DE19713770C2 - Klimaregelung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich allgemein mit einem Komfort-Regelsystem und insbesondere mit einer Klimaregelung zur Kontrolle der Luftbedingungen und zum Heizen der Fahr­ gastzelle eines Kraftfahrzeugs.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung der Komponenten eines üblichen Klimareglers für Kraftfahrzeuge. Wie in der Zeichnung ge­ zeigt, umfaßt der konventionelle Klimaregler für Kraftfahr­ zeuge eine geschlossene Schleife bzw. einen geschlossenen Kreislauf für ein Kältemittel, wobei der Kreislauf einen Kom­ pressor 1, einen Kondensator 2, einen Empfänger 3, ein Expan­ sionsventil 4 und einen Verdampfer 5 der Reihe nach miteinan­ der verbindet, um dem Kältemittel ein Zirkulieren durch diese Komponenten in der angegebenen Reihenfolge zu ermöglichen und einen Kühlkreislauf zu bilden.

Wenn ein derartiger Klimaregler arbeitet, wird eine Kältemit­ telkreislauf geschaffen, um in einer geschlossenen Kältemit­ telschleife einen Bereich hohen Druckes und hoher Temperatur und einen Bereich niedriger Temperatur und niedrigen Druckes zu schaffen. Wenn der Regler dagegen nicht arbeitet, verteilt sich das Kältemittel derart in der geschlossenen Schleife, daß in dieser ein Druckausgleich stattfindet.

Wenn also der Klimaregler arbeitet, wird in einem Gasauslaß­ bereich des Kompressors 1, in dem Kondensator 2 und in dem Empfänger 3 ein Bereich hohen Druckes und hoher Temperatur geschaffen, während auf der Niederdruckseite des Kompressors 1 und an dem Verdampfer 5 ein Bereich niedriger Temperatur und niedrigen Druckes geschaffen wird. Ein Ansaugventil (nicht gezeigt) des Kompressors 1 und das Expansionsventil 4 bilden die Grenzen dieser Bereiche. Wenn der Klimaregler an­ dererseits nicht arbeitet oder beispielsweise unmittelbar nachdem der Klimaregler anhält, fließt das Kältemittel von dem Bereich hoher Temperatur und hohen Druckes zu dem Bereich niedriger Temperatur und niedrigen Druckes um den Druckaus­ gleich in dem Kältemittelkreislauf herbeizuführen. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß ein Weg, über welchen das Kältemittel von dem Bereich hoher Temperatur und hohen Druc­ kes zu dem Bereich niedriger Temperatur und niedrigen Druckes fließt, als ein erster Weg erhalten werden kann, der über das Ansaugventil des Kompressors 1 zu dem Verdampfer 5 führt so­ wie ein zweiter Weg, der über das Expansionsventil 4 zu dem Verdampfer 5 führt. In der Praxis öffnet das Saugventil in dem ersten Weg, wenn der Klimaregler nicht arbeitet, während das Expansionsventil 4 in dem zweiten Weg im wesentlichen schließt, weshalb das Kältemittel während der Druckaus­ gleichsphase hauptsächlich über den ersten Weg und kaum über den zweiten Weg fließt.

Wenn sich die Umgebungstemperatur für die Komponenten des Klimareglers während der Zeit ändert, in der der Regler nicht arbeitet, erfolgt ferner ein Verdampfen des Kältemittels oder ein Kondensieren desselben in Abhängigkeit von den Temperaturänderungen, wobei der Druck in den einzelnen Komponenten ge­ ändert wird, um in jeder Komponente einen gesättigten Zustand des Kältemittels aufrecht zu erhalten. Wenn der Druck auf­ grund der oben erwähnten Temperaturänderungen an den einzel­ nen Komponenten nicht gleich ist, fließt das Kältemittel fer­ ner zwischen den Komponenten, um den Druck in dem Kältemit­ telkreislauf vollständig auszugleichen.

Bei dem konventionellen Klimaregler für Kraftfahrzeuge sind der Kompressor 1 und der Empfänger 3 in einem Motorraum 6 an­ geordnet; der Kondensator 2 ist in der Nähe des Frisch­ lufteinlasses 7 des Motorraums 6 angeordnet und der Verdamp­ fer 5 sowie das Expansionsventil 4 sind in der Fahrgastzelle 8 angeordnet.

Wenn der Klimaregler und die Maschine bzw. der Motor im ange­ haltenen Zustand gehalten werden, werden die Temperatur und der Druck für jede Komponente in dem Kältemittelkreislauf aufgrund der Temperaturänderungen in der außerhalb des Kraft­ fahrzeugs befindlichen Atmosphäre und in der inneren Atmo­ sphäre der Fahrgastzelle beeinflußt, und die Tempera­ tur/Druck-Beziehung zwischen dem Komponenten ändert sich ge­ genüber der Beziehung unter Betriebsbedingungen beziehungs­ weise gegenüber der Beziehung unmittelbar nach einem Anhal­ ten. Folglich fließt das Kältemittel, um den Druck in dem Kältemittelkreislauf in unterschiedlicher Weise gegenüber den Betriebsbedingungen oder den Bedingungen unmittelbar nach ei­ nem Anhalten auszugleichen.

Die Temperatur des Kondensators 2, der unmittelbar der äuße­ ren Atmosphäre ausgesetzt ist, wird also zunächst abgesenkt, während anschließend die Temperatur des Kompressors 1 und des Empfängers 3, die im Inneren des Motorraums angeordnet sind, dem Frischluft von außen zugeführt wird, anschließend abge­ senkt wird. Andererseits läßt sich die Temperatur des Ver­ dampfers 5 nicht ohne weiteres absenken, da der Verdampfer 5 im Inneren der Fahrgastzelle 8 angeordnet ist, welchem keine Luft von außen zugeführt wird. Daher herrscht in dem Verdamp­ fer 5 das höchste Verhältnis von Temperatur zu Druck, während in dem Kondensator 2 das niedrigste Verhältnis von Temperatur zu Druck herrscht und bezüglich des Kompressors 1 Temperatur und Druck zwischen den betreffenden Werten liegen.

Insbesondere kann das Kältemittel, wie dies häufig an gewis­ sen Plätzen geschieht, bei denen sich die Temperatur zwischen Tag und Nacht plötzlich ändert, beziehungsweise bei denen die Außentemperatur in der Nacht erheblich absinkt, dann wenn die Außentemperatur unter einen vorgegebenen Wert abgesenkt wird, in dem Kondensator 2 oder in dem Kompressor 1 damit beginnen, zu kondensieren beziehungsweise sich zu verflüssigen.

Wenn das Kältemittel damit beginnt, sich in dem Kondensator 2 zu verflüssigen, wandert das Kältemittel aus dem Verdampfer 5, in dem eine hohe Temperatur herrscht, in den Kompressor, in dem eine mittlere Temperatur herrscht und weiter in den Kondensator, um den Druck in dem Kältemittelkreislauf auszu­ gleichen.

Insbesondere dann, wenn die Klimakontrolle und der Motor des Kraftfahrzeugs während einer langen Zeit angehalten werden, dann wiederholen sich die Kondensationen und die Verflüssi­ gung des Kältemittels in dem Kondensator 2 und dem Kompressor 1 sowie der Transport von Kältemittel von dem Verdampfer 5 über den Kompressor 1 zu dem Kondensator 2 für eine lange Zeit. Somit wird in dem Kompressor 1 verflüssigtes Kältemit­ tel mit einem Schmieröl gemischt, welches in diesem gespeichert ist, und dann aufgrund der Druckdifferenz in den Kon­ densator 2 entladen beziehungsweise abgeführt. Das Schmieröl wird infolgedessen zusammen mit dem abgeführten Kältemittel abgeführt, so daß das Schmieröl aus dem Kompressor 1 zusammen mit dem Transport des Kältemittels vollständig in den Konden­ sator 2 transportiert wird, wodurch der Kompressor 1 einen Zustand erreicht, in dem in ihm kein Schmieröl mehr vorhanden ist, nämlich einen sogenannten "trockenen" Zustand. Dies führt zu dem Problem eines Versagens der Schmierung, wenn der Klimaregler seinen Betrieb erneut aufnimmt.

In der letzten Zeit wurden als Alternative für Fluorkohlen­ wasserstoffe alternative Fluorkohlenstoff-Materialien (sogenannte "flon"-Materialien) wie z. B. HFC-134a (1,1,1,2- Tetrafluorethan) als Kältemittel eingesetzt, welche kein Chlor enthalten und mit deren Hilfe das Problem einer Zerstö­ rung der Ozonsphäre aufgrund der Verwendung eines Fluorkoh­ lenstoffgases verhindert werden kann. Diese Art von Kältemit­ tel besitzt eine gute Kompatibilität mit einem Schmieröl, so daß das Problem eines Versagens der Schmierung in Klimareg­ lern merklich ansteigt, die mit derartigen alternativen Flu­ orkohlenstoff-Materialien arbeiten. Daher ist das Versagen der Schmierung aufgrund eines Austrocknens des Schmierölvor­ rats auf dem Gebiet der Klimaregler für Kraftfahrzeuge ein relativ neues Problem.

Aus der DE 37 12 468 C2 ist eine Kälteanlage mit einem Kälte­ mittelkreislauf bekannt, bei dem ein Rotationskompressor mit einem Zylinder und einem Drehkolben zum Einsatz kommt. Der Zylinder ist mit einem Drehschieber versehen, der von einer Druckfeder beaufschlagt ist und durch Drehung des Drehkolbens bewegt werden kann. An den Rotationskompressor sind ein Saugrohr sowie ein Druckrohr angeschlossen, die über ein Absperr­ ventil miteinander verbunden sind. Letzteres weist einen Ven­ tilschieber auf, mit dessen Hilfe das Saugrohr und das Druck­ rohr gleichzeitig vom Rotationskompressor abgetrennt werden können, wenn dieser ausgeschaltet ist. Hierzu kann der Ven­ tilschieber mit einem Schließdruck beaufschlagt werden, der vom Kältemittel hervorgerufen wird, das beim Ausschalten des Rotationskompressors durch einen Spalt zwischen dem Dreh­ schieber und der Bohrung des Zylinders zur Einlaßseite des Kompressors zurückströmt. Allerdings kann über diesen Strö­ mungsweg bei lange ausgeschaltetem Kompressor auch ein Abfall des Schließdruckes erfolgen, so daß nicht in allen Fällen ge­ währleistet ist, daß das Absperrventil geschlossen und damit der Kompressor vom Saug- und Druckrohr abgetrennt bleibt.

Aus der GB 21 21 942 A1 ist ein Kältemittelkreislauf insbe­ sondere für einen Kühlschrank bekannt, bei dem zwischen einem Verdampfer und einem Rotationskompressor im Kältemittelkanal einen Rückschlagventil angeordnet ist, daß beim Abschalten des Kompressors einen Kältemittelfluß vom Kompressor zum Ver­ dampfer verhindert, in umgekehrter Richtung jedoch einen Käl­ temittelfluß freigibt. Soll ein derartiger Kältemittelkreis­ lauf bei einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen, so hat dies zur Folge, daß insbesondere bei kalten Außentemperaturen und einer dementsprechend starken Temperaturabsenkung des im Mo­ torraum des Kraftfahrzeugs positionierten Kompressors inner­ halb des Kompressors eine Verflüssigung des Kältemittels auf­ tritt, während das Kältemittel des in der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeuges angeordneten Verdampfers im gasförmigen Zu­ stand verbleibt, so daß sich ein Kältemittelfluß vom Verdamp­ fer zum Kompressor einstellt. Vom Kompressor wiederum kann das Kältemittel zum Kondensator gelangen, d. h. es kann sich ein Kältemittelfluß durch den Kompressor hindurch einstellen, der zu einem Verlust von Schmiermittel führt. Ein in entspre­ chender Weise ausgestalteter Kältemittelkreislauf ist auch aus der DE 39 26 492 A1 bekannt.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Klimaregler für Kraftfahrzeuge anzugeben, bei dem selbst dann verhindert werden kann, daß er in einen trockenen Zustand ge­ rät, wenn der Klimaregler und/oder der Fahrzeugmotor lange Zeit im angehaltenen Zustand verbleiben, so daß das Problem eines Versagens der Schmierung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Klimaregler für ein Kraftfahrzeug gelöst, welcher die Merkmale gemäß Pa­ tentanspruch 1 umfaßt.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion bedeutet "ein Betrieb, der die Temperatur sowohl des Kompressors als auch des Kon­ densators beeinflußt" einen Betrieb, bei dem, wie beim Arbei­ ten des Motors oder des Klimareglers, die Temperatur sowohl des Kompressors als auch des Kondensators erhöht wird, wenn der Betrieb wirksam wird, beispielsweise wenn der Motor star­ tet, und abgesenkt wird, wenn der Betrieb unwirksam wird, beispielsweise wenn der Motor stillgesetzt wird. Genauer ge­ sagt wird dann, wenn der Motor arbeitet, die Temperatur so­ wohl des Kompressors als auch des Kondensators durch die Wär­ me erhöht, die von dem Motor und einem Radiator beziehungs­ weise dem Kühler abgestrahlt wird, sowie außerdem durch einen Temperaturanstieg der Atmosphäre im Motorraum aufgrund der Wärmeabstrahlung des Motors und des Kühlers. Außerdem werden beim Arbeiten des Klimareglers sowohl die Temperatur des Kompressors als auch diejenige des Kondensators dadurch erhöht, daß eine Kältemittelumwälzung herbeigeführt wird.

Bei dieser Ausgestaltung wird das Ventil betätigt, um die Verbindung für das Kältemittel durch den Teil des Kanals zu unterbrechen, der von dem Verdampfer über den Kompressor zu dem Kondensator führt, wenn der angenommene Betrieb unwirksam wird, d. h. wenn der Motor oder der Klimaregler stillgesetzt werden. Folglich kann das Kältemittel nicht in den Kanalteil transportiert werden, der von dem Verdampfer über den Kom­ pressor zu dem Kondensator führt, und zwar selbst dann, wenn der Klimaregler und/oder der Motor für eine lange Zeit im an­ gehaltenen Zustand verbleiben. Somit wird das Problem eines Versagens der Schmierung vermieden. Andererseits wird das Ventil dann derart betätigt, daß es öffnet, um eine solche Verbindung herzustellen, wenn der erwähnte Betrieb wirksam wird, d. h. wenn der Motor oder der Klimaregler starten. Folg­ lich ist sichergestellt, daß für den eine geschlossene Schleife bildenden Kältemittelkanal eine Kältemittelumwälzung herbeigeführt wird. In diesen Zustand werden aber sowohl die Temperatur des Kompressors als auch diejenige des Kondensa­ tors erhöht und somit erfolgt in den genannten Komponenten keine Verflüssigung des Kältemittels.

Gemäß der Erfindung umfaßt der eine geschlossene Schleife bildende Kältemittelkanal ein Saugrohr, welches den Verdamp­ fer direkt mit dem Kompressor verbindet, und das Ventil ist in dem Saugrohr angeordnet. Das Saugrohr wird während der Pe­ riode, in der der Klimaregler anhält, geschlossen, so daß verhindert wird, daß das Kältemittel sich über das Saugrohr in Form einer flüssigen Phase in dem Kompressor sammelt. Folglich wird der Nachteil der Kompression von Flüssigkeit, welcher sonst zum Zeitpunkt des Startens eines konventionel­ len Klimareglers für Kraftfahrzeuge auftreten könnte, sicher vermieden.

Es ist vorteilhaft, wenn der vorstehend erwähnte Klimaregler ferner einen Regelkreis zur Lieferung eines Ein-/Aussignals umfaßt, um die Bedingungen für den Betrieb des Klimareglers zu ändern. In diesem Fall kann der Regelkreis dem Ventil fer­ ner das Öffnen oder Schließen entsprechend dem Ein-/Aussignal befehlen.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt wird das Ventil zum Schließen betätigt, wenn eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, nach dem der Betrieb des Klimareglers geändert wurde, wobei die vorgegebene Zeit der Zeit entspricht, in der ein Druckaus­ gleich im Kältemittelkanal erwartet wird. Gemäß diesem Aspekt kann das Kältemittel durch den Maschinenteil wandern, um wäh­ rend der vorgegebenen Zeit und ehe das Ventil schließt, einen vollständigen Druckausgleich in dem eine geschlossene Schlei­ fe bildenden Kanal herbeizuführen, wodurch die betriebsmäßige Belastung beim erneuten Starten des Klimareglers auf ein Mi­ nimum reduziert wird, so daß ein sanftes Anlaufen gewährlei­ stet ist.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt wird das Ventil auto­ matisch betätigt, wenn sich der Betrieb auf einen unwirksamen oder auf einen wirksamen Zustand ändert. Es liegt jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn das Ventil durch eine Bedienungsperson manuell betätigt wird, nachdem diese sich vergewissert hat, daß der Betrieb nunmehr unwirksam bezie­ hungsweise wirksam geworden ist.

Es ist auch vorteilhaft, wenn das Ventil als elektromagneti­ sches Ventil ausgebildet wird, da in diesem Fall ein elektro­ magnetisches Allzweckventil verwendet werden kann, was zu ei­ ner Einschränkung hinsichtlich eines Anstiegs der Herstel­ lungskosten führt.

Bevorzugt umfaßt der Kompressor eine Ansaugkammer und eine Auslaßkammer, die beide mit dem Kältemittelkanal verbunden sind, wobei in dem Gehäuse mehrere Zylinder ausgebildet sind und in den Zylindern eine entsprechende Anzahl von Kolben an­ geordnet ist, und wobei das Gehäuse die Kurbelkammer zur Auf­ nahme eines Antriebs zum Herbeiführen einer Hin- und Herbewe­ gung der Kolben in den Zylindern aufweist.

In diesem Fall kann der Antriebsmechanismus des Kompressors eine Antriebswelle umfassen, die in dem Gehäuse gelagert ist, wobei auf der Antriebswelle drehfest eine Taumelscheibe sitzt und wobei zwischen der Taumelscheibe und jedem der Kolben ein Paar von Schuhen angeordnet ist, um die Drehbewegung der Tau­ melscheibe in eine Hin- und Herbewegung der Kolben umzuset­ zen.

Es ist ferner günstig, wenn als Kältemittel ein Fluorkohlen­ wasserstoff verwendet wird. In diesem Fall kann das Fluorkoh­ lenwasserstoff-Material 1,1,1,2-Tetraflourethan sein. Das Fluorkohlenwasserstoff-Material zerstört die Ozonschicht nicht, was den Klimaregler unter dem Aspekt des Umweltschut­ zes zu einem überlegenen System macht.

Der Kompressor und der Empfänger können im Motorraum eines Kraftfahrzeuges angeordnet sein, während der Kondensator in dem Motorraum an einem Einlaß für die Außenluft vorgesehen sein kann, wobei das Expansionselement und der Verdampfer in der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs angeordnet sein können.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nach­ stehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines eine geschlossene Schleife bildenden Kältemittelkanals und der Anord­ nung der Komponenten eines vorbekannten Klimareglers für Kraftfahrzeuge;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines eine geschlossene Schleife bildenden Kältemittelkanals gemäß eines Aus­ führungsbeispiel eines Klimareglers gemäß der Erfin­ dung für Kraftfahrzeuge und

Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch einen Kompressor, der zur Verwendung bei einem Klimaregler gemäß Fig. 2 ge­ eignet ist.

Im einzelnen zeigt Fig. 2 der Zeichnung schematisch einen ei­ ne geschlossene Schleife bildenden Kältemittelkanal bezie­ hungsweise einen Kältemittelkreislauf eines Ausführungsbei­ spiels eines Klimareglers gemäß der Erfindung. Bei dem ge­ zeigten Klimaregler ist ein Kompressor 11 über eine zugeord­ nete elektromagnetische Kupplung 16 mit einer Kraftfahrzeug­ maschine bzw. einem Motor 17 verbunden. Ein Kondensator 12 ist über einen ersten Teil 18 des Kanals bzw. Kreislaufs und einen Flansch 19 des Kompressors 11 mit der Auslaßöffnung (unten beschrieben) des Kompressors 11 verbunden. Der Konden­ sator 12 ist ferner über einen zweiten Teil 20 des Kanals 20 mit einem Empfänger 13 verbunden, der einen Trockner auf­ weist. Der Empfänger 13 ist weiterhin über einen dritten Teil 21 des Kanals mit einem Expansionsventil 14 verbunden. Das Expansionsventil 14 ist über einen vierten Teil 22 des Kanals mit einem Verdampfer 15 verbunden. Der Verdampfer 15 ist au­ ßerdem über ein Saugrohr 23 als einem fünften Teil des Kanals und den Flansch 19 mit der Einlaßöffnung (unten beschrieben) des Kompressors 11 verbunden. Der Flansch 19 kann einen An­ saugöffnungsflansch und einen Auslaßöffnungsflansch aufwei­ sen, die einstückig miteinander ausgebildet sind. Auf diese Weise kann das Kältemittel in einem eine geschlossene Scheibe bildenden Kanal zirkulieren und einen Kühlzyklus ausführen.

Bei dem Klimaregler gemäß dem betrachteten Ausführungsbei­ spiel ist in der Mitte des Saugrohrs 24 ein elektromagneti­ sches Ventil 24 angeordnet. Das elektromagnetische Ventil 24 dient als Ventil gemäß vorliegender Erfindung und wird betätigt, um die Verbindung für das Kältemittel durch das Saug­ rohr 23 zu unterbrechen, wenn eine den Betrieb beeinflussende Temperatur für den Kompressor 11 und den Kondensator 12 un­ wirksam wird, und um die Verbindung freizugeben freizugeben bzw. zu öffnen, wenn der Betrieb wirksam wird, wie dies unten detailliert beschrieben ist.

Der Kompressor 11 kann ein Taumelscheiben-Kompressor mit meh­ reren doppelt-wirkenden Kolben sein, dessen Aufbau in Fig. 3 gezeigt ist. Gemäß Fig. 3 umfaßt der Taumelscheiben- Kompressor 11 einen vorderen und einen hinteren Zylinderblock 31 bzw. 32, die koaxial zueinander angeordnet sind und sich an ihren inneren Enden aneinander abstützen, eine vordere und eine hintere Ventilplatte 33 bzw. 34, die an den jeweils zweiten Enden der Zylinderblöcke 31, 32 angeordnet sind, so­ wie einen vorderen und einen hinteren Zylinderkopf 35 bzw. 36, die an den äußeren Enden der Zylinderblöcke 31, 32 befe­ stigt sind, wobei die Zylinderblöcke 31, 32, die Ventilplat­ ten 33, 34 und die Zylinderköpfe 35, 36 mittels durchgehender Schraubbolzen 37 fest miteinander verbunden sind.

Die Zylinderblöcke 31, 32 sind im allgemeinen in ihrer Mitte mit axial verlaufenden Wellenbohrungen 31a, 32a versehen und definieren an ihren sich aneinander abstützenden inneren En­ den eine Taumelscheibenkammer 38, welche als Kurbelkammer dient und mit den Wellenbohrungen 31a, 32a in Verbindung steht. Die Wellenbohrungen 31a, 32a fluchten miteinander, und eine Antriebswelle 40 ist in die Wellenbohrungen 31a, 32a und Mittelöffnungen der Ventilplatten 33, 34 eingesetzt und wird durch Radiallager 39 in den Zylinderblöcken 31, 32 drehbar gelagert. Eine Taumelscheibe 41, welche als Kurbelplatte dienst, ist in der Taumelscheibenkammer 38 drehfest mit der Antriebswelle 40 verbunden.

Die Zylinderblöcke 31, 32 definieren rings um die Wellenboh­ rungen 31a, 32a mehrere (beispielsweise fünf) axial verlau­ fende Zylinderbohrungen 42. Die Zylinderbohrungen 42 sind ra­ dial rings um die Wellenbohrungen 31a, 32a angeordnet und von diesen getrennt und stehen mit der Taumelscheibenkammer 38 in Verbindung. In jeder der Zylinderbohrungen 42 ist axial gleitverschieblich ein doppelt-wirkender Kolben 43 angeord­ net. Jeder der Kolben 43 steht über ein Paar von Schuhen 44 in Gleitkontakt mit dem äußeren Umfangsbereich der Taumel­ scheibe 41 und wird in seiner Zylinderbohrung 42 zu einer Hin- und Herbewegung angetrieben, wenn sich die Antriebswelle 40 und die Taumelscheibe 41 drehen, um einen Kompressionsbe­ trieb herbeizuführen.

Die Taumelscheibe 41 ist außerdem in ihrem Nabenteil 41a an den Zylinderblöcken 31, 32 durch Drucklager 45 abgestützt. Die Zylinderköpfe 35, 36 sind in ihrem mittleren Teil mit An­ saugkammern 46, 47 und in ihrem Umfangsbereich mit Auslaßkam­ mern 48 bzw. 49 versehen. Die Ansaugkammern 46, 47 stehen über Ansaugkanäle 50 bzw. 51 zwischen benachbarten Zylinder­ bohrungen 12 in Verbindung mit der Taumelscheibenkammer 38. Die Taumelscheibenkammer 38 ist ferner über eine Ansaugöff­ nung in dem Flansch 19 mit dem Saugrohr des oben angesproche­ nen Kühlmittelkanals bzw. -kreislaufs verbunden, während die Auslaßkammern 48, 49 über eine Auslaßöffnung (nicht gezeigt) mit dem ersten Teil 18 des Kältemittelkanals verbunden sind.

Die Ventilplatten 33, 34 sind mit Ansaugöffnungen 55, 56 ver­ sehen, um eine Verbindung der Ansaugkammern 46 bzw. 47 mit den Zylinderbohrungen 42 herzustellen, sowie mit Auslaßöff­ nung 57, 58, um eine Verbindung der Auslaßkammern 48 bzw. 49 mit den Zylinderbohrungen 42 herzustellen. Ansaugventile 59, 60 zum Schließen der Ansaugöffnungen befinden sich auf der Seite der Ventilplatten 33, 34, die den Zylinderbohrungen 42 zugewandt ist, während Auslaßventile 61, 62 zum Öffnen und Schließen der Auslaßöffnungen 57 bzw. 58 auf der anderen Sei­ te der Ventilplatten 33, 34 angeordnet sind, welche den Aus­ laßkammern 48 bzw. 49 zugewandt sind.

Bei dem Klimaregler gemäß dem betrachteten Ausführungsbei­ spiel wird HFC-134a als Kältemittel in den eine geschlossene Schleife bildenden Kältemittelkanal gefüllt, der in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist. Ähnlich wie beim Stand der Technik gemäß Fig. 1 sind der Kompressor 11 und der mit einem Trockner ausgestattete Empfänger 13 im Motorraum angeordnet, während der Kondensator 12 in der Nähe eines Frischluftein­ lasses des Motorraums angeordnet ist und der Verdampfer 15 sowie das Expansionsventil 14 in der Fahrgastzelle. Die elek­ tromagnetische Kupplung 24 ist ebenfalls im Motorraum ange­ ordnet.

Wiederum gemäß Fig. 2 ist ein elektrischer Ein/Aus- Steuerkreis 25, welcher einen Ein/Aus-Schalter (nicht ge­ zeigt) umfaßt, um ein Ein/Aus-Signal zur Änderung der Be­ triebsbedingungen des Klimareglers usw. zu liefern, elek­ trisch sowohl mit der elektromagnetischen Kupplung 16 als auch mit dem elektromagnetischen Ventil 24 verbunden. Wenn der Ein/Aus-Schalter des Klimareglers gedreht wird, liefert der Steuerkreis 25 sowohl an die elektromagnetische Kupplung 16 als auch an das elektromagnetische Ventil 24 den Befehl zum Öffnen bzw. Schließen. Normalerweise ist der Ein/Aus- Schalter des Klimareglers derart ausgebildet, daß er in ver­ riegelter Weise ausgeschaltet wird, wenn ein Zündschalter des Motors ausgeschaltet wird.

Nachstehend wird nunmehr die Arbeitsweise des Klimareglers mit dem oben beschriebenen Aufbau für ein Kraftfahrzeug näher beschrieben.

Wenn der Ein/Aus-Schalter des Klimareglers bei laufenden Mo­ tor oder gleichzeitig mit dem Starten des Motors auf den Zu­ stand "Ein" geschaltet wird, liefert der Steuerkreis 25 den Befehl für das Starten des Klimareglers, d. h. für einen Be­ trieb des Klimareglers, bei dem sowohl die Temperaturbeein­ flussung am Kompressor als auch die Temperaturbeeinflussung am Kondensator wirksam werden. Im einzelnen liefert der Steu­ erkreis 25 an die elektromagnetische Kupplung 16 den Befehl zum Schließen bzw. zum Herstellen einer Antriebsverbindung und gleichzeitig an das elektromagnetische Ventil 24 den Be­ fehl zum Öffnen.

Außerdem werden Gebläseeinheiten (nicht gezeigt) zum Kühlen des Kondensators 12 und des Verdampfers 15 betätigt.

Wenn der Klimaregler aufgrund der obigen Betätigung zu arbei­ ten beginnt, wird von dem Kompressor 11 Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck geliefert und fließt dann zu dem Kondensator 12, um durch die Außenluft abgekühlt zu werden und zu kondensieren und sich zu verflüssigen. Das verflüssig­ te Kältemittel fließt zu dem Empfänger 13, welcher mit dem Trockner ausgestattet ist, um entwässert und dann in dem Emp­ fänger gespeichert zu werden. Anschließend wird das entwäs­ serte bzw. entfeuchtete, verflüssigte Kältemittel unter redu­ ziertem Druck in dem Expansionsventil 14 zerstäubt und strömt dann in den Verdampfer 15. In dem Verdampfer 15 wird das zer­ stäubte Kältemittel erhitzt und verdampft, um die Atmosphäre in der Fahrgastzelle abzukühlen und fließt dann durch das elektromagnetische Ventil 24 zu dem Kompressor 11 zurück.

Wenn der Ein/Aus-Schalter des Klimareglers von Hand oder au­ tomatisch in den Zustand "Aus" gebracht wird, weil das Innere der Fahrgastzelle durch das Arbeiten des Klimareglers auf die vorgegebene Temperatur abgekühlt ist oder wenn der Zündschal­ ter des Motors ausgeschaltet wird und dadurch der Ein/Aus- Schalter des Klimareglers abgeschaltet wird, liefert der Steuerkreis 25 an die elektromagnetische Kupplung 16 den Be­ fehl zum Öffnen bzw. den Befehl ihre Freigabeposition einzu­ nehmen. Der Klimaregler beendet somit seinen Betrieb. Der Be­ trieb des Klimareglers, der sowohl die Temperatur des Kom­ pressors als auch des Kondensators bestimmt, wird also un­ wirksam.

In dem Zustand unmittelbar nach dem Stoppen des Klimareglers ist die Druckverteilung in dem Kältemittelkanal ähnlich wie unter den Betriebsbedingungen, d. h. der Druck ist am höchsten in dem Kompressor 11, wird nacheinander in dem Kondensator 12 und in dem Empfänger 13 abgesenkt und ist am niedrigsten im Verdampfer 15. Der Druck wird dann aufgrund des Transports von Kältemittel durch den eine geschlossene Schleife bilden­ den Kanal von dem Kondensator 12 über den Kompressor 11 zu dem Verdampfer 15 ausgeglichen. Wenn nach dem Abschalten des Klimareglers eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, die der Zeit entspricht, in der ein Druckausgleich erwartet wird, dann wird das elektromagnetische Ventil 24 unter Steuerung durch den Steuerkreis 25 zum Schließen betätigt.

Während des Zustands des Druckausgleichs ist der andere Ka­ nalteil, der von dem Kondensator 12 über den Empfänger 13 und das Expansionsventil 14 zu dem Verdampfer 15 reicht, durch das Expansionsventil 14 im wesentlichen geschlossen und somit fließt kaum Kältemittel durch diesen Teil, da das Expansionsventil für das Kältemittel einen hohen Strömungswiderstand bietet und als im wesentlichen geschlossenes Ventil wirkt, wenn der Klimaregler stoppt.

Wenn die Außentemperatur unter einen vorgegebenen Wert ab­ sinkt, beispielsweise wenn es nachts kalt wird, während der Motor eines Kraftfahrzeugs im abgeschalteten Zustand bleibt, beginnt sich das Kältemittel im Kompressor 11 und im Konden­ sator 12 zu verflüssigen und wandert somit in den Kältemit­ telkanal. Während dieses Wanderns des Kältemittels wird das verflüssigte Kältemittel in der Taumelscheibenkammer 38 des Kompressors 11 gesammelt und mit dem darin befindlichen Schmieröl gemischt und anschließend von dem Kompressor 11 zu­ sammen mit dem Schmiermittel zu dem Kondensator 12 abgeführt.

Zu diesem Zeitpunkt schließt das elektromagnetische Ventil 24 das Saugrohr 23, welches den Verdampfer 15 mit dem Kompressor 11 verbindet, und unterbricht die Verbindung für das Kälte­ mittel in dem Saugrohr 23, so daß das Kältemittel lediglich von dem Kompressor 11 zu dem Kondensator 12 wandert und nicht von dem Verdampfer 15 zu dem Kompressor 11 wandern kann. Da­ her übersteigt die Menge des von dem Kompressor 11 zu dem Kondensator 12 wandernden Kältemittels nicht diejenige Kälte­ mittelmenge, die unmittelbar nach dem Druckausgleich in dem Kältemittelkanal in dem Kompressor 11 verbleibt. Die Menge des Schmieröls, welches zusammen mit dem Kältemittel aus dem Kompressor 11 abgeführt wird, wird daher auf ein Minimum re­ duziert.

Die vorstehend erläuterte erfindungsgemäße Lösung gemäß dem Ausführungsbeispiel besitzt eine Reihe von vorteilhaften Wir­ kungen, die nachstehend erläutert werden.

Das elektromagnetische Ventil 24, welches in dem Saugrohr 23 vorgesehen ist, welches den Verdampfer 15 mit dem Kompressor verbindet, wird zum Schließen betätigt, wenn nach den Anhal­ ten des Klimareglers eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, so daß das Kältemittel selbst dann nicht von dem Verdampfer 15 zu dem Kompressor 11 transportiert werden kann, wenn der Klimaregler und der Motor lange Zeit im Stillstand gehalten werden. Folglich kann das Problem der vorbekannten Systeme vermieden werden, bei denen das Kältemittel von dem Verdamp­ fer zu dem Kompressor fließt, in dem Kompressorkondensiert, und sich verflüssigt, um sich mit dem Schmieröl zu mischen, und zusammen mit dem Schmieröl in den Kondensator fließt, wo­ durch das Austrocknen bezüglich des Schmieröls und der troc­ kene Zustand des Kompressors vermieden werden. Daher werden die Probleme eines Versagens der Schmierung zum Zeitpunkt ei­ nes neuen Starts des Klimareglers überwunden.

In diesem Zusammenhang ist es auch wichtig, daß das elektro­ magnetische Ventil 24 zum Schließen betätigt wird, nachdem seit dem Stillsetzen des Klimareglers eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, um auf diese Weise sicherzustellen, daß der Druck in dem Kältemittelkreislauf vollständig ausgeglichen wird, so daß die betriebsmäßige Belastung beim erneuten Star­ ten des Klimareglers auf ein Minimum reduziert wird, um ein sanftes Anlaufen sicherzustellen.

Der Klimaregler gemäß dem betrachteten Ausführungsbeispiel macht es möglich, als Kältemittel HFC-134a zu verwenden, wel­ ches die Ozonschicht nicht zerstört und somit unter dem Aspekt des Umweltschutzes überlegen ist.

Der Steuerkreis 25 kann so ausgebildet werden, daß er ver­ schiedene kontrollierbare Operationen verschiedener Komponenten des Klimareglers anzeigt, einschließlich einer Ein/Aus- Steuerung der elektromagnetischen Kupplung und einer Ein/Aus- Steuerung des elektromagnetischen Ventils 24. Das elektroma­ gnetische Ventil 24 ist in dem Saugrohr 23 angeordnet, wel­ ches den Verdampfer 15 mit dem Kompressor 11 verbindet, so daß das Kältemittel daran gehindert wird, sich in dem Kom­ pressor 11 im kondensierten Zustand und in der verflüssigen Phase während, der Periode zu sammeln, in der Klimaregler stillsteht. Folglich wird der Nachteil einer Kompression von Flüssigkeit wie sie zum Zeitpunkt des Startens eines konven­ tionellen Klimareglers für Kraftfahrzeuge auftreten könnte, sicher vermieden.

Das elektromagnetische Ventil 24, welches als Ventil zum Blockieren der Kältemittelströmung von dem Verdampfer 15 über den Kompressor 11 zu dem Kondensator 12 verwendet wird, ist flexibel einsetzbar und kann hinsichtlich seiner Form oder seiner Steuerbarkeit in einem gewissen Zusammenhang mit den anderen Komponenten des Klimareglers ausgewählt werden. Wei­ terhin wird das elektromagnetische Ventil 24 in der Mitte des Saugrohrs 23 montiert, so daß ein elektromagnetisches All­ zweckventil des Typs zur Verbindung von Rohren verwendet wer­ den kann. Daher dient die Verwendung des elektromagnetischen Ventils 24 dazu, den Anstieg der Fertigungskosten zu be­ schränken.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können verschiedene Abwand­ lungen des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels vorge­ nommen werden, wie sie nachstehend erläutert werden.

Das elektromagnetische Ventil 24 kann derart betätigt werden, daß es zur selben Zeit öffnet, zu der eine Arbeitsweise be­ ginnt, welche sowohl die Temperatur des Kompressors als auch diejenige des Kondensators beeinflußt, d. h. das Arbeiten des Klimareglers beginnt, und zur gleichen Zeit geschlossen wer­ den, zu der dieser Betrieb endet.

Das elektromagnetische Ventil kann betätigt werden, wenn der Startschalter für den Motor ein- oder ausgeschaltet wird, und zwar unabhängig vom Ein/Aus-Zustand des Schalters des Klima­ reglers. In diesem Fall wird beim Drehen des Zündschalters des Motors der. Motor gestartet oder gestoppt, während gleich­ zeitig der Steuerkreis 25 für das magnetischen Ventil 24 den Befehl zum Öffnen bzw. Schließen erzeugt. Wenn der Motor startet, steigt die Temperatur des Motorraums aufgrund der von dem Motor und von dem Kühler abgestrahlten Wärme an, so daß die Temperatur des Kompressors 11 und des Kondensators 12 ansteigen, so daß sich das Kältemittel in dem Kompressor 11 und dem Kondensator 12 nicht mehr verflüssigt.

Ferner kann das elektromagnetische Ventil 24 in diesem Fall zum Schließen betätigt werden, wenn seit dem Abschalten des Motors eine vorgegebene Zeit verstrichen ist. Während dieser vorgegebenen Zeit kann die Temperatur des Motorraums allmäh­ lich absinken, ohne daß für das Kältemittel die Möglichkeit geschaffen würde, sich im Kondensator 12 zu verflüssigen, und der Druck in dem Kältemittelkanal wird ausgeglichen. Eine solche vorgegebene Zeit, die nicht ausreicht, um eine Ver­ flüssigung des Kältemittels in dem Kondensator herbeizufüh­ ren, kann durch Versuche ermittelt werden.

Das elektromagnetische Ventil 24 kann ein packungsloses (packless) Ventil sein. Das packungslose Ventil kann von Hand durch eine Bedienungsperson zum Öffnen oder Schließen betä­ tigt werden oder kann durch einen Servomotor automatisch be­ tätigt werden.

Das elektromagnetische Ventil 24 kann direkt an dem ansaug­ seitigen Flansch 19 oder an der Ansaugöffnung 52 des Kompres­ sors 12 befestigt werden. In diesem Fall kann der Teil des Saugrohr zwischen dem Kompressor 11 und dem elektromagneti­ schen Ventil 24 entfernt werden, um den Aufbau des Klimareg­ lers zu vereinfachen.

Alternativ kann das elektromagnetische Ventil 24 indem er­ sten Teil 18, d. h. in dem Auslaßrohr eines Kältemittelkanals, angeordnet werden, welcher von dem Kompressor 11 zu dem Kon­ densator 12 führt.

Das Kältemittel kann anstelle eines Fluorkohlenwasserstoffes ein anderes Fluorkohlenwasserstoff-Material als HFC-134a sein, wie z. B. ASHRAE (American Society of Heating, Refrige­ ration and Air Conditioning Engineers) # 404a. Dieses Kälte­ mittel ist eine Zusammensetzung aus 44% Pentafluorethan (HFC-125), 52% 1,1,1-Trifluorethan (HFC-143a) und 4% 1,1,1,2-Tetrafluorethan (HFC-134a).

Das Expansionsventil 14 als Expansionselement kann durch ein Kapillarrohr ersetzt werden.

Während die Erfindung vorstehend speziell unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Der Schutzumfang der Erfindung wird daher al­ lein durch die angefügten Ansprüche bestimmt.

Claims (14)

1. Klimaregler für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Kälte­ mittelkanal (18, 20, 21, 22, 23) in Form einer geschlos­ senen Schleife, welcher einen Kompressor (11), einen Kon­ densator (12), einen Empfänger (13), ein Expansionsele­ ment (14) und einen Verdampfer (15) verbindet, um nach­ einander ein Kältemittel durch die genannten Komponenten zirkulieren zu lassen, um einen Kühlkreislauf zu reali­ sieren, wobei der eine geschlossene Schleife bildende Kältemittelkanal eine Saugleitung (23) umfaßt, die den Verdampfer (15) direkt mit dem Kompressor (11) verbindet, und wobei in der Saugleitung (23) ein Ventil (24) ange­ ordnet ist, welches betätigbar ist, um eine Förderung des Kältemittels durch die Saugleitung (23) zu unterbrechen, wenn eine Arbeitsweise, welche die Temperaturen sowohl im Kompressor (11) als auch im Kondensator (12) beeinflußt, unwirksam wird, und um die Förderung freizugeben, wenn die Arbeitsweise wirksam wird, wobei der Kompressor (11) eine Kurbelkammer (38) zur Aufnahme eines Antriebsmecha­ nismus (41) des Kompressors umfaßt und die Saugleitung (23) mit der Kurbelkammer (38) verbunden ist.

2. Klimaregler nach Anspruch 1, wobei der Klimaregler einen Steuerkreis (25) zur Lieferung eines Ein/Aus-Signals zur Änderung einer Bedingung für die Arbeitsweise des Klima­ reglers umfaßt.

3. Klimaregler nach Anspruch 2, wobei der Steuerkreis (25) derart ausgebildet ist, daß er für das Ventil Befehle zum Öffnen und Schließen entsprechend dem Ein/Aus-Signal erzeugt.

4. Klimaregler nach Anspruch 2, wobei der Steuerkreis (25) einen EIN/AUS-Schalter umfaßt.

5. Klimaregler nach Anspruch 2, wobei der Steuerkreis (25) mit einem Zündschalter des Kraftfahrzeugmotors verbind­ bar ist.

6. Klimaregler nach Anspruch 1, wobei das Ventil (24) nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeit nach dem Stillset­ zen des Klimareglers sperrbar ist, wobei die vorgegebene Zeit der Zeit entspricht, in der ein Druckausgleich im Kältemittelkanal erwartet wird.

7. Klimaregler nach Anspruch 1, wobei das Ventil (24) auto­ matisch betätigbar ist, wenn sich die Arbeitsweise von dem ineffektiven in den effektiven Zustand ändert oder umgekehrt.

8. Klimaregler nach Anspruch 1, wobei das Ventil als elek­ tromagnetisches Ventil (24) ausgebildet ist.

9. Klimaregler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß daß das elektromagnetische Ventil (24) mittels eines Steuerkreises (25) betätigbar ist, der ein EIN/AUS- Signal bereitstellt zur Änderung der Betriebsbedingungen des Klimareglers.

10. Klimaregler nach Anspruch 1, wobei der Kompressor ein Gehäuse aufweist, in dem eine Ansaugkammer (46, 47) und eine Auslaßkammer (48, 49) vorgesehen sind, die beide mit dem Kältemittelkanal verbunden sind, wobei in dem Gehäuse mehrere Zylinder (42) ausgebildet sind, in den Zylindern (42) Kolben (43) angeordnet sind, und das Ge­ häuse die Kurbelkammer (38) zur Aufnahme des Antriebsme­ chanismus (41) zum Herbeiführen einer Hin- und Herbewe­ gung der Kolben (43) in den Zylindern (42) aufweist.

11. Klimaregler nach Anspruch 10, wobei der Antriebsmecha­ nismus für den Kompressor eine in dem Gehäuse gelagerte Antriebswelle (40), eine drehfest auf der Antriebswelle angeordnete Taumelscheibe (41) und ein Paar von Schuhen (44) aufweist, die jeweils zwischen der Taumelscheibe (41) und den einzelnen Kolben (43) angeordnet sind, um die Drehung der Taumelscheibe (41) in eine Hin- und Her­ bewegung der einzelnen Kolben (43) umzusetzen.

12. Klimaregler nach Anspruch 1, wobei als Kältemittel ein Fluorkohlenwasserstoff-Material vorgesehen ist.

13. Klimaregler nach Anspruch 12, wobei als Fluorkohlenwas­ serstoff-Material 1,1,1,2-Tetrafluorethan vorgesehen ist.

14. Klimaregler nach Anspruch 1, wobei der Kompressor (11) und der Empfänger (13) in einem Motorraum des Kraftfahr­ zeugs angeordnet sind, der Kondensator (12) an einem Frischlufteinlaß des Motors angeordnet ist und das Ex­ pansionselement (14) und der Verdampfer (15) in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs angeordnet sind.