DE69915963T2

DE69915963T2 - Fahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE69915963T2
Application number: DE69915963T
Authority: DE
Inventors: Robert Michael Runk; Theodore R. Cochran
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2019-09-18
Also published as: DE69915963D1; EP0993977B1; JP2000118234A; GB9909866D0; KR100349414B1; KR20000028885A; US6192700B1; EP0993977A3; GB2342711B; GB2342711A; EP0993977A2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klimaanlagensystem für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs und im Besonderen ein Klimaanlagensystem, dass sowohl Heizung als auch Kühlung für den Fahrgastraum bereitstellen kann.
Hintergrund der Erfindung
Klimaanlagensysteme für die Fahrgasträume von Kraftfahrzeugen sind wohl bekannt. Im Allgemeinen umfassen diese Systeme einen inneren Wärmetauscher (der sich innerhalb des Fahrgastraums befindet) und einen äußeren Wärmetauscher (der sich außerhalb des Fahrgastraums befindet). Ein Paar Fluiddurchlässe verbindet die Wärmetauscher, um die Zirkulation von Fluid durch die Wärmetauscher zu ermöglichen. Eine Ausdehnungseinrichtung ist in einem der Fluiddurchlässe angeordnet. Ein Kompressor und ein Speicher/Trockner ist in dem anderen Fluiddurchlass angeordnet. Wenn ein Fluid durch den Kompressor in Aufeinanderfolge durch den äußeren Wärmetauscher, die Ausdehnungseinrichtung, den inneren Wärmetauscher und den Speicher/Trockner gepumpt wird, wird Luft, die durch den inneren Wärmetauscher strömt, gekühlt, während die Luft in den Fahrgastraum hinein strömt. Wenn Fluid in der umgekehrten Richtung in Aufeinanderfolge durch den inneren Wärmetauscher, die Ausdehnungseinrichtung, den äußeren Wärmetauscher und den Speicher/Trockner gepumpt wird, wird Luft, die durch den inneren Wärmetauscher strömt, erhitzt, während die Luft in den Fahrgastraum hinein strömt. Ein Umschaltventil kann in dem anderen Fluiddurchlass angeordnet sein, um für die erforderliche Strömungsrichtung für das Fluid zu sorgen.
Im Allgemeinen wird eine pneumatische Anordnung verwendet, um die Verdrängung des Kompressors zu steuern, wobei die pneumatische Anordnung einen im Prinzip festgelegten Steuer-Sollwert aufweist. Eine solche Anordnung weist eine eingeschränkte Steuerung auf und sorgt nicht für eine volle Steuerung der Kompressorverdrängung über den ganzen Bereich möglicher Arbeitsbedingungen, speziell während des Heizens des Fahrgastraums. Ebenso ist die Verwendung einer Steuerung der Kompressordrehzahl in Kraftfahrzeugen ungeeignet, da der Kompressor vom Motor des Kraftfahrzeugs angetrieben wird und sich die Drehzahl des Motors ständig ändert.
Die US-A-5709102 beschreibt ein System, das innere und äußere Wärmetauscher, einen Kompressor und ein Umschaltventil aufweist. Die EP-A-0837291 beschreibt ein System, das Sensoren aufweist, die den Betrieb von Druckwandlern überwachen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme zu überwinden.
Ein Klimaanlagensystem gemäß der vorliegenden Erfindung für einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs umfasst einen ersten Wärmetauscher, der außerhalb des Fahrgastraums positionierbar ist; einen zweiten Wärmetauscher, der innerhalb des Fahrgastraums positionierbar ist; einen ersten Fluiddurchlass zwischen den ersten und zweiten Wärmetauschern; einen zweiten Fluiddurchlass zwischen den ersten und zweiten Wärmetauschern; eine Ausdehnungseinrichtung, die in dem ersten Fluiddurchlass angeordnet ist; einen Speicher/Trockner, der strömungstechnisch mit dem zweiten Fluiddurchlass verbunden ist; einen elektronisch gesteuerten Kompressor mit variablem Hub zum Pumpen von Fluid in den zweiten Fluiddurchlass und entweder in einer ersten Richtung aufeinanderfolgend durch den ersten Wärmetauscher, die Ausdehnungseinrichtung, den zweiten Wärmetauscher und den Speicher/Trockner oder in einer zweiten Richtung aufeinanderfolgend durch den zweiten Wärmetauscher, die Ausdehnungseinrichtung, den ersten Wärmetauscher und den Speicher/Trockner; ein Gegenstrommittel in dem zweiten Fluiddurchlass zum Steuern der Strömungsrichtung des Fluids; ein Sensormittel, das abhängig von einer oder mehreren gemessenen Bedingungen ein Ausgangssignal bereitstellt und ein Steuerungsmittel, das elektrisch mit dem Sensormittel und dem Kompressor verbunden ist, um das Ausgangssignal von dem Sensormittel aufzunehmen, und zum Steuern des Hubs des Kompressors abhängig von dem Ausgangssignal während der Fluidströmung in der zweiten Richtung.
Aufgrund der Verwendung eines elektronisch gesteuerten Kompressors mit variablem Hub erlaubt die vorliegende Erfindung eine präzisere Steuerung der Pumpkapazität des Kompressors, wenn das Klimaanlagensystem den Fahrgastraum heizt. Dies hat spezielle Vorteile, wenn zusätzliches Heizen erforderlich ist, d. h. beim ersten Starten des Motors des Kraftfahrzeugs, oder wo ein Motor eine geringe Wärmeabgabe bereitstellt. Die vorliegende Erfindung stellt ein Klimaanlagensystem bereit, das abhängig von den gemessenen Bedingungen arbeitet und dabei die Optionen aufweist, Vorteile im Hinblick auf Kraftstoffverbrauch, schnelleres Aufwärmen des Motors, verringerte Abgasemissionen und verbesserten Fahrgastkomfort bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nun lediglich beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Ansicht eines Klimaanlagensystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Querschnittsansicht eines Kompressors und eines Steuerventils für die Verwendung in dem Klimaanlagensystem von 1 ist; und
3 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel für die Steuerung des Kompressors des Klimaanlagensystems von 1 zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Mit Bezug auf 1 der Zeichnungen ist das Klimaanlagensystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug zum Heizen oder Kühlen des (nicht gezeigten) Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Das Klimaanlagensystem 10 umfasst die gewöhnlichen Komponenten eines Kompressors 12, eines äußeren Wärmetauschers 14, eines Auslassrohrs oder einer Ausdehnungseinrichtung 16, eines inneren Wärmetauschers 18 und eines Speichers/Trockners 20. Ein erster Fluiddurchlass 22 verbindet den äußeren Wärmetauscher 14 strömungstechnisch mittels der Ausdehnungseinrichtung 16 mit dem inneren Wärmetauscher 16. Ein zweiter Fluiddurchlass 24 verbindet den äußeren Wärmetauscher 14 strömungstechnisch mittels eines Umschaltventils 32 mit dem inneren Wärmetauscher 18. Der Kompressor 12 und der Speicher/Trockner 20 sind strömungstechnisch mittels des Umschaltventils 32 mit dem zweiten Fluiddurchlass 24 verbunden.
Während des normalen (kühlenden) Betriebs des Klimaanlagensystems 10 ist das Umschaltventil 32 so eingestellt, dass es eine Fluidströmung in der Richtung X derart erlaubt, dass die Luft, die durch den inneren Wärmtau scher 18 strömt, gekühlt wird, sodass das Klimaanlagensystem arbeitet, um den Fahrgastraum zu kühlen.
Wenn ein anfängliches, ergänzendes oder verlängertes Heizen des Fahrgastraums erforderlich ist, wird das Umschaltventil 32 betätigt, um die Strömung des Kühlfluids (in die Richtung Y), durch den inneren Wärmetauscher 18, das Auslassrohr 16 und den äußeren Wärmetauscher 14, umzukehren. In diesem Modus wirkt das Klimaanlagensystem 10 wie eine Wärmepumpe, sodass Luft, die durch den inneren Wärmetauscher 18 strömt, erwärmt wird, sodass das Klimaanlagensystem arbeitet, um den Fahrgastraum zu heizen.
Der Kompressor 12 ist ein elektronisch variierbarer Kompressor, dessen Betrieb durch ein elektronisches Verdrängungs-Steuerventil 26 gesteuert wird. Ein Beispiel für einen passenden Kompressor 12 und ein Steuerventil 26 ist in 2 gezeigt. Der in 2 gezeigte Kompressor 12 ist ein Taumelscheibenkompressor. Als eine Alternative kann ein Schrägscheibenkompressor verwendet werden.
