DE19801167C1 - Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Die DE 195 13 710 A1 geht von einem Hybridfahrzeug aus, bei dem zwischen einer der Brennkraftmaschine nachgeordneten Kupplung und einer weiteren dem Getriebe vorgeordneten Kupplung eine Elektromotor-Generator-Maschine angeordnet ist. Bei Kraftfahr­ zeugen mit einem derartigen Aggregataufbau ist ein Antrieb so­ wohl über die Brennkraftmaschine als auch über den Elektromotor möglich. Zudem kann die Elektromotor-Generator-Maschine im ver­ brennungsmotorischen Antrieb als Generator arbeiten und so eine im Fahrzeug vorgesehene elektrische Batterie aufladen. Außerdem kann mit einem derartigen Antriebsstrangkonzept beispielsweise bei geringen Leistungsanforderungen die Brennkraftmaschine ab­ geschaltet und das Fahrzeug elektrisch angetrieben bzw. im so­ genannten Schwungnutzbetrieb gefahren werden.

Als nachteilig bei einem derartigen Antrieb wird angesehen, daß komfortsteigernde und von der Brennkraftmaschine direkt anzu­ treibende Nebenaggregate nicht zum Einsatz kommen können, weil ihr Betrieb immer dann unterbrochen wird, wenn die Brennkraft­ maschine außer Betrieb ist.

Aus diesem Grunde schlägt die DE 195 13 710 A1 zum Betrieb ei­ ner Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs eine Antriebsanordnung mit einer über wenigstens eine erste Kupplung mit einem Getriebe verbindbaren Brennkraftmaschine, und einem von der Brennkraft­ maschine antreibbaren Kompressor einer Klimaanlage vor, wobei der Kompressor über eine zweite Kupplung mit der Brennkraftma­ schine und über eine dritte Kupplung mit einem von einer Batte­ rie speisbaren Elektromotor verbindbar ist. Somit ist es mög­ lich, während eines Stillstandes der Brennkraftmaschine die Klimaanlage weiterzubetreiben. Als nachteilig muß bei diesem Aufbau das Vorsehen eines speziellen Elektromotors zum Betrei­ ben der Klimaanlage angesehen werden, was zu zusätzlichen Her­ stellungskosten führt. Ferner belastet ein derartiger Betrieb die Traktionsbatterie des Fahrzeugs, welche bei Hybridfahrzeu­ gen wesentlich kleiner als bei reinen Elektrofahrzeugen ausge­ bildet ist. Die durch eine derartige Belastung verursachte Al­ terung der Batterie ist beträchtlich. Ferner muß ein Bordgene­ rator zur Aufladung einer derartigen Batterie sehr groß ausge­ bildet sein, was bei abgeschalteter Klimaanlage zu einem Be­ trieb im (bezogen auf die durchschnittliche Belastung) unteren Teillastbereich und einem entsprechend schlechten Wirkungsgrad führt. Das durch die zusätzlichen bzw. groß bauenden elektri­ schen Klimakomponenten verursachte Gewicht muß als Totgewicht von Fahrzeug mitgeführt werden. Es ist ferner darauf hinzuwei­ sen, daß die für einen derartigen Betrieb notwendige Energie­ kette Generator, Batterie, Wechselrichter, Elektromotor, Kom­ pressor einen sehr schlechten Wirkungsgrad besitzt.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Klima­ lage für ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb, welche gegen­ über herkömmlichen Klimaanlagen unaufwendiger zu betreiben ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Patentan­ spruchs 1.

Erfindungsgemäß kann nun bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb der Verbrennungsmotor entsprechend dem Betriebszustand der Kli­ maanlage betrieben, insbesondere abgeschaltet und gestartet werden. Aufgrund dieser Maßnahme muß die Traktionsbatterie des Hybridantriebs nicht größer als bei einem vergleichbaren Hybri­ dantrieb ohne zugeordnete Klimaanlage ausgebildet sein. Da eine Belastung der Batterie durch den Betrieb der Klimaanlage erfin­ dungsgemäß vermieden wird, kann einer vorzeitigen Alterung der Batterie wirksam entgegengewirkt werden. Ferner kann ein dem Hybridantrieb zugeordneter Bordgenerator entsprechend der Größe der Batterie relativ klein ausgebildet sein, so daß er auch bei abgeschalteter Klimaanlage in einem energetisch günstigen Teil­ lastbereich betrieben werden kann. Durch die relativ kleine Di­ mensionierung wird vom Fahrzeug mitzuführendes Totgewicht wirk­ sam reduziert.

Zweckmäßigerweise ist die Steuercharakteristik der Antriebs­ steuerung für den Verbrennungsmotor im zweiten Betriebszustand entsprechend einer einstellbaren Kälteleistung der Klimaanlage veränderbar. Je nach gewünschter Kälteleistung können somit die Phasen, in denen der Verbrennungsmotor eingeschaltet oder aus­ geschaltet ist, variiert werden. Im Grenzfall, d. h. bei ent­ sprechend hoher Kälteleistung, kann der Verbrennungsmotor zum Dauerbetrieb der Klimaanlage betrieben werden, auch wenn der Batterieladezustand bzw. die aktuell notwendige Antriebslei­ stung bei herkömmlicher Auslegung des Hybridantriebs keinen Be­ trieb des Verbrennungsmotors erfordern würde. Bei nur geringen Anforderungen an die Kälteleistung bzw. bei Zulässigkeit einer gewissen Temperaturschwankung kann der Verbrennungsmotor hinge­ gen während entsprechen längerer Intervalle ausgeschaltet wer­ den, wenn das Betriebsmanagement der Antriebssteuereinrichtung dies zuläßt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahrens wird während einer Ausschaltzeit des Verbrennungsmo­ tors die Leistung eines der Klimaanlage zugeordneten Gebläses reduziert. Hierdurch ist es möglich, die Ausschaltzeit des Ver­ brennungsmotors zu verlängern, wodurch die Umweltverträglich­ keit des Hybridantriebs erhöht ist. Es ist in diesem Zusammen­ hang ebenfalls denkbar, im Kältesystem konstruktiv eine größere Wärmeträgheit zu verwirklichen, beispielsweise in Form eines Kältespeichers oder vergrößerter Materialquerschnitte der Käl­ teleitungssysteme. Auch durch derartige Maßnahmen ist es mög­ lich, die Ausschaltzeiten des Verbrennungsmotors zu verlängern.

Zweckmäßigerweise ist während des zweiten Betriebszustandes der Verbrennungsmotor derart steuerbar, daß er ausschließlich zum Antrieb der Klimaanlage dient. Dies erweist sich als vorteil­ haft, wenn die äußeren Fahr- bzw. Antriebsbedingungen des Fahr­ zeugs an sich ein Ausschalten des Verbrennungsmotors erlauben würden, die Klimaanlage jedoch betrieben werden soll. Der Ver­ brennungsmotor kann hierbei derart gesteuert bzw. geregelt wer­ den, d. h. in einem bestimmten Last- und Drehzahlbereich betrie­ ben werden, daß er unter energetischen oder ökologischen Ge­ sichtspunkten optimal arbeitet. Es sei angemerkt, daß sich für diesen Klimaanlagenantrieb, bei dem der Verbrennungsmotor nur zum Betrieb der Klimaanlage eingeschaltet wird, und einem her­ kömmlichen elektrischen Klimaanlagenantrieb, in etwa die glei­ chen Gesamtwirkungsgrade ergeben.

Insgesamt ist festzustellen, daß sich die Ausschaltzeiten des Verbrennungsmotors mit zunehmender aufzubringender Kältelei­ stung der Klimaanlage verkürzen. Bei gegen Null strebender Aus­ schaltzeit kann es sich aus energetischen bzw. umweltbedingtem Gesichtspunkten heraus als sinnvoll erweisen, auf ein Ausschal­ ten des Verbrennungsmotors zu verzichten. Hierbei sind insbe­ sondere der Zusatzenergieverbrauch für jeden Verbrennungsmotor­ start sowie die Abgasbilanzverschlechterung (auch bedingt durch eine Zwischenkühlung eines vorgesehenen Katalysators durch Kaltluftdurchsatz beim Motorstart) bei häufigen Startwiederho­ lungen zu berücksichtigen. In diesem Zusammenhang sei ferner auf Verschleißaspekte des Verbrennungsmotors und der Startein­ richtung sowie Geräuschkomfortaspekte hingewiesen.

Eine bevorzugte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens wird nun anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hybridantriebs ei­ nes Fahrzeugs, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage zum Zu­ sammenwirken mit dem Hybridantrieb der Fig. 1.

In Fig. 1 sind die einzelnen Komponenten eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug schematisch dargestellt. Der Hybridantrieb weist einen Verbrennungsmotor 4 und einen Elektromotor 6 auf, deren jeweilige Abtriebswellen mit einem Hybridgetriebe 5 zu­ sammenwirken. Hybridgetriebe 5 treibt über seine Abtriebswelle die Antriebsachse 34 des Fahrzeugs, welche mit Antriebsrädern 32, 33 verbunden ist, an. Elektromotor 6 ist über einen Wechsel­ richter 7 mit einer Batterie 8 verbunden und wird entweder durch die Batterie 8 angetrieben oder lädt im Generatorbetrieb die Batterie 8 auf. Die Steuerung des Hybridantriebs erfolgt mittels einer Steuereinrichtung 3, welche über Steuerleitungen, von denen in den Figuren nicht alle dargestellt sind, mit den Antriebsaggregaten verbunden ist. Die Steuereinrichtung 3 ist über einen Fahrpedalgeber 11 bzw. einen Wählhebel 12 mit Steu­ eranweisungen beaufschlagbar.

Steuereinrichtung 3 ist ferner mit einer vom Verbrennungsmotor (beispielsweise mittels eines nicht im einzelnen dargestellten Riemenantriebs) antreibbaren Klimaanlage verbunden. Hierbei treibt der Verbrennungsmotor 4 einen Kompressor 9 der Klimaan­ lage an. Der Kompressor 9 steht hierbei in bekannter Weise über eine steuerbare Drosselklappe 10 in Wirkverbindung mit einem geeigneten Kühlmedium bzw. Expansionsgas.

In Fig. 1 sind als weitere Komponenten der Klimaanlage ein Thermostat bzw. Sollwertgeber 1 sowie eine Klimasteuereinrich­ tung 2 dargestellt. Hierbei ist über den Thermostat 1 eine im Fahrzeuginnenraum einzustellende Temperatur wählbar. Die ge­ wählte Temperatur wird an die Klimasteuereinrichtung 2 weiter­ geleitet, welche diese Information über eine Steuerleitung auch an die Antriebssteuereinrichtung 3 überträgt.

In Fig. 2 sind weitere Komponenten der Klimaanlage bzw. der Kühlkreislauf im einzelnen dargestellt. Kompressor 9 ist über Kühlmittelleitungen mit einem Kondensator 13 verbunden, welcher mit einem Gebläse 14 in Wirkverbindung steht. An den Kondensa­ tor 13 schließt sich ein Flüssigkeitsreservoir mit Trocknerein­ satz 15 an, welches seinerseits mit einem Expansionsregelventil 16 verbunden ist. Das Expansionsregelventil 16 ist über einen Kältepuffer 17 mit einem Verdampfer 18 verbunden, der mit einem Heizwärmetauscher 19 in Wirkverbindung steht. Dem Verdampfer 18 ist ein weiteres Gebläse 20 zugeordnet. Das Gebläse 20 ist in kommunizierender Verbindung zu jeweils mit steuerbaren Klappen 24a, 25a ausgebildeten Abluftschächten 24, 25 angeordnet. Ein entsprechender, mit einem Luftfilter 22 versehener Zuluft­ schacht 23 ist ebenfalls ausgebildet. Verdampfer 18 ist ferner mit einem Wasserkasten 21 zur Aufnahme von Kondenswasser ausge­ bildet. Zur Feststellung jeweils anliegender Temperaturen sind an verschiedenen Stellen der Klimaanlage Temperatursensoren 26-­ 30 vorgesehen. Ein weiterer Sensor 31 ermittelt eine Umge­ bungstemperatur. Die Sensoren 26-31 sind mit der Klimasteuer­ einrichtung 2 verbunden.

Die Funktionsweise der Klimaanlage bzw. des Kühlmittelkreis­ laufs erfolgt in bekannter, aus Fig. 2 ersichtlicher Weise (der Kühlmittelkreislauf ist hierbei durch parallel zu den Kühlmittelleitungen eingezeichnete Pfeile angedeutet), und soll hier nicht im einzelnen erläutert werden.

Beim Einschalten bzw. Betrieb der ausschließlich über den Ver­ brennungsmotor angetriebenen Klimaanlage wird über die Klima­ steuereinrichtung 2 ein entsprechendes Signal auf die Antriebs­ steuereinrichtung 3 gegeben. Hierdurch wird letztere veranlaßt, ein die eingeschaltete Klimaanlage berücksichtigendes Motorma­ nagement (bzw. Steuercharakteristik) durchzuführen. Insbesonde­ re wird hierbei die Abschaltung des Verbrennungsmotors 4 nach speziellen, den Betrieb der Klimaanlage berücksichtigenden Vor­ gaben ausgeführt. Im Grenzfall, daß heißt bei entsprechend ein­ gestellter Kühlleistung, führt dies zu einem Dauerbetrieb des Verbrennungsmotors 4 zur kontinuierlichen Beaufschlagung des Kompressors 9 der Klimaanlage, auch wenn beispielsweise der Batterieladezustand oder die aktuell benötigte Fahrantriebslei­ stung keinen Betrieb des Verbrennungsmotors 4 erfordern würden, und bei gleichen Antriebsbedingungen, aber abgeschalteter Kli­ maanlage, eine Abschaltung bzw. Stillegung des Verbrennungsmo­ tors erfolgen würde.

Wird der Verbrennungsmotor in einem bestimmten Betriebszustand ausschließlich oder im wesentlichen zum Betreiben der Klimaan­ lage verwendet, ist es möglich, den Verbrennungsmotor mit einer Drehzahl zu betreiben, bei der er unter energetischen oder öko­ logischen Gesichtspunkten optimal arbeitet, d. h. seinen größten Wirkungsgrad bzw. die geringste Schadstoffemission aufweist. Eine derartige Einstellung bzw. Steuerung des Verbrennungsmo­ tors ist mittels der Antriebssteuereinrichtung durchführbar.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage (9, 10, 13, 15, 16, 17, 18, 19,) eines Fahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor (4) und einen Elektromotor (6) aufweisenden Hybridantrieb, wo­ bei die jeweilige Antriebsleistung von Verbrennungsmotor (4) und Elektromotor (6) auf eine Antriebsachse (30) des Fahrzeugs übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Betriebsenergie der Klimaanlage durch den Verbrennungs­ motor (4) bereitgestellt wird, der mit der Klimaanlage in Wirk­ verbindung steht,
und daß in einem ersten Betriebszustand, in dem die Klimaanlage ausgeschaltet ist, eine Antriebssteuereinrichtung (3) des Hy­ bridantriebs den Verbrennungsmotor (4) entsprechend einer er­ sten Steuercharakteristik steuert, insbesondere abschaltet und startet, und in einem zweiten Betriebszustand, in dem die Kli­ maanlage eingeschaltet ist, die Antriebssteuereinrichtung (3) den Verbrennungsmotor (4) entsprechend einer zweiten Steuercha­ rakteristik steuert, insbesondere abschaltet und startet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebssteuereinrichtung (3) im zweiten Betriebszustand ent­ sprechend einer einstellbaren Kälteleistung der Klimaanlage verändert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während einer Ausschaltzeit des Verbrennungsmo­ tors (4) die Leistung eines der Klimaanlage zugeordneten Geblä­ ses (14, 20) reduziert wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß während des zweiten Betriebszustandes der Verbrennungsmotor (4) derart steuerbar ist, daß er ausschließ­ lich zum Antrieb der Klimaanlage dient.