DE68911557T2

DE68911557T2 - Regelung der Überhitzung in einem Kälteverfahren.

Info

Publication number: DE68911557T2
Application number: DE68911557T
Authority: DE
Inventors: Robert James Torrence
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1988-03-14
Filing date: 1989-02-28
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2009-03-01
Also published as: AU605085B2; DE68911557D1; AU3096189A; US4835976A; EP0332927B1; EP0332927A2; JP3295813B2; JPH0221163A; EP0332927A3

Description

Ausgangspunkt

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kühlsysteme zum Kühlen oder Konditionieren der Luft eines Raumes oder Abteils, wie zum Beispiel dem Passagierraum eines Fahrzeugs. Typischerweise verwenden Luftkonditioniersyteme (air conditioning systems) für Passagierfahrzeuge einen motorgetriebenen Kompressor zum Zirkulieren einer Ladung eines stark unter Druck gesetzten Kühlgases durch einen exothermen Wärmetauscher oder eine Kondensiervorrichtung, die durch Umgebungsluft gekühlt wird und das gekühlte flüssige Kühlmittel fließt durch eine Ausdehnvorrichtung zum Erzeugen eines wesentlichen Druckabfalls, um dem kondensierten Kühlmittel zu ermöglichen, durch einen endothermen Wärmetauscher oder Verdamper zirkuliert zu werden, der in dem zu konditionierenden oder zu kühlenden Raum angeordnet ist. Wärme, die durch den Verdampfer absorbiert wird, kocht und verdampft das Kühlmittel, welches in einer überhitzten gasförmigen Form zu dem Einlaß des Kompressors zurückkehrt. Es wurde herausgefunden, daß es notwendig ist, einen leichten Überhitzungsgrad beizubehalten, d. h. verdampftes Kühlmittel etwas oberhalb seiner Sättigungstemperatur zu halten, um eine maximale Effizienz des Wärmetauschers in dem Verdampfer vorzusehen und auch um die Rückkehr von Flüssigkeit an den Kompressor und eine daraus folgende Kompressorbeschädigung zu verhindern.
Bisher wurde der Druckabfall im Kühlmittel zwischen der Kondensiervorrichtung und dem Verdampfer vorgesehen durch entweder ein Kapillarrohr oder ein Ausdehnungsteuerventil. Typischerweise sind Fahrzeugluftkonditioniersystem-Ausdehnungssteuerventile druckbetätigte Temperaturabfühlvorrichtungen, die auf die Temperatur des Kühlmittels ansprechen zum Ausdehnen eines Strömungsmittels in einer geschlossenen Kammer, um auf eine Membran zu wirken und zum Steuern der Position des Strömungsventilgliedes. Beispiele solcher Ventile sind im US-Patent 3 667 247 und US-Patent 3 810 366 beschrieben. Druckbetätigte Kühlmittelausdehnungsventile sprechen auf einen existierenden Temperaturzustand des Kühlmittels an und somit folgt die Steuerung des Kühlmittels der Temperatur der zu konditionierenden Luft in dem Raum.
Es wurde somit vorgeschlagen, ein elektrisch betätigtes Ausdehnungsventil zum Steuern der Strömung von Kühlmittel in das Fahrzeugluftkonditioniersystein vorzusehen, so daß die Ventile so hergesstellt werden können, daß sie auf ein elektrisches Steußrsignal ansprechen, welches durch einen Mikrocomputer erzeugt werden kann zum Voraussehen oder Antizipieren der Kondition der Luft in dem Fahrzeugraum, und zwar basierend auf mehrfach abgefühlten Eingangssignalen des Mikrocomputers. Um ein Fahrzeugluftkonditioniersystem vorzusehen, dessen Kühlmittelströmung durch ein elektrisch betätigtes Ausdehnungs- oder Expansionsventil gesteuert wird, wurde herausgefunden, daß es notwendig ist, eine Anzeige der Kondition oder des Zustands des verdampften Kühlmittels vorzusehen, das vom Verdampf er zum Kompresscr zurückkehrt.
In der Nitanmeldung EP-0276491 A2 mit dem Titel "Controlling Refrigeration", die dem Anmelder der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, ist offenbart daß ein elektrisch betätigtes Ausdehnungsventil in einem Luftkonditioniersystem für ein Auto verwendet und gesteuert werden kann durch Vergleichen von Temperaturen die abgefühlt werden durch Thermistoren, die angeordnet sind zum Abfühlen der Kühlmitteltemperatur an dem Einlaß bzw. dem Auslaß des Verdampfers. Die Thermistoren sehen elektrische Temperaturanzeigen für einen Mikrocomputer vor, der ein breitenmoduliertes Steuersignal mit einer Impulsbreite oder einem Arbeitszyklus erzeugt, der sich gemäß dem Temperaturvergleich verändert, um eine kontinuierliche Steuerung der Kühlmittelströmung zu dem Ventil vorzusehen. Das System, das in der zuvor genannten Mitanmeldung gezeigt ist, dient zum Beibehalten der Kühl mittelströmung auf einer gleichförmigen Temperatur an dem Einlaß und dem Auslaß des Verdampfers, wodurch ein etwas überhitztes verdampftes Kühlmittel an dem Auslaß des Verdampfers beibehalten wird. Diese Art des Steuersystems ist jedoch nur bei der Kühlung von Luftkonditioniersystemen mit einem relativ geringen Druckabfall über dem Verdampfer in der Größenordnung von 25 psi (1,75 kg/cm²) verwendbar.
Wo es gewünscht wird, eine elektrische Steuerung eines Kühlmittelausdehnungsventils vorzusehen, und zwar in einem Luftkonditionieriystem eines Autos bei Anwendungen, wo ein relativ hoher Druckabfall über dem Verdampfer erlaubt wird, zum Beispiel größer als 25 psi (1,75 kg/cm²) wurde herausgefunden, daß es schwierig ist, einen Weg oder Mittel vorzusehen zum wirtschaftlichen Vorsehen der notwendigen Eingangssignale an den Mikrocomputer und weiterhin wurde herausgefunden, daß es sehr schwierig ist, ein befriedigendes Steuersignal für das Ventil zu erzeugen, das Variationen in der thermischen Belastung des Systems antizipiert und auf diese ansprechen kann, und zwar in einer Art und Weise, um die gewünschte Regulierung der Lufttemperatur in dem Passagierraum zu erzeugen. Es wurde daher gewünscht, einen wirtschaftlichen Weg oder Mittel zum elektrischen Steuern einer Kühlmittelströmung in einem Fahrzeugluftkonditioniersystem durch ein elektrisch betätigtes Ausdehnungsventil zu finden und einen Grad der Steuergenauigkeit und des Ansprechverhaltens vorzusehen, so daß der Passagierraum auf einem relativ konstanten Komfortpegel gehalten werden kann, unabhängig von einer großen Veränderung der Umgebungsbedingungen und der thermischen Belastung des Systems. US-A-3 735 603 zeigt einen Thermistor, der in einem Kühlsystem zum direkten Abfühlen der Flüssigkeitsmenge verwendet wird, die in einem Gasstrom mitgeführt wird. Weiterhin bezieht sich US-A-4 459 819 auf die Steuerung eines Kühlausdehnungsventils durch Impulsbreitensteuersignale.

Die Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht einen einmaligen und neuen Weg des elektrischen Steuerns der Strömung eines Kühlmitels in einem Fahrzeugluftkonditioniersystem vor und verwendet einen Mikrocomputer, der ein Temperatureingangssignal von einem einzelnen Thermistor empfängt zum Erzeugen eines breitenmodulierten Impulssteuersignals und wobei dessen Impulsbreite oder Arbeitszyklus verändert wird, um eine ordnungsgemäße Steuerung einer Kühlmittelströmung vorzusehen, um den Fahrzeugrawn auf den gewünschten Komfortpegel beizubehalten. Das Steuersignal für das elektrisch betätigte Kühlmittelausdehnungsventil der vorliegenden Erfindung wird erzeugt durch Modulieren der Impulsbreite oder des Arbeitszyklus, um einen vorbestimmten Wert, und zwar gemäß einem Algorithmus oder einer Tabelle von Werten. Der vorbestimmte Wert der Steuersignalimpulsbreite wird entwickelt durch das Kalibrieren des Systems bei einer stetigzustands-thermischen Belastung, und zwar für eine gewünschte Überhitzungsmenge des verdampften Kühlmitteis, das von dem Verdampfer zu dem Kompressor zurückkehrt. Der Algorithmus zum Modulieren der Impulsbreite des Steuersignals um den vorbestimmten Arbeitszyklus basiert auf Koeffizienten, die entwickelt werden durch das experimentelle Betätigen des Systems unter variierenden thermischen Belastungsbedingungen.
Die vorliegende Erfindung verwendet einen selbsterhitzten Thermistor, der die Anwesenheit eines verflüssigten Kühlmittels in einem verdampften Kühlmittel abfühlt, welches von dem Verdampfer zu dem Kompressor zurückkehrt. Der Thermistor besitzt einen beschränkten Strom, der dort hindurch strömt, der ausreicht, um den Thermistor auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur des Kühlmittels in dem verdampften Zustand zu halten. Die Veränderung im Widerstand des erwärmten Thermistors infolge der Anwesenheit irgendeiner Flüssigkeit in der Kühlmittelströmung wird detektiert. Die Veränderung im Widerstand wird zu einer digitalen Darstellung in der Form einer elektrischen Signalimpulszeit umgewandelt. Eine Bezugsimpulszeit wird bestimmt durch Kalibrieren des Systems auf eine vorbestimmte gewünschte Überhitzungsmenge bei einer stetigzustands-thermischen Belastung des Systems.
Im Betrieb unter sich verändernden thermischen Belastungsbedingungen des Systems vegleicht der Mikrocomputer die Bezugsimpulszeit mit den sich verändernden Impulssignalen; und gemäß einem Algorithmus oder vorbestimmter Tabellen mit Werten bestimmt er ein geeignetes breitenmoduliertes Impulssignal zum Betätigen des Ausdehnungssteuerventils zum Beibehalten des Systems auf einem gewünschten Überhitzungspegel oder -niveau.
Ein Mikrocomputer erzeugt ein impulsbreitenmoduliertes Steuersignal zum Antreiben eines elektromagnetisch betätigten Ausdehnungsventils ansprechend auf ein Temperatureingangssignal, das abgeleitet ist von einem einzelnen selbsterwärmten Thermistor, der in der Kühlmittelleitung angeordnet ist zum Detektieren des Auftretens Verflüssigten Kühlmittels in dem Kühlmitteldampf, das von dem Verdampfer zu dem Kompressoreinlaß zurückkehrt, wodurch ein etwas überhitzter Zustand des Kühlmittels für eine optimale Kühleffizienz beibehalten wird.
Die vorliegende Erfindung sieht somit einmalig und neue Mittel oder Wege zum elektrischen Steuern eines Kühlmittelausdehnungsventils für ein Luftkonditioniersystem und insbesondere ein System für Automobilanwendungen vor.

Figurenbeschreibung

In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine bildhafte, etwas schematische Darstellung des Steuersystems der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Teil eines elektrischen Schaltplanes für das System der Fig. 1 und er ist aufgeteilt an dem Schnitt, der durch die Linie I-I angezeigt ist;
Fig. 3 einen verbleibenden Teil des Schaltplanes, der aufgeteilt ist am Schnitt, der durch die Linie I- I angezeigt ist;
Fig. 4 eine Kurve von Werten der Thermistorimpulszeit über Überhitzung für eine stetigzustands-thermische Belastung des Systems gemäß Fig. 1;
Fig. 5 ein Blockdiagramm für die Erzeugung des impulsbreitenmodulierten Steuersignals;
Fig. 6 ein Druck-Enthalpie-Diagramm für das Kühlmittel R12.

Detaillierte Beschreibung

Gemäß Fig. 1 ist das Steuersystem der vorliegenden Erfindung im allgemeinen bei 10 gezeigt und es verwendet einen Kompressor oder eine Pumpe 12, die über einen Antriebsriemen 14 angetrieben wird, der mit dem Fahrzeugmotor (nicht gezeigt) verbunden ist und in Eingriff steht mit einer elektrisch betätigten Kupplung 16. Der Kompressor wird mit einem geeigneten Kühlmittel, wie zum Beispiel Freon 12, geladen und an seinem Auslaß durch die Leitung 18 zu einer Kondensiervorrichtung entladen, die im allgemeinen durch das Bezugszeichen C angezeigt ist, die zur Umgebungskühlung angeordnet ist und die sich durch Leitung 20 zu einem Trockner 22 entlädt, der seinen Ausgang mit der Leitung 24 verbunden hat, die mit dem Einlaß eines Ausdehnungsventils, das im allgemeinen bei 26 gezeigt ist, verbunden ist. Das Ventil 26 ist elektromagnetisch betätigt durch einen Elektromagneten 28 und hat dessen verringerten Druckauslaß über die Leitung 30 mit dem Einlaß eines endothermen Wärmetauschers oder Verdampfers verbunden, der im allgemeinen durch das Bezugszeichen E angezeigt ist, und der in einer Wärmeaustauschbeziehung mit der zu kühlenden Luft in einem Fahrzeugpassagierraum angeordnet ist, was im allgemeinen durch den gestrichelten Umriß 31 in Fig. 1 gezeigt ist. Der Auslaß des Verdampf ers E ist mit der Leitung 32 verbunden, die kontinuierlich durch das Ventil 26 hindurchgeht, ohne daß eine Ventilwirkung auftritt und geht zum Einlaß des Kompressors 12 zurück.
Ein motorgetriebenes Kühlgebläse, das im allgemeinen bei 34 gezeigt ist, ist zum Zirkulieren von Luft über die Kondensiervorrichtung C angeordnet zum Kühlen in Abwesenheit einer Fahrzeugbewegung oder während einer beschränkten Luftströmung über die Kondensiervorrichtung.
Die Ventilanordnung 26 besitzt einen Ventilblock 36, der einen Thermistor, der im allgemeinen bei 38 gezeigt ist, darinnen angebracht besitzt, so daß das Widerstandselement des Thermistors direkt dem Kühlmittel, das durch die Leitung 32 strömt, ausgesetzt ist. Der Thermistor 38 ist elektrisch in Serie geschaltet mit einem Strombegrenzungswiderstand R&sub1;&sub9; (siehe Fig. 2) und ist mit einer Steuerung, die im allgemeinen bei 40 angezeigt ist, verbunden.
Die Steuerung 40 ist in der derzeitigen bevorzugten Praxis direkt auf oder an einer Stirnseite des Ventilblocks 36 befestigt; und die Leitungen des Thermistors 38 erstrecken sich nach innen in die Steuerung 40 durch Öffnungen, die darinnen vorgesehen sind, zum internen elektrischen Verbinden damit. Ein zweiter Thermistor 42 ist in dem Ventilblock vorgesehen, wobei dessen Widerstandselement auch zum Abfühlen der Temperatur des Kühlmittels, das durch die Leitung 32 strömt, angeordnet ist. Der Thermistor 42 ist in ähnlicher Weise zu der Steuerung 40 verbunden durch das Erstrecken in einer Öffnung, die darinnen vorgesehen ist.
Es ist auch ein dritter Thermistor 44 in dem Ventilblock 36 vorgesehen und dessen Widerstandselement ist durch die Wand der Ventileinlaßleitung 24 angeordnet zum Abfühlen der Temperatur des Hochdruckkühlmittels, das in das Ventil eintritt. In der derzeit bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Thermistor 38 eine NTC-Einrichtung auf, die hergestellt wird durch Fenwall Electronics 63 Fountain Street, Framingham, Massachusetts 01701 und besitzt eine Herstelleridentifikations-Nummer FD21J1-W und einen Widerstand von 100 Ohm bei 25 ºC. In der derzeitig bevorzugten Ausführung sind die Thermistoren 42, 44 30 Kilo Ohm NTC Thermistoren, die von Fenwall erhältlich sind und die die Herstellerbezeichnung UUR43J21 besitzen.
Der Elektromagnet 28 besitzt ein Paar von Anschlußenden 46, 48, die in Eingriff stehen mit einem entsprechenden Paar von Stiften 50, 52, die an der Steuerung 40 vorgesehen sind, wenn sie an der Seite des Blocks 36 angebracht ist.
Die Steuerung 40 besitzt vier Stiftverbinder 54, die sich von einer Seite davon erstrecken und die in der Lage sind zum Verbinden mit einem passenden Vierstiftstopfen oder -stecker 56, der schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. Der Stecker ist zur Aufnahme der Fahrzeugbatteriespannung VB an dessen Stift 58 geschaltet, wobei der zweite Stift 60 mit der Fahrzeugerde verbunden ist. Der dritte Stift 61 ist über die Leitung 62 zu einem Anschluß der Kompressorkupplung 16 verbunden, wobei dessen anderer Anschluß über die Leitung 64 mit der VB-Spannung verbunden ist. Ein verbleibender Stift 63 des Steckers 56 ist über die Leitung 66 mit einem Anschluß des Gebläserelais 67 verbunden, wobei dessen Ausgang mit einem Anschluß eines Motors 68 für das Gebläse 34 verbunden ist, wobei der verbleibende Anschluß des Motors mit der Erde verbunden ist.
Die elektrischen Stifte des Verbinders 54 der Steuerung werden durch die Bezugszeichen 56', 60', 61' und 63' bezeichnet, was den Stiften mit den gleichen Nummern für den Stecker 56 entspricht.
Die Steuerung 40 besteht aus einer Leistungsversorgung 68 und einem Verstärkungsabschnitt 70, einem Mikroprozessor 72 und einem Ausgangsleistungsantriebsabschnitt 74. Ein Verwender oder Bedienerauswahlschalter 76 ist vorgesehen zum Erregen des Systems, und zwar von der an Bord des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgung, die als die Spannung VB gekennzeichnet ist.
Gemäß den Fig. 2 und 3 ist die elektrische Schaltung für die Steuerung 40 und die Leistungsversorgung 68 schematisch gezeigt sowie die Verbindungen zu dem selbst erwärmten Thermistor 38, dem Niedrigdruckkühlmitteltemperatur-Thermistor 42 und dem Hochdruckkühlmitteltemperatur-Thermistor 44.
Gemäß Fig. 3 weist die Leistungsversorgung oder der Regulierer 68 vorzugsweise eine Festkörpereinrichtung U1 mit der Herstellerbezeichnung MC7805 auf, die von der Motorola Corporation 20066 Algonquin Road, Schaumburg Illinois 60175, erhältlich ist, die an dessen Stift 1 eine Spannung VB von der Fahrzeugbatterie. erhält, die typischerweise 9 bis 16 Volt beträgt, und zwar über die Diode CR1 und den Widerstand R1. Schutzeinrichtungen, die einen Kondensator C1 und eine Zenerdiode CR6 aufweisen, die parallel geschaltet sind mit U1, schützen den Eingang von Übergangsspitzen und sie sind zusammen mit dem Stift 2 der Einrichtung U1 geerdet. Ein geerdeter Filterkondensator C2 ist verbunden mit dem Ausgangstift 3 von U1, wobei dieser Ausgang eine regulierte 5 Volt Spannung abgibt.
Gemäß Fig. 2 weist der Mikrocomputer die Einrichtung U4 auf, die in der derzeitig bevorzugten Ausführung eine Festkörpereinrichtung ist mit der Herstellerbezeichnung 6805P3, die von Motorola erhältlich ist, die an ihrem Stift 3 eine Leistung von dem Spannungsregulierer 68 erhält.
