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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kältemittel-Füllmengenüberwachung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Um Klimaanlagen vor Schäden aufgrund eines zu niedrigen Kältemittel-Füllstands zu schützen, muss die Kältemittel-Füllmenge der Klimaanlagen kontinuierlich überwacht werden. Da ein direktes Messen der Kältemittel-Füllmenge bei einer in einem Fahrzeug verbauten Klimaanlage nicht bzw. nur schwer möglich ist, muss die Kältemittel-Füllmenge auf eine andere Art ermittelt werden.
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Bspw. offenbart die
DE 10 2004 024 579 B3 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Füllstands eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Außentemperatur und/oder eine Motortemperatur des Fahrzeugs und ein Kältemitteldruck gemessen und eine Ruhezustandsanalyse bzw. eine Stillstands-Füllmengenüberwachung durchgeführt werden. Zur Durchführung einer Ruhezustandsanalyse des Kältemittelkreislaufs zur Feststellung einer Fehlfüllmenge des Kältemittelkreislaufs wird hierbei mittels eines Drucksensors der Druck des Kältemittels gemessen und mit einer Temperatur des Kältemittels oder einer vergleichbaren Temperatur in Relation gesetzt. Eine im Rahmen der Relation durchgeführte Bewertung von gemessenen Zustandsgrößen lässt eine Aussage über den Füllgrad des Kältemittelkreislaufs, also der im Kältemittelkreislauf befindlichen Kältemittelmenge zu.
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Auch die
DE 100 61 545 A1 offenbart ein Verfahren zur Kältemittel-Füllmengenüberwachung in einem Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage, das eine Stillstandsfüllmengen-Überwachung bei abgeschaltetem Kompressor umfasst, wobei im Stillstand der Druck und die Temperatur des Kältemittels erfasst werden. Es wird auf eine Fehlfüllung geschlossen, wenn der Druck unterhalb einer Mindestdruckschwelle liegt, oder wenn die Temperatur über einem maximalen Temperaturgrenzwert liegt und gleichzeitig der Druck außerhalb eines vorgebbaren Solldruckbereichs liegt.
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Schließlich offenbart auch die
DE 601 07 782 T2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des Füllungszustands einer Kraftfahrzeugklimaanlage.
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Da die verwendeten Drucksensoren relativ ungenau auflösen, ist eine genaue Aussage über die aktuelle Kältemittel-Füllmenge oft schwierig. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein verbessertes Verfahren zur Kältemittel-Füllmengenüberwachung anzugeben, bei dem die aktuelle Füllmenge noch genauer ermittelt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Grundgedanke der Erfindung ist, nach Abstellen des Motors nicht einen ermittelten Wert für den Kältemitteldruck zur Ermittlung der Kältemittel-Füllmenge heranzuziehen, sondern den Druckverlauf, also die Drucksumme für ein vorgegebenes Zeitintervall zu beobachten und zur Ermittlung der Kältemittel-Füllmenge heranzuziehen. Je genauer die Drucksumme ermittelt wird, desto besser können Sensorfehler augrund ihres geringen Auflösevermögens kompensiert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kältemittel-Füllmengenüberwachung in einem Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage, das eine Stillstands-Füllmengenüberwachung umfasst, bei der ein aktueller Kältemitteldruck und die Außentemperatur erfasst werden und der ermittelte Kältemitteldruck für die Ermittlung der aktuellen Kältemittel-Füllmenge ausgewertet wird, zeichnet sich somit dadurch aus, dass bei der Stillstandsüberwachung bei abgeschalteter Antriebseinheit innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls mittels eines im Kältekreislauf nach dem Kondensator angeordneten Drucksensors ein in Relation zum Druckverlauf des Kältemittels innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls ermittelbares Maß für den Gesamtdruck ermittelt wird. Anschließend wird dieses ermittelte Maß für den Gesamtdruck für die Ermittlung der aktuellen Kältemittel-Füllmenge bzw. die Kältemittel-Füllmengenüberwachung ausgewertet.
