DE10343818B4

DE10343818B4 - Klimasystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10343818B4
Application number: DE10343818.1A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Itoh; Keiichi Kitamura; Toshinobu Homan
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2023-09-23
Also published as: JP4013717B2; DE10343818A1; JP2004114735A

Abstract

Klimasystem mit einem Dampfkompressions-Kühlkreis mit einem Fußmodus (Füße) zum Blasen von Luft unten in eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, einem Gesichtsmodus (Gesicht) zum Blasen der Luft oben in die Fahrgastzelle und einem Doppelmodus zum Blasen der Luft sowohl oben als auch unten in die Fahrgastzelle, umfassendein Klimagehäuse (80) zum Vorsehen eines Luftkanals der in die Fahrgastzelle blasenden Luft;ein in dem Klimagehäuse (80) angeordnetes Heizelement (32) zum Heizen der durch das Klimagehäuse (80) strömenden Luft, wobei die Heizleistung des Heizelements (32) regelbar ist;eine in dem Klimagehäuse (80) angeordnete Luftströmungsverhältnis-Regeleinrichtung (81) zum Regeln eines Verhältnisses eines durch das Heizelement (32) erwärmten Luftstroms zu dem an dem Heizelement (32) vorbei strömenden Luftstrom und zum Strömen der Luft stromab;einen Fußauslass, eingerichtet zum Blasen von Luft von unten in die Fahrgastzelle, wobei der Fußauslass in dem Klimagehäuse (80) stromabwärts des Heizelements (32) angeordnet ist;einen Gesichtsauslass, eingerichtet zum Blasen von Luft von oben in die Fahrgastzelle, wobei der Gesichtsauslass in dem Klimagehäuse stromabwärts des Heizelements (32) angeordnet ist;eine Luftblas-Wechseleinrichtung (84), eingerichtet zum Auswählen eines Modus von Fußmodus (Füße), Gesichtsmodus (Gesicht) und Doppelmodus, wobei der Fußauslass und der Gesichtsauslass dahingehend gesteuert werden, zu öffnen und zu schließen;eine elektronische Steuereinrichtung (90), eingerichtetzum Berechnen einer Zieltemperatur (TAO) der in die Fahrgastzelle blasenden Luft;zum Steuern einer Heizleistung des Heizelements (32), um die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements (32) gleich der Zieltemperatur (TAO) einzustellen, wenn der Fußmodus oder der Gesichtsmodus gewählt ist, undum die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelementes (32) höher als die Zieltemperatur (TAO) einzustellen, wenn der Doppelmodus ausgewählt ist;und zum Bestimmen eines Luftströmungsverhältnisses der Luftströmungsverhältnis-Regeleinrichtung (81) in einer solchen Weise, dass die gesamte Luftströmung durch das Heizelement (32) strömt, wenn die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements (32) gleich der oder niedriger als die Zieltemperatur (TAO) ist, und dass die Luftströmung zumindest teilweise an dem Heizelement (32) vorbei strömt, wenn die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements (32) höher als die Zieltemperatur (TAO) ist, wobeidie elektronische Steuereinrichtung (90) eingerichtet ist, das Luftströmungsverhältnis im Bereich zwischen vollständigem Durchströmen des Heizelements (32) bis Umgehung des Heizelementes (32) zu bestimmen, wenn ein Heizbetrieb und der Doppelmodus gewählt sind; wobeiim Doppelmodus die Temperatur von unten in die Fahrgastzelle geblasener Luft höher als die Temperatur von oben in die Fahrgastzelle geblasener Luft ist, undwobeidie elektronische Steuereinrichtung (90) ferner eingerichtet ist,die Heizleistung des Heizelements (32) dahingehend zu steuern, dass die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements (32) gleich einer inneren Luftblas-Ziel-Temperatur (TGCO) wird, welche der Zieltemperatur (TAO) entspricht, wenn der Heizbetrieb und der Fußmodus oder der Gesichtsmodus ausgewählt sind, und welche größer als die Zieltemperatur (TAO) ist, wenn der Heizbetrieb und der Doppelmodus ausgewählt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klimasystem mit einem Dampfkompressions-Kühlkreis für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere wird das Klimasystem für ein Elektrofahrzeug mit einer Brennstoffzelle, ein Hybridfahrzeug mit einem kombinierten System eines Verbrennungsmotors und eines Elektromotors, und dergleichen verwendet.
Ein Elektrofahrzeug hat eine vergleichsweise kleine Abwärme, kleiner als diejenige eines herkömmlichen Fahrzeugs nur mit einem Verbrennungsmotor. Deshalb erwärmt ein Klimasystem des Elektrofahrzeugs die in eine Fahrgastzelle blasende Luft mit einem Heizelement, welches ein Hochdruck-Kältemittel eines Dampfkompressions-Kühlkreises und/oder ein Verbrennungsgas einer Verbrennungsvorrichtung als Wärmequelle verwendet. Zum Beispiel offenbart die JP H11-20 458 A ein Klimasystem mit dem obigen Heizsystem.
In dem obigen Klimasystem, dessen Wärmequelle nicht die von dem Verbrennungsmotor abgegebene Abwärme ist, wird das Heizelement in einer solchen Weise geregelt, dass die Temperatur der durch das Heizelement zum Heizen der Luft strömenden Luft zu einer Luftblas-Zieltemperatur wird. In diesem Fall strömt die gesamte Menge der in die Fahrgastzelle blasenden Luft durch das Heizelement. Deshalb hat die durch das Heizelement strömende Luft im wesentlichen eine gleichmäßige Temperaturverteilung, d.h. die Luft eine homogene Temperatur.
Wenn ein Fahrgast in der Fahrgastzelle einen Doppelmodus wählt, welcher vorsieht, die Luft sowohl oben als auch unten in die Fahrgastzelle zu blasen, hat die oben in die Fahrgastzelle blasende Luft beinahe die gleiche Temperatur wie die unten in die Fahrgastzelle blasende Luft. Deshalb stellt das Klimasystem keine angenehme Klimatisierung für den Fahrgast in der Fahrgastzelle bereit. Dies deshalb, weil es dem Fahrgast in der Fahrgastzelle in einem Fall angenehm ist, wenn die Temperatur der oben in die Fahrgastzelle blasenden Luft niedriger als diejenige der unten in die Fahrgastzelle blasenden Luft ist. Hierbei bläst die oben in die Fahrgastzelle blasende Luft zu dem Gesicht des Fahrgasts, und die unten in die Fahrgastzelle blasende Luft bläst zu den Füßen des Fahrgasts.
DE 197 11 033 A1 beschreibt eine Klimaanlagensteuerung mit Temperaturregelung mit Doppelmodus.
DE 42 37 847 Al beschreibt eine Temperatursteuerung für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, nach welcher im Kopfbereich und im Fußbereich unterschiedliche Temperaturen vorgesehen werden.
In Anbetracht des obigen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Klimasystem für ein Kraftfahrzeug vorzusehen, bei welchem insbesondere im Fall eines Doppelmodus die oben in eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs blasende Luft so geregelt wird, dass sie eine andere Temperatur als diejenige der unten in die Fahrgastzelle blasenden Luft hat.
Diese Aufgabe wird durch ein Klimasystem mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Ein Klimasystem mit einem Dampfkompressions-Kühlkreis hat einen Fußmodus zum Blasen einer Luft unten in eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, einen Gesichtsmodus zum Blasen der Luft oben in die Fahrgastzelle und einen Doppelmodus zum Blasen der Luft sowohl oben als auch unten in die Fahrgastzelle. Das System enthält ein Klimagehäuse, ein Heizelement, eine Recheneinrichtung, eine Heizleistungs-Regeleinrichtung, eine Luftströmungsverhältnis-Regeleinrichtung und eine Luftströmungsverhältnis-Bestimmungseinrichtung.
Das Klimagehäuse sieht einen Luftkanal für die in die Fahrgastzelle geblasene Luft vor. Das Heizelement ist im Klimagehäuse zum Heizen der durch das Klimagehäuse strömenden Luft angeordnet. Die Recheneinrichtung berechnet eine Zieltemperatur der in die Fahrgastzelle blasenden Luft. Die Heizleistungs-Regeleinrichtung regelt eine Heizleistung des Heizelements derart, dass die Temperatur des Heizelements an die Zieltemperatur angeglichen wird. Die Luftströmungsverhältnis-Regeleinrichtung ist in dem Klimagehäuse zum Regeln eines Verhältnisses eines durch das Heizelement erwärmten Luftstroms zu einem an dem Heizelement vorbei strömenden Luftstrom und zum Strömen der Luft stromab angeordnet. Die Luftströmungsverhältnis-Bestimmungseinrichtung bestimmt das Luftströmungsverhältnis der Luftströmungsverhältnis-Regeleinrichtung in einer solchen Weise, dass der gesamte Luftstrom durch das Heizelement strömt, wenn die Temperatur des Heizelements gleich oder niedriger als die Zieltemperatur ist, und der Luftstrom an dem Heizelement vorbei strömt, wenn die Temperatur des Heizelements höher als die Zieltemperatur ist. Die Heizleistungs-Regeleinrichtung regelt die Heizleistung des Heizelements derart, dass die Temperatur des Heizelements höher als die Zieltemperatur gemacht wird, wenn der Doppelmodus ausgewählt wird.
