DE102013019498A1 - Method for operating an air conditioning system of a motor vehicle and air conditioning - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, umfassend wenigstens einen Kältemittelkreislauf (6), in dem Kältemittel zirkuliert, wenigstens ein Kältemittelreservoir (18) und wenigstens eine Austauscheinrichtung zum Verbringen von Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf (6) in das Kältemittelreservoir (18) und aus dem Kältemittelreservoir (18) in den Kältemittelkreislauf (6), wobei eine Steuereinrichtung (19) zur Ansteuerung der steuerbaren Austauscheinrichtung verwendet wird, wobei aus wenigstens einer Zustandsgröße des Kältemittelkreislaufs (6) mittels eines datengetriebenen mathematischen Modells eine Füllungsinformation des Kältemittelkreislaufs (6) berechnet wird und bei einer eine Unterfüllung des Kältemittelkreislaufs (6) anzeigenden Füllungsinformation die Austauscheinrichtung zum Verbringen von Kältemittel aus dem Kältemittelreservoir (18) in den Kältemittelkreislauf (6) und bei einer eine Überfüllung des Kältemittelkreislaufs (6) anzeigenden Füllungsinformation die Austauscheinrichtung zum Verbringen von Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf (6) in das Kältemittelreservoir (18) angesteuert wird.A method for operating an air conditioning system of a motor vehicle, comprising at least one refrigerant circuit (6) in which refrigerant circulates, at least one refrigerant reservoir (18) and at least one exchange device for transferring refrigerant from the refrigerant circuit (6) into the refrigerant reservoir (18) and from the Refrigerant reservoir (18) in the refrigerant circuit (6), wherein a control device (19) is used to control the controllable exchange device, wherein from at least one state variable of the refrigerant circuit (6) by means of a data-driven mathematical model, a filling information of the refrigerant circuit (6) is calculated and in the case of filling information indicating an underfilling of the refrigerant circuit (6), the exchange device for transferring refrigerant from the refrigerant reservoir (18) into the refrigerant circuit (6) and at an overfilling of the refrigerant circuit (6) nden filling information, the exchange device for transferring refrigerant from the refrigerant circuit (6) is driven into the refrigerant reservoir (18).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, umfassend wenigstens einen Kältemittelkreislauf, in dem Kältemittel zirkuliert, wenigstens ein Kältemittelreservoir und wenigstens eine Austauscheinrichtung zum Verbringen von Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf in das Reservoir und aus dem Reservoir in den Kältemittelkreislauf. Daneben betrifft die Erfindung eine Klimaanlage.The invention relates to a method for operating an air conditioning system of a motor vehicle, comprising at least one refrigerant circuit in which refrigerant circulates, at least one refrigerant reservoir and at least one exchange device for transferring refrigerant from the refrigerant circuit into the reservoir and from the reservoir into the refrigerant circuit. In addition, the invention relates to an air conditioner.
Klimaanlagen werden in Kraftfahrzeugen häufig eingesetzt, um in den Innenräumen gewünschte Temperaturen zu realisieren, wobei insbesondere auch Klimaanlagen bekannt sind, die sowohl im Betrieb als Wärmepumpe als auch als Kältekreis eingesetzt werden können. Beispielsweise sind hierzu Ausgestaltungen bekannt, bei denen das Kältesystem der Klimaanlage unterschiedliche Zweige aufweist, die die Realisierung verschiedener Kältemittelkreisläufe erlauben, beispielsweise einen Wärmepumpenbetrieb, bei dem ein Zweig mit einem Kondensator deaktiviert ist, und ein Kältekreisbetrieb, bei dem ein Heizungskondensator außer Betrieb ist. Die Zweige können sich einen gemeinsamen Kompressor teilen, so dass sich zwei unterschiedliche Kältemittelkreisläufe bei jeweils einem inaktiven Zweig bilden lassen.Air conditioning systems are often used in motor vehicles to realize desired temperatures in the interior, in particular air conditioning systems are known, which can be used both in operation as a heat pump and as a refrigerant circuit. For this purpose, embodiments are known in which the cooling system of the air conditioner has different branches that allow the realization of different refrigerant circuits, such as a heat pump operation in which a branch is deactivated with a capacitor, and a refrigeration cycle operation in which a heating capacitor is out of operation. The branches can share a common compressor, so that two different refrigerant circuits can be formed in each case one inactive branch.
Durch eine derartige konstruktive Festlegung auf bestimmte Überdruckverhältnisse wird zwar ein Schutz der Klimaanlage vor Beschädigungen ermöglicht, jedoch wird die Klimaanlage häufig nicht mit einem optimalen Füllstand des Kältemittels betrieben. Bei heutigen Kraftfahrzeugen werden die in die Klimaanlage einzubringenden Kältemittelmengen meist so bemessen, dass für jeden möglichen Betriebszustand der Klimaanlage ein Betrieb des Kältemittelkreislaufs ohne Beschädigungsgefahr von Komponenten gegeben ist. Die damit erreichten Betriebspunkte müssen jedoch insbesondere hinsichtlich der Füllmenge, also der Menge an im Kältemittelkreislauf zirkulierenden Kältemittels, nicht für alle Betriebszustände der Klimaanlage optimal sein, so dass im Hinblick auf deren Effektivität und Lebensdauer noch Verbesserungsbedarf besteht.Although such a design fixation on certain overpressure conditions a protection of the air conditioner from damage is possible, but the air conditioning is often not operated with an optimum level of the refrigerant. In today's motor vehicles, the amounts of refrigerant to be introduced into the air conditioning system are usually dimensioned such that, for every possible operating state of the air conditioning system, there is no risk of damage to components of the refrigerant circuit. The operating points thus achieved, however, need not be optimal for all operating states of the air conditioning system, in particular with regard to the filling quantity, ie the amount of refrigerant circulating in the refrigerant circuit, so there is still room for improvement with regard to their effectiveness and service life.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage anzugeben, welches die Effizienz, Langlebigkeit und Betriebssicherheit der Klimaanlage erhöht.The invention is therefore based on the object to provide a method for operating an air conditioner, which increases the efficiency, longevity and reliability of the air conditioner.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der steuerbaren Austauscheinrichtung verwendet wird, wobei aus wenigstens einer Zustandsgröße des Kältemittelkreislaufs mittels eines datengetriebenen mathematischen Modells eine Füllungsinformation des Kältemittelkreislaufs berechnet wird und bei einer eine Unterfüllung des Kältemittelkreislaufs anzeigenden Füllungsinformation die Austauscheinrichtung zum Verbringen von Kältemittel aus dem Kältemittelreservoir in den Kältemittelkreislauf und bei einer eine Überfüllung des Kältemittelkreislaufs anzeigenden Füllungsinformation die Austauscheinrichtung zum Verbringen von Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf in das Kältemittelreservoir angesteuert wird.To solve this problem is provided according to the invention in a method of the type mentioned that a control device for controlling the controllable exchange device is used, wherein from at least one state variable of the refrigerant circuit by means of a data-driven mathematical model, a filling information of the refrigerant circuit is calculated and in a underfilling of the Fill information indicating the refrigerant circuit, the exchange means for transferring refrigerant from the refrigerant reservoir into the refrigerant circuit and in a filling information indicating overcrowding of the refrigerant circuit, the exchange means for transferring refrigerant from the refrigerant circuit into the refrigerant reservoir.
Es wird mithin vorgeschlagen, eine Kältemittelverlagerung nicht länger auf eine rein mechanische, mithin festgelegte und vom tatsächlichen Betriebszustand unabhängige, Art vorzunehmen, sondern eine ansteuerbare Austauscheinrichtung zu verwenden, die über eine Steuereinrichtung, insbesondere ein Steuergerät, gezielt betrieben werden kann, um auf eine von der Steuereinrichtung festgestellte Füllungsinformation zu reagieren, wenn diese eine Unterfüllung oder eine Überfüllung angibt. Es wurde erkannt, dass die einem optimalen Füllstand im Sammler des Kältemittelkreislaufes bzw. einem sich um den optimalen Füllstand erstreckenden optimalen Füllstandsbereich entsprechende Kältemittelmenge abhängig vom aktuellen Betriebszustand des Kältemittelkreislaufs ist, so dass mithin ein deutlich verbesserter Betrieb der Klimaanlage erreicht werden kann, wenn abhängig von eben diesem Betriebszustand die Menge an Kältemittel, die im Kältemittelkreislauf zirkuliert, geregelt wird. Der optimale Füllstandsbereich für den Sammler ist dabei als jeder Wert zwischen 0 und 100% anzunehmen; darunter liegt eine Unterfüllung vor, darüber eine Überfüllung. Um einen breiten Betriebsbereich abzudecken, ohne einen weiteren Befüll- oder Entleervorgang durchführen zu müssen, ist zweckmäßigerweise ein Initial-Füllstand des Kältemittelsammlers von etwa 50% vorteilhaft.It is therefore proposed to no longer carry out a refrigerant transfer to a purely mechanical, thus fixed and independent of the actual operating state, but to use a controllable exchange device, which can be operated via a control device, in particular a control unit, targeted to one of respond to filling information detected by the controller when it indicates underfilling or overfilling. It has been recognized that the amount of refrigerant corresponding to an optimum level in the collector of the refrigerant circuit or an optimum level range extending around the optimum level depends on the current operating state of the refrigerant circuit, so that a significantly improved operation of the air conditioner can be achieved, if dependent on just this operating state, the amount of refrigerant circulating in the refrigerant circuit is controlled. The optimum level range for the collector is to be taken as any value between 0 and 100%; underneath there is an underfilling, above it an overfilling. In order to cover a wide operating range without having to carry out a further filling or emptying process, an initial filling level of the refrigerant collector of approximately 50% is expediently advantageous.
Mithin wird im erfindungsgemäßen Verfahren für die aktuellen Werte der Zustandsgrößen, die den Betriebszustand beschreiben, bestimmt, ob eine Überfüllung oder eine Unterfüllung vorliegt, wobei dann, wenn eine Unterfüllung detektiert ist, ein definierter Füllvorgang angestoßen wird, der aus dem Kältemittelreservoir über definierte Absaugvorgänge dort angesammeltes Kältemittel zurück in den Kältemittelkreislauf fördert. Ein analoges Vorgehen ist bei einer Füllmengenjustierung bei einer Kältemittel-Überfüllung geben. Auftreten können Überfüllungen bzw. Unterfüllungen beispielsweise dann, wenn ein Kältemittelkreislauf gerade aktiviert wird, zwischen Kältemittelkreisläufen umgeschaltet wird und/oder der Betriebszustand des Kraftfahrzeugs im Allgemeinen oder der Klimaanlage im Speziellen sich stark verändert. Thus, in the method according to the invention, it is determined for the current values of the state variables which describe the operating state whether there is overfilling or underfilling, in which case, if underfilling is detected, a defined filling process is initiated, which from the refrigerant reservoir via defined suction processes there accumulated refrigerant promotes back into the refrigerant circuit. An analogous procedure is given for a filling quantity adjustment with a refrigerant overfilling. Occurrences or underfillings, for example, when a refrigerant circuit is currently activated, is switched between refrigerant circuits and / or the operating state of the motor vehicle in general or the air conditioning in particular changes greatly.
Beispielsweise liegen bei einer äußerst hohen Leistungsanforderung an die Klimaanlage andere optimale Kältemittelmengen vor als bei anderen Betriebspunkten.For example, with an extremely high power requirement to the air conditioning other optimal amounts of refrigerant before than at other operating points.
Somit schlägt die vorliegende Erfindung ein aktives Regeln der Kältemittelmengen derart vor, dass ein möglichst effizienter, Teile schonender und damit eine ideale Temperierungswirkung erzielender Betrieb der Klimaanlage gegeben ist. Dafür wird ein aufzufindender, durch das mathematische Modell beschriebener Zusammenhang zwischen den Zustandsgrößen der Klimaanlage, also deren Betriebszustand beschreibenden Parametern, und den optimalen Füllständen bzw. Füllstandsbereichen eingesetzt, welches beispielsweise auf einer statistischen Auswertung von Daten einer Messung oder Simulation der oder einer baugleichen Klimaanlage beruhen kann. So wird verlässlich eine situationsangepasste Feststellung einer Überfüllung oder Unterfüllung möglich.Thus, the present invention proposes an active regulation of the refrigerant quantities such that the operation of the air conditioning system which is as efficient as possible, parts that are gentler and thus achieves an ideal tempering effect is given. For this purpose, a relationship between the state variables of the air conditioning system, ie the operating state describing parameters, and the optimal fill levels or fill level ranges described by the mathematical model is used, which is based, for example, on a statistical evaluation of data from a measurement or simulation of the or an identical air conditioning system can. Thus, a situation-adapted determination of overcrowding or underfilling is reliably possible.
Als mathematisches Modell kann zweckmäßigerweise ein Polynommodell oder ein neuronales Netzwerk verwendet werden. Derartige mathematische, die Zusammenhänge heuristisch beschreibenden Modelle haben sich aufgrund der Komplexität der Zusammenhänge als deutlich geeigneter erwiesen als physikalisch motivierte Modelle, die aufgrund bekannter Naturgesetze versuchen, einen optimalen Füllstand aus den entsprechenden Eingangsdaten, hier den Zustandsgrößen, abzuleiten. Damit sind mathematische datengetriebene Modelle eher geeignet, auch bei begrenzter Rechenkapazität der Steuergeräte eingesetzt zu werden, was für die praktische Anwendung im Kraftfahrzeug wesentlich ist. Stehen hinreichende Datenmengen zur Verfügung, sind mithin die als Eingangsdaten verwendeten Zustandsgrößen für das mathematische datengetriebene Modell genauso wie den zugehörigen Füllstand bewertende Messdaten bekannt, lässt sich durch deren statistische Auswertung das mathematische datengetriebene Modell hinreichend genau bestimmen.As a mathematical model, a polynomial model or a neural network can be used expediently. Such mathematical models describing the relationships heuristically have proved to be much more suitable due to the complexity of the relationships than physically motivated models which attempt to derive an optimal level from the corresponding input data, in this case the state variables, on the basis of known natural laws. Thus, mathematical data-driven models are more likely to be used even with limited computing capacity of the control units, which is essential for practical application in the motor vehicle. If sufficient quantities of data are available, and if the state variables used as input data for the mathematical data-driven model are known, as well as the corresponding filling level-evaluating measured data, the mathematical data-driven model can be determined with sufficient accuracy by their statistical evaluation.
Dabei werden als Eingangsdaten in das mathematische datengetriebene Modell vorzugsweise die Kompressorleistung und die Drehzahl eines in dem Kältemittelkreislauf vorgesehenen Kompressors, ein Saugdruck des Kompressors, ein Messdruck in einem Hochdruckbereich des Kältemittelkreislaufs und die Temperatur vor und nach dem Kompressor verwendet. Es hat sich gezeigt, dass diese Zustandsgrößen geeignet sind, sowohl optimale Füllstände bzw. Füllstandsbereiche als auch aktuelle Füllstände zu beschreiben und mithin auch eine Unterfüllung oder Überfüllung zu detektieren. Die Eingangsdaten können dabei als ohnehin vorliegende Größen verwendet werden, beispielsweise was die Kompressorleistung angeht, oder auch mittels geeigneter Sensoren im Kältemittelkreislauf gewonnen werden, wobei der Einsatz von Drucksensoren und Temperatursensoren in Kältemittelkreisläufen von Klimaanlagen im Stand der Technik bereits für andere Zwecke hinreichend bekannt ist. Dabei sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass eine direkte Bestimmung des Füllstands im Sammler des Kältemittelkreislaufs üblicherweise gerade nicht möglich ist.In this case, the compressor output and the speed of a compressor provided in the refrigerant circuit, a suction pressure of the compressor, a measuring pressure in a high-pressure region of the refrigerant circuit and the temperature before and after the compressor are preferably used as input data in the mathematical data-driven model. It has been shown that these state variables are suitable for describing both optimum fill levels or filling level ranges and also current fill levels and therefore also to detect underfilling or overfilling. The input data can be used as sizes that are present in any case, for example with regard to the compressor power, or obtained by means of suitable sensors in the refrigerant circuit, the use of pressure sensors and temperature sensors in refrigerant circuits of air conditioners in the prior art already being sufficiently known for other purposes. It should be noted at this point again that a direct determination of the level in the collector of the refrigerant circuit is usually just not possible.
Eine Verfeinerung des Modells lässt sich erreichen, wenn weitere Einflussgrößen auf den Kältemittelkreislauf/Wärmepumpenkreislauf einbezogen werden, beispielsweise die Lufttemperatur, der Luftdruck, die Luftmassenströme über den Kondensator/Verdampfer beschreibende Größen und dergleichen.A refinement of the model can be achieved if further influencing variables are included in the refrigerant circuit / heat pump cycle, for example the air temperature, the air pressure, the air mass flows via the condenser / evaporator descriptive variables and the like.
Als Füllungsinformation kann das mathematische datengetriebene Modell einen eine Überfüllung, eine Unterfüllung oder einen in einem zulässigen Arbeitsbereich, also einem optimalen Füllstandsbereich, liegenden Füllstand angebenden Entscheidungswert und/oder eine Abweichung von einem idealen Füllstand ausgeben. Es ist mithin in Form des Entscheidungswerts eine ternäre Ausgabe denkbar, anhand der unmittelbar entschieden werden kann, welche Maßnahmen einzuleiten sind. Allerdings ist eine detailreichere Ausgabe zusätzlich oder alternativ möglich, beispielsweise eine konkrete Angabe des aktuellen Füllstandes bzw. einer Abweichung von einem optimalen Sammler-Füllstand, der üblicherweise bei 50% liegt. Grundsätzlich denkbar ist es auch, mit Kältemittelmengen im Kältemittelkreislauf zu arbeiten und diesbezüglich die Angaben bezüglich des Füllstands in entsprechende Kältemittelmengen bzw. also optimale Kältemittelmengen und Kältemittelmengenbereiche, zu übersetzen, so dass die Füllungsinformation auch eine Abweichung von einem optimalen Kältemittelmengenwert umfassen kann.As filling information, the mathematical data-driven model can output a decision value indicative of overfilling, underfilling or a filling level lying within an admissible working range, that is to say an optimum filling level region, and / or a deviation from an ideal filling level. Thus, in the form of the decision value, a ternary output is conceivable on the basis of which it can be decided directly which measures are to be initiated. However, a more detailed output is additionally or alternatively possible, for example, a concrete indication of the current level or a deviation from an optimal collector level, which is usually 50%. In principle, it is also conceivable to work with refrigerant quantities in the refrigerant circuit and, in this regard, to translate the information relating to the fill level into corresponding refrigerant quantities or, thus, optimal refrigerant quantities and refrigerant charge ranges, so that the charge information can also include a deviation from an optimal refrigerant charge value.
Vorzugsweise erfolgt eine wiederholte, insbesondere zyklische Neuermittlung der Füllungsinformation. Auf diese Weise kann ständig auch während des laufenden Betriebs der Klimaanlage beobachtet werden, ob der Füllstand in dem wenigstens einen betriebenen. Kältemittelkreislauf einen optimalen Betrieb ermöglicht. Die Zykluszeit kann dabei im Bereich von Sekunden, gegebenenfalls aber auch im Bereich von Minuten liegen.Preferably, a repeated, in particular cyclical re-determination of the Filling information. In this way it can be observed constantly during operation of the air conditioner, whether the level in the operated at least one. Refrigerant circuit allows optimal operation. The cycle time can be in the range of seconds, but possibly also in the range of minutes.
Die Menge des letztendlich zu verbringenden Kältemittels bei Überfüllung oder Unterfüllung kann sich erfindungsgemäß auf unterschiedliche Art und Weise ergeben bzw. durch unterschiedliche Ansteuerungen der Austauscheinrichtung realisiert werden. So kann zum einen vorgesehen sein, dass bei einem aktuell durchgeführten Verbringungsvorgang eine Beendigung des Verbringungsvorgangs in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Füllungsinformation erfolgt, insbesondere eine Beendigung des Verbringungsvorgangs unmittelbar bei oder eine Zeitspanne nach einem Wechsel des Füllstandes in einen zulässigen Arbeitsbereich erfolgt. Während also Kältemittel aus dem Reservoir in den Kältemittelkreislauf oder aus dem Kältemittelkreislauf in das Reservoir verbracht wird, was auch getaktet geschehen kann, wird ständig überwacht, ob die auslösende Bedingung, mithin eine Überfüllung oder eine Unterfüllung, noch vorliegt. Zeigt die Füllungsinformation an, dass ein erlaubter Arbeitsbereich, also ein optimaler Füllstandsbereich, erreicht ist, kann entweder ein unmittelbarer Abbruch erfolgen, oder aber der Verbringungsvorgang wird noch für eine bestimmte Zeitspanne, insbesondere auch getaktet, fortgeführt, so dass der Füllstand mehr im Inneren des erlaubten Arbeitsbereichs zu liegen kommt, insbesondere möglichst nahe an dem Zentrum, also dem optimalen Füllstand von 50%. Dabei kann die Zeitspanne in einer weniger bevorzugten Ausgestaltung vorbestimmt sein.The amount of refrigerant ultimately to be transferred in the event of overfilling or underfilling can, according to the invention, result in different ways or be realized by different actuations of the replacement device. Thus, on the one hand, it may be provided that, in the case of a currently carried out transfer operation, a termination of the transfer operation takes place as a function of the time course of the charge information, in particular a termination of the transfer operation immediately at or a time span after a change of the fill level into a permissible work area. Thus, while refrigerant from the reservoir in the refrigerant circuit or from the refrigerant circuit is spent in the reservoir, which can also be done clocked, is constantly monitored whether the triggering condition, thus overcrowding or underfilling, is still present. If the filling information indicates that a permitted operating range, ie an optimum fill level range, has been reached, either an immediate termination can take place, or else the transfer process is continued for a certain period of time, in particular also clocked, so that the fill level more inside the allowed working range comes to rest, in particular as close to the center, so the optimum level of 50%. The time span may be predetermined in a less preferred embodiment.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht jedoch vor, dass unter Verwendung eines weiteren, zweiten mathematischen datengetriebenen Modells aus wenigstens einer Zustandsgröße des Kältemittelkreislaufs und des Kältemittelreservoirs die Zeitspanne ermittelt wird und der Verbringungsvorgang für die Zeitspanne aufrechterhalten wird. Zusätzlich zu dem ersten, die Füllungsinformation liefernden mathematischen datengetriebenen Modell kann mithin ein zweites mathematisches datengetriebenes Modell vorgesehen sein, welches immer dann eingesetzt wird, wenn ein die Beendigung eines Zustands der Überfüllung oder Unterfüllung festgestellt wurde und eine restliche Zeitspanne für einen Verbringungsvorgang benötigt wird, die es erlaubt, möglichst exakt den optimalen Füllstand einzustellen, der sich beispielsweise zentral innerhalb eines für die Zustandsgrößen erlaubten Arbeitsbereichs (optimalen Füllstandsbereichs) bilden kann. Hierzu sind zusätzlich zu Zustandsgrößen des Kältemittelkreislaufs idealerweise auch Zustandsgrößen des Reservoirs zu berücksichtigen, beispielsweise dessen Füllstand, Temperatur, Druckverhältnisse und dergleichen. Dies gilt insbesondere, wenn beispielsweise ein im Kältemittelkreislauf vorgesehener Kompressor als Ansaug- bzw. Abpumpeinrichtung mitverwendet wird und der eigentliche Schaltvorgang im Öffnen eines Schaltventils, insbesondere also eines Entleerventils bzw. eines Befüllventils, besteht. Um die korrekte Menge von Kältemittel, die vom Kältemittelreservoir in den Kältemittelkreislauf bzw. vom Kältemittelkreislauf in das Kältemittelreservoir verbracht werden muss, zu realisieren, sind dann die entsprechenden Umstände genau zu kennen. Auch für das zweite mathematische Modell gilt im Übrigen wie für das erste mathematische Modell, dass es besonders bevorzugt aus statistischen Messdaten der oder einer baugleichen Klimaanlage ermittelt wird. Durch die Feststellung, dass die Überfüllung bzw. die Unterfüllung nicht mehr gegeben ist, existiert ein klar definierter Ausgangspunkt auch ohne eine exakte Vermessung des Füllstandes vor Beginn des Verbringungsvorgangs.However, a particularly preferred embodiment of the present invention provides that, using another, second mathematical data-driven model of at least one state variable of the refrigerant circuit and the refrigerant reservoir, the time period is determined and the movement process for the time period is maintained. Thus, in addition to the first mathematical data driven model providing the filling information, a second mathematical data driven model may be provided which is used whenever a termination of a condition of overfilling or underfilling has been detected and a remaining time is required for a transfer operation it makes it possible to set the optimum level as exactly as possible, which can form, for example, centrally within a working range (optimum fill level range) permitted for the state variables. For this purpose, in addition to state variables of the refrigerant circuit, ideally also state variables of the reservoir are to be taken into account, for example its fill level, temperature, pressure conditions and the like. This applies, in particular, if, for example, a compressor provided in the refrigerant circuit is also used as the intake or discharge device and the actual switching operation involves opening a switching valve, in particular an emptying valve or a filling valve. In order to realize the correct amount of refrigerant that has to be transferred from the refrigerant reservoir into the refrigerant circuit or from the refrigerant circuit into the refrigerant reservoir, the corresponding circumstances must be known exactly. For the second mathematical model, as for the first mathematical model, it also applies that it is particularly preferably determined from statistical measurement data of the or an identical air conditioning system. By determining that the overfilling or underfilling is no longer possible, there is a clearly defined starting point even without an exact measurement of the filling level before the start of the transfer process.
Alternativ ist es in einer alternativen Ausgestaltung auch denkbar, dass unter Verwendung eines weiteren, zweiten mathematischen datengetriebenen Modells aus wenigstens einer Zustandsgröße des Kältemittelkreislaufs und des Kältemittelreservoirs sowie der Füllungsinformation eine Gesamtzeitdauer für einen durchzuführenden Verbringungsvorgang ermittelt wird und der Verbringungsvorgang für die Zeitdauer aufrechterhalten wird. Dann kann also unmittelbar, ohne dass eine Beendigung des Zustands der Überfüllung oder Unterfüllung zu detektieren ist, ausgehend von einer in diesem Fall Idealerweise einen Teil der Füllungsinformation bildenden Abweichung von einem optimalen Füllstand und den Zustandsgrößen eine Zeitdauer für den Verbringungsvorgang ermittelt werden.Alternatively, it is also conceivable in an alternative embodiment that using a further, second mathematical data-driven model from at least one state variable of the refrigerant circuit and the refrigerant reservoir and the filling information, a total time period for a movement process to be performed is determined and the transfer process is maintained for the duration. Then, directly, without a termination of the state of overfilling or underfilling is to be detected, starting from a deviation in this case, ideally a part of the filling information forming deviation from an optimum level and the state variables, a period of time for the movement process.
Konkret können als Eingangsdaten des weiteren, zweiten mathematischen datengetriebenen Modells, was für beide Ausgestaltungen gilt, die Kompressorleistung und die Drehzahl eines in dem Kältemittelkreislauf vorgesehenen Kompressors, ein Saugdruck des Kompressors, ein Messdruck in einem Hochdruckbereich des Kältemittelkreislaufs, die Temperatur vor und nach dem Kompressor sowie der Kältemitteldruck und die Kältemitteltemperatur an wenigstens einer Stelle des Reservoirs verwendet werden, also die bereits als Eingangsdaten für das erste Modell verwendeten Größen und wenigstens zwei Zustandsgrößen des Reservoirs.Concretely, as input data of the other, second mathematical data-driven model, which applies to both embodiments, the compressor power and the rotational speed of a compressor provided in the refrigerant circuit, a suction pressure of the compressor, a measuring pressure in a high-pressure region of the refrigerant cycle, the temperature before and after the compressor as well as the refrigerant pressure and the refrigerant temperature are used at at least one point of the reservoir, that is, the sizes already used as input data for the first model and at least two state variables of the reservoir.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Durchführung eines Verbringungsvorgangs die Steuereinrichtung wenigstens ein Schaltventil der Austauscheinrichtung öffnet, wahlweise auch getaktet, und/oder ein Kompressor des Kältemittelkreislaufs als Fördereinrichtung der Austauscheinrichtung verwendet wird. Damit ergibt sich eine besonders einfache Ausgestaltung, die beispielsweise zwei Schaltventile aufweisen kann, nämlich ein Entleerventil und ein Befüllventil, die die einzigen konkret anzusteuernden Komponenten der Austauscheinrichtung sind. Der ohnehin in Betrieb befindliche Kompressor kann dann die Förderfunktion übernehmen, beispielsweise als eine Ansaugfunktion oder eine Pressfunktion. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Ausgestaltungen der Austauscheinrichtung denkbar, welche beispielsweise eine eigene Fördereinrichtung aufweisen kann, um einen gezielteren, steuerbareren Verbringvorgang zu ermöglichen.An expedient embodiment of the invention provides that for carrying out a movement process, the control device opens at least one switching valve of the exchange device, optionally also clocked, and / or a compressor of the refrigerant circuit as a conveyor Exchange device is used. This results in a particularly simple embodiment, which may have, for example, two switching valves, namely an emptying valve and a filling valve, which are the only components of the exchange device to be specifically controlled. The already in operation compressor can then take over the promotion function, for example, as a suction or a pressing function. Of course, however, other embodiments of the exchange device are conceivable, which may for example have its own conveyor to allow a more targeted, controllable Verbringvorgang.
Ein besonders zweckmäßiges Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung liegt vor, wenn der Kältemittelkreislauf einen Zweig eines Kältesystems mit wenigstens zwei Zweigen umfasst, wobei bei Betrieb der Klimaanlage wenigstens ein Zweig inaktiv ist und der inaktive Zweig als Kältemittelreservoir genutzt wird. Es ist mithin ein verzweigter Kältemittelkreislauf denkbar, beispielsweise wenn die Klimaanlage in einem Kältekreisbetrieb und in einem Wärmepumpenbetrieb mit jeweils unterschiedlichen Kreisläufen betreibbar ist. Dann ist immer einer der Zweige inaktiv und kann mithin als Kältemittelreservoir genutzt werden. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung dann, wenn wenigstens ein Teil des Kältesystems für beide Kältemittelkreisläufe verwendet wird, beispielsweise ein Kompressor. Sind dann zusätzlich noch beide Kältemittelkreisläufe mit zusätzlichen Schaltventilen versehen, die es ermöglichen, bei aktivem Kompressor Kältemittel aus dem dann inaktiven Zweig des Kältemittelkreislaufs abzuziehen bzw. Kältemittel in den dann inaktiven Zweig des Kältesystems einzubringen, ist ein optimal für die Nutzung der vorliegenden Erfindung geeignetes Kältesystem gegeben. Selbstverständlich ist es auch in einem solchen Fall denkbar, eigene Kältemittelleitungen, insbesondere solche mit kleineren Querschnitten, zu verwenden, die nur dem Austausch von Kältemittel zwischen dem inaktiven Zweig und dem Kältemittelkreislauf dienen; in diesen Leitungen können dann eigene ansteuerbare Ventile, insbesondere Schaltventile, vorhanden sein und/oder es kann eine spezielle Fördereinrichtung für diese zusätzlichen Kältemittelleitungen bereitgestellt werden.A particularly expedient field of application of the present invention is when the refrigerant circuit comprises a branch of a refrigeration system having at least two branches, wherein at least one branch is inactive during operation of the air conditioning system and the inactive branch is used as a refrigerant reservoir. It is therefore a branched refrigerant circuit conceivable, for example, when the air conditioner in a refrigeration cycle operation and in a heat pump operation, each with different circuits is operable. Then one of the branches is always inactive and can therefore be used as a refrigerant reservoir. The embodiment is particularly advantageous when at least part of the refrigeration system is used for both refrigerant circuits, for example a compressor. If, in addition, both refrigerant circuits are then provided with additional switching valves which make it possible, with the compressor active, to remove refrigerant from the then inactive branch of the refrigerant circuit or to introduce refrigerant into the then inactive branch of the refrigeration system, this is a refrigeration system optimally suited for the use of the present invention given. Of course, it is also conceivable in such a case, to use own refrigerant pipes, in particular those with smaller cross-sections, which serve only the replacement of refrigerant between the inactive branch and the refrigerant circuit; In these lines then own controllable valves, in particular switching valves, may be present and / or it may be a special conveyor for these additional refrigerant pipes are provided.
In einer solchen Umgebung ergibt sich auch ein besonders vorteilhaftes Einsatzbeispiel, nämlich ein Umschaltvorgang in einem derartigen verzweigten Kältesystem, der derart gestaltet wird, dass beim Umschalten eines aktiven Kältemittelkreislaufes oder beim Umschalten aus einem ruhenden Kältemittelkreislauf heraus eine optimale Befüllung der dann aktiven Zweige möglich wird, indem mit Hilfe von Absaugvorgängen aus inaktiven Zweigen bzw. Entleervorgängen in inaktive Zweige über einen detektierbaren Grenzpunkt des Kältemittelfüllstandes (mithin den erwähnten optimalen Füllstand) eine Kältemittelverlagerung zur optimalen Kältemittelmenge aktiv gesteuert wird.In such an environment also results in a particularly advantageous application example, namely a switching operation in such a branched refrigeration system, which is designed such that when switching an active refrigerant circuit or when switching from a static refrigerant circuit out optimal filling of the then active branches is possible, by actively controlling, with the aid of extraction processes from inactive branches or emptying processes in inactive branches, a refrigerant displacement to the optimum refrigerant quantity over a detectable limit point of the refrigerant charge level (hence the mentioned optimum fill level).
Neben dem Verfahren betrifft die vorliegenden Erfindung auch eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Kältemittelkreislauf, in dem Kältemittel zirkuliert, wenigstens einem Kältemittelreservoir, wenigstens einer Austauscheinrichtung zum Verbringen von Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf in das Kältemittelreservoir und aus dem Kältemittelreservoir in den Kältemittelkreislauf und eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Klimaanlage übertragen, mit welcher mithin die genannten Vorteile erhalten werden können. Insbesondere können vorteilhaft Klimaanlagen mit einem Kältesystem mit mehreren Zweigen, wie oben beschrieben, vorteilhaft betrachtet werden.In addition to the method, the present invention also relates to an air conditioner for a motor vehicle having at least one refrigerant circuit in which circulates refrigerant, at least one refrigerant reservoir, at least one exchange device for transferring refrigerant from the refrigerant circuit into the refrigerant reservoir and from the refrigerant reservoir into the refrigerant circuit and one for Implementation of the method according to the invention formed control device. All statements relating to the method according to the invention can be analogously transferred to the air conditioner according to the invention, with which therefore the stated advantages can be obtained. In particular, air conditioning systems with a refrigeration system having a plurality of branches, as described above, may be considered advantageous.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegender Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:Further advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiments described below and from the drawing. Showing:
Um ausgehend von diesen Überlegungen zu einem Regelungsverfahren zu finden, das den Füllstand eines aktiven Kältemittelkreislaufes möglichst im optimalen Füllstandsbereich, somit die Kältemittelmenge im erlaubten Arbeitsbereich
Zunächst sei jedoch im Hinblick auf
Der hier nicht aktive weitere Zweig
Der inaktive Zweig
Hierzu bilden vorliegend die Schaltventile
Wird das Schaltventil
Die Klimaanlage weist vorliegend auch eine Steuereinrichtung
Einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt schließlich
In einem Schritt
In einem Schritt
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht jedoch vor, dass die Zeitspanne, die in Schritt
Grundsätzlich ist es selbstverständlich auch denkbar, auf der Basis der Abweichung vom optimalen Füllstand
Nachdem der Befüllvorgang als erste Art eines Verbringungsvorgangs beendet ist, wird mit dem regelmäßigen Ermitteln der Füllungsinformation in Schritt
Wird in Schritt
Auch nach einem Entleervorgang als zweite Art eines Verbringungsvorgangs wird dann wieder mit der Ermittlung der Füllungsinformation in Schritt
Wird in Schritt
In einem ebenfalls optionalen Schritt
Es sei noch angemerkt, dass das Entleeren und Befüllen auch über eigene, dedizierte Kältemittelleitungen und/oder mit einer eigenen Fördereinrichtung denkbar ist. In den Kältemittelleitungen können dann eigenen Ventile, insbesondere Schaltventile, vorgesehen werden, die entsprechend ansteuerbar sind. In allen Fällen können, wie bereits erwähnt wurde, neben Schaltventilen auch getaktete Ventile zum Einsatz kommen.It should also be noted that the emptying and filling via their own dedicated refrigerant lines and / or with its own conveyor is conceivable. In the refrigerant pipes then own valves, in particular switching valves, can be provided which can be controlled accordingly. In all cases, as already mentioned, in addition to switching valves and clocked valves are used.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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