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Klimaautomatik Beschreibung und Funktion

Die Beschreibung und der Betrieb des Systems für Lufttemperatur und Luftzufuhr sind in acht Bereiche unterteilt:

Bedienelemente Heizung/Lüftung/Klima

Die HLK-Bedienelemente enthalten alle Schalter zur Bedienung der Funktionen des HLK und dient als Schnittstelle zwischen dem Bediener und dem HLK-Steuergerät. Die ausgewählten Werte werden über LIN-Datenbus an das HLK-Steuergerät übergeben.

Steuergerät Heizung/Lüftung/Klima

Das HLK-Steuergerät ist ein GMLAN-Gerät, das als Schnittstelle zwischen dem Bediener und dem HLK-System dient, um die gewünschte Lufttemperatur und -verteilung entsprechend der Einstellungen aufrecht zu erhalten und zu steuern. Der Batterieplusspannungsstromkreis liefert die Spannung, mit der das HLK-Steuergerät den Dauerspeicher versorgt. Wenn der Batterieplusspannungsstromkreis stromlos wird, gehen alle HLK-Fehlercodes und die Einstellungen im Dauerspeicher verloren. Das Steuergerät Karosserie (BCM), welches die Hauptsteuereinheit für die Stromversorgung ist, liefert ein Signal, Gerät EIN. Das HLK-Steuergerät liefert die Einstellungen für das Gebläse, den Luftverteilungsmodus und die Lufttemperatur.

Das HLK-Steuergerät unterstützt die folgenden Funktionen:

Stellglied Modus

Das Modus-Stellglied ist ein Schrittmotor mit 5 Anschlüssen. Das HLK-Steuergerät versorgt den Schrittmotor mit einer 12 V-Referenzspannung und energetisiert die 4 Schrittmotorspulen mit einem gepulsten Massesignal. Zum Erreichen der gewählten Position bewegt der Schrittmotor die Modusklappe in die berechnete Position. Der Nullpunkt des Schrittmotors wird kalibriert, wenn der Motor neu ist. Wenn der Schrittmotor kalibriert ist, kann das HLK-Steuergerät die betreffende Spule ansteuern, damit die gewünschte Position der Klappe exakt erreicht wird.

Lufttemperatur-Stellglied

Das Lufttemperatur-Stellglied ist ein Schrittmotor mit 5 Anschlüssen. Das HLK-Steuergerät versorgt den Schrittmotor mit einer 12 V-Referenzspannung und energetisiert die 4 Schrittmotorspulen mit einem gepulsten Massesignal. Zum Erreichen der gewählten Temperatur bewegt der Schrittmotor die Mischluftklappe in die berechnete Position. Der Nullpunkt des Schrittmotors wird kalibriert, wenn der Motor neu ist. Wenn der Schrittmotor kalibriert ist, kann das HLK-Steuergerät die betreffende Spule ansteuern, damit die gewünschte Position der Klappe exakt erreicht wird.

Stellglied Umluft

Das Umluft-Stellglied ist ein Schrittmotor mit 5 Anschlüssen. Das HLK-Steuergerät versorgt den Schrittmotor mit einer 12 V-Referenzspannung und energetisiert die 4 Schrittmotorspulen mit einem gepulsten Massesignal. Zum Erreichen der gewählten Position bewegt der Schrittmotor die Umluftklappe in die berechnete Position. Der Nullpunkt des Schrittmotors wird kalibriert, wenn der Motor neu ist. Wenn der Schrittmotor kalibriert ist, kann das HLK-Steuergerät die betreffende Spule ansteuern, damit die gewünschte Position der Klappe exakt erreicht wird.

Steuergerät Gebläsemotor

Das Gebläsemotorsteuergerät regelt die Drehzahl des Gebläsemotors, indem er den Spannungsabfall auf der Masseseite des Gebläsemotors erhöht bzw. verringert. Das HLK-Steuergerät liefert über den Steuerstromkreis Gebläsemotordrehzahl auf der Niederspannungsseite ein pulsweitenmoduliertes Signal an das Steuergerät des Gebläsemotors. Wenn die angeforderte Gebläsedrehzahl steigt, vergrößert das HLK-Steuergerät die Zeitspanne, in der das Drehzahlsignal gegen Masse moduliert wird. Wenn die angeforderte Gebläsedrehzahl sinkt, verringert das HLK-Steuergerät die Zeitspanne, in der das Signal gegen Masse moduliert wird.

Luftqualität Sensor

Das HLK-Steuergerät erkennt mit Hilfe eines Luftgütesensors Abgase. Bei dem Luftgütesensor handelt es sich um einen dreiadrigen Sensor mit Zündspannungs-, Masse- und Signalstromkreis. Das HLK-Steuergerät bewertet die Daten vom Luftgütesensor und schließt bei gedrücktem Schalter, Luftgütesensor die Umluftklappe sobald die Schadstoffkonzentration einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Luftkanal-Temperatursensoren

Bei den Lufttemperatursensoren handelt es sich um zweiadrige Negativtemperaturkoeffizient-Thermistoren. Die Sensoren arbeiten im Temperaturbereich von -40 bis +85 °C (-40 bis +185 °F). Die Sensoren sind in den Luftverteilungskanälen installiert und messen die Temperatur der aus den Kanälen strömenden Luft. Das HLK-Steuergerät verwendet diese Werte zur Berechnung der Stellung der Luftmischlappe.

Verdampfertemperatursensor

Beim Lufttemperatursensor handelt es sich um einen zweiadrigen Negativtemperaturkoeffizient-Thermistor. Der Sensor arbeitet im Temperaturbereich von -40 bis +85 °C (-40 bis +185 °F). Der Sensor ist an den Verdampfer angebaut und misst dessen Temperatur. Wenn die Temperatur unter 3 °C (38 °F) sinkt, wird der Kompressor abgeschaltet, um ein Einfrieren des Verdampfers zu verhindern.

Sensor Kältemitteldruck, Klimaanlage

Der A/C-Kältemitteldrucksensor ist ein piezoelektrischer Druckwandler mit 3 Anschlüssen. Ein 5-Volt-Bezugsspannungs-, ein Tiefpegelreferenz- und ein Signalstromkreis ermöglichen dem Sensor den Betrieb. Das A/C-Drucksignal kann zwischen 0,2 und 4,8 Volt liegen. Wenn der A/C-Kältemitteldruck niedrig ist, liegt der Wert der Signalspannung nahe bei 0 Volt. Wenn der A/C-Kältemitteldruck hoch ist, liegt der Wert der Signalspannung nahe bei 5 Volt. Das Steuergerät Motor (ECM) wandelt die Signalspannung in einen Druckwert um. Ist der Druck zu hoch oder zu niedrig, lässt das Steuergerät Motor (ECM) das Einrücken der Klimakompressorkupplung nicht zu.

Klimakompressor

Der Klimakompressor ist riemengetrieben und funktioniert, wenn die Magnetkupplung eingerückt ist. Wenn der A/C-Schalter gedrückt wird, sendet das HLK-Steuergerät eine A/C-Anfrage über den CAN-Datenbus an das ECM. Dadurch legt das ECM Masse an den Steuerstromkreis des Klimakompressorkupplungsrelais, das dadurch erregt wird. Sind die Relaiskontakte geschlossen, wird die Klimakompressorkupplung mit Batteriespannung versorgt. Die Klimakompressorkupplung wird aktiviert.

Sensor Windschutzscheibentemperatur und Innenfeuchtigkeit

Der Sensor für Windschutzscheibentemperatur und Innenfeuchtigkeit beinhaltet den Sensor für relative Luftfeuchtigkeit, den Windschutzscheibentemperatursensor und einen Temperatursensor am Feuchtigkeitsmesselement.

Diese Sensorgruppe liefert Informationen über:

Der Sensor für die relative Luftfeuchtigkeit misst die relative Luftfeuchtigkeit auf der Fahrgastraumseite der Windschutzscheibe. Er erfasst außerdem die Temperatur der Windschutzscheibenfläche auf der Fahrgastraumseite. Beide Werte dienen als Steuerungseingangssignale für das HLK-Steuergerät zur Berechnung des Beschlagrisikos auf der Fahrgastraumseite der Windschutzscheibe und zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs durch Verringern der Klimakompressorleistung auf ein Minimum, ohne dass Beschlag entsteht. Der Sensor ermöglicht ebenfalls den teilweisen Umluftbetrieb zur Verbesserung des Aufheizens des Fahrgastraums bei kalter Witterung, ohne dass die Windschutzscheibe beschlägt. Der Temperatursensor des Feuchtigkeitssensorelements liefert die Temperatur des Feuchtigkeitssensorelements. Er wird nur benötigt, wenn der thermische Kontakt zwischen dem Feuchtigkeitssensorelement und der Windschutzscheibeninnenfläche unzureichend ist.

Sensor Umgebungshelligkeit/Sonneneinstrahlung

Der Sonneneinstrahlungssensor und der Fahrgastraumtemperatursensor sind in den Umgebungslicht-/Sonneneinstrahlungssensor integriert.

Diese Sensorgruppe liefert Informationen über:

Der Sonneneinstrahlungssensor ist über das HLK-Steuergerät an Masse und an eine stabilisiere 5-Volt-Stromversorgung angeschlossen. Mit zunehmender Sonneneinstrahlung steigt auch die Signalspannung des Sensors und umgekehrt. Das Signal variiert zwischen 1,4 und 4,5 Volt und liegt am HLK-Steuergerät an.

Der Fahrgastraumtemperatursensor ist ein Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten. Die Funktion solcher Sensoren wird durch ein Signal und einen Tiefpegel-Referenzstromkreis ermöglicht. Mit steigender Lufttemperatur nimmt der Sensorwiderstand ab. Das Sensorsignal ändert sich von 0 bis 5 Volt.

Durch starke Helligkeit erhöht sich Temperatur im Fahrzeuginnenraum. Das HLK-System kompensiert den Temperaturanstieg, indem zusätzliche Kaltluft in das Fahrzeug geführt wird.

Der Bedienschalter des Gebläses ist Bestandteil der HLK-Bedienelemente. Der durch die Position des Gebläseschalters gewählte Wert wird über den LIN-Datenbus an das HLK-Steuergerät gesendet.

Das Steuergerät des Gebläsemotors ist eine Schnittstelle zwischen dem HLK-Steuergerät und dem Gebläsemotor. Das Gebläsemotor-Steuergerät regelt die Stromversorgungs- und Massestromkreise zum Gebläsemotor. Das HLK-Steuergerät liefert dem Gebläsemotor-Steuergerät ein PWM-Signal zur Regelung der gewünschten Gebläsemotordrehzahl. Das Gebläsemotor-Steuergerät versorgt den Gebläsemotor mit Batteriespannung und verwendet den Masseanschluss des Gebläsemotors zur Niederpegelsteuerung der Gebläsemotordrehzahl. Die Spannung bewegt sich im Bereich von 2 - 13 V und ändert sich linear zur Höhe des PWM-Signals.

Das HLK-Steuergerät regelt die Luftverteilung durch das Umluft- und Modus-Stellglied. Folgende Modi können gewählt werden:

Der gewünschte Luftverteilungsmodus kann mit den Schaltern für die Luftverteilung am HLK-Bedienteil gewählt werden. Das HLK-Bedienteil liefert die Werte über den LIN-Datenbus an das HLK-Steuergerät. Das HLK-Steuergerät regelt das Luftverteilungs-Stellglied, dass seinerseits die Klappe in die berechnete Position dreht. Je nach Stellung der Klappe wird die Luft über verschiedene Kanäle zu den Auslässen am Armaturenbrett verteilt. Durch Drehen der Modusklappe in die Stellung Entfrosten bewegt das HLK-Steuergerät das Umluftstellglied in die Position Außenluft, und reduziert so das Beschlagen der Scheibe. Bei der Wahl von Entfrosten, wird unabhängig von der Kühlmitteltemperatur der Gebläsemotor aktiviert. Das HLK-Steuergerät liefert ein großes Luftvolumen zu den vorderen Entfrosterdüsen. A/C ist in allen Modi verfügbar.

Die Heckscheibenheizung hat keinen Einfluss auf das HLK-System.

Die Heizungs- und Klimaanlage (A/C) liefert erwärmte und gekühlte Luft in den Fahrzeuginnenraum. Das A/C-System entfernt auch Feuchtigkeit aus dem Fahrzeuginneren und reduziert das Beschlagen der Windschutzscheibe. Unabhängig von der Temperatureinstellung kann die Geschwindigkeit, mit welcher das HLK-System die gewünschte Temperatur erreichen kann, durch folgende Faktoren beeinflusst werden:

Durch Drücken des Schalters A/C oder AUTO erhält das HLK-Steuergerät die Freigabe, das Einrücken des Klimakompressors anzufordern und die LED im Schalter A/C bzw. AUTO (beim Drücken des Schalters AUTO) einzuschalten. Das HLK-Steuergerät sendet eine Meldung an das Steuergerät Motor (ECM) zum Einrücken des Klimakompressors. Das ECM liefert ein Massesignal an das Klimakompressorrelais, das erregt wird und über seinen internen Kontakt Batteriespannung an die Spule der Klimakompressorkupplung legt. Die Diode des Klimakompressors verhindert, dass eine Spannungsspitze, die beim Zusammenbrechen des Magnetfelds in der Spule entsteht, beim Ausrücken des Kompressors in die Fahrzeugelektrik gelangt.

Zur Aktivierung des Klimakompressors müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

Das ECM verwendet die Sensor-Informationen zur Bestimmung von:

Die Luftströme durch den Heizkörper sowie den Verdampferkörper in den Fahrgastraum. Das Lufttemperatur-Stellglied steuert die Mischluftklappe, um den Luftstrom auszulösen. Wenn die Temperatur im Innenraum erhöht werden soll, wird die Mischluftklappe in eine Stellung gebracht, in der mehr Luft durch den Heizkörper strömt. Wenn die Temperatur im Innenraum gesenkt werden soll, wird die Mischluftklappe in eine Stellung gebracht, in der mehr Luft durch den Verdampferkörper strömt.

Der Umluftschalter des Gebläses ist Bestandteil der HLK-Bedienelemente. Die gewählte Stellung des Umluftschalters wird über den LIN-Datenbus an das HLK-Steuergerät gesendet. Das HLK-Steuergerät regelt den Lufteinlass über das Umluft-Stellglied. Der Umluftschalter schließt die Umluftklappe, damit die Luft innerhalb des Fahrzeugs zirkuliert. Bei erneutem Drücken des Umluftschalters wird die Umluftklappe wieder geöffnet, um Außenluft in das Fahrzeug zu leiten.

Umluftbetrieb ist nur möglich, wenn der Entfrostermodus nicht aktiviert wurde. Wurde der Entfrostermodus aktiviert, öffnet das Umluft-Stellglied die Umluftklappe und leitet Außenluft zur Windschutzscheibe, um das Beschlagen zu verringern.

Das HLK-Steuergerät bewertet die Daten vom Luftgütesensor und schließt bei gedrücktem Schalter, Luftgütesensor die Umluftklappe sobald die Schadstoffkonzentration einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Im Automatikbetrieb werden die Werte des Sensors für Windschutzscheibentemperatur und Innenluftfeuchtigkeit als Steuerungseingangssignale vom HLK-Steuergerät zur Berechnung des Beschlagrisikos auf der Fahrgastraumseite der Windschutzscheibe eingesetzt. Klimakompressor und Entfrostermodus werden aktiviert, um Beschlag auf der Fahrgastraumseite der Windschutzscheibe zu verhindern oder zu entfernen.

Im Automatikbetrieb behält das HLK-Steuergerät den Komfortpegel im Fahrzeuginneren dadurch bei, dass die Klimakompressorkupplung, der Gebläsemotor, die Lufttemperatur-Stellglieder, das Modus-Stellglied und das Umluft-Stellglied geregelt werden.

