be controlled separately in order to obtain the desired fresh air fresh air mixture.
  • the air-mixing flaps 20, 20a, 20b are each controlled via an actuator 40, not shown in FIG. 2 (see FIG. 6), each of which can be connected non-rotatably to a pivot axis 42 of the air mixing flaps 20, 20a, 20b outside the air ducts 19 is.
  • the two air mixing flaps 20a and 20b are mechanically coupled and are controlled via a common actuator 40.
  • a first exemplary embodiment of a structural unit 44 according to the invention which consists of the fan 14 and an air quality sensor 46, wherein the air quality sensor 46 is mounted on a housing cover 50 of the engine electronics 38.
  • the air quality sensor 46 is mounted on a housing cover 50 of the engine electronics 38.
  • the electrical contact between the air quality sensor 46 and the engine electronics 38 for the purpose of data exchange and power supply via a corresponding, not shown plug or cable connection, wherein the structural unit 44 by means of a common interface 52 data with a higher-level control unit 54 (see FIG 6), in particular an air conditioning control unit 56, exchanges.
  • the structural unit 44 is located according to Figure 1 fluidly behind the two arranged in the air duct 19 air mixing flaps 20a and 20b, with which a desired, from the fresh air 26 and the circulating air 28 resulting fresh air recirculation mixture is adjustable.
  • the air quality sensor 46 is arranged outside the air ducts 19 in the motor vehicle interior 36, so that it is supplied via corresponding air inlets 48, the indoor air. However, since it can come to a limited air circulation behind the dashboard of the vehicle due to design, the fan 14 for better air supply of the air quality sensor 46, an additional ventilation opening 58 between the installation space of the air quality sensor 46 and the air duct 19 of the ventilation device 13.
  • FIG. 4 shows, on the basis of FIG. 2a, a second exemplary embodiment of the structural unit 44 according to the invention in a lateral section through the fan 14 and the air duct 19 having the air mixing flap 20.
  • the fan wheel of the fan 14 is only schematically indicated here. Since the electric motor driving the fan wheel is of subordinate importance for the invention, its illustration has also been omitted for the sake of clarity.
  • the air quality sensor 46 is arranged here under the housing cover 50 of the engine electronics 38, with its air inlet 48 pointing into the motor vehicle interior 36, so that the interior air is supplied to it. Also in this case, the additional ventilation opening 58 is again provided for better air supply of the air quality sensor 46. In order to avoid a flow pressure-induced flow reversal of the air in the additional ventilation opening 58, this also has a non-return valve 60.
  • the air quality sensor 46 is integrated into the fan 14 such that it detects the air quality of the air contained within the air ducts 19 of the ventilation device 13.
  • the air quality sensor 46 via air inlets 48a (shown in phantom in Figure 4), which is a direct or indirect Supply with the located in the air duct 19 circulating air 28 and / or fresh air 26 allow.
  • the additional ventilation opening 58 and the check valve 60 may be omitted in this case.
  • FIG. 5 A corresponding embodiment is shown in FIG. 5, in which the air quality sensor 46, with its air inlets 48 directed into the air duct 19, is now fastened to the cooling element 39 of the engine electronics 38 arranged in the air duct 19.
  • FIG. 6 shows a block diagram of the structural unit 44 according to the invention. This consists - as already explained above - of the fan 14, the air quality sensor 46, the engine electronics 38 and the common interface 52.
  • the engine electronics 38 communicates via the common interface 52 with the air conditioning
  • the unidirectional or bidirectional data exchange takes place via a motor vehicle bus system 66, for example a LIN bus 68, so that the structural unit 44 operates as an intelligent subsystem of the HVAC system 12.
  • the engine electronics 38 receives an air quality signal 70 from the air quality sensor 46, which represents a measure of the pollutant or odor load of the interior or circulating air 28 and / or the outside or fresh air 26.
  • the data connection between engine electronics 38 and air quality sensor 46 may also be unidirectional or bidirectional, so that it is possible to calibrate or otherwise control the air quality sensor 46 by means of the engine electronics 38.
  • the engine electronics 38 actuate the actuator 40, which is connected in a known manner in a rotationally fixed manner to the pivot axis 42 of the corresponding air flap 20, 20a, 20b, 22, 24.
  • the data connection between the engine electronics 38 and the actuator 40 may be bidirectional, for example, to receive feedback on the current position of the air mixing valve 20.
