DE102008030799B4

DE102008030799B4 - Verfahren zur Regelung einer Heiz- und Klimaanlage für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102008030799B4
Application number: DE102008030799.8A
Authority: DE
Inventors: Mattias BRUCE; Peter Satzger; Michael Heil; Michael Schneider
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-06-28
Filing date: 2008-06-28
Publication date: 2020-06-25
Anticipated expiration: 2028-06-29
Also published as: DE102008030799A1

Abstract

Verfahren zur Regelung einer Heiz- und Klimaanlage mit einer aktivierbaren Kühlfunktion für ein Fahrzeug, wobei bei Aktivierung der Kühlfunktion die in den Fahrzeuginnenraum einströmende Luft mittels eines Klimakompressors gekühlt und getrocknet, und anschließend auf die vorgegebene Soll-Ausblastemperatur erwärmt wird, wobei bei aktivierter Kühlfunktion der aktive Klimakompressor (KK) automatisch abgeschaltet wird, wenn zum Erreichen der vorgegebenen Soll-Ausblastemperatur (Tsoll) ein Abkühlen der einströmenden Luft mittels Klimakompressor (KK) nicht notwendig ist, dadurch gekennzeichnet, dass der bei aktivierter Kühlfunktion automatisch abgeschaltete Klimakompressor (KK) wieder aktiviert wird, wenn die Verdampfertemperatur mit einem Gradienten (grad_T_V) ansteigt, der einen vorgegebenen maximalen Verdampfertemperaturgradienten (grad_T_Vmax) erreicht oder überschritten hat.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Regelung einer Heiz- und Klimaanlage mit einer aktivierbaren Kühlfunktion zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derzeit sind bereits viele Kraftfahrzeuge mit einer Fahrzeug-Heiz- und Klimaanlage bekannt, bei denen bei manueller oder automatischer Aktivierung einer Kühlfunktion die angesaugte Luft gemäß dem Kundenwunsch abgekühlt wird. Dabei wird die über die Auslässe der Heiz- und Klimaanlage in den Fahrzeuginnenraum einströmende Luft mittels eines Klimakompressors gekühlt, getrocknet und anschließend auf die vorgegebene Soll-Ausblastemperatur erwärmt. Dies erfolgt in der Regel ab einer Mindestaußentemperatur von bspw. -2°C im Normalbetrieb und ca. -10°C im Umluftbetrieb.
Die Entscheidung, ob ein Betrieb der Klimaanlage zur Kühlung oder Entfeuchtung der Luft erforderlich ist, wird dabei zumindest indirekt dem Kunden überlassen. So ist die Kühlfunktion aktiv, wenn der Benutzer ein dafür vorgesehenes Bedienelement betätigt, oder wenn er ein Automatikprogramm aufruft, durch das automatisch auch die Kühlfunktion aktiviert wird.
Sobald die Kühlfunktion aktiv ist, muss die Antriebseinheit zusätzlich den Klimakompressor antreiben, was sich trotz häufig vorhandener Klimakompressorregelung negativ auf den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt.
Aus der gattungsbildenden DE 10 2005 048 633 A1 ist bereits ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage bekannt, bei dem bei offenem Fahrzeugverdeck der Klimakompressor nur dann betrieben wird, wenn eine Kälteleistung gefordert ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein für ein Fahrzeug verbessertes Verfahren zur Regelung einer Heiz- und Klimaanlage anzugeben, durch das ein unnötiger Kraftstoffverbrauch vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Fahrzeug-Heiz- und Klimaanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Wie bereits eingangs erwähnt, ist bei Aktivierung der Kühlfunktion der Heiz- und Klimaanlage der Klimakompressor prinzipiell ständig in Betrieb, um die Luft abzukühlen und zu trocknen. Anschließend wird die gekühlte Luft wieder auf die vorgegebene Soll-Ausblastemperatur erhöht. Durch den Betrieb des Klimakompressors erhöht sich der Kraftstoffverbrauch, da dieser über die Antriebseinheit, insbesondere über einen mit Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor, angetrieben wird. Um den Kraftstoffverbrauch nicht unnötig zu erhöhen, müsste der Benutzer zum einen selbst erkennen, wann der Klimakompressorbetrieb notwendig ist und zum anderen in Abhängigkeit davon den Kühlbetrieb ständig aktivieren bzw. deaktivieren. Grundgedanke der Erfindung ist nun, den Klimakompressor bei aktivierter Kühlfunktion nur im Bedarfsfall zu aktivieren, also bei bestimmten Bedingungen trotz aktivierter Kühlfunktion automatisch zu deaktivieren. Die automatische Bedarfserkennung des Klimakompressorbetriebs erfolgt nur bei aktivierter Kühlfunktion.
Erfindungsgemäß lässt sich prinzipiell der Bedarf des Kühlbetriebs mittels Klimakompressors auf das Erreichen einer erforderlichen Soll-Ausblastemperatur reduzieren. Die Erfindung zeichnet sich somit dadurch aus, dass der Klimakompressor bei aktivierter Kühlfunktion nicht ständig aktiv ist, sondern nur dann, wenn zum Erreichen der vorgegebenen Soll-Ausblastemperatur an den Auslässen der Klimaanlage ein Abkühlen der einströmenden Luft mittels Klimakompressor notwendig ist, d. h. der Klimakompressor bzw. der Klimakompressorbetrieb wird automatisch deaktiviert, wenn zum Erreichen der vorgegebenen Soll-Ausblastemperatur ein Abkühlen der einströmenden Luft mittels Klimakompressor nicht notwendig ist. Dadurch wird unnötiger Kraftstoffverbrauch vermieden und gleichzeitig der Klimakomfort ohne Einschränkungen gewährleistet. Durch die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs ergibt sich auch eine Reduzierung des CO₂- Ausstoßes.
Ein Abkühlen der Luft mittels Klimakompressors ist insbesondere dann nicht notwendig, wenn die vorgegebene Soll-Ausblastemperatur nicht kleiner ist, als die ohne Betrieb des Klimakompressors zu erreichende Ausblastemperatur an den Auslässen der Klimaanlage. Wird die gewünschte Soll-Ausblastemperatur an den Auslässen der Klimaanlage ohne Betrieb des Klimakompressors erreicht, wird der Klimakompressor automatisch deaktiviert. In der Regel ist dies der Fall, wenn die vorgegebene Soll-Ausblastemperatur zumindest nicht kleiner als die aktuelle Temperatur der in die Klimaanlage einströmenden Luft ist. Für den Benutzer wird der Kühlbetrieb jedoch weiter als aktiv angezeigt, indem das Bedienelement zum Aktivieren der Kühlfunktion weiter aktiviert bleibt.
Um Beschlag zu vermeiden, wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Klimakompressor nur dann automatisch abgeschaltet, wenn zusätzlich zum Erreichen der vorgegebenen Soll-Ausblastemperatur ohne Klimakompressorbetrieb kein Beschlag an den Scheiben zu erwarten ist, d. h. wenn kein Entfeuchten der Luft notwendig ist. Ob ein Entfeuchten der Luft notwendig ist, kann bspw. aus dem Signal eines im Fahrzeug vorhandenen Beschlagsensors oder Feuchtesensors bzw. mittels eines Rechenmodells zur Feuchtebestimmung ermittelt werden. Sind keine entsprechenden Sensoren im Fahrzeug vorhanden, kann in einer einfachen Ausführung ein Entfeuchten der Luft als nicht notwendig angesehen werden, wenn während des ausgeschalteten Betriebs des Klimakompressors die Verdampfertemperatur um einen vorgegebenen Temperaturwert kleiner ist, als die Außentemperatur.
Erfindungsgemäß kann eine Beschlagbildung bzw. eine Geruchsbildung im Fahrzeug auch dadurch verhindert werden, dass der Klimakompressor bzw. der Betrieb des Klimakompressors derart abgeschaltet wird, dass die Verdampfertemperatur nur mit einem vorgegebenen maximalen Gradienten ansteigt. Der Gradient kann bspw. in einer Größenordung von 4 K/min vorgegeben werden.
Ein Abschalten des Klimakompressors bzw. des Klimakompressorbetriebs kann auf verschiedene Arten erfolgen. Ist der Klimakompressor bspw. über eine Kompressorkupplung mit den übrigen Komponenten des Kühlkreislaufs verbunden, kann der Klimakompressor dadurch abgeschaltet werden, dass die Kompressorkupplung geöffnet wird. Alternativ kann der Klimakompressor dadurch abgeschaltet werden, dass das im Kühlkreislauf vorhandene Klimakompressorregelventil zur Klimakompressorregelung nicht oder nur sehr gering bestromt wird.
Sollten sich bei aktiver Kühlfunktion und inaktivem Klimakompressor die Bedingungen ändern, so dass die gewünschte Soll-Ausblastemperatur ohne Betrieb des Klimakompressors nicht mehr erreicht wird, wird der Klimakompressor automatisch wieder zugeschaltet (Schließen der Kompressorkupplung und/oder Bestromung des Klimakompressorregelventils). Ist der Betrieb des Klimakompressors nicht mehr notwendig, kann er wieder abgeschaltet werden. Um ein häufiges Zu- und Abschalten zu vermeiden, kann eine entsprechende Hysterese bei den Schaltschwellen bzw. den Bedingungen zum Zu- und Abschalten des Klimakompressors vorgesehen werden.
Erfindungsgemäß wird der automatisch abgeschaltete Klimakompressor bei aktivierter Kühlfunktion auch dann wieder automatisch aktiviert, wenn die Verdampfertemperatur mit einem Gradienten ansteigt, der einen vorgegebenen maximalen Verdampfertemperaturgradienten erreicht oder überschreitet, oder, in einer vorteilhaften Ausgestaltung, wenn ein Entfeuchten der Luft notwendig ist. Durch die Aktivierung des Klimakompressors wird mögliche Geruchs- und/oder Beschlagsbildung im Fahrzeug vermieden. Ebenso sollte der Klimakompressor wieder aktiviert werden, wenn die Verdampfertemperatur einen vorgegebenen Verdampfertemperaturgrenzwert erreicht oder überschreitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Fig. ein stark vereinfachtes Ablaufdiagramm hinsichtlich einer Ausgestaltungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein derartiges Ablaufdiagramm kann bspw. in einem Steuergerät in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Klimasteuergerät, implementiert sein.
Das Ablaufdiagramm startet im Schritt 0, sobald die Heiz- und/oder Klimaanlage aktiv ist. Daraufhin wird in einem ersten Schritt 100 abgefragt, ob die vorhandene Kühlfunktion aktiviert ist. Vorteilhafterweise wird die Kühlfunktion der Heiz- und Klimaanlage manuell durch Betätigung eines dafür vorgesehenen Bedienelements aktiviert. Eine indirekte, quasi automatische Aktivierung der Kühlfunktion kann auch dann erfolgen, wenn der Benutzer ein Bedienelement zur Aktivierung eines Automatikprogramms betätigt. Durch diese Betätigung wird gleichzeitig die Kühlfunktion aktiviert, die jedoch auch manuell wieder deaktiviert werden kann.
Ist die Kühlfunktion nicht aktiv, wird zum Schritt 150 übergangen und eine herkömmliche Klimaregelung in Abhängigkeit der vom Benutzer eingestellten Parameter und der sonstigen Umgebungsparameter vorgenommen.
Wird im Schritt 100 erkannt, dass die Kühlfunktion aktiv ist (bspw. aufgrund der Betätigung eines dafür vorgesehenen Bedienelements), wird im nächsten Schritt 200 überprüft, ob zum Erreichen der vorgegebenen Soll-Ausblastemperatur der Betrieb des Klimakompressors KK, also ein Abkühlen der einströmenden Luft mittels Klimakompressor KK, notwendig ist. Dazu wird überprüft, ob die vorgegebene Soll-Ausblastemperatur kleiner ist als die ohne Betrieb des Klimakompressors zu erreichende Ausblastemperatur. Ist dies der Fall wird im Schritt 350 der Klimakompressor KK aktiviert (bzw. bleibt aktiv) um die vorgegebene Soll-Ausblastemperatur zu erreichen. Ist dies nicht der Fall, wird im Schritt 300 der Klimakompressor KK nicht aktiviert bzw. deaktiviert indem eine Kompressorkupplung geöffnet oder ein Kompressorregelventil nicht bestromt wird. Nach Abschalten des Klimakompressors werden in den folgenden Schritten Bedingungen überprüft, die bei Vorliegen zu einer Aktivierung des Klimakompressors führen würden.
Eine Aktivierung des Klimakompressors muss dann wieder erfolgen, wenn die vorgegebene Soll-Ausblastemperatur nicht mehr erreicht werden kann. Dies wird im Schritt 400 überprüft. Ist der Klimakompressor zum Erreichen der vorgegebenen Soll-Ausblastemperatur wieder notwendig, wird zum Schritt 450 übergegangen und der Klimakompressor wieder aktiviert. Ansonsten wird im Schritt 500 überprüft, ob die Verdampfertemperatur T_V einen vorgegebenen maximalen Verdampfertemperaturwert T_Vmax erreicht hat. Ist dies der Fall wird ebenfalls zum Schritt 450 weitergeleitet und der Klimakompressor wieder aktiviert.
Im Schritt 600 wird, falls die vorangegangenen Bedingungen zum Zuschalten des Kompressors nicht erfüllt sind, noch überprüft, ob die Verdampfertemperatur T_V mit einem Gradienten grad_T_V ansteigt, der einen vorgegebenen maximalen Verdampfertemperaturgradienten grad_T_Vmax übersteigt. Ist dies der Fall, wird ebenfalls zum Schritt 450 weitergeleitet und der Klimakompressor wieder aktiviert. Ansonsten wird im Ablaufdiagramm wieder zu Schritt 400 zurückgegangen, so dass alle Aktivierungsbedingungen kontinuierlich überprüft werden können. Nach dem Schritt 450 (Aktivierung des Klimakompressors) wird zum Schritt 200 übergegangen.
Um ein ständiges An- und Abschalten des Klimakompressors zu vermeiden, können die Temperaturschwellen zum Aktivieren bzw. Deaktivieren des Klimakompressors unterschiedlich gewählt werden, d. h. es wird bspw. ein Temperaturoffset in die Abfrage im Schritt 200 eingearbeitet, wenn der Klimakompressor gerade aktiv ist.

Claims

Verfahren zur Regelung einer Heiz- und Klimaanlage mit einer aktivierbaren Kühlfunktion für ein Fahrzeug, wobei bei Aktivierung der Kühlfunktion die in den Fahrzeuginnenraum einströmende Luft mittels eines Klimakompressors gekühlt und getrocknet, und anschließend auf die vorgegebene Soll-Ausblastemperatur erwärmt wird, wobei bei aktivierter Kühlfunktion der aktive Klimakompressor (KK) automatisch abgeschaltet wird, wenn zum Erreichen der vorgegebenen Soll-Ausblastemperatur (Tsoll) ein Abkühlen der einströmenden Luft mittels Klimakompressor (KK) nicht notwendig ist, dadurch gekennzeichnet, dass der bei aktivierter Kühlfunktion automatisch abgeschaltete Klimakompressor (KK) wieder aktiviert wird, wenn die Verdampfertemperatur mit einem Gradienten (grad_T_V) ansteigt, der einen vorgegebenen maximalen Verdampfertemperaturgradienten (grad_T_Vmax) erreicht oder überschritten hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abkühlen der Luft mittels Klimakompressor (KK) dann nicht notwendig ist, wenn die vorgegebene Soll-Ausblastemperatur (Tsoll) nicht kleiner ist als die ohne Betrieb des Klimakompressors zu erreichende Ausblastemperatur.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktivierter Kühlfunktion der aktive Klimakompressor (KK) automatisch abgeschaltet wird, wenn kein Entfeuchten der Luft notwendig ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschalten des Klimakompressors (KK) eine innerhalb des Kühlkreislaufs vorhandene Kompressorkupplung, welche den Kompressor (KK) an den Kühlkreislauf anbindet, geöffnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschalten des Klimakompressors (KK) ein im Kühlkreislauf vorhandenes Klimakompressorregelventil zur Regelung des Klimakompressors (KK) nicht bestromt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfunktion manuell durch Betätigung eines dafür vorgesehenen Bedienelements oder automatisch durch Aktivierung eines vorgegebenen Automatikprogramms aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bei aktivierter Kühlfunktion automatisch abgeschaltete Klimakompressor (KK) wieder aktiviert wird, wenn die vorgegebene Soll-Ausblastemperatur (Tsoll) nicht mehr erreicht wird und/oder wenn die Verdampfertemperatur (T_V) einen vorgegebenen maximalen Verdampfertemperaturgrenzwert (T_Vmax) erreicht oder überschritten hat und/oder wenn ein Entfeuchten der Luft notwendig ist.
Heiz- und Klimaanlage mit einem Steuergerät zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche.