DE19717998C1 - Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit Kompressor-Schutzabschaltungsfunktion - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, die einen Kältemittelkreislauf mit Kompressor und Verdampfer beinhaltet, bei dem eine Kältemittel­ unterfüllungs-Schutzabschaltung für den Kompressor unter der notwendigen Bedingung vorgesehen ist, daß der Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs einen vorgebba­ ren Grenzwert unterschreitet.

Bei einem Verfahren dieser Art, das in von der Anmelderin herge­ stellten Kraftfahrzeugen verwendet wird, beinhaltet die Kälte­ mittelunterfüllungs-Schutzabschaltung ein selbsttätiges Abschal­ ten des angeschalteten Kompressors, wenn der Kältemitteldruck einen vorgebbaren Abschaltschwellwert von z. B. 1,75 bar unter­ schreitet, wobei das Anschalten des Kompressors erst wieder zu­ gelassen wird, wenn der Kältemitteldruck einen demgegenüber hö­ heren Anschaltschwellwert von z. B. 2,25 bar überschreitet. Par­ allel dazu ist eine Vereisungs-Schutzabschaltung für den Kom­ pressor vorgesehen, die ein selbsttätiges Abschalten des Kom­ pressors beinhaltet, wenn die Verdampfertemperatur einen vorgeb­ baren Abschaltschwellwert von z. B. 1°C unterschreitet, wobei ein Anschalten des Kompressors erst wieder zugelassen wird, wenn die Verdampfertemperatur einen demgegenüber höheren Anschaltschwell­ wert von z. B. 3°C überschreitet. Die beiden Schutzabschaltungs­ funktionen verhindern Schädigungen der Klimaanlage, insbesondere des Kompressors, bei zu geringer Kältemittelmenge im Kältemit­ telkreislauf oder durch Vereisen des Verdampfers.

Eine gängige Ansteuerungsmethode für den Kompressor ist der so­ genannte Reheat-Betrieb, bei dem der in den Fahrzeuginnenraum eingeblasene Luftstrom durch Abkühlen am Verdampfer und an­ schließendes Aufheizen an einem entsprechenden Heizkörper der Klimaanlage getrocknet wird. Diese Maßnahme ist gerade auch bei niedrigen Außentemperaturen und feuchter Witterung zweckmäßig, um ein Beschlagen der Fahrzeugscheiben zu verhindern. Eine er­ höhte Scheibenbeschlagneigung besteht bei einem erneuten Starten des Klimaanlagenbetriebs nach kurzer Standzeit. Denn nach Ab­ schalten der Klimaanlage, z. B. beim Abstellen des Fahrzeugs, ist der üblicherweise in einem Klimakasten untergebrachte Verdampfer an seiner Oberfläche feucht, und die im Klimakasten befindliche Luft erwärmt sich durch die wärmere Umgebung des Klimakastens, z. B. den Motorraum, und nimmt dadurch Wasserdampf von der Ver­ dampferoberfläche auf. Wird dann die Klimaanlage kurz danach wieder gestartet, gelangt diese angefeuchtete Luft in den Fahr­ zeuginnenraum, wodurch unter entsprechenden Bedingungen der von ihr aufgenommene Wasserdampf an den Scheiben kondensiert.

Betriebsverfahren für Kraftfahrzeug-Klimaanlagen, bei denen im Rahmen des Reheat-Betriebs spezielle Maßnahmen gegen diese Scheibenbeschlagneigung getroffen sind, z. B. eine gegenüber der Kompressoraktivierung verzögerte Gebläseaktivierung bei einem Neustart der Klimaanlage, sind in der Patentschrift DE 195 12 356 C1 und der darin zitierten Literatur beschrieben. Wegen der üblichen Vereisungs-Schutzabschaltung wird jedoch der Kompressor bei Außentemperaturen unterhalb von etwa 0°C in der Regel nicht mehr aktiviert, so daß dementsprechend der Scheibenbeschlag­ neigung nicht mehr entgegengewirkt werden kann. Außerdem unter­ bleibt bei dem oben erwähnten Betriebsverfahren mit der herkömm­ lichen Unterfüllungs-Schutzabschaltung in weiteren speziellen Betriebssituationen eine Aktivierung des Kompressors, obwohl Scheibenbeschlagneigung besteht. Denn da der Kältemitteldruck auch von den Temperaturverhältnissen abhängig ist, entspricht ein Kältemitteldruck, der gleich oder geringfügig größer als der zugehörige Ab- bzw. Anschaltschwellwert ist, bei einer niedrige­ ren Außentemperatur von z. B. etwa -2°C noch einer normalen, aus­ reichenden Kältemittelfüllmenge, während er bei höheren Außen­ temperaturen von z. B. über 0°C einer zu geringen Kältemittel­ füllmenge, d. h. einer Kältemittelunterfüllung entspricht. Wenn daher das Fahrzeug bei einer Außentemperatur von wenig über 0°C abgestellt wird und sich die Klimaanlage dabei im Kühlbetrieb mit aktiviertem Kompressor befand, wird der Kompressor bei einem anschließenden Neustart wegen der Unterfüllungs-Schutzabschal­ tung nicht angeschaltet, wenn die Außentemperatur zwischenzeit­ lich abgesunken ist, obwohl dadurch Scheibenbeschlagneigung be­ steht.

Der Erfindung liegt daher als technisches Problem die Bereit­ stellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, mit dem der Scheibenbeschlagneigung trotz implementierter Kälte­ mittelunterfüllungs-Schutzabschaltungsfunktion vergleichsweise zuverlässig entgegengewirkt werden kann.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Betriebsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Verfahren wird die Kältemittelunterfüllungs-Schutzabschaltung in der speziellen Situation unterdrückt, daß die Motorkühlmittel­ temperatur unterhalb eines vorgebbaren Kühlmittel-Abschalt­ schwellwertes und die Verdampfertemperatur oberhalb eines vor­ gebbaren ersten Verdampfertemperatur-Abschaltschwellwertes lie­ gen. Durch diese Maßnahme bleibt eine Kompressoraktivierung auch in der besonderen, oben angegebenen Betriebssituation gewährlei­ stet, wenn das Fahrzeug bei einer höheren Außentemperatur von z. B. wenig über 0°C abgestellt wird, der Kompressor in Betrieb war und die Außentemperatur bis zu einem Neustart des Fahrzeugs zwischenzeitlich absinkt. Dabei wird die Unterfüllungs-Schutz­ abschaltungsfunktion unterdrückt, solange sich zum einen die Verdampfertemperatur noch über dem ersten Verdampfertemper­ atur-Abschaltschwellwert befindet, der z. B. auf ca. -2°C gesetzt sein kann und zum anderen die Motorkühlmitteltemperatur noch nicht ihren zugehörigen Abschaltschwellwert erreicht hat. Das selbst­ tätige Anschalten des Kompressors zur Verhinderung der Scheiben­ beschlagneigung, das nach einem beliebigen der herkömmlichen Vorgehensweisen ausgelöst werden kann, wird dadurch auch in die­ ser Betriebssituation von der implementierten Kältemittelunter­ füllungs-Schutzabschaltung nicht gestört. Sinkt die Verdampfer­ temperatur unter den ersten Verdampfertemperatur-Abschalt­ schwellwert, kann hingegen die Abschaltung des Kompressors aus­ gelöst werden, so daß Schädigungen aufgrund Vereisungserschei­ nungen am Verdampfer verhindert werden. Eine Kompressorabschal­ tung kann auch z. B. wegen dann wieder zugelassener Unterfül­ lungs-Schutzabschaltung erfolgen, wenn die Motorkühlmitteltempe­ ratur ihren Abschaltschwellwert erreicht oder überschritten hat. Da das Motorkühlmittel zur Aufheizung des in den Fahrzeuginnen­ raum einblasbaren Luftstroms genutzt wird, vermag das auf seine Schwellwerttemperatur gebrachte Motorkühlmittel den Luftstrom so ausreichend zu erwärmen, daß die Fahrzeugscheiben mit warmer Luft angeblasen werden und daher auch ohne Lufttrocknung mittels Reheat-Betrieb kein Beschlagen der Scheiben mehr auftritt, wozu der Kühlmittel-Abschaltschwellwert geeignet vorgegeben wird.

Ein nach Anspruch 2 weitergebildetes Verfahren beinhaltet zu­ sätzlich eine Vereisungs-Schutzabschaltungsfunktion, durch wel­ che der Kompressor selbsttätig abgeschaltet wird bzw. ein An­ schalten unterbleibt, wenn die Verdampfertemperatur unter einem vorgebbaren zweiten Verdampfertemperatur-Abschaltschwellwert liegt, der größer als der erste Verdampfertemperatur-Abschalt­ schwellwert ist und z. B. auf ca. 1°C gesetzt ist.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht und wird nachfolgend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein Flußdiagramm desjenigen Teils eines Verfahrens zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, der sich auf selbsttätige Kompressorabschaltvorgänge bezieht.

Das in der Figur gezeigte Flußdiagramm illustriert den erfin­ dungswesentlichen Teil eines Verfahrens zum Betrieb einer Kraft­ fahrzeug-Klimaanlage, die in einer üblichen Weise aufgebaut ist und dabei unter anderem einen Kältemittelkreislauf mit einem Kompressor und einem Verdampfer beinhaltet. Der Kompressor saugt das Kältemittel auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreis­ laufs an und verdichtet es, wobei der Kältemitteldruck auf der anschließenden Hochdruckseite von einem herkömmlichen Kältemit­ telhochdrucksensor erfaßt wird. Außerdem ist ein Verdampfertem­ peratursensor vorgesehen, der die Temperatur des Verdampfer mißt. Die Klimaanlage beinhaltet außerdem in herkömmlicher Weise einen Heizkörper, mit dem der in den Fahrzeuginnenraum eingebla­ sene Luftstrom bei Bedarf im Reheat- und im reinen Heizbetrieb der Klimaanlage erwärmt werden kann. Die notwendige Wärme wird vom Motorkühlwasser geliefert, das den als Wärmeübertragerele­ ment ausgelegten Heizkörper durchströmt. Die Motorkühlwassertem­ peratur wird von einem entsprechenden Sensor gemessen.

Das Betriebsverfahren der Klimaanlage, das von einem entspre­ chend ausgelegten Steuergerät durchgeführt wird, beinhaltet ne­ ben den üblichen Klimaanlagenfunktionen die selbsttätige Akti­ vierung der Klimaanlage im Reheat-Betrieb in Situationen, in de­ nen ein Beschlagen der Fahrzeugscheiben droht, insbesondere in den Fällen einer erneuten Aktivierung des Reheat-Betriebs oder des reinen Kühlbetriebs der Klimaanlage nach nur relativ kurzer Stillstandsdauer. Zusätzlich sind in das Verfahren die an sich bekannten Vereisungs- und Unterfüllungs-Schutzabschaltungen für den Kompressor bei zu niedriger Verdampfertemperatur bzw. zu niedrigem Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite in der durch das Flußdiagramm gezeigten Weise so integriert, daß sie die der Scheibenbeschlagneigung entgegenwirkenden Maßnahmen nicht beein­ trächtigen.

Zu diesem Zweck ist im Klimaanlagen-Steuergerät folgende, in der Figur veranschaulichte Kompressorabschaltlogik implementiert. Nach einem Startschritt 10 zum Zeitpunkt einer Aktivierungsan­ forderung für den Kompressor wird in einem Abfrageschritt 11 laufend geprüft, ob zum einen die Verdampfertemperatur T_V über einem vorgebbaren ersten Verdampfertemperatur-Abschaltschwell­ wert T_V1 liegt und zum anderen die Motorkühlwassertemperatur T_Kw kleiner als ein vorgebbarer Kühlwassertemperatur-Abschalt­ schwellwert T_Kw1 ist. Solange diese beiden Bedingungen erfüllt sind, wird die Schutzabschaltungsfunktion für den Kompressor nicht aktiv, d. h. bei anstehendem Kompressoraktivierungsbefehl wird diesem stattgegeben und bei zwischenzeitlich bereits akti­ viertem Kompressor unterbleibt eine Zwangsabschaltung desselben. Der erste Verdampfertemperatur-Abschaltschwellwert T_V1 kann z. B. auf -2°C oder je nach Anwendungsfall einen anderen niedrigen Temperaturwert gesetzt werden. Der Kühlwassertemper­ atur-Abschaltschwellwert T_Kw1 kann auf 60°C oder je nach Bedarf einen anderen Temperaturwert in dieser Größenordnung gesetzt werden. Die beiden Abschaltschwellwerte T_V1, T_Kw1 sind insbesondere nach dem Kriterium festzulegen, daß eine Vereisung des Verdampfers in der relativ kurzen Zeitspanne, welche das Motorkühlwasser bei einem Neustart des Fahrzeugs nach einem vorherigen Abstellen des Motors bis zum überschreiten seines Abschaltschwellwertes benö­ tigt, vermieden wird oder höchstens in einem unschädlichen Maß auftritt. Der Kühlwassertemperatur-Abschaltschwellwert T_Kw1 ist dabei so gewählt, daß das Motorkühlwasser, wenn seine Temperatur T_Kw diesen Schwellwert T_Kw1 erreicht hat, den durch die Klimaanla­ ge in den Fahrzeuginnenraum eingeblasenen Luftstrom so ausrei­ chend zu erwärmen vermag, daß die von diesem warmen Luftstrom angeblasenen Fahrzeugscheiben nicht mehr beschlagen, da der Tau­ punkt dann nicht mehr unterschritten wird.

Diese Maßnahme beinhaltet somit insbesondere, daß eine Abschal­ tung bzw. Nichtanschaltung des Kompressors bei Vorliegen des Un­ terfüllungs-Abschaltkriteriums unterdrückt wird, solange die beiden Bedingungen erfüllt sind, die einerseits einen kurzzeiti­ gen Kompressorbetrieb ohne Schädigungen durch Verdampferverei­ sungen erlauben und andererseits eine Situation charakterisie­ ren, in welcher das eventuelle Beschlagen der Fahrzeugscheiben noch nicht durch ausreichende Erwärmung des in den Innenraum eingeblasenen Luftstroms allein verhindert werden kann.

Ist wenigstens eine dieser beiden Bedingungen nicht mehr er­ füllt, d. h. die Verdampfertemperatur T_V erreicht den ersten Ver­ dampfertemperatur-Schwellwert T_V1 oder sinkt unter diesen ab oder die Kühlwassertemperatur T_Kw erreicht ihren Abschaltschwellwert T_Kw1 oder steigt über diesen an, wird in einem nächsten Abfrage­ schritt 12 geprüft, ob die Verdampfertemperatur T_V einen zweiten Verdampfertemperatur-Abschaltschwellwert T_V2 unterschritten hat oder der hochdruckseitige Kältemitteldruck p_k kleiner als ein vorgebbarer Kältemitteldruck-Abschaltschwellwert p_k1 ist. Diese beiden Bedingungen realisieren die herkömmlichen Vereisungs- und Unterfüllungs-Schutzabschaltungskriterien für den Kompressor. Der zweite Verdampfertemperatur-Abschaltschwellwert T_V2 ist grö­ ßer gewählt als der erste und z. B. auf 1°C oder einen ähnlichen Temperaturwert in dieser Größenordnung gesetzt. Für die Freigabe der Wiederanschaltung bei abgeschaltetem Kompressor ist die her­ kömmliche Hysterese vorgesehen, d. h. ein Wiederanschalten bei abgeschaltetem Kompressor wird erst dann freigegeben, wenn die Verdampfertemperatur T_V einen gegenüber dem zweiten Verdampfer­ temperatur-Abschaltschwellwert T_V2 höheren Verdampfertemper­ atur-Anschaltschwellwert von z. B. 3°C überschritten hat. Analog kann der Kältemitteldruck-Abschaltschwellwert p_k1 auf z. B. 1,75 bar oder einen anderen, für den gegebenen Anwendungsfall geeigneten Wert gesetzt sein, während ein Wiederanschalten des Kompressors erst dann freigegeben wird, wenn der Kältemitteldruck p_k einen demgegenüber höheren Kältemitteldruck-Anschaltschwellwert von z. B. 2,25 bar überschritten hat.

Wenn keine der beiden, in diesem Schritt 12 abgefragten Schutz­ abschaltungskriterien erfüllt ist, unterbleibt bei angeschalte­ tem Kompressor ein zwangsweises Abschalten desselben, und ein bei abgeschaltetem Kompressor entstehender Kompressoraktivie­ rungsbefehl führt bei Erfüllung der oben genannten Anschalthy­ steresebedingungen zur erneuten Aktivierung des Kompressors.

Wenn hingegen die Verdampfertemperatur T_V unter den zweiten Ver­ dampfertemperatur-Abschaltschwellwert T_V2 absinkt, erfolgt bei laufendem Kompressor eine Zwangsabschaltung desselben als Schutzmaßnahme gegen eine Vereisung des Verdampfers und dadurch möglicherweise auftretende Schädigungen (Schritt 13). In glei­ cher Weise findet einen Zwangsabschaltung des angeschalteten Kompressors als Schutz gegen eine Kältemittelunterfüllung des Kältemittelkreislaufs statt, wenn das diesbezügliche Kriterium erfüllt ist, d. h. der hochdruckseitige Kältemitteldruck p_k unter seinen vorgegebenen Abschaltschwellwert p_k1 absinkt. Im Unter­ schied zur herkömmlichen, unbedingten Zwangsabschaltung des Kom­ pressor handelt es sich vorliegend um bedingte Schutzabschal­ tungsmaßnahmen, die erfindungsgemäß an das Vorliegen der im ein­ leitenden Abfrageschritt 11 abgefragten Bedingungen geknüpft sind.

Dadurch wird mit dem vorliegenden Verfahren insbesondere verhin­ dert, daß der Kompressor nicht mehr angeschaltet wird, wenn das Fahrzeug bei einer Außentemperatur von wenig über 0°C abgestellt wird, die Klimaanlage und speziell der Kompressor in Betrieb wa­ ren und bei einem anschließenden Neustart des Fahrzeugs die Au­ ßentemperatur zwischenzeitlich abgesunken ist und daher einer­ seits Scheibenbeschlagneigung besteht und andererseits der hoch­ druckseitige Kältemitteldruck p_k nicht über dem Kältemittel­ druck-Anschaltschwellwert liegt. Ein Wiederanschalten des zwangsweise abgeschalteten Kompressors wird im übrigen spätestens dann wie­ der zugelassen, wenn die Verdampfertemperatur T_V den Verdampfer­ temperatur-Anschaltschwellwert und der hochdruckseitige Kälte­ mitteldruck p_k den Kältemitteldruck-Anschaltschwellwert erreicht oder überschritten haben.

Das oben anhand eines Beispiel erläuterte Verfahren eignet sich sowohl für Klimaanlagen mit einem Kompressor mit Kupplung als auch für solche mit einem extern stufenlos leistungsgeregelten, eventuell kupplungslosen Kompressor. Der Kompressor mit Kupplung kann durch Abschalten einer typischerweise verwendeten Magnet­ kupplung auf 0% Leistung gesetzt und damit abgeschaltet werden. Beim extern stufenlos leistungsgeregelten Kompressor wird die Kompressorleistung über ein internes Stellglied, z. B. ein Saug­ druckregelventil, zurückgefahren.

Es versteht sich, daß die für das beschriebene Verfahrensbei­ spiel angegebenen konkreten Druck- und Temperaturwerte, insbe­ sondere für die verschiedenen Schwellwerte, je nach Fahrzeug und Fahrzeugumgebung so variiert werden, daß sich die jeweilige Kli­ maanlage unter Erfüllung der beschriebenen, geforderten Funktio­ nen in erfindungsgemäßer Weise betreiben läßt.

Claims (2)

1. Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, die einen Kältemittelkreislauf mit Kompressor und Verdampfer bein­ haltet, bei dem

• - eine Unterfüllungs-Schutzabschaltung für den Kompressor unter der notwendigen Bedingung vorgesehen ist, daß der Kältemittel­ druck (p_k) auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs einen vorgebbaren Kältemitteldruck-Abschaltschwellwert (p_k1) unter­ schreitet, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Unterfüllungs-Schutzabschaltung unterdrückt wird, solange die Temperatur (T_Kw) eines Kraftfahrzeugmotor-Kühlmittels, das zur Aufheizung eines von der Klimaanlage in den Fahrzeuginnen­ raum einblasbaren Luftstroms genutzt wird, unterhalb eines vor­ gebbaren Kühlmitteltemperatur-Abschaltschwellwertes (T_Kw1) und die Verdampfertemperatur (T_V) oderhalb eines vorgebbaren ersten Verdampfertemperatur-Abschaltschwellwertes (T_V1) liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß eine Vereisungs-Schutzabschaltung für den Kompressor unter der notwendigen Bedingung vorgesehen ist, daß die Verdampfertempera­ tur (T_V) einen vorgebbaren zweiten Verdampfertemperatur-Abschalt­ schwellwert (T_V2) unterschreitet, der größer als der erste Ver­ dampfertemperatur-Abschaltschwellwert (T_V1) ist.