-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Fahrzeugklimaanlage
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Ein
gattungsbildendes Verfahren ist in der
DE 196 37 232 A1 offenbart.
Bei einem solchen Verfahren zur Regelung einer Fahrzeugklimaanlage
wird eine Innenraumfeuchte Xi gemessen und eine Feuchteregelung
der Innenraumfeuchte Xi durchgeführt,
bei
der die Innenraumfeuchte Xi über
einen Feuchtesensor gemessen wird. Bei dem offenbarten Regelungsverfahren
wird die Innenraumfeuchte Xi ausschließlich durch Steuerung der Frischluft-Umluftklappe
geregelt. Bei einer festen Steuerungsvorgabe für Frischluft oder Umluftbetrieb
ist eine Regelung der Innenraumfeuchte nicht möglich.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es ein gattungsgemässes Verfahren zur Regelung
einer Fahrzeugklimaanlage dahingehend weiterzubilden, dass der Luftkomfort
der Fahrzeuginsassen insbesondere im Hinblick auf die Regelung der
Luftfeuchte weiter verbessert wird.
-
Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Dabei ist der grundlegende Gedanke die Innenraumfeuchtigkeit bei
weiteren Betriebszuständen
der Klimaanlage, wie beispielsweise vorgegebenem Betriebszustand
der Frischluft-Umluftklappe zu regeln. Hierzu ist vorgesehen, dass
abhängig
von dem Messwert der Innenraumfeuchte Xi der Betrieb einer Kälteanlage
der Klimaanlage gesteuert wird. Die Steuerung der Kälteanlage
der Klimaanlage ermöglicht
dabei durch die Einstellung der am Verdampfer umgesetzten Kälteleistung
eine Anpassung der Entfeuchtung der Luft durch Kondensatabscheidung
am Verdampfer der Kälteanlage.
Zur Regelung der Innenraumtemperatur wird gegebenenfalls die Wiederaufheizung
der abgekühlten
Luft gesteuert.
-
Somit
wird die Funktionsmöglichkeit
der Klimaanlage zur Einstellung einer komfortablen Innenraumfeuchtigkeit
Xi über
eine Mischfunktion hinaus erweitert, bei der zur Regelung der Innenraumfeuchte
Xi feuchte Umluft mit trockener Frischluft zur Einstellung einer
zuzuführenden
Feuchte gemischt wird. Es ist somit möglich, statt dessen und/oder
darüber hinaus
die Innenraumfeuchte Xi durch Einstellung der Trocknung mittels
der Kälteanlage
zu bewirken.
-
Ein
Gesichtspunkt zur Steuerung der Kälteanlage ist dabei, dass,
beispielsweise durch entsprechende kombinierte Steuerung der Luftmischung
von Frischluft und Umluft, die zur Einstellung der Feuchte notwendige
Kälteleistung
und somit die bewirkte Trocknung – insbesondere durch einen
hohen Frischluftanteil – so
gering wie möglich
eingestellt wird. Dadurch kann durch Reduzierung der zum Betrieb
der Kälteanlage
notwendigen Antriebsleistung des Fahrzeugs der Kraftstoffverbrauch
gesenkt oder möglichst
niedrig gehalten werden.
-
Die
Steuerung der Kälteanlage
kann derart gestaltet sein, dass zur Bereitstellung einer einfach applizierbaren
und somit kostengünstig
entwickelbaren Klimaanlage die Steuerung der Kälteanlage in Abhängigkeit
der Innenraumfeuchte Xi besonders einfach, beispielsweise in abgestimmten
Leistungsstufen oder getaktet, erfolgt.
-
Der
Messwert der Innenraumfeuchte Xi, der zur Steuerung des Betriebes
der Kälteanlage
herangezogen wird, ist entweder ein unmittelbarer Messwert der Innenraumfeuchte
Xi oder ein mittelbarer Messwert, wie beispielsweise ein Mischluftfeuchtewert,
der zur Bestimmung der Innenraumfeuchte mit weiteren Parametern,
wie beispielsweise einem Aussenfeuchtewert verrechnet wird.
-
Bei
einer Ausführungsform
des Verfahrens zur Regelung der Innenraumfeuchte Xi wird zum besonders
genauen Einstellen einer Feuchteabscheidungsmenge der Kälteanlage
der Fördergrad
oder die Förderleistung
des Kältemittelkompressors
der Kälteanlage
gesteuert. Neben der besonders hohen funktionalen Qualität ergibt
sich als weiterer Vorteil, dass bei einer Kälteanlage mit extern geregeltem Kältemittelkompressor
keine zusätzlichen
Bauteile notwendig werden.
-
Um
eine besonders einfach applizierbare und somit kostengünstige Regelung
bereitzustellen wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens der Betrieb
der Kälteanlage
ausschließlich
bei reinem Frischluftbetrieb und/oder Umluftbetrieb unter Berücksichtigung
der Innenraumfeuchte Xi oder eines entsprechenden mittelbaren Wertes
gesteuert.
-
Zur
Senkung der Vorrichtungskosten ist bei einer Ausführungsform
des Verfahrens vorgesehen, dass ein Feuchtesensor vorgesehen ist,
der in einem Umluftbetrieb der Klimaanlage mit Innenraumluft und in
einem Frischluftbetrieb der Klimaanlage mit Frischluft beaufschlagt
wird. Dadurch kann auf eine separate Ausführung mehrerer Sensoren zur
Erfassung von Außenfeuchte
und Innenraumfeuchte verzichtet werden. Ein solcher Sensor ist in
einer Klimaanlage stromab der Frischluft-Umluftklappe und stromauf der
auf Temperatur und Feuchtigkeit Einfluss nehmenden Konditioniereinrichtungen
wie Kältemittelverdampfer
und Heizungswärmetauscher
angeordnet. Zur Messung der Innenraumfeuchte Xi bei Frischluftbetrieb
wird zyklisch kurzzeitig in Umluftbetrieb oder mindestens Teilumluftbetrieb
geschaltet. Alternativ kann auch ein Umluftüberströmkanal, der auch schalt- oder
steuerbar sein kann, Innenluft gezielt an den Feuchtesensor heranführen. Wird
in diesem zyklisch geschalteten Innenraumfeuchte-Messbetrieb der
Feuchtesensor im Wesentlichen mit Innenraumluft beaufschlagt, kann
der Feuchtemesswert des Feuchtesensors direkt als Innenraumfeuchte
Xi ausgewertet werden.
-
Bei
einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens wird zur verbesserten
Dynamik des zugehörigen
Messvorgangs und/oder um eine weniger wahrnehmbare zyklische Umschaltung
zu erreichen zur Bestimmung der Innenraumfeuchte nicht auf einen
reinen Umluftbetrieb, sondern nur auf einen Teilumluftbetrieb umgeschaltet.
Dabei wird die Innenraumfeuchte mittelbar über eine Messung des Feuchtesensors
bestimmt, der bei der Messung eine Mischluftfeuchte Xm erfasst.
Während
des standartmässigen
Betriebes der Klimaanlage – also
außerhalb
des Messumschaltbetriebs geschalteten Frischluftbetriebs – wird über den
Feuchtesensor die Frischluftfeuchte Xf gemessen. Die Innenraumfeuchte
Xi wird aus diesen beiden Feuchtewerten Xm und Xf und gegebenenfalls
weiteren Parametern, wie beispielsweise unter Berücksichtigung
des Klappenöffnungsverhältnisses
im Teilumluftbetrieb berechnet.
-
Bei
einer Ausführungsform
des Verfahrens wird bei Umluftbetrieb der Klimaanlage im Standardbetrieb
am Sensor die Innenraumfeuchte Xi gemessen und durch kurzzeitiges
zyklisches Umschalten in einen Frischluftbetrieb oder Teilumluftbetrieb
beziehungsweise Schalten eines Frischluftüberströmkanals der Feuchtesensor der
Klimaanlage zur Bestimmung der Frischluftfeuchte mit Frischluft
oder Mischluft beaufschlagt. So kann beispielsweise in einem sommerlichen
Kühlfall
trotz Umluftbetriebs die Außenfeuchte
zur Regulierung der Kälteleistung
bestimmt werden und somit beispielsweise bei hoher Außenfeuchte
eine Beschlagsbildung an der Außenseite
der Fahrzeugscheiben verhindert werden.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Zeichnung und ihrer Beschreibung. Dabei zeigen:
-
1 eine
Skizzenhafte Darstellung einer Fahrzeugklimaanlage zur Durchführung des
Verfahrens und
-
2 eine
Darstellung eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens zur Regelung
einer Fahrzeugklimaanlage.
