DE102013202986A1

DE102013202986A1 - Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufes

Info

Publication number: DE102013202986A1
Application number: DE201310202986
Authority: DE
Inventors: Joachim Link; Matthias Jung
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-08-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei der Kältemittelkreislauf zumindest die folgenden Komponenten aufweist: – einen Kompressor, welcher über eine Kupplung an eine Antriebseinheit angebunden ist, – einen Verdampfer, welcher von einem Kältemittel durchströmt ist und von einem Luftstrom umströmt ist, – eine Speichereinheit, welche dem Verdampfer in Luftströmungsrichtung derart vorgelagert und/oder nachgelagert ist, dass sie ebenfalls von dem Luftstrom umströmt wird, wobei die Speichereinheit von einem Kältemittel durchströmt ist und die Speichereinheit ein Latentmedium aufweist, welches in thermischem Austausch mit dem Kältemittel steht, wobei der Kompressor anschaltbar oder ausschaltbar ist, wobei ein Anschaltzeitpunkt und/oder ein Ausschaltzeitpunkt des Kompressors abhängig von einem Betriebszustand der Antriebseinheit und/oder von einer Temperatur des Luftstroms gewählt wird und die Zeitspanne (Δt), während welcher der Kompressor ausgeschaltet ist, von einer thermischen Kapazität der Speichereinheit und/oder einer Differenz (ΔT) der aktuellen Temperatur (TIST) des Luftstroms und einer Solltemperatur (TSOLL) des Luftstroms abhängig ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
Kompressoren von Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge können über Kupplungen an den Verbrennungsmotor gekoppelt sein. Dies ermöglicht ein situationsbedingtes Anschalten oder Ausschalten des Kompressors. Im Zuge der Bestrebungen der Hersteller den Kraftstoffverbrauch ihrer Fahrzeuge insgesamt zu senken, werden unter anderem Maßnahmen realisiert, welche die Anzahl der Anschaltvorgänge und die Anzahl der Ausschaltvorgänge erhöht. Dies findet beispielsweise aufgrund der Verwendung von Start-Stopp-Systemen statt, die ein situationsgerechtes Abschalten des Verbrennungsmotors erlauben.
Der Anstieg der Zyklenzahl führt zu einer erhöhten Belastung, der einzelnen Komponenten, wie etwa der Kupplung, dem Kompressor und anderen Komponenten des Kältemittelkreislaufs.
Um diesen Mehrbelastungen zu begegnen, sind verschieden Ansätze bekannt. Unter anderem können die betroffenen Komponenten derart neu dimensioniert werden, dass die Mehrbelastung über die avisierte Lebensdauer kompensiert werden kann. Dies resultiert jedoch in größeren Abmessungen und höheren Gewichten der Komponenten, was aufgrund der herrschenden Bauraumsituationen zu vermeiden ist. Höhere Gewichte stehen außerdem den Bestrebungen entgegen, möglichst gewichtsoptimierte Komponenten zu verwenden.
Alternativ kann eine Abänderung der Klimaregelung vorgesehen werden, wodurch die Zyklenzahl reduziert werden kann. Dies geht jedoch mit Einbußen im Komfort einher.
Nachteilig an den Lösungen gemäß dem Stand der Technik ist insbesondere, dass eine ausreichende Dauerhaltbarkeit bei möglichst geringem Gewicht und möglichst maximalem Komfort mit den steigenden Anforderungen an den Kältemittelkreislauf nicht zu gewährleisten ist.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs bereitzustellen, welches gegenüber dem Stand der Technik optimiert ist.
Die Aufgabe des Verfahrens zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei der Kältemittelkreislauf zumindest die folgenden Komponenten aufweist:

– einen Kompressor, welcher über eine Kupplung an eine Antriebseinheit angebunden ist,
– einen Verdampfer, welcher von einem Kältemittel durchströmt ist und von einem Luftstrom umströmt ist,
– eine Speichereinheit, welche dem Verdampfer in Luftströmungsrichtung derart vorgelagert und/oder nachgelagert ist, dass sie ebenfalls von dem Luftstrom umströmt wird, wobei die Speichereinheit von einem Kältemittel durchströmt ist und die Speichereinheit ein Latentmedium aufweist, welches in thermischem Austausch mit dem Kältemittel steht, wobei

Ein Kraftfahrzeug kann hierbei ein verbrennungsmotorisch betriebenes Fahrzeug sein, beispielsweise ein PKW oder ein LKW/NKW. Auch können Fahrzeuge mit elektromotorischer Unterstützung wie beispielsweise Hybridfahrzeuge gemeint sein. Hierzu zählen insbesondere sogenannte Micro-Hybride, Mild-Hybride und Voll-Hybride. Micro-Hybride zeichnen sich durch eine relativ geringe zusätzliche elektrische Leistung aus und weisen oft lediglich Start-Stopp-Funktionalitäten auf. Mild-Hybride zeichnen sich durch eine größere elektrische Zusatzleistung aus und können neben einer Start-Stopp-Funktionalität beispielsweise auch die Möglichkeit zum rein elektrischen Anfahren oder die Möglichkeit elektrische Energie zu rekuperieren aufweisen. Voll-Hybride weisen in der Regel eine noch größere elektrische Zusatzleistung auf und können zusätzlich beispielsweise ein rein elektrisches Fahren über längere Abschnitte ermöglichen.
Ein Anschaltzeitpunkt beschreibt den Zeitpunkt, bei dem der Kompressor von einem passiven Zustand in einen aktiven Zustand überführt wird. Dies kann beispielsweise durch das Erzeugen eines Kraftflusses zwischen einer Antriebseinheit und dem Kompressor geschehen. Alternativ kann beispielsweise auch ein elektrischer Antrieb aktiviert werden. Der Ausschaltzeitpunkt beschreibt entsprechend den Zeitpunkt, an welchem der Kompressor von einem aktiven Zustand in einen passiven Zustand überführt wird.
Der Luftstrom, beziehungsweise die Temperatur des Luftstroms bezieht sich auf die Luftmenge, welche den Verdampfer und/oder die Speichereinheit umströmt und schließlich zur Abkühlung und/oder Aufheizung in den Fahrgastinnenraum geleitet wird. Dabei ist mit einer Temperatur des Luftstroms im vorliegenden Fall die Temperatur des Luftstroms nach dem Verdampfer und der Speichereinheit gemeint.
Die thermische Kapazität der Speichereinheit beschreibt die Wärmemenge, die von der Speichereinheit aufgenommen werden kann. Sie ist im Wesentlichen durch die physikalischen Eigenschaften des in der Speichereinheit vorgesehenen Latentmediums sowie der vorgehaltenen Menge des Latentmediums bestimmt.
Die aktuelle Temperatur des Luftstroms beschreibt jeweils eine Temperatur zu einem bestimmten betrachteten Zeitpunkt. Die Solltemperatur beschreibt hingegen eine durch eine Vorgabe definierte Wunschtemperatur, die ausgehend von der aktuellen Temperatur erreicht werden soll. Die Solltemperatur kann dabei entweder durch einen definierten spezifischen Wert vorgegeben sein oder durch ein Temperatursollfenster definiert sein, welches mit einer gewissen vorgebbaren Toleranz eine vorgegebene Temperatur oberhalb und/oder unterhalb des vorgegebenen Wertes umfasst. Dabei ist das Temperatursollfenster von einer oberen Grenztemperatur und einer unteren Grenztemperatur beschränkt.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung, kann es vorgesehen sein, dass die thermische Kapazität entweder die maximale thermische Kapazität der Speichereinheit oder die zu einem bestimmten Zeitpunkt tatsächlich zur Verfügung stehende thermische Kapazität ist.
Die maximale thermische Kapazität ist unter anderem abhängig von den physikalischen Eigenschaften des verwendeten Latentmediums, der in der Speichereinheit vorgehaltenen Menge und der geometrischen Gestaltung der Speichereinheit. Die zur Verfügung stehende thermische Kapazität ist im Wesentlichen durch den Ladezustand der Speichereinheit bestimmt. Der Ladezustand gibt dabei an, wie viel Prozent der maximal möglichen thermischen Kapazität in der Speichereinheit verfügbar sind.
Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn der Kompressor beim Erreichen einer vorgebbaren unteren Grenztemperatur des Luftstroms ausgeschaltet wird und/oder beim Erreichen einer vorgebbaren oberen Grenztemperatur des Luftstroms angeschaltet wird.
Eine vorgebbare untere Grenztemperatur beschreibt eine definierte Temperatur des Luftstroms nach dem Verdampfer und der Speichereinheit, welche gerade noch akzeptiert wird bevor der Kompressor ausgeschaltet wird. Die obere Grenztemperatur beschreibt analog eine definierte Höchsttemperatur des Luftstroms nach dem Verdampfer und der Speichereinheit, die noch akzeptiert wird bevor der Kompressor eingeschaltet wird.
Ziel der Grenztemperaturen ist es ein Temperaturfenster zu kreieren, in welchem der Luftstrom in einem durch das Temperaturfenster definierten für den Insassen komfortablen Bereich liegt. Ein Anschalten beziehungsweise Ausschalten anhand dieser Grenztemperaturen Ist besonders vorteilhaft, da so ein genau definiertes Temperaturfenster erzeugbar ist. Die obere und die untere Grenztemperatur können dabei beispielsweise die das Temperatursollfenster um die Solltemperatur T_SOLL begrenzenden Temperaturen sein.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die maximale thermische Kapazität der Speichereinheit durch das gewählte Latentmedium und durch das in der Speichereinheit vorhandene Volumen des Latentmediums bestimmt wird.
Je nach Auswahl des Latentmediums kann in einer sonst unveränderten Speichereinheit eine höhere oder niedrigere thermische Kapazität realisiert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da so Speichereinheiten für unterschiedliche Anforderungsprofile durch die Auswahl des Latentmediums erzeugt werden können.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Zeitspanne, während welcher der Kompressor ausgeschaltet ist, von der Durchströmungsfläche des Verdampfers und/oder der Speichereinheit, von der Luftfeuchtigkeit und von dem Luftmassenstrom durch den Verdampfer und/oder die Speichereinheit abhängig gewählt ist.
Die Merkmale, wie die Durchströmungsfläche, die Luftfeuchtigkeit und der Luftmassenstrom beeinflussen die Zeitspanne, während welcher der Kompressor ausgeschaltet ist, da durch sie im Wesentlichen der Temperaturübergang zwischen dem Verdampfer und/oder der Speichereinheit auf den Luftstrom bestimmt wird. Eine größere oder kleinere Durchströmungsfläche begünstigt oder reduziert den Wärmeübergang. Ebenso wirken sich Veränderungen der Luftfeuchtigkeit und des Luftmassenstroms auf den Wärmeübertrag aus. Dies ist vorteilhaft, da dadurch vielfältige Möglichkeiten zur Beeinflussung der Zeitspanne gegeben sind und eine auf die äußeren Bedingungen, wie etwa der Einbausituation oder den physikalischen Größen der Umgebungsluft, zugeschnittene Lösung realisierbar ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass bei einer Umgebungstemperatur von ungefähr 25° Celsius 60% bis 100%, vorzugsweise 80% bis 100% des Latentmediums nach dem Anschalten des Kompressors in einer Zeit von 20 Sekunden bis 40 Sekunden, vorzugsweise in ungefähr 30 Sekunden, in eine feste Phase, insbesondere eine eisförmige Phase, übergehen.
Ein möglichst schneller Phasenübergang und damit eine hohe Ladungsdynamik ist besonders vorteilhaft, um eine möglichst hohe Betriebsbereitschaft der Speichereinheit zu erreichen. Je schneller der Phasenübergang stattfindet, umso schneller kann eine hohe thermische Kapazität erreicht werden. Dies ist insbesondere für die Dauer der Zeitspanne, während welcher der Kompressor ausgeschaltet ist, vorteilhaft.
Auch kann es zweckmäßig sein, wenn beim Stillstand des Kompressors und einer vorgegebenen Solltemperatur des Luftstroms, welche unterhalb der aktuellen Temperatur des Luftstroms liegt, dem Luftstrom Wärme durch das Latentmedium und/oder das Kältemittel der Speichereinheit und/oder des Verdampfers entzogen wird, bis entweder die Wunschtemperatur des Luftstroms erreicht ist oder die zur Verfügung stehende thermische Kapazität des Latentmediums und/oder des Kältemittels nicht mehr ausreicht, um eine weitere Abkühlung des Luftstroms herbeizuführen.
Dies ist besonders vorteilhaft zur Senkung der Temperatur des Luftstroms, wenn der Kompressor nicht angeschaltet ist. Eine solche Situation, in welcher der Kompressor nicht angeschaltet ist, kann beispielsweise bei einem Ampelstopp auftreten. Hierbei kann der Motor abgeschaltet sein, wodurch auch der Kompressor ausgeschaltet ist. Der Kompressor kann beispielsweise auch während des Fahrbetriebs ausgeschaltet sein.
