DE60107782T2

DE60107782T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Füllungszustandes einer Kraftfahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE60107782T2
Application number: DE60107782T
Authority: DE
Inventors: Vito Melisurgo
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2021-09-08
Also published as: EP1186840B1; ITTO20000857A1; IT1320635B1; EP1186840A1; ITTO20000857A0; DE60107782D1; ES2228718T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen des Füllzustands einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, umfassend einen Fluidkreislauf, einschließlich:

eines Kompressors, der am Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein kann und dessen Ausgang an einem Kondensator angeschlossen ist, und
eines Verdampfers, dem ein Gebläse zugeordnet ist und der mit seinem Eingang mittels einer Fluidexpansionsvorrichtung am Ausgang des Kondensators und mit seinem. Ausgang am Eingang des Kompressors angeschlossen ist.

Der Füllzustand des Fluidkreislaufs einer Klimaanlage verändert sich aus verschiedenen Gründen während der Lebensdauer der Anlage.
Im Herstellungsstadium können jedwede erheblichen Fluidlecks, die aus Konstruktions- und/oder Zusammenbaufehlern resultieren, leicht nachgewiesen werden. Kleine Fluidlecks wie z.B. jene, die an einer Verschlechterung der Bestandteile oder an Korrosion liegen, sind jedoch viel weniger leicht nachzuweisen. Diese Lecks führen zu einer schrittweisen Verringerung des Füllstands und einer dementsprechenden Verschlechterung der Leistung der Anlage (oder sogar zu einer Beschädigung des Kompressors) und führen zum Freisetzen von gefährlichen Fluids in die Umgebung.
Bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen wird der Betrieb des Kompressors der Klimaanlage unterbunden, wenn der Druck des Fluids in der Anlage im Ruhezustand unter einen vorbestimmten Schwellenwert, z.B. von etwa 3,1 bar, fällt. Im Falle von Fluidlecks wird der Kompressor jedoch am Betrieb gehindert, wenn die Menge des in der Anlage verbleibenden Fluids bereits ziemlich gering und in beinahe völlig gasförmigem Zustand ist, so dass das Unterbinden des Betriebs des Kompressors eine Beschädigung desselben im Allgemeinen nicht verhindern kann.
Verschiedene Verfahren zum Überwachen des Füllzustands einer Klimaanlage sind bekannt. Diese Verfahren beruhen größtenteils auf einem Vergleich der von einigen Parametern oder der Leistung der Anlage angenommenen Werte (wie z.B. Überhitzung, Verdampfungsdruck oder Kühlleistung), welche während des Betriebs überwacht werden, wobei sich die aufgezeichneten Bezugswerte auf einen Füllzustand beziehen, der als optimal erachtet wird. Lösungen dieser Art sind zum Beispiel in den U.S.-Patenten Nr. 5,457,965, 5,009,076 und 4,677,830 beschrieben.
Diese Verfahren sind nicht auf Kraftfahrzeug-Kühlsysteme anwendbar, da bei diesen die Umwelt- und Betriebsbedingungen (Fahrgeschwindigkeit, interne Belüftungsbedingungen etc.) im Gegensatz zu feststehenden Systemen extrem variabel sind, so dass die Bestimmung von „normalen" Referenzbetriebsbedingungen recht schwierig oder zumindest komplex ist.
Ein Verfahren und ein Gerät zum Überwachen des Füllzustands einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug sind aus dem Dokument WO-A - 9 416 273 bekannt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren vorzuschlagen, welches das Überwachen des Füllzustands einer in einem Kraftfahrzeug installierten Klimaanlage in verlässlicher, einfacher und wirtschaftlicher Weise ermöglicht.
Diese und andere Ziele werden erfindungsgemäß durch das Verfahren erreicht, dessen Haupteigenschaften im angeschlossenen Anspruch 1 definiert sind.
Die Erfindung besteht auch in einem System zum Durchführen der Überwachung des Füllzustands einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, dessen Haupteigenschaften in Anspruch 9 definiert sind.
Weitere charakteristische Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, rein anhand eines Beispiels dargelegten, detaillierten Beschreibung klar hervor, und zwar unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen, wobei:
1 eine schematische Ansicht einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage ist, welcher ein erfindungsgemäßes System zum Überwachen ihres Füllzustands zugeordnet ist, und
2 eine grafische Darstellung ist, welche die Kurven zweier, bei einem erfindungsgemäßen Überwachungssystem verwendbarer Drucksignale als Funktionen der Zeit zeigt, wobei diese auf der Abszisse aufgetragen sind.
In 1 ist der Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit E bezeichnet und eine im Kraftfahrzeug installierte Klimaanlage im Allgemeinen mit CS bezeichnet.
Die Klimaanlage CS umfasst in an sich bekannter Weise einen Kompressor 1, welcher vom Verbrennungsmotor E mittels einer elektrisch betriebenen Kupplung 2 gesteuert werden kann. Der Ausgang des Kompressors 1 ist am Eingang eines Kondensators 3 angeschlossen. Der Ausgang des Kondensators ist an einem Filter 4 angeschlossen, wobei sich stromabwärts von diesem eine Fluidexpansionsvorrichtung 5 befindet. Diese Vorrichtung kann beispielsweise ein Expansionsventil oder einfach auch eine kalibrierte Öffnung sein.
Die Expansionsvorrichtung 5 ist am Eingang eines Verdampfers 6 angeschlossen, dessen Ausgang am Eingang des Kompressors 1 angeschlossen ist.
Dem Verdampfer 6 ist ein elektrisches Gebläse 7 zugeordnet.
Der Klimaanlage CS ist ein Überwachungssystem zum Überwachen ihres Füllzustands zugeordnet. Das Überwachungssystem umfasst im Wesentlichen eine elektronische Steuereinheit ECU, die dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Kupplung 2 und des zum Verdampfer gehörigen elektrischen Gebläses 7 gemäß vorbestimmten Verfahren zu regeln.
Signale, welche die Drehgeschwindigkeit des Motors E anzeigen, erreichen einen Eingang 8 der Steuereinheit ECU. Diese Signale können Signale sein, welche von einem zum Motor E gehörigen Sensor zur Einheit ECU gelangen, oder Signale, welche diese Geschwindigkeit anzeigen und von der elektronischen Motorsteuerungseinheit oder von einem Netzwerk für die Verteilung von Signalen im Kraftfahrzeug kommen, wie z.B. von einem Netzwerk, das gemäß dem CAN-Protokoll funktioniert.
Das System zum Überwachen des Füllzustands der Klimaanlage CS umfasst auch (zumindest) einen elektrischen Drucksensor 9, der an einem Eingang 10 der Steuereinheit ECU angeschlossen ist. Dieser Sensor ist beispielsweise ein analoger Sensor.
Bei einer ersten Ausführungsform des Systems ist der Drucksensor 9 dem Hochdruckzweig des Kühlkreislaufs der Klimaanlage zugeordnet und befindet sich somit stromaufwärts von der Expansionsvorrichtung 5, typischerweise stromabwärts vom Kondensator 3, und ist beispielsweise dem Filter 4 zugeordnet.
Um den Füllzustand der Anlage zu überwachen, ist die Steuereinheit ECU dazu eingerichtet, gelegentlich, zum Beispiel jedes Mal, wenn der Motor E eingeschaltet und gestartet wird, eine Aktivierung des Kompressors 1 für eine vorbestimmte Zeitdauer (z.B. 10 Sekunden) herbeizuführen, während der Motor E mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit (z.B. mit Leerlaufdrehzahl) rotiert und während das zum Verdampfer 6 gehörige Gebläse 7 deaktiviert gehalten wird. Nach diesem Zeitraum bewirkt die Einheit ECU (mittels der Kupplung 2) eine Deaktivierung des Kompressors 1.
Die Einheit ECU ermittelt das Verhalten des vom Sensor 9 angezeigten Fluiddrucks. Ist der Drucksensor 9 dem Hochdruckzweig des Kühlkreislaufs zugeordnet, so ist die Kurve des von diesem Sensor abgegebenen Signals beispielsweise jene, die in 2 mit P_H bezeichnet ist. Das Signal P_H nimmt vor der Aktivierung des Kompressors 1 einen Ruhewert P_H0 an, was zum Zeitpunkt t₁ von der Einheit ECU herbeigeführt wird.
Der Kompressor 1 wird bis zu einem nachfolgenden Zeitpunkt t₂ und folglich für eine vorbestimmte Zeitdauer T = t₂ – t₁ von beispielsweise 10 Sekunden aktiviert gehalten, wie obenstehend dargelegt.
Zum Zeitpunkt t₂ bewirkt die Einheit ECU eine Deaktivierung des Kompressors 1, und der vom Sensor 9 angezeigte Druck beginnt abzunehmen, wobei er vom zum Zeitpunkt t₂ erreichten Höchstwert P_Hmax ausgeht und dazu tendiert, schrittweise zum Ruhewert P_H0 zurückzukehren.
Die in 2 mit P_L bezeichnete Kurve ist jene des Spannungsausgangs vom Sensor 9, welche den Druck des Fluids im Hydraulikkreislauf anzeigt, wenn der Sensor dem Niederdruckzweig des Kühlkreislaufs zugeordnet ist und folglich wenn sich der Sensor stromabwärts von der Expansionsvorrichtung 5 befindet, beispielsweise in einer der drei in 1 mit gestricheltem Umriss dargestellten Positionen, das heißt, am Eingang oder am Ausgang des Verdampfers 6 oder in der Nähe des Eingangs des Kompressors 1. In diesem Fall, wenn die Einheit ECU zum Nachweisen des Füllzustands der Anlage zum Zeitpunkt t₁ den Kompressor 1 aktiviert, beginnt der Druck des Fluids vom Ruhewert P_L0 (welcher in der Praxis gleich P_H0 ist), wie in 2 gezeigt, auf einen Mindestwert P_Lmin abzusinken, der zum Zeitpunkt t₂ erreicht wird, an dem die Einheit ECU eine Deaktivierung des Kompressors bewirkt. Ausgehend von diesem Zeitpunkt tendiert der Druck P_L dazu, schrittweise zum Ruhewert P_L0 zurückzukehren.
Untersuchungen, die durchgeführt wurden, zeigten, dass all die Werte P_Hmax, P_Lmin, P_Hmax/P_H0, P_Lmax/P_L0, P_Hmax-P_H0, P_Lmin-P_L0 und die Entspannungszeiten von P_H und P_L (nach t₂) die Menge (Masse) des im Kreislauf der Anlage enthaltenen Kühlfluids anzeigen.
Die Einheit ECU ist daher vorteilhafterweise dazu eingerichtet, den Wert, der von einem oder mehreren der obenstehend erwähnten Parameter angenommen wird, mit Bezugswerten zu vergleichen, die für die spezifische Anlage experimentell festgelegt wurden, und eine Anzeigevorrichtung 11 zu aktivieren (1), wenn dieser Vergleich einen ungenügenden Füllstand der Anlage anzeigt. Alternativ kann die Anzeigevorrichtung 11 nach einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Hinweisen auf einen ungenügenden Füllstand aktiviert werden.
Wie obenstehend dargelegt, wird das zum Verdampfer gehörige elektrische Gebläse 7 während des Zeitraums T = t₂ – t₁, in dem der Kompressor 1 zum Zweck des Ermittelns des Füllzustands der Anlage aktiviert ist, deaktiviert gehalten. Alternativ könnte die Steuer-enheit ECU jedoch dazu eingerichtet sein, das elektrische Gebläse 7 während des Zeitraums T in einer solchen Weise zu steuern, dass es dem Verdampfer einen vorbestimmten, im Wesentlichen konstanten Luftstrom zuführt.
Natürlich können die Ausführungsformen und Konstruktionsdetails in Bezug auf jene, die rein anhand eines Beispiels beschrieben und veranschaulicht wurden, weitgehend variiert werden, ohne dadurch vom in den angeschlossenen Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung abzuweichen, wobei das Prinzip der Erfindung dasselbe bleibt.

Claims

Verfahren zum Überwachen des Füllzustands einer Klimaanlage (CS) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Anlage (CS) einen Fluidkreislauf umfasst, einschließlich: eines Kompressors (1), der am Verbrennungsmotor (E) des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein kann und dessen Ausgang an einem Kondensator (3) angeschlossen ist, und eines Verdampfers (6), dem ein Gebläse (7) zugeordnet ist und der mit seinem Eingang mittels einer Fluidexpansionsvorrichtung (5) am Ausgang des Kondensators (3) und mit seinem Ausgang am Eingang des Kompressors angeschlossen ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass: – der Kompressor (1) für eine vorbestimmte Zeitdauer (T) aktiviert wird, während der Motor (E) des Kraftfahrzeugs mit einer vorbestimmten, im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit rotiert und während das zum Verdampfer (6) gehörige Gebläse (7) solcherart gesteuert wird, dass es dem Verdampfer (6) einen im Wesentlichen konstanten oder auch bei Null liegenden Luftstrom zuführt, und der Kompressor (1) danach deaktiviert wird, – der Wert von zumindest einer vorbestimmten Eigenschaft der resultierenden Kurve des Fluiddrucks stromaufwärts (P_H) und/oder stromabwärts (P_L) von der Expansionsvorrichtung (5) mit der Zeit ermittelt wird, und – diese Eigenschaft mit einem vorbestimmten Bezugswert verglichen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Eigenschaft jener Höchst- oder Mindestwert (P_Hmax, P_Lmin) ist, der vom Fluiddruck stromaufwärts bzw. stromabwärts von der Expansionsvorrichtung (5) erreicht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Eigenschaft eine Funktion von oder das Verhältnis zwischen dem vom Fluiddruck stromaufwärts bzw. stromabwärts von der Expansionsvorrichtung (5) erreichten Höchst- oder Mindestwert (P_Hmax, P_Lmin) und dem vor der Aktivierung des Kompressors (1) vom Druck angenommenen Wert (P_H0; P_L0) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der vom Fluiddruck (P_H) stromabwärts vom Kondensator (3) erreichte Höchstwert (P_Hmax) ermittelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3 für eine Anlage (CS), bei welcher am Ausgang aus dem Kondensator (3) ein Fluidfilter (4) angeordnet ist und bei welcher der vom Fluiddruck im Filter (4) erreichte Höchstwert (P_Hmax) ermittelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der Mindestwert (P_Lmin) ermittelt wird, der vom Fluiddruck (P_L) in der Nähe des Eingangs oder des Ausgangs des Verdampfers (6) erreicht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der Mindestwert (P_Lmin) ermittelt wird, der vom Fluiddruck (P_L) in der Nähe des Eingangs des Kompressors erreicht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Eigenschaft eine Funktion oder die Entspannungszeit des Fluiddrucks (P_H, P_L) stromaufwärts oder stromabwärts von der Expansionsvorrichtung (5) nach der Deaktivierung des Kompressors (1) ist.
System zum Überwachen des Füllzustands einer Klimaanlage (CS) eines Kraftfahrzeugs, welche einen Fluidkreislauf umfasst, und zwar einschließlich: – eines Kompressors (1), der am Verbrennungsmotor (E) des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein kann und dessen Ausgang an einem Kondensator (3) angeschlossen ist, und – eines Verdampfers (6), dem ein Gebläse (7) zugeordnet ist und der mit seinem Eingang mittels einer Fluidexpansionsvorrichtung (5) am Ausgang des Kondensators (3) und mit seinem Ausgang am Eingang des Kompressors (1) angeschlossen ist, wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass es Folgendes umfasst: – eine Steuereinheit (ECU), die eine geregelte Aktivierung des Kompressors (1) bewirken kann, während der Motor (E) des Kraftfahrzeugs mit einer vorbestimmten, im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit rotiert und während das Gebläse (7) solcherart gesteuert wird, dass es dem Verdampfer (6) einen im Wesentlichen konstanten oder auch bei Null liegenden Luftstrom zuführt, und danach die Deaktivierung des Kompressors (1), – Sensormittel (9), um der Steuereinheit (ECU) elektrische Signale zuzuführen, welche den Fluiddruck (P_H, P_L) stromaufwärts und/oder stromabwärts von der Expansionsvorrichtung (5) anzeigen, – wobei die Steuereinheit (ECU) dazu eingerichtet ist, zumindest eine Eigenschaft der Kurve des Fluiddrucks stromaufwärts und/oder stromabwärts von der Expansionsvorrichtung (5) mit der Zeit zu ermitteln, welche aus der Aktivierung des Kompressors (1) resultiert, und diese Eigenschaft mit einem vorbestimmten Bezugswert zu vergleichen.
System gemäß Anspruch 9, bei welchem die vorbestimmte Eigenschaft jener Höchst- oder Mindestwert (P_Hmax, P_Lmin) ist, der vom Fluiddruck stromaufwärts bzw. stromabwärts von der Expansionsvorrichtung (5) erreicht wird.
System gemäß Anspruch 9, bei welchem die vorbestimmte Eigenschaft eine Funktion von oder das Verhältnis zwischen dem vom Fluiddruck stromaufwärts bzw. stromabwärts von der Expansionsvorrichtung (5) erreichten Höchst- oder Mindestwert (P_Hmax, P_Lmin) und dem vor der Aktivierung des Kompressors (1) vom Druck angenommenen Wert (P_H0; P_L0) ist.
System gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei welchem die Sensormittel (9) solcherart eingerichtet sind, um Signale zu liefern, welche den Fluiddruck (P_H) stromabwärts vom Kondensator (3) anzeigen.
System gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11 für eine Anlage, bei welcher am Ausgang des Kondensators (3) ein Fluidfilter (4) angeordnet ist und bei welcher die Sensormittel (9) dem Filter (4) zugeordnet sind.
System gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei welchem die Steuereinheit (ECU) dazu eingerichtet ist, den Mindestwert zu ermitteln, der vom Fluiddruck in der Nähe des Eingangs oder des Ausgangs des Verdampfers (6) erreicht wird.
– System gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei welchem die Steuereinheit (ECU) dazu eingerichtet ist, den Mindestwert zu ermitteln, der vom Fluiddruck in der Nähe des Eingangs des Kompressors (1) erreicht wird.
System gemäß Anspruch 9, bei welchem die vorbestimmte Eigenschaft eine Funktion oder die Entspannungszeit des Fluiddrucks (P_H, P_L) stromaufwärts oder stromabwärts von der Expansionsvorrichtung (5) nach der Deaktivierung des Kompressors (1) ist.