DE10036181C2 - Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums sowie Fahrzeugklimaanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums sowie eine Fahrzeugklimaanlage.

Bei derzeit üblicherweise verwendeten Fahrzeugklimaanlagen wird ein durch die Sonne aufgeheizter Fahrzeuginnenraum mit Hilfe von gekühlter Luft abgekühlt, die mit großer Geschwin­ digkeit und in großer Menge aus in oder im Bereich der Schalttafel angeordneten Ausströmern sowie ggf. aus auf dem Mitteltunnel vor den Fondpassagieren angeordneten Ausströmern ausströmt. Durch die hohen Luftgeschwindigkeiten und Luftmen­ gen entsteht ein für die Insassen unangenehmer und gesund­ heitsgefährdender Luftzug. Die Regelung herkömmlicher Klima­ anlagen ist derart, dass erst bei Erreichen der gewünschten Innenraumtemperatur die Temperatur der eingeblasenen Kühlluft erhöht und/oder die Gebläseleistung vermindert wird. Dabei bleibt, insbesondere bei aerodynamischer Gestaltung der Fahr­ zeuge und der dadurch bedingten, geringen freien Kopfräume, ein unangenehm kühler und die Gesundheit gefährdender Luftzug erhalten.

Aus der DE 35 44 566 C2 ist eine Fahrzeugklimaanlage bekannt, die zusätzlich zu dem üblichen, im Vorderwagenbereich ange­ ordneten Kühlaggregat zur Versorgung der im Bereich der Schalttafel angeordneten Ausströmer ein im Heck des Fahrzeug angeordnetes Kühlaggregat und in den hinteren Dachsäulen ver­ laufende Zuführungskanäle zur Zuführung von Kühlluft in einen zwischen dem Fahrzeugdach und dem Innenraum ausgebildeten, im Wesentlichen die gesamte Dachfläche bedeckenden Zwischenraum umfasst, dessen Unterseite aus einer porösen bzw. durchloch­ ten Wand besteht, durch die die Kühlluft in den Innenraum austritt. Das im Heck angeordnete Kühlaggregat ist ein Ver­ dampfer, der von dem im Vorderwagen angeordneten Kompressor mit Kühlmittel versorgt wird. Mit Hilfe eines manuell bedien­ baren Ventils kann der im Vorderwagenbereich befindliche Ver­ dampfer und/oder der im Heck befindliche Verdampfer mit Kühl­ mittel beaufschlagt werden, so dass eine direkte Anströmung eines Fahrzeuginsassen mit Kühlluft aus den im Bereich der Schalttafel angeordneten Ausströmern und/oder eine weitgehend zugfreie Kühlung durch kühle, vom Dach "herabfallende" Luft erzielt wird.

Die DE 198 35 931 A1, von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen wird, beschreibt eine Fahrzeugklimaanlage, die einen Luftauslaß für in eine Klimatisierungszone des Fahr­ zeugs zu blasender klimatisierter Luft enthält. Weiter sind Blaszustand-Änderungsmittel vorgesehen, mit denen mindestens einer der Blaszustände, die den Blasbereich, die Blaspositi­ on, den Blaswinkel, die Blaszone und die Blasluftmenge der klimatisierten Luft umfassen, geändert werden kann. Die Blas­ zustand-Änderungsmittel sind durch auf Fahrzeuginsassen ge­ richtete Ausströmer gebildet, deren Durchlaßquerschnitt und deren Ausströmrichtung mittels Klappen veränderbar sind. Die Klappen werden abhängig von der erforderlichen Kühlleistung derart betätigt, daß die Ausströmrichtung der Blasluft zyk­ lisch einen Schwenkbereich überstreicht, wobei der Schwenkbe­ reich um so größer ist, je größer die erforderliche Kühlleis­ tung ist. Je kleiner der Schwenkbereich ist, umso langsamer ist die Schwenkgeschwindigkeit der Klappen, so daß der Schwenkzyklus unabhängig von dem Schwenkbereich konstant ist. Bei großer Kühlleistung und kleinem Schwenkbereich werden der Blasbereich, die Blasposition, die Blasrichtung, der Blaswin­ kel oder die Blasregion der von einem Blasauslaß ausgeblase­ nen klimatisierten Luft nicht häufig geändert, wodurch ein lästiges und unangenehmens Empfinden für die Passagiere ver­ ringert werden soll. Bei kleiner Kühllast und entsprechend größerem Schwenkbereich werden der Blasbereich, die Blasstel­ lung, die Blasrichtung, der Blaswinkel oder die Blasregion der klimatisierten Luft fortlaufend geändert und wird die von dem Blasauslaß ausgeblasene klimatisierte Luft über einen weiten Bereich geblasen. Somit wird die Zeitperiode, während der die klimatisierte Blasluft zu den Fahrgästen eines Fahr­ zeugs geblasen wird, verkürzt, wodurch ein lästiges und unan­ genehmes Empfinden verkürzt werden soll.

In der DE 42 14 703 A1 ist eine Klimaanlage beschrieben, mit der das Klima eines aus einem ersten und einem zweiten Halb­ raum bestehenden Innenraums eines Fahrzeugs geregelt werden kann. Dabei wird beispielsweise das Klima im vorderen Bereich eines Kleinbusses von einer im Vorderwagen befindlichen Kli­ maanlage geregelt, die mit im Bereich über der Windschutz­ scheibe, im Bereich der Schalttafel und im Fußraum angeordne­ ten Ausströmern verbunden ist. Das Klima im Passagierraum­ bereich des Kleinbusses wird mittels eines im Bodenbereich angeordneten Heizaggregats und eines im Heckbereich angeord­ neten Kühlaggregats geregelt, wobei das Heizaggregat mit im Bodenbereich angeordneten Ausströmern und das Kühlaggregat mit im Dachbereich angeordneten Ausströmern verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugklima­ tisierung zu schaffen, mit der ein hoher Klimakomfort unter weitgehend allen Bedingungen erzielt wird.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß dem beigefügten Patentanspruch 1 gelöst.

Die Erfindung setzt die Erkenntnis um, daß unser Behaglich­ keitsempfinden nicht gestört wird, wenn wir beispielsweise bei stark aufgeheiztem Fahrzeug direkt von zur Kühlung hoch­ wirksamer, kalter Luft angeströmt werden. Abhängig von der Temperatur dieser Kühlluft sowie deren Strömungsgeschwindig­ keit und ggf. weiteren Parametern, wie Feuchtigkeit, Anfangs­ oberflächentemperatur unserer Haut usw., fühlen wir uns durch einen solchen Kühlluftström bereits nach kurzer Zeit gestört, so daß die Temperatur der Kühlluft angehoben und/oder deren Strömungsgeschwindigkeit abgesenkt werden muß, um unser Be­ haglichkeitsempfinden nicht zu stark zu stören. Erfindungsge­ mäß wird das zur Abkühlung des Innenraums und unserer eigenen Abkühlung hochwirksame direkte Anströmen derart gesteuert, daß es mit unserem Behaglichkeitsempfinden vereinbar ist, in­ dem selbsttätig von einer direkten Anströmung auf eine flä­ chige, milde, im wesentlichen durch Konvektion erfolgende Kühlung bzw. Temperierung übergegangen wird, die bleibend als behaglich empfunden wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl zum Kühlen als auch zum Aufheizen des Innenraumes geeignet, wobei beim Heizen von der direkten Ausströmung auf eine vom Boden aus erfolgende, milde Konvektionsheizung übergegangen wird.

Mit den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 wird eine gute Anpas­ sung des erfindungsgemäßen Verfahrens an das Behaglichkeits­ empfinden erzielt, wobei auch diese Merkmale durch D1 in kei­ ner Weise nahegelegt sind.

Der Anspruch 4 ist auf den grundsätzlichen Aufbau einer Fahr­ zeugklimaanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens gerichtet.

Die Unteransprüche 5 bis 9 sind auf Merkmale gerichtet, mit denen die erfindungsgemäße Klimaanlage in vorteilhafter Weise weitergebildet wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeich­ nungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläu­ tert.

Es stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht einer Fahrzeugkli­ maanlage und

Fig. 2 den Hinterwagenbereich der Fig. 1 bei abgeänderter Ausführungsform der Klimaanlage.

Gemäß Fig. 1 ist im Vorderwagenbereich eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Personenkraftwagens, eine in ihrem Auf­ bau an sich bekannte, insgesamt mit 2 bezeichnete Klimaanlage vorgesehen. Diese Klimaanlage weist einen beispielsweise e­ lektromotorisch angetriebenen Kompressor 4 auf, der mit einem Kondensator 6 verbunden ist, der wiederum mit einem Verdamp­ fer 8 verbunden ist, von dem aus eine Leitung zurück zum Kom­ pressor 4 führt. Ein Lüfter zur Kühlung des Kondensators 6 ist nicht dargestellt. Das in dem geschilderten Kreislauf um­ laufende Kühlmittel, das im Kompressor 4 verdichtet wird und im Kondensator 6 unter Entzug von Wärme kondensiert, expan­ diert im Verdampfer 8, so dass dieser abgekühlt wird. Die Kühlleistung ist durch die Leistung des Kompressors 4 sowie durch ein nicht dargestelltes Expansionsventil am Verdampfer 8 steuerbar.

Der Verdampfer 8 bildet einen Wärmetauscher für Luft, die ihm über ein elektromotorisch angetriebenes Gebläse 10 zugeführt wird und den Verdampfer 8 als Kühlluft verlässt. Die Kühlluft gelangt über Leitungen zu im Bereich einer Schalttafel vor dem Fahrer 11 angeordneten Schalttafel-Ausströmern 12, zu im Bereich des unteren Endes der Windschutzscheibe angeordneten Scheiben-Ausströmern 14, zu im Bereich des Fußraums angeord­ neten Fuß-Ausströmern 16 sowie über lange, durch die Längs­ holme des Fahrzeugs und die hinteren Dachsäulen 18 geführten Leitungen in einen Zwischenraum 20 zwischen dem Fahrzeugdach und dem perforiert ausgeführten Himmel 22, aus dem sie durch Löcher 23 bzw. Poren austritt. Zur Steuerung der Kühlluftmen­ ge, die in den Zwischenraum 20 gelangt, sind steuerbare Klap­ pen 24 vorgesehen.

Zur Steuerung der gesamten beschriebenen Einrichtung dient ein vorzugsweise mit einem Mikroprozessor mit zugehörigen Speichern ausgerüstetes, elektronisches Steuergerät 26 mit Eingängen 28 und Ausgängen 30.

An den Eingängen 28 liegen beispielsweise Signale eines In­ nenraumtemperaturfühlers 32, eines Temperaturfühlers 34 zum Erfassen der Temperatur der Temperier- bzw. Kühlluft sowie Steuersignale, die über eine nicht dargestellte Bedieneinheit eingegeben werden können und beispielsweise eine Solltempera­ tur vorgeben.

Die Ausgänge 30 des Steuergerätes 26 sind mit dem Kompressor 4, dem Gebläse 10 sowie den Ausströmern 12, 14, 16 und den Klappen 24 verbunden.

In dem Steuergerät 26 ist ein Programm abgelegt, das die ma­ ximal zulässige Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft als Funktion von deren Temperatur und der Zeitdauer angibt, wäh­ rend der die jeweilige Strömungsgeschwindigkeit bereits vor­ handen ist. Dieses Programm ist empirisch ermittelt und ent­ spricht dem menschlichen Wohlbefinden. Das Programm kann wei­ tere Parameter enthalten, wie beispielsweise Luftfeuchtig­ keit, eine Anfangstemperatur des Fahrzeuginnenraums usw. Es versteht sich, dass für das Wohlbefinden die Strömungsge­ schwindigkeit maßgeblich ist, mit der die aus den Schaltta­ fel-Ausströmern und/oder aus den Scheiben-Ausströmern aus­ strömende Luft auf das Gesicht des Fahrers 10, dessen Hals, dessen Arme oder sonstige exponierte Stellen gelangt. Durch die Fahrzeuggeometrie, sowie ggf. die zusätzlich zu berück­ sichtigende Sitzstellung und die Stellung der Steuerklappen in den Ausströmern, ist die jeweilige Strömungsgeschwindig­ keit im Steuergerät 26 aus der Leistung, mit der das Gebläse 10 betrieben wird, und den Klappenstellungen errechenbar.

Im Folgenden wird ein typischer Funktionsablauf des Betriebs der Klimaanlage erläutert:
Wenn beispielsweise ein in der Sonne abgestelltes Fahrzeug mit einem auf 70°C aufgeheizten Fahrzeuginnenraum betreten wird, werden bei Inbetriebnahme der Klimaanlage die Klappen 24, die zum beispielsweise entsprechend der DE 36 44 566 C2 ausgebildeten Fahrzeughimmel führen, völlig geschlossen. Die Schalttafel-Ausströmer 12 sowie die Scheiben-Ausströmer 14 sind zunächst vollständig geöffnet und die Klimaanlage wird mit voller Leistung betrieben, so dass die Innenraumtempera­ tur innerhalb von beispielsweise 3 Minuten auf 30 bis 40°C absinkt, wobei der Fahrer 11 sowie ggf. ein Beifahrer und weitere Fahrzeuginsassen über nicht dargestellte Ausströmer intensiv mit Kühlluft angeströmt werden, die eine den Wohlbe­ findlichkeitskriterien entsprechende Temperatur nicht unter­ schreitet und eine Geschwindigkeit nicht überschreitet. Nach etwa 3 Minuten empfinden die Insassen die kühle Luft zuneh­ mend als unangenehm, so dass die Ausströmer 12, 14 zunehmend geschlossen und/oder die Leistung des Gebläses 10 vermindert wird und die Klappen 24 geöffnet werden, woraufhin die Tempe­ ratur unter verminderter Anströmgeschwindigkeit der Personen auf komfortable 23°C abgesenkt wird. Nach Erreichen dieser Temperatur werden die Ausströmer 12 und 14 weitgehend ge­ schlossen, so dass im Wesentlichen nur noch eine milde Kon­ vektionskühlung über die flächig im Himmel verteilten Löcher 23 erfolgt, die derart gesteuert wird, dass die Temperatur im Innenraum konstant bleibt.

Die Steuerung der Fuß-Ausströmer 16 kann ähnlich erfolgen wie die der Schalttafel-Ausströmer 12.

Das beschriebene System kann in vielfältiger Weise abgeändert und ergänzt werden. Im Fahrzeuginnenraum können mehrere Tem­ peraturfühler 32 verteilt sein. Die Bedieneinheit kann eine individuelle Steuerung für die einzelnen Fahrzeuginsassen zu­ lassen. Zusätzlich oder integriert in den Verdampfer 8 kann ein Wärmetauscher zur Heizung des Innenraums vorgesehen sein, der mit den Ausströmern 12, 14 und 16 verbunden ist und der über eine oder mehrere, ähnlich der Klappe 24 ausgebildete Klappen mit im Bereich des gesamten Bodens des Fahrzeugs ver­ teilten, gestrichelt eingezeichneten Boden-Ausströmern 36 verbunden ist, die beispielsweise längs der Seitenholme und eines Mitteltunnels angeordnet sind und durch deren Beauf­ schlagung mit Warmluft eine Warmluft-Konvektionsheizung ähn­ lich einer Fußbodenheizung erzielbar ist. Auf diese Weise kann im Winterbetrieb vermieden werden, dass die Personen ständig von einem starken Warmluftstrom beaufschlagt werden.

Die Konvektionskühlung vom Dach oder Heizung vom Boden kann von Anfang an zusammen mit der Direktanströmung aktiviert sein. Die Zufuhr der Kühlluft zum Himmel kann, wenn Platz vorhanden ist, durch die vorderen oder mittleren Säulen er­ folgen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 führen sehr lange Kühl­ luftleitungen vom Verdampfer 8 zum Fahrzeughimmel 22. Solche langen Kühlluftleitungen benötigen einerseits viel Platz und beeinträchtigen andererseits den Wirkungsgrad des Kühlsys­ tems. Entsprechend ist es gemäß Fig. 2 vorteilhaft, im Heck­ bereich des Fahrzeugs ein eigenes Kühlaggregat 38 vorzusehen, das ein eigenes Gebläse 40 und einen eigenen Verdampfer 42 enthält. Der Verdampfer 42 ist entweder über Kühlmittellei­ tungen (wesentlich weniger platzaufwendig als Kühlluftleitun­ gen) mit dem Kondensator 6 und dem Kompressor 4 (Fig. 1) ver­ bunden oder ist Bestandteil eines von dem Kühlsystem des Vor­ derwagens getrennten Kühlsystems mit eigenem Kompressor und Kondensator. Die Luftführung ist vorteilhafterweise derart, dass im Bereich der Hutablage vom Gebläse 40 Luft aus dem In­ nenraum abgesaugt wird, die nach Durchströmen des Verdampfers 42 als Kühlluft durch die Dachsäule 18 zum Himmel 22 gelangt. Es versteht sich, dass das System der Fig. 2 in Abstimmung mit dem im Vorderwagen angeordneten System von einem gemein­ samen Steuergerät gesteuert wird, so dass die vorgenannt ge­ schilderte Funktion erhalten wird.

Für die Steuerung des Systems oder der Systeme sind unter­ schiedlichste Programme möglich, die den menschlichen Behag­ lichkeitskriterien (siehe beispielsweise "Physik der thermi­ schen Behaglichkeit", Erhard Mayer, in "Physik in unserer Zeit", 20. Jahrg. 1989, Nr. 4, Seite 97 ff., VCH-Verlags­ gesellschaft mbH, D-6940 Weinheim) gerecht werden. Beispiels­ weise kann die direkte Anströmung der Person(en) auch derart gesteuert werden, dass eine Anströmzeit in Abhängigkeit von der Temperatur der anströmenden Luft und deren Geschwindig­ keit nicht überschritten wird.

Bezugszeichenliste

2

Klimaanlage

4

Kompressor

6

Kondensator

8

Verdampfer

10

Gebläse

11

Fahrer

12

Schalttafel-Ausströmer

14

Scheiben-Ausströmer

16

Fuß-Ausströmer

18

Dachsäule

20

Zwischenraum

22

Himmel

23

Loch

24

Klappen

26

Steuergerät

28

Eingänge

30

Ausgänge

32

Innenraumtemperaturfühler

34

Temperaturfühler

36

Boden-Ausströmer

38

Kühlaggregat

40

Gebläse

42

Verdampfer

Claims (9)

1. Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums, enthaltend folgende, nacheinander ablaufende Verfahrens­ schritte:

• - direktes Anströmen einer im Innenraum befindlichen Per­ son bei über einem vorbestimmten Wert liegender Abweichung zwischen einer Solltemperatur des Innenraums und einer Ist­ temperatur mit Temperierluft, deren Temperatur von der Soll­ temperatur entgegengesetzt zur Isttemperatur abweicht, und abhängig von vorbestimmten Bedingungen
• - Annähern der Temperatur der Temperierluft an die Soll­ temperatur und/oder Vermindern der Strömungsgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß von der direkten Ausströmung ei­ ner im Innenraum befindlichen Person nach einem vorbestimm­ ten, Behaglichkeitsparameter erfassenden Programm zunehmend
• - auf eine Beaufschlagung des Innenraums mit Temperierluft lediglich von oben her bei einer erforderlichen Kühlung des Innenraums oder von unten her bei einer erforderlichen Behei­ zung des Innenraums übergegangen wird, wobei eine geringe Strömungsgeschwindigkeit der Temperierluft durch Konvektion unterstützt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Strömungsgeschwin­ digkeit der die Person direkt anströmenden Temperierluft von der Temperatur der Temperierluft und der Zeitdauer der be­ reits erfolgten Anströmung abhängt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zeitdauer, während der die Person direkt von Temperierluft angeströmt wird, von deren Temperatur und Geschwindigkeit abhängt.

4. Fahrzeugklimaanlage, enthaltend
wenigstens einen Wärmetauscher (8) zum Erwärmen und/oder Ab­ kühlen von durch ihn hindurchtretender Luft,
ein Gebläse (10) zum Fördern der Luft,
im Bereich einer Schalttafel angeordnete Ausströmer (12) zum direkten Anströmen einer in dem Fahrzeug sitzenden Person,
im Bereich des Daches angeordnete Ausströmer (23) und/oder im Bereich des Bodens angeordnete Ausströmer (36),
wenigstens einen Temperaturfühler (32) zum Erfassen der In­ nenraumtemperatur und eine Steuereinrichtung (26) zum Steuern der Temperatur des Wärmetauschers und/oder der Strömungsge­ schwindigkeit der durch ihn hindurchtretenden Temperierluft sowie der Verteilung der Temperierluft auf die Schalttafel- Ausströmer, die Dach-Ausströmer und/oder die Boden-Ausströ­ mer, wobei die Steuereinrichtung den Betrieb der Klimaanlage derart steuert, dass die Verfahrensschritte nach Anspruch 1 ablaufen.

5. Klimaanlage nach Anspruch 4, enthaltend einen Tempera­ turfühler (34) zum Erfassen der Temperatur der Temperierluft und einen Programmspeicher, in dem die Sollgeschwindigkeit der aus den Schalttafel-Ausströmern ausströmenden Temperier­ luft abhängig von deren Temperatur, der Zeitdauer der bereits erfolgten Ausströmung sowie ggf. weiteren Behaglichkeitspara­ metern gespeichert ist.

6. Klimaanlage nach Anspruch 4 oder 5, enthaltend einen ersten Wärmetauscher (8) im Bereich des Vorderwagens und ei­ nen zweiten Wärmetauscher (42) im Bereich des Hinterwagens, wobei die Schalttafel-Ausströmer (12) mit dem ersten Wärme­ tauscher und die Dach-Ausströmer (22) mit dem zweiten Wärme­ tauscher verbunden sind.

7. Klimaanlage nach Anspruch 6, wobei der erste und der zweite Wärmetauscher Verdampfer (8, 42) sind und über Leitun­ gen mit einem gemeinsamen Klimaaggregat (2) verbunden sind.

8. Klimaanlage nach Anspruch 6, wobei jeder Wärmetauscher ein Verdampfer (8, 42) eines eigenen Kühlmittelkreislaufs mit eigenem Klimakompressor ist.

9. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachausströmer durch über den Fahr­ zeughimmel (22) verteilte Löcher (23) gebildet sind.