DE2531015C2 - Einrichtung zur Regulierung der Beheizung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Heizung erzeugt wird, bei der die Innentemperatur praktisch ohne Schwankungen dem eingestellten Sollwert entspricht Das Stellglied kann sehr einfach aufgebaut werden und hat wenig bewegte Teile, d. h. wenig Verschleißteile, und Verschmutzungsprobleme treten im Gegensatz zu stetig arbeitenden Stellgliedern praktisch nicht auf. Die getaktete Regelung erlaubt weiterhin einen besonders einfachen Aufbau der Endstufe der elektrischen Regelschaltung mit einem sehr guten Ansprechverhalten, weil sehr schnell ein großer Querschnitt geöffnet wird, wenn das Ventil sich in seinem geöffneten Zustand befindet Die Nachteile anderer wasserseitig gesteuerter Heizungssysteme für Kraftfahrzeuge werden somit praktisch vollständig eliminiert, so daß die Heizungsregelung dynamisch der wesentlich aufwendigeren Luftsteuerung entspricht

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß der Innenraumtemperaturfühler an der Mündung eines Rohres angebracht ist, durch das mittels einer Luftfördervorrichtung Innenraumluft transportiert wird, wobei vorzugsweise als Luftfördervorrichtung die Brennkraftmaschine dient und das Rohr über eine Drosselbohrung mit dem Saugrohr der Brennkraftmaschine verbunden ist Durch diese Ausgestaltung wird die Meßgenauigkeit der Innenraumtemperaturmessung erhöht, indem der Einfluß einer sonst unvermeidbaren Stauwärme im Bereich der Meßstelle, die je nach Lage des Temperaturfühlers und je nach Umweltbedingungen wie z. B. Sonneneinstrahlung unterschiedlich groß sein kann, ausgeschaltet wird. Die Verwirklichung der Belüftung des Temperaturfühlers wird dabei mit sehr geringem Aufwand erzielt, da der Unterdruck im Saugrohr ohne zusätzliche Einrichtung oder Steuerungen während des Betriebs der Brennkraftmaschine ständig zur Verfügung steht

Eine andere erfindungsgemäße Ausgestaltung besteht darin, daß das Stellglied ein Ventil im Heizungszulauf des Wärmetauschers ist mit einem Stellantrieb, der von der Regeleinrichtung mit fester Frequenz und variabler Impulsbreite getaktet angesteuert wird und dabei das Ventil entsprechend der Impulsbreite öffnet bzw. schließt, wobei die Regeleinrichtung aus einem Impulserzeuger, der eine Dreiecksspannung konstanter Frequenz erzeugt, einem Differenzverstärker des Signals der Temperaturfühler und des Sollwerts und einem Komparator zur Erzeugung vo? Rechteckimpulsen entsprechend der Dreiecksspannungsfrequenz mit einer Impulsbreite entsprechend dem Temperatursignal besteht. Das hat den Vorteil, daß ein besonders geringer regeltechnischer Aufwind entsteht, verglichen insbesondere mit einer analogen Verstellung des Öffnungsquerschnitts des Ventils in· Heizungszulauf.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. In der nachfolgenden Beschreibung wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Anordnung der Temperaturfühler im Innenraum einer Kfz-Fahrgastzelle,

Fig.3 ein Schaltschemä der Heizungsregeleinriehtung mit getakteter Ansteuerung des Stellglieds und

F i g. 4 ein Diagramm mit Beispielen eines Temperaturveriaufs über der Zeit bei getakteter Steuerung des Ventils im Heizungszulauf und die sich aus diesem Temperaturverlauf und der Dreiecksspannung des Generators ergebenden Rechtjckimpulse des Komparators.

Gemäß F i g. 1 ist in einem Heizungszulauf 1 zu einem Wärmetauscher 3 einer Kfz-Heizungsanlage ein Ventil 4 angeordnet, dessen als Magnetwicklung ausgebildeter Stellantrieb 6 von einer Regeleinrichtung 7 angesteuert wird. Der Heizungszulauf 1 zweigt in üblicher Weise z. B. von dem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine 22 ab und führt über einen Heizungsrücklauf 9 von dem Wärmetauscher 3 zu diesem Kühlsystem wieder zurück. Die Regeleinrichtung 7 ist mit einem Potentiometer als Sollwertgeber 11 sowie über eine Leitung 12 mit zwei in Reihe liegenden Temperaturfühlern 14 und 15 verbunden. Von diesen Temperaturfühlern ist der eine als Heizlufttemperaturfühler 14 unmittelbar am Austritt der im Wärmetauscher 3 aufgewärmten Luft angeordnet Der andere Temperaturfühler ist als Innenraumtemperaturfühler 15 an einer von direkter Sonneneinstrahlung geschützten Stelle der Fahrgastzelle angeordnet, vorteilhafterweise im Bereich des Armaturenbretts.

Die Anordnung der beiden Temperaturfühler ist in F i g. 2 eingezeichnet Die Meßgenauigkeit hängt erheblich von der Lage der Fühler ab. So werden z. B. beim Heizlufttemperaturfühler 14 die be:.y?,n Werte dann erzielt, wenn er an die Stelle des höchsten I uftdurchsatzes und möglichst auf der Heizwassereintrittsseite des Wärmetauschers 3 angeordnet ist Die Aufgabe des Innenraumtemperaturfühlers 15 ist es, die Temperatur zu erfassen, ^er der Fahrgast im Kraftfahrzeug 21 ausgesetzt ist Ferner soll der Innenraumtemperaturfühler 15 auch schnell auf Temperaturschwankungen ansprechen, die z. B. beim öffnen eines Fensters oder bei Verlassen und Wiederbetreten des Kraftfahrzeugs £-1 auftreten. Erhebliche Verfälschungen des Meßergebnisses können durch Stauwärme oder durch Strahlungswärme auftreten. Deshalb ist der Innenraumtemperaturfühler 15 an einer von Sonneneinstrahlung geschützten Stelle angeordnet und zusätzlich an der Mündung eines Rohres 17, das über eine Drosselbohrung 18 mit einem Saugrohr 20 der in dem Fahrzeug 21 eingebauten Brennkraftmaschine 22 verbunden ist In diesem Fall dient die Brennkraftmaschine 22 als Luftfördervorrichtung, ciie beüändig über das Rohr 17 Luft aus dem Innenraum des Kraftfabrzeugs 21 ansaugt und dem Innenraumtemperaturfühfer 15 jeweils Luft zuführt, deren Temperatur der maßgeblichen zu messenden Innenraurntemperatur entspricht Es genügt dabei eine nur sehr kleine Drosselbohrung 18, um eine wesentlich erhöhte Meßgenauigkeit des Innenraumtemperaturfühlers 15 zu erreichen, ohne daß dadurch das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine 22 beeinflußt wird.

Die Regeleinrichtung 7 nach F i g. 1 wird in einfacher Weise als eine bekannte Zweipunktregelung ausgeführt die das ihr von den Temperaturfühlern 14 und 15 zugeführte Signal mit dem Sollwert vom Sollwertgeber 1 vergleicht und je nach Abweichung vom Sollwert den Stellantrieb 6 des Ventils 4 mit Strom versorgt oder abschaltet

Die Besonderheit der in Reihe liegenden Temperaturfühler 14 und 15 besteht darin, daß sie eine unterschied¹ liehe Wertigkeit haben. Da sich die Innenraumtemperaturen gegenüber <"er Temperatur am Wärmetauscher 3 nur langsam ändern, ist der Innenraumtemperaturfühler 15 so ausgebildet, daß er bei gleicher Temperaturände» rung ein wesentlich größeres Steuersignal als der Heizlufttemperaturfühler 14 erzeugt Die Wertigkeit kann beispielsweise 1 :3 sein. Die Summe der von beiden Temperaturfühlern 14 und 15 erzeugten Steuergröße wird sodann der Regeleinrichtung 7 zugeführt.

Dies hat z. B. während der Aufheizphase den Vorteil, daß die Regeleinrichtung 7 das Ventil 4 ständig geöffnet

5 6 :.

hält, obwohl am Heizlufttemperaturfühler 14 eine so nungsimpulse erzeugt, deren Breite dem Überschnei·

hohe Temperatur anliegt, die bei normalem Betrieb, also dungsbereich entspricht Je höher die Spannung des Dif · r

bei bereits aufgeheizter Fahrgastzelle, ein Schließen des ferenzsignals A ist, desto geringer sind die Oberschnei- ■,)

Ventils 4 verursachen würde. Ist die gewünschte Innen- dungsstrecken C,die gleich der Impulsbreite sind. Über- ■■;!'

raumtsmperatur erreicht, so wird durch die besondere 5 schreitet das Differenzsignal A die Bandbreite der Drei- f\

Belüftung des Innenraumtemperaturfühlers 15 die Hei- ecksspannung, so kommt es zu keiner Überschneidung ':,'■

zung rechtzeitig abgeschaltet, ohne daß es zu sogenann- mehr, so daß kein impulsförmiges Signal mehr auftritt fi

tun Oberschwingern kommt Während der Aufheizzeit und die Magnetwicklung des Stellantriebs 6 des Ventils f,

steht also unbeschränkt die volle Heizleistung zur Ver- 4 im unerregten Zustand bleibt Ist andererseits das Dif- f

fugung, was ein schnelles Erwärmen der Fahrgastzelle to ferenzsignal A niedriger als die kleinste Dreiecksspan- |j

gewährleistet nung, so wird die Magnetwicklung des Stellantriebs 6

Als Temperaturfühler werden beispielsweise Silizi- des Ventils 4 ständig erregt und der Heizungszulauf 1

umdioden verwendet, bei denen eine unterschiedliche geöffnet

Wertigkeit dadurch erreicht werden kann, daß als In- Durch Wahl der Bandbreite der Dreiecksspannung i-'·

nenraumtemperaturfflhler 15 eine integrierte Dreifach- 15 kann so ein in etwa proportionaler Regelbereich be- jV,

diode und als Heizlufttemperaturfühler 14 eine einfache stimmt werden. In den Bereichen oberhalb bzw. unter- ,;'

Diode verwendet wird. Anstelle von Dioden können halb davon bleibt das Ventil 4 ständig geschlossen oder j

auch andere wärmeempfindliche Temperaturfühlele- entsprechend der erregten Magnetwicklung geöffnet je Vj

fflcfiic verwendet Werden, wie Z. B. NTC-Widerstände nach Höhe des DiiicrciiZSignäls A. y

mit unterschiedlich hohen Widerstandswerten. 20 Ein wichtiges Merkmal ist die Nichtlinearität der ·)

Zur Verbesserung der Aufheizzeit und Heizleistung Dreiecksspannung, was den Vorteil hat, daß damit die im Stand und bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten ist extreme Nichtlinearität der Wärmetauscherkennlinie ein Heizgebläse 24 vorgesehen, das von einer Steuer- ausgeglichen werden kann. Die Dreiecksflanken der vorrichtung 26 in Abhängigkeit von der Fahrgeschwin- Dreiecksspannung entsprechen dabei vorteilhaft Teildigkeit gesteuert wird, da die Fahrgeschwindigkeit wei- 25 stücken einer c-Funktion dergestalt, daß nach einem testgehend die dem Fahrzeuginnenraum zugeführte steilen Spannungsanstieg an der einen Dreiecksflanke Luftmenge und den Luftdurchsatz am Wärmetauscher 3 ein mit der Zeit immer flacher verlaufender Spannungsbeeinflußt Das Steuersignal erhält die Steuervorrich- abfall an dvr anderen Dreiecksflanke folgt Bei hohem tung 26 von einem Drehzahlgeber 27 und schaltet dreh- Differenzsignal A haben Spannungsänderungen nur gezahlabhängig ein Relais 28 in der Stromversorgungslei- 30 ringe Änderungen der Überschneidungsstrecke C zur tung 29 des Heizgebläses 24 zu oder ab. Folge, während bei niedrigem Differenzsignal A die '·

Gemäß F i g. 3 ist das Funktionsschema einer aus be- gleichen Spannungsänderungen wesentlich größere An- '

kannten Bauelementen bestehenden Regeleinrichtung derungen der Überschneidungsstrecke C mit sich brinwiedergegeben. Gleiche Teile sind hier mit gleichen Po- gen.

sitionszahlen bezeichnet Wie im Ausführungsbeispiel 35 Mit der vorstehend beschriebenen Regeleinrichtung nach F i g. 1 ist im Heizungszulauf 1 zum Wärmetau- wird eine quasi stetige Regelung der Heizung erzielt scher 3 ein Ventil 4 angeordnet, dessen MagneiwkkJung mit der ein Oberschwingen der Aufheizung, wie es bei .-.;

(Stellantrieb 6) von einer Regelvorrichtung angesteuert einer Zweipunktregelung und bei ungünstiger Auslewird. Gleichermaßen ist auch hier der Heizlufttempera- gung des Wärmetauschers 3 auftreten kann, vermieden turfühler 14 und der Innenraumtemperaturfühler 15 zu- 40 wird. Dabei entfällt ein zusätzlicher regeltechnischer sammen in Reihe geschaltet und ein Sollwertgeber 11 Aufwand, wie er bei einer analogen Verstellung des öffvorgesehen. Über die Anordnung der Temperaturfühler nungsquerschnitts des Ventils 4 im Heizungszulauf 1 gilt das vorstehend Gesagte. Die Steuergrößen der nötig wäre. Das Ventil 4 wird lediglich in einfacher und Temperaturfühler 14 und 15 werden als Summe einem funktionssicherer Weise entweder ganz geöffnet oder Differenzverstärker 32 zugeführt, der das Verhältnis 45 ganz geschlossen. Der Vorteil besteht weiterhin darin, dieser Steuergröße zum Sollwert des mit dem anderen daß der Leistungsbedarf für die Verstellung geringer Eingang des Differenzverstärkers 32 verbundenen Soll- und die Regelung genauer und schneller ist als bei einer wertgebers 11 verstärkt und einem Komparator 34 zu- kontinuierlichen Verstellung des Ventils 4 mit den dort führt Dem Komparator 34 wird ferner eine Dreiecksim- erheblichen Hystereseeinflüssen.

pulsspannung von einem Dreiecksspannungsgenerator so

35 zugeführt Entsprechend den beiden Signalen er- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

zeugt der Komparator 34 Rechteckimpulse, die dem

Stellantrieb 6 des Ventils 4 zugeführt werden. Dadurch wird das Ventil 4 entsprechend der Impulsbreite und Impulsfrequenz geöffnet Diese Impulse haben die glei- 55 ehe Frequenz wie die Dreiecksspannungsimpulse, jedoch eine unterschiedliche Breite entsprechend dem verstärkten Temperatursignal vom Differenzverstärker 32 her.

Die Entstehung der Rechteckimpulse wird durch das 60 Diagramm in F i g. 4 verdeutlicht Die linie A stellt dabei das sich mit der Zeit ändernde Differenzsignal dar,

das aus der Differenz der Addition der Werte der Tem- -

peraturfühler 14 und 15 und dem Sollwert des Sollwertgebers 1! gebildet ist und dem Komparator 34 züge- 65 : führt wird. Der Linienzug B stellt den Verlauf der Drei- f., ecksspannung dar. Während der Oberschneidung bei- ;S der Linien werden im Komparator 34 Rechtecksspan- j-)

Claims (8)

r— i 2 Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Patentansprüche: Regulierung der Beheizung eines Kraftfahrzeuges nach der Gattung des Hauptanspruchs.

1. Einrichtung zur Regulierung der Beheizung ei- Eine derartige Regeleinrichtung ist bekannt aus der nes Kraftfahrzeuges, mit einem von einem Heizmit- 5 US 36 58 244. Diese Druckschrift zeigt eine KJimaanlatelstrom durchströmbaren Wärmetauscher, einem in ge für ein Kraftfahrzeug mit einem Wärmetauscher, dem Heizmittelstrom angeordneten Stellglied und welcher im wesentlichen in Abhängigkeit von der Temeiner das Stellglied betätigenden Regeleinrichtung, peratur im Innenraum des Fahrzeuges proportional gemit der ein Innenraumtemperaturfühler, wenigstens regelt wird. Zur Regelung dient ein Elektromotor, welein weiterer, mit dem Innenraumtemperaturfühler io eher entsprechend dem Meßwert eines Innenraumtemim Sinne einer Addition der IstgröBen geschalteter peraturfühlers ein Ventil im Heizmittelstrom stetig verTemperaturfühler und ein einstellbarer SoIIwertge- ändert Mit dem Innenraumtemperaturfühler ist bei der ber verbunden sind, dadurch gekennzeich- bekannten Regeleinrichtung ein zusätzlicher Temperan e t, daß ein Verstärker (32) ein aus der Addition turfühler im Sinne einer Addition der Istgrößen in Reihe der Werte der Temperaturfühler (14,15) und dem 15 geschaltet, welcher eine Kompensation der Heizungsre-SoUwert des Sollwertgebers (11) gebildetes Diffe- gelung unter Berücksichtigung der Temperatur der zurenzsignal (A) einem Komparator (34) zuführt, der strömenden Frischluft bewirkt Die gewünschte Tempedas Stellglied entsprechend der Breite (C) der vom ratur im Innenraum des Kraftfahrzeuges wird an einem Komparator (34) erzeugten Impulse öffnet bzw. Sollwertgeber eingestellt

schließt, daß^ej- weitere Temperaturfühler als Heiz- 20 Aus ATZ (1967/1), Seiten 29 bis 32, ist eine elektroni-

lufttemperaturfühler (14) ausgebildet und am Luft- sehe Regelung der Innentemperatur von Kraftfahrzeu-

austritt des Wärmetauschers (3) angeordnet ist und gen bekannt, welche als Zweipunktregelung ausgebildet

daß die Bewertung des Ausgangssignals des Innen- ist Hierbei wird ein Magnetventil als Stellglied benutzt

raumtemperaturfühlers (15) größer ist als die des welches sich in der Zuleitung des Heizmittelstromes

Heizlufttemperaturfühlers (14). 25 zwischen Fahrzeugmotor und Wärmetauscher befindet

2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekenn- Neben einem Temperaturfühler für den Faörzeuginnenzeichnet, daß der Innenraumtemperaturfühler (15) raum können zusätzliche Temperaturfühler in die Regean der Mündung eines Rohres (17) angebracht ist, lung einbezogen werden, beispielsweise ein Temperadurch das mittels einer Luftfördervorrichtung In- turfühler in der Nähe des Wärmetauschers,
nenraumluft transportiert wird. 30 Die vorgenannten bekannten Einrichtungen zur Re-

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- gulierung der Beheizung eines Kraftfahrzeuges sind zeichnet daß als Luftföcdervorröhtung die Brenn- entweder in mechanischer Hinsicht sehr aufwendig, inskraftmaschine (22) dient und das Rohr (17) über eine besondere wenn kontinuierlich arbeitende Stellglieder Drosselbohrung (18) mit dem S-agrohr (20) der benötigt werden, und/oder es treten erhebliche Tempe-Brennkraf tmaschine verbunden ist 35 raturschwankungen auf, weil wegen des Zweipunktver-

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Haltens der Regelungen die eigentlich erwünschte Temdadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler peratur stets entweder überschritten oder unterschrit-(14,15) als Dioden ausgebildet sind, wobei die unter- ten wird.

schiedliche Bewertung durch Mehrfachdioden er- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfa-

zielt wird. 40 chen regelungstechnischen Mitteln und mit einem stö-

5. Einrichtung nach einem der vorstehenden An- rungsunempfindlichen Stellglied eine möglichst exakte spräche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelein- Regelung der Beheizung eines Kraftfahrzeuges zu errichtung (7) einen Dreiecksspannungsgenerator (35) reichen, wobei ein eingestellter Sollwert ohne nennenskonstanter Frequenz, einen Differenzverstärker (32) werte Temperaturschwankungen exakt eingehalten für die Signale der Temperaturfühler und des SoU- 45 wird.

werts und den Komparator (34) zur Erzeugung von Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Regulierung

Rechteckimpulsen aufweist. der Beheizung eines Kraftfahrzeuges mit den kenn-

6. Einrichtung nach einem der vorstehenden An- zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Sprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Stellglied Vorteil, daß die wesentlichen, die Dynamik der Aufheials Ventil (4) im Heizungszulauf (1) des Wärmetau- 50 zung beeinflussenden Temperaturen erfaßt werden und schers (3) ausgebildet ist mit einem Stellantrieb (6), von der Regeleinrichtung mit einem eingestellten Solider von der Regeleinrichtung (7) angesteuert wird. weri verglichen werden. Vorteilhaft ist dabei, daß die

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- von den Meßfühlern erfaßten Meßgrößen eine unterzeichnet, daß der Verlauf der Dreiecksspannung des schiedliche Wertigkeit haben, der Form, daß der innen-Dreiecksspannungsgenerators (35), insbesondere im 55 raumtemperaturfühler bei einer Temperaturänderung Bereich des Spannungsabfalls, nichtlinear in Form die Regelung wesentlich stärker beeinflußt, als es der einer abfallenden e-Funktion erfolgt Heizlufttemperaturfühler tut Diese Maßnahme ge-

8. Einrichtung nach einem der vorstehenden An- währleistet, daß bereits geringe Innenraumtemperatursprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Luft- änderungen schnell erfaßt werden und daß die noch eintritt des Wärmetauschers (3) ein Heizgebläse (24) 60 kalte Fahrgastzelle schnell hochgeheizt werden kann, angeordnet ist, das in Abhängigkeit von der durch Weiterhin wird durch das Anbringen des Heizlufttemdie Fahrzeugbewegung bewirkten Lufteintrittsge- peraturfühlers ein zu starkes, durch die Wärmekapazität schwindigkeit in den Fahrzeuginnenraum ab- und des Wärmetauschers verursachtes Überschwingen der zuschlagbar ist. Heizung vermieden. Durch die getaktete Regelung des

65 Stellgliedes, d. h. durch dessen Betätigung entsprechend

der Breite der von einem Komparator erzeugten Impulse, erreicht man, daß mit einem einfachen, entweder voll auf· oder zugesteuerten Stellglied eine quasi stetige