DE102008031351A1

DE102008031351A1 - Fahrzeugklimaanlage mit zwei Verdampferzweigen

Info

Publication number: DE102008031351A1
Application number: DE102008031351A
Authority: DE
Inventors: Michael Heil; Markus Fidorra
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2010-01-07

Abstract

Fahrzeugklimaanlage, mit einem Kältemittelkreislauf, der folgende Komponenten aufweist: - einen Verdichter zur Verdichtung von Kältemittel, - einen mit einem Kältemittelausgang des Verdichters verbundenen Kondensator zum Abkühlen verdichteten Kältemittels, - einen zwischen einem Kältemittelausgang des Kondensators und einem Kältemitteleingang des Verdichters angeordneten ersten Verdampferzweig, der ein erstes steuerbares Ventil, ein erstes Expansionsorgan und einen ersten Verdampfer aufweist, und - einen zwischen einem Kältemittelausgang des Kondensators und einem Kältemitteleingang des Verdichters angeordneten zweiten Verdampferzweig, der ein steuerbares zweites Ventil, ein zweites Expansionsorgan und einen zweiten Verdampfer aufweist, und - eine Elektronik zur Ansteuerung bzw. Regelung der beiden steuerbaren Ventile. Mindestens einer der beiden Verdampferzweige ist auch in Betriebsphasen, in denen keine Kälteleistung von dem betreffenden Verdampferzweig abgerufen wird, zeitlich getaktet oder permanent, insbesondere gedrosselt permanent von Kältemittel durchströmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Klimaanlagen von Luxusfahrzeugen weisen häufig zwei oder mehr Verdampfer auf. Häufig ist ein dem Fahrer und Beifahrer zugeordneter Verdampfer und ein dem Fondbereich des Fahrgastraums zugeordneter Verdampfer vorgesehen. Die Verdampfer sind üblicherweise parallel zueinander geschaltet, wobei jeder „Verdampferzweig” üblicherweise ein Absperrventil, ein separates Expansionsorgan und einen Verdampfer aufweist. Als Absperrventile werden üblicherweise elektronisch ansteuerbare Magnetventile verwendet. Durch entsprechende Taktung der Magnetventile können beide Verdampfer unabhängig voneinander auf vorgewählte Verdampfertemperaturen geregelt werden.
Die in Fahrzeugklimaanlagen verwendeten Verdichter können bzw. sind üblicherweise nicht mit Ölabscheidern ausgerüstet. Somit vermischt sich stets eine gewisse Menge Schmieröl des Kompressors mit dem Kältemittel. Das Kältemittel-Öl-Gemisch wird im Kältemittelkreislauf umgepumpt. Üblicherweise wird durch Messen der ”Ölrückführrate” unter verschiedenen Betriebsbedingungen die Mindestölfüllmenge bestimmt bei der ein störungsfreier Betrieb des Verdichters gerade noch sichergestellt ist. Üblicherweise sollte der Ölanteil im Kältemittel zwischen 1,5–3% liegen.
Fahrzeugklimaanlagen mit zwei oder mehr Verdampferzweigen weisen üblicherweise relativ große Leitungslängen auf. Um eine einwandfreie Schmierung des Verdichters sicherzustellen, muss im Vergleich zu Einverdampferanlagen eine entsprechend größere Ölmenge in den Kältemittelkreislauf eingefüllt werden, was sich negativ auf das Betriebs- und Leistungsverhalten bzw. den Wirkungsgrad der Fahrzeugklimaanlage auswirkt.
Bei ungünstiger Leitungsführung bzw. bei sehr langen Kältemittelleitungsabschnitten müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, um sicherzustellen, dass sich nicht größere Mengen Öl in einem bestimmten Abschnitt des Kältemittelkreislaufs ansammeln und die Schmierung des Verdichters gefährden. Bei Fahrzeugklimaanlagen mit mehreren Verdampferzweigen können insbesondere dann Probleme auftreten, wenn ein Verdampferzweig abgesperrt bzw. abgeschaltet wird, d. h. wenn keine Kälteleistung an dem betreffenden Verdampferzweig abgerufen wird. In Verdampferzweigen, die längere Zeit nicht von Kältemittel durchströmt sind, können sich nämlich größere Mengen Öl ansammeln, was letztlich zu einer Unterversorgung des Verdichters mit Schmieröl führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fahrzeugklimaanlage mit zwei oder mehreren Verdampfern zu schaffen, bei der auch in Betriebsphasen, in denen über einzelne Verdampferzweige keine Kälteleistung abgerufen wird, stets eine hinreichende Schmierung des Verdichters sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter, einen Kondensator, einen ersten und einen zweiten Verdampferzweig sowie eine Steuerelektronik aufweist. Der Kondensator ist an einen Kältemittelausgang des Verdichters angeschlossen. Die beiden Verdampferzweige sind ”parallel geschaltet” und weisen jeweils ein steuerbares Ventil, ein Expansionsorgan und einen Verdampfer auf. Die beiden Verdampferzweige sind jeweils an einen Kältemittelausgang des Kondensators und an einen Kältemitteleingang des Verdichters angeschlossen. Die Elektronik ist zur Steuerung bzw. zur Regelung der beiden steuerbaren Ventile der Verdampferzweige vorgesehen.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, in einem oder mehreren bzw. in allen vorgesehenen Verdampferzweigen einen gewissen Mindestkältemittelvolumenstrom sicherzustellen und zwar auch in Betriebsphasen, in denen keine Kälteleistung von dem betreffenden Verdampferzweig abgerufen wird.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass das dem betreffenden Verdampferzweig zugeordnete steuerbare Ventil zeitlich getaktet oder „gedrosselt permanent” von Kältemittel durchströmt ist. „Gedrosselt permanent” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das steuerbare Ventil permanent ganz bzw. teilweise geöffnet aber grundsätzlich oder in der Regel nicht ganz geschlossen ist, so dass permanent ein wenn auch geringer Volumenstrom den betreffenden Verdampferzweig durchströmt. Energetisch vorteilhafter ist eine zeitliche Taktung des betreffenden steuerbaren Ventils, da auch durch eine zeitliche Taktung größere Ölansammlungen in dem betreffenden Verdampferzweig vermieden und somit eine hinreichende Ölrückführung zum Verdichter sichergestellt werden kann.
Es sei ausdrücklich erwähnt, dass auch auch drei oder noch mehr Verdampferzweige vorgesehen sein können, deren steuerbare Ventile zeitlich getaktet oder gedrosselt permanent von Kältemittel durch strömt sein können.
Die Steuerung bzw. Regelung des steuerbaren Ventils bzw. der steuerbaren Ventile kann auf der Basis eines in der Elektronik gespeicherten Kennfelds erfolgen. Die Taktung kann beispielsweise in Abhängigkeit von

• der Außentemperatur und/oder
• der Verdichterdrehzahl und/oder
• der Leistungsaufnahme des Verdichters und/oder
• eines Systemdrucks im Kältemittelkreis bzw. in einem der Verdampferzweige

Sofern der Verdichter mechanisch von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, kann in die Steuerung bzw. Regelung des steuerbaren Ventils auch die Drehzahl des Verbrennungsmotors eingehen. In Abhängigkeit eines oder mehrerer der o. g. Parameter oder anderer Parameter steuert bzw. regelt die Elektronik die Öffnungs- und/oder Schließzeiten des betreffenden steuerbaren Ventils.
Aleternativ dazu kann auch ein elektrisch angetriebener Verdichter vorgesehen sein. In diesem Fall kann unmittelbar eine elektrische Meßgröße, welche mit der momentanen Leistungsaufnahme bzw. mit dem momentanen Fördervolumenstrom des Verdichters korreliert, zur Steuerung bzw. Regelung des steuerbaren Ventils bzw. der steuerbaren Ventile herangezogen werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist jeder der Verdampferzweige ein separates Gebläse auf, das eingeschaltet ist, wenn von dem betreffenden Verdampferzweig Kälteleistung abgerufen wird und das ausgeschaltet ist, wenn von dem Verdampferzweig keine Kälteleistung abgerufen wird.
Zusammenfassend werden mit der Erfindung insbesondere folgende Vorteile erreicht:

– Die Ölrückführung bei Zwei- oder Mehrverdampferanlagen kann auch bei ungünstiger Leistungsführung bedarfsgerecht gesteuert bzw. geregelt werden.
– Die im Vergleich zu Einverdampferanlagen zusätzlich notwendige Ölmenge im Kältemittelkreislauf kann durch die Steuerung deutlich reduziert werden bzw. ganz entfallen. Außer der damit einhergehenden Gewichtseinsparung kann bei der Befüllung des Kältemittelkreislaufs der zeitintensive zusätzliche Arbeitsschritt ”Öleinsaugen” entfallen.
– Durch die geringere Ölmenge im Kältemittelkreislauf erreicht man eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Klimaanlage.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Fahrzeugklimaanlage 1 mit einem ersten Verdampferzweig 2 und einem zweiten Verdampferzweig 3. Die Fahrzeugklimaanlage weist einen Verdichter bzw. Kompressor 4 auf, der hier über einen Riementrieb 5 von einem Verbrennungsmotor 6 angetrieben wird. Ein Druckausgang 7 des Verdichters 4 ist über eine Kältemittelleitung 8 mit einem Eingang 9 eines Kondensators verbunden. Ein Ausgang 11 des Kondensators 10 ist über eine Kältemittelleitung 12 mit dem ersten und dem zweiten Verdampferzweig 2 bzw. 3 verbunden. Die beiden Verdampferzweige 2 bzw. 2 und 3 sind also parallel geschaltet und zwischen dem Kondensator 10 und dem Kompressor 4 angeordnet.
Der erste Verdampferzweig 2 weist ein erstes Magnetventil 13, ein erstes Expansionsorgan 14 und einen ersten Verdampfer 15 auf. Kältemittel, das den ersten Verdampferzweig 2 durchströmt, durchströmt also zunächst das erste Magnetventil 13, anschließend das erste Expansionsorgan 14, dann den ersten Verdampfer 15. Vom ersten Verdampfer 15 strömt das Kältemittel zurück über eine Kältemittelleitung 16 und eine Saugleitung 17 zum Kompressor 4. Das erste Magnetventil 13 ist elektrisch über eine elektrische Leitung 18 an eine Elektronik 19 angeschlossen.
Der zweite Verdampferzweig ist analog aufgebaut. Er weist ein zweites Magnetventil 20, eine zweites Expansionsorgan 21 und einen zweiten Verdampfer 22 auf. Kältemittel, das den zweiten Verdampferzweig 3 durchströmt, durchströmt zunächst das zweite Magnetventil 20, dann das zweite Expansionsorgan 21 und schließlich den zweiten Verdampfer 22. Vom zweiten Verdampfer 22 strömt das Kältemittel zurück über eine Kältemitteleitung 23 und von dort in die Saugleitung 17 des Kompressors 4.
Je nach Anforderung der Fahrzeuginsassen wird entweder überhaupt keine Kälteleistung angefordert oder Kälteleistung über beide Verdampferzweige 2, 3 oder über nur einen der beiden Verdampferzweige 2, 3 angefordert. Es kann also sein, dass einer oder beide Verdampferzweige ausgeschaltet sind. ”Ausgeschaltet” bedeutet, dass das dem betreffenden Verdampferzweig jeweils zugeordnete Gebläse (nicht dargestellt) ausgeschaltet ist. Ist ein Verdampferzweig ausgeschaltet, so bedeutet dies aber nicht notwendigerweise, dass das betreffende Magnetventil 13 bzw. 20 permanent geschlossen ist.
Um eine hinreichende Ölrückführung des im Kältemittel enthaltenen Kompressoröls zum Kompressor 4 sicherzustellen, kann vorgesehen sein, dass das Magnetventil 13 bzw. 20 eines ausgeschalteten Verdampferzweigs 2 bzw. 3 geöffnet ist bzw. wird oder zeitlich getaktet geöffnet wird oder permanent gedrosselt geöffnet ist. Dadurch können größere Ölansammlungen in dem betreffenden ausgeschalteten Verdampferzweig vermieden werden.