  • the engine electronics 38 contains an evaluation and control algorithm, based on which the actuator 40 activates the air mixing flap 20 when the air conditioning system is activated such that the air quality sensor 46 located in the motor vehicle interior 36 is always surrounded by a proportion of recirculated air. Depending on the air quality signal 70, ie for example on the CCV content of the indoor air, the engine electronics 38 then sets the air mixing flap 20 to the highest possible value for the recirculated air proportion. At the same time, the engine electronics 38, for example, under a control or control technical consideration of the vehicle speed or the optimal operating point of the fan 14 ensure that it does not come to a pressure-induced flow reversal in the air duct 19 for the recirculation air intake.
  • the engine electronics 38 controls the actuator 40 when the air conditioning system is activated in such a way that the air quality sensor 46 is operated either exclusively by the fresh air 26 or by a circulating air system for a defined period of time (eg 5 minutes) in dependence on the air quality signal 70.
  • Fresh air mixture is flowed, the recirculated air before and / or after this defined period of time is 100%. This process may be repeated several times at specific intervals depending on the air quality signal 70.
  • a gas sensor 72 As air quality sensor 46, a gas sensor 72, an odor sensor 73 and / or a humidity sensor 74 can be used. In this way it is possible to detect a wide variety of pollutants or odors in the indoor air.
  • a gas sensor 72 for example, a spectroscopic gas sensor, in particular a CO 2 , CO, NOx sensor or the like is conceivable.
  • a chemical gas sensor a gas sensor based on metal oxide semiconductor base, a gas sensor based on a field effect transistor, an optical gas sensor or a gas sensor based on the use of surface waves or resonant oscillations, eg a quartz structure, may also be used , wherein the construction of such sensors is known in the art and requires no further explanation here.

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Steuerung einer Belüftungseinrichtung für einen Kraftfahrzeuginnenraum (36), mit zumindest einem Luftgütesensor (46) zur Erzeugung eines Luftgütesignals der dem Luftgütesensor (46) zugeführten Luft, einem Stellantrieb zur Verstellung einer Luftklappe (20a, 20b) der Belüftungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Luftgütesignal und einem Lüfter (14) zur Beförderung der Luft durch die Belüftungseinrichtung in den Kraftfahrzeuginnenraum (36). Der Luftgütesensor (46) und der Lüfter (14) bilden eine bauliche Einheit (44).

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung zur Steuerung der Belüftungseinrichtung für einen Kraftfahrzeuginnenraum
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Belüftungseinrichtung für einen Kraftfahrzeuginnenraum nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Stand der Technik
Aus der DE 197 09 053 Al ist eine Vorrichtung zur Belüftungssteuerung bekannt, die zur schadstoffabhängigen Regelung der Belüftung eines Innenraums dient. Die Vorrichtung umfasst eine Auswerteschaltung, die die Signale eines Luftgüte- und eines Feuchtigkeitssensors verarbeitet und dazu dient, neben der schadstoffabhängigen Regelung der Belüftung auch automatisiert sicher ein Beschlagen der Windschutzscheiben zu unterbinden. Der Luftgütesensor besteht aus einem CO- und einem NO-Sensor und detektiert die Belastung der Außenluft durch Diesel- (NO) und Benzinabgase (CO). Im Falle einer zu starken Belastung wird über die Auswerteschaltung ein Stellantrieb derart angesteuert, dass eine Luft-Mischklappe einer Lüftungseinrichtung geschlossen wird, so dass kein Frischluft-, sondern lediglich ein Umluftbetrieb im Innenraum des Kraftfahrzeugs stattfindet. Da diese Vorrichtung lediglich die Güte der Außenluft detektiert und somit Schadstoffe, die bereits in den Innenraum gelangt sind bzw. sich dort vor der Detektierung befunden haben, nicht mehr erkannt werden können, ist sie für die Verbesserung der Innenraumluft des Kraftfahrzeuginnenraums nur bedingt geeignet.
Die EP 1 422 089 A2 zeigt ein Verfahren zur Bekämpfung von Gerüchen und/oder Schadstoffen im Fahrzeuginnenraum, bei dem mittels eines Luftgütesensors ein Lüftungssystem des Kraftrfahrzeugs derart gesteuert wird, dass beim Erfassen von Gerüchen und/oder Schadstoffen im Fahrzeuginnenraum die Luftklappen unabhängig vom Signal eines weiteren Sensors zur Erfassung von Gerüchen und/oder Schadstoffen in der Außenluft geöffnet werden. Als Luftgütesensor zur Erfassung der Güte der Innenraumluft kommt dabei beispielsweise ein CCVSensor oder ein Infrarotgassensor zum Einsatz. Alternativen stellen aber auch Sensoren auf Basis von Metalloxid- Halbleitern, oder solche, die piezoelektrisch erzeugte Oberflächenwellen oder leitfähige Polymere nutzen, dar. Weitere Prinzipien bilden die Quarz-Mikrowaage, gassensitive MOSFETs, optische Sensoren oder Hybrid-Systeme.
Aus der EP 1 116 613 A2 geht hervor, entsprechende Luftgütesensoren in Verbindung mit einem HVAC-System (Heating, Ventilation and Air Conditioning) für ein Kraftfahrzeug einzusetzen. Die Steuerung der Luftklappen erfolgt dabei unter anderem über ein Klimaanlagen- Steuergerät in Abhängigkeit von den Luftgütesignalen der Luftgütesensoren. Weiterhin ist aus der DE 102004051912 Al bekannt, zur Minimierung des Verbrauchs einer Klimaanlage eine bedarfsgerechte Umluftregelung zu realisieren. Dabei wird Frischluft nur dann in den Fahrzeuginnenraum zugeführt, wenn die Innenraumlauft wirklich verbraucht ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der CO2- Anteil in der Innenraumlauft eine zuvor festgelegte Konzentration - beispielsweise 0,25 % - überschreitet. Daraufhin wird die Belüftungsklappe der Belüftungseinrichtung der Klimaanlage solange geöffnet, bis eine zweite Konzentration - beispielsweise 0, 1 % (Pettenkofer-Zahl) - durch Zufuhr von Frischluft erreicht ist. Anschließend wird die Luftklappe wieder geschlossen, und die Klimaanlage lässt sich im energetisch günstigsten Modus betreiben.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Belüftungseinrichtung für einen Kraftfahrzeuginnenraum, mit zumindest einem Luftgütesensor zur Erzeugung eines Luftgütesignals der dem Luftgütesensor umgebenden Luft, einem Stellantrieb zur Verstellung einer Luftklappe der Belüftungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Luftgütesignal und einem Lüfter zur Beförderung der Luft durch die Belüftungseinrichtung in den Kraftfahrzeuginnenraum. Dadurch, dass der Luftgütesensor und der Lüfter eine bauliche Einheit bilden, ergeben sich erhebliche Kostenvorteile. Zudem wird in besonders vorteilhafter Weise eine deutliche Reduzierung der Komplexität des Gesamtsystems erreicht, da eine aufwändige Verkabelung der bisher üblicherweise im Kraftfahrzeuginnenraum unter dem Fahrer- oder Beifahrersitz verbauten Luftgütesensoren vermieden werden kann.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
In vorteilhafter Weise ist der Luftgütesensor in eine Motorelektronik des Lüfters derart integriert ist, dass er im Kraftfahrzeuginnenraum außerhalb von Luftführungskanälen der Belüftungseinrichtung angeordnet ist. Somit wird dem Luftgütesensor die Innenraumluft des Kraftfahrzeuginnenraums zugeführt. Da der Luftaustausch hinter dem Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs eingeschränkt sein kann, ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Lüfter eine Zusatzbelüftungsöffnung zum Kraftfahrzeuginnenraum aufweist, über die der Luftgütesensors eine permanente Versorgung mit der Innenraumluft erfährt. Dies kann beispielsweis über ein definiertes Leck zwischen dem Einbauraum des Luftgütesensors im Lüfter und einem Luftführungskanal der Belüftungseinrichtung realisiert sein. Um eine staudruckbedingte Strömungsumkehr der Luft in der Zusatzbelüftungsöffnung des Lüfters zu vermeiden, ist diese durch eine Rückschlagklappe gesichert.
In einer alternativen Ausgestaltungsform ist vorgesehen, dass der Luftgütesensor in den Lüfter derart integriert ist, dass er die Luftgüte der innerhalb der Luftführungskanäle der Belüftungseinrichtung geführten Luft detektiert. Dadurch, dass der Luftgütesensor in diesem Fall strömungstechnisch hinter der als Luft-Mischklappe zur Einstellung eines definierten Umluft-Frischluft- Verhältnis ausgebildeten Luftklappe angeordnet ist, kann er direkt oder indirekt sowohl die Innenraumluft als auch die von außen zugeführte Frischluft überwachen.
Da die Motorelektronik des Lüfters als eine gemeinsame Auswerte- und Steuerungselektronik für den integrierten Luftgütesensor und den mit der baulichen Einheit elektrisch verbundenen Stellantrieb dient, ergeben sich vorteilhafte Synergie- Effekte, die eine Vereinfachung der Elektroniken und damit eine Verbesserung ihrer Zuverlässigkeit bewirken. Zu diesem Zweck verfügt die bauliche Einheit über eine gemeinsame Schnittstelle, mittels der sie zumindest Daten mit einem übergeordneten Steuergerät, insbesondere einem Klimaanlagen- Steuergerät, und dem Stellantrieb austauscht und folglich als intelligentes Subsystem fungiert. Der Datenaustausch kann dabei über ein Kraftfahrzeug-Bussystem, beispielsweise einen LIN- Bus, erfolgen. - A -
Weiterhin kann die Schnittstelle auch zur Energieversorgung der baulichen Einheit dienen.
