DE60305705T2 - Abschaltungsfolge einer klimaanlage - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Klimaanlagensystem für ein Fahrzeug, worauf häufig als Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensystem (HVAC) verwiesen wird. Ein Klimaanlagensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in EP 788909 offenbart.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Derartige Systeme enthalten typischerweise einen Kompressor zum Komprimieren eines Kältemittels, einen Kondensator zum Kondensieren des Kältemittels, einen Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels, eine Ausströmfluidleitung, die den Kompressor und den Kondensator miteinander verbindet, eine Leitung für flüssiges Fluid, die den Verdampfer und den Kondensator miteinander, und eine Saugfluidleitung, die den Verdampfer und den Kompressor miteinander verbindet. Solche Systeme nutzen oft verschiedene Ventilanordnungen, um einen Kältemittelstrom durch das System während des Betriebs und während eines Abschaltens und/oder als Antwort auf ein Kältemittelleck im System zu steuern. Außerdem ist häufig ein Akkumulator/Dehydrator in der Saugleitung zum Akkumulieren von Kältemittel angeordnet, oder ein Empfänger/Trockner ist in der Flüssigkeitsleitung zum Speichern von Kältemittel angeordnet ist.
  • Frühere Erfahrungen und jüngste Untersuchungen demonstrieren, dass unter Bedingungen mit niedriger Last, wenn der Kompressor mit veränderlicher Verdrängung mit Teilhub arbeitet, Kältemittel in der niedrigen Seite des Systems, insbesondere im Verdampfer, gefangen wird. Ein Mi nimieren dieses darin befindlichen Kältemittels ermöglicht, dass das System für etwaige unvorhergesehene Ereignisse bereit ist. Eine der Methoden, um dieses darin befindliche Kältemittel zu minimieren, besteht darin, das Innenvolumen des Verdampfers zu minimieren. Dies bedingt einen geeigneten Entwurf des Verdampfers für Bedingungen mit geringem Strom. Ein weiterer Schlüsselfaktor in diesem Entwurf ist, ein sehr kleines Volumen am Boden des Verdampfers vorzusehen. Dies gilt insbesondere für den U-Kanal-Verdampfer, der Tanks nur auf einer Seite hat. Diese Tanks befinden sich an der Oberseite des Verdampfers, was etwaiges Sammeln von flüssigem Kältemittel am Boden des Verdampfers verhindert.
  • Trotz der Bemühungen zur Minimierung einer im Verdampfer befindlichen Füllmenge bleibt etwas Kältemittel, das am Wärmeübertragungsprozess nicht aktiv teilnimmt, im Verdampfer zurück. Der Grund dafür ist, dass das System überschüssiges Kältemittel aufweist, um Übergangsbedingungen und einen Füllmengenverlust im Laufe der Zeit zu beherrschen. Bei niedrigen Lasten verringert der Kompressor den Hub, um die Anforderungen des Systems zu erfüllen. Folglich wird die Pumpleistung reduziert, und die Geschwindigkeiten des Kältemittels innerhalb des Systems fallen. Falls die Geschwindigkeit innerhalb des Verdampfers nicht hoch genug ist, um den Effekt des eigenen Gewichts zu überwinden, sammelt sich das flüssige Kältemittel leicht am Boden. Dies gilt insbesondere für Verdampfer, die Tanks am Boden aufweisen. Dieses im Verdampfer gesammelte flüssige Kältemittel erfährt wegen der geringen Lasten des Systems weder von dem Kompressor noch dem Verdampfungsprozess "Sogwirkung" und bleibt folglich im Verdampfer, wobei die natürliche Wanderung vom Kältemittel zu den kältesten Bereichen des Systems eine Sogwirkung liefert. Demgemäß besteht ein andauernder Bedarf an Verfahren, um das Sammeln von Kältemittel im Verdampfer zu minimieren.
  • Zusammenfassung der Erfindung und Vorteile
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf solch ein Klimaanlagensystem, worin das Schließen von Stromsteuerventilen und das Abschalten des Kompressors als Antwort auf viele verschiedene Eingaben in irgendeiner von vielen verschiedenen Sequenzen erfolgen kann.
  • Durch Sequenzschalten des Betriebs des Klimaanlagensystems als Antwort auf viele verschiedene Eingaben wird das Kältemittel im Verdampfer für den Betriebszustand minimiert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres ersichtlich werden, da diese durch Verweis auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden wird, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird, worin:
  • 1 eine schematische Ansicht eines die vorliegende Erfindung verwendenden Klimaanlagensystems ist; und
  • 2 ein Blockdiagramm eines die vorliegende Erfindung verwendenden Klimaanlagensystems ist.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Wie oben erwähnt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Klimaanlagensystem für ein Fahrzeug, das einen Kompressor 12 zum Komprimieren eines Kältemittels, einen Kondensator 14 zum Kondensieren des Käl temittels und einen Verdampfer 16 zum Verdampfen des Kältemittels aufweist. Natürlich verbindet eine Ausströmfluidleitung 18 den Kompressor 12 und den Kondensator 14 miteinander, während eine Leitung 20 für flüssiges Fluid den Kondensator 14 und den Verdampfer 16 miteinander verbindet, und eine Saugfluidleitung 22 verbindet den Verdampfer 16 und den Kompressor 12 miteinander. Wie man erkennt, sind die Komponenten tatsächlichen Komponenten nicht proportional, da die Zeichnungen schematisch sind.
  • Wie in der Technik bekannt ist ein Akkumulator/Dehydrator (A/D) 24 in der Saugfluidleitung 22 zum Akkumulieren und Dehydrieren von Kältemittel angeordnet.
  • Außerdem sind verschiedene Stromsteuerventile, die zwischen offenen und geschlossenen Stellungen beweglich sind, zum Steuern des Kältemittelstroms durch das System eingesetzt. Ein erstes solenoidbetriebenes Steuerventil 26 für die Ausströmleitung wird zwischen offener und geschlossener Stellung bewegt, um einen Fluidstrom in der Ausströmfluidleitung 18 zwischen dem Kompressor 12 und dem Kondensator 16 zu steuern. Ein zweites solenoidbetriebenes Steuerventil 28 für die Flüssigkeitsleitung wird zwischen offener und geschlossener Stellung bewegt, um einen Fluidstrom in der Leitung 20 für flüssiges Fluid zwischen dem Kondensator 14 und dem Verdampfer 16 zu steuern. Eine thermische Expansionseinrichtung 30 ist ebenfalls in der Leitung 20 für flüssiges Fluid zwischen dem Kondensator 14 und dem Verdampfer 16 angeordnet. Ein Rückschlagventil 32 ist in der Saugfluidleitung 22 zwischen dem Verdampfer 16 und dem Akkumulator/Dehydrator A/D 24 angeordnet. In dieser Ausführung ist die Expansionseinrichtung normalerweise ein Drosselrohr, könnte aber im Allgemeinen durch jede beliebige Expansionseinrichtung wie z.B. eine Kapillarröhre, TXV etc. ersetzt werden. Alternativ dazu könnte das Ventil 28 für die Flüssigkeitsleitung ein Umgehungsventil sein, um den Strom durch eine Umgehungsleitung 34 und um den Verdampfer 16 umzuleiten.
  • Diese Ventile teilen das System in drei Sektionen, wobei Sektion Eins sich zwischen dem ersten 26 und zweiten 28 Solenoidventil erstreckt, Sektion Zwei zwischen dem Rückschlagventil 32 und dem ersten Solenoidventil 26 erstreckt und Sektion Drei sich zwischen den Ventilen auf beiden Seiten des Verdampfers 16, d.h. dem zweiten Solenoidventil 28 und dem Rückschlagventil 32 erstreckt. Demgemäß besteht Sektion Drei in erster Linie aus dem Verdampfer 16. Diese Sektion Drei dient dazu, den Verdampfer 16 im "Aus"-Modus zu isolieren. Im Allgemeinen ist das Fahrzeug während sehr langer Zeitspannen nicht in Betrieb. Im Falle einer Leckage aus dem Verdampfer 16 wird diese minimale Füllmenge in den Fahrgastraum freigesetzt, wird aber wegen des geringen Innenvolumens von Sektion Drei kein Sicherheitsrisiko darstellen. Das Rückschlagventil 32 ist vorgesehen, um den Kältemittelstrom aus dem Verdampfer 16 und in den A/D 24 zu ermöglichen, wenn das System abgeschaltet wird. Der A/D 24 hat ein hohes Innenvolumen und fasst typischerweise die Reservefüllmenge im System. Diese Reservefüllmenge ermöglicht, dass das System in Übergangssituationen ohne jeglichen Leistungsverlust arbeitet. Der A/D 24 wird strategisch so platziert, dass seine Unversehrtheit bei den meisten Kollisionen (typischerweise zwischen dem Motor und der Instrumententafel) nicht verletzt wird. Das System ist in mehrere Sektionen geteilt, um die Leckagen aus dem System bei einer Kollision oder ein durch Korrosion verursachtes Leck etc. zu vermindern.
  • Ein Controller 36 ist enthalten, um das Schließen der Stromsteuerventile 26, 28 und des Kompressors 12 in einer Sequenz zu steuern.
  • Das Schließen der Stromsteuerventile 26, 28 wird in der Tat das Kältemittel in drei getrennte Sektionen aufteilen, die in 1 als Sektionen 1, 2 und 3 bezeichnet sind, worauf hierin aber als Eins, Zwei und Drei verwiesen wird. Das Schließen dieser Stromsteuerventile 26, 28 wird abhängig vom Zustand eines Fahrzeugs unmittelbar vor dem Abschalten des Systems verschieden sequentiell gesteuert.
  • Falls der Fahrgast den A/C-Anforderungsschalter ausschaltet, wird der Kompressor 12 nicht sofort abgeschaltet. Statt dessen wird das erste Stromsteuerventil 26 abgeschaltet, was dem Kompressor 12 ermöglicht, Kältemittel aus dem Kondensator 14 in den Verdampfer 16 und in den A/D 24 zu pumpen. Nach wenigen Sekunden wird das zweite Stromsteuerventil 28 abgeschaltet, was das "Entleeren" des Verdampfers 16 erlaubt. Nach wenigen Sekunden wird der Kompressor 12 abgeschaltet. Unter dieser Bedingung ist der Großteil des Kältemittels in Sektion Zwei aufgeteilt. Diese Sequenz ist möglich mit einem Kompressor mit fester Verdrängung oder einem extern oder mittels des Controllers 36 gesteuerten variablen Kompressor, den man während der Abschaltsequenz mit einem hohen Hub arbeiten lässt. Ein pneumatischer variabler Kompressor kann durch den Controller 36 dazu verleitet werden, bei einem hohen Hub zu bleiben, um ihn während dieser Sequenz einen hohen Hub beibehalten zu lassen.
  • Natürlich kann die gleiche Sequenz für einen elektrisch angetriebenen Kompressor verfolgt werden, der weiterlaufen kann, sogar nachdem das Fahrzeug abgeschaltet ist. In diesem Fall ist die Sequenz für einen das System ausschaltenden Fahrer die gleiche wie für eine Abschaltung. Für einen riemengetriebenen Kompressor ist die Sequenz verschieden, wenn das Fahrzeug abgeschaltet wird. Wenn das Fahrzeug abschaltet, schalten das A/C-System und der Kompressor 12 beide sofort ab, und das System schaltet das zweite Stromsteuerventil 28 sofort ab. Nach zwanzig (20) Se kunden oder bis zu eine Minute später wird das erste Stromsteuerventil 26 abgeschaltet. Dies ermöglicht dem System, von der hohen Seite zur niedrigen Seite ins Gleichgewicht zu kommen. Im Allgemeinen verhindern Blattventile im Kompressor 12 einen Ausgleich in den A/D 24; aber eine gewisse Leckage ermöglicht einen Kältemittelstrom in den Kompressor 12 und in Sektion Zwei.
  • In einer Ausführungsform ist am luftseitigen Auslass des Verdampfers 16 ein Sensor hinzugefügt. Eine strategische Anordnung dieses Sensors ermöglicht, dass er eine etwaige Leckage von Kältemittel aus dem Verdampfer 16 erfasst. In diesem Fall minimiert die Sequenz von Ereignissen, während das Fahrzeug läuft, die Leckage in den Fahrgastraum. Das zweite Stromsteuerventil 28 wird sofort abgeschaltet. Gleichzeitig wird die Gebläsedrehzahl auf volles Gebläse erhöht, und der Innenraum-Modus des HVAC-Moduls wird auf Aussenluft (OSA) umgeschaltet. Dies erlaubt eine schnelle Vertreibung der minimalen Kältemittelmenge in den Fahrgastraum.
  • Bei einer Frontalkollision (festgestellt durch den Beschleunigungsmesser-Airbag oder einen anderen Sensor) werden die Stromsteuerventile 26, 28 sofort abgeschaltet, was das Kältemittel in der jeweiligen Sektion hält, in der es sich zur Zeit der Kollision befand. Die Minimierung von Kältemittel in Sektion Eins, die früher beschrieben wurde, stellt die Sicherheit während dieser Leckagesituation sicher.
  • Das System enthält einen Controller (36), um das Schließen der Stromsteuerventile (26, 28) sequentiell zu steuern und den Kompressor (12) abzuschalten. Konkreter schließt der Controller (36) die Stromsteuerventile (26, 28) und schaltet als Antwort auf viele verschiedene Eingaben den Kompressor (12) in irgendeiner von vielen verschiedenen Sequenzen ab.
  • Der Controller (36) schließt eines der Stromsteuerventile (26, 28) nach einer Zeitspanne, z.B. Sekunden, bevor das andere Stromsteuerventil (26, 28) geschlossen wird, und schaltet den Kompressor (12) mit den Stromsteuerventilen (26, 28) sequentiell ab.
  • Die Erfindung liefert demgemäß ein Verfahren um Betreiben eines Klimaanlagensystems mit den Schritten: Schließen des Stromsteuerventils (26, 28) und Abschalten des Kompressors (12) in irgendeiner von vielen verschiedenen Sequenzen als Antwort auf viele verschiedene Eingaben, einschließlich eines Schließens eines der Stromsteuerventile (26, 28) eine Zeitspanne vor dem Schließen des anderen Stromsteuerventils (26, 28).

Claims (9)

  1. Klimaanlagensystem für ein Fahrzeug, mit: einem Kompressor (12) zum Komprimieren eines Kältemittels; einem Kondensator (14) zum Kondensieren eines Kältemittels; einem Verdampfer (16) zum Verdampfen des Kältemittels und mit einem vorbestimmten Teil, in welchem sich Kältemittel sammelt, einer Ausströmfluidleitung (18), die den Kompressor (12) und den Kondensator (14) miteinander verbindet, einer Leitung (20) für flüssiges Fluid, die den Kondensator (12) und den Verdampfer (16) miteinander verbindet, einer Saugfluidleitung (22), die den Verdampfer (16) und den Kompressor (12) miteinander verbindet, einem Steuerventil (26) für die Ausströmleitung, das in der Ausströmfluidleitung (18) angeordnet ist, einem Steuerventil (28) für die Flüssigkeitsleitung, die in der Leitung (20) für flüssiges Fluid angeordnet ist, gekennzeichnet durch ein in der Saugfluidleitung (22) angeordnetes Einweg-Rückschlagventil (32), das einen Einwegstrom vom Verdampfer zum Kompressor erlaubt.
  2. System nach Anspruch 1, mit einem Controller (36), um das Schließen der Stromsteuerventile (26, 28) in einer Sequenz zu steuern und den Kompressor (12) abzuschalten.
  3. System nach Anspruch 1, mit einem Controller (36) zum Schließen der Stromsteuerventile (26, 28) und Abschalten des Kompressors (12) in irgendeiner von vielen verschiedenen Sequenzen als Antwort auf viele verschiedene Eingaben.
  4. System nach Anspruch 1, mit einem Controller (36) zum Schließen eines der Stromsteuerventile (26, 28) eine Zeitspanne vor einem Schließen des anderen Stromsteuerventils (26, 28).
  5. System nach Anspruch 1, mit einem Controller (36) zum Schließen eines der Stromsteuerventile (26, 28) eine Zeitspanne vor einem Schließen des anderen Stromsteuerventils (26, 28) und sequentiellen Abschalten des Kompressors (12) mit den Stromsteuerventilen (26, 28).
  6. Verfahren zum Betreiben eines Klimaanlagensystems der Art, die aufweist: einen Kompressor (12) zum Komprimieren eines Kältemittels, einen Kondensator (14) zum Kondensieren des Kältemittels, einen Verdampfer (16) zum Verdampfen des Kältemittels, eine Ausströmfluidleitung (18), die den Kompressor (12) und den Kondensator (14) miteinander verbindet, wobei ein Ventil (16) für die Ausströmleitung in der Ausströmfluidleitung (18) angeordnet ist, eine Leitung (20) für flüssiges Fluid, das den Kondensator (14) und den Verdampfer (16) miteinander verbindet, wobei ein Ventil (28) für die Flüssigkeitsleitung in der Leitung (20) für flüssiges Fluid angeordnet ist, und eine Saugfluidleitung (22), die den Verdampfer (16) und den Kompressor (12) miteinander verbindet, und ein Einweg-Rückschlagventil (32), das in der Saugfluidleitung (22) angeordnet ist, wobei das Verfahren die Schritte des Schließens der Stromsteuerventile (26, 28) und Abschaltens des Kompressors (12) umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, einschließlich eines Schließens der Stromsteuerventile (26, 28) und Abschaltens des Kompressors (12) in irgendeiner von vielen verschiedenen Sequenzen als Antwort auf viele verschiedene Eingaben.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, einschließlich des Schließens eines der Stromsteuerventile (26, 28) eine Zeitspanne vor einem Schließen des anderen Stromsteuerventils (26, 28).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, einschließlich eines sequentiellen Abschaltens des Kompressors (12) mit den Stromsteuerventilen (26, 28).
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