DE102022213111A1 - Klimaanlage sowie Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage (2), welche einen Kältemittelkreislauf mit einen Verdichter (6) für ein Kältemittel, einen Kondensator (8), eine Unterkühleinrichtung (10) sowie einen Wärmetauscher (14) aufweist, wobei im Betriebszustand anhand eines ersten Sensors (24), welcher zwischen der Unterkühleinrichtung (10) und dem Wärmetauscher (14) angeordneten ist, der Kältemitteldruck (p_B) erfasst wird, wobei anhand des ersten Sensors (24) oder anhand eines zweiten Sensors die Temperatur (T_K) des Kältemittels erfasst wird, wobei anhand des erfassten Drucks (p_B) die Kondensationstemperatur (T_L) des Kältemittels bestimmt wird, und wobei ein Differenzwert (D) zwischen der bestimmten Kondensationstemperatur (T_L) und der erfassten Temperatur (T_K) des Kältemittels bestimmt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine solche Klimaanlage (2).

Description

• Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage, welche einen Kältemittelkreislauf mit einen Verdichter für ein Kältemittel, einen Kondensator, eine Unterkühleinrichtung sowie einen Wärmetauscher aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der Klimaanlage.
• Manche Fahrzeuge weisen eine Klimaanlage zum Temperieren, insbesondere zum Kühlen, der Luft in einem Fahrgastraum auf. Eine solche Klimaanlage umfasst typischerweise einen (Kältemittel-)Kreis, für welchen ein auch als Kältemittel bezeichnetes Arbeitsmedium verwendet wird. Beispielsweise wird als Kältemittel ein Fluorkohlenwasserstoff wie R-1234yf oder R134a genutzt.
• Der Kältemittelkreislauf umfasst einen Verdichter (Kompressor) zu Verdichten des und/oder zum Fördern des gasförmigen Kältemittels im Kältemittelkreislauf. Dem Verdichter strömungstechnisch nachgeschaltet ist ein Kondensator, in welchem das verdichtete Kältemittel unter Wärmeabgabe kondensiert. Beispielsweise umfasst der Kältemittelkreislauf zusätzlich eine gekühlte oder kühlbare Kondensationsfläche, anhand welcher das kondensierte, also flüssige Kältemittel auf eine Temperatur unter der Kondensationstemperatur abgekühlt wird, was im Folgenden auch als „unterkühlen“ bezeichnet wird.
• Das flüssige Kältemittel wird zu einem Verdampfer mit einem insbesondere als Ventil ausgebildeten Drosselorgan geleitet, wo sein Druck reduziert wird. Dabei nimmt das Kältemittel im Wärmetauscher durch Verdampfen Wärme auf. Der Verdichter saugt das verdampfte Kältemittel wieder an.
• Nimmt die Menge an Kältemittel, insbesondere aufgrund einer Leckage, im Kältemittelkreislauf ab, so kann dies nachteilig in einer reduzierten Kühlleistung der Klimaanlage resultieren.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, anhand dessen eine Unterfüllung der Klimaanlage erkannt werden kann. Weiterhin soll eine entsprechende Klimaanlage angegeben werden. Des Weiteren soll ein Computerprogramm für das Verfahren sowie ein computerlesbares Medium angegeben werden.
• Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Klimaanlage wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 8, bezüglich des Computerprogramms mit dem Merkmalen des Anspruchs 9 und bezüglich des computerlesbaren Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für die Klimaanlage und für das Computerprodukt, und umgekehrt.
• Das Verfahren dient den Betrieb einer Klimaanlage. Diese ist insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug eingerichtet. Die Klimaanlage umfasst einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter zum Verdichten und/oder zum Fördern eines Kältemittels des Kältemittelkreislaufs, einen dem Verdichter in Flussrichtung des Kältemittels nachgeschalteten Kondensator, anhand dessen das verdichtete Kältemittel gekühlt und zum Kondensieren gebracht werden kann. Weiterhin umfasst der Kältemittelkreislauf eine dem Kondensator nachgeschaltete Unterkühleinrichtung (Unterkühlungseinrichtung), anhand welcher das kondensierte, also flüssige, Kältemittel unterkühlt werden kann, mit anderen Worten anhand welcher die Temperatur des Kältemittels unter dessen Kondensationstemperatur gekühlt werden kann. Beispielsweise wird das Kältemittel hierbei auf eine Temperatur gekühlt, die zwischen 2 K (2 Kelvin) und 20 K, insbesondere zwischen 5 K und 10 K kleiner ist als die Kondensationstemperatur. Zweckmäßigerweise wird eine Kondensatorfläche des Kondensators sowie eine Unterkühlungsfläche der Unterkühleinrichtung gemeinsam gekühlt, so dass die Wärme für die Kondensation und Wärme für Unterkühlung weitgehend abgeführt werden kann.
• Zweckmäßigerweise umfasst der Kältemitteikreislauf zusätzlich ein Kältemittelreservoir, das hinsichtlich der in Flussrichtung des Kältemittels vorzugsweise zwischen dem Kondensator und der Unterkühleinrichtung angeordnet ist. Anhand dieses Kältemittelreservoirs ist es ermöglicht, ein über die Lebensdauer der Klimaanlage ggf. auftretender Kältemittelverlust zu kompensieren.
• Zudem umfasst der Kältemittelkreislauf einen Wärmetauscher mit einem insbesondere als Ventil ausgebildeten Expansionsorgan. Anhand des Wärmetauschers kann die diesen umströmende Luft insbesondere zum klimatisieren eines Fahrgastraumes und/oder zum Kühlen einer Fahrzugbatterie gekühlt werden.
• Weiterhin umfasst die Klimaanlage einen ersten Sensor, welcher hydraulisch, also hinsichtlich der Flussrichtung des Kältemittels, zwischen der Unterkühlungseinrichtung und dem Expansionsorgan des Wärmetauschers angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der erste Sensor der Unterkühleinrichtung nachgeschaltet und dem Wärmetauscher vorgeschaltet. Der erste Sensor ist beispielsweise ein solcher Sensor, anhand welchem sowohl ein Druck als auch eine Temperatur gemessen werden kann. Mit anderen Worten ist der erste Sensor vorzugsweise ein kombinierter Druck- und Temperatursensor (p/T-Sensor). Zusammenfassend dient der erste Sensor zur Druck- und/oder Temperaturerfassung des Kältemittels nach dessen Unterkühlung mittels der Unterkühleinrichtung und vor dessen Expansion mittels des Expansionsorgans.
• Alternativ hierzu ist der erste Sensor ein Sensor, insbesondere lediglich, zur Druckerfassung. In diesem Fall umfasst die Klimaanlage einen zweiten Sensor zur Temperaturerfassung des Kältemittels, wobei der zweite Sensor ebenfalls zwischen der Unterkühleinrichtung und dem Wärmetauscher angeordnet ist. Zusammenfassend dient in diesem Fall der erste Sensor zur Druckerfassung des Kältemittels nach dessen Unterkühlung mittels der Unterkühleinrichtung und vor dessen Expansion mittels des Expansionsorgans, und der zweite Sensor zur Temperaturerfassung des Kältemittels nach dessen Unterkühlung mittels der Unterkühleinrichtung und vor dessen Expansion mittels des Expansionsorgans.
• Verfahrensgemäß wird zunächst im Betriebszustand, also bei Betrieb der Klimaanlage, insbesondere bei Betrieb des Verdichters, mit anderen Worten während anhand des Verdichter das Kältemittel verdichtet und/oder gefördert wird, der im Folgenden auch als Betriebs-Kältemitteldruck bezeichnete Druck des Kältemittels erfasst.
• Weiterhin wird verfahrensgemäß im Betriebszustand die (Betriebs-Kältemittel-) Temperatur des Kältemittels erfasst. Hierzu wird - sofern der erste Sensor als Druck- und Temperatursensor ausgebildet ist - ebenfalls der erste Sensor oder - sofern der erste Sensor nicht zur Erfassung der Temperatur des Kältemittels eingerichtet ist - der zweite Sensor verwendet.
• Weiterhin wird anhand des erfassten Betriebs-Kältemitteldrucks die Kondensationstemperatur des Kältemittels bestimmt. Hierzu wird beispielsweise eine Kennlinie, ein Kennfeld oder eine Tabelle verwendet, anhand welcher dem erfassten Betriebs-Kältemitteldrucks für das verwendete Kältemittel eine Kondensationstemperatur zugeordnet werden kann. Alternativ wird die Kondensationstemperatur anhand des erfassten Betriebs-Kältemitteldrucks berechnet. Die Tabelle, die Kennlinie, das Kennfeld oder die entsprechende Berechnungsanweisung ist zweckmäßigerweise auf einem Speicher einer Steuereinheit der Klimaanlage gespeichert, also hinterlegt.
• Anschließend wird verfahrensgemäß ein Differenzwert zwischen der bestimmten Kondensationstemperatur und der anhand des ersten oder des zweiten Sensors erfassten Temperatur des Kältemittels bestimmt. Dieser Differenzwert wird auch als Unterkühlungstemperatur bezeichnet.
• Anhand des Differenzwertes kann und zweckmäßiger Weise wird besonders vorteilhaft auf den Füllstand der Klimaanlage geschlossen. Insbesondere kann bzw. wird anhand des Differenzwertes darauf geschlossen, ob die Klimaanlage unterfüllt ist, also ob weniger als eine vorgegebene Menge (Füllmenge) an Kältemittel im Kältemittelkreislauf vorhanden ist.
• Beispielsweise wird hierzu der Differenzwert mit einem vorgegebenen, insbesondere unveränderlichen, Schwellenwert verglichen. Ist der Betrag des Differenzwertes kleiner als der Schwellenwert gilt dann eine Unterfüllung als erkannt.
• Alternativ hierzu wird der Differenzwert mit einem entsprechenden Soll-Wert verglichen, wobei als Soll-Wert derjenige (erwartete) Differenzwert verwendet wird, welcher für (zumindest) eine Betriebsgröße der Klimaanlage erwartet wird, bei welcher der Betriebs-Kältemitteldruck erfasst wurde.
• Unter der Betriebsgröße ist dabei zweckmäßiger Weise die Drehzahl des Verdichters, insbesondere dessen Motors, der Kältemittel-Druck auf der Saugseite des Verdichters, somit der Kältemittel-Druck zwischen dem Wärmetauscher und dem Verdichter, oder der Kältemittel-Druck auf der Hochdruckseite des Verdichters, somit der Kältemittel-Druck zwischen dem Verdichter und dem Kondensator. Zur Bestimmung des Soll-Wertes entsprechend der Betriebsgröße oder entsprechend den Betriebsgrößen ist zweckmäßig ein entsprechendes Kennfeld, eine entsprechende Tabelle oder eine entsprechende Umrechnungsanweisung vorgegeben, die der Betriebsgröße bzw. den Betriebsgrößen den Soll-Wert zuordnet.
• Zusammenfassend ist der Soll-Wert abhängig von der bzw. von den Betriebsgrößen, bei welcher bzw. bei welchen der Betriebs-Kältemitteldruck erfasst wurde. Also erfolgt eine Anpassung des Soll-Wertes an diese Betriebsgröße(n). Vorteilhaft wird also die jeweilige Betriebsgröße bei der Beurteilung, ob eine Unterfüllung vorliegt, berücksichtigt.
• Zweckmäßigerweise wird der Differenzwert mit dem Soll-Wert verglichen. Ist der Betrag des Differenzwertes kleiner als der Schwellenwert gilt dann eine Unterfüllung als erkannt.
• Zweckmäßiger Weise wird bei Erkennung einer Unterfüllung ein Signal an eine übergeordnete Steuereinheit ausgegeben.
• Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird der (Ruhe-Kältemittel-)Druck des Kältemittels im Ruhezustand der Klimaanlage anhand des ersten Sensors erfasst. Zudem wird der (Ruhe-Kältemittel-)Druck des Kältemittels anhand eines dritten Sensors erfasst, welcher im Kältemittelkreislauf außerhalb dessen Abschnitts zwischen der Unterkühleinrichtung und dem Wärmetauscher angeordnet ist. Beispielsweise ist der dritte Sensor im Kältemittelkreislauf zwischen dem Verdichter und dem Kondensator oder zwischen dem Wärmetauscher und dem Verdichter angeordnet.
• Unter dem Ruhezustand der Klimaanlage ist dabei zu verstehen, dass der Verdichter außer Betrieb, also inaktiv und/oder ausgeschaltet, ist. Insbesondere ist hierbei der Druck des Kältemittels statisch, mit anderen Worten erfolgt im Ruhezustand keine zeitliche Veränderung des Drucks des Kältemittels und/oder eine Veränderung des Drucks, die kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Insbesondere ist en solcher statischer Zustand des Kältemittels zeitlich vor der Inbetriebnahme des Verdichters und/oder eine Zeitdauer, beispielsweise 1 s, 10 s, 30 s, 60 s, 120 s nach dem Ausschalten des Verdichters erreicht.
• Geeigneter Weise wird der erste Sensor anhand der entsprechenden Messwerte, also anhand der mittels des ersten und des dritten Sensors erfassten Werte des Ruhe-Kältemitteldrucks kalibriert.
• Insbesondere wird hierzu ein Mittelwert der beiden erfassten Werte des Ruhe-Kältemitteldrucks bestimmt und anschließend anhand einer Differenzbildung eine Abweichung zwischen diesem Mittelwert und dem durch den ersten Sensor erfassten Ruhe-Kältemitteldruck bestimmt. Die (zukünftigen) zeitlich darauf anhand des ersten Sensors erfassten Werte des Kältemitteldrucks, insbesondere auch ein solcher für einen zukünftig erfassten Betriebs-Kältemitteldruck, können und/oder werden entsprechend anhand dieser Abweichung korrigiert. Insbesondere wird der Betrag dieser Abweichung zum anhand des ersten Sensors erfassten (und noch unkorrigierten) Kältemitteldruck addiert oder subtrahiert. Vorzugsweise erfolgt eine solche Kalibrierung zeitlich vor der Bestimmung des Betriebs-Kältemitteldrucks für die Bestimmung des Kondensationstemperatur. Zweckmäßiger Weise wird also weiterhin für die, vorzugsweise für alle, auf die Kalibrierung folgende Bestimmung der Kondensationstemperatur der kalibrierte, also um den Betrag dieser Abweichung korrigierte, Betriebs-Kältemittel-Druck verwendet.
• Zusammenfassend werden die Messwerte für Ruhe-Kältemitteldruck von zwei Sensoren, die in unterschiedlichen Abschnitten des Kältemittelkreislaufs angeordnet sind, verwendet, um den ersten Sensor zu kalibrieren. Auf diese Weise ist eine Präzision für eine weiter Bestimmung der Kondensationstemperatur verbessert. Insbesondere wird auf diese Weise ein systematischer Fehler, wie beispielsweise eine Messungenauigkeit des ersten Sensors, zumindest reduziert.
• In vorteilhafter Ausgestaltung wird der erste oder der zweite Sensor im Ruhezustand, bei statischer Temperatur des Kältemittels, also wenn die zeitliche Änderung der Temperatur des Kältemittels gleich 0 oder kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist, hinsichtlich einer Temperaturerfassung/Temperaturmessung kalibriert.
• Beispielsweise erfolgt dies in analoger Weise zur Kalibrierung des ersten Sensors hinsichtlich der Druckerfassung. Also wird ein Mittelwert aus der anhand des ersten bzw. anhand des zweiten Sensors erfassten Kältemitteltemperatur und der anhand eines weiteren Temperatursensors, der im Kältemittelkreislauf außerhalb dessen Abschnitts zwischen der Unterkühleinrichtung und dem Wärmetauscher angeordnet ist, bestimmt. Anschließend wird eine Abweichung der anhand des ersten bzw. des zweiten Sensors erfassten Temperatur zu diesem Mittelwert bestimmt und der erste bzw. der zweite Sensor anhand dieser Abweichung kalibriert.
