DE3783129T2

DE3783129T2 - Kaeltemittelstromregelung.

Info

Publication number: DE3783129T2
Application number: DE8787119373T
Authority: DE
Inventors: Richard C Barthel; Peter John Malone; Charles D Orth
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1987-01-27
Filing date: 1987-12-30
Publication date: 1993-07-01
Anticipated expiration: 2007-12-31
Also published as: EP0276490A2; EP0276490A3; DE3783129D1; US4794762A; EP0276490B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für ein Klimasystem bzw. eine Klimaanlage zur Luftkühlung für ein Fahrzeugabteil, wie beispielsweise den Fahrgastraum eines Automobils. Das System bezieht sich insbesondere auf Klimaanlagen für Automobile mit Kompressor/Pumpenmitteln, die Kühl- oder Kältemittel verwenden zwischen einem exothermen Wärmetauscher, oder Kondensator, wie er üblicherweise genannt wird, und einem endothermen Wärmetauscher oder Verdampfer, der angeordnet ist, damit Luft darüber geblasen wird zum Kühlen des Fahrgastraumes. In Systemen dieser Art wird die Strömungssteuerung des komprimierten und verflüssigten Kühlmittels von dem Kondensator aufrechterhalten durch eine Expansions- oder Ausdehnungseinrichtung, wie beispielsweise ein drosselndes Kapillarrohr oder ein Expansions- oder Ausdehnungssteuerungsventil, das angeordnet ist zum Empfang von Strömungsmittelstrom von dem Kondensator an seinem Einlaß und zum Ablassen von verdampftem Kühlmittel an seinem Auslaß mit einem wesentlich geringeren Druck zur Zirkulation durch den Verdampfer. Systeme dieser Art sind in der Technik bekannt und verwenden im allgemeinen Druckabfühleinrichtungen, die in dem Strömungspfad des Kühlmittels zu dem Verdampf er oder in dem Strömungspfad des Kühlmittels, das von dem Verdampfer abgelassen wird, angeordnet sind, um den Betrieb des Steuerventils zu bewirken oder den Kompressor abzutrennen infolge eines übermäßigen Drucks in der Kühlmittelleitung.
Eine dieser üblicherweise verwendeten Arten von Kühlmittelexpansionssteuerventilen verwendet eine Membran, die dem Kühlmitteldruck ausgesetzt ist, der das Ventil verläßt. Ein vorzugsweises kugelförmiges Fühlelement fühlt die Temperatur an dem Verdampferauslaß ab und setzt ansprechend darauf, eine mit Strömungsmittel gefüllte Kammer unter Druck, der auf die gegenüberliegende Seite der Membran wirkt. Eine Bewegung der Membran infolge der Druckdifferenz darüber hinweg wird verwendet, um ein Kühlmittelströmungssteuerventilglied zu bewegen. Diese druckansprechenden Kühlmittelexpansionssteuerventile dienen daher zur Steuerung des Stromes vom flüssigen Kühl- oder Kältemittel zu dem Verdampfer ansprechend auf die Nachfrage oder die Verdampfungsrate in dem Verdampfer. Die vorgenannten druckansprechenden Ventile haben eine weitverbreitete Verwendung in Automobilklimasystemen gefunden wegen ihrer Einfachheit, ihrer niedrigen Kosten und ihrer Zuverlässigkeit.
Jedoch sind diese druckansprechenden Ventile in ihrer Steuerungsfähigkeit beschränkt wegen ihres Ansprechens allein auf die Kühlmittelüberhitzung am Verdampferauslaß. Somit benötigen diese bekannten Systeme zum Steuern des Kühlmittelstroms in Klimasystemen ein Druckabfühlmittel in dem Verdampferströmungskreis, das die Druckdifferenz oder den Differentialdruck abfühlen kann. In letzter Zeit ist es wünschenswert geworden, ein vollständig elektrisch gesteuertes Klimasystem für ein Fahrzeug vorzusehen, und insbesondere ein System, das die Steuerung des elektrischen Kompressorkupplungsmechanismus in einem gemeinsamen Mikrocomputer integrieren könnte, der für die Motorbetriebssteuerung verwendet wird.
Entsprechend war es erwünscht, ein Mittel vorzusehen zum Liefern einer vollständig elektrischen Steuerung eines Automobilklimasystems und dennoch die Vorteile der herkömmlichen Kühlmittelexpansionsmittel zu behalten. Ein derartiges, bekanntes Ausdehnungsmittel weist ein druckansprechendes, membranbetriebenes Temperaturexpansionsventil auf, wie das in den US-Patenten 3 667 247 und 3 810 366 gezeigten und beschriebenen, die dem Anmelder der vorliegenden Erfindung gehören. Alternativ kann ein einfaches Kapillarrohr als Expansionsmittel verwendet werden, wie dies in der Technik bekannt ist.
US 3 289 429 bezieht sich auf ein Klimasystem, das ein Abfühlmittel verwendet, welches geeignet ist, Ventilatormittel und Kompressormittel zu betätigen und abzuschalten.
Die vorliegende Erfindung, wie sie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 definiert ist, sieht ein einzigartiges Steuersystem und ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Kühl- oder Klimasystems vor, das zum Kühlen der Luft in einem Raum oder Abteil, wie beispielsweise dem Fahrgastraum eines Automobils verwendet wird. Die vorliegende Erfindung verwendet bekannte druckempfindliche Expansionsmittel zum Steuern des Kühlmittelstroms zwischen einem exothermen Kondensator und einem endothermen Verdampfer, der in dem zu kühlenden Abteil angeordnet ist. In einem Ausführungsbeispiel wird das druck- und temperaturempfindliche Steuerventil verwendet und in einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Kapillarrohr mit fester Zumeßöffnung als Expansionsmittel verwendet.
Die vorliegende Erfindung sieht vollständig elektrische Mittel vor zum Steuern des Systems durch Verwendung eines Mikroprozessors zur Steuerung von Schalttreibern oder Relais, zum Öffnen oder Schließen eines Schalters zur Betätigung einer Kupplung, die den Kühlmittelkompressor mit Energie versorgt oder abschaltet, sowie einen anderen Schalter, der einen Ventilator oder ein Gebläse mit Energie versorgt oder abschaltet, um Umgebungsluft über den exothermen Verdampfer zwangsweise zu bewegen. Der Mikroprozessor empfängt Signale von Temperatursensoren in der Form von Thermistoren, wobei einer auf der Hochdruckeinlaßseite der Expansionsmittel und ein zweiter auf der Niedrigdruckablaßseite der Expansionsmittel angeordnet ist. Die Sensoren sind Thermistoren, die die Wand des Strömungspfades durchdringen und die Temperatur des Kühlmittels direkt abfühlen.
Der Mikroprozessor vergleicht die abgefühlte Temperatur am Einlaß der Expansionsmittel mit vorbestimmten oberen und unteren Grenzen oder Grenzwerten, die im Speicher gespeichert sind, um die Kompressorkupplung anzulegen und zu lösen in dem Fall, daß eine abgefühlte Temperatur einen Überdruckzustand darstellt. Der Mikroprozessor öffnet und schließt auch den Ventilatorschalter, um den Kühlventilator für den exothermen Kondensator zyklusmäßig "AN" und "AUS" zu schalten. Die abgefühlte Temperatur an der Entladungsseite der Ausdehnungs- oder Expansionsmittel wird verglichen mit vorbestimmten oberen und unteren Grenzen oder Grenzwerten im Speicher nach einer vorbestimmten vergangenen Zeit nach dem Kompressorstart, um den Kompressor "AUS" zu schalten im Falle eines niedrigen Drucks oder unzureichender Kühlmittelladung. Die Auslaßtemperatur wird auch mit vorbestimmten Werten für den Normalarbeitszyklus des Kompressors verglichen, um die Solltemperatur des Kühlmittels beizubehalten, das in den Verdampfer eintritt. Somit kann das Steuersystem der vorliegenden Erfindung den Kompressorbetrieb unabhängig von der Steuerung des Strömungsmittelflusses in den Expansionsmitteln steuern.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit eine vollständig elektrische Steuerung eines Kühl- oder Klimasystems an Bord eines Fahrzeugs ohne die Notwendigkeit, die druckansprechenden Expansionsmittel zu verändern oder modifizieren, die für den normalen Kühlbetrieb verwendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Darstellung, die den Strömungsmittelfluß zeigt, und ein Diagramm des Steuersystems der vorliegenden Erfindung, das ein druckansprechendes Kühlmittelexpansionsventil verwendet;
Fig. 2 ist eine Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung, das ein Kapillarrohr als Kühlmittelexpansionssteuermittel verwendet;
Fig. 3a ist ein Teil der elektrischen Schaltung der vorliegenden Erfindung, die entlang einer Teilungslinie I-I geteilt wurde;
Fig. 3b ist ein Teil der elektrischen Schaltung der vorliegenden Erfindung, die entlang der Teilungslinie I-I vorgesehen ist; und
Fig. 4 ist eine Schnittansicht gesehen durch die Wand der Leitung und zeigt eine typische Temperatursensoranordnung.