Claims

Fahrzeugklimaanlage (1), mit einem Kältemittelkreislauf, der folgende Komponenten aufweist: – Einen Verdichter (4) zur Verdichtung von Kältemittel, – einen mit einem Kältemittelausgang (7) des Verdichters (4) verbundenen Kondensator (10) zum Abkühlen verdichteten Kältemittels, – einen zwischen einem Kältemittelausgang (11) des Kondensators (10) und einem Kältemitteleingang des Verdichters (4) angeordneten ersten Verdampferzweig (2), der ein erstes steuerbares Ventil (13), ein erstes Expansionsorgan (14) und einen ersten Verdampfer (15) aufweist, und – einen zwischen einem Kältemittelausgang (11) des Kondensators (10) und einem Kältemitteleingang des Verdichters (4) angeordneten zweiten Verdampferzweig (3), der ein steuerbares zweites Ventil (20), ein zweites Expansionsorgan (21) und einen zweiten Verdampfer (22) aufweist, und – eine Elektronik (19) zur Ansteuerung bzw. Regelung der beiden steuerbaren Ventile (13, 20), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Verdampferzweige (2, 3) auch in Betriebsphasen, in denen keine Kälteleistung von dem betreffenden Verdampferzweig (2, 3) abgerufen wird, zeitlich getaktet oder permanent, insbesondere gedrosselt permanent von Kältemittel durchströmt ist.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden steuerbaren Ventile (13, 20) permanent zumindest teilweise geöffnet ist.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden steuerbaren Ventile (13, 20) zeitlich getaktet geöffnet wird, wenn von dem zugeordneten Verdampferzweig (2, 3) keine Kälteleistung abgerufen wird.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Elektronik ein Kennfeld mit mehreren Kennfeldparametern gespeichert ist und dass die Elektronik eines oder beide steuerbare Ventile (13, 20) auf Basis aktuell vorliegender Kennfeldparameter steuert bzw. regelt.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik mindestens eines der beiden steuerbaren Ventile (13, 20) in Abhängigkeit von einer gemessenen Außentemperatur steuert bzw. regelt.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik mindestens eines der beiden steuerbaren Ventile (13, 20) in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verdichters (4) steuert bzw. regelt.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik mindestens eines der beiden steuerbaren Ventile (13, 20) in Abhängigkeit von der Drehzahl eines Verbrennungsmotors (6) steuert bzw. regelt, wobei der Verdichter (4) von dem Verbrennungsmotor (6) angetrieben ist.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik mindestens eines der beiden steuerbaren Ventile (13, 20) in Abhängigkeit von der momentanen Leistungsaufnahme des Verdichters (4) steuert bzw. regelt.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (19) mindestens eines der beiden steuerbaren Ventile (13, 20) in Abhängigkeit von einem gemessenen Systemdruck des Kältemittelkreislaufs bzw. eines Systemdrucks eines der beiden Verdampferzweige (2, 3) steuert bzw. regelt.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Verdampferzweige (2, 3) ein separates Gebläse aufweist, das eingeschaltet ist, wenn von dem betreffenden Verdampferzweig (2, 3) Kälteleistung abgerufen wird und das ausgeschaltet ist, wenn von dem betreffenden Verdampferzweig (2, 3) keine Kälteleistung abgerufen wird.