DE10243374A1

DE10243374A1 - Kältekreislaufystem mit zwei Verdampfern

Info

Publication number: DE10243374A1
Application number: DE10243374A
Authority: DE
Inventors: Shigeki Ohya
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2003-04-10
Also published as: US20030051494A1; US6675595B2; JP2003166764A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kältekreislaufsystem mit einem Verdichter (15) variabler Verdrängung und ersten und zweiten Verdampfern (13, 25), die parallel angeordnet sind. In dem Kältekreislaufsystem wird ermittelt, ob ein Kältemitteldurchsatz, ausgehend von dem Verdichter, sich in einem Bereich geringen Durchsatzes befindet, wenn die ersten und zweiten Gebläse (12, 24) zum Blasen von Luft zu den ersten und zweiten Verdampfern gleichzeitig betrieben werden. Wenn ermittelt wird, dass eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, nachdem der Kältemitteldurchsatz als sich im Bereich geringen Durchsatzes befindlich ermittelt wurde, wird der Betrieb des Verdichters zwangsweise zwischen großer Austragskapazität und kleiner Austragskapazität umgeschaltet. Dadurch kann verhindert werden, dass ein Mangel von zum Verdichter rückgeführtem Öl auf Grund des Betriebs des Verdichters in dem Bereich geringen Durchsatzes auftritt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältekreislaufsystem mit parallel angeordneten ersten und zweiten Verdampfern. Das Kältekreislaufsystem eignet sich zum Einsatz für Fahrzeugklimaanlagen, einschließlich einer Frontklimatisierungseinheit zum Durchführen eines Klimatisierungsvorgangs für einen Vordersitzbereich in einer Fahrgastzelle und einer Heckklimatisierungseinheit zum Durchführen eines Klimatisierungsvorgangs für einen Rücksitzbereich in der Fahrgastzelle.
In jüngster Zeit sind die Marktanforderungen an einen so genannten Minivan gestiegen. Da im Minivan das Fassungsvermögen einer Fahrgastzelle groß ist, muss auch eine Fahrzeugklimaanlage eine große Klimatisierungsfähigkeit besitzen. In einigen Minivans kommt eine doppelte Klimaanlage zum Einsatz, bei der eine Klimatisierungseinheit individuell für die Vorder- und Rücksitzseiten in der Fahrgastzelle angeordnet ist. In einem Kältekreislaufsystem, das für diese doppelte Klimaanlage zum Einsatz kommt, sind zwei Verdampfer vorgesehen, einer für die Vordersitzseite und einer für die Rücksitzseite in der Fahrgastzelle, während ein gemeinsamer Verdichter bzw. Kompressor und ein gemeinsamer Kondensator bzw. Verflüssiger verwendet werden. Ein niederdruckseitiges Kältemittelrohr des hinteren Verdampfers ist üblicherweise unter dem Fahrzeugboden angeordnet und kommt unter einem Kältemittelansaugrohr eines Verdichters mit einem bestimmten Abstand zu liegen, beispielsweise in zahlreichen Fällen mit einem Abstand von etwa 600 mm. In dem niederdruckseitigen Kältemittelrohr am Auslass des hinteren Verdampfers wird deshalb Schmieröl abgelagert und die Menge des Schmieröls, die zum Verdichter rückgeführt wird, wird (dadurch) zu gering, wodurch im Verdichter eine Schmierungsstörung hervorgerufen und die Lebensdauer des Verdichters verringert wird.

Die JP-A-9-109656 schlägt ein Kältekreislaufsystem mit einem Hauptverdampfer vor, der in erster Linie als Frontverdampfer genutzt wird, und einen zusätzlichen Verdampfer, der wahlweise als hinterer Verdampfer genutzt wird. Der Hauptverdampfer und der Zusatzverdampfer bzw. Hilfsverdampfer sind parallel angeordnet. Wenn in dem Kältekreislaufsystem ein Verdichter für eine vorbestimmte Zeit im Einzelbetrieb des Hauptverdampfers kontinuierlich betrieben wird, wird der Betrieb des Verdichters zwangsweise unterbrochen durch eine vorbestimmte Frequenz zum Ändern des niederdruckseitigen Kältemitteldrucks auf der Kältemittelansaugseite des Verdichters, so dass verhindert wird, dass ausreichend Öl (Ölmangel) zum Verdichter rückgeführt wird auf Grund des Einzelbetriebs des Hauptverdampfers. Ein Verdichter variabler Verdrängung wird als Verdichtet eingesetzt und die Austragkapazität des Verdichters wird zwangsweise geändert, wenn dieser für eine vorbestimmte Zeit im Einzelbetrieb kontinuierlich betrieben wird. In diesem Kältekreislaufsystem ist jedoch keine Steuerung vorgesehen, um einen Ölrückführmangel zu verhindern, wenn der Verdichter mit geringer Kapazität betrieben wird. Wenn in diesem Kältekreislaufsystem die von dem Verdichter ausgetragene Kältemittelmenge klein gemacht wird, kann deshalb die Menge des zum Verdichter rückgeführten Schmieröls unzureichend werden bzw. sein.

Wenn in dem Kältekreislaufsystem ein elektrischer Verdichter als Verdichter verwendet wird und die Austragkapazität des Verdichters gesteuert wird durch Steuern der Drehzahl seines Antriebsmotors für den Verdichter, wird zuwenig Ölmenge zum Verdichter rückgeführt, wenn die Drehzahl des Motors verringert wird, um den Kältemitteldurchsatz im Kältekreislaufsystem zu verringern.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Kältekreislaufsystem zu schaffen, das verhindert, dass die zu einem Verdichter rückgeführte Ölmenge unzureichend ist auf Grund eines geringen Durchsatzes von Kältemittel, das aus dem Verdichter ausgetragen wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist demnach in einem Kältekreislauf vorgesehen, dass der Verdichter zum Verdichten des ausgetragenen Kältemittels ein variabler Verdichter ist, in dem die Strömungsmenge bzw. der Durchsatz von Kältemittel, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, variabel ist. Erste und zweite Verdampfer, in die das Kältemittel durch Betätigung des Verdichters umgewälzt wird, sind parallel angeordnet. Ein erstes Gebläse ist vorgesehen, um Luft zu dem ersten Verdampfer zu blasen, und ein zweites Gebläse ist vorgesehen, um Luft zum zweiten Verdampfer zu blasen. In dem Kältekreislaufsystem umfasst eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs des Verdichters eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln, ob der Durchsatz des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, sich in einem Niederströmungsbereich bzw. einem Bereich geringen Durchsatzes befindet, wenn sowohl das erste Gebläse wie das zweite Gebläse gleichzeitig betätigt sind. Außerdem weist die Steuereinheit eine Steuereinrichtung zum zwangsweisen Umschalten des Durchsatzes des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, zwischen einem ersten Zustand, in dem der Durchsatz des aus dem Verdichter ausgetragenen Kältemittels geringer als ein erster Wert im Niederströmungsbereich ist, und einem zweiten Zustand auf, in dem der Durchsatz des aus dem Verdichter ausgetragenen Kältemittels größer als ein zweiter Wert ist, der größer als der erste Wert ist, wenn der Betriebszustand in dem Niederströmungsbereich für eine vorbestimmte Zeit fortdauert, nachdem die Ermittlungseinrichtung ermittelt hat, dass der Durchsatz des aus dem Verdichter ausgetragenen Kältemittels sich im Niederströmungsbereich befindet. Selbst dann, wenn sowohl der erste Verdampfer wie der zweite Verdampfer betrieben werden, dauert deshalb der Betriebszustand des Verdichters in dem Niederströmungsbereich des Kältemittels für eine vorbestimmte Zeitdauer an und der Betrieb des Verdichters kann zwangsweise umgeschaltet werden zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand. Dadurch kann der Kältemitteldurchsatz rasch erhöht werden. Selbst dann, wenn Schmieröl im niederdruckseitigen Kältemittelrohr auf Grund des geringen Kältemitteldurchsatzes zurückbleibt, kann deshalb dieses im niederdruckseitigen Kältemittelrohr zurückbleibende bzw. zurückgehaltene Schmieröl wirksam zum Verdichter rückgeführt werden.

