DE69712760T2

DE69712760T2 - Klimaanlage mit Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE69712760T2
Application number: DE1997612760
Authority: DE
Inventors: Kaoru Kamiyama; Yoshitoshi Noda; Toshio Ohashi; Tadayoshi Tajima; Hiroyuki Yamaguchi
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2017-11-01
Also published as: DE69712760D1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Verbesserungen in einem Klimaanlagensystem vom Wärmepumpentyp für ein Kraftfahrzeug, in dem ein Fahrgastinnenraum unter der Wirkung des Motorkühlmittels und des Kältemittels erwärmt oder gekühlt werden kann und insbesondere Verbesserungen, um einen Kompressor vor seiner Beschädigung bei einem übermäßigen Anstieg im Entladungsdruck zu schützen.

2. Beschreibung des Standes der Technik

In den vergangenen Jahren ist ein Teil der hoch- qualitativen Fahrzeuge und der Fahrzeuge vom sogenannten Kasten- Typ, die einen im Verhältnis großen Raum eines Fahrgastinnenraumes haben, gegenwärtig mit einem Kraftfahrzeug- Klimaanlagensystem vom sogenannten Dual- Klimaanlagen- Typ ausgerüstet worden, der eine vordere Einheit zum Klimatisieren eines vorderen Bereiches (z. B. eines vorderen Sitzteiles) des Fahrgastinnenraumes und eine hintere Einheit zum Klimatisieren eines hinteren Bereiches (z. B. eines hinteren Sitzteiles) des Fahrgastinnenraumes enthält. Demzufolge können die vorderen und die hinteren Bereiche des Fahrgastinnenraumes unabhängig klimatisiert werden, um so eine komfortable Klimatisierung für das Fahrgastinnenraum zu erreichen.
Ein typisches Beispiel des Kraftfahrzeug- Klimasystems solch eines Types ist wie folgt angeordnet: Während des Wärmebetriebes des Klimatisierungssystems verwendet die vordere Einheit Motorkühlmittel als eine Wärmequelle, während die hintere Einheit als eine Wärmequelle ein Hochtemperatur- und Druckkältemittel verwendet, das durch einen Kompressor komprimiert wird. Solch eine Klimaanlagensystem ist angeordnet, um Wärme von der Niedrigtemperatur- Außenluft in den Kreislaufprozeß oder den Kältekreislauf des Kältemittels zu pumpen und verwendet sie, den Fahrgastinnenraum zu erwärmen. Demzufolge wird dieses Klimatisierungssystem ein "Klimaanlagensystem vom Wärmepumpen- Typ" genannt.
Jedoch sind Nachteile in solch einem Klimatisierungssystem in dem Fall des Ausführens des Wärmebetriebes des Fahrgastinnenraumes des Automobiles aufgetreten. Wenn z. B. die Temperatur der Außenluft niedrig ist, z. B. am Morgen im Winter, ist die Temperatur des Motorkühlmittels beim Starten des Motors niedrig und der Temperaturanstieg des Kältemittels ist nicht stark. Demzufolge ist es schwierig, die Klimaanlagensystem in solch einen Zustand bringen, so daß es gleichzeitig mit dem Startvorgang des Klimaanlagensystems die Warmluft in das Fahrgastinnenraum bläst, so daß das Klimaanlagensystem niedrig in der Schnell- oder Sofort- Erwärmungsfähigkeit ist und gering in der Erwärmungsleistung. Besonders in den Autos vom Ein- Raum- Typ, die mit einem Dieselmotor versehen und groß im Raum des Fahrgastinnenraumes sind, ist die Geschwindigkeit des Temperaturanstieges des Motorkühlmittels im Vergleich mit Automobilen, die mit einem gewöhnlichen Benzinmotor ausgerüstet sind, gering. Obwohl es erforderlich ist, den großen Raum zu erwärmen, gibt es solch eine Tendenz, schlecht in der raschen Erwärmungsfähigkeit zu sein und in der Erwärmungsleistung für den Fahrgastinnenraum.
Ein Klimaanlagensystem vom Wärmepumpen- Typ nach dem Stand der Technik ist in der vorläufigen Japanischen Patenveröffentlichung Nr. 7-101227 gezeigt. Das Kältemittel wird unter der Wirkung der Wärme des Kältemittels für ein Antriebssystem in einem Elektrofahrzeug erwärmt, um dadurch in der Enthalpie erhöht zu werden und eine hohe Temperatur anzunehmen. Demzufolge zeigt das so erwärmte Kältemittel eine hohe Erwärmungsfähigkeit des Klimaanlagensystems.
Es ist üblich, eine Ein- Aus- Steuerung des Kompressors in Übereinstimmung mit dem Auslaßdruck des Kompressors auszuführen, um den Kompressor vor seinem Bruch zu schützen, wenn der Auslaßdruck des Kompressors übermäßig ansteigt. Es wird verstanden, daß es selbstverständlich ist, daß die Klimaanlagensystem vom Wärmepumpen- Typ des obigen Typs eine Ein- Aus- Steuerung des Kompressors verwenden sollte, um den Kompressor bei dem übermäßigen Anstieg im Auslaßdruck des Kompressors zu schützen.
Wenn jedoch der Kompressor nur unter der Ein- Aus- Steuerung gesteuert wird, werden mit der Ein- Aus- Steuerung des Kompressors (z. B. der Ein- Aus- Betrieb einer Magnetkupplung) ein Stoß (Schlag) und Geräusch erzeugt, wodurch die Steuerbarkeit des Fahrzeuges herabgesetzt wird. Außerdem, wenn der Kompressor auf ausgeschaltet wird, wird der Kreislauf des Kältemittels gestoppt, so daß der Kühlzykus nicht funktioniert. Demzufolge wird z. B. während des Wärmebetriebes des Klimaanlagensystems unvermeidbar kalte Luft in den Fahrgastinnenraum einblasen, unmittelbar wenn der Kompressor ausgeschaltet wird, wodurch die Annehmlichkeit des Klimaanlagensystems vermindert wird. Besonders bei dem obigen Klimaanlagensystem vom Wärmepumpen- Typ ist dieses Fremdgefühl der Fahrgäste beträchtlich, wenn die kalte Luft plötzlich eingeblasen wird, im Gegensatz zu der Tatsache, daß die Klimaanlagensystem inhärent eine hohe Wärmeleistung hat. Als ein Ergebnis wird es gewünscht, die Temperaturänderung der in das Fahrgastinnenraum eingeblasenen Luft auf solch ein kleines Maß zu unterdrücken, daß die Annehmlichkeit des Fahrgastes nicht beeinträchtigt wird.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Klimaanlagensystem vom Wärmepumpen- Typ für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das wirksam die in einem herkömmlichen Klimaanlagensystem vom Wärmepumpen- Typ für ein Kraftfahrzeug aufgetretenen Nachteile überwinden kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbessertes Klimaanlagensystem vom Wärmepumpen- Typ für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das sowohl den Schutz eines Kompressors, als auch die Annnehmlichkeit der Klimatisierung für einen Fahrgastinnenraum gewährleistet, so daß die Fahrfähigkeit des Fahrzeuges verbessert wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Klimaanlagensystem vom Wärmepumpen- Typ für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem die Häufigkeit der Ein- Aus- Betätigungen in einer Ein- Aus- Steuerung eines Kompressors abgesenkt werden kann, um dadurch den Verdichtungsstoß und das Geräusch während des Betriebes der Klimaanlagensystem zu vermindern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Teile und Elemente durch alle Figuren, in denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles eines Klimaanlagensystems vom Wärmepumpen- Typ nach der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung ähnlich der Fig. 1 ist, die aber den Betriebsmodus eines Wärmebetriebes des Klimaanlagensystems von Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 eine schematische Darstellung ähnlich der Fig. 1 ist, die aber den Betriebsmodus eines Kältebetriebes des Klimaanlagensystems von Fig. 1 zeigt;
Fig. 4 eine schematische, perspektivische Darstellung eines in dem Klimaanlagensystem von Fig. 1 verwendeten Sub- Verdampfers ist;
Fig. 5 ein Diagramm ist, das die Veränderung in der Wärmeleistung des Klimaanlagensystems von Fig. 1, in Einheiten des Öffnungsgrades eines in dem Klimaanlagensystem von Fig. 1 verwendeten Wasserventiles, zeigt;
Fig. 6 ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer Steuerung zum Schützen eines in dem Klimaanlagensystem von Fig. 1 verwendeten Kompressors während des Wärmebetriebes des Klimaanlagensystems zeigt;
Fig. 7 ein Diagramm ist, das ein weiteres Beispiel der Steuerung zum Schützen eines in dem Klimaanlagensystem von Fig. 1 verwendeten Kompressors während des ' Wärmebetriebes des Klimaanlagensystems zeigt;
Fig. 8 ein Diagramm ist, das ein weiteres Beispiel der Steuerung zum Schützen eines in dem Klimaanlagensystem von Fig. 1 verwendeten Kompressors während des Wärmebetriebes des Klimaanlagensystems zeigt; und
Fig. 9 ein Diagramm ist, das ein Beispiel der Steuerung zum Schützen eines in dem Klimaanlagensystem von Fig. 1 verwendeten Kompressors während des Kältebetriebes des Klimaanlagensystems zeigt.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Klimaanlagensystem vom Wärmepumpen- Typ (A) für ein Kraftfahrzeug, das eine erste und eine zweite Einheit (10, 20) aufweist, die jeweils einen ersten und zweiten Luftströmungskanal (11, 21) haben, durch die hereingenommene Luft in ein Fahrgastinnenraum des Fahrzeuges eingeführt wird. Die erste Einheit enthält einen Heizkern (12) und einen ersten Verdampfer (13), die in dem ersten Luftströmungskanal angeordnet und derart platziert sind, daß der Heizkern an der stromabwärtigen Seite des ersten Verdampfers relativ zum Luftstrom in dem ersten Luftströmungskanal angeordnet ist, und Motorkühlmittel in der Lage ist, durch den Heizkern zu zirkulieren. Die zweite Einheit enthält einen zweiten Kühler (22) und einen zweiten Verdampfer (23), die in dem zweiten Luftströmungskanal angeordnet und derart platziert sind, daß der zweite Kühler an der stromabwärtigen Seite des zweiten Verdampfers relativ zum Luftstrom in dem zweiten Luftkanal ist. Der zweite Kühler (22) und der zweite Verdampfer (23) sind parallel mit dem ersten Verdampfer (13) fluidverbunden und in Reihe miteinander fluidverbunden. Ein Kompressor (2) und ein erster Kühler (3) sind außerhalb der ersten und zweiten Einheiten angeordnet, die einen Kältekreislauf bilden, der den ersten Verdampfer (13) enthält. Ein Kältebetrieb- Kältemittelkreislauf ist vorgesehen einen Kältebetrieb des Klimaanlagensystems zu erreichen, der Kältebetrieb- Kältemittelkreislauf enthält den ersten Kühler (3). Ein Wärmebetrieb- Kältemittelkreislauf ist vorgesehen, um einen Wärmebetrieb der Klimaanlage zu erreichen, wobei der Wärmebetriebs- Kältemittelkreislauf einen Bypass- Kanal (6) enthält, um dem Kältemittel zu gestatten, unter Umgehung des ersten Kühlers zu strömen. Ein Kreislauf- Umschaltventil (4) ist vorgesehenen, um den Fluß des von dem Kompressor (2) ausgestoßenen Kältemittels zwischen dem Kältebetrieb- Kältemittelkreislauf und dem Wärmebetrieb- Kältemittelkreislauf zu wechseln. Ein dritter Verdampfer (30) ist außerhalb der ersten und zweiten Einheit (10, 20) angeordnet und fluidverbunden mit einem Fluid- Auslaß des zweiten Verdampfers (23). Das Motorkühlmittel ist in der Lage, durch den dritten Verdampfer zu zirkulieren. Das Kältemittel, das zu dem Kompressor (2) zurückgeführt werden soll, wird mit dem Motorkühlmittel in dem dritten Verdampfer (30) erwärmt. Eine Steuervorrichtung (31, 16, 4) ist vorgesehen, um die Strömung des Motorkühlmittels oder des Kältemittels in Übereinstimmung mit einem thermischen Belastungszustand des Fahrzeuges während des Wärmebetriebes des Klimaanlagensystems zu steuern. Die Vorrichtung ist in der Lage die Strömung des Motorkühlmittels oder des Kältemittels in Übereinstimmung mit dem Auslaßdruck des Kompressors (2) zu steuern.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Klimaanlagensystem vom Wärmepumpen- Typ (A) für ein Kraftfahrzeug, das eine erste und zweite Einheit (10, 20) aufweist, die jeweils eine ersten und zweiten Luftströmungskanal (11, 21) haben, durch die hereingenommene Luft in ein Fahrgastinnenraum des Fahrzeuges eingeführt wird. Die erste Einheit enthält einen Heizkern (12) und einen ersten Verdampfer (13), die in dem ersten Luftströmungskanal angeordnet und derart platziert sind, daß der Heizkern an der stromabwärtigen Seite des ersten Verdampfers relativ zum Luftstrom in dem erster Luftströmungskanal ist und wobei ein Motorkühlmittel in der Lage ist, durch den Heizkern zu zirkulieren. Die zweite Einheit enthält einen zweiten Kühler (22) und einen zweiten Verdampfer (23), die in dem zweiten Luftströmungskanal angeordnet und derart platziert sind, daß der zweite Kühler an der stromabwärtigen Seite des zweiten Verdampfers relativ zum Luftstrom in dem zweiten Luftkanal ist. Der zweite Kühler (22) und der zweite Verdampfer (23) sind parallel mit dem ersten Verdampfer (13) fluidverbunden und in Reihe miteinander fluidverbunden. Ein Kompressor (2) und ein erster Kühler (3) sind außerhalb der ersten und der zweiten Einheit angeordnet, die einen Kältekreislauf bilden, der den ersten Verdampfer (13) enthält. Ein Kühlbetrieb- Kältemittelkreislauf ist vorgesehen, um einen Kühlbetrieb des Klimaanlagensystems zu erreichen, der Kühlbetriebs- Kältemittelkreislauf den ersten Kühler (3) enthält. Ein Wärmebetrieb- Kältemittelkreislauf ist vorgesehen, einen Wärmebetrieb des Klimaanlagensystems zu erreichen, wobei der Wärmebetriebs- Kältemittelkreislauf einen Bypass- Kanal (6) enthält, um dem Kältemittel zu gestatten, unter Umgehen des ersten Kühlers zu strömen. Ein Kreislauf-Umschaltventil (4) ist vorgesehenen, um die Strömung des Kältemittels, das von dem Kompressor (2) ausgestoßenen wird, zu veranlassen, zwischen dem Kühlbetrieb- Kältemittelkreislauf und dem Wärmebetriebs- Kältemittelkreislauf gewechselt zu werden. Ein dritter Verdampfer (30) ist außerhalb der ersten und zweiten Einheiten (10, 20) angeordnet und fluidverbunden mit einem Fluid- Auslaß des zweiten Verdampfers (23). Das Motorkühlmittel ist in der Lage durch den dritten Verdampfer zu zirkulieren. Das Kältemittel, das zu dem Kompressor (2) zurückgeführt werden soll, wird mit dem Motorkühlmittel in dem dritten Verdampfer (30) erwärmt. Ein Strömungssteuerventil (31) ist vorgesehen, eine Strömungsmenge des Motorkühlmittels, die durch den dritten Verdampfer (30) zirkuliert, in Übereinstimmung mit einem thermischen Belastungszustand des Fahrzeuges unter Steuerung eines Öffnungsgrades des Strömungssteuerventiles während des Wärmebetriebes der Klimaanlage zu steuern.
Nach diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird durch das Strömungssteuerventil, während des Wärmebetriebes der Klimaanlage, die Strömungsmenge des Motorkühlmittels, das durch den dritten Verdampfer (30) zirkuliert, in Übereinstimmung mit dem thermischen Belastungszustand des Fahrzeuges gesteuert. Dies kann die Strömungsmenge des Motorkühlmittels steuern, das zum Steuern in den dritten Verdampfer veranlaßt wird, d. h. die Menge der von dem Motorkühlmittel zu dem Kältemittel übertragenen Wärme. Als ein Ergebnis kann die Klimaanlagensystem eine feinstufige Wärmeleistung, genau in Übereinstimmung mit dem thermischen Belastungszustand des Fahrzeuges, zeigen.
Das Strömungssteuerventil (31) des Klimaanlagensystems des ersten Aspektes, vorzugsweise festgelegt, seinen vollständig geschlossenen Zustand einzunehmen, um das Motorkühlmittel am Zirkulieren durch den dritten Verdampfer (30) zu hindern, wenn ein Auslaßdruck des Kompressors (2) auf ein Niveau nicht geringer als ein erster festgelegter Wert ansteigt, der niedriger ist, als ein Standardwert, um einen Betrieb des Kompressors zu stoppen, und seinen vollständig geöffneten Zustand einzunehmen, um dem Motorkühlmittel zu gestatten durch den dritten Verdampfer (30) zu zirkulieren, wenn ein Auslaßdruck des Kompressors (2) auf ein Niveau absinkt, das geringer ist, als ein Niveau, nicht höher als ein zweiter festgesetzter Wert, der geringer ist, als der erste festgesetzte Wert.
Mit diesem Strömungssteuerventil (31) ist während des Wärmebetriebes des Klimaanlagensystems, wenn der Auslaßdruck des Kompressors auf den ersten festgesetzten Wert (< dem Standardwert) oder höher ansteigt, das Strömungssteuerventil vollständig geschlossen. Dadurch fließt kein Motorkühlmittel zu dem dritten Verdampfer und deshalb kann der dritte Verdampfer nicht funktionieren. Deshalb erniedrigt sich die Temperatur des Kältemittels, das in den Kompressor eingesaugt werden soll, so daß der Auslaßdruck des Kompressors erniedrigt wird. Wenn sich der Auslaßdruck des Kompressors auf den zweiten festgelegten Wert (< dem Ersten festgelegten Wert) oder niedriger erniedrigt, wird das Strömungssteuerventil wieder vollständig geöffnet. Dadurch beginnt der dritte Verdampfer erneut zu funktionieren, so daß der Auslaßdruck des Kompressors ansteigt. In dem Fall, daß die ersten und die zweiten festgesetzten Werte angemessen ausgewählt werden, kann der Kompressor wirksam vor seinem Bruch geschützt werden, so daß die Temperaturänderung der durch die Öffnungen geblasenen Luft minimiert wird (d. h. ohne Verminderung der Komfortstabilität der Klimaanlage) durch Wiederholen der obigen Steuerungen. Außerdem, da die Ein- Aus- Steuerung des Strömungssteuerventiles in dem Zustand vor dem Anhalten des Betriebes des Kompressors erfolgt, kann die Frequenz der Ein- Aus- Betätigungen in der Ein- Aus- Steuerung des Kompressors vermindert werden, um dadurch die Antriebsfähigkeit des Fahrzeuges zu verbessern. Außerdem sind doppelte Schutzeinrichtungen für den Kompressor vorgesehen, um mit einem Druckanstieg des Kompressors zurechtzukommen, um dadurch die Zuverlässigkeit des Klimaanlagensystems zu verbessern.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Klimaanlagensystem (A) vom Wärmepumpen- Typ für ein Kraftfahrzeug, das eine erste und zweite Einheit (10, 20) aufweist, die jeweils einen ersten und zweiten Luftströmungskanal (11, 21) haben, durch die hereingenommene Luft in einen Fahrgastinnenraum des Fahrzeuges eingeführt wird. Die erste Einheit enthält einen Heizkern (12) und einen ersten Verdampfer (13), die in dem ersten Luftströmungskanal angeordnet und derart platziert sind, daß der Heizkern an der stromabwärtigen Seite des ersten Verdampfers relativ zum Luftstrom in dem ersten Luftströmungskanal ist, wobei ein Motorkühlmittel in der Lage ist, durch den Heizkern zu zirkulieren. Die zweite Einheit enthält einen zweiten Kühler (22) und einen zweiten Verdampfer (23), die in dem zweiten Luftströmungskanal angeordnet und derart platziert sind, daß der zweite Kühler an der stromabwärtigen Seite des zweiten Verdampfers relativ zum Luftstrom in dem zweiten Luftkanal ist. Der zweite Kühler (22) und der zweite Verdampfer (23) sind parallel zu dem ersten Verdampfer (13) fluidverbunden und in Reihe miteinander fluidverbunden. Ein Kompressor (2) und ein erster Kühler (3) sind außerhalb der ersten und der zweiten Einheit angeordnet, die einen Kältekreislauf bilden, der den ersten Verdampfer (13) enthält. Ein Kältebetrieb- Kältemittelkreislauf ist vorgesehen, einen Kältebetrieb der Klimaanlage zu erreichen, wobei der Kältebetrieb- Kältemittelkreislauf den ersten Kühler (3) enthält. Ein Wärmebetriebs- Kältemittelkreislauf ist vorgesehen, einen Wärmebetrieb des Klimaanlagensystems zu erreichen, wobei der Wärmebetriebs- Kältemittelkreislauf einen Bypass- Kanal (6) enthält, um dem Kältemittel zu gestatten, unter Umgehen des ersten Kühlers zu fließen. Ein Kreislauf- Umschaltventil (4) ist vorgesehenen, um die Strömung des von dem Kompressor (2) ausgestoßenen Kältemittels zu veranlassen, zwischen dem Kältebetriebs- Kältemittelkreislauf und dem Wärmebetriebs- Kältemittelkreislauf gewechselt zu werden. Ein dritter Verdampfer (30) ist außerhalb der ersten und zweiten Einheiten (10, 20) angeordnet und fluidverbunden mit einem Fluid- Auslaß des zweiten Verdampfers (23). Das Motorkühlmittel ist in der Lage, durch den dritten Verdampfer zu zirkulieren. Das Kältemittel wird, um zu dem Kompressor (2) zurückgeführt zu werden, mit dem Motorkühlmittel in dem dritten Verdampfer (30) erwärmt. Ein Strömungssteuerventil (16) ist vorgesehen, eine Strömungsmenge des Kältemittels, das in den ersten Verdampfer (13) eingeführt werden soll, zu steuern. Das Strömungssteuerventil (16) ist festgelegt, seinen geöffneten Zustand einzunehmen, dem Kältemittel gestattend zu dem ersten Verdampfer (13) eingeführt zu werden, wenn ein Auslaßdruck des Kompressors (2) auf ein Niveau, nicht geringer als ein dritter festgesetzter Wert, ansteigt, der geringer als ein Standardwert ist, um einen Betrieb des Kompressors zu stoppen, und seinen geschlossenen Zustand einzunehmen, das Kältemittel vor dem in den ersten Verdampfer (13) Eingeführtwerden hindernd, wenn sich der Auslaßdruck des Kompressors (2) auf ein Niveau, nicht höher als ein vierter festgesetzter Wert erniedrigt, der niedriger als ein dritter festgesetzter Wert während des Wärmebetriebes des Klimaanlagensystems ist.
Nach diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung, während des Wärmebetriebes des Klimaanlagensystems, wenn der Auslaßdruck des Kompressors auf den dritten festgesetzte Wert (< dem Standardwert) oder höher ansteigt, wird das Strömungssteuerventil geöffnet, um dem Kältemittel zu gestatten, auch zu dem ersten Verdampfer zu fließen. Dadurch erniedrigt sich der Auslaßdruck des Kompressors, um dadurch den Kompressor vor seinem Versagen zu schützen. Wenn der Auslaßdruck des Kompressors sich auf den vierten festgesetzten Wert (< dem dritten festgesetzten Wert) oder niedriger erniedrigt, wird das Strömungssteuerventil wieder geschlossen, um das Kältemittel zu hindern in den ersten Verdampfer zu fließen, um dadurch wieder dem Kältemittelkreislauf für den normalen Wärmebetrieb der Klimaanlagensystem zu dienen. Außerdem, da die Ein- Aus- Steuerung des Strömungssteuerventiles in dem Zustand vor dem Stoppen des Betriebes des Kompressors ausgeführt wird, kann die Frequenz der Ein- Aus- Betätigung in der Ein- Aus- Steuerung des Kompressors vermindert werden, um dadurch die Antriebsfähigkeit des Fahrzeuges zu verbessern Außerdem sind doppelte Schutzeinrichtungen für den Kompressor vorgesehen, um mit einem Druckanstieg des Kompressors zurechtzukommen, um dadurch die Zuverlässigkeit der Klimaanlagensystem zu verbessern.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Klimaanlagensystem vom Wärmepumpen- Typ (A) für ein Kraftfahrzeug, das eine erste und eine zweite Einheit (10, 20) aufweist, die jeweils erste und zweite Luftstromkanäle (11, 21) haben, durch die hereingenommene Luft in ein Fahrgastinnenraum des Fahrzeuges eingeführt wird. Die erste Einheit enthält einen Heizkern (12) und einen ersten Verdampfer (13), die in dem ersten Luftströmungskanal angeordnet und derart platziert sind, daß der Heizkern an der stromabwärtigen Seite des ersten Verdampfers relativ zum Luftstrom in dem ersten Luftströmungskanal ist, und Motorkühlmittel in der Lage ist, durch den Heizkern zu zirkulieren. Die zweite Einheit enthält einen zweiten Kühler (22) und einen zweiten Verdampfer (23), die in dem zweiten Luftströmungskanal angeordnet und derart platziert sind, daß der zweite Kühler an der stromabwärtigen Seite des zweiten Verdampfers relativ zum Luftstrom in dem zweiten Luftkanal ist. Der zweite Kühler (22) und der zweite Verdampfer (23) sind parallel zu dem ersten Verdampfer (13) fluidverbunden und miteinander in Reihe fluidverbunden. Ein Kompressor (2) und ein erster Kühler (3) sind außerhalb der ersten und der zweiten Einheiten angeordnet, die einen Kältekreislauf bilden, der den ersten Verdampfer (13) enthält. Ein Kältebetrieb- Kältemittelkreislauf ist vorgesehen, einen Kältebetrieb der Klimaanlagensystem zu erreichen, wobei der Kältebetriebs- Kältemittelkreislauf den ersten Kühler (3) enthält. Ein Wärmebetrieb- Kältemittelkreislauf ist vorgesehen, einen Wärmebetrieb des Klimaanlagensystems zu erreichen, wobei der Wärmebetriebs- Kältemittelkreislauf einen Bypass- Kanal (6) enthält, um dem Kältemittel zu gestatten, unter Umgehen des ersten Kühlers zu strömen. Ein Kreislauf- Umschaltventil (4) ist vorgesehenen, die Strömung des von dem Kompressor (2) ausgestoßenen Kältemittels zwischen dem Kältebetriebs- Kältemittelkreislauf und dem Wärmebetriebs- Kältemittelkreislauf umzuschalten. Ein dritter Verdampfer (30) ist außerhalb der ersten und zweiten Einheiten (10, 20) angeordnet und fluidverbunden mit einem Fluid- Auslaß des zweiten Verdampfers (23). Das Motorkühlmittel ist in der Lage, durch den dritten Verdampfer zu zirkulieren. Das Kältemittel, das zu dem Kompressor (2) zurückgeführt werden soll, wird mit dem Motorkühlmittel in dem dritten Verdampfer (30) erwärmt. In diesem Klimaanlagensystem ist das Kreislauf- Umschaltventil (4) festgelegt seine erste Position einzunehmen, um die von dem Kompressor (2) ausgestoßenen Kühlmittelströmung zu veranlassen, zu dem Kältebetriebs- Kältemittelkreislauf geändert zu werden, wenn ein Auslaßdruck des Kompressors (2) auf ein Niveau ansteigt, das nicht niedriger als ein fünfter festgesetzter Wert ist, der niedriger als ein Standardwert ist, umgeschaltet zu werden, um einen Betrieb des Kompressors zu stoppen, und seine zweite Position einzunehmen, um die Strömung des von dem Kompressor (2) ausgestoßenen Kühlmittels zu veranlassen, zu dem Wärmebetrieb- Kältemittelkreislauf umgeschaltet zu werden, wenn sich der Auslaßdruck des Kompressors (2) auf ein Niveau, nicht höher als ein sechster festgesetzter Wert erniedrigt, der nicht geringer, als ein fünfter festgesetzter Wert während des Wärmebetriebes des Klimaanlagensystems ist.
Nach diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wenn der Auslaßdruck des Kompressors auf den fünften festgelegten Wert (< dem Standardwert) oder höher ansteigt, wird das Kreislauf- Umschaltventil umgeschaltet, um den Kältemittelkreislauf für den Kältebetrieb auszuwählen. Dadurch fließt das Kältemittel zu dem ersten, außerhalb der ersten und zweiten Einheiten angeordneten Kühler, so daß der Auslaßdruck des Kompressors abgesenkt wird, um dadurch den Kompressor vor seinem Bruch zu schützen. Wenn sich der Auslaßdruck des Kompressors auf den sechsten festgelegten Wert (< dem fünften festgelegten Wert) oder geringer absenkt, wird das Kreislauf- Umschaltventil umgeschalten, um den Kältemittelkreislauf für den Wärmebetrieb auszuwählen, um dadurch wieder dem Kältemittelkreislauf für den normalen Wärmebetrieb zu betreiben. Zusätzlich, da die Ein- Aus- Steuerung des Strömungssteuerventiles auf der Stufe vor dem Anhalten des Betriebes des Kompressors erreicht wird, kann die Frequenz des Ein- Aus- Betätigen der Ein- Aus- Steuerung des Kompressors vermindert werden, um dadurch die Fahrfähigkeit des Fahrzeuges zu verbessern. Außerdem sind doppelte Schutzeinrichtungen vorgesehen, um mit einem Druckanstieg des Kompressors zurechtzukommen, um dadurch die Zuverlässigkeit der Klimaanlagensystem zu verbessern.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Jetzt wird, bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 3, ein Ausführungsbeispiel einer Klimaanlage vom Wärmepumpen- Typ für ein Kraftfahrzeug mit dem Bezugszeichen A veranschaulicht. Die Klimaanlage A weist eine vordere oder erste Einheit 10 und eine hintere oder zweite Einheit 20 auf. Die vordere Einheit 10 ist angeordnet, die Luft zu konditionieren, die wahlweise von innen oder von außerhalb des Fahrgastinnenraumes (nicht gezeigt) des Fahrzeuges unter Betätigung eines Ventilators (nicht gezeigt) angesaugt wird und um die konditionierte Luft in Richtung eines Vordersitzes für den Fahrgast zu blasen. Die hintere Einheit 20 ist angeordnet Luft zu konditionieren, die wahlweise von innen oder von außerhalb des Fahrgastinnenraumes unter Betätigung eines Ventilators angesaugt wird und um die konditionierte Luft in Richtung eines Rücksitzes für den Fahrgast zu blasen.
Die vordere Einheit 10 enthält ein Gehäuse 10a, das innen einen Luftströmungskanal 11 begrenzt, in dem Luft in eine Richtung (Luftströmungsrichtung) strömt, angezeigt durch die Pfeile F. Ein Heizkern 12 und ein vorderer oder erster Verdampfer 13 sind in dem Luftströmungskanal 11 vorgesehen und jeweils an den stromabwärtigen und stromaufwärtigen Seiten im Verhältnis zu der Strömungsrichtung F angeordnet. Der Heizkern 12 ist derart angeordnet, daß das durch den Motor 1 erwärmte Motorkühlmittel (heißes Wasser) durch diesen hindurch zirkuliert. Der vordere Verdampfer 13 bildet einen Teil eines Kältekreislaufes. Noch genauer, die vordere Einheit 10 enthält eine Einlaßeinheit (nicht gekennzeichnet), eine Kälteeinheit (nicht gekennzeichnet) und eine Heizeinheit (nicht gekennzeichnet), die in der erwähnten Reihenfolge in der Luftströmungsrichtung in dem Gehäuse 10a, obwohl nicht deutlich gezeigt, angeordnet sind. Die Einlaßeinheit enthält eine Einlaßklappe (nicht gezeigt) und den oben erwähnten Ventilator. Die Kälteeinheit enthält den vorderen Verdampfer 13. Die Heizeinheit enthält eine Luftmischklappe (nicht gezeigt) und den Heizkern 12. Die Luftmischklappe ist vor dem Heizkern 12 vorgesehen und angeordnet, das Verhältnis in der Strömungsmenge zwischen warmer Luft, die durch den Heizkern 12 strömt, und kalter Luft, die den Heizkern 12 umgeht, zu steuern, um dadurch Luft herzustellen, die eine vorbestimmte Temperatur in einem Bereich stromab des Heizkerns 12 hat, und ist angeordnet, die Luft an dem Durchgehen durch den Heizkern 12 zu hindern. Zusätzlich sind, obwohl nicht gezeigt, eine Vielzahl von Öffnungen (Luftblasöffnungen) an der stromabwärtigen Seite des Heizkerns 12 der Heizeinheit gebildet, um so die Luft (die in ihrer Temperatur gesteuert worden ist) und hergestellt ist unter Mischen der warmen Luft und der kalten Luft in Richtung der vorderen Sitze innerhalb des Fahrgastgastinnenraumes zu blasen.
Die hintere Einheit 20 enthält ein Gehäuse 20a, das in seinem Inneren einen Luftsrömungskanal 21 bildet, in dem Luft in eine Richtung (Luftströmungsrichtung), bezeichnet durch die Pfeile R, strömt. Ein Sub- Kühler oder zweiter Kühler 22 und ein hinterer oder zweiter Verdampfer 23 sind in dem Luftströmungskanal 21 vorgesehen und jeweils an den stromabwärtigen und stromaufwärtigen Seiten im Verhältnis zu der Luftströmungsrichtung R platziert. Der Sub- Kühler 22 bildet einen Teil des Kältekreislaufes. Sowohl der Sub- Kühler 22, als auch der hintere Verdampfer 23 sind parallel mit dem vorderen Verdampfer 13 in dem Kreislauf des Kältezyklus, und in Reihe miteinander in demselben Kreislauf verbunden. Noch genauer, die hintere Einheit 20 enthält, obwohl nicht eindeutig gezeigt, eine Einlaßeinheit (nicht gekennzeichnet), eine Kälteeinheit (nicht gekennzeichnet) und eine Heizereinheit (nicht gekennzeichnet), die in der erwähnten Reihenfolge in der Luftströmungsrichtung in dem Luftströmungskanal 21 ähnlich der vorderen Einheit 10 angeordnet sind. Die Einlaßeinheit enthält ein Einlaßklappe (nicht gezeigt) und den vorerwähnten Ventilator. Die Kälteeinheit enthält den hinteren Verdampfer 23. Die Heizereinheit enthält eine Luftmischklappe (nicht gezeigt) und den Sub- Kühler 22. Die Luftmischklappe ist vor dem Sub- Kühler 22 vorgesehen und angeordnet, ein Verhältnis der Strömungsmenge zwischen heißer Luft, die durch den Sub- Kühler und kühle Luft, die den Sub- Kühler 22 umgeht, zu steuern, um dadurch Luft, die eine vorbestimmte Temperatur in einem Bereich stromab des Sub- Kühler 22 hat, zu präparieren, und angeordnet, um Luft am Durchgehen durch den Sub- Kühler 22 zu hindern. Zusätzlich ist, obwohl nicht gezeigt, eine Vielzahl von Öffnungen (Luftblasöffnungen) an der stromabwärtigen Seite des Heizkerns 12 des Sub- Kühlers 22 der Heizereinheit gebildet, um so die präparierte Luft (die temperaturgesteuert worden ist) nach dem Mischen der warmen Luft und der kühlen Luft in Richtung der vorderen Sitze des Fahrgastinnenraumes zu blasen.
Ein Kompressor 2 und ein Haupt- oder erster Kühler 3 sind außerhalb der vorderen und hinteren Einheiten 10, 20 vorgesehen. Der Kompressor 2 ist antreibbar mit einem Motor 1 des Fahrzeuges verbunden und angeordnet durch den Motor angetrieben zu werden. Der Kältezyklus enthält den Kompressor 2, den Hauptkühler 3, den vorderen Verdampfer 23, den Sub- Kühler 22 und den hinteren Verdampfer 23 und zusätzlich einen ersten Flüssigkeitstank 14, ein erstes Ausdehnungsventil 15 für den vorderen Verdampfer 13, einen zweiten Flüssigkeitstank 24 und ein zweites Expansionsventil 25 für den hinteren Verdampfer 23, die miteinander durch eine Leitung oder Verrohrung verbunden sind.
Ein Vierwege- oder Kreislauf- Umschaltventil 4 zum Wechseln eines Strömungskanales des Kältemittels ist auf der Einlaßseite des Hauptkühlers 3 vorgesehen und umfaßt ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse (nicht gekennzeichnet), das mit einer Einlaßöffnung (nicht gekennzeichnet) und drei Auslaßöffnungen (nicht gekennzeichnet) gebildet ist. Ein Gleitteil (nicht gezeigt) ist in dem Gehäuse verschiebbar vorgesehen und angeordnet eine Verbindung zwischen zwei der drei ausgewählten Auslaßöffnungen herzustellen, so daß eine andere Auslaßöffnung als die zwei ausgewählten Auslaßöffnungen in Verbindung mit der Einlaßöffnung gebracht werden kann. Die Einlaßöffnung des Vierwegeventils ist jeweils in Verbindung mit der Auslaßseite des Kompressors 2, während die drei Auslaßöffnungen des Vierwegeventiles 4 jeweils in Verbindung mit dem Einlaß des Hauptkühlers 3 sind, der Ansaugseite des Kompressors 2 (durch einen Kältemittelrückführkanal 5) und dem Auslaß des Hauptkühlers 3 (durch einen Bypass- Kanal 6). Dieses Vierwegeventil 4 funktioniert, um den von dem Kompressor 2 ausgestoßenen Fluß des Kältemittels zu veranlassen, von dem Kältekreislauf (oder Kältemittelkreislauf für einen Kältebetrieb) auf einen Wärmekreislauf (oder Kältemittelkreislauf für einen Wärmebetrieb), und umgekehrt, umgeschaltet zu werden. In dem Kältemittelkreislauf wird das von dem Kompressor 2 ausgestoßene Kältemittel in den Hauptkühler 3 eingeleitet. In dem Wärmekreislauf wird das von dem Kompressor 2 ausgestoßene Kältemittel in den Bypass- Kanal 6 des Hauptkühlers 3 eingeleitet. Der Kältekreislauf und der Wärmekreislauf werden nachher ausführlich diskutiert.
Ein Sub- Verdampfer oder dritter Verdampfer 30 ist außerhalb der vorderen und hinteren Einheiten 10, 20 vorgesehen und in der Leitung zwischen der Ansaugseite des Kompressors 2 und dem Auslaß des hinteren Verdampfers 23 angeordnet, um die Heizleistung zu verstärken. Der Sub- Verdampfer 30 dient, das Kältemittel zu erwärmen, das innerhalb desselben unter einem Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und einem von dem Motor 1 eingeführten Motorkühlmittel (heißes Wasser) hindurchgeht. Dieser Sub- Verdampfer 30 hat z. B. einen in Fig. 4 gezeigten Aufbau. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein temperaturempfindlicher Abschnitt 27 für das zweite Expansionsventil 25 vorzugsweise an dem Auslaß des Sub- Verdampfers 30 installiert.
Der Sub- Verdampfer 30 bietet die folgenden Vorteile: Selbst wenn das Motorkühlmittel niedrig in der Temperatur ist, und so nicht in der Lage ist, sofort für das Erwärmen des Fahrgastinnenraumes unter dem Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlmittel und Luft verwendet zu werden, kann das Kältemittel wirksam Wärme des Motorkühlmittels unter Wärmeaustausch zwischen ihm und dem Motorkühlmittel in dem Sub- Verdampfer 30 einbringen, in dem die Enthalpie des Kältemittels zunimmt. Danach wird das Kältemittel zu dem Kompressor 2 zurückgeführt und wieder verdichtet, so daß der Kompressor 2 das Kältemittel mit höherer Temperatur ausgibt und dasselbe dem Sub- Kühler 22 zuführt. Als ein Ergebnis wird die dem Wärmeaustausch zwischen ihr und dem Kältemittel mit höherer Temperatur unterworfene Luft höher in der Temperatur, die dadurch eine höhere Heizleistung zeigt, während sie eine unmittelbare oder schnelle Erwärmungsfähigkeit verbessert. Zusätzlich wird, wie vorerwähnt, durch Anordnen des temperaturempfindlichen Abschnittes 27 für das zweite Ausdehnungsventil an dem Auslaß des Sub- Verdampfers 30, die Strömungsmenge des Kältemittels in Übereinstimmung mit der Temperatur des Kältemittels unter dessen Erwärmtwerden durch den Sub- Verdampfer 30 geregelt, und deshalb kann mehr Kältemittel während des Betriebes des Sub- Verdampfer 30 zirkulieren, um dadurch die Heizleistung zu verbessern.
Während der Sub- Verdampfer 30 gezeigt und beschrieben worden ist als in der Leitung zwischen der Ansaugseite des Kompressors 2 und dem Auslaß des vorderen Verdampfers 13 angeordnet zu sein, wird es verstanden werden, daß der Sub- Verdampfer 30 in seiner Anordnung nicht begrenzt ist, so daß es ausreichend ist, daß der Sub- Verdampfer 30 in der Leitung zwischen der Ansaugseite des Kompressors 2 und dem Auslaß des hinteren Verdampfers 23 angeordnet ist, weil der Sub- Verdampfer 30 nur während des Erwärmungsbetriebes betrieben wird.
Während des Erwärmungsbetriebes der Klimaanlagensystem A fließt das von dem Kompressor 2 ausgestoßene Kältemittel nur zu der Seite der hinteren Einheit 20 durch den Heizkreislauf (nachher diskutiert), so daß kein Kältemittel zu der Seite der vorderen Einheit 10 fließt. Zu diesem Zeitpunkt ist ein erstes Elektromagnetventil 16 geschlossen, während ein zweites Elektromagnetventil 26 geöffnet wird. Das erste Elektromagnetventil 16 ist ein elektromagnetisch betriebenes, schließbares Ventil, das vorgesehen ist, eine Steuerung auszuführen, die es dem Kältemittel gestattet, aus dem Flüssigkeitstank 14 zu fließen oder um das Kältemittel am Fließen zu der Seite der vorderen Einheit 10 zu hindern. Das zweite elektromagnetische Ventil 26 ist ein elektromagnetisch betriebenes, schließbares Ventil, das vorgesehen ist, eine Steuerung auszuführen, die dem Kältemittel gestattet, aus dem Flüssigkeitstank 14 zu fließen oder um das Kältemittel am Fließen zu der Seite der hinteren Einheit 20 zu hindern. Mit anderen Worten, zu diesem Zeitpunkt fließt das von dem Kompressor 2 ausgestoßene Kältemittel durch das Vierwegeventil 4, den Bypass- Kanal 6, den ersten Flüssigkeitstank 14, das zweite Elektromagnetventil 26, den Sub- Kühler 22, den zweiten Flüssigkeitstank 25, den hinteren Verdampfer 23 und den Sub- Verdampfer 30 in der erwähnten Reihenfolge und kehrt dann zu dem Kompressor 2, wie in Fig. 2 gezeigt, zurück.
Der Heizkern 12 ist z. B. an seiner Einlaßseite mit einem elektromagnetisch betätigten Heißwasserventil 17 vorgesehen, das vorgesehen ist, während des Heizbetriebes der Klimaanlagensystem A geöffnet zu werden, so daß heißes Wasser (Motorkühlmittel) von dem Motor 1 in den Heizkern 12 eingeführt wird.
Der Sub- Verdampfer 30 ist z. B. an seiner Heißwasser- Einlaßseite mit einem Wasserventil 31 versehen (als ein Strömungsmengen- Steuerventil), dessen Öffnungsgrad steuerbar ist, z. B. durch einen Betätiger oder dergleichen. Dieses Wasserventil 31 wird in seinem Öffnungsgrad in Übereinstimmung mit einem thermischen Belastungszustand des Fahrzeuges gesteuert, um dadurch die Strömungsmenge des heißen Wassers, das durch den Sub- Verdampfer 30 fließt, während des Heizbetriebes zu steuern, wie nachher diskutiert wird.
Während des Kältebetriebes der Klimaanlage A fließt normalerweise das von dem Kompressor 2 ausgestoßene Kältemittel durch den Kältekreislauf (nachher diskutiert) zu beiden Seiten, der vorderen Einheit 10 und der hinteren Einheit 20. Zu diesem Zeitpunkt sind sowohl das erste Elektromagnetventil 16, als auch das zweite Elektromagnetventil 26 geöffnet. Mit anderen Worten, zu diesem Zeitpunkt fließt das Kältemittel, wie in Fig. 3 gezeigt, durch das Vierwegeventil 4, den Hauptkühler 3 und den ersten Flüssigkeitstank in der erwähnten Reihenfolge, und fließt dann nach Aufteilung in die Seite der vorderen Einheit 10 und in die Seite der hinteren Einheit 20. Anschließend werden die geteilten Flüsse des Kältemittels an dem Einlaß des Sub- Verdampfers 30 vereint und dann zu dem Kompressor 2 zurückgeführt. Noch genauer, für die vordere Einheit 10 fließt das von dem ersten Flüssigkeitstank 14 ausgelassene Kältemittel durch das erste Elektromagnetventil 16, das erste Expansionsventil 15 und den vorderen Verdampfer 13 in der erwähnten Reihenfolge und kehrt dann durch den Sub- Verdampfer 30 zu dem Kompressor 2 zurück. Für die hintere Einheit 20 fließt das Kältemittel von dem ersten Flüssigkeitstank 14 ausgelassene Kältemittel durch das zweite Elektromagnetventil 26, den Sub- Kühler 22, den zweiten Flüssigkeitstank 25, das zweite Expansionsventil 25 und den hinteren Verdampfer 23 in der erwähnten Reihenfolge und kehrt dann durch den Sub- Verdampfer 30 zu dem Kompressor 2 zurück.
Erste und zweite Druckdetektoren 18, 28 sind jeweils an den Hochdruckseiten des Kältekreislaufes vorgesehen, um einen Auslaßdruck (Pd) des Kompressors 2 zu erfassen. In diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Druckdetektor 18 an dem ersten Flüssigkeitstank 14 installiert, während der zweite Drucksensor 28 an dem zweiten Flüssigkeitstank 24 installiert ist. Jedem Druckdetektor 18, 28 ist ein druckempfindlicher Schalter eines sogenannten trinären Typs, der drei Diaphragmen enthält, oder ein Druckwandler (Drucksensor), der vorgesehen ist, einen erfaßten Druck in einen Spannungswert umzuwandeln. Wenn der Auslaßdruck des Kompressors 2 übermäßig ansteigt, wird eine Vielzahl von Steuerungen ausgeführt den Auslaßdruck des Kompressors 2 in Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen (die den Auslaßdruck des Kompressors repräsentieren) der Druckdetektoren 18, 28 zu erniedrigen. In diesem Ausführungsbeispiel werden beide der Druckdetektoren 18, 28 unter Umschalten in den Kältebetrieb oder in den Heizbetrieb verwendet, weil der Druck des flüssigen Kältemittels nach dem Durchgehen durch den Kühler anstelle des Auslaßdruckes des Kompressors verwendet wird. Insbesondere wird das Ausgangssignal des ersten Drucksensors 18 zum Steuern des Auslaßdruckes des Kompressors 2 im Kältebetrieb verwendet, während das Ausgangssignal des zweiten Drucksensors 28 für dasselbe Steuern in dem Wärmebetrieb verwendet wird.
Wie oben diskutiert, ist der Kältemittelrückführkanal 5 als zwischen der Auslaßseite (einer der Auslaßöffnungen) des Vierwegeventiles 4 und der Ansaugseite des Kompressors 2 angeordnet gezeigt und beschrieben worden. Dieser Kältemittelrückführkanal 5 dient das Kältemittel, das in dem Hauptkühler 3 und dergleichen verbleibt, zu dem Kompressor 2 in dem Fall zurückzuführen, daß das Motorkühlmittel nicht als eine Wärmequelle zum Erwärmen des Fahrgastinnenraumes verwendet werden kann, weil die Temperatur der Außenluft niedrig ist. Dies ermöglicht eine große Menge des Kältemittels zu verwenden, um eine Hochleistungserwärmung zu erreichen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein elektrischer Ventilator 7 vorgesehen, den Hauptkühler 3 zu kühlen. Zusätzliche Rückschlagventile 40, 41, 42 sind vorgesehen, um das Kältemittel an dem Fließen in die entgegengesetzte Richtung bezüglich der vorbestimmten Strömungsrichtung zu hindern.
Obwohl nicht gezeigt, ist es vorteilhaft, daß ein Akkumulator in der Leitung zwischen dem Sub- Verdampfer 30 und dem Kompressor 2 vorgesehen ist. Der Akkumulator ist ein Behälter, der eine im Verhältnis große Kapazität hat, darin das Kältemittel zu speichern und dient daher, das Kältemittel zu verdampfen, selbst wenn dazu das Kältemittel zu diesem in seinem flüssigen Zustand zurückkehrt. Das so verdampfte Kältemittel wird in den Kompressor 2 zurückgeführt, um dadurch zu verhindern, daß der Kompressor 2 infolge der Kompression der Flüssigkeit bricht.
Als nächstes wird anschließend die Betriebsweise der so angeordneten Klimaanlage A mit Wärmepumpen- Typ diskutiert.

Anfangszustand eines Wärmebetriebes

Wenn die Temperatur der Außenluft (außerhalb des Fahrzeuges) niedrig ist, so daß das Motorkühlmittel beim Starten des Heizbetriebes der Klimaanlage A eine niedrige Temperatur hat, ist es unmöglich, das Motorkühlmittel zum Erwärmen des Fahrgastinnenraumes unter Verwendung des Heizkernes 12 zu verwenden. Zu dieser Zeit ist das Kältemittel innerhalb des Hauptkühlers 3 und dergleichen verblieben und deshalb ist kein großer Betrag von Kältemittel in dem Kompressor 2 vorhanden. Im Fall des Ausführen VON Heizung für den hinteren Sitz wird unter dieser Bedingung eine Einstellung wie folgt vorgenommen: Das erste Elektromagnetventil 16 wird geschlossen; das zweite Elektromagnetventil 26 wird geöffnet: das Wasserventil 31 wird vollständig geöffnet; und das Vierwegeventil 4 ist in dem in Fig. 2 gezeigten Zustand.
Wenn der Kompressor 2 unter dieser Bedingung auf EIN geschaltet wird, wird das Kältemittel, das hauptsächlich in dem Kühler 3 und dergleichen verblieben ist, in die Ansaugseite des Kompressors 2 durch das Vierwegeventil 4 und den Kältemittelrückführkanal 5 eingeführt, um so wiederhergestellt zu werden.
Demzufolge wird der Kompressor 2 in einen Betriebszustand gebracht, um eine große Menge von Kältemittel auszugeben. Das Hochtemperatur- und -druckkältemittel kann nicht zu der Seite der vorderen Einheit 10 fließen und fließt demzufolge durch das Vierwegeventil 4, den Bypass- Kanal 6, den ersten Flüssigkeitstank 14, das zweite Elektromagnetventil 26, den Sub- Kühler 22, den zweiten Flüssigkeitstank 24, das zweite Expansionsventil 25, den hinteren Verdampfer 23 und den Sub- Verdampfer 30 in der erwähnten Reihenfolge, um so zu der Seite der hinteren Einheit 20 zufließen und dann zu dem Kompressor 2 zurückzukehren. In diesem Kreislaufprozeß des Kältemittels wird das in den Sub- Verdampfer 30 geflossene Niedertemperatur- und -druckkältemittel unter Wärmeaustausch zwischen ihm und dem Motorkühlmittel erwärmt, um so in der Temperatur erhöht zu sein, und wird dann in den Kompressor 2 eingesaugt, um wieder verdichtet zu werden. Dadurch wird das Kältemittel, das zurückgeführt worden ist und durch den Kompressor 2 wieder verdichtet wurde, in der Enthalpie erhöht oder im Kreislaufgleichgewicht angehoben und wird in seinem Hochtemperatur- und -druckkältemittelzustand von dem Kompressor 2 ausgestoßen. Gleichzeitig wird der Öffnungsgrad (in Übereinstimmung mit der Strömungsmenge des Kältemittels) des zweiten Expansionsventiles 25 gemäß der Temperatur des Kältemittels an dem Auslaß des Sub- Verdampfers 30 gesteuert, dessen Temperatur durch den temperaturempfindlichen Abschnitt 27 erfaßt wird. Demzufolge, wenn die Kältemitteltemperatur an dem Auslaß des Sub- Verdampfers 30 unter dem Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Motorkühlmittel sich erhöht, nimmt der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventiles 25 zu, so daß mehr Kältemittel zirkulieren kann. Da die Heizfähigkeit (Wärmeabgabefähigkeit) des Sub- Verdampfers 22 in Beziehung zu der Temperatur und der Strömungsmenge des Kältemittels steht, kann auf diese Art eine höhere Heizfähigkeit durch Erhöhen der Temperatur und der Strömungsmenge des ausgestoßenen Kältemittels erreicht werden. Solch eine Tendenz erhöht sich mit dem Zeitablauf, wodurch die unmittelbare oder schnelle Erwärmungsfähigkeit verbessert wird. D. h., wenn solch ein Betrieb der Klimaanlagensystem A für eine Weile fortgesetzt wird, so daß die Temperatur des Motorkühlmittels höher wird, wird der Betrag der Wärme, die von dem Motorkühlmittel zu dem Kältemittel in dem Sub-Verdampfer 30 absorbiert wird, erhöht und demzufolge wird die Temperatur des in den Kompressor 2 eingesaugten Kältemittels in einer multiplikativen Weise erhöht, so daß große Verbesserungen in der Heizleistung und der Schnellheizfähigkeit erreicht werden.
Gleichzeitig wird in die hintere Einheit 20 aufgenommene Luft durch den hinteren Verdampfer 23 entfeuchtet und gekühlt und dann durch den Sub- Kühler 22 erwärmt und fließt danach zu der stromabwärtigen Seite, um durch die vorbestimmten Öffnungen in das Fahrgastinnenraum eingeblasen zu werden. Dies realisiert ein Erwärmen mit Entfeuchten, bei dem die entfeuchtete Luft erwärmt wird.
Es ist möglich, solch eine Steuerung auszuführen, daß Luft an dem Intaktkommen mit dem Sub- Verdampfer 22 gehindert ist unter dem Betrieb einer Luftmischklappe (nicht gezeigt), bis die Temperatur der durch die Öffnungen eingeblasenen Luft auf eine vorbestimmte Temperatur ansteigt.
Die obige Diskussion ist für die Erwärmung nur für den Rücksitz geführt worden. Die Erwärmung für den Vordersitz wird nur durch Verwenden des Motorkühlmittels ausgeführt und demzufolge wird es bevorzugt, zumindest eine von ersten und zweiten Betriebsweisen auszuführen, bis die Temperatur des Motorkühlmittels auf ein für die erwärmung des Fahrgastinnenraumes geeignetes Niveau nach dem Starten des Motors 1 ansteigt. Die erste Betriebsweise besteht darin, das Warmwasserventil 17 zu schließen; und die zweite Betriebsweise besteht darin, zu verhindern, daß Luft in Kontakt mit dem Heizkern 12 unter der Wirkung einer Luftmischklappe (nicht gezeigt) kommt.
Selbst in dem Anfangszustand des Heizbetriebes der Klimaanlagensystem A gibt es einen Fall, in dem der Auslaßdruck des Kompressors 1 schnell zunimmt, wenn die Motordrehzahl des Motors 1, d. h. die Drehzahl des Kompressors 2 schnell zunimmt, z. B. bei dem Niederdrücken eines Beschleunigerpedals (nicht gezeigt) für eine schnelle Beschleunigung. In solch einem Fall ist es notwendig, eine Steuerung zum Erniedrigen des Auslaßdruckes des Kompressors 2 vorzunehmen, um den Kompressor 2 vor seinem Bruch zu schützen. Diese Notwendigkeit besteht allgemein während eines stabilen Heizbetriebes und deshalb wird die Steuerung zum Absenken des Auslaßdruckes des Kompressors 2 für den Betrieb der Klimaanlagensystem A während des stabilen Erwärmungsbetriebes nachstehend erläutert werden.

Während des stabilen Heizbetriebes

Wenn die Temperatur des Motorkühlmittels etwas ansteigt, so daß die Temperatur innerhalb des Fahrgastinnenraumes etwas ansteigt, wird die Menge des in den Sub- Verdampfer 30 eingeflossenen heißen Wassers durch Einstellen des Öffnungsgrades des Wasserventiles 31 unter der Wirkung eines Betätigers (nicht gezeigt) gesteuert, um eine vorbestimmte Heizleistung gemäß des thermischen Belastungszustandes des Fahrzeuges zu erhalten.
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad des Wasserventiles 31 und der Heizleistung in einem Zustand, bei dem die Temperatur des heißen Wassers (Motorkühlmittel) stabil ist. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, in dem temperaturstabilen Zustand des heißen Wassers, wenn sich der Öffnungsgrad des Wasserventiles 31 erhöht, erhöht sich die Menge des Kältemittels, das im Kältekreislauf zirkuliert, wie durch eine Linie L1 angezeigt; der Auslaßdruck (Pd) des Kompressors 2 nimmt, wie durch eine Linie L2 angezeigt, zu; und die Temperatur der durch die Öffnungen in das Fahrgastinnenraum eingeblasenen Luft erhöht sich, wie durch eine Linie L3 angezeigt. Das Prinzip der in Fig. 5 gezeigten Beziehung wird aus der obigen Erörterung deutlich. D. h., wenn der Öffnungsgrad des Wasserventiles 31 erhöht wird, erhöht sich die Menge des in den Sub- Verdampfer 30 eingeflossenen heißen Wassers (Motorkühlmittel) und demzufolge nimmt der Betrag des Wärmeaustausches zwischen dem heißen Wasser und dem Kältemittel zu, so daß die Temperatur des Kältemittels an dem Auslaß des Sub- Verdampfers 30 ansteigt. Als ein Ergebnis erhöht sich der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventiles 25, um die Strömungsmenge des Kältemittels zu erhöhen, während der Auslaßdruck des Kompressors 2 mit einem Anstieg der Temperatur des Kältemittels zunimmt, das en den Kompressor angesaugt werden soll. Dies erhöht die Wärmeabgabefähigkeit des Subkühlers 22, um dadurch die Temperatur der durch die Öffnungen eingeblasenen Luft in den Fahrgastinnenraum zu erhöhen.
Ein konkretes Beispiel der Steuerung der Wärmeabgabefähigkeit des Sub- Kühlers 22 wird erläutert. Wenn die Temperatur der Außenluft nicht so niedrig ist, so daß die Wärme des Motorkühlmittels nicht in dem thermischen Lastzustand (eine vorbestimmte Erwärmungsfähigkeit) des Fahrzeuges nicht erforderlich ist, wird das Wasserventil 31 vollständig geschlossen, um dadurch das Motorkühlmittel am Fließen in den Sub- Verdampfer 30 zu hindern. Dies verhindert, daß zu dem Kompressor 2 zurückzukehren, da Kühlmittel unnötig erhitzt wird.
Wenn die Temperatur der Außenluft sehr niedrig ist, so daß der thermische Lastzustand (eine vorbestimmte Erwärmungsfähigkeit) des Fahrzeuges sehr hoch ist (überthermischer Lastzustand), wird das Wasserventil 31 vollständig geöffnet, um dadurch die maximale Menge des Motorkühlmittels zu veranlassen, in den Sub- Verdampfer 30 zu fließen. Dies gestattet dem Kältemittel zu dem Kompressor 2 zurückzukehren, in durch den Sub- Verdampfer 30 maximal erwärmten Zustand, so daß die maximale Heizfähigkeit der Klimaanlage A gezeigt wird.
Wenn die Temperatur der Außenluft zwischen den obigen zwei Fällen ist, wird der Öffnungsgrad des Wasserventiles 31 gesteuert, um die Strömungsmenge des heißen Wassers zu regulieren, um in den Sub- Verdampfer 30 zu fließen, um so eine vorbestimmte Heizfähigkeit in Übereinstimmung mit dem thermischen Lastzustand des Fahrzeuges zu erhalten.
Somit wird der Öffnungsgrad des Wasserventiles 31 gemäß dem thermischen Lastzustand des Fahrzeuges gesteuert, um es dadurch möglich zu machen, die Klimaanlagensystem A zu veranlassen, eine feinstufige Heizleistung, geeignet für den thermischen Lastzustand des Fahrzeuges, zu zeigen.
Als nächstes werden Messungen zum Schützen des Kompressors 2, zu der Zeit, wenn der Auslaßdruck des Kompressors 2 in diesem Ausführungsbeispiel übermäßig ansteigt, erläutert.

Beispiel 1:

In diesem Beispiel werden eine Ein- Aus- Steuerung des Wasserventiles 31 und eine Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 gemäß dem Auslaßdruck des Kompressors ausgeführt. Ein Beispiel solcher Steuerungen wird in Fig. 6 gezeigt und wird diskutiert. Zuerst erfolgt eine Diskussion für eine Steuerweise, in einem Zustand, bevor die Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 vorgenommen wird. Wenn das Ausgangssignal (repräsentativ dem Auslaßdruck des Kompressors) des Druckdetektors 28 innerhalb des zweiten Flüssigkeitstanks 24 einen Wert nicht geringer als 23 kg/cm² G als einen ersten festgesetzten Wert erreicht, wird das Wasserventil 311 in seinen vollständig geschlossenen Zustand (AUS) gebracht. Wenn dasselbe Ausgangssignal auf einen Wert nicht höher als 20 kg/cm² G, als ein zweiter festgesetzter Wert abgesenkt wird, wird das Wasserventil 31 wieder in seinen vollständig geöffneten Zustand (EIN) gebracht. Es ist zu beachten, daß es angenommen wird, daß die über- thermische Lastbedingung, um das Wasserventil 31 beim Steuern der Strömungsmenge des heißen Wassers vollständig zu öffnen, eingerichtet worden ist, wenn der Auslaßdruck ungefähr 20 kg/cm² G ist.
In dieser über- thermischen Lastbedingung ist das Wasserventil normalerweise vollständig geöffnet, um den Sub- Verdampfer 30 zu betätigen, in dem der Kältezyklus konstant in einem Zustand arbeitet, bei dem der Auslaßdruck des Kompressors relativ hoch (ungefähr 20 kg/cm² G) ist. In diesem Zustand, wenn das Wasserventil 31 in seinen vollständig geschlossenen Zustand gebracht wird, erniedrigt sich der Auslaßdruck des Kompressors 2,wie in Fig. 5 gezeigt, so daß ein Druckanstieg des Kompressors 2 unterdrückt wird, um den Kompressor 2 zu schützen.
Im Fall, daß das Wasserventil 31 in seinen vollständig geschlossenen Zustand gebracht wird, erniedrigt sich die Temperatur der durch die Öffnungen eingeblasenen Luft gleichzeitig mit dem Absenken in dem Auslaßdruck des Kompressors 2, wie in Fig. 5 gezeigt; jedoch ist es entsprechend der Versuche bestätigt worden, daß eine Veränderung der Temperatur der durch die Öffnungen eingeblasenen Luft auf einen solch kleinen Wert unterdrückt werden kann, daß der Fahrzeuginsasse sich nicht unkomfortabel fühlen kann, so daß verhindert wird, daß sich der Komfort für den Fahrzeuginsassen beeinträchtigt, durch geeignetes Festlegen eines Standardeinstellwertes, bei dem der EIN- Zustand und der AUS- Zustand des Wasserventiles 31 geändert werden. Z. B. ist im Fall der in Fig. 6 gezeigten Steuercharakteristika die Temperaturänderung unter dem Schaltbetrieb des Wasserventiles 31 zwischen seinem EIN- Zustand und seinem AUS = Zustand innerhalb ungefähr 10ºC in einem Zyklus, der einen Temperaturanstieg von ungefähr 3 Minuten und eine Temperaturabsenkung von ungefähr 1 Minute enthält.
Zusätzlich zu der obigen Ein- Aus- Steuerung des Wasserventiles 31, wird auch die Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 ausgeführt, ähnlich der herkömmlichen Klimaanlagensystem vom Wärmepumpen- Typ, um mit einem Fall zurechtzukommen, bei dem der Auslaßdruck des Kompressors 2 übermäßig auf solch ein Ausmaß ansteigt, wie es nicht durch die ein- aus- Steuerung des Wasserventiles 31 gesteuert werden kann. Noch genauer, wenn das Ausgangssignal (repräsentativ für den Auslaßdruck des Kompressors) des Druckdetektors 28 innerhalb des zweiten Flüssigkeitstanks 24 einen Wert nicht geringer als 27 kg/cm² G als ein Standardwert zum Anhalten des Kompressors 2 erreicht, wird der Kompressor 2 angehalten oder in seinen AUS- Zustand gebracht. Wenn dasselbe Ausgangssignal auf einen Wert nicht höher als 20 kg/cm² G, als einen Standardwert zum Betreiben des Kompressors 2 abgesenkt wird, wird der Kompressor wieder betrieben oder in seinen EIN- Zustand gebracht.
Während der Drucksensor 28, der für diese Ein- Aus- Steuerung verwendet wird, ein druckabhängiger Schalter des sogenannten trinären- Typs oder der Druckwandler (Drucksensor) sein kann; wird es jedoch bevorzugt den Druckwandler von den Gesichtspunkten der Frequenz der Ein- Aus- Betätigungen und der Bereitschaft beim Wechseln der Einstellwerte zu verwenden.
Wie aus dem obigen deutlich wird, entsprechend dieses Ausführungsbeispieles, wenn der Auslaßdruck des Kompressors 2 übermäßig ansteigt, wird der Auslaßdruck des Kompressors 2 durch Ausführen der Ein- Aus- Steuerung des Wasserventiles 31 bei einem Zustand vor dem Ausführen der Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 ausgeführt. Als ein Ergebnis vermindert sich die Frequenz der an- aus- Betätigungen der Ein- Aus- Steuerungen des Kompressors 2 während eines Druckanstieges des Kompressors 2, um dadurch die Antriebsfähigkeit des Fahrzeuges zu verbessern. Zusätzlich kann gleichzeitig der Temperaturwechsel der durch die Öffnungen eingeblasenen Luft auf solch einen kleinen Wert unterdrückt werden, daß der Komfort der Fahrzeuginsassen nicht beeinträchtigt wird.
Es wird verstanden werden, daß die doppelten Schutzeinrichtungen vorgesehen sind, um mit einem Druckanstieg des Kompressors 2 zurechtzukommen, da die Ein- Aus- Steuerung des Wasserventils 31 zusätzlich zu der Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 ausgeführt wird, um dadurch die Zuverlässigkeit der Klimaanlagensystem A zu verbessern.
Während die Ein- Aus- Steuerung gezeigt und beschrieben worden ist, als an dem Wasserventil 31 ausgeführt zu werden, wird es verstanden werden, daß der Öffnungsgrad des Wasserventiles 31 kontinuierlich gemäß des Auslaßdruckes des Kompressors 2 verändert werden kann, um den Druckanstieg in dem Kompressor 2 zu unterdrücken. In diesem Fall ist es vorteilhaft, vorher die Kennliniendaten vorzubereiten, unter Berücksichtigung der Drehzahl des Kompressors 2 (oder der Motordrehzahl des Motors 1), um so die Temperaturänderung der durch die Öffnungen eingeblasenen Luft zu minimieren. Zusätzlich ist es vorteilhaft, als den Druckdetektor 28 den Druckwandler (Drucksensor) zu verwenden, der kontinuierliche Ausgangssignale liefern kann.

Beispiel 2

In diesem Beispiel werden eine Ein- Aus- (offen- geschlossen) Steuerung des ersten Elektromagnetventiles 16 und die Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 gemäß des Auslaßdruck des Kompressors 2 ausgeführt. In diesem Beispiel können der druckempfindliche Schalter des trinären Types oder der Druckwandler (Drucksensor) als der Druckdetektor 28 verwendet werden. Ein Beispiel solcher Steuerungen ist in Fig. 7 gezeigt und wird diskutiert. Zuerst wird eine Erläuterung zu einer Steuerungsweise in einem Zustand vor Ausüben der Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 geben. Wenn die Ausgangsleistung (repräsentativ dem Auslaßdruck des Kompressors) des Druckdetektors 28 innerhalb des zweiten Flüssigkeitstanks 24 einen Wert nicht geringer als 15,5 kg/ cm² G als einen dritten festgelegten Wert erreicht, wird das erste Elektromagnetventil 16 in seinen geöffneten Zustand gebracht. Wenn dasselbe Ausgangssignal auf einen Wert, nicht höher als 10 kg/cm² G als einen vierter Einstellwert gebracht wird, wird das Elektromagnetventil 16 wieder in seinen geschlossenen Zustand gebracht.
Während des Heizbetriebes der Klimaanlge A, wie oben diskutiert, ist das erste Elektromagnetventil 16, wie in Fig. 2 gezeigt, geschlossen. In diesem Zustand, wenn das erste Elektromagnetventil 16 geöffnet wird, so daß ein Teil des Kältemittels aus dem Flüssigkeitstank 14 zu der Seite der vorderen Einheit 10 fließt, fließt das Kältemittel auch in den vorderen Verdampfer, und demzufolge nimmt die Strömungsmenge des Kältemittels in Richtung der Seite der hinteren Einheit 20 ab. Zusätzlich fließt das Kältemittel, das nicht kondensiert worden ist, direkt in den vorderen Verdampfer 13 und demzufolge dient der vordere Verdampfer als ein Kühler, so daß der Auslaßdruck des Kompressors 2 erniedrigt wird.
Zusätzlich zu der obigen Ein- Aus- (offen- geschlossen-) Steuerung des ersten Elektromagnetventiles 16, wird auch die Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 ähnlich derjenigen von herkömmlichen Klimaanlagen vom Wärmepumpen- Typ ausgeführt, um so mit einem Fall zurechtzukommen, bei dem der Auslaßdruck des Kompressors 2 übermäßig auf solch ein Ausmaß ansteigt, daß er niclht durch die Ein- Aus- (offen- geschlossen-) Steuerung des Wasserventiles 31 reguliert werden kann. Noch genauer, wenn das Ausgangssignal (repräsentativ für den Auslaßdruck des Kompressors) des Druckdetektors 28 innerhalb des zweiten Flüssigkeitstankes 24 einen Wert nicht geringer als 27 kg/cm² G als einen Standardeinstellwert zum Anhalten des Kompressors 2 erreicht, wird der Kompressor 2 angehalten oder in seinen AUS- Zustand gebracht. Wenn sich dasselbe Ausgangssignal auf einen Wert nicht höher als 21 kg/cm² G als einen Standardwert zum Betrieb des Kompressors 2 erniedrigt, wird der Kompressor 2 wieder betrieben oder in seinen EIN- Zustand gebracht.
Wie aus dem obigen, nach diesem Beispiel deutlich wird, wenn der Auslaßdruck des Kompressors übermäßig ansteigt, wird der Auslaßdruck des Kompressors 2 durch Ausführen der Ein- Aus- (offen- geschlossen-) Steuerung des ersten Elektromagnetventiles 16 auf einer Stufe vor dem Ausführen der Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 erniedrigt. Als ein Ergebnis wird die Frequenz der Ein- Aus- Betätigungen in der ein- aus- Steuerung des Kompressors 2 während des Druckanstieges des Kompressor 2 erniedrigt, um dadurch die Fahrfähigkeit des Fahrzeuges zu verbessern. Zusätzlich zu diesem Zeitpunkt wird ein normaler Heizbetrieb an der Seite der hinteren Einheit 20 fortgesetzt, und demzufolge kann die Heizung für den Rücksitz nicht vermindert werden.
Es wird verstanden werden, daß doppelte Schutzeinrichtungen vorgesehen sind, um mit dem Druckanstieg des Kompressors 2 zurechtzukommen, da die Ein- Aus- (Offen- Geschlossen-) Steuerung des ersten Elektromagnetventiles 16 zusätzlich zu der Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 ausgeführt wird, um dadurch die Zuverlässigkeit der Klimaanlagensystem A zu verbessern.

Beispiel 3:

In diesem Beispiel werden eine Wechselsteuerung des Vierwegeventiles 4 und die Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 gemäß des Auslaßdruckes des Kompressors 2 ausgeführt. In diesem Beispiel können der druckabhängige Schalter des trinären Typs oder der Druckwandler (Drucksensor) als der Druckdetektor 28 verwendet werden. Ein Beispiel solcher Steuerungen wird in Fig. 8 gezeigt und diskutiert. Zuerst wird eine Steuerungsweise auf einer Stufe vor der Ausführung der Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 erläutert. Wenn das Ausgangssignal (repräsentativ dem Auslaßdruck des Kompressors) des Druckdetektors 28 innerhalb des zweiten Flüssigkeitstankes 24 einen Wert nicht geringer als 15,5 kg/cm² G als einen fünften Einstellwert erreicht, wird ein erster Betriebszustand des Vierwegeventiles 4 in einen zweiten Betriebszustand umgeschaltet, um dem Kältemittel zu gestatten, zu dem Hauptkühler 3 zu fließen. Wenn dasselbe Ausgangssignal auf einen Wert nicht höher als 10 kg/cm² G als einen sechsten Einstellwert vermindert wird, wird der zweite Betriebszustand des Vierwegeventiles 4 wieder in den ersten Betriebszustand umgeschaltet, um das Kältemittel am Fließen zu dem Kühler 3 zu hindern.
Während des Heizbetriebes der Klimaanlagensystem A, wie oben diskutiert, ist das Kältemittel nicht zu dem Hauptkühler 3, wie in Fig. 2 gezeigt, geflossen. In diesem Zustand, wenn der Betriebszustand des Vierwegeventiles 4 umgeschaltet wird, um dem von dem Kompressor 2 ausgestoßenen Kältemittel zu gestatten, zu dem Hauptkühler 3 zu fließen, erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Außenluft (mit einer niedrigen Temperatur), die in Kontakt mit dem Hauptkühler 3 ist, so daß die Kondensationsfähigkeit für das Kältemittel angehoben ist, um dadurch den Auslaßdruck des Kompressors 2 zu erniedrigen.
Zusätzlich zu der obigen Umschaltsteuerung des Vierwegeventiles 4 wird auch die Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 ähnlich derjenigen einer herkömmlichen Klimaanlage vom Wärmepumpen- Typ ausgeführt, um mit einem Fall zurechtzukommen, bei dem der Auslaßdruck des Kompressors 2 übermäßig auf solch ein Maß ansteigt, daß er nicht durch die Umschaltsteuerung des Vierwegeventiles 4 reguliert werden kann. Noch genauer, wenn das Ausgangssignal (repräsentativ dem Auslaßdruck des Kompressors) des Druckdetektors 28 innerhalb des zweiten Flüssigkeitstanks 24 einen Wert nicht geringer als 27 kg/cm² G als einen Standardwert zum Stoppen des Kompressors 2 erreicht, wird der Kompressor 2 gestoppt oder in seinen AUS- Zustand versetzt. Wenn sich dieselbe Ausgangsleistung auf einen Wert nicht höher als 21 kg/cm² G als ein Standardeinstellwert für den Betrieb des Kompressors 2 erniedrigt, wird der Kompressor 2 wieder betrieben oder in seinen EIN- Zustand gebracht.
Wie nach diesem Beispiel aus dem obigen deutlich wird, wenn der Auslaßdruck des Kompressors 2 übermäßig ansteigt, wird der Auslaßdruck des Kompressors 2 durch Ausführen der Umschaltsteuerung des Vierwegeventiles 4 auf einer Stufe vor dem Ausführen der Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 vermindert. Als ein Ergebnis wird die Frequenz der Ein- Aus Betätigungen in der Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 während des Druckanstieges des Kompressors 2 vermindert, um dadurch die Fahrfähigkeit des Fahrzeuges zu verbessern.
Es wird verstanden werden, daß doppelte Schutzeinrichtungen vorgesehen sind, mit dem Druckanstieg des Kompressors 2 zurechtzukommen, da die Umschaltsteuerung des Vierwegeventiles 4 zusätzlich zu der Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 ausgeführt wird, um dadurch die Zuverlässigkeit der Klimaanlagensystem A zu verbessern.

Während des Kühlbetriebes

Im Fall des Ausführens der Kühlung für sowohl die Vorder-, als auch die Hintersitze, wird eine Einstellung wie folgt vorgenommen: Das erste Elektromagnetventil 26 und das zweite Elektromagnetventil 26 werden geöffnet; das Vierwegevenntil 4 wird in den Zustand in Fig. 3 gebracht; und das Wasserventil 31 wird vollständig geschlossen. Um eine Temperatursteuerung für die Vordersitze zu erreichen, wird das Warmwasserventil 17 geöffnet gehalten.
In diesem Zustand, wenn der Kompressor EIN- geschaltet wird, wird das von dem Kompressor 2 ausgestoßene Kältemittel zur Seite der vorderen Einheit 10 und der Seite der hinteren Einheit 20 verzweigt. D. h., wie in Fig. 3 gezeigt, fließt das Kältemittel von dem Kompressor 2 durch das Vierwegeventil 4, den Hauptkühler 3 und den ersten Flüssigkeitstank 14 in der erwähnten Reihenfolge, und dann verzweigt zur Seite der vorderen Einheit 10 und der Seite der hinteren Einheit 20. Die verzweigten Kältemittel werden an dem Einlaß des Sub- Verdampfers 30 vereint und dann zu dem Kompressor 2 zurückgeführt. Noch genauer, für die vordere Einheit 10 fließt das von dem ersten Flüssigkeitstank 14 abgegebene Kältemittel durch das erste Elektromagnetventil 16, das erste Expansionsventil 15 und den vorderen Verdampfer 13 in der erwähnten Reihenfolge und fließt dann durch den Sub- Verdampfer 30 zu dem Kompressor 2 zurück. Für die hintere Einheit 20 fließt das von dem ersten Flüssigkeitstank 14 abgegebene Kältemittel durch das zweite Elektromagnetventil 26, den Sub- Kühler 22, den zweiten Flüssigkeitstank 25, das zweite Expansionsventil 25 und den hinteren Verdampfer 23 in der erwähnten Reihenfolge und fließt dann durch den Sub- Verdampfer 30 zu dem Kompressor 2 zurück. In diesem Zyklus des Kältemittels wird das Kältemittel, das bereits kondensiert und verflüssigt worden ist, durch den Hauptkühler 3 zu dem Sub- Kühler 22 in die hintere Einheit 20 zugeführt, und demzufolge ist der Sub- Kühler 22 in der Eignung nicht so hoch, als ein Wärmetauscher. Zusätzlich in dieser Zirkulation, da das Wasserventil vollständig geschlossen ist, um das heiße Wasser am Fließen in den Sub- Verdampfer 30 zu hindern, funktioniert der Sub- Verdampfer 30 nicht, um dadurch einen Temperaturanstieg an der Niederdruckseite zu verhindern, um somit die Verminderung der Kühlleistung der Klimaanlagensystem A zu vermeiden.
Dadurch wird die in den Luftkanal 11 der vorderen Einheit 10 genommene Luft für die vorderen Sitze unter dem Wärmeaustausch zwischen ihr und dem Kältemittel in dem vorderen Verdampfer 13 gekühlt und in Kaltluft umgewandelt. Die Kaltluft wird mit Warmluft (durch den Heizkern 12 erwärmte Luft) in einem geeigneten Verhältnis unter der Betätigung der Luftmischklappe (nicht gezeigt) gemischt, um so in der Temperatur reguliert zu werden. Andererseits kann die Kaltluft nicht mit der Warmluft gemischt werden. Die Kaltluft wird dann durch die vorbestimmten Öffnungen zu dem Fahrgastinnenraum eingeblasen.
Für den Rücksitz wird die in den Luftkanal 21 der hinteren Einheit 20 genommene Luft unter dem Wärmeaustausch zwischen ihr und dem Kältemittel in dem hinteren Verdampfer 23 gekühlt und entfeuchtet und in Kaltluft umgewandelt. Die Kaltluft wird mit Warmluft (durch den Sub- Kühler 22 erwärmte Luft) in einem geeigneten Verhältnis unter der Betätigung der Luftmischklappe (nicht gezeigt) gemischt, um so in der Temperatur eingestellt zu werden, oder kann mit der Warmluft nicht gemischt werden, und wird dann durch die vorbestimmten Öffnungen zu dem Fahrgastinnenraum eingeblasen.
Es wird verstanden, daß es ausreichend ist, daß das erste Elektromagnetventil 16 lediglich geschlossen wird, um die Vordersitze zu kühlen, und das zweite Elektromagnetventil 26 wird lediglich geschlossen, um nur den Rücksitz zu kühlen.
Als Maßnahme zum Schutz des Kompressors 2 zu der Zeit, wenn der Auslaßdruck des Kompressors 2 übermäßig ansteigt, werden hier eine Ein- Aus- Steuerung des elektrischen Ventilators 7 und die Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 gemäß des Auslaßdruckes des Kompressors 2 ähnlich derjenigen bei herkömmlichen Klimaanlagen vom Wärmepumpen- Typ ausgeführt. Zu diesem Zweck werden solche Steuerungen in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Druckdetektors 18 vorgenommen. Der Druckdetektor 18, der für diese Ein- Aus- Steuerung verwendet werden soll, kann ein druckabhängiger Schalter des sogenannten trinären Typs oder der Druckwandler (Drucksensor), genauso wie der während des Heizbetriebes betriebene Drucksensor 28 sein.
Ein Beispiel solcher Steuerungen ist in Fig. 9 gezeigt und wird erläutert. Zuerst erfolgt eine Diskussion für eine Steuerweise bei einem Zustand, bevor die Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 vorgenommen wird. Wenn das Ausgangssignal (repräsentativ dem Auslaßdruck des Kompressors) des Druckdetektors 18 innerhalb des zweiten Flüssigkeitstanks 24 einen Wert nicht geringer als 15,5 kg/cm² G erreicht, wird der elektrische Ventilator 7 auf EIN geschaltet. Wenn dasselbe Ausgangssignal auf einen Wert nicht höher als 10 kg/cm² G, als einen zweiten festgesetzten Wert abgesenkt wird, wird der elektrische Ventilator 7 auf AUS geschaltet. Wenn der Elektroventilator 7 auf EIN geschaltet wird, nimmt der Wärmeabgabebetrag des Hauptkühlers 3 zu, so daß sich der Druck des Kältemittels, um aus dem Hauptkühler 3 abgegeben zu werden, vermindert.
Zusätzlich zu der obigen Ein- Aus- Steuerung des elektrischen Ventilators 7 wird auch die Ein- Aus- Steuerung des Kompressors 2 ausgeführt, um mit dem Fall zurechtzukommen, bei dem der Auslaßdruck des Kompressors 2 übermäßig auf solch ein Maß ansteigt, daß er durch die Ein- Aus- Steuerung des elektrischen Ventilators 7 reguliert werden kann. Noch genauer, wenn das Ausgangssignal (repräsentativ dem Auslaßdruck des Kompressors) des Druckdetektors 28 innerhalb des zweiten Flüssigkeitstanks 24 einen Wert nicht geringer als 27 kg/cm² G als einen Standardwert zum Stoppen des Kompressors 2 erreicht, wird der Kompressor 2 gestoppt oder in seinen AUS- Zustand versetzt. Wenn sich dasselbe Ausgangssignal auf einen Wert nicht höher als 21 kg/cm² G als ein Standardeinstellwert für den Betrieb des Kompressors 2 erniedrigt, wird der Kompressor 2 wieder betrieben oder in seinen EIN- Zustand gebracht.
Während das Vierwegeventil 4 und der Kältemittelrückführkanal 5 gezeigt und beschrieben worden sind, als in diesem Ausführungsbeispiel für den Zweck des Rückführens des verbliebenen Kältemittels zu dem Kompressor 2 vorgesehen zu sein, wird es verstanden, daß es nicht wesentlich ist, so daß der Kühlbetrieb der Klimaanlage A ausgeführt wird ohne das verbliebene Kältemittel zu denn Kompressor 2 zurückzuführen. Für diesen Fall können, obwohl nicht gezeigt, zwei Ventile (betriebbar zum Öffnen oder zum Schließen) jeweils an dem Hauptkühler 3 und dem Bypass- Kanal 6 vorgesehen sein.

Claims

1. Klimaanlage mit Wärmepumpe (A) für eine Kraftfahrzeug, mit:

erster und zweiter Einheit (10, 20), die jeweils erste und zweite Luftstromkanäle (11, 21) haben, durch die in ein Passagierabteil des Fahrzeuges eingetretene Luft hereingenommen wird,

der ersten Einheit einschließlich eines Heizkernes (12) und eines ersten Verdampfers (13), die in dem ersten Luftstromkanal angeordnet und derart platziert sind, daß der Heizkern an der stromabwärtigen Seite des ersten Verdampfers relativ zum Luftstrom in dem ersten Luftkanal ist, wobei ein Motorkühlmedium in der Lage ist durch den Heizkern zu zirkulieren,

der zweiten Einheit einschließlich eines zweiten Kühlers (22) und eines zweiten Verdampfers (23), die in dem zweiten Luftstromkanal angeordnet und derart platziert sind, daß der zweite Kühler an der stromabwärtigen Seite des zweiten Verdampfers relativ zum Luftstrom in dem zweiten Luftkanal ist, wobei der zweite Kühler (22) und der zweite Verdampfer (23) fluid- verbunden sind, parallel mit dem ersten Verdampfer (13) und fluidverbunden in Reihe miteinander sind;

einem Kompressor (2) und einem ersten Kühler (3), außerhalb der ersten und zweiten Einheiten angeordnet, die einen Kühlzyklus einschließlich des ersten Verdampfers (13) bilden;

einem Kühlbetrieb- Kühlmittelkreislauf zum Ausführen eines Kühlbetriebes der Klimaanlage, der Kühlbetrieb- Kühlmittelkreislauf einschließlich des ersten Kühlers (3);

einem Wärmebetrieb- Kühlmittelkreislauf zum Ausführen eines Wärmebetriebes der Klimaanlage, der Wärmebetrieb- Kühlmittelkreislauf einschließlich eines Bypass- Kanales (6), um dem Kühlmittel zu gestatten unter Umgehen des ersten Kühlers zu fließen;

einem Kreislauf- Umschaltventil (4) zum Hervorrufen des Flusses des von dem Kompressor (2) ausgegebenen Kühlmittels, um zwischen dem Kühlbetrieb- Kühlmittelkreislauf und dem Wärmebetrieb- Kühlmittelkreislauf zu wechseln;

einem dritten Verdampfer (30), außerhalb der ersten und zweiten Einheiten (10, 20) angeordnet und mit einem Fluidauslaß des zweiten Verdampfers (23) fluid- verbunden, wobei das Motorkühlmedium in der Lade ist, durch den dritten Verdampfer zu zirkulieren, um das Kühlmittel, das mit dem Motorkühlmedium in dem dritten Verdampfer (30) erwärmt wird, zu dem Kompressor (2) zurückzuführen; und

einer Steuervorrichtung (31, 16, 4) zum Steuern des Flusses eines der Motorkühlmedien und des Kühlmittels in Übereinstimmung mit einem thermischen Belastungszustand des Fahrzeuges, während des Wärmebetriebes der klimaanlage, wobei die Vorrichtung in der Lage ist, den Fluß eines der Motorkühlmedien und des Kühlmittels in Übereinstimmung mit einem Entladungsdruck des Kompressors (2).

2. Klimaanlage mit Wärmepumpe (A) nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung ein Flußsteuerventil (31) enthält, zum Steuern eines Fließbetrages des Motorkühlmediums durch den dritten Verdampfer (30), in Übereinstimmung mit einem thermischen Belastungszustand des Fahrzeuges unter Steuerung eines Öffnungsgrades des Flußsteuerventiles, während des Wärmebetriebes der Klimaanlage.

3. Klimaanlage mit Wärmepumpe (A) nach Anspruch 2, wobei das Flußsteuerventil (31) festgelegt wird, seinen vollständig geschlossenen Zustand einzunehmen, um das Motorkühlmedium am Zirkulieren durch den Verdampfer (30) zu hindern, wenn ein Entladungsdruck des Kompressors (2) auf ein Niveau nicht niedriger eines ersten, festgelegten Wertes ansteigt, der geringer als ein Standardwert ist, den Betrieb des Kompressors zu stoppen, und seinen vollständig geöffneten Zustand einzunehmen, um dem Motorkühlmedium zu gestatten durch den dritten Verdampfer (30) zu zirkulieren, wenn sich der Entladungsdruck des Kompressors (2) auf ein Niveau nicht höher als ein zweiter festgelegter Wert, der niedriger als der erste festgelegte Wert ist, erniedrigt.

4. Klimaanlage mit Wärmepumpe (A) nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung ein Flußsteuerventil (16), zum Steuern einer Fließmenge des Kühlmittels, um zu dem ersten Verdampfer (13) eingeführt zu werden, enthält, das Flußsteuerventil (16), das festgelegt ist seinen geöffneten Zustand einzunehmen, um dem Kühlmittel zu gestatten zu dem ersten Verdampfer (13) eingeführt zu werden, wenn ein Entladungsdruck des Kompressors (2) auf ein Niveau, nicht geringer als ein dritter festgesetzter Wert, der geringer ist, als ein Standardwert, ansteigt, um einen Betrieb des Kompressors zu stoppen, und seinen geschlossenen Zustand einzunehmen, um das Kühlmittel vor dem Eingeführtwerden zu dem ersten Verdampfer (13) zu hindern, wenn sich der Entladungsdruck des Kompressors (2) auf ein Niveau nicht höher als ein vierter festgelegter Wert, der geringer als der dritte festgesetzte Wert ist, während des Wärmebetriebes der Klimaanlage erniedrigt.

5. Klimaanlage mit Wärmepumpe (A) nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung das Kreislauf- Umschaltventil (4) enthält, das festgelegt ist, seine erste Position einzunehmen, um den Fluß des von dem Kompressor (2) ausgegebenen Kühlmittels zu veranlassen zu dem Kühlbetrieb- Kühlmittelkreislauf zu wechseln, wenn der Entladungsdruck des Kompressors (2) auf ein Niveau ansteigt, nicht niedriger als der fünfte festgesetzte Wert, der geringer als ein Standardwert ist, um einen Betrieb des Kompressors zu stoppen, und um seine zweite Position einzunehmen, den Fluß des von dem Kompressor (2) ausgegebenen Kühlmittels zu veranlassen zu dem Wärmebetrieb- Kühlmittelkreislauf zu wechseln, wenn der Entladungsdruck des Kompressors (2) auf ein Niveau, nicht höher als ein sechster Wert ist, der geringer als der festgesetzte Wert während des Wärmebetriebes der Klimaanlage ist.