Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kühlsysteme
und insbesondere auf Kühlsysteme, die zur
Luftaufbereitung oder Klimasteuerung von Fahrgastabteilen eines
Automobus eingesetzt werden.
Automobil-Luftaufbereitungsbzw. Klimatisierungssysteme setzen typischerweise einen
Verdampfer ein, wobei ein Gebläseluftstrom über dem
Verdampfer in das Fahrgastabteil zur Kühlung abgegeben wird.
Eine Kühlmittelströmung an den Verdampfer läuft durch
eine Expansionsvorrichtung oder ein -ventil und wird
typischerweise durch zyklisches Betätigen einer
elektrischen Kupplung gesteuert, um den Antrieb mit dem
Kompressor in Eingriff zu bringen.
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Verschiedene Expansionsmittel können eingesetzt werden,
um das Kühlmittel an den Verdampfer mit verringertem
Druck vom Kondensator zu liefern. Eine Technik setzt ein
einfaches Kapillarrohr ein; die zweite Technik setzt
Expansionsmittel in Eorm eines mechanisch betriebenen
thermischen Expansionsventils ein, und zwar mit einer
Membran, die auf Druckveränderungen in einer geschlossenen
Kammer anspricht, die mit Kühlmittel gefüllt ist, welches
der Temperatur des Kühlmittels ausgesetzt ist, welches
aus dem Verdampfer herausläuft, so daß
Temperaturveränderungen eine Druckveränderung erzeugen, die auf die
Membran wirkt, um die Strömung durch das Ventil zu
steuern. Eine dritte Art von Expansionsmitteln weist ein
elektrisch betriebenes Ventil auf, welches typischerweise
eine Spule bzw. einen Elektromagneten besitzt, der von
einer elektronischen Steuervorrichtung bzw. einem
Controller gesteuert wird, der einen Mikrocomputer für
entweder proportionale Bewegung oder modulierte
Impulsbewegung verwendet. Alle diese Techniken sind bekannt;
Beispiele von Fahrzeug-Klimatisierungssystemen, die von
mechanischen Expansionsventilen gesteuert werden, sind im
US-Patent 4 794 762, 4 841 734 und 4 944 160 gezeigt.
Beispiele von Automobil-Klimatisierungssystemen, die von
elektrisch betriebenen Expansionsventilen gesteuert
werden, werden im US-Patent 4 790 145, 4 835 976, 4 848 100
und 4 873 836 gezeigt und beschrieben.
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Bei solchen Systemen, wo ein elektrisch betriebenes
Exansionsventil eingesetzt wird, um den Kühlmittelfluß zum
Verdampfer zu steuern, ist es bekannt, den
Verdampferauslaß- bzw. Verdampferabgabe- oder -ansaugrückdruck
abzufühlen, und ein elektrisches Signal, welches ihn anzeigt,
an eine elektrische Steuervorrichtung zu liefern, und
zwar um ein Signal zu erzeugen, um die Kompressorkupplung
abzuschneiden bzw. auszuschalten, wenn der
Ansaugrückdruck unter einen vorbestimmten Pegel fällt. In Systemen
der letzteren Bauart, wenn die thermische Belastung auf
dem Verdampfer hoch ist, beispielsweise wenn das Innere
des Fahrzeugs sehr heiß ist, ist es wünschenswert, den
Verdampfer so kalt wie möglich zu betreiben, um eine
maximale Abkühlrate für das Fahrgasgabteil zu bewirken.
Unter solchen Umständen ist es erwünscht, den Kompressor
angeschaltet (erregt) oder auf ununterbrochener Basis
betreibbar zu halten, so lange es nicht wahrscheinlich
ist, daß das Kondensat friert und daß es eine Eisbildung
auf dem Äußeren des Verdampfers gibt. Unter Zuständen von
hoher thermischer Belastung ist es unerwünscht, den
Kompressor "AUS" zu stellen bzw. zyklisch auszuschalten,
und zwar wegen des damit verbundenen Anstiegs der
Gebläseauslaß- bzw. Gebläseabgabeluft über dem
Verdampfer, was die Kühlrate des Inneren des Fahrgastabteils
verringert.
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Wenn jedoch der Kompressor kontinuierlich laufen darf und
der Verdampfer so kalt wie möglich unter den Bedingungen
einer mäßigen thermischen Belastung gehalten wird, kann
sich Eis auf den Verdampferrippen bilden, was einen
Luftfluß blockiert, was ein Zufrieren des Verdampfers zur
Folge hat. Somit muß die Kompressorkupplung "AUS"
geschaltet bzw. zyklisch bewegt werden, bevor das Zufrieren
auftritt.
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Daher liefert bei Airconditioning- bzw.
Klimatisierungssystemen, die Expansionsventile einsetzen, und
insbesondere bei Systemen mit elektrisch betriebenen
Expansionsventilen, die durch eine elektronische Steuervorrichtung
betrieben werden, der Ansaugdrucksensor ein Signal an die
Steuervorrichtung, die die Kompressorkupplung "AUS'
stellt, wenn der Verdampferauslaß- oder -ansaugdruck
unter einen vorbestimmten Pegel fällt.
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Jedoch ist herausgefunden worden, daß es unter maximalen
thermischen Belastungszuständen wünschenswert ist, eine
niedrigere Verdampferauslaß- oder
-ansaugdruckabschnittseinstellung für die Kompressorkupplung vorzusehen. Daher
war es wünschenswert, einen Weg oder Mittel zu finden,
die Kompressorkupplung zu steuern, um eine maximale
Abkühlung unter hohen thermischen Belastungszuständen zu
bewirken, und doch ein Zufrieren des Verdampfers während
mäßigen oder geringen thermischen Lastzuständen zu
verhindern.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung sieht eine elektronische
Steuervorrichtung vor, die einen Mikrocomputer einsetzt,
der programmiert ist, um die normale Kompressorkupplung-
Ausrück- bzw. Abschaltsteuerung aufzuheben, und zwar
basierend auf dem Verdampferauslaß- oder -ansaugdruck.
Die Anstiegsrate des Ansaugdruckes, wenn der Kompressor
aus ist, wird gemessen; und der Ansaugdruckpegel, auf dem
der Kompressor ausgeschaltet wird, wird eingestellt oder
dekrementiert bzw. heruntergezählt, und zwar gemäß eines
vorbestimmten Plans, wenn die Anstiegsrate schnell genug
ist, um eine starke thermische Belastung anzuzeigen. Dies
verhindert eine Verdampfervereisung und ein Zufrieren
unter gemäßigten thermischen Lastzuständen, vermeidet
jedoch einen unnötigen Kompressorkreislauf unter schwerer
thermischer Belastung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der vorliegenden
Erfindung, wie sie in einem
Automobil-Klimatisierungssystem vorgesehen ist; und
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Fig. 2 ist ein Blockflußdiagramm des Programms für die
Steuervorrichtung des Systems der Fig. 1.
Detaillierte Beschreibung
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Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein Kühl- oder Airconditioning
bzw. Klimatisierungssystem im allgemeinen mit 10
bezeichnet, und wird veranschaulicht als angewandt auf eine
Automobil-Klimatisierung mit einem Kompressor 12, der mit
einer Leistungsquelle durch eine elektrisch betriebene
Kupplung 14 verbunden ist, die durch einen
Leistungsübertragungsriemen 16 angetrieben wird, der typischerweise
mit der Motorkurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden ist.
Unter Druck gesetztes Kühlmittel vom Kompressor 12 wird
auf relativ hohem Druck durch die Leitung 18 ausgelassen,
und zwar an einen Kondensator, der im allgemeinen mit 20
bezeichnet ist, der typischerweise durch aufgestaute
Umgebungsluft gekühlt wird, die bei niedriger
Geschwindigkeit
durch einen Ventilator 22 verstärkt wird, der von
einem Ventilatormotor 24 angetrieben wird. Kondensiertes
Kühlmittel vom Kondensator 20 wird durch eine Leitung 26
zum Einlaß eines elektrisch betriebenen Expansionsventils
ausgeleitet, welches im allgemeinen mit 28 bezeichnet
ist, welches typischerweise durch eine Elektromagnetspule
angetrieben wird. Das Ventil 28 läßt flüssiges
Kühlmittel auf einem im wesentlichen verringerten Druck
entlang der Leitung 32 zum Einlaß eines Verdampfers aus, der
im allgemeinen mit 34 bezeichnet ist. Der Verdampfer ist
in einem Gebläsegehäuse 36 angeordnet, welches eine
Luftkammer 38 besitzt, die Luft durch den Auslaß 40 zum
Fahrgastabteil eines Fahrzeugs ausläßt. Im Gebläsegehäuse ist
ein gefilterter Lufteinlaß 42 und ein Gebläse 44
angeordnet. Das Gebläse 44 ist durch die Wand des
Gebläsegehäuses 36 durch eine Welle mit einem Gebläsemotor 46
verbunden, der Leistung entlang einer Leitung 48 von einer
Steuervorrichtung empfängt, die im allgemeinen mit 50
bezeichnet ist, wobei die entgegengesetzte Seite des
Motors mit der gemeinsamen Fahrzeugerde geerdet ist.
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Der Verdampfer läßt überhitztes Kühlmittel entlang der
Leitung 52 aus, die mit der Ansaugrückleitung oder dem
Einlaß des Kompressors 12 verbunden ist. Ein
Druckabfühlschalter 54 ist in der Leitung 52 angeordnet und
fühlt den Ansaugrückleitungsdruck ab; und ein Schalter 54
ist über Leitungen 56, 58 mit der Steuervorrichtung 50
verbunden.
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Die Elektromagnetspule 30 des Expansionsventils 28 ist
über Leitungen 60, 62 angeschlossen bzw. verbunden, um
ein Steuersignal zu empfangen, wie beispielsweise ein
Pulsbreiten moduliertes Signal für eine bruchstückhafte
Lastzyklaus-"AN"-Zeit, und zwar von der Steuervorrichtung
50. Die Steuervorrichtung liefert auch Leistung an die
Kompressorkupplung 14 entlang der Leitung 64, wobei die
andere Seite der Kupplungsspule geerdet wird. Die
Steuervorrichtung liefert auch Leistung an den
Kondensator-Ventilatormotor 24 entlang der Leitung 66; und die andere
Seite des Motors 24 ist geerdet. Die Steuervorrichtung
wird aus der Fahrzeugbatterieversorgung 68 durch einen
Anwender-Wahlschalter 70 durch die Leistungsleitung 72
angetrieben bzw. mit Leistung versorgt.
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Der Verdampfergebläse-Ventilatormotor 46 wird durch eine
vom Anwender gesteuerte Ventilatordrehzahlsteuerung 74
gesteuert, die mit der Steuervorrichtung entlang der
Leitungen 76, 78 verbunden ist. Palis jedoch erwünscht, kann
die Steuerung 74 den Ventilator 44 direkt betreiben. Eine
Temperaturauswahlsteuerung 80 für den Anwender liefert
somit eine Eingangsgröße an die Steuervorrichtung entlang
der Leitungen 82, 84.
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Die Temperaturauswahlsteuerung wird verwendet, da sie in
der Technik bekannt ist, um eine Anwendereingabe bzw.
-eingangsgröße für ein gewünschtes bzw.
Soll-Temperaturniveau für das Fahrgastabteil zu liefern.
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Mit Bezug auf Fig. 2 nimmt die Steuervorrichtung 50 im
Schritt 90 eine Bestimmung vor, ob die Kompressorkupplung
14 erregt bzw. eingeschaltet oder "AN" ist, und falls
dies der Fall ist, schreitet das System zum Schritt 92
voran und liest den Verdampferauslaß- oder -ansaugdruck
PS ab. Wenn die Bestimmung im Schritt 90 negativ ist,
schreitet das System zum Schritt 94 voran, um den
Ansaugdruck PS auszulesen und schreitet dann zum Schritt 96
voran, um eine Bestimmung vorzunehmen, ob der Ansaugdruck
PS gleich oder größer als der Kupplungserregungs- oder
"AN"-Druck ist: CLHON.
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Im Schritt 92 schreitet das System direkt zum Schritt 98
voran, wo eine Bestimmung vorgenommen wird, ob der
Ansaugdruck PS gleich oder geringer als der Ausschaltdruck
ist: CLHOFF. Falls die Bestimmung im Schritt 98 negativ
ist, schreitet das System direkt zum Schritt 100 voran,
und zwar für eine Verzögerung von ungefähr 750
Millisekunden vor der Rückkehr zum Schritt 90. Wenn jedoch die
Bestimmung im Schritt 98 bestätigend ist, schreitet das
System zum Schritt 102 voran, um die Kupplung zu entregen
oder die Kupplung "AUS" zu schalten und startet die
Druckanstiegszeitsteuerung: RCOUNT und schreitet direkt
zum Schritt 100 voran.
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Um auf Schritt 96 zurückzukommen, schreitet das System
direkt zum Schritt 100 voran, falls die Bestimmung
negativ ist. Wenn jedoch die Bestimmung im Schritt 96
bestätigend ist, schreitet das System zum Schritt 104 und
erregt die Kupplung oder schaltet die Kupplung "AN" und
stoppt die Druckanstiegszeitsteuerung: RCOUNT. Das System
nimmt dann im Schritt 106 eine Bestimmung vor, ob RCOUNT
gleich oder größer als 9 ist, und wenn dies der Fall ist,
schreitet die Steuervorrichtung zum Schritt 108 voran, um
2 PSIG (138 KPa) für den nächsten CLHOFF oder Wert von PS
zu verwenden, bei dem die Kompressorkupplung entregt
wird. Das System schreitet dann zum Schritt 100 voran.
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Wenn die Bestimmung im Schritt 106 negativ ist, schreitet
die Steuervorrichtung zum Schritt 110 voran und fragt die
Frage, ob RCOUNT gleich oder größer als 6 ist, und wenn
die Frage bestätigend beantwortet wird, schreitet das
System zm Schritt 112 voran und verwendet 19 PSIG (131,1
KPa) für den nächsten CLHOFF oder Wert von PS, bei dem
der Kompressor entregt wird, und schreitet dann zum
Schritt 100 voran. Falls die Bestimmung im Schritt 110
negativ ist, schreitet die Steuervorrichtung zum Schritt
114 voran und fragt die Frage, ob RCOUNT gleich oder
größer als 3 ist. Wenn diese Frage bestätigend
beantwortet wird, schreitet das Schrittsystem zum Schritt 116
voran und verwendet 18 PSIG (124,2 KPa) als den nächsten
CLHOFF oder Wert von PS, auf dem der Kompressor entregt
wird, und schreitet dann zum Schritt 100 voran.
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Wenn die Bestimmung im Schritt 114 negativ ist, schreitet
die Systemsteuervorrichtung zum Schritt 120 voran. Im
Schritt 120 verwendet das System 17 PSIG (117,3 KPa) für
den nächsten CLHOFF oder Wert von PS zum Entregen des
Kompressors und schreitet dann zum Schritt 100 voran.
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Es wird somit aus dem Diagramm der Fig. 2 zu sehen sein,
daß die Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung die
Zeit bestimmt, die der Verdampferauslaßdruck benötigt, um
vom Kompressor-Ausschaltwert zum Kompressor-Erregungswert
anzusteigen, und wählt abhängig von der Dauer dieser Zeit
einen neuen Ansaugdruckwert für den nächsten
Kompressorabschaltvorgang. Wenn die Druckanstiegsrate im Verdampfer
während des Abschaltens des Kompressors schnell ist, wird
eine starke thermische Belastung angezeigt und das System
senkt den Kompressor-Abschaltpunkt weiter als normal, um
längere Kompressorlaufvorgänge zu gestatten, ohne auf
irgendeine Vereisung zu treffen. Jedoch wird in dem Fall,
daß die thermische Belastung des Verdampfers mäßig oder
leicht ist, und daß eine wesentlich längere Zeit zwischen
desm Abschalten und Wiedereinschalten des Kompressors
vergeht, die Systemsteuervorrichtung einen höheren Wert
des Ansaugdruckes für den Kompressorabschaltvorgang, um
eine Eisbildung auf dem Verdampfer zu verhindern.
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Die vorliegende Erfindung sieht somit eine bequeme
Technik zur Maximierung der Kompressorlaufvorgänge während
Perioden mit schwerer thermischer Belastung in einem
Automobil-Klimatisierungssystem vor, und modifiziert doch
den Druckabschalt- bzw. Druckabschnittspunkt für die
Zustände von niedriger thermischer Belastung, um zu
verhindern, daß die falsche Kompressorbelastung eine
Vereisung und ein Zufrieren des Verdampfers zur Folge hat.
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Es wird klar sein, daß die speziellen Werte der
Kompressorkupplungserregung und -entregung gemäß der
Erfordernisse des speziellen Systems gewählt sind, und daß die in
Fig. 2 beschriebenen Werte von PS typisch für ein
Automobil-Klimatisierungssystem sind, welches mit einem
Verdampfer mit einem Druckabfall vom Einlaß zum Auslaß in
der Größenordnung von 7 PSJG (48,3 KPa) arbeitet. Es wird
auch typischerweise eine minimale Kompressor-AUS"-Zeit
von 4 Sekunden eingesetzt, um eine unmäßig schnelle
zyklische Bewegung des Kompressors zu verhindern.
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Obwohl die Erfindung oben mit Bezug auf die
veranschaulichten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, wird
klar sein, daß die Erfindung modifizierend variiert
werden kann und nur durch die folgenden Ansprüche
eingeschränkt wird.