Bevorzugt ist der Durchsatz des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, variabel, ausgehend von einem minimalen Durchsatz zu einem maximalen Durchsatz, und der erste Wert entspricht in etwa dem minimalen Durchsatz und der zweite Wert entspricht in etwa dem maximalen Durchsatz. Die Kältemittelmenge kann deshalb rasch vergrößert werden und das Schmieröl kann problemlos durch rasche Vergrößerung der Schmiermittelmenge verdrängt bzw. bewegt werden. Insbesondere schaltet die Steuereinrichtung den Betrieb des Verdichters zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand mehrmals mit vorbestimmten Zeitintervallen um. Das im niederdruckseitigen Kältemittelrohr verbleibende bzw. zurückbleibende Schmieröl kann deshalb wirksam in den Verdichter zugeführt werden.

Wenn der Verdichter ein solcher mit variabler Verdrängung ist, bei dem die Austragkapazität variabel ist, wird der Durchsatz des aus dem Verdichter ausgetragenen Kältemittels geändert durch Ändern der Austragkapazität des Verdichters und die Ermittlungseinrichtung ermittelt den Niederströmungsbereich des Kältemittels auf Grundlage einer dem Verdichter zugeführten elektrischen Steuerstroms. Wenn es sich bei dem Verdichter um einen solchen handelt, dessen Verdichtungsmechanismus durch einen Elektromotor angetrieben wird, wird alternativ der Durchsatz des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, durch die Drehzahl des Motors gesteuert. Alternativ steuert die Steuereinheit den Betrieb des Verdichters zur Verringerung des Durchsatzes des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, wenn die Kühllast abnimmt, und die Ermittlungseinrichtung ermittelt den Niederströmungsbereich des Kältemittels auf Grundlage von Information in Bezug auf die Kühllast.

Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Verdampfer um einen Hauptverdampfer, der hauptsächlich verwendet wird, und bei dem zweiten Verdampfer handelt es sich um einen zusätzlichen Verdampfer bzw. Hilfsverdampfer, der wahlweise eingesetzt wird, und die Steuereinheit umfasst eine zusätzliche Steuereinrichtung bzw. Hilfssteuereinrichtung zum zwangsweisen Umschalten des Durchsatzes des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand, während ein Einzelbetriebszustand, wenn das erste Gebläse allein betrieben wird, und das zweite Gebläse gestoppt ist, für eine vorbestimmte Zeit fortgesetzt wird, nachdem der Verdichter betätigt worden ist. Selbst dann, wenn das erste Gebläse einzeln betrieben wird, während das zweite Gebläse gestoppt ist, kann dadurch verhindert werden, dass im Verdichter (im Betrieb) zu wenig Schmieröl vorliegt.

Der erste Verdampfer und das erste Gebläse können in einer Frontklimatisierungseinheit angeordnet sein, um den Klimatisierungsbetrieb eines ersten Sitzbereichs in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs durchzuführen, und der zweite Verdampfer und das zweite Gebläse können in einer Heckklimatisierungseinheit angeordnet sein, um den Klimatisierungsbetrieb für den Rücksitzbereich in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs durchzuführen. Selbst in diesem Fall kann die Erfindung wirksam angewendet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kältekreislaufsystems für eine Fahrzeugklimaanlage in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Kurvendarstellung der Steuerkennlinie eines Verdichters variabler Verdrängung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines elektronischen Steuerabschnitts in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,

Fig. 4 ein Flussdiagramm zum Steuern der Austragkapazität eines Verdichters variabler Verdrängung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,

Fig. 5 eine Kennlinie der Beziehung zwischen einer ersten Zielverdampfertemperatur (TEO1) und einer Ziellufttemperatur (TAO) von Luft, die in eine Fahrgastzelle geblasen wird in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,

Fig. 6 eine Kennlinie der Beziehung zwischen einer zweiten Zielverdampfertemperatur (TEO2) und einer Außenlufttemperatur (Tam) in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,

Fig. 7 ein Flussdiagramm einer Austragkapazitätssteuerung zum Rückführen von Schmieröl zu dem Verdichter variabler Verdrängung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,

Fig. 8 eine Kurvendarstellung des Steuervorgangs zum Rückführen von Schmieröl zu dem Verdichter variabler Verdrängung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,

Fig. 9 ein Zeitlaufdiagramm der Austragkapazitätssteuerung (In) eines Ölrückführverhältnisses und einer Verdampfertemperatur (Te) in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,

Fig. 10 eine Kurvendarstellung der Steuerkennlinie eines Verdichters variabler Verdrängung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 11 ein Steuerblockdiagramm eines elektrischen Verdichters in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr näher erläutert.

Erste Ausführungsform

In der ersten Ausführungsform kommt ein in Fig. 1 gezeigtes Kältekreislaufsystem R typischerweise zum Einsatz in einer Fahrzeugklimaanlage. In dem Kältekreislaufsystem kommt eine Frontklimatisierungseinheit 10, wie in Fig. 1 gezeigt, innerhalb eines (nicht gezeigten) Armaturenbretts auf der am weitesten vorne liegenden Seite der Fahrgastzelle zu liegen. Die Frontklimatisierungseinheit 10 dient zum Durchführen eines Klimatisierungsvorgangs für den Raum der Vordersitzseite in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs. Die Frontklimatisierungseinheit umfasst ein Gehäuse 11, das einen Luftdurchlass festlegt, durch den Luft in Richtung auf die Vordersitzseite der Fahrgastzelle geblasen wird. Ein vorderes Gebläse 12 ist in dem Gehäuse 11 auf der luftstromaufwärtigen Seite angeordnet. Das vordere Gebläse 12 bläst Innenluft und/oder Außenluft, die wahlweise eingeleitet wird von einem (nicht gezeigten) Innen-/Außenluftumschaltkasten. Auf der luftstromabwärtigen Seite des vorderen Gebläses 12 ist ein Frontverdampfer bzw. vorderer Verdampfer (erster Verdampfer) 13 des Kältekreislaufsystems R als Kühlwärmetauscher zum Kühlen von Luft angeordnet, die durch das vordere Gebläse 12 geblasen wird. Das Kältekreislaufsystem R umfasst einen Verdichter 15, der durch einen (nicht gezeigten) Fahrzeugmotor über einen Riemen, eine Riemenscheibe u. dgl. angetrieben wird. In der ersten Ausführungsform wird ein Verdichter variabler Verdrängung zum kontinuierlichen Ändern einer Austragkapazität auf Grundlage eines externen Steuersignals als Verdichter 15 genutzt.
Als Verdichter variabler Verdrängung wird beispielsweise ein Taumelplattenverdichter verwendet. Der Verdichter 15 umfasst eine variable Verdrängungseinrichtung 16 mit einer Solenoiddrucksteuereinrichtung zum Steuern des Drucks in einer Taumelplattenkammer unter Verwendung eines Austragdrucks des Verdichters 15 und eines Ansaugdrucks des Verdichters 15. Der Taumelwinkel der Taumelplatte wird geändert durch Steuern des Drucks in der Taumelplattenkammer unter Verwendung der variablen Verdrängungseinrichtung 16, so dass ein Kolbenhub des Verdichters 15, d. h., eine Austragkapazität des Verdichters 15 in einem Bereich von ungefähr 0-100% kontinuierlich geändert werden kann.
Kältemittel wird durch den Verdichter 15 derart verdichtet, dass Hochtemperatur-Hochdruckkältemittel aus einer AustragÖffnung 15a des Verdichters 15 ausgetragen wird. Das gasförmige Hochdruckkältemittel, das aus der Austragöffnung 15a des Verdichters 15 ausgetragen wird, wird in einen Kondensator bzw. Verflüssiger (Radiator) 17 eingeleitet. In dem Verflüssiger 17 wird das gasförmige Hochdruckkältemittel zum Wärmetausch mit Außenluft gebracht und strahlt Wärme in diese ab, welche Luft durch einen (nicht gezeigten) Kühllüfter geblasen wird, um kondensiert bzw. verflüssigt zu werden. Das Kältemittel, das den Verflüssiger 17 durchsetzt hat, strömt in einen Sammelbehälter 18 und wird in dem Sammelbehälter 18 in flüssiges Kältemittel und gasförmiges Kältemittel getrennt. Das in dem Sammelbehälter 18 bevorratete flüssige Kältemittel wird in den vorderen bzw. Frontverdampfer 13 eingeleitet, nachdem es dekomprimiert worden ist.
Das aus dem Sammelbehälter 18 strömende flüssige Kältemittel wird durch ein vorderes Wärmeexpansionsventil (Thermostatexpansionsventil) 19 in ein Niederdruck-Gas-Flüssigkeits- Kältemittel dekomprimiert. Im vorderen Verdampfer 13 wird das Niederdruckkältemittel, das aus dem vorderen Wärmeexpansionsventil 19 strömt, durch Absorbierten von Wärme aus Luft verdampft, die in die Fahrgastzelle geblasen werden soll. Das vordere Wärmeexpansionsventil 19 dient zum automatischen Einstellen eines Ventilöffnungsgrads zur Aufrechterhaltung eines Überhitzungsgrads des Kältemittels im Auslass des vorderen Verdampfers 13 mit bzw. auf einen vorbestimmten Grad. Das vordere Wärmeexpansionsventil 19 umfasst einen Wärmeerfassungsabschnitt zum Ermitteln der Temperatur des Kältemittels am Auslass des vorderen Verdampfers 13, eine erste Druckkammer, eine zweite Druckkammer und eine Membran zum Unterteilen der ersten und zweiten Kammer. Druck entsprechend der Kältemitteltemperatur, ermittelt durch den Wärmeerfassungsabschnitt, wird an die erste Druckkammer angelegt und der Kältemitteldruck im vorderen Verdampfer 13 wird an die zweite Druckkammer angelegt. Indem vorderen Wärmeexpansionsventil 19 werden die Membran und ein Ventilkörper in Übereinstimmung mit der Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Kammern und der Federkraft der Membran derart verschoben, dass der Kältemitteldurchsatz eingestellt wird. In dem vorderen Verdampfer 13 verdampftes Kältemittel wird erneut in den Verdichter 15 gesaugt und verdichtet. In dem Kältekreislaufsystem R sind der Verdichter 15, der Verflüssiger 17, der Sammelbehälter 18 u. dgl. in der Fahrgastzelle angeordnet, die auf der Vorderseite der Fahrgastzelle angeordnet sind.
Ein Temperatursensor 21 ist auf der luftstromabwärtigen Seite des vorderen Verdampfers 13 im Gehäuse 11 der Frontklimatisierungseinheit 10 angeordnet, um die Lufttemperatur (Te) zu ermitteln, unmittelbar nachdem die Luft den vorderen Verdampfer 13 durchsetzt hat. Die Austragkapazität des Verdichters 15 wird in Übereinstimmung mit der Lufttemperatur von Luft gesteuert, die ausgehend vom vorderen Verdampfer 13 strömt, ermittelt durch den Temperatursensor 21, wodurch die Kühlkapazität des vorderen Verdampfers 13 gesteuert wird. Ein (nicht gezeigter) Heizerkern zum Heizen von Luft unter Verwendung von heißem Wasser, eine (nicht gezeigte) Luftmischklappe u. dgl. sind auf der luftstromabwärtigen Seite des vorderen Verdampfers 13 im Gehäuse 11 der Frontklimatisierungseinheit 10 angeordnet. Die Luftmischklappe dient zum Einstellen der Lufttemperatur von Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen werden soll, durch Einstellen des Durchsatzverhältnisses von Luft (heißer Luft), die geheizt wird, während sie den Heizerkern durchsetzt, zu Luft (Kühlluft), die den Heizerkern umgeht. Eine Entfrosteröffnung, eine Gesichtsöffnung und eine Fußöffnung (nicht gezeigt) sind auf der am weitesten luftstromabwärts liegenden Seite in dem Gehäuse 11in der Frontklimatisierungseinheit 10 angeordnet. Die Öffnungen werden durch eine (nicht gezeigte) Luftauslassbetriebsartklappe geöffnet und geschlossen, so dass klimatisierte Luft auf die Innenseite der Windschutzscheibe durch die Entfrosteröffnung geblasen wird, in Richtung auf den Gesichtsbereich eines Fahrgasts, der auf dem Vordersitz sitzt, durch die Gesichtsöffnung, und in Richtung auf den Fußbereich des Fahrgasts durch die Fußöffnung.
Nunmehr wird die hintere bzw. Heckklimatisierungseinheit 22 in dem Kältekreislaufsystem erläutert. Die Heckklimatisierungseinheit 22 ist auf der Fahrzeugrückseite in der Fahrgastzelle angeordnet, um einen Klimatisierungsvorgang für die Rücksitzseite in der Fahrgastzelle durchzuführen. Die Heckklimatisierungseinheit 22 umfasst ein Gehäuse 23 zur Festlegung eines Luftdurchlasses. In dem Gehäuse 23 ist ein hinteres Gebläse 24 zum Ansaugen und Blasen von Innenluft (d. h., Luft in der Fahrgastzelle) auf der luftstromaufwärtigen Seite angeordnet und ein hinterer Verdampfer (zweiter Verdampfer) 25 ist auf der luftstromabwärtigen Seite des hinteren Gebläses 24 angeordnet. Ein (nicht gezeigter) Heizerkern zum Heizen von Luft unter Verwendung von heißem Wasser vom Fahrzeugmotor u. dgl. sind auf der luftstromabwärtigen Seite des hinteren Verdampfers 25 angeordnet. In der Heckklimatisierungseinheit 22 sind eine hintere Gesichtsöffnung und eine hintere Fußöffnung am luftstromabwärtigen Ende des Gehäuses 23 vorgesehen. Diese hinteren Öffnungen werden durch eine (nicht gezeigte) hintere Luftauslassbetriebsartklappe derart geöffnet und geschlossen, dass klimatisierte Luft zum Kopfbereich und Fußbereich eines Fahrgasts auf dem Rücksitz der Fahrgastzelle aus der hinteren Öffnung durch einen hinteren Gesichtskanal und einen hinteren Fußkanal geblasen wird.
Ein hinteres Wärmeexpansionsventil 26 ist auf der Kältemitteleinlassseite des hinteren Verdampfers 25 vorgesehen. Das hintere Wärmeexpansionsventil 26 weist einen ähnlichen Aufbau auf wie das vordere Wärmeexpansionsventil 19. D. h., das hintere Wärmeexpansionsventil 26 dekomprimiert das flüssige Hochtemperatur-Hochdruckkältemittel aus dem Sammelbehälter 18 auf Gas-Flüssigkeits-Niederdruck-Kältemittel. Das hintere Wärmeexpansionsventil 26 stellt den Ventilöffnungsgrad eines Ventilkörpers derart ein, dass ein Überhitzungsgrad des Kältemittels am Auslass des hinteren Verdampfers 25 mit einem vorbestimmten Grad gewählt ist und der Durchsatz des Kältemittels eingestellt wird. In dem Kältekreislaufsystem R ist die Einlassseite des hinteren Wärmeexpansionsventils 26 mit einem einlassseitigen Rohr (d. h., dem Hochdruckrohr) des vorderen Wärmeexpansionsventils 19 durch ein unter dem Boden verlaufendes Hochdruckrohr 27 verbunden. Die Auslassseite des hinteren Verdampfers 25 ist mit einem auslassseitigen Rohr (d. h., dem Niederdruckrohr) des vorderen Verdampfers 13 durch ein unter dem Boden verlaufendes Niederdruckrohr 28 verbunden. In dem Kältekreislaufsystem R sind deshalb der hintere Verdampfer 25 und das hintere Wärmeexpansionsventil 26 parallel zum vorderen Verdampfer 13 und dem vorderen Wärmeexpansionsventil 19 angeordnet.
