DE60220091T2

DE60220091T2 - Mit einer elektronischen steuervorrichtung ausgestattete kraftfahrzeug-klimaanlage

Info

Publication number: DE60220091T2
Application number: DE60220091T
Authority: DE
Inventors: Mohamed Ben Yahia
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: EP1456045A1; ATE361851T1; FR2833886A1; WO2003053727A1; US20050172652A1; EP1808318A3; DE60220091D1; ES2287356T3; EP1808318A2; EP1456045B1; FR2833886B1; AU2002364420A1; JP2005512870A; US7003968B2

Description

Die Erfindung betrifft Klimatisierungskreisläufe von Motorfahrzeugen.
Bei klassischen Motorfahrzeugen ist der Kompressor des Klimatisierungskreislaufs durch den Motor angetrieben und verbraucht somit einen Teil der Leistung des Motors. Auch wenn die von dem Kompressor absorbierte Leistung, wenn dieser in Betrieb ist, nicht groß ist, beeinflusst sie doch den Wirkungsgrad des Motors. Während sie den Wirkungsgrad des Motors vermindert, erhöht die real von dem Kompressor absorbierte Leistung den Treibstoffverbrauch und die von den Abgasen des Fahrzeugs generierte Verschmutzung.
Um den Wirkungsgrad des Motors zu optimieren, besteht eine Lösung darin, die augenblickliche real von dem Kompressor absorbierte Leistung abzuschätzen. Die Kenntnis dieser Information erlaubt die Parameter der Einspritzung des Motors an die realen Erfordernisse anzupassen. In Abwesenheit dieser Information wählt der Einspritzrechner/das Einspritzsteuergerät standardmäßig/defaultmäßig die Einspritzparameter, die dem maximalen Wert der absorbierten Leistung entsprechen, ein Wert, der in der Praxis selten erreicht wird.
Dieser Nachteil kann mechanische Kompressoren mit interner Steuerung betreffen, welche mittels der zwischen dem Motor und dem Kompressor zwischengelagerten Kupplung funktionieren. Im geregelten Modus passen die Kompressoren mit interner Steuerung ihren Hubraum gemäß einem linearen Gesetz an, welches den Druckwert am Eingang des Kompressors/Verdichters, den so genannten Niederdruck, an den Wert am Ausgang des Kompressors/Verdichters, den so genannten Hochdruck, anpasst. Dennoch kommt es vor, dass die real von dem Kompressor/Verdichter absorbierte Leistung geringer ist als seine nominale Leistung. Solche Kompressoren absorbieren eine Leistung, die von den Betriebsbedingungen abhängt und die somit nicht reduziert werden kann, selbst wenn die real von dem Verdichter absorbierte Leistung bekannt ist. Dahingegen ist es möglich, den Betrieb der Klimatisierung zu regulieren, indem der Kompressor entkoppelt wird, wenn die Leistung nicht akzeptabel ist.
Dieser Nachteil ist noch störender bei Kompressoren mit externer Steuerung, deren Verwendung sich verallgemeinert.
Bei mechanischen Verdichtern/Kompressoren mit externer Steuerung ist die real von dem Verdichter absorbierte Leistung häufig geringer als seine nominale Leistung. In der Folge muss die Einspritzung den Unterschied zwischen der nominalen mechanischen Leistung und der real absorbierten mechanischen Leistung kompensieren, was den Wirkungsgrad des Motors verringert.
Bei bekannten Ausführungen wird ein Kennfeld/Karthografie verwendet, das/die eine Abschätzung der augenblicklich von dem Verdichter absorbierten Leistung in Abhängigkeit des augenblicklichen Werts des Mittels eines ersten Sensors gemessenen Hochdrucks und eine von einem zweiten Sensor gemessene Information bezüglich des Betriebs des Fahrzeugs bereitstellt. Diese Vorrichtung ist eine empirische Vorrichtung, die auf einem ausgehend von Tests etablierten Kennfeld basiert, welches in den Rechner/das Steuergerät der Klimatisierung eingebracht ist.
Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, dass es nicht alle möglichen Fälle in Betracht zieht und somit approximativ bleibt.
Im Fall von elektrischen Verdichtern/Kompressoren verfügt man leicht über den augenblicklichen Wert der von dem Verdichter absorbierten Leistung, da der Hubraum dieser Verdichter/Kompressoren – und somit der Massendurchfluss des absorbierten Kältemittels – bekannt ist. Jedoch stellt sich bei dieser Art von Verdichtern das Problem das Überschreiten der maximal von dem Verdichter absorbierten elektrischen Leistung vorwegzunehmen, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Verdichters/Kompressors ansteigt. Falls die existierenden Ausführungen es erlauben, den augenblicklichen Wert der verbrauchten elektrischen Leistung zu kennen, erlauben sie nicht den Wert vorherzusehen, den diese Leistung in Abhängigkeit von der Entwicklung der Rotationsgeschwindigkeit annehmen wird. Dieses Unvermögen, den Schwellenwert des Überschreitens dieser kritischen Geschwindigkeit des Kompres sors/Verdichters vorherzusehen, ermöglicht nur Lösungen im Nachhinein. Eine dieser Lösungen besteht darin, die interne Sicherung des Motors auszulösen, um die von dem Kompressor absorbierte Leistung und somit die Geschwindigkeit zu begrenzen.
Der Großteil der bestehenden Ausführungen verwendet empirische Verfahren, um die von dem Verdichter absorbierte Leistung einzustellen. Es wurde jedoch geschätzt, dass eine einfache Relation zwischen dem Hochdruck und der von dem Verdichter absorbierten Leistung besteht. Dahingegen wurde eine Vorrichtung, die auf einer solchen Relation beruht, nicht realisiert.
Die DE-A-10053438 zeigt eine Klimaanlage, wie sie im Oberbegriff des ersten Anspruchs beschrieben ist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die es erlaubt, eine Abschätzung der absorbierten Leistung ausgehend von einer einfachen Relation zwischen dem Massendurchsatz des Kältemittels bei Hochdruck bereitzustellen.
Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine solche Vorrichtung bereitzustellen, die dazu geeignet ist, eine Abschätzung von guter Präzision zu erhalten.
Die Erfindung schlägt dazu eine Klimaanlage für ein Motorfahrzeug vor, ausgerüstet mit einem Einspritzsteuergerät/Einspritzrechner. Die Anlage umfasst einen geschlossenen Kältemittelkreislauf umfassend einen Verdichter/Kompressor, einen elektrischen oder mechanischen Kondensator, einen Druckregler/Druckminderventil und einen Verdampfer, wobei der Kondensator/Verflüssiger einen Luftstrom aufnimmt, welcher an einem Gebläsemotor/einer Gebläsemotorgruppe vorbeiströmt, sowie eine elektronische Kontroll-/Steuereinrichtung, welche dazu bestimmt ist, mit dem geschlossenen Kältemittelkreislauf und dem Einspritzsteuergerät wechselzuwirken.
Vorteilhafterweise umfasst die Anlage Messeinrichtungen, die es erlauben festzulegen:

– einen ersten Wert, relativ zu der Temperatur des externen Luftstroms am Eingang des Verflüssigers/Kondensators,
– einen zweiten Wert, relativ zu dem Druck am Ausgang des Verdichters/Kompressors, den so genannten Hochdruck,
– einen dritten Wert relativ zu dem Druck am Eingang des Verdichters/Kompressors, den so genannten Niederdruck,

Gemäß der ersten Ausführungsform ist die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgelegt, eine Abschätzung des Massendurchsatzes des Kältemittels zu berechnen, ausgehend von den mittels der ersten und der zweiten Messeinrichtung gemessenen Werten und von zwei Informationen bezüglich des Betriebs des Fahrzeugs, übertragen durch das Einspritzsteuergerät.
Vorteilhafterweise ist die elektronische Steuereinrichtung auch dazu geeignet, die von dem Verdichter absorbierte Leistung zu berechnen, ausgehend von der Abschätzung des berechneten Massendurchsatzes, der mittels der zweiten und der dritten Messeinrichtung gemessenen Werte und der Information bezüglich des Betriebs des Fahrzeugs, welche von dem Einspritzsteuergerät bereitgestellt sind.
In der zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung ist die elektronische Steuereinrichtung dazu geeignet, eine Abschätzung des Hochdrucks des Kältemittels zu berechnen, ausgehend von dem von der ersten Messeinrichtung gemessenen Wert, dem Wert des Massendurchsatzes des Kältemittels und von zwei Informationen bezüglich des Betriebs des Fahrzeugs, welche von dem Einspritzsteuergerät übertragen werden.
Vorteilhafterweise ist die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die von dem Verdichter absorbierte Leistung zu berechnen, ausgehend von der Abschätzung des berechneten Hochdrucks, dem von der dritten Messeinrichtung gemessenen Wert und von den Informationen bezüglich des Betriebs des Fahrzeugs, welche von dem Einspritzsteuergerät bereitgestellt sind.
Als Ergänzung ist gemäß dieser zweiten Ausführungsform die elektronische Steuereinrichtung dazu geeignet, für einen gegebenen Ausgangszustand iterativ die Werte der von dem Verdichter absorbierten Leistung zu berechnen, ausgehend von den Werten des Hochdrucks, welche ausgewählten geringen Variationen der Rotationsgeschwindigkeit entsprechen, um die maximale Rotationsgeschwindigkeit abzuschätzen.
Die Erfindung deckt auch ein Computerprogrammprodukt ab, welches als die Funktionen umfassend definiert werden kann, um die Gleichung zu lösen, um die von dem Klimatisierer absorbierte Leistung abzuschätzen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Durcharbeiten der folgenden detaillierten Beschreibungen und der beigefügten Zeichnungen in denen:
die 1 eine Ansicht eines Ensembles einer Klimatisierungsvorrichtung darstellt, welche an Bord eines Fahrzeugs installiert ist,
die 2 ein Schema einer Anlage eines Motorkraftfahrzeuges ist, ausgerüstet mit einer Steuereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
die 3 eine analoge Ansicht zu 2 in einer Ausführungsvariante ist,
die 4 die Präzision der Abschätzung des Massendurchflusses gemäß der Erfindung darstellt,
die 5 die Relation zwischen der Geschwindigkeit der Luft und der Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt,
die 6 ein Diagramm ist, welches die Präzision der Abschätzung der von der Klimaanlage absorbierten Leistung gemäß der Erfindung darstellt,
die 7 ein Blockschema eines elektrischen Verdichters zeigt, und
die 8 ein Beispiel eines Ablaufdiagramms ist zur Vorwegnahme/Antizipation der Rotationsgeschwindigkeitssteuerung.
Die Anlage A umfasst prinzipielle mathematische Gleichungen, welche in der Klimaanlage verwendet sind.
Die Zeichnungen enthalten im Wesentlichen die Elemente bestimmter Merkmale. Sie könnten daher nicht nur dazu dienen, die Beschreibung besser zu verstehen, sondern gegebenenfalls auch zur Definition der Erfindung beitragen.
Es wird zunächst Bezug auf die 1 genommen, die eine Ansicht der Gesamtheit eines in einem Fahrzeug integrierten Klimatisierungsapparates darstellt. Der Klimatisierungsapparat/die Klimaanlage umfasst einen geschlossenen Kältemittelkreislauf, der vollständig unterkritisch flüssig sein kann, das heißt vollständig flüssig mit einer kritischen Temperatur höher als die Temperatur der Wärmequelle. Der Klimatisierungsapparat/die Klimaanlage umfasst auch einen Verdichter/Kompressor 14, einen Kondensator/Verflüssiger 11, ein Trockenmittelreservoir 18, einen Druckregler/Druckminderer 12 und einen Verdampfer 13, welche in dieser Reihenfolge von dem Kältemittel durchlaufen werden. Die folgende Beschreibung wird hauptsächlich als nicht-einschränkendes Beispiel bezüglich des Kältemittels R134 gegeben.
Der Kondensator/Verflüssiger 11 nimmt einen äußeren Luftstrom 16 auf, welcher bei bestimmten Betriebsbedingungen durch eine Motorventilatorgruppe 15 in Bewegung versetzt wird, um die aus der Fahrgastzelle entnommene Wärme zu entfernen.
Der Verdampfer 13 nimmt einen Luftstrom eines durch einen äußeren Luftstrom 18 betriebenen Gebläses 20 auf und erzeugt einen klimatisierten Luftstrom 21, welcher in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs geleitet wird.
Die 2 stellt die Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt in einem Kraftfahrzeug dar, eventuell in Bewegung mit einer Fahrgeschwindigkeit Va. Das Kraftfahrzeug wird von einem Motor 43 angetrieben, welcher von einem Einspritzrechner/Einspritzsteuergerät 42 gesteuert/kontrolliert wird. Das Steuergerät empfangt Informationen von verschiedenen Sensoren/Messfühlern, welche er interpretiert, um die Parameter einzustellen. Er kann somit Informationen 33 über augenblickliche Werte bezüglich des Betriebs des Fahrzeugs, und insbesondere die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges, die Außenlufttemperatur, die in den Klimatisierungsapparat/die Klimaanlage eindringt, die Rotationsgeschwindigkeit des Verdichters/Kompressors und die Spannung des Motorventilators bereitstellen.
Das Fahrzeug ist auch mit dem oben beschriebenen Klimatisierungsapparat/der Klimaanlage 10 ausgerüstet, welche schematisch in der 2 dargestellt ist. Darüber hinaus umfasst die Anlage eine Regelung der Fahrgastzelle 41, die dazu bestimmt ist, den Temperatursollwert der in den Eingang des Verdampfers 11 geblasenen Außenluft 18 festzulegen.
Die Einspritzsteuerung des Motors kann auf die Klimaanlage/den Klimatisierungsapparat aufgrund eines Klimatisierungsreglers 402 einwirken. Diese Verbindung erlaubt es, lediglich den Klimatisierungsapparat an- oder auszuschalten gemäß den Bedingungen, die mit dem Betrieb des Motors oder externen Kommandos verbunden sind. Zum Beispiel erlaubt sie das Anschalten des Klimatisierungsapparates zu verbieten, wenn der Motor stark belastet ist.
Diese Verbindung 402 beschränkt sich auf diese "Alles-oder-Nichts"-Funktion. In Abwesenheit einer Vorrichtung zur Abschätzung der augenblicklich von einem mechanischen Verdichter absorbierten Leistung oder zur Abschätzung durch Antizipieren der von einem elektrischen Verdichter absorbierten Leistung, kann der Regler der Klimatisierung 402 nicht den Betrieb der Klimatisierungsschleife einstellen.
Die Anmelderin hat eine solche Vorrichtung ausgeführt, welche es erlaubt, diesen Betrieb durch die Verwendung einer einfachen Relation zu verbessern, welche ausgehend von den Gesetzen der Thermodynamik zwischen dem Massendurchsatz des Kältemittels und dem Hochdruck erhalten werden.
Dazu sind der Regler der Fahrgastzelle 41, die Einspritzsteuerung des Motors 42 und der Klimatisierungsapparat 10 mit einer elektronischen Karte 401 für einen bidirektionalen Austausch von Informationen verbunden.
Die elektronische Karte fuhrt das Lösen der Gleichungen aus, welche es ermöglichen, eine Abschätzung der von dem Verdichter absorbierten Leistung zu erhalten. Sie kann Informationen über die Verbindung 32 an die Einspritzsteuerung übertragen, welche sich aus dieser Abschätzung ergeben.
Die elektronische Karte 401 kann als integrierender Teil des Klimatisierungsreglers 402 angesehen werden. Der Klimatisierungsregler 402 hat insbesondere die Aufgabe, die in der Fahrgastzelle entnommene Wärmemenge, die so genannte Kälteleistung, einzustellen, um den Sollwert, der zu dem Eingang des Verdampfers geblasenen Luft zu erreichen. Dieser Sollwert ist vorab am Klimatisierungsregler 402 durch den Regler der Fahrgastzelle (Verbindung 35) indiziert.
Die elektronische Karte 401 nimmt die Informationen 30 von den an dem Klimatisierungsapparat ausgeführten Messfühlern/Sensoren auf. Sie empfangt auch Informationen der Motoreinspritzsteuerung 42 über die Verbindung 33, insbesondere die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges, die Spannung der Motorventilatorgruppe, die Rotationsgeschwindigkeit des Verdichters oder die Außenlufttemperatur.
Der Fahrgastzellenregler 41 tauscht Informationen mit dem Klimatisierungsregler bezüglich des Sollwerts der zu dem Eingang des Verdampfers geblasenen Luft mittels der Verbindungen 34 und 35 aus.
Die Verbindungen 30, 33 und 35 der elektronischen Karte 401 mit dem Klimatisierungsapparat/der Klimaanlage 10, der Motoreinspritzsteuerung 42 und dem Fahrgastzellenregler 41 haben zum Ziel, die augenblicklichen Werte der Kondensationstemperatur T_k, der Außenlufttemperatur am Eingang des Kondensators T_aek, des Drucks am Eingang des Verdichters, den so genannten Niederdruck BP, den Druck am Ausgang des Verdichters, den so genannten Hochdruck HP, die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs Va, die Spannung der Motorventilatorgruppe GMV und die Rotationsgeschwindigkeit des Verdichters N zu bestimmen.
Die augenblicklichen Werte von HP und T_k sind durch das Gesetz der Fluidsättigung verbunden; es genügt, einen dieser beiden Werte zu bestimmen, wobei der andere von der elektronischen Karte mittels der Relation nach dem Gesetz der Sättigung von Flüssigkeiten abgeleitet werden kann. Darüber hinaus sind die Werte der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs Va, die Spannung der Motorventilatorgruppe GMV und die Rotationsgeschwindigkeit des Verdichters N Daten, die über die Einspritzsteuerung des Motors zugänglich sind.
Sie werden daher direkt von der letzteren zu der elektronischen Karte über die Verbindung 33 übertragen. Es bestehen dann mehrere Möglichkeiten, der elektronischen Karte die anderen Parameter bereitzustellen. Insbesondere tragen die Ausführung der Sensoren/Messgeber an dem Klimatisierungsapparat/der Klimaanlage 10 und gegebenenfalls die Verwendung von zusätzlichen Informationen von der Einspritzsteuerung 41 zum Erhalt dieser Parameter bei.
Die von der Anmelderin erhaltene einfache Relation verbindet präzise den Massendurchsatz, den Hochdruck und andere Parameter bezüglich des Betriebs des Klimatisierungsapparats und des Betriebs des Fahrzeugs.
In einer ersten Ausführungsform, wie im Folgenden beschrieben, wird ein mechanischer Verdichter verwendet. Die Vorrichtung gemäß dieser ersten Ausführungsform der Erfindung hat zum Ziel, den Massendurchsatz m des den Klimatisierungskreislauf durchlaufenden Kältemittels abzuschätzen und ausgehend von diesem Wert die von der Klimatisierungsschleife absorbierte mechanische Leistung Pa abzuschätzen.
Die Relation des Anhangs A1 indiziert, dass die Kenntnis der Kondensationstemperatur T_k, der Außenlufttemperatur am Eingang des Kondensators T_aek und die Konstante A es erlauben, den Massendurchsatz m des Kältemittels abzuschätzen.
Die Verbindung 33 von der Einspritzsteuerung des Motors stellt die augenblicklichen Werte der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs Va und der Spannung der Motorventilatorgruppe GMV bereit. Diese Werte erlauben die Berechnung des Luftmassendurchsatzes C_pa und folglich der Konstante A in Anbetracht der Relation des Anhangs A1, welcher A mit C_pa verbindet (Anhang A1). Die 5 zeigt in der Tat, dass der Luftmassendurchsatz mit der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs Va und der Spannung der Motorventilatorgruppe GMV verbunden ist.
In einer speziellen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zwei Sensoren, um die Kondensationstemperatur T_k und die Außenlufttemperatur am Eingang des Kondensators T_aek zu messen.
In der 2 ist die Kondensationstemperatur T_k mit dem Messgeber/Sensor 23 gemessen, welcher eine Sonde ist, die direkt inmitten des Kältemittels am Eingang des Kondensators platziert ist. Diese Platzierung ist so gewählt, dass das Kältemittel in einem flüssigen/gasförmigen Mischzustand ist, beispielsweise am Ende der ersten Bahn des Kondensators, wenn dieser vier Bahnen umfasst.
In einer Variante kann die Kondensationstemperatur T_k indirekt gemessen werden. Dazu wird der Messgeber/Sensor 123 der 3 verwendet, welcher den Wert des Hochdrucks HP am Ausgang des Verdichters misst. Die elektronische Karte 401 berechnet dann den Wert der Kondensationstemperatur T_k unter Verwendung des Gesetzes der Sättigung von Flüssigkeiten. In den Ausführungsformen der 3 kann der Sensor 123, welcher den augenblicklichen Wert des Hochdrucks HP misst, an jeder geeigneten Stelle zwischen dem Ausgang des Verdichters und dem Eingang des Kondensators oder vorzugsweise zwischen dem Ausgang des Kondensators und dem Eingang des Druckreglers platziert sein.
Bezugnehmend auf die 2 ist die Temperatur T_aek der Außenluft am Eingang des Kondensators 11 mit dem Messgeber/Sensor 25 gemessen, der eine Temperatursonde ist, welche zwischen der Motorventilatorgruppe und dem Kondensator 11 platziert ist.
In einer anderen Ausführungsform wird ein einziger Sensor in dem Klimatisierungskreislauf zur Abschätzung des augenblicklichen Wertes des Massendurchsatzes des Kältemittels verwendet. Dieser Sensor ist der Sensor 23 (oder 123), der den augenblicklichen Wert der Kondensationstemperatur T_k misst.
Bezüglich der 3 ist der augenblickliche Wert der Temperatur T_aek der Außenluft am Eingang des Kondensators 11 somit von der elektronischen Karte berechnet, ausgehend von den augenblicklichen Werten der Fortbewegungsgeschwindigkeit Va des Fahrzeugs und der Temperatur der Außenluft T_ex am Eingang der Motorventilatorgruppe, bereitgestellt von der Motoreinspritzsteuerung 42 und dem Fahrgastzellenregler 41. In allen diesen Ausführungsformen sind die augenblicklichen Werte der gemessenen oder berechneten Kondensationstemperatur T_k und der Temperatur der Außenluft am Eingang des Kondensators T_aek mit der Konstanten A assoziiert, gemäß der Relation des Anhangs A1, mittels der elektronischen Karte, um eine Abschätzung des Massendurchsatzes des Kältemittels in dem Klimatisierungskreislauf zu berechnen.
Die 4 zeigt die Präzision der Abschätzung des Massendurchsatzes des Kältemittels, welches in dem Klimatisierungskreislauf zirkuliert. Die Grafik der 4 stellt den Abstand zwischen einer ersten Kurve entsprechend den Veränderungen des abgeschätzten Massendurchsatzes des Kältemittels R134a (m134a sim) in Abhängigkeit der Zeit und einer zweiten Kurve entsprechend den Veränderungen des realen Massendurchsatzes des Kältemittels R134a (m134a kg/h) in Abhängigkeit der Zeit dar.
Die Grafik weist auf einen geringen Abstand zwischen diesen beiden Kurven und folglich auf eine zufriedenstellende Präzision hin. Dieser Abstand ist zufriedenstellend für die Abschätzung der von dem Verdichter absorbierten Leistung.
Vorteilhafterweise hat die Anmelderin gefunden, dass diese Abschätzung des Massendurchsatzes des Kältemittels, welche eine interessante Präzision bei den zuvor dargelegten Bedingungen bietet, erlaubt die mechanische von dem Verdichter absorbierte Leistung zu berechnen.
In Bezug auf die 2 und 3 ist die zuvor beschriebene Vorrichtung dazu ausgelegt, die Informationen zu erhalten, die es erlauben, gemäß den Relationen der Anlagen A2 und A3 die absorbierte mechanische Leistung zu berechnen. Über die Abschätzung des Massendurchsatzes hinaus betreffen diese Informationen die Abschätzung der isentropen Kompressionsarbeit Wis und die Rotationsgeschwindigkeit des Kompressors N. Die Konstanten B, C und D und E sind mit den Betriebsparametern des Klimatisierungskreislaufes verbunden und somit als Rechenparameter fixiert.
Die elektronische Karte 401 schätzt das Kompressionsverhältnis Pr ausgehend von den Werten des Hochdrucks HP und des Niederdrucks BP ab um die isentrope Kompressionsarbeit Wis zu berechnen. Der Hochdruck HP ist direkt oder indirekt (durch Messung der Kondensationstemperatur) mittels der Abschätzungsvorrichtung des Massendurchsatzes gemessen worden. Darüber hinaus ist die Rotationsgeschwindigkeit des Verdichters N der elektronischen Karte von der Motoreinspritzsteuerung 42 über die Verbindung 33 bezüglich der 2 und 3 bereitgestellt. Es bleibt der Wert des Niederdrucks BP zu messen.
In einer Ausführungsvariante bezüglich der 2 wird der augenblickliche Wert des Niederdrucks BP direkt über einen Messgeber/Sensor 22 gemessen, welcher an jeder gewünschten Stelle zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter angeordnet sein kann. Diese Messung wird an die elektronische Karte 401 über die Verbindung 30 übertragen.
Der augenblickliche Wert des Niederdrucks BP kann auch indirekt gemessen werden. In diesem Fall ist der Messgeber eine Sonde, bestimmt mittels der Referenz 122 der 3, welche die Verdampfungstemperatur misst. Die Verdampfungstemperatur ist mit dem Niederdruck BP über das Gesetz der Sättigung von Flüssigkeiten verbunden. Diese Sonde kann eine Thermistor-Sonde von klassischem Aufbau sein, angeordnet an den Lamellen/Rippen des Verdampfers.
In einer Variante könnte der Niederdruck indirekt ausgehend von der Lufttemperatur am Ausgang des Verdampfers 13, des Hochdrucks HP, der Außenlufttemperatur T_ext und der Spannung des Gebläses abgeschätzt werden. Der Fahrgastzellenregler 41 kann den Temperatursollwert der Fahrgastzelle sowie die Spannung des Gebläses bereitstellen um eine Abschätzung des Luftdurchsatzes am Verdampfer zu berechnen. Diese Variante hat aber den Nachteil, wenig präzise zu sein.
Die Sonde ist darüber hinaus inmitten des Kühlmittels angeordnet, beispielsweise in einer Leitung oder in dem Druckregler 12.
In dieser Ausführungsform wird der gemessene Wert der Verdampfungstemperatur an die elektronische Karte (Verbindung 30) übertragen, welche das Gesetz der Sättigung der Flüssigkeiten anwendet, um daraus den Wert des Niederdrucks BP herzuleiten.
Die 6 zeigt die Präzision der Messung der mechanischen Leistung gemäß dieser Ausführungsform bei Tests, ausgeführt für einen Luftmassendurchsatz von 2000 kg/h und eine Außenlufttemperatur T_aek von 35°C. Die Grafik zeigt, dass der Abstand zwischen der Kurve, welche die abgeschätzte von dem Verdichter absorbierte mechanische Leistung (Wshaft meas) und die realen von dem Verdichter absorbierten mechanischen Leistung (Wshaft sim) darstellt, gering ist, was eine zufriedenstellende Präzision der Messung andeutet. Jedoch hängt diese Präzision von der Qualität und der Abschätzung von T_k und von T_aek ab.
Die Steuerung/der Rechner sendet also zu dem Einspritzmodul des Motors den abgeschätzten Wert der von dem Kompressor absorbierten mechanischen Leistung. Der Rechner/die Steuerung passt also die nominale von dem Verdichter absorbierte mechanische Leistung an, wenn diese einen von dem Rechner/der Steuerung ausgehend von diesem abgeschätzten Wert definierten maximalen Wert überschreitet. Folglich wird der Treibstoffverbrauch reduziert und die exzessiven Erhöhungen der von dem Verdichter absorbierten Leistungen sind besser kontrolliert.
Für den Fall von mechanischen Verdichtern mit interner Steuerung wird ebenfalls die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, um die von dem Verdichter absorbierte mechanische Leistung abzuschätzen. Für diese Art von Verdichter wird diese abgeschätzte Leistung jedoch dazu verwendet, den Kompressor zu entkoppeln, um den Massendurchsatz des von dem Verdichter absorbierten Kältemittels zu reduzieren.
In einer zweiten Ausführungsform ist der Verdichter ein elektrischer Verdichter/Kompressor. Die Vorrichtung gemäß dieser zweiten hat zum Ziel, den Hochdruck abzuschätzen und ausgehend von diesem Wert den Wert der von dem Verdichter absorbierten elektrischen Leistung abzuschätzen.
Es ist auch ein Ziel dieser zweiten Ausführungsform, eine Antizipation/Vorausschätzung der Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit auszuführen.
Die 7 stellt ein Schema eines elektrischen Verdichters dar. Der elektrische Verdichter 14 wird von einem Elektromotor 140 betätigt, welcher mittels geeigneter Steuerungsmittel integriert und von einer elektrischen Versorgungsquelle 142 von der Art einer Batterie versorgt wird. Diese Quelle überträgt die Energie an den Verdichter über einen Frequenzkonverter 141.
Bei elektrischen Verdichtern ist der Hubraum fest, was es erlaubt, einfach die augenblicklich von dem Verdichter absorbierte elektrische Leistung zu kennen, gemäß der Gleichung des Anhangs A4.
Die elektrischen Verdichter umfassen Begrenzer der absorbierten Leistung, um die Klimatisierung abzuschalten für den Fall in dem der Wert der augenblicklich absorbierten Leistung größer als die nominale Leistung ist. Aber diese Begrenzer schreiten ein, nachdem die normale Leistung erreicht ist und nehmen somit nicht das Überschreiten vorweg.
Es ist bekannt, dass der Massendurchsatz des Mittels/der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit variiert. Nun erlauben die bestehenden Relationen nicht die von dem Verdichter absorbierte elektrische Leistung abzuleiten, außer in Abhängigkeit der Veränderungen des Hochdrucks.
Eine erfindungsgemäße Lösung besteht darin, den Wert des Hochdrucks ausgehend von der Veränderung des Massendurchsatzes zu berechnen und den Wert der absorbierten elektrischen Leistung im Rahmen einer Vorabschätzung abzuschätzen.
Die Anmelderin hat vorteilhafterweise die Relation des Anhangs A1 verwendet, welche den Massendurchsatz des Kältemittels mit den Parametern verbindet, die mit dem Betrieb des Klimatisierungsapparats und dem Betrieb des Fahrzeugs verbunden sind, um diesen Wert des Hochdrucks HP abzuschätzen.
Die 1 bis 3 beziehen sich ebenfalls auf diese Ausführungsform.
Die elektronische Karte empfängt die Informationen von der Steuerung/dem Rechner 42 und dem Klimatisierungsapparat 10, um die Gleichung des Anhangs A1 zu lösen. Der Rechner/die Steuerung überträgt an die elektronische Karte den Wert des Massendurchsatzes des Mittels/der Flüssigkeit, die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs und die Spannung der Motorventilatorgruppe. Der Klimatisierungsapparat überträgt an die elektronische Karte den Wert der Lufttemperatur am Eingang des Kondensators/Verflüssigers T_aek, gemessen wie zuvor beschrieben (2 und 3).
Die elektronische Karte kann also eine Abschätzung des Wertes der Kondensationstemperatur T_k gemäß der Anlage A1 berechnen. Da die Kondensationstemperatur T_k über den Hochdruck HP durch das Gesetz der Sättigung von Flüssigkeiten verbunden ist, leitet die elektronische Karte über eine einfache Rechnung den Wert des Hochdrucks HP ab.
Die Vorrichtung ist also dazu in der Lage, die von dem Verdichter absorbierte elektrische Leistung im Rahmen einer Vorabschätzung der Steuerung der Geschwindigkeit abzuschätzen. Bezüglich der Anlage A4 ist die Leistung mit dem Kompressionsverhältnis verbunden, somit mit dem Hochdruck HP und dem Niederdruck BP, sowie der Rotationsgeschwindigkeit N des Verdichters 14.
Der Messgeber/Sensor 22 der 2 (oder der Messgeber/Sensor 122 der 3) misst den augenblicklichen Wert des Niederdrucks und überträgt ihn an die elektronische Karte (über die Verbindung 30). Der Rechner/die Steuerung überträgt an die elektronische Karte den Wert der Rotationsgeschwindigkeit N.
Die elektronische Karte kann also diese Werte dem Wert des Hochdrucks HP zuordnen, um daraus den Wert der von dem Verdichter absorbierten elektrischen Leistung abzuleiten.
In dieser Ausführungsform ist die von einem elektrischen Verdichter absorbierte mechanische Leistung abgeschätzt, um das Überschreiten einer maximalen elektrischen Leistung vorauszusehen.
Die Abschätzung erlaubt es dem Verdichter niemals einen Bereich zu erreichen, in dem die Effizienz des Verdichters sehr schlecht ist. Diese Vorabschätzung/Vorausschau ist möglich, da die Vorrichtung es erlaubt, den Wert des Hochdruckes vorherzusagen, der beim Erhöhen des von dem Verdichter absorbierten Massendurchsatzes erreicht wird, was eine Abschätzung des nicht zu überschreitenden Wertes der Rotationsgeschwindigkeit bereitstellt.
Die 8 stellt ein Flussdiagramm/Organigramm der Antizipation/Vorabschätzung der Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit dar. Die entsprechenden Gleichungen sind teilweise in den Anlagen A4 bis A6 angedeutet.
Die Sensoren 22 (oder 122) und 23 (oder 123) messen die anfänglichen Werte des Niederdrucks BP0 und des Hochdrucks HP0 und übertragen diese an die elektronische Karte. Die Einspritzsteuerung/der Einspritzrechner 42 stellt an der elektronischen Karte die Werte der Rotationsgeschwindigkeit N0 und des Massendurchsatzes der Flüssigkeit/des Mittels m0 bereit. Die Werte HP0, BP0, N0 und m0 werden bei dem anfänglichen Schritt 100 erhalten. Während dieses Schrittes berechnet die elektronische Karte zudem den Wert der elektrischen Leistung Pel0, ausgehend von Hp0 und Bp0. Die elektronische Karte setzt auch den Wert eines Koeffizienten, genannt Relaxationsfaktor α0 auf 1 fest. Die Werte HP0, BP0, N0, m0, Pel0 und α0 stellen den Anfangszustand dar.
Das Flussdiagramm der 8 ist iterativ und umfasst somit verschiedene, mit den Indizes j gekennzeichnete Zustände.
Beim Schritt 102, entsprechend einem Zustand j, erhöht die Karte die Rotationsgeschwindigkeit des Verdichters um eine von dem Klimatisierungsregler festgelegte Größe, moduliert mittels des Relaxationsfaktors α_j1, wie im Anhang A5 angedeutet.
Es wird somit zu dem Schritt 104 übergegangen, um den entsprechenden Wert des Massendurchsatzes mj zu berechnen. Er leitet sich einfach aus der Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit dNj und ihres Wertes Nj, berechnet in Schritt 102, und dem vorherigen Wert des Massendurchsatzes m_j-1 her (Anhang A6).
Bei dem Schritt 106 kann die elektronische Karte somit den neuen Wert des Hochdrucks HPj gemäß der Relation des Anhangs A1 und wie oben beschrieben berechnen.
Dieses Verfahren der Antizipation/Vorabschätzung vernachlässigt die Variationen des Niederdrucks (BPj = BP0). Ausgehend von dem neuen Wert von HPj und dem Wert von BP, berechnet die elektronische Karte in Schritt 108 den neuen Wert der elektrischen Leistung Pelj, das heißt, denjenigen der erreicht wird, wenn die Rotationsgeschwindigkeit um dNj steigen würde.
Bei Schritt 110 vergleicht die elektronische Karte P_elj mit der maximalen Leistung des Verdichters. Wenn P_elj größer als diese Leistung ist, ist der Wert der maximalen nicht zu überschreitenden Rotationsgeschwindigkeit gleich Nj und die Iteration wird beendet. Im entgegengesetzten Fall wiederholt die elektronische Karte die Schritte 102 bis 110, nachdem sie reduziert und j inkrementiert hat. α_j wird von α_j-1 und den Werten von P_elj und P_elj-1 abgeleitet, wie in der Anlage A5 angedeutet.
Die Abschätzung dieser Rotationsgeschwindigkeit wird also verwendet, um den Betrieb der Klimatisierung/Klimaanlage zu regeln.
Die Vorabschätzung der Steuerung der Geschwindigkeit, wie sie oben beschrieben ist, verwendet bei jeder Iteration eine Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit dNj, welche hier beispielsweise gewählt ist. Die Erfindung ist nicht auf diese Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit begrenzt.
Darüber hinaus zielt die vorliegende Erfindung auch auf den Programmcode ab, den sie verwendet, insbesondere wenn dieser auf jeglichem für einen Computer lesbaren Träger zur Verfügung gestellt ist. Der Ausdruck "von einem Computer lesbarer Träger" deckt einen Speicherträger, beispielsweise magnetisch oder optisch, sowie auch Übertragungsmittel wie ein numerisches oder analoges Signal ab. Anhang A A1. Messung des Massendurchsatzes eines Kältemittels
A2. Abschätzung der von einem Verdichter bereitgestellten Kompressionsarbeit
A3. Abschätzung der von der Klimatisierung absorbierten mechanischen Leistung
A4. Abschätzung der von der Klimatisierung absorbierten elektrischen Leistung
A5. Änderung der Rotationsgeschwindigkeit
A6. Abschätzung des Massendurchsatzes ausgehend von der Änderung der Rotationsgeschwindigkeit

Claims

Klimaanlage für Motorfahrzeug, das mit einem Einspritzsteuergerät (42) ausgerüstet ist, wobei die Anlage einen geschlossenen Kältemittelkreislauf umfasst, der einen mechanischen oder elektrischen Verdichter (14) umfasst, einen Kondensator (11), ein Druckminderventil (12) und einen Verdampfer (13), wobei der Verflüssiger (11) einen Luftstrom aufnimmt, der durch einen Gebläsemotor (15) strömt, sowie eine elektronische Kontrolleinrichtung (401), die zur Wechselwirkung mit dem geschlossenen Kältemittelkreislauf (10) und dem Einspritzsteuergerät (42) bestimmt ist, wobei die besagte Anlage Messvorrichtungen umfasst, die ermöglichen, Folgendes festzulegen: – einen ersten Wert in Bezug auf die Temperatur des externen Luftstroms am Eingang des Verflüssigers (T_aek), einen zweiten Wert in Bezug auf den Druck am Ausgang des Verdichters, den so genannten Hochdruck (HP), – einen dritten Wert in Bezug auf den Druck am Eingang des Verdichters, den so genannten Niederdruck (BP), dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinrichtung (401) die Auflösung einer linearen Gleichung einsetzt, die den Massendurchsatz des Kältemittels (m) mit den Werten verbindet, die von der ersten und zweiten Messvorrichtung gemessen werden, um eine Abschätzung des Durchsatzes zu berechnen, wenn es sich bei dem Verdichter um einen mechanischen Verdichter handelt, oder des Hochdrucks (HP) des Kältemittels, wenn es sich bei dem Verdichter um einen elektrischen Verdichter handelt und zur Abschätzung, ausgehend von diesem Durchsatz oder diesem Hochdruck (HP), von den durch die besagten Messvorrichtungen bereitgestellten Messungen und von den durch das Einspritzsteuergerät übertragenen Informationen, zu denen der Wert der Antriebsgeschwindigkeit (V_a) des Fahrzeugs und die Spannung des Gebläsemotors (15) zählen, der von dem Verdichter aufgenommenen Leistung (14).
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messvorrichtung eine Sonde (24) ist, die zwischen dem Gebläsemotor (15) und dem Verflüssiger (11) positioniert ist und eine Messung des Wertes der Temperatur des externen Luftstroms am Eingang des Verflüssigers (T_aek) liefert.
Klimaanlage gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messvorrichtung eine Sonde ist, die mit dem Einspritzsteuergerät (42) verbunden ist, das eine Messung des Wertes der Temperatur des externen Luftflusses (Text) liefert.
Klimaanlage gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinrichtung (401) geeignet ist, eine Abschätzung des Wertes der Temperatur des externen Luftflusses am Eingang des Kondensators (T_aek) zu berechnen, anhand des Wertes der Außenlufttemperatur (Text) und des Wertes der Antriebsgeschwindigkeit (V_a) des Fahrzeugs, die von dem Einspritzsteuergerät (42) geliefert werden.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messvorrichtung eine Sonde (23) ist, die am Eingang des Verflüssigers (11) positioniert ist, direkt in dem Kältemittel und die eine Messung des Wertes der Kondensationstemperatur (T_k) liefert.
Klimaanlage gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinrichtung (401) anhand des Wertes der Kondensationstemperatur (T_k), der von der zweiten Messvorrichtung geliefert wird, zur Berechnung des Wertes des Hochdrucks (HP) geeignet ist.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messvorrichtung ein Fühler (123) ist, der zwischen dem Ausgang des Verdichters (14) und dem Eingang des Verflüssiger (11) positioniert ist und zur direkten Messung des Momentanwertes des Hochdrucks (HP) bestimmt ist.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messvorrichtung ein Fühler (123) ist, der zwischen dem Ausgang des Verflüssigers (11) und dem Eingang des Druckminderventils (12) positioniert ist, und zur direkten Messung des Momentanwertes des Hochdrucks (HP) bestimmt ist.
Klimaanlage gemäß einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinrichtung (401) anhand des Momentanwertes des Hochdrucks (HP), der von der zweiten Messvorrichtung geliefert wird, zur Berechnung des Wertes der Kondensationstemperatur (T_k) geeignet ist.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Messvorrichtung eine Sonde (122) ist, die in den Flügeln des Verdampfers (13) positioniert ist, und die eine Messung des Momentanwertes der Verdampfungstemperatur liefert.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Messvorrichtung eine Sonde (122) ist, die im Kühler positioniert ist und eine Messung des Momentanwertes der Verdampfungstemperatur liefert.
Klimaanlage gemäß einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinrichtung anhand des Momentanwertes der Verdampfungstemperatur, die von der zweiten Messvorrichtung geliefert wird, zur Berechnung des Wertes des Niederdrucks (BP) geeignet ist.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Messvorrichtung ein Fühler (22) ist, der zwischen dem Verdampfer (13) und dem Verdichter (14) positioniert ist und eine direkte Messung des Momentanwertes des Niederdrucks (BP) liefert.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, kombiniert mit einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinrichtung (401) geeignet ist, die Abschätzung des Durchsatzes des Kältemittels zu berechnen, anhand der Werte, die von der ersten und der zweiten Messvorrichtung gemessen wurden und anhand von zwei Informationen in Bezug auf die Funktionsweise des Fahrzeugs, die von dem Einspritzsteuergerät (42) übertragen werden.
Klimaanlage gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen in Be zug auf die Funktionsweise des Fahrzeugs mit der Antriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs und mit der Spannung des Gebläsemotors verbunden sind.
Klimaanlage gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinrichtung (401) für die Berechung der von dem Verdichter aufgenommenen Leistung geeignet ist, anhand der berechneten Abschätzung des Durchsatzes, der von der zweiten und dritten Messvorrichtung gemessenen Werte und der Informationen in Bezug auf die Funktionsweise des Fahrzeugs, die von dem Einspritzsteuergerät (42) geliefert werden.
Klimaanlage gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen in Bezug auf die Funktionsweise des Fahrzeugs mit der Rotationsgeschwindigkeit des Verdichters verbunden sind.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, kombiniert mit einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinrichtung (401) geeignet ist, eine Abschätzung des Hochdrucks (HP) des Kältemittels zu berechnen, anhand des von der ersten Messvorrichtung gemessenen Wertes, des Wertes des Durchsatzes des Kältemittels und anhand von zwei Informationen in Bezug auf die Funktionsweise des Fahrzeugs, die von dem Einspritzsteuergerät (42) übertragen werden.
Klimaanlage gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen in Bezug auf die Funktionsweise des Fahrzeugs mit der Antriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der Spannung des Gebläsemotors verbunden sind.
Klimaanlage gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinrichtung (401) geeignet ist, die vom Verdichter aufgenommene Leistung zu berechnen, anhand der Abschätzung des gemessenen Hochdrucks (HP), des von der dritten Messvorrichtung gemessenen Wertes und anhand von Informationen in Bezug auf die Funktionsweise des Fahrzeugs, die von dem Einspritzsteuergerät (42) geliefert werden.
Klimaanlage gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen in Bezug auf die Funktionsweise des Fahrzeugs mit der Rotationsgeschwindigkeit des Verdichters verbunden sind.
Klimaanlage gemäß den Ansprüchen 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinrichtung geeignet ist, für einen vorgegebenen Ausgangszustand wiederholend Werte der von dem Verdichter aufgenommenen Leistung zu berechnen, anhand von Werten des Hochdrucks, die ausgewählten kleinen Schwankungen der Rotationsgeschwindigkeit entsprechen, um die maximale Rotationsgeschwindigkeit abzuschätzen.
Klimaanlage gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte des Hochdrucks anhand der aufeinander folgenden Werte des Durchsatzes des Kältemittels berechnet werden, die entsprechend kleiner Schwankungen der Rotationsgeschwindigkeit berechnet wurden.
Klimaanlage gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangszustand die Werte des Hochdrucks (HP) und des Niederdrucks (BP) umfasst, die von der zweiten und der dritten Messvorrichtung gemessen wurden, entsprechend einer Anfangsrotationsgeschwindigkeit.