DE60011844T2 - Verfahren zum Kontrollieren eines Kältekreislaufes und Kältekreislauf - Google Patents

Verfahren zum Kontrollieren eines Kältekreislaufes und Kältekreislauf Download PDF

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Obergriff des Anspruchs 1 und auf einen Kühlkreis für ein Fahrzeug gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 4.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • EP 780 254 A offenbart die Anordnung eines Ejektors in einer Heizschleife, um zusätzlich Kältemittel aus dem Kondensator für den Hilfsheizmodusbetrieb zu beschaffen.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Gegenstände werden erfindungsgemäß erzielt mit den Verfahrensschritten des Patentanspruchs 1 und mit einem Kühlkreis mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden mit Hilfe der Zeichnungen erklärt. Es zeigen:
  • 1 ein Diagramm, das Charakteristika eines Kapazitätssteuerventils für einen Kompressor mit variabler Kapazität und für unterschiedliche Steuerstromwerte zeigt,
  • 2 ein Blockdiagramm eines Kühlkreises eines Fahrzeuges,
  • 3 ein Diagramm, das einen Teil eines Kompressors mit variabler Kapazität und das diesem zugeordnete Kapazitätssteuerventil zeigt, und
  • 4 eine detaillierte Längsschnittansicht eines Kapazitätssteuerventils.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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%.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Figurenbeschreibung
  • 1
    • DRUCKREGELVENTILÖFFNUNG
    • OFFEN GESCHLOSSEN
    • ANSAUGDRUCK Ps (ABSOLUTER ATM.-DRUCK)
  • 3
    • ZUM LEITUNGSUMSCHALTVENTIL 58, ETC.
    • REGELSEKTION
    • TEMP: IM 7 AUSSERHALB FZ
    • VERDAMPFERSENSOR
    • ANDERE SENSOREN

Claims (10)

  1. Verfahren zum Regeln eines Kühlkreises eines Fahrzeugs, wobei der Kühlkreis einen Kompressor mit variabler Kapazität, einen Kondensator zum Kondensieren eines Kältemittels, ein Expansionsventil, einen Verdampfer zum Verdampfen des abiabatisch expandierten Kältemittels, eine den Kondensator umgehende Bypassleitung, und eine Leitungsumschalteinrichtung umfasst, um das durch den Kompressor komprimierte Kältemittel in einem Kühlmodus zu dem Kondensator oder in einem Heizmodus in die Bypassleitung zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Betrieb des Kühlkreises in dem Heizmodus zeitweise ein Kühlmodus mit maximaler Kompressorkapazität festgesetzt und zwischen einem Druck in dem Kondensator (52) und einem niedrigeren Druck in dem Verdampfer (54) ein Druckabfall generiert wird, und dass durch Druckabfall zumindest ein Teil des in dem Kondensator (52) gespeicherten Kältemittels aus dem Kondensator (52) befördert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreis eine Regeleinrichtung (20) für die Kompressorkapazität und zum automatischen Vermindern der Kapazität des Kompressors (10) mit variabler Kapazität mit abnehmendem Kompressor-Ansaugdruck (Ps) umfasst, und dass der Druck in dem Verdampfer (54) für eine vorbestimmte Zeitdauer niedriger eingestellt wird als der Druck in dem Kondensator (52).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem nachfolgenden Betrieb des Kühlkreises im Heizmodus die Kapazität des Kompressors (10) mit der variablen Kapazität auf ein Maximum eingestellt wird, und es der Kapazität gestattet wird, von dem Maximum erst dann abzunehmen, wenn der Kompressoransaugdruck (Ps) einen Wert erreicht, der ausreichend niedrig ist zum För dern von zumindest einem Teil des in dem Kondensator gespeicherten Kältemittels aus dem Kondensator (52), und dass dieser Wert ca. 202650 Pa oder weniger beträgt.
  4. Kühlkreis für ein Fahrzeug, mit einem Kompressor (10), einem Kondensator (52) zum Kondensieren von durch den Kompressor (10) komprimiertem Kältemittel, einem Expansionsventil (57, 59), einem Verdampfer (54) zum Verdampfen von durch das Expansionsventil adiabatisch expandiertem Kältemittel, einer den Kondensator (52) umgehenden Bypassleitung (55), einer Leitungs-Umschalteinrichtung (58) zum Zuführen komprimierten Kältemittels entweder zu dem Kondensator (52) oder in die Bypassleitung (55), und eine Kapazitätsregeleinrichtung (20) zum variablen Regeln der Kapazität des Kompressors (10) korrespondierend mit Variationen dessen eigenen Ansaugdrucks (Ps), wobei der Kompressor (10) ein Kompressor mit variabler Kapazität ist, dessen Kapazität automatisch abnimmt mit einer Reduktion seines eigenen Ansaugdrucks (Ps), dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitätsregeleinrichtung (20) mit Festsetzungsmitteln versehen ist, die es gestatten, vor dem Beginn des Heizmodus die Kapazität des Kompressors (10) ausgehend von einer maximalen Kapazität erst dann zu verringern unter einen Ansaugdruck (Ps) von 202650 Pa oder weniger und in einem Status, in welchem das Kältemittel durch einen Kondensator (52) strömt, ohne durch die Bypassleitung (55) hindurchzugehen.
  5. Kühlkreis für ein Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Festsetzungs-Einrichtung es der Kapazität des Kompressors (10) gestattet, von einer maximalen Kapazität abzunehmen zu beginnen erst unter einem Ansaugdruck (Ps) von 101325 Pa oder weniger in einem Status, in welchem das Kältemittel durch den Kondensator (52) strömt, ohne durch die Bypassleitung (55) hindurchzugehen.
  6. Kühlkreis für ein Fahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitätsregeleinrichtung (20) einen Magneten (21, 22, 23) umfasst und eine Überstrom-Versorgung zum zeitweisen Beaufschlagen des Magneten mit Überstrom vor einem Status, in welchem Kältemittel durch die Bypassleitung (55) geleitet wird, ohne durch den Kondensator (52) hindurchzugehen, derart, dass die Kapazität des Kompressors (10) von der maximalen Kapazität erst abzunehmen beginnt, wenn ein vorbestimmter niedriger Wert des Ansaugdrucks (Ps) oder weniger erreicht worden ist.
  7. Kühlkreis für ein Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitätsregeleinrichtung (20) konstituiert wird durch ein magnetbetätigtes Druckregelventil (25, 25a, 26) in einer Strömungsverbindung zwischen einer Ansaugdruckleitung (6) und einer Steuerdruckleitung (5), wobei ein Wert eines Steuerdrucks (Pc) in der Steuerdruckleitung (5) die Kapazität des Kompressors (10) mit der variablen Kapazität zwischen einem Maximum und einem Minimum bestimmt, wobei das Ventil die Strömungsverbindung zwischen geöffneten und geschlossenen Zuständen geregelt wird in Abhängigkeit von einem Verhältnis zwischen einer Ventilschließkraft, die hauptsächlich abhängt von einem dem Magneten (21) zugeführten Strom, und einer Öffnungskraft, die generiert wird durch den Ansaugdruck (Ps), und dass der Magnet mit einer Stromfestsetzungseinrichtung verbunden ist zum zeitweisen Zuführen eines Überstroms zu dem Magneten zum Sicherstellen des offenen Ventilstatus bis der Ansaugdruck (Ps) bis auf einen Wert von ca. 202650 Pa oder weniger abgenommen hat.
  8. Kühlkreis für ein Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromfestsetzungseinrichtung ausgebildet ist zum Zuführen des Überstroms mit einer Größe, die annähernd doppelt so hoch wie eine Maximalgröße eines kontinuierlichen Betriebsstromes für einen lange dauernden Betrieb des Kühlkreises im Heiz- und/oder Kühlmodus.
  9. Kühlkreis für ein Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Überstrom für eine kurze Zeitdauer zugeführt wird unmittelbar ehe es dem Kältemittel gestattet ist, durch die Bypassleitung (55) hindurchzugehen zum Verringern des Ansaugdrucks (Ps) auf einen Wert von ca. 202650 Pa bis 30397,5 Pa, wobei die kurze Zeitdauer ca. 30 Sekunden bis ca. 1 Minute beträgt.
  10. Kühlkreis für ein Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromfestsetzungseinrichtung einen Treiberschaltkreis aufweist, der mit einer Regelsektion (8) verbunden ist, die eine ein Steuersignal berechnende CPU enthält, wobei die Regelsektion (8) verbunden ist mit Detektionssignale abgebenden Sensoren, z. B. für Motorbetriebskonditionen, Temperaturen im Inneren und/oder außerhalb des Fahrzeugs, Temperaturen und/oder Drücken in dem Verdampfer (4).
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