DE3143588A1 - "verfahren und steuerschaltung zur steuerung eines klimageraetes" - Google Patents

"verfahren und steuerschaltung zur steuerung eines klimageraetes"

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DE3143588A1
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Seiichi Suginami Tokyo Takahashi
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Description

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TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER '.."..' .Z. .-'NIS'SAfa ~-G81-070-053
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BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zur Steuerung eines Klimagerätes von insbesondere der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 5 angegebenen Art.
In der Fig. 1 der anliegenden Zeichnung ist ein bisher auf herkömmliche Art gesteuertes Kraftfahrzeug-Klimagerät 1 schematisch dargestellt. Innerhalb eines Lufteinlaßgehäuseteils 2 ist eine schwenkbar gelagerte Luftklappe 5 durch ein Unterdruck-Stellglied (nicht dargestellt) zwischen einer strich- punktiert angedeuteten ersten Endlage, in der sie einen Frischlufteinlaß 3 ganz sperrt und damit Umlaufluft B aus dem Fahrzeuginnenraum (nicht dargestellt) ungehindert durchläßt, und einer durchgehend gezeichneten zweiten Endlage, in welcher der Umlufteinlaß 4 gesperrt und der Frischlufteinlaß 3 für das ungehinderte Einströmen von frischer Außenluft A ganz offen ist, verstellbar.
Ein in Strömungsrichtung hinter dem Lufteinlaßgehäuseteil 2 angeordnetes Radialgebläse 6 ist durch einen drehzahlvariablen Elektromotor 7 antreibbar, um die Frischluft A oder Umlaufluft B zwangsweise in eine Zwischenkammer 8 mit einem darin angeordneten Verdampfer 9 zu drücken. Dieser Verdampfer 9 ist mit einem z.B. über eine elektromagnetische Kupplung durch den Fahrzeugmotor antreibbaren Kompressor 1.0 durch je eine Saug- und Druckleitung verbunden und somit Teil eines geschlossenen Kühlsystems, in dem ein Kühlmedium durch Kompression flüssig und durch Entspannung wieder gasförmig wird und dabei den Verdampfer 9 abkühlt.
TER MEER - MÖLLER - STE.NME.STER ^ '-^ Λ. Λ·™**™.? ^-070-053
In einem Lufteinlaßraum 12 einer in Strömungsrichtung hinter dem Verdampfer 9 liegenden Luftverteilkammer 11 befinden sich ein beispielsweise an den Kühlwasserkreislauf des Fahrzeugmotors angeschlossener Heizkörper 14 einer Luftheizeinheit 13 und, zwischen dem Verdampfer 9 und dem dem Heizkörper 14 gelegen, eine um eine Achse 16 schwenkbare Mischklappe 15, deren stufenlos verstellbare Winkelstellung zwischen den beiden durchgehend und strichpunktiert gezeichneten Endlagen das Mischverhältnis zwischen durch den Heizkörper 14 und/oder durch den Verdämpfer 9 strömender Luft bestimmt. In dem Motor-Kühlwassersystem, mit dem der Heizkörper 14 durch Leitungen 17 verbunden ist, befindet sich ein geeignetes Absperrventil (nicht dargestellt)., welches mit der Mischklappe 15 mechanisch verbunden und somit durch sie betätigbar ist.
Teils -hinter und teils neben dem Heizkörper 14 sowie in Strömungsrichtung hinter dem Lufteinlaßraum ist innerhalb der Luftverteilkammer 11 ein Luftverteilraum 18 gebildet, in den die Luft in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der Mischklappe 15 mehr oder weniger direkt und/oder durch den Heizkörper 14 aus dem Lufteinlaßraum 12 gelangt. Mit dem Luftverteilraum 18 sind über Auslaßöffnungen 19, 20, 21 z.B. Belüftungsdüsen, Luftkanäle, Scheibenentfrosterdüsen u. dgl. verbunden. Die Einzelluftströme durch diese öffnungen 19,20 und 21 sind durch mittels ' Unterdruckstellgliedern (nicht dargestellt) betätigte. Regulierklappen 22, 23 bzw. 24 selektiv steuerbar.
Pie Winkelstellung der Mischklappe 15 zur Bestimmung der in den Luftverteilraum 18 gelangen Mengenanteile von erwärmter und/oder gekühlter Luft wird durch eine Klappenverstelleinheit 25 reguliert, die einen mit der Mischklappe 15 durch eine Koppelstange 27 verbundenen ünterdruckstelltrieb 26 mit einer federbelasteten flexibelen Membran enthält. Die Membran begrenzt eine Steuerkammer des Stelltriebs 26, die selektiv über ein Magnetventil
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mit Außenluft und über ein Magnetventil 29 mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist. Bei Außenluftverbindung expandiert die Steuerkammer durch Federkraft, und wenn dagegen das Ventil 28 geschlossen und Ventil 29 offen ist, schrumpft die Steuerkammer durch Unterdruckeinfluß.. Durch laufendes Zuführen von elektrischen Steuersignalen an die Wicklungen der Magnetventile 28 und 29 ist deren jeweiliger Öffnungsgrad kontinuierlich und so regulierbar, daß die Mischklappe 15 entsprechend stufenlos verstellt wird.
Die jeweilige Winkelstellung der Mischklappe wird durch ein mit der Koppelstange 27 über einen Hebel 31 verbundenes Rückmeldepotentiometer 30 erfaßt. Ein mechanisch mit der Koppelstange 27 verbundener und somit ebenfalls der Mischklappen-Winkelstellung folgender Unterdruck-Programmschalter 32 dient der Unterdruck-Zumessung für die verschiedenen Unterdruck-Stellglieder der Regulierklappen 22 bis 24 und des Warmwassersperrventils für den Heizkörper 14.
Im Betrieb eines derartigen Kraftfahrzeug-Klimagerätes 1 gelangt Frisch- und/oder Umlaufluft aus Einlaß 3 bzw. 4, die durch den Verdampfer 9 auf eine bestimmte Temperatur von z.B. 40C abgekühlt ist, in den Luftverteilraum 18. Falls die Mischklappe 15 nicht eine den Heizkörper 14 ganz abschließende Winkelstellung einnimmt, wird diese zuvor abgekühlte Luft durch den Heizkörper 14 zumindest teilweise so erhitzt, daß in dem Luftverteilraum 18 eine gewünschte Lufttemperatur herrscht. Diese Zweistufen-Luftklimatisierung ist an sich vorteilhaft, weil sie ein breites Temperaturspektrum ermöglicht und ferner die Luft beim Passieren des Verdampfers 9 getrocknet wird, was besonders beim Kühlen relativ heißer Luft bei schwülwarmem Wetter angenehm ist.
Bei Verwendung des zuvor in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen
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Klimagerätes in einer Fahrzeug-Klimaanlage wird der Kompressor 10 periodisch immer dann zum Stillstand gebracht, wenn die den Verdampfer 9 verlassende Luft eine festgelegte Temperatur t.. von z.B. 00C hat, damit die Verdampferrippen nicht zufrieren. Wenn die den Verdampfer 9 durchströmende Luft danach wieder eine zweite festgelegte Temperatur t_ von z.B. 4°C hat, wird der Kompressor 10 wieder eingeschaltet. Auf diese Weise wird die Lufttemperatur Te im Verdampferbereich zyklisch auf einen um t... und t» schwankenden Bereich eingeregelt, wie er durch die in Fig. 2 dargestellte Sägezahnkurve angegeben ist.
Bei dieser bekannten Steuermethode sind die Kompressor-Einschaltphasen (abfallender Kurvenast) länger als die AUS-Phasen des Kompressors 10, siehe Fig. 2 und insbes. Kurve a in Fig. 3. Die Erfinder erkannten, daß diese Steuermethode relativ unwirtschaftlieh und energieverzehrend ist, und stellten Versuche an, bei denen in einem höher gelegenen Temperaturbereich zwischen Grenztemperaturwerten t., £ und ■£-_„ (Kurve "b" in Fig. 3) gearbeitet wurde. In dieser der neuen Methode entsprechenden Kurve "b" ist die AUS-Phase in jedem Zyklus deutlich langer als die EIN-Phase. Ein Anhebung des Temperaturbereichs bedeutet also Energieeinsparung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Angabe eines neuen Verfahrens und einer darauf abgestimmten neuen Steuerschaltung eine bessere und energiesparende Steuerung vonKlimageräten zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist in bezug auf das Verfahren im Patentanspruch 1 und schaltungsmäßig im Patentanspruch 5 angegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind im folgenden Beschreibungsteil und in Unteransprüchen enthalten.
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Ein in dem neuen Steuerverfahren und in der nach dem neuen Verfahren arbeitenden Steuerschaltung für ein z.B. zur Verwendung in Kraftfahrzeugen vorgesehenes Klimagerät verwirklichter Grundgedanke der Erfindung geht dahin, abhängig von der Höhe einer gewünschten Klimatisierungs- bzw. Luftabgabetemperatur Tt des Klimagerätes in Relation zu einem festgelegten Grenztemperaturwert Ttt zwei verschiedene Steuerungsarten anzuwenden:
a) Wenn Tt Ttt ist, wird die Mischklappe in einer den . · Heizkörper ganz abdeckenden Grundstellung Po gehalten, der Kompressor des Kühlaggregats zunächst .ausgeschaltet und dann im Wechsel und so an durch die Schaltung bestimmten Temperaturpunkten T. bzw. T aus- und eingeschaltet, daß die Soll-Temperatur Tt gehalten wird. b) Wenn Tt Ttt ist, wird der Kompressor unabhängig von der Soll-Temperatur Tt, automatisch und an festr gelegten Temperaturpunkten aus- und eingeschaltet, 'und die Soll-Temperatur Tt wird in diesem Fall durch Verändern der Winkelstellung P1 der Mischklappe einreguliert.
Diese flexible Steuerungsart ermöglicht einen besonders ökonomischen Betrieb von Klimageräten. Die Erfinder berücksichtigen dabei auch die Erkenntnis, daß das Kühlaggregat nicht nur aus Gründen der Energieeinsparung bei relativ kalter Außenluft ganz außer Betrieb bleiben kann, weil seine seine luftentfeuchtende Wirkung nur bei sommerlicher Witterung von Nutzen ist. Außenluft ist in der kalten Jahreszeit viel weniger feucht als im Sommer.
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Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezug auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines zur Ansteuerung durch die erfindungsgemäße Steuerschaltung geeigneten Kraftfahrzeug-Klimagerätes, Fig. 2 und 3 grafische Darstellungen einer herkömmlichen und einer durch Erhöhung von Schalttemperaturwerten verbesserten Steuercharakteristik für ein Klimagerät mit Verdampfer nach Fig. 1,
Fig. 4 ein Blockschaltbild des nachstehend erläuterten Ausführungsbeispiels der <?rfindungsgemäßen Steuerschaltung,
Fig. 5 grafische Darstellungen zur Errechnung der Mischklappenstellung durch die Schaltung in Fig. 4 in Abhängigkeit von einer Soll-Temperatur, in Fig. 5A bei ein- und in Figj SB bei ausgeschaltetem Kühl-Kompressor, Fig. 6 weitere Kennlinien zur Steuerschaltung von Fig. 4, Fig. 7 eine Kombination der Kennlinien von Fig. 5A und 5B, . und
Fig. 8 ein Flußdiagramm zur Arbeitsweise der Steuerschaltung von Fig. 4
Bei dem in Fig. 4 als Blockschaltbild dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung zur Steuerung eines Klimageräts nach Fig. 1 enthält einer Geber 33 zur Einführung einer gewünschten Soll-Innentemperatur, einen Außentemperaturfühler 34, Innentemperaturfühler 35, Mischklappenstellungsfuhler 36 und einen Verdampfertemperaturfühler 37. Ein der am Geber 33 eingestellten Soll-Innentemperatür Td entsprechendes Analogsignal Ad gibt der Soll-Innentemperaturgeber 33 ab. Der Außentemperaturfühler 34 gibt ein der ermittelten Außenluft-
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temperatur Ta entsprechendes Analogsignal Aa ab. Der Innentemperaturfühler 35 gibt ein der ermittelten Innentemperatur Ti im Fahrzeug entsprechendes analoges Ausgangssignal Ai ab. Der Fühler 36 gibt ein der ermittelten Winkelstellung P der Mischklappe 15 entsprechendes analoges Ausgangssignal Ap ab und ist beispielsweise das zuvor beschriebene Rückmeldepotentiometer 30 des Klimageräts 1 von Fig. 1. Der Verdampfertemperaturfühler 37 ermittelt die Lufttemperatur Te der den Verdampfer 9 des Klimageräts 1 durchströmenden Luft und gibt ein entsprechendes analoges Ausgangssignal Ae ab.
Ein die Stellung der Luftklappe 5 des Klimageräts 1 in Fig. 1 überwachender Luftklappenschalter 38 ist bei vollständig geöffnetem Frischlufteinlaß 3 geschlossen und bei vollständig geöffnetem Umlufteinlaß 4 offen. Dieser Luftklappenschalter 38 gibt ein der ermittelten Stellung der Luftklappe 5 entsprechendes Signal S ab. Ein elektrisch zwischen einer Stromquelle (nicht dargestellt) und der Erregerwicklung der Magnetkupplung des Kompressors 10 in Fig. 1 angeschlossener Kompressorschalter 39 schaltet gesteuert den Kompressor 10 ein oder aus und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal C ab, welches eine Information über den Arbeitsoder Ruhezustand des Kompressors enthält. Ferner ist im Inneren des Fahrzeugs ein bei Bedarf manuell betätigbarer Klimatisierungsiichalter 39' vorhanden, welcher durch ein Ausgangssignal Λ den Kompressor 10 ein- oder ausschaltet.
Die vom Geber 33 und den Fühlern 34, 35, 36 und 37 abgegebenen analogen Ausgangssignale Ad, Aa, Ai, Ap und Ae werden durch einen A/D-Wandler 40 (Analog/Digital-Wandler) in entsprechende Digitalsignale Dd, Da, Di, Dp bzw. De umgewandelt und in eine ''ignalverarbeitungseinheit 41 eingegeben, welche Recheneinheiten 42, 43 und 44 zur-.Bestimmung.
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jeweils einer Sol1-Luftabgabetemperatur, einer Soll-Mischklappenstellung bzw. einer SolI-Verdampfertemperatur enthält.
Die Recheneinheit 42 zur Ermittlung der So11-Luftabgabetemperatur besitzt separate Eingänge für die Digitalsignale Dd, Da und Di des Gebers 33 bzw. der Temperaturfühler 34 und 35, errechnet aus diesen Signalen auf der Grundlage geeigneter gespeicherter Parameter die Verbindung mit der Funktion f (Td, Ta, Ti) einer Soll-Abgabelufttemperatur Td und gibt ein entsprechendes digitales Ausgangssignal Dt an die Recheneinheiten 43 und 44 ab.
Die Recheneinheit 43 zur Ermittlung der Soll-Mischklappenstellung nimmt außer dem Ausgangssignal Dt von 42 die Ausgangssignale A und C des Klimatisierungsschalters 39' und des Kompressorschalters 39 auf und ermittelt in Abhängigkeit davon ein digitales Ausgangssignal Dp", mit dem eine gewünschte Winkelstellung P1 der Mischklappe 15 vorgegeben wird.
Wenn der Klimatisierungsschalter 39' durch menschliche Einwirkung geschlossen ist, der Kompressor 10 folglich läuft und das Signal A in die Recheneinheit 43 geht, dann ändert sich das Ausgangssignal Dp1 von 43 abhängig von der Soll-Abgabetemperatur Tt nach der Funktion g, (Tt) (siehe Kurve G, in Fig. 5A), falls die Abgabetemperatur Tt größer als ein gegebener kritischer Wert Ttt ist; liegt die Soll-Abgabetemperatur Tt unter diesem kritischen Wert Ttt bei geschlossenem Klimatisierungsschalter 39', dann gibt das Signal Dp1 der Einheit 43 an, daß die Mischklappe 15 sich in ihrer Nullstellung Po befindet und den Heizkörper 14 in Fig. 1 ganz von dem Luftstrom in dem Lufteinlaßraum 12 abtrennt.
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Wenn dagegen der Klimatisierungsschalter 39' offen ist, ändert sich bei geschlossenem Luftklappenschalter 38 das Ausgangssignal Dp1 der Recheneinheit 43 nach der Kurve G? in Fig. 5B und der Funktion g„ (Tt), und bei offenem Luftklappenschalter 38 nach der Kurve G-. in Fig. 5B und Funktion g3(Tt). Diese erwähnten Funktionen g,(Tt), g~(Tt) und g-.(Tt) sind in der Recheneinheit 43 gespeichert. In bezug auf die Winkelstellung der Mischklappe 15 in Fig. 5 gilt, daß die Mischklappe 15 in ihrer Nullstellung Po ganz an dem Heizkörper 14 anliegt und ihn damit gegenüber dem Raum 12 absperrt.
Ein Mischklappenstellungs-Komparator 45 vergleicht das Ausgangssignal Dp1 für die Soll-Mischklappenstellung aus der Recheneinheit 43 mit dem aus dem Mischklappenstellungsfühler 36 über den Wandler 40 bezogenen Digitalsignal Dp zur Ist-Mischklappenstellung.und gibt ein der Abweichung zwischen diesen Signalen Dp und Dp1 entsprechendes Fehlersignal Db ab.
Eine Recheneinheit 4 4 zur Bestimmung der Soll-Verdampfertemperatur errechnet aus dem Ausgangssignal Dt der Recheneinheit 42 eine Soll-Lufttemperatur Te' am Verdampfer 9 und gibt zwei der Kompressor-Abschalttemperatur T, bzw. Kompressor-Einschalttemperatur T„ entsprechende digitale Ausgangssignale De, und De~ ab. Wenn die Soll-Abgabelufttemperatur Tt kleiner als der gegebene kritische Wert Ttt ist, dann werden die Temperaturen T, und T„ als Funktio-. nen h,(Tt) und h2(Tt) errechnet. Falls Tt größer als Ttt ist, dann ist T, = h,(Ttt) und T2 = h^Ttt), also konstant. Dies ist in Fig. 6 durch die Kurven h, und h~ angegeben. So werden die von der Recheneinheit 44 ermittelten Aus- und Einschalttemperaturen T, und T_ von vorgegebenen Werten von z. B. 0°C und 30C amehoben, wenn das der Soll-Abgabetemperatur Tt entsprechende Signal Dt der Recheneinheit 42 auf
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den kritischen Wert Ttt ansteigt. Solange Tt größer als der kritische Wert Ttt ist, bleiben die Aus- und Einschalttemperaturen des Kompressors T, und T„ konstant. Gemäß Fig. 6 ist die Kompressorsoll-Einschalttemperatur T„ wesentlich höher als der auf z. B. 3°C vorgegebene Wert. Der kritische Wert Ttt von Tt entspricht dem gewünschten Scheitelwert der sich periodisch ändernden Lufttemperatur Te am Verdampfer 9. Die Recheneinheit 44 gibt ihre Ausgangssignale De,, De« nur bei geschlossenem Klimatisierungsschalter 39' ab.
Ein Temperaturkomparator 46 vergleicht das der Ist-Lufttemperatur am Verdampfer 9 De entsprechende und durch den Wandler 40 digital umgesetzte Ausgangssignal De des Verdampfertemperaturfühlers 37 mit den Ausgangssignalen De-, und De„ der Recheneinheit 44, welche den Aus- und Einschalttemperaturen des Kompressors 10 entsprechen. Der Komparator 46 gibt ein digitales Ausgangssignal Dc ab, falls De grö-ßer als T, ist und der Komparator 10 gemäß Signal C arbeitet und wenn Te größer als T„ ist und der Kompressor 10 gemäß Signal C nicht arbeitet.
Die Signalverarbeitungseinheit 41 gibt die digitalen Ausgangssignale Db und Dc an einen D/A-Wandler (Digital/Analog-Wandler) 47 ab, welcher diese Signale in entsprechende Analogsignale Ab bzw. Ac umsetzt. Das Signal Ab wird durch eine Mischklappensteuereinheit 48 in ein Steuersignal Cb umgesetzt, mit dem die Magnetventile 28 und 29 in Fig. 1 so angesteuert werden, daß die Mischklappe 15 jeweils eine vorgesehene Winkelstellung einnimmt.
Das Analogsignal Ac aus dem Wandler 47 wird durch eine Kompressorsteuereinheit 49 in ein Steuersignal Cc^ zur Ein- und Ausschaltung des Kompressors 10 über dessen Magnetkupplung umgesetzt.
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In Fig. 7 ist graphisch dargestellt, wie durch Regulierung der Winkelstellung P der Mischklappe 15 und der Lufttemperatur Te am Verdampfer 9 die Soll-Abgabelufttemperatur Tt aus dem Klimagerät eingestellt wird. Wenn die Temperatur in dem klimatisierten Fahrzeuginnenraum auf einen festen Wert eingestellt ist, ergibt sich die Gesamt-Wärmeabgabe Qt der Klimaanalge aus folgender Gleichung:
Qt = Qr + Qv + Qs + Qm ■ + Qg (1)
Darin sind Qr Wärmegewinne oder -Verluste durch die Unterschiede zwischen Innenraum- und Außenlufttemperatur, Qv die Wärmeübertragung durch Luftumwälzung Qs die äußere Wärmeeinstrahlung, Qm die Wärmeabstrahlung der Insassen und Qg die Verlustwärme von Motor und Aggregaten des Fahrzeugs. Diese Wärmemenge Qt ist eine Funktion der Differenz zwischen der Soll-Abgabelufttemperatur Tt und der Ist-Temperatur Ti im klimatisierten Fahrzeug. Qr und Qv sind von der Differenz zwischen Außen- und Innentemperatur Ta, Te abhängig· Die Wärmeeinstrahlung Qs wird von Sonne und Himmel bestimmt. Die thermischen Belastungen Qm und Qg bleiben praktisch konstant. Daher kann die GLeichung (1) durch folgendes Temperaturgleichgewicht ausgedrückt werden, worin a, b, c und d Konstanten sind:
Tt = a.Ti + b.Ta + c.Ts + d (2)
Für die zur Erzielung einer gewünschten klimatisierten Innentemperatur Ti notwendige Soll-Luftabgabetemperatur Td1 gilt
Td' = a.Ti1 + b.Ta + c.Ts + d (3)
Aus den Gleichungen (2) und (3) ergibt sich die Soll-Abgabelufttemperatur Tt in dieser Form:
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Tt = Td1 + T (4)
Darin ist T = a(Ti' - Ti) (5)
Die Recheneinheit 42 für die Abgabelufttemperatur in Fig. enthält die Konstanten a, b, c, d sowie die Temperaturwerte Ts für die äußere Wärmeeinstrahlung vorgespeichert und ist so programmiert, daß sie die zugeführten Signale Dd (für Soll-Innentemperatur Td), Da (für ermittelte Außentemperatür Ta) und Di (für ermittelte Innentemperatur Ti) in Rechenvorgänge auf der Grundlage der Gleichungen (3) und (4) einbezieht.
Die zuvor beschriebenen Funktionen der Steuerschaltung von Fig. 4 sind in Fig. 8 in Form eines Flußdiagramms wiedergegeben. Zu Betriebsbeginn des Klimageräts werden in einem ersten Schritt 50 die Soll-Innentemperatur Td, Ist-Außentemperatur Ta, Ist-Innentemperatur Ti, Ist-Winkelstellung P der Mischklappe 15, Ist-Lufttemperatur Te am Verdampfer und die Schaltersignale S, A und C zur Stellung der Luftklappe 5, zum Betriebs- oder Ruhezustand des Kompressors 10 bzw. zum manuellen Ein- oder Ausschaltbefehl für den Kompressor von Schalter 38, 39 und 39' registriert bzw. abgefragt. Im nächsten Schritt 51 errechnet die Recheneinhext 42 nach der Funktion f (Td, Ta, Ti) die Soll-Abgabelufttemperatur Tt nach Gleichung (3) und (4). Wenn im nächsten Schritt 52 aus dem Signal A von Schritt 50 erkannt wird, daß der Kompressor 10 manuell eingeschaltet ist, dann wird in einem Schritt 53 die errechnete Luftabgabetemperatur Tt mit dem gegebenen kritischen Wert Ttt verglichen und, falls Tt< Ttt ist, in Schritt 54 ein die Grundstellung Po der Luftklappe 15 (Fig. 1) vorgebendes Signal Dp1 erzeugt. Wenn aber Tt > Ttt ist, wird in Schritt 55 nach der Funktion g,(Tt) eine gewünschte Winkelstellung P1 der Mischklappe 15 durch ein entsprechendes Signal Dp1
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vorgegeben. Wenn dagegen in Schritt 55 der Klimaschalter 39' als ausgeschaltet erkannt wird, dann springt das Pro^ gramm von Schritt 52 zu Schritt 56, wo in Abhängigkeit von dem Signal S aus Schritt 50 ein Signal Dp1 zur Soll-Winkelstellung P1 von Klappe 15 entweder nach der Funktion g„(Tt) oder Funktion g3(Tt) (Kurve G- oder G3 in Fig. 5B) errechnet wird.
Sobald im Fahrzeug manuell der Kompressor 10 eingeschaltet wird, schließt sich an den erwähnten Schritt 54 bzw. 55 jeweils ein Schritt 57 bzw. 58 an. In beiden Schritten 57 und 58 werden die den Kompressorein- und -ausschalttemperaturen T, und T„ entsprechenden Signale De, und De„ erzeugt,aber mit dem Unterschied, daß bei Schritt 57 Tt kleiner als Ttt, in Schritt 58 Tt aber größer aln T1Ll ist . Die:u> Unterschi ode wurden bereits zuvor in Verbindung mit Fig. 6 erläutert.
Jeweils nach Durchführung von Schritt 57 oder 58 wird im nächsten Schritt 59 nach dem Signal C ermittelt, ob der Kompressor 10 arbeitet oder nicht. Bei arbeitendem Kompressor wird im nächsten Schritt 60 die ermittelte Lufttemperatur am Verdampfer 9 mit der in Schritt 57 oder 58 ermittelten Kompressor-Ausschalttemperatur T, verglichen. Falls Te > T, ist, wird mit Schritt 61 der Kompressor 10 durch das Steuersignal Cc im Betrieb belassen. Wenn dagegen Te < T, ist, wird durch ein entsprechendes Signal die Magnetkupplung getrennt und der Kompressor 10 dadurch außer Betrieb gesetzt. Wenn in Schritt 59 die Antwort negativ ausfällt, dann wird in einem Schritt 62 die Verdampferlufttemperatur Te mit der gewünschten Kompressor-Einschalttemperatur T„ verglichen. Abhängig davon ob in diesem Fall Te kleiner oder größer als T„ ist, wird der Kompressor 10 durch das Signal Cc abgeschaltet belassen oder eingeschaltet.
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER ""Nl'SSAN'-' 08ϊ-θ7Ό-053
In einem letzten Schritt 63 wird die im ersten Schritt registrierte Ist-Winkelstellung P der Mischklappe 15 mit der in einem der Schritte 54, 55 oder 56 ermittelten Soll-Winkelstellung P1 verglichen und,falls eine Abweichung zwisehen P und P1 vorhanden ist, diese Abweichung durch ein entsprechendes Steuersignal Cb ausgeglichen, die Klappe 15 wird in Soll-Stellung P1 gebracht.
Somit reguliert die erfindungsgemäße Steuerschaltung den Betrieb des Klimageräts nach zwei verschiedenen Steuerungsarten:
a) Wenn die aus den Sollwerten Td, Ta und Ti errechnete Soll-Abgabelufttemperatur Tt>Ttt (gegebener kritischer Wert) ist, dann wird die Soll-Temperatur Tt in der Weise eingeregelt, daß die Mischklappe 15 in ihrer Grundstellung Po (Fig. 1, Heizkörper 14 geschlossen) gehalten, der Kompressor 10 abgeschaltet und danach abwechselnd bei T, und T„ aus- bzw. eingeschaltet wird.
b) Falls Tt< Ttt ist, wird der Kompressor 10 ohne Rücksicht auf die Soll-Abgabetemperatur Tt automatisch und an festgelegten Temperaturpunkten aus- und eingeschaltet und die Soll-Abgabelufttemperatur Tt über die variable Winkelstellung P1 der Mischklappe 15 einreguliert.
Durch dieses differenzierte erfindungsgemäße Steuerverfahren werden die Einschaltzeiten im Vergleich zu den Ausschaltzeiten des Kompressors 10 wesentlich verkürzt, und das schon bei relativ niedrigen und in noch viel größerem Ausmaß bei relativ hohen Abgabolufttemperaturwerten. Damit trägt die erfindungsgemäße Steuerschaltung wesentlich zur Energieeinsparung beim Betrieb von Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen bei.
Leerseite

Claims (7)

  1. 3H3588
    PATENTANWÄLTE
    TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER
    Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Prolesslonal Representatives before the European Patent Office MandaUlrei agrees pros !'Office european des brevets
    Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister ΑΧ£*Μ°ΙβΓ I Artur-Ladebeck-StrassaBI
    D-8000 MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1
    Case: GG1-070-053 3- November 1981
    Mü/Gdt
    NISSAN MOTOR COMPANY, LTD. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan
    Verfahren und Steuerschaltung zur Steuerung eines Klimagerätes
    Priorität: 4. November 1980, Japan, Ser.No. 153719/1980
    PATENTANSPRÜCHE
    ί1Γ\ Verfahren zum Steuern eines der Klimatisierung eines Raumes dienenden Klimagerätes mit einem einen Verdampfer sowie einen Kompressor aufweisenden Kühlaggregat, einem Heizelement und einer in Luftstromrichtung hinter dem Verdampfer und vor dem Heizelement befindlichen, den Luftstrom zum Heizelement mehr oder weniger absperrenden Mischklappe, dadurch gekennzeichnet, daß - eine Soll-Temperatur (Td) für den zu klimatisierenden Raum festgelegt,
    Ist-Werte einer Außentemperatur (Tel) , einer Innentem-
    TER MEER - MÖLLER · STEINMEISTER '..'.' NlSS AS- - 'G8T1-0-70-053
    peratur (Ti) in dem Raum, einer Lufttemperatur (Te) im Verdampferbereich.und der Mischklappen-Stellung (P) j ein Aus- oder Einschaltzustand des Kompressors und die Anwesen- oder Abwesenheit eines manuellen Einschaltbefehls für den Kompressor abgefragt und daraus entsprechende Signale (Dd, Da, Di, De, Dp; C bzw. a) erzeugt,
    - aus diesen Werten bzw. Signalen eine Soll-Abgabelufttemperatur (Tt) für den Raum ermittelt und ein dieser Soll-Temperatur entsprechendes Signal Dt erzeugt,
    - die Soll-Abgabelufttemperatur Tt mit einem festgelegten Grenzwert(Ttt) verglichen und danach ein Signal Dp1 in bezug auf eine Soll-Mischklappenstellung, die im Fall Tt -ε- Ttt einen festen Wert (Po) hat, andernfalls aber von der Soll-Abgabelufttemperatur Tt abhängig ist, erzeugt,
    - bei Anwesenheit des manuellen Kompressor-Einschaltbefehls Signale De1 und De2 in bezug auf Temperaturwerte (T1, T2), bei denen der Kompressor aus- bzw. einzuschalten ist,
    a) im Fall Tt -C Ttt in Abhängigkeit von den Soll-Abgabetemperatursignalen, oder
    b) im Fall Tt> Ttt als Festwerte erzeugt,
    - das Lufttemperatursignal De im Verdampferbereich mit den Kompressor-Aus- und Einschaltsignalen De1, De2 verglichen und daraus ein Steuersignal Dc, welches in Verbindung mit dem Kompressor-Betriebszustandssignal
    c) im Fall Te >-T.. den arbeitenden Kompressor eingeschaltet beläßt bzw. den nicht arbeitenden Kompressor einschaltet, und
    d) im Fall Te -<C T den arbeitenden Kompressor ausschaltet bzw. den nicht arbeitenden Kompressor ausgeschaltet beläßt,
    erzeugt und
    - das Soll-Stellungssignal Dp·1 für die Mischklappe, falls
    3H3568
    TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER ·· ftXsSAl\T -'1381 -070-053
    vorhanden, mit dem Ist-Stellungssignal Dp verglichen und daraus ein Abweichungen ausgleichendes Steuersignal Db erzeugt
    werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    - bei Anwesenheit des manuellen Rompressor-Einschaltbefehls sowie im Fall Tt > Ttt ein Signal zur Herstellung einer ersten Soll-Mischklappenstellung erzeugt und
    - bei Anwesenheit des manuellen Kompressor-Ausschaltbefehls ein Signal zur Herstellung einer zweiten Soll-Mischklappenstellung erzeugt und mit dem Signal zur Ist-Mischklappenstellung verglichen
    werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Steuerung eines Klimagerätes, in dessen Lufteinlaß mittels einer Luftklappe wahlweise eine Frischluft- oder eine Umlufteinlaßöffnung verschließbar ist, dadurch gekenn zeichnt, daß-
    - in Abhängigkeit von der Stellung dieser Luftklappe und bei manuell ausgeschaltetem Kompressor ein Signal zur Herstellung einer dritten Soll-Mischklappenstellung abgegeben,
    - bei manuell ausgeschaltetem Kompressor und entgegengesetzter Stellung der Luftklappe das Signal in bezug auf die zweite Soll-Mischklappenstellung erzeugt,
    - das dritte Soll-Mischklappenstellungssignal abhängig von der Soll-Abgabelufttemperatur Tt verändert und
    - jeweils das erste, zweite oder dritte Soll-Stellungssignal mit dem ermittelten Ist-Stellungssignal der Mischklappe vergliche): und danach ein die Mischklappenstellung vorgebendes Steuersignal Db abgegeben
    werden.
    TERMEER-MaLLER-STEINMEISTER "·-"" -" -:- WISSAN*-.Xsl-07 0-053
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Einschalttemperatur T-für den Kompressor konstant um einen bestimmten Wert über der Soll-Ausschalttemperatur T1 liegt.
  5. 5. Steuerschaltung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, für ein Klimagerät mit einem Kühl-Verdampfer, einem Kühl-Kompressor mit elektrischer Ein/Ausschaltvorrichtung, einem in Luftstromrichtung hinter dem Verdampfer liegenden Heizkörper und einer zwischen Verdampfer und Heizkörper angeordneten, den Heizkörper mehr oder weniger abschirmenden und durch einen elektrisch betätigbaren Stelltrieb stufenlos verstellbaren Mischklappe,
    gekennzeichnet durch
    - Signalgeber (33,34,35,36,37) zur Abgabe je eines Signals in bezug auf eine Soll-Temperatur (Td) in dem zu klimatisierenden Raum, je eine ermittelte Außen- und Innentemperatur (Ta; Ti), eine Ist-Stellung (P) der Mischklappe (15) und eine Lufttemperatur (Te) am Verdampfer (9),
    - Schalter (39, 39') zur Abgabe eines Signals (C) in bezug auf den Aus- oder Einschaltzustand des Kompressors (10) bzw. in bezug auf einen manuellen Ein- oder Ausschaltbefehl (A) für den Kompressor,
    - eine Recheneinheit (42)zur fortlaufenden Erzeugung und Abgabe eines der Soll-Abgabelüfttemperatur Tt entsprechenden Signals (Dt) in Verbindung mit den Temperatur-Signalen Td, Ta und Ti,
    - eine Recheneinheit (43) , die das Soll-Abgabetemperatursignal Dt mit einem bestimmten Grenzwert (Ttt) vergleicht und
    im Fall Tt < Ttt eine bestimmte Mischklappenstellung Po, oder
    andernfalls ein Signal (Dp1) zur Herstellung einer von der Soll-Temperatur Tt abhängigen Mischklappenstellung vorgibt,
    TER MEER . MÜLLER - STEINMEISTER *-."*-.* ""NIS1SAN*
    - eine Recheneinheit (44), die bei vorhandenem manuellem Kampressor-Einschaltbefehl abhängig von der Temperatur-Recheneinheit (42) Signale (De1, De3) in bezug auf die Soll-Aus- bzw. Einschalttemperaturen (T.. bzw. T„) des Kompressors (10) erzeugt, die
    im Fall Tt <: Ttt von dem Signal Dt abhängig, aber im Fall Tt> Ttt Festwerte sind,
    - einen Komparator (45) zur Erzeugung eines Steuersignals (Db) für den Mischklappen-Stelltrieb (25) durch Vergleich
    des Soll-Stellungssignals Dp1 mit dem Ist-Stellungssignal Dp in bezug auf die Mischklappe (15), und
    - einen Komparator (46), der abhängig von den Soll- und Ist-Temperaturwerten im Verdampferbereich das der Ist-Lufttemperatur am Verdampfer (9) entsprechende Signal De mit den Kompressor-Aus- und Einschaltsignalen De1, De„ vergleicht und die Kompressor-Ein/Ausschaltvorrichtung durch ein Steuersignal (Dc) in Verbindung mit dem Kompressor-Betriebs·= zustandssignal so ansteuert, daß
    - im Fall Te P> T1 der arbeitende Kompressor eingeschaltet bleibt bzw. der ruhende Kompressor eingeschaltet wird, und
    ■ - im Fall Te^T1 der arbeitende Kompressor ausgeschaltet wird bzw. der ruhende Kompressor ausgeschaltet · bleibt. · ·
  6. 6. Steuerschaltung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (43) zur Bestimmung der Mischklappen-Soll-Stellung
    - in Anwesenheit des manuellen Kompressor-Einschaltbefehls und im Fall Tt > Ttt eine erste Soll-Mischklappenstellung vorgibt, und
    - bei Anwesenheit des manuellen Kompressor-Ausschaltbefehls eine zweite Soll-Mischklappenstellung vorgibt;
    und daß f?ömparator (',5) das vorhandene Soll-Signal mit dem ermittelten Ist-Mischklappenstellungssignal vergleicht und danach dar Steuersignal d|> abgibt.
    TER MEER ■ MÜLLER ■ STEINMEISTER --"'-' ·"" -fiisSAN'-*GB1-070-053
  7. 7. Steuerschaltung nach Anspruch 6 zur Steuerung eines Klimaaerätes, in dessen Lufteinlaß mittels einer verstellbaren Luftklappe wahlweise eine Frischluft- oder eine Umlauflufteinlaßöffnung verschließbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    - durch einen weiteren Schalter (38) Signale in bezug auf beide Stellungen der Luftklappe (5) abgebbar sind,
    - die Recheneinheit (43) zur Bestimmung der Mischklappenstellung bei manuell ausgeschaltetem Kompressor und bei dem einen oder dem anderen Signal (S) in bezug auf die Luftklappenstellung ein Vorgabesignal für eine zweite Soll-Mischklappenstellung bzw. ein von der Soll-Abgabelufttemperatur Tt abhängiges Vorgabesignal für eine dritte Soll-Mischklappenstellung abgibt, und
    - der Komparator (45) jeweils das erste, zweite oder dritte Soll-Stellungssignal mit dem.Signal zur ermittelten Ist-Mischklappenstellung vergleicht und in Abhängigkeit davon das Steuersignal zur &
    stellung erzeugt und abgibt.
    davon das Steuersignal zur Änderung der Mischklappen-
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