DE102019203055A1 - Method of operating a scroll compressor, device and air conditioning system - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Betreiben eines Scrollverdichters (110) für eine Klimaanlage (100), wobei der Scrollverdichter (110) aufweist eine feststehende Spirale (101) und eine relativ dazu bewegliche Spirale (102), die in einem Gehäuseraum (104) angeordnet ist, umfasst die Schritte:- Vorgeben eines Soll-Fördermassenstroms für den Scrollverdichter (110), und, wenn der Soll-Fördermassestrom kleiner vorgegeben ist als ein maximaler Fördermassenstrom des Scrollverdichters (110):- Reduzieren eines Drucks auf einer der feststehenden Spirale (101) abgewandten Seite (105) der beweglichen Spirale (102) in dem Gehäuseraum (104), und dadurch- Abheben der beweglichen Spirale (102) von der feststehenden Spirale (101) zum Ausbilden einer Leckage zwischen der beweglichen Spirale (102) und der feststehenden Spirale (101), und dadurch- Reduzieren des Fördermassenstroms.A method for operating a scroll compressor (110) for an air conditioning system (100), the scroll compressor (110) having a fixed scroll (101) and a scroll (102) which is movable relative to it and which is arranged in a housing space (104) the steps: - Presetting a target mass flow rate for the scroll compressor (110), and, if the target mass flow rate is preset to be less than a maximum mass flow rate of the scroll compressor (110): - reducing a pressure on a side facing away from the fixed spiral (101) (105) of the movable scroll (102) in the housing space (104), and thereby lifting the movable scroll (102) from the fixed scroll (101) to form a leak between the movable scroll (102) and the fixed scroll (101) ), and thereby reducing the mass flow rate.
Description
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Scrollverdichters für eine Klimaanlage angegeben, insbesondere für eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug. Zudem wird eine Vorrichtung angegeben, die ausgebildet ist, ein derartiges Verfahren durchzuführen. Weiterhin wird eine Klimaanlage mit einem Scrollverdichter angegeben, insbesondere eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug.A method is specified for operating a scroll compressor for an air conditioning system, in particular for an air conditioning system for a motor vehicle. In addition, a device is specified which is designed to carry out such a method. Furthermore, an air conditioning system with a scroll compressor is specified, in particular an air conditioning system for a motor vehicle.
Kraftfahrzeuge können mit einer Klimaanlage ausgestattet sein. Eine Klimaanlage weist einen Verdichter auf, auch Kompressor genannt. Mit dem Verdichter wird ein Klimamittel für eine Kältemaschine verdichtet.Motor vehicles can be equipped with an air conditioning system. An air conditioning system has a compressor, also called a compressor. The compressor compresses an air conditioning agent for a refrigeration machine.
Es ist wünschenswert, ein Verfahren zum Betreiben eines Scrollverdichters anzugeben, das einen verlässlichen Betrieb ermöglicht. Zudem ist es wünschenswert, eine Vorrichtung anzugeben, die einen verlässlichen Betrieb eines Scrollverdichters ermöglicht. Weiterhin ist es wünschenswert, eine Klimaanlage anzugeben, die verlässlich betreibbar ist.It is desirable to provide a method for operating a scroll compressor that enables reliable operation. In addition, it is desirable to provide a device which enables a scroll compressor to operate reliably. Furthermore, it is desirable to provide an air conditioning system that can be operated reliably.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben eines Scrollverdichters für eine Klimaanlage angegeben, sowie eine Vorrichtung, die zum Durchführen des Verfahrens ausgebildet ist. Der Scrollverdichter ist insbesondere ausgebildet, in einem Kraftfahrzeug verwendet zu werden.According to at least one embodiment, a method for operating a scroll compressor for an air conditioning system is specified, as well as a device which is designed to carry out the method. The scroll compressor is designed in particular to be used in a motor vehicle.
Der Scrollverdichter weist gemäß einer Ausführungsform eine feststehende Spirale und eine relativ dazu bewegliche Spirale auf. Die bewegliche Spirale ist in einem Gehäuseraum angeordnet.According to one embodiment, the scroll compressor has a fixed scroll and a scroll that is movable relative thereto. The movable scroll is arranged in a housing space.
