Klimaautomatik Beschreibung und Funktion
Die Beschreibung und der Betrieb des Systems für Lufttemperatur und Luftzufuhr sind in acht Bereiche unterteilt:
• | Bauteile der HLK-Bedienung |
• | Betrieb der Heizungs- und Klimaanlage (A/C) |
Bauteile der HLK-Bedienung
HLK-Bedienung
Die HLK-Steuerung umfasst alle Schalter, die zur Steuerung der HLK-Funktionen erforderlich sind. Bei der HLK-Steuerung handelt es sich um ein LIN-Gerät, das als Schnittstelle zwischen Fahrer und HLK-System fungiert, um die gewünschten Lufttemperatur-, Umluft- und Luftverteilungseinstellungen beizubehalten und zu regeln. Die HLK-Steuerung ermöglicht Gebläse-, Luftzufuhrmodus-, Umluft- und Lufttemperatureinstellungen. Um "°C" zu "°F" bzw. "°F" zu "°C" für die Temperaturanzeige zu ändern, das folgende Verfahren durchführen.
• | Während die AUTO-Schalttaste am Gebläsesteuerknopf gedrückt gehalten wird, den MODUS-Schaltknopf innerhalb von 3 Sekunden mehr als 3 Rastungen/Klickgeräusche in eine beliebige Richtung drehen. |
Modusventil-Stellglied
Das Modusventil-Stellglied ist ein dreiadriger Schrittmotor. Die HLK-Steuerung versorgt den Schrittmotor mit einer 12 V-Referenzspannung und speist die Schrittmotorspulen mit einem gepulsten Massesignal. Zum Erreichen der gewählten Position bewegt der Schrittmotor die Modusklappe in die berechnete Position. Schrittmotoren werden zur Luftverteilungsregelung verwendet. Mit den entsprechenden Schaltern an der HLK-Steuerung kann die gewünschte Stellung der Luftverteilungsklappe eingestellt werden. Die ausgewählten Werte werden über den LIN-Datenbus an die HLK-Steuerung übermittelt.
Stellmotor Mischluftklappe
Das Temperaturventil-Stellglied ist ein dreiadriger Schrittmotor. Die HLK-Steuerung versorgt den Schrittmotor mit einer 12 V-Referenzspannung und speist die Schrittmotorspulen mit einem gepulsten Massesignal. Zum Erreichen der gewählten Temperatur bewegt der Schrittmotor die Mischluftklappe in die berechnete Position. Schrittmotoren werden zur Temperaturregelung verwendet. Mit den entsprechenden Schaltern an der HLK-Steuerung kann die gewünschte Stellung der Lufttemperaturklappe eingestellt werden. Die ausgewählten Werte werden über den LIN-Datenbus an die HLK-Steuerung übermittelt.
Stellmotor Lufteinlass
Das Lufteinlassventil-Stellglied ist ein dreiadriger Schrittmotor. Die HLK-Steuerung versorgt den Schrittmotor mit einer 12 V-Referenzspannung und speist die Schrittmotorspulen mit einem gepulsten Massesignal. Zum Erreichen der gewählten Position bewegt der Schrittmotor die Umluftklappe in die berechnete Position. Schrittmotoren werden zur Umluftklappenregelung verwendet. Mit den entsprechenden Schaltern an der HLK-Steuerung kann die gewünschte Stellung der Umluftklappe eingestellt werden. Die ausgewählten Werte werden über den LIN-Datenbus an die HLK-Steuerung übermittelt.
Steuergerät Gebläsemotor
Der Prozessor der Gebläsemotorsteuerung regelt die Drehzahl des Gebläsemotors, indem er den Spannungsabfall auf der Masseseite des Gebläsemotors erhöht bzw. verringert. Die HLK-Steuerung liefert über den Steuerstromkreis Gebläsemotordrehzahl auf der Niederspannungsseite ein pulsweitenmoduliertes Signal an das Steuergerät des Gebläsemotors. Wenn die angeforderte Gebläsedrehzahl steigt, vergrößert die HLK-Steuerung die Zeitspanne, in der das Drehzahlsignal gegen Masse moduliert wird. Wenn die angeforderte Gebläsedrehzahl sinkt, verringert die HLK-Steuerung die Zeitspanne, in der das Signal gegen Masse moduliert wird.
Verdampfertemperatursensor
Beim Lufttemperatursensor handelt es sich um einen zweiadrigen Negativtemperaturkoeffizient-Thermistor. Der Sensor ist an den Verdampfer angebaut und misst dessen Temperatur. Wenn die Temperatur unter 4 °C (39 °F) sinkt, wird der Kompressor abgeschaltet, um ein Einfrieren des Verdampfers zu verhindern.
Klimakompressor
Der Klimakompressor ist riemengetrieben und funktioniert, wenn die Magnetkupplung eingerückt ist. Wenn der A/C-Schalter gedrückt wird, sendet die HLK-Steuerung 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. Bei geschlossenen Relaiskontakten wird Batteriespannung an die Klimakompressorkupplung geliefert. Die Klimakompressorkupplung wird aktiviert.
Sensor Sonneneinstrahlung
Der Sonneneinstrahlungssensor ist eine zweiadrige Fotodiode. Tiefpegelreferenz- und Signalstromkreise ermöglichen die Funktion der Sensoren. Je stärker die Sonneneinstrahlung, desto schwächer ist das Sensorsignal. Das Sensorsignal liegt zwischen 0-5 V. Der Sonneneinstrahlungssensor liefert der HLK-Steuerung einen Messwert für die Sonneneinstrahlung im Fahrzeug.
Luftgeschwindigkeit
Der Bedienschalter des Gebläses ist Bestandteil des HLK-Bedienung. Der durch die Position des Gebläseschalters gewählte Wert wird über den LIN-Datenbus an die HLK-Steuerung gesendet.
Das Steuergerät des Gebläsemotors ist eine Schnittstelle zwischen der HLK-Steuerung und dem Gebläsemotor. Das Gebläsemotor-Steuergerät regelt die Stromversorgungs- und Massestromkreise zum Gebläsemotor. Die HLK-Steuerung 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.
Luftzufuhr
Das HLK-Steuergerät regelt die Luftverteilung durch das Lufteinlass- und Modusventil-Stellglied. Folgende Modi können gewählt werden:
Der gewünschte Luftverteilungsmodus kann mit den Schaltern für die Luftverteilung an der HLK-Bedienung gewählt werden. Die HLK-Steuerung steuert das Luftverteilungsstellglied, damit es die Klappe in die berechnete Stellung bewegt. 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 die HLK-Steuerung das Lufteinlassventil-Stellglied in die Position Außenluft, und reduziert so das Beschlagen der Scheibe. Bei der Wahl von Entfrosten, wird unabhängig von der Kühlmitteltemperatur der Gebläsemotor aktiviert. Die HLK-Steuerung liefert ein großes Luftvolumen zu den vorderen Entfrosterdüsen. A/C ist in allen Modi verfügbar.
Betrieb der Heizungs- und Klimaanlage (A/C)
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:
• | Einstellung des Lufteinlassventil-Stellglieds |
• | Unterschied zwischen Innentemperatur und gewünschter Temperatur |
• | Einstellung der Gebläsedrehzahl |
Durch Drücken des Klimaanlagenschalters oder AUTO-Schalters fordert die HLK-Steuerung das Einrücken des Klimakompressors an. Die HLK-Steuerung 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.
Zur Aktivierung des Klimakompressors müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:
• | Die Batteriespannung liegt zwischen 9 und 18 V |
• | Die Motorkühlmitteltemperatur liegt unter 112 °C (234 °F) |
• | Die Motordrehzahl ist niedriger als 5376 min-1 |
• | Motordrehzahl liegt über 768 min-1 |
• | Der Hochseiten-Druck der Klimaanlage liegt zwischen 3136-196 kPa (455-28 psi) |
• | Die Drosselklappenposition beträgt weniger als 100 Prozent |
• | Die Verdampfertemperatur ist höher als 4 °C (39 °F) |
• | Das ECM erkennt keine übermäßige Drehmomentbelastung |
• | Das ECM erkennt keine unzureichende Leerlaufqualität. |
Das ECM verwendet die Sensor-Informationen zur Bestimmung von:
• | Druck auf der A/C-Hochdruckseite |
• | Belastung des Motors durch das A/C-System |
• | Die Wärmebelastung des A/C-Kondensators |
Die Luftströme durch den Heizkörper sowie den Verdampferkörper in den Fahrgastraum. Das Temperaturventil-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.
Umluftbetrieb
Der Umluftschalter ist Bestandteil des HLK-Bedienung. Die gewählte Stellung des Umluftschalters wird über den LIN-Datenbus an die HLK-Steuerung gesendet. Die HLK-Steuerung regelt den Lufteinlass über das Lufteinlassventil-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 Lufteinlassventil-Stellglied die Umluftklappe und leitet Außenluft zur Windschutzscheibe, um das Beschlagen zu verringern.
Automatikbetrieb
Im Automatikbetrieb behält die HLK-Steuerung den Komfortpegel im Fahrzeuginneren dadurch bei, dass die Klimakompressorkupplung, der Gebläsemotor, das Lufttemperatur-Stellglied, das Modusventil-Stellglied und das Lufteinlassventil-Stellglied geregelt werden.
Um das HLK-System in den Automatikmodus zu schalten, muss der Autoschalter aktiviert sein.
Sobald die gewünschte Temperatur erreicht ist, werden der Gebläsemotor, die Modusventil-, Lufteinlassventil- und Temperaturventil-Stellglieder automatisch justiert, um die gewählte Temperatur beizubehalten. Das HLK-Steuerung führt folgende Funktionen aus, um die gewünschte Lufttemperatur beizubehalten:
• | Es überwacht die folgenden Sensoren: |
- | Umgebungslufttemperatur-Sensor |
- | Sonneneinstrahlungssensor |
• | Regulieren der Gebläsemotordrehzahl |
• | Lufttemperatur-Stellglied positionieren |
• | Modusventil-Stellglied positionieren. |
• | Lufteinlassventil-Stellglied positionieren |
Motorkühlmittel
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-Steuergeräts. Die Umgebungsluft, die durch das HLK-Steuergerät geführt wird, nimmt die Wärme des Kühlmittels auf, dass durch den Heizungswärmetauscher fließt. Die erwärmte Luft wird über das HLK-Steuergerät 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.
Klimaanlagenzyklus
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 ändert sich der Zustand des Kältemittels 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 teilgekühlte flüssige Kältemittel verlässt den Kondensator und fließt über die Flüssigkeitsleitung zum Düsenrohr.
Das Düsenrohr befindet sich in der Flüssigkeitsleitung zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer. Das Düsenrohr bildet die Trennstelle zwischen der Hoch- und der Niederdruckseite der Klimaanlage. Beim Durchlaufen des Düsenrohrs wird der Druck des Kältemittels verringert. Durch den Druckunterschied beginnt das flüssige Kältemittel am Düsenrohr zu verdampfen. Das Düsenrohr dosiert auch die Menge des flüssigen Kältemittels, das zum Verdampfer fließen kann.
Das aus dem Düsenrohr kommende Kältemittel fließt unter Niederdruck im flüssigen Zustand in den Verdampfer. Umgebungsluft wird durch das HLK-Steuergerät 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-Steuergerät 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-Steuergerät abgelassen.
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