DE102010062436A1

DE102010062436A1 - Verfahren zum kraftstoffeffizienten Betrieb einer Klimaanlage

Info

Publication number: DE102010062436A1
Application number: DE102010062436A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Baruschke Wilhelm; Dipl.-Ing.(FH) Lochmahr Karl
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-06-06

Abstract

Verfahren zum kraftstoffeffizienten Betrieb einer in AC-Off oder in AC-On schaltbaren Klimaanlage, wobei ein automatisches Schalten in AC-Off bei Erfassen von Betriebsdaten und/oder Umluftdaten, die einen Betrieb in AC-On zur Erzielung eines gewünschten Klimawertes an sich erübrigen würden, vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kraftstoffeffizienten Betrieb einer in AC-Off oder in AC-On schaltbaren Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Durch geplante EU-Bestimmungen müssen CO₂-Emissionen bzw. der Verbrauch eines Kraftfahrzeuges deutlich reduziert werden. Davon betroffen ist auch die Kraftfahrzeug-Klimaanlage, die bekanntermaßen einen nennenswerten Mehrverbrauch verursacht.
Aus dem Stand der Technik bekannte Klimatisierungssysteme sind im allgemeinen dahingehend ausgelegt, dass bei Bedarf unter extremen Bedingungen, ein hohe Kälteleistung bereitgestellt werden kann, um eine schnellstmögliche Abkühlung des Fahrzeugkabine und komfortable stationäre Bedingungen sicherzustellen.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2008 033 439 A1 eine Fahrzeugklimaanlage umfassend eine Klimatisierungseinheit zum Zuführen klimatisierter Luft in einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs, eine Informationserfassungseinheit zum Erfassen von Zustandsinformationen, die einen das Fahrzeug betreffenden Zustand anzeigen eine Klimatisierungszustandsschätzeinheit zum Schätzen eines Klimatisierungszustands im Inneren des Fahrgastraums, der nach einer vorgegebenen Zeit erreicht würde, wenn eine Einstellbedienung zur Verbesserung der Brennstoffwirtschaftlichkeit durchgeführt würde, basierend auf den Zustandsinformationen, eine empfohlene Bedienungsbestimmungseinheit zum Empfehlen der Einstellbedienung, wenn bestimmt wird, dass der geschätzte Klimatisierungszustand eine Annehmlichkeitsbedingung erfüllt, welche den Fahrgastraum für einen Insassen angenehm machen würde sowie eine Klimatisierungssteuerungseinheit zum Steuern der Klimatisierungseinheit entsprechend der empfohlenen Einstellbedienung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum kraftstoffeffizienten Betrieb einer Klimaanlage bereit zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das Verfahren ein automatisches Schalten in AC-Off bei Erfassen von Betriebs- und/oder Umgebungsdaten, die einen Betrieb in AC-On zur Erzielung eines gewünschten Klimawertes an sich erübrigen würden, vorsieht. Der wesentliche Aspekt der Erfindung ist die kraftstoffeffiziente Betriebsweise der AC-Anlage. Sofern gewünschte Fahrzeug-Luftaustrittstemperaturen und Kabinentemperaturen auch bei abgeschalteter AC-Anlage erreichbar sind, wird dieser besonders kraftstoffeffiziente Betriebsmodus automatisch eingestellt. Bekanntermaßen verursacht AC-OFF ein erhöhtes Scheibenbeschlagsrisiko, da keine Entfeuchtung durch den Verdampfer mehr erfolgt und das im Verdampfer gespeicherte Wasser über den Klimagebläseluftstrom in die Fahrzeugkabine gelangt.
Aus diesem Grunde ist vorgesehen, dass die automatische AC-Abschaltung nur bei nicht eingeschaltetem Scheibenwischer, nicht eingeschalteter Heckscheibenheizung und, falls vorhanden, nicht eingeschalteter Frontscheibenheizung erfolgen soll. Alle drei Funktionen bzw. Betriebsmodi korrelieren erfahrungsgemäß in hohem Maße mit der Scheibenbeschlagstendenz.
Beispielsweise kann ein automatisches Schalten in AC-Off bei einer Umgebungstemperatur unterhalb etwa 18°C und nur mäßiger Sonneneinstrahlung erfolgen.
