DE4333411A1 - Fahrzeugklimaanlage - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage und insbesondere
eine Klimaanlage, die klimatisierte Luft an einen Fahrgastraum
abgibt, so daß die Innen- oder Raumtemperatur des Fahrgastraumes
auf eine gewünschte Temperatur geregelt wird.
Viele Fahrzeuge sind mit Klimaanlagen ausgestattet. Derartige
Klimaanlagen sind im allgemeinen bekannt als Anlagen zum Heizen,
Kühlen oder zum Entziehen der Luftfeuchtigkeit im Fahrzeug
fahrgastraum. Diese Klimaanlagen umfassen im allgemeinen eine
temperatursteuernde Einrichtung, die derart gestaltet ist, daß
die Wärmebilanz zwischen der Wärmeaustauschkapazität der Anlage
und der von außen aufgeprägten Wärmebelastung derart gesteuert
wird, daß im Fahrzeugfahrgastraum eine angenehme Temperatur
herrscht.
Die Wärmebilanz während des Kühlens kann beispielsweise durch
folgende Formel wiedergegeben werden:
Qa = Qu - Qs - Qm - Qe (1)
wobei Qa die Wärmeaustauschkapazität der Klimaanlage ist, Qu ein
Übertragungsverlust infolge der Temperaturdifferenz zwischen der
Umgebungstemperatur und der Fahrgastraumtemperatur, Qs die Wärme
belastung durch Sonnenstrahlung ist, Qm die Wärmebelastung, die
von den Personen im Auto ausgeht, und Qe die von im Fahrzeug an
geordneten Anlagen, beispielsweise dem Verbrennungsmotor, ausge
strahlte Wärme ist. Qa, Qu und Qs können durch folgende Aus
drücke beschrieben werden:
Qa = Cp·γ·Va(To - Tr),
Qu = K·A(Tr - Ta),
Qs = Ks·Ts,
wobei die Symbole folgendes bedeuten:
Va: Ausströmvolumen des Lüfters;
To: Ausströmvolumen der Klimaanlage;
Tr: Innentemperatur des Fahrgastraumes;
Ta: Umgebungstemperatur (außerhalb des Fahrzeuges);
Ts: Verminderte Temperatur der Sonnenstrahlung;
Cp: Spezifische Wärme der Luft bei konstantem Druck;
γ: Spezifisches Gewicht der Luft;
K: Wärmeübergangskoeffizient;
A: Wärmeaustauschoberfläche;
Ks: Umwandlungskoeffizient zum Umwandeln der Sonnenstrah lung in Temperatur.
Qa = Cp·γ·Va(To - Tr),
Qu = K·A(Tr - Ta),
Qs = Ks·Ts,
wobei die Symbole folgendes bedeuten:
Va: Ausströmvolumen des Lüfters;
To: Ausströmvolumen der Klimaanlage;
Tr: Innentemperatur des Fahrgastraumes;
Ta: Umgebungstemperatur (außerhalb des Fahrzeuges);
Ts: Verminderte Temperatur der Sonnenstrahlung;
Cp: Spezifische Wärme der Luft bei konstantem Druck;
γ: Spezifisches Gewicht der Luft;
K: Wärmeübergangskoeffizient;
A: Wärmeaustauschoberfläche;
Ks: Umwandlungskoeffizient zum Umwandeln der Sonnenstrah lung in Temperatur.
Nimmt man bei der zuvor wiedergegebenen Gleichung (1) an, daß
Qm und Qe konstant sind, kann die Gleichung (1) wie folgt be
schrieben werden:
Cp·γ·Va(To - Tr) = K·A(Tr - Ta) - Ks·Ts - C (2).
Wenn die Raumtemperatur Tr ungefähr der vorgewählten Temperatur
TSET gleich ist, die von dem Fahrzeuginsassen per Hand gewählt
wurde, kann die Gleichung wie folgt beschrieben werden:
Cp·γ·Va(To - TSET) = K·A(TSET - Ta) - Ks·Ts - C (3).
Somit können die gewünschten Werte des Ausströmluftvolumens Va
und der Ausströmlufttemperatur To aus der zuvor angegebenen Glei
chung (3) erhalten werden. Das Ausströmluftvolumen Va und die
Ausströmlufttemperatur To der Klimaanlage wird auf die gewünsch
ten Werte geregelt, so daß die Raumtemperatur Tr ungefähr auf
der vorgewählten Temperatur TSET gehalten werden kann. Aller
dings ist darauf hinzuweisen, daß die zuvor wiedergegebene Glei
chung zwei Variablen, nämlich das Ausströmluftvolumen Va und die
Ausströmlufttemperatur To aufweist und daß es daher schwierig
ist, die wirklich gewünschten Werte des Volumens Va und der Tem
peratur To unmittelbar aus der zuvor wiedergegebenen Gleichung
(3) zu erhalten.
In einer Klimaanlage, wie sie in der japanischen Patentveröffent
lichung Nr. 62-8327 (Anmelde-Nr. 54-57215) beschrieben ist, ist
das Verhältnis zwischen dem Luftausströmvolumen und der Umge
bungsbedingung, beispielsweise der Umgebungslufttemperatur vor
herbestimmt. Das Ausströmluftvolumen wird entsprechend der gemes
senen Umgebungsbedingung bestimmt. Daraufhin wird die gewünschte
Ausströmlufttemperatur ausgehend von dem bestimmten Ausströmluft
volumen berechnet und der Öffnungsgrad einer Luftmischklappe
wird so gesteuert, daß die Auslaßlufttemperatur eingestellt
wird.
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 57-77216 (Anmelde-Nr.
55-153718) umfaßt eine Klimaanlage, in welcher die optimale Aus
laßlufttemperatur in Übereinstimmung mit einer vorgewählten ge
wünschten Raumtemperatur, einer gemessenen Umgebungstemperatur
und einer gemessenen Raumtemperatur bestimmt wird.
In der Klimaanlage gemäß der zuvor beschriebenen japanischen Pa
tentveröffentlichung Nr. 62-8327 wird das gewünschte Auslaßluft
volumen gesteuert, während die Auslaßlufttemperatur nicht ge
steuert wird. Dagegen wird entsprechend dem System nach der japa
nischen Offenlegungsschrift Nr. 57-77216 die gewünschte Auslaß
lufttemperatur geregelt, während das Auslaßluftvolumen nicht re
gelbar ist.
Da ein Fahrzeuginsasse in der Regel verhältnismäßig nah zu den
Luftauslässen der Klimaanlage sitzt, bedingen sehr hohe oder nie
drige Auslaßlufttemperaturen oder sehr hohe oder niedrige Auslaß
luftvolumenströme bei den Fahrzeuginsassen Unbehagen. Daher er
füllt ein derartiges System nicht die Anforderungen an eine ange
nehme Klimatisierung. Die von den Fahrzeuginsassen empfundenen
Temperaturen hängen sowohl von dem Auslaßluftvolumen wie auch
von der Auslaßlufttemperatur ab. Wenn zwar eine von diesen
Größen geregelt ist, die andere aber nicht regelbar ist, weicht
die aktuell vom Fahrzeuginsassen aufgenommene Temperatur häufig
von der gewünschten Temperatur ab.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Fahrzeug
klimaanlage an die Hand zu geben, in der sowohl die Auslaßluft
temperatur wie auch das Auslaßluftvolumen derart eingestellt wer
den können, daß die Ansprüche des Fahrzeuginsassen an die Klima
tisierung erfüllt werden können. Dabei soll die Fahrzeugklimaan
lage entsprechend den individuellen Wünschen der Fahrzeuginsas
sen regelbar sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine
Fahrzeugklimaanlage entsprechend dem Hauptanspruch gelöst. Dem
nach umfaßt eine Fahrzeugklimaanlage:
eine Temperaturregelvorrichtung zum Regeln der an den Fahr gastraum abzugebenden Lufttemperatur, so daß die innere Luft temperatur auf eine gewünschte Temperatur geregelt werden kann;
einen Ventilator, der dazu dient, die Luft durch die Tempera tursteuervorrichtung zu fördern und in den Fahrgastraum aus zublasen und
Regelmittel zum Einstellen einer Sollauslaßlufttemperatur und eines Sollauslaßluftvolumens,
in welchem die Regelmittel Mittel zum Einstellen eines Kom fortabilitätsindex umfassen, der eine Funktion der Betriebs bedingungen ist, die zumindest die Auslaßlufttemperatur und das Auslaßluftvolumen umfaßt und der eine Maßzahl ist, die den Grad des Komforts des Fahrzeuginsassen wiedergibt;
eine Temperaturwählvorrichtung, die innerhalb des Fahrgast raums angeordnet ist, um dem Fahrzeuginsassen ein manuelles Wählen der gewünschten Innentemperatur zu ermöglichen;
eine Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Sollwertes für den Komfortabilitätsindex in Abhängigkeit von der Innentempe ratur, die über die Temperaturwahlvorrichtung vorgewählt wur de, und
eine Lufttemperatur- und Volumeneinstellvorrichtung zum Ein stellen einer Kombination der Sollauslaßlufttemperatur und des Sollauslaßluftvolumens, die es ermöglicht, daß der Kom fortabilitätsindex an den Sollwert, der durch die zuvorge nannte Wahlvorrichtung eingestellt wurde, angenähert wird.
eine Temperaturregelvorrichtung zum Regeln der an den Fahr gastraum abzugebenden Lufttemperatur, so daß die innere Luft temperatur auf eine gewünschte Temperatur geregelt werden kann;
einen Ventilator, der dazu dient, die Luft durch die Tempera tursteuervorrichtung zu fördern und in den Fahrgastraum aus zublasen und
Regelmittel zum Einstellen einer Sollauslaßlufttemperatur und eines Sollauslaßluftvolumens,
in welchem die Regelmittel Mittel zum Einstellen eines Kom fortabilitätsindex umfassen, der eine Funktion der Betriebs bedingungen ist, die zumindest die Auslaßlufttemperatur und das Auslaßluftvolumen umfaßt und der eine Maßzahl ist, die den Grad des Komforts des Fahrzeuginsassen wiedergibt;
eine Temperaturwählvorrichtung, die innerhalb des Fahrgast raums angeordnet ist, um dem Fahrzeuginsassen ein manuelles Wählen der gewünschten Innentemperatur zu ermöglichen;
eine Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Sollwertes für den Komfortabilitätsindex in Abhängigkeit von der Innentempe ratur, die über die Temperaturwahlvorrichtung vorgewählt wur de, und
eine Lufttemperatur- und Volumeneinstellvorrichtung zum Ein stellen einer Kombination der Sollauslaßlufttemperatur und des Sollauslaßluftvolumens, die es ermöglicht, daß der Kom fortabilitätsindex an den Sollwert, der durch die zuvorge nannte Wahlvorrichtung eingestellt wurde, angenähert wird.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung können die folgenden
zusätzlichen Merkmale entweder einzeln oder in Kombination ent
halten:
- 1) Der Komfortabilitätsindex wird durch folgende Gleichung be schrieben: F= K1·Va + K2·To + K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts,in welcher Va das Auslaßluftvolumen, To die Auslaßlufttempe ratur, Ta eine Umgebungslufttemperatur, Tr die Lufttempera tur im Innern des Fahrgastraumes, Ts die Temperatur, die aus dem Sonnenstrahlungswert resultiert, und K1-K5 Gewichtungs koeffizienten für die vorgenannten Größen sind.
- 2) Der Sollwert für den Komfortabilitätsindex wird durch folgen de Gleichung wiedergegeben: FTSET = A + (TSET - B)/3,wobei FTSET der Sollwert des Komfortabilitätsindex ist, TSET die mittels der Temperaturwählvorrichtung vorgewählte Innen temperatur und A und B vorher festgelegte Werte sind.
- 3) Die Regelvorrichtung umfaßt erste Berechnungsmittel zum Be rechnen der optimalen Luftauslaßtemperaturen und der optima len Luftausströmvolumen, um die Innentemperatur auf der vor gewählten Innentemperatur zu halten, zweite Berechnungsmit tel zum Berechnen der Komfortabilitätsindices, die auf den optimalen Auslaßlufttemperaturen und den optimalen Auslaß luftvolumina, die von den ersten Berechnungsmitteln berech net wurden, basieren, Auswahlmittel zum Auswählen einer Kom bination der optimalen Auslaßlufttemperatur und des optima len Auslaßluftvolumens als Sollauslaßlufttemperatur und -vo lumen, die erlauben, daß der Komfortabilitätsindex an den Sollwert angenähert wird und Betriebsregelmittel zum Regeln der Auslaßlufttemperatur über die Regelvorrichtung und des Luftvolumenstroms von dem Ventilator, so daß diese in Über einstimmung mit der ausgewählten Kombination gebracht wer den.
- 4) Die Regelvorrichtung variiert schrittweise das Auslaßluftvo lumen von seinem Minimalwert zu seinem Maximalwert und be rechnet die Auslaßlufttemperaturen, die für die jeweiligen Auslaßluftvolumina und die Komfortabilitätsindices geeignet sind, basierend auf den jeweiligen Kombinationen des Auslaß luftvolumens und der Auslaßlufttemperatur.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand
von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht einer Fahrzeugkli
maanlage gemäß einem erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsbeispiel;
Fig. 2 ein Diagramm, das die gesamte Anordnung des Reg
lers darstellt;
Fig. 3 ein Diagramm, das den Funktionsablauf im Regler
erläutert;
Fig. 4 ein Flußdiagramm, in dem die Grundfunktionen der
Klimaregelung, die durch den Regler ausgeführt
wird, dargestellt sind;
Fig. 5 ein Flußdiagramm, das den Ablauf beim Festlegen
der Auslaßlufttemperatur und des Auslaßluftvolu
mens während des Belüftens zeigt;
Fig. 6 ein Flußdiagramm, das den Ablauf der Bestimmung
der Auslaßlufttemperatur und des Auslaßluftvolu
mens in der B/L-Betriebsart (I) zeigt;
Fig. 7 ein Flußdiagramm, das den Ablauf der Bestimmung
der Auslaßlufttemperatur und des Auslaßluftvolu
mens während der B/L-Betriebsart (II) zeigt;
Fig. 8 ein Flußdiagramm, das den Ablauf des Einstellens
der Auslaßlufttemperatur und des Auslaßluftvolu
mens bei der B/L-Betriebsart (III) zeigt;
Fig. 9 ein Flußdiagramm, das den Ablauf für das Einstel
len der Auslaßlufttemperatur und des Auslaßluftvo
lumens während des Aufheizens zeigt und
Fig. 10 ein Diagramm, das die Abhängigkeit zwischen Kom
fortabilitätsindex und einem Bezugswert zeigt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde ein Komfortabilitäts
index als allgemeines Maß geschaffen, in den verschiedene Klima
anlagenfaktoren eingehen, wie beispielsweise die Temperatur der
Umgebungsluft, die Innentemperatur und die Sonnenbestrahlung. In
der japanischen Patentanmeldung Nr. 3-170015 ist eine Klimaanla
ge beschrieben, in der die Betriebsbedingungen in Abhängigkeit
von diesem Komfortabilitätsindex eingestellt werden können. In
dieser Klimaanlage werden sowohl die Auslaßlufttemperatur wie
auch das Auslaßluftvolumen derart bestimmt, daß der Komfortabili
tätsindex, der unter genereller Berücksichtigung verschiedener
Klimaanlagenfaktoren festgelegt wird, mit einem vorher festgeleg
ten Wert übereinstimmt oder zumindest an diesen angenähert ist.
Demgemäß werden ein Ventilator, eine Mischklappe oder eine Dros
sel innerhalb der Klimaanlage geregelt, um die Auslaßlufttempera
tur und das Auslaßluftvolumen einzustellen.
In der hier erläuterten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird
der Komfortabilitätsgrad, der durch Insassen wahrgenommen wird,
durch einen Komfortabilitätsindex F angegeben, der mathematisch
aus Klimaanlagenfaktoren (Auslaßlufttemperatur To und Auslaßluft
volumen Va) und Umgebungsfaktoren (Temperatur der Umgebungsluft
Ta, innere Temperatur Tr und Sonnenstrahlungswert Ts) errechnet
werden kann.
Der Komfortabilitätsindex F kann durch die folgende Gleichung,
die experimentell aufgestellt wurde, bestimmt werden:
F= K1·Va + K2·To + K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts (4),
wobei K1 bis K5 Gewichtungskoeffizienten für die jeweiligen
Größen sind. Die Werte der Faktoren K1 bis K5 umfassen zwei Sät
ze von Faktoren K1 bis K5, wobei ein Satz einem Komfortabilitäts
index F2 entspricht, der hauptsächlich im Sommer (während des
Kühlens) verwendet wird, und wobei der andere einem Komfortabili
tätsindex F4 entspricht, der hauptsächlich im Winter (während
des Heizens) verwendet wird. Die Werte dieser beiden Sätze sind
voneinander unterschiedlich, da der Unterschied zwischen der
Luftverteilung während des Kühlens und der Luftverteilung wäh
rend des Heizens von Bedeutung ist.
Der Komfortabilitätsindex F, bei dem der Fahrzeuginsasse die Um
gebung verhältnismäßig kalt empfindet, wird auf "1" festgelegt
und der Komfortabilitätsindex F, bei dem der Fahrzeuginsasse sei
ne Umgebung als verhältnismäßig warm empfindet, wird auf "9" ge
setzt. Der Komfortabilitätsindex F, bei dem sich der Fahrzeugin
sasse wohlfühlt, wird auf einen Optimalwert, wie beispielsweise
"5" gesetzt. Die zuvor genannten Faktoren K1 bis K5 werden expe
rimentell derart bestimmt, daß der Komfortabilitätsindex F, bei
dem der Fahrzeuginsasse die ihm angenehmste Umgebung feststellt,
auf den Optimalwert "5" eingestellt ist. Daher ist für den Fall,
daß der Komfortabilitätsindex F ansteigt, beispielsweise auf
einen Komfortabilitätsindex F = 7-9, eine Umgebung angezeigt, in
der der Fahrzeuginsasse die Umgebung als warm empfindet. Wenn
andererseits der Komfortabilitätsindex abnimmt, beispielsweise
auf einen Komfortabilitätsindex F = 1-3, ist eine Atmosphäre an
gezeigt, in der der Fahrzeuginsasse die Umgebung als kalt empfin
det.
Allerdings kann für den Fall, daß der Optimalwert des Komfortabi
litätsindex auf einen konstanten Wert festgelegt ist, der Unter
schied im Komfortabilitätsempfinden, der durch das unterschiedli
che Empfinden des Fahrzeuginsassen, geographische Unterschiede,
klimatische Unterschiede oder dergleichen bedingt ist, nicht
berücksichtigt werden. Daher wird gemäß der erfindungsgemäßen
Ausführungsform der zuvor erläuterte optimale Wert als variabler
Index FTSET eingestellt, der als eine Funktion der vorgewählten
Temperatur TSET definiert ist. Die Temperatur TSET kann vom Fahr
zeuginsassen manuell eingestellt werden und daher kann der Fahr
zeuginsasse den Wert FTSET nach seinem Belieben regeln. In die
ser Ausführungsform kann die Funktion FTSET so festgelegt wer
den, daß sich der zuvor festgelegte Wert "5" ergibt, wenn der
Fahrzeuginsasse seine gewünschte Temperatur auf 25°C einstellt.
Eine ausführliche Beschreibung des Aufbaus und der Funktion der
Fahrzeugklimaanlage wird im folgenden gegeben:
In den Fig. 1 bis 3 ist eine Ausführungsform der Fahrzeugklima
anlage der Erfindung dargestellt. Fig. 1 ist eine schematische
Ansicht, die den Aufbau der Fahrzeugklimaanlage zeigt.
In Fig. 1 dargestellt, umfaßt die Fahrzeugklimaanlage einen Lüf
tungskanal 1, eine äußere Luftansaugöffnung 2 zum Einführen von
äußerer Frischluft in einen stromaufliegenden Teil des Kanals 1,
eine innenliegende Luftöffnung 3 zum Einführen von rezirkulier
ter Luft in den stromaufliegenden Teil des Kanals 1 und eine ein
stellbare Klappe oder Drossel 4 zum wahlweisen Regeln der Öff
nung bzw. Schließstellung der Luftzuführöffnungen 2 und 3. Der
stromabliegende Teil des Belüftungskanals 1 weist Belüftungsaus
lässe 5, Fußauslässe 6 und Defrosterauslässe 7 und 3 Betriebsart
klappen oder Drosseln 8, 9, 10 zum wahlweisen Führen der klimati
sierten Luft zu den Auslässen 5, 6 und 7 auf.
Ein Ventilator 11, mit dem unterschiedliche Volumenströme geför
dert werden können, ist im stromaufliegenden Teil des Luftfüh
rungskanals 1 angeordnet. Die durch die innere Ansaugöffnung 3
und/oder äußere Ansaugöffnung 2 eingeführte Luft wird über den
Ventilator 11 durch den Kanal 1 und die Auslässe 5, 6 und 7 in
den Fahrgastraum gefördert.
Das System umfaßt weiterhin einen Kühlwärmeaustauscher 12 und
einen Heizwärmeaustauscher 14, die innerhalb des Belüftungska
nals 1 hintereinander in Serie geschaltet sind. Der Kühlwärme
austauscher 12 ist stromab von dem Ventilator 11 angeordnet und
der Heiz-Wärmeaustauscher 14 ist stromab vom Kühlwärmeaustau
scher 12 angeordnet. Der Kühlwärmeaustauscher 12, der eine Kühl
schlange aufweist, ist an einen Kühlkreislauf X angeschlossen,
der einen Kompressor 15, einen Kondensator 16 und ein Sammelge
fäß 17 aufweist, so daß der Wärmeaustauscher 12 als Verdampfer
dient. Der Kompressor 15 ist wahlweise mit einem rotierenden
Teil einer Brennkraftmaschine 18 verbunden. Zum Verbinden des
Kompressors 15 mit dem rotierenden Teil der Brennkraftmaschine
18 dient eine elektromagnetische Kupplung, die entsprechend an-
oder ausgeschaltet werden kann. Der Heizwärmeaustauscher 14 hat
einen Heizkern, durch welchen Kühlmittel oder Kühlwasser des Mo
torkühlsystems der Verbrennungskraftmaschine 18 strömt. Der Volu
menstrom des Kühlwassers, welches an den Heizwärmeaustauscher 14
abgegeben wird, wird über ein Volumenstromregelventil, das nicht
dargestellt ist, geregelt, wobei das Regelsignal ebenfalls von
der Regelung der Luftmischklappe oder der Drossel 13 abhängt.
Die Luftmischklappe 13 ist zwischen dem Kühlwärmeaustauscher 12
und dem Heizwärmeaustauscher 14 derart angeordnet, daß der Luft
volumenstrom des Heizwärmeaustauschers 14 durch die Öffnung der
Luftmischklappe 13 geregelt werden kann, wobei die Klappe 13 der
art einstellbar ist, daß sie den vollständigen Luftvolumenstrom
durchläßt, diesen vollständig abschließt oder eine Position zwi
schen diesen beiden Extrempositionen einnimmt. Dadurch wird das
Mischverhältnis des Luftvolumenstroms, welches durch den Heizwär
meaustauscher 14 erhitzt werden soll, in bezug auf den Luftvolu
menstrom, der an dem Heizwärmeaustauscher 14 vorbeigeführt wer
den soll, eingestellt. Der Öffnungsgrad R der Luftmischklappe
wird mit "1" angegeben, wenn der gesamte Luftvolumenstrom durch
den Heizwärmeaustauscher 14 strömt, d. h., wenn der Anteil des
Luftvolumenstroms, der durch den Heizwärmeaustauscher 14 strömt,
100% ist. Dagegen wird der Öffnungsgrad R mit "0" angegeben,
wenn der gesamte Luftvolumenstrom an dem Heizwärmeaustauscher 14
vorbeigeführt wird, d. h., wenn der Anteil des Luftvolumenstroms,
der durch den Heizwärmeaustauscher 14 strömt, 0% ist. Die Aus
laßlufttemperatur To wird durch das zuvor erläuterte Mischver
hältnis bestimmt und kann daher schrittweise zwischen der höch
sten Temperatur, die für den Fall erhalten wird, daß der Öff
nungsgrad R = 1 ist, und der niedrigsten Temperatur, die erhalten
wird, wenn der Öffnungsgrad R = 0 ist, eingestellt werden.
Der Öffnungsgrad R der Luftmischklappe 13 wird durch folgende
Gleichung beschrieben:
R = (To - Te)/(Kw·Tw - Te) (5),
wobei Te die Auslaßlufttemperatur des Kühlwärmeaustauschers 12,
Tw die Motorkühlwassertemperatur und Kw der Umwandlungskoeffizi
ent der Kühlwassertemperatur in die Luftauslaßtemperatur des
Heizwärmeaustauschers 14 ist.
Die Anlage beinhaltet auch Motoren, die zum Antrieb für die zu
vor genannten Drosseln dienen, d. h. einen elektrischen Motor 19
zum Bewegen der Klappe 4 zum Einstellen des Verhältnisses von
Innenluft zur Außenluft, einen elektrischen Motor 20 zum Bewegen
der Klappen 8, 9 und 10 zum Wechsel der Belüftungsart und einen
Servomotor 21 zum Bewegen der Luftmischklappe 13. Weiterhin um
faßt die Anlage Regler für Betriebsreglung, d. h. einen Regler 22
zum Regeln der zuvor beschriebenen Motoren 19, 20 und 21 und zum
Regeln des Fördervolumens des Ventilators 11, und eine Steuerta
fel 23 zum manuellen Einstellen der Klimatisierungsfaktoren. Die
Steuertafel 23 weist unterschiedliche Einstellknöpfe und derglei
chen auf, die von dem Fahrzeuginsassen eingestellt werden kön
nen, so ist beispielsweise ein Automatikstarter 23a vorgesehen,
der dazu dient, entweder eine automatische Klimatisierung oder
eine manuelle Klimatisierung einzustellen. Ein Innenluft- und
Außenlufteinstellknopf 23c dient zur manuellen Einstellung des
Verhältnisses zwischen eingeführter Innenluft und eingeführter
Außenluft. Ein Luftvolumenstromschalter 23d dient zur Auswahl
des Luftvolumenstroms und ein Defrostereinstellknopf 23e dient
zur manuellen Einstellung des Öffnungsgrads der Defrosteröffnung 7.
Der Einstellknopf 23b für die Einstellung der Innentemperatur
kann ein digitaler Berührschalter sein, der dem Fahrzeuginsassen
ein schrittweises Erhöhen oder Erniedrigen der gewünschten
Innentemperatur ermöglicht, wobei beispielsweise 0,5°C-Schritte
gewählt werden können. Es kann sich aber auch um einen
Potentiometer handeln, der ein lineares Einstellen der ge
wünschten Innentemperatur erlaubt.
Fig. 2 zeigt in Diagrammform die Anordnung des Reglers 22.
In dieser Ausführungsform ist ein Mikrocomputer mit einer CPU,
einem RAM und einem ROM und dergleichen als Regler 22 verwendet.
Der Regler 22 umfaßt einen Mikroprozessor 30 (der im folgenden
als "CPU" bezeichnet wird). Dieser ist mit einer stabilisierten
Leistungsquelle (S.P.S.) 32 verbunden. Er kann die zuvor genann
ten Motoren 19, 20 und 21 über Treiber 35 bis 37 in Gang setzen
und den Eingriff der elektromagnetischen Kupplung 31, die zwi
schen dem Kompressor 15 und dem Motor 18 angeordnet ist, über
einen Treiber 38 regeln. Mit der Regelung der Motoren 19 und 20
kann der Luftvolumenstrom der Anlage geändert oder beibehalten
werden und mit der Regelung des Servomotors 31 kann der Öffnungs
grad der Luftmischklappe 13 eingestellt werden.
Der Regler 22 treibt einen Lüftermotor 11a über einen D/A Conver
ter 33 und einen Treiber 34 an. Durch die Regelung der an den
Ventilatormotor 11a angegebenen Spannung kann der geförderte
Luftvolumenstrom des Ventilators 11, der im wesentlichen dem
Luftvolumen Va entspricht, geregelt werden.
Des weiteren umfaßt die Anlage unterschiedliche Sensoren zur Auf
nahme der Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise einen Innen
temperatursensor 24 zum Aufnehmen der Temperatur der rezirkulier
ten Luft, die in den Lüftungskanal 1 angesaugt wird, als Innen
temperatur Tr. Weiterhin ist ein Außentemperatursensor 25 zum
Aufnehmen der Umgebungstemperatur Ta vorhanden. Ein Sonnenstrah
lungssensor 26 zum Aufnehmen des Sonnenstrahlungswertes ist vor
handen, ein Kanalsensor 27 zum Aufnehmen der Auslaßtemperatur Te
des Kühlungswärmeaustauschers 12, ein Wassertemperatursensor 28
zum Aufnehmen der Temperatur des Motorkühlwassers und ein Potent
iometer zum Aufnehmen des Öffnungsgrades R der Luftmischklappe
13 sind ebenfalls vorhanden.
Anhand der Fig. 3 wird diagrammartig die Funktionsweise des Reg
lers 22 erläutert.
Der Regler 22 weist eine erste Berechnungseinrichtung 40 auf,
die die aufgenommenen Signale von den zuvorgenannten Sensoren 24
bis 29 und die Signale von den Schaltern oder Einstellknöpfen
23a bis 23e des Bedienungspultes 23 empfängt. Die erste Berech
nungseinrichtung 40 berechnet Grundparameter (To, Va) zum Auf
rechterhalten der Innentemperatur Tr auf eine vorher festgelegte
Temperatur TSET entsprechend einer Korrelation zwischen der Aus
laßlufttemperatur To und dem Auslaßluftvolumen Va. Diese Korrela
tion zwischen der Temperatur To und dem Volumen Va wird durch
die zuvor genannte Wärmebilanzgleichung (3) wiedergegeben, d. h.
[Cp·γ·Va (To - TSET) = K·A (TSET - Ta) - Ks·Ts - C].
Der Regler 22 umfaßt eine zweite Recheneinrichtung 41 zum Berech
nen des zuvor erläuterten Komfortabilitätsindex F [= K1·Va +
K2·To + K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts]. Der Regler 22 umfaßt weiter eine
Auswahleinrichtung 42 zur Bestimmung der Auslaßlufttemperatur To
und des Auslaßluftvolumens Va, so daß der Komfortabilitätsindex
F, der über die zweite Berechnungseinrichtung 41 ermittelt wur
de, möglichst gut hinsichtlich seines Optimalwerts FTSET angenä
hert werden kann, und eine Arbeitsregeleinrichtung 43 zum Regeln
des Öffnungsgrades oder Luftmischklappe 13 und der Spannung,
die an den Lüfter 11 entsprechend der Temperatur Ta und des Volu
mens Va abgegeben werden, die über die Auswahleinrichtung 42 be
stimmt werden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 10 wird die Arbeitsweise der
Anlagenregelung gemäß dieser Ausführungsform im folgenden erläu
tert:
Fig. 4 ist ein Fließschema, das den grundsätzlichen Ablauf der
Klimatisierungsregelung darstellt, welche mittels des Reglers 22
durchgeführt wird. Nach dem ersten Einstellen (Schritt ST 1)
liest der Regler 22 die von den Sensoren 24-29 aufgenommenen Wer
te aus (ST 2). Der Regler 22 berechnet einen Sollwert FTSET des
Komfortabilitätsindexes F basierend auf der Innentemperatur
TSET, die vom Fahrzeuginsassen über den Innentemperaturstell
knopf 23b festgelegt wurde (ST 3 und ST 4). Dieser Sollwert
FTSET kann durch folgende Formel berechnet werden:
FTSET = 5 + (TSET - 25)/3 (6).
Aus der Gleichung (6) folgt, daß der Sollwert FTSET dem Wert "5"
entspricht, wenn die vorgewählte Temperatur TSET 25°C ist. Dann
stellt der Regler 22 die Auslaßlufttemperatur To und das Auslaß
luftvolumen Va derart ein, daß der Komfortabilitätsindex F mit
dem Sollwert FTSET zusammenfällt oder an diesen angenähert ist.
Weiterhin stellt der Regler 22 den Öffnungsgrad der Luftmisch
klappe 13 und die Spannung, die an den Ventilator 11 abgegeben
wird (ST 5). Der Regler stellt eine Luftvolumenbetriebsart ein,
die der Auslaßlufttemperatur To und dem Volumen Va entspricht
(ST 5) und gibt die entsprechenden Werte aus, so daß die Klimaan
lage wunschgemäß arbeitet (ST 6).
Fig. 5 zeigt in einem Flußdiagramm das Einstellen der Auslaßluft
temperatur To und des Auslaßluftvolumens Va in der Betriebsart
des Belüftens und das Einstellen einer Luftvolumenstrombetriebs
art.
Zunächst wird festgestellt, ob die Wärmebelastung Q [= K·A(Tr -
Ta) - Ks·Ts - C] des Fahrgastraumes positiv oder negativ ist
(Schritt S 1). Aus der Gleichung für die Wärmebelastung ergibt
sich, daß falls Q < 0 ist, daß das Fahrzeug gekühlt werden muß
und daß, wenn Q < 0 ist, das Fahrzeug entsprechend geheizt wer
den muß.
Wenn es bestätigt wird, daß Q < 0 ist, nimmt der Regler 22 die
Belüftungsbetriebsart an, in welcher nur die Klappe 8 geöffnet
ist (S 2) und berechnet die benötigte Wärmeaustauschkapazität Qa
[= K·A (TSET - Ta) - Ks·Ts - C + Ki (TSET - Tr)], um die Innen
temperatur Tr in Übereinstimmung mit der vorgewählten Temperatur
TSET zu bringen (S 3), wobei Ki die Wärmekapazität des Fahrzeug
körpers ist. Anschließend wird während der Schritte S 4 bis S 14
das Auslaßluftvolumen Va schrittweise jedesmal dann erhöht, wenn
ein vorher festgelegtes Luftvolumenstrominkrement Δ Va zugefügt
wird (S 14), so daß es von seinem minimalen Luftvolumen Val bis
zu ihrem maximalen Luftvolumen Vah variiert. Die Auslaßlufttempe
ratur To, der Öffnungsgrad R der Luftmischklappe 13, der Kom
fortabilitätsindex F2 während der Kühloperation (F2 - FTSET)
und |F2 - FTSET | werden entsprechend jedem Auslaßluftvolumen
Va berechnet (S 6 bis S 13).
Das schrittweise Einstellen des Auslaßluftvolumenstroms Va (S 5,
S 14), die Berechnung der Auslaßlufttemperatur To [= (Qa/Cp·γ·
Va) + Tr] (S 6), und die Berechnung des Öffnungsgrades R [= (To
- Te)/(Kw·Tw - Te)] der Luftmischklappe (S 7) werden mittels
der ersten Berechnungseinrichtung 40 im Regler 22 durchgeführt.
Falls die erste Berechnungseinrichtung 40 R 0 feststellt (der
Volumenstrom durch den Heizwärmeaustauscher 14 0%) (S 8)
durch Berechnung des Öffnungsgrades R (S 7), so bedeutet dies,
daß die benötigte Auslaßtemperatur To durch die Kühlkapazität
des Kühlwärmeaustauschers 12 limitiert ist.
In diesem Fall setzt die erste Berechnungsvorrichtung 40 die Aus
laßlufttemperatur To auf die Auslaßlufttemperatur Te des Kühlwär
meaustauschers 12 (S 9). Wenn auf der anderen Seite die Berech
nungsvorrichtung 40 feststellt, daß R < 0 ist (der Volumenstrom
durch den Heizwärmeaustauscher 14 ist < 0%) (S 9), bedeutet
dies, daß der Kühlwärmeaustauscher 12 die Luft unter die notwen
dige Auslaßtemperatur To kühlt. Die erste Berechnungsvorrichtung
40 setzt die Temperatur To auf die Auslaßluftvolumentemperatur
To, die bei Schritt S6 berechnet worden ist (S 10).
Die zweite Berechnungseinrichtung 41 des Reglers 22 berechnet
den Komfortabilitätsindex F2
(= K1·Va + K2·To + K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts), (F2 - FTSET),
auf der Grundlage der Auslaßluftvolumina Va und der Temperaturen
Ta, die mittels der zuvorgenannten Schritte erhalten werden, der
Umgebungslufttemperatur Ta, die über den Umgebungslufttemperatur
sensor 25 aufgenommen wird, der inneren Temperatur Tr, die durch
den Innentemperatursensor 24 aufgenommen wird, und den umgewandel
ten Temperaturwert Ts der Sonnenstrahlung, der durch den Sonnen
strahlungssensor 26 aufgenommen wird (S 11, S 12, S 13). Die auf
diese Weise erhaltenen Berechnungsergebnisse werden entsprechend
in RAMs, die im Regler 22 vorgesehen sind, gespeichert.
Der Regler 22 wählt eine Kombination des Auslaßluftvolumens Va
und der Auslaßlufttemperatur To (Va 0, To 0), die den Wert
| F2 - FTSET | mittels der Wahleinrichtung 42 (S 15) minimieren kann.
Der Regler 22 bestimmt anschließend die Eignung der Be
triebsartwahl, d. h. ob die Luftvolumenstrombetriebsart richtig
eingestellt wurde (S 16-S 18). Was die Eignung der Betriebsart
wahl angeht, ist festzustellen, daß der Regler 22 bestimmt, daß
die gegenwärtig herrschende Luftvolumenstrombetriebsart, d. h.
die Belüftungsbetriebsart, richtig gewählt ist, wenn er fest
stellt, daß (F2 - FTSET) < 0 ein vorbestimmter Wert -α ist,
(beispielsweise α = 0,9) (S 16) und (F2 - FTSET) < 0 (S 17) und
andererseits wenn er feststellt To 0 < einem vorherbestimmten
Wert α 0 (beispielsweise α 0 = 30°C) (S 18).
Dann veranlaßt der Regler 22 die Ablaufregeleinrichtung 43, das
Auslaßluftvolumen des Ventilators 11 und den Öffnungsgrad 9 der
Luftmischklappe 13 derart einzustellen, daß das Luftvolumen Va
und die Auslaßlufttemperatur To auf das Luftvolumen Va 0 und die
Auslaßlufttemperatur To 0 eingestellt werden. Darüber hinaus ver
anlaßt der Regler 22 die Regeleinrichtung 43, die Betriebsarts
klappen 8, 9 und 10 in die vorgewählten Positionen zu bringen,
so daß der Volumenstrom der Belüftungsbetriebsart eingestellt
und beibehalten wird (S 19).
Wenn dagegen festgestellt wird, daß (F2 - FTSET) < einen vorher
bestimmten Wert -α (beispielsweise α = 0,9) (S 16) oder im
Fall des Feststellens von (F2 - FTSET) 0 und To 0 α 0 (S 17,
S 18) wird angenommen, daß der Fahrzeuginsasse in dem oberen
Teil seines Körpers ein Kältegefühl hat oder daß der Fahrzeugin
sasse im oberen Teil seines Körpers infolge der übermäßig hohen
Auslaßlufttemperatur ein Hitzegefühl hat und daß daher die Be
triebsart der Belüftung unzutreffend ist. Dementsprechend schal
tet der Regler 22 weiter in eine B/L-Betriebsarteinstellroutine,
wie sie in Fig. 6 dargestellt ist (S 16, S 18).
Die Fig. 6 bis 8 sind Flußdiagramme, die die Einstellroutinen
für die Auslaßlufttemperatur To und das Volumen Va in der B/L-Be
triebsart zeigen und weiterhin zeigen, wie die Luftvolumenstrom
betriebsart eingestellt wird.
In der B/L-Betriebsart wird klimatisierte Luft sowohl vom Belüf
tungsauslaß 5 wie auch vom Fußauslaß 6 ausgeblasen. Die B/L-Be
triebsart ist in drei unterschiedliche Betriebsarten unterteilt,
das sind die B/L-Betriebsart (I), die B/L-Betriebsart (II) und
und die B/L-Betriebsart (III), in welcher sich die Auslaßluftvo
lumina des Belüftungsauslasses 5 und der des Fußauslasses 6 von
einander unterscheiden. Die Anteile der Auslaßluftvolumina die
ser drei B/L-Betriebsarten sind wie folgt:
B/L-Betriebsart (I): 75% am Belüftungsauslaß 5 und 25% am Fußauslaß 6;
B/L-Betriebsart (II): 60% am Belüftungsauslaß 5 und 40% am Fußauslaß 6 und
B/L-Betriebsart (III): 45% am Belüftungsauslaß 5 und 55% am Fußauslaß 6.
B/L-Betriebsart (I): 75% am Belüftungsauslaß 5 und 25% am Fußauslaß 6;
B/L-Betriebsart (II): 60% am Belüftungsauslaß 5 und 40% am Fußauslaß 6 und
B/L-Betriebsart (III): 45% am Belüftungsauslaß 5 und 55% am Fußauslaß 6.
Gemäß Fig. 6 schätzt der Regler 22 die B/L-Betriebsart (I) (S
20) und berechnet die Wärmeaustauschkapazität Qa. Das bedeutet,
daß der Regler 22 die Berechnung der Wärmeaustauschkapazität Qa
vornimmt [=K·A (TSET - Ta) - Ks·Ts - C + Ki (TSET - Tr)] (S 21).
Der Regler 22 bewirkt ein schrittweises Einstellen des Auslaß
luftvolumens Va von minimalen oder niedrigsten Luftvolumen Val
zum maximalen oder höchsten Luftvolumen Vah (S 22 bis S 32). Der
Regler 22 berechnet die optimalen Auslaßlufttemperaturen To, den
Öffnungsgrad R der Luftmischklappe, die Auslaßlufttemperaturen
Tov des Belüftungsauslasses 5, die Auslaßlufttemperaturen Tof
des Fußauslasses 6, die Auslaßluftvolumina Vav (= 0,75×Va) von
dem Belüftungsauslaß 5 und die Auslaßluftvolumina Vav (= 0,25×Va)
des Fußauslasses 6, entsprechend der jeweiligen Luftvolumina
Va, die schrittweise eingestellt werden (S 24 bis S 27). Das
schrittweise Einstellen des Luftvolumens Va und die Berechnung
der Lufttemperatur To, der Öffnung R und der Lufttemperaturen
Tov, Tof und der Luftvolumina Vav, Vaf werden mittels der ersten
Berechnungseinrichtung 40 ausgeführt.
Basierend auf den Lufttemperaturen Tov, Tof, Ta, Tr, den Luftvo
lumina Va, Vaf und des Wertes Ts berechnet der Regler 22 zwei
Komfortabilitätsindices, die sich auf die Luftvolumina Vav, Vaf
beziehen, die in jeder Schleife eingesetzt werden (S 28), und
berechnet dann mittels der zweiten Berechnungseinrichtung 42
(F2 - FTSET), (F 4 - FTSET), |F2 - FTSET| und |F4 - FTSET| (S 28
bis S 30). Der Komfortabilitätsindex F2 ist im wesentlichen iden
tisch mit dem Komfortabilitätsindex F2 in der Belüftungsbetriebs
art. Er wird berechnet unter Berücksichtigung der Auslaßlufttem
peratur Tov, das Auslaßluftvolumen Vav, und die Gewichtungs
größen K1 bis K5, die für einen Luftvolumenstrom aus der Belüf
tungsöffnung 5 vorherbestimmt sind. Der Komfortabilitätsindex F4
wird von der Lufttemperatur Tof, der Lufttemperatur Vaf und den
Gewichtungsgrößen K1 bis K5 berechnet, die für einen Luftvolumen
strom aus dem Fußauslaß 6 vorherbestimmt worden sind.
Der Regler 22 erhält einen Referenzwert L gemäß folgender Formel
(S 31):
L2 (F2 - FTSET)2 + (F4 - FTSET)2.
Der Wert L repräsentiert den Abstand zwischen dem Sollwert FTSET
und einem allgemeinen Komfortabilitätsindex, der durch die zwei
Komfortabilitätsindices F2, F4 definiert ist, wie in Fig. 10 ge
zeigt. Die Auswahleinrichtung 42 wählt die Kombination (To 0,
Va 0) des Luftvolumens Va und der Lufttemperatur To aus, die den
Wert L (S 33) minimiert. Darüber hinaus bestimmt der Regler 22,
ob die gegenwärtige Luftausströmbetriebsart richtig gewählt ist
oder nicht (S 34 bis S 37). Wenn festgestellt wird, daß die ge
schätzte Betriebsart, d. h. die B/L-Betriebsart (I) richtig ge
wählt ist, werden die Betriebsartklappen 8, 9 und 10 in ihre vor
her festgelegten Positionen verschwenkt und der Luftvolumenstrom
der B/L-Betriebsart (I) wird beibehalten. Darüber hinaus wird
das Ausgangsluftvolumen des Ventilators 11 und der Öffnungsgrad
der Luftmischklappe 13 derart eingestellt, daß die Kombination
(Va0, To0) des Luftvolumens Va und der Lufttemperatur To, die,
wie zuvor beschrieben ausgewählt wurde, eingestellt wird (S 38).
Wenn dagegen festgestellt wird, daß die B/L-Betriebsart (I) unzu
treffend ist, geht der Regler 22 auf die Routine (Fig. 5) für
die zuvor beschriebene Belüftungsbetriebsart oder eine Routine
(Fig. 7) für die B/L-Betriebsart (II) über.
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das die B/L-Betriebsart (II) Routi
ne zum Einstellen der Auslaßlufttemperatur To und des Auslaßluft
volumens Va zeigt. In dieser Routine sind die Luftvolumenanteile
Vav, Vaf des Belüftungsauslasses 5 und des Fußauslasses 6 auf 60%
und 40% festgesetzt. Dementsprechend ergibt sich das Luftvolu
men Vav aus dem Belüftungsauslaß 5 aus der Gleichung Vav = 0,6 ·
Va und das Luftvolumen Vaf aus dem Fußauslaß 6 ergibt sich aus
Vaf = 0,4 · Va. Die anderen Regelschritte werden im wesentlichen
in gleicher Art und Weise wie in der B/L-Betriebsart (I) durchge
führt, so daß sich eine weitere Beschreibung dieser Schritte er
übrigt. Wenn der Regler 22 in der Betriebsart (II) Routine fest
stellt, daß das Einstellen der B/L-Betriebsart (II) unzutreffend
ist, geht er auf die Routine für die B/L-Betriebsart (I) (Fig.
6) oder auf die Routine für die B/L-Betriebsart (III) (Fig. 8)
über.
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das die B/L-Betriebsart (III) Routi
ne zum Einstellen der Auslaßlufttemperatur To und des Auslaß
luftvolumens Va zeigt. In dieser Routine sind die Volumenströ
me der Luftvolumina Vav, Vaf des Belüftungsauslasses 5 und des
Fußauslasses 6 auf jeweils 45% und 55% eingestellt. Dementspre
chend ist das Luftvolumen Vav des Belüftungsauslasses 5 aus der
Gleichung Vav = 0,45·Va zu berechnen und das Luftvolumen Vaf
von dem Fußauslaß kann berechnet werden über die Formel Vaf =
0,55 Va. Die anderen Regelschritte oder Anordnungen entspre
chen im wesentlichen denjenigen nach der B/L-Betriebsart (I)
oder der B/L-Betriebsart (II). Dementsprechend werden diese
Schritte hier nicht nochmals wiederholt dargestellt. Wenn der
Regler in der B/L-Betriebsart (III) Routine feststellt, daß die
Auswahl der B/L-Betriebsart (III) falsch ist, geht er auf die
B/L-Betriebsart (I) Routine (Fig. 7) oder eine Routine in einer
Beheizungsbetriebsart (Fig. 9) über.
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das die Beheizungsbetriebsartrouti
ne zum Festlegen der Auslaßlufttemperatur To und des Auslaßluft
volumens Va zeigt.
Der Regler 22 führt eine Heizbetriebsartroutine für den Fall
aus, in welchem er von der B/L-Betriebsart (III) Routine (Fig.
7) überleitet und genauso in dem Fall, in welchem der Regler in
der Lüftungsbetriebsartroutine (Fig. 5) feststellt, daß die Hit
zebelastung Q im Fahrgastraum positiv ist (Q < 0) (S 1), d. h.
daß sich das Fahrzeug in einer Umgebung befindet, die ein Behei
zen erforderlich macht.
Der Regler 22 bestimmt die Heizbetriebsart, in welcher 75% des
Auslaßluftvolumens aus dem Fußauslaß 6 und 25% des Auslaßluftvo
lumens aus dem Defrosterauslaß 7 ausgeblasen werden (S 77) und
berechnet eine thermische Wärmeaustauschkapazität Qa [= K·A
(TSET - Ta) - Ks·Ts - C + Ki (TSET - Tr)] (S 78), die notwendig
ist, um die Fahrgastraumtemperatur Tr auf einer vorgewählten Tem
peratur TSET zu halten. Anschließend erhöht der Regler 22 das
Luftvolumen Va in jeder Schleife schrittweise, in welcher das
vorherbestimmte Luftvolumeninkrement Δ Va dem Volumen Va hinzu
addiert wird. Demgemäß variiert das Luftvolumen Va von einem mi
nimalen Luftvolumen Val bis zu einem maximalen Luftvolumen Vah.
Gleichzeitig berechnet er den Index F4, (F4 - FTSET) und |F4-
FTSET|, basierend auf jedem Luftvolumen Va, das in jeder Schlei
fe erreicht wird. Er berechnet die optimale Auslaßlufttemperatur
To und einen optimalen Öffnungsgrad R der Luftmischklappe 13 ent
sprechend dem jeweiligen Luftvolumen Va (S 80 bis S 90).
Das schrittweise Festlegen des Luftvolumens Va (S 80, S 90), die
Berechnung der Lufttemperatur To [Qa/Cp·γ·Va + Tr] (S 81) und
die Berechnung des Öffnungsgrades R [= (To - Te)/CKw·Tw - Te)]
der Luftmischklappe 13 (S 82) werden mittels der ersten Berech
nungseinheit 40 des Reglers 22 durchgeführt. Bei Schritt S 82
setzt die erste Berechnungseinrichtung 40 die Auslaßlufttempera
tur To auf die Auslaßlufttemperatur To, die bei Schritt S 81 be
rechnet wurde, wenn der Regler 22 feststellt, daß R < 1 ist (S
83) (das Luftvolumen durch den Heizwärmeaustauscher 14 < 100%).
Wenn dagegen Q 1 (das Luftvolumen durch den Heizwärmeaustau
scher 14 100%), bedeutet das, daß der Wärmeaustauscher 14 die
Luft nicht auf die gewünschte Auslaßtemperatur To erhitzen kann.
Demgemäß nutzt die erste Berechnungseinheit 40 den sich aus der
Gleichung ergebenden Wert To = [Kw (Tw - Ta)/Cp·γ·Va + Ta], so
daß die Lufttemperatur To auf die Auslaßlufttemperatur des Heiz
wärmeaustauschers 14 eingestellt wird (S 84).
Der Regler 22 setzt auch das Auslaßluftvolumen Va auf 0,75·Va
(S 87), da der Anteil des Luftvolumens aus dem Fußauslaß 6 75%
ist. Er berechnet den Komfortabilitätsindex F4 [= K1·Va + K2·To
+ K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts], (F4 - FTSET) und |F4 - FTSET| entspre
chend dem Luftvolumen Va, der zuvorbeschriebenen berechneten
Lufttemperatur To, der Umgebungslufttemperatur Ta, die über den
Umgebungslufttemperatursensor 25 aufgenommen wurde, die innere
Temperatur Tr, die über den Innentemperatursensor 24 aufgenommen
wurde, und den Sonnenstrahlungstemperaturwert Ts, der über den
Sonnenstrahlungssensor 16 (S 87, S 88, S 89) aufgenommen wurde.
Die Berechnung des K F4, von (F4 - FTSET) und von |F4 - FTSET|
wird über die zweite Berechnungseinrichtung 41 ausgeführt. Die
Ergebnisse der Berechnung werden in RAMs eingelesen, die in dem
Regler 22 integriert sind.
Darüber hinaus wählt der Regler 22 die Kombination (Va 0, To 0)
des Luftvolumens Va und der Lufttemperatur To, die |F4 - FTSET|
über die Auswahlmittel 42 minimiert (S 91). Der Regler bestimmt,
ob die gegenwärtige Betriebsartauswahl, d. h. die Heizbetriebs
art, richtig ist oder nicht. Weiterhin stellt der Regler das Aus
laßluftvolumen des Ventilators 11 und den Öffnungsgrad R der
Luftmischklappe 13 derart ein, daß das Luftvolumen Va und die
Lufttemperatur To auf das zuvorerwähnte Luftvolumen Va 0 und die
zuvor erwähnte Lufttemperatur To 0 eingestellt werden (S 92 bis
S 95).
Was die zuvor erwähnte Betriebsartauswahl angeht, bestimmt der
Regler 22, daß die Auswahl der Heizbetriebsart richtig ist,
falls (F4 - FTSET) α (S 92), und (F4 - FTSET) < 0 (S 93) ist
oder Falls To 0 < einem bestimmten Wert β (beispielsweise ß =
20°C) ist (S 94). In diesem Fall stellt der Regler 22 das Aus
laßluftvolumen des Ventilators 11 und den Öffnungsgrad R der
Luftmischklappe 13 über die Betriebsregeleinheit 43 ein. Darüber
hinaus stellt der Regler 22 die Betriebsartklappen 8, 9, 10 auf
die vorher festgelegten Positionen ein und hält die Klappen in
diesen Positionen, um den Luftstrom der Heizbetriebsart beizube
halten.
Wenn dagegen festgestellt wird, daß (F4 - FTSET) dem vorher be
stimmten Wert α (beispielsweise α= 0,9) ist, (S 92), oder daß
Ta 0 < β (S 94) oder daß Ta 0 < β (S 94), wird angenommen, daß
der Fahrzeuginsasse in seinem unteren Körperbereich Hitze ver
spürt oder daß der Fahrzeuginsasse in seinem unteren Körperbe
reich Kälte verspürt infolge einer zu niedrigen Auslaßlufttempe
ratur und daß daher die Auswahl der Heizbetriebsart falsch ist.
Demgemäß schaltet der Regler 22 auf die B/L-Betriebsart (III)
Routine wie in Fig. 8 gezeigt (S 92, S 94).
In einer Klimaanlage, wie sie zuvor beschrieben wurde, umfaßt
die Anlage Kühl- und Heizwärmeaustauscher 12, 14, den Ventilator
11 und den Regler 22. Der Regler 22 bestimmt einen Komfortabili
tätsindex F, der über die folgende Gleichung, die experimentell
erhalten wurde, berechnet wurde:
F = k1·Va + K2·To + K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts,
wobei K1 bis K5 Gewichtungskoeffizienten für die jeweiligen
Größen sind. Der Regler 22 kann sowohl die Auslaßlufttemperatur
Ta wie auch das Auslaßluftvolumen Va derart bestimmen, daß der
Index F mit einem Sollwert FTSET zusammenfällt oder zumindest an
diesen angenähert ist, wobei FTSET ein variabler Index ist, der
durch eine Funktion in Abhängigkeit von der Temperatur TSET defi
niert ist. Demgemäß kann das System sowohl die Auslaßlufttempera
tur To wie auch die Auslaßlufttemperatur Ta derart festlegen,
daß sie das Wohlbefinden des Fahrzeuginsassen zufriedenstellt
und die individuellen Unterschiede beim jeweiligen Wohlbefinden
des Fahrzeuginsassen berücksichtigt.
Claims (20)
1. Fahrzeugklimaanlage mit:
einer Temperaturregelvorrichtung zum Regeln der an den Fahrgastraum abzugebenden Lufttemperatur, so daß die innere Lufttemperatur auf eine gewünschte Temperatur geregelt wer den kann,
einem Ventilator, der dazu dient, die Luft durch die Tempera turvorrichtung zu fördern, und in den Fahrgastraum auszubla sen und
Regelmitteln zum Einstellen einer Sollauslaßlufttemperatur und eines Sollauslaßluftvolumens,
in welchem die Regelmittel Mittel zum Einstellen eines Kom fortabilitätsindex umfassen, der eine Funktion der Betriebs bedingungen ist, die zumindest die Auslaßlufttemperatur und das Auslaßluftvolumen umfaßt und der eine Maßzahl ist, die den Grad des Komforts des Fahrzeuginsassen wiedergibt und
einer Temperaturwählvorrichtung, die innerhalb des Fahrgast raums angeordnet ist, um dem Fahrzeuginsassen ein manuelles Wählen der gewünschten Innentemperatur zu ermöglichen,
einer Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Sollwertes für den Komfortabilitätsindex in Abhängigkeit von der Innen temperatur, die über die Temperaturwahlvorrichtung vorge wählt wurde, und
einer Lufttemperatur- und Volumeneinstellvorrichtung zum Ein stellen einer Kombination der Sollauslaßlufttemperatur und des Sollauslaßluftvolumens, die es ermöglicht, daß der Kom fortabilitätsindex an den Sollwert, der durch die zuvor ge nannte Wahlvorrichtung eingestellt wurde, angenähert wird.
einer Temperaturregelvorrichtung zum Regeln der an den Fahrgastraum abzugebenden Lufttemperatur, so daß die innere Lufttemperatur auf eine gewünschte Temperatur geregelt wer den kann,
einem Ventilator, der dazu dient, die Luft durch die Tempera turvorrichtung zu fördern, und in den Fahrgastraum auszubla sen und
Regelmitteln zum Einstellen einer Sollauslaßlufttemperatur und eines Sollauslaßluftvolumens,
in welchem die Regelmittel Mittel zum Einstellen eines Kom fortabilitätsindex umfassen, der eine Funktion der Betriebs bedingungen ist, die zumindest die Auslaßlufttemperatur und das Auslaßluftvolumen umfaßt und der eine Maßzahl ist, die den Grad des Komforts des Fahrzeuginsassen wiedergibt und
einer Temperaturwählvorrichtung, die innerhalb des Fahrgast raums angeordnet ist, um dem Fahrzeuginsassen ein manuelles Wählen der gewünschten Innentemperatur zu ermöglichen,
einer Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Sollwertes für den Komfortabilitätsindex in Abhängigkeit von der Innen temperatur, die über die Temperaturwahlvorrichtung vorge wählt wurde, und
einer Lufttemperatur- und Volumeneinstellvorrichtung zum Ein stellen einer Kombination der Sollauslaßlufttemperatur und des Sollauslaßluftvolumens, die es ermöglicht, daß der Kom fortabilitätsindex an den Sollwert, der durch die zuvor ge nannte Wahlvorrichtung eingestellt wurde, angenähert wird.
2. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Komfortabilitätsindex auf einen vergleichsweise
größeren Wert gesetzt wird, wenn der Fahrzeuginsasse die Um
gebung als heiß empfindet im Vergleich zu einem Wert, in wel
chem der Fahrzeuginsasse seine Umgebung als kalt empfindet
und daß der Sollwert des Komfortabilitätsindex als Wert zwi
schen diesen beiden Werten eingestellt wird.
3. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Komfortabilitätsindex derart eingestellt ist, daß er
zumindest einer Summe der gewichteten Werte des Auslaßluftvo
lumens und der Auslaßlufttemperatur entspricht.
4. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Komfortabilitätsindex durch folgende Gleichung be
schrieben wird:
F = K1·Va + K2·To + K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts,in welcher Va das Auslaßluftvolumen, To die Auslaßlufttempe
ratur, Ta eine Umgebungslufttemperatur, Tr die Lufttemperatur
im Innern des Fahrgastraums, Ts die Temperatur, die aus dem
Sonnenstrahlungswert resultiert und K1-K5 Gewichtungskoef
fizienten für die vorgenannten Größen sind.
5. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß sie weiter einen Innentemperatursensor zur Aufnahme der
Innentemperatur innerhalb des Fahrgastraumes umfaßt, einen
Außentemperatursensor zum Aufnehmen der Umgebungstemperatur
und einen Sensor für die Sonnenstrahlung zum Aufnehmen des
Sonnenstrahlungswertes.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Sollwert des Komfortabilitätsindex eine Funktion der Innen
temperatur, die mittels einer Stellvorrichtung für eine vari
able Temperatur vorausgewählt ist und daß diese Funktion der
art definiert ist, daß der Sollwert in dem Maße ansteigt,
wie die vorgewählte Innentemperatur ansteigt.
7. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sollwert durch folgende Gleichung wiedergegeben
wird:
FTSET = A + (TSET - B)/3,wobei FTSET der Sollwert des Komfortabilitätsindex ist, TSET
die mittels der Temperaturwählvorrichtung vorgewählte Innen
temperatur und A und B vorher festgelegte Werte sind.
8. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einstellvorrichtung für die variable Temperatur eine
Einstellvorrichtung für die Innentemperatur ist, die ein Ein
stellen der Temperatur von dem Fahrzeuginsassen ermöglicht
und die an einem Instrumentenbrett innerhalb des Fahrgastrau
mes angeordnet ist.
9. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatureinstellvorrichtung einen Heizwärmeaustau
scher und einen Kühlwärmeaustauscher umfaßt, daß der Lüfter
ein Lüfter mit einstellbarem Luftvolumenstrom ist und daß
eine Luftmischklappe in einem Luftzuführkanal derart angeord
net ist, daß die Klappe das Mischungsverhältnis der Strömung
durch den Kühlwärmeaustauscher und der Strömung durch den
Heizwärmeaustauscher regeln kann.
10. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelvorrichtung eine Betriebsartänderungseinrich
tung zum Ändern der Betriebsart der Strömungsverläufe, die
in den Fahrgastraum gerichtet sind, auf der Grundlage der
Auslaßlufttemperatur ermöglicht.
11. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelvorrichtung eine Betriebsartänderungseinrich
tung zum Ändern der Betriebsart des zum Fahrgastraum hinge
richteten Strömungsverlaufs basierend auf dem Unterschied
zwischen dem Komfortabilitätsindex und dessen Sollwert um
faßt.
12. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Koeffizienten K1 bis K5 einen ersten Koeffizienten
satz K1 bis K5 für die Kühlung und einen zweiten Koeffizien
tensatz K1 bis K5 für das Aufheizen aufweisen, wobei sich
die jeweiligen Sätze der Konstanten K1 bis K5 voneinander
unterscheiden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Regelvorrichtung einen ersten Komfortabilitätsindex auf
der Grundlage des ersten Satzes des Koeffizienten K1 bis K5
für das Kühlen berechnet und einen zweiten Komfortabilitäts
index auf der Grundlage des zweiten Satzes der Koeffizienten
K1 bis K5 für das Heizen und daß die Regelvorrichtung eine
Kombination des Auslaßluftvolumens der Auslaßlufttemperatur
auswählt, die die Differenz zwischen dem ersten Komfortabili
tätsindex und dessen Sollwert und die Differenz zwischen dem
zweiten Komfortabilitätsindex und dessen Sollwert minimiert.
14. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelvorrichtung eine erste Berechnungseinrichtung
zur Berechnung der optimalen Auslaßlufttemperatur und des
optimalen Auslaßluftvolumens zur Beibehaltung der Innentempe
ratur auf dem vorgewählten Innentemperaturwert umfaßt und
eine zweite Recheneinrichtung zum Berechnen der Komfortabili
tätsindices basierend auf der optimalen Auslaßlufttemperatur
und den optimalen Auslaßluftvolumen, die mittels der ersten
Berechnungseinrichtung ermittelt wurden.
15. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich
net, daß die Regelvorrichtung weiterhin eine Auswahlvorrich
tung zum Auswählen einer Kombination einer optimalen Auslaß
lufttemperatur und eines optimalen Luftauslaßvolumens als
Sollauslaßlufttemperatur und -volumen umfaßt, welches er
laubt, daß der Komfortabilitätsindex an seinen Sollwert ange
nähert wird, und daß die Regelvorrichtung weiterhin eine Ar
beitsregeleinrichtung zum Regeln der Auslaßlufttemperatur
durch die Einstellvorrichtung und des Auslaßluftvolumens
durch den Lüfter, um diese in Übereinstimmung mit der ausge
wählten Kombination zu bringen.
16. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Regeleinrichtung das Auslaßluftvolumen schrittweise
von seinem Minimalwert auf seinen Maximalwert variiert und
die Auslaßlufttemperatur, die für die entsprechenden Auslaß
luftvolumina geeignet ist, und die Komfortabilitätsindices,
die auf den entsprechenden Kombinationen des Auslaßluftvolu
mens und der Auslaßlufttemperatur basieren, berechnet.
17. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich
net, daß die Regelvorrichtung eine Kombination des Auslaß
luftvolumens und der Auslaßlufttemperatur auswählt, die die
Differenz zwischen dem Komfortabilitätsindex und dem Soll
wert des Komfortabilitätsindex minimiert und die sich erge
bende Kombination als eine Kombination des Sollauslaßluftwer
tes und -volumens einsetzt.
18. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich
net, daß die Regeleinrichtung Mittel zum Annehmen einer Strö
mungsbetriebsart aufweist, die durch den Strömungsverlauf in
Richtung auf den Fahrgastraum definiert ist und Mittel zum
Bestimmen, ob die angenommene Betriebsart für die ausgewähl
te Kombination des Auslaßluftvolumens und der Auslaßlufttem
peratur geeignet ist.
19. Fahrzeug mit einer Fahrzeugklimaanlage, die folgende Teile
umfaßt:
eine Temperaturregelvorrichtung zum Regeln der an den Fahr gastraum abzugebenden Lufttemperatur, so daß die innere Lufttemperatur auf eine gewünschte Temperatur geregelt wer den kann,
einen Ventilator, der dazu dient, die Luft durch die Tempera tursteuervorrichtung zu fördern und in den Fahrgastraum aus zublasen,
die Luft durch die Temperatursteuervorrichtung zu fördern und in den Fahrgastraum auszublasen,
Regelmittel zum Einstellen einer Sollauslaßlufttemperatur und eines Sollauslaßluftvolumens,
in welchem die Regelmittel Mittel zum Einstellen eines Kom fortabilitätsindex umfassen, der eine Funktion der Betriebs bedingungen ist, die zumindest die Auslaßlufttemperatur und das Auslaßluftvolumen umfaßt und der eine Maßzahl ist, die den Grad des Komforts des Fahrzeuginsassen wiedergibt,
eine Temperaturwählvorrichtung, die innerhalb des Fahrgast raumes angeordnet ist, um dem Fahrzeuginsassen ein manuelles Wählen der gewünschten Innentemperatur zu ermöglichen,
eine Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Sollwertes für den Komfortabilitätsindex in Abhängigkeit von der Innentempe ratur, die über die Temperaturwahlvorrichtung vorgewählt wur de, und
eine Lufttemperatur- und Volumeneinstellvorrichtung zum Ein stellen einer Kombination der Sollauslaßlufttemperatur und des Sollauslaßluftvolumens, die es ermöglicht, daß der Kom fortabilitätsindex an den Sollwert, der durch die zuvorge nannte Wahlvorrichtung eingestellt wurde, angenähert wird.
eine Temperaturregelvorrichtung zum Regeln der an den Fahr gastraum abzugebenden Lufttemperatur, so daß die innere Lufttemperatur auf eine gewünschte Temperatur geregelt wer den kann,
einen Ventilator, der dazu dient, die Luft durch die Tempera tursteuervorrichtung zu fördern und in den Fahrgastraum aus zublasen,
die Luft durch die Temperatursteuervorrichtung zu fördern und in den Fahrgastraum auszublasen,
Regelmittel zum Einstellen einer Sollauslaßlufttemperatur und eines Sollauslaßluftvolumens,
in welchem die Regelmittel Mittel zum Einstellen eines Kom fortabilitätsindex umfassen, der eine Funktion der Betriebs bedingungen ist, die zumindest die Auslaßlufttemperatur und das Auslaßluftvolumen umfaßt und der eine Maßzahl ist, die den Grad des Komforts des Fahrzeuginsassen wiedergibt,
eine Temperaturwählvorrichtung, die innerhalb des Fahrgast raumes angeordnet ist, um dem Fahrzeuginsassen ein manuelles Wählen der gewünschten Innentemperatur zu ermöglichen,
eine Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Sollwertes für den Komfortabilitätsindex in Abhängigkeit von der Innentempe ratur, die über die Temperaturwahlvorrichtung vorgewählt wur de, und
eine Lufttemperatur- und Volumeneinstellvorrichtung zum Ein stellen einer Kombination der Sollauslaßlufttemperatur und des Sollauslaßluftvolumens, die es ermöglicht, daß der Kom fortabilitätsindex an den Sollwert, der durch die zuvorge nannte Wahlvorrichtung eingestellt wurde, angenähert wird.
20. Fahrzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Luftmischklappe in einem Belüftungskanal angeordnet ist, in
welchem die Luftmischklappe ein Mischungsverhältnis der Strö
mung durch eine Kühlschlange und der Strömung durch einen
Heizstab geregelt werden kann und daß die Öffnung der Luft
mischklappe entsprechend folgender Gleichung eingestellt
wird
R= (To - Te)/(Kw·Tw - Te),in welcher To die Auslaßlufttemperatur, Te die Auslaßlufttem
peratur der Kühlschlange, Tw die Motorkühltemperatur und Kw
ein Koeffizient zum Umwandeln der Motorkühltemperatur in
eine Auslaßlufttemperatur des Heizstabes ist.
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