DE3318025A1

DE3318025A1 - Klimaanlage fuer kraftfahrzeuge, insbesondere fuer personenkraftwagen

Info

Publication number: DE3318025A1
Application number: DE19833318025
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 8000 München Baukrowitz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1983-05-18
Publication date: 1984-11-22

Description

Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personen-
kraftwagen Zusatzanmeldung zum Zusatzpatent .... (P 32 19 950.3).
Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen, mit einem Wärmetauscher, der im Klimabetrieb als Verdampfer für ein Kältemittel dient und dem im Heizbetrieb das Kältemittel gasförmig und unter einem Druck von 15 bis 25 bar zuführbar ist, nach Zusatzpatent .... (Patentanmeldung P 32 19 950.3).
Aufgabe des Zusatzpatent-s ist es, die Einsatzmöglichkeiten der Erfindung nach dem Hauptpatent .... (Patentanmeldung P 30 47 955.1-21) zu erweitern und die Wirksamkeit der Zusatzheizung zu verbessern. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit denselben Problemen und löst diese dadurch, daß der Kreislauf des Kältemittels im Heizbetrieb einen Verdampfer enthält, der mit der Abwärme einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs beaufschlagt ist.
Die Ausnutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine ist zwar im Prinzip für eine Vorrichtung zum Heizen oder Kühlen eines Raumes, insbesondere des Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs, bekannt (vgl. DE-AS 12 51 493). Die bekannte Vorrichtung arbeitet jedoch ausschließlich nach dem Prinzip der Wärmepumpe und bietet nicht die Möglichkeit, im Heizbetrieb die Wärmeenergie mit Hilfe des für den Klimabetrieb ohnehin notwendigen Kompressors zu gewinnen.
Das Ausnutzen der Abwärme der Brennkraftmaschine bietet somit einen zweiten Weg der Wärmegewinnung neben der Verwendung des Kompressors. Damit ist es möglich, entsprechend den jeweils vorliegenden Bedingungen den Weg bzw. die Wegekombination zu wählen, die sich durch einen besonders günstigen Energieaufwand auszeichnet. Dabei ist es besonders günstig, ein Expansionsventil in Re-ihe mit dem Verdampfer zu schalten und dieses nur solange einzuschalten, bis die Abwärme der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen Wert besitzt. Anschließend daran soll das FX-pansionsventil maximal geöffnet und damit weitgehend unwirksam sein.
Auf diese Weise ist ein dreistufiger Heizbetrieb möglich.
Bei kalter Brennkraftmaschine soll zunächst die mit Hilfe des - im Heizbetrieb als Kondensator wirkenden - Verdampfersbeim Klimabetrieb und des Kompressors realisierte Zusatzheizung wirksam sein. Das Kältemittel soll dabei gasförmig und unter einem Druck von 15 bis 25 bar dem Verdampfer zugeführt werden. Anschließend daran wird die zweite, durch die vorliegende Erfindung ermöglichte Stufe ebenfalls noch im Rahmen der Zusatzheizung durchgeführt.
Diese Stufe entspricht einem Wärmepumpenbetrieb. Dabei ist die von der Brennkraftmaschine gelieferte Abwärme ausreichend, d e dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführte Luft im ausreichenden Maße zu erwärmen. Diese Erwärmung erfolgt mittelbar mit Hilfe des Kältemittels, das den Verdampfer gasförmig verläßt und durch den nach Art einer Umwälzpumpe ohne nennenswerte Kompression arbeitenden Kompressor diesem Kondensator zugeführt wird.
An die zweite Stufe schließt sich als dritte Stufe der bei Kraftfahrzeugen in der Regel vorliegende übliche Heizbetrieb an, bei dem das Kühlmittel der Brennkraftmaschine als Wärmeträger verwendet wird und diese Wärme in einem Kühlmittel/LuSt-Wärmetauscher üblicher Wirkungsweise an die zugeführte Luft abgegeben wird. Dabei wird zwar ebenfalls die Abwärme der Brennkraftmaschine ausgenutzt. Im Unterschied hierzu soll es sich jedoch bei der in der beschriebenen zweiten Stufe des Heizbetriebs verwendeten Abwärme beispielsweise um die in den Abgasen der Brennkraftmaschine enthaltene Wärme handeln, die ansonsten ungenutzt das Kraftfahrzeug verläßt und dennoch relativ früh in ausreichendem Maße zur Verfügung steht. Gerade durch die Verwendung dieser Wärme ist es möglich, den Leistungsbedarf der mit Hilfe des Kältemittels realisierten Zusatzheizung erheblich zu verringern.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese zeigt eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, mit der eine zweistufige Zusatzheizung vor Beginn des eigentlichen Heizbetriebs möglich ist.
In der Zeichnung ist mit 1 der Motor eines Kraftfahrzeugs angedeutet, der über eine Kupplung 2 einen Kompressor 3 antreibt. Die angedeutete Ansteuerung 4 gestattet ein bedarfsweises Lösen oder Schließen der Kupplung 2. Im Klimabetrieb (durchgezogene Strömungspfeile), also zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums, gelangt das im Kompressor 3 verdichtete Kältemittel in einen Kondensator 5 und von dort über ein Expansionsventil 6 zu einem Verdampfer 7 und schließlich wiederum auf die Saugseite des Kompressors 3.
Die im Verdampfer für das Verdampfen des Kältemittels verbrauchte Verdampfungswärme wird über die Lamellen des Verdampfers dem Luftstrom entzogen, der den Verdampfer durchströmt und auf diese Weise abgekühlt in den Fahrgastinnenraum gelangt.
Wie man in der Zeichnung erkennt, ist dem Kompressor 3 ein Vierwegeventil 8 nachgeschaltet, dessen Arbeitsleitungsanschlüsse mit dem Kondensator 5 bzw. dem Verdampfer 7 in Verbindung stehen. Der Rückflußleitungsanschluß des Vier- wegeventils 8 ist mit der Saugseite des Kompressors 5 verbunden und zwischen dem Expansionsventil 6 und dem Vierwegeventil 8 ist ein zum Expansionsventil 6 hin öffnendes Rückschlagventil 9 vorgesehen. Weiterhin enthält der Kreislauf eine das Expansionsventil 6 umgehende Leitung 10, die ein Druckhalteventil 11 aufweist.
Das Vierwegeventil 8 hat zwei Sdhaltstellungen, nämlich die Schaltstellung 8a für Klimabetrieb und die Schaltstellung 8b für Heizbetrieb. Bei dem Druckhalteventil 11 handelt es sich um ein Druckbegrenzungsventil, das den Kompressordruck, und damit auch den Verdampferdruck, im Heizbetrieb auf vorzugsweise 15 bis 25 bar hält und bei Erreichen dieses Drucks öffnet. Im Heizbetrieb (gestrichelte Pfeile) kann ein Teil der durch das Verdichten des Kältemittels erzeugten Kompressionswärme im Verdampfer 7 an die in den Fahrzeuginnenraum beförderte Luft abgegeben werden, um den Innenraum, etwa bei kalter Umgebungsluft undinoch kaltem Motor, möglichst schnell aufzuwärmen.
Das Druckhalteventil 11 hält unabhängig von den Betriebsbedingungen den Verdampfer-Druck konstant etwa auf 15 bis 25 bar. Dadurch könnte sich der Verdampfer 7 in kurzer Zeit stärker mit Kondensat füllen. Entsprechend würde der Druck auf der Saugseite des Kompressors 3 wegen Kältemittelmangel fallen. Damit dieser Druck einen bestimmten Wert nicht unterschreitet, ist zweckmäßig eine das Druckhalteventil 11 umgehende und mit einem Saugdruckventil 12 versehene Bypass-Leitung 13 vorgesehen. Das genannte Saugdruckventil 12 regelt den Druck auf der Saugseite des Kompressors zweckmäßig auf 1 bis 2 bar und öffnet erst ab Unterschreiten der genannten vorgegebenen Druckwerte. Öffnet das Saugdruckventil 12, wird heißes Kältemittelgas in die Umgebungsleitung 10 bygepasst.
In die Verbindungsleitung 20 zwischen dem Vierwegeventil 8 und dem Kompressor 3 ist ein Dreiwegeventil 21 und ein Anschluß 22 eingeschaltet, über die eine Bypass-Leitung 23 angeschlossen ist. Diese enthält ein Expansionsventil 24, einen Wärmetauscher 25 und ein Rückschlagventil 26. Der Wärmetauscher 25 ist mit der Abwärme der Brennkraftmaschine beaufschlagt und liegt beispielsweise in deren Abgasstrom.
Die Einschaltung der Bypass-Leitung 23 erfolgt, sobald die Abwärme einen hinreichend großen Wert erreicht hat, bei dem die Beheizung des Innenraums des Kraftfahrzeugs durch das im Wärmetauscher 25 verdampfte Kältemittel möglich ist. Dabei wird der Kompressor 3 in seiner Leistung reduziert und dient lediglich als Umwälzpumpe für das Kältemittel. Dieses gelangt relativ drucklos in den Verdampfer 7, wo es kondensiert und seine Wärme an die dem Innenraum zugeführte Luft abgibt.
Der gesamte Heizbetrieb vollzieht sich demnach in drei Stufen. In der ersten Stufe, nach dem Start des Kraftfahrzeugs, ist die von der Brennkraftmaschine gelieferte Abwärme gering. Der Kompressor 3 verdichtet das Kältemittel hoch und führt es über das Vierwegeventil 8 dem Verdampfer 7 zu. Mit ausreichender Abwärme der Brennkraftmaschine wird die Bypass-Leitung 23 durch Umstellen des Dreiwegeventils 21 eingeschaltet. Nunmehr liefert die Abwärme der Brennkraftmaschine die zum Beheizen des Innenraums erforderliche Wärme. Anschließend daran erfolgt der übliche Heizbetrieb mit Hilfe eines nicht dargestellten Luft-Kältemittel-Wärmetauschers, dem das Kältemittel der Brennkraftmaschine zugeführt ist. In dieser dritten Stufe ist die Bypass-Leitung 23 wieder ausgeschaltet. Dabei wird zunächst das Expansionsventil 24 geschlossen und das in der Bypass-Leitung 23 befindliche Kältemittel mit Hilfe des Kompressors 3 evakuiert.
- L e e r s e i t e -

Claims

Patentansprüche: Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen, mit einem Wärmetauscher, der im Klimabetrieb als Verdampfer für ein Kältemittel dient und dem im Heizbetrieb das Kältemittel gasförmig und unter einem Druck von 15 bis 25 bar zuführbar ist, nach Zusatzpatent .... (Patentanmeldung P 32 19 950.3), dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf des Kältemittels im Heizbetrieb einen Verdampfer (25) enthält, der mit der Abwärme eine Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs beaufschlagt ist.
2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme durch die Abgase der Brennkraftmaschine geliefert ist.
3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (25) in Reihe-mit einem Expansionsventil (24) liegt.
4. Klimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsventil (24) nur so lange wirksam ist, bis die Abwärme der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen Wert besitzt.
5. Klimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Änderung des wirksamen Querschnitts des Expansionsventils (24) eine Drehzahlverringerung des Kompressors (3) auf einen von Null verschiedenen Wert verbunden ist.