WO2010037464A1 - Verfahren zur steuerung oder regelung einer fahrzeugklimaanlage - Google Patents

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WO2010037464A1
WO2010037464A1 PCT/EP2009/006529 EP2009006529W WO2010037464A1 WO 2010037464 A1 WO2010037464 A1 WO 2010037464A1 EP 2009006529 W EP2009006529 W EP 2009006529W WO 2010037464 A1 WO2010037464 A1 WO 2010037464A1
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evaporator
refrigerant
compressor
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PCT/EP2009/006529
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Oliver Horn
Stefan Morgenstern
Mattias Bruce
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/24—Low amount of refrigerant in the system

Definitions

  • the invention relates to a method and a correspondingly designed air conditioning control unit for controlling or regulating a vehicle air conditioning system, in particular the refrigerant circuit.
  • Vehicle air conditioning systems include a refrigerant circuit through which the refrigerant necessary for cooling the air flows. From the refrigerant circuit can escape over the term or due to damage refrigerant. In a refrigerant circuit that is filled with too little refrigerant, an unusually high overheating occurs after the heat input in the evaporator for cooling capacity requirements. In order to still be able to implement the required cooling capacity, the compressor is increasingly driven and so depending on the control principle of the compressor in the refrigeration cycle of the suction pressure before the compressor lowered further, so that despite refrigerant overheating is trying to provide sufficient cooling capacity available. This very low suction pressure can lead to serious damage to the refrigerant compressor or compressor.
  • refrigerant circuits for the interior or component cooling of vehicles typically use refrigerant compressors with suction pressure regulation as load regulation. These compressors have a self-protection mechanism that prevents aspiration to an inadmissibly low suction pressure level with concomitant component damage.
  • Novel compressors are often equipped with other control mechanisms, eg. B. with a control mechanism for more accurate flow control or torque control. There is no regulation according to the suction pressure and no referencing of the suction pressure. In order to be able to detect a refrigerant underfill, the suction pressure could, for example, be detected by measurement and limited to a minimum by means of a protective function. This type of measurement is unusual in vehicles and expensive to implement.
  • DE 10 2004 024 579 B3 discloses a method and a device for monitoring a fill level of a refrigerant circuit of an air conditioning system of a motor vehicle.
  • an outside temperature and / or an engine temperature of the vehicle and a refrigerant pressure are measured, and an idle state analysis is performed.
  • an idle state analysis of the refrigerant circuit for detecting a Fried Schollmenge the refrigerant circuit in this case by means of a pressure sensor, the pressure of the refrigerant is measured and set with a temperature of the refrigerant or a comparable temperature in relation.
  • DE 601 07 782 T2 also discloses a method and a device for monitoring the filling state of a motor vehicle air conditioning system.
  • the compressor within the refrigerant circuit is activated under quasi-stationary operating conditions for a predetermined period of time.
  • a determined value of at least one predetermined property of the resulting curve of the cold medium pressure is compared with a reference value and, as a function of the comparison, it may be concluded that the refrigerant circuit is underfilled.
  • the object of the invention is to provide an alternative and cost-effective method for avoiding damage to the refrigerant circuit due to a refrigerant underfill by appropriate control and / or regulation of the vehicle air conditioning, in particular the refrigerant circuit, which specifically for vehicle air conditioners with externally controllable refrigerant compressors and without pressure sensor in the refrigerant circuit for measuring the suction pressure is suitable.
  • the invention is based on a vehicle air conditioning system with a refrigerant circuit, wherein the refrigerant circuit comprises at least one compressor, a condenser or gas cooler, a refrigerant expansion device and an evaporator.
  • the refrigerant compressed by the compressor is supplied to the condenser or gas cooler, which in turn is connected to the evaporator via a refrigerant expansion device.
  • the evaporator or after the condenser or gas cooler may still be arranged a collector in which the refrigerant is collected.
  • the invention is therefore based on the finding that in the case of underfilling due to refrigerant superheat relatively high air outlet temperatures or surface temperatures lead to more or less strong inhomogeneity of the air outlet temperatures of the outlet air from the evaporator and depending on the degree of underfill locally extremely low air outlet temperatures or locally extreme deep surface temperatures occur at the evaporator.
  • Evaporator temperature sensors commonly used today are usually positioned on the air outlet side of the evaporator, depending on the type of evaporator, so that a representative evaporator air outlet temperature is sensed in the case of a normally filled refrigeration cycle. This sensor is positioned in the exit airflow from the evaporator in most cases. But it can also be positioned in the disk pack of the evaporator and measure the surface temperature of the evaporator or the disk pack at this point.
  • a first conventionally positioned evaporator temperature sensor is provided in the context of the method according to the invention, which has a first temperature which correlates with the temperature of the outlet air flow measures.
  • This evaporator temperature sensor can be positioned analogously to the top in the outlet air flow of the evaporator or to determine the surface temperature of the evaporator.
  • a second temperature sensor should be positioned in the evaporator so that it can measure a second temperature correlated with the temperature of the outlet air flow.
  • the second evaporator temperature sensor may be positioned analogously to the first evaporator temperature sensor in the outlet air flow of the evaporator or in the evaporator for determining the surface temperature of the evaporator.
  • the first and / or second evaporator temperature sensor can also be positioned in connection with a refrigerant line so that the refrigerant inlet temperature into the evaporator or the refrigerant outlet temperature from the evaporator can be measured by means of these sensors. Both measurement signals are fed to a control unit, where they are read in and processed further in the context of the method according to the invention.
  • the inventive method for controlling or regulating the vehicle air conditioning system, in particular the refrigerant circuit of the vehicle air conditioning system to avoid the harmful low suction pressures and the associated component damage in the refrigerant circuit is characterized in that the vehicle air conditioning system, in particular the refrigerant circuit in dependence on the measured temperatures of the two evaporator temperature sensors, is controlled or regulated in particular as a function of the difference between the first and second measured temperature and / or in dependence on the lower of the two measured temperatures.
  • the method has the advantage that in the control and regulation of the refrigerant charge due to the inhomogeneities of the air outlet temperature can be considered such that no component damage to the refrigerant circuit due to refrigerant underfillment occurs.
  • Another advantage is that the conventional methods for controlling and regulating the refrigeration circuit with normally filled refrigerant circuit need not be changed, since the first evaporator sensor sits in the conventional position and the second sensor measures approximately the same temperature in the case of a normally filled refrigerant circuit first feeler.
  • the avoidance of the locally occurring low evaporator temperature at refrigerant underfilling and the associated avoidance of harmful low suction pressures can be done in such a way that the control of the evaporator temperature is made in dependence on the lower of the two measured temperatures, d. H. the lower of the two measured temperatures is used as the evaporator temperature control input to control the input to a preset evaporator temperature setpoint. If locally very low evaporator temperatures occur, which are measured by means of at least one of the two evaporator temperature sensors, the refrigerant compressor is automatically regulated back, i. H. the suction pressure is raised again, since the evaporator temperature setpoint in vehicle air conditioning systems is generally above this locally measured low temperature.
  • the degree of inhomogeneity of the air outlet temperatures on the entire evaporator can be estimated and assessed by taking the difference between the two measured temperatures and optionally considering the load condition of the air conditioning system. Accordingly, the control or regulation of the refrigeration cycle can also be dependent on the difference between the measured first and second temperature and optionally taking into account the load condition of the air conditioning system. be taken. In particular, depending on the determined difference between the two measured temperatures, a drive signal for the compressor can be determined or a drive signal for the compressor determined on the basis of other variables can be corrected.
  • a determined load signal can also be included.
  • the drive signal is only determined or corrected as a function of the positive amount of the difference between the two measured temperature values when the positive amount of the difference exceeds a predetermined first limit value.
  • the limit value should be selected so that if this limit value is exceeded, it can be assumed that the refrigerant circuit is not filled normally and due to this, inhomogeneities of the air outlet temperatures occur on the entire evaporator. If the positive amount of the difference exceeds the predetermined first limit value, the drive signal for the compressor is influenced such that it operates at a lower power and thus the suction pressure is reduced.
  • the evaporator temperature setpoint can be influenced in dependence on the determined difference, in particular in such a way that the evaporator temperature setpoint is raised when the larger difference between the two measured temperatures is determined. If the positive amount of the difference between the two measured temperatures exceeds a predetermined third limit value, which may be equal to the second limit value, the evaporator temperature setpoint may be set very high or towards infinity, whereby the compressor operation or the refrigeration cycle is switched off.
  • the method according to the invention and its advantageous embodiments can be carried out by means of an implemented algorithm or a corresponding assembly arrangement in a control unit provided for this purpose, in particular in an air conditioning control unit.
  • Fig. 1 shows a structure of a refrigerant circuit of a non-illustrated
  • Fig. 3 is a simplified diagram for illustrating the inventive
  • Fig. 4 is a simplified diagram for illustrating the inventive
  • the refrigerant circuit KK of a vehicle air conditioning system illustrated in FIG. 1 comprises at least one compressor K for compressing the refrigerant KM, to which a condenser or gas cooler GK is connected downstream of the high-pressure side.
  • This condenser or gas cooler GK is a refrigerant E ⁇ xpansionsvorrichtu ⁇ g E downstream, followed by an evaporator V. After the evaporator V or after the condenser / gas cooler GK can still be provided a collector S.
  • An air conditioner controller SG controls the operation of the air conditioner in a conventional manner depending on the drive signal directly or indirectly (by controlling the evaporator temperature) on the converted refrigerant flow or refrigerant differential pressure between high and low pressure parts of the refrigerant circuit KK.
  • an inner heat exchanger can be arranged in front of the compressor K, which connects the high-pressure side (refrigerant circuit section between gas cooler and expansion element) thermally with the low-pressure side (refrigerant circuit section between evaporator or accumulator and compressor).
  • first and second evaporator temperature sensor S1 and S2 are shown, wherein the first evaporator temperature sensor S1 is here for example in the region of the refrigerant outlet from the evaporator V, and the second evaporator temperature sensor is arranged here in the region of the refrigerant inlet into the evaporator V, for example.
  • FIG. 2 shows a detailed illustration of the evaporator V and the positioning of the two evaporator temperature sensors S1 and S2, wherein the refrigerant KM flows through the evaporator V from left to right.
  • the lines through which the refrigerant KM flows are arranged serpentine.
  • the refrigeration capacity stored in the refrigerant KM can very effectively be delivered to the air flowing through or flowing around the evaporator, which cools as a result. Illustrated are, for example, the air outlet temperatures in the case of underfilling, which increase here from left to right.
  • the two evaporator temperature sensors S1 and S2 are positioned such that the first evaporator temperature sensor SI is placed at a hot spot of the disk pack and the second evaporator temperature sensor S2 is located at a cold spot of the disk pack is. Both sensors S1 and S2 are positioned in this embodiment, so that they can measure the outlet air temperature of the evaporator or the disk pack at the respective location. Alternatively, the two sensors S1 and S2 can also be positioned at the respective marked location in the disk pack so that they can measure the surface temperature of the evaporator.
  • FIGS. 3 and 4 show two alternative embodiments of the method according to the invention with reference to simplified flowcharts.
  • the lower of the two temperatures t1 and t2 is selected as the actual value IW for the evaporator temperature control Reg_V.
  • the evaporator temperature control Reg_V then takes place in block 2.
  • a first signal s1 is generated and fed to a unit 3, wherein the first signal s1 activates a signal necessary for evaporator temperature control of the compressor corresponds.
  • the difference dT between the two measured temperatures t1 and t2 is determined and evaluated in block 4.
  • a corresponding (second) signal s2 is generated and also supplied to the unit 3.
  • a signal s2 having a value "0" can be generated, which means that no control of the compressor is permitted and the coolant circuit must be switched off second signal s1 a "1" are sent, which means that the drive signal sA for controlling the compressor can be determined only in response to the first signal s1 and corresponding thereto.
  • the specific configuration of the second signal s 2 depends on the type of evaluation in the unit 3.
  • the unit 3 determines in response to the incoming signals - in Fig. 3 thus from the signals s1 and s2, the actual drive signal sA for controlling the compressor.
  • the minimum of the incoming signals s1 and s2 as the drive signal sA This can be done, for example, by forming the minimum value or corresponding prioritization of the incoming signals.
  • the refrigerant compressor is automatically regulated back as a function of the signal s1, that is, the suction pressure is reduced. If the amount of the difference dT is greater than the second limit value GW2, the drive signal sA for the control of the compressor is set to zero and thus the refrigeration cycle is switched off.
  • a third signal s3 for the control of the compressor and supplied to the unit 3.
  • a third signal s3 is generated only when the positive amount of the difference dT exceeds a predetermined first limit value GWI which is smaller than the predetermined second limit value GW2.
  • This third signal s3 is also configured depending on the type of evaluation in the unit 3 such that when exceeding the first limit value GW1 the third signal s3 generated due to this limit exceeded is, so to speak, prioritized higher than that of the evaporator controller Reg V generates first signal s1, but lower than the second signal s2.
  • the evaporator temperature setpoint SW for the evaporator temperature control Reg_V could also be influenced as a function of the difference dT. If the positive amount of the difference dT exceeded the predetermined second limit value GW2, the setpoint SW could be set so high that the compressor is switched off, since no cooling of the refrigerant or the outlet air from the evaporator is necessary.
  • refrigerant underfilling can be detected in a simple and cost-effective manner, and any damage occurring to the refrigerant compressor or compressor can be avoided. This also results in an increase in customer satisfaction, as due to the fault detection timely maintenance and filling of the refrigerant can be performed.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf ein entsprechend ausgebildetes Klimaanalagensteuergerät (SG) zur Steuerung oder Regelung einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf (KK), wobei der Kältemittelkreislauf mindestens einen Kompressor (K), dessen Ausgang an einen Kondensator oder Gaskühler (GK) angeschlossen ist, und einen Verdampfer (V) umfasst, der mit seinem Eingang mittels einer Kältemittel-Expansionsvorrichtung (E) am Ausgang des Kondensators oder Gaskühlers und mit seinem Ausgang am Eingang des Kompressors angeschlossen ist. Mittels eines ersten Verdampfertemperatursensors (S1) wird eine mit der Temperatur des Austrittsluftstroms korrelierende erste Temperatur und mittels eines zweiten Verdampfertemperatursensors (S2) wird eine mit der Temperatur des Austrittsluftstroms in diesem Bereich korrelierende zweite Temperatur gemessen. Der Kältemittelkreislauf wird in Abhängigkeit von der Differenz der ersten und zweiten gemessenen Temperatur und/oder in Abhängigkeit von der niedrigeren der beiden gemessenen Temperaturen gesteuert oder geregelt.

Description

Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Fahrzeugklimaanlage
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine entsprechend ausgebildetes Klimaanlagensteuergerät zur Steuerung oder Regelung einer Fahrzeugklimaanlage, insbesondere des Kältemittelkreislaufs.
Fahrzeugklimaanlagen umfassen einen Kältemittelkreislauf, durch den das Kältemittel, welches zum Abkühlen der Luft notwendig ist, fliest. Aus dem Kältemittelkreislauf kann über die Laufzeit oder aufgrund einer Beschädigung Kältemittel austreten. In einem Kältemittelkreislauf, der mit zu wenig Kältemittel befüllt ist, tritt bei Kälteleistungsanforderungen eine unüblich hohe Überhitzung nach der Wärmezufuhr im Verdampfer auf. Um dennoch die benötigte Kälteleistung umsetzen zu können, wird der Kompressor immer stärker angesteuert und so je nach Steuerungsprinzip des Kompressors im Kältekreislauf der Saugdruck vor dem Kompressor immer weiter abgesenkt, so dass trotz Kältemittelüberhitzung versucht wird, ausreichend Kälteleistung zur Verfügung zu stellen. Dieser sehr niedrige Saugdruck kann zu schweren Schäden am Kältemittelverdichter bzw. Kompressor führen. Bedingt durch den Kältemittelmangel kann es auch zu Störungen der Ölzirkulation im Kältekreislauf kommen, welche ebenfalls zu Schäden am Kältemittelverdichter führen können. Um Klimaanlagen vor Schäden aufgrund eines zu niedrigen Kältemittel- Füllstands zu schützen, muss die Kältemittel-Füllmenge der Klimaanlagen kontinuierlich überwacht werden. Bei herkömmlichen Kältemittelkreisläufen zur Innenraum- oder Komponentenkühlung von Fahrzeugen kommen typischerweise Kältemittelverdichter bzw. Kompressoren mit Saugdruckregelung als Lastregelung zum Einsatz. Diese Kompressoren verfügen über einen Selbstschutzmechanismus, der ein Absaugen auf ein unzulässig tiefes Saugdruckniveau mit einhergehender Komponentenschädigung verhindert.
Neuartige Kompressoren sind oft mit anderen Regelmechanismen ausgestattet, z. B. mit einem Regelmechanismus zur genaueren Volumenstromregelung oder Drehmomentenregelung. Hier erfolgt keine Regelung nach dem Saugdruck und keine Referenzierung des Saugdrucks. Um eine Kältemittel- Unterfüllung feststellen zu können, könnte der Saugdruck bspw. messtechnisch erfasst und mittels einer Schutzfunktion auf ein Minimum limitiert werden. Diese Art der Messung ist in Fahrzeugen unüblich und teuer in der Umsetzung.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Füllstands eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs offenbart bspw. die DE 10 2004 024 579 B3. Hier wird eine Außentemperatur und/oder eine Motortemperatur des Fahrzeugs und ein Kältemitteldruck gemessen, und eine Ruhezustandsanalyse durchgeführt. Zur Durchführung einer Ruhezustandanalyse des Kältemittelkreislaufs zur Feststellung einer Fehlfüllmenge des Kältemittelkreislaufs wird hierbei mittels eines Drucksensors der Druck des Kältemittels gemessen und mit einer Temperatur des Kältemittels oder einer vergleichbaren Temperatur in Relation gesetzt. Eine im Rahmen der Relation durchgeführte Bewertung von gemessenen Zustandsgrößen lässt eine Aussage über den Füllgrad des Kältemittelkreislaufs, also der im Kältemittelkreislauf befindlichen Kältemittelmenge zu. Auch die DE 601 07 782 T2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des Füllungszustands einer Kraftfahrzeugklimaanlage. Bei diesem Verfahren wird der Kompressor innerhalb des Kältemittelkreislaufs bei quasistationären Betriebsbedingungen für eine vorbestimmte Zeitdauer aktiviert. Anschließend wird ein ermittelter Wert von zumindest einer vorbe- stiiTinriten Eigenschaft der resultierenden Kurve des Kaltβmitteldrucks mit einem Bezugswert verglichen und in Abhängigkeit vom Vergleich ggf. auf eine Unterfüllung des Kältekreislaufs geschlossen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives und kostengünstiges Verfahren zur Vermeidung von Schäden am Kältemittelkreislauf aufgrund einer Kältemittelunterfüllung durch entsprechende Steuerung und/oder Regelung der Fahrzeugklimaanlage, insbesondere des Kältemittelkreislaufs anzugeben, welches speziell für Fahrzeugklimaanlagen mit extern regelbaren Kältemittelverdichtern und ohne Drucksensor im Kältemittelkreislauf zum Messen des Saugdrucks geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht von einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf aus, wobei der Kältemittelkreislauf zumindest einen Kompressor, einen Kondensator bzw. Gaskühler, eine Kältemittel-Expansionsvorrichtung und einen Verdampfer umfasst. Das durch den Kompressor komprimierte Kältemittel wird dem Kondensator bzw. Gaskühler zugeführt, der wiederum über eine Kältemittel-Expansionsvorrichtung mit dem Verdampfer verbunden ist. Nach dem Verdampfer oder nach dem Kondensator bzw. Gaskühler kann noch ein Sammler angeordnet sein, in dem das Kältemittel gesammelt wird.
Wie bereits eingangs erwähnt, kommt es im Fall einer Kältemittelunterfüllung im Kältemittelkreislauf beim Einsatz von Kältemittelverdichtern, die nicht nach dem Saugdruck geregelt werden, zu sehr niedrigen Saugdrücken. Diese bewirken in einem Teilbereich des Verdampfers in der Nähe des kältemittel- seitigen Verdampfereintritts ungewöhnlich tiefe Verdampfungstemperaturen und somit auch ungewöhnlich tiefe luftseitige Austrittstemperaturen in diesem Bereich bzw. sehr tiefe Oberflächentemperaturen auf dem Verdampfer.
Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass im Falle einer Unterfüllung aufgrund Kältemittelüberhitzung relativ hohe Luftaustrittstemperaturen bzw. Oberflächentemperaturen zu mehr oder weniger starker Inhomogenität der luftseitigen Austrittstemperaturen der Austrittsluft aus dem Verdampfer führen und je nach Grad der Unterfüllung lokal extrem tiefe Luftaustrittstemperaturen bzw. lokal extrem tiefe Oberflächentemperaturen am Verdampfer auftreten.
Um diese Inhomogenität der luftseitigen Austrittstemperaturen aus dem Verdampfer bzw. der Oberflächentemperaturen am Verdampfer detektieren zu können, sind mindestens zwei Verdampfertemperatursensoren zum Messen der mit dem Austrittsluftstrom am Verdampfer korrelierenden Temperaturen notwendig. Heute üblicherweise eingesetzte Verdampfertemperatursensoren sind meist auf der Luftaustrittseite des Verdampfers je nach Verdampferbauart derart positioniert, so dass bei einem normal befüllten Kältekreislauf eine repräsentative Verdampferluftaustrittstemperatur sensiert wird. Dieser Sensor wird in den meisten Fällen im Austrittsluftstrom aus dem Verdampfer positioniert. Er kann aber auch im Lamellenpaket des Verdampfers positioniert sein und die Oberflächentemperatur des Verdampfers bzw. des Lamellenpakets an dieser Stelle messen.
In Anlehnung an die oben genannte Positionierung eines Verdampfertemperatursensors ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein erster herkömmlich positionierter Verdampfertemperatursensor vorgesehen, der ein mit der Temperatur des Austrittsluftstroms korrelierende erste Temperatur misst. Dieser Verdampfertemperatursensor kann analog zu oben im Austrittsluftstrom des Verdampfers oder zur Ermittlung der Oberflächentemperatur des Verdampfers positioniert sein.
Zusätzlich zum ersten Temperatursensor soll ein zweiter Temperatursensor im Verdampfer so positioniert sein, dass er eine mit der Temperatur des Austrittsluftstroms korrelierende zweite Temperatur messen kann. Idealerweise kann der zweite Verdampfertemperatursensor analog zum ersten Verdampfertemperatursensor im Austrittsluftstrom des Verdampfers oder im Verdampfer zur Ermittlung der Oberflächentemperatur des Verdampfers positioniert sein.
Alternativ können der erste und/oder zweite Verdampfertemperatursensor auch in Verbindung mit einer Kältemittelleitung so positioniert werden, dass mittels dieser Sensoren die Kältemitteleintrittstemperatur in den Verdampfer oder die Kältemittelaustrittstemperatur aus dem Verdampfer gemessen werden kann. Beide Messsignale werden einer Steuereinheit zugeführt, wo sie eingelesen und im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter verarbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Fahrzeugklimaanlage, insbesondere des Kältemittelkreislaufs der Fahrzeugklimaanlage zur Vermeidung der schädlichen tiefen Saugdrücke und der damit einhergehenden Komponentenschädigung im Kältemittelkreislauf zeichnet sich dadurch aus, dass die Fahrzeugklimaanlage, insbesondere der Kältemittelkreislauf in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturen der beiden Verdampfertemperatursensoren, insbesondere in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der ersten und zweiten gemessenen Temperatur und/oder in Abhängigkeit von der niedrigeren der beiden gemessenen Temperaturen gesteuert oder geregelt wird. Das Verfahren bietet den Vorteil, dass bei der Steuerung und Regelung der aufgrund von Kältemittelunterfüllung auftreten- den Inhomogenitäten der Luftaustrittstemperatur derart berücksichtigt werden können, so dass keine Komponentenschädigung des Kältemittelkreislaufs aufgrund Kältemittelunterfüllung eintritt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die herkömmlichen Verfahren zur Steuerung und Regelung des Kältekreises bei normal befülltem Kältekreis nicht verändert werden müssen, da der erste Verdampferfühler an der herkömmlichen Position sitzt und der zweite Sensor im Fall eines normal befüllten Kältekreis annähernd die gleiche Temperatur misst wie der erste Fühler.
Vorteilhafterweise kann die Vermeidung der stellenweise auftretenden tiefen Verdampfertemperatur bei Kältemittelunterfüllung und die damit verbundene Vermeidung der schädlichen tiefen Saugdrücke in der Art erfolgen, dass die Regelung der Verdampfertemperatur in Abhängigkeit von der niedrigeren der beiden gemessenen Temperaturen vorgenommen wird, d. h. die niedrigere der beiden gemessenen Temperaturen wird als Eingangsgröße für die Verdampfertemperaturregelung zur Regelung der Eingangsgröße auf einen vorgegebenen Verdampfertemperatursollwert verwendet. Treten lokal sehr tiefe Verdampfertemperaturen auf, welche mittels zumindest einem der beiden Verdampfertemperatursensoren gemessen werden, wird automatisch der Kältemittelverdichter zurückgeregelt, d. h. der Saugdruck wird wieder angehoben, da der Verdampfertemperatursollwert in Fahrzeugklimaanlagen in der Regel über dieser lokal gemessenen tiefen Temperatur liegt.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Vermeidung von Komponentenschäden aufgrund Kältemittelunterfüllung der Grad der Inhomogenität der Luftaustrittstemperaturen am gesamten Verdampfer durch Differenzbetrachtung der beiden gemessenen Temperaturen und optional unter Berücksichtigung des Lastzustands der Klimaanlage abgeschätzt und bewertet werden. Demnach kann die Steuerung oder Regelung des Kältekreislaufs auch in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der gemessenen ersten und zweiten Temperatur und optional unter Berücksichtigung des Lastzustands der Klimaanlage vor- genommen werden. Insbesondere kann in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz der beiden gemessenen Temperaturen ein Ansteuersignal für den Kompressor ermittelt oder ein aufgrund anderer Größen ermitteltes Ansteuersignal für den Kompressor korrigiert werden. Vorteilhafterweise kann bei der Ermittlung oder Korrektur des Ansteuersignals für den Kompressor auch ein ermitteltes Lastsignal einfließen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Ansteuersignal in Abhängigkeit vom positiven Betrag der Differenz zwischen den beiden gemessenen Temperaturwerten nur dann ermittelt oder korrigiert, wenn der positive Betrag der Differenz einen vorgegebenen ersten Grenzwert überschreitet. Der Grenzwert ist dabei so zu wählen, dass bei Überschreitung dieses Grenzwerts davon ausgegangen werden kann, dass der Kältemittelkreislauf nicht normal befüllt ist und aufgrund dessen Inhomogenitäten der Luftaustrittstemperaturen am gesamten Verdampfer auftreten. Überschreitet der positive Betrag der Differenz den vorgegebenen ersten Grenzwert, wird das Ansteuersignal für den Kompressor derart beeinflusst, dass dieser mit einer geringeren Leistung betrieben und somit der Saugdruck reduziert wird.
Überschreitet der positive Betrag der Differenz zwischen den beiden gemessenen Temperaturen einen vorgegebenen zweiten Grenzwert, der größer als der vorgegebene erste Grenzwert ist, wird auf eine derartige Kältemittelunterfüllung geschlossen, bei der davon ausgegangen wird, dass bei weiterem Betrieb des Kompressors Komponentenschäden im Kältemittelkreislauf auftreten könnten. Demnach wird in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei einem ermittelten positiven Betrag der Differenz zwischen den beiden gemessenen Temperaturen, der größer als der vorgegebene zweite Grenzwert ist, das den Kompressor ansteuernde Ansteuersignal derart beeinflusst, dass keine Verdichtung des Kältemittels mehr stattfindet, d. h. das Ansteuersignal wird zu Null und der Kompressorbetrieb eingestellt. Idealerweise können die gemessenen Temperaturen vor Ermittlung der Differenz noch gedämpft werden, damit kurzfristige Schwankungen nicht zu unnötigen Maßnahmen in der Kompressoransteuerung führen.
Anstelle der Beeinflussung des Ansteuersignals des Kompressors aufgrund der ermittelten Differenz zwischen den beiden gemessenen Temperaturen kann in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz auch der Verdampfertem- peratursollwert beeinflusst werden, insbesondere derart, dass bei ermittelter größerer Differenz zwischen den beiden gemessenen Temperaturen der Verdampfertemperatursollwert angehoben wird. Überschreitet der positive Betrag der Differenz zwischen den beiden gemessenen Temperaturen einen vorgegebenen dritten Grenzwert, der gleich dem zweiten Grenzwert sein kann, kann der Verdampfertemperatursollwert sehr hoch bzw. gegen unendlich vorgegeben werden, wodurch der Kompressorbetrieb bzw. der Kältekreislauf abgeschaltet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren, sowie deren vorteilhafte Ausgestaltungen können mittels eines implementierten Algorithmus oder einer entsprechenden Baugruppenanordnung in einem dafür vorgesehenen Steuergerät, insbesondere in einem Klimaanlagensteuergerät durchgeführt werden.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 einen Aufbau eines Kältemittelkreislaufs einer nicht näher dargestellten
Fahrzeugklimaanlage,
Fig. 2 eine detaillierte Darstellung des Verdampfers und der Positionierung der beiden Verdampfertemperatursensoren,
Fig. 3 ein vereinfachtes Diagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen
Verfahrens gemäß einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit, und
Fig. 4 ein vereinfachtes Diagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen
Verfahrens gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit . Der in Fig. 1 dargestellte Kältemittelkreislauf KK einer Fahrzeugklimaanlage umfasst zumindest einen Kompressor K zum Verdichten des Kältemittels KM, dem hochdruckseitig ein Kondensator bzw. Gaskühler GK nachgeschaltet ist. Diesem Kondensator bzw. Gaskühler GK ist eine Kältemittel- EΞxpansionsvorrichtuπg E nachgeschaltet, dem ein Verdampfer V folgt. Nach dem Verdampfer V oder nach dem Kondensator/Gaskühler GK kann noch ein Sammler S vorgesehen sein.
Ein Klimaanlagensteuergerät SG steuert den Betrieb der Klimaanlage in herkömmlicher Weise in Abhängigkeit vom Ansteuersignal direkt oder indirekt (durch Steuerung oder Regelung der Verdampfertemperatur) auf den umgesetzten Kältemittelstrom oder Kältemitteldifferenzdruck zwischen Hoch- und Niederdruckteil des Kältemittelkreislaufs KK. Vor dem Kompressor K kann bei Bedarf ein innerer Wärmetauscher angeordnet sein, welcher die Hochdruckseite (Kältekreisabschnitt zwischen Gaskühler und Expansionsorgan) thermisch mit der Niederdruckseite (Kältekreisabschnitt zwischen Verdampfer bzw. Sammler und Kompressor) verbindet. Weiter sind ein erster und zweiter Verdampfertemperatursensor S1 und S2 dargestellt, wobei der erste Verdampfertemperatursensor S1 hier beispielhaft im Bereich des Kältemittelaustritts aus dem Verdampfer V, und der zweite Verdampfertemperatursensor hier beispielhaft im Bereich des Kältemitteleintritts in den Verdampfer V angeordnet ist.
Die Fig. 2 zeigt eine detaillierte Darstellung des Verdampfers V und der Positionierung der beiden Verdampfertemperatursensoren S1 und S2, wobei das Kältemittel KM den Verdampfer V von links nach rechts durchströmt. Innerhalb des Verdampfers V sind die Leitungen, durch die das Kältemittel KM fließt, serpentinenförmig angeordnet. Dadurch kann sehr effektiv die im Kältemittel KM gespeicherte Kälteleistung an die den Verdampfer durchströmende bzw. umströmende Luft abgegeben werden, die sich dadurch abkühlt. Dargestellt sind beispielhaft die Luftaustrittstemperaturen im Fall einer Unterfüllung, die hier von links nach rechts zunehmen.
Um Inhomogenitäten der Luftaustrittstemperaturen am gesamten Verdampfer V erkennen zu können, sind die zwei Verdampfertemperatursensoren S1 und S2 so positioniert, dass der erste Verdampfertemperatursensor SI bei Unterfüllung an einer warmen Stelle des Lamellenpakets, und der zweite Verdampfertemperatursensor S2 bei Unterfüllung an einer kalten Stelle des Lamellenpakets angeordnet ist. Beide Sensoren S1 und S2 sind in diesem Ausführungsbeispiel so positioniert, so dass sie die Austrittslufttemperatur des Verdampfers bzw. des Lamellenpakets an der jeweiligen Stelle messen können. Alternativ können die beiden Sensoren S1 und S2 auch an der jeweiligen gekennzeichneten Stelle im Lamellenpaket so positioniert sein, dass sie die Oberflächentemperatur des Verdampfers messen können.
In den Fig. 3 und 4 sind zwei alternative Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von vereinfachten Ablaufdiagrammen dargestellt. In beiden Figuren werden die beiden mittels der Verdampfertemperatursensoren S1 und S2 gemessenen Temperaturen t1 und t2 einer hier nicht dargestellten Steuereinheit zugeführt und ausgewertet. Im Block 1 wird der niedrigere der beiden Temperaturen t1 und t2 als Istwert IW für die Verdampfertemperaturregelung Reg_V ausgewählt. In Abhängigkeit von diesem Istwert IW und einem vorgegebenen Verdampfertemperatursollwert SW erfolgt dann die Verdampfertemperaturregelung Reg_V im Block 2. Im Rahmen der Verdampfertemperaturregelung Reg_V wird ein erstes Signal s1 erzeugt und einer Einheit 3 zugeführt, wobei das erste Signal s1 einem aufgrund der Verdampfertemperaturregelung notwendigen Signal zum Ansteuern des Kompressors entspricht.
Gleichzeitig wird die Differenz dT zwischen den beiden gemessenen Temperaturen t1 und t2 ermittelt und im Block 4 ausgewertet. In Abhängigkeit da- von, ob der positive Betrag der Differenz dT einen vorgegebenen zweiten Grenzwert GW2 überschreitet, wird ein entsprechendes (zweites) Signal s2 erzeugt und ebenfalls der Einheit 3 zugeführt. Bspw. kann bei einer Überschreitung des vorgegebenen zweiten Grenzwertes GW2 ein Signal s2 mit einem Wert „0" erzeugt werden, was bedeutet, dass keine Ansteuerung des Kompressors erlaubt ist und der Kälternittelkreislauf abgeschaltet werden muss. Wird der zweite Grenzwert GW2 nicht überschritten, kann bspw. als zweites Signal s1 eine „1" gesendet werden, was dazu führt, dass das Ansteuersignal sA zur Ansteuerung des Kompressors lediglich in Abhängigkeit vom ersten Signal s1 ermittelt werden kann bzw. diesem entspricht. Die konkrete Ausgestaltung des zweiten Signals s2 hängt jedoch von der Art der Auswertung in der Einheit 3 ab.
Die Einheit 3 ermittelt in Abhängigkeit der eingehenden Signale - bei Fig. 3 also aus den Signalen s1 und s2 das tatsächliche Ansteuersignal sA zur Ansteuerung des Kompressors. Im Rahmen der Ermittlung des Ansteuersignals sA in der Einheit 3 wird z. B. durch eine entsprechende mathematische Verknüpfung oder entsprechende Aufbereitung der Eingangssignale das Minimum der eingehenden Signale s1 und s2 als Ansteuersignal sA vorgegeben. Dieses kann bspw. durch Minimalwertbildung oder entsprechende Priorisierung der eingehenden Signale erfolgen. Wird bspw. zumindest ein sehr tiefer Verdampfertemperaturwert gemessen und ist der positive Betrag der Differenz dT kleiner als der vorgegebene zweite Grenzwert GW2, so wird automatisch der Kältemittelverdichter in Abhängigkeit vom Signal s1 zurückgeregelt, also der Saugdruck reduziert. Ist der Betrag der Differenz dT größer als der zweite Grenzwert GW2, wird das Ansteuersignal sA für die Ansteuerung des Kompressors zu Null gesetzt und somit der Kältekreislauf abgeschaltet.
In der Darstellung in Fig. 4, welche die gleiche Steuerung und Regelung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, umfasst, wird zusätzlich im Block 5 in Abhängig- keit von der ermittelten Differenz dT zwischen den beiden gemessenen Temperaturen t1 und t2 und unter Berücksichtigung des Lastzustands L der Klimaanlage ein drittes Signal s3 für die Ansteuerung des Kompressors erzeugt und der Einheit 3 zugeführt. Bspw. wird nur dann ein drittes Signal s3 erzeugt, wenn der positive Betrag der Differenz dT einen vorgegebenen ersten Grenzwert GWI überschreitet, der kleiner ist als der vorgegebene zweite Grenzwert GW2. Dieses dritte Signal s3 ist dabei ebenfalls in Abhängigkeit von der Art der Auswertung in der Einheit 3 derart ausgestaltet, dass bei einer Überschreitung des ersten Grenzwertes GW1 das aufgrund dieser Grenzwertüberschreitung erzeugte dritte Signal s3 sozusagen höher priori- siert ist als das von der Verdampferregelung Reg V erzeugt erste Signal s1 , aber niedriger als das zweite Signal s2.
Alternativ könnte anstelle der Ermittlung eines (zweiten oder dritten) Signals s2 bzw. s3 für die Ansteuerung des Kompressors A_K in Abhängigkeit von der Differenz dT auch der Verdampfertemperatursollwert SW für die Verdampfertemperaturregelung Reg_V in Abhängigkeit von der Differenz dT beeinflusst werden. Würde der positive Betrag der Differenz dT den vorgegebenen zweiten Grenzwert GW2 überschreiten, könnte der Sollwert SW so hoch gesetzt werden, dass der Kompressor abgeschaltet wird, da kein Abkühlen des Kältemittels bzw. der Austrittsluft aus dem Verdampfers notwenig ist.
Mittels dieses Verfahrens zur Füllmengenüberwachung kann auf einfache und kostengünstige Weise Kältemittel-Unterfüllung detektiert werden und ggf. auftretende Schäden des Kältemittelverdichters bzw. Kompressors vermieden werden. Dadurch ergibt sich auch eine Erhöhung der Kundenzufriedenheit, da aufgrund der Fehlererkennung eine rechtzeitige Wartung und Auffüllen des Kältemittels durchgeführt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf (KK), wobei der Kältemittelkreislauf (KK) mindestens einen Kompressor (K), dessen Ausgang an einen Kondensator oder Gaskühler (GK) angeschlossen ist, und einen Verdampfer (V) um- fasst, der mit seinem Eingang mittels einer Kältemittel- Expansionsvorrichtung (E) am Ausgang des Kondensators oder Gaskühlers (GK) und mit seinem Ausgang am Eingang des Kompressors (K) angeschlossen ist, und wobei mittels eines ersten Verdampfertemperatursensors (S1 ) eine mit der Temperatur des Austrittsluftstroms korrelierende erste Temperatur (t1 ) und mittels eines zweiten Verdampfertemperatursensors (S2) eine mit der Temperatur des Austrittsluftstroms in diesem Bereich korrelierende zweite Temperatur (t2) gemessen wird und der Kältemittelkreislauf (KK) in Abhängigkeit von der Differenz (dT) der ersten und zweiten gemessenen Temperatur (t1 , t2) und/oder in Abhängigkeit von der niedrigeren (MIN(t1 , t2)) der beiden gemessenen Temperaturen (t1 , t2) gesteuert oder geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Verdampfertemperatur (Reg_V) auf einen vorgegebenen Verdampfertemperatursollwert (SW) in Abhängigkeit von der niedrigeren (MIN (t1 , t2)) der beiden gemessenen Temperaturen (t1 , t2) vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Regelung der Verdampfertemperatur (Reg_V) auf den vorgegebenen Ver- dampfertemperatursollwert (SW) die niedrigere der beiden gemessenen Temperaturen (MIN(t1 , t2)) als Istwert (IW) herangezogen wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuersignal (sA) für den Kompressor (K) zum Verdichten des Kältemittels (KM) in Abhängigkeit von der Differenz (dT) zwischen der ersten und zweiten Temperatur (t1 , t2), und vorteilhafterweise in Abhängigkeit vom Lastzustand (L) der Fahrzeugklimaanlage ermittelt oder korrigiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Differenz (dT) zwischen der ersten und zweiten gemessenen Temperatur (t1 , t2), dessen positiver Betrag einen vorgegebenen ersten Grenzwert (GW1 ) überschreitet, das Ansteuersignal (sA) derart ermittelt oder korrigiert wird, dass der Kompressor (K) eine geringere Verdichtung des Kältemittels (KM) vornimmt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Differenz (dT) zwischen der ersten und zweiten gemessenen Temperatur (t1 , t2), dessen positiver Betrag einen vorgegebenen zweiten Grenzwert (GW2) überschreitet, der größer als der erste Grenzwert (GW1 ) ist, das Ansteuersignal (sA) für den Kompressor (K) zu Null gesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein für die Verdampfertemperaturregelung (Reg_V) vorgegebener Verdampfertemperatursollwert (SW) in Abhängigkeit von der Differenz (dT) zwischen der ersten und zweiten Temperatur (t1 , t2), und vorteilhafterweise in Abhängigkeit vom Lastzustand (L) der Fahrzeugklimaanlage korrigiert wird.
8. Klimaanlagensteuergerät (SG) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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