ES2287356T3 - Instalacion de climatizacion de vehiculo provista de un dispositivo electronico de control. - Google Patents
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Abstract
Instalación de climatización para vehículo de motor provisto de una unidad de control de inyección (42) comprendiendo la instalación un circuito cerrado de fluido frigorígeno que comprende un compresor mecánico o eléctrico (14), un condensador (11), una válvula de expansión (12) y un evaporador (13), recibiendo el condensador (11) un flujo de aire que pasa por un grupo moto-ventilador (15), así como un dispositivo electrónico de control (401) destinado a interactuar con el circuito cerrado de fluido frigorígeno (10) y la unidad de control de inyección (42), comprendiendo la susodicha instalación elementos de medida que permiten establecer: - un primer valor relativo a la temperatura del flujo de aire exterior a la entrada del condensador (Taek), - un segundo valor relativo a la presión a la salida del compresor, llamada alta presión (HP), - un tercer valor relativo a la presión a la entrada del compresor, llamada baja presión (BP), caracterizada por el hecho de que el dispositivo electrónico de control (401) utiliza la resolución de una ecuación lineal, que relaciona el caudal de masa del fluido frigorígeno (m) con los valores medidos por el primer y el segundo elemento de medida para calcular una estimación del caudal de masa si el compresor es mecánico o de la alta presión (HP) del fluido frigorígeno si el compresor es eléctrico y para estimar, a partir de ese caudal de masa o de esa alta presión (HP), de las medidas proporcionadas por los susodichos elementos de medida y de las informaciones transmitidas por la unidad de control de inyección entre las cuales se encuentra la velocidad de avance (Va) del vehículo y la tensión del grupo moto-ventilador (15), la potencia absorbida por el compresor (14).
Description
Instalación de climatización de vehículo
provista de un dispositivo electrónico de control.
La invención concierne los circuitos de
climatización de los vehículos de motor.
En los vehículos de motor clásicos, el compresor
del circuito de climatización es arrastrado por el motor y consume
pues una parte de la potencia del motor. Aunque la potencia
absorbida por el compresor, cuando está en marcha, no es
importante, ésta influye en cualquier caso en el rendimiento del
motor. Al disminuir el rendimiento del motor, la potencia absorbida
realmente por el compresor aumenta el consumo de carburante y la
contaminación generada por los gases de escape del vehículo.
Para optimizar el rendimiento del motor, una
solución consiste en estimar la potencia instantánea realmente
absorbida por el compresor. Conocer esta información permite, en
efecto, adaptar los parámetros de inyección del motor a las
necesidades reales. En ausencia de esta información, la unidad de
control de inyección elige, por defecto, parámetros de inyección
que corresponden al valor máximo de la potencia absorbida, valor que
se alcanza raramente en la práctica.
Este inconveniente puede concernir los
compresores mecánicos de control interno que funcionan por medio
del embrague interpuesto entre el motor y el compresor. En modo
regulado, los compresores de control interno adaptan su cilindrada
según una ley lineal que relaciona el valor de la presión en la
entrada del compresor, llamada baja presión con el valor de salida
del compresor, llamada alta presión. Sin embargo, ocurre que la
potencia realmente absorbida por el compresor sea inferior a su
potencia nominal.
Ese tipo de compresores absorben una potencia
que depende de las condiciones de funcionamiento y que no se puede
pues reducir, incluso si se conoce la potencia realmente absorbida
por el compresor. En cambio, es posible regular el funcionamiento
de la climatización desembragando el compresor cuando la potencia no
es aceptable.
Este inconveniente todavía es más molesto en el
caso de los compresores de control externo, cuya utilización se
generaliza.
En efecto, en los compresores mecánicos de
control externo, la potencia realmente absorbida por el compresor a
menudo es inferior a su potencia nominal. Como consecuencia, la
inyección debe compensar la diferencia entre la potencia mecánica
nominal y la potencia mecánica absorbida realmente, lo que disminuye
el rendimiento del motor.
En las realizaciones conocidas, se utiliza una
cartografía que proporciona una estimación de la potencia
instantánea absorbida por el compresor en función del valor
instantáneo de la alta presión medida por un primer sensor y de una
información relativa al funcionamiento del vehículo medida por un
segundo sensor. Este dispositivo es un dispositivo empírico que se
basa en una cartografía establecida a partir de ensayos, introducida
en la unidad de control de climatización.
Este método presenta el inconveniente de no
tomar en cuenta todos los casos posibles y sigue siendo pues
aproximado.
En el caso de los compresores eléctricos, se
dispone fácilmente del valor instantáneo de la potencia absorbida
por el compresor ya que la cilindrada de esos compresores -y pues el
caudal de masa del fluido frigorígeno absorbido- es conocida. Sin
embargo, para ese tipo de compresores, el problema que se plantea
es el anticipar el momento en el que se supera la potencia eléctrica
máxima absorbida por el compresor cuando la velocidad de rotación
del compresor aumenta. En efecto, aunque las realizaciones
existentes permiten conocer el valor instantáneo de la potencia
eléctrica consumida, éstas no permiten prever el valor que tomará
esta potencia en función de la evolución de la velocidad de
rotación. Esta incapacidad de prever el umbral de superación de esa
velocidad crítica del compresor sólo permite soluciones a
posteriori. Una de esas soluciones consiste en activar la seguridad
interna del motor para limitar la potencia absorbida por el
compresor y pues la velocidad.
La mayor parte de las realizaciones existentes
utilizan métodos empíricos para regular la potencia absorbida por
el compresor. Se había pensado no obstante que existía una relación
sencilla entre la alta presión y la potencia absorbida por el
compresor. Sin embargo, no se ha realizado un dispositivo basado en
una relación como esa.
DE-A-10053438
muestra una instalación de climatización como se ha descrito en el
preámbulo de la primera reivindicación.
Un objetivo de la presente invención es proponer
un dispositivo que permita proporcionar, una estimación de la
potencia absorbida, a partir de una relación sencilla entre el
caudal de masa del fluido frigorígeno y la alta presión.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un dispositivo como ese capaz de obtener una
estimación de precisión correcta.
\newpage
La invención propone con este propósito una
instalación de climatización para vehículo de motor provisto de una
unidad de control de inyección. La instalación comprende un circuito
cerrado de fluido frigorígeno que comprende un compresor mecánico o
eléctrico, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador,
recibiendo el condensador un flujo de aire que pasa por un grupo
moto-ventilador, así como un dispositivo
electrónico de control destinado a interactuar con el circuito
cerrado de fluido frigorígeno y la unidad de control de
inyección.
Ventajosamente, la instalación comprende
elementos de medida que permiten establecer:
- -
- un primer valor relativo a la temperatura del flujo de aire exterior a la entrada del condensador,
- -
- un segundo valor relativo a la presión a la salida del compresor, llamada alta presión,
- -
- un tercer valor relativo a la presión a la entrada del compresor, llamada baja presión,
el dispositivo electrónico de control utiliza el
resultado de una ecuación lineal, que relaciona el caudal de masa
del fluido frigorígeno con los valores medidos por el primer y el
segundo elementos de medida para calcular una estimación del caudal
de masa si el compresor es mecánico o de la alta presión si el
compresor es eléctrico y para estimar, a partir de ese caudal de
masa o de esa alta presión, de las medidas proporcionadas por los
susodichos elementos de medida y de las informaciones transmitidas
por la unidad de control de inyección, la potencia absorbida por el
compresor.
Según el primer modo de realización, el
dispositivo electrónico de control es apropiado para calcular una
estimación del caudal de masa del fluido frigorígeno a partir de los
valores medidos por el primer y el segundo elemento de medida, y de
dos informaciones relativas al funcionamiento del vehículo,
transmitidas por la unidad de control de inyección.
Ventajosamente, el dispositivo electrónico de
control es igualmente apropiado para calcular la potencia absorbida
por el compresor a partir de la estimación del caudal de masa
calculado, de los valores medidos por el segundo y el tercer
elemento de medida, y de informaciones relativas al funcionamiento
del vehículo, proporcionadas por la unidad de control de
inyección.
En el segundo modo de realización según la
invención, el dispositivo electrónico de control es apropiado para
calcular una estimación de la alta presión del fluido frigorígeno a
partir del valor medido por el primer elemento de medida, del valor
del caudal de masa del fluido frigorígeno y de dos informaciones
relativas al funcionamiento del vehículo, transmitidas por la
unidad de control de inyección.
Ventajosamente, el dispositivo electrónico de
control es apropiado para calcular la potencia absorbida por el
compresor a partir de la estimación de la alta presión calculada,
del valor medido por el tercer elemento de medida, y de
informaciones relativas al funcionamiento del vehículo,
proporcionadas por la unidad de control de inyección.
Como complemento, según ese segundo modo de
realización, el dispositivo electrónico de control es capaz, para
un estado inicial dado, de calcular iterativamente valores de la
potencia absorbida por el compresor, a partir de valores de la alta
presión correspondientes a pequeñas variaciones elegidas de la
velocidad de rotación para estimar la velocidad de rotación
máxima.
La invención cubre igualmente un
programa-producto, que se puede definir como uno que
comprende las funciones para resolver la susodicha ecuación con el
propósito de estimar la potencia absorbida por el climatizador.
Otras características y ventajas de la invención
se harán evidentes con el examen de la descripción detallada que
viene a continuación, y de las figuras en anexo en las cuales:
- la figura 1 representa una vista de conjunto
de un dispositivo de climatización instalado a bordo de un
vehículo,
-la figura 2 es un esquema de una instalación de
vehículo automóvil de motor, provista de un dispositivo de control
según un primer modo de realización de la invención,
- la figura 3 es una vista análoga a la figura
2 en una variante de realización,
- la figura 4 ilustra la precisión de la
estimación del caudal de masa según la invención,
- la figura 5 ilustra la relación entre la
velocidad del aire y la velocidad del vehículo,
- la figura 6 es un diagrama que ilustra la
precisión de la estimación de la potencia absorbida por la
climatización, según la invención,
- la figura 7 representa un diagrama de bloques
de compresor eléctrico, y
- la figura 8 es un ejemplo de organigrama de
control de velocidad de rotación por anticipación.
El anexo A comprende las ecuaciones matemáticas
principales utilizadas en la instalación.
Las figuras contienen, esencialmente, elementos
de carácter seguro. Podrán pues servir no únicamente a hacer
comprender mejor la descripción, sino también contribuir a la
definición de la invención, llegado el caso.
Se hace referencia en primer lugar a la figura 1
que representa una vista de conjunto de un aparato de climatización
integrado en un vehículo. El aparato de climatización comprende un
circuito cerrado de fluido frigorígeno que puede ser cualquier
fluido subcrítico, es decir cualquier fluido que presente una
temperatura crítica superior a la temperatura de la fuente
caliente. El aparato de climatización comprende igualmente un
compresor 14, un condensador 11, un depósito secador 17, un
dispositivo regulador de presión 12 y un evaporador 13, recorridos
por el refrigerante en ese orden. La descripción que viene a
continuación se realizará principalmente en referencia al fluido
frigorígeno R134a a título de ejemplo no limitativo.
El condensador 11 recibe un flujo de aire
exterior 16 para evacuar el calor extraído del habitáculo, que en
ciertas condiciones de funcionamiento se pone en movimiento por
medio de un grupo moto-ventilador 15.
El evaporador 13 recibe un flujo de aire de una
turbina 20 alimentada por un flujo de aire exterior 18 y produce un
flujo de aire climatizado 21 que se envía hacia el habitáculo del
vehículo.
La figura 2 representa la instalación, según la
presente invención, montada en un vehículo automóvil, eventualmente
en movimiento según una velocidad de avance Va. El vehículo
automóvil es puesto en movimiento por un motor 43, controlado por
una unidad de control de inyección 42. La unidad de control recibe
informaciones de diferentes sensores que interpreta para ajustar
los parámetros. Puede pues proporcionar informaciones 33 sobre
valores instantáneos relativos al funcionamiento del vehículo, y en
particular la velocidad de avance del vehículo, la temperatura del
aire exterior que penetra en el aparato de climatización, la
velocidad de rotación del compresor y la tensión del grupo
moto-ventilador.
El vehículo está igualmente equipado con el
aparato de climatización 10 descrito más arriba, representado
esquemáticamente en la figura 2. Además, la instalación comprende un
regulador de habitáculo 41 destinado a fijar la instrucción de
temperatura del aire exterior 18 soplado a la entrada del evaporador
13.
La unidad de control de inyección del motor
puede actuar sobre el aparato de climatización gracias a un
regulador de climatización 402. Esta conexión permite únicamente
mandar la puesta en marcha o la parada del aparato de climatización
según las condiciones relacionadas con el funcionamiento del motor o
con los controles externos. Por ejemplo, permite impedir la puesta
en marcha del aparato de climatización cuando se solicita
fuertemente al motor.
Esta conexión 402 se limita a ese funcionamiento
de "todo o nada". En ausencia de un dispositivo para estimar
instantáneamente la potencia absorbida por un compresor mecánico, o
para estimar por anticipación la potencia absorbida por un
compresor eléctrico, el regulador de climatización 402 no puede
ajustar el funcionamiento del circuito de climatización.
La Solicitante a puesto a punto un dispositivo
como ese que permite mejorar ese funcionamiento, por medio de la
utilización de una relación sencilla, obtenida a partir de las leyes
de la termodinámica entre el caudal de masa del fluido frigorígeno
y la alta presión.
Para ello, el regulador del habitáculo 41, la
unidad de control de inyección del motor 42 y el aparato de
climatización 10 están conectados a una tarjeta electrónica 401 para
un intercambio bidireccional de informaciones.
La tarjeta electrónica utiliza la resolución de
las ecuaciones que permiten obtener una estimación de la potencia
absorbida por el compresor. Esta puede transmitir informaciones que
son el resultado de esta estimación a la unidad de control de
inyección, por la conexión 32.
La tarjeta electrónica 401 puede ser considerada
como parte integrante del regulador de climatización 402. El
regulador de climatización 402 tiene el cometido de adaptar la
cantidad de calor extraída del habitáculo, llamada potencia
frigorífica, para alcanzar la instrucción de aire soplado a la
entrada del evaporador. Esta instrucción es indicada previamente al
regulador de climatización 402 por el regulador de habitáculo
(conexión 35).
La tarjeta electrónica 401 recupera
informaciones 30 que provienen de los sensores colocados en el
aparato de climatización. Recibe igualmente informaciones de la
unidad de control de inyección del motor 42 por la conexión 33 en
particular la velocidad de avance del vehículo, la tensión del grupo
moto-ventilador, la velocidad de rotación del
compresor o la temperatura del aire exterior.
El regulador del habitáculo 41 intercambia con
el regulador de climatización informaciones relativas a la
instrucción de aire soplado a la entrada del evaporador, por medio
de las conexiones 34 y 35.
Las conexiones 30, 33 y 35 de la tarjeta
electrónica 401 con el aparato de climatización 10, la unidad de
control de inyección del motor 42 y el regulador del habitáculo 41
tienen por objetivo el determinar los valores instantáneos de la
temperatura de condensación T_{k}, de la temperatura del aire
exterior T_{aek}, de la presión a la entrada del compresor,
llamada baja presión BP, de la presión a la salida del compresor
llamada alta presión HP, de la velocidad de avance del vehículo Va,
de la tensión del grupo moto-ventilador GMV y de la
velocidad de rotación del compresor N.
Al estar los valores instantáneos de HP y
T_{k} relacionados por la ley de saturación de los fluidos, basta
con determinar uno de esos dos valores, pudiendo deducir el otro la
tarjeta electrónica por medio de la relación según la ley de
saturación de los fluidos. Por otro lado, los valores de la
velocidad de avance del vehículo Va, de la tensión del grupo
moto-ventilador GMV y de la velocidad de rotación
del compresor N son datos accesibles por la unidad de control de
inyección del motor.
Éstas se transmiten pues directamente por esta
última a la tarjeta vía la conexión 33. A continuación existen
varias posibilidades para proporcionar a la tarjeta electrónica los
demás parámetros. En particular, la colocación de sensores en el
aparato de climatización 10 y eventualmente la utilización de
informaciones suplementarias provenientes de la unidad de control
de inyección 42 contribuyen a obtener esos parámetros.
La relación sencilla obtenida por la Solicitante
relaciona más precisamente el caudal de masa, la alta presión y
otros parámetros relativos al funcionamiento del aparato de
climatización y al funcionamiento del vehículo.
En un primer modo de realización, descrito a
continuación, se utiliza un compresor mecánico. El dispositivo
según este primer modo de realización de la invención tiene por
objeto estimar el caudal de masa m del fluido frigorígeno que
atraviesa el circuito de climatización y estimar a partir de ese
valor la potencia mecánica Pa absorbida por el circuito de
climatización.
La relación del anexo A1 indica que el
conocimiento de la temperatura de condensación T_{k}, de la
temperatura del aire exterior a la entrada del condensador T_{aek}
y de la constante A permite estimar el caudal de masa m del fluido
frigorígeno.
La conexión 33 desde la unidad de control de
inyección del motor proporciona los valores instantáneos de la
velocidad de avance del vehículo Va y de la tensión del grupo
moto-ventilador GMV. Estos valores permiten el
cálculo del caudal de masa del aire C_{pa} y como consecuencia de
la constante A, teniendo en cuenta la relación del anexo A1 que
relaciona A con C_{pa} (anexo A1). La figura 5 muestra en efecto
que el caudal de masa del aire está relacionado con la velocidad de
avance del vehículo Va y con la tensión del grupo
moto-ventilador GMV.
En un modo de realización particular, el
dispositivo comprende dos sensores para medir la temperatura de
condensación T_{k}, y la temperatura del aire exterior a la
entrada del condensador T_{aek}.
En la figura 2, se mide la temperatura de
condensación T_{k} por medio del sensor 23 que es una sonda
colocada a la entrada del condensador directamente en el seno del
fluido frigorígeno. Se elige un emplazamiento tal que el fluido
frigorígeno está en un estado de mezcla líquido/vapor, por ejemplo
al final del primer paso del condensador si este último comprende 4
pasos.
Como variante, se puede medir indirectamente la
temperatura de condensación T_{k}. Para ello, se utiliza el
sensor 123 de la figura 3 que mide el valor de la alta presión HP a
la salida del compresor. La tarjeta electrónica 401 calculará
entonces el valor de la temperatura de condensación T_{k}
utilizando la ley de saturación de los fluidos. En los modos de
realización de la figura 3, se puede colocar el sensor 123 que mide
el valor instantáneo de la alta presión HP en cualquier lugar
apropiado entre la salida del compresor y la entrada del
condensador, o preferentemente entre la salida del condensador y la
entrada de la válvula de expansión.
En referencia a la figura 2, se mide la
temperatura T_{aek} del aire exterior a la entrada del condensador
11 por medio del sensor 25 que es una sonda de temperatura colocada
entre el grupo moto-ventilador 15 y el condensador
11.
En otro modo de realización, sólo se utiliza un
sensor en el circuito de climatización para la estimación del valor
instantáneo del caudal de masa del fluido frigorígeno. Ese sensor es
el sensor 23 (ó 123), que mide el valor instantáneo de la
temperatura de condensación T_{k}.
En referencia a la figura 3, el valor
instantáneo de la temperatura T_{aek} del aire exterior a la
entrada del condensador (11) se calcula entonces por medio de la
tarjeta electrónica, a partir de los valores instantáneos de la
velocidad de avance del vehículo Va y de la temperatura del aire
exterior T_{ext} a la entrada del grupo
moto-ventilador proporcionados por la unidad de
control de inyección del motor 42 y por el regulador de habitáculo
41.
En todos esos modos de realización, los valores
instantáneos de la temperatura de condensación T_{k}, y de la
temperatura del aire exterior a la entrada del condensador
T_{aek}, medidos o calculados son asociados a la constante A,
según la relación del anexo A1, por la tarjeta electrónica para
calcular una estimación del caudal de masa del fluido frigorígeno
en el circuito de climatización.
La figura 4 ilustra la precisión de la
estimación del caudal de masa del fluido frigorígeno que circula
por el circuito de climatización. El gráfico de la figura 4
representa la diferencia entre una primera curva que corresponde a
las variaciones del caudal de masa estimado del fluido frigorígeno
R134a (m134a sim) en función del tiempo y una segunda curva
que corresponde a las variaciones del caudal de masa real del fluido
frigorígeno R134a (m134a kg/h) en función del tiempo.
El gráfico indica una diferencia poco importante
entre las dos curvas y por consiguiente una precisión
satisfactoria. Esta diferencia es apropiada para la estimación de la
potencia absorbida por el compresor.
Ventajosamente, la Solicitante ha averiguado que
esta estimación del caudal de masa del fluido frigorígeno que
ofrece una precisión interesante en las condiciones enunciadas
anteriormente permite calcular la potencia mecánica absorbida por
el compresor.
En referencia a las figuras 2 y 3, se dispone el
dispositivo descrito anteriormente para obtener las informaciones
que permiten, según las relaciones de los anexos A2 y A3, calcular
la potencia mecánica absorbida. Además de la estimación del caudal
de masa, esas informaciones conciernen la estimación del trabajo de
compresión isentrópica Wis y la velocidad de rotación del compresor
N. Las constantes B, C y D y E están relacionadas con parámetros de
funcionamiento del circuito de climatización y son pues fijas como
parámetros de cálculo.
La tarjeta electrónica 401 estima la relación de
compresión Pr a partir de los valores de la alta presión HP y de la
baja presión BP, con el propósito de calcular el trabajo de
compresión isentrópica Wis. La alta presión HP ha sido medida por
el dispositivo de estimación del caudal de masa, directamente o
indirectamente (por medio del cálculo de la temperatura de
condensación). Por otro lado, la velocidad de rotación del compresor
N es proporcionada a la tarjeta electrónica por la unidad de
control de inyección del motor 42, por la conexión 33 en referencia
a las figuras 2 y 3. Queda por medir el valor de la baja presión
BP.
En una variante de realización en referencia a
la figura 2, se mide directamente el valor instantáneo de la baja
presión BP por medio de un sensor 22 que se puede colocar en
cualquier lugar deseado entre el evaporador y el compresor. Esta
medida se transmite a la tarjeta electrónica 401, por la conexión
30.
El valor instantáneo de la baja presión BP puede
medirse igualmente de modo indirecto. En ese caso, el sensor es una
sonda, designada con la referencia 122 de la figura 3, que mide la
temperatura de evaporación. La temperatura de evaporación está, en
efecto, relacionada con la baja presión BP por la ley de saturación
de los fluidos. Esta sonda puede ser una sonda de termistancia, de
estructura clásica, colocada en las aletas del evaporador.
Como variante, se podría estimar indirectamente
la baja presión a partir de la temperatura del aire a la salida del
evaporador (13), de la alta presión HP, de la temperatura del aire
exterior T_{ext} y de la tensión de la turbina. El regulador de
habitáculo 41 puede proporcionar la instrucción de temperatura del
habitáculo así como la tensión de la turbina para calcular una
estimación del flujo de aire a nivel del evaporador. Pero esta
variante presenta el inconveniente de ser poco precisa.
Se puede colocar la sonda además en el seno
mismo del refrigerante, en un conducto o en la válvula de expansión
12 por ejemplo.
En ese modo de realización, el valor medido de
la temperatura de evaporación se transmite a la tarjeta electrónica
(conexión 30) que aplica la ley de la saturación de los fluidos para
deducir el valor de la baja presión BP.
La figura 6 ilustra la precisión de la medida de
la potencia mecánica según esta forma de realización, durante
ensayos realizados para un caudal de masa de aire de 2000 kg/h y una
temperatura de aire exterior T_{aek} de 35ºC. El gráfico muestra
que la diferencia entre la curva que representa la potencia mecánica
absorbida por el compresor estimada (Wshaft meas) y la
potencia mecánica absorbida por el compresor real (Wshaft
sim) es poco importante, lo que indica una precisión de medida
satisfactoria. Sin embargo, esta precisión depende de la calidad y
de la estimación de T_{k} y de T_{aek}.
La unidad de control dirige entonces al módulo
de inyección del motor el valor estimado de la potencia mecánica
absorbida por el compresor. La unidad de control adapta entonces la
potencia mecánica nominal absorbida por el compresor si ésta supera
un valor máximo definido por la unidad de control a partir de ese
valor estimado. Como consecuencia se reduce el consumo de
carburante y se controlan mejor los aumentos excesivos de la
potencia absorbida por el compresor.
En el caso de los compresores mecánicos de
control interno, se utiliza igualmente el dispositivo según la
presente invención para estimar la potencia mecánica absorbida por
el compresor. Sin embargo, para ese tipo de compresor, esa potencia
estimada se utiliza para desembragar el compresor con el propósito
de reducir el caudal de masa de fluido frigorígeno absorbido por el
compresor.
En un segundo modo de realización, el compresor
es un compresor eléctrico. El dispositivo según este segundo modo
de realización tiene como propósito estimar la alta presión y a
partir de ese valor estimar el valor de la potencia eléctrica
absorbida por el compresor.
Un objetivo adicional de este segundo modo de
realización es el realizar un control de velocidad de rotación por
anticipación.
La figura 7 representa un esquema de compresor
eléctrico. El compresor eléctrico 14 es accionado por un motor
eléctrico 140 integrado por medios de mando apropiados y es
alimentado por una fuente eléctrica 142 de tipo batería. Esta
fuente transmite energía al compresor vía un convertidor de
frecuencia 141.
En los compresores eléctricos, la cilindrada es
fija, lo que permite conocer de modo sencillo la potencia eléctrica
instantánea absorbida por el compresor, según la ecuación del anexo
A4.
Los compresores eléctricos comprenden
limitadores de potencia absorbida, para cortar la climatización en
el caso en el que el valor instantáneo de la potencia absorbida sea
superior a la potencia nominal. Pero estos limitadores sólo
intervienen después de que se haya alcanzado la potencia nominal, y
no anticipa pues el momento en el que se va a superar.
Se sabe que el caudal de masa del fluido varía
en función de la velocidad de rotación. Ahora bien, las relaciones
existentes únicamente permiten deducir la potencia eléctrica
absorbida por el compresor a partir de las variaciones de la alta
presión.
Una solución, según la invención, consiste en
calcular el valor de la alta presión a partir de la variación del
caudal de masa para estimar el valor de la potencia eléctrica
absorbida, en el marco de una anticipación.
Ventajosamente, la Solicitante ha utilizado la
relación del anexo A1 que relaciona el caudal de masa del fluido
frigorígeno con parámetros relacionados con el funcionamiento del
aparato de climatización y con el funcionamiento del vehículo, para
estimar ese valor de la alta presión HP.
Las figuras 1 a 3 se aplican igualmente a ese
modo de realización.
La tarjeta electrónica recibe informaciones de
la unidad de control 42 y del aparato de climatización 10 para
resolver la ecuación del anexo A1. La unidad de control transmite a
la tarjeta electrónica el valor del caudal de masa del fluido, la
velocidad de avance del vehículo y la tensión del grupo
moto-ventilador. El aparato de climatización
transmite a la tarjeta electrónica, el valor de la temperatura del
aire a la entrada del condensador T_{aek}, medida como se ha
descrito anteriormente (figuras 2 y 3).
La tarjeta electrónica puede entonces calcular
una estimación del valor de la temperatura de condensación T_{k}
según el anexo A1. Al estar relacionada la temperatura de
condensación T_{k} con la alta presión HP por la ley de
saturación de los fluidos, la tarjeta electrónica deduce, por medio
de un cálculo sencillo, el valor de la alta presión
HP.
HP.
El dispositivo es entonces capaz de estimar la
potencia eléctrica absorbida por el compresor, en el marco de un
control de velocidad por anticipación. En referencia al anexo A4, la
potencia está relacionada con la relación de compresión, pues a la
alta presión HP y a la baja presión BP, así como a la velocidad de
rotación N del compresor 14.
El sensor 22 de la figura 2 (o el sensor 122 de
la figura 3) mide el valor instantáneo de la baja presión y la
transmite a la tarjeta electrónica (por la conexión 30). La unidad
de control transmite a la tarjeta electrónica el valor de la
velocidad de rotación N.
La tarjeta electrónica puede entonces asociar
esos valores al valor de la alta presión HP para deducir el valor
de la potencia eléctrica absorbida por el compresor.
En este modo de realización, la potencia
mecánica absorbida por un compresor eléctrico se estima para
anticipar el momento en el que se supera una potencia eléctrica
máxima.
La estimación permite al compresor no alcanzar
nunca una zona en la que la eficacia del compresor es muy pobre.
Esta anticipación es posible ya que el dispositivo permite predecir
el valor de la alta presión que se obtendría al aumentar el caudal
de masa absorbido por el compresor, lo que proporciona una
estimación del valor de la velocidad de rotación que no se debe
superar.
La figura 8 representa un organigrama de control
de velocidad de rotación por anticipación. Las ecuaciones
correspondientes se indican, en parte, en los anexos A4 a A6.
Los sensores 22 (ó 122) y 23 (ó 123) miden
valores iniciales de la baja presión BPO y de la alta presión HPO y
los transmiten a la tarjeta electrónica. La unidad de control de
inyección 42 proporciona a la tarjeta electrónica valores de la
velocidad de rotación N0 y del caudal de masa del fluido m0. Los
valores HP0, BPO, N0 y m0 se obtienen en la etapa inicial 100. En
el transcurso de esa etapa la tarjeta electrónica calcula además el
valor de la potencia eléctrica Pel0; a partir de HP0 y BP0. La
tarjeta electrónica fija igualmente el valor de un coeficiente,
llamado factor de relajación \alpha0, a 1. Los valores HP0, BP0,
N0, m0, Pel0 y \alpha0 constituyen el estado inicial.
El organigrama de la figura 8 es iterativo y
comprende pues diferentes estados referenciados con el índice
j.
\newpage
En la etapa 102 que corresponde a un estado j,
la tarjeta aumenta la velocidad de rotación del compresor una
cantidad fijada por el regulador de climatización, modulada por el
factor de relajación \alpha_{j-1}, como se
indica en el anexo A5.
Se pasa entonces a la etapa 104 para calcular el
valor correspondiente del caudal de masa mj. Éste se deduce
sencillamente a partir de la variación de la velocidad de rotación
dNj y de su valor Nj calculado en la etapa 102 y del valor
precedente del caudal de masa m_{j-1} (anexo
A6).
En la etapa 106, la tarjeta electrónica puede
entonces calcular el nuevo valor de la alta presión. HPj según la
relación del anexo A1 y como se describe más arriba.
Este método de anticipación desprecia las
variaciones de la baja presión (BPj =BPO). A partir del nuevo valor
de HPj y del valor de BP, la tarjeta electrónica calcula, en la
etapa 108, el nuevo valor de la potencia eléctrica Pelj, es decir,
la que se alcanzaría si la velocidad de rotación aumentara dNj.
En la etapa 110, la tarjeta electrónica compara
P_{elj} con la potencia máxima del compresor. Si P_{elj} es
superior a esa potencia, el valor de la velocidad de rotación máxima
que no debe ser superado es N_{j} y la iteración se termina. En
caso contrario, la tarjeta electrónica retoma las etapas 102 a 110,
después de haber reducido \alpha_{j-1} e
incrementado j. \alpha_{j} se deduce de
\alpha_{j-1} y de los valores de P_{elj} y
P_{elj-1}, como se indica en el anexo A5.
La estimación de esta velocidad de rotación se
utiliza entonces para regular el funcionamiento de la
climatización.
El control de velocidad por anticipación, como
se describe más arriba, utiliza en cada iteración una variación de
la velocidad de rotación dNj elegida aquí a título de ejemplo. La
invención no se limita a ese paso de aumento de la velocidad de
rotación.
Por otro lado, la presente invención concierne
igualmente el código lógico que hace intervenir, en particular
cuando se pone a disposición en cualquier soporte que puede ser
leído por un ordenador. La expresión "soporte que puede ser leído
por un ordenador" cubre un soporte de almacenamiento, por ejemplo
magnético u óptico, así como un medio de transmisión, como una
señal digital o analógica.
Anexo
A
Claims (24)
1. Instalación de climatización para vehículo de
motor provisto de una unidad de control de inyección (42)
comprendiendo la instalación un circuito cerrado de fluido
frigorígeno que comprende un compresor mecánico o eléctrico (14),
un condensador (11), una válvula de expansión (12) y un evaporador
(13), recibiendo el condensador (11) un flujo de aire que pasa por
un grupo moto-ventilador (15), así como un
dispositivo electrónico de control (401) destinado a interactuar
con el circuito cerrado de fluido frigorígeno (10) y la unidad de
control de inyección (42), comprendiendo la susodicha instalación
elementos de medida que permiten establecer:
- -
- un primer valor relativo a la temperatura del flujo de aire exterior a la entrada del condensador (T_{aek}),
- -
- un segundo valor relativo a la presión a la salida del compresor, llamada alta presión (HP),
- -
- un tercer valor relativo a la presión a la entrada del compresor, llamada baja presión (BP),
caracterizada por el hecho
de que el dispositivo electrónico de control (401) utiliza la
resolución de una ecuación lineal, que relaciona el caudal de masa
del fluido frigorígeno (m) con los valores medidos por el primer y
el segundo elemento de medida para calcular una estimación del
caudal de masa si el compresor es mecánico o de la alta presión
(HP) del fluido frigorígeno si el compresor es eléctrico y para
estimar, a partir de ese caudal de masa o de esa alta presión (HP),
de las medidas proporcionadas por los susodichos elementos de
medida y de las informaciones transmitidas por la unidad de control
de inyección entre las cuales se encuentra la velocidad de avance
(Va) del vehículo y la tensión del grupo
moto-ventilador (15), la potencia absorbida por el
compresor
(14).
2. Instalación de climatización según la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el primer
elemento de medida es una sonda (24) que se encuentra entre el
grupo moto-ventilador (15) y el condensador (11),
que proporciona una medida del valor de la temperatura del flujo de
aire exterior a la entrada del condensador (T_{aek}).
3. Instalación de climatización según la
reivindicación 2, caracterizada por el hecho de que el primer
elemento de medida es una sonda conectada a la unidad de control de
inyección (42) que proporciona una medida del valor de la
temperatura del flujo de aire exterior (T_{aek}).
4. Instalación de climatización según la
reivindicación 3, caracterizada por el hecho de que el
dispositivo electrónico de control (401) es apropiado para calcular
una estimación del valor de la temperatura del flujo de aire
exterior a la entrada del condensador (T_{aek}), a partir del
valor de la temperatura del aire exterior (T_{ext}) y del valor
de la velocidad de avance (Va) del vehículo proporcionados por la
unidad de control de inyección (42).
5. Instalación de climatización según la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el
segundo elemento de medida es una sonda (23) colocada en la entrada
del condensador (11) directamente en el seno del fluido
frigorígeno, que proporciona una medida del valor de la temperatura
de condensación (T_{k}).
6. Instalación de climatización según la
reivindicación 5, caracterizada por el hecho de que el
dispositivo electrónico de control (401) es apropiado para calcular
el valor de la alta presión (HP) a partir del valor de la
temperatura de condensación (T_{k}) proporcionado por el segundo
elemento de medida.
7. Instalación de climatización según la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el
segundo elemento de medida es un sensor (123) que se encuentra
entre la salida del compresor (14) y la entrada del condensador
(11), que mide directamente el valor instantáneo de la alta presión
(HP).
8. Instalación de climatización según la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el
segundo elemento de medida es un sensor (123) que se encuentra
entre la salida del condensador (11) y la entrada de la válvula de
expansión (12), destinado a medir directamente el valor instantáneo
de la alta presión (HP).
9. Instalación de climatización según una de las
reivindicaciones 7 y 8, caracterizada por el hecho de que el
dispositivo electrónico de control (401) es apropiado para calcular
el valor de la temperatura de condensación (T_{k}), a partir del
valor instantáneo de la alta presión (HP) proporcionada por el
segundo elemento de medida.
10. Instalación de climatización según la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el tercer
elemento de medida es una sonda (122) que se encuentra en las
aletas del evaporador (13) que proporciona una medida del valor
instantáneo de la temperatura de evaporación.
11. Instalación de climatización según la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el tercer
elemento de medida es una sonda (122) que se encuentra en el seno
del refrigerante que proporciona una medida del valor instantáneo
de la temperatura de evaporación.
12. Instalación de climatización según una de
las reivindicaciones 10 y 11, caracterizada por el hecho de
que el dispositivo electrónico de control es apropiado para calcular
el valor de la baja presión (BP) a partir del valor instantáneo de
la temperatura de evaporación proporcionada por el segundo elemento
de medida.
13. Instalación de climatización según la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el tercer
elemento de medida es un sensor (22) que se encuentra entre el
evaporador (13) y el compresor (14) que proporciona directamente
una medida del valor instantáneo de la baja presión (BP).
14. Instalación de climatización según la
reivindicación 1 tomada en combinación con una de las
reivindicaciones 2 a 13, caracterizada por el hecho de que
el dispositivo electrónico de control (401) es apropiado para
calcular una estimación del caudal de masa del fluido frigorígeno a
partir de los valores medidos por el primer y el segundo elemento
de medida y de dos informaciones relativas al funcionamiento del
vehículo, transmitidas por la unidad de control de inyección
(42).
15. Instalación de climatización según la
reivindicación 14, caracterizada por el hecho de que las
informaciones relativas al funcionamiento del vehículo están
relacionadas con la velocidad de avance del motor y la tensión del
grupo moto-ventilador.
16. Instalación de climatización según la
reivindicación 14, caracterizada por el hecho de que el
dispositivo electrónico de control (401) es apropiado para calcular
la potencia absorbida por el compresor a partir de la estimación
del caudal de masa calculado, de los valores medidos por el segundo
y el tercer elemento de medida, y de informaciones relativas al
funcionamiento del vehículo, proporcionadas por la unidad de control
de inyección (42).
17. Instalación de climatización según la
reivindicación 16, caracterizada por el hecho de que las
informaciones relativas al funcionamiento del vehículo están
relacionadas con la velocidad de rotación del compresor.
18. Instalación de climatización según la
reivindicación 1 tomada en combinación con una de las
reivindicaciones 2 a 13, caracterizada por el hecho de que
el dispositivo electrónico de control (401) es apropiado para
calcular una estimación de la alta presión (HP) del fluido
frigorígeno a partir del valor medido por el primer elemento de
medida, del valor del caudal de masa del fluido frigorígeno y de dos
informaciones relativas al funcionamiento del vehículo,
transmitidas por la unidad de control de la inyección (42).
19. Instalación de climatización según la
reivindicación 18, caracterizada por el hecho de que las
informaciones relativas al funcionamiento del vehículo están
relacionadas con la velocidad de avance del vehículo y con la
tensión del grupo moto-ventilador.
20. Instalación de climatización según la
reivindicación 18, caracterizada por el hecho de que el
dispositivo electrónico de control (401) es apropiado para calcular
la potencia absorbida por el compresor a partir de la estimación de
la alta presión (HP) calculada, del valor medido por el tercer
elemento de medida, y de informaciones relativas al funcionamiento
del vehículo, proporcionadas por la unidad de control de inyección
(42).
21. Instalación de climatización según la
reivindicación 20, caracterizada por el hecho de que las
informaciones relativas al funcionamiento del vehículo están
relacionadas con la velocidad de rotación del compresor.
22. Instalación de climatización según las
reivindicaciones 18 a 21, caracterizada por el hecho de que
el dispositivo electrónico de control es capaz, para un estado
inicial dado, de calcular iterativamente valores de la potencia
absorbida por el compresor, a partir de valores de la alta presión
correspondientes a pequeñas variaciones elegidas de la velocidad de
rotación para estimar la velocidad de rotación máxima.
23. Instalación de climatización según la
reivindicación 22, caracterizada por el hecho de que los
valores de la alta presión se calculan a partir de valores
sucesivos del caudal de masa del fluido frigorígeno, calculados en
función de pequeñas variaciones de la velocidad de rotación.
24. Instalación de climatización según la
reivindicación 23, caracterizada por el hecho de que el
estado inicial comprende valores de la alta presión (HP) y de la
baja presión (BP), medidos por el segundo, y el tercer elemento de
medida, que corresponden a una velocidad de rotación inicial.
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