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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmittelentspannungsvorrichtung
für eine
Fahrzeugklimaanlage und insbesondere eine Kühlmittelentspannungsvorrichtung
für eine
Fahrzeugklimaanlage, die mit einem so genannten Klimatisierungszyklus
arbeitet.
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Im
Klimatisierungszyklus einer Fahrzeugklimaanlage wird ein Kühlmittel
von einem Kompressor unter Druck zu einem Kondensator gespeist.
In dem Kondensator wird das Kühlmittel
durch den Wärmeaustausch
zwischen dem Kühlmittel
und der Außenluft
gekühlt
und erreicht dann einen Flüssigkeitstank. Im
Flüssigkeitstank
wird das Kühlmittel
einer Trennung von Gas und Flüssigkeit
unterzogen, der Druck des Kühlmittels
wird durch ein Ausdehnungsventil reduziert, und das Kühlmittel
wird einem Verdampfer zugeführt.
Der Verdampfer führt
einen Wärmeaustausch
zwischen dem zugeführten
Kühlmittel
und der Gebläseluft
der Klimaanlage durch, um die Gebläseluft zu kühlen. Das durch den Wärmeaustausch
im Verdampfer erwärmte
Kühlmittel
erreicht den Kompressor und wird erneut unter Druck zugeführt, um den
oben erwähnten
Zyklus durchzuführen.
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In
den letzten Jahren sind verschiedene globale oder ökologische
Problematiken zutage getreten und haben die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit erregt.
In diesem Zusammenhang wird, was den oben erwähnten Klimatisierungszyklus
betrifft, aus Angst vor der Zerstörung der Ozonschicht oder dergleichen
eine Umstellung auf andere Kühlmitteltypen verlangt,
die für
die Klimatisierung verwendet werden. Als neues Kühlmittel wird Kohlendioxid
vorgeschlagen.
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Gemäß den Studien
der Autoren der vorliegenden Erfindung ist jedoch, wenn Kohlendioxid
als Kühlmittel
verwendet wird, der Druck einer Passage, in der der hohe Druck des
Klimatisierungszyklus vorherrscht, wie zum Beispiel der Druck einer
Passage vom Auslassteil des Kondensators zum Ausdehnungsventil,
im Vergleich zu dem, der bei einer Verwendung eines konventionellen
Kühlmittels
entsteht, nachteiligerweise hoch. Diese Tendenz ist in Anbetracht
der Tatsache, dass sich der Bereich, in dem der Klimatisierungszyklus
stattfindet, innerhalb eines Fahrzeugs befindet, das verschiedenen
externen Kräften
unterliegt und zuweilen, je nach den Fahrbedingungen oder dergleichen,
einen Aufprall erfährt, keinesfalls
wünschenswert.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlmittelentspannungsvorrichtung für eine Fahrzeugklimaanlage
bereitzustellen, die den Druck des Klimatisierungszyklus bei Bedarf schnell
und sicher reduzieren kann.
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Eine
Kühlmittelentspannungsvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist in der
DE 196
46 849 C offenbart.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Kühlmittelentspannungsvorrichtung
gemäß Anspruch
1 bereit.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung,
die die Struktur eines Fahrzeugs zeigt, in dem eine Kühlmittelentspannungsvorrichtung
für eine
Fahrzeugklimaanlage in einer ersten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Anwendung kommt;
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2 zeigt die Fahrzeugklimaanlage
und die Kühlmittelentspannungsvorrichtung
von der Frontseite des Fahrzeugs in der Ausgestaltung her gesehen;
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3 zeigt eine Ansicht aus
Richtung X von 2;
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4 zeigt eine Querschnittsansicht
entlang Linie A-A von 2;
und
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5 ist eine Querschnittsansicht,
die 4 entspricht und
die Hauptteile einer Kühlmittelentspannungsvorrichtung
für eine
Fahrzeugklimaanlage in einer zweiten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
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Die
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich mit
Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben.
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Wir
beginnen zunächst
mit einer Beschreibung einer Kühlmittelentspannungsvorrichtung
für eine
Fahrzeugklimaanlage in der ersten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 4.
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In
den 1 bis 4 bedeutet das Bezugszeichen FR die Frontseite
eines Fahrzeugs V, L bedeutet die linke Seite des Fahrzeugs V, R
bedeutet die rechte Seite des Fahrzeugs V und UPR bedeutet die Oberseite
des Fahrzeugs V.
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In
den 1 bis 3 bildet ein Kondensator 10 einen
Teil des Klimatisierungszyklus einer Fahrzeugklimaanlage S, die
mit Kohlendioxid als Kühlmittel
arbeitet. Der Kondensator 10 ist quer im vorderen Teil eines
Motorraums B angeordnet. Das von einem Kompressor 60 verdichtete
Kühlmittel
fließt
durch eine Rohrleitung 40a in den oberen Tank 13 des
Kondensators 10 und erreicht dessen unteren Tank 11 und
fließt
dabei in einem Kernrohr 14 parallel zwischen seinem linken
und rechten Endabschnitt, um Wärme
in die Atmosphäre
abzustrahlen, und fließt dann
durch eine Rohrleitung 40b in einen Flüssigkeitstank 70.
Das Kühlmittel,
das nach der Trennung von Gas und Flüssigkeit im Flüssigkeitstank 70 in
die flüssige
Phase überführt wurde,
tritt in ein Kühlgerät 80 ein,
in dem der Druck des Kühlmittels
durch ein Ausdehnungsventil 80a reduziert wird. Das entspannte
Kühlmittel
absorbiert die Wärme
der Konditionierungsgebläseluft
in einem Verdampfer (nicht dargestellt) und fließt dann zum Kompressor 60.
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Der
untere Tank 11 des Kondensators 10 ist mit Entspannungsventilen 20 des
Elektromagnettyps ausgestattet, die jeweils in Positionen auf der
rechten und der linken Seite des Tanks 11 als Entspannungsmittel
dienen. Die beiden Entspannungsventile 20 ermöglichen
es, dass der Druck schneller nach außen abgelassen wird. Jedes
der Entspannungsventile 20 des Elektromagnettyps hat eine
Spule 21, die in 4 dargestellt
ist, einen beweglichen Eisenkern 22, der in der Spule 21 steckt,
eine Schubstange 23, die mit dem beweglichen Eisenkern 22 gekoppelt
ist, und einen festen Eisenkern 24, der unterhalb des beweglichen
Eisenkerns 22 vorgesehen ist. Eine Spule 26 ist
durch ein Verbindungselement 25 mit der Schubstange 23 verbunden.
Die Spule 26 steckt vertikal beweglich in einem im unteren
Tank 11 ausgebildeten Längsbewegungsraum 11A,
der durch zwei Teile verschlossen ist, d.h. dem Verbindungselement 25 und
einem unteren Flanschabschnitt 26a. Die Spule 26 wird
von einer Tellerfeder 27 nach oben gedrückt, die sich unterhalb des
Flanschabschnitts 26a befindet.
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Der
obere und der untere kegelstumpfförmige Verschlussabschnitt 26b sind
an der Spule 26 ausgebildet. Zwei Aufnahmeabschnitte 11a,
die den Verschlussabschnitten 26b entsprechen, sind am
unteren Tank 11 ausgebildet. Wie in 4 gezeigt, werden die Verschlussabschnitte 26b,
wenn das Entspannungsventil 20 geschlossen ist, durch die
Druckkraft der Tellerfeder 27 gegen die Aufnahmeabschnitte 11a gepresst,
um so das Kühlmittel
einzuschließen.
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Der
obere und der untere Kanal 11C, die zwischen der Kühlmittelkammer 11B und
dem Bewegungsraum 11A in Verbindung sind, sind im unteren Tank 11 ausgebildet.