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Wie bereits eingangs erwähnt, kann es aufgrund schlecht auflösender Drucksensoren, die für die Kältemitteldruckmessung verwendet werden, bei Verwendung eines einzigen Kältemitteldruckwertes schnell zu erheblichen Abweichungen der tatsächlichen Kältemittel-Füllmenge zur rechnerisch ermittelten Kältemittel-Füllmenge kommen. Um die Klimaanlage nicht in Bereichen zu betreiben, in denen der Betrieb aufgrund eines zu niedrigen Kältemittel-Füllstands zu Beeinträchtigungen in der Funktion der Klimaanlage führen könnte, müssen die Grenzwerte, bei denen ein Hinweis ausgegeben werden muss, dass ein Werkstattbesuch zum Auffüllen des Kältemittels erforderlich ist, relativ hoch gewählt werden, um mögliche Schäden bei fehlerhafter Ermittlung der Kältemittel-Füllmenge ausschließen zu können.
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Wird nun anstelle eines einzigen Kältemitteldruckwertes ein Maß für den Gesamtdruck innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls zur Ermittlung der Kältemittel-Füllmenge verwendet, das bspw. aus einer Vielzahl von gemessenen Einzel-Kältemitteldruckwerten ermittelt werden kann, kann davon ausgegangen werden, dass sich die aufgrund der schlecht auflösenden Drucksensoren eingeschlichenen Fehler im Wesentlichen kompensieren. Dadurch können auch Grenzwerte, die weder überschritten noch unterschritten werden dürfen, wesentlich besser an die absolut einzuhaltenden Grenzwerte angepasst werden.
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Das Maß für den Gesamtdruck kann auf verschiedene Arten ermittelt werden. In einer ersten Alternative kann das Maß für den Gesamtdruck durch Addition aktueller Kältemitteldruckwerte mit einer vorgegebenen Abtastrate innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls ermittelt werden, d. h. innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls wird mit einer vorgegebenen Abtastrate der Wert des aktuellen Kältemitteldrucks erfasst und anschließend aufsummiert. Diese Summe stellt das Maß für den Gesamtdruck dar. Je größer die Abtastrate ist, desto mehr Einzelwerte des Kältemittel-Drucks werden aufaddiert, und desto genauer ist das Maß für den Gesamtdruck. Die Abtastrate kann dabei z. B. in einer Größenordnung von 1 Hz vorgegeben werden.
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Wird die Abtastrate sehr groß gewählt, kann dadurch ein Maß für den Gesamtdruck ermittelt werden, der in etwa der Fläche unter dem Druckverlauf entspricht. Anstelle der Abtastrate kann in einer alternativen Ausgestaltung das Maß für den Gesamtdruck durch Integralbildung über den Druckverlauf innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls ermittelt werden, d. h. es wird die Fläche unter dem Druckverlauf ermittelt und als Maß für den Gesamtdruck zur Verfügung gestellt.
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Zur Ermittlung der aktuellen Kältemittel-Füllmenge aus dem ermittelten Maß für den Gesamtdruck wird das ermittelte Maß für den Gesamtdruck mit vorgegebenen außentemperaturabhängigen Referenzdruckwerten verglichen. Dazu werden für die verschiedenen Fahrzeugmodelle, insbesondere für die verschiedenen Motorvarianten Referenzdruckwerte für verschiedene Kältemittel-Füllmengen und Außentemperaturen ermittelt und hinterlegt. Wird dann bei abgeschalteter Antriebseinheit das Maß für den Gesamtdruck bei einer bestimmten Außentemperatur ermittelt, wird dieses Maß für den Gesamtdruck mit den entsprechenden Referenzdruckwerten derselben Außentemperatur verglichen. In Abhängigkeit davon, welchem Referenzdruckwert das Maß für den Gesamtdruck am nächsten kommt bzw. zwischen welchen Referenzdruckwerten das ermittelte Maß für den Gesamtdruck liegt, kann – ggf. durch Interpolation zwischen den vorgegebenen Referenzdruckwerten – die aktuell vorliegende Kältemittel-Füllmenge ermittelt werden. Vorteilhafterweise sind die vorgegebenen außentemperaturabhängigen Referenzwerte dabei in einem Kennfeld gespeichert.
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Damit die Ermittlung der Kältemittel-Füllmenge nicht aufgrund unterschiedlicher Betriebszustände des Fahrzeugs unnötig verfälscht wird, wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die aktuelle Kältemittel-Füllmenge nur dann ermittelt, wenn vorgegebene Zustandsbedingungen des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Antriebseinheit erfüllt sind.
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Bei den Zustandsbedingungen können bspw. die Motoröltemperatur und/oder der Aktivitätszustand eines vorhandenen Elektrolüfters, der bei bestimmten Voraussetzung auch nach dem Abstellen der Antriebseinheit aktiv ist bzw. aktiviert wird, überwacht und ausgewertet werden.
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Vorteilhafterweise gilt eine Zustandsbedingung als erfüllt, wenn die Motoröltemperatur einen vorgegebenen Öltemperaturgrenzwert überschreitet bzw. überschritten hat. Dadurch wird gewährleistet, dass die Kältemittel-Füllstandsermittlung nicht aufgrund eines kalten Motors verfälscht wird. Alternativ oder zusätzlich gilt eine weitere Zustandsbedingung als erfüllt, wenn ein vorhandener Elektrolüfter nicht (mehr) aktiv ist.
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Da die Temperatur einen wesentlichen Einfluss auf das Volumen bzw. den Druck des Kältemittels nimmt, muss bei der Ermittlung der Kältemittel-Füllmenge die Außentemperatur berücksichtigt werden. In Abhängigkeit von der Außentemperatur werden die dieser Außentemperatur zugeordneten Referenzdruckwerte für den Vergleich des Maßes für den Gesamtdruck mit den entsprechenden Referenzdruckwerten berücksichtigt. Die Ermittlung der Außentemperatur kann bspw. direkt nach dem Abschalten der Antriebseinheit mittels eines dafür vorgesehenen Temperatursensors erfolgen. Die ermittelte Außentemperatur wird dann in einem Speicher für die Ermittlung der Kältemittel-Füllmenge gespeichert.
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Da neben der Temperatur noch andere Einflussfaktoren das aktuelle Volumen des Kältemittels beeinflussen können, können in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Referenzdruckwerte in Abhängigkeit von weiteren Parametern, vorzugsweise in Abhängigkeit vom Fahrprofil, den Windverhältnissen und/oder der Sonneneinstrahlung vorgegeben werden. Dementsprechend werden bei der Ermittlung der Kältemittel-Füllmenge das Fahrprofil und/oder die Windverhältnisse und/oder die Sonneneinstrahlung ermittelt und derart ausgewertet, dass für den Vergleich des Maßes für den Gesamtdruck mit den entsprechenden Referenzdruckwerten diejenigen Referenzdruckwerte herangezogen werden, die dem ermittelten Fahrprofil und/oder den ermittelten Windverhältnissen und/oder der ermittelten Sonneneinstrahlung zugeordnet sind.
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Um bei einer zu geringen Kältemittel-Füllmenge den Fahrer darauf aufmerksam machen zu können, dass er das Kältemittel nachfüllen lassen muss, oder um den Betrieb der Klimaanlage einzuschränken, um sie vor Schäden zu bewahren, wird nach Ermittlung der Kältemittel-Füllmenge diese mit zumindest einem vorgegebenen Kältemittel-Füllmengen-Grenzwert verglichen und ein Fehlersignal erzeugt, wenn die ermittelte Kältemittel-Füllmenge den vorgegebenen Kältemittel-Füllmengen-Grenzwert unterschreitet. Durch das erzeugte Fehlersignal können anschließend entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden.
