DE4217089A1

DE4217089A1 - Klimaanlage fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE4217089A1
Application number: DE4217089A
Authority: DE
Inventors: Takayoshi Matsuoka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 1993-01-07
Anticipated expiration: 2012-05-23
Also published as: DE4217089C2; JPH058631A; US5209081A; JP2715700B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für Fahrzeuge, im einzelnen eine Klimaanlage mit einer hohen Kühlkapazität eines Verdampfers bei geringem Kraftstoffverbrauch, also beispielsweise mit hoher Kühlkapazität auch bei Leerlauf des Fahrzeugmotors.

Bei herkömmlichen Klimaanlagen für Fahrzeuge ist ein Kühlkreislauf vorhanden, welcher zumindest einen Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer aufweist. Der Kompressor komprimiert das gasförmige Kühlmittel in komprimiertes Kühlmittel. Der Kondensator kondensiert das komprimierte Kühlmittel in flüssiges Kühlmittel. Das flüssige Kühlmittel wird dann zu dem Expansionsventil geführt. Das Expansionsventil entspannt das flüssige Kühlmittel in ein Kühlmittelspray. Das Kühlmittelspray wird in dem Verdampfer verdampft. In einigen Fällen kann der Kühlkreislauf auch einen Receiver und einen Unterkühlungs-Wärmetauscher aufweisen. Eine derartige Klimaanlage ist in dem japanischen Gebrauchsmuster- Offenlegungsschrift No. Jikkai-hei 2-56 711 beschrieben. Bei dieser Klimaanlage ist der Wärmetauscher zwischen dem Receiver und dem Verdampfer in dem Kühlkreislauf angeordnet. Der Wärmetauscher ist an der vorderen Front des Fahrzeugs angeordnet, um die von dem Verdampfer bereitgestellte Kühlkapazität durch Vergrößern eines Grads an Unterkühlung des Kühlmittels zu erhöhen, wozu eine Durchströmung mit Luft mittels einer Drosselklappe oder eines elektrisch angetriebenen Ventilators erreicht wird.

Bei einer herkömmlichen Klimaanlage ist der Grad an Unterkühlung relativ gering, wenn die Unterkühlung beim Leerlauf des Fahrzeugmotors oder im Falle eines Verkehrsstaus mittels des elektrischen Ventilators durchgeführt wird. Im Einzelnen wird der elektrische Ventilator mit Heißluft versorgt, welche durch die Wärmestrahlung des Fahrzeugmotors aufgeheizt wird, so daß die Kühlkapazität des Verdampfers sehr gering ist. Darüber hinaus muß die Motordrehzahl erhöht werden, um eine wirksame Funktion des elektrischen Ventilators zu gewährleisten.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Klimaanlage für Fahrzeuge derart zu verbessern, daß die Wirksamkeit der Kühlung verbessert wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Klimaanlage zu schaffen, deren Kühlkreislauf durch eine hohe Umgebungstemperatur im Sommer oder durch Wärmestrahlung von dem Motor nicht nachteilig beeinflußt wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Klimaanlage bereitzustellen, bei welcher der Zustrom von Kühlmittel in dem Kühlkreislauf zu dem Expansionsventil durch Verhindern der Bildung von Kühlmitteldampf vor dem Expansionsventil nicht unterbrochen wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Klimaanlage für ein Fahrzeug gelöst, welche versehen ist mit:
einem Kühlkreislauf mit einem Kompressor, welcher gasförmiges Kühlmittel in komprimiertes Kühlmittel komprimiert, einem Kondensator, in welchem das komprimierte Kühlmittel in flüssiges Kühlmittel kondensiert wird, einem Unterkühlungs- Wärmetauscher, welcher das flüssige Kühlmittel in kaltes, flüssiges Kühlmittel unterkühlt, einer Expansionseinrichtung, zum Entspannen des kalten, flüssigen Kühlmittels in ein entspanntes Kühlmittel, einem Verdampfer zum Verdampfen des entspannten Kühlmittels, wobei der Verdampfer in einem Luftstromkanal angeordnet ist, einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der klimatisierten Luft, wobei die Heizeinrichtung stromabwärts des Verdampfers angeordnet ist, um die klimatisierte Luft hindurchströmen zu lassen;
einer Luftmischklappe zum Einregulieren des durch die Heizeinrichtung passierenden Luftstroms, wobei der Unterkühlungs-Wärmetauscher stromabwärts des Verdampfers in dem Luftstromkanal angeordnet ist und klimatisierte Luft zu dem Unterkühlungs-Wärmetauscher geleitet wird, wenn die Luftmischklappe ihre geöffnete Stellung einnimmt.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist die Klimaanlage mit einer Recheneinheit versehen, welche zum Berechnen des Grads an Unterkühlung des Kühlkreislaufs entsprechend der Kühlmitteltemperatur in dem Kondensator und an dem Einlaß der Expansionseinrichtung geeignet ist; und die Klimaanlage ist weiter mit einer Öffnungs-/Schließ-Regelungseinrichtung versehen ist, welche zum Regeln des Kaltluftstroms vorgesehen ist, um diesen entsprechend dem berechneten Grad an Unterkühlung und der am Einlaß der Expansionseinrichtung herrschenden Temperatur oder der Umgebungstemperatur dem Unterkühlungs-Wärmetauscher zuzuleiten.

Vorteilhaft wird der Unterkühlungs-Wärmetauscher mit aus dem Verdampfer ausströmender Kaltluft versorgt, wenn die Öffnungs- Schließ-Regelungseinrichtung geöffnet ist und die Luftmischklappe geöffnet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm des Klimaanlagesystems;

Fig. 2 ein Blockdiagramm des Regelungskreises des in Fig. 1 dargestellten Klimaanlagesystems;

Fig. 3 ein Flußdiagramm des Haupt-Regelungsprogramms;

Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Unterprogramms zum Öffnen einer Luftmischklappe;

Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Unterprogramms zum Regeln des Kompressors;

Fig. 6 ein Diagramm, welches zwei Zustände der Kühlmitteltemperatur beschreibt;

Fig. 7 ein Diagramm, welches zwei Zustände der Motordrehzahl beschreibt;

Fig. 8 ein Diagramm, welches drei Zustände der Umgebungsluft- Temperatur beschreibt;

Fig. 9 ein Flußdiagramm eines Unterprogramms zum Regeln der Unterkühlung;

Fig. 10 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen thermischem Gleichgewicht und der thermischen Leistungskurve veranschaulicht;

Fig. 11 ein Diagramm, welches die Kühlkapazität des Verdampfers und den Ausgangsdruck des Kompressors darstellt;

Fig. 12 ein weiteres Flußdiagramm eines Unterprogramms zum Regeln der Unterkühlung; und

Fig. 13 ein Diagramm eines Resultats von einem Experiment.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm des Klimaanlagesystems. Der in Fig. 1 dargestellte Kompressions-Kühlkreislauf weist einen verstellbaren Verdrängungs-Kompressor 1, einen Kondensator 2, ein Expansionsventil 3, einen Verdampfer 4 und einen Wärmetauscher 6 auf. Der Kompressor 1 ist ein Taumelscheiben- Kompressor, welcher von einem nicht dargestellten Motor angetrieben wird. Die vorgenannten Elemente sind miteinander mittels einer Hochdruckleitung 12a und einer Niederdruckleitung 12b verbunden. Die verstellbare Verdrängung des Kompressors 1 wird mittels eines Regelungs-Betätigungsglieds 101 für den Verdrängungs-Volumenstrom geregelt. Der Verdrängungs- Volumenstrom kann durch Vergrößern des Neigungswinkels der Taumelscheibe vergrößert werden, wenn der Einlaßdruck Ps größer als ein vorbestimmter Druck Pr wird. Der vorbestimmte Druck Pr kann durch Aktivieren eines Elektromagnets (nicht dargestellt) eingestellt werden, welcher in einen Regelkreis 40 integriert ist. Der Regelkreis 40 weist einen Mikrocomputer (nicht dargestellt) auf.

In einem Ventilationskanal eines Luftkanals 13 sind ein Ventilator 10, der Verdampfer 4, eine Luftmischklappe 8 und ein Heizkern 9 angeordnet. Der Heizkern 9 dient als Heizeinrichtung. Der Ventilator 10 ist mittels eines Ventilatormotors 11 angetrieben.

Ein Bypass-Luftstromkanal 5 ist stromabwärts des Verdampfers 4 in dem Luftkanal 13 angeordnet. Das Bypass-Luftstromkanal 5 wird von dem Verdampfer 4 her mit kalter Luft versorgt. In dem Bypass-Luftstromkanal 5 ist der unterkühlende Wärmetauscher 6 angeordnet. Der unterkühlende Wärmetauscher 6 ermöglicht das Unterkühlen des Kühlmediums, welches zuvor in dem Kondensator 2 kondensiert wurde. Eine Einlaßöffnung 5a des Bypass- Luftstromkanals 5 ist zwischen der stromabwärtigen Seite des Verdampfers 4 und der stromaufwärtigen Seite der Luftmischklappe 8 ausgebildet. Eine Bypass-Luftklappe 7, welche als ein Öffnungselement dient, ist in der Einlaßöffnung 5a angeordnet. Die Bypass-Luftklappe 7 wird von einer Bypass- Luftklappen-Betätigungseinrichtung 64 betätigt, welche einen Antriebsmotor oder ähnliches darstellt. Der Regelkreis 40 und die Bypass-Luftklappen-Betätigungseinrichtung 64 dienen als Antriebs-Regelungsmechanismus. Demgemäß kann der Grad der Unterkühlung des Kühlkreislaufes durch Betätigen der Bypass- Luftklappe 7 und damit durch Einregulieren des zu dem Bypass- Luftstromkanal 5 zugeführten Luftstroms geregelt werden.

Der Luftkanal 13 ist mit einer Mehrzahl von Einlässen und Auslässen für das Ein- und Ausströmen des Luftstroms versehen. Beispielsweise wird Frischluft durch einen Frischlufteinlaß 14 hereingelassen und rezirkulierte Raumluft fließt in den Luftkanal 13 durch den Rezirkulationslufteinlaß 15 hinein. Der von dem Frischlufteinlaß 14 und von dem Rezirkulationslufteinlaß 15 eingelassene Luftstrom wird mittels einer Lufteinlaßklappe 16 eingelassen. Nach dem Klimatisieren der Luft in der nachfolgend beschriebenen Weise wird die Luft in den Innenraum beispielsweise durch einen Defroster (DEF) und einen Ventilator (VENT) hereingelassen.

Der Regelkreis 40 zum Regeln der Luftklappen- Betätigungseinrichtung 64 ist mit einem Umgebungslufttemperatur-Sensor 43 und einem Fahrzustand-Sensor 105 verbunden. Der Fahrzustand-Sensor 105 erfaßt beispielsweise eine Drehzahl des Motors. Der Öffnungs- und Schließvorgang der Bypass-Luftklappe 7 wird aufgrund eines von diesen Sensoren gelieferten Ermittlungssigals veranlaßt.

Bezugnehmend auf Fig. 2, ist der Regelkreis 40 der Klimaanlage mit Sensoren und Schaltern dargestellt. Eine zentrale Datenverarbeitungseinheit (CPU) 41 ist mittels eines Eingangsschaltkreises 42 verbunden mit: dem Umgebungslufttemperatur-Sensor 43, einem Raumtemperatur-Sensor 44, einem Sonneneinstrahlungs-Sensor 45, einem Ansaugtemperatur-Sensor 46, einem Kühlmitteltemperatur-Sensor 47, einem Wassertemperatur-Sensor 48 und dem Fahrzustand-Sensor 105. Der Umgebungstemperatur-Sensor 43 erfaßt die Umgebungstemperatur TAMB der Atmosphäre. Der Raumtemperatur- Sensor 44 erfaßt die Innenraumtemperatur TINC des Kraftfahrzeugs. Der Sonneneinstrahlungs-Sensor 45 erfaßt den Wert der Sonneneinstrahlung QSUN. Der Ansaugtemperatur-Sensor 46 erfaßt die Lufttemperatur stromabwärts des Verdampfers 4, nachfolgend als Ansaugtemperatur TINT bezeichnet. Der Kühlmitteltemperatur-Sensor 47 ist an einer Auslaßwand des Expansionsventils 3 angeordnet und erfaßt die Kühlmitteltemperatur Tref. Der Wassertemperatur-Sensor 48 erfaßt die Kühlwasser-Temperatur TW. Die erfaßten Daten werden von jedem Sensor zu dem Eingangsschaltkreis 42 übermittelt. Der Eingangsschaltkreis 42 ist darüber hinaus mit einem Analog-Digitalwandler zum Umwandeln der erfaßten Daten von Analogsignalen in Digitalsignale versehen. Die in Digitalsignale umgewandelten Signale sind für jedes der Ursprungssignale repräsentativ und werden an die CPU 41 übermittelt. Der Eingangsschaltkreis 42 ist darüber hinaus mit einem Luft-Klimatisierungsschalter 57, einem Ventilatorschalter 58, einem Zündschalter 59, einem Defrosterschalter 60, einem Ansaugdruck-Sensor 61, einem Motordrehzahl-Sensor 62 und einem Luftmischklappen-Lagesensor 63 verbunden. Der Ansaugdruck- Sensor 61 erfaßt den Ansaugdruck in einem Einlaßkrümmer (nicht dargestellt). Der Motordrehzahl-Sensor 62 erfaßt die Motordrehzahl und der Luftmischklappen-Lagesensor 63 erfaßt die Öffnungsstellung der Luftmischklappe 8.

Die CPU 41 ist mittels eines Ausgangsschaltkreises 49 mit einem Einlaßklappen-Betätigungsglied 50, einem Luftmischklappen- Betätigungsglied 51, einem Ventilatorklappen-Betätigungsglied 52, einem Fußklappen-Betätigungsglied 53, einem Defroster- Betätigungsglied 54, dem Bypass-Luftklappen- Betätigungsglied 64, und dem Ventilator-Regelschaltkreis 55 verbunden. Der Ventilator-Regelschaltkreis 55 ist mit dem Ventilatormotor 11 verbunden. Der Ausgangsschaltkreis 49 ist mittels eines Relais 56 mit einer Elektromagneteinheit des Regelungs-Betätigungsglieds 101 für die Verdrängungsrate verbunden. Der Ausgangsschaltkreis 49 weist einen Digital/Analog-Wandler zum Umwandeln von jedem der Digitalsignale in ein Analogsignal auf. Die CPU 41 regelt und bedient jedes der Betätigungsglieder aufgrund der von jedem Sensor erfaßten und übermittelten Signale oder aufgrund der Schalter, um einen vorbestimmten Druckwert Pr in dem verstellbaren Verdrängungs-Kompressor 1 einzustellen und vorbestimmte Temperaturen an verschiedenen Stellen. Darüber hinaus regelt die CPU 41 den Ventilatormotor 11 mittels des Ventilator-Regelschaltkreises 55 aufgrund eines Luftstrom- Regelsignals, um durch den Ventilator 10 einen exakten Luftstrom zu erzielen.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm eines von der CPU 41 verarbeiteten Haupt-Regelungsprogramms der Klimaanlage.

Bei Schritt S10 wird ein Vorgang des Festsetzens der Anfangswerte durchgeführt. Bei normalem automatischem Klimatisiermodus wird anfänglich eine Temperatur TPTC von 25°C festgesetzt. In Schritt S20 werden der CPU 41 die von jedem der Sensoren übermittelten Daten übermittelt.

In Schritt 30 werden die vom dem Umgebungstemperatur-Sensor erfaßte Umgebungstemperatur TAMB der Atmosphäre derart verarbeitet, daß die Real-Umgebungstemperatur TAM daraus ermittelt wird. Die von dem Umgebungstemperatur-Sensor 43 gemessene Umgebungstemperatur TAMB wird von der Wärmestrahlung anderer Wärmequellen beeinflußt. Demgemäß berechnet die CPU 41 in Schritt S30 die Real-Umgebungstemperatur TAM unter Berücksichtigung der Wärmestrahlung. Im nachfolgenden Schritt S40 wird die die Sonneneinstrahlung definierende Lichtenergie in eine daraus resultierende Wärmemenge umgerechnet. In anderen Worten werden die von dem Sonneneinstrahlungs-Sensor 45 übermittelten Daten in den Wert QSUN′ umgerechnet, welcher eine Wärmemenge repräsentiert. In Schritt S50 wird die gesetzte Temperatur TFTC, welche aufgrund einer Regelungs-Schalttafel (nicht dargestellt) gesetzt wird, unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur in eine korrigierten gesetzten Wert TPTC′ korrigiert. In Schritt S60 wird eine gewünschte Einblastemperatur T0′ berechnet, welche die korrigierte gesetzte Temperatur TPTC′, die Fahrzeuginnenraum-Temperatur TINC, die Real-Umgebungstemperatur TAM, und den korrigierten Werte der Sonneneinstrahlung QSUM′ berücksichtigt. Darüber hinaus wird in Schritt 60 die Öffnungsstellung der Luftmischklappe aufgrund den Abweichung zwischen der gewünschten Einblastemperatur T0 und der Real-Einblastemperatur berechnet. Bei diesem Vorgang soll für die Berechnung der Öffnungsstellung der Luftmischklappe auch die Wärmetauschrate in dem unterkühlenden Wärmetauscher 6 berücksichtigt werden. In Schritt S70 wird der verstellbare Verdrängungs-Kompressor 1 in der weiter unten beschriebenen Weise geregelt. In Schritt S80 werden jede der Auslaßöffnungen geregelt. In Schritt S90 werden die Einlaßöffnungen 14 und 15 geregelt. Im Einzelnen regelt die CPU 41 den Luftstrom durch den Frischlufteinlaß 14 und den Rezirkulationseinlaß 15 durch Regeln der Stellung der am Einlaß angeordneten Luftmischklappe 16 ein. In Schritt S100 wird der durch jede der Auslaßöffnungen in den Fahrzeuginnenraum herausgeblasene Luftstrom durch Regeln des Ventilators 10 eingestellt.

