Ventilatieregeling

Onderwerpen:

Algemeen
Ventilatieregeling
Temperatuurregeling
Kachelhuis
Interieurventilator
Voorschakelweerstand
Kachelhuis
Kachelradiateur en krachelkraan
Ventilatieschachten

Algemeen:
Het klimaat in de auto kan met de systemen van tegenwoordig optimaal worden aangepast. Wanneer het koud is, kan het interieur op verschillende manieren opgewarmd worden. Deze warmte is afkomstig van de warmte van de motor. Er wordt een zo constant mogelijk, aangename temperatuur aangehouden. Bij hoge buitenluchttemperaturen is het fijn wanneer er een koele luchttemperatuur het interieur ingeblazen wordt. Bij auto’s zonder airconditioning is dit de pure buitenlucht, maar bij de auto’s met airconditioning wordt deze buitenlucht eerst flink afgekoeld voordat het in het interieur geblazen wordt. Bij een te hoge temperatuur ontstaan aandachtsverlies, tragere reacties en vermoeidheid.
De airconditioning heeft ook invloed op de luchtvochtigheid in het interieur; deze neemt af. Bij een te hoge luchtvochtigheid kun je een benauwd en drukkend gevoel krijgen en bij een te lage luchtvochtigheid kun je een droge keel en droge ogen krijgen. Het meest prettige klimaat is in een temperatuur tussen de 20 en 23 graden, met een luchtvochtigheid tussen de 30 en 60% en uiteraard met gefilterde lucht d.m.v. een interieurfilter.

Ventilatieregeling:
Door variaties in de buitentemperatuur of in de snelheid van de auto, verandert de temperatuur in het interieur van de auto. Om de juiste temperatuur te handhaven moeten de kachel- en ventilatiestanden bij handmatige verwarming regelmatig worden versteld. Auto’s met automatische temperatuurregeling hebben dit probleem niet; deze past zelf de ventilatiesnelheid en temperatuur aan. De regelunit zorgt ervoor dat de ingestelde temperatuur wordt gehandhaafd. Wanneer er bijv. 20 graden Celsius ingesteld staat en het raam heeft in de tussentijd even opengestaan terwijl het buiten koud is, dan zullen de interieurtemperatuursensoren meten dat de temperatuur in het interieur gedaald is. De temperatuur van de verwarming zal stijgen (naar bijv. 24 graden) en de ventilatiesnelheid gaat omhoog. Zodra het interieur de temperatuur van 20 graden Celsius weer bereikt heeft, worden de ventilatorsnelheid en uitstroomtemperatuur weer omlaag gebracht.

Ook de zonnesensor op het dashboard heeft invloed op de snelheid van de interieurventilator. De lichtintensiteit wordt d.m.v. de ultraviolette straling in het zonlicht gemeten. Bij fel zonlicht zal de interieurventilator een grotere hoeveelheid koude lucht het interieur in blazen. De zonnesensor is te herkennen aan het bolletje dat zich meestal in het midden aan de bovenkant van het dashboard bevindt. De afbeelding toont een zonnesensor.

Temperatuurregeling:
De temperatuur in het interieur kan op twee manieren constant gehouden worden; namelijk door het gebruik van:

Mengluchtregeling: De koude en warme lucht worden door middel van kachelkleppen in het kachelhuis bij elkaar gemengd. De koude lucht is de buitenluchttemperatuur en de warme lucht is zo warm mogelijk (maximaal opgewarmd door de koelvloeistof). Door de klep van de warme lucht steeds iets verder open te zetten, wordt er steeds iets meer warme lucht bij de buitenlucht toegevoerd. Meer informatie over het kachelhuis wordt verderop op de pagina beschreven.
Vloeistofregeling: Door kachelkranen elektronisch aan te sturen, wordt de koelvloeistofstroming door de kachelradiateur verandert. De buitenlucht stroomt door de kachelradiateur heen. De lucht wordt hierdoor opgewarmd. De luchttemperatuur is dus afhankelijk van de koelvloeistoftemperatuur in de kachelradiateur. Meer informatie over de kachelradiateur wordt verderop op de pagina beschreven.
Verdamper: De verdamper is een onderdeel van het airconditioningssysteem en wordt op een aparte pagina beschreven. Door de warme buitenlucht door de koude verdamper heen te laten stromen, wordt deze lucht afgekoeld.
De interieurventilator zal de lucht door het kachelhuis, kachelradiateur en / of verdamper heen moeten blazen, om de lucht de gewenste temperatuur te geven en vervolgens het interieur in laten stromen.

Voertuigen die zijn uitgerust met een gescheiden klimaatsysteem, hebben een aangepast kachelhuis waardoor de uitstroomtemperaturen van links en rechts kunnen verschillen.
De volgende afbeelding toont een gescheiden klimaatregeling waarin de uitstroomtemperatuur aan de bestuurderszijde 21 graden Celsius bedraagt en aan de bijrijderszijde 23 graden.

Het is mogelijk dat de achterpassagiers ook één of twee eigen klimaatzone(s) hebben met een draaiknop of display om de temperatuur op twee extra zones in te stellen. In dat geval bevat het kachelhuis extra kanalen voor de mengluchtregeling.

Kachelhuis:
Hieronder staat het kachelhuis afgebeeld. De interieurventilator zit onder de kachelradiateur gemonteerd. De ventilatielucht komt aan de zijkant van de interieurventilator binnen en wordt aan de bovenkant door de kachelradiateur en de verdamper van de airconditioning heen geblazen. Het kachelhuis zit in het midden onder het dashboard en kan in principe alleen maar worden gedemonteerd als het complete dashboard is uitgebouwd.

In de afbeelding hierboven is een doorzichtig kachelhuis met daarin een aantal stappenmotoren te zien. De stappenmotoren sturen kleppen aan die de luchtstroming en de temperatuur van de lucht regelen. In de onderstaande afbeelding is de luchtstroming door een kachelhuis getoond met daarin de kleppen die door de stappenmotoren worden bediend.

De interieurventilator zuigt de buitenlucht via de aanzuigbuis naar binnen. Het uiteinde van deze aanzuigbuis bevindt zich veelal onder de motorkap, achter de parafan. De interieurventilator blaast de aangezogen lucht, indien de auto is uitgevoerd met airconditioning, door de verdamper. In de verdamper wordt het vocht en de warmte uit de buitenlucht onttrokken, waardoor er droge en afgekoelde lucht in de kachelradiateur terecht komt. Wanneer de airconditioning is uitgeschakeld, stroomt de lucht eveneens door de verdamper, maar zal echter niet aan een temperatuurs- en vochtverandering ondergaan.

De temperatuur van de kachelradiateur heeft invloed op de opwarming van de lucht; in het koelvloeistofcircuit zorgen kranen voor een aangepast debiet; een lagere koelvloeistofdoorstroming zal tot minder opwarming van de lucht zorgen. Vanuit de kachelradiateur komt de lucht aan bij tenminste drie luchtregelkleppen: één naar de voorruit, één naar de ventilatieroosters in het dashboard en één naar de voetenruimte. De stand van de klep bepaalt hoeveel lucht er naar de desbetreffende uitstroomopeningen wordt geblazen.

De bediening van de luchtregelkleppen, de temperatuurregelklep, de lucht bypassklep en de recirculatieklep kan handbediend zijn uitgevoerd. In dat geval is er een fysieke verbinding met een bowdenkabel tussen de regelschuiven of -knoppen op het dashboard en de kleppen. Tegenwoordig zien we bijna alleen maar elektronisch geregelde kleppen: een regelapparaat stuurt de stappenmotoren aan.

Een elektronisch geregeld ventilatiesysteem heeft vaak meer mogelijkheden dan een handbediend systeem met kabels:

meerdere temperatuurzones: aan de bestuurderszijde kunnen de luchtregelkleppen en de temperatuurregelklep afzonderlijk van de bijrijderszijde worden bediend. Hierbij zijn de kleppen dubbel uitgevoerd. Bij luxe auto’s zijn er zelfs tot wel vier zones instelbaar: hierbij verdubbelt het aantal kleppen en luchtkanalen in hetzelfde kachelhuis;
een MAX-stand om de airconditioning met de maximale capaciteit te laten functioneren: in de MAX-stand opent de luchtbypassklep en sluit de temperatuurregelklep: uitsluitend afgekoelde lucht komt in het verdeelhuis met de luchtregelkleppen terecht. Ook zal de recirculatieklep de toevoer van buitenlucht afsluiten en – de al afgekoelde lucht uit het interieur – via de ventilator aanzuigen en verder afkoelen;
automatische opening en sluiting van de recirculatieklep op het moment dat de luchtkwaliteitssensor schadelijke stoffen in de aangezogen buitenlucht registreert.

Interieurventilator:
Hieronder staat een interieurventilator afgebeeld. De interieurventilator wordt ook wel “kachelmotor” of “aanjager” genoemd. In het midden van de interieurventilator zitten de schoepen, die ervoor zorgen dat de lucht in het interieur geblazen wordt. De ventilatielucht wordt aan de bovenkant van de motor aangezogen en via de kanalen aan de zijkant naar de kachelradiateur gevoerd. De kachelradiateur zit direct na de interieurventilator gemonteerd in het kachelhuis.

Op de pagina kachelmotor worden de werking en de verschillende aanstuurmethoden behandeld.

Kachelradiateur en kachelkraan:
De kachelradiateur zorgt voor de opwarming van de lucht die het interieur ingeblazen wordt. De kachelradiateur bestaat uit twee leidingen (een toevoer en een afvoer) die zich opsplitst in kanalen waartussen lamellen geplaatst zijn. De lamellen zorgen voor een groter warmtewisselend oppervlak.

De kachelradiateur werkt net als de radiateur die aan de voorkant van de auto zit als warmtewisselaar. De koude lucht die door de lamellen heen stroomt, wordt opgewarmd door de koelvloeistof die door de kanalen langs de lamellen stroomt. De warmte van de koelvloeistof wordt overgebracht op de luchtstroom. De opgewarmde lucht komt in het interieur van de auto terecht; dit is de kachel die door de inzittenden wordt geactiveerd. Omdat de warme lucht die de interieurventilator in het interieur blaast afhankelijk is van de temperatuur van de koelvloeistof, is het logisch dat de kachel direct na het starten van de motor nog koud is. De kachel is pas volledig functioneel wanneer de motor op bedrijfstemperatuur is.

De inzittenden kunnen de kachel warmer of kouder zetten. Door de kachel te bedienen, verandert de openingshoek van de kachelkraan. De kachelkraan regelt de hoeveelheid koelvloeistof die door de kachelradiateur stroomt. De grootte van de koelvloeistofstroom bepaalt uiteindelijk de luchttemperatuur.

De onderstaande afbeelding toont een kachelkraan met aan beide kanten buizen waar de koelvloeistofslangen overeen worden geschoven. In het midden van deze buizen bevindt zich een roterende klep die de afhankelijk van de openingshoek de koelvloeistofdoorstroming blokkeert of doorlaat. De klep wordt bediend door de hefboom, welke ook in deze afbeelding is te zien. De hefboom kan maximaal 90 graden bewegen; in de uiterste standen is de klep volledig geopend of gesloten. Op deze hefboom is een bowdenkabel naar de kachelbedieningsunit (mechanisch) of een elektro- / stappenmotor (elektrisch) aangesloten. Later meer hierover.

Hieronder worden de regelprincipes van de kachelkraan beschreven:

Kachelkraan volledig geopend:

Grote koelvloeistofstroom.
De koelvloeistof wordt niet gemakkelijk afgekoeld door de luchtstroom.
Het materiaal van de kachelradiateur blijft erg warm.
De lucht die het interieur in wordt geblazen is daardoor ook warm.

Kachelkraan gedeeltelijk geopend of gesloten:

Kleine of geen koelvloeistofstroom.
De koelvloeistof koelt daardoor makkelijker af door de luchtstroom.
Het materiaal van de kachelradiateur koelt af.
De lucht die het interieur in wordt geblazen is lauw of koud, doordat de buitenluchttemperatuur niet tot nauwelijks is beïnvloed.

De onderstaande afbeeldingen tonen de componenten:

De principewerking van de stelmotor (links);
De kachelkraan en stelmotor in gemonteerde toestand (midden);
De ECU van de klimaatregeling (rechts).

De betreffende stelmotor en ECU zijn afkomstig van een Maserati Quattroporte uit 2001. De stelmotor is van het type DC-elektromotor met koolborstels. Deze wordt door middel van een duty-cycle door een ECU voorzien van een aansturing. De elektromotor drijft middels meerdere tandwieloverbrengingen zowel de uitgaande as als de loper aan die over de contactschijf beweegt. De schijf wordt voorzien van een spanning van 5 volt en massa. Afhankelijk van de stand van de loper, wordt er een signaal naar de ECU gestuurd waarmee de stand van de uitgaande as, en daarmee de kachelkraan, wordt bepaald. In de huidige stand bedraagt de signaalspanning 4,5 volt. Op het moment dat de uitgaande as en de loper een aantal graden tegen de klok in verdraaien, daalt de signaalspanning naar 4,4 volt of lager. In de uiterste standen zal de signaalspanning tussen de 0,5 en 4,5 volt zijn.

De ECU stuurt de kachelkraan net zo lang aan, tot dat de mechanische eindaanslag wordt bereikt. Door het geringe koppel van de elektromotor wordt de verdraaiing door deze eindaanslag tegengehouden en blijft tevens de signaalspanning van de loper op de contactplaat constant. De ECU zal de aansturing beëindigen.

De elektromotor wordt voorzien van een voedingsspanning en massa. Deze worden middels een PWM-aansturing door de ECU aangestuurd. Het volgende scoopbeeld toont de aanstuursignalen welke op de plus- en massa-aansluitingen van de elektromotor zijn gemeten tijdens het linksom en rechtsom draaien.

Linksom draaien: de ECU stuurt een bloksignaal naar de plus van de elektromotor. De massa bedraagt constant 0 volt;
Rechtsom draaien: de polariteit van de elektromotor wisselt om.

Het kan voorkomen dat het asje in een kachelkraan door ouderdom zwaarder gaat bewegen. De ECU kan door deze mechanische weerstand “denken” dat de eindaanslag is bereikt. De aansturing wordt daarmee beëindigd. Binnenkort verschijnt er een nieuw artikel waar met de bovenstaande ECU en stelmotor een storing in de aansturing aanwezig was. Na een diagnose en reparatie aan de printplaat werkte het systeem weer naar behoren. De symptomen, oorzaak en oplossing zal middels afbeeldingen worden verduidelijkt.

Naast deze uitvoering met DC-motor en PWM-aansturing, worden veel kachelkleppen en kachelkranen door een stappenmotor aangestuurd.

Op het moment dat de kachel in de winter direct geactiveerd wordt en de interieurventilator in stand 4 wordt gezet, zal de motor ook minder snel op bedrijfstemperatuur komen. Dat komt doordat de passerende lucht de koelvloeistof weer afkoelt. Dat is niet wenselijk, want we willen natuurlijk dat de motor zo snel mogelijk warm is. Het is daarom aan te raden om pas na een aantal kilometer rijden de kachel te activeren.

Met een standkachel of elektrische hulpverwarming kunnen de kachelradiateur en het koelsysteem van de verbrandingsmotor sneller op temperatuur worden gebracht.

Ventilatieschachten:
In de onderstaande afbeelding staan de ventilatieschachten en uitgangen weergeven. Normaal is dat niet zichtbaar, omdat het dashboard, het middenconsole en de vloerbedekking er overheen gemonteerd zitten. De stappenmotoren van de kachelkleppen in het kachelhuis regelen de luchtstroom naar de verschillende richtingen (naar de voorruit, naar de linker- of rechter ventilatieroosters, of naar de voetenruimtes). Er is een constante ventilatiestroom naar het achtercompartiment. De achterste ventilatieroosters in het middenconsole zijn mechanisch te sluiten.

Nummers 1, 2, 3: Luchtopening naar de voorruit (o.a. voor voorruitontwaseming / Defrost)

Nummers 4, 5: Ontwaseming van beide zijruiten van de voorportieren

Nummers 6, 8, 9, 11: Ventilatieroosters voor berijders- en passagierscompartiment

Nummers 7, 10: Luchtopeningen voor voetruimtes bestuurders- en passagierscompartiment

Nummers 12, 13, 16, 17: Luchtopeningen voor voetruimtes achterpassagiers

Nummers 14, 15: Ventilatieroosters in middenconsole voor de achterpassagiers

Gerelateerde pagina’s: