DE102016111599A1

DE102016111599A1 - Verfahren und System zum Heizen eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102016111599A1
Application number: DE102016111599.1A
Authority: DE
Inventors: James George Gebbie; Clay Wesley Maranville; Timothy Noah Blatchley
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2017-01-12
Also published as: CN106335339A; CN106335339B

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zur Bereitstellung der Steuerung von Umgebungsbedingungen in einem Innenraum eines Fahrzeugs dargelegt. In einem Beispiel sind verschiedene kostengünstige Expansionsventile in einem System enthalten, das einen stromabwärts eines äußeren Wärmetauschers positionierten Empfänger hat, um eine Klimatisierungsautomatik mit Heiz-, Kühl-, Entfeuchtungs- und Enteisungsmodi bereitzustellen.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortführung der am 26. August 2013 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 14/010,057 mit dem Titel "CLIMATE CONTROL SYSTEM" (Klimatisierungsautomatik), deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke mit eingeschlossen ist.
Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft Verfahren und ein System zur Bereitstellung einer Klimaregelung für ein Fahrzeug. Die Verfahren und das System können besonders nützlich für Fahrzeuge sein, die allein elektrisch angetrieben werden, oder für Fahrzeuge, die Hybridantriebsstränge enthalten.
Hintergrund und Kurzfassung
Umgebungsbedingungen eines Fahrzeuginnenraums können über eine Wärmepumpe eingestellt werden. Die Wärmepumpe kann Expansionsventile enthalten, die elektrisch gesteuerte variable Ventilöffnungen aufweisen (zum Beispiel elektrisch betriebene variable Expansionsventile). Durch Einstellen der Öffnungsfläche kann Kältemittelstrom durch die Wärmepumpe gesteuert werden, um Soll-Umgebungsbedingungen des Innenraums bereitzustellen. Expansionsventile, die elektrisch gesteuerte variable Öffnungen haben, können jedoch teuer sein. Ferner kann eine Steuerung mit Sensoren und Anweisungen zum Betreiben des Expansionsventils die Systemkosten und -komplexität weiter erhöhen.
Die vorliegenden Erfinder haben die oben genannten Nachteile erkannt und haben ein Fahrzeugsystem entwickelt, das Folgendes umfasst: einen Kühlmittelkreislauf, der einen Heizungswärmetauscher in einem Innenraum enthält; und einen Kältemittelkreislauf, der ein thermisches Expansionsventil enthält, das keine stromaufwärts eines Wärmetauschers in dem Innenraum positionierte elektrisch variable Öffnung enthält, wobei der Kältemittelkreislauf von dem Kühlmittelkreislauf fluidisch isoliert ist, wobei der Kältemittelkreislauf über einen Zwischenwärmetauscher mit dem Kühlmittelkreislauf in thermischer Verbindung steht.
Durch Anwenden von thermischen Expansionsventilen in einer Klimatisierungsautomatik statt elektrisch betriebenen variablen Expansionsventilen kann es möglich sein, das technische Ergebnis des Reduzierens der Klimatisierungsautomatikkosten unter Beibehaltung wünschenswerter Klimatisierungsautomatikbetriebsmodi zu liefern. Zum Beispiel können thermische Expansionsventile in einem System angewandt werden, das in einem Kühlmodus, Heizmodus, Entfeuchtungsmodus und Enteisungsmodus betrieben wird. Die Verwendung von elektrisch betriebenen variablen Expansionsventilen kann durch eine strategische Platzierung eines Kühlmittelempfängers in der Klimatisierungsautomatik ermöglicht werden. In einem Beispiel kann der Empfänger mit einem äußeren Wärmetauscher fluidisch gekoppelt werden, so dass Kältemittel in einem gesättigten Zustand in den Empfänger eintritt, wodurch die Möglichkeit des Verdampfens eines in dem Empfänger gespeicherten flüssigen Kältemittels reduziert wird.
Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bieten. Insbesondere kann der Ansatz Innenraumheizung und -kühlung von Elektro- und Hybridfahrzeugen verbessern. Ferner kann der Ansatz Systemkosten reduzieren. Darüber hinaus kann der Ansatz Systemkomplexität reduzieren.
Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung, alleine betrachtet oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, leicht hervor.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die hierin beschriebenen Vorteile werden durch Lektüre eines Ausführungsbeispiels, hierin als detaillierte Beschreibung bezeichnet, alleine betrachtet oder unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, besser verständlich; in den Zeichnungen zeigen:
1A ein Schemadiagramm eines Fahrzeugs;
1B eine beispielhafte Fahrzeugklimatisierungsautomatik für das Fahrzeug von 1;
2 eine alternative Fahrzeugklimatisierungsautomatik für das Fahrzeug von 1, das in einem Kühlmodus betrieben wird;
3 die Fahrzeugklimatisierungsautomatik von 2, die in einem Heizmodus betrieben wird;
4 die Fahrzeugklimatisierungsautomatik von 2, die in einem Entfeuchtungsmodus betrieben wird;
5 die Fahrzeugklimatisierungsautomatik von 2, die in einem Enteisungsmodus betrieben wird; und
6 ein Beispiel des Verfahrens zum Wechseln der Fahrzeugklimatisierungsautomatik von 2 zwischen verschiedenen Betriebsmodi.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Beschreibung betrifft die Bereitstellung einer Klimatisierungsautomatik für ein Fahrzeug. Die Fahrzeugklimatisierungsautomatik kann in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, wie in 1A gezeigt, enthalten sein. In einem Beispiel enthält die Klimatisierungsautomatik ein thermisches Expansionsventil (TXV – thermal expansion valve), das stromaufwärts eines inneren Wärmetauschers positioniert ist, wie in 1B gezeigt. Als Alternative dazu kann die Klimatisierungsautomatik mit einem TXV stromaufwärts des inneren Wärmetauschers in dem System von 2 konfiguriert sein. Das System von 2 kann in den in den 2–5 gezeigten Modi betrieben werden. Ein Verfahren zum Wechseln zwischen den verschiedenen Betriebsmodi wird in 6 gezeigt.
Auf 1A Bezug nehmend, wird ein Fahrzeug 10 gezeigt, das eine Kraftmaschine 12, eine elektrische Maschine 14 und eine Vorrichtung 11 zum Speichern von elektrischer Energie enthält. In einem Beispiel kann das Fahrzeug allein durch die Kraftmaschine 12, allein durch die elektrische Maschine 14 oder sowohl durch die Kraftmaschine 12 als auch durch die elektrische Maschine 14 angetrieben werden. Der elektrischen Maschine kann mithilfe der Speichervorrichtung 11 für elektrische Energie elektrische Leistung zugeführt werden. Die Speichervorrichtung 11 für elektrische Energie kann wiederaufgeladen werden, indem die Kraftmaschine 12 der elektrischen Maschine 14 Leistung zuführt, und die elektrische Maschine elektrische Energie an die Speichervorrichtung 11 für elektrische Energie abgibt. Als Alternative dazu kann die Speichervorrichtung für elektrische Energie mithilfe einer Umwandlung der kinetischen Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie mittels der elektrischen Maschine 14 während einer Verzögerung des Fahrzeugs oder beim Bergabfahren wiederaufgeladen werden. Die Speichervorrichtung 11 für elektrische Energie kann auch aus einem stationären Stromnetz mithilfe eines Heim-Ladesystems oder eines abgesetzt angeordneten Ladesystems (z.B. einer Ladestation) wiederaufgeladen werden. In einem Beispiel ist die Speichervorrichtung 11 für elektrische Energie ein Akku. Als Alternative dazu kann es sich bei der Speichervorrichtung 11 für elektrische Energie um einen Kondensator oder eine andere Speichervorrichtung handeln.
Auf 1B Bezug nehmend, wird eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 10 mit einer Klimatisierungsautomatik 24 gezeigt. Das Fahrzeug 10 kann irgendeinen geeigneten Triebstrang aufweisen und kann eine Kraftmaschine 12 enthalten, die zum Vortrieb des Fahrzeugs 10 und/oder Antrieb von Fahrzeugkomponenten verwendet werden kann. In 1B wird das Fahrzeug 10 mit einer einzigen Kraftmaschine 12 gezeigt, die als eine Brennkraftmaschine konfiguriert sein kann, welche zum Verbrennen irgendeiner Kraftstoffart, wie zum Beispiel Benzin, Dieselkraftstoff oder Wasserstoff, ausgeführt sein kann. Als andere Option kann das Fahrzeug 10 als ein Hybridfahrzeug konfiguriert sein, das mehrere Energiequellen aufweisen kann, wie zum Beispiel eine nichtelektrische Energiequelle, wie beispielsweise eine Kraftmaschine und eine elektrische Energiequelle, wie in 1A gezeigt wird. Das Fahrzeug 10 kann einen Innenraum 20, einen Motorraum 22 und eine Klimatisierungsautomatik 24 enthalten.
Der Innenraum 20 kann innerhalb des Fahrzeugs 10 angeordnet sein und kann einen oder mehrere Insassen aufnehmen. Ein Teil der Klimatisierungsautomatik 24 kann in dem Innenraum 20 angeordnet sein.
Der Motorraum 22 kann nahe dem Innenraum 20 angeordnet sein. Die Kraftmaschine 12 und/oder ein Teil der Klimatisierungsautomatik 24 kann/können in dem Motorraum 22 angeordnet sein. Der Motorraum 22 kann durch ein Schott 26 von dem Innenraum 20 getrennt sein.
Die Klimatisierungsautomatik 24 kann Luft zirkulieren und/oder die Temperatur von im Innenraum 20 zirkulierter Luft steuern oder modifizieren. Die Klimatisierungsautomatik 24 kann ein Kühlmitteluntersystem 30, ein Wärmepumpenuntersystem 32 und ein Lüftungsuntersystem 34 enthalten.
Das Kühlmitteluntersystem 30, das auch als Kühlmittelkreislauf bezeichnet werden kann, kann ein Fluid, wie zum Beispiel ein Kühlmittel, zum Kühlen der Kraftmaschine 12 oder elektrischen Maschine (nicht gezeigt) zirkulieren. Zum Beispiel kann Abwärme, die durch die Kraftmaschine 12 erzeugt wird, wenn die Kraftmaschine läuft oder in Betrieb ist, auf das Kühlmittel übertragen werden und dann zu einem oder mehreren Wärmetauschern zirkuliert werden, um Wärmeenergie von dem Kühlmittel zu übertragen. In mindestens einem Beispiel kann das Kühlmitteluntersystem 30 eine Kühlmittelpumpe 40, einen Zwischenwärmetauscher 42, einen Heizungswärmetauscher 44, eine optionale Kühlmittelheizvorrichtung 46 und einen Bypass-Kreislauf 48 enthalten, die durch Leitungen, wie zum Beispiel Röhren, Schläuche, Rohre oder dergleichen, fluidisch miteinander verbunden sein können. Das Kühlmitteluntersystem 30 kann einen Kühler (nicht gezeigt) enthalten, der im Motorraum 22 zur Übertragung von Wärmeenergie auf die das Fahrzeug 10 umgebende Umgebungsluft angeordnet sein kann.
Die Kühlmittelpumpe 40 kann Kühlmittel durch das Kühlmitteluntersystem 30 zirkulieren. Die Kühlmittelpumpe 40 kann durch eine elektrische oder nichtelektrische Energiequelle angetrieben werden. Zum Beispiel kann die Kühlmittelpumpe 40 durch einen Riemen mit einer Kraftmaschine 12, die als eine Brennkraftmaschine konfiguriert ist, wirkgekoppelt sein, oder sie kann durch einen elektrisch angetriebenen Motor angetrieben werden. Die Kühlmittelpumpe 40 kann Kühlmittel von der Kraftmaschine 12 erhalten und das Kühlmittel in einem geschlossenen Kreislauf zirkulieren. Wenn sich die Klimatisierungsautomatik 24 in einem Heizmodus befindet, kann zum Beispiel Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 40 zu dem Zwischenwärmetauscher 42 und dann zu dem Heizungswärmetauscher 44 geleitet werden, bevor es zu der Kraftmaschine 12 zurückkehrt, wie durch die Pfeillinien dargestellt.
Der Zwischenwärmetauscher 42 kann die Übertragung von Wärmeenergie zwischen dem Kühlmitteluntersystem 30 und dem Wärmepumpenuntersystem 32 erleichtern. Der Zwischenwärmetauscher 42 kann Teil des Kühlmitteluntersystems 30 und des Wärmepumpenuntersystems 32 sein. Der Zwischenwärmetauscher 42 kann irgendeine beliebige Konfiguration aufweisen. Zum Beispiel kann der Zwischenwärmetauscher 42 eine Lamellen-, Rippenrohr- oder Rohrbündel-Konfiguration aufweisen, die die Übertragung von Wärmeenergie ohne Vermischen der Wärmeübertragungsfluide in dem Kühlmitteluntersystem 30 und den Wärmepumpenuntersystemen 32 erleichtern kann. Wärme kann von dem Wärmepumpenuntersystem 32 über den Zwischenwärmetauscher 42 auf das Kühlmittel übertragen werden, wenn sich die Klimatisierungsautomatik 24 in einem Heizmodus oder Entfeuchtungsmodus befindet, wie unten ausführlicher besprochen werden wird.
Der Heizungswärmetauscher 44 kann Wärmeenergie von dem Kühlmittel auf Luft im Innenraum 20 übertragen. Der Heizungswärmetauscher 44 kann im Innenraum 20 in dem Lüftungsuntersystem 34 angeordnet sein und kann irgendeine geeignete Konfiguration aufweisen. Zum Beispiel kann der Heizungswärmetauscher 44 in einem oder mehreren Beispielen eine Lamellen- oder Rippenrohr-Ausführung aufweisen.
Das Kühlmitteluntersystem 30 kann wahlweise eine Kühlmittelheizvorrichtung 46 enthalten, die das Kühlmittel erwärmt. In mindestens einem Beispiel kann es sich bei der Kühlmittelheizvorrichtung 46 um eine elektrische Kühlmittelheizvorrichtung, wie zum Beispiel eine Hochspannungskühlmittelheizvorrichtung oder eine Niederspannungskühlmittelheizvorrichtung, handeln, die stromaufwärts des Heizungswärmetauschers 44 angeordnet sein kann und die elektrische Energie zum Erwärmen des Kühlmittels verwenden kann. Eine elektrische Kühlmittelheizvorrichtung kann Energie von einer elektrischen Energiequelle am Fahrzeug 10 und/oder einer elektrischen Energiequelle, die von dem Fahrzeug 10 abgesetzt ist, wie zum Beispiel einer Steckdose, empfangen. Als Alternative oder zusätzlich dazu kann es sich bei der Kühlmittelheizvorrichtung 46 um eine nichtelektrische Kühlmittelheizvorrichtung, wie zum Beispiel eine brennstoffbetriebene oder brennstoffangetriebene Heizvorrichtung, handeln.
Der Bypass-Kreislauf 48 kann Kühlmittel so leiten, dass das Kühlmittel durch die Energiequelle 12 oder die Kraftmaschine nicht erwärmt wird. Ein Bypass-Kreislaufsteuerventil 50 kann den Kühlmittelstrom durch den Bypass-Kreislauf 48 steuern. Insbesondere kann das Bypass-Kreislaufsteuerventil 50 Kühlmittelstrom durch eine Bypassleitung 52 gestatten und den Kühlmittelstrom aus der Energiequelle 12 zu dem Zwischenwärmetauscher 42 blockieren, wenn es sich in einer ersten Stellung befindet. In solch einer Stellung kann eine zweite Kühlmittelpumpe 54 Kühlmittel von dem Zwischenwärmetauscher 42 durch den Bypass-Kreislauf 48 zu dem Heizungswärmetauscher 44 zur Bypassleitung 52 und zu der zweiten Kühlmittelpumpe 54 zurück zirkulieren. Somit kann das Kühlmittel im Kühlmitteluntersystem 30 in einigen Betriebsmodi durch den Zwischenwärmetauscher 42 unabhängig durch das Wärmepumpenuntersystem 32 erwärmt werden. Das Kühlmittelkreislaufsteuerventil 50 kann auch den Kühlmittelstrom durch die Bypassleitung 52 blockieren, wenn es sich in einer zweiten Stellung befindet. Die zweite Kühlmittelpumpe 54 kann oder kann nicht Kühlmittel zirkulieren, wenn Kühlmittel nicht durch die Bypassleitung 52 strömt.
Das Wärmepumpenuntersystem 32 kann Wärmeenergie zu oder von dem Innenraum 20 und zu oder von dem Kühlmitteluntersystem 30 übertragen. In mindestens einem Beispiel kann das Wärmepumpenuntersystem 32 als ein Dampfkompressionswärmepumpenuntersystem konfiguriert sein, in dem ein Fluid durch das Wärmepumpenuntersystem 32 zur Übertragung von Wärmeenergie zu oder von dem Innenraum 20 zirkuliert wird. Das Wärmepumpenuntersystem 32 kann in verschiedenen Modi arbeiten, einschließlich eines Kühlmodus und eines Heizmodus, aber nicht darauf beschränkt. Im Kühlmodus kann das Wärmepumpenuntersystem 32 ein Wärmeübertragungsfluid zirkulieren, das als Kältemittel bezeichnet werden kann, um Wärmeenergie von innerhalb des Innenraums 20 aus dem Innenraum 20 nach außen zu übertragen. In einem Heizmodus kann das Wärmepumpenuntersystem 32 Wärmeenergie durch den Zwischenwärmetauscher 42 von dem Kältemittel auf das Kühlmittel übertragen, ohne das Kältemittel durch einen Wärmetauscher im Innenraum 20 zu zirkulieren, wie unten ausführlicher besprochen werden wird. Der Kürze halber wird eine verkürzte Besprechung des Wärmepumpenuntersystems 32 unten angeführt, die sich auf einen Dampfkompressionszyklus konzentriert, der im Heizmodus eingesetzt werden kann. In solch einer Konfiguration kann das Wärmepumpenuntersystem 32 eine Pumpe oder einen Kompressor 60, ein erstes Steuerventil 62, eine erste Expansionsvorrichtung 64, einen äußeren Wärmetauscher 66, ein zweites Steuerventil 68, ein drittes Steuerventil 70, einen Speicher 72 (manchmal auch als Empfänger bezeichnet), eine zweite Expansionsvorrichtung 74, einen inneren Wärmetauscher 76 und einen optionalen internen Wärmetauscher 78 enthalten. Komponenten des Wärmepumpenuntersystems 32 können durch eine oder mehrere Leitungen, wie zum Beispiel ein Rohr, ein Schlauch oder dergleichen, fluidisch in einem geschlossenen Kreislauf verbunden sein. In 1B wird der Kältemittelzirkulationspfad in einem Heizmodus durch die Pfeillinien dargestellt.
Die Pumpe 60, die auch als Kompressor bezeichnet werden kann, kann das Kältemittel durch das Wärmepumpenuntersystem 32 mit Druck beaufschlagen und zirkulieren. Die Pumpe 60 kann durch eine elektrische oder nichtelektrische Energiequelle angetrieben werden. Zum Beispiel kann die Pumpe 60 durch einen Riemen mit einer Energiequelle 12, die als Brennkraftmaschine konfiguriert ist, wirkgekoppelt sein, oder sie kann durch einen elektrisch angetriebenen Motor angetrieben werden. In einem Heizmodus kann die Pumpe 60 Hochdruckkältemittel für den Zwischenwärmetauscher 42 bereitstellen, der wiederum Wärme von dem Hochdruckkältemittel auf den Zwischenwärmetauscher 42 durchströmendes Kühlmittel übertragen kann, um das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf 30 zu erwärmen.
Das erste Steuerventil 62 kann entlang eines Bypass-Pfads 80 angeordnet sein, der zwischen dem Zwischenwärmetauscher 42 und der ersten Expansionsvorrichtung 64 angeordnet ist. Der Bypass-Pfad 80 kann gestatten, dass ein Teil des Kältemittels die erste Expansionsvorrichtung 64 und den äußeren Wärmetauscher 66 umgeht und zu dem internen Wärmetauscher 78 (falls vorgesehen), der zweiten Expansionsvorrichtung 74 und dem inneren Wärmetauscher 76 strömt, wenn das erste Steuerventil 62 geöffnet ist. Das erste Steuerventil 62 kann geschlossen sein, um den Kältemittelstrom durch den Bypass-Pfad 80 zu dem inneren Wärmetauscher 76 im Heizmodus zu blockieren.
Die erste Expansionsvorrichtung 64 kann zwischen dem Zwischenwärmetauscher 42 und dem äußeren Wärmetauscher 66 angeordnet sein und fluidisch mit ihnen verbunden sein. Die erste Expansionsvorrichtung 64 kann zur Änderung des Drucks des Kältemittels vorgesehen sein. Zum Beispiel kann es sich bei der ersten Expansionsvorrichtung 64 um ein thermisches Expansionsventil (TXV) oder ein Ventil mit fester oder variabler Stellung handeln, das gegebenenfalls extern gesteuert sein kann. Die erste Expansionsvorrichtung 64 kann den Druck des Kältemittels, das die erste Expansionsvorrichtung 64 von dem Zwischenwärmetauscher 42 zu dem äußeren Wärmetauscher 66 durchströmt, reduzieren. Somit kann von dem Zwischenwärmetauscher 42 empfangene Hochdruckkältemittelflüssigkeit im Heizmodus die erste Expansionsvorrichtung 64 mit einem niedrigeren Druck verlassen und als ein Flüssigkeits- und Dampfgemisch.
Der äußere Wärmetauscher 66 kann außerhalb des Innenraums 20 angeordnet sein. In Zusammenhang mit einem Kühlmodus oder einer Klimatisierung kann der äußere Wärmetauscher 66 als Kondensator wirken und kann Wärme auf die umliegende Umgebung übertragen, um das Kältemittel von Dampf zu Flüssigkeit zu kondensieren. In einem Heizmodus kann der äußere Wärmetauscher 66 als Verdampfer wirken und kann Wärme von der umliegenden Umgebung auf das Kältemittel übertragen, wodurch eine Verdampfung des Kältemittels verursacht wird.
Das zweite Steuerventil 68 kann zwischen dem äußeren Wärmetauscher 66 und dem Bypass-Pfad 80 angeordnet sein. Das zweite Steuerventil 68 kann als ein Rückschlagventil konfiguriert sein und kann Kältemittelstrom durch das dritte Steuerventil 70 und Umgehung des inneren Wärmetauschers 76 verhindern. Somit kann Kältemittel, das den äußeren Wärmetauscher 66 verlässt, wenn sich die Klimatisierungsautomatik 24 im Heizmodus befindet, zu dem dritten Steuerventil 70 geleitet werden.
Ein drittes Steuerventil 70 kann zwischen dem äußeren Wärmetauscher 66 und dem Speicher 72 angeordnet sein. Das dritte Steuerventil 70 kann dabei helfen, den Kältemittelstrom zu steuern, der den äußeren Wärmetauscher 66 verlässt. Im Heizmodus kann das dritte Steuerventil 70 geöffnet sein, um Kältemittelstrom von dem äußeren Wärmetauscher 66 zu dem Speicher 72 zu gestatten. In anderen Modi, wie zum Beispiel einem Kühlmodus, kann das dritte Steuerventil 70 geschlossen sein und die zweite Expansionsvorrichtung 74 geöffnet sein.
Der Speicher 72 kann als Reservoir zum Speichern jeglichen restlichen flüssigen Kältemittels wirken, so dass dampfförmiges Kältemittel anstelle von flüssigem Kältemittel für die Pumpe 60 bereitgestellt werden kann. Der Speicher 72 kann ein Trocknungsmittel enthalten, das geringe Mengen Wasserfeuchtigkeit aus dem Kältemittel absorbiert.
Die zweite Expansionsvorrichtung 74 kann zwischen dem äußeren Wärmetauscher 66 und dem inneren Wärmetauscher 76 angeordnet sein und fluidisch mit ihnen verbunden sein. Die zweite Expansionsvorrichtung 74 kann eine ähnliche Konfiguration wie die erste Expansionsvorrichtung 64 aufweisen und kann zur Änderung des Drucks des Kältemittels ähnlich wie die erste Expansionsvorrichtung 64 vorgesehen sein. Darüber hinaus kann die zweite Expansionsvorrichtung 74 geschlossen sein, um den Kältemittelstrom zu blockieren. Insbesondere kann die zweite Expansionsvorrichtung 74 geschlossen sein, um im Heizmodus den Kältemittelstrom von dem äußeren Wärmetauscher 66 zu dem inneren Wärmetauscher 76 zu blockieren. Somit kann Schließen der zweiten Expansionsvorrichtung 74 den Kältemittelstrom durch das zweite Steuerventil 68 zu dem internen Wärmetauscher 78 (falls vorgesehen) sowie durch den inneren Wärmetauscher 76 blockieren.
Der innere Wärmetauscher 76 kann fluidisch mit der zweiten Expansionsvorrichtung 74 verbunden sein. Der innere Wärmetauscher 76 kann in dem Innenraum 20 angeordnet sein. In Zusammenhang mit einem Kühlmodus oder einer Klimatisierung kann der innere Wärmetauscher 76 als Verdampfer wirken und kann Wärme aus Luft im Innenraum 20 empfangen, um das Kältemittel zu verdampfen. Den inneren Wärmetauscher 76 verlassendes Kältemittel kann zu dem Speicher 72 geleitet werden. Im Heizmodus kann Kältemittel aufgrund des Schließens der zweiten Expansionsvorrichtung 74 nicht zu dem inneren Wärmetauscher 76 geleitet werden.
Der interne Wärmetauscher 78 kann, falls vorgesehen, Wärmeenergie zwischen die verschiedenen Bereiche des Wärmepumpenuntersystems 32 strömendem Kältemittel übertragen. Der interne Wärmetauscher 78 kann außerhalb des Innenraums 20 angeordnet sein. Im Zusammenhang mit einem Kühlmodus oder einer Klimatisierung kann Wärme von von dem äußeren Wärmetauscher 66 zu dem inneren Wärmetauscher 76 geleitetem Kältemittel auf von dem Speicher 72 zu der Pumpe 60 geleitetem Kältemittel übertragen werden. Im Heizmodus überträgt der interne Wärmetauscher 78 keine Wärmeenergie zwischen solchen Kältemittelstrompfaden, da die zweite Expansionsvorrichtung 74 geschlossen ist, wodurch der Kältemittelstrom durch einen Teil des internen Wärmetauschers 78 blockiert wird
Das Lüftungsuntersystem 34 kann Luft im Innenraum 20 des Fahrzeugs 10 zirkulieren. Das Lüftungsuntersystem 34 kann ein Gehäuse 90, ein Gebläse 92 und eine Temperaturklappe 94 aufweisen.
Das Gehäuse 90 kann Komponenten des Lüftungsuntersystems 34 aufnehmen. In 1B ist das Gehäuse 90 so dargestellt, dass innere Komponenten zur Verdeutlichung sichtbar anstatt verborgen sind. Darüber hinaus sind der Luftstrom durch das Gehäuse 90 und die inneren Komponenten durch die Pfeillinie dargestellt. Das Gehäuse 90 kann zumindest teilweise im Innenraum 20 positioniert sein. Beispielsweise kann das Gehäuse 90 oder ein Teil davon unter einer Instrumententafel des Fahrzeugs 10 positioniert sein. Das Gehäuse 90 kann einen Lufteinlassteil 100 aufweisen, der Luft von außerhalb des Fahrzeugs 10 und/oder Luft von innerhalb des Innenraums 20 empfängt. Beispielsweise kann der Lufteinlassteil 100 über einen Einlassdurchgang, einen Kanal oder eine Öffnung, der bzw. die an irgendeiner geeigneten Stelle, zum Beispiel in der Nähe einer Haube, eines Radkastens oder einer anderen Fahrzeugkarosseriebeplankung, angeordnet sein kann, Umgebungsluft von außerhalb des Fahrzeugs 10 empfangen. Der Lufteinlassteil 100 kann auch Luft von innerhalb des Innenraums 20 empfangen und diese Luft durch das Lüftungsuntersystem 34 rezirkulieren. Eine oder mehrere Klappen oder Lamellen können vorgesehen sein, um Luftrezirkulation zu gestatten oder zu blockieren.
Das Gebläse 92 kann in dem Gehäuse 90 angeordnet sein. Das Gebläse 92, das auch als Lüftergebläse bezeichnet werden kann, kann nahe dem Lufteinlassteil 100 angeordnet sein und kann als Radialgebläse konfiguriert sein, das Luft durch das Lüftungsuntersystem 34 zirkulieren kann.
Die Temperaturklappe 94 kann zwischen dem inneren Wärmetauscher 76 und dem Heizungswärmetauscher 44 angeordnet sein. In dem gezeigten Beispiel ist die Temperaturklappe 94 stromabwärts des inneren Wärmetauschers 76 und stromaufwärts des Heizungswärmetauschers 44 angeordnet. Die Temperaturklappe 94 kann Luftstrom durch den Heizungswärmetauscher 44 sperren oder gestatten, um die Steuerung der Lufttemperatur im Innenraum 20 zu unterstützen. Zum Beispiel kann die Temperaturklappe 94 Luftstrom durch den Heizungswärmetauscher 44 im Heizmodus gestatten, so dass Wärme von dem Kühlmittel auf den Heizungswärmetauscher 44 durchströmende Luft übertragen werden kann. Diese erwärmte Luft kann dann einer Kammer zugeführt werden, um zu Kanälen und Lüftungen oder Auslässen, die im Innenraum 20 positioniert sind, verteilt zu werden. Die Temperaturklappe 94 kann sich zwischen mehreren Positionen bewegen, um Luft mit einer Solltemperatur bereitzustellen. In 1B wird die Temperaturklappe 94 in einer Vollwärmestellung gezeigt, in der Luftstrom durch den Heizungswärmetauscher 44 geleitet wird.
Wahlweise kann eine zusätzliche Heizvorrichtung oder zusätzliche Heizquelle (nicht gezeigt) mit dem Lüftungsuntersystem 34 bereitgestellt werden, zum Beispiel eine elektrische oder elektrisch angetrieben Heizvorrichtung, wie eine Widerstandsdrahtheizung, eine PTC-Heizung (PTC – positive temperature coefficient) oder eine thermoelektrische Vorrichtung.
Nunmehr auf die 2–5 Bezug nehmend, wird eine alternative Klimatisierungsautomatik 24 gezeigt. Bei Komponenten des in den 2–5 gezeigten Systems, die den bei dem System von 1B beschriebenen Komponenten entsprechen, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der äußere Wärmetauscher 66, der in 1B gezeigt wird, und der äußere Wärmetauscher 66, der in 2 gezeigt wird, weisen beispielsweise das gleiche Bezugszeichen 66 auf. Ferner arbeiten die Vorrichtungen der 2–5, die mit den gleichen in 1B gezeigten Bezugszeichen versehen sind, auf die gleiche Weise, wie bei der Beschreibung von 1B besprochen, es sei denn, es wird etwas anderes angegeben.
Es werden in den 2–5 Vorrichtungen und Fluiddurchgänge oder -leitungen als durchgezogene Linien gezeigt. Es werden in den 2–5 elektrische Verbindungen als gestrichelte Linien gezeigt. In diesem Beispiel wird das Kühlmitteluntersystem 30 ohne eine Kraftmaschine oder elektrische Maschine, die das Fahrzeug 10 antreibt, gezeigt, es kann jedoch eine enthalten sein, wie in 1B gezeigt.
Jede der in den 2–5 gezeigten Vorrichtungen, die über Leitungen (zum Beispiel durchgezogene Linien) fluidisch gekoppelt sind, weisen einen Einlass und einen Auslass basierend auf der Richtung der Strömungsrichtungspfeile 204, 206, 302, 304, 402, 404, 406 und 504 auf. Einlässe der Vorrichtungen sind Stellen, an denen die Leitung in Strömungsrichtung gemäß den Strömungsrichtungspfeilen in die Vorrichtung eintritt. Auslässe der Vorrichtungen sind Stellen, an denen die Leitung in Strömungsrichtung gemäß den Strömungsrichtungspfeilen aus der Vorrichtung austritt. Kältemittelstrom wird in dieser Beschreibung als an der Pumpe 60 beginnend und in Richtung der Pfeile verlaufend definiert. Somit ist die Pumpe 60 eine am weitesten entfernte stromaufwärtige Vorrichtung gemäß der Richtung des Kältemittelstroms. Eine ähnliche Vereinbarung gilt für die Kühlmittelpumpe 40 und die Batteriekühlerpumpe 224.
Die Kühlmittelpumpe 40 kann Kühlmittel durch das Kühlmitteluntersystem 30 zirkulieren. Die Kühlmittelpumpe 40 kann durch eine elektrische oder nichtelektrische Energiequelle angetrieben werden.
Die Pumpe 60 ist über eine Leitung direkt mit dem Zwischenwärmetauscher 42 gekoppelt. Der Zwischenwärmetauscher 42 kann die Übertragung von Wärmeenergie zwischen dem Kühlmitteluntersystem 30 und dem Wärmepumpenuntersystem 32 erleichtern. Insbesondere kann Wärme von dem Wärmepumpenuntersystem 32 auf das Kühlmitteluntersystem 30 übertragen werden. Der Zwischenwärmetauscher 42 kann Teil des Kühlmitteluntersystems 30 und des Wärmepumpenuntersystems 32 sein und kann die Übertragung von Wärmeenergie von dem Wärmepumpenuntersystem 32 auf das Kühlmitteluntersystem 30 ohne Vermischen oder Austauschen der Wärmeübertragungsfluide in dem Kühlmitteluntersystem 30 und den Wärmepumpenuntersystemen 32 erleichtern.
Der Zwischenwärmetauscher 42 ist direkt mit dem Bypass-Ventil 262 und der Expansionsvorrichtung 264 mit fester Fläche gekoppelt gezeigt. Die Expansionsvorrichtung 264 mit fester Fläche ist eine passive Vorrichtung, die durch die Steuerung 212 nicht gesteuert wird. Das Bypass-Ventil 262 für die Expansionsvorrichtung mit fester Fläche kann durch die Steuerung 212 selektiv geöffnet und geschlossen werden. Wenn sich das Bypass-Ventil 262 für die Expansionsvorrichtung mit fester Fläche in einer geöffneten Stellung befindet, stellt es einen Pfad des geringsten fluidischen Widerstands für den äußeren Wärmetauscher 66 bereit, so dass es über die Expansionsvorrichtung 264 mit fester Fläche einen geringen Druckabfall gibt. Die Expansionsvorrichtung 264 mit fester Fläche und das Bypass-Ventil 262 für die Expansionsvorrichtung mit fester Fläche werden direkt mit dem äußeren Wärmetauscher 66 gekoppelt gezeigt. Der äußere Wärmetauscher 66 wird direkt mit dem Empfänger 72 gekoppelt gezeigt. Der Empfänger 72 wird direkt mit dem internen Wärmetauscher 78 und dem Bypassventil 222 des internen Wärmetauschers gekoppelt gezeigt.
Das Bypass-Ventil 222 des internen Wärmetauschers ist direkt mit dem internen Wärmetauscher 78 gekoppelt. Der interne Wärmetauscher 78 ist direkt mit dem TXV 74 und dem Batteriekühler-TXV 274 gekoppelt. Das TXV 74 ist direkt mit dem inneren Wärmetauscher 76 gekoppelt. Der Batteriekühler-TXV 274 ist direkt mit einem Batteriekühlerwärmetauscher 236 gekoppelt. In diesem Beispiel enthalten der Batteriekühler-TXV 274 und der TXV 74 Absperrventile zum Verhindern von Strom durch die jeweiligen Ventile, und ihre jeweiligen Öffnungen werden nicht elektrisch gesteuert. Der innere Wärmetauscher 76 ist direkt mit dem internen Wärmetauscher 78 gekoppelt. Der interne Wärmetauscher 78 ist direkt mit der Pumpe 60 gekoppelt. Der Batteriekühlerwärmetauscher 236 ist direkt mit dem internen Wärmetauscher 78 gekoppelt.
Der Batteriekühlerkreislauf 235 enthält die Batterie 220, die Batteriekühlerpumpe 224 und den Batteriekühlerwärmetauscher 236. Wärme von der Batterie 220 kann an das den Batteriekühlerwärmetauscher 236 durchströmende Kältemittel abgegeben werden.
Das Lüftungsuntersystem 34 kann Luft im Innenraum 20 des Fahrzeugs 10 zirkulieren. Darüber hinaus wird Luftstrom durch das Gehäuse 90 und innere Komponenten durch die Pfeillinien 277 dargestellt.
Die Steuerung 212 enthält ausführbare Anweisungen des Verfahrens in 6 zum Betreiben der Ventile, Lüfter und Pumpen oder Kompressoren des in 2 gezeigten Systems. Die Steuerung 212 enthält Eingänge 201 und Ausgänge 202 zur Kopplung mit Vorrichtungen in dem System von 2. Des Weiteren enthält die Steuerung 212 eine Zentraleinheit 205 und einen nichtflüchtigen Speicher 206 zur Ausführung des Verfahrens von 6. Temperatursensoren ähnlich dem Temperatursensor 211 können an verschiedenen Stellen im System positioniert sein, darunter an dem inneren Wärmetauscher 76, aber nicht darauf beschränkt.
Das System von 2 kann in einem Kühlmodus betrieben werden. Im Kühlmodus kann der Innenraum 20 gekühlt werden. Der Kühlmodus wird durch Öffnen des Bypass-Ventils 262 für die Expansionsvorrichtung mit fester Fläche, Öffnen des Absperrventils des TXV 74, Schließen des Bypass-Ventils 222 des internen Wärmetauschers, Aktivieren der Pumpe 60 und Aktivieren des Lüfters 92 aktiviert. Das TXV 274 und die Batteriekühlerpumpe 224 können selektiv aktiviert werden, wenn das System im Kühlmodus betrieben wird, um Batteriekühlung bereitzustellen. Während des Kühlmodus strömt Kältemittel durch das Wärmepumpenuntersystem 32 in Richtung der Pfeile 204. Kühlmittel strömt im Batteriekühlerkreislauf 236 in der durch die Pfeile 206 angezeigten Richtung. Somit verlässt Kältemittel im Kühlmodus die Pumpe 60 und tritt in den Zwischenwärmetauscher 42 ein. Dann bewegt sich das Kältemittel durch das Bypass-Ventil 262 für die Expansionsvorrichtung mit fester Fläche, wodurch das Expansionsventil 264 mit fester Fläche irrelevant wird. Kältemittel läuft von dem Bypass-Ventil 262 für die Expansionsvorrichtung mit fester Fläche zu dem äußeren Wärmetauscher 66, der als Kondensator arbeitet. Dann tritt das kondensierte Kältemittel in den Empfänger 72 ein, wo es sich je nach Bedarf ansammeln kann. Der Empfänger 72 ist nicht stromabwärts des inneren Wärmetauschers 76 platziert, da Kältemittel, das den inneren Wärmetauscher 76 im Kühlmodus verlässt, überhitzt ist. Wäre der Empfänger 72 stromabwärts des Wärmetauschers 76 platziert, würde der überhitzte Dampf jegliches kondensierte Kältemittel im Empfänger verdampfen, wodurch die Wirksamkeit des Empfängers reduziert werden würde.
Flüssiges Kältemittel verlässt den Empfänger 72 und durchströmt den internen Wärmetauscher 78, wo Wärme vom heißen flüssigen Kältemittel auf den von dem inneren Wärmetauscher 76 in den internen Wärmetauscher 78 eintretenden kühlen Kältemitteldampf übertragen werden kann. Dann tritt das flüssige Kältemittel in den TXV 74 und den Batteriekühler-TXV 274 ein, wo es expandiert, um den Innenraum 20 und den Batteriekühlerkreislauf 235 zu kühlen. Wärme wird über den Batteriekühlerwärmetauscher 236 von dem in dem Batteriekühlerkreislauf 235 zirkulierenden Kühlmittel auf das Kältemittel im Wärmepumpenuntersystem 32 übertragen. Ebenso wird Wärme von dem Innenraum 20 über den inneren Wärmetauscher 76 auf das Kältemittel im Wärmepumpenuntersystem 32 übertragen. Der Batteriekühlerwärmetauscher 236 und der innere Wärmetauscher 76 arbeiten im Kühlmodus als Verdampfer. Das erwärmte Kältemittel wird zu dem internen Wärmetauscher 78 geleitet, bevor es für die Rezirkulation zur Pumpe 60 zurückgeführt wird.
Nunmehr auf 3 Bezug nehmend, entspricht die Klimatisierungsautomatik 24 der in 2 gezeigten Klimatisierungsautomatik 24; jedoch zeigt 3 die Klimatisierungsautomatik 24, die in einem Heizmodus arbeitet. Im Heizmodus kann der Innenraum 20 erwärmt werden. Der Heizmodus wird durch Schließen des Bypass-Ventils 262 der Expansionsvorrichtung mit fester Fläche, Schließen des Absperrventils des Batteriekühler-TXV 274, Schließen des Absperrventils des TXV 74, Öffnen des Bypass-Ventils 222 des internen Wärmetauschers, Aktivieren der Pumpe 60, Aktivieren des Lüfters 92 und Aktivieren der Kühlmittelpumpe 40 aktiviert. Während des Heizmodus strömt Kältemittel durch das Wärmepumpenuntersystem 32 (auch als Kältemittelkreislauf bekannt) in Richtung der Pfeile 304. Kühlmittel strömt im Kühlmitteluntersystem 30 in die durch die Pfeile 302 angezeigte Richtung.
Im Heizmodus verlässt Kältemittel die Pumpe 60 und tritt in den Zwischenwärmetauscher 42 ein, der als Kondensator arbeitet. Wärme wird durch den Zwischenwärmetauscher 42 von dem Kältemittel auf das Kühlmittel im Kühlmitteluntersystem 30 übertragen. In dem Kühlmitteluntersystem 30 zirkulierendes Kühlmittel wird am Zwischenwärmetauscher 42 erwärmt, bevor es in den Heizungswärmetauscher 44 eintritt, wo Innenraumluft Wärme aus dem Kühlmittel abzieht. Dann wird das Kühlmittel zu der Kühlmittelpumpe 40 zurückgeführt, um rezirkuliert zu werden.
Das Kältemittel verlässt den Zwischenwärmetauscher 42 und bewegt sich durch die Expansionsvorrichtung 264 mit fester Fläche und nicht durch das Bypass-Ventil 262 der Expansionsvorrichtung mit fester Fläche, so dass Kältemittelexpansion auftritt. Kältemittel läuft von dem Expansionsvorrichtungsventil 264 mit fester Fläche zu dem äußeren Wärmetauscher 66, der als Verdampfer arbeitet. Dann tritt das verdampfte Kältemittel in den Empfänger 72 ein, wo es in Abhängigkeit vom Bedarf angesammelt werden kann. Wenn sich das Kältemittel in einem Flüssigkeits-Dampf-Gemisch befindet, dann wird die Flüssigkeit von dem Dampf getrennt, und der Dampf geht weiter. Wenn es sich bei dem Kältemittel nur um Dampf handelt, passiert der Dampf durch den Empfänger 72. Folglich wird flüssiges Kältemittel nicht im Empfänger 72 verdampft, wenn der äußere Wärmetauscher 66 als Verdampfer arbeitet. Somit liefert die Position des Empfängers 72 Vorzüge, die möglicherweise nicht realisiert werden können, wenn der Empfänger 72 an anderen Stellen im System positioniert wäre.
Kältemittel verlässt den Empfänger 72 und passiert durch das Bypass-Ventil 222 des internen Wärmetauschers. Dann passiert das Kältemittel durch eine zweite Seite des internen Wärmetauschers 78, bevor es zu der Pumpe 60 zurückkehrt, wo seine Temperatur und sein Druck erhöht werden. Kältemittel strömt im Heizmodus nicht durch den inneren Wärmetauscher 76 und den Batteriekühlerwärmetauscher 236.
Nunmehr auf 4 Bezug nehmend, entspricht die Klimatisierungsautomatik 24 der in 2 gezeigten Klimatisierungsautomatik 24; jedoch zeigt 4 die Klimatisierungsautomatik 24, die in einem Entfeuchtungsmodus arbeitet. Der Entfeuchtungsmodus gewährleistet ein Abziehen von Feuchtigkeit aus der Innenraumluft und Wiederaufwärmen der Luft. Der Entfeuchtungsmodus wird durch Öffnen des Bypass-Ventils 262 der Expansionsvorrichtung mit fester Fläche, Öffnen des Absperrventils des TXV 74, Schließen des Bypass-Ventils 222 des internen Wärmetauschers, Aktivieren der Pumpe 60, Aktivieren des Lüfters 92 und Aktivieren der Kühlmittelpumpe 40 aktiviert. Das Batteriekühler-TXV-274-Absperrventil und die Batteriekühlerpumpe 204 können selektiv aktiviert werden. Während des Entfeuchtungsmodus strömt Kältemittel in Richtung der Pfeile 404 durch das Wärmepumpenuntersystem 32. Kühlmittel strömt in die durch die Pfeile 402 angezeigte Richtung im Kühlmitteluntersystem 30. Des Weiteren strömt Kühlmittel in die Richtung der Pfeile 406 durch den Batteriekühlerkreislauf 235. Somit ähnelt der Entfeuchtungsmodus dem Kühlmodus, jedoch ist die Kühlmittelpumpe 40 im Entfeuchtungsmodus aktiviert, aber nicht im Kühlmodus aktiviert. Der Kürze halber gilt die Beschreibung von 2 mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede.
Das Aktivieren der Kühlmittelpumpe 40 gestattet die Übertragung von Wärme von dem Kältemittel im Wärmepumpenuntersystem 32 durch den Zwischenwärmetauscher 42 auf das Kühlmittel im Kühlmitteluntersystem 40. Mindestens ein Teil der durch den inneren Wärmetauscher 76 aus dem Innenraum 20 abgezogenen Wärme kann über den Heizungswärmetauscher 44 zum Innenraum 20 zurückgeführt werden. Feuchtigkeit in der Innenraumluft kann durch zunächst Kühlen der Innenraumluft am inneren Wärmetauscher 76 abgezogen werden. Die feuchtigkeitsreduzierte Innenraumluft kann dann durch den Heizungswärmetauscher 44 erwärmt werden, um den Innenraum zu erwärmen oder Fahrzeugfenster zu enteisen.
Nunmehr auf 5 Bezug nehmend, entspricht die Klimatisierungsautomatik 24 der in 2 gezeigten Klimatisierungsautomatik 24; jedoch zeigt 5 die Klimatisierungsautomatik 24, die in einem Enteisungsmodus arbeitet. Der Enteisungsmodus gewährleistet das Entfernen von Eis vom äußeren Wärmetauscher 66. Der Enteisungsmodus wird durch Öffnen des Bypass-Ventils 262 der Expansionsvorrichtung mit fester Fläche, Schließen des Absperrventils des Batteriekühler-TXV 274, Schließen des Absperrventils des TXV 74, Öffnen des Bypass-Ventils 222 des internen Wärmetauschers, Aktivieren der Pumpe 60 aktiviert. Während des Heizmodus strömt Kältemittel in Richtung der Pfeile 504 durch das Wärmepumpenuntersystem 32.
Im Enteisungsmodus verlässt das Kältemittel die Pumpe 60 und tritt in den Zwischenwärmetauscher 42 ein. Die Pumpe 60 erhöht die Kältemitteltemperatur, während Arbeit zum Komprimieren des Kältemittels durchgeführt wird. Der Zwischenwärmetauscher 42 zieht wenig Wärme aus dem Kältemittel ab. Das Kältemittel verlässt den Zwischenwärmetauscher 42 und bewegt sich durch das Bypass-Ventil 262 der Expansionsvorrichtung mit fester Fläche, wodurch die Expansionsvorrichtung 264 mit fester Fläche irrrelevant wird. Kältemittel läuft von dem Bypass-Ventil 262 der Expansionsvorrichtung mit fester Fläche zu dem äußeren Wärmetauscher 66. Wärme wird aus dem Kältemittel abgezogen, um Lamellen im äußeren Wärmetauscher 66 zu enteisen. Dann tritt das Kältemittel in den Empfänger 72 ein, wo es sich je nach Bedarf ansammeln kann.
Das Kältemittel verlässt den Empfänger 72 und passiert durch das Bypass-Ventil 222 des internen Wärmetauschers. Dann passiert das Kältemittel durch eine zweite Seite des internen Wärmetauschers 78, bevor es zu der Pumpe 60 zurückkehrt, wo seine Temperatur und sein Druck erhöht werden. Kältemittel strömt im Enteisungsmodus nicht durch den inneren Wärmetauscher 76 und den Batteriekühlerwärmetauscher 236.
Somit stellt das System der 1A–5 ein Fahrzeugsystem bereit, das Folgendes umfasst: einen Kühlmittelkreislauf, der einen Heizungswärmetauscher in einem Innenraum enthält; und einen Kältemittelkreislauf, der ein erstes thermisches Expansionsventil enthält, das keine direkt stromaufwärts eines Wärmetauschers in dem Innenraum positionierte elektrisch variable Öffnung enthält, wobei der Kältemittelkreislauf von dem Kühlmittelkreislauf fluidisch isoliert ist, wobei der Kältemittelkreislauf über einen Zwischenwärmetauscher mit dem Kühlmittelkreislauf in thermischer Verbindung steht. Das Fahrzeugsystem umfasst, dass der Kältemittelkreislauf Teil einer Klimatisierungsautomatik ist, und umfasst ferner eine Steuerung, die Anweisungen zum Betreiben der Klimatisierungsautomatik in einem Heizmodus, einem Kühlmodus, einem Entfeuchtungsmodus und einem Enteisungsmodus enthält.
In einigen Beispielen umfasst das Fahrzeugsystem, dass der Entfeuchtungsmodus Kühlen von Innenraumluft und Erwärmen von Innenraumluft über die Klimatisierungsautomatik umfasst. Ferner umfasst das Fahrzeugsystem einen Batteriekühlerkreislauf. Das Fahrzeugsystem umfasst, dass der Batteriekühlerkreislauf eine Batteriekühlerpumpe, einen Batteriekühlerwärmetauscher und eine Batterie enthält. Ferner umfasst das Fahrzeugsystem ein zweites thermisches Expansionsventil, das stromaufwärts eines Batteriekühlerwärmetauschers positioniert ist, wobei das zweite thermische Expansionsventil, das stromaufwärts des Batteriekühlerwärmetauschers positioniert ist, keine elektrisch variable Öffnung enthält. Das Fahrzeugsystem umfasst, dass das thermische Expansionsventil ein Absperrventil enthält, das Kältemittelstrom durch das thermische Expansionsventil beendet.
Weiterhin stellen die Systeme ein Fahrzeugsystem bereit, das Folgendes umfasst: einen Kühlmittelkreislauf, der einen Heizungswärmetauscher in einem Innenraum enthält; und einen Kältemittelkreislauf, der ein erstes thermisches Expansionsventil enthält, das keine stromaufwärts eines Wärmetauschers in dem Innenraum positionierte elektrisch variable Öffnung enthält, wobei der Kältemittelkreislauf einen Empfänger enthält, der direkt mit einem äußeren Wärmetauscher gekoppelt ist, wobei der Kältemittelkreislauf über einen Wärmetauscher in thermischer Verbindung mit dem Kühlmittelkreislauf steht. Ferner umfasst das Fahrzeugsystem einen internen Wärmetauscher. Das Fahrzeugsystem umfasst, dass der Empfänger direkt mit dem internen Wärmetauscher gekoppelt ist. Ferner umfasst das Fahrzeugsystem einen Batteriekühlerkreislauf. Das Fahrzeugsystem umfasst, dass der Batteriekühlerkreislauf eine Batteriekühlerpumpe, einen Batteriekühlerwärmetauscher und eine Batterie umfasst. Ferner umfasst das Fahrzeugsystem ein zweites thermisches Expansionsventil, das stromaufwärts eines Batteriekühlerwärmetauschers positioniert ist, wobei das zweite thermische Expansionsventil, das stromaufwärts des Batteriekühlerwärmetauschers positioniert ist, keine elektrisch variable Öffnung enthält. Das Fahrzeugsystem umfasst, dass das erste thermische Expansionsventil ein Absperrventil enthält, das Kältemittelstrom durch das erste thermische Expansionsventil beendet.
Nunmehr auf 6 Bezug nehmend, wird ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungsautomatik gezeigt. Das Verfahren von 6 kann die in den 2–5 beschriebenen Klimatisierungsautomatikmodi bereitstellen. Ferner können zumindest Teile des Verfahrens von 6 in dem System der 1–5 als im nichtflüchtigen Speicher gespeicherte ausführbare Anweisungen enthalten sein. Des Weiteren können Teile des Verfahrens von 6 Handlungen sein, die in der physikalischen Welt von einer Steuerung ausgeführt werden.
Bei 602 beurteilt das Verfahren 600, ob die Klimatisierungsautomatik aktiviert ist. Das Verfahren 600 kann basierend auf einer Eingabe von einem Fahrer in eine Steuerung urteilen, dass die Klimatisierungsautomatik aktiviert ist. Wenn das Verfahren 600 urteilt, dass die Klimatisierungsautomatik aktiviert ist, ist die Antwort ja, und das Verfahren 600 geht zu 606 über, ansonsten ist die Antwort nein, und das Verfahren 600 geht zu 604 über.
Bei 604 deaktiviert das Verfahren 600 den Klimakompressor, die Kühlmittelpumpe und die Batteriekühlpumpe. Die Batteriekühlpumpe kann jedoch aktiv bleiben, wenn Temperaturausgleichsstrom durch die Batterie erwünscht ist. Ferner kann Energieversorgung der verschiedenen Expansionsventil-Bypass-Ventile und Absperrventile innerhalb der Expansionsventile unterbrochen werden, so dass die Klimatisierungsautomatik in einen Standardmodus, wie zum Beispiel den Heizmodus, eintritt. Als Alternative dazu können die verschiedenen Expansionsventil-Bypass-Ventile und Absperrventile innerhalb der Expansionsventile in ihren aktuellen Zuständen gehalten werden. Nach Deaktivierung der Pumpen und Ventile geht das Verfahren 600 zum Ende.
Bei 606 aktiviert das Verfahren 600 den Klimakompressor und die Kühlmittelpumpe basierend auf dem aktuell gewählten Betriebsmodus der Klimatisierungsautomatik. Wenn die Klimatisierungsautomatik zum Beispiel in einem Kühlmodus aktiviert ist, werden die Kühlmittelpumpe, der Kompressor und die Batteriekühlpumpe aktiviert. In einigen Beispielen kann die Klimatisierungsautomatik in einem gleichen Modus aktiviert werden wie ein Modus bei Deaktivierung der Klimatisierungsautomatik. Die Batteriekühlpumpe kann als Reaktion auf eine Anforderung zum Kühlen der Batterie, die über eine Batteriesteuerung ausgegeben werden kann, selektiv aktiviert werden. Nach dem selektiven Aktivieren des Kompressors, der Kühlmittelpumpe und der Batteriekühlmittelpumpe geht das Verfahren 600 zu 608 über.
Bei 608 beurteilt das Verfahren 600, ob eine Klimaregelungsmodusänderung angefordert wird. Eine Klimaregelungsmodusänderung kann durch einen Fahrer oder als Reaktion auf Umgebung- und Innenraumbedingungen durch eine Steuerung automatisch ausgewählt werden. Zum Beispiel kann der Klimaregelungsmodus dazu aufgefordert werden, aus einem Kühlmodus in einen Heizmodus zu wechseln. Wenn das Verfahren 600 urteilt, dass eine Klimaregelungsmodusänderung angefordert wird, ist die Antwort ja, und das Verfahren 600 geht zu 610 über, ansonsten ist die Antwort nein, und das Verfahren 600 kehrt zu 602 zurück.
Bei 610 werden der Kompressor-, der Kühlmittelpumpen- und der Batteriekühlpumpenzustand eingestellt. In einem Beispiel können der Kompressor, die Kühlmittelpumpe und die Batteriekühlpumpe zu einem Zustand mit geringem Energieverbrauch aktiviert werden. Zum Beispiel kann dem Kompressor, der Kühlmittelpumpe und der Batteriekühlmittelpumpe jeweils weniger als eine Schwellenstrommenge zugeführt werden. In anderen Beispielen können der Klimakompressor, die Kühlmittelpumpe und die Batteriekühlpumpe deaktiviert werden. Der Kompressor, die Kühlmittelpumpe und die Batteriekühlpumpe können durch Unterbrechen von Stromfluss zu den Vorrichtungen deaktiviert werden. Nach dem Deaktivieren der Vorrichtungen geht das Verfahren 600 zu 612 über.
Bei 612 stellt das Verfahren 600 die verschiedenen Expansionsventil-Bypass-Ventile, die Steuerventile, die TXV-Absperrventile für den neu gewählten Klimaregelungsmodus um. Die verschiedenen Ventilzustände für den gewählten Betriebsmodus werden in der Beschreibung der 1B–5 bereitgestellt. Wenn der neu gewählte Klimaregelungsmodus zum Beispiel für das in 2 gezeigte System gewählt wird, wird der Kühlmodus durch Öffnen des Bypass-Ventils 262 der Expansionsvorrichtung mit fester Fläche, Öffnen des Absperrventils des Batteriekühler-TXV 274, Öffnen des Absperrventils des TXV 74 und Schließen des Bypass-Ventils 222 des internen Wärmetauschers aktiviert. Nach Betreiben der verschiedenen Ventile gemäß dem neugewählten Klimaregelungsmodus geht das Verfahren 600 zu 614 über.
Bei 614 beginnt das Verfahren 600 die Drehzahl des Kompressors hochzurampen. Die Kompressordrehzahl kann durch allmähliches Verstärken des Stromflusses zum Kompressor hochgerampt werden. Der Kompressorkältemittelstrom kann mit Zunahme der Kompressordrehzahl zunehmen. Nach dem Rampen der Kompressorausgabe geht das Verfahren 600 zu 616 über.
Bei 616 stellt das Verfahren 600 die Betriebszustände des Kompressors, der Kühlmittelpumpe und der Batteriekühlerkühlmittelpumpe basierend auf dem neu gewählten Betriebsmodus ein. Wenn zum Beispiel der Heizmodus gewählt wird, wird die Kühlmittelpumpe aktiviert und die Batteriekühlerkühlmittelpumpe nicht aktiviert. Nach dem Einstellen der Betriebszustände des Kompressors, der Kühlmittelpumpe und der Batteriekühlerpumpen kehrt das Verfahren 600 zu 602 zurück.
Somit können zum Wechseln eines ersten Klimaregelungsbetriebsmodus zu einem zweiten Klimaregelungsbetriebsmodus die verschiedenen Klimaregelungspumpen deaktiviert werden, bevor die Ventile in dem System umgestellt werden, damit das Kältemittel Zeit hat, einen Gleichgewichtszustand zu erreichen, bevor die Ventilstellungen geändert werden, um dem neu gewählten Betriebsmodus zu entsprechen. Wenn sich die verschiedenen Ventile in den Zuständen zum Betreiben der Klimatisierungsautomatik in dem gewählten Modus befinden, kann der Kompressor wieder aktiviert werden. Diese Vorgehensweise kann die Möglichkeit eines Absperrens des Kompressors oder Eintritts in andere Zustände, die die Leistung der Klimatisierungsautomatik beeinträchtigen können, reduzieren.
Das Verfahren von 6 stellt ein Fahrzeugklimasteuerungsverfahren bereit, umfassend: Empfangen von Kältemittel in einem Empfänger stromabwärts eines äußeren Wärmetauschers in einer Klimatisierungsautomatik, die einen äußeren Wärmetauscher, einen inneren Wärmetauscher, einen internen Wärmetauscher, enthält, wobei das Kältemittel in einem Kühlmodus, einem Heizmodus, einem Enteisungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus empfangen wird. Das Fahrzeugklimasteuerungsverfahren umfasst ferner Wechseln zwischen dem Kühlmodus und dem Heizmodus durch eine Vorgehensweise des zunächst Einstellens von Zuständen von Pumpen in einer Fahrzeugklimatisierungsautomatik. Ferner umfasst das Fahrzeugklimasteuerungsverfahren Schalten von Betriebszuständen eines oder mehrerer Ventile in der Fahrzeugklimatisierungsautomatik nach dem Einstellen der Betriebszustände von Pumpen. Ferner umfasst das Fahrzeugklimasteuerungsverfahren Hochrampen der Kompressordrehzahl nach dem Schalten von Betriebszuständen des einen oder der mehreren Ventile. Ferner umfasst das Fahrzeugklimasteuerungsverfahren Aktivieren einer Kühlmittelpumpe oder einer Batteriekühlerpumpe nach dem Hochrampen der Kompressordrehzahl. Das Fahrzeugklimasteuerungsverfahren umfasst, dass die Klimatisierungsautomatik ferner einen Zwischenwärmetauscher enthält.
Wie für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand liegt, können die in 6 beschriebenen Verfahren eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsweise erforderlich, um die hier beschriebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Obgleich dies nicht explizit dargestellt wird, liegt für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass einer oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt werden können. Ferner können die hierin beschriebenen Verfahren eine Kombination aus von einer Steuerung in der physikalischen Welt ausgeführten Handlungen und von Anweisungen in der Steuerung sein. Zumindest Teile der Steuerverfahren und Routinen, die hierin offenbart werden, können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und von dem Steuersystem durchgeführt werden, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer System-Hardware enthält.
Dies schließt die Beschreibung ab. Ihre Lektüre durch den Fachmann würde viele Änderungen und Modifikationen ohne Verlassen des Wesens und Schutzumfangs der Beschreibung erkennen lassen. Zum Beispiel können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren auf vollelektrische Fahrzeuge und Fahrzeuge, die eine Kraftmaschine und einen Elektromotor für den Antrieb enthalten, angewandt werden.
Es ist ferner beschrieben:

A. Fahrzeugsystem, umfassend: einen Kühlmittelkreislauf, der einen Heizungswärmetauscher in einem Innenraum enthält; und einen Kältemittelkreislauf, der ein erstes thermisches Expansionsventil enthält, das keine direkt stromaufwärts eines Wärmetauschers in dem Innenraum positionierte elektrisch variable Öffnung enthält, wobei der Kältemittelkreislauf von dem Kühlmittelkreislauf fluidisch isoliert ist, wobei der Kältemittelkreislauf über einen Zwischenwärmetauscher mit dem Kühlmittelkreislauf in thermischer Verbindung steht.
B. Fahrzeugsystem nach A, wobei der Kältemittelkreislauf Teil einer Klimatisierungsautomatik ist, und ferner umfassend eine Steuerung, die Anweisungen zum Betreiben der Klimatisierungsautomatik in einem Heizmodus, einem Kühlmodus, einem Entfeuchtungsmodus und einem Enteisungsmodus enthält.
C. Fahrzeugsystem nach B, wobei der Entfeuchtungsmodus Kühlen von Innenraumluft und Erwärmen von Innenraumluft über die Klimatisierungsautomatik umfasst.
D. Fahrzeugsystem nach A, ferner umfassend einen Batteriekühlerkreislauf.
E. Fahrzeugsystem nach A, wobei der Batteriekühlerkreislauf eine Batteriekühlerpumpe, einen Batteriekühlerwärmetauscher und eine Batterie enthält.
F. Fahrzeugsystem nach A, ferner umfassend ein zweites thermisches Expansionsventil, das direkt stromaufwärts eines Batteriekühlerwärmetauschers positioniert ist, wobei das zweite thermische Expansionsventil, das stromaufwärts des Batteriekühlerwärmetauschers positioniert ist, keine elektrisch variable Öffnung enthält.
G. Fahrzeugsystem nach A, wobei das erste thermische Expansionsventil ein Absperrventil enthält, das Kältemittelstrom durch das erste thermische Expansionsventil beendet.
H. Fahrzeugsystem, umfassend: einen Kühlmittelkreislauf, der einen Heizungswärmetauscher in einem Innenraum enthält; und einen Kältemittelkreislauf, der ein erstes thermisches Expansionsventil enthält, das keine stromaufwärts eines Wärmetauschers in dem Innenraum positionierte elektrisch variable Öffnung enthält, wobei der Kältemittelkreislauf einen Empfänger enthält, der direkt mit einem äußeren Wärmetauscher gekoppelt ist, wobei der Kältemittelkreislauf über einen Wärmetauscher in thermischer Verbindung mit dem Kühlmittelkreislauf steht.
I. Fahrzeugsystem nach H, ferner umfassend einen internen Wärmetauscher.
J. Fahrzeugsystem nach I, wobei der Empfänger direkt mit dem internen Wärmetauscher gekoppelt ist.
K. Fahrzeugsystem nach H, ferner umfassend einen Batteriekühlerkreislauf.
L. Fahrzeugsystem nach K, wobei der Batteriekühlerkreislauf eine Batteriekühlerpumpe, einen Batteriekühlerwärmetauscher und eine Batterie umfasst.
M. Fahrzeugsystem nach H, ferner umfassend ein zweites thermisches Expansionsventil, das stromaufwärts eines Batteriekühlerwärmetauschers positioniert ist, wobei das zweite thermische Expansionsventil, das stromaufwärts des Batteriekühlerwärmetauschers positioniert ist, keine elektrisch variable Öffnung enthält.
N. Fahrzeugsystem nach H, wobei das erste thermische Expansionsventil ein Absperrventil enthält, das Kältemittelstrom durch das erste thermische Expansionsventil beendet.
O. Fahrzeugklimasteuerungsverfahren, umfassend: Empfangen von Kältemittel in einem Empfänger stromabwärts eines äußeren Wärmetauschers in einer Klimatisierungsautomatik, die einen äußeren Wärmetauscher, einen inneren Wärmetauscher, einen internen Wärmetauscher, enthält, wobei das Kältemittel in einem Kühlmodus, einem Heizmodus, einem Enteisungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus empfangen wird.
P. Fahrzeugklimasteuerungsverfahren nach O, ferner umfassend Wechseln zwischen dem Kühlmodus und dem Heizmodus durch eine Vorgehensweise des zunächst Einstellens von Betriebszuständen von Pumpen in einer Fahrzeugklimatisierungsautomatik.
Q. Fahrzeugklimasteuerungsverfahren nach P, ferner umfassend Schalten von Betriebszuständen eines oder mehrerer Ventile in der Fahrzeugklimatisierungsautomatik nach zunächst Einstellen der Betriebszustände von Pumpen.
R. Fahrzeugklimasteuerungsverfahren nach Q, ferner umfassend Hochrampen der Kompressordrehzahl nach dem Schalten von Betriebszuständen des einen oder der mehreren Ventile.
S. Fahrzeugklimasteuerungsverfahren nach R, ferner umfassend Einstellen eines Betriebszustands einer Kühlmittelpumpe oder einer Batteriekühlerpumpe nach dem Hochrampen der Kompressordrehzahl.
T. Fahrzeugklimasteuerungsverfahren nach O, wobei die Klimatisierungsautomatik ferner einen Zwischenwärmetauscher enthält.

Claims

Fahrzeugsystem, umfassend: einen Kühlmittelkreislauf, der einen Heizungswärmetauscher in einem Innenraum enthält; und einen Kältemittelkreislauf, der ein erstes thermisches Expansionsventil enthält, das keine direkt stromaufwärts eines Wärmetauschers in dem Innenraum positionierte elektrisch variable Öffnung enthält, wobei der Kältemittelkreislauf von dem Kühlmittelkreislauf fluidisch isoliert ist, wobei der Kältemittelkreislauf über einen Zwischenwärmetauscher mit dem Kühlmittelkreislauf in thermischer Verbindung steht.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei der Kältemittelkreislauf Teil einer Klimatisierungsautomatik ist, und ferner umfassend eine Steuerung, die Anweisungen zum Betreiben der Klimatisierungsautomatik in einem Heizmodus, einem Kühlmodus, einem Entfeuchtungsmodus und einem Enteisungsmodus enthält.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 2, wobei der Entfeuchtungsmodus Kühlen von Innenraumluft und Erwärmen von Innenraumluft über die Klimatisierungsautomatik umfasst.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Batteriekühlerkreislauf.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei der Batteriekühlerkreislauf eine Batteriekühlerpumpe, einen Batteriekühlerwärmetauscher und eine Batterie enthält.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend ein zweites thermisches Expansionsventil, das direkt stromaufwärts eines Batteriekühlerwärmetauschers positioniert ist, wobei das zweite thermische Expansionsventil, das stromaufwärts des Batteriekühlerwärmetauschers positioniert ist, keine elektrisch variable Öffnung enthält.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei das erste thermische Expansionsventil ein Absperrventil enthält, das Kältemittelstrom durch das erste thermische Expansionsventil beendet.