DE19950098C1

DE19950098C1 - Verfahren zum Regeln der Lufttemperatur in einer Fahrzeugkabine

Info

Publication number: DE19950098C1
Application number: DE19950098A
Authority: DE
Inventors: Michael Reiser
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2019-10-19

Abstract

Verfahren zum Regeln der Lufttemperatur in einer Fahrzeugkabine, bei dem mittels eines Wärmetauschers unter Erfassung der Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine Blasluft klimatisiert und in die Fahrzeugkabine geleitet wird. Um zu gewährleisten, daß die Leistung des Gebläses zur Bereitstellung der Blasluft stets optimal eingestellt ist, ist das Verfahren an die Leistungsfähigkeit des Wärmeübertragers und den Leistungsbedarf in der Fahrzeugkabine erfindungsgemäß dadurch angepaßt, daß aus der erfaßten Lufttemperatur der Leistungsbedarf C¶k¶ des Wärmetauschers ermittelt wird, daß die Temperatur eines den Wärmetauscher durchsetzenden Wärmeübertragermediums erfaßt und aus der erfaßten Temperatur des Wärmeübertragermediums das Leistungsangebot C¶w¶ des Wärmetauschers ermittelt wird, und daß die Menge der Blasluft entweder dem momentanen Leistungsbedarf C¶k¶ oder dem Leistungsangebot C¶w¶ proportional nachgeführt wird, je nachdem, welche dieser Größen den kleineren Wert aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Lufttemperatur in einer Fahrzeugkabine, bei dem mittels eines Wärmetauschers unter Erfassung der Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine Blasluft klimatisiert und in die Fahrzeugkabine geleitet wird.

Ein derartiges Verfahren unter Erfassung der Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine ist beispielsweise aus der DE 29 52 210 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren ist der Wärmetauscher als Kühlwärmetauscher ausgelegt und seine Temperatur wird über einen Temperaturfühler in Abhängigkeit von der Abweichung des Signals des Temperaturfühlers zur Erfassung der Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine von der Steuergröße eines Sollwertgebers durch den Kompressor einer Kälteanlage gesteuert, um eine Energieersparnis zu erreichen, indem der Kompressor der Kälteanlage nicht permanent in Betrieb gehalten werden muß.

Ein weiteres Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE 26 34 015 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren ist der Wärmetauscher ebenfalls als Kühlwärmetauscher ausgelegt, dem ein Heizwärmetauscher nachgeschaltet ist, dessen Heizmediumdurchsatz abhängig von der Ist- und der Solltemperatur in der Fahrzeugkabine steuerbar ist. Der Kühlmitteldurchfluß durch den Kühlwärmetauscher wird entsprechend der Abweichung der Lufttemperatur und der Heiztemperatur von den entsprechenden Sollwerten zu- bzw. abgeschaltet, um bereits geringe Änderungen der Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine rasch in den Regelkreis mit einbeziehen zu können.

Aus der DE 39 04 800 A1 ist ein Verfahren zur Temperaturregelung in einer Fahrzeugkabine anhand von verschiedenen Fahrzeugkabinen-Bereichen zugeordneten Temperaturfühlern bekannt, deren Einfluß auf eine ausgangsseitige Stellgröße gemäß vorgegebener Kennlinien in unterschiedlicher Weise abhängig vom Sollwert der Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine gewichtet wird.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß bislang die Regelung der Lufttemperatur in einer Fahrzeugkabine entweder durch Erfassung und Auswertung der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums des Wärmetauschers oder der Lufttemperatur in der Fahrgastkabine erfolgte. Häufig wird dabei zur Erzielung einer hohen Innenraum- Aufheizleistung bei niedriger Innenraumtemperatur eine hohe Lüfterleistung gewählt, um eine hohe Blasluftmenge bereitzustellen. Bei Regelverfahren mit Erfassung der Temperatur des Wärmeübertragermediums wird entsprechend der steigenden Temperatur dieses Mediums die Lüfterleistung gesteigert. Im erstgenannten Fall einer Regelung auf Grundlage der Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine müssen ein hoher Stromverbrauch bis zum Erreichen der Sollwert-Temperatur, ein mäßiges Abtauergebnis, hohe Lüftungsverluste und unkomfortable Strömungsgeräusche sowie allgemein ein ungünstiges Luft/Strömungsverhalten in Kauf genommen werden. Bei Regelung auf Grundlage der Temperatur des Wärmeübertragermediums kann die Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine nicht geregelt sondern ausschließlich gesteuert werden.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei relativ geringem Stromverbrauch ein optimales Klimatisierungsergebnis für die Fahrzeugkabine ohne unnötig hohes Lüftergeräusch und unnötig hohe Lüftungsverluste bereitstellt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit anderen Worten basiert das erfindungsgemäße Regelverfahren auf der Erfassung und Auswertung von sowohl der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums wie der Luft in der Fahrzeugkabine und auf der Gewichtung der erfaßten Meßdaten zugunsten eines optimalen Arbeitspunkts der die Blasluft bereitstellenden Gebläseleistung. Insbesondere sieht die erfindungsgemäße Regelung der Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine den Eintrag einer geringen Blasluftmenge bei niedriger Lufttemperatur und niedriger Temperatur des Wärmeübertragungsmediums vor, gefolgt von einem Anstieg der Lüfterleistung zum Eintragen einer größeren Blasluftmenge, sobald das Wärmeübertragermedium ausreichend wärmer geworden ist, schließlich gefolgt von einer Reduktion der eingetragenen Blasluftmenge, sobald die Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine sich einer Sollwert-Lufttemperatur nähert, spätestens jedoch, wenn diese Sollwert-Lufttemperatur erreicht ist.

Das erfindungsgemäße Regelverfahren berücksichtigt demnach sowohl das Leistungsangebot des Wärmetauschers wie den Leistungsbedarf, der an den Wärmetauscher gestellt wird, um eine voreingestellte Solltemperatur in der Fahrzeugkabine zu erreichen, und zwar unter Führung des Regelungsvorgangs proportional zu dem jeweils kleineren Wert des Leistungsangebots bzw. des Leistungsbedarfs.

Demnach gewährleistet das erfindungsgemäße Regelverfahren eine Gebläseeinstellung, die angepaßt ist an sowohl die Leistungsfähigkeit wie den Leistungsbedarf des Wärmetauschers. Hieraus ergibt sich ein optimiertes Klimatisierungsergebnis, da unnötige Lüftungsverluste vermieden werden. Außerdem ist die Gesamtstromaufnahme geringer als bei bisherigen Regelungsverfahren.

Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 3 verkörpert die erfindungsgemäße Idee einer Regelung entsprechend Leistungsangebot und Leistungsbedarf in einer Regellogik basierend auf einem logischen UND-Operator, der für den speziellen Fall als Minimumfunktion ausgelegt ist. Die Regellogik sieht dabei die Bildung der Schnittmenge "C" aus Grundmengen "A" und "B" wie folgt vor:

C = A ∩ B A = {C_w|C_w ∈ C_w(δ)}; B = {C_k|C_k ∈ C_k(δ)} (1)

Aus der Schnittmenge "C", welche die beiden Elemente "Leistungsbedarf C_k" und "Leistungsangebot C_w" umfaßt, wird entsprechend der Minimalfunktion die Zuordnungsgröße "C'" gewonnen:

C' = {C'|C' ≦ C_w ∨ C' ≦ C_k} (2)

Die derart ermittelte Zuordnungsgröße C' wird in Anpassung an die Regelstrecke eine Leistungsstufe für das Gebläse zum Eintragen von Blasluft in die Fahrzeugkabine zugeordnet. Alternativ hierzu kann das entsprechende Gebläse auch stufenlos geregelt werden. Als weitere Alternative ist eine adaptive Leistungsregelung des Wärmetauschers in der soeben erläuterten Weise auf Grundlage der speziellen Logik möglich.

Das erfindungsgemäße Regelverfahren eignet sich sowohl zum Heizen der Fahrzeugkabine wie zum Kühlen derselben unter Verwendung eines Heizwärmetauschers bzw. eines Kühlwärmetauschers.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt in Diagrammform den Temperaturverlauf des Leistungsbedarfs C_k und des Leistungsangebots C_w eines Wärmetauschers zum Klimatisieren einer Fahrzeugkabine.

Insbesondere ist in der Figur eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Regeln der Lufttemperatur in einer Fahrzeugkabine durch Heizbetrieb gezeigt. Alternativ kann das Regelverfahren auch für einen Kühlbetrieb eingesetzt werden. In diesem Fall sind die beiden im Diagramm gezeigten Verläufe bzw. Kurven C_k und C_w gegenseitig zu vertauschen.

Für den dargestellten Heizbetrieb werden die Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine und die Temperatur des Wärmeübertragermediums, beispielsweise die Kühlwassertemperatur im Heizungsvorlauf erfaßt und pro Regelzyklus werden zwei Schnittmengenwerte C_k und C_w abgeleitet, wie vorstehend unter (1) angeführt. Jeder dieser Werte stellt den aktuellen Leistungsbedarf bzw. die aktuelle Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers dar. Der niedrigere der beiden Werte wird nunmehr gemäß dem Regelverfahren weiterverarbeitet, um die vorstehend definierte Zuordnungsgröße C' zu gewinnen (siehe Formel (2)). Die zu wählende Gebläseleistung zum Eintragen von Blasluft in die Fahrzeugkabine wird proportional zum Wert von C' gewählt.

Wie in der Figur gezeigt, besteht bei einer gegebenen Starttemperatur des Regelverfahrens ein Leistungsbedarf C_k von 100 (diese Größe ist dimensionslos; alternativ kann dieser Wert in % angenommen sein). Dem entspricht zu diesem Zeitpunkt ein Leistungsangebot C_w von 20. Bei zunehmender Kühlwassertemperatur bzw. zunehmender Temperatur des Wärmeübertragungsmediums besteht bei dem dargestellten Beispiel bis ca. 10°C weiterhin ein konstanter Leistungsbedarf entsprechend der gleichgroßen Zuordnungsgröße C'. Dasselbe trifft auf das Leistungsangebot C_w zu, welches jedoch entsprechend der Zunahme von C_w abnimmt, bis schließlich die Soll-Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine bei 22°C erreicht ist, die daraufhin beibehalten werden soll. Der Leistungsbedarf des Gebläses zum Eintragen von Blasluft in die Fahrzeugkabine wird in Übereinstimmung mit Zuordnungsgröße C' zunächst bis zum Schnittpunkt der Verläufe von C_k mit C_w entlang C_w geführt und folgt daraufhin C_k. Mit anderen Worten folgt die Gebläseleistung stets dem kleineren Wert der Größen C_k bzw. C_w.

Damit ist sichergestellt, daß bei der Klimatisierung bzw. im vorliegenden Fall beim Heizen dem Wärmetauscher zu Beginn des Klimatisierungsvorgangs nicht zuviel Leistung entzogen wird, so daß das Temperaturniveau des Wärmeübertragungsmedium nicht unnötig lange niedrig gehalten wird. Spätestens bei Erreichen der Sollwert-Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine wird hingegen die Gebläseleistung reduziert, obwohl eine ausreichende Leistungsfähigkeit des Wärmeübertragers grundsätzlich zur Verfügung steht.

Zusammenfassend wird durch das vorstehend erläuterte Regelverfahren eine Gebläseeinstellung bereitgestellt, die optimal an die Leistungsfähigkeit des Wärmeübertragers und den Leistungsbedarf in der Fahrzeugkabine angepaßt ist.

Claims

1. Verfahren zum Regeln der Lufttemperatur in einer Fahrzeugkabine, bei dem mittels eines Wärmetauschers unter Erfassung der Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine Blasluft klimatisiert und in die Fahrzeugkabine geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus der erfaßten Lufttemperatur der Leistungsbedarf C_k des Wärmetauschers ermittelt wird, daß die Temperatur eines den Wärmetauscher durchsetzenden Wärmeübertragermediums erfaßt und aus der erfaßten Temperatur des Wärmeübertragermediums das Leistungsangebot C_w des Wärmetauschers ermittelt wird, und daß die Menge der Blasluft entweder dem momentanen Leistungsbedarfs C_k oder dem Leistungsangebots C_w proportional nachgeführt wird, je nachdem welche dieser Größen den kleineren Wert aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß spätestens bei Erreichen einer Sollwert-Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine die Menge der Blasluft verringert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführung der Blasluftmenge proportional zu einer Zuordnungsgröße C' einer Minimumfunktion eines logischen UND-Operators als
C' = {C'|C' ≦ C_w ∨ C' ≦ C_k}
erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher ein Heizwärmetauscher ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher ein Kühlwärmetauscher ist.