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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine Klimatisierungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs weist in der Regel einen Kältekreislauf auf, in welchem wenigstens ein Innenwärmetauscher und ein Außenwärmetauscher von einem Fluid durchströmbar sind. Das Fluid ist dabei ein Kältemittel, welches beispielsweise durch einen Kompressor komprimiert, das heißt verdichtet, werden kann und beispielsweise über eine Drossel und/oder ein Expansionsventil entspannen kann. Je nach Betriebsmodus kann in einem Betriebszustand der Innenwärmetauscher als Verdampfer funktionieren, wobei dann der Außenwärmetauscher als Kondensator funktioniert oder umgekehrt. Somit lässt sich beispielsweise ein Wärmepumpenbetrieb oder ein Klimaanlagenbetrieb der Klimatisierungseinrichtung realisieren. Im Klimaanlagenbetrieb arbeitet der Innenwärmetauscher, das heißt der in dem Innenraum des, insbesondere als Personenkraftwagen oder Busses, ausgebildeten Kraftfahrzeugs, als Verdampfer, wohingegen der Außenwärmetauscher, insbesondere über einen Außenbereich des Kraftfahrzeugs, als Kondensator arbeitet, welcher Wärme, welche auf der Verdampferseite aufgenommen wurde, an eine Umgebung des Kraftfahrzeugs abgibt.
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Die
DE 101 61 254 A1 zeigt eine Klimatisierungseinrichtung für ein Fahrzeug mit einem Verdichter mit einem Verdichterantrieb, einem Innenraumwärmeübertrager, einem Außenraumwärmeübertrager, einem Expansionsorgan und einem internen Wärmeübertrager. Die Klimatisierungseinrichtung ist als autarkes, flaches Modul ausgebildet, das in einem Kältemodus zum Kühlen und das in einem Wärmepumpenmodus zum Heizen vorgesehen ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, mittels welchem eine, insbesondere ein elektrisches Expansionsventil aufweisende, Klimatisierungseinrichtung besonders vorteilhaft und somit effizient betreibbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Dabei umfasst die Klimatisierungseinrichtung einen Kältekreislauf, in welchem wenigstens ein Innenwärmetauscher und ein Außenwärmetauscher von einem Fluid durchströmbar sind, und welches mittels wenigstens eines Verdichters komprimierbar und mittels eines elektrischen Expansionsventils expandierbar ist.
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Um nun die Klimatisierungseinrichtung besonders vorteilhaft betreiben zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Regelung des Expansionsventils durch eine Expansionsventilregelungseinrichtung in Abhängigkeit einer Verdichterregelungseinrichtung des Verdichters durchgeführt wird. Mit anderen Worten findet eine Kommunikation zwischen der Expansionsventilregelungseinrichtung und der Verdichterregelungseinrichtung statt, dadurch kann beispielsweise gewährleistet werden, dass eine Veränderung beispielsweise der Temperatur des Fluids, insbesondere des Kältemittels, im Kühlkreislauf, welche durch beispielsweise den Verdichter verursacht wird, als durch den Verdichter verursacht von der Expansionsventilregelungseinrichtung erkennbar ist beziehungsweise erkannt wird, um beispielsweise eine entsprechende Steuerung beziehungsweise Regelung an dem elektrischen Expansionsventil durchführen zu können.
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Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass über eine Hochdruckregelung, welche durch die Verdichterregelungseinrichtung durchführbar ist, eine Drehzahl des Verdichters reduzierbar ist. Durch die Reduzierung der Verdichterdrehzahl kann schlagartig eine Überhitzung auf der Verdampferaustrittsseite, welche insbesondere die Austrittsseite des Innenwärmetauschers ist, sinken. Das elektrische Expansionsventil versucht als Folge eine Reduzierung seines Öffnungsgrads, um die Überhitzung möglichst schnell wieder auf den Sollwert anzuheben. Wird nun bei einer konventionellen Klimatisierungseinrichtung die Drehzahl des Verdichters wieder hochgeregelt, um eine Abkühlvorgabe zu erreichen, wird die Hochdruckgrenze, welche durch die Verdichterregelungseinrichtung überwacht wird, aufgrund des reduzierten Öffnungsgrads des elektronischen Expansionsventils früher erreicht als zuvor, das heißt vor dem Reduzieren des Öffnungsgrads. Dadurch kommt es erneut zu einer Verdichterdrehzahlregulierung, woraufhin das elektronische Expansionsventil noch weiter versucht den Öffnungsgrad zu verringern. Dieser Vorgang kann sich bei einer konventionellen Klimatisierungseinrichtung so lange wiederholen, bis ein Mindestöffnungsgrad des elektronischen Expansionsventils erreicht ist. Dadurch kann die Leistung der Klimatisierungseinrichtung, insbesondere an der dem Expansionsventil zugeordneten Kühlstelle an beispielsweise dem Innenwärmetauscher, auf ein Minimum eingeschränkt werden. Dies kann durch eine Kommunikation zwischen der Expansionsventilregelungseinrichtung und der Verdichterregelungseinrichtung vermieden werden, wodurch die Klimatisierungseinrichtung besonders vorteilhaft betrieben werden kann beziehungsweise betreibbar ist. Somit ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens eine besonders gute Kühlung in dem Kraftfahrzeug, welches insbesondere als Personenkraftwagen oder Omnibus ausgebildet ist.
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Dazu wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bei einem Unterschreiten einer Soll-Drehzahl des Verdichters ein Öffnen des Expansionsventils durch die Expansionsventilregelungseinrichtung mit reduziertem Öffnungsgrad erfolgen. Mit anderen Worten erfolgt ein zwangsweises Öffnen des elektronischen Expansionsventils mit reduziertem Öffnungsgrad, wenn die Ist-Drehzahl des Verdichters niedriger ist als die Soll-Drehzahl des Verdichters. Darüber hinaus kann beispielsweise eine Mindestdifferenz zwischen der Soll-Drehzahl und der Ist-Drehzahl berücksichtigt werden, bevor das zwangsweise Öffnen des elektronischen Expansionsventils durchgeführt wird. Dadurch kann die Klimatisierungseinrichtung besonders vorteilhaft betrieben werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung unterbleibt beim Auftreten einer Unterschreitung der Soll-Überhitzung an einer Austrittsseite des Innenwärmetauschers oder des Außenwärmetauschers, je nach Abhängigkeit des Betriebszustands, innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls eine Regelung durch die Expansionsventilregelungseinrichtung. Mit anderen Worten wird eine Beobachtungszeit für die genannte Überhitzung eingeführt, bei welcher zum Beispiel eine Minute gewartet wird, ehe die Expansionsventilregelungseinrichtung versucht, die Überhitzung nachzuregeln. Wird beispielsweise durch die Verdichtungsregelungseinrichtung bei der Hochdruckregelung die Verdichterdrehzahl zurückgedreht, kann es beispielsweise zu einer Abweichung von der Soll-Überhitzung kommen. So kann beispielsweise während einer Beobachtungszeit beziehungsweise für das Zeitintervall zusätzlich darauf geachtet werden, dass eine bestimmte Abweichung von der Soll-Überhitzung beziehungsweise ein Mindestüberhitzungswert berücksichtigt wird beziehungsweise werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt bei der gleichzeitigen Reduzierung des Öffnungsgrads von wenigstens zwei Expansionsventilen durch die Expansionsventilregelungseinrichtung, die Reduzierung des jeweiligen Expansionsventils in Abhängigkeit des vor der Reduzierung gestellten Öffnungsgrads des jeweiligen Expansionsventils. Mit anderen Worten erfolgt, wenn der Öffnungsgrad mehrerer beziehungsweise aller elektronischen Expansionsventile reduziert werden soll, die Reduzierung proportional zum jeweils aktuellen Öffnungsgrad des jeweiligen Expansionsventils. Im Gegensatz dazu würde eine Reduzierung aller elektronischen Expansionsventile um jeweils dasselbe Maß des Öffnungsgrads keinen beziehungsweise einen im Vergleich zu dem genannten Öffnungsverhalten geringeren Effekt erzielen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Reduzierung des Öffnungsgrads des Expansionsventils in Abhängigkeit einer Last, das heißt es erfolgt eine lastabhängige Reduzierung des jeweiligen elektronischen Expansionsventilöffnungsgrades. Dabei ist als Last die Heiz- beziehungsweise Kühllast der Klimatisierungseinrichtung zu verstehen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt nach einem Umschaltvorgang und/oder nach dem Auslösen einer Hochdruckregelung durch die Verdichterregelungseinrichtung und/oder nach einer vorgebbaren Laufzeit ein Zurückstellen, das heißt ein Reset, der Expansionsventilregelungseinrichtung. Das heißt, nach einem Umschaltprozess beziehungsweise nach Umschaltprozessen, bei welchen beispielsweise der Öffnungsgrad des Expansionsventils verstellt wurde, kann ein Rest erfolgen. Der Reset der Expansionsventilregelungseinrichtung kann darüber hinaus oder alternativ nach einem Auslösen der Hochdruckregelung durch die Verdichterregelungseinrichtung erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann der Reset ebenso nach einer bestimmten Laufzeit von beispielsweise einer Stunde erfolgen, um ein Auseinanderdriften der Öffnungsgrade der elektrischen Expansionsventile, insbesondere beim Vorhandensein mehrerer Kühlstellen, das heißt also beim Vorhandensein mehrerer Innenwärmetauscher, das Auseinanderdriften einzelner durch den Innenwärmetauscher zu kühlenden Kühlstellen zu verhindern. Darüber hinaus kann ein Reset beispielsweise zusätzlich ausgelöst werden, wenn darüber hinaus zur Laufzeit noch ein sogenannter Ereignistrigger wie beispielsweise eine Türöffnung oder eine Fahrgeschwindigkeit von 0 Kilometern pro Stunde eintritt beziehungsweise erreicht wird.
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Durch eine Kombination der genannten zusätzlichen Verfahrensschritte ist eine besonders große positive Auswirkung beim Betreiben der Klimatisierungseinrichtung zu erwarten. Jedoch ist bereits durch jeden einzelnen Verfahrensschritt eine Verbesserung erreichbar. Insgesamt ist durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Stabilisierung und Steigerung der Leistung des Kältekreislaufsystems erreichbar. Darüber hinaus kann eine Sicherstellung der Klimatisierungseinrichtung beziehungsweise des Kältekreislaufsystems erreichbar sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die einzige Fig. eine Klimatisierungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, an welcher ein Verfahren zum Betreiben der Klimatisierungseinrichtung durchführbar ist.
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Die Fig. zeigt eine Klimatisierungseinrichtung 10 eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs, mit einem Kühlkreislauf 12, in welchem wenigstens ein Innenwärmetauscher 14 und ein Außenwärmetauscher 16 von einem Fluid durchströmbar sind. Das Fluid, welches insbesondere als Kühlmittel ausgebildet ist, ist mittels eines Verdichters 18 komprimierbar und mittels eines elektrischen Expansionsventils 20 expandierbar. Das heißt der Verdichter 18, welcher beispielsweise als Kompressor ausgebildet ist, verdichtet während des Betriebs der Klimatisierungseinrichtung 10 das Kältemittel beziehungsweise das Fluid. An dem Expansionsventil wird während des Betreibens der Klimatisierungseinrichtung 10 das Fluid expandiert. Wird die Klimatisierungseinrichtung 10, wie in dem einzigen Ausführungsbeispiel gezeigt, als Klimaanlage betrieben, fungiert der Innenwärmetauscher, welcher insbesondere in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, als Verdampfer. Durch ein Verdampfen des Fluids an den Innenwärmetauscher 14, insbesondere durch die latente Wärme, welche bei einem Verdampfen des Fluids zur Änderung des Aggregatszustands benötigt wird, kann Wärme des Innenraums aufgenommen werden. Dabei ist der Teilbereich des Kühlkreislaufs zwischen Verdichter 18 und elektrischem Expansionsventil 20, welches den Innenwärmetauscher 14 aufweist, eine Niederdruckseite des Kühlkreislaufs 12. Der Außenwärmetauscher 16, welcher als sogenannter Kondensator betrieben wird, befindet sich somit auf einer Hochdruckseite des Kühlkreislaufs 12.
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Um nun die Klimatisierungseinrichtung 10 besonders vorteilhaft betreiben zu können, wird in dem Verfahren die Regelung des Expansionsventils 20 durch eine Expansionsventilregelungseinrichtung 22 in Abhängigkeit einer Verdichterregelungseinrichtung 24, welche beispielsweise eine Hochdruckregelung übernimmt, durchgeführt. In der Fig. ist durch die gepunktete Linie 26 die Abhängigkeit der Regelung der Expansionsventilregelungseinrichtung 22 durch die Verdichterregelungseinrichtung 24 dargestellt. Dabei kann mittels des Verfahrens bei einem Unterschreiten einer Solldrehzahl des Verdichters 18 ein Öffnen des Expansionsventils 20 durch die Expansionsventilregelungseinrichtung 22 mit reduziertem Öffnungsgrad erfolgen. Hierbei ist unter Öffnungsgrad eine Öffnung des elektrischen Expansionsventils 20 zu verstehen, welche einen bestimmten Durchfluss des Fluids durch das elektrische Expansionsventil 20 erlaubt. Ein kleiner Öffnungsgrad bedeutet dabei weniger Durchfluss durch das Ventil als ein großer Öffnungsgrad.
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Vorteilhafterweise unterbleibt beim Auftreten einer Überhitzung, also der Zustand der Kondensation an einer Austrittsseite des Innenwärmetauschers 14 innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls von beispielsweise einer Minute, eine Regelung der Expansionsventilregelungseinrichtung 22. Alternativ kann bei einem Betrieb der Klimatisierungseinrichtung 10 als Wärmepumpe eine Überhitzung an der Austrittsseite des Außenwärmetauschers 16 auftreten, wobei die Regelung dann innerhalb des vorgebbaren Zeitintervalls durch die Expansionsventilregelungseinrichtung 22 ebenso unterbleibt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung kann bei der Durchführung des Verfahrens die Reduzierung des Öffnungsgrads des Expansionsventils 20 in Abhängigkeit einer Last, welche an der Klimatisierungseinrichtung 10 anliegt beziehungsweise von der Klimatisierungseinrichtung 10 gefordert ist, erfolgen, wodurch der Betrieb besonders effizient gestaltet werden kann. Vorteilhafterweise wird nach einem Umschaltvorgang, das heißt also nachdem beispielsweise eine Regelung des Expansionsventils 20 erfolgte und/oder nach dem Auslösen einer Hochdruckregelung durch die Verdichterregelungseinrichtung 24, ein Reset der Expansionsventilregelungseinrichtung 22 durchgeführt. Unter Reset ist zu verstehen, dass beispielsweise die Expansionsventilregelungseinrichtung 22 sowie die durch sie geregelten elektrischen Expansionsventile 20 in eine ursprüngliche Stellung, welche beispielsweise beim Einschaltvorgang der Klimatisierungseinrichtung 10 bestehen kann, zurückgesetzt werden. Die gleiche Zurücksetzung kann auch beispielsweise nach einer bestimmten Laufzeit erfolgen, welche beispielsweise eine Stunde beträgt.
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Weist die Klimatisierungseinrichtung 10 mehrere in der Fig. nicht gezeigte Innenwärmetauscher 14 mit jeweils zugehörigem Expansionsventil 20 auf, kann eine Regelung, wenn beispielsweise gleichzeitig der Öffnungsgrad von wenigstens zwei oder mehr Expansionsventilen 20 geregelt werden soll, die Expansionsventilregelungseinrichtung 22 den Öffnungsgrad derart regeln, dass jeweils in Abhängigkeit des vor der Reduzierung gestellten Öffnungsgrads des jeweiligen Expansionsventils 20 die Reduzierung erfolgt. Das heißt, der Öffnungsgrad mehrerer Expansionsventile 20 wird so geregelt, dass der einzustellende Öffnungsgrad des jeweiligen Expansionsventils 20 proportional zu einem aktuellen Öffnungsgrad entsprechend geändert wird.
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Zusammenfassend kann durch die Regelung des wenigstens einen Expansionsventils 20 durch die Expansionsventilregelungseinrichtung 22 in Abhängigkeit der Verdichterregelungseinrichtung 24 des Verdichters 18 die Klimatisierungseinrichtung 10 besonders vorteilhaft betrieben werden, da zum einen ein zwangsweises Öffnen des elektronischen Expansionsventils mit reduziertem Öffnungsgrad in Abhängigkeit einer Ist-Drehzahl erfolgt, welche niedriger ist als die Soll-Drehzahl des Verdichters 18. Dabei kann die Regelung insbesondere derart erfolgen, dass zumindest eine Mindestdifferenz zwischen Soll-Drehzahl und Ist-Drehzahl des Verdichters 18 erreicht werden muss, um die Regelung des Expansionsventils 20 durchzuführen. Darüber hinaus kann zusätzlich oder alternativ eine Beobachtungszeit von beispielsweise einer Minute eingestellt werden, bei welcher eine Regelung des Expansionsventils 20 so lange trotz auftretender Überhitzung an dem insbesondere als Verdampfer betriebenen Innenwärmetauscher 14 vorüber ist. Vor allem, wenn die Hochdruckregelung durch die Verdichterregelungseinrichtung 24 die Verdichterdrehzahl zurückfährt, wodurch die Überhitzung auftreten kann, ist die Beobachtungszeit beziehungsweise ein für die Beobachtungszeit vorgebbares Zeitintervall abzuwarten, bis eine Regelung erfolgt. Dabei kann beispielsweise eine maximal zulässige Abweichung von der Soll-Überhitzung berücksichtigt werden, sodass beispielsweise bei einem Mindestüberhitzungswert eine Regelung erfolgen kann beziehungsweise unterbleibt.
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Darüber hinaus oder zusätzlich erfolgt das Verändern der Öffnungsgrade mehrerer elektronischer Expansionsventile 20 in Abhängigkeit, das heißt proportional zu ihrem jeweiligen aktuellen Öffnungsgrad, da ein Reduzieren aller elektronischen Expansionsventile 20 um das jeweils selbe Maß nicht zielführend ist.
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Darüber hinaus oder zusätzlich kann eine Lastabhängige Reduzierung des jeweiligen Öffnungsgrads des Expansionsventils 20 mittels des Verfahrens erfolgen beziehungsweise durchgeführt werden.
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Darüber hinaus oder zusätzlich erfolgt ein Reset der Expansionsventilregelungseinrichtung 22 nach einem Umschaltprozess sowie nach Auslösen der Hochdruckregelung durch die Verdichterregelungseinrichtung 24.
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Darüber hinaus oder zusätzlich erfolgt ein Rest der Expansionsventilregelungseinrichtung 22 nach einer bestimmten Laufzeit von zum Beispiel einer Stunde, um ein Auseinanderdriften der Expansionsventilöffnungsgrade einzelner Kühlstellen, das heißt an jeweiligen Innenwärmetauschern 14, zu verhindern. Darüber hinaus und zusätzlich kann es sinnvoll sein, wenn beim Auslösen des Resets zusätzlich zu einer Laufzeit ein weiterer Ereignisträger wie beispielsweise eine Türöffnung beziehungsweise eine Fahrgeschwindigkeit von 0 Kilometern pro Stunde oder dergleichen beachtet wird.
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Durch das vorgestellte Verfahren kann die Klimatisierungseinrichtung 10 besonders vorteilhaft und effizient betrieben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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