DE102014200227A1 - Method for controlling a heating air conditioning in a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Heiz-Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem Wärmepumpensystem mit einem Kältemittelkreislauf, der zumindest einen Außenwärmetauscher, einen Kältemittelverdichter zum Fördern von Kältemittel, ein Expansionsorgan vor dem Außenwärmetauscher als Drossel bzw. zur Dosierung der den Außenwärmetauscher durchströmenden Kältemittelmenge, einen Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler, der direkt oder indirekt über einen weiteren Medienkreislauf die Luft zur Beheizung des Innenraums erwärmt, und Kältemittelleitungen, über die die vorgenannten Komponenten miteinander verbunden sind, umfasst. Erfindungsgemäß wird dabei im Heizbetrieb des Wärmepumpensystems das Expansionsorgan in Abhängigkeit einer aktuellen Betriebssituation auf unterschiedliche Bezugsgrößen-Sollwerte geregelt.The invention relates to a method for controlling a heating air conditioning system in a motor vehicle having a heat pump system with a refrigerant circuit, the at least one outdoor heat exchanger, a refrigerant compressor for conveying refrigerant, an expansion element in front of the outdoor heat exchanger as a throttle or for metering the amount flowing through the outdoor heat exchanger refrigerant, a heat pump condenser or gas cooler, which directly or indirectly via another medium circuit, the air for heating the interior heated, and refrigerant pipes, via which the aforementioned components are interconnected. According to the invention, in the heating operation of the heat pump system, the expansion element is regulated to different reference variable setpoints as a function of a current operating situation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Heiz-Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem Wärmepumpensystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for controlling and / or regulating a heating air conditioning system in a motor vehicle with a heat pump system according to the preamble of claim 1.

Heiz-Klimaanlagen mit einem Kältemittelkreislauf in Kraftfahrzeugen sind bereits seit langem bekannt. Aus der DE 101 26 257 A1 ist eine als Wärmepumpensystem ausgebildete Heiz-Klimaanlage mit einem dem Verdampfer zugeordneten Expansionsventil zur Dosierung der Kältemittelmenge durch den Verdampfer und einem dem Außenwärmetauscher zugeordneten Expansionsorgan zur Dosierung der Kältemittelmenge durch den Außenwärmetauscher bekannt, wobei beide Expansionsorgane regelbar sind.Heating air conditioning systems with a refrigerant circuit in motor vehicles have been known for a long time. From the DE 101 26 257 A1 is designed as a heat pump system heating air conditioning with an evaporator associated expansion valve for metering the amount of refrigerant through the evaporator and an outdoor heat exchanger associated expansion device for metering the amount of refrigerant through the outdoor heat exchanger, both expansion elements are adjustable.

Aufgabe der Erfindung ist, ein einfaches und effizientes Verfahren zum Betreiben einer Heiz-Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem Wärmepumpensystem anzugeben, bei dem zumindest ein Expansionsorgan, welches als Drossel fungiert bzw. das die den Außenwärmetauscher durchströmende Kältemittelmenge dosiert, regelbar ist.The object of the invention is to provide a simple and efficient method for operating a heating air conditioning system in a motor vehicle with a heat pump system in which at least one expansion element, which acts as a throttle or doses the amount of refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger, is controllable.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Das erfindungsgemäße Verfahren, sowie dessen vorteilhafte Ausgestaltungen können mittels eines implementierten Algorithmus oder einer entsprechenden Baugruppenanordnung in zumindest einer dafür vorgesehenen Steuer-/Regelvorrichtung, insbesondere in einer Klimasteuer-/Regelvorrichtung umgesetzt werden.This object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous developments emerge from the dependent claims. The method according to the invention, as well as its advantageous embodiments, can be implemented by means of an implemented algorithm or a corresponding assembly arrangement in at least one control / regulating device provided for this purpose, in particular in a climate control / regulating device.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich für ein Wärmepumpensystem mit einem Kältemittelkreislauf vorgesehen, wobei der Kältemittelkreislauf zumindest einen Außenwärmetauscher, einen Kältemittelverdichter zum Fördern von Kältemittel, ein Expansionsorgan als Drossel bzw. zur Dosierung der den Außenwärmetauscher durchströmenden Kältemittelmenge, einen Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler, der direkt oder indirekt über einen weiteren Medienkreislauf die Luft zur Beheizung des Innenraums erwärmt, und Kältemittelleitungen, über die die vorgenannten Komponenten miteinander verbunden sind, umfasst. Der Kältemittelkreislauf kann noch weitere Komponenten wie z. B. einen Verdampfer zur Abkühlung von einem Innenraum zuzuführender Luft, ein Expansionsorgan, das die den Verdampfer durchströmende Kältemittelmenge dosiert, oder einen saugseitigen Sammler umfassen.The inventive method is basically provided for a heat pump system with a refrigerant circuit, wherein the refrigerant circuit at least one outdoor heat exchanger, a refrigerant compressor for conveying refrigerant, an expansion device as a throttle or for metering the amount flowing through the outdoor heat exchanger refrigerant, a heat pump condenser or gas cooler directly or indirectly via a further medium cycle, the air for heating the interior heated, and refrigerant pipes, via which the aforementioned components are interconnected comprises. The refrigerant circuit can still other components such. B. an evaporator for cooling from an interior to be supplied air, an expansion device that doses the refrigerant flowing through the evaporator amount, or a suction-side collector.

Bei derartigen Kältemittelkreislaufsystemen wird im Kühlbetrieb ausgehend vom Kältemittelverdichter das als Heißgas vorliegende Kältemittel dem Außenwärmetauscher zugeführt und dort durch die Wärmeabgabe an ein geeignetes Kühlmedium – wie z. B. die Außenluft – kondensiert bzw. abgekühlt. Anschließend wird das kondensierte/abgekühlte Kältemittel mittels einer entsprechenden Steuerung oder Regelung entspannt. Im nachgeschalteten Verdampfer wird der zu kühlenden Luft Wärme entzogen, wodurch das Kältemittel Wärme aufnimmt. Anschließend erhitzt sich das Kältemittel durch die Kompression im Kältemittelverdichter, so dass es in der Regel als Heißgas vorliegt.In such refrigerant cycle systems, the present as a hot gas refrigerant is supplied to the outdoor heat exchanger in cooling operation starting from the refrigerant compressor and there by the heat to a suitable cooling medium -. B. the outside air - condenses or cooled. Subsequently, the condensed / cooled refrigerant is decompressed by means of an appropriate control or regulation. In the downstream evaporator heat is removed from the air to be cooled, whereby the refrigerant absorbs heat. Subsequently, the refrigerant is heated by the compression in the refrigerant compressor, so that it is usually present as a hot gas.

Im Heizbetrieb wird ausgehend vom Kältemittelverdichter das als Heißgas vorliegende Kältemittel dem Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler zugeführt. Dort wird Luft oder ein weiteres Medium (z. B. ein Wasser-Glykol-Gemisch) erwärmt. Beim Durchströmen des nachgeschalteten Außenwärmetauschers entzieht das Kältemittel der Luft Wärme, welche vom Kältemittel aufgenommen wird. Anschließend erhitzt sich das Kältemittel durch die Kompression im Kältemittelverdichter, so dass es in der Regel als Heißgas vorliegt.In heating operation, starting from the refrigerant compressor, the refrigerant present as hot gas is supplied to the heat pump condenser or gas cooler. There, air or another medium (eg a water-glycol mixture) is heated. When flowing through the downstream outdoor heat exchanger, the refrigerant extracts heat from the air, which is absorbed by the refrigerant. Subsequently, the refrigerant is heated by the compression in the refrigerant compressor, so that it is usually present as a hot gas.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass es aus Effizienzgründen und zum Zwecke des Erreichens einer ausreichenden Heizleistung sinnvoll ist, das Expansionsorgan, das zur Drosselung bzw. Dosierung der durch den Außenwärmetauscher strömenden Kältemittelmenge dient, je nach aktuellen Betriebssituation unterschiedlich zu regeln. Darauf basierend zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Wärmepumpensystems in einem Fahrzeug dadurch aus, dass im Heizbetrieb des Wärmepumpensystems das Expansionsorgan in Abhängigkeit einer aktuellen Betriebssituation des Kraftfahrzeugs bzw. einer aktuellen Betriebssituation des Wärmepumpensystems auf unterschiedliche Bezugsgrößen-Sollwerte geregelt wird. Insbesondere soll dabei in Abhängigkeit von der Betriebssituation des Kraftfahrzeugs bzw. des Wärmepumpensystems ein mit dem erforderlichen Kältemitteldruck im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler korrelierender betriebssituations-abhängiger Druck-Sollwert ermittelt werden, und das Expansionsorgan zum Erreichen des Druck-Sollwertes entsprechend geregelt werden.The invention is based on the finding that, for reasons of efficiency and for the purpose of achieving a sufficient heat output, it makes sense to regulate the expansion element which serves for throttling or metering the amount of refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger differently depending on the current operating situation. Based on this, the method according to the invention for controlling and / or regulating a heat pump system in a vehicle is characterized in that, during heating operation of the heat pump system, the expansion element is regulated to different reference variable setpoints as a function of a current operating situation of the motor vehicle or of a current operating situation of the heat pump system. In particular, depending on the operating situation of the motor vehicle or of the heat pump system, a situation-dependent pressure set point correlating with the required refrigerant pressure in the heat pump condenser or gas cooler is to be determined, and the expansion element to achieve the desired pressure value be regulated accordingly.

Vorteilhafterweise wird im Sinne unterschiedlicher Betriebssituationen des Kraftfahrzeugs bzw. des Wärmepumpensystems eine Unterscheidung hinsichtlich dem Vorliegen einer Anfahrsituation vorgenommen, d. h. das Expansionsorgan wird in Anhängigkeit davon, ob eine Anfahrsituation vorliegt und erkannt wird, oder ob keine Anfahrsituation vorliegt und erkannt wird, auf unterschiedliche Bezugsgrößen-Sollwerte geregelt.Advantageously, in the sense of different operating situations of the motor vehicle or of the heat pump system, a distinction is made with regard to the presence of a starting situation, ie. H. Depending on whether a starting situation is present and is detected, or whether no starting situation is present and is detected, the expansion element is regulated to different reference value setpoint values.

Eine Anfahrsituation kann durch Auswertung verschiedener Parameter und Messwerte festgestellt werden. Vorteilhafterweise kann eine Anfahrsituation in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem aktuell herrschenden Hochdruck im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler, und einem vorgegebenen Soll-Hochdruck (wobei dann auf eine Anfahrsituation geschlossen wird, solange die Differenz nicht größer als ein vorgegebener Grenzwert ist), oder bei Unterschreitung eines vorgegebenen Mindest-Hochdrucks erkannt werden. A starting situation can be determined by evaluating various parameters and measured values. Advantageously, a starting situation in dependence on the difference between the currently prevailing high pressure in the heat pump condenser or gas cooler, and a predetermined desired high pressure (which is then closed on a starting situation, as long as the difference is not greater than a predetermined limit), or at Below a predetermined minimum high pressure can be detected.

Wird eine Anfahrsituation erkannt, so wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als betriebssituations-abhängiger Druck-Sollwert ein Soll-Saugdruck am Außenwärmetauscher ermittelt und zur Regelung des Expansionsorgans herangezogen, d. h. es erfolgt eine sog. Saugdruckregelung. Der Soll-Saugdruck wird dabei aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck des Kältemittels bei aktueller Außentemperatur abzüglich eines vorgegebenen ersten Offset-Drucks ermittelt.If a starting situation is detected, then in an advantageous embodiment of the invention, a nominal suction pressure at the outdoor heat exchanger is determined as the operating-situation-dependent pressure setpoint and used to control the expansion element, ie. H. There is a so-called suction pressure control. The target suction pressure is determined from a determined saturation vapor pressure of the refrigerant at the current outside temperature minus a predetermined first offset pressure.

Die Regelung des Expansionsorgans kann dabei vorteilhafterweise mittels eines PI-Reglers erfolgen, wobei als Regelgröße ein aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck des Kältemittels bei aktueller Außentemperatur abzüglich eines vorgegebenen ersten Offset-Druck ermittelter Soll-Saugdruck am Außenwärmetauscher, und als Stellgröße ein Ansteuersignal für das Expansionsorgan (z. B. zum Einstellen eines notwendigen Öffnungsquerschnitts eines Expansionsventils) ausgegeben wird.The regulation of the expansion device can advantageously be effected by means of a PI controller, wherein the control variable is a determination of a determined saturation vapor pressure of the refrigerant at the current outside temperature minus a predetermined first offset pressure determined target suction pressure on the outdoor heat exchanger, and as a control variable, a drive signal for the expansion ( for example, to set a necessary opening area of an expansion valve).

Wird keine Anfahrsituation erkannt, wird erfindungsgemäß keine Saugdruckregelung, sondern eine Hochdruckregelung des Expansionsorgans vorgenommen. In diesem Fall wird demnach als betriebssituations-abhängiger Druck-Sollwert ein Soll-Hochdruck im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler ermittelt und zur Regelung des Expansionsorgans herangezogen. Der Soll-Hochdruck wird vorteilhafterweise dabei aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck des Kältemittels zur Erzeugung einer ermittelten erforderlichen Lufttemperatur oder der Temperatur eines Medienkreislaufs zur Beheizung des Innenraums, zuzüglich eines vorgegebenen zweiten Offset-Drucks ermittelt. Dieser Offset-Druck ist notwendig, um eine bestimmte Lufttemperatur bzw. Wassertemperatur erreichen zu können. Damit diese Temperatur erreicht werden kann, muss die entsprechende Kondensationstemperatur des Kältemittels und somit der Soll-Hochdruck etwas höher als der entsprechende Sättigungsdampfdruck gelegt werden.If no starting situation is detected, according to the invention no suction pressure regulation, but a high-pressure regulation of the expansion element, is undertaken. In this case, accordingly, a setpoint high pressure in the heat pump condenser or gas cooler is determined as operating situation-dependent pressure setpoint and used to control the expansion element. The target high pressure is advantageously determined from a determined saturation vapor pressure of the refrigerant for generating a determined required air temperature or the temperature of a medium circuit for heating the interior, plus a predetermined second offset pressure. This offset pressure is necessary to reach a certain air temperature or water temperature. For this temperature to be reached, the corresponding condensation temperature of the refrigerant and thus the desired high pressure must be set slightly higher than the corresponding saturation vapor pressure.

Analog zur Saugdruckregelung während der Anfahrsituation kann auch die Hochdruck-Regelung des Expansionsorgans mittels eines PI-Reglers erfolgen, wobei als Regelgröße ein aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck des Kältemittels zuzüglich eines vorgegebenen zweiten Offset-Drucks ermittelter Soll-Hochdruck im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler, und als Stellgröße ein Ansteuersignal für das Expansionsorgan ausgegeben wird.Analogous to the suction pressure control during the starting situation, the high-pressure control of the expansion device can also take place by means of a PI controller, wherein the controlled variable is a setpoint high pressure in the heat pump condenser or gas cooler, determined from a determined saturation vapor pressure of the refrigerant plus a predetermined second offset pressure is output as a control variable, a drive signal for the expansion device.

Um einen ausreichenden Kältemittelfluss sicherstellen zu können, sieht das erfindungsgemäße Verfahren in einer Weiterbildung vor, dass der Öffnungsquerschnitt des Expansionsorgan bzw. die Durchflussmenge durch das Expansionsorgan zusätzlich in Abhängigkeit vom aktuellen Saugdruck am Außenwärmetauscher beeinflusst wird, insbesondere derart, dass ein vom aktuellen Saugdruck abhängiger minimaler Öffnungsquerschnitt bzw. eine minimale Durchflussmenge durch das Expansionsorgan nicht unterschritten wird. Mit anderen Worten ausgedrückt ist eine zusätzliche Minimalbegrenzung des Öffnungsquerschnitts des Expansionsorgans bzw. der Durchflussmenge durch das Expansionsorgan in Abhängigkeit vom aktuellen Saugdruck vorgesehen, wobei bei niedrigem Saugdruck der minimal erlaubte Öffnungsquerschnitt bzw. die minimal erlaubte Durchflussmenge größer sein muss als bei größerem aktuellen Saugdruck. Der Zusammenhang zwischen aktuellem Saugdruck und minimal erlaubter Öffnungsquerschnitt des Expansionsorgans bzw. erlaubte minimale Durchflussmenge durch das Expansionsorgan kann mittels einer Kennlinie abgelegt sein.In order to be able to ensure a sufficient flow of refrigerant, the method according to the invention provides in a development that the opening cross section of the expansion element or the flow rate through the expansion element is additionally influenced as a function of the current suction pressure at the outdoor heat exchanger, in particular in such a way that a minimum dependent on the current suction pressure Opening cross-section or a minimum flow rate is not exceeded by the expansion device. In other words, an additional minimum limitation of the opening cross-section of the expansion element or the flow rate through the expansion device depending on the current suction pressure is provided, at low suction the minimum allowable opening area or the minimum allowable flow rate must be greater than at a larger current suction pressure. The relationship between the current suction pressure and the minimum permissible opening cross-section of the expansion element or the permitted minimum flow rate through the expansion element can be stored by means of a characteristic curve.

Die Erfindung wird nun anhand nachfolgenden Ausführungsbeispiels nochmals näher erläutert. Dabei zeigt die einzige 1 ein stark vereinfachtes Ablaufschema zur Regelung eines Expansionsorgans EXO zur Dosierung der den Außenwärmetauscher durchströmenden Kältemittelmenge im Heizbetrieb eines Wärmepumpensystems einer Fahrzeug-Heiz-Klimaanlage.The invention will now be explained in more detail with reference to the following embodiment. The only one shows 1 a greatly simplified flow chart for controlling an expansion element EXO for metering the amount of refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger in the heating operation of a heat pump system of a vehicle heating air conditioning.

Auf eine detaillierte Darstellung eines Wärmepumpen-Systems, das zum Heizen eines Fahrzeuginnenraums verwendet wird, wird hier verzichtet, da solche Systeme bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind.A detailed description of a heat pump system used to heat a vehicle interior is omitted here since such systems are already known in the art.

Das hier zu erläuternde Verfahren startet, sobald ein Heizbetrieb des Wärmepumpensystems angefordert wird. Wird ein Heizbetrieb angefordert, so wird zunächst im Schritt 10 ein Mindesthochdruck des Kältemittels pHDGW (beispielsweise abhängig von der geforderten Temperatur T_soll für die Beheizung) und ein Grenzwert ΔpHD für die Differenz zwischen dem aktuell herrschenden Hochdruck und einem vorgegebenen Soll-Hochdruck (hier beispielsweise als fester Wert von z. B. 1 bar) festgelegt. Gleichzeitig wird eine Sollwert pSaug_soll für einen einzuregelnden Saugdruck und ein Sollwert für einen einzuregelnden Hochdruck ermittelt und vorgegeben. Der Soll-Saugdruck pSaug_soll wird dabei als Funktion f in Abhängigkeit eines bei aktueller Außentemperatur TA ermittelten Sättigungsdampfdruck pS abzüglich eines ersten vorgegebenen Offset-Drucks Δp1 definiert. Der Soll-Hochdruck wird als Funktion f in Abhängigkeit eines zur Erzeugung einer erforderlichen Lufttemperatur TL abhängigen Sättigungsdampfdrucks pS zuzüglich eines vorgegebenen zweiten Offset-Drucks Δp2 definiert.The method to be explained starts as soon as a heating operation of the heat pump system is requested. If a heating operation is requested, then first in step 10 a minimum high pressure of the refrigerant pHDGW (for example, depending on the required temperature T_set for the heating) and a limit ΔpHD for the difference between the currently prevailing high pressure and a predetermined desired high pressure (here, for example, as a fixed value of, for example, 1 bar) , At the same time, a desired value pSaug_soll for a suction pressure to be regulated and a setpoint for a high pressure to be regulated are determined and specified. The target suction pressure pSaug_soll is used as a function f as a function of a current Outside temperature TA determined saturation vapor pressure pS minus a first predetermined offset pressure Δp1 defined. The desired high pressure is defined as a function f as a function of a saturation vapor pressure pS dependent on the generation of a required air temperature TL plus a predetermined second offset pressure Δp2.

Anschließend erfolgt im nächsten Schritt 20 eine Regelung des Expansionsorgans EXO ausgehend vom aktuellen Saugdruck pSaug_ist auf den oben vorgegebenen Soll-Saugdruck pSaug_soll mittels eines PI-Reglers. Diese Saugdruck-Regelung auf den vorgegebenen Soll-Saugdruck pSaug_soll findet solange statt, bis erkannt wird (Schritt 30), dass die Differenz zwischen dem aktuellem Hochdruck pHD_ist und dem vorgegebenen Soll-Hochdruck pHD_soll größer als der in Schritt 10 vorgegebene Grenzwert für die Differenz zwischen dem aktuell herrschenden Hochdruck pHD_ist und dem vorgegebenen Soll-Hochdruck pHD_soll ist oder der aktuelle Hochdruck pHD_ist den oben definierten Mindesthochdruck des Kältemittels pHDGW überschreitet.Subsequently, in the next step 20 a regulation of the expansion element EXO starting from the current suction pressure pSaug_ist to the above-specified target suction pressure pSaug_soll by means of a PI controller. This suction pressure control to the predetermined target suction pressure pSaug_soll takes place until it is detected (step 30 ) that the difference between the current high pressure pHD_ist and the predetermined target high pressure pHD_soll is greater than that in step 10 predetermined limit value for the difference between the currently prevailing high pressure pHD_ist and the predetermined desired high pressure pHD_soll or the current high pressure pHD_ist exceeds the above-defined minimum high pressure of the refrigerant pHDGW.

Wird in Schritt 30 festgestellt, dass die Differenz zwischen dem aktuellem Hochdruck pHD_ist und dem vorgegebenen Soll-Hochdruck pHD_soll größer als der in Schritt 10 vorgegebene Grenzwert für die Differenz zwischen dem aktuell herrschenden Hochdruck pHD_ist und dem vorgegebenen Soll-Hochdruck pHD_soll ist oder der aktuelle Hochdruck pHD_ist den oben definierten Mindesthochdruck des Kältemittels pHDGW überschreitet, wird zu Schritt 40 übergegangen und von der bisherigen Saugdruck-Regelung auf eine Hochdruck-Regelung auf einen vorgegebenen Soll-Hochdruck pHD_soll umgeschaltet. Die Hochdruck-Regelung erfolgt dabei wiederum mittels eines PI-Reglers solange, bis der aktuelle Saugdruck pSaug_ist deutlich größer als der vorgegebene Sollsaugdruck pSaug_soll ist.Will in step 30 found that the difference between the current high pressure pHD_ist and the preset target high pressure pHD_soll is greater than that in step 10 becomes predetermined limit value for the difference between the currently prevailing high pressure pHD_ist and the predetermined desired high pressure pHD_soll or the current high pressure pHD_ist exceeds the above-defined minimum high pressure of the refrigerant pHDGW becomes step 40 passed over and switched from the previous suction pressure control to a high pressure control to a predetermined desired high pressure pHD_soll. The high-pressure control is again effected by means of a PI controller until the current suction pressure pSaug_ist is significantly greater than the predetermined desired suction pressure pSaug_soll.

Durch das hier dargestellte Verfahren kann auf einfache und kostengünstige Weise durch eine optimale Regelung des die Kältemittelmenge durch den Außenwärmetauscher beeinflussenden Expansionsorgans ein hinsichtlich Effizienz und gleichzeitig ausreichender Leistungsbereitstellung optimaler Heizbetrieb des Wärmepumpensystems sichergestellt werden.By the method illustrated here can be ensured in a simple and cost-effective manner by an optimal control of the refrigerant quantity by the outdoor heat exchanger influencing expansion element in terms of efficiency and at the same time sufficient power supply optimal heating operation of the heat pump system.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10126257 A1 [0002] DE 10126257 A1 [0002]

Claims (9)

Verfahren zur Steuerung einer Heiz-Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem Wärmepumpensystem mit einem Kältemittelkreislauf, der zumindest einen Außenwärmetauscher, einen Kältemittelverdichter zum Fördern von Kältemittel, ein Expansionsorgan vor dem Außenwärmetauscher als Drossel bzw. zur Dosierung der den Außenwärmetauscher durchströmenden Kältemittelmenge, einen Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler, der direkt oder indirekt über einen weiteren Medienkreislauf die Luft zur Beheizung des Innenraums erwärmt, und Kältemittelleitungen, über die die vorgenannten Komponenten miteinander verbunden sind, umfasst, wobei das Expansionsorgan geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Heizbetrieb des Wärmepumpensystems das Expansionsorgan (EXO) in Abhängigkeit einer aktuellen Betriebssituation auf unterschiedliche Bezugsgrößen-Sollwerte (pSaug_soll, pHD_soll) geregelt wird.A method for controlling a heating air conditioner in a motor vehicle having a heat pump system with a refrigerant circuit, the at least one outdoor heat exchanger, a refrigerant compressor for conveying refrigerant, an expansion element in front of the outdoor heat exchanger as a throttle or for metering the amount flowing through the outdoor heat exchanger refrigerant, a heat pump condenser or gas cooler, which directly or indirectly via another medium cycle heats the air for heating the interior, and refrigerant pipes, via which the aforementioned components are interconnected, wherein the expansion device is controlled, characterized in that in the heating operation of the heat pump system, the expansion organ ( EXO) depending on a current operating situation to different reference value setpoints (pSaug_soll, pHD_soll) is regulated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Betriebssituation ein mit dem erforderlichen Kältemitteldruck im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler korrelierender betriebssituations-abhängiger Druck-Sollwert (pSaug_soll, pHD_soll), der insbesondere abhängig von der Betriebssituation ein Soll-Saugdruck (pSaug_soll) oder ein Soll-Hochdruck (pHD_soll) ist, ermittelt wird, und das Expansionsorgan (EXO) zum Erreichen des Druck-Sollwertes (pSaug_soll, pHD_soll) entsprechend geregelt wird.A method according to claim 1, characterized in that, depending on the operating situation of the required refrigerant pressure in the heat pump condenser or gas cooler correlating operational situation-dependent pressure desired value (pSaug_soll, pHD_soll), which depends in particular on (on the operating situation, a target suction pressure pSaug_soll ) or a desired high pressure (pHD_soll), is determined, and the expansion element (EXO) to achieve the desired pressure value (pSaug_soll, pHD_soll) is controlled accordingly. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsorgan (EXO) in Abhängigkeit, ob eine Anfahrsituation vorliegt oder nicht, auf unterschiedliche Bezugsgrößen-Sollwerte (pSaug_soll, pHD_soll) geregelt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the expansion element (EXO) depending on whether a starting situation is present or not, to different reference value setpoints (pSaug_soll, pHD_soll) is controlled. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anfahrsituation in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem aktuell herrschenden Hochdruck (pHD_ist) und einem vorgegebenen Soll-Hochdruck (pHD_soll), oder bei Unterschreitung eines vorgegebenen Mindest-Hochdrucks (pHDGW) erkannt wird.A method according to claim 3, characterized in that a starting situation in dependence on the difference between the currently prevailing high pressure (pHD_ist) and a predetermined desired high pressure (pHD_soll), or falls below a predetermined minimum high pressure (pHDGW) is detected. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anfahrsituation als betriebssituations-abhängiger Druck-Sollwert ein Soll-Saugdruck (pSaug_soll) am Außenwärmetauscher ermittelt wird, wobei der Soll-Saugdruck insbesondere aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck (pS) des Kältemittels bei aktueller Außentemperatur (TA) abzüglich eines vorgegebenen ersten Offset-Drucks (Δp1) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a starting situation as operating situation-dependent pressure setpoint a target suction pressure (pSaug_soll) is determined at the outdoor heat exchanger, the target suction pressure in particular from a determined saturation vapor pressure (pS) of the refrigerant at current Outside temperature (TA) minus a predetermined first offset pressure (Δp1) is determined. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anfahrsituation zum Erreichen des betriebssituations-abhängigen Druck-Sollwertes (pSaug_soll) ein PI-Regler eingesetzt wird, wobei als Regelgröße ein aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck (pS) des Kältemittels bei aktueller Außentemperatur (TA) abzüglich eines vorgegebenen ersten Offset-Druck (Δp1) ermittelter Sollsaudruck (pSaug_soll) am Außenwärmetauscher, und als Stellgröße ein Ansteuersignal für das Expansionsorgan (EXO) herangezogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a starting situation to achieve the operating situation-dependent pressure setpoint (pSaug_soll) a PI controller is used, as a controlled variable from a determined saturation vapor pressure (pS) of the refrigerant at the current outside temperature ( TA) minus a predetermined first offset pressure (Δp1) determined Sollsaudruck (pSaug_soll) on the outdoor heat exchanger, and as a control variable, a drive signal for the expansion element (EXO) is used. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb einer Anfahrsituation als betriebssituations-abhängiger Druck-Sollwert ein Soll-Hochdruck (pHD_soll) im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler ermittelt wird, wobei der Soll-Hochdruck (pHD_soll) insbesondere aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck (pS) des Kältemittels zur Erzeugung einer ermittelten erforderlichen Lufttemperatur (TL) oder Temperatur eines Medienkreislaufs zur Beheizung des Innenraums zuzüglich eines vorgegebenen zweiten Offset-Drucks (Δp2) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that outside a starting situation as operating situation-dependent pressure setpoint a desired high pressure (pHD_soll) in the heat pump condenser or gas cooler is determined, the desired high pressure (pHD_soll) in particular from a determined saturation vapor pressure (pS) of the refrigerant for generating a determined required air temperature (TL) or temperature of a medium circuit for heating the interior plus a predetermined second offset pressure (Δp2) is determined. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb einer Anfahrsituation zum Erreichen des betriebssituations-abhängigen Druck-Sollwertes (pHD_soll) ein PI-Regler eingesetzt wird, wobei als Regelgröße ein aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck (pS) des Kältemittels zuzüglich eines vorgegebenen zweiten Offset-Drucks (Δp1) ermittelter Soll-Hochdruck (pHD_soll) im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler, und als Stellgröße ein Ansteuersignal für das Expansionsorgan herangezogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that outside a starting situation to achieve the operating situation-dependent pressure setpoint (pHD_soll), a PI controller is used as a control variable from a determined saturation vapor pressure (pS) of the refrigerant plus a predetermined second Offset pressure (Δp1) determined target high pressure (pHD_soll) in the heat pump condenser or gas cooler, and is used as a control variable, a drive signal for the expansion element. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt des Expansionsorgan (EXO) oder die Kältemittel-Durchflussmenge durch das Expansionsorgan (EXO) zusätzlich in Abhängigkeit vom aktuellen Saugdruck (pSaug_ist) am Außenwärmetauscher beeinflusst wird, insbesondere derart, dass ein vom aktuellen Saugdruck (pSaug_ist) abhängiger minimaler Öffnungsquerschnitt oder eine minimale Kältemittel-Durchflussmenge nicht unterschritten wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the opening cross-section of the expansion element (EXO) or the refrigerant flow rate through the expansion element (EXO) is additionally influenced as a function of the current suction pressure (pSaug_ist) on the outdoor heat exchanger, in particular such that one of the current Suction pressure (pSaug_ist) dependent minimum opening cross section or a minimum refrigerant flow rate is not undershot.
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