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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Obergriff des Anspruchs 1
und auf einen Kühlkreis
für ein
Fahrzeug gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 4.
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Hocheffiziente
Motoren wie Motoren des Benzin-Einspritztyps oder das Benzindirekteinspritztyps
entwickeln im Vergleich mit konventionellen Brennkraftmotoren keine
ausreichend hohen Kühlwassertemperaturen.
Die Verwendung von Kühlwasser
für Heizzwecke
gestattet es nicht, den Fahrzeuginnenraum ausreichend zu beheizen.
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FR
27 55 645 offenbart ein Verfahren zum Steuern eines Kühlkreises
eines Fahrzeugs, wobei der Kühlkreis
einen Kompressor mit variabler Kapazität, einen Kondensator, ein Expansionsventil,
einen Verdampfer, eine den Kondensator umgehende Bypassleitung,
und Leitungsumschalteinrichtungen umfasst, mit denen das komprimierte
Kältemittel
entweder in einem Kühlbetriebsmodus
dem Kondensator zugeführt
wird oder in einem Heizbetriebsmodus des Kühlkreises des Fahrzeuges in
die Bypassleitung geführt
wird. Als Folge des bekannten Verfahrens verbleibt ein Teil des
Kältemittels
in dem Kondensator gespeichert, wenn der Kühlkreis in den Heizbetriebsmodus
geschaltet wird. Der Kühlkreis
für das
Fahrzeug umfasst eine Kapazitäts-Steuereinrichtung
zum variablen Steuern der Kapazität des Kompressors korrespondierend
mit Variationen des Ansaugdrucks des Kompressors. Die Kapazität des Kompressors nimmt
automatisch ab, wenn der Ansaugdruck vermindert wird.
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Die
US 4,893,748A schlägt bereits
vor, den Kühlkreis
in einem Fahrzeug nicht nur für
Kühlzwecke,
sondern auch für
Heizzwecke zu verwenden. Der Kühlkreis
enthält
eine Bypassleitung, die den Kondensator umgibt, und unter hohem
Druck stehendes Kältemittelgas,
das von dem Kompressor abgegeben wird, direkt in einen Verdampfer
leitet, der im Inneren des Fahrzeuginnenraums angeordnet ist, so dass
dort für
Hilfsheizzwecke ein Wärmetausch
im Verdampfer stattfinden kann. Falls jedoch der Kühlkreis
nach einem Betrieb in dem Kühlmodus
stillgesetzt bleibt, tendiert das Kältemittel dazu, sich in dem Kondensator
zu sammeln. Wenn dann der Kühlkreis in
dem Heizmodus betrieben wird, lässt
sich nur eine kleine Menge an Kältemittel
zirkulieren, was den Hilfsheizeffekt verschlechtert.
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Dieser
Nachteil verlangt eigentlich, den Kühlkreis vor einem Betrieb in
dem Hilfsheizbetriebsmodus für
kurze Zeit in dem Kühlmodus
zu betreiben (Fülloperation),
um im Kondensator gespeichertes Kältemittel zu sammeln und in
den Verdampfer oder einen Akkumulator zu transferieren. Um bei dieser Kondition
das Kältemittel
aus dem Kondensator zu entfernen, wäre es notwendig, dass der Verdampferdruck
niedriger wäre
als der Kondensatordruck. Wenn jedoch der Kühlkreis einen Kompressor mit
variabler Kapazität
enthält,
dessen Kapazität
automatisch mit einer Verminderung seines Ansaugdrucks nachlässt, dann
fällt auch
der Kondensatordruck automatisch auf ca. 202650 Pa (2 atm absoluter
atmosphärischer
Druck), falls die umgebende atmosphärische Umgebungstemperatur
abgesunken sein sollte, beispielsweise bis auf –10°C. Es ist aus der Praxis bekannt,
zum Steuern der Kapazität
des Kompressors mit der variablen Kapazität in einem Kühlkreis dieser
Art ein magnetbetätigtes
Druckventil zu verwenden. Jedoch nimmt der Ansaugdruck nicht weiter ab
als bis z. B. auf 233047,5 Pa (2,3 atm absoluter atmosphärischer
Druck), sogar falls der Magnet mit einem permanenten maximalen Antriebsbetriebsstrom von
z. B. 1 Ampere versorgt wird (was in einen Bereich fällt, in
welchem die Spule des Magneten nicht durchbrennt). Konsequent verbleibt
der Verdampferdruck höher
als der Kondensatordruck. In dem Kondensator gespeichertes Kältemittel
kann nicht aus dem Kondensator ausströmen. Im Fall einer Umgebungstemperatur
von –30°C fällt der
Kondensatordruck sogar auf ca. 101323 Pa (1 atm absoluter atmosphärischer
Druck), so dass es sogar noch schwieriger ist, in dem Kondensator
gespeichertes Kältemittel
zu sammeln für
den Heizbetrieb, und dann einen ausreichenden Heizeffekt zu erzielen.
