DE102006021327A1 - Control method for expansion valves in car air conditioning systems uses bellows filled with inert gas which pushes rods against spring attached to the valve stem so as to open valve when threshold pressure or temperature is exceeded - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Expansionsventils sowie ein Expansionsventil, insbesondere für mit CO2 als Kältemittel betriebene Fahrzeugklimaanlagen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 2.The invention relates to a method for controlling an expansion valve and an expansion valve, in particular for operated with CO 2 as a refrigerant vehicle air conditioning systems, according to the preamble of claim 1 and 2.
Aus
der
Ein solches Expansionsventil, welches in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite arbeitet, muss eine Vielzahl von Betriebsbedingungen optimal erfüllen. Ein schnelles Ansprechverhalten und gute Kühlleistung wurden mit einem solchen Expansionsventil bei niedrigen bis mittleren Umgebungstemperaturen, beispielsweise bis circa 40° C, erzielt.One Such expansion valve, which depends on the pressure difference between the high pressure side and the low pressure side, one must To meet a variety of operating conditions optimally. A fast response and good cooling performance were with such an expansion valve at low to medium Ambient temperatures, for example, up to about 40 ° C, achieved.
Bei Kältemittelanlagen ist die Erzielung einer schnellen Kühlung nach langen Stillstandzeiten des Fahrzeuges erwünscht, wobei während der Stillstandzeit des Fahrzeugs der Kältemitteldruck abhängig von der Umgebungstemperatur auf einen hohen Wert angestiegen ist. Zumeist dauert die Erzielung der maximalen Kühlleistung unter hohen Umgebungstemperaturen zu lange.at Refrigerant plants is the achievement of a fast cooling after long downtimes of the vehicle desired, while during the downtime of the vehicle, the refrigerant pressure depends on the ambient temperature has risen to a high level. mostly Achieving the maximum cooling performance under high ambient temperatures too long.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung des Expansionsventils sowie ein Expansionsventil der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass nach langen Stillstandszeiten und bei hohen Umgebungstemperaturen ein schnelles Ansprechverhalten gegeben ist, damit eine schnelle Abkühlung des zu kühlenden Raumes erzielt wird.Of the The invention is therefore based on the object, a method for Control of the expansion valve and an expansion valve of the aforementioned To develop further such that after long downtimes and given a fast response at high ambient temperatures is for a quick cooling to be cooled Room is achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem Merkmal de Anspruch 1 und ein Expansionsventil gemäß dem Merkmal des Anspruchs 2 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.These The object is achieved by a Method according to the feature de claim 1 and an expansion valve according to the feature of the claim 2 solved. Further advantageous embodiments and further developments are in the further claims specified.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung des Expansionsventils wird erzielt, dass eine Öffnungskennlinie des Ventilschließgliedes des differenzdruckgesteuerten Expansionsventils auf einen niedrigeren Öffnungsdruck verschoben wird, wodurch das Ansprechverhalten des Kältemittelkreislaufes erhöht wird. Dies beruht auf dem Effekt, dass durch die Verschiebung der Ventilkennlinie zu niedrigeren Werten hin ein vorzeitiges Öffnen des Ventilschließgliedes erfolgt, wodurch der erzielte Kältemittelmassenstrom zwischen dem sehr schnell ansteigenden Hochdruck und dem flacher absinkenden Niederdruck erhöht wird. Beim Einschalten des Kältemittelkreislaufes wird der Kompressor eingeschalten und innerhalb von wenigen Sekunden hochdruckseitig der maximal zulässige Druck erreicht, der über eine Anlaufzeit annähernd gehalten wird. Durch eine Erhöhung des Kältemittelmassenstromes unter solchen Bedingungen wird ein schnelles Absinken des Niederdrucks erreicht durch die erfolgte Abkühlung der niederdruckseitigen Komponenten des Kühlkreislaufs.By the inventive method for controlling the expansion valve is achieved that an opening characteristic of the valve closure member the differential pressure controlled expansion valve to a lower opening pressure is shifted, causing the response of the refrigerant circuit elevated becomes. This is due to the effect that by shifting the Valve characteristic to lower values towards a premature opening of the Valve closure member takes place, whereby the achieved refrigerant mass flow between the very fast rising high pressure and the flatter decreasing low pressure increases becomes. When switching on the refrigerant circuit the compressor is switched on and within a few seconds high pressure side of the maximum permissible Pressure reaches over one Approximate start-up time is held. By an increase of the refrigerant mass flow under such conditions, there will be a rapid drop in low pressure achieved by the cooling of the Low-pressure side components of the cooling circuit.
Die Erzielung einer größeren Druckdifferenz unmittelbar nach dem Anfahren einer stillgesetzten Klimaanlage wird erfindungsgemäß durch eine Expansionsventil mit einem niederdruckseitigen Stellelement ermöglicht, welches in Abhängigkeit einer ansteigenden niederdruckseitigen Temperatur oder eines ansteigenden Druckes über einen vorbestimmten Schwellwert eine Schließkraft des am Ventilschließglied angreifenden Rückstelleinrichtung reduziert, so dass ein Kältemittelstrom die Durchgangsöffnung durchströmt. Dazu wird gemäß einer ersten Ausführungsform über das Stellelement zumindest ein Betätigungselement angesteuert, das an der Rückstelleinrichtung des Ventilschließgliedes angreift. Dadurch ist das Ansprechverhalten des Kältemittelkreislaufs verbessert. Bereits nach wenigen Sekunden wird eine Kühlung erzielt. Alternativ zur Reduzierung der am Ventilschließglied angreifenden Schließkraft durch das zumindest eine Betätigungselement ist eine Ausführungsform vorgesehen, bei der parallel zur Durchgangsöffnung ein Durchgang vorgesehen ist, der mit einem niederdruckseitig ansteuerbaren Stellelement ein Bypassventil bildet und geschlossen ist. Beim Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwertes des Niederdrucks oder der niederdruckseitigen Temperatur öffnet das Bypassventil, so dass bei hohen niederdruckseitigen Drücken oder Temperaturen, insbesondere beim Start unter hohen Umgebungstemperaturen, ein größerer Kältemittelstrom expandiert und bereits zu einem früheren Zeitpunkt eine Kühlung eintritt.The Achieving a larger pressure difference immediately after starting a stopped air conditioning is inventively by an expansion valve with a low-pressure side actuator allows which depending a rising low pressure side temperature or a rising Pressure over a predetermined threshold value a closing force of the valve closing member engaging Reset device reduces, leaving a refrigerant flow the passage opening flows through. This is done according to a first embodiment of the Control element at least one actuating element controlled, that at the restoring device of the valve closure member attacks. This is the response of the refrigerant circuit improved. Cooling is achieved after just a few seconds. Alternatively, to reduce the force acting on the valve closure member closing force the at least one actuating element is an embodiment provided, provided in parallel to the passage opening a passage is, with a low pressure side controllable actuator forms a bypass valve and is closed. When passing a predetermined threshold value of the low pressure or the low pressure side Temperature opens the bypass valve so that at high low pressure side pressures or temperatures, especially when starting under high ambient temperatures, a larger refrigerant flow expanded and already at an earlier date cooling occurs.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Expansionsventils ist vorgesehen, dass das mit Niederdruck ansteuerbare Stellelement als Falten balg, insbesondere mit einer Inertgasfüllung, ausgebildet ist, welches Stößel umfasst, die an einer hochdruckseitig wirkenden Rückstelleinrichtung zum Reduzieren der Schließkraft des die Durchgangsöffnung schließenden Ventilschließgliedes angreift. Beim ansteigenden Niederdruck beziehungsweise Verdampfungsdruck des Kältemittels im Expansionsventil, beispielsweise aufgrund hoher Umgebungstemperatur oder Erwärmung der Teile der Klimaanlage, wird entsprechend des Druckes die freie Länge des Faltenbalges reduziert. Am Faltenbalg angeordnete Stößel ragen von der Niederdruckseite zur Hochdruckseite und greifen an einem Einstellelement für die Regulierung der Schließkraft an. Bei Reduzierung der Hublänge des Faltenbalges wird die Schließkraft, insbesondere die Vorspannkraft einer als Federelement ausgebildeten Rückstelleinrichtung, reduziert, so dass zu einem früheren Zeitpunkt das Ventilschließglied die Durchgangsöffnung öffnet und ein Kältemittelmassenstrom das Expansionsventil durchströmt.According to an advantageous embodiment of the expansion valve is provided that the controllable with low pressure actuator bellows bellows, in particular with an inert gas, is formed, which comprises plunger, which acts on a high-pressure side resetting device for reducing the closing force of the passage opening closing the valve closing member. When rising low pressure or evaporation pressure of the refrigerant in the expansion valve, for example, due to high ambient temperature or heating of the parts of the air conditioning is ent speaking the pressure reduces the free length of the bellows. Bellows arranged on the bellows project from the low-pressure side to the high-pressure side and engage an adjusting element for regulating the closing force. When reducing the stroke length of the bellows, the closing force, in particular the biasing force of a restoring device designed as a spring element is reduced, so that at an earlier time the valve closing member opens the passage opening and a refrigerant mass flow flows through the expansion valve.
Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die niederdruckseitige Ansteuerung des Ventilschließgliedes an einem Ventilschließglied vorgesehen ist, bei welchem die Rückstelleinrichtung niederdruckseitig angeordnet ist. Dadurch kann ebenfalls in Abhängigkeit des Niederdruckes beziehungsweise bei ansteigendem Niederdruck eine vorzeitige Öffnung des Ventilschließgliedes und somit eine Verschiebung der Öffnungskennlinie des Expansionsventils zu einem vorzeitigen Öffnungszeitpunkt erzielt werden.To an alternative embodiment of the invention, it is provided that the low-pressure side control of the valve closing member on a valve closure member is provided, wherein the restoring device on the low pressure side is arranged. This can also be dependent on the low pressure or with increasing low pressure, a premature opening of the Valve closure member and thus a shift of the opening characteristic of the expansion valve to be achieved at an early opening time.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Expansionsventils ist vorgesehen, dass das Stellelement mit ansteigender niederdruckseitiger Temperatur ansteuerbar ist, wobei das Stellelement einen Temperatursensor umfasst, der niederdruckseitig angeordnet ist und ebenfalls eine Schließkraftreduzierung des Ventilschließgliedes im Expansionsventil erzielt. Beispielsweise ist als Temperatursensor ein Wachsdehnelement vorgesehen, welches bei Temperaturanstiegen einen Stellweg erzeugt, der zur Öffnung des Ventilschließgliedes vorgesehen ist. Eine alternative Ausführungsform ist durch ein Federelement aus einer Formgedächtnislegierung vorgesehen, welche bei zunehmender Temperatur eine Verkürzung seiner freien Federlänge bewirkt, so dass wiederum ein vorzeitiges Öffnen des Ventilschließgliedes bewirkt wird.To a further advantageous embodiment of the expansion valve according to the invention is provided that the actuator with increasing low pressure side Temperature is controllable, wherein the actuating element is a temperature sensor includes, which is arranged on the low pressure side and also a Clamping force reduction of the valve closure member achieved in the expansion valve. For example, as a temperature sensor a Wachsdehnelement provided, which increases in temperature generates a travel that for opening of the valve closure member is provided. An alternative embodiment is by a spring element from a shape memory alloy provided, which with increasing temperature a shortening of its free spring length causes, in turn, a premature opening of the valve closure member is effected.
Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Rückstelleinrichtung, welche das Ventilschließglied in einer Schließposition hält, niederdruckseitig vorgesehen. Das am Ventilschließglied angreifende und einen Temperatursensor umfassende Stellelement kann dabei ebenfalls wie bei dem hochdruckseitigen Rückstellelement ausgebildet sein.To an alternative embodiment of the invention is the restoring device, which the valve closure member in a closed position stops, low pressure side intended. The valve closing member can attacking and a temperature sensor comprehensive actuator thereby also formed as in the high-pressure side return element be.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Temperatursensor des Stellelementes auch außerhalb des Gehäuses vom Expansionsventil vorgesehen ist. Dadurch kann die Umgebungstemperatur oder eine Teiletemperatur von benachbarten Teilen als Steuergröße zugrunde gelegt werden.To a further advantageous embodiment of the invention is provided that the temperature sensor of the control element also outside of the housing provided by the expansion valve. This can change the ambient temperature or a part temperature of adjacent parts as the control quantity be placed.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das niederdruckseitig angeordnete und in Abhängigkeit des Niederdrucks ansteuerbare Bypassventil ein an einem Membranelement oder Faltenbalg angeordnetes Schließglied aufweist, das einen parallelen Durchgang zur Durchgangsöffnung zwischen der Zuführ- und Abführöffnung schließt. Das Membranelement oder der Faltenbalg ist bevorzugt mit Inertgas gefüllt, so dass eine niederdruckabhängige Ansteuerung zur Öffnung des Bypasses ermöglicht ist. Alternativ kann der Balg mit einem Kältemittel, insbesondere CO2 gefüllt werden. Dabei wird die Füllung derart ausgelegt, dass der Füllmitteldruck bei Temperaturen zum Beispiel unterhalb 15° C oder 20° C annähernd gleich dem Verdampfungsdruck entspricht.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the bypass valve arranged on the low pressure side and controllable in dependence on the low pressure has a closing element arranged on a membrane element or bellows which closes a parallel passage to the passage opening between the supply and discharge openings. The membrane element or the bellows is preferably filled with inert gas, so that a low-pressure-dependent control for opening the bypass is possible. Alternatively, the bellows can be filled with a refrigerant, in particular CO 2 . In this case, the filling is designed such that the filler pressure at temperatures, for example below 15 ° C or 20 ° C corresponds approximately equal to the evaporation pressure.
Eine alternative Ausgestaltung des niederdruckseitigen Bypasses im Expansionsventil sieht vor, dass das Bypassventil in Abhängigkeit der niederdruckseitigen Temperatur ansteuerbar ist. Hierbei kann die Temperatur des Kältemittels oder die Umgebungstemperatur als auch die Temperatur von weiteren Teilen der Klimaanlage als Steuergröße verwendet werden. Bevorzugt ist in einem Balg ein Steuermedium vorgesehen, welches in Abhängigkeit der Kältemitteltemperatur eine Hubbewegung bewirkt. Alternativ zum Balg oder Faltenbalg kann ein Wachsdehnelement oder Federelement aus einer Formgedächtnislegierung eingesetzt werden.A alternative embodiment of the low-pressure side bypass in the expansion valve provides that the bypass valve depends on the low-pressure side Temperature is controllable. Here, the temperature of the refrigerant or the ambient temperature as well as the temperature of others Parts of the air conditioner can be used as a control variable. Prefers a control medium is provided in a bellows, which depends on the refrigerant temperature causes a lifting movement. Alternatively to the bellows or bellows can a Wachsdehnelement or spring element made of a shape memory alloy be used.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des temperaturabhängigen Bypassventils ist vorgesehen, dass das den Durchgang schließende Ventilschließglied hochdruckseitig angeordnet ist und ein zum Ventilsitz wirkendes Schließelement, insbesondere Federelement, aufweist. Dadurch kann eine Schließposition bei Stillstand des Fahrzeuges sichergestellt werden.To a further advantageous embodiment of the temperature-dependent bypass valve is provided that the passage closing valve closing member high pressure side is arranged and acting on the valve seat closing element, in particular spring element. This can be a closed position be ensured at standstill of the vehicle.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:The Invention and further advantageous embodiments and further developments The same will be described below with reference to the drawings Examples closer described and explained. The features to be taken from the description and the drawings can individually for applied to one or more in any combination according to the invention become. Show it:
In
Das
Fahrzeug war beispielsweise lange Zeit bei hoher Umgebungstemperatur
nicht in Betrieb genommen, und es herrschen hohe Umgebungstemperaturen
von mehr als 40° C.
Beim Stillstand (I) des Fahrzeuges ist ein Gleichgewicht des Druckes
bei circa 80 bar auf der Hochdruck- und Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes
Damit
in der Startphase (II-1) ein verbessertes Ansprechverhalten gegeben
ist beziehungsweise die Zeitdauer der Startphase sich verkürzt, wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die Ventilöffnung
unter diesen Bedingungen zu erhöhen,
um einen größeren Kältemittelmassenstrom
bei noch vergleichsweise mittleren Druckdifferenzen zu erhöhen. Hierfür wird vorgeschlagen,
dass dies durch eine Verschiebung der Öffnungskennlinie eines differenzdruckgesteuerten
Expansionsorgans zu einem niederen Öffnungsdruck hin erfolgt, wobei
die Ansteuerung über
den ansteigenden Niederdruck oder die ansteigende Verdampfungstemperatur
des Kältemittels
oder der Umgebungstemperatur erfolgt. Alternativ zur Verschiebung
der Öffnungskennlinie
des Ventilschließgliedes im
Expansionsventil ist vorgeschlagen, dass ein niederdruckseitig angesteuertes
Bypassventil vorgesehen ist, welches wiederum in Abhängigkeit
der Temperatur oder des Druckes öffnet.
Die vorgenannten Ausführungsbeispiele
legen die Verdampfungstemperatur des Kältemittels und den Verdampfungsdruck zugrunde.
Diese erfindungsgemäßen Ansteuerungen
sind in den
In
Sobald
der Niederdruck in der Abführöffnung
In
In
In
In
In
Die im Balginneren eingeschlossene Füllung besitzt ein derartiges Druck-Temperatur-Verhalten, dass bei steigender niederdruckseitiger Temperatur des CO2-Kältemittels einen höheren Druckanstieg als auf der Balgaußenseite erfolgt. Dadurch kann eine Bypassöffnung bei steigender niederdruckseitiger Temperatur erreicht werden.The enclosed in the Balginneren filling has such a pressure-temperature behavior that with increasing low-pressure side temperature of the CO 2 -Kältemittels a higher pressure increase than on the bellows outside takes place. As a result, a bypass opening can be achieved with increasing low-pressure side temperature.
Alle vorbeschriebenen Merkmale sind jeweils für sich erfindungswesentlich und können beliebig miteinander kombiniert werden.All above-described features are essential to the invention in each case and can be combined with each other as desired.
Claims (10)
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