DE102016001096A1 - Method for operating a vehicle refrigeration system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeug-Kälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf (1), welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer (2), einen Kältemittelverdichter (3), einen Kältemittelkondensator (4) oder einen Gaskühler (4) und ein dem Verdampfer (2) zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbares Expansionsorgans (5) mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche aufweist. Erfindungsgemäß wird bei einer maximal angeforderten Kälteleistung zur Erreichung einer Ziellufttemperatur (Tsoll) nach dem Verdichter (3) die Fahrzeug-Kälteanlage bei maximal zulässigen Hochdruck (HDzul) am Leistungsmaximum betrieben und anschließend bei Erreichen der Ziellufttemperatur (Tsoll) die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans (5) auf einen optimalen Hochdruck (HDopt) am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers (4) unter Einhaltung der Ziellufttemperatur (Tsoll) geregelt.The invention relates to a method for operating a vehicle refrigeration system with a refrigerant circuit (1), which as components at least one evaporator (2), a refrigerant compressor (3), a refrigerant condenser (4) or a gas cooler (4) and the evaporator ( 2) associated with and electrically controllable by a control device expansion element (5) having a variable valve cross-sectional area. According to the invention, the vehicle refrigeration system is operated at maximum permissible high pressure (HDzul) at the maximum power at a maximum requested cooling capacity to achieve a target air temperature (Tsoll) after the compressor (3) and then upon reaching the target air temperature (Tsoll) the valve cross-sectional area of the expansion organ ( 5) to an optimum high pressure (HDopt) at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler (4) while maintaining the target air temperature (Tsoll) regulated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeug-Kälteanlage. Ferner betrifft die Erfindung eine Fahrzeug-Kälteanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrzeug-Kälteanlage.The invention relates to a method for operating a vehicle refrigeration system. Furthermore, the invention relates to a vehicle refrigeration system for carrying out the method according to the invention and to a vehicle having such a vehicle refrigeration system.

Fahrzeugklimaanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt und dienen dazu den Innenraum bzw. die Fahrgastzelle eines Fahrzeugs mit einem Zuluftstrom mit einer vorgegebenen Temperatur zu versorgen. Das Klimagerät einer solchen Fahrzeugklimaanlage stellt das eigentliche Lüftungssystem der Fahrgastzelle dar und umfasst einen mit einem Gebläse versehenen Ansaugkanal, über welchem Luft, bspw. Frischluft von außerhalb des Fahrzeugs über einen Verdampfer und/oder einen Heizungswärmeübertrager mittels des Gebläses angesaugt in die Fahrgastzelle geführt wird.Vehicle air conditioning systems are known from the prior art and serve to provide the interior or the passenger compartment of a vehicle with a supply air flow at a predetermined temperature. The air conditioner of such a vehicle air conditioning system is the actual ventilation system of the passenger compartment and includes a fan provided with a suction duct, via which air, for example. Fresh air from outside the vehicle via an evaporator and / or a heat exchanger by means of the blower sucked into the passenger compartment.

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

Bei heutigen Fahrzeugkälteanlagen als Teilgruppe von Fahrzeugklimaanlagen werden Expansionsorgane bzw. Expansionsventilen eingesetzt, die überwiegend mechanisch eingestellt bzw. geregelt werden. Dies gilt insbesondere für die Expansionsorgane des Innenraumverdampfers, die als Orifice Tube (Fixdrossel mit einer festen Durchflussöffnung), Orifice Bypass (Fixdrossel mit einem Bypass, welcher zum Abfangen von Druckspitzen in Abhängigkeit vom Absolutwert des Hochdrucks öffnet) oder als TXV (thermisches Expansionsorgan) ausgeführt sind.In today's vehicle refrigeration systems as a subgroup of vehicle air conditioning expansion organs or expansion valves are used, which are mainly mechanically adjusted or regulated. This applies in particular to the expander of the interior evaporator, which as Orifice Tube (fixed throttle with a fixed flow opening), Orifice Bypass (fixed throttle with a bypass, which opens to catch pressure peaks depending on the absolute value of the high pressure) or as a TXV (thermal expansion device) executed are.

Eine Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf, welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer, einen regelbaren Kältemittelverdichter mit variablem Hubvolumen, einen Kältemittelkondensator bzw. -gaskühler und ein dem Verdampfer zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbares elektrisches Expansionsventil mit einer veränderbaren Ventilöffnung aufweist, ist aus der DE 199 17 048 A1 bekannt. Bei diesem als R744-(CO2-)Kreislauf ausgeführten transkritischen Kältemittelkreislauf wird die Kältemittelförderkapazität des Kältemittelverdichters überwacht und über die Variation der Öffnung des Expansionsventils in Abhängigkeit der Kältemitteltemperatur auf der Auslassseite des Kältemittelkondensators bzw. Gaskühlers der Hochdruck am Austritt des Wärmeübertragers geregelt.A vehicle air conditioning system having a refrigerant circuit, which has as components at least one evaporator, a controllable refrigerant compressor with variable displacement, a refrigerant condenser or gas cooler and an evaporator associated and electrically controllable by a control device electrical expansion valve with a variable valve opening, is from the DE 199 17 048 A1 known. In this designed as R744 (CO 2 -) circuit transcritical refrigerant circuit, the refrigerant flow capacity of the refrigerant compressor is monitored and regulated by the variation of the opening of the expansion valve depending on the refrigerant temperature on the outlet side of the refrigerant condenser or gas cooler, the high pressure at the outlet of the heat exchanger.

Mit einem solchen extern ansteuerbaren elektrischen Expansionsorgan für eine R744-Kälteanlage können die Betriebspunkte einer Fahrzeugklimaanlage so eingestellt werden, dass der Kältemittelkreislauf für alle Betriebspunkte im Effizienzoptimum betrieben wird.With such an externally controllable electrical expansion element for an R744 refrigeration system, the operating points of a vehicle air conditioning system can be adjusted so that the refrigerant circuit is operated for all operating points in optimum efficiency.

Bei Fahrzeug-Kälteanlagen mit hohen Umgebungstemperaturen und langen Stillstandszeiten des Fahrzeugs sollte eine schnelle Kühlung (Pull Down) des Fahrzeuginnenraums erreicht werden, wobei in solchen Situationen der Kältemitteldruck von R744 in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur auf sehr hohe Werte ansteigen kann.In vehicle refrigeration systems with high ambient temperatures and long downtimes of the vehicle, a rapid cooling (pull down) of the vehicle interior should be achieved, in which case the refrigerant pressure of R744 may increase to very high values depending on the ambient temperature.

So ist aus der DE 2008 014 196 A1 ein Verfahren zum Regeln einer Fahrzeug-Kälteanlage mit R744 als Kältemittel bekannt. Diese Fahrzeug-Kälteanlage umfasst einen Verdichter, einen Gaskühler, ein den Druck auf der Hochdruckseite auf einen maximal zulässigen Druck begrenzendes Expansionsorgan, einen Verdampfer und ein Gebläse, welches über den Verdampfer dem Innenraum einen temperierten Luftmassenstrom zuführt. Bei diesem bekannten Verfahren ist es vorgesehen, bei einem Neustart des Fahrzeugs sowie bei einer Anforderung von maximaler Kälteleistung den den Verdampfer durchströmenden Luftmassenstrom zu reduzieren, bspw. auf 10% des maximalen Luftmassenstroms. In einem nachfolgenden Schritt wird der Luftmassenstrom so lange konstant gehalten, bis der Druck auf der Hochdruckseite unter dem maximal zulässigen Druck liegt und/oder der Verdichter maximal angesteuert wird. Anschließend wird der Luftmassenstrom erhöht, bis der Druck auf der Hochdruckseite den maximal zulässigen Druck wieder erreicht hat. Die Schrittfolge „konstant Halten des Luftmassenstroms bis der Druck auf der Hochdruckseite unter den maximal zulässigen Druck fällt” und „Erhöhen des Luftmassenstroms bis der Druck auf der Hochdruckseite den maximal zulässigen Druck erreicht hat” wird mehrfach wiederholt. Die Regelung in Bezug auf die schrittweise Erhöhung des Luftmassenstroms wird bei Erreichen des maximalen Luftmassenstroms durch den Verdampfer beendet und von der herkömmlichen Serien-Steuerung der Kälteanlage übernommen.So is out of the DE 2008 014 196 A1 a method for controlling a vehicle refrigeration system with R744 known as refrigerant. This vehicle refrigeration system comprises a compressor, a gas cooler, an expansion element which limits the pressure on the high-pressure side to a maximum permissible pressure, an evaporator and a fan which supplies a temperature-controlled air mass flow to the interior via the evaporator. In this known method, it is provided to reduce the air mass flow flowing through the evaporator when the vehicle is restarted and when a maximum cooling capacity requirement is demanded, for example to 10% of the maximum air mass flow. In a subsequent step, the air mass flow is kept constant until the pressure on the high-pressure side is below the maximum permissible pressure and / or the compressor is activated to the maximum. Subsequently, the air mass flow is increased until the pressure on the high pressure side has reached the maximum allowable pressure again. The sequence of steps "Constant maintenance of the air mass flow until the pressure on the high pressure side falls below the maximum permissible pressure" and "Increasing the air mass flow until the pressure on the high pressure side has reached the maximum permissible pressure" is repeated several times. The control with respect to the incremental increase of the air mass flow is terminated when the maximum air mass flow through the evaporator and taken over by the conventional series control of the refrigeration system.

Eine derartige Regelung des Luftmassenstroms gemäß der DE 10 2008 014 196 A1 ermöglicht die Verwendung eines differenzdruckgesteuerten Expansionsorgans im Kältemittelkreislauf. Ferner soll mit diesem bekannten Verfahren eine schnelle Abkühlung des Fahrzeuginnenraums erzielt werden.Such a regulation of the air mass flow according to the DE 10 2008 014 196 A1 allows the use of a differential pressure controlled expansion device in the refrigerant circuit. Furthermore, a rapid cooling of the vehicle interior to be achieved with this known method.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Expansionsorgans einer Fahrzeug-Kälteanlage anzugeben, mit welchem einerseits ein effizienzoptimierter Betrieb der Kälteanlage und andererseits bei Anforderung von maximaler Kälteleistung ein schnelles Abkühlen, insbesondere bei hohen Umgebungstemperatur erreicht wird.It is therefore an object of the invention to provide an improved method for controlling an electrical expansion element of a vehicle Specify refrigeration system with which, on the one hand, an efficiency-optimized operation of the refrigeration system and on the other hand when requesting maximum cooling capacity, a rapid cooling, especially at high ambient temperature is achieved.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und den Merkmalen des Patentanspruches 2.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and the features of claim 2.

Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeug-Kälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf, welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer, einen Kältemittelverdichter, einen Kältemittelkondensator oder einen Gaskühler und ein dem Verdampfer zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbares Expansionsorgans mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche aufweist, zeichnet sich gemäß der erstgenannten Lösung dadurch aus, dass bei einer maximal angeforderten Kälteleistung zur Erreichung einer Ziellufttemperatur nach dem Verdampfer folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

  • a) Regelung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans zunächst auf einen einen energieeffizienten Betrieb bewirkenden optimalen Hochdruck und anschließend auf einen schrittweise in Richtung auf einen maximal zulässigen Hochdruck am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers erhöhten Hochdruck und Halten auf dem Niveau des maximal zulässigen Hochdruckes solange, bis die Ziellufttemperatur erreicht wird,
  • b) Regelung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans auf den zuletzt eingeregelten Hochdruckwert am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers und Steuerung des Kältemittelverdichters von einer bei dem zuletzt eingeregelten Hochdruckwert geförderten aktuellen Fördermenge auf eine reduzierte Fördermenge, solange die Ziellufttemperatur eingehalten wird,
  • c) Regelung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans in Richtung auf einen einen energieeffizienten Betrieb bewirkenden optimalen Hochdruck am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers, indem entweder die Ventil-Querschnittsfläche erhöht wird, solange die Temperatur nach dem Kältemittelverdampfer der Ziellufttemperatur entspricht oder diese unterschreitet, oder die Ventil-Querschnittsfläche reduziert wird, solange die Temperatur nach dem Kältemittelverdampfer die Ziellufttemperatur überschreitet.
Such a method for operating a vehicle refrigeration system having a refrigerant circuit which has as components at least one evaporator, a refrigerant compressor, a refrigerant condenser or a gas cooler and an evaporator associated and electrically controllable by a control device expansion element with a variable valve cross-sectional area is characterized according to the first-mentioned solution, by the following method steps being carried out at a maximum requested cooling capacity to achieve a target air temperature downstream of the evaporator:
  • a) control of the valve cross-sectional area of the expansion device initially to an energy-efficient operation causing optimum high pressure and then to a stepwise towards a maximum allowable high pressure at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler increased high pressure and holding at the level of the maximum allowable high pressure until, until the target air temperature is reached,
  • b) regulation of the valve cross-sectional area of the expansion device to the last-adjusted high-pressure value at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler and control of the refrigerant compressor from a current delivered at the last-adjusted high pressure value current delivery to a reduced flow rate, as long as the target air temperature is maintained,
  • c) Regulation of the valve cross-sectional area of the expansion device towards an energy-efficient operation causing optimum high pressure at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler by either the valve cross-sectional area is increased, as long as the temperature after the refrigerant evaporator or the target air temperature is lower than, or Valve cross-sectional area is reduced as long as the temperature after the refrigerant evaporator exceeds the target air temperature.

Im zweitgenannten Fall wird dadurch eine Anhebung des Hochdrucks und damit in der Regel eine Überschreitung des optimalen Hochdrucks bewirkt, um eine Sollausblastemperatur einstellen zu können.In the second-mentioned case, an increase in the high pressure and thus, as a rule, an exceeding of the optimum high pressure is effected in order to be able to set a desired outlet temperature.

Der maximal zulässige Hochdruck nach dem Gaskühler wird aufgrund der im System auftretenden Druckverluste primär durch den maximal zulässigen Hochdruck nach dem Verdichter gedeckelt bzw. schon vorab begrenzt.Due to the pressure losses occurring in the system, the maximum permissible high pressure downstream of the gas cooler is primarily capped or limited in advance by the maximum permissible high pressure downstream of the compressor.

Alternativ kann statt des Referenzierens einer direkt gemessenen Lufttemperatur nach Verdampfer auch ein indirektes an den Niederdruck gekoppeltes Verfahren zur Einstellung einer Ziellufttemperatur zur Anwendung kommen. Im Idealfall ist der Verdampfungsdruck des Kältemittels gekoppelt an eine Verdampfungstemperatur, die ihrerseits wiederum eine korrespondierende Lufttemperatur einstellt.Alternatively, instead of referencing a directly measured air temperature downstream of the evaporator, an indirect method coupled to the low pressure for adjusting a target air temperature may also be used. Ideally, the evaporation pressure of the refrigerant is coupled to an evaporation temperature, which in turn sets a corresponding air temperature.

Das Verfahren nach der zweitgenannten Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer maximal angeforderten Kälteleistung zur Erreichung einer Ziellufttemperatur nach dem Verdampfer folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

  • a) Einstellung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans auf einen definierten Startquerschnitt und anschließend auf einen schrittweise in Richtung auf einen maximal zulässigen Hochdruck am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers erhöhten Hochdruck und Halten auf dem Niveau des maximal zulässigen Hochdruckes solange, bis die Ziellufttemperatur erreicht wird,
  • b) Regelung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans auf den zuletzt eingeregelten Hochdruckwert am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers und Steuerung des Kältemittelverdichters von einer bei dem zuletzt eingeregelten Hochdruckwert geförderten aktuellen Fördermenge auf eine reduzierte Fördermenge, solange die Ziellufttemperatur eingehalten wird,
  • c) Regelung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans in Richtung auf einen einen energieeffizienten Betrieb bewirkenden optimalen Hochdruck am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers, indem entweder die Ventil-Querschnittsfläche erhöht wird, solange die Temperatur nach dem Kältemittelverdampfer der Ziellufttemperatur entspricht oder diese unterschreitet, oder die Ventil-Querschnittsfläche reduziert wird, solange die Temperatur nach dem Kältemittelverdampfer die Ziellufttemperatur überschreitet.
The method according to the second-mentioned solution is characterized in that the following method steps are performed at a maximum requested cooling capacity to achieve a target air temperature after the evaporator:
  • a) adjustment of the valve cross-sectional area of the expansion device to a defined starting cross-section and then to a stepwise towards a maximum allowable high pressure at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler increased high pressure and holding at the level of the maximum allowable high pressure until the target air temperature is reached,
  • b) regulation of the valve cross-sectional area of the expansion device to the last-adjusted high-pressure value at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler and control of the refrigerant compressor from a current delivered at the last-adjusted high pressure value current delivery to a reduced flow rate, as long as the target air temperature is maintained,
  • c) Regulation of the valve cross-sectional area of the expansion device towards an energy-efficient operation causing optimum high pressure at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler by either the valve cross-sectional area is increased, as long as the temperature after the refrigerant evaporator or the target air temperature is lower than, or Valve cross-sectional area is reduced as long as the temperature after the refrigerant evaporator exceeds the target air temperature.

Im zweiten Fall wird dadurch eine Anhebung des Hochdrucks und damit in der Regel eine Überschreitung des optimalen Hochdrucks bewirkt, um eine Sollausblastemperatur einstellen zu können.In the second case, this causes an increase in the high pressure and thus, as a rule, an exceeding of the optimum high pressure in order to be able to set a desired outlet temperature.

Diese erfindungsgemäßen Verfahren zeichnen sich durch eine 2-stufige Regelstrategie aus. In einer ersten Stufe wird die Fahrzeug-Kälteanlage im Leistungsmaximum betrieben. Dies bedeutet, dass im Pull-Down-Betrieb, nach erfolgtem Systemanlauf mit Erreichen der geforderten Randbedingungen, der Querschnitt des elektrischen Expansionsorgans so weit angedrosselt wird, dass am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers sich der maximale und dauerhaft möglicher Systemarbeitsdruck einstellt, der dem maximal zulässigen Arbeitsdruck entspricht, im Folgenden maximaler zulässiger Hochdruck genannt, der sich am Ausgang des Kältemittelverdichters einstellt. Daher ist parallel hierzu immer der Druck am Ausgang des Verdichters zu überwachen, der die Arbeitsdruckgrenzen des Systems anzeigt. Damit wird diese Kälteanlage bei maximalem Druckverhältnis von Hochdruck zu Niederdruck betrieben, so dass der Niederdruck und die aus ihm resultierende für den Pull-Down-Betrieb geforderte und eingestellte Ziellufttemperatur nach dem Verdampfer in kürzester Zeitdauer erreicht werden.These methods according to the invention are characterized by a 2-stage control strategy. In a first stage, the vehicle refrigeration system is operated at maximum power. This means that in pull-down mode, after the system has started up and reaching the required boundary conditions, the cross-section of the electrical expansion element is throttled so far that the maximum and permanently possible system working pressure, which corresponds to the maximum permissible working pressure, adjusts at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler The following maximum permitted high pressure, which occurs at the outlet of the refrigerant compressor. Therefore, in parallel, always monitor the pressure at the outlet of the compressor, which indicates the working pressure limits of the system. Thus, this refrigeration system is operated at maximum pressure ratio of high pressure to low pressure, so that the low pressure and the resulting required for the pull-down operation and set target air temperature after the evaporator can be achieved in the shortest possible time.

Mit dem Erreichen der Ziellufttemperatur beginnt die zweite Stufe der erfindungsgemäßen Regelstrategie. Das Erreichen der Ziellufttemperatur bedeutet in der Regel, dass der Kältemittelverdichter nicht mehr mit seiner für diesen dann erreichten Arbeitspunkt möglichen Fördermenge betrieben wird, sondern von einem Regler eines Klimasteuergerätes unter Einhaltung der Ziellufttemperatur auf eine geringere Fördermenge gesteuert wird. Dies ist gleichbedeutend mit eine Hubreduktion oder Absenkung der Betriebsdrehzahl des Kältemittelverdichters.When the target air temperature is reached, the second stage of the control strategy according to the invention begins. Achieving the target air temperature usually means that the refrigerant compressor is no longer operated at its possible then reached for this operating point flow, but is controlled by a controller of a climate control unit while maintaining the target air temperature to a lower flow rate. This is equivalent to a Hubreduktion or lowering the operating speed of the refrigerant compressor.

In diesem Betriebszustand des Kältemittelverdichter kann die zweite Stufe der erfindungsgemäßen Regelstrategie eingeleitet werden, indem die Ventil-Querschnittsfläche sukzessive vergrößert wird, um den optimalen Hochdruck am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers einzustellen, welcher meistens deutlich unter dem maximalen und dauerhaft möglichen Hochdruck am Ausgang des Kältemittelverdichters bzw. am Austritt des Kältemittelkondensators bzw. des Gaskühlers liegt. Die schrittweise Reduzierung des Hochdruckes am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers, und somit des Gesamtsystems, wird solange durchgeführt, bis der optimale Hochdruck erreicht ist. Anschließend wird weiterbildungsgemäß die Fahrzeug-Kälteanlage bei optimalem Hochdruck im Systembetrieb und gleichzeitiger Erfüllung der angeforderten Ziellufttemperatur durch entsprechende Regelung des Kältemittelverdichters betrieben.In this operating state of the refrigerant compressor, the second stage of the control strategy according to the invention can be initiated by the valve cross-sectional area is successively increased to set the optimal high pressure at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler, which is usually well below the maximum and permanently possible high pressure at the outlet of the refrigerant compressor or at the outlet of the refrigerant condenser or the gas cooler. The gradual reduction of the high pressure at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler, and thus of the entire system, is carried out until the optimum high pressure is reached. Subsequently, the vehicle refrigeration system is operated at optimal high pressure in system operation and simultaneous fulfillment of the requested target air temperature by appropriate regulation of the refrigerant compressor.

Damit wird in der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens der zur Ziellufttemperatur führende Systembetrieb der Fahrzeug-Kälteanlage mit maximalem und dauerhaft möglichem Hochdruck in schrittweiser Annäherung auf einen effizienzoptimierten Systembetrieb umgestellt.Thus, in the second stage of the method according to the invention, the system operation of the vehicle refrigeration system leading to the target air temperature with maximum and permanently possible high pressure is switched to an efficiency-optimized system operation in a stepwise approach.

Hierbei bedeutet effizienzoptimierter Betrieb, dass die Fahrzeug-Kälteanlage über besagtes Expansionsorgan auf einen aus einer Kennlinie eines COP-Diagramms entnommenen Wert für den am Austritt des Kondensators oder des Gaskühlers zu steuernden Hochdruck einzustellen ist, wobei die in Abhängigkeit der Kältemitteltemperatur am Austritt des Kondensators oder des Gaskühlers, die bei idealem Wärmeübergang direkt der Umgebungstemperatur entspricht, aufgenommenen Kennlinien des COP-Diagramms (vgl. 3) bzw. deren Abbildungsvorschrift in einer Steuereinheit der Fahrzeug-Kälteanlage abgelegt sind. Aus diesem COP-Diagramm nach 3 ist zu erkennen, dass die Kennlinien als Effizienzkurven bei hohen Umgebungstemperaturen und damit Austrittstemperaturen des Kältemittels am Kältemittelkondensator oder Gaskühler, bspw. größer als 35°C sehr flach verlaufen. Daher kommt es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit leistungsoptimierten Betrieb gegenüber einem effizienzoptimierten Betrieb nur zu geringen Einbußen, die im Wesentlichen vernachlässigt werden können.In this case, efficiency-optimized operation means that the vehicle refrigeration system is to be adjusted via said expansion element to a value taken from a characteristic of a COP diagram value for the outlet to be controlled at the outlet of the condenser or the gas cooler, depending on the refrigerant temperature at the outlet of the condenser or the gas cooler, which corresponds directly to the ambient temperature with ideal heat transfer, recorded characteristics of the COP diagram (see. 3 ) or their mapping rule are stored in a control unit of the vehicle refrigeration system. From this COP diagram after 3 It can be seen that the curves are very flat as efficiency curves at high ambient temperatures and thus outlet temperatures of the refrigerant at the refrigerant condenser or gas cooler, for example. Greater than 35 ° C. Therefore, in the case of the method according to the invention with performance-optimized operation compared to an efficiency-optimized operation, only minor losses occur, which can essentially be neglected.

Der maximal zulässige Hochdruck wird als maximal zulässiger Systembetriebsdruck der Kälteanlage oder Wärmepumpe am Ausgang des Kältemittelverdichters überwacht und die Nichtüberschreitung dieses maximal zulässigen Systembetriebsdruckes durch die Regelung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans, aber auch im Bedarfsfalls durch eine Reduzierung der Fördermenge des Kältemittelverdichters bewirkt, indem dieser entsprechend gesteuert wird.The maximum allowable high pressure is monitored as the maximum allowable system operating pressure of the refrigeration system or heat pump at the outlet of the refrigerant compressor and not exceeding this maximum allowable system operating pressure by regulating the valve cross-sectional area of the expansion device, but also if necessary by reducing the flow rate of the refrigerant compressor caused by this is controlled accordingly.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet zur Implementierung in einer Fahrzeug-Kälteanlage oder einer Fahrzeugklimaanlage. Eine solche Fahrzeug-Kälteanlage oder Fahrzeugklimaanlage kann in allen Fahrzeugtypen eingesetzt werden.The method according to the invention is suitable for implementation in a vehicle refrigeration system or a vehicle air conditioning system. Such a vehicle refrigeration system or vehicle air conditioning system can be used in all vehicle types.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described in detail by means of an embodiment with reference to the accompanying figures. Show it:

1 ein Schaltbild einer Fahrzeug-Kälteanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 a circuit diagram of a vehicle refrigeration system for carrying out the method according to the invention,

2 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und 2 a flowchart for explaining the method according to the invention, and

3 ein Druck-COP-Diagramm mit COP-Kennlinien bei überkritischem Betrieb einer R744-Kälteanlage. 3 a COP pressure graph with COP characteristics for supercritical operation of an R744 refrigeration system.

Die 1 zeigt einen Kältemittelkreislauf 1 einer Fahrzeug-Kälteanlage, der aus einem Verdampfer 2, einem Kältemittelverdichter 3, einem Kältemittelkondensator bzw. Gaskühler 4, einem dem Verdampfer 2 in Strömungsrichtung eines R744-Kältemittels vorgeschalteten Expansionsorgan 5, einem inneren Wärmeübertrager 7 sowie einem Kältemittelsammler 8 aufgebaut ist.The 1 shows a refrigerant circuit 1 a vehicle refrigeration system consisting of an evaporator 2 , a refrigerant compressor 3 , a refrigerant condenser or gas cooler 4 , one to the evaporator 2 in the flow direction of an R744 refrigerant upstream expansion device 5 one internal heat exchanger 7 and a refrigerant collector 8th is constructed.

Bei dem Kältemittelkreislauf 1 gemäß 1 ist das dem Verdampfer 2 vorgeschaltete Expansionsorgan 5 als elektrisches Expansionsventil mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche ausgeführt, welches mittels eines Steuergerätes 6 gesteuert wird.In the refrigerant circuit 1 according to 1 is that the evaporator 2 upstream expansion organ 5 designed as an electric expansion valve with a variable valve cross-sectional area, which by means of a control unit 6 is controlled.

Das elektrische Expansionsorgan 5 wird in Abhängigkeit von Druck- und Temperaturwerten von dem Steuergerät 6 gesteuert und geregelt, wobei diese Druck- und Temperaturwerte von Druck-Temperatur-Sensoren pT1, pT2 und pT3 erfasst werden und der Istwert des Ventil-Öffnungsquerschnitts dem Steuergerät 6 übermittelt wird. Der Druck-Temperatur-Sensor pT1 ist auf der Hochdruckseite in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Verdichter 3, der Druck-Temperatur-Sensor pT2 in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Kondensator bzw. Gaskühler 4 und der Druck-Temperatur-Sensor pT3 Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Kältemittelsammler 8 in dem Kältemittelkreislauf 1 angeordnet. Die Umgebungstemperatur wird mittels eines Temperatursensors T_Um erfasst und ebenso dem Steuergerät 6 zugeführt.The electric expansion organ 5 is dependent on pressure and temperature values from the controller 6 controlled and regulated, these pressure and temperature values of pressure-temperature sensors pT1, pT2 and pT3 are detected and the actual value of the valve opening cross-section of the control unit 6 is transmitted. The pressure-temperature sensor pT1 is on the high-pressure side in the flow direction of the refrigerant after the compressor 3 , the pressure-temperature sensor pT2 in the flow direction of the refrigerant after the condenser or gas cooler 4 and the pressure-temperature sensor pT3 flow direction of the refrigerant after the refrigerant collector 8th in the refrigerant circuit 1 arranged. The ambient temperature is detected by means of a temperature sensor T_Um and also the control unit 6 fed.

Im Kälteanlagebetrieb des Kältemittelkreislaufes 1 der 1 wird das von dem Kältemittelverdichter 3 verdichtete Kältemittel über den im Frontbereich des Fahrzeugs angeordneten Kältemittelkondensator 4 bzw. Gaskühler 4 zugeführt, an dem das Kältemittel kondensiert bzw. abkühlt, bevor es nach einer Durchleitung durch den inneren Wärmeübertrager 7 mittels des Expansionsorgans 5 in den Verdampfer 2 entspannt wird. Ein dem Verdampfer 2 zugeführter Frisch-, Umluft- oder Teilumluftstrom wird von demselben gekühlt und als Zuluftstrom in eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs zugeführt. Das in dem Verdampfer 2 verdampfte Kältemittel wird über den Kältemittelsammler 8 und den inneren Wärmeübertragung 7 niederdruckseitig wieder dem Verdichter 3 zugeführt.In refrigeration system operation of the refrigerant circuit 1 of the 1 becomes that of the refrigerant compressor 3 compressed refrigerant via the arranged in the front of the vehicle refrigerant condenser 4 or gas cooler 4 supplied to the refrigerant condenses or cools before it after a passage through the inner heat exchanger 7 by means of the expansion organ 5 in the evaporator 2 is relaxed. A the evaporator 2 supplied fresh, recirculated air or partial air flow is cooled by the same and fed as supply air flow into a passenger compartment of the vehicle. That in the evaporator 2 evaporated refrigerant is via the refrigerant collector 8th and the internal heat transfer 7 low pressure side back to the compressor 3 fed.

Der Kältemittelverdichter 3 des Kältemittelkreislaufs 1 ist entweder als mechanischer Kältemittelverdichter oder als elektrischer Kältemittelverdichter ausgebildet. Ein mechanischer Kältemittelverdichter wird über einen mit dem Fahrmotor des Fahrzeugs verbundenen Riementrieb angetrieben und mittels eines Regelstromes für ein Verdichterregelventil des Kältemittelverdichters differenzdruck-, massenstrom- oder saugdruckgeregelt. Ein elektrischer Kältemittelverdichter weist einen internen Elektromotor als Antrieb auf, so dass eine Drehzahlregelung ermöglicht wird. Darüber hinaus können auch mechanische Verdichter über einen elektrisch angetriebenen und vom Motor entkoppelbaren Riementrieb verwendet werden.The refrigerant compressor 3 of the refrigerant circuit 1 is designed either as a mechanical refrigerant compressor or as an electrical refrigerant compressor. A mechanical refrigerant compressor is driven via a belt drive connected to the drive motor of the vehicle and differential pressure, mass flow or suction pressure regulated by means of a control current for a compressor control valve of the refrigerant compressor. An electric refrigerant compressor has an internal electric motor as a drive, so that a speed control is possible. In addition, mechanical compressors can be used via an electrically driven and decoupled from the engine belt drive.

Erhält das Steuergerät 6 eine Anforderung zur Erzeugung einer maximalen Kälteleistung zur Erreichung einer Ziellufttemperatur Tsoll nach dem Verdampfer 2 wird das anhand von 2 erläuterte erfindungsgemäße Verfahren durch Ansteuerung des Expansionsorgans 5 mittels des Steuergerätes 6 durchgeführt.Receives the controller 6 a requirement for generating a maximum cooling capacity to reach a target air temperature T soll after the evaporator 2 will that be based on 2 explained method of the invention by controlling the expansion organ 5 by means of the control unit 6 carried out.

Nach dem Start des Verfahrens wird in einem ersten Verfahrensschritt S1 geprüft, ob eine maximale Kälteleistung (Pull-Down) angefordert wird. Falls eine solche Maximalkälteleistungsanforderung vorliegt, wird gemäß eines nachfolgenden Verfahrensschrittes S2 mittels des Expansionsorgans 5 der Hochdruck am Ausgang des Kondensators bzw. Gaskühlers 4 auf einen maximal zulässigen Hochdruck HD als maximaler Arbeitsdruck der Fahrzeug-Kälteanlage eingeregelt.After the start of the method, it is checked in a first method step S1 whether a maximum cooling capacity (pull-down) is requested. If there is such a maximum cooling power requirement, according to a subsequent method step S2 by means of the expansion device 5 the high pressure at the outlet of the condenser or gas cooler 4 adjusted to a maximum allowable high pressure HD as the maximum working pressure of the vehicle refrigeration system.

Dies erfolgt in zwei Schritten, indem zunächst die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans 5 auf einen einen energieeffizienten Betrieb bewirkenden optimalen Hochdruck HDopt geregelt wird.This is done in two steps by first the valve cross-sectional area of the expansion organ 5 is regulated to an energy-efficient operation causing optimal high pressure HD opt .

Ausgehend von dem optimalen Hochdruck HDopt wird anschließend in einem zweiten Schritt durch Querschnittsanpassung des Expansionsorgans 5 der für den Ausgang des Kältemittelkondensators bzw. Gaskühlers 4 maximal zulässige Hochdruck HD angefahren, indem der Solldruck schrittweise in Richtung auf den maximal zulässigen Hochdruck am Ausgang des Kältemittelkondensators bzw. Gaskühlers 4 solange erhöht wird, bis die Ziellufttemperatur Tsoll erreicht wird oder der Hochdruck auf dem Niveau des maximal zulässigen Hochdruckes HD solange gehalten wird, bis die Ziellufttemperatur Tsoll erreicht ist.Starting from the optimum high-pressure HD opt is then in a second step by cross-sectional adaptation of the expansion organ 5 for the output of the refrigerant condenser or gas cooler 4 maximum permitted high pressure HD approached by the target pressure gradually towards the maximum allowable high pressure at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler 4 is increased until the target air temperature T soll is reached or the high pressure is maintained at the level of the maximum allowable high pressure HD until the target air temperature T soll is reached.

Damit wird gemäß Verfahrensschritt S2 daher die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans 5 so reduziert, dass sich. am Ausgang des Kältemittelkondensators bzw. Gaskühlers 4 ein nur geringfügig unterhalb der Systemhochdruckgrenze HDmax (= maximaler dauerhafter Systembetriebsdruck) liegender Hochdruck einstellt. Würde diese Systemhochdruckgrenze 130 bar betragen, so sind unter Berücksichtigung der möglichen Druckverluste vom Austritt des Verdichters 3 bis zum Austritt des Gaskühlers 4 je nach Lastfall ungefähr 5 bar anzusetzen, so dass sich hieraus ein Wert für den maximal zulässigen Hochdruck HDzul von 125 bar am Ausgang des Kältemittelkondensators bzw. Gaskühlers 4 ergibt. So kann mittels des Druck-Temperatur-Sensors pT1 direkt der maximale Hochdruck HDmax als Systembetriebsdruck und über den Druck-Temperatur-Sensor pT2 ein optimaler Hochdruck HDopt überwacht werden.Thus, according to method step S2, therefore, the valve cross-sectional area of the expansion element 5 so reduced that yourself. at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler 4 sets a high only slightly below the system high pressure limit HD max (= maximum continuous system operating pressure) lying high pressure. If this system high pressure limit were 130 bar, taking into account the possible pressure losses from the outlet of the compressor 3 until the outlet of the gas cooler 4 depending on the load case about 5 bar to set, so that from this a value for the maximum allowable high pressure HD zul of 125 bar at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler 4 results. Thus, by means of the pressure-temperature sensor pT1 directly the maximum high pressure HD max can be monitored as system operating pressure and via the pressure-temperature sensor pT2 an optimal high pressure HD opt .

Mögliche Druckverluste werden direkt mittels der Messwerte erfasst. Soll auf den Druck-Temperatur-Sensor pT2 verzichtet werden und nur die Temperatur am Austritt des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers 4 detektiert werden, so ist im Steuergerät 6 eine Kennlinie oder ein Kennfeld zu hinterlegen, welches abhängig vom Lastfall den Druckverlust über dem Kältemittelkondensator oder Gaskühler 4 angibt, um speziell für den Effizienzbetreib den optimalen Hochdruck nach dem Kältemittelkondensator oder dem Gaskühler 4 einzustellen. Für den reinen leistungsoptimierten Betrieb ist es möglich, primär der Druckwert des Druck-Temperatur-Sensors pT1 herangezogen werden.Possible pressure losses are recorded directly by means of the measured values. Should be applied to the Temperature sensor pT2 be waived and only the temperature at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler 4 be detected, so is in the control unit 6 to store a characteristic curve or a map which, depending on the load case, the pressure loss across the refrigerant condenser or gas cooler 4 indicates, especially for the efficiency of the optimal high pressure after the refrigerant condenser or the gas cooler 4 adjust. For purely performance-optimized operation, it is possible to primarily use the pressure value of the pressure-temperature sensor pT1.

Der optimale Hochdruck HDopt wird anhand eines in dem Steuergerät 6 abgelegten Kennlinienfeldes eines Druck-COP-Diagramms nach 3 in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur bzw. der Austrittstemperatur des Kältemittels am Austritt des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers 4 bestimmt.The optimum high pressure HD opt is based on one in the controller 6 stored characteristic field of a pressure COP diagram 3 as a function of an ambient temperature or the outlet temperature of the refrigerant at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler 4 certainly.

Dieses Diagramm zeigt beispielhaft den Verlauf von COP-Kurven in Abhängigkeit der Umgebungs- bzw. Kältemitteltemperatur bei überkritischem Betrieb einer R744-Kälteanlage, wie bspw. in 1 dargestellt ist. So zeigt die Kurve K1 den Verlauf bei 33°C, die Kurve K2 den Verlauf bei 38°C, die Kurve K3 den Verlauf bei 43°C und die Kurve K4 den Verlauf bei 46°C.This diagram shows an example of the course of COP curves as a function of the ambient or refrigerant temperature in the supercritical operation of an R744 refrigeration system, such as in 1 is shown. Thus, the curve K1 shows the course at 33 ° C, the curve K2 the course at 38 ° C, the curve K3 the course at 43 ° C and the curve K4 the course at 46 ° C.

Analog zum Kennfeld kann alternativ eine Berechnungsvorschrift herangezogen werden. Bekannt ist bspw. der folgende empirische Zusammenhang: HDopt = TKM × 2 + 20, wobei HDopt den Wert des optimalen Hochdrucks, ermittelt aus der doppelten Austrittstemperatur TKM des Kältemittels am Kältemittelkondensator oder Gaskühler 4 addiert mit 20, ergibt.Analogous to the characteristic field, a calculation rule can alternatively be used. For example, the following empirical relationship is known: HD opt = T KM × 2 + 20, wherein HD opt the value of the optimum high pressure, determined from the double outlet temperature T KM of the refrigerant at the refrigerant condenser or gas cooler 4 added with 20, results.

Mit dem Verfahrensschritt S2 wird der Kältemittelkreislauf 1 ausgehend von einem zunächst eingestellten HDopt bei maximalem Druckverhältnis von Hochdruck zu Niederdruck entlang der Systemhochdruckgrenze betrieben, so dass der Niederdruck und die aus ihm resultierende Ziellufttemperatur nach dem Verdampfer 2 frühzeitig erreicht werden.With the method step S2, the refrigerant circuit 1 operated starting from an initially set HD opt at maximum pressure ratio of high pressure to low pressure along the system high pressure limit, so that the low pressure and the resulting target air temperature after the evaporator 2 be reached early.

Anstelle des Verfahrensschrittes S2 kann auch der Verfahrensschritt S2' durchgeführt werden. Hiernach wird das Expansionsorgan 5 mit einem definierten Startquerschnitt angesteuert und hiervon ausgehend auf den maximal zulässigen Hochdruck HDzul am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers 4 geregelt, indem der Solldruck schrittweise in Richtung auf einen maximal zulässigen Hochdruck am Ausgang des Kältemittelkondensators bzw. Gaskühlers 4 solange erhöht wird, bis die Ziellufttemperatur Tsoll erreicht wird oder der Hochdruck auf dem Niveau des maximal zulässigen Hochdruckes HDzul solange gehalten wird, bis die Ziellufttemperatur Tsoll erreicht ist.Instead of the method step S2, the method step S2 'can also be carried out. After that, the organ of expansion becomes 5 controlled with a defined starting cross-section and starting therefrom to the maximum allowable high pressure HD zul at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler 4 regulated by the target pressure gradually towards a maximum allowable high pressure at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler 4 is increased until the target air temperature T soll is reached or the high pressure is maintained at the level of the maximum allowable high pressure HD zul until the target air temperature T soll is reached.

In der Regel wird mit dem Erreichen der Ziellufttemperatur Tsoll bei elektrischen Verdichtern die Verdichterdrehzahl und bei mechanischen Verdichtern mit Massenstromregelung oder Differenzdruckregelung der Regelstrom reduziert. Daher wird mit dem Erreichen der Ziellufttemperatur Tsoll gemäß des nächsten Verfahrensschrittes S3 die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans 5 auf den zuletzt eingeregelten Hochdruckwert am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers 4 geregelt und der Kältemittelverdichter 3 von einer bei dem zuletzt eingeregelten Hochdruckwert geförderten aktuellen Fördermenge auf eine reduzierte Fördermenge gesteuert, solange die Ziellufttemperatur Tsoll eingehalten wird.As a rule, when the target air temperature T soll is reached, the compressor speed is reduced in electric compressors and the control current is reduced in the case of mechanical compressors with mass flow regulation or differential pressure regulation. Therefore, upon reaching the target air temperature T soll according to the next process step S3, the valve cross-sectional area of the expansion element becomes 5 to the last adjusted high pressure value at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler 4 regulated and the refrigerant compressor 3 controlled by a promoted at the last adjusted high pressure value current delivery to a reduced flow rate, as long as the target air temperature T is maintained.

Mit der reduzierten Fördermenge des Kältemittelverdichters 3 und eingehaltenen Ziellufttemperatur Tsoll wird im darauffolgenden Verfahrensschritt 4 die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans 5 in Richtung auf einen einen energieeffizienten Betrieb bewirkenden optimalen Hochdruck HDopt am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers 4 so geregelt, dass in Abhängigkeit der Temperatur am Ausgang des Gaskühlers 4 ein gemäß 3 optimaler Hochdruck HDopt sich einstellt, der in der Regel wesentlich unter den dauerhaften Druckbetriebsgrenzen liegt. Für eine Temperatur des Kältemittels von bspw. 43°C nach dem Gaskühler 4 ergäbe sich ein Zieldruckwert von 106 bar. Diese Regelung erfolgt derart, dass die Ventil-Querschnittsfläche entweder schrittweise erhöht wird, solange die Temperatur nach dem Kältemittelverdampfer 2 der Ziellufttemperatur Tsoll entspricht oder diese unterschreitet oder reduziert wird, solange die Temperatur nach dem Kältemittelverdiampfer 2 die Ziellufttemperatur Tsoll überschreitet.With the reduced flow rate of the refrigerant compressor 3 and maintained target air temperature T soll is in the subsequent process step 4 the valve cross-sectional area of the expansion device 5 in the direction of an energy-efficient operation causing optimal high pressure HD opt at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler 4 so regulated that, depending on the temperature at the outlet of the gas cooler 4 one according to 3 Optimum high pressure HD opt sets, which is usually much lower than the permanent pressure operating limits. For a temperature of the refrigerant of, for example. 43 ° C after the gas cooler 4 this would result in a target pressure value of 106 bar. This regulation is such that the valve cross-sectional area is either increased stepwise, as long as the temperature after the refrigerant evaporator 2 the target air temperature T soll corresponds to or falls below or is reduced, as long as the temperature after the Kältemittelverdiampfer 2 the target air temperature T soll is exceeded.

Damit erfolgt das Anfahren des optimalen Hochdruckes HDopt ausgehend von dem zuletzt eingestellten höheren Hochdruck am Ausgang des Kältemittelkondensators bzw. Gaskühlers 4 schrittweise. Hierbei ist zu beachten, dass die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans 5, unter Berücksichtigung der Sollaustrittstemperatur der Luft nach Kältemittelverdampfer 3 nur so lange schrittweise vergrößert werden kann, wie eine Drehzahl- bzw. Regelstromreserve des Kältemittelverdichters 3 bis hin zu einer Maximalfördermenge gegeben ist. Erst danach ist wieder eine weitere Vergrößerung der Ventil-Querschnittsfläche möglich.Thus, the startup of the optimum high-pressure HPopt is carried out starting from the last higher pressure set at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler 4 gradually. It should be noted that the valve cross-sectional area of the expansion organ 5 , taking into account the target outlet temperature of the air after the refrigerant evaporator 3 only as long as can be gradually increased, such as a speed or control current reserve of the refrigerant compressor 3 is given up to a maximum flow rate. Only then is it possible to further increase the valve cross-sectional area.

Mit dem Erreichen des optimalen Hochdruckes HDopt bei eingehaltener Ziellufttemperatur Tsoll gemäß des Verfahrensschrittes S4 erfolgt in einem letzten Verfahrensschritt S5 der Übergang in einen Systembetrieb der Fahrzeug-Kälteanlage mit optimalem Hochdruck HDopt am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers 4 entsprechend der Kennlinien nach 3.With the achievement of the optimal high pressure HD opt maintained by observing the target air temperature T set is performed in a final process step S5, the transition to a according to process step S4 System operation of the vehicle refrigeration system with optimal high pressure HD opt at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler 4 according to the characteristics 3 ,

Falls nach Verfahrensschritt S1 kein Pull-Down-Betrieb angefordert wird, wird gemäß Verfahrensschritt S6 das Expansionsorgan 5 von Beginn an auf einen optimalen Hochdruck HDopt gemäß den COP-Kennlinien nach 3 geregelt.If, after method step S1, no pull-down operation is requested, according to method step S6, the expansion organ 5 from the beginning to an optimal high pressure HD opt according to the COP characteristics after 3 regulated.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Vorteile auf:

  • – Der Kältemittelkreislauf ist auf eine maximale Leistung im Pull-Down-Betrieb ausgerichtet.
  • – Bei Erreichen der Ziellufttemperatur nach dem Verdampfer 2 wird der Betrieb des Kältemittelkreislaufs auf einen effizienzoptimierten Betrieb umgestellt.
  • – Es wird ein beschleunigtes Erreichen eines Komforttemperaturniveaus für die Fahrzeuginsassen erreicht.
  • – Der Abkühlkurvenverlauf verläuft steiler als im Stand der Technik, so dass die kälteren Temperaturen in kürzerer Zeit erreicht werden.
  • – Der effizienzoptimierte Betrieb schließt sich nach Erreichen des Komfortniveaus nahtlos an bzw. der Übergang zu diesem erfolgt unmittelbar nach Erreichen der Ziellufttemperatur.
  • – Das Potenzial eines elektrischen. Expansionsorgans wird maximal ausgeschöpft und damit optimal genutzt.
  • – Bei Hochlast kommt es in dem leistungsoptimierten Betrieb der ersten Regelstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem anschließenden effizienzoptimierten Betrieb nur zu geringen Einbußen, da der Effizienzkurvenverlauf gemäß den COP-Kurven (vgl. 3) bei hohen Temperaturen sich sehr flach darstellt und daher diese Verluste fast zu vernachlässigen sind.
The method according to the invention has the following advantages:
  • - The refrigerant circuit is designed for maximum performance in pull-down mode.
  • - When reaching the target air temperature after the evaporator 2 The operation of the refrigerant circuit is switched to an efficiency-optimized operation.
  • - Accelerated achievement of a comfort temperature level for the vehicle occupants is achieved.
  • - The cooling curve is steeper than in the prior art, so that the colder temperatures are reached in less time.
  • - The efficiency-optimized operation joins seamlessly after reaching the comfort level or the transition to this occurs immediately after reaching the target air temperature.
  • - The potential of an electric. Expansionsorgans is maximally exhausted and thus optimally used.
  • - At high load occurs in the performance-optimized operation of the first control stage of the method according to the invention over the subsequent efficiency-optimized operation only small losses, since the efficiency curve course according to the COP curves (see. 3 ) is very flat at high temperatures and therefore these losses are almost negligible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
KältemittelkreislaufRefrigerant circulation
22
VerdampferEvaporator
33
KältemittelverdichterRefrigerant compressor
44
Kältemittelkondensator, GaskühlerRefrigerant condenser, gas cooler
55
Expansionsorgan, elektrisches ExpansionsventilExpansion element, electric expansion valve
66
Steuergerätcontrol unit
77
innerer Wärmeübertragerinternal heat exchanger
88th
KältemittelsammlerRefrigerant collector

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19917048 A1 [0005] DE 19917048 A1 [0005]
  • DE 2008014196 A1 [0008] DE 2008014196 A1 [0008]
  • DE 102008014196 A1 [0009] DE 102008014196 A1 [0009]

Claims (6)

Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeug-Kälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf (1), welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer (2), einen Kältemittelverdichter (3), einen Kältemittelkondensator (4) oder einen Gaskühler (4) und ein dem Verdampfer (2) zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbares Expansionsorgans (5) mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche aufweist und bei einer maximal angeforderten Kälteleistung zur Erreichung einer Ziellufttemperatur (Tsoll) nach dem Verdampfer (2) folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: a) Regelung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans (5) zunächst auf einen einen energieeffizienten Betrieb bewirkenden optimalen Hochdruck (HDopt) und anschließend auf einen schrittweise in Richtung auf einen maximal zulässigen Hochdruck (HDzul) am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers (4) erhöhten Hochdruck und Halten auf dem Niveau des maximal zulässigen Hochdruckes (HDzul) solange, bis die Ziellufttemperatur (Tsoll) erreicht wird, b) Regelung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans (5) auf den zuletzt eingeregelten Hochdruckwert am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers (4) und Steuerung des Kältemittelverdichters (3) von einer bei dem zuletzt eingeregelten Hochdruckwert geförderten aktuellen Fördermenge auf eine reduzierte Fördermenge, solange die Ziellufttemperatur eingehalten wird, c) Regelung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans (5) in Richtung auf einen einen energieeffizienten Betrieb bewirkenden optimalen Hochdruck (HDopt) am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers (4), indem entweder die Ventil-Querschnittsfläche erhöht wird, solange die Temperatur nach dem Kältemittelverdampfer (2) der Ziellufttemperatur (Tsoll) entspricht oder diese unterschreitet, oder die Ventil-Querschnittsfläche reduziert wird, solange die Temperatur nach dem Kältemittelverdampfer (2) die Ziellufttemperatur (Tsoll) überschreitet.Method for operating a vehicle refrigeration system with a refrigerant circuit ( 1 ), which as components at least one evaporator ( 2 ), a refrigerant compressor ( 3 ), a refrigerant condenser ( 4 ) or a gas cooler ( 4 ) and the evaporator ( 2 ) and electrically actuated by means of a control device expansible organ ( 5 ) having a variable valve cross-sectional area and at a maximum requested cooling capacity to achieve a target air temperature (T soll ) after the evaporator ( 2 ) the following process steps are carried out: a) regulation of the valve cross-sectional area of the expansion element ( 5 ) first to an energy-efficient operation causing optimal high pressure (HD opt ) and then to a stepwise towards a maximum allowable high pressure (HD zul ) at the output of the refrigerant condenser or gas cooler ( 4 ) increased high pressure and holding at the level of the maximum allowable high pressure (HD zul ) until the target air temperature (T soll ) is reached, b) regulation of the valve cross-sectional area of the expansion element ( 5 ) to the last adjusted high pressure value at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler ( 4 ) and control of the refrigerant compressor ( 3 ) from a current delivery rate delivered at the last adjusted high-pressure value to a reduced delivery rate as long as the target air temperature is maintained, c) regulation of the valve cross-sectional area of the expansion element ( 5 ) in the direction of an energy-efficient operation causing optimal high pressure (HD opt ) at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler ( 4 ) by either the valve cross-sectional area is increased, as long as the temperature after the refrigerant evaporator ( 2 ) of the target air temperature (T soll ) or falls below this, or the valve cross-sectional area is reduced, as long as the temperature after the refrigerant evaporator ( 2 ) exceeds the target air temperature (T soll ). Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf (1), welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer (2), einen Kältemittelverdichter (3), einen Kältemittelkondensator (4) oder einen Gaskühler (4) und ein dem Verdampfer (2) zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbares Expansionsorgans (5) mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche aufweist und bei einer maximal angeforderten Kälteleistung zur Erreichung einer Ziellufttemperatur nach dem Verdampfer (2) folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: a) Einstellung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans (5) auf einen definierten Startquerschnitt und anschließend auf einen schrittweise in Richtung auf einen maximal zulässigen Hochdruck (HDzul) am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers (4) erhöhten Hochdruck und Halten auf dem Niveau des maximal zulässigen Hochdruckes (HDzul) solange, bis die Ziellufttemperatur (Tsoll) erreicht wird, b) Regelung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans (5) auf den zuletzt eingeregelten Hochdruckwert am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers (4) und Steuerung des Kältemittelverdichters (3) von einer bei dem zuletzt eingeregelten Hochdruckwert geförderten aktuellen Fördermenge auf eine reduzierte Fördermenge, solange die Ziellufttemperatur eingehalten wird, c) Regelung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans (5) in Richtung auf einen einen energieeffizienten Betrieb bewirkenden optimalen Hochdruck (HDopt) am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers (4), indem entweder die Ventil-Querschnittsfläche erhöht wird, solange die Temperatur nach dem Kältemittelverdampfer (2) der Ziellufttemperatur (Tsoll) entspricht oder diese unterschreitet, oder die Ventil-Querschnittsfläche reduziert wird, solange die Temperatur nach dem Kältemittelverdampfer (2) die Ziellufttemperatur (Tsoll) überschreitet.Method for operating a vehicle air conditioning system with a refrigerant circuit ( 1 ), which as components at least one evaporator ( 2 ), a refrigerant compressor ( 3 ), a refrigerant condenser ( 4 ) or a gas cooler ( 4 ) and the evaporator ( 2 ) and electrically actuated by means of a control device expansible organ ( 5 ) having a variable valve cross-sectional area and at a maximum requested cooling capacity to achieve a target air temperature after the evaporator ( 2 ) the following method steps are carried out: a) adjustment of the valve cross-sectional area of the expansion element ( 5 ) to a defined starting cross section and then to a stepwise towards a maximum permissible high pressure (HD perm ) at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler ( 4 ) increased high pressure and holding at the level of the maximum allowable high pressure (HD zul ) until the target air temperature (T soll ) is reached, b) regulation of the valve cross-sectional area of the expansion element ( 5 ) to the last adjusted high pressure value at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler ( 4 ) and control of the refrigerant compressor ( 3 ) from a current delivery rate delivered at the last adjusted high-pressure value to a reduced delivery rate as long as the target air temperature is maintained, c) regulation of the valve cross-sectional area of the expansion element ( 5 ) in the direction of an energy-efficient operation causing optimal high pressure (HD opt ) at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler ( 4 ) by either the valve cross-sectional area is increased, as long as the temperature after the refrigerant evaporator ( 2 ) of the target air temperature (T soll ) or falls below this, or the valve cross-sectional area is reduced, as long as the temperature after the refrigerant evaporator ( 2 ) exceeds the target air temperature (T soll ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem im Anschluss an Verfahrensschritt c die Fahrzeug-Kälteanlage bei einem einen energieeffizienten Betrieb bewirkenden optimalen Hochdruck am Ausgang des Kältemittelkondensators oder Gaskühlers (4) unter Einhaltung der Ziellufttemperatur (Tsoll) im durch Regelung des Kältemittelverdichters (3) bewirkten Systembetrieb betrieben wird.Method according to Claim 1 or 2, in which, following process step c, the vehicle refrigeration system is operated at an optimum high-pressure at the outlet of the refrigerant condenser or gas cooler ( 4 ) while maintaining the target air temperature (T soll ) in by controlling the refrigerant compressor ( 3 ) operated system operation is operated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der maximal zulässige Hochdruck (HDzul) als maximal zulässiger Systembetriebsdruck (HDmax) am Ausgang des Kältemittelverdichters (3) überwacht und die Nichtüberschreitung dieses maximal zulässigen Systembetriebsdruckes durch die Regelung der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsorgans (5) oder durch Regelung des Kältemittelverdichters (3) sichergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the maximum permissible high pressure (HD perm ) as the maximum permissible system operating pressure (HD max ) at the outlet of the refrigerant compressor ( 3 ) and that this maximum permissible system operating pressure is not exceeded by the regulation of the valve cross-sectional area of the expansion element ( 5 ) or by regulation of the refrigerant compressor ( 3 ) is ensured. Fahrzeug-Kälteanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Vehicle refrigeration system for carrying out the method according to one of the preceding claims. Fahrzeug mit einer Fahrzeug-Kälteanlage nach Anspruch 5.Vehicle with a vehicle refrigeration system according to claim 5.
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