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DE102004029166A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage für ein Fahrzeug - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage für ein Fahrzeug Download PDF

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DE102004029166A1
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compressor
air inlet
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DE102004029166A
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English (en)
Inventor
Wilhelm Dipl.-Ing. Baruschke
Armin Britsch-Laudwein
Karl Dipl.-Ing. Lochmahr (Fh)
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority to JP2007515812A priority patent/JP2008502523A/ja
Priority to PCT/EP2005/005878 priority patent/WO2005123428A1/de
Priority to US11/629,706 priority patent/US20070261420A1/en
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Abstract

Bei einem Verfahren zur Regelung eines Kältemittelkreislaufs (2) einer Klimaanlage (4) für ein Fahrzeug wird ein im Kältemittelkreislauf (2) angeordneter Kompressor (10) in Abhängigkeit von einer Verdampfertemperatur-Regelung (VR) und einer in die Verdampfertemperatur-Regelung (VR) integrierten Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion (22) geregelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Kältemittelkreislaufs, z. B. eines R744-Kältemittelkreislaufs (CO2), einer Klimaanlage für ein Fahrzeug.
  • Zur Verbesserung der Innenraumbehaglichkeit und des thermischen Komforts in einem Fahrzeug wird im Allgemeinen ein Klimatisierungssystem (auch Klimaanlage genannt) verwendet, das zumindest aus einem Heiz- und Kältemittelkreislauf, einem Klimagerät und einer Luftführung gebildet ist. Im Allgemeinen kann in bestimmten Fahrzuständen, in denen der Fahrzeugmotor oder Antriebsmotor eine hohe Leistung erbringen muss, beispielsweise bei Fahrten in großer Steigung oder bei starken Beschleunigungen, eine Begrenzung der Leistungsabgabe an einen Kompressor des Kältemittelkreislaufs erforderlich sein. Zur Sicherstellung einer optimalen Funktionsweise des Fahrzeugmotors und des Getriebes wird daher das Lastdrehmoment von Nebenaggregaten, wie z. B. dem Kältemittelkompressor, erfasst und einem Motorsteuergerät und/oder einem Getriebesteuergerät zugeführt. Im Allgemeinen wird bei derartigen fahrsituationsbedingten Begrenzungen des Lastdrehmoments der Kältemittelkompressor mittels des Motorsteuergeräts oder des Getriebesteuergeräts abgeschaltet. Alternativ ist es beispielsweise aus der DE 101 06 243 bekannt, anhand einer Funktion von Variablen das momentane Lastdrehmoment des Kältemittelkompressors und anhand einer der Funktion zugehörigen Umkehrfunktion in Abhängigkeit vom vorgegebenen maximalen Grenzdrehmoment unmittelbar ein Ansteuerungssignal für den Kältemittelkompressor zu bilden. Dabei wird das Verfahren zur situationsbedingten Steuerung des Kältemittelkompressors, vorzugsweise für einen R134a-Kältemittelkompressor, in Abhängigkeit von, vom Motorsteuergerät vorgegebenen Lastdrehmoment bestimmt.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Kältemittelkreislaufs, insbesondere eines R744-Kältemittelkreislaufs anzugeben, welches eine möglichst gute Innenraumklimatisierung auch bei fahrsituationsbedingten Begrenzungen des Lastdrehmoments eines Kältemittelkompressors ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstände der Unteransprüche.
  • Beim Verfahren zur Regelung eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage für ein Fahrzeug wird erfindungsgemäß ein im Kältemittelkreislauf angeordneter Kältemittelkompressor in Abhängigkeit von einer Verdampfertemperatur-Regelung und einer in die Verdampfertemperatur-Regelung integrierten Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion geregelt. Durch eine derartige Integration oder Einbindung einer Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion in den Normalprozess zur Regelung eines Kältemittelkompressors sind zusätzliche Hardware-Komponenten sicher vermieden. Insbesondere werden dabei bereits vorhandene Sensoren und Aktoren verwendet. Zudem wird durch eine fahrsituationsbedingte Begrenzung des Drehmoments des Kältemittel kompressors statt einer Abschaltung oder einer lediglich vom maximalen Grenzdrehmoment abhängigen Ansteuerung des Kältemittelkompressors noch eine hinreichend gute Klimatisierung des Innenraums auch bei starker Belastung des Fahrzeugmotors erzielt. Somit ist eine verbesserte Arbeitsweise von Fahrzeugmotor und Getriebe ermöglicht. Außerdem kann eine derartige Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion des Kältemittelkompressors auch zu einer Kraftstoffeinsparung führen (niedrige Leerlaufdrehzahlen).
  • Zweckmäßigerweise wird in einem Basisregelkreis, insbesondere einer übergeordneten Regelung einer Klimasteuerung ein Sollwert für eine Verdampfertemperatur vorgegeben, der einem Verdampfertemperatur-Regler zur Bildung einer Stellgröße, aus der ein Stellsignal für einen Kältemittelkompressor abgeleitet wird, zugeführt wird. Dabei wird anhand der Stellgröße ein Hochdruck-Sollwert bestimmt, der eine unterlagerte Hochdruck-Regelung führt. Im Regelfall wird dabei die Verdampfertemperatur über die Hochdruck-Regelung eingestellt. Im Begrenzungsfall, d. h. bei zu berücksichtigender Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion, kann die Verdampfertemperatur nicht wunschgemäß eingestellt werden, so dass die Klimaanlage mit verminderter Leistung betrieben wird. Dabei wird die Abweichung vom Sollwert für die Verdampfertemperatur auf ein Minimum reduziert. Außerdem wird im Begrenzungsfall mittels der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion ein stetiger Übergang zum Normalmodus bewirkt, indem beispielsweise der integrale Anteil des Verdampfertemperatur-Reglers konstant gehalten wird. Somit wird selbst in den belastungsstarken Fahrsituationen die Leistung der Klimaanlage so wenig wie möglich reduziert.
  • Vorzugsweise wird der Hochdruck-Sollwert mit der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion über eine MIN-Funktion verknüpft. D. h. die beiden anliegenden Werte – der Hochdruck-Sollwert und der Ausgangswert der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion – werden miteinander verglichen, wobei der geringere Wert als Führungsgröße der unterlagerten Hochdruck-Regelung dient. Im Detail wird anhand der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion ein aktueller Grenzwert für den Hochdruck-Sollwert bestimmt und der MIN-Funktion zugeführt. Anhand des Hochdruck-Sollwerts und des aktuellen Grenzwerts für den Hochdruck-Sollwert wird dann mittels der MIN-Funktion der Minimalwert bestimmt, der der Hochdruck-Reglung zugeführt wird.
  • Zweckmäßigerweise wird anhand des Minimalwerts für den Hochdruck-Sollwert mittels des Hochdruck-Reglers eine Stellgröße zur Regelung des Hochdrucks bestimmt, wobei die Stellgröße der Hochdruck-Regelung anhand einer Übertragungskennlinie und eines Pulsweitenmodulators in ein Stellsignal zur Steuerung des Hubvolumens des Kompressors umgesetzt wird.
  • Die Ermittlung des aktuellen Grenzwerts für den Hochdruck-Sollwert aus dem maximal zulässigen Lastdrehmoment erfolgt anhand der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion über eine Umkehrfunktion aus der bekannten Funktionsabhängigkeit des Drehmoments von Hochdruck, Saugdruck, Drehzahl und weiteren Parametern eines R744-Kältemittelkreislaufs. Die Umkehrfunktion kann somit auch als Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion bezeichnet werden. Somit wird bei hoher Motorleistung und erforderlicher Begrenzung des Lastdrehmoments des Kältemittelkompressors das Ansteuersignal aus der oben beschriebenen Umkehrfunktion abgeleitet.
  • Zur Ermittlung des aktuellen Grenzwerts für den Hochdruck-Sollwert anhand der Umkehrfunktion zur Drehmoment-Berechnungsfunktion wird der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion mindestens ein Parameter, insbesondere ein maximal zulässiges Lastdrehmoment, ein aktueller Wert für den Saugdruck und/oder für die Drehzahl des Kompressors, ein Pulsweitenmodulationsgrad zur Steuerung des Kompressor-Regelventils, ein aktueller Wert für den Luftmassenstrom über dem Verdampfer, für die Lufteintrittstemperatur, für die Lufttemperatur nach dem Verdampfer und/oder für die Lufteintrittsfeuchte zugeführt. Somit wird selbst in den belastungsstarken Fahrsituatio nen die Klimaanlage zwar mit reduzierter, aber maximal möglicher Leistung betrieben. In einer weiteren Ausführungsform kann bei der Berechnung des Grenzwerts der aktuelle Wert für den Saugdruck, für die Lufteintrittstemperatur und für die Lufteintrittsfeuchte für eine vereinfachte Genauigkeit unberücksichtigt bleiben.
