DE10051582A1

DE10051582A1 - Fahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE10051582A1
Application number: DE10051582A
Authority: DE
Inventors: Atsuo Inoue; Masato Tsuboi
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2020-10-19
Also published as: FR2801842B1; JP2001124387A; FR2801842A1; DE10051582C2

Abstract

Eine Fahrzeugklimaanlage hat einen Kompressor (2) und einen Verdampfer (5, 6) in einem Kühlmittelkreislauf (1) sowie einen Sensor (13) zur Erfassung einer Temperatur des Verdampfers. Die Ausstoßleistung des Kompressors besitzt eine Korrelation mit einem externen Eingangssignal und die Ausstoßleistung variiert in Raktion auf das Eingangssignal. Das System umfasst a) eine Vorrichtung (18) zur Berechnung eines Soll-Wertes der Temperatur des Verdampfers und b) eine Vorrichtung (17) zur Berechnung eines Wertes des Eingangssignals für den Kompressor (2) mittels einer Gleichung, die folgendes enthält: i) einen Eingangssignalwertvorausberechnungsterm (A) zum Vorausberechnen des Eingangssignals, so dass die Temperatur des Verdampfers den Soll-Wert während eines stabilen Betriebs erreicht, und ii) einen Rückkopplungsregelungsberechnungsterm (B), der eine Abweichung zwischen der berechneten Soll-Temperatur des Verdampfers und der erfassten Ist-Temperatur des Verdampfers enthält. Die Verdrängung des Kompressors wird in Reaktion auf das berechnete Eingangssignal mit einer schnellen Ansprechempfindlichkeit und einer stabilen Regelungsbedingung ungeachtet eines thermischen Lastzustandes geregelt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugklima anlage und genauer gesagt auf eine Fahrzeugklimaanlage, mit der eine optimale Steuerung eines leistungsvariablen Kompres sors, der in einem Kühlmittelkreislauf vorgesehen ist, in Re aktion auf ein externes Signal erreicht werden kann.

Es ist eine Fahrzeugklimaanlage bekannt, die einen Kühlmittel kreislauf aufweist, der einen leistungsvariablen Kompressor besitzt, sowie einen Verdampfer, der während des Kühlbetriebs eine Wärmeabsorptionsfunktion erfüllt, oder/und einen Konden sator, der während des Heizbetriebs eine Wärmeabstrahlfunktion erfüllt, der/die in einem Fluidstrom (beispielsweise einem Luftstrom) vorgesehen ist/sind.

In einer solchen Fahrzeugklimaanlage wurde die Steuerung der Temperatur eines Fahrzeuginnenraumes beispielsweise folgender maßen durchgeführt. Die Verstellung bzw. Verdrängung des Kom pressors wurde nämlich durch eine PI-Regelung (mit Rückkopp lung) der Lufttemperatur am Ausgang des Verdampfers oder des Kondensators geregelt, so dass die Temperatur gleich einem Soll-Wert wurde.

Diese herkömmliche Regelung wird beispielsweise wie in Fig. 8 dargestellt ausgedrückt. In Fig. 8 wird eine Soll- Lufttemperatur an einem Ausgang eines innen liegenden Wärme tauschers TOC durch die folgende Gleichung in Abhängigkeit von einem Signal eines Innenlufttemperatursensors Tr, einem Signal von einem Außenlufttemperatursensor Tam, einem Signal von ei nem Sonneneinstrahlungssensor Tst und einem Signal zur Ein stellung einer Fahrzeuginnenraumtemperatur Ts berechnet:

TOC = Ks . Ts - Kr . Tr - Kam . Tam - Kst . Tst + C;

wobei Ks, Kr, Kam und Kst jeweils Koeffizienten und C eine Korrekturkonstante darstellen.

In Abhängigkeit von der berechneten Soll-Lufttemperatur TOC und einer Temperatur TO, die durch einen Lufttemperatursensor an der Ausgangsseite eines innen liegenden Wärmetauschers (ei ne Lufttemperatur an der Ausgangsseite eines Verdampfers oder eines Kondensators) erfaßt wird, wird ein Wert eines Eingangs signals CA, das von einem Regler zur Regelung einer Verstel lung eines Kompressors eingegeben wird, als ein Signal, das eine Korrelation mit der Verstellung des Kompressors besitzt, durch die nachfolgende Rückkopplungs-Gleichung berechnet:
im Falle der Kühlung:

CA = P(proportionale Komponente) + In(integrale Komponente)

im Falle der Heizung:

CA = -P(proportionale Komponente) - In(integrale Komponente)

P = Kpc(TO - TOC)

In = I_n-1 ± G . Kpc . (Δt/Ki) . (TO - TOC);

wobei jeweils G . Kpc eine Verstärkung in einer Gleichung zur Berechnung einer Verstellung eines Kompressors darstellt, Δt einen Ausgangssignaländerungszyklus darstellt (d. h., einen Re gelungszyklus), Ki eine integrale Zeit in der Gleichung dar stellt und I_n-1 einen älteren integrierten Wert darstellt.

Bei einer solchen herkömmlichen Regelung bestanden jedoch die folgenden Probleme.

Da die Regelung des Eingangssignalwertes CA ausschließlich von der Rückkopplungs-Gleichung abhängt, ist die Ansprechgeschwin digkeit der Regelung niedrig. Die Ansprechgeschwindigkeit der ausgangsseitigen Lufttemperatur relativ zu einer Störung wie einer Änderung einer ausgangsseitigen Soll-Lufttemperatur, ei ner Luftmenge eines Gebläses, oder einer Temperatur einer in einen Fluidpfad eingesaugten Luft, ist nämlich niedrig.

Darüber hinaus kann die Regelung bei einer niedrigen Last in stabil sein und es können Regelschwingungen auftreten, da die Leistungsfähigkeit des Kühlmittelkreislaufes in Abhängigkeit von einer Änderung der thermischen Belastung wie beispielswei se einer Außenlufttemperatur variiert, sogar wenn die Verstär kung in der PI-Regelung so eingestellt wird, dass die Regelung so durchgeführt werden kann, dass sie bei einer mittleren bis zu einer hohen Last stabil ist, um somit einer guten Regellei stungsfähigkeit mit einer hohen Ansprechgeschwindigkeit zu ge nügen. Im Gegensatz dazu wird die Ansprechgeschwindigkeit bei einer mittleren bis zu einer hohen Last niedrig, wenn die Ver stärkung für eine niedrige Last optimal eingestellt ist.

In Fig. 9 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem die Regelung bei einer niedrigen Heizbelastungsbedingung durchgeführt wird, mit einem eingestellten Verstärkungszustand, dem eine Wichtig keit hinsichtlich einer Ansprechfähigkeit bei einer hohen Heizleistungsbedingung beigemessen wurde; dabei werden das Eingangssignal CA und die ausgangsseitige Lufttemperatur TO beide instabil und es treten Pendelschwingungen auf. Deshalb können solche Fähigkeiten zu Problemen werden, insbesondere in einer Zeit, in der die eingestellte Temperatur Ts verändert wird, oder in einer Zeit, in der der Betrieb gestartet wird.

Ferner ist ein Beispiel in Fig. 10 gezeigt, bei dem die Rege lung bei einer hohen Heizleistungsbedingung durchgeführt wird, bei einem eingestellten Verstärkungszustand, dem eine Wichtig keit hinsichtlich einer Stabilität bei einer niedrigen Bela stungsbedingung beigemessen wurde; dabei dauert es lange, bis die ausgangsseitige Lufttemperatur TO den Soll-Wert TOC er reicht und die Ansprechgeschwindigkeit ist niedrig. Deshalb können solche Fähigkeiten zu Problemen werden, insbesondere in einer Zeit, in der der Soll-Wert verändert wird, oder in einer Zeit, in der der Betrieb gestartet wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugklima anlage zu schaffen, mit der eine Ansprechgeschwindigkeit der Regelung hinsichtlich verschiedener Störungen, einer Änderung einer einzublasenden Soll-Lufttemperatur, einer Änderung einer eingestellten Temperatur, etc., angehoben werden kann.

Es ist darüber hinaus ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ei ne Fahrzeugklimaanlage zu schaffen, die immer einen optimalen Regelungszustand in einem breiten Bereich der thermischen Be lastung sicherstellen kann, d. h., sogar wenn die thermische Belastung variiert, wodurch sowohl eine gute Regelungsstabili tät als auch eine hohe Ansprechgeschwindigkeit bei der Rege lung auf einem hohen Niveau ungeachtet einer Belastungsbedin gung erfüllt wird.

Die Aufgaben und Ziele werden durch eine Fahrzeugklimaanlage gemäß den nachfolgend definierten Ansprüchen gelöst. Die er findungsgemäße Fahrzeugklimaanlage hat einen Kompressor und einen Verdampfer in einem Kühlmittelkreislauf. Ferner hat sie einen Sensor zur Erfassung einer Temperatur des Verdampfers. Eine Ausstoßleistung des Kompressors steht in Korrelation zu einem äußeren Eingangssignal und der Kompressor kann die Aus stoßleistung in Reaktion auf das Eingangssignal variieren. Der Verdampfer ist in einem Fluidpfad angeordnet, der als ein Pfad für ein zu kühlendes Fluid vorgesehen ist, und erfüllt eine Wärmeabsorptionsfunktion. Die Klimaanlage weist folgendes auf: a) eine Vorrichtung zur Berechnung eines Soll-Wertes der Tem peratur des Verdampfers; und b) eine Vorrichtung zur Berech nung eines Wertes des Eingangssignals für den Kompressor durch eine Gleichung, die folgendes enthält: i) einen Berechnungs term zur Berechnung eines voraussichtlichen Eingangssignalwer tes (A) zum Berechnen des Wertes des Eingangssignals für den Kompressor im voraus, so dass die Temperatur des Verdampfers den Soll-Wert während eines stabilen Betriebes erreicht, und ii) einen Berechnungsterm zur Rückkopplungsregelung (B), der eine Abweichung zwischen der berechneten Soll-Temperatur des Verdampfers und der erfassten Temperatur des Verdampfers ent hält. Eine Verstellung des Kompressors wird in Reaktion auf das berechnete Eingangssignal für den Kompressor geregelt.

Ferner hat die erfindungsgemäße Klimaanlage einen Kompressor und einen Verdampfer in einem Kühlmittelkreislauf, sowie einen Sensor zur Erfassung einer Temperatur des Verdampfers. Ein An saugdruck des Kompressors besitzt eine Korrelation zu einem externen Eingangssignal und der Kompressor kann den Ansaug druck in Reaktion auf das Eingangssignal variieren. Der Ver dampfer befindet sich in einem Fluidpfad, der als ein Pfad für ein zu kühlendes Fluid vorgesehen ist, und erfüllt eine Wär meabsorptionsfunktion. Die Klimaanlage weist folgendes auf: a) eine Vorrichtung zur Berechnung eines Soll-Wertes der Tempera tur des Verdampfers; und b) eine Vorrichtung zur Berechnung eines Wertes des Eingangssignals für den Kompressor durch eine Gleichung, die folgendes enthält: i) einen Voraussage- Berechnungsterm für einen Eingangssignalwert (A) zum Vorausbe rechnen des Wertes des Eingangssignals für den Kompressor, so dass die Temperatur des Verdampfers den Soll-Wert während ei nes stabilen Betriebes erreicht, und ii) einen Berechnungsterm zur Rückkopplungsregelung (B), der eine Abweichung zwischen der berechneten Soll-Temperatur des Verdampfers und der er fassten Ist-Temperatur des Verdampfers enthält. Der Ansaug druck des Kompressors wird in Reaktion auf das berechnete Ein gangssignal für den Kompressor geregelt.

In der Klimaanlage kann eine Temperatur zwischen Rippen des Verdampfers, eine Temperatur einer Rippe des Verdampfers, eine Temperatur des zu kühlenden Fluids an einem Ausgang des Ver dampfers, eine Temperatur eines Kühlmittels am Eingang des Verdampfers oder ein Druck des Kühlmittels an einem Eingang des Verdampfers als Temperatur des Verdampfers erfasst werden.

Der Vorausberechnungsterm (A) für den Eingangssignalwert kann wenigstens einen der folgenden Werte enthalten: den Soll-Wert der Temperatur des Verdampfers, einen Wert, der in einer Kor relation zu einer Temperatur des zu kühlenden Fluids, das in den Verdampfer strömt, steht, einen Wert, der in einer Korre lation zu einer Strömungsgeschwindigkeit des zu kühlenden Fluids, das in den Verdampfer strömt, steht, einen Wert, der in Korrelation zu einer Außenlufttemperatur steht und einen Wert, der in Korrelation zu einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges steht.

Ferner hat die erfindungsgemäße Fahrzeugklimaanlage einen Kom pressor und einen Kondensator in einem Kühlmittelkreislauf, sowie einen Sensor zur Erfassung einer Temperatur des Konden sators. Ein Ausstoßvermögen des Kompressors steht in Korrela tion zu einem externen Eingangssignal und der Kompressor kann die Ausstoßfähigkeit in Reaktion zu dem Eingangssignal variie ren. Der Kondensator befindet sich in einem Fluidpfad, der als ein Pfad für ein Fluid vorgesehen ist, das erhitzt werden soll, und erfüllt eine Wärmeabstrahlfunktion. Die Klimaanlage weist folgendes auf: a) eine Vorrichtung zur Berechnung eines Soll-Wertes der Temperatur des Kondensators; und b) eine Vor richtung zur Berechnung eines Wertes des Eingangssignals für den Kompressor durch eine Gleichung, die folgendes enthält: i) einen Vorausberechnungsterm (A) für einen Eingangssignalwert zum Vorausberechnen des Wertes des Eingangssignals für den Kompressor, so dass die Temperatur des Kondensators den Soll- Wert während eines stabilen Betriebes erreicht, und ii) einen Berechnungsterm (B) für die Rückkopplungsregelung, der eine Abweichung zwischen der berechneten Soll-Temperatur des Kon densators und der erfassten Ist-Temperatur des Kondensators enthält. Eine Verstellung des Kompressors wird in Reaktion auf das berechnete Eingangssignal für den Kompressor geregelt.

In der Klimaanlage kann eine Temperatur zwischen den Rippen des Kondensators, eine Temperatur einer Rippe des Kondensa tors, eine Temperatur des zu erwärmenden Fluids an einem Aus gang des Kondensators, eine Temperatur eines Kühlmittels an einem Ausgang des Kondensators oder ein Druck des Kühlmittels an einer Position nahe des Kondensators als Temperatur für den Kondensator erfasst werden.

Der Vorausberechnungsterm (A) für den Eingangssignalwert kann wenigstens einen der folgenden Werte enthalten: den Soll-Wert der Temperatur des Kondensators, einen Wert, der in Korrelati on zu einer Temperatur des zu erwärmenden Fluids, das in den Kondensator strömt, steht, einen Wert, der in Korrelation zu einer Strömungsgeschwindigkeit des zu erwärmenden Fluids, das in den Kondensator strömt, steht, einen Wert, der in Korrela tion zu einer Außenlufttemperatur steht, und einen Wert, der in Korrelation zu einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges steht.

In der oben beschriebenen Fahrzeugklimaanlage kann der Berech nungsterm (B) für die Rückkopplungsregelung einen PI- Regelungsberechnungsterm aufgrund einer Proportionalregelung und einer Integralregelung enthalten, oder einen PID- Regelungsberechnungsterm aufgrund einer Proportionalregelung, einer Integralregelung und einer Differentialregelung. Eine Verstärkung des Berechnungsterms (B) für die Rückkopplungsre gelung kann durch eine Funktion berechnet werden, die wenig stens eine der folgenden Variablen hat: eine Außenlufttempera tur, eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das durch den Fluidpfad strömt, und das Eingangssignal für den Kompressor.

In der erfindungsgemäßen Klimaanlage wird die Soll-Temperatur des Verdampfers oder des Kondensators berechnet, ebenso wie das externe Eingangssignal, das in Korrelation zu einem Rege lungsfaktor hinsichtlich der Leistungsfähigkeit des Kompres sors (Verstellung, Ansaugdruck) in Abhängigkeit von der Glei chung berechnet wird, die den Vorausberechnungsterm (A) für den Eingangssignalwert und den Berechnungsterm (B) für die Rückkopplungsregelung enthält, der eine Abweichung zwischen der berechneten Soll-Temperatur des Verdampfers oder des Kon densators und der tatsächlich erfassten Ist-Temperatur des Verdampfers oder des Kondensators enthält.

Beispielsweise kann das Eingangssignal für den Kompressor, das in Korrelation zu einer Verstellung des Kompressors steht, aus der Summe des Vorausberechnungsterms (A) für das Eingangs signal und des PI- oder PID- Rückkopplungsregelungsberechnungsterms (B) berechnet werden. Deshalb kann eine sehr hohe Ansprechgeschwindigkeit auf die Variation oder Änderung einer thermischen Belastungsbedingung und anderer verschiedener Bedingungen erhalten werden.

Darüber hinaus, wird es dann, wenn die Verstärkung der PI- Regelung oder der PID-Regelung in dem Rückkopplungsregelungs berechnungsterm (B) berechnet wird und in Abhängigkeit von ei ner Außenlufttemperatur, einer Gebläsespannung, einem Ein gangssignal für den Kompressor, etc., eingestellt wird, mög lich, die Verstärkung immer automatisch auf eine optimale Ver stärkung in Abhängigkeit von der Variation oder der Verände rung einer thermischen Belastungsbedingung einzustellen. Des halb kann eine optimale Regelung immer in einem breiten Be reich der thermischen Belastung ungeachtet der Bedingung der thermischen Belastung durchgeführt werden und es kann eine hervorragende Regelungsfähigkeit, die eine gute Stabilität und eine hohe Ansprechgeschwindigkeit besitzt, auf einem hohen Ni veau erzielt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Klimaanlage ge mäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, die einen Kühlbetrieb zeigt.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Klimaanlage, die in Fig. 1 dargestellt ist, die einen Heizbetrieb zeigt.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Klimaanlage ge mäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel der Regelung der Klimaanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel der Regelung in der Klimaanlage gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Eigenschaften der Regelung bei einer niedrigen thermischen Heizlastbedingung in der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Eigenschaften der Regelung bei einer hohen thermischen Heizlastbedingung in der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 8 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Rege lung einer herkömmlichen Klimaanlage zeigt.

Fig. 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Eigenschaften der Regelung bei einer niedrigen thermischen Heizlastbedingung in der herkömmlichen Regelung zeigt.

Fig. 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Eigenschaften der Regelung bei einer hohen thermischen Heizlastbedingung in der herkömmlichen Regelung zeigt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Fahrzeugklimaanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 zeigt einen Zustand des Kühlbetriebes der Klimaanlage und Fig. 2 zeigt einen Zustand des Heizbetriebes der Klimaanlage.

In Fig. 1 hat der Kühlmittelkreislauf 1 einen Kompressor 2, der in der Lage ist, seine Ausstoßleistung zu variieren. Die Ausstoßleistung des Kompressors 2 wird durch ein externes Si gnal von dem Regler 3 geregelt. In Abhängigkeit von dem Wert des externen Signals kann der Ansaugdruck des Kompressors 2, der geregelt werden soll, zwangsläufig bestimmt werden. Ein Kompressor, der mit einem solchen Regelsystem ausgestattet ist, ist beispielsweise in der JP-A-63-16177 offenbart.

In dem Kühlmittelkreislauf 1 sind ein innenliegender Wärmetau scher 5, der in einem Luftkanal 4 angeordnet ist, der als Fluidpfad vorgesehen ist, ein außenliegender Wärmetauscher 6, der an einer Position außerhalb des Luftkanals 4 angeordnet ist und ein Expansionsventil 7 vorgesehen. Der Kühlmittel kreislauf 1 wird durch ein Vier-Wegeventil 20 entweder auf dem Weg der Kühlmittelströmung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, oder auf dem Weg der Kühlmittelströmung, wie sie in Fig. 2 ge zeigt ist, umgeschaltet. Fig. 1 zeigt nämlich einen Weg für den Kühlbetrieb, wobei der innenliegende Wärmetauscher 5 als Verdampfer arbeitet und eine Wärmeabsorptionsfunktion erfüllt und der außenliegende Wärmetauscher 6 als Kondensator arbeitet und eine Wärmeabstrahlfunktion erfüllt. Fig. 2 zeigt einen Weg für einen Heizbetrieb, wobei der innenliegende Wärmetauscher 5 als Kondensator arbeitet und eine Wärmeabstrahlfunktion er füllt und der außenliegende Wärmetauscher 6 als Verdampfer ar beitet und eine Wärmeabsorptionsfunktion erfüllt.

Eine Außenluft/Innenluft-Ansaugöffnung 8 ist an der stromauf wärtigen Position des Luftkanals 4 vorgesehen und ein Schalt schieber 8a schaltet das Verhältnis der angesaugten Außenluft zu der Menge der angesaugten Innenluft. Ein Gebläse 9 ist in dem Luftkanal 4 an einer Position stromabwärts von der Luftan saugöffnung 8 angeordnet. Der innenliegende Wärmetauscher 5 ist an einer Position stromabwärts von dem Gebläse 9 angeord net. Eine Heißwasserheizung 11, in die das Motorkühlwasser von dem Verbrennungsmotor 10 als dessen Heizquelle zirkuliert, ist an einer Position stromabwärts von dem innenliegenden Wärme tauscher 5 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Luftmischregler 12 an einer Position stromaufwärts von der Heißwasserheizung 11 vorgesehen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Ausgangsseitenlufttempe ratursensor 13 für den innenliegenden Wärmetauscher an einer Position unmittelbar stromabwärts von dem innenliegenden Wär metauscher 5 angeordnet. Dieser Ausgangsseitenlufttemperatur sensor 13 erfasst die Lufttemperatur am Ausgang des inneren Wärmetauschers 5 als Temperatur des inneren Wärmetauschers 5, der als Verdampfer während des Kühlbetriebs oder als Kondensa tor während des Heizbetriebs arbeitet. Die Erfassung der Tem peratur des inneren Wärmetauschers 5 kann auch durch andere Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Tempe ratur zwischen den Rippen des inneren Wärmetauschers 5, eine Temperatur einer Rippe des inneren Wärmetauschers 5, eine Tem peratur eines Kühlmittels an einem Ausgang oder an einem Ein gang des inneren Wärmetauschers 5 oder ein Druck des Kühlmit tels an einem Eingang oder an einem Ausgang des inneren Wärme tauschers 5 oder an einer Position nahe des inneren Wärmetau schers 5 als Temperatur des inneren Wärmetauschers 5 erfasst werden.

Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel jeweils ein Innen lufttemperatursensor 14 vorgesehen, zur Erfassung einer Luft temperatur im Inneren eines Fahrzeuges, ein Außenlufttempera tursensor 15 ist zur Erfassung einer Temperatur der Außenluft vorgesehen und ein Sonneneinstrahlungssensor 16 ist zur Erfas sung einer Sonneneinstrahlungsmenge vorgesehen.

Das Signal der erfassten Temperatur vom Ausgangsseitenlufttem peratursensor 13 des inneren Wärmetauschers wird in die Kom pressor-Eingangssignalwert-Vorausberechnungsvorrichtung 17 eingegeben, die in dem Regler 3 vorgesehen ist. Die Verdrän gung bwz. Verstellung oder der Ansaugdruck des Kompressors 2 wird in Reaktion auf das Signal von der Kompressor- Eingangssignalwert-Vorausberechnungsvorrichtung 17 geregelt.

Die jeweiligen Signale vom Innenlufttemperatursensor 14, vom Außenlufttemperatursensor 15 und vom Sonneneinstrahlungssensor 16 werden in eine Soll-Ausgangsseitenlufttemperatur- Berechnungsvorrichtung 18 für den inneren Wärmetauscher einge geben, der in dem Regler 3 vorgesehen ist. Das Ergebnis der Berechnung wird ferner zur Berechnung der Kompressor- Eingangssignalwert-Vorausberechnungsvorrichtung 17 verwendet. Ein Signal, das durch eine Innenlufttemperatur- Einstellvorrichtung 19 festgelegt wird, wird in die Berech nungsvorrichtung 18 eingegeben.

Fig. 3 zeigt hauptsächlich einen mechanischen Teil einer Fahr zeugklimaanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 3 stellt einen Zustand dar, bei dem sich dieses Ausführungsbeispiel im Heizbetrieb befindet. Ein Kondensator 22 ist in einem Kühlmittelkreislauf 21 vorge sehen und der Kondensator 22 tauscht Wärme mit dem Motorkühl wasser aus, das vom Verbrennungsmotor 10 in die Heißwasserhei zung 11 zirkuliert. Das heiße Wasser, dessen Temperatur durch den Wärmetausch in dem Kondensator 22 geregelt wird, wird an die Heißwasserheizung 11 geliefert, die sich in dem Luftkanal 4 befindet.

In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Kondensatorausgangssei tenkühlertemperatursensor 23 im Kondensator 22 vorgesehen und ein Signal der durch den Sensor 23 erfassten Temperatur wird in die Kompressor-Eingangssignalwert- Vorausberechnungsvorrichtung 17 in den Regler 3 eingegeben. Die Berechnungsvorrichtung für die Soll-Kondensatorausgangsseitenkühlertemperatur 24, die in dem Regler 3 vorgesehen ist, berechnet einen Soll-Wert des Kühlers an der Ausgangsseite des Kondensators 22 und das Ergebnis der Berechnung wird ferner zur Berechnung für die Kompressor- Eingangssignalwert-Vorausberechnungsvorrichtung 17 verwendet.

Der übrige Aufbau ist im Wesentlichen der gleiche wie derjeni ge im ersten Ausführungsbeispiel und deshalb wird eine Erläu terung hierfür durch Verwendung der gleichen Bezugszeichen wie bei den Fig. 1 und 2 bis 3 weggelassen.

Als nächstes wird die Regelung eines jeden der oben beschrie benen Ausführungsbeispiele erläutert.

Fig. 4 zeigt die Regelung für die Fahrzeugklimaanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Soll-Wert für die Lufttem peratur am Ausgang des inneren Wärmetauschers 5 wird durch ei ne Berechnungsvorrichtung für die Soll- Innenraumwärmetauscherausgangsseitenlufttemperatur berechnet.

Diese Berechnung wird in Abhängigkeit von wenigstens einer In nenlufttemperatur Tr, die durch den Innenlufttemperatursensor 14 erfasst wird, und/oder einer Außenlufttemperatur Tam, die durch den Außenlufttemperatursensor 15 erfasst wird, und einem eingestellen Wert der Innenlufttemperatur Ts durchgeführt, und in diesem Ausführungsbeispiel wird eine Sonneneinstrahlungs menge Tst, die durch den Sonneneinstrahlungssensor 16 erfasst wird, der Berechnung zugefügt. Der Soll-Wert TOC der Innen raumwärmetauscherausgangsseitenlufttemperatur (eingeblasene Lufttemperatur) wird beispielsweise durch die nachfolgende Gleichung berechnet,

TOC = Ks . Ts - Kr . Tr - Kam . Tam - Kst . Tst + C,

wobei Ks, Kr, Kam und Kst jeweils Koeffizienten und C eine Korrekturkonstante darstellen. Die oben beschriebene Berech nung ist im Wesentlichen die gleiche wie diejenige in der in Fig. 8 gezeigten herkömmlichen Regelung.

Der berechnete Soll-Wert TOC der Ausgangsseitenlufttemperatur des inneren Wärmetauschers wird zur Berechnung der zu regeln den Verdrängung bzw. Verstellung des Kompressors und zur Be rechnung der Gebläsespannung BLV verwendet. Die Berechnung der Gebläsespannung BLV wird beispielsweise durch die nachfolgende Gleichung durchgeführt, die z. B. als BLV-TOC-Fähigkeit in dem Block der Gebläsespannungsberechnung BLV in Fig. 4 gezeigt ist.

BLV = f₁(TOC).

Eine Einheit angesaugter Innenlufttemperatur Tin (die Tempera tur der Luft, die durch die Außenluft-/Innenluftansaugöffnung 8 angesaugt wird) wird beispielsweise durch die nachfolgende Gleichung berechnet, wobei die Signale der Innenlufttemperatur Tr, der Außenlufttemperatur Tam und des Öffnungsgrades a des Schaltschiebers 8a verwendet werden.

Tin = α × Tam + (1 - α) × Tr

Die Vorausberechnung des Kompressoreingangssignalwertes FF wird unter Verwendung dieses Berechnungsergebnisses von Tin und dem oben beschriebenen Berechnungsergebnis für BLV durch geführt. Beispielsweise gilt im Falle eines Kühlbetriebes:

FF = fc(tin, TOC, BLV);

im Falle des Heizbetriebes:

FF = fh(Tin, TOC, BLV);

diese werden als jeweilige adäquate Gleichungen für die Be rechnung verwendet.

Ferner wird die Variablenverstärkung unter Verwendung der Au ßenlufttemperatur Tam und des oben beschriebenen BLV berech net. Beispielsweise für den Fall des Kühlbetriebes gilt:

Kp = f_2c(BIN, Tam, CA);

wobei im Falle des Heizbetriebes

Kp = f_2h(BLV, Tam, CA)

als jeweilige gleichwertige Gleichungen zur Berechnung verwen det werden, wobei CA ein Kompressoreingangssignalwert ist, der in der vorangegangenen Zeit erteilt wurde.

Die Berechnung der Verdrängung des zu regelnden Kompressors wird unter Verwendung des so berechneten TOC, einer variablen Verstärkung Kp und eines Kompressoreingangssignalvorausberech nungswerts FF und eines Signals der Ausgangsseitenlufttempera tur TO, die tatsächlich durch den Temperatursensor 13 für die Ausgangsseitenluft des inneren Wärmetauschers erfasst wird, durchgeführt.

Die Berechnung des Kompressorverdrängungsregelungssignals CA wird jeweils beim Heizbetrieb wie folgt durchgeführt:

CA = FF - P - In;

und beim Kühlbetrieb:

CA = FF + P + In.

Dieser Proportionalterm P wird jeweils durch

P = Kp(TO - TOC)

berechnet und der integrale Term In wird durch

In = I_n-1 + Kp . (Δt/Ki) . (TO - TOC)

berechnet, wobei Ki einen Koeffizienten darstellt und Δt einen Regelungszyklus repräsentiert.

Auf der Basis des auf diese Weise berechneten Kompressorver drängungsregelsignals CA wird die Regelung der Verdrängung und des Ansaugdrucks des Kompressors 2 durchgeführt.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel der Regelung im zweiten Ausführungs beispiel. In diesem Fall liegt der Unterschied hinsichtlich der Regelung im ersten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 4 ge zeigt ist, nur darin, dass kein Kühlfall vorliegt und dass der Wert von Kp unterschiedlich ist. Die übrigen Bedingungen sind dieselben wie diejenigen im ersten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 4 gezeigt ist.

Beispiele der Regeleigenschaften in den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen sind in den Fig. 6 und 7 gezeigt. Fig. 6 zeigt ein Beispiel der Regeleigenschaften in einer Niedrig last-Heizbedingung. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, sind die Rege leigenschaften im Vergleich zu der in Fig. 9 gezeigten her kömmlichen Regeleigenschaften sehr stabil. Fig. 7 zeigt ein Beispiel der Regeleigenschaften in einer Hochlast- Heizbedingung. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist die Reaktionsge schwindigkeit der Regelung im Vergleich zur herkömmlichen Re aktionsgeschwindigkeit, die in Fig. 10 gezeigt ist, sehr schnell.

Auf diese Weise kann in beiden Fällen mit der Regelung gemäß der vorliegenden Erfindung eine stabile Regelfähigkeit und ei ne schnelle Ansprechempfindlichkeit ungeachtet der thermischen Lastbedingung erreicht werden.

Eine Fahrzeugklimaanlage hat einen Kompressor 2 und einen Ver dampfer 5, 6 in einem Kühlmittelkreislauf 1 sowie einen Sensor 13 zur Erfassung einer Temperatur des Verdampfers. Die Aus stoßleistung des Kompressors besitzt eine Korrelation zu einem externen Eingangssignal und die Ausstoßleistung variiert in Reaktion auf das Eingangssignal. Das System umfasst a) eine Vorrichtung 18 zur Berechnung eines Soll-Wertes des Temperatur des Verdampfers, und b) eine Vorrichtung 17 zur Berechnung ei nes Wertes des Eingangssignals für den Kompressor 2 mittels einer Gleichung, die folgendes enthält: i) einen Eingangssig nalwertvorausberechnungsterm (A) zum Vorausberechnen des Ein gangssignals, so dass die Temperatur des Verdampfers den Soll- Wert während eines stabilen Betriebs erreicht, und ii) einen Rückkopplungsregelungsberechnungsterm (B), der eine Abweichung zwischen der berechneten Soll-Temperatur des Verdampfers und der erfassten Ist-Temperatur des Verdampfers enthält. Die Ver drängung des Kompressors wird in Reaktion auf das berechnete Eingangssignal mit einer schnellen Ansprechempfindlichkeit und einer stabilen Regelungsbedingung ungeachtet eines thermischen Lastzustandes geregelt.

Claims

1. Fahrzeugklimaanlage, die einen Kompressor (2) und einen Verdampfer (5, 6) in einem Kühlmittelkreislauf (1) enthält, sowie einen Sensor (13) zur Erfassung einer Temperatur des Verdampfers, wobei eine Ausstoßfähigkeit des Kompressors in Korrelation zu einem äußeren Eingangssignal steht, wobei der Kompressor in der Lage ist, die Ausstoßfähigkeit in Reaktion auf das Eingangssignal zu variieren, wobei der Verdampfer in einem Fluidpfad angeordnet ist, der als Pfad für ein zu küh lendes Fluid vorgesehen ist und eine Wärmeabsorptionsfunktion zeigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage folgendes aufweist:

a) eine Vorrichtung (18) zur Berechnung eines Soll- Wertes der Temperatur des Verdampfers (5, 6);
b) eine Vorrichtung (17) zur Berechnung eines Wertes des Eingangssignals für den Kompressor durch eine Gleichung, die folgendes enthält:
- a) einen Eingangssignalwertvorausberechnungsterm (A), zur Vorausberechnung des Wertes des Eingangssignals des Kom pressors, so dass die Temperatur des Verdampfers den Soll-Wert während eines stabilen Betriebs erreicht, und
- b) einen Rückkopplungsregelungsberechnungsterm (B), der eine Abweichung zwischen der Soll-Verdampfertemperatur und der erfassten Verdampfertemperatur enthält, wobei eine Ver drängung des Kompressors in Reaktion auf das berechnete Ein gangssignal für den Kompressor geregelt wird.

2. Fahrzeugklimaanlage, die einen Kompressor (2) und einen Verdampfer (5, 6) in einem Kühlmittelkreislauf (1) hat, und einen Sensor (13) zur Erfassung der Temperatur des Verdamp fers, wobei ein Ansaugdruck des Kompressors in Korrelation mit einem externen Eingangssignal steht, wobei der Kompressor in der Lage ist, den Ansaugdruck in Reaktion auf das Eingangs signal zu variieren, wobei der Verdampfer (5) in einem Fluidpfad angeordnet ist, der als Pfad für ein zu kühlendes Fluid dienen soll und einen Wärmeabsorptionsbetrieb zeigt, da durch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage folgendes aufweist:

a) eine Vorrichtung (18) zur Berechnung eines Soll- Wertes der Temperatur des Verdampfers (5); und
b) eine Vorrichtung (17) zur Berechnung eines Wertes des Eingangssignals für den Kompressor (2) durch eine Glei chung, die folgendes enthält:
- a) einen Eingangssignalwertvorausberechnungsterm (A) zum Vorausberechnen des Wertes des Eingangssignals des Kom pressors, so dass die Temperatur des Verdampfers (5) den Soll- Wert während eines stabilen Betriebs erreicht, und
- b) einen Rückkopplungsregelungsberechnungsterm (B), der eine Abweichung zwischen der berechneten Soll-Temperatur des Verdampfers und der erfassten Ist-Temperatur des Verdamp fers enthält;

wobei der Ansaugdruck des Kompressors in Reaktion auf das be rechnete Eingangssignal für den Kompressor geregelt wird.

3. Klimaanlage gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass eine Temperatur zwischen Rippen des Verdampfers (5, 6), eine Temperatur einer Rippe des Verdampfers, eine Tempera tur des zu kühlenden Fluids an einem Ausgang des Verdampfers, eine Temperatur eines Kühlmittels an einem Eingang des Ver dampfers oder ein Druck des Kühlmittels an einem Eingang des Verdampfers als Temperatur des Verdampfers erfasst wird.

4. Klimaanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Eingangssignalwertvorausberech nungsterm (A) wenigstens einen der folgenden Werte umfasst:
den Soll-Wert der Temperatur des Verdampfers, einen Wert, der in Korrelation mit einer Temperatur des zu kühlenden Fluids, das in den Verdampfer strömt, steht, einen Wert, der in Korre lation mit einer Strömungsgeschwindigkeit des zu kühlenden Fluids, das in den Verdampfer strömt, steht, einen Wert, der in Korrelation mit einer Außenlufttemperatur steht und einen Wert, der in Korrelation mit einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges steht.

5. Fahrzeugklimaanlage, die einen Kompressor (2) und einen Kondensator (5, 6) in einem Kühlmittelkreislauf enthält, sowie einen Sensor zur Erfassung einer Temperatur des Kondensators, wobei eine Ausstoßleistung des Kompressors in Korrelation mit einem externen Eingangssignal steht, und wobei der Kompressor in der Lage ist, die Ausstoßleistung in Reaktion auf das Ein gangssignal zu variieren, wobei der Kondensator (6) in einem Fluidpfad angeordnet ist, der als Pfad für ein zu erwärmendes Fluid vorgesehen ist, und eine Wärmeabstrahlfunktion erfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage folgendes auf weist:

a) eine Vorrichtung (18) zur Berechnung eines Soll- Wertes der Temperatur des Kondensators; und
b) eine Vorrichtung (17) zur Berechnung eines Wertes des Eingangssignals für den Kompressor mittels einer Glei chung, die folgendes enthält:
- a) einen Eingangssignalwertvorausberechnungsterm (A) zum Vorausberechnen des Wertes des Eingangssignals für den Kompressor, so dass die Temperatur des Kondensators den Soll- Wert während eines stabilen Betriebs erreicht; und
- b) einen Rückkopplungsregelungsberechnungsterm (B), der eine Abweichung zwischen der berechneten Soll-Temperatur des Kondensators und der erfassten Ist-Temperatur des Konden sators enthält,

wobei eine Verstellung des Kompressors in Reaktion auf das berechnete Eingangssignal für den Kompressor geregelt wird.

6. Klimaanlage gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur zwischen Rippen des Kondensators, eine Tempe ratur einer Rippe des Kondensators, eine Temperatur des zu er wärmenden Fluids an einem Ausgang des Kondensators (5, 6), ei ne Temperatur eines Kühlmittels an einem Ausgang des Kondensa tors oder ein Druck des Kühlmittels an einer Position nahe des Kondensators als Temperatur des Kondensators erfasst wird.

7. Klimaanlage gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, dass der Eingangssignalwertvorausberechnungsterm (A) we nigstens einen der folgenden Werte umfasst: einen Soll-Wert für die Temperatur des Kondensators (5, 6), einen Wert, der in Korrelation mit einer Temperatur des zu erwärmenden Fluids, das in den Kondensator strömt, steht, einen Wert, der in Kor relation mit einer Strömungsgeschwindigkeit des zu erwärmenden Fluids, das in den Kondensator strömt, steht, einen Wert, der in Korrelation mit einer Außenlufttemperatur steht, und einen Wert, der in Korrelation mit einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges steht.

8. Klimaanlage gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Rückkopplungsregelungsberech nungsterm (B) einen PI-Regelungsberechnungsterm mit einer Pro portional-Regelung und einer Integral-Regelung, oder einen PID-Regelberechnungsterm mit einer Proportional-Regelung, ei ner Integral-Regelung und einer Differential-Regelung umfasst.

9. Klimaanlage gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass eine Verstärkung in dem Rückkopp lungsregelungsberechnungsterm (B) durch eine Funktion berech net wird, die wenigstens eine der folgenden Variablen besitzt:
eine Außenlufttemperatur, eine Strömungsgeschwindigkeit des durch den Fluidpfad strömenden Fluids und das Eingangssignal für den Kompressor (2).