ES2256596T3 - Instalacion de calefaccion y climatizacion para un vehiculo automovil con una unidad de control integrada. - Google Patents

Instalacion de calefaccion y climatizacion para un vehiculo automovil con una unidad de control integrada.

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ES2256596T3 ES03000945T ES03000945T ES2256596T3 ES 2256596 T3 ES2256596 T3 ES 2256596T3 ES 03000945 T ES03000945 T ES 03000945T ES 03000945 T ES03000945 T ES 03000945T ES 2256596 T3 ES2256596 T3 ES 2256596T3
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Abstract

Instalación de calefacción y climatización para un vehículo automóvil con una carcasa de conducción de aire (12), en la cual y/o junto a la cual están dispuestos unos componentes de la instalación, comprendiendo estos componentes unos sopladores (14), en su caso filtros, al menos un intercambiador de calor, unos elementos de control de la corriente de aire, accionadores y en su caso sensores, y con una electrónica de control (44), en la cual se pueden introducir unas señales de control por una unidad de control (80) y la electrónica de control (44) está conectada, a través de unas conducciones eléctricas y/o conductores de luz, con al menos algunos de los componentes de la instalación, estando la electrónica de control (44) integrada junto a o en los componentes de la instalación (10), caracterizada porque la electrónica de control (44) está dispuesta en una unidad enchufable (104) en forma de bolsillo, la cual está formada en una pared de la carcasa.

Description

Instalación de calefacción y climatización para un vehículo automóvil con una unidad de control integrada.
La presente invención se refiere a una instalación de calefacción y climatización para un vehículo automóvil según el preámbulo de la reivindicación 1.
Las instalaciones de climatización de vehículos automóviles actuales son controladas o reguladas mediante un aparato de control el cual está formado como unidad constructiva con una unidad de control, la cual está dispuesta en la consola central o en el cuadro de instrumentos. El aparato de servicio y control presenta elementos de control tales como conmutadores, botones de mando, botones giratorios, etc. a través de los cuales se pueden introducir los ajustes del usuario, tales como temperatura deseada, distribución del aire deseada, etc. Las señales introducidas son procesadas electrónicamente en el aparato de control y son suministradas a través de conexiones eléctricas al aparato de climatización que comprende una carcasa de suministro de aire con filtros, intercambiador de calor, elementos de conducción de la corriente de aire, accionadores y, en su caso, sensores. A través de un arnés de cables, los diferentes componentes eléctricos del aparato de climatización, tales como sensores y accionadores, por ejemplo motores de paso a paso para los elementos de conducción de corriente de aire así como para el soplador, están conectados eléctricamente entre sí.
Para la construcción de instalaciones de climatización son faccionadores importantes, por un lado, el espacio constructivo que ocupa la instalación de climatización en el vehículo y, por el otro, los costes para la fabricación de instalaciones de climatización. Hoy en día se utilizan cada vez más accionadores, con el fin de accionar tapas de aire, así como cada vez más sensores para la vigilancia de temperaturas, por ejemplo la temperatura del evaporador para un enhelamiento del evaporador, vigilancia de velocidades de corriente de aire, vigilancia de la calidad del aire (partículas, contaminantes, sustancias odoríferas), etc. Los accionadores y sensores traen globalmente una mayor complejidad de cableado y con ello mayores costes. La utilización cada vez mayor de componentes electrónicos conduce además a una complejidad de comunicación muy grande, por ejemplo mediante sistemas de bus, de manera que las correspondientes priorizaciones y procesamientos en tiempo real se hacen cada vez más difíciles y aumenta la propensión a fallos.
Además se sabe, por el documento DE 100 39 576 A1, disponer la electrónica de control directamente en las proximidades de la carcasa de conducción de aire. Con ello se cancela la unidad constructiva entre aparato de servicio y aparato de control y la electrónica de control se desplaza desde el aparato de servicio a o junto a la carcasa de climatización, es decir se traslada allí donde el aire es acondicionado y se regula su temperatura.
El documento DE 100 23 847 A1 muestra una instalación de climatización según el preámbulo de la reivindicación 1.
La invención se plantea el problema de mejorar una instalación de calefacción y climatización conocida con anterioridad.
Este problema se resuelve mediante una instalación de calefacción y climatización con las características de la reivindicación 1.
Según la invención la electrónica de control está dispuesta, en una unidad enchufable en forma de bolsillo, integrada junto a o en los componentes de la instalación de calefacción o climatización. Con ello se cancela la unidad constructiva usual hasta ahora entre aparato de servicio y aparato de control y la lógica de control es desplazada desde el aparato de servicio al o junto a la carcasa de la instalación de calefacción o climatización, es decir allí donde el aire es acondicionado y se regula su temperatura. Mediante el traslado de la electrónica de control el aparato de servicio se puede construir ahora notablemente más pequeño, dado que esencialmente sirve ya únicamente para la sujeción de los elementos de control individuales, se puede crear espacio constructivo para otros componentes, por ejemplo, módulo de introducción del habla, reproductor de discos compactos, navegador o aparatos similares.
El control total de los accionadores individuales y componentes eléctricos de la instalación de climatización lo lleva a cabo la electrónica de control, la cual está dispuesta directamente junto a la instalación de climatización, es decir está integrada en especial en uno de los componentes de la misma. Una instalación de climatización de este tipo se puede utilizar en diferentes vehículos automóviles dado que los diferentes aparatos de servicio se puede conectar para los diferentes vehículos, de forma sencilla, con la instalación de climatización que contiene la electrónica de control. Cuando la electrónica de control es programable se pueden utilizar en los diferentes vehículos instalaciones de climatización con diferentes funciones, donde estas funciones son programables únicamente mediante software en la instalación de climatización mediante su electrónica de control. Con ello se puede alcanzar una estandarización notablemente mayor y con ello un ahorro de costes. La formación de variantes tiene lugar esencialmente mediante software. Si bien diferentes instalaciones de climatización poseen la misma estructura, presentan sin embargo funciones diferentes.
Según la invención estará formada una unidad enchufable en forma de bolsillo, ya durante la fabricación de la pieza constructiva correspondiente, en una pared de carcasa. Con ello se puede disponer la electrónica de control junto al o en el soplador o junto a o en la carcasa del soplador.
En la placa de circuito impreso que porta la electrónica de control está prevista una cubierta para la unidad enchufable, de manera que la abertura de la unidad enchufable es obturada mediante la inserción como es debido de la placa de circuito impreso. Según una forma de realización preferida, la cubierta porta un casquillo enchufable integrado o un enchufe integrado.
La electrónica de control puede además estar dispuesta en la tapa del filtro o en la carcasa del filtro. La disposición en la tapa del filtro ofrece la ventaja de que hay que modificar únicamente una pequeña pieza constructiva y no se necesita ninguna pieza adicional. No tiene lugar un menoscabo debido a un cambio de filtro. La disposición en la carcasa del filtro, en especial en una pared intermedia de dos filtros, es especialmente ventajosa dado que no se necesita ninguna carcasa especial o una cubierta. Además los componentes electrónicos son refrigerados automáticamente.
La electrónica de control puede comprender unas unidades subordinadas individuales, las cuales pueden estar dispuestas en diferentes puntos de la instalación. De este modo puede estar dispuesta, por ejemplo, una unidad de control del soplador y una unidad de control para los elementos de conducción de corriente de aire en la zona de los accionadores, los cuales están dispuestos en la distribución del aire.
Especialmente ventajosa es la disposición de la electrónica de control en la cual es accesible perpendicularmente respecto de la carcasa, con lo cual se facilitan el montaje y los en su caso necesarios trabajos de mantenimiento.
La electrónica de control puede comprender una placa de circuito impreso rígida o una placa de circuito impreso flexible la cual se puede fijar entonces de forma adecuada, por ejemplo mediante pegado, a la carcasa. Una placa de circuito impreso rígida tiene la ventaja de que ésta se puede manejar mejor.
A continuación se explica con mayor detalle la invención a partir de varios ejemplos de formas de realización y haciendo referencia al dibujo, en el que:
las Figs. 1 a 4 muestran unas formas de realización de una instalación de climatización según la invención en cuatro representaciones en perspectiva, parcialmente explosionada;
la Fig. 4a muestra una representación en detalle explosionada de una carcasa de filtro y de la electrónica de control de la Fig. 4; y
las Figs. 5 a 7 muestran unos diagramas de bloque que no forman parte de la invención para el control de una instalación de climatización.
