DE3237816C2

DE3237816C2 -

Info

Publication number: DE3237816C2
Application number: DE3237816A
Authority: DE
Inventors: Ryutaro Fukumoto; Yukio Yoshida; Ryosaku Nagoya Aichi Jp Akimoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1981-10-30
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1988-12-08
Also published as: JPS5876318A; DE3237816A1; CA1195498A; US4580620A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Luftdurchsatzmenge in einer Luftmisch-Klimaanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Luftdurchsatzmengenregelung werden in den Fig. 1-3 beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bisherigen Vorrichtung zur Luftdurchsatzmengenregelung für Fahrzeug-, insbesondere Kraftfahrzeug-Klimaanlagen,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einer Luftmischklappenstellung und der Luftdurchsatzmenge bei der bisherigen Regelvorrichtung und

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Temperaturabweichung und der Luftdurchsatzmenge bei der bisherigen Regelvorrichtung.

Eine aus dem Stand der Technik bekannte, in Fig. 1 dargestellte Luftdurchsatzmengen-Regelvorrichtung für Fahrzeug- Klimaanlagen umfaßt beispielsweise eine Stromversorgung 1, eine (Schmelz-)Sicherung 2, einen Gebläseschalter 3, ein Gebläse 4, einen Widerstand 5 zur Regelung der Luftdurchsatzmenge, einen Gebläse-Umschalter 6, einen Stelltrieb 7 zur Ansteuerung einer Luftmischklappe 8, einen Kühler 9 und eine Heizeinheit 10. Bei dieser Regelvorrichtung kann der vom Gebläse 4 gelieferte Luftstrom in seiner Durchsatzmenge entsprechend dem Öffnungswinkel der Luftmischklappe 8 stufenweise geregelt werden. Bei einer abgewandelten Regelvorrichtung ist anstelle des Gebläse-Umschalters 6 ein Potentiometer vorgesehen, mit dessen Hilfe die Luftdurchsatzmenge auf die z. B. in Fig. 2 gezeigte Weise stufenlos regelbar ist.

Bei jeder dieser aus dem Stand der Technik bekannten Regelvorrichtungen ist die Luftdurchsatzmenge in Abhängigkeit von der Luftmischklappenstellung vorgegeben. Wenn dabei beispielsweise die Gegebenheiten so sind, daß die gewünschte Temperaturregelung in der Mischklappenstellung für maximales Kühlen (MAX COOL) und in der niedrigsten Betriebsstufe des Gebläses erfolgen kann, öffnet sich die Luftmischklappe, weil ein solcher Betriebszustand nicht vorgesehen ist, etwas weiter zur Heizelementseite, so daß die Temperatur der ausgeblasenen Luft etwas ansteigt, zum Ausgleich dafür wird die Luftdurchsatzmenge des Gebläses vergrößert, so daß schließlich dieselbe Kühlleistung wie in der Stellung der Luftmischklappe für maximale Kühlleistung und niedrigste Betriebsstufe des Gebläses realisiert werden kann. Mit anderen Worten: in dieser Betriebsart wird die gekühlte Luft unter Energievergeudung unnötig aufgeheizt, und die Luftdurchsatzmenge des Gebläses wird erhöht, diese Anlage arbeitet daher unwirtschaftlich und mit Energievergeudung.

Fig. 3 zeigt ein Regelbeispiel für eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Regelvorrichtung, bei welcher die Luftdurchsatzmenge anhand der Temperaturabweichung zwischen der Raumtemperatur und einer Vorgabe- oder Solltemperatur geregelt wird. Wenn dabei die Temperaturabweichung jedoch gering ist, nimmt die Luftdurchsatzmenge des Gebläses und damit auch die Kühl- oder Heizleistung ab. Nachteilig an dieser bisherigen Vorrichtung ist daher, daß eine Temperaturabweichung auch dann vorhanden ist, wenn die Luftmischklappe in der Stellung für größte Kühlleistung (MAX COOL) oder größte Heizleistung (MAX HOT) steht. Hierbei wird beispielsweise auch unter den Bedingungen, bei denen eine Solltemperatur in der Stellung der Luftmischklappe für maximale Kühlleistung und bei größter Luftdurchsatzmenge erreicht werden kann, bei Annäherung der Raumtemperatur an die Solltemperatur die Luftdurchsatzmenge verringert, so daß die Kühlleistung ungenügend wird. Dies bedeutet, daß bei dieser Vorrichtung in nachteiliger Weise die Solltemperatur in keinem Fall erreicht werden kann.

In der EP 00 21 353 A1 ist eine Klimaanlage beschrieben, bei der von einem Musterwähler gegebene Temperaturen Umschaltpunkte einer Klappe festlegen, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Luft von einem Gebläse entsprechend der Stellung einer weiteren Klappe angegeben ist. Ein Microcomputer ist abhängig von den Einstellungen des Musterwählers betrieben und mit Fühlersignalen von einem Frischluft-Temperaturfühler, einem Raumtemperatur- Fühler, einem Stellungsfühler, einem Umgebungsfühler und einem Raumtemperatur-Steller versorgt. Auf diese Weise wird eine Regelung der Luftdurchsatzmenge abhängig von der Stellung der weiteren Klappe aufgrund des durch einen Benutzer des Kraftfahrzeuges eingegebenen Musters vorgenommen. D. h., die Luftdurchsatzmenge hängt von der individuellen Musterwahl ab, welche ihrerseits wiederum eine relativ aufwendige Elektronik voraussetzt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Regelung der Luftdurchsatzmenge in einer Luftmisch- Klimaanlage zu schaffen, mit welchem bei relativ geringem Aufwand eine zweckmäßige, auf die Belastung der Klimaanlage abgestimmte Luftdurchsatzmenge erreicht werden kann, während Temperaturabweichungen auf einer Mindestgröße gehalten und damit eine äußerst genaue Regelung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmalen gelöst.

Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Luftdurchsatzmengen-Regelung für Fahrzeug- Klimaanlagen und

Fig. 5 und 6 Ablaufdiagramme eines Programms zur Erläuterung der Arbeitsweise der Regelvorrichtung gemäß Fig. 4.

In bevorzugter Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Luftdurchsatzmengen-Regelverfahren mit der Regelvorrichtung nach Fig. 4 und auf der Grundlage der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Software durchgeführt werden.

In Fig. 4 sind die den Teilen von Fig. 1 entsprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet. Die Vorrichtung gemäß Fig. 4 umfaßt ein Gebläse 4, einen Stelltrieb 7 für die Ansteuerung einer Luftmischklappe 8, einen Kühler 9 und eine Heizeinheit 10. Weiter vorgesehen sind ein Meßfühler 11 zur Messung der Raumtemperatur und ein Potentiometer 12 zur Bestimmung des Öffnungswinkels der Luftmischklappe 8. Eine Regeleinheit 13 besteht im wesentlichen aus einem Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler 20, einen Einchip-Mikrorechner 21, einem Ausgangspuffer 22, Umsetzer 14 und 15 sind für das Gebläse 4 bzw. die Luftmischklappe 8 vorgesehen. Die über den Raumtemperatur- Meßfühler 11, das Potentiometer 12 und einen Raumtemperatur-Steller 23 erhaltene Information wird über den A/D-Wandler 20 in die Regeleinheit 13 eingegeben und im Mikrorechner 21 verschiedenen Operationen unterworfen, wobei die den verschiedenen Einheiten zuzuführenden Regelausgangssignale durch den Ausgangspuffer verstärkt und von ihm ausgegeben werden.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Luftdurchsatzmengen-Regelvorrichtung anhand des Software-Programms gemäß Fig. 5, 6 und 7 erläutert. Diese Programme sind in einem ROM des Einchip-Mikrorechners 21 gespeichert.

Beim Einschalten einer Stromversorgung beginnt zunächst ein im Mikrorechner 21 gemäß Fig. 4 gespeichertes Programm anzulaufen, wobei in einem Programmteil 100 ein im Mikrocomputer 21 enthaltener Zeitgeber in Gang gesetzt und ein Datenspeicher in einem RAM initialisiert wird.

In einem Programmteil 200 werden Analog-Eingangssignale, wie Solltemperatur Ts, Raumtemperatur Ti, Klappen-Stellung A _P usw., über den A/D-Wandler 20 dem Mikrorechner 21 eingelesen. In einem Programmteil 300 erfolgt eine Rechenoperation für die Raumtemperaturregelung zur Berechnung einer Ausgangsgröße SDT für den Umsetzer 15.

In einem Programmteil 400 erfolgt sodann eine Rechenoperation für die Luftdurchsatzmengenregelung nach dem erfindungsgemäßen Regelverfahren, um eine berechnete Luftdurchsatzmengengröße FAN zu ermitteln.

In einem Programmteil 500 werden diese berechneten Größen an einer Ausgangsklemme des Mikrorechners 21 ausgegeben. In einem Programmteil 600 erfolgt eine Zeitsteuer- bzw. Takteinstellung in der Weise, daß das gesamte Programm in einem Zyklus von 0,5 s abgeschlossen sein kann.

Im folgenden ist ein Beispiel für den Programmteil 400 gemäß Fig. 5 anhand von Fig. 6 näher erläutert.

Der Programmteil 401 stellt darin einen Takt zur Berechnung der Luftdurchsatzmenge dar, in welchem nach Ablauf von 30 s ein Zeitgeber-AUF-Signal ausgegeben wird. Obgleich ein Takt oder Zeitgeber von etwa 30 s zweckmäßig ist, kann die entsprechende Taktzeit je nach den Erfordernissen der Anlage verlängert oder verkürzt werden. Wenn der Zeitgebertakt hochgeschaltet worden ist, geht das Programm auf den Programmteil 402 über, worauf nach dem Freimachen des Zeitgebers das Programm auf den Programmteil 404 übergeht. Beim erstmaligen Start beim Einschalten der Stromversorgung wird der Zeitgeber des Programmteils 401 in einem AUF-Zustand gehalten, so daß im ersten Zyklus stets die Berechnung für die Luftdurchsatzmengenregelung ausgeführt wird. Wenn sich im Programmteil 401 der Zeitgeber in einem NICHT- AUF-Zustand befindet, geht das Programm auf den Programmteil 403 über, in welchem bestimmt wird, ob eine Solltemperatur TS variiert worden ist oder nicht. Falls die Solltemperatur TS im vorliegenden Zyklus mit der Solltemperatur TS 0 im vorhergehenden Zyklus übereinstimmt, geht das Programm auf den nächsten Programmteil 500 über, ohne die Berechnung für die Luftdurchsatzmenge durchzuführen, so daß die Luftdurchsatzmenge nicht variiert wird. Falls dagegen die Solltemperaturen TS und TS 0 nicht übereinstimmen, geht das Programm auf den Programmteil 404 und die folgenden Programmteile über, um die Berechnung für die Luftdurchsatzmengenregelung auszuführen. Falls die Solltemperatur, wie im Normalfall, nicht variiert wird, wird somit die Luftdurchsatzmenge berechnet und zumindest alle 30 s variiert.

Im Programmteil 404 wird bestimmt, ob die Luftmischklappen- Stellung AP der Stellung MAX COOL für maximale Kühlleistung entspricht, und wenn dies der Fall ist, geht das Programm auf den Programmteil 405 über, in welchem bestimmt wird, ob die Temperaturabweichung DT negativ ist oder nicht. Die Temperaturabweichung DT wird im Programmteil 300 nach der Formel DT = T _i - TS berechnet, in welcher T _i für die Raumtemperatur und TS für eine Solltemperatur stehen. Falls DT < 0° C festgestellt wird, geht das Programm auf die Programmteile 413-415 zur Verringerung der Luftdurchsatzmenge über, während bei Bestimmung von DT ≧ 0° C das Programm auf den Programmteil 406 übergeht. Wenn im Programmteil 406 DT ≧ 1° C festgestellt wird, geht das Programm auf die Programmteile 410-412 zur Vergrößerung der Luftdurchsatzmenge über; bei Feststellung von DT < 1° C geht das Programm dagegen auf den Programmteil 416 über.

Falls dagegen im Programmteil 404 festgestellt wird, daß die Luftmischklappen-Stellung AP nicht der Stellung MAX COOL entspricht, so wird im Programmteil 407 bestimmt, ob die Luftmischklappen-Stellung AP der Stellung MAX HOT für größte Heizleistung entspricht oder nicht, ist dies nicht der Fall, so geht das Programm auf die Programmteile 413-415 zur Verringerung der Luftdurchsatzmenge über, weil sich zu diesem Zeitpunkt die Luftmischklappen-Stellung AP im Mittelbereich zwischen den Stellungen MAX HOT und MAX COOL befinden muß. Wenn dagegen die Luftmischklappen- Stellung AP der Stellung MAX HOT für maximale Heizleistung entspricht, so geht das Programm bei Feststellung der Temperaturabweichung DT zu DT < 0° C im Programmteil 408 auf die Programmteile 413-415 zur Verringerung der Luftdurchsatzmenge über, falls dagegen DT ≦ 0° C festgestellt wird, geht das Programm auf den Programmteil 409 über, und wenn in letzterem DT ≦ 1° C festgestellt wird, geht das Programm auf die Programmteile 410-412 zur Erhöhung der Luftdurchsatzmenge über. Falls dagegen DT < -1° C festgestellt wird, geht das Programm auf den Programmteil 416 über. In den Programmteilen 410-412 zur Erhöhung der Luftdurchsatzmenge werden insbesondere im Programmteil 410 eine integrierte Luftdurchsatzmengengröße IFAN um 1 erhöht, im Programmteil 411 bestimmt, ob diese integrierte Luftdurchsatzmengengröße IFAN größer ist als ein integrierter Luftdurchsatzmengen- Grenzwert IFAN _max, und wenn dies nicht der Fall ist, wird diese Größe nicht variiert, während dann, wenn die erste integrierte Größe größer ist als der Grenzwert IFAN _max, die integrierte Luftdurchsatzmengengröße IFAN im Programmteil 412 auf IFAN = IFAN _max reduziert wird. In den Programmteilen 413-415 zur Verringerung der Luftdurchsatzmenge werden insbesondere im Programmteil 413 die integrierte Luftdurchsatzmengengröße IFAN um 1 verkleinert, im Programmteil 414 bestimmt, ob diese integrierte Größe IFAN kleiner ist als 0, wobei sie, wenn dies nicht der Fall ist, nicht variiert wird, während sie dann, wenn sie kleiner ist als 0, im Programmteil 415 auf IFAN = 0 reduziert wird. (Es ist darauf hinzuweisen, daß beim Start die Größe IFAN auf 0 gesetzt ist.) Anschließend wird im Programmteil 416 eine berechnete Luftdurchsatzmengengröße FAN, die der Absolutgröße der Temperaturabweichung |DT | proportional ist, berechnet, während weiterhin im Programmteil 417 diese berechnete Luftdurchsatzmengengröße mit der integrierten Luftdurchsatzmengengröße IFAN und einem Luftdurchsatzmengen-Koeffizienten K addiert wird, um die berechnete bzw. Rechengröße FAN der Luftdurchsatzmenge abzuleiten.

Wenn in den Programmteilen 418-420 die Rechengröße FAN der Luftdurchsatzmenge größer ist als ihr oberer Grenzwert FAN _max, so wird sie zu FAN = FAN _max reduziert, während sie dann, wenn sie kleiner ist als ein unterer Grenzwert FAN _min für die Luftdurchsatzmenge, zu FAN = FAN _min reduziert wird, worauf die Berechnung der berechneten Luftdurchsatzmengengröße FAN abgeschlossen ist. Das Programm geht hierauf auf den Programmteil 500 über.

Als Ergebnis des vorstehend beschriebenen Programms wird dann, wenn die Luftmischklappen-Stellung AP der Stellung MAX COOL für größte Kühlleistung entspricht, in Abhängigkeit von einer Temperaturabweichung entsprechend DT ≧ 1° C die integrierte Luftdurchsatzmengengröße IFAN erhöht, während bei der Stellung MAX HOT für maximale Heizleistung entsprechender Luftmischklappen- Stellung AP in Abhängigkeit von einer Temperaturabweichung von DT ≦ -1° C diese integrierte Größe IFAN erhöht wird. Wenn sich die Luftmischklappe in der Stellung AP entsprechend MAX COOL befindet und DT < 0° C gilt, oder wenn die Stellung AP der Stellung MAX HOT entspricht und DT < 0° C gilt, oder die Luftmischklappen- Stellung AP im Mittelbereich zwischen MAX COOL und MAX HOT liegt, wird die integrierte Luftdurchsatzmengengröße IFAN verkleinert. Im Fall einer Luftmischklappen-Stellung AP entsprechend MAX COOL sowie 0° C ≦ DT < 1° C oder bei der Luftmischklappen- Stellung AP auf MAX HOT und -1° C < DT ≦ 0° C wird andererseits die integrierte Luftdurchsatzmengengröße IFAN nicht variiert.

Er wird bei MAX COOL (größte Kühlleistung) entsprechend der Luftmischklappen-Stellung AP dann, wenn die Temperaturabweichung größer ist als 1° C, die Luftdurchsatzmenge vergrößert, so daß die Temperaturabweichung normalerweise auf einer Größe unter 1° C gehalten wird. Wenn die Temperaturabweichung im Bereich von 0 bis 1° C liegt, bleibt die Luftdurchsatzmenge konstant, wenn die Temperatur weiter absinkt und die Temperaturabweichung kleiner wird als 0° C, wird die Luftdurchsatzmenge verringert. Im Fall, daß die Luftmischklappen- Stellung AP der Stellung MAX HOT (größte Heizleistung) entspricht, wird ebenso wie dann, wenn die Temperaturabweichung einer größeren negativen Größe als -1° C entspricht, die Luftdurchsatzmenge vergrößert, und damit die Temperaturabweichung verkleinert, während die Luftdurchsatzmenge konstant wird, wenn die Temperaturabweichung im Bereich von -1 bis 0° C zu liegen kommt. Wenn darüber hinaus die Temperatur weiter ansteigt und die Temperaturabweichung größer wird als 0° C, so wird die Luftdurchsatzmenge verringert. Damit kann eine optimale Luftdurchsatzmenge erzielt werden, bei welcher die Heizleistung herabgesetzt und damit die Temperatur gesenkt ist, wobei die Temperatur im Bereich von 0 bis -1° C gehalten werden kann.

Wenn sich die Luftmischklappe in einer Stellung zwischen MAX COOL und MAX HOT befindet, wird die integrierte Luftdurchsatzmengengröße IFAN stets einer Subtraktion unterworfen, so daß normalerweise IFAN = 0 realisiert wird und sich diese Größe damit nur proportional zur Temperaturabweichung ändert. Falls jedoch weiterhin eine Temperaturabweichung vorhanden ist, werden die Luftmischklappe bei der Temperaturregelung verstellt, wobei eine Luftdurchsatzmenge, die zur Erzielung einer Temperaturabweichung gleich 0 geregelt ist, die erforderliche Mindestluftdurchsatzmenge wird. Infolgedessen kann eine optimale, mit der Belastung der Klimaanlage ausgeglichene bzw. auf diese abgestimmte Luftdurchsatzmenge erzielt werden, während die Temperaturabweichung auf einem Mindestwert gehalten wird und damit eine Klimatisierung mit außerordentlich großer Regelgenauigkeit gewährleistet wird. Da außerdem die Berechnung der Luftdurchsatzmenge grundsätzlich z. B. alle 30 s erfolgt, ist die Abweichung der Luftdurchsatzmenge nur mäßig, doch wird dennoch im Fall einer Änderung der Solltemperatur die Berechnung der Luftdurchsatzmenge augenblicklich ausgeführt, so daß eine ausreichend hohe Geschwindigkeit für das augenblickliche Ansprechen der Luftdurchsatzmengenregelung realisiert werden kann.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann selbstverständlich das Temperaturkriterium in den Programmteilen 405, 406, 408 und 409 erforderlichenfalls geändert werden, für die Addition und Subtraktion der integrierten Luftdurchsatzmengengröße kann die Größe "1" in den Programmteilen 410 und 413 auf eine (andere) zweckmäßige Größe geändert werden, während weiterhin anstelle der Größe "1" eine Funktion der Temperaturabweichung DT benutzt werden kann. Weiterhin kann selbstverständlich im Programmteil 416 die Berechnung der Luftdurchsatzmenge auf der Grundlage der Luftmischklappen-Stellung AP oder unter Berücksichtigung derselben Berechnung erfolgen.

Claims

Verfahren zur Regelung einer Luftdurchsatzmenge in einer Luftmisch-Klimaanlage zur Verwendung in Fahrzeugen,
- (a) mit:
  - - einem Gebläse (4),
  - - einem Kühler (9) zum Kühlen der vom Gebläse (4) gelieferten Luft,
  - - einer Heizeinheit (10) zum Erwärmen wenigstens eines Teils des vom Kühler (9) gekühlten kalten Luftstroms,
  - - einer mit einem Potentiometer (12) verbundenen Luftmischklappe (8) zur Regelung der Temperatur der austretenden Luft durch Abstimmung des Verhältnisses zwischen einer Durchsatzmenge der Luft, die die Heizeinheit (10) durchströmt, und einer Durchsatzmenge, die an der Heizeinheit (10) vorbeiströmt,
  - - einem Raumtemperatur-Meßfühler (11) und
  - - einem Raumtemperatur-Steller (23), und
- (b) bei dem:
- unter Verwendung der mit dem Raumtemperatur-Meßfühler (11) ermittelten Raumtemperatur, einer mittels des Raumtemperatur-Stellers (23) eingestellten Solltemperatur und der Stellung der Luftmischklappe (8) als Eingabegrößen in Abhängigkeit von der Stellung der Luftmischklappe (8) sowie der Temperaturdifferenz DT zwischen der Raumtemperatur und der Solltemperatur eine Temperaturregelung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturregelung wie folgt vorgenommen wird:
  - (1) wenn die Luftmischklappe (8) auf größte Kühlleistung eingestellt und die Temperaturdifferenz DT größer als ein erster vorbestimmter Wert ist, wird die Luftdurchsatzmenge des Gebläses (4) allmählich erhöht, während bei einer kleineren Temperaturdifferenz DT als ein zweiter vorbestimmter Wert die Luftdurchsatzmenge des Gebläses (4) allmählich verringert wird, so daß die Temperaturdifferenz in einen vorbestimmten Bereich fällt.
  - (2) wenn die Luftmischklappe (8) auf größte Heizleistung eingestellt und die Temperaturdifferenz DT kleiner als der zweite vorbestimmte Wert ist, wird die Luftdurchsatzmenge des Gebläses (4) allmählich erhöht, während bei einer größeren Temperaturdifferenz DT als der erste vorbestimmte Wert die Luftdurchsatzmenge des Gebläses (4) allmählich verringert wird, so daß die Temperaturdifferenz in einen vorbestimmten Bereich fällt, und
  - (3) wenn die Luftmischklappe (8) auf eine Zwischenstellung zwischen den Stellungen für die größte Kühlleistung und größte Heizleistung eingestellt ist, wird die Luftdurchsatzmenge des Gebläses (4) allmählich bis zu der für die Erzielung der Temperaturdifferenz DT = 0 notwendigen Mindestluftdurchsatzmenge vermindert.