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EP 780 254 A offenbart
die Anordnung eines Ejektors in einer Heizschleife, um zusätzlich Kältemittel
aus dem Kondensator für
den Hilfsheizmodusbetrieb zu beschaffen.
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DE 19 746 773 offenbart
einen Kühlkreis
mit einem Kompressor mit variabler Kapazität, und ein Verfahren zum Regeln
des Kompressors, sobald der Kühlkreis
im Heizmodus betrieben wird. Mit diesem Verfahren startet der Kühlkreis
direkt in seinem Heizbetriebsmodus. Aus dem Kondensator wird über eine separate
Bypassleitung Kältemittel
herausgesaugt, wobei die Bypassleitung den Einlass des Kondensators
und den Einlass des Kompressors verbindet. Weiterhin wird der Kapazitätssteuermechanismus des
Kompressors im Heizbetriebsmodus übersteuert zumindest im Fall
niedriger Außentemperaturen,
derart, dass der Kompressor mit hoher Kapazität betrieben wird. Dies wird
jedoch ausgeführt,
um allgemein den Kältemitteldruck
zu erhöhen.
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Es
ist ein Gegenstand der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, zum Steuern
eines Kühlkreises der
angegebenen Art, und einen Kühlkreis
für ein Fahrzeug,
die es ermöglichen,
im Heizmodus einen ausreichend guten Hilfsheizeffekt zu erzielen,
insbesondere im Fall niedriger Außentemperaturen. Die Erfindung
soll ferner gestatten, eine ausreichende Menge des Kältemittels
für die
Heizfunktion mit dem Verdampfer zu nutzen, welches Kältemittel
zunächst in
dem Kondensator gesammelt worden ist, falls der Kühlkreis
nach dem Betrieb im Kühlbetriebsmodus abgeschaltet
und stillgesetzt wurde.
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Diese
Gegenstände
werden erfindungsgemäß erzielt
mit den Verfahrensschritten des Patentanspruchs 1 und mit einem
Kühlkreis
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4.
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Sobald
der Kühlkreis
in seinem Heizmodus betrieben werden soll, z. B. falls der Kühlkreis
nach einem Betrieb in einem Kühlmodus
stillgesetzt worden ist, wird zuerst eine Einstellung eines Kühlmodus gemacht
und wird ein Druckabfall eingestellt von dem Kondensator zu dem
Verdampfer, und zwar über
eine vorbestimmte Zeitdauer, so dass zumindest ein Teil des in dem
Kondensator gespeicherten Kältemittels aus
dem Kondensator herausgetrieben wird, z. B. in den Verdampfer. Dann
erst wird der Kühlkreis
in den Heizbetriebsmodus umgeschaltet. Für die Heizfunktion kann dann
eine genügend
große
Menge des Kältemittels
verwendet werden. Die Heizfunktion lässt sich gleichförmig regeln.
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Gemäß Anspruch
4 wird der Kühlkreis,
der nach einem Betrieb in einem Kühlmodus stillgesetzt worden
war, erneut in dem Kühlmodus
für eine
kurze Zeit betrieben, sogar in einer Umgebung mit extrem niedriger
Umgebungstemperatur, derart, dass der Druck in dem Verdampfer gezwungen
wird, bis unter den Kondensatordruck abzunehmen, um für die Heizfunktion
durch den Verdampfer Kältemittel
zu gewinnen, das sich in dem Kondensator gesammelt hatte. Während des
Heizmodus kann in einer vorbestimmten Weise ein genügend starker
und regelbarer Heizeffekt bewirkt werden.
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Gemäß eines
weiteren Aspekts des Verfahrens wird der Verdampferdruck durch eine
Steuereinrichtung der Kompressorkapazität niedriger eingestellt als
der Kondensatordruck über
eine vorbestimmte Zeitdauer mit einer Kühlmoduseinstellung. Dies wird
durchgeführt
mit absichtlicher Verzögerung des
Beginns eines Abfalls der Kapazität des Kompressors von einem
Maximum, bis der Ansaugdruck bis auf ein ausreichend niedriges Niveau
gefallen ist.
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Ein
Ansaugdruckwert von ca. 202650 Pa (2 atm) ist ausreichend niedrig,
um einen zweckmäßigen Heizeffekt
sicherzustellen, sogar im Falle niedriger Umgebungstemperaturen
von ca. –10°C. Der Ansaugdruckwert
kann sogar noch niedriger gemacht werden, z. B. bis auf 101325 Pa
(1 atm) oder weniger im Falle noch niedriger Umgebungstemperaturen von
ca. –30°C.
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In
einer anderen Ausführungsform
des Kühlkreises
verschiebt die Steuereinrichtung den Beginn der Abnahme der Kapazität des Kompressors
von einem Maximum, bis ein Ansaugdruck von 101325 Pa (1 Atmosphäre) oder
weniger erreicht worden ist. Es ist sogar möglich, die Einstelleinrichtung
so einzustellen, dass der Beginn der Abnahme der Kapazität verschoben
wird, bis der Ansaugdruck bis auf 30397,5 Pa (0,3 Atmosphären) abgenommen
hat.
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Es
kann vorteilhaft sein, den Beginn der Abnahme der Kapazität zu verschieben
von einer hohen Einstellung, wie der Maximumeinstellung, zu einem Zeitpunkt
unmittelbar vor einem Status, in welchem das Kältemittel durch die Bypassleitung
strömt,
ohne durch den Kondensator hindurchzugehen (Beginn des Betriebs
des Kühlkreises
im Heizmodus).
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Zweckmäßig wird
für diese
Fülloperation auch
das magnetbetätigte
Druckregelventil eingesetzt, das normal verwendet wird zum Regeln
des Wertes eines Steuerdrucks, das die Kapazitätsfestsetzung des Kompressors
einstellt. Während
der Fülloperation
führt die
Stromeinstelleinrichtung einen Überstrom
zu, der den Öffnungsansprechdruck
des Ventils signifikant verringert auf den vorbestimmten niedrigen
Wert des Ansaugdrucks. Als Folge des Überstroms ist der Ansaugdruck
in der Lage, das Ventil offen zu halten und einen ausreichend niedrigen
Steuerdruck einzustellen, der eine hohe oder die maximale Kapazitätsfestsetzung
des Kompressors aufrechterhält.
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Dieser Überstrom
kann einen Wert haben, der ungefähr
doppelt so hoch ist, wie eine maximale Größe eines kontinuierlichen Betriebsstroms,
der für eine
lange Dauer eines Betriebs des Kühlkreises
im Heiz- und/oder Kühlmodus
zugeführt
wird.
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Dieser Überstrom
kann zugeführt
werden, um die maximale Kapazitätsfestsetzung
des Kompressors aufrechtzuerhalten, bis der Ansaugdruckwert sogar
ca. 30397,5 Pa (0,3 Atmosphären)
erreicht. Eine Zeitdauer von zwischen ca. 30 Sekunden bis ca. 1
Minute kann ausreichend lang sein, um den Verdampferdruck entsprechend
zu senken und für den
nachfolgenden Betrieb im Heizmodus das in dem Kondensator gespeicherte
Kältemittel
aus dem Kondensator zu treiben.
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Die
Stromeinstelleinrichtung kann einen Treiberschaltkreis aufweisen,
der mit einer Steuersektion verbunden ist, die eine CPU zum Berechnen
eines Steuersignals aufweist. Mit der Steuersektion sind Sensoren
verbunden, die entscheidende Parameter zum Beschaffen von Informationen
bereitstellen, wie der Kühlkreis
zu regeln ist. Dies ermöglicht
es, beispielsweise an der Seite der Steuereinheit zu entscheiden,
ob die Steuerroutine zum Absenken des Ansaugdrucks für einen
nachfolgenden Betrieb im Heizmodus notwendig oder vorteilhaft ist.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden mit Hilfe der Zeichnungen erklärt. Es zeigen:
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1 ein Diagramm, das Charakteristika
eines Kapazitätssteuerventils
für einen
Kompressor mit variabler Kapazität
und für
unterschiedliche Steuerstromwerte zeigt,
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2 ein Blockdiagramm eines
Kühlkreises eines
Fahrzeuges,
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3 ein Diagramm, das einen
Teil eines Kompressors mit variabler Kapazität und das diesem zugeordnete
Kapazitätssteuerventil
zeigt, und
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4 eine detaillierte Längsschnittansicht eines
Kapazitätssteuerventils.
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Ein
Kühlkreis
für ein
Fahrzeug zur Verwendung in einem Klimaanlagensystem eines Automobils
umfasst in 2 einen Kompressor 10,
einen Kondensator 52, der außer halb des Fahrzeuginnenraums
angeordnet ist, ein Expansionsventil 53, einen Verdampfer 54,
der an einem Luftkanal angeordnet ist, der in das Innere des Fahrzeuginnenraumes führt, und
einen Akkumulator 56 zum zeitweisen Speichern von unter
niedrigem Druck stehendem Kältemittel.
Weiterhin ist eine Bypassleitung 55 vorgesehen, die den
Kondensator 52 umgeht, um eine Hilfsheizung mittels des
Verdampfers 54 zu ermöglichen.
In einem Heizmodus vom Kompressor 10 mit hohem Druck abgegebenes
Kältemittelgas
strömt
direkt in den Verdampfer 54, ohne durch den Kondensator 52 hindurchzugehen.
Stromab des Kondensators 52, z. B. stromauf des Expansionsventil 53,
ist ein Rückschlagventil 57 platziert.
Ein Leitungsumschaltventil 58 dient dazu, das von dem Kompressor 10 abgegebene
Kältemittel
mit hohem Druck entweder zu dem Kondensator 52 oder zu
der Bypassleitung 55 zu leiten. In der Bypassleitung 55 ist
ein Konstant-Differenzial-Druckregelventil 59 für Druckminderzwecke
angeordnet, das in dem Heizmodus als ein Expansionsventil agiert,
sobald das Kältemittel durch
die Bypassleitung 55 strömt.
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Zwischen
dem Verdampfer 54 und dem Akkumulator 56 sind
ein Expansionsventil 60 und ein Wärmetauscher 61 vorgesehen.
In der Zweigleitung, die das Expansionsventil 60 und den
Wärmetauscher 61 umgeht,
ist ein Ein/Ausventil 62 vorgesehen. Der Wärmetauscher 61 dient
zum Austausch von Wärme mit
dem Kältemittel,
welche Wärme
von dem Motor, der Batterie oder dergleichen des Automobils abgegeben
wird.
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Während des
Kühlmodus
ist das Leitungsumschaltventil 58 so eingestellt, dass
das vom Kompressor 10 mit hohem Druck abgegebene Kältemittel zur
Gänze zu
dem Kondensator 52 geleitet wird. Die Bypassleitung 55 ist
blockiert. Das Ein/Ausventil 62 ist offen. Der Verdampfer 54 führt seine
Originalfunktion aus, um einen Kühleffekt
durch Austausch von Wärme
zwischen der Umgebungsluft und dem Kältemittel zu erzielen.
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Für den und
während
des Hilfsheizmodus ist das Leitungsumschaltventil 58 so
eingestellt, dass das gesamte, vom Kompressor 10 mit hohem
Druck abgegebene Kältemittel
durch die Bypassleitung 55 strömt, ohne durch den Kondensator 52 hindurchzugehen.
Das Ein/Ausventil 62 ist geschlossen.
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Konsequent
findet, sobald das Kältemittel, dessen
Druck vermindert wurde, beim Durchgehen durch das Expansionsventil 59 in
der Bypassleitung 55, und das durch den Ver dampfen 54 hindurchgeht, Wärme ausgetauscht,
wodurch eine merkliche Wärmemenge,
z. B. durch den Kompressor 10 in das Kältemittel eingebracht, aus
dem Kältemittel
entfernt wird. Der Verdampfer 54 funktioniert als Radiator zum
Heizen. Vom Motor, der Batterie oder dergleichen des Fahrzeugs abgegebene
und das Kältemittel
im Wärmetauscher 61 eingebrachten
Wärme verbessert
den Heizeffekt des Verdampfers.
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Der
Kompressor 10 in dem gezeigten Kühlkreis des Fahrzeugs ist ein
Kompressor mit variabler Kapazität,
dessen Kapazität
automatisch abnimmt mit abnehmendem Kompressoransaugdruck. Dem Kompressor 10 ist
ein Kapazitätssteuerventil 20 zugeordnet.
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In 3 wird als ein Beispiel
für einen
Kompressor 10 mit variabler Kapazität ein Kompressor eines so genannten
Taumelscheibentyps gezeigt und ein Kapazitätssteuerventil 20 zum
Regeln der Kapazität
des Kompressors. Das Kapazitätssteuerventil 20 regelt
die Kapazität
variabel durch Verwendung eines Magneten, wobei die Kapazität entsprechend dem
Ansaugdruck Ps variiert.
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In
einem luftdichten Kurbelgehäuse 12 wird eine
Drehwelle 11 durch eine Riemenscheibe 13 angetrieben.
Im Inneren des Kurbelgehäuses 12 wird eine
kippende Taumelscheibe 14 durch die Drehwelle zu einer
Taumelbewegung gebracht. Diese Scheibe kann in ihren Schrägstellungen
in Bezug auf die Achse der Drehwelle 11 durch einen variierenden Steuerdruck
Pc eingestellt werden, und zwar zwischen einem Schrägstellungswinkel
von ca. 90° (Minimumkapazität) und einem
Schrägstellungswinkel (z.
B. wie gezeigt) (Maximumkapazität).
Im Inneren des Kurbelgehäuses 12 sind
in in Umfangsrichtung verteilten Axialzylindern 15 Kolben 17 verschiebbar aufgenommen
für hin-
und hergehende Bewegungen. Diese Kolben sind über Stangen 18 mit
der Taumelscheibe 14 verbunden.
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Konsequent
führen
die Kolben 17 ihren Zylindern 15 hin- und hergehende
Bewegungen aus, wenn sich die schräggestellte Taumelscheibe 14 bewegt.
Kältemittel
unter niedrigem Druck (Ansaugdruck Ps) wird aus einer Saugkammer 3 und
durch Saugventileinrichtungen in die Zylinder 15 eingesaugt,
dann komprimiert, und über
Auslassventileinrichtungen in eine Auslasskammer 4 gebracht
(Auslassdruck (Pd). Das Kältemittel
wird von dem Akkumulator 56 durch eine Saugleitung 1 in
die Ansaugkammer 3 eingeführt. Kältemittel wird dem unter hohem
Druck aus der Auslasskammer 4 in eine stromabseiti ge Auslassleitung 2 gefördert. Weiterhin
ist anzumerken, dass, wie in 3 gezeigt,
die Kurbelgehäuse-Kommunikationsleitung 5 und
die Auslassleitung 2 zusätzlich miteinander über eine
enge Leckagepassage 7 in Strömungsverbindung sind.
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Der
Winkel der Schrägstellung
der Taumelscheibe 14 variiert in Übereinstimmung mit dem Steuerdruck
Pc im Kurbelgehäuse 12.
Durch Variieren des Schrägstellungswinkels
der Taumelscheibe 4 variiert die Menge des aus den Zylindern 15 ausgeschobenen
Kältemittels,
d. h., die Kapazität
des Kompressors 10. Der Kompressor 10 kann so
arbeiten, dass z. B. abnehmender oder niedriger Steuerdruck Pc die
Kapazität
erhöht,
während
zunehmender oder hoher Steuerdruck Pc die Kapazität vermindert.
Auf diese Weise kann die Kapazität
variabel zwischen maximalen und minimalen Kapazitätsfestsetzungen variabel
geregelt werden. So lange Ps höher
ist als festgelegter Wert Ps (set), entspricht Pc = Ps; 100% Kapazität. Falls
Ps ≤ Ps (set),
ist Ps < Pc; Kapazität < 100%.
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Das
magnetgesteuerte Kapazitätssteuerventil 20 dient
z. B. zum automatischen Regeln des Kurbelgehäuse- oder Steuerdrucks Pc in Übereinstimmung
mit oder in Proportion zu einer Änderung
des Ansaugdrucks Ps.
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Gemäß 3 und detaillierter gemäß 4 umfasst das Ventil 20 eine
Spule 21, einen fixierten Eisenkern 22, einen
beweglichen Eisenkern 23, eine undurchlässige Membrane 24 und
Druckregel-Spiralfedern 27, 28, unter denen die
Feder 27 eine höhere Federkraft
haben kann als die entgegengesetzt wirkende Feder 28. Eine
Endfläche
des beweglichen Eisenkerns 23 liegt an einer äußeren Fläche der
Membrane 24 an. Auf diese äußere Fläche der Membrane 24 wird
auch der atmosphärische
Druck aufgebracht, zusätzlich
zur Beaufschlagungskraft der Feder 27, abzüglich einer
Beaufschlagungskraft des beweglichen Eisenkerns 23, der
durch den fixierten Eisenkern 22 angezogen wird, korrespondierend
mit einem Wert eines elektrischen Stroms, der der Spule 21 zugeführt wird.
Der Wert des elektrischen Stromes kann eingestellt werden nach Bedarf
zwischen überhaupt keinem
Strom und einem maximalen Wert.
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In
einem Raum 30 ist an einer inneren Seite der Membrane 24 ein
zylindrisches axial bewegliches Druckregelventilelement 25 enthalten.
Der Endabschnitt des Druckregel-Ventilelementes 25 gegenüberliegend
zur Membrane 24 ist als ein Ventilschließabschnitt 25a geformt,
der einem Ventilsitz 26 gegenüberliegt, der in dem Raum 30 ange ordnet
ist. Der Raum 30 ist gegenüber der Atmosphäre isoliert. Zum
Raum 30 führt
ein seitlich angeordneter Verbindungsabschnitt 31 für die Kurbelgehäuse-Kommunikationsleitung 5 (Steuer-
oder Kurbelgehäusedruck Pc).
Der Ventilsitz 26 ist an einer Hülse geformt, die die Druckregel-Spiralfeder 28 aufnimmt.
Die Ansaugdruckleitung 6 ist mit einem Verbindungsanschluss 32 an
dem freien Ende der Hülse
verbunden und steht mit dem Ventilsitz 26 in Strömungsverbindung.
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Der
bewegliche Eisenkern 23 und das Druckregel-Ventilelement 25 sind
in Reihe angeordnet, wobei die Membrane 24 dazwischen vorgesehen
ist. Eine Stange 29, die in einer Mittelbohrung des fixierten
Eisenkerns 22 axial beweglich ist, verbindet den beweglichen
Eisenkern 23 strukturell mit einem Federwiderlager der
Druckregelfeder 27. Das Druckregel-Ventilelement 25 ist
mit einer losen Passung axial geführt, derart, dass der Steuerdruck
Pc in dem inneren Raum 30 es auf beiden Enden beaufschlagt.
Eine effektive Druckaufnahmefläche
S1 des Ventilsitzes 26 (d. h., die effektive Druckaufnahmefläche des Ventilschließabschnittes 25a)
ist gleich einer effektiven Druckaufnahmefläche S2 der Membrane 24 (S1 =
S2). Dies bedeutet, dass die Kräfte
des Drucks Pc an dem Ventilelement 25 einander aufheben
oder ausgeglichen sind und die Öffnungs/Schließbewegung
des Druckregel-Ventilelements 25 nicht beeinflussen. Steuerdruck
Pc wirkt auf die Membrane 24 in Öffnungsrichtung dieses Ventils.
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Konsequent
wird das Druckregel-Ventilelement 25 in Schließrichtung über die
Membrane 24 vom atmosphärischen
Druck und der Schließkraft
der Spiralfeder 27 beaufschlagt, abzüglich der entgegengesetzt gerichteten
Beaufschlagungskraft des erregten Magneten, d. h., der Kraft, die
durch den beweglichen Eisenkern 23 generiert wird, wenn
dieser vom fixierten Eisenkern 22 aufgrund des der Spule 21 zugeführten elektrischen
Stroms angezogen wird, und der Kraft des Ansaugdrucks Ps auf dem
Ventilschließabschnitt 25a im
Ventilsitz 26 in Öffnungsrichtung.
Pc wirkt auf die Membrane 24 ebenfalls in Öffnungsrichtung.
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Wenn
der Wert eines der Spule 21 zugeführten Stroms auf einen festen
Wert eingestellt ist, öffnet und
schließt
das Druckregelventil 25, 25a, 26 in Übereinstimmung
mit Variationen des Ansaugdrucks Ps. So lange dieses Ventil offen
ist, ändert
sich der Steuerdruck Pc im Kurbelgehäuse 12 entsprechend, indem
er solchen Variationen des Ansaugdruckes Ps folgt. Die Kapazität des Kompressors 10 mit
der variablen Kapazität verändert sich
korrespondierend. Spezifisch entspricht, wenn der Ansaugdruck Ps über einen
festgesetzten Wert abnimmt, der Steuerdruck Pc dem Ansaugdruck Ps
(Ventil offen) und ist die Kapazität des Kompressors 100% (Maximum)
bei Ps ≤ dem
festgelegten Wert, hingegen ist bei Ps < Pc; die Kapazität > 100% (Ventil geschlossen).
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Sobald
das Druckregelventil 25, 25a, 26 geschlossen
ist, wird die folgende Sequenz von Schritten wiederholt: Das unter
dem Auslassdruck Pd stehende Kältemittel
wird über
die Leckagepassage 7 graduell in das Kurbelgehäuse 12 eingeführt, um
den Kurbelgehäuse-
oder Steuerdruck Pc zu erhöhen. Die
Kapazität
wird eingestellt auf eine niedrigere Kapazitäts-Festsetzung. Eine niedrigere
Kapazitäts-Festsetzung
kann zu einer Zunahme des Ansaugdrucks Ps führen. Falls als Folge einer
konsequenten Zunahme des Ansaugdrucks Ps das Druckregelventil 25, 25a, 26 erneut
geöffnet
wird, dann fällt der
Kurbelgehäuse-
oder Steuerdruck Pc rasch auf Ps ab.
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Auf
diese Weise wird der Kurbelgehäuse- oder
Steuerdruck Pc zeitweise äquivalent
mit dem Ansaugdruck Ps (Ventil offen), um auf diese Weise die Kapazität des Kompressors 10 mit
der variablen Kapazität
zu regeln. Das jeweilige Regelniveau kann geändert werden, wie gewünscht durch Ändern des Wertes
des Stromes, der der Spule 21 zugeführt wird, da der Magnet den Öffnungsansprechdruck
des Ventils bestimmt.
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Der
Wert des elektrischen Stroms, der der Spule 21 zugeführt wird,
ist geregelt durch Zuführen von
Detektionssignalen von einem Motorsensor, von Sensoren zum Detektieren
der Temperaturen im Inneren und außerhalb des Fahrzeuginnenraumes, von
einem Verdampfersensor, und von anderen Sensoren zum Detektieren
unterschiedlicher anderer Konditionen, zu einer Steuersektion 8,
in die eine CPU, etc. inkorporiert ist. Basierend auf dem Resultat von
Berechnungen, die unter Verwendung der Informationen dieser Signale
vorgenommen werden, wird ein Steuersignal von der Steuersektion 8 zu
der Spule 21 gebracht, das ein elektrischer Strom mit einem respektiven
Wert (Ampere) ist.
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Zum
Zuführen
des Stroms zur Spule 21 kann ein der Spule 21 zugeordneter
Treiberschaltkreis (nicht gezeigt) verwendet werden. Offene/geschlossene
Zustände
des Leitungsumschaltventils 58, des Ein/Aus-Ventils 62,
etc. (2), werden auch
durch eine Steuerung mit Ausgangssignalen von der Steuersektion 8 geschaltet.
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1 illustriert die Öffnungscharakteristik des
Druckregelventils 25, 25a, 26 des Kapazitätsregelventils 20 für unterschiedliche
Werte des der Spule 21 zugeführten Antriebsstroms. Ein maximaler kontinuierlicher
Betriebsstromwert (Nennstromwert), durch den die Spule 21 nicht
durch Durchbrennen beschädigt
wird, beträgt
z. B. 1A. Aus diesem Grund wird konventionell der der Spule 21 zugeführte Strom begrenzt,
so dass er 1A (Ampere) nicht überschreitet. Jedoch
kann erfindungsgemäß der der
Spule 21 zugeführte
Strom bis auf einen Wert von sogar 2A (Ampere) eingestellt werden,
welcher Wert höher
ist als der Wert des originären
Nennstromwerts von 1A für die
Spule 21. Dieser Strom mit 2A wird der Spule 21 nur
für eine
kurze Zeitdauer zugeführt,
unmittelbar ehe Kältemittel
durch die Bypassleitung 25 geführt wird, ohne durch den Kondensator 52 geführt zu werden
(d. h., über
ca. 30 Sekunden bis ca. 1 Minute), z. B. während eines Betriebszustandes,
bei welchem das Kältemittel
durch den Kondensator 52 hindurchgeht, ohne in die Bypassleitung 55 geleitet
zu werden.
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Wenn
ein Strom mit einem Wert von 2A durch die Spule 21 geschickt
wird, kann der Ansaugdruck Ps abfallen bis auf 30397,5 Pa (0,3 Atmosphären, absoluter
atmosphärischer
Druck), so dass der Druck im Verdampfer 54 korrespondierend
abnimmt. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass wegen des hohen
Stroms von 2A die verbleibende Schließkraft das Ventilelement 25 sehr
schwach wird, so dass der Ansaugdruck Ps in der Lage ist, den offenen
Zustand dieses Ventils aufrechtzuerhalten und auch den Steuerdruck
Pc auf einem ähnlich
niedrigen Niveau zu halten, woraus eine fortgesetzte Maximum-Kapazitäts-Festsetzung
des Kompressors resultiert. Entsprechend wird sogar in einer Umgebung
mit extrem niedriger Temperatur das in dem Kondensator 52 gespeicherte
Kältemittel
zum Verdampfer 54 und dem Akkumulator 56 gefördert. Sobald
nach der vorerwähnten
Zeitdauer der Überstrom-Wert
von 2A aufgehört
hat und eine Stromfestsetzung wie gewünscht, z. B. 1A, gemacht worden
ist, wird das Druckregelventil 25, 25a, 26 mit
niedrigem Ansaugdruck Ps schließen,
was in einer Zunahme des Steuerdrucks Pc über die Leckagepassage 7 resultiert. Die
Kapazität
des Kompressors beginnt, vom Maximum abzufallen. Der in den Heizmodus
umgeschaltete Kühlkreis,
in welchem bei umgeschaltetem Leitungsschaltventil 58 und
geschlossenem Ein-/Aus-Ventil 62 das
Kältemittel
durch die Bypassleitung 55 strömt, erzeugt durch den Verdampfer 54 einen
zufriedenstellenden Heizeffekt.
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Die
Erfindung ist nicht beschränkt
auf die beschriebene Ausführungsform.
Falls, beispielsweise, der Wert des Stroms, der der Spule 21 über die
besagte Zeitdauer zugeführt
wird, und/oder die besagte Zeitdauer so gesteuert wird, dass die
Kapazität
des Kompressors 10 beginnt, bei einem Ansaugdruck Ps von
202650 Pa (2 Atmosphären,
absoluter atmosphärischer
Druck) oder sogar weniger, ausgehend von der maximalen Kapazität, abzunehmen
beginnt. Kann ein zufriedenstellender Heizeffekt mit dem Verdampfer 54 erreicht
werden in einem Umgebungstemperaturbereich von ca. –10°C und höher. Falls, beispielsweise,
die Kapazität
des Kompressors 10 von der maximalen Kapazität bei einem
Ansaugdruck Ps von 101325 Pa (1 Atmosphäre, absoluter atmosphärischer
Druck) oder sogar weniger abzunehmen beginnt, kann durch den Verdampfer 54 ein
zufriedenstellender Heizeffekt erzielt werden sogar in einem Temperaturbereich
von ca. –30°C und höher. Weiterhin
könnte
der Kompressor 10 mit der variablen Kapazität beispielsweise
ein Rotationstyp oder ein Scrolltyp sein. Das Kapazitätsregelventil 20 könnte durch
einen Typ ersetzt werden, bei dem eine Membrane, ein Balg oder dergleichen
verwendet wird.
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Grundsätzlich wird
das Kapazitätsregelventil über eine
vorbestimmte kurze Zeitdauer und vor einem Betrieb im Heizmodus
durch einen höheren Strom
betätigt,
derart, dass der Beginn der Abnahme der Kapazität des Kompressors von der maximalen Kapazitäts-Festsetzung
oder einer relativ hohen Kapazitäts-Festsetzung
verzögert
wird, bis der Ansaugdruck Ps, der entscheidend ist für den Verdampferdruck,
absichtlich bis auf einen Wert vermindert wird, der ausreicht, auch
den Verdampferdruck zu vermindern und zuvor in dem Kondensator gespeichertes Kältemittel
aus dem Kondensator herauszufördern für zukünftige Heizzwecke,
insbesondere in einer Umgebung mit extrem niedriger atmosphärischer Temperatur,
und mit dem Kühlkreis,
der nach einem Betrieb im Kühlmodus
stillgesetzt worden war, wobei der Kühlkreis zunächst wieder für einen
Kühlmodus eingestellt
wird. Die signifikante Verminderung des Ansaugdrucks Ps resultiert
aus der absichtlich aufrechtgehaltenen Maximum-Kapazitäts-Festsetzung des
Kompressors. Der Wert des Ansaugdrucks Ps, bei welchem die Kapazität des Kompressors
abzunehmen beginnt, lässt
sich frei einstellen durch Einstellen des Werts und/oder der Zeitdauer
für den Überstrom.
Da dieser Überstrom
nur für
eine relativ kurze Zeitdauer zugeführt wird, kann er eine Stärke haben,
die eigentlich für
die Spule schädlich
wäre, falls
sie kontinuierlich aufrechtgehalten würde. Als Konsequenz sind jedoch
keine Modifikationen des Kapazitätsregelventils
notwendig, da der Magnet die nur kurzzeitige elektrische Überlast
leicht verträgt. Ausgenommen
von Modifikationen an der Regelseite sind keine signifikanten Modifikationen
erforderlich für
die Verbesserung des Kühlkreises
für das
Fahrzeug.
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Figurenbeschreibung
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1
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- DRUCKREGELVENTILÖFFNUNG
- OFFEN GESCHLOSSEN
- ANSAUGDRUCK Ps (ABSOLUTER ATM.-DRUCK)
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3
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- ZUM LEITUNGSUMSCHALTVENTIL 58, ETC.
- REGELSEKTION
- TEMP: IM 7 AUSSERHALB FZ
- VERDAMPFERSENSOR
- ANDERE SENSOREN