DE3607854C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage mit Benzinkühlung an einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß bei höheren Temperaturen in den Benzin­ leitungen eines Kraftfahrzeugs ein Dampfblasensieden auftreten kann, wodurch der Benzintransport unterbunden wird und die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs nicht mehr läuft.

Bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen wird die Temperaturgrenze für ein Dampfblasensieden normalerweise nicht erreicht, insbe­ sondere in Regionen mit einem gemäßigten Klima. Die Benzinlei­ tungen werden einerseits durch den Fahrtwind gekühlt und andererseits erfolgt eine weitgehend ungestörte Wärmeabstrah­ lung aus dem Motorbereich, da herkömmliche Fahrzeuge zum Boden hin im Motorbereich offen sind.

Bei modernen, aerodynamisch geformten Fahrzeugen werden da­ gegen möglichst glatte und geschlossene Außenkonturen ge­ schaffen, wodurch ein Lufteintritt und eine Luftkühlung im Motorbereich stark reduziert werden. Weiter wird angestrebt, den Bodenbereich unter dem Motor möglichst glatt zu gestal­ ten und zu schließen, was die Aerodynamik verbessert und zu einer Lärmverminderung führt. Dadurch wird die Wärmeabstrah­ lung aus dem Motorbereich verringert, was zu insgesamt höheren Temperaturen in diesem Bereich führt. Die vorstehen­ den Maßnahmen tragen dazu bei, daß die Temperatur des Ben­ zins in den Benzinleitungen insgesamt höher liegen kann oder zumindest in einzelnen Leitungsbereichen Temperaturen über der Grenztemperatur für Dampfblasensieden auftreten können.

Fahrzeuge, die mit Klimaanlagen ausgerüstet sind, werden oft in Regionen mit allgemein höheren Temperaturen gefah­ ren, wo die Gefahr eines Dampfblasensiedens und damit einer Betriebsstörung besonders hoch liegt. Es ist bekannt, sol­ che Fahrzeuge mit einer Einrichtung zur Benzinkühlung aus­ zurüsten. Dazu ist dem Verdampfer der Klimaanlage ein Wär­ metauscher nachgeschaltet, durch den einerseits das Kälte­ mittel und andererseits die Benzinleitung geführt ist.

Eine solche Hintereinanderschaltung, bei der der Benzin­ kühler nach dem Verdampfer in der Kältemittelleitung liegt, hat den Nachteil, daß die Kälteleistung der Klimaanlage re­ duziert wird, da der Saugdruck im Verdampfer und damit die Verdampfungstemperatur steigt und weiterhin durch den zu­ sätzlichen Strömungswiderstand des Wärmetauschers der Käl­ temittelstrom reduziert wird. Weiter wird der Kompressor um ca. 20°K gegenüber dem Normalbetrieb überhitzt, was die Lebensdauer reduziert und die Gefahr erhöht, daß der Kom­ pressor frißt.

Weiter wird insgesamt die Motorkühlung nachteilig beein­ flußt, da die vom Wärmetauscher aufgenommene Leistung und die zusätzlich erforderliche mechanische Leistung des Kom­ pressors am Kondensator, der vor dem Kühler liegt, abgege­ ben werden muß.

Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß bei einem Volumen­ strom des Kältemittels, der im wesentlichen durch die er­ forderliche Kühlleistung zur Klimatisierung des Fahrzeug­ innenraums bestimmt ist, dieser immer durch den Wärmetau­ scher strömt und dort gekühlt wird, ob es notwendig oder nicht ist. Bei einer Klimaanlage sind zur Abkühlung eines in der Sonne aufgeheizten Fahrzeugs aber gerade in den ersten ca. 15 Minuten besonders hohe Kühlleistungen am Verdampfer er­ forderlich, während in dieser Phase das zu kühlende Fluid, wie Benzin oder Öl, etc. noch relativ kühl ist. Die bekannte An­ ordnung verschlechtert somit gerade den Wirkungsgrad der Klimaanlage bei der für den Fahrgastraum wichtigen instationä­ ren Abkühlung.

Es ist weiter eine Klimaeinrichtung für Fahrzeuge bekannt (DE-OS 26 55 022), mit einem Kühlbehälter zur Kühlung von Proviant. Der Kühlbehälter enthält einen Kühlmittelverdampfer, der im Kühlmittelkreislauf in einer parallel verlaufenden Lei­ tung zum Hauptverdampfer liegt. In dieser Parallelleitung sind thermostatgesteuerte Ventile zur Regulierung des Kältemittel­ durchflusses angebracht. Die Kühlung von Proviant ist in einem ähnlichen Zeitverlauf, wie die Kühlung des Fahrgastraumes, zu sehen, d. h. daß beim Antritt der Fahrt sowohl der Proviant- Kühlbehälter als auch der Fahrgastraum entsprechend der Außen­ temperatur aufgeheizt sind und abgekühlt werden sollen, wobei der Proviant-Kühlbehälter auf relativ niedrige Temperaturen abzukühlen ist. Bei der Benzinkühlung, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, liegen die Anforderungen und Probleme gerade umgekehrt, wie weiter oben bereits ausgeführt. Wenn der aufgeheizte Fahrgastraum bei Fahrtbeginn mit besonders hoher Kühlleistung abgekühlt werden soll, ist eine Kühlung des Ben­ zins in der Regel nocht nicht erforderlich, so daß der Kühllei­ stungsbedarf für die Fahrgastraumkühlung und Benzinkühlung gegenläufig erforderlich ist. Gegenüber der sehr niederen Temperatur für eine Proviantkühlung liegt die "Kühltemperatur" für Benzin entsprechend dem relativ hohen Siedepunkt ver­ gleichsweise sehr hoch. Aufgrund der geschilderten unter­ schiedlichen Anforderungen und Aufgabenstellung der Proviant- und einer Benzinkühlung sind deren Anordnungen nicht nahelie­ gend übertragbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Klimaanlage mit Benzinkühlung an einem Kraftfahrzeug so weiterzubilden, daß die für die Benzinkühlung und Fahrgastraumkühlung erfor­ derliche Kühlleistung voneinander entkoppelt dem Verdampfer bzw. dem Benzinkühler zugeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Nach Anspruch 1 wird der Benzinkühler parallel zum Verdampfer betrieben und durch ein Regelventil an der Kältemittelein­ gangsleitung des Wärmetauschers der Kältemittelfluß in Abhän­ gigkeit der Benzinausgangstemperatur geregelt.

Dies führt zum einen vorteilhaft dazu, daß der Strömungswider­ stand für das Kältemittel reduziert wird und dadurch die Über­ hitzung am Kompressor ebenfalls verringert wird.

Solange das zu kühlende Benzin, z. B. bei Fahrtbeginn, kühl genug ist, steht der Klimaanlage die volle Kühlleistung zur Abkühlung des Fahrzeuginnenraums zur Verfügung, was insbeson­ dere für eine schnelle Abkühlung eines in der Sonne geparkten und aufgeheizten Fahrzeugs wesentlich ist. Wenn dann nach einiger Zeit zur Kühlung des Fahrgastraums weniger Kühllei­ stung benötigt wird, hat sich das zu kühlende Benzin in der Zwischenzeit bis zu einem bestimmten kritischen Grenzwert er­ wärmt. Dann wird über einen Temperaturfühler in der Benzinaus­ gangsleitung das Regelventil stetig nach einer bestimmten vor­ gebbaren Kennlinie geöffnet, so daß auch zur Benzinkühlung Kühlleistung zur Verfügung steht.

Bei Klimaanlagen mit einer bekannten Saugdruckregelung kann der Bypasskreis zur Benzinkühlung mit voller Leistung ohne zu­ sätzliche Schaltungen oder Hilfsmittel jederzeit betrieben werden. Bei Klimaanlagen mit einer bekannten Zweipunktrege­ lung, bei der der Kompressor ein- und ausgeschaltet wird, kann dies durch die mit Anspruch 3 beanspruchte Zusatzschaltung erreicht werden.

Anstelle von Benzin kann auch, wenn erforderlich, ein anderes, strömendes Fluid eines Motorfluid-Kreises, wie z. B. Öl, in der erfindungsgemäßen Anordnung gekühlt werden.

Die Bypassabzweigung kann sowohl vor als nach dem Expansi­ onsventil des Verdampfers vorgesehen sein. Es ist nach An­ spruch 2 jedoch zweckmäßig, die Abzweigung vor diese Ventil zu legen, so daß das Eingangsregelventil für den Wärmetauscher als zweites Expansionsventil wirkt.

Bei einer bekannten Zweipunktregelung für eine Klimaanlage wird der Kompressor über einen Fahrgastraum-Thermostaten je nach erforderlicher Kühlleistung ein- und ausgeschaltet. Für die Ausschaltzeit würde dann keine Kühlleistung für die Ben­ zinkühlung zur Verfügung stehen, da dessen Temperatur vom Fahrgastinnenraum-Thermostaten nicht erfaßt oder berücksich­ tigt wird, so daß die Gefahr eines Dampfblasensiedens bei Ben­ zin weiterbesteht. Mit Anspruch 3 wird daher eine zusätzliche Schaltung vorgeschlagen, bei der ein zweiter Benzinthermostat verwendet wird, der zum ersten Thermostat elektrisch parallel liegt und der die Benzintemperatur am Wärmetauscherausgang mißt. Zusätzlich ist ein schaltbares Absperrventil in der Kältemitteleingangsleitung zum Verdampfer (nach der Bypassab­ zweigung zum Benzinkühler) vorgesehen, das vom Fahrgastraum- Thermostaten geschaltet wird. Damit wird erreicht, daß der Kompressor nur dann abgeschaltet wird, wenn Kühlleistung weder zur Kühlung des Fahrgastraums noch zur Kühlung von Benzin er­ forderlich ist. Wenn Kühlleistung nur zur Kühlung von Benzin erforderlich ist, wird über den Fahrgastraum-Thermostaten nur das Absperrventil zum Verdampfer geschlossen, während die Bypassleitung weiter offen ist und der Kompressor weiterar­ beitet.

Anhand einer Zeichnung werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vortei­ len näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Regelungseinrichtung einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit Wärmetauscherregelung,

Fig. 2 eine Regelungseinrichtung nach Fig. 1 mit zusätz­ licher Schaltung bei einer Zweipunktkompressorrege­ lung.

In Fig. 1 ist ein Teil einer Klimaanlage dargestellt, be­ stehend aus einem Kompressor 1, einem Verdampfer 2, einem Expansionsventil 3 und einer Kältemittelleitung 4. Das Ex­ pansionsventil 3 kann in bekannter Weise druck- oder tempe­ raturgeregelt oder fest eingestellt sein.

Parallel zum Verdampfer 2 liegt ein Benzinkühler 5, durch den sowohl eine Benzinleitung 6 als auch eine Kältemittel­ bypassleitung 7 führen. Am Ausgang der Benzinleitung 6 liegt ein Temperaturfühler 8, der mit einem Regelventil 9 am Ein­ gang der Bypassleitung 7 zum Benzinkühler 5 verbunden ist. Die Abzweigung 11 der Bypassleitung 7 liegt vor dem Expan­ sionsventil 3.

Die dargestellte Anordnung hat folgende Funktion:

Die Kühlleistung am Verdampfer 2 wird für die Klimatisie­ rung des Fahrgastraumes zur Verfügung gestellt. Ob eine Kühlleistung zur Kühlung des Benzins in der Benzinleitung 6 erforderlich ist, wird vom Temperaturfühler 8 erkannt und entsprechend das Regelventil 9 mehr oder weniger geöffnet, so daß auch ein Kältemittelstrom durch den Benzinkühler 5 je nach den Kühlerfordernissen erfolgt. Beispielsweise wird bei einem in der Sonne aufgeheizten Fahrgastraum die Kühl­ leistung ganz am Verdampfer 2 anfangs voll zur Verfügung gestellt, da Benzin in der Benzinleitung 6 noch nicht ge­ kühlt werden braucht und das Regelventil 9 abgeregelt ist. Erst allmählich wird dann Kühlleistung am Benzinkühler 5 durch höhere Benzintemperatur erforderlich, so daß das Re­ gelventil 9 öffnet. Dann ist aber bereits der Fahrgastraum weitgehend schon kühl, so daß ohnehin weniger Kühllei­ stung am Verdampfer 2 erforderlich ist.

Fig. 2 zeigt alle Bauteile nach Fig. 1, die mit den glei­ chen Bezugszeichen versehen sind. Zusätzlich ist in der Kältemittelleitung 4 zwischen der Abzweigung 11 und dem Ex­ pansionsventil 3 ein magnetisch betätigbares Absperrventil 12 angeordnet und über eine elektrische Leitung 13 betätig­ bar. Das Absperrventil 12 ist geschlossen, wenn die Leitung 13 stromlos ist.

Durch eine elektrische Leitung 14 ist der Stromkreis zum Kompressor 1 schematisch dargestellt. In diesem Stromkreis 14 liegen als Schalter zwei Thermostate 15 und 16, wobei der Thermostat 15 ein Fahrgastraum-Thermostat ist, der un­ terhalb einer bestimmten Fahrgastraumtemperatur seinen Schalter 17 öffnet und der Thermostat 16 ein Benzintempera­ tur-Thermostat ist, dessen Schalter 18 unterhalb einer ein­ gestellten Benzintemperatur öffnet. Der Benzintemperatur- Thermostat 16 liegt dabei mit seinem Fühler im Ausgang des Benzinkühlers 15, so daß als Temperaturfühler auch der Füh­ ler 8 verwendet werden könnte.

Die aus dem Absperrventil 12 und den Thermostaten 15, 16 bestehende Zusatzschaltung hat folgende Funktion:

Der Kompressor 1 wird dadurch in einer Zweipunktschaltung betrieben, in der Weise, daß bei genügend kühlem Fahrgast­ raum und genügend kühlem Benzin beide Schalter 17 und 18 offen sind, wodurch der Kompressor 1 ausgeschaltet wird. Wird nur am Verdampfer 2 Kühlleistung benötigt, d. h. der Fahrgastraum hat sich zu stark erwärmt, so schließt der Schalter 17, wodurch der Kompressor 1 anläuft und das Ab­ sperrventil 12 zur Freigabe der Kältemittelleistung 4 öffnet. Wenn zusätzlich der Benzintemperatur-Thermostat 16 schaltet und der Schalter 18 geschlossen ist, so hat dies auf die Regelung des Kompressors 1 wegen der Parallelschal­ tung keinen Einfluß mehr.

Ist dagegen der Fahrgastraum genügend abgekühlt, so öffnet der Schalter 17, wodurch die Leitung 13 stromlos wird und das Absperrventil 12 schließt. Zur Vermeidung von Rückströ­ men ist eine Diode 19 vorgesehen. Wenn nun weiter Kühllei­ stung für die Benzinkühlung erforderlich ist, bleibt der Schalter 18 geschlossen und der Kompressor 1 wird weiter mit Spannung versorgt. Erst wenn auch dort keine Kühllei­ stung mehr erforderlich ist, wird der Kompressor 1 abge­ schaltet.

Zusammenfassend wird festgestellt, daß mit dem Anmeldungs­ gegenstand eine Regelungseinrichtung einer Klimaanlage ei­ nes Kraftfahrzeugs mit einem zusätzlichen Wärmetauscher zur Verfügung gestellt wird, mit der eine Klimaanlage insgesamt wirkungsvoller betrieben werden kann.

Claims (3)

1. Klimaanlage mit Benzinkühlung an einem Kraftfahrzeug,
mit einem Verdampfer mit vorgeschaltetem Expansionsventil und nachgeschaltetem Kompressor und
mit einem zusätzlichen Wärmetauscher als Benzinkühler im Kältemittelstrom,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Benzinkühler (5) in einer parallelen Bypassleitung (7) zum Verdampfer (2) liegt,
daß in der Kältemittel-Eingangsleitung des Benzinkühlers (5) ein Regelventil (9) liegt, und
daß in der Ausgangsleitung des Benzinkühlers (5) ein Tem­ peraturfühler (8) liegt, der mit dem Regelventil (9) ver­ bunden ist und das Regelventil (9) so arbeitet, daß es bei höheren Temperaturen am Temperaturfühler (8) mehr öffnet und bei tieferen Temperaturen mehr schließt bzw. ge­ schlossen ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bypassabzweigung (11) zum Benzinkühler (5) vor dem Expansionsventil (3) des Ver­ dampfers (2) liegt.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kompressor (1) von einem im Kompressorstromkreis liegenden Fahrgastraum-Ther­ mostaten (15) im Zweipunktbetrieb geschaltet wird,
daß in der Kältemittel-Eingangsleitung zum Verdampfer (2) ein schaltbares Absperrventil (12) liegt, das mit dem Fahr­ gastraum-Thermostaten (15) verbunden ist, so daß unterhalb einer bestimmten eingestellten Temperatur das Absperrventil (12) geschlossen und der Thermostatschalter (17) geöffnet ist, und
daß parallel zum Fahrgastraum-Thermostaten (15) ein weite­ rer Benzintemperatur-Thermostat (16) elektrisch parallel geschaltet ist, wobei dessen Thermostatschalter (18) unter­ halb einer bestimmten eingestellten Benzintemperatur öffnet, so daß beide Thermostatschalter (17, 18) des Innenraum- (15) und Benzintemperatur-Thermostaten (16) geöffnet sein müssen, wenn der Stromkreis zum Kompressor abgeschaltet ist.