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Anlage zur Patentanmeldung Einrichtung zur Regelung der Temperatur
im Innenraum eines KraftfahrzeuS9es Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur
Regelung der Temperatur im Innenraum eines Kraft fahrzeuges durch Beeinflussung
der Stellung einer im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine angeordneten Luftklappe,
die in Abhängigkeit von einem willkürlich einstellbaren Sollwert der Innenraumtemperatur
des Kraft fahrzeuges mehr oder weniger große Anteile des Abgasstromes über ein Wärmetauschersystem
zu einem der Brennkraftmaschine zugeordneten Auspuffsystem leitet.
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Es sind Ab gasheizungen für Kraftfahrzeuginnenräume bekannt, bei denen
eine im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine gelegene Luftklappe so veränderbar ist,
daß der Abgasstrom entweder von der Brennkraftmaschine direkt zu dem der Brennkraftmaschine
zugeordneten
Auspuff geleitet wird oder daß eine Umleitung von mehr oder weniger großen Anteilen
des Abgasstromes über einen Wärmetauscher zu dem Auspuff der Brennkraftmaschine
erfolgt. Die Luftklappe kann dabei willkürlich verstellt werden, wobei jedoch der
Nachteil auftritt, daß die Temperatur im Innenraum des Kraftfahrzeuges unter anderem
von der Leistung der Brennkraftmaschine und der infolgedessen veränderbaren Temperatur
des Abgases abhängt.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Regelung für
die Temperatur im Innenraum eines Kraftfahrzeuges zu entwickeln, die die Temperatur
im Innenraum des Kraftfahrzeuges weitgehend unabhängig von der Motorleistung der
Brennkraftmaschine des Kraft fahrzeuges macht, wobei ein entsprechend einer willkürlichen
Vorwahl gleichmaßig temperierter Luftstrom in den Kraftfahrzeuginnenraum einströmen
soll.
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Weiterhin ist bei der Entwicklung einer derartigen Regelung zu,berticksichtigen,
daß diese insbesondere auch bei dem rauhen Betrieb in einem Kraftfahrzeug zuverlässig
und störungsfrei funktionieren soll. Schließlich ist auch darauf zu achten, daß
der Aufbau der Regelung einfach und zweckmäßig sein soll, so daß die Regeleinrichtung
kostensparend gefertigt werden kann.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung zur Verstellung
der Luftklappe ein Magnetventil vorgesehen ist, dessen Verstellweg von der an das
Magnetventil angelegten Spannung abhängt, die über Verstärker von einem temperaturabhcingigen
Widerstand beeinflußbar ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den zugehörigen
Zeichnungen. Es zeigen:
Fig, 1- den schematischen Aufbau einer Abgasheizung
für ein Kraftfahrzeug, Fig, 2 einen Schaltplan für eine Steuereinrichtung zur Regelung
der Temperatur in einem Kraftfahrzeuginnenraum in Abhängigkeit von einem für die
Temperatur im Kraftfahrzeuginnenraum charakteristischen Wert und Fig. 3 eine Steuereinrichtung
für die Temperatur im Innenraum eines Kraftfahrzeuges, bei der einerseits ein für
die Temperatur im Kraftfahrzeuginnenraum charakterisierender Wert und andererseits
ein die Leistung der Brennkraftmaschine charakterisierendes Signal berücksichtigt
sind.
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In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 dargestellt, der über ein
Ansaugrohr 11 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird. Nach Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
in der Brennkraftmaschine wird ein Abgasstrom über eine Abgasleitung 12 zu einem
Auspuff 13 geleitet. In der Abgasleitung 12 ist eine Abzweigstelle 14 vorgesehen,
von der aus eine Abgaszweigleitung 15 zu einem ersten Wärmetauscher 16 eines Wärmetauschersystems
17 führt. Von dem ersten Wärmetauscher 16 führt wiederum eine Leitung 18 zu dem
Auspuff 13. An der Abzweigstelle 14 ist eine Luftklappe 19 angeordnet, die in der
gezeichneten Stellung den Abgasstrom über den ersten Wärmetauscher 16 des Wärmetauschersystems
17 zu dem Auspuff 13 leitet. Wird die Stellung der Luftklappe 19 geändert, dann
wird ein mehr oder weniger großer Anteil des Abgasstromes direkt zu dem Auspuff
13 geleitet, so daß die Wärmezufuhr zu dem ersten Wärmetauscher 16 je nach Größe
des direkt zu dem Auspuff 13 geleiteten Abgasstromes vermindert wird.
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Von dem ersten Wärmetauscher 16 des Wärmetauschersystems 17 führt
eine Leitung 20 zu einem zweiten Wärmetauscher 21, und von diesem zweiten Wärmetauscher
21 eine Rückleitung 22 zu dem ersten Wärmetauscher 16. In der Rückleitung 22 ist
eine Pumpe 23 angeordnet, die ein Wärmeübertragungsmittel
im Kreislauf
über den ersten Wärmetauscher 16, die Leitung 20, den zweiten Wärmetauscher 21 und
die Rückleitung 22 treibt. In dem ersten Wärmetauscher 16 wird die Wärmeenergie
des Abgasstromes auf das Wärme übertragungs mittel übertragen und in dem zweiten
Wärmetauscher 21 auf einen über eine Frischluftansaugleitung 24 angesaugten Frischluftstrom
abgegeben, der über eine Luftzuführungsleitung 25 in den Kraftfahrzeuginnenraum
eines weiter nicht dargestellten Kraftfahrzeuges geleitet wird.
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Die Verstellung der Luftklappe 19 an der Abzweigstelle 14 erfolgt
mit Hilfe eines Magnetventiles 26, das über einen Unterdruckverstärker 27 mit der
Luftklappe verbunden ist.
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An das Magnetventil 26 ist dabei eine Spannung angelegt, die von einem
Steuergerät 28 erzeugt wird und ein Maß für die Verstellung der Luftklappe 19 bildet.
Mit dem Steuergerät 28 ist ein Sollwertgeber 29 verbunden, der zweckmäßigerweise
im Innenraum des Kraftfahrzeuges angeordnet ist und an dem die gewünschte Temperatur
des Kraftfahrzeuginnenraumes eingestellt werden kann. Außerdem ist das Steuergerät
28 mit einem Temperaturfühler 30 verbunden, der in die Leitung 20 hineinragt und
die Temperatur des Wärr'..übertragungsmittels in der Leitung 20 ermittelt. Der Temperaturfühler
kann aber auch, wie in Fig. 1 mit unterbrochenen Linien angedeutet, in der Luftzuführungsleitung
25 zu dem Kraftfahrzeuginnenraum angeordnet sein. Schließlich kann das Steuergerät
28 noch über eine mit unterbrochenen Linien bei 31 angedeuteten Verbindung an einen
Unterdruckfühler 32 angeschlossen sein, der den Unterdruck in dem Ansaugrohr 11
der Brennkraftmaschine 10 ermittelt. Dieser Unterdruck im Ansaugrohr 11 der Brennkraftmaschine
10 bildet ein Maß für die Leistung der Brennkraftmaschine und kann in dem Steuergerät
28 mit verarbeitet werden.
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Gemaß Fig. 2 ist der Temperaturfühler 30 als temperaturabhängiger
Widerstand
ausgebildet und bildet zusammen mit einem einstellbaren Widerstand 33 einen Spannungsteiler.
Der einstellbare Widerstand 33 ist einseitig mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung
34 verbunden. Parallel zu dem aus den Widerständen 30 und 33 bestehenden Spannungsteiler
ist ein Spannungsteiler aus Widerständen 35 und 36 geschaltet, wobei der Widerstand
35 mit einem Anschluß an die gemeinsame Versorgungsleitung 34 angelegt ist. An den
Verbindungspunk+, des Widerstandes 35 und des Widerstandes 36 ist die Anode einer
Diode 37 angeschlossen, deren Kathode mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 30
und 33 Verbindung hat.
