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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine kostengünstige,
energieeffiziente Fahrzeugklimaanlage mit einem elektrisch betätigten Kältemittelverdichter
mit variabler Leistung und eine manuelle Fahrerschnittstelle.
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Hintergrund der Erfindung
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Kältemittelverdichter
mit variabler Leistung wurden sowohl in manuellen als auch automatischen Fahrzeugklimaanlagen
verwendet, hauptsächlich
um Motorlaststörungen
im Zusammenhang mit Verdichterkupplungszyklen zu reduzieren. In
einer typischen Implementierung umfasst der Verdichter einen oder mehrere
Kolben, der/die mit einer schwenkbaren Taumelscheibe oder Schrägscheibe
gekoppelt ist/sind, und ein pneumatisches oder elektromagnetisches
Steuerventil zum Verstellen des Drucks in einem Kurbelgehäuse des
Verdichters, um die Verdichterleistung zu steuern. Die Systemsteuerungsstrategie
beinhaltet üblicherweise
das Verstellen der Verdichterleistung, um einen vorbestimmten saugdruckseitigen
Kältemittelzustand
(z. B. Kältemittelansaugdruck-
oder Verdampferablufttemperatur) aufrechtzuerhalten, der eine maximale
Kühlung
ohne ein Vereisen des Verdampfers vorsieht, und die Verwendung eines
hochdruckseitigen Druckschalters, um die Verdichterkupplung auszurücken, wenn
der Kältemittelaustrittsdruck
zu hoch wird. Die Frischluft kann aus Außenluft oder Innenraum-Umluft
bestehen, und die Temperatur der Austrittsluft wird typischerweise durch
Verstellen eines Mechanismus (wie z. B. einer Luftmischklappe) gesteuert,
der einen Teil der klimatisierten Luft wieder erwärmt.
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Während die
oben beschriebene Steuerungsstrategie einfach und sinnvoll effektiv
ist, wurde festgestellt, dass die Energieeffizienz des Systems deutlich
verbessert werden könnte,
indem die Verwendung der Innenraumumluft erhöht und die Leistung des Verdichters
auf eine Weise reduziert wird, die für eine entsprechende Entfeuchtung
bei einer gleichzeitigen Minimierung einer Wiedererwärmung der
klimatisierten Luft sorgt. Da energieeffiziente Steuerungen jedoch
typischerweise eine Anzahl äußerer Sensoren
zum Messen von System- und Umgebungsparametern erfordern, haben
sich die Anstrengungen in der Entwicklung in erster Linie auf automatische
Systeme konzentriert, die üblicherweise ohnehin
solche Sensoren umfassen. Demgemäß besteht
Bedarf an einem kostengünstigen
energieeffizienten Klimaanlagensteuerungssystem, das zur Verwendung
in einem so genannten manuellen System geeignet ist, bei dem der
Bediener die Austrittslufttemperatur und die Frischluftquelle manuell
steuert.
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Die
JP 63 028 718 offenbart
eine Klimaanlage, die einen Verdichter mit variabler Leistung und
einen durch einen Benutzer betätigbaren
Sparschalter umfasst.
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Zusammenfassung der vorliegenden
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte energieeffiziente
Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelverdichter
mit variabler Leistung, der ein Leistungssteuerventil mit integrierten
Kältemittelsensoren
und einer Steuerschaltung aufweist. Das System umfasst eine Fahrerschnittstellen-Armaturentafel
zum Wählen
der Austrittslufttemperatur und der Frischluftquelle und um entweder
einen normalen Steuermodus oder einen energieeffizienten Steuermodus
zu wählen.
Wenn der energieeffiziente Steuermodus gewählt ist, fordern Steuereinstellungsanzeigeeinrichtungen den
Fahrer auf, eine ganz kalte Austrittslufttemperatur und Innenraumumluft
anzufordern und die Steuerschaltung leitet eine Verdichterleistungssteuerung
auf der Basis der Kältemittelsensorinformation
und eines Maßes
der Außenlufttemperatur
ein, um eine geeignete Austrittslufttemperatur auf einem reduzierten
Energieverbrauchsniveau zu erzeugen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das das Leistungssteuerventil Ansaug- und Austrittsdrucksensoren,
und die Steuerschaltung wählt
ein Ansaugdruckziel auf der Basis der Außenlufttemperatur und des erfassten
Austrittsdrucks und verstellt dann die Verdichterleistung wie notwendig, um
den Zielansaugdruck zu erhalten. Alternativ können die Außenlufttemperatur und der erfasste
Austrittsdruck verwendet werden, um eine Verdampferabluft-Zieltemperatur
zu wählen,
die mit einem Maß der
tatsächlichen
Verdampferablufttemperatur verglichen wird, um einen Zielansaugdruck
zu erzeugen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Fahrzeugklimaanlage in Übereinstimmung
mit der Erfindung ist, die einen Kältemittelverdichter mit variabler
Leistung, ein Leistungssteuerventil mit einer integrierten Steuerschaltung
und Kältemitteldrucksensoren
und eine manuelle Fahrerschnittstellen-Armaturentafel umfasst.
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2 eine
Querschnittsansicht des Leistungssteuerventils von 1 ist.