Der Kompressor 12 umfasst eine Riemenscheibe 80, die mit einer drehbaren Welle 82 verbunden ist, und die durch einen Riemen 84 angetrieben wird. Eine Taumelscheibe 86 ist an der Welle 82 angebaut. Die Taumelscheibe 86 ist mit einem oder mehreren Kolben 88 verbunden. Eine Kurbelgehäuse-Kammer 90 befindet sich auf einer Seite der Kolben 88, wobei sich die Taumelscheibe 86 in der Kurbelgehäuse-Kammer befindet. Eine Auslasskammer 92 und eine Einlasskammer 94 sind sich auf der entgegengesetzten Seite der Kolben angeordnet. Die Einlasskammer 94 ist strömungstechnisch mit dem Speicher 20 verbunden. Die Auslasskammer 92 ist strömungstechnisch mit dem Umschaltventil 32 verbunden. Die anderen Komponenten des Klimaanlagensystem 10 sind, wie es in 1 gezeigt ist, strömungstechnisch verbunden. Die Fluidströmung durch die Kammern 90, 92, 94, und somit der Druck des Fluids in den Kammern, wird durch das Steuerventil 26 gesteuert.
Das Steuerventil 26 weist eine erste Ventilöffnung 96, die strömungstechnisch mit der Auslasskammer 92 verbunden ist, eine zweite Ventilöffnung 98, die strömungstechnisch mit der Kurbelgehäuse-Kammer 90 verbunden ist und als ein Einlass in diese fungiert, eine dritte Ventilöffnung 100, die strömungstechnisch mit der Kurbelgehäuse-Kammer 90 verbunden ist und als ein Auslass aus dieser fungiert, und eine vierte Ventilöffnung 102 auf, die strömungstechnisch mit der Einlasskammer 94 verbunden ist. Das Steuerventil 26 ist über eine Leitung 28 elektrisch mit einer Steuerungseinheit 30 verbunden, welche bevorzugt ein Mikroprozessor oder eine andere Computer-Steuerungseinheit ist. Die Steuerungseinheit 30 ist elektrisch durch Leitungen 34 (1) mit einem oder mehreren Sensoren, wie etwa einem Temperatursensor 36, welcher die Temperatur des Fluids in dem zweiten Fluiddurchlass 24 neben dem inneren Wärmetauscher 18 überwacht, einem Druckwandler 38, der den Druck des Fluids überwacht, das in den Speicher/Trockner 20 eintritt, einem Druckwandler 40, der den Druck des Fluids überwacht, das aus dem Kompressor 12 austritt, einem Temperatursensor 42, der die Temperatur des Motorkühlmittels überwacht, einem Temperatursensor 44, der die Umgebungstemperatur überwacht, einem Temperatursensor 46, der die Temperatur innerhalb des Fahrgastraums überwacht, und einem Fahrzeug-Drehzahlmesser 48 verbunden. Die Steuerungseinheit 30 kann auch über eine Leitung 50 elektrisch mit einem handbedienten Steuergerät 52 verbunden sein, das sich innerhalb des Fahrgastraums befindet und durch einen Fahrgast in dem Kraftfahrzeug bedienbar ist, um eine erforderliche Temperatur innerhalb des Fahrgastraums auszuwählen.
Der Hub des Kompressors 12 (oder genauer, die Verdrängung oder der Hub der Kolben 88) wird über den Betrieb des Steuerventils 26 gesteuert. Das Tastverhältnis des Steuerventils 26 wird verstellt, um den Kurbelgehäusedruck Pc des Fluids in der Kurbelgehäuse-Kammer 90, den Einlass-Ansaugdruck Ps des Fluids in der Einlasskammer 94 und den Auslassdruck Po des Fluids in der Auslasskammer 92 einzustellen. Wenn der Kurbelgehäusedruck Pc des Fluids im Wesentlichen gleich ist wie der Einlass-Ansaugdruck Ps des Fluids, befindet sich der Hub des Kompressor 12 an einem Maximum. Wenn der Kurbelgehäusedruck Pc des Fluids größer ist als der Einlass-Ansaugdruck Ps des Fluids, wird der Hub des Kompressors 12 von dem Maximalhub aus verringert. Durch passende Steuerung des Steuerventils 26 kann der Hub des Kompressors 12 gesteuert werden.
In einer alternativen Anordnung kann der Hub des Kompressors 12 durch ein elektronisches Steuerventil gesteuert werden, das die Fluidströmung von der Auslasskammer 92 zu der Kurbelgehäuse-Kammer 90 misst und eine festgelegte Überströmung von der Kurbelgehäuse-Kammer zu der Einlasskammer 94 nutzt. In einer weiteren Alternative kann die umgekehrte Anordnung verwendet werden – das heißt das Messen der Fluidströmung von der Kurbelgehäuse-Kammer 90 zu der Einlasskammer 94 und das Verwenden einer festgelegten Überströmung von der Auslasskammer 92 zu der Kurbelgehäuse-Kammer. Wie mit der oben beschriebenen Tastverhältnis-Anordnung können diese alternativen Anordnungen ebenfalls den Hub des Kompressors 12 steuern, indem der Druck in der Kurbelgehäuse-Kammer 90 und der Druckausgleich über den Kolben 88 herbeigeführt wird.
Die Steuerungseinheit 30 überwacht die Signale von einem oder mehreren der Sensoren 36–48 und des Steuergeräts 52 und steuert den Betrieb des Steuerventils 26 und somit den Betrieb des Kompressors 12 abhängig von den erfassten Signalen. Eine solche Anordnung sorgt für eine präzisere Steuerung der Pumpkapazität des Kompressors 12 während des Heizzyklus des Klimaanlagensystems 10, wenn der Fahrgastraum geheizt wird.
Einer der möglichen Steuerungsabläufe, die von der Steuerungseinheit 30 für den Betrieb des Kompressors 12 während des Heizens des Fahrgastraums ausgeführt werden, ist in 3 gezeigt. Der Ablauf beginnt mit einer anfänglichen Anforderung, Schritt 54, für das Heizen des Fahrgastraums. Die Steuerungseinheit 30 betätigt bei Schritt 56 das Steuerventil 26, um einen minimalen Arbeitshub für den Kompressor 12 bereitzustellen. Dann überprüft die Steuerungseinheit 30 bei Schritt 58, dass irgendwelche Verzögerungskriterien erfüllt sind. Wenn nicht, kehrt die Steuerungseinheit zu Schritt 56 zurück. Wenn ja, rückt die Steuerungseinheit 30 auf Schritt 60 vor und betätigt das Steuerventil 26, um den Hub des Kompressors 12 zu vergrößern. Als nächstes, bei Schritt 62, liest die Steuerungseinheit 30 zum Beispiel den Temperaturmesswert von dem Sensor 46 ein und vergleicht bei Schritt 64 diesen Temperaturmesswert mit einem vorgegebenen Höchstniveau. Falls der Temperaturmesswert von dem Sensor 46 gleich dem oder über dem vorgegebenen Maximum ist, schaltet die Steuerungseinheit 30 den Kompressor 12 ab (Schritt 66). Falls der Temperaturmesswert von dem Sensor 46 unter dem vorgegebenen Maximum liegt, vergleicht die Steuerungseinheit 30 bei Schritt 68 den Temperaturmesswert mit einem Zielniveau. Wenn der Temperaturmesswert über dem Zielniveau liegt, betätigt die Steuerungseinheit 30 bei Schritt 70 das Steuerventil 26, um den Hub des Kompressors 12 zu verkleinern. Wenn der Temperaturmesswert unter dem Zielniveau liegt, betätigt die Steuerungseinheit 30 bei Schritt 72 das Steuerventil 26, um den Hub des Kompressors 12 zu vergrößern. Wenn der Temperaturmesswert gleich dem Zielniveau ist, lässt die Steuerungseinheit 30 bei Schritt 74 das Steuerventil 26 unverändert, um den Hub des Kompressors 12 beizubehalten. Auf Schritt 70 oder Schritt 72 oder Schritt 74 folgend kehrt die Steuerungseinheit 30 zu Schritt 62 zurück und wiederholt den nachfolgenden Ablauf, oder geht zu Schritt 66, wenn das Heizen des Fahrgastraums nicht länger erforderlich ist.
Ähnliche Steuerungsabläufe können durch die Steuerungseinheit 30 zur Steuerung des Betriebs des Kompressors 12 während des Heizzyklus durchgeführt werden. Zum Beispiel kann der Hub des Kompressors 12 für ein schnelles Heizen des Fahrgastraums vom Kaltstart des Fahrzeugsmotors aus auf ein Maximum gesetzt werden. Die zusätzliche Last weist den zusätzlichen Vorteil der Reduzierung der Aufwärmzeit des Motors auf. Nach dem anfänglichen Betrieb wird der Kompressorhub verkleinert und gesteuert, um eine erforderliche stabile Temperatur innerhalb des Fahrgastraums bereitzustellen. Der Hub des Kompressors 12 kann gesteuert werden, um einen Druckspitzenwert in dem Fluid zu begrenzen und hierdurch die Gefahr einer Beschädigung des inneren Wärmetauschers 18 zu verkleinern. Der Hub des Kompressors 12 kann gesteuert werden, um einen sanften Anstieg des Hubs und eine sanfte Abnahme des Hubs bereitzustellen und somit das Risiko von Fluiddruckstößen zu reduzieren. Der Hub des Kompressors 12 kann geändert und Druckänderungen können überwacht werden, um einen geringen Fluidfüllstand oder ein Vereisen des äußeren Wärmetauschers 14 zu detektieren. Der Hub des Kompressors 12 kann gesteuert werden, um das Risiko eines Vereisens des äußeren Wärmetauschers 14 zu verringern, oder um einen Enteisungszyklus zu minimieren, der erforderlich ist (welcher zu einer Verringerung der Temperatur in dem Fahrgastraum führen kann). Die Anpassung des Kompressorhubs verbessert die Schmierung des Kompressors. Der anfängliche Hub des Kompressors 12 kann gesteuert werden, um das Risiko anfänglicher Fluiddruckstöße zu verringern, welche den Kompressor beschädigen können. Die Steuerungseinheit 30 kann auch die Fahrzeuggeschwindigkeit überwachen und den Betrieb des Kompressors 12 während des Motorleerlaufs anpassen, um eine im Wesentlichen konstante Temperatur in dem Fahrgastraum aufrechtzuerhalten.
Es können in dem Klimaanlagensystem gemäß der vorliegenden Erfindung eher alternative Gegenstrommittel als das Umschaltventil 32 vorgesehen sein. Die Steuerungseinheit 30 kann auch mit dem Umschaltventil 32 verbunden sein, um den Betrieb des Umschaltventils zu steuern.

Claims

Klimaanlagensystem für einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ersten Wärmetauscher (14), der außerhalb des Fahrgastraums positionierbar ist, einen zweiten Wärmetauscher (18), der innerhalb des Fahrgastraums positionierbar ist, einen ersten Fluiddurchlass (22) zwischen den ersten und zweiten Wärmetauschern, einen zweiten Fluiddurchlass (24) zwischen den ersten und zweiten Wärmetauschern, eine Ausdehnungseinrichtung (16), die in dem ersten Fluiddurchlass angeordnet ist, einen Speicher/ Trockner (20), der strömungstechnisch mit dem zweiten Fluiddurchlass verbunden ist, einen elektronisch gesteuerten Kompressor (12) mit variablem Hub zum Pumpen von Fluid in den zweiten Fluiddurchlass und entweder in einer ersten Richtung (X) aufeinanderfolgend durch den ersten Wärmetauscher, die Ausdehnungseinrichtung, den zweiten Wärmetauscher und den Speicher/Trockner oder in einer zweiten Richtung (Y) aufeinanderfolgend durch den zweiten Wärmetauscher, die Ausdehnungseinrichtung, den ersten Wärmetauscher und den Speicher/Trockner, ein Gegenstrommittel (32) in dem zweiten Fluiddurchlass zum Steuern der Strömungsrichtung des Fluids, ein Sensormittel (36–48), das abhängig von einer oder mehreren gemessenen Bedingungen ein Ausgangssignal bereitstellt und ein Steuerungsmittel (26, 30), das elektrisch mit dem Sensormittel und dem Kompressor verbunden ist, um das Ausgangssignal von dem Sensormittel aufzunehmen, und zum Steuern des Hubs des Kompressors abhängig von dem Ausgangssignal während der Fluidströmung in der zweiten Richtung.
Klimaanlagensystem nach Anspruch 1, wobei das Steuerungsmittel einen Mikroprozessor, der elektrisch mit dem Sensormittel verbunden ist, und ein Steuerventil umfasst, das mit dem Kompressor verbunden ist und durch den Mikroprozessor angesteuert wird, um den Hub des Kompressors zu steuern.
Klimaanlagensystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Sensormittel ein Temperatursensor ist, der die Temperatur des Fluids in dem zweiten Fluiddurchlass in der Nähe des zweiten Wärmetauschers und/oder die Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur innerhalb des Fahrgastraums überwacht.
Klimaanlagensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Sensormittel ein Druckaufnehmer ist, der den Druck des Fluids überwacht, das in den Speicher/Trockner eintritt, und/oder den Druck des Fluids, das aus dem Kompressor austritt.
Klimaanlagensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das des Weiteren ein manuell bedienbares Steuergerät umfasst, das elektrisch mit dem Steuerungsmittel verbunden ist und diesem ein Ausgangssignal liefert.
Klimaanlagensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gegenstrommittel ein Umschaltventil umfasst.