DE69911885T2

DE69911885T2 - Wärmepumpenartige Klimaanlage für ein Fahrzeug und Verfahren zur Korrosionsinhibierung und zum Erleichtern von Schnellerwärmung eines Fahrgastraumes während niedriger Temperaturen

Info

Publication number: DE69911885T2
Application number: DE69911885T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kariya-shi Takano; Satoshi Kariya-shi Izawa; Yasushi Kariya-shi Yamanaka; Hajime Kariya-shi Ito
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2019-11-03
Also published as: EP1000787B1; US6237681B1; JP2000142094A; EP1000787A3; DE69911885D1; JP4003320B2; EP1000787A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlkreislaufgerät nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 14.
Die US-A-5,291,941 offenbart ein solches Kühlkreislaufgerät für eine Klimaanlage mit einer selektiv betriebenen Kondensatorumgehungssteuerung.
Die US-A-5,201,189 offenbart einen Kältemittelkompressor mit einer Anfangsblockierverhinderungseinrichtung, bei welchem eine Umgehungskanaleinrichtung intern in dem Kompressor zur Verbindung zwischen der Ausgabeseite und der Saugseite vorgesehen ist, um dadurch eine Strömung des Kühlgases nach der Kompression von der Ausgabeseite zu der Saugseite zu erlauben, und bei welchem eine druckempfindliche Ventilschließeinrichtung in der Umgehungskanaleinrichtung zum Öffnen der Umgehungskanaleinrichtung, wenn eine Erniedrigung des in der Saugseite vorherrschenden Saugdrucks auf ein Niveau unter dem Atmosphärendruckniveau zu einer Zeit unmittelbar nach dem Start des Betriebs des Kompressors nach einer langen Betriebspause gemessen wird, angeordnet ist.
Die japanische Patentanmeldung der Offenlegungsnummer Hei. 5-223357 beschreibt ein Fahrzeug-Klimagerät mit einer Hilfswärmeinheit, die zum Unterstützen der Hauptwärmeinheit durch Leiten eines aus einem motorgetriebenen Kältemittelkompressor ausgegebenen gasförmigen Hochtemperatur/Hochdruck-Kältemittels über eine Druckverminderungseinheit zu einem Innenwärmetauscher ausgebildet ist, sodass der Wärmetauscher die durch einen Klimakanal strömende Luft erwärmt.
Wenn eine Kühlwassertemperatur höher als eine vorgegebenen Temperatur ist und die Wärmeleistung der Hauptwärmeinheit ausreichend hoch ist, wird das Fahrzeuginnere ausreichend erwärmt und der Kältemittelkompressor wird ausgeschaltet, um den Heißgas-Heizkreislauf zu stoppen. Wenn ferner die Kühlwassertemperatur niedriger als die vorgegebene Temperatur ist und deshalb die Wärmeleistung der Hauptwärmeinheit un zureichend ist, wird der Kältemittelkompressor eingeschaltet, um den Heißgas-Heizkreislauf zu starten.
Der Heißgas-Heizkreislauf des obigen Systems ist so ausgebildet, dass die durch Kompressionsarbeit des Kältemittelkompressors erzeugte Wärme durch einen Fahrzeug-Innenwärmetauscher abgestrahlt wird. Die Wärme wird in einer von einem typischen Wärmepumpenkreislauf, in dem der Fahrzeug-Innenwärmetauscher als Kältemittelkondensator funktioniert und in dem ein Fahrzeug-Außenwärmetauscher als ein Kältemittelverdampfapparat funktioniert, unterschiedlichen Weise abgestrahlt. Deshalb kann der Kreislauf arbeiten, selbst wenn die Außenlufttemperatur sehr niedrig ist, wie beispielsweise in der Nähe von –40°C.
In dem obigen Heizkreislauf bildet sich jedoch, wenn die Außentemperatur um –20°C beträgt, auf Grund der Eigenschaften des Kältemittels HFC-134a ein negativer Druck, bevor der Kältemittelkompressor gestartet wird. Aufgrund der Eigenschaften des Heißgas-Heizkreislaufs sinkt ferner, wenn der Saugabschnitt des Kältemittelkompressors auf einem negativen Druck ist, der Saugdruck (PS) eines Kompressorsaugabschnitts, unmittelbar nachdem der Kompressor startet, typischer Weise anfänglich, wie in 7 dargestellt, bevor er allmählich ansteigt. Da ein herkömmlicher motorgetriebener Kältemittelkompressor typischer Weise eine schwache Wellendichtung besitzt, neigt die Luft dazu, falls der Kompressorsaugdruck unter einen vorgegebenen Wert (z. B. -0,5 kg/cm² G) sinkt, aus dem Dichtabschnitt in den Kompressor einzudringen. Ein solches Eindringen ist unerwünscht, da es leicht eine Korrosion und einen anormal hohen Druckanstieg bewirkt.
In Anbetracht der obigen Einschränkungen des Standes der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Eindringen von Luft in den Kältemittelkompressor zu verhindern, wenn ein zweiter Hilfskühlkreis während sehr niedriger Außentemperaturbedingungen gestartet wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale in dem kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1, 6 und 14 gelöst.
Insbesondere ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, wenn der zweite Kühlkreis zu einer Zeit sehr niedriger Außenlufttemperatur gestartet wird, wenn die physikalische Größe bezüglich eines erfassten Kompressorsaugdrucks niedriger als ein vorgegebener Wert wird, Luft am Eindringen in den Kältemittelkompressor zu verhindern, ohne die Kompressorwellendichtung zu verbessern. Das Eindringen von Luft wird durch Steuern des Kältemittelkompressors derart, dass der zweite Kühlkreis automatisch gestoppt wird, verhindert. Da es ferner möglich ist, ein Eindringen von Luft in den Kältemittelkompressor zu verhindern, können eine Korrosion und ein anormal hoher Druck während des Hochlaufens des ersten Kühlkreises verhindert werden.
Wenn ferner der zweite Kühlkreis während sehr niedriger Außenlufttemperaturbedingungen gestartet wird, nachdem der Saugdruck des Kältemittelkompressors oder die physikalische Größe bezüglich des Saugdrucks geringer als ein vorgegebener Wert geworden ist und der zweite Kühlkreis automatisch gestoppt worden ist, ist es möglich, die Hauptwärmeinheit durch Neustarten des zweiten Kühlkreises nach einem vorgegebenen Zeitablauf zu unterstützen, sodass das Fahrzeuginnere während eines anfänglichen Hochlaufens der Hauptwärmeinheit schnell erwärmt werden kann.
1 ist eine Systemdarstellung des Aufbaus eines Fahrzeug-Klimageräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockschaltbild eines Steuersystems des Fahrzeug-Klimageräts in dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 ist ein Flussdiagramm der Kompressorsteuermethodik einer Klima-ECU des ersten Ausführungsbeispiels;
4 ist eine Graphik eines möglichen Startbereichs eines Kompressors, der aus der Kompressordrehzahl und einer Außenlufttemperatur bestimmt wird, in dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 ist eine Graphik eines möglichen Startbereichs eines Kompressors, der aus der Kompressordrehzahl und einer Außenlufttemperatur bestimmt wird, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine Flussdiagramm einer Kompressorsteuermethodik einer Klima-ECU gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
7 ist ein herkömmliches Zeitdiagramm von Veränderungen eines Ausgabedrucks (PD) eines Kompressors, ummittelbar nachdem der Kompressor gestartet wird, sowie eines Kompressorsaugdrucks (PS).
Bezug nehmend auf 1–4 wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine Fahrzeug-Klimaanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthält eine Klima-Steuereinheit ECU 10. Die Klimaanlage 1 enthält einen einen Luftkanal 11 zum Leiten von klimatisierter Lift in das Innere eines Fahrzeugs bildenden Klimakanal 2. An einer luftstromabwärtigen Seite des Klimakanals 2 sind eine Außenluftsaugöffnung, eine Innenluftsaugöffnung und eine Innenluft/Außenluft-Wechselklappe (nicht dargestellt) vorgesehen. An einer luftstromaufwärtigen Seite sind ein Zentrifugalgebläse 3 und Blasöffnungen, wie beispielsweise eine Enteisungsblasöffnung, eine Gesichtsblasöffnung und eine Fußblasöffnung, sowie eine Moduswahlklappe (nicht dargestellt) vorgesehen.
Das Zentrifugalgebläse 3 besteht aus einem Spiralgehäuse, das integral mit dem Klimakanal 2 vorgesehen ist, einem durch eine Gebläseantriebsschaltung (nicht dargestellt) gesteuerten Gebläsemotor 12 und einem Zentrifugallüfter 13, der durch den Gebläsemotor 12 drehbar angetrieben wird und eine Blaskapazität besitzt, die in einer kontinuierlichen oder stufenartigen Weise geregelt werden kann.
An einer stromaufwärtigen Seite der Blasöffnung erwärmt ein Heißwasserheizer 5 einer Heißwasserwärmeinheit 4 wieder die Luft, die durch einen Verdampfapparat 6 geströmt ist. Der Heißwasserheizer 5 ist an einer mittleren Stelle in einem Kühlwasserkreis 14 angeordnet, durch welchen eine durch einen Fahrzeugmotor E angetriebene Wasserpumpe (nicht dargestellt) Kühlwasser zirkuliert. Falls ein in dem Kühlwasserkreis 14 angeordnetes Heißwasserventil 15 geöffnet wird, lässt der Heißwasserheizer 5 das Kühlwasser, welches die Motorabwärme des Motors E aufgenommen hat, hindurch zirkulieren. Als Ergebnis wird die Luft wieder erwärmt, sodass das Kühlwasser zu einer Wärmequelle wird. Mit anderen Worten dient es als stromabwärtiger oder zweiter Wärmetauscher zum Heizen der Luft. Vorzugsweise besteht die Heißwasser-Wärmeinheit 4 aus dem Motor E, dem Heißwasserheizer 5, dem Kühlwasserkreis 14 und dem Heißwasserventil 15.
Als nächstes ist zwischen dem Zentrifugalgebläse 3 und dem Heißwasserheizer 5 der Verdampfapparat 6, der ein Bauteil einer Fahrzeug-Kühlkreiseinheit 20 bildet, quer über dem Luftkanal 11 in dem Klimakanal 2 angeordnet. Die Kühlkreislaufeinheit 20 enthält auch einen ersten Kühlkreis 21, einen zweiten Kühlkreis 22 sowie ein erstes und ein zweites elektromagnetisches Ventil 23, 24 zum Wechseln des ersten und des zweiten Kühlkreises 21, 22.
Der erste Kühlkreis 21 dient dem Zirkulieren eines aus einem Kompressor 10 ausgegebenen gasförmigen Hochtemperatur/Hochdruck-Kältemittels in der folgenden Reihenfolge: erstes elektromagnetisches Ventil 23; Kondensator 25; Auffanggefäß 26; Expansionsventil 27; Verdampfapparat 6; Speicher 28 und Kompressor 7. Ferner dient der zweite Kühlkreis 22 dem Zirkulieren eines aus dem Kompressor 7 ausgegebenen gasförmigen Hochtemperatur/Hochdruck-Kältemittels in der folgenden Reihenfolge: zweites elektromagnetisches Ventil 24; Druckverminderungseinheit 29; Verdampfapparat 6; Speicher 28 und Kompressor 7.
Falls das erste elektromagnetische Ventil 23 geöffnet ist und das zweite elektromagnetische Ventil 24 geschlossen ist, lässt die Kühlkreiseinheit 20 das Kältemittel durch den ersten Kühlkreis 21 zirkulieren. Ferner lässt die Kühlkreiseinheit 20, falls das erste elektromagnetische Ventil 23 geschlossen ist und das zweite elektromagnetische Ventil 24 geöffnet ist, das Kältemittel durch den zweiten Kühlkreis 22 zirkulieren. Übrigens enthält der Kreisschalter das erste und das zweite elektromagnetische Ventil 23, 24. Ferner bezeichnet die Bezugsziffer 16 einen Kühllüfter, der durch einen Antriebsmotor 17 drehbar angetrieben wird und welcher Außenluft zu dem Kondensator 25 bläst.
Der Verdampfapparat 6 entspricht einem Innenwärmetauscher. Wenn das Kältemittel durch den ersten Kühlkreis 21 strömt, lässt der Verdampfapparat ein Dampf/Flüssigkeit-Zweiphasenkältemittel niedriger Temperatur von dem Expansionsventil in den Kreis ²¹ strömen um zu verdampfen. Daher funktioniert der Verdampfapparat 6 als ein kühlender Wärmetauscher zum Kühlen der hindurch strömenden Luft.
Wenn ferner das Kältemittel durch den zweiten Kühlkreis 22 strömt, funktioniert der Verdampfapparat 6 als ein erster heizender Wärmetauscher zum Heizen der hindurch strömenden Luft durch Einleiten eines gasförmigen Hochtemperatur-Kältemittels aus der Druckverminderungseinheit 29. Hierbei lässt das Expansionsventil 27 das Kältemittel nicht nur adiabiatisch ausdehnen, sondern stellt auch eine Zirkulationsmenge des Kältemittels in Übereinstimmung mit einem Kältemittelüberhitzungsgrad eines Verdampfapparatauslasses ein.
Der Kompressor 7 ist vorzugsweise ein motorgetriebener Kolbenkompressor fester Verdrängung, der das aus seiner Saugöffnung angesaugte Kältemittel komprimiert und ein gasförmiges Hochtemperatur/Hochdruck-Kältemittel aus seiner Ausgabeöffnung aus gibt. Eine elektromagnetische Kupplung 8 zum Übertragen oder Unterbrechen einer Drehenergie des Motors E zu oder von dem Kompressor 7 ist mit einer Welle des Kompressors 7 verbunden. Ferner wird ein Riemen V sowohl durch eine Riemenscheibe 33 der elektromagnetischen Kupplung 8 als auch eine Kurbelwellenscheibe des Motors E gedreht, wodurch die Übertragung der Motordrehenergie auf den Kompressor 7 erleichtert wird.
Wenn die elektromagnetische Kupplung 8 erregt ist (ON), wird die Motordrehenergie über den Riemen V und die elektromagnetische Kupplung 8 zu dem Kompressor 7 übertragen. Die Kühlkreislaufeinheit 20 wird gestartet, und somit wird ein Luftkühlvorgang oder ein Luftheizvorgang durch den Verdampfapparat 6 durchgeführt. Ferner wird, wenn die elektromagnetische Kupplung 8 abgeschaltet ist (OFF), die Drehenergie des Motors E nicht auf den Kompressor 7 übertragen, und der Luftkühlvorgang oder Luftheizvorgang wird gestoppt.
Jeweilige Schaltsignale von jeweiligen Schaltern an einer Klimabedienkonsole (nicht dargestellt), die in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs vorgesehen ist, werden der Klima-ECU 10 eingegeben. Ein Heißgasschalter 99, ein Moduswahlschalter 100 zum Umschalten eines Klimamodus zu einem Kühlmodus oder einem Heizmodus, ein Temperatureinstellschalter 101 zum Einstellen einer Fahrzeuginnentemperatur auf eine gewünschte Temperatur, ein Klimaschalter 102 zum Starten oder Stoppen der Kühlkreislaufeinheit 20, ein Gebläseschalter 103 zum Ein/Ausschalten des Zentrifugalgebläses und dergleichen sind an der Klimabedienkonsole vorgesehen.
Ferner ist in der Klima-ECU 10 ein bekannter Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und dergleichen vorgesehen, und jeweilige Sensorsignale von jeweiligen Sensoren werden dem Mikrocomputer nach einer A/D-Umsetzung durch eine Eingangsschaltung (nicht dargestellt) eingegeben. Vorzugsweise ist die Klima-ECU so programmiert, dass beim Einschalten eines Zündschalters des Motors E (IG·ON) der Steuervorgang gestartet wird.
Ebenso werden jeweilige Sensorsignale von einem Innenlufttemperatursensor 104 zum Erfassen einer Fahrzeuginnenlufttemperatur, einem Außenlufttemperatursensor 105 zum Erfassen einer Fahrzeugaußenlufttemperatur und einem Sonnenenergiesensor 106 zum Erfassen einer in das Fahrzeuginnere gelangenden Sonnenenergie der ECU 10 eingegeben.
Ferner werden in die ECU 10 auch jeweilige Sensorsignale von einem Nachverdampfapparattemperatursensor 107 zum Erfassen der Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchlaufen des Verdampfapparats 6, einem Kühlwassertemperatursensor 108 zum Erfassen der Temperatur des in den Heißwasserheizer 5 strömenden Kühlwassers und einem Kältemitteldrucksensor 109 zum Erfassen eines Hochdrucks (PD) der Kühlkreislaufeinheit 20 eingegeben.
Übrigens erfassen die jeweiligen Schalter und Sensoren Luftzustandsumgebungsfaktoren, die für die Klimatisierung des Fahrzeuginneren erforderlich sind, und für den Innenlufttemperatursensor 104, den Außenlufttemperatursensor 105, den Nachverdampfapparattemperatursensor 107 und den Kühlwassertemperatursensor 108 werden bevorzugt Thermistoren verwendet. Ferner besitzt die Klima-ECU 10 einen Drehzahldetektor, der ein Motordrehzahlsensorsignal (nicht dargestellt) eingibt und dadurch die Kompressordrehzahl betreibt.
Als nächstes wird ein ECU-Wärmemodus gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 1–3 beschrieben.
Falls der Zündschalter eingeschaltet wird (IG·ON), wird die in 3 dargestellte Steuermethodik gestartet. Zuerst werden die jeweiligen Signale von den jeweiligen Schaltern an der Klimabedienkonsole gelesen (Schritt S1). Insbesondere werden ein ON- oder ein OFF-Signal des Heißgasschalters 99 und ein eingestellter Zustand (Kühlmodus oder Heizmodus) des Moduswahlschalters 100 gelesen.
Als nächstes werden die jeweiligen Sensorsignale gelesen (Schritt S2). Insbesondere werden eine durch den Außenlufttemperatursensor 105 erfasste Außenlufttemperatur (TAM), eine durch den Kühlwassertemperatursensor 108 erfasste Kühlwassertemperatur (TW) und ein durch den Kältemitteldrucksensor 109 erfasster Ausgabedruck (PD) des Kompressors 7 gelesen. Ferner wird basierend auf einer von dem Motordrehzahlsensor eingegebenen Motordrehzahl eine Drehzahl (NC) des Kompressors 7 berechnet und gelesen.
Als nächstes wird bestimmt, ob der Klimamodus ein Heizmodus ist. D. h. es wird bestimmt, ob durch den Moduswahlschalter 100 ein Heizmodus eingestellt ist (Schritt S3). Wenn das Ergebnis diese Bestimmung „N" ist, d. h. wenn der Klimamodus ein Kühlmodus ist, wird die elektromagnetische Kupplung (EMK) 8 eingeschaltet, um dadurch den Kompressor 7 zu starten, das erste elektromagnetische Ventil 23 wird geöffnet, das zweite elektromagnetische Ventil 24 wird geschlossen und die Kühlkreislaufeinheit 20 wird durch den ersten Kühlkreis 21 betrieben (Schritt S4). Anschließend wird die Routine von 3 verlassen.
Wenn ferner die Bestimmung in Schritt S3 „Y" ist, d. h. wenn der Modus ein Heizmodus ist, wird bestimmt, ob der Heißgasschalter 99 eingeschaltet ist (Schritt S5). Wenn diese Bestimmung „N" ist, wird die elektromagnetische Kupplung (EMK) 8 abgeschaltet, um dadurch automatisch den Kompressor 7 zu stoppen, und das erste und das zweite elektromagnetische Ventil 23, 24 werden geschlossen (Schritt S6). Anschließend wird die Routine verlassen.
Wenn ferner ein Ergebnis der Bestimmung in Schritt S5 „Y2 ist, d. h. wenn der Heißgasschalter ON ist, wird bestimmt, ob die Kühlwassertemperatur (TW) gleich einer oder niedriger als eine vorgegebene Temperatur (zum Beispiel 80°C) ist (Schritt S7). Wenn die Bestimmung „N" ist, geht der Steuerprozess weiter zu Schritt S6.
Wenn ferner die Bestimmung in Schritt S7 „Y" ist, wird ein Saugdruck (PS) des Kompressors 7 berechnet. Insbesondere wird der Saugdruck (PS) des Kompressors 7 aus einer Drehzahl (NC) des Kompressors, welche basierend auf einem Sensorsignal von dem Motordrehzahlsensor berechnet wird, und von einer durch den Außenlufttemperatursensor 105 erfassten Außenlufttemperatur (TAM) angenommen (Schritt S8).