Das unter dem Boden verlaufende Hochdruckrohr 27 und das unter dem Boden verlaufende Niederdruckrohr 28 sind in einem Raum unter dem Boden der Fahrgastzelle angeordnet und kommen niedriger zu liegen als eine Ansaugöffnung 15b des Verdichters 15, und zwar um eine vorbestimmte Distanz von beispielsweise 600 mm. Die Solenoiddrucksteuereinrichtung der variablen Verdrängungseinrichtung 16 des Verdichters 15 ändert den Druck in der Taumelplattenkammer unter Verwendung des Austragdrucks des Verdichters 15 und des Ansaugdrucks des Verdichters. Die Solenoiddrucksteuereinrichtung des Verdichters 15 umfasst einen Solenoidmechanismus, dessen elektromagnetische Kraft auf Grundlage eines in Fig. 2 gezeigten Steuerstroms eingestellt wird, und einen Ventilkörper, der in Übereinstimmung mit einem Gleichgewicht zwischen der elektromagnetischen Kraft des Solenoidmechanismus und dem Ansaugdruck des Verdichters 15 verschoben wird. Der Druckverlust im Kältemitteldurchlass, durch den der Austragdruck des Verdichters 15 in die Taumelplattenkammer eingeleitet wird, wird unter Verwendung des Ventilkörpers derart eingestellt, dass der Druck in der Taumelplattenkammer einstellbar ist.
Der elektrische Strom, der der Solenoiddrucksteuereinrichtung der variablen Verdrängungseinrichtung 16 zugeführt wird, wird auf Grundlage eines Ausgangssignals von einer Klimatisierungssteuereinheit (ECU) 30 gesteuert, wie in Fig. 3 gezeigt. Wenn beispielsweise der Steuerstrom In, der der variablen Verdrängungseinrichtung 16 zugeführt wird, erhöht wird, wird die Austragkapazität des Verdichters 15 erhöht. D. h., der der variablen Verdrängungseinrichtung 16 zugeführte Steuerstrom dient zum direkten Ermitteln eines Zielwerts des Ansaugdrucks (des niederdruckseitigen Drucks) Ps des Verdichters 15. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird der Ansaugdruck Ps umgekehrt proportional zur Erhöhung des Steuerstroms In verringert. Wenn der Steuerstrom In erhöht wird, wird deshalb die Austragkapazität des Verdichters 15 erhöht. Die Austragkapazität des Verdichters 15, d. h., der Durchsatz des Kältemittels, das aus dem Verdichter 15 ausgetragen wird, wird erhöht und verringert durch Erhöhen und Verringern des Steuerstroms In. Der tatsächliche Ansaugdruck Ps des Verdichters 15 wird dadurch eingestellt und das Kühlvermögen des vorderen Verdampfers 13 kann derart gesteuert werden, dass die Lufttemperatur von Luft aus dem vorderen Verdampfer 13 eine vorbestimmte Zieltemperatur entsprechend dem Zieldruck des Ansaugdrucks Ps einnimmt. Der Steuerstrom In kann dabei durch die Einschaltdauersteuerung geändert werden; sie kann jedoch direkt erhöht und verringert werden ohne Einschaltdauersteuerung.
Da in der ersten Ausführungsform die Austragkapazität des Verdichters 15 auf ungefähr 0% verringert werden kann, umfasst der Verdichter 15 keine Solenoidkupplung zum Durchführen eines EIN-AUS-Schaltvorgangs. Der Verdichter kann jedoch diese Solenoidkupplung enthalten. Wenn in diesem Fall die Austragkapazität auf etwa 0% verringert wird, kann der Betrieb des Verdichters 15 gestoppt werden durch Stoppen der Energiezufuhr für die Solenoidkupplung.
In Fig. 3 umfasst die ECU 30 zum Steuern des Betriebs des Kältekreislaufsystems einen Mikrocomputer und seine peripheren Schaltkreise. Ermittlungssignale, wie etwa die Außenlufttemperatur Tam, die Innenlufttemperatur Tr, die Sonnenlichtmenge Ts, die Wassertemperatur Tw u. dgl., ermittelt durch eine Sensorgruppe, und ein Ermittlungssignal einer Verdampferlufttemperatur Te, ermittelt durch den Temperatursensor 21, werden in die ECU 30 eingegeben. Außerdem werden Betätigungssignale, wie eine Solltemperatur Tset, ein Solldurchsatz, ein Innen-/Außenluftbetriebsartumschalten, ein Luftauslassbetriebsartschalten, ein EIN-AUS-Schalten des Verdichters 15 u. dgl. von Betätigungselementen eines vorderen Betätigungspaneels 32 in die ECU 30 eingegeben. Auf der Rücksitzseite werden Betätigungssignale, wie ein hinterer Luftdurchsatz, ein hinteres Luftauslassbetriebsartumschalten u. dgl. von Betätigungselementen auf dem hinteren Betätigungspaneel 33 in die ECU 30 eingegeben. Die Betätigungssignale für die Rücksitzseite können von dem vorderen Betätigungspaneel 32 in die ECU 30 eingegeben werden. Die ECU 30 führt eine vorbestimmte Betriebs- bzw. Betätigungssteuerung auf Grundlage eines vorbestimmten Programms durch und gibt Steuersignale zum Steuern der Betriebsabläufe der Klimatisierungsbestandteile für die Vorder- und Rücksitzseiten aus, wie etwa für die Betriebsabläufe der variablen Verdrängungseinrichtung 16 und einer Motorgruppe zum Antreiben der Gebläse 12, 24 u. dgl.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des Kältekreislaufsystems näher erläutert, das die Frontklimatisierungseinheit 10 und die Heckklimatisierungseinheit 22 mit dem vorstehend genannten Aufbau umfasst. Wenn sowohl die Front- wie die Heckklimatisierungseinheiten 10, 22 betätigt sind, werden sowohl die vorderen wie die hinteren Gebläse 12, 24 betätigt, um Luft in den Gehäusen 11 und 23 zu blasen. Wenn ein Klimatisierungsschalter (Verdichterbetätigungsschalter), der als Betätigungselement auf dem vorderen Betätigungspaneel 32 vorgesehen ist, eingeschaltet wird, wird der Steuerstrom In, der der variablen Verdrängungseinrichtung 16 des Verdichters 15 zugeführt wird, durch die ECU 30 in einem nachfolgend näher erläuterten Verfahren berechnet. Daraufhin wird der Verdichter 15 durch den Fahrzeugmotor zu Gunsten einer bestimmen Austragkapazität angetrieben.
In der Frontklimatisierungseinheit 10 wird durch das erste Gebläse 12 geblasene Luft gekühlt und im vorderen Verdampfer 13 entfeuchtet und die gekühlte Luft aus dem vorderen Verdampfer 13 kann auf den Vordersitzraum der Fahrgastzelle geblasen werden. In ähnlicher Weise wird in der Heckklimatisierungseinheit 22 durch das hintere Gebläse 24 geblasene Luft gekühlt und im hinteren Verdampfer 25 entfeuchtet und die gekühlte Luft aus dem hinteren Verdampfer 25 kann in den Rücksitzraum der Fahrgastzelle geblasen werden. Wenn beide Klimatisierungseinheiten 10, 22 auf diese Weise gleichzeitig betrieben werden, werden die vorderen und hinteren Wärmeexpansionsventile 19, 26 auf die Ventilöffnungsgrade entsprechend den Kühlwärmelasten der vorderen und hinteren Verdampfer 13, 25 eingestellt. Die Kältemittelmengen entsprechend den Kühlwärmelasten der vorderen und hinteren Verdampfer 13, 25 strömen dabei stets durch die Kältemitteldurchlässe der vorderen und hinteren Verdampfer 13, 25.
In dem Fall, dass beide Klimatisierungseinheiten 10, 22 gleichzeitig betätigt werden, kann dann, wenn die temperatur von Luft, die in jeden der Verdampfer 13, 25 gesaugt wird, abnimmt und die Kühlwärmelast in den Verdampfern 13, 25 abnimmt, Ölrückführmangel zum Verdichter 15 auftreten. D. h., wenn die Austragkapazität des Verdichters 15 variabler Verdrängung verringert wird, wird der Durchsatz des Kältemittels, das in dem Kältekreislaufsystem R umgewälzt wird, verringert. Infolge hiervon wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels, das in dem Kältekreislaufsystem umgewälzt wird, verringert und das in dem Kältemittel enthaltene Schmieröl wird in dem unter dem Boden verlaufenden Niederdruckrohr 28 abgelagert, das auf der Kältemittelauslassseite des hinteren Verdampfers 25 zu liegen kommt u. dgl. Selbst dann, wenn beide Klimatisierungseinheiten 10, 22 betätigt sind, kann deshalb mitunter die Menge des zum Verdichter 15 rückgeführten Öls unzureichend sein.
Wenn der Einzelbetrieb bzw. die Einzelbetätigung der Frontklimatisierungseinheit 10 durchgeführt wird, während das hintere Gebläse 24 der Heckklimatisierungseinheit 22 gestoppt ist, wird Schmieröl im unter dem Boden verlaufenden Niederdruckrohr 28 u. dgl. abgelagert und es tritt deshalb ein Öl- rückführmangel zum Verdichter 15 auf. Da in diesem Fall der Luftblasbetrieb zum hinteren Verdampfer 25 gestoppt ist, wird flüssiges Kältemittel, das im hinteren Verdampfer 25 bevorratet ist, allmählich verdampft. Wenn diese Verdampfung des Kältemittels im hinteren Verdampfer 25 beendet ist, wird die Temperatur des hinteren Verdampfers 25 auf Atmosphärenlufttemperatur erhöht (d. h., auf die Lufttemperatur in der Fahrgastzelle).
Die Temperatur des Wärmeerfassungsabschnitts des hinteren Wärmeexpansionsventils 26 wird außerdem in Richtung auf die Atmosphärenlufttemperatur erhöht. Der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Auslass des hinteren Verdampfers 25 wird dadurch erhöht und das hintere Wärmeexpansionsventil 26 wird um einen sehr geringen Öffnungsgrad geöffnet. In diesem Fall strömt Niederdruckkältemittel, das das hintere Wärmeexpansionsventil 26 durchsetzt hat, in den hinteren Verdampfer 25. Infolge hiervon wird flüssiges Kältemittel in dem hinteren Verdampfer 25 erneut verdampft und die Temperatur (Überhitzungsgrad des Kältemittels) des hinteren Verdampfers 25 wird verringert, so dass das hintere Wärmeexpansionsventil 26 erneut vollständig geschlossen ist, nachdem eine kurze Zeit abgelaufen ist. Wenn die Kältemittelverdampfung beendet ist und der Überhitzungsgrad des Kältemittels erhöht ist, nachdem das hintere Wärmeexpansionsventil 26 vollständig geschlossen wurde, wird das hintere Wärmeexpansionsventil 26 erneut mit einem sehr kleinen Öffnungsgrad geöffnet.
Auf diese Weise wird im vorderen Einzelbetrieb der Frontklimatisierungseinheit 10 das hintere Wärmeexpansionsventil 26 mit einem sehr kleinen Öffnungsgrad wiederholt geöffnet und geschlossen. Wenn das hintere Wärmeexpansionsventil 26 mit einem sehr kleinen Öffnungsgrad geöffnet ist, strömt Schmieröl außerdem in den hinteren Verdampfer 25 zusammen mit dem flüssigen Kältemittel. Zu diesem Zeitpunkt wird das Kältemittel im hinteren Verdampfer 25 verdampft und das verdampfte Kältemittel wird in den Verdichter 15 gesaugt. Das Schmieröl wird im hinteren Verdampfer 25 jedoch nicht verdampft, weil seine Verdampfungstemperatur höher ist als die Verdampfungstemperatur des flüssigen Kältemittels. Das Schmieröl kann außerdem zur kältemittelstromabwärtigen Seite mit einem sehr kleinen Kältemitteldurchsatz verdrängt werden, erzeugt durch den sehr geringen Öffnungsgrad des hinteren Wärmeexpansionsventils 26. Flüssiges Schmieröl wird deshalb im hinteren Verdampfer 25 bevorratet und im unter dem Boden verlaufenden Niederdruckrohr 28 am Auslass des hinteren Verdampfers 25 abgelagert. Da das unter dem Boden verlaufende Niederdruckrohr 28 üblicherweise bzw. allgemein in einer Position unter der Ansaugöffnung 15b des Verdichters 15, und zwar mit einer Distanz von etwa 600 mm angeordnet ist, neigt das Schmieröl dazu, in dem unter dem Boden verlaufenden Niederdruckrohr 28 abgelagert zu werden.
Während sowohl dem vorstehend genannten Betrieb der Klimatisierungseinheiten 10, 22 wie des vorstehend genannten Einzelbetriebs der Frontklimatisierungseinheit 10 wird in der ersten Ausführungsform die Austragkapazität des Verdichters 15 derart gesteuert, dass Ölrückführmangel verhindert wird.
Die Austragkapazitätssteuerung des Verdichters 15 wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 4 erläutert. Die in Fig. 4 gezeigte Steuerroutine wird durch die ECU 30 durchgeführt und gestartet durch Einschalten des Klimatisierungsschalters auf dem vorderen Betätigungspaneel 32. Im Schritt S100 werden die Ermittlungssignale von den Sensoren 21, 31 und die Betätigungssignale von den Betätigungspaneelen 32, 33 in die ECU 30 eingegeben. Im Schritt S110 wird die Zieltemperatur TAO von Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen werden soll, berechnet. Bei der Ziellufttemperatur TAO handelt es sich um die Temperatur von Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen werden soll und dazu benötigt wird, die Lufttemperatur in der Fahrgastzelle auf einer Solltemperatur Tset zu halten. Die Solltemperatur Tset wird durch einen Fahrgast in der Fahrgastzelle unter Verwendung des vorderen Betätigungspaneels 32 ungeachtet der Klimatisierungslastveränderung gewählt. Die Ziellufttemperatur TAO wird auf Grundlage der Solltemperatur Tset, der Außenlufttemperatur Tam, der Innenlufttemperatur Tr und der Sonnenlichtmenge Ts berechnet, die in die Sahrgastzelle eingetragen wird.
Im Schritt S120 wird die Zielverdampfertemperatur TEO berechnet. Bei der Zielverdampfertemperatur TEO handelt es sich um eine Ziellufttemperatur von Luft, die ausgehend vom vorderen Verdampfer 13 geblasen wird. In der ersten Ausführungsform wird eine erste Zielverdampfertemperatur TEO1 auf Grundlage der Ziellufttemperatur TAO ermittelt und eine zweite Zielverdampfertemperatur TEO 2 wird auf Grundlage der Außenlufttemperatur Tam ermittelt. Die niedrigere dieser beiden Temperaturen, der ersten und zweiten Zielverdampfertemperaturen TEO1, TEO2, wird als Zielverdampfertemperatur TEO berechnet. D. h., TEO = MIN (TEO1, TEO2). Die erste Zielverdampfertemperatur TEO1 wird auf Grundlage der Ziellufttemperatur TAO in Übereinstimmung mit der in Fig. 5 gezeigten Kurve ermittelt. Wenn die Ziellufttemperatur TAO zunimmt, wird insbesondere die erste Zielverdampfertemperatur TEO1 so gewählt, dass sie erhöht wird.
Die zweite Zielverdampfertemperatur TEO2 wird auf Grundlage der Außentemperatur Tam in Übereinstimmung mit der in Fig. 6 gezeigten Kurve ermittelt. Die Anforderung für den Kühlvorgang und den Entfeuchtungsvorgang wird insbesondere in einem Zwischentemperaturbereich der Außentemperatur Tam (beispielsweise 18-25°C) verringert. In dem Zwischentemperaturbereich wird die zweite Zielverdampfertemperatur TEO2 höher (beispielsweise mit 12°C) gewählt, und die Antriebskraft zum Antreiben des Verdichters 15 wird verringert, wodurch Antriebskraft des Fahrzeugmotors eingespart wird. In einem Hochtemperaturbereich im Sommer, wenn die Außenlufttemperatur Tam höher als 25°C beispielsweise ist, wird die zweite Zielverdampfertemperatur TEO2 so gewählt, dass sie umgekehrt proportional zur Erhöhung der Außentemperatur Tam verringert wird, um Kühlleistung zu erzielen. Andererseits wird in einem Niedertemperaturbereich, wenn die Außenlufttemperatur niedriger als 18°C ist, die zweite Zielverdampfertemperatur TEO2 proportional zur Verringerung der Außenlufttemperatur Tam verringert, so dass das Entfeuchtungsvermögen erzielt werden kann und verhindert werden kann, dass die Windschutzscheibe beschlägt. Wie in Fig. 5 und 6 gezeigt, wird eine obere Grenze der ersten und zweiten Zielverdampfertemperaturen TEO1, TEO2 mit 12°C derart gewählt, dass die Erzeugung eines unangenehmen Geruchs verhindert werden kann, der im vorderen Verdampfer 13 erzeugt wird.
Als nächstes wird im Schritt S130 in Fig. 4 der Steuerstrom In zum Steuern der Austragkapazität berechnet. Wie in Fig. 2 gezeigt, dient der Steuerstrom In zum Ermitteln des Zielwerts des Ansaugdrucks Ps der Solenoiddrucksteuereinrichtung der variablen Verdrängungseinheit 16 des Verdichters 15. Der Steuerstrom In wird derart ermittelt, dass Luft mit der tatsächlichen Lufttemperatur (tatsächliche Verdampfertemperatur) Te, die aus dem vorderen Verdampfer 13 geblasen wird, die Zielverdampfertemperatur TEO einnimmt. Insbesondere wird eine Abweichung En (d. h., En = Te - TEO) zwischen der tatsächlichen Verdampfertemperatur Te und der Zielverdampfertemperatur TEO berechnet. Der Steuerstrom In wird auf Grundlage der Abweichung En durch ein Rückkopplungssteuerverfahren unter Verwendung der Proportional-Integral-Steuerung (PI-Steuerung) berechnet. Im Schritt S140 in Fig. 4 wird der Steuerstrom In an die variable Verdrängungseinrichtung 16 des Verdichters 15 ausgegeben und die Austragkapazität des Verdichters 15 wird gesteuert.
Eine in Fig. 7 gezeigte Steuerunterroutine wird während der in Fig. 4 gezeigten Basissteuerung mit vorbestimmten Zeitintervallen durchgeführt. Im Schritt S200 wird ermittelt, ob oder ob nicht das hintere Gebläse 24 betätigt ist. Wenn das hintere Gebläse 24 betätigt ist, wird ermittelt, dass sowohl die Front- wie die Heckklimatisierungseinheiten 10, 22 gleichzeitig in der Unterroutine von Fig. 7 betätigt sind. In diesem Fall wird im Schritt S210 ermittelt, ob oder ob nicht ein Durchsatz des Kältemittels in dem Kältekreislaufsystem R sich in einem Niederstrommengenbereich bzw. niedrigen Durchsatzbereich befindet. Der Durchsatz des Kältemittels in dem, Kältekreislaufsystem R bezieht sich auf die Austragkapazität des Verdichters 15 und die Austragkapazität des Verdichters 15 bezieht sich auf den Steuerstrom In der variablen Verdrängungseinrichtung 16. Die Ermittlung im Schritt S210 kann deshalb auf Grundlage des Steuerstroms In durchgeführt werden. Wenn der Steuerstrom In gleich oder niedriger als ein vorbestimmter Strom Ia ist, wie in Fig. 2 gezeigt, wird der Durchsatz des Kältemittels in dem Kältekreislaufsystem R insbesondere als im Niederstrommengenbereich bzw. im Bereich geringen Durchsatzes liegend ermittelt.
Wenn der Kühlmitteldurchsatz sich im Bereich geringen Durchsatzes befindet, wird im Schritt S220 eine Zeitzählung mit einem Zeitgeber T1 gestartet. Im Schritt S230 wird ermittelt, ob oder ob nicht eine Zählzeit t1 des Zählers T1 gleich oder länger als eine erste vorbestimmte Zeit ta wird. Wenn das Kältekreislaufsystem R mit geringem Kältemitteldurchsatz betätigt ist, während sowohl die Front- wie Heckklimatisierungseinheiten 10, 22 betätigt bzw. betrieben sind, wird eine vorbestimmte Menge des Schmieröls in dem unter dem Boden verlaufenden Niederdruckrohr 28 u. dgl. während der ersten vorbestimmten Zeit ta abgelagert. Bis die vorbestimmte Menge des Schmieröls in dem unter dem Boden verlaufenden Niederdruckrohr 28 abgelagert ist, entsteht kein Mangel an der zum Verdichter 15 rückgeführten Menge des Schmieröls. Die erste vorbestimmte Zeit ta wird durch Experimente für das jeweilige Kältekreislaufsystem ermittelt und es handelt sich hierbei um eine Zeit von ungefähr 10-30 Minuten beispielsweise. Wenn die Zählzeit t1 des Zeitgebers T1 gleich oder länger als die erste vorbestimmte Zeit ta wird, wird eine Ölrückführsteuerung durchgeführt, um das Schmieröl im Schritt S240 zum Verdichter rückzuführen. Wie in Fig. 8 gezeigt, wird der Steuerstrom In zwischen einem maximalen Strom (MAX) und dem Nullstrom in der Ölrückführsteuerung diskontinuierlich zwangsweise geändert. Nachdem der Steuerstrom In für 10 Sekunden auf null gehalten wurde (d. h., eine Periode von 10 S in Fig. 8), wird der Steuerstrom In insbesondere für 10 Sekunden auf dem maximalen Strom gehalten. Der Steuervorgang mit dem Nullstrom und der Steuervorgang mit dem maximalen Strom werden abwechselnd mehrmals (beispielsweise dreimal) wiederholt. Daraufhin wird eine normale Austragkapazitätssteuerung durchgeführt.
Als nächstes wird die Austragkapazitätssteuerung zum Rückführen des Öls zum Verdichter 15 unter Bezug auf Fig. 8 erläutert. Wenn der Steuerstrom In sich in einer Periode des Nullstroms (In = 0) befindet, nimmt die Austragkapazität des Verdichters 15 minimale Kapazität ein und die Kältemittelmenge, die im Kältekreislaufsystem R umgewälzt wird, wird rasch verringert. In diesem Fall wird die Kältemitteltemperatur an den Auslässen der vorderen und hinteren Verdampfer 13, 25 erhöht und der Überhitzungsgrad wird erhöht. Der Öffnungsgrad der vorderen und hinteren Wärmeexpansionsventile 19, 26 wird deshalb erhöht. Wenn andererseits der Steuerstrom In sich in einer Periode maximalen Stroms (In = MAX) befindet, nimmt die Austragkapazität des Verdichters 15 maximale Kapazität ein und die Öffnungsgrade der vorderen und hinteren Wärmeexpansionsventile 19, 26 werden im voraus erhöht, so dass die Kältemittelmenge, die im Kältekreislaufsystem R umgewälzt wird, rasch erhöht bzw. vergrößert wird. Das in dem unter dem Boden verlaufenden Niederdruckrohr 28 u. dgl. abgelagerte Schmieröl kann deshalb in Richtung zur Ansaugöffnung 15b des Verdichters 15 auf Grund der raschen Vergrößerung des Kältemitteldurchsatzes zurück übertragen bzw. zurück verdrängt werden. Wenn beispielsweise die rasche Erhöhung des Kältemitteldurchsatzes dreimal wiederholt wird, wie in Fig. 8 und 9 gezeigt, kann ein Ölrückführverhältnis in dem Kältekreislaufsystem R schrittweise so vergrößert werden, wie in Fig. 9 gezeigt. Das Ölrückführverhältnis ist dabei durch die folgende Formel (1) festgelegt.

Ölrückführverhältnis = Ölmenge/(Ölmenge + Kältemittelmenge) × 100 (%) (1)
In Fig. 9 bezeichnet eine durchbrochene Linie X einen Minimalwert des Ölrückführverhältnisses zur Sicherstellung der Standzeit des Verdichters 15. Die erste vorbestimmte Zeit ta, die in Fig. 7 dargestellt ist, wird so gewählt, dass die Ölrückführsteuerung gestartet wird, bevor das Ölrückführverhältnis in dem Kältekreislaufsystem R auf den minimalen Wert verringert wird. Wie in Fig. 9 gezeigt, werden die Periode, für die der Steuerstrom In null beträgt, und die Periode, für die der Steuerstrom In dem maximalen Strom entspricht, derart ermittelt, dass eine Temperaturveränderung der Luft, die ausgehend vom Verdampfer geblasen wird, innerhalb von 5°C liegt. Dadurch kann verhindert werden, dass das Klimatisierungsempfinden (für einen Insassen der Fahrgastzelle) auf Grund der Ölrückführsteuerung beeinträchtigt wird.
Nachdem die Ölrückführsteuerung im Schritt S240 in Fig. 7 durchgeführt worden ist, wird der Zeitgeber T1 im Schritt S250 rückgesetzt. Wenn ermittelt wird, dass der Kältemitteldurchsatz im Kältekreislaufsystem R sich im Schritt S210 nicht im Bereich niedrigen Durchsatzes befindet, d. h., wenn die Ermittlung im Schritt S210 NEIN ergibt, kann die Ölrückführsteuerung nicht durchgeführt werden.
Wenn andererseits ermittelt wird, dass das hintere Gebläse 24 im Schritt S200 nicht betätigt ist, d. h., wenn der Einzelbetrieb bzw. die Einzelbetätigung der Frontklimatisierungseinheit 10 durchgeführt wird, wird die Zeitzählung mit einem Zeitgeber T2 im Schritt S260 gestartet. Im Schritt S270 wird ermittelt, ob oder ob nicht eine Zählzeit t2 des Zählers T2 gleich oder länger als eine zweite vorbestimmte Zeit tb wird. Die zweite vorbestimmte Zeit tb ist eine Zeit, für die eine vorbestimmte Menge des Schmieröls in dem unter dem Boden verlaufenden Niederdruckrohr 28 u. dgl. im Einzelbetrieb der Frontklimatisierungseinheit 10 abgelagert ist. Die zweite vorbestimmte Zeit tb wird ermittelt durch Experimente für das jeweilige Kältekreislaufsystem und sie wird länger gewählt als die erste vorbestimmte Zeit ta, beispielsweise mit einer Zeit von ungefähr 30-120 Minuten. Wenn die Zählzeit t2 des Zeitgebers T2 gleich oder länger als die zweite vorbestimmte Zeit tb wird, wird die Ölrückführsteuerung zum Rückführen des Schmieröls im Schritt S280 durchgeführt. Die Ölrückführsteuerung in dem Einzelbetrieb der Frontklimatisierungseinheit 10 wird grundsätzlich ähnlich durchgeführt wie die Ölrückführsteuerung während desselben zeitlichen Betriebs der Front- und Heckklimatisierungseinheiten 10, 22, wie in Fig. 8 gezeigt. D. h., der Kältemitteldurchsatz wird diskontinuierlich rasch erhöht durch Durchführen der Ölrückführsteuerung und das in dem unter dem Boden verlaufenden Niederdruckrohr 28 u. dgl. abgelagerte Schmieröl kann in Richtung zur Ansaugöffnung 15b des Verdichters 15 bevorzugt rückgeführt werden. In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann dadurch mit Sicherheit verhindert werden, dass die zum Verdichter 15 rückgeführte Ölmenge unzureichend ist.

Zweite Ausführungsform

In dem Verdichter 15 variabler Verdrängung entsprechend der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform wird der Zielwert des Ansaugdrucks Ps auf Grundlage des Steuerstroms In der in Fig. 2 gezeigten variablen Verdrängungseinrichtung 16 gewählt und die Austragkapazität wird derart geändert, dass der Ansaugdruck Ps (niederdruckseitiger Kältemitteldruck) des Verdichters 15 auf dem Zielwert gehalten werden kann. In der zweiten Ausführungsform wird hingegen eine Zielaustragmenge Gro für das Kältemittel, das aus dem Verdichter 15 ausgetragen wird, auf Grundlage des Steuerstroms In der in Fig. 10 gezeigten variablen Verdrängungseinrichtung 16 gewählt und die Austragkapazität des Verdichters 15 wird derart geändert (eingestellt), dass die Austragmenge des Verdichters 15 auf der Zielaustragmenge Gro gehalten werden kann. In der zweiten Ausführungsform ist insbesondere ein Drosselabschnitt auf der Austragseite des variablen Verdrängungsverdichters 15vorgesehen. Eine zwischen den Vorder- und Rückseiten des Drosselabschnitts erzeugte Druckdifferenz ist dabei proportional zur Austragmenge des Verdichters 15. Wenn die Austragmenge des Verdichters 15 derart geändert wird, dass die Druckdifferenz dazwischen eine Zieldruckdifferenz einnimmt, wird deshalb die Austragmenge des Kältemittels, das aus dem Verdichter 15 ausgetragen wird, auf der Zielaustragmenge Gro gehalten.
In der zweiten Ausführungsform umfasst die variable Verdrängungseinrichtung 16 des Verdichters 15 einen Ventilmechanismus und einen Solenoidmechanismus zum Erzeugen einer elektromagnetischen Kraft, die durch den Steuerstrom In festgelegt ist. Der Solenoidmechanismus erzeugt die elektromagnetische Kraft entsprechend der Zieldruckdifferenz. In dem Ventilmechanismus wird der Ventilöffnungsgrad erhöht und verringert auf Grund des Gleichgewichts zwischen der elektromagnetischen Kraft entsprechend der Zieldruckdifferenz und der Druckdifferenz zwischen den Vorder- und Rückseiten des Drosselabschnitts. Der Druck in der Taumelplattenkammer wird gesteuert durch Ändern des Ventilöffnungsgrads des Ventilsmechanismus, so dass der Taumelwinkel der Taumelplatte geändert wird und die Austragkapazität des Verdichters 15 kann im Bereich von ungefähr 0-100% kontinuierlich geändert werden.
In der zweiten Ausführungsform sind die übrigen Teile ähnlich zu denjenigen der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform können deshalb ähnliche Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden.

Dritte Ausführungsform

In dem Verdichter 15 variabler Verdrängung entsprechend den vorstehend erläuterten ersten und zweiten Ausführungsformen wird die Austragkapazität des Verdichters 15 derart geändert, dass der Durchsatz des Kältemittels, das aus dem Verdichter 15 ausgetragen wird, geändert wird. In der dritten Ausführungsform wird ein in Fig. 11 gezeigter elektrischer Verdichter 15 genutzt. In dem elektrischen Verdichter 15 sind ein Motor 15d und ein Verdichtungsmechanismusabschnitt 15e, angetrieben durch den Motor 15d, miteinander integriert. Bei dem Motor 15d handelt es sich insbesondere um einen Dreiphasenwechselstrom-(AC)motor und bei dem Verdichtungsmechanismusabschnitt 15e handelt es sich um einen Spiralverdichtungsmechanismus. Die Frequenz einer Dreiphasenwechselstromquelle, die in dem Motor 15d vorgesehen ist, wird durch einen Inverter 15f derart gesteuert, dass die Drehzahl des Motors 15d gesteuert wird. Der Durchsatz von aus dem Verdichter 15 ausgetragenem Kältemittel kann in Übereinstimmung mit der Drehzahl des Motors 15d geändert werden. Der Inverter 15f wird durch die Ausgangssignale von der ECU 30 gesteuert.
In der dritten Ausführungsform werden in der Ölrückführsteuerung ein Zustand mit großem Durchsatz aufgrund hoher Drehzahl des Motors 15d und ein Zustand mit geringem Durchsatz auf Grund geringer Drehzahl des Motors 15d zwangsweise abwechselnd im Schritt S240, S280 wiederholt.
In der dritten Ausführungsform sind die übrigen Teile ähnlich zu denjenigen der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform. In der dritten Ausführungsform können deshalb ähnliche Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden.

Weitere Ausführungsformen

In der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform wird im Schritt S210 in Fig. 7 ermittelt, ob oder ob nicht der Durchsatz des Kältemittels in dem Kältekreislaufsystem R sich in einem Bereich geringen Durchsatzes befindet während die Front- und Heckklimatisierungseinheiten 10, 22 gleichzeitig betrieben werden, und zwar ausschließlich auf Grundlage des Steuerstroms In für die variable Verdrängungseinrichtung 16. Der Kältemitteldurchsatz in dem Kältekreislaufsystem R ist jedoch durch das Produkt aus der Austragkapazität des Verdichters 15 mit der Drehzahl des Verdichters 15 festgelegt. Wenn deshalb die Ermittlung des Bereichs geringen Durchsatzes im Schritt S210 auf Grundlage der Drehzahlinformation des Verdichters 15 zusätzlich zum Steuerstrom In entsprechend der Austragkapazität des Verdichters 15 durchgeführt wird, kann die Ermittlungsgenauigkeit im Schritt S210 verbessert werden. Da dabei der Verdichter 15 durch den Fahrzeugmotor angetrieben wird, kann die Drehzahl des Fahrzeugmotors als Drehzahlinformation des Verdichters 15 genutzt werden.
Der Bereich geringen Durchsatzes des Kältemittels in dem Kältekreislaufsystem, d. h., der Bereich geringer Austragkapazität des Verdichters 15 variabler Verdrängung bzw. der Bereich geringer Drehzahl des elektrischen Verdichters 15 wird gewählt, wenn die Kühllast in dem Verdampfer klein ist. Die Ermittlung im Schritt S210 kann deshalb auf Grundlage von Information bezüglich der Kühllast durchgeführt werden. Die Ermittlung im Schritt S210 kann insbesondere durchgeführt werden auf Grundlage der Temperatur der Luft, die in den vorderen Verdampfer 13 gesaugt wird, der Außenlufttemperatur Tam, der Innenlufttemperatur Tr u. dgl. Wenn die in den vorderen Verdampfer 13 gesaugte Luft Innenluft ist (Innenlufteinleitbetriebsart), wird die Innenlufttemperatur Tr als die Temperatur der Luft genutzt, die in den vorderen Verdampfer 13 gesaugt wird. Wenn alternativ die in den vorderen Verdampfer 13 gesaugte Luft Außenluft ist (Außenlufteinleitbetriebsart), wird die Außenlufttemperatur Tam als die Temperatur der Luft genutzt, die in den vorderen Verdampfer 13 gesaugt wird.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die vorstehend angeführten bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurde, erschließen sich dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen, die sämtliche im Umfang der anliegenden Ansprüche liegen.

Claims

1. Kältekreislaufsystem, aufweisend:
Einen Verdichter (15) zum Verdichten und Austragen von Kältemittel, wobei der Verdichter ein variabler Verdichter ist, in dem der Durchsatz von Kältemittel, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, variabel ist,
erste und zweite Verdampfer (13, 25), in die Kältemittel durch Betätigung des Verdichters umgewälzt wird, wobei die ersten und zweiten Verdampfer parallel angeordnet sind,
ein erstes Gebläse (12) zum Blasen von Luft zum ersten Verdampfer,
ein zweites Gebläse (24) zum Blasen von Luft zum zweiten Verdampfer, und
eine Steuereinheit (30) zum Steuern des Betriebs des Verdichters, wobei die Steuereinheit aufweist:
Eine Ermittlungseinrichtung (S210) zum Ermitteln, ob der Durchsatz des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, sich in einem Bereich geringen Durchsatzes befindet, wenn sowohl das erste Gebläse wie das zweite Gebläse gleichzeitig betätigt sind, und
eine Steuereinrichtung (S240) zum zwangsweisen Umschalten des Durchsatzes des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, zwischen einem ersten Zustand, in dem der Durchsatz des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, kleiner als ein erster Wert im Bereich geringen Durchsatzes ist, und einem zweiten Zustand, in dem der Durchsatz des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, größer als ein zweiter Wert ist, der größer als der erste Wert ist, wenn der Betriebszustand in dem Bereich geringen Durchsatzes für eine vorbestimmte Zeitdauer fortgesetzt wird, nachdem die Ermittlungseinrichtung ermittelt hat, dass der Durchsatz des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, sich in einem Bereich geringen Durchsatzes befindet.

2. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1, wobei der Durchsatz des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, ausgehend von einem minimalen Durchsatz zu einem maximalen Durchsatz variabel ist, und der erste Wert etwa dem minimalen Durchsatz entspricht und der zweite Wert etwa dem maximalen Durchsatz entspricht.

3. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verdichter ein Verdichter variabler Verdrängung ist, dessen Austragkapazität variabel ist, und der Durchsatz des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, durch Ändern der Austragkapazität des Verdichters geändert wird.

4. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei
der Verdichter einen Motor (15d) umfasst und einen Verdichtungsmechanismus (15e), der durch den Motor angetrieben ist, und
der Durchsatz des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, durch Steuern der Drehzahl des Motors geändert wird.

5. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 3, wobei die Ermittlungseinrichtung den Bereich geringen Durchsatzes des Kältemittels auf Grundlage eines elektrischen Steuerstroms (In) ermittelt, der an den Verdichter angelegt ist.

6. Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 1-4, wobei
die Steuereinheit den Betrieb des Verdichters dahingehend steuert, den Durchsatz des Kältemittels zu verringern, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, wenn die Kühlmittellast kleiner wird, und
die Ermittlungseinrichtung den Bereich geringen Durchsatzes des Kältemittels auf Grundlage von Information in Bezug auf die Kühllast ermittelt.

7. Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 1-6, wobei
der erste Verdampfer ein Hauptverdampfer (13) ist, der hauptsächlich genutzt wird,
der zweite Verdampfer ein Zusatzverdampfer (25) ist, der wahlweise genutzt wird, und
die Steuereinheit eine zusätzliche Steuereinrichtung (S280) zum zwangsweisen Umschalten des Durchsatzes des Kältemittels, das aus dem Verdichter ausgetragen wird, zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand aufweist, wenn ein Einzelbetriebszustand vorliegt, wobei das erste Gebläse einzeln betätigt und das zweite Gebläse gestoppt ist, und zwar fortgesetzt für eine vorbestimmte Zeit, nachdem der Verdichter betätigt wurde.

8. Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Steuereinrichtung den Betrieb des Verdichters zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand mehrmals mit vorbestimmten Zeitintervallen umschaltet.

9. Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 1-8, wobei
der erste Verdampfer und das erste Gebläse in einer Frontklimatisierungseinheit (10) zum Durchführen eines Klimatisierungsvorgangs im Vordersitzbereich einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs angeordnet sind, und
der zweite Verdampfer und das zweite Gebläse in einer Heckklimatisierungseinheit (22) zum Durchführen eines Klimatisierungsvorgangs im Rücksitzbereich der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs angeordnet sind.

10. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 9, wobei der zweite Verdampfer (25) mit dem Verdichter (15) über ein Kältemittelrohr (28) verbunden ist, und das Kältemittelrohr unter dem Boden der Fahrgastzelle in einer Position unter derjenigen der Ansaugöffnung (15b) des Verdichters angeordnet ist.

11. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 7, wobei die vorbestimmte Zeit, für die der Einzelbetriebszustand fortgesetzt wird, nachdem der Verdichter betätigt wurde, länger gewählt ist als die vorbestimmte Zeit, für die der Betriebszustand im Bereich geringen Durchsatzes des Kältemittels fortgesetzt wird, während sowohl das erste wie das zweite Gebläse betätigt sind.