DE2635901C2

DE2635901C2 - Einrichtung zum Regeln der Temperatur eines Raumes

Info

Publication number: DE2635901C2
Application number: DE2635901A
Authority: DE
Inventors: Erich Ing.(grad.) 7000 Stuttgart Junginger; Eberhard Dipl.-Ing. 7251 Hemmingen Schnaibel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-08-10
Filing date: 1976-08-10
Publication date: 1983-06-01
Also published as: IT1085440B; JPS5321844A; BR7705251A; FR2361692A1; FR2361692B1; DE2635901A1; JPH0132419B2; US4189093A; GB1561192A

Description

Stand der Technik

50

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Regeln der Temperatur nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Einrichtung wurde in der DE-OS 25 31015 vorgeschlagen. Durch eine andere Regeleinrichtung der Beheizung eines Kraftfahrzeuginneivraumes ist es bekannt, einen Innenraumtemperaturfühler. einen Außentemperaturfühler sowie einen Sollwertgeber in Reihe zu schalten und mit der Summe der Steuergrößen den Heizmittelstrom eines Wärmetau- μ schers zu steuern. Auf diese Weise ist jedoch ein genauer Vergleich mit einem einmal eingestellten Sollwert nicht möglich. Der ältere Vorschlag bietet demgegenüber wesentliche Vorteile, hat jedoch auch den Nachteil, daß durch die Addition der Steuergrößen der Anteil des Heizlufttemperaturfühlers bei notwendiger hoher Heizleistung am Wärmetauscher größer ist als bei niedriger Heizleistung. Dies gilt umgekehrt für den Anteil des innenraumtemperRturföhlers &n der Summen-Steuergröße, Dementsprechend ergibt sich bei konstant eingestelltem Sollwert dann eine relativ geringere Innenraum-Ist-Temperatur, wenn der Wärmetauscher mit hoher Heizleistung betrieben werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ältere Teroperaturregeleinrichtung dahingehend zu verbessern, daß der Einfluß des Heizlufttemperaturfühlers auf den Regelkreis unabhängig wird von der vom Wärmetauscher abgegebenen Heizleistung, so daß die Regelung exakter dem vorgegebenen Sollwert folgt

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat den Vorteil, daß nur die Änderung der Steuergröße des Heizlufttemperaturfühlers erfaßt und die Absolutgröße unterdrückt wird. Hierdurch werden Regelschwankungen aufgrund unterschiedlicher Heizleistung des Wärmetauschers weitgehend unterbunden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß der Heizlufttemperaturfflhler aus zwei innerhalb eines Spannungsteilers in Reihe geschalteten Temperaturfühlern besteht, von denen der eine thermisch isoliert und der andere unmittelbar dem Heizluftstrom ausgesetzt ist und an der Verbindung zwischen beiden Temperaturfühlern die Steuergröße erfaßt und mit der Steuergröße des Innenraumtemperaturfühlers addiert wird.

Damit wird in einfacher Weise eine große Zeitkonstante für eine gute dynamische Ankopplung der Steuergröße des Heizlufttemperaturfühlers realisiert. Als dynamische Ankopplung ist hierbei ein Temperaturgang des Fühlers bezeichnet, welcher den Temperaturänderungen des Fühlers Rpchnur^; trägt statt dessen Absoluttemperaturen, wodurch insbesondere beim Aufheizen des Raumes ein zu frühes Aufheizen des Heizlufttemperaturfühlers und dadurch ein zu schnelles Abschalten der Heizung vermieden werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schaltanordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Regeln der Temperatur und

Fig.2 eine beispielhafte Ausgestaltung des Heizlufttemperaturfühlers.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist in einer Heizmittelversorgungsleitung 1 zu einem Wärmetauscher 2 einer Kraftfahrzeugheizungsanlage ein Magnetventil 4 angeordnet, das über eine Magnetwicklung 5 betätigbar ist. Der Wärmetauscher 2 ist dabei in üblicher Weise über die Heizmittelversorgungsleitung 1 und einen Rücklauf 6 mit dem Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden.

Zur Ermittlung der Austrittstemperatur der Luft, die durch den Wärmetauscher in den Innenraum der zu beheizenden Fahrgastzelle gefördert wird, ist unmittel-