  • Hinsichtlich der Vorrichtung zur Regelung des Kältemittelkreislaufs der Klimaanlage ist der im Kältemittelkreislauf angeordnete Kältemittelkompressor in Abhängigkeit von einer Verdampfertemperatur-Regelung und einer in die Verdampfertemperatur-Regelung integrierten Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion regelbar. Dabei sind ein übergeordneter Basisregelkreis zur Ermittlung eines Sollwerts für eine Verdampfertemperatur und ein nachgeschalteter Verdampfertemperatur-Regler vorgesehen, anhand dessen eine Stellgröße für die Verdampfertemperatur-Regelung bestimmt wird. Zur Ermittlung des Hochdruck-Sollwerts anhand der Stellgröße des Verdampfertemperaturreglers ist vorzugsweise eine Basis-Kennlinie gegebenenfalls mit einer Korrekturkennlinie vorgesehen, wobei der Basis-Kennlinie ein Begrenzungsmodul zur Begrenzung des Hochdruck-Sollwerts anhand der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion nachgeschaltet ist. Über das nachgeschaltete Begrenzungsmodul, z. B. eine MIN-Funktion, wird dabei die Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion parallel zum Verdampfertemperatur-Regler geschaltet.
  • Die Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion wird über verschiedene Parameter, z. B. dem kompressoreingangsseitigen Saugdruck, der Kompressordrehzahl, der Verdampfertemperatur, und weitere Eingangsgrößen oder Parametern ermittelt. Hierzu ist die Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion mit mehreren Eingängen versehen. Das Begrenzungsmodul ist eingangsseitig mit einem Ausgang der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion und dem aus dem Regelfall resultierenden Hochdruck-Sollwert verbunden. Dem Begrenzungsmodul ist ein Hochdruck-Regler nachgeschaltet. Zur Ansteuerung des Kältemittelkompressors ist dem Hochdruck-Regler über eine Kennlinie ein Pulsweitenmodulator zur Bildung eines pulsweitenmodulierten Stellsignals für ein Regelventil des Kältemittelkompressors nachgeschaltet.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ohne zusätzliche Bauteile bei motorseitiger starker Belastung eine bedarfsgerechte Begrenzung der Kälteleistung und somit noch eine hinreichend gute Innenraumklimatisierung auch bei ungünstigen Bedingungen sichergestellt ist. Eine derartige Lösung bringt Vorteile ohne zusätzlichen Bauraum und Gewichtsbedarfs des Kältemittelkreislaufs und ein hohes Maß an Betriebssicherheit durch eine der Begrenzungsfunktion zugrunde liegende automatische Schutzfunktion.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur eine Vorrichtung 1 zur Regelung eines Kältemittelkreislaufs 2 eines Klimatisierungssystems 4 (auch Klimaanlage genannt) für ein Fahrzeug. Das Klimatisierungssystem 4 kann auch als eine kombinierte Einrichtung zum Kühlen oder Wärmen von in einen geschlossenen Raum, z. B. in den Fahrzeuginnenraum, zu führender Luft ausgebildet sein.
  • Das Klimatisierungssystem 4 umfasst einen als Gaskühler ausgebildeten Kondensator 6 (im Weiteren Gaskühler 6 genannt) und einen Verdampfer B. Der Kältemittelkreislauf 2 stellt ein geschlossenes System dar, in welchem ein Kältemittel KM, z. B. Kohlendioxid, R744, von einem Kompressor 10 zum Gaskühler 6 und über ein Expansionsventil 12 zum Verdampfer 8 im Kreislauf geführt wird.
  • Der in der Figur dargestellte Kältemittelkreislauf 2 umfasst darüber hinaus einen inneren Wärmetauscher 11. Im Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2 nimmt das Kältemittel KM Wärme von einer in das Fahrzeug hineinströ menden Luft auf und gibt diese an die Umgebungsluft wieder ab. Hierzu ist es erforderlich, dass das Kältemittel KM einen hinreichend großen Temperaturunterschied zur Luft hat. Dazu erfolgt die Abkühlung des Kältemittels KM durch Druckverlust an dem im Kältemittelkreislauf 2 angeordneten Expansionsventil 12; die Abkühlung der in den Fahrzeuginnenraum hineinströmenden Luft erfolgt durch Wärmeaufnahme des Kältemittels KM im Verdampfer 8.
  • Im Detail umfasst der Kältemittelkreislauf 2 den Kompressor 10 mit einem variablen Hubvolumen H zur Verdichtung des gasförmigen Kältemittels KM, z. B. Kohlendioxid. Der Kompressor 10 saugt das gasförmige Kältemittel KM an. Das angesaugte gasförmige Kältemittel KM hat eine niedrige Temperatur und einen niedrigen Druck. Das Kältemittel KM wird durch den Kompressor 10 komprimiert. Das gasförmige und heiße Kältemittel KM wird zum Gaskühler 6 geführt. Durch die in den Gaskühler 6 hineinströmende Luft wird das Kältemittel KM abgekühlt.
  • Das im Gaskühler 6 abgekühlte Kältemittel KM wird zur anschließenden saugdruckseitigen Speisung des Kompressors 10 über den inneren Wärmetauscher 11 und über das Expansionsventil 12 geführt, welches als Drossel arbeitet. Es kommt hierbei zu einer Entspannung des Kältemittels KM, so dass sich das Kältemittel KM stark abkühlt. Mittels des Expansionsventils 12 wird das abgekühlte Kältemittel KM in den Verdampfer 8 gespritzt, wo das Kältemittel KM der eintretenden Luft, z. B. Frischluft, die erforderliche Verdampfungswärme entzieht. Dadurch kühlt die Luft ab. Die abgekühlte Luft wird über ein nicht näher dargestelltes Gebläse und über Luftführungen in den Fahrzeuginnenraum geführt. Das Kältemittel KM wird nach dem Verdampfer 8 über den inneren Wärmetauscher 11 saugdruckseitig dem Kompressor 10 wieder zugeführt.
  • Zur Regelung des Kältemittelkreislaufs 4 wird durch eine hier nicht dargestellte, übergeordnete Regelung ein Sollwert SW(VT) für die Verdampfertemperatur VT vorgegeben, z. B. gleitend von 2°C bis 10°C. Mittels eines Temperatursensors 16 wird der Istwert IW(VT) für die Verdampfertemperatur VT am Verdampfer 8 bestimmt. Anhand der Differenz aus dem Sollwert SW(VT) und dem Istwert IW(VT) für die Verdampfertemperatur VT wird eine Regelabweichung RW(VT) für die Verdampfertemperatur VT bestimmt. Die Regelabweichung RW(VT) wird einem Verdampfertemperatur-Regler 18, beispielsweise einem P-I-Regler, zugeführt, der daraus eine Stellgröße U bildet. Aus der Stellgröße U des Verdampfertemperatur-Reglers 18 wird mittels einer Basis-Kennlinie 20 ein Sollwert SW(HD) für den Hochdruck HD des Kältemittels KM im Kältemittelkreislauf 2 nach dem Gaskühler 6 abgeleitet.
  • Aufgrund der Stoffeigenschaften des Kältemittels KM, z. B. von R744, ist eine zusätzliche Korrektur-Kennlinie KK erforderlich, mit der der aus der Basiskennlinie 20 gewonnene Sollwert SW(HD) für den Hochdruck HD modifiziert wird, um einen korrigierten oder modifizierten Hochdruck-Sollwert kSW(HD) zu erhalten. Als Eingangsgrößen E1 bis En zur Korrektur des Sollwerts SW(HD) für den Hochdruck HD anhand der Korrektur-Kennlinie 20 dienen beispielsweise die Lufteintrittstemperatur, die Lufteintriffsfeuchte, die Luftmenge und/oder die Drehzahl des Kompressors 10.
  • Um auch bei motorseitig starker Belastung des Fahrzeugs eine hinreichend gute Innenraumklimatisierung zu erzielen, ist vorgesehen, die Leistung des Kompressors 10 möglichst wenig zu reduzieren oder zu begrenzen, wobei ein Abschalten des Kompressors 10 vermieden werden soll. Hierzu ist eine Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion 22 vorgesehen, welche parallel zur Verdampfertemperatur-Regelung VR und somit zum Verdampfertemperatur-Regler 18 geschaltet ist.
  • Dabei wird der Hochdruck-Sollwert SW(HD), insbesondere der korrigierte Hochdruck-Sollwert kSW(HD)) bei Bedarf anhand der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion 22 begrenzt. Im Regelfall wird die Verdampfertemperatur VT anhand des Hochdruck-Sollwerts SW(HD) oder des korrigierten Hochdruck-Sollwerts kSW(HD) eingestellt. Im Begrenzungsfall, d. h. bei zu berücksichtigender Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion 22, kann aber die Verdampfertemperatur VT nicht wunschgemäß eingestellt werden, so dass die Klimaanlage mit verminderter Leistung betrieben wird. Dazu wird die Abweichung vom Sollwert SW(VT) für die Verdampfertemperatur VT auf ein Minimum reduziert. Für stetige Übergänge zwischen Regel- und Begrenzungsfall wird der integrale Anteil des Verdampfertemperatur-Reglers 18 bei Begrenzung konstant gehalten bzw. eingefroren. Somit wird selbst in den belastungsstarken Fahrsituationen die Klimaanlage zwar mit reduzierter, aber maximal möglicher Leistung betrieben.
  • Gemäß Figur wird für eine Leistungsbegrenzung des Kompressors 10 der Hochdruck-Sollwert SW(HD) mit der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion 22 über eine MIN-Funktion eines Begrenzungsmoduls 24 verknüpft. D. h. die beiden anliegenden Werte – der Hochdruck-Sollwert SW(HD) und der Ausgangswert der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion 22, d. h. der Grenzwert GW für den Hochdruck-Sollwert SW(HD) – werden miteinander verglichen, wobei der geringere Wert als Führungsgröße in Form des Minimalwerts MW für die Hochdruck-Regelung HDR dient.
  • Das momentane Drehmoment M des Kompressors 10 wird anhand von verschiedenen Parametern P, die der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion 22 zugeführt werden, mittels einer Drehmoment-Berechnungsfunktion f ermittelt. Für die funktionelle Abhängigkeit des momentanen Drehmoments M des Kompressors 10, lässt sich schreiben: M = f(PRCA, PRCE, rc, PWM, ṁLuft, TLufteintritt, + TLVA, φLufteintritt) [1] mit PRCA = Kältemittelhochdruck nach Kompressor, PRCE = Kältemittelsaugdruck vor Kompressor, rc = Kompressordrehzahl, PWM = Pulsweitenmodulation zur Steuerung des Kompressor-Regelventils, ṁLuft = Luftmassenstrom über Verdampfer, TLufteintritt = Lufteintrittstemperatur, TLVA = Lufttemperatur nach Verdampfer, φLufteintritt = Lufteintrittsfeuchte (Außen- bzw. Innenfeuchte).
  • Dabei richtet sich die Anzahl der zu berücksichtigenden Parameter P nach der Vorgabe hinsichtlich der Genauigkeit der Lastmomentberechnung, so dass auch Parameter P, z. B. der Kältemittelsaugdruck PRCE vor Kompressor, die Lufteintrittstemperatur TLufteintritt oder die Lufteintrittsfeuchte φLufteintritt unberücksichtigt bleiben können. Alternativ kann der Kältemittelsaugdruck PRCE auch über die Lufttemperatur TLVA nach dem Verdampfer 8 bestimmt werden. Zur Bestimmung der Lastdrehmomentbegrenzung wird das Kennfeld der Drehmoment-Berechnungsfunktion f in eine Umkehrfunktion f'' überführt, die einen Grenzwert GW für den Hochdruck HD (auch kurz Hochdruckgrenzwert PRCAlim genannt) in Abhängigkeit eines vorgegebenen maximal zulässigen Lastdrehmoments Mlim (auch Drehmomentgrenzwert genannt) vorgibt gemäß: GW = f''(Mlim, PRCE, rc, PWM, ṁLuft, TLufteintritt, TLVA, φLufteintritt) [2]mit Mlim = maximal zulässiges Lastdrehmoment.
  • Anhand des Grenzwerts GW, welcher dem Begrenzungsmodul 24 zugeführt wird, und des Hochdruck-Sollwerts SW(HD) wird im Regelfall dann der resultierende Minimalwert MW für den Hochdruck-Sollwert SW(HD) ermittelt und anschließend einem Hochdruck-Regler 26 zugeführt.
  • Des Weiteren ist zur Ermittlung des Hochdruck-Istwerts IW(HD) ein Drucksensor 32 vorgesehen, der den Hochdruck HD im Kältemittelkreislauf 2 nach oder gegebenenfalls vor dem Gaskühler 6 bestimmt. Die Differenz aus dem Minimalwert MW für den Hochdruck-Sollwert SW(HD) und dem Hochdruck-Istwert IW(HD) wird dem Hochdruck-Regler 26 als Druckdifterenzwert Δp zugeführt. Anhand des Druckdifferenzwerts Δp wird mittels des Hochdruck-Reglers 26 die Stellgröße S zur Steuerung des Hubvolumens H des Kompressors 10 anhand eines zugehörigen Regelventils 30 bestimmt. Die Stellgröße S wird mittels eines Pulsweitenmodulators 28 über eine vorgeschaltete Übertragungskennlinie in ein pulsweitenmoduliertes Stellsignal SS für das Regelventil 30 umgesetzt. Anschließend wird das pulsweitenmodulierte Stellsignal SS dem Regelventil 30 des Kompressors 10 zur Steuerung des Hubvolumens H zugeführt.
    • 1
    Vorrichtung zur Regelung eines Kältemittelkreislaufs
    2
    Kältemittelkreislauf
    4
    Klimatisierungssystem
    6
    Kondensator (= Gaskühler)
    8
    Verdampfer
    10
    Kompressor
    11
    innerer Wärmetauscher
    12
    Expansionsventil
    16
    Temperatursensor
    18
    Verdampfertemperatur-Regler
    20
    Basis-Kennlinie
    22
    Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion
    24
    Begrenzungsmodul
    26
    Hochdruck-Regler
    28
    Pulsweitenmodulator
    30
    Regelventil
    32
    Hochdrucksensor
    E1 bis En
    Eingangsgrößen
    f
    Drehmoment-Berechnungsfunktion
    f''
    Umkehrfunktion zur Drehmoment-Berechnungsfunktion
    GW
    Grenzwert für Hochdruck-Sollwert
    H
    Hubvolumen des Kompressors
    HD
    Hochdruck
    IW(HD)
    Hochdruck-Istwert
    IW(VT)
    Verdampfertemperatur-Istwert
    KK
    Korrektur-Kennlinie
    KM
    Kältemittel
    MW
    Minimalwert für Hochdruck-Sollwert
    P
    Parameter
    PRCE
    Kältemittelsaugdruck
    Δp
    Differenzdruckwert
    RW(VT)
    Regelabweichung Verdampfertemperatur
    SS
    Stellsignal für Regelventil
    S
    Stellgröße des Hochdruck-Reglers
    SW(HD)
    Hochdruck-Sollwert
    kSW(HD)
    modifizierter Hochdruck-Sollwert
    SW(VT)
    Verdampfertemperatur-Sollwert
    TLVA
    Lufttemperatur nach Verdampfer
    U
    Stellgröße des Verdampfertemperatur-Reglers
    VR
    Verdampfertemperatur-Regelung
    VT
    Verdampfertemperatur

Claims (21)

  1. Verfahren zur Regelung eines Kältemittelkreislaufs (2) einer Klimaanlage (4) für ein Fahrzeug, bei dem ein im Kältemittelkreislauf (2) angeordneter Kompressor (10) in Abhängigkeit von einer Verdampfertemperatur-Regelung (VR) und einer in die Verdampfertemperatur-Regelung (VR) integrierten Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion (22) geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einem Basisregelkreis ein Sollwert (SW(VT)) für eine Verdampfertemperatur (VT) vorgegeben wird, der einem Verdampfertemperatur-Regler (18) zur Bildung einer Stellgröße (U) für Verdampfertemperatur (VT) zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei anhand der Stellgröße (U) für die Verdampfertemperatur (VT) ein Hochdruck-Sollwert (SW(HD)) bestimmt wird, der zumindest bereichsweise anhand der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion (22) begrenzt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Hochdruck-Sollwert (SW(HD)) mit der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion (22) über eine MIN-Funktion verknüpft wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei anhand der MIN-Funktion ein daraus resultierender Minimalwert (MW) für den Hochdruck-Sollwert (SW(HD)) ermittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei anhand der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion (22) ein aktueller Grenzwert (GW) für den Hochdruck-Sollwert (SW(HD)) bestimmt wird, wobei der aktuelle Grenzwert (GW) über die MIN-Funktion mit dem Hochdruck-Sollwert (SW(HD)) verknüpft wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei anhand des Hochdruck-Sollwerts (SW(HD)) und des aktuellen Grenzwerts (GW) für den Hochdruck-Sollwert (SW(HD)) mittels der MIN-Funktion ein Minimalwert (MW) bestimmt wird, der einem Hochdruck-Regler (26) zugeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei anhand des Minimalwerts (MW) für den Hochdruck-Sollwert (SW(HD)) mittels des Hochdruck-Reglers (26) eine Stellgröße (S) für die Hochdruck-Regelung (HDR) bestimmt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Stellgröße (S) der Hochdruck-Regelung (HDR) anhand einer Übertragungskennlinie und eines Pulsweitenmodulators in ein Stellsignal (SS) zur Steuerung des Hubvolumens (H) des Kompressors (10) umgesetzt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion (22) zur Ermittlung des aktuellen Grenzwerts (GW) für den Hochdruck-Sollwert (SW(HD)) anhand einer Umkehrfunktion (f'') zur Drehmoment-Berechnungsfunktion (f) mindestens ein Parameter (P), insbesondere ein maximal zulässiges Lastdrehmoment (Mlim), ein aktueller Wert für den Saugdruck (PRCE) und/oder für die Drehzahl (rc) des Kompressors (10), ein Pulsweitenmodulationsgrad (PWM) zur Steuerung des Kompressor-Regelventils (30), ein aktueller Wert für den Luftmassenstrom (ṁLuft) über dem Verdampfer (8), für die Lufteintrittstemperatur (TLufteintritt), für die Lufttemperatur (TLVA) nach dem Verdampfer und/oder für die Lufteintrittsfeuchte (φLufteintritt), zugeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion (22) anhand der Umkehrfunktion (f') unter Nichtberücksichtigung des aktuellen Wertes für den Saugdruck (PRCE), des aktuellen Werts für die Lufteintrittstemperatur (TLufteintritt) und des aktuellen Werts für die Lufteintrittsfeuchte (φLufteintritt) den aktuellen Grenzwert (GW) für den Hochdruck-Sollwert (SW(HD)) mit einer hinreichend groben Genauigkeit bestimmt.
  12. Vorrichtung (1) zur Regelung eines Kältemittelkreislaufs (2) einer Klimaanlage für ein Fahrzeug, wobei ein im Kältemittelkreislauf (2) angeordneter Kompressor (10) in Abhängigkeit von einer Verdampfertemperatur-Regelung (VR) und einer in die Verdampfertemperatur-Regelung (VR) integrierten Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion (22) regelbar ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei ein Basisregelkreis zur Ermittlung eines Sollwerts (SW(VT)) für eine Verdampfertemperatur (VT) und ein nachgeschalteter Verdampfertemperatur-Regler (18) vorgesehen sind, anhand dessen eine Stellgröße (U) für die Verdampfertemperatur-Regelung (VR) bestimmt wird.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei eine Basis-Kennlinie (20) zur Ermittlung eines Hochdruck-Sollwerts (SW(HD)) anhand der Stellgröße (U) für die Verdampfertemperatur (VT) vorgesehen ist und der Basis-Kennlinie (20) ein Begrenzungsmodul (24) zur Begrenzung des Hochdruck-Sollwerts (SW(HD)) anhand der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion (22) nachgeschaltet ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Begrenzungsmodul (24) eine MIN-Funktion umfasst.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion (22) mit mehreren Eingängen versehen ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion (22) parallel zum Verdampfertemperatur-Regler (18) geschaltet ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das Begrenzungsmodul (24) eingangsseitig mit einem Ausgang der Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion (22) verbunden ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die Lastdrehmoment-Begrenzungsfunktion (22) zur Bestimmung des Grenzwerts (GW) eine Umkehrfunktion (f'') zur Drehmoment-Berechnungsfunktion (f) mit M = f(PRCA, PRCE, rc, PWM, ṁLuft, TLufteintritt, TLVA und/oder φLufteintritt)darstellt.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei dem Begrenzungsmodul (24) ein Hochdruck-Regler (26) nachgeschaltet ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei dem Hochdruck-Regler (26) ein Pulsweitenmodulator (28) zur Bildung eines pulsweitenmodulierten Stellsignals (SS) für ein Regelventil (30) eines Kompressors (10) nachgeschaltet ist.
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