Wenn die Spannung vom Ausgangsstift 9 der Einrichtung U4 an der Basis von Q7, und zwar über den Widerstand R18 empfangen wird, leitet Q7 und läßt die Spannung an der Kollektorgrenzfläche oder dem Knotenpunkt 78 abfallen, wobei der Knotenpunkt durch den Widerstand R16 von dem Spannungsregulierer 48 positiv vorgespannt ist und durch den Widerstand R17 mit der Basis von Q6 verbunden ist. Wenn die Spannung an dem Knotenpunkt 78 abgefallen ist, ist die Basis von Q6 niedrig vorgespannt durch den Widerstand R17 und Q6 wird dazu gebracht, Strom von dem Knotenpunkt 80 zu leiten, der positiv vorgespannt ist durch die Spannung von dem Regulierer 68 und auch einer Spannung von dem Knotenpunkt 78.
Der Strom, der durch Q6 fließt, fließt durch den Begrenzungswiderstand R90 zu dem Knotenpunkt 82, der mit dem Widerstand R20 und auch dem Thermistor 38 verbunden ist. Der Widerstand R20 ist mit dem Knotenpunkt 84 verbunden, der durch den Widerstand R21 mit dem Knotenpunkt 86 und auch mit dem positiven Eingang einer Komparatoreinrichtung U3 verbunden ist. Der Knotenpunkt 86 ist über die Diode CR4 geerdet.
Der Knotenpunkt 84 ist zwischen den Widerständen R20 und R21 angeordnet, die parallel mit dem Thermistor 38 geschaltet sind und er ist mit dem positiven Eingang des Komparators U3 an dessen Stift 3 verbunden. Eine Versorgungsspannung VB ist mit dem Stift 8 des Komparators verbunden, wobei dessen Stift 4 geerdet ist; und dessen Ausgang ist über den Widerstand R23 durch 5 Volt von der Leistungsversorgung 68 am Knotenpunkt 92 vorgespannt. Der negative Eingang von U3 ist verbunden mit dem Knotenpunkt 88, dem Kollektor von Q8 und auch dem Knotenpunkt 90, der durch den Kondensator C6 geerdet ist und durch den Widerstand R22 durch die Spannung VB vorgespannt ist.
Der Mikrocomputer 72 wird an dessen Stift 3 mit Leistung versorgt, und zwar von dem Knotenpunkt 91, der auf 5 Volt von der Leistungsversorgung 68 vorgespannt ist und über den Kondensator C18 geerdet ist. Ein Kristall- oder Quarzoszillator CY1 ist zwischen den Stiften 4 und 5 des Mikrocomputers 72 verbunden und sieht in der derzeitig bevorzugten Ausführung ein 4,0 MHz Timingsignal vor.
Wenn die Spannung VB vom Stift 9 des Mikrocomputers über den Widerstrand R18 an der Basis von Q7 empfangen wird, leitet Q7 und läßt die Spannung an dem Knotenpunkt 78 abfallen, der über den Widerstand R16 von der Spannung 68 über den Knotenpunkt 80 vorgespannt ist. Wenn die Spannung an dem Knotenpunkt 78 abgefallen ist, ist die Basis von Q6 niedrig vorgespannt durch den Widerstand R17 und Q6 wird dazu gebracht, Strom von dem Knotenpunkt 80 zu leiten, und zwar durch den Abfallwiderstand R19 zum Knotenpunkt 82 und durch den Thermistor 38 zur Erde, und zwar über den Knotenpunkt 86 und die Diode CR4.
Etwas von dem Strom, der durch Q6 fließt, fließt auch durch die Widerstände R20 und R21 zur Erde. Der Thermistor 38 wird erwärmt durch den begrenzten Strom durch den in Serie geschalteten Widerstand R19, und zwar auf eine Temperatur, die ausreicht, um den Thermistor auf eine Temperatur etwas oberhalb der Temperatur des verdampften Kühlmittels zu halten, das darüber fließt. In dem Fall, daß eine Überhitzung nicht beibehalten wird, und das verflüssigte Kühlmittel bei 38 auftritt, wird ein solcher Zustand durch die plötzliche dramatische Veränderung in der Temperatur und dem Widerstand des Thermistors 38 und dementsprechend der Spannung am Knotenpunkt 84 abgefühlt, der mit dem positiven Eingang des Komparators U3 verbunden ist.
Der Ausgang des Komparators U3 wird durch den Knotenpunkt 92, der auf plus 5 Volt von der Leistungsversorgung 68 vorgespannt ist, auf den Widerstand R23 angelegt und über die Diode CR3 an dem Knotenpunkt 94 angelegt, der über den Knotenpunkt 96 mit dem Eingangsstift 2 des Mikrocomputers U4 verbunden ist. Der Knotenpunkt 96 ist auch über den Widerstand R2 geerdet.
Der Emitter des Transistors Q8 ist über den Knotenpunkt 98 geerdet und die Basis des Transistors ist über den Widerstand R24 mit dem Stift 8 des Mikrocomputers U4 verbunden. Der Kondensator C6 wird am Knotenpunkt 98 durch die Spannung VB über den Widerstand R22 geladen und die Spannung wird durch den Knotenpunkt 88 an den negativen Eingangsstift 2 des Komparators U3 angelegt.
Beim Empfang eines Impulses vom Stift 8 des Mikrocomputers U4 über den Widerstand R24 wird Q8 dazu gebracht, über den Knotenpunkt 98 zur Erde zu leiten, und den Kondensator C6 über den Knotenpunkt 98 zur Erde zu entladen. Wenn der Kondensator C6 geladen wird, wird die Zeit gemessen, die benötigt wird, um den Kondensator auf die Spannung zu laden, die von dem Knotenpunkt 84 an den positiven Anschluß von U3 angelegt wird. Die Spannung vom Teiler, der die Widerstände R20 und R21 parallel geschaltet mit dem Thermistor 33 aufweist, wird gemessen durch den Mikrocomputer U4, der ein Signal von dem Ausgang des Komparators U3 und dem Knotenpunkt 92 über den Knotenpunkt 94 und 96 am Stift 2 des U4 Computers empfängt. Die Zeit, die benötigt wird, zum Laden des Kondensators wird dann durch den Mikrocomputer verwendet zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das proportional ist zu der Ladungszeit des Kondensators C6, was somit eine Impulsbreite oder eine digitale Darstellung der kühlmittelströmungsinduzierten Widerstandsvariation in dem Thermistor 38 ergibt.
Es sei bemerkt, daß der Spannungsteiler, der die Widerstände R20, R21 und die Diode CR4 aufweist, welche einen Spannungsabfall darüber von ungefähr 7/10 (0,7) Volt besitzt, das Signal am Stift 3 des U3 Uber Null oder Erde beibehält und etwas unterhalb VB, so daß der Komparator U3 immer eine Differenz an seinen Eingangsstiften 2 und 3 abliest.
Die Widerstandseigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen des Thermistors 38, der in der derzeitig bevorzugten Ausführung verwendet wird, wie sie durch den Hersteller vorgesehen sind, sind in der Tabelle I unten angegeben: Tabelle I R-T Kurve Alpha. Temp. Koeff. Widerstandsabweichung
R-T: Multiplizierter Widerstand bei 25 ºC durch das angegebene Ventil zum Erhalten eines Widerstands bei der Temperatur.
Alpha-Temperaturkoeffizient: Bezeichnet die Widerstandsveränderung in Prozent, pro ºC bei einer spezifischen Temperatur.
Widerstandsabweichung: Addiere zum Widerstand Toleranz bei Bezugstemperatur (25 ºC) zum Erhalten der vollständigen Widerstandsabweichung in Prozent.
Gemäß Fig. 2 ist der Thermistor 42 (nicht selbst erwärmt) durch die Spannung VB vorgespannt und verbunden mit dem Knotenpunkt 100, der über den Kondensator C4 mit Erde verbunden ist und der auch mit dem Knotenpunkt 102 verbunden ist, der wiederum mit dein Eingangsstift 12 und 13 eine Hälfte einer Einrichtung U2 verbunden ist, welche in der derzeitig bevorzugten Ausführung eine Zeitnehmer oder Timereinrichtung aufweist, mit der Herstellerbezeichnung NE556D, die erhältlich ist von National Semiconductor Corp. 2900 Semiconductor Drive, Santa Clara, California, 95057. Die Stifte 10, 14 der Einrichtung U2 empfangen eine Vorspannung von plus 5 Volt durch den Kontenpunkt 104 und 106, wobei der erste über den Knotenpunkt C3 mit Erde verbunden ist. Der Stift 11 der Einrichtung U2 ist über den Kondensator C14 mit Erde verbunden; und dessen Stift 8 ist mit dem Ausgangsstift 11 des Mikrocomputers U4 verbunden. Der Ausgangsstift 9 der Einrichtung U2 ist über die Diode CR-2A, die durch die Knotenpunkte 94 und 96 verbunden ist, mit einem Eingangsstift 2 des Computers U4 verbunden.
Wenn ein Signal vom Mikroprozessorstift 11 auf den Stift der Einrichtung U2 angelegt wird, dann triggert es U2 zum Entladen des Kondensators C14. Wenn die Spannung an den Stiften 10 und 14 von U2 von dem Knotenpunkt 102 zwei Drittel der Vorspannungspannung erreicht, legt U2 ein Signal über seinen Ausgangsstift 9 und die Diode CR-2A an die Knotenpunkte 94, 96 und den Eingangsstift 2 von U4 an. Der Mikroprozessor U4 mißt die Zeit zum Empfangen des Signals, wobei die Zeitmessung eine digitale Darstellung der Spannung am Knotenpunkt 100 ergibt. Der Mikrocomputer kann dann die Temperatur des Thermistors 42 von einer gespeicherten Tabelle von Spannungen, Widerständen und Temperaturen ablesen, die durch den Hersteller des Thermistors 42 vorgesehen sind.
In der derzeitig bevorzugten Ausführung ist der Thermistor 42 ein 30 Kilo-Ohm NTC Thermistor, der von Fennwall erhältlich ist und die Herstellerkenzeichnung UUR43J21 trägt und die Tabelle 11 zeigt die Herstellerdaten von Widerstandswerten für unterschiedliche Temperaturen.
Gemäß Fig. 6 sei bemerkt, daß der Punkt "D" die Kompressorentladung darstellt, der Punkt "A" die Kondensator- oder Kondensationsvorrichtungsentladung darstellt, der Punkt "B" die Expansionsventilentladung darstellt und Punkt "C" der Kompressoreinlaß ist. Vorzugsweise ist APMIN mindestens 25 psi (1,75 kg/cm²) und im allgemeinen in der Größenordnung von 75 psi (5,27 kg/cm²). Tabelle II OHM
Die tatsächliche oder Ist-Kühlmitteltemperatur, die durch den Thermistor 42 abgefühlt wird, kann dann verwendet werden zum Bestimmen, ob ein Niedrigdruckzustand besteht. Nimmt man an, daß ein 5º-Erhitzungszustand beibehalten werden soll, und daß ein Niedrigdruckschwellenwert von 18 psig (1,28 kg/cm²) definiert ist, dann wird das Druck-Enthalpie-Diagramm (oder Tabelle), wie zum Beispiel Fig. 6 für das Kühlmittel für gesättigten Dampf bei 18 psig eingetragen und die Temperatur wird bestimmt und 5 ºF werden hinzuaddiert, um die Temperatur zu erhalten, die 18 psig (32,7 PSIA) oder 1,28 kg/cm² entspricht. Bei der derzeitig bevorzugten Ausführung für das Kühlmittel Freon 12 beträgt die Temperatur, die durch den Thermistor 42 abgefühlt wird und die 18 psig (1,28 kg/cm²) bei 5 ºF (3k) Überhitzung entspricht 22 0F (-5,5 ºC), wie am Punkt "E" in Fig. 6 gezeigt ist. Der Kompressor wird wieder erregt bei 42 psig (2,95 kg/cm²) Sättigungsdruck, was bei Freon 12 einer Temperatur am Thermistor 42 von 46 ºF (7,8 ºC) entspricht.
In typischen Autoanwendungen ist es wünschenswert, das System zu sperren oder abzuschalten, wenn ein Hochdruckzustand in der Kondensiervorrichtungsablaßleitung am Thermistor 44 besteht. Dieser letztere Zustand wird in der derzeitig bevorzugten Ausführung als ein Zustand von mindestens 245 psig (17,2 kg/cm²) Kühlmitteldruck in der Kondensiervorrichtungsablaßleitung definiert. Wenn das Kühlmittel Freon 12 verwendet würde, dann ergäbe das Druck-Enthalpie-Diagrainm Fig. 6 am Punkt "F" eine Temperatur von 123 ºF (51 ºC) (was erhalten wird durch Subtrahieren von 25 ºF/durch Unterkühlung der Kondensiervorrichtung, und zwar von 148 ºF/Sättigungstemperatur), die abgefühlt wird durch den Thermistor 44 zum Anzeigen eines Hochdruckzustandes, bei dem es wünschenswert ist, den Kompressor zu sperren. Das Abschalten kann automatisch durch den Mikrokompressor oder manuell durchgeführt werden, und zwar ansprechend auf einen Alarm, der abgegeben wird, um den Systembediener zu warnen.
Alternativ kann der Thermistor 44 selbst erwärmt sein und die Sättigungstemperatur abfühlen, die dann zum Sättigungsdruck umgewandelt wird und kann den Kompressor sperren, wenn der Sättigungsdruck einen vorbestimmten Grenzwert, vorzugsweise 245 psig (17,2 kg/cm²), übersteigt.
Für ein automatisches Abschalten sieht der Mikroprozessor U4 ein Signal an den Ausgangsstift 18 vor zum Bewirken einer Entregung der Kompressorkupplung, wie es nachfolgend beschrieben wird. Ein Sperrsignal wird auch am Stift 16 des Mikroprozessors vorgesehen zum Sperren des Steuersignals an dem Ventilelektromagneten 28, was nachfolgend beschrieben wird.
Gemäß Fig. 2 empfängt der Thermistor 44, der vorzugsweise identisch mit dem Thermistor 42 ist, in einer ähnlichen Weise wie der Thermistor 42 eine positive Spannung VB und ist in Serie geschaltet mit dem Knotenpunkt 108, der mit dem Kondensator C5 verbunden ist, welcher geerdet ist. Der Knotenpunkt 108 ist auch mit dem Knotenpunkt 110 verbunden, der wiederum mit den Eingangsstiften 1 und 2 der Einrichtung U2 verbunden ist. Der Stift 4 von U2 ist mit 5 Volt von der Leistungsversorgung 68 vorgespannt und der Stift 7 ist geerdet und der Stift 3 ist mit dem Kondensator C15 verbunden, der geerdet ist. Der Stift 6 der Einrichtung U2 empfängt ein Ausgabesignal vom Stift 10 des Mikroprozessors U4 und der Ausgang von U2 ist über die Diode CR-2B zum Schnittpunkt 94 verbunden zur Eingabe an den Stift 2 des Mikrocomputers U4.
Die Spannung an dem Schnittpunkt 108 vom Thermistor 44 wird verarbeitet durch eine Hälfte der Einrichtung U2, und zwar in einer Art und Weise ähnlich zu dem Signal vom Schnittpunkt 100, wie oben unter Bezugnahme auf den Thermistor 42 beschrieben wurde. Der Thermistor 44 dient zum Abfühlen einer Übertemperatur, die einen Überdruckzustand des Systems anzeigt oder einen Verlust der Kühlmitttelladung. Wenn die Einrichtung U4 eine Thermistortemperaturabgabe abfühlt, die über einem vorgewählten Maximum liegt, das vorzugsweise als 51 ºC ausgewählt wurde, dann bewirkt der Mikrocomputer beim Empfang eines Signals am Stift 2 das Vorsehen eines Ausgangssignals an den Stiften 16, 17 und 18 zum Sperren des Kondensiervorrichtungsgebläsemotors, des Kompressors und des Ventils durch den Leistungsantrieb 74.
In der derzeitig bevorzugten Ausführung bewirkt der Mikrocomputer U4 auf das Sperren des Kondensiervorrichtungsgebläses, wenn der Thermistor 44 eine Temperatur unterhalb von 33 ºC abfühlt und das Freigeben des Gebläses, wenn der Thermistor eine Temperatur oberhalb von 35 ºC abfühlt.
Gemäß Fig. 3 ist der Leistungsantriebsabschnitt 74 einer Steuerung 40 gezeigt, und er empfängt das Ausgangssignal vom Stift 16 des Mikrocomputers U4 durch den Widerstand R9 an der Basis von Q2, die ihren Emitterschnittpunkt geerdet hat und ihren Kollektorschnittpunkt 112 über den Widerstand R8 auf die Spannung VB vorgespannt hat. Der Kollektorschnittpunkt 112 ist mit dem Stift 1 der Basis eines Leistungs FET Q9 verbunden, dessen Ausgangsstift 3 geerdet ist und dessen Ausgangsstift 2 mit dem Schnittpunkt 114 verbunden ist, der wiederum mit der Elektromagnetspule 28 des Ventils 26 verbunden ist. Der Ausgang von Q9 wird geschützt durch Zenerdioden CR7 und CR11 und Diode CR16, die zwischen dem Knotenpunkt 114 und Erde verbunden ist.
Wenn ein Signal vom Stift 16 an Q2 empfangen wird, leitet Q2, wodurch Q9 dazu gebracht wird, Strom zur Erde zu leiten, und zwar durch die Spule 28 zum Erregen des Kühlmittelventils. Wenn Q2 abgeschaltet wird, leitet Q9 nicht und die Ventilspule 28 ist gesperrt.
In einer ähnlichen Weise empfängt Q3 ein Ausgangssignal vom Stift 18 von U4 durch R11, sind zwar an seiner Basis und es hat seinen Kollektorschnitt oder Knotenpunkt 116 verbunden mit der Basis am Stift 1 des Leistungs-FET-Q10.
Der Knotenpunkt 116 ist über den Widerstand R10 durch die Spannung VB von der Leistungsversorgung 68 vorgespannt und Q10 besitzt dessen Ausgangsstift 3 geerdet, während der verbleibende Ausgangsstift 2 über den Knotenpunkt 118 mit der Kupplungsleitung 62 verbunden ist. Der Ausgang von Q10 ist geschützt durch Zenerdiode CR8 und Diode CR10, die zwischen dem Knotenpunkt 113 und Erde verbunden ist. Transistor Q3 und Leistungs-FET-Q10 arbeiten in einer ähnlichen Weise, wie unter Bezugnahme auf Q2 und Q9 beschrieben wurde. Q3 und Q10 dienen zum Erregen und Entregen der Kompressorkupplung 16.
Gemäß Fig. 3 ist der Ausgangsstift 17 des Mikrocomputers U4 über den Widerstand R13 mit der Basis von Q4 verbunden, welches seinen Emitter geerdet und seinen Kollektorknotenpunkt 120 durch die Leistungsversorgungspannung VB vorgespannt hat und über den Knotenpunkt 122 mit der Basis des Leistungs-FET-Q11 verbunden ist. Ein Ausgang von Q11 am Stift 3 ist geerdet über den Knotenpunkt 128 und der andere Ausgang am Stift 2 ist über den Knotenpunkt 130 mit der Gebläserelaisleitung 66 verbunden. Die Einrichtungen Q4 und Q1l arbeiten in einer ähnlichen Weise, wie unter Bezugnhme auf das Antreiben und Sperren der Kühlmittelventilspule 28 und der Kompressorkupplung 16 beschrieben wurde.
Der Kollektorknotenpunkt 112 von Q ist über die Diode CR13 mit dem Kollektor des Transistors Q5 am Knotenpunkt 132 verbunden. Q5 besitzt seinen Emitter mit dem Knotenpunkt 134 verbunden, der über die Leitung 126 und dem Knotenpunkt 124 (siehe Fig. 2) geerdet ist. In gleicher Weise besitzt der Transistor Q3 seinen Ausgang vom Kollektorknotenpunkt 116 geschützt durch Diode CR14-B, die von dort zum Knotenpunkt 136 verbunden ist, der mit dem Knotenpunkt 122 von Q5 verbunden ist. Der Ausgang des Transistors Q4 wird durch Diode CR14-A geschützt, die vom Knotenpunkt 122 zum Knotenpunkt 138 verbunden ist, der auch mit den Knotenpunkten 136 und 132 verbunden ist, wobei Zenerdiode Cr15, die zwischen den Knotenpunkten 138 und 134 verbunden ist, wie in Fig. 3 gezeigt, vorgespannt ist.
Während des Hochfahrens wird ein Signal an der Basis von Q5 vom Stift 19 des Computers U4 empfangen, das Q5 anschaltet zum Erden des Ausgangs der Transistoren Q4, Q3 und Q2.
Gemäß Fig. 2 umfaßt die Steuerung 40 einen "Sicherheits-" Timer, der die Mikrocomputerfunktion überwacht. Der Mikrocomputer U4 sieht ein Ausgangssignal und dessen Stift 14 vor, und zwar über den Kondensator C7 zum Knotenpunkt 138, der mit der Basis des Transistors Q1 verbunden ist und auch über die Widerstände R7 und die Knotenpunkte 140, 124 mit Erde. Der Emitter von Q1 ist über Knotenpunkt 140, 124 geerdet und der Kollektor ist mit dem Knotenpunkt 142 verbunden, der über Widerstände R3 und R6 durch eine Spannung von 5 Volt von der Leistungsversorgung 68 vorgespannt ist. Der Knotenpunkt 142 ist über den Kondensator C8 und zur Erde über Knotenpunkt 144, 124 verbunden und ist auch mit den Eingangsstiften 2 und 6 der Einrichtung U5 verbunden. In der derzeitig bevorzugten Ausführung der Erfindung ist U5 eine National Semiconductor NE5550-Einrichtung, die an dessen Stift 8 auf 5 Volt vorgespannt ist über den Knotenpunkt 146, der auch über den Kondensator C17 geerdet ist.
Ein zweiter Eingang von U5 über Stift 7 ist verbunden mit Knotenpunkt 148 zwischen den Widerständen R3 und R6. Stift 5 der Einrichtung US ist geerdet über den Kondensator C9 und die Knotenpunkte 150, 124. Der Stift 1 von U5 ist in gleicher Weise über Knotenpunkte 152, 124 geerdet. Der Stift 4 der Einrichtung U5 ist mit dem Kondensator C10 und Erde über Knotenpunkte 153, 124 verbunden und ist mit dem Knotenpunkt 154 verbunden, der auf 5 Volt vorgespannt ist über den Widerstand R4 und den Knotenpunkt 156. Stift 3 von U5 ist über Kondensator C11 mit dem Stift 28 des Mikrocomputers U4 verbunden. Der Ausgang von U5 am Stift 3 ist durch Diode CR5 und Widerstand R5 geschützt.
Die Einrichtung U5 arbeitet betriebsmäßig so, daß, wenn ein Signal vom Stift 14 zu Q1 nicht nach einem vorgewählten Intervall von vorzugsweise 70 Millisekunden empfangen wird, U5 nicht durch Q1 zurückgesetzt wird und ein Rückstellsignal durch den Stift 28 an den Mikrocomputer U4 vorsieht.
Typische Werte von Widerständen, Kapazitäten und Bezeichnungen für die Festkörpereinrichtungen sind in Tabelle III gegeben. TABELLE III Widerstand Ohm Kapazität Farad Einrichtngs designierung Art
Der Vorgang zum Bestimmen der Charakteristiken des Steuersignals zum Antreiben des Elektromagneten 28 des Expansionsventils 26 wird nun unter Bezugnahme auf die Bestimmung des Algorithmus oder der Hauptgleichung zum Bestimmen der Impulsbreite des Steuersignals beschrieben. Das System ist aufgebaut und wird experimentell mit einem Drucktransducer oder Wandler (nicht gezeigt) betrieben, der in der Nähe des Thermistors 38 angeordnet ist zum Lesen des Verdampferauslaßdruckes. Das System läuft unter sich verändernden thermischen Belastungen am Verdampfer und an der Kondensiervorrichtung. Das Steuersignal für das Ventil wird dann verändert dadurch, daß dessen Impulsbreite moduliert wird, zum Ändern der Kühlmittelströmung und der entsprechenden Überhitzung (SH = Superheat).
Die Überhitzung wird bestimmt und überwacht durch Umwandeln des Drucks, der abgefühlt wird durch den Wandler zur Sättigungstemperatur TS und Abziehen von TS von der Temperatur TA, die durch den Thermistor 42 abgefühlt wird, d. h.
SH = TA - TS
Das System wird dann betrieben über einen Bereich von O ºF < SH < 40 ºF und Werte der Impulszeit Pt für unterschiedliche Werte der Überhitzung werden wie in Fig. 4 gezeigt, aufgezeichnet. Von der Kurve in Fig. 4 wird bestimmt, daß für die gewünschten 5º Überhitzung der entsprechende Impulstimer von ungefähr 20 Millisekunden benötigt wird, um eine adäquate Kühlmittelströmung beizubehalten.
Dieser Wert der Impulszeit wird dann definiert als PtO als die Impulszeit für die stetigzustands-thermische Belastung des Systems bei einer gewünschten 5º Überhitzung.
Nachdem PtO bestimmt wurde, kann dann die Impulsbreite PW für das Ventilsteuersignal unter dynamisch variierenden thermischen Bedingungen, zum Beispiel im Betrieb, bestimmt werden, von der Haupt- oder Leitgleichung, die wie folgt dargestellt ist:
Definiere ΔPt = Pt-20 ms, wobei Pt die Impulszeit des Thermistors 38 in Millisekunden am Stift 2 des Mikrocomputers U4 ist. Gemäß Fig. 5 wird beim anfänglichen Aktivieren des Systems durch das Schließen des Schalters 76 (siehe Fig. 1) im Schritt 158 eine Indexflagge im Schritt 160 gleich Null gesetzt und die Kompressorkupplung 16 wird im Schritt 162 erregt. Nach einer geeigneten Zeitverzogerung im Schritt 164, vorzugsweise in der Größenordnung einer Sekunde, wird das Elektromagnetventil 128 anfänglich im Schritt 166 erregt, und zwar mit einem 40%- Impulsbreitensignal mit 12 Volt Gleichstrom mit einer Frequenz von 64 Hz.
Das Eingangssignal vom Thermistor 38 wird durch den Mikrocomputer im Schritt 168 empfangen und der Terin ΔPt-1 wird gleich auf den Wert Pt gesetzt, vor dem auf den neuesten Standbringen des Wertes ΔPt im Schritt 182. Der derzeitige Wert von Pt wird gleich der Impulszeit minus 20 Millisekunden im Schritt 182 gesetzt. Die Veränderung in ΔPt, die als ΔΔPt definiert wird, wird gleich dem vorhergehenden Wert von ΔΔPt gesetzt im Schritt 184. Der derzeitige Wert von ΔΔPt wird im Schritt 186 berechnet, als die Differenz zwischen ΔPt und dem vorhergehenden ΔPt-1.
Die Änderung in ΔΔPt wird im Schritt 188 berechnet, als die Differenz zwischen ΔΔPt und dem vorhergehenden Wert von ΔΔPt-1. Im Schritt 190 geht, wenn die Index-"Flagge" größer als 2 ist, der Mikrocomputer zum Schritt 192; und wenn die Flagge im Schritt 190 nicht größer als 2 ist, geht der Mikrocomputer zum Schritt 191, um die Flagge auf Flagge plus 1 zu setzen und kehrt zum Schritt 168 zurück.
Im Schritt 192 wird der Wert der Steuersignalimpulsbreite (PW)t berechnet als eine Summierung von drei Termen gemäß dem folgenden Ausdruck:
(PW)t = ΔPtK&sub1; + ΔΔPtK&sub2; + ΔΔΔPtK&sub3; + (PW)t-1.
In der derzeitig bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Sampling oder Abtast- oder Scanrate als 0,75 Sekunden ausgewählt zum auf den neuesten Standbringen der Berechnung für die Impulsbreite (PW).
Der Vorgang zum Bestimmen der Koffizienten K&sub1;, K&sub2;, und K&sub3; wird nun bezüglich auf den experimentellen Betrieb des Systems beschrieben. Das System wird aufgestellt und experimentell betrieben mit einem Druckwandler, wie oben beschrieben, und zwar bei einer stetigzustands-thermischen Belastung an dem Verdampfer und der Kondensiervorrichtung; und der Mikrocomputer U4 wird emuliert, um ein Verändern des Koeffizienten K&sub1; zu ermöglichen. Der Koeffizient K&sub1; wird verändert, bis die Überhitzung (SH), die von TS und TA, wie oben beschrieben, berechnet wird, in befriedigender Weise auf einen Wert von ungefähr 5 ºF reguliert ist. Wenn der Koeffizient K&sub1; erreicht ist, wird die thermische Belastung des Systems verändert, und zwar in einer schrittartigen Weise, wie zum Beispiel durch Ändern der Kompressorgeschwindigkeit oder Ändern der Verdampfergebläse und/oder Kondensiervorrichtungsgebläsegeschwindigkeit oder Drehzahl.
Mit K&sub1; auf den erreichten Wert eingestellt und wird mit der Schrittänderung in der thermischen Belastung angelegt, werden K&sub2; und K&sub3; in dem Emulator verändert, bis die SH-Regulierung stetig bei dem ungefähr 5 ºF-Wert ist und die Werte von K&sub2; und K&sub3; werden aufgenommen. Dann wird der Mikrocomputer U4 programmiert zur Durchführung der Berechnung für PW gemäß der Gleichung oder dem Algorithmus, der die gefundenen Werte für K&sub1;, K&sub2; und K&sub3; verwendet.
Es sei bemerkt, daß die Koeffizienten K&sub1;, K&sub2; und K&sub3; nur für die ausgewählte Abtastrate von 0,75 Sekunden gültig sind. Wenn eine unterschiedliche Abtastrate, wie zum Beispiel 0,1 Sekunde in der Endsoftware verwendet werden soll, müssen neue Koeffizienten für die speziell ausgewählte Abtastrate erstellt werden.
Die vorliegende Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, sieht somit einen einzigartigen und neuen Weg oder Mittel zum Steuern der Strömung eines Kühlmittels in einem Luftkonditionier- oder Kühlsystem vor, und zwar durch ein breitenmoduliertes elektrisches Impulssteuersignal für den Antrieb eines elektromagnetbetätigten Kühlmittelströmungssteuerventils. Das Steuersystem der vorliegenden Erfindung verwendet einen selbt erwärmten Thermistor, der angeordnet ist zum Abfühlen des Auftretens von flüssigem Kühlmittel in der Kühlmitttelleitung, die von dem Verdampferauslaß zu dem Kompressoreinlaß zurückkehrt. Das vorliegende Steuersystem verwendet ein Ventilsteuersignal, dessen Impulsbreite moduliert ist gemäß einer Hauptgleichung, um ungefähr 5 ºF Überhitzung in dem Kühlmitttel beizubehalten, das zu dem Kompressor zurückkehrt. In dem Fall, daß flüssiges Kühlmittel in der Leitung vorhanden ist, die zu dem Kompressor zurückgeht, verändert sich der Widerstand des Thermistors drastisch beim Treffen des flüssigen Kühlmittels und die Widerstandsveränderung wird detektiert zum Vorsehen geeigneter Veränderungen in dem impulsbreitenmodulierten Signal an das Steuerventil.

Claims

1. Ein System zum Kühlen oder Konditionieren von Luft in einem Abteil oder Raum, das folgendes aufweist:

(a) Pumpenmittel mit einem Einlaß und einem Auslaß und die im Betrieb eine Ladung eines Kühlmittelgases zusammendrücken und das Zusammengedrückte das am Auslaß abgeben;

(b) axotherme Wärmetauscherventilmittel, die verbunden sind zur Aufnahme einer Strömung des zusammengedrückten Kühlmittels von dem Pumpenmittelauslaß und das im Betrieb zum Kühlen und Kondensieren des Gases in Flüssigkeit dient;

(c) Ausdehnungs- oder Expansionsventilmittel, die verbunden sind zum Empfangen der Flüssigkeit an deren Einlaß und die betriebsmäßig auf das elektrische Erregen hin einen Druckabfall in dem flüssigen Kühlmittel vorsehen und zum Steuern von deren Strömung zum Ventilauslaß;

(d) endotherme Wärmetauschermittel, die verbunden sind zum Empfangen einer Strömung des flüssigen Kühlmittels von dem Expansionsventilmittelauslaß und die betriebsmäßig zum Absorbieren von ausreichender Wärme von dem zu kühlenden oder zu konditionierenden Raum dienen, um das Kühlmittel zu erwärmen und um zu bewirken, daß das Kühlmittel verdampft und wobei die endothermen Wärmetauschermittel Leitungsmittel umfassen zum Zurückleiten des verdampften Kühlmittels zu dem Einlaß der Pumpenmittel;

(e) Temperaturabfühlmittel, die Widerstandsmittel umfassen, die angeordnet sind zum direkten Abfühlen der Temperatur des Kühlmittels, das von dem endothermen Wärmetauscher um Zurückkehren zu den Pumpeneinlaßmitteln abgegeben wird;

(f) Mittel, die betriebsmäßig einen begrenzten elektrischen Strom durch die Widerstandsmittel vorsehen;

(g) erste Schaltungsmittel, die betriebsmäßig den Spannungsabfall an den Widerstandsmitteln abfühlen, und zwar ansprechend auf den Strom mit dem darüber fließenden Kühlmittel und die betriebsmäßig deren Widerstandsveränderung bestimmen;

gekennzeichnet durch:

(h) zweite Schaltungsmittel, die im Betrieb auf die Widerstandsänderung der Widerstandsmittel ansprechen zum Erzeugen eines elektrischen Impulszeitsignals, wobei deren Impulszeit oder -breite der Widerstandsveränderung entspricht;

(i) Treiberschaltungsmittel, die im Betrieb ansprechen auf den Empfang des Impulszeitsignals zum Erzeugen eines periodischen Steuersignals mit dem Verhältnis einer "AN"-Zeit und "AUS"-Zeit in der Periode, die bestimmt wird von der Impulszeit und einer vorbestimmten Tabelle von Werten oder einer Beziehung für eine gewünschte Überhitzungsgröße des Kühlmittels, das über die Temperaturabfühlmittel strömt, die Mittel umfassen, die betriebsmäßig das Steuersignal an die Expansionsventilmittel anlegen zum Steuern der Kühlmittelströmung zum Modulieren der Überhitzung auf den gewünschten Wert.

2. System nach Anspruch 1, das Betätigungsmittel für die Expansionsventilmittel aufweist, wobei die Betätigungsmittel eine elektromagnetische Einrichtung aufweisen.

3. System nach Anspruch 1, das weiterhin folgendes aufweist:

(a) zweite Temperaturabfühlmittel angeordnet zum Abfühlen der tatsächlichen der Ist-Temperatur des Kühlmittels, das von dem Verdampfer abgegeben wird und zum Vorsehen einer elektrischen Anzeige davon;

(b) Schaltungsmittel, ansprechend auf die elektrische Anzeige und betriebsmäßig zum Bestimmen des Kühlmitteldrucks von einer bekannten Druck-Temperaturbeziehung für das Kühlmittel und

(c) Komparator oder Vergleichsmittel, die zum Vergleichen des Drucks mit einem vorbestimmten Grenzwert dienen und zum Sperren oder abschalten des Kompressors, wenn der Druck unterhalb der vorbestimmten Grenze liegt.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das weiterhin folgendes aufweist:

(a) einen dritten Temperatursensor angeordnet zum Abfühlen der Temperatur von unter hohem Druck stehenden Kühlmittel von der Kondensiervorrichtung, das in die Expansionsventilmittel eintritt und zum Vorsehen einer elektrischen Anzeige davon;

(b) Mittel ansprechend auf den dritten Temperatursensor, um betriebsmäßig den Kühlmitteldruck von einer bekannten Druck-Temperaturbeziehung für das Kühlmittel vorzusehen und Vorsehen eines elektrischen Signals, das dieses anzeigt; und

(c) Mittel ansprechend auf das Drucksignal zum betriebsmäßigen Sperren des Kompressors, wenn der Kühlmitteldruck eine vorbestimmte Grenze übersteigt.

5. System nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Beziehung den folgenden Ausdruck aufweist:

wobei P.W. = das Verhältnis von "AN"-Zeit zu "AUS"- Zeit ist wobei Pt = Impulszeitsignal (in Millisekunden) von der Umwandungsschaltung ist;

ΔPt = Impulszeit - 20.

6. Verfahren zum Steuern einer Kühlmittelströmung in einem Luftkonditionier- oder Kühlsystem mit einem Kompressor, der Druckkühlmittel durch eine Kondensiervorrichtung und einen Verdampfer zirkuliert zum Zurückführen zum Kompressor, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(a) Vorsehen eines elektrisch betätigten Expansionsventils zum Steuern der Kühlmittelströmung von der Kondensiervorrichtung zu dem Verdampfer;

(b) Anordnen eines Thermistors in dem Kühlmittelströmungspfad des Kühlmittels, das zu dem Kompressor von dem Verdampf er zurückkehrt und Leiten eines elektrischen Stromes durch den Thermistor, während das Kühlmittel darüber fließt;

(c) Detektieren des Spannungsabfalls an dem Thermistor und Bestimmen der Widerstandsveränderung des Thermistors;

gekennzeichnet durch:

(d) ansprechend auf die Widerstandsveränderung, Erzeugen eines elektrischen Impulszeitsignals, wobei dessen Impulszeit oder -breite der Widerstandsänderung entspricht;

(e) Erstellen eines Verhältnisses einer periodischen "AN"- zu "AUS"-Zeit für das Ventil während einer stetigzustands-thermischen Belastung des Systems für eine gewünschte Überhitzungsgröße an der Thermistorstation in dem Kühlmittelströmungspfad; und

(f) Erzeugen eines Impulssteuersignals aus einem Verglich des Impulszeitslgnals mit einer Tabelle von vorbestimmten Werten des Verhältnisses für unterschiedliche Werte des Widerstandes und Pulsieren des Ventiles min einem Steuersignal.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Erzeugens des Impulssteuersignals einen Vergleich von einer Tabelle von Werten umfaßt

P.W.N = P.W.N-1 + K&sub1;ΔPt + K&sub2;ΔΔPt

wobei P.W. = Verhältnis von "AN" zu "AUS"-Zeit, ΔPt = Pt - p¹;

wobei Pt = Impulszeit (in Millisekunden) von der Umwandlungsschaltung, und

p¹ = lmpulszeit an dem gewünschten Überhitzungs "Ziel" Wert bei einer Stetigzustands-Belastung.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Erzeugens eines Steuersignals für das Ventil weiterhin einen Vergleich von einer Tabelle von Werten aufweist, die aus dem folgenden Ausdruck ausgewählt ist

P.W.N = P.W.N-1 + K&sub1;ΔPt + K&sub2;ΔΔPt + K&sub3;ΔΔΔPt