DE102009020836B4

DE102009020836B4 - Verfahren zum Betreiben und Verfahren zum Steuern eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystems für eine verbesserte Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit

Info

Publication number: DE102009020836B4
Application number: DE102009020836.4A
Authority: DE
Inventors: Gregory A. Major; Harry E. Eustice; Kenneth J. Porrett; Edwin J. Stanke; Todd J. Gordon
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: DE102009020836A1; CN101590797A; US20090293521A1; CN101590797B; US7861547B2

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines als HVAC-System bezeichneten Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystems in einem Fahrzeug mit einem Motor, der in einem Hocheffizienzmodus und einem weniger effizienten Modus hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit arbeitet, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass:(a) ein Kältemittelverdichter betrieben wird, um einen Fahrgastraum zu kühlen und eine thermische Kältespeichervorrichtung zu laden;(b) bestimmt wird, ob eine Kälteladung in der thermischen Kältespeichervorrichtung eine vorbestimmte Schwelle überschritten hat;(c) ein Verdichterzyklenbetrieb eingeschaltet wird, in dem der Kältemittelverdichter bei Bedarf ausgeschaltet und die thermische Kältespeichervorrichtung zur Kühlung des Fahrgastraums verwendet werden kann, wenn die Kälteladung in der thermischen Kältespeichervorrichtung die vorbestimmte Schwelle überschritten hat;(d) detektiert wird, ob der Motor im Hocheffizienzmodus arbeitet;(e) die Summe der Leistung von den Motor belastenden HVAC-Lasten bestimmt wird;(f) eine Nähe des Motorbetriebes zu einem Schaltpunkt von dem Hocheffizienzmodus in den weniger effizienten Modus bestimmt wird; und(g) eine HVAC-Lastabschaltung durchgeführt wird, um die HVAC-Lasten an dem Motor zu reduzieren, wenn die HVAC-Lastreduktion zulässt, dass der Motor den Betrieb im Hocheffizienzmodus fortsetzt, und der Verdichterzyklenbetrieb eingeschaltet ist.

Description

Verfahren zum Betreiben und Verfahren zum Steuern eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystems für eine verbesserte Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Betreiben bzw. Steuern eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs (HVAC)-Systems für eine verbesserte Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit.
In der EP 1 407 905 A1 wird eine motorzustandsabhängige Steuerung einer Kfz-Klimaanlage mit einer Kältespeichervorrichtung beschrieben.
In der DE 10 2005 016 914 A1 wird ein Verfahren zum Steuern einer Klimaanlage in Abhängigkeit von Fahrzuständen und Kühlreserven beschrieben.
In der WO 2008/014731 A1 wird ein Verfahren zum Steuern eines Klimatisierungssystems mit einem Kältespeicher in Abhängigkeit der Motorbelastung beschrieben.
In der US 2007/0204640 A1 wird eine Kfz-Klimaanlage mit Kältemittelspeicher und intermittierendem Verdichterbetrieb beschrieben.
In der DE 10 2004 030 074 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimatisierungseinrichtung mit einem Kältespeicher beschrieben, der in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Fahrzeugs be- oder entladen wird.
Um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit von Kraftfahrzeugen zu verbessern, werden gelegentlich Motor/Antriebssysteme erzeugt, die unter bestimmten Leichtlastbedingungen in Hocheffizienzmodi arbeiten. Solche Hocheffizienzmodi können z. B. Zylinderdeaktivierungs- oder kompressionsgezündete Motorbetriebsmodi mit homogener Ladung (HCCI-Modi, von homogenous charge, compression ignition) umfassen. Es ist daher wünschenswert, in der Lage zu sein, die Fahrzeuge über einen Großteil der Zeit in den Hocheffizienzmodi (im Gegensatz zu weniger effizienten normalen Motorbetriebsmodi) zu betreiben. Allerdings können diese Hocheffizienzmodi allgemein nur arbeiten, wenn die Last von dem Fahrzeug unter einem bestimmten Niveau liegt.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Ausführungsform zieht ein Verfahren zum Betreiben eines HVAC-Systems in einem Fahrzeug mit einem Motor, der in einem Hocheffizienzmodus und einem weniger effizienten Modus arbeitet, in Erwägung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: ein Kältemittelverdichter betrieben wird, um einen Fahrgastraum zu kühlen und eine thermische Kältespeichervorrichtung zu laden; bestimmt wird, ob eine Kälteladung in der thermischen Kältespeichervorrichtung eine vorbestimmte Schwelle überschritten hat; ein Verdichterzyklenbetrieb eingeschaltet wird, wenn die Kälteladung in der thermischen Kältespeichervorrichtung die vorbestimmte Schwelle überschritten hat; detektiert wird, ob der Motor im Hocheffizienzmodus arbeitet; eine Menge von HVAC-Lasten an dem Motor bestimmt wird; eine Nähe des Motorbetriebes zu einem Schaltpunkt von dem Hocheffizienzmodus in den weniger effizienten Modus bestimmt wird; und eine HVAC-Lastabschaltung durchgeführt wird, um die HVAC-Lasten an dem Motor zu reduzieren, wenn die HVAC-Lastreduktion zulässt, dass der Motorbetrieb unter dem Schaltpunkt für den Hocheffizienzmodus bleibt, und der Verdichterzyklenbetrieb eingeschaltet ist.
Eine Ausführungsform zieht ein Verfahren zum Steuern eines HVAC-Systems in einem Fahrzeug mit einem Motor, der in einem Hocheffizienzmodus und einem weniger effizienten Modus arbeitet, in Erwägung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: dass ein Kältemittelverdichter betrieben wird, um einen Fahrgastraum zu kühlen und eine thermische Kältespeichervorrichtung zu laden; bestimmt wird, ob der Kältemittelverdichter länger kontinuierlich in Betrieb war als eine vorbestimmte Verdichterlaufzeitdauer; detektiert wird, ob der Motor im Hocheffizienzmodus arbeitet; eine Menge von HVAC-Lasten an dem Motor bestimmt wird; eine Nähe des Motorbetriebes zu einem Schaltpunkt von dem Hocheffizienzmodus in den weniger effizienten Modus bestimmt wird; eine HVAC-Lastabschaltung durchgeführt wird, um die HVAC-Lasten an dem Motor zu reduzieren, r wenn die HVAC-Lastreduktion zulässt, dass der Motorbetrieb unter dem Schaltpunkt für den Hocheffizienzmodus bleibt, und der Kältemittelverdichter länger kontinuierlich in Betrieb war als die vorbestimmte Verdichterlaufzeitdauer; ein HVAC-Komfortniveau überwacht wird, nachdem die HVAC-Lastabschaltung stattfindet; das HVAC-Komfortniveau mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen wird; und der Kältemittelverdichter aktiviert wird, wenn das HVAC-Komfortniveau unter den vorbestimmten Sollwert fällt.
Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass der Fahrzeugmotor/Antrieb länger in dem Hocheffizienzmodus bleiben kann, indem die gespeicherte thermische Energie verwendet wird, um einen Fahrgastraum zu kühlen und dadurch die Fahrzeug-Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges, die eine erste Ausführungsform eines HVAC-Systems veranschaulicht.
2 ist eine schematische Darstellung ähnlich 1, veranschaulicht jedoch eine zweite Ausführungsform.;
3 ist eine schematische Darstellung ähnlich 1, veranschaulicht jedoch eine dritte Ausführungsform.
4 ist eine schematische Darstellung ähnlich 1, veranschaulicht jedoch eine vierte Ausführungsform.
5A und 5B sind ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Betreiben der HVAC-Systeme der 1-4 veranschaulicht.
6 ist ein Graph, der die Ladezeit für einen thermischen Kältespeicherabschnitt des HVAC-Systems veranschaulicht.
7 ist ein Blockdiagramm von HVAC-Lastabschaltungseingängen und -steuerungen.
8 ist ein Blockdiagramm von thermischen Kältespeichereingängen für das HVAC-System.

Detaillierte Beschreibung
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Abschnitt eines Kraftfahrzeuges gezeigt, das allgemein bei 10 bezeichnet ist. Das Fahrzeug 10 kann einen Hybridantrieb aufweisen oder kann nur durch einen Verbrennungsmotor 22 betrieben sein. Das Fahrzeug 10 umfasst einen Motorraum 12 und einen Fahrgastraum 14. Innerhalb der Räume 12, 14 befinden sich ein Motorkühlsystem 16 und ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs (HVAC)-System 18.
Das Motorkühlsystem 16 umfasst eine Wasserpumpe 20, die Wasser durch den Motor 22 und weitere Abschnitte des Motorkühlsystems 16 drückt. Diese Wasserpumpe 20 kann durch den Motor 22 angetrieben sein. Ein Kühler 24 und ein Ventilator 26 können verwendet werden, um Wärme von dem Motorkühlmittel zu entfernen. Ein Thermostat 28 kann auf eine herkömmliche Weise verwendet werden, um die Strömung von Kühlmittel durch den Kühler 24 selektiv zu sperren, wenn sich das Kühlmittel unter einer gewünschten Betriebstemperatur befindet.
Ein Antriebscontroller 32 steuert den Motorbetrieb einschließlich des Schaltens des Motorbetriebes zwischen einem normalen Betriebsmodus und einem Hocheffizienz-Betriebsmodus wie z. B. einem Zylinderdeaktivierungsmodus, in dem ein Teil der Zylinder in dem Motor 22 deaktiviert ist, und/oder einem kompressionsgezündeten Modus mit homogener Ladung (HCCI-Modus), in dem eine homogene Kraftstoff/Luft-Ladung durch Kompression gezündet wird.
Ein Heizungswärmetauscherauslass 30 aus dem Motor 22 leitet Kühlmittel zu einem Heizungswärmetauscher 38, der in einem HVAC-Modul 40 angeordnet ist. Eine Kühlmittelleitung 42 leitet Kühlmittel von dem Heizungswärmetauscher 38 zu einem Einlass zu der Wasserpumpe 20. Die Strichlinien, die in den 1-4 gezeigt sind, stellen Kühlmittelleitungen dar, durch die Motorkühlmittel strömt.
Das HVAC-System 18 umfasst das HVAC-Modul 40, in dem ein Gebläse 44 angeordnet ist, um Luft durch einen Lufteinlass 46 anzusaugen und sie durch einen Verdampfer 48 zu leiten. Unterstromig des Verdampfers 48 befindet sich der Heizungswärmetauscher 38, der eine Mischklappe 50 aufweist, die an seiner oberstromigen Seite angeordnet ist und selektiv Luft durch oder um den Heizungswärmetauscher 38 herum leitet. Das HVAC-Modul 40 kann auch eine/n Enteisungsauslass und -klappe 52, eine/n Bodenauslass und -klappe 54, und eine/n Auslass und Klappe 56 in Brusthöhe umfassen, die Luft in verschiedene Abschnitte des Fahrgastraumes 14 leiten.
Ein Kühlabschnitt 58 des HVAC-Systems 18 kann den Verdampfer 48, ein thermisches Expansionsventil 60, eine thermische Kältemittelspeicherflasche 61, einen Kältemittelverdichter 62 und einen Kondensator 64 umfassen, die über Kältemittelleitungen 66 miteinander verbunden sind. Die in den 1-4 gezeigten Strichpunktlinien stellen Kältemittelleitungen dar, durch die Kältemittel strömt. Der Verdichter 62 kann durch den Motor 22 auf eine herkömmliche Weise angetrieben sein, um so die Kosten eines separaten Elektromotors zum Antreiben des Verdichters 62 einzusparen, falls erwünscht. Die thermische Kältemittelspeicherflasche 61 speichert tiefgekühltes Kältemittel als eine Form eines thermischen Kältespeichers.
Das HVAC-System 18 umfasst auch einen HVAC-Controller 68, der mit dem Antriebscontroller 32 kommuniziert und den Verdichter 62 wie auch das Gebläse 44, die Mischklappe 50 und die Auslassklappen 52, 54, 56 steuert. Der Antriebscontroller 32 kann auch die Ventilatordrehzahl 26 steuern. Demgemäß können verschiedene Abschnitte des HVAC-Systems 18 und des Motors 22 automatisch gesteuert werden, um die Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit zu optimieren und gleichzeitig eine entsprechende Klimatisierung für den Fahrgastraum 14 bereitzustellen.
2 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform. Da diese Ausführungsform der ersten ähnlich ist, und um eine unnötige Wiederholung der Beschreibung zu vermeiden, werden dieselben Elementziffern für Elemente verwendet, die im Wesentlichen dieselben sind wie in der ersten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform sind das Motorkühlsystem 16 und das HVAC-Modul 40 dieselben wie in der ersten Ausführungsform. Allerdings wurden der Kühlabschnitt 58 des HVAC-Systems 18 und der thermische Speicher geändert. Nunmehr ist eine thermische Kältespeicherfläche 70 in dem Verdampfer 48 enthalten, anstatt eine separate thermische Speicherflasche in der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer 48 und dem Verdichter 62 zu verwenden. Der Rest des HVAC-Systems 18 kann im Wesentlichen unverändert sein.
3 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform. Da diese Ausführungsform der ersten ähnlich ist, und um eine unnötige Wiederholung der Beschreibung zu vermeiden, werden dieselben Elementziffern für Elemente verwendet, die im Wesentlichen dieselben sind wie in der ersten Ausführungsform. Nunmehr wird ein sekundärer Kreislauf 72 in dem Kühlabschnitt 58 zusätzlich zu dem primären Kältemittelkreislauf 74 verwendet. Ein Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmetauscher 76 ist Teil beider Kreisläufe 72, 74 und überträgt Wärme von der Flüssigkeit in dem sekundären Kreislauf 72 auf das Kältemittel in dem primären Kreislauf 74. Die Flüssigkeit kann z. B. eine herkömmliche Motorkühlmittelmischung aus Wasser und Ethylenglykol sein oder sie kann eine andere Flüssigkeit mit geeigneten Wärmeübertragungseigenschaften sein. Eine Kältemaschine 78 ist nunmehr in dem HVAC-Modul 40 anstelle eines Kältemittelverdampfers angeordnet und eine Pumpe 80 ist durch den HVAC-Controller 68 gesteuert, um die Flüssigkeit selektiv durch den sekundären Kreislauf 72 zu pumpen. Eine thermische Kältespeicherflasche 82 zum Speichern von gekühlter Flüssigkeit ist ebenfalls in dem sekundären Kreislauf 72 angeordnet.
4 veranschaulicht eine vierte Ausführungsform. Da diese Ausführungsform der dritten ähnlich ist, und um eine unnötige Wiederholung der Beschreibung zu vermeiden, werden dieselben Elementziffern für Elemente verwendet, die im Wesentlichen dieselben sind wie in der dritten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform umfasst der sekundäre Kreislauf 72 auch eine zweite, größere thermische Speicherflasche 84 und ein Ventil 86, das durch den HVAC-Controller 68 gesteuert ist und in der Lage ist, die Flüssigkeit selektiv durch oder um die größere thermische Speicherflasche 84 herum zu leiten. Dies gestattet eine erhöhte thermische Speicherkapazität gegenüber der dritten Ausführungsform, ohne die Abkühlzeit des Fahrgastraumes 14 zu erhöhen, allerdings mit höheren Kosten für die/das zusätzliche Flasche 84 und Ventil 86.
Die 5A und 5B sind ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben der HVAC-Systeme der 1-4 veranschaulicht. Wenn ein Kraftfahrzeug in einem Hocheffizienzmodus betrieben wird, kann das HVAC-System 18 unter bestimmten Betriebsbedingungen ein wesentlicher Anteil der Last an dem Motor 22 sein. Das nachfolgende Verfahren erkennt, ob sich der Motor 22 in der Nähe der Schwelle zum Umschalten in einen Niedrigeffizienzmodus befindet, und ob thermische Kälteenergie gespeichert ist, die angezapft werden kann, um die Kühlung des Fahrgastraumes 14 fortzusetzen. Wenn ja, dann kann das HVAC-System 18 derart angepasst werden, um die Last an dem Motor 22 zu reduzieren (Lastabschaltung), um so zuzulassen, dass der Motor über eine längere Zeitspanne in dem Hocheffizienzmodus bleibt und dennoch gleichzeitig eine Kühlung für den Fahrgastraum 14 bereitstellt.
Wenn eine Klimatisierung anfänglich angefordert wird, wird der Kältemittelverdichter 62, der durch den HVAC-Controller 68 gesteuert ist, betrieben, Block 200. Auch wird ein Verdichterlaufzeitgeber in dem HVAC-Controller 68 eingestellt, Block 202. Der Verdichter 62 setzt den Betrieb fort, bis die Verdichterlaufzeit größer ist als eine vorbestimmte Laufzeitdauer, Block 204.
Sobald die Verdichterlaufzeit die vorbestimmte Laufzeitdauer überschritten hat, wird eine Kältespeicherladung bestimmt, Block 206. Der Kältespeicher kann z. B. ein beliebiges der in den 1-4 gezeigten Kältespeichersysteme - d. h. eine thermische Kältemittelspeicherflasche 61 ( 1), eine thermische Kältespeicherfläche 70 in dem Verdampfer 48 (2), eine thermische Kühlmittelspeicherflasche 82 (3) oder eine größere thermische Kühlmittelspeicherflasche 84 und ein Ventil 86 (4) umfassen.
6 veranschaulicht ein Beispiel einer Möglichkeit, wie eine Kältespeicherladung in Block 206 mithilfe einer Nachschlagetabelle bestimmt wird. Für eine niedrige Verdichterdrehzahl (U/min) ist die Ladekapazität über eine gegebene Zeit 304 kleiner als die Ladekapazität über diese Zeit für eine mittlere Verdichterdrehzahl 304 oder eine hohe Verdichterdrehzahl 300. Es können andere empirische oder mathematische Verfahren verwendet werden, um die Kältespeicherkapazität zu bestimmen, falls erwünscht.
Zurückkommend auf die 5A und 5B (im Hinblick auf die 1-4) setzt der Kältemittelverdichter 62 den Betrieb fort und die Kältespeicherladung wird mit einer Kältespeicherschwelle verglichen, Block 208. Wenn die Kältespeicherladung nicht über der Schwelle liegt, dann setzt der Verdichter 62 den Betrieb fort und eine aktualisierte Kältespeicherladung wird bestimmt. Wenn die Kältespeicherladung die Schwelle überschreitet, dann wird der Verdichterzyklenbetrieb eingeschaltet, Block 210. Das heißt, der Verdichter 62 kann ausgeschaltet werden, wenn es erwünscht ist, und der thermische Kältespeicher kann verwendet werden, um die Kühlung für den Fahrgastraum 14 bereitzustellen.
Wenn der Verdichterzyklenbetrieb eingeschaltet ist, dann wird bestimmt, ob der Motor 22 im Hocheffizienzmodus arbeitet, Block 212. Wenn nicht, dann können der Verdichterbetrieb und die Kältespeicherüberprüfungen fortgesetzt werden. Wenn er im Hocheffizienzmodus arbeitet, Block 212, dann werden HVAC-Lasten an dem Motor bestimmt, Block 214.
7 veranschaulicht mögliche HVAC-Lasteingänge, die zu einer zusätzlichen Last an dem Motor 22 führen. Die elektrische Last vom Betreiben des Gebläses 44, Block 400, die Erhöhung der elektrischen Last an dem Ventilator 26 an dem vorderen Ende auf Grund des Klimaanlagenbetriebes (über die und oberhalb der Antriebskühlventilatorlast), Block 402 und die elektrische Last, die notwendig ist, um die Kältemittelverdichterkupplung einzurücken, Block 404, tragen alle zu dem Lichtmaschinenlast-Kennfeld bei, Block 406. Der Betrieb der Lichtmaschine (nicht gezeigt) legt eine Last an den Motor 22, wobei der Betrieb des HVAC-Systems 18 diese Last erhöht.
Darüber hinaus legt der Kältemittelverdichter 62 eine Last an den Motor 22. Die Verdampferlast, Block 410, der Kältemittelaustrittsdruck, Block 412, der Kältemittelsaugdruck, 414, die Kältespeicherlast, Block 416, die Verdichterdrehzahl, Block 418, und die Last des Ventilators an dem vorderen Ende, Block 420 tragen alle zu dem Verdichtereffizienz-Kennfeld, Block 422 für den Kältemittelverdichter 62 bei. Das Lichtmaschinenlastkennfeld, Block 406, und das Verdichtereffizienz-Kennfeld, Block 422, werden kombiniert, um das HVAC-Last-Modell zu erzeugen, Block 424. Das HVAC-Last-Modell, Block 424, gibt an, wie viel Last das HVAC-System 18 an den Motor 22 legt. Somit ist die mögliche Leistung bekannt, welche das HVAC-System 18 abschalten kann, Block 426.
Zurückkommend auf die 5A und 5B (im Hinblick auf die 1-4) wird die Nähe des Motor (Antriebs)-Betriebes zu einem Übergangspunkt zwischen einem Hocheffizienzmodus und einem Niedrigeffizienz-Betriebsmodus bestimmt, Block 216. In Kenntnis der möglichen Leistung, die von dem HVAC-System 18 abgeschaltet werden kann, und der Nähe des Motorbetriebes zu dem Übergangspunkt erfolgt eine Bestimmung, ob die HVAC-Lastabschaltreduktionen zulassen werden, dass der Motor (Antrieb) weiterhin unter diesem Übergangspunkt arbeitet, Block 218. Wenn nicht, setzt der Verdichter 62 den Betrieb fort, wobei der Motor 22 in den weniger effizienten Modus geschaltet wird, wobei zu späteren Zeitpunkten Überprüfungen durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob der Motor wieder im Hocheffizienzmodus arbeitet.
Wenn die HVAC-Lastabschaltung zulassen wird, dass der Motor 22 den Betrieb im Hocheffizienzmodus fortsetzt, dann wird die HVAC-Last abgeschaltet, Block 220. Der Betrag der abgeschalteten Leistung kann bis zu dem Betrag gehen, der durch den Block 426 angegeben ist (7). Diese Lastabschaltung kann dann umfassen, dass die Kupplung des Verdichters 62 ausgerückt wird (oder die Verdichterleistung reduziert wird, wenn es sich um einen verstellbaren Verdichter handelt), die Drehzahl des Gebläses 44 reduziert wird und/oder die Drehzahl des Ventilators 26 am vorderen Ende reduziert wird - wobei all das die Last an dem Motor 22 reduzieren wird, um zuzulassen, dass der Motor 22 weiterhin in dem Hocheffizienzmodus arbeitet. Während des HVAC-Lastabschaltereignisses kann der Lufteinlass 46 in das HVAC-Modul 40 derart geschaltet werden, um die Rezirkulation der Luft zu erhöhen und so die Kühllast an dem Fahrgastraum 14 zu reduzieren. Die Kühlung des Fahrgastraumes 14 wird erreicht, indem der thermische Kältespeicher in dem HVAC-System 18 verwendet wird. Somit gestattet eine Kombination von HVAC-Steuerungen (bereitgestellt durch den HVAC-Controller 68) mit Motorsteuerungen (bereitgestellt durch den Antriebscontroller 32) und dem thermischen Kältespeicher (bereitgestellt durch die thermische Speicherflasche 61, die Kältespeicherfläche 70, die thermische Speicherflasche 82 oder die größere thermischen Speicherflasche 84) eine verbesserte Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkei t.
Da die Kühlung nunmehr durch die gespeicherte thermische Kälteenergie bereitgestellt wird, die abgeführt wird, wenn das HVAC-System 18 in diesem Modus arbeitet, wird das HVAC-Komfortniveau überwacht, Block 222. Wenn das HVAC-Komfortniveau über einem Sollwert bleibt, Block 224, dann setzt das HVAC-System 18 damit fort, die gespeicherte thermische Kälteenergie zu verwenden. Wenn das HVAC-Komfort-Sollniveau unter den Sollwert fällt, Block 224, dann wird der Kältemittelverdichter 62 erneut betrieben. Dies kann es erforderlich machen, den Betriebsmodus des Motors 22 in einen Niedrigeffizienz-Betriebsmodus zu ändern, um die erhöhten Motorlasten zu berücksichtigen. Der Wert des Sollwerts kann auf einer maximalen Verdampferluft-Austrittstemperatur, einer Atemtemperatur in dem Fahrgastraum 14, einer Änderung der Atemtemperatur, der Sonneneinstrahlung in dem Fahrgastraum 14, einer Gebläsedrehzahl oder einer Kombination aus einigen oder allen dieser Faktoren basieren.
8 veranschaulicht, wie die thermischen Kältespeichereingänge für das HVAC-System 18 verwendet werden können, um den in Block 224 verwendeten Sollwert zu verändern, um zuzulassen, dass ein Fahrzeugbediener einen gewissen Eintrag in die Effizienzentscheidung in Bezug auf den Motorbetrieb innehat. Das heißt, man kann einen Schalter (nicht gezeigt) in dem Fahrgastraum 14 in verschiedene Wirtschaftlichkeitsstellungen wie z. B. Economy off, Economy low, Economy medium und Economy high stellen, Block 500. Diese Einstellung bestimmt, wie weit es dem HVAC-System 18 erlaubt ist, von dem höchst wünschenswerten Sollwert abzuweichen, bevor der Verdichter 62 aktiviert wird und der Motorbetriebsmodus in einen weniger effizienten geändert wird. Bestimmte Fahrzeuginsassen mögen ein höheres Maß an Unbequemlichkeit in Kauf nehmen, um den Betrieb im Motoreffizienzmodus auszudehnen. Auf der Basis der Schaltereinstellung wird ein HVAC-Komfort- und Energiesteuerungen-Eingang festgelegt, Block 502. Dies kann durch einen Verdampferlufttemperatursollwert, Block 506, und eine Umgebungslufttemperaturmessung, Block 504, beeinflusst werden. Diese Werte definieren gemeinsam mit einer Bestimmung eines Einschaltens einer hohen Motoreffizienz, Block 508, einer Antriebsanforderung, die HVAC-Last abzuschalten, Block 510, und einer Motorlaufzeitmessung, Block 512, Kältespeichereingänge, Block 514, die bestimmen, wie lange der thermische Kältespeicher verwendet werden kann, bevor eine Verdichteraktivierung angefordert wird.
Zusätzliche Effizienzstrategien können mit dem Verfahren der 5A und 5B verwendet werden, um die Fahrzeug-Kraftstoffwirtschaftlichkeit weiter zu verbessern. Zum Beispiel kann der Verdichter 62 während Fahrzeugbeschleunigungen ausgeschaltet werden, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Die Strategie kann auch umfassen, dass der Verdichter im Motorleerlauf und während einer Fahrzeugverlangsamung ausgeschaltet wird (wenn ein ausreichender thermischer Kältespeicher verfügbar ist). Überdies kann der Verdichter 62 (falls mit verstellbarer Leistung) mit einem tieferen Zyklenbetrieb des Verdichters (100 % Ein und Aus) betrieben werden, um die Effizienz zu erhöhen, anstatt in Modi, in denen der Verdichter 62 bei einer reduzierten Leistung läuft.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines als HVAC-System bezeichneten Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystems in einem Fahrzeug mit einem Motor, der in einem Hocheffizienzmodus und einem weniger effizienten Modus hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit arbeitet, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) ein Kältemittelverdichter betrieben wird, um einen Fahrgastraum zu kühlen und eine thermische Kältespeichervorrichtung zu laden; (b) bestimmt wird, ob eine Kälteladung in der thermischen Kältespeichervorrichtung eine vorbestimmte Schwelle überschritten hat; (c) ein Verdichterzyklenbetrieb eingeschaltet wird, in dem der Kältemittelverdichter bei Bedarf ausgeschaltet und die thermische Kältespeichervorrichtung zur Kühlung des Fahrgastraums verwendet werden kann, wenn die Kälteladung in der thermischen Kältespeichervorrichtung die vorbestimmte Schwelle überschritten hat; (d) detektiert wird, ob der Motor im Hocheffizienzmodus arbeitet; (e) die Summe der Leistung von den Motor belastenden HVAC-Lasten bestimmt wird; (f) eine Nähe des Motorbetriebes zu einem Schaltpunkt von dem Hocheffizienzmodus in den weniger effizienten Modus bestimmt wird; und (g) eine HVAC-Lastabschaltung durchgeführt wird, um die HVAC-Lasten an dem Motor zu reduzieren, wenn die HVAC-Lastreduktion zulässt, dass der Motor den Betrieb im Hocheffizienzmodus fortsetzt, und der Verdichterzyklenbetrieb eingeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Hocheffizienzmodus umfasst, dass der Motor in einem Modus mit homogener Kompressionszündung betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Hocheffizienzmodus umfasst, dass der Motor in einem Zylinderdeaktivierungsbetriebsmodus betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) ferner dadurch definiert ist, dass die thermische Kältespeichervorrichtung eine thermische Kältemittelspeicherflasche ist, die in einem Kältemittelkreislauf zwischen einem Verdampfer und dem Kältemittelverdichter angeordnet ist, und das Laden der thermischen Kältespeichervorrichtung umfasst, dass ein gekühltes Kältemittel durch die thermische Kältemittelspeicherflasche strömen gelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) ferner dadurch definiert ist, dass die thermische Kältespeichervorrichtung eine thermische Kältespeicherfläche in einem Verdampfer ist, welcher in einem HVAC-Modul angeordnet ist, und das Laden der thermischen Kältespeichervorrichtung umfasst, dass ein gekühltes Kältemittel durch die thermische Kältespeicherfläche strömen gelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) ferner dadurch definiert ist, dass das HVAC-System einen sekundären Kühlmittelkreislauf umfasst und die thermische Kältespeichervorrichtung eine thermische Kühlmittelspeicherflasche ist, die in dem sekundären Kühlmittelkreislauf zwischen einer Kältemaschine und einem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmetauscher angeordnet ist, und das Laden der thermischen Kältespeichervorrichtung umfasst, dass ein gekühltes Kühlmittel durch die thermische Kühlmittelspeicherflasche strömen gelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) ferner dadurch definiert ist, dass das HVAC-System einen sekundären Kühlmittelkreislauf umfasst und die thermische Kältespeichervorrichtung eine thermische Kühlmittelspeicherflasche ist, die in dem sekundären Kühlmittelkreislauf zwischen einer Kältemaschine und einem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmetauscher angeordnet ist, wobei ein Ventil in dem sekundären Kühlmittelkreislauf angeordnet ist, welches schaltbar ist, um die Kühlmittelströmung selektiv durch die thermische Kühlmittelspeicherflasche zu leiten und die thermische Kühlmittelspeicherflasche zu umgehen; und das Laden der thermischen Kältespeichervorrichtung umfasst, dass das Ventil geschaltet wird, um die Kühlmittelströmung durch die thermische Kühlmittelspeicherflasche zu leiten, und ein gekühltes Kühlmittel durch die thermische Kühlmittelspeicherflasche strömen gelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die HVAC-Lastabschaltung umfasst, dass der Kältemittelverdichter deaktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die HVAC-Lastabschaltung umfasst, dass eine Gebläsedrehzahl für ein Gebläse in dem HVAC-Modul verlangsamt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die HVAC-Lastabschaltung umfasst, dass eine Drehzahl eines Ventilators im Motorraum des Fahrzeugs verlangsamt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches die Schritte umfasst, dass: (h) der durch das HVAC-System bereitgestellte Komfortgrad überwacht wird; (i) der Komfortgrad mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen wird; und (j) der Kältemittelverdichter aktiviert wird, wenn der Komfortgrad unter den vorbestimmten Sollwert fällt.
Verfahren nach Anspruch 11, welches den Schritt umfasst, dass der vorbestimmte Sollwert auf ein verschiedenes vorbestimmtes Niveau auf der Basis eines benutzereinstellbaren Kraftstoffwirtschaftlichkeitstatus festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Sollwert auf einer Verdampferlufttemperaturmessung basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kältemittelverdichter ein Kältemittelverdichter mit variabler Leistung ist und die Lastabschaltung umfasst, dass eine Betriebsleistung des Kältemittelverdichters mit variabler Leistung ausreichend reduziert wird, um zuzulassen, dass der Motor damit fortsetzt, im Hocheffizienzmodus zu arbeiten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (c) ferner dadurch definiert ist, dass der Verdichterzyklenbetrieb eingeschaltet wird, wenn die Kälteladung in der thermischen Kältespeichervorrichtung die vorbestimmte Schwelle überschritten hat und der Kältemittelverdichter länger kontinuierlich in Betrieb war als eine vorbestimmte Verdichterlaufzeitdauer.
Verfahren zum Steuern eines als HVAC-System bezeichneten Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystems in einem Fahrzeug mit einem Motor, der in einem Hocheffizienzmodus und einem weniger effizienten Modus hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit arbeitet, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) ein Kältemittelverdichter betrieben wird, um einen Fahrgastraum zu kühlen und eine thermische Kältespeichervorrichtung zu laden; (b) bestimmt wird, ob der Kältemittelverdichter länger kontinuierlich in Betrieb war als eine vorbestimmte Verdichterlaufzeitdauer; (c) detektiert wird, ob der Motor im Hocheffizienzmodus arbeitet; (d) die Summe der Leistung von den Motor belastenden HVAC-Lasten bestimmt wird; (e) eine Nähe des Motorbetriebes zu einem Schaltpunkt von dem Hocheffizienzmodus in den weniger effizienten Modus bestimmt wird; (f) eine HVAC-Lastabschaltung durchgeführt wird, um die HVAC-Lasten an dem Motor zu reduzieren, wenn die HVAC-Lastreduktion zulässt, dass der Motor den Betrieb im Hocheffizienzmodus fortsetzt, und der Kältemittelverdichter länger kontinuierlich in Betrieb war als die vorbestimmte Verdichterlaufzeitdauer; (g) der durch das HVAC-System bereitgestellte Komfortgrad überwacht wird, nachdem die HVAC-Lastabschaltung stattfindet; (h) der Komfortgrad mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen wird; und (i) der Kältemittelverdichter aktiviert wird, wenn der Komfortgrad unter den vorbestimmten Sollwert fällt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die HVAC-Lastabschaltung umfasst, dass der Kältemittelverdichter deaktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 16, welches den Schritt umfasst, dass der vorbestimmte Sollwert auf ein verschiedenes vorbestimmtes Niveau auf der Basis eines benutzereinstellbaren Kraftstoffwirtschaftlichkeitstatus festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Kältemittelverdichter ein Kältemittelverdichter mit variabler Leistung ist und die Lastabschaltung umfasst, dass eine Betriebsleistung des Kältemittelverdichters mit variabler Leistung ausreichend reduziert wird, um zuzulassen, dass der Motor damit fortsetzt, im Hocheffizienzmodus zu arbeiten.
Verfahren nach Anspruch 16, welches den Schritt umfasst, dass (j) der Kältemittelverdichterbetrieb fortgesetzt wird und der Motor in den weniger effizienten Modus geschaltet wird, wenn die HVAC-Lastreduktion nicht zulassen würde, dass der Motor unter dem Schaltpunkt für den Hocheffizienzmodus bleibt.