DE3852696T2

DE3852696T2 - Anzeige des Sättigungspunktes für Kühlflüssigkeit.

Info

Publication number: DE3852696T2
Application number: DE3852696T
Authority: DE
Inventors: Robert James Torrence
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2008-10-08
Also published as: AU2502988A; DE3852696D1; EP0315780A2; AU601353B2; US4841734A; EP0315780A3; JPH01260261A; EP0315780B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kühlsysteme zur Luftkühlung eines Abteils und insbesondere auf Airkonditioning- bzw. Luftkonditioniersystemes für Fahrzeuge. Systeme dieses Typs besitzen typischerweise ein Kühlmittel, das durch einen Kompressor in einen exothermen Wärmetauscher oder Kondensierer gepumpt wird zur Verflüssigung und ausgedehnt wird zur Strömung durch einen endothermen Wärmetauscher oder Verdampfer, der in dem zu kühlenden Abteil angeordnet ist und in der Form von Gas oder Dampf zu dem Kompressor zurückgeführt wird. Fahrzeugpassagierabteil-Luftkondentioniersysteme verwenden typischerweise einen Kompressor, der durch eine elektrische Kupplung, die den Kompressor mit dem Motor verbindet, erregt wird. Beim Betrieb moderner Fahrzeugluftkonditioniersysteme wurde herausgefunden, daß es während einem niedrigen Straßengeschwindigkeitsbetrieb des Fahrzeugs notwendig ist, ein Kühlgebläse vorzusehen zum Richten oder Lenken einer Umgebungsluftströmung über den Kondensierer und es ist ferner zweckmäßig, ein solches Gebläse vorzusehen, das elektrisch erregbar ist, und zwar unabhängig von der Drehzahl des Fahrzeugmotors.
Bei Fahrzeugluftkonditioniersysteinen, die einen elektrisch gekuppelten Kompressor und ein elektrisch betätigtes Kondensiergebläse verwenden, war es zweckmäßig, eine geeignete Abfühlung oder Warnung zum Entkuppeln des Kompressors vorzusehen beim Auftreten einer übermäßigen Unterkühlung des flüssigen Kühlmittels, des Verlustes von Kühlmittel oder eines Überdruckzustandes in der Hochdruckflüssigkeitsseite des Systems.
Bisher wurde ein Schutz gegenüber übermäßiger Unterkühlung und Überdruck oder Verlust von Kühlmittel vorgesehen durch Drucksensoren oder -wandler, die in der Flüssigkeitskühleitung angeordnet waren zum Detektieren des Drucks in der Leitung. Diese Druckabfühlvorrichtungen haben sich jedoch als kostenaufwendig herausgestellt und sie haben eine Reihe von Verläßlichkeitsproblemen gezeigt. Es wurde immer notwendiger, eine verbesserte Steuerung der Motorzündung, der Brennstoffzuführung und des Lastmanagements vorzusehen, um die strengen Emissionsanforderungen zu erfüllen und somit gab es einen Trend zu einer vollständig elektrischen Steuerung der Motorbetriebsparameter einschließlich der motorbetätigten Assesoires, wie zum Beispiel der Luftkonditionierung bzw. der Klimaanlage. Bei dem Versuch eine vollständig elektrische Steuerung der Fahrzeugluftkonditionierung und insbesondere des Fehlfunktionsalarms und des Abschaltens vorzusehen, war es schwierig, die Druckmessungen mit Messungen der Temperatur in anderen Teilen des Kühlmittelsystems zu kombinieren zum Vorsehen einer integrierten elektrischen Steuerung für das gesamte System. Somit wurde seit langem gewünscht, einen Weg oder Mittel vorzusehen zum Vorsehen einer Gesamtsteuerung des Kühlmittelsystems einschließlich einer Hochdruck- und übermäßigen Unterkühlungswarnung, und zwar nur durch Abfühlen der Kühlmitteltemperatur. Dies hat sich als schwierig herausgestellt, da das Abfühlen der Ist-Temperatur des Kühl mittels nicht die Bestimmung des Drucks in der Kühlmittelleitung erlaubt.
Somit wurde gewünscht, einen Weg oder Mittel vorzusehen zum elektrischen Steuern eines Kühlmittelsystems und zum Vorsehen einer Warnung in dem Fall eines übermäßigen oder niedrigen Drucks des Kühlmittels ohne die Notwendigkeit des Vorsehens von Drucksensoren.
Wieder bezugnehmend auf den Stand der Technik wird insbesondere auf die US-A-3 293 876 hingewiesen, die ein System des Typs zeigt, der die Merkmale des ersten Teils des Anspruchs 1 aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Kompressortrennund Kondensatorgebläsezyklus-System gemäß dem ersten Teil des Anspruch 1 gekennzeichnet durch die Merkmale des zweiten Teils des Anspruch 1. Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Steuern eines Kühlsystems gemäß Anspruch 10 vor. Es sei bemerkt, daß hinsichtlich des Anspruchs 10 die US-A-3 293 876, wie oben bemerkt, relevant ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht einen einzigartigen und neuen Weg des Abfühlens des Zustandes einer übermäßigen oder niedrigen Kühlmittelladung und einen nicht ausreichenden ober übermäßigen Kühlmitteldruck vor zum Vorsehen eines elektrischen Steuersignals, um das Kondensiergebläse zu drehen bzw. zyklisch anzutreiben und die Kompressorkupplung zu sperren bzw. zu trennen. Die vorliegende Erfindung verwendet einen eine Sättigungstemperatur abfühlenden Thermistor, der in der Kühlmittelleitung auf der hohen Seite oder stromaufwärts bezüglich der Expansionsventilmittel angeordnet ist. Ein elektrischer Strom wird an den Thermistor angelegt, um den Thermistor in ausreichender Weise zu erwärmen, um ein Kochen des Kühlmittels auf der Oberfläche davon zu bewirken, um somit die Temperatur des Thermistors auf die Sättigungstemperatur des Kühlmittels zu bringen. Ein Widerstand ist in Serie mit dem Thermistor vorgesehen und der Spannungsabfall an dem Widerstand wird für einen vorbestimmten Thermistorerwärmungsstrom gemessen, wenn sich die Spannung in dem Thermistor verändert ansprechend auf eine Veränderung der Sättigungstemperatur des Kühlmittels. Der Thermistor mißt somit die Sättigungstemperatur, die mit bekannten Eigenschaften des Kühlmittels in den Sättigungsdruck umgewandelt werden kann
Während des normalen Betriebs wird das Gebläse bei einer vorbestimmten Sättigungstemperatur erregt und wenn die Temperatur unter eine zweite vorbestimmte Sättigungstemperatur fällt, enterregt.
Wenn ein übermäßig hoher Druckzustand detektiert wird, erzeugt der Microcomputer ein Signal zum Erregen des Kondensiergebläses und zum Enterregen der Kompressorkupplung. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein zweiter Thermistor benachbart zu dem erwärmten Thermistor angeordnet zum Abfühlen der Ist- Temperatur der Flüssigkeit in einer Kühlmittelleitung. Ein Vergleich der Ist-Temperatur und der Sättigungstemperatur ermöglicht, daß der Grad der Unterkühlung berechnet wird; und ein elektrisches Signal wird erzeugt zum Trennen oder Sperren der Kompressorkupplung in dem Fall einer übermäßigen oder nicht ausreichenden Unterkühlung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Luftkonditioniersystems für ein Fahrzeug, die die Plazierung des erwärmten Thermistors zum Abfühlen der Sättigungstemperatur des flüssigen Kühlmittels auf der Hochdruckseite der mechanischen Expansionsventilmittel darstellt;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Teils in Fig. 1, die alternative Kapillarrohrexpansionsmittel darstellt;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Teils des Systems von Fig. 1, die ein elektrisch gesteuertes Expansionsventil darstellt;
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm der elektrischen Steuersignalerzeugung für das System in Fig. 1;
Fig. 5 ist eine elektrische Schemadarstellung für die auf Mikroprozessor basierende Steuerung in Fig. 4;
Fig. 6 ist eine elektrische Schemadarstellung der Schaltung zum Konditionieren des Signals von dem erwärmten Thermistor für die Steuerung in Fig. 5; und
Fig. 7 ist ein Teil der Schemadarstellung für ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, das einen zweiten Thermistor in der Hochdruckleitung verwendet zum Abfühlen der tatsächlichen oder Ist- Temperatur des flüssigen Kühlmittels.

Detaillierte Beschreibung

Gemäß Fig. 1 ist das Steuersystem der vorliegenden Erfindung, das im allgemeinen bei 10 gezeigt ist, so dargestellt, daß es einen Kompressor 12 besitzt, der durch eine elektrisch betätigte Kupplung 14 erregt wird, die durch ein Band bzw. einen Riemen 13 angetrieben wird, der in der Lage ist, von dem Fahrzeugmotor angetrieben zu werden. Kühlmittel wird von dem Kompressor 12 über eine Leitung 16 durch einen exothermen Wärmetauscher oder Kondensierer bzw. einer Kondensiervorrichtung 18 gepumpt, und zwar über die Leitung 20 zu dem Einlaß von Expansionsmitteln, die im allgemeinen bei 22 gezeigt sind. Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 weisen die Expansionsmittel ein mechanisch betätigtes Ventil des Typs auf, der eine auf Temperatur ansprechende Kapsel verwendet, die eine Membran zur Bewegung des Ventilsitzes bzw. des Sitzelementes betätigt, wobei diese Ventile in der Technik bekannt sind. Der Niedrigdruckauslaß von den Expansionnsventilmitteln 22 strömt durch die Leitung 24 und durch einen endothermen Wärmetauscher oder Verdampfer 26 und wird verdampft und über die Leitung 28 durch einen Durchlaß im Ventil 22 und die Leitung 30 zu dem Einlaß des Kompressors zurückgeführt.
Ein Thermistor TS ist in der Leitung 20 angeordnet, und zwar benachbart zu dem Einlaß, der Expansionsmittel 22 zum Abfühlen der Sättigungstemperatur des flüssigen Kühlmittels, das in das Expansionsventil eintritt. Eine elektrisch betätigte Blasvorrichtung oder ein Gebläse 32 ist benachbart zu dem Kondensierer 18 angeordnet zum Richten einer Umgebungsluftströmung darüber hinweg, und zwar auf eine elektrische Erregung des Gebläsemotors (Ventilator) 34 hin. Eine Spannungs- oder Leistungsleitung 26 des Motors 34 ist geerdet und die verbleibende Leitung 38 ist mit dem Leistungsausgang eines Gebläserelais 40 verbunden. Die verbleibende Leistungsleitung 42 des Gebläserelais ist mit der 12 Volt-Quelle des Fahrzeugs verbunden, und zwar über die Verbindung 44.
Die Verbindung bzw. der Knotenpunkt 44 ist auch mit dem Eingang eines Spannungsregulierers 48 (über Leitung 46) verbunden, der Leistung bzw. eine Spannung an die auf Mikroprozessor basierende Steuerung 50 liefert. Die Steuerung 50 empfängt Signaleingänge bzw. Eingangsgrößen von dem Komparator 52 und sieht einen Signalausgang bzw. eine Signalausgangsgröße zu dem Gebläserelais 40 entlang der Leitung 54 vor und schaltet die Leistung bzw. Spannung zu der Kompressorkupplung 14 entlang der Leitung 56. Der Sättigungsthermistor TS besitzt daran angelegt über die Leitung 58 eine Spannung von dem Spannungsregulierer, die im allgemeinen mit +V bezeichnet ist, den Knotenpunkt 60 und die Leitung 62. Die verbleibende Leitung von 64 von TS ist über einen Kalibrierungswiderstand R33 geerdet. Der Spannungsabfall an dem Widerstand R33 wird an dem Knotenpunkt 66 detektiert und über die Leitung 68 an den Komparator 52 angelegt.
Eine geeignete Linien- oder Leitungsleistung, die den Schalter 20 freigibt, ist vorgesehen zum Anlegen der Fahrzeugbatteriespannung an den Knotenpunkt 44. Der Schalter 70 ist zur entfernten selektiven Betätigung durch den Fahrzeugbediener geeignet, wie zum Beispiel durch eine Instrumenten- oder Armaturenbrettanbringung, um den Betrieb des Kühlsystems zu initiieren.
Bei der derzeitig bevorzugten Ausführung ist TS ein NTC- Thermistor, der von Fenwall Electronics, 63 Foundtain Street, Farmingham, Massachusetts 01701 hergestellt wird und besitzt die Identifizierung FD21J1-W und besitzt einen Widerstand von 100 Ohm bei 25 ºC.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun eine alternative Ausführung des Systems in Fig. 1 dargestellt, wobei die Kühlmittelexpansionsmittel 222 ein gewickeltes oder schraubenförmiges Kapillarrohr aufweisen. Gemäß Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Fig. 1 dargestellt, wobei die Expansionsmittel ein elektrisch betätigtes Expansionsventil 322 aufweisen, das von der Bauart sein kann, das einen Elektromagnet besitzt, der durch ein impulsbreitenmoduliertes Steuersignal erregt wird, wie zum Beispiel das, das in der mitanhängigen Anmeldung mit der Serien-Nr. 007 147 vom 27. Januar 1987 von dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung beschrieben wurde. Die Leitungsverbindungen und die Anordnung des Sättigungstemperatursensors TS sind ansonsten dieselben für die Ausführungsbeispiele für Fig. 2 und 3, wie für das Ausführungsbeispiel in Fig. 1.
Gemäß den Fig. 4, 5 und 6 ermöglicht ein Schließen des Schalters 70 eine vom Bediener auswählbare Initiierung des Systems zum Erregen des Kompressors im Schritt 72. Wenn eine geeignete Zeitverzögerung aufgetreten ist, und zwar typischerweise 3 Sekunden, erregt die Steuerung 50 betriebsmäßig den Sättigungsthermistor TS im Schritt 76. Die Steuerung 50 überwacht dann den Spannungsabfall am Widerstand R33 und vergleicht die Spannung VR an dem Widerstand R33 mit einer Bezugsspannung von typischerweise 6,6 Volt in dem Vergleichsschritt 78. Wenn eine geeignete Zeitverzögerung vorzugsweise eine 3/4 Sekunde im Schritt 80 aufgetreten ist, wird die Vergleichsfunktion wiederholt. Wenn ansonsten VR größer als 6,6 Volt ist, wird der Kondensiergebläsemotor 34 im Schritt 82 erregt. Wenn der Spannungsabfall VR über eine vorbestimmte Grenze von typischerweise 7,3 Volt ansteigt, wird der Komparator im Schritt 84 betätigt zum Enterregen der Kompressorkupplung und des Gebläsemotors im Schritt 86.
Wenn ein elektrisch betätigtes Ventil, wie zum Beispiel das Ventil 322 < Fig. 3) in dem System in Fig. 1 verwendet wird, dient der Schritt 86 auch zum Öffnen oder Offenhalten des Ventils 322, um dem System einen Druckausgleich nach dem Abschalten oder Trennen zu erlauben. Wenn der Vergleich im Schritt 84 feststellt, daß VR die Grenze von 7,3 Volt nicht überstiegen hat und so lange VR nicht unter eine vorbestimmte untere Grenze von typischerweise 5,7 Volt fällt, bleibt der Kompressor erregt; und nach der 3/4 Sekunden-Zeitverzögerung im Schritt 80 wird der Vergleich des Schritts 78 wiederholt.
In dem Fall, daß der Spannungsabfall VR unter die untere Grenze von 5,7 Volt fällt, wie es durch den Vergleichsschritt 88 festgestellt wird, wird die Steuerung 50 dann in dem Schritt 90 betätigt, um die Leistung zu dem Kondensiergebläsemotor 34 zu trennen.
In dem Fall, daß VR im Schritt 84 als größer als die obere Grenze von 7,3 Volt detektiert wurde und das System in dem Schritt 86 enterregt wurde, und nach einer geeigneten Zeitverzögerung von typischerweise 20 Sekunden, die in dem Schritt 92 bestimmt wird, wird die Steuerung zum Wiedererregen der Kompressorkupplung im Schritt 72 betätigt.
Gemäß Fig. 5 empfängt der Mikroprozessor U4, der in der derzeitig bevorzugten Ausführung eine Festkörpervorrichtung mit der Herstellerdesignierung 6805P2 von Motorola Semiconductor Products, Algonquin Road, Schaumberg, Illinois 60195, aufweist, eine Leistung oder Spannung am Stift 3 davon, und zwar von dem Spannungsregulierer 48. Der Regulierer weist vorzugsweise eine Festkörpervorrichtung U1 auf, die die Herstellerdesignierung MC7805 trägt und erhältlich ist von Motorola und empfangt am Stift 1 davon eine Spannung VB von typischerweise 16 Volt von der Fahrzeugbatterie, und zwar über die Diode CR1 und den Widerstand R1. Schutzvorrichtungen, die einen Kondensator C1 und eine Zenerdiode CR6 parallelgeschaltet aufweisen, schützen den Eingang gegenüber Spannungspitzen und sind zusammen mit dem Stift 2 von U1 geerdet. Ein Kondensator C2 ist an dem Eingangsstift oder Pin 3 von U1 angeordnet, desen Ausgang regulierte 5 Volt an den Eingang am Stift oder Pin 3 des Prozessors U4 abgibt. Der Prozessor U4 wird beim Hochf ahren betätigt zum Vorsehen eines Signals an dem Ausgangsstift 12, und zwar über den Widerstand R28 zu Q12, das durch die Fahrzeugbatteriespannung VB durch den Widerstand R25 an seinem Kollektor vorgespannt ist. Wenn das Signal vom Stift 12 des Prozessors U4 Q12 AUS schaltet und die Spannung VB wird an die Basis von Q7 angelegt.
Wenn nun unter Bezugnahme auf Fig. 6 die Spannung VB an der Basis von Q7 empfangen wird, leitet Q7 und läßt die Spannung an dem Knotenpunkt 94 abfallen, der durch den Widerstand R23 positiv von dem Spannungsregulierer 48 vorgespannt ist. Wenn die Spannung an dem Knotenpunkt 94 abfällt, wird die Basis von Q6 über den Widerstand R26 niedrig vorgespannt und Q6 wird dazu gebracht, Strom von dem Knotenpunkt 96, der positiv vorgespannt ist, durch die Spannung von dem Regulierer 48 und auch einer Spannung von dem Knotenpunkt 98 zu leiten. Der Strom, der durch Q6 fließt, fließt durch den Thermistor TS und den Kalibrierungswiderstand R33 zur Erde. TS wird somit auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um das darüber strömende flüssige Kühlmittel zu kochen, und zwar durch einen beschränkten Strom dorthindurch; und Variationen in der Temperatur werden abgefühlt durch Detektieren von Veränderungen des Spannungsabfalls an dem Widerstand R33 als VR, und zwar gemessen an dem Knotenpunkt 66. VR wird an dem Knotenpunkt 102 angelegt und über den Widerstand R17 zu dem positiven Eingangsstift 11 der Vorrichtung U2, die in der derzeitig bevorzugten Ausführung eine duale Komparatorvorrichtung aufweist mit der Herstellerbezeichnung LM339 von der National Semiconductor Corp., 2900 Semiconductor Drive, Santa Clara, Californien 95051. Der negative Eingangsstift 10 von U2 empfängt eine Spannung über den Widerstand R24 von dem Knotenpunkt 104, der durch eine positive Spannung VZ von dem Regulierer 48 vorgespannt ist, sowie eine Batteriespannung über den Widerstand R16 von dem Knotenpunkt 106, der mit Erde verbunden ist, und zwar über die rückwärts vorgespannte Diode CR11. Ein Widerstand R24 ist mit dem Stift 10 von U2 verbunden und ist geerdet, so daß R24 und R32 einen Teiler aufweisen, um eine regulierte Bezugsspannung an den Stift 10 von U2 anzulegen. Wenn VR 6,6 Volt übersteigt, geht der Ausgang bzw. die Ausgangsgröße des Komperators U2 an dem Stift 13 hoch und wird an den Knotenpunkt 108 angelegt, der durch eine Spannung vom dem Regulierer 48 über den Widerstand R18 vorgespannt ist. Die Spannung an dem Knotenpunkt 108 wird über den Widerstand R22 an die Basis von Q8 angelegt, so daß, wenn der Ausgang von U2 hoch ist, Q8 AN geschaltet wird und der Ausgang bzw. die Ausgangsgröße davon wird an den Kollektorknotenpunkt 110 angelegt, der über den Widerstand R19 auf 5 Volt vorgespannt ist und an den Stift 9 des Mikroprozessors U4 angelegt ist.
Wenn gemäß Fig. 5 der Eingang bzw. die Eingangsgröße an den Stift 9 von U4 tief geht, sieht der Ausgang bzw. die Ausgangsgröße an dem Stift 17 ein Signal durch den Widerstand R13 zu der Basis von Q4 vor, der AUS schaltet, was eine positive Vorspannung der Batteriespannung über den Widerstand R12 an den Kollektoranschluß davon verbleiben läßt, wobei die Spannung an die Basis des Leistungs-FET Q11 angelegt wird, was bewirkt, daß Q11 an seinem Ausgangsstift 2 zu dem Knotenpunkt 112 leitet, der mit dem Gebläserelais 40 über die Leitung 54 verbunden ist. Der Ausgang von Q11 bzw. die Ausgangsgröße ist an dem Knotenpunkt 112 durch die Zenerdiode CR9 und die Diode CR12 geschützt, die zusammen mit dem Stift 3 von Q11 geerdet sind. Der Ausgang bzw. die Ausgangsgröße von Q4 ist in ähnlicher Weise am Stift 1 von Q11 geschützt, und zwar durch die Diode CR14A, die durch Q5 zur Erde geschaltet wird, dessen Basis über dem Widerstand R15 und R14 durch eine Spannung von dem Regulierer 48 vorgespannt ist. Einem Knotenpunkt 114 zwischen den Widerständen R14 und R15 wird durch einen Ausgang bzw. eine Ausgangsgröße an dem Stift 19 von U4 signalisiert Q5 AN zu schalten, um den Ausgang von Q4 während des Hochfahrens zu erden.
Wenn gemäß den Fig. 5 und 6 VR an dem Stift 11 von U2 kleiner ist als ein tiefes Grenzspannungsniveau von typischerweise 5,7 Volt, wird Q8 AUS geschaltet und die Spannung an dem Stift 9 von U4 geht hoch (positive 5 Volt) und der Ausgang bzw. die Ausgangsgröße an dem Stift 17 schaltet Q4 AN, was dessen Ausgang erdet und Q11 AUS schaltet, um die Spannung von dem Gebläserelais zu trennen, um dadurch den Gebläsemotor 34 zu sperren bzw. außer Kraft zu setzen.
Gemäß Fig. 6 wird VR am Knotenpunkt 102 auch an den negativen Stift 4 einer anderen Hälfte der Vorrichtung Q2 angelegt; und der positive Eingang des Komparators U2 an dem Stift 5 davon ist mit dem Knotenpunkt 116 verbunden, der durch den Widerstand R21 geerdet ist und empfängt eine positive Vorspannung VZ durch R13. Der Ausgang des Komparator U2 an dem Stift 2 wird an den Knotenpunkt 118 angelegt, der eine positive Spannungsvorspannung durch den Widerstand R14 von dem Spannungsregulierer 48 empfängt.
Gemäß Fig. 5 wird der Ausgang bzw. die Ausgangsgröße von U2 an dem Knotenpunkt 118, die in Fig. 5 mit HPCO bezeichnet ist, durch den Widerstand R30 an die Basis von Q14 angelegt, dessen Emitter geerdet ist und dessen Kollektorausgang über den Knotenpunkt 118 verbunden ist. Der Knotenpunkt 118 ist durch den Widerstand R27 durch positive 5 Volt von dem Regulierer 48 vorgespannt und ist mit dem Eingangsstift 15 des Mikroprozessors U4 verbunden.
Gemäß Fig. 6 wird der Eingang bzw. die Eingangsgröße an den Stift 5 des Komparators U2 von dem Knotenpunkt 116 auf einer positiven regulierten Spannung von typischerweise 7,3 Volt beibehalten, und zwar durch die Spannungsteilerwiderstände R19, R21. Wenn die Spannung an dem Stift 4 unter die Spannung an dem Stift 5 fällt, d. h. unter 7,3 Volt, geht der Ausgang bzw. die Ausgangsgröße von U2 hoch, was Q14 AUS schaltet, was bewirkt, daß positive 5 Volt von dem Knotenpunkt 118 an Stift 15 von U4 und den Ausgang am Stift 18 von U4 angelegt wird.
Gemäß Fig. 5 ist die Vorrichtung CY1 ein Oszillator, der mit dem Kondensator C13 in Serie und mit dem Kondensator C12 parallel zur Erde geschaltet ist. CY1 ist mit den Stiften 5 und 4 des Mikroprozessors U4 verbunden zum Vorsehen von Timing- oder Zeitsteuerimpulsen vorzugsweise in der Größenordnung von 4 MHz.
Die Steuerung 50 umfaßt einen "Totmann"-Timer bzw. Zeitsteuervorrichung, die die Mikroprozessorfunktion überwacht. U4 sieht einen Ausgang bzw. eine Ausgangsgröße an dem Stift 14 davon vor, und zwar durch den Kondensator C7 zu dem Knotenpunkt 119, der mit der Basis von Q1 und durch den Widerstand R7 zur Erde verbunden ist. Q1 besitzt den Emitter geerdet und der Kollektorknotenpunkt mit dem Knotenpunkt 120 verbunden, der mit dem Stift 6 der Vorrichtung US verbunden ist, die einen Fenwall NE555D Timer aufweist. US besitzt auch den Stift 6 mit dem Knotenpunkt 120 verbunden, Stift 5 über den Kondensator C9 geerdet und Stift 1 geerdet. Stift 7 von US ist mit dem Knotenpunkt 122 verbunden, der durch den Widerstand R3 mit einer positiven Spannung von dem Regulierer 48 vorgespannt ist; und die Spannung des Knotenpunktes 122 wird auch durch den Widerstand R6 an den Kollektorknotenpunkt von Q1 angelegt. Stift 4 von US ist mit dem Knotenpunkt 124 verbunden, der durch den Kondensator C10 geerdet ist und der Knotenpunkt 124 ist auch durch eine positive Spannung durch den Widerstand R4 vorgespannt.
Der Ausgang am Stift 3 von US ist durch den Kondensator C11 mit dem Knotenpunkt 126 verbunden, der durch den Widerstand R5 durch positive 5 Volt vom Regulierer 48 vorgespannt ist und durch Diode CR5 geschützt ist und ist mit dem Eingang 28 des Mikroprozessors U4 verbunden.
Die Vorrichtung US arbeitet so, daß, wenn ein Signal von den Stift 14 zu Q1 nicht nach 70 msec empfangen wird, wird US nicht durch Q1 zurückgesetzt und sieht ein Rücksetzsignal durch den Stift 28 zu dem Mikroprozeesor U4 vor.
Wenn der Mikroprozessor betriebsmäßig ein Ausgangssignal an dem Stift 18 vorsieht, wird das Signal durch den Widerstand R11 an die Basis von Q3 angelegt, dessen Emitter geerdet ist. Der Kollektorknotenpunkt von Q3 ist auf eine positive Spannung von der Batterie durch den Widerstand R10 vorgespannt und ist durch den Knotenpunkt 128 mit der Basis oder Stift 1 der Leistungs-FET-Vorrichtung Q10 verbunden. Der Ausgang am Stift 2 von Q10 ist mit der Kompressorkupplung verbunden; und der Ausgang am Stift 3 von Q10 ist geerdet, wobei die Ausgänge geschützt sind, und zwar durch Zenerdiode CR8, die mit dem Stift 2 verbunden ist und Diode CR10, die mit dem Ausgangsstift 3 verbunden ist. Wenn ein Signal von dem Stift 18 von U4 zu der Basis von Q3 empfangen wird, leitet Q3, wodurch die Spannung am dem Knotenpunkt 28 abfällt und wodurch der Leistungs-FET- Q10 AUS geschaltet wird und dadurch die Kompressorkupplung zu enterregen.
In gleicher Weise wird ein Ausgang von dem Stift 16 von U4 durch den Widerstand R9 an die Basis der Vorrichtung Q2 angelegt, dessen Emitter geerdet ist und dessen Kollektorknotenpunkt auf eine positive Spannung von der Batterie durch den Widerstand R8 vorgespannt ist und mit dem Knotenpunkt 130 verbunden ist. Der Knotenpunkt 130 ist mit dem Eingangsstift 1 oder der Basis des Leistungs- FET-Q9 verbunden, dessen Ausgangsstift 3 geerdet ist und dessen Ausgangsstift 2 mit der Spule des Kühlmittelventils 322 für das Ausgangsbeispiel in Fig. 3 verbunden ist. Die Ausgänge sind durch Zenerdioden CR7, CR4 und Diode CR16 geschützt. Wenn ein Signal von dem U4-Stift 16 an der Basis von Q2 empfangen wird, leitet Q2, um dadurch die Spannung am Knotenpunkt 130 abzusenken und Q9 AN zu schalten, um dadurch die Ventilspule zum AB-Schalten des Ventils zu sperren bzw. außer Kraft zu setzen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 ist das Steuersystem der vorliegenden Erfindung gezeigt mit einem optionalen Thermistor TA, der in der Flüssigkühlmittelleitung eng benachbart zu dem Sättigungstemperaturthermistor TS angeordnet ist zum Abfühlen der Ist-Temperatur des flüssigen Kühlmittels in der Leitung. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 empfängt TA eine positive Batteriespannung durch eine Diode, wobei die verbleibende Leitung mit einem Knotenpunkt 130 verbunden ist, der durch den Kondensator C5 zur Erde verbunden ist, und auch mit dem Eingangsstift 2 einer Vorrichtung U3. In der derzeitig bevorzugten Ausführung weist U3 einen Fenwall NE5560 Timer bzw. eine Zeitsteuervorrichtung vor, die positive 5 Volt von dem Regulierer 48 an dem Stift 4 empfängt, wobei Stife 7 geerdet ist und Stift 3 durch einen Kondensator C15 geerdet ist. Ein Signal von dem Mikroprozessorstift 10 wird an Stift 6 von U3 angelegt und triggert bzw. löst U3 aus zum Entladen des Kondensators C5. Wenn die Spannung an den Stiften 1 und 2 von U3 von dem Knotenpunkt 130 2/3 der Vorspannungspannung erreicht, legt U3 ein Signal durch seinen Ausgangsstift 5 und Diode CR12 an den Knotenpunkt 132 an, der mit dem Eingangsstift 2 von U4 verbunden ist und auch durch den Widerstand R2 geerdet ist.
Der Mikroprozessor U4 mißt die Zeit zum Empfangen des Signals, wobei die Zeitmessung eine digitale Darstellung der Spannung an TA ergibt. Der Mikroprozessor kann dann die Temperatur von TA von einer Tabelle von Spannungen und Widerständen ablesen, die durch den Hersteller des Thermistors TA vorgesehen sind. In der derzeitig bevorzugten Ausführung ist TA ein 30 kOHM NTC Thermistor, der von Fenwall erhältlich ist und die Herstellerbezeichnung UUR43J21 trägt. Die tatsächliche oder Ist-Temperatur, die durch TA abgefühlt wird, kann dann verwendet werden zum Bestimmen der Unterkühlung des Systems gemäß der Gleichung:
"Unterkühlung" = TS - TA
Wenn die Unterkühlung vorzugsweise mehr als 75 Grad übersteigt, zeigt dies an, daß es eine Überladung gibt. Wenn die Unterkühlung Null ist, sieht dies eine Anzeige dafür vor, daß ungenügend Kühlmitel in dem System vorhanden ist, um eine ordnungsgemäße Kühlung vorzusehen; und der Bediener kann gewarnt werden, um das System in beiden Fällen abzuschalten. Der Mikroprozessor sieht dann ein Signal an den Ausgangsstiften 17 und 18 vor zum Enterregen des Kondensiergebläses und der Kompressorkupplung, um das System außer Kraft zu setzen bzw. zu sperren. In dem Fall, daß eine elektrisch betätigtes Expansionsventil, wie zum Beispiel das Ventil 322 in Fig. 3, verwendet wird, würde der Mikroprozessor auch ein Ausgangssignal an dem Stift 16 vorsehen zum Sperren oder außer Kraft setzen der Ventilspule. Dies wird erreicht durch ein Signal durch R9 an die Basis von Q2, die die Spannungsvorspannung von der Batterie durch R8 an seinem Kollektor zur Erde leitet, der mit dem Knotenpunkt 130 und der Basis des Leistungs-FET-Q9 verbunden ist. Q9 wird dann dazu gebracht, AUS zu schalten, was den Stromfluß zu der Ventilspule abschneidet bzw. unterbricht. Der Ausgang von Q9 ist durch Zener CR7 und die Dioden CR4 und CR16 geschützt.
Die Werte der Widerstände, Kondensatoren und Diodenbezeichnungen sind in der Tabelle 1 gegeben: Tabelle I Widerstand OHM Kapazitäten in Mikrofarad Dioden und andere
Der Vorgang zur Bestimmung des Wertes des Kalibrierungswiderstands R33 wird nun beschrieben, wobei der Thermistor TS in der gewünschten Stelle in der Kühlmittelleitung plaziert ist und ein digitaler Druckwandler zeitweilig in dem System angeordnet ist und das System wird betrieben mit Aufzeichnen des Druckwandlerausgangsbzw. seiner Ausgangsgröße und dem Spannungsabfall VR. Der Datenlogger bzw. die Datenaufzeichnungsvorrichtung wird in einem Computer eingespeist, der programmiert ist, um die Berechnung zur Bestimmung des Widerstandes des Thermistors durchzuführen, und zwar durch die folgende Gleichung:
Rt = R(V - Vr/Vr
wobei Rt der Widerstand von TS ist, R der Widerstand von R33 ist und V die Versorgungsspannung ist. Der Computer berechnet dann die Temperatur des Thermistors TS unter Verwendung der Temperatur/Widerstandswerte, die durch den Hersteller des Thermistors geliefert werden und die darauffolgend in der Tabelle II aufgezeigt sind: TABELLE II Alpha R-T Temp. Alpha Temp. Koeff. Widerstandsabweichung
R-J: Multipliziere Widerstand bei 25 ºC durch aufgelisteten Wert, um Widerstand bei der Temperatur zu erhalten.
Alpha-Temperaturkoeffizient: bezeichnet Widertandsveranderung in Prozent pro ºC bei einer spezifischen Temperatur.
Widerstandsabweichung: Addiere zu dem Widerstand Toleranz bei der Bezugstemperatur (250 ºC), um vollständigen Prozenzsatz der Widerstandsabweichung zu ergeben.
Der Computer berechnet dann den äquivalenten Systemdruck basierend auf der Annahme, daß der erwärmte Thermistor die Sättigungstemperatur gemessen hat. Die Sättigungsdruck/Temperaturbeziehung ist bekannt und ist für jedes Kühlmittel durch die unterschiedlichen Hersteller definiert; und für Freon 12 wird die folgende Beziehung verwendet:
wobei P = der Druck (psig) und T = die Sättigungstemperatur (ºF).
Die Thermistortemperatur basierend auf der Widertandsmessung kann auch aus der folgenden Gleichung berechnet werden:
wobei T die Temperatur des Thermistors (ºF) ist und RT der Widerstand des Thermistors in Ohm ist.
Der tatsächliche oder Ist-Druck, der von dem Kalibrierungsdruckwandlerausgang erhalten wird und der berechnete Systemdruck, der von TS abgeleitet ist, werden abhängig von Zeit geplottet bzw. aufgezeichnet, während die Systembelastungen beliebig variiert werden. Wenn der Druck über den Test hinweg korreliert, dann ist der Wert des Begrenzungswiderstandes R33 korrekt ausgewählt. Wenn der berechnete Systemdruck tiefer ist als der tatsächliche Druck, dann ist der Wert des Widerstands R33 zu hoch, was unnötig die Wattzahl des Thermistors TS begrenzt und somit nicht in der Lage ist, Oberflächenkochen des Kühlmittels beizubehalten, das den Thermistor kontaktiert. Wenn der berechnete Druck höher ist als der Ist-Druck, der durch den Wandler gemessen wird, dann ist der Wert des Widerstands R33 zu tief, was bedeutet, daß eine übermäßige Wattzahl (Strom) an den Thermistor angelegt wurde. Der Iterationsvorgang wird mit neuen substituierten Werten von R33 fortgeführt, bis der berechnete Druck mit dem Ist-Druck korreliert, und zwar in dem Bereich von zu erwartenden Betriebsbedingungen. Es wurde herausgefunden, daß die schlußendliche Auswahl des Widerstandes R33 eine 60 psig Druckversetzung zwischen dem Ist-Druck, der durch den Wandler gemessen wurde, und dem Druck, der aus TS berechnet wurde, ergibt, und zwar in dem Bereich der erwarteten Betriebsbedingungen. Diese Versetzung kann durch die Software genullt werden, um die gewünschte Korrelation über den Betriebsbereich des Systems vorzusehen.
Wenn der Wert des Widerstandes R33 bestimmt wurde, kann eine Korrelation zwischen der Spannung VR an dem Strombegrenzungswiderstand R33 und der Sättigungstemperatur, die von TS abgeleitet ist, gemacht werden. Diese Korrelation von Werten kann in dem Mikroprozessor U4 programmiert werden, so daß TS für einen gegebenen Eingang bzw. einer gegebene Eingangsgröße für VR gefunden werden kann.
Die vorliegende Erfindung verwendet somit eine neue Technik oder einen Weg zur Bestimmung, ob ein Zustand eines Überdrucks, eines Unterdrucks, einer Überladung oder einer nicht ausreichenden Ladung bzw. Füllung von Kühlmittel in einem Automobilluftkonditioniersystem vorhanden ist, und zwar durch die Verwendung günstiger Thermistoren in der Kühlmitelleitung und ohne die Notwendigkeit teurer Druckwandler. Das System der vorliegenden Erfindung verwendet einen erwärmten Thermistor in der Flüssigkühlmittelleitung auf der Hochdruckseite der Expansionsmittel oder des Expansionsventils, was eine Berechnung des Sättigungsdrucks ermöglicht, und zwar basierend auf der Annahme, daß die Sättigungstemperatur gemessen wurde. Ein optionaler Hilfs- oder Zusatzthermistor wird verwendet zum Messen der Ist-Temperatur des Kühlmittels und ein Vergleich der Sättigungstemperatur gemessen durch den erwärmten Thermistor mit der Ist-Temperatur wird verwendet, um den Grad der Unterkühlung zu bestimmen, aus der ein Zustand einer normalen oder anormalen Kühlmittelladung abgeleitet werden kann. In dem Fall einer anormalen Kühlmittelleitung wird das System alarmiert, um automatisch den Kühlmittelkompressor und das Kühlmittelgebläse zu sperren bzw. außer Kraft zu setzen. Während des normalen Betriebs wird der erwärmte Thermistor verwendet zum Abkühlen der Sättigungstemperatur und ein abgeleiteter Sättigungsdruck ermöglicht dem System festzustellen, ob ein normaler oder anormaler Zustand des Kühlmitteldrucks besteht; und in dem Fall eines entweder zu hohen oder zu niedrigen Kühlmitteldruckzustandes wird das System automatisch betätigt zum Sperren des Kompressors und zum Betätigen des Kondensiergebläses und zum Wiederbetätigen des Kompressors, wenn sich der anormale Druckzustand verteilt bzw. aufgelöst hat.
Die vorliegende Erfindung sieht somit ein einfaches und wirtschaftliches Kühlsteuersystem vor, das nur Thermistoren in der Kühlmittelleitung verwendet, um eine Alarmbenachrichtigung eines hohen oder niedrigen Kühlmitteldrucks und optional einer hohen oder tiefen Kühlmitelladung vorzusehen und zum automatischen Sperren des Kompressors und Kondensiergebläses. Das Steuersystem der vorliegenden Erfindung kann mit Kühlmittelexpansionsmitteln verwendet werden, die irgendeine der drei Typen aufweisen; d. h. ein einfaches Kapillarrohr, ein mechanisches Druck/Temperaturexpansionssteuerventil, das eine druckempfindliche Membran verwendet zum Steuern der Ventilsitz- bzw. Sitzelementbewegung oder ein elektrisch betätigtes Expansionsventil.

Claims

1. Kompressortrenn- und Kondensatorgebläsezyklus-System zum Steuern eines Kühlmittels zwischen einem exothermen und einem endothermen Wärmetauscher, das folgendes aufweist:

Pumpenmittel, die betriebsmäßig auf eine Erregung hin das Kühlmittel komprimieren und dasselbe unter Druck abgeben; Leitungsmittel (20), die betriebsmäßig den Auslaß der Pumpenmittel durch den exothermen Wärmetauscher und den endothermen Wärmetauscher und zurück zu dem Einlaß der Pumpenmittel mit dem endothermen Wärmetauscher verbinden; Expansionsmittel (22), die in den Leitungsmitteln angeordnet sind und betriebsmäßig die Strömung von Kühlmittel zwischen dem exothermen Wärmetauscher und dem endothermen Wärmetauscher steuern;

Temperaturabfühlmittel, die in der Leitung zwischen dem exothermen Wärmetauscher und den Expansionsmitteln angeordnet sind zum Abfühlen der Temperatur des Kühlmittels auf der Hochdruckseite der Expansionsmittel;

Gebläsemittel, die betriebsmäßig auf eine elektrische Erregung hin eine Strömung von Kühlluft über den exothermen Wärmetauscher lenken oder richten; und

Steuermittel (50), die betriebsmäßig ansprechend auf die Temperaturdetektion die Gebläsemittel erregen, wenn die detektierte Temperatur größer ist als ein erstes vorbestimmtes Niveau und betriebsmäßig die Pumpenmittel enterregen, wenn die detektierte Temperatur größer ist als ein zweites vorbestimmtes Niveau;

dadurch gekennzeichnet, daß:

die Temperaturabfühlmittel einen die Sättigungstemperatur abfühlenden Thermistor aufweisen;

Widerstandsmittel, elektrisch in Serie mit dem Thermistor geschaltet sind;

Schaltungsmittel, betriebsmäßig einen Stromfluß durch die Widerstandsmittel und den Thermistor bewirken und Mittel aufweisen, die betriebsmäßig den Spannungsabfall an den Widerstandsmitteln auf einen Stromfluß hin detektieren; und die Steuermittel (50) betriebsmäßig auf die Spannungserkennung oder Detektion ansprechen.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Expansionsmittel (22) ein elektrisch betätigtes Expansionsventil aufweisen.

3. System nach Anspruch 1, wobei die Expansionsmittel ein Kapillarrohr aufweisen.

4. System nach Anspruch 1, wobei die Expansionsmittel ein auf Temperatur oder Druck ansprechendes membranbetätigtes Steuerventil aufweisen.

5. System nach Anspruch 1, wobei das erste vorbestimmte Spannungsniveau bei ungefähr sechs und sechszehntel (6,6) Volt eingestellt ist.

6. System nach Anspruch 1, wobei das zweite vorbestimmte Niveau auf ungefähr sieben und dreizehntel (7,3) Volt eingestellt ist.

7. System nach Anspruch 1, wobei die Steuermittel (50) ferner betriebsmäßig die Gebläsemittel enterregen, wenn der Spannungsabfall an den Widerstandsmitteln geringer ist als das erste Niveau und zwar um eine vorbestimmte Differenz.

8. System nach Anspruch 1, wobei die Steuermittel (50) ferner betriebsmäßig die Pumpenmittel wieder erregen und zwar nach einem vorbestimmten Zeitintervall nach der Enterregung.

9. System nach Anspruch 1, wobei das System ferner folgendes aufweist:

(a) einen zweiten Thermistor, der in der Leitung angeordnet ist, und zwar im allgemeinen an derselben Stelle wie der die Sättigungstemperatur abfühlende Thermistor;

(b) Schaltungsmittel zum Vorsehen eines Spannungssignals das die Widerstandveränderung des zweiten Thermistors ansprechend auf die Veränderungen der tatsächlichen Sättigungstemperatur des Kühlmittels anzeigt; und

(c) Mittel, die betriebsmäßig das zweite Thermistorspannungssignal mit der detektierten Spannung vergleichen und die Pumpenmittel enterregen, wenn der Vergleich einen dritten vorbestimmten Wert übersteigt oder geringer ist als ein vierter vorbestimmter Wert.

10. Verfahren zum Steuern eines Kühlsystems der Bauart mit einer Pumpe, die betriebsmäßig auf eine Erregung hin Kühlmittel zwischen einem exothermen Wärmetauscher und einem endothermen Wärmetauscher zirkuliert, und mit einem Gebläse zum Richten oder Lenken einer Luftströmung über den exothermen Wärmetauscher, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(a) Vorsehen von Expansionsmitteln (22, 222) zum Steuern der Kühlmittelströmung von dem exothermen Wärmetauscher zu dem endothermen Wärmetauscher; und

(b) Vorsehen eines Sensors (TS) zum Abfühlen der Temperatur des Kühlmittels, das in die Expansionsmittel eintritt, und elektrisches in serieschalten eines Widerstandes mit dem Sensor;

(c) Bewirken eines elektrischen Stromes durch den Widerstand und den Sensor;

(d) Detektieren des Spannungsabfalls an dem Widerstand wenn der Strom fließt; und

(e) Erregen eines Gebläses (32) und Lenken oder Richten einer Kühlluftströmung über den exothermen Wärmetauscher, wenn der detektierte Spannungsabfall größer ist als ein erster vorbestimmter Wert; und

(f) Enterregen der Pumpenmittel, wenn der detektierte Spannungsabfall größer ist als der zweite vorbestimmte Wert.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Vorsehens eines Sensors den Schritt des Vorsehens eines Thermistors (TS) in der Kühlmittelströmung zu den Expansionsmitteln aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Erregens des Gebläses den Schritt des Vergleiches der detektierten Spannung mit einer Bezugsspannung aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Enterregens der Pumpenmittel den Schritt des Vergleichens der detektieren Spannung mit einer Bezugsspannung aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Enterregens des Gebläses aufweist, wenn der detektierte Spannungsabfall größer ist als ein zweiter vorbestimmter Wert, der geringer ist als der erste vorbestimmte Wert.