DE60034534T2

DE60034534T2 - Verfahren für die Steuerung einer Klimaanlage, die einen mengenregelbaren Verdichter enthält

Info

Publication number: DE60034534T2
Application number: DE60034534T
Authority: DE
Inventors: Jin Ming Liu; Bruno Hamery
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2020-12-13
Also published as: FR2802472A1; FR2802472B1; EP1108577B1; DE60034534D1; US6378316B2; US20010003903A1; EP1108577A1; ES2285990T3

Description

Die Erfindung betrifft die Klimatisierung des Fahrgastraums von Kraftfahrzeugen.
Für diese Funktion wird gewöhnlich ein Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter, einem Kondensator, einem Druckminderventil und einem Verdampfer verwendet, wobei letzterer mit einem zu kühlenden Luftstrom in Kontakt ist.
Ursprünglich wurde der Verdichter permanent vom Fahrzeugmotor angetrieben, so dass ein Kältemitteldurchfluss erzeugt wurde, der von der Motorgeschwindigkeit bestimmt wurde. Der von dem Verdampfer stark gekühlte Luftstrom strömte dann durch den Heizkörper des Fahrgastraums, um an die gewünschte Temperatur angepasst zu werden.
Das Kühlen der Luft und die anschließende Erwärmung waren hinsichtlich der Energieeinsparung wenig zufriedenstellend. Um dem abzuhelfen, wurden Verdichter mit variablem Hubvolumen, die Verdichter mit interner Steuerung genannt werden, verwendet, deren Durchsatz aufgrund eines Ventils, das so angeordnet war, dass der Eintrittsdruck des Fluids vom Austrittsdruck abhängig war, unabhängig von ihrer Drehgeschwindigkeit in einem Bereich zum Einstellen des Hubvolumens eingestellt werden konnte. Da die erhaltenen Einstellungen noch nicht fein genug waren, wurden Verdichter mit variablem Hubvolumen mit externer Steuerung entwickelt. Diese Verdichter haben ein Magnetventil, vorzugsweise ein Zerhacker-Magnetventil, dessen Speisestrom den Druck des Fluids bei Eintritt in den Verdichter bestimmt. Dieser Druck entspricht bis auf einen Druckverlust genau dem im Verdampfer herrschenden Druck, welcher die Betriebstemperatur des Verdampfers bestimmt, wodurch die Leistungsfähigkeit des Klimatisierungskreislaufs genau eingestellt werden kann. Ein Beispiel für einen Verdichter mit variablem Hubvolumen und externer Steuerung ist in der EP-A-0 353 764 und in der US 4 909 043 A beschrieben, welche als nächsten Stand der Technik betrachtet wird.
Bei einer Leckage im Kreislauf verringert sich die Kältemittelmenge, die er enthält. Unter einem Schwellenwert bezüglich der Kältemittelbefüllung besteht die Gefahr, dass der betriebene Verdichter beschädigt wird.
Es kann ferner vorkommen, dass das Ventil zur Steuerung des Verdichters blockiert wird und keine Einstellung der erzeugten Kühlleistung ermöglicht, ganz gleich welcher Speisestrom darauf aufgebracht wird.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Erfassung von Betriebsstörungen eines Klimatisierungskreislaufs mit einem Verdichter mit variablem Hubvolumen und insbesondere eine unzureichende Kältemittelbefüllung oder eine Blockierung des Ventils zur Steuerung des Verdichters zu ermöglichen.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Kontrollieren des Zustands eines Klimatisierungskreislaufs des Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, mit einem Verdampfer zum Abkühlen eines in den Fahrgastraum zu blasenden Luftstroms, und einem Verdichter mit variablem Durchsatz, der durch ein elektrisches Steuersignal gesteuert wird, wobei in dem Verfahren mittels eines Fühlers die Temperatur des Luftstroms festgestellt, für zumindest einen Wert des Steuersignals ein entsprechender theoretischer Wert der Temperatur definiert, der Istwert der Letzteren mit dem theoretischen Wert verglichen und das Ergebnis dieses Vergleichs als Indikator für den normalen oder anormalen Zustand des Kreislaufs verwendet wird.
Das Ergebnis des Vergleichs kann insbesondere eine Kältemittelunterbefüllung im Kreislauf anzeigen.
Im Normalbetrieb ist nämlich der Großteil des Verdichtervolumens mit Kältemittel gefüllt, das sich im Flüssigkeits-Gas-Gleichgewicht befindet und dessen Temperatur durch den Druck am Eintritt des Verdichters bestimmt wird, wie oben angegeben. Wenn die Kältemittelmenge im Kreislauf unzureichend ist, enthält der Verdampfer nur noch eine geringe Menge oder gar kein Fluid im flüssigen Zustand und ist im Gegenteil vollständig oder nahezu vollständig gefüllt mit überhitztem Fluid im gasförmigen Zustand, d.h. mit einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur bei einem Gleichgewicht zwischen Flüssigkeit und Gas. Ein Fühler, der die Temperatur des Luftstroms, welcher mit dem Verdichter oder mit der Luft unmittelbar stromabwärts des Verdichters in Kontakt ist, erfasst und gegenüber einem Bereich des Verdichters angeordnet ist, in dem sich das Fluid normalerweise im Flüssigkeits-Gas-Gleichgewicht befindet, liegt dann einem Überhitzungsbereich gegenüber und erfasst eine Temperatur, die über der theoretischen Temperatur liegt.
Bei einem Verdichter mit variablem Hubvolumen und externer Steuerung, wie oben erwähnt, kann eine Blockierung des Verdichterventils auch durch das Ergebnis des Vergleichs nachgewiesen werden.
Die Auswahl des Stroms zur Versorgung des Ventils bleibt dann ohne Wirkung auf den Druck am Eintritt des Verdichters und folglich auf die Temperatur des Luftstroms, wobei diese sowohl höher als auch niedriger als der theoretische Wert sein kann.
Optionale, komplementäre oder alternative Merkmale der Erfindung sind nachfolgend genannt:

– Eine eventuelle Kältemittelunterbefüllung wird dadurch angezeigt, dass die Isttemperatur des Luftstroms einen bezüglich der theoretischen Temperatur vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
– Zum Kontrollieren der Kältemittelbefüllung wird der Vergleich durchgeführt, nachdem über eine ausreichende Dauer ein Steuerstrom angelegt wurde, welcher dazu bestimmt ist, einen hohen Durchsatz des Mittels zu erzeugen.
– Eine eventuelle Blockierung des Ventils des Verdichters wird dadurch angezeigt, dass die Isttemperatur des Luftstroms konstant bleibt, wenn man den Steuerstrom und folglich die theoretische Temperatur variieren lässt.
– Der Verdichter wird elektrisch angetrieben.
– Der theoretische Wert oder der Schwellenwert wird definiert, indem in Kombination mit dem Steuersignal Parameter verwendet werden, welche die Temperatur des Luftstroms mit dem Druck am Eintritt des Verdichters verbinden.
– Die Parameter beinhalten mindestens einen der folgenden Parameter: Zustand eines den Luftstrom erzeugenden Gebläses, Position einer Klappe zur Rückführung der Luft des Fahrgastraums, Fahrzeuggeschwindigkeit, Lufttemperaturen außerhalb und innerhalb des Fahrgastraums, Feuchtigkeitsgrad und Temperatur des anströmenden Luftstroms, Durchsatz des Kältemittels im Kreislauf.

Der Fühler kann in der Nähe entweder des Überhitzungsbereichs oder des kältesten Punktes des Verdampfers oder auch eines Punktes des Verdampfers angeordnet sein, der auf eine Zwischentemperatur gebracht wurde.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
1 ist eine schematische Seitenansicht eines Verdampfers eines Klimatisierungskreislaufs eines Fahrzeugs, der mit einem Lufttemperaturmessfühler ausgestattet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden.
2 ist eine schematische Ansicht von hinten des Verdampfers.
3 ist eine Graphik, die die Änderung der Luftstromtemperatur in Abhängigkeit vom Strom zur Versorgung des Ventils zur Steuerung des Verdichters zeigt.
Der veranschaulichte Verdampfer, der das Bezugszeichen 1 trägt, weist eine vordere Fläche bzw. eine Eingangsfläche 2 und eine hintere Fläche bzw. eine Ausgangsfläche 3 auf und wird von der Fläche 2 bis zur Fläche 3 von einem zu kühlenden Luftstrom durchströmt, der durch den Pfeil F dargestellt ist. Ein Temperaturmessfühler 4 ist im Verdampfer oder stromabwärts des Verdampfers in der Nähe seiner hinteren Fläche 3 eingebaut, so dass die Temperatur der vom Verdampfer gekühlten Luft gemessen wird.
2 zeigt den Verdampfer von seiner hinteren Seite aus gesehen. Es wurde schematisch in Form eines Rechtecks ein Bereich 5 des Verdampfers dargestellt, der nahe des nicht dargestellten Ausgangsstutzens des Kältemittels angeordnet ist, in dem dieser nach der Verdampfung überhitzt wird, wenn der Klimatisierungskreislauf normal funktioniert. Der Messfühler 4 befindet sich außerhalb dieses Bereichs und in einem geringen Abstand zu diesem. Er wird somit von Luft gestreift, die durch den übrigen Bereich des Verdampfers geströmt ist, in dem im Kältemittel ein Flüssigkeits-Gas-Gleichgewicht besteht. Wie oben erläutert, besitzt diese Luft eine theoretische Temperatur, die mit dem Druck des Mittels am Eintritt des Verdichters und folglich mit dem Strom zur Versorgung des Ventils zur Steuerung des Verdichters verbunden ist.
Bei einem Kältemittelmangel nimmt das überhitzte Fluid einen Bereich 6 des Verdampfers ein, der größer ist als der Bereich 5 und der den Messfühler 4 umgibt. Die von diesem gemessene Temperatur ist somit höher als die theoretische Temperatur, die vom Strom zur Steuerung des Verdichters definiert wird.
3 zeigt bei A eine typische Kurve, die für die Änderung der theoretischen Temperatur T₀ des durch den Verdampfer geströmten Luftstroms in Abhängigkeit vom Strom I zur Versorgung des Ventils zur Steuerung des Verdichters, der zwischen 0 und einem maximalen Wert Imax variieren kann, kennzeichnend ist. 3 zeigt auch eine Kurve B, die jedem Wert I einen Temperaturwert T₁ zuordnet, der größer ist als der entsprechende Wert der theoretischen Temperatur T₀. Ein derartiger Wert T₁ kann als Schwellenwert zur Erfassung einer unzureichenden Kältemittelbefüllung im Klimatisierungskreislauf verwendet werden.
In Wirklichkeit ist es der Fluiddruck am Eintritt des Verdichters, der direkt vom Strom I innerhalb der Grenzen des Hubvolumens des Verdichters bestimmt wird. Was die Temperatur des durch den Verdichter geströmten Luftstroms anbelangt, so ist diese von der Verdampfungstemperatur im Verdampfer und von verschiedenen Parametern wie etwa dem Durchsatz des Luftstroms, seinem Feuchtigkeitsgrad und seiner Temperatur stromaufwärts des Verdampfers und von der Leistungsfähigkeit des Verdampfers abhängig. Der Durchsatz des Luftstroms kann seinerseits vom Zustand eines Gebläses, das ihn erzeugt, von der Position einer Klappe zur Rückführung der Luft des Fahrgastraums und von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sein. Wie oben angegeben, ist die Beziehung zwischen der Verdampfungstemperatur im Verdampfer und dem Kältemitteldruck am Eintritt des Verdampfers vom Kältemitteldurchsatz im Kreislauf abhängig. All diese Parameter, die im Rahmen der Steuerung der Klimaanlage ausgewählt sind oder direkt oder indirekt durch vorhandene Mittel bestimmt werden können, können für die Berechnung der theoretischen Temperatur T₀ berücksichtigt werden, wobei die Kurve A aus 3 vom momentanen Wert diese Parameter abhängig ist. Als Variante kann eine feste Kurve A verwendet und die Kurve B so ausgewählt werden, dass die Temperatur T₁ unabhängig von den Parameterwerten immer deutlich höher ist als die theoretische Temperatur, die durch die Anwendung der Parameter korrigiert ist.
Das Kontrollieren der Kältemittelbefüllung wird während des Betriebs des Fahrzeugs und/oder bei Wartungsarbeiten durchgeführt, indem der Temperaturvergleich nach einer vorbestimmten Betriebsdauer des Verdichters mit relativ hohem Hubvolumen von beispielsweise 2 bis 3 Minuten durchgeführt wird.
Es ist zu bemerken, dass es bekannt ist, einen Messfühler zur Erfassung der Temperatur der gekühlten Luft in der nähe des kältesten Punktes der Verdichters anzuordnen, der sich im Allgemeinen in der Nähe des Stutzens für den Eintritt des Kältemittels befindet. Ein derartiger Messfühler wird zum Einstellen der Luftstromtemperatur und/oder zur Erfassung einer Gefahr der Vereisung des Verdichters verwendet. Durch die Anpassung des Erfassungsniveaus einer Vereisung durch den oben beschriebenen Messfühler 4 kann dieser dann zur Erfassung der Vereisung verwendet werden. Er kann ferner zur Einstellung der Luftstromtemperatur verwendet werden. Der bekannte Messfühler kann zur Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei die Erfassung der Unterbefüllung dann später erfolgt, da eine ungewöhnlich hohe Temperatur nur dann gemessen wird, wenn der Verdampfer praktisch kein Fluid im flüssigen Zustand mehr enthält. Der bei der Erfindung verwendete Messfühler kann auch in jeglicher Zwischenposition angeordnet sein.

Claims

Verfahren zum Kontrollieren des Zustands eines Klimatisierungskreislaufs des Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, mit einem Verdampfer (1) zum Abkühlen eines in den Fahrgastraum zu blasenden Luftstroms, einem die Temperatur des Luftstroms feststellenden Fühler (4) und einem Verdichter mit variablem Durchsatz, der durch ein elektrisches Steuersignal gesteuert wird, wobei das Verfahren durch die folgenden Etappen gekennzeichnet ist: man definiert für zumindest einen Wert des Steuersignals einen entsprechenden theoretischen Wert (T₀) der Temperatur, man stellt mithilfe des Fühlers (4) den Istwert der Temperatur fest, man vergleicht den Istwert der Letzteren mit dem theoretischen Wert und man verwendet das Ergebnis dieses Vergleichs als Indikator für den normalen oder anormalen Zustand des Kreislaufs.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man das Ergebnis des Vergleichs als Indikator für eine eventuelle Kältemittelunterbefüllung im Kreislauf verwendet.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine eventuelle Kältemittelunterbefüllung dadurch angezeigt wird, dass die Isttemperatur des Luftstroms einen bezüglich der theoretischen Temperatur vorbestimmten Schwellenwert (T₁) überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, bei dem zum Kontrollieren der Kältemittelbefüllung der Vergleich durchgeführt wird, nachdem über eine ausreichende Dauer ein Steuersignal angewendet wurde, welches dazu bestimmt ist, einen hohen Durchsatz des Mittels zu erzeugen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verdichter von der Art mit variablem Hubvolumen und externer Steuerung ist, wobei das Steuersignal ein Steuerstrom ist, der ein Ventil versorgt, das im Verdichter eingebaut und dazu bestimmt ist, am Eintritt des Letzteren einen Druck zu erzeugen, der vom Steuerstrom bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem man das Ergebnis des Vergleichs als Indikator für eine eventuelle Blockierung des Ventils des Verdichters verwendet.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem eine eventuelle Blockierung des Ventils des Verdichters dadurch angezeigt wird, dass die Isttemperatur des Luftstroms konstant bleibt, wenn man den Steuerstrom und folglich die theoretische Temperatur variieren lässt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Verdichter elektrisch angetrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der theoretische Wert oder der Schwellenwert definiert wird, indem in Kombination mit dem Steuersignal Parameter verwendet werden, welche die Temperatur des Luftstroms mit dem Druck am Eintritt des Verdichters verbinden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Parameter zumindest einen der folgenden Parameter beinhalten: Zustand eines den Luftstrom erzeugenden Gebläses, Position einer Klappe zur Rückführung der Luft des Fahrgastraums, Fahrzeuggeschwindigkeit, Lufttemperaturen außerhalb und innerhalb des Fahrgastraums, Feuchtigkeitsgrad und Temperatur des anströmenden Luftstroms, Durchsatz des Kältemittels im Kreislauf.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Fühler (4) in der Nähe des Überhitzungsbereichs des Verdampfers angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Fühler in der Nähe des kältesten Punktes des Verdampfers angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Fühler in der Nähe eines Punktes des Verdampfers angeordnet ist, der auf eine Zwischentemperatur gebracht wurde.