Zur Sicherstellung einer hinreichenden Entfeuchtung der Fahrzeugkabine ist die Klimaanlage normalerweise auch bei Schwachlastbedingungen, z. B. Umgebungstemperaturen < 18°C und geringer Sonneneinstrahlung, immer in Betrieb, obwohl in der Belüftungsebene Luftaustrittstemperaturen > 18°C für eine komfortable Klimatisierung ausreichend sind, die im Reheat-Verfahren eingestellt werden und auch bei abgeschalteter Klimaanlage erreicht werden können. Reheat bedeutet, dass die der Fahrzeugkabine zugeführte Luft zunächst auf eine (sehr) niedrige Verdampfertemperatur abgekühlt wird. Damit wird Feuchtigkeit entzogen, die am Verdampfer auskondensiert. Anschließend wird die Luft über die Heizungseinrichtung wieder auf die Zieltemperatur aufgeheizt. Der Reheat-Modus ist jedoch äußerst ineffizient, insbesondere der Abkühlvorgang mittels AC-Anlage verursacht erhöhten Kraftstoffverbrauch in herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor bzw. erfordert erhöhten elektrischen Energiebedarf in E-Fahrzeugen. In E-Fahrzeugen, wo auf keine oder nur auf wenig Abwärme zurückgegriffen werden kann, erfordert auch das Wiederaufheizen erhöhten elektrischen Energieeinsatz.
Ein weiterer Grund zum AC-Betrieb im Schwachlastfall ist die Sicherstellung einer vorteilhaften Temperaturschichtung, insbesondere bei reinen Umluft-Klimageräten, z. B. zusätzlichen Fondraum- oder Heckanlagen. Beispielsweise wird im Umluft-Fall erst bei Umgebungstemperaturen < –10°C die AC-Anlage automatisch abgeschaltet. Die Obergrenze einer gleitenden Verdampfertemperatur-Regelung liegt in der Regel bei 7°C bis ca. 12°C zur Gewährleistung einer ausreichenden Entfeuchtung. In feuchte-unkritischen Situationen lässt sich die Obergrenze der gleitenden Verdampfertemperatur-Regelung weiter nach oben schieben, etwa bis ca. 16°C. Der energetisch ungünstige Reheat-Anteil wird durch diese Maßnahme weiter minimiert.
Das hier beschriebene Verfahren kommt somit insbesondere in Fahrsituationen mit hoher Scheibenbeschlagstendenz zum Tragen, ist dies nicht der Fall, kann die AC automatisch abgeschaltet und bei Bedarf wieder automatisch eingeschaltet werden. Die ineffiziente Teillast-Betriebsart des Kältekreislaufs wird dadurch zumindest zeitweise unterbunden.
Beispielsweise kann ferner eine in Abhängigkeit von einem Timer „AC-Off-erlaubt” verzögerte Schaltung in AC-Off vorgesehen sein. Die Auto-Abschaltung kann somit, beispielsweise unter Berücksichtigung von bestimmten Parametern wie z. B. Feuchtigkeitstendenzen, erst verzögert über den Timer erfolgen. Beispielsweise kann zur Vermeidung von Verdampfergerüchen auch ein langsames Abschalten sinnvoll sein, was bedeutet, dass das Ansteuersignal des Kompressor-Regelventils langsam vom aktuellen Wert der PWM-duty auf 0% heruntergefahren werden kann. Viele elektronische Steuerungseinrichtungen verwenden ein quasikontinuierliches Eingangs- oder Ausgangssignal, z. B. ein rechteckförmiges periodisches Spannungssignal. Der Grad des High-Anteils (im Falle active high) zur Periodendauer in % entspricht der PWM-duty (dto. für active low). Die Abkürzung PWM steht hierbei für Pulse Width Modulation.
Vorzugsweise kann der Startwert des Timers im einfachsten Fall konstant ausgeführt sein. Denkbar ist jedoch auch, dass der Startwert des Timers variabel ausgeführt sein kann, beispielsweise mit empirisch ermittelten bzw. zu ermittelnden Abhängigkeiten.
Das Verfahren sieht ferner eine jeweilige Abspeicherung des Inhalts des Timers „AC-Off-erlaubt” bei Stillstandsphasen und dessen Fortsetzung seines Programmablaufes bei Wiederinbetriebnahme vor. Somit können herrschende Betriebsarten bzw. Betriebsbedingungen in Fahrzeug-Stillstandsphasen eingefroren und nach Wiederinbetriebnahme fortgesetzt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Es zeigt:
1 das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines schematisch dargestellten Flussdiagramms.
Das in 1 gezeigte Flussdiagramm macht deutlich, unter welchen Bedingungen in Kraftfahrzeugen ohne Scheibenbeschlagsensor ein automatisches Abschalten der Klimaanlage (AC = OFF) erfolgen darf, ohne den Komfort oder die Fahrsicherheit für den Bediener einzuschränken:

– Scheibenwischer (SW) muss abgeschaltet sein
– Heckscheibenheizung (HH) muss aus sein
– Frontscheibenheizung (FH), sofern vorhanden, muss aus sein außerdem:
– moderate Umgebungstemperatur (z. B. < 18°C)
– nur geringe Sonneneinstrahlung

Über eine Zeitfunktion (Timer für AC-OFF-Freigabe) kann sich die AC-Anlage aus ökonomischen Gründen automatisch abschalten. Unter den beschriebenen Voraussetzungen bleibt der Klimatisierungskomfort erhalten, es droht außerdem kein Scheibenbeschlag, so dass auch die Fahrsicherheit gewährleistet ist. Ein manuelles Abschalten des AC-Modus ohne Rücksicht auf Komfort und Fahrsicherheit bleibt weiterhin erlaubt (beispielsweise über Abfrage AC-Taste).
Verfahrensgemäß ist vorgesehen, dass wenn alle ”Indikatoren” SW, HH, FH ausgeschaltet, die Umgebungstemperatur bspw. < 18°C beträgt und nur geringe Sonneneinstrahlung vorhanden ist, ein automatisches Abschalten des AC-Modus erlaubt wird. Im Hinblick auf eine mögliche Feuchtigkeitsproblematik erfolgt die AUTO-Abschaltung erst verzögert, gesteuert über den Timer ”AC-OFF-erlaubt”. Der Startwert des Timers ist im einfachsten Fall konstant, kann aber auch variabel ausgeführt sein, mit empirisch zu ermittelnden Abhängigkeiten.
Zur Vermeidung von Verdampfergerüchen ist ein langsames Abschalten sinnvoll, d. h. das Ansteuersignal des Kompressor-Regelventils wird langsam vom aktuellen Wert der PWM-duty auf 0% heruntergefahren (diese Funktion ist nicht im hier dargestellten Flussdiagramm berücksichtigt). Um die letzte Betriebsart bzw. Betriebsbedingung zu berücksichtigen, ist es von Vorteil, den Inhalt des Timers ”AC-OFF-erlaubt” in Fahrzeug-Stillstandsphasen einzufrieren und nach Wiederinbetriebnahme den Programm-Ablauf fortzusetzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008033439 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum kraftstoffeffizienten Betrieb einer in AC-Off oder in AC-On schaltbaren Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch, ein automatisches Schalten in AC-Off bei Erfassen von Betriebs- und/oder Umgebungsdaten, die einen Betrieb in AC-On zur Erzielung eines gewünschten Klimawertes an sich erübrigen würden.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein automatisches Schalten in AC-Off bei nicht eingeschaltetem Scheibenwischer, nicht eingeschalteter Heckscheibenheizung und nicht eingeschalteter Frontscheibenheizung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein automatisches Schalten in AC-Off bei einer Umgebungstemperatur unterhalb etwa 18°C und nur mäßiger Sonneneinstrahlung.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine in Abhängigkeit von einem Timer „AC-Off-erlaubt” verzögerte Schaltung in AC-Off.
Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen konstanten Startwert des Timers „AC-Off-erlaubt”.
Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen variablen Startwert des Timers „AC-Off-erlaubt”.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine jeweilige Abspeicherung des Inhalts des Timers „AC-Off-erlaubt” bei Stillstandsphasen und dessen Fortsetzung seines Programmablaufes bei Wiederinbetriebnahme.