DE4414707A1 - Verfahren und Vorrichtung für die Durchflußregelung eines Luftstroms - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Durchflußregelung eines Luftstroms anhand eines Pulsa­ tors mit einem Elektromotor und einer durch diesen Motor angetriebenen Turbine, die in der Bahn des Luftstroms angeordnet ist, insbesondere in Heizungs-/ Belüftungs- oder Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen.

Die durch eine derartige Anlage in den Fahrgastraum beförderte Luftstrommenge ist natürlich von den Eigen­ schaften und von der Steuerung des Pulsators abhängig, aber auch von anderen Parametern, insbesondere von dem dynamischen Druck, dem die Turbine des Pulsators ausgesetzt ist und der beispielsweise durch die Ge­ schwindigkeit des Fahrzeugs beeinflußt wird. So führt beispielsweise eine Beschleunigung oder Verlangsamung des Fahrzeugs bei ansonsten gleichbleibenden Bedingun­ gen zu einer Vergrößerung bzw. Verringerung des Luft­ durchsatzes, die sich nachteilig auf den Komfort der Fahrzeuginsassen und/oder auf die Effizienz der Klima­ tisierung auswirken kann, woraus sich der Nutzen einer Durchflußregelung ergibt.

Für eine solche Regelung muß der effektive Durchfluß bekannt sein, der sich bei den bekannten Verfahren entweder direkt anhand eines Durchflußmessers oder indirekt durch eine Druckmessung ermitteln läßt. Diese Durchfluß- und Druckmessungen sind in einem Fahrzeug jedoch schwer durchzuführen.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Durchfluß­ regelung des Luftstroms ohne Durchfluß- oder Druck­ messung zu ermöglichen, indem leicht zugängliche Größen herangezogen werden.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Ver­ fahren der eingangs genannten Art und sieht vor, daß auf experimentellem Wege eine Funktionsgleichung Q = f(I, N) aufgestellt wird, die den Durchfluß Q in Bezie­ hung zur Stromaufnahme I des Motors und zu seiner Drehzahl N setzt, und daß während des Betriebs des Pulsators die Größen I und N gemessen werden, worauf­ hin daraus der effektive Durchfluß Q anhand der ge­ nannten Funktionsgleichung abgeleitet und mit dem ge­ wünschten Durchfluß verglichen wird, um anschließend das Ergebnis des Vergleichs gegebenenfalls für eine Änderung der Stromzufuhr des Motors zu verwenden.

Die Anmelderin hat festgestellt, daß bei einem Pulsa­ tor mit bestimmten Eigenschaften die drei Größen I, N und Q durch eine Funktionsgleichung miteinander ver­ bunden sind, auf deren Grundlage sich der Durchfluß in Abhängigkeit von den beiden anderen Größen bestimmen läßt. Diese Funktionsgleichung beschreibt die gleich­ zeitige Änderung der drei Größen unter der Einwirkung einer externen (Änderung des dynamischen Drucks) oder internen Störung (Veränderung der Stromzufuhr des Motors). Der Strom I läßt sich einfach messen, bei­ spielsweise durch einen mit dem Motor in Reihe ge­ schalteten Widerstand, während die Drehzahl N durch die Kommutierungsfrequenz bei einem Motor mit elektro­ nischer Kommutierung bzw. anhand eines Sensors wie etwa einer Hall-Sonde bei einem Gleichstrommotor gemessen wird.

Weitere zusätzliche oder alternative Merkmale der Erfindung werden nachstehend angeführt:

• - Zur Aufstellung der genannten Funktionsgleichung wird die Turbine einem veränderlichen dynamischen Druck ausgesetzt, wobei die entsprechenden Werte von I, N und Q gemessen werden. Dieser Schritt kann an einem lufttechnischen Prüfstand erfolgen, an dem sich die Messung der Durchflußmengen leicht vornehmen läßt. Es ist nicht notwendig, den veränderlichen dynamischen Druck zu messen.
• - Zu einem begrenzten Änderungsbereich der Größen I, N und Q wird eine Funktionsgleichung gewählt, bei der unterschiedlichen Werten von Q jeweils Änderungskurven von N in Abhängigkeit von I entsprechen, die durch Segmente von parallel zueinander verlaufenden Geraden dargestellt werden.
• - Der effektive Durchfluß wird durch eine Berechnung anhand der Meßwerte von I und N bestimmt.
• - Der effektive Durchfluß wird unter Bezugnahme auf eine vorgegebene Tabelle bestimmt, aus der sich der Wert von Q ergibt, der jedem Wertepaar (I, N) ent­ spricht.
• - Die Speisespannung des Motors wird verändert, um den Durchfluß zu korrigieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zur Durchflußregelung eines Luftstroms dienen, der durch eine Heizungs-, Belüftungs- oder Klimaanlage in den Fahrgastraum eines Fahrzeugs befördert werden soll.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrich­ tung für die Durchflußregelung eines Luftstroms nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren, bestehend aus einem Pulsator mit einem Elektromotor und einer durch diesen Motor angetriebenen Turbine sowie aus Mitteln zur Erfassung der Stromaufnahme I des Motors und seiner Drehzahl N, aus Mitteln zur Bestimmung des ent­ sprechenden Durchflusses Q anhand der genannten Funk­ tionsgleichung, aus Mitteln zur Auswahl eines ge­ wünschten Durchflusses Qd, aus Mitteln, um Q und Qd zu vergleichen und daraus ein Fehlersignal abzuleiten, und aus Steuermitteln, um gegebenenfalls die Stromzu­ fuhr des Motors in Abhängigkeit von dem Fehlersignal zu verändern.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eingehender beschrieben, auf denen folgendes dargestellt ist:

Fig. 1 und 2 zeigen repräsentative Kurven­ bündel für die Funktionsgleichung Q = f(I, N) zu zwei Pulsatoren, die bei Heizungs- oder Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen verwendbar sind.

Fig. 3 zeigt ein Funktionsschaltbild zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Auf jeder der Fig. 1 und 2 wurde ein Raster von Punkten aufgetragen, die experimentell an einem luft­ technischen Prüfstand durch eine Veränderung der Speisespannung des betreffenden Pulsators und des dynamischen Drucks sowie durch Messung des Stroms I (in Ampere), der Drehzahl N (in Umdrehungen/Minute) sowie des Luftdurchsatzes Q (in Liter/Minute) ermit­ telt wurden. Die Koordinaten jedes Punktes entsprechen den Meßwerten von I und N, wobei der entsprechende Wert von Q daneben eingetragen wird. Ausgehend von diesen experimentell ermittelten Punkten wurden außer­ dem Bündel von Geradensegmenten aufgetragen, die jeweils in etwa Koordinatenpunkte (I, N) verbinden, denen ein gleicher Wert von Q zugeordnet ist, wobei dieser Wert neben dem Segment eingetragen wird. Dabei ist festzustellen, daß sich bei begrenzten Änderungs­ bereichen der Größen I, N und Q die Änderungsfunktion näherungsweise durch ein Bündel von Segmenten paralle­ ler Geraden darstellen läßt, die unterschiedlichen Werten von Q entsprechen. Eine derartige Darstellung vereinfacht die rechnerisch vorgenommene Bestimmung des Durchflußwerts, der einem gemessenen Wertepaar (I, N) entspricht. Bei breiten Änderungsbereichen von I und N läßt sich jede Kurve, die einem Wert von Q zugeordnet ist, durch eine unterbrochene Linie dar­ stellen, die aus der Verknüpfung mehrerer der vor­ genannten Geradensegmente besteht.

Die durch das Schaltbild von Fig. 3 dargestellte Vorrichtung dient zur Durchflußregelung eines Luft­ stroms in einer Heizungs- oder Klimaanlage für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs. Diese Vorrichtung umfaßt einen Pulsator I für die Mitwirkung an der Erzeugung eines Luftdurchsatzes anhand einer Turbine, die durch einen Gleichstrommotor, beispielsweise mit elektronischer Kommutierung, angetrieben wird. Die Speisespannung U des Motors wird durch ein Steuerorgan 2 gesteuert. In Abhängigkeit von den äußeren Bedingun­ gen, denen der Pulsator ausgesetzt ist, insbesondere von dem dynamischen Druck, ergeben sich aus dieser Speisespannung Betriebsparameter, insbesondere eine Stromaufnahme I und eine Drehzahl N, die veränderlich sind. Die Werte von I und N werden gemessen und an ein Rechenorgan 3 übertragen, das den Luftdurchfluß Q auf der Grundlage der Änderungsfunktion Q = f(I, N) berech­ net. Ein Vergleicher 4 vergleicht diesen berechneten Wert mit dem gewünschten Durchfluß Qd, der entweder manuell anhand eines Drehknopfs oder eines Schiebers am Armaturenbrett des Fahrzeugs oder automatisch durch ein vorgegebenes Programm ausgewählt werden kann, das den Betrieb der Klimaanlage steuert. Der Vergleicher 4 erzeugt ein Fehlersignal E, das auf das Steuerorgan 2 angewendet wird, um gegebenenfalls die Speisespannung U zu korrigieren.

Der Rechner 3 kann durch Mittel zur Abfrage vorgegebe­ ner Tabellen ersetzt werden, die jedem Paar (I, N) den entsprechenden Wert von Q zuordnen.

Bei den Elementen 1, 2 und 4 kann es sich um die gleichen Elemente wie bei den bekannten Vorrichtungen zur Durchflußregelung handeln.

Claims (8)

1. Verfahren für die Durchflußregelung eines Luft­ stroms anhand eines Pulsators (1) mit einem Elektro­ motor und einer durch diesen Motor angetriebenen Turbine, die in der Bahn des Luftstroms angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf experimentellem Wege eine Funktionsgleichung Q = f(I, N) aufgestellt wird, die den Durchfluß Q in Be­ ziehung zur Stromaufnahme I des Motors und zu seiner Drehzahl N setzt, und daß während des Betriebs des Pulsators die Größen I und N gemessen werden, worauf­ hin daraus der effektive Durchfluß Q anhand der ge­ nannten Funktionsgleichung abgeleitet und mit dem ge­ wünschten Durchfluß verglichen wird, um anschließend das Ergebnis des Vergleichs gegebenenfalls für eine Änderung der Stromzufuhr des Motors zu verwenden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, die Turbine einem veränder­ lichen dynamischen Druck ausgesetzt wird und die entsprechenden Werte von I, N und Q gemessen werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß zu einem begrenzten Änderungsbereich der Größen I, N und Q eine Funktion gewählt wird, bei der unterschiedlichen Werten von Q Änderungskurven von N in Abhängigkeit von I entsprechen, die durch Segmente von parallel zuein­ ander verlaufende Geraden dargestellt werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der effektive Durchfluß durch eine Berechnung anhand der Meßwerte von I und N bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der effektive Durchfluß unter Bezugnahme auf eine vorge­ gebene Tabelle bestimmt wird, aus der sich der Wert von Q ergibt, der jedem Wertepaar (I, N) entspricht.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung (U) des Motors verändert wird, um den Durchfluß zu korrigieren.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche für die Durchflußregelung eines Luftstroms, der durch eine Heizungs-, Belüftungs- oder Klimaanlage in den Fahrgastraum eines Fahrzeugs zu befördern ist.

8. Vorrichtung zur Durchflußregelung eines Luftstroms durch das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bestehend aus einem Pulsator (i) mit einem Elektromotor und einer durch diesen Motor angetriebe­ nen Turbine sowie aus Mitteln zur Erfassung der Strom­ aufnahme I des Motors und seiner Drehzahl N, aus Mitteln (3) zur Bestimmung des entsprechenden Durch­ flusses Q anhand der genannten Funktionsgleichung, aus Mitteln zur Auswahl eines gewünschten Durchflusses Qd, aus Mitteln (4), um Q und Qd zu vergleichen und daraus ein Fehlersignal abzuleiten, und aus Steuermitteln (2), um gegebenenfalls die Stromzufuhr des Motors in Abhängigkeit von dem Fehlersignal (ε) zu verändern.