Una instalación de climatización 10 está representada, en diferentes formas de realización, en las Figs. 1 a 4, donde la forma básica coincide en lo esencial, de manera que los componentes iguales o que actúan de igual manera están dotados con los mismos signos de referencia. La instalación de climatización 10 presenta una carcasa de conducción de aire 12 en la cual o junto a la cual están dispuestos diferentes componentes de la instalación de climatización. En las Figs. 1 a 4 están representadas únicamente vistas en perspectiva de una instalación de climatización de este tipo, de manera que los componentes situados en el interior de la carcasa de conducción de aire no se pueden reconocer. La instalación de climatización 10 está estructurada de una forma en sí conocida. Un soplador 14 está dispuesto en una carcasa del soplador 16, que rodea un rodete del soplador 14. Por el lado de la corriente de aire, antes del soplador, está dispuesta una sección de aspiración de aire 18 y un motor de soplador 54 está sujeto en un sujetador de motor de soplador 20. A la carcasa del soplador 16 se conecta una carcasa del filtro 22 en la cual pueden estar dispuestos uno o varios filtros para la limpieza del aire transportado. A la carcasa del filtro 22 se conecta una carcasa de regulación de la temperatura del aire 24, en la cual están dispuestos un evaporador 26 y un radiador 28 para la refrigeración y la calefacción del aire. A la carcasa de regulación de la temperatura del aire 24 se conecta una carcasa de distribución de aire 30, en la cual el aire es distribuido en diferentes salidas de aire 32, 34, 36 y 38. Las salidas de aire se pueden obturar mediante tapas de aire, por ejemplo, tapas de persiana. Las tapas de aire individuales y también las tapas dispuestas dentro de la carcasa de regulación de la temperatura del aire 24 y dentro de la carcasa de distribución de aire 30 y que no se pueden ver en las Figuras, se pueden accionar mediante accionadores, por ejemplo, servomotores de paso a paso.
El evaporador 26 está integrado, de forma que no se ha representado, en un circuito de medio refrigerante formado por compresor de medio refrigerante, condensador de medio refrigerante y válvula de expansión conectados mediante conducciones de refrigerante.
Además, la instalación de climatización comprende una unidad de control 80, la cual está dispuesta en proximidad alcanzable de un usuario del vehículo, preferentemente un salpicadero o una consola central, y a través de la cual se pueden introducir las especificaciones de temperatura deseadas y las especificaciones de distribución de aire y volumen de aire deseadas. La unidad de control 80 está conectada, a través de conducciones eléctricas y/o conductores de luz con una electrónica de control 44 dispuesta sobre una placa de circuito impreso 42, en la cual son procesadas las señales de control procedentes de la unidad de control 80. Las señales de control de la unidad de control 80 son procesadas en la electrónica de control 44 y, acto seguido, se controlan correspondientemente los componentes correspondientes de la instalación de climatización 10, como se explica con mayor detalle un poco más abajo.
La electrónica de control 44 dispuesta sobre la placa de circuito impreso 42 fija está, según la primera forma de realización representada en la Fig. 1, dispuesta directamente junto a la carcasa del soplador 16 junto al motor del soplador 54 y es protegida por una cubierta 100 sujeta mediante tornillos. Mediante la instalación en la carcasa del soplador 16 no se necesita ninguna pieza adicional para la sujeción, más bien se puede modificar correspondientemente una pieza existente, es decir, la carcasa del soplador 16. Debido a la proximidad con respecto al regulador del soplador 14a, pero en especial debido a la accesibilidad vertical relativamente buena durante los trabajos de mantenimiento, esta disposición ofrece ventajas.
La Fig. 2 muestra una disposición que no forma parte de la invención. Tiene lugar una instalación de la placa de circuito impreso 42 fija, junto con la electrónica de control 44, incluido un enchufe 46, en una tapa del filtro 102. La electrónica de control 44 es protegida por una cubierta 100 sujeta mediante tornillos. En correspondencia con la primera forma de realización están limitadas las variaciones sobre la tapa del filtro 102. Debido a la proximidad con respecto al regulador del soplador 14a, pero sin embargo en especial debido a la relativamente buena accesibilidad durante los trabajos de mantenimiento, esta disposición ofrece las correspondientes ventajas.
La Fig. 3 muestra una segunda forma de realización para la disposición de la placa de circuito impreso 42 con la electrónica de control 44. Para ello está prevista en la carcasa del filtro 22 una unidad enchufable 104 en forma de bolsillo en la cual es insertada perpendicularmente la placa de circuito impreso 42, la cual está dotada con la electrónica de control 44 y el enchufe 46. Alrededor del enchufe 46 está formada una cubierta 100 la cual obtura la unidad enchufable 104 en el estado montado. La unidad enchufable 104 está - según la forma de realización representada - formada de una sola pieza con la carcasa del filtro 22 si bien puede ser instalada también con posterioridad en la carcasa del filtro 22. También en la segunda forma de realización la dirección de montaje corresponde a las direcciones de montaje de las formas de realización anteriores, de manera que está garantizada una accesibilidad relativamente buena. Además, la electrónica de control 44 está dispuesta en las proximidades del regulador del soplador 14a.
Según una tercera forma de realización, la cual está representada en las Figuras 4 y 4A, la placa de circuito impreso 42 está integrada en la electrónica de control 44 en una pared intermedia 106 en la carcasa del filtro 22. Al mismo tiempo la carcasa del filtro 22 está representada parcialmente abierta. Directamente en la placa de circuito impreso 42 está previsto un enchufe 46. La cubierta 100 está formada, según la tercera forma de realización, mediante la tapa del filtro (no representada). La dirección de montaje corresponde a la de las formas de realización descritas con anterioridad, donde el montaje tiene lugar tras la retirada de la tapa del filtro. Una disposición de este tipo en la pared intermedia 106 de ambos filtros no exige ninguna carcasa o una cubierta adicional. Además, los componentes electrónicos son refrigerados de manera automática como consecuencia de la disposición y, de nuevo, la electrónica de control 44 está dispuesta en las proximidades del regulador del soplador 14a.
Todos los componentes electrónicos, los cuales están dispuestos en o junto a la carcasa de conducción de aire 12, están conectados entre sí mediante conducciones eléctricas no representadas, donde las conducciones están formadas como cable de banda plana, los cuales se pueden pegar sobre la carcasa 12. Alternativamente, las conducciones pueden estar formadas también como pistas de conductores laminares las cuales se pueden pegar asimismo sobre la carcasa 12. Alternativamente las conducciones pueden estar formadas también como guías de ondas, las cuales se pueden pegar asimismo sobre la carcasa 12. Alternativamente las conducciones pueden estar formadas también como rejillas estampadas, la cual está rodeada por el material plástico de la carcasa 12, donde la rejilla estampada está inyectado durante el procedimiento de fabricación de la carcasa 12 conjuntamente en las paredes de la carcasa.
Todos los accionadores así como eventuales sensores, como por ejemplo un sensor de la temperatura del evaporador, el cual mide la temperatura del aire después del evaporador, están estructurados de tal manera que al enchufarlos en la carcasa 12 son contactados simultáneamente con las conducciones, de manera que la abertura de enchufe en la carcasa 12 representa al mismo tiempo un enchufe para el establecimiento de los contactos eléctricos.
La electrónica de control 44 puede comprender también unidades subordinadas individuales, las cuales pueden estar dispuestas por separado en puntos diferentes de la instalación de climatización 10.
La unidades subordinadas individuales, cuyo funcionamiento se continua explicando haciendo referencia a las Figs. 5 a 7, pueden ser una unidad de control del soplador, una unidad de control de la calidad del aire, una unidad de control de la temperatura del evaporador así como una unidad de control del distribuidor de aire.
Las Figuras 5 a 7, que no son según la invención, muestran diagramas de bloques idénticos para el control de una instalación de climatización 10, donde en las Figuras para cada unidad subordinada los elementos que le corresponden funcionalmente están representados impresos en negrita. Estas relaciones son únicamente a título de ejemplo y podrían comprender otros elementos y/o señales. Las formas de funcionamiento descritas más abajo lo son asimismo a título de ejemplo. Son imaginables otras funciones de las unidades subordinadas individuales.
De este modo la unidad de control del soplador comprende por ejemplo, según la Fig. 5, por el lado de salida el soplador 14 y un regulador del soplador 14a, el cual comprende evidentemente la electrónica de potencia 48, así como, por el lado de entrada, un sensor de la temperatura exterior 60, un sensor de la temperatura del refrigerante 62, un medidor de la velocidad de marcha 64, un sensor de la temperatura del habitáculo 66 y un sensor solar 68, así como así como zonas funcionales correspondientes de la electrónica de control 44. A través de la unidad de control 80 se puede ajustar la fuerza del soplador ya sea de forma manual o en un modo automático ajustable por parte de la electrónica de control. En el modo automático se determina el control del soplador de manera determinante a partir de la diferencia entre la temperatura teórica del habitáculo y la temperatura real del habitáculo. Cuando existe una fuerte divergencia se aumenta la fuerza del soplador. A diferencia de esto, la fuerza del soplador se reduce cuando, por ejemplo, la temperatura del agua de refrigeración está por debajo de 50ºC y la instalación de climatización de hace funcionar en el modo "calentar" o cuando se aumenta la velocidad de la marcha. La fuerza del soplador se puede aumentar cuando aumenta la irradiación solar. Otras divergencias respecto de la regulación "normal" del soplador serían imaginables cuando, por ejemplo, está ajustada una posición de tapa determinada o el soplador, dependiendo de la temperatura exterior, recibe un offset.
En la Fig. 6 está representada una unidad de control de la calidad del aire mediante impresión en negrita de los componentes correspondientes donde esta unidad comprende el sensor de temperatura externa 60 así como un sensor multifuncional 70, el cual detecta por ejemplo contaminantes como CO, CO_{2},NO_{x}, sustancias en suspensión (hollín, polvo), sustancias odoríferas y que comprende, por el lado de salida, el control de un accionador 72 para una tapa de aire fresco/aire de circulación así como un accionador 76 para una tapa de filtro 78 y elementos correspondientes de la electrónica de control 44. La unidad de control de la calidad del aire puede funcionar en un modo de ajuste automático ajustable, independientemente de las especificaciones dadas por el aparato de servicio 80, de manera que, independientemente de las especificaciones dadas por el aparato de servicio 80, esté garantizada permanentemente una calidad del aire óptima. En este nodo se varía, por ejemplo en el caso de temperaturas exteriores altas, la porción de aire de circulación con el fin de poder refrigerar el habitáculo con mayor rapidez y con una menor necesidad de potencia de refrigeración, sin que en el habitáculo se vea afectada la calidad del aire. En el caso de cargas muy altas con contaminantes del aire exterior se conmuta al funcionamiento de aire de circulación. Una conmutación de vuelta al funcionamiento de aire fresco pueden tener lugar de forma automática transcurrido un intervalo de tiempo preprogramado en función de la temperatura exterior.
En la Fig. 7 están representadas en negrita los componentes que se pueden reunir funcionalmente para formar una unidad de control de la temperatura del evaporador. Estos comprenden un sensor de temperatura de evaporador 82, el sensor de temperatura externa 60, un emisor de presión y temperatura 84 para el refrigerante, un sensor de la tensión de la batería 86, un emisor del la velocidad de giro del motor 88, el sensor de la temperatura del refrigerante 62 así como el sensor multifuncional, el sensor de contaminantes 70. Por el lado de salida la regulación de la temperatura del evaporador comprende el compresor de refrigerante 90, en su caso una válvula de expansión 92 termostática y una válvula de calefacción no representada, un soplador 94 eléctrico, el cual transporta aire a través del condensador del refrigerante, así como un accionador 96, el cual acciona una tapa de mezcla de aire 98, la cual está dispuesta en la carcasa de regulación de la temperatura del aire 24. Cuando se conecta el funcionamiento de refrigeración la regulación de la temperatura del evaporador puede realizar diferentes tareas. Para una humedad relativa del aire de por ejemplo el 0 al 50% la tapa de aire de mezcla se ajusta de tal manera que la instalación de climatización no se hace funcionar en un funcionamiento Reheat. Para una humedad relativa del aire de por ejemplo el 50 al 85% tiene lugar un funcionamiento Reheat menor con regulación deslizante de la temperatura del evaporador entre, por ejemplo, 0 y 12ºC y para una humedad relativa del aire de por ejemplo el 85 al 100% tiene lugar el funcionamiento Reheat completo. La temperatura del evaporador se regula hasta un valor mínimo. Con las unidades funcionales pertenecientes a la regulación de la temperatura del evaporador se puede llevar a cabo también una vigilancia del nivel de llenado del refrigerante gracias a que a partir de la presión y la temperatura del refrigerante después del compresor, obtenida mediante el emisor 84, sobre la base de una curva almacenada en la electrónica de control 44, se determina mediante cálculo el nivel del refrigerante y en caso de un nivel de llenado demasiado bajo se abandona el funcionamiento de refrigeración para proteger la instalación de refrigeración.
Listado de signos de referencia
10 instalación de climatización
12 carcasa de conducción de aire
14 soplador
14a regulador del soplador
16 carcasa del soplador
18 sección de aspiración de aire
20 sujetador del motor del soplador
22 carcasa del filtro
24 carcasa de regulación de la temperatura del aire
26 evaporador
28 radiador
30 carcasa de distribución de aire
32, 34, 36, 38 salida de aire
42 placa de circuito impreso
44 electrónica de control
46 enchufe
48 electrónica de potencia del soplador
50 transistor de potencia
52 canal de aspiración de aire adicional
54 motor del soplador
60 sensor de la temperatura exterior
62 sensor de la temperatura del refrigerante
64 medidor de la velocidad de la marcha
66 sensor de la temperatura interior del habitáculo
68 sensor solar
70 sensor multifuncional, sensor de contaminantes
72 accionador
76 accionador
78 tapa del filtro
80 unidad de control
82 sensor de la temperatura del evaporador
84 emisor de la presión y la temperatura
86 sensor de la tensión de la batería
88 emisor de la velocidad de giro del motor
90 compresor del refrigerante
92 válvula de expansión
94 aireador
96 accionador
98 tapa de aire de mezcla
100 cubierta
102 tapa del filtro
104 unidad enchufable
106 pared intermedia.

Claims (9)

1. Instalación de calefacción y climatización para un vehículo automóvil con una carcasa de conducción de aire (12), en la cual y/o junto a la cual están dispuestos unos componentes de la instalación, comprendiendo estos componentes unos sopladores (14), en su caso filtros, al menos un intercambiador de calor, unos elementos de control de la corriente de aire, accionadores y en su caso sensores, y con una electrónica de control (44), en la cual se pueden introducir unas señales de control por una unidad de control (80) y la electrónica de control (44) está conectada, a través de unas conducciones eléctricas y/o conductores de luz, con al menos algunos de los componentes de la instalación, estando la electrónica de control (44) integrada junto a o en los componentes de la instalación (10), caracterizada porque la electrónica de control (44) está dispuesta en una unidad enchufable (104) en forma de bolsillo, la cual está formada en una pared de la carcasa.
2. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada porque la electrónica de control (44) está dispuesta en el soplador (14) o en la carcasa del soplador (16).
3. Instalación según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la electrónica de control (44) presenta una cubierta (100) para la unidad enchufable (104).
4. Instalación según la reivindicación 3, caracterizada porque presenta un casquillo enchufable (46) integrado en la cubierta (100) o un enchufe integrado.
5. Instalación según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la electrónica de control (44) está dispuesta en la tapa del filtro (102).
6. Instalación según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la electrónica de control (44) está dispuesta en la carcasa del filtro (22).
7. Instalación según la reivindicación 6, caracterizada porque la electrónica de control (44) está integrada en una pared intermedia (106) de dos filtros.
8. Instalación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la electrónica de control (44) está dispuesta de tal manera que es accesible verticalmente.
9. Instalación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la electrónica de control (44) está dispuesta sobre una placa de circuito impreso (42) fija.
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