Damit das HLK-System in den Automatikmodus gebracht werden kann, müssen folgende Punkte erfüllt sein:

1. Der Schalter AUTO muss aktiviert sein.
2. Der Lufttemperaturschalter muss sich in einer von 'ganz warm' bzw. 'ganz kalt' verschiedenen Stellung befinden.

Sobald die gewünschte Temperatur erreicht ist, werden der Gebläsemotor, die Stellglieder für Modus, Umluft und Temperatur automatisch justiert, um die gewählte Temperatur beizubehalten. Das HLK-Steuergerät führt folgende Funktionen aus, um die gewünschte Lufttemperatur beizubehalten:

Wenn die wärmste Stellung gewählt wurde, steigt im automatischen Betrieb die Gebläsedrehzahl allmählich an, bis das Fahrzeug normale Betriebstemperatur erreicht. Wenn die normale Betriebstemperatur erreicht ist, bleibt der Gebläsemotor auf hoher Drehzahl und die Lufttemperatur-Stellglieder bleiben in der Stellung maximaler Wärme.

Wenn die Stellung maximaler Kühlung gewählt wurde, bleibt der Gebläsemotor auf hoher Drehzahl und die Lufttemperatur-Stellglieder bleiben in der Stellung maximaler Kühlung. Das Modus-Stellglied bleibt in Position Armaturenbrett und das Umluft-Stellglied bleibt in Position Umluft.

Bei kalten Umgebungstemperaturen liefert das HLK-System auf die wirksamste Art und Weise Wärme. Der Benutzer kann zwar eine extreme Temperatureinstellung wählen, das System erwärmt das Fahrzeug deswegen jedoch nicht schneller. Bei warmen Umgebungstemperaturen setzt das automatische HLK-System auch auf wirksamste Art und Weise die Klimaanlage ein. Durch Einstellen einer extrem niedrigen Temperatur kühlt das Fahrzeug jedoch nicht schneller ab.

Das HLK-Steuergerät bewertet die Daten vom Luftgütesensor und schließt bei gedrücktem Schalter, Luftgütesensor die Umluftklappe sobald die Schadstoffkonzentration einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Im Automatikmodus werden die Werte der Sensoren für Windschutzscheibentemperatur und Innenluftfeuchtigkeit vom HLK-Steuergerät als Eingangssignale zur Berechnung des Beschlagrisikos an der Fahrgastraumseite der Windschutzscheibe sowie zur Abschätzung der Möglichkeit verwendet, den Kraftstoffverbrauch durch Reduzieren der Klimakompressorleistung zu verringern, ohne dass sich Beschlag bildet. Klimakompressor und Entfrostermodus werden aktiviert, um Beschlag auf der Fahrgastraumseite der Windschutzscheibe zu verhindern oder zu entfernen. Der Sensor ermöglicht ebenfalls den teilweisen Umluftbetrieb zur Verbesserung des Aufheizens des Fahrgastraums bei kalter Witterung, ohne dass die Windschutzscheibe beschlägt.

Das Motorkühlmittel ist das wichtigste Element des Heizungssystems. Der Thermostat regelt die normale Betriebstemperatur des Motorkühlmittels. Der Thermostat bildet auch eine Verengung innerhalb des Kühlsystems, die einen positiven Kühlmittelfluss fördert und Kavitationen verhindern hilft.

Das Kühlmittel gelangt unter Druck über den Einlassschlauch der Heizung in den Heizungswärmetauscher. Der Heizungswärmetauscher befindet sich innerhalb des HLK-Moduls. Die Umgebungsluft, die durch das HLK-Modul geführt wird, nimmt die Wärme des Kühlmittels auf, dass durch den Heizungswärmetauscher fließt. Die erwärmte Luft wird über das HLK-Modul zum Komfort der Fahrgäste in den Fahrgastraum verteilt. Durch Öffnen bzw. Schließen der Temperaturklappen wird die an den Fahrgastraum abgegebene Wärmemenge kontrolliert. Das Kühlmittel verlässt über den Auslassschlauch der Heizung den Heizungswärmetauscher und fließt zurück in das Motorkühlsystem.

