Устройство управления охлаждающим комплексом для автотранспортного средства - RU2747984C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области охлаждающих комплексов для автотранспортных средств и, в частности, к области устройств и способов управления такими комплексами.

Классически система охлаждения, предназначенная для охлаждения двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства, содержит контур, насос и радиатор. В контуре циркулирует охлаждающая жидкость.

Кроме того, обычные транспортные средства содержат систему кондиционирования, включающую в себя конденсатор, испаритель, позволяющий охлаждать салон транспортного средства, устройство расширения и компрессор. В данном случае выражение «охлаждающий комплекс» обозначает совокупность элементов, образующих систему охлаждения, и элементов, образующих систему кондиционирования воздуха транспортного средства. Чтобы ограничить габаритный размер моторного отсека транспортного средства и облегчить операции технического обслуживания, радиатор системы охлаждения и конденсатор системы кондиционирования транспортного средства обычно включены в один блок охлаждающего комплекса. Этот блок известен под названием «охлаждающий блок». В этом случае радиатор системы охлаждения и конденсатор системы кондиционирования расположены близко друг к другу и находятся на одном и том же воздушном потоке.

Когда активировано кондиционирование транспортного средства, конденсатор системы кондиционирования отдает тепло в окружающее пространство. Как правило, воздушный поток, проходящий через этот блок, сначала отбирает тепло, передаваемое конденсатором, а затем тепло, поступающее от радиатора охлаждения. При этом может возникать явление «горячей маски» на радиаторе системы охлаждения. Это явление влияет на эффективность охлаждения. В особых условиях работы температура охлаждающей жидкости может повышаться и отрицательно влиять на стойкость и на срок службы деталей, образующих двигатель и систему охлаждения. Такие условия работы проявляются, в частности, при потребности в сильном кондиционировании, при повышенной наружной температуре и при интенсивной нагрузке на двигатель транспортного средства.

Чтобы ограничить риск отказа компонента двигателя и/или системы охлаждения, было предусмотрено устройство защиты, которое срабатывает в случае слишком большого повышения температуры охлаждающей жидкости. Когда устройство защиты включено, использование кондиционирования становится невозможным.

Однако такое решение не является удовлетворительным, так как оно делает невозможным использование системы кондиционирования транспортного средства. Устройство защиты часто может срабатывать, когда наружная температура становится высокой и/или когда потребность в кондиционировании является большой, то есть когда пассажирам в целом необходимо, чтобы кондиционирование было доступным.

Этот недостаток является тем более неприятным с учетом более строгих новых норм борьбы с загрязнением окружающей среды, в силу которых может увеличиваться частотность активации такого устройства защиты. Кроме того, появляется все больше транспортных средств, имеющих формы, выбираемые для реализации особого стиля, поэтому вход воздуха в них не является термически оптимизированным. В таких транспортных средствах устройство защиты бывает слишком часто задействованным.

Задачей изобретения является устранение вышеупомянутых недостатков, присущих известным устройствам.

В частности, задача изобретения состоит в обеспечении износостойкости и долговечности деталей, образующих двигатель и/или систему охлаждения автотранспортного средства, с одновременным обеспечением постоянного использования системы кондиционирования, которой оснащено транспортное средство, в том числе при высокой потребности в кондиционировании, при высокой наружной температуре и при большой нагрузке на двигатель.

Поставленные задачи решены в устройстве управления охлаждающим комплексом для автотранспортного средства, содержащем компрессор кондиционирования с внешним управлением и радиатор охлаждения. Это устройство содержит цепь регулирования температуры охлаждающей жидкости, циркулирующей в указанном радиаторе охлаждения, при этом цепь регулирования выполнена с возможностью выдавать первое скорректированное отклонение.

Согласно одному из общих отличительных признаков, устройство содержит модуль управления компрессором кондиционирования в зависимости от первого скорректированного отклонения.

Благодаря такому устройству, можно управлять одновременно охлаждением и кондиционированием, чтобы продолжать использовать кондиционирование воздуха и в то же время эффективно охлаждать двигатель. В частности, когда возникают сложные условия работы, управление компрессором позволяет ограничивать количество тепла, генерируемого конденсатором, чтобы ограничить появление феномена горячей маски, не отключая при этом кондиционирования.

Предпочтительно модуль управления выполнен с возможностью управлять рабочим объемом цилиндра компрессора кондиционирования.

В варианте осуществления модуль управления содержит картографию, в которой хранятся значения силы тока управления электромагнитным приводом вращения опорного диска поршня компрессора кондиционирования в зависимости от первого скорректированного отклонения.

Предпочтительно цепь регулирования содержит первый компаратор, выполненный с возможностью определения первого отклонения между первым заданным значением температуры воздуха и температурой воздуха, измеренной на выходе испарителя кондиционирования, или температурой, измеренной на поверхности испарителя охлаждающего комплекса автотранспортного средства, и первый корректор, выполненный с возможностью корректировать указанное первое отклонение, чтобы выдавать указанное первое скорректированное отклонение.

Благодаря такой цепи регулирования, регулируют температуру воздуха, выходящего из испарителя кондиционирования автотранспортного средства, действуя на компрессор кондиционирования.

Предпочтительно указанный первый корректор является пропорционально-интегрально-дифференциальным корректором.

Предпочтительно цепь регулирования содержит второй компаратор, выполненный с возможностью определять второе отклонение между вторым заданным значением ограничения температуры охлаждающей жидкости и измеренной температурой охлаждающей жидкости, циркулирующей в указанном радиаторе охлаждения, и второй корректор, выполненный с возможностью корректировать отклонение для вычисления второго скорректированного отклонения.

Такие вторые компаратор и корректор позволяют осуществлять регулирование температуры воздуха, выходящего из испарителя, и температуры охлаждающей жидкости. Это позволяет еще больше оптимизировать управление охлаждением двигателя и кондиционированием транспортного средства.

В варианте осуществления указанное второе заданное значение составляет от 105°С до 120°С, предпочтительно от 110°С до 115°С.

Такие пределы для второго заданного значения позволяют обеспечивать долговечность двигателя.

Предпочтительно указанный второй корректор является пропорционально-интегрально-дифференциальным корректором.

Предпочтительно цепь регулирования содержит блок определения указанного первого заданного значения, при этом указанный блок определения выбирает максимальное значение между указанным вторым скорректированным отклонением и третьим заданным значением, предпочтительно составляющим от 2°С до 15°С, следующим, например, из запроса водителя транспортного средства или получаемым из модуля вычисления на входе регулирования температуры салона транспортного средства.

Такой блок определения позволяет регулировать температуру воздуха, выходящего из испарителя, используя это третье заданное значение температуры, когда измеренная температура охлаждающей жидкости оказывается ниже указанного второго заданного значения температуры охлаждающей жидкости, и ограничивать измеренную температуру охлаждающей жидкости вторым заданным значением температуры охлаждающей жидкости, когда результирующее заданное значение температуры испарителя, выдаваемое вторым корректором, превышает указанное третье заданное значение температуры. Это позволяет обеспечивать охлаждение при максимальной доступности кондиционирования.

Вторым объектом изобретения является способ управления охлаждающим комплексом, содержащим радиатор охлаждения, компрессор кондиционирования с внешним управлением и описанное выше устройство. В рамках этого способа регулирование температуры охлаждающей жидкости осуществляют, управляя указанным компрессором кондиционирования.

Другие задачи, отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве неограничивающего примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 показана схема охлаждающего комплекса, включающего в себя заявленное устройство управления;

на фиг. 2 показана принципиальная схема, иллюстрирующая управление охлаждающим комплексом, представленным на фиг. 1;

на фиг. 3 представлен способ управления охлаждающим комплексом, показанным на фиг. 1.

На фиг. 1 схематично показано автотранспортное средство 2. В частности, транспортное средство 2 имеет силовую установку (не показана) с двигателем внутреннего сгорания (не показан).

Транспортное средство 2 содержит систему 4 охлаждения. Система 4 предназначена для охлаждения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства 2. Система 4 содержит контур 6 охлаждения, по которому циркулирует охлаждающая жидкость, например, вода. Система 4 содержит радиатор 8, теплообменник 10 и насос 12. Радиатор 8, теплообменник 10 и насос 12 установлены последовательно в контуре 6 охлаждения. Охлаждающая жидкость, закачиваемая насосом 12 в контур 6, проходит через теплообменник 10, отбирая тепло от двигателя внутреннего сгорания, затем через радиатор 8, отдавая тепло во внешнюю систему. Это обеспечивает охлаждение двигателя внутреннего сгорания.

Как правило, теплообменник 10 состоит из всего внутреннего контура охлаждения для охлаждения камеры сгорания и движущихся деталей теплового двигателя, то есть самого теплового двигателя.

Транспортное средство 2 содержит систему 14 кондиционирования. Система 14 содержит контур 16 кондиционирования, внутри которого циркулирует хладагент. Система 14 содержит конденсатор 18, дроссельный клапан 19, компрессор 20 и испаритель 23. Хладагент испаряется в испарителе 23, отбирая тепло из воздушного потока, направленного в салон транспортного средства 2. Хладагент конденсируется в конденсаторе 18, отдавая тепло во внешнюю систему.

Компрессор 20 выполнен с возможностью быть управляемым извне, чтобы действовать на расход хладагента. В частности, можно управлять рабочим объемом цилиндра компрессора 20. В представленном примере компрессор 20 является компрессором с наклонным диском. Компрессор 20 содержит опорный диск 21 поршня. Угол наклона диска 21 относительно направления перемещения поршней (не показаны) может меняться и может управляться электромагнитным приводом 22. Вместе с тем, разумеется, не выходя за рамки изобретения, можно предусмотреть компрессор другой конструкции, например, компрессор с регулирующим клапаном, позволяющим изменять его рабочий объем.

Транспортное средство 2 содержит электровентиляторный агрегат 24 (как правило, расположенный после радиатора и работающий по принципу всасывания, но на фиг. 1 он показан работающим по принципу нагнетания) и воздушный вход 26. Агрегат 24 и воздушный вход 26 расположены таким образом, чтобы обеспечивать создание воздушного потока, схематично показанного стрелками 28 на фиг. 1. Схематично показанный стрелками 28 воздушный поток сначала встречает на своем пути конденсатор 18, затем радиатор 8. Это позволяет максимизировать конвективный теплообмен радиатора 8 и конденсатора 18.

На фиг. 1 схематично показан охлаждающий комплекс 30 транспортного средства 2. Комплекс 30 включает в себя систему 4, систему 14 и агрегат 24. Здесь же схематично показан охлаждающий блок 32. В представленном примере охлаждающий блок 32 состоит из радиатора 8, конденсатора 18 и вентиляторного агрегата 24.

Транспортное средство 2 содержит устройство 34 управления. Устройство 34 предназначено для управления комплексом 30 таким образом, чтобы одновременно управлять охлаждением при помощи системы 4 и кондиционированием воздуха при помощи системы 14. Устройство 34 содержит цепь 36 регулирования и модуль 38 управления. Модуль 38 выполнен с возможностью задавать силу тока i_alim питания привода 22. В зависимости от силы тока i_alim изменяется угол диска 21. Таким образом, модуль 38 управляет рабочим объемом цилиндра компрессора 20.

На фиг. 2 схематично показана принципиальная схема цепи 36 регулирования.

Цепь 36 содержит компаратор 39. Компаратор 39 вычисляет отклонение ε_liq температуры охлаждающей жидкости. Отклонение ε_liq соответствует разности между заданным значением t_{liq_cons} температуры охлаждающей жидкости и измеренной температурой t_{liq_mes} охлаждающей жидкости. В представленном примере заданное значение t_{liq_cons} составляет от 105°С до 120°С, предпочтительно от 110°С до 115°С. Температуру t_{liq_mes} измеряет температурный датчик (не показан), включенный в контур 6 на уровне радиатора 8. Вместе с тем, не выходя за рамки изобретения, можно предусмотреть установку этого датчика в другом месте контура 6.

Цепь 36 содержит корректор 40. Корректор 40 получает отклонение ε_liq. В представленном примере корректор 40 является пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) корректором. Такой корректор выбран для осуществления эффективной коррекции, но без увеличения сложности цепи 36 регулирования. Корректор 40 определяет и выдает скорректированное отклонение ε_{liq_cor} температуры охлаждающей жидкости.

Цепь 36 содержит также блок 42 определения. Блок 42 получает скорректированное отклонение ε_{liq_cor}, выдаваемое корректором 40. Блок 42 получает также заданное значение t_{cond_cons} температуры воздуха испарителя для обеспечения теплового комфорта внутри салона транспортного средства. Заданное значение t_{cond_cons} составляет от 2°С до 15°С. Блок 42 выбирает максимальное значение между скорректированным отклонением ε_{liq_cor} и заданным значением t_{cond_cons}. Блок 42 выдает выбранное заданное значение t_{cond_cons_2}.

Цепь 36 содержит компаратор 44. Компаратор 44 получает выбранное заданное значение t_{cond_cons_2}, выдаваемое блоком 42. Компаратор 44 также получает измеренную температуру t_{cond_mes} воздуха, выходящего из испарителя 23. Температуру t_{cond_mes} может измерять температурный датчик, расположенный на поверхности испарителя 23 или на воздушном выходе испарителя 23. Компаратор 44 вычисляет разность между выбранным заданным значением t_{cond_cons_2} и температурой t_{cond_mes}. Эта разность соответствует отклонению ε_cond температуры испарителя.

Цепь 36 содержит корректор 46. Корректор 46 получает отклонение ε_cond, вычисленное компаратором 44. Корректор 46 является пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) корректором. Как и в случае корректора 40, этот тип корректора выбран для осуществления эффективной коррекции, но без увеличения сложности цепи 36 регулирования. Корректор 46 определяет и выдает на выходе скорректированное отклонение ε_{cond_cor} температуры испарителя 23. Скорректированное отклонение ε_{cond_cor} позволяет получить силу тока i_alim, необходимую для подачи на электромагнитный привод 22 с целью оптимального управления охлаждением при помощи системы 4 и кондиционированием воздуха при помощи системы 14. В частности, силу тока i_alim считывают в картографии 48, содержащей значения силы тока i_alim в зависимости от скорректированного отклонения ε_{cond_cor}. В версии варианта осуществления корректор 46 выполнен таким образом, чтобы значение скорректированного отклонения ε_{cond_cor} соответствовало значению силы тока i_alim в амперах (А).

На фиг. 3 схематично представлен способ, который можно осуществлять при помощи устройства 34 и комплекса 30.

На первом этапе Е01 измеряют температуру t_{liq_mes}.

На втором этапе Е02 вычисляют отклонение ε_liq, применяя следующее уравнение:

ε_liq = t_{liq_cons} - t_{liq_mes}

На третьем этапе Е03 осуществляют пропорционально-интегрально-дифференциальную (ПИД) коррекцию отклонения ε_liq. Таким образом, вычисляют скорректированное отклонение ε_{liq_cor}.

На следующем этапе Е04 выбирают максимальное значение между скорректированным отклонением ε_{liq_cor} и заданным значением t_{cond_cons}. При этом вычисляют заданное значение t_{cond_cons_2}, применяя уравнение:

t_{cond_cons_2} = max(t_{cond_cons}, ε_{liq_cor})

На пятом этапе Е05 измеряют температуру t_{cond_mes}.

На следующем этапе Е06 вычисляют отклонение ε_cond, применяя следующее уравнение:

ε_cond = t_{cond_cons_2} - t_{cond_mes}

На седьмом этапе Е07 осуществляют пропорционально-интегрально-дифференциальную (ПИД) коррекцию отклонения ε_cond. Таким образом, вычисляют скорректированное отклонение ε_{cond_cor}.

На восьмом этапе Е08 определяют силу тока i_alim в зависимости от скорректированного отклонения путем считывания в картографии 48. На этом же этапе Е08 на привод 22 подают ток с значением i_alim при помощи модуля 38 управления.

При помощи устройства 34 и способа управления, представленного на фиг. 3, можно управлять компрессором 20 таким образом, чтобы обеспечивать регулирование температуры охлаждающей жидкости, циркулирующей в контуре 6, и температуры испарителя 23. Таким образом, обеспечивают одновременное управление системой 4 охлаждения и системой 14 кондиционирования. Благодаря этому одновременному управлению, можно обеспечивать постоянную работу кондиционирования воздуха транспортного средства 2 и в то же время эффективно охлаждать компоненты двигателя внутреннего сгорания и системы 4 охлаждения при всех условиях работы транспортного средства 2. Это позволяет обеспечивать износостойкость и долговечность деталей двигателя внутреннего сгорания и системы 4 охлаждения, сохраняя при этом комфорт для пассажиров транспортного средства 2.

Реферат

Изобретение относится к устройствам охлаждения транспортного средства. Устройство (34) управления охлаждающим комплексом (30) для автотранспортного средства (2) содержит компрессор (20) кондиционирования с внешним управлением и радиатор (8) охлаждения. Устройство (34) содержит цепь (36) регулирования температуры охлаждающей жидкости, циркулирующей в указанном радиаторе (8) охлаждения. Цепь (36) регулирования выполнена с возможностью выдавать первое скорректированное отклонение (εcond_cor). Устройство (34) содержит модуль (38) управления компрессором (20) кондиционирования в зависимости от первого скорректированного отклонения (εcond_cor). Достигается обеспечение износостойкости и долговечности деталей, образующих двигатель и/или систему охлаждения автотранспортного средства, с одновременным обеспечением постоянного использования системы кондиционирования, которой оснащено транспортное средство, в том числе при высокой потребности в кондиционировании, при высокой наружной температуре и при большой нагрузке на двигатель. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула