DE3607854A1 - Regelungseinrichtung einer klimaanlage eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungseinrichtung einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß bei höheren Temperaturen in den Benzin­ leitungen eines Kraftfahrzeugs ein Dampfblasensieden auf­ treten kann, wodurch der Benzintransport unterbunden wird und die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs nicht mehr läuft.

Bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen wird die Temperaturgrenze für ein Dampfblasensieden normalerweise nicht erreicht, ins­ besondere in Regionen mit einem gemäßigten Klima. Die Ben­ zinleitungen werden einerseits durch den Fahrtwind gekühlt und andererseits erfolgt eine weitgehend ungestörte Wärme­ abstrahlung aus dem Motorbereich, da herkömmliche Fahrzeuge zum Boden hin im Motorbereich offen sind.

Bei modernen, aerodynamisch geformten Fahrzeugen werden da­ gegen möglichst glatte und geschlossene Außenkonturen ge­ schaffen, wodurch ein Lufteintritt und eine Luftkühlung im Motorbereich stark reduziert werden. Weiter wird angestrebt, den Bodenbereich unter dem Motor möglichst glatt zu gestal­ ten und zu schließen, was die Aerodynamik verbessert und zu einer Lärmverminderung führt. Dadurch wird die Wärmeabstrah­ lung aus dem Motorbereich verringert, was zu insgesamt höheren Temperaturen in diesem Bereich führt. Die vorstehen­ den Maßnahmen tragen dazu bei, daß die Temperatur des Ben­ zins in den Benzinleitungen insgesamt höher liegen kann oder zumindest in einzelnen Leitungsbereichen Temperaturen über der Grenztemperatur für Dampfblasensieden auftreten können.

Fahrzeuge, die mit Klimaanlagen ausgerüstet sind, werden oft in Regionen mit allgemein höheren Temperaturen gefah­ ren, wo die Gefahr eines Dampfblasensiedens und damit einer Betriebsstörung besonders hoch liegt. Es ist bekannt, sol­ che Fahrzeuge mit einer Einrichtung zur Benzinkühlung aus­ zurüsten. Dazu ist dem Verdampfer der Klimaanlage ein Wär­ metauscher nachgeschaltet, durch den einerseits das Kälte­ mittel und andererseits die Benzinleitung geführt ist.

Eine solche Hintereinanderschaltung, bei der der Benzin­ kühler nach dem Verdampfer in der Kältemittelleitung liegt, hat den Nachteil, daß die Kälteleistung der Klimaanlage re­ duziert wird, da der Saugdruck im Verdampfer und damit die Verdampfungstemperatur steigt und weiterhin durch den zu­ sätzlichen Strömungswiderstand des Wärmetauschers der Käl­ temittelstrom reduziert wird. Weiter wird der Kompressor um ca. 20° K gegenüber dem Normalbetrieb überhitzt, was die Lebensdauer reduziert und die Gefahr erhöht, daß der Kom­ pressor frißt.

Weiter wird insgesamt die Motorkühlung nachteilig beein­ flußt, da die vom Wärmetauscher aufgenommene Leistung und die zusätzlich erforderliche mechanische Leistung des Kom­ pressors am Kondensator, der vor dem Kühler liegt, abgege­ ben werden muß.

Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß bei einem Volumen­ strom des Kältemittels, der im wesentlichen durch die er­ forderliche Kühlleistung zur Klimatisierung des Fahrzeug­ innenraums bestimmt ist, dieser immer durch den Wärmetau­ scher strömt und dort gekühlt wird, ob es notwendig oder nicht ist. Bei einer Klimaanlage sind zur Abkühlung eines in der Sonne aufgeheizten Fahrzeugs aber gerade in den ersten ca. 15 Minuten besonders hohe Kühlleistungen am Ver­ dampfer erforderlich, während in dieser Phase das zu küh­ lende Fluid, wie Benzin oder Öl, etc. noch relativ kühl ist. Die bekannte Anordnung verschlechtert somit gerade den Wirkungsgrad der Klimaanlage bei der für den Fahrgastraum wichtigen instationären Abkühlung.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Regelungs­ einrichtung einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit ei­ nem zusätzlichen Wärmetauscher zu schaffen, bei der die Wirkung und Arbeitsweise der Klimaanlage insgesamt ver­ bessert wird.

Dies wird bei einer gattungsgemäßen Regeleinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Nach Anspruch 1 wird der Wärmetauscher parallel zum Ver­ dampfer betrieben und durch ein Regelventil an der Kälte­ mitteleingangsleitung des Wärmetauschers der Kältemittel­ fluß in Abhängigkeit des Fluidausgangstemperatur geregelt.

Dies führt vorteilhaft dazu, daß der Strömungswiderstand für das Kältemittel insgesamt reduziert wird und dadurch die Überhitzung am Kompressor ebenfalls verringert wird.

Solange das zu kühlende Fluid kühl genug ist, steht der Klimaanlage die volle Kühlleistung zur Abkühlung des Fahr­ zeuginnenraums zur Verfügung, was insbesondere für eine schnelle Abkühlung eines in der Sonne aufgeheizten Fahr­ zeugs wesentlich ist. Wenn dann nach einiger Zeit zur Küh­ lung des Fahrgastraums weniger Kühlleistung benötigt wird, hat sich das zu kühlende Fluid in der Zwischenzeit bis zu einem bestimmten Grenzwert erwärmt. Dann wird über einen Temperaturfühler in der Fluidausgangsleitung das Regelven­ til stetig nach einer bestimmten vorgebbaren Kennlinie ge­ öffnet, so daß auch zur Fluidkühlung Kühlleistung zur Ver­ fügung steht.

Wenn für die Kühlung des Fahrgastraums und zur Fluidkühlung Kühlleistung erforderlich ist, steht durch die Parallel­ schaltung gegenüber dem Stand der Technik ein insgesamt größerer Kältemittelstrom zur Verfügung.

Bei Klimaanlagen mit einer bekannten Saugdruckregelung kann der Bypaßkreis zur Fluidkühlung mit voller Leistung ohne zusätzliche Schaltungen oder Hilfsmittel jederzeit betrie­ ben werden. Bei Klimaanlagen mit einer bekannten Zweipunkt­ regelung, bei der der Kompressor ein- und ausgeschaltet wird, kann dies durch die mit Anspruch 4 beanspruchte Zu­ satzschaltung erreicht werden.

Der Wärmetauscher kann für jedes strömende Fluid, z. B. Öl, verwendet werden, ist jedoch nach Anspruch 2 bevorzugt als Benzinkühler eingesetzt.

Die Bypaßabzweigung kann sowohl vor als nach dem Expansi­ onsventil des Verdampfers vorgesehen sein. Es ist nach An­ spruch 3 jedoch zweckmäßig, die Abzweigung vor dieses Ven­ til zu legen, so daß das Eingangsregelventil für den Wärme­ tauscher als zweites Expansionsventil wirkt.

Bei einer bekannten Zweipunktregelung für eine Klimaanlage wird der Kompressor über einen Fahrgastraum-Thermostaten je nach erforderlicher Kühlleistung ein- und ausgeschaltet. Für die Ausschaltzeit würde dann keine Kühlleistung für die Fluidkühlung zur Verfügung stehen, da dessen Temperatur vom Fahrgastinnenraum-Thermostaten nicht erfaßt oder berücksich­ tigt wird, so daß die Gefahr eines Dampfblasensiedens bei Benzin weiterbesteht. Mit Anspruch 4 wird daher eine zu­ sätzliche Schaltung vorgeschlagen, bei der ein zweiter Fluidthermostat verwendet wird, der zum ersten Thermostat elektrisch parallel liegt und der die Fluidtemperatur am Wärmetauscherausgang mißt. Zusätzlich ist ein schaltbares Absperrventil in der Kältemitteleingangsleitung zum Ver­ dampfer (nach der Bypaßabzweigung zum Wärmetauscher) vorge­ sehen, das vom Fahrgastraum-Thermostaten geschaltet wird. Damit wird erreicht, daß der Kompressor nur dann abgeschal­ tet wird, wenn Kühlleistung weder zur Kühlung des Fahrgast­ raums noch zur Kühlung des Fluids erforderlich ist. Wenn Kühlleistung nur zur Kühlung des Fluids erforderlich ist, wird über den Fahrgastraum-Thermostaten nur das Absperrven­ til zum Verdampfer geschlossen, während die Bypaßleitung weiter offen ist und der Kompressor weiterarbeitet.

Anhand einer Zeichnung werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vortei­ len näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Regelungseinrichtung einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit Wärmetauscherregelung,

Fig. 2 eine Regelungseinrichtung nach Fig. 1 mit zusätz­ licher Schaltung bei einer Zweipunktkompressorrege­ lung.

In Fig. 1 ist ein Teil einer Klimaanlage dargestellt, be­ stehend aus einem Kompressor 1, einem Verdampfer 2, einem Expansionsventil 3 und einer Kältemittelleitung 4. Das Ex­ pansionsventil 3 kann in bekannter Weise druck- oder tempe­ raturgeregelt oder fest eingestellt sein.

Parallel zum Verdampfer 2 liegt ein Benzinkühler 5, durch den sowohl eine Benzinleitung 6 als auch eine Kältemittel­ bypaßleitung 7 führen. Am Ausgang der Benzinleitung 6 liegt ein Temperaturfühler 8, der mit einem Regelventil 9 am Ein­ gang der Bypaßleitung 7 zum Benzinkühler 5 verbunden ist. Die Abzweigung 11 der Bypaßleitung 7 liegt vor dem Expan­ sionsventil 3.

Die dargestellte Anordnung hat folgende Funktion:

Die Kühlleistung am Verdampfer 2 wird für die Klimatisie­ rung des Fahrgastraumes zur Verfügung gestellt. Ob eine Kühlleistung zur Kühlung des Benzins in der Benzinleitung 6 erforderlich ist, wird vom Temperaturfühler 8 erkannt und entsprechend das Regelventil 9 mehr oder weniger geöffnet, so daß auch ein Kältemittelstrom durch den Benzinkühler 5 je nach den Kühlerfordernissen erfolgt. Beispielsweise wird bei einem in der Sonne aufgeheizten Fahrgastraum die Kühl­ leistung ganz am Verdampfer 2 anfangs voll zur Verfügung gestellt, da Benzin in der Benzinleitung 6 noch nicht ge­ kühlt werden braucht und das Regelventil 9 abgeregelt ist. Erst allmählich wird dann Kühlleistung am Benzinkühler 5 durch höhere Benzintemperatur erforderlich, so daß das Re­ gelventil 9 öffnet. Dann ist aber bereits der Fahrgastraum weitgehend schon kühl, so daß ohnehin weniger Kühllei­ stung am Verdampfer 2 erforderlich ist.

Fig. 2 zeigt alle Bauteile nach Fig. 1, die mit den glei­ chen Bezugszeichen versehen sind. Zusätzlich ist in der Kältemittelleitung 4 zwischen der Abzweigung 11 und dem Ex­ pansionsventil 3 ein magnetisch betätigbares Absperrventil 12 angeordnet und über eine elektrische Leitung 13 betätig­ bar. Das Absperrventil 12 ist geschlossen, wenn die Leitung 13 stromlos ist.

Durch eine elektrische Leitung 14 ist der Stromkreis zum Kompressor 1 schematisch dargestellt. In diesem Stromkreis 14 liegen als Schalter zwei Thermostate 15 und 16, wobei der Thermostat 15 ein Fahrgastraum-Thermostat ist, der un­ terhalb einer bestimmten Fahrgastraumtemperatur seinen Schalter 17 öffnet und der Thermostat 16 ein Benzintempera­ tur-Thermostat ist, dessen Schalter 18 unterhalb einer ein­ gestellten Benzintemperatur öffnet. Der Benzintemperatur- Thermostat 16 liegt dabei mit seinem Fühler im Ausgang des Benzinkühlers 15, so daß als Temperaturfühler auch der Füh­ ler 8 verwendet werden könnte.