Ein Entspannungskanal 11D, der zwischen dem Raum 11A und
der Außenseite des
Ventils 20 in Verbindung ist, ist ebenfalls im unteren
Tank 11 ausgebildet. Der Entspannungskanal 11D ist
zu dem Zweck vorgesehen, den Druck in der Kühlmittelkammer 11B nach
außen
abzulassen. Die externe Seitenöffnung
des Entspannungskanals 11D ist in der Fahrzeugrückseitenwandfläche des
unteren Tanks 11 ausgebildet. Aus diesem Grund ist die
Entspannung nach innen in den Motorraum B gerichtet. Wenn das Entspannungsventil 20 geschlossen
ist, dann sperrt der Verschlussabschnitt 26b der Spule 26 den
Entspannungskanal 11D gegen den Raum 11A ab. Wenn
die Spule sich nach unten bewegt, um das Entspannungsventil 20 zu öffnen und
dadurch die Verschlusszustände
der Verschlussabschnitte 26b aufzuheben, dann wird die
Verbindung zwischen dem Entspannungskanal 11D und dem Raum 11A hergestellt.
Man stellt fest, dass ein Gummistopfen 12 von der Außenseite
des Ventils 20 her in den Entspannungskanal 11D gesteckt
wurde.
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Die
Spulen 21 sind über
einen Ventiltreiberteil 30 mit einer CPU 31 verbunden,
und ein G-Sensor (Erfassungsmittel) 32, bei dem es sich
um einen Beschleunigungssensor handelt, der zum Steuern eines Airbag-Systems 33 verwendet
wird, ist mit der CPU 31 verbunden. In dieser Ausgestaltung
wird das Entspannungsventil 20 des Elektromagnettyps ebenfalls
mittels dieses G-Sensors 32 gesteuert.
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Bei
der obigen Konstruktion zirkuliert, wenn die Fahrzeugklimaanlage
aktiviert wird, das Kühlmittel
innerhalb des Klimatisierungszyklus und der Druck auf der Hochdruckseite
des Klimatisierungszyklus (d.h. die Passage von der Auslassöffnung 60a des
Kompressors 60 zum Ausdehnungsventil 80a) steigt
an. Der Kondensator 10 hat den höchsten Druck in dem Zyklus.
Gewöhnlich
läuft aber,
da das Entspannungsventil 20 des Elektromagnettyps geschlossen
ist, das Kühlmittel
im unteren Tank 11 nicht in den Entspannungskanal 11D aus.
Aber trotzdem, wenn der G-Sensor 32 eine Verlangsamung
erfasst, die wenigstens einen vorbestimmten Wert hat, wie zum Beispiel
bei einem Aufprall aufgrund einer Kollision des Fahrzeugs oder dergleichen,
dann leitet die CPU 31 als Reaktion auf die Erfassung des
G-Sensors 32 Strom zu den jeweiligen Spulen 21 des
Entspannungsventils 20 durch den Ventiltreiberteil 30 und
erregt sie. Da der bewegliche Eisenkern 22 durch die elektromagnetische
Kraft, die durch diese Erregung entsteht, zur Seite des festen Eisenkerns 24 hin
angezogen wird, bewegt sich der Schubstab 23 nach unten
und schiebt die Spule 26 nach unten gegen die Druckkraft
der Tellerfeder 27, und dann werden die Verschlusszustände des
oberen und unteren Verschlussteils 26b aufgehoben (um dadurch das
Entspannungsventil 22 zu öffnen). Dadurch wird der Raum 11A mit
dem Entspannungskanal 11D verbunden. Dann strömt das Hochdruckkühlmittel
im unteren Tank 11 in den Entspannungskanal 11D durch den
Kanal 11C und den Raum 11A, treibt den Gummistopfen 12 von
dem Raum 11D weg und wirft ihn in Richtung auf die Innenseite
des Motorraums B aus. Mit anderen Worten, der hohe Druck der Kühlmittelkammer 11A wird
zur Außenseite
des Ventils 20 abgelassen, und der hohe Druck des Klimatisierungszyklus
wird dadurch schnell reduziert.
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Aus
dem oben Gesagten wird verständlich, dass
gemäß der vorliegenden
Ausgestaltung der auf das Fahrzeug wirkende Aufprall erfasst und
der Druck der Hochdruckseite des Klimatisierungszyklus so geregelt
wird, dass er vom Entspannungsventil zu seiner Außenseite
hin abgelassen wird. Aus diesem Grund ist es in einem solchen Fall,
d.h. beim Wirken eines Aufpralls auf das Fahrzeug, möglich, den
Druck des Klimatisierungszyklus schnell und sicher zu reduzieren.
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Darüber hinaus
kann der Druck des Klimatisierungszyklus, da das Entspannungsventil
im Kondensator vorgesehen ist, wo der Druck im Klimatisierungszyklus
am höchsten
ist, schnell und sicher reduziert werden.
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Außerdem kann,
indem das Entspannungsventil auf der Rückseite des Kondensators vorgesehen
ist und das Kühlmittel
zur Innenseite des Motorraums hin abgelassen wird, ein unvorbereitetes
Ablassen des Kühlmittels
zur Außenseite
des Ventils effektiver unterdrückt
werden.
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Es
folgt eine Beschreibung einer Kühlmittelentspannungsvorrichtung
für eine
Fahrzeugklimaanlage in der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf 5.
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Der
Gesamtaufbau der Kühlmittelentspannungsvorrichtung
in dieser Ausgestaltung ist zwar grundsätzlich wie der in der ersten
Ausgestaltung, er unterscheidet sich jedoch im Hinblick auf die
Konstruktion des Entspannungsventils. Man wird feststellen, dass
die Komponenten, die der Kühlmittelentspannungsvorrichtung
dieser Ausgestaltung und der in der ersten Ausgestaltung gemein
sind, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wurden wie in der ersten
Ausgestaltung, und daher werden deren konkreten Konstruktionen hierin
nicht beschrieben.
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In
dieser Ausgestaltung wird, wie in 5 gezeigt,
ein Entspannungsventil 50 des Lufteinblastyps anstatt eines
Entspannungsventils 20 des Elektromagnettyps wie in der
ersten Ausgestaltung 1 verwendet. Die Einblasvorrichtung 51 arbeitet
mit einem Zündmittel
I, das von einer elektrischen Zündvorrichtung 51a – Sprengkapsel
genannt – verbrannt wird,
um ein Gaserzeugungsmittel G zu verbrennen, so dass ein Gas erzeugt
wird, wie es bei einem gewöhnlichen
Airbag-System verwendet wird. In dieser Ausgestaltung, wie im Falle
der ersten Ausgestaltung, sind ein G-Sensor 32 und eine
CPU 31 vorgesehen. Wenn der G-Sensor 32 eine Verlangsamung von
wenigstens einem vorbestimmten Wert erfasst, dann gibt die CPU 31 ein
Ansteuerungssignal aus und steuert die elektrische Zündvorrichtung 51a durch
einen Treiberteil 60 an.
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Ein
Zylinderabschnitt 52 mit einem Kolben 52a ist
unterhalb der Einblasvorrichtung 51 vorgesehen. Wenn das
Gas, das durch Verbrennen des Gaserzeugungsmittels G erzeugt wurde,
durch einen Filter 53 in eine obere Zylinderkammer 52b gelangt, wie
durch Pfeile in 5 angedeutet
ist, dann wird Druck erzeugt und der Kolben 52a wird von
dem erzeugten Druck nach unten gepresst. Eine Spule 26 ähnlich der
in 4 gezeigten ist durch
ein Verbindungselement 25 mit dem Spitzenendabschnitt des Kolbens 52a gekoppelt.
Während
sich der Kolben 52a abwärts
bewegt, bewegt sich auch die Spule 26 nach unten. Der untere
Aufbau des Zylinderabschnitts 52 ist genau wie der untere
Aufbau des Ventils in der ersten Ausgestaltung. Wenn sich nämlich die
Spule 26 nach unten bewegt, dann wird das Entspannungsventil 50 geöffnet und
das Hochdruckkühlmittel
in einer Kühlmittelkammer 11B eines
unteren Tanks 11 wird zur Außenseite des Ventils 50 abgelassen.
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Aus
der obigen Beschreibung wird verständlich, dass gemäß der vorliegenden
Ausgestaltung, wie im Falle der ersten Ausgestaltung, ein auf das Fahrzeug
wirkender Aufprall erfasst und der Druck der Hochdruckseite des
Klimatisierungszyklus geregelt wird, indem er vom Entspannungsventil
zu dessen Außenseite
hin abgelassen wird. In einem solchen Fall, d.h. beim Wirken eines
Aufpralls auf das Fahrzeug, kann daher der Druck des Klimatisierungszyklus
schnell und sicher reduziert werden.
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Darüber hinaus
ist der Vorteil, der dadurch entsteht, dass das Entspannungsventil
am Kondensator vorgesehen wird, der den höchsten Druck im Klimatisierungszyklus
hat, und dass das Entspannungsventil auf der Rückseite des Kondensators vorgesehen
wird und das Kühlmittel
zur Innenseite des Motorraums hin abgelassen wird, in dieser Ausgestaltung
derselbe wie in der ersten Ausgestaltung.
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Das
Kühlmittelgas
wird zwar in den oben erwähnten
Ausgestaltungen in Richtung der Innenseite des Motorraums abgelassen,
aber die Richtung ist darauf nicht beschränkt. Es kann auch vom Motorraum
nach unten gerichtet werden. Es kann auf geeignete Weise jede beliebige
andere Richtung eingestellt werden, die bewirkt, dass weniger Einfluss
auf die Außenseite
des Ventils ausgeübt
wird.
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Ferner
wird in den oben angegebenen Ausgestaltungen der G-Sensor zum Erfassen
des Aufpralls auf das Fahrzeug verwendet, und das Entspannungsventil
wird unter der Steuerung der CPU elektrisch betätigt. Es ist auch möglich, das
Entspannungsventil durch einen einfacheren mechanischen Aufbau zu
betätigen
und direkt den auf das Fahrzeug wirkenden Aufprall zu benutzen.
So wäre
beispielsweise eine Konstruktion möglich, bei der ein Ventilelement
zum Öffnen
der Verschlussabschnitte am Kondensator vorgesehen ist und bei der
auch ein Verbindungselement wie zum Beispiel ein Element, das eine
mechanische Verbindung zwischen einem Frontseitenabschnitt des Fahrzeugs,
wie zum Beispiel eine vordere Stoßstange, und dem Ventilelement
herstellt, vorgesehen ist. Bei einer solchen Konstruktion dient,
wenn eine Aufprallbelastung auf den Frontseitenabschnitt des Fahrzeugs
wirkt, das Verbindungselement beispielsweise als ein Typ eines Sensors
und eines Controllers. Wenn sich nämlich die Frontseite des Fahrzeugs
verformt, dann bewegt sich das Verbindungselement nach hinten und öffnet direkt
das Ventilelement, so dass der Druck im Klimatisierungszyklus abgelassen
wird.
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Darüber hinaus
ist, auch wenn in den oben erwähnten
Ausgestaltungen Kohlendioxid als Kühlmittel für den Klimatisierungszyklus
verwendet wird, das Kühlmittel
nicht darauf beschränkt
und es können
auch andere Kühlmittel
als Hochdruckkühlmittel im
Klimatisierungszyklus zum Einsatz kommen.
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Die
Erfindung wurde zwar oben mit Bezug auf bestimmte Ausgestaltungen
der Erfindung beschrieben, aber die Erfindung ist nicht auf die
oben beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt.