DE112016005264T5 - Kältekreislauf einer klimaanlage für fahrzeuge und damit ausgerüstetes fahrzeug - Google Patents

Abstract

Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die einen Kältekreislauf einer Klimaanlage für Fahrzeuge, der einen internen Wärmetauscher aufweist, und ein damit ausgerüstetes Fahrzeug betrifft, ist die Bereitstellung eines Kältekreislaufs einer Klimaanlage für Fahrzeuge mit einem internen Wärmetauscher, der es ermöglicht, ohne zusätzliche Komponenten eine Verschlechterung der Leistungszahl zu unterdrücken, und eines damit ausgerüsteten Fahrzeugs. Der erfindungsgemäße Kältekreislauf (1) einer Klimaanlage für ein Fahrzeug umfasst einen Kältemittelkreislauf (100), der einen Verdichter (2), einen Verflüssiger (3), ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil (4) und einen Verdampfer (5) einschließt, einen internen Wärmetauscher (10), einen Drucksensor (31), der den Druck eines Kältemittels zwischen dem Verflüssiger und dem internen Wärmetauscher erkennt, einen ersten Temperatursensor (32), der die Temperatur des Verdampfers erkennt, oder einen zweiten Temperatursensor (33), der einen Messpunkt zwischen dem Verdampfer und dem internen Wärmetauscher hat, und einen Ventilöffnungsregler (40), wobei der Ventilöffnungsregler als Überhitzungsgrad den Wert eines berechneten Überhitzungsgrads verwendet, der anhand von Parametern wie dem Erkennungswert des Drucksensors und dem Erkennungswert des ersten Temperatursensors oder des zweiten Temperatursensors berechnet wird.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Technik zur Verbesserung der Leistungszahl (COP = Coefficient of Performance) in einem Kältekreislauf einer Klimaanlage für Fahrzeuge, der einen internen Wärmetauscher (IHX = Internal Heat Exchanger) aufweist.
• Stand der Technik
• Die Leistungszahl (COP = Coefficient of Performance) ist als ein Indikator für den Wirkungsgrad eines Kältekreislaufs bekannt und ist ein Wert, der berechnet wird, indem die Kälteleistung im Verdampfer durch die Leistungsaufnahme des Verdichters dividiert wird. Die Leistungszahl kann zum Beispiel durch Erhöhen der Kälteleistung und Senken der Leistungsaufnahme des Verdichters erhöht werden.
• Als Vorrichtung, die die Leistungszahl eines Kältekreislaufs erhöht, ist ein im Kältekreislauf installierter interner Wärmetauscher (IHX = Internal Heat Exchanger) bekannt, der zwischen dem aus dem Verflüssiger austretenden Kältemittel mit relativ hoher Temperatur und dem aus dem Verdampfer austretenden Kältemittel mit relativ niedriger Temperatur einen Wärmeaustausch durchführt.
• Das aus dem Verflüssiger strömende Kältemittel tritt durch den internen Wärmetauscher in einem reduzierten Enthalpiezustand in den Verdampfer ein, was dazu beiträgt, die Kälteleistung des Verdampfers und die Leistungszahl (COP) zu erhöhen. Andererseits tritt das aus dem Verdampfer strömende Kältemittel durch den internen Wärmetauscher in einem erhöhten Enthalpiezustand in den Verdichter ein, was dazu beiträgt, die Leistungsaufnahme des Verdichters zu erhöhen und die Leistungszahl (COP) zu senken. Es wurden Techniken vorgeschlagen, um die Verschlechterung der Leistungszahl in einem Kältekreislauf einer Klimaanlage für Fahrzeuge mit internem Wärmetauscher zu verhindern (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1).
• Patentliteratur 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem internen Wärmetauscher und dem Verdichter ein Kältemitteltemperatursensor (Temperaturfühler) zur Steuerung eines Expansionsventils angeordnet ist. Dieses Merkmal ermöglicht es, den Ventilöffnungsgrad des Expansionsventils auf der Basis des Energiezustands des Kältemittels nach dem Wärmeaustausch im internen Wärmetauscher zu regeln, eine Erhöhung der Enthalpie des in den Verdichter eintretenden Kältemittels zu unterdrücken und eine Verschlechterung der Leistungszahl zu verhindern.
• Literatur zum Stand der Technik
• Bezugsdokumente
• Patentliteratur 1: Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-12204
• Kurzfassung der Erfindung
• Von der Erfindung zu lösende Aufgabe
• In Patentliteratur 1 besteht jedoch die Notwendigkeit, zwischen dem internen Wärmetauscher und dem Verdichter einen zusätzlichen Kältemitteltemperaturdetektor anzuordnen, wodurch eine Verschlechterung der Produktivität unvermeidlich ist. In der Fahrzeugindustrie wird in den letzten Jahren eine Erhöhung der Produktivität angestrebt, und die Installation eines weiteren Kältemitteltemperaturdetektors im Motorraum, wo zahlreiche Komponenten auf komplexe Weise angeordnet sind, läuft einer Erhöhung der Produktivität zuwider.
• Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die einen Kältekreislauf einer Klimaanlage für Fahrzeuge mit einem internen Wärmetauscher und ein damit ausgerüstetes Fahrzeug betrifft, ist daher die Bereitstellung eines Kältekreislaufs einer Klimaanlage für Fahrzeuge mit internem Wärmetauscher, der es ermöglicht, ohne zusätzliche Komponenten eine Verschlechterung der Leistungszahl zu unterdrücken, und eines damit ausgerüsteten Fahrzeugs.
• Mittel zur Lösung der Aufgabe
• Der Kältekreislauf einer Klimaanlage für Fahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter, einen Verflüssiger, ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil und einen Verdampfer durch Rohre verbindet und ein Kältemittel umlaufen lässt, einen internen Wärmetauscher, der zwischen einem ersten Wärmetauscherteil, in welchem Kältemittel strömt, das aus dem Verflüssiger zum elektronisch gesteuerten Expansionsventil geleitet wird, und einem zweiten Wärmetauscherteil, in welchem Kältemittel strömt, das aus dem Verdampfer zur Ansaugseite des Verdichters geleitet wird, einen Wärmeaustausch des Kältemittels durchführt, einen Drucksensor, der den Druck des Kältemittels zwischen dem Verflüssiger und dem internen Wärmetauscher erkennt, und mindestens einen von einem ersten Temperatursensor, der die Temperatur des Verdampfers oder die Temperatur der durch den Verdampfer strömenden Luft erkennt, und einem zweiten Temperatursensor, der einen Messpunkt zwischen dem Verdampfer und dem internen Wärmetauscher hat, und einen Ventilöffnungsregler, der den Ventilöffnungsgrad des elektronisch gesteuerten Expansionsventil auf der Basis des Überhitzungsgrads des Kältemittels zwischen dem internen Wärmetauscher und dem Verdichter steuert, wobei der Ventilöffnungsregler als Überhitzungsgrad den Wert eines berechneten Überhitzungsgrads verwendet, der anhand von Parametern wie dem Erkennungswert des Drucksensors und mindestens eines vom Erkennungswert des ersten Temperatursensors und Erkennungswert des zweiten Temperatursensors berechnet wird.
• Im Kältekreislauf einer Klimaanlage für Fahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Ventilöffnungsregler eine Recheneinheit auf, die den berechneten Überhitzungsgrad berechnet, wobei, wenn a [°C] ein aus dem Erkennungswert des Drucksensors umgerechneter Temperaturwert ist, b [°C] der Erkennungswert des ersten Temperatursensors ist, c [°C] der Erkennungswert des zweiten Temperatursensors ist, α [°C] die Differenz zwischen dem Erkennungswert c und dem Erkennungswert b ist, und Elow der aus dem (Ausdruck 1) abgeleitete Wert der Wärmeaustauschrate des internen Wärmetauschers ist, die Recheneinheit derart konfiguriert ist, dass sie anhand von (Ausdruck 2) oder (Ausdruck 3) die Temperatur X [°C] des Kältemittels zwischen dem internen Wärmetauscher und dem Verdichter schätzt und anhand der Differenz zwischen dem Wert der Temperatur X [°C] und dem Erkennungswert b [°C] oder der Differenz zwischen der Temperatur X [°C] und (Erkennungswert c [°C] - a) den Wert des berechneten Überhitzungsgrads berechnet; $$\text{Elow}=100\times \frac{T3-T4}{T1-T4}$$

  
• In Ausdruck 1 ist T1 der Temperaturmesswert des Kältemittels auf der Einlassseite des ersten Wärmetauscherteils, T3 der Temperaturmesswert des Kältemittels auf der Auslassseite des zweiten Wärmetauscherteils, und T4 der Temperaturmesswert des Kältemittels auf der Einlassseite des zweiten Wärmetauscherteils. $$\text{X}\mathrm{=}\frac{\text{Elow}\times \left\{\text{a}-\left(\text{b}+\alpha \right)\right\}}{100}+\left(\text{b}+\alpha \right)$$

  

  $$\text{X}\mathrm{=}\frac{\text{Elow}\times \left(\text{a}-\text{c}\right)}{100}+\text{c}$$

  
• Im Kältekreislauf der Klimaanlage für Fahrzeuge der vorliegenden Erfindung verwendet die Recheneinheit bevorzugt den Erkennungswert c [°C] des zweiten Temperatursensors in der Schätzung der Temperatur X [°C] und den Erkennungswert b [°C] des ersten Temperatursensors in der Berechnung des Werts des berechneten Überhitzungsgrads. Dies ermöglicht eine genauere Schätzung des Überhitzungsgrads des in den Verdichter eingesaugten Kältemittels, wodurch es möglich ist, eine Verschlechterung der Leistungszahl zuverlässiger zu unterdrücken.
• Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Kältekreislauf einer Klimaanlage für Fahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist. Das Fahrzeug, das mit einer Klimaanlage für Fahrzeuge ausgerüstet ist, die eine hohe Leistungszahl aufweist, kann ohne Abnahme der Produktivität bereitgestellt werden.
• Wirkung der Erfindung
• Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Kältekreislauf einer Klimaanlage für Fahrzeuge mit internem Wärmetauscher und ein damit ausgerüstetes Fahrzeug und zielt auf die Bereitstellung eines Kältekreislaufs einer Klimaanlage für Fahrzeuge mit internem Wärmetauscher ab, der es ermöglicht, eine Abnahme der Leistungszahl ohne zusätzliche Komponenten zu unterdrücken, und eines damit ausgerüsteten Fahrzeugs.
• Figurenliste
• 1 ist ein Systemplan, der eine beispielhafte Ausführungsform eines Kältekreislaufs einer Klimaanlage für Fahrzeuge zeigt.
• 2 ist ein Ablaufplan, der eine beispielhafte Verarbeitung zur Regelung des Ventilöffnungsgrads des elektrisch gesteuerten Expansionsventils durch einen Ventilöffnungsregler zeigt.
• Ausführungsform der Erfindung
• Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Ausführungsform, die im Folgenden beschrieben wird, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Gleiche Bezugszeichen in der Beschreibung und in den Zeichnungen bezeichnen gleiche oder vergleichbare Elemente. Verschiedene Änderungen sind an der Ausführungsform möglich, solange die gleiche Wirkung erhalten wird.
• 1 ist ein Systemplan, der eine beispielhafte Ausführungsform eines Kältekreislaufs einer Klimaanlage für Fahrzeuge zeigt. Wie in 1 dargestellt, umfasst der Kältekreislauf 1 einer Klimaanlage für Fahrzeuge einen Kältemittelkreislauf 100, der einen Verdichter 2, einen Verflüssiger 3, ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil 4 und einen Verdampfer 5 durch Rohre 61 - 66 verbindet und ein Kältemittel umlaufen lässt, einen internen Wärmetauscher 10, der zwischen einem ersten Wärmetauscherteil 11, in welchem Kältemittel strömt, das aus dem Verflüssiger 3 zum elektronisch gesteuerten Expansionsventil 4 geleitet wird, und einem zweiten Wärmetauscherteil 12, in welchem Kältemittel strömt, das aus dem Verdampfer 5 zur Ansaugseite des Verdichters 2 geleitet wird, einen Wärmeaustausch des Kältemittels durchführt, einen Drucksensor 31, der den Druck des Kältemittels zwischen dem Verflüssiger 3 und dem internen Wärmetauscher 10 erkennt, und mindestens eines von einem ersten Temperatursensor 32, der die Temperatur des Verdampfers 5 oder die Temperatur der durch den Verdampfer 5 strömenden Luft erkennt, und einem zweiten Temperatursensor 33, der einen Messpunkt zwischen dem Verdampfer 5 und dem internen Wärmetauscher 10 hat, und einen Ventilöffnungsregler 40, der den Ventilöffnungsgrad des elektronisch gesteuerten Expansionsventils 4 auf der Basis des Überhitzungsgrads des Kältemittels zwischen dem internen Wärmetauscher 10 und dem Verdichter 2 regelt, wobei der Ventilöffnungsregler 40 als Überhitzungsgrad den Wert eines berechneten des Überhitzungsgrads verwendet, der anhand von Parametern wie dem Erkennungswert des Drucksensors 31 und mindestens eines vom Erkennungswert des ersten Temperatursensors 32 und vom Erkennungswert des zweiten Temperatursensors 33 berechnet wird.
• Der Kältemittelkreislauf 100 ist ein geschlossener Kreislauf, der den Verdichter 2, den Verflüssiger 3, das elektronisch gesteuerte Expansionsventil 4 und den Verdampfer 5 durch Rohre 61 - 66 verbindet, und in welchem ein Kältemittel umläuft. Das Kältemittel kann zum Beispiel ein Fluorchlorkohlenstoff (Freon) wie R134a, HFO-1234yf oder Kohlendioxid sein.
• Der Verdichter 2 empfängt die Antriebskraft von einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) oder einem Elektromotor (nicht dargestellt) und verdichtet ein gasförmiges Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck zu einem gasförmigen Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck. Der Verdichter 2 kann unverstellbaren oder verstellbaren Typs sein.
• Der Verflüssiger 3 ist ein Wärmetauscher und kühlt das aus dem Verdichter 2 ausgelassene gasförmige Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel durch den Fahrtwind, Blasluft vom Kühllüfter 7 oder beides, um es zu einem verflüssigten Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel zu machen. Der Kühllüfter 7 kann ein Lüfter speziell für den Verflüssiger 3 sein, oder ein Lüfter, der zugleich der Kühlung eines Kühlers (nicht dargestellt) dient, der in der Nähe des Verflüssigers 3 auf der windabgewandten Seite angeordnet ist.
• Das elektronisch gesteuerte Expansionsventil 4 führt durch Drosselwirkung eine Druckminderung und Expansion des im Verflüssiger 3 verflüssigten Kältemittels durch, um es zu einem sprühnebelförmigen Kältemittel (Kältemittel im gasförmigen/ flüssigen Mischzustand) zu machen, und regelt gleichzeitig die Durchflussmenge des Kältemittels.
• Der Verdampfer 5 ist ein Wärmetauscher und verdampft das Kältemittel, das durch das elektronisch gesteuerte Expansionsventil 4 einen gasförmigen/flüssigen Mischzustand angenommen hat, und führt durch die dabei benötigte Verdampfungswärme eine Kühlung und Entfeuchtung der durch den Verdampfer 5 strömenden Blasluft durch.
• Der interne Wärmetauscher 10 ist auf dem Kältemittelkreislauf 100 angeordnet. Der interne Wärmetauscher 10 umfasst einen ersten Wärmetauscherteil 11, durch welchen Kältemittel strömt, das vom Verflüssiger 3 zum elektronisch gesteuerten Expansionsventil 4 geleitet wird, und einen zweiten Wärmetauscherteil 12, durch welchen Kältemittel strömt, das vom Verdampfer 5 zur Ansaugseite des Verdichters 2 geleitet wird, und führt zwischen dem im ersten Wärmetauscherteil 11 strömenden Kältemittel mit relativ hoher Temperatur und dem im zweiten Wärmetauscherteil 12 strömenden Kältemittel mit relativ niedriger Temperatur einen Wärmeaustausch durch.
• Die Wärmeaustauschrate Elow des internen Wärmetauschers 10 ist ein Wert, der jedem internen Wärmetauscher inhärent ist und durch den folgenden Ausdruck 1 definiert wird. In Ausdruck 1 ist T1 der Temperaturmesswert des Kältemittels auf der Einlassseite 10a des ersten Wärmetauscherteils 11, T3 der Temperaturmesswert des Kältemittels auf der Auslassseite 10d des zweiten Wärmetauscherteils 12 und T4 der Temperaturmesswert des Kältemittels auf der Einlassseite 10c des zweiten Wärmetauscherteils 12. T1, T3 und T4 werden zum Beispiel vor dem Einbau des Kältekreislaufs 1 in die Klimaanlage für Fahrzeuge an Messpunkten der jeweiligen Temperatursensoren am Einlass 10a des ersten Wärmetauscherteils 11, am Auslass 10d des zweiten Wärmetauscherteils 12 und am Einlass 10c des zweiten Wärmetauscherteils 12 gemessen. $$\text{Elow}=100\times \frac{T3-T4}{T1-T4}$$

  
• Das Rohr 61 verbindet den Auslass des Verdichters 2 direkt oder indirekt mit dem Einlass des Verflüssigers 3. Das Rohr 62 verbindet den Auslass des Verflüssigers 3 direkt oder indirekt mit dem Einlass 10a des ersten Wärmetauscherteils 11. Das Rohr 63 verbindet den Auslass 10b des ersten Wärmetauscherteils 11 direkt oder indirekt mit dem Einlass des elektronisch gesteuerten Expansionsventils 4. Das Rohr 64 verbindet den Auslass des elektronisch gesteuerten Expansionsventils 4 direkt oder indirekt mit dem Einlass des Verdampfers 5. Das Rohr 65 verbindet den Auslass des Verdampfers 5 direkt oder indirekt mit dem Einlass 10c des zweiten Wärmetauscherteils 12. Das Rohr 66 verbindet den Auslass 10d des zweiten Wärmetauscherteils 12 direkt oder indirekt mit dem Einlass des Verdichters 2.
• Der Drucksensor 31 erkennt den Druck des Kältemittels, das aus dem Verflüssiger 3 austritt, und ist eine im herkömmlichen Kältekreislauf bestehende Vorrichtung. Der Messpunkt des Drucksensors 31 ist zum Beispiel in einem Kältemittelauslassrohr (nicht dargestellt) des Verflüssigers 3 oder in einer am Rohr 62 vorgesehenen Montagebohrung (nicht dargestellt) derart befestigt, dass er mit dem Kältemittel in Kontakt ist. Im herkömmlichen Kältekreislauf wird der Erkennungswert des Drucksensors 31 zum Beispiel von der Sicherheitsvorrichtung des Kältemittelkreislaufs 100 verwendet. Das heißt, wenn das aus dem Verflüssiger 3 austretende Kältemittel aufgrund eines Defekts des elektronisch gesteuerten Expansionsventils 4 nicht wie geplant strömt und der Druck des Kältemittelkreislaufs 100 vom Verdichter 2 bis zum elektronisch gesteuerte Expansionsventil 4 einen Sollwert übersteigt, wird die Steuerung so durchgeführt, dass der Verdichter 2 abgeschaltet wird, um mechanische Schäden am Kältemittelkreislauf 100 zu verhindern. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Erkennungswert des Drucksensors 31 zusätzlich zur Verwendung im herkömmlichen Kältekreislauf zur Regelung des Ventilöffnungsgrads des elektronisch gesteuerten Expansionsventils 4 verwendet. Durch Verwenden des Erkennungswerts des Drucksensors 31 wird der Ventilöffnungsgrad unter Verwendung der Energie des aus dem Verflüssiger 3 austretenden Hochdruckkältemittels geregelt, weshalb es möglich ist, die Umlaufmenge des Kältemittels und auch die Wärmeaustauschmenge im Verflüssiger 3 zu berücksichtigen, und die Regelung des Ventilöffnungsgrads mit höherer Genauigkeit ermöglicht wird.
• Der erste Temperatursensor 32 erkennt die Temperatur des Verdampfers 5 oder die Temperatur der durch den Verdampfer 5 strömenden Luft und ist eine im herkömmlichen Kältekreislauf bestehende Vorrichtung. Falls der erste Temperatursensor 32 die Temperatur des Verdampfers 5 erkennt, ist der Messpunkt des ersten Temperatursensors 32 zum Beispiel an einer Rippe befestigt, die an einer Stelle des Verdampfers 5 liegt, wo die Temperatur am niedrigsten ist. Falls der erste Temperatursensor 32 die Temperatur der durch den Verdampfer 5 strömenden Luft erkennt, ist der Messpunkt des ersten Temperatursensors 32 zum Beispiel an einer bekannten herkömmlichen Struktur in einem Zwischenraum befestigt, der in der Strömungsrichtung hinter der Stelle des Verdampfers 5 liegt, wo die Temperatur am niedrigsten ist. Im herkömmlichen Kältekreislauf wird der Erkennungswert des ersten Temperatursensors 32 zum Beispiel zur Ein-Aus-Regelung eines unverstellbaren Verdichters 2 verwendet. Das heißt, wenn die Temperatur des Verdampfers 5 oder die Temperatur der durch den Verdampfer 5 strömenden Luft einen Sollwert übersteigt und die Temperatur des Verdampfers 5 oder die Temperatur der durch den Verdampfer 5 strömenden Luft nicht unter den Sollwert abfällt, solange der Verdichter 2 betrieben wird, wird die Steuerung so durchgeführt, dass der Verdichter 2 abgeschaltet wird. Oder der Erkennungswert wird zur Regelung der Fördermenge eines verstellbaren Verdichters 2 verwendet. Das heißt, wenn die Temperatur des Verdampfers 5 oder die Temperatur der durch den Verdampfer 5 strömenden Luft einen Sollwert übersteigt und die Temperatur des Verdampfers 5 oder die Temperatur der durch den Verdampfer 5 strömenden Luft nicht unter den Sollwert abfällt, solange die Fördermenge des Verdichters 2 erhöht wird, wird die Steuerung so durchgeführt, dass die Fördermenge des Verdichters 2 gesenkt wird. Der erste Temperatursensor 32 wird an einer Stelle des Verdampfers 5 installiert, wo die Temperatur am niedrigsten ist, damit ein Einfrieren des Verdampfers 5 frühzeitig erkannt wird. Die Stelle des Verdampfers 5, wo die Temperatur am niedrigsten ist, ist der Teil im Kältemittelkreislauf 100, wo der Überhitzungsgrad des Kältemittels am kleinsten oder null ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Erkennungswert des ersten Temperatursensors 32 zusätzlich zur Verwendung im herkömmlichen Kältekreislauf zur Regelung des Ventilöffnungsgrads des elektronisch gesteuerten Expansionsventils 4 verwendet. Der Erkennungswert des ersten Temperatursensors 32 ist ein Wert, der von der Lufttemperatur im Fahrzeuginnenraum und von der Luftmenge vom Gebläse zum Verdampfer 5 abhängig ist. Durch Verwenden des Erkennungswerts des ersten Temperatursensors 32 ist es möglich, Faktoren wie die Lufttemperatur im Fahrzeuginnenraum und die Luftmenge vom Gebläse zum Verdampfer 5 in der Regelung des Ventilöffnungsgrads zu berücksichtigen, wodurch es möglich ist, die Regelung des Ventilöffnungsgrads mit höherer Genauigkeit durchzuführen.
• Der zweite Temperatursensor 33 erkennt die Temperatur des Kältemittels, das aus dem Verdampfer 5 strömt, und ist eine im herkömmlichen Kältekreislauf bestehende Vorrichtung. Der Messpunkt des zweiten Temperatursensors 33 ist zum Beispiel am Außenumfang eines Kältemittelauslassrohrs (nicht dargestellt) des Verdampfers 5 oder am Außenumfang des Rohrs 65 derart befestigt, dass er mit diesem in Kontakt ist. Im herkömmlichen Kältekreislauf wird der Erkennungswert des zweiten Temperatursensors 33 zum Beispiel zur Regelung des Ventilöffnungsgrads des elektronisch gesteuerten Expansionsventils 4 verwendet. Das heißt, der Ventilöffnungsgrad des elektronisch gesteuerten Expansionsventils 4 wird so geregelt, dass der Wert des Überhitzungsgrads am Kältemittelauslass des Verdampfers 5, wo der Messpunkt des zweiten Temperatursensors 33 installiert ist, zum Sollwert wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Ventilöffnungsgrad des elektronisch gesteuerten Expansionsventils 4 auf der Basis des Überhitzungsgrads des Kältemittels zwischen dem internen Wärmetauscher 10 und dem Verdichter 2 geregelt, statt auf der Basis des Überhitzungsgrads am Kältemittelauslass des Verdampfers 5, wo der Messpunkt des zweiten Temperatursensors 33 installiert ist.
• Der Erkennungswert des zweiten Temperatursensors 33 ist etwas höher als der Erkennungswert des ersten Temperatursensors 32. Die Differenz α zwischen dem Erkennungswert des zweiten Temperatursensors 33 und dem Erkennungswert des ersten Temperatursensors 32 ist je nach der Umlaufmenge des Kältemittels, der Temperatur oder Luftmenge der durch den Verdampfer 5 strömenden Ventilationsluft, dem Installationsort des ersten Temperatursensors 32 und zweiten Temperatursensors 33 oder dem Einstellwert des elektronisch gesteuerten Expansionsventils 4 (Solltemperatur des aus dem Verdampfer 5 strömenden Kältemittels, des Überhitzungsgrads) usw. unterschiedlich und kann zum Beispiel 2 - 6 °C betragen.
• Der Kältekreislauf 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann sowohl den ersten Temperatursensor 32 als auch den zweiten Temperatursensor 33 oder nur einen vom ersten Temperatursensor 32 und zweiten Temperatursensor 33 umfassen. Wenn sowohl der erste Temperatursensor 32 als auch der zweite Temperatursensor 33 vorgesehen sind, ermöglicht dies eine genauere Schätzung des Überhitzungsgrads. Und wenn nur einer vom ersten Temperatursensor 32 oder zweiten Temperatursensor 33 vorgesehen ist, ist es möglich, die Zahl der Komponenten zu reduzieren. Falls einer vom ersten Temperatursensor 32 oder zweiten Temperatursensor 33 nicht vorgesehen ist, wird bevorzugt der zweite Temperatursensor 33 ausgelassen.
• Der Ventilöffnungsregler 40 umfasst bevorzugt eine Recheneinheit 41, die den berechneten Überhitzungsgrad berechnet, und eine Ventilsteuereinheit 42, die den Ventilöffnungsgrad des elektronisch gesteuerten Expansionsventils 4 auf der Basis des berechneten Überhitzungsgrads regelt. Der berechnete Überhitzungsgrad ist ein Schätzwert des Überhitzungsgrads des in den Verdichter 2 eingesaugten Kältemittels. Der Ventilöffnungsregler 40 ist bevorzugt in der Klimaanlagen-Steuereinheit (nicht dargestellt) installiert, oder in der Motorsteuerung (nicht dargestellt) des Fahrzeugs, in welchem der Kältekreislauf 1 installiert ist. In Bezug auf verschiedene Faktoren wie dem Fahrzeugdesign, der Kapazität des Speichers oder den Kosten ist Flexibilität gegeben.
• 2 ist ein Ablaufplan, der eine beispielhafte Verarbeitung zur Regelung des Ventilöffnungsgrads des elektrisch gesteuerten Expansionsventils durch den Ventilöffnungsregler zeigt. Das Verfahren zur Regelung des Ventilöffnungsgrads weist bevorzugt einen Prozess des Schätzens des Temperatur X [°C] des Kältemittels zwischen dem internen Wärmetauscher 10 und dem Verdichter 2 (Schritt S1), einen Prozess des Berechnens des Werts des berechneten Überhitzungsgrads (Schritt S2) und einen Prozess des Regelns des Ventilöffnungsgrads (Schritt S3) auf.
• (Schritt S1)
• In Schritt S1 berechnet die Recheneinheit 41 des Ventilöffnungsreglers anhand von (Ausdruck 2) oder (Ausdruck 3) den geschätzten Wert der Temperatur X [°C] des Kältemittels zwischen dem internen Wärmetauscher 10 und dem Verdichter 2. In Ausdruck 2 oder Ausdruck 3 ist Elow die Wärmeaustauschrate des internen Wärmetauschers 10, die vorher in (Ausdruck 1) abgeleitet wurde, und ist ein Wert, der dem internen Wärmetauscher 10 inhärent ist. a [°C] ist ein Temperaturwert, der anhand des Erkennungswerts des Drucksensors 31 berechnet wurde. Da das Kältemittel zwischen dem Verflüssiger 3 und dem internen Wärmetauscher 10 im gesättigten Zustand ist, wird die Temperatur a [°C] durch den vom Drucksensor 31 erkannten Druckwerts eindeutig bestimmt. b [°C] ist der Erkennungswert des ersten Temperatursensors 32. c [°C] ist der Erkennungswert des zweiten Temperatursensors 33. α [°C] ist die Differenz zwischen dem Erkennungswert c [°C] des zweiten Temperatursensors 33 und dem Erkennungswert b [°C] des ersten Temperatursensors 32. α [°C] kann ein Wert sein, der auf der Basis des Messwerts des ersten Temperatursensors 32 und des zweiten Temperatursensors 33 berechnet wird, oder ein geschätzter Wert, der auf der Basis der Umlaufmenge des Kältemittels, der Temperatur oder Luftmenge der durch den Verdampfer 5 strömenden Ventilationsluft, dem Installationsort des ersten Temperatursensors 32 und zweiten Temperatursensors 33 oder dem Einstellwert des elektronisch gesteuerten Expansionsventils 4 (Solltemperatur des aus dem Verdampfer 5 strömenden Kältemittels, des Überhitzungsgrads) berechnet wird. In Schritt S1 wird Ausdruck 2 angewandt, wenn in der Schätzung der Temperatur X der Erkennungswert b des ersten Temperatursensors 32 verwendet wird. Wenn in der Schätzung der Temperatur X der Erkennungswert c des zweiten Temperatursensors 33 verwendet wird, wird Ausdruck 3 angewandt. $$\text{X}\mathrm{=}\frac{\text{Elow}\times \left\{\text{a}-\left(\text{b}+\alpha \right)\right\}}{100}+\left(\text{b}+\alpha \right)$$

  

  $$\text{X}\mathrm{=}\frac{\text{Elow}\times \left(\text{a}-\text{c}\right)}{100}+\text{c}$$

  
• (Schritt S2)
• In Schritt S2 berechnet die Recheneinheit 41 des Ventilöffnungsreglers anhand des Werts der Temperatur X [°C] und des Erkennungswerts b [°C] oder des Erkennungswerts c [°C] den Wert des berechneten Überhitzungsgrads. In der vorliegenden Ausführungsform gilt die Sättigungstemperatur des Kältemittels im Verdampfer 5 abzüglich der Temperatur des Kältemittels direkt vor dem Eintritt in den Verdichter 2 als berechneter Überhitzungsgrad, und dieser berechnete Überhitzungsgrad wird als Überhitzungsgrad des Kältemittels zwischen dem internen Wärmetauscher 10 und dem Verdichter 2 betrachtet. Wenn hierbei der Erkennungswert b [°C] verwendet wird, weist das wie oben beschrieben vom ersten Temperatursensor 32 erkannte Kältemittel im Kältemittelkreislauf 100 den kleinsten Überhitzungsgrad (oder einen Überhitzungsgrad von null) auf, weshalb der Erkennungswert b [°C] als Sättigungstemperatur des Kältemittels betrachtet wird, und wenn der Erkennungswert c [°C] verwendet wird, wird (c - a) [°C] als Sättigungstemperatur des Kältemittels betrachtet. Die Temperatur direkt vor dem Eintritt in den Verdichter 2 ist die in Schritt S1 ermittelte Temperatur X. Der berechnete Überhitzungsgrad wird demnach durch Ausdruck 4 oder Ausdruck 5 berechnet: $$\text{Berechneter Überhitzungsgrad}\mathrm{=}\text{X}\mathrm{-}\text{b}$$

  

  $$\text{Berechneter Überhitzungsgrad}\mathrm{=}\text{X}\mathrm{-}\left(\text{a}-\mathrm{\alpha }\right)$$

  
• (Schritt S3)
• In Schritt S3 regelt die Ventilsteuereinheit 42 des Ventilöffnungsreglers 40 den Ventilöffnungsgrad des elektronisch gesteuerte Expansionsventils 4 auf der Basis des Werts des berechneten Überhitzungsgrads, der in Schritt S2 berechnet wurde.
• Im Kältekreislauf 1 der Klimaanlage für Fahrzeuge der vorliegenden Ausführungsform verwendet die Recheneinheit 41 bevorzugt den Erkennungswert c [°C] des zweiten Temperatursensors 32 in der Schätzung der Temperatur X [°C] und den Erkennungswert b [°C] des ersten Temperatursensors 31 in der Berechnung des Werts des berechneten Überhitzungsgrads. Da Ausdruck 3 zur Schätzung der Temperatur X [°C] verwendet wird und Ausdruck 4 zur Berechnung des Werts des berechneten Überhitzungsgrads verwendet wird, ist eine Korrektur durch den Korrekturwert α nicht mehr erforderlich, und der Überhitzungsgrad des in den Verdichter eingesaugten Kältemittels kann genauer geschätzt werden, wodurch es möglich ist, eine Verschlechterung der Leistungszahl zuverlässiger zu unterdrücken.
• Der Kältekreislauf 1 der Klimaanlage für Fahrzeuge gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in der Lage, die Energie (Überhitzungsgrad) des in den Verdichter 2 eintretenden Kältemittels zu schätzen und die Kältemitteldurchflussmenge dementsprechend mit dem Expansionsventil zu regeln. Da als Parameter zur Regelung des Ventilöffnungsgrads der Erkennungswert eines Drucksensors 31 und mindestens einer vom Erkennungswert des ersten Temperatursensors 32 und vom Erkennungswert des zweiten Temperatursensors 33 verwendet werden, die in herkömmlichen Klimaanlagen vorhanden sind, ist es möglich, eine Klimaanlage bereitzustellen, die eine Verschlechterung der Leistungszahl unterdrückt, ohne dass neue Komponenten hinzugefügt werden müssen.
• Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist mit einem Kältekreislauf 1 einer Klimaanlage für Fahrzeuge gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgerüstet. Das Fahrzeug, das mit einer Klimaanlage für Fahrzeuge mit hoher Leistungszahl ausgerüstet ist, kann bereitgestellt werden, ohne die Produktivität zu verschlechtern.
• Bezugszeichenliste

1

Kältekreislauf einer Klimaanlage für Fahrzeuge

2

Verdichter

3

Verflüssiger

4

elektronisch gesteuertes Expansionsventil

5

Verdampfer

7

Kühllüfter

10

interner Wärmetauscher

10a

Einlass des ersten Wärmetauscherteils

10b

Auslass des ersten Wärmetauscherteils

10c

Einlass des zweiten Wärmetauscherteils

10d

Auslass des zweiten Wärmetauscherteils

11

erster Wärmetauscherteil

12

zweiter Wärmetauscherteil

31

Drucksensor

32

erster Temperatursensor

33

zweiter Temperatursensor

40

Ventilöffnungsregler

41

Recheneinheit

42

Ventilsteuereinheit

61 bis 66

Rohre

100

Kältemittelkreislauf

Claims (4)

1. Kältekreislauf einer Klimaanlage für Fahrzeuge, umfassend einen Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter, einen Verflüssiger, ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil und einen Verdampfer durch Rohre verbindet und ein Kältemittel umlaufen lässt, einen internen Wärmetauscher, der zwischen einem ersten Wärmetauscherteil, in welchem Kältemittel strömt, das aus dem Verflüssiger zum elektronisch gesteuerten Expansionsventil geleitet wird, und einem zweiten Wärmetauscherteil, in welchem Kältemittel strömt, das aus dem Verdampfer zur Ansaugseite des Verdichters geleitet wird, einen Wärmeaustausch des Kältemittels durchführt, einen Drucksensor, der den Druck des Kältemittels zwischen dem Verflüssiger und dem internen Wärmetauscher erkennt, mindestens eines von einem ersten Temperatursensor, der die Temperatur des Verdampfers oder die Temperatur der durch den Verdampfer strömenden Luft erkennt, und einem zweiten Temperatursensor, der einen Messpunkt zwischen dem Verdampfer und dem internen Wärmetauscher hat, und einen Ventilöffnungsregler, der den Ventilöffnungsgrad des elektronisch gesteuerten Expansionsventils auf der Basis des Überhitzungsgrads des Kältemittels zwischen dem internen Wärmetauscher und dem Verdichter regelt, wobei der Ventilöffnungsregler als Überhitzungsgrad den Wert eines berechneten Überhitzungsgrads verwendet, der anhand des Erkennungswerts des Drucksensors und mindestens eines vom Erkennungswert des ersten Temperatursensors und Erkennungswert des zweiten Temperatursensors als Parameter berechnet wird.
2. Kältekreislauf einer Klimaanlage für Fahrzeuge nach Anspruch 1, umfassend eine Recheneinheit, die den berechneten Überhitzungsgrads berechnet, wobei, wenn a [°C] ein aus dem Erkennungswert des Drucksensors umgerechneter Temperaturwert ist, b [°C] der Erkennungswert des ersten Temperatursensors ist, c [°C] der Erkennungswert des zweiten Temperatursensors ist, α [°C] die Differenz zwischen dem Erkennungswert c und dem Erkennungswert b ist, und Elow der aus dem (Ausdruck 1) abgeleitete Wert der Wärmeaustauschrate des internen Wärmetauschers ist, die Recheneinheit anhand von (Ausdruck 2) oder (Ausdruck 3) die Temperatur X [°C] des Kältemittels zwischen dem internen Wärmetauscher und dem Verdichter schätzt und anhand der Differenz zwischen dem Wert der Temperatur X [°C] und dem Erkennungswert b [°C] oder der Differenz zwischen der Temperatur X [°C] und (Erkennungswert c [°C] - a) den Wert des berechneten Überhitzungsgrads berechnet; $$\text{Elow}=100\times \frac{T3-T4}{T1-T4}$$

   

   wobei in Ausdruck 1 T1 der Temperaturmesswert des Kältemittels auf der Einlassseite des ersten Wärmetauscherteils, T3 der Temperaturmesswert des Kältemittels auf der Auslassseite des zweiten Wärmetauscherteils und T4 der Temperaturmesswert des Kältemittels auf der Einlassseite des zweiten Wärmetauscherteils ist. $$\text{X}\mathrm{=}\frac{\text{Elow}\times \left\{\text{a}-\left(\text{b}+\alpha \right)\right\}}{100}+\left(\text{b}+\alpha \right)$$

   

   $$\text{X}\mathrm{=}\frac{\text{Elow}\times \left(\text{a}-\text{c}\right)}{100}+\text{c}$$

   
3. Kältekreislauf einer Klimaanlage für Fahrzeuge nach Anspruch 2, wobei die Recheneinheit den Erkennungswert c [°C] des zweiten Temperatursensors in der Schätzung der Temperatur X [°C] verwendet und den Erkennungswert b [°C] des ersten Temperatursensors 31 in der Berechnung des Werts des berechneten Überhitzungsgrads verwendet.
4. Fahrzeug, das mit einem Kältekreislauf einer Klimaanlage für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 1-3 ausgerüstet ist.

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