Die aus dem Absperrventil 12 und den Thermostaten 15, 16 bestehende Zusatzschaltung hat folgende Funktion:

Der Kompressor 1 wird dadurch in einer Zweipunktschaltung betrieben, in der Weise, daß bei genügend kühlem Fahrgast­ raum und genügend kühlem Benzin beide Schalter 17 und 18 offen sind, wodurch der Kompressor 1 ausgeschaltet wird. Wird nur am Verdampfer 2 Kühlleistung benötigt, d. h. der Fahrgastraum hat sich zu stark erwärmt, so schließt der Schalter 17, wodurch der Kompressor 1 anläuft und das Ab­ sperrventil 12 zur Freigabe der Kältemittelleistung 4 öffnet. Wenn zusätzlich der Benzintemperatur-Thermostat 16 schaltet und der Schalter 18 geschlossen ist, so hat dies auf die Regelung des Kompressors 1 wegen der Parallelschal­ tung keinen Einfluß mehr.

Ist dagegen der Fahrgastraum genügend abgekühlt, so öffnet der Schalter 17, wodurch die Leitung 13 stromlos wird und das Absperrventil 12 schließt. Zur Vermeidung von Rückströ­ men ist eine Diode 19 vorgesehen. Wenn nun weiter Kühllei­ stung für die Benzinkühlung erforderlich ist, bleibt der Schalter 18 geschlossen und der Kompressor 1 wird weiter mit Spannung versorgt. Erst wenn auch dort keine Kühllei­ stung mehr erforderlich ist, wird der Kompressor 1 abge­ schaltet.

Zusammenfassend wird festgestellt, daß mit dem Anmeldungs­ gegenstand eine Regelungseinrichtung einer Klimaanlage ei­ nes Kraftfahrzeugs mit einem zusätzlichen Wärmetauscher zur Verfügung gestellt wird, mit der eine Klimaanlage insgesamt wirkungsvoller betrieben werden kann.

Claims (4)

1. Regelungseinrichtung einer Klimaanlage eines Kraftfahr­ zeugs,
mit einem Verdampfer mit vorgeschaltetem Expansionsven­ til und nachgeschaltetem Kompressor und
mit einem zusätzlichen Wärmetauscher im Kältemittelstrom zur Kühlung eines strömenden Fluids, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2) in einer parallelen Bypaßlei­ tung (7) zum Verdampfer (2) liegt,
daß in der Kältemittel-Eingangsleitung des Wärmetau­ schers (5) ein Regelventil (9) liegt, und
daß in der Fluidausgangsleitung des Wärmetauschers (5) ein Temperaturfühler (8) liegt, der mit dem Regelventil (9) verbunden ist und das Regelventil (9) so arbeitet, daß es bei höheren Temperaturen am Temperaturfühler (8) mehr öffnet und bei tieferen Temperaturen mehr schließt bzw. geschlossen ist.

2. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher ein Benzinkühler (5) ist.

3. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die By­ paßabzweigung (11) zum Wärmetauscher (5) vor dem Expan­ sionsventil (3) des Verdampfers (2) liegt.

4. Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (1) von einem im Kompressorstromkreis liegenden Fahrgastraum-Thermostaten (15) im Zweipunktbe­ trieb geschaltet wird,
daß in der Kältemittel-Eingangsleitung zum Verdampfer (2) ein schaltbares Absperrventil (12) liegt, das mit dem Fahrgastraum-Thermostaten (15) verbunden ist, so daß unterhalb einer bestimmten eingestellten Temperatur das Absperrventil (12) geschlossen und der Thermostatschal­ ter (17) geöffnet ist, und
daß parallel zum Fahrgastraum-Thermostaten (15) ein wei­ terer Fluid-Thermostat (16) elektisch parallel geschal­ tet ist, wobei dessen Thermostatschalter (18) unter­ halb einer bestimmten eingestellten Fluidtemperatur öffnet, so daß beide Thermostatschalter (17, 18) des Innenraum- (15) und Fluidthermostaten (16) geöffnet sein müssen, wenn der Stromkreis zum Kompressor abgeschaltet ist.