Basierend auf dem Saugdruck (PS) des Kompressors 7 in Schritt S8 wird ein möglicher Startbereich bestimmt, in welchem beim Starten des Kompressors 7 ein Saugabschnitt des Kompressors 7 auf einem positiven Druck ist, sodass ein Eindringen von Luft durch den Wellendichtabschnitt des Kompressors 7 verhindert ist (Schritt S9).
Als nächstes wird bestimmt, ob der in Schritt S8 bestimmte Saugdruck (PS) des Kompressors 7 gleich oder höher als ein vorgegebener Wert (zum Beispiel -0,5 kg/cm² G) ist. Insbesondere wird bestimmt, ob die Außenlufttemperatur (TAM) oder die Drehzahl (NC) des Kompressors 7 in dem möglichen Startbereich des Kompressors 7 liegen (Schritt S10). Wenn ein Ergebnis dieser Bestimmung „N" ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S6.
Wenn ferner ein Ergebnis der Bestimmung in Schritt S10 „Y" ist, wird die elektromagnetische Kupplung (EMK) 8 eingeschaltet, um dadurch den Kompressor 7 (wieder) zu starten, das erste elektromagnetische Ventil 23 wird geschlossen, das zweite elektromagnetische Ventil 24 wird geöffnet, und somit wird die Kühlkreislaufeinheit 20 durch den zweiten Kühlkreis 22 betrieben (Schritt S11). Anschließend wird die Routine von 3 verlassen.
Als nächstes werden Betriebsmodi des Fahrzeug-Klimageräts dieses Ausführungsbeispiels kurz basierend auf 1–4 beschrieben.
A) Kühlmodus
Wenn der Klimamodus ein Kühlmodus ist, ist die elektromagnetische Kupplung 8 ON, das erste elektromagnetische Ventil 23 ist geöffnet und das zweite elektromagnetische Ventil 24 ist geschlossen. Deshalb zirkuliert ein von dem Kompressor 7 ausgegebenes gasförmiges Hochtemperatur/Hochdruck-Kältemittel durch den ersten Kühlkreis 21 und strömt in dem Verdampfapparat 6. Die in den Klimakanal 2 gesaugte Luft wird durch Wärmeaustausch mit einem Niedertemperatur/Niederdruck-Kältemittel in dem Verdampfapparat 6 gekühlt und in einen Fahrzeuginnenraum geblasen. Als Ergebnis wird der Fahrzeuginnenraum gekühlt.
B) Heizmodus
Wenn der Klimamodus ein Heizmodus ist, ist der Heißgasschalter 99 ON. Wenn die Kühlwassertemperatur (TW) gleich oder niedriger als eine vorgegebene Temperatur (zum Beispiel 80°C) ist und somit die Heißwasser-Wärmeinheit 4 den Fahrzeuginnenraum nicht ausreichend heizen kann und sie in einem möglichen Startbereich des Kompressors 7 ist, wird die elektromagnetische Kupplung 8 eingeschaltet, das erste elektromagnetische Ventil 23 wird geschlossen und des zweite elektromagnetische Ventil 24 wird geöffnet. Ferner wird auch das Heißwasserventil 15 geöffnet.
Deshalb zirkuliert das aus dem Kompressor 7 ausgegebene gasförmige Hochtemperatur/ Hochdruck-Kältemittel durch den zweiten Kühlkreis 22 und strömt in den Verdampfapparat 6. Ferner zirkuliert das Kühlwasser, das die Abwärme des Motors E aufgenommen hat, durch den Kühlwasserkreis 14 und strömt in den Heißwasserheizer 5. Die in den Klimakanal 2 gesaugte Luft wird durch Wärmeaustausch mit einem Hochtemperatur/ Niederdruck-Kältemittel in dem Verdampfapparat 6 geheizt und weiter durch Wärmeaustausch mit einem Hochtemperatur/Niederdruck-Kältemittel in dem Verdampfapparat geheizt und weiter durch Wärmeaustausch mit einem Hochtemperatur-Kühlwasser in dem Heißwasserheizer 5 geheizt und in einen Fahrzeuginnenraum geblasen. Als Ergebnis wird der Fahrzeuginnenraum erwärmt.
Wie in 4 dargestellt, wird der mögliche Kompressorstartbereich in diesem Ausfiihrungsbeispiel durch Bestimmen des Saugdrucks (PS) des Kompressors 7 aus zum Beispiel der Drehzahl (NC) des Kompressors 7 und der Außenlufttemperatur (TAM) entschieden.
Wenn zum Beispiel die Außenlufttemperatur –30°C beträgt und die Drehzahl des Kompressors 7 1.000 U/min. beträgt, wird bestimmt, dass der Saugdruck (PS) des Kompressors 7 ein vorgegebener Wert (zum Beispiel -0,5 kg/cm² G) ist. Deshalb wird, falls die Drehzahl des Kompressors 1.000 U/min. beträgt und die Außenlufttemperatur niedriger als –30°C ist oder falls die Außenlufttemperatur –30°C beträgt und die Drehzahl des Kompressors 7 höher als 1.000 U/min. ist, der Kompressor automatisch gestoppt (nicht gestartet), da die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass ein Saugabschnitt des Kompressors 7 beim Starten des Kompressors 7 auf einem negativen Druck ist.
Wenn die Außenlufttemperatur –20°C beträgt und die Drehzahl des Kompressors 7 3.000 U/min. beträgt, wird vorausgesagt, dass der Saugdruck (PS) des Kompressors 7 ein vorgegebener Wert (zum Beispiel -0,5 kg/cm² G) ist. Falls deshalb der Kompressor 7 bei 3.000 U/min. arbeitet und die Außenlufttemperatur niedriger als –20°C ist oder falls die Außenlufttemperatur –20°C beträgt und die Drehzahl des Kompressors höher als 3.000 U/min. ist, wird der Kompressor automatisch gestoppt (nicht gestartet), da die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass ein Saugabschnitt des Kompressors 7 während des Hochlaufens auf einem negativen Druck ist.
Wie oben erwähnt, wird, wenn der zweite Kühlkreis (Heißgasheizkreislauf) 22 während sehr niedriger Außenlufttemperaturbedingungen (zum Beispiel niedriger als –20°C) gestartet wird, wenn eine physikalische Größe bezüglich des Saugdrucks des Kompressors 7 niedriger als ein vorgegebener Wert ist, ein Absinken des Saugdrucks des Kompressors 7 unmittelbar nach dem Starten des Kompressors 7 durch automatisches Stoppen des Kompressors 7, um dadurch einen Zusatzwärmvorgang zu stoppen, verhindert, sodass eine negative Druckbedingung am Saugabschnitt des Kompressors 7 verhindert werden kann.
Deshalb ist es möglich, ein Eindringen der Luft in den Kompressors 7 zu verhindern, ohne den Wellendichtabschnitt, usw. des Kompressors 7 modifizieren zu müssen. Folglich ist es möglich, eine Kreislaufkorrosion zu verhindern. Zusätzlich ist es möglich, das Auftreten eines anormal hohen Druckzustandes während des Hochlaufens des ersten Kühlkreises zu verhindern, wenn der Betriebsmodus in einem Kühlmodus ist.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Saugdruck (PS) des Kompressors 7 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel bestimmt. Durch Korrigieren eines bestimmten möglichen Startbereichs basierend auf einer Temperatur des Kompressors 7 oder einer physikalischen Größe entsprechend einer Temperatur des Kompressors 7 (zum Beispiel Motortemperatur, Kühlwassertemperatur, Öltemperatur, Kältemitteldruck, wenn der zweite Kühlkreis 22 gestoppt wird, und dergleichen) kann der Kompressor 7 viel einfacher gestartet werden, da die Temperatur des Kompressors ansteigt.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hier sind Steuerzustände identisch zu jenen in dem Flussdiagramm von 3 mit identischen Ziffern bezeichnet, und auf die entsprechende Beschreibung wird verzichtet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Sensorsignal von einem nicht dargestellten Kältemitteldruckschalter (oder Kältemitteldrucksensor) der Klima-ECU 10 eingegeben. Deshalb ist es möglich, den Saugdruck (PS) des Kompressors 7 zu erfassen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird, wenn ein Ergebnis der Bestimmung in Schritt SS „Y" ist, d. h. wenn der Heißgasschalter 99 ON ist, ein Timer zurück gesetzt (I = 0) und gestartet (Schritt S21). Als nächstes wird bestimmt, ob der Zähler (I) des Timers zwischen 1 und 60 Sekunden ist (Schritt S22). Wenn ein Ergebnis dieser Bestimmung „Y", wird der Zähler (I) des Timers erhöht (I = I + 1) (Schritt S23). Anschließend kehrt die Steuerung zu dem Bestimmungsprozess in Schritt S22 zurück.
Wenn ferner ein Ergebnis der Bestimmung in Schritt S22 „N" ist, wird der Timer zurück gesetzt (I = 0) und dann gestartet (Schritt S24). Als nächstes wird bestimmt, ob die Kühlwassertemperatur (TW) niedriger als eine vorgegebene Temperatur (zum Beispiel 80°C) ist (Schritt S25). Wenn diese Bestimmung „N" ist, geht der Steuerprozess weiter zu Schritt S6.
Wenn ferner die Bestimmung in Schritt S25 „Y" ist, wird die elektromagnetische Kupplung (EMK) 8 eingeschaltet, um dadurch den Kompressor 7 (wieder) zu starten, das erste elektromagnetische Ventil 23 wird geschlossen, das zweite elektromagnetische Ventil 24 wird geöffnet, und somit wird die Kühlkreislaufeinheit 20 durch den zweiten Kühlkreis 22 betrieben (Schritt S26).
Als nächstes wird bestimmt, ob der durch den Druckschalter (oder Drucksensor) erfasste Saugdruck (PS) des Kompressors 7 niedriger als ein vorgegebener Wert (zum Beispiel – 0,5 kg/cm² G) ist (Schritt S27). Wenn diese Bestimmung „N" ist, kehrt der Prozess zurück zu Schritt S22.
Wenn ferner die Bestimmung in Schritt S27 „Y" ist, wird die elektromagnetische Kupplung (EMK) 8 abgeschaltet, um dadurch automatisch den Kompressor 7 zu stoppen, und das erste und das zweite elektromagnetische Ventil 23, 24 werden geschlossen (Schritt S28). Der Zähler (I) des Timers wird erhöht (I = I + 1) (Schritt S29). Anschließend kehrt der Prozess zurück zu Schritt S22.
Wie oben erwähnt, wird in diesem Ausführungsbeispiel der Saugdruck (PS) des Kompressors 7. direkt durch den Kältemitteldruckschalter (oder Kältemitteldrucksensor) erfasst. Wenn der erfasste Saugdruck (PS) niedriger als ein vorgegebener Wert (zum Beispiel -0,5 kg/cm² G) ist, wird die elektromagnetische Kupplung 8 abgeschaltet, um dadurch automatisch den Kompressor 7 (Heißgasheizkreislauf) zu stoppen. Ferner wird nach einem vorgegebenen Zeitablauf (zum Beispiel 60 Sekunden) nach dem automatischen Stoppen des Heißgas-Heizkreises die elektromagnetische Kupplung 8 eingeschaltet, um dadurch den Kompressor 7 wieder zu starten.
Da deshalb der Heißgas-Heizkreis nach einem vorgegebenen Zeitablauf nach dem automatischen Stoppen des Heißgas-Heizkreises wieder gestartet werden kann, wenn der das Kühlwasser des Motors verwendende Heißwasserheizer 5 der Heißwasserwärmeinheit 4 ein ausreichendes Heizen vorsieht, wird der Heißwasserheizer 5 durch zu dem Verdampfapparat 6 geleitetes heißes Gas unterstützt, sodass der Fahrzeuginnenraum nach dem Starten der Heißwasserwärmeinheit 4 schnell erwärmt werden kann.
[Weitere Ausführungsbeispiele]
Obwohl die Erfindung auf ein Fahrzeug-Kühlkreislaufgerät angewendet worden ist, kann sie auch auf das Klimakühlkreislaufgerät eines Flugzeugs, eines Schiffs, eines Schienenfahrzeugs und dergleichen angewendet werden. Ferner kann die Erfindung auch auf das Klimakühlkreislaufgerät einer Fabrik, eines Geschäfts, eines Hauses und dergleichen angewendet werden.
Während die obige Beschreibung das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bildet, kann die Erfindung ohne Verlassen des Schutzumfangs oder der Bedeutung der beiliegenden Ansprüche modifiziert werden. Verschiedene weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann nach dem Studium des vorstehenden Textes und der Zeichnungen in Zusammenhang mit den folgenden Ansprüchen offensichtlich.

Claims

Kühlkreislaufgerät, mit einem ersten Kühlkreis (21) mit einem Kältemittelkompressor (7) zum Ausgeben eines Hochtemperatur-Kältemittels, einem Außenwärmetauscher (25) zum Aufnehmen des ausgegebenen Kältemittels, einer ersten Druckverminderungseinrichtung (27) und einem Innenwärmetauscher (6) zum Kühlen von Luft, bevor das Kältemittel zu dem Kältemittelkompressor (7) zurück kehrt; einem zweiten Kühlkreis (22) mit einer zweiten Druckverminderungseinrichtung (29) und dem Innenwärmetauscher (6) zum Heizen der klimatisierten Luft, bevor das Kältemittel zu dem Kältemittelkompressor (7) zurück kehrt, wobei der zweite Kühlkreis (22) den Außenwärmetauscher (25) umgeht; und einer Klimasteuereinrichtung (10) zum Steuern des Kältemittelkompressors (7), dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugdruckerfassungseinrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe bezüglich eines Saugdrucks des Kältemittelkompressors (7) vorgesehen ist, und dass der zweite Kühlkreis (22) durch die Klimasteuereinrichtung (10) zum Steuern des Kältemittelkompressors (7) automatisch gestoppt wird, wenn die durch die Saugdruckerfassungseinrichtung erfasste physikalische Größe niedriger als ein vorgegebener Wert ist.
Kühlkreislaufgerät nach Anspruch 1, bei welchem die Klimasteuereinrichtung (10) den Kältemittelkompressor (7) derart steuert, dass der zweite Kühlkreis (22) nach dem automatischen Stoppen nach einem vorgegebenen Zeitablauf wieder gestartet wird.
Kühlkreislaufgerät nach Anspruch 1, bei welchem die Saugdruckerfassungseinrichtung eine Außenlufttemperaturmesseinrichtung (105) zum Erfassen einer Außenlufttemperatur und eine Drehzahlmesseinrichtung (110) zum Erfassen einer Drehzahl des Kältemittelkompressors (7) enthält, und die Saugdruckerfassungseinrichtung den Saugdruck des Kältemittelkompressors (7) basierend auf der erfassten Außenlufttemperatur und der erfassten Kompressordrehzahl bestimmt, einen möglichen Startbereich des Kältemittelkompressors (7) basierend auf dem bestimmten Saugdruck einstellt, und den Kältemittelkompressor (7) derart steuert, dass der zweite Kühlkreis (22) nur in dem möglichen Startbereich gestartet wird.
Kühlkreislaufgerät nach Anspruch 3, bei welchem die Saugdruckerfassungseinrichtung den möglichen Startbereich basierend auf einer physikalischen Größe korrigiert, welche eine Temperatur des Kältemittelkompressors (7) darstellt.
Kühlkreislaufgerät nach Anspruch 4, bei welchem die die Temperatur des Kompressors (7) darstellende physikalische Größe ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Motorkühlwassertemperatur, einer Motorschmieröltemperatur und einem Kältemitteldruck in dem ersten und dem zweiten Kühlkreis.
Kühlkreislaufgerät, mit einem ersten Kühlkreis (21) mit einem Kältemittelkompressor (7) und einem Innenwärmetauscher (6) zum Kühlen von Luft, bevor das Kältemittel zu dem Kältemittelkompressor (7) zurück kehrt; einem zweiten Kühlkreis (22) mit dem Innenwärmetauscher (6) zum Heizen der klimatisierten Luft, bevor das Kältemittel zu dem Kältemittelkompressor (7) zurück kehrt; und einer Kompressorsteuerung (10) zum wahlweisen Steuern des Betriebs des ersten und des zweiten Kühlkreises (21, 22), dadurch gekennzeichnet, dass ein Saugdruckdetektor zum Erfassen einer physikalischen Größe bezüglich eines Saugdrucks des Kältemittelkompressors (7) vorgesehen ist, dass die Kompressorsteuerung (10) den Betrieb des ersten und des zweiten Kühlkreises (21, 22) basierend auf der durch den Saugdruckdetektor erfassten physikalischen Größe steuert, und dass ein Kühlwasserkreis (4) zum Heizen der Luft mit erwärmtem Motorkühlwasser vorgesehen ist, wobei die Steuerung (10) den zweiten Kühlkreis (22) aktiviert, wenn die Temperatur des Kühlwassers in dem Kühlwasserkreis (4) in einem Luftheizmodus unter einem vorgegebenen Wert liegt.
Kühlkreislaufgerät nach Anspruch 6, bei welchem der erste Kühlkreis (21) einen Außenwärmetauscher (25) enthält, und der zweite Kühlkreis (22) den Außenwärmetauscher (25) umgeht.
Kühlkreislaufgerät nach Anspruch 6, ferner mit einer durch die Steuerung (10) gesteuerten Wechselschaltung (23, 24) zum Wechseln des Betriebs des ersten und des zweiten Kühlkreises (21, 22).
Kühlkreislaufgerät nach Anspruch 6, bei welchem die Steuerung (10) den zweiten Kühlkreis (22) nur aktiviert, wenn ein möglicher Kompressorstartbereich existiert.
Kühlkreislaufgerät nach Anspruch 9, bei welchem der mögliche Kompressorstartbereich existiert, wenn ein Kompressorsaugdruck in einen vorgegebenen Bereich fällt.
Kühlkreislaufgerät nach Anspruch 10, bei welchem der mögliche Kompressorstartbereich basierend auf einer Kompressortemperatur oder einer physikalischen Größe entsprechend der Kompressortemperatur korrigiert wird.
Kühlkreislaufgerät nach Anspruch 6, bei welchem die Kompressorsteuerung (10) den Betrieb des ersten und des zweiten Kühlkreises (21, 22) basierend auf einem durch den Saugdruckdetektor direkt erfassten Kompressorsaugdruck wahlweise steuert.
Kühlkreislaufgerät nach Anspruch 12, bei welchem die Steuerung (10) den Kompressor (7) und den ersten und den zweiten Kühlkreis (21, 22) für eine vorgegebene Zeit automatisch stoppt, wenn der Saugdruck unter einem vorgegebenen Niveau ist.
Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Hilfsluftheizkreises (22) in einem Fahrzeug-Klimasystem (1) mit einem Hauptluftheizkreis (4) und dem Hilfsluftheizkreis (22), wobei der Hilfsluftheizkreis (22) ein von einem Kompressor (7) ausgegebenes Kältemittel zirkuliert, gekennzeichnet durch die Schritte: Überwachen eines Systembetriebsmodus (S1–S5); Bestimmen einer Temperatur eines durch den Hauptluftheizkreis zirkulierenden Motorkühlwassers, wenn der Überwachungsschritt anzeigt, dass der Systembetriebsmodus ein Heizmodus ist (S7); Bestimmen, ob die Kompressorbetriebsparameter des Hilfsluftheizkreises in einen vorgegebenen Kompressorstartbereich fallen (S8–S10); und Starten des Kompressors des Hilfsluftheizkreises, wenn die Kompressorbetriebsparameter in den vorgegebenen Kompressorstartbereich fallen (S11).
Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem der Schritt des Bestimmens, ob ein Kompressorsaugdruck des Hilfsluftheizkreises in einen vorgegebenen Kompressorstartbereich fällt, aufweist: Messen der Außenlufttemperatur und der Kompressordrehzahl; und Schätzen des Kompressorsaugdrucks aus der Außenlufttemperatur und der Kompressordrehzahl.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner mit dem Schritt des Korrigierens des vorgegebenen Kompressorstartbereichs basierend auf einer Temperatur des Kompressors oder einer physikalischen Größe entsprechend der Temperatur des Kompressors.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner mit dem Schritt des direkten Messens des Kompressorsaugdrucks vor dem Schritt des Bestimmens, ob ein Kompressorsaugdrucks des Hilfsluftheizkreises in einen vorgegebenen Startbereich fällt (S27).
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit dem Stoppen des Kompressors und des Hilfsluftheizkreises für eine vorgegebene Zeit, wenn der Saugdruck unter einem vorgegebenen Niveau ist (S28).