-
1 zeigt
eine Fahrzeugklimaanlage 100 zur Durchführung des Verfahrens in einer
skizzenhaften Darstellung. Ein Gebläse 105 der Klimaanlage 100 fördert Luft
von einem Frischluftkanal 2 oder einem Umluftkanal 3 zu
einem zu belüftenden
Fahrzeuginnenraum 1. Über
den Frischluftkanal 2 wird Luft aus einer das Fahrzeug
und dessen Kabine umfangenden Fahrzeugumgebung der Klimaanlage 100 zugeführt. Der
Umluftkanal 3 verbindet den Gebläsebereich der Klimaanlage 100 saugseitig
mit dem Fahrzeuginnenraum 1. Eine als Frischluft-Umluftklappe
dienende Luftklappe 104 der Klimaanlage 100 steuert
die Luftansaugung der Klimaanlage zwischen einem Frischluftbetrieb
mit geschlossenem Umluftkanal 3 und geöffnetem Frischluftkanal 2 und
einem Umluftbetrieb mit geöffnetem
Umluftkanal 3 und geschlossenem Frischluftkanal 2,
wobei in der Bewegung der Luftklappe 104 zwischen diesen
Stellungen ein Teilumluftbetrieb mit geöffnetem Umluftkanal 3 und
geöffnetem
Frischluftkanal 2 der Luftklappe 104 gesteuert
werden kann, bei dem das Mischungsverhältnis von Frischluft und Umluft
zu einer Mischluft durch Einstellen einer zugeordneten Klappenstellung der
Luftklappe 104 erfolgt.
-
Die
vom Gebläse 105 angesaugte
Luft wird in der Klimaanlage durch einen Verdampfer 160 und einen
Wärmetauscher 107 konditioniert.
Der Verdampfer 160 ist ein Bauteil einer Kälteanlage 106 der Klimaanlage 100.
Diese weist weiterhin einen das Kältemittel fördernden Kompressor 161,
einen Kondensator/Gaskühler
und ein Expansionsorgan auf. Der Verdampfer 160 kühlt den
ihn durchsetzenden Luftstrom der Klimaanlage 100 und trocknet
ihn dabei durch Abscheidung von Kondenswasser. Der Wärmetauscher 107 der
Klimaanlage 100 heizt den Luftstrom zur Einstellung einer
seitens der Temperaturregelung vorgegebenen Belüftungstemperatur auf.
-
Im
Bereich zwischen der Luftklappe 104 und der stromab ersten
Luftkonditioniereinrichtung der Klimaanlage – dem Verdampfer 160 – ist ein
Luftfeuchtesensor 110 angeordnet, der an ein Steuergerät 111 der
Klimaanlage 100 angeschlossen ist. Mittels des, Luftfeuchtesensors 110 wird
die Luftfeuchte des darüberstreichenden
Luftstromes gemessen und darüber
die Innenraumfeuchte Xi bestimmt. Dies erfolgt durch direkte Messung
des Wertes der Innenraumfeuchte Xi mittels des Sensors 110 oder
mittelbar durch Berechnung anhand des am Sensor gemessenen Wertes
der Luftfeuchte und weiterer Parameter, wie beispielsweise eines
Mischungsverhältnisses von
Frischluft und Umluft und/oder eines Außenfeuchtewertes. Anhand des
gemessenen Feuchtewertes, durch den sich die Innenraumfeuchte Xi
bestimmen lässt,
wird zur Regelung der Innenraumfeuchte Xi gemäß einem zugeordneten Sollwert
die Kälteanlage 106 der
Klimaanlage 100 gesteuert.
-
Ein
besonders einfaches Verfahren sieht dabei vor, eine Abweichungsuntersuchung
durchzuführen,
anhand derer ein Betrieb der Kälteanlage 106 an oder
abgeschaltet wird. Eine verbesserte Regelung der Innenraumfeuchte
Xi ergibt sich, wenn in der Kälteanlage 106 ein
Kompressor 161 vorgesehen ist, der in seinem Durchsatz
steuerbar ist. Dabei wird anhand eines Abweichungswertes der Innenraumfeuchte
Xi vom zugeordneten Sollwert die Kälteleistung der Kälteanlage 106 und
damit die Kondenswasserabscheidung – also die Trocknung des Luftstromes – durch
Einstellung des Fördergrades
des Kompressors 161, beziehungsweise seiner Fördermenge,
gesteuert. Dabei wird zur Regelung der Innenraumtemperatur abhängig von
der Abweichung der Innenraumfeuchte Xi vom Sollwert gegebenenfalls
auch die Heizleistung verändert.
Um ein einfaches Verfahren zur Regelung der Innenraumfeuchte bereitzustellen,
das mit besonders wenig Applikationsaufwand in einem Fahrzeug umsetzbar
ist, wird im Allgemeinen die Feuchte durch Regeleingriffe an der
Stellung der Luftklappe 104 und somit Einstellung einer
Luftmischung von trockener Frischluft und feuchter Innenraumluft
gesteuert. Einzig bei reinem Frischluftbetrieb beziehungsweise reinem
Umluftbetrieb der Klimaanlage 100 wird die Feuchte durch Steuereingriffe
an der Kälteanlage 106 geregelt,
die im Gegensatz zu den Steuereingriffen an der Luftklappe 104 einen
höheren
Entwicklungs- und Abstimmungsaufwand bedingen.
-
Bei
einer Klimaanlage mit einer Feuchtesensoranordnung entsprechend
des dargestellten Konzeptes kann beispielsweise eine bei reinem
Frischluftbetrieb offene Umluftüberströmöffnung bewirken, dass
der Feuchtesensor 110 mit Innenraumluft überströmt wird,
so dass anhand des gemessenen Feuchtewertes die Innenraumfeuchte
Xi geregelt werden kann. Zur Bestimmung der Innenraumfeuchte Xi
mittels einer Messung am Feuchtesensor 110 wird die Luftklappe 104 bei
reinem Frischluftbetrieb zyklisch in einen nur kurzzeitig anhaltenden
Umluft- oder Teilumluftbetrieb gestellt. Auf diese Weise können Frischluftfeuchte
Xf und Innenraumfeuchte Xi als Werte erfasst und als aktuelle Kenngrößen parallel gespeichert
und gleichzeitig verwertet werden. Insbesondere bei Frischluftbetrieb
mit Außentemperaturen
von ungefähr
10°C bis
15°C kann
somit vermieden werden, dass die zugeführte Frischluft zur Beschlagfreihaltung
der Scheiben maximal zu trocknen, da die Innenraumfeuchte ohne einen
separaten und teuren Innenraumfeuchtesensor erfasst werden kann.
Durch die zyklische Bestimmung der Innenraumfeuchte Xi kann diese
auf ein komfortables feuchteres Niveau nahe einer außentemperaturabhängigen Grenzinnenraumfeuchte
eingeregelt werden.
-
Um
eine möglichst
geringe Wahrnehmbarkeit der zyklischen Messung zur Bestimmung der
Innenraumfeuchte Xi zu erreichen, wird beim zyklischen Verstellen
der Luftklappe 104 nur ein Teilumluftbetrieb eingestellt
oder durch einen Umluftüberströmkanal dem
Sensor Umluft zugeführt
und am Feuchtesensor 110 wiederholt kurzzeitig eine Mischluftfeuchte
Xm gemessen. Mit dem während
des reinen Frischluftbetriebs am Feuchtesensor 110 gemessenen
Wertes der Frischluftfeuchte Xf wird die Innenraumfeuchte Xi anhand
der Werte Xm und Xf bestimmt.
-
Wird
die Klimaanlage 100 beispielsweise wegen maximaler Kühlanforderung
in Umluftbetrieb versetzt kann durch zyklisches kurzzeitiges Umschalten
auf Teilumluftbetrieb oder Frischluftbetrieb, oder durch zyklisches
Schalten eines Frischluftüberströmkanals
die Frischluftfeuchte Xf bestimmt werden. Dies kann durch Feuchtemessung
der reinen Frischluft oder durch Berechnung aus einem während des
reinen Umluftbetriebs messbaren Innenraumfeuchtewertes Xi und einem
gemessenen Mischluftfeuchtewertes Xm erfolgen. Dabei kann insbesondere
bei hoher Außenfeuchte
und hohen Außentemperaturen
ein Anblasen der Scheiben mit zu kalter Luft und dadurch bedingter
Scheibenbeschlag außen
vermieden werden.
-
2 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Regelung einer Fahrzeugklimaanlage. Beim
Start 10 des Verfahrens wird der Betrieb der Klimaanlage 100 überprüft oder
diese in Betrieb versetzt. Im nachgeordneten Schritt erfolgt eine
Messung 15 am Feuchtesensor 110 bei der die Feuchte der über den
Sensor streichenden Luft erfasst wird. Ist dabei die Klimaanlage 100 in
Umluftbetrieb wird ein Wert der Innenraumfeuchte Xi bestimmt und
gegebenenfalls abgespeichert. Ist die Klimaanlage 100 in
Frischluftbetrieb, wird ein Wert der Frischluftfeuchte Xf bestimmt
und gegebenenfalls abgespeichert. Befindet sich die Klimaanlage
jedoch im Teilumluftbetrieb wird dabei ein Wert der Mischluftfeuchte
Xm erfasst und wie die anderen Werte im Steuergerät 111 abgelegt.
-
Im
nachgeordneten Schritt Überprüfung 20 wird
anhand von Parametern oder Betriebszuständskennungen der Klimaanlage 100 festgestellt,
ob eine zusätzliche
Messung der jeweils noch nicht erfassten Feuchten Xi, Xf oder Xm
notwendig ist. So können zum
Beispiel eine Außentemperatur
ta im Bereich von 10°C
und Frischluftbetriebszustand bewirken, dass im Schritt 20 festgestellt
wird, dass statt einem Standardablauf des Regelungsverfahrens, in
welchem anhand von üblichen
Regelparametern der Klimaanlage oder ergänzend anhand des ersten im Schritt
Messung 15 gemessenen Feuchtewertes Xf im nachgeordneten
Schritt 50 die Kälteanlage 106 der
Klimaanlage angesteuert wird, sondern in einem dem Schritt 20 nachgeordneten
Schritt Messumschaltung 30 kurzzeitig auf einen Teilumluftbetriebszustand
oder einen reinen Umluftbetriebszustand geschaltet wird, und im
nachgeorndeten Schritt Messung 45 am Feuchtesensor 110 ein
Feuchtewert zur Bestimmung der Innenraumfeuchte Xi gemessen wird.
Im weiteren Schritt Ansteuerung 55 wird dann die Kälteanlage 106 der
Klimaanlage zur Regelung der Innenraumfeuchte Xi anhand des gemessenen Wertes
eingestellt.
-
Wird
im Schritt Überprüfung 20 beispielsweise
eine hohe Außentemperatur
ta und ein reiner Umluftbetriebszustand festgestellt, wird im nachgeordenten
Schritt Messumschaltung 31 auf einen Teilumluftbetriebszustand
oder einen Frischluftbetriebszustand umgeschaltet oder ein auf den
Feuchtesensor 110 wirkender Frischluftüberströmkanal geöffnet. Im danach durchgeführten Schritt
Messung 46 wird dann eine Mischluftfeuchte Xm oder eine
Frischluftfeuchte Xf gemessen anhand derer der Wert der Frischluftfeuchte
mittelbar oder unmittelbar bestimmt wird. Im weiteren Schritt Ansteuerung 56 wird
dann die Kälteanlage 106 der
Klimaanlage 100 angesteuert, so dass eine Kühlleistung
der Anlage derart begrenzt ist, dass beispielsweise ein Beschlag
von außen
an den gekühlten
Scheiben des Fahrzeugs vermieden ist.
-
Dem
jeweils durchgeführten
Schritt 50, 55 oder 56 folgt ein Schritt
Sprung 60 in dem das Verfahren zurück zu Schritt 10 oder
beispielsweise bei Abstellen des Antriebsaggregates des Fahrzeugs
zum Schritt Ende 70 springt, in welchem das Verfahren beendet
wird.