DE10106243A1

DE10106243A1 - Verfahren zur Regelung eines Kompressors

Info

Publication number: DE10106243A1
Application number: DE2001106243
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Baruschke; Thomas Gerken; Hans-Joachim Krauss; Ottokar Kunberger; Sascha Lindauer; Karl Lochmahr; Michael Sickelmann
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-02-10
Publication date: 2002-08-01
Also published as: JP2002242847A; EP1238837A1; US6615595B2; US20020100285A1; DE50108985D1; ES2256138T3; EP1238837B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Kompressors eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, bei dem das momentane Lastdrehmoment bestimmt wird und mit einem von einer Motorsteuerung vorgegebenen, maximalen Grenzdrehmoment verglichen wird und in Abhängigkeit eines daraus resultierenden Vergleichswertes der Kompressor angesteuert wird. Um ein komplettes Abschalten des Kompressors zu vermeiden, wird vorgeschlagen, daß das momentane Lastdrehmoment als Funktion von Variablen, wie Kompressordrehzahl und Kältemittelhochdruck dargestellt wird und anhand einer zu dieser Funktion gehörenden Umkehrfunktion in Abhängigkeit des von der Motorsteuerung vorgegebenen maximalen Grenzdrehmoments ein Ansteuersignal für den Kompressor, beispielsweise ein Sollwert des Kältemittelhochdrucks, ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Kompressors eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Erfindung liegt das allgemeine Problem zugrunde, daß in bestimmten Fahrzuständen, in denen der Antriebsmotor eine hohe Leistung erbringen muß, beispielsweise bei Fahrten in großer Höhe oder bei starken Beschleu nigungen, die Leistungabgabe an den Kompressor des Kältekreislaufs einer Klimaanlage begrenzt sein soll. Bei heutigen Klimaanlagen wird die fahrsi tuationsbedingte Begrenzung des Drehmoments realisiert, indem das Motor steuergerät oder das Getriebesteuergerät eine komplette Abschaltung des Kompressors veranlaßt. Das momentane Lastdrehmoment wird rechnerisch mit Hilfe einer durch Simulation und Versuch erhaltenen Funktion bestimmt, wobei die Funktion von Größen, wie Kältemittelhochdruck, Kompressordreh zahl, Ansteuergrad des Setpoints, Spannung des Gebläsemotors eines Kli mageräts u. dgl., abhängen kann.

Nachteilig an dieser bekannten Regelung zur Limitierung des Lastdrehmo ments des Kompressors ist, daß eine komplette Abschaltung erfolgt, so daß die Klimaanlage in den beschriebenen Fahrsituationen nicht arbeiten kann, was zu Komforteinbußen führt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Regelung eines Kompressors bereitzustellen, mit dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 1.

Wenn erfindungsgemäß das momentane Lastdrehmoment des Kompressors als Funktion von Variablen dargestellt wird und unter Zuhilfenahme dieser Funktion anhand der zugehörigen Umkehrfunktion in Abhängigkeit des vor gegebenen maximalen Grenzdrehmoments ein Ansteuerungssignal für den Kompressor ermittelt wird, kann der Kompressor auch dann betrieben wer den, wenn das Lastdrehmoment beispielsweise durch die Motorsteurung auf einen maximalen Wert begrenzt wird, also in den oben beschriebenen Fahr situationen, in denen eine hohe Motorleistung notwendig ist. Dabei wird die Klimaanlage mit verminderter Leistung betrieben, und zwar derart, daß das Lastdrehmoment dem vom Motorsteuergerät vorgegebenen Grenzdrehmo ment entspricht, so daß selbst in den genannten Fahrsituationen mit hoher Motorleistung, die Klimaanlage zwar mit reduzierter Leistung, jedoch mit der durch das jeweilige Grenzdrehmoment zulässigen, maximalen Leistung be trieben werden kann.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden bei der Klimatisierung durch die Reduzierung der Kompressorleistung auf ein zulässiges Maß, wel ches von der Motorsteuerung vorgegeben wird, Komfortverbesserungen er reicht und eine Komplettabschaltung kann in vielen Fällen vermieden wer den.

Ebenso werden Komfortverbesserungen durch Vermeidung bzw. Reduzie rung von Kompressor-Einschaltvorgängen erzielt. Die Funktionsweise des Motors, wie Rundlauf- oder Leerlaufeigenschaften, werden verbessert. Eine exakte Koordination zwischen abgegriffenem Lastdrehmoment und der Mo torsteuerung ermöglicht außerdem Kraftstoffersparnisse.

Vorteilhafterweise wird das momentane Lastdrehmoment, das mit dem Grenzdrehmoment verglichen wird, aus der genannten Funktion errechnet, wobei die Funktion in vorteilhafter Weise als Kennfeld in einem Klimaanla gen-Steuergerät gespeichert ist. Dann kann auch in einfacher Weise die Umkehrfunktion unmittelbar aus den gespeicherten Daten entnommen wer den.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das momentane Lastdrehmoment wenigstens in Abhängigkeit eines kompressorausgangsseitigen Hochdrucks und der Kompressordrehzahl ermittelt, wie dies in heutigen Klimaanlagen bereits realisiert wird.

Vorteilhafterweise kann dann das Steuersignal aus dem kompressoraus gangsseitigen Hochdruck erzeugt werden, der aus der Umkehrfunktion bei vorgegebenem Grenzdrehmoment ermittelt wird.

In einer Klimaanlage, die mit einem anderen Kältemittel, beispielsweise CO₂, arbeitet, ist es vorteilhaft, wenn das Lastdrehmoment wenigstens in Abhän gigkeit eins kompressoreingangsseitigen Saugdrucks und der Kom pressordrehzahl ermittelt wird, wobei dann für den Fall hoher Motorleistung und Begrenzung des Lastdrehmoments das Steuersignal aus dem kompres sorausgangsseitigen Saugdruck erzeugt wird, der aus der Umkehrfunktion ermittelt wird.

In Weiterbildung der Erfindung kann eine komplette Abschaltung des Kom pressors in gewissen Grenzsitutionen erfolgen, beispielsweise in Abhängig keit weiterer Parameter wie der Verdampfertemperatur, so daß beispielswei se bei zu hoher Verdampfertemperatur ein Betrieb der Klimaanlage nicht mehr sinnvoll ist und der Kompressor abgeschaltet werden sollte.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild für die Regelung eines Kälte mittelkreislaufs;

Fig. 2 ein Kennfeld zur Ermittlung des Lastdrehmoments.

Ein Kältekreislauf 10 einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges weist einen Verdampfer 12, einen Kompressor 14, einen Kondensator 16 und ein Ex pansionsventil 18 auf, die über entsprechende Kältemittelleitungen 20 mit einander verbunden sind.

In Fig. 1 ist anhand des Blockschaltbildes die Regelung des Kältekreislaufs 10 mit seinem Kompressor 14 dargestellt. Die einzelnen, weiter unten er läuterten Komponenten der Regelung sind im wesentlichen Soft- und Hard ware-Komponenten eines nicht näher dargestellten Steuergeräts der Klima anlage. Der Kompressor 14 dieses Ausführungsbeispiels umfaßt eine inter ne Saugdruckregelung, wozu der Saugdruck-Istwert mit einer Saugdruck messvorrichtung 22 ermittelt und als Regelgröße einem Saugdruckregler 24 zugeführt wird, über den das Hubvolumen 26 des Kompressors 14 verstellt wird. Durch ein Regelventil 28 wird ein Saugdruck-Sollwert dem Saugdruck regler 24 zugeführt, wobei das Regelventil 28 wie folgt angesteuert wird.

Im normalen Betrieb wird der Kältekreislauf 10 über eine Verdampfertempe raturregelung 29 geregelt, wobei die Verdampfertemperatur über eine Mess vorrichtung 30 ermittelt wird und als Regelgröße einem Verdampfertempe raturregler 32 zugeführt wird, dessen Signal bei 34 in ein pulsweitenmodel liertes Signal umgesetzt und dem Regelventil 28 zugeführt wird. Der Ver dampfertemperatur-Sollwert 36 ist eine Rechengröße einer übergeordneten Klimaregelung.

Im laufenden Betrieb der Klimaanlage wird permanent das Lastdrehmoment M des Kompressors 14 anhand einer vorteilhafterweise als Kennfeld 38 hinterlegten Funktion ermittelt. Funktionsvariablen sind bevorzugt eine Kompressordrehzahl r_c, die durch eine Motordrehzahl vorgegeben ist und ein Kältemittelhochdruck PRCA_ist nach dem Kompressor 14, der sich ent sprechend der Verdampfertemperaturregelung 29 einstellt und gemessen werden kann (Bezugsziffer 50). Ein derartiges Kennfeld 38 ist in Fig. 2 bei spielhaft zur Veranschaulichung dargestellt. Das dargestellte Kennfeld 38 hat lediglich drei Dimensionen, da diese zeichnerisch noch darstellbar sind. Es ist aber auch denkbar, daß das Drehmoment M als Funktion von weiteren Variablen berechnet werden kann, wobei beispielsweise als Variable ein Pulsweitenmodulations-Setpoint PWM oder auch die Spannung eines Ver dampfergebläses U_G der Klimaanlage genommen werden können. Das Lastdrehmoment M wäre dann gegebenenfalls genauer bestimmbar. Somit ermittelt sich das Lastdrehmoment M als Funktion von PRCA_ist, R_c, PWM und U_G, so daß gilt

M = f(PRCA_ist, r_c, PWM, U_G)

Des weiteren wird, beispielsweise von einer Motorsteuerung, ein maximales Grenzdrehmoment M_Grenz vorgegeben und das berechnete Lastdrehmoment M mit dem Grenzdrehmoment M_Grenz verglichen. Ist das Lastdrehmoment M größer als das Grenzdrehmoment M_Grenz, dann wird die Verdampfertempe raturregelung 29 durch Umlegen eines Schalters 48 abgeschaltet und der Kältekreislauf 10 wie folgt geregelt.

Über das Grenzdrehmoment M_Grenz (Bezugsziffer 40) wird anhand der zu der obengenannten Funktion f gehörende Umkehrfunktion f_inv, die in einem Be rechnungsschritt 42 aus dem Kennfeld 38 numerisch ermittelbar ist, in einem weiteren Berechnungsschritt 44 ein Ansteuersignal, das aus einem Sollwert PRCA_soll für den Kältemittelhochdruck nach Kompressor erzeugt wird, ermit telt, so daß der Kältemittelhochdruck-Sollwert PRCA_soll sich wie folgt dar stellt:

PRCA_soll = f_inv(M_Grenz, r_c, PWM, U_G)

Diese Ermittlung des Kältemittelhochdruck-Sollwerts PRCA_soll kann nume risch anhand des bekannten und gespeicherten Kennfeldes 38 ermittelt wer den.

Das dem Kältemittelhochdruck-Sollwert PRCA_soll entsprechende Signal wird mit dem Istwert des Kältemittelhochdrucks PRCA_ist, der zwischen Kompres sor 14 und Kondensator 16 über eine Meßvorrichtung 50 gemessen wird, einem Hochdruckregler 46 zugeführt und bei 34 in ein pulsweitenmodellier tes Signal umgewandelt, das dem Regelventil 28 des Kompressors 14 zu geführt wird.

Der Kältemittelkreislauf 10 wird somit unter Berücksichtigung des Grenz drehmoments M_Grenz hochdruckseitig geregelt.

Während des Betriebes der Klimaanlage geht also bei Überschreiten des Grenzwertes M_Grenz die Verdampfertemperaturregelung 29 fließend in eine das Drehmoment begrenzende Hochdruck-Reglung 52 mit entsprechender Sollwert-Vorgabe für den Hochdruck über.

Die vorgenannte Regelung betrifft die Regelung im laufenden Betrieb. Bei Einschalten der Klimaanlage, also bei Einschalten des Kompressors 14, werden der Anstieg des Hochdrucks PRCA und der Abfall des (intern gere gelten) Saugdrucks gleichermaßen, wie im normalen Betriebsfall für die Momentenberechnung, berücksichtigt und zum Motorsteuergerät weiterge leitet.

Sollten weitere Parameter, wie beispielsweise die Verdampfertemperatur, unzulässige Werte erreichen - wenn beispielsweise die Verdampfertempe ratur zu hoch steigt - ist in Weiterbildung der Erfindung die Regelung derart ausgelegt, daß in diesen Fällen doch der Kompressor komplett abgeschaltet wird.

Wenn anstelle des bekannten Kältemittels R134a anderes Kältemittel, bei spielsweise CO₂ eingesetzt wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung des Kompressors grundsätzlich ebenfalls verwendet werden, wo bei aufgrund des stark unterschiedlichen Aufbaus eines CO₂ Kältekreislaufs und der zugehörigen Regelung das Lastdrehmoment M sich aus anderen Variablen errechnet. So kommen als Variablen der Funktion zur Berechnung des Lastdrehmoments beispielsweise der Luftmassenstrom in dem Klimage rät, die Lufteintrittstemperatur, die Temperatur der Luft nach dem Verdamp fer, die in das Klimagerät eintretenden Feuchte, die Kompressordrehzahl und des Verhältnis aus Kältemittelhochdruck nach Kompressor zu Kältemit telsaugdruck vor Kompressor in Betracht.

Mit Hilfe der zugehörigen Umkehrfunktion wird bei diesem Kältekreislauf bei vorgegebenem Grenzdrehmoment M_Grenz jetzt der Kältemittelsaugdruck vor Kompressor zur Regelgröße mit zugehöriger Sollwert-Vorgabe, so daß sich der Sollwert des Kältemittelsaugdrucks vor Kompressor als Funktion des Grenzdrehmoments, Luftmassenstrom, Lufteintrittstemperatur, Temperatur der Luft nach dem Verdampfer, der Feuchte, der Kompressordrehzahl und des Kältemittelhochdrucks nach Kompressor ergibt.

Claims

1. Verfahren zur Regelung eines Kompressors (14) eines Kältmittel kreislaufs (10) einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, bei dem das momentane Lastdrehmoment (M) bestimmt wird und mit einem vorge gebenen, maximalen Grenzdrehmoment (M_Grenz) verglichen wird und in Abhängigkeit eines daraus resultierenden Vergleichswertes der Kompressor (14) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das momentane Lastdrehmoment (M) als Funktion (f) von Variablen (PRCA, r_c, PWM, U_G) dargestellt wird und anhand einer zu dieser Funktion (f) gehörenden Umkehrfunktion (f_inv) in Abhängigkeit des von der Motorsteuerung vorgegebenen maximalen Grenzdrehmoments (M_Grenz) ein Ansteuersignal (PRCA_soll) für den Kompressor (14) ermit telt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mo mentane Lastdrehmoment (M) aus der Funktion (f) errechnet wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Funktion (f) als Kennfeld (38) gespeichert ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das momentane Lastdrehmoment (M) wenigstens in Abhängigkeit eines kompressorausgangsseitigen Hochdrucks (PRCA_ist) und der Kompressordrehzahl (r_c) ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Ansteuersignal (48) aus dem kompressorausgangsseitige Hochduck (PRCA_soll) erzeugt wird, der aus der Umkehr funktion ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß das momentane Lastdrehmoment wenig stens in Abhängigkeit eines kompressoreingangsseitigen Saugducks und der Kompressordrehzahl ermittelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das An steuersignal aus dem kompressoreingangsseitigen Saugduck erzeugt wird, der aus der Umkehrfunktion ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß in Abhängigkeit weiterer Parameter, wie beispiels weise eine Verdampfertemperatur, ein Betrieb des Kompressors er folgt.