DE60200989T2

DE60200989T2 - Verfahren zur Bestimmung des Luftdurchsatzes einer Fahrzeug-Klimaanlage

Info

Publication number: DE60200989T2
Application number: DE60200989T
Authority: DE
Inventors: Vito Melisurgo; Silvio Maurizio De Marino
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2022-07-30
Also published as: ITTO20010763A0; EP1281543B1; DE60200989D1; ITTO20010763A1; EP1281543A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Luftdurchsatzes einer Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs.
Der Gegenstand der Erfindung ist genauer ein Verfahren zur Bestimmung des Luftdurchsatzes einer Einheit, umfassend:

ein Haltegehäuse, in dem zumindest ein Einlass für zu behandelnde Luft und zumindest ein Auslass für die Emission der in der Einheit behandelten Luft definiert sind, und
ein im Haltegehäuse angeordnetes und von einem Elektromotor angetriebenes Gebläse, um einen Luftstrom zwischen dem zumindest einen Einlass und dem zumindest einen Auslass hervorzurufen;
Kraftfahrzeuge sind immer häufiger mit einem Klimatisierungssystem, einschließlich einer Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit, ausgestattet, welches – neben dem Gebläse – typischerweise Wärmetauscher zum Kühlen und/oder Erwärmen der Luft, Rohre zum Hinführen der Luft von außerhalb und/oder innerhalb des Fahrgastraums zum Gebläse, Schieber zum Verändern des Wegs der Luft durch die Einheit und ihrer Verteilung am Auslass sowie Aktuatoren und Elektromotoren zum Steuern der Bewegung der Schieber umfasst. Solche Einheiten sind an Rohre angeschlossen, welche dazu bestimmt sind, die behandelte Luft zu den Austragsauslässen im Fahrgastraum zu befördern, welche typischerweise in ausrichtbarer Weise und mit einstellbaren Öffnungen ausgebildet sind.

Um eine optimale Kontrolle des Klimas im Fahrgastraum eines mit einer solchen Einheit ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu gestatten, ist es wichtig, den Durchsatz der Luft, die durch eine solche Einheit in den Fahrgastraum eingeleitet wird, bestimmen zu können.
Im Stand der Technik wird der durch eine solche Einheit in den Fahrgastraum eingebrachte Luftdurchsatz mittels der sogenannten „Karosserie-Leckage"-Methode bestimmt: wie hier äußerst kurz dargestellt, wird mittels eines Luftdrucksensors im Fahrgastraum jene Kurve abgeleitet, die den statischen Luftdruck als Funktion des Luftdurchsatzes darstellt, und zwar mit Hilfe eines kalibrierten Außengebläses, das mit bekannter Geschwindigkeit Luft in den Fahrgastraum blast; diese Luft strömt durch ein Flanschrohr, das an einem Fenster des Fahrgastraums angekoppelt ist, wobei der Anschlussflansch dieses Rohrs in abgedichteter Weise mit der Öffnung dieses Fensters verbunden ist.
Bei diesem bekannten Verfahren wird anschließend die charakteristische Kurve des Gebläses der Kraftfahrzeugeinheit diesmal ohne Verwendung eines Außengebläses abgeleitet. Aus dem Schnittpunkt der so bestimmten Kurven kann ein Hinweis auf den Luftdurchsatz der Einheit unter verschiedenen Betriebsbedingungen abgeleitet werden.
Das obenstehend beschriebene bekannte Verfahren hat verschiedene Nachteile.
Es erfordert erstens ein Zurückgreifen auf Luftdrucksensoren, die recht empfindlich und kostspielig sind. Dann bedingt das Verfahren die Bestimmung dieser charakteristischen Kurven für jedes spezielle Kraftfahrzeugmodell.
Überdies ist die erhaltene „Karosserie-Leckage"-Kurve einzig und allein für das spezielle Kraftfahrzeug, für das sie abgeleitet wurde, gültig, sowie für jene Konfiguration des Kraftfahrzeugs, die bei der Messung angewandt wurde. Es kann jedoch der Fall sein, dass die Verschlüsse, Öffnungen und Belüftungslöcher aufgrund produktionbedingter Variationen bei ein und demselben Kraftfahrzeugmodell von Fall zu Fall unterschiedlich sind. Außerdem kann es geschehen, dass der Benutzer die „Leckage"-Bedingungen des Fahrgastraums während der Fahrt ändert, beispielsweise indem er einfach ein oder mehrere Fenster des Fahrgastraums in einem größeren oder geringeren Ausmaß öffnet.
Die mittels der „Karosserie-Leckage"-Methode geschaffene Messung wird ein für allemal durchgeführt und berücksichtigt nicht die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Überdies erlaubt sie kein einfaches Handhaben aller möglichen Konfigurationen zur Verteilung der Luft im Fahrgastraum, welche der Benutzer oder ein automatisches Klimatisierungssystem bei Gebrauch auswählen kann, noch berücksichtigt sie die Auswirkungen einer teilweisen oder vollständigen Verstopfung einer oder mehrerer Luftaustragsauslässe durch den Benutzer.
Die FR-A – 2 661 759 und die DE-A – 44 14 707 offenbaren als nächstliegenden Stand der Technik ein Verfahren zur Bestimmung der Luftströmungscharakteristika eines Motorgebläsesystems einer HVAC-Einheit, bei dem die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors als charakteristischer Parameter herangezogen wird.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren bereitzustellen, welches die Bestimmung des Luftdurchsatzes einer Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit in einer Weise ermöglicht, so dass die obenstehend beschriebenen Nachteile des Verfahrens nach dem Stand der Technik überwunden werden.
Diese und andere Ziele werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren erreicht, dessen hervorstechende Eigenschaften in den angeschlossenen Ansprüchen 1 und 4 definiert sind. Das durch die Erfindung vorgeschlagene Verfahren beruht auf den spezifischen charakteristischen Eigenschaften einer Einheit, und zwar unabhängig vom Kraftfahrzeug, bei dem diese eingesetzt wird.
Außerdem erfordert dieses Verfahren keine besonders komplizierte oder sperrige Ausrüstung, da die Ermittlung des Durchsatzes bei Verwendung kostengünstiger Sensoren erzielbar und relativ wenig invasiv ist. Überdies erlaubt es die Bestimmung des Durchsatzes in einer Art und Weise, welche nicht an die Konfiguration der Einheit oder der Luftverteilungsauslässe in den Fahrgastraum oder das Kraftfahrzeug im Allgemeinen gebunden ist und unabhängig von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ist.
Weitere charakteristische Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor, welche rein anhand eines nicht einschränkend gedachten Beispiels dargelegt ist, und zwar unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen, wobei:
1 eine schematische Darstellung einer Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit ist, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Luftdurchsatzes angewandt wird;
2 und 3 zwei elektrische Diagramme sind, welche Teile jener Vorrichtungen zeigen, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Anwendung finden; und 4 ein Diagramm ist, welches eine Reihe von charakteristischen Kurven zeigt, die den durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmten Luftdurchsatz einer Einheit ausdrücken.
In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 im Allgemeinen eine Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit für ein Kraftfahrzeug.
Diese Einheit umfasst eine Haltestruktur 2, in welcher erste und zweite Einlässe 3, 4 für Luft, die während des Betriebs von außerhalb bzw. innerhalb des Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs ankommt, definiert sind.
Die Haltestruktur oder das Haltegehäuse 2 der Einheit 1 besitzt weiters eine Mehrzahl von Auslässen, wie z.B. jene, die mit 5, 6 und 7 bezeichnet sind, um in der Einheit behandelte Luft in den Fahrgastraum abzulassen.
Bei der beispielhaften und schematischen Ausführungsform, die dargestellt ist, soll die Öffnung 5 einen Luftstrom zur Innenseite der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs leiten, soll die Öffnung 6 mit einer Mehrzahl von Belüftungsauslässen in mittlerer Höhe des Fahrgastraums verbunden sein, während die Öffnung 7 einen Strom von behandelter Luft in den unteren Bereich des Fahrgastraums leiten soll.
Den Auslassöffnungen 5, 6 und 7 sind entsprechende, mit 5a, 6a und 7a bezeichnete Schieber zugeordnet, welche eine Steuerung des Luftstroms durch die dazugehörigen Öffnungen ermöglichen.
Ein weiterer Schieber 8a ermöglicht, dass der Einlass 3 für Außenluft oder der Einlass 4 für Innenluft selektiv mit einem definierten Bereich 9 innerhalb des Haltegehäuses 2 verbunden wird, in welchem Bereich ein elektrisches Gebläse 10 angeordnet ist, das einen Blattrotor 11 und einen elektrischen Antriebsmotor 12 umfasst.
Das elektrische Gebläse 12 ist bei Inbetriebnahme in der Lage, Luft durch die Einheit 1 strömen zu lassen, und zwar vom Einlass 3 oder Einlass 4 zu einem oder mehreren der Auslässe 5-7.
Stromabwärts vom elektrischen Gebläse 10 sind innerhalb der Struktur oder des Gehäuses 2 erste und zweite, mit 13 und 14 bezeichnete Wärmetauscher angeordnet.
Der Wärmetauscher 13 ist zweckmäßigerweise der Verdampfer einer Kühlanlage eines an sich bekannten Typs.
Der Wärmetauscher 14 gehört zweckmäßigerweise dem Flüssigkeits/Luft-Typ an und ist in den Kühlflüssigkeitskreislauf des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs eingeschaltet.
Die Bezugsziffer 17 bezeichnet in 1 einen weiteren Schieber, dessen Position eine Steuerung des Ankoppelns der Auslässe 5-7 am Verdampfer 13 und am Heizgerät 14 ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist eine Einheit 1 des obenstehend beschriebenen Typs zur Bestimmung ihrer Luftströmungscharakteristika in einer Messstation angeordnet und wird einer Reihe von Operationen unterzogen, welche nunmehr beschrieben werden.
Der Schieber 8a wird dazu gebracht, sich in die in 1 dargestellte Position zu bewegen, in welcher er den Einlass 4 für aus dem Inneren des Fahrgastraums kommende Luft (Rezirkulationseinlass) völlig unterbricht.
Am anderen Einlass 3 der Einheit 1 ist ein kalibriertes Durchsatzmessinstrument angeschlossen, wie z.B. jenes, das in 1 mit 20 bezeichnet ist.
Danach wird der Motor 12 des Gebläses 10 mit einer Spannung versorgt, die einen ersten bekannten Wert aufweist. Wenn dieser Motor ein Gleichstrommotor ist, der dazu vorgesehen ist, bei normalem Betrieb mit einer Gleichstromspannung versorgt zu werden, deren Wert mittels eines Regelwiderstands einstellbar ist, so ist der Motor 12 des Gebläses in der Messstation in der in 2 dargestellten Art und Weise an einer Gleichstromversorgungsquelle angeschlossen.
In dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 21 einen Gleichstromspannungsgenerator, welcher über einen Regelwiderstand 22, der mit einem beweglichen Cursor 23 versehen ist, am Motor 12 des elektrischen Gebläses angekoppelt ist.
Der Motor 12 des elektrischen Gebläses wird zunächst mit einer Gleichstromspannung versorgt, deren vorbestimmter Wert im Bereich einer normalen Variation jener Spannung liegt, die bei normalem Betrieb an Bord eines Kraftfahrzeugs an diesem Motor angelegt wird. Als Beispiel hat der Motor 12 somit anfänglich eine Spannung angelegt, welche mittels des Regelwiderstands 22 auf 6 Volt eingestellt wird.
Danach wird beispielsweise mittels eines in 2 mit 24 bezeichneten Ampere-meters der entsprechende, vom Motor 12 des elektrischen Gebläses verbrauchte Strom gemessen, und mit dem Instrument 20 wird der durch die Einheit 1 strömende Luftdurchsatz in einer Mehrzahl von Betriebszuständen detektiert, in denen die Auslassöffnungen 5-7 der Einheit zunächst z.B. alle vollständig offen sind, wonach zumindest eine davon teilweise geschlossen wird, woraufhin zumindest eine davon vollständig geschlossen wird etc..
In jedem dieser Betriebszustände wird der Wert der am Motor 12 des Gebläses angelegten Spannung an der Messstation detektiert und gespeichert, ebenso wie der Wert des entsprechenden, von diesem verbrauchten Stroms, ebenso wie der Wert des durch das Durchsatzmessinstrument 20 angezeigten Luftdurchsatzes.
Die so erhaltenen Sätze von drei Werten (Durchsatz, Strom, Spannung) können jeweils durch einen Punkt in einem kartesischen Diagramm, wie jenem, das in 4 gezeigt wird, dargestellt werden. In dieser Figur sind die Werte des Luftdurchsatzes beispielsweise in m³/h entlang der Y-Achse aufgetragen, während der im Motor 12 des elektrischen Gebläses gemessene Stromwert beispielsweise in amps entlang der X-Achse aufgetragen ist.
Die Sätze von drei Werten, welche wie obenstehend beschrieben erhalten wurden, stimmen beispielsweise mit den Punkten der in 4 mit A bezeichneten Kurve überein, welche sich auf einen bestimmten, am Motor 12 des elektrischen Gebläses angelegten Versorgungsspannungswert beziehen, der z.B. 6 Volt entspricht.
Zweckmäßigerweise werden die zuvor beschriebenen Operationen danach an der Messstation wiederholt, während ein anderer Spannungsversorgungswert, der z.B. 8 Volt entspricht, am Motor 12 des elektrischen Gebläses angelegt wird. Somit werden neue Sätze von drei Werten (Durchsatz, Strom, Spannung) erhalten, welche im Diagramm der 4 mit jenen Punkten übereinstimmen, die in der dort mit dem Buchstaben B bezeichneten Kurve dargestellt sind.
Anschließend ist es dann in ähnlicher Weise möglich, die Punkte der in 4 mit C, D und E bezeichneten Kurven zu erhalten, welche mit jenen Werten übereinstimmen, die gemessen werden, während am Motor des elektrischen Gebläses eine Spannung angelegt wird, deren Wert 10 Volt, 12 Volt bzw. 14 Volt entspricht.
Die Kurven A-E der 4 stellen die Durchsatzcharakteristika jener Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit 1 dar, die einem Test unterzogen wird.
Diese Kurven können durch an sich bekannte Interpolationsverfahren erhalten werden, und zwar auf Basis der Koordinaten der mit den Messwerten übereinstimmenden Punkte. Wenn andererseits der Elektromotor 12 des Gebläses der Einheit bei normalem Betrieb mit einer Impulsspannung von fester Frequenz und modulierter Dauer (Pulsbreiten-Modulation, PBM) versorgt werden soll und daher seine Umdrehungsgeschwindigkeit während des Betriebs durch Variation des Arbeitszyklus dieser Spannung einstellbar ist, so wird der Arbeitszyklus dieser Spannung beispielsweise an der Messstation als jener Wert detektiert, welcher die dem Motor zugeführte, durchschnittliche Spannung angibt. In diesem Fall wird auch der im Motor fließende Strom moduliert, und sein Mittelwert muss an der Messstation erhalten werden.
Zu diesem Zweck wird der Elektromotor 12 des elektrischen Gebläses 10, wie in 3 schematisch dargestellt, in der Messstation an einem Spannungsimpulsgenerator 25 von fester Frequenz und variablem Arbeitszyklus angekoppelt. Der entsprechende, im Motor 12 fließende Strom wird beispielsweise durch einen Halleffektsensor 26 detektiert, welcher an sich einen Hinweis auf den durchschnittlichen Strom liefert.
Indem am Motor 12 des elektrischen Gebläses Spannungen mit unterschiedlichen vorbestimmten Arbeitszykluswerten angelegt werden, werden in der Messstation Mittelwerte des im Motor fließenden Stroms und mit dem Instrument 20 die übereinstimmenden Werte des Luftdurchsatzes durch die Einheit 1 gemessen, und zwar in verschiedenen Betriebszuständen, in denen die Auslässe aus dieser Gruppe schrittweise verschlossen werden.
Mit den Sätzen von drei Werten (Arbeitszyklus der Spannung, durchschnittlicher Strom und Luftdurchsatz) ist es möglich, ein Diagramm zu erstellen, welches jenem der 4 ähnlich ist, in dem die verschiedenen Kurven mit den verschiedenen Arbeitszykluswerten der zum Motor des elektrischen Gebläses gelieferten Spannung übereinstimmen.
Im Falle elektrischer Gebläse, die mit einer variablen Arbeitszyklusspannung versorgt werden, ist es möglich, die Messungen an der Messstation mit verschiedenen Amplitudenwerten der Versorgungsspannung zu wiederholen, um zu simulieren, was an Bord eines Kraftfahrzeugs durch die Wirkung einer Veränderung der Versorgungsspannung (Batteriespannung) geschieht. Für jeden Amplitudenwert der Versorgungsspannung wird danach ein übereinstimmendes Diagramm des in 4 dargestellten Typs erhalten, oder vielmehr ein übereinstimmender Satz charakteristischer Punkte, welche dann, wenn sie entsprechend gespeichert sind, eine Bestimmung des Luftdurchsatzes der Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit bei normalem Betrieb sogar nach einer Veränderung der an Bord des Kraftfahrzeugs verfügbaren Versorgungsspannung ermöglichen.
Sobald die Durchsatzcharakteristika einer speziellen An von Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit detektiert sind, ermöglichen die Informationen, welche auf deren Durchsatzcharakteristika hinweisen, egal ob diese in Form von Daten oder grafisch gespeichert sind, die anschließende Bestimmung des momentanen Luftdurchsatzes einer solchen Einheit an Bord eines Kraftfahrzeugs während des normalen Betriebs des Klimatisierungssystems im Fahrgastraum dieses Kraftfahrzeugs.
Zu diesem Zweck ist das Klimatisierungssystem mit Speichervorrichtungen versehen, in denen Indikative Werte der (durchschnittlichen) Spannung, des (durchschnittlichen) Stroms und des Luftdurchsatzes, die zuvor bei Durchführung der obenstehend beschriebenen Verfahrensweise an einer Messstation erhalten wurden, gespeichert sind. Das Klimatisierungssystem wird danach dazu eingerichtet, die momentanen Werte der (durchschnittlichen) Spannung, die am Gebläsemotor der Einheit an Bord des Kraftfahrzeugs angelegt ist, sowie des durch diesen Motor fließenden durchschnittlichen Stroms zu erfassen. Auf Basis eines Vergleichs dieser momentanen Messwerte mit jenen, die in der Speichervorrichtung gespeichert sind, ist das Klimatisierungssystem in der Lage, den momentanen Wert des Luftdurchsatzes der Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit zu bestimmen.
Diese Informationen können zweckmäßigerweise für eine bessere Handhabung der Bedienung der Einheit 1 zwecks Erzielung einer verbesserten Klimatisierung herangezogen werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Luftdurchsatzes, der für eine Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug kennzeichnend ist, wobei diese Einheit Folgendes umfasst: ein Haltegehäuse (2), in dem zumindest ein Einlass (3, 4) für zu behandelnde Luft und zumindest ein Auslass (5-7) für die Emission der in der Einheit (1) behandelten Luft definiert sind, und ein von einem Elektromotor (12) angetriebenes Gebläse (10), das im Gehäuse (2) angeordnet ist, um Luft von dem zumindest einen Einlass (3, 4) zu dem zumindest einen Auslass (5-7) strömen zu lassen; wobei das Verfahren durch die Tatsache gekennzeichnet ist, dass: a) ein kalibriertes Durchsatzmessinstrument (20) an dem zumindest einen Einlass oder Auslass angeschlossen ist; b) der Motor (12) des Gebläses (10) mit einer Spannung versorgt wird, welche einen bekannten Mittelwert aufweist; c₁) der vom Motor (12) des Gebläses (10) verbrauchte Strom gemessen wird und der vom Instrument (20) gemessene Luftdurchsatz in einer Mehrzahl von Zuständen detektiert wird, wobei in jedem davon zumindest ein Auslass der Einheit (1) in unter-schiedlichem Ausmaß geschlossen ist; c₂) für jeden dieser Zustände ein Wert gespeichert wird, der die durchschnittliche Spannung angibt, welche dem Motor (12) des Gebläses (10) zugeführt wird, sowie der Mittelwert des von diesem verbrauchten Stroms und der Wert des vom Instrument (20) detektierten, entsprechenden Luftdurchsatzes; d) eine mögliche Wiederholung der Phasen c₁) und c₂) stattfindet, indem der Motor (12) des Gebläses (10) mit einer durchschnittlichen Spannung versorgt wird, welche einen anderen Wert aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, für eine Einheit (1), bei der das Gebläse (10) von einem Elektromotor (12) angetrieben wird, dessen Umdrehungsgeschwindigkeit mittels eines zwischen dem Motor (12) und einer Gleichstromspannungsversorgungsquelle angeordneten Regelwiderstands steuerbar ist, wobei der Wert, der die dem Motor (12) zugeführte, durchschnittliche Spannung angibt, der Wert der Gleichstromspannung ist, die über den Regelwiderstand am Motor (12) des Gebläses angelegt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, für eine Einheit (1), bei der das Gebläse (10) von einem Elektromotor (12) angetrieben wird, der mit einer Impulsspannung von fester Frequenz und modulierter Dauer versorgt wird und bei dem die Umdrehungsgeschwindigkeit durch Variation des Arbeitszyklus der Spannung einstellbar ist, wobei der Wert, der die dem Motor (12) zugeführte, durchschnittliche Spannung angibt, auf den Arbeitszyklus dieser Spannung hinweist.
Verfahren zur Bestimmung des momentanen Durchsatzes einer Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungseinheit (1) an Bord eines Kraftfahrzeugs während des normalen Betriebs dieser Einheit (1), wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgende Arbeitsgänge umfasst: – das Speichern von Werten der durchschnittlichen Spannung, des durchschnittlichen Stroms und des Luftdurchsatzes, die erhalten wurden, indem das Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche an einer Einheit (1) desselben Typs in Speichermitteln durchgeführt wird; – das Messen der momentanen Werte der durchschnittlichen Spannung, die am Motor (12) des Gebläses (10) der Einheit (1) an Bord des Kraftfahrzeugs angelegt wird, und des durch diesen Motor (12) fließenden durchschnittlichen Stroms; und – das Bestimmen des momentanen Werts des Luftdurchsatzes der Einheit (1) an Bord des Kraftfahrzeugs auf Basis eines Vergleichs der Werte der momentanen Spannung und des Stroms, die gemessen werden, mit jenen, die in den Speichermitteln gespeichert sind.