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An den Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 36 ist einerseits ein
einseitig mit einer Versorgungsleitung 38 in Verbindung stehender Widerstand 39
und andererseits eine Zenerdiode 40 angeschlossen, deren zweite Elektrode mit der
gemeinsamen Versorgungsleitung 34 verbunden ist. An den Verbindungspunkt der Widerstände
35, 36 und der Diode 37 ist die Basis eines ersten Transistors 41 eines Verstärkers
43 angeschlossen, dessen Kollektor mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 38 und
dessen Emitter über einen Widerstand 42 mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 34
Verbindung hat.
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Mit dem Emitter des ersten Transistors 41 ist weiterhin die Basis
eines zweiten Transistors 44 verbunden, dessen Kollektor anode gemeinsame Versorgungsleitung
38 und dessen Emitter über einen Widerstand 45 an die gemeinsame Versorgungsleitung
34 angeschlossen ist. Mit dem Emitter des zweiten Transistors 44 ist die Basis eines
dritten Transistors 46 verbunden, dessen Kollektor zu der gemeinsamen Versorgungsleitung
38 und dessen Emitter über einen Widerstand 47 zu der gemeinsamen Versorgungsleitung
34 führt. An den Emitter des dritten Transistors 46 ist die Basis eines vierten
Transistors 48 angelegt, dessen Kollektor mit der gemeinsamen Versorgungsleitung
38 und dessen Emitter mit einer einseitig an die gemeinsame Versorgungsleitung 34
angeschlossene Erregerwicklung 49 des Magnetventiles 26 verbunden
ist.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltanordnung ist folgende.
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Mit Hilfe des einstellbaren Widerstandes 33 läßt sich ein Arbeitspunkt
für die Steuerschaltung einstellen, wobei der einstellbare Widerstand 33 als Sollwertgeber
dient, an dem die gewünschte Temperatur für den Innenraum des Kraftfahrzeuges willkürlich
einstellbar ist. Mit Hilfe des Spannungsteilers aus den Widerständen 35 und 36 läßt
sich die maximal zulässige Spannung für die Erregerwicklung 49 des Magnetventils
einstellen.
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Dabei ist die Schaltung so ausgelegt, daß bei maximal zulässiger Spannung
an der Erregerwicklung 49 des Magnetventiles 26 der Abgasstrom vollständig über
den ersten Wärmetauscher 16 fließt.
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Wird nun davon ausgegangen, daß entsprechend dem an dem Widerstand
33 eingestellten Sollwert die Temperatur im Innenraum des Kraft fahrzeuges bzw.
die Temperatur des in den Innenraum des Kraft fahrzeuges geleiteten Luftstromes
bzw. des Warmeübertragungsmittels den gewünschten Wert einnimmt, dann befindet sich
die Regeleinrichtung in einer Ruhelage. Tritt nun eine zu starke Erwärmung des durch
das Wärmetauschersystem 17 fließenden Wärmeübertragungsmittels ein, dann verändert
sich der Widerstandswert des Widerstandes 30 derart daß die über diesem Widerstand
abfallende Spannung anwächst. Dadurch sinkt das Potential an der Kathode der Diode
37 und liegt bei leitender Diode 37 an der Basis des ersten Transistors 41 an. über
den ersten Transistor 41> den zweiten Transistor 44 und den dritten Transistor
46 wird das Potential an der Basis des vierten Transistors 48 angehoben und dadurch
der Stromfluß über die Kollektoremitterstrecke des vierten Transistors 48 und durch
die Erregerwicklung 49 des Magnetventiles 26 verringert. Bei Verringerung des Stromflusses
durch die Erregerwicklung 49 des Magnetventiles 26 wird aber die Luftklappe 19 an
der Abzweigstelle 14 der Abgasleitung 12 so verstellt, daß nunmehr ein größerer
Anteil
des Abgasstromes direkt zu dem Auspuff 13 geleitet wird und daS der Anteil des Abgasstromes,
der über den Wärmetauscher 16 zu dem Auspuff 13 geleitet wird, verringert wird.
