DE102019109379A1

DE102019109379A1 - Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums mit großem Volumen und hierfür eingerichtete Klimaanlage

Info

Publication number: DE102019109379A1
Application number: DE102019109379.1A
Authority: DE
Inventors: Konstantinos Karailanidis; Matthias Moll
Original assignee: Valeo Thermal Commercial Vehicles Germany GmbH
Current assignee: Valeo Thermal Commercial Vehicles Germany GmbH
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Ein Verfahren zum Klimatisierten eines Fahrzeuginnenraums (12) mit großem Volumen verwendet eine Klimaanlage mit einem Kältemittel-Kreislauf, der einen Kompressor (3), einen Verflüssiger (4), eine Verflüssiger-Gebläseanordnung (6), ein Drosselventil (8), einen Verdampfer (9) und eine Verdampfer-Gebläseanordnung (10) umfasst. Die Verdampfer-Gebläseanordnung führt dem Fahrzeuginnenraum einen Luftstrom zu, der den Verdampfer durchströmt hat. Eine elektronische Steuerungsanordnung weist einen Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler (15) auf, der im Normalbetrieb für die Verdampfer-Gebläseanordnung eine Normalbetriebs-Drehzahl (Dnormal)vorgibt und durch deren Variation darauf hinarbeitet, die Differenz zwischen dem Ist-Wert der Fahrzeuginnenraum-Temperatur und einem einstellbaren Soll-Wert zu minimieren. Um eine Vereisung des Verdampfers zu vermeiden, wird ein für dessen Vereisungszustand charakteristischer Parameter gemessen und dann, wenn der Parameter-Messwert einen vorgebbaren, kritischen Grenzwert in einer vorgebbaren Richtung durchläuft, auf einen Abfangbetrieb umgeschaltet, während dessen die Verdampfer-Gebläseanordnung mit einer von der elektronischen Steuerungsanordnung gelieferten Abfang-Drehzahl (Dabfang) betrieben wird, die höher ist als die zum Umschaltzeitpunkt vom Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler bereitgestellte Normalbetriebs-Drehzahl.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klimatisierten eines Fahrzeuginnenraums mit großem Volumen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie eine Klimaanlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei Klimaanlagen, insbesondere solchen, die zur Klimatisierung von großvolumigen Fahrzeuginnenräumen dienen, wie zum Beispiel bei Omnibus-Aufdach-Klimaanlagen, für die Temperatur des Fahrzeuginnenraums eine Soll-Temperatur vorzugeben und mithilfe eines P- oder Pl-Reglers aus der Differenz zwischen der jeweils gemessenen Ist- und der vorgegebenen Soll-Temperatur eine „benötigte Kühlleistung“, d.h. die Wärmemenge zu berechnen, die aus dem Fahrzeuginnenraum pro Zeiteinheit abgeführt werden muss, um diese Differenz möglichst klein zu halten.
Zwar kann bei Kompressoren, die einen eigenen elektrischen Antrieb besitzen, die Kühlleistung durch eine Drehzahländerung dieses Antriebs innerhalb weiter Grenzen verändert werden, um sie an die benötigte Kühlleistung anzupassen, doch gibt es hier im Allgemeinen eine Untergrenze, unter welche die Kühlleistung nicht weiter abgesenkt werden kann, ohne die Klimaanlage abzuschalten.
In anderen Fällen erfolgt der Antrieb des Kompressors direkt durch den Motor des betreffenden Fahrzeuges, sodass seine momentane Kühlleistung vom Fahrzustand des Fahrzeuges abhängt, d.h., sich in Abhängigkeit davon ändert, ob bei einer Fahrt in der Ebene eine geringe oder zur Überwindung einer Steigung eine hohe Drehzahl zum Einsatz kommt.
Als Stellgröße, durch deren Änderung die Fahrzeuginnenraum-Temperatur beeinflusst werden kann, wird daher im Allgemeinen die Drehzahl der Verdampfer-Gebläseanordnung eingesetzt, für die der erwähnte Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler den jeweils erforderlichen Drehzahlwert vorgibt. Dadurch wird die dem Fahrzeuginnenraum zugeführte Luftmasse variiert, die sich beim Durchströmen des Verdampfers abkühlt. Die aktuelle, d.h. zu einem betrachteten Zeitpunkt erbrachte Kühlleistung ist somit zur aktuell herrschenden Drehzahl der Verdampfer-Gebläseanordnung proportional und kann dann, wenn sie größer ist als die benötigte Kühlleistung dadurch verringert werden, dass der Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler die Drehzahl der Verdampfer-Gebläseanordnung vermindert. Diese Vorgehensweise wird im Folgenden als „Normalbetrieb“ der Klimaanlage bezeichnet.
Nun zeigt sich in der Praxis, dass es in diesem Normalbetrieb unter ungünstigen Bedingungen zu einer Vereisung des Verdampfers kommen kann, wobei die sich ausbildende Eisschicht den Luft-Strömungsquerschnitt durch den Verdampfer hindurch verringert und im ungünstigsten Fall vollständig blockiert, sodass die Wirksamkeit der Klimaanlage stark reduziert bzw. völlig aufgehoben wird.
Wenn dies eintritt, muss der Kompressor so lange stillgelegt werden, bis das Eis wieder abgetaut ist. Je nach Umgebungsbedingungen kann dies einen Zeitraum von 5 bis 20 Minuten in Anspruch nehmen, während dessen die die Klimaanlage nicht zur Verfügung steht, sodass die Temperatur des Fahrzeuginnenraums ungehindert über den Soll-Wert hinaus anwachsen kann.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums der eingangs genannten Art sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Klimaanlage anzugeben, durch welche die geschilderte Vereisung des Verdampfers und ein damit verbundenes, deutlich wahrnehmbares Ansteigen der Temperatur des Fahrzeuginnenraums über den eingestellten Soll-Wert hinaus vermieden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die in den Ansprüchen 1 bzw. 7 zusammengefassten Merkmale vor.
Diesen Maßnahmen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Verdampfer-Vereisung hauptsächlich dann auftritt, wenn Fahrzeuge mit großem Innenraum, wie zum Beispiel Gelenksbusse, deren Klimaanlagen Kompressoren mit hoher Kapazität und hoher Mindest-Kühlleistung besitzen oder bei denen die Kompressoren unmittelbar vom Fahrzeugmotor angetrieben werden, bei niedrigen Außentemperaturen und/oder bewölktem Himmel mit wenig Fahrgästen bergauf fahren. Dabei wird zusätzlich zu den geringen Außentemperaturen dadurch, dass die Körperwärme der wenigen Fahrgäste die Luft im Fahrzeug Innenraum nur wenig erwärmt, die benötigte Kühlleistung weiter vermindert.
In einer solchen Situation übersteigt die aktuell erbrachte Kühlleistung die benötigte Kühlleistung bei weitem, weil entweder der Kompressor aufgrund seiner unmittelbaren Kopplung mit dem Fahrzeugmotor mit hoher Drehzahl läuft oder für eine sehr hohe Mindest-Kühlleistung ausgelegt ist. In beiden Fällen ergibt sich ein zu hohes Kältemittel-Pumpvolumen und eine entsprechende rasche Absenkung der Raumtemperatur, worauf der Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler mit einer massiven Verringerung der Drehzahl der Verdampfer-Gebläseanordnung reagiert.
Die den Verdampfer durchströmende Luft kann dabei so kalt sein, dass sie dem Verdampfer weniger Wärme liefert, als ihm durch die Arbeit des Kompressors entzogen wird. Die Kühlleistung des Verdampfers ist dann kleiner als die Kühlleistung des Kompressors; sodass die Verdampfertemperatur bis unter 0° C abfallen kann und es zu der beschriebenen Eisbildung kommt.
Um dies zu verhindern, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, einen für den Vereisungszustand des Verdampfers charakteristischen Parameter messend zu überwachen. Bei diesem Parameter kann es sich entweder unmittelbar um die Temperatur des Verdampfers, die direkt mithilfe eines am Verdampfer angebrachten Temperatursensors gemessen wird, oder um den mit einem Drucksensor gemessenen Druck auf der Saugseite des Kompressors handeln, weil die Siedetemperatur des Kältemittels mit diesem Druck korreliert ist, sodass aus dessen Messwert einen Rückschluss auf die jeweilige momentane Verdampfertemperatur erfolgen kann.
Der Begriff „Vereisungszustand des Verdampfers“ wird hier in einem ganz allgemeinen Sinn verwendet; insbesondere bedeutet er nicht, dass der Verdampfer bereits ein mehr oder weniger großes Ausmaß an Vereisung erreicht hat, sondern bezieht sich auch auf die Zustände des Verdampfers, bei denen keinerlei Vereisung vorliegt.
Wenn der Messwert des jeweils verwendeten Parameters einem vorgebbaren kritischen Grenzwert in einer vorgebbaren Richtung durchläuft, beispielsweise die gemessene Verdampfertemperatur einen vorgegebenen Wert von 5 °C unterschreitet, wird gemäß der Erfindung auf einen Abfangbetrieb umgeschaltet, während dessen die Verdampfer-Gebläseanordnung von der elektronischen Steuerungsanordnug der Klimaanlage mit einem Drehzahlwert D_abfang angesteuert wird, der deutlich höher ist als der vom Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler bereitgestellte Normalbetriebs-Drehzahlwert D_normal. Dieser Abfangbetrieb wird so lange beibehalten, bis keine Vereisungsgefahr mehr besteht und somit problemlos zum Normalbetrieb, d.h. zur Ansteuerung der Verdampfer-Gebläseanordnung mit dem vom Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler bereitgestellten Normalbetriebs-Drehzahlwert D_normal zurückgekehrt werden kann.
Das Umschalten auf den Abfangbetrieb kann beispielsweise so erfolgen, dass die elektronische Steuerungsanordnug den vom Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler im Augenblick des Umschaltens bereitgestellten Drehzahlwert D_normal in Art einer „Momentaufnahme“ erfasst und mit einem konstanten Faktor größer 1 multipliziert um einen erhöhten Drehzahlwert D_abfang zu erzeugen, welchen sie der Verdampfer-Gebläseanordnung für einen vorgebbaren Abfang-Zeitraum anstelle des Normalbetriebs-Drehzahlwertes D_normal zuführt. Der Multiplikationsfaktor und die Länge des Abfang-Zeitraum hängen vom jeweiligen Fahrzeugtyp ab und können durch Versuche ermittelt und in einem Speicher der elektronischen Steuerungsanordnug hinterlegt werden.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, den Faktor, mit welchem der im Augenblick des Umschaltens vom Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler bereitgestellte Drehzahlwert D_normal multipliziert wird, über den Abfang-Zeitraum hinweg zu variieren, insbesondere einer vorgebbaren Kurve folgend (beispielsweise linear) ansteigen zu lassen.
Besonders bevorzugt ist jedoch gemäß der Erfindung ein hier als Abfang-Regler bezeichneter weiterer Regler vorgesehen, der ebenso wie der Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler ein P-, vorzugsweise ein PI-Regler sein kann, und für den als Soll-Wert ein Wert des verwendeten, für den Vereisungszustand des Verdampfers charakteristischen Parameters (Verdampfer-Temperatur oder Ansaugdruck des Kompressors) so gewählt wird, dass keine Vereisungsgefahr besteht, solange der gemessene Ist-Wert dieses Parameters den Soll-Wert nicht unterschreitet.
Somit arbeitet der Abfang-Regler auf der Differenz zwischen der gemessenen Verdampfertemperatur und einer kritischen Schwelle, beispielsweise von 5°C, und erzeugt für die Verdampfer-Gebläseanordnung einen Abfang-Drehzahlwert D_abfang, der im allgemein umso höher ist, je länger die Verdampfertemperatur unterhalb des kritischen Grenzwertes liegt.
Entsprechendes gilt auch, wenn als charakteristischer Parameter der Ansaugdruck des Kompressors verwendet wird.
Besonders einfach gestaltet sich die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens dann, wenn die beiden zum Einsatz kommenden Regler ständig zueinander parallel laufen, sodass der vom Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler permanent bereitgestellte Normalbetriebs-Drehzahlwert D_normal und der vom Abfang-Regler permanent bereitgestellte Abfang-Drehzahlwert D_abfang ständig miteinander verglichen werden und der jeweils höhere dieser beiden Werte zur tatsächlichen Ansteuerung der Verdampfergebläse-Anordnung verwendet wird.
Wenn der Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler aufgrund der eingangs genannten Bedingungen eine ständig abnehmende Normalbetriebs-Drehzahl D_normal berechnet, sinkt diese unter die vom Abfang-Regler berechnete Abfang-Drehzahl D_abfang ab, bevor es zu einer Vereisung des Verdampfers kommt, was durch einen einfachen Komparator festgestellt werden kann, der daraufhin der Ventilatorgebläse-Anordnung die dann höhere Abfang-Drehzahl D_abfang des Abfang-Reglers zuführt.
Somit ist in diesem Fall der für die Verdampfer-Gebläseanordnungs tatsächlich verwendete Drehzahlwert deutlicht höher, als er ohne den Abfang-Regler wäre.
Wenn die Verdampfertemperatur dann wieder anwächst und den kritischen Grenzwert des Abfang-Reglers übersteigt, fällt der Wert der von diesem berechneten Abfang-Drehzahl D_abfang so weit ab, dass er kleiner wird als die vom Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler berechnete Normalbetriebs-Drehzahl D_normal, die daraufhin vom Komparator der Verdampfer-Gebläseanordnung als Drehzahl-Vorgabewert zugeführt wird.
Die Verwendung eines zweiten Reglers bietet den Vorteil, dass beim Übergang vom Normalbetrieb in den Abfangbetrieb im Fahrzeuginnenraum keine heftigen, als unangenehm empfundenen Temperatursprünge auftreten und die Gesamtanordnung keine Schwingneigung zeigt.
Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 6 niedergelegt.
Die Merkmale einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildeten und geeigneten Klimaanlage sind in den Ansprüchen 7 bis 12 angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

1 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung der für das Verständnis der vorliegenden Erfindung wesentlichen Bestandteile einer erfindungsgemäßen Klimaanlage, die insbesondere zur Klimatisierung von Großraum-Fahrzeugen dient,
2 ein Diagramm, das unter anderem die zeitlichen Verläufe der Verdampfertemperatur und der Drehzahl der Verdampfer-Gebläseanordnung wiedergibt, wie sie unter bestimmten Umgebungsbedingungen bei einem dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums auftreten, und
3 ein der 2 entsprechendes Diagramm, das diese zeitlichen Verläufe zeigt, wenn ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Einsatz kommt.

1 zeigt die wesentlichen Bestandteile des Kältemittel-Kreislaufes einer Klimaanlage, wie sie beispielsweise als Aufdach-Klimaanlage von Omnibussen Verwendung findet, nämlich einen vom Fahrzeugmotor 2 angetriebenen Verdichter bzw. Kompressor 3, der den angesaugten Kältemitteldampf auf einen höheren Druck komprimiert und einem Kondensator bzw. Verflüssiger 4 zuführt, der als Wärmetauscher dient und von einem der Umgebung zugeführten Luftstrom 5 durchströmt wird, den eine vorzugsweise von Axialgebläsen gebildete Verflüssiger-Gebläseanordnung 6 erzeugt. Auf diese Weise wird die durch die Verdichtung des Kältemitteldampfes entstehende Wärme nach außen abgeführt.
Hinter dem Verflüssiger 4 ist ein Filter 7 angeordnet, der im Kältemittel enthaltenes Wasser und Säure bindet und Schmutz und andere Fremdkörper herausfiltert.
Nach dem Filter 7 durchströmt der unter hohem Druck stehende Kältemitteldampf ein Drosselorgan bzw. Expansionsventil 8, von dem er zu dem nachfolgenden, ebenfalls als Wärmetauscher ausgebildeten Verdampfer 9 gelangt, in welchem sich das Kältemittel vom Verflüssigungsdruck auf den Verdampfungsdruck entspannt und dabei entsprechend abkühlt. Eine vorzugsweise von Radialgebläsen gebildete Verdampfer-Gebläseanordnung 10 erzeugt einen sich beim Durchströmen des Verdampfers 9 abkühlenden Luftstrom 11, der dem durch ein Rechteck symbolisierten Fahrzeuginnenraum 12 zugeführt wird, um die dort herrschende Temperatur abzusenken.
Der Luftstrom 11 kann entweder vollständig dem Außenbereich des Fahrzeugs entnommen oder hinter dem Verdampfer 9 mit einem aus dem Fahrzeuginnenraum 12 stammenden, variablen Rückluft-Anteil gemischt werden, wozu im allgemeinen eine hier nicht dargestellte, steuerbare Klappen-Anordnung dient.
Zu Messung der Fahrzeuginnenraum-Temperatur ist ein Temperatursensor 13 vorgesehen, dessen Ausgangssignal den Temperatur-Ist-Wert des Fahrzeuginnenraums 12 wiedergibt und über eine Leitung 14 einem Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler 15 zugeführt wird, bei dem es sich in an sich bekannter Weise um einen P- oder Pl-Regler handeln kann.
Dieser Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler vergleicht den durch den Temperatursensor 13 erfassten Ist-Wert der Temperatur des Fahrzeuginnenraums 12 mit einem durch einen verstellbaren Soll-Wert-Geber 16 vorgegebenen Soll-Wert und gibt auf einer Ausgangsleitung 17 ein Signal ab, das im Normalbetrieb die Normalbetriebs-Drehzahl D_normal für die Verdampfer-Gebläseanordnung 10 vorgibt und das so variiert wird, dass die Differenz zwischen Ist- und Soll-Wert gegen null geht.
Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung wird dieses Signal jedoch der Verdampfer-Gebläseanordnung 10 nicht unmittelbar sondern zunächst einem ersten Eingang eines Komparators 18 zugeführt, dessen zweiter Eingang über die Leitung 20 mit dem Ausgang einer vorzugsweise als Abfang-Regler 19 ausgebildeten Abfangschaltung in Verbindung steht.
Dem Abfang-Regler 19 wird über eine Leitung 21 ein Messwertsignal eines für die Temperatur des Verdampfers 9 repräsentativen Parameters zugeführt, bei dem es sich entweder unmittelbar um die Verdampfertemperatur selbst oder um den auf der Ansaugseite des Kompressors 3 herrschenden Kältemitteldruck handeln kann, der über die Siedekurve des Kältemittels eindeutig mit der Verdampfer-Temperatur korreliert ist.
Im ersten Fall handelt es sich bei dem Messwertsignal um das Ausgangssignal eines unmittelbar am Verdampfer 9 angebrachten Temperatursensors 22, und im zweiten um das Ausgangssignal eines Drucksensors 23, der den erwähnten Kältemitteldruck erfasst. Diese Alternative ist durch eine Verzweigung der die Leitung 21 darstellenden Linie angedeutet.
Der Abfang-Regler 19 vergleicht den als Ist-Wert dienenden Momentanwert des ihm auf der Leitung 21 zugeführten Meßsignals mit einem durch einen Sollwert-Geber 24 vorgegebenen kritischen Grenzwert, der einer Verdampfertemperatur entspricht, die knapp oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser, beispielsweise bei 5 °C liegt, und erzeugt auf seiner Ausgangsleitung 20 ein Abfang-Drehzahlsignal D_abfang, das ansteigt, wenn sich das Meßsignal auf der Leitung 21 dem vorgegebenen kritischen Grenzwert nähert.
Sobald das für die Temperatur des Verdampfers 9 repräsentative Meßsignal auf der Leitung 21 den vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, übersteigt das vom Abfang-Regler 19 auf der Leitung 20 an den zweiten Eingang des Komparators 18 angelegte Abfang-Drehzahlsignal D_abfang das vom Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler 15 bereitgestellte Normalbetriebs-Drehzahlsignal D_normal und der Komparator 18 gibt das größere der beiden Drehzahlsignale, nämlich das Abfang-Drehzahlsignal D_abfang auf der Leitung 25 als Drehzahl-Vorgabesignal an die Verdampfer-Gebläseanordnung 10 weiter.
Wesentlich ist, dass der Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler 15 und der Abfang-Regler 19 ständig zueinander parallel arbeiten und dass der jeweils größere der beiden errechneten Drehzahlwerte zur Ansteuerung der Verdampfer-Gebläseanordnung 10 verwendet wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Drehzahl der Verdampfer-Gebläseanordnung 10 immer zumindest so hoch ist, dass eine Eisbildung am Verdampfer 9 vermieden wird, und dabei umso viel höher sein kann, wie dies die Regelung der Temperatur des Fahrzeuginnenraums 12 erfordert.
Im Folgenden werden anhand der 2 und 3 die oben beschriebenen Vorgänge beim Betrieb einer Klimaanlage insbesondere für die Klimatisierung von großvolumigen Fahrzeug-Innenräumen einmal gemäß dem Stand der Technik und einmal gemäß der Erfindung nochmals im Einzelnen erläutert.
In beiden Figuren wird in etwa der gleiche Maßstab verwendet, wobei die jeweilige x-Achse eine Zeitachse ist, deren Nullpunkt willkürlich so gewählt ist, dass er vor dem Auftreten von kritischen Zuständen liegt, die zu einer Vereisung des Verdampfers 9 führen können.
In Y-Richtung sind jeweils auf der linken Seite eine Temperatur-Skala (in ° Celsius) und auf der rechten Seite eine Drehzahl- bzw. Kältemittelstrom-Skala wiedergegeben, die den Bereich von 0 % bis 100 % der zulässigen Dauerbetriebs-Drehzahl bzw. der nominalen Kompressor-Kühlleistung überspannt.
Außerdem zeigen beide Figuren den bei 0 °C liegenden Gefrierpunkt von Wasser, die Verläufe der Verdampfertemperatur (Kurve I bzw. I'), der Temperatur des Fahrzeug-Innenraums (Kurve II bzw. II'), des Kältemittelstroms (Kurve III bzw. III') und der Normalbetriebs-Drehzahl der Verdampfer-Gebläseanordnung 10 (Kurve IV bzw. IV'). Zusätzlich hierzu ist in 3 der zeitliche Verlauf der Abfang-Drehzahl D_abfang als Kurve V' dargestellt.
In 2 wird davon ausgegangen, dass zu einem beliebigen Zeitpunkt t = 0 im Innenraum 12 eines großvolumigen Fahrzeugs eine Temperatur von 28 °C herrscht (Kurve II) und der Kompressor 3, der mit dem Fahrzeugmotor 2 mechanisch gekoppelt ist, ebenso wie dieser mit stark schwankenden, im Mittel aber vergleichsweise hohen Drehzahlen läuft, sodass der Kältemittelstrom (Kurve III) in entsprechender Weise um einen Mittelwert schwankt, der in etwa bei 80 % seines Maximalwertes liegt. Anfänglich fällt die Temperatur des Verdampfers 9 (Kurve I) rasch auf einen Wert von 15 °C ab und sinkt dann kontinuierlich weiter, während sich die Temperatur des Innenraums 12 dem Soll-Wert von 20 °C nähert und die Drehzahl der Verdampfer-Gebläseanordnung 10 (Kurve IV) durch den Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler 15 von ihrem anfänglichen 100 %-Wert auf etwa 30 % abgesenkt wird; diesen Wert erreicht sie nach etwa 150 Sekunden und bleibt dann für weitere 60 Sekunden nahezu konstant.
Durch das Abfallen der Drehzahl der Verdampfer-Gebläseanordnung 10 (Kurve IV) fällt die Temperatur des Verdampfers 9 (Kurve I) nach etwa 150 Sekunden auf Werte unter 0 °C ab und kann nach einiger Zeit (, die hier der Übersichtlichkeit halber auf 50 Sekunden verkürzt dargestellt ist) Werte von bis zu -18 °C erreichen, sodass schließlich der Kompressor 3 abgeschaltet wird, wodurch der Kältemittelstrom (Kurve III) auf 0 % abfällt. Das Eis, das sich inzwischen am Verdampfer 9 gebildet hat, blockiert die dortige Luftströmung zumindest teilweise so, dass der Verdampfer 9 geraume Zeit benötigt, um sich wieder zu erwärmen. Während dessen steigt die Temperatur des Fahrzeuginnenraums 12 (Kurve II) von 21,5 °C auf 22,5 °C an und erhöht sich weiter, bis die Klimaanlage zu einem in 1 nicht mehr dargestellten Zeitpunkt wieder eingeschaltet werden kann. Somit wird der Soll-Wert der Fahrzeug-Innenraumtemperatur nicht nur kurzzeitig überschritten. Vielmehr ist die Klimaanlage längere Zeit außer Betrieb, sodass es zu einem beträchtlichen Anstieg dieser Temperatur kommen kann.
Der in 3 gezeigte Ablauf bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens beginnt wieder mit einer Temperatur des Fahrzeuginnenraums 12 von 28 °C zum Zeitpunkt t = 0 (Kurve II'), und es ist auch hier angenommen, dass der Kompressor 3 aufgrund seiner mechanischen Kopplung mit dem Fahrzeugmotor 2 mit stark schwankenden, im Mittel vergleichsweise hohen Drehzahlen läuft, sodass der Kältemittelstrom (Kurve III') auch hier zunächst stark um einen Mittelwert schwankt, der in etwa bei 80 % seines Maximalwertes liegt.
Wie beim Beispiel der 2 stabilisiert sich die Temperatur des Verdampfers 9 zunächst bei 15 °C und die Temperatur des Innenraums 12 nähert sich dem Soll-Wert von 20 °C, sodass die durch den Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler 15 vorgegebene Normalbetriebs-Drehzahl D_normal der Verdampfer-Gebläseanordnung 10 weiter absinkt (Kurve IV').
Die Temperatur des Verdampfers 9 unterschreitet ungefähr 110 Sekunden nach dem Zeit-Nullpunkt den bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dem Abfang-Regler 19 vorgegebenen kritischen Grenzwert von 5 °C (Kurve I'). Gleichzeitig senkt der Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler 15 das von ihm auf der Leitung 17 abgegebene Normalbetriebs-Drehzahlsignal D_normal auf einen bei ca. 30 % der maximalen Dauerbetriebs-Drehzahl liegenden Wert (Kurve IV').
Nach einer kurzen Verzögerung wird der Abfang-Regler 19 in der Weise aktiv, dass er das auf der Leitung 20 an den Komparator 18 abgegebene Abfang-Drehzahlsignal D_abfang stark erhöht, sodass es zum Zeitpunkt t_A das Normalbetriebs-Drehzahlsignal D_normal des Fahrzeuginnenraum-Temperaturreglers 15 übersteigt. Dies wird vom Komparator 18 erkannt, der das größere der beiden Signale über die Leitung 25 der Verdampfer-Gebläseanordnung 10 zuführt, die entsprechend schneller läuft.
Während des nunmehr folgenden Abfangbetriebs, der bis zum Zeitpunkt t_E, d.h. also bei dem gezeigten Beispiel etwa 80 Sekunden dauert, wird die Drehzahl D_abfang der Verdampfer-Gebläseanordnung 10 durch den Abfang-Regler 19 ständig weiter bis auf etwa 70 % der maximalen Dauerbetriebs-Drehzahl erhöht, wodurch verhindert wird, dass die Temperatur des Verdampfers 9 unter den Gefrierpunkt abfällt. Das setzt sich bis zum Zeitpunkt t_E fort, in welchem die Temperatur des Verdampfers 9 den kritischen Grenzwert von 5 °C von unten her kommend wieder übersteigt (Kurve I').
Dadurch fällt das vom Abfang-Regler 19 abgegebene Abfang-Drehzahlsignal D_abfang steil auf einen Wert ab (Kurve V'), der kleiner ist als der des vom Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler 15 vorgegebnen Normalbetriebs-Drehzahlsignals D_normal, sodass der Komparator 18 zum Zeitpunkt t_E wieder auf Normalbetrieb zurück schaltet, indem er das zuletzt genannte Drehzahlsignal D_normal an die Verdampfer-Gebläseanordnung 10 weiterleitet und das vom Abfang-Regler 19 vorgegebene Abfang-Drehzahlsignal D_abfang unterdrückt.
Während des Abfangbetriebes kann es geschehen, dass die erhöhte Kühlleistung der Klimaanlage zu einer Abkühlung unter den vorgegebenen Soll-Temperaturwert von 20 °C im Fahrzeuginnenraum führt. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, kurz nach dem Endzeitpunkt t_E des Abfangbetriebes den Kompressor 3 vorübergehend abzuschalten, sodass der Kältemittelstrom kurzzeitig zum Erliegen kommt. Dabei bleibt die Klimaanlage aber voll einsatzfähig, weil sich am Verdampfer kein Eis gebildet hat. Nach kurzer Zeit kann die Klimaanlage daher ihren Normalbetrieb wieder aufnehmen (nicht dargestellt).
Somit ist einerseits sichergestellt, dass sich am Verdampfer kein Eis ausbilden kann und ein längerer Ausfall der Klimaanlage vermieden wird, und andererseits schnellst möglich zum Normalbetrieb zurückgekehrt werden kann, während dessen die Kontrolle der Temperatur des Innenraums 12 durch den Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler 15 durchgeführt wird, sodass sie in der Nähe des Soll-Wertes bleibt.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen lässt sich die Unterbrechung des Normalbetriebs in jedem Fall so kurz halten, dass sie von den Fahrzeuginsassen praktisch nicht bemerkt wird.

Claims

Verfahren zum Klimatisierten eines Fahrzeuginnenraums (12) mit großem Volumen, insbesondere eines Omnibusses, mit Hilfe einer Klimaanlage, die einen Kältemittel-Kreislauf aufweist, der einen Kompressor (3), einen Verflüssiger (4), eine Verflüssiger-Gebläseanordnung (6), ein Drosselventil (8), einen Verdampfer (9) und eine Verdampfer-Gebläseanordnung (10) umfasst, wobei die Verdampfer-Gebläseanordnung (10) dem Fahrzeuginnenraum (12) einen den Verdampfer (9) durchströmenden Luftstrom zuführt, sowie eine elektronische Steuerungsanordnung mit einem Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler (15), der im Normalbetrieb für die Verdampfer-Gebläseanordnung (10) eine Normalbetriebs-Drehzahl (D_normal) vorgibt und durch deren Variation darauf hinarbeitet, die Differenz zwischen dem Ist-Wert der Fahrzeuginnenraum-Temperatur und einem einstellbaren Soll-Wert zu minimieren, dadurch gekennzeichnet, dass ein für den Vereisungszustand des Verdampfers (9) charakteristischer Parameter gemessen wird und dass dann, wenn der Parameter-Messwert einen vorgebbaren Grenzwert in einer Richtung durchläuft, die von einem eine Vereisung ausschließenden Bereich in einen Bereich führt, in welchem eine Vereisungsgefahr besteht, auf einen Abfangbetrieb umgeschaltet wird, während dessen die Verdampfer-Gebläseanordnung (10) mit einer von der elektronischen Steuerungsanordnung gelieferten Abfang-Drehzahl (D_abfang) betrieben wird, die höher ist als die zum Umschaltzeitpunkt vom Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler (15) bereitgestellte Normalbetriebs-Drehzahl (D_normal).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfangbetrieb so lange fortgesetzt wird, bis für den Verdampfer (9) keine Vereisungsgefahr mehr besteht, worauf eine Rückkehr in den Normalbetrieb erfolgt, in welchem die Verdampfer-Gebläseanordnung (10) wieder mit der vom Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler (15) bereitgestellten Normalbetriebs-Drehzahl (D_normal) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfang-Drehzahl (D_abfang) mithilfe eines Abfang-Reglers (19) bereitgestellt wird, der durch eine entsprechende Variation dieser Abfang-Drehzahl (D_abfang) darauf hinarbeitet, die Differenz zwischen dem seinen Ist-Wert bildenden Parameter-Messwert und einem Soll-Wert zu minimieren, der dem vorgebbaren Grenzwert entspricht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfang-Regler (19) ständig parallel zum Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler (15) betrieben wird, dass die momentanen Werte der Normalbetriebs-Drehzahl (D_normal) und der Abfang-Drehzahl (D_abfang) ständig miteinander verglichen werden, und dass der jeweils größere dieser beiden Werte als momentaner Drehzahl-Vorgabewert für die Verdampfer-Gebläseanordnung (10) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für den Vereisungszustand des Verdampfers (9) charakteristische Parameter die Temperatur des Verdampfers (9) ist.
Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der für den Vereisungszustand des Verdampfers (9) charakteristische Parameter der durch einen Drucksensor (23) gemessene Ansaugdruck des Kompressors (3) ist.
Klimaanlage zum Klimatisierten eines Fahrzeuginnenraums (12) mit großem Volumen, insbesondere eines Omnibusses, wobei die Klimaanlage einen Kältemittel-Kreislauf aufweist, der einen Kompressor (3), einen Verflüssiger (4), eine Verflüssiger-Gebläseanordnung (6), ein Drosselventil (8), einen Verdampfer (9) und eine Verdampfer-Gebläseanordnung (10) umfasst, wobei die Verdampfer-Gebläseanordnung (10) dem Fahrzeuginnenraum einen Luftstrom zuführt, der den Verdampfer (9) durchströmt hat, sowie eine elektronische Steuerungsanordnung mit einem Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler (15), der im Normalbetrieb für die Verdampfer-Gebläseanordnung (10) eine Normalbetriebs-Drehzahl (D_normal) vorgibt und durch deren Variation darauf hinarbeitet, die Differenz zwischen dem Ist-Wert der Fahrzeuginnenraum-Temperatur und einem einstellbaren Soll-Wert zu minimieren, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerungsanordnung weiterhin eine Sensoranordnung (22, 23) zum Messen eines für den Vereisungszustand des Verdampfers (9) charakteristischen Parameters umfasst und dazu ausgebildet ist, dann, wenn der Messwert dieses Parameters einen vorgebbaren Grenzwert in einer Richtung durchläuft, die von einem eine Vereisung ausschließenden Bereich in einen Bereich führt, in welchem eine Vereisungsgefahr besteht, auf einen Abfangbetrieb umzuschalten, während dessen die Verdampfer-Gebläseanordnung (10) mit einer Abfang-Drehzahl (D_abfang) betrieben wird, die höher ist als die im Umschaltzeitpunkt vom Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler (15) bereitgestellte Normalbetriebs-Drehzahl (D_normal).
Klimaanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steueranordnung dazu ausgebildet ist, den Abfangbetrieb so lange fortzusetzen, bis für den Verdampfer (9) keine Vereisungsgefahr mehr besteht, und hierauf in den Normalbetrieb zurückzukehren, in welchem die Verdampfer-Gebläseanordnung (10) wieder mit der vom Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler (15) bereitgestellten Normalbetriebs-Drehzahl (D_normal) betrieben wird.
Klimaanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steueranordnung einen Abfang-Regler (19) umfasst, der die Abfang-Drehzahl (D_abfang) bereitstellt und durch deren Variation darauf hinarbeitet, die Differenz zwischen dem seinen Ist-Wert bildenden Parameter-Messwert und einem Soll-Wert zu minimieren, der gleich dem vorgebbaren Grenzwert ist.
Klimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steueranordnung einen Komparator (18) umfasst, der die ihm zugeführte, vom ständig arbeitenden Fahrzeuginnenraum-Temperaturregler (15) bereitgestellte Normalbetriebs-Drehzahl (D_normal) mit der ihm ebenfalls zugeführten, vom ständig arbeitenden Abfang-Regler (19) bereitgestellten Abfang-Drehzahl (D_abfang) vergleicht und das jeweils größere dieser beiden Signale als Drehzahl-Vorgabewert an die Verdampfer-Gebläseanordnung (10) weiterleitet.
Klimaanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen Temperatursensor (22) zum Messen der Temperatur des Verdampfers (9) umfasst, die den für den Vereisungszustand des Verdampfers (9) charakteristischen Parameter darstellt.
Klimaanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen Drucksensor (23) zum Messen des Ansaugdrucks des Kompressors (3) umfasst, der den für den Vereisungszustand des Verdampfers (9) charakteristischen Parameter darstellt.