DE3726122C1 - Verfahren zur Regelung von Parametern der Innenraumluft in einem Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage - Google Patents

Verfahren zur Regelung von Parametern der Innenraumluft in einem Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage

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DE3726122C1
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Dieter Dipl-Ing Heinle
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, wobei ein solches Verfahren beispielsweise aus der DE-OS 21 26 599 bekannt ist.
Bei heutigen Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge, welche im wesentlichen aus einer Kühl- und Heizeinrichtung bestehen, ist in der Regel zwischen zwei verschiedenen Regeleinrichtungen zu unterscheiden, einerseits der sogenannten Temperaturautomatik und andererseits der sogenannten Klimatisierungsautomatik.
Bei der Temperaturautomatik hat der Fahrzeuginsasse zur Konstanthaltung der Innenraumtemperatur durch Tastaturbetätigung zwei Wahlmöglichkeiten: Bei der ersten Wahlmöglichkeit über die Tastatur für die Klimaanlage (= Normalstellung) schaltet sich dieselbe nur zu, wenn die Temperatur der Außenluft nicht ausreicht, um die eingestellte Sollwert-Innenraumtemperatur zu halten; bei dieser Wahlmöglichkeit können jedoch bei sehr feuchter Außenluft, welche vom Temperaturniveau an sich noch keine Kühlung erfordert, die Scheiben des Fahrzeuges innen beschlagen. Um dieses Beschlagen zu vermeiden, wird als zweite Wahlmöglichkeit über die Tastatur die sogenannte "Reheat"-Funktion angeboten, bei welcher der Verdampfer der Klimaanlage immer auf der niedrigst möglichen Temperatur, jedoch über 0° C, gehalten wird, damit die zugeführte Außenluft durch die Abkühlung getrocknet wird; im nachfolgenden Heizungswärmetauscher - auch Gegenheizeinrichtung genannt - wird die abgekühlte und getrocknete Luft auf die erforderliche Belüftungstemperatur wieder aufgeheizt, so daß durch die Zuführung von trockener Außenluft ein Beschlagen der Scheiben vermieden wird. Da aber der Kompressor auch dann in Betrieb ist, wenn das Temperaturniveau der Außenluft eine Kühlung nicht erfordern würde, wird vom Fahrzeugmotor unnötig Leistung für den Kompressor abgeführt; außerdem wird dem Fahrzeuginnenraum ständig getrocknete Luft zugeführt, so daß im Innenraum nicht die erforderliche Mindestluftfeuchtigkeit vorhanden ist.
Gleiches gilt auch bei der Klimatisierungsautomatik, welche die vorgenannte "Reheat"-Funktion beinhaltet und durch eine automatische Luftführung und Luftmengensteuerung noch ergänzt ist.
Unabhängig davon ist es bekannt (DE-PS 32 25 622), die Luftfeuchtigkeit in einem geschlossenen Raum mit einem automatischen Luftbefeuchter derart zu regeln, daß der Ist-Wert der relativen Luftfeuchtigkeit gemessen, mit einem Soll-Wert verglichen und die Abweichung anhand einer Regelschaltung ausgeregelt wird.
Des weiteren ist eine Einrichtung zur Regelung einer Klimaprüfkammer bekannt (DE-AS 15 73 368), bei welcher über in der Kammer angeordnete Sensoren sowohl die Luftfeuchtigkeit als auch die Lufttemperatur erfaßt wird und mittels welcher insbesondere programmierte Wechselklimauntersuchungen über beliebig lange Zeiträume durchgeführt werden können.
Ferner ist ein Verfahren zum Messen des Luftfeuchtigkeitsgehaltes bekannt (FR-OS 25 35 083), mittels welchem ein sich im Laufe der Zeit veränderndes Kennlinienverhalten eines Hygrometers durch Korrektur einer in einem Mikroprozessor gespeicherten Kennlinie kompensiert wird, um so die Meßgenauigkeit und in Folge die Genauigkeit einer Regelung aufrecht zu erhalten.
Um speziell ein Beschlagen von Autoglasscheiben zu verhindern, ist eine Vorrichtung bekannt (DE-AS 24 05 230), bei welcher ein Kondensieren von Feuchtigkeit auf der Oberfläche der Glasscheibe über eine Widerstandsänderung zwischen zwei Nachweiselektroden festgestellt wird, wobei eine Nachweis- und Steuerschaltung beim Unterschreiten eines vorbestimmten Widerstandswertes eine Scheibenheizung so lange aktiviert, bis auf Grund der abtrocknenden Scheibe die Impedanz zwischen den Nachweiselektroden wieder so weit angestiegen ist, daß von der Nachweis- und Steuerschaltung ein Signal zum Abschalten der Scheibenheizung erzeugt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Klimaanlage zur Regelung der Temperatur der Innenraumluft regelungstechnisch so weiterzubilden, daß ein Beschlagen der Scheiben vermieden, gleichwohl aber eine erforderliche Mindestluftfeuchtigkeit im Innenraum des Fahrzeuges aufrechterhalten und der Kompressor nur bei Erfordernis automatisch zu- und abgeschaltet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen zum Inhalt haben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Klimaanlage,
Fig. 2a ein Blockschaltbild der Auswerteeinheit der Klimaanlage und
Fig. 2b das zugehörige Flußdiagramm,
Fig. 3 die Kennlinie ϕ as = f (t i -t a ) und
Fig. 4 die Kennlinie t vSoll = f (t i ).
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist im Motorraum eines Kraftfahrzeuges eine im wesentlichen aus einem Kompressor 1.1, einem Verdampfer 1.2, einem Heizkörper 1.3, einem Gebläse 1.4, einem - nicht dargestellten - im Bereich des Kühlers angeordneten Kondensator und einer Auswerteeinheit 1.5 bestehende Klimaanlage 1 angeordnet. Des weiteren sind mehrere Sensoren mit integrierten Meßumformern im und am Fahrzeug angeordnet, so ein Sensor 2.1 im oberen inneren Bereich der Windschutzscheibe 3 zur Erfassung der Innenraumtemperatur t i , ein Sensor 2.2 zwischen dem Verdampfer 1.2 und dem Heizkörper 1.3 zur Erfassung der Temperatur t v nach dem Verdampfer, ein Sensor 2.5 hinter dem Heizkörper 1.3 zur Erfassung der Belüftungstemperatur t b, ein Sensor 2.3 am Frischluftzufuhrschacht 4 im unteren äußeren Bereich der Windschutzscheibe 3 zur Erfassung der Außenlufttemperatur t a und ein Sensor 2.4 im gleichen Bereich zur Erfassung der relativen Feuchtigkeit ϕ a der Außenluft, deren erfaßte Werte als Ausgangssignale der Meßumformer der Auswerteeinheit 1.5 über elektrische Leitungen 2.1.1, 2.2.1, 2.3.1, 2.4.1 und 2.5.1 zugeführt werden. Dem Frischluftzufuhrschacht 4 liegt auf der Innenseite der Windschutzscheibe 3 noch ein Umluftschacht 5 benachbart, in welchem eine Klappe 5.1 angeordnet ist, mittels welcher der Frischluftzufuhrschacht 4 geschlossen werden kann, so daß der sogenannte Umluft-Betriebszustand gegeben ist.
Wie aus dem Blockschaltbild der Auswerteeinheit 1.5 und dem zugehörigen Flußdiagramm gemäß den Fig. 2a und 2b ersichtlich ist, werden die Ausgangssignale der Meßumformer der Sensoren 2.1 bis 2.4 über die elektrischen Leitungen 2.1.1 bis 2.4.1 der Auswerteeinheit zugeführt, wobei in einem Subtrahierglied 1.5.1 zunächst die Differenz aus der Innenraumtemperatur t i und Außenlufttemperatur t a gebildet wird. Sowohl dieser Differenzwert (t i -t a ) als auch der Wert der relativen Feuchtigkeit der Außenluft ϕ a werden einem Speicherglied 1.5.2 zugeführt, in welchem eine Kennlinie ϕ as = f (t i -t a ) gemäß Fig. 3 gespeichert ist. Diese Kennlinie wurde wie folgt erhalten: Ausgehend vom bekannten Mollier-h,x-Diagramm lassen sich mit der relativen Feuchtigkeit der Außenluft ϕ a in Verbindung mit der dem Heizkörper 1.3 bei ϕ a zuführbaren maximalen Lufttemperatur und der Außenlufttemperatur t a Abhängigkeiten verschiedener Innenraumtemperaturen t i bei einer bestimmten relativen Feuchtigkeit der Innenraumluft ϕ i (beispielsweise bei ϕ i = 50%) ableiten und es kann eine Schar von Grenzkennlinien aufgestellt werden. Diese Schar von Grenzkennlinien