In Verbindung mit einer aktivierten Klimaanlage steuert die Motorelektronik den Stellantrieb mittels eines in ihr abgelegten Auswerte- und Steuerungsalgorithmus nun derart an, dass der Luftgütesensor stets von einem Umluftanteil umgeben ist, der in Abhängigkeit von dem Luftgütesignal auf den größtmöglichen Wert eingestellt wird. Alternativ kann es aber auch von Vorteil sein, wenn der Luftgütesensor in Abhängigkeit von dem Luftgütesignal des Luftgütesensors für eine definierte Zeitspanne entweder ausschließlich von Frischluft oder einem Umluft-Frischluft-Gemisch umgeben ist, wobei die Steuerungselektronik den Stellantrieb vor und/oder nach der definierten Zeitspanne dann derart ansteuert, dass der Luftgütesensor ausschließlich von Umluft umgeben ist. Ebenso ist eine Kombination dieser beiden Steuerungsstrategien denkbar.
Als Luftgütesensor kann ein Gassensor und/oder ein Feuchtesensor zum Einsatz kommen. Dabei ist als Gassensor ein spektroskopischer Gassensor, insbesondere ein CO2-, CO-, NOx-Sensor oder dergleichen, oder ein chemischer Gassensor denkbar. Auf diese Weise ist es möglich, die unterschiedlichsten Schadstoffe oder Gerüche in der Innenraumluft zu detektieren.
Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 6 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. Die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere wird ein Fachmann auch die Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines bekannten HVAC-Systems in einem seitlichen Schnitt durch ein Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs, Fig. 2: ein erstes und ein zweites Ausführungsbeispiel für eine bekannte Anordnung einer oder zweier Luftklappen zur Steuerung bzw. Regelung eines Umluft-Frischluft- Gemisches,
Fig. 3 : eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen baulichen Einheit,
Fig. 4: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen baulichen Einheit,
Fig. 5: eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen baulichen Einheit und
Fig. 6: ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen baulichen Einheit zur Ansteuerung eines mit einer Luftklappe mechanisch verbundenen Stellantriebs.
In Figur 1 ist ein seitlicher Schnitt durch ein Armaturenbrett 10 eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs dargestellt. Zu erkennen ist ein dem Fachmann bekanntes HVAC-System (Heating, Ventilation and Air Conditioning) 12, das unter anderem eine Belüftungseinrichtung 13 aufweist, die aus einem Lüfter 14, einem Verdampfer 16, einem Heizelement 18, diversen Luftführungskanälen 19 sowie in den Luftführungskanälen 19 angeordneten Luftklappen, die als Luft-Mischklappen 20, 22 und Lüftungsklappen 24 arbeiten, besteht. Anhand von Pfeilen ist der Weg der Frischluft 26 bzw. der Umluft 28 durch die Luftführungskanäle 19 der Belüftungseinrichtung 13 gekennzeichnet. Dabei kann mittels der Luft-Mischklappe 20 ein entsprechendes Umluft-Frischluft-Gemisch gesteuert bzw. geregelt werden. An dieser Stelle sei daraufhingewiesen, dass dem Fachmann zwar die Unterschiede zwischen einer Steuerung und einer Regelung geläufig sind, im Folgenden jedoch der Einfachheit halber nur noch der Begriff der Steuerung verwendet werden soll, ohne die Erfindung dabei auf diese Funktionalität einzuschränken. Es versteht sich daher von selbst, dass die Erfindung, insbesondere aufgrund der später noch näher erläuterten Luftgütesensoren, auch eine Regelung betrifft. Befindet sich die Luft-Mischklappe 20 in der mit einer durchgezogenen Linie dargestellten Frischluftposition, so arbeitet das HVAC-System 12 im Frischluftbetrieb. Der Lüfter 14 saugt die von außen durch einen sich vor einer Windschutzscheibe 30 befindenden Lüftungsschlitz 32 in das Kraftfahrzeug eindringende Frischluft 26 ein und befördert sie zu dem Verdampfer 16, der seinerseits über Anschlüsse 16a und 16b in einen geschlossenen Kältemitte lkreislauf einer nicht näher gezeigten Klimaanlage des HVAC-Systems 12 integriert ist. Mittels des Verdampfers 16 ist es in bekannter Weise möglich, die ihn durchströmende Luft zu kühlen und/oder zu entfeuchten, wobei der sich am Verdampfer 16 niederschlagende Wasseranteil über eine Entwässerung 17 abgeführt werden kann. Da die Funktionsweise einer Klimaanlage dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist, soll auf die einzelnen, hier nicht gezeigten Komponenten des Kältemittelkreislaufs (z.B. Kompressor, Kondensator, Expansionsorgan, etc.) nicht näher eingegangen werden.
Nachdem die Frischluft 26 den Verdampfer 16 durchströmt hat, ist es möglich, sie mittels einer weiteren Luft-Mischklappe 22 durch das über Anschlüsse 18a und 18b sowie ein Heizwasser-Sperrventil 19 mit einem nicht näher dargestellten Heizkreislauf verbundene Heizelement 18 zum Zwecke eines Aufheizens strömen zu lassen. In dem in Figur 1 dargestellten Fall befindet sich die weitere Luft-Mischklappe 22 in der mit einer durchgezogenen Linie dargestellten Heizposition. Auf eine detaillierte Beschreibung des mit dem Heizelemente 18 verbundenen Heizkreislaufs soll hier verzichtet werden, da dieser dem Fachmann allgemein bekannt ist. Ist dagegen ein reiner Kühl- oder Frischluftbetrieb gefordert, so kann die weitere Luft-Mischklappe 22 in die durch eine gestrichelte Linie angedeutete Position verbracht werden, so dass die Frischluft 26 an dem Heizelement 18 vorbeigeleitet wird. Anschließend tritt die entsprechend unbehandelte, gekühlte oder erhitzte Frischluft 26 an den Lüftungsklappen 24 vorbei durch Lüftungsschlitze 34 in den Kraftfahrzeuginnenraum 36.
Wird die Luft-Mischklappe 20 in die durch eine gestrichelte Linie dargestellte Umluftposition verbracht, so wird mittels des Lüfters 14 statt der Frischluft 26 Umluft 28 durch die Belüftungseinrichtung 13 des HVAC-Systems 12 und den Kraftfahrzeuginnenraum 36 befördert. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn sich in der Außenluft des Kraftfahrzeugs Schadstoffe oder unangenehme Gerüche befinden. Darüber hinaus lässt sich im Umluftbetrieb der Energieverbrauch der Klimaanlage reduzieren, da die im Kraftfahrzeuginnenraum 36 befindliche, bereits gekühlte und entfeuchtete Luft wieder am Verdampfer 16 vorbeigeführt werden kann und folglich eine geringere Temperaturdifferenz zur Verdampfertemperatur aufweist, als dies bei der Frischluft 26 der Fall wäre. Auf diese Weise lassen sich insbesondere bei hohen Außentemperaturen erhebliche Kraftstoffeinsparungen gegenüber dem Frischluftbetrieb erzielen.
Figur 2 zeigt zwei alternative Ausgestaltungsformen nach dem Stand der Technik zur Einstellung eines gewünschten Umluft-Frischluft-Gemisches. In Figur 2a wird hierzu entsprechend Figur 1 eine gemeinsame in dem Luftführungskanal 19 angeordnete Luft- Mischklappe 20 verwendet, die dem Lüfter 14 in der dargestellten Umluftposition (vgl. mit der gestrichelt dargestellten Linie in Figur 1) die Umluft 28 und in der entsprechenden Frischluftposition (vgl. mit der durchgezogen dargestellten Linie in Figur 1) die Frischluft 26 zuführt, so dass dieser die resultierende Luft über einen weiteren Luftführungskanal 19 zum Verdampfer 16 (siehe Figur 1) befördert. Befindet sich die Luft-Mischklappe 20 in einer Position zwischen der Umluft- und der Frischluftposition, so wird vom Lüfter 14 ein entsprechendes Umluft-Frischluft-Gemisch angesaugt. Die vom Lüfter 14 beförderte Luft dient zudem zur Kühlung einer Motorelektronik 38, die sich unterhalb eines in Figur 2 zu erkennenden Kühlelements 39 befindet. Figur 2b zeigt eine zu Figur 2a analoge Funktionsweise mit zwei in dem Luftführungskanal 19 angeordneten Luft-Mischklappen 20a und 20b, die zur Erzielung des gewünschten Umluft-Frischluft-Gemischs separat angesteuert werden können. Die Luft-Mischklappen 20, 20a, 20b werden jeweils über einen in der Figur 2 nicht gezeigten Stellantrieb 40 (vgl. Figur 6) angesteuert, der jeweils drehfest mit einer Schwenkachse 42 der Luft- Mischklappen 20, 20a, 20b außerhalb der Luftführungskanäle 19 verbindbar ist. Es ist jedoch alternativ auch denkbar, dass die beiden Luft-Mischklappen 20a und 20b mechanisch gekoppelt sind und über einen gemeinsamen Stellantrieb 40 angesteuert werden.
In Anlehnung an Figur 2b ist in Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen baulichen Einheit 44 gezeigt, die aus dem Lüfter 14 und einem Luftgütesensor 46 besteht, wobei der Luftgütesensor 46 auf einem Gehäusedeckel 50 der Motorelektronik 38 befestigt ist. Alternativ ist es auch möglich, den Luftgütesensor 46 in den Gehäusedeckel 50 zu integrieren, so dass dieser als gemeinsames Gehäuse für den Luftgütesensor 46 und die Motorelektronik 38 dient. Der elektrische Kontakt zwischen dem Luftgütesensor 46 und der Motorelektronik 38 zum Zwecke des Datenaustauschs und der Energieversorgung erfolgt über eine entsprechende, nicht gezeigte Steck- oder Kabelverbindung, wobei die bauliche Einheit 44 mittels einer gemeinsamen Schnittstelle 52 Daten mit einem übergeordneten Steuergerät 54 (vgl. Figur 6), insbesondere einem Klimaanlagen- Steuergerät 56, austauscht.
Die bauliche Einheit 44 befindet sich gemäß Figur 1 strömungstechnisch hinter den beiden im Luftführungskanal 19 angeordneten Luft-Mischklappen 20a und 20b, mit denen ein gewünschtes, aus der Frischluft 26 und der Umluft 28 resultierendes Frischluft- Umluft-Gemisch einstellbar ist. Der Luftgütesensor 46 ist dabei außerhalb der Luftführungskanäle 19 im Kraftfahrzeuginnenraum 36 angeordnet, so dass ihm über entsprechende Lufteinlässe 48 die Innenraumluft zugeführt wird. Da es jedoch hinter dem Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs bauartbedingt zu einer eingeschränkten Luftzirkulation kommen kann, weist der Lüfter 14 zur besseren Luftversorgung des Luftgütesensors 46 eine Zusatzbelüftungsöffnung 58 zwischen dem Einbauraum des Luftgütesensors 46 und dem Luftführungskanal 19 der Belüftungseinrichtung 13 auf.
Figur 4 zeigt in Anlehnung an Figur 2a ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen baulichen Einheit 44 in einem seitlichen Schnitt durch den Lüfter 14 und den die Luft-Mischklappe 20 aufweisenden Luftführungskanal 19. Das Lüfterrad des Lüfters 14 ist hier nur schemenhaft angedeutet. Da der das Lüfterrad antreibende Elektromotor von untergeordneter Bedeutung für die Erfindung ist, wurde zur Steigerung der Übersichtlichkeit zudem auf seine Darstellung verzichtet. Der Luftgütesensor 46 ist hier unter dem Gehäusedeckel 50 der Motorelektronik 38 angeordnet, wobei sein Lufteinlass 48 in den Kraftfahrzeuginnenraum 36 zeigt, so dass ihm die Innenraumluft zugeführt wird. Auch in diesem Fall ist wieder die Zusatzbelüftungsöffnung 58 zur besseren Luftversorgung des Luftgütesensors 46 vorgesehen. Um eine staudruckbedingte Strömungsumkehr der Luft in der Zusatzbelüftungsöffnung 58 zu vermeiden, weist diese darüber hinaus eine Rückschlagklappe 60 auf.
In einer alternativen Ausgestaltungsform ist der Luftgütesensor 46 derart in den Lüfter 14 integriert, dass er die Luftgüte der innerhalb der Luftführungskanäle 19 der Belüftungseinrichtung 13 enthaltenen Luft detektiert. Dazu verfügt der Luftgütesensor 46 über Lufteinlässe 48a (in Figur 4 gestrichelt dargestellt), die eine direkte oder indirekte Versorgung mit der sich im Luftführungskanal 19 befindlichen Umluft 28 und/oder Frischluft 26 ermöglichen. Auf die in den Innenraum gerichteten Lufteinlässe 48, die Zusatzbelüftungsöffnung 58 sowie die Rückschlagklappe 60 kann in diesem Fall verzichtet werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt Figur 5, bei dem der Luftgütesensor 46 mit seinen in den Luftführungskanal 19 gerichteten Lufteinlässen 48 nun jedoch auf dem im Luftführungskanal 19 angeordneten Kühlelement 39 der Motorelektronik 38 befestigt ist.
Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen baulichen Einheit 44. Diese besteht - wie bereits zuvor erläutert - aus dem Lüfter 14, dem Luftgütesensor 46, der Motorelektronik 38 und der gemeinsamen Schnittstelle 52. Die Motorelektronik 38 kommuniziert über die gemeinsame Schnittstelle 52 mit dem als Klimaanlagen- Steuergerät 62 ausgebildeten, übergeordneten Steuergerät 64. Dabei erfolgt der uni- oder bidirektionale Datenaustausch über ein Kraftfahrzeug-Bussystem 66, beispielsweise einen LIN-Bus 68, so dass die bauliche Einheit 44 als ein intelligentes Subsystem des HVAC- Systems 12 arbeitet. Weiterhin erhält die Motorelektronik 38 ein Luftgütesignal 70 von dem Luftgütesensor 46, das ein Maß für die Schadstoff- oder Geruchsbelastung der Innenraum- bzw. Umluft 28 und/oder der Außen- bzw. Frischluft 26 darstellt. Die Datenverbindung zwischen Motorelektronik 38 und Luftgütesensor 46 kann ebenfalls uni- oder bidirektional ausgeführt sein, so dass es möglich ist, den Luftgütesensor 46 mittels der Motorelektronik 38 zu kalibrieren oder anderweitig anzusteuern. Schließlich steuert die Motorelektronik 38 auf Grundlage des Luftgütesignals 70 und/oder der vom übergeordneten Steuergerät 64 empfangenen Daten den Stellantrieb 40 an, der in bekannter Weise drehfest mit der Schwenkachse 42 der entsprechenden Luftklappe 20, 20a, 20b, 22, 24 verbunden ist. Auch die Datenverbindung zwischen der Motorelektronik 38 und dem Stellantrieb 40 kann bidirektional ausgeführt sein, um beispielsweise eine Rückmeldung über die aktuelle Position der Luft-Mischklappe 20 zu erhalten.
Die Motorelektronik 38 enthält einen Auswerte- und Steuerungsalgorithmus, auf dessen Grundlage der Stellantrieb 40 bei aktivierter Klimaanlage die Luft-Mischklappe 20 derart ansteuert, dass der im Kraftfahrzeuginnenraum 36 befindliche Luftgütesensor 46 stets von einem Umluftanteil umgeben ist. In Abhängigkeit von dem Luftgütesignal 70, d.h. beispielswiese von dem CCVGehalt der Innenraumluft, stellt die Motorelektronik 38 dann die Luft-Mischklappe 20 auf den größtmöglichen Wert für den Umluftanteil ein. Gleichzeitig muss die Motorelektronik 38 beispielsweise unter einer steuerungs- bzw. regelungstechnischen Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit oder des optimalen Arbeitspunktes des Lüfters 14 dafür Sorge tragen, dass es nicht zu einer staudruckbedingten Strömungsumkehr im Luftführungskanal 19 für die Umluftansaugung kommt. In einer alternativen Steuerungsstrategie kann vorgesehen sein, dass die Motorelektronik 38 den Stellantrieb 40 bei aktivierter Klimaanlage derart ansteuert, dass der Luftgütesensor 46 in Abhängigkeit von dem Luftgütesignal 70 für eine definierte Zeitspanne (z.B. 5 Minuten) entweder ausschließlich von der Frischluft 26 oder einem Umluft-Frischluft-Gemisch unströmt wird, wobei der Umluftanteil vor und/oder nach dieser definierten Zeitspanne jeweils 100 % beträgt. Dieser Ablauf kann in Abhängigkeit von dem Luftgütesignal 70 mehrmals in bestimmten Intervallen wiederholt werden. Darüber hinaus ist es möglich, die beiden beschriebenen Steuerungsstrategien in geeigneter Weise zu kombinieren.
Als Luftgütesensor 46 kann ein Gassensor 72, ein Geruchssensor 73 und/oder ein Feuchtesensor 74 zum Einsatz kommen. Auf diese Weise ist es möglich, die unterschiedlichsten Schadstoffe oder Gerüche in der Innenraumluft zu detektieren. Im Falle eines Gassensors 72 ist beispielsweise ein spektroskopischer Gassensor, insbesondere ein CO2-, CO-, NOx-Sensor oder dergleichen denkbar. Alternativ oder in Kombination kann zudem ein chemischer Gassensor, ein Gassensor auf Metalloxid- Halb leiterbasis, ein Gassensor auf Basis eines Feldeffekt-Transistors, ein optischer Gassensor oder ein Gassensor auf Basis der Ausnutzung von Oberflächenwellen oder resonanten Schwingungen, z.B. einer Quarzstruktur, zum Einsatz kommen, wobei der Aufbau derartiger Sensoren dem Fachmann bekannt ist und hier keine weiteren Erläuterung bedarf. Entsprechendes gilt für den Geruchssensor 73 bzw. den Feuchtesensor 74.
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung weder auf die gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 1 bis 6, insbesondere die räumliche Ausgestaltung des HVAC-Systems 12 oder des Lüfters 14, noch auf die genannten Werte für die definierte Zeitspanne oder bestimmte Luftgütekonzentrationen bzw. Umluft- Frischluftverhältnisse beschränkt ist.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Steuerung einer Belüftungseinrichtung (13) für einen Kraftfahrzeuginnenraum (36), mit zumindest einem Luftgütesensor (46) zur Erzeugung eines Luftgütesignals (70) der dem Luftgütesensor (46) umgebenden Luft, einem Stellantrieb (40) zur Verstellung einer Luftklappe (20, 20a, 20b, 22, 24) der Belüftungseinrichtung (13) in Abhängigkeit von dem Luftgütesignal (70) und einem Lüfter (14) zur Beförderung der Luft durch die Belüftungseinrichtung (13) in den Kraftfahrzeuginnenraum (36), dadurch gekennzeichnet, dass der Luftgütesensor (46) und der Lüfter (14) eine bauliche Einheit (44) bilden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftgütesensor (46) in eine Motorelektronik (38) des Lüfters (14) derart integriert ist, dass er im Kraftfahrzeuginnenraum (36) außerhalb von Luftführungskanälen (19) der Belüftungseinrichtung (13) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Luftgütesensor (46) zugeführte Luft die Innenraumlauft des Kraftfahrzeuginnenraums (36) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (14) eine Zusatzbelüftungsöffnung (58) zum Kraftfahrzeuginnenraum (36) aufweist, über die der Luftgütesensors (46) eine permanente Versorgung mit der Innenraumluft erfährt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzbelüftungsöffnung (58) durch eine Rückschlagklappe (60) gegen eine Strömungsumkehr der Luft gesichert ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftgütesensor (46) in den Lüfter (14) derart integriert ist, dass er die Luftgüte der innerhalb von Luftführangskanälen (19) der Belüftungseinrichtung (13) geführten Luft detektiert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftgütesensor (46) strömungstechnisch hinter der als Luft-Mischklappe zur Einstellung eines definierten Umluft-Frischluft- Verhältnis ausgebildeten Luftklappe (20, 20a, 20b) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bauliche Einheit (44) über eine gemeinsame Schnittstelle (52) verfügt, mittels der sie Daten mit einem übergeordneten Steuergerät (62) austauscht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenaustausch zwischen der gemeinsamen Schnittstelle (52) der baulichen Einheit (44) und dem übergeordenten Steuergerät (62) über ein Kraftfahrzeug-Bussystem (66), insbesondere einen LIN-Bus (68), erfolgt.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorelektronik (38) des Lüfters (14) bei einer aktivierten Klimaanlage den Stellantrieb (40) derart ansteuert, dass der Luftgütesensor (46) stets von einem Umluftanteil umgeben ist, der in Abhängigkeit von dem Luftgütesignal (70) auf den größtmöglichen Wert eingestellt wird.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorelektronik (38) des Lüfters (14) bei einer aktivierten Klimaanlage den Stellantrieb (40) derart ansteuert, dass der Luftgütesensor (46) in Abhängigkeit von dem Luftgüteseignal (70) des Luftgütesensors (46) für einen definierten Zeitspanne entweder ausschließlich von Frischluft oder einem Umluft-Frischluft-Gemisch umgeben ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorelektronik (38) den Stellantrieb (40) bei aktivierter Klimaanlage derart ansteuert, dass der Luftgütesensor (46) vor und/oder nach der definierten Zeitspanne ausschließlich von Umluft (28) umgeben ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftgütesensor (46) ein Gassensor (72), ein Geruchssensor (73) und/oder ein Feuchtesensor (74) ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (74) ein spektroskopischer Gassensor, insbesondere ein CO2-, CO-, NOx-Sensor oder dergleichen, ist.
15. Vorrichtung anch Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (74) ein chemischer Gassensor, ein Gassensor auf Metalloxid-Halbleiterbasis, ein Gassensor auf Basis eines Feldeffekt-Transistors, ein optischer Gassensor oder ein Gassensor auf Basis der Ausnutzung von Oberflächenwellen oder resonanten Schwingungen, z.B. einer Quarzstruktur, ist.
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