Genaue Beschreibung

Mit Bezug auf Fig. 1 besitzt das Steuersystem der vorliegenden Erfindung, das allgemein mit 10 bezeichnet ist, Kühlmittel-Kompressor/Pumpenmittel 12, die von einer bordeigenen Leistungsquelle angetrieben werden, beispielsweise einem Leistungsriemen 14, der über eine Rolle aufgenommen ist zum Antrieb der Kompressorwelle bei Betätigung einer elektrischen Kupplung 16. Der Kompressor 12 sieht eine Quelle komprimierten oder zusammengedrückten Kühl oder Kältemittels in Gasform vor, wie beispielsweise Freon 12, das durch die Leitung 18 zum Einlaß eines exothermen Wärmetauschers gepumpt wird, der das Kühlmittel kondensiert. Der Wärmetauscher oder Kondensator 20 läßt durch eine Leitung 22 und in einen Filter/Trockner 24 ab, der durch die Leitung 26 zu dem Einlaß eines Expansions- oder Ausdehnungsmittels abläßt, das allgemein bei 28 gezeigt ist. In der gegenwärtig bevorzugten Praxis des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 weisen die Expansionsmittel 28 ein Expansionssteuerventil auf. Das Expansionssteuerventil 28 läßt an seinem Auslaß durch die Leitung 30 zu dem Einlaß des endothermen Wärmetauschers oder Verdampfers 32 ab, der Wärme von dem zu kühlenden Abteil absorbiert und bewirkt, daß das flüssige Kühlmittel den Zustand in eine Dampfform ändert. Der Verdampfer läßt durch eine Leitung 34 ab, die durch den Körper des Ventils 28 läuft und zu der Einlaßseite des Kompressors 12 zurückkehrt.
Ein Gebläse oder Ventilator 36, angetrieben von einem Elektromotor 38, ist angeordnet zum Leiten eines Stroms von Umgebungsluft über den Verdampfer 20 bei Versorgung des Motors 38 mit Energie. Falls gewünscht, kann eine ähnliche Anordnung in Fig. 1 mit einem Gebläse 40 vorgesehen werden, das in einem Raum oder Plenum 42 angeordnet ist zum Leiten eines Stroms von entweder Umgebungsluft oder rückgeführter (rezirkulierter) Luft über den Verdampfer 32 bei Versorgung des Motors 44 mit Energie zum Antrieb des Gebläses 40. Falls gewünscht, kann der Ventilator 36 einem doppelten Zweck dienen und den Luftstrom über den Motorkühler und den Verdampfer 20 leiten mittels eines Ventilatorabdeckelements 46.
In der gegenwärtigen Praxis des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 steuert das Ausdehnungs- oder Expansionsventil 28 den Strom von Kühlmittel dahindurch durch Vorsehen eines Mittels, das ansprechend ist auf die Verdampferüberhitzung (superheat) zum Steuern einer Bewegung eines bewegbaren Ventilglieds. Typischerweise verwendet das Ventil 28 eine Membran, die dem Kühlmitteldruck ausgesetzt ist, der von dem Ventil abgelassen wird. Ein vorzugsweise kugelförmiges Fühlelement fühlt die Temperatur an dem Verdampferauslaß ab und setzt ansprechend darauf eine strömungsmittelgefüllte Kammer unter Druck, der auf die gegenüberliegende Seite der Membran wirkt. Eine Bewegung der Membran infolge der Druckdifferenz darüber hinweg wird verwendet, um ein (nicht gezeigtes) Kühlmittelströmungssteuerventilglied zu bewegen. Diese Art von Kühlmittelexpansionssteuerventil wirkt somit zum Steuern des Stroms von flüssigem Kühlmittel zu dem Verdampfer ansprechend auf Nachfrage oder die Verdampfungsrate in dem Verdampf er. Solche Ventile sind in der Technik bekannt und die Wahl einer speziellen Type oder Bauart des Ventils bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Jedoch besitzt, wie in Fig. 1 gezeigt und entsprechend der gegenwärtig bevorzugten Praxis, das Ventil 28 einen Aluminiumblockkörper 48 und die Leitung 34 verläuft dort hindurch für einen Rückfluß zum Kompressoransauganschluß.
Mit Bezug auf die Fig. 1 und 4 ist ein Temperatursensor oder -fühler durch den Ventilblock 48 eingebaut und steht direkt mit dem Kühlmittelstrom in Verbindung, der in das Ventil 28 an dessen Einlaß eintritt. Der Sensor 50 weist vorzugsweise einen Thermistor 52 auf mit einem Paar von elektrischen Verbindungsrohren 54, 56, die sich von dem Thermistor nach oben erstrecken. Der Thermistor ist an einem Ringflansch 58 aufgehängt mittels verschweißtem Glasisolationsmaterial 60, wobei die Verbinderrohre 54, 56 darin eingebettet sind und sich dahindurch erstrecken. Ein Ringflansch 58 ist in einer Ausnehmung aufgenommen, die in dem Ventilblock 48 gebildet ist, und eine Dichtung ist dazwischen vorgesehen mittels eines geeigneten O- Rings 62. Beim Einbau wird der O-Ring zusammengedrückt durch eine Vorrichtung oder Befestigung 64, die gegen die Oberseite des Flanschs 58 gedrückt wird, und eine ausreichende Materialmenge des Ventilblocks wird über die Kante des Flanschs deformiert, wie dies durch Bezugszeichen 66 bezeichnet ist, und zwar durch ein geeignetes Formwerkzeug 68, um den Flansch festzuhalten.
Ein zweiter Thermistor, der allgemein bei 70 gezeigt ist, ist in ähnlicher Weise wie der Thermistor 50 durch den Ventilblock 48 benachbart zu der Ablaß-Auslaßleitung 30 angeordnet zum Abfühlen der Temperatur des Kühlmittels bei vermindertem Druck, wie es in die Verdampferleitung 30 eintritt. Es sei bemerkt, daß der Thermistor 70 vorzugsweise angebracht ist wie in Fig. 4 gezeigt. In der gegenwärtigen Praxis der Erfindung verwendet jeder Thermistor 50, 70 ein abfühlendes Element, wie es durch das Bezugszeichen 52 in Fig. 4 bezeichnet ist, in der Form eines Widerstands mit einem negativen Temperaturkoeffizienten. Ein im Handel erhältliches Bauteil mit negativem Koeffizienten, das als zufriedenstellend befunden wurde, ist von Fenwall Electronics Division der Kidde Corp., 63 Fountain Street, Framigham, Massachusetts 01701 erhältlich und trägt die Hersteller-Nummer UUR43J24. Es sei jedoch bemerkt, daß andere Arten von Thermistoren verwendet werden könnten.
Mit Bezug auf Fig. 1 ist die elektrische Steuervorrichtung allgemein bei 72 gezeigt und umfaßt einen Mikroprozessor 74, der verbunden ist zum Empfang von Eingangsgrößen von dem temperaturabfühlenden Thermistor 50, und zwar verbunden mit den Thermistoranschlüssen oder -verbindern 54, 56 über Leitungen 76, 78. Leitungen 80, 82 sind mit dem Thermistor 70 und mit dem Mikroprozessor verbunden.
Der Mikoprozessor 74 empfängt elektrische Leistung von einer Leistungsversorgung 84 und ist über einen Schalttreiber oder ein Relaisnetzwerk 86 verbunden, das betätigbar ist zum Bewirken der Öffnung und des Schließens eines Ventilatorschalters 90 und eines getrennten Kompressorkupplungsschalters 92. Der Ventilatorschalter ist mit dem Ventilatormotor 38 über Leitungen 94, 96 verbunden und der Kompressorkupplungsschalter ist mit der Kupplung 16 über Leitungen 98, 100 verbunden.
In der gegenwärtigen Praxis wurde das Steuersystem der Erfindung für den Betrieb mit gegenwärtig verwendeten Automobilklimasystemen als zufriedenstellend befunden. Ein solches System, für das herausgefunden wurde, daß es zufriedenstellend mit der vorliegenden Erfindung arbeitet, verwendet einen Verdampfer 32, der mit einem Flüssigkeitsdruckabfall darüber hinweg von ungefähr 25 psi (1,75 kg/cm²) arbeitet, d. h. einer Druckdifferenz zwischen der Leitung 30 an dem Einlaß und der Leitung 34 an dem Auslaß; jedoch kann die Erfindung in Systemen verwendet werden,- die unterschiedliche Werte des Verdampferdrucksabfalls besitzen.
In der gegenwärtigen Praxis der Erfindung wurde es für zufriedenstellend befunden, nach einem anfänglichen Start einen Anfangsarbeitszyklus von 3 Minuten vorzusehen, in dem die Temperatur des Kühlmittels am Verdampfereinlaß höher als 28ºC ist, wie von dem Thermistor 70 abgefühlt. Danach werden die Temperaturwerte des Thermistors 70 und des Thermistors 50 abgelesen oder gesampelt mit einer Rate von ungefähr einem Ablesewert jede 1/2 bis 3/4 Sekunde. Vorzugsweise wurde die minimale Kompressorlaufzeit in dem Bereich von 5 bis 10 Sekunden eingestellt. Während normalen Kühlbetriebs wird, wenn die von dem Thermistor 70 abgefühlte Kühlmitteltemperatur 7,2ºC erreicht, was ein vorbestimmter, gewählter Wert ist, die Kompressorkupplung 16 "AN" gestellt; und wenn die von dem Thermistor 70 abgefühlte Temperatur T&sub7;&sub0; auf minus 5,5ºC fällt, was ein vorbestimmter, gewählter Wert ist, wird die Kupplung wieder "AUS" geschaltet.
Bei anfänglichem Start des Kompressors 12 zur Zeit t&sub0; wird, wenn bei t&sub0; plus eine Minute T&sub7;&sub0; größer als 5,5 ºC ist, der Kompressor "AUS" geschaltet als Anzeige niedriger Kühlmittelladung. Im Falle, daß T&sub7;&sub0; größer ist als 5,5ºC bei t&sub0; plus fünf Minuten, wird der Kompressor zyklusmäßig "AUS" geschaltet als eine Anzeige dafür, daß das System keine Kühlmittelladung besitzt. Wenn ein Betriebszustand vorhanden ist, so daß die von dem Thermistor 70 abgefühlte Temperatur T&sub7;&sub0; 51ºC erreicht, wird die Kompressorkupplung ent-betätigt oder gelöst als Anzeige dafür, daß in dem System ein Hochdruckzustand vorhanden ist. Normalerweise hätten Automobilfahrzeugsysteme, die die vorliegende Erfindung verwenden, einen Kompressorablaßdruck oder einen Einlaßdruck auf der Hochdruckseite zu den Expansionsmitteln 28 von 150 bis 250 psi (17,5-21 kg/cm²). Im Falle, daß der Kompressorablaßdruck diesen Bereich überschreitet, ist die abgefühlte Temperatur T&sub7;&sub0; größer als 51ºC als eine Anzeige für Überdruck. In dem Falle, daß nach einem Überdruckzustand der Druck des Kühlmittels auf einen Wert innerhalb des normalen Bereichs fällt, und zwar als eine abgefühlte Temperatur T&sub5;&sub0; wird der Kompressor wieder zyklusmäßig "AN" geschaltet. Wenn die abgefühlte Temperatur T&sub5;&sub0; auf 35ºC steigt, ist der Mikroprozessor wirksam, eine Betätigung des Ventilatorschalters 90 zu bewirken, um den Ventilatormotor 38 "EIN" zu schalten; und wenn die abgefühlte Temperatur T&sub5;&sub0; auf 33ºC fällt, wird der Ventilatorschalter 90 geöffnet, um den Motor 38 "AUS" zu schalten.
Bei einem Kaltstart, im Falle daß die Temperatur T&sub7;&sub0; bei oder unter -20ºC ist, wird der Kupplungsschalter 92 durch den Mikroprozessor in der "AUS" -Position gehalten als Anzeige für Niedrigdruck, bis die Umgebungsluft das System ausreichend aufgewärmt hat, um einen Kompressorstart zu ermöglichen.
Mit Bezug nun auf die Fig. 3a und 3b ist das elektrische Diagramm für das Steuermodul 72 gezeigt und ist entlang der Teilungslinie I-I geteilt wegen der leichteren Darstellung. Die Werte für Widerstände und Kondensatoren und die Bezeichnung anderer Festkörperschaltungskomponenten sind in Tabelle 1 angegeben und wurden aus Gründen der Klarheit aus der Zeichnung weggelassen. In Fig. 3A weisen die Komponenten, die von der mit 102 bezeichneten, gestrichelten Linie umgeben sind, den signalaufbereitenden Analog-zu-Pulsbreiten-Konverter für die Eingangssignale von den Thermistoren 50, 70. Das Temperaturausgangssignal jedes der Thermistoren 50, 70 wird durch den Mikroprozessor gelesen, der durch die gestrichelte Linie 104 umrissen ist. Die jeweilige Ladezeit der Kondensatoren C4 und C5, die durch den sich ändernden Widerstand der Thermistoren 50, 70 verändert wird, wird durch den Mikroprozessor zeitlich gesteuert, um ein Signal zu erzeugen mit einer Pulsbreite, die gemäß den Veränderungen im Widerstandswert der Thermistoren verändert wird. Ein Kristall-Oszillator-Netzwerk ist vorgesehen für die Zeitsteuerung, wie dies allgemein bei 106 angezeigt ist. Der Mikroprozessor 104 empfängt das Temperatursignal von dem Thermistor 50 und ist mit dem Oszillator verbunden an den Anschlüssen oder Stiften 4 und 5 des Mikroprozessors. Das Signal von dem Thermistor 70 ist an den Mikroprozessor 104 angelegt an den Anschlüssen 2 und 10. In der gegenwärtigen Praxis weist der Mikroprozessor 104 ein im Handel erhältliches Bauteil auf mit der Typenbezeichnung 6805 P3.
Beim Betrieb pulst der Mikroprozessor typischerweise über den Anschluß (Pin) 2 eine mit 106 bezeichnete Zeitsteuereinrichtung, die vorzugsweise ein Bauteil der im Handel erhältlichen Type 556 aufweist, um mit dem Laden des Kondensators C4 zu beginnen. Wenn der Kondensator C4 auf 2/3 Vcc oder plus 5 Volt Gleichspannung aufgeladen ist, wird die Ausgangsgröße des Bauteils 106 an den Anschluß 11 des Mikroprozessors 104 angelegt, um das Ende der Zeitperiode anzuzeigen. Der Mikroprozessor vergleicht dann das Signal vom Thermistor 50 mit einem Wert aus dem Speicher und gibt ein Signal an den Vortreiber (predriver) ab als Anzeige für den Vergleich.
Eine Zeitsteuereinrichtung 108 ist vorgesehen zum Laden eines Kondensators C5, der ein Signal am Anschluß 10 des Mikroprozessors 104 vorsieht als Anzeige für die Ausgangsgröße des Thermistors 70. Der Mikroprozessor vergleicht dann die Ausgangsgröße der Zeitsteuereinrichtung 108 mit einem Wert im Speicher und liefert eine Ausgangsgröße als Anzeige für den Vergleich.
Mit Bezug auf Fig. 3B weisen die Komponenten, die von der mit 110 bezeichneten, gestrichelten Linie umgeben sind, eine Vortreiberschaltung auf, die in Verbindung mit einer Treiberschaltung arbeitet, die durch die mit 112 bezeichnete, gestrichelte Linie angedeutet ist, und die Komponenten 110 und 112 zusammen bilden den Schalttreiber, den Ventilatorschalter und den Kompressorkupplungsschalter, die durch Bezugszeichen 86 bzw. 90 bzw. 92 in Fig. 1 bezeichnet sind.
Die Treiberschaltung 112 umfaßt Leistungs FET's Q7 und Q9, wobei der Ausgang des Bauteils Q7 mit der Kompressorkupplung 16 über Leitungen 98, 100 verbunden ist. Der Ausgang des FET-Treibers Q9 ist mit dem Ventilatormotor über Leitungen 94, 96 verbunden.
Es sei bemerkt, daß in dem Falle, daß die Nennleistung des Ventilatormotors 38 das Leistungsvermögen des FET's Q9 überschreitet, ein (nicht gezeigtes) Relais zwischen den Treiber Q9 und den Ventilatormotor 38 geschaltet werden kann. In der gegenwärtigen Praxis der Erfindung besitzt der Treiber Q9 eine ausreichende Nennleistung, um das Schalten der Kompressorkupplung ohne die Notwendigkeit eines Zwischenrelais zu bewältigen; falls gewünscht, kann jedoch ein Relais verwendet werden für die Versorgung der Kupplung 16 mit Energie.
Die Schaltungskomponenten, die in Fig. 3B durch die mit 114 bezeichnete, gestrichelte Linie umgeben sind, weisen eine Hauptfehlerschaltung auf mit einem Schaltbauteil Q5, das normalerweise "AN" ist und wirksam ist, die Treiber Q7 und Q9 zu erden, bis eine Ausgangsgröße von dem Anschluß 16 des Mikroprozessors 104 empfangen wird, woraufhin Q5 "AUS" geschaltet wird, wodurch die Treiber Q7 und Q9 bereit gemacht oder enabled werden.
Die Schaltungskomponenten, die von der gestrichelten Linie umgeben sind, die mit dem Bezugszeichen 84 bezeichnet ist, weisen die Leistungsversorgung und einen Spannungsregler auf, der eine regulierte positive 5 Volt Gleichspannung für die Festkörperkomponenten aus der 12 Volt Gleichspannung der bordeigenen Fahrzeugversorgung liefert. Die Leistungsversorgung umfaßt ein Festkörperbauteil U1 mit der Standardtypenbezeichnung 78603.
Mit Bezug auf Fig. 3A weisen die Schaltungskomponenten, die von der mit Bezugszeichen 116 bezeichneten, gestrichelten Linie umgeben sind, eine Timer- oder Zeitsteuerschaltung auf, die den Mikroprozessor 104 zeitlich auszählt und zurücksetzt, wenn nicht die Zeitsteuerschaltung ständig durch den Mikroprozessor durch einen Puls am Anschluß 14 erneuert oder zurückgesetzt wird. Während normalen Mikroprozessorbetriebs wird ein Puls einmal jede 70 Millisekunden erzeugt und die Schaltung 116 gestattet dadurch einen fort laufenden Betrieb des Mikroprozessors nur dann, wenn der Betrieb normal ist. Im Falle einer Fehlfunktion eines Mikroprozessors würde ein Versagen, einen Puls am Anschluß 14 vorzusehen, bewirken, daß die Schaltung 116 zeitlich auszählt und die Ausgänge der Vortreiberschaltung 110 abschaltet bzw. abschneidet. Tabelle I Kondensatoren bzw. Kapazitäten (Mikrofarad) Widerstände (Ohm) Andere Bauteile Zener Watt
Mit Bezug nun auf Fig. 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung allgemein bei 200 gezeigt und ist ähnlich dem mit 10 in Fig. 1 bezeichneten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, daß die Expansionsmittel, die allgemein bei 28' gezeigt sind, ein Kapillarrohr mit kleinem Durchmesser oder ein Zumeßöffnungsrohr aufweisen anstatt eines bewegbaren Ventilglieds. In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist der Thermistor 50' durch die Wand der Leitung 26' am Hochdruckeinlaßende der Kapillare 28' angeordnet; und der Niedrigdruckseitenthermistor 70' ist direkt durch die Wand der Leitung 30' angeordnet, die den Auslaß der Kapillare mit dem Verdampfereinlaß verbindet. Die Thermistoren 50', 70' in dem Ausführungsbeispiel 200 von Fig. 2 können durch die Wand der jeweiligen Leitungen eingebaut werden und darin durch die gleiche Technik oder auf die gleiche Weise gehalten werden, wie sie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwendet wird und wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Es kann jedoch notwendig sein, zuerst einen Vorsprung an der Leitung zu befestigen, wie beispielsweise durch Hartlöten oder Hochtemperaturlöten, um die notwendigen Befestigungsoberflächen für den Thermistorflansch 58 vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung sieht somit eine einzigartige und neue Art der Steuerung des Kompressorkupplungszyklus und des Verdampferkühlventilatorzyklus vor, und zwar in einem System zum Klimatisieren eines Abteils, wie beispielsweise eines Automobilfahrgastraums. Die Erfindung verwendet Temperatursensoren zum Abfühlen der Temperatur des Kühlmittels, das in die Hochdruckkühlmittelexpansionsmittel eintritt und von dort austritt; und die Temperaturausgabegrößen der Sensoren werden verglichen mit vorbestimmten Werten, die in dem Speicher eines Mikrocomputers gespeichert sind. Die Erfindung ist wirksam, elektrische Steuersignale vorzusehen als Anzeige für den Vergleich zum Steuern des "AN"- und "AUS"-Zyklus des Kompressors und des Kondensatorkühlventilators beim Abfühlen gewisser Temperaturbedingungen, die repräsentativ sind für Überdruck, niedrige oder nicht ausreichende Kühlmittelladung und niedrigen Systemdruck, und dennoch behält die Erfindung die Fähigkeit, ein herkömmliches druckansprechendes Wärmeexpansionsventil zu verwenden.

Claims

1. Steuersystem für ein Klimasystem bzw. eine Klimaanlage zur Luftkühlung für ein Fahrzeugabteil, wobei die Klimaanlage (Luftaufbereitungssystem) folgendes aufweist:

(a) Kompressormittel (12), die bei Verbindung mit einer Leistungsquelle eine Strömung an zusammengedrücktem Kühlmittel liefern;

(b) ein exothermer Wärmeaustauscher (20) angeordnet zur Umgebungskühlung und mit einem Einlaß, der betriebsmäßig verbunden ist um den Fluß an zusammengedrückten oder komprimierten Kühlmittel von den Kompressormitteln auf zunehmen, wobei der Wärmeaustauscher betriebsmäßig das komprimierte Kühlmittel kühlt und eine Kondensation desselben bewirkt;

(c) Expansionsmittel (28, 28'), die betriebsmäßig das kondensierte Kühlmittel aufnehmen und das Kühlmittel mit einem wesentlich verminderten Druck abgeben;

(d) ein endothermer Wärmeaustauscher (32) betriebsmäßig verbunden zur Aufnahme des Auslasses der Expansionsmittel und betriebsmäßig zur Absorbtion von Wärme aus der Luft in einem zu kühlenden Abteil;

(e) Kupplungsmittel (16), die bei Betätigung und Endbetätigung dazu dienen, den Kompressor mit der Leistungsquelle antriebsmäßig zu verbinden bzw. diesen davon zu trennen;

(f) Ventilatormittel (36), die bei Betätigung einen Strom von Umgebungsluft über den exothermen Wärmeaustauscher leiten, wobei das Steuersystem folgendes aufweist:

(g) erste Temperatursensormittel (50) angeordnet zum direkten Abfühlen der Temperatur des in die Expansionsmittel eintretenden kondensierten Kühlmittels;

(h) zweite Temperatursensormittel (70) angeordnet zum direkten Abfühlen der Temperatur des erwähnten Flusses an Kühlmittel mit verringertem Druck, welches aus den Expansionsmitteln austritt;

(i) Schaltungsmittel (86) einschließlich Schaltermitteln (90, 92), die im Betrieb sind um anzusprechen auf (a) die ersten Sensormittel, die eine erste vorbestimmte obere Grenztemperatur abfühlen, die einen Überdruckzustand anzeigt, um die Kupplungsmittel zu ent-betätigen und nachdem die abgefühlte Temperatur auf einen vorbestimmten Betrag unterhalb der ersten oberen Grenze abgefallen ist, um die Kupplungsmittel zu betätigen, (b) die zweiten Sensormittel (70), die eine vorbestimmte zweite obere Grenztemperatur abfühlen, die niedriger ist als die erste obere Grenze während des normalen Betriebs um die Kupplungsmittel zu betätigen, und die eine erste vorbestimmte untere Grenztemperatur abfühlen um die Kupplungsmittel zu ent-betätigen und beim kalten Starten zur Entbetätigung der Kupplungsmittel infolge des Abfühlens einer zweiten unteren Grenztemperatur niedriger als die erste untere Grenztemperatur und (c) die ersten Sensormittel, die eine dritte vorbestimmte obere Grenztemperatur abfühlen um die Ventilatormittel zu betätigen und (d) die ersten Sensormittel, die eine dritte vorbestimmte untere Grenztemperatur abfühlen, die niedriger ist als die zweite obere Grenze um den Ventilator zu ent-betätigen.

2. System zur Steuerung einer Klimaanlage zur Kühlung eines Fahrzeugabteils, wobei die Anlage folgendes aufweist:

(a) Kompressormittel (12), die nach Erregung im Betrieb sind um einen Fluß an komprimierten Kühlmittel abzugeben und mit einem Saugrücklaufanschluß;

(b) Kondensatormittel (20) verbunden zur Aufnahme des Flusses an Kühlmittel und im Betrieb zur Absenkung der Temperatur desselben hinreichend zur Bewirkung der Verflüssigung des Kühlmittels;

(c) Expansionsmittel (28, 28') zur Aufnahme des verflüssigten Kühlmittels und im Betrieb zur Abgabe desselben auf einem wesentlich niedrigeren Druck;

(d) Verdampfermittel (32) mit einem Einlaß und einem Auslaß und zwar angeordnet zum Empfang am Einlaß desselben von Kühlmittel abgegeben von den Expansionsmitteln und im Betrieb stehend zur Absorbtion von Wärme aus der zu kühlenden Abteilluft, wodurch bewirkt wird, daß das Kühlmittel in einen gasförmigen Zustand verdampft wird;

(e) Leitungsmittel (34) verbunden zum Zwecke des Bewirkens, daß das verdampfte Kühlmittel von den Verdampfermitteln zu dem Kompressoransauganschluß fließt;

(f) Kupplungsmittel (16), die beim Eingriff und beim Außereingriff im Betrieb sind um den Kompressor mit Energie zu versorgen bzw. nicht mit Energie zu versorgen;

(g) Ventilatormittel (36) bei Erregung im Betrieb um eine Luftströmung über den Kondensator (Kondenser) zu liefern, wobei das Steuersystem folgendes aufweist: (h) erste Temperatursensormittel (50) angeordnet zum direkten Abfühlen der Temperatur des Kühlmittelflusses aufgenommen von den Expansionsmitteln und zum Vorsehen einer Ausgangsgröße, die eine Anzeige für die abgefühlte Temperatur bildet;

(i) zweite Temperatursensormittel (70) angeordnet zum direkten Abfühlen der Temperatur des Kühlmittelflusses abgegeben von den Expansionsmitteln und zum Vorsehen einer Ausgangsgröße, die eine Anzeige dafür bildet;

(j) logische Schaltungsmittel (72) einschließlich Schaltermitteln (90, 92), die im Betrieb sind nach Verbindung mit einer Leistungsquelle um die erste Sensormittelausgangsgröße mit einer ersten vorbestimmten oberen und unteren Grenze zu vergleichen, wobei die vorbestimmte obere Grenze einen Überdruckzustand anzeigt, und im Betrieb stehend um die Kupplungsmittel zu ent-erregen, wenn sich die Ausgangsgröße auf oder oberhalb der ersten oberen Grenze befindet und im Betrieb stehend um die Kupplungsmittel mit Energie zu beliefern, wenn die Ausgangsgröße sich auf oder unterhalb der ersten unteren Grenze befindet, wobei die Schaltungsmittel ferner im Betrieb die Kupplungsmittel mit Energie versorgen, wenn die Ausgangsgröße der zweiten Sensormittel auf oder oberhalb der zweiten unteren Grenze kleiner als der ersten oberen Grenze liegt.

3. System nach Anspruch 2, wobei ferner Ventilatormittel (36) vorgesehen sind, die im Betrieb einen Luftstrom über die Kondensatormittel leiten, und wobei die Schaltungsmittel im Betrieb die Ventilatormittel dann mit Energie versorgen, wenn die Ausgangsgröße der ersten Sensormittel eine vorbestimmte Differenz oberhalb der ersten Grenze ist und wobei die Schaltungsmittel ferner die Ventilatormittel dann nicht mit Energie versorgen, wenn die Ausgangsgröße der ersten Sensormittel auf oder unterhalb der ersten unteren Grenze liegt.

4. System nach Anspruch 2, wobei die Schaltungsmittel beim Starten im Betrieb sind um die Ausgangsgröße der zweiten Sensormittel mit einer dritten unteren Grenze zu vergleichen, die kleiner ist als die zweite untere Grenze, und um die Kupplungsmittel zu ent-erregen, wenn die Ausgangsgröße der zweiten Sensormittel sich auf oder unterhalb der dritten unteren Grenze befindet.

5. System nach Anspruch 2, wobei die ersten und zweiten Sensormittel jeweils einen Thermistor aufweisen, wobei dessen Widerstandselement direkt dem Kühlmittelfluß ausgesetzt ist.