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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine auf ein Fahrzeug angewandte Fahrzeugklimaanlage und insbesondere eine Fahrzeugklimaanlage, die eine Enteisung eines externen Wärmetauschers durchführt.
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STAND DER TECHNIK
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Üblicherweise umfasst bei einer auf ein Fahrzeug angewandten Fahrzeugklimaanlage ein Verdichter einen Kältemittelkreislauf, in dem ein interner Wärmetauscher (der beim Kühlen ein Verdampfer und beim Heizen ein Kondensator ist), ein externer Wärmetauscher (der beim Kühlen ein Kondensator und beim Heizen ein Verdampfer ist) und ein Expansionsventil verbunden sind, und klimatisiert das Innere einer Fahrgastzelle, indem der Fahrgastzelle Luft zugeführt wird, die an dem internen Wärmetauscher einen Wärmeaustausch mit einem Kältemittel erfahren hat.
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Bei einer solchen Fahrzeugklimaanlage dient der externe Wärmetauscher während des Heizbetriebs als Wärmesenke, weshalb es bei einer niedrigen Außenlufttemperatur geschehen kann, dass kondensiertes Wasser an der Oberfläche des externen Wärmetauschers gefriert und sich Eis bildet. Wenn sich an dem externen Wärmetauscher Eis bildet, sinkt der Wärmeübertragungskoeffizient, und es wird zu wenig Wärme absorbiert, sodass die Fahrgastzelle nicht ausreichend geheizt werden kann, weshalb die Durchführung eines Enteisungsbetriebs erforderlich ist. Daher ist eine Fahrzeugklimaanlage bekannt, die bei Eisbildung am externen Wärmetauscher durch Umschalten zwischen einem starken Enteisungsbetriebsmodus, in dem aus dem Verdichter abgegebenes Kältemittel zum internen Wärmetauscher strömt und dann zu dem externen Wärmetauscher zirkulieren gelassen wird, und einem schwachen Enteisungsbetriebsmodus, in dem der externe Wärmetauscher umgangen wird, der Situation entsprechend einen Enteisungsbetrieb mit angemessener Leistung durchführt (zum Beispiel Patentdokument 1).
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LISTE DER REFERENZDOKUMENTE
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PATENTDOKUMENTE
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Patentdokument 1:
JP 2014-196018 A
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Bei der Fahrzeugklimaanlage aus Patentdokument 1 ist jedoch bei der Enteisung gemäß dem starken Enteisungsbetriebsmodus der Wärmeverlust an den Rohrleitungen und die Wärmeabstrahlung beim Wärmeaustausch mit der Außenluft groß, sodass die Wärmemenge aufgrund des Verdichters allein nicht für die Enteisung ausreicht und die Gefahr besteht, dass die Enteisung viel Zeit in Anspruch nimmt oder eine ungleichmäßige Enteisung stattfindet. Wenn andererseits für den Fall, dass es bei verhältnismäßig hoher Außenlufttemperatur (über 0 °C) während des Heizens zu Eisbildung am externen Wärmetauscher kommt, so ist der schwache Enteisungsbetriebsmodus der zum Auftauen des Eises am externen Wärmetauscher ausgewählte Betriebsmodus, in dem das Kältemittel nicht zum externen Wärmetauscher zirkulieren gelassen wird, weshalb keine aktive Enteisung des externen Wärmetauschers durchgeführt wird und die Gefahr besteht, dass die Enteisung ungleichmäßig ist.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der genannten Umstände getätigt, und ihr liegt unter anderem als Aufgabe zugrunde, die Enteisung entsprechend der Situation eines Fahrzeugs zuverlässig, rasch und ohne Ungleichmäßigkeiten durchzuführen.
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LÖSUNG DER AUFGABE
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Fahrzeugklimaanlage bereitgestellt, umfassend einen Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter, der ein Kältemittel verdichtet, einen externen Wärmetauscher, der einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und Außenluft bewirkt, und einen Wärmeabsorptionswärmetauscher beinhaltet, der Wärme aus einem Wärmeabsorptionsobjekt absorbiert, und eine Steuervorrichtung, die den Kältemittelkreislauf steuert, wobei die Steuervorrichtung mehrere Enteisungsmodi, die einen Heißgasenteisungsmodus, in dem durch das an dem Verdichter verdichtete Kältemittel der externe Wärmetauscher enteist wird, und einen Wärmeabsorptionsenteisungsmodus beinhalten, in dem das Kältemittel an dem Wärmeabsorptionsobjekt Wärme absorbiert und der externe Wärmetauscher durch das an dem Verdichter verdichtete Kältemittel enteist wird, gezielt ausführen kann, wobei eine Auswahlbedingung, um den Wärmeabsorptionsenteisungsmodus mit Priorität auszuwählen und auszuführen, und eine Umschaltbedingung, um aus dem Wärmeabsorptionsenteisungsmodus in den Heißgasenteisungsmodus umzuschalten und diesen auszuführen, eingestellt sind.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Enteisung entsprechend einer Situation des Fahrzeugs zuverlässig, rasch und ohne Ungleichmäßigkeiten durchgeführt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
- 1 schematisch die Konfiguration eines Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeugklimaanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein schematisches Blockschaubild der Konfiguration einer Wärmepumpen-ECU als Steuervorrichtung der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine Ansicht des Strömens von Kältemittel bei Durchführung der Enteisung eines externen Wärmetauschers durch einen Heißgasenteisungsmodus der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine Ansicht des Strömens von Kältemittel bei Durchführung der Enteisung des externen Wärmetauschers durch einen Kühlerenteisungsmodus der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 5 eine Ansicht des Strömens von Kältemittel bei Durchführung der Enteisung des externen Wärmetauschers durch einen Kühlzyklusenteisungsmodus der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 6 schematisch eine weitere Konfiguration des Kältemittelkreislaufs der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 7 eine Ansicht des Strömens von Kältemittel bei Durchführung der Enteisung des externen Wärmetauschers durch den Heißgasenteisungsmodus in einem anderen Beispiel des Kältemittelkreislaufs der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 8 eine Ansicht des Strömens von Kältemittel bei Durchführung der Enteisung des externen Wärmetauschers durch den Kühlerenteisungsmodus in einem anderen Beispiel des Kältemittelkreislaufs der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 9 eine Ansicht des Strömens von Kältemittel bei Durchführung der Enteisung des externen Wärmetauschers durch den Kühlzyklusenteisungsmodus in einem anderen Beispiel des Kältemittelkreislaufs der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 10 ein Ablaufdiagramm, das für die Fahrzeugklimaanlage der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Ablauf einer Auswahl- und Umschaltverarbeitung des Enteisungsmodus veranschaulicht; und
- 11 ein Ablaufdiagramm, das einen Steuerungsablauf in Bezug auf den Betrieb einer Hilfswärmequelle beim Ausführen des Wärmeabsorptionsenteisungsmodus in der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung verweisen gleiche Bezugszeichen auf Teile mit gleicher Funktion, und auf eine wiederholte Beschreibung derselben für die einzelnen Figuren wird der Einfachheit halber verzichtet.
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1 zeigt schematisch die Konfiguration einer Fahrzeugklimaanlage 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Fahrzeugklimaanlage 1 kann beispielsweise auf ein Fahrzeug wie etwa ein Elektrofahrzeug (EV) ohne Verbrennungsmotor (Brennkraftmaschine) oder ein so genanntes Hybridfahrzeug angewandt werden, das sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen zum Fahren dienenden Elektromotor verwendet. Das Fahrzeug wird fahrend angetrieben, indem eine Batterie (beispielsweise eine Lithiumbatterie) darin installiert ist und einer Motoreinheit, die den zum Fahren dienenden Motor beinhaltet, elektrische Energie zugeführt wird, mit der die Batterie von einer externen Stromquelle aufgeladen wurde. Auch die Fahrzeugklimaanlage 1 wird durch von der Batterie zugeführte elektrische Energie angetrieben.
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Eine Fahrzeugklimaanlage 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Kältemittelkreislauf R und führt durch Durchführen eines Wärmepumpenbetriebs unter Verwendung des Kältemittelkreislaufs R eine Klimatisierung (Heizen, Kühlen, Entfeuchten, Belüften und Enteisen) einer Fahrgastzelle durch. Unter Verwendung eines mit dem Kältemittelkreislauf R verbundenen Wärmeträgerkreislaufs wird außerdem eine Kühlung und Erwärmung von Elektroinstallationsgeräten wie einer Batterie und einem Motor und dergleichen durchgeführt. In der nachfolgenden Beschreibung gilt als Kältemittel ein Zirkulationsmedium des Kältemittelkreislaufs, bei dem es zu einer Zustandsveränderung an der Wärmepumpe kommt (Verdichtung/Kondensation/Expansion/Verdampfung), und als Wärmeträger ein Medium, das ohne eine solche Zustandsveränderung Wärme absorbiert oder abgibt.
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Der Kältemittelkreislauf R ist konfiguriert, indem ein elektrisch angetriebener Verdichter 2, der ein Kältemittel verdichtet, ein als interner Wärmetauscher (Wärmeableiter) dienender interner Kondensator 4, der in einem Luftkanal 3 einer HVAC-Anlage 10 zum Belüften der Fahrgastzelle und Zirkulierenlassen von Luft darin bereitgestellt ist, bewirkt, dass vom Kompressor 2 abgegebenes Hochdruckkältemittel hoher Temperatur Wärme abgibt und die der Fahrgastzelle zugeführte Luft erwärmt, ein externes Expansionsventil 6, das beim Heizen das Kältemittel durch Druckreduzierung expandieren lässt, ein externer Wärmetauscher 7, der beim Kühlen als Wärmeableiter (Kondensator) dient, welcher bewirkt, dass das Kältemittel Wärme abgibt, und beim Heizen einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Außenluft durchführt, um als Verdampfer zu dienen, welcher bewirkt, dass das Kältemittel Wärme aufnimmt (Wärme absorbiert), ein internes Expansionsventil 8, das das Kältemittel durch Druckreduzierung expandieren lässt, eine als interner Wärmetauscher dienende Wärmesenke 9 (Wärmeabsorptionswärmetauscher), die im Luftkanal 3 vorgesehen ist und beim Kühlen und Entfeuchten bewirkt, dass das Kältemittel von innerhalb und außerhalb der Fahrgastzelle Wärme absorbiert, um die der Fahrgastzelle zugeführte Luft zu kühlen, ein Akkumulator 12 und dergleichen durch Kältemittelleitungen 13A, ... 13H verbunden sind.
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Bei dem externen Expansionsventil 6 und dem internen Expansionsventil 8 handelt es sich jeweils um ein elektronisches Expansionsventil, das durch einen nicht gezeigten Impulsmotor angetrieben wird und dessen Öffnungsgrad durch die an den Impulsmotor angelegte Impulsanzahl in geeigneter Weise zwischen vollständig geschlossen und vollständig geöffnet gesteuert wird. Das externe Expansionsventil 6 reduziert durch Expandierenlassen des aus dem internen Kondensator 4 geströmten und in den externen Wärmetauscher 7 geströmten Kältemittels dessen Druck. Auch wird der Öffnungsgrad des externen Expansionsventils 6 in dem Heizbetrieb unter Verwendung des externen Wärmetauschers 7 durch eine nachstehend beschriebene Wärmepumpen-ECU 11 derart gesteuert, dass ein SC(Unterkühlungs-)Wert, der ein Index für das Erreichen einer Unterkühlung am Kältemittelauslass des internen Kondensators 4 ist, auf einen im Voraus festgelegten Sollwert gebracht wird (SC-Steuerung). Das interne Expansionsventil 8 stellt neben der Druckreduzierung und Ausdehnung des Kältemittels, das in die Wärmesenke 9 strömt, auch den Überhitzungsgrad des Kältemittels in der Wärmesenke 9 ein.
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Am externen Wärmetauscher 7 ist ein externes Gebläse (nicht gezeigt) bereitgestellt. Indem das externe Gebläse den externen Wärmetauscher 7 mit Außenluft zwangsbelüftet, bewirkt es einen Wärmeaustausch zwischen der Außenluft und dem Kältemittel, sodass der externe Wärmetauscher 7 auch bei angehaltenem Fahrzeug zwangsbelüftet wird.
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An dem externen Wärmetauscher 7 sind kältemittelstromabwärts ein Trocknerflaschenabschnitt 14 und ein Unterkühlungsabschnitt 16 bereitgestellt. Eine Kältemittelauslassseite des externen Wärmetauschers 7 und der Trocknerflaschenabschnitt 14 sind durch eine Kältemittelleitung 13A und eine von der Kältemittelleitung 13A abzweigende Kältemittelleitung 13B verbunden. An der Kältemittelleitung 13B ist als ein Öffnungs- und Schließventil, das geöffnet wird, wenn Kältemittel zu der Wärmesenke 9 strömt, ein elektromagnetisches Ventil 17 (zum Kühlen) bereitgestellt.
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Die Auslassseite des Unterkühlungsabschnitts 16 und die Kältemitteleinlassseite der Wärmesenke 9 sind durch eine Kältemittelleitung 13C verbunden. An der Kältemittelleitung 13C sind von dem externen Wärmetauscher 7 ausgehend in dieser Reihenfolge ein Rückschlagventil 18, ein internes Expansionsventil 8 und als Ventilvorrichtung für den internen Wärmetauscher (Öffnungs- und Schließventil) ein elektromagnetisches Ventil 32 bereitgestellt. Das Rückschlagventil 18 ist derart an der Kältemittelleitung 13C bereitgestellt, dass die Richtung hin zur Wärmesenke 9 die reguläre Richtung ist.
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Mit der aus dem externen Wärmetauscher 7 tretenden Kältemittelleitung 13A sind der Reihe nach als ein beim Heizen geöffnetes Öffnungs- und Schließventil ein elektromagnetisches Ventil 21 (zum Heizen), der Akkumulator 12 und der Verdichter 2 verbunden. Die Kältemittelleitung 13A verzweigt sich zwischen der Auslassseite des elektromagnetischen Ventils 21 und der Einlassseite des Akkumulators 12 in eine Kältemittelleitung 13D, und die Kältemittelleitung 13D steht mit der Kältemittelauslassseite der Wärmesenke 9 in Verbindung.
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Der Kältemittelauslass des Kompressors 2 und der Kältemitteleinlass des internen Kondensators 4 sind durch eine Kältemittelleitung 13E verbunden. Mit dem Kältemitteleinlass des internen Kondensators 4 ist ein Ende einer Kältemittelleitung 13F verbunden, und das andere Ende der Kältemittelleitung 13F verzweigt sich vor dem externen Expansionsventil 6 (kältemittelstromaufwärts) in eine Kältemittelleitung 13G und eine Kältemittelleitung 13H.
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Die eine abgezweigte Kältemittelleitung 13H ist mittels des externen Expansionsventils 6 mit der Kältemitteleinlassseite des externen Wärmetauschers 7 verbunden. Die andere abgezweigte Kältemittelleitung 13G ist zwischen dem Rückschlagventil 18 der Kältemittelleitung 13C und dem internen Expansionsventil 8 verbunden. Kältemittelstromaufwärts des Verbindungspunkts der Kältemittelleitung 13G mit der Kältemittelleitung 13C ist ein elektromagnetisches Ventil 22 bereitgestellt.
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Dadurch ist die Kältemittelleitung 13G parallel zur Reihenschaltung des externen Expansionsventils 6, des externen Wärmetauschers 7 und des Rückschlagventils 18 und bildet einen Kreislauf zum Umgehen des externen Expansionsventils 6, des externen Wärmetauschers 7 und des Rückschlagventils 18.
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Im Luftkanal 3 luftstromaufwärts der Wärmesenke 9 sind Ansaugöffnungen als Außenluftansaugöffnung und Innenluftansaugöffnung gebildet (in 1 repräsentativ als eine Ansaugöffnung 25 gezeigt). An der Ansaugöffnung 25 ist eine Luftumschaltklappe 26 bereitgestellt. Durch die Luftumschaltklappe 26 wird in geeigneter Weise umgeschaltet, ob Innenluft, also Luft innerhalb der Fahrgastzelle (Innenluftzirkulation), oder Außenluft, also Luft von außerhalb der Fahrgastzelle (Außenluftzirkulation), aus der Ansaugöffnung 25 in den Luftkanal 3 geleitet wird. Luftstromabwärts der Ansaugumschaltklappe 26 ist ein internes Gebläse (Lüfter) 27 bereitgestellt, das dem Luftkanal 3 eingeleitete Innenluft oder Außenluft zuführt.
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Die Hilfsheizeinrichtung 23 in 1 dient als Hilfserwärmungsvorrichtung. Die Hilfsheizeinrichtung 23 ist beispielsweise als PTC-Heizeinrichtung (elektrische Heizeinrichtung) ausgebildet und ist in Bezug auf den Luftstrom im Luftkanal 3 luftstromabwärts des internen Kondensators 4 im Luftkanal 3 vorgesehen. Die Hilfsheizeinrichtung 23 unterstützt das Heizen der Fahrgastzelle, indem sie mit Strom versorgt wird und Wärme erzeugt.
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Luftstromaufwärts des internen Kondensators 4 ist im Luftkanal 3 eine Luftmischklappe 28 bereitgestellt, die den Anteil einstellt, mit dem Luft (Innenluft oder Außenluft) im Luftkanal 3, die in den Luftkanal 3 und durch die Wärmesenke 9 geströmt ist, den internen Kondensator 4 und die Hilfsheizeinrichtung 23 belüftet.
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Als Heizeinrichtung ist auch eine Ausführung möglich, bei der die Blasluft erwärmt wird, indem beispielsweise durch Verdichterabwärme erwärmtes Warmwasser zu einem im Luftströmungskanal 3 angeordneten Heizkern zirkulieren gelassen wird.
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Mit dem Kältemittelkreislauf R ist ein Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 verbunden. Der Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 umfasst einen Kältemittelströmungsweg 64A und einen Wärmeträgerströmungsweg 64B und bildet einen Teil des Kältemittelkreislaufs R und zugleich beispielsweise einen Teil eines Wärmeträgerkreislaufs 61 eines Gerätetemperaturregulierungskreislaufs (nicht gezeigt) aus.
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Konkret ist der Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 wie folgt mit dem Kältemittelkreislauf R verbunden. Mit dem Kältemittelkreislauf Rist stromabwärts des Rückschlagventils 18, das an der Kältemittelleitung 13C bereitgestellt ist, auf der kältemittelstromaufwärtigen Seite des internen Expansionsventils 8 ein Ende einer als Verzweigungskreislauf dienenden Kältemittelleitung 72 verbunden. An der Kältemittelleitung 72 sind ein Kühlerexpansionsventil 73 und als Öffnungs- und Schließventil ein elektromagnetisches Ventil 74 bereitgestellt.
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Bei dem Kühlerexpansionsventil 73 handelt es sich um ein elektronisches Expansionsventil, das durch einen nicht gezeigten Impulsmotor angetrieben wird und dessen Öffnungsgrad durch die an den Impulsmotor angelegte Impulsanzahl in geeigneter Weise zwischen vollständig geschlossen und vollständig geöffnet gesteuert wird. Das Kühlerexpansionsventil 73 bewirkt eine Druckreduzierung und Ausdehnung des in einem Kältemittelströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 strömenden Kältemittels und reguliert die Erwärmungstemperatur des Kältemittels in der Kältemittelleitung 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64.
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An dem Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 ist mit dem Einlass des Kältemittelströmungswegs 64A das andere Ende der Kältemittelleitung 72 und mit dem Auslass des Kältemittelströmungswegs 64A das eine Ende der Kältemittelleitung 75 verbunden. Das andere Ende der Kältemittelleitung 75 ist kältemittelstromaufwärts der Wärmesenke 9 mit der Kältemittelleitung 13D verbunden. Somit bilden das Kühlerexpansionsventil 73, das elektromagnetische Ventil 74, der Kältemittelströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 und dergleichen ebenfalls einen Teil des Kältemittelkreislaufs R und zugleich einen Teil des Wärmeträgerkreislaufs 61 aus.
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Wenn das Kühlerexpansionsventil 73 geöffnet ist, strömt ein Teil oder die Gesamtheit des im Kältemittelkreislauf R zirkulierenden und aus der Kältemittelleitung 13G und dem externen Wärmetauscher 7 geströmten Kältemittels in die Kältemittelleitung 72, und nach einer Druckreduzierung durch das Kühlerexpansionsventil 73 strömt es in den Kältemittelströmungsweg des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 und verdampft. Wärmeträger strömt in den Wärmeträgerströmungsweg 64B ein. Wenn der Wärmeträgerkreislauf 61 beispielsweise ein Gerätetemperaturregulierungskreislauf ist, strömt Wärmeträger in den Wärmeträgerströmungsweg 64B ein, der zu Temperaturregulierungsobjekten wie etwa einer Batterie und einer Motoreinheit zirkuliert.
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Während das Kältemittel im Kältemittelströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 strömt, absorbiert es Wärme aus dem im Wärmeträgerströmungsweg 64B strömenden Wärmeträger. Wenn der Wärmeträgerkreislauf 61 beispielsweise ein Gerätetemperaturregulierungskreislauf ist, so erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeträger, der zu Temperaturregulierungsobjekten wie etwa der Batterie und der Motoreinheit zirkuliert, und dem im Kältemittelkreislauf R zirkulierenden Kältemittel, wodurch die Temperatur der Batterie und der Motoreinheit reguliert wird. Als Wärmeträger kann beispielsweise Wasser, ein Kältemittel wie etwa HFO-1234yf, eine Flüssigkeit wie Kühlmittel oder dergleichen oder ein Gas wie Luft oder dergleichen angewandt werden.
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2 zeigt schematisch die Konfiguration einer Wärmepumpen-ECU 11 als eine Steuervorrichtung der Fahrzeugklimaanlage 1. Die Wärmepumpen-ECU 11 ist für gegenseitigen Kommunikationsaustausch über ein bordeigenes Netz wie etwa ein CAN (Controller Area Network) oder ein LIN (Local Interconnect Network) mit einem Fahrzeug-Controller 35 zum Regeln der allgemeinen Fahrzeugsteuerung einschließlich des Fahrens verbunden und sendet und empfängt Informationen an diesen bzw. von diesem. Für die Wärmepumpen-ECU 11 und die Fahrzeugsteuereinheit 35 wird jeweils ein Mikrocomputer angewandt, bei dem es sich um ein Beispiel für einen mit Prozessor ausgestatteten Computer handelt.
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Die folgenden Sensoren und Detektoren sind mit der Wärmepumpen-ECU 11 verbunden, und die Ausgaben dieser Sensoren und Detektoren werden in sie eingespeist. Mit der Wärmepumpen-ECU 11 sind konkret ein Außenlufttemperatursensor 33 zum Erfassen der Temperatur der Luft außerhalb des Fahrzeugs (Tam), ein HVAC-Ansaugtemperatursensor 36 zum Erfassen der Temperatur der durch die Ansaugöffnung 25 in den Luftkanal 3 gesaugten Luft, ein Innenlufttemperatursensor 37 zum Erfassen der Temperatur der Luft in der Fahrgastzelle (Innenlufttemperatur Tin), ein Ausblastemperatursensor 41 zum Erfassen der Temperatur der durch die Ausblasöffnung 29 in die Fahrgastzelle geblasenen Luft, ein Abgabedrucksensor 42 zum Erfassen des Kältemittelabgabedrucks des Verdichters 2 (Abgabedruck Pd), ein Abgabetemperatursensor 43 zum Erfassen der Kältemittelabgabetemperatur Td des Kompressors 2, ein Ansaugtemperatursensor 44 zum Erfassen der Kältemittelansaugtemperatur Ts des Verdichters 2, ein Temperatursensor 46 des internen Kondensators zum Erfassen der Temperatur des internen Kondensators 4 (Temperatur des durch den internen Kondensator 4 getretenen Kältemittels oder Temperatur des internen Kondensators 4 selbst: Temperatur TCI des internen Kondensators), ein Drucksensor 47 des internen Kondensators zum Erfassen des Drucks des internen Kondensators 4 (Kältemitteldruck unmittelbar nach dem Austreten aus dem internen Kondensator 4: Auslassdruck Pci des internen Kondensators), ein Wärmesenkentemperatursensor 48 zum Erfassen der Temperatur der Wärmesenke 9 (Temperatur der Luft nach dem Passieren der Wärmesenke 9 oder Temperatur der Wärmesenke 9 selbst: Wärmesenkentemperatur Te), ein Wärmesenkendrucksensor 49 zum Erfassen des Kältemitteldrucks der Wärmesenke 9 (Druck des Kältemittels in der Wärmesenke 9 oder unmittelbar nach dem Austreten aus der Wärmesenke 9), ein Klimatisierungsbedienungsabschnitt 53 zum Umstellen der eingestellten Temperatur und des Klimatisierungsbetriebs, ein Temperatursensor 54 des externen Wärmetauschers zum Erfassen der Temperatur des externen Wärmetauschers 7 (in der vorliegenden Ausführungsform die Abgabekältemitteltemperatur TXO unmittelbar nach dem Austreten aus dem externen Wärmetauscher 7) und ein Drucksensor 56 des externen Wärmetauschers zum Erfassen des Kältemitteldrucks des externen Wärmetauschers 7 (in der vorliegenden Ausführungsform der Abgabekältemitteldruck PXO unmittelbar nach dem Austreten aus dem externen Wärmetauscher 7) verbunden.
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Außerdem ist mit der Wärmepumpen-ECU 11 ein Wärmeträgertemperatursensor 79 verbunden, der eine Temperatur Tw (im Folgenden „Kühlerwassertemperatur“) des aus dem Wärmeträgerströmungsweg des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 getretenen und im Wärmeträgerkreislauf zirkulierenden Wärmeträgers erfasst.
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Mit dem Ausgang der Wärmepumpen-ECU 11 sind der Verdichter 2, ein externes Gebläse (nicht gezeigt), das interne Gebläse (Lüfter) 27, die Ausblasumschaltklappe 26, die Luftmischklappe 28, das externe Expansionsventil 6, das interne Expansionsventil 8, die elektromagnetischen Ventile 17, 21, 22, 32, 74, die Hilfsheizeinrichtung 23 und das Kühlerexpansionsventil 73 verbunden. Die Wärmepumpen-ECU 11 wird auf Grundlage der Ausgänge der einzelnen Sensoren, der in den Klimatisierungsbedienungsabschnitt 53 eingegebenen Einstellungen und der Informationen von der Fahrzeugsteuereinheit 35 gesteuert.
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Bei der derart ausgestalteten Fahrzeugklimaanlage 1 verdampft bei Durchführung des Heizbetriebs das Kältemittel am externen Wärmetauscher 7 und absorbiert Wärme aus der Außenluft, sodass die Temperatur sinkt und der Wasseranteil der Außenluft als Eis an der Oberfläche des externen Wärmetauschers 7 anhaftet. Daher ist eine Enteisung des externen Wärmetauschers 7 erforderlich, wobei die Fahrzeugklimaanlage 1 hierzu entsprechend der Situation des Fahrzeugs mehrere Enteisungsbetriebsmodi durch gezieltes Auswählen oder Umschalten ausführt, um so den externen Wärmetauscher 7 zu enteisen.
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Konkret wählt die Fahrzeugklimaanlage 1 gezielt einen Heißgasenteisungsmodus, bei dem die Enteisung durch so genanntes Heißgas durchgeführt wird, und einen Wärmeabsorptionsenteisungsmodus aus, bei dem das im Kältemittelkreislauf R zirkulierende Kältemittel am Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 oder an der Wärmesenke 9 Wärme absorbiert und am externen Wärmetauscher 7 Wärme abgibt.
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Der Heißgasenteisungsmodus weist wenig Ungleichmäßigkeit auf und ist hinsichtlich der Steuerung einfach, doch da die Wärmeabsorption durch das Kältemittel ausschließlich von dem Verdichter 2 abhängt, ist seine Enteisungsleistung gering, sodass es bei extrem niedriger Außenlufttemperatur geschieht, dass keine zuverlässige Enteisung möglich ist.
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Im Wärmeabsorptionsenteisungsmodus dagegen wird am Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 oder an der Wärmesenke 9 eine Wärmeabsorption durch das Kältemittel durchgeführt und es erfolgt zusammen damit eine Verdichtung durch den Verdichter 2, sodass das Kältemittel auf eine hohe Temperatur und einen hohen Druck gebracht wird. Da ferner eine Hilfswärmequelle verwendet werden kann, ist die Enteisungsleistung hoch, sodass die Verwendung auch bei extrem niedriger Außenlufttemperatur möglich ist.
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Bei der Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform wird daher entsprechend der Situation des Fahrzeugs auf Grundlage von im Voraus festgelegten Bedingungen (nachstehend ausführlich beschrieben) der Wärmeabsorptionsenteisungsmodus oder der Heißgasenteisungsmodus ausgewählt und darauf umgeschaltet, wodurch eine rasche, zuverlässige Enteisung mit geringer Ungleichmäßigkeit durchgeführt werden kann.
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Heißgasenteisungsmodus
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3 zeigt das Strömen des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R, wenn die Enteisung des externen Wärmetauschers 7 durch den Heißgasenteisungsmodus durchgeführt wird. Die Wärmepumpen-ECU 11 belässt im Heißgasenteisungsmodus den Kältemittelkreislauf R im Heizbetrieb, stellt den Öffnungsgrad des externen Expansionsventils 6 auf vollständig geöffnet ein, betreibt den Verdichter 2 und lässt das von dem Verdichter 2 abgegebene Kältemittel von hoher Temperatur in den internen Kondensator 4 strömen. Da im Heißgasenteisungsmodus die Wärme des Kältemittels zum Enteisen verwendet wird, kondensiert das Kältemittel kaum am internen Kondensator 4, sondern durchströmt ihn lediglich.
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Das aus dem internen Kondensator 4 getretene Kältemittel gelangt über die Kältemittelleitung 13F zur Kältemittelleitung 13H und strömt über das externe Expansionsventil 6 in den externen Wärmetauscher 7 ein. Das in den externen Wärmetauscher 7 geströmte Kältemittel von hoher Temperatur gibt am externen Wärmetauscher 7 Wärme ab und lässt das gebildete Eis schmelzen. An dem externen Wärmetauscher 7 wird durch Eigenwärme und latente Wärme eine Enteisung durchgeführt. Somit wird im Heißgasenteisungsmodus der externe Wärmetauscher 7 ohne Ungleichmäßigkeit enteist. Während der Enteisung wird dabei das externe Gebläse angehalten und, sofern vorhanden, ein Grillverschluss geschlossen. Der Lüfter 27 wird nicht betrieben und die Luftmischklappe 28 wird in den geschlossenen Zustand gebracht.
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Wärmeabsorptionsenteisungsmodus
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Im Wärmeabsorptionsenteisungsmodus liegen beispielsweise ein Kühlerenteisungsmodus, in dem der Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 als Wärmesenke dient, und eine Kühlzyklusenteisung vor, bei der die Wärmesenke 9 verwendet wird. Im Folgenden werden der Kühlerenteisungsmodus und der Kühlzyklusenteisungsmodus beschrieben.
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(1) Kühlerenteisung
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4 zeigt das Strömen des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R, wenn eine Enteisung des externen Wärmetauschers 7 durch einen Kühlerenteisungsmodus durchgeführt wird. Die Wärmepumpen-ECU 11 öffnet im Kühlerenteisungsmodus das elektromagnetische Ventil 17 und lässt das aus dem externen Wärmetauscher 7 getretene Kältemittel über den Trocknerflaschenabschnitt 14, den Unterkühlungsabschnitt 16 und das Rückschlagventil 18 in die Kältemittelleitung 72 einströmen. Die Wärmepumpen-ECU 11 öffnet das Kühlerexpansionsventil 73 und das elektromagnetische Ventil 74 und lässt das Kältemittel in den Kältemittelströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 einströmen. Das Kältemittel absorbiert im Kältemittelströmungsweg 64A Wärme aus dem im Wärmeträgerkreislauf 61 zirkulierenden Wärmeträger.
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Indem die Wärmepumpen-ECU 11 wenigstens eins von dem internen Expansionsventil 8 und dem elektromagnetischen Ventil 32 schließt, lässt sie das Kältemittel nach der Wärmeabsorption über die Kältemittelleitung 75 in die Kältemittelleitungen 13D, 13A einströmen, betreibt den Verdichter 2 unter Einstellung des Öffnungsgrads des externen Expansionsventils 6 auf vollständig geöffnet und lässt das Kältemittel in den Verdichter 2 einströmen. Das durch den Verdichter 2 verdichtete und daraus abgegebene Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck strömt in den internen Kondensator 4. Da die Wärme des Kältemittels zum Enteisen verwendet wird, kondensiert das Kältemittel kaum am internen Kondensator 4, sondern durchströmt ihn lediglich.
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Das aus dem internen Kondensator 4 getretene Kältemittel gelangt über die Kältemittelleitung 13F zur Kältemittelleitung 13H und strömt über das externe Expansionsventil 6 in den externen Wärmetauscher 7 ein. Das in den externen Wärmetauscher 7 geströmte Kältemittel von hoher Temperatur gibt am externen Wärmetauscher 7 Wärme ab und lässt das gebildete Eis schmelzen. An dem externen Wärmetauscher 7 wird durch latente Wärme eine Enteisung durchgeführt. Während der Enteisung wird dabei das externe Gebläse angehalten und, sofern vorhanden, ein Grillverschluss geschlossen. Der Lüfter 27 wird nicht betrieben und die Luftmischklappe 28 wird in den geschlossenen Zustand gebracht.
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Im Kühlerenteisungsmodus hängt die Enteisungsleistung nicht nur von der Leistung des Verdichters 2, sondern auch vom Grad der Wärmeabsorption des Kältemittels am Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 ab. Allerdings kann beispielsweise bei Bedarf eine als Hilfswärmequelle am Wärmeträgerkreislauf 61 bereitgestellte Wassererwärmungsheizeinrichtung (ECH) betrieben werden, um die Temperatur des im Wärmeträgerkreislauf 61 zirkulierenden Wärmeträgers zu erhöhen. Durch die Ergänzung der Menge an aus dem Wärmeträger durch das Kältemittel absorbierten Wärme am Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 unter unterstützender Verwendung der Wassererwärmungsheizeinrichtung kann somit die Enteisungsleistung im Kühlerenteisungsmodus ergänzt werden.
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(2) Kühlzyklusenteisung
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5 zeigt das Strömen des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R, wenn eine Enteisung des externen Wärmetauschers 7 durch einen Kühlzyklusenteisungsmodus durchgeführt wird. Die Wärmepumpen-ECU 11 öffnet im Kühlzyklusenteisungsmodus das elektromagnetische Ventil 17 und lässt das aus dem externen Wärmetauscher 7 getretene Kältemittel über den Trocknerflaschenabschnitt 14, den Unterkühlungsabschnitt 16 und das Rückschlagventil 18 in die Kältemittelleitung 72 einströmen. Die Wärmepumpen-ECU 11 öffnet das interne Expansionsventil 8 und das elektromagnetische Ventil 32 und lässt das Kältemittel in die Wärmesenke 9 einströmen, sodass es in der Wärmesenke 9 verdampft und Wärme absorbiert. Dabei wird das interne Gebläse 27 betrieben und ein Betrieb ausgeführt, um die herangeblasene Luft zur Wärmesenke 9 zu leiten.
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Die Wärmepumpen-ECU 11 lässt das Kältemittel, das an der Wärmesenke 9 verdampft ist und Wärme absorbiert hat, in die Kältemittelleitungen 13D, 13A einströmen, betreibt den Verdichter 2 unter Einstellung des Öffnungsgrads des externen Expansionsventils 6 auf vollständig geöffnet und lässt das Kältemittel in den Verdichter 2 einströmen. Das durch den Verdichter 2 verdichtete und daraus abgegebene Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck strömt in den internen Kondensator 4. Da die Wärme des Kältemittels zum Enteisen verwendet wird, kondensiert das Kältemittel kaum am internen Kondensator 4, sondern durchströmt ihn lediglich.
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Das aus dem internen Kondensator 4 getretene Kältemittel gelangt über die Kältemittelleitung 13F zur Kältemittelleitung 13H und strömt über das externe Expansionsventil 6 in den externen Wärmetauscher 7 ein. Das in den externen Wärmetauscher 7 geströmte Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck gibt am externen Wärmetauscher 7 Wärme ab und lässt das gebildete Eis schmelzen. An dem externen Wärmetauscher 7 wird durch latente Wärme eine Enteisung durchgeführt. Während der Enteisung wird dabei das externe Gebläse angehalten und, sofern vorhanden, ein Grillverschluss geschlossen. Wenn nur eine Enteisung erfolgt, wird der Lüfter 27 betrieben und die Luftmischklappe 28 wird in den geschlossenen Zustand gebracht.
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Im Kühlzyklusenteisungsmodus hängt die Enteisungsleistung nicht nur von der Leistung des Verdichters 2, sondern auch vom Grad der Wärmeabsorption des Kältemittels an der Wärmesenke 9 ab. Somit wird in geeigneter Weise die Hilfsheizeinrichtung 23 wie etwa eine Lufterwärmungsheizeinrichtung (PTC) oder dergleichen als Hilfswärmequelle betrieben. Dabei wird der Lüfter 27 betrieben und die Luftmischklappe 28 geöffnet. Auf diese Weise wird die durch die Hilfsheizeinrichtung 23 erwärmte Luft in die Fahrgastzelle zirkulieren gelassen und trägt zum Heizen der Fahrgastzelle bei, wodurch auch ein Beitrag zu der Menge der durch das Kältemittel an der Wärmesenke 9 absorbierten Wärme erfolgt, sodass die Enteisungsleistung im Kühlzyklusenteisungsmodus ergänzt werden kann.
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Wie oben erörtert, wird sowohl im Wärmeabsorptionsenteisungsmodus als auch im Heißgasenteisungsmodus die Wärme des Kältemittels zum Enteisen verwendet, weshalb es nicht erforderlich ist, das Kältemittel am internen Kondensator 4 kondensieren zu lassen. Somit kann in dem Kältemittelkreislauf eine Kältemittelleitung bereitgestellt sein, die eine Umgehung des internen Kondensators 4 bewirkt. Beispielsweise kann, wie in 6 gezeigt, eine Kältemittelleitung 131 bereitgestellt sein, die das aus dem Verdichter 2 abgegebene Kältemittel zwischen dem externen Wärmetauscher 7 der Kältemittelleitung 13H und dem externen Expansionsventil 6 strömen lässt, ohne dass es den internen Kondensator 4 passiert. Auf der kältemittelstromaufwärtigen Seite der Verbindungsstelle zwischen der Kältemittelleitung 131 und der Kältemittelleitung 13E ist ein elektromagnetisches Ventil 40 und auf der stromabwärtigen Seite ein elektromagnetisches Ventil 30 bereitgestellt.
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In diesem Kältemittelkreislauf sind der Kältemittelstrom des Heißgasenteisungsmodus (7), der Kältemittelstrom des Kühlerenteisungsmodus (8) und der Kältemittelstrom des Kühlzyklusenteisungsmodus (9) wie folgt.
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Das aus dem Verdichter 2 abgegebene Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck strömt in die Kältemittelleitung 13E. Das elektromagnetische Ventil 40 wird geöffnet, während das elektromagnetische Ventil 30 geschlossen bleibt, und das Kältemittel strömt über das elektromagnetische Ventil 40 und die Kältemittelleitung 131 zum externen Wärmetauscher 7. Das Kältemittel gibt am externen Wärmetauscher 7 Wärme ab und lässt das gebildete Eis schmelzen. Das aus dem externen Wärmetauscher 7 getretene Kältemittel wird anschließend im Falle des Heißgasenteisungsmodus aus 7 über das elektromagnetische Ventil 21 von dem Verdichter 2 angesaugt. Im Fall des Kühlerenteisungsmodus aus 8 strömt das aus dem externen Wärmetauscher 7 geströmte Kältemittel über das elektromagnetische Ventil 17, den Trocknerflaschenabschnitt 14, den Unterkühlungsabschnitt 16 und das Rückschlagventil 18 in die Kältemittelleitung 72, durchläuft das Kühlerexpansionsventil 73 und das elektromagnetische Ventil 74, nimmt im Kältemittelströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 Wärme aus dem Wärmeträger auf und wird durch den Verdichter 2 angesaugt. Im Falle des Kühlzyklusenteisungsmodus aus 9 strömt das aus dem externen Wärmetauscher 7 geströmte Kältemittel über das elektromagnetische Ventil 17, den Trocknerflaschenabschnitt 14, den Unterkühlungsabschnitt 16 und das Rückschlagventil 18 in die Wärmesenke 9, verdampft an der Wärmesenke 9 und nimmt dort Wärme auf und wird dann durch den Verdichter 2 angesaugt.
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Insbesondere da bei der Kühlzyklusenteisung die durch die Hilfsheizeinrichtung 23 erwärmte Luft in die Fahrgastzelle zirkulieren gelassen wird, ist es erforderlich, die Luftmischklappe 28 zu öffnen. Durch Öffnen der Luftmischklappe 28 erfolgt, wenn das Kältemittel den internen Kondensator 4 passiert, an dem internen Kondensator 4 ein Wärmeaustausch zwischen der Luft in der Fahrgastzelle und dem Kältemittel, weshalb die Enteisungsleistung sinkt. Durch Umgehen des internen Kondensators 4 wird daher der Wärmeaustausch zwischen der Luft in der Fahrgastzelle und dem Kältemittel am internen Kondensator 4 vermieden, weshalb das Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck direkt zum externen Wärmetauscher 7 geleitet werden kann, sodass die Enteisungsleistung gesteigert werden kann.
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Einstellen der Bedingung zum Auswählen oder Umschalten des Enteisungsmodus
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Wie oben erwähnt, erfolgt das Auswählen oder Umschalten des Enteisungsmodus auf Grundlage einer im Voraus festgelegten Bedingung. Eine Auswahlbedingung, unter der aus einem Zustand ohne Enteisung für den Fall, dass eine Enteisung erforderlich wird, der Enteisungsmodus ausgewählt wird, eine Bedingung zum Umschalten aus dem Wärmeabsorptionsenteisungsmodus in den Heißgasenteisungsmodus sowie eine Betätigungsbedingung zum Betätigen der Hilfswärmequelle im Wärmeabsorptionsenteisungsmodus und eine Bedingung zum Beenden der Enteisung sind im Voraus in der Wärmepumpen-ECU 11 eingestellt.
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(1) Auswahl des Wärmeabsorptionsenteisungsmodus oder des Heißgasenteisungsmodus
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Wie oben erwähnt, kann der Wärmeabsorptionsenteisungsmodus die Wärmeabsorption des Kältemittels durch den Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 oder durch die Wärmesenke 9 und den Verdichter 2 durchführen und außerdem die Hilfswärmequelle verwenden, weshalb seine Enteisungsleistung hoch ist. Wenn eine rasche Enteisung gewünscht wird, wird daher vorzugsweise der Wärmeabsorptionsenteisungsmodus mit Priorität ausgeführt, um die Enteisung durchzuführen. Allerdings kommt es vor, dass bei einer Enteisung allein durch den Wärmeabsorptionsenteisungsmodus noch nicht geschmolzene Eisreste oder Enteisungsungleichmäßigkeiten auftreten. Nach dem raschen Enteisen durch Ausführen des Wärmeabsorptionsenteisungsmodus wird daher der Heißgasenteisungsmodus durchgeführt. Auch wenn durch die Enteisung des Wärmeabsorptionsenteisungsmodus noch nicht abgeschmolzenes Eis vorhanden ist, kann auf diese Weise die Enteisung zuverlässig und ohne Ungleichmäßigkeit durchgeführt werden.
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Beim Ausführen des Wärmeabsorptionsenteisungsmodus kann von dem Kühlerenteisungsmodus und dem Kühlzyklusenteisungsmodus entsprechend der Situation des Fahrzeugs (Temperatur des den Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 durchlaufenden Wärmeträgers, Temperatur der Fahrgastzelle) der Modus mit der höheren Enteisungsleistung ausgewählt und ausgeführt werden. Indem auf diese Weise der Enteisungsmodus ausgewählt wird, kann durch geeignetes Umschalten und Ausführen rasch und zuverlässig eine Enteisung ohne Ungleichmäßigkeiten durchgeführt werden.
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Die Auswahlbedingung zum Auswählen des Kühlerenteisungsmodus oder des Kühlzyklusenteisungsmodus wird dabei durch die Temperatur des jeweiligen Wärmeabsorptionsobjekts festgelegt. Genauer kann beispielsweise die Auswahlbedingung zum Auswählen des Kühlerenteisungsmodus durch die Kühlerwassertemperatur Tw (Temperatur des den Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 durchströmenden Wärmeträgers) festgelegt werden. Die Auswahlbedingung zum Auswählen des Kühlzyklusenteisungsmodus kann durch die Fahrgastzellentemperatur Tin (Temperatur des Wärmeträgers (Luft), der an der Wärmesenke 9 einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittel erfährt) festgelegt werden.
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Die Wärmepumpen-ECU 11 wählt für den Fall, dass die Auswahlbedingung erfüllt ist, also auf oder über einer für die Kühlerwassertemperatur Tw bestimmten Temperatur Twt1, den Kühlerenteisungsmodus und auf oder über einer für die Fahrgastzellentemperatur Tin bestimmten Temperatur Tint1 den Kühlzyklusenteisungsmodus aus. Wenn sowohl die Kühlerwassertemperatur Tw auf oder über der bestimmten Temperatur Twt1 als auch die Fahrgastzellentemperatur Tin auf oder über der bestimmten Temperatur Tint1 liegt, wird mit Priorität der Kühlerenteisungsmodus gewählt.
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Wenn die Auswahlbedingung nicht erfüllt ist, also wenn die Kühlerwassertemperatur Tw unter der bestimmten Temperatur Twt1 liegt und die Fahrgastzellentemperatur Tin unter der bestimmten Temperatur Tint1 liegt, so legt die Wärmepumpen-ECU 11 den auszuwählenden Enteisungsmodus auf Grundlage der für die Außenlufttemperatur Tam eingestellten bestimmten Temperatur Tx fest. Das heißt, wenn die Außenlufttemperatur Tam auf oder über der bestimmten Temperatur Tx liegt, wird der Heißgasenteisungsmodus ausgewählt, und wenn die Außenlufttemperatur Tam niedriger als die bestimmte Temperatur Tx ist, wird der Wärmeabsorptionsenteisungsmodus (in der vorliegenden Ausführungsform der Kühlerenteisungsmodus) ausgewählt. Da in diesem Fall beim Ausführen des Kühlerenteisungsmodus die Kühlerwassertemperatur Tw unter der bestimmten Temperatur Twt1 liegt, reicht die Enteisungsleistung so nicht zum Enteisen aus. Daher betätigt die Wärmepumpen-ECU 11 als Hilfswärmequelle die Wassererwärmungsheizeinrichtung (ECH) und trägt so zur Enteisungsleistung bei.
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(2) Umschalten aus dem Wärmeabsorptionsenteisungsmodus in den Heißgasenteisungsmodus
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Wenn aus dem Kühlerenteisungsmodus oder dem Kühlzyklusenteisungsmodus in den Heißgasenteisungsmodus umgeschaltet wird, ist als Enteisungsmodusumschaltbedingung beispielsweise eine Schwellentemperatur Trt1 in Bezug auf die Temperatur des Kältemittels oder ein Schwellendruck Prt1 in Bezug auf den Druck des Kältemittels eingestellt. So wird eine Temperatur oder ein Druck, beispielsweise eine Schwellentemperatur Trt1 von 5 °C oder ein Schwellendruck Prt1 von 0,25 MpaG oder dergleichen, eingestellt, bei der bzw. dem anzunehmen ist, dass die Enteisung im Kühlerenteisungsmodus oder im Kühlzyklusenteisungsmodus größtenteils erfolgt ist.
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Wenn nach dem Beginn der Enteisung im Kühlerenteisungsmodus oder im Kühlzyklusenteisungsmodus die Kältemitteltemperatur oder der Kältemitteldruck auf oder über dem im Voraus eingestellten Schwellenwert (Schwellentemperatur Trt1, Schwellendruck Prt1) liegt, so schaltet die Wärmepumpen-ECU 11 aus dem Kühlerenteisungsmodus oder dem Kühlzyklusenteisungsmodus in den Heißgasenteisungsmodus um. Ansonsten kann als Umschaltbedingung auch eine bestimmte Zeit TP1 (beispielsweise 15 Minuten) seit dem Beginn des Kühlerenteisungsmodus oder des Kühlzyklusenteisungsmodus eingestellt werden.
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Für die Kältemitteltemperatur wird beispielsweise die Kältemittelansaugtemperatur Ts am Verdichter 2, die Kältemittelabgabetemperatur Td des Verdichters 2 oder die Kältemittelabgabetemperatur TXO unmittelbar nach dem Abgeben aus dem externen Wärmetauscher 7 oder dergleichen erfasst und verwendet. Für den Kältemitteldruck wird beispielsweise der Kältemittelansaugdruck Ps am Verdichter 2, der Kältemittelabgabedruck Pd des Verdichters 2 oder der Kältemittelabgabedruck PXO unmittelbar nach dem Abgeben aus dem externen Wärmetauscher 7 oder dergleichen erfasst und verwendet.
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(3) Betätigung der Hilfswärmequelle während der Ausführung der Enteisung durch den Wärmeabsorptionsenteisungsmodus
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An der Wärmepumpen-ECU 11 ist eine Betätigungsbedingung eingestellt, die festlegt, ob während der Enteisung durch den Wärmeabsorptionsenteisungsmodus die Hilfswärmequelle betätigt wird.
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Wenn im Kühlerenteisungsmodus die Kühlerwassertemperatur (Temperatur des Wärmeträgers) Tw niedriger als eine als die Betätigungsbedingung eingestellte Temperatur Twt2 ist, so wird die Wassererwärmungsheizeinrichtung (ECH) als Hilfswärmequelle betätigt. Wenn die Kühlerwassertemperatur Tw über eine als Betätigungsstoppbedingung eingestellte Temperatur Twt3 ansteigt, so kann die Betätigung der Wassererwärmungsheizeinrichtung angehalten werden. Bei der Temperatur Twt2, die als Betätigungsbedingung eingestellt ist, kann es sich um die gleiche Temperatur wie die als Auswahlbedingung festgelegte bestimmte Temperatur Twt1 handeln.
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Wenn im Kühlzyklusenteisungsmodus die Fahrgastzelletemperatur Tin niedriger als eine als die Betätigungsbedingung eingestellte Temperatur Tint2 ist, so wird die Hilfsheizeinrichtung 23 als Hilfswärmequelle betätigt. Wenn die Fahrgastzelletemperatur Tin über eine als Betätigungsstoppbedingung eingestellte Temperatur Tint3 ansteigt, so kann die Betätigung der Hilfsheizeinrichtung 23 angehalten werden. Bei der Temperatur Tint2, die als Betätigungsbedingung eingestellt ist, kann es sich um die gleiche Temperatur wie die als Auswahlbedingung festgelegte bestimmte Temperatur Tint1 handeln.
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(4) Enteisungsende
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In der vorliegenden Ausführungsform ist als Enteisungsendbedingung zum Beenden der Enteisung ein Schwellenwert Trt2 für die Kältemitteltemperatur oder ein Schwellenwert Prt2 für den Kältemitteldruck eingestellt. Wenn bei der Wärmepumpen-ECU 11 ein Zustand, in dem die Kältemitteltemperatur oder der Kältemitteldruck höher als der im Voraus eingestellte Schwellenwert (Schwellentemperatur Trt2, Schwellendruck Prt2) ist, für eine festgelegte Zeit TP2 angedauert hat, wird die Ausführung des Enteisungsmodus beendet.
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Verarbeitung zum Auswählen/Umschalten des Enteisungsmodus
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme aus 10 eine Verarbeitung zum Auswählen/Umschalten des Enteisungsmodus beschrieben.
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Wenn der Enteisungsbetrieb automatisch oder aufgrund einer manuellen Bedienung des Klimatisierungsbedienungsabschnitts 53 ausgewählt wird, urteilt die Wärmepumpen-ECU 11, dass Enteisungsbedarf vorliegt (Schritt S11), und beurteilt zusammen damit, ob eine Heizanforderung vorliegt (Schritt 12). Wenn keine Heizanforderung vorliegt, wird überwacht, ob die Kühlerwassertemperatur Tw höher als die bestimmte Temperatur Twt1 ist (Schritt S13).
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Wenn die Kühlerwassertemperatur Tw höher als die bestimmte Temperatur Twt1 ist, wählt die Wärmepumpen-ECU 11 den Kühlerenteisungsmodus aus und führt ihn aus (Schritt S14). Wenn der Kühlerenteisungsmodus ausgewählt wird, wird der Lüfter 27 angehalten, die Luftmischklappe 28 geschlossen (Schritt S15) und die Steuerung der Wassererwärmungsheizeinrichtung (ECH-Steuerung) durchgeführt (Schritt S16). Die ECH-Steuerung wird an späterer Stelle beschrieben. Anschließend überwacht die Wärmepumpen-ECU 11, ob eine Umschaltung des Enteisungsmodus erforderlich ist (Schritt S17).
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Ob eine Umschaltung des Enteisungsmodus erforderlich ist, wird wie folgt beurteilt. Nach dem Start der Enteisung des externen Wärmetauschers 7 durch den Kühlerenteisungsmodus in Schritt S14 ruft die Wärmepumpen-ECU 11 die Kältemitteltemperatur (eine von Ts, Td, TXO) von einem von dem Ansaugtemperatursensor 44, dem Abgabetemperatursensor 43 und dem Temperatursensor 54 des externen Wärmetauschers ab, und wenn die Kältemitteltemperatur Tr höher als die im Voraus festgelegte Schwellentemperatur Trt1 ist, so schaltet sie aus dem Kühlerenteisungsmodus in den Heißgasenteisungsmodus um (Schritt S17, Schritt S18).
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In Schritt S17 kann anstelle der Kältemitteltemperatur von dem Abgabedrucksensor 42, dem Drucksensor 56 des externen Wärmetauschers oder dergleichen der Kältemitteldruck (einer von Ps, Pd, PXO) abgerufen werden, und wenn der Kältemitteldruck höher als der im Voraus festgelegte Schwellendruck Prt1 ist, für eine festgelegte Zeit angedauert hat (JA in Schritt S17), aus dem Kühlerenteisungsmodus in den Heißgasenteisungsmodus umgeschaltet werden (Schritte S17, S18). Die Wärmepumpen-ECU 11 kann auch nach dem Beginn der Enteisung des externen Wärmetauschers 7 durch den Kühlerenteisungsmodus in Schritt S14 anhand dessen, dass die bestimmte Zeit TP1 verstrichen ist, aus dem Kühlerenteisungsmodus in den Heißgasenteisungsmodus umschalten (Schritte S17, S18). Die Wärmepumpen-ECU 11 beendet die Enteisung, wenn in Schritt S17 geurteilt wird, dass keine Umschaltung des Enteisungsmodus erforderlich ist.
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Wenn der Heißgasenteisungsmodus ausgewählt und ausgeführt wird (Schritt S18), so beurteilt die Wärmepumpen-ECU 11, ob das Beenden der Enteisung zulässig ist (Schritt S19). Konkret beendet die Wärmepumpen-ECU 11 die Enteisung (Schritt S 19), wenn der Zustand, in dem die Kältemitteltemperatur Tr höher als die im Voraus festgelegte Schwellentemperatur Trt2 ist, oder der Zustand, in dem der Kältemitteldruck höher als der im Voraus festgelegte Schwellendruck Prt2 ist, für die bestimmte Zeit TP2 angedauert hat. Wenn die Bedingung zum Beenden der Enteisung nicht erfüllt ist, setzt die Wärmepumpen-ECU 11 die Enteisung fort (Schritt S20), kehrt zu Schritt S11 zurück und wiederholt die oben beschriebene Verarbeitung.
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Wenn dagegen in Schritt S13 die Kühlerwassertemperatur Tw unter der bestimmten Temperatur Twt1 liegt, wird die Fahrgastzellentemperatur Tin überwacht (Schritt S21). Wenn die Fahrgastzellentemperatur Tin auf oder über der bestimmten Temperatur Tint1 liegt, wird der Kühlzyklusenteisungsmodus ausgewählt und ausgeführt (Schritt S22). Wenn der Kühlzyklusenteisungsmodus ausgewählt wird, wird eine Steuerung (PTC-Steuerung) der Hilfsheizeinrichtung 23 durchgeführt (Schritt S23). Die PTC-Steuerung wird an späterer Stelle beschrieben.
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Anschließend führt die Wärmepumpen-ECU 11 die Verarbeitungen von Schritt S 17 bis Schritt S19 aus. Das heißt, die Wärmepumpen-ECU 11 überwacht, ob ein Umschalten des Enteisungsmodus erforderlich ist (Schritt S 17), und wenn kein Umschalten erforderlich ist, beendet sie die Enteisung, und wenn ein Umschalten erforderlich ist, schaltet sie in den Heißgasenteisungsmodus um und führt ihn aus (Schritt S18). Nach dem Ausführen des Heißgasenteisungsmodus beurteilt die Wärmepumpen-ECU 11, ob ein Beenden der Enteisung zulässig ist (Schritt S19), und wenn die bestimmte Bedingung zum Beenden der Enteisung erfüllt ist, beendet sie die Enteisung.
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Bei der Überwachung der Fahrgastzellentemperatur Tin in Schritt S21 wird für den Fall, dass die Fahrgastzellentemperatur Tin unter der bestimmten Temperatur Tint1 liegt, die durch den Außenlufttemperatursensor 33 erfasste Außenlufttemperatur Tam abgerufen. Die Wärmepumpen-ECU 11 vergleicht die Außenlufttemperatur Tam und die bestimmte Temperatur Tx (Schritt S24).
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Wenn in Schritt S22 die Außenlufttemperatur Tam auf oder über der bestimmten Temperatur Tx liegt, so wählt die Wärmepumpen-ECU 11 den Heißgasenteisungsmodus aus (Schritt S25). Wenn die Außenlufttemperatur Tam unter der bestimmten Temperatur Tx liegt, so wählt sie als Wärmeabsorptionsenteisungsmodus den Kühlerenteisungsmodus aus (Schritt S26).
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Wenn der Kühlerenteisungsmodus ausgewählt wird, wird eine ECH-Steuerung durchgeführt (Schritt S27). Sowohl bei Auswahl des Heißgasenteisungsmodus (Schritt S25) als auch bei Auswahl des Kühlerenteisungsmodus (Schritt S26) wird der Lüfter 27 geschlossen und die Luftmischklappe 28 geschlossen (Schritt S28), um die Enteisung auszuführen. Anschließend beurteilt die Wärmepumpen-ECU 11, ob ein Beenden der Enteisung bei Schritt S19 zulässig ist, und wenn die bestimmte Bedingung zum Beenden der Enteisung erfüllt ist, beendet sie die Enteisung.
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Die Wärmepumpen-ECU 11 wählt den Kühlzyklusenteisungsmodus aus und führt ihn aus (Schritt S29), wenn in Schritt S12 geurteilt wird, dass Heizbedarf besteht. Wenn der Kühlzyklusenteisungsmodus ausgewählt wird, wird eine Klimatisierungssteuerung (PTC-Steuerung) mittels der Hilfsheizeinrichtung durchgeführt (Schritt S30). Die PTC-Klimatisierungssteuerung wird an späterer Stelle beschrieben.
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Anschließend führt die Wärmepumpen-ECU 11 die Verarbeitungen von Schritt S17 bis Schritt S19 aus. Das heißt, die Wärmepumpen-ECU 11 überwacht, ob ein Umschalten des Enteisungsmodus erforderlich ist (Schritt S17), und wenn kein Umschalten erforderlich ist, beendet sie die Enteisung, und wenn ein Umschalten erforderlich ist, schaltet sie in den Heißgasenteisungsmodus um und führt ihn aus (Schritt S18). Nach dem Ausführen des Heißgasenteisungsmodus beurteilt die Wärmepumpen-ECU 11, ob ein Beenden der Enteisung zulässig ist (Schritt S19), und wenn die bestimmte Bedingung zum Beenden der Enteisung erfüllt ist, beendet sie die Enteisung.
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Betätigungsverarbeitung der Hilfswärmequelle
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm aus 11 die Steuerung (ECH-Steuerung, PTC-Steuerung und PTC-Klimatisierungssteuerung) der Fahrzeugklimaanlage gemäß der vorliegenden Ausführungsform für die Betätigung der Hilfswärmequelle beim Ausführen des Wärmeabsorptionsenteisungsmodus beschrieben.
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Die Wärmepumpen-ECU 11 ergänzt beim Ausführen des Wärmeabsorptionsenteisungsmodus bei Bedarf die Enteisungsleistung. Wenn der derzeit ausgeführte Enteisungsmodus der Kühlerenteisungsmodus ist, führt die Wärmepumpen-ECU 11 daher die Steuerung der Wassererwärmungsheizeinrichtung gemäß dem Ablaufdiagramm aus 11(A) zur ECH-Steuerung durch. Konkret vergleicht die Wärmepumpen-ECU 11 die Kühlerwassertemperatur Tw mit der bestimmten Temperatur Tw2 (Schritt S311), und wenn die Kühlerwassertemperatur Tw höher als die bestimmte Temperatur Twt2 ist, betätigt sie die Wassererwärmungsheizeinrichtung nicht (Schritt S312), und wenn die Kühlerwassertemperatur Tw niedriger als die bestimmte Temperatur Twt2 ist, betätigt sie die Wassererwärmungsheizeinrichtung (Schritt S313).
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Wenn der derzeit ausgeführte Enteisungsmodus der Kühlzyklusenteisungsmodus ist, führt die Wärmepumpen-ECU 11 die Steuerung der Hilfsheizeinrichtung 23 gemäß dem Ablaufdiagramm aus 11(B) zur PTC-Steuerung durch. Konkret vergleicht die Wärmepumpen-ECU 11 die Fahrgastzellentemperatur Tin mit der bestimmten Temperatur Tint2 (Schritt S321), und wenn die Fahrgastzellentemperatur Tin höher als die bestimmte Temperatur Tint2 ist, betätigt sie die Hilfsheizeinrichtung nicht (Schritt S322), betätigt den Lüfter und schließt die Luftmischklappe 28 (S323). Wenn dagegen die Fahrgastzellentemperatur Tin niedriger als die bestimmte Temperatur Tint1 ist, betätigt sie die Hilfsheizeinrichtung (Schritt S324), betätigt den Lüfter und öffnet die Luftmischklappe 28 (S325).
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Wenn eine Heizanforderung vorliegt und der Kühlzyklusenteisungsmodus ausgeführt wird, führt die Wärmepumpen-ECU 11 die Steuerung der Hilfsheizeinrichtung 23 gemäß dem Ablaufdiagramm aus 11(C) zur PTC-Klimatisierungssteuerung durch. Konkret vergleicht die Wärmepumpen-ECU 11 die Fahrgastzellentemperatur Tin mit einer durch einen Benutzer eingestellten Einstelltemperatur Tset (Schritt S331), und wenn die Fahrgastzellentemperatur Tin höher als die Einstelltemperatur Tset ist, betätigt sie die Hilfsheizeinrichtung nicht (Schritt S332), betätigt den Lüfter und schließt die Luftmischklappe 28 (S333). Wenn dagegen die Fahrgastzellentemperatur Tin niedriger als die Einstelltemperatur Tset ist, betätigt sie die Hilfsheizeinrichtung (Schritt S334), betätigt den Lüfter und öffnet die Luftmischklappe 28 (S335). Es ist auch möglich, eine Bedingung zum Anhalten der Betätigung der Wassererwärmungsheizeinrichtung und der Hilfsheizeinrichtung einzustellen.
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Wie oben beschrieben, kann gemäß der Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform die Wärmepumpen-ECU 11 mehrere Enteisungsmodi ausführen, die den Wärmeabsorptionsenteisungsmodus (Kühlerenteisungsmodus oder Kühlzyklusenteisungsmodus) und den Heißgasenteisungsmodus beinhalten. Die Enteisung wird durchgeführt, indem gemäß der im Voraus festgelegten Auswahlbedingung der Wärmeabsorptionsenteisungsmodus mit Priorität ausgeführt und entsprechend dem Fortschritt der Enteisung in den Heißgasenteisungsmodus umgeschaltet wird. So wird mittels des Wärmeabsorptionsenteisungsmodus eine rasche Enteisung durchgeführt und mittels des Heißgasenteisungsmodus noch nicht geschmolzenes Eis und dergleichen ohne Ungleichmäßigkeit beseitigt, sodass eine rasche Enteisung ohne Ungleichmäßigkeiten durchgeführt werden kann.
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Vorstehend wurde unter Bezugnahme auf die Figuren eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben, doch sind die konkreten Ausgestaltungen nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und auch Auslegungsänderungen, die nicht vom Wesen der vorliegenden Erfindung abweichen, fallen in den Umfang der Erfindung.
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LISTE DER BEZUGSZEICHEN
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- 1
- Fahrzeugklimaanlage
- 2
- Verdichter
- 3
- Luftströmungskanal
- 4
- interner Kondensator
- 6
- externes Expansionsventil
- 7
- externer Wärmetauscher
- 8
- internes Expansionsventil
- 9
- Wärmesenke
- 11
- Wärmepumpen-ECU (Steuervorrichtung)
- 23
- Hilfsheizeinrichtung
- 27
- Lüfter
- 28
- Luftmischklappe
- 64
- Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher
- 73
- Kühlerexpansionsventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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