führt durch Bildung der Differenz (t i -t a ) zu der Kennlinie ϕ as = f (t i -t a ), anhand welcher nun ein erstes Kriterium gegeben wird, ob die Außenluft auf eine bestimmte Verdampfer-Soll-Ausblastemperatur t vSoll gekühlt werden muß. Übersteigt nämlich ϕ a bei (t i -t a ) den zugeordneten Kennlinienwert ϕ as, so wird von dem Speicherglied 1.5.2 ein Signal gebildet, welches einem weiteren Speicherglied 1.5.3 zugeführt wird, an welchem auch der Wert der Innenraumtemperatur t i ansteht. In dem Speicherglied 1.5.3 ist eine ebenfalls aus dem Mollier-h,x-Diagramm abgeleitete Kennlinie Verdampfer-Soll-Ausblastemperatur t vSoll = f (t i ) gemäß Fig. 4 gespeichert, aus welcher Kennlinie und aufgrund des Signals der Wert t vSoll bei dem anstehenden Wert t i ausgelesen wird. Dieser Wert t vSoll wird nun einem Vergleicher 1.5.4.1 eines Reglers 1.5.4 zugeführt, an welchem des weiteren auch der Wert der Temperatur t v nach dem Verdampfer ansteht. Ergibt ein Vergleich als zweites Kriterium, daß t v < t vSoll ist, so wird durch das aufgrund der Abweichung gebildete Ausgangssignal ein Stellglied 1.5.4.2 des Reglers aktiviert und der Kompressor 1.1 eingeschaltet, wodurch die Außenluft durch Kühlung getrocknet wird. Durch dieses Regelverfahren wird also erreicht, daß bei einer Begrenzung der Innenraumfeuchtigkeit auf einen bestimmten Wert, der Taupunkt der Innenraumluft an der Windschutzscheibe - unter der Annahme t Scheibe innen = ta - nicht erreicht und somit ein Beschlagen der Windschutzscheibe wirkungsvoll verhindert wird.
Im Ausführungsbeispiel ist der Regler 1.5.4 als 2-Punkt-Regler ausgebildet; wird jedoch ein stufenlos regelbarer Kompressor 1.1 verwendet, so wird der Regler vorzugsweise durch einen P- oder PID-Regler ersetzt.
Wie aus Fig. 2a ersichtlich ist, ist in die elektrische Leitung 2.1.1 des Sensors 2.1 noch ein Schaltkontakt 6 eingebaut, welcher beim willkürlichen Betätigen der Umluftklappe 5.1 umschaltet, so daß der Auswerteeinheit 1.5 statt des erfaßten aktuellen Wertes der Innenraumtemperatur t i ein niedrigerer konstanter Temperaturwert t ic , z. B. 10° C, zugeführt wird, wodurch sichergestellt wird, daß in diesem Betriebszustand der Kompressor auf jeden Fall eingeschaltet wird und somit eine Entfeuchtung der Umluft stattfindet. Dies kann in einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes auch dann der Fall sein, wenn durch den Wert der einem weiteren Speicherglied 1.5.5 zugeführten relativen Feuchte der Außenluft ϕ a von diesem ein Signal erzeugt wird, welches den Betriebszustand der Umluftklappe 5.1 für eine bestimmte Zeitdauer mehr in Richtung Umluft verschiebt. Dadurch wird der Kühlkreislauf der Klimaanlage entlastet.
Wie aus Fig. 2a des weiteren ersichtlich ist, können dem Speicherglied 1.5.2 noch weitere Signale zugeführt werden, nämlich über einen Anschluß 7.1 Signale von Sitzkontaktschaltern im Fahrzeug - welche somit eine Aussage über die Personenzahl im Fahrzeug darstellen -, über einen Anschluß 7.2 ein vom Sollwert der Innenraumtemperatur abhängiges Signal und über einen Anschluß 7.3 Drehzahlsignale des Gebläses 1.4. Während die Signale der Sitzkontaktschalter bewirken, daß die Kennlinie ϕ as im Speicherglied 1.5.2 in Richtung der Ordinatenachse zur Abszisse hin abgesenkt wird - je nach Personenzahl mehr oder weniger -, und somit ein Signal zur Einschaltung des Kompressors früher erzeugt wird, um so je nach Personenzahl die Feuchte der zugeführten Luft zu reduzieren, damit die Innenraumluft zusätzlich abgegebene Feuchtigkeit der Insassen aufnehmen kann, ohne daß die Scheiben beschlagen, bewirkt das bei einer bestimmten Drehzahl gebildete Drehzahlsignal des Gebläses ein Anheben der Kennlinie ϕ as, so daß vom Speicherglied ein Signal zur Einschaltung des Kompressors später erzeugt wird, und somit dem Umstand, daß aufgrund des höheren Luftdurchsatzes des Gebläses mehr Feuchte abgeführt werden kann, Rechnung getragen wird.
Hingegen bewirkt das vom Sollwert der Innenraumtemperatur abhängige Signal entweder ein Anheben oder ein Absenken der Kennlinie ϕ as in gewissen vorgegebenen Grenzen, je nach dem, ob ein hoher - absenken der Kennlinie - oder ein niederer Sollwert - anheben der Kennlinie - für die Innenraumtemperatur vom Insassen eingestellt ist, so daß seiner Behaglichkeit Rechnung getragen werden kann.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Temperaturabhängigkeit des Sensors 2.4 (ϕ a) unter Berücksichtigung des Signals des Sensors 2.3 (t a ) in einem Korrekturglied 8 der Auswerteeinheit kompensiert werden, so daß dem Speicherglied 1.5.2 das temperaturkompensierte Signal des Sensors 2.4 zugeführt wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Regelung von Parametern der Innenraumluft in einem Kraftfahrzeug, welches mit einer aus einem Kompressor, Gebläse, Kondensator, Verdampfer und Heizkörper bestehenden Klimaanlage mit einer Auswerteeinheit ausgestattet ist, wobei der Auswerteeinheit von im Kraftfahrzeug angeordneten Sensoren erfaßte Werte mindestens über die Innenraumtemperatur t i , die Außenlufttemperatur t a und die Temperatur t v nach dem Verdampfer zugeführt und zur Regelung der Innenraumtemperatur entsprechend weiterverarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines weiteren Sensors (2.4) auch noch die relative Feuchtigkeit der Außenluft ϕ a zur Regelung der relativen Feuchtigkeit der Innenraumluft erfaßt und der Auswerteeinheit (1.5) zugeführt wird,
daß in einem Subtrahierglied (1.5.1) der Auswerteeinheit (1.5) die Differenz (t i -t a) gebildet wird,
daß anhand einer in einem Speicherglied (1.5.2) der Auswerteeinheit (15) gespeicherten Kennlinie ϕ as = f (t i -t a ) und mit den Werten (t i -t a ) und d a von dem Speicherglied (1.5.2) ein Signal gebildet wird, wenn ϕ a bei (t i -t a ) den zugeordneten Kennlinienwert ϕ as übersteigt,
daß auf Grund dieses Signals in der Auswerteeinheit aus einem weiteren Speicherglied (1.5.3), in welchem eine Kennlinie Verdampfer - Soll - Ausblastemperatur T vSoll = f (t i ) gespeichert ist, der Wert t vSoll bei dem erfaßten Wert t i ausgelesen und mit dem erfaßten Wert t v in einem Vergleicher (1.5.4.1) eines Reglers (1.5.4) verglichen wird, dessen Ausgangssignal bei t v < t vSoll über ein Stellglied (1.5.4.2) des Reglers den Kompressor (1.1) einschaltet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicherglied (1.5.2) der Auswerteeinheit (1.5) über einen Anschluß (7.1) des weiteren Signale von Sitzkontaktschaltern im Fahrzeug zugeführt werden, welche Signale die Kennlinie ϕ as in Richtung der Ordinatenachse zur Abszisse hin absenken.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicherglied (1.5.2) der Auswerteeinheit über einen Anschluß (7.3) ferner Drehzahlsignale des Gebläses (1.4) zugeführt werden, welche Signale die Kennlinie d as in Richtung der Ordinatenachse von der Abszisse weg anheben.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim willkürlichen Betätigen der Umluftklappe (5.1) für den Umluft-Betriebszustand der Auswerteeinheit statt des erfaßten aktuellen Wertes der Innenraumtemperatur t i ein niedrigerer fester Temperaturwert t ic zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der relativen Feuchtigkeit der Außenluft ϕ a des weiteren noch einem Speicherglied (1.5.5) in der Auswerteeinheit (1.5) zugeführt wird, welches in Abhängigkeit von ϕ a für eine bestimmte Zeitdauer den Betriebszustand der Umluftklappe (5.1) mehr in Richtung Frischluft oder Umluft verschiebt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßten Werte der Außenlufttemperatur t a und der relativen Feuchtigkeit der Außenluft ϕ a einem Korrekturglied (8) der Auswerteeinheit (1.5) zugeführt werden, in welchem die Temperaturabhängigkeit des Sensors (2.4) zur Erfassung der relativen Feuchtigkeit der Außenluft kompensiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicherglied (1.5.2) der Auswerteeinheit über einen Anschluß (7.2) ferner ein vom Sollwert der Innenraumtemperatur abhängiges Signal zugeführt wird, mittels welchem die Kennlinie ϕ as in gewissen Grenzen in Richtung der Ordinatenachse angehoben oder abgesenkt wird.
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