DE102014016170B4 - Method for operating a vehicle air conditioning system - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf (1), welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer (2), einen Kältemittelverdichter (3), einen Kondensator oder einen Gaskühler (4) und ein dem Verdampfer (2) zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbares Expansionsventil (5) mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche aufweist, wobei
- im Kälteanlagebetrieb die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils (5) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Fahrzeugklimaanlage auf einen bestimmten Betriebsquerschnittswert eingestellt wird,
- mit dem Ausschalten der Fahrzeugklimaanlage der aktuelle Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils (5) auf einen größeren ersten Einschaltquerschnittswert eingestellt wird, und
- mit dem Einschalten der Fahrzeugklimaanlage die auf den ersten Einschaltquerschnittswert eingestellte Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils (5) auf einen Betriebsquerschnittswert gesteuert wird.

Figure DE102014016170B4_0000
A method for operating a vehicle air conditioning system with a refrigerant circuit (1) which has at least one evaporator (2), a refrigerant compressor (3), a condenser or a gas cooler (4) and an evaporator (2) assigned and electrically controllable by means of a control device as components Has expansion valve (5) with a variable valve cross-sectional area, wherein
- In the refrigeration system operation, the valve cross-sectional area of the expansion valve (5) is set to a certain operating cross-sectional value depending on the operating parameters of the vehicle air conditioning system,
- When the vehicle air conditioning system is switched off, the current operating cross-section value is set to a larger first switch-on cross-section value as the switch-off cross-section value of the valve cross-sectional area of the expansion valve (5), and
- When the vehicle air conditioning system is switched on, the valve cross-sectional area of the expansion valve (5) set to the first switch-on cross-sectional value is controlled to an operating cross-sectional value.
Figure DE102014016170B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf.The invention relates to a method for operating a vehicle air conditioning system with a refrigerant circuit.

Fahrzeugklimaanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt und dienen dazu den Innenraum oder die Fahrgastzelle eines Fahrzeugs mit einem Innenraumklimatisierungsluftstrom mit einer vorgegebenen Temperatur zu versorgen. Das Klimagerät einer solchen Fahrzeugklimaanlage stellt das eigentliche Lüftungssystem der Fahrgastzelle dar und umfasst einen Ansaugkanal, über welchen Luft, bspw. im Frischluftbetrieb von außerhalb des Fahrzeugs über einen Verdampfer und/oder einen Heizungswärmetauscher in die Fahrgastzelle geführt wird.Vehicle air conditioning systems are known from the prior art and are used to supply the interior or the passenger compartment of a vehicle with an interior air conditioning air flow at a predetermined temperature. The air conditioning unit of such a vehicle air conditioning system represents the actual ventilation system of the passenger compartment and includes an intake duct through which air, for example in fresh air mode, is fed into the passenger compartment from outside the vehicle via an evaporator and / or a heating system heat exchanger.

Die Regelung einer solchen Fahrzeugklimaanlage übernimmt ein Klimasteuergerät, welches in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsparametern, wie bspw. dem über ein Bedienelement von einem Fahrzeuginsassen eingestellte Sollwert der Temperatur und dem Istwert der Temperatur der Fahrgastzelle, die Komponenten der Fahrzeugklimaanlage steuert.Such a vehicle air-conditioning system is regulated by an air-conditioning control unit, which controls the components of the vehicle air-conditioning system as a function of predetermined operating parameters, such as the setpoint of the temperature set by a vehicle occupant via a control element and the actual value of the temperature of the passenger compartment.

Eine Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf, welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer, einen Kältemittelverdichter, einen Kältemittelkondensator und ein dem Verdampfer zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbares Expansionsventil mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche aufweist, ist aus der US 5,303,562 A bekannt. Bei diesem bekannten Kältemittelkreislauf wird aufgrund dynamischer Zustandswechsel, wie Temperaturänderungen, Lastwechsel aufgrund von Sonneneinstrahlungen und Wind usw. der Durchfluss von Kältemittel durch das Expansionsventil gesteuert. Es wird darauf hingewiesen, dass durch viele Einschalt- und Ausschaltzyklen der Klimaanlage ineffiziente Systemstarts mit hohen Energieverlusten entstehen. Dies sei darin begründet, dass bei Betriebsstart oder mit dem Einschalten dem System der Klimaanlage zusätzlich Energie zugeführt werden muss, um es nach jedem Betriebsende oder jedem Abschalten in den normalen Betriebsmodus, bspw. den Kälteanlagenbetrieb zu bringen, mit der Folge, dass während des Systemstarts der Kältemittelkreislauf nicht mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Daher schlägt diese US 5,303,562 A vor, das elektrisch steuerbare Expansionsventil mit dem Abschalten der Klimaanlage zu schließen und mit dem Einschalten dessen Ventil-Querschnittsfläche ausgehend von dem geschlossenen Zustand mit einem Querschnittswert Null auf einen Querschnittswert zu steuern, der gegenüber dem im Kälteanlagebetrieb eingestellten Querschnittswert größer ist. Damit soll ein schnellerer Transport von Kältemittel zum Verdampfer unter Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt werden. Anschließend wird die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils ausgehend von diesem vergrößerten Querschnittswert in den Kälteanlagebetrieb mit reduziertem Querschnittswert gesteuert.An air conditioning system with a refrigerant circuit, which has as components at least one evaporator, a refrigerant compressor, a refrigerant condenser and an expansion valve assigned to the evaporator and electrically controllable by means of a control device, with a variable valve cross-sectional area, is known from the U.S. 5,303,562 A known. In this known refrigerant circuit, the flow of refrigerant through the expansion valve is controlled on the basis of dynamic changes in state, such as temperature changes, load changes due to solar radiation and wind, etc. It should be noted that the many switch-on and switch-off cycles of the air conditioning system result in inefficient system starts with high energy losses. This is due to the fact that additional energy must be supplied to the air conditioning system at the start of operation or when it is switched on in order to bring it into normal operating mode, e.g. refrigeration system operation, after each end of operation or each time it is switched off, with the result that during the system start the refrigerant circuit cannot be operated with optimum efficiency. Hence this suggests U.S. 5,303,562 A propose to close the electrically controllable expansion valve when the air conditioning system is switched off and, when the air conditioning system is switched on, to control its valve cross-sectional area starting from the closed state with a cross-sectional value of zero to a cross-sectional value that is greater than the cross-sectional value set in the refrigeration system operation. This is intended to achieve faster transport of refrigerant to the evaporator while improving the efficiency. The valve cross-sectional area of the expansion valve is then controlled on the basis of this enlarged cross-sectional value in the refrigeration system operation with a reduced cross-sectional value.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch, dass mit dem Einschalten der Klimaanlage, d.h. mit anlaufendem Kältemittelverdichter, und insbesondere beim Einsatz des Kältemittels R744 sehr steile Druckgradienten mit hohen Druckwerten auftreten, die nur durch einen sehr dynamischen Systemregeleingriff in den zulässigen Betriebsgrenzen gehalten werden können. Im Extremfall muss mit dem Abschalten des Kältemittelkreislaufes und damit des Verdichters gerechnet werden. Bei einer Fahrzeugklimaanlage treten solche unerwünschten Betriebsbedingungen unter Hochlastbedingungen und Systemstarts bei hohen Systemruhedrücken mit noch nicht optimaler Umströmung des Kältemittelkondensators, der auch Kältemittelgaskühler bei Verwendung von R744 als Kältemittel genannt wird, aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit verstärkt auf.The disadvantage of this prior art, however, is that when the air conditioning system is switched on, i.e. with the refrigerant compressor running, and especially when using the refrigerant R744, very steep pressure gradients with high pressure values occur which can only be kept within the permissible operating limits by a very dynamic system control intervention . In extreme cases, shutdown of the refrigerant circuit and thus of the compressor must be expected. In a vehicle air conditioning system, such undesirable operating conditions under high load conditions and system starts at high system idle pressures with not yet optimal flow around the refrigerant condenser, which is also called refrigerant gas cooler when R744 is used as the refrigerant, occur more frequently due to the vehicle speed.