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3A und 3B eine
flexible Schaltung zur Unterstützung
der integrierten Steuerschaltung des Leistungssteuerventils von 2 zeigen. 3A zeigt
die flexible Schaltung in einer planaren Orientierung, wohingegen 3B eine
Explosionsdarstellung ist, die die flexible Schaltung zum Zeitpunkt
des Einbaus in das Leistungssteuerventil zeigt.
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4 ein
Blockdiagramm einer durch die Steuerschaltung von 1 ausgeführten Steuerung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung ist.
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5 ein
Blockdiagramm einer durch die Steuerschaltung von 1 ausgeführten Steuerung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Unter
Bezugnahme auf 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 allgemein
eine Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelverdichter 12 mit
variabler Leistung, der über
eine elektrisch aktivierte Kupplung 16 mit einer Antriebsriemenscheibe 14 gekoppelt
ist. Die Riemenscheibe 14 ist über einen Antriebsriemen 18 mit
einer Drehwelle des Fahrzeugmotors (nicht gezeigt) gekoppelt und
die Kupplung 16 wird selektiv eingerückt oder ausgerückt, um
den Verdichter 12 ein- bzw. auszuschalten. Die Verdichterleistungssteuerung
wird durch ein im hinteren Kopf des Verdichters 12 befestigtes
elektrisch aktiviertes Leistungssteuerventil 17 bewerkstelligt.
In der veranschaulichten Ausführungsform
weist der Verdichter 12 einen internen Entlüftungsdurchgang
auf, der sein Kurbelgehäuse
mit dem Ansaugkanal 30 koppelt, und das Leistungssteuerventil 17 öffnet und
schließt selektiv einen
Durchgang zwischen dem Kurbelgehäuse
und dem Austrittskanal 28, um den Kurbelgehäusedruck
und damit die Verdichterpumpleistung zu steuern. Wie unten stehend
unter Bezugnahme auf die 2 und 3A–3B beschrieben,
umfasst das Leistungssteuerventil 17 zusätzlich integrierte Ansaug-
und Austrittsdrucksensoren und eine Steuerschaltung, die mit den
Drucksensoren gekoppelt ist. Wie unten stehend unter Bezugnahme
auf die 4–5 beschrieben,
führt solch
eine Steuerschaltung einen Steueralgorithmus auf der Basis der gemessenen
Drücke
und der Außenlufttemperatur aus,
um die Kupplung 16 und das Steuerventil selbst elektrisch
zu aktivieren.
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Zusätzlich zu
dem Verdichter 12 umfasst das System 10 einen
Kondensator 20, ein Kapillarrohr 22, einen Verdampfer 24 und
einen Kältemittelsammler mit
Trocknungsmittel 26, die in dieser Reihenfolge zwischen
dem Verdichteraustrittskanal 28 und dem Ansaugkanal 30 angeordnet
sind. Ein Kühlgebläse 32,
das von einem elektrischen Antriebsmotor 34 betrieben wird,
wird gesteuert, um eine zusätzliche
Luftströmung
durch den Kondensator 20 vorzusehen und Wärme von
dem Kondensator 20 zu entfernen. Das Kapillarrohr 22 lässt zu,
dass sich das gekühlte
Hochdruckkältemittel
in der Leitung 38 in einem isenthalpischen Prozess ausdehnt,
bevor es den Verdampfer 24 durchströmt. Der Kältemittelsammler mit Trocknungsmittel 26 trennt
gasförmiges
und flüssiges
Niederdruckkältemittel
voneinander, leitet einen gasförmigen
Anteil zu dem Verdichteransaugkanal 30 und dient als ein
Reservoir für
die Reservekältemittelfüllung. In
einer alternativen Systemkonfiguration ist das Kapillarrohr 22 durch
ein thermostatisches Expansionsventil (TXV) ersetzt; in diesem Fall
ist der Kältemittelsammler
mit Trocknungsmittel 26 weggelassen und ein Lufttrockner
(R/D) ist in der Leitung 38 oberstromig des TXV eingesetzt,
um sicherzustellen, dass unterkühltes,
flüssiges
Kältemittel
an den Einlass des TXV geliefert wird.
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Der
Verdampfer 24 ist als eine Anordnung von gerippten, ein
Kältemittel
leitenden Rohren gebildet, und ein auf einer Seite des Verdampfers 24 angeordneter
Lufteinlasskanal 40 beherbergt ein Frischluftgebläse 42,
das von einem elektrischen Gebläsemotor 43 angetrieben
ist, um Luft an den Verdampferrohren vorbei zu zwingen. Der Kanal 40 ist oberstromig
des Gebläses 42 verzweigt
und eine Frischluft-Steuerklappe 44 ist verstellbar, wie
gezeigt, um das Mischen der Frischluft zu steuern; abhängig von
der Klappenposition kann Außenluft durch
einen Kanalzweig 44a in das Gebläse 42 eintreten und
kann Fahrgastraumluft durch einen Kanalzweig 44b in das
Gebläse 42 eintreten.
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Ein
Luftauslasskanal 52, der auf der unterstromigen Seite des
Gebläses 42 und
des Verdampfers 24 angeordnet ist, beherbergt einen Heizungswärmetauscher 54,
der als eine Anordnung von gerippten Rohren, die ein Motorkühlmittel
leiten, gebildet ist. Eine Temperatursteuerklappe 56, die
an einem Punkt 84 neben dem Heizungswärmetauscher 54 schwenkbar
ist, ist verstellbar, wie gezeigt, um zu steuern, welcher Anteil
der aus dem Verdampfer 24 austretenden Luft den Heizungswärmetauscher 54 durchströmen muss.
Luft, die den Heizungswärmetauscher 54 durchströmt, ist
durch den Pfeil 58 angezeigt, während Luft, die den Heizungswärmetauscher 54 umgeht,
durch den Pfeil 60 angezeigt ist. Die erwärmten und
nicht erwärmten
Luftanteile werden in einem Sammelabschnitt 62 des Auslasskanals 52 unterstromig
des Heizungswärmetauschers 54 und der
Temperatursteuerklappe 56 gemischt und ein Paar Modussteuerklappen 64, 66 ist
verstellbar, wie gezeigt, um die gemischte Luft durch einen oder mehrere
Auslässe,
umfassend einen Defrosterauslass 68, einen Armaturenbrettauslass 70 und
einen Heizungsauslass 72, zu leiten.
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Der
Gebläsemotor 43 und
die Klappen 44, 56, 64, 66 sind
durch eine Schnittstellen-Armaturentafel oder -Steuerkonsole 92 gesteuert,
die eine Anzahl von Tasten, Schiebehebeln und Knöpfen umfasst, die von einem
Fahrzeuginsassen betätigt
werden, um einen gewünschten
Betrieb der Klimaanlage 10 anzuzeigen. In der veranschaulichten
Ausführungsform
umfasst die Steuerkonsole 92 einen Gebläsedrehzahlsteuerknopf 102,
einen Modussteuerknopf 104, einen Temperaturschiebehebel 106,
einen Frischluft-Schiebehebel 108, eine Taste 110 für eine normale
Klimatisierung und eine Taste 112 für eine energieeffiziente Klimatisierung.
Selbstverständlich kann
die Steuerkonsole 92 zusätzliche Fahrerschnittstellenschalter
(wie z. B. einen Schalter zum Aktivieren einer Heckscheibenbeschlagentfernungseinrichtung)
umfassen und der Schnittstellentyp kann je nach Designanforderungen
beträchtlich
variieren. Zum Beispiel kann der Frischluft-Schiebehebel 108 durch
eine Taste ersetzt sein, die einfach zwischen Außenluft und Innenraumumluft
umschaltet.
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In
der veranschaulichten Ausführungsform ist
der Temperaturhebel 106 linear zwischen kalten (C) und
heißen
(H) Einstellungen positioniert und ein Temperatur-Bowden-Kabel T
ist mit der Temperatursteuerklappe 56 gekoppelt, um die
Klappe 56 in Übereinstimmung
mit der Position des Hebels 106 zu positionieren. In ähnlicher
Weise ist der Frischlufthebel 108 linear zwischen Umluft-(R)
und Außenluft-(O)-Einstellungen
positioniert und ein Frischluft-Bowden-Kabel I ist mit der Frischluft-Steuerklappe 44 gekoppelt,
um die Klappe 44 in Übereinstimmung
mit der Position des Hebels 108 zu positionieren. Der Gebläsedrehzahlknopf 102 wird
gedreht, um eine gewünschte
Drehzahleinstellung für
das Gebläse 42 zu
wählen;
dies erzeugt einen Ventilatorbefehl F, der die Drehzahl des Gebläsemotors 43 bestimmt. Der
Modussteuerknopf 104 wird gedreht, um einen gewünschten
Modus wie z. B. Enteisen, Armaturenbrett, Bi-level und dergleichen
zu wählen;
dies erzeugt einen Modusbefehl M, der die Position der Luftsteuerklappen 64 und 66 bestimmt,
die über
elektrische Stellelemente (nicht gezeigt) positioniert werden können. Selbstverständlich kann/können die Frischluftsteuerklappe 44 und/oder
die Temperatursteuerklappe 56 über elektrische Stellelemente
anstelle von Bowden-Kabeln
positioniert werden, falls gewünscht.
Schließlich
werden die Tasten 110, 112 für eine normale und eine energieeffiziente
Klimatisierung vorübergehend
gedrückt,
um abwechselnd eine Klimatisierung einzuschalten und auszuschalten;
ein Klimatisierungsstatussignal (AC), das die Anforderung des Insassen
angibt, wird auf der Leitung 114 erzeugt und als ein Eingang
an ein Fahrzeugsteuergerät 116 geliefert.
Die Taste 110 für
eine normale Klimatisierung, die durch das übliche Schneeflockensymbol
repräsentiert
sein kann, wird gedrückt, um
einen normalen Klimatisierungsbetrieb einzuschalten oder auszuschalten,
in dem das Leistungssteuerventil 17 aktiviert ist, um die
Verdichterleistung zu steuern und den Kältemittelansaugdruck oder die Verdampferablufttemperatur
bei einem vorbestimmten Wert zu halten, der eine maximale Kühlung ohne eine
Verdampfervereisung bereitstellt. Die Taste 112 für eine energieeffiziente
Klimatisierung, die durch das Symbol eines immergrünen Baumes
repräsentiert
sein kann, wie gezeigt, wird gedrückt, um einen energieeffizienten
Klimatisierungsbetrieb einzuschalten oder auszuschalten, in dem
die Steuereinstellungsanzeiger 118 und 120 auf
der Steuerkonsole 92 beleuchtet werden, um den Fahrer aufzufordern,
eine ganz kalte Austrittslufttemperatur und Innenraumumluft anzufordern,
und die Schaltung in dem Leistungssteuerventil 17 leitet
eine Verdichterpumpleistungssteuerung auf der Basis der Kältemittelsensorinformation
und eines Maßes
der Außenlufttemperatur (OAT)
ein, die durch das Fahrzeugsteuergerät 116 bereitgestellt
wird.
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Das
Fahrzeugsteuergerät 116 ist
vorzugsweise ein mikroprozessorbasiertes Steuergerät, das normalerweise
in einem Fahrzeug vorhanden ist, wie z. B. ein Motor- oder Antriebssteuergerät oder ein Fahrzeugkarosseriesteuergerät oder auch
ein Klimatisierungssteuergerät.
Als solches wird das Fahrzeugsteuergerät 116 typischerweise
Zugriff auf üblicherweise
verwendete Sensordaten wie z. B. die Außenlüfttemperatur (OAT) und die
Motordrehzahl (ES), wie in 1 angegeben,
haben. In der veranschaulichten Ausführungsform wird das Fahrzeugsteuergerät 116 auch
verwendet, um die Aktivierung des Kondensatorgebläsemotors 34 zu
steuern und klimatisierungsbezogene Eingänge wie z. B. das von der Steuerkonsole 92 entwickelte
AC-Signal und ein Verdampferablufttemperatur (EOAT)-Signal, das
von einem Temperatursensor 120, der an dem Verdampfer 24 oder
in seinem Abluftstrom positioniert ist, zu empfangen. Die empfangenen
Eingangssignaldaten werden über
den Datenbus 122 unter Verwendung eines herkömmlichen Übertragungsprotokolls
wie z. B. der seriellen Controller Area Network (CAN)-Schnittstelle
an die interne Schaltung des Leistungssteuerventils 17 geliefert.
Dieselbe Schnittstelle kann verwendet werden, um systembezogene Information,
die die Verdichterdrehzahl (CS), den gemessenen Austrittsdruck (DP),
den Verdichterenergieverbrauch (COMP_PWR) und verschiedene Diagnosedaten
umfasst, von dem Leistungssteuerventil 17 an das Fahrzeugsteuergerät 116 zu
liefern. Der Austrittsdruck DP kann von dem Fahrzeugsteuergerät 116 verwendet
werden, um die Aktivierung des Kondensator-Kühlgebläsemotors 34 zu steuern,
und der Energieverbrauch COMP_PWR kann z. B als ein Eingang für Motorkraftstoff-
und Zündverstellungsalgorithmen
verwendet werden.
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Wie
oben erwähnt,
wird das Leistungssteuerventil 17 elektrisch gesteuert,
um selektiv einen Durchgang zwischen dem Verdichterkurbelgehäuse und
dem Austrittskanal 28 zu öffnen und zu schließen, um
die Verdichterpumpleistung zu steuern, und umfasst integrierte Ansaug-
und Austrittsdrucksensoren 142, 144 und eine Steuerschaltung,
die mit den Drucksensoren 142, 144 gekoppelt ist.
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst das Leistungssteuerventil 17 drei
Kanäle 152, 154 und 156,
die jeweils in Verbindung mit Kammern angeordnet sind, welche die Verdichteransaug-,
Kurbelgehäuse-
und Austrittsdrücke
enthalten. Der Kurbelgehäuse-
und der Austrittskanal 156 und 156 sind in einem
Druckkanal 160 gebildet, wobei der Austrittskanal 156 durch
das innen liegende Ende einer zentralen axialen Bohrung 162, die
durch den Druckkanal 156 verläuft, definiert ist. Ein Sieb 161 verhindert,
dass irgendwelche Fremdkörper
in den Austrittskanal 156 gelangen. Der Druckkanal 160 ist
mithilfe einer Schweißnaht 166 an einer
Gehäuseschale 164 befestigt
und ein zum Teil innerhalb der Bohrung 162 angeordneter
Kolben 168 ist axial derart positioniert, dass sein innen
liegendes Ende einen Abschnitt der Bohrung 162, der den
Kurbelgehäuse-
und den Austrittskanal 154 und 156 koppelt, entweder öffnet oder
schließt.
Die Gehäuseschale 164 umgibt
eine elektrisch aktivierte Solenoidanordnung 171 zum Positionieren
des Kolbens 168 innerhalb der Bohrung 162, die
eine Feder 172 umfasst, um den Kolben 168 in eine
zurückgezogene Position
vorzuspannen, wie gezeigt, in der der Kolben 168 mit dem
Gehäusestück 184 in
Eingriff steht und zugelassen wird, dass Kältemittel von dem Austrittskanal 156 zu
dem Kurbelgehäusekanal 154 strömt. Die
Solenoidanordnung 171 umfasst einen Satz Permanentmagneten 174, 176,
der zwischen einem inneren und einem äußeren Polstück 178 und 180 angeordnet
ist, und eine schalenförmige
Spule 182, die eine bewegbare Wicklung 140 trägt. Die Spule 182 ist
an einem außen
liegenden Abschnitt des Kolbens 168 befestigt und das Gehäusestück 184 definiert
einen Hohlraum 186 außen
liegend von der Spule 182. Ein Aktivieren der Wicklung 140 erzeugt
eine Kraft, die der Vorspannung der Feder 172 entgegengesetzt
ist, und bewegt den Kolben 168 in eine ausgefahrene Position
(die durch den Anschlag 196 begrenzt ist), in der sein
außen
liegendes Ende den Abschnitt der Bohrung 162 zwischen dem
Austrittskanal 156 und dem Kurbelgehäusekanal 154 blockiert.
Eine zentrale axiale Bohrung 168b durch den Kolben 168 koppelt den
Austrittskanal 156 mit dem Hohlraum 186 und ein
Durchgang 210 in dem Gehäusestück 184 koppelt den
Hohlraum 186 mit dem Inneren des Austrittsdrucksensors 144,
sodass der Drucksensor 144 den Verdichteraustrittsdruck misst.
Der Durchgang 208 koppelt den Ansaugkanal 208 mit
dem Inneren des Drucksensors 142, sodass der Drucksensor 142 den
Verdichteransaugdruck misst. Es ist wesentlich, dass die Öffnung des
Durchgangs 210 direkt mit der Kolbenbohrung 168b ausgerichtet
ist, sodass der Austrittsdrucksensor 144 unabhängig von
der Position des Kolbens 168 in direkter Verbindung mit
dem Austrittskanal 156 steht.
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Die
Drucksensoren 142, 144 sind vorzugsweise herkömmliche
Edelstahl-Drucksensoren,
die jeweils eine Membran aufweisen, die eine Durchbiegung infolge
der Druckdifferenz über
sie hinweg erfährt,
wenngleich alternativ andere Arten von Drucksensoren verwendet werden
könnten.
Die mit der Durchbiegung verbundene mechanische Spannung wird von
einer Piezowiderstandsschaltung (nicht gezeigt) detektiert, die
auf der außen
liegenden Fläche der
entsprechenden Sensormembran gebildet ist. Unter zusätzlicher
Bezugnahme auf die 3A und 3B koppeln
die flexiblen Leiter 216, 218 die jeweiligen Piezowiderstandsschaltungen
mit Anschlüssen 220, 222,
die an einer flexiblen Schaltung 224 gebildet sind. Ein
weiterer Satz von flexiblen Leitern (nicht gezeigt) koppelt die
bewegbare Wicklung 140 mit einem weiteren an der flexiblen
Schaltung 224 gebildeten Satz von Anschlüssen 226.
Eine Steuerschaltung, die durch eine Anzahl von Schaltungselementen 228,
die an der flexiblen Schaltung 224 befestigt sind, definiert
ist, steuert die Aktivierung der bewegbaren Wicklung 140 und
einer Wicklung (nicht gezeigt) der Verdichterkupplung 16 und
kommuniziert mit dem Fahrzeugsteuergerät 116 über den
seriellen Datenbus 122 über
einen Satz von Ausgangsanschlüssen 230.
Wie in den 3A–3B gezeigt,
besitzt die flexible Schaltung 224 einen Körperabschnitt 232,
der gerollt ist, um in das außen
liegende Ende des Gehäusestücks 184 zu passen,
und innen liegende und außen
liegende Anschlussstecker 234, 236, die sich nach
innen biegen, um elektrische Verbindungen mit den Anschlüssen 220, 222, 226 und 230 zu
ermöglichen.
Wie in 3B angegeben, ist die flexible
Schaltung 224 derart gerollt, dass die Schaltungselemente 228 auf
ihrem äußeren Umfang liegen;
dies ermöglicht
es, wärmeerzeugende
Schaltungselemente (wie. z. B. einen Mikrocontroller) mithilfe eines
Wärmeleitklebers
in Kontakt mit dem inneren Umfang des Gehäusestücks 184 zu halten
(wie in 2 ersichtlich), sodass das Gehäusestück 184 als ein
Kühlkörper dient.
Wenngleich in 2 nicht gezeigt, kann das eingeschlossene
Volumen des Gehäusestücks 184 für eine verbesserte
Haltbarkeit in aggressiven Umgebungen in der Nähe der flexiblen Schaltung 224 mit
einem nicht leitenden Vergussmaterial gefüllt sein.
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Ein
Verbinder 240 ist an dem außen liegenden Ende des Gehäusestücks 184 z.
B. durch Kaltschmieden befestigt und umfasst einen Satz von Anschlüssen 242,
die an die Anschlüsse 230 der
flexiblen Schaltung 224 gelötet sind. Ein zwischen dem Verbinder 240 und
dem Gehäusestück 184 zusammengedrückter O-Ring 244 dichtet
den umschlossenen Bereich 246 gegenüber Verunreinigungen aus der
Umgebung ab und isoliert den Bereich 246 auch gegenüber dem
Umgebungsluftdruck. Demgemäß können die
von den Sensoren 142 und 144 gemessenen Drücke kalibriert
werden, um den Absolutdruck des Kältemittels in den jeweiligen
Ansaug- und Austrittsdurchgängen 208 und 210 im
Gegensatz zu einem Manometerdruck, der sich mit dem Umgebungs- oder
Umgebungsluftdruck ändert,
anzugeben.
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Wie
oben angegeben steuert die in dem Leistungssteuerventil 17 befindliche
Steuerschaltung die Aktivierung der Verdichterkupplung 16 und
die Leistungssteuerventilwicklung 140, wenn eine Klimatisierung
angefordert ist. Die Steuerung der Verdichterkupplung 16 kann
eine herkömmliche sein;
das heißt,
die Kupplung 16 wird in Übereinstimmung mit dem AC-Statusausgang aktiviert
oder deaktiviert und wird in jedem Fall deaktiviert, wenn der gemessene Austrittsdruck
DP außerhalb
eines normalen Bereiches von Werten liegt, wenn die Motordrehzahl
ES übermäßig ist
oder wenn Motor- oder Fahrzeugzustände es erforderlich machen,
dass eine Klimatisierung ausgeschaltet wird. Die Steuerung der Wicklung 140 ist
jedoch nur für
die veranschaulichte Konfiguration geeignet, bei der mit dem Leistungssteuerventil 17 integrierte
Sensoren die Kältemittelansaug- und -austrittsdrücke messen.
Eine derartige Steuerung erfordert zusätzlich ein Maß der Wärmebelastung wie
z. B. das Außenlufttemperatursignal
OAT und ein Maß der
Motordrehzahl ES. In der veranschaulichten Ausführungsform werden diese Messungen
zusammen mit dem AC-Statussignal und dem EOAT-Signal von dem Fahrzeugsteuergerät 116 an
die Steuerschaltung geliefert, da ein Fahrzeugsteuergerät normalerweise
in jedem Fall Zugriff auf die Motordrehzahl und die Außenlufttemperatur
hat, und die Kosten zur Bereitstellung von Sensoren zur separaten
Messung dieser Parameter werden dadurch vermieden. Die Steuerschaltung
innerhalb des Leistungssteuerventils 17 wandelt die Motordrehzahl
ES auf der Basis des bekannten Antriebsriemenscheibenverhältnisses
zu einer entsprechenden Verdichterdrehzahl CS um, da die Verdichterdrehzahl
CS verwendet werden kann, um Grenzen bezüglich des Austrittsdrucks und
der Verdichterleistung festzulegen. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Steuerschaltung auch verwendet, um den Verdichterenergieverbrauch COMP_PWR
auf der Basis der Verdichterdrehzahl CS und der gemessenen Ansaug-
und Austrittsdrücke
SP, DP zu berechnen; dieser Parameter kann von Nutzen bei der Motorsteuerung
sein und wird über
einen Datenbus 122 an das Fahrzeugsteuergerät 116 geliefert.
Darüber
hinaus kann die Steuerschaltung herkömmlicherweise weitere diesbezügliche Funktionen
wie z. B. das Detektieren eines niedrigen Kältemittelfüll stands und die Ausführung verschiedener
weiterer Diagnosetests durchführen.
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4 zeigt
einen Verdichterleistungs-Steueralgorithmus gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
in der das System 10 einen EOAT-Sensor 120, wie
in 1 gezeigt, umfasst. 5 zeigt
hingegen einen Steueralgorithmus für Systeme, die den EOAT-Sensor 120 nicht
umfassen. Im Allgemeinen wählen
beide Steueralgorithmen ein Ansaugdruckziel SP_TAR und verstellen
dann das Aktivierungsniveau (den Arbeitszyklus) der Wicklung 140 wie
notwendig, um den Zielansaugdruck zu erreichen. In dem normalen
AC-Modus wird SP_TAR auf der Basis eines vorbestimmten Sollwerts
und des erfassten Austrittsdrucks DP bestimmt, wohingegen in dem
Energieeffizienz-AC-Modus SP_TAR auf der Außenlufttemperatur OAT und dem
erfassten Austrittsdruck DP basiert. In jedem Fall wird der erfasste
Austrittsdruck DP verwendet, um SP_TAR zu begrenzen.
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Unter
Bezugnahme auf 4 entwickeln die Tabelle 250 und
der Wählschalter 252 ein
Verdampferabluft-Temperaturziel EOAT_TAR auf der Leitung 254.
Die Tabelle 250 stellt einen Wert für EOAT_TAR für den Energieeffizienz-Modus
auf der Leitung 256 bereit, wohingegen der Verdampferabluft-Temperatursollwert
EOAT_SP für
einen normalen AC-Betrieb auf der Leitung 258 bereitgestellt
wird. Wenn der AC-Eingang auf der Leitung 260 anzeigt,
dass der energieeffiziente AC-Modus arbeitet, liefert der Wählschalter 252 den
Ausgang der Tabelle 250 an die Leitung 254; wenn
der AC-Eingang anzeigt, dass der normale Modus arbeitet, liefert
der Wählschalter EOAT_SP
an die Leitung 254. Die Summierverbindungsstelle 262 bildet
eine Differenz zwischen dem gewählten
EOAT_TAR-Wert und dem gemessenen EOAT-Wert, um den Temperaturfehler
EOAT_ERR zu bilden. Der Temperaturfehler EOAT_ERR wird als ein Eingang
an den PID (Proportional-Plus-Integral-Plus-Differenzial)-Block 264 geliefert,
der ein An saugdrucksteuersignal SP_PID bildet, um EOAT_ERR zu reduzieren.
Wenn EOAT_ERR z. B. anzeigt, dass EOAT höher ist als EOAT_TAR, besteht die
Tendenz, dass der Wert von SP_PID abnimmt, was von dem System 10 fordert,
einen niedrigeren Ansaugdruck für
eine erhöhte
Kühlung
der klimatisierten Luft zu erzeugen.
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Da
das von dem PID-Block 264 erzeugte Ansaugdrucksteuersignal
SP_PID aus der Sicht des Systems zu klein werden kann, wenn EOAT_ERR groß ist, setzt
der Block 266 das Ansaugdruckziel SP_TAR auf der Leitung 268 auf
den größeren (MAX) von
SP_PID und einem von den Blöcken 270–276 bestimmten
Grenzwert SP_LMT. Der Grenzwert SP_LMT dient dazu, den Verdichteraustrittsdruck
zu begrenzen und wird auf der Basis der Verdichterdrehzahl CS, des
gemessenen Austrittsdrucks DP und optional eines extern gelieferten
Austrittsdruckgrenzwerts EXT_LMT bestimmt. Der Block 270 ist
eine Tabelle von Austrittsdruckgrenzwerten LMT als eine Funktion
der Verdichterdrehzahl CS und der Block 272 setzt die Austrittsdruckgrenze
DP_LMT auf der Leitung 278 dem kleineren (MIN) von LMT
und EXT_LMT gleich. Die externe Grenze EXT_LMT kann z. B. von einem
Antriebs- oder Motorsteuergerät
entwickelt werden, um die durch das System 10 auferlegte
Motorlast während
einer Fahrzeugbeschleunigung zu begrenzen. Der Block 274 bildet eine
Differenz zwischen DP_LMT und dem gemessenen Austrittsdruck DP,
um einen Austrittsdruckfehlerterm DP_ERR auf der Leitung 280 zu
bilden. Der Austrittsdruckfehler DP_ERR wird als ein Eingang an den
PID-Block 276 geliefert, der ein entsprechendes Ansaugdrucksteuersignal
SP_LMT auf der Leitung 282 bildet, um DP_ERR zu reduzieren,
wann immer DP DP_LMT übersteigt.
Im Speziellen wird, wenn DP DP_LMT übersteigt, die Tendenz bestehen,
dass der Ausgang des PID-Blocks 276 ansteigt und das Ansaugdruckziel
SP_TAR auf der Leitung 268 dominiert, was zu der Tendenz
führen
wird, dass der Verdichteraustrittsdruck heruntergefahren wird.
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Die
Summierverbindungsstelle 284 bildet eine Differenz zwischen
dem Ansaugdruckzielwert SP_TAR und dem gemessenen Ansaugdruck SP,
um den Ansaugdruckfehler SP_ERR auf der Leitung 286 zu
bilden. Der Ansaugdruckfehler SP_ERR wird als ein Eingang an den
PID-Block 288 geliefert, der ein pulsweitenmoduliertes
Arbeitszyklus-Steuersignal DC auf der Leitung 290 bildet,
um SP_ERR zu reduzieren. Wenn SP_ERR z. B. anzeigt, dass SP höher ist
als SP_TAR, wird die Tendenz bestehen, dass sich der Wert von DC
erhöht,
um die Verdichterpumpleistung zu erhöhen. Allerdings ist der Ausgang
des PID-Blocks 288 einer Begrenzung auf der Basis der Verdichterdrehzahl
CS unterworfen, wie durch die Blöcke 292 und 294 angezeigt,
wobei der Befehl für einen
begrenzten Arbeitszyklus auf der Leitung 296 an einen Wicklungsmitnehmer
(CD) 298 für
die Leistungssteuerventilwicklung 140 geliefert wird.
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Unter
Bezugnahme auf 5 entwickeln die Tabelle 350 und
der Wählschalter 352 ein
Ansaugdruckziel SP_TAR auf der Leitung 354. Die Tabelle 350 stellt
einen Wert für
SP_TAR für
den Energieeffizienz-Modus auf der Leitung 356 bereit,
wohingegen der Ansaugdrucksollwert SP_SP für einen normalen AC-Betrieb
auf der Leitung 358 bereitgestellt wird. Wenn der AC-Eingang
auf der Leitung 360 anzeigt, dass der energieeffiziente
Modus arbeitet, liefert der Wählschalter 352 den
Ausgang der Tabelle 350 an die Leitung 354; wenn
der AC-Eingang anzeigt, dass der normale AC-Modus arbeitet, liefert
der Wählschalter 352 den
Sollwert SP_SP an die Leitung 354.