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Um eventuell auftretende Schwankungen bei der Ermittlung der Kältemittel-Füllmenge kompensieren zu können, kann alternativ auch aus einer vorgegebenen Anzahl von zuletzt ermittelten Kältemittel-Füllmengen ein Kältemittel-Füllmengen-Mittelwert gebildet werden, und dieser mit einem entsprechenden Kältemittel-Füllmengen-Mittelgrenzwert verglichen werden. Unterschreitet der ermittelte Kältemittel-Füllmengen-Mittelwert den Kältemittel-Füllmengen-Mittelgrenzwert, wird ein Fehlersignal erzeugt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren, sowie deren vorteilhafte Ausgestaltungen können mittels eines implementierten Algorithmus oder einer entsprechenden Baugruppenanordnung in einem dafür vorgesehenen Steuergerät, insbesondere in einem Klimaanlagensteuergerät durchgeführt werden.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Dabei zeigt
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1 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 mehrere Druckverläufe bei unterschiedlichen Kältemittel-Füllmengen und
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3 ein mit außentemperaturabhängigen Referenzdruckwerten für den Vergleich des Maßes für den Gesamtdruck mit den Referenzdruckwerten befülltes Kennfeld.
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Die 1 zeigt einen vereinfachten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der Kältemittel-Füllmenge bzw. zur Kältemittel-Füllmengenüberwachung. Zu Beginn des Verfahrens wird im Schritt 10 überprüft, ob vorgegebene Zustandsbedingungen zum Starten der Ermittlung der Kältemittel-Füllmenge erfüllt sind. Nur wenn diese Zustandsbedingungen erfüllt sind, kann die Ermittlung der Kältemittel-Füllmenge gestartet werden, und davon ausgegangen werden, dass es sich um einen korrekten Wert handelt. Dazu werden der Aktivitätszustand der Antriebseinheit AE, die Motoröltemperatur TÖ und der Aktivitätszustand eines Elektrolüfters L ausgewertet. Die Kältemittel-Füllmengenermittlung kann gestartet werden, wenn die Antriebseinheit AE abgeschaltet ist, also AE = 0 ist. Die übrigen Zustandsbedingungen gelten als erfüllt, wenn die Motoröltemperatur TÖ einen vorgegebenen Öltemperaturgrenzwert GWTÖ überschreitet bzw. überschritten hat, also TÖ > GWTÖ ist, und wenn der Elektrolüfter L zum Zeitpunkt der Ermittlung nicht aktiv ist, also L = 0 ist.
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Sind diese vorgegebenen Zustandsbedingungen erfüllt und ist eine Kältemittel-Füllmengenermittlung möglich, wird im Schritt 20 die aktuelle Außentemperatur TA ermittelt und gespeichert. Anschließend werden im Schritt 30 der Wert der Variablen GD und ein erster Timer t1 auf Null gesetzt. Die Nullsetzung der Variablen GD ist notwendig, um das Ergebnis nicht aufgrund vorangegangener Kältemittel-Füllmengenermittlung zu verfälschen. Der erste Timer t1 dient zur Überwachung eines vorgegebenen Zeitintervalls, innerhalb dessen die Aufaddierung der ermittelten Kältemitteldruckwerte vorgenommen wird. Im Schritt 40 wird ein zweiter Timer t2 auf Null gesetzt, der zur Überwachung bzw. zum Einhalten einer vorgegebenen Abtastrate dient.
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Im Schritt 50 wird mit der eigentlichen Kältemittel-Füllmengenermittlung begonnen, bei dem innerhalb eines ersten vorgegebenen Zeitintervalls GWt1 mit einer vorgegebenen Abtastrate (= 1/GWt2) jeweils ein aktueller Kältemitteldruck erfasst wird, und diese zum aktuellen Wert der Variablen GD addiert werden. Dazu wird im Schritt 50 zum aktuell gültigen Gesamtdruckwert bzw. zum Maß für den Gesamtdruck GD der aktuell ermittelte Kältemitteldruckwert D hinzuaddiert. Im Schritt 60 wird überprüft, ob der erste Timer t1 das erste vorgegebene Zeitintervall GWT1, innerhalb dessen die Aufaddierung der verschiedenen aktuell ermittelten Kältemitteldruckwerte D vorgenommen wird, erreicht oder überschritten ist. Das erste vorgegebene Zeitintervall GWt1 kann in einer Größenordnung von 15 Minuten liegen.