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm eines Unterprogramms zur Berechnung der Öffnungsstellung der Luftmischklappe.

In Schritt S501 werden anfänglich Konstanten A bis G und H und I festgesetzt. In Schritt S502 wird eine Luftmischklappen- Öffnungsstellung X durch Verwenden des Luftmischklappen- Lagesensors 63 erfaßt. In Schritt S503 wird eine Öffnungsstellung XSCD der Bypass-Luftklappe 7 erfaßt, welche am Eingang des Bypass-Luftstromkanals 5 angeordnet ist. In Schritt S504 wird die Abweichung S zwischen der gewünschten Einblastemperatur T0 und der Real-Einblastemperatur entsprechende folgender Gleichung berechnet:

S = ((A + D) _* TPTC′)_*(B_*TAM) + (C_*QSUN′) - (D_*TINC)
+ E - ((F_*X + G)_*(82 - TINT)) - TINT - ((H_*XSCD + 1)_* (T3 - TINT))

wobei T3 die Temperatur des durch den unterkühlenden Wärmetauscher 6 fließenden Kühlmediums darstellt.

In Schritt S505 wird die berechnete Abweichung S mit einer vorbestimmten Abweichung S0 verglichen. Wenn die berechnete Abweichung S geringer als die vorbestimmte Abweichung -S0 ist, d. h. wenn
S<-S0,
dann wird mit Schritt S506 fortgefahren. In Schritt S506 befindet sich die Luftmischklappe 8 in einer Stellung, welche mit "kalt" bezeichnet werden kann, so daß der durch den Heizkern 9 strömende Luftstrom reduziert wird. Wenn die berechnete Abweichung S größer als eine mit entgegengesetztem Vorzeichen versehen Abweichung S0 wird, nämlich
S<S0,
dann wird mit Schritt S508 fortgefahren. In Schritt S508 befindet sich die Luftmischklappe 8 in einer Stellung, welche mit "Heiß" bezeichnet werden kann, so daß der durch den Heizkern 9 strömende Luftstrom erhöht wird. Wenn darüberhinaus ein Absolutwert der berechneten Abweichung S kleiner oder gleich einer vorbestimmten Abweichung S0 wird, nämlich
|S|S0,
wird die aktuelle Öffnungsstellung beibehalten.

Bezugnehmend auf die Fig. 5 bis 8 wird nachfolgend im Detail beschrieben, wie der in Schritt S70 ausgeführte Regelungsvorgang durchgeführt wird, wie er in Fig. 3 dargestellt ist.

In Fig. 5 wird in Schritt S601 bestimmt, ob oder ob nicht der Ventilatormotor 11 läuft (Ein-Zustand), was durch Berücksichtigung eines von dem Ventilatorschalter 58 übermittelten Signals geschieht. Wenn der Ventilator nicht läuft, wird der Verdrängungs-Kompressor 1 in Schritt S602 gestoppt. Wenn der Ventilator jedoch läuft, bestimmt die CPU 41 in Schritt S603, ob die aktuelle Kühlmitteltemperatur sich in einem Zustand "1" oder in einem Zustand "2" entsprechend einer ermittelten Kühlmitteltemperatur Tref befindet. Darauffolgend wird der ermittelte Zustand in einem vorbestimmten Speicherbereich (nicht dargestellt) gespeichert. In Fig. 6 stellt Tref1 die Kühlmitteltemperatur dar, wenn die Wärmeleistung gering ist, und Tref2 die Kühlmitteltemperatur, wenn die Wärmeleistung um einen bestimmten Betrag größer als die im Fall von Tref1 ist. Darüberhinaus ist Tref1 kleiner als eine Bezugs-Kühlmitteltemperatur Tref, welche aufgrund der Real-Umgebungstemperatur TAM in einer bekannten Kalt-Demister- Regelung ermittelt wurde. Wenn der aktuelle Zustand der Zustand "2" ist, wird der verstellbare Verdrängung-Kompressor 1 in Schritt S602 abgeschaltet.

Wie oben bereits erwähnt, wird der verstellbare Verdrängungs- Kompressor 1 vollständig gestoppt, wenn ein Zustand mit einer kleinen Kühlmenge vorliegt. Die Wärmeleistung des Verdampfers 4, welche durch die durch den Verdampfer 4 passierende Luft bedingt wird, ist sehr klein, wenn der Kühlmittelstrom gering wird, beispielsweise aufgrund der Kalt-Demister-Regelung bei einem vorbestimmten geringen Umgebungstemperatur-Bereich. Unter diesen Umständen wird der verstellbare Verdrängungs-Kompressor 1 nachteilig aufgrund der instabilen Kühlmittelbedingungen in dem Verdampfer 4 beeinflußt. Entsprechend hält die CPU 41 den verstellbaren Verdrängungs-Kompressor 1 an, wenn die Kühlmitteltemperatur geringer als ein vorbestimmter Wert ist.

Wenn andererseits der aktuelle Zustand in Schritte S603 der Zustand "1" ist, wird Schritt S604 ausgeführt. In Schritt S604 wird die Motordrehzahl entsprechende eines von dem Motordrehzahl-Sensor 62 übermittelten Signals bestimmt. Wenn die Motordrehzahl relativ gering ist, wird mit Schritt S605 fortgefahren. Wenn im Einzelnen die steigende Motordrehzahl geringer als eine vorbestimmte Motordrehzahl Rref2 ist, wie in Fig. 7 dargestellt ist, wird Schritt S605 ausgeführt. Wenn andererseits die Motordrehzahl relativ hoch ist, nämlich die sinkende Motordrehzahl größer als eine vorbestimmte Drehzahl Rref1 ist, wie in Fig. 7 dargestellt ist, folgt Schritt S611, um eine Destroke-Regelung vorzunehmen. In Schritt S605 bestimmt die CPU 41, in welchen der Zustände 3 bis 5 die korrigierte Real-Umgebungstemperatur TAM eingeordnet werden kann, aufgrund des in Fig. 8 dargestellten Schaubilds. Bei diesem Vorgang stellen TAM1 und TAM2 Zustände dar, bei welchen die Umgebungstemperatur relativ gering ist, während TAM3 und TAM4 Zustände darstellen, bei welchen die Umgebungstemperatur um einen bestimmten Betrag höher ist. Nach dem Bestimmen des Zustands wird dieser bestimmte Zustand in einem vorbestimmten Speicherbereich gespeichert. Daraufhin folgt dem Schritt S605 der Schritt S606.

In Schritt S606 bestimmt die CPU 41 ob oder ob nicht der Defroster-Schalter 60 eingeschaltet ist. Wenn der Schritt S606 als Ergebnis "Nein" liefert, bestimmt die CPU 41 in Schritt S607, ob oder ob nicht die gewünschte Einblastemperatur T0, wie sie in Schritt S60 berechnet wurde, geringer als die Temperatur Trcd ist, wobei Trcd diejenige Temperatur darstellt, die sich einstellt, wenn keine Luft durch den Heizkern 9 passiert. In anderen Worten stellt Trcd diejenige Einblastemperatur dar, welche vorhanden ist, wenn die Luftmischklappe vollständig geschlossen ist und keine Luft durch den Heizkern 9 strömen kann. Wenn die gewünschte Einblastemperatur T0 geringer als Trcd ist, nämlich
T0<Trcd,
dann wird mit Schritt S608 fortgefahren, um die Temperatur schnell herunterzuregeln. Schritt S607 wird nur einmalig durchgeführt, sobald der Zündschalter 59 angestellt wird oder wenn der Ventilatorschalter 58 angestellt wird.

Wenn der Schritt S607 "Nein" ergibt, wird in Schritt S609 ermittelt, ob oder ob nicht das Fahrzeug beschleunigt wird, wobei dies aufgrund des in dem Einlaßkrümmer herrschenden Einlaßdrucks geschieht, welcher von dem Einlaß-Drucksensor 61 ermittelt wird. Wenn der Schritt S609 "Ja" ergibt, wird in Schritt S610 bestimmt, ob oder ob nicht die Einlaßtemperatur TINT geringer als TINT1 ist, nämlich ob
TINT<TINT1.

Wenn Schritt S610 "Ja" ergibt, wird die Destroke-Regelung in Schritt S611 durchgeführt. Wenn andererseits einer der Schritte S609 oder S610 "Nein" ergeben, wird in Schritt S619 eine Unterkühlungs-Regelung durchgeführt. Dem Schritt S619 folgt der Schritt S612, um zu bestimmen, ob oder ob nicht der Schalter der Klimaanlage angeschaltet ist. Wenn der Schritt S612 "Ja" ergibt, wird mit Schritt S615 fortgefahren. Andererseits folgt dem Schritt S612 der Schritt S613, wenn der Schalter der Klimaanlage nicht angeschaltet ist. In Schritt S613 wird die Real-Umgebungstemperatur TAM erfaßt und die CPU 41 bestimmt in welchem der oben beschriebenen Zustände 3 bis 5 die Umgebungstemperatur eingeordnet werden kann. Wenn die Real- Umgebungstemperatur TAM in den Zustand 3 eingeordnet werden kann, wird Schritt S614 durchgeführt, um den Kraftstoffverbrauch und die Antriebskraft zu verringern. Wenn Schritt S613 "Nein" ergibt, wird der verstellbare Verdrängungs- Kompressor 1 in Schritt S602 gestoppt.

Wenn der Schritt S606 aufgrund der "Ein"-Stellung des Defrosterschalters 60 "Ja" ergibt, wird mit Schritt 615 fortgefahren, um zu bestimmen, welcher Zustand in dem vorbestimmten Speicherbereich in Schritt S605 gespeichert wurde. Wenn die gespeicherten Daten den Zustand 3 anzeigen, wird eine maximale Entfeuchtungs-Regelung in Schritt S616 ausgeführt. Bei Zustand 4 wird mit Schritt S617 nach Schritt S615 fortgefahren, um die Kalt-Demister-Regelung durchzuführen. Dem Schritt S615 folgt der Schritt S618, um den verstellbaren Verdrängungs-Kompressor 1 bei Zustand 5 abzustellen.

In Fig. 9 ist ein Flußdiagramm eines Unterkühlungs- Regelungsprogramms dargestellt.

In Schritt S700 bestimmt die CPU 41 ob die Luftmischklappe 8 geöffnet ist oder nicht. Wenn die Luftmischklappe geschlossen ist, wird keine Unterkühlungs-Regelung durchgeführt. Wenn der Schritt S700 "Nein" ergibt, wird mit Schritt S701 fortgefahren. Bei Schritt S701 bestimmt die CPU 41 ob oder ob nicht die Umgebungstemperatur TAMB, wie sie von dem Umgebungstemperatur- Sensor 42 erfaßt wurde, größer als eine vorbestimmte Umgebungstemperatur TAMB0 ist, nämlich
TAMB<TAMB0.

Wenn der Schritt S701 "Ja" ergibt, folgt Schritt S703, während Schritt S705 folgt, wenn Schritt S701 "Nein" ergibt. In Schritt S703 wird die Bypass-Luftklappe 7 durch Betätigen der Bypass- Luftklappen-Betätigungseinrichtung 64 geöffnet, wodurch die kalte Luft nach dem Durchströmen des Verdampfers 4 in den Bypass-Luftstromkanal 5 geführt wird. Ein Wärmetausch bezüglich der gelieferten Luft erfolgt aufgrund des unterkühlenden Wärmetauschers 6. In dieser Weise wird der Grad des Unterkühlens des Kühlkreislaufs erhöht. In Schritt S704 wird XSCD=1 in einem vorbestimmten Speicherbereich gespeichert, wobei XSCD=1 bedeutet, daß die Bypass-Luftklappe 7 geöffnet ist. Dann wird Schritt S612 wie in Fig. 5 dargestellt ausgeführt.

In Schritt S705 liest die CPU 41 die für die aktuelle Position der Bypass-Luftklappe 7 repräsentative Position ein, welche in dem vorbestimmten Speicherbereich gespeichert ist, um zu bestimmen, ob oder ob nicht die Bypass-Luftklappe geöffnet ist. Wenn der Schritt S705 "Ja" ergibt, folgt Schritt S706. Wenn andererseits die Bypass-Luftklappe 7 geschlossen ist, folgt Schritt S612 nach Schritt S705. Bei Schritt S706 wird die Bypass-Luftklappe geschlossen, wozu die Luftklappen- Betätigungseinrichtung 64 betätigt wird. In dem nachfolgenden Schritt S707 werden die Daten XSCD in einem vorbestimmten Speicherbereich gespeichert, wobei XSCD=0 bedeutet, daß die Bypass-Luftklappe 7 geschlossen ist. Dann wird Schritt S612 durchgeführt.

Wie oben erwähnt, wird der Grad des Unterkühlens des Kühlkreislaufs dann erhöht, wenn eine große Lufttemperatur vorhanden ist und der Fahrzeugmotor im Leerlauf läuft. Zu diesem Zweck wird die Kühlkapazität des Verdampfers 4 erhöht und eine höhere Kühlleistung wird bei geringem Kraftstoffverbrauch verwirklicht.

Fig. 10 stellt ein Diagramm zum Beschreiben der Beziehung zwischen thermischem Gleichgewicht in einem Fahrzeuginnenraum und der thermischen Leistungskurve. In der Zeichnung ist die thermische Gleichgewichtskurve als eine Regelungslinie dargestellt. Diese stellt den Graph der Einblastemperatur dar, welche benötigt wird, um die in dem Fahrzeuginnenraum herrschende Temperatur auf einen konstanten Wert im Gleichgewicht zu halten. Daneben sind die thermische Leistungskurve, eine Einblasluft-Temperaturkurve und eine den Energieverlust zeigende Kurve dargestellt. Die thermische Leistungskurve ist hinsichtlich der Luft dargestellt, welche dem Verdampfer 4 zugeführt wird. Die Einlaßluft-Temperatur ist gleich der von dem Verdampfer 4 gelieferten Lufttemperatur. Der Energieverlust stellt die Höhe der von dem Verdampfer 4 bereitgestellten überschüssigen Kühlkapazität dar.

Die Einlaßluft wird allgemein bei automatischen Klimaanlagen in dem Verdampfer 4 gekühlt und in dem Heizkern 9 erneut aufgeheizt. Der wieder aufgeheizte Luftstrom kann durch Betätigen der Luftmischklappe S eingestellt werden, wodurch die Einblastemperatur geregelt wird. Für so eine herkömmliche Betätigung der automatischen Klimaanlage wird die Einblastemperatur des Verdampfers 4 auf eine vorbestimmte gewünschte Temperatur bezüglich eines kritischen Gefrierpunkts geregelt. Wenn jedoch die Umgebungsluft-Temperatur höher als ein Kreuzungspunkt M der Regellinie mit der thermischen Leistungskurve ist, wird die Einlaßluft zu dem Verdampfer 4 (T1) auf eine durch die Regellinie (T2) dargestellte Temperatur heruntergekühlt und weiter auf die Einlaßtemperatur (T3) heruntergekühlt. Daraufhin wird die auf die Temperatur T3 heruntergekühlte Luft wieder auf die Fahrzeuginnenraum- Temperatur T2 aufgeheizt.

Wenn die Umgebungsluft-Temperatur geringer als der Kreuzungspunkt M ist, wird die zum Verdampfer 4 geführte Luft auf die Einlaßtemperatur heruntergekühlt und dann auf eine von der Regellinie dargestellte Temperatur aufgeheizt. Infolgedessen erfolgt bei der Klimaanlage aufgrund des Unterkühlens ein Energieverlust, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist.

Nachfolgend wird zusätzlich zu Fig. 10 auf Fig. 11 bezug genommen. Fig. 11 zeigt ein Diagramm, welches die Kühlkapazität des Verdampfers 4 und den Ausgangsdruck des Kompressors 1 darstellt. Wie aus dieser Zeichnung ersichtlich ist, wird für den Fall, daß der Grad des Unterkühlens des unter bestimmten Bedingungen arbeitenden Kühlkreislaufs erhöht wird, die Kühlkapazität des Verdampfers 4 verbessert, und zwar proportional zu der Erhöhung des Grads des Unterkühlens, während der Ausgangsdruck des Kompressors 1 weitgehend konstant bleibt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Grad des Unterkühlens des Kühlkreislaufs durch Verwenden des Wärmetauschers 6 und des Bypass-Luftstromkanals 5 erhöht. Wie bereits oben erwähnt, ist der Bypass-Luftstromkanal 5 stromabwärts des Verdampfers 4 in dem Luftkanal 13 angeordnet und der Wärmetauscher 6 ist in dem Bypass-Luftstromkanal 5 angeordnet. Die von dem Verdampfer 4 stammende kalte Luft wird zu dem Bypass-Luftstromkanal 5 geleitet und weiter zu dem Wärmetauscher 6, wodurch eine Überschuß-Kühlkapazität in dem Verdampfer 4 hervorgerufen wird. Die überschüssige Kühlkapazität führt zu einem Ansteigen des Grads der Unterkühlung, ohne daß dabei der Ausgangsdruck des Kompressors 1 erhöht werden muß. Demgemäß arbeitet der Kühlkreislauf wirksamer.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird der verstellbare Verdrängungs-Kompressor 1 verwendet, so daß der Kompressor 1 derart geregelt werden kann, daß dessen Ausgangs-Massenstrom verringert werden kann, wenn die Einlaßluft-Temperatur TINT entsprechend der Verbesserung der Kühlkapazität des Verdampfers 4 gering wird. Daraus folgt eine Verringerung der Eingangsleistung des Kompressors (die PS-Zahl, die für das Antreiben des Kompressors erforderlich ist). Darüberhinaus kann die Motordrehzahl durch Verwenden einer Motordrehzahl- Regelanordnung (nicht dargestellt) entsprechend der erforderlichen Antriebsleistung verringert werden, wodurch der Motor mit einer geringeren Drehzahl drehen kann. Das bedeutet, daß weniger Kraftstoff unter Leerlaufbedingungen verbraucht wird.

Fig. 12 zeigt ein weiteres Flußdiagramm gemäß einer weiteren Ausführungsform. Gemäß dieser Ausführungsform berechnet der Regelkreis 40 der Grad der Unterkühlung.

In Schritt S201 wird die Ausgangs-Kühlmitteltemperatur aus dem Kondensator 2 (Tcond.out) erfaßt. In Schritt S202 wird die Eingangs-Kühlmitteltemperatur des Expansionsventils 3 (Texp.in) erfaßt.

In Schritt S203 bestimmt die CPU 41, ob oder ob nicht die Einlaß-Kühlmitteltemperatur des Expansionsventils (Texp.in) geringer als eine vorbestimmte Temperatur Tset-A ist, nämlich ob
Texp.in<Tset-A.

Die vorbestimmte Temperatur Tset-A entspricht einer Temperatur, bei welcher in dem Verdampfer 4 der Gefrierpunkt erreicht ist.

Wenn demgemäß der Schritt S203 "Nein" ergibt, könnte weiteres Unterkühlen in dem Verdampfer 4 das Gefrieren hervorrufen, so daß Schritt S207 folgt, um die Bypass-Luftklappe 7 zu schließen. Wenn der Schritt S203 "Ja" ergibt, folgt Schritt S204, um ein Neben-Kühlrate SC zu ermitteln.

In Schritt S205 ermittelt die CPU 41, ob oder ob nicht die berechnete Neben-Kühlrate SC geringer als eine vorbestimmte Rate SCset-A ist, nämlich ob
SC<SCset-A.

Wenn der Schritt S205 "Nein" ergibt, folgt Schritt S208. Wenn im Einzelnen die berechnete Neben-Kühlrate SC kleiner als die vorbestimmte Rate SCset-A ist, ist das zu dem Expansionsventil gelieferte Kühlmittel in einem Zweiphasen-Zustand, d. h. ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch. Unter solchen Bedingungen kann das gleichmäßige Fließen des Kühlmittels am Eingang des Verdampfers 4 aufgrund des Kühlmitteldampfes unterbrochen werden. Aus diesem Grund wir die Bypass-Luftklappe 7 zum Unterkühlen in Schritt S208 geöffnet, um Kaltluft zu dem unterkühlenden Wärmetauscher 6 fließen zu lassen und so den Kühlmitteldampf vollständig zu verflüssigen, bevor das Kühlmittel zu dem Expansionsventil 3 geführt wird.

Wenn der Schritt S205 "Ja" ergibt, wird Schritt S206 ausgeführt. In Schritt S206 wird bestimmt, ob oder ob nicht die Luftmischklappe 8 geöffnet wird, wozu der "X"-Wert verwendet wird, welcher die Öffnungs- bzw. Schließstellung charakterisiert. Wenn die Luftmischklappe geöffnet ist, folgt Schritt S208, um die Bypass-Luftklappe 7 zu öffnen. Wenn andererseits die Luftmischklappe 8 geschlossen ist, folgt Schritt S207, um die Bypass-Luftklappe 7 zu schließen.

Während die bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung die Kühlmöglichkeiten des Verdampfers 4 entsprechend der Einlaßtemperatur des Expansionsventils 3 bestimmt, kann dieses Bestimmen auch entsprechend der Umgebungstemperatur durchgeführt werden. Infolgedessen kann diese Ausführungsform die oben erwähnten Wirkungen nicht nur in einem Leerlaufzustand oder eine Lastzustand bewirken, sondern kann auch ähnliche Wirkungen durch eine Unterkühl-Regelung in einem Zustand bewirken, in welchem die Unterkühlung in dem Kühlkreislauf gering ist.

Fig. 13 zeigt ein Resultat eines Experiments. Das Experiment wurde unter den Bedingungen durchgeführt, daß ein Verdrängungs- Kompressor 1 bei einer Umgebungstemperatur von 25°C verwendet wurde, einer Luftfeuchtigkeit von 40%, einer Kondensator- Luftstromgeschwindigkeit von 1 m/s, und einem Verdampfer- Luftvolumenstrom von 4m³/min. In der Zeichnung stellt die Abszisse den Grad der Unterkühlung SC des Kühlmittelkreislaufs dar und die Ordinate stellt einerseits die Kompressor- Eingangsleistung (Wcomp), andererseits die Einblastemperatur des Ventilators (Tdis) bei geschlossener Luftmischklappe dar. In diesem Ausführungsbeispiel wird nur die Lufttemperatur bei geschlossener Luftmischklappe 8 geplottet. Jedoch kann bei Anwendung in einem Fahrzeug die Luft kontinuierlich durch den Heizkern 9 aufgeheizt werden, bis die gewünschte Einblas- Lufttemperatur erzielt ist.

Wie in Fig. 13 dargestellt ist, wird die überschüssige Kühlkapazität des Kühlkreislaufs mittels eines Ansteigens des Grads an Unterkühlung des Kühlkreislaufs verwirklicht. Daraus resultiert eine Erhöhung der Kühlkapazität des Verdampfers 4. Darüberhinaus kann mittels des verstellbaren Verdrängungs- Kompressors dessen Ausgangs-Massenstrom verringert werden, so daß die Eingangsleistung des Kompressors verringert werden kann. Dadurch konnte verwirklicht werden, daß die Einblastemperatur so gut wie nie die gewünschte Einblastemperatur übersteigt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Unterkühlungs-Regelung durchgeführt, wenn die Umgebungsluft- Temperatur höher als eine vorbestimmte Temperatur ist. Jedoch kann die Unterkühlung-Regelung auch entsprechend einer Kühlmitteltemperatur des in dem Kondensator 2 befindlichen Kühlmittels durchgeführt werden und aufgrund der Kühlmitteltemperatur am Einlaß des Expansionsventils 3.

Obgleich gemäß dieser Ausführungsform ein verstellbarer Verdrängungs-Kompressor verwendet wurde, kann auch ein nicht verstellbarer, fest eingestellter Verdrängungs-Kompressor in ähnlicher Weise mit der gleicher Wirkung verwendet werden. Im Einzelnen ermöglicht der fest eingestellte Verdrängungs- Kompressor ebenfalls die Verbesserung der Kühlkapazität des Verdampfers, so daß der Motor auch bei Leerlaufbedingungen mit einer geringeren Drehzahl dreht.

Darüber hinaus kann die Klimaanlage auch für einen Unterkühlungs-Regelvorgang verwendet werden, wenn der Grad der Unterkühlung des Kühlmittelkreislaufs relativ gering ist.

Claims

1. Klimaanlage für ein Fahrzeug, mit:
einem Kühlkreislauf mit einem Kompressor, welcher gasförmiges Kühlmittel in komprimiertes Kühlmittel komprimiert, einem Kondensator, in welchem das komprimierte Kühlmittel in flüssiges Kühlmittel kondensiert wird, einem Unterkühlungs- Wärmetauscher, welcher das flüssige Kühlmittel in kaltes, flüssiges Kühlmittel unterkühlt, einer Expansionseinrichtung, zum Entspannen des kalten, flüssigen Kühlmittels in ein entspanntes Kühlmittel, einem Verdampfer zum Verdampfen des entspannten Kühlmittels, wobei der Verdampfer in einem Luftstromkanal angeordnet ist und der Unterkühlungs- Wärmetauscher stromabwärts des Verdampfers in dem Luftstromkanal angeordnet ist; und
einer Regelungseinrichtung zum Regeln des Kühlkreislaufs, um den Unterkühlungs-Wärmetauscher mit der klimatisierten Luft zu versorgen.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, mit:
einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der klimatisierten Luft, wobei die Heizeinrichtung stromabwärts des Verdampfers angeordnet ist, um die klimatisierte Luft hindurchströmen zu lassen;
einer Luftmischklappe zum Einregulieren des durch die Heizeinrichtung passierenden Luftstroms;
die Regelungseinrichtung den Kühlkreislauf derart regelt, daß der Unterkühlungs-Wärmetauscher von der klimatisierten Luft umströmt werden kann, wenn die Luftmischklappe geöffnet ist, und gleichermaßen die Heizeinrichtung von der klimatisierten Luft durchströmt werden kann.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei die Regelungseinrichtung eine Recheneinheit ausweist, welche zum Berechnen des Grads an Unterkühlung des Kühlkreislaufs entsprechend der Kühlmitteltemperatur in dem Kondensator und an dem Einlaß der Expansionseinrichtung geeignet ist;
die Klimaanlage weiter mit einer Öffnungs-/Schließ Regelungseinrichtung versehen ist, welche zum Regeln des Kaltluftstroms vorgesehen ist, um diesen entsprechend dem berechneten Grad an Unterkühlung und der am Einlaß der Expansionseinrichtung herrschenden Temperatur dem Unterkühlungs-Wärmetauscher zuzuleiten.

4. Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei die Regelungseinrichtung eine Recheneinheit aufweist, welche zum Berechnen eines Grads an Unterkühlung des Kühlkreislaufs entsprechend der in dem Kondensator herrschenden und am Einlaß der Expansionseinrichtung herrschenden Kühlmitteltemperatur geeignet ist; und
die Klimaanlage weiter mit einer Öffnungs-/Schließ- Regelungseinrichtung versehen ist, welche zum Regeln des Kaltluftstroms vorgesehen ist, um diesen entsprechend dem berechneten Grad an Unterkühlung und der Umgebungstemperatur dem Unterkühlungs-Wärmetauscher zuzuleiten.

5. Klimaanlage nach Anspruch 2, wobei der Unterkühlungs-Wärmetauscher mit aus dem Verdampfer ausströmender Kaltluft versorgt wird, wenn die Öffnungs- Schließ-Regelungseinrichtung geöffnet ist und die Luftmischklappe geöffnet ist.