bar am Austritt des Wärmetauschers ein Heizlufttemperaturfühler 7 angeordnet, der aus zwei gleichartigen wärmeempfindlichen Elementen wie z, B, NTC-Widerstände oder Halbleiterelemente bestehen. Von diesen Temperaturfühlern ist der eine als thermisch isolierter Temperaturfühler 8 und der andere als nichtisolierter Temperaturfühler 9 ausgebildet Beide Temperaturfühler sind in üblicher Weise innerhalb eines Spannungsteilers in Reihe geschaltet, wobei zur Anpassung zwischen dem Temperaturfühler 8 und der positiven Versorgungsleitung und dem Temperaturfühler 9 und der negativen Versorgungsleitung jeweils ein Widerstand 11 und 12 geschaltet sind. Der Abgriff zwischen den beiden Temperaturfühlern 8, 9 ist über einen Widerstand 14 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 15 verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers ^;,st ferner über einen Widerstand 16 mit einem zweiten Spannungsteiler verbunden. Dieser besteht aus der Reihenschaltung eines wärmeempfindlichen, als Innenraumtemperaturfühler 18 dienenden Widerstandselement, in dem ein Widerstand 19 zur positiven Versorgungsleitung hin vorgeschaltet und ein Widerstand 20 zur negativen Versorgungsleitung hin nachgeschaltet ist. Der Innenraumtemperaturfünler 18 kann z. B. in gleicher Weise wie die Temperaturfühler 8 oder 9 als Siliciumdiode oder als NTC-Widerstand ausgebildet sein. Abweichend davon ist jedoch die Wertigkeit der Widerstandsänderung pro Temperatureinheit bei dem Innenraumtemperaturfühler 18 wesentlich größer als bei den Temperaturfühlern 8 und 9. Die Abr.ahme der Steuergröße des Innenraumtemperaturfühlers erfolgte zwischen diesem und dem Widerstand 20 über den Widerstand 16, der mit dem invertierenden Eingang verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 15 ist mit einem Spannungsteiler aus einem als Sollwertgeber 22 dienenden veränderlichen Widerstand und einem Widerstand 23 verbunden. Dem Sollwertgeber 22 ist dabei zur Anpassung zur positiven Versorgungsleitung 24 hin ein Widerstand 25 vorgeschaltet.

Der Ausgang des Operationsverstärkers führt zu einem Komparator 27, dessen anderer Eingang mit einem Generator 28 einer dreieckförmig verlaufenden Spannung fester Frequenz verbunden ist. Zusammen mit dem Generator 28 stellt der Komparator 27 einen Impulsformer Jar, der in bekannter Wei^e in Abhängigkeit der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers eine Rechteckspannung mit der festen Frequenz der vom Generator 28 erzeugten Dreiecksspannung bildet, solange die Ausgangsspanni;:ig des Operationsverstärkers nicht die Bandbreite der Dreiecksspannung über- oder unterschiedet. Der Ausgang des Komparator 27 führt zu der Magnetwicklung 5 des Ventils 4, so daß dieses entsprechend den Impulsen auf- und zugeschaltet wird.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen:

Der als Summierer geschaltete Operationsverstärker 15 erhält die addierten Steuergrößen der Temperaturfühler 18 und 7 und erzeugt entsprechend der Abweichung von der Sollwertspannung am Ausgang eine variable Spannung, die, solange sie sich im proportionalen Regelbereich, der durch die Bandbreite der Dreiecksspannung gegeben ist. befindet, in eine entsprechende Impulsfolge umgewandelt wird, entsprechend Her der Zulauf des Heizmittels über das Ventil 4 gesteuert wird. Ist die Regelabweichung vom Sollwert zu groß, so erhält die Magnetwicklung 5 des Ventils 4 entweder eine maximale Spannung oder sie wird gar nicht erregt, je nachdem, ob die Innenraumtemperatur zu tief oder zu hoch ist. Mit der getakteten Ansteuerung des Ventils läßt sich der Heizmittelzulauf zum Wärmetauscher 2 innerhalb des Proportionalitätsbereiches quasi stetig regeln, obwohl das Ventil jeweils nur eine Auf- oder Zu-Stellung einnimmt. Dies hat den Vorteil, daß das Ventil einfach aufgebaut sein kann und

ίο sehr funktionssicher arbeitet Der Leistungsbedarf ist trotz schneller und genauer Regelung sehr gering. Neben der Vermeidung von Hysterese-Einflüssen, die zu einem Oberschwingen der Innenraumtemperatur führen, bringt diese Regelung den Vorteil der schnellen Aufheizung des Kraftfahrzeuginnenraumes aus einem kalten Zustand heraus.

Die Genauigkeit der Regelung wird ferner dadurch bewirkt daß der Heizlufttemperaturfühler 7 und der Innenraumtemperaturfühler 18 eine unterschiedliche Wertigkeit haben. Da sich die Innenraumtemperaturen gegenüber der Temperatur am Wärmtauscher 2 nur langsam ändern, ist der Innenraumtemprraturfühler 18 so ausgebildet, daß er bei gleicher Temperaturänderung eine wesentlich größere Steuergröße erzeugt. Damit wird eine Änderung der Innentemperatur feinfühlig erfaßt und gleichzeitig auch frühzeitig eine mit Zeitverzögerung zu erwartende Änderung der Innenraumtemperatur wegen der gestiegenen Heizlufttemperaturen erfaßt Die Wertigkeit des Heizlufttemperaturfühlers muß dennoch sehr gering gehalten werden, damit es bei unterschiedlichen Heizungsbedingungen nicht zu zu großen statischen Regelabweichungen kommt. Wenn z. B. zur Beheizung des Innenraumes hohe Temperaturen am Wärmetauscher 2 erforderlich sind, ist der Einfluß dieser Steuergröße auf die Summe der Steuergrößen relativ größer, so daß es in diesem Fall zu einer niedrigeren, tatsächlichen Innentemperatur kommt wie wenn im anderen Fall nur eine geringe Heizleistung notwendig ist.

Wichtig ist, daß der Heizlufttemperaturfühler 7 aus zwei in Reihe geschalteten Temperaturfühlern 8 und 9 gebildet wird. Der thermisch isolierte Temperaturfühler 8 erfaßt dabei wegen seiner großen Zeitkonstante nur sehr langsam die Änderungen der Heizluftterrperatur.

<■"> so daß sich sein Widerstandswert entsprechend einer mittleren Heizlufttemperatur einstellt. Der Temperaturfühler 8 dagegen ist unmittelbar dem Luftstrom, der den Wärmetauscher 2 verläßt, ausgesetzt und folgt den Temperaturänderungen sehr schnell. Am Abgriff

so zwischen beiden Temperaturfühlern wird dann eine Steuergröße erfaßt, die vorwiegend die Dynamik der Temperaturänderungen am Wärmetauscher 2 und weniger das statische Temperaturniveau berücksichtigt. Auf diese Weise wird die Abweichung der tatsächlichen Ist-Temperatur vom gewünschten Wert sehr klein gehalten.

Eine dynamische Koppelung der Steuergröße eines einfachen Lufttemperaturfühlers ließe sich zwar auch kapazitiv durch ein Differenzglied verwirklichen, doch wäre dies wegen der Größe der notwendigen Koppelzeitkonstanten im Gegensatz zu der hier beschriebenen Einrichtung kaum kostengünstig zu realisieren.

In Fig. 2 ist eine beispielhafte Ausgestaltung des

t» Heizlufttempcraturfühlers 7 wiedergegeben. Dabei ist an der Spitze 29 eii.is kegelförmig ausgebildeten Wärmeisolierkörpers 30 der Temperaturfühler 9 angeordnet und über eine Leitung 31 mit dem im Inneren

des Wärmeisolierkörpers 30 liegenden Temperaturfühler 8 verbunden. Von beiden Temperaturfühlern führen die Anschlußleitungen ab zu den Widerständen ti und 12. Der Wärmeisolierkörper 30 ist dabei in unmittelbarer Nähe am Austritt aus dem teilweise dargestellten Wärmetauscher 2 angeordnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichmng zum Regeln der Temperatur eines Raumes mit einem Wärmetauscher zum Erwärmen der dem Raum zugeführten Luft, in dessen Heizmittelversorgungsleitung ein Ventil angeordnet ist, das von einem Stellglied einer Regeleinrichtung betätigt wird, wobei die Regeleinrichtung einen Sollwertgeber und als Istwertgeber einen Innenraumtemperaturfühler und einen im Bereich des Wärmetauschers angeordneten Heizlufttemperaturfühler aufweist, deren Signale addiert werden, wobei das Signal des Heizlufttemperaturfühlers stärker bewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizlufttemperaturfühler (7) ein differenzierendes Verhalten aufweist, so daß das vom Heizlufttemperaturfühler (7) abgegebene Signal die Temperaturänderung am Heizlufttemperaturfühler berücksichtigt

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, cijß der Heizlufttemperaturfühler (7) aus zwei innerhalb eines Spannungsteilers in Reihe geschalteten Temperaturfühlern (8, 9) besteht, von denen der eine Temperaturfühler (8) thermisch isoliert und der andere unmittelbar dem Heizluftstrom ausgesetzt ist und an der Verbindung zwischen beiden Temperaturfühlern das Signal erfaßt und zu dem Signal des Innenraumtemperaturfühlers (18) addiert wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- JO zeichnet, daß der Heizlufttemperaturfühler (7) und der InnenrziTiitemperaturfühler (18) mit einem als Summierer geschalteten Operationsverstärker (15) verbunden sind, dessen anderer Eingang mit dem einstellbaren Soilwertgeber (22) und dessen Ausgang mit der Magnetwicklung (5) des als Magnetventil (4) ausgebildeten Ventils in der Heizmittelversorgungsleitung (1) verbunden sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Opera- *o tionsverstärkers (15) und dem Magnetventil (4) ein Impulsformer (27, 28) zur Erzeugung von Impulsen mit fester Frequenz und entsprechend dem Au^rgangssignal des Operationsverstärkers variabler Impulsbreite geschaltet ist, so daß das Magnetventil innerhalb der Impulsbreite geöffnet ist.