DE19935269C1 - Verfahren zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes in einer Kälteanlage - Google Patents
Verfahren zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes in einer KälteanlageInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes in einer Kälteanlage, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, mit einem den Kältemittelkreislauf in eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite unterteilenden Kompressor mit folgenden Schritten: DOLLAR A - in zeitlichen Abständen wird auf der Hochdruckseite der Druck und die Temperatur gemessen, DOLLAR A - mit dem gemessenen Druck anhand einer kältemittelspezifischen Funktion eine zugeordnete Temperatur ermittelt und DOLLAR A - durch Subtraktion der gemessenen von der zugeordneten Temperatur ein als Maß für den Kältemittelfüllstand auswertbarer Kältemittel-Unterkühlungswert ermittelt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß mindestens während vorgebbarer Betriebsphasen der Kälteanlage zur Beurteilung des Kältemittelfüllstandes ein Maximalwert und ein Minimalwert herangezogen werden, die zu Beginn dieser Betriebsphase auf die zuletzt ermittelten Unterkühlungswerte und im Verlauf dieser Betriebsphase auf die jeweils neu ermittelten Unterkühlungswerte gesetzt werden, wenn der Unterkühlungswert größer als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Maximalwert ist und der Unterkühlungswert kleiner als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Minimalwert ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Käl
temittelfüllstandes in einer Kälteanlage nach den gattungsbil
denden Merkmalen des Anspruchs 1.
In der DE 44 01 415 C1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur
Überwachung des Kältemittelfüllstandes in einer Kälteanlage be
schrieben, wobei die Kälteanlage mit einem den Kältemittel
kreislauf in eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite un
terteilenden Kompressor aufweist. In zeitlichen Abständen wird
auf der Hochdruckseite der Druck und die Temperatur gemessen,
mit dem gemessenen Druck wird anhand einer kältemittelspezifi
schen Funktion eine zugeordnete Temperatur ermittelt und durch
Subtraktion der gemessenen von der zugeordneten Temperatur ein
als Maß für den Kältemittelfüllstand auswertbarer Kältemittel-
Unterkühlungswert Uw ermittelt. Es wird mindestens während vor
gebbarer Betriebsphasen der Kälteanlage zur Beurteilung des
Kältemittelfüllstandes ein Maximalwert Mw herangezogen, der zu
Beginn dieser Betriebsphasen auf den zuletzt ermittelten Unter
kühlungswert Uw und im Verlauf dieser Betriebsphase auf einen
jeweils neu ermittelten Unterkühlungswert gesetzt wird, wenn
letzterer größer als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorlie
gende Maximalwert Mw ist.
Bei dieser Art eines Verfahrens zur Überwachung des Kältemit
telfüllstandes in einer Kälteanlage ist von Nachteil, daß bei
tiefen Außentemperaturen im Bereich unterhalb 15°C der extern
geregelte Kompressor mit kleiner Leistung betrieben wird, so
daß der gemessene relative Druck auf der Hochdruckseite gering
ist. Für den hieraus bestimmten Unterkühlungswert wird in die
sem Bereich kein weiterverwertbares Ergebnis erhalten.
Die Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Überwachung des
Kältemittelfüllstandes in einer Kälteanlage so zu verbessern,
daß sich auch bei tiefen Außentemperaturen der Kältemittelfüll
stand optimal überwachen läßt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des An
spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Er
findungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprüche
gekennzeichnet.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltungen liegt darin,
daß im Bereich tiefer Außentemperaturen eine Überwachung des
Kältemittelfüllstandes erfolgen kann.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Ver
bindung mit einer Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Programmablauf eines Abschnitts eines Verfahrens
zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes in einer
Kraftfahrzeugklimaanlage, sowie
Fig. 2 eine Kennlinie zur Kompressorabschaltung bei Kältemit
telunterfüllung.
In Fig. 1 ist ein Programmablauf eines Abschnitts eines Verfah
rens zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes in einer Kraft
fahrzeugklimaanlage gezeigt. Das Programm ist in einem Klimabe
diengerät der Klimaanlage abgelegt. Die dem Verfahren zugrunde
liegende Kraftfahrzeug-Klimaanlage besitzt einen üblichen Auf
bau, der einen geregelten Kompressor aufweist. Ein solcher Kom
pressor wird nicht getaktet, sondern kontinuierlich betrieben
und paßt die geförderte Kältemittelmenge durch Reduzierung des
Kolbenhubs im Verdichter dem jeweiligen Kältebedarf an, was die
bei einem getakteten, ungeregelten Kompressor auftretenden Ein
schaltstöße vermeidet. Es geht allerdings die bei der bisher
üblichen Berechnung des Unterkühlungswertes benutzte Informati
on darüber verloren, wie groß der Kältemitteldurchsatz bei ak
tivem Kompressor zu einem gegebenen Zeitpunkt ist. Durch das
nachfolgend näher erläuterte Verfahren gelingt es, diesen Zeit
punkt maximaler Fördermenge indirekt zu bestimmen und dadurch
einen zuverlässigen Rückschluß auf den Kältemittelfüllstand zu
ziehen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der jeweils er
mittelte Unterkühlungswert sowohl mit sinkender Kältemittelmen
ge als auch mit geringerer Kompressorförderleistung und mit dem
Auftreten von Störgrößen im System jeweils abnimmt. Daraus
folgt, daß zur Ermittlung eines für die Füllstandsbeurteilung
verwendbaren Unterkühlungswertes die explizite Bestimmung eines
Zeitpunktes mit maximaler Kompressorförderleistung nicht erfor
derlich ist. Bei Einsatz eines geregelten Kompressors ist die
geförderte Kältemittelmenge mehrstufig oder stufenlos veränder
bar. Dementsprechend ist bei dem bekannten Verfahren vorgese
hen, zur Füllstandsüberwachung in zeitlichen Abständen so lange
den Unterkühlungswert zu ermitteln, bis für diesen ein quasi
stabiler Zustand erkannt wird, wobei jeder oder ein Teil der
Unterkühlungswerte zur Auswertung zwecks Füllstandskontrolle
ohne gegenseitigen Vergleich der Unterkühlungswerte herangezo
gen wird. Geregelte Kompressoren arbeiten bei niedrigen Außen
temperaturen, bei welchen keine oder nur wenig Kühlleistung nö
tig ist, mit geringer Leistung. Im Kühlmittel herrscht dann ein
geringer Druck, was mit einer geringen Siedetemperatur korre
liert ist. Der zugehörige Unterkühlungswert ist zur Bestimmung
des Kältemittelfüllstandes nicht brauchbar. Bei einer Kältemit
telunterfüllung versucht der Kompressor durch Leistungserhöhung
den Druck im Kältemittel zu erhöhen. Das Verfahren sieht daher
grundsätzlich die Heranziehung eines Maximalwertes Mw und eines
Minimalwertes Mm, die aus in zeitlichen Abständen ermittelten
Unterkühlungswerten Uw, Um nach einem in Fig. 1 illustrierten
Vorgehen abgeleitet werden, zur Beurteilung des Kältemittel
füllstandes vor. Es wird in dem betrachteten Zeitintervall die
Differenz zwischen minimalem Mm und maximalem Unterkühlungswert
Mw ermittelt. Bei einem Mangel an Kältemittel wird versucht
durch Erhöhung der Leistung des Kompressors den Druck im Käl
temittel zu erhöhen. Dies führt zu einer Erhöhung des Maximal
wertes Mw. Bei einer gut gefüllten Kälteanlage ist zwischen Mi
nimal- Mm und Maximalwert Mw der Unterkühlung kein großer Un
terschied, so daß die Differenz Δ gering ist. Der Absolutwert
des Maximalwertes Mw liegt hoch. Beginnt die Anlage sich zu
leeren, vergrößert sich die Differenz Δ, wobei der Maximalwert
immer noch einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Bei ei
ner Unterfüllung der Anlage wird auch durch Leistungserhöhung
des Kompressors keine Druckerhöhung mehr erreicht. Der Maximal
wert unterschreitet den vorgegebenen Schwellenwert. Der Mini
malwert Mm und der Maximalwert Mw gleichen sich wieder an. Die
Differenz Δ unterschreitet dann einen vorgegebenen Schwellen
wert. In einer Weiterbildung der Erfindung für eine Kraftfahr
zeug-Klimaanlage ist vorgesehen, daß bei stehendem Fahrzeug je
weils der momentan ermittelte Unterkühlungswert gleichzeitig
sofort als Maß für den Kältemittelfüllstand herangezogen wird,
wie dies insbesondere bei Servicearbeiten erwünscht ist. Dies
stellt eine brauchbare Füllstandsaussage dar, weil bei stehen
dem Fahrzeug, d. h. Fahrgeschwindigkeit gleich Null, der Konden
sator der Klimaanlage nur gering belüftet wird und folglich der
Wirkungsgrad der Anlage schlechter ist, weshalb der geregelte
Kompressor mit hoher Wahrscheinlichkeit auf voller Leistung ar
beitet. Es ist außerdem auch ein allmählicher Kältemittelver
lust und das hieraus gegebenenfalls folgende Absinken des Füll
standes unter einen vorgegebenen Schwellwert erkennbar. Es wird
ein derart zwangsweise dekrementierter Maximalwert und ein ver
größerter Minimalwert für die Füllstandsüberwachung herangezo
gen. Dies führt zu einer größeren Differenz Δ. Es wird bei
konstant bleibendem Füllstand dieser Maximalwert von Zeit zu
Zeit wieder selbsttätig durch einen erfaßten höheren Unterküh
lungswert erhöht und dieser Minimalwert wieder selbsttätig
durch einen erfaßten kleineren Unterkühlungswert verkleinert.
Tritt im weiteren Betriebsverlauf eine derartige selbsttätige
Erniedrigung der Differenz Δ nicht ein, ist dies folglich ein
Indiz dafür, daß sich der Füllstand während dieser Betriebspha
se verringert hat.
Außerdem ist eine Unterfüllungs-Warnmeldung und/oder eine Ab
schaltung der Kälteanlage vorgesehen, wenn eine Betriebsphase
vorliegt, in welcher für eine vorgewählte Warn- und/oder Ab
schalt-Schwellendauer die Differenz Δ kleiner als ein vorge
wählter Abschaltschwellenwert Sd ist und der Maximalwert Mw ei
nen Abschaltschwellenwert Sm unterschreitet. Dabei können die
Schwellendauern und Schwellenwerte für die Warnmeldung und die
Abschaltung gleich oder verschieden groß gewählt werden, wobei
eine günstige Realisierung darin besteht, gleich große Schwel
lendauern und für die Warnmeldung einen größeren Schwellenwert
als für die Abschaltung vorzusehen, so daß jedenfalls die Warn
meldung vor der Abschaltung der Kälteanlage erfolgt.
Alternativ ist die Möglichkeit vorgesehen, das Ablaufen der je
weiligen Schwellendauer anzuhalten, solange der Kompressor aus
geschaltet ist oder das Fahrzeug steht, und zurückzusetzen,
wenn das Fahrzeug abgestellt wird oder die Differenz Δ größer
als der Abschaltschwellwert ist und der Maximalwert den ent
sprechenden Schwellenwert überschreitet, um sodann das Ablaufen
der Schwellendauer von neuem starten zu können.
In Fig. 2 ist eine Kennlinie zur Kompressorabschaltung bei Käl
temittelunterfüllung gezeigt. Die Differenz Δ zwischen Maxi
mal- Mw und Minimal Mm ist über dem Kompressorstrom aufgetra
gen. Der Kompressorstrom ersetzt den zusätzlich für die Beur
teilung des Kältemittelfüllstandes benötigten Maximalwert Mw.
Der Maximalwert ist mit dem Kompressorstrom korreliert. Der
Kompressor ist abgeschaltet bei einer Differenz Δ größer 6 K
und einem Kompressorstrom von 600 mA. Bei Überschreiten einer
Differenz Δ von 11 K ist der Kompressor ausgeschaltet. Hier
herrscht Kältemittelunterfüllung. Diese Kennlinie muß je nach
Fahrzeug ermittelt werden und im Klimabediengerät abrufbar
sein.
Claims (6)
1. Verfahren zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes in ei
ner Kälteanlage, insbesondere einer Kraftfahrzeug-
Klimaanlage, mit einem den Kältemittelkreislauf in eine
Hochdruckseite und eine Niederdruckseite unterteilenden
Kompressor mit folgenden Schritten:
daß mindestens während vorgebbarer Betriebsphasen der Kältean lage zur Beurteilung des Kältemittelfüllstandes ein Maximalwert (Mw) und ein Minimalwert (Mm) herangezogen wird, die zu Beginn dieser Betriebsphase auf die zuletzt ermittelten Unterkühlungs werte (Uw) und (Um) und im Verlauf dieser Betriebsphase auf die jeweils neu ermittelten Unterkühlungswerte gesetzt werden, wenn der Unterkühlungswert (Uw) größer als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Maximalwert (Mw) ist und der Unterküh lungswert (Um) kleiner als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Minimalwert (Mm) ist.
- - in zeitlichen Abständen wird auf der Hochdruckseite der Druck und die Temperatur gemessen,
- - mit dem gemessenen Druck anhand einer kältemittelspezifi schen Funktion eine zugeordnete Temperatur ermittelt und
- - durch Subtraktion der gemessenen von der zugeordneten Tempe ratur ein als Maß für den Kältemittelfüllstand auswertbarer Kältemittel-Unterkühlungswert (Uw) ermittelt;
daß mindestens während vorgebbarer Betriebsphasen der Kältean lage zur Beurteilung des Kältemittelfüllstandes ein Maximalwert (Mw) und ein Minimalwert (Mm) herangezogen wird, die zu Beginn dieser Betriebsphase auf die zuletzt ermittelten Unterkühlungs werte (Uw) und (Um) und im Verlauf dieser Betriebsphase auf die jeweils neu ermittelten Unterkühlungswerte gesetzt werden, wenn der Unterkühlungswert (Uw) größer als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Maximalwert (Mw) ist und der Unterküh lungswert (Um) kleiner als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Minimalwert (Mm) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 für eine Kraftfahrzeug-
Klimaanlage,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Beurteilung des Kältemittelfüllstandes
- - während durch die Betriebsbedingung Fahrzeuggeschwindigkeit (v) gleich Null festgelegter Betriebsphasen die jeweils zu letzt ermittelten Unterkühlungswerte (Uw) und (Um) und
- - während durch die Fahrzeuggeschwindigkeit ungleich Null festgelegter Betriebsphasen ein Maximalwert (Mw) und ein Mi nimalwert (Mm) herangezogen wird, die zu Beginn dieser Be triebsphase auf die in der vorangegangenen Betriebsphase mit Fahrzeuggeschwindigkeit gleich Null zuletzt ermittelten Un terkühlungswerte (Uw) und (Um) und im Verlauf dieser Be triebsphase auf jeweils neu ermittelte Unterkühlungswerte gesetzt werden, wenn der Unterkühlungswert (Uw) größer als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Maximalwert (Mw) ist und der Unterkühlungswert (Uw) kleiner als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Minimalwert (Mm) ist.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 für eine Kraftfahr
zeug-Klimaanlage,
dadurch gekennzeichnet,
daß in vorgewählten Zeitabständen der jeweilige Maximalwert
(Mw) jeweils um einen vorgewählten Betrag dekrementiert wird
und der jeweilige Minimalwert (Mm) um einen vorgewählten Betrag
vergrößert wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 für eine Kraftfahr
zeug-Klimaanlage,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Differenz (Δ) zwischen dem maximalen Unterkühlungswert
(Mw) und dem minimalen Unterkühlungswert (Mm) gebildet wird,
die zusammen mit dem Maximalwert der Unterkühlung (Mw) ein Maß
für die Kältemittelfüllmenge bildet.
5. Verfahren nach Anspruch 4 für eine Kraftfahrzeug-
Klimaanlage,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Unterfüllungs-Warnmeldung und/oder eine Abschaltung
der Kälteanlage erfolgt, wenn eine Betriebsphase vorliegt, in
welcher für eine vorgewählte Warn- und/oder Abschalt-
Schwellendauer die Differenz (Δ) kleiner als ein vorgewählter
Abschaltschwellenwert (Sd) ist und der Maximalwert (Mw) einen
Abschaltschwellenwert (Sm) unterschreitet.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ablauf der Warn- und/oder Abschalt-Schwellendauer
- - angehalten wird, solange der Kompressor ausgeschaltet oder die Fahrzeuggeschwindigkeit (V) gleich Null ist, und
- - rückgesetzt wird, wenn die Differenz (Δ) größer als der Ab schaltschwellwert ist und der Maximalwert (Mw) den entspre chenden Schwellenwert (Sd) überschreitet oder die Zündung abgeschaltet wird.
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