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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage
für ein
Fahrzeug, insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
einem allgemein bekannten, gattungsgemäßen Verfahren zum Betreiben
einer Klimaanlage für
ein Kraftfahrzeug wird mittels einer Regelungseinrichtung eine Temperaturregelung
einer Verdampfer-Temperatur durchgeführt.
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Konkret
wird bei einer derartigen Klimaanlage mit einem Temperatursensor
die Lufttemperatur nach einem Verdampfer der Klimaanlage ermittelt, wobei
hier die Gefahr besteht, dass es insbesondere bei der Inbetriebnahme
der Klimaanlage aufgrund einer etwaigen Trägheit des Temperatursensors
am Verdampfer zu einer Verdampfervereisung kommen kann.
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Zur
Vermeidung einer derartigen Verdampfervereisung ist in der
DE 195 22 666 A1 ein
Verfahren vorgeschlagen, bei der eine der Verdampfer-Temperatur proportionale
Größe und eine
der momentan angeforderten Kälteleistung
proportionale Größe erfasst
wird. In Abhängigkeit
dieser beiden Größen wird
die Zu- und Abschaltung des Klimaverdichters der Klimaanlage vorgenommen.
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Ein
weiteres Verfahren zur Vermeidung einer Verdampfervereisung ist
in der
DE 101 38 202
C1 beschrieben. Dabei wird bei der Inbetriebnahme der Klimaanlage
eine Druckregelung aktiviert, bei der ein mit einem Niederdrucksensor
ermittelter Druck in Richtung auf einen Solldruck geregelt wird,
der sich aus einem Sättigungsdruck
entsprechend einer von der Temperaturregelung vorgegebenen Solltemperatur
abzüglich
eines Druckvorhalts ergibt. Der Druckvorhalt wird in Abhängigkeit
des Ruhedrucks der Klimaanlage bestimmt. Bei Erreichen der vorgegebenen
Solltemperatur wird der Regelvorgang von der Druckregelung auf eine
Temperaturregelung übergeben.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung einer Verdampfervereisung
in Verbindung mit einer Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf ist auch
aus der
DE 197 45
028 A1 bekannt, bei der der Druck eines Klimatisierungsluftstroms
am Verdampfer mittels einer entsprechenden Drucksensorik erfasst
wird und anschließend
die Menge und/oder Temperatur eines dem Verdampfer zugeführten Kältemittels
in Abhängigkeit
von diesem erfassten Druck des Klimatisierungsluftstroms am Verdampfer
eingestellt werden. Mit einer derartigen Verfahrensführung lässt sich
die Kälteleistung
der Klimaanlage so regulieren, dass einer beginnenden Verdampfervereisung entgegengewirkt
wird.
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Weiter
ist aus der
DE 198
46 026 A1 eine Regeleinrichtung für einen Klimaanlagen-Kältemittelkreislauf
bekannt, der durch einen Kompressor und ein Entspannungsorgan in
eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite unterteilt ist, wobei
die Regeleinrichtung einen hochdruckseitigen Regelungsteil und einen
niederdruckseitigen Regelungsteil aufweist. Um die Klimaanlage mit
relativ geringem regelungstechnischen Aufwand energiesparend und
mit hohem Wirkungsgrad relativ exakt und stabil regeln zu können, werden
die beiden Regelungsteile miteinander gekoppelt, in dem wenigstens
eine Einflussgröße des einen
Regelungsteils eine Koppelgröße bildet,
die in den anderen Regelungsteil als auch dort wirksame Einflussgröße eingekoppelt
ist.
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Weiter
ist auch aus der
DE
101 56 250 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung
einer Klimaanlage mit Saugdruckregelkreis bekannt, der den Kältemittel-Saugdruck
eines Kompressors im Kältemittelkreislauf
der Klimaanlage regelt, wobei Mittel zur Bestimmung des Saugdruck-Istwertes
und eine Einheitsregelung desselben auf einem vorgebbaren Saugdruck-Sollwert
durch entsprechende Kompressoransteuerungen vorgesehen sind. Zur Vermeidung
der Bereitstellung eines Kältemittel-Saugdrucksensors
wird die niederdruckseitige Kältemitteltemperatur
an vorgegebener Stelle eines verdampferseitigen Kältemittelkreislaufabschnittes erfasst
und der Saugdruck-Istwert in Abhängigkeit von
einer niederdruckseitig erfassten Kältemitteltemperatur berechnet.
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Aus
der
DE 198 05 880
A1 ist ein Verfahren zur Einstellung des Saugdrucks in
einem Kältemittelkreislauf
einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage bekannt, bei dem ein aktueller Saugdruck
bestimmt und mit einem einzustellenden Saugdruck-Sollwert verglichen wird, wobei in Abhängigkeit
vom Vergleichsergebnis die Fördermenge
eines Kühlmittels
im Kältemittelkreislauf
eingestellt wird und der einzustellende Saugdruck über eine
Drehzahlregelung eines Antriebselementes variiert wird. Dieses Antriebselement
ist ein Elektromotor, der von der Regeleinrichtung getaktet angesteuert
wird.
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Aus
der
DE 38 43 924 A1 ist
eine Klimaanlage und ein Klimagerät für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem
selbst beim Leerlauf des Motors die Drehzahl des Motors gemäß der Kapazität eines
Verdichters eingestellt werden kann. Damit soll eine Kraftstoffeinsparung
erreicht und ein Stehenbleiben des Motors verhindert werden.
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Zudem
ist aus der
DE 41 42
363 A1 ein Verfahren zur Überwachung des Kältemittel-Füllstandes in
einer Kälteanlage
bekannt, bei dem auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes der relative Druck
und die Temperatur des Kältemittels
gemessen werden. Mit dem gemessenen Druckwert wird anhand einer
kältemittelspezifischen
Funktion eine diesem zugeordnete Temperatur ermittelt und sodann
die Unterkühlung
des Kältemittels
bestimmt, welche als Maß für den Kältemittel-Füllstand
ausgewertet wird.
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Aus
der nachveröffentlichten
DE 103 12 556 A1 ist
ferner eine Klimaanlage für
ein Kraftfahrzeug bekannt, die ein einfach beherrschbares Regelverhalten
aufweisen soll und deren Bauteile vor einer Drucküberlastung
geschützt
sein sollen. Dazu wird ein sogenannter Druckgradient-Sollwert vorgegeben, mittels
dem der Druckanstieg vom Niederdruck auf Hochdruck sanft umgesetzt
wird, um die Gefahr von Überschwingen über eine
Druckobergrenze zu vermeiden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage
für ein
Fahrzeug, insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, vorzuschlagen, mit dem ein funktionssicheres
Betreiben der Klimaanlage ohne Verdampfervereisung möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Gemäß Anspruch
1 erfolgt bei Inbetriebnahme der Klimaanlage in einem ersten Verfahrensschritt
eine Temperatursteuerung so, dass in Abhängigkeit wenigstens eines Ruheparameters
ein Regelstrom vorgegeben wird, dem ein bestimmter Saugdruck zugeordnet
ist, mit dem eine diesem Saugdruck entsprechend zugeordnete Verdampfer-Temperatur
eingestellt wird. Bei Erreichen dieser ruheparameterabhängigen Verdampfer-Temperatur
wird in einem zweiten Verfahrensschritt auf die Regelung der Verdampfer-Temperatur
mittels der Regelungseinrichtung umgeschalten.
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Vorteilhaft
bei diesem Verfahren ist, dass damit funktionssicher die Trägheit der
Temperaturregelung der Regelungseinrichtung und damit eine unerwünschte Verdampfervereisung
umgangen werden kann. Als Ruheparameter wird dabei vorzugsweise ein
Ruhedruck der Klimaanlage gewählt,
der beispielsweise über
ein hochdruckseitig an einem Kondensator der Klimaanlage montierten
Drucksensor erfasst wird. Die Zuordnung zwischen Ruhedruck und Regelstrom
ist entsprechend in einer vorab definierten Kennlinie abgelegt,
die beispielsweise empirisch ermittelt werden kann. Der dem erfassten
Ruhedruck zugeordnete Regelstrom wird an einen Klimaverdichter der
Klimaanlage ausgegeben, der beispielsweise ein Proportionalventil
aufweist, mittels dem gemäß dem vorgegebenen
Regelstrom der zugehörige
Saugdruck eingestellt werden kann. Dadurch wird aufgrund dieses
Strom-Saugdruck-Zusammenhanges
nur der dem erfassten Ruheparameter zugeordnete Saugdruck eingestellt,
so dass dadurch die diesem Saugdruck entsprechend zugeordnete Verdampfer-Temperatur
eingestellt wird. Bei Erreichen dieser ruheparameterabhängigen Verdampfer-Temperatur,
die beispielsweise mittels eines zur Regelungseinrichtung gehörigen Temperatursensors am
Verdampfer ermittelt wird, wird in einem zweiten Verfahrensschritt
auf die Regelung der Verdampfer-Temperatur mittels der Regelungseinrichtung
umgeschalten. Mit der Regelstromvorgabe wird vermieden, dass die
Verdampfer-Temperatur zu weit unterschwingt. Die Kennlinie, die
den Zusammenhang zwischen dem Ruheparameter und dem Regelstrom darstellt,
definiert ein kontrolliertes und nicht zu weites Unterkühlen der
Verdampfer-Temperatur. Grundsätzlich
kann als Ruheparameter neben dem in der obigen Beschreibung verwendeten
Ruhedruck der Klimaanlage auch beispielsweise auf die Umgebungstemperatur
als Ruheparameter zurückgegriffen werden.
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In
einer nächsten
konkreten Ausführungsform
gemäß Anspruch
2 kann wenigstens eine Lufttemperatur-Sensoreinrichtung vorgesehen
sein, mit der ein Lufttemperaturwert nach einem Verdampfer der Klimaanlage
als Verdampfer-Temperatur,
die dem Saugdruck zugeordnet ist, ermittelt wird. Der in Abhängigkeit
des Ruheparameters vorgegebene Regelstrom stellt somit einen zugeordneten
Saugdruck ein, der wiederum direkt mit der Verdampfungstemperatur
des verwendeten Arbeitsmittels der Klimaanlage und damit mit der
Verdampfer-Temperatur in Zusammenhang gebracht werden kann. Diese
Beziehung ist im Ig p,h-Diagramm des verwendeten Arbeitsmittels
hinterlegt. Dadurch wird aufgrund der gesteuerten Regelstromvorgabe
nur eine mit dem entsprechenden Saugdruck korrespondierende Verdampfer-Temperatur
erreicht, so dass dadurch ein funktionssicheres Vermeiden einer
Verdampfervereisung erreicht werden kann.
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In
einer Weiterbildung gemäß Anspruch
3 kann im ersten Verfahrensschritt eine Zeitspanne als Inbetriebnahme-Haltedauer
vorgegeben sein, während
der die Vorgabe des Saugdrucks unverändert ist und bei deren Ablauf
auch bei nicht erreichter Verdampfer-Temperatur auf die Regelung
der Klimaanlage mittels der Regelungseinrichtung umgeschalten wird.
Bei Erreichen der dem Saugdruck zugeordneten ruheparameterabhängigen Verdampfer-Temperatur
vor Ablauf der Inbetriebnahme-Haltedauer kann vorzeitig auf die
Regelung der Verdampfer-Temperatur mittels der Regelungseinrichtung
umgeschalten werden. Dadurch erfolgt die Übergabe an die Regelungseinrichtung
zeitgesteuert, wobei ein vorzeitiges Umschalten auf die Regelung
mittels der Regelungseinrichtung bereits bei einem Erreichen der
dem Saugdruck Verdampfer-Temperatur
erfolgt. Somit kann neben der Festlegung eines bestimmten Regelstroms
als Startstrom auch die Zeitspanne als Inbetriebnahme-Haltedauer,
für die
dieser Regelstrom ausgegeben werden soll, vordefiniert werden.
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Gemäß Anspruch
4 kann die Länge
der Inbetriebnahme-Haltedauer proportional zum Betrag des Ruheparameters
sein, bevorzugt ist dabei eine lineare Proportionalität. Allgemein
kann dabei gesagt werden, dass bei einem kleinen Ruhedruck als Ruheparameter
und geringe, den Verdampfer beaufschlagende Luftmengen die Umströmung der
Lufttemperatur-Sensoreinrichtung am Verdampfer problematisch ist,
so dass sich dadurch die Erfassung der tatsächlichen Isttemperatur an der
Lufttemperatur-Sensoreinrichtung verzögern kann. In diesem Fall sollte die
entsprechende Inbetriebnahme-Haltedauer länger andauern als bei entsprechend
höheren
den Verdampfer beaufschlagenden Luftmengen bzw. höheren Ruhedrücken. Eine
etwaige Falscherfassung der tatsächlichen
Isttemperatur an der Lufttemperatur-Sensoreinrichtung des Ver dampfers
aufgrund der längeren
Inbetriebnahme-Haltedauer und somit aufgrund einer längeren Regelstromvorgabe
ist dadurch umgangen. Der Zusammenhang zwischen dem Ruheparameter
und der Inbetriebnahme-Haltedauer kann dabei systemabhängig gewählt und
vorgegeben werden, wobei eine Gerade für eine lineare Proportionalität die einfachste
Gestaltungsweise darstellt. Die Abhängigkeit der Inbetriebnahme-Haltedauer
von dem Ruheparameter ist dabei so gewählt, dass sichergestellt ist,
dass bei einer Übergabe
an die Regelungseinrichtung mit der Lufttemperatur-Sensoreinrichtung
eine Erfassung des tatsächlichen
Lufttemperaturwertes möglich
ist.
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Da
bei einer Klimaanlage nicht von einem idealen, Druckverlust freien
Arbeitsmittelkreislauf mit einem 100%-igen Wärmeübergang ausgegangen werden
kann, kann der Saugdruck gemäß Anspruch 5
zudem in Abhängigkeit
wenigstens eines äußeren Einflussfaktors
als Korrekturfaktor ermittelt werden. Derartige Einflussfaktoren
können
z. B. die Druckverluste in den Klimaleitungen, insbesondere in der Saugleitung
sein, eine über
einen Sonnensensor erfasste Sonnenlast, die Luftfeuchtigkeit der
den Verdampfer umgebenden Luft, die geforderte Luftmenge bzw. die
Gebläselast
und etwaige Wärmeübergangsverluste
zwischen Arbeitsmittel und Luft. Unter Einbeziehung eines oder mehrerer äußerer Einflussfaktoren
als Korrekturfaktor kann entsprechend ein realer Regelstrom ausgegeben
werden, der somit einen realen Saugdruck an der Klimaanlage einstellt. Grundsätzlich kann
eine Berücksichtigung
etwaiger Einflussfaktoren bereits bei dem als Kennlinie abgelegten
Zusammenhang zwischen Ruheparameter und Regelstrom erfolgen, so
dass dadurch eine verschobene Kennlinie erhalten wird, bei der der
ausgegebene Regelstrom zu höheren
Werten verschoben ist.
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Soll
bei der Inbetriebnahme der Klimaanlage ein gezielter Unterschwinger
der Verdampfer-Temperatur erfolgen, so kann gemäß Anspruch 6 ein Ruheparameter-Grenzwert
vorgegeben sein, bei dessen Überschreitung
die Abhängigkeit
des Saugdrucks vom Ruheparameter verändert wird. Damit können bei spielsweise
zur Kompensation aufgrund Sonneneinstrahlung stark aufgeheizter,
luftführender
Komponenten, wie z. B. die Luftkanäle in der Instrumententafel,
zu Beginn des Abkühlvorgangs
im Kraftfahrzeug gezielte Unterschwinger der Verdampfer-Temperatur
eingesetzt werden. D. h., dass der vom Ruheparameter abhängige Saugdruck
auf einen tieferen Wert gesetzt wird.
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Auch
hier kann gemäß Anspruch
7 eine Zeitspanne als Grenzwert-Haltedauer vorgegeben sein, während der
die Veränderung
der Abhängigkeit
des Saugdrucks vom Ruheparameter aufrechterhalten wird. Die Länge der
Grenzwert-Haltedauer
kann dabei gemäß Anspruch
8 vom Betrag des Ruheparameters abhängig sein. Nach Ablauf der
Grenzwert-Haltedauer wird der reduzierte Saugdruck wieder auf das
dem Betrag des Ruheparameters zugeordnete Niveau erhöht, so dass
weiter eine Temperatursteuerung wie im ersten Verfahrensschritt
beschrieben erfolgt. Ein derartiger gezielter Unterschwinger der
Verdampfer-Temperatur kann dabei unabhängig von der Ausführung und
Art des eingesetzten Klimaverdichters bzw. des eingesetzten Verdichterregelventils
für den
Betrieb einer Klimaanlage vorgesehen werden. Auch das verwendete
Arbeitsmittel stellt dabei keinerlei Einschränkungen dar.
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Wird
nach dem Umschalten von der Temperatursteuerung auf die Temperaturregelung
gemäß Anspruch
9 ein Unterschied zwischen der mittels der Temperatursteuerung eingestellten
ersten Verdampfer-Temperatur und einer mittels der Regelungseinrichtung
einzuregelnden zweiten Verdampfer-Temperatur als Sollwertsprung
ermittelt, so kann ein der zweiten Verdampfer-Temperatur zugeordneter
zweiter Regelstrom vorgegeben werden, dem ein bestimmter zweiter
Saugdruck zugeordnet ist, mit dem die diesem zweiten Saugdruck entsprechend
zugeordnete zweite Verdampfer-Temperatur eingestellt wird. Bei Erreichen
der zweiten Verdampfer-Temperatur kann auf die Regelung der Verdampfer-Temperatur
mittels der Regelungseinrichtung umgeschalten werden. Dadurch kann
bei einem Sollwersprung der Verdampfer-Temperatur durch eine gezielte
Stromänderung
ein schwingungsfreies Einregeln der Verdampfer- Temperatur erreicht werden. In Abhängigkeit
von den Gesetzmäßigkeiten
des Ig p,h-Diagramms des verwendeten Arbeitsmittels kann dem Sollwertsprung
der Verdampfer-Temperatur ein entsprechender Saugdrucksprung rechnerisch
zugeordnet werden. Der Saugdrucksprung ist dabei als Unterschied
zwischen dem ersten, eingeregelten Saugdruck und dem zweiten Saugdruck
definiert. Diesem zweiten Saugdruck ist ein entsprechender zweiter Regelstrom
zugeordnet, der für
eine saubere Einregelung der zweiten Verdampfer-Temperatur vorgegeben
wird. Dadurch kann auch hier die Trägheit der Lufttemperatur-Sensoreinrichtung
der Regelungseinrichtung umgangen werden.
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Gemäß Anspruch
10 kann der Sollwertsprung gemäß einer
vorgegebenen Gradientenregelung in wenigstens zwei Sollwertsprünge unterteilt werden.
Dadurch kann der Sollwertsprung der Verdampfer-Temperatur entsprechend
beschleunigt oder verlangsamt bzw. gedämpft werden. Durch eine gezielte
Stromausgabe des Regelstroms kann der entsprechend gewünschte Gradient
für einen
entsprechend geregelten Temperaturanstieg pro Zeiteinheit in Abhängigkeit
der vorgegebenen Gradientenregelung eingestellt werden.
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Bei
einem Sollwertsprung der Verdampfer-Temperatur kann gemäß Anspruch
11 eine Zeitspanne als Sollwertsprung-Haltedauer vorgegeben sein,
während
der die Vorgabe des zweiten Saugdrucks unverändert ist und bei deren Ablauf
auch bei nicht erreichter zweiter Verdampfer-Temperatur auf die
Regelung der Verdampfer-Temperatur und damit der Klimaanlage mittels
der Regelungseinrichtung umgeschalten wird. Bei Erreichen der dem
zweiten Saugdruck zugeordneten zweiten Verdampfer-Temperatur vor
Ablauf der Sollwertsprung-Haltedauer kann
vorzeitig auf die Regelung der Klimaanlage mittels der Regelungseinrichtung
umgeschalten werden.