Dadurch tritt wieder eine Abkühlung des Wärmeübertragungsmittels in dem Wärmetauschersystem
17 ein. Diese Abküillung bewirkt eine Verringerung des Spannungsabfalles über dem
Widerstand 30 und damit über die Diode 37, den ersten Transistor 41, den zweiten
Transistor 44 und den drItten Transistor 46 ein Ansteigen des Stromes über die Kollektoremitterstrecke
des vierten Transistors 48 und damit über die Erregerwicklung, 49 des Magnetventiles
26, so daß die Luftklappe 14 nunmehr wieder so verstellt wird, daß ein größerer
Teil des Abgasstromes über den ersten Wärmetauscher 16 zum Auspuff 13 geleitet wird.
Auf diese Weise wird die Luftklappe 14 auf einen bestimmten Wert eingeregelt, der
durch den veränderlichen Widerstand 33 und den damit festgelegten Arbeitspunkt bestimmt
ist. über den zweiten Warmetauscher 21 des Wärmetauschersystems 17 kann somit dem
Kraftfanrzeuginnen raum ein gleichmäßig temperierter Luftstrom zugeleitet werden.
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Die Zenerdiode 40 und der Widerstand 29 dienen zur Stabilisierung
der Betriebsspannung zwischen den gemeinsamen Versorgungsleitungen 34 und 38. Mit
Hilfe dieser Zenerdiode 40 und des Widerstandes 39 können Schwankungen, die durch
Anderung der Temperatur der die Bauelemente der Regeleinrichtung umgebenden Luft
hervorgerufen werden, und Schwankungen der Versorgungsspannung, die von einer Batterie
des Kraft fahrzeuges abgenommen wird, weitgehend unterdrückt werden.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung zur Regelung
der Kraftfahrzeuginnenraumtemperatur ist in Fig. 3 dargestellt. Ein astabiler Multivibrator
50 erzeugt eine Impulsfolge mit einem festen Tastverhältnis. Diese Impulsfolge ist
an ein Differenzierglied 51 angelegt und gelangt in
differenzierter
Form an eine monostabile Kippschaltung 52 und löst diese aus. Weiterhin ist die
monostabile Kippstufe mit dem Unterdruckfühler,32 verbunden, der in dem Ansaugrohr
11 der Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist. Mit Hilfe des Druckfühlers 32 ist es
möglich, die Dauer des instabilen Zustandes der monostabilen Kippstufe zu beeinflussen,
so daß die Dauer der Ausgangsimpulse der monostabilen Kippstufe 52 von dem Unterdruck
im Ansaugrohr 11 der Brennkraftmaschine 10 bzw. von der Leistung der Brennkraftmaschine
10 abhängt.
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Die Aus gangs impulse der monostabilen Kippstufe 52 sind an eine Umkehrstufe
53 angelegt, die wiederum mit der Basis eines ersten Transistors 54 eines Verstärkers
55 verbunden ist. Der Emitter des ersten Transistors 54 ist mit einer ersten gemeinsamen
Versorgungsleitung 56 verbunden und der Kollektor des ersten Transistors 54 ist
mit einem Spannungsteiler aus in Reihe zueinander geschalteten Widerständen 57,58
und 59 verbunden. Damit ist der Widerstand 59 einseitig an eine zweite gemeinsame
Versorgungsleitung 60 angeschlossen.
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An dem Verbindungspunkt der Widerstände 58 und 59 liegt die Anode
einer Diode 61, deren Kathode mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers 62 und
über einen Rückkopplungswiderstand 63 mit einem ersten Eingang des Operationsverstärkers
62 verbunden ist. Dem ersten Eingang des Operationsverstärkers 62 ist ein Widerstand
64 vorgeschaltet, der zu dem Abgriff eines Spannungsteilers führt, der einen einseitig
an der zweiten gemeinsamen Versorgungsleitung 60 angeschlossenen einstellbaren Widerstand
65 und einen temperaturabhängigen Widerstand als Temperaturfühler 30 aufweist. Dem
Spannungsteiler aus den Widerständen 30 und 65 ist ein zweiter Spannungsteiler aus
Widerständen 66 und 67 parallel geschaltet, wobei der Widerstand 66 einseitig mit
der zweiten gemeinsamen Versorgungsleitung 60 Verbindung hat und wobei an den Verbindungspunkt
der Widerstände 66 und 67 ein zweiter Eingang des Operationsverstärkers 62 angeschlossen
ist. Von dem Verbindungspunkt der
Widerstände 30 und 67 führt eine
Leitung zu den Widerständen 58 und 57. An diesen Verbindungspunkt ist gleichzeitig
auch eine Zenerdiode 68 angeschlossen, die einseitig an die zweite gemeinsame Versorgungsleitung
60 angelegt ist. Schließlich ist mit der Anode der Diode 61 sowie den iderständen
58 und 59 die Basis eines zweiten Transistors 69 des Verstärkers 55 verbunden, dessen
Kollektor an die erste gemeinsame Versorgungsleitung 56 und dessen Emitter über
einen Arbeitswiderstand 70 an die zweite gemeinsame Versorgungsleitung 60 angeschlossen
ist. Mit dem Emitter des zweiten Transistors 69 ist weiterhin die Basis eines dritten
Transistors 71 des Verstärkers 55 angeschlossen, dessen Kollektor mit der ersten
gemeinsamen Versorgungsleitung 56 und dessen Emitter mit der Erregerwicklung 49
des Magnetventils 26 Verbindung hat5 die einseitig an die zweite gemeinsame Versorgungsleitung
60 angeschlossen ist.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltanordnung nach Fig. 3 ist
folgende. Wenn eine Regelabweichung = Null vorliegt, wird der astabile Multivibrator
50 über das Differenzierglied 51, die monostabile Kippstufe 52 und die Umkehrstufe
53 den ersten Transitor 54 des Verstärkers 55 in einem bestimmten Rhythmus in den
leitenden bzw. in den nicht leitenden Zustand steuern.
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An dem Verbindungspunkt der Widerstände 59 und 58 sowie der Diode
61 wird deshalb eine Impulsfolge auftreten, die über den zweiten Transistor 69 an
die Basis des dritten Transistors 71 angelegt ist, der einen durch die Erregerwicklung
49 des Magnetschalters 29 fließenden impulsförmigen Strom hervorruft.
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Durch diesen impulsförmigen Strom wird das Magnetventil 26 und damit
die Luftklappe 19 in einer bestimmten Stellung gehalten.
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Tritt nun beispielsweise eine Leistungserhöhung der Brennkraftmaschine
10 ein, dann erhöht sich der Unterdruck im Ansaugrohr 11 der Brennkraftmaschine
10. Diese Druckänderung wird durch den
Druckfühler 32 ermittelt
und in Abhängigkeit davon die Standzeit der monostabilen Kippstufe bei gleichbleibender
Frequenz der Impulse verringert. Über die Unilcehrstufe 53 werden die Ausgangsimpulse
an die Basis des Transistors 54 angelegt. Der Transistor 54 kommt deshalb für längere
Zeit in einen leitenden Zustand, so daß an der Basis des zweiten Transistors 69
für längere Zeit ein positives Potential anliegt. Dieses längere positive Potential
liegt auch an der Basis des dritten Transistors 71, so daß längere Impulse an die
Erregerwicklung 49 angelegt werden. Wenn durch die Widerstände 59 und 58 festgelegt
ist, daß bei kleinem Tastverhältnis der Impulse das Magnetventil 26 die Luftklappe
19 so verstellt, daß der gesamte Abgasstrom über den ersten Wärmetauscher 16 zum
Auspuff 13 gelangt, dann wird bei länger werdenden Impulsen an der Erregerwicklung
49 die Luftklappe 19 in der Abgasleitung 12 so verstellt, daß nunmehr ein größerer
Teil des Abgases direkt zu dem Auspuff 13 geleitet wird. Dadurch ergibt sich daß
bei Leistungsanstieg der Brennkraftmaschine 10 ein größerer Teil des Abgasstromes
direkt zu dem Auspuff 13 der Brennkraftmaschine geleitet wird, so daß die Temperatur
des llärmeübertragungsmittels in der Leitung 20 abnimmt und damit auch die Temperatur
des durch die Luftzuführungsleitung 25 in den Fahrgastinnenraum geführte Luft absinkt.
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Die in ihrer Impulsdauer veränderlichen Impulse, die an die Basis
des zweiten Transistors 69 angelegt werden, sind auch noch in ihrer Amplitude veränderbar.
Die Amplitudennorin dieser Impulse erfolgt dabei in Abn'ängigkeit von der Temperatur
des Wärmeübertragungsmittels in der Leitung 20, wobei diese Temperatur mit dem Temperaturfühler
90 erfaßt wird oder es wird die Temperatur in der Luftzuführungsleitung 25 ermittelt,
die wie in Fig. 1 mit unterbrochenen Linien angedeutet wird, ebenfalls mit einem
TemperaturfAhler erfaßt und an das Steuergerät weitergegeben werden kann. Tritt
beispielsweise eine
Regelabweichung ein, die dadurch hervorgerufen
wird, daß sich die Temperatur des Wärmeüberttagungsmittels in der Leitung 20 erhöht,
dann wird der Widerstandswert des Widerstandes 30 größer und die über dem Widerstand
30 abfallende Spannung erhöht sich. Dadurch wird die Spannungsdifferenz zwischen
dem ersten und dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers größer, und ein entsprechend
den Widerständen 63 und 64 verstärktes und invertiertes Signal gelangt an die Kathode
der Diode 1.
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Wenn die Spannung an dem Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 65
einen Wert erreicht, der ein Ausgangssignal des Operationsverstärkers 62 hervorruft,
welches die Diode 61 in leitenden Zustand steuert, dann wird die Spannung an der
Erregerwicklung 49 derart geändert, daß die Luftklappe 19 so verstellt wird, daß
ein größerer Teil des Abgasstromes der Abgasleitung 12 direkt zu dem Auspuff 13
geleitet wird und dementsprechend der über den ersten Wärmetauscher 16 des Wärmetauschersystems
17 fließende Anteil des Abgasstromes verringert wird, so daß die Temperatur des
Wärmeübertragungsmittels in der Leitung 21 und damit auch die Temperatur des in
den Kraftfahrzeuginnenraum geleiteten Luftstromes abnimmt. Die Zenerdiode 68 ist
zur Stabilisierung der Spannung über den Spannungsteilern aus den Widerständen 30
und 65, 66 und 67 sowie 58 und 59 vorgesehen.
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Zusammenfassend kann als Vorteil der beschriebenen Schaltungsanordnung
gesagt werden, daß der durch die Erregerwicklung 49 des Magnetventils 26 fließende
Strom multiplikativ aus den beiden Großen Unterdruck im Ansaugrohr 1 der Brennkraftmaschine
10, der ein Maß fÜr die Leistung der Brennkraftmaschine ist, und der Temperatur
der in den Kraftfahrzeuginnenraum einströmenden Heizluft gebildet wird und zwar
derart, daß durch den Unterdruck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine die Impulsbreite
und durch die Temperatur der Heizluft die Impulshöhe variiert wird. Als besonderes
Vorteil ist dabei eine von der Motorleistung unabhängige Regelung der Kraftfahrzeuginnentemperatur
anzusehen, so daß sowohl
bei einer längeren Stadt fahrt als auch
bei einer überlandrahrt stets eine gleichbleibende Temperatur für den Innenraum
des Kraft fahrzeuges erreicht werden kann.