• In zweckmäßiger Ausgestaltung jedoch wird zur Kalibrierung des ersten oder des zweiten Sensors die im Ruhezustand der Klimaanlage bei statischer Kältemitteltemperatur anhand eines Umgebungstemperatursensors erfasste Umgebungstemperatur der Klimaanlage verwendet. Zweckmäßig wird zur Kalibrierung ein Mittelwert aus der anhand des ersten bzw. anhand des zweiten Sensors erfassten Kältemitteltemperatur (Temperatur des Kältemittels) und der Umgebungstemperatur bestimmt. Anschließend wird eine Abweichung der anhand des ersten bzw. des zweiten Sensors erfassten Kältemitteltemperatur zu diesem Mittelwert bestimmt und der erste bzw. der zweite Sensor anhand dieser Abweichung kalibriert. Insbesondere werden die (zukünftigen) zeitlich darauf anhand des ersten bzw. anhand des zweiten Sensors erfassten Werte der Kältemitteltemperatur um den Betrag dieser Abweichung zum (unkorrigierten) durch Addition oder Subtraktion dieser Abweichung korrigiert.
• Bevorzugt wird ein (aktueller) Durchschnitt, insbesondere ein gleitender Durchschnitt, beispielsweise ein gewichteter gleitender Durchschnitt, anhand des bestimmten (aktuellen) Differenzwertes und aus bereits gespeicherten Differenzwerten, entsprechend zeitlich vorangegangen bestimmter und hinterlegter Differenzwerte, gebildet.
• Zweckmäßig wird dieser Durchschnitt mit einem Schwellenwert verglichen, wobei eine Unterfüllung der Klimaanlage als erkannt gilt, wenn der Betrag des Durchschnitt den Schwellenwert unterschreitet.
• Alternativ und bevorzugt wird ein Unterschiedswert, insbesondere anhand einer Differenz, aus diesem aktuellen Durchschnitt und einem Durchschnitt der gespeicherten Differenzwerte, also derjenigen Differenzwerte für zeitlich der Bestimmung des aktuellen Differenzwerts vorangegangen bestimmter und hinterlegter Differenzwerte, ermittelt. Dies entspricht einer zeitlichen Änderung des Durchschnitts für aufeinanderfolgende Differenzwertbestimmungen bestimmt. Eine fehlerhafte Klimaanlage, insbesondere eine Unterfüllung gilt zweckmäßig bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes durch den Betrag dieses Unterschieds als erkannt.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Diese ist entsprechend den im Zusammenhang mit dem Verfahren gemachten Ausführen ausgebildet. Also umfasst die Klimaanlage den Kältemittelkreislauf mit dem Verdichter, mit dem Kondensator, mit dem Unterkühleinrichtung sowie mit dem Wärmetauscher. Weiterhin umfasst die Klimaanlage den ersten Sensor sowie eine Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens in einer der oben dargestellten Varianten. Optional umfasst die Klimaanlage hierzu den zweiten Sensor, den dritten Sensor, den Umgebungstemperatursensor und den Speicher.
• Insbesondere ist die Steuereinheit (Steuereinrichtung) dazu eingerichtet,
• - dass diese den ersten Sensor derart ansteuert, dass im Betriebszustand anhand des ersten Sensors der Druck des Kältemittels erfasst wird,
• - dass diese den ersten Sensor oder den zweiten Sensor derart ansteuert, dass anhand des ersten Sensors oder anhand eines zweiten Sensors im Betriebszustand die Temperatur des Kältemittels zwischen der Unterkühleinrichtung und dem Wärmetauscher erfasst wird,
• - dass diese anhand des im Betriebszustand mittels des ersten Sensors erfassten Drucks die Kondensationstemperatur des Kältemittels bestimmt, und
• - dass diese den Differenzwert zwischen Kondensationstemperatur und der erfassten Temperatur des Kältemittels bestimmt.
• Optional ist die Steuereinheit weiterhin dazu eingerichtet, dass
• - diese den ersten und den dritten Sensor derart ansteuert, dass im Ruhezustand der Druck des Kältemittels anhand des ersten Sensors und der Druck des Kältemittels anhand des dritten Sensors erfasst wird, und/oder
• - dass anhand dieser der erste Sensor mittels der Messwerte des ersten Sensors sowie des dritten Sensors kalibriert wird.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, welches Befehle umfasst, die bewirken, dass die gemäß einer der oben dargestellten Varianten ausgeführte Klimaanlage die Verfahrensschritte des gemäß einer der oben dargestellten Varianten ausgebildeten Verfahrens ausführt.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Insbesondere ist das computerlesbare Medium der oder ein Speicher der Steuereinheit.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
• 1 schematisch eine Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf, wobei zwischen dessen Unterkühleinrichtung und deren Wärmetauscher ein erster Sensor angeordnet ist,
• 2 einen Verlauf der Unterkühlungstemperatur in Abhängigkeit der Füllmenge an Kältemittel im Kältemittelkreislauf,
• 3 in einem Flussdiagramm einen Verfahrensablauf zum Betrieb der Klimaanlage gemäß einer ersten Variante, und
• 4 in einem Flussdiagramm einen Verfahrensablauf zum Betrieb der Klimaanlage gemäß einer zweiten Variante
• Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• In der 1 ist schematisch eine Klimaanlage 2 dargestellt. Diese ist beispielsweise für ein (nicht weiter dargestelltes) Kraftfahrzeug, insbesondere zur Temperierung eines Fahrgastraumes und/oder zur Temperierung einer Traktionsbatterie vorgesehen.
• Die Klimaanlage 2 umfasst einen Kältemittelkreislauf 4 mit einem Verdichter 6, beispielsweise einen elektromotorisch angetriebenen Scroll-Verdichter, zum Verdichten und/oder zum Fördern eines Kältemittels des Kältemittelkreislaufs 4. Weiterhin umfasst der Kältemittelkreislauf 4 einen dem Verdichter 6 hinsichtlich der Flussrichtung (Förderrichtung) des Kältemittels nachgeschalteten Kondensator 8, anhand dessen das verdichtete Kältemittel gekühlt und zum Kondensieren gebracht werden kann. Weiterhin umfasst der Kältemittelkreislauf 4 eine dem Kondensator 8 nachgeschaltete Unterkühleinrichtung (Unterkühlungseinrichtung) 10, anhand welcher das kondensierte Kältemittel auf eine Temperatur unter dessen Kondensationstemperatur gekühlt werden kann. Dabei ist hinsichtlich der in Flussrichtung des Kältemittels ein Kältemittelreservoir 12 angeordnet.
• Die Flussrichtung des Kältemittels ist in der 1 anhand von Pfeilen repräsentiert, die mit dem Bezugszeichen „F“ versehen sind.
• Zudem umfasst der Kältemittelkreislauf 4 einen Wärmetauscher 14 mit einem insbesondere als Ventil ausgebildeten und nicht weiter dargestellten Expansionsorgan. Optional umfasst der Kältemittelkreislauf 4 weitere Wärmetauscher 14, welche in der 1 strichliniert dargestellt sind.
• Ein erster Sensor 24 der Klimaanlage 2, welcher hinsichtlich der Flussrichtung des Kältemittels zwischen der Unterkühlungseinrichtung 10 und dem Expansionsorgan des Wärmetauschers 14 ist, ist als ein kombinierter Druck- und Temperatursensor (p/T-Sensor) ausgebildet. Mit anderen Worten ist der erste Sensor 24 dazu eingerichtet, sowohl den Druck des Kältemittels (Kältemitteldruck) und/oder die Temperatur des Kältemittels (Kältemitteltemperatur) nach dessen Unterkühlung mittels der Unterkühleinrichtung 10 und vor dessen Expansion mittels des Expansionsorgans des Wärmetauschers 14 zu erfassen, also zu messen.
• Gemäß einer nicht weiter dargestellten Alternative der Klimaanlage 2 ist der erste Sensor 24, beispielsweise lediglich, dazu eingerichtet, den Kältemitteldruck zu erfassen. In diesem Fall weist die Klimaanlage 2 einen zweiten Sensor auf, der dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Kältemittels zwischen der Unterkühleinrichtung 10 und dem Wärmetauscher 14 zu erfassen.
• Weiterhin umfasst die Klimaanlage einen dritten Sensor 26, der gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen dem Wärmetauscher 14 (oder sofern mehr als ein einziger Wärmetauscher vorhanden ist, zwischen den Wärmetauschern 14) und dem Verdichter 6 angeordnet. Alternative Positionen des dritten Sensors 26 sind in der 1 strichliniert dargestellt. So kann der dritte Sensor 26 dem Verdichter 6 strömungstechnisch unmittelbar vor dem Verdichter 6 oder unmittelbar nach dem Verdichter 6 angeordnet sein.
• Die Klimaanlage 2 umfasst eine Steuereinheit 16, die zur Ansteuerung des ersten Sensors 24, des dritten Sensors 26 und ggf. des zweiten Sensors sowie zum Empfang von Messdaten dieser Sensoren 24, 26 signalübertragungstechnisch mit diesen Verbunden ist, was anhand eines jeweiligen Doppelpfeils repräsentiert ist. Weiterhin ist die Steuereinheit 16 mit einem Umgebungstemperatursensor 18 signalübertragungstechnisch verbunden, so dass an die Steuereinheit 16 die erfasste Umgebungstemperatur Su übertragen werden kann.
• Die Klimaanlage ist dazu eingerichtet, dass diese gemäß dem im Zusammenhang mit der 3 (vgl. unten) und der 4 näher dargestellten Verfahrensvarianten betrieben wird. Hierzu ist auf einem Speicher 20 als computerlesbares Medium der Steuereinheit 16 ein Computerprogramm 22 gespeichert. Das Computerprogramm 22 umfasst dabei Befehle, die bewirken, dass die Klimaanlage 2 die Verfahrensschritte im Zusammenhand mit der 3 bzw. im Zusammenhang mit der 4 beschriebenen Verfahrens ausführt.
• In der 2 ist ein Verlauf der Unterkühlungstemperatur, also der Differenz (Differenzwert D) der Kondensationstemperatur T_L des Kältemittels und der anhand des ersten Sensors 24 oder anhand des zweiten Sensors erfassten Kältemitteltemperatur T_K im Betriebszustand, in Abhängigkeit der Füllmenge c an Kältemittel im Kältemittelkreislauf 4 punktiert dargestellt. Es gilt: $$\text{D}={\text{T}}_{\text{L}}-{\text{T}}_{\text{K}}$$

  
• Dabei ist in der 2 mit „B_I“ ein Bereich bezeichnet, in welchem vergleichsweise wenig Kältemittel im Kältemittelkreis vorhanden ist. Also ist der Kältemittelkreis unterfüllt. In diesem Bereich B_I entspricht die Kondensationstemperatur T_L im Wesentlichen der Kältemitteltemperatur T_K nach der Unterkühlung des Kältemittels anhand Unterkühlungseinrichtung 10, also ist der Differenzwert D, also die Differenz im Wesentlichen gleich Null (0).
• Mit „B_III“ ist ein Bereich bezeichnet, in welchem eine bestimmungsgemäße, also für den Betrieb vorgesehene Menge an Kältemittel im Kältemittelkreislauf vorhanden ist. In diesem Bereich ist der Differenzwert D vergleichsweise flach. Insbesondere ist der Bereich B_III dadurch definiert, dass der Differenzwert zwischen einem vorgegebenen unteren Schwellenwert Su und einem vorgegebenen oberen Schwellenwert S_O, welcher größer ist als der untere Schwellenwert, beträgt.
• Mit „B_II“ ist ein Übergangsbereich Bereich bezeichnet, wobei der Verlauf des Differenzwerts D hier eine größere Steigung aufweist als im dritten Bereich B_III.
• Mit „B_IV“ ist ein Bereich bezeichnet, bei dem der Kältemittelkreislauf überfüllt ist. Hier ist der obere Schwellenwert überschritten.
• Anhand der Klimaanlage bzw. anhand des im Folgenden beschriebenen Verfahrens kann in besonders geeigneter Weise eine Unterfüllung des Kältemittelkreislaufs mit Kältemittel besonders zuverlässig erkannt werden. Eine solche Unterfüllung tritt insbesondere dann auf, wenn - beispielsweise aufgrund einer Leckage, Kältemittel über den Inhalt des Kältemittelreservoirs 12 hinaus entweicht.
• In der 3 ist ein Flussdiagramm gezeigt, welches ein Verfahren zum Betrieb der Klimaanlage gemäß einer ersten Variante repräsentiert.
• Hierbei wird in einem ersten Schritt la anhand des ersten Sensors 24 der (Betriebs-Kältemittel-) Druck p_B des Kältemittels im Betriebszustand der Klimaanlage, also bei aktivem Verdichter 6, erfasst. Zudem wird anhand des ersten Sensors 24 oder anhand des zweiten Sensors im Betriebszustand der Klimaanlage die (Betriebs-Kältemittel-)Temperatur T_K des Kältemittels erfasst.
• In einem zweiten Schritt Ila wird anhand des erfassten Drucks p_B die Kondensationstemperatur T_L des verwendeten Kältemittels bestimmt. Hierzu ist zweckmäßigerweise eine entsprechende Kennlinie, ein Kennfeld oder eine Tabelle auf Speicher 20 hinterlegt der Steuereinheit 16 hinterlegt. Insbesondere ordnet die Steuereinheit 16 dem erfassten Betriebs-Kältemittel-Druck p_B die jeweilige Kondensationstemperatur T_L anhand der Kennlinie, des Kennfeldes oder der Tabelle zu.
• In einem dritten Schritt IIIa wird der Differenzwert D zwischen bestimmten Kondensationstemperatur T_L und der erfassten Betriebs-Kältemittel-Temperatur T_K bestimmt.
• In einem vierten Schritt IVa wird der Differenzwert D mit einem vorgegebenen Schwellenwert, insbesondere dem unteren Schwellenwert Su und mit dem oberen Schwellenwert So verglichen. Ist der Differenzwert D kleiner als der untere Schwellenwert Su, so gilt eine Unterfüllung als erkannt. Zweckmäßigerweise wird ein entsprechendes Warnsignal W für ein übergeordnetes Steuergerät (nicht gezeigt) ausgegeben.
• Gemäß der in der 4 dargestellten zweiten Variante des Verfahrens wird zunächst in einem ersten Schritt Ib in einem Ruhezustand der Klimaanlage 2, also bei inaktiven Verdichter 6, anhand des ersten Sensors 24 der Ruhe-Kältemittel-druck p_R,1 und anhand des dritten Sensors 26 der Ruhe-Kältemitteldruck p_R,2 erfasst.
• In Schritt Ilb wird ein Mittelwert M der anhand der beiden Sensoren 24, 26 erfassten Ruhe-Kältemitteldruck-Werte p_R,1, p_R,2 bestimmt. Also gilt $$\text{M}=\left({\text{p}}_{\text{R},\text{1}}+{\text{p}}_{\text{R},\text{2}}\right)/2$$

  
• Anschließend wird in Schritt IIIb ein Unterschiedswerts U zwischen dem Mittelwert und dem anhand des ersten Sensors 24 erfassten Ruhe-Kältemitteldruck p_R,1 bestimmt. Also gilt $$\text{U}=\text{M}-{\text{p}}_{\text{R},\text{1}}$$

  
• Anschließend wird in Schritt IVb der erste Sensor 24 anhand des Unterschiedswerts U kalibriert. Hierzu werden der Unterschiedswert als Offset herangezogen. Also werden im Weiteren, also zeitlich darauf folgende, anhand des ersten Sensors 24 erfasste Werte für den Kältemitteldruck, insbesondere für den Betriebs-Kältemittel-Druck p_B um den Unterschiedswert U korrigiert, insbesondere wird der Unterschiedswert U addiert.
• In einem optionalen Schritt Vb wird im Ruhezustand der erste Sensor 24 oder der zweite Sensor hinsichtlich der Temperaturerfassung, also hinsichtlich der Temperaturmessung kalibriert. Hierzu wird die Umgebungstemperatur Tu verwendet. Beispielsweise wird analog zu den Schritten Ilb bis IVb ein Mittelwert der Umgebungstemperatur und der im Ruhezustand anhand des ersten Sensors 24 oder anhand des zweiten Sensors erfassten (Ruhe-)Kältemitteltemperatur T_K,R gebildet, ein Unterschiedswert zwischen diesem Mittelwert und der anhand des ersten oder anhand des zweiten Sensors erfassten Kältemitteltemperatur T_K,R bestimmt, und der Unterschiedswert als Offset verwendet. Also wird bei weiteren Erfassungen der Kältemitteltemperatur T_K (Ruhe-Kältemitteltemperatur oder Betriebs-Kältemitteltemperatur) der entsprechend erfasste Wert um den Unterschiedswert korrigiert, insbesondere wird der Unterschiedswert zu diesem addiert.
• In einem Schritt Vlb wird anhand des kalibrierten ersten Sensors 24 der (Betriebs-Kältemittel-) Druck p_B des Kältemittels im Betriebszustand der Klimaanlage 2, also bei aktivem Verdichter 6, erfasst. Zudem wird anhand des kalibrierten ersten Sensors 24 oder anhand des kalibrierten zweiten Sensors im Betriebszustand der Klimaanlage die (Betriebs-Kältemittel-)Temperatur T_K,B des Kältemittels erfasst.
• Anschließend wird anhand des erfassten Druckes p_B, der aufgrund des Schrittes IVb um den Unterschiedswert U korrigiert ist, die Kondensationstemperatur T_L des Kältemittels bestimmt (Schritt VIIb). Hierzu wird analog zu Schritt Ila eine entsprechende Kennlinie, ein Kennfeld oder eine Tabelle verwendet.
• In Schritt VIIIb wird der Differenzwert D anhand der bestimmten Kondensationstemperatur T_L und anhand der anhand des kalibrierten ersten oder zweiten Sensors erfassten Betriebs-Kältemitteltemperatur T_K,B, deren Wert optional aufgrund des Schrittes Vb um den entsprechenden Unterschiedswert korrigiert ist, berechnet.
• Zur Erkennung, ob der Kältemittelkreislauf unterfüllt ist, kann beispielsweise gemäß Schritt IXb der Differenzwert D mit einem Soll-Wert D_Soll verglichen werden, wobei der Soll-Wert D_Soll anhand eines auf dem Speicher 20 hinterlegten Kennfeldes bestimmt wird. Dabei ist das Kennfeld derart ausgestaltet, dass anhand dessen den Betriebsgrößen der Klimaanlage, nämlich der Drehzahl des Verdichters 6, insbesondere dessen Motors, dem Kältemittel-Druck auf der Saugseite des Verdichters 6, und/oder dem der Kältemittel-Druck auf der Hochdruckseite des Verdichters 6, ein jeweiliger Soll-Wert zugeordnet werden kann und/oder wird. Der Soll-Wert D_Soll wird hierbei für diejenigen Betriebsgrößen gewählt, bei welchen die Betriebs-Kältemitteltemperatur T_K,B und der Betriebs-Kältemitteldruck p_B erfasst wurde. Bei Unterschreitung des Soll-Wertes D_Soll durch den Differenzwert D gilt eine Unterfüllung als erkannt.
• Zusätzlich oder alternativ hierzu kann zur Erkennung, ob der Kältemittelkreislauf unterfüllt ist, gemäß Schritt Xb ein Durchschnitt D_MA, insbesondere ein gleitender Durchschnitt (gleitender Mittelwert), aus dem Differenzwert D und aus Differenzwerten D_v gebildet. Die Differenzwerte D_v entsprechen dabei gespeicherten Differenzwerten die zeitlich vorangegangen bestimmt und auf dem Speicher 20 hinterlegt wurden. Zudem wird ein gleitender Durchschnitt D_MA,v lediglich der Differenzwerte Dv bestimmt. Anschließend wird ein Unterschiedswert ΔD durch Differenzbildung der Durchschnitte D_MA und D_MA,v gebildet. Überschreitet der Betrag des Unterschiedswerts ΔD einen vorgegebenen Schwellenwert, so gilt eine Unterfüllung als erkannt.
• Bei erkannter Unterfüllung wird zweckmäßigerweise das Warnsignal W für ein übergeordnetes Steuergerät (nicht gezeigt) ausgegeben.
• Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können hieraus im Rahmen der Ansprüche auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen und/oder in den Ansprüchen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
• Bezugszeichenliste

2

Klimaanlage

4

Kältemittelkreislauf

6

Verdichter

8

Kondensator

10

Unterkühleinrichtung

12

Kältemittelreservoir

14

Wärmetauscher

16

Steuereinheit

18

Umgebungstemperatursensor

20

Speicher / computerlesbares Medium

22

Computerprogramm

24

erster Sensor

26

dritter Sensor

BI

Bereich der Unterfüllung

BII

Übergangsbereich

BIII

Bereich für vorgesehene Füllmenge

BIV

Bereich der Überfüllung

c

Füllmenge

D

Differenzwert

DMA

Durchschnitt aus Differenzwerten

DSoll

Soll-Wert

Dv

gespeicherte Differenzwerte

ΔD

Änderung des Differenzwertes

F

Flussrichtung

M

Mittelwert

pB

Druck des Kältemittels bei Betrieb der Klimaanlage

pR,1

Druck des Kältemittels im Ruhezustand der Klimaanlage

PR,2

Druck des Kältemittels im Ruhezustand der Klimaanlage

TK

Temperatur des Kältemittels

TL

Kondensationstemperatur des Kältemittels

TU

Umgebungstemperatur

W

Warnsignal

Ia

Erfassen des Betriebs-Kältemittel-Drucks

IIa

Bestimmung der Kondensationstemperatur

IIIa

Bestimmen des Differenzwertes

IVa

Vergleich des Differenzwertes mit einem Schwellenwert

Ib

Erfassen des Ruhe-Kältemittel-Drucks

IIb

Mittelwertbildung

IIIb

Bestimmung des Unterschiedswertes

IVb

Kalibieren des ersten Sensors hinsichtlich der Druckerfassung

Vb

Kalibieren des ersten oder des dritten Sensors hinsichtlich der Temperaturerfassung

VIb

Erfassen des Betriebs-Kältemittel-Drucks und der Betriebs-Kältemitteltemperatur

VIIb

Bestimmung der Kondensationstemperatur

VIIIb

Bestimmen des Differenzwertes

IXb

Vergleich des Differenzwertes mit einem Soll-Wert

Xb

Bildung eines Durchschnitts

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage (2), welche einen Kältemittelkreislauf mit einen Verdichter (6) für ein Kältemittel, einen Kondensator (8), eine Unterkühleinrichtung (10) sowie einen Wärmetauscher (14) aufweist, - wobei im Betriebszustand anhand eines ersten Sensors (24), welcher zwischen der Unterkühleinrichtung (10) und dem Wärmetauscher (14) angeordnet ist, der Druck (p_B) des Kältemittels erfasst wird, - wobei anhand des ersten Sensors (24) oder anhand eines zweiten Sensors die Temperatur (T_K,B) des Kältemittels zwischen der Unterkühleinrichtung (10) und dem Wärmetauscher (14) erfasst wird, - wobei anhand des erfassten Drucks (p_B) die Kondensationstemperatur (T_L) des Kältemittels bestimmt wird, und - wobei ein Differenzwert (D) zwischen der bestimmten Kondensationstemperatur (T_L) und der erfassten Temperatur (T_K) des Kältemittels bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzwert (D) mit einem vorgegebenen Soll-Wert (D_Soll) verglichen wird, und/oder wobei als Soll-Wert (D_Soll) ein erwarteter Wert des Differenzwerts (D) für denjenigen Betriebspunkt, bei dem der Druck (p_B) erfasst wurde, verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass im Ruhezustand der Druck (p_R,1) des Kältemittels anhand des ersten Sensors (24) und der Druck (p_R,2) des Kältemittels anhand eines dritten Sensors (26) erfasst wird, welcher im Kältemittelkreislauf außerhalb dessen Abschnitts zwischen der Unterkühleinrichtung (10) und dem Wärmetauscher (14) angeordnet ist, und/oder - dass der erste Sensor (24) anhand des anhand des ersten Sensors (24) erfassten Drucks (p_R,1) sowie des anhand des dritten Sensors (26) erfasstem Drucks (p_R,2) kalibriert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Ruhezustand der erste Sensor (24) oder der zweite Sensor hinsichtlich einer Temperaturmessung kalibriert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung des ersten Sensors (24) oder des zweiten Sensors hinsichtlich einer Temperaturmessung die erfasste Umgebungstemperatur (Tu) herangezogen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchschnitt (D_MA) aus dem Differenzwert (D) und aus gespeicherten Differenzwerten (D_v) gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterschiedswert (ΔD) des Durchschnitts (D) zum Durchschnitt der gespeicherten Differenzwerte (D_v) gebildet wird.
8. Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend - einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter (6), mit einem Kondensator (8), mit einer Unterkühleinrichtung (10) sowie mit einen Wärmetauscher (14), einen ersten Sensor (24) zur Temperaturerfassung und/oder Druckerfassung, und - eine Steuereinheit (16) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Computerprogramm (22), umfassend Befehle, die bewirken, dass die Klimaanlage (2) nach Anspruch 8 die Verfahrensschritten nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt.
10. Computerlesbares Medium (20), auf dem das Computerprogramm (22) nach Anspruch 9 gespeichert ist.

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