DE19830377B4

DE19830377B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Vorhandenseins von Flüssigkeit am Einlaß eines Kältemittelkompressors

Info

Publication number: DE19830377B4
Application number: DE19830377A
Authority: DE
Inventors: Stefan Karl
Original assignee: Valeo Climatisation SA
Current assignee: Valeo Climatisation SA
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2018-07-09
Also published as: FR2765922B1; DE19830377A1; FR2765922A1; US6073453A

Abstract

Verfahren, um das Vorhandensein von Flüssigkeit am Einlass eines Kompressors (4) zu erfassen, der benutzt wird, um ein Medium zirkulieren zu lassen, das im flüssigen Zustand und im gasförmigen Zustand gegeben sein kann, bei dem der Druck des Mediums am Auslaß des Kompressors durchgehend bestimmt und die Amplitude der Schwankungen dieses Drucks bewertet wird, wobei eine Amplitude, die größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, das Vorhandensein von Flüssigkeit anzeigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um das Vorhandensein von Flüssigkeit in einem Kompressor zu erfassen, der benutzt wird, um ein Medium zirkulieren zu lassen, das im flüssigen Zustand und im gasförmigen Zustand gegeben sein kann.

Aus US 5 586 445 A und US 5 291 941 A ist ein Verfahren zum Steuern eines Kompressors in einem Kühlsystem bekannt, bei dem Drucksensoren am Ausgang des Kompressors angeordnet sind.

Unter bestimmten Umständen können Flüssigkeitströpfchen am Einlaß eines Kompressors vorhanden sein, etwa eines Kompressors, der verwendet wird, um ein Kältemittel in einem Kreislauf einer Klimaanlage für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs zirkulieren zu lassen. Diese Tröpfchen bewirken eine Funktionsstörung des Kompressors sowie einen vorzeitigen Verschleiß der Bestandteile des Kreislaufs und eine Beeinträchtigung der thermischen Leistungen.

Eine solche Erscheinung kann vor allem in einem Kreislauf festgestellt werden, wie er in der FR-A-2 717 126 und in der FR-A-2 731 952 beschrieben wird, umfassend einen ersten Strang, der einen Verdampfer, gefolgt von dem besagten Kompressor, enthält, einen zweiten Strang, der einen Kondensator enthält, und einen dritten Strang, der keinen Kondensator enthält, wobei der erste und der zweite Strang parallel zueinander angeordnet sind, um zusammen mit dem ersten Strang einen Kühlkreis bzw. einen Heizkreis zu bilden, wobei Umschaltmittel vorgesehen sind, um das aus dem ersten Strang austretende Medium entweder in den zweiten Strang oder in den dritten Strang zu leiten, und wobei die Klimaanlage außerdem Mittel enthält, um in den Fahrgastraum Luft einzuleiten, an der ein Wärmeaustausch mit dem Verdampfer erfolgt ist.

Wenn das Medium im Heizkreis zirkuliert, wird der Verdampfer als Wärmetauscher für die Beheizung des Fahrgastraums verwendet. In diesem Heizkreis bleibt das Medium zwar normalerweise im gasförmigen Zustand, wobei sich jedoch, vor allem bei niedriger Temperatur, Flüssigkeitströpfchen durch Kondensation im Verdampfer bilden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Vorhandensein von Flüssigkeit am Einlaß des Kompressors ohne Einsatz von speziellen Sensoren zu erfassen, durch die sich die Kosten des Kreislaufs erhöhen würden.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß dieses Vorhandensein von Flüssigkeit Schwankungen des Förderdrucks des Kompressors verursacht, wobei diese Schwankungen durch ihre Amplitude und ihre Frequenz von den durch andere Ursachen bedingten Veränderungen unterschieden werden können.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Druck des Mediums am Auslaß des Kompressors durchgehend bestimmt und die Amplitude der Schwankungen dieses Drucks bewertet, wobei eine Amplitude, die größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, das Vorhandensein von Flüssigkeit anzeigt.

Nach wahlweisen, zusätzlichen oder alternativen Merkmalen der Erfindung ist folgendes vorgesehen:

– Der besagte Schwellenwert beträgt etwa 1 bar als Spitze-Spitzewert.
– Es wird ein elektrisches Signal gefiltert, das den besagten Druck darstellt, und die Amplitude des gefilterten Signals wird so bewertet, daß nur Schwingungen berücksichtigt werden, deren Frequenz in einem vorbestimmten Bereich enthalten ist.
– Der besagte Bereich liegt zwischen etwa 0,1 und 1 Hz.
– Es werden die Schwingungen gezählt, deren Amplitude größer als der besagte Schwellenwert ist, wobei das Vorhandensein von Flüssigkeit durch eine vorbestimmte Schwingungsanzahl angezeigt wird, die während eines vorbestimmten Zeitraums erreicht wird.
– Die besagte Anzahl und der besagte Zeitraum betragen 5 bzw. etwa 1 Minute.
– Die Messung oder die Verarbeitung des Drucks werden während eines vorbestimmten Zeitraums nach jedem Vorgang unterbrochen, der Beeinträchtigungen des Drucks des Mediums verursachen kann.
– Das Medium ist ein Kältemittel, das in einem Kreislauf einer Klimaanlage für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs zirkuliert, wobei dieser Kreislauf einen ersten Strang, der einen Verdampfer, gefolgt von dem besagten Kompressor, enthält, einen zweiten Strang, der einen Kondensator enthält, und einen dritten Strang umfaßt, der keinen Kondensator enthält, wobei der zweite und der dritte Strang parallel zueinander angeordnet sind, um zusammen mit dem ersten Strang einen Kühlkreis bzw. einen Heizkreis zu bilden, wobei Umschaltmittel vorgesehen sind, um das aus dem ersten Strang austretende Medium entweder in den zweiten Strang oder in den dritten Strang zu leiten, und wobei die Anlage außerdem Mittel umfaßt, um in den Fahrgastraum Luft einzuleiten, an der ein Wärmeaustausch mit dem Verfampfer erfolgt ist, und wobei nach Feststellung des Vorhandenseins von Flüssigkeit am Einlaß des Kompressors während der Zirkulation des Mediums im Heizkreis eine Menge des Mediums von diesem in den zweiten Strang übertragen wird.
– Es wird eine Menge des Mediums aus dem Heizkreis in den zweiten Strang übertragen, indem während einer bestimmten Dauer ein Ablaßventil geöffnet wird, das diese miteinander verbindet.
– Das Ablaßventil ermöglicht bei gleichem Druck einen Mediumdurchsatz, der kleiner als der normalerweise im Heizkreis zirkulierende Durchsatz ist.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung für die Anwendung des vorstehend definierten Verfahrens, umfassend einen am Auslaß des Kompressors angeordneten Druckfühler und Mittel zur Verarbeitung eines durch den Fühler erzeugten Signals, um das Vorhandensein von Flüssigkeit im Kompressor durch einen Vergleich der Amplitude der Schwingungen des besagten Signals mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu erfassen.

Im Falle eines Kältemittelkreislaufs, der einen Heizkreis umfaßt, enthält die Vorrichtung außerdem vorteilhafterweise Mittel, die von Verareitungsmitteln aus gesteuert werden, insbesondere ein Ablaßventil, um eine Menge des Mediums vom Heizkreis in den zweiten Strang zu übertragen.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung eingehender dargelegt, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Darin zeigen im einzelnen:
1 eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufs, der für die Klimatisierung und die Beheizung des Fahrgastraums eines Fahrzeugs verwendet wird und der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist; und
die 2 und 3 Diagramme zur Darstellung der zeitlichen Veränderung des durch den Druckfühler gelieferten Signals vor und nach der Filterung.
Im Kreislauf von 1 zirkuliert ein Medium, das unter Aufnahme von Wärme vom flüssigen zum gasförmigen Zustand und unter Abgabe von Wärme vom gasförmigen zum flüssigen Zustand übergehen kann, wie dies üblicherweise in Klimaanlagen von Fahrzeugen der Fall ist. Die Bestandteile des Kreislaufs sind ebenfalls üblicherweise in ebendiesen Klimaanlagen anzutreffen.
Die Bestandteile des veranschaulichten Kreislaufs sind auf drei Stränge 1, 2 und 3 verteilt, die sich an zwei Verbindungspunkten A und B aneinander anschließen. Der Strang 1 enthält einen Kompressor 4, der darin das Medium vom Punkt A zum Punkt B zirkulieren läßt, und einen vor dem Kompressor angeordneten Verdampfer 5. Der Strang 2 enthält, vom Punkt B zum Punkt A, einen Kondensator 6, eine Flasche 7, ein Rückschlagventil 8 und ein Druckminderventil 10. Ein weiteres Druckminderventil 14 ist im Strang 3 angeordnet. Ein Druckfühler 9 erfaßt den Druck des Mediums am Auslaß des Kompressors. Die drei Anschlüsse eines Dreiwegeventils 17, das am Punkt B angeordnet ist, stehen mit den Strängen 1, 2 und 3 in Verbindung. Eine Abzweigleitung 11, die ein Ablaßventil 16 enthält, verbindet einen Punkt D, der hinter dem Kompressor am Strang 1 angeordnet ist, mit einem Punkt C, der sich am Strang 2 zwischen dem Ventil 17 und dem Kondensator 6 befindet, so daß das Ventil 16 diese beiden Stränge parallel mit dem Ventil 17 verbindet. Das Ventil 17 wird durch ein Steuermodul 15 so gesteuert, daß das hintere Ende des Strangs 1 entweder mit dem vorderen Ende des Strangs 2 oder mit dem des Strangs 3 verbunden wird.
Beim Betrieb der Vorrichtung im Kühlbetrieb strömt das durch den Kompressor 4 geförderte Kältemittel durch den Punkt B, das Ventil 17 und den Punkt C, um zum Kondensator 6 zu gelangen, wo es sich unter Abgabe von Wärme an die Umgebungsluft verdichtet, woraufhin es durch die Flasche 7 und das Rückschlagventil 8 strömt und eine Druckminderung im thermostatischen Druckminderventil 10 erfährt. Das Kältemittel verdampft im Verdampfer 5, wobei es für die Einleitung in den Fahrgastraum des Fahrzeugs bestimmte Luft abkühlt. Das aus dem Verdampfer 5 austretende gasförmige Kältemittel wird erneut durch den Kompressor angesaugt.
Im Heizbetrieb zirkuliert das Kältemittel in dem durch die Stränge 1 und 3 gebildeten Heizkreis. Beim Austritt aus dem Kompressor 4 strömt es durch den Punkt D und das Ventil 17, anschließend in das Druckminderventil 14 und erreicht, weiterhin im gasförmigen Zustand, den Verdampfer 5, wo es Wärme an Luft abgibt, die für die Einleitung in den Fahrgastraum bestimmt ist. Anschließend gelangt das Kältemittel zurück zum Kompressor.
Erfindungsgemäß wird der Druckfühler 9, der mit dem Steuermodul 15 verbunden ist und im übrigen zur Regelung der Zirkulation des Kältemittels im Kühlbetrieb dient, benutzt, um das Vorhandensein von Flüssigkeit im Heizbetrieb zu erfassen, wobei dieses Vorhandensein von Flüssigkeit durch eine Kondensation im Verdampfer 5 bedingt sein kann.
Die Kurve von 2 zeigt ein Beispiel zur zeitlichen Veränderung des durch den Druckfühler 9 am Auslaß des Kompressors gemessenen Drucks, ausgehend vom Kaltstart des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs, wobei das Kältemittel im Heizkreis zirkuliert, um eine Zusatzheizung bereitzustellen. Nach einer Anfangsphase mit relativ gleichmäßigem Anstieg treten Schwankungen auf, die durch die Bildung von Flüssigkeitströpfchen durch Kondensation im Verdampfer 5 bedingt sind. Das durch den Druckfühler 9 gelieferte Signal wird im Steuermodul 15 im Durchlaßbereich von 0,1 bis 1 Hz gefiltert, wobei das so erhaltene gefilterte Signal in 3 dargestellt ist.
Erfindungsgemäß wird das Signal außerdem benutzt, um das Ablaßventil 16 kurzzeitig zu öffnen, das im Heizbetrieb normalerweise geschlossen ist. Es werden zum Beispiel die Schwingungen gezählt, deren Spitze-Spitze-Amplitude 1 bar überschreitet, woraufhin ein Impuls zur Öffnung des Ventils von 30 bis 300 ms ausgelöst wird, wenn die Schwingungszahl während einer Dauer von 1 Minute mindestens 3 erreicht. Dabei werden vorteilhafterweise nicht die Druckänderungen berücksichtigt, die während einer vorbestimmten Dauer nach einem Vorgang auftreten, der derartige Änderungen unabhängig vom Vorhandensein von Flüssigkeit verursachen kann, wie beispielsweise die Einschaltung des Kompressors oder eine Veränderung der Konfiguration des Kreislaufs.
Der durch das Ablaßventil 16 ermöglichte Durchsatz ist vorteilhafterweise gering im Verhältnis zu dem Durchsatz, den das Ventil 17 zum Strang 3 freigibt, so daß der Betieb des Heizkreises nicht durch den Kältemittelablaß beeinträchtigt wird. Als Variante ist es jedoch möglich, die Abzweigleitung 11 und das Ablaßventil 16 wegzulassen und das Ventil 17 für den Kältemittelablaß zu verwenden.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht auf den Kreislauf von 1 beschränkt. Das Verfahren kann auch benutzt werden, um als Reaktion auf die Erfassung des Vorhandenseins von Flüssigkeit jeden Vorgang auszulösen, um diese Flüssigkeit aufzunehmen, vor allem durch die Verringerung der Menge des im Kompressor zirkulierenden Kältemittels oder seines Drucks, insbesondere durch eine Verringerung der Geschwindigkeit oder des Hubraums des Kompressors.

Claims

Verfahren, um das Vorhandensein von Flüssigkeit am Einlass eines Kompressors (4) zu erfassen, der benutzt wird, um ein Medium zirkulieren zu lassen, das im flüssigen Zustand und im gasförmigen Zustand gegeben sein kann, bei dem der Druck des Mediums am Auslaß des Kompressors durchgehend bestimmt und die Amplitude der Schwankungen dieses Drucks bewertet wird, wobei eine Amplitude, die größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, das Vorhandensein von Flüssigkeit anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Schwellenwert etwa 1 bar als Spitze-Spitzewert beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Signal gefiltert wird, das den besagten Druck darstellt, und dass die Amplitude des gefilterten Signals so bewertet wird, dass nur Schwingungen berücksichtigt werden, deren Frequenz in einem vorbestimmten Bereich enthalten ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Bereich zwischen etwa 0,1 und 1 Hz liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen gezählt werden, deren Amplitude größer als der besagte Schwellenwert ist, wobei das Vorhandensein von Flüssigkeit durch eine vorbestimmte Schwingungsanzahl angezeigt wird, die während eines vorbestimmten Zeitraums erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Anzahl und der besagte Zeitraum 5 bzw. etwa 1 Minute betragen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung oder die Verarbeitung des Drucks während eines vorbestimmten Zeitraums nach jedem Vorgang unterbrochen werden, der Beeinträchtigungen des Drucks des Mediums verursachen kann.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium ein Kältemittel ist, das in einem Kreislauf einer Klimaanlage für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs zirkuliert, wobei dieser Kreislauf einen ersten Strang (1), der einen Verdampfer (5), gefolgt von dem besagten Kompressor (4), enthält, einen zweiten Strang (2), der einen Kondensator (6) enthält, und einen dritten Strang (3) umfasst, der keinen Kondensator enthält, wobei der zweite und der dritte Strang parallel zueinander angeordnet sind, um zusammen mit dem ersten Strang einen Kühlkreis (1, 2) bzw. einen Heizkreis (1, 3) zu bilden, wobei Umschaltmittel (17) vorgesehen sind, um das aus dem ersten Strang austretende Medium entweder in den zweiten Strang oder in den dritten Strang zu leiten, und wobei die Anlage außerdem Mittel umfasst, um in den Fahrgastraum Luft einzuleiten, an der ein Wärmeaustausch mit dem Verdampfer erfolgt ist, und dass nach Feststellung des Vorhandenseins von Flüssigkeit am Einlass des Kompressors während der Zirkulation des Mediums im Heizkreis eine Menge des Mediums von diesem in den zweiten Strang übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Menge des Mediums aus dem Heizkreis in den zweiten Strang übertragen wird, indem während einer bestimmten Dauer ein Ablassventil (16) geöffnet wird, das diese miteinander verbindet.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablassventil bei gleichem Druck einen Mediumdurchsatz ermöglicht, der kleiner als der normalerweise im Heizkreis zirkulierende Durchsatz ist.
Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend einen am Auslass des Kompressors (4) angeordneten Druckfühler (9) und Mittel (15) zur Verarbeitung eines durch den Fühler erzeugten Signals, um das Vorhandensein von Flüssigkeit im Kompressor durch einen Vergleich der Amplitude der Schwingungen des besagten Signals mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 11 zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem Mittel umfasst, die von Verarbeitungsmitteln aus gesteuert werden, insbesondere ein Ablassventil (16), um eine Menge des Mediums vom Heizkreis in den zweiten Strang zu übertragen.