Darüber hinaus ist es zu bevorzugen, wenn bei einer nicht mehr zur Kühlung auf die entsprechende Solltemperatur des Luftstroms ausreichenden thermischen Kapazität des Latentmediums und/oder des Kältemittels, entweder der Kompressor angeschaltet wird, oder eine Temperatur des Luftstroms oberhalb der Solltemperatur für eine vorgebbare Zeitdauer und/oder für ein vorgebbares Temperatursollfenster akzeptiert wird.
Eine vorgebbare Zeitdauer oder ein vorgebbares Temperaturfenster beschreiben hier jeweils von außen vorgegebene Intervalle. Während dieser Intervalle wird auch eine außerhalb der definierten Grenzen liegende Temperatur des Luftstroms, entweder bis zum Verstreichen einer gewissen Zeitdauer oder bis zum Unterschreiten beziehungsweise Überschreiten einer absoluten Grenztemperatur, akzeptiert. Dies geschieht, um die Zeitspanne, während der der Kompressor ausgeschaltet ist, längst möglich zu gestalten. Das Temperaturfenster und das Zeitfenster sind dabei beispielsweise abhängig von der maximal erlaubten Temperaturabweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Temperatur im Innenraum des Fahrzeugs.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Verfügung stehende thermische Kapazität in der Speichereinheit durch ein zumindest zeitweises Anschalten des Kompressors erhöht wird.
Durch das Anschalten des Kompressors, wird das im Kältemittelkreislauf zirkulierende Kältemittel abgekühlt. Gleichzeitig findet ein Wärmeübergang zwischen dem Latentmedium und dem Kältemittel statt. Dadurch wird dem Latentmedium nach und nach Wärme entzogen und das Latentmedium geht in eine feste Phase über, wodurch die thermische Kapazität der Speichereinheit erhöht wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Flussdiagramm, welches darstellt wie abhängig von der vorherrschenden Isttemperatur T_IST und einer eventuell auftretenden Differenz ΔT zwischen der Isttemperatur T_IST und einer Solltemperatur T_SOLL ein Anschalten oder ein Ausschalten des Kompressors realisiert wird,
2 ein Diagramm, welches das Temperatursollfenster mit seiner oberen Grenztemperatur und seiner unteren Grenztemperatur darstellt, wobei der Verlauf der Isttemperatur vereinfacht ist, und
3 ein Diagramm, welches den Verlauf der Isttemperatur innerhalb, oberhalb und unterhalb eines Temperatursollfensters darstellt.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt ein Flussdiagramm, welches für ein mögliches Ausführungsbeispiel in einer Abfolge von Abfrageblöcken und Weiterleitungen darstellt, wie über das Anschalten beziehungsweise das Ausschalten des Kompressors entschieden wird.
In dem Flussdiagramm wird der Kühlbetrieb der Klimaanlage betrachtet. Folglich ist davon auszugehen, dass bei einer aktuellen Temperatur T_IST, welche kleiner als der vorgegebene Wert T_SOLL ist oder unter der unteren Grenztemperatur T_GRENZ,U eines Temperatursollfensters liegt, die Temperatur beispielsweise durch eine Heizfunktion der Klimaanlage angehoben wird. Dies ist in dem Flussdiagramm nicht dargestellt.
Das Flussdiagramm weist sowohl Blöcke auf in denen der Kompressor angeschaltet wird als auch Blöcke in denen der Kompressor ausgeschaltet wird. Grundsätzlich kann der Kompressor dabei jeweils ausgeschaltet werden oder ausgeschaltet bleiben. Dies ist abhängig von dem Betriebszustand des Kompressors vor dem jeweiligen Block. Ebenso kann der Kompressor angeschaltet werden oder angeschaltet bleiben. Der Block gibt damit an, welchen Betriebszustand der Kompressor nach dem Durchlaufen des jeweiligen Blockes hat. Dies ist unabhängig von dem Betriebszustand des Kompressors vor dem Block.
Im mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten Abfrageblock wird der Betriebszustand des Verbrennungsmotors abgefragt. Dabei wird zwischen den Betriebszuständen Motor AN und Motor AUS unterschieden.
Im Falle einer positiven Abfrage, also bei laufendem Motor, wird in dem mit dem Bezugszeichen 2 markierten Block ein Abgleich zwischen der aktuellen Isttemperatur T_IST des Luftstroms, welcher um den Verdampfer und/oder die Speichereinheit strömt, mit der vorgegebenen Solltemperatur T_SOLL durchgeführt. Das Ergebnis ist die Differenz ΔT.
Die Solltemperatur T_SOLL resultiert dabei beispielsweise aus einem Wunsch des Fahrers. Die Solltemperatur T_SOLL kann dabei entweder ein vorgebbarer einzelner Wert sein oder aber ein definiertes Temperatursollfenster.
In einer idealtypischen Betrachtung kann eine genau definierte vorgegebene Temperatur erreicht und gehalten werden. In der Realität und unter Einbeziehung der Vielzahl der die Solltemperatur T_SOLL beeinflussenden Faktoren, sowie der Komplexität des Kältemittelkreislauf und der Klimaanlage insgesamt, ist die Verwendung eines Temperatursollfensters für die Solltemperatur T_SOLL vorteilhaft. In diesem Fall beschreibt T_SOLL ein Temperatursollfenster, welches um die vorgegebene Solltemperatur T_SOLL gelegt wird. Solange sich die Isttemperatur T_IST des Luftstroms in diesem Temperatursollfenster befindet, wird keine aktive Beeinflussung des Kältemittelkreislaufs durch Regelungs- und/oder Steuerungsbefehle vorgenommen.
Ist die Solltemperatur T_SOLL erreicht, wird der Kompressor ausgeschaltet. Der Ausschaltvorgang kann alternativ auch erst dann erfolgen, wenn eine gewisse untere Grenztemperatur T_GRENZ,U, welche beispielsweise die untere Temperaturgrenze eines Temperatursollfensters darstellt, erreicht wird. In diesem Fall kann durch das Weiterlaufen des Kompressors eine weitere Umwandlung des Latentmediums in der Speichereinheit bewirkt werden, wodurch die zur Verfügung stehende thermische Kapazität C_th,IST der Speichereinheit erhöht wird.
Das Ausschalten des Kompressors ist in dem Block mit dem Bezugszeichen 3 dargestellt. Im Block 4 wird festgestellt, ob die Temperatur T_IST auf dem Niveau der Solltemperatur T_SOLL oder innerhalb des Temperatursollfensters bleibt oder über die Solltemperatur T_SOLL steigt, beziehungsweise aus dem Temperatursollfenster hinaus steigt. Ein Anstieg der Temperatur T_IST über den Wert T_SOLL oder aus dem definierten Temperatursollfenster hinaus, kann zu einer Erwärmung des Innenraumes führen. In diesem Fall wird der Kompressor wieder angeschaltet, um dem Ansteigen der Temperatur entgegenzuwirken. Dies wird in Block 5 dargestellt.
Nachdem der Kompressor in diesem Fall angeschaltet wurde, wird mittels einer Rückführschleife wieder zum Block 2 weitergeleitet, in welchem wieder ein Abgleich zwischen der Solltemperatur T_SOLL beziehungsweise dem Temperatursollfenster und der Isttemperatur T_IST stattfindet.
Ausgehend von Block 4 kann bei einer nicht steigenden Isttemperatur T_IST oder einer innerhalb des definierten Temperatursollfensters steigenden Isttemperatur T_IST der Kompressor ausgeschaltet bleiben. Dargestellt ist dies in Block 6. Eine Rückführschleife führt zur Abfrage in Block 4 zurück. Solange also die Isttemperatur T_IST nicht über das Niveau von T_SOLL oder aus dem definierten Temperatursollfenster hinaus steigt, bleibt der Kompressor ausgeschaltet und es wird die Abfrageschleife zwischen Block 4 und Block 6 durchlaufen.
Ausgehend von Block 2 folgt für den Fall, dass die Solltemperatur T_SOLL beziehungsweise das Temperatursollfenster nicht erreicht ist, ein Abgleich zwischen T_SOLL und T_IST. Dies erfolgt in Block 7. In Block 7 wird dabei insbesondere abgefragt, ob T_IST größer als T_SOLL oder oberhalb der oberen Grenztemperatur T_GRENZ,O ist. Für den Fall, dass T_IST größer als T_SOLL oder größer als die obere Grenztemperatur T_GRENZ,O des Temperatursollfensters ist, folgt in Block 8 die Abfrage, ob T_IST sinkt. Ist dies der Fall, wird der Kompressor in Block 9 ausgeschaltet beziehungsweise bleibt ausgeschaltet. Anschließend führt eine Rückführschleife zurück zu Block 2.
Sinkt T_IST in Block 8 nicht, wird der Kompressor in Block 10 angeschaltet beziehungsweise bliebt angeschaltet. Auch auf Block 10 folgt eine Rückführschleife zu Block 2.
Ein Sinken von T_IST nach Block 7 kann beispielsweise durch die zur Verfügung stehende thermische Kapazität C_th,IST bewirkt werden, welche in der Speichereinheit vorhanden ist. Über einen Wärmeübertrag zwischen dem Luftstrom und dem Latentmedium kann der Luftstrom weiter abgekühlt werden. Der Kompressor wird erst dann wieder eingeschaltet, wenn die zur Verfügung stehende thermische Kapazität C_th,IST der Speichereinheit nicht mehr ausreicht, um ein weiteres Absinken der Temperatur T_IST zu bewirken.
Ist in Block 7 das Ergebnis, dass T_IST nicht größer als T_SOLL ist oder nicht oberhalb der oberen Grenztemperatur T_GRENZ,O liegt, T_IST also kleiner oder gleich T_SOLL beziehungsweise innerhalb des Temperatursollfensters ist, wird der Kompressor ausgeschaltet. Dargestellt ist dies in Block 11. Von Block 11 führt eine Rückführschleife zurück zu Block 2.
Alternativ kann bei einer negativen Antwort bei der Abfrage in Block 1 ein Flussdiagramm durchlaufen werden, wie es im unteren Teil der 1 dargestellt ist. Der untere Teil der 1 bezieht sich damit auf einen Betriebszustand, in welchem der Motor ausgeschaltet ist.
In Block 12 wird die Isttemperatur T_IST mit der Solltemperatur T_SOLL beziehungsweise dem Temperatursollfenster abgeglichen. ist diese erreicht beziehungsweise befindet sich T_IST innerhalb des Temperatursollfensters, wird der Kompressor in Block 13 ausgeschaltet. Darauf folgend wird in Block 14 abgefragt, ob die Isttemperatur T_IST entweder über den definierten Wert von T_SOLL hinaus steigt oder über die obere Grenztemperatur T_GRENZ,O des Temperatursollfensters hinaus steigt.
Steigt T_IST über T_SOLL hinaus oder über T_GRENZ,O des Temperatursollfensters wird der Kompressor in Block 15 angeschaltet. Über eine Rückführschleife wird von Block 15 zu Block 12 zurückgeführt. Steigt T_IST nicht oder bleibt gleich, wird der Kompressor in Block 16 ausgeschaltet, beziehungsweise bleibt ausgeschaltet.
In Block 17 wird abgefragt, ob T_IST steigt oder gleich bleibt. Block 17 wird durchlaufen, wenn T_SOLL oder das Temperatursollfenster noch nicht erreicht ist. Steigt T_IST oder bleibt gleich, so wird in Block 19 der Kompressor angeschaltet und über eine Rückführschleife auf Block 12 zurückgeleitet.
Für den Fall, dass T_IST sinkt, wird in Block 18 der Kompressor ausgeschaltet. Eine Rückführschleife führt zurück zu Block 12.
Generell, kann eine Absenkung von T_IST über ein Anschalten des Kompressors erreicht werden, wodurch das Kältemittel im Kreislauf abgekühlt wird und somit ein Wärmeübertrag vom Luftstrom auf das Kältemittel stattfindet. Alternativ kann eine Absenkung von T_IST durch einen Wärmeübertrag zwischen dem Luftstrom und dem Latentmedium in der Speichereinheit erfolgen.
Bei abgeschaltetem Motor ist auch der Kompressor nicht in Betrieb. Dies gilt zumindest für einen mechanisch über den Motor angetriebenen Kompressor. Die Entscheidung zum Anschalten des Kompressors ist damit auch gleichbedeutend mit dem Anschalten des Motors. Ein Ausschalten des Kompressors kann dagegen auch bei laufendem Motor geschehen.
Durch die Speichereinheit kann die Zeitspanne Δt, die verstreicht, bis der Kompressor wieder angeschaltet werden muss, um eine vorgegebene Solltemperatur T_SOLL oder ein Temperatursollfenster zu erreichen beziehungsweise die Isttemperatur T_IST auf dem Niveau der Solltemperatur T_SOLL oder in dem Temperatursollfenster zu halten, verlängert werden.
Es kann generell auch eine weitere Absenkung von T_IST stattfinden, auch ohne dass der Kompressor angeschaltet ist. Die Absenkung wird dann über einen Wärmeübergang zwischen dem Luftstrom und dem Latentmedium der Speichereinheit erreicht. Falls die zur Verfügung stehende thermische Kapazität C_th,IST der Speichereinheit nicht mehr ausreicht, um einen Absenkung von T_IST zu verursachen, muss der Kompressor hinzugenommen werden, um eine weitere Absenkung zu erreichen. Durch das Anschalten des Kompressors wird gleichzeitig die zur Verfügung stehende thermische Kapazität C_th,IST der Speichereinheit wieder erhöht.
Das in 1 gezeigte Flussdiagramm stellt eine mögliche Ausgestaltung eines solchen Flussdiagramms dar und weist keinen beschränkenden Charakter auf.
Die 2 zeigt ein Diagramm, welches das Temperatursollfenster 26 darstellt. Das Temperatursollfenster 26 ist durch die obere Grenztemperatur 24 T_GRENZ,O und die untere Grenztemperatur 25 T_GRENZ,U begrenzt.
Entlang der X-Achse ist die Zeit t aufgetragen, entlang der Y-Achse ist die Isttemperatur T_IST aufgetragen. Das Diagramm zeigt einen beispielhaften Verlauf 20 der Isttemperatur T_IST über der Zeit t. Dabei ist nur der Verlauf 20 der Isttemperatur T_IST dargestellt, der innerhalb des Temperatursollfensters 26 liegt. Der Verlauf 20 der Isttemperatur T_IST ist weiterhin vereinfacht als Gerade dargestellt. Auch abweichende Verläufe der Isttemperatur T_IST können vorkommen.
Der Schnittpunkt 21, welcher den Schnittpunkt zwischen dem Verlauf 20 der Isttemperatur T_IST und der unteren Grenztemperatur 25 T_GRENZ,U darstellt, ist der Punkt, an welchem die Isttemperatur T_IST die untere Grenztemperatur 25 T_GRENZ,U übersteigt. Die Isttemperatur T_IST erreicht in dem Schnittpunkt 21 das Temperatursollfenster 26. Der Eintritt von T_IST in das Temperatursollfenster 26 führt zum Ausschalten des Kompressors. Solange sich T_IST innerhalb des Temperatursollfensters 26 bewegt, kann der Kompressor ausgeschaltet bleiben.
Der Schnittpunkt 22 stellt einen Punkt dar, an welchem die Isttemperatur T_IST die obere Grenztemperatur 24 T_GRENZ,O des Temperatursollfensters 26 erreicht. Das Obersteigen der oberen Grenztemperatur 24 T_GRENZ,O hat ein Einschalten des Kompressors zur Folge.
Der Schnittpunkt 23 stellt einen Punkt dar, an welchem die Isttemperatur T_IST unter die untere Grenztemperatur 25 T_GRENZ,U absinkt. Ein Absinken unter die untere Grenztemperatur 25 T_GRENZ,U hat ein Ausschalten des Kompressors zur Folge.
Innerhalb des Temperatursollfensters 26 kann eine definierte Solltemperatur T_SOLL vorgegeben sein. Diese stellt den Wunschzielwert dar. Aufgrund der Komplexität und der Trägheit des Gesamtsystems Klimaanlage beziehungsweise Kältemittelkreislauf, ist es nicht oder nur schwer möglich einen genau definierten Temperaturwert dauerhaft zu halten. Daher müssen zumindest kleine Schwankungen nach oben und nach unten akzeptiert werden. Die Verwendung eines Temperatursollfensters 26 ist daher vorteilhaft.
3 zeigt einen beispielhaften Verlauf 30 der Isttemperatur T_IST über der Zeit t, wie er in einem realen System auftreten kann.
In 3 ist zu erkennen, dass die Isttemperatur T_IST nicht zwingend einen linearen Verlauf aufweist. Weiterhin ist ein gewisses Überschwingen 36, 37 der Isttemperatur T_IST über beziehungsweise unter die Grenztemperaturen 38, 39 T_GRENZ,O und T_GRENZ,U dargestellt. Ein solches Überschwingen 36, 37 wird in einer praktischen Anwendung aufgrund der Trägheit des Gesamtsystems und der eventuell vorhandenen Totzeiten in der Regelstrecke mit hoher Wahrscheinlichkeit auftreten.
Die 3 zeigt dabei einen Verlauf 30 der Isttemperatur T_IST mit Schnittpunkten 31, 32, 33 an der unteren Grenztemperatur 39 T_GRENZ,U sowie den Schnittpunkten 34, 35 an der oberen Grenztemperatur 38 T_GRENZ,O. An den Schnittpunkten 31, 32, 33 wird der Kompressor jeweils ausgeschaltet. An den Schnittpunkten 34, 35 wird der Kompressor jeweils angeschaltet.
Es können in alternativen Ausführungsformen auch abweichende Verläufe der Isttemperatur T_IST auftreten. Die 2 und 3 dienen zur Verdeutlichung des Temperatursollfensters 26, 40 und den aus einem Überschreiten sowie einem Unterschreiten der oberen Grenztemperatur 24, 38 T_GRENZ,O und der unteren Grenztemperatur 25, 39 T_GRENZ,U resultierenden Auswirkungen auf den Kompressor.
Alle Figuren dienen zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens. Sie sind beispielhaft und besitzen keinen beschränkenden Charakter.

Claims

Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei der Kältemittelkreislauf zumindest die folgenden Komponenten aufweist: – einen Kompressor, welcher über eine Kupplung an eine Antriebseinheit angebunden ist, – einen Verdampfer, welcher von einem Kältemittel durchströmt ist und von einem Luftstrom umströmt ist, – eine Speichereinheit, welche dem Verdampfer in Luftströmungsrichtung derart vorgelagert und/oder nachgelagert ist, dass sie ebenfalls von dem Luftstrom umströmt wird, wobei die Speichereinheit von einem Kältemittel durchströmt ist und die Speichereinheit ein Latentmedium aufweist, welches in thermischem Austausch mit dem Kältemittel steht, wobei der Kompressor anschaltbar oder ausschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschaltzeitpunkt und/oder ein Ausschaltzeitpunkt des Kompressors abhängig von einem Betriebszustand der Antriebseinheit und/oder von einer Temperatur des Luftstroms gewählt wird und die Zeitspanne (Δt), während welcher der Kompressor ausgeschaltet ist, von einer thermischen Kapazität der Speichereinheit und/oder einer Differenz (ΔT) der aktuellen Temperatur (T_IST) des Luftstroms und einer Solltemperatur (T_SOLL) des Luftstroms abhängig ist.
Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Kapazität entweder die maximale thermische Kapazität der Speichereinheit oder die zu einem bestimmten Zeitpunkt tatsächlich zur Verfügung stehende thermische Kapazität (C_th,IST) ist.
Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor beim Erreichen einer vorgebbaren unteren Grenztemperatur (25, 29, T_GRENZ,U) des Luftstroms ausgeschaltet wird und/oder beim Erreichen einer vorgebbaren oberen Grenztemperatur (24, 38, T_GRENZ,O) des Luftstroms angeschaltet wird.
Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale thermische Kapazität der Speichereinheit durch das gewählte Latentmedium und durch das in der Speichereinheit vorhandene Volumen des Latentmediums bestimmt wird.
Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne (Δt), während welcher der Kompressor ausgeschaltet ist, von der Durchströmungsfläche des Verdampfers und/oder der Speichereinheit, von der Luftfeuchtigkeit und von dem Luftmassenstrom durch den Verdampfer und/oder die Speichereinheit abhängig gewählt ist.
Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Umgebungstemperatur von ungefähr 25° Celsius 60% bis 100%, vorzugsweise 80% bis 100% des Latentmediums nach dem Anschalten des Kompressors in einer Zeit von 20 Sekunden bis 40 Sekunden, vorzugsweise in ungefähr 30 Sekunden, in eine feste Phase, insbesondere eine eisförmige Phase, übergehen.
Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Stillstand des Kompressors und einer vorgegebenen Solltemperatur (T_SOLL) des Luftstroms, welche unterhalb der aktuellen Temperatur (T_IST) des Luftstroms liegt, dem Luftstrom Wärme durch das Latentmedium und/oder das Kältemittel der Speichereinheit und/oder des Verdampfers entzogen wird, bis entweder die Wunschtemperatur (T_SOLL) des Luftstroms erreicht ist oder die zur Verfügung stehende thermische Kapazität (C_th,IST) des Latentmediums und/oder des Kältemittels nicht mehr ausreicht, um eine weitere Abkühlung des Luftstroms herbeizuführen.
Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer nicht mehr zur Kühlung auf die entsprechende Solltemperatur (T_SOLL) des Luftstroms ausreichenden thermischen Kapazität des Latentmediums und/oder des Kältemittels, entweder der Kompressor angeschaltet wird, oder eine Temperatur des Luftstroms oberhalb der Solltemperatur (T_SOLL) für eine vorgebbare Zeitdauer und/oder für ein vorgebbares Temperaturfenster akzeptiert wird.
Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kältemittelkreislaufs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Verfügung stehende thermische Kapazität (C_th,IST) in der Speichereinheit durch ein zumindest zeitweises Anschalten des Kompressors erhöht wird.