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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf.
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Fahrzeugklimaanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt und dienen dazu den Innenraum oder die Fahrgastzelle eines Fahrzeugs mit einem Innenraumklimatisierungsluftstrom mit einer vorgegebenen Temperatur zu versorgen. Das Klimagerät einer solchen Fahrzeugklimaanlage stellt das eigentliche Lüftungssystem der Fahrgastzelle dar und umfasst einen Ansaugkanal, über welchen Luft, bspw. im Frischluftbetrieb von außerhalb des Fahrzeugs über einen Verdampfer und/oder einen Heizungswärmetauscher in die Fahrgastzelle geführt wird.
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Die Regelung einer solchen Fahrzeugklimaanlage übernimmt ein Klimasteuergerät, welches in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsparametern, wie bspw. dem über ein Bedienelement von einem Fahrzeuginsassen eingestellte Sollwert der Temperatur und dem Istwert der Temperatur der Fahrgastzelle, die Komponenten der Fahrzeugklimaanlage steuert.
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Eine Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf, welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer, einen Kältemittelverdichter, einen Kältemittelkondensator und ein dem Verdampfer zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbares Expansionsventil mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche aufweist, ist aus der
US 5,303,562 A bekannt. Bei diesem bekannten Kältemittelkreislauf wird aufgrund dynamischer Zustandswechsel, wie Temperaturänderungen, Lastwechsel aufgrund von Sonneneinstrahlungen und Wind usw. der Durchfluss von Kältemittel durch das Expansionsventil gesteuert. Es wird darauf hingewiesen, dass durch viele Einschalt- und Ausschaltzyklen der Klimaanlage ineffiziente Systemstarts mit hohen Energieverlusten entstehen. Dies sei darin begründet, dass bei Betriebsstart oder mit dem Einschalten dem System der Klimaanlage zusätzlich Energie zugeführt werden muss, um es nach jedem Betriebsende oder jedem Abschalten in den normalen Betriebsmodus, bspw. den Kälteanlagenbetrieb zu bringen, mit der Folge, dass während des Systemstarts der Kältemittelkreislauf nicht mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Daher schlägt diese
US 5,303,562 A vor, das elektrisch steuerbare Expansionsventil mit dem Abschalten der Klimaanlage zu schließen und mit dem Einschalten dessen Ventil-Querschnittsfläche ausgehend von dem geschlossenen Zustand mit einem Querschnittswert Null auf einen Querschnittswert zu steuern, der gegenüber dem im Kälteanlagebetrieb eingestellten Querschnittswert größer ist. Damit soll ein schnellerer Transport von Kältemittel zum Verdampfer unter Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt werden. Anschließend wird die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils ausgehend von diesem vergrößerten Querschnittswert in den Kälteanlagebetrieb mit reduziertem Querschnittswert gesteuert.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch, dass mit dem Einschalten der Klimaanlage, d.h. mit anlaufendem Kältemittelverdichter, und insbesondere beim Einsatz des Kältemittels R744 sehr steile Druckgradienten mit hohen Druckwerten auftreten, die nur durch einen sehr dynamischen Systemregeleingriff in den zulässigen Betriebsgrenzen gehalten werden können. Im Extremfall muss mit dem Abschalten des Kältemittelkreislaufes und damit des Verdichters gerechnet werden. Bei einer Fahrzeugklimaanlage treten solche unerwünschten Betriebsbedingungen unter Hochlastbedingungen und Systemstarts bei hohen Systemruhedrücken mit noch nicht optimaler Umströmung des Kältemittelkondensators, der auch Kältemittelgaskühler bei Verwendung von R744 als Kältemittel genannt wird, aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit verstärkt auf.
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Die
DE 37 39 980 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage, bei welchem der Öffnungsgrad eines Expansionsventils über eine PID-Regelung derart geregelt wird, dass die Kältemittelüberhitzung am Ausgang eines Verdampfers einen Sollwert erreicht. Die abgelaufene Zeit nach Betriebsbeginn der Fahrzeugklimaanlage wird überwacht. Wenn die abgelaufene Zeit eine Bezugszeit erreicht, wird der Verstärkungsfaktor der PID-Regelung von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert geändert. Die abgelaufene Zeit ist dabei eine Funktion der Wärmelast.
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Bei dem Verfahren gemäß der
US 5 224 354 A zur Steuerung einer Klimaanlage wird mittels einer Steuereinheit ein Überhitzungsgrad eines auf Niederdruck entspannten Gases bestimmt, bevor ein Verdichter in Betrieb gesetzt wird. Die Berechnung erfolgt auf der Basis der Differenz zwischen der mittels eines Temperatursensors gemessenen Temperatur am Ausgang des Verdichters und der mittels eines Temperatursensors gemessenen Temperatur am Ausgang eines Kondensators. Mit dem Start des Verdichters wird laufend der Überhitzungsgrad bestimmt und der Öffnungsgrad eines Expansionsventils in Richtung auf einen vorbestimmten Betriebswert gesteuert.
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Aus der
DE 35 87 300 T2 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs bekannt, bei welchem zur Messung eines Überhitzungsgrades ein Expansionsventil mit veränderbarem Tastverhältnis so gesteuert wird, dass periodisch unterschiedliche Ventil-Querschnitte eingestellt werden, um eine mittlere Durchflussrate zu realisieren. Das Tastverhältnis ändert sich entsprechend des gemessenen Überhitzungsgrades, wodurch die Überhitzung überwacht werden kann.
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Auch mit dem Verfahren gemäß der
DE 10 2005 019 146 A1 soll eine zuverlässige Regelung der Überhitzung sichergestellt werden, wenn ein Verdichter eines Kältemittelkreislaufes nicht kontinuierlich betrieben wird. Hierzu wird die Regelung der Überhitzung des Kältemittels mit dem Umschalten des Verdichters zwischen dem Verdichtungszustand, in dem das Kältemittel verdichtet wird, und dem Leerlaufzustand, in dem das Kältemittel nicht verdichtet wird, synchronisiert wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit verbesserten Eigenschaften anzugeben, mit welchem insbesondere hohe Druckgradienten und Druckspitzen mit dem Einschalten der Fahrzeugklimaanlage vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
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Gemäß Patentanspruch 1 wird zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf, welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer, einen Kältemittelverdichter, einen Kondensator oder Gaskühler und ein dem Verdampfer zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbares Expansionsventil mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche aufweist,
- - im Kälteanlagebetrieb die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Fahrzeugklimaanlage auf einen bestimmten Betriebsquerschnittswert eingestellt,
- - mit dem Ausschalten der Fahrzeugklimaanlage der aktuelle Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils auf einen größeren ersten Einschaltquerschnittswert eingestellt, und
- - mit dem Einschalten der Fahrzeugklimaanlage die auf den ersten Einschaltquerschnittswert eingestellte Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils auf einen Betriebsquerschnittswert gesteuert.
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Damit wird durch gezieltes Ansteuern des Expansionsventils mittels des Steuergerätes auf eine Ventil-Querschnittsfläche mit einem ersten Einschaltquerschnittswert ein verzögerter Druckanstieg realisiert. Dabei ist dieser erste Einschaltquerschnittswert größer als der während des Kälteanlagenbetriebes in Abhängigkeit von Betriebsparametern von dem Steuergerät eingestellte Betriebsquerschnittswert. Dabei wird als Ausschaltquerschnittswert der bei einer Abschaltung der Fahrzeugklimaanlage zuletzt eingestellte Betriebsquerschnittswert bezeichnet.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird mit dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage der Ausschaltquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils für eine vorgegebene Kurzzeitdauer beibehalten oder auf einen größeren zweiten Einschaltquerschnittswert gesteuert, wobei der zweite Einschaltquerschnittswert kleiner ist als der erste Einschaltquerschnittswert, und erst nach Ablauf der Kurzzeitdauer die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils auf den größeren ersten Einschaltquerschnittswert gesteuert. Damit wird das Systemanlaufverhalten der Fahrzeugklimaanlage weiter optimiert, da das zeitabhängige Verhalten der Fahrzeugklimaanlage hinsichtlich der Ruheparameter berücksichtigt wird. Eine solche Kurzzeitdauer kann bspw. im Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeugs, bei einer versehentlichen Betätigung der AC-Taste durch einen Fahrzeuginsassen oder durch ein Motorsteuergerät des Fahrzeugs bewirkt werden. Damit wird während dieser Kurzzeitdauer der letzte Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert entweder beibehalten oder nur geringfügig auf den zweiten Einschaltquerschnittswert angehoben und erst nach Ablauf dieser Kurzzeitdauer auf den größeren ersten Einschaltquerschnittswert vergrößert. Wird der letzte Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert beibehalten und die Fahrzeugklimaanlage während dieser Kurzzeitdauer wieder eingeschaltet, würde dieser Ausschaltquerschnittswert als Einschaltquerschnittswert verwendet, d.h. die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils wird nicht mit dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage verändert.
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Besonders vorteilhaft ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, wenn als Expansionsventil ein NO-Ventil (Normally-Open-Ventil) eingesetzt wird, welches im unbestromten Zustand eine maximale Ventil-Querschnittsfläche mit dem ersten Einschaltquerschnittswert aufweist, und zum Einschalten der Fahrzeugklimaanlage das NO-Ventil aus dem unbestromten Zustand auf einen Betriebsquerschnittswert im Kälteanlagebetrieb gesteuert wird.
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Bei Einsatz eines solchen NO-Ventils steht bei jedem Systemstart der maximal verfügbare Öffnungsquerschnitts als erster Einschaltquerschnittswert zur Verfügung, so dass auch der Strömungswiderstand auf ein Minimum reduziert wird. Erst mit dem Systemstart wird im Kälteanlagenbetrieb die Ventil-Querschnittsfläche von dem ersten Einschaltquerschnittswert auf einen von den Betriebsparametern der Fahrzeugklimaanlage abhängigen Betriebsquerschnittswert als Sollgröße reduziert und auf diesen Wert geregelt. Durch dieses Vergrößern der Ventil-Querschnittsfläche werden bei jedem Systemstart die ansonsten durch den anlaufenden Kältemittelverdichter bewirkten steilen Druckgradienten und Druckspitzen im Kältemittelkreislauf vermieden, d.h. es wird ein verzögerter Druckanstieg realisiert. Selbst bei Hochlastbedingungen und einem Systemstart mit hohen Systemruhedrücken in Kombination mit noch nicht optimalen Umströmungsbedingungen des Kondensators oder Gaskühlers können solche steile Druckgradienten und Druckspitzen verhindert werden.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass mit dem Einschalten der Fahrzeugklimaanlage das Expansionsventil, insbesondere auch das NO-Ventil entsprechend einer Temperatur- und/oder Druck-Kennlinie gesteuert wird.
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Anstelle eines NO-Ventils als Expansionsventil kann auch ein NC-Ventil (Normally-Closed-Ventil) eingesetzt wird, welches im unbestromten Zustand eine geschlossene Ventil-Querschnittsfläche aufweist. Zum Einschalten oder zum Abschalten der Fahrzeugklimaanlage wird das Expansionsventil für einen definierten Zeitraum auf „offen“ verfahren.
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Bei der zweitgenannte Lösung gemäß Patentanspruch 5 wird zum Betreiben einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf, welcher als Komponenten wenigstens einen Verdampfer, einen Kältemittelverdichter, einen Kondensator oder Gaskühler und ein dem Verdampfer zugeordnetes und elektrisch mittels eines Steuergerätes ansteuerbaren Expansionsventil mit einer veränderbaren Ventil-Querschnittsfläche aufweist,
- - im Kälteanlagebetrieb die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Fahrzeugklimaanlage auf einen bestimmten Betriebsquerschnittswert eingestellt,
- - mit dem Ausschalten der Fahrzeugklimaanlage die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils mit zunehmender Umgebungstemperatur nach Maßgabe einer Temperatur-Kennlinie vergrößert und bei abnehmender Umgebungstemperatur nach Maßgabe einer Temperatur-Kennlinie verringert, wobei die Ventil-Querschnittsfläche höchstens bis auf einen von Null verschiedenen Basisquerschnittswert verringert wird, und
- - nach Ablauf einer Kurzzeitdauer nach dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage mit zunehmenden Ruhedruck im Kältemittelkreislauf die Ventil-Querschnittfläche nach Maßgabe einer Druck-Kennlinie vergrößert und mit abnehmenden Ruhedruck nach Maßgabe der Druck-Kennlinie verringert wird, wobei die Ventil-Querschnittsfläche höchstens bis auf einen von Null verschiedenen Basisquerschnittswert verringert.
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Gemäß dieser zweitgenannten Lösung wird für eine Kurzzeitdauer, die bei bspw. 1 Stunde betragen kann, während der die AC-Funktion ausgeschaltet ist, die Ventil-Querschnittsfläche in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur angehoben oder reduziert. Hierbei wird davon ausgegangen, dass nach Ablauf der Kurzzeitdauer sich die Parameter des Kältemittelkreislaufes auf Ruhewerte eingestellt haben, so dass in Abhängigkeit des detektierten Ruhe-druckes mittels einer Druck-Kennlinie die Zunahme oder die Abnahme des Ventil-Querschnittes realisiert wird. Eine solche Kurzzeitdauer kann im Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeugs, bei einer versehentlichen Betätigung der AC-Taste durch einen Fahrzeuginsassen oder durch ein Motorsteuergerät des Fahrzeugs bewirkt werden.
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Auch bei dieser zweitgenannten erfindungsgemäßen Lösung werden steile Druckgradienten und Druckspitzen im Kältemittelkreislauf vermieden, d.h. es wird ein verzögerter Druckanstieg realisiert. Selbst bei Hochlastbedingungen und einem Systemstart mit hohen Systemruhedrücken in Kombination mit noch nicht optimalen Umströmungsbedingungen des Kondensators oder Gaskühlers können solche steile Druckgradienten und Druckspitzen verhindert werden.
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Im Falle von nur kurzen Abschaltzeiten von bspw. bis ca. 60 Sekunden ist eine Ventildauerbestromung des Expansionsventils vorgesehen, um dadurch das Halten des Ausschaltquerschnittswertes zu bewirken, wodurch ein komplettes, also vollständiges Öffnen des Expansionsventils verhindert wird.
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Zur Bestimmung der Umgebungslast wird idealerweise neben der Temperatur auch die Umgebungsluftfeuchte einbezogen.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung dieses Verfahrens gemäß der zweitgenannten Lösung wird der Einschaltquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils im Augenblick des Einschaltens der Fahrzeugklimaanlage erneut auf Basis der Kennlinien, also der Temperatur-Kennlinie und der Druck-Kennlinie bestimmt.
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Ein weiterer Vorteil der erstgenannten und zweitgenannten Lösung liegt darin, dass nicht nur hohe Druckgradienten und Druckspitzen während des Systemstarts der Fahrzeugklimaanlage reduziert, sondern gleichfalls Hochdruckabschaltungen und damit auch Systemabschaltungen vermieden werden. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren einen sicheren und stabilen Übergang in die Hochdruckabregelung entlang der maximalen zulässigen Arbeitsdruckgrenze. Schließlich wird auch ein Ansprechen von zusätzlichen Sicherheitsorganen in dem Kältemittelkreislauf ausgeschlossen.
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Weitere Eingriffsmöglichkeiten zur Vermeidung von Druckspitzen bieten u.a. ein frühzeitiger Lüfteranlauf oder bei massenstrom- oder drehzahlgeregelten Verdichtern ein entsprechend moderater Kältemittelförderverlauf.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Be- zugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Prinzipschaltbild eines Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeug- klimaanlage,
- 2 eine beispielhafte Temperatur-Kennlinie in ihrem einfachsten Verlauf als Gerade zur Durchführung des Verfahrens, und
- 3 eine beispielhafte Druck-Kennlinie in ihrem einfachsten Verlauf als Gerade zur Durchführung des Verfahrens.
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Die 1 zeigt einen Kältemittelkreislauf 1 einer Fahrzeugklimaanlage eines Fahrzeugs (nicht dargestellt).
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Dieser Kältemittelkreislauf 1 umfasst als Komponenten einen Verdampfer 2 als Innenwärmeübertrager, einen Kältemittelverdichter 3, einen Kondensator oder Gaskühler 4 als Außenwärmeübertrager, ein dem Verdampfer 2 in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgeschaltetes elektrisch über ein Steuergerät 8 steuerbares Expansionsventil 5 (auch EXV genannt) sowie einen kreisprozessinternen Wärmeübertrager 6 und einen Kältemittelabscheider 7. Mit diesem Steuergerät 8 kann der Querschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 kontinuierlich oder über Stufen eingestellt und geregelt werden. Dieses Expansionsventil 5 dient dazu, das flüssige unterkritische oder auch transkritische Kältemittel zu einer niedrigeren Temperatur und einem niedrigeren Druck für den nachfolgenden Verdampfungsprozess schnell zu expandieren.
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Das Kältemittel des Kältemittelkreislaufes 1 wird durch den Kältemittelverdichter 3 zu einem Hochdruckgas verdichtet und über den Kondensator oder Gaskühler 4 und weiter über den kreisprozessinternen Wärmeübertrager 6 zu dem elektrischen Expansionsventil 5 über Kältemittelleitungen geführt. Anschließend wird das Kältemittel durch den Verdampfer 2 geleitet, in dessen Bereich die Wärmeübertragung mit der Innenraumluft der Fahrgastzelle stattfindet, und über den Kältemittelabscheider 7 und den kreisprozessinternen Wärmeübertrager 6 wieder dem Kältemittelverdichter 3 zugeführt.
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Ferner sind dem Kältemittelkreislauf 1 auch kombinierte oder separat ausgeführte Druck/Temperatur-Sensoren zugeordnet, deren Messwerte dem Steuergerät 8 zugeführt werden. So misst ein Druck/Temperatur-Sensor pT1 den Hochdruckwert und die Heißgastemperatur am Ausgang des Kältemittelverdichters 3 sowie ein Druck/Temperatur-Sensor pT2 am Ausgang des Kondensators oder Gaskühlers 4 den Druck sowie die Temperatur. Mittels eines Temperatursensors T_Um wird die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs erfasst und ebenso dem Steuergerät 8 zur Verfügung gestellt. Schließlich ist das Expansionsventil 5 idealerweise mit einem Lagesensor L versehen, um für das Steuergerät 8 eine Positions- und Lagerückmeldungsfunktionalität zu realisieren, so dass mittels des Steuergerätes 8 geprüft werden kann, ob die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventilen 5 verändert werden muss.
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Falls das Expansionsventil 5 keinen Lagesensor L aufweist, werden die letzten eingestellten Betriebsquerschnittswerte in dem Steuergerät 8 gespeichert und von diesem gespeicherten Wert ausgehend eine neue Sollposition angefahren.
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Im normalen Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1, also im Kälteanlagebetrieb wird die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 in Abhängigkeit der Messgrößen der Druck/Temperatur-Sensoren pT1 und pT2 sowie des Temperatursensors T_Um und der Temperatureinstellungen durch die Fahrzeuginsassen gesteuert und die Ventil-Querschnittsfläche auf einen entsprechende Betriebsquerschnittswert eingestellt.
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Um bei einem Systemstart oder bei einem Einschalten des Kältemittelkreislaufs 1 steile Druckgradienten sowie die Ausbildung von Druckspitzen zu vermeiden, wird mit dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 auf einen sogenannten ersten Einschaltquerschnittswert mittels des Steuergerätes 8 gesteuert, also aktiv gegenüber dem zuletzt eingenommenen Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert vergrößert, d.h. dieser erste Einschaltquerschnittswert ist größer als der zuletzt aufgrund der Betriebsparameter des Kältemittelkreislaufs 1 durch das Steuergerät 8 eingestellte, auch Ausschaltquerschnittswert genannte Betriebsquerschnittswert des Expansionsventils 5. Damit bleibt mit dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage, d.h. mit dem Abstellen des Kältemittelverdichters 3 das Expansionsventil 5 auf dem Einschaltquerschnittswert offen, so dass der Kältemittelkreislauf 1 mit diesem offenen Expansionsventil 5 wieder eingeschaltet, also in den Systemstart gesteuert wird. Dabei wird aus diesem offenen Zustand des Expansionsventils 5 mit einer dem ersten Einschaltquerschnittswert entsprechenden Ventil-Querschnittsfläche in einen betriebspunktabhängigen Zustand gesteuert, indem die Ventil-Querschnittsfläche auf einen Betriebsquerschnittswert reduziert wird.
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Damit werden zum einen Strömungsgeräusche vermindert und zum anderen wird die Dynamik im Hochdruckaufbau so begrenzt, dass es zu keinen Leistungseinbußen kommt.
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Ist das Expansionsventil 5 als stromlos geschlossenes Ventil, auch als NC (Normally-Closed)-Ventil bezeichnet, ausgebildet, wird mit dem Zuschalten, aber auch bei kurzfristigem Abschalten des Kältemittelkreislaufes 1 ein solches Expansionsventil 5 mit der Steuergerät 8 für einen definierten Zeitraum dauerhaft aktiv angesteuert und auf „offen“ verfahren, wodurch ein Schließen des Expansionsventils 5 verhindert wird. Speziell bei Verwendung von NC-Ventilen muss beachtet werden, dass eine Zuschaltung der AC-Anlage nicht vor dem Öffnen des entsprechenden Expansionsventils erfolgt. Aus diesem Grund ist für solche Ventile eine Verfahrdauer von geschlossen nach offen von unter 3s zu empfehlen.
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Auch ein NO-Ventil ist aufgrund der nicht gegebenen Selbsthemmung und Fixierung des letzten Betriebsquerschnittswertes (= Ausschaltquerschnittswert) dauerhaft zu bestromen. Für ein solches NO-Ventil ist die Verfahrdauer von untergeordneter Bedeutung, da aufgrund des Offenzustands ein Blockieren bei fehlender Funktion ausgeschlossen ist.
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Mit dem Abschalten der Fahrzeugklimaanlage wird zunächst der aktuelle Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 für eine vorgegebene Kurzzeitdauer beibehalten oder auf einen größeren zweiten Einschaltquerschnittswert gesteuert, wobei der zweite Einschaltquerschnittswert kleiner ist als der erste Einschaltquerschnittswert, also nur geringfügig gegenüber dem zuletzt eingestellten Betriebsquerschnittswert als Ausschaltquerschnittswert erhöht ist. Erst nach Ablauf der Kurzzeitdauer wird die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 vergrößert, also auf den ersten Einschaltquerschnittswert gesteuert. Damit wird das Systemanlaufverhalten der Fahrzeugklimaanlage weiter optimiert, da das zeitabhängige Verhalten der Fahrzeugklimaanlage hinsichtlich der Ruheparameter berücksichtigt wird. Eine solche Kurzzeitdauer kann bspw. im Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeugs, bei einer versehentlichen Betätigung der AC-Taste durch einen Fahrzeuginsassen oder durch ein Motorsteuergerät des Fahrzeugs bewirkt werden und kann im Bereich von einer bis mehreren Minuten liegen.
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Die Steuerung des Expansionsventils 5 beim Abschalten des Kältemittelkreislaufs 1 aus dem Kälteanlagebetrieb mit einem entsprechend den Betriebsparametern eingestellten Betriebsquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche kann auch mittels einer Kennfeld-Steuerung durchgeführt werden. Hierzu sind in dem Steuergerät 8 zur Steuerung des Expansionsventils 5 zum Abschalten und zum Einschalten der Fahrzeugklimaanlage zwei Kennlinien abgelegt, nämlich eine Temperatur-Kennlinie gemäß 2 sowie eine Druck-Kennlinie gemäß 3.
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Der Einschaltquerschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche, auf den das Expansionsventil 5 beim Abschalten des Kältemittelkreislaufes 1 gesteuert wird, hängt von demjenigen Betriebsquerschnitt der Ventil-Querschnittsfläche ab, mit welchem der normale Betrieb des Kältemittelkreislaufes 1 beendet wird.
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Zunächst wird mit dem Abschalten des Kältemittelkreislaufes 1 für eine vorgegebene Kurzzeitdauer mit zunehmender Umgebungstemperatur T-Um die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 gegenüber dem zuletzt eingenommenen Betriebszustand des Kältemittelkreislaufes 1 vergrößert und bei abnehmender Umgebungstemperatur T-Um gegenüber dem zuletzt eingenommenen Betriebszustand des Kältemittelkreislaufes 1 verkleinert, wobei die Zunahme und die Abnahme des Querschnittswertes A mittels der Temperatur-Kennlinie gemäß 2 bestimmt wird, die in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur T-Um den Querschnittswert A der einzustellenden Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 angibt. Dabei beginnt diese Kennlinie gemäß 2 bei einem von Null verschiedene Basisquerschnittswert Amin, so dass ein vollständiges Schließen des Expansionsventils 5 vermieden wird. Auf diesen entsprechend der Temperatur-Kennlinie gemäß 2 ermittelten Querschnittswert A wird die Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 ausgehend von dem Betriebsquerschnittswert des zuletzt eingenommenen Betriebszustandes entweder erhöht oder reduziert und mit diesem reduzierten oder erhöhten Querschnittswert A der Systemstart innerhalb der Kurzzeitdauer durchgeführt, also mit diesem Querschnittswert A der Kältemittelkreislauf 1 wieder eingeschaltet.
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Eine Kurzzeitdauer tritt dann auf, wenn das Fahrzeug bspw. in einem Start-Stopp-Betrieb betrieben wird, ein AC-Schalter seitens eines Fahrzeuginsassen versehentlich gedrückt oder von einem Motorsteuergerät die Fahrzeugklimaanlage kurzzeitig ausgeschaltet wird. Eine solche Kurzzeitdauer kann bspw. im Bereich von einer oder mehreren Minuten liegen.
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Auch kann eine solche Kurzzeitdauer als Stand- oder Parkdauer mit bspw. bis zu 1 Stunde definiert werden. Wird eine solche Kurzzeitdauer von bspw. 1 Stunde überschritten, wird davon ausgegangen, dass sich der Kältemittelkreislauf 1 als Gesamtsystem durchkonditioniert hat, d.h. dass sich die Parameter des Kältemittelkreislaufs 1 auf einen Ruhewert, insbesondere Ruhedruckwert eingestellt haben, der eine Aussage über die herrschenden Umgebungslastbedingungen liefern kann. Daher wird zur Einstellung des Querschnittswertes A der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 nach einer über der Kurzzeitdauer liegenden Standzeit der Systemruhedruck verwendet. Hierzu wird die Kennlinie gemäß 3 verwendet, die in Abhängigkeit des Druckes p1 und/oder p2 gemäß den Druck/Temperatur-Sensoren pT1 und pT2 den einzustellenden Querschnittswert A der Ventil-Querschnittsfläche des Expansionsventils 5 angibt, wobei diese Druck-Kennlinie gemäß 3 mit einer von Null verschiedenen Basisquerschnittsfläche Amin beginnt. Damit wird ein vollständiges Schließen des Expansionsventils 5 vermieden. Nach Ablauf einer solchen Kurzzeitdauer wird das Expansionsventil 5 mit einem solchen Querschnittswert A von dem Steuergerät 8 eingestellt und dieser Querschnittswert A auch für das Einschalten des Kältemittelkreislaufes 1 beibehalten. Mit dem Einschalten des Kältemittelkreislaufes 1 weist also das Expansionsventil 5 diesen Querschnittswert A auf und wird aus diesem Zustand in Abhängigkeit von Parametern des Kältemittelkreislaufes 1 auf einen niedrigeren Betriebsquerschnittswert gesteuert.
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Eine solche Kennliniensteuerung ist für alle elektrisch steuerbaren Expansionsventile 5 verwendbar.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Expansionsventil 5 als NO-Ventil (Normally-Open-Ventil) ausgebildet ist, welches sich im stromlosen Zustand stets auf seinen verfügbaren maximalen Öffnungsquerschnitts öffnet. Dieser Querschnittswert der Ventil-Querschnittsfläche des stromlosen Expansionsventils 5 ist größer als die für den Kälteanlagebetrieb des Kältemittelkreislaufes 1 vorgesehenen Querschnittswerte, so dass bei Systemstart oder beim Einschalten des Kältemittelkreislaufes 1 das als NO-Ventil ausgebildete Expansionsventil 5 immer aus dem maximalen Querschnittswert heraus angesteuert wird. Dieser maximale Querschnittswert als erster Einschaltquerschnittswert wird während des Systemstarts auf einen kleineren Querschnittswert für den Kälteanlagebetrieb mittels des Steuergerätes 8 reduziert und geregelt.
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Ein solches NO-Ventil wird also beim Einschalten der Fahrzeugklimaanlage gezielt bei Bedarf zu kleinen Querschnitten verfahren und ebenso wird beim Abschalten der Fahrzeugklimaanlage für kurze Zeiträume der letzte Querschnitt beibehalten oder geringfügig auf den zweiten Einschaltquerschnittswert angehoben und gehalten, bevor die Ventil-Querschnittsfläche weiter auf den ersten Einschaltquerschnittswert angehoben wird.
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Auch ein solches als NO-Ventil ausgebildetes Expansionsventil 5 kann mittels Kennlinien gemäß den 2 und 3 durch das Steuergerät 8 gesteuert und geregelt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kältemittelkreislauf
- 2
- Verdampfer
- 3
- Kältemittelverdichter
- 4
- Kondensator oder Gaskühler
- 5
- Expansionsventil
- 6
- kreisprozessinterner Wärmeübertrager
- 7
- Kältemittelabscheider
- 8
- Steuergerät
- A
- Querschnittswert
- Amin
- Basisquerschnittswert
- L
- Lagesensor
- p1
- Druck
- p2
- Druck
- pT1
- Druck/Temperatur-Sensor
- pT2
- Druck/Temperatur-Sensor
- T-Um
- Temperatur-Sensor