Die DE 37 39 980 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage, bei welchem der Öffnungsgrad eines Expansionsventils über eine PID-Regelung derart geregelt wird, dass die Kältemittelüberhitzung am Ausgang eines Verdampfers einen Sollwert erreicht. Die abgelaufene Zeit nach Betriebsbeginn der Fahrzeugklimaanlage wird überwacht. Wenn die abgelaufene Zeit eine Bezugszeit erreicht, wird der Verstärkungsfaktor der PID-Regelung von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert geändert. Die abgelaufene Zeit ist dabei eine Funktion der Wärmelast.the DE 37 39 980 A1 describes a method for operating a vehicle air conditioning system, in which the degree of opening of an expansion valve is regulated via a PID control in such a way that the refrigerant overheating at the outlet of an evaporator reaches a setpoint value. The time elapsed after the vehicle air conditioning system started operating is monitored. When the elapsed time reaches a reference time, the gain of the PID control is changed from a first value to a second value. The elapsed time is a function of the heat load.

Bei dem Verfahren gemäß der US 5 224 354 A zur Steuerung einer Klimaanlage wird mittels einer Steuereinheit ein Überhitzungsgrad eines auf Niederdruck entspannten Gases bestimmt, bevor ein Verdichter in Betrieb gesetzt wird. Die Berechnung erfolgt auf der Basis der Differenz zwischen der mittels eines Temperatursensors gemessenen Temperatur am Ausgang des Verdichters und der mittels eines Temperatursensors gemessenen Temperatur am Ausgang eines Kondensators. Mit dem Start des Verdichters wird laufend der Überhitzungsgrad bestimmt und der Öffnungsgrad eines Expansionsventils in Richtung auf einen vorbestimmten Betriebswert gesteuert.In the method according to U.S. 5,224,354 A To control an air conditioning system, a control unit is used to determine the degree of superheating of a gas expanded to low pressure before a compressor is put into operation. The calculation is based on the difference between the temperature measured by means of a temperature sensor at the outlet of the compressor and the temperature measured by means of a temperature sensor at the outlet of a capacitor. When the compressor is started, the degree of superheating is continuously determined and the degree of opening of an expansion valve is controlled towards a predetermined operating value.

Aus der DE 35 87 300 T2 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs bekannt, bei welchem zur Messung eines Überhitzungsgrades ein Expansionsventil mit veränderbarem Tastverhältnis so gesteuert wird, dass periodisch unterschiedliche Ventil-Querschnitte eingestellt werden, um eine mittlere Durchflussrate zu realisieren. Das Tastverhältnis ändert sich entsprechend des gemessenen Überhitzungsgrades, wodurch die Überhitzung überwacht werden kann.From the DE 35 87 300 T2 A method for operating a refrigerant circuit is known in which an expansion valve with a variable duty cycle is controlled to measure a degree of overheating so that different valve cross-sections are set periodically in order to achieve an average flow rate. The duty cycle changes according to the measured Degree of superheating, whereby the overheating can be monitored.

Auch mit dem Verfahren gemäß der DE 10 2005 019 146 A1 soll eine zuverlässige Regelung der Überhitzung sichergestellt werden, wenn ein Verdichter eines Kältemittelkreislaufes nicht kontinuierlich betrieben wird. Hierzu wird die Regelung der Überhitzung des Kältemittels mit dem Umschalten des Verdichters zwischen dem Verdichtungszustand, in dem das Kältemittel verdichtet wird, und dem Leerlaufzustand, in dem das Kältemittel nicht verdichtet wird, synchronisiert wird.Even with the method according to DE 10 2005 019 146 A1 a reliable control of the overheating should be ensured if a compressor of a refrigerant circuit is not operated continuously. To this end, the regulation of the overheating of the refrigerant is synchronized with the switchover of the compressor between the compression state in which the refrigerant is compressed and the idle state in which the refrigerant is not compressed.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit verbesserten Eigenschaften anzugeben, mit welchem insbesondere hohe Druckgradienten und Druckspitzen mit dem Einschalten der Fahrzeugklimaanlage vermieden werden.The object of the invention is to provide a method for operating a vehicle air conditioning system with improved properties, with which, in particular, high pressure gradients and pressure peaks are avoided when the vehicle air conditioning system is switched on.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.This object is achieved by a method for operating a vehicle air conditioning system with the features of claim 1 and with the features of claim 5.

Gemäß Patentanspruch 1 wird zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf, welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer, einen Kältemittelverdichter, einen Kondensator oder Gaskühler und ein dem Verdampfer zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbares Expansionsventil mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche aufweist,

  • - im Kälteanlagebetrieb die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Fahrzeugklimaanlage auf einen bestimmten Betriebsquerschnittswert eingestellt,
  • - mit dem Ausschalten der Fahrzeugklimaanlage der aktuelle Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils auf einen größeren ersten Einschaltquerschnittswert eingestellt, und
  • - mit dem Einschalten der Fahrzeugklimaanlage die auf den ersten Einschaltquerschnittswert eingestellte Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils auf einen Betriebsquerschnittswert gesteuert.
According to claim 1, to operate a vehicle air conditioning system with a refrigerant circuit, which has as components at least one evaporator, a refrigerant compressor, a condenser or gas cooler and an expansion valve assigned to the evaporator and electrically controllable by means of a control device with a variable valve cross-sectional area,
  • - In the refrigeration system operation, the valve cross-sectional area of the expansion valve is set to a certain operating cross-sectional value depending on the operating parameters of the vehicle air conditioning system,
  • - When the vehicle air conditioning system is switched off, the current operating cross-section value is set as the switch-off cross-section value of the valve cross-sectional area of the expansion valve to a larger first switch-on cross-section value, and
  • - When the vehicle air conditioning system is switched on, the valve cross-sectional area of the expansion valve, which is set to the first switch-on cross-sectional value, is controlled to an operating cross-sectional value.

Damit wird durch gezieltes Ansteuern des Expansionsventils mittels des Steuergerätes auf eine Ventil-Querschnittsfläche mit einem ersten Einschaltquerschnittswert ein verzögerter Druckanstieg realisiert. Dabei ist dieser erste Einschaltquerschnittswert größer als der während des Kälteanlagenbetriebes in Abhängigkeit von Betriebsparametern von dem Steuergerät eingestellte Betriebsquerschnittswert. Dabei wird als Ausschaltquerschnittswert der bei einer Abschaltung der Fahrzeugklimaanlage zuletzt eingestellte Betriebsquerschnittswert bezeichnet.In this way, a delayed increase in pressure is implemented through targeted activation of the expansion valve by means of the control device on a valve cross-sectional area with a first switch-on cross-sectional value. This first switch-on cross-section value is greater than the operating cross-section value set by the control device during operation of the refrigeration system as a function of operating parameters. The cut-off cross-section value is the last set operating cross-section value when the vehicle air conditioning system was switched off.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird mit dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage der Ausschaltquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils für eine vorgegebene Kurzzeitdauer beibehalten oder auf einen größeren zweiten Einschaltquerschnittswert gesteuert, wobei der zweite Einschaltquerschnittswert kleiner ist als der erste Einschaltquerschnittswert, und erst nach Ablauf der Kurzzeitdauer die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils auf den größeren ersten Einschaltquerschnittswert gesteuert. Damit wird das Systemanlaufverhalten der Fahrzeugklimaanlage weiter optimiert, da das zeitabhängige Verhalten der Fahrzeugklimaanlage hinsichtlich der Ruheparameter berücksichtigt wird. Eine solche Kurzzeitdauer kann bspw. im Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeugs, bei einer versehentlichen Betätigung der AC-Taste durch einen Fahrzeuginsassen oder durch ein Motorsteuergerät des Fahrzeugs bewirkt werden. Damit wird während dieser Kurzzeitdauer der letzte Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert entweder beibehalten oder nur geringfügig auf den zweiten Einschaltquerschnittswert angehoben und erst nach Ablauf dieser Kurzzeitdauer auf den größeren ersten Einschaltquerschnittswert vergrößert. Wird der letzte Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert beibehalten und die Fahrzeugklimaanlage während dieser Kurzzeitdauer wieder eingeschaltet, würde dieser Ausschaltquerschnittswert als Einschaltquerschnittswert verwendet, d.h. die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils wird nicht mit dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage verändert.According to an advantageous development of the invention, when the vehicle air conditioning system is switched off, the switch-off cross-section value of the valve cross-sectional area of the expansion valve is maintained for a predetermined short-term period or controlled to a larger second switch-on cross-section value, the second switch-on cross-section value being smaller than the first switch-on cross-section value and only after the short-term period has expired the valve cross-sectional area of the expansion valve is controlled to the larger first switch-on cross-section value. The system start-up behavior of the vehicle air conditioning system is thus further optimized, since the time-dependent behavior of the vehicle air conditioning system is taken into account with regard to the idle parameters. Such a short-term duration can be brought about, for example, in the start-stop mode of the vehicle, when the AC button is accidentally actuated by a vehicle occupant or by an engine control unit of the vehicle. Thus, during this short period, the last operating cross-section value is either retained as the switch-off cross-section value or only slightly raised to the second switch-on cross-section value and only increased to the larger first switch-on cross-section value after this short period has elapsed. If the last operating cross-section value is retained as the switch-off cross-section value and the vehicle air conditioning system is switched on again during this short period, this switch-off cross-section value would be used as the switch-on cross-section value, i.e. the valve cross-sectional area of the expansion valve is not changed when the vehicle air conditioning system is switched off.

Besonders vorteilhaft ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, wenn als Expansionsventil ein NO-Ventil (Normally-Open-Ventil) eingesetzt wird, welches im unbestromten Zustand eine maximale Ventil-Querschnittsfläche mit dem ersten Einschaltquerschnittswert aufweist, und zum Einschalten der Fahrzeugklimaanlage das NO-Ventil aus dem unbestromten Zustand auf einen Betriebsquerschnittswert im Kälteanlagebetrieb gesteuert wird.According to a further embodiment of the invention, it is particularly advantageous if an NO valve (normally open valve) is used as the expansion valve, which in the de-energized state has a maximum valve cross-sectional area with the first switch-on cross-sectional value, and the NO to switch on the vehicle air conditioning system Valve is controlled from the de-energized state to an operating cross-section value in the refrigeration system operation.

Bei Einsatz eines solchen NO-Ventils steht bei jedem Systemstart der maximal verfügbare Öffnungsquerschnitts als erster Einschaltquerschnittswert zur Verfügung, so dass auch der Strömungswiderstand auf ein Minimum reduziert wird. Erst mit dem Systemstart wird im Kälteanlagenbetrieb die Ventil-Querschnittsfläche von dem ersten Einschaltquerschnittswert auf einen von den Betriebsparametern der Fahrzeugklimaanlage abhängigen Betriebsquerschnittswert als Sollgröße reduziert und auf diesen Wert geregelt. Durch dieses Vergrößern der Ventil-Querschnittsfläche werden bei jedem Systemstart die ansonsten durch den anlaufenden Kältemittelverdichter bewirkten steilen Druckgradienten und Druckspitzen im Kältemittelkreislauf vermieden, d.h. es wird ein verzögerter Druckanstieg realisiert. Selbst bei Hochlastbedingungen und einem Systemstart mit hohen Systemruhedrücken in Kombination mit noch nicht optimalen Umströmungsbedingungen des Kondensators oder Gaskühlers können solche steile Druckgradienten und Druckspitzen verhindert werden.When using such an NO valve, the maximum available opening cross-section is available as the first switch-on cross-section value each time the system is started, so that the flow resistance is also reduced to a minimum. Only when the system is started is the valve cross-sectional area reduced from the first switch-on cross-sectional value to an operating cross-sectional value dependent on the operating parameters of the vehicle air conditioning system as a setpoint and regulated to this value. Through this enlargement of the valve cross-sectional area, the steep pressure gradients and pressure peaks in the refrigerant circuit otherwise caused by the refrigerant compressor starting up are avoided, ie a delayed pressure increase is achieved. Such steep pressure gradients and pressure peaks can be prevented even under high load conditions and a system start with high system idle pressures in combination with not yet optimal flow conditions around the condenser or gas cooler.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass mit dem Einschalten der Fahrzeugklimaanlage das Expansionsventil, insbesondere auch das NO-Ventil entsprechend einer Temperatur- und/oder Druck-Kennlinie gesteuert wird.It is preferably provided that when the vehicle air conditioning system is switched on, the expansion valve, in particular also the NO valve, is controlled in accordance with a temperature and / or pressure characteristic curve.

Anstelle eines NO-Ventils als Expansionsventil kann auch ein NC-Ventil (Normally-Closed-Ventil) eingesetzt wird, welches im unbestromten Zustand eine geschlossene Ventil-Querschnittsfläche aufweist. Zum Einschalten oder zum Abschalten der Fahrzeugklimaanlage wird das Expansionsventil für einen definierten Zeitraum auf „offen“ verfahren.Instead of an NO valve as an expansion valve, an NC valve (normally closed valve) can also be used, which has a closed valve cross-sectional area in the de-energized state. To switch the vehicle air conditioning system on or off, the expansion valve is moved to "open" for a defined period of time.

Bei der zweitgenannte Lösung gemäß Patentanspruch 5 wird zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf, welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer, einen Kältemittelverdichter, einen Kondensator oder Gaskühler und ein dem Verdampfer zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbaren Expansionsventil mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche aufweist,

  • - im Kälteanlagebetrieb die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Fahrzeugklimaanlage auf einen bestimmten Betriebsquerschnittswert eingestellt,
  • - mit dem Ausschalten der Fahrzeugklimaanlage die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils mit zunehmender Umgebungstemperatur nach Maßgabe einer Temperatur-Kennlinie vergrößert und bei abnehmender Umgebungstemperatur nach Maßgabe einer Temperatur-Kennlinie verringert, wobei die Ventil-Querschnittsfläche höchstens bis auf einen von Null verschiedenen Basisquerschnittswert verringert wird, und
  • - nach Ablauf einer Kurzzeitdauer nach dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage mit zunehmenden Ruhedruck im Kältemittelkreislauf die Ventil-Querschnittfläche nach Maßgabe einer Druck-Kennlinie vergrößert und mit abnehmenden Ruhedruck nach Maßgabe der Druck-Kennlinie verringert wird, wobei die Ventil-Querschnittsfläche höchstens bis auf einen von Null verschiedenen Basisquerschnittswert verringert.
In the case of the second-mentioned solution according to claim 5, to operate a vehicle air conditioning system with a refrigerant circuit which has as components at least one evaporator, a refrigerant compressor, a condenser or gas cooler and an expansion valve assigned to the evaporator and electrically controllable by means of a control device with a variable valve cross-sectional area,
  • - In the refrigeration system operation, the valve cross-sectional area of the expansion valve is set to a certain operating cross-sectional value depending on the operating parameters of the vehicle air conditioning system,
  • - When the vehicle air conditioning system is switched off, the valve cross-sectional area of the expansion valve increases with increasing ambient temperature in accordance with a temperature characteristic curve and decreases with decreasing ambient temperature in accordance with a temperature characteristic curve, the valve cross-sectional area being reduced at most to a base cross-sectional value other than zero, and
  • - After a short period of time after the vehicle air conditioning system has been switched off, the valve cross-sectional area is increased according to a pressure characteristic curve with increasing idle pressure in the refrigerant circuit and is reduced with decreasing idle pressure according to the pressure characteristic curve, the valve cross-sectional area at most down to one of zero different base cross-section value is reduced.

Gemäß dieser zweitgenannten Lösung wird für eine Kurzzeitdauer, die bei bspw. 1 Stunde betragen kann, während der die AC-Funktion ausgeschaltet ist, die Ventil-Querschnittsfläche in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur angehoben oder reduziert. Hierbei wird davon ausgegangen, dass nach Ablauf der Kurzzeitdauer sich die Parameter des Kältemittelkreislaufes auf Ruhewerte eingestellt haben, so dass in Abhängigkeit des detektierten Ruhe-druckes mittels einer Druck-Kennlinie die Zunahme oder die Abnahme des Ventil-Querschnittes realisiert wird. Eine solche Kurzzeitdauer kann im Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeugs, bei einer versehentlichen Betätigung der AC-Taste durch einen Fahrzeuginsassen oder durch ein Motorsteuergerät des Fahrzeugs bewirkt werden.According to this second-mentioned solution, the valve cross-sectional area is increased or reduced as a function of the ambient temperature for a short period of time, which can be, for example, 1 hour, during which the AC function is switched off. It is assumed here that after the short period the parameters of the refrigerant circuit have adjusted to idle values, so that the increase or decrease of the valve cross-section is realized depending on the detected idle pressure by means of a pressure characteristic curve. Such a short-term duration can be brought about in the start-stop mode of the vehicle, in the event of an accidental actuation of the AC button by a vehicle occupant or by an engine control unit of the vehicle.

Auch bei dieser zweitgenannten erfindungsgemäßen Lösung werden steile Druckgradienten und Druckspitzen im Kältemittelkreislauf vermieden, d.h. es wird ein verzögerter Druckanstieg realisiert. Selbst bei Hochlastbedingungen und einem Systemstart mit hohen Systemruhedrücken in Kombination mit noch nicht optimalen Umströmungsbedingungen des Kondensators oder Gaskühlers können solche steile Druckgradienten und Druckspitzen verhindert werden.With this second solution according to the invention, too, steep pressure gradients and pressure peaks in the refrigerant circuit are avoided, i.e. a delayed pressure increase is realized. Such steep pressure gradients and pressure peaks can be prevented even under high load conditions and a system start with high system idle pressures in combination with not yet optimal flow conditions around the condenser or gas cooler.

Im Falle von nur kurzen Abschaltzeiten von bspw. bis ca. 60 Sekunden ist eine Ventildauerbestromung des Expansionsventils vorgesehen, um dadurch das Halten des Ausschaltquerschnittswertes zu bewirken, wodurch ein komplettes, also vollständiges Öffnen des Expansionsventils verhindert wird.In the case of only short switch-off times of, for example, up to approx. 60 seconds, the expansion valve is continuously supplied with current in order to maintain the switch-off cross-section value, which prevents the expansion valve from opening completely.

Zur Bestimmung der Umgebungslast wird idealerweise neben der Temperatur auch die Umgebungsluftfeuchte einbezogen.To determine the ambient load, ideally the ambient air humidity is also included in addition to the temperature.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung dieses Verfahrens gemäß der zweitgenannten Lösung wird der Einschaltquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils im Augenblick des Einschaltens der Fahrzeugklimaanlage erneut auf Basis der Kennlinien, also der Temperatur-Kennlinie und der Druck-Kennlinie bestimmt.According to an advantageous embodiment of this method according to the second solution, the switch-on cross-sectional value of the valve cross-sectional area of the expansion valve is determined again on the basis of the characteristics, i.e. the temperature characteristic and the pressure characteristic, at the moment the vehicle air conditioning system is switched on.

Ein weiterer Vorteil der erstgenannten und zweitgenannten Lösung liegt darin, dass nicht nur hohe Druckgradienten und Druckspitzen während des Systemstarts der Fahrzeugklimaanlage reduziert, sondern gleichfalls Hochdruckabschaltungen und damit auch Systemabschaltungen vermieden werden. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren einen sicheren und stabilen Übergang in die Hochdruckabregelung entlang der maximalen zulässigen Arbeitsdruckgrenze. Schließlich wird auch ein Ansprechen von zusätzlichen Sicherheitsorganen in dem Kältemittelkreislauf ausgeschlossen.Another advantage of the first-mentioned and second-mentioned solution is that not only high pressure gradients and pressure peaks are reduced during the system start-up of the vehicle air conditioning system, but also high-pressure shutdowns and thus also system shutdowns are avoided. Furthermore, the method according to the invention enables a safe and stable transition to the high pressure regulation along the maximum permissible working pressure limit. Finally, triggering of additional safety devices in the refrigerant circuit is also excluded.

Weitere Eingriffsmöglichkeiten zur Vermeidung von Druckspitzen bieten u.a. ein frühzeitiger Lüfteranlauf oder bei massenstrom- oder drehzahlgeregelten Verdichtern ein entsprechend moderater Kältemittelförderverlauf.Further intervention options to avoid pressure peaks offer, among other things, an early fan start or, in the case of mass flow or speed-controlled compressors, a correspondingly moderate refrigerant delivery process.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Be- zugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:

  • 1 ein Prinzipschaltbild eines Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeug- klimaanlage,
  • 2 eine beispielhafte Temperatur-Kennlinie in ihrem einfachsten Verlauf als Gerade zur Durchführung des Verfahrens, und
  • 3 eine beispielhafte Druck-Kennlinie in ihrem einfachsten Verlauf als Gerade zur Durchführung des Verfahrens.
The invention is described in detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:
  • 1 a block diagram of a refrigerant circuit in a vehicle air conditioning system,
  • 2 an exemplary temperature characteristic in its simplest form as a straight line for carrying out the method, and
  • 3 an exemplary pressure characteristic in its simplest course as a straight line for carrying out the method.

Die 1 zeigt einen Kältemittelkreislauf 1 einer Fahrzeugklimaanlage eines Fahrzeugs (nicht dargestellt).the 1 shows a refrigerant circuit 1 a vehicle air conditioning system of a vehicle (not shown).

Dieser Kältemittelkreislauf 1 umfasst als Komponenten einen Verdampfer 2 als Innenwärmeübertrager, einen Kältemittelverdichter 3, einen Kondensator oder Gaskühler 4 als Außenwärmeübertrager, ein dem Verdampfer 2 in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgeschaltetes elektrisch über ein Steuergerät 8 steuerbares Expansionsventil 5 (auch EXV genannt) sowie einen kreisprozessinternen Wärmeübertrager 6 und einen Kältemittelabscheider 7. Mit diesem Steuergerät 8 kann der Querschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 kontinuierlich oder über Stufen eingestellt und geregelt werden. Dieses Expansionsventil 5 dient dazu, das flüssige unterkritische oder auch transkritische Kältemittel zu einer niedrigeren Temperatur und einem niedrigeren Druck für den nachfolgenden Verdampfungsprozess schnell zu expandieren.This refrigerant circuit 1 comprises an evaporator as components 2 as an internal heat exchanger, a refrigerant compressor 3 , a condenser or gas cooler 4th as an external heat exchanger, in the evaporator 2 Electrically connected upstream in the flow direction of the refrigerant via a control unit 8th controllable expansion valve 5 (also called EXV) and a heat exchanger within the cycle 6th and a refrigerant separator 7th . With this control unit 8th can be the cross-sectional value of the valve cross-sectional area of the expansion valve 5 can be set and controlled continuously or in stages. This expansion valve 5 serves to rapidly expand the liquid subcritical or transcritical refrigerant to a lower temperature and a lower pressure for the subsequent evaporation process.

Das Kältemittel des Kältemittelkreislaufes 1 wird durch den Kältemittelverdichter 3 zu einem Hochdruckgas verdichtet und über den Kondensator oder Gaskühler 4 und weiter über den kreisprozessinternen Wärmeübertrager 6 zu dem elektrischen Expansionsventil 5 über Kältemittelleitungen geführt. Anschließend wird das Kältemittel durch den Verdampfer 2 geleitet, in dessen Bereich die Wärmeübertragung mit der Innenraumluft der Fahrgastzelle stattfindet, und über den Kältemittelabscheider 7 und den kreisprozessinternen Wärmeübertrager 6 wieder dem Kältemittelverdichter 3 zugeführt.The refrigerant of the refrigerant circuit 1 is made by the refrigerant compressor 3 Compressed to a high pressure gas and via the condenser or gas cooler 4th and then via the heat exchanger inside the cycle 6th to the electric expansion valve 5 out via refrigerant lines. The refrigerant then passes through the evaporator 2 conducted, in the area of which the heat transfer with the interior air of the passenger compartment takes place, and via the refrigerant separator 7th and the internal cycle heat exchanger 6th back to the refrigerant compressor 3 fed.

Ferner sind dem Kältemittelkreislauf 1 auch kombinierte oder separat ausgeführte Druck/Temperatur-Sensoren zugeordnet, deren Messwerte dem Steuergerät 8 zugeführt werden. So misst ein Druck/Temperatur-Sensor pT1 den Hochdruckwert und die Heißgastemperatur am Ausgang des Kältemittelverdichters 3 sowie ein Druck/Temperatur-Sensor pT2 am Ausgang des Kondensators oder Gaskühlers 4 den Druck sowie die Temperatur. Mittels eines Temperatursensors T_Um wird die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs erfasst und ebenso dem Steuergerät 8 zur Verfügung gestellt. Schließlich ist das Expansionsventil 5 idealerweise mit einem Lagesensor L versehen, um für das Steuergerät 8 eine Positions- und Lagerückmeldungsfunktionalität zu realisieren, so dass mittels des Steuergerätes 8 geprüft werden kann, ob die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventilen 5 verändert werden muss.Furthermore, the refrigerant circuit 1 Combined or separately executed pressure / temperature sensors are also assigned, the measured values of which are assigned to the control unit 8th are fed. This is how a pressure / temperature sensor measures pT1 the high pressure value and the hot gas temperature at the outlet of the refrigerant compressor 3 as well as a pressure / temperature sensor pT2 at the outlet of the condenser or gas cooler 4th the pressure as well as the temperature. The ambient temperature of the vehicle is recorded by means of a temperature sensor T_Um, as is the control unit 8th made available. Finally, there is the expansion valve 5 ideally with a position sensor L. provided to for the control unit 8th to implement a position and position feedback functionality, so that by means of the control unit 8th it can be checked whether the valve cross-sectional area of the expansion valve 5 must be changed.

Falls das Expansionsventil 5 keinen Lagesensor L aufweist, werden die letzten eingestellten Betriebsquerschnittswerte in dem Steuergerät 8 gespeichert und von diesem gespeicherten Wert ausgehend eine neue Sollposition angefahren.If the expansion valve 5 no position sensor L. the last set operating cross-section values are stored in the control unit 8th and a new target position is approached from this saved value.

Im normalen Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1, also im Kälteanlagebetrieb wird die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 in Abhängigkeit der Messgrößen der Druck/Temperatur-Sensoren pT1 und pT2 sowie des Temperatursensors T_Um und der Temperatureinstellungen durch die Fahrzeuginsassen gesteuert und die Ventil-Querschnittsfläche auf einen entsprechende Betriebsquerschnittswert eingestellt.During normal operation of the refrigerant circuit 1 , i.e. when the refrigeration system is in operation, the valve cross-sectional area of the expansion valve 5 depending on the measured variables of the pressure / temperature sensors pT1 and pT2 as well as the temperature sensor T_Um and the temperature settings controlled by the vehicle occupants and the valve cross-sectional area set to a corresponding operating cross-sectional value.

Um bei einem Systemstart oder bei einem Einschalten des Kältemittelkreislaufs 1 steile Druckgradienten sowie die Ausbildung von Druckspitzen zu vermeiden, wird mit dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 auf einen sogenannten ersten Einschaltquerschnittswert mittels des Steuergerätes 8 gesteuert, also aktiv gegenüber dem zuletzt eingenommenen Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert vergrößert, d.h. dieser erste Einschaltquerschnittswert ist größer als der zuletzt aufgrund der Betriebsparameter des Kältemittelkreislaufs 1 durch das Steuergerät 8 eingestellte, auch Ausschaltquerschnittswert genannte Betriebsquerschnittswert des Expansionsventils 5. Damit bleibt mit dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage, d.h. mit dem Abstellen des Kältemittelverdichters 3 das Expansionsventil 5 auf dem Einschaltquerschnittswert offen, so dass der Kältemittelkreislauf 1 mit diesem offenen Expansionsventil 5 wieder eingeschaltet, also in den Systemstart gesteuert wird. Dabei wird aus diesem offenen Zustand des Expansionsventils 5 mit einer dem ersten Einschaltquerschnittswert entsprechenden Ventil-Querschnittsfläche in einen betriebspunktabhängigen Zustand gesteuert, indem die Ventil-Querschnittsfläche auf einen Betriebsquerschnittswert reduziert wird.To when the system is started or when the refrigerant circuit is switched on 1 To avoid steep pressure gradients and the formation of pressure peaks, the valve cross-sectional area of the expansion valve is switched off when the vehicle air conditioning system is switched off 5 to a so-called first switch-on cross-section value by means of the control device 8th controlled, ie actively increased as a switch-off cross-section value compared to the last taken operating cross-section value, ie this first switch-on cross-section value is greater than the last one due to the operating parameters of the refrigerant circuit 1 through the control unit 8th set, also called cut-off cross-section value, of the expansion valve 5 . This leaves when the vehicle air conditioning system is switched off, ie when the refrigerant compressor is switched off 3 the expansion valve 5 on the switch-on cross-section value open, so that the refrigerant circuit 1 with this open expansion valve 5 switched on again, i.e. controlled in the system start. In this case, the expansion valve becomes out of this open state 5 controlled with a valve cross-sectional area corresponding to the first switch-on cross-sectional area into an operating point-dependent state by reducing the valve cross-sectional area to an operating cross-sectional value.

