DE102012200513A1

DE102012200513A1 - Verfahren zur Innenraumkühlung bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-Automatik

Info

Publication number: DE102012200513A1
Application number: DE201210200513
Authority: DE
Inventors: Joachim Link
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-07-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Innenraumkühlung bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-Automatik. Das Verfahren umfasst die Schritte Einlesen (230), Ermitteln (250), Bestimmen (270) und Vergleichen (280). Der Schritt des Einlesen (230) umfasst das Einlesen eines Lufteintrittstemperatur-Signals, welches die Lufteintrittstemperatur einer einströmenden Luft an einem Eingang eines Verdampfers repräsentiert, eines Lufteintrittsfeuchte-Signals (240), welches eine Lufteintrittsfeuchte der einströmenden Luft an dem Eingang des Verdampfers repräsentiert, eines Verdampferausblastemperatur-Signals (235), welches eine aktuelle Verdampferausblastemperatur der Luft an einem Ausgang des Verdampfers repräsentiert und/oder eines Maximalwertes für einen Gradienten eines absoluten Wassergehaltes der ausströmenden Luft (245). Der folgende Schritt des Ermitteln (250) berechnet einen aktuellen Gradienten des absoluten Wassergehaltes der ausströmenden Luft (265), unter Verwendung eines Kennfeldes (260) und eines Taupunktes der Luft an dem Ausgang des Verdampfers (255), wobei der Taupunkt der Luft an dem Ausgang des Verdampfers (255) über die Lufteintrittstemperatur, Lufteintrittsfeuchte (240) und/oder die aktuelle Verdampferausblastemperatur (235) bestimmt ist. Im darauf folgenden Schritt des Bestimmens (270) wird eine gewünschte maximale Verdampferausblastemperatur (270) bestimmt. Der darauf aufbauende Schritt vergleicht (280) die aktuelle Verdampferausblastemperatur (235) mit der bestimmten maximalen Verdampferausblastemperatur (270) und stellt ein Vergleichsergebnis (285) bereit, wobei das Vergleichsergebnis (285) die Nutzbarmachung der Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Innenraumkühlung des Fahrzeugs ermöglicht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nutzbarmachung der Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Innenraumkühlung eines Fahrzeugs gemäß den Hauptansprüchen.
Klimaanlagen in Fahrzeugen sind allgemein bekannt. Als eine Maßnahme, um den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs zu reduzieren, kann der Motor abgeschalten werden bei Standphasen, bzw. vorübergehenden Stopps, z. B. bei Ampelstopps. Dieser Idle-Stopp-Betrieb ist bei verbrauchsarmen Fahrzeugen bereits umgesetzt. in einer marktüblichen Fahrzeugklimaanlage, d. h. ein Kältekreislauf arbeitet nach dem Prinzip des Kaltdampfprozesses, kann der Kompressor über einen direkt mit dem Motor verbundenen Riemen angetrieben werden. Die Klimaanlage arbeitet also nur bei Motorbetrieb, bei Fahrzeugstopps kann damit die zur Klimatisierung des Innenraums notwendige Kälteleistung nicht mehr bereitgestellt werden. Der Verdampfer kann sich dann relativ schnell erwärmen, die durchströmende Luft kann nicht mehr abgekühlt und entfeuchtet werden. Der resultierende Temperatur- und Feuchtigkeitsanstieg kann als unkomfortabel empfunden werden.
Verbrauchsarme Fahrzeuge, die einen Idle-Stopp-Modus verwenden, werden zurzeit entweder nicht mit einer Klimaanlage angeboten, oder es kann beim Motorstopp im Idle der Klimakomfort im Fahrzeug nicht aufrechterhalten werden. Eine mögliche Lösung kann in sogenannten Speicherverdampfern bestehen, in denen mittels Phasenübergang, d. h. erstarren oder einfrieren, eines Phasenwechselmaterials Energie gespeichert werden kann. Die Beladung kann dabei während der Fahrt erfolgen, bei abgestelltem Motor kann die durchströmende Luft dann über den umgekehrt ablaufenden Phasenübergang, d. h. das Schmelzen oder Auftauen, des Speichermediums gekühlt werden. Bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-Automatik wird der Klimakomfort bei Ampelstopps und damit Motor-Aus-Phasen nur eine sehr kurze Zeit aufrechterhalten.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Nutzungbarmachung der Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Innenraumkühlung bei einem Fahrzeug mit Start-Stopp-Automatik zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Hauptansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der gefühlte Komfort im Fahrzeug direkt abhängig ist von der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit im Fahrzeuginneren.
Dabei ist die Luftfeuchtigkeit direkt vom Taupunkt der Luft abhängig. im Stand der Technik wird dies entweder gar nicht berücksichtigt, oder nur die Temperatur als Messgröße herangezogen. Komfort bedeutet dabei eine nur geringe Erhöhung der Temperatur im Fahrgastraum auch bei Motor-Aus-Phasen, sowie kein Überschreiten des Taupunkts der über den Verdampfer strömenden Luft, um den Feuchteeintrag in den Fahrgastraum zu minimieren. Mittels geeigneter Regelung des Einschaltmoments der Klimaanlage kann bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-Automatik das im Verdampfer auskondensierte Wasser im Stopp-Fall als zusätzliche Wärmesenke genutzt werden, um damit den Komfort im Fahrzeug länger aufrecht zu erhalten. Die Verlängerung der möglichen Motoraus Zeiten ohne Verlust des Klimakomforts kann auch über den bisher limitierenden Taupunkt der Lufttemperatur am Verdampferausgang durch eine geeignete Regelung ermöglicht werden.
Vorteilhafterweise kann die Motor-Aus-Phase ohne Komforteinbußen verlängert werden. Es wird ein ideales Verhältnis zwischen Energieeinsparung mittels Motor-Aus-Phasen durch den Einsatz der Start-Stopp-Automatik und dem Komfort der Fahrzeuginsassen eingestellt. Durch das Verfahren kann ein Start-Stopp Betrieb auch über den Taupunkt der über den Verdampfer geleiteten Luft hinweg betrieben werden ohne eine Komforteinbuße zu erhalten, bedingt durch erhöhte Feuchte und daraus resultierendem Geruch.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Nutzbarmachung der Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Innenraumkühlung eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor mit einer Start-Stopp-Automatik aufweist, welche ein Stoppen des Verbrennungsmotors bei einer Standphase des Fahrzeuges automatisch veranlasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Einlesen eines Lufteintrittstemperatur-Signals, welches die Lufteintrittstemperatur einer einströmenden Luft an einem Eingang eines Verdampfers repräsentiert, eines Lufteintrittsfeuchte-Signals, welches eine Lufteintrittsfeuchte der einströmenden Luft an dem Eingang des Verdampfers repräsentiert, eines Verdampferausblastemperatur-Signals, welches eine aktuelle Verdampferausblastemperatur der Luft an einem Ausgang des Verdampfers repräsentiert und/oder eines Maximalwertes für einen Gradienten eines absoluten Wassergehaltes der ausströmenden Luft;
Ermitteln eines aktuellen Gradienten des absoluten Wassergehaltes der ausströmenden Luft, unter Verwendung eines Kennfeldes und eines Taupunktes der Luft an dem Ausgang des Verdampfers, wobei der Taupunkt der Luft an dem Ausgang des Verdampfers über die Lufteintrittstemperatur, Lufteintrittsfeuchte und/oder die aktuelle Verdampferausblastemperatur bestimmt ist;
Bestimmen einer gewünschten maximalen Verdampferausblastemperatur; und
Vergleichen der aktuellen Verdampferausblastemperatur mit der bestimmten maximalen Verdampferausblastemperatur und bereitstellen eines Vergleichsergebnisses, wobei das Vergleichsergebnis die Nutzbarmachung der Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Innenraumkühlung des Fahrzeugs ermöglicht. Mittels dieses Vergleichsergebnisses kann eine Entscheidung über den Start des Motors und damit des Kältekreislaufes getroffen werden, wenn die im Verdampfer gespeicherte Verdampfungsenthalpie nicht ausreicht, um den gewünschten Komfortbereich im Fahrzeuginneren aufrechtzuerhalten.
Eine Start-Stopp-Automatik oder auch Start-Stopp-System, kann als ein automatisch arbeitendes System bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor verstanden werden, welches eingesetzt wird zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs in Standphasen durch das Abschalten des Motors, sobald dieser nicht für den Vortrieb benötigt wird. Unter einer Standphase kann in diesem Zusammenhang gesprochen werden, wenn das Fahrzeug verkehrsbedingt zum Stillstand kommt, wie z. B. an einer Ampel oder im Stop-and-go-Verkehr. Unter der Verdampfungsenthalpie des Wassers kann die Energie verstanden werden, die notwendig ist, um das Wasser vom flüssigen in den gasförmigen Zustand zu transportieren. Die hier eingesetzte Energie kann in einem Verdampfer der Luft entzogen werden und diese damit abkühlen. Unter einer Lufteintrittstemperatur kann die Temperatur der Luft am Eintritt des Verdampfers in der Klimaanlage verstanden werden, analog kann unter einer Lufteintrittsfeuchte die Feuchte der Luft am Eintritt des Verdampfers in der Klimaanlage verstanden werden. Unter einer absoluten Luftfeuchte kann die Menge des Wasserdampfes in der Luft verstanden werden. Für die relative Luftfeuchte wird der Quotient gebildet aus der absoluten Luftfeuchte und der möglichen Sättigungsmenge an Wasserdampf bei gleicher Lufttemperatur. Als Verdampferausblastemperatur kann die, zumeist abgekühlte, Luft am Austritt des Verdampfers verstanden werden. Da die Luft mechanisch über den Verdampfer geblasen werden kann, kann wird im Allgemeinen anstelle des Ausdrucks „Verdampferaustrittstemperatur” am Austritt des Verdampfers von der Verdampferausblastemperatur gesprochen. Als Taupunkt kann die Temperatur bezeichnet werden, bei der sich zwischen kondensierendem und verdunstendem Wasser ein Gleichgewichtszustand einstellt. Eine Abkühlung der Luft unter die Taupunkttemperatur kann zu Kondensation führen, eine Erwärmung der Luft kann zu neuer Aufnahmefähigkeit von Wasserdampf führen. Die Darstellung des Taupunkts in Abhängigkeit zu Temperatur und Luftdruck kann als Kennlinie dargestellt werden. Unter einer Kennlinie kann die grafische Darstellung zweier voneinander abhängiger physikalischer Größen verstanden werden, wie beispielsweise Lufttemperatur und relative Luftdruck. Unter einem Kennfeld kann die Darstellung mehrerer Kennlinien in Abhängigkeit von weiteren Parametern verstanden werden.
Der hier vorgestellte Ansatz bietet den Vorteil, dass das Verfahren generell an einem Fahrzeug mit Kältekreislauf und Start-Stopp-Automatik Anwendung finden kann. Durch die zusätzliche Möglichkeit einen Teil der Verdampfungsenthalpie des im Verdampfer gespeicherten Wassers zu nutzen, wird es durch das hier vorgestellte Verfahren erstmals möglich ohne Komforteinbuße auch bei Motor-Stopp Lufttemperaturen nach Verdampfer oberhalb des Taupunkts der Luft zu erreichen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann durch einen Schritt des Regelns das Vergleichsergebnis verwendet werden, wobei bei Überschreiten der maximalen Verdampferausblastemperatur durch die aktuelle Verdampferausblastemperatur ein Start des Verbrennungsmotors ausgelöst wird. Dies bietet den Vorteil, dass eine maximale Kraftstoffeinsparung ohne Komforteinbußen realisiert werden kann.
In einer Ausführungsform kann im Schritt des Einlesens der Gradient des absoluten Wassergehaltes der ausströmenden Luft am Verdampfer höchstens 0,12 g_Wasser/kg_Luft·s, insbesondere höchstens 0,1 gWasser/kg_Luft·s, betragen. Dies ist günstig, da der von den Insassen als unkomfortabel empfundene Waschküchengeruch so vermieden werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Ermittelns ein Kennfeld verwendet werden, das ein Verhalten der Verdampferausblastemperatur in einem Stoppfall als eine Funktion der Lufteintrittstemperatur, der Lufteintrittsfeuchte sowie der Luftmenge wiedergeben. Das Kennfeld erleichtert die Berechnungen oder Bestimmung von Größen, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.
Ferner kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schritt des Ermittelns der Taupunkt der Luft an dem Ausgang des Verdampfers und/oder eines absoluten Wassergehalts der einströmenden Luft unter Verwendung des Lufteintrittstemperatur-Signals, des Lufteintrittsfeuchte-Signals und/oder des Verdampferausblastemperatur-Signals bestimmt werden. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer sehr präzisen Bestimmung des aktuellen Taupunktes der Luft.
Entsprechend einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann als Verdampfer ein Speicherverdampfer verwendet werden. Da der dargestellte Gradient des absoluten Wassergehalts über die Zeit vom Aufwärmverhalten des Verdampfers im Stoppfall abhängen kann und sich ein Speicherverdampfer langsamer im Vergleich zu Verdampfern nach Stand der Technik erwärmt, bietet dies den Vorteil, dass sich der Gradient des absoluten Wassergehalts über die Zeit verringert und damit der Komfortbereich trotz Motor-Stopp für die Insassen länger aufrechterhalten werden kann.
Günstig ist es auch, wenn in einer Ausführungsform die Schritte des Verfahrens nur dann ausgeführt werden, wenn der Verbrennungsmotor zu Beginn der Ausführung des Verfahrens ausgeschaltet ist. Hierdurch kann die Belastung der für das Verfahren eingesetzten Vorrichtung verringert werden.
Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Nutzbarmachung der Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Innenraumkühlung eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor mit einer Start-Stopp-Automatik aufweist, welche ein Stoppen des Verbrennungsmotors bei einer Standphase des Fahrzeuges automatisch veranlasst, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale umfasst:
eine Einheit zum Einlesen eines Lufteintrittstemperatur-Signals, welches die Lufteintrittstemperatur einer einströmenden Luft an einem Eingang eines Verdampfers repräsentiert, eines Lufteintrittsfeuchte-Signals, welches eine Lufteintrittsfeuchte der einströmenden Luft an dem Eingang des Verdampfers repräsentiert, eines Verdampferausblastemperatur-Signals, welches eine aktuelle Verdampferausblastemperatur der Luft an einem Ausgang des Verdampfers repräsentiert und/oder eines Maximalwertes für einen Gradienten eines absoluten Wassergehaltes der ausströmenden Luft;
eine Einheit zum Ermitteln eines aktuellen Gradienten des absoluten Wassergehaltes der ausströmenden Luft, unter Verwendung eines Kennfeldes und eines Taupunktes der Luft an dem Ausgang des Verdampfers, wobei der Taupunkt der Luft an dem Ausgang des Verdampfers über die Lufteintrittstemperatur, Lufteintrittsfeuchte und/oder die aktuelle Verdampferausblastemperatur bestimmt ist;
eine Einheit zum Bestimmen einer gewünschten maximalen Verdampferausblastemperatur; und
eine Einheit zum Vergleichen der aktuellen Verdampferausblastemperatur mit der bestimmten maximalen Verdampferausblastemperatur und bereitstellen eines Vergleichsergebnisses, wobei das Vergleichsergebnis die Nutzbarmachung der Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Innenraumkühlung des Fahrzeugs ermöglicht.
Die Vorrichtung erlaubt den Einsatz des Verfahrens unabhängig von anderen Vorrichtungen im Fahrzeug.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Klimaanlage mit einem Verdampfer, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um unter Verwendung des Vergleichsergebnisses eine Temperatur im Verdampfer zu steuern. Über die Temperaturregelung im Verdampfer wird neben der Temperatur für die Insassen auch die ins Fahrzeuginnere eingebrachte Luftfeuchtigkeit geregelt. Somit lässt sich der Komfortbereich für die Insassen einstellen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Verdampfer der Klimaanlage als Speicherverdampfer ausgebildet sein.
Besonders Vorteilhaft ist das vorstehend vorgestellte Verfahren oder die vorstehend vorgestellte Vorrichtung, wenn ein Speicherverdampfer eingesetzt wird, da der oben dargestellte Gradient maßgeblich vom Aufwärmverhalten des Verdampfers im Stoppfall abhängt. Der Speicherverdampfer erwärmt sich deutlich langsamer im Vergleich zu Verdampfern nach Stand der Technik. Dadurch verringert sich der Gradient erheblich.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Diagramm mit einer Darstellung des absoluten Wassergehaltes der in die Kabine eintretenden Luft über die Zeit; und
2 eine Darstellung eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens zur Nutzbarmachung der Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Innenraumkühlung bei Start-Stopp-Fahrzeugen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
1 zeigt in einem Koordinatensystem einen absoluten Wassergehalt der in die Kabine einströmenden Luft ρ_w auf der Ordinatenachse über eine Zeit t auf der Abszisse. Gezeigt wird ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Nutzbarmachung der Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Innenraumkühlung bei Start-Stopp-Fahrzeugen. Dargestellt sind zwei parallel zur Zeitachse t verlaufende Geraden, die Grenzwerte für den absoluten Wassergehalt der in die Kabine einströmenden Luft darstellen. Die einen niedrigeren Grenzwert darstellende Gerade zeigt einen Grenzwert nach Stand der Technik x₁. Bei laufender Klimaanlage ist eine Feuchtigkeit der in den Fahrgastraum eingeblasenen Luft x₁ direkt abhängig von der Taupunktstemperatur der in den Verdampfer eintretenden Luft. Der so bestimmte Grenzwert kann als Grenzwert nach Stand der Technik x₁ bezeichnet werden. Über der den Grenzwert nach Stand der Technik x₁ darstellenden Geraden liegt parallel dazu der Grenzwert für komfortablen Bereich x₂. Der Grenzwert für komfortablen Bereich x₂ ist bestimmt durch das menschliche Empfinden. Oberhalb des Grenzwertes für komfortablen Bereich wird eine Komforteinbuße durch Feuchte und/oder Geruch wahrgenommen.
Zum Zeitpunkt t₁ wird der Motor gestoppt, dadurch steigt die absolute Luftfeuchtigkeit im Fahrgastraum vom Grenzwert nach Stand der Technik x₁ linear an bis sie den Grenzwert für komfortablen Bereich x₂ zum Zeitpunkt t₂ erreicht. Die beiden Schnittpunkte t₁/x₁ und t₂/x₂ sind mit einer Geraden verbunden. Zum Zeitpunkt t₂ wird der Motor wieder gestartet, um den für die Fahrzeuginsassen komfortablen Bereich nicht zu verlassen. Der Bereich B ist der nach dem Stand der Technik nutzbare Bereich für die Luftfeuchtigkeit im Fahrzeuginneren. Durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dieser Bereich um den Bereich A erweitert, ohne Einbußen beim Komfort durch Feuchtigkeitseintrag und/oder Geruch. Die gewonnene Zeit ist bestimmt durch die Differenz von t₂ und t₁.
1 zeigt im Bereich B den bisher im Komfortbereich nutzbaren Bereich des absoluten Feuchtegehalts der in die Kabine einströmenden Luft, worin der absolute Feuchtegehalt x₁ die Taupunktstemperatur der in den Verdampfer eintretenden Luft ist. Der Bereich A kann mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens jetzt zusätzlich, bis zum maximal für den Menschen komfortablen absoluten Wassergehalt in der Luft, x₂ genutzt werden. Die direkte Folge davon ist eine Verlängerung der möglichen Kältemittelkompressor-Aus Zeiten während Ampelstopps und damit eine Möglichkeit die Kraftstoffeinsparpotentiale des Start-Stopp Betriebs zu erhöhen. Bei Fahrzeugen mit Speicherverdampfer verlängert sich die Zeit bis zum Erreichen des Taupunkts, die Problematik des unkomfortablen Feuchteeintrags bleibt.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt 210 wird der Motor überwacht und überprüft, ob der Motor ausgeschaltet ist. Ist das Ergebnis negativ 212, so läuft die Verdampfertemperaturregelung 220 der Klimaanlage und es wird zurückgesprungen auf den ersten Schritt 210 der Motorüberwachung. Im Stoppfall 214 der Motorüberwachung 210 geht es weiter mit einem Schritt des Einlesens 230. In einem ersten Teilschritt wird ein Signal der Lufttemperatur T_{Verdampfer-Ausgang} am Verdampferausgang, die in der 2 mit dem Bezugszeichen 235 versehen ist, einem folgenden Schritt des Ermittelns 250 bereitgestellt. In einem weiteren Teilschritt werden ein Signal der Luftfeuchtigkeit φ_Verdampfer am Verdampfereingang oder am Verdampferausgang, die mit dem Bezugszeichen 240 versehen ist, und ein die Lufttemperatur repräsentierendes Signal am Verdampfereingang dem folgenden Schritt des Ermittelns 250 bereitgestellt. Zum Schritt des Einlesens 230 gehört ferner ein Teilschritt zur Bereitstellung des maximalen Gradienten des absoluten Wassergehalts über die Zeit (dx/dt)_max, der in der 2 mit dem Bezugszeichen 245 versehen wurde.
Im nun folgenden Schritt des Ermittelns 250 wird in einem ersten Teilschritt der Taupunkt und der absolute Wassergehalt der in den Fahrgastraum eintretenden Luft 255 berechnet. In einem zusätzlichen Teilschritt wird ein Kennfeld 260 des Verhaltens der Temperatur im Stoppfall am Verdampferausgang über die Zeit als Funktion der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit am Verdampfereingang 240, und der Luftmenge bereitgestellt. In einem den Schritt des Ermittelns 250 abschließenden Teilschritt wird aus dem Taupunkt und dem absoluten Wassergehalt der in den Fahrgastraum eintretenden Luft 255 und dem Kennfeld 260 der Gradient des absoluten Wassergehalts über die Zeit 265 berechnet.
Unter Vorgabe eines im Teilschritt 245 bereitgestellten Maximalwertes für den Gradienten des absoluten Wassergehalts über die Zeit (dx/dt)_max und dem Ergebnis des aktuellen Gradienten des absoluten Wassergehalts über die Zeit dx_Wasser/dt kann im Schritt des Bestimmens 270 der maximale Verdampferausblastemperatur T_{Verdampfer-Ausgang max} (der in der 2 mit dem Bezugszeichen 270 versehen ist) bestimmt werden. Im nun folgenden ersten Teilschritt 285 des Schritts des Vergleichens 280 kann die bestimmte maximale Verdampferausgangstemperatur T_{Verdampfer-Ausgang max} 270 mit der Temperatur am Verdampfer-Ausgang T_{Verdampfer-Ausgang} 235 verglichen werden. Solange die maximale Verdampferausgangstemperatur T_{Verdampfer-Ausgang max} 270 größer ist, als die Temperatur am Verdampferausgang T_{Verdampfer-Ausgang} 235 kann der Motor ausgeschaltet bleiben und das Verfahren springt zurück auf den Schritt der Motorüberwachung 210. Sobald die Temperatur am Verdampferausgang T_{Verdampfer-Ausgang} 235 die bestimmte maximale Verdampferausgangstemperatur T_{Verdampfer-Ausgang max} 270 überschreitet, wird ein Signal für den Motorstart 295 ausgegeben.
Über die Bestimmung der Temperatur und der relativen Feuchte vor und nach dem Verdampfer kann der Taupunkt der Luft nach dem Verdampfer berechnet werden. Liegt die Oberflächentemperatur einer Oberfläche des Verdampfers am Verdampfer unterhalb der Taupunktstemperatur kondensiert Wasser am Verdampfer aus. Im Stoppfall 214, d. h. bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor, steigt die Lufttemperatur am Verdampferaustritt 230 an, da der Verdichter kein Kältemittel mehr fördert und somit der Kaltdampfprozess zum Erliegen kommt. Durch diesen Anstieg der Temperatur kann am Verdampfer der Taupunkt der in den Verdampfer eintretenden Luft erreicht werden. Als direkte Folge davon verdampft ein Teil des im Verdampfer gespeicherten Wassers. Durch dieses Verdampfen von Wasser tritt bei Verdampfern nach bisherigem Stand der Technik entweder Feuchtigkeit in die Kabine ein („Waschküchengeruch”), die von den Insassen als unkomfortabel empfunden wird, oder der Verbennungsmotor wird wieder gestartet, um den Kaltdampfprozess wieder in Gang zu setzen und die Luft nach Verdampfer wieder unter ihren Taupunkt zu bringen. Das bedeutet entweder einen Diskomfort der Insassen oder einen Verlust an Kraftstoffeinsparpotential.
Als Maß für die Intensität des Feuchteeintrags und den Geruch in die Kabine dient beim erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Gradient des in die Fahrzeugkabine eingetragenen absoluten Wassergehalts über der Zeit (dxW/dt) 265. Übersteigt dieser Gradient 265 eine gewisse Höhe 245 wird der Eintrag der Feuchte vom Fahrzeuginsassen als negativ empfunden. Zur Bestimmung des Gradienten des ins Fahrzeug eintretenden Wassers 265 sollte die Temperatur 235 und Luftfeuchte 240 am Eintritt des Verdampfers (bisher noch nicht Stand der Technik) und die momentane Lufttemperatur nach Verdampfer (bereits Stand der Technik) bekannt sein. Mittels dieser Daten kann der Taupunkt der feuchten Luft 255 und der absolute Wassergehalt der in das Fahrzeug eintretenden Luft berechnet werden. Mittels eines Kennfelds 260 des Verhaltens der Luftaustrittstemperatur aus dem Verdampfer im Stoppfall über der Zeit als Funktion der Eintrittstemperatur und -feuchte sowie der Luftmenge der ins Fahrzeug eintretenden Luft kann der Gradient des absoluten Wassergehalts über der Zeit 265 berechnet werden. Um den Komfort auch oberhalb des Taupunkts der Luft aufrecht zu erhalten muss der Gradient kleiner als 0,12 g_Wasser/kgLuft·s sein, idealer Weise kleiner 0,1 g_Wasser/kgLuft·s. Durch die Vorgabe dieses maximalen Gradienten 245 kann über die Regelung eine maximal zulässige Verdampferausblastemperatur 270 im Stoppfall errechnet werden. D. h. kann dieser Gradient 245 bei den herrschenden Bedingungen nicht eingehalten werden, sollte der Kaltdampfprozess im Stoppfall 295 vor dem Überschreiten der Taupunktstemperatur der Luft nach Verdampfer wieder in Gang gesetzt werden, der Verbrennungsmotor springt an (Zustand 295). Kann der vorgegebene Gradient 245 bei den herrschenden Randbedingungen eingehalten werden, wird eine maximale Lufttemperatur am Verdampferaustritt 270 berechnet, die oberhalb des bisher limitierenden Taupunkts der Luft liegt.
Mittels dieses Verfahrens können somit im Stoppfall auch ohne Komforteinbußen Lufttemperaturen nach Verdampfer oberhalb des Taupunkts der Luft erreicht werden.
Wird diese maximale, errechnete Temperatur 270 (auch oberhalb des Taupunkts der Luft) überschritten, wird der Komfortbereich im Fahrzeuginnenraum verlassen und es erfolgt eine Einschaltaufforderung an den Verbrennungsmotor 295 und damit ein Wiedereinschalten des Kältekreislaufs.
Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte oder Teilschritte des Verfahrens können ferner wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

ρ_w: absoluter Wassergehalt der in die Kabine einströmenden Luft
t: Zeit
x₁: Grenzwert nach Stand der Technik, Luftfeuchtigkeit bei laufender Klimaanlage
x₂: Grenzwert für komfortablen Bereich
A: zusätzlich nutzbarer Bereich im Komfortbereich
B: bisher nutzbarer Bereich im Komfortbereich Zeitpunkt Stopp des Motors
t₂: Zeitpunkt Start des Motors
210: Motorüberwachung
212: Motor läuft
214: Motor-Stopp
220: Verdampfertemperaturregelung
230: Schritt des Einlesens
235: T_{Verdampfer-Ausgang}
240: Luftfeuchtigkeit am Verdampfereingang oder -ausgang: φ_Verdampfer
245: Maximaler Gradient des absoluten Wassergehalts über die Zeit (dx/dt)_max
250: Schritt des Ermittelns
255: Berechnung Taupunkt am Verdampferausgang: T_{Taupunkt Verdampfer-Ausgang}
260: Kennfeld: T_{Verdampfer-Ausgang}(t) als f(T_{Verdampfer-Eingang}, φ_{Verdampfer-Eingang}, T_{Verdampfer-Soll})
265: Gradient absoluter Wassergehalt über die Zeit: dx_Wasser/dt
270: Berechnung: T_{Verdampfer-Ausgang max}
285: Vergleich: T_{Verdampfer-Ausgang max} > T_{Verdampfer-Ausgang}
282: T_{Verdampfer-Ausgang max} <= T_{Verdampfer-Ausgang}
284: T_{Verdampfer-Ausgang max} > T_{Verdampfer-Ausgang}
290: Rücksprung zum Schritt der Motorüberwachung 210
295: Motorstart

Claims

Verfahren zur Nutzbarmachung der Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Innenraumkühlung eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor mit einer Start-Stopp-Automatik aufweist, welche ein Stoppen des Verbrennungsmotors bei einer Standphase des Fahrzeuges automatisch veranlasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Einlesen (230) eines Lufteintrittstemperatur-Signals, welches die Lufteintrittstemperatur einer einströmenden Luft an einem Eingang eines Verdampfers repräsentiert, eines Lufteintrittsfeuchte-Signals (240), welches eine Lufteintrittsfeuchte der einströmenden Luft an dem Eingang des Verdampfers repräsentiert, eines Verdampferausblastemperatur-Signals (235), welches eine aktuelle Verdampferausblastemperatur der Luft an einem Ausgang des Verdampfers repräsentiert und/oder eines Maximalwertes für einen Gradienten eines absoluten Wassergehaltes der ausströmenden Luft (245); Ermitteln (250) eines aktuellen Gradienten des absoluten Wassergehaltes der ausströmenden Luft (265), unter Verwendung eines Kennfeldes (260) und eines Taupunktes der Luft an dem Ausgang des Verdampfers (255), wobei der Taupunkt der Luft an dem Ausgang des Verdampfers (255) über die Lufteintrittstemperatur, Lufteintrittsfeuchte (240) und/oder die aktuelle Verdampferausblastemperatur (235) bestimmt ist; Bestimmen (270) einer gewünschten maximalen Verdampferausblastemperatur (270); und Vergleichen (280) der aktuellen Verdampferausblastemperatur (235) mit der bestimmten maximalen Verdampferausblastemperatur (270) und Bereitstellen eines Vergleichsergebnisses (285), wobei das Vergleichsergebnis (285) die Nutzbarmachung der Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Innenraumkühlung des Fahrzeugs ermöglicht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schritt des Regelns des Verbrennungsmotors, wobei im Schritt des Regelns das Vergleichsergebnis (285) verwendet wird, insbesondere wobei bei Überschreiten der maximalen Verdampferausblastemperatur (270) durch die aktuelle Verdampferausblastemperatur (235) ein Start des Verbrennungsmotors (295) ausgelöst wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Einlesens (230) der Gradient des absoluten Wassergehaltes der ausströmenden Luft am Verdampfer (245) höchstens 0,12 g_Wasser/kg_Luft·s, insbesondere höchstens 0,1 g_Wasser/kg_Luft·s, beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns (250) ein Kennfeld (260) verwendet wird, das ein Verhalten der Verdampferausblastemperatur (235) in einem Stoppfall als eine Funktion der Lufteintrittstemperatur, der Lufteintrittsfeuchte (240) sowie der Luftmenge wiedergibt.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns (250) der Taupunkt der Luft an dem Ausgang des Verdampfers (255) und/oder eines absoluten Wassergehalts der einströmenden Luft unter Verwendung des Lufteintrittstemperatur-Signals, des Lufteintrittsfeuchte-Signals (240) und/oder des Verdampferausblastemperatur-Signals (235) bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdampfer ein Speicherverdampfer verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Verfahrens nur dann ausgeführt werden, wenn der Verbrennungsmotor zu Beginn der Ausführung des Verfahrens ausgeschaltet (214) ist.
Vorrichtung zur Nutzbarmachung der Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Innenraumkühlung eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor mit einer Start-Stopp-Automatik aufweist, welche ein Stoppen des Verbrennungsmotors bei einer Standphase des Fahrzeuges automatisch veranlasst, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale umfasst: eine Einheit zum Einlesen (230) eines Lufteintrittstemperatur-Signals, welches die Lufteintrittstemperatur einer einströmenden Luft an einem Eingang eines Verdampfers repräsentiert, eines Lufteintrittsfeuchte-Signals (240), welches eine Lufteintrittsfeuchte der einströmenden Luft an dem Eingang des Verdampfers repräsentiert, eines Verdampferausblastemperatur-Signals (235), welches eine aktuelle Verdampferausblastemperatur der Luft an einem Ausgang des Verdampfers repräsentiert und/oder eines Maximalwertes für einen Gradienten eines absoluten Wassergehaltes der ausströmenden Luft (245); eine Einheit zum Ermitteln (250) eines aktuellen Gradienten des absoluten Wassergehaltes der ausströmenden Luft (265), unter Verwendung eines Kennfeldes (260) und eines Taupunktes der Luft an dem Ausgang des Verdampfers (255), wobei der Taupunkt der Luft an dem Ausgang des Verdampfers über die Lufteintrittstemperatur, Lufteintrittsfeuchte (240) und/oder die aktuelle Verdampferausblastemperatur (235) bestimmt ist; eine Einheit zum Bestimmen (270) einer gewünschten maximalen Verdampferausblastemperatur (270); und eine Einheit zum Vergleichen (280) der aktuellen Verdampferausblastemperatur (235) mit der bestimmten maximalen Verdampferausblastemperatur (270) und bereitstellen eines Vergleichsergebnisses (285), wobei das Vergleichsergebnis (285) die Nutzbarmachung der Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Innenraumkühlung des Fahrzeugs ermöglicht.
Klimaanlage mit einem Verdampfer und einer Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um unter Verwendung des Vergleichsergebnisses (285) eine Temperatur im Verdampfer zu steuern.
Klimaanlage gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer der Klimaanlage als Speicherverdampfer ausgebildet ist.