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Ist das Ende des ersten vorgegebenen Zeitintervalls GWt1 noch nicht erreicht, wird im Schritt 65 überprüft, ob der zweite Timer t2 das zweite vorgegebene Zeitintervall GWt2, welches ein Maß für die Abtastrate zum Ermitteln der aktuellen Kältemitteldruckwerts ist, erreicht oder überschritten ist. Bei dem zweiten vorgegebenen Zeitintervall kann es sich bspw. um 1 Sekunde handeln, so dass die Ermittlung der aktuellen Kältemitteldruckwerte mit einer Abtastrate von 1 Hz erfolgt.
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Erst wenn der zweite Timer t2 das zweite vorgegebene Zeitintervall GWt2 erreicht oder überschritten hat, wird zum Schritt 40 zurückgegangen, bei dem der zweiter Timer t2 auf Null gesetzt und gleich wieder neu gestartet wird. Analog zu oben, wird im Schritt 50 der aktuell ermittelte Kältemitteldruckwert D zum Maß für den Gesamtdruck GD hinzuaddiert und anschließend im Schritt 60 überprüft, ob der erste Timer t1 das erste vorgegebene Zeitintervall GWt1 erreicht oder überschritten hat. Falls nicht, wird entsprechend der Abtastrate ein weiterer aktuell ermittelter Kältemitteldruckwert D zum Maß für den Gesamtdruck GD hinzuaddiert.
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Die Aufaddierung der ermittelten Kältemitteldruckwerte D zu einem Maß für den Gesamtdruck GD wird beendet, wenn der erste Timer t1 das erste vorgegebene Zeitintervall GWt1 erreicht oder überschritten hat, vgl. Schritt 60.
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Ist der erste Timer t1 abgelaufen, wird im Schritt 70 das ermittelte Maß für den Gesamtdruck GD mit den dazugehörigen außentemperaturabhängigen Referenzdruckwerten RWTA verglichen und daraus die aktuelle Kältemittel Füllmenge KM ermittelt. Dazu werden in Abhängigkeit von der im Schritt 20 ermittelten und gespeicherten Außentemperatur TA die dazugehörigen Referenzdruckwerte RWTA aus der Menge aller gespeicherten Referenzdruckwerte ausgewählt, und für den Vergleich des Maßes für den Gesamtdruck mit diesen Referenzdruckwerten RWTA herangezogen. In Abhängigkeit davon, welchem dieser Referenzdruckwerte RWTA das ermittelte Maß für den Gesamtdruck GD am nächsten kommt bzw. in Abhängigkeit von der Differenz des Maßes für den Gesamtdruck GD zum nächstkommenden Referenzdruckwert RWTA bzw. zu den nächstkommenden Referenzdruckwerten RWTA wird die Kältemittel-Füllmenge KM ermittelt.
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Um nun überprüfen zu können, ob noch eine ausreichende Menge an Kältemittel im Kältemittelkreislauf der Klimaanlage im Fahrzeug vorhanden ist, wird die ermittelte Kältemittel-Füllmenge KM im Schritt 80 mit einem vorgegebenen Kältemittel-Füllmengen-Grenzwert GWKM verglichen. Ist die ermittelte Kältemittel-Füllmenge KM kleiner als der vorgegebene Kältemittel-Füllmengen-Grenzwert GWKM, wird im Schritt 90 ein Fehlersignal S_F erzeugt und an eine entsprechende Fehlerüberwachungseinheit ausgegeben. Dadurch kann ein Warnhinweis für den Fahrer erzeugt werden oder der Betrieb der Klimaanlage verändert bzw. eingeschränkt werden. Ist der ermittelte Kältemittel-Füllmenge KM nicht kleiner als der vorgegebene Kältemittel-Füllmengen-Grenzwert GWKM, wird die Ablaufroutine im Schritt 100 beendet.
