ITTO20010184A1

ITTO20010184A1 - Sistema di controllo per un impianto di climatizzazione per un ambiente, in particolare per l'abitacolo di un mezzo di trasporto.

Info

Publication number: ITTO20010184A1
Application number: IT2001TO000184A
Authority: IT
Inventors: Maurizio Cisternino; Stefano Mola; Massimo Magini; Carloandrea Malvicino
Original assignee: Fiat Ricerche
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2002-09-02
Also published as: DE10208851B4; DE10208851A1; ITTO20010184A0; FR2821659A1; FR2821659B1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Sistema di controllo per un impianto di climatizzazione per un ambiente, in particolare per l'abitacolo di un mezzo di trasporto"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema di controllo per un impianto di climatizzazione per un ambiente, in particolare per l'abitacolo di un mezzo di trasporto.

Nel sistema secondo l'invenzione la grandezza principale su cui viene basato il controllo della climatizzazione non è la temperatura effettivamente rilevata in detto ambiente, in particolare nell'abitacolo di un mezzo di trasporto, bensì una grandezza artificiale, nel seguito definita "temperatura equivalente", la quale tiene conto, secondo una funzione predeterminata, di temperature e grandezze che caratterizzano il clima nell'ambiente considerato, per meglio rappresentare la sensazione termica del passeggero, al fine di garantire il conseguimento di un migliore comfort climatico.

Di fatto, la temperatura equivalente è una grandezza che tiene conto degli scambi termici che avvengono fra l'uomo e l'ambiente che lo circonda: essa dipende dall'equilibrio tra il carico termico convettivo ed il carico termico radiativo, ovvero dalla temperatura dell'aria all'interno dell'ambiente considerato, dalla temperatura e dalla velocità dell'aria condizionata che esce dalle bocchette di ventilazione, nonché dall'irraggiamento solare attraverso le finestre (i vetri o cristalli di un mezzo di trasporto).

Il ricorso ad un controllo basato sulla temperatura equivalente consente di tener conto efficacemente di tutti i suddetti fattori.

In sistemi di controllo secondo la tecnica anteriore, quale quello descritto ad esempio nella precedente domanda di brevetto europeo EP-A-1 066 996, il valore istantaneo della temperatura equivalente viene stimato sulla base di una funzione complessa di un elevato numero di parametri, quali la temperatura dell'aria rilevata nell'ambiente climatizzato, la temperatura all'uscita dell'evaporatore ed all'uscita del riscaldatore dell'impianto di climatizzazione, la potenza termica introdotta nell'ambiente climatizzato per effetto dell'irraggiamento solare, la posizione di dispositivi miscelatori d'aria, ecc..

Uno scopo della presente invenzione è di proporre un sistema di controllo per un impianto di climatizzazione del tipo anzidetto, basato sulla cosiddetta temperatura equivalente, nel quale la stima di tale temperatura equivalente sia realizzabile in modo affidabile con il ricorso ad un numero più ridotto di sensori, e sulla base di un'espressione funzionale semplificata.

Questo ed altri scopi vengono realizzati secondo 1'invenzione con un sistema di controllo le cui caratteristiche salienti sono definite nell'annessa rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 è una rappresentazione schematica parziale in vista sezionata, della parte anteriore di un mezzo di trasporto, con un associato impianto di climatizzazione; e

la figura 2 è uno schema a blocchi del sistema di controllo per un impianto di climatizzazione secondo 11invenzione.

Nella figura 1 con è complessivamente indicata la parte anteriore dell'abitacolo di un mezzo di trasporto, delimitata anteriormente da un cristallo parabrezza 2 ed inferiormente da una plancia 3, sotto la quale, con disposizione per sé nota, è ubicato un gruppo di climatizzazione complessivamente indicato con 4.

Il gruppo di climatizzazione 4 comprende un condotto di ingresso 5 attraverso il quale, nel funzionamento, viene aspirata aria da trattare. Tale aria può essere aspirata dall1ambiente esterno al mezzo di trasporto, come indicato dalla freccia FI e/o dall'abitacolo 1 del mezzo di trasporto stesso, come indicato dalla freccia F2.

Nella realizzazione esemplificativamente illustrata, a valle del condotto 5, nell'impianto di climatizzazione 4 è disposto un ventilatore 6 azionato da un motore elettrico 7. Il ventilatore 6 aspira aria nel condotto di ingresso 5, selettivamente dall'ambiente esterno e/o dall'abitacolo a seconda della posizione assunta da una portella di ingresso 8.

Il ventilatore 6 sospinge 11aria attraverso un evaporatore 9, come indicato dalla freccia F3. Nel passaggio attraverso tale evaporatore, l'aria viene raffreddata.

A valle dell'evaporatore 9, l'aria attraversa quindi un riscaldatore 10, come indicato dalla freccia F4.

Il riscaldatore 10, in modo per sé noto, è convenientemente costituito da uno scambiatore di calore del tipo liquido/aria, atto a ricevere un flusso di liquido di raffreddamento del motore a combustione interna (non illustrato) dell'autoveicolo, attraverso un'elettrovalvola di controllo 11.

L'aria che emerge dal riscaldatore 10 è suscettibile di essere immessa nell'abitacolo 1 attraverso una pluralità di uscite. In particolare, un primo flusso d'aria trattata, detto di sbrinamento, può essere erogato verso la superficie interna del parabrezza 2 attraverso aperture o bocchette 12 della plancia 3, come indicato dalla freccia F5 nella figura 1. Un secondo flusso può essere indirizzato verso la parte bassa dell'abitacolo, ove si trovano i piedi del guidatore e dell'eventuale passeggero, attraverso uno o più condotti 13, come indicato dalla freccia F6.

Un ulteriore flusso può essere indirizzato verso il guidatore e/o il passeggero attraverso bocchette di uscita 14, come indicato dalla freccia F7.

Il controllo della climatizzazione nell'abitacolo 1 può essere in generale realizzato agendo sul ventilatore 6, 7, per variare la portata d'aria immessa nel gruppo 4, sull'elettrovalvola 11 per variare la portata d'acqua calda alimentata al riscaldatore 10, ed eventualmente sul compressore 15 associato all'evaporatore 9.

Il controllo della climatizzazione è realizzato mediante un'unità elettronica di elaborazione e comando ECU, sulla base dei valori assunti da alcuni parametri rilevati a mezzi di sensori, come si descriverà ora in dettaglio.

All'impianto di climatizzazione è associato un primo sensore di temperatura 16, ubicato ad esempio in uno specchio retrovisore esterno del mezzo di trasporto, per fornire un segnale elettrico indicativo della temperatura dell'aria Te all'esterno dell 'abitacolo.

Un ulteriore sensore di temperatura 17 fornisce all'unità di elaborazione e comando ECU segnali 'elettrici indicativi della temperatura Tta dell'aria trattata che viene immessa nell'abitacolo 1 del mezzo di trasporto.

Con 18 nelle figure è indicato un ulteriore sensore atto a fornire all'unità ECU segnali elettrici indicativi della temperatura media radiante Tmr in un campo di osservazione, indicato con 19 nella figura 1, che include una porzione anteriore dell'abitacolo 1. Tale campo di osservazione ha ad esempio un'apertura angolare a pari a circa 60°, ed una larghezza trasversale tale da inquadrare sostanzialmente l'intera plancia 3 del mezzo di trasporto.

Il sensore 18 è costituito ad esempio da un sensore a termopila o a raggi infrarossi, di tipo per sé noto, ad esempio un sensore Exergen, tipo IRcOl.

All'unità ECU è inoltre collegato un ulteriore sensore 20, atto a fornire segnali elettrici indicativi della portata Q dell'aria che, trattata dal gruppo di climatizzazione 4, viene immessa nell'abitacolo 1.

Con 21 nei disegni è indicato un dispositivo di impostazione, di tipo per sé noto, azionabile manualmente dall'utente per impostare la temperatu'ra Td desiderata nell'abitacolo 1.

Nella figura 2 l'impianto di climatizzazione 4 ed il sistema di controllo ad esso associato sono rappresentati sotto forma di schema a blocchi.

L'unità di elaborazione e controllo ECU comprende una prima parte od unità elaborativa 30, predisposta per calcolare il valore istantaneo della temperatura equivalente TEQ, secondo una funzione di stima prestabilita della temperatura media radiante TW rilevata dal sensore 18, della temperatura Tta dell'aria trattata dal gruppo di climatizzazione 4 ed immessa nell'abitacolo 1, nonché della portata Q di aria trattata che viene effettivamente immessa in detto abitacolo. Le informazioni sulle temperature Tta, Tmr e sulla portata Q vengono fornite all'unita elaborativa 30 dai sensori 17, 18 e 20, rispettivamente.

Convenientemente, l'unità elaborativa 30 è predisposta per stimare la temperatura equivalente TEQ secondo la seguente relazione:

in cui

hi, h2, v sono coefficienti predeterminati sperimentalmente in relazione ad uno specifico autoveicolo, in base alle temperature rilevate con un 'manichino sensorizzato posto nell'abitacolo; il coefficiente v è in particolare funzione della portata Q.

L'unità di elaborazione e controllo ECU comprende una seconda od ulteriore parte od unità elaborativa 31, predisposta per calcolare un valoreobiettivo istantaneo per la temperatura equivalente, secondo una funzione prestabilita della temperatura Te dell'aria all'esterno dell'abitacolo, e della temperatura desiderata impostata dall'utilizzatore a mezzo del dispositivo 21.

Il valore istantaneo stimato della temperatura equivalente e l'associato valore-obiettivo istantaneo pervengono agli ingressi di un sottrattore 32, all'uscita del quale si ha dunque un segnale indicativo della differenza od errore

L'unità di elaborazione e comando ECU comprende inoltre un'ulteriore parte od unità di controllo 33, la quale provvede a pilotare gli attuatori 7, 11 e 15 del gruppo di climatizzazione 4 secondo modalità prestabilite, in funzione dell'errore istantaneo E fra la temperatura di riferimento e la temperatura equivalente stimata .

Sperimentazioni effettuate dalla richiedente hanno dimostrato che la stima della temperatura equivalente TBQ secondo l'espressione riportata in precedenza, la quale è funzione di un ridotto numero di parametri rilevati a mezzo di sensori, è più che adeguata a consentire un preciso ed affidabile controllo del clima nell'abitacolo di un mezzo di trasporto.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di controllo per un impianto di climatizzazione (4) per un ambiente (1), in particolare per l'abitacolo (1) di un mezzo di trasporto, comprendente un primo sensore (17) atto a fornire un segnale elettrico indicativo della temperatura (Tta) dell'aria che, trattata dall'impianto di climatizzazione, viene immessa in detto ambiente (1), un secondo sensore (18) atto a fornire un segnale elettrico indicativo della temperatura media radiante (Tmr) in un campo di osservazione (19, a) che include una porzione di detto ambiente (1), un terzo sensore (20) atto a fornire un segnale elettrico indicativo della portata dell'aria che, trattata dall'impianto di climatizzazione (4), viene immessa in detto ambiente (1), un quarto sensore (16) atto a fornire segnali elettrici indicativi della temperatura (Te) dell'aria all'esterno di detto ambiente (1), mezzi di impostazione (21) ad azionamento manuale, utilizzabili da un utente per generare segnali elettrici indicativi della temperatura (Td) desiderata in detto ambiente (1), e un'unità di elaborazione e controllo (ECU) predisposta per pilotare dispositivi attuatori (7, 11, 15) dell'impianto di climatizzazione (4) secondo modalità prestabilite, in funzione dei segnali forniti da detti sensori (16, 17, 18, 20) e dai mezzi di impostazione (21); detta unità (ECU) comprendendo primi mezzi di elaborazione (30) predisposti per calcolare il valore istantaneo di una temperatura equivalente (TBQ) secondo una funzione prestabilita che dipende unicamente dalle temperature (Ttaf Tmr) segnalate da detti primo e secondo sensore, e dalla portata d'aria (Q) segnalata da detto terzo sensore (20); secondi mezzi di elaborazione (31) predisposti per calcolare un valore-obiettivo istantaneo (TRBF) per detta temperatura equivalente secondo una funzione prestabilita della temperatura (Te) dell'aria all'esterno in detto ambiente (1) e della temperatura desiderata (Td) impostata dall'utente; e mezzi di elaborazione e comando (33) predisposti per pilotare detti attuatori (7, 11, 15) dell'impianto di climatizzazione (4) secondo modalità prestabilite in funzione dell'errore o differenza (E) fra il valore istantaneo calcolato (3⁄4 ) della temperatura equivalente e del colfrispondente valore-obiettivo (TREF).
2. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui detti primi mezzi di elaborazione (30) sono predisposti per calcolare il^valore istantaneo (TEQ) della temperatura equivalente sostanzialmente secondo l'espressione

in cui hi, h2, v sono coefficienti predeterminati sperimentalmente .
3. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui il coefficiente v è predeterminato sperimentalmente al variare della portata dell'aria (Q) che, trattata dall'impianto di climatizzazione (4), viene immessa in detto ambiente (1).
4. Sistema di controllo per un impianto di climatizzazione per l'abitacolo di un autoveicolo, sostanzialmente quando descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.
5. Sistema di controllo per un impianto di climatizzazione stazionario sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato.