DE3034786A1

DE3034786A1 - Verfahren zur steuerung der luftmenge

Info

Publication number: DE3034786A1
Application number: DE19803034786
Authority: DE
Inventors: Karl Ing.(grad.) 7143 Vaihingen Lochmahr
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1980-09-15
Filing date: 1980-09-15
Publication date: 1982-04-29
Also published as: FR2490160B1; FR2490160A1; GB2083610A; DE3034786C2; GB2083610B

Description

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Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG Mauserstr. 3, D - 7000 Stuttgart 30

Verfahren zur Steuerung der Luftmenge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Luftmenge gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Hierbei geht die Erfindung aus von einem Heiz- und/oder Klimagerät, wie es durch die DE-AS 26 54 5 52 bekannt wurde.

Ein Problem bei der Belüftung bzw. Klimatisierung von Fahrzeugen besteht darin, den für die Belüftung bzw. Klimatisierung notwendigen Luftstrom im Fahrgastraum konstant zu halten, und zwar auf einem bestimmten vorwählbaren Sollwert. Durch die Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert sich der Staudruck im Lufteintrittskanal des Fahrzeuges und damit der Luftdurchsatz, wenn nicht bestimmte Massnahmen zur Kompensation des Staudruckes ergriffen werden, z.B. Veränderung des Luftdurchtrittsquerschjiittes mittels Klappen und/ oder Veränderung der Drehzahl des den Luftstrom fördernden Gebläses.

In der DE-AS 26 54 552 ist ein Verfahren zur Einstellung der Luftmenge mittels eines manuell betätigbaren Luft-

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mengensehalters offenbart worden. Hierbei wird - je nach dem individuellen Behaglichkeitsempfinden des Fahrgastes - eine bestimmte Schaltstellung gewählt, der ein bestimmter Luftdurchtrittsquerschnitt bzw. Klappenstellung und eine bestimmte Gebläsedrehzahl zugeordnet ist. Der Fahrgast hat hier zwar die Möglichkeit, sechs Sollwerte einzustellen, die aber bei Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit nicht mehr konstant bleiben - der abweichende Istwert muss dann durch manuelle Neueinstellung am Luftmengenschalter korrigiert werden. Dies bedeutet einerseits eine Beeinträchtigung der Aufmerksamkeit des Fahrers und ist andererseits als Mangel an Komfort zu werten.

Andererseits ist durch die DE-AS 16 80 228 eine automatische Regeleinrichtung zur Konstanthaltung des Luftstromes bekannt geworden, wobei in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit einerseits die. Gebläsedrehzahl und andererseits eine Luftklappe jeweils stufenlos verändert werden. Diese Regeleinrichtung arbeitet mit einem aufwendigen Stellantrieb (Spule mit Tauchanker), der eine elektrische Rückführung der Klappenstellung erforderlich macht. Darüber hinaus ist der Regelbereich dieser Einrichtung durch den Regelbereich der Gebläsedrehzahl begrenzt; für heutige Fahrzeuge mit grossen Geschwindigkeitsbereichen würde eine solche Regeleinrichtung ihre Wirksamkeit, d.h. ihre Regelgüte, in den oberen Geschwindigkeitsbereichen verlieren.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur

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Steuerung der Luftmenge der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art bzw. eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung dahingehend zu verbessern, dass automatisch bei jeder Fahrzeuggeschwindigkeit eine konstante Luftmenge entsprechend einem vorgewählten Sollwert im Fahrzeuginnenraum aufrechterhalten und dass dieses Ziel gerätetechnisch mit möglichst einfachen Mitteln erreicht wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 5 gelöst.

Durch die automatische, geschwindigkeitsabhängige Steuerung gemäss Anspruch 1 ergibt sich während des gesamten Geschwindigkeitsbereiches des Fahrzeuges ein konstanter Luftstrom, ohne dass der Fahrer - mit Ausnahme des einmalig vorzuwählenden Sollwertes bei sich ändernder Geschwindigkeit dauernd von Hand nachregeln muss. Damit ist ein Komfortbedürfnis optimal erfüllt und der Fahrer von einer seine Aufmerksamkeit beeinträchtigenden Funktion entlastet. Infolge der stufenförmigen Luftklappensteuerung können einfache Stellantriebe, zum Beispiel Unterdruckdosen, verwendet werden; dennoch ergibt sich aufgrund der sprungartigen Drehzahländerungen, d.h. des sägezahnartigen Verlaufes, eine konstante Luftmenge. Der gesamte Drehzahlbereich des Gebläses kann somit jeweils für eine Stufe, d.h. eine bestimmte Klappenstellung, ausgenutzt werden. Damit wird die Güte der Luftmengensteuerung über den gesamten Geschwindigkeitsbereich des. Fahrzeuges verbessert.

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Gemäss Anspruch 2 erfolgt die Steuerung der Klappen und der Gebläsedrehzahl über eine elektronische Steuereinheit, der als elektrisches Eingangssignal zum einen die Fahrzeuggeschwindigkeit vom Techometer, zum anderen der Sollwert für die Luftmenge bei stillstehendem Fahrzeug über den Sollwertgeber 'zugeführt wird. Damit ist auf einfache Weise gewährleistet, dass jedem Geschwindigkeitswert eine bestimmte Gebläsedrehzahl verbunden mit einer bestimmten Klappenstellung zugeordnet ist, so dass die Luftmenge konstant bleibt.

Gemäss Anspruch 3 wird die Gebläsedrehzahl durch Änderung der Spannung am Elektromotor gesteuert, d.h. durch eine einfache bekannte Massnahme. Der stetige Teil der Sägezahnfunktion kann aber auch eine von der elektronischen Steuereinheit erzeugte beliebige Funktion darstellen.

Gemäss Anspruch 4 sind in der elektronischen Steuereinheit bestimmte fahrzeugspezifische Parameter gespeichert, z.B. die Geschwindigkeitswerte, bei denen die Stufensprünge liegen. Das Steuerungsverfahren kann durch diese Vorrichtung an verschiedene Fahrzeuge, insbesondere deren Geschwindigkeitsbereiche, angepasst werden.

Gemäss Anspruch 5 sind den Stufensprüngen bestimmte Drehzahlwerte zugeordnet, wobei die Drehzahldifferenz' (der Drehzahlsprung) abhängig ist von der Differenz der Luftdurchtrittsquerschnitte (Querschnittssprung) und der Geschwindigkeit (Staudruck) an der Sprungstelle. Durch diese Massnahme wird die exakte Konstanthaltung des Luftstromes trotz einer Unstetigkeit der Stell-

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glieder, Klappen und Gebläse, sichergestellt. Somit ergibt sich eine echte Komfortsteigerung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert.

Fig. la zeigt ein Diagramm des Verlaufes

der Gebläsedrehzahl η über der Fahrzeuggeschwindigkeit v,

Fig. Ib zeigt ein Diagramm des Verlau

fes des Luftdurchtrittsquerschnittes A über der Fahrzeüggeschwihdigkeit v,

Fig. Ic zeigt ein Diagramm des Verlaufes

des Luftdurchsatzes m über der Fahrzeuggeschwindigkeit v,

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild mit

den Komponenten der Steuerung und

Fig. 3 zeigt eine Belüftungsanlage mit

Stellgliedern und Stellantrieben.

Die Figuren 1 a, b und c zeigen die drei Funktionen, Gebläsedrehzahl η, Luftdurchtrittsquerschnitt A und Luftdurchsatz m jeweils über der gleichen Abszisse,

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der Fahrzeuggeschwindigkeit v aufgetragen, die beispielsweise in drei Stufenbereiche O bis I, I bis II und II bis III aufgeteilt ist.

Figur la zeigt den Verlauf der Gebläsedrehzahl η, die jeweils innerhalb der einzelnen 'Stufenbereiche O bis I, I bis II und II bis III stetig von einem Maximalwert η bis zu einem Minimalwert η . verläuft. An den Übergangsstellen I, II und III der einzelnen Stufenbereiche springt die Drehzahl von einem Extremwert zum anderen, also von n_T . auf n_x , von n_xx . auf n_xx

Imin Imax Ilmxn Umax

und n_{T T} , auf η _τ bzw. umgekehrt, so dass· sich für den gesamten Geschwindigkeitsbereich ν von O bis III ein sägezahnartiges Profil ergibt. Oberhalb der Sprungstelle III kann die Drehzahl bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel konstant bleiben, weil der Staudruckeinfluss bei geschlossenem Luftdurchtrittsquerschnitt praktisch ausgeschaltet ist - in -diesem Fall wird die noch vorhandene Leckageluft bei konstanter Gebläsedrehzahl gefördert.

Figur Ib zeigt den stufenförmigen Verlauf des Luftdurchtrittsquerschnittes A, aufgetragen über dem gesamten Geschwindigkeitsbereich ν von O bis III und darüber. .Der Luftdurchtrittsquerschnitt A bleibt also innerhalb der einzelnen Stufenbereiche 0 bis I, I bis II und II bis III konstant und wird an den Übergangsstellen · I, II und III sprungartig verändert. So ist der Luftdurchtrittsquerschnitt im Bereich von 0 bis I mit A„ maximal geöffnet, im Bereich von I bis II mit A_x etwa halb geschlossen und im Bereich von II bis III mit A_x-

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nur noch etwa zu 20 % von A_Q geöffnet. Oberhalb der Geschwindigkeit an der Stelle III ist der Luftdurchtrittsquerschnitt geschlossen, allerdings ergibt sich infolge von Undichtigkeiten eine gewisse Leckluftmenge, die jedoch in diesem höchsten Geschwindigkeitsbereich praktisch konstant, d.h. staudruckunabhängig, ist'.

In Figur Ic ist der Luftdurchsatz m, wie er sich im Fahrzeuginnenraum ergibt, ebenfalls über dem gesamten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich aufgetragen: Wie die Parallele zur Abszisse zeigt, bleibt der Luftdurchsatz konstant auf dem Wert m ,-,. Dies ergibt sich beispielsweise für den ersten Geschwindigkeitsbereich O bis I dadurch, dass bei einem für diesen Bereich konstanten Durchtrittsquerschnitt A_Q die Gebläsedrehzahl η stetig, aber im umgekehrten Verhältnis wie der Staudruck ansteigt, von einer Maximaldrehzahl n- bis zu einer Minimaldreh.zahl n^ . abnimmt. Bei Erreichen dieser ersten Sprurigstelle I, der beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 80 km/h entsprechen kann, wird der Luftdurchtrittsquerschnitt von A_ sprungartig auf Α_χ gedrosselt, während gleichzeitig die Drehzahl des Gebläses sprungartig wieder auf einen Maximalwert n- ansteigt. Danach verläuft die Drehzahl η bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ν wieder stetig abnehmend bei konstantem Luftdurchtrittsquerschnitt A₁ bis zu einem Minimalwert n__ . an der. Sprungstelle II.

Hier wird der Luftdurchtrittsquerschnitt von A_T sprungartig auf A₁- gedrosselt, gleichzeitig wird die Gebläsedrehzahl sprungartig auf einen Maximalwert η_χχ an-

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Λ +*

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gehoben. Mit weiter zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ν nimmt die Gebläsedrehzahl wieder stetig bis zu einem Minimalwert n_ITI . an der Sprungstelle III ab. An der Sprungstelle III wird der Luftdurchtrittsquerschnitt von A_TT sprungartig auf Α_χττ verringert, d.h. ganz geschlossen; es verbleibt nur noch ein Leckquerschnitt. Gleichzeitig wird die Gebläsedrehzahl sprungartig auf η

angehoben und kann von der Sprungstelle III an auch bei weitersteigender Fahrzeuggeschwindigkeit konstant bleiben, da die eintretende Leckluftmenge praktisch konstant ist. An allen Sprungstellen I, II und III muss die Ubergangsbedingung erfüllt sein, dass der Luftdurchsatz bei grösserem Durchtrittsquerschnitt und kleinerer Gebläsedrehzahl gleich ist dem Luftdurchsatz bei kleinerem Durchtrittsquerschnitt und höherer Gebläsedrehzahl; aus dieser Bedingung ergeben sich die Drehzahlunterschiede bzw. die Stufenhöhen an den Sprungstellen I, II und III. Die-unterschiedlichen' Drehzahldifferenzen n_ - ⁿ-r_m-_n an der Stelle I und

n__ - n_xx . an der Stelle II im Verhältnis zu Umax Ilmin

den entsprechenden Querschnittsdifferenzen A_n - A und A_T - A_TT ergeben sich aus starken Nichtlinearitäten"der eintretenden Luftmenge.

Figur 2 zeigt in einem Blockschaltbild die wichtigsten Komponenten zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Dabei ist eine elektronische Steuereinheit 1 vorgesehen, der vom Tachometer 2 fahrzeuggeschwindigkeitsproportionale Signale zugeführt werden. Als weiteres Eingangssignal erhält die elektronische Steuereinheit 1 den Sollwert für die Luftmenge, der über einen Sollwertsteller 3 beliebig vorgewählt werden kann. '

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Elektrisch verbunden mit der elektronischen Steuereinheit 1 sind die Stellantriebe 4, 5 und 6, die ihrerseits im Luftführungskanal angeordnete Klappen 7, 8 und 9 steuern. Durch diese Klappen wird der Luftdurchtrittsquerschnitt stufenweise verändert. Die Stellmotoren sind vorzugsweise als üriterdruckdosen ausgebildet, die über schwärz-weiss-schaltende Magnetventile angesteuert werden. Weiterhin ist mit der elektronischen Steuereinheit 1 eine elektronische Gebläsesteuerung 10 verbunden, die ihre Ausgangssignale auf den Elektromotor 11 gibt, der seinerseits das Gebläse 12 zur Förderung des Luftstromes im Luftführungskanal antreibt. In der elektronischen Steuereinheit 1 sind bestimmte fahrzeugspezifische Parameter, also einmal die den einzelnen Sprungstellen I, II und III zugeordneten Fahrzeuggeschwindigkeiten und die diesen Fahrzeuggeschwindigkeiten zugeordneten Drehzahlwerte für das Gebläse entsprechend Figur la. Bei Erreichen dieser Geschwindigkeitswerte werden die Klappen 7, 8 und 9 nacheinander geöffnet bzw. geschlossen, so dass sich der gemäss Figur Ib stufenförmige Verlauf des Luftdurchtrittsquerschnittes ergibt. Die-stetige nach einer, bestimmten Funktion erfolgende Drehzahlregelung des Gebläses 12 bzw. des Gebläsemotors 11 erfolgt über die elektronische Gebläsesteuerung 10, die ihre fahrZeuggeschwindigkeitsabhängigen Eingangssignale ebenfalls von der elektronischen Steuereinheit 1 er- · hält.

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In Figur 3 ist der Teil einer Belüftungs- bzw. Klimaanlage eines Fahrzeuges dargestellt, der die für die Durchführung des erfindungsgemässen Steuerungsverfahrens notwendigen Stellglieder, Stellantriebe und Steuereinrichtungen enthält. Der LuftZuführungskanal 13 enthält zwei Lufteinlässe 14 und 15, die über die Lufteinlasskanäle 16 und 17 in den Luftzuführungskanal 13 münden, in dem sich das Gebläse mit Gebläsemotor 18 Tind Gebläserad 19 befindet; letzteres kann ein Axialoder Radialgebläserad sein. Im Lufteinlasskanal 16 ist eine Klappe 20 angeordnet, die über die Unterdruckdose 22 mit nicht dargestelltem Magnetventil die geschlossene und die in gestrichelten Linien dargestellte offene Stellung 20' einnehmen kann. Der andere Lufteinlasskanal 17 weist eine Klappe 21 auf, die über die Doppelunterdruckdose 23 mit nicht dargestellten Magnetventilen in drei verschiedene Stellungen gebracht werden kann, denen die Bezugszahlen 21, 21' und 21'' entsprechen. Die Klappe 21 kann also neben der vollständig geschlossenen und der vollständig geöffneten Stellung 21'' auch eine Mittelstellung 21' einnehmen. Die die Unterdruckdosen 22 und 23 steuernden, nicht dargestellten Magnetventile sind über die elektrischen Leitungen 24, 25 und 26 mit der elektronischen Steuereinheit 28 verbunden, von der aus ebenfalls über die elektronische Gebläsesteuerung 29 eine elektrische Verbindung 27 zum Elektromotor für das Gebläserad 19 führt.

Claims

12.ν. 1980 8O-Β-23 EZDP/Heu/Bü. Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Pr. Behr GmbH & Co. KG Mauserstr. 3, D - 7000 Stuttgart 30 Ansprüche

1./verfahren zur Steuerung der Luftmenge zur Belüftung ^-"^ bzw. Klimatisierung des Fahrgasträumes eines· Fahr-. zeuges, wobei einerseits mindestens zwei in einem staudruckbeaufschlagten Luftzuführungsfcanal angeordnete, durch Unterdruckdosen betätigte Klappen zur Veränderung des Luftdurchtrittsquerschnittes und
andererseits die Drehzahl des Gebläses zur Veränderung des Luftdurchsatzes gesteuert werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ν der Luftdurchtrittsquerschnitt A durch die Klappen (7,8,9) in mindestens zwei Stufen und die Gebläsedrehzahl η innerhalb dieser Stufen stufenlos verändert werden, wobei die Gebläsedrehzahl
bei den Stufensprüngen des Luftdurchtrittsquerschnittes ebenfalls von einem Extremwert auf einen anderen springt, so dass sich für die Funktion des
Luftdurchtrittsquerschnittes A über der Geschwindigkeit ν ein stufenförmiger Verlauf und für die
Funktion der Gebläsedrehzahl η über der Geschwindigkeit ν ein sägezahnförmiger Verlauf ergibt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Klappen (7,8,9) und der Elektromotor (11) des Gebläses (12) über eine elektronische Steuereinheit (1), die ihre Eingangssignale einerseits vom Tachometer (2) des Fahrzeuges und andererseits vom Sollwertgeber (3) erhält, gesteuert werden.

3". Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die stufenlose Steuerung der Gebläsedrehzahl innerhalb einer Stufe über eine an sich bekannte elektronische Gebläse-. steuereinrichtung (10) erfolgt, die die Spannung am Elektromotor (11) des Gebläses (12) verändert.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , dass die elektronische Steuereinheit (1) ein fahrzeugspezifisches Programm aufweist, in das zur Festlegung der Stufensprünge bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeiten eingegeben sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass den bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeiten bzw. den einzelnen Stufensprüngen bestimmte Drehzahlwerte für das Gebläse (12) zugeordnet sind.

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