DE3246838A1

DE3246838A1 - Lufttemperatur-regelvorrichtung

Info

Publication number: DE3246838A1
Application number: DE19823246838
Authority: DE
Inventors: Ryosaku Nagoya Aichi Akimoto; Ryutaro Fukumoto; Shuji Oyagi; Yukio Yoshida
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1982-12-17
Publication date: 1983-08-04
Also published as: JPS58110317A; CA1198493A; DE3246838C2; JPS6354567B2; US4540040A

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig " Patentanwälte

» European Patent Attorneys

'"" w* Zugelassene Vertreter vor dem

Europäischen Patentamt

Dr phi' G Henke^: München Dipl.-Ing J Pfenning Berlin Dr rer nat. L Feile^r München Dipt-Ing. W Hanzei München

. Dipl.-Phys K H Meinig. Berlin

MITSUBISHI JUKOGYO Dr Ing A Butenschon. Berlin

KABUSHIKI KAISHA " _Mohlst;_{aße 37} ' .

Tokyo /JAPAN D-800C München.SO

' Tel.. 089/982085-87

Telex-0529802 hnkld Telegramme, ellipsoid

FP/MHI-2544

Lufttemperatur-Rege!vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Lufttemperatur-Regelvorrichtung zur Verwendung bei Fahrzeugen, wie Personenkraftwagen./ Lastkraftwagen und Omnibussen.

Eine bisherige, in Fig. 1 dargestellte Lufttemperatur-Regelvorrichtung 1 für Kraftfahrzeuge umfaßt ein Gebläse 2, einen Verdampfer 3, einen Raumheizer 4 und ähnliche Bauteile. Der Verdampfer 3 wird mittels eines Expansionsventils 5, eines Kondensators 6 und eines Verdichters 7 gekühlt. Der Verdichter 7 ist über eine elektromagnetische Kupplung 8 mit einer Antriebsmaschine 9 für das Fahrzeug verbunden.

BAD ORIGINAL

Aus dem Verdampfer 3 austretende gekühlte Luft bzw. Kühlluft wird zum Raumheizer 4 geleitet, der durch das von der Antriebsmaschine 9 zugeführte Kühlwasser mit Wärme

versorgt wird» Der Raumheizer 4 ist mit einer Luftmischklappe 10 versehen,, deren öffnungswinkel einstellbar ist, um einen gewünschten Teil der Kühlluft vor dem Eintritt in den Fahrgastraum des Fahrzeugs über den Raumheizer IQ umzuleiten und damit die Innenraumtemperatur zu regeln.

Da bei dieser Vorrichtung die Lufttemperatur am Auslaß des Verdampfers 3 durch Regelung konstant gehalten wird, ist der Energieverlust aufgrund einer Wiedererwärmung eines Teils der gekühlten Luft potentiell sehr groß. Bei einer verbesserten, im Hinblick auf Energieeinsparung enwickelten Vorrichtung wird die Beziehung zwischen der Lufttemperatur am Auslaß des Verdampfers 3 und der Stellung der Luftmischklappe 10 auf die in Fig. 2 dargestellte Weise geregelt» Diese Regelung erfolgt durch ein die Stellung der Luftmischklappe 10 abgreifendes Potentiometer 12 j, das normalerweise mit'einem Stellglied 11 verbunden· ist, sowie einen Thermistor 13 zur Erfassung der Lufttemperatur am Auslaß des Verdampfers.3. Zudem wird dabei der Verdichter 7 mittels der elektromagnetischen Kupplung 8 so ein- und ausgeschaltet, daß sich die Lufttemperatur am Verdampferauslaß proportional zur Änderung der Stellung der Luftmischklappe 10 linear ändert. Diese verbesserte Vorrichtung ist jedoch immer noch mit den Män-. geln behaftet, daß sie nicht so energiewirtschaftlich arbeitet, wie sie sollte und könnte, und die Temperaturregelung dabei unzufriedenstellend ist. Die Erfindung bezweckt nun die Verbesserung der Temperaturregelung und der Energiewirtschaftlichkeit bei einer Vorrichtung der beschriebenen Art.

-f-

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer Lufttemperatur-Regelvorrichtung für Kraftfahrzeuge, mit der eine wesentlich bessere Temperaturregelung bei minimalem Arbeitszyklus (duty cycle) des Verdichters gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Erfindung betrifft somit eine Lufttemperatur-Regelvorrichtung zur Verwendung insbesondere bei Kraftfahrzeugen, die einen Kühler, einen Heizer (Heizkörper) und einen Raumlufttemperatur-Regler aufweist und bei der eine Rückkopplungsregelung in der Weise erfolgt, daß die Raumlufttemperatur (Ist-Temperatur) mit einer vorgegebenen (Soll-)Temperatur übereinstimmt. Diese Vorrichtung enthält einen Regler für den Arbeitszyklus (duty cycle) des Kühlers, so daß der Raumlufttemperatur-Regler möglichst lange in einer Stellung für größte Kühlleistung (MAX COOL) oder in einem benachbarten Bereich bzw. in einem Bereich für maximale Kühlleistung stehen kann.

im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bisherigen Lufttemperatur-Regelvorrichtung für

Fahrzeuge,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Luftmischklappenstellung und der Lufttemperatur am Verdampferauslaß

bei der bisherigen Vorrichtung nach Fig. 1,

BAD ORIGINAL

Fig» 3 eine schematische Darstellung einer Lufttemperatur-Regelvorrichtung für Fahrzeuge mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig» 4 bis 6 Ablaufdiagramme zur Veranschaulichung

von Betriebsarten der Regelvorgänge bei der Ausführungsform nach Fig. 3,

Fig. 7 eine graphische Darstellung eines Bereichs größter Kühlleistung der Ausführungsform nach Fig. 3 bis 6,

Fig» 8 eine schematische Darstellung einer anderen

Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Steuer- oder Regeleinheit gemäß der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.

Die in Fig. 3 dargestellte, für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge vorgesehene Lufttemperatur-Regelvörrichtung 1 gemäß der Erfindung umfaßt ein Gebläse (Lüfter) 2, . einen Verdampfer 3 und einen Heizer (Heizkörper) 4. Der Verdampfer 3 wird durch ein Expansionsventil 5, einen Kondensator 6 und einen Verdichter 7 gekühlt. Letzterer ist über eine elektromagnetische Kupplung 8 mit einer Antriebsmaschine 9 für das Fahrzeug verbunden, und der Heizer 4 wird mit dem von der Antriebsmaschine 9 erwärmten Kühlwasser beschickt. Eine Luftmischklappe 10 wird durch ein Stellglied 11 angesteuert, dessen Stellung mittels eines Potentiometers 12 erfaßt bzw. abgegriffen wird. Die Lufttemperatur am Auslaß des Verdampfers 3

O Δ H ϋ O O

wird durch einen Thermistor 13 erfaßt, während die Fahrzeugraum- bzw. Innenraumlufttemperatur durch einen Thermistor 15 gemessen wird. Die von den Thermistoren 13 und 15 abgegriffenen Temperaturinformationen sowie die Einstellung eines Schaltereingabetyp-Temperatureinstellers 18 (am Armaturenbrett) werden einer Steuer- oder Regeleinheit 17 eingegeben. Letztere besteht gemäß Fig. 9 im wesentlichen aus einer Eingabeschnittstelle mit einem Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler 51 und einem Pegelwandler 52, einem Mikroprozessor-Chip 50 (CPU) und einer Ausgabeschnittstelle mit einem Puffer .(Zwischenspeicher) 54, einem Relais 55, einem D/A-Wandler 56 und einem Gebläseregler 57. Die Bauteile.51 .bis 57 der Regeleinheit 17 sind sämtlich von an sich bekannter Bauart. Der Mikroprozessor 50, d.h. die Zentraleinheit (CPU), ist zur Durchführung eines Regelprogramms zur Ausführung des Regelablaufs gemäß den Fig.'4 bis 6 ausgelegt.

Vor der näheren Erläuterung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform soll zunächst eine Übersicht über ihre Arbeitsweise und ihr Arbeitsprinzip gegeben werden. Durch die dargestellte Regelvorrichtung wird die Innenraumlufttemperatur so eingestellt, daß sie einem mittels des Temperatureinstellers 18 am Fahrzeug-Armaturenbrett gewählten Temperaturwert entspricht. Gemäß Fig. 3 wird, die Innenraumtemperatur durch den.Thermistor 15 erfaßt oder gemessen. Der Temperatur-Istwert wird in der Regeleinheit 18 mit dem vorher am Temperatureinsteller 18 gewählten Temperatur-Sollwert verglichen. Sodann werden in der Regeleinheit .17 eine Abweichung DT zwischen den beiden Werten sowie eine integrierte Größe der Abweichung berechnet. Falls diese Berechnungen eine Abweichung ergeben, steuert die Regeleinheit 17 die Luftmischklappe

BAD ORIGINAL

10 über das Stellglied 11 an, um den in den Heizer 4 eintretenden Mengenanteil des KaltluftStroms vom Verdampfer 3 zu regeln. Die Auslaßlufttemperatur der Regelvorrichtung wird dabei so variiert, daß sich die Innenraumtemperatur der Soll-Temperatur annähert. Dies bedeutet, daß diese Temperaturregelvorrichtung ständig mit Rückkopplung zur Einstellung der Auslaßtemperatur arbeitet.

In diesem Zusammenhang ist auf die mit der Rückkop'plungswirkung verbundene Bewegung der Luftmischklappe 10 hinzuweisen. Im Fall von externen Störungen der Innenraumtemperatur,, ζ .B₀ infolge von Änderungen des Sonnenlichteinfalls, der Außentemperatur oder der Fahrtgeschwindigkeit, ändert sich die Belastung oder Last (load) der Lufttemperatur-Regelvorrichtung und mithin die Innenraumtemperatur. Die Luftmischklappe 10 wird daher zur Einstellung der Innenraumtemperatur in Abhängigkeit von &^eT Temperaturänderung verstellt. Anders ausgedrückt:

die Bewegung oder Verstellung der Luftmischklappe 10 gibt empfindlich die sich von einem Augenblick zum anderen ändernde Klimatisierungsbelastung als solche wieder. Beispielsweise sei angenommen, daß sich die Luftmischklappe 10 anfänglich in der in Fig. 3 in ausgezogenen Linien eingezeichneten Mittelstellung befindet,- bei stärkerer Sonneneinstrahlung bewegt sich dann die Luftmischklappe 10 abxrärts zur kühleren Seite CS, wodurch angezeigt wird, daß vergleichsweise gekühlt werden soll. Bei schwächerer Sonneneinstrahlung verlagert sich die Luftmischklappe 10 dagegen zur wärmeren Seite HS.

Im folgenden seien die Bewegungen der Luftmischklappe 10 vom Standpunkt der Kühlleistung betrachtet. Wenn sich diese Klappe 10 in ihrer untersten Stellung gemäß Fig. 3

befindet ("größte Kühlleistung"), erfolgt eine maximale Kühlung. In dieser Stellung der Luftmischklappe 10 ändert.sich die Leistung der Vorrichtung für die Erwärmung zusätzlicher Last deutlich. Wenn sich die Klappe 10 dagegen nicht in der Stellung für größte Kühlleistung befindet, steht ersichtlicherweise noch zusätzliche Kühlleistung zur Verfügung. Im Hinblick auf eine Energieeinsparung ist es offensichtlich unerwünscht, daß der Verdichter 7 trotz überschüssiger' Kühlleistung ständig angetrieben wird und die Temperaturregelung durch Wiedererwärmen mittels des Heizers 4 erfolgt. Erfindungsgemäß wird daher der Verdichter 7 bedarfsweise ein- und ausgeschaltet, und ein an die Last angepaßter Betrieb wird durch Änderung des Arbeitszyklus des Verdichters 7 so durchgeführt, daß eine Energieeinsparung erzielbar ist. . Dieses verbesserte Lufttemperaturregelsystem wird nun erfindungsgemäß angewandt. Wenn der Arbeitszyklus des Verdichters 7 bei nicht in der Stellung größter Kühlleistung stehender Luftmischklappe 10 verkürzt wird, nähert sich wegen der längeren Abschaltzeit des Verdichters die Kühlleistung der Anlage ihrer Grenze in bezug auf die Betätigung der sich zur kühleren Seite CS verlagernden Luftmischklappe 10. Mit anderen Worten: wenn bei erforderlicher Kühlung der Betrieb des Verdichters 7 so geregelt wird, daß sich die Luftmischklappe 10 stets zur kühleren Seite CS verlagern kann, kann der Verdichter 7 mit einem wesentlich kleineren bzw. kürzeren Arbeitszyklus (duty cycle) betrieben werden, so daß Leistung eingespart wird.

Wenn sich zudem die Luftmischklappe 10 in der Stellung für größte Kühlleistung befindet, dabei eine Kühlung erfolgt und die Innenraumtemperatur unter die Solltempe-

BAD ORIGINAL

ratur absinkt, verkürzt (lowers) die Regeleinheit 17 den Arbeitszyklus des Verdichters 7. Infolgedessen steigt die Innenraumtemperatur an; wenn sie die Solltemperatur übersteigt, verlängert (raises) die Regeleinheit 17 den Arbeitszyklus des Verdichters 7- Infolge dieser Regelbetriebsart wird der Arbeitszyklus des Verdichters 7 auf der kleinsten, für die Aufrechterhaltung der Innenraumtemperatur auf dem Sollwert erforderlichen Größe gehalten, so daß eine entsprechende Leistungs- oder Energieeinsparung realisierbar ist. Wenn somit die Vorrichtung so betrieben wird, daß die Luftmischklappe 10 zur zwangsweisen Verkürzung des Arbeitszyklus des Verdichters möglichst lange in der Stellung größter Kühlleistung gehalten wird, wird bei niedrigeren Außentemperaturen, insbesondere im Winter, der Verdichter 7 kaum wirksam, so daß die erfindungsgemäß erzielte Energieeinsparungswirkung besonders deutlich zutage tritt.

• Gemäß Fig. 7 kann Weiterhin bei der beschriebenen Ausführungsform eine Zone MCZ für größte Kühlleistung im voraus in die Nähe der Stellung MCP für größte Kühlleistung im Verstellbereich VE der Luftmischklappe 10 verlegt werden, und der Arbeitszyklus des Verdichters 7 wird so geregelt oder eingestellt, daß sich die Luftmischklappe 10 in diese Zone MCZ bewegen kann. Die Änderung des Arbeitszyklus des Verdichters 7 erfolgt vergleichsweise langsam und mit einer Ansprechzeitkonstante von 1 bis 3 min (Zeitspanne entsprechend einem einmaligen Ein- und Ausschalten des Verdichters) in Anpassung an langsame Änderungen der Innenraumtemperatur. Bei schnellen Änderungen der Innenraumtemperatur, typischerweise bedingt durch äußere Einflüsse, wird das schnelle Ansprechen der Luftmischklappe 10 (mit einer Zeitkonstan

te von wenigen Sekunden) ausgenutzt. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Zone größter Kühlleistung (MCZ) auf höchstens 20% des gesamten Verstellbereichs der Luftmischklappe 10 begrenzt ist. In Fig. 7 ist mit MHP die Stellung größter Heizleistung der Luftmischklappe 10 angegeben.

IQ Die beschriebene Lufttemperatur-Regelvorrichtung besitzt unabhängig von ihrer Energiesparwirkung auch eine ausgezeichnete Ansprechkennlinie bezüglich der Aufrechterhai tung einer gleichbleibenden Innenraumtemperatur. Wenn der Bereich.bzw. die Breite der Zone größter Kühlleistung 5 (MCZ) minimal ausgelegt wird, wird die größte Energieeinsparung realisiert. Bei einer Ausführungsform, bei der eine Verringerung der Luftfeuchtigkeit unabhängig von der Temperatur gewährleistet wird, wird der Arbeitszyklus des Verdichters 7 für die Verringerung der Luftfeuchtigkeit auf ein Mindestmaß verkürzt. Im Vergleich zur entsprechenden bisherigen Anlage, bei welcher der Arbeitszyklus des Verdichters am größten gehalten wird, ist die erfindungsgemäß erzielte Energieeinsparung ganz erheblich. Bei der Erfindung wird dies zudem mit einer Mindestzahl an Bauteilen erreicht, wobei außerdem keine speziellen Meßfühler (z.B. ein Außentemperatur- oder ein Sonnenlicht-Meßfühler) nötig sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher sehr wirtschaftlich.

im folgenden ist die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Ausführungsform im einzelnen erläutert. Der Betrieb der Steuer- oder Regeleinheit 17 gemäß Fig. 3 wird beim Schließen eines Stromversorgungskreises eingeleitet. Die Regeleinheit 17 enthält einen Mikroprozessor zur Ausführung eines Steuer- oder Regelalgorithmus ge-

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maß Fig. 4. Nach dem Einschalten der Stromversorgung werden in einem Schritt 100 die in einem Randomspeicher des Mikroprozessors enthaltenen Daten sämtlich auf "O" gelöscht. Im Schritt 101 wird ein Zeitgeber im Mikroprozessor in Gang gesetzt. Im folgenden Schritt 200 werden das Innenraumtemperatursignal vom Thermistor 15, ein Verdampferauslaß-Lufttemperatursignal (Endtemperatur) vom Thermistor 13, das vom Potentiometer 12 gelieferte Stellüngssignal für die Luftmischklappe 10, der Temperatur-Sollwert und ein Klimaanlagen-Schaltersignal oder ein Lufttrockner-Schaltersignal vom Armaturenbrett 16 der Regeleinheit 17 eingegeben» Sodann werden in einem Schritt 300 Berechnungen für die Lufttemperaturregelung im Fahrzeuginnenraum auf der Basis eines Proportionalitätsfaktors, eines integralen Regelfaktors und eines abgeleiteten bzw. Ableitungs-Regelfaktors, die sämtlich auf der gemessenen Abweichungsgröße der Fahrzeug-Innenraumtemperatur von der Solltemperatur beruhen, zur Ansteuerung des Stellglieds 11 für die Luftmischklappe 10 durchgeführt. In einem Schritt 400 erfolgen weiterhin Berechnungen für die Ansteuerung des Gebläses 2 zur Regelung der Luftdurchsatzmenge.Im Schritt 500 erfolgt schließlich die Steuerung des Kühlers. Die vorstehend genannte Reihe der Steuer- oder Regelvorgänge wird mit Hilfe eines Taktgebers (cycle timer) im Schritt 600 in einem 0,5 s-Takt ausgeführt.

Nachstehend ist die Arbeitsweise der Regeleinheit 17 im Schritt 500 näher erläutert. In Fig. 5 ist eine Reihe von Unterschritten für die Einstellung des Arbeitszyklus (duty cycle) des Verdichters 7 dargestellt. Im Unterschritt 501 wird bestimmt, ob eine Kühlersteuerzeit CCT in einem Zeitgeber der Regeleinheit 17 auf "O" gesetzt

O L4DÖOO

-JTT-

ist. Diese Steuerzeit CCT gibt die Restzeit (Zahl der Zyklen) in einer EIN/AUS-Taktperiode des Verdichters 7 an. Da diese Steuerzeit CCT im Schritt 1ÖÖ bei der Initialisierung auf "0" gesetzt worden ist, wird sie im • Unterschritt 502 auf eine Größe entsprechend der gewünschten Zyklus- oder Taktperiode gesetzt. Letztere kann z.B. am Armaturenbrett 16 von Hand eingestellt oder rückgesetzt und dann im Unterschritt 502 der Regeleinheit 17 als Steuerzeit CCT eingegeben werden. Da eine Taktperiode von 1 bis 3 min zweckmäßig ist und im dargestellten Fall die Länge eines Einzeltakts oder -zyklus 0,5 s beträgt, kann die Steuerzeit CCT auf 120 bis 360 Takte eingestellt werden.

Im nächsten Unterschritt 510 erfolgt die Berechnung der Verdichterbetriebszeit CD nach einem in Fig. 6 dargestellten Steuer- oder Regelalgorithmus. Insbesondere· wird dabei in einem Unterschritt 511 bestimmt, ob der betreffende Takt oder Zyklus ein anfänglicher bzw. erster Takt nach dem Einschalten der Stromversorgung ist; ist dies der Fall, so wird in einem Unterschritt 512 bestimmt, ob die Abweichung DT größer ist als 1°C. Wenn DT> 1⁰C festgestellt wird, so wird in einem Unterschritt 513 die Größe CD gleich CCT gesetzt, so daß der Verdichter 7 während der gesamten Taktperiode eingeschaltet bleibt. Wird dagegen DT< 1⁰C festgestellt, so wird in einem Unterschritt 514 die Größe CD auf O gesetzt, worauf der Regelvorgang auf den Unterschritt 530 (Fig. 5) übergeht. Im nächsten und in den folgenden Schritten der Berechnung der Verdichterbetriebszeit CD gemäß Fig. 6 erfolgt der übergang vom Unterschritt 511 auf den Unterschritt 515, und wenn sich die Stellung AP der Luftmischklappe 10 in der Zone MCZ für größte Kühlleistung (einschließ-

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β Λ

- A3: -

lieh der Stellung MCP für größte Kühlleistung) befindet, erfolgt ein übergang auf den Unterschritt 516 zum Erhöhen der Größe von CD um F(DT) (mit F(DT) = eine der Temperaturabweichung DT proportionale Funktion).Im Unterschritt 517 wird sodann die Größe der Zeit CD erneut um die Größe F(DTI) erhöht (mit F(DTI) = eine Funktion, die der Änderung der Innenraumlufttemperatur DTI proportional ist, welche durch den Unterschied zwischen der Innenraumtemperatur im augenblicklichen Takt TI und der Innenraumtemperatur im unmittelbar vorhergehenden Takt TI bestimmt wird). Es ist zu beachten, daß die Funktionen F(DT) und F(DTI) beide schrittweise Funktionen sein können. Der Unterschritt 517 kann gewünschtenfalls jedoch entfallen. Wenn andererseits die Stellung AP der Luftmischklappe 10 nicht in der Zone MCZ für größte Kühlleistung liegt, oder wenn innerhalb der Grenzen einer sehr schmalen Zone für maximale Kühlleistung diese Stellung AP nicht der Stellung MCP für größte Kühlleistung entspricht, wird im Unterschritt 520 die Größe der Zeit CD um eine zweckmäßige, nachgewählte (reselected) positive Größe Ä verkleinert.

Das Ergebnis der vorstehend erwähnten Berechnungen wird im Unterschritt 518 geprüft; falls dabei CD negativ ist, wird der Unterschritt 514 ausgeführt, um die Größe CD auf 0 zu setzen. Im Fall von CD>0 wird die Größe CD im Unterschritt 519 weiter geprüft; falls dabei CD größer ist als CCT, wird der Unterschritt 513 ausgeführt, um CD = CCT zu setzen» Diese Schritte gewährleisten, daß die Einschaltzeit CD des Verdichters 7 während jeder Takt- oder Zyklusperiode zwischen 0 und CCT liegt, die im Anfangszyklus der Gesamtlänge der Taktperiode gleich ^ist·

- -1-3 -

ι -1t-

Anschließend wird gemäß Fig. 5 ein Unterschritt 530 aus*- geführt, in welchem die Zeitgeber-Ausgangsgröße CDOUT zum Einschalten des Verdichters 7 auf CD gesetzt wird, im Unterschritt 531 wird dann festgestellt, ob ein Sional DRY anliegt. Dieses Signal DRY wird von einem Hand-Schalter oder einem automatischen Luftfeuchtigkeits- " steller o. dgl. zur Anzeige dafür, daß die Luftfeuch-

2Q tigkeit verringert werden soll, abgegeben. Wenn das Signal DRY (= TROCKEN) nicht anliegt, geht der Regelvorgang auf den Unterschritt 540 über, wobei die Größe CDOUT des Ausgangszeitgebers bzw. Zeitgeberausgangs (output timer) unbeeinflußt bleibt. Beim Anliegen des

2g Signals DRY wird der Unterschritt 532 zur Bestimmung, ob CDOUT ·< B gilt, ausgeführt, wobei das Symbol B die Betriebszeit des Verdichters 7 bei minimalem Arbeitszyklus zur Verringerung der Raumluftfeuchtigkeit angibt. Im Unterschritt 533 wird hierauf CDOUT = B gesetzt, und es erfolgt ein Übergang auf den Unterschritt 540. Bei einer Ausführungsform, bei der die Funktion zur Luftfeuchtigkeitsverringerung nicht' vorgesehen ist, können die Unterschritte 531 bis 533 ersichtlicherweise entfallen. . ■ . "

Die Regeleinheit 17 berechnet auch eine Größe COMP, welche die Werte 0 und 1 besitzen kann und ein Kennzeichen zum Ein- und .Ausschalten des Verdichters 7 darstellt. Die Größe COMP besitzt den Wert "0", wenn ein Lufttemperatur-Regelschalter, ein Hochspannungsschalter und/oder ein Niederspannungsschalter offen ist bzw. sind; sie besitzt den Wert "1" nur dann, wenn alle eben genannten Schalter geschlossen sind. Die Größen von CDOUT und COMP werden jeweils in den Unterschritten 540 bzw. 541 geprüft; wenn CDOUT = 0 oder COMP =0 gilt, wird im Unterschritt 551

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die Stromzufuhr zur elektromagnetischen Kupplung 8 beendet (mit dem Symbol COMP AUS bezeichnet), so daß der Verdichter 7 abgeschaltet wird»

im Fall von CDOUT #0 und COMP #0 wird in einem Unterschritt 542 CDOUT um 1 verkleinert» Im Unterschritt 550 wird dann die elektromagnetische Kupplung 8 an Spannung gelegt

"10 (mit COMP EIN bezeichnet), so daß der Verdichter 7 angetrieben wird. Im Unterschritt 590 wird anschließend die Größe CCT um 1 erhöht, worauf ein Übergang auf den Schritt 600 erfolgt. Während einer Takt- oder Zyklusperiode von CCT χ 0,5 s wird somit der Verdichter 7 für CD χ 0,5 s eingeschaltet und für (CCT - CD) χ 0,5 s ausgeschaltet.

Der Arbeitszyklus (duty cycle) entspricht somit CD -r- CCT. Das in Fig. 5 mit den gestrichelten Linien eingerahmte Rountineprogramm HT dient zur Bestimmung des Arbeitszyklus des Verdichters 7„

Wenn bei der beschriebenen Regelvorrichtung die Außentemperatur niedrig und mithin ein Kühlen unnötig ist, z.B. im Winter und zu anderen kühlen Jahreszeiten, wird der Arbeitszyklus des Verdichters 7, da die Luftmischklappe 10 nicht in der Stellung für größte Kühlleistung (oder in der Zone MCZ für größte Kühlleistung)steht,verkürzt so daß der Verdichter 7 normalerweise abgeschaltet ist. Zudem arbeitet der Verdichter 7 auch in den wärmeren Jahreszeiten mit einem Arbeitszyklus, welcher der jeweiligen Kühlbelastung oder -last angepaßt ist. Infolgedessen ist der Energieverlust infolge eines Wiedererwärmens der gekühlten Luft durch den Heizer 4 minimal, wobei der kleinste erforderliche Verdichter-Arbeitszyklus erreicht werden kann. Zur Verringerung der Luftfeuchtigkeit arbeitet der Verdichter ebenfalls mit dem kleinsten oder kürzesten

O ΔΗ Ό Ο OO

.- vsr-

für diese Funktion notwendigen Arbeitszyklus. Bei Auswertung des Verdichter-Arbeitszyklus über ein volles Jahr hinweg zeigt sich somit eine große Leistungs- oder Energieeinsparung während des Winters und der kühleren Jahreszeiten, während auch im Sommer eine beträchtliche Energieeinsparung im Vergleich zu den bisherigen Lufttemperatur-Regelvorrichtungen zu beobachten ist. Für die IQ Erzielung der genannten Wirkungen sind zudem keine speziellen Meßfühler, wie Außentemperatur- oder Sonnenlicht Meßfühler, erforderlich, so daß sich die vorgeschlagene Vorrichtung kostengünstiger darstellt.

^g Fig. 8 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der anstelle der Luftmischklappe 10 bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ein Warmwasserdurchsatzmengen-Regelventil 19 vorgesehen ist.

Die Lufttemperatur-Regelvorrichtung 1 für Fahrzeuge gemäß Fig. 8 umfaßt ein Gebläse 2, einen Verdampfer 3, ein Expansionsventil 5, einen Kondensator 6, einen Verdichter 7, eine elektromagnetische Kupplung 8, eine Fahrzeug-Antriebsmaschine 9, ein Stellglied 11, ein Potentiometer 12, einen Thermistor 13 zur Erfassung der Lufttemperatur am Auslaß des Verdampfers 3, einen Thermistor 15 zur Erfassung der Fahrzeug-Innenraum(luft)-temperatur, ein Armaturenbrett (Schalttafel) 16, eine Steuer- oder Regeleinheit 17 und einen Schaltereingabetyp-Temperatursteller 18 am Armaturenbrett 16.

Ähnlich wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform besteht die Steuer- oder Regeleinheit 17 aus einer Eingabeschnittstelle, einem Mikroprozessor, einer Aus-3g gabeschnittstelle und zugeordneten Bauteilen. Der Mikro-

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prozessor führt das in Fig» 4 dargestellte Regelprogramm aus.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 8 erläutert. Beim Einschalten der Stromversorgung für den Mikroprozessor im Schritt 100 werden die Randomspeicher-Daten im Mikroprozessor sämtlich auf

jQ "O" gelöscht. Im Schritt 201 wird dann ein im Mikroprozessor enthaltener Zeitgeber in Gang gesetzt. Im anschließenden Schritt'200 werden Signale entsprechend der vom Thermistor 15 ermittelten Fahrzeug-Innenraumtemperatur, der vom Thermistor 13 gemessenen Verdampferauslaßlufttemperatur und der durch das Potentiometer 12 bestimmten Stellung des Warmwasser-Regelventils 19 sowie ein Temperatur-Sollwert, ein Klimatisierungs-Schaltersignal und ein DRY- bzw. "TROCKEN"-Schaltersignal vom Armaturenbrett 16 der Regeleinheit 17 eingegeben. Im Schritt 300 werden hierauf Berechnungen für die Innenraumtemperatur rege lung auf der Basis eines Proportionalitäts-Regelfaktors, eines integralen Regelfaktors und eines abgeleiteten (derivitive) bzw. Ableitungs-Regelfaktors, sämtlich Funktionen der gemessenen Abweichungsgröße der Fahrzeug-Innenraumtemperatur vom Temperatur-Sollwert, durchgeführt, um das Stellglied 11 für das Regelventil 19 anzusteuern. Die weiteren Arbeitsgänge der·Vorrichtung, einschließlich der Regeleinheit 17, entsprechen denen bei der vorher beschriebenen Ausführungsform mit Luftmischklappe 10.

Bei dieser abgewandelten Ausführungsform übernimmt mithin eine Verstellung des Warmwasser-Regelventils 19 die ■ Rolle der Einstellung der Luftmischklappe 10. Der Arbeitszyklus des Verdichters 7 kann dabei nach demselben

Betriebsprinzip wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform verkürzt (lowered) werden.

Mit der Erfindung wird somit eine Lufttemperatur-Regelvorrichtung für Fahrzeuge geschaffen, die einen Kühler, einen Heizer (Heizkörper) und Einrichtungen zur Einstellung oder Regelung der Innenraumlufttemperatur aufweist.

Erfindungsgemäß ist eine Rückkopplungs-Regelung in der Weise vorgesehen, daß die Innenraumtemperatur mit einem Temperatur-Sollwert in Übereinstimmung bringbar ist. Weiterhin ist eine Einrichtung zur Regelung des EIN/AUS-Betriebs des Kühlers vorgesehen, so daß die Innenraumtemperatur-Regeleinrichtung möglichst lange, in einer Stellung oder einer Zone für größte Kühlleistung gehalten werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann somit eine zufriedenstellende Temperaturregelung ' gewährleistet werden, während der Verdichter mit kleinstem (minimum) Arbeitszyklus arbeitet.

Selbstverständlich sind dem Fachmann verschiedene Änderungen und Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

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Claims

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MITSUBISHI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA Tokyo /JAPAN

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European Patent Attorneys Zugelassene v'e'ireter vor dem Europäischer· Patentamt

Dr phi: G Henkei. München Dipi-Ing j Pfenning Berlir Dr. rer na», u Fe.ier. München Dip!-!ng W Hanzei. München Dipl.-Phys K H Meinig Ber.'m Dr Ing. A Butenschon Berhn

Mohlstraße 37
D-8000 München 80

Tel. 089/982085-87 Telex. 05 29 302 nnkld Teiegra-Tirne. ellipsoid

FP/MHI-2544

Lufttemperatur-Rege!vorrichtung

PATENTANSPRÜCHE :

Lufttemperätur-Regelvorrichtung zur Regelung der Innenraumtemperatur bei einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug ,
gekennzeichnet durch

eine zum Kühlen der Innenraumluft des Fahrzeugs dienende, einen Einschalt- und einen Ausschaltzu-

stand besitzende Einrichtung, die nur im Einschaltzustand Kühlluft in den Fahrzeuginnenraum liefert,

durch eine Einrichtung zum Erwärmen der Innenraum-

luft des Fährzeugs, wobei Kühl- und Heizeinrichtung gleichzeitig betätigbar sind,

^q - und durch eine auf die Innenraumlufttemperatur ansprechende Rückkopplungs-Regele'inrichtung zur Vergrößerung und Verkleinerung des Erwärmungs- und Kühlungsgrads der Innenraumluft mittels der Kühl- und Heizeinrichtung, um die Innenraumlufttempera-

j5 tür je nach Bedarf auf einen Temperatur-Sollwert

zu erhöhen oder zu verringern, wobei die Rückkopplungs-Regeleinrichtung auf den Unterschied zwischen Innenraumtemperatur und Temperatur-Sollwert ansprechende Mittel zum Ein- und Ausschalten der

2Q Kühleinrichtung zwecks Regelung ihres Arbeitszyklus (duty cycle) aufweist.
2. Lufttemperatur-Regelvorrichtung zur Regelung der Innenraumtemperatur bei einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug,

gekennzeichnet durch

eine eine durchgehende Strömungsbahn zur Führung von Luft in den Fahrzeug-Innenraum bildende Ein-₃Q richtung,

durch eine in der Strömungsbahn angeordnete Einrichtung zum wahlweisen Kühlen oder Nichtkühlen der die Strömungsbahn durchströmenden Luft in Abgg hängigkeit von Ein- und Ausschaltsignalen, wobei

BAD ORIGiNAL

ο L 4 ο

die Kühleinrichtung einen Arbeitszyklus (dutycycle) besitzt, der durch die anteilige Zeit, während weIcher die Kühleinrichtung arbeitet oder nicht arbeitet, bestimmt wird,

durch eine in der Strömungsbahn.angeordnete Einrichtung zum Erwärmen eines Teils der in der Kühl ^O einrichtung gekühlten Luft und

- durch eine auf die Innenraumlufttemperatur anspre chende Rückkopplungs-Regeleinrichtung zur Regelung der Größe des Anteils der gekühlten Luft sowie zur Regelung oder Einstellung des Arbeitszyklus der Kühleinrichtung zwecks kontinuierlicher Verkleinerung des Unterschieds zwischen der Innen raumlufttemperatur und dem Temperatur-Sollwert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß die Rück kopplungs-Regeleinrichtung'Mittel zur Vergrößerung des Arbeitszyklus um. eine Größe, die eine Funktion der Größe des Unterschieds zwischen dem Temperatur-Sollwert und der Innenraumlufttemperatur darstellt, wenn letztere den Temperatur-Sollwert übersteigt, aufweist»
4· Vorrichtung nach Anspruch 2,

gO dadurch gekennzeichnet , daß die Rück kopplungs-Regeleinrichtung Mittel zur Begrenzung des genannten Luftmengenanteils auf eine vorbestimmte kleine Menge sov;ie Mittel zur Verkürzung (reducing) des Arbeitszyklus, wenn dieser Anteil größer ist als die vorbestimmte kleine Menge, aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet , daß die Rücken kopplungs-Regeleinrichtung Mittel zur Begrenzung des genannten Luftmengenanteils auf eine erste vorbe-■ stimmte kleine Menge sowie Mittel zur Verkürzung des Arbeitszyklus, wenn dieser Anteil größer ist als die vorbestimmte kleine Menge, aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Vergrößerung bzw. Verkürzung des Arbeitszyklus diesen nur dann verkürzen bzw. vergrößern, ,c wenn der genannte Luftmengenanteil nicht kleiner ist als die vorbestimmte kleine Menge.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet , daß die Mitteil zur Verkürzung des Arbeitszyklus diesen um eine vorbestimmte inkrementale Größe verkleinern.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet , daß die' Mit-2g tel zur Vergrößerung des Arbeitszyklus diesen um eine Größe vergrößern, die eine Funktion einer vorherigen Änderung des genannten Unterschieds ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3,

₃Q dadurch gekennzeichnet , daß die genannte Funktion ein Zeitintegral der Größe des Unterschieds zwischen dem Temperatur-Sollwert und der Innenraumlufttemperatur ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß eine

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Einrichtung zur Verringerung der Feuchtigkeit der Innenraumluft mit Mitteln zur Abgabe eines TROCKEN-Signals„ wenn die Raumluftfeuchtigkeit verringert itferden soll, vorgesehen ist und daß die Rückkopplungs-Regeleinrichtung auf das TROCKEN-Signal ansprechende Mittel zur Aufrechterhaltung des Arbeitszyklusauf zumindest einer vorbestimmten Mindestgröße aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß die Heizeinrichtung einen Heizer (Heizkörper) und eine Luftmischklappe zur Führung eines Teils der gekühlten Luft in die Heizeinrichtung aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das Fahr-■zeug eine Antriebsmaschine aufweist und daß die Heizeinrichtung einen Heizer (Heizkörper), Mittel zur Führung von Kühlwasser von der Antriebsmaschine zum Heizer sowie Mittel zur Regelung des die Führungsmittel durchströmenden KühlwasserStroms zwischen der Antriebsmaschine und dem Heizer umfaßt.