DE19816329A1

DE19816329A1 - Heizungs- und Klimaanlage

Info

Publication number: DE19816329A1
Application number: DE19816329A
Authority: DE
Inventors: Klaus Arold
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: AROLD, KLAUS, 71069 SINDELFINGEN, DE
Priority date: 1998-04-11
Filing date: 1998-04-11
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2018-04-12
Also published as: FR2777225A1; US6823935B1; GB2336203B; FR2777225B1; GB9908181D0; ITRM990215A1; IT1307552B1; GB2336203A; DE19816329C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizungs- oder Klimaanlage für Fahrzeuge mit einem von einem Heizmedium durchflossenen Wärmetauscher, der in einem luftdurchströmbaren Luftkanal angeordnet ist, mit mindestens einer eine Warmluft-Einströmöffnung und eine Kaltluft-Einströmöffnung aufweisenden Luftmischkammer und mit mindestens einem die Öffnungsquerschnitte der Einströmöffnungen steuernden Schließglied, sowie mit einem im Zufluß oder Abfluß des Heizmediums zum oder vom Wärmetauscher angeordneten Absperrventil. Zur Verringerung des Strömungswiderstands in allen Betriebsarten, insbesondere bei maximalem Kühlen, ist die Warmluft-Einströmöffnung im Luftstrom hinter dem Wärmetauscher angeordnet und eine das Schließglied und das Absperrventil steuernde Steuervorrichtung so ausgelegt, daß sie mit Absperren der Warmluft-Einströmöffnung das Absperrventil schließt und nach dem Schließen des Absperrventils das Schließglied in eine die Warmluft-Einströmöffnung vollständig freigebende Offenstellung überführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungs- oder Klimaanlage für Fahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei einer bekannten Heizungs- oder Klimaanlage für Kraftfahrzeuge dieser Art (DE 31 51 263 A1) ist die Warmluft- Einströmöffnung der Luftmischkammer auf der im Luftstrom vorderen Seite des Wärmetauschers, also an dessen Lufteintrittsfläche, und die Kaltluft-Einströmöffnung etwa dazu um einen spitzen Winkel größer 60° geneigt angeordnet. Beide Einströmöffnungen werden von einer einzigen schwenkbar angeordneten Luftklappe gesteuert, die in jeweils einer von zwei Schwenkendstellungen wechselweise die Kaltluft- und die Warmluft-Einströmöffnung vollständig absperrt. Die Steuervorrichtung zur Steuerung von Luftklappe und Absperrventil weist einen Betätigungshebel, der drehfest auf der Schwenkwelle der Luftklappe sitzt, und einen Schwenkhebel auf, der drehfest mit der Welle des Absperrhahns des Absperrventils verbunden ist. Auf dem Schwenkhebel ist eine kreisförmig gebogene Gleitfläche ausgebildet, an der der Betätigungshebel mit seinem freien Ende gleitet, und am Ende der Gleitfläche steht ein Ansatz über diese vor. Befindet sich die Luftklappe in ihrer einen Schwenkendstellung, in der sie die Kaltluft-Einströmöffnung vollständig abdeckt, so ist das Absperrventil geöffnet und die Heizungs- oder Klimaanlage heizt maximal. Wird die Luftklappe zu ihre anderen Schwenkendstellung hin bewegt, was motorisch oder manuell erfolgen kann, so wird die Kaltluft-Einströmöffnung zunehmend freigegeben und der Warmluft in der Luftmischkammer zunehmend Kaltluft zugemischt, bis eine gewünschte Mischlufttemperatur erreicht ist. Beim Schwenken der Luftklappe gleitet das freie Ende des Betätigungshebels an der kreisbogenförmigen Gleitfläche entlang, ohne den Schwenkhebel zu betätigen. Wird die Luftklappe in ihre andere Schwenkendstellung überführt, in der sie die Warmluft-Einströmöffnung vollständig absperrt, so trifft kurz vor Erreichen dieser Schwenkendstellung der Betätigungshebel auf den Ansatz auf und verschiebt diesen, wodurch der Schwenkhebel geschwenkt und dadurch der Absperrhahn des Absperrventils in Schließstellung gedreht wird. Das Absperrventil ist geschlossen und die Warmluft- Einströmöffnung vollständig abgedeckt, so daß keine Luft mehr durch den Wärmetauscher hindurchtreten kann und der komplette Luftstrom über die Kaltluft-Einströmöffnung die Luftmischkammer erreicht. Die Heizungs- oder Klimaanlage ist auf maximales Kühlen mit Frischluft oder mit mittels eines Verdampfers gekühlter Gebläseluft eingestellt. Die beschriebene Anordnung der Luftklappe vor der Lufteintrittsfläche des Wärmetauschers bedingt entweder einen großen Luftkanalquerschnitt vor dem Wärmetauscher und damit einen großvolumigen Klimakasten oder hat eine ungünstige Anströmung des Wärmetauschers und damit einen hohen Strömungswiderstand im Strömungskanal im Heizbetrieb zur Folge.

Bei einer ebenfalls bekannten Klimaanlage für Kraftfahrzeuge (DE 35 26 518 C2) weist die Steuervorrichtung einen Computer auf, der sowohl eine Wasserbetätigungseinrichtung als auch eine dem Wärmetauscher vorgeordnete Luftklappe steuert, wobei die Luftklappe wiederum so ausgelegt ist, daß sie in ihrer einen Schwenkendstellung die Kaltluft-Einströmöffnung und in ihrer anderen Schwenkendstellung die Warmluft-Einströmöffnung und damit die gesamte Luftdurchtrittsfläche des Wärmetauschers komplett abdeckt. In der Stellung "maximales Kühlen" der Klimaanlage wird zusätzlich zur Abdeckung der Warmluft- Einströmöffnung noch eine Zusatzklappe so angesteuert, daß ein Bypaß um die Luftmischkammer herum geöffnet und somit der Luftwiderstand im Strömungskanal gesenkt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungs- oder Klimaanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Strömungskanal der Luftströmung einen nur geringen Strömungswiderstand in allen Betriebsarten bietet und die eine kompakte Bauform des den Strömungskanal aufnehmenden Luftführungs- oder Klimakastens ermöglicht.

Die Aufgabe ist bei einer Heizungs- oder Klimaanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Heizungs- oder Klimaanlage hat den Vorteil, daß durch die Anordnung der Warmluft-Einströmöffnung der Luftmischkammer hinter der Luftaustrittsfläche des Wärmetauschers eine geradlinige An- und Durchströmung des Wärmetauschers ohne Ab- oder Umlenkung des Luftstroms erzielt wird, so daß der innere Strömungswiderstand der Anlage gering ist. Im maximalen Kühlbetrieb wird zudem durch Aufsteuern der Warmluft-Einströmöffnung nach Schließen des Absperrventils für das Heizmedium die Kaltluft nicht nur über die Kaltluft- Einströmöffnung geführt, sondern zusätzlich auch durch den kalten Wärmetauscher hindurch über die Warmluft- Einströmöffnung. Damit verringert sich in dieser Betriebsphase, wo ein sehr hoher Luftdurchsatz gewünscht wird, der zur Einströmung in die Luftmischkammer zur Verfügung stehende Einströmquerschnitt erheblich, wodurch der Strömungswiderstand sinkt. Damit reduziert sich die Geräuschentwicklung, und auch das Gebläse zur Erzeugung des Luftstroms kann mit kleinen Drehzahlen betrieben werden, womit erneut eine Geräuschverminderung einhergeht.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizungs- oder Klimaanlage mit zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Klimakastens einer Heizungs- oder Klimaanlage, in Draufsicht gesehen,

Fig. 2 ein Diagramm zur Einstellung des Öffnungsquerschnittes von Warmluft- und Kaltluft- Einströmöffnung einer Luftmischkammer im Klimakasten gemäß Fig. 1 in Abhängigkeit von dem Stellweg einer Steuervorrichtung,

Fig. 3 ausschnittweise eine gleiche Darstellung wie in Fig. 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Der in Fig. 1 in Draufsicht geschnitten und schematisch skizzierte Klimakasten 10 einer Heizungs- oder Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug ist in bekannter Weise an einem Gebläse 11 angeschlossen und nimmt in seinem Innern, in Luftströmungsrichtung gesehen hintereinander angeordnet, einen von einem Kältemittel durchströmten Verdampfer 11 und einen Wärmetauscher 12 auf, der an dem Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Der Kühlwasserzulauf zu dem Wärmetauscher 13 ist in Fig. 1 mit 14 und der Kühlwasserablauf vom Wärmetauscher 13 mit 15 bezeichnet. Im Kühlwasserzulauf 14 ist ein Absperrventil 16 zum Sperren des Kühlwasserkreislaufs durch den Wärmetauscher 13 angeordnet, das alternativ auch im Wasserablauf 15 vorgesehen werden kann.

Auf der Rückseite des Wärmetauschers 12 sind zwei nebeneinander angeordnete, durch eine Trennwand 19 voneinander separierte Luftmischkammern 17, 18 ausgebildet, die zur Luftversorgung der linken und rechten Seite der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs dienen und hierzu entsprechende Luftauslaßstutzen 20 aufweisen. Die Luftmischkammern 17, 18 sind identisch ausgebildet und mit gleichen Elementen zur Luftsteuerung ausgerüstet, so daß im folgenden nur auf die Luftmischkammer 17 Bezug genommen wird, die gleichen Ausführungen aber auch für die Luftmischkammer 18 gelten.

Die Luftmischkammer 17 weist eine hinter dem Wärmetauscher 13 angeordnete Warmluft-Einströmöffnung 21, die unmittelbar an der Luftaustrittsfläche 131 des Wärmetauschers 13 abgegriffen ist, und eine seitlich des Wärmetauschers 13 angeordnete Kaltluft-Einströmöffnung 22 auf, über die direkt vom Verdampfer 12 kommende, den Wärmetauscher 13 umströmende Kaltluft in die Luftmischkammer 17 einströmen kann. Jeder Einströmöffnung 21, 22 ist ein Schließglied 23 bzw. 24 zum Steuern des Öffnungsquerschnitts der Einströmöffnung 21 bzw. 22 zugeordnet. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist das Schließglied 23 für die Warmluft-Einströmöffnung 21 als bauraumsparender Jalousieverschluß mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten, schmalen Schwenklamellen ausgebildet, die in ihrer Gesamtheit die Warmluft- Einströmöffnung 21 abzudecken vermögen. Das Schließglied 24 für die Kaltluft-Einströmöffnung 22 ist als Luftklappe 26 ausgebildet, die auf einer im Klimakasten 10 drehbar gelagerten Schwenkwelle 27 sitzt.

Die beiden Schließglieder 23, 24 und das Absperrventil 16 im Kühlwasserzulauf 14 des Wärmetauschers 13 werden von einer Steuervorrichtung 28 nach einer Kennlinie gesteuert, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Dabei ist auf der y-Achse des Diagramms der Öffnungsquerschnitt der beiden Einströmöffnungen 21, 22 abgetragen, wobei "AUF" für eine vollständig geöffnete Einströmöffnung 21 bzw. 22 und "ZU" für eine geschlossene Einströmöffnung 21, 22 steht. Auf der x-Achse ist der Stellweg s der Steuervorrichtung 28 dargestellt. Die ausgezogen dargestellte Kurve a gibt die Steuerkennlinie für die Warmluft-Einströmöffnung 21 und die strichpunktierte Kurve b die Steuerkennlinie für die Kaltluft-Einströmöffnung 22 wieder. In der Grundstellung der Steuervorrichtung 28 (s0) ist die Warmluft-Einströmöffnung 21 völlig geöffnet und die Kaltluft-Einströmöffnung 22 vollständig abgesperrt. Das Absperrventil 16 ist geöffnet, und die Heizungs- oder Klimaanlage befindet sich bei aufgeheiztem Kühlwasser in der Betriebsart "maximales Heizen". Wird nun die Steuervorrichtung 28 aktiviert, so wird mit zunehmendem Stellweg s die Warmluft- Einströmöffnung 21 kontinuierlich geschlossen und die Kaltluft-Einströmöffnung 22 kontinuierlich aufgesteuert. Bei der Betriebsart "maximales Kühlen" (Stellweg s2) ist die Warmluft-Einströmöffnung 21 vollständig geschlossen und die Kaltluft-Einströmöffnung 22 maximal geöffnet. Die Heizungs- oder Klimaanlage befindet sich jetzt in der Betriebsart "maximales Kühlen". Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Warmluft-Einströmöffnung 21 bereits nach Zurücklegen des Stellwegs s1 geschlossen, also bei einem Stellweg, an dem die Kaltluft-Einströmöffnung 22 noch nicht vollständig geöffnet ist. Im Stellbereich zwischen s1 und s2 schließt die Steuervorrichtung 28 das Absperrventil 16 im Kühlwasserzulauf 14 des Wärmetauschers 13. Hat die Steuervorrichtung 28 ihren Stellweg s2 erreicht, so schließt sich daran noch eine Nachlaufphase an, in der die Steuervorrichtung 28 den Stellweg s zurücklegt. In dieser Nachlaufphase wird die Warmluft-Einströmöffnung 21 wieder vollständig aufgesteuert. Diesen Zustand erreicht die Warmluft-Einströmöffnung 21 beim Stellweg s3. Das erneute Aufsteuern der Warmluft- Einströmöffnung 21 hat den Vorteil, daß in der Betriebsart "maximales Kühlen" der Heizungs- oder Klimaanlage, in der zum schnellen Kühlen ein maximaler Luftdurchsatz gewünscht wird, die Warmluft-Einströmöffnung 21 hinter dem abgeschalteten Wärmetauscher 13 zusätzlich als Lufteinströmöffnung zur Verfügung steht und damit der Strömungswiderstand im Klimakasten 10 herabgesetzt wird. Durch diesen im Kühlbetrieb sehr großen Querschnitt zum Belüften des Fahrzeugs über die beiden Luftmischkammern 17, 18 wird ein geringer Strömungswiderstand des Klimakastens erzielt, was einerseits eine geringere Geräuschentwicklung mit sich bringt und andererseits eine kleinere Drehzahl am Gebläse ermöglicht.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 weist die Steuervorrichtung 28 eine von einem elektrischen Motor 29 angetriebene Steuerscheibe 30 auf, die eine Steuerkurve 31 trägt. An die Steuerkurve 31 sind Betätigungshebel angekoppelt, von denen der Betätigungshebel 32 an dem Schließglied 23 für die Warmluft-Einströmöffnung 21, der Betätigungshebel 33 an dem Schließglied 24 für die Kaltluft-Einströmöffnung 22 und der Betätigungshebel 34 an dem Schieber des Absperrventils 16 angreift. Die Steuerkurve 31 ist so ausgebildet, daß beim Drehen der Steuerscheibe 30 über die Betätigungshebel 32-34 die Schließglieder 23, 24 und das Absperrventil 16 so betätigt werden, wie es vorstehend in Verbindung mit dem Steuerdiagramm in Fig. 2 beschrieben worden ist. Die Steuerkurve 31 ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 als Steuernut ausgebildet, in die die Betätigungshebel 32-34 mit Steuerstiften eingreifen. Die Steuerkurve 31 kann aber auch als Kurvenbahn ausgebildet sein, an der die Enden der Betätigungshebel 32-34 kraftschlüssig anliegen.

Bei dem in Fig. 3 ausschnittweise in Draufsicht geschnitten dargestellten Klimakasten 10 gemäß einem modifizierten Ausführungsbeispiel der Heizungs- oder Klimaanlage werden die Warmluft-Einströmöffnung 21 und die Kaltluft-Einströmöffnung 22 der Luftmischkammer 17 bzw. 18 von einem einzigen, hier als Luftklappe 35 ausgebildeten Schließglied gesteuert. Die Luftklappe 35 ist um eine längs der Hinterkante des Wärmetauschers 13 sich erstreckende, im Klimakasten 10 festgelegte Schwenkachse 36 schwenkbar ausgebildet. Die Anordnung der Einströmöffnungen 21, 22 ist so auf den Schwenkbereich der Luftklappe 35 abgestimmt, daß die Luftklappe 35 in ihrer einen Schwenkendstellung (in Fig. 3 ausgezogen dargestellt) die Kaltluft-Einströmöffnung 22 und in ihrer anderen Schwenkendstellung (in Fig. 3 strichpunktiert dargestellt) die Warmluft-Einströmöffnung 21 jeweils vollständig verschließt. Außerdem weist die Luftklappe 35 noch eine zwischen den beiden Schwenkendstellungen liegende Mittenstellung auf (in Fig. 3 strichliniert dargestellt), in welcher sie beide Einströmöffnungen 21,22 maximal freigibt. Die Luftklappe 35 ist in gleicher Weise an die Steuervorrichtung 28 angekoppelt, die die Luftklappe 35 in Verbindung mit dem Absperrventil 16 im Kühlwasserzulauf 14 des Wärmetauschers 13 gemäß dem Steuerdiagramm in Fig. 2 in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben steuert.

Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Steuervorrichtung 28 können sowohl für die Schließglieder 23, 24 als auch für den Schieber des Absperrventils 16 elektrische Stellmotoren vorgesehen werden, die über elektrische Signalleitungen von einer elektronischen Steuereinheit in der beschriebenen Weise gesteuert werden.

Claims

1. Heizungs- oder Klimaanlage für Fahrzeuge mit einem von einem Heizmedium durchflossenen Wärmetauscher, der in einem luftdurchströmbaren Luftkanal angeordnet ist, mit mindestens einer Luftmischkammer, die eine Einströmöffnung für den Wärmetauscher durchströmende Luft (Warmluft-Einströmöffnung) und eine Einströmöffnung für den Wärmetauscher umströmende Luft (Kaltluft-Einströmöffnung) aufweist, mit mindestens einem die Öffnungsquerschnitte der Einströmöffnungen der Luftmischkammern steuernden Schließglied, mit einem im Zu- oder Abfluß des Heizmediums zum oder vom Wärmetauscher angeordneten Absperrventil und mit einer Steuervorrichtung zum Betätigen von Schließglied und Absperrventil, die mit Absperren der Warmlufteinströmöffnung das Absperrventil schließt, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Schließglied (23) gesteuerte Warmluft- Einströmöffnung hinter dem Wärmetauscher (13) angeordnet und die Steuervorrichtung (28) so ausgelegt ist, daß sie das Schließglied (23) nach dem Schließen des Absperrventils (16) in eine die Warmluft-Einströmöffnung (21) vollständig freigebende Offenstellung überführt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied als eine um eine Schwenkachse (36) schwenkbare Luftklappe (35) ausgebildet und die Anordnung der Einströmöffnungen (21, 22) in der Luftmischkammer (18) so getroffen ist, daß die Luftklappe (35) in einer von zwei Schwenkendstellungen wechselweise eine der Einströmöffnungen (21, 22) vollständig absperrt und in einer zwischen den Schwenkendstellungen liegenden Schwenkposition beide Einströmöffnungen (21, 22) maximal freigibt (Fig. 3).

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine getrennte Belüftung einer linken und rechten Klimazone im Fahrzeug zwei Luftmischkammern (17, 18) mit je zwei Einströmöffnungen (21, 22) und je einer die Einströmöffnung steuernden Luftklappe (36) vorgesehen sind.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einströmöffnung (21, 22) ein eigenständiges Schließglied (23,24) zugeordnet ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für eine getrennte Belüftung einer linken und rechten Klimazone im Fahrzeug zwei Luftmischkammern (17, 18) mit je zwei Einströmöffnungen (21, 22) und je zwei die beiden Einströmöffnungen (21, 22) steuernden Schließgliedern (23, 24) vorgesehen sind.

6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmlufteinströmöffnungen (21) unmittelbar an der Luftaustrittsfläche (131) des Wärmetauschers (13) abgegriffen und die die Warmluft-Einströmöffnung (21) steuernden Schließglieder (23) jeweils als ein Jalousieverschluß (25) mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten, schwenkbaren Verschlußlamellen ausgebildet sind, die in ihrer Vielzahl die Einströmöffnung (21) zu überdecken vermögen.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kaltluft-Einströmöffnungen (22) steuernden Schließglieder (24) als schwenkbare Luftklappen (26) ausgebildet sind.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Absperrventil (16) und jedem Schließglied (23, 24) ein elektrischer Stellmotor für dessen Betätigung zugeordnet ist, und daß die Stellmotoren an der Steuervorrichtung angeschlossen sind.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (28) eine von einem Motor (29) getriebene Steuerscheibe (30) aufweist und daß jeweils ein Betätigungshebel (34) für das Absperrventil (16) und ein Betätigungshebel (32, 33) für jedes Schließglied (23, 24) an einer auf der Steuerscheibe (30) ausgebildeten Steuerkurve (31) angekoppelt sind.