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Die
Länge der
Sollwertsprung-Haltedauer kann dabei gemäß Anspruch 12 proportional
zum Betrag eines Hochdrucks der Klimaanlage sein. Bevorzugt ist
dabei eine lineare Proportionalität zwischen der Sollwertsprung-Haltedauer und
dem Hochdruck der Klimaanlage. Mit zunehmender Last im System der
Klimaanlage und damit mit zunehmenden Hochdruck der Klimaanlage
kann davon ausgegangen werden, dass eine Umströmung der Lufttemperatur-Sensoreinrichtung
der Regelungseinrichtung, die dabei vorzugsweise dem Verdampfer
zugeordnet ist, unproblematisch wird, so dass folglich die Sollwertsprung-Haltedauer,
während
der der zweite Saugdruck unverändert
aufrechterhalten bleibt, reduziert werden kann. Grundsätzlich kann
anstelle des Hochdrucks der Klimaanlage beispielsweise auch eine Lufttemperatur
als ausschlaggebende Größe für die Länge der
Sollwertsprung-Haltedauer verwendet werden.
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Auch
bei einem Sollwertsprung der Verdampfer-Temperatur kann nicht von
einem idealen Kältekreislauf
ausgegangen werden, so dass gemäß Anspruch
13 der zweite Saugdruck in Abhängigkeit eines äußeren Einflussfaktors
als Korrekturfaktor ermittelt werden kann. Dabei können insbesondere Druckverluste
in den Klimaleitungen berücksichtigt werden,
da die Position des Regelventils, das mit dem entsprechenden zweiten
Regelstrom beaufschlagt wird, bevorzugt am Klimaverdichter ist und dadurch
die am Klimaverdichter eingeregelten Saugdrücke nicht für den Verdampfer gelten können. D.
h., dass der am Regelventil einzustellende zweite Saugdruck entsprechend
mit einem Korrekturfaktor versehen werden muss, so dass dadurch
eine Kompensation der Abweichung zwischen idealen und realen Kältekreis
erfolgt. Des weiteren können über entsprechende
Korrekturfaktoren äußere Einflussfaktoren wie
die Sonnenlast, die Luftfeuchtigkeit, die geforderte Luftmenge oder
etwaige Wärmeübergangsverluste
zwischen Arbeitsmittel und Luft berücksichtigt werden.
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Anhand
einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Diagramms, bei dem der Ruhedruck über dem
Regelstrom aufgetragen ist,
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2 eine
schematische Darstellung eines Diagramms, bei dem der Saugdruck über dem
Regelstrom aufgetragen ist,
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3 eine
schematische Darstellung des Diagramms von 2, wobei
ein Übergang
vom idealen zum realen Kältekreis
eingezeichnet ist,
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4 eine
schematische Darstellung des Diagramms von 2, bei dem
ein Sollwertsprung eingezeichnet ist,
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5 eine
schematische Darstellung eines Diagramms, bei dem der Ruhedruck über die
Inbetriebnahme-Haltedauer aufgezeichnet ist,
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6 eine
schematische Darstellung eines Diagramms, bei dem der Hochdruck über der
Sollwertsprung-Haltedauer aufgezeichnet ist,
-
7 eine
schematische Darstellung eines Diagramms, bei dem eine Solltemperatur über dem Ruhedruck
aufgetragen ist,
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8 eine
schematische Darstellung eines Diagramms, bei dem die Grenzwert-Haltedauer über dem
Ruhedruck aufgetragen ist, und
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9 eine
schematische Darstellung eines Fließdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist
schematisch ein Diagramm dargestellt, bei dem der Ruhedruck p0 über
dem Regelstrom IR aufgetragen ist. Der Verlauf
dieser Kurve kann systemabhängig
gewählt
und vorgegeben werden, wobei die in 1 dargestellte
lineare Proportionalität
eine bevorzugte Darstellung ist. Der Ruhedruck p0 ist dabei
in bar und der Regelstrom IR in mA angetragen.
Der Ruhedruck p0 wird als Ruheparameter
der Klimaanlage verwendet, wobei grundsätzlich anstelle des Ruhedrucks
p0 auch beispielsweise die Umgebungstemperatur
als Ruheparameter verwendet werden kann.
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Bei
Inbetriebnahme der Klimaanlage erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt
eine Temperatursteuerung, bei der in Abhängigkeit des Ruhedrucks p0 als Ruheparameter der Regelstrom IR vorgegeben wird. Gemäß dem in 2 dargestellten
Diagramm, bei dem der Saugdruck pS über dem
Regelstrom IR aufgetragen ist, wird mit
dem vorgegebenen Regelstrom IR ein entsprechend
zugeordneter Saugdruck pS eingestellt. Über die
Zusammenhänge
im Ig p,h-Diagramm
des gewählten
Arbeitsmittels der Klimaanlage besteht ein Zusammenhang zwischen dem
Saugdruck pS und einer Lufttemperatur nach dem
Verdampfer der Klimaanlage als Verdampfer-Temperatur TL.
Die Vorgabe des Regelstroms IR erfolgt dabei
gemäß einer
vorgegebenen Inbetriebnahme-Haltedauer
tI Während
der Inbetriebnahme-Haltedauer tI bleibt
die Vorgabe des Saugdrucks ps unverändert. Ist die Inbetriebnahme-Haltedauer
tI abgelaufen, so wird auf die Regelung
der Verdampfer-Temperatur mittels der Regelungseinrichtung umgeschalten.
Die Inbetriebnahme-Haltedauer tI ist dabei
abhängig
vom Ruhedruck p0 als Ruheparameter, wobei
in 5 ein Diagramm schematisch dargestellt ist, bei
dem der Ruhedruck p0 über der Inbetriebnahme-Haltedauer
tI aufgezeichnet ist. Die Inbetriebnahme-Haltedauer
tI ist dabei beispielhaft in der Einheit
Sekunden s angetragen.
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Mit
einer dem Verdampfer zugeordneten Lufttemperatur-Sensoreinrichtung
kann eine Lufttemperatur nach dem Verdampfer als Verdampfer-Temperatur
erfasst werden, die dem eingestellten Saugdruck pS zugeordnet
ist. Wird mittels der Lufttemperatur-Sensoreinrichtung vor Ablauf
der Inbetriebnahme-Haltedauer
tI ein Erreichen der Verdampfer-Temperatur
TL erfasst, so kann eine entsprechend vorzeitige
Umschaltung auf die Regelung der Verdampfer-Temperatur mittels der Regelungseinrichtung
erfolgen.
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Die
in Abhängigkeit
des Ruhedrucks p0 gewählte Regelstromvorgabe des
Regelstroms IR und die damit verbundene
Einstellung des Saugdrucks ps basiert auf
ideale Zustandszusammenhänge,
wobei insbesondere durch Druckverluste in den Klimaleitungen entsprechende
Abweichungen von den idealen Zusammenhängen zu erwarten sind. Des
weiteren können
die beispielsweise über
einen Sonnensensor erfasste Sonnenlast, die Luftfeuchtigkeit, die geforderte
Luftmenge bzw. Wärmeübergangsverluste
zwischen Arbeitsmittel und Luft über
entsprechende Korrekturfaktoren berücksichtigt werden. In 3 ist
schematisch das Diagramm von 2 dargestellt, wobei
beispielhaft die Druckverluste in den Klimaleitungen als pKorr eingezeichnet sind. Entsprechend ergibt
sich dadurch ein um IKorr korrigierter Regelstrom IR, so dass dadurch der Übergang vom idealen zum realen
Kältekreis
durchgeführt
werden kann. Gemäß den Korrekturfaktoren
ermittelten neuen Regelstrom IR wird der
entsprechend zugehörige
Saugdruck pS eingestellt. Wie aus 3 ersichtlich,
sinkt der Saugdruck pS vom Übergang
vom idealen zum realen Kältekreis,
so dass dadurch ein Absinken der Arbeitsmitteltemperatur und dadurch
ein Absinken der Verdampfer-Lufttemperatur TL erfolgt.
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Insgesamt
wird bei der Inbetriebnahme der Klimaanlage in Abhängigkeit
des Ruheparameters, bevorzugt des Ruhedrucks p0,
der Regelstrom IR vorgegeben, wobei der
Zusammenhang zwischen Ruheparameter und Regelstrom IR in
einer Kennlinie abgelegt ist. Mit dem Regelstrom IR wird
ein Saugdruck ps eingestellt, wobei entsprechend äußere Einflussfaktoren
als Korrekturfaktoren berücksichtigt
werden können.
Spätestens
nach Ablauf der vorgegebenen Inbetriebnahme-Haltedauer tI wird auf die Regelung der Verdampfer-Temperatur
mittels der Regelungseinrichtung umgeschalten. Dadurch ist eine
etwaige Problematik bezüglich
der Trägheit
der Lufttemperatur-Sensoreinrichtung, die vorzugsweise dem Verdampfer
zugeordnet ist, umgangen. Aufgrund des in Abhängigkeit des Ruheparameters
gewählten
Regelstroms IR ist unter Ausnut zung der
maximalen Kälteleistung
eine funktionssichere Vermeidung der Verdampfervereisung gewährleistet.
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Nach
dem Umschalten von der Temperatursteuerung auf die Temperaturregelung
kann ein Unterschied zwischen der eingeregelten ersten Verdampfer-Temperatur TL1 und einer zweiten Verdampfer-Temperatur
TL2 als Sollwertsprung X ermittelt werden.
Liegt ein derartiger Sollwersprung X vor, so wird ein der zweiten
Verdampfer-Temperatur TL2 zugeordneter zweiter
Regelstrom IR2 vorgegeben, dem ein bestimmter
zweiter Saugdruck pS2 zugeordnet ist und somit
eingestellt wird. Der zweite Saugdruck pS2 ist dabei
wieder über
das dem Arbeitsmittel entsprechende Ig p,h-Diagramm einer entsprechenden
Verdampfer-Temperatur TL2 zugeordnet. In 4 ist schematisch
das Diagramm von 2 dargestellt, wobei mit X der
Sollwertsprung als Unterschied zwischen der ersten Verdampfer-Temperatur
TL1 und der zweiten Verdampfer-Temperatur
TL2 eingezeichnet ist. Gemäß des Zusammenhangs
der Stoffdaten des zum Einsatz kommenden Arbeitsmittels aus dem
Ig p,h-Diagramm kann der Sollwertsprung X der Innenraum-Temperatur
in einen Saugdrucksprung umgerechnet werden. Der Saugdrucksprung
ist dabei als Differenz zwischen dem Saugdruck pS1 und
dem Saugdruck pS2 definiert. Entsprechend
dem zweiten Saugdruck pS2 kann der zweite
Regelstrom IR2 ermittelt werden, der für die Einstellung
des zweiten Saugdrucks pS2 entsprechend
vorgegeben wird.
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Für eine gezielt
beschleunigte oder verlangsamt bzw. gedämpfte Änderung der Verdampfer-Temperatur
von TL1 auf TL2 kann
eine Gradientenregelung vorgesehen sein, bei der eine vorgegebene Temperaturänderung
pro Zeiteinheit gegeben ist. Der Gradient kann dabei als Summe von
einer Mehrzahl von Sollwertsprüngen
definiert sein.
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Die
Vorgabe des zweiten Regelstroms IR2 kann
in Abhängigkeit
von einer Sollwertsprung-Haltedauer tS ausgeführt sein.
Die Sollwertsprung-Haltedauer tS wird dabei,
wie in 6 schematisch in einem Diagramm dargestellt, in
Ab hängigkeit
eines Hochdrucks pD der Klimaanlage gewählt. Nach
Ablauf der entsprechenden Sollwertsprung-Haltedauer tS wird
auf die Regelung der Klimaanlage mittels der Regelungseinrichtung
umgeschalten. Wird bereits vor Ablauf der Sollwertsprung-Haltedauer
tS die dem zweiten Saugdruck pS2 zugeordnete
zweite Verdampfer-Temperatur TL2 erreicht,
so kann bereits vorzeitig auf die Regelung der Klimaanlage mittels
der Regelungseinrichtung umgeschalten werden.
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Insbesondere
bei der Inbetriebnahme der Klimaanlage kann unter bestimmten Voraussetzungen
ein gezielter Unterschwinger der Verdampfer-Lufttemperatur TL erwünscht
sein. So kann beispielsweise zur Kompensation von stark aufgeheizten,
luftführenden
Komponenten, wie z. B. die Luftkanäle in der Instrumententafel,
zu Beginn eines Abkühlvorgangs
ein gezielter Unterschwinger der Verdampfer-Lufttemperatur TL erfolgen. Dabei ist ein Ruheparameter-Grenzwert A definiert,
so dass bei Inbetriebnahme der Klimaanlage zuerst entschieden wird, ob
der Ruheparameter-Grenzwert A überschritten
ist oder nicht. Ist der Ruheparameter durch den Ruhedruck p0 gegeben, so kann bei Überschreitung des Ruheparameter-Grenzwertes
A die Abhängigkeit
des Saugdrucks pS vom Ruhedruck p0 verändert
werden. D. h., dass die zum eigentlich einzustellenden Saugdruck
ps gehörige
Verdampfer-Temperatur TL als Solltemperatur
abgesenkt wird. Dies ist schematisch in 7 in einem
Diagramm dargestellt, in dem die Solltemperatur über dem Ruhedruck p0 aufgetragen ist. Anstelle des Ruhedrucks
p0 kann auch die Umgebungstemperatur, die
dem Ruhedruck p0 direkt zugeordnet ist,
an der Abszisse angetragen werden. Zudem kann eine Zeitspanne als
Grenzwert-Haltedauer tG vorgegeben sein,
während
der die Veränderung der
Abhängigkeit
des Saugdrucks pS vom Ruhedruck p0 als Ruheparameter aufrechterhalten wird.
In 8 ist schematisch ein Diagramm dargestellt, bei
dem die Grenzwert-Haltedauer tG über dem
Ruhedruck p0 bzw. der Umgebungstemperatur
aufgetragen ist. Daraus ist ersichtlich, dass je größer der
Ruhedruck p0 bzw. je höher die Umgebungstemperatur
ist um so länger
ist die Grenzwert-Haltedauer tG. Zudem ist
der Ruheparame ter-Grenzwert A eingezeichnet, bei dessen Überschreitung
erst eine entsprechende Grenzwert-Haltedauer tG zum
Tragen kommt.
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Die
entsprechenden Stromvorgaben des Regelstroms IR können dabei
beispielsweise an ein Regelventil des Klimaverdichters ausgegeben
werden, das durch ein Proportionalventil gebildet ist. Grundsätzlich muss
für das
Regelventil der Zusammenhang zwischen dem Regelstrom IR und
dem Saugdruck pS gegeben sein.
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In 9 ist
schematisch ein Fließdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren
dargestellt. Bei der Inbetriebnahme der Klimaanlage wird eine Abfrage
dahingehend gestartet, ob der Ruhedruck p0 als Ruheparameter
kleiner oder größer als
der Ruheparameter-Grenzwert A ist. Ist der Ruhedruck p0 kleiner oder
gleich dem Ruheparameter-Grenzwert A so bleibt die einzustellende
Verdampfer-Temperatur TL unverändert, wobei
bei einer Überschreitung
des Ruheparameter-Grenzwertes A die einzustellende Verdampfer-Temperatur
TL um einen Temperaturwert r verringert
wird. Gemäß einer
vorab definierten Kennlinie wird in Abhängigkeit des Ruhedrucks p0 ein Regelstrom IR vorgegeben,
dem ein bestimmter Saugdruck pS zugeordnet
ist. Aufgrund der Regelstromvorgabe des Regelstroms IR wird
die dem Saugdruck ps entsprechend zugeordnete Verdampfer-Temperatur
TL eingestellt. Die Regelstromvorgabe erfolgt
entweder bis zum Ablauf der Inbetriebnahme-Haltedauer tI oder
sie wird vorzeitig beendet, wenn die dem Saugdruck ps zugeordnete
Innenraum-Temperatur TL vor Ablauf der Inbetriebnahme-Haltedauer
tI bereits erreicht wird. Dies wird mit
einer entsprechend angeordneten Lufttemperatur-Sensoreinrichtung überprüft. Wird bei einer Überschreitung
des Ruheparameter-Grenzwertes A die einzustellende Verdampfer-Temperatur
TL um den Temperaturwert τ gesenkt,
so kann diese Absenkung für
die Dauer der Grenzwert-Haltedauer tG aufrechterhalten
werden. Auch hier wird die Regelstromvorgabe des Regelstroms IR bis zum Ablauf der Inbetriebnahme- Haltedauer tI die größer als
die Grenzwert-Haltedauer tG ist, aufrechterhalten.
Sollte die dem Saugdruck pS zugeordnete
Verdampfer-Temperatur TL bereits vorzeitig
erreicht werden, wird auch hier die Regelstromvorgabe beendet. Unabhängig ob
nach Ablauf der Inbetriebnahme-Haltedauer tI oder
aufgrund eines vorzeitigen Erreichens der Verdampfer-Temperatur
TL die Regelstromvorgabe beendet wird, wird
auf die Regelung der Klimaanlage mittels der Regelungseinrichtung
umgeschalten. Grundsätzlich
könnte
auch ein Ausschalten der Klimaanlage bei Erreichen der Verdampfer-Temperatur
TL erfolgen.
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Für den Verfahrensablauf
bei einem Sollwertsprung X ist die Verdampfer-Temperatur TL als erste
Verdampfer-Temperatur TL1 definiert. Der
Sollwertsprung X ist dabei die Veränderung der Verdampfer-Temperatur
von einer ersten Verdampfer-Temperatur TL1 auf
eine zweite Verdampfer-Temperatur TL2, die
entsprechend im Fließdiagramm
als neuer Sollwert der Verdampfer-Temperatur eingezeichnet ist. Gemäß des Zusammenhangs
der Stoffdaten des zum Einsatz kommenden Arbeitsmittels aus dem
Ig p,h-Diagramm kann der Sollwertsprung X in einen Saugdrucksprung
des Saugdrucks pS1 zum Saugdruck pS2 unter Einbeziehung eines Arbeitsmittel
abhängigen
Faktors errechnet werden. Gemäß dem neu
einzustellenden zweiten Saugdruck pS2 wird der
zugeordnete zweite Regelstrom IR2 vorgegeben. Diese
Regelstromvorgabe erfolgt entweder bis zum Ablauf der Sollwersprung-Haltedauer
tS oder wird bei einem vorzeitigen Erreichen
vor Ablauf der Sollwersprung-Haltedauer tS der
zweiten Verdampfer-Temperatur TL2 beendet.
Dadurch ist die zweite Verdampfer-Temperatur der neue Istwert der
Anlage. Eine weitere Temperaturregelung der Klimaanlage kann mittels
der Regelungseinrichtung erfolgen, wobei auch die Möglichkeit
besteht, dass die Klimaanlage ausgeschalten wird.
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- p0
- Ruhedruck
- IR
- Regelstrom
- pS
- Saugdruck
- TL
- Verdampfer-Temperatur
- tI
- Inbetriebnahme-Haltedauer
- pKorr
- Druckverlust
- IKorr
- Regelstromänderung
- TL1
- erste
Verdampfer-Temperatur
- TL2
- zweite
Verdampfer-Temperatur
- IR2
- zweiter
Regelstrom
- pS2
- zweiter
Saugdruck
- X
- Sollwertsprung
- tS
- Sollwertsprung-Haltedauer
- p0
- Hochdruck
- A
- Ruheparameter-Grenzwert
- tG
- Grenzwert-Haltedauer
- τ
- Temperaturwert