DE19743629C2 - Air conditioning for a motor vehicle - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an air conditioning system of a motor vehicle according to the Preamble of claim 1.
Aus Kostengründen und wegen des einfachen mechanischen Aufbaus eines Expansionsrohrs und der damit verbundenen geringen Reparaturanfälligkeit werden Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge mit Expansionsrohren anstelle von Expansionsventilen ausgerüstet.For cost reasons and because of the simple mechanical structure of one Expansion pipe and the associated low need for repairs air conditioning systems for motor vehicles with expansion pipes instead of Expansion valves equipped.
Aus der EP 0 283 323 A2 ist eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem Kältekreis, bestehend aus miteinander über Kältemittelleitungen verbunde nen Verdampfer, Kompressor, Kondensator und Expansionsorgan mit ver änderbarem Öffnungsquerschnitt, bekannt. Das Expansionsorgan ist um schaltbar, so daß es in der einen Stellung einen kleinen Öffnungsquerschnitt für das Kältemittel und in der anderen Stellung einen größeren Öffnungs querschnitt aufweist. Das Expansionsorgan ist in Abhängigkeit von der Lei stung eines Gebläses, das Luft durch den Verdampfer fördert, über einen Schalter betätigbar. Bei hoher Gebläseleistung, also großer Verdampferlast, wird das Expansionsorgan auf den größeren Öffnungsquerschnitt geschaltet und bei kleiner Gebläseleistung, also kleiner Verdampferlast, auf den klei nen Öffnungsquerschnitt. Dadurch soll erreicht werden, daß im Kältemittel kreislauf nach dem Verdampfer möglichst wenig nichtverdampftes Kältemittel in einem Sammler gesammelt werden muß. Der Sammler kann dann ent in einem Sammler gesammelt werden muß. Der Sammler kann dann ent sprechend klein ausgelegt sein. Durch die manuelle Einstellung der Ver dampferlast und damit die indirekte manuelle Einstellung des Öffnungsquer schnittes des Expansionsorgans ist zwar gewährleistet, daß die Klimaanla ge im Volllastbetrieb wunschgemäß arbeitet, jedoch ist eine optimale Aus nutzung der Klimaanlagenleistung, indem beispielsweise der Öffnungsquer schnitt möglichst klein gehalten wird, nicht gewährleistet. Desweiteren kann es bei einer derartigen manuellen Steuerung vorkommen, daß der Kältemit teldruck im Hochdruckteil des Kältemittelkreislaufs und/oder die Kältemittle temperarur auf hohe Werte ansteigen, so daß dadurch die Lebensdauer der Klimaanlage beeinträchtigt ist.EP 0 283 323 A2 describes an air conditioning system for a motor vehicle with a Refrigeration circuit, consisting of interconnected via refrigerant lines NEN evaporator, compressor, condenser and expansion device with ver changeable opening cross-section, known. The expansion organ is over switchable so that it has a small opening cross-section in one position for the refrigerant and in the other position a larger opening has cross-section. The expansion organ is dependent on the lei a fan that conveys air through the evaporator via a Switch operated. With high fan power, i.e. high evaporator load, the expansion device is switched to the larger opening cross-section and with small blower output, i.e. small evaporator load, on the small NEN cross section. This is to achieve that in the refrigerant circuit after the evaporator as little unevaporated refrigerant as possible must be collected in a collector. The collector can then ent must be collected in a collector. The collector can then ent be designed to be small. By manually adjusting the ver steam load and thus the indirect manual adjustment of the opening cross section of the expansion unit is guaranteed that the air conditioning works in full load as desired, but is an optimal off Use of the air conditioning performance, for example by opening the cross cut is kept as small as possible, not guaranteed. Furthermore can it happens with such a manual control that the refrigerant pressure in the high pressure part of the refrigerant circuit and / or the refrigerant temperature rise to high values, so that the service life of the Air conditioning is impaired.
Aus der DE 40 05 728 A1 ist eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem Kältekreis, bestehend aus unter anderem Verdampfer, Kompressor, Kon densator und einem elektrischen ansteuerbaren thermostatischen Expansi onsventil bekannt. Wie die DE 40 05 728 A1 zeigt, muß ein Expansionsventil in einem Kältekreis in aufwendiger Weise angesteuert werden. Mit dem ther mostatischen Expansionsventil wird die Überhitzung im Verdampfer geregelt, wozu der Druck und die Temperatur des Kältemittels nach Verdampfer er faßt werden müssen und diese Signale einer Steuervorrichtung für das Ex pansionsventil zugeführt werden. Die DE 40 05 728 A1 beschreibt darüber hin aus eine zusätzliche Ansteuerung des Expansionsventils in Abhängigkeit von der Heißgastemperatur. Derartige Kälteanlagen mit einem Expansions ventil sind grundsätzlich zu unterscheiden von Kälteanlage, die mit einem einfachen Expansionsrohr arbeiten, denn Expansionsventile bedürfen immer einer aufwendigen Regelung, weshalb ihr Einsatz aufwendig und entspre chend kostenungünstig ist.DE 40 05 728 A1 describes an air conditioning system for a motor vehicle with a Refrigeration circuit consisting of, among other things, evaporator, compressor, con capacitor and an electrically controllable thermostatic expansion onsventil known. As DE 40 05 728 A1 shows, an expansion valve in a refrigeration circuit can be controlled in a complex manner. With the ther mostatic expansion valve regulates the overheating in the evaporator, what the pressure and temperature of the refrigerant after evaporator must be grasped and these signals of a control device for the Ex expansion valve are supplied. DE 40 05 728 A1 also describes this from an additional control of the expansion valve depending from the hot gas temperature. Such refrigeration systems with an expansion valve are basically to be distinguished from refrigeration systems with a simple expansion pipe work, because expansion valves always need a complex regulation, which is why their use is complex and appropriate chend is inexpensive.
Aus der Zeitschrift "Automotive Airconditioning Report", 1997, Heft 8, Seite 9 und 10, ist ein Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage eines Kraftfahr zeuges bekannt, bei dem ein Expansionsrohr mit veränderbarem Öffnungs querschnitt extern in Abhängigkeit des im Expansionsrohr vorliegenden Kältemitteldrucks angesteuert wird. Dadurch soll erreicht werden, daß im Leerlauf das Druckniveau im Kältemittelkreis herabgesetzt ist und dadurch eine bessere Leistung der Klimaanlage im Leerlauf erzielbar ist. Im Teil- oder Volllastbetrieb ergeben sich jedoch keine Vorteile gegenüber Klimaan lagen mit einem nicht ansteuerbaren Expansionsrohr.From the magazine "Automotive Air Conditioning Report", 1997, Issue 8, page 9 and 10 is a method of controlling an air conditioner of a motor vehicle Stuff known, in which an expansion tube with a variable opening external cross-section depending on what is in the expansion tube Refrigerant pressure is controlled. This is to ensure that in Idle the pressure level in the refrigerant circuit is reduced and as a result better performance of the air conditioning system can be achieved when idling. In part or full load operation, however, there are no advantages over Klimaan were with a non-controllable expansion pipe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Klimaanlage bereitzustellen, die ein Expansionsrohr aufweist, um zum einen die Rege lung der Klimaanlage weitestgehend einfach zu gestalten und dadurch eine entsprechend kostengünstige Anlage bereitzustellen, die aber zum anderen gegenüber bisher bekannten Klimaanlagen mit Expansionsrohren einen ver besserten Wirkungsgrad und eine noch höhere Lebensdauer haben soll.The invention has for its object an improved air conditioning system to provide, which has an expansion tube, on the one hand, the rain air conditioning system as simple as possible and thus a to provide correspondingly inexpensive plant, but the other compared to previously known air conditioning systems with expansion pipes a ver should have improved efficiency and an even longer service life.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Klimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by an air conditioning system with the Features of claim 1.
Erfindungsgemäß ist ein Expansionsrohr vorgesehen, das zwischen zwei festen Öffnungsquerschnitten umschaltbar ist und wobei dieses Expansions rohr extern ausschließlich von der Heißgastemperatur angesteuert wird, wo bei unterhalb einer Schwellentemperatur der kleinere Öffnungsquerschnitt und oberhalb dieser Schwellentemperatur der größere Öffnungsquerschnitt vorliegt. Dadurch ist eine Klimaanlage mit einer einfachen Regelung erhal ten, die im Teillastbereich einen besseren Wirkungsgrad aufweist, da in die sem Lastbereich immer der kleinste Durchmesser verwendet werden kann. Im Volllastbereich hingegen kann der Öffnungsquerschnitt vergrößert wer den, so daß der Kältekreis, bestehend aus Kältemittelleitungen, Verdampfer, Kompressor, Kondensator und Expansionsrohr entlastet ist, also Druck und Temperatur des Kältemittels niedriger sind. Zwar ergibt sich bei größerem Öffnungsquerschnitt ein schlechterer Wirkungsgrad, jedoch wird dieser Nachteil weit überkompensiert durch eine längere Lebensdauer, die sich durch die geringere Belastung der Klimaanlage in Bezug auf den Kältemit teldruck und die Kältemitteltemperatur ergibt. Darüber hinaus ist die Heißga stemperatur einfacher meßbar als beispielsweise die Überhitzung, in dessen Abhängigkeit Klimaanlagen mit Expansionsventilen in der Regel angesteuert werden.According to the invention, an expansion tube is provided which is between two fixed opening cross-sections can be switched and this expansion pipe is controlled exclusively by the hot gas temperature, where the smaller opening cross-section at a threshold temperature and above this threshold temperature the larger opening cross section is present. This provides an air conditioning system with simple control ten, which has a better efficiency in the partial load range, because in the The smallest diameter can always be used in this load range. In the full load range, however, the opening cross section can be enlarged the so that the refrigeration circuit, consisting of refrigerant lines, evaporators, Compressor, condenser and expansion pipe is relieved, i.e. pressure and Refrigerant temperature is lower. There is a larger one Opening cross-section a poorer efficiency, but this is Disadvantage far overcompensated by a longer life span due to the lower load on the air conditioning system in relation to the cold pressure and the refrigerant temperature results. In addition, the Heißga temperature easier to measure than, for example, overheating, in which Dependency air conditioning systems are usually controlled with expansion valves become.
Durch Festlegen der Heißgasschwellentemperaturen und der damit verbun denen Festlegung in welchen Lastbereichen die Klimaanlage mit hohem Wirkungsgrad und hoher Belastung und in welchen Lastbereichen die Kli maanlage mit niedrigerem Wirkungsgrad und niedrigerer Belastung arbeitet, können der durchschnittliche Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Klima anlage in gewissen Grenzen varriiert werden.By setting the hot gas threshold temperatures and the associated those in which load ranges the air conditioning system with high Efficiency and high load and in which load ranges the Kli unit works with lower efficiency and lower load, can the average efficiency and the lifespan of the climate plant can be varied within certain limits.
Um ein ständiges Hinundherschalten zwischen den beiden Öffnungsquer schnitten des Expansionsrohres zu vermeiden, ist die erste Heißgasschwel lentemperatur kleiner als die zweite, so daß dadurch eine Hysterese gebildet ist, die ein häufiges Umschalten vermeidet. To keep switching between the two opening crosses Avoiding cutting the expansion pipe is the first hot gas smolder Oil temperature lower than the second, so that a hysteresis is formed that avoids frequent switching.
Ein häufiges Umschalten kann auch dadurch vermieden werden, daß vorge sehen ist, daß zwischen zwei Umschaltungen ein bestimmter Zeitraum ver streicht. Dadurch ist eine zeitliche Hysterese geschaffen.Frequent switching can also be avoided by pre- can be seen that a certain period of time between two switches strokes. This creates a hysteresis over time.
Geeignete Werte für die Heißgasschwellentemperaturen oder des Zeitrau mes zwischen zwei Umschaltungen sind an einem konkreten Fahrzeug, in das die Klimaanlage eingebaut werden soll, im Experiment zu ermitteln bzw. zu bestimmen.Suitable values for hot gas threshold temperatures or time roughness mes between two switches are on a specific vehicle, in to determine that the air conditioning system should be installed in the experiment or to determine.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is described below using an exemplary embodiment Explained with reference to the drawing. The drawing shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kältekreislaufs einer erfindungsgemäßen Klimaanlage; Figure 1 is a schematic representation of a refrigeration cycle of an air conditioning system according to the invention.
Fig. 2 die Abhängigkeit des Öffnungsquerschnittes eines Expansi onsrohres von der Heißgastemperatur eines Ausführungs beispiels. Fig. 2 shows the dependency of the opening cross section of an expansion tube on the hot gas temperature of an embodiment example.
Eine erfindungsgemäße Klimaanlage, weist einen Kältekreis 10 auf, der aus über Kältemittelleitungen 12, 14, 16, 18 und 20 verbundenen Verdampfer 22, Kompressor 24, Kondensator 26 und Expansionsrohr 28 besteht. Zwischen dem Verdampfer 22 und dem Verdichter 24 ist bevorzugt ein Sammler 30 vorgesehen, zum Sammeln von flüssigen und nicht in dem Verdampfer ver dampftem Kältemittel.An air conditioning system according to the invention has a refrigeration circuit 10 which consists of evaporator 22 , compressor 24 , condenser 26 and expansion pipe 28 connected via refrigerant lines 12 , 14 , 16 , 18 and 20 . Between the evaporator 22 and the compressor 24 , a collector 30 is preferably provided, for collecting liquid and not evaporated in the evaporator refrigerant.
Das Expansionsrohr 28 ist im Detail nicht näher dargestellt und weist einen veränderbaren Öffnungsquerschnitt Q auf. Aus dem Stand der Technik be kannte Expansionsrohre, die zwischen zwei Öffnungsquerschnitten Qk und Qg umschaltbar sind, werden bevorzugt eingesetzt.The expansion pipe 28 is not shown in detail and has a variable opening cross section Q. Expansion tubes known from the prior art, which can be switched between two opening cross sections Q k and Q g , are preferably used.
Weiter weist die erfindungsgemäße Klimaanlage einen Heißgastemperatur sensor 32 auf, zur Erfassung der Heißgastemperatur T, also der Temperatur des verdichteten, gasförmigen Kältemittels in der Kältemittelleitung 12 zwi schen Kompressor 24 und Kondensator 26. Furthermore, the air conditioning system according to the invention has a hot gas temperature sensor 32 for detecting the hot gas temperature T, that is to say the temperature of the compressed, gaseous refrigerant in the refrigerant line 12 between the compressor 24 and the condenser 26 .
Der Heißgastemperatursensor 32 ist über eine Signalleitung 34 mit einer Steuervorrichtung 36 verbunden. Die Steuervorrichtung 36 ist zur Ansteue rung des Expansionsrohres 28 über eine Steuerleitung 38 mit diesem ver bunden. Die Steuervorrichtung 36 weist ein Hystereseglied 40 auf, dessen Funktion weiter unten erläutert ist.The hot gas temperature sensor 32 is connected to a control device 36 via a signal line 34 . The control device 36 is to control the expansion pipe 28 via a control line 38 with this connected. The control device 36 has a hysteresis element 40 , the function of which is explained further below.
Die Klimaanlage wird erfindungsgemäß angesteuert, indem das Expansions rohr 28 mit variablem Öffnungsquerschnitt Q über die Steuervorrichtung 36 in Abhängigkeit von der Heißgastemperatur T angesteuert wird. Unterhalb einer Heißgasschwellentemperatur TS, die über Mittel 42 in die Steuervor richtung 36 eingebbar und dort speicherbar ist, wird das Expansionsrohr 28 derart angesteuert, daß lediglich der kleinere Öffnungsquerschnitt Qk geöff net ist. Steigt die Heißgastemperatur T über den Heißgasschwellentempera turwert TS wird das Expansionsrohr 28 umgeschaltet, so daß der größere Öffnungsquerschnitt Qg geöffnet ist. Bei wieder fallender Heißgastemperatur T unter den Schwellenwert TS wird das Expansionsrohr 28 wieder auf den kleineren Öffnungsquerschnitt Qk zurückgeschaltet.The air conditioning system is controlled according to the invention by the expansion tube 28 having a variable opening cross section Q being controlled via the control device 36 as a function of the hot gas temperature T. Below a hot gas threshold temperature T S , which can be entered via means 42 in the Steuerervor direction 36 and stored there, the expansion pipe 28 is controlled such that only the smaller opening cross section Q k is opened. If the hot gas temperature T rises above the hot gas threshold temperature value T S , the expansion tube 28 is switched over, so that the larger opening cross section Q g is open. When the hot gas temperature T falls again below the threshold value T S , the expansion tube 28 is switched back to the smaller opening cross section Q k .
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zwei unterschiedliche Heißgasschwellentemperaturwerte T1 und T2 vorgesehen, wobei die erste Heißgasschwellentemperatur T1 kleiner ist als die zweite T2. Unterhalb der ersten Heißgasschwellentemperatur T1 wird das Expansionsrohr 28 auf den kleineren Öffnungsquerschnitt Qk und oberhalb der zweiten Heißgasschwel lentemperatur T2 auf den größeren Öffnungsquerschnitt Qg geschaltet, wie dies in dem Diagramm der Fig. 2 dargestellt ist. Durch die so geschaffene Hysterese ist ein häufiges Hinundherschalten zwischen den Öffnungsquer schnitten Qk und Qg vermieden. Die Heißgasschwellentemperaturen T1 und T2 sind in dem Hystereseglied 40 gespeichert. Alternativ könnte auch die Differenz T2 - T1 der Heißgasschwellentemperaturen T und ein mittlerer Heißgasschwellentemperatursollwert in dem Hystereseglied 40 gespeichert sein.In a preferred embodiment of the invention, two different hot gas threshold temperature values T 1 and T 2 are provided, the first hot gas threshold temperature T 1 being lower than the second T 2 . Below the first hot gas threshold temperature T 1 , the expansion pipe 28 is switched to the smaller opening cross section Q k and above the second hot gas threshold temperature T 2 to the larger opening cross section Q g , as shown in the diagram in FIG. 2. The hysteresis created in this way prevents frequent switching back and forth between the opening cross sections Q k and Q g . The hot gas threshold temperatures T 1 and T 2 are stored in the hysteresis element 40 . Alternatively, the difference T 2 -T 1 of the hot gas threshold temperatures T and an average hot gas threshold temperature setpoint could also be stored in the hysteresis element 40 .
In einer anderen Ausgestalltung des erfindungsgemäßen Verfahrens könnte eine Hysterese dadurch geschaffen werden, indem in dem Hystereseglied 40 ein bestimmter Zeitraum dt gespeichert ist, der jeweils zwischen zwei Umschaltungen verstreichen muß.In another embodiment of the method according to the invention, a hysteresis could be created by storing a specific time period dt in the hysteresis element 40 , which period must elapse between two switchovers.
Die einzelnen konkreten Werte der Heißgasschwellentemperatur TS und/oder der Heißgasschwellentemperaturen T1 und T2 und/oder des Zeit raums dt sind durch Versuche unmittelbar am Fahrzeug zu ermitteln. Für jeden Fahrzeugtyp sind dann spezielle Werte erhalten, die in der Steuervor richtung 36 abspeicherbar sind.The individual concrete values of the hot gas threshold temperature T S and / or the hot gas threshold temperatures T 1 and T 2 and / or the time period dt are to be determined by tests directly on the vehicle. Special values are then obtained for each vehicle type and can be stored in the control device 36 .
Es ist denkbar, daß das Expansionsrohr derart ausgebildet ist, daß es mehr als zwei verschiedene Öffnungsquerschnitte hat. Der Öffnungsquerschnitt kann dann beispielsweise schrittweise weiter geöffnet bzw. geschloßen wer den, wobei jedem Öffnungs- oder Schließschritt eine oder bevorzugt zwei - jeweils zur Bildung einer Hysterese - Heißgastemperaturschwellenwerte zu geordnet sind. Prinzipiell wäre auch ein Expansionsrohr mit kontinuierlich veränderbarem Öffnungsquerschnitt einsetzbar, wobei der Öffnungsquer schnitt dann kontinuierlich in Abhängigkeit der Heißgastemperatur verän derbar sein könnte.It is conceivable that the expansion tube is designed such that there is more than two different opening cross sections. The opening cross section can then be opened or closed step by step, for example the, with each opening or closing step one or preferably two - to form a hysteresis - hot gas temperature threshold values are ordered. In principle, an expansion pipe would also be continuous changeable opening cross-section can be used, the opening cross then cut continuously depending on the hot gas temperature could be noticeable.
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