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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem
zum Erwärmen
des Inneren des Fahrgastraums eines Fahrzeugs und insbesondere ein
Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem mit einem Heißgaszyklus
zum Erhitzen von Luft, die durch einen Klimatisierungskanal hindurchtritt, mit
einem inneren Wärmetauscher
(Verdampfer), der innenseitig des Fahrgastraums vorgesehen ist,
indem bewirkt wird, dass heißes,
gasförmiges
Hochdruck-Kühlmittel,
das von einem Kühlmittelkompressor
abgegeben wird, einen äußeren Wärmetauscher (Kondensator)
im Bypass umgeht, der außenseitig des
Fahrgastraums angeordnet ist, um direkt in einer Druckreduzierungsvorrichtung
und dann im inneren Wärmetauscher
in dieser Reihenfolge eingeführt
zu werden.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Allgemein
wird als Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem oder insbesondere als
Kraftfahrzeug-Heizsystem ein Heißwasser-Heizsystems zum Erwärmen des
Inneren des Fahrgastraums eines Fahrzeugs verwendet, indem Motorkühlwasser
einer Heißwasser-Heizvorrichtung,
die in einen Klimatisierungskanal angeordnet ist, eingeführt wird,
um Luft, die durch den Klimatisierungskanal hindurchtritt, zu erhitzen.
Mit dem Heißwasser-Heizsystem
dieses Typs ist jedoch der Nachteil verbunden, dass erfindungsgemäß eine merkliche
Verringerung des Heizvermögens,
unmittelbar nachdem das Heißwasser-Heizsystem
durch Anlassen des Motors gestartet worden ist, in dem Fall stattfindet,
dass das Heißwasser-Heizsystem
aktiviert wird, wenn die Temperatur der Außenluft und des Kühlwassers
niedrig ist.
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In
Hinblick auf eine Überwindung
dieses Nachteils ist ein Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem mit
einem Heißgaszyklus
vorgeschlagen worden, der als Hilfs-Heizsystem dient und dazu gestaltet
ist, die Erwärmungsarbeit
eines Haupt-Heizsystems
zur Erwärmung
des Inneren des Fahrzeugs zu unterstützen, indem vom Motorkühlwasser
Gebrauch gemacht wird, wobei bewirkt wird, dass durch einen Kühlmittelkompressor
komprimiertes und abgegebenes heißes, gasförmi ges Hochdruck-Kühlmittel (Heißgas) in
einem normalen Kühlzyklus
einen äußeren Wärmetauscher
(Kühlmittelkondensator)
im Bypass umgeht, sodass das gasförmige Kühlmittel durch eine Druckreduzierungsvorrichtung
hindurchgeführt
und dann einem inneren Wärmetauscher (Kühlmittelverdampfer)
zugeführt
wird, der innerhalb eines Klimatisierungskanals angeordnet ist,
um so Luft, die durch den Klimatisierungskanal hindurchtritt, zu
erwärmen.
Es ist zu beachten, dass der Kühlmittelkompressor über einen
Riemen durch den Motor über
eine elektromagnetische Kupplung angetrieben ist.
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Bei
dem Versuch, das Innere eines Fahrzeugs schnell zu erwärmen, wird
dann, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers gleich einer vorbestimmten
Temperatur oder höher
als diese ist, wenn das Heizvermögen
des Haupt-Heizsystems zum Erwärmen
des Inneren des Fahrzeugs gut genug ist, der Kühlmittelkompressor zur Abschaltung gesteuert,
um den Heißgaszyklus
anzuhalten, während
dann, wenn die Temperatur des Kühlwassers niedriger
als die vorbestimmte Temperatur ist, da das Heizvermögen des
Haupt-Heizsystems für
die Durchführung
der erforderlichen Arbeiten nicht ausreicht, der Kühlmittelkompressor
zur Einschaltung gesteuert, um den Heißgaszyklus zu aktivieren.
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Hier
arbeitet der Heißgaszyklus
anders als ein normaler Wärmepumpenzyklus,
bei dem bewirkt wird, dass der innere Wärmetauscher, der im Inneren des
Fahrgastraums vorgesehen ist, als Kühlmittelkondensator arbeitet
und bewirkt wird, dass der äußere Wärmetauscher,
der außerhalb
des Fahrgastraums vorgesehen ist, als Kühlmittelverdampfer arbeitet,
und der derart gestaltet ist, dass die sich aus der Kompressionsarbeit
des Kühlmittelkompressors ergebende
Wärme von
dem inneren Wärmetauscher (Kühlmittelverdampfer
bei der Kühlbetriebsart)
abgegeben wird und daher der Heißgaszyklus bei extrem niedrigen
Außenluft-Temperaturen,
beispielsweise bei denjenigen in der Nähe von –40°C, arbeiten kann.
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Beim
Stand der Technik tritt jedoch, wenn infolge der Eigenschaft des
als HFC-134a bezeichneten
Kühlmittels
die Temperatur extrem niedrig ist und beispielsweise –20°C oder niedriger
ist, der Fall auf, dass ein negativer Druck (ein Druck niedriger
als der atmosphärische
Druck, beispielsweise ein atmosphärischer Druck von 0 kg/cm2G bei –26°C) geschaffen
wird, bevor der Kühlmittelkompressor
aktiviert wird. Des Weiteren wird infolge der Eigenschaft des Heißgaszyklus,
wenn der in den Einlassbereich des Kühlmittelkompressors eingeführte Einlassdruck,
unmittelbar nachdem der Kompressor aktiviert worden ist, zum allmähli chen
Anstieg tendiert, nachdem der Einlassdruck einmal abgesenkt worden
ist, bestätigt, dass
die Frequenz, mit der der negative Druck am Einlassbereich des Kühlmittelkompressors
geschaffen wird, sehr hoch ist.
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Nebenbei
bemerkt ist in Hinblick auf den Umstand, dass der negative Druck
bei Kühlmittelkompressoren
der durch den Motor angetriebenen Art, die gegenwärtig gemeinhin
verwendet werden, am Einlassbereich erzeugt wird, festgestellt worden, dass
der Wellen-Abdichtungsbereich schwach ist und daher, wenn der Einlassdruck
des Kühlmittelkompressors
auf einen vorbestimmten Wert oder unter denselben (beispielsweise –0,5 kg/cm2G) absinkt, die Möglichkeit besteht, dass Luft
in das Innere des Kühlmittelkompressors
von dem Wellen-Abdichtungsbereich aus eintritt. Da der Eintritt
von Luft in das Innere eines solchen Kühlmittelkompressors zur Bildung
von Korrosion innerhalb des Zyklus oder zu einem anormalen Anstieg
des Hochdrucks (Kondensationsdrucks) zum Zeitpunkt des Kühlens führt, muss
ein solcher Eintritt von Luft verhindert werden.
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In
Hinblick auf die Überwindung
des obigen Nachteils des im US-Patent 6 237 681 offenbarten Standes
der Technik, das die Merkmale des Oberbegriffs der unabhängigen Ansprüche 1 und
5 zeigt, wird, wenn eine physikalische Größe, die mit dem in den Kühlmittelkompressor
eingeführten
Einlassdruck in Beziehung steht, der mittels einer Einlassdruck-Feststellungseinrichtung
festgestellt wird, kleiner als ein vorbestimmter Wert wird, wenn
der Heißgaszyklus
in einem Zustand aktiviert wird, bei dem die Außenlufttemperatur extrem niedrig
ist, der Kühlmittelkompressor
automatisch angehalten, um den Betrieb eines Hilfs-Heizsystems anzuhalten,
wodurch eine Herabsetzung des Einlassdrucks des Kühlmittelkompressors,
die auftritt, unmittelbar nachdem der Kühlmittelkompressor aktiviert
worden ist, verhindert werden kann, wodurch die Erzeugung eines
negativen Drucks am Einlassbereich des Kühlmittelkompressors verhindert
wird.
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Des
Weiteren wird in einer Umgebung mit niedriger Temperatur, bei der
die Außenluft-Temperatur
auf –10°C oder tiefer
absinkt, wenn die Temperatur und der Druck des Kühlmittels abnehmen, um hierdurch
das spezifische Volumen des Kühlmittels zu
vergrößern, die
gewichtsbezogene Strömungsrate des
Kühlmittels,
das in den Kühlmittelkompressor eingeführt wird,
kleiner, und arbeitet daher der Kühlmittelkompressor nicht ausreichend,
was zu einem Mangel des Hilfs-Heizvermögens führt.
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In
Hinblick auf die Überwindung
des Nachteils bei dem in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 11-42 934 offenbarten Stand der Technik ist gemäß Darstellung
in dessen 8 eine Kühlmittel-Heizeinheit 9 zum
Erhitzen des Kühlmittels
vorgesehen, das durch einen Kühlmittel-Strömungsweg 30 strömt, der
sich vom Ausgang eines Kühlmittelverdampfers 6 aus
zur Einlassöffnung
eines Kühlmittelkompressors 7 hin
erstreckt. Das Vorsehen der Kühlmittel-Heizeinheit 9 erhöht die Temperatur
und den Druck des Kühlmittels,
das in den Kühlmittelkompressor 7 eingeführt wird,
und das spezifische Volumen des Kühlmittels wird herabgesetzt,
während
die gewichtsbezogene Strömungsrate des
Kühlmittels
vergrößert wird,
wodurch es ermöglicht
wird, dass der Kühlmittelkompressor
ausreichend arbeitet, was es möglich
macht, das Hilfs-Heizvermögen zu vergrößern.
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Bei
dem in der obigen ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
offenbarten Stand der Technik erwies sich jedoch, während das
Hilfs-Heizvermögen
durch Erwärmung
der Niederdruckseite (vom Ausgang des Kühlmittelverdampfers aus zu
der Einlassöffnung
des Kühlmittelkompressors
hin) des Heißgaszyklus
vergrößert wird,
der Stand der Technik nicht als gegen den Nachteil wirksam, dass
innere Bauteile des Kühlmittelkompressors
verschleißen oder
infolge eines Eintritts von Luft in das Innere des Kühlmittelkompressors
ausfallen, der sich aus der Erzeugung eines negativen Drucks ergibt,
der niedriger als der atmosphärische
Druck ist, der im Inneren des Kompressors auftritt, wenn der Heißgaszyklus
in einem Zustand aktiviert wird, bei dem die Außenlufttemperatur extrem niedrig
ist, oder infolge einer unzureichenden Schmierung des Inneren des
Kühlmittelkompressors,
was sich aus der Nicht-Rückführung von
Kühlmittel
und Öl
zum Kompressor, nachdem dieser aktiviert worden ist, infolge des
niedrigen Drucks und der niedrigen Dichte des Kühlmittels ergibt.
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Jedoch
haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt, dass die
Temperatur des Kühlmittels
innerhalb des Heißgaszyklus
(insbesondere innerhalb des Kühlmittelkompressors)
dazu tendiert, sich fortlaufend jederzeit zu erhöhen, wenn der Motor angelassen
worden ist. Es wurde angenommen, dass diese Tendenz auf den Fakten
beruht, dass die vom Motor erzeugte Wärme dem Kühlmittelkompressor zugeführt wird,
da der Kühlmittelkompressor
am Motor befestigt ist, und dass die sich im Motorraum aufbauende
Wärme dem
Inneren des Heißgaszyklus zugeführt wird.
Die Erfinder haben dann auf der Basis dieser Grundlage in Betracht
gezogen, dass, da das Gewicht des Kühlmittels je Volumen zunimmt
und die Temperatur innerhalb des Heißgaszyklus mit dem Verstreichen
einer gewissen Zeit ohne Abschätzung des
Einlassdrucks ansteigt, die Erzeugung einer großen Größe des negativen Drucks im
Kühlmittelkompressor
verhindert werden kann und die Rückführung von
Kühlmittel
und Öl
vom Kühlmittelkondensator usw.
aus verbessert werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage des obigen Wissens und
der obigen Erwägungen
geschaffen worden, und es ist ihre Aufgabe, ein Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem
zu schaffen, das den Eintritt von Luft in das Innere eines Kühlmittelkompressors
verhindern kann, wenn der Heißgaszyklus
aktiviert wird, um hierdurch die Entstehung von Korrosion innerhalb
des Heißgaszyklus
infolge des Eintritts von Luft in das Innere des Kompressors zu
verhindern, ohne eine Einlassdruck-Feststellungseinheit vorzusehen
und den Wellen-Abdichtungsbereich des Kühlmittelkompressors zu verbessern,
und das die Rückführung von
Kühlmittel
und Öl
vom Kühlmittelkondensator
aus zum Kühlmittelkompressor
hin verbessern kann, wenn der Heißgaszyklus aktiviert ist.
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Unter
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen ein Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem,
umfassend eine Haupt-Heizeinheit zum Erhitzen von Luft, die durch
das Innere eines Klimatisierungskanal hindurchtritt, mit dem Kühlwasser eines
Motors, und eine Kühlzykluseinrichtung
mit einem ersten Kühlmittel-Umwälzungskreis
für eine Kühlerbetriebsart
und mit einem zweiten Kühlmittel-Umwälzungskreis
für eine
Erhitzerbetriebsart, die eine Hilfs-Erhitzung und derart gestaltet
ist, dass die Arbeitsweise des Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems
durch eine Steuereinheit gesteuert wird, wobei ein Kühlmittelkompressor
ausgeschaltet ist, bis eine vorbestimmte Zeit T1 verstrichen
ist, nachdem der Motor aktiviert worden ist, in dem Fall, dass die
Heizleistung gleich einem vorbestimmten Wert oder größer als
dieser ist, während
das Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem
in der Erhitzerbetriebsart betrieben wird, die eine Hilfs-Heizung ist. Gemäß dieser
Bauweise wird, da die vom Motor erzeugte Wärme dem Kühlmittelkompressor zugeführt wird
und das Innere des Motorraums erwärmt, die Temperatur des Kühlmittels
innerhalb des Heißgaszyklus,
der der zweite Kühlmittel-Umwälzungskreis
ist, erhöht,
und wird das Gewicht des Kühlmittels
je Volumen vergrößert, wodurch
die Erzeugung eines großen
negativen Drucks innerhalb des Kühlmittelkompressors
verhindert wird und die Rückführung von
Kühlmittel
und Öl
zum Kühlmittelkompressor
verbessert werden kann.
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Bei
dem Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem der vorliegenden Erfindung
wird eine Temperatur von Außenlufttemperatur,
Innenlufttemperatur, Lufttemperatur stromabwärts des Kühlmittelverdampfers und Kühlwassertemperatur
je als ein numerischer Wert verwendet, der die Heizlast repräsentiert.
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Bei
dem Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem der vorliegenden Erfindung
ist eine Heizvorrichtung entlang des Wegs des zweiten Kühlmittel-Umwälzungskreises
angebracht, und wird die Heizvorrichtung eingeschaltet gehalten,
nachdem der Motor angelassen worden ist, wenn das Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem
in der Erhitzerbetriebsart betrieben wird, während der Kühlmittelkompressor nur für eine Zeit
T2, die kürzer als die vorbestimmte Zeit
T1 ist, ausgeschaltet gehalten werden kann.
Auf diese Weise kann sogar in dem Fall, dass die Zeit, während der
der Kühlmittelkompressor
ausgeschaltet ist, kürzer
ist, die Aktivierung des Heißgaszyklus
gestartet werden, ohne einen großen negativen Druck innerhalb
des Kühlmittelkompressors
durch Erhitzen des zweiten Kühlmittel-Umwälzungskreises
auch mit der Heizvorrichtung gestartet werden, wenn der Motor aktiviert
wird. Folglich kann die Zeit, die benötigt wird, bis der Fahrgast
Wärme empfinden
kann, verkürzt werden.
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Bei
dem Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem der vorliegenden Erfindung
kann die Heizvorrichtung in einer Sammelvorrichtung vorgesehen sein. Das
Kühlmittel
kann wirksam durch das Vorsehen der Heizvorrichtung in der Sammlungsvorrichtung,
die ein Speicher des Kühlmittels
ist, erhitzt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen ein Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem
mit einer Hilfs-Heizfunktion, damit durch den Kühlmittelkompressor abgegebenes
heißes
Hochdruck-Kühlmittel
zur der Zeit des Erhitzens einen Kühlmittelkondensator im Bypass umgeht,
um einem Kühlmittelverdampfer
zugeführt zu
werden, so dass Luft mit diesem Kühlmittelverdampfer erhitzt
wird, wobei eine Heizeinheit in dem Kühlmittelkompressor zum Erhitzen
des Kühlmittelkompressors
vorgesehen ist, wenn die Heizleistung gleich einem vorbestimmten
Wert oder größer als dieser
bei dem Versuch des Startens der Arbeit der Hilfs-Heizfunktion ist.
Gemäß dieser
Bauweise kann die Zunahme der Temperatur des Kühlmittels innerhalb eines Heißgaszyklus;
der die Hilfs-Heizfunktion durchführt, wenn die Außenlufttemperatur
extrem niedrig ist, verbessert werden, und kann die Zeit, die vor
dem Heißgasbetrieb
notwendig ist, verkürzt
werden, wodurch die Zeit, die notwendig ist, bevor der Fahrgast
Wärme empfinden
kann, verkürzt
werden kann. Ferner kann der Druck innerhalb des Kühlmittelkompressors,
wenn das Heißgas
arbeitet, erhöht werden,
wodurch der Eintritt von Luft in den Kühlmittelkompressor verhindert
werden kann.
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Bei
dem Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem der vorliegenden Erfindung
kann der Kühlmittelkompressor
mit dem Motor über
eine Kupplung gekoppelt werden.
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Bei
dem Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem der vorliegenden Erfindung
wird ein Kühlmittelkompressor
mit einem Dampf/Flüssigkeits-Abscheider
als Kühlmittelkompressor
verwendet, wodurch sowohl der Kompressor als auch der Dampf/Flüssigkeits-Abscheider
durch die Erhitzungseinheit erhitzt werden können. Gemäß dieser Bauweise wird beim Betrieb
des Heißgaszyklus,
wenn die Außenlufttemperatur
extrem niedrig ist, durch Aufwärmen
des im Dampf/Flüssigkeits-Abscheider
verbleibenden flüssigen
Kühlmittels
das Kühlmittel
verdampft, wodurch die Dichte und die Strömungsrate des Kühlmittels vergrößert werden,
wobei das Hilfs-Heizvermögen hierdurch
merklich vergrößert wird.
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Bei
dem Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem der vorliegenden Erfindung
kann eine elektrische Heizvorrichtung, die im Inneren oder am Umfang
des Kühlmittelkompressors
oder am Umfang des Dampf/Flüssigkeits-Abscheider
vorgesehen ist, als Erhitzungseinheit verwendet werden.
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Bei
dem Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem der vorliegenden Erfindung
wird der Kühlmittelkompressor
mit der Heizeinheit erhitzt, nachdem der Motor angelassen worden
ist, wenn die Heizlast gleich dem vorbestimmten Wert oder größer als
dieser ist, und wird in dem Fall, dass ein Heißgasschalter sogar dann nicht
eingeschaltet ist, nachdem eine vorbestimmte Zeit (T2)
verstrichen ist, die Heizeinheit abgeschaltet. Gemäß dieser
Bauweise kann ein unnötiges
Erhitzen mittels der Heizeinheit verhindert werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen vollständiger zu
verstehen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Schema mit der Darstellung der Gesamtbauweise eines Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems
gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Fließdiagramm
mit der Darstellung des Heißgasbetriebs,
wenn das Fahrzeug-Klimatisierungssystem gemäß der ersten Ausführungsform
in einer Erhitzerbetriebsart betrieben wird;
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3 ein
Diagramm mit der Darstellung der Anstiegstendenz der Kühlwassertemperatur
und der Oberflächentemperatur
eines Kompressors, nachdem der Motor angelassen worden ist;
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4 ein
Schema mit der Darstellung der Gesamtbauweise eines Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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5 ein
Fließdiagramm
mit der Darstellung des Heißgasbetriebs,
wenn das Fahrzeug-Klimatisierungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform
in einer Erhitzerbetriebsart betrieben wird;
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6 ein
Schema mit der Darstellung der Gesamtbauweise eines Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems
gemäß einer
dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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7 einen
Schnitt durch einen Kühlmittelkompressor
eines Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und
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8 einen
Schema mit der Darstellung der Gesamtbauweise eines herkömmlichen
Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Kraftfahrzeug-Klimatisierungssysteme
gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass, während die
vorliegende Erfindung in Anwendung bei einem Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem
beschrieben wird, die vorliegende Erfindung in geeigneter Weise
bei einem allgemeinen Klimatisierungssystem Anwendung finden kann. 1 ist
ein Schema mit der Darstellung der Gesamtbauweise eines Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Das
in 1 dargestellte Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem
ist derart gestaltet, dass jeweilige Klimatisierungs-Bauteile in
einer Klimatisierungseinheit 1 zur Klimatisierung des Inneren
eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Motor E, der
als Haupt-Wärmequelle
zur Erhitzung dient, eingebaut ist, durch eine Klimatisierungs-Steuereinheit
(ECU) 10 gesteuert werden.
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Die
Klimatisierungseinheit 1 umfasst einen Klimatisierungskanal 2,
der einen Luftdurchtritt zur Einführung von Klimatisierungsluft
in das Innere eines Fahrgastraums bildet. Am stromaufwärtigsten Ende
des Klimatisierungskanals 2 sind vorgesehen eine Außenluft-Einlassöffnung,
eine Innenluft-Einlassöffnung
und eine Innenluft/Außenluft-Schaltklappe (von
denen keine in der Figur dargestellt ist) und stromabwärts derselben
ein Zentrifugalgebläse 3. Des
weiteren vorgesehen sind am stromabwärtigsten Ende des Klimatisierungskanals
Auslässe,
beispielsweise Defroster-Auslässe,
Kopfraum-Auslässe
oder Fußraum-Auslässe und
Betriebsart-Schaltklappen (nicht dargestellt).
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Eine
Heißwasser-Heizvorrichtung 5 einer Heißwasser-Heizeinheit
(Haupt-Heizeinheit)
zur Wiedererhitzung von Luft, die durch einen Kühlmittelverdampfer 6 hindurchgetreten
ist, der weiter unten beschrieben wird, ist stromaufwärts der
Auslässe
vorgesehen. Diese Heißwasser-Heizvorrichtung 5 ist
in einer mittleren Position entlang der Länge eines Kühlwasser-Umwälzungskreises 14 angeordnet,
in dem ein umlaufender Strom von Kühlwasser durch eine Wasserpumpe
(nicht dargestellt), die durch den Motor E angetrieben ist, erzeugt
wird. Dann wird, wenn ein Heißwasser-Ventil 15,
das in einer Position entlang der Länge des Kühlwasser-Umwälzungskreises 14 angeordnet
ist, geöffnet
ist, Kühlwasser,
das vom Motor E abgegebene Wärme
absorbiert, in der Heißwasser-Heizvorrichtung 5 umgewälzt, und
erhitzt die Heißwasser-Heizvorrichtung 5 Luft
erneut unter Verwendung dieses Kühlwassers
als Wärmequelle
zur Erhitzung. Hierbei ist die Heißwasser-Heizeinheit (Haupt-Heizeinheit) 4 durch
den Motor E, die Heißwasser-Heizvorrichtung 5,
den Kühlwasser- Umwälzungskreis 14 und
das Heißwasser-Ventil 15 gebildet.
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Ein
Kühlmittelverdampfer 6,
der einen wesentlichen Bestandteil einer Kühlzyklus-Vorrichtung 20 bildet, die
in dem Kraftfahrzeug eingebaut ist, ist zwischen dem Zentrifugalgebläse 3 und
der Heißwasser-Heizvorrichtung 5 derart
angeordnet, dass er den Luftdurchtritt 11 innerhalb des
Klimatisierungskanals 2 vollständig schließt. Diese Kühlzyklus-Vorrichtung 20 umfasst
einen ersten Kühlmittel-Umwälzungskreis
(Kühlzyklus) 21,
einen zweiten Kühlmittel- Umwälzungskreis
(Heißgaszyklus) 22 und
ein erstes und ein zweites elektromagnetisches Ventil 23, 24 zum
Schalten der Kreise zwischen dem ersten und dem zweiten Kreis 21, 22.
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Der
erste Kühlmittel-Umwälzungskreis 21 ist ein
Kühlmittelkreis
zur Umwälzung
von heißem,
gasförmigen
Hochdruck-Kühlmittel,
das von einem Kühlmittelkompressor 7 aus
durch das erste elektromagnetische Ventil 23, einen Kühlmittel kondensator 25, einen
Aufnahmebehälter
(Dampf/Flüssigkeits-Abscheider) 26,
eine erste Druckreduzierungsvorrichtung 27, den Kühlmittelverdampfer 6 und
einen Sammelbehälter
(Dampf/Flüssigkeits-Abscheider) 28 hindurch
zurück
zum Kühlmittelkompressor 7 in
dieser Reihenfolge abgegeben wird. Ferner ist der zweite Kühlmittel-Umwälzungskreis 22 ein
Kühlmittelkreis für umlaufendes
heißes,
gasförmiges
Hochdruck-Kühlmittel
(heißes
Gas), das vom Kühlmittelkompressor 7 aus
durch das zweite elektromagnetische Ventil 24, eine zweite
Druckreduzierungsvorrichtung 29, den Kühlmittelverdampfer 6 und
den Sammelbehälter 28 hindurch
zurück
zum Kühlmittelkompressor 7 in
dieser Reihenfolge abgegeben wird. Es ist zu beachten, dass die
erste Druckreduzierungsvorrichtung 27 und die zweite Druckreduzierungsvorrichtung 29 zu
einer einzigen Druckreduzierungsvorrichtung zusammengebaut sein
können,
um für
den Kühlzyklus
und den Heißgaszyklus
gemeinsam verwendet zu werden.
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In
der Kühlzyklus-Vorrichtung 20 läuft, wenn das
erste elektromagnetische Ventil 23 geöffnet ist und das zweite elektromagnetische
Ventil 24 geschlossen ist, Kühlmittel durch den ersten Kühlmittel-Umwälzungskreis 21 um,
während,
wenn das erste elektromagnetische Ventil 23 geschlossen
ist und das zweite elektromagnetische Ventil 24 geöffnet ist, Kühlmittel
durch den zweiten Kühlmittel-Umwälzungskreis 22 umläuft. Es
ist zu beachten, dass eine Umwälzungskreis-Schaltvorrichtung
durch das erste und das zweite elektromagnetische Ventil 23, 24 gebildet
ist. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 16 einen Kühllüfter, der
durch einen Antriebsmotor 17 zum zwangsweisen Blasen von
Außenluft
gegen den Kühlmittelkondensator 25 drehbar
angetrieben ist.
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Der
Kühlmittelverdampfer 6 ist
ein solcher, der einem inneren Wärmetauscher,
der im Inneren des Fahrgastraums vorgesehen ist, entspricht, und arbeitet
als kühlender
Wärmetauscher
zum Verdampfen von in zwei Phasen vorliegendem dampfförmigen/flüssigen Niedertemperatur-Kühlmittel,
das dort von der ersten Druckreduzierungsvorrichtung 27 aus
einströmt,
wenn Kühlmittel
durch den ersten Kühlmittel-Umwälzungskreis 21 hindurchströmt, um Luft
zu kühlen,
die dort hindurchtritt. Ferner arbeitet der Kühlmittelverdampfer 6 als
heizender Wärmetauscher
(Hilfs-Heizeinheit), damit Hochtemperatur- oder Heißgas-Kühlmittel, das dort von der
zweiten Druckreduzierungsvorrichtung 29 aus einströmt, wenn
das Kühlmittel
durch den zweiten Kühlmittel-Umwälzungskreis 22 strömt, dort
hindurchströmen
kann, um dadurch Luft, die dort hindurchtritt; zu erhitzen.
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Der
Kühlmittelkompressor 7 ist
ein von einem Motor angetriebener Kompressor zum Komprimieren von
Kühlmittel,
das dort von einer Einlassöffnung
desselben aus eingeführt
wird, und zur Abgabe von heißem,
gasförmigen
Hochdruck-Kühlmittel
von einer Abgabeöffnung
desselben aus. In diesem Fall kann entweder ein Kompressor der Art
mit veränderbarer
Verdrängung
oder ein Kompressor mit feststehender Verdrängung verwendet werden. Mit
einer. Welle dieses Kühlmittelkompressors 7 ist
eine elektromagnetische Kupplung 8 zur Bewirkung der Übertragung
der Drehkraft des Motors E an den Kühlmittelkompressor 7 und
zur Abschaltung dieser Übertragung
verbunden. Ferner ist ein Keilriemen um eine Riemenscheibe 81 der
elektromagnetischen Kupplung 8 herum gelegt. Der Keilriemen
ist auch um eine Kurbelriemenscheibe des Motors E herum gelegt,
um hierdurch die Übertragung
der Drehkraft des Motors E an den Kühlmittelkompressor 7 zu
ermöglichen.
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Wenn
sich die elektromagnetische Kupplung 8 in erregtem Zustand
(EIN) befindet, wird die Drehkraft des Motors E an den Kühlmittelkompressor 7 über den
Keilriemen und die elektromagnetische Kupplung 8 überfragen,
wodurch der Kühlzyklus
aktiviert wird und der Luft-Kühlbetrieb
oder Luft-Heizbetrieb durch den Kühlmittelverdampfer 6 durchgeführt wird.
Ferner wird, wenn sich die elektromagnetische Kupplung 8 in
nicht-erregtem Zustand (AUS) befindet, die Kraft des Motors E nicht
an den Kühlmittelkompressor 7 übertragen
und der Luft-Kühlbetrieb oder
der Luft-Heizbetrieb durch den Kühlmittelverdampfer 6 angehalten.
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Jeweilige
Schaltsignale von jeweiligen Schaltern an einer Steuertafel (nicht
dargestellt), die an der Vorderseite des Fahrgastraums vorgesehen ist,
werden in die ECU (die elektrische Klimatisierungs-Steuereinheit) 10 zur
Steuerung der jeweiligen Klimatisierungs-Komponenten in der Klimatisierungseinheit 1 eingegeben.
An der Steuertafel sind vorgesehen ein Heißgasschalter, ein Betriebsart-Umschalter zum Umschalten
der Klimatisierungs-Betriebsarten zwischen einer Kühlerbetriebsart
(Kühlbetrieb)
und Erhitzerbetriebsart (Heizbetriebsart), ein Temperatur-Einstellschalter
zum Einstellen der Temperatur im Inneren des Fahrgastraums auf eine
gewünschte
Temperatur, ein Klimatisierungs-Schalter für den Befehl, dass die Kühlzykluseinrichtung 20 zu aktivieren
oder anzuhalten ist, und ein Gebläseschalter für den Befehl,
dass das Zentrifugalgebläse 3 einzuschalten
oder auszuschalten ist.
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Des
Weiteren ist ein bekannter Mikroprozessor, der eine CPU, ein ROM
und ein RAM umfasst, im Inneren der ECU 10 vorgesehen,
und sind Signale der jeweiligen Sensoren dazu bestimmt, nachdem die
Signale A/D-umgewandelt worden sind, in den Mikroprozessor mittels
einer Eingabe-Schaltung, nicht dargestellt, eingegeben zu werden.
Ferner ist, wenn ein Zündschalter
(IG), der das Anlassen und das Anhalten des Motors E des Kraftfahrzeugs
steuert, eingeschaltet ist (EIN), die ECU 10 in Hinblick darauf
konfiguriert, einen Steuerungsprozess zu starten, wobei eine Gleichstrom-Stromversorgung
von einer Batterie (nicht dargestellt) aus daran angeschlossen ist,
die eine im Kraftfahrzeug eingebaute bordseitige Stromversorgung
ist.
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Signale
eines Innenluft-Temperatursensors 104 zur Feststellung
der Temperatur der Luft im Inneren des Fahrgastraums (Innenlufttemperatur),
eines Außenluft-Temperatursensors 105 zur
Feststellung der Temperatur der Luft außerhalb des Fahrgastraums (Außenlufttemperatur),
eines Hinter-Verdampfer-Temperatursensor 107 zur Feststellung
der Temperatur der Luft, die durch den Kühlmittelverdampfer 6 hindurchgetreten
ist (Lufttemperatur stromabwärts
des Verdampfers), und eines Kühlwasser-Temperatursensors 108 zur
Feststellung der Temperatur des Kühlwassers, das in die Heißwasser-Heizvorrichtung 5 einströmt, werden
jeweils in die Klimatisierungs-Steuerungs-ECU 10 eingegeben.
Es ist zu beachten, dass die oben genannten jeweiligen Schalter
und Sensoren dazu dienen, Klimatisierungs-Umgebungsfaktoren festzustellen,
die benötigt werden,
um die Luft im Inneren des Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs zu klimatisieren,
und Thermistoren werden in dem Innenluft-Temperatursensor, dem Außenluft-Temperatursensor,
dem Hinter-Verdampfer-Temperatursensor und dem Kühlwasser-Temperatursensor verwendet.
Ferner ist eine Messvorrichtung in der ECU 10 zur Berechnung
der Zeit vorgesehen, die verstrichen ist, seit der Motor angelassen worden
ist.
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Als
Nächstes
wird die Heißgas-Arbeitsweise des
wie oben beschrieben gestalteten Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems
gemäß der ersten
Ausführungsform,
die ein Merkmal der vorliegenden Erfindung bildet, auf der Grundlage
eines in 2 dargestellten Fließdiagramms
beschrieben.
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In
Schritt S1 wird der Zündschalter
(IG) eingeschaltet, und wird die Gleichstromstromversorgung mit
der ECU 10 verbunden. Dann werden in Schritt S2 Signale
der jeweiligen Schalter an der Klimatisierungs-Steuertafel eingelesen.
In Schritt S3 werden Signale der jeweiligen Sensoren eingelesen. Genauer
gesagt werden die Außenlufttemperatur,
die Innenlufttemperatur, die Lufttemperatur stromab wärts des
Verdampfers und die Kühlwassertemperatur
eingelesen.
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Als
Nächstes
wird bestimmt (Schritt S4), ob die Klimatisierungs-Betriebsart bei
der Erhitzerbetriebsart (Erhitzen) eingeschaltet ist oder nicht.
Es wird nämlich
bestimmt, ob die Klimatisierungs-Betriebsart auf die Erhitzerbetriebsart
unter Verwendung des Betriebsart-Umschalters eingestellt ist oder nicht.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung NEIN ist, wird dann die Routine
wie in 2 dargestellt verlassen.
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Wenn
das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S4 JA ist oder falls sich
die Klimatisierungs-Betriebsart in der Heizbetriebsart befindet, wird
bestimmt (Schritt S5), ob der Heißgasschalter geschlossen (EIN)
ist. Wenn das Ergebnis der Bestimmung NEIN ist, wird dann die Routine
gemäß Darstellung
in 2 verlassen, nachdem die Erregung der elektromagnetischen
Kupplung 8 angehalten worden ist, um den Kühlmittelkompressor 7 automatisch
anzuhalten.
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Ferner
geht, wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S5 JA ist oder
falls der Heißgasschalter
eingeschaltet ist, dann das Verfahren zu Schritt S6 weiter, und
wird bestimmt, ob die Heizlast gleich einem vorbestimmten Wert oder
größer als
dieser ist. Beispielsweise wird bestimmt, ob in Hinblick auf die Heizlast
die Außentemperatur
niedriger als der vorbestimmte Wert (–30°C) ist oder nicht. Es ist zu
beachten, dass zusätzlich
zu der Außenlufttemperatur die
Innenlufttemperatur, die Lufttemperatur stromabwärts des Verdampfers oder die
Kühlwassertemperatur
in Hinblick auf die Heizlast übernommen
werden können.
Des weiteren kann der vorbestimmte Wem in geeigneter Weise eingestellt
werden.
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Wenn
das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S6 JA ist, wird nämlich, falls
die Außentemperatur
gleich –30°C oder höher ist,
die elektromagnetische Kupplung 8 eingeschaltet (Schritt
S7), und wird dann, wobei der Kühlmittelkompressor 7 aktiviert wird,
das erste elektromagnetische Ventil 23 geschlossen, und
wird, wobei das zweite elektromagnetische Ventil 24 geöffnet wird,
der Heißgasbetrieb
in dem zweiten Kühlmittel-Umwälzungskreis
(Heißgaszyklus) 22 wie
vorgesehen gestartet.
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Wenn
das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S6 NEIN ist oder falls die
Außentemperatur niedriger
als –30°C ist, wird
die Zeit, die verstrichen ist, seit der Motor angelassen worden
ist, berechnet, was ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist,
und wird in Schritt S8 bestimmt, ob eine Zeit T1,
die verstrichen ist, seit der Motor angelassen worden ist, gleich
60 Sekunden oder länger
ist oder nicht. Dann geht das Verfahren zu Schritt S7 weiter, nachdem
60 Sekunden verstrichen sind, seit der Motor angelassen worden ist,
wo die elektromagnetische Kupplung 8 eingeschaltet wird,
wobei der Kühlmittelkompressor 7 aktiviert
wird, wobei das erste elektromagnetische Ventil 23 geschlossen
wird und das zweite elektromagnetische Ventil 24 geöffnet wird,
und der Betrieb der Heißgaszyklus
wird im zweiten Kühlmittel-Umwälzungskreis
gestartet.
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Daher
ist gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, falls die Heizlast gleich dem vorbestimmten
Wert oder größer als
dieser ist, die Arbeitsweise des Heißgaszyklus in Hinblick darauf
gestaltet, aktiviert zu werden, nachdem eine vorbestimmte Zeit T1, beispielsweise 60 Sekunden, verstrichen
ist, seit der Motor angelassen worden ist, wodurch Wärme vom
Motor direkt an den Kühlmittelkompressor
geleitet und das Innere des Motorraums aufgewärmt wird, und wird Wärme direkt dem
Inneren des Heißgaszyklus
zugeführt,
um hierdurch die Temperatur im Inneren des Zyklus zu erhöhen. Daher
steigt sogar dann, wenn der Einlassdruck des Kühlmittelkompressors nicht geschätzt wird,
was für
das Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem des Standes der Technik
erforderlich ist, die Temperatur innerhalb des Heißgaszyklus
mit dem Verstreichen einer bestimmten Zeit an, und nimmt das Kühlmittelgewicht
je Volumen zu, wodurch die Erzeugung eines großen negativen Drucks im Kühlmittelkompressor verhindert
werden kann und die Rückführung von Kühlmittel
und Öl
verbessert werden kann.
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3 ist
ein Diagramm mit der Darstellung, wie die Temperatur des Motorkühlwassers
und die Oberflächentemperatur
des Kompressors angestiegen sind, nachdem der Motor angelassen worden
ist. Die Abszissenachse gibt die Zeit (Minuten) an, und die Ordinatenachse
gibt die Temperatur (°C)
an. In dem Diagramm gibt die Kurve G1 die Temperatur des Motorkühlwassers
an, gibt die Kurve G2 die Oberflächentemperatur
des Kompressors an, die sich ergibt, wenn ein Kompressor mit veränderbar
Verdrängung als
Kompressor verwendet wurde und der Heißgasbetrieb aktiviert wurde,
nachdem 1 Minute verstrichen ist, seit der Motor angelassen worden
ist, gibt die Kurve G3 die Oberflächentemperatur des Kompressors
an, die sich ergibt, wenn ein Kompressor mit veränderbarer Verdrängung als
Kompressor verwendet wurde und der Heißgasbetrieb nicht aktiviert
wurde, gibt die Kurve G4 die Oberflächentemperatur des Kompressors
an, die sich ergibt, wenn ein Kompressor mit feststehender Verdrängung als
Kompressor verwendet wurde und der Heißgasbetrieb aktiviert wurde,
nachdem 5 Minuten verstrichen sind, seit der Motor angelassen worden
ist, und gibt G5 die Oberflächentemperatur
des Kompressors an, die sich ergibt, wenn ein Kompressor mit feststehender
Verdrängung
als Kompressor verwendet wurde und der Heißgasbetrieb ist nicht aktiviert
wurde.
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Der
Grund, warum die Neigung der ansteigenden Kurven der Oberflächentemperatur
der Kompressoren mit veränderbarer
Verdrängung
steiler als diejenige der ansteigenden Kurven der Oberflächentemperaturen
der Kompressoren mit feststehender Verdrängung ist, besteht darin, dass
bei Kompressoren mit veränderbarer
Verdrängung
die Welle zur gleichen Zeit leer umläuft, wenn der Motor angelassen
wurde, wodurch Wärme
im Kompressor erzeugt wurde und die Temperatur im Inneren des Kompressors
stark erhöht
wurde. Daher bedeutet in 2, wo der Kompressor mit veränderbarer
Verdrängung
verwendet wird, das Einschalten und Ausschalten der elektromagnetischen
Kupplung, dass die Kapazität so
gesteuert wird, dass sie größer als
0% wird, bzw. dass die Kapazität
so gesteuert wird, dass sie 0% wird.
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4 ist
ein Schema mit der Darstellung des Gesamtaufbaus eines Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei dieser zweiten Ausführungsform
ist eine Heizvorrichtung 40 entlang des Wegs innerhalb
eines Heißgaszyklus,
der ein zweiter Kühlmittel-Umwälzungskreis 22 ist,
beispielsweise am Umfang oder im Inneren eines Sammelbehälters 28,
angebracht. Der Sammelbehälter 28 ist
so gestaltet, dass er für
eine vorbestimmte Zeit bei einem Befehl einer ECU 10 erhitzt
wird. Die übrige
Gestaltung des Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems der zweiten
Ausführungsform
ist die gleiche wie diejenige des Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems
der ersten Ausführungsform.
Elektrische Heizvorrichtungen, beispielsweise eine PTC-Heizvorrichtung,
eine Nichromdraht-Heizvorrichtung und eine Glühkerzen-Heizvorrichtung, werden
als Heizvorrichtung 40 bevorzugt verwendet.
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Als
Nächstes
wird der Heißgasbetrieb
des Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage eines in 5 dargestellten
Fließdiagramms
beschrieben.
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In
Schritt T1 wird, wenn ein Zündschalter
(IG) eingeschaltet wird, eine Gleichstrom-Stromversorgung mit der
ECU 10 verbunden. Dann werden Signale jeweiliger Schalter
an einer Klimatisierungs-Steuertafel eingelesen (Schritt T2).
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Ferner
werden ebenfalls Signale jeweiliger Sensoren eingelesen (Schritt
T3). Genau gesagt werden die Außenlufttemperatur,
die Innenlufttemperatur, die Lufttemperatur stromabwärts des
Verdampfers und die Kühlwassertemperatur
eingelesen.
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Als
Nächstes
wird in Schritt T4 bestimmt, ob die Heizlast gleich einem vorbestimmten
Wert oder größer als
dieser ist. Beispielsweise wird in Hinblick auf die Heizlast bestimmt,
ob die Außenlufttemperatur
niedriger als der vorbestimmte Wert (–30°C) ist oder nicht. Die Auswahl
der Heizlast und die Einstellung des vorbestimmten Werts sind daher
identisch zu denjenigen der ersten Ausführungsform.
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Wenn
das Ergebnis der Bestimmung in Schritt T4 JA ist oder falls die
Außenlufttemperatur gleich –30°C oder höher ist,
geht das Verfahren zu Schritt T5 weiter und wird bestimmt, ob sich
die Klimatisierungs-Betriebsart in der Erhitzerbetriebsart befindet
oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung NEIN ist, wird das
Verfahren wie in 5 dargestellt verlassen, während, wenn
das Ergebnis der Bestimmung JA ist, dann das Verfahren zu Schritt
T6 weitergeht und bestimmt wird, ob der Heißgasschalter eingeschaltet
ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung NEIN ist, geht
dann das Verfahren zu Schritt T7 weiter, wo die elektromagnetische Kupplung 8 ausgeschaltet
wird, um den Kühlmittelkompressor 7 anzuhalten.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung JA ist, wird dann die elektromagnetische
Kupplung 8 eingeschaltet, um dadurch den Kühlmittelkompressor 7 zu
aktivieren, wodurch der Betrieb des Heißgaszyklus gestartet wird.
Der Teil der Routine, der zuvor beschrieben worden ist, ist identisch
zu demjenigen der ersten Ausführungsform.
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Die
Routine gemäß der zweiten
Ausführungsform
ist durch denjenigen Teil derselben gekennzeichnet, der nachfolgend
beschrieben wird. In Schritt T4 geht, wenn das Ergebnis der Bestimmung NEIN
ist und falls die Heizlast gleich dem vorbestimmten Wert oder größer als
dieser ist, beispielsweise falls die Außenlufttemperatur niedriger
als –30°C ist, dann
das Verfahren zu Schritt T9 weiter, und wird die Heizvorrichtung 40 der
Sammelvorrichtung 28 eingeschaltet. Im Anschluss hieran
wird in Schritt T10 bestimmt, ob sich die Klimatisierungs-Betriebsart in der
Erhitzerbetriebsart befindet oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung
in Schritt T10 JA ist, geht dann das Verfahren zu Schritt T11 weiter, wo
bestimmt wird, ob der Heißgasschalter
eingeschaltet ist oder nicht. Wenn in Schritt T9 die Heizvorrichtung
eingeschaltet ist, geht dann das Verfahren zu Schritt T13 weiter,
wo die Heizzeit der Heizvorrichtung 40 berechnet wird,
und geht, wenn in Schritt T14 die Heizzeit 600 Sekunden überschreitet,
dann das Verfahren zu Schritt T15 weiter, wo die Heizvorrichtung 40 ausgeschaltet
wird.
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Wenn
das Ergebnis der Bestimmung in Schritt T11 NEIN ist, wird dann zu
Schritt T15 weitergegangen, wo die Heizvorrichtung 40 ausgeschaltet wird.
Im Gegensatz hierzu geht, wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt
T11 JA ist oder falls der Heißgasschalter
eingeschaltet ist, dann das Verfahren zu Schritt T12 weiter, wo
bestimmt wird, ob die Zeit, die verstrichen ist, nachdem der Motor
angelassen worden ist, gleich einer vorbestimmten Zeit T2, beispielsweise 40 Sekunden, oder länger als
diese ist oder nicht, und, wenn bestimmt wird, dass die Zeit, die
verstrichen ist, gleich 40 Sekunden oder länger ist, wird dann die elektromagnetische
Kupplung 8 eingeschaltet, wodurch der Kühlmittelkompressor 7 beginnt,
den Heißgaszyklus
zu betreiben.
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Daher
wird gemäß der zweiten
Ausführungsform
in dem Fall, dass die Außenlufttemperatur,
die die Heizlast ist, niedriger als der vorbestimmte Wert (beispielsweise –30°C) ist, nachdem
der Motor angelassen worden ist, die Heizvorrichtung 40 eingeschaltet.
In dem Fall, dass der Heißgasschalter
nach einer vorbestimmten Temperatur T1 (beispielsweise
600 Sekunden), nachdem die Heizvorrichtung 40 eingeschaltet
worden ist, nicht eingeschaltet ist, wird dann die Heizvorrichtung 40 ausgeschaltet.
Im Gegensatz hierzu wird, falls der Heißgasschalter eingeschaltet ist,
dann die Heizvorrichtung 40 unverändert eingeschaltet gehalten
(bis 600 Sekunden verstrichen sind).
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Somit
ist gemäß der zweiten
Ausführungsform
die Heizvorrichtung 40 eingeschaltet worden, bevor der
Heißgaszyklus
arbeitet, und infolgedessen wird bei Aktivierung in einem Zustand,
bei dem die Außenlufttemperatur
extrem niedrig ist, die Zunahme der Temperatur des Kühlmittels
innerhalb des Heißgaszyklus
verbessert, und wird die Zeit, die benötigt wird, bevor der Heißgaszyklus
arbeitet, kürzer
als diejenige der ersten Ausführungsform,
wodurch die Zeit, die benötigt
wird, bevor der Fahrgast Wärme empfindet,
entsprechend kürzer
wird.
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6 ist
ein Diagramm mit der Darstellung der Gesamtbauweise eines Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems
gemäß einer
dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Die grundsätzlichen Bauteile des Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems der
dritten Ausführungsform
sind identisch zu denjenigen des Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems
gemäß der ersten
und der zweiten Aus führungsform, die
in 1 bzw. 4 dargestellt sind.
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Das
Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem gemäß der dritten Ausführungsform
ist derart gestaltet, dass jeweilige Klimatisierungs-Vorrichtungen (Betätigungseinrichtungen)
in einer Klimatisierungseinheit 1 zur Klimatisierung des
Inneren des Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs und ein Motor E,
der dort eingebaut ist und der die Haupt-Wärmequelle für die Erhitzung ist, mittels
einer elektrischen Klimatisierungs-Steuereinheit (ECU) 10 gesteuert
werden.
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Die
Klimatisierungseinheit 1 umfasst einen Klimatisierungskanal 2 zur
Einführung
von Klimatisierungsluft in den Fahrgastraum, und eine Außenluft-Einlassöffnung,
eine Innenluft-Einlassöffnung und
eine Innenluft/Außenluft-Schaltklappe
(von denen keine in der Figur dargestellt ist) sind am stromaufwärtigsten
Ende des Klimatisierungskanals 2 vorgesehen, und ein Zentrifugalgebläse 3 (siehe 1) ist
stromabwärts
der Öffnungen
und der Klappe vorgesehen. Ferner sind Auslässe, beispielsweise Defroster-Auslässe, Kopfraum-Auslässe oder
Fußraum-Auslässe und
Betriebsart-Schaltklappen (nicht dargestellt) am stromabwärtigsten
Ende des Klimatisierungskanals 2 vorgesehen.
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Als
Nächstes
ist eine Heißwasser-Heizvorrichtung 5 für eine Heißwasser-Heizeinheit 4,
die die Haupt-Heizeinheit für
die Wiedererhitzung von Luft ist, die durch einen Kühlmittelverdampfer 6,
der weiter unten beschrieben wird, hindurchgetreten ist, stromabwärts der
Auslässe
vorgesehen. Diese Heißwasser-Heizvorrichtung 5 ist
in einer mittleren Position entlang der Länge eines Kühlwasser-Umwälzungskreises 14 angeordnet,
in dem ein umlaufender Kühlwasserstrom
mittels einer Wasserpumpe (nicht dargestellt) erzeugt wird, die
durch den Motor E angetrieben ist. Kühlwasser, das Wärme, die
vom Motor E abgegeben wird, absorbiert hat, wird im Inneren der
Heißwasser-Heizvorrichtung 5 im
Umlauf geführt, und
die Heißwasser-Heizvorrichtung 5 verwendet dieses
Kühlwasser
als Wärmequelle
zur Erhitzung und Wiedererhitzung von Luft.
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Der
Verdampfer 6, der eines der wesentlichen Bauteile einer
Kühlzyklus-Vorrichtung 20 bildet, die
in dem Kraftfahrzeug eingebaut ist, ist stromaufwärts der
Heißwasser-Heizvorrichtung 5 in
dem Klimatisierungskanal 2 derart angeordnet, dass er einen
Luftdurchtritt innerhalb des Klimatisierungskanals 2 vollständig schließt. Die
Kühlzyklus-Vorrichtung 20 umfasst
einen ersten Kühlmittel-Umwälzungskreis 21 (Kühlzyklus)
mit einer Kühlfunktion,
einen zweiten Kühlmittel-Umwälzungskreis 22 (eine Heißwasser-Heizvorrichtung)
mit einer Hilfs-Heiz funktion und ein erstes und ein zweites elektromagnetisches
Ventil 23, 24 zum Schalten der Kreise zwischen
dem Kühlzyklus-Kreis 21 und
dem Heißwasser-Heizvorrichtungs-Kreis 22.
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Der
erste Kühlmittel-
Umwälzungskreis 21 (Kühlzyklus)
ist ein solcher, dass er einer Kühl-
und Entfeuchtungseinheit entspricht und heißes, gasförmiges Hochdruck-Kühlmittel,
das von dem Kühlmittelkompressor 7 abgegeben
wird, durch das erste elektromagnetische Ventil 23, einen
Kühlmittelkondensator 25,
einen Aufnahmebehälter
(Dampf/Flüssigkeits-Abscheider) 26,
ein Expansionsventil (eine erste Druckreduzierungsvorrichtung) 27,
den Kühlmittelverdampfer 6 und
einen Sammelbehälter (Dampf/Flüssigkeits-Abscheider) 28 hindurch
zurück zum
Kühlmittelkompressor 7 in
dieser Reihenfolge umlaufen lässt.
Der Kühlzykluskreis 21 ist
ein Kühlkreis,
indem der Kühlmittelverdampfer 6 einen
Luftkühlbetrieb
durchführt,
bei dem flüssiges
Niedertemperatur-Niederdruck-Kühlmittel
dem Kühlmittelverdampfer 6 zugeführt wird,
indem gestattet wird, dass das Kühlmittel
durch den Kühlzykluskreis 21 hindurch
umläuft,
wenn das erste elektromagnetische Ventil 23 geöffnet ist
und das zweite elektromagnetische Ventil geschlossen ist.
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Der
Heißgas-Erhitzungskreis 22,
der der Hilfs-Heizeinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung entspricht, lässt
heißes,
gasförmiges
Hochdruck-Kühlmittel
(heißes
Gas), das vom Kühlmittelkompressor 7 abgegeben
wird, durch das zweite elektromagnetische Ventil 24, eine
Druckreduzierungsvorrichtung (zweite Druckreduzierungsvorrichtung) 29,
den Kühlmittelverdampfer 6 und
den Sammelbehälter
(Dampf/Flüssigkeits-Abscheider) 28 hindurch
zurück
zum Kühlmittelkompressor 7 in
dieser Reihenfolge umlaufen. Der Heißgas-Erhitzungskreis 22 ist
nämlich
ein Kühlkreis,
bei dem der Kühlmittelverdampfer 6 einen
Lufterhitzungsbetrieb durchführt, indem
gestattet wird, dass das Kühlmittel
durch den Heißgas-Erhitzungskreis 22 umläuft, wenn
das erste elektromagnetische Ventil 23 geschlossen wird
und das zweite elektromagnetische Ventil 24 geöffnet wird.
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Der
Kühlmittelverdampfer 6 arbeitet
als Kühlzwecken
dienender Wärmetauscher
zum Kühlen von
Luft, die dort hindurchtritt, durch Verdampfen von dampfförmigem/flüssigem,
in zwei Phasen vorliegenden Niedertemperatur-Kühlmittel, das dort von dem Expansionsventil 27 aus
einströmt,
wenn Kühlmittel durch
den Kühlzykluskreis 21 hindurchströmt, und
arbeitet als Heizzwecken dienender Wärmetauscher zum Erhitzen von
Luft, die dort hindurchtritt, durch Verdampfen von dampfförmigem/flüssigem,
in zwei Phasen vorliegenden Hochdruck-Kühl mittel, das dort von der
Druckreduzierungsvorrichtung 29 aus einströmt, wenn
Kühlmittel
durch den Heißgas-Erhitzerkreis 22 hindurchströmt. Hier
dient das Expansionsventil 27 nicht nur zur Isolierung
des Kühlmittels
und zu dessen Ausdehnung, sondern auch zur Regelung der umlaufenden
Kühlmittelmenge
entsprechend dem Grad, mit dem Kühlmittel,
das vom Kühlmittelverdampfer 6 ausgetreten
ist, überhitzt
wird, und ist ein Temperatur-Fühlerrohr 27a zur
Feststellung des Grades, mit dem Kühlmittel überhitzt wird, mit dem Expansionsventil 27 verbunden.
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Ein
elektromagnetisches Ventil 8 ist mit dem Kühlmittelkompressor 7 zur
Bewirkung und zur Abschaltung der Übertragung der Drehkraft des
Motors E an den Kühlmittelkompressor 7 gekoppelt.
Wenn das elektromagnetische Ventil 8 erregt ist (EIN),
wird die Drehkraft des Motors E an den Kühlmittelkompressor 7 übertragen,
und der Kühlmittelkompressor 7 komprimiert
darin aufgenommenes Kühlmittel
und gibt es ab, wodurch der Betrieb des Kühlens von Luft oder der Betrieb
des Erhitzens von Luft mittels des Kühlmittelverdampfers 6 durchgeführt wird.
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Eine
Heizeinheit, die beispielsweise eine elektrische Heizvorrichtung 9 umfasst,
die ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, ist im Inneren oder
am Umfang des Kühlmittelkompressors 7 vorgesehen.
Eine PTC-Heizvorrichtung, eine Nichromdraht-Heizvorrichtung oder
eine Glühkerzen-Heizvorrichtung
wird als elektrische Heizvorrichtung verwendet und ist mit einer
Batterie, die in Kraftfahrzeug eingebaut ist, über eine Sicherung 32 und
einen Relaiskreis 33 elektrisch verbunden. Eine Wechselstromlichtmaschine 34,
die zum Antrieb durch den Motor E zum Laden der Batterie 31 geeignet
ist, ist mit der Batterie 31 elektrisch verbunden. Ferner
umfasst der Relaiskreis 33 eine Relaisspule 33a,
die durch die ECU 10 eingeschaltet und ausgeschaltet wird,
und einen Relaisschalter 33b, der geschlossen ist, wenn die
Relaisspule 33a eingeschaltet ist.
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Des
Weiteren ist bei der vorliegenden Erfindung eine elektrische Heizvorrichtung 9b derart
vorgesehen, dass sie mit dem Außenumfang
einer Ansaugleitung 30 in Berührung zu bringen ist, die den Kühlmittelverdampfer 6 mit
der Sammelvorrichtung (Dampf/Flüssigkeits-Abscheider) 28 verbindet.
Diese elektrische Heizvorrichtung 9b ist auch mit der Batterie 31 elektrisch
verbunden. Folglich sind sowohl die elektrische Heizvorrichtung 9a als
auch die elektrische Heizvorrichtung 9b mit der Batterie 31 elektrisch parallel
verbunden.
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Signale
werden in die ECU 10 zur Steuerung der jeweiligen Klimatisierungsvorrichtungen
in der Klimatisierungseinheit 1 von jeweiligen Schaltern
an der Klimatisierungs-Steuertafel eingegeben, die an der Vorderseite
des Fahrgastraums des Fahrzeugs vorgesehen ist. Ferner werden Signale
in die ECU 10 auch von einem Innenluft-Temperatursensor 104 zur Feststellung
der Temperatur der Luft im Inneren des Fahrgastraums (Innenlufttemperatur),
einem Außenluft-Temperatursensor 105 zur
Feststellung der Temperatur der Luft außerhalb des Fahrgastraums (Außenlufttemperatur),
einem Hinter-Verdampfer-Temperatursensor 107 zur Feststellung
der Temperatur von Luft, die durch den Kühlmittelverdampfer gerade hindurchgetreten
ist, und einem Kühlwasser-Temperatursensor 108 zur
Feststellung der Temperatur von Kühlwasser, das in die Heißwasser-Heizvorrichtung 5 einströmt, eingegeben.
Diese jeweiligen Schalter und Sensoren dienen dazu, Klimatisierungs-Umgebungsfaktoren
festzustellen, die zur Klimatisierung des Inneren des Fahrgastraums
des Kraftfahrzeugs benötigt
werden.
-
Des
Weiteren ist ein bekannter Mikroprozessor, der eine CPU, ein ROM
und ein RAM umfasst, im Inneren der ECU 10 vorgesehen,
und sind Signale der jeweiligen Sensoren dazu bestimmt, nachdem sie
A/D-umgewandelt worden sind, in den Mikroprozessor mittels eines
Eingabe-Schaltkreises, nicht dargestellt, eingegeben zu werden.
Es ist zu beachten, dass die ECU 10 in Hinblick darauf
konfiguriert ist, einen Steuerungsprozess zu starten, wenn eine Gleichstromstromversorgung
von einer Batterie (nicht dargestellt), die eine in dem Kraftfahrzeug
eingebaute Stromversorgung ist, daran angeschlossen wird, wenn der
Zündschalter
(IG), der das Anlassen und das Anhalten des Motors E des Kraftfahrzeugs steuert,
eingeschaltet wird.
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Das
Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem der vorliegenden Erfindung,
das wie zuvor beschrieben gestaltet ist, arbeitet, wie nachfolgend
beschrieben wird. Wenn der Heißgasbetrieb
zum Erwärmen des
Inneren des Fahrgastraums startet, wird das erste elektromagnetische
Ventil 23 geschlossen, und wird das zweite elektromagnetische
Ventil 24 geöffnet.
In dem Fall, dass die Heizlast gleich einem vorbestimmten Wert oder
größer als
dieser wird, nachdem der Motor angelassen worden ist, werden die elektrischen
Heizvorrichtungen 9a, 9b eingeschaltet, um den
Kühlmittelkompressor 7 und
die Ansaugleitung 30 zu erwärmen. Wenn dies geschieht,
wird eine Temperatur von Außenlufttemperatur,
die mittels des Außenluft-Temperatursensors 105 festgestellt
wird, Innenlufttemperatur, die durch den Innenluft-Temperatursensor 104 festgestellt
wird, Luft temperatur stromabwärts
des Kühlmittelverdampfers,
die mittels des Hinter-Verdampfer-Lufttemperatursensors 107 festgestellt
wird, und Kühlwassertemperatur,
die mittels des Kühlwasser-Temperatursensors 108.
festgestellt wird, als die Heizlast repräsentierender Wert gewählt. Beispielsweise
werden in dem Fall, dass die Außenlufttemperatur
niedriger als –30°C ist, was
der vorbestimmte Wert ist, die elektrischen Heizvorrichtungen 9a, 9b eingeschaltet.
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Falls
der Heißgasschalter
nicht eingeschaltet ist, sogar nachdem eine vorbestimmte Zeit (T2) verstrichen ist, seit die elektrischen
Heizvorrichtungen 9a, 9b eingeschaltet worden
sind, nachdem der Motor E angelassen worden ist, nämlich falls
die elektromagnetische Kupplung eingeschaltet ist, um hierdurch
den Kühlmittelkompressor 7 anzutreiben,
jedoch der Heißgasbetrieb
nicht initiiert ist, werden die elektrischen Heizvorrichtungen 9a, 9b ausgeschaltet.
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Im
Gegensatz hierzu werden, falls der Heißgasschalter eingeschaltet
ist und der Heißgasbetrieb initiiert
ist, die elektrischen Heizvorrichtungen 9a, 9b eingeschaltet
gehalten, da sie dazu dienen, das Erhitzen des Kühlmittelkompressors 7 und
der Ansaugleitung 30 fortzusetzen, bis eine vorbestimmte
Zeit (T1) verstrichen ist, seit der Motor
E angelassen worden ist.
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Die
zuvor angegebenen vorbestimmten Zeiten (T1,
T2) können
entsprechend der Heizlast willkürlich
festgelegt werden.
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Des
Weiteren ist die elektrische Heizvorrichtung 9 zur Erhitzung
der Ansaugleitung 30 nicht notwendigerweise vorgesehen.
-
Daher
wird gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, da die Heizvorrichtung am Kühlmittelkompressor 7 vorgesehen
ist, sodass der Kühlmittelkompressor 7 mit
der Heizvorrichtung vor dem Heißgasbetrieb
bei Aktivierung in einem Zustand, bei dem die Außenlufttemperatur äußerst niedrig
ist, erhitzt wird, der Anstieg der Temperatur des Kühlmittels
innerhalb des Heißgaszyklus
verbessert, und wird die Zeit, die benötigt wird, bevor der Heißgaszyklus
arbeitet, kürzer
als bei der ersten Ausführungsform,
wodurch die Zeit, die benötigt
wird, bevor der Fahrgast Wärme
empfindet, entsprechend kürzer
wird. Des Weiteren wird der Druck im Inneren des Kompressors erhöht, und
kann der Eintritt von Luft in das Innere des Kompressors verhindert
werden.
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Ferner
kann, da die Heizvorrichtungen während
des Heißgasbetriebs
einge schaltet sind, der die Heizleistung verbessernde Effekt, der
gleich der Menge der durch die Heizvorrichtungen erzeugten Wärme ist,
erreicht werden.
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Ferner
wird sogar, wenn das Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem initiiert
ist, um den Kühlbetrieb
im Sommer durchzuführen,
Fluid innerhalb des Inneren des Kompressors gesammelt, und kann eine
Fluidkompression bewirkt werden, die zu einem Ausfall des Kompressors
führt.
Sogar dann, wenn dies geschieht, kann durch Erhitzung des Kompressors
das innerhalb des Kompressors verbleibende Fluid durch Verdampfung
des Fluids aus dem Kompressor zwangsweise abgeführt werden.
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7 ist
ein Schnitt mit der Darstellung eines Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird ein Kühlmittelkompressor 7,
der einstückig
in seinem Inneren einen Dampf/Flüssigkeits-Abscheider 71 aufweist,
als Kühlmittelkompressor 7 verwendet.
Eine Heizvorrichtung für
den Kühlmittelkompressor 7 ist
als in das Innere des Kühlmittelkompressor 7 eingesetzt
oder um den Umfang des Kompressors oder des Dampf/Flüssigkeits-Abscheiders
herum gewickelt vorgesehen. In 7 ist eine
elektrische Heizvorrichtung 9c als um den Umfang des Dampf/Flüssigkeits-Abscheiders 71 herum
gewickelt am Kompressor einstückig vorgesehen.
Die übrige
Bauweise bleibt dieselbe wie diejenige der zuvor angegebenen Ausführungsformen.
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Es
ist zu beachten, dass, während
in 7 ein Taumelscheibenkompressor als solcher, der
als Kompressor verwendet wird, dargestellt ist, die vorliegende
Erfindung nicht auf Kompressoren dieser Art beschränkt ist,
und daher die vorliegende Erfindung bei Kompressoren jeder anderen
Art Anwendung finden kann.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann zusätzlich zu
der Wirksamkeit, die durch die Erhitzung des Kühlmittelkompressors 7 erreicht
ist, wie bei der vorausgehenden Ausführungsform beschrieben worden
ist, flüssiges
Kühlmittel,
das im Inneren des Dampf/Flüssigkeits-Abscheiders 71,
der einstückig
am Kompressor vorgesehen ist, gesammelt wird, durch Erhitzung des
Dampf/Flüssigkeits-Abscheiders 71 mit
der Heizvorrichtung verdampft werden, sodass die Dichte des Kühlmittels
zunimmt und die Strömungsrate
des Kühlmittels
zunimmt, wodurch die Kapazität
des Heißgaszyklus
merklich vergrößert werden
kann.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf die zu Zwecken der Veranschaulichung
gewählten
besonderen Ausführungsformen
beschrieben worden ist, ist ersichtlich, dass zahlreiche Modifikationen
an ihr durch den Fachmann durchgeführt werden können, ohne
das Grundkonzept und den Umfang der Erfindung zu verlassen.