專利名稱：用于運輸工具的具有氣體傳感器的空調(diào)設(shè)備及用于運行這種空調(diào)設(shè)備的方法
用于運輸工具的具有氣體傳感器的空調(diào)設(shè)備及用于運行這種空調(diào)設(shè)備的方法背景技術(shù)運輸工具的空調(diào)設(shè)備通常具有一個用于在使用運輸工具內(nèi)部循環(huán)的循 環(huán)空氣工作方式與使用外部空氣通入乘客車廂及內(nèi)部空氣排出外部空間的 外部空氣工作方式之間調(diào)節(jié)的循環(huán)空氣活門。在運輸工具中部分地使用氣體傳感器來監(jiān)測外部空氣，以便當(dāng)運輸工 具外部存在增高的有害物質(zhì)濃度時關(guān)閉空調(diào)設(shè)備的循環(huán)空氣活門。此外提出使用氣體傳感器來監(jiān)測內(nèi)部空間，以便檢測二氧化碳含量， 該二氧化碳含量一方面受乘客呼吸活動的影響及另一方面也受空調(diào)設(shè)備的 含二氧化碳的空調(diào)劑的泄漏的影響。由于呼吸活動形成的二氧化碳濃度小 于在泄漏中形成的二氧化碳濃度。對于氣體傳感器，尤其公知了光譜學(xué)測量原理，其中一個紅外射線源、 例如一個工作在小電流范圍中的螺旋形燈絲在一測量區(qū)間上發(fā)送紅外射 線，隨后在一個紅外線探測器中測定該測量區(qū)間對紅外射線的吸收。此外還公知了其它的傳感器原理，如化學(xué)傳感器、半導(dǎo)體氣體傳感器、氣體FETs 等。在這些類型的氣體傳感器中通常有限的使用壽命及對供給能量的高需 求是成問題的。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，用于測定氣體濃度、尤其是C02的濃度的氣體傳感器在 循環(huán)空氣工作方式及外部空氣工作方式中可被調(diào)節(jié)到不同的工作模式(工 作狀態(tài))。這是基于一個根據(jù)本發(fā)明的認(rèn)識，即有害的C02濃度僅能在空調(diào)設(shè)備 的循環(huán)空氣工作方式中通過乘客的呼吸來產(chǎn)生，因為在外部空氣工作方式時通風(fēng)足以使C02濃度保持得足夠低。對于其中不力圖監(jiān)測含有二氧化碳的空調(diào)劑的泄漏的空調(diào)設(shè)備，根據(jù)本發(fā)明則提出一個系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中傳感器僅在循環(huán)空氣工作方式中是做 好測量準(zhǔn)備的。如果空調(diào)設(shè)備處于外部空氣工作方式中，則氣體傳感器或 者轉(zhuǎn)換到一個延長使用壽命及節(jié)能的備用工作方式中或者完全被關(guān)閉。在備用工作方式中，傳感器僅根據(jù)一喚醒信號來監(jiān)測其傳感器接口； 其它的功能被關(guān)閉或-否則，如果啟動要持續(xù)過長時間的話-則轉(zhuǎn)換到一 個最小工作模式。由此在光譜學(xué)的氣體傳感器中作為關(guān)鍵部件的紅外射線 源被保護及由此增高該紅外射線源的使用壽命。在化學(xué)的氣體傳感器中例 如傳感器元件不被加熱及由此被保護。除了延長傳感器的使用壽命外也減 小了能量消耗；對此有利地附加地，測量電子裝置、例如在氣體傳感器中 通常使用的微處理器完全被關(guān)閉或減小到監(jiān)測傳感器接口的最小功能。在其中使用含二氧化碳的空調(diào)劑(制冷劑)的空調(diào)器上，即使在外部 空氣工作方式中也會通過空調(diào)劑的泄漏而出現(xiàn)二氧化碳濃度的突然增高。 因此在循環(huán)空氣工作方式中提出一個更主動的工作模式，其中，既監(jiān)測可 能的泄漏也監(jiān)測通過乘客呼吸引起的二氧化碳的濃度增高，以及在外部空 氣工作方式中提出一個具有更小的氣體傳感器分辨率的、簡約的工作模式， 在該工作模式中氣體傳感器仍繼續(xù)發(fā)送測量信號，以便檢測由于空調(diào)劑的泄漏引起的C02增加。在使用光譜學(xué)的氣體傳感器的情況下，尤其可通過相應(yīng)氣體傳感器的 減小的電流或減小的能量供給來達到具有更小分辨率的簡約的工作模式及 由此實現(xiàn)不精確的測量信號。這種具有更小分辨率的簡約的工作模式不能作到循環(huán)空氣活門的精確 控制或調(diào)節(jié)，因為氣體濃度僅粗略地被測定。但根據(jù)本發(fā)明認(rèn)識到在外 部空氣工作方式中，幾乎達到C02含量的臨界界限值的狀態(tài)將歸因于空調(diào) 劑的泄漏及由此也歸因于臨界狀態(tài)的不精確的或錯誤的識別，盡管二氧化 碳值還未精確地達到該臨界的界限值，仍可期待輸出一個警報信號或開始 采取措施。如果識別出二氧化碳的臨界濃度值，則在空調(diào)設(shè)備的所有工作方式中 均可發(fā)送一個警報信號。根據(jù)本發(fā)明，還可由測量信號的時間特性來確定是否可通過二氧化 碳含量的快速增長來推斷出空調(diào)劑的泄漏，因為由于乘客呼吸活動引起的5增加僅導(dǎo)致緩慢的改變。
本發(fā)明原則上在軟件上已經(jīng)可以實現(xiàn)，其中，僅控制裝置要相應(yīng)地被 調(diào)節(jié)，使得該控制裝置在外部空氣工作方式中使氣體傳感器完全關(guān)閉或發(fā) 送用于備用工作方式或低分辨率的測量工作方式的控制信號。因此本發(fā)明 也可用相對小的改裝成本來實現(xiàn)，在此情況下，現(xiàn)有的空調(diào)設(shè)備原則上可 以以小的花銷被改裝。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的空調(diào)設(shè)備的一個框圖2是無泄漏監(jiān)測的第一實施形式的、根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖； 圖3是帶有泄漏監(jiān)測的第二實施形式的、根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施例方式
根據(jù)圖1，運輸工具的空調(diào)設(shè)備1具有一個控制裝置2、 一個這里未詳
細(xì)描繪的具有蒸發(fā)器及鼓風(fēng)機的空調(diào)器3、一個循環(huán)空氣活門4及一個C02 傳感器5。循環(huán)空氣活門4以公知的方式用于一循環(huán)空氣工作方式與一外部 空氣工作方式之間的轉(zhuǎn)換，在循環(huán)空氣工作方式中包含在乘客車廂中的空 氣容積封閉地循環(huán)，在外部空氣工作方式中與外部空間中的空氣進行交換。
使用者通過一個例如設(shè)在儀表板區(qū)域中的開關(guān)6對控制裝置2輸入一 個調(diào)節(jié)信號(操作信號)S0?？刂蒲b置2根據(jù)調(diào)節(jié)信號S0通過第一控制信 號Sl來接通及關(guān)閉空調(diào)器3并可以對強度進行調(diào)節(jié)。此外控制裝置2通過 第二控制信號S2來控制循環(huán)空氣活門4，以調(diào)節(jié)到循環(huán)空氣工作方式或外 部空氣工作方式。在自動化的空調(diào)設(shè)備1中，循環(huán)空氣活門4的控制也可 自動地進行，即無需使用者的調(diào)節(jié)信號S0地進行。
控制裝置2還通過第三控制信號S3控制傳感器5，該相應(yīng)的控制信號 S3與氣體傳感器5的類型或工作方式相關(guān)。氣體傳感器5可以尤其是光譜 學(xué)的氣體傳感器5，其具有 一個IR (紅外線)射線源、例如一個工作在 低電流范圍上的螺旋形燈絲； 一個具有待檢測的空氣混合物的測量區(qū)間； 及一個光譜學(xué)的傳感器，用于檢測該測量區(qū)間中IR射線的與波長相關(guān)的吸 收。在此情況下，在對C02關(guān)系重大的波長范圍中的IR射線的吸收也可以附加地通過其它測量通道-其它氣體組分的濃度-被測定。也可不用光譜學(xué)的 氣體傳感器，而設(shè)置例如一個化學(xué)傳感器，其具有一個處于待檢測的空氣 混合物中的功能層，該功能層具有根據(jù)氣體組分以及氣體濃度而變化的電
特性，或設(shè)置例如一個半導(dǎo)體氣體傳感器、 一個氣體FET，或其它的氣體 傳感器。氣體傳感器5相應(yīng)地對控制裝置2反饋具有相關(guān)濃度值的測量信 號S4。
根據(jù)本發(fā)明，在空調(diào)器運行期間，氣體傳感器5可由控制裝置2通過 控制信號S3來調(diào)節(jié)到不同的工作模式。在此情況下工作模式的類型及數(shù)目 可與氣體傳感器5的類型及工作方式及與空調(diào)器3、尤其是空調(diào)器3的空調(diào) 劑或蒸發(fā)劑相關(guān)。這里尤其關(guān)系重大的是，是否應(yīng)一起檢測空調(diào)器3的含 C02的空調(diào)劑的泄漏；這在如下的空調(diào)器中特別重要，在這些空調(diào)器中，
含C02的空調(diào)劑的泄漏可導(dǎo)致內(nèi)部空氣中C02濃度的明顯的并可能危害健
康的增高。
此外，不同的工作模式、尤其是簡約的工作模式可根據(jù)相應(yīng)使用的氣 體傳感器來選擇。
以下將描述具有一個空調(diào)器3的空調(diào)設(shè)備1的運行，該空調(diào)器不被檢 測泄漏；在此情況下尤其可設(shè)置不同于C02的空調(diào)劑。對于該情況根據(jù)本 發(fā)明認(rèn)識到僅在空調(diào)設(shè)備1的循環(huán)空氣工作方式中會出現(xiàn)有害的0)2濃 度，因為在外部空氣工作方式中，通風(fēng)足以使C02濃度保持充分地小。
僅在循環(huán)空氣工作方式時、即當(dāng)循環(huán)空氣活門4被調(diào)節(jié)到循環(huán)空氣位 置上時，控制裝置2才將氣體傳感器5轉(zhuǎn)換到其工作模式中，在該工作模 式中在使用光譜學(xué)的氣體傳感器5的情況下IR射線源完全地被通電流及連 續(xù)地向控制裝置2輸出測量信號S4。如果測量信號S4指示一個增高的C02 濃度，則通過一個相應(yīng)的控制信號S2由循環(huán)空氣工作方式轉(zhuǎn)換到外部空氣 工作方式，可以通過控制信號S1來關(guān)閉空調(diào)器3，以及發(fā)出一個警報信號。
如果循環(huán)空氣活門被調(diào)節(jié)到外部空氣工作方式上，則控制裝置2通過 相應(yīng)的控制信號S3或者使氣體傳感器5轉(zhuǎn)換到延長工作壽命并節(jié)能的備用 工作方式中或者將氣體傳感器5完全地關(guān)閉。
在備用工作方式中，該例如通過CAN總線連接的氣體傳感器5僅根據(jù) 喚醒信號來監(jiān)測其傳感器接口，其中，所有其它功能、在光譜學(xué)的氣體傳感器中尤其是IR射線源的通電都被關(guān)閉。在化學(xué)氣體傳感器5的情況下， 例如化學(xué)的傳感器元件不被加熱及由此被保護。在氣體傳感器5中設(shè)有的 控制電子裝置可全部或部分地被關(guān)閉。
在氣體傳感器5也監(jiān)測空調(diào)器3的空調(diào)劑的泄漏的運輸工具上，根據(jù) 本發(fā)明，氣體傳感器5不僅在循環(huán)空氣工作方式時而且在外部空氣工作方 式時都工作及不被完全地關(guān)斷。但根據(jù)本發(fā)明認(rèn)識到在外部空氣工作方 式時低分辨率的測量工作方式是可以的，因為該測量工作方式對于指示空 調(diào)器3的泄漏是足夠的及在其它情況下預(yù)期不會有事關(guān)重大的C02濃度。 因此控制裝置2根據(jù)循環(huán)空氣活門4的位置通過相應(yīng)的控制信號S3在循環(huán) 空氣工作方式時將氣體傳感器5置于一個常規(guī)的高分辨率的工作模式中， 而在外部空氣工作方式時將氣體傳感器5置于一個簡約的工作模式中。
在高分辨率的測量工作方式中，用高的供給能量(電壓或電流)驅(qū)動 光譜學(xué)的氣體傳感器，以使得該紅外射線源的溫度高及由此有關(guān)的波長范 圍中的強度大。
簡約的工作模式可尤其是低分辨率的測量工作方式，在該測量工作方 式中，氣體傳感器5的有關(guān)元件及部件更經(jīng)濟地工作。在使用光譜學(xué)的氣 體傳感器5的情況下，可用小的供給能量(電壓或電流)來驅(qū)動例如一熱 紅外射線源，使得紅外射線源的溫度及由此有關(guān)的波長范圍中的強度下降， 而使紅外射線源的工作壽命及由此整個氣體傳感器5的工作壽命明顯地提 高。由此也降低了氣體傳感器5的能量需求。
光譜學(xué)的氣體傳感器通常在一個測量通道和一個參考通道上來進行氣 體濃度的測量，該測量通道通過一個適當(dāng)?shù)臑V波器讓對C02關(guān)系重大的波 長范圍通過，其中通過這兩個測量通道的信號的差形成或比來進行分析。 因此原則上也可在簡約的測量工作方式中在紅外射線源被通以小電流的情 況下進行該測量，因為兩個測量通道的信號相應(yīng)地都變小了。但由于信號 變小及由此變差的信噪比而得到變粗糙的分辨率，該變粗糙的分辨率不允 許與所述常規(guī)的高分辨率的測量工作方式同樣精確的測量值。
測量方法被附加地描繪在圖2及3的流程圖中。在設(shè)有制冷劑泄漏檢 測的空調(diào)設(shè)備的第一實施形式中，該方法在步驟Stl中開始，例如在通過 開關(guān)6接通該空調(diào)設(shè)備時開始。接下來控制裝置2開始工作及在第一步驟St2中-與循環(huán)空氣活門4的位置無關(guān)地-總是進行完全的測量，即氣體 傳感器5工作在所述常規(guī)的高分辨率工作模式中，以便在開始能排除高的
C。2值。
隨后在判定步驟St3中考慮所選擇的循環(huán)空氣活門位置
在循環(huán)空氣工作方式的情況下，根據(jù)左面的分支U在步驟St4中調(diào)節(jié) 出氣體傳感器5的常規(guī)的、高分辨率的工作模式；在外部空氣工作方式的 情況下則根據(jù)右面的分支A在步驟St5中調(diào)節(jié)出氣體傳感器5的簡約的、 低分辨率的工作模式；在這兩種情況下接著根據(jù)步驟St6都檢驗允許的
C02界限值是否被遵守。
如果該C02界限值被遵守，則根據(jù)分支y接著可以在步驟St7中檢驗: 是否通過操作裝置6輸入了循環(huán)空氣活門4的調(diào)節(jié)的改變或者一個其它的 改變，該方法再返回到步驟St6的前面以檢驗C02的濃度。
如果確定出超出所允許的C02界限值，則根據(jù)分支n在接下來的步驟 St8中采取各種措施，例如與駕駛員的希望無關(guān)地調(diào)節(jié)出外部空氣工作方式 和/或輸出一個警報信號。
接著該方法可返回到步驟St6的前面。
圖3表示在使用在其中不進行空調(diào)劑泄漏監(jiān)測的空調(diào)設(shè)備時的相應(yīng)的 方法。這里相應(yīng)于圖2地進行步驟Stl， St2， St3及St4，還有St6， St7， St8，但沒有St5。
當(dāng)選擇外部空氣工作方式時，則在St3后在步驟St10中使氣體傳感器 5轉(zhuǎn)換到備用工作方式中，在該備用工作方式中僅該氣體傳感器的傳感器接 口被接通，或完全被關(guān)閉，使得該氣體傳感器不輸出任何測量信號S4。如 通過返回到步驟St3前面的回線所指示的那樣，僅當(dāng)轉(zhuǎn)換到循環(huán)空氣工作 方式及接著氣體傳感器5被接通時才會進行進一步的信號分析。
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權(quán)利要求
1.用于運輸工具的空調(diào)設(shè)備，它至少具有一具有一鼓風(fēng)機的空調(diào)器(3)，一用于調(diào)節(jié)出一循環(huán)空氣工作方式或外部空氣工作方式的循環(huán)空氣活門(4)，一氣體傳感器(5)，用于測量一運輸工具內(nèi)部空間中的一氣體濃度、尤其是一CO2濃度，以及輸出一測量信號(S4)，及一用于接收該氣體傳感器(5)的測量信號(S4)的控制裝置(2)，用于調(diào)節(jié)出該循環(huán)空氣活門(4)的一循環(huán)空氣位置或外部空氣位置及用于控制該氣體傳感器(5)，其中，該控制裝置(2)使該氣體傳感器(5)在所述循環(huán)空氣工作方式中轉(zhuǎn)換到一與在所述外部空氣工作方式中不同的工作模式中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的空調(diào)設(shè)備，其特征在于所述控制裝置(2)將所 述氣體傳感器(5)在所述循環(huán)空氣工作方式中轉(zhuǎn)換到一具有更高的能量消 耗的工作模式中及在所述外部空氣工作方式中轉(zhuǎn)換到一具有更小的能量消 耗的工作模式中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的空調(diào)設(shè)備，其特征在于所述控制裝置(2)使所 述氣體傳感器(5)在所述外部空氣工作方式中完全地關(guān)閉或轉(zhuǎn)換到一備用 工作模式中，在該備用工作模式中該氣體傳感器(5)不輸出測量信號(S4)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的空調(diào)設(shè)備，其特征在于所述氣體傳感器(5)在 備用工作狀態(tài)中根據(jù)一喚醒信號(S3)來監(jiān)測該氣體傳感器的至所述控制 裝置(2)的氣體傳感器接口。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4的空調(diào)設(shè)備，其特征在于所述控制裝置(2) 不進行所述空調(diào)器(3)的一泄漏的監(jiān)測。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的空調(diào)設(shè)備，其特征在于所述控制裝置(2) 使所述氣體傳感器(5)在所述循環(huán)空氣工作方式中調(diào)節(jié)到一具有更高分辨 率的工作模式中及在所述外部空氣工作方式中調(diào)節(jié)到一具有更小分辨率的 工作模式中，其中，該氣體傳感器(5)在這兩個工作模式中向所述控制裝 置(2)發(fā)送測量信號(S4)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的空調(diào)設(shè)備，其特征在于所述空調(diào)器(3)具有一含二氧化碳的空調(diào)劑，所述控制裝置(2)由所述氣體傳感器(5)的測量 信號(S4)來檢驗是否出現(xiàn)該空調(diào)劑的一泄漏。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7的空調(diào)設(shè)備，其特征在于所述氣體傳感器(5) 是一具有熱紅外射線源的光譜學(xué)的氣體傳感器(5)，該紅外射線源-在所述具有更高的分辨率的工作模式中在較高的溫度和/或較高的 能量供給的情況下被調(diào)節(jié)，及-在所述具有更小分辨率的工作模式中在較低的溫度和/或較小的能 量供給的情況下被調(diào)節(jié)。
9. 用于運行一空調(diào)設(shè)備(1)的方法，其中通過一循環(huán)空氣活門(2)的 調(diào)節(jié)或者調(diào)節(jié)出一具有運輸工具中空氣容積的封閉循環(huán)的循環(huán)空氣工作方 式或者調(diào)節(jié)出一具有外部空氣的輸入的外部空氣工作方式， 一氣體傳感器(5)的測量信號(S4)被接收及為了求得一氣體含量、尤其是一二氧化碳 含量而被分析處理，其中，該氣體傳感器(5)在所述外部空氣工作方式中 被調(diào)節(jié)到一與在所述循環(huán)空氣工作方式中不同的工作模式中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于所述氣體傳感器(5)在所述 外部空氣工作方式中被完全地關(guān)閉或被調(diào)節(jié)到一備用工作模式中，在該備 用工作模式中該氣體傳感器不輸出測量信號(S4)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于對所述測量信號(S4)不 檢驗是否出現(xiàn)一空調(diào)劑的泄漏。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于所述氣體傳感器(5)在所述 循環(huán)空氣工作方式中工作在一具有更高能量消耗及更高分辨率的更主動的 工作模式中及在所述外部空氣工作方式工作在一具有更小能量消耗及更小 分辨率的簡約的工作模式中，其中，該氣體傳感器(5)在這兩個工作模式 中輸出測量信號(S4)，這些測量信號被進行二氧化碳含量的分析。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于在所述空調(diào)設(shè)備(1)的一 空調(diào)器(3)中使用含二氧化碳的空調(diào)劑，對所述氣體傳感器(5)的測量 信號(S4)進行是否出現(xiàn)空調(diào)劑的泄漏的分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運輸工具的空調(diào)設(shè)備及一種用于運行該空調(diào)設(shè)備的方法，該空調(diào)設(shè)備至少具有一具有一鼓風(fēng)機的空調(diào)器(3)；一用于調(diào)節(jié)出一循環(huán)空氣工作方式或外部空氣工作方式的循環(huán)空氣活門(4)；一氣體傳感器(5)，用于測量一運輸工具內(nèi)部空間中的一氣體濃度、尤其是一CO₂濃度，以及輸出一測量信號(S4)；一用于接收該氣體傳感器(5)的測量信號(S4)的控制裝置(2)，用于調(diào)節(jié)出該循環(huán)空氣活門(4)的一循環(huán)空氣位置或外部空氣位置及用于控制該氣體傳感器(5)，其中，該控制裝置(2)使該氣體傳感器(5)在所述循環(huán)空氣工作方式中轉(zhuǎn)換到一與在所述外部空氣工作方式中不同的工作模式中。
文檔編號B60H3/00GK101516658SQ200780035024
公開日2009年8月26日 申請日期2007年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者M·紹爾, M·阿恩特 申請人:羅伯特·博世有限公司