-
Einrichtung zum Regeln der Innentemperatur eines
-
Kraftfahrzeugs Stand der Technik Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Regeln der Innenraumtemperatur eines Kraftfahrzeugs gemäß der Gattung des Hauptanspruchs.
-
Bekannte Einrichtungen dieser Art weisen gewöhnlich einen Kühlwärmetauscher
und einen Heizwärmetauscher auf, über die nacheinander die von einem Gebläse geförderte
Luft geleitet wird, wobei jedoch nur die Heizungsseite einen Regelkreis besitzt.
-
Bei anderen Vorrichtungen der beschriebenen Art erfolgt die Temperatursteuerung
für die Innenraumtemperatur über die Stellung von Luftklappen, die den Querschnitt
des Luftkanals bzw. den Durchfluß des über Kühl- und/oder deizwärmetauscher fließenden
Luftstromes verändern.
-
Eine andere. Möglichkeit, die in bereits vorhandenen Einrichtungen
ausgenutzt wird, besteht darin, die Wärmezufuhr
zum Wärmetauscher
über ein im Heizungszulauf angeordnetes Schaltventil mit Hilfe einer Impulsbreiten-Regelung
zu kontrollieren.
-
Diese Einrichtungen besitzen den gravierenden Nachteil, daß bei eingeschalteter
Klimaanlage der Kompressor ständig in Betrieb gehalten werden muß. Die Energie für
die Versorgung des Kälteaggregats ist jedoch nicht unerheblich und muß vom Antriebsmotor
bereitgestellt werden.
-
Neben dem recht großen Aufwand für die Temperaturerfassung und -regelung
haben die mit der Verstellung der Luftklappenarbeitenden Einrichtungen den Nachteil,
daß sie aufgrund der Vielzahl aufwendiger Verstellelemente relativ störanfällig
sind. Ferner können sich schnelle Temperaturwechsel an den Wärmetauschern und Totzeiten
aufgrund unvorteilhaft angebrachter Temperaturfühler nachteilig auf Genauigkeit
und Schnelligkeit der Regelung auswirken.
-
Vorteile der Erfindung Dagegen zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs den Vorteil einer Energieersparnis,
da der Kompressor der Kälteanlage nicht permanent in Betrieb gehalten werden muß.
Wesentlich dabei ist, daß die Temperatur des Kühlwärmetauschers (Verdampfers) in
Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem einstellbaren Sollwert und dem vom
Innenraumtemperaturfühler erfaßten Istwert regelbar ist. Durch die genaue Zuordnung
zwischen Kälteleistung und Innenraumtemperaturregelabweichung erreicht man einerseits
eine stabile Regelung im Kühlbetrieb, darüber hinaus
kann der bei
bekannten Klimaanlagen sonst notwendige Vereisungsschutzschalter entfallen, mit
dem das Zufrieren der Verdampferlamellen verhindert wird, da die untere Begrenzung
der Verdampfertemperatur auf die Nullgrad-Grenze ohne nennenswerten Aufwand durch
die Dimensionierung der Regelschaltung gelöst werden kann und ein Temperaturfühler
für die Regelschaltung ohnehin erforderlich ist.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung
zur Regelung der Innenraumtemperatur möglich. Eine verbesserte Ausgestaltung der
Einrichtung besteht darin, daß aus dem verdampfertemperaturgeregelten Kühlbetrieb
in den Kühlbetrieb durch Gegenheizen umgeschaltet werden kann, wobei diese Umschaltung
z.B. auch automatisch in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit der Innenraumluft und/oder
dem Feuchtigkeitsniederschlag auf den Scheiben erfolgen kann. Diese an sich bekannte
Maßnahme des Gegenheizens bewirkt, daß die in das Fahrzeuginnere transportierte
Luft ihre Feuchtigkeit weitgehend an den Kühlwärmetauscher abgibt, wodurch ein Beschlagen
der Scheiben, insbesondere der Frontscheibe, verhindert wird.
-
Als weitere vorteilhafte Maßnahme wird die Umschaltung des über den
Kühlwärmetauscher geführten Luftstromes von Frischluft auf Umluft und umgekehrt
angesehen, die automatisch durchgeführt wird, wenn die Regelabweichung der Innenraumtemperatur
ein bestimmten einstellbaren Schwellwert über-bzw. unterschreitet. Im Umluftbetrieb
wird die Luft im geschlossenen Innenraum des Kraftfahrzeugs umgewälzt, wodurch der
Energieverbrauch, insbesondere in der Anfangsphase des
Kühlbetriebs
weiter herabgesetzt wird. Als weitere vorteilhafte Weiterbildung ist die gleichzeitig
mit dem Umschalten auf Gegenheizbetrieb verbundene Sollwertverschiebung anzusehen,
die einen Sprung der Innenraumtemperatur bei der Umschaltung des Sollwertstellers
des Kühlbetriebs auf das Stellglied des Gegenheizbetriebs kompensiert.
-
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung noch näher erläutert. Es
zeigen: Figur 1 eine schematische Anordnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Figur 2 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispieles In dem Ausführungsbeispiel
nach Figur 1 sind einem Differenzverstärker die bewerteten Steuersignale eines Innentemperaturfühlers
5 und eines Sollwertstellers 6, zugeführt. Das Ausgangs signal des Differenzverstärkers
3 ist zum einen auf den Eingang eines Spannungsfolgers 7 geführt und liegt andererseits
an einer Umschaltungseinrichtung 8, bei deren Betätigung der Kühlregelkreis 9 zusammen
mit einer Sollwertumschaltung 10 auf das zweite Stellglied 12 umgeschaltet wird.
Alternativ zu der manuellen Umschaltung ist auch eine automatische Umschaltung vorgesehen,
die in Abhängigkeit vom Signal eines oder mehrerer Feuchtigkeitssensoren 13, die
ebenfalls mit der Umschaltungseinrichtung 8 verbunden sind, erfolgt. Das Ausgangssignal
des Spannungsfolgers 7 wird über eine Begrenzerschaltung 14 einer Bewertungsschaltung
15 zugeführt,
an der auch das Signal des Verdampfertemperaturfühlers
17 anliegt. Die in der Bewertungsschaltung 15 gebildete Steuergröße wird über einen
ersten Schwellwertschalter 21 einer ersten Schaltstufe 23 zugeführt, deren Ausgangssingal
schließlich den Kompressor 25 über eine Kupplung 26 mit dem hier nicht gezeichneten
Antriebsmotors des Kraftfahrzeuges verbindet. Die Ansteuerung der Luftführungsklappe
27 erfolgt durch das Ausgangssignal der Begrenzerschaltung 14 über einen zweiten
Schwellwertschalter 22 mit nachfolgender zweiter Schaltstufe 24.
-
Bei der in Figur 2 dargestellten Schaltung wird das Signal des hier
nicht gezeichneten Sollwertstellers 6 über Klemme 59 und den Widerstand 61 auf den
nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 3 geführt, auf den ebenfalls
das Signal des Innentemperaturfühlers 5 über einen Widerstand 51 geführt ist. Am
invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 3 liegt eine Referenzspannung des
aus den Widerständen 28, 29 gebildeten Spannungsteilers, der über eine Leitung 27
an eine hier nicht gezeichnete stabilisierte Spannungsquelle U5 angeschlossen ist.
Der Ausgang des Differenzverstärkers 3 führt über einen Widerstand 33 auf den nicht
in vertierenden Eingang des Spannungsfolgers 7. Der zwischen Ausgang und invertierendem
Eingang des Differenzverstärkers 3 angeordnete Widerstand 31 ist ein Rückkopplungswiderstand.
-
Ebenfalls am nichtinvertierenden Eingang des Spannungsfolgers 7 liegt
die Serienschaltung einer Diod 34 eines Wiuerstandes 35 und einer weiteren Diode
36, wobei der Verbindungspunkt zwischen Diode 34 und Widerstand 35 auf einen Umschalter
81 führt, dessen anderer Anschluß mit Bezugspotential 40 verbunden ist. Der Ausgang
des Spannungsfolgers 7 ist über eine
Diode 38 mit dessen invertierendem
Eingang verbunden. An der Kathode der Diode 38 angeschlossen ist ein Bewertungswiderstand
151, der, zusammen mit einem weiteren Bewertungswiderstand 152, der wiederum mit
dem gemeinsamen Anschluß des an der stabilisierten Spannungsquelle Us angeschlossenen
Spannungsteilers aus Verdampfertemperaturfühler 17 und Widerstand 27, auf den invertierenden
Eingang des ersten Schwellwertschalters 21 geführt ist. Der nichtinvertierende Eingang
des ersten Schwellwertschalters ist über die Serienschaltung eines Widerstandes
39 und einer Diode 41 mit seinem Ausgang verbunden, der über einen weiteren Widerstand
42 an die Basis eines Darlingtontransistors 23 angeschlossen ist, in dessen Kollektorkreis
ein Relais 44 geschaltet ist, dessen zweiter Anschluß mit der Bordspannung UB verbunden
ist.
-
Zwischen Kollektor und Emitter des als erste Schaltstufe 23 betriebenen
Darlingtontransistors ist eine Zenerdiode 47 geschaltet, deren Anode mit Bezugspotential
40 verbunden ist.
-
Schalter 441 stellt einen Schließkontakt von Relais 44 dar und liegt
zwischen der Bordspannung UB und der zur Kompressorkupplung 26 führenden Anschlußklemme
65. Der invertierende Eingang des zweiten Schwellwertschalters 22 ist ebenfalls
mit der Kathode von Diode 38 verbunden, die am gemeinsamen Anschluß des aus den
Widerständen 141, 142 gebildeten Spannungsteilers liegt und mit ihr die Begrenzerschaltung
14 darstellt. Der Ausgang des zweiten Schwellwertschalters 22 ist über einen Widerstand
55 einmal mit der Basis des als zweite Schaltstufe 24 ausgebildeten Darlingtontransistors
verbunden und wird andererseits über einen weiteren Rückkopplungswiderstand 56 auf
den nichtinvertierenden Eingang des zweiten Schwellwertschalters 22 geführt. Kollektor
und Emitter der zweiten Schaltstufe 24 sind über eine Zenerdiode
48
verbunden, wobei deren Anode mit Bezugspotential 40 und deren Kathode mit dem Kollektor
bzw. der Frischluft/Umluftanschlußklemme 66 verbunden ist. Die aus den Widerständen
69, 70 und 72, 73 gebildeten Spannungsteiler liegen zwischen Us und Bezugspotential
40, wobei einerseits die an Widerstand 70 abfallende Teilspannung am nichtinvertierenden
Eingang des ersten Schwellwertschalters 21, andererseits die an Teilwiderstand 73
abfallende Teilspannung am nichtinvertierenden Eingang des zweiten Schwellwertschalters
22 anliegt.
-
Die in Figur 2 dargestellte Regeleinrichtung arbeitet im wesentlichen
folgendermaßen: Das durch den Sollwertsteller 6 einstellbare Signal der Innenraumtemperatur
gelangt über den Anschluß 59 und den Widerstand 61 auf den nichtinvertierenden Eingang
des Differenzverstärkers 3 und wird dort mit dem über Anschlußklemme 52 und Widerstand
51 geführten Signal des Innenraumtemperaturfühlers 5 summiert. Entsprechend der
Innenraumtemperaturabweichung zwischen Ist- und Sollwert ergibt sich am Ausgang
des Differenzverstärkers 3 eine proportionale Spannung, deren Höhe durch die Dimensionierung
der Spannungsteilerwiderstände 28, 29 und die durch den Rückkopplungswiderstand
31 eingestellte Verstärkung bestimmt wird. Das durch den Widerstand 33 vom Ausgang
des Differenzverstärkers 3 abgekoppelte Signal wird einerseits dem nachgeschalteten
Spannungsfolger 7, andererseits über eine Diode an den Umschalter 81 geführt, der
im normalen Kühlbetrieb offen ist. Die am Ausgang des Spannungsfolgers 7 eingeschaltete
Diode 38 dient zusammen mit dem aus den Widerständen 141, 142 gebildeten Spannungsteiler
der Definition des unteren Abschaltpunktes des Verdampfertemperaturreglers,
wobei
die Diode 38 den Ausgang des Spannungsfolgers 7 von dem durch die Widerstände 141,
1lot2 dargestellten unteren Spannungswert abkoppelt. Das am Ausgang des Spannungsfolgers
7 abgenommene und über die Diode 38 geführte Signal, welches der Regelabweichung
der Innenraumtemperatur proportional ist, wird einerseits über den Bewertungwiderstand
151 mit dem über den Widerstand 152 bewerteten Signal des Verdampfertemperaturfühlers
17 am invertierenden Eingang des ersten Schwellwertschalters 21 summiert. Durch
die schaltungstechnische Dimensionierung des aus den Widerständen 69, 70 gebildeten
Referenzteilers der ersten Schwellwertstufe 21 wird im Kühlbetrieb daher schon bei
geringen Abweichungen des Innenraumtemperaturistwertes vom -sollwert die Verdampfertemperatur
durch Einschalten des Kompressor 25 der Kälteanlage über die vom Ausgang des ersten
Schwellwertschalters 21 und Widerstand 42 angesteuerte erste Schaltstufe 23 mit
Relais 44 abgesenkt. Dadurch kühlt sich die durch den Verdampfer strömende Frisch-
oder Umluft, die in das Fahrzeuginnere eingeleitet wird, so weit ab, daß die Erhöhung
der Innenraumtemperatur wieder kompensiert wird. Die den Mitkopplungszweig des ersten
Schwellwertschalters 21 bildende Serienschaltung aus Widerstand 39 und Diode 41
bewirkt, daß die Schalthysterese nur nach einem Mitkopplungsbereich wirkt. Dies
hat den Vorteil, daß Abschalt- und Wiedereinschaltschwellen getrennt eingestellt
werden können.
-
Andererseits liegt das der Regelabweichung der Innenraumtemperatur
proportionale Signal auch am invertierenden Eingang des zweiten Schwellwertschalters
22, dessen nichtinvertierender
Eingang mit einer Referenzspannung
beschaltet ist, die aus dem Spannungsteiler 72, 73 abgeleitet wird. Überschreitet
die der Regelabweichung der Innenraumtemperatur proportionale Spannung einen bestimmten
Wert, so wird über die nachfolgende zweite Schaltstufe 24 die an Klemme 66 angeschlossene
elektrisch betätigte Luftklappe von Frischluft auf Umluft umgeschaltet. Die Umschaltung
der Luftzufuhr auf Umluft bietet im Kühlbetrieb eine weitere Energieeinsparung,
da der Kompressor ?5 bei einer Umwälzung der gegenüber der Außenluft bereit.; Iciltlleren
rnnenraurnluft nicht so häufig bzw. lange eingeschaltet zu werden braucht, wie bei
ausschließlicher Zufuhr von Frischluft.
-
Wird der Umschalter 81 betätigt, so arbeitet.die Regelung im Gegenheizbetrieb.
Damit liegt der nichtinvertierende Eingang des Spannungsfolgers 7 über die Diode
34 praktisch auf Bezugspotential 40 und somit auch dessen Ausgang. Damit ist aber
auch Diode 38 gesperrt und deren Kathode liegt auf dem durch die Widerstände 141,
142 eingestellten Potential, welches der tiefsten erlaubten Verdampfertemperatur
- beispielsweise Oo C - entspricht. Da der Kompressor 25 somit immer soweit eingeschaltet
ist, daß die Verdampfertemperatur nun ständig auf 0° C geregelt wird, erfolgt gleichzeitig
mit der Betätigung des Schalters 81 die Regelung der Innenraumtemperatur nunmehr
über da. zweite Stellglied 12 und den Innenraumtemperaturfhl.r 5.
-
Da jede Proportional-Regelung eine endliche Regelabweichung (die sogegenannte
P-Abweichung) zur Erzeugung eines Ausgangssignals benötigt und diese P-Abweichung
in den beiden unterschiedlichen
Betriebsarten, Kühlbetrieb bzw.
Gegenheizbetrieb, gegenläufig sind, wird bei der Umschaltung der Sollwertsteller
über den Widerstand 35 und die Diode 36 der Sollwert der Innenraumtemperatur des
zweiten Stellgliedes 12 um einen mittleren Wert verschoben. Durch diese Maßnahme
wird erreicht, daß auch im Gegenheizbetrieb nahezu dieselben Innenraumtemperaturverhältnisse
erreicht werden, wie im normalen Kühlbetrieb.
-
Die Umschaltung vom Kühlbetrieb in den Gegenheizbetrieb kann natürlich
auch automatisch erreicht werden, indern parallel zum Schalter 81 ein weiterer Schalter
angeordnet wird, der von einem Feuchtigkeitssensor angesteuert wird, und in Abhängigkeit
von der Feuchtigkeit der Innenraumluft und/oder dem Feuchtigkeitsniederschlag-auf
den Scheiben, insbesondere der Frontscheibe, eine Umschaltung vom Kühlbetrieb in
den Gegenheizbetrieb ermöglicht. Diese Betriebsart wird sich besonders bei feuchter
Witterung eignen, da die in das Fahrzeuginnere eingeleitete Außenluft ihre Feuchtigkeit
am Verdampfer weitgehend abscheidet, schließlich wieder aufgeheizt wird und somit
den Feuchtigkeitsbeschlag auf der Innenseite der Fensterflächen entfernt.