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Alternativ zu dieser Ausgestaltung sind auch andere Ausgestaltungen denkbar. Alternativ zu dieser Ermittlung des Maßes für den Gesamtdruck GD kann auch innerhalb des ersten vorgegebenen Zeitintervalls GWt1 das Integral über den Druckverlauf ermittelt und als Maß für den Gesamtdruck GD herangezogen werden. Weiter kann bspw. anstelle des einen ermittelten Kältemittel-Füllmengenwertes KM auch ein aus einer vorgegebenen Anzahl vorangegangener ermittelter Kältemittel-Füllmengenwerte ermittelter Kältemittel-Füllmengen-Mittelwert für den Vergleich mit dem vorgegebenen Kältemittel-Füllmengen-Grenzwert GWK im Schritt 80 verwendet werden. Dadurch kann auch der Verlauf der Kältemittel-Füllmenge in die Fehlerüberwachung mit einbezogen werden.
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Die 2 zeigt ein Kennfeld, in der verschiedene Druckverläufe DV300, DV500 und DV590 über die Zeit t eingetragen sind, wobei jeder dieser Verläufe bei einer vorher bestimmten Kältemittel-Füllmenge ermittelt wurde. So wurde der Druckverlauf DV590 bei einer Kältemittel-Füllmenge von 590 g ermittelt, der Druckverlauf DV500 bei einer Kältemittel-Füllmenge von 500 g, und der Druckverlauf RW300 bei einer Kältemittel-Füllmenge von 300 g. Zur Ermittlung des Maßes für den Gesamtdruck gemäß der zweiten Alternative kann über das vorgegebene Zeitintervall, welches sich hier bspw. von 1 s bis 501 s erstreckt, das Integral eines Druckverlaufs, hier für den Druckverlauf DV590, ermittelt werden. Das Maß für den Gesamtdruck GD590 entspricht dann der Fläche unter dem Druckverlauf DV590 zwischen 1 s und 501 s.
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Die 3 zeigt ein Kennfeld, in dem in Abhängigkeit von der Außentemperatur TA in ° Celsius Referenzdruckwerte RW in bar, insbesondere vier Referenzdruckverläufe RW590, RW500, RW400 und RW300 dargestellt sind, wobei jeder dieser Verläufe bei einer vorher bestimmten Kältemittel-Füllmenge für das Fahrzeug, in dem die Ablaufroutine implementiert ist, ermittelt wurde. So wurde der Referenzdruckverlauf RW590 bei einer Kältemittel-Füllmenge von 590 g ermittelt, der Referenzdruckverlauf RW500 bei einer Kältemittel-Füllmenge von 500 g, der Referenzdruckverlauf RW400 bei einer Kältemittel-Füllmenge von 400 g und der Referenzdruckverlauf RW300 bei einer Kältemittel-Füllmenge von 300 g.
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Zur Ermittlung der aktuellen Kältemittel-Füllmenge gemäß 1 werden in Abhängigkeit von der ermittelten Außentemperatur TA die dieser Außentemperatur zugeordneten und im Kennfeld hinterlegten Referenzdruckwerte für den Vergleich des ermittelten Maßes für den Gesamtdruck mit diesen Referenzdruckwerten herangezogen. Wird bspw. eine Außentemperatur von 30°C ermittelt, werden für den Vergleich die auf der Linie RW30° angeordneten Referenzdruckwerte der hinterlegten Referenzdruckverläufe verwendet. In Abhängigkeit davon, welchem Referenzdruckwert auf der Linie RW30° das Maß für den Gesamtdruck am nächsten kommt, kann die Kältemittel-Füllmenge ermittelt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann zusätzlich zu den im Kennfeld hinterlegten Referenzdruckwerten noch zwischen den einzelnen, einer Außentemperatur TA zugeordneten Referenzdruckwerten interpoliert werden. Dadurch ist eine äußerst genaue und präzise Bestimmung der aktuellen Kältemittel-Füllmenge möglich.
