DE102004008410A1

DE102004008410A1 - Kühlkreissystem

Info

Publication number: DE102004008410A1
Application number: DE102004008410A
Authority: DE
Inventors: Shun Kariya Kurata; Yoshiaki Kariya Takano; Satoshi Kariya Izawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-21
Also published as: FR2853957A1; DE102004008410B4; US20040177628A1; JP4467899B2; US7043928B2; JP2004255913A

Abstract

Es ist ein Kühlkreissystem offenbart. Beim Erzeugen eines Startsignals für einen Heißgas-Heizerkreis wird zuerst der Kühlmodus gestartet, um dadurch den Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels zu starten (S10), und bei einem Anstieg des Ausgabedrucks Pd des Kompressors auf eine vorbestimmte Einstellung P1 wird der Kühlmodus beendet und der Kompressor wird in den Ausschaltmodus geschaltet (S20, S30). Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit ta im Ausschaltmodus wird der Ausschaltmodus beendet (S40) und der Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis wird gestartet.

Description

1. Gebiet der Erfindung
sDie vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlkreissystem mit der Funktion einer Heißgas-Heizvorrichtung unter Verwendung eines ersten Wärmetauschers (Verdampfapparat) als Gaskältemittel-Wärmestrahler durch Einleiten des aus einem Kompressor ausgegebenen Kältemittelgases (heißes Gas) direkt in den ersten Wärmetauscher im Heizmodus, oder insbesondere ein Kühlkreissystem, das geeigneterweise zum Beispiel mit einem Kraftfahrzeug-Klimasystem zum Steuern des Kältemittelrückgewinnungsmodus verwendet wird, um das in einem zweiten Wärmetauscher (Kondensator) ruhende Kältemittel (einschließlich Öl) in den ersten Wärmetauscher zurück zu gewinnen.
2. Beschreibung des technischen Hintergrunds
In dem herkömmlichen Kraftfahrzeug-Klimasystem wird heißes Wasser (Motorkühlwasser) während des Winters in einem heizenden Wärmetauscher zirkuliert, sodass die Klimaluft durch den heizenden Wärmetauscher mit dem heißen Wasser als Wärmequelle geheizt wird. Falls jedoch das heiße Wasser eine niedrige Temperatur aufweist, ist die Temperatur der in den Raum geblasenen Luft so niedrig, dass das erforderliche Heizvermögen manchmal nicht gewährleistet werden kann.
Unter diesem Gesichtspunkt wurde ein Kühlkreissystem vorgeschlagen, das die Heizfunktion mittels eines Heißgas-Heizerkreises zeigen kann. Bei diesem herkömmlichen System wird, falls beim Starten des Motors die Heißwassertemperatur niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, das aus dem Kompressor ausgegebene Gaskältemittel (heißes Gas) an dem zweiten Wärmetauscher vorbei direkt in den ersten Wärmetauscher eingeleitet, sodass Wärme von dem Gaskältemittel in die Klimaluft im ersten Wärmetauscher abgestrahlt wird, um die Heizfunktion zu zeigen.
In dem Kraftfahrzeug-Kühlkreissystem sind sowohl der zweite Wärmetauscher als auch der Kompressor in dem Motorraum oder dergleichen außerhalb der Fahrgastzelle montiert. Wenn zum Beispiel der Kühlkreis einmal im Winter gestoppt ist, fällt die Temperatur des zweiten Wärmetauschers bis auf die Außenlufttemperatur und nimmt die niedrigste Temperatur im Kühlkreis an. Somit nimmt der Sättigungsdruck des Kältemittels des zweiten Wärmetauschers den niedrigsten Druck des Kühlkreises an, wodurch das Problem aufgeworfen wird, dass das Kältemittel während des Winters, wenn der Kühlkreis ausgesetzt ist, im zweiten Wärmetauscher einen Ruhezustand einnimmt.
Auch nach dem Starten des Heißgas-Heizerkreises zirkuliert das Kältemittel an dem zweiten Wärmetauscher vorbei, und deshalb wird der Ruhezustand des Kältemittels im zweiten Wärmetauscher auch nach dem Start des Heißgas-Heizerkreises beibehalten. Als Ergebnis geht während der Ausführung des Heißgas-Heizerkreises die Kältemittelmenge im Heißgas-Heizerkreis für eine reduzierte Heizleistung aus, wodurch ungünstigerweise die reibungslose Rückkehr des Öls zum Kompressor behindert wird.
Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2000-219033 offenbart ein System, in welchem der Kühlmodus vor dem Heißgas-Heizerkreis gestartet wird, um dadurch den Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels zu starten, und nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit wird der Kühlmodus beendet und in den Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis gewechselt.
Die gleiche Veröffentlichung schlägt auch ein weiteres Beispiel des Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels vor, in welchem sowohl die Einlassseite des zweiten Wärmetauschers als auch die Einlassseite der Heißgasbypassleitung des Heißgas-Heizerkreises geschlossen sind und der Kompressor aktiviert wird, um das ruhende Kältemittel im zweiten Wärmetauscher zurück zu gewinnen.
In dem Kühlkreissystem für Kraftfahrzeuge wird ein Kältemittelverstellkompressor des Taumelscheibentyps verwendet, um die Antriebskraft des Kompressors durch Reduzieren der Ausgabeleistung des Kompressors unter geringer Kühllast zu reduzieren. In dem Kältemittelverstellkompressor eines Taumelscheibentyps steht die die Taumelscheibe aufnehmende Taumelscheibenkammer mit der Ausgabeseite und der Saugseite des Kompressors in Verbindung, und der Druck der Taumelscheibenkammer (Steuerdruck) wird durch ein Druckregelventil gesteuert, das den Unterschied zwischen dem Ausgabedruck und dem Saugdruck benutzt. Durch Steuern des Drucks der Taumelscheibenkammer wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe verändert, um dadurch den Kolbenhub und damit die Ausgabeleistung zu verändern.
Falls der Kühlkreis gestoppt wird, wenn die Temperatur sehr niedrig ist und der Heißgas-Heizerkreis erforderlich ist, wenn zum Beispiel die Außenlufttemperatur nur –20°C bis –30°C beträgt, ist der Kompressor jedoch der Umgebung niedriger Außentemperatur ausgesetzt und seine Temperatur wird bis auf die Außenlufttemperatur verringert. Als Ergebnis bleibt eine große Menge des Kältemittels in der flüssigen Phase in der Taumelscheibenkammer des Kompressors. So steigt der Rührwiderstand des flüssigen Kältemittels gegen die Taumelscheibe beim nächsten Starten des Kompressors stark an. Gleichzeitig wird das flüssige Kältemittel in der Taumelscheibenkammer verdampft, um eine Verminderung des Drucks in der Taumelscheibenkammer zu verhindern, was zu der ungünstigen Situation führt, in welcher der Neigungswinkel der Taumelscheibe nicht schnell zu der großen Leistung hin verändert werden kann.
Als Ergebnis kann der Kompressor nicht schnell zu einer großen Ausgabeleistung erhöht werden. Der Kompressor arbeitet deshalb, wenn er startet, mit einer kleineren Leistung (kleiner Kolbenhub) für eine längere Zeit, während welcher das Kältemittel im Wesentlichen nicht ausgegeben wird. Während dieser Zeit kann das ruhende Kältemittel in dem zweiten Wärmetauscher im Wesentlichen nicht zurück gewonnen werden.
Auch ist das in dem Kreis eingeschlossene Kältemittel, solange die Außentemperatur sehr niedrig bleibt, verflüssigt und der Sättigungsdruck wird sehr niedrig. Daher ist die Dichte des Saugkältemittels beim Starten des Kompressors sehr niedrig. Dies führt zu einem dünnen Saugkältemittel in dem Kompressor und zu einer Verringerung der Strömungsrate (Mengendurchfluss) des Saugkältemittels, und der Ausgabedruck des Kompressors wird nicht einfach erhöht. Als Ergebnis wird der Unterschied zwischen dem Ausgabedruck und dem Saugdruck nicht einfach erhöht. Auch falls das flüssige Kältemittel beim Starten des Kompressors nicht in der Taumelscheibenkammer stagniert, kann deshalb der Neigungswinkel der Taumelscheibe nicht schnell zu der großen Leistung hin verändert werden. Somit kann auch in dem Fall, wenn der Kompressor in einem Kühlmodus gestartet wird, das ruhende Kältemittel wie in dem oben beschriebenen Fall nicht schnell zurück gewonnen werden.
Im Stand der Technik, der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2000-219033 offenbart ist, wird der Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach dem Start des Rückgewinnungsmodus beendet. Falls die für den Rückgewinnungsmodus eingestellte Zeit im Vergleich zu der Zeit, wenn der Kompressor nach dem Starten mit kleiner Leistung arbeitet, kurz ist, kann deshalb das ruhende Kältemittel im Wesentlichen nicht zurück gewonnen werden, selbst wenn der Rückgewinnungsmodus durchgeführt wird.
Falls der Rückgewinnungsmodus auf eine im Vergleich zu der Zeit, während der der Kompressor mit kleiner Leistung arbeitet, äußerst lange Zeit eingestellt ist, wird dagegen der Rückgewinnungsmodus selbst nach der erfolgreichen Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels fortgesetzt, wodurch es unmöglich gemacht ist, die rechtzeitige Heizfunktion aufgrund des Heißgas-Heizerkreises vorzuweisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Punkte entwickelt, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Kühlkreissystem mit einem ersten Wärmetauscher (Verdampfapparat), der zum Betrieb als Wärmestrahler zum Umschalten des Heizmodus aufgrund des Heißgas-Heizerkreises und des Kühlmodus ausgebildet ist, und einem Kältemittelverstellkompressor zum Ändern der Ausgabeleistung unter Verwendung des Unterschieds zwischen dem Ausgabedruck und dem Saugdruck vorzusehen, wobei der Rückgewinnungsmodus des in dem zweiten Wärmetauscher (Kondensator) ruhenden Kältemittels exakt ausgeführt wird.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Kühlkreissystem vorgesehen, in welchem bei Erzeugung eines Startsignals für den Heißgas-Heizerkreis (H) zuerst der Kühlmodus gestartet wird, um den Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels in einem zweiten Wärmetauscher (14) zu starten, und nach Durchführung des Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels der Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis (H) durchgeführt wird, wobei der Kompressor ein Kältemittelverstellkompressor (10) mit einem Verstellmechanismus (100) zum Verändern der Ausgabeleistung unter Verwendung des Unterschieds zwischen dem Ausgabedruck und dem Saugdruck ist, und wobei nach dem Starten der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels im Kühlmodus die Zeit zum Beenden des Kühlmodus basierend auf dem mit dem Ausgabedruck des Kompressors (10) zusammenhängenden Informationswerts bestimmt wird.
In diesem Aspekt der Erfindung kann der Kühlmodus nach der Bestätigung beendet werden, dass der Ausgabedruck des Kompressors (10) tatsächlich auf ein solches Maß erhöht worden ist, dass das ruhende Kältemittel in dem zweiten Wärmetauscher (14) zurück gewonnen werden kann. Vor der Ausführung des Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis (H) kann deshalb das Kältemittel eindeutig aus dem zweiten Wärmetauscher (14) zu dem ersten Wärmetauscher (18) zurück gewonnen werden.
Als Ergebnis kann der Heißgas-Heizerkreis (H) mit einer geeigneten Ausgangsmenge des Kältemittels gestartet werden, sodass die Heizleistung mit dem Heißgas-Heizerkreis (H) zufriedenstellend vorgewiesen werden kann, während gleichzeitig eine hohe Rückführungsleistung des Öls zu dem Kompressor (10) sichergestellt ist.
Da der Kühlmodus nach der Bestätigung beendet wird, dass das ruhende Kältemittel zurück gewonnen werden kann, kann der Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis (H) auch zu geeigneter Zeit nach der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels gestartet werden.
Insbesondere wird in diesem Aspekt der Erfindung der Kühlmodus zur Kältemittelrückgewinnung beendet, wenn der Ausgabedruck des Kompressors (10) einmal auf ein vorbestimmtes Niveau steigt.
Ebenso kann in diesem Aspekt der Erfindung insbesondere der Kühlmodus zur Kältemittelrückgewinnung alternativ beendet werden, wenn der Ausgabedruck des Kompressors (10) nach dem Starten des Kühlmodus einmal um ein vorbestimmtes Maß ansteigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kühlkreissystem vorgesehen, bei welchem der Rückgewinnungsmodus für das ruhende Kältemittel für den zweiten Wärmetauscher (14) durch Starten des Kühlmodus beim Erzeugen eines Startsignals für die Heißgas-Heizerkreis (H) gestartet wird und nach der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels der Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis (H) ausgeführt wird; der Kompressor ein Kältemittelverstellkompressor (10) mit einem Verstellmechanismus (100) zum Ändern der Ausgabeleistung unter Verwendung des Unterschieds zwischen dem Ausgabedruck und dem Saugdruck ist; und ab dem Zeitpunkt, wenn der Ausgabedruck des Kompressors (10) nach dem Starten der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels im Kühlmodus um ein vorbestimmtes Maß steigt, die Zeitzählung beginnt und nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit der Kühlmodus beendet wird.
Der Kältemittelverstellkompressor (10) mit dem Verstellmechanismus (100) zum Verändern der Ausgabeleistung unter Verwendung des Druckunterschieds zwischen dem Ausgabedruck und dem Saugdruck besitzt eine solche Betriebscharakteristik, dass selbst bei einem geringen Anstieg des Ausgabedrucks nach der Aktivierung die Ausgabeleistung anschließend gleichmäßig ansteigt und die normale Kältemittelausgabefunktion durchgeführt wird.
In diesem Aspekt der Erfindung wird die Zeit zum Beenden des Kühlmodus für die Kältemittelrückgewinnung exakt bestimmt, indem die oben beschriebenen Betriebscharakteristika des Kompressors besonders beachtet werden. Insbesondere beginnt die Zählung der Zeit ab dem Zeitpunkt, wenn der Ausgabedruck um ein vorbestimmtes Maß nach dem Starten des Kompressors steigt, und nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeitlänge wird der Kühlmodus beendet. Daher kann der Kühlmodus bei Ablauf einer vorbestimmten Zeitlänge nach einer Bestätigung, dass der Kompressor (10) begonnen hat, die Kältemittelausgabefunktion zu zeigen, beendet werden. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann der Kühlmodus wie im ersten Aspekt der Erfindung nach einer Bestätigung, dass der Ausgabedruck des Kompressors (10) tatsächlich in einen Zustand gestiegen ist, in welchem das ruhende Kältemittel in dem zweiten Wärmetauscher (14) zurück gewonnen werden kann, beendet werden. Vor der Ausführung des Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis (N) kann deshalb das Kältemittel eindeutig aus dem zweiten Wärmetauscher (14) in den ersten Wärmetauscher (18) zurück gewonnen werden. Daher können die gleichen Funktionswirkungen wie in dem oben beschriebenen ersten Aspekt der Erfindung vorgewiesen werden.
In diesem Aspekt der Erfindung wird der Betrieb des Kompressors (10) im Wesentlichen eingestellt, falls ein Anstieg des Ausgabedrucks um ein vorbestimmtes Maß innerhalb einer vorbestimmten Zeit fehlschlägt.
Solange die Menge des in dem Kreis eingeschlossenen Kältemittels aufgrund des Kältemittelaustritts aus dem Kreis unzureichend bleibt oder der Kompressor (10) außer Betrieb bleibt, schlägt ein Erreichen eines vorbestimmten Werts durch das Maß des Ausgabedruckanstiegs innerhalb einer vorbestimmten Zeit fehl. In diesem Aspekt der Erfindung wird deshalb der Betrieb des Kompressors (10) bei einer Fehlfunktion automatisch eingestellt, wodurch es möglich wird, den Kompressor (10) und andere Teile des Kreises zu schützen.
Der Ausdruck „der Betrieb des Kompressors (10) wird im Wesentlichen eingestellt" gibt sowohl den Zustand an, dass der Kompressor (10) durch Trennen von der Antriebsquelle mittels einer Kupplungseinrichtung vollständig gestoppt wird, als auch den Zustand, dass die Ausgabeleistung des Kompressors (10) minimal oder auf etwa Null gehalten wird, während der Antrieb der Kompressordrehwelle durch die Antriebsquelle fortgesetzt wird.
Als alternatives Verfahren zur Ausführung dieses Aspekts der Erfindung wird der Kompressor (10) nach Beendigung des Kühlmodus zur Kältemittelrückgewinnung in den ausgeschalteten Modus geschaltet, um dessen Betrieb einzustellen, und nach der Beendigung des ausgeschalteten Kompressormodus wird der Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis (H) ausgeführt.
Auf diese Weise kann das Kältemittel aus dem zweiten Wärmetauscher (14) zu dem ersten Wärmetauscher (18) durch Verwenden des Unterschieds zwischen dem zweiten Wärmetauscher (14) und dem ersten Wärmetauscher (181 selbst im ausgeschalteten Kompressormodus zurück gewonnen werden.
Gemäß dieser Erfindung kann der Kältemittelverstellkompressor (10) ein Taumelscheibenkompressor (10) zum Verändern der Ausgabeleistung durch Verändern des Kolbenhubs entsprechend dem Neigungswinkel der Taumelscheibe (10a) sein, wobei die die Taumelscheibe (10a) darin aufnehmende Taumelscheibenkammer (10b) mit der Ausgabeseite und der Saugseite des Kompressors (10) in Verbindung steht und der Innendruck der Taumelscheibenkammer (10b) durch die Ventileinrichtung (100) des Verstellmechanismus geregelt wird, um dadurch den Neigungswinkel der Taumelscheibe (10a) zu verändern.
Wie oben beschrieben, ist die Erfindung in geeigneter Weise auf ein Kühlkreissystem mit einem Kältemittelverstellkompressor des Taumelscheibentyps (10) anwendbar, in welchem die Ausgabeleistung durch Verändern des Neigungswinkels der Taumelscheibe (10a) verändert wird.
Die vorliegende Erfindung ist aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung eines Kreisaufbaus eines Kühlkreissystems für Kraftfahrzeuge gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 ist eine Schnittdarstellung des Aufbaus eines Kompressors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 ist eine Blockschaltbild einer elektrischen Steuereinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 ist ein Flussdiagramm des Kältemittelrückgewinnungssteuerbetriebs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Ausgabedruckverhaltens in dem Kältemittelrückgewinnungssteuerbetrieb gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 ist ein Flussdiagramm des Kältemittelrückgewinnungssteuerbetriebs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 ist ein Flussdiagramm des Kältemittelrückgewinnungssteuerbetriebs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 ein Flussdiagramm des Kältemittelrückgewinnungssteuerbetriebs gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes Ausführungsbeispiel)
1 zeigt ein Kühlkreissystem eines Kraftfahrzeug-Klimasystems gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Ein Kompressor 10 wird durch einen wassergekühlten Fahrzeugmotor 12 durch eine Riemenscheibe 11 angetrieben. Der Kompressor 10 ist ein Kältemittelverstellkompressor des Taumelscheibentyps und weist einen Verstellmechanismus zum Verändern des Ausgabevolumens unter Verwendung des Druckunterschieds zwischen dem Ausgabedruck und dem Saugdruck auf. Dieser Verstellmechanismus ist aus einem elektromagnetischen Druckregelventil 100 oder dergleichen aufgebaut. Eine Darstellung des Kompressors 10 mit dem Verstellmechanismus (Druckregelventil 100) wird unter Bezugnahme auf 2 erläutert.
Die Ausgabeseite des Kompressors 10 ist durch ein kühlendes Magnetventil 13 mit einem Kondensator 14 verbunden, und die Auslassseite des Kondensators 14 ist mit einem Flüssigkeitsbehälter 15 zum Trennen des Kältemittels in Gas und Flüssigkeit und Speichern des flüssigen Kältemittels verbunden. Der Kondensator 14 ist ein zweiter Wärmetauscher, der zusammen mit dem Kompressor 10 in dem Motorraum des Fahrzeugs angeordnet ist, zum Wärmeaustausch mit der durch einen stromgetriebenen Lüfter 14a geblasenen Außenluft (Kühlluft).
Die Auslassseite des Flüssigkeitsbehälters 15 ist mit einem Expansionsventil des Temperaturtyps 16, das eine kühlende Druckverminderungseinheit bildet, verbunden. Die Auslassseite des Expansionsventils des Temperaturtyps 16 ist mit dem Einlass eines Verdampfapparats (ersten Wärmetauschers) 18 durch ein Rückschlagventil 17 verbunden. Die Auslassseite des Verdampfapparats 18 ist mit der Ansaugseite des Kompressors 10 durch einen Speicher 19 verbunden.
Ein normaler kühlender Kühlkreis C ist durch einen geschlossenen Kreislauf aufgebaut, der von der Ausgabeseite des Kompressors 10 aus das kühlende Magnetventil 13, den Kondensator 14, den Flüssigkeitsbehälter 15, das Expansionsventil des Temperaturtyps 16, das Rückschlagventil 17, den Verdampfapparat 18 und den Speicher 19 in dieser Reihenfolge enthält und zu der Saugseite des Kompressors 10 zurück führt.
Der Ventilöffnungsgrad (Kältemittelströmungsrate) des Expansionsventils des Temperaturtyps 16 wird bekanntermaßen in einer solchen Weise eingestellt, dass der Überhitzungsgrad des Auslasskältemittels des Verdampfapparats 18 während des normalen Kühlkreisbetriebs (Kühlmodus) auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Der Speicher 19 trennt das Kältemittel in Gas und Flüssigkeit und speichert das flüssige Kältemittel, sodass eine kleine Menge flüssigen Kältemittels (mit darin enthaltenem Öl) in der Nähe des Bodenabschnitts und das gasförmige Kältemittel in den Kompressor 10 eingeleitet werden.
Eine Heißgasbypassleitung 20 zum Umgehen des Kondensators 14 oder dergleichen ist zwischen der Ausgabeseite des Kompressors 10 und der Einlassseite des Verdampfapparats 18 gebildet. Eine Verminderungseinrichtung 21a, die eine heizende Druckverminderungseinheit bildet, und ein heizendes Magnetventil 21 sind in Reihe in der Bypassleitung 20 angeordnet. Die Beschränkungseinrichtung 21a kann aus einem festen Beschränkungsventil wie beispielsweise einer Öffnung, einem Kapillarrohr oder dergleichen aufgebaut sein. Als Ergebnis kann die Beschränkungseinrichtung 21a integral mit dem Kältemittelpfad des heizenden Magnetventils 21 ausgebildet sein.
Ein heizender Heißgas-Heizerkreis H ist aus einem geschlossenen Kreislauf aufgebaut, der von der Ausgabeseite des Kompressors 10 aus das heizende Magnetventil 21, die Beschränkungseinrichtung 21a, den Verdampfapparat 18 und den Speicher 19 in dieser Reihenfolge enthält und zu der Saugseite des Kompressors 10 zurück führt.
Das Klimagehäuse 22 des Fahrzeug-Klimasystems bildet einen Pfad der zu der Fahrgastzelle strömenden Luft, und ein stromgetriebenes Klimagebläse 23 ist in dem Klimagehäuse 22 angeordnet. Ein Innenluft/Außenluft-Wechselkasten (nicht dar gestellt) ist an der Ansaugseite des Gebläses 23 angeordnet, sodass die Außenluft (Luft außerhalb der Fahrgastzelle) und die Innenluft (Luft innerhalb der Fahrgastzelle) eingeleitet werden, indem sie von dem Innenluft/Außenluft-Wechselkasten geschaltet werden. Die in den Innenluft/Außenluft-Wechselkasten eingeleitete Luft wird in das Klimagehäuse 22 durch den Betrieb des Klimagebläses 23 geblasen.
Der Verdampfapparat 18 ist ein erster Wärmetauscher, der in dem Klimagehäuse 22 angeordnet ist. In einem Kühlmodus wird das Kältemittel durch den kühlenden Kühlkreis C zirkuliert und die durch das Klimagebläse 23 geblasene Luft wird durch die Kältemittelverdampfung (Wärmeabsorption) in dem Verdampfapparat 18 gekühlt. Im Heizmodus dagegen strömt ein Hochtemperatur-Kältemittelgas (heißes Gas) von der Heißgasbypassleitung 20 in den Verdampfapparat 18 und gibt Wärme in die Luft ab, und deshalb funktioniert der Verdampfapparat 18 als ein Wärmestrahler.
In dem Klimagehäuse 22 ist ein heizender Wärmetauscher 24 des Heißwassertyps zum Heizen der geblasenen Luft mit dem heißen Wasser (Motorkühlwasser) von dem Fahrzeugmotor 12 als Wärmequelle luftstromab des Verdampfapparats 18 angeordnet. Die Klimaluft wird in die Fahrgastzelle aus einem Luftauslass (nicht dargestellt) geblasen, der stromab des heizenden Wärmetauschers 24 angeordnet ist. Ein Heißwasserventil 25 zum Steuern des Heißwasserstroms ist in dem zu dem heizenden Wärmetauscher 24 führenden Heißwasserkreis angeordnet.
Die Klima-Steuereinheit (nachfolgend als ECU bezeichnet) 26, welche aus einem Mikrocomputer und Peripherieschaltungen aufgebaut ist, führt die arithmetischen Funktionen entsprechend einem vorbestimmten Programm durch, um dadurch den offenen/geschlossenen Betrieb des kühlenden und des heizenden Magnetventils 13, 21 und den Betrieb anderer elektrischer Geräte (100, 14a, 23, 25, usw.) zu steuern.
2 ist eine Schnittansicht eines speziellen Beispiels des Kältemittelverstellkompressors 10 des Taumelscheibentyps. In dem Kompressor 10 wird bekanntermaßen der Neigungswinkel θ einer Taumelscheibe 10a durch Steuern des Innendrucks einer eine Steuerdruckkammer bildenden Taumelscheibenkammer (Kurbelgehäuse) 10b geändert. Auf diese Weise wird der Hub des Kolbens 10c geändert, um dadurch das Ausgabevolumen zu ändern.
Insbesondere wird in dem Kältemittelverstellkompressor des Taumelscheibentyps 10 der Druck der Taumelscheibenkammer 10b so gesteuert, dass das Gleichgewicht zwischen dem auf den Kolben 10c wirkenden Innendruck der Taumelscheibenkammer 10b und dem auf den Kolben 10c wirkenden Kompressivgegendruck geändert wird, um dadurch das Neigungsmoment zum Neigen der Taumelscheibe 10a zu ändern, was wiederum den Neigungswinkel θ der Taumelscheibe 10a ändert, um dadurch den Hub des Kolbens 10c und damit das Ausgabevolumen zu ändern.
Das Ausgabevolumen, wie es hier bezeichnet wird, ist als theoretische, geometrische Ausgabemenge aus dem Zylinder 10e je Drehung der Drehwelle 10d des Kompressors 10 definiert.
Insbesondere wird die Taumelscheibenkammer 10b durch einen Verbindungspfad mit der Saugseite des Kompressors 10 in Verbindung gehalten, und eine Beschränkungseinrichtung (nicht dargestellt) wie beispielsweise eine Öffnung oder ein Kapillarrohr zum Erzeugen eines vorbestimmten Druckverlusts ist in diesem saugseitigen Verbindungspfad angeordnet. Die Taumelscheibenkammer 10b ist auch ausgebildet, um mit der Ausgabeseite des Kompressors 10 durch einen Druckleitungspfad (nicht dargestellt), in welchem ein Druckregelventil 100 zum variablen Regeln der Fläche des Druckleitungspfades (nicht dargestellt) angeordnet ist, in Verbindung zu stehen.
Dieses Druckregelventil 100 reduziert den Innendruck (Steuerdruck) der Taumelscheibenkammer 10b durch Einschränken oder Schließen des Druckleitungspfades, um das Ausgabevolumen zu erhöhen. Auf diese Weise wird der Neigungswinkel θ der Taumelscheibe 10a vergrößert, um den Hub des Kolbens 10c zu vergrößern.
Zum Reduzieren des Ausgabevolumens wird dagegen das Druckregelventil 100 geöffnet, sodass die Menge des in die Taumelscheibenkammer 10b strömenden Ausgabekältemittels vergrößert wird, um dadurch den Innendruck (Steuerdruck) der Taumelscheibenkammer 10b zu vergrößern. Auf diese Weise wird der Neigungswinkel θ der Taumelscheibe 10a reduziert, um dadurch den Hub des Kolbens 10c zu reduzieren. Wenn das Ausgabevolumen maximal ist, ist deshalb der Innendruck der Taumelscheibenkammer 10b im Wesentlichen gleich dem Saugdruck. Wenn das Ausgabevolumen dagegen minimal ist, ist der Innendruck der Taumelscheibenkammer 10b im Wesentlichen gleich dem Ausgabedruck.
Das Druckregelventil 100 wird durch die ECU 26 gesteuert, wie in 1 dargestellt. Die ECU 26 steuert den Tastgrad des Erregerstroms der magnetischen Spule 101 des Druckregelventils 100 in einer solchen Weise, dass während des Normalbetriebs des Kompressors ein Zielniveau des Kältemittelverdampfungsdrucks in dem Verdampfapparat 5 erzielt wird. Die elektromagnetische Kraft der magnetischen Spule 101 wird durch Steuern des Tastgrades des Erregerstroms der magnetischen Spule 101 geändert, sodass die Ventilbetriebsstange 102 entlang der axialen Richtung verschoben wird, um dadurch die Fläche des Druckleitungspfades variabel zu steuern.
Der innere Kältemittelverdampfungsdruck des Verdampfapparats 18 besitzt eine Korrelation mit der Kältemittelverdampfungstemperatur. Ferner stehen die Kältemittelverdampfungstemperatur und die Verdampfapparatauslasslufttemperatur miteinander in Beziehung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Tastgrad des Erregerstroms des Druckregelventils 100 basierend auf der Lufttemperatur unmittelbar nach Durchlaufen des Verdampfapparats 18 oder insbesondere der Erfassungstemperatur des Temperatursensors 27d (1) gesteuert. Als Alternative kann der Erregerstrom der Magnetspule 101 analog ohne Steuern dessen Tastgrades verändert werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Drehkraft des Fahrzeugmotors 12 durch die Riemenscheibe 1 1 auf die Drehwelle 10d des Kompressors 10 übertragen gehalten. Die Drehwelle 10d wird so in Drehung gehalten, während der Fahrzeugmotor 12 läuft. Die Riemenscheibe 11 besitzt einen wohlbekannten Drehmomentbegrenzermechanismus und einen wohlbekannten, Drehmomentschwankungen absorbierenden Dämpfungsmechanismus. Ebenso kann anders als dieses Ausführungsbeispiel, bei welchem der Kompressor 10 so aufgebaut ist, dass die Drehwelle 10d in Drehung gehalten wird, während der Fahrzeugmotor 12 läuft, der Kompressor 10 natürlich alternativ intermittierend durch eine wohlbekannte elektromagnetische Kupplung, die zwischen die Riemenscheibe 11 und die Drehwelle 10d gesetzt ist, betrieben werden.
3 ist ein Blockschaltbild einer elektrischen Steuereinheit einschließlich einer ECU 26 mit Sensoren 27a bis 27f, um die zur automatischen Steuerung des Klimas in der Fahrgastzelle erforderlichen Klimaumgebungsfaktoren zu erfassen. Die Messsignale von diesen Sensoren werden der ECU 26 eingegeben. Diese Sensoren enthalten insbesondere einen Innlufttemperatursensor 27a zum Erfassen der Lufttemperatur in der Fahrgastzelle (nachfolgend als die Innenlufttemperatur bezeichnet), einen Außenlufttemperatursensor 27b, einen Sonnenlichtsensor 27c zum Erfassen der in die Fahrgastzelle fallenden Menge Sonnenlichts, einen Verdampfapparatauslasstemperatursensor 27d zum Erfassen der Lufttemperatur unmittelbar nach Durchgang durch den Verdampfapparat 18, einen Wassertemperatursensor 27e zum Erfassen der Temperatur des in den Heißwasser-Wärmetauscher 24 strömenden heißen Wassers (Motorkühlwasser) und einen Kältemitteldrucksensor (Hochdruckerfassungseinrichtung) 27f zum Erfassen des Hochdrucks (Ausgabedruck Pd) des Kühlkreises.
Ebenso werden der ECU 26 die Schaltbetriebssignale von verschiedenen Betriebsschaltern 29a bis 29f an der in der Nähe der Instrumententafel in der Fahrgastzelle angeordneten Klimabedienkonsole 28 eingegeben. Die Betriebsschalter enthalten insbesondere einen Heißgas-Heizschalter 29a zum Einstellen des Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis, einen Auslassmoduswechselschalter 29b zum Schalten des Klimaluftauslassmodus, einen Temperatureinstellschalter (Temperatureinstelleinrichtung) 29c zum Einstellen der Fahrgastzellentemperatur auf den gewünschten Wert, einen Klimaschalter 29d zum Eingeben eines Befehls zum Starten oder Stoppen des Kompressors 10 des Kühlkreises, einen Gebläseschalter 29e zum Befehlen des Ein/Ausschaltens des Gebläses 23 und Ändern des Luftvolumens, und einen Innenluft/Außenluft-Wechselschalter 29f zum Befehlen des Schaltens des Außenluftleitungsmodus und des Innenluftzirkulationsmodus durch den Innenluft/ Außenluft-Wechselkasten.
Der Klimaschalter 29d hat die Funktion eines Kühlschalters zum Einstellen des Kühlmodus. Wenn der Klimaschalter 29d eingeschaltet ist, wird ein Ausgangssignal basierend auf einem vorbestimmten Starttastgrad von der ECU 26 an die Magnetspule 101 des Druckregelventils 100 angelegt, um dadurch den Kompressor 10 zu starten.
Auch wird, wenn der Klimaschalter 29d in einem ausgeschalteten Zustand ist, das von der ECU 26 an die Magnetspule 101 des Druckregelventils 100 angelegte Ausgangssignal basierend auf dem Tastgrad auf Null eingestellt und der Betrieb des Kompressors 10 wird im Wesentlichen eingestellt, indem das Ausgabevolumen des Kompressors 10 so auf etwa Null minimiert wird.
Selbst wenn der Heißgas-Heizschalter 29a eingeschaltet wird, wird der Kompressor 10 durch Anlegen eines vorbestimmten Startausgangssignals basierend auf dem Tastgrad an die Magnetspule 101 des Druckregelventils 100 von der ECU 26 gestartet.
In 3 bezeichnet die Bezugsziffer 14b einen Antriebsmotor für den Kondensator-Kühllüfter 14a, und die Bezugsziffer 23a einen Antriebsgebläsemotor für das Klimagebläse 23.
Als nächstes wird die Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert. Zuerst wird die Funktionsweise des Kühlkreisabschnitts erläutert. Wenn der Klimaschalter 29d eingeschaltet und auf den Kühlmodus gesetzt wird, wird ein vorbestimmtes Ausgangssignal basierend auf dem Tastgrad von der ECU 26 an die Magnetspule 101 des Druckregelventils 100 angelegt, sodass der Kompressor 10 bei einem vorbestimmten Ausgabevolumen entsprechend dem Ausgangssignal basierend auf dem Tastgrad arbeitet.
Im Kühlmodus ist das kühlende Magnetventil 13 durch die ECU 26 geöffnet und das heizende Magnetventil 21 ist geschlossen. Das gasförmige Kältemittel des Kompressors 10 strömt so durch das kühlende Magnetventil 13 im offenen Zustand in den Kondensator 14.
Im Kondensator wird das Kältemittel durch die von dem Kühllüfter 14a geblasene Außenluft gekühlt und kondensiert. Das Kältemittel, das durch den Kondensator 14 gelaufen ist, wird in dem Flüssigkeitsbehälter 15 in eine gasförmige und eine flüssige Phase getrennt, sodass nur das flüssige Kältemittel durch das Expansionsventil des Temperaturtyps 16 in zwei Phasen, Gas und Flüssigkeit, niedrig in Temperatur und Druck im Druck reduziert wird.
Als nächstes strömt das Niederdruckkältemittel durch das Rückschlagventil 17 in den Verdampfapparat 18 und verdampft durch Aufnehmen von Wärme aus der von dem Lüfter 23 geblasenen Klimaluft. Die Klimaluft, die in dem Verdampfapparat 18 gekühlt worden ist, wird in den Raum geblasen und kühlt ihn. Das gasförmige Kältemittel, das in dem Verdampfapparat verdampft ist, wird dagegen durch den Speicher 19 in den Kompressor 10 eingeleitet und komprimiert.
Während des Winters wird der Heißgas-Heizschalter 29a eingeschaltet, um den Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis einzustellen. In diesem Fall wird der Kompressor 10 mit einem Ausgabevolumen entsprechend einem Ausgangssignal basierend auf einem vorbestimmten Tastgrad der ECU 26 aktiviert. Im Heizmodus ist das kühlende Magnetventil 13 durch die ECU 26 geschlossen, während das heizende Magnetventil 21 geöffnet ist, um dadurch die Heißgasbypassleitung 20 zu öffnen. Als Ergebnis wird das gasförmige Hochtemperaturausgabekältemittel (überhitztes gasförmiges Kältemittel) des Kompressors 10 in der Beschränkungseinrichtung 21a durch das heizende Magnetventil 21 im offenen Zustand im Druck reduziert und strömt dann direkt in den Verdampfapparat 18.
Bei diesem Prozess verhindert das Rückschlagventil 17, dass das gasförmige Kältemittel aus der Heißgasbypassleitung 20 durch das Expansionsventil des Temperaturtyps 16 in den Kondensator 14 strömt. Daher wird der Kühlkreis in einem geschlossenen Kreislauf (Heißgas-Heizerkreis H) betrieben, der von der Ausgabeseite des Kompressors 10 beginnt, das heizende Magnetventil 21, die Beschränkungseinrichtung 21a, den Verdampfapparat 18, den Speicher 19 und den Kompressor 10 in dieser Reihenfolge enthält, und schließlich zu der Saugseite des Kompressors 10 zurück führt.
Das durch die Beschränkungseinrichtung 21a im Druck reduzierte, überhitzte gasförmige Kältemittel strahlt Wärme in die geblasene Luft in dem Verdampfapparat 18 ab, um dadurch die geblasene Luft zu erwärmen. Die von dem gasförmigen Kältemittel in dem Verdampfapparat 18 freigesetzte Wärme entspricht der durch den Kompressor 10 geleisteten Menge Kompressionsarbeit. Gleichzeitig wird das heiße Wasser des Motors 12 durch ein Heißwasserventil 25 dem heizenden Heißwasser-Wärmetauscher 24 zugeführt, um die geblasene Luft in dem Wärmetauscher 24 weiter zu erwärmen.
Als Ergebnis kann selbst während der sehr kalten Jahreszeit eine heiße Luft vergleichsweise hoher Temperatur in die Fahrgastzelle für eine verbesserte Raumheizwirkung geblasen werden. Das gasförmige Kältemittel, das Wärme in dem Verdampfapparat 18 abgestrahlt hat, wird wieder durch den Speicher 19 in den Kompressor 10 eingeleitet und komprimiert.
Wenn die Temperatur des Wassers des Motors 12 niedrig ist, kann durch Ausführen des Aufwärmsteuerprozesses zum Einstellen des Betriebs des Gebläses 23 selbst in dem Fall, wenn der Kompressor 10 aktiviert wird, ein Blasen der Niedertemperaturluft in die Fahrgastzelle verhindert werden.
Als nächstes wird die Funktionsweise des Steuerns des das Merkmal des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung bildenden Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 4 erläutert. 4 zeigt eine Unterroutine für den Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels, der durch ein Einschaltsignal des Heißgas-Heizschalters 29a für die Hauptroutine des durch die ECU 26 ausgeführten Klimasteuerbetriebs gestartet wird.
Zuerst wird in Schritt S10 das ruhende Kältemittel im Kühlmodus durch Einschalten des Heißgas-Heizschalters 29a zurück gewonnen. In Schritt S10 wird der Kompressor 10 auf ein vorbestimmtes Ausgabevolumen entsprechend einem Ausgangssignal basierend auf einem vorbestimmten Tastgrad, der dem Druckregelventil 100 zugewiesen ist, aktiviert. Gleichzeitig wird das kühlende Magnetventil 13 geöffnet, während das heizende Magnetventil 21 geschlossen wird.
Als Ergebnis strömt das von dem Kompressor 10 ausgegebene gasförmige Kältemittel durch das kühlende Magnetventil 13 im offenen Zustand in den Kondensator 14 und zirkuliert durch den kühlenden Kühlkreis C. In Schritt S20 wird bestimmt, ob der Ausgabedruck Pd des Kompressors 10 über eine vorbestimmte Einstellung P1 gestiegen ist oder nicht. Solange der Ausgabedruck Pd niedriger als die Einstellung P1 ist, wird der Prozess der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels im Kühlmodus in Schritt S10 fortgesetzt.
Die Einstellung P1 wird auf einen Druck im Wesentlichen gleich einem solchen Niveau vorbestimmt, dass das Kältemittel in dem Kondensator 14 durch den Druckunterschied zwischen dem Kondensator 14 und dem Verdampfapparat 18 während der Ausführung im ausgeschalteten Kompressormodus in Schritt S30 zu dem Verdampfapparat 18 zurück geführt werden kann.
Die Tatsache, dass der Ausgabedruck Pd des Kompressors 10 während der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels über die vorbestimmte Einstellung P1 gestiegen ist, gibt an, dass der Neigungswinkel θ der Taumelscheibe 10a des Kompressors 10 ausreichend nach oben geändert worden ist und das Ausgabevolumen des Kompressors 10 ausreichend auf ein solches Maß gestiegen ist, um die normale Kältemittelausgabefunktion des Kompressors 10 zu zeigen.
Mit anderen Worten wird das ruhende Kältemittel in dem Kondensator 14 durch die Kältemittelausgabefunktion des Kompressors 10 zu dem Verdampfapparat 18 heraus gedrückt, um die Funktion der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels ausreichend zu zeigen.
Wenn der Ausgabedruck Pd einmal auf oder über die vorbestimmte Einstellung P1 gestiegen ist, wird im nächsten Schritt S30 der Prozess mit dem Kompressor 10 im Ausschaltmodus ausgeführt. Bei der Ausführung des Prozesses mit dem Kompressor 10 im Ausschaltmodus wird das dem Druckregeiventil 100 angelegte Ausgangssignal basierend auf dem Tastgrad auf Null reduziert, um dadurch das Ausgabevolumen des Kompressors 10 auf etwa Null zu minimieren. Als Ergebnis wird der Betrieb des Kompressors 10 im Wesentlichen eingestellt. Auch werden der offene Zustand des kühlenden Magnetventils 13 und der geschlossene Zustand des heizenden Magnetventils 21 beibehalten, selbst während der Kompressor 10 im Ausschaltmodus ist.
Im Ausschaltmodus des Kompressors unmittelbar nach dem Umschalten von dem Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels wird der Druckunterschied so gehalten, dass der Druck des Kondensators 14 höher als jener des Verdampfapparats 18 ist. Daher bewegt sich das Kältemittel weiter aus dem Kondensator 14 zu dem Verdampfapparat 18. Selbst nach dem Umschalten in den Ausschaltmodus des Kompressors wird daher das ruhenden Kältemittel weiter zurück gewonnen.
In Schritt S40 wird bestimmt, ob die vorbestimmte Einstellzeit ta nach der Ausführung des Prozesses mit dem Kompressor 20 im Ausschaltmodus verstrichen ist. Die Einstellzeit ta ist eine experimentell bestimmte Zeit, die erforderlich ist, bevor der Druck des Kondensators 14 und der Druck des Verdampfapparats 18 nach Ausführung des Prozesses mit dem Kompressor 20 im Ausschaltmodus einander gleich werden.
Zu dem Zeitpunkt, wenn die Bestimmung in Schritt S40 JA wird, werden deshalb der Druck des Kondensators 14 und der Druck des Verdampfapparats 18 einander gleich, sodass die Kältemittelübertragung von dem Kondensator 14 zu dem Verdampfapparat 18 stoppt. Wenn die Bestimmung in Schritt S40 einmal zu JA wird, wird deshalb der Ausschaltmodus des Kompressors beendet, um dadurch die Unterroutine von 4 zu beenden.
Wenn die Unterroutine von 4 einmal abgeschlossen ist, führt die Hauptroutine zum Steuern des Klimabetriebs den Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis N aus. Insbesondere wird der Kompressor 10 mit einem vorbestimmten Ausgabevolumen entsprechend eines dem Druckregelventil 100 angelegten Ausgangssignals basierend auf dem vorbestimmten Tastgrad aktiviert. Gleichzeitig wird das kühlende Magnetventil 13 geschlossen und das heizende Magnetventil 21 geöffnet. Als Ergebnis wird das Kältemittel mit dem Heißgas-Heizerkreis H zirkuliert, um dadurch die Heißgas-Heizfunktion zu zeigen.
Der Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis N ist während der sehr kalten Jahreszeit erforderlich, wenn die Außenlufttemperatur etwa –20°C bis –30°C niedrig ist. Wie im obigen Stand der Technik beschrieben, entwickelt der Kältemittelverstellkompressor eines Taumelscheibentyps 10 ein Phänomen, bei welchem er aufgrund der Stagnation des flüssigen Kältemittels in der Taumelscheibenkammer 10b oder der reduzierten Konzentration des Saugkältemittels nicht schnell auf ein großes Ausgabevolumen erhöht werden kann.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird dagegen der Kompressor 10 im Kühlmodus zur Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels weiter betrieben, während der Ausgabedruck Pd niedriger als eine vorbestimmte Einstellung P1 ist. Nur nachdem der Ausgabedruck Pd die Einstellung P1 überschritten hat, wird der Rück gewinnungsbetrieb des ruhenden Kältemittels im Kühlmodus beendet. Nach der Bestätigung, dass der Kompressor 10 die normale Kältemittelausgabefunktion mit dem Anstieg im Ausgabedruck Pd zeigt, kann deshalb die Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels im Kühlmodus beendet werden.
Auf diese Weise kann das ruhende Kältemittel in dem Kondensator 14 durch die Kältemittelausgabefunktion des Kompressors 10 zu dem Verdampfapparat 18 heraus gedrückt werden, wodurch es möglich gemacht ist, das ruhende Kältemittel ausreichend zurück zu gewinnen. Ferner kann das ruhende Kältemittel, selbst während sich der Kompressor 10 nach Beendigung des Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels im ausgeschalteten Modus befindet, aufgrund des Unterschieds zwischen dem Innendruck des Kondensators 14 und dem Innendruck des Verdampfapparats 18 weiter zurück gewonnen werden.
Selbst mit dem Kühlkreissystem, das den Kältemittelveistellkompressor des Taumelscheibentyps 10 zum Ändern des Ausgabevolumens unter Verwendung des Unterschieds zwischen dem Ausgabedruck und dem Saugdruck verwendet, kann deshalb das ruhende Kältemittel definitiv in dem Kondensator 14 zurück gewonnen werden.
Auf diese Weise wird das ruhende Kältemittel in dem Kondensator 14 definitiv in den Verdampfapparat 18 zurück gewonnen, sodass der Kältemittelmangel, welcher sonst im Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis H verursacht werden könnte, verhindert wird. Als Ergebnis kann der Kompressor 10 mit der ursprünglich geeigneten Kältemittelmenge im Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis H betrieben werden. Auch kann der Ausgabedruck des Kompressors 10 für eine verbesserte Heißgas-Heizleistung ausreichen der erhöht werden. Gleichzeitig ist das Ölrückführvermögen zu dem Kompressor 10 ausreichend gewährleistet, was zu einer längeren Lebensdauer des Kompressors 10 beiträgt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird in Schritt S40 bestimmt, ob die vorbestimmte Einstellzeit ta nach Ausführung des Prozesses im Ausschaltmodus verstrichen ist. Nichtsdestotrotz soll Schritt S40 bestimmen, ob der Druck des Kondensators 14 und der Druck des Verdampfapparats 18 nach der Ausführung des Prozesses im Ausschaltmodus miteinander im Gleichgewicht sind oder nicht. Als Alternative sind deshalb ein Drucksensor zum Erfassen des Drucks des Kondensators 14 und ein Drucksensor zum Erfassen des Drucks des Verdampfapparats 18 angeordnet und basierend auf dem Messsignalen der zwei Drucksensoren wird der Zustand erfasst, wo der Druck des Kondensators 14 und der Druck des Verdampfapparats 18 miteinander im Gleichgewicht sind, um dadurch den Prozess im Ausschaltmodus zu beenden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Im ersten Ausführungsbeispiel wird nach dem Starten des Betriebs der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels im Kühlmodus bestimmt, dass der Ausgabedruck Pd die vorbestimmte Einstellung P1 überschritten hat, und die Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels im Kühlmodus wird beendet. Im Gegensatz dazu wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Zeitpunkt der Beendigung der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels im Kühlmodus separat bestimmt.
5 ist eine Darstellung des Konzepts der Steuerung des Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In 5 stellt die Abszisse die verstrichene Zeit nach dem Einschalten des Heißgas-Heizschalters 29a zum Einschalten des Heißgassignals und die Ordinate den Ausgabedruck (MPaG, Manometerdruck) des Kompressors 10 dar. 5 zeigt somit das Ausgabedruckverhalten nach dem Einschalten des Heißgassignals und dem Start des Kompressors 10.
5 zeigt das Ausgabedruckverhalten in dem Fall, dass HFC 134a als Kältemittel bei der Außenlufttemperatur von –35°C mit der Kompressordrehzahl von 1.560 U/min verwendet wird. Der Ausgabedruck P2 vor dem Starten des Kompressors 10 ist ein Kältemittelsättigungsdruck, der durch die Außenlufttemperatur bestimmt ist.
Bei dem Kältemittelverstellkompressor des Taumelscheibentyps 10 beginnt, wenn sich der Neigungswinkel Θ der Taumelscheibe 10a einmal nach oben verändert, nachdem der Kompressor startet, sodass der Kolben 10c das Kältemittel etwas ausgibt, das Ausgabevolumen gleichmäßig zu steigen und zeigt die normale Kältemittelausgabefunktion. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird unter besonderer Berücksichtigung dieser Betriebseigenschaft des Kompressors der Zeitpunkt, bei welchem die Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels im Kühlmodus beendet wird, genau bestimmt.
Insbesondere wird der Timer zu einem Zeitpunkt t3 gestartet, wenn der Ausgabedruck um ein vorgegebenes Maß ΔP2 von dem Ausgabedruck (Kältemittelsättigungsdruck vor dem Start des Kompressors) P2 zu einem Zeitpunkt t2, wenn das Einschaltsignal des Heißgas-Heizschalters 29a erzeugt wird, steigt. Zu einem Zeitpunkt t4, wenn der Zähler des Timers eine vorbestimmte Einstellzeit tb erreicht, wird der Betrieb im Kühlmodus beendet.
Die Einstellzeit tb wird als eine Zeit bestimmt, die zum Ansteigen des Ausgabedrucks auf P4 erforderlich ist, bei welchem das Kältemittel in dem Kondensator 14 aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Kondensator 14 und dem Verdampfapparat 18 im nächsten Ausschaltmodus des Kompressors im Wesentlichen zu dem Verdampfapparat 18 zurück geführt werden kann.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird der Kompressor für eine vorbestimmte Einstellzeit ta nach dem Verstreichen der Einstellzeit tb im Ausschaltmodus gehalten, wonach der Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis N ausgeführt wird.
6 ist ein Steuerflussdiagramm basierend auf dem oben beschriebenen Konzept. Der Unterschied von 6 zu 4 besteht darin, dass in Schritt S20' bestimmt wird, ob der Ausgabedruck um wenigstens ein vorbestimmtes Maß ΔP2 beim Starten der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels im Kühlmodus gestiegen ist, und dass in dem Fall, wenn der Anstieg des Ausgabedrucks geringer als das vorbestimmte Maß ΔP2 ist, der Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels in Schritt S10 ausgeführt wird.
Wenn der Ausgabedruck einmal um das vorbestimmte Maß ΔP2 oder mehr gestiegen ist, wird in Schritt S21 der Timer gestartet und es wird in Schritt S22 bestimmt, ob der Timerzähler auf die eingestellte Zeit tb oder mehr gestiegen ist. Falls der Timerzähler niedriger als die Einstellzeit tb ist, wird der Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels in Schritt S10 fortgesetzt. Wenn der Timerzähler t1 einmal auf die Einstellzeit tb oder darüber gestiegen ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S30, wo der Rückgewinnungsmodus des ruhenden Kältemittels beendet wird und der Prozess im Ausschaltmodus des Kompressors ausgeführt wird.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann bestätigt werden, dass die Kältemittelausgabefunktion des Kältemittelverstellkompressors des Taumelscheibentyps 10 im Wesentlichen gestartet ist, indem in Schritt S20' bestimmt wird, dass der Ausgabedruck nach dem Starten des Kühlmodus um das vorbestimmte Maß ΔP2 oder mehr gestiegen ist. Danach wird der Timer gestartet und die Zeit der Beendigung des Kühlmodusbetriebs (der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels im Kühlmodus) wird durch den Zähler des Timers bestimmt. So kann der Kompressorbetrieb im Kühlmodus zu einem Zeitpunkt gestoppt werden, wenn der Ausgabedruck auf wenigstens das Niveau gestiegen ist, das für die Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels erforderlich ist. Auch kann gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel deshalb das ruhende Kältemittel wie im ersten Ausführungsbeispiel richtig zurück gewonnen werden.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Im dritten Ausführungsbeispiel ist dem zweiten Ausführungsbeispiel die Schutzfunktion gegen eine Fehlfunktion hinzugefügt. 7 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel, bei welchem Schritte S23 und S24 dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel hinzugefügt sind.
In Schritt S23 wird bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit tc seit dem Zeitpunkt (Startpunkt Kühlmodus) t2, zu welchem ein Einschaltsignal des Heißgas-Heizschalters 29a erzeugt wird, verstrichen ist. Solange der Kühlkreis normal ist, steigt der Ausgabedruck um wenigstens ein vorbestimmtes Maß ΔP2 nach dem Starten des Kühlmodus vor dem Ablauf der vorbestimmten Zeit tc seit dem Startzeitpunkt des Kühlmodus t2. Als Ergebnis geht der Prozess von Schritt S20' zu Schritt S21 weiter, während das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S23 NEIN bleibt.
Bei einer Fehlfunktion, wenn der Kompressor 10 außer Betrieb ist oder die Menge des in dem Kreis eingeschlossenen Kältemittels aufgrund des Kältemittelaustritts aus dem Kreis knapp ist, steigt jedoch der Ausgabedruck nicht um mehr als die vorbestimmte Menge ΔP2 nach dem Ablauf der vorbestimmten Zeit t2 ab dem Startzeitpunkt des Kühlmodus t2.
In einem solchen Fall ist deshalb das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S23 JA, sodass in Schritt S24 das dem Druckregelventil 100 angelegte Ausgangssignal basierend auf dem Tastgrad auf Null reduziert wird, um dadurch das Ausgabevolumen des Kompressors 10 auf beinahe Null zu minimieren und so im Wesentlichen den Kompressor 10 zu stoppen. Als Ergebnis können der Kompressor 10 und andere Teile des Kreises geschützt werden.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Das vierte Ausführungsbeispiel ist eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird in Schritt S20 bestimmt, ob der Ausgabedruck Pd des Kompressors 10 auf wenigstens eine vorbestimmte Einstellung P1 gestiegen ist, und wenn einmal der Ausgabedruck Pd auf wenigstens die vorbestimmte Einstellung P1 ansteigt, wird die Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels im Kühlmodus beendet. Im Gegensatz dazu wird im vierten Ausführungsbeispiel, wie in 8 dargestellt, in Schritt S20' bestimmt, ob der Ausgabedruck um wenigstens eine Einstellung ΔP3 (5) nach dem Starten des Kühlmodus gestiegen ist, und wenn einmal der Ausgabedruck um ein Maß gleich wenigstens der Einstellung ΔP3 (5) gestiegen ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S30, sodass die Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels im Kühlmodus beendet wird und der Prozess mit dem Kompressor im Ausschaltmodus ausgeführt wird.
Wie im vierten Ausführungsbeispiel können die Funktionswirkungen ähnlich jenen des ersten Ausführungsbeispiels durch Bestimmen der Zeit der Beendigung des Kühlmodusbetriebs basierend auf dem Maß, um welches der Ausgabedruck nach dem Starten des Kühlmodus ansteigt, gezeigt werden.
In allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Ausgabedruck überwacht und der Kühlmodus wird bestimmt. Nichtsdestotrotz kann ein ähnlicher Effekt auch durch Überwachen der mit dem Ausgabedruck zusammenhängenden Ausgabetemperatur erzielt werden. Mit anderen Worten kann die Aufgabe dieser Erfindung auch durch Steuern des Betriebs in einer solchen Weise erzielt werden, dass der Kühlmodus beendet wird, wenn die Temperatur an einem am Ausgabeabschnitt angeordneten Temperatursensor einen vorbestimmten Wert erreicht.
Übrigens steht in dem kühlenden Kühlkreis C der hochdruckseitige Druck von der Ausgabeseite des Kompressors 10 zu dem stromaufwärtigen Abschnitt des Druck beschränkungsmechanismus 16 in engem Zusammenhang mit dem Ausgabedruck Pd des Kompressors 10, und deshalb soll gemäß dieser Erfindung der Ausgabedruck Pd auch den hochdruckseitigen Druck einschließen.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele zu Veranschaulichungszwecken beschrieben worden ist, sollte es offensichtlich sein, dass durch den Fachmann zahlreiche Modifikationen daran ausgeführt werden können, ohne das Grundkonzept und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Kühlkreissystem mit einer Einrichtung zum Schalten zwischen einem Kühlmodus, in welchem ein von einem Kompressor ausgegebenes Kältemittel zu dem Kompressor durch einen zweiten Wärmetauscher, eine kühlende Druckverminderungseinheit und einen ersten Wärmetauscher zurück geführt wird, um dadurch den ersten Wärmetauscher als einen Verdampfapparat zu betreiben; und einem Heizmodus mit einem Heißgas-Heizerkreis (H), in welchem das von dem Kompressor ausgegebene Kältemittel an dem zweiten Wärmetauscher vorbei strömt und durch den ersten Wärmetauscher zu dem Kompressor zurück geführt wird, um dadurch den ersten Wärmetauscher als einen Wärmestrahler zu betreiben; wobei beim Erzeugen eines Startsignals für den Heißgas-Heizerkreis (H) zuerst der Kühlmodus gestartet wird, um dadurch die Rückgewinnung des in dem zweiten Wärmetauscher ruhenden Kältemittels zu starten, und nach Ausführung der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels der Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis (H) ausgeführt wird; wobei der Kompressor ein Kältemittelverstellkompressor mit einem Verstellmechanismus zum Ändern des Ausgabevolumens unter Verwendung des Unterschieds zwischen dem Ausgabedruck und dem Saugdruck ist; und wobei nach dem Starten der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels in dem Kühlmodus die Zeit des Beendens des Kühlmodus basierend auf einem mit dem Ausgabedruck des Kompressors in Beziehung stehenden Informationswert bestimmt wird.
Kühlkreissystem nach Anspruch 1, bei welchem der Kühlmodus beendet wird, wenn der Ausgabedruck des Kompressors auf einen vorbestimmten Wert ansteigt.
Kühlkreissystem nach Anspruch 1, bei welchem der Kühlmodus beendet wird, wenn der Ausgabedruck des Kompressors nach dem Starten des Kühlmodus um wenigstens ein vorbestimmtes Maß ansteigt.
Kühlkreissystem nach Anspruch 1, bei welchem der Betrieb des Kompressors im Wesentlichen eingestellt wird, falls der Ausgabedruck innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer nicht um das vorbestimmte Maß ansteigt.
Kühlkreissystem nach Anspruch 1, bei welchem nachdem der Kühlmodus beendet ist, der Betrieb des Kompressors im Ausschaltmodus eingestellt wird, und nach der Beendigung des Ausschaltmodus der Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis (H) ausgeführt wird.
Kühlkreissystem nach Anspruch 1, bei welchem der Kältemittelverstellkompressor ein Kompressor des Taumelscheibentyps zum Ändern des Ausgabevolumens durch Ändern des Kolbenhubs entsprechend dem Neigungswinkel der Taumelscheibe ist, und eine Taumelscheibenkammer mit der darin angeordneten Taumelscheibe mit der Ausgabeseite und der Saugseite des Kompressors in Verbindung steht, und der Innendruck der Taumelscheibenkammer durch Ändern des Neigungswinkels der Taumelscheibe unter der Kontrolle eines Ventilmechanismus des Verstellmechanismus geregelt wird.
Kühlkreissystem mit einer Einrichtung zum Umschalten zwischen einem Kühlmodus, in welchem ein aus einem Kompressor ausgegebenes Kältemittel durch einen zweiten Wärmetauscher, eine kühlende Druckverminderungseinheit und einen ersten Wärmetauscher zu dem Kompressor zurück geführt wird, um dadurch den ersten Wärmetauscher als einen Verdampfapparat zu betreiben; und einem Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis (H), in welchem das von dem Kompressor ausgegebene Kältemittel an dem zweiten Wärmetauscher vorbei strömt und durch den ersten Wärmetauscher zu dem Kompressor zurück geführt wird, um dadurch den ersten Wärmetauscher als einen Wärmestrahler zu betreiben; wobei beim Erzeugen eines Startsignals für den Heißgas-Heizerkreis zuerst der Kühlmodus gestartet wird, um dadurch die Rückgewinnung des in dem zweiten Wärmetauscher ruhenden Kältemittels zu starten, und nach Ausführung der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels der Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis (H) ausgeführt wird; wobei der Kompressor ein Kältemittelverstellkompressor mit einem Verstellmechanismus zum Ändern des Ausgabevolumens unter Verwendung des Unterschieds zwischen dem Ausgabedruck und dem Ansaugdruck ist; und wobei, wenn der Ausgabedruck des Kompressors um ein vorbestimmtes Maß nach dem Starten der Rückgewinnung des ruhenden Kältemittels in dem Kühlmodus ansteigt, der Kühlmodus bei Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach dem Starten des Zählens der Zeit ab dem Zeitpunkt, wenn der Ausgabedruck um das vorbestimmte Maß ansteigt, beendet wird.
Kühlkreissystem nach Anspruch 7, bei welchem der Betrieb des Kompressors im Wesentlichen eingestellt wird, falls der Ausgabedruck innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer nicht um das vorbestimmte Maß ansteigt.
Kühlkreissystem nach Anspruch 7, bei welchem nachdem der Kühlmodus beendet ist, der Betrieb des Kompressors im Ausschaltmodus eingestellt wird, und nach Beendigung des Ausschaltmodus der Heizmodus mit dem Heißgas-Heizerkreis (N) ausgeführt wird.
Kühlkreissystem nach Anspruch 7, bei welchem der Kältemittelverstellkompressor ein Kompressor eines Taumelscheibentyps zum Ändern des Ausgabevolumens durch Ändern des Kolbenhubs entsprechend dem Neigungswinkel der Taumelscheibe ist, und eine Taumelscheibenkammer mit der darin angeordneten Taumelscheibe mit der Ausgabeseite und der Saugseite des Kompressors in Verbindung steht, und der Innendruck der Taumelscheibenkammer durch Ändern des Neigungswinkels der Taumelscheibe unter der Kontrolle einer Ventileinrichtung des Verstellmechanismus gesteuert wird.