Das Schlüsselelement einer Klimaanlage ist das Kältemittel. Derzeit ist R-134a das einzige Kältemittel, dass von den Behörden für den Gebrauch in Fahrzeugen zugelassen ist. R-134a ist bereits bei niedrigen Temperaturen gasförmig und kann die ungewünschte Wärme und Feuchtigkeit aus dem Fahrgastraum ins Freie transportieren.

Der Kompressor verdichtet das gasförmige Kältemittel. Durch das Verdichten wird das Kältemittel erhitzt. Das Kältemittel gelangt über die Auslassleitung aus dem Kompressor und wird durch den Kondensator sowie anschließend durch die Komponenten der Klimaanlage geführt. Die Klimaanlage ist mechanisch durch ein Überdruckventil geschützt. Wenn der Kältemitteldrucksensor ausfällt oder das Kältemittelsystem verstopft und der Kältemitteldruck weiter ansteigt, öffnet das Überdruckventil und lässt Kältemittel aus der Anlage.

Das verdichtete Kältemittel gelangt unter hoher Temperatur und mit hohem Druck gasförmig in den Kondensator. Beim Durchfließen des Kondensators wird die Wärme des Kältemittels an die durch den Kondensator fließende Umgebungsluft abgegeben. Durch das Abkühlen kondensiert das Kältemittel und es ändert sein Zustand von gasförmig zu flüssig.

Um einen maximalen Wärmeaustausch zu erhalten, befindet sich der Kondensator vor dem Kühler. Der Kondensator besteht aus Aluminiumleitungen und Kühlrippen aus Aluminium, die für eine schnelle Wärmeabgabe des Kältemittels sorgen. Das halbgekühlte Flüssigkältemittel tritt aus dem Verflüssiger aus und fließt zum Trocknereinsatz (R/D).

Der R/D enthält auch Trockenmittel, das eventuell im Kühlsystem befindliche Feuchtigkeit absorbiert. Der R/D fungiert auch als Speicherbehältnis, um sicherzustellen, dass ein gleichbleibender Flüssigkeitsstrom zum thermischen Expansionsventil gelangt. Das Kältemittel verlässt den R/D und fließt durch die Flüssigkeitsleitung thermischen Expansionsventil.

Das thermische Expansionsventil befindet sich an der Vorderseite des Armaturenbrettes und ist an den Verdampferein- und -auslassrohren befestigt. Das thermische Expansionsventil bildet die Trennstelle zwischen der Hoch- und der Niederdruckseite der Klimaanlage. Beim Durchlaufen des thermischen Expansionsventils wird der Druck des Kältemittels verringert. Das thermische Expansionsventil dosiert auch die Menge des flüssigen Kältemittels, das zum Verdampfer fließen kann.

Das aus dem thermischen Expansionsventil kommende Kältemittel fließt unter Niederdruck im flüssigen Zustand in den Verdampfer. Umgebungsluft wird durch das HLK-Modul geführt und passiert den Wärmetauscher des Verdampfers. Durch die feuchtwarme Luft wird das flüssige Kältemittel im Inneren des Verdampfers zum Sieden gebracht. Um Sieden zu können, nimmt das Kältemittel Wärme aus der Umgebungsluft auf, die Feuchtigkeit schlägt sich am Verdampfer nieder. Das Kältemittel verlässt den Verdampfer gasförmig über die Ansaugleitung zurück zum Klimakompressor und vervollständigt so den Klimaanlagenzyklus zum Abführen der Wärme. Im Klimakompressor wird das Kältemittel wieder verdichtet und der Zyklus zum Abführen der Wärme beginnt erneut.

Die klimatisierte Luft wird über das HLK-Modul zum Komfort der Fahrgäste verteilt. Wärme und Luftfeuchtigkeit, die aus dem Fahrgastraum abgeführt werden, gelangen so ins Freie bzw. werden kondensiert und als Wasser aus dem HLK-Modul abgelassen.