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Da
der Zielansaugdruck SP_TAR auf der Leitung 354 aus der
Sicht des Systems zu klein werden kann, wenn die Außenlufttemperatur
(OAT) groß ist, setzt
der Block 366 das Ansaugdruckziel SP_TAR auf der Leitung 368 auf
den größeren (MAX)
von dem Wert auf der Leitung 354 und einem von den Blöcken 370–376 bestimmten
Grenzwert SP_LMT auf der Leitung 382. Der Grenzwert SP_LMT
dient dazu, den Verdichteraustrittsdruck zu begrenzen und wird auf der
Basis der Verdichterdrehzahl CS, des gemessenen Austrittsdrucks
DP und optional eines extern gelieferten Austrittsdruckgrenzwerts
EXT_LMT bestimmt. Der Block 370 ist eine Tabelle von Austrittsdruckgrenzwerten
LMT als eine Funktion der Verdichterdrehzahl CS und der Block 372 setzt
die Austrittsdruckgrenze DP_LMT auf der Leitung 378 dem kleineren
(MIN) von LMT und EXT_LMT gleich. Wie oben angegeben, kann die externe
Grenze EXT_LMT z. B. von einem Antriebs- oder Motorsteuergerät entwickelt werden, um die
durch das System 10 auferlegte Motorlast während einer
Fahrzeugbeschleunigung zu begrenzen. Der Block 374 bildet eine
Differenz zwischen DP_LMT und dem gemessenen Austrittsdruck DP,
um einen Austrittsdruckfehlerterm DP_ERR auf der Leitung 380 zu
bilden. Der Austrittsdruckfehler DP_ERR wird als ein Eingang an den
PID-Block 376 geliefert, der ein entsprechendes Ansaugdrucksteuersignal
SP_LMT auf der Leitung 382 bildet, um DP_ERR zu reduzieren,
wann immer DP DP_LMT übersteigt.
Im Speziellen wird, wenn DP DP_LMT übersteigt, die Tendenz bestehen,
dass der Ausgang des PID-Blocks 376 ansteigt
und das Ansaugdruckziel SP_TAR auf der Leitung 368 dominiert,
was zu der Tendenz führen
wird, dass der Verdichteraustrittsdruck heruntergefahren wird.
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Die
Summierverbindungsstelle 384 bildet eine Differenz zwischen
dem Ansaugdruckzielwert SP_TAR und dem gemessenen Ansaugdruck SP,
um den Ansaugdruckfehler SP_ERR auf der Leitung 386 zu
bilden. Der Ansaugdruckfehler SP_ERR wird als ein Eingang an den
PID-Block 388 geliefert, der ein pulsweitenmoduliertes
Arbeitszyklus-Steuersignal DC auf der Leitung 390 bildet,
um SP_ERR zu reduzieren. Wenn SP_ERR z. B. anzeigt, dass SP höher ist
als SP_TAR, wird die Tendenz bestehen, dass sich der Wert von DC
erhöht,
um die Verdichterpumpleistung zu erhöhen. Al lerdings ist der Ausgang
des PID-Blocks 388 einer Begrenzung auf der Basis der Verdichterdrehzahl
CS unterworfen, wie durch die Blöcke 392 und 394 angezeigt,
wobei der Befehl für einen
begrenzten Arbeitszyklus auf der Leitung 396 an einen Wicklungsmitnehmer
(CD) 398 für
die Leistungssteuerventilwicklung 140 geliefert wird.
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Zusammengefasst
sieht die Erfindung eine kostengünstige
Fahrzeugklimaanlage vor, die selektiv in einem energieeffizienten
Modus für
einen reduzierten Energieverbrauch betrieben wird. Das System ist
mit einer manuellen Steuerkonsole ausgebildet und die Verdichterleistung
ist mit einem Leistungssteuerventil, das integrierte Kältemittelsensoren
und eine Steuerschaltung aufweist, elektrisch gesteuert. Steuereinstellungsanzeigeeinrichtungen
auf der manuellen Steuerkonsole fordern den Fahrer auf, eine ganz
kalte Austrittslufttemperatur und Innenraumumluft anzufordern, wenn
der energieeffiziente Steuermodus gewählt ist, und die Steuerschaltung leitet
eine Verdichterleistungssteuerung auf der Basis der Kältemittelsensorinformation
und eines Maßes der
Außenlufttemperatur
ein, um eine geeignete Austrittslufttemperatur auf einem reduzierten
Energieverbrauchsniveau zu erzeugen.
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Während die
vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die veranschaulichten
Ausführungsformen
beschrieben wurde, wird einzusehen sein, dass einem Fachmann verschiedene
Abwandlungen zusätzlich
zu den oben erwähnten
in den Sinn kommen werden. Zum Beispiel kann einer oder beide von
den Drucksensoren 142, 144 durch Temperatursensoren
ersetzt sein, da die Beziehung zwischen dem Druck und der Temperatur
eines Kältemittels
in einem System mit geschlossenem Volumen bekannt ist. Darüber hinaus
können
die Steuereinstellungsanzeigeeinrichtungen kontinuierlich beleuchtet
sein, falls erwünscht,
das Außenlufttemperatursignal
OAT kann durch eine andere Anzeige der Umgebungswär mebelastung
ersetzt sein, der Verdichter 10 kann durch einen Elektromotor
anstelle eines Fahrzeugmotors angetrieben sein etc. Demgemäß können Klimaanlagen,
die solche Abwandlungen aufweisen, in den vorgesehenen Umfang der
Erfindung fallen, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert
ist.