DE102004024579B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Füllstandsüberwachung eines Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeugklimaanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Füllstandes eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Außentemperatur und/oder eine Motortemperatur des Fahrzeugs und ein Kältemitteldruck gemessen und eine Ruhezustandsanalyse der Kältemittelfüllmenge durchgeführt wird und bei dem bei Feststellung einer Fehlfüllmenge Steuerereignisse zum Betrieb des Kältmittelkreislaufs und/oder Warnereignisse gesteuert werden. Um die Aussagesicherheit der Ruhezustandsanalyse zu verbessern, wird in Abhängigkeit mindestens einer gemessenen Temperatur (t¶a¶, t¶m¶) die Zeitdauer zur Erreichung eines temperaturhomogenen Zustands des Fahrzeugs definiert oder der temperaturhomogene Zustand des Fahrzeugs festgestellt und die Durchführung der Ruhezustandsanalyse oder die Steuerung von Steuerereignissen im Kältekreislaufbetrieb und/oder Warnereignisse im Fahzeug erfolgen abhängig vom definierten oder festgelegten temperaturhomogenen Zustand des Fahrzeugs.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Füllstandskontrolle eines Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeugklimaanlage nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 8.
• Ein gattungsgemäßes Verfahren ist in der DE 100 61 545 A1 offenbart. Bei einem derartigen Verfahren wird im Stillstand des Kältekreislaufs der Kältemitteldruck und eine Temperatur gemessen und auf eine Fehlfüllung geschlossen, wenn das Verhältnis von Druck und Temperatur nicht innerhalb eines bestimmten Toleranzbandes liegt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem derartigen Verfahren, beziehungsweise bei einer Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens, Temperaturmesswerte bestehender Temperatursensoren im Fahrzeug zu nutzen und dabei Fehlfunktionen des Verfahrens weitestgehend auszuschliessen.
• Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Bei einem solchen Verfahren und einer solchen Vorrichtung wird am Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs ein Kältemitteldruck und weiterhin an der das Fahrzeug umgebenden Luft eine Außentemperatur und/oder am Antriebsaggregat des Fahrzeugs eine Motortemperatur gemessen. Die Außentemperatur kann dabei beispielsweise von einem Außentemperaturfühler des Fahrzeugs gemessen werden, wie er seit einiger Zeit zur gängigen Grundausstattung von Kraftwagen gehört. Zur Messung einer Motortemperatur stehen beispielsweise der Kältemitteltemperaturfühler oder auch der Schmiermitteltemperaturfühler des Antriebaggregats zur Verfügung.
• Zur Durchführung einer Ruhezustandsanalyse des Kältemittelkreislaufs zur Feststellung einer Fehlfüllmenge des Kältemittelkreislaufs wird mittels eines Drucksensors ein Druck des Kältemittels gemessen und mit einer Temperatur des Kältemittels oder einer vergleichbaren Temperatur in Relation gesetzt. Eine im Rahmen der Relation oder nachgeordnet durchgeführte Bewertung von gemessenen oder verechneten Zustandsgrößen lässt eine Aussage über den Füllgrad des Kältemittelkreislaufs, also der im Volumen des Kältemittelkreislaufs befindlichen Kältemittelmenge zu.
• Die mathematische Umsetzung des Aufstellens einer Relation zwischen dem Wertepaar eines Kältemitteldrucks und einer zugeordneten Temperatur mit nachfolgender Bewertung kann auf verschiedene Arten erfolgen. Beispielsweise wird zu einem gemessenen Temperaturwert anhand eines Vorgabealgorithmus ein Toleranzband eines zum Betrieb der Klimaanlage notwendigen Kältemitteldrucks definiert und mittels eines Bewertungsalgorithmus festgestellt, ob der gemessene Kältemitteldruck innerhalb oder außerhalb dieses Toleranzbandes liegt. Die das zugehörige Toleranzband definierenden Mindestkältemittelmenge und Maximalkältemittelmenge und die sich in einem gegebenen Kältemittelkreislauf bei diesen Mengen einstellenden Kältemitteldruckniveaus müssen kältemittelkreislaufspezifisch in Abhängigkeit der Temperatur als Grenzkurven des Toleranzbandes ermittelt werden.
• Alternativ dazu kann beispielsweise zum gemessenen Druckwert eine zugehörige Sättigungstemperatur definiert werden. Zur Bewertung des gemessenen Temperaturwertes wird dann mittels des Bewertungsalgorithmus überprüft, ob dieser höher ist, als der Wert der dem Druck zugeordneten Sättigungstemperatur. Fehlfüllmengen können im Rahmen der Ruhezustandsanalyse auch durch eine Unterschreitung eines Mindestdruckniveaus oder die Überschreitung eines Maximaldruckniveaus durch den gemessenen Kältemitteldruck festgestellt werden.
• Die Ruhezustandsanalyse des Füllgrades des Kältemittelkreislaufs besteht somit aus dem Aufstellen einer Relation zwischen einem Temperaturwert und dem Wert des Kältemitteldrucks und einer an die Bewertung der Relation anschließenden Feststellung einer Betriebsfüllmenge oder einer Fehlfüllmenge. Das sogenannte Treffen von Feststellungen im Verfahren bedeutet somit die mathematische Bewertung von Parameterwerten mittels eines Bewertungsalgorithmus. Das Ergebnis einer solchen Feststellung ist ein von dem Ergebnis des Bewertungsalgorithmus abhängiger Schaltvorgang. Dieser kann beispielweise das Setzen von Flags auf einem Datenbus oder auch konkrete Schalt- oder Steuervorgänge an Einrichtungen des Fahrzeugs beinhalten. Bei Feststellung einer vorgegebenen korrekten Betriebsfüllmenge des Kältemittelkreislaufs bleibt die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung passiv und lässt beim Start des Antriebsaggregats einen normalen Betrieb des Kältemittelkreislaufs zu.
• Bei Feststellung einer Fehlfüllmenge des Kältemittelkreislaufs werden als Ergebnis der Feststellung Steuerereignisse im Betrieb des Kältemittelkreislaufs und/oder Warnereignisse am Fahrzeug gesteuert oder geschaltet. Dabei können Steuerereignisse im Betrieb des Kältemittelkreislaufs beispielsweise ein Zurückregeln oder eine Sperrschaltung des Förderbetriebs des Kältemittelkompressors beinhalten. Des Weiteren oder alternativ können beispielsweise akustische oder visuelle Warnsignale im Fahrzeug aktiviert werden.
• Fahrzeuge können mit einem Temperatursensor zur unmittelbaren Erfassung der Kältemitteltemperatur, beispielsweise über Kontakt mit dem Kältemittel oder mit kältemittelführenden Elementen, oder mit einem Temperatursensor zur mittelbaren Erfassung der Kältemitteltemperatur beispielsweise zur Messung einer Wärmetauscherlufttemperatur nach einem der Wärmetauscher des Kältemittelkreislaufs ausgestattet sein. Weist ein Fahrzeug keinen solchen Temperatursensor zur Erfassung der Kältemitteltemperatur selber auf, so bestehen während des Betriebs des Fahrzeugs und in einer Nachlaufzeit nach Abstellen des Fahrzeugs und Ausschalten des Antriebsaggregates erhebliche Temperaturunterschiede zwischen dem Kältemittel an verschiedenen Stellen des Kältemittelkreislaufs einerseits und den durch die anderen Temperatursensoren des Fahrzeugs gemessenen Medien an den jeweiligen Einbauorten der Sensoren. Zu hohe Ruhetemperaturunterschiede zwischen dem Kältemittel und dem Medium an der zur Ruhezustandsanalyse ausgewerteten Temperaturmessstelle bewirken bei einer richtigen Bewertung der Relation von gemessenem Kältemitteldruck und Temperaturwert dieser Messstelle durch den Unterschied zwischen diesem Temperaturwert und der eigentlichen Kältemitteltemperatur eine Fehlinterpretation und Fehlfeststellung des Füllgrades des Kältemittelkreislaufs.
• Ein erfindungsgemäßes Verfahren oder ein auf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführtes Verfahren bewirken, dass innerhalb der Nachlaufzeit nach Abstellen des Fahrzeugs entweder keine Ruhezustandsanalyse durchgeführt wird oder aber die in der Ruhezustandsanalyse getroffene Feststellung bei der Steuerung des Kältemittelkreislaufs oder an den Warn einrichtungen des Fahrzeugs keine Wirkung entfaltet. Dies wird dadurch erreicht, dass die Durchführung der Ruhezustandsanalyse oder die von deren Feststellung abhängigen Schaltereignisse für Kältemittelkreislauf oder Warneinrichtungen abhängig von einem temperaturhomogenen Zustand des Fahrzeugs erfolgen. Die Temperaturhomogenität des Fahrzeugs ist dabei als relativer Begriff zu verstehen, was beinhaltet, dass sich die Temperaturen bestimmter Stellen oder Medien in oder am Fahrzeug innerhalb zugelassener Toleranzbänder befinden. Die Temperaturhomogenität des Fahrzeugs wird innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines auf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten Verfahrens festgestellt oder definiert. Ein aus Verfahrenssicht temperaturhomogener Zustand wird im Falle einer Feststellung einer Temperaturhomogenität dadurch erreicht, dass nach einer Auswertung von Messgrößen insbesondere von Temperaturwerten verschiedener Temperaturmessstellen eine entsprechende Zustandskennung auf "wahr" gesetzt wird oder die entsprechend nachgeordneten Verfahrensschritte freigeschaltet werden.
• Bei einer Definition der Temperaturhomogenität ist der temperaturhomogene Zustand gegeben, wenn eine Bedingung an mindestens eine mittelbar temperaturabhängige oder temperaturabhängig definierte Kenngröße erfüllt ist. Diese Kenngröße kann eine gekoppelte Zustandsgröße sein, wie beispielsweise eine Kühlmitteltemperatur, die innerhalb eines gegebenen Toleranzbandes liegen muss. Die Kenngröße kann aber auch ein Zeitpunkt oder eine Zeitdauer sein, die beispielsweise nach Ausschalten des Antriebsaggregates in Abhängigkeit von Messwerten wie dem der Kühlmitteltemperatur berechnet wurden, wobei die Bedingung die Erreichung dieses Zeitpunkts oder das Verstreichen der entsprechenden Zeitdauer ist. Bei einer Definition eines temperaturhomogenen Zustands ist insbesondere vorgesehen, in Abhängigkeit mindestens einer gemessenen Tempera tur die Zeitdauer der Nachlaufzeit bis zur Erreichung eines temperaturhomogenen Zustands des Fahrzeugs zu berechnen beziehungsweise zu bestimmen.
• Es können auch situationsabhängig alternative oder ergänzende Bedingungen definiert werden. Die Zustandsgrößen können unmittelbar als Messwerte der Sensoren oder als auf einem Bussystem bereitgestellte Zustandsgrößen zur Verfügung stehen. Die Nachlaufdauer kann dabei von verschiedenen Parametern abhängig definiert werden, wobei diese verschiedenen Parameter als Messgrößen am Fahrzeug zur Verfügung stehe. Einfachstenfalls wird die Nachlaufdauer in Abhängigkeit mindestens eines Temperaturwertes, wie beispielsweise der Außen- oder einer Motortemperatur festgelegt. Zur Verbesserung der Verfahrensqualität können eine Kombination dieser beiden Temperaturen und zusätzlicher Parameter wie beispielsweise eines Sonneneinstrahlungsparameters in Kennfeldern berücksichtigt werden. Das parameterabhängige Auskühlverhalten des Fahrzeugs ist vorab in Messreihen ermittelt worden.
• Bei einer Feststellung eines temperaturhomogenen Zustands wird eine gemessene Temperatur, vorteilhafterweise aber eine Temperaturdifferenz zwischen zwei gemessenen Temperaturen anhand eines vorgegebenen zulässigen Wertebereiches überprüft. Einfachstenfalls wird die Feststellung eines temperaturhomogenen Zustands des Fahrzeugs anhand eines Temperaturmesswertes, wie beispielsweise einer Motortemperatur bestimmt, beziehungsweise durch deren Bewertung getroffen. So kann beispielsweise sobald die Motortemperatur ein plausibles Umgebungstemperaturniveau erreicht die Feststellung eines temperaturhomogenen Zustands getroffen werden. Eine besonders aussagesichere Feststellung eines temperaturhomogenen Zustands des Fahrzeugs kann vorteilhafterweise durch den Vergleich zweier Temperaturwerte, wie beispielsweise eines Außentempe raturwertes mit einem Motortemperaturwert erfolgen, die sich infolge einer Temperaturhomogenisierung einander annähern. Die Bewertungen des Temperaturwertes oder der verschiedenen zu Grunde liegenden Temperaturwerte abhängig von weiteren Parametern, wie beispielsweise der Solareinstrahlung erfolgen. Die Bewertungskriterien zur Feststellung eines temperaturhomogenen Zustands sind vorab fahrzeug- und kältekreislaufspezifisch versuchstechnisch zu ermitteln.
• Durch die von der Erreichung des temperaturhomogenen Zustands abhängigen Auswertung oder Wirksamkeit der Ruhezustandsanalyse ist sichergestellt, dass einerseits bei Vorliegen fehlerhafter Temperaturmesswerte die Überprüfung des Füllgrades des Kältemittelkreislaufs unterbleibt oder keine Wirkung entfaltet, andererseits aber die Ruhezustandsanalyse möglichst oft ausgeführt wird, da ohne diese vorgeschaltete Überprüfung entweder oft überprüft wird und Fehlfunktionen zugelassen werden oder Fehlfunktionen unterdrückt werden und nur selten gemessen wird. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird die Aussagesicherheit über den Füllgrad des Systems mittels der Ruhezustandsanalyse einerseits gesteigert, und andererseits eine größtmögliche Anzahl von aussagekräftigen Überprüfungen ermöglicht.
• Aus dem temperaturhomogenen Zustand des Fahrzeugs ergibt sich weiterhin die Auswertbarkeit des Messwertes einer bestehenden Temperaturmessstelle zur Verrechnung als äquivalenter Kältemitteltemperaturwert im Rahmen der Ruhezustandsanalyse. Bei temperaturhomogenem Fahrzeug kann somit mit ausreichender Sicherheit davon ausgegangen werden, dass je nach Anordnung der Aggregate des Fahrzeugs und speziell des Kältemittelkreislaufs eine Motortemperatur oder die Außentemperatur nur eine geringe Abweichung von der Kältemitteltemperatur aufweisen. Ohne eine erfindungsgemäße Homogenisierungsverifikation kann eine solche Annahme nicht mit ausreichender Sicherheit getroffen werden.
• Um ein Rechenkapazität schonendes Verfahren bereitzustellen wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens anhand der gemessenen Außentemperatur des Fahrzeugs eine Nachlaufdauer zur Erreichung eines temperaturhomogenen Zustands des Fahrzeugs definiert. Zur Sicherstellung einer maximalen Verfahrensqualität wird dabei unter Berücksichtigung einer maximalen Motoraufheizung eine Außentemperatur abhängige Mindesthomogenisierungsdauer bestimmt. Äquivalent dazu kann ein zu dieser Dauer korrigierender temperaturhomogener Zeitpunkt bestimmt werden. Diese Ausführungsform des Verfahrens weist durch eine nach relativ kurzer Betriebsdauer des Antriebsaggregats des Fahrzeugs konstanten Motortemperatur und eine je nach Klimazone und Wetterlage variante Außentemperatur eine sehr einfache Möglichkeit der Abschätzung einer Dauer zur Erreichung eines gesicherten temperaturhomogenen Zustands des Fahrzeugs.
• Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird zur Bestimmung einer Temperaturhomogenisierungsdauer der Messwert einer Motortemperatur herangezogen. Dabei können insbesondere kürzere Nachlaufzeiten zur Erreichung eines temperaturhomogenen Zustands, wie beispielsweise nach kürzeren Fahrstrecken und somit geringerer Aufheizung des Motors sicherer abgeschätzt werden. Diese Bewertung kann insbesondere als eine zusätzliche motortemperaturabhängige Bewertung ergänzend zu einer außentemperaturabhängigen Bewertung am Fahrzeug durchgeführt werden. Dabei kann beispielsweise nach einer kurzen Fahrzeit eine motortemperaturabhängige Festlegung einer Nachlaufdauer und nach einer längeren Fahrzeit eine rein außentemperaturabhängige Festlegung einer Nachlaufdauer erfolgen.
• Bei einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Definition eines temperaturhomogenen Zeitpunkts unmittelbar nach dem Abschalten des Antriebsaggregates. Wird das Fahrzeug, beziehungsweise das Antriebsaggregat, nachfolgend erst nach Erreichen dieses Zeitpunkts gestartet, kann bei Erreichen dieses Zeitpunkts oder auch darauf folgend bei Aktivierung oder Start des Fahrzeugs die Ruhezustandsanalyse des Füllgrades des Kältemittelkreislaufs erfolgen. Gemäß der Auswertung der Ruhezustandanalyse wird bei zugelassenen Betriebsfüllmengen der Kältekreislauf in Betrieb genommen oder bei Fehlfüllmengen leistungsreduziert betrieben, abgeschaltet oder entsprechende Warnereignisse angesteuert.
• Zur Sicherstellung einer hohen Verfahrensqualität kann bei einer besonderen Ausführung des Verfahrens vorgesehen sein, die Festlegung des temperaturhomogenen Zeitpunkts bei Fahrzeugstillstand fortlaufend oder nach Ablauf eines Zeitintervalls wiederholend erfolgen zu lassen. Dadurch können sich während der Nachlaufdauer verändernde Parameter, wie beispielsweise ein Absinken der Außentemperatur in der Nacht, berücksichtigt werden.
• Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen der Ruhezustandsanalyse des Füllgrades des Kältemittelkreislaufs eine Homogenisierungsanalyse der Temperaturen des Fahrzeugs voranzustellen. Dabei wird insbesondere eine Relation zwischen Motortemperatur und Außentemperatur am Fahrzeug, wie beispielsweise deren Differenz oder Quotient, bewertet und in Abhängigkeit dieser Bewertung eine Temperaturhomogenisierung des Fahrzeugs festgestellt. Die Feststellungen der Homogenisierungsanalyse bewirken entweder die Durchführung der Ruhezustandsanalyse oder die Durchführung der Ansteuerung entsprechender Eingriffs- oder Warnmaßnahmen. Dabei sind vorzugsweise die Außentemperaturmessstelle und ei ne Motortemperaturmessstelle, wie beispielsweise die Kühlwassertemperaturmessstelle heranzuziehen, wobei alternativ auch andere Temperaturmessstellen beispielsweise in anderen Aggregaten des Fahrzeugs auswertbar sind. Durch diese vergleichende Betrachtung zweier Temperaturwerte ist eine Temperaturhomogenisierung des Fahrzeugs je nach betrachtetem Temperaturwertepaar mittelbar oder sogar unmittelbar feststellbar. Dadurch ist eine besonders hohe Aussagesicherheit des Verfahrens erreicht. Weiterhin kann unmittelbar nach Erreichen eines temperaturhomogenen Zustands die Ruhezustandsanalyse erfolgen und die darin getroffene Feststellung über den Kältemittelfüllgrad gespeichert werden. Beim nächsten Motorstart erfolgt dann die Inbetriebnahme oder aber die Sperrung des Kältekreislaufs oder die Schaltung von Warnereignissen.
• Bei einer besonderen Ausführungsform eines derartigen Verfahrens wird die Homogenisierungsanalyse unmittelbar vor Inbetriebnahme des Antriebaggregates, insbesondere nach Betätigung eines Schließ- oder Startsystems oder einer Systemaktivierungseinrichtung des Fahrzeugs durchgeführt. Dabei ist eine größtmögliche Homogenisierungsdauer gewährleistet, wodurch die Verfahrensqualität verbessert ist. Durch Aktivierung der Homogenisierungsanalyse und einer darauffolgenden oder parallelen Ruhezustandsanalyse bei Inbetriebnahme oder Aktivierung des Fahrzeugs werden weiterhin die elektrischen Ressourcen des Fahrzeugs geschont. Bei einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zur Überwachung eines Füllstandes eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs ein Rechner, ein Außentemperatursensor und/oder ein Motortemperatursensor und ein Kältemitteldrucksensor vorgesehen. Die Sensoren sind auswertbar mit dem Rechner verbunden. Der Rechner hat steuernden Eingriff auf den Kältemittelkreislauf des Fahrzeugs und/oder Warneinrichtungen des Fahrzeugs. Auf dem Rechner ist ein Algorithmus einer Ruhezu standsanalyse abgelegt, bei dem anhand einer Relation zwischen einem am Kältemitteldrucksensor gemessenen Kältemitteldruck und einem gemessenen Temperaturwert eine Fehlfüllung des Kältemittelkreislaufs feststellbar ist. Abhängig von der Feststellung einer Fehlfüllmenge sind mittels des Rechners die erwähnten Steuereingriffe am Kältemittelkreislauf und/oder Warnereignisse an Warneinrichtungen des Fahrzeugs schaltbar. Weiterhin ist auf dem Rechner ein Algorithmus abgelegt, durch den anhand eines der gemessenen Temperaturwerte eine Homogenisierungsdauer definierbar oder eine Temperaturhomogenisierung des Fahrzeugs feststellbar ist. Bei der Vorrichtung ist die Durchführung der Ruhezustandsanalyse und/oder die Schaltung der Warn- oder Steuerereignisse abhängig von der Feststellung der Temperaturhomogenisierung des Fahrzeugs durch den Homogenisierungsalgorithmus. Durch den auf dem Rechner abgelegten Algorithmus mit temperaturabhängiger Bewertung oder Definition einer Temperaturhomogenisierung des Fahrzeugs und die davon abhängige Schaltung und/oder Steuerung von Warn- oder Steuerereignissen ist es möglich eine aussagekräftige Ruhezustandsanalyse zur Ermittlung des Füllgrades des Kältemittelkreislaufs eines Kraftfahrzeugs durchzuführen. Eine solche Vorrichtung ist über die Auswahl der Temperatursensoren, des Rechners, dessen Steuerungsanschlüssen und der auf dem Rechner abgelegten Algorithmen zur Homogenisierungs- und Ruhezustandsanalyse besonders zur Durchführung eines oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestattet.
• In der Zeichnung sind ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, eine skizzenartige Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und Kältemittelmengenbewertungskurven dargestellt.
• Dabei zeigen:
• 1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 2 eine skizzenhafte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 3 ein Diagramm mit qualitativen Darstellungen des Zusammenhangs zwischen Druck- und Kältemittelfüllmenge für verschiedene Systemtemperaturen bei stehendem und homogenisiertem Kältemittelkreislauf und
• 4 ein Diagramm mit einer schematischen Darstellung eines temperaturabhängigen Mindestdrucks eines Kältemittelkreislaufs zur Feststellung einer Mindestkältemittelfüllmenge.
• 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem zunächst anhand einer Außentemperatur des Fahrzeugs und einer Motortemperatur eine Auskühlung des Fahrzeugs und somit eine Temperaturhomogenisierung überprüft wird und abhängig von der durch die Überprüfung erfolgten Feststellung über eine Auskühlung, also Temperaturhomogenisierung, eine Ruhezustandsanalyse der Füllmenge des Kältemittelkreislaufs erfolgt.
• Das Verfahren beginnt mit dem Start zu Ziffer 1 der beim dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrens durch eine Aktivierung des Fahrzeugs beispielsweise mittels des Schließsystems initialisiert wird. Nach dem Start des Verfahrens erfolgt eine Messung der Außentemperatur sowie der Motortemperatur im Schritt 2. Dies erfolgt vorzugsweise an den vorhandenen Sensoren des Fahrzeugs. Die Messwerte dieser Sensoren werden dabei dem Rechner, auf dem die entsprechenden nachgeordneten Verfahrensteile ausgeführt werden, auswertbar zur Verfügung gestellt, was über einen direkten Anschluss der Sensoren oder auch mittels eines Datenbussystems erfolgen kann. Bei der Motortemperatur handelt es sich vorzugsweise um die Kühlwassertemperatur oder auch die Schmiermitteltemperatur des Motors. Der nächste nachfolgende Verfahrensschritt ist die Berechnung des Auskühlwertes 3. Dabei wird im dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrens die Temperaturdifferenz zwischen Motortemperatur und Außentemperatur berechnet. Alternativ könnte auch beispielsweise ein Quotient dieser Temperaturen oder dessen logarithmischer Wert berechnet werden. Nach der Berechnung des Auskühlwertes erfolgt die Bewertung des Auskühlwertes des Motors. Dabei erfolgt ein Vergleich des Auskühlwertes mit einem vorgegebenen Grenzauskühlwert, der als Grenzmaß einer ausreichenden Angleichung der Motortemperatur an die Außentemperatur vorgegeben ist. Dieser Wert kann dabei auch in Abhängigkeit anderer Parameter, wie beispielsweise der Außentemperatur selber variant sein. Bei der Bewertung der Auskühlung des Motors, kann im Fall, dass die Außentemperatur höher als die Motortemperatur, beispielsweise bei zunehmenden Außentemperaturen zu Beginn eines Tages ist, direkt auf eine ausreichende Auskühlung des Motors geschlossen werden.
• Wird im Rahmen dieses Verfahrens von einem Schließen auf einen bestimmten Zustand oder der Feststellung eines bestimmten Zustands gesprochen, bedeutet dies, einen von dem jeweiligen Zustand abhängigen Schaltvorgang eines Zustandindikators oder eines konkreten Schaltvorgangs. Der Bewertung der Auskühlung des Motors folgt die Feststellung Auskühlung ja oder nein 5, beziehungsweise der zugeordnete Schalt- oder Steuervorgang. Wird an dieser Stelle des Verfahrens beim dargestellten Ausführungsbeispiel keine ausreichende Auskühlung festgestellt, wird am dem Verfahren vorangehenden Betriebszustand nichts verändert. Dies erfolgt, weil bei mangelnder Auskühlung des Motors und damit verbundener mangelnder Temperaturhomogenisierung im Fahrzeug kein sicher verwertbarer Temperaturwert des Kältemittels ermittelt oder äquivalent zugewiesen werden kann. Eine anhand solcher Werte durchgeführte Ruhezustandsanalyse ermittelt demzufolge keinen aussagekräftigen Wert des Füllungsgrades des Kältemittelkreislaufs. Nach dem Verfahrensschritt Passivieren der Vorrichtung 6 ist bei Feststellung einer mangelnden Auskühlung des Motors beim dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrens das Verfahren im Punkt 7 beendet.
• Wird im Verfahrensschritt 5 eine ausreichende Auskühlung festgestellt, erfolgt eine Ruhezustandsanalyse des Füllgrades des Kältemittelkreislaufs 8. Dabei wird zunächst der Kältemitteldruck im Verfahrensschritt Messen des Kältemitteldrucks 9 gemessen. Dieser Verfahrensschritt kann auch vorgeordnet werden und beispielsweise zusammen mit der Messung der Außentemperatur und der Motortemperatur erfolgen und sollte zeitgleich, jedenfalls jedoch in unmittelbarer Abfolge mit den Temperaturmessungen erfolgen. Bei einer der Ruhezustandsanalyse vorgeordneten Messung des Kältemitteldrucks würde der Verfahrensschritt 9 eine Auswertung des Druckwertes durch den Rechner beziehungsweise ein Auslesen des entsprechenden Speichers beinhalten.
• Im nächsten Verfahrensschritt Berechnung des Füllungsgrades 10 wird anhand mindestens eines Temperaturwertes wie beispielsweise der Motortemperatur oder eines aus Außentemperatur und Motortemperatur berechneten Mittel- oder Vergleichswertes und des Kältemitteldrucks der Füllungsgrad des Kältemittelskreislaufs ermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise anhand eines Kennfeldes, das spezifisch für das Volumen des jeweili gen Kältemittelkreislaufs und das zugehörige Kältemittel vorgegeben und im Rechner abgelegt ist, und in welchem durch Zuordnung von Druck- und Temperaturwert der Füllungsgrad auswertbar ist. Der so ermittelte Füllungsgrad wird daraufhin im nächsten Verfahrensschritt Bewertung des Füllungsgrades 11 in einen qualitativen Zusammenhang zu einem Minimal- und/oder Maximalgrenzwert für den Füllungsgrad des Kältemittelkreislaufs gebracht, wobei ein rechnerischer Größenvergleich der Werte erfolgt. Die Verfahrensschritte Berechnung des Füllungsgrades 10 und Bewertung des Füllungsgrades 11 können auch durch einen alternativen Verfahrensschritt einer kombinierten Drucktemperaturbewertung 12 ersetzt werden. Dabei ist in einem Temperaturdruckdiagramm eine Grenzkurve vorgegeben, die dem Verhältnis von Druck und Temperatur im Volumen des gegebenen Kältemittelkreislaufs bei einem festen Grenzfüllungsgrad vorgibt. Somit wird bei dieser kombinierten Drucktemperaturbewertung 12 anhand der gemessenen Temperatur und dem zugehörigen, sich aus der Grenzkurve ergebenden Grenzdruckwert der gemessene Kältemitteldruck auf Über- oder Unterschreitung dieses Wertes bewertet. Anschließend an diese kombinierte Drucktemperaturbewertung 12, beziehungsweise die durchgeführte Bewertung des Füllungsgrades 11, erfolgt die Feststellung, ob der Kältemittelkreislauf eine Fehlfüllung 14 aufweist. Wird in diesem Verfahrensschritt die Feststellung getroffen, dass keine Fehlfüllung des Kältemittelkreislaufs besteht, erfolgt eine Freischaltung der Klimaanlage und damit im nachgeordneten Verfahrensschritt 15 ein Standardbetrieb der Klimaanlage 15 und diesem zugeordnet ein Ende 16 des Verfahrens.
• Wird im Verfahrensschritt Feststellung einer Fehlfüllung 14 jedoch eine Fehlfüllung bestätigt, erfolgt eine Schaltung eines Warnereignisses und/oder Steuereingriffs im nachgeordneten Verfahrensschritt 17. Dabei beinhaltet das Warnereignis vorzugsweise eine einer Kältemittelfehlfüllung zugeordnete optische Warnanzeige und zusätzlich oder alternativ ein Abschalten des Förderbetriebs des Kältemittelkompressors. Die Feststellung einer Fehlfüllmenge des Kältemittelkreislaufs wird vorzugsweise in einem Speicher abgelegt, der nur durch einen Servicebetrieb gelöscht werden kann. Die Eingriffs- und/oder Warnereignisse beziehungsweise das Ablegen eines Fehlerindikators in einem Speicher können zur Absicherung auch nach einer bestimmten Anzahl bestätigender gleichsinniger Feststellungen erfolgen. Ebenso können gegensinnige Feststellungen in nachfolgend durchgeführten Messungen Eingriffs, Warn- oder Fehlerspeicherereignisse aussetzen oder widerrufen. Dem Verfahrensschritt 17 des Warnereignisses und/oder Steuereingriffs folgt die Beendigung des Verfahrens 18.
• In 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Diese beinhaltet einen Rechner 1 an welchem auswertbar verschiedene Temperatursensoren und durch den Rechner schaltbar verschiedene Aggregate angeschlossen sind. Der eigentliche Kältemittelkreislauf 2 des Kraftfahrzeugs weist einen Kältemittelkompressor 21 auf, der vom Antriebsaggregat 7 des Kraftfahrzeugs angetrieben ist. Der Kältemittelkompressor 21 fördert im Kältemittelkreislauf 2 das Kältemittel in Richtung eines nachgeordneten Wärmetauschers 22, der zur Abkühlung des Kältemittels und, je nach verwendetem Kältemittel, zur Kondensation des Kältemittels vorgesehen ist. Dieser Wärmetauscher 22, auch Kondensator oder Gaskühler genannt, kühlt im Wärmetausch mit ihn durchströmender Außenluft das vom Kältemittelkompressor 21 komprimierte Kältemittel ab. Vom Wärmetauscher 22 wird das Kältemittel im gezeigten Ausführungsbeispiel des Kältemittelkreislaufs zu einem Sammler 23 geleitet, der gängiger Weise eine Trocknungspatrone zum Entzug von Feuchtigkeit aus dem Kältemittel aufweist. Weiterhin dient der Sammler 23 als Speicherreservoir für das Kältemittel und bewirkt durch eine im Sammelreservoir niedrig angeordnete Entnahmeöffnung seiner Abströmleitung einerseits die Weiterleitung von ausschließlich flüssigem Kältemittel und andererseits die Weiterleitung des sich im unteren Bereich des Sammlers 23 befindlichen Schmiermittels des Kältemittelkreislaufs. Das Schmiermittel ist zur Schmierung der bewegten Teile des Kältemittelkompressors 21 vorgesehen und wird im Kältekreislauf durch das umlaufende Kältemittel mitgefördert. Eine zu geringe Kältemittelmenge bewirkt neben einem Nachlassen der Kälteleistung insbesondere ein Aussetzen der Kompressorschmierung und damit eine Beschädigung des Kältemittelkompressors. Das Kältemittel wird abgehend vom Sammler 23 in flüssigem Zustand dem Expansionsventil 24 zugeleitet, das als Drossel des Kältemittelkreislaufs das Kältemittel entspannt bevor es dem nachgeordneten Kältemittelwärmetauscher 25 zugeleitet wird. Im Kältemittelwärmetauscher 25, der auch als Verdampfer bezeichnet wird, erfolgt ein Wärmetausch mit Belüftungsluft, welche vorzugsweise der Fahrzeugkabine zugeführt wird. Bei diesem Wärmetausch führt diese Belüftungsluft im Kältemittelwärmetauscher 25 dem Kältemittel Wärme zu. Das im Verdampfer 25 erwärmte Kältemittel wird der Saugseite des Kältemittekompressors 21 zugeführt und von diesem gefördert, wodurch der Kältemittelkreislauf geschlossen ist.
• Bei dem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind am Fahrzeug ein Außentemperatursensor 4 zur Erfassung einer Temperatur im Bereich der Umgebungsluft des Fahrzeugs, ein Motortemperatursensor 5 zur Erfassung einer Kühlwassertemperatur des Antriebsaggregats 7 des Fahrzeugs, und ein Kältemitteldrucksensor 6 zur Erfassung eines Kältemitteldrucks vorgesehen. Der Kältemitteldrucksensor 6 ist vorzugsweise auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs, also stromab des Kältemittelskompressors 21 und stromauf des Ex pansionsventils 24 angeordnet. Die Sensoren sind auswertbar mit dem Rechner 1 verbunden, der weiterhin eine Ansteuerungsverbindung zum Kältemittelkompressor 21 und zu einer Warnanzeige 3 aufweist.
• Der Rechner 1 wertet zunächst zumindest die Signale des Außentemperatursensors 4 und des Motortemperatursensors 5 aus und liest vorteilhafter Weise zeitgleich, beziehungsweise in unmittelbarer Abfolge den Wert des Drucksensors 6 aus und legt diesen in einem Speicher ab. Ein auf dem Rechner abgelegter Algorithmus bildet nun die Differenz der Temperaturwerte des Motortemperatursensors 5 und des Außentemperatursensors 4 und vergleicht diese Temperaturdifferenz mit einem Auskühlungsschwellenwert. Der Vergleich stellt eine ungenügende oder eine ausreichende Auskühlung des Antriebsaggregats als äquivalente Betrachtungsgröße für die Temperaturhomogenisierung des Fahrzeugs fest.
• Abhängig vom Ergebnis dieses Vergleichs erfolgt bei Feststellung ausreichender Auskühlung des Antriebsaggregats die Durchführung der Ruhezustandsanalyse anhand eines weiteren auf dem Rechner 1 abgelegten Auswerte- und Vergleichsalgorithmus, der einen der beiden gemessenen Temperaturwerte oder einen aus diesen errechneten Differenztemperaturwert berechnet und anhand dieses festgelegten äquivalenten Kältemitteltemperaturwertes und mindestens einer in einem Temperaturdruckdiagramm festgelegten Grenzdruckkurve einen Grenzdruckwert festlegt. Der im Speicher abgelegt gemessene Kältemitteldruckwert wird dann im Bewertungsteil des Algorithmus mit dem Grenzdruckwert verglichen und davon abhängig auf eine Fehlfüllmenge geschlossen. Abhängig vom Ergebnis dieser Auswertung wird bei Feststellung einer Fehlfüllmenge über die Ansteuerungsleitung der Förderbetrieb des Kältemittelkompressors 21 unterbunden und die Warnanzeige 3 geschaltet, die den Benutzer des Fahrzeugs auf die Fehlfüllmenge und/oder das Aussetzen des Klimaanlagenbetriebes hinweist.
• 3 zeigt ein Diagramm mit einer qualitativen Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Kältemittelfüllmenge und dem Kältemitteldruck in einem abgeschlossenen Volumen eines gegebenen ruhenden und homogenisierten Kältemittelkreislaufs. Dargestellt sind Linien konstanter Temperaturen. Oberhalb einer bestimmten Kältemittelfüllmenge liegt im Kältemittelkreislauf ein Flüssigkeitsanteil vor, so dass in diesem Bereich bei konstanter Temperatur ein konstanter Druck im Kältemittelkreislauf gegeben ist. Unterhalb einer Grenzfüllmenge, besitzen die Kurven konstanter Temperatur einen feststellbaren Gradienten in der Abhängigkeit des Druckes von der Kältemittelmenge. Somit ist über eine Drucküberwachung bei einer konstanten und homogenen Temperatur das Unterschreiten einer Grenzkältemittelfüllmenge überwachbar. Das Diagramm mit seiner qualitativen Aussage über den Zusammenhang von Kältemittelfüllmenge und Druck bei konstanten Temperaturen bezieht sich auf einen Kältemittelkreislauf im Ruhezustand, der durch entsprechende Nachlaufzeit homogenisiert ist, das heißt konstante Druck- und Temperaturwerte im gesamten Kreislauf aufweist.
• 4 zeigt eine quantitative Darstellung einer Druckgrenzkurve zur Angabe eines Mindestkältemitteldrucks in einem vorgegebenen Kältemittelkreislaufs in Abhängigkeit der dort vorliegenden Temperatur wobei auch hier homogene Druck- und Temperaturwerte im gesamten Kältemittelkreislauf Voraussetzung sind. Diese gezeigte Druckgrenzkurve wird zur Ruhezustandsanalyse einer Fehlfüllmenge des Kältemittelkreislaufs herangezogen, zugehörig zu einem Referenztemperaturwert der Wert der Grenzdruckkurve für diese Temperatur als Grenzdruckwert ermittelt wird und dieser zum Vergleich mit dem gemessenen Tem peraturwert zur Überprüfung einer Mindestfüllmenge herangezogen wird.

Claims (13)

1. Verfahren zur Überwachung eines Füllstandes eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Außentemperatur und/oder eine Motortemperatur des Fahrzeugs und ein Kältemitteldruck gemessen und eine Ruhezustandsanalyse der Kältemittelfüllmenge durchgeführt wird, indem eine Relation zwischen einem Temperaturwert und dem Kältemitteldruck überprüft und auf diese Weise eine Fehlfüllmenge festgestellt wird und bei dem bei Feststellung einer Fehlfüllmenge Steuerereignisse zum Betrieb des Kältemittelkreislaufs und/oder Warnereignisse gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit mindestens einer gemessenen Temperatur (t_a, t_m) die Zeitdauer zur Erreichung eines temperaturhomogenen Zustands des Fahrzeugs definiert oder der temperaturhomogene Zustand des Fahrzeugs festgestellt wird und die Durchführung der Ruhezustandsanalyse oder die Steuerung von Steuerereignissen im Kältekreislaufbetrieb und/oder Warnereignisse im Fahrzeug abhängig vom definierten oder festgestellten temperaturhomogenen Zustand des Fahrzeugs erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Definition des temperaturhomogenen Zustands über eine von der Außentemperatur (t_a) abhängige Festlegung eines temperaturhomogenen Zeitpunkts oder einer zur Erreichung eines temperaturhomogenen Zustands notwendigen Dauer erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Definition des temperaturhomogenen Zustands über eine von der Motortemperatur (t_m) abhängige Festlegung eines temperaturhomogenen Zeitpunkts oder einer zur Erreichung eines temperaturhomogenen Zustands notwendigen Dauer erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung eines temperaturhomogenen Zeitpunkts oder einer zur Erreichung eines temperaturhomogenen Zustands notwendigen Dauer unmittelbar nach Abschalten des Antriebsaggregates erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung eines temperaturhomogenen Zeitpunkts oder einer zur Erreichung eines temperaturhomogenen Zustands notwendigen Dauer bei Fahrzeugstillstand fortlaufend oder nach Ablauf eines Zeitintervalls jeweils wiederholend erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturhomogene Zustand des Fahrzeugs anhand einer Homogenisierungsanalyse, bei der insbesondere eine Bewertung einer Relation zwischen Motortemperatur (t_m) und Außentemperatur (t_a) durchgeführt wird, festgestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Homogenisierungsanalyse unmittelbar vor Inbetriebnahme des Antriebsaggregates (7), insbesondere nach Betätigung eines Schließ- oder Startsystems oder einer Aktivierungseinrichtung des Fahrzeugs erfolgt.
8. Vorrichtung zur Überwachung eines Füllstandes eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem Rechner, der steuernden Eingriff auf den Kältemittelkreislauf und/oder Warneinrichtungen hat, einem Außentemperatursensor und/oder einem Motortemperatursensor und einem Kältemitteldrucksensor, die jeweils auswertbar mit dem Rechner verbunden sind, wobei mittels eines auf dem Rechner abgelegten Algorithmus eine Ruhezustandsanalyse durchführbar ist, in der anhand einer Relation zwischen Kältemitteldruck und einem Temperaturwert eine Fehlfüllung des Kältemittelkreislaufs feststellbar ist und bei Feststellung einer Fehlfüllung durch den Rechner Steuereingriffe am Kältemittelkreislauf und/oder Warnereignisse schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen auf dem Rechner (1) abgelegten Algorithmus anhand eines Temperaturwertes des Außentemperatursensors (4) oder des Motortemperatursensors (5) eine Temperaturhomogenisierung des Fahrzeugs definierbar oder feststellbar ist und die Ausführung der Ruhezustandsanalyse und/oder die Schaltung der Warn- oder Steuerereignisse abhängig von der Feststellung der Temperaturhomogenisierung ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass durch einen auf dem Rechner (1) abgelegten Algorithmus abhängig von einem der gemessenen Temperaturwerte (ta, tm) ein Zeitpunkt eines temperaturhomogenen Zustands oder eine Zeitdauer zur Erreichung eines solchen Zustands definierbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Festlegungsalgorithmus des Zeitpunktes oder der Zeitdauer unmittelbar nach Abstellen des Antriebsaggregates (7), insbesondere durch das Abstellen des Antriebsaggregates (7) oder ein damit gekoppeltes Ereignis aktivierbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Festlegungsalgorithmus während des Stillstands des Fahrzeugs durchgehend oder intervallartig aktiv ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass durch einen auf dem Rechner abgelegten Algorithmus anhand der Differenz der Temperaturwerte (t_a, t_m) des Außentemperatursensors und des Motortemperatursensors die Temperaturhomogenisierung feststellbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner mit dem Schließ- und/oder Startsystem oder einer Systemaktivierungseinrichtung des Fahrzeugs verbunden ist und bei deren öffnender, startender oder aktivierender Betätigung aktivierbar ist.