In dem obigen Klimasystem wird, wenn der Doppelmodus ausgewählt wird, die in die Fahrgastzelle blasende Luft in zwei Teile aufgeteilt. Ein Teil der Luft strömt durch das Heizelement, sodass die Luft durch das Heizelement erwärmt wird. Der andere Teil der Luft strömt an dem Heizelement vorbei, sodass die Luft nicht erwärmt wird. Deshalb wird der eine Teil der Luft die warme Luft, und der andere Teil der Luft wird die kalte Luft. Im Doppelmodus bläst die warme Luft unten in die Fahrgastzelle und die kalte Luft bläst oben in die Fahrgastzelle. Somit wird die oben in die Fahrgastzelle blasende Luft so geregelt, dass sie eine andere Temperatur als diejenige der unten in die Fahrgastzelle blasenden Luft hat.
Wenn der Doppelmodus ausgewählt ist und die Zieltemperatur höher als eine vorgegebene Temperatur ist, regelt die Heizleistungs-Regeleinrichtung die Heizleistung des Heizelements vorzugsweise derart, dass der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements und der Zieltemperatur niedriger ist als die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements und der Zieltemperatur in einem Fall, in welchem die Zieltemperatur niedriger als die vorgegebene Temperatur ist. In diesem Fall ist der Anstieg des Energieverbrauchs des Klimasystems begrenzt.
Vorzugsweise erwärmt das Heizelement die Luft mittels eines Hochdruck-Kältemittels des Dampfkompressions-Kühlkreises als Wärmequelle.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ausgabedruck des Kältemittels in dem Dampfkompressions-Kühlkreis höher als ein kritischer Druck des Kältemittels. Besonders bevorzugt ist das Kältemittel in dem Dampfkompressions-Kühlkreis in diesem Fall Kohlendioxid.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Ausgabedruck des Kältemittels in dem Dampfkompressions-Kühlkreis niedriger als ein kritischer Druck des Kältemittels. Besonders bevorzugt ist das Kältemittel in dem Dampfkompressions-Kühlkreis in diesem Fall Freon.
Vorzugsweise enthält das Klimasystem ferner eine Klimakonsole, einen Innenlufttemperatursensor, einen Umgebungstemperatursensor und einen Sonneneinstrahlungssensor. Die Klimakonsole ist zum Eingeben einer Solltemperatur vorgesehen. Der Innenlufttemperatursensor erfasst eine Innenlufttemperatur, welche eine Temperatur der Luft in der Fahrgastzelle ist. Der Umgebungstemperatursensor erfasst eine Umgebungstemperatur, welche eine Temperatur der Umgebung außerhalb der Fahrgastzelle ist. Der Sonneneinstrahlungssensor erfasst eine in die Fahrgastzelle gelangende Sonneneinstrahlung. Die Recheneinrichtung berechnet die Zieltemperatur gemäß einer ersten Formel $TAO = KSET \times TSET - KR \times TR - KAM \times TAM - KS \times TS + C1$
wobei KSET, KR, KAM und KS Verstärkungsfaktoren sind und C1 eine Ausgleichskonstante ist.
Vorzugsweise enthält das Klimasystem ferner einen Wärmetauscher, einen ersten Lufttemperatursensor und einen zweiten Lufttemperatursensor. Der Wärmetauscher kühlt die Luft. Der erste Lufttemperatursensor erfasst eine erste innere Luftblastemperatur, welches eine Temperatur der aus dem Wärmetauscher blasenden Luft ist. Der zweite Lufttemperatursensor erfasst eine zweite innere Luftblastemperatur, welches eine Temperatur der aus dem Heizelement blasenden Luft ist. Die Luftströmungsverhältnis-Bestimmungseinrichtung bestimmt einen Öffnungsgrad der Luftströmungsverhältnis-Regeleinrichtung gemäß einer zweiten Formel $SW = {TAO - (TE + C 2)} / {TGC - (TE + C 2)} \times 100$
wobei C2 eine Ausgleichskonstante ist, wenn das Klimasystem in einem Modus außer dem Doppelmodus des Kühlvorgangs betrieben wird. Die Luftströmungsverhältnis-Bestimmungseinrichtung bestimmt den Öffnungsgrad der Luftströmungsverhältnis-Regeleinrichtung gemäß einer dritten Formel $SW = {TAO - (TE + C3)} / {(TGC+C4) - (TE + C3)} \times 100$
wobei C3 und C4 Ausgleichskonstanten sind, wenn das Klimasystem im Doppelmodus des Kühlvorgangs betrieben wird.
Wenn der Doppelmodus ausgewählt wird und die Zieltemperatur höher als die vorgegebene Temperatur ist, regelt die Heizleistungs-Regeleinrichtung vorzugsweise die Heizleistung des Heizelements derart, dass der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur des Heizelements und der Zieltemperatur kleiner gemacht wird als der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur des Heizelements und der Zieltemperatur in einem Fall, wenn die Zieltemperatur gleich oder niedriger als die vorgegebene Temperatur ist. Insbesondere regelt die Heizleistungs-Regeleinrichtung, wenn der Doppelmodus ausgewählt wird und die Zieltemperatur höher als die vorgegebene Temperatur ist, die Heizleistung des Heizelements derart, dass die Temperatur des Heizelements an die Zieltemperatur angeglichen wird.
Vorzugsweise berechnet die Recheneinrichtung eine zweite Zieltemperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements, und die Heizleistungs-Regeleinrichtung regelt, wenn der Doppelmodus ausgewählt wird und die Zieltemperatur höher als die vorgegebene Temperatur ist, die Heizleistung des Heizelements derart, dass der Temperaturunterschied zwischen der zweiten Zieltemperatur und der Zieltemperatur kleiner gemacht wird als der Temperaturunterschied zwischen der zweiten Zieltemperatur und der Zieltemperatur in einem Fall, wenn die Zieltemperatur gleich oder niedriger als die vorgegebene Temperatur ist. Insbesondere regelt die Heizleistungs-Regeleinrichtung, wenn der Doppelmodus ausgewählt wird und die Zieltemperatur höher als die vorgegebene Temperatur ist, die Heizleistung des Heizelements derart, dass die zweite Zieltemperatur an die Zieltemperatur angeglichen wird.
Vorzugsweise ist das Heizelement durch einen weiteren Wärmetauscher vorgesehen, der ein Hochdruck-Kältemittel des Dampfkompressions-Kühlkreises verwendet.
Obige sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Klimasystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit des Klimasystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens zum Steuern des Klimasystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 ein Flussdiagramm des Steuerverfahrens zum Steuern des Klimasystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 eine Graphik einer Steuerkennlinie einer Beziehung zwischen einer Luftblas-Zieltemperatur und einer Gebläsestufe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
6 eine Graphik einer Steuerkennlinie einer Beziehung zwischen der Luftblas-Zieltemperatur und einem Verhältnis einer Innenluftmenge zu einer Außenluftmenge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
7 eine Graphik einer Steuerkennlinie einer Beziehung zwischen der Luftblas-Zieltemperatur und einem Luftblasmodus gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
8 eine Graphik einer Steuerkennlinie einer Beziehung zwischen einer Umgebungstemperatur und der ersten inneren Luftblas-Zieltemperatur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
9 eine Graphik einer Steuerkennlinie einer Beziehung zwischen der Luftblas-Zieltemperatur und einer zweiten inneren Luftblas-Zieltemperatur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
10 eine schematische Darstellung eines Klimasystems gemäß einer Modifikation des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Erstes Ausführungsbeispiel
Ein Klimasystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt. Das Klimasystem mit einem Dampfkompressions-Kühlkreis wird für ein Elektrofahrzeug verwendet. Das Klimasystem enthält einen Kompressor 10, einen Außenwärmetauscher 20 und den ersten und den zweiten Innenwärmetauscher 31, 32. Der Kompressor 10 wird durch einen Elektromotor zum Ansaugen und Komprimieren eines Kältemittels des Dampfkompressions-Kühlkreises angetrieben. Der Außenwärmetauscher 20 bewirkt einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Außenluft außerhalb einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs zum Heizen oder Kühlen des Kältemittels. Der erste und der zweite Innenwärmtauscher 31, 32 bewirken einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der in die Fahrgastzelle blasenden Luft zum Heizen oder Kühlen der Luft.
Der zweite Wärmetauscher 32 ist in einem Klimagehäuse 80 angeordnet und im Luftstrom stromab des ersten Wärmetauschers 31 angeordnet. Das Klimagehäuse 80 sieht einen Luftkanal vor, durch welchen die Luft in die Fahrgastzelle bläst. Eine Luftmischklappe 81 ist an einer Kernfläche des zweiten Wärmetauschers 32 angeordnet. Die Kernfläche ist eine virtuelle Ebene eines Wärmetauscherabschnitts des zweiten Wärmetauschers 32, und die virtuelle Ebene schneidet die Luftströmung.
Die Luftmischklappe 81 als Verhältnisregler einer Luftströmungsmenge regelt ein Verhältnis der Luftströmungsmenge der durch den zweiten Wärmetauscher 32 strömenden Luft zu der an dem zweiten Wärmetauscher 32 vorbei strömenden Luftströmungsmenge. Somit fördert die Luftmischklappe 81 die Luft stromab des zweiten Wärmetauschers 32.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Kältemittel Kohlendioxid, und der Kompressor 10 komprimiert das Kältemittel, sodass der Ausgabedruck des Kältemittels, d.h. der Druck des Hochdruck-Kältemittels höher als der kritische Druck des Kältemittels komprimiert ist.
Ein Luftgebläse 82 und eine Innenluft/Außenluft-Wechselvorrichtung 83 sind im Luftstrom stromauf des ersten Wärmetauschers 31 angeordnet. Das Luftgebläse 82 bläst die Luft in das Klimagehäuse 80. Die Innenluft/Außenluft-Wechselvorrichtung 83 regelt das Verhältnis zwischen der Menge Innenluft in der Fahrgastzelle und der Menge Außenluft außerhalb der Fahrgastzelle. Dann wird die Luft in das Luftgebläse 82 eingeleitet. Eine Luftblasmodus-Wechselvorrichtung 84 ist im Luftstrom stromab des zweiten Wärmetauschers 32 angeordnet. Die Luftblasmodus-Wechselvorrichtung 84 schaltet den Modus des in die Fahrgastzelle blasenden Luftstroms.
Hierbei wird der Modus des Luftstroms, d.h. der Luftblasmodus wenigstens aus einem Fußmodus, einem Gesichtsmodus und einem Doppelmodus ausgewählt. Der Fußmodus sieht vor, die Luft unten in die Fahrgastzelle zu blasen, sodass die Luft zu den Füßen des Fahrgasts in der Fahrgastzelle geblasen wird. Der Gesichtsmodus sieht vor, die Luft oben in die Fahrgastzelle zu blasen, sodass die Luft zum Gesicht des Fahrgasts geblasen wird. Der Doppelmodus sieht vor, die Luft sowohl unten als auch oben in die Fahrgastzelle zu blasen, sodass die Luft zu sowohl dem Gesicht als auch den Füßen des Fahrgasts geblasen wird.
Das erste und das zweite Expansionsventil 41, 42 als Dekompressionseinrichtung dekomprimieren und dehnen das durch den Kompressor 10 komprimierte Hochdruck-Kältemittel in einem Zustand konstanter Enthalpie. Ein Speicher 50 als Gas/Flüssigkeit-Trenneinrichtung trennt das in den Speicher 50 geströmte Kältemittel in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel, sodass der Speicher 50 das flüssige Kältemittel als überschüssiges Kältemittel speichert und das gasförmige Kältemittel einer Saugseite des Kompressors 10 zuführt.
Ein Innenwärmetauscher 60 bewirkt einen Wärmeaustausch zwischen dem Hochdruck-Kältemittel vor seiner Dekomprimierung und dem in den Kompressor 10 gesaugten Niederdruck-Kältemittel. Der Innenwärmetauscher 60 ist aus einem ersten und einem zweiten Rohr 61, 62 aufgebaut und durch Verlöten des ersten und des zweiten Rohres 61, 62 gebildet. Das Niederdruck-Kältemittel strömt in dem ersten Rohr 61, und das Hochdruck-Kältemittel strömt in dem zweiten Rohr 62.
Das erste und das zweite Nebenkanalventil 41a, 42a sind Elektromagnetventile. Das erste und das zweite Nebenkanalventil 41a, 42a öffnen und schließen den ersten bzw. den zweiten Nebenkanal 41b, 42b. Der erste Nebenkanal 41b leitet das Kältemittel an dem ersten Expansionsventil 41 vorbei in den Speicher 50. Im allgemeinen strömt das Kältemittel von dem Innenwärmetauscher 60 zu dem ersten Expansionsventil 41. Der zweite Nebenkanal 42b leitet das Kältemittel an dem zweiten Expansionsventil 42 vorbei.
Somit ist der Dampfkompressions-Kühlkreis durch den Kompressor 10, den Außenwärmetauscher 20, den ersten und den zweiten Innenwärmetauscher 31, 32, das erste und das zweite Expansionsventil 41, 42 und dergleichen vorgesehen, sodass der Dampfkompressions-Kühlkreis Wärme von der Niedertemperaturseite zu der Hochtemperaturseite überträgt.
2 ist eine schematische Darstellung einer Steuereinheit des Klimasystems. Das Klimasystem enthält den ersten und den zweiten Lufttemperatursensor 91, 92, einen Umgebungstemperatursensor 93, einen Innenlufttemperatursensor 94, einen Sonneneinstrahlungssensor 95, einen Kältemittelausgabedrucksensor 96, einen Kältemittelausgabetemperatursensor 97, einen inneren Kältemitteltemperatursensor 98 und einen äußeren Kältemitteltemperatursensor 99.
Der erste Lufttemperatursensor 91 erfasst eine Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des ersten Innenwärmetauschers 31, sodass der Sensor 91 ein Signal entsprechend der erfassten Temperatur TE (d.h. der ersten inneren Luftblastemperatur TE) ausgibt. Der zweite Temperatursensor 92 erfasst eine Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des zweiten Innenwärmetauschers 32, sodass der Sensor 92 ein Signal entsprechend der erfassten Temperatur TGC (d.h. der zweiten inneren Luftblastemperatur TGC) ausgibt.
Der Umgebungstemperatursensor 93 erfasst eine Temperatur der Umgebungsluft außerhalb des Fahrzeugs, sodass der Sensor 93 ein Signal entsprechend der erfassten Temperatur TAM (d.h. der Umgebungstemperatur TAM) ausgibt. Der Innenlufttemperatursensor 94 erfasst eine Temperatur der Innenluft in der Fahrgastzelle, sodass der Sensor 94 ein Signal entsprechend der erfassten Temperatur TR (d.h. der Innenlufttemperatur TR) ausgibt. Der Sonneneinstrahlungssensor 95 erfasst eine in die Fahrgastzelle gelangte Sonneneinstrahlungsmenge, sodass der Sensor 95 ein Signal entsprechend der erfassten Strahlung TS (d.h. der Sonneneinstrahlungsmenge TS) ausgibt.
Der Kältemittelausgabedrucksensor 96 erfasst einen Druck des aus dem Kompressor 10 ausgegebenen Kältemittels, sodass der Sensor 96 ein Signal entsprechend dem erfassten Druck SP (d.h. dem Kältemittelausgabedruck SP) ausgibt. Der Kältemittelausgabetemperatursensor 97 erfasst eine Temperatur des aus dem Kompressor 10 ausgegebenen Kältemittels, sodass der Sensor 97 ein Signal entsprechend der erfassten Temperatur TD (d.h. der Kältemittelausgabetemperatur TD) ausgibt. Der innere Kältemitteltemperatursensor 98 erfasste eine Temperatur des aus dem zweiten Innenwärmetauscher 32 geströmten Kältemittels, sodass der Sensor 98 ein Signal entsprechend der erfassten Temperatur TCO (d.h. der inneren Kältemitteltemperatur TCO) ausgibt. Der äußere Kältemitteltemperatursensor 99 erfasst eine Temperatur des aus dem Außenwärmetauscher 20 geströmten Kältemittels, sodass der Sensor 99 ein Signal entsprechend der erfassten Temperatur THO (d.h. der äußeren Kältemitteltemperatur THO) ausgibt.
Der Fahrgast gibt eine Solltemperatur TSET durch Bedienen einer Klimakonsole 100 ein. Dann steuert eine elektronische Steuereinheit (ECU) 90 eine Drehzahl des Kompressors 10, einen Öffnungsgrad der Luftmischklappe 81, das Luftgebläse 82, die Innenluft/ Außenluft-Wechselvorrichtung 83, die Luftblasmodus-Wechselvorrichtung 84 und dergleichen gemäß der ersten inneren Luftblastemperatur TE, der zweiten inneren Luftblastemperatur TGC, der Umgebungstemperatur TAM, der Innenlufttemperatur TR, der Sonneneinstrahlungsmenge TS, dem Kältemittelausgabedruck SP, der Kältemittelausgabetemperatur TD, der inneren Kältemitteltemperatur TCO, der äußeren Kältemitteltemperatur THO, der Solltemperatur TSET und dergleichen.
Insbesondere gibt die ECU 90 Steuersignale an die Luftmischklappe (A/M) 81 zum Steuern eines Öffnungsgrades der Luftmischklappe 81, das Luftgebläse (BL) 82 zum Steuern einer Luftströmungsmenge des Luftgebläses 82, die Innenluft/Außenluft-Wechselvorrichtung (DOOR) 83 zum Steuern eines Verhältnisses der Menge Innenluft zu der Menge Außenluft, und die Luftblasmodus-Wechselvorrichtung (MODE) 84 zum Schalten des Luftblasmodus aus. Hierbei werden die Innenluft und die Außenluft von innerhalb bzw. außerhalb der Fahrgastzelle in das Luftgebläse 82 eingeleitet. Die Luftströmungsmenge des Luftgebläses 82 entspricht einer Gebläsestufe des Gebläses 82.
Außerdem gibt die ECU 90 Steuersignale an das erste Expansionsventil (EVC) 41 für den Kühlvorgang, das zweite Expansionsventil (EVH) 42 für den Heizvorgang, das erste Nebenkanalventil (VH) 41a für den Heizvorgang und das zweite Nebenkanalventil (VC) 42a für den Kühlvorgang aus. Ferner gibt die ECU ein Steuersignal an eine Motorantriebsschaltung 102 zum Zuführen von Energie an einen Elektromotor (nicht dargestellt) zum Antreiben des Kompressors 10 aus.
Als nächstes wird die Funktionsweise des Klimasystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Zusammenhang mit 3 und 4 beschrieben. 3 und 4 sind Flussdiagramme eines Steuerverfahrens zum Steuern des Klimasystems durch die ECU 90. Zuerst geben die Sensoren 91-99 Signale aus, sodass die ECU 90 in Schritt S100 die Signale von den Sensoren 91-99 liest. In Schritt S110 gibt der Fahrgast die Solltemperatur TSET ein, sodass die ECU 90 das Signal von der Klimakonsole 100 liest. Dann berechnet in Schritt S 120 die ECU 90 eine Luftblas-Zieltemperatur TAO auf der Basis der obigen Signale von den Sensoren 91-99 und der Klimakonsole 100. Die Luftblas-Zieltemperatur TAO ist eine Zieltemperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft und wird gemäß der ersten Formel F1 berechnet: $TAO = KSET \times TSET - KR \times TR - KAM \times TAM - KS \times TS + C1$
wobei KSET, KR, KAM und KS Regelfaktoren sind und C1 eine Ausgleichskonstante ist.
Als nächstes bestimmt die ECU 90 in Schritt S130, ob der Kompressor 10 zu arbeiten beginnt oder nicht. Wenn der Kompressor 10 bereits gearbeitet hat oder die ECU 90 bestimmt, dass der Kompressor arbeiten soll, sodass der Kompressor 10 zu arbeiten beginnt, bestimmt die ECU 90 in den Schritten S140, S 150 und S161-163 den Betriebsmodus gemäß der Luftblas-Zieltemperatur TAO. In diesem Ausführungsbeispiel setzt sich der Betriebsmodus aus einem Heizvorgang, einem Entfeuchtungsvorgang und einem Kühlvorgang des Dampfkompressions-Kühlkreises zusammen.
Insbesondere bestimmt die ECU 90, wenn die Luftblas-Zieltemperatur TAO gleich oder höher als eine erste vorgegebene Temperatur α (z.B. a=45°C) ist, dass der Dampfkompressions-Kühlkreis mit dem Heizvorgang arbeitet, d.h. der Betriebsmodus der Heizvorgang ist. In diesem Fall geht es von Schritt S140 zu Schritt S161. Wenn die Luftblas-Zieltemperatur TAO kleiner als die vorgegebene Temperatur α und höher als die zweite vorgegebene Temperatur β (z.B. β=15°C) ist, bestimmt die ECU 90, dass der Dampfkompressions-Kühlkreis mit dem Entfeuchtungsvorgang arbeitet, d.h. der Betriebsmodus der Entfeuchtungsvorgang ist. In diesem Fall geht es von Schritt S140 über Schritt S150 zu Schritt S162. Wenn die Luftblas-Zieltemperatur TAO gleich oder niedriger als die zweite vorgegebene Temperatur β ist, bestimmt die ECU 90, dass der Dampfkompressions-Kühlkreis mit dem Kühlvorgang arbeitet, d.h. der Betriebsmodus der Kühlvorgang ist. In diesem Fall geht es von Schritt S140 über Schritt S150 zu Schritt S163.
In allen Betriebsmodi bestimmt die ECU 90 in den Schritten S171-173, S181-183 und S191-193 die Gebläsestufe des Luftgebläses 82, das Verhältnis der Menge Innenluft zu der Menge Außenluft und einen Luftblasmodus. Hierbei werden die Innenluft und die Außenluft von innerhalb bzw. außerhalb der Fahrgastzelle in das Luftgebläse 82 eingeleitet. Das Verhältnis der Innenluft zu der Außenluft betrifft direkt einen Öffnungsgrad der Innenluft/Außenluft-Wechselvorrichtung 83.
Insbesondere wird die Gebläsestufe des Luftgebläses 82 gemäß der Luftblas-Zieltemperatur TAO bestimmt, wie dies in 5 dargestellt ist. 5 ist eine Graphik einer Steuerkennlinie einer Beziehung zwischen der Luftblas-Zieltemperatur TAO und der Gebläsestufe. Wenn die Luftblas-Zieltemperatur TAO eine obere Grenze oder eine untere Grenze erreicht, wird die Gebläsestufe erhöht. Hierbei sind die obere und die untere Grenze vorgegeben.
Das Verhältnis der Menge Innenluft zu der Menge Außenluft wird gemäß der Luftblas-Zieltemperatur TAO bestimmt, wie dies in 6 dargestellt ist. 6 ist eine Graphik einer Steuerkennlinie einer Beziehung zwischen der Luftblas-Zieltemperatur TAO und dem Verhältnis der Menge Innenluft zu der Menge Außenluft. Wenn die Luftblas-Zieltemperatur TAO ansteigt, wird der Anteil der Menge Innenluft verringert, d.h. das Verhältnis wird kleiner.
Der Luftblasmodus wird gemäß der Luftblas-Zieltemperatur TAO bestimmt, wie dies in 7 dargestellt ist. 7 ist eine Graphik einer Steuerkennlinie einer Beziehung zwischen der Luftblas-Zieltemperatur TAO und dem Luftblasmodus. Wenn die Luftblas-Zieltemperatur TAO steigt, ändert sich der Luftblasmodus von dem Gesichtsmodus über den Doppelmodus in den Fußmodus. In diesem Ausführungsbeispiel zeigt die Graphik eine Hysterese.
Wie in 4 dargestellt, bestimmt die ECU 90 als nächstes, wenn der Heizvorgang und der Entfeuchtungsvorgang ausgewählt sind und der Kühlvorgang mit dem Doppelmodus ausgewählt ist, in den Schritten S201-204 den Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 81 gemäß der zweiten Formel F2. Wenn der Kühlvorgang ohne Doppelmodus, d.h. der Kühlvorgang mit dem Gesichtsmodus oder dem Fußmodus, ausgewählt ist, bestimmt die ECU 90 in den Schritten S203 und S205 den Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 81 gemäß der dritten Formel F3. $SW = {TAO - (TE + C 2)} / {TGC - (TE + C 2)} \times 100$
$SW = {TAO - (TE + C3)} / {(TGC + C4) - (TE + C3)} \times 100$
wobei C2, C3 und C4 Ausgleichskonstanten sind. Vorzugsweise ist C4 auf eine negative Zahl wie beispielsweise -15 eingestellt.
In den obigen Formeln F2 und F3 wird, wenn die Heizleistung des zweiten Innenwärmetauschers 32 größer wird, d.h. die durch den zweiten Lufttemperatursensor 92 erfasste zweite innere Luftblastemperatur TGC größer wird, der Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 81 kleiner, um so die an dem zweiten Innenwärmetauscher 32 vorbei strömende Luftströmung zu erhöhen, d.h. die durch den zweiten Innenwärmetauscher 32 strömende Luftströmung zu verringern. Insbesondere wird die Luftmischklappe 81 in einer solchen Weise gesteuert, dass die gesamte Luftströmung durch den zweiten Innenwärmetauscher 32 strömt, wenn die Temperatur des zweiten Innenwärmetauschers 32 gleich der Luftblas-Zieltemperatur TAO ist, und dass die Luftströmung an dem zweiten Innenwärmetauscher 32 vorbei strömt, wenn die Temperatur des zweiten Innenwärmetauschers 32 höher als die Luftblas-Zieltemperatur TAO ist.
Hierbei ist, wenn der Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 81 0% beträgt, d.h. die Luftmischklappe 81 vollständig geschlossen ist, die Kernfläche des zweiten Innenwärmetauschers 32 ebenfalls vollständig geschlossen, sodass die gesamte in dem Klimagehäuse 80 strömende Luftströmung an dem zweiten Innenwärmetauscher 32 vorbei strömt. Mit anderen Worten strömt die gesamte Luftströmung nicht durch den zweiten Innenwärmetauscher 32. Im Gegensatz dazu ist, wenn der Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 81 100% beträgt, d.h. die Luftmischklappe 81 vollständig geöffnet ist, die Kernfläche des zweiten Innenwärmetauschers 32 ebenfalls vollständig geöffnet, sodass die gesamte in dem Klimagehäuse 80 strömende Luftströmung durch den zweiten Innenwärmetauscher 32 strömt.
Als nächstes bestimmt die ECU 90, wenn der Entfeuchtungsvorgang ausgewählt ist, eine Zieltemperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des ersten Innenwärmetauschers 31 (d.h. die erste innere Luftblas-Zieltemperatur TEO) in Schritt S212. Insbesondere wird die erste innere Luftblas-Zieltemperatur TEO gemäß der Umgebungstemperatur TAM bestimmt, wie in 8 dargestellt. 8 ist eine Graphik einer Steuerkennlinie einer Beziehung zwischen der Umgebungstemperatur TAM und der ersten inneren Luftblas-Zieltemperatur TEO. Wenn die Umgebungstemperatur TAM in einem mittleren Bereich ist, wird die erste innere Luftblas-Zieltemperatur TEO groß.
Wenn der Kühlvorgang ausgewählt ist, bestimmt die ECU 90 in Schritt S213 die erste innere Luftblas-Zieltemperatur TEO derart, dass die erste innere Luftblas-Zieltemperatur TEO auf die Luftblas-Zieltemperatur TAO gesetzt ist, welche bereits in Schritt S 120 bestimmt worden ist.
Wenn der Heizvorgang mit dem Doppelmodus ausgewählt ist, bestimmt die ECU 90 nicht die erste innere Luftblas-Zieltemperatur TEO. Jedoch bestimmt die ECU 90 in den Schritten S221 und S222 die Zieltemperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des zweiten Innenwärmetauschers 32 (d.h. die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO) gemäß der Formel F4. Wenn der Heizvorgang ohne den Doppelmodus ausgewählt ist, d.h. wenn der Heizvorgang mit dem Gesichtsmodus oder dem Fußmodus ausgewählt ist, bestimmt die ECU 90 nicht die erste innere Luftblas-Zieltemperatur TEO und die ECU 90 bestimmt in den Schritten S221 und S223 die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO derart, dass die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO auf die Luftblas-Zieltemperatur TAO, welche bereits in Schritt S 120 bestimmt worden ist, gesetzt wird. $TGCO = C5 \times TAO + C6 \times TE + C7$
wobei C5-C7 Konstanten sind, welche derart bestimmt sind, dass die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO höher als die Luftblas-Zieltemperatur TAO, d.h. TGCO>TAO wird.
Wenn der Entfeuchtungsvorgang mit dem Doppelmodus ausgewählt ist, bestimmt die ECU 90 in den Schritten S224 und S225 die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO gemäß der vierten Formel F4. Wenn der Entfeuchtungsvorgang ohne den Doppelmodus ausgewählt ist, d.h. wenn der Entfeuchtungsvorgang mit dem Gesichtsmodus oder dem Fußmodus ausgewählt ist, bestimmt die ECU 90 in den Schritten S224 und S226 die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO derart, dass die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO auf die Luftblas-Zieltemperatur TAO gesetzt wird, welche bereits in Schritt S120 bestimmt worden ist.
Als nächstes berechnet die ECU 90, wenn der Heizvorgang ausgewählt ist, in Schritt S231 einen Einstellwert der Drehzahl des Kompressors 10. Der Einstellwert der Drehzahl wird gemäß einer Abweichung zwischen dem Zielwert der zweiten inneren Luftblas-Zieltemperatur TGCO und dem aktuellen Wert der zweiten inneren Luftblastemperatur TGC, welcher durch den zweiten Lufttemperatursensor 92 erfasst wird, berechnet, sodass die zweite innere Luftblastemperatur TGC zu der zweiten inneren Luftblas-Zieltemperatur TGCO wird. Die Berechnung wird durch ein Fuzzy-Berechnungsverfahren durchgeführt.
Wenn der Kühlvorgang oder der Entfeuchtungsvorgang ausgewählt ist, berechnet die ECU 90 in Schritt S232 oder S233 einen Einstellwert der Drehzahl des Kompressors 10. Der Einstellwert der Drehzahl wird gemäß einer Abweichung zwischen dem Zielwert der ersten inneren Luftblas-Zieltemperatur TEO und dem aktuellen Wert der ersten inneren Luftblastemperatur TE, der durch den ersten Lufttemperatursensor 91 erfasst wird, berechnet, sodass die erste innere Luftblastemperatur TE zu der ersten inneren Luftblas-Zieltemperatur TEO wird. Die Berechnung wird durch ein Fuzzy-Berechnungsverfahren durchgeführt.
Als nächstes bestimmt die ECU 90, wenn der Heizvorgang ausgewählt ist, in Schritt S241 einen Kältemittelzieldruck der Hochdruckseite, sodass der Wirkungsgrad des Dampfkompressions-Kühlkreises beinahe maximal wird. Der Kältemittelzieldruck wird gemäß der Kältemitteltemperatur der Auslassseite des zweiten Innenwärmetauschers 32, d.h. der inneren Kältemitteltemperatur TCO, welche durch den inneren Kältemitteltemperatursensor 98 erfasst wird, bestimmt.
Wenn der Kühlvorgang ausgewählt ist, bestimmt die ECU 90 in Schritt S243 den Kältemittelzieldruck der Hochdruckseite, sodass der Wirkungsgrad des Dampfkompressions-Kühlkreises beinahe maximal wird. Der Kältemittelzieldruck wird gemäß der Kältemitteltemperatur der Auslassseite des Außenwärmetauschers 20, d.h. der äußeren Kältemitteltemperatur THO, welche durch den äußeren Kältemitteltemperatursensor 99 erfasst wird, bestimmt.
Als nächstes bestimmt die ECU 90, wenn der Heizvorgang ausgewählt ist, in Schritt S251 den Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils so, dass der Kältemitteldruck der Hochdruckseite zu dem in Schritt S241 bestimmten Kältemittelzieldruck der Hochdruckseite wird. Wenn der Kühlvorgang ausgewählt ist, bestimmt die ECU 90 den Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 41 in Schritt S253 so, dass der Kältemitteldruck der Hochdruckseite zu dem in Schritt S243 bestimmten Kältemittelzieldruck der Hochdruckseite wird.
Wenn der Entfeuchtungsvorgang ausgewählt ist, steuert die ECU 90 jeden Öffnungsgrad des ersten und des zweiten Expansionsventils 41, 42 derart, dass die Temperatur der in die Fahrgastzelle blasenden Luft zu der Luftblas-Zieltemperatur TAO wird. Insbesondere wird, wenn die ECU 90 die Temperatur der in die Fahrgastzelle blasenden Luft erhöht, der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 41 vergrößert und der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 42 verkleinert. In diesem Fall wird die Wärmeabstrahlung des zweiten Innenwärmetauschers 32 erhöht und die Wärmeabstrahlung des Außenwärmetauschers 20 verringert oder der Außenwärmetauscher 20 arbeitet zum Aufnehmen der Wärme.
Wenn dagegen die ECU 90 die Temperatur der in die Fahrgastzelle blasenden Luft verringert, wird der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 41 verkleinert und der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 42 vergrößert. In diesem Fall wird die Wärmeabstrahlung des zweiten Innenwärmetauschers 32 verringert und die Wärmeabstrahlung des Außenwärmetauschers 20 erhöht.
Dann steuert in Schritt S260 die ECU 90 jedes Gerät (d.h. jedes Stellglied) in einen bestimmten Zustand wie beispielsweise den bestimmten Luftblasmodus, den bestimmten Betriebsmodus, die bestimmte Gebläsestufe, die bestimmte Drehzahl und den bestimmten Öffnungsgrad.
Die Charakteristika jedes Betriebsmodus werden wie folgt beschrieben.
Heizvorgang
Wenn der Dampfkompressions-Kühlkreis im Heizvorgang betrieben wird, werden das erste Expansionsventil 41 und das zweite Nebenkanalventil 42a geschlossen, und das zweite Expansionsventil 42 und das erste Nebenkanalventil 41a werden geöffnet, wie in 1 dargestellt. In diesem Fall zirkuliert das Kältemittel durch den Kompressor 10, den zweiten Innenwärmetauscher 32, das zweite Expansionsventil 42, den Außenwärmetauscher 20, den Innenwärmetauscher 60 (d.h. das erste Rohr 61), das erste Nebenkanalventil 41a, den Speicher 50, den Innenwärmetauscher 60 (d.h. das zweite Rohr 62) und den Kompressor 10.
Wenn zu diesem Zeitpunkt der Luftblasmodus außer dem Doppelmodus ausgewählt ist, d.h. wenn der Fußmodus oder der Gesichtsmodus ausgewählt ist, beträgt der Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 81 100% (d.h. vollständig geöffnet). Deshalb wird die in die Fahrgastzelle blasende Luft durch das aus dem Kompressor 10 ausgegebene Hochtemperatur-Kältemittel in dem zweiten Innenwärmetauscher 32 erwärmt. Außerdem bewirkt der Innenwärmetauscher 60 stromab des Außenwärmetauschers 20, weil das Kältemittel durch das zweite Expansionsventil 42 dekomprimiert worden ist, sodass die Temperatur des Kältemittels verringert ist, kaum einen Wärmeaustausch.
Wenn der Doppelmodus ausgewählt ist, beträgt der Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 61 weniger als 100% und mehr als 0%. Deshalb wird die durch den ersten Innenwärmetauscher 31 strömende Luft in zwei Teile getrennt. Ein Teil der Luft strömt durch den zweiten Innenwärmetauscher 32, sodass die Luft durch den zweiten Innenwärmetauscher 32 erwärmt wird. Der andere Teil der Luft strömt an dem zweiten Innenwärmetauscher 32 vorbei, sodass die Luft nicht erwärmt wird. Deshalb wird der eine Teil der Luft die warme Luft und der andere Teil der Luft die kalte Luft. Im Doppelmodus bläst die warme Luft unten in die Fahrgastzelle und die kalte Luft bläst oben in die Fahrgastzelle. Somit wird die oben in die Fahrgastzelle blasende Luft so gesteuert, dass sie eine andere Temperatur als diejenigen der unten in die Fahrgastzelle blasenden Luft hat.
Zum Beispiel wird angenommen, dass in der vierten Formel F4 C5 auf 2, C6 auf -1 und C7 auf 0 gesetzt ist. Wenn in diesem Fall die erste innere Luftblastemperatur TE 15°C beträgt und der Doppelmodus ausgewählt ist, wird der Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 81 zu etwa 50%. Dann wird die oben, d.h. aus dem Gesichtsauslass in die Fahrgastzelle blasende kalte Luft zu etwa 25°C, und die unten, d.h. aus dem Fußauslass in die Fahrgastzelle blasende warme Luft wird zu etwa 35°C.
Entfeuchtungsvorgang
Wenn der Dampfkompressions-Kühlkreis im Entfeuchtungsvorgang betrieben wird, sind das erste und das zweite Expansionsventil 41, 42 geöffnet und das erste und das zweite Nebenkanalventil 41a, 42a sind geschlossen, wie in 1 dargestellt. In diesem Fall zirkuliert das Kältemittel durch den Kompressor 10, den zweiten Innenwärmetauscher 32, das zweite Expansionsventil 42, den Außenwärmetauscher 20, den Innenwärmetauscher 60 (d.h. das erste Rohr 61), das erste Expansionsventil 41, den ersten Innenwärmetauscher 31, den Speicher 50, den Innenwärmetauscher 60 (d.h. das zweite Rohr 62) und den Kompressor 10.
Wenn zu diesem Zeitpunkt ein Luftblasmodus außer dem Doppelmodus ausgewählt ist, beträgt der Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 81 100% (d.h. vollständig geöffnet). Deshalb wird die in die Fahrgastzelle blasende Luft durch den ersten Innenwärmetauscher 31 gekühlt und entfeuchtet. Dann wird die Luft durch das aus dem Kompressor 10 ausgegebene Hochtemperatur-Kältemittel in dem zweiten Innenwärmetauscher 32 erwärmt.
Wenn der Doppelmodus ausgewählt ist, beträgt der Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 81 weniger als 100% und mehr als 0%. Deshalb wird die durch den ersten Innenwärmetauscher 31 strömende Luft in zwei Teile getrennt. Ein Teil der Luft strömt durch den zweiten Innenwärmetauscher 32, sodass die Luft durch den zweiten Innenwärmetauscher 32 erwärmt wird. Der andere Teil der Luft strömt an dem zweiten Innenwärmetauscher 32 vorbei, sodass die Luft nicht erwärmt wird. Deshalb wird der eine Teil der Luft die warme Luft und der andere Teil der Luft die kalte Luft. Im Doppelmodus bläst warme Luft unten in die Fahrgastzelle, und die kalte Luft bläst oben in die Fahrgastzelle. Somit wird die oben in die Fahrgastzelle strömende Luft so gesteuert, dass sie eine andere Temperatur als diejenige der unten in die Fahrgastzelle blasenden Luft hat.
Kühlvorgang
Wenn der Dampfkompressions-Kühlkreis im Kühlvorgang betrieben wird, sind das erste Expansionsventil 41 und das zweite Nebenkanalventil 42a geöffnet, und das zweite Expansionsventil 42 und das erste Nebenkanalventil 41a sind geschlossen, wie in 1 dargestellt. In diesem Fall zirkuliert das Kältemittel durch den Kompressor 10, den zweiten Innenwärmetauscher 32, das zweite Nebenkanalventil 42a, den Außenwärmetauscher 20, den Innenwärmetauscher 60 (d.h. das erste Rohr 61), das erste Expansionsventil 41, den ersten Innenwärmetauscher 31, den Speicher 50, den Innenwärmetauscher 60 (d.h. das zweite Rohr 62) und den Kompressor 10.
Wenn zu diesem Zeitpunkt ein Luftblasmodus außer dem Doppelmodus ausgewählt ist, beträgt der Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 81 im allgemeinen 0% (d.h. vollständig geschlossen). Deshalb wird die in die Fahrgastzelle blasende Luft durch den ersten Innenwärmetauscher 31 gekühlt. Dann bläst die Luft in die Fahrgastzelle, ohne durch den zweiten Innenwärmetauscher 32 erwärmt zu werden. Außerdem bewirkt der Innenwärmetauscher 60 stromab des ersten Innenwärmetauschers 31, weil das Kältemittel durch das erste Expansionsventil 41 dekomprimiert worden ist, sodass die Temperatur des Kältemittels verringert ist, einen Wärmeaustausch zwischen dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel. Deshalb wird die Enthalpie des in den ersten Innenwärmetauscher strömenden Kältemittels kleiner, sodass die Kühlleistung des Dampfkompressions-Kühlkreises vergrößert wird.
Falls der Doppelmodus ausgewählt ist, beträgt der Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 81 weniger als 100% und mehr als 0%. Deshalb wird die durch den ersten Innenwärmetauscher 31 strömende Luft in zwei Teile getrennt. Ein Teil der Luft strömt durch den zweiten Innenwärmetauscher 32, sodass die Luft durch den zweiten Innenwärmetauscher 32 erwärmt wird. Der andere Teil der Luft strömt an dem zweiten Innenwärmetauscher 32 vorbei, sodass die Luft nicht erwärmt wird. Deshalb wird der eine Teil der Luft die warme Luft, und der andere Teil der Luft wird die kalte Luft. Im Doppelmodus bläst die warme Luft unten in die Fahrgastzelle und die kalte Luft bläst oben in die Fahrgastzelle. Somit wird die oben in die Fahrgastzelle blasende Luft so gesteuert, dass sie eine andere Temperatur als diejenige der unten in die Fahrgastzelle blasenden Luft hat.
Wenn in diesem Ausführungsbeispiel der Doppelmodus ausgewählt ist, wird die Heizleistung des zweiten Innenwärmetauschers 32 in einer solchen Weise gesteuert, dass die Temperatur des zweiten Innenwärmetauschers 32 höher als die Luftblas-Zieltemperatur TAO wird, d.h. die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des zweiten Innenwärmetauschers 32 höher als die Luftblas-Zieltemperatur TAO wird. Deshalb wird der Energieverbrauch des Kompressors 10 erhöht, d.h. der Energieverbrauch des Dampfkompressions-Kühlkreises wird erhöht. Wenn jedoch die Klimalast groß ist, wird im allgemeinen der Kältemitteldruck der Hochdruckseite höher als der kritische Druck des Kältemittels. Daher kommt das Kältemittel einfach auf eine hohe Temperatur. Deshalb ist der Anstieg des Energieverbrauchs des Kompressors 10 begrenzt, und die oben in die Fahrgastzelle blasende Luft wird so gesteuert, dass sie eine andere Temperatur als diejenige der unten in die Fahrgastzelle blasenden Luft hat.
Wenn ferner der Gesichtsmodus oder der Fußmodus ausgewählt ist, wird die Heizleistung des zweiten Innenwärmetauschers 32 in einer solchen Weise gesteuert, dass die Temperatur des zweiten Innenwärmetauschers 32 gleich der Luftblas-Zieltemperatur TAO wird, d.h. die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des zweiten Innenwärmetauschers 32 gleich der Luftblas-Zieltemperatur TAO wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
Wie in 9 dargestellt, wird in einem zweiten Ausführungsbeispiel, wenn der Doppelmodus ausgewählt ist und die Luftblas-Zieltemperatur TAO höher als eine vorgegebene Temperatur wird, die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO wie folgt bestimmt. Der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des zweiten Innenwärmetauschers 32 und der Luftblas-Zieltemperatur TAO wird kleiner als der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur unmittelbar nach Durchströmen des zweiten Innenwärmetauschers 32 und der Luftblas-Zieltemperatur TAO in einem Fall, wenn die Luftblas-Zieltemperatur TAO niedriger als die vorgegebene Temperatur ist.
Wenn zum Beispiel die Luftblas-Zieltemperatur TAO niedriger als die vorgegebene Temperatur ist, wird die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO zu dem Zweifachen der Luftblas-Zieltemperatur TAO bestimmt, wie in 9 dargestellt. Wenn andererseits die Luftblas-Zieltemperatur TAO höher als die vorgegebene Temperatur ist, wird die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO gleich der Luftblas-Zieltemperatur TAO bestimmt. Hierbei wird die Heizleistung des zweiten Innenwärmetauschers 32 auch durch die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO definiert.
Die Charakteristika jedes Betriebsmodus im zweiten Ausführungsbeispiel werden wie folgt beschrieben.
Wenn die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO durch die vierte Formel F4 bestimmt wird und der Doppelmodus ausgewählt ist, wird die Heizleistung des zweiten Innenwärmetauschers 32 in einer solchen Weise gesteuert, dass die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des zweiten Innenwärmetauschers 32 höher als die Luftblas-Zieltemperatur TAO wird. Deshalb wird der Energieverbrauch des Dampfkompressions-Kühlkreises erhöht.
Jedoch wird in diesem Ausführungsbeispiel, wenn die Luftblas-Zieltemperatur TAO höher als die vorgegebene Temperatur wird, der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des zweiten Innenwärmetauschers 32 und der Luftblas-Zieltemperatur TAO kleiner als der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des zweiten Innenwärmetauschers 32 und der Luftblas-Zieltemperatur TAO in einem Fall, wenn die Luftblas-Zieltemperatur TAO niedriger als die vorgegebene Temperatur ist. Mit anderen Worten wird, wenn die Luftblas-Zieltemperatur TAO höher als die vorgegebene Temperatur wird, die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO so bestimmt, dass sie gleich oder beinahe gleich der Luftblas-Zieltemperatur TAO ist. Deshalb wird die Heizleistung des zweiten Innenwärmetauschers 32 reduziert, sodass der Energieverbrauch des Dampfkompressions-Kühlkreises nur begrenzt steigt.
In 9 wird der Anstieg der zweiten inneren Luftblas-Zieltemperatur TGCO entsprechend der Luftblas-Zieltemperatur TAO verändert. Da jedoch die Luftblas-Zieltemperatur TAO mit der Umgebungstemperatur und der Innenlufttemperatur zusammenhängt, kann der Anstieg der zweiten inneren Luftblas-Zieltemperatur TGCO auch entsprechend der Umgebungstemperatur oder der Innenlufttemperatur verändert werden. Wenn die Umgebungstemperatur oder die Innenlufttemperatur höher als eine vorgegebene Temperatur wird, wird die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO wie folgt bestimmt. Der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des zweiten Innenwärmetauschers 32 und der Luftblas-Zieltemperatur TAO wird kleiner als der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des zweiten Innenwärmetauschers 32 und der Luftblas-Zieltemperatur TAO in einem Fall, wenn die Umgebungstemperatur oder die Innenlufttemperatur niedriger als die vorgegebene Temperatur ist. Mit anderen Worten wird, wenn die Umgebungstemperatur oder die Innenlufttemperatur höher als eine vorgegebene Temperatur wird, die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO gleich oder beinahe gleich der Luftblas-Zieltemperatur TAO bestimmt. Hierbei wird die Heizleistung des zweiten Innenwärmetauschers 32 auch durch die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO definiert.
Obwohl die zweite innere Luftblas-Zieltemperatur TGCO gleich oder beinahe gleich der Luftblas-Zieltemperatur TAO bestimmt wird, wenn die Luftblas-Zieltemperatur TAO höher als die vorgegebene Temperatur wird, kann die Temperatur des zweiten Innenwärmetauschers 32 anstelle der zweiten inneren Luftblas-Zieltemperatur TGCO direkt gesteuert werden, um so gleich oder beinahe gleich der Luftblas-Zieltemperatur TAO zu sein, wenn die Luftblas-Zieltemperatur TAO höher als die vorgegebene Temperatur wird.
Modifikationen
Obwohl der zweite Innenwärmetauscher 32 als ein Heizelement verwendet wird, d.h. der zweite Innenwärmetauscher 32 als ein Wärmetauscher der Hochdruckseite des Dampfkompressions-Kühlkreises verwendet wird, kann anstelle des zweiten Innenwärmetauschers 32 als Heizelement 32 auch ein elektrisches Heizelement verwendet werden, wie in 10 dargestellt. Obwohl das Kältemittel Kohlendioxid ist, sodass der Ausgabedruck, d.h. der Kältemitteldruck der Hochdruckseite höher als der kritische Druck des Kältemittels komprimiert wird, kann als Kältemittel auch Freon-Gas wie beispielsweise R134a verwendet werden, sodass der Ausgabedruck des Kältemittels niedriger als der kritische Druck des Kältemittels ist.
Solche Änderungen und Modifikationen liegen selbstverständlich im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Klimasystem mit einem Dampfkompressions-Kühlkreis mit einem Fußmodus (Füße) zum Blasen von Luft unten in eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, einem Gesichtsmodus (Gesicht) zum Blasen der Luft oben in die Fahrgastzelle und einem Doppelmodus zum Blasen der Luft sowohl oben als auch unten in die Fahrgastzelle, umfassend ein Klimagehäuse (80) zum Vorsehen eines Luftkanals der in die Fahrgastzelle blasenden Luft; ein in dem Klimagehäuse (80) angeordnetes Heizelement (32) zum Heizen der durch das Klimagehäuse (80) strömenden Luft, wobei die Heizleistung des Heizelements (32) regelbar ist; eine in dem Klimagehäuse (80) angeordnete Luftströmungsverhältnis-Regeleinrichtung (81) zum Regeln eines Verhältnisses eines durch das Heizelement (32) erwärmten Luftstroms zu dem an dem Heizelement (32) vorbei strömenden Luftstrom und zum Strömen der Luft stromab; einen Fußauslass, eingerichtet zum Blasen von Luft von unten in die Fahrgastzelle, wobei der Fußauslass in dem Klimagehäuse (80) stromabwärts des Heizelements (32) angeordnet ist; einen Gesichtsauslass, eingerichtet zum Blasen von Luft von oben in die Fahrgastzelle, wobei der Gesichtsauslass in dem Klimagehäuse stromabwärts des Heizelements (32) angeordnet ist; eine Luftblas-Wechseleinrichtung (84), eingerichtet zum Auswählen eines Modus von Fußmodus (Füße), Gesichtsmodus (Gesicht) und Doppelmodus, wobei der Fußauslass und der Gesichtsauslass dahingehend gesteuert werden, zu öffnen und zu schließen; eine elektronische Steuereinrichtung (90), eingerichtet zum Berechnen einer Zieltemperatur (TAO) der in die Fahrgastzelle blasenden Luft; zum Steuern einer Heizleistung des Heizelements (32), um die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements (32) gleich der Zieltemperatur (TAO) einzustellen, wenn der Fußmodus oder der Gesichtsmodus gewählt ist, und um die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelementes (32) höher als die Zieltemperatur (TAO) einzustellen, wenn der Doppelmodus ausgewählt ist; und zum Bestimmen eines Luftströmungsverhältnisses der Luftströmungsverhältnis-Regeleinrichtung (81) in einer solchen Weise, dass die gesamte Luftströmung durch das Heizelement (32) strömt, wenn die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements (32) gleich der oder niedriger als die Zieltemperatur (TAO) ist, und dass die Luftströmung zumindest teilweise an dem Heizelement (32) vorbei strömt, wenn die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements (32) höher als die Zieltemperatur (TAO) ist, wobei die elektronische Steuereinrichtung (90) eingerichtet ist, das Luftströmungsverhältnis im Bereich zwischen vollständigem Durchströmen des Heizelements (32) bis Umgehung des Heizelementes (32) zu bestimmen, wenn ein Heizbetrieb und der Doppelmodus gewählt sind; wobei im Doppelmodus die Temperatur von unten in die Fahrgastzelle geblasener Luft höher als die Temperatur von oben in die Fahrgastzelle geblasener Luft ist, und wobei die elektronische Steuereinrichtung (90) ferner eingerichtet ist, die Heizleistung des Heizelements (32) dahingehend zu steuern, dass die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements (32) gleich einer inneren Luftblas-Ziel-Temperatur (TGCO) wird, welche der Zieltemperatur (TAO) entspricht, wenn der Heizbetrieb und der Fußmodus oder der Gesichtsmodus ausgewählt sind, und welche größer als die Zieltemperatur (TAO) ist, wenn der Heizbetrieb und der Doppelmodus ausgewählt sind.
Klimasystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (90) dahingehend eingerichtet ist, dann, wenn der Doppelmodus ausgewählt ist und die Zieltemperatur (TAO) höher als eine vorgegebene Temperatur ist, die Heizleistung des Heizelements (32) so zu steuern, dass der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements (32) und der Zieltemperatur (TAO) niedriger gemacht wird als der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements (32) und der Zieltemperatur (TAO) in einem Fall, wenn die Zieltemperatur (TAO) gleich oder niedriger als die vorgegebene Temperatur ist.
Klimasystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Heizelement (32) die Luft mittels eines Hochdruck-Kältemittels des Dampfkompressions-Kühlkreises als Wärmequelle erwärmt.
Klimasystem nach Anspruch 3, wobei der Ausgabedruck des Kältemittels in dem Dampfkompressions-Kühlkreis höher als ein kritischer Druck des Kältemittels ist.
Klimasystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Kältemittel in dem Dampfkompressions-Kühlkreis Kohlendioxid ist.
Klimasystem nach Anspruch 3, wobei der Ausgabedruck des Kältemittels in dem Dampfkompressions-Kühlkreis niedriger als ein kritischer Druck des Kältemittels ist.
Klimasystem nach Anspruch 3 oder 6, wobei das Kältemittel in dem Dampfkompressions-Kühlkreis Freon ist.
Klimasystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend eine Klimakonsole (100), eingerichtet zum Eingeben einer Solltemperatur (TSET); einen Innenlufttemperatursensor (94), eingerichtet zum Erfassen einer Innenlufttemperatur (TR), welches die Temperatur der Luft innerhalb der Fahrgastzelle ist; einen Umgebungstemperatursensor (93), eingerichtet zum Erfassen einer Umgebungstemperatur (TAM), welches die Temperatur der Umgebung außerhalb der Fahrgastzelle ist; und einen Sonneneinstrahlungssensor (95), eingerichtet zum Erfassen einer in die Fahrgastzelle gelangenden Sonneneinstrahlung (TS), wobei die elektronische Steuereinheit (90) eingerichtet ist, die Zieltemperatur (TAO) gemäß einer ersten Formel (F1) zu berechnen: $TAO = KSET \times TSET - KR \times TR - KAM \times TAM - KS \times TS + C1$
wobei KSET, KR, KAM und KS Regelfaktoren sind und C1 eine Ausgleichskonstante ist.
Klimasystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend einen Wärmetauscher (31), eingerichtet zum Kühlen der Luft; einen ersten Lufttemperatursensor (91), eingerichtet zum Erfassen einer ersten inneren Luftblastemperatur (TE), welches die Temperatur der aus dem Wärmetauscher (31) blasenden Luft ist, und einen zweiten Lufttemperatursensor (92), eingerichtet zum Erfassen einer zweiten inneren Luftblastemperatur (TGC), welches die Temperatur der aus dem Heizelement (32) blasenden Luft ist, wobei die Steuereinrichtung (90) eingerichtet ist, einen Öffnungsgrad (SW) der Luftströmungsverhältnis-Regeleinrichtung (81) gemäß einer zweiten Formel (F2) zu bestimmen: $SW = {TAO - (TE + C 2)} / {TGC - (TE + C 2)} \times 100$
wobei C2 eine Ausgleichskonstante ist, wenn das Klimasystem in einem Modus außer dem Doppelmodus des Kühlvorgangs betrieben wird; und wobei die Steuereinrichtung (90) eingerichtet ist, den Öffnungsgrad (SW) der Luftströmungsverhältnis-Regeleinrichtung (81) gemäß einer dritten Formel (F3) zu bestimmen: $SW = {TAO - (TE + C3)} / {(TGC + C4) - (TE + C 2)} \times 100$
wobei C3 und C4 Ausgleichskonstanten sind, wenn das Klimasystem im Doppelmodus des Kühlvorgangs betrieben wird.
Klimasystem nach einem der Ansprüche 1 und 3-9, wobei die Steuereinrichtung (90) eingerichtet ist, dann, wenn der Doppelmodus ausgewählt ist und die Zieltemperatur (TAO) höher als eine vorgegebene Temperatur ist, die Heizleistung des Heizelements (32) so zu steuern, dass der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur des Heizelements (32) und der Zieltemperatur (TAO) kleiner gemacht wird als der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur des Heizelements (32) und der Zieltemperatur (TAO) in einem Fall, wenn die Zieltemperatur (TAO) gleich oder niedriger als die vorgegebene Temperatur ist.
Klimasystem nach Anspruch 10, wobei die Steuereinrichtung (90) eingerichtet ist, dann, wenn der Doppelmodus ausgewählt ist und die Zieltemperatur (TAO) höher als die vorgegebene Temperatur ist, die Heizleistung des Heizelements (32) so zu steuern, dass die Temperatur des Heizelements (32) gleich der Zieltemperatur (TAO) wird.
Klimasystem nach einem der Ansprüche 1 und 3-9, bei welchem die elektronische Steuereinrichtung (90) eingerichtet ist, eine zweite Zieltemperatur (TGCO) der Luft unmittelbar nach Durchströmen des Heizelements (32) zu berechnen, wobei die Steuereinrichtung (90) eingerichtet ist, dann, wenn der Doppelmodus ausgewählt ist und die Zieltemperatur (TAO) höher als eine vorgegebene Temperatur ist, die Heizleistung des Heizelements (32) so zu steuern, dass der Temperaturunterschied zwischen der zweiten Zieltemperatur (TGCO) und der Zieltemperatur (TAO) kleiner gemacht wird als der Temperaturunterschied zwischen der zweiten Zieltemperatur (TGCO) und der Zieltemperatur (TAO) in einem Fall, wenn die Zieltemperatur (TAO) gleich der oder niedriger als die vorgegebene Temperatur ist.
Klimasystem nach Anspruch 12, wobei die Steuereinrichtung (90) eingerichtet ist, dann, wenn der Doppelmodus ausgewählt ist und die Zieltemperatur (TAO) höher als die vorgegebene Temperatur ist, die Heizleistung des Heizelements (32) so zu steuern, dass die zweite Zieltemperatur (TGCO) gleich der Zieltemperatur (TAO) wird.
Klimasystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Heizelement (32) durch einen weiteren Wärmetauscher (32) vorgesehen ist, der ein Hochdruck-Kältemittel des Dampfkompressions-Kühlkreislaufs verwendet.