Damit werden zum einen Strömungsgeräusche vermindert und zum anderen wird die Dynamik im Hochdruckaufbau so begrenzt, dass es zu keinen Leistungseinbußen kommt.This on the one hand reduces flow noises and on the other hand increases the dynamics limited in the high pressure build-up so that there is no loss of performance.

Ist das Expansionsventil 5 als stromlos geschlossenes Ventil, auch als NC (Normally-Closed)-Ventil bezeichnet, ausgebildet, wird mit dem Zuschalten, aber auch bei kurzfristigem Abschalten des Kältemittelkreislaufes 1 ein solches Expansionsventil 5 mit der Steuergerät 8 für einen definierten Zeitraum dauerhaft aktiv angesteuert und auf „offen“ verfahren, wodurch ein Schließen des Expansionsventils 5 verhindert wird. Speziell bei Verwendung von NC-Ventilen muss beachtet werden, dass eine Zuschaltung der AC-Anlage nicht vor dem Öffnen des entsprechenden Expansionsventils erfolgt. Aus diesem Grund ist für solche Ventile eine Verfahrdauer von geschlossen nach offen von unter 3s zu empfehlen.Is the expansion valve 5 A normally closed valve, also referred to as an NC (Normally Closed) valve, is designed when the refrigerant circuit is switched on, but also when it is briefly switched off 1 such an expansion valve 5 with the control unit 8th permanently activated for a defined period of time and set to "open", which closes the expansion valve 5 is prevented. Particularly when using NC valves, it must be ensured that the AC system is not switched on before the corresponding expansion valve is opened. For this reason, a travel time from closed to open of less than 3s is recommended for such valves.

Auch ein NO-Ventil ist aufgrund der nicht gegebenen Selbsthemmung und Fixierung des letzten Betriebsquerschnittswertes (= Ausschaltquerschnittswert) dauerhaft zu bestromen. Für ein solches NO-Ventil ist die Verfahrdauer von untergeordneter Bedeutung, da aufgrund des Offenzustands ein Blockieren bei fehlender Funktion ausgeschlossen ist.Even an NO valve must be permanently energized due to the lack of self-locking and fixing of the last operating cross-section value (= switch-off cross-section value). For such an NO valve, the travel time is of secondary importance, since blocking in the absence of function is excluded due to the open state.

Mit dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage wird zunächst der aktuelle Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 für eine vorgegebene Kurzzeitdauer beibehalten oder auf einen größeren zweiten Einschaltquerschnittswert gesteuert, wobei der zweite Einschaltquerschnittswert kleiner ist als der erste Einschaltquerschnittswert, also nur geringfügig gegenüber dem zuletzt eingestellten Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert erhöht ist. Erst nach Ablauf der Kurzzeitdauer wird die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 vergrößert, also auf den ersten Einschaltquerschnittswert gesteuert. Damit wird das Systemanlaufverhalten der Fahrzeugklimaanlage weiter optimiert, da das zeitabhängige Verhalten der Fahrzeugklimaanlage hinsichtlich der Ruheparameter berücksichtigt wird. Eine solche Kurzzeitdauer kann bspw. im Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeugs, bei einer versehentlichen Betätigung der AC-Taste durch einen Fahrzeuginsassen oder durch ein Motorsteuergerät des Fahrzeugs bewirkt werden und kann im Bereich von einer bis mehreren Minuten liegen.When the vehicle air conditioning system is switched off, the current operating cross-sectional value is initially used as the switch-off cross-sectional value of the valve cross-sectional area of the expansion valve 5 maintained for a specified short period or controlled to a larger second switch-on cross-section value, the second switch-on cross-section value being smaller than the first switch-on cross-section value, i.e. only slightly increased compared to the last set operating cross-section value as the switch-off cross-section value. The valve cross-sectional area of the expansion valve only becomes after the short-term period has expired 5 increased, so controlled to the first switch-on cross-section value. The system start-up behavior of the vehicle air conditioning system is thus further optimized, since the time-dependent behavior of the vehicle air conditioning system is taken into account with regard to the idle parameters. Such a short-term duration can be brought about, for example, in the start-stop mode of the vehicle, if the AC button is accidentally actuated by a vehicle occupant or by an engine control unit of the vehicle and can be in the range of one to several minutes.

Die Steuerung des Expansionsventils 5 beim Abschalten des Kältemittelkreislaufs 1 aus dem Kälteanlagebetrieb mit einem entsprechend den Betriebsparametern eingestellten Betriebsquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche kann auch mittels einer Kennfeld-Steuerung durchgeführt werden. Hierzu sind in dem Steuergerät 8 zur Steuerung des Expansionsventils 5 zum Abschalten und zum Einschalten der Fahrzeugklimaanlage zwei Kennlinien abgelegt, nämlich eine Temperatur-Kennlinie gemäß 2 sowie eine Druck-Kennlinie gemäß 3.The control of the expansion valve 5 when switching off the refrigerant circuit 1 from the refrigeration system operation with an operating cross-sectional value of the valve cross-sectional area set in accordance with the operating parameters can also be carried out by means of a map control. This is done in the control unit 8th to control the expansion valve 5 two characteristic curves are stored for switching off and switching on the vehicle air conditioning system, namely a temperature characteristic curve in accordance with 2 as well as a pressure characteristic according to 3 .

Der Einschaltquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche, auf den das Expansionsventil 5 beim Abschalten des Kältemittelkreislaufes 1 gesteuert wird, hängt von demjenigen Betriebsquerschnitt der Ventil-Querschnittsfläche ab, mit welchem der normale Betrieb des Kältemittelkreislaufes 1 beendet wird.The cut-in cross-section value of the valve cross-sectional area to which the expansion valve 5 when switching off the refrigerant circuit 1 is controlled, depends on that operating cross-section of the valve cross-sectional area with which the normal operation of the refrigerant circuit 1 is terminated.

Zunächst wird mit dem Abschalten des Kältemittelkreislaufes 1 für eine vorgegebene Kurzzeitdauer mit zunehmender Umgebungstemperatur T-Um die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 gegenüber dem zuletzt eingenommenen Betriebszustand des Kältemittelkreislaufes 1 vergrößert und bei abnehmender Umgebungstemperatur T-Um gegenüber dem zuletzt eingenommenen Betriebszustand des Kältemittelkreislaufes 1 verkleinert, wobei die Zunahme und die Abnahme des Querschnittswertes A mittels der Temperatur-Kennlinie gemäß 2 bestimmt wird, die in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur T-Um den Querschnittswert A der einzustellenden Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 angibt. Dabei beginnt diese Kennlinie gemäß 2 bei einem von Null verschiedene Basisquerschnittswert Amin, so dass ein vollständiges Schließen des Expansionsventils 5 vermieden wird. Auf diesen entsprechend der Temperatur-Kennlinie gemäß 2 ermittelten Querschnittswert A wird die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 ausgehend von dem Betriebsquerschnittswert des zuletzt eingenommenen Betriebszustandes entweder erhöht oder reduziert und mit diesem reduzierten oder erhöhten Querschnittswert A der Systemstart innerhalb der Kurzzeitdauer durchgeführt, also mit diesem Querschnittswert A der Kältemittelkreislauf 1 wieder eingeschaltet.First of all, the refrigerant circuit is switched off 1 for a specified short term with increasing ambient temperature T-Um the valve cross-sectional area of the expansion valve 5 compared to the last operating state of the refrigerant circuit 1 increased and with decreasing ambient temperature T-Um compared to the last operating state of the refrigerant circuit 1 decreased, with the increase and decrease in the cross-sectional value A. by means of the temperature characteristic according to 2 is determined, which depends on the ambient temperature T-Um the cross-section value A. the valve cross-sectional area of the expansion valve to be set 5 indicates. This characteristic begins according to 2 in the case of a base cross-sectional value amine other than zero, so that the expansion valve closes completely 5 is avoided. On these according to the temperature characteristic 2 determined cross-sectional value A. becomes the valve cross-sectional area of the expansion valve 5 based on the operating cross-sectional value of the last operating state assumed, either increased or reduced and with this reduced or increased cross-sectional value A. the system start is carried out within the short term, i.e. with this cross-sectional value A. the refrigerant circuit 1 switched on again.

Eine Kurzzeitdauer tritt dann auf, wenn das Fahrzeug bspw. in einem Start-Stopp-Betrieb betrieben wird, ein AC-Schalter seitens eines Fahrzeuginsassen versehentlich gedrückt oder von einem Motorsteuergerät die Fahrzeugklimaanlage kurzzeitig ausgeschaltet wird. Eine solche Kurzzeitdauer kann bspw. im Bereich von einer oder mehreren Minuten liegen.A short-term period occurs when the vehicle is operated, for example, in a start-stop mode, an AC switch is accidentally pressed by a vehicle occupant or the vehicle air conditioning system is briefly switched off by an engine control unit. Such a short-term duration can, for example, be in the range of one or more minutes.

Auch kann eine solche Kurzzeitdauer als Stand- oder Parkdauer mit bspw. bis zu 1 Stunde definiert werden. Wird eine solche Kurzzeitdauer von bspw. 1 Stunde überschritten, wird davon ausgegangen, dass sich der Kältemittelkreislauf 1 als Gesamtsystem durchkonditioniert hat, d.h. dass sich die Parameter des Kältemittelkreislaufs 1 auf einen Ruhewert, insbesondere Ruhedruckwert eingestellt haben, der eine Aussage über die herrschenden Umgebungslastbedingungen liefern kann. Daher wird zur Einstellung des Querschnittswertes A der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 nach einer über der Kurzzeitdauer liegenden Standzeit der Systemruhedruck verwendet. Hierzu wird die Kennlinie gemäß 3 verwendet, die in Abhängigkeit des Druckes p1 und/oder p2 gemäß den Druck/Temperatur-Sensoren pT1 und pT2 den einzustellenden Querschnittswert A der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 angibt, wobei diese Druck-Kennlinie gemäß 3 mit einer von Null verschiedenen Basisquerschnittsfläche Amin beginnt. Damit wird ein vollständiges Schließen des Expansionsventils 5 vermieden. Nach Ablauf einer solchen Kurzzeitdauer wird das Expansionsventil 5 mit einem solchen Querschnittswert A von dem Steuergerät 8 eingestellt und dieser Querschnittswert A auch für das Einschalten des Kältemittelkreislaufes 1 beibehalten. Mit dem Einschalten des Kältemittelkreislaufes 1 weist also das Expansionsventil 5 diesen Querschnittswert A auf und wird aus diesem Zustand in Abhängigkeit von Parametern des Kältemittelkreislaufes 1 auf einen niedrigeren Betriebsquerschnittswert gesteuert.Such a short-term period can also be defined as a standing or parking period of up to 1 hour, for example. If such a short-term duration of, for example, 1 hour is exceeded, it is assumed that the refrigerant circuit is closed 1 as a complete system, ie that the parameters of the refrigerant circuit 1 have set to a rest value, in particular rest pressure value, which can provide information about the prevailing ambient load conditions. Therefore it is necessary to adjust the cross-section value A. the valve cross-sectional area of the expansion valve 5 the system idle pressure is used after the short-term downtime. For this purpose, the characteristic is according to 3 used, depending on the pressure p1 and or p2 according to the pressure / temperature sensors pT1 and pT2 the cross-section value to be set A. the valve cross-sectional area of the expansion valve 5 indicates, this pressure characteristic according to 3 begins with a non-zero base cross-sectional area Amin. This means that the expansion valve closes completely 5 avoided. After such a short period has elapsed, the expansion valve 5 with such a cross-sectional value A. from the control unit 8th set and this cross-section value A. also for switching on the refrigerant circuit 1 maintained. When the refrigerant circuit is switched on 1 So shows the expansion valve 5 this cross-section value A. on and becomes from this state depending on parameters of the refrigerant circuit 1 controlled to a lower operating cross-section value.

Eine solche Kennliniensteuerung ist für alle elektrisch steuerbaren Expansionsventile 5 verwendbar.Such a characteristic control is for all electrically controllable expansion valves 5 usable.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Expansionsventil 5 als NO-Ventil (Normally-Open-Ventil) ausgebildet ist, welches sich im stromlosen Zustand stets auf seinen verfügbaren maximalen Öffnungsquerschnitts öffnet. Dieser Querschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des stromlosen Expansionsventils 5 ist größer als die für den Kälteanlagebetrieb des Kältemittelkreislaufes 1 vorgesehenen Querschnittswerte, so dass bei Systemstart oder beim Einschalten des Kältemittelkreislaufes 1 das als NO-Ventil ausgebildete Expansionsventil 5 immer aus dem maximalen Querschnittswert heraus angesteuert wird. Dieser maximale Querschnittswert als erster Einschaltquerschnittswert wird während des Systemstarts auf einen kleineren Querschnittswert für den Kälteanlagebetrieb mittels des Steuergerätes 8 reduziert und geregelt.It is particularly advantageous if the expansion valve 5 is designed as a NO valve (normally open valve), which always opens to its available maximum opening cross-section in the de-energized state. This cross-sectional value of the valve cross-sectional area of the de-energized expansion valve 5 is greater than that for the refrigeration system operation of the refrigerant circuit 1 provided cross-sectional values, so that when the system is started or when the refrigerant circuit is switched on 1 the expansion valve designed as a NO valve 5 is always controlled from the maximum cross-section value. This maximum cross-sectional value as the first switch-on cross-sectional value is reduced to a smaller cross-sectional value for the refrigeration system operation by means of the control device during the system start 8th reduced and regulated.

Ein solches NO-Ventil wird also beim Einschalten der Fahrzeugklimaanlage gezielt bei Bedarf zu kleinen Querschnitten verfahren und ebenso wird beim Abschalten der Fahrzeugklimaanlage für kurze Zeiträume der letzte Querschnitt beibehalten oder geringfügig auf den zweiten Einschaltquerschnittswert angehoben und gehalten, bevor die Ventil-Querschnittsfläche weiter auf den ersten Einschaltquerschnittswert angehoben wird.When the vehicle air conditioning system is switched on, such an NO valve is specifically moved to small cross-sections when required, and when the vehicle air conditioning system is switched off, the last cross-section is retained for short periods of time or raised and held slightly to the second switch-on cross-section value before the valve cross-sectional area continues to first switch-on cross-section value is increased.

Auch ein solches als NO-Ventil ausgebildetes Expansionsventil 5 kann mittels Kennlinien gemäß den 2 und 3 durch das Steuergerät 8 gesteuert und geregelt werden.Also such an expansion valve designed as an NO valve 5 can by means of characteristic curves according to 2 and 3 through the control unit 8th controlled and regulated.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
KältemittelkreislaufRefrigerant circulation
22
VerdampferEvaporator
33
KältemittelverdichterRefrigerant compressor
44th
Kondensator oder GaskühlerCondenser or gas cooler
55
ExpansionsventilExpansion valve
66th
kreisprozessinterner Wärmeübertragerinternal cycle heat exchanger
77th
KältemittelabscheiderRefrigerant separator
88th
SteuergerätControl unit
AA.
QuerschnittswertCross-section value
AminAmine
BasisquerschnittswertBase cross-section value
LL.
LagesensorPosition sensor
p1p1
Druckpressure
p2p2
Druckpressure
pT1pT1
Druck/Temperatur-SensorPressure / temperature sensor
pT2pT2
Druck/Temperatur-SensorPressure / temperature sensor
T-UmT-Um
Temperatur-SensorTemperature sensor

Claims (7)

Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf (1), welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer (2), einen Kältemittelverdichter (3), einen Kondensator oder einen Gaskühler (4) und ein dem Verdampfer (2) zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbares Expansionsventil (5) mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche aufweist, wobei - im Kälteanlagebetrieb die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils (5) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Fahrzeugklimaanlage auf einen bestimmten Betriebsquerschnittswert eingestellt wird, - mit dem Ausschalten der Fahrzeugklimaanlage der aktuelle Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils (5) auf einen größeren ersten Einschaltquerschnittswert eingestellt wird, und - mit dem Einschalten der Fahrzeugklimaanlage die auf den ersten Einschaltquerschnittswert eingestellte Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils (5) auf einen Betriebsquerschnittswert gesteuert wird.A method for operating a vehicle air conditioning system with a refrigerant circuit (1) which has at least one evaporator (2), a refrigerant compressor (3), a condenser or a gas cooler (4) and an evaporator (2) assigned and electrically controllable by means of a control device as components Has expansion valve (5) with a variable valve cross-sectional area, wherein - In the refrigeration system operation, the valve cross-sectional area of the expansion valve (5) is set to a certain operating cross-sectional value depending on the operating parameters of the vehicle air conditioning system, - When the vehicle air conditioning system is switched off, the current operating cross-section value is set to a larger first switch-on cross-section value as the switch-off cross-section value of the valve cross-sectional area of the expansion valve (5), and - When the vehicle air conditioning system is switched on, the valve cross-sectional area of the expansion valve (5) set to the first switch-on cross-sectional value is controlled to an operating cross-sectional value. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - mit dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage der Ausschaltquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils (5) für eine vorgegebene Kurzzeitdauer beibehalten oder auf einen größeren zweiten Einschaltquerschnittswert gesteuert wird, wobei der zweite Einschaltquerschnittswert kleiner ist als der erste Einschaltquerschnittswert, und - nach Ablauf der Kurzzeitdauer die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils (5) auf den ersten Einschaltquerschnittswert gesteuert wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that - when the vehicle air conditioning system is switched off, the switch-off cross-section value of the valve cross-sectional area of the expansion valve (5) is maintained for a predetermined short period of time or is controlled to a larger second switch-on cross-section value, the second switch-on cross-section value being smaller than the first switch-on cross-section value, and - after the short-term period has elapsed, the valve cross-sectional area of the expansion valve (5) is controlled to the first switch-on cross-section value. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Expansionsventil (5) ein NO-Ventil (Normally-Open-Ventil) eingesetzt wird, welches im unbestromten Zustand eine maximale Ventil-Querschnittsfläche mit dem ersten Einschaltquerschnittswert aufweist, und - zum Einschalten der Fahrzeugklimaanlage das Expansionsventil (5) aus dem unbestromten Zustand auf einen Betriebsquerschnittswert im Kälteanlagebetrieb gesteuert wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that an NO valve (normally open valve) is used as the expansion valve (5), which in the de-energized state has a maximum valve cross-sectional area with the first switch-on cross-sectional value, and - to switch on the vehicle air conditioning system, the expansion valve (5) is controlled from the de-energized state to an operating cross-section value in the refrigeration system operation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Einschalten der Fahrzeugklimaanlage das Expansionsventil (5) entsprechend einer Temperatur- und/oder Druck-Kennlinie gesteuert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when the vehicle air conditioning system is switched on, the expansion valve (5) is controlled in accordance with a temperature and / or pressure characteristic curve. Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf (1), welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer (2), einen Kältemittelverdichter (3), einen Kondensator Anspruch 1, Gaskühler (4) und ein dem Verdampfer (2) zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbares Expansionsventil (5) mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche aufweist, wobei - im Kälteanlagebetrieb die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils (5) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Fahrzeugklimaanlage auf einen bestimmten Betriebsquerschnittswert eingestellt wird, - mit dem Ausschalten der Fahrzeugklimaanlage die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils (5) mit zunehmender Umgebungstemperatur nach Maßgabe einer Temperatur-Kennlinie vergrößert und bei abnehmender Umgebungstemperatur nach Maßgabe der Temperatur-Kennlinie verringert wird, wobei die Ventil-Querschnittsfläche höchstens bis auf einen von Null verschiedenen Basisquerschnittswert verringert wird, und - nach Ablauf einer Kurzzeitdauer nach dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage mit zunehmendem Ruhedruck im Kältemittelkreislauf die Ventil-Querschnittfläche nach Maßgabe einer Druck-Kennlinie vergrößert und mit abnehmendem Ruhedruck nach Maßgabe der Druck-Kennlinie verringert wird, wobei die Ventil-Querschnittsfläche höchstens bis auf einen von Null verschiedenen Basisquerschnittswert verringert wird.A method for operating a vehicle air conditioning system with a refrigerant circuit (1) which has at least one evaporator (2), a refrigerant compressor (3), and a condenser as components Claim 1 , Gas cooler (4) and an expansion valve (5) assigned to the evaporator (2) and electrically controllable by means of a control device with a variable valve cross-sectional area, wherein - in refrigeration system operation, the valve cross-sectional area of the expansion valve (5) is dependent on operating parameters of the vehicle air conditioning system is set to a certain operating cross-sectional value, - when the vehicle air conditioning system is switched off, the valve cross-sectional area of the expansion valve (5) is increased with increasing ambient temperature in accordance with a temperature characteristic curve and is reduced with decreasing ambient temperature in accordance with the temperature characteristic curve, the valve cross-sectional area is reduced at most to a base cross-sectional value other than zero, and - after a short period of time after the vehicle air conditioning system has been switched off with increasing idle pressure in the refrigerant circuit, the valve cross-sectional area according to a pressure-K The characteristic curve is increased and reduced with decreasing idle pressure in accordance with the pressure characteristic curve, the valve cross-sectional area being reduced at most to a base cross-sectional value other than zero. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Einschalten der Fahrzeugklimaanlage die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils (5) erneut nach Maßgabe der Temperatur-Kennlinie und der Druck-Kennlinie eingestellt wird.Procedure according to Claim 5 , characterized in that when the vehicle air conditioning system is switched on, the valve cross-sectional area of the expansion valve (5) is set again in accordance with the temperature characteristic curve and the pressure characteristic curve. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2 sowie 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Expansionsventil (5) ein NC-Ventil (Normally-Closed-Ventil) eingesetzt wird, welches im unbestromten Zustand eine geschlossene Ventil-Querschnittsfläche aufweist, und - zum Einschalten oder zum Abschalten der Fahrzeugklimaanlage das Expansionsventil (5) für einen definierten Zeitraum auf „offen“ verfahren wird.Method according to one of the Claims 1 and 2 and 4 to 6, characterized in that an NC valve (normally closed valve) is used as the expansion valve (5), which has a closed valve cross-sectional area in the de-energized state, and - to switch on or switch off the vehicle air conditioning system, the expansion valve (5) is set to "open" for a defined period of time.
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