Ein Sollfördermassestrom für den Scrollverdichter wird vorgegeben. Wenn der Sollfördermassestrom kleiner vorgegeben wird als ein maximaler Fördermassestrom des Scrollverdichters, wird ein Druck auf einer der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum reduziert. Wenn der Sollfördermassestrom kleiner sein soll oder kleiner eingestellt werden soll als ein maximaler Fördermassestrom des Scrollverdichters, wird ein Druck auf einer der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum reduziert. Dadurch hebt die bewegliche Spirale von der feststehenden Spirale ab. Dadurch wird eine Leckage zwischen der beweglichen Spirale und der feststehenden Spirale ausgebildet. Somit wird der Fördermassenstrom reduziert.A target mass flow rate for the scroll compressor is specified. If the target mass flow rate is specified to be less than a maximum mass flow rate of the scroll compressor, a pressure on a side of the movable spiral facing away from the stationary spiral is reduced in the housing space. If the target mass flow rate is to be smaller or is to be set smaller than a maximum conveying mass flow rate of the scroll compressor, a pressure on a side of the movable spiral facing away from the fixed spiral is reduced in the housing space. This lifts the movable spiral off the fixed spiral. Thereby, leakage is formed between the movable scroll and the fixed scroll. This reduces the mass flow rate.
Der Scrollverdichter weist den maximalen Fördermassenstrom auf, wenn die Leckage zwischen der beweglichen Spirale und der feststehenden Spirale möglichst gering ist. Dann ist der Verlust möglichst gering und der Fördermassestrom an einem Ausgang des Scrollverdichters ist maximal. Falls im Betrieb nicht der maximale Fördermassestrom benötigt wird, wenn also der Sollfördermassenstrom geringer ist als der maximale Fördermassenstrom, ist es mittels dem Reduzieren des Drucks in dem Gehäuseraum möglich, bewusst die Leckage zwischen der beweglichen Spirale und der feststehenden Spirale zu erhöhen. Beispielsweise wird der Druck um 0,5 bis 5 bar reduziert. Der Wert der Reduzierung ist insbesondere abhängig von dem verwendeten Kältemittel, den vorherrschenden Prozessdrücken und/oder der Bauart des Scrollverdichters.The scroll compressor has the maximum flow rate when the leakage between the movable scroll and the fixed scroll is as low as possible. Then the loss is as small as possible and the conveyed mass flow at an output of the scroll compressor is at a maximum. If the maximum flow rate is not required during operation, i.e. if the target flow rate is lower than the maximum flow rate, it is possible to consciously increase the leakage between the movable scroll and the fixed scroll by reducing the pressure in the housing space. For example, the pressure is reduced by 0.5 to 5 bar. The value of the reduction is particularly dependent on the refrigerant used, the prevailing process pressures and / or the design of the scroll compressor.
Während des Betriebs des Scrollverdichters, der auch als Spiralverdichter oder Scrollkompressor bezeichnet werden kann, wird die bewegliche Spirale axial gegen die feststehende Spirale gedrückt, um die beiden Spiralen gegeneinander abzudichten, wenn ein Normalbetrieb gewünscht ist. Der Druck zum Anpressen muss hoch genug sein, dass die bewegliche Spirale im normalen Betrieb nicht ungewünscht abhebt. Der Druck sollte auch nicht zu hoch sein, da dies zu erhöhter Reibung und verstärktem Verschleiß führt.During the operation of the scroll compressor, which can also be referred to as a scroll compressor or scroll compressor, the movable scroll is pressed axially against the fixed scroll in order to seal the two scrolls against one another when normal operation is desired. The pressure for pressing must be high enough that the movable spiral does not lift off undesirably during normal operation. The pressure should also not be too high, as this leads to increased friction and increased wear.
Das bewusste Reduzieren des Drucks auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale führt zu einem Reduzieren eines Anpressdrucks der beweglichen Spirale gegen die feststehende Spirale. Sobald der Druck eine gewisse untere Schwelle unterschreitet, hebt die bewegliche Spirale von der feststehenden Spirale ab. Der Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale ist nicht mehr groß genug, um die bewegliche Spirale gegen die feststehende Spirale zu drücken. Durch das Abheben entsteht die Leckage. Der Fördermassenstrom des Scrollverdichters nimmt ab. Der Druck ausgangsseitig des Scrollverdichters nimmt ab.The deliberate reduction of the pressure on the side of the movable spiral facing away from the fixed spiral leads to a reduction in a contact pressure of the movable spiral against the fixed spiral. As soon as the pressure falls below a certain lower threshold, the movable spiral lifts off from the fixed spiral. The pressure on the side of the movable spiral facing away from the fixed spiral is no longer great enough to press the movable spiral against the fixed spiral. Lifting off creates the leak. The flow rate of the scroll compressor decreases. The pressure on the outlet side of the scroll compressor decreases.
Das bewusste Reduzieren des Drucks und die damit verbundene Leckage ermöglicht eine einfache und präzise Leistungsregelung des Scrollverdichters. Der geförderte Massestrom über einen Zeitraum kann unabhängig von einer Antriebsdrehzahl oder einem Mechanismus zur Veränderung des Hubvolumens erfolgen. Es ist zudem möglich, auf einen zusätzlichen Aktuator zu verzichten, der die bewegliche Spirale aktiv in Richtung der feststehenden Spirale bewegt oder von dieser wegbewegt. Die Bewegung der beweglichen Spirale in Richtung der feststehenden Spirale oder weg von dieser wird mittels des Drucks in dem Gehäuseraum verursacht. Somit ist ein Auseinanderfahren der beiden Spiralen möglich, in dem der Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale reduziert wird.The deliberate reduction of the pressure and the associated leakage enables simple and precise capacity control of the scroll compressor. The mass flow conveyed over a period of time can take place independently of a drive speed or a mechanism for changing the stroke volume. It is also possible to dispense with an additional actuator that actively moves the movable spiral in the direction of the fixed spiral or moves it away from it. The movement of the movable scroll in the direction of the fixed scroll or away from it is caused by means of the pressure in the housing space. It is thus possible for the two spirals to move apart by reducing the pressure on the side of the movable spiral facing away from the stationary spiral.
Der Fördermassenstrom ist somit unabhängig von einer Drehzahl der beweglichen Spirale einstellbar. Beispielsweise ist es möglich, einen Antriebsmotor des Scrollverdichters stets mit der gleichen Drehzahl laufen zu lassen und dennoch unterschiedliche Fördermasseströme zu realisieren.The conveyed mass flow is therefore independent of a speed of the movable scroll adjustable. For example, it is possible to let a drive motor of the scroll compressor always run at the same speed and still realize different flow rates.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Scrollverdichter ein Druckventil auf. Das Druckventil ist eingangsseitig mit dem Gehäuseraum gekoppelt, um den Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum zu steuern. Mittels des Druckventils ist der Druck reduzierbar. Beispielsweise wird der Druck mittels eines Öffnens des Druckventils reduziert, um ein Abheben der beweglichen Spirale von der feststehenden Spirale zu ermöglichen. Im Betrieb des Scrollverdichters ist mittels des Druckventils der Druck im Gehäuseraum einstellbar.According to at least one embodiment, the scroll compressor has a pressure valve. The pressure valve is coupled on the input side to the housing space in order to control the pressure on the side of the movable scroll in the housing space facing away from the fixed scroll. The pressure can be reduced by means of the pressure valve. For example, the pressure is reduced by opening the pressure valve in order to enable the movable scroll to be lifted off the fixed scroll. When the scroll compressor is in operation, the pressure in the housing space can be adjusted by means of the pressure valve.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist es möglich, den Fördermassestrom des Scrollverdichters ausgehend von dem reduzierten Fördermassestrom zu erhöhen. Der Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum wird erhöht. Dadurch wird die bewegliche Spirale in Richtung hin zu der feststehenden Spirale bewegt. Hierdurch wird die Leckage zwischen der beweglichen Spirale und der feststehenden Spirale reduziert. Dadurch wird der Fördermassenstrom erhöht. Wenn also nach einem Leerlauf wieder ein Förderbedarf ist, ist ein Realisieren des Fördermassestroms einfach möglich. Beispielsweise wird das Druckventil geschlossen. Beispielsweise wird der Druck um 0,5 bis 5 bar erhöht. Der Wert der Erhöhung ist insbesondere abhängig von dem verwendeten Kältemittel, den vorherrschenden Prozessdrücken und/oder der Bauart des Scrollverdichters.According to at least one embodiment, it is possible to increase the conveyed mass flow of the scroll compressor starting from the reduced conveyed mass flow. The pressure on the side of the movable scroll facing away from the fixed scroll in the housing space is increased. This moves the movable scroll in the direction of the fixed scroll. This reduces the leakage between the movable scroll and the fixed scroll. This increases the mass flow rate. So if there is a demand again after an idling, it is easy to realize the flow rate. For example, the pressure valve is closed. For example, the pressure is increased by 0.5 to 5 bar. The value of the increase is particularly dependent on the refrigerant used, the prevailing process pressures and / or the design of the scroll compressor.
Die der feststehenden Spirale abgewandte Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum ist beispielsweise mit einem Hochdruckausgang des Scrollverdichters verbunden. Da auch bei der gewünscht ausgebildeten Leckage dennoch ein kleiner Fördermassestrom herrscht, ist es möglich, mittels dieser Verbindung den Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum anzulegen.The side of the movable scroll in the housing space that faces away from the fixed scroll is connected, for example, to a high pressure outlet of the scroll compressor. Since, even with the desired leakage, there is still a small conveyed mass flow, it is possible, by means of this connection, to apply the pressure to the side of the movable spiral in the housing space facing away from the stationary spiral.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Scrollverdichter ein Ventil auf. Das Ventil ist eingangsseitig mit einem Hochdruckausgang des Scrollverdichters gekoppelt. Das Ventil ist ausgangsseitig mit dem Gehäuseraum gekoppelt, insbesondere mit der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale. Mittels des Ventils ist es möglich, den Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum zu steuern. Wenn das Ventil geöffnet ist, wird der Druck erhöht. Insbesondere ist hierzu das Druckventil geschlossen.According to at least one embodiment, the scroll compressor has a valve. The inlet side of the valve is coupled to a high pressure outlet of the scroll compressor. The valve is coupled on the output side to the housing space, in particular to the side of the movable spiral facing away from the fixed spiral. By means of the valve it is possible to control the pressure in the housing space on the side of the movable scroll facing away from the fixed scroll. When the valve is open, the pressure is increased. In particular, the pressure valve is closed for this purpose.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Scrollverdichter alternativ oder zusätzlich zum Ventil eine Drossel auf. Die Drossel ist zwischen dem Hochdruckausgang des Scrollverdichters und dem Gehäuseraum angeordnet. Die Drossel ist beispielsweise in der beweglichen Spirale und/oder einem Gehäuse des Scrollverdichters ausgebildet. Es können auch mehrere Drosseln und das Ventil gemeinsam vorgesehen sein. Alternativ dazu ist es möglich, auf das Ventil zu verzichten und lediglich eine oder mehrere Drosseln vorzusehen. Mittels der Drossel ist es möglich, einen Druckausgleich zwischen einem Hochdruckausgang des Scrollverdichters und dem Gehäuseraum zu realisieren. Hierdurch ist ein Erhöhen des Drucks in dem Gehäuseraum möglich, insbesondere wenn das Druckventil geschlossen ist.According to at least one embodiment, the scroll compressor has a throttle as an alternative or in addition to the valve. The throttle is arranged between the high pressure outlet of the scroll compressor and the housing space. The throttle is formed, for example, in the movable scroll and / or a housing of the scroll compressor. Several throttles and the valve can also be provided together. Alternatively, it is possible to dispense with the valve and to provide only one or more throttles. By means of the throttle, it is possible to achieve pressure compensation between a high-pressure outlet of the scroll compressor and the housing space. This makes it possible to increase the pressure in the housing space, in particular when the pressure valve is closed.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Verfahrensschritte in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Sollfördermassestrom wiederholt durchgeführt. Insbesondere über einen gewissen Zeitraum ist es somit möglich, im Mittel den Sollfördermassestrom zu erreichen. Es wird für eine gewisse Zeitdauer der Druck reduziert und die gewünschte Leckage ermöglicht. Für eine weitere Zeitdauer wird der Druck wieder erhöht und die Leckage reduziert. Beispielsweise werden diese zwei Zustände mit unterschiedlichen Zeitdauern abwechselnd eingestellt, um den vorgegebenen Sollfördermassestrom zu erreichen.According to at least one embodiment, the method steps are carried out repeatedly as a function of the predefined target mass flow rate. In particular over a certain period of time it is thus possible to achieve the target mass flow rate on average. The pressure is reduced for a certain period of time and the desired leakage is enabled. For a further period of time the pressure is increased again and the leakage is reduced. For example, these two states are set alternately with different periods of time in order to achieve the specified target mass flow rate.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Klimaanlage als Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Schritte des Verfahrens werden wiederholt durchgeführt in Abhängigkeit von mindestens einem vorgegebenen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs. Der Betriebszustand des Kraftfahrzeugs umfasst beispielsweise eine Außentemperatur, eine Innentemperatur, einen Druck des Kältemittels und/oder weitere Parameter, die für den Betrieb der Klimaanlage in dem Kraftfahrzeug relevant sind.According to at least one embodiment, the air conditioning system is designed as an air conditioning system for a motor vehicle. The steps of the method are carried out repeatedly as a function of at least one predetermined operating state of the motor vehicle. The operating state of the motor vehicle includes, for example, an outside temperature, an inside temperature, a pressure of the refrigerant and / or other parameters that are relevant for the operation of the air conditioning system in the motor vehicle.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Klimaanlage einen hier beschriebenen Scrollverdichter gemäß zumindest einer Ausführungsform auf. Die Klimaanlage ist insbesondere zum Betrieb in einem Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Klimaanlage ist beispielsweise die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Die Klimaanlage weist eine hier beschriebene Vorrichtung gemäß zumindest einer Ausführungsform auf. Die Vorrichtung ist signaltechnisch mit dem Scrollverdichter gekoppelt zum Steuern des Betriebs des Scrollverdichters. Beispielsweise ist die Vorrichtung mit dem Druckventil signaltechnisch gekoppelt zum Steuern des Druckventils zum Einstellen des Drucks in dem Gehäuseraum. Beispielsweise ist die Vorrichtung mit dem Ventil signaltechnisch gekoppelt zum Steuern des Ventils zum Einstellen des Drucks in dem Gehäuseraum. Die Vorrichtung steuert insbesondere sowohl das Druckventil als auch das Ventil, um den Druck in dem Gehäuseraum wie gewünscht zu reduzieren oder zu erhöhen.According to at least one embodiment, an air conditioning system has a scroll compressor described here according to at least one embodiment. The air conditioning system is designed in particular for operation in a motor vehicle. The air conditioning system is, for example, the air conditioning system of a motor vehicle. The air conditioning system has a device described here in accordance with at least one embodiment. The device is signal-coupled to the scroll compressor for controlling the operation of the scroll compressor. For example, the device is coupled to the pressure valve for signaling purposes in order to control the pressure valve for setting the pressure in the housing space. For example, the device is signal-coupled to the valve for controlling the valve for setting the pressure in the housing space. The device in particular controls both the pressure valve and the valve in order to reduce or increase the pressure in the housing space as desired.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, in Verbindung mit der Figur erläuterten Beispielen.Further advantages, features and developments result from the following examples explained in connection with the figure.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer Klimaanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel.The figure shows a schematic representation of part of an air conditioning system according to an exemplary embodiment.
Die Klimaanlage
Die Klimaanlage
Der Scrollverdichter
Der Antriebsmotor
Die bewegliche Spirale
Die bewegliche Spirale
Der Scrollverdichter
Das Druckventil
Der Gehäuseraum
Der Druck auf der abgewandten Seite
Wenn eine Leckage gewünscht ist, um den Fördermassestrom des Scrollverdichters zu reduzieren, wird der Druck in dem Gehäuseraum
Beispielsweise wird dieser vergrößerte Abstand
Sobald wieder ein erhöhter Fördermassenstrom gewünscht ist, wird der Druck auf der abgewandten Seite
Der Scrollverdichter
Das Auseinanderfahren und das aufeinander Zufahren der beiden Spiralen
Wird der Druck an der abgewandten Seite
Die Absenkung des Drucks an der abgewandten Seite
Soll der Scrollverdichter
Alternativ oder zusätzlich wird der Druck auf der abgewandten Seite
Dieses Öffnen und Schließen ermöglicht eine Einstellung der Leistung des Scrollverdichters
Das Verfahren ermöglicht somit eine Leistungsregelung oder eine Leistungssteuerung des Scrollverdichters
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