CN101796354A

CN101796354A - 压缩机的驱动扭矩运算装置和用于可变容量压缩机的容量控制系统

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Publication number: CN101796354A
Application number: CN200880107458A
Authority: CN
Inventors: 田口幸彦
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2010-08-04
Also published as: DE112008002404T5; WO2009031425A1; JP2009063179A

Abstract

一种压缩机的驱动扭矩运算装置，适用于依次连接压缩机、放热器、膨胀装置、蒸发器而形成的制冷循环，利用包含以流过膨胀装置的制冷剂的质量流量为变量的运算式来运算压缩机的驱动扭矩。

Description

压缩机的驱动扭矩运算装置和用于可变容量压缩机的容量控制系统

技术领域

本发明涉及一种运算用于空气调节系统的压缩机的扭矩的技术。

背景技术

例如，车辆空气调节系统所采用的压缩机的驱动扭矩对发动机来说是较大的负荷，因此，运算或检测压缩机的驱动扭矩一直以来都是重要的技术问题。特别地，可变容量压缩机中，压缩机的驱动扭矩在外部气体温度高的区域以最大排出容量动作的时候与在外部气体温度低的区域以排出容量控制状态动作的时候有很大的变化，因此需要运算或检测压缩机的驱动扭矩。当无法正确地运算或检测压缩机的驱动扭矩时，例如在车辆怠速时，不仅会使稳定地控制发动机旋转速度变得困难，甚至还可能会导致发动机熄火。

利用下式(1)～(3)，理论上能从压缩功L中求得压缩机的驱动扭矩Tr。

[数学式2]

Tr＝(L/Nc)/ηm…(1)

L = \frac{n}{n - 1} \cdot Gr \cdot Ps \cdot Vs \cdot [{(\frac{Pd}{Ps})}^{\frac{n - 1}{n}} - 1] . . . (2)

Gr = \frac{1}{Vs} \cdot ηv \cdot Vc \cdot Nc . . . (3)

在此，Nc是压缩机的旋转速度，ηm是机械效率，n是多变指数，Gr是制冷剂质量流量，Ps是吸入压力，Vs是吸入制冷剂比体积，Pd是排出压力，ηv是体积效率，Vc是容积。

在利用上式(1)～(3)求得压缩机的扭矩的方法中，在如可变容量压缩机这样的容积Vc变化的压缩机中，不容易正确地运算或检测制冷剂质量流量Gr。

因此，如文献1(日本专利特开平10-38717号公报)所记载，开发出了从容量控制阀的螺线管的通电量和外部气体温度来运算压缩机的扭矩的方法。在该方法中，即使容积Vc变化而使吸入压力Ps变动，也能进行压缩机的驱动扭矩的运算，而且能减少检测元件，从而能实现成本降低。

此外，文献2(日本专利特开2001-317467号公报)记载了下述运算压缩机的驱动扭矩的方法。在压缩机的排出室与冷凝器之间设有节流阀。压缩机具有容量控制阀，容量控制阀具有以机械方式检测节流阀的上游与下游的压差的压差检测元件。容量控制阀的阀开度基于压差检测元件所检测到的压差自动调整。此外，容量控制阀具有电磁致动器，该电磁致动器可改变压差检测元件的设定压差。以在电磁致动器的线圈中流动的电流为变量来运算压缩机的驱动扭矩。

在文献2所记载的方法中，制冷剂流量(制冷剂排出量)是被压差检测元件检测到的压差ΔP的函数，且压差ΔP是线圈的电流I的函数。在该方法中，具有能简单地检测到制冷剂流量、驱动扭矩的运算变得容易这样的优点。

然而，在文献1所记载的方法中，只从螺线管的通电量与外部气体温度简单地运算驱动扭矩，不容易充分保证运算精度。

而文献2所记载的方法无法应用于目前已成为主流的以吸入压力成为规定值来自动控制排出容量的可变容量压缩机，也无法应用于没有螺线管的固定容量压缩机。即，文献2所记载的方法中存在作为压缩机的扭矩运算方法通用性较差的问题。此外，在文献2所记载的方法中，由于在压缩机的排出室与冷凝器之间设置了节流阀，因此使压力损失增加，从而使制冷循环的效率下降。而且，若在基于压差ΔP来反馈控制排出容量的可变容量压缩机中采用上述方法，则当压缩机在制冷剂循环量不足的状态运转时，压差ΔP无法达到目标值。其结果是，排出容量加速增大，可能会使压缩机始终以最大容量动作。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种驱动扭矩运算装置，该驱动扭矩运算装置不受限于压缩机的结构而可广泛应用、且不会使制冷循环的效率降低、并可正确地运算压缩机的驱动扭矩。

为实现上述目的，作为本发明的一实施方式，提供了如下压缩机的驱动扭矩运算装置，其适用于依次连接压缩机、放热器、膨胀装置、蒸发器而成的制冷循环，其特征在于，利用包含以通过上述膨胀装置的制冷剂的质量流量为变量的运算式来运算上述压缩机的驱动扭矩。

在本发明的一实施方式的压缩机的驱动扭矩运算装置中，以通过膨胀装置的制冷剂的质量流量作为制冷循环中的制冷循环量来运算驱动扭矩。因此，不受限于压缩机的结构，能正确地运算驱动扭矩。

较为理想的是，利用下式来运算通过上述膨胀装置的制冷剂的质量流量Gr。

[数学式3]

Gr = K \cdot \sqrt{ρ \cdot (Pexp 1 - Pexp 2)}

在此，ρ是上述膨胀装置的入口制冷剂密度，Pexp1是上述膨胀装置的入口压力，Pexp2是上述膨胀装置的出口压力，K是系数。

在优选方式的压缩机的驱动扭矩运算装置中，能正确地求得制冷剂的质量流量。因此，以精简的结构使驱动扭矩的运算精度提升。

此外，由于利用膨胀装置的减压作用来运算制冷剂循环量，因此无需为进行驱动扭矩的运算而在制冷循环中另设节流阀。因此，能防止制冷循环的效率降低。而且，由于采用膨胀装置的入口压力与出口压力的压差来运算制冷剂循环量，因此压差能取足够大。特别地，即使在如可变容量压缩机这样的排出流量变小的时候也能检测到压差。其结果是，能进行低排出容量时的制冷剂循环量的运算。

较为理想的是，运算上述驱动扭矩的运算式还包含上述压缩机的排出压力区域的压力、吸入压力区域的压力和上述压缩机的旋转速度为变量。

在优选方式的压缩机的驱动扭矩运算装置中，运算式通过包含压缩机的排出压力区域的压力、吸入压力区域的压力和压缩机的旋转速度为变量，从而使压缩机的驱动扭矩的运算精度提升。

较为理想的是，压缩机的驱动扭矩运算装置包括高压压力检测元件，该高压压力检测元件检测在上述制冷循环的高压区域中的压力、即高压压力，上述膨胀装置的入口压力利用包含以由上述高压压力检测元件检测到的高压压力为变量的函数运算而得。

在优选方式的压缩机的驱动扭矩运算装置中，能保证膨胀装置的入口压力的运算精度。

较为理想的是，上述高压压力检测元件被设置在上述高压区域中的气体区域。

在优选方式的压缩机的驱动扭矩运算装置中，能响应气体区域中的高压压力的快速变化来运算制冷剂循环量。其结果是，使在过渡运转时的压缩机的驱动扭矩的运算精度提升。

较为理想的是，压缩机的驱动扭矩运算装置包括低压压力检测元件，该低压压力检测元件检测在上述制冷循环的低压区域中的压力、即低压压力，上述膨胀装置的出口压力利用包含以由上述低压压力检测元件检测到的低压压力为变量的函数运算而得。

在优选方式的压缩机的驱动扭矩运算装置中，保证了膨胀装置的出口压力的运算精度。

较为理想的是，上述压缩机包括：吸入压力区域，制冷剂被吸入上述吸入压力区域；压缩机构，该压缩机构压缩上述吸入后的制冷剂；排出压力区域，上述压缩后的制冷剂被排出到上述排出压力区域；可变容量机构，该可变容量机构调整从上述压缩机构排出的制冷剂的排出容量；控制压力室，该控制压力室储存使上述可变容量机构工作的控制压力；以及容量控制阀，该容量控制阀具有阀机构和螺线管且可改变上述控制压力室的压力，上述阀机构具有检测上述吸入压力区域的压力的检测构件，上述螺线管将电磁力作用于上述阀机构，通过基于由检测外部信息的外部信息检测构件检测到的外部信息来调整上述容量控制阀的开度，藉此使上述控制压力室的压力变化而使上述可变容量机构工作，以调整从上述压缩机构排出的的制冷剂的排出容量，上述吸入压力检测构件构成上述低压压力检测元件，上述吸入压力区域的压力利用包含上述螺线管的通电量或与之相当的控制信号为变量的函数运算而得，并以上述运算所得的上述吸入压力区域的压力为变量来运算上述膨胀装置的出口压力。

在优选方式的压缩机的驱动扭矩运算装置中，由于容量控制阀的检测构件兼用于低压压力检测元件，因此能实现驱动扭矩运算装置的简化。此外，与压缩机的吸入压力区域的压力变化同步来运算制冷剂循环量，从而使压缩机的驱动扭矩的运算精度提升。

较为理想的是，上述压缩机包括吸入压力区域，制冷剂被吸入上述吸入压力区域；压缩机构，该压缩机构压缩上述吸入后的制冷剂；排出压力区域，上述压缩后的制冷剂被排出到上述排出压力区域；可变容量机构，该可变容量机构调整从上述压缩机构排出的制冷剂的排出容量；控制压力室，该控制压力室储存使上述可变容量机构工作的控制压力；以及容量控制阀，该容量控制阀具有阀机构和螺线管且可改变上述控制压力室的压力，上述阀机构包括具有第一受压面和第二受压面的感压构件，上述第一受压面受到上述排出压力区域的压力，上述第二受压面在克服作用于上述第一受压面的上述排出压力区域的压力的方向上受到上述吸入压力区域的压力，上述螺线管在克服作用于上述感压构件的上述排出压力区域的压力所产生的力的方向上将电磁力作用于上述阀机构，通过基于由检测外部信息的外部信息检测元件检测到的外部信息来调整上述容量控制阀的开度，藉此使上述控制压力室的压力变化而使上述可变容量机构工作，以调整从上述压缩机构排出的的制冷剂的排出容量，上述吸入压力区域的压力以由上述高压压力检测元件检测到的高压压力和上述螺线管的通电量或与之相当的控制信号为变量运算而得，并以上述运算所得的上述吸入压力区域的压力为变量来运算上述膨胀装置的出口压力。

在优选方式的压缩机的驱动扭矩运算装置中，由于用高压压力检测元件和容量控制阀的感压构件运算吸入压力区域的压力和膨胀装置的出口压力，因此能实现驱动扭矩运算装置的简化。此外，与压缩机的排出压力区域的压力变化同步来运算制冷剂循环量，从而使压缩机的驱动扭矩的运算精度提升。

较为理想的是，运算上述膨胀装置的入口压力和上述膨胀装置的出口压力的运算式还包含上述制冷循环的热负荷信息和上述压缩机的转速中的至少一个外部信息为变量。

在优选方式的压缩机的驱动扭矩运算装置中，使膨胀装置的入口压力和出口压力的运算精度提升，从而能使压缩机的驱动扭矩的运算精度提升。

较为理想的是，上述膨胀装置的入口制冷剂密度利用包含上述膨胀装置的入口制冷剂温度和由上述高压压力检测元件检测到的高压压力中的至少一个为变量的函数运算而得。

在优选方式的压缩机的驱动扭矩运算装置中，使膨胀装置的入口制冷剂温度的运算精度提升，从而能使压缩机的驱动扭矩的运算精度提升。

较为理想的是，上述膨胀装置具有阀机构，上述系数K利用包含上述阀机构的开口面积为变量的函数运算而得，上述阀机构的开口面积利用包含上述制冷循环的热负荷信息和上述压缩机的转速中的至少一个外部信息为变量的函数运算而得。

在优选方式的压缩机的驱动扭矩运算装置中，使具有阀机构的膨胀装置的制冷剂循环量的运算精度提升，从而能使压缩机的驱动扭矩的运算精度提升。

较为理想的是，上述压缩机被外部驱动源驱动，上述驱动扭矩运算装置将运算出的上述压缩机的驱动扭矩输出到上述外部驱动源的控制装置。

优选方式的压缩机的驱动扭矩运算装置使压缩机的驱动扭矩运算精度提升，从而有助于外部驱动源的控制的稳定性。

此外，作为本发明的另一实施方式，提供了如下用于可变容量压缩机的容量控制系统，其包括：吸入压力区域，制冷剂被吸入到上述吸入压力区域；压缩机构，该压缩机构压缩上述吸入后的制冷剂；排出压力区域，上述压缩后的制冷剂被排出到上述排出压力区域；可变容量机构，该可变容量机构调整从上述压缩机构排出的制冷剂的排出容量；控制压力室，该控制压力室储存使上述可变容量机构工作的控制压力；以及容量控制阀，该容量控制阀改变上述控制压力室的压力，通过基于由检测外部信息的外部信息检测元件检测到的外部信息来调整上述容量控制阀的开度，藉此使控制压力室的压力变化而使上述可变容量机构工作，以调整从上述压缩机构排出的制冷剂的排出容量，其特征在于，上述容量控制系统包括：上述任意一种驱动扭矩运算装置；以及设定成为上述压缩机的排出容量控制的目标的驱动扭矩的目标扭矩设定元件，调整上述容量控制阀的开度以使得由上述驱动扭矩运算装置运算出的上述压缩机的驱动扭矩接近由上述目标扭矩设定元件设定的目标扭矩。

在另一实施方式的可变容量压缩机的容量控制系统中，根据发动机负荷来正确地控制压缩机的驱动扭矩，从而能控制成使压缩机和发动机协调。

附图说明

本发明通过以下详细说明及附图能更充分地理解，但附图仅为一例而不用于限定本发明。

图1是车用空气调节系统的制冷循环的概略结构图。

图2是表示压缩机的结构的剖视图。

图3是表示本发明第一实施方式的容量控制阀的结构的剖视图。

图4是表示螺线管的通电量与吸入压力的关系的图表。

图5是表示第一实施方式的空气调节器ECU的结构的框图。

图6是表示控制电流I的设定控制步骤的流程图。

图7是螺线管驱动元件的详细结构图。

图8是表示第二实施方式的空气调节器ECU的结构的框图。

图9是表示第三实施方式中的压缩机的结构的剖视图。

图10是表示第三实施方式中的容量控制阀的结构的剖视图。

图11是表示控制电流与吸入压力的关系的图表。

图12是表示第三实施方式的空气调节器ECU的结构的框图。

图13是表示发动机ECU中的控制电流的设定步骤的流程图。

图14是表示目标吸入压力P的设定步骤的流程图。

图15是表示第四实施方式的空气调节器ECU的结构的框图。

图16是表示第四实施方式中的螺线管的通电量与吸入压力的关系的图表。

图17是表示第二控制模式下的控制步骤的流程图。

图18是表示模式切换控制步骤的流程图。

具体实施方式

图1是车用空气调节系统的制冷循环的概略结构图。

如图1所示，车用空气调节系统的制冷循环1包括供作为工作流体的制冷剂(例如R134a)进行循环的循环路5。在循环路5中，沿制冷剂的流动方向依次夹插有压缩机100、放热器(冷凝器)10、膨胀装置(固定节流孔)20、蒸发器30、储存液体状的制冷剂的储罐40。压缩机100进行由制冷剂的吸入工序、吸入后的制冷剂的压缩工序以及压缩后的制冷剂的排出工序组成的一系列步骤，在循环路5中使制冷剂循环。

蒸发器30还构成车用空调系统的空气回路的一部分。流过蒸发器30的气流通过蒸发器30内的制冷剂除去汽化热来冷却。制冷剂具有例如像R134a这样的在高压区域冷凝的特性。

图2是表示压缩机100的结构的剖视图。

压缩机100是斜板式无离合器可变容量压缩机。压缩机100包括：缸体101，该缸体101具有多个缸膛101a；前壳102，该前壳102与缸体101的一端连结；以及后壳104，该后壳104通过阀板103与缸体101的另一端连结。

通过缸体101和前壳102规定曲柄室105，驱动轴106纵贯曲柄室105内地延伸。驱动轴106贯穿配置于曲柄室105内的环状斜板107。斜板107通过连结部109与转子108铰链结合，转子108固定于驱动轴106。因此，斜板107能在沿驱动轴106移动的同时进行倾斜运动。

在转子108与斜板107之间的驱动轴106的周围安装有将斜板107向最小倾斜角度作用的螺旋弹簧110。隔着斜板107位于相反侧、即在斜板107与缸体101之间的驱动轴106的周围安装有将斜板107向最大倾斜角度作用的螺旋弹簧111。

驱动轴106将朝前壳102外侧突出的凸起部102a内贯穿，驱动轴106的前端到达凸起部102a的外侧。在驱动轴106与凸起部102a之间插入有轴封装置112，轴封装置112将前壳102的内部与外部切断。驱动轴106在径向及推力方向上被轴承113、114、115、116自由旋转地支承。对驱动轴106的从凸起部102突出的前端传递来自发动机等外部驱动源的驱动力，藉此驱动轴106被驱动而旋转。

缸膛101a内配置有活塞117，活塞117上一体形成有朝曲柄室105内突出的尾部。在形成于尾部的凹处117a配置有一对滑履118，滑履118相对于斜板107外周部以夹住的状态滑动接触。因此，通过滑履118，活塞117与斜板107之间相互连动，通过驱动轴106的旋转，活塞117在缸膛101a内往复运动。

后壳104划分形成有吸入室119(吸入压力区域)和排出室120(排出压力区域)。吸入室119可通过设于阀板103的吸入孔103a与缸膛101a连通。排出室120可通过设于阀板103的排出孔103b与缸膛101a连通。另外，吸入孔103a和排出孔103b分别被未图示的吸入阀和排出阀打开、关闭。

缸体101外侧设有消音器121(muffler)。缸体101一体形成有消音器底座101b，构成消音器的消音器壳122通过未图示的密封构件与消音器底座101b接合。消音器壳122和消音器底座101b规定消音器空间123，消音器空间123通过贯穿后壳104、阀板103和消音器底座101b的排出通路124与排出室120连通。

消音器壳122形成有排出口122a，在消音器空间123内，止回阀200配置成将排出通路124与排出口122a之间切断。止回阀200根据排出通路124侧的压力与消音器空间123侧的压力的压力差打开、关闭。具体而言，止回阀200在压力差比规定值小时进行关闭动作，在压力差比规定值大时进行打开动作。

排出室120可通过排出通路124、消音器空间123和排出口122a与循环路5的往路部分连通，该连通被止回阀200切断、连通。吸入室119通过设于后壳104的吸入口104a与循环路5的回路部分连通。

后壳104连接有容量控制阀(电磁控制阀)300。容量控制阀300被夹插于将排出室120与曲柄室105连通的供气通路125。供气通路125从后壳104经由阀板103延伸到缸体101，以连通排出室120与曲柄室105之间。

吸入室119通过抽气通路126与曲柄室105连通。抽气通路126由驱动轴106与轴承115、106之间的间隙、空间128和形成于阀板103的固定节流孔103c组成。

容量控制阀300经由感压通路127，独立于供气通路125地连接于吸入室119。容量控制阀300调整从排出室120向曲柄室105的排出气体导入量而使曲柄室105内的压力变化，因而容量控制阀300具有使压缩机100的排出容量变化的功能。容量控制阀300连接有设于压缩机100外部的空气调节器ECU400，通过从空气调节器ECU400供给所得的控制电流I使容量控制阀300工作。空气调节器ECU400通过调整控制电流I的电流值或占空比来控制容量控制阀300的开度。

图3是表示本发明第一实施方式的容量控制阀300的结构的剖视图。

如图3所示，容量控制阀300由阀单元以及使阀单元进行打开、关闭动作的驱动单元组成。阀单元具有圆筒状的阀壳301，阀壳301的内部沿轴向并排形成有感压室302、阀室306。阀壳301的外周面形成有孔301a、孔301c和孔301d。感压室302通过孔301a和感压通路127与吸入室119连通。阀室306通过孔301c和供气通路125的上游侧部分与排出室120连通。孔301d通过供气通路125的下游侧部分与曲柄室105连通。阀室306与孔301d可通过在阀壳301中央沿轴向延伸的阀孔301b连通。

感压室302内配设有波纹管303。波纹管303内部保持真空，波纹管303内部内置有弹簧。波纹管303配置成可沿阀壳301的轴向伸缩，波纹管303的一端可进行变位。波纹管303具有承受感压室302内、即吸入室119内的压力也就是吸入压力Ps的功能。

阀壳301被以感压杆304可沿轴向滑动的方式支承。感压杆304的一端与波纹管303抵接，而在另一端一体成形有圆柱状的阀芯304a。阀芯304a根据波纹管303的伸缩而移动，具有将阀孔301b打开、关闭的功能。

波纹管303的与感压杆304相反侧的端部被波纹管导向件313支承。波纹管导向件313被以可在压力设定构件314上滑动的方式支承。压力设定构件314形成为一端被闭塞的筒状，沿轴向压入阀壳301，藉此来被固定。在压力设定构件314与波纹管导向件313之间配设有强制开放弹簧315，该强制开放弹簧315将波纹管303沿开阀方向朝向感压杆304作用。

驱动单元具有圆筒状的螺线管外壳310，螺线管外壳310与阀壳301的另一端同轴连结。螺线管外壳310内收容有筒状的螺线管312。此外，螺线管外壳310内同心地固定收容有圆筒状的固定铁心305，固定铁心305从阀壳301在螺线管312内部延伸到其中央。与阀壳301相反侧的固定铁心305的端部被一端闭塞的圆筒状的套筒311围住而闭塞。套筒311与固定铁心305之间收容有可动铁心307，固定铁心305与可动铁心307之间保证在轴向有规定的缝隙。固定铁心305的阀单元侧的端部形成有支承孔305a，支承孔305a构成贯通固定铁心305中央的孔的一部分。支承孔305a可滑动地插入有阀芯304a的一端，并通过支承孔305a支承阀芯304a。

固定铁心305插入有螺线管杆308。螺线管杆308的一端固定于阀芯304a，另一端从固定铁心305突出而固定于可动铁心307。可动铁心307与套筒311之间设有将可动铁心307沿关阀方向朝固定铁心305侧作用的弹簧309。

可动铁心307、固定铁心305和螺线管外壳310由磁性材料形成，并构成磁路。套筒311由非磁性材料的不锈钢类材料形成。

套筒311内部的空间通过孔301e与感压室302连通。因此，阀芯304a的另一端侧的面上作用有吸入压力Ps所产生的力。

支承于支承孔305a的阀芯304a的截面积设定成与阀孔301b的截面积大致相等。因此，阀芯304a在开阀方向和关阀方向上未作用有排出压力Pd所产生的力。此外，感压杆304的截面积也设定成与阀孔301b的截面积大致相等。因此，阀芯304a在开阀方向和关阀方向分别作用有孔301d内的压力所产生的力、即作为曲柄室105内的压力的曲柄压力Pc所产生的力，这些力相互抵消。

因此，容量控制阀300的吸入压力控制特性实质上不受排出压力Pd和曲柄压力Pc的影响，而能基于螺线管312的通电量(控制电流I)唯一地确定成为控制对象的吸入压力Ps。图4是表示控制电流I与吸入压力Ps的关系的图表。

详细说来，作用于容量控制阀300的阀芯304a的力除了螺线管312所产生的电磁力F(I)之外，还有弹簧309所产生的作用力fs1、波纹管303所产生的作用力fs2(波纹管303内的弹簧和强制开放弹簧315所产生的作用力)、吸入压力Ps所产生的作用力。在波纹管303的有效受压面积为Sb时，这些力的关系由式(4)表示。此外，当变形为求出吸入压力Ps的式时，上述式(4)成为式(5)。

[数学式4]

F(I)+Ps·Sb+fs1-fs2＝0…(4)

Ps = - \frac{1}{Sb} \cdot F (I) + \frac{fs 2 - fs 1}{Sb} . . . (5)

在此，Sb是常数，弹簧309所产生的作用力fs1和波纹管303所产生的作用力fs2基于变位来确定。从式(5)中可知，基于螺线管的控制电流I可唯一地确定成为控制对象的吸入压力Ps。

以下对压缩机100的动作进行说明。

在车辆发动机工作状态而空气调节器非工作时，空气调节器ECU400不对容量控制阀300的螺线管312供给电流，利用强制开放弹簧315的作用力使阀芯304a离开阀座。藉此，容量控制阀300打开，压缩机100的排出容量最小。此时，止回阀200内部的弹簧作用力设定成使止回阀200关闭，其结果是，朝向冷凝器10的制冷剂的流动被切断。以最小排出容量被排出到排出室120的制冷剂从排出室120经由连通路125流入曲柄室105，继而从曲柄室105经由抽气通路126返回吸入室119。也就是说，制冷剂在压缩机100内部循环。

当空气调节器工作时，容量控制阀300的螺线管312流过规定电流，排出室120与曲柄室105的连通路125被切断。因此，曲柄压力Pc降低而变得与吸入压力Ps相等，斜板107的倾斜角度增大，活塞冲程增大。藉此，排出室120的压力升高，在止回阀200的前后压差超过规定值时，打开止回阀200使压缩制冷剂流向冷凝器10。空气调节器ECU400调整供向螺线管312的电流以维持图4所示的规定的吸入压力，藉此来控制压缩机100的排出容量。

图5是表示空气调节器ECU400中的压缩机100的容量控制的部分的结构的框图。

空气调节器ECU400具有目标吸入压力设定元件410、螺线管驱动元件411、驱动扭矩运算元件412和各种传感器及设定元件。

作为各种传感器，可采用蒸发器温度传感器402、高压压力传感器403、低压压力传感器404、发动机旋转速度传感器405和外部气体温度传感器406。蒸发器温度传感器402设置在空气回路中的蒸发器30出口，检测该处的空气的温度(蒸发器出口空气温度Te)。高压压力传感器403设置于冷凝器10的入口侧，检测从压缩机100的排出室120到膨胀装置20的入口的高压区域内的制冷剂的压力(高压压力PH)。低压压力传感器404设置于储罐40的入口侧，检测从膨胀装置20的出口到压缩机100的吸入室119的低压区域内的制冷剂的压力(低压压力PL)。发动机旋转速度传感器405检测发动机旋转速度。检测到的发动机旋转速度乘以规定的皮带轮比来运算压缩机100的驱动速度。也就是说，发动机旋转速度可作为与压缩机100的驱动速度相关的信息使用。由发动机旋转速度传感器405检测到的发动机旋转速度经由发动机ECU500输入到空气调节器ECU400。外部气体温度传感器406设置于例如通风路径的蒸发器30入口，检测外部气体温度Ta。

空气调节器ECU400作为设定元件，具有蒸发器目标温度设定元件401和蒸发器送风机电压设定器407。蒸发器目标温度设定元件401基于从未图示的温度设定器输入的车厢内设定温度和外部信息来设定成为压缩机100的排出容量控制的最终目标值的蒸发器出口处空气的目标温度Tes。蒸发器送风机电压设定器407设定用于确定蒸发器30的送风量的送风机电压VL。

目标吸入压力设定元件410运算由蒸发器目标温度设定元件401设定的目标温度Tes与由蒸发器温度传感器402检测到的实际的蒸发器出口空气温度Te的偏差，并设定压缩机100的目标吸入压力Pss、即设定作为排出容量控制信号的流向容量控制阀300的控制电流I，以减小上述偏差。

采用图6对目标吸入压力设定元件410中的控制电流I的设定要点进行详细叙述。图6是表示控制电流I的设定控制步骤的流程图。例如，控制电流I的设定步骤记载为主程序中的一个子程序。

首先，在步骤S10中，读入由蒸发器目标温度设定元件401设定的目标温度Tes。接着，流程进入步骤S11。

在步骤S11中，读入由蒸发器温度传感器402检测到的蒸发器出口空气温度Te。接着，流程进入步骤S12。

在步骤S12中，求出在步骤10中读入的目标温度Tes与在步骤S11中读入的蒸发器出口空气温度Te的差ΔT。接着，进入S13。

在步骤S13中，运算控制电流I。详细说来，控制电流I(I_n)是通过式(6)求得的。另外，a1、a2是常数，可适当设定。

I_n＝I_n-1+a1·((ΔT_n-ΔT_n-1)+a2·ΔT_n)…(6)

接着，流程进入步骤S14。

在步骤S14中，判断控制电流I是否在规定值I1以上。当控制电流I在规定值I1以上时，流程进入步骤S15。

在步骤S15中，判断控制电流I是否在规定值I2以下。当控制电流I在规定值I2以下时，流程进入步骤S16。

在步骤S16中，将控制电流I输出到螺线管驱动元件411。接着，流程从子程序返回主程序。

相反，在步骤S14中判断为控制电流I不足规定值I1时，流程进入步骤S17。

在步骤S17中，将规定值I1改写为控制电流I。接着，流程进入步骤S16。

在步骤S15中判断为控制电流I比规定值I2大时，流程进入步骤S18。

在步骤S18中，将规定值I2改写为控制电流I。接着，流程进入步骤S16。

如上所述，在目标吸入压力设定元件410中，通过PI控制对控制电流I进行控制，以使得目标温度Tes与作为实际温度的蒸发器出口空气温度Te的差减小。控制电流I设定在预先确定的范围内(I1≤I≤I2)。

螺线管驱动元件411基于由目标吸入压力设定元件410设定的控制电流I来驱动容量控制阀300的螺线管312。利用规定的驱动频率(例如400～500Hz)的PWM(脉宽调制)，通过改变占空比来调整控制电流I。

图7时螺线管驱动元件411的详细结构图。

如图7所示，螺线管驱动元件411由电流检测元件510、控制电流比较判定元件511、控制信号发生元件512、开关元件以及二极管构成。电流检测元件510检测在容量控制阀300的螺线管312中实际流过的实际电流。控制电流比较判定元件511对从目标吸入压力设定元件510输入的控制电流I与由电流检测元件510检测到的实际电流进行比较。控制信号发生元件512基于控制电流比较判定元件511的比较结果来产生控制开关元件的控制信号。开关元件基于来自控制信号发生元件512的控制信号来控制从电源线供给到螺线管312的电流。即，螺线管驱动元件411对电流进行反馈控制，以使供给到螺线管312的电流成为由目标吸入压力设定元件410设定的控制电流I。

上述空气调节器ECU400的空调控制是设定目标吸入压力Pss进而设定控制电流I，以使由蒸发器温度传感器402检测到的蒸发器出口空气温度Te接近由蒸发器目标温度设定元件401设定的目标温度Tes，其结果是，控制压缩机100的排出容量。

再次参照图5，空气调节器ECU400的驱动扭矩运算元件412基于由高压压力传感器403、低压压力传感器404、发动机旋转速度传感器405等各种传感器检测到的外部信息来运算压缩机100的驱动扭矩Tr，并输出到发动机ECU500。发动机ECU500参照压缩机100的驱动扭矩信息将发动机控制成最适合的运转状态。

在驱动扭矩运算元件412中，通过下式(7)求得压缩机100的驱动扭矩Tr。

[数学式5]

Tr = \frac{60}{2 π \cdot Nc \cdot ηm} \cdot \frac{n}{n - 1} \cdot Gr \cdot Ps \cdot Vs \cdot [{(\frac{Pd}{Ps})}^{\frac{n - 1}{n}} - 1] . . . (7)

在此，Nc是压缩机100的旋转速度，ηm是机械效率，n是多变指数，Gr是制冷剂质量流量，Ps是吸入压力，Vs是吸入制冷剂比体积、Pd是排出压力，ηv是体积效率。

在式(7)中，不采用从压缩机100的活塞推开量计算出的制冷剂质量流量Gr，而采用通过膨胀装置20的制冷剂质量流量Gr。如上所述，若采用质量流量Gr，与压力变动无关，均可根据在制冷循环的任何位置测得的信息来运算驱动扭矩Tr。因此，式(7)的驱动扭矩Tr的运算能广泛地运用于各种压缩机。

通过下式(8)求得通过膨胀装置20的制冷剂质量流量Gr。

[数学式6]

Gr = K \cdot \sqrt{ρ \cdot (Pexp 1 - Pexp 2)} . . . (8)

ρ是膨胀装置20的入口处地制冷剂密度，Pexp1是膨胀装置20的入口压力，Pexp2是膨胀装置20的出口压力，K是系数、包括膨胀装置20的流量系数C和开口面积A(K∝C·A)。

在此，当由高压压力传感器403检测到的压力为PH时，膨胀装置20的入口压力Pexp1考虑到冷凝器10和从冷凝器10到膨胀装置20的配管处的损失而用Pexp1＝f₁(PH)来运算。此外，当由低压压力传感器405检测到的压力为PL时，膨胀装置20的出口压力Pexp2考虑到蒸发器30和从冷凝器30到膨胀装置20的配管处的损失而用Pexp2＝f₂(PL)来运算。

而且，膨胀装置20的入口处的制冷剂密度ρ可以膨胀装置20的入口的制冷剂的饱和温度Texp1为变量进行运算。此外，由于饱和温度Texp1能用膨胀装置20的入口压力Pexp1运算，因此能用ρ＝f₃(Pexp1)＝f₃(f₁(PH))运算制冷剂密度ρ。即，膨胀装置20的入口的制冷剂密度ρ采用由高压压力传感器403检测到的高压压力PH来运算。

因此，通过膨胀装置20的制冷剂质量流量Gr可通过由高压压力传感器403检测到的高压压力PH、由低压压力传感器404测定到的低压压力PL来运算。

而且，排出压力Pd考虑到排出室120与设置有高压压力传感器403的位置之间的压力损失而用Pd＝f₄(PH)来运算。此外，吸入压力Ps考虑到吸入室119与设置有低压压力传感器404的位置之间的压力损失而用Ps＝f₆(PL)来运算。

另外，这些压力损失既可以例如以作为热负荷信息的由外部气体温度传感器406检测到的外部气体温度Ta及由蒸发器送风机电压设定器407设定的送风机电压VL和压缩机旋转速度Nc为变量来进行修正，也可以修正为当Ta、VL、Nc增大时压力损失增加。即，通过下式(9)～(12)运算Pexp1、Pd、Pexp2、Ps。

Pexp1＝f₁(PH)＝f₁(PH、Ta、VL、Nc)…(9)

Pd＝f₄(PH、Ta、VL、Nc)…(10)

Pexp2＝f₂(PL)＝f₂(PL、Ta、VL、Nc)…(11)

Ps＝f₅(PL)＝f₅(PL、Ta、VL、Nc)…(12)

此外，压缩机旋转速度Nc是通过由发动机旋转速度传感器405检测到的发动机旋转速度Ne乘以规定的皮带轮比R来运算、即用Nc＝R·Ne来运算。另外，机械效率ηm是预先确定的系数。此外，从吸入压力Ps用Vs＝f₆(Ps)来运算吸入室119内的制冷剂的比体积Vs。

这样，压缩机100的驱动扭矩Tr可通过高压压力传感器403、低压压力传感器404、发动机旋转速度传感器405、外部气体温度传感器406、蒸发器送风机电压设定器407各传感器的输出信号来运算。通过将运算出的驱动扭矩Tr输入到发动机ECU500，可使发动机ECU500考虑到压缩机100的驱动扭矩Tr来适当地控制发动机旋转速度Ne，特别可在怠速时稳定地控制发动机旋转速度Ne。

图8是表示本发明第二实施方式的空气调节器ECU420的结构的框图。

本发明的第二实施方式将上述第一实施方式的空气调节器ECU400替换成空气调节器ECU420。以下，对与第一实施方式不同的点进行说明。

从空气调节器ECU420中去除了空气调节器400的低压压力传感器404。在空气调节器ECU420中，由目标吸入压力设定元件410设定的目标吸入压力Pss取代由低压压力传感器404检测到的低压压力PL而被输入到驱动扭矩运算元件421。驱动扭矩运算元件421基于目标吸入压力Pss来运算驱动扭矩Tr。

压缩机100的吸入压力区域的压力、即吸入压力Ps如图4所示通过螺线管312的控制电流I唯一地确定。因此，采用式(5)来运算吸入压力Ps。基于运算出的吸入压力Ps，若考虑到从膨胀装置20的出口经由蒸发器30而到吸入室119的区域内的压力损失，则可运算膨胀装置20的出口压力Pexp2。因此，可去除低压压力传感器404。

因此，第二实施方式中，当在驱动扭矩运算元件421中采用式(7)和式(8)来运算驱动扭矩Tr时，采用Pexp2＝f₇(Ps)代替第一实施方式的Pexp2＝f₂(PL)，采用式(5)代替Ps＝f₆(PL)。

在第二实施方式中，基于排出压力Pd和吸入压力Ps运算制冷剂质量流量Gr。因此，与压缩机100的压力变化同步来运算膨胀装置20的制冷剂质量流量Gr，从而使压缩机100的驱动扭矩Tr的运算精度提升。

接着，参照图9～图14对本发明第三实施方式进行说明。

图9是表示本发明第三实施方式的压缩机100的结构的剖视图。如图9所示，第三实施方式与第一实施方式相比，压缩机100主体的结构是相同结构，但在附属于压缩机100的容量控制阀350、控制容量控制阀350工作的空气调节器ECU450有所不同。

图10是表示容量控制阀350的结构的剖视图。

如图10所示，容量控制阀350没有与容量控制阀200的波纹管303相当的部件(感应器)。圆筒状的阀壳351内部形成有阀室353。阀壳351的外周面形成有孔351b且在阀壳351的前端中央部形成有沿轴向延伸的阀孔351a。阀室353通过阀孔351a和供气通路125的上游侧部分与排出室120连通，且通过孔351b和供气通路125的下游侧部分与曲柄室105连通。

阀室353内收纳有阀芯354，阀芯354具有利用其一端打开、关闭阀孔351a的功能。阀芯354的另一端固定于螺线管杆355的一端，螺线管杆355被可在其轴向滑动地插入固定铁心352。螺线管杆355的另一端固定有可动铁心356，可动铁心356与固定铁心352之间设有开放弹簧357。开放弹簧357将可动铁心356朝远离固定铁心352的方向(开阀方向)作用。

螺线管外壳358的外周面形成有孔358a。螺线管外壳358与固定铁心352之间形成有连通槽352b。连通槽352b使空间361与孔358a连通。空间356被规定在覆盖固定铁心352和可动铁心356的套筒359的内部，空间356收纳有可动铁心346。孔358a通过感压通路127与吸入室119连通，螺线管杆355作用有吸入压力Ps。因此，阀芯354的一端侧(第一受压面)作用有排出压力Pd，而在另一端侧(第二受压面)通过螺线管杆355作用有吸入压力Ps。阀芯354与螺线管杆355的一体结构物起到感压构件的作用。

在本实施方式中，支承于插通孔352a的螺线管杆355的截面积Sr设定成与阀芯354关闭阀孔351a时阀芯354的受压面积(密封面积)Sv相等。因此，在作用于阀芯354的力中，若开放弹簧357所产生的作用力为fs，则满足下式(13)的关系。若对式(13)进行变形以求出吸入压力Ps，则成为式(14)。

[数学式7]

Sv·(Pd-Ps)+fs-F(I)＝0…(13)

Ps = - \frac{1}{Sv} \cdot F (I) + Pd + \frac{fs}{Sv} . . . (14)

因而可知，若确定了排出压力Pd和电磁力F(I)，则可确定吸入压力Ps。

也就是说，若预先设定作为控制对象的目标吸入压力Pss，且知道变动的排出压力Pd的信息，则能运算出电磁力F(I)，进而运算出控制电流I。若基于上述运算出的控制电流I来调整对螺线管360的通电量，则阀芯354动作以维持目标吸入压力Pss。其结果是，可调整曲柄压力Pc，并控制压缩机100的排出容量。

图11是表示控制电流I与吸入压力Ps的关系的图表。如图11所示，在采用容量控制阀350时，能根据排出压力Pd的情况使吸入压力Ps的控制范围滑动，藉此即使在高热负荷的区域也可进行排出容量控制。此外，从式(14)中可知，若将密封面积Sv设定成较小，则很小的电磁力F(I)就能扩大吸入压力控制范围。通过这些相乘效果，与第一实施方式的容量控制阀300相比，能大幅地扩大吸入压力Ps的控制范围。也就是说，在本实施方式中，即使以吸入压力Ps为控制对象，也可在压缩机100刚启动后在高热负荷的区域进行排出容量控制。另外，当对螺线管360的通电量为0时，利用开放弹簧357的作用力使阀芯354离开阀座，阀孔351a被强制开放。藉此，制冷剂被从排出室120导入曲柄室105，压缩机100的排出容量最小。

图12是空气调节器ECU450的结构图。

空气调节器ECU450与第二实施方式的空气调节器ECU420的不同之处在于，还具有目标吸入压力设定元件451及驱动扭矩运算元件453等各结构以及控制信号运算元件452。

目标吸入压力设定元件451运算由蒸发器目标温度设定元件401设定的目标温度Tes与由蒸发器温度传感器402检测到的实际温度即蒸发器出口空气温度Te的偏差，并设定目标吸入压力Pss以减小上述偏差。

控制信号运算元件452通过式(14)从由目标吸入压力设定元件451设定的目标吸入压力Pss和排出压力Pd运算对螺线管360供给的控制电流I。在此，排出压力Pd考虑到排出室120与设置有高压压力传感器403的位置之间的压力损失而用Pd＝f₄(PH)来运算。

驱动扭矩运算元件453基于由高压压力传感器403检测到的高压压力PH、由发动机旋转速度传感器405检测到的发动机旋转速度Ne、由控制信号运算元件452运算出的控制电流I来运算压缩机100的驱动扭矩Tr。

驱动扭矩Tr的运算与第一实施方式和第二实施方式一样，是基于式(7)和式(8)进行的。在此，还由于Pd＝f₄(PH)，因此吸入压力Ps用包含以控制电流I和高压压力PH为变量的函数运算而得。此外，考虑到膨胀装置20的出口与压缩机100的吸入压力区域之间的压力损失，膨胀装置20的出口压力Pexp2可利用Pexp2＝f₇(Ps)来运算。因此，也可以没有低压压力传感器404。

此外，若对式(14)进行变形，则成为式(15)。

[数学式8]

Pd - Ps = \frac{1}{Sv} \cdot F (I) - \frac{fs}{Sv} . . . (15)

因此，Pd-Ps用包含以控制电流I为变量的函数运算而得。膨胀装置20的入口与出口之间的压力差Pexp1-Pexp2可基于Pd-Ps并考虑压力损失后运算而得。也就是说，压力差Pexp1-Pexp2可用函数：Pexp1-Pexp2＝f₈(I)运算而得。也可利用函数f₈(I)，直接从控制电流I运算出Pexp1-Pexp2。

图13表示与空气调节器ECU450中的控制电流I的设定步骤相关的吸入压力控制程序的流程图。

首先，在步骤100中，设定标记F1＝0。接着，流程进入步骤S101。

在步骤S101中，读入基于热负荷信息的压力损失修正后的排出压力Pd(＝f₄(PH、Ta、VL、Nc))。接着，流程进入步骤S102。

在步骤S102中，判断标记F1是否等于0。在F1＝0时，流程进入步骤S103。

在步骤S103中，使计时器从0开始计时。接着，流程进入步骤S104。

在步骤104中，设定标记F1＝0。接着，流程进入步骤S105。

在步骤S105中，设定作为控制对象的目标吸入压力Pss。接着，流程进入步骤S106。

在步骤S106中，运算控制电流I。详细说来，控制电流I是通过式(16)求得的。另外，式(16)是在式(14)中将电磁力F(I)简化变形为电流I的一次函数(b1、b2是常数)。

I＝b1·(Pd-Pss)+b2…(16)

接着，流程进入步骤S107。

在步骤S107中，判断控制电流I是否在规定值I3以上。当控制电流I在规定值I3以上时，流程进入步骤S110。

在步骤S110中，判断控制电流I是否在规定值I4以下。当控制电流I在规定值I4以下时，流程进入步骤S109。

在步骤S109中，将控制电流I输出。接着，流程返回步骤S101。

相反，在步骤S107中判断为控制电流I不足规定值I3时，流程进入步骤S108。

在步骤S108中，将规定值I3设定成I。接着，流程进入步骤S109。

在步骤S110中判断为控制电流I比规定值I4大时，流程进入步骤S111。

在步骤S111中，将规定值I4设定成I。接着，流程进入步骤S109。

在步骤S102中，在判断为标记F1不等于0(F1＝1)时，流程进入步骤S112。

在步骤S112中，判断计时器值t是否在规定值t1以下。当计时器值t在规定值t1以下时，进入步骤S106。当计时器值t比规定值t1大时，流程进入步骤S113。

在步骤S113中，复位计时器，设定成t＝0。接着，流程进入步骤S114。

在步骤114中，设定标记F1＝0。接着，流程进入步骤S106。

根据上述控制，始终读入排出压力Pd以维持规定的目标吸入压力Pss，并根据变动的排出压力Pd，在I3到I4的范围内调整控制电流I。目标吸入压力Pss每隔规定时间t1被更新。

图14是表示图13的步骤S105中目标吸入压力Pss的设定步骤的流程图。当图13的吸入压力控制程序为主程序时，上述设定步骤能构成子程序。

在执行步骤S105的目标吸入压力Pss的设定子程序时，首先，作为步骤S200，读入由蒸发器目标温度设定元件401设定的蒸发器出口空气温度的目标值Tes。接着，流程进入步骤S201。

在步骤S201中，读入由蒸发器温度传感器402检测到的蒸发器出口空气温度Te。接着，流程进入步骤S202。

在步骤S202中，运算在步骤S200中读入的蒸发器出口空气温度的目标值Tes与在步骤S201中读入的蒸发器出口空气温度的偏差ΔT(＝Tes-Te)。接着，流程进入步骤S203。

在步骤S203中，运算目标吸入压力Pss。详细说来，目标吸入压力Pss是通过式(17)求得的。另外，式(17)中c1、c2是常数，预先适当设定。

Pss_n＝Pss_n-1+c1·[(ΔT_n-ΔT_n-1)+c2·ΔT_n]…(17)

接着，流程进入步骤S204。

在步骤S204中，判断在步骤S203中运算出的目标吸入压力Pss是否在规定值Ps1以上。当目标吸入压力Pss在规定值Ps1以上时，流程进入步骤S206。

在步骤S206中，判断在步骤S203中运算出的目标吸入压力Pss是否在规定值Ps2以下。当目标吸入压力Pss在规定值Ps2以下时，流程返回主程序。

相反，在步骤S204中判断为目标吸入压力Pss不足规定值Ps1时，流程进入步骤S205。

在步骤S205中，将规定值Ps1改写为目标吸入压力Pss。接着，流程返回主程序。

在步骤S206中判断为目标吸入压力Pss比规定值Ps2大时，流程进入步骤S207。

在步骤S207中，将规定值Ps2改写为目标吸入压力Pss。接着，流程返回主程序。

这样，在目标吸入压力设定元件451中，运算目标吸入压力Pss以使得蒸发器出口空气温度Te接近目标温度Tes，从而能基于目标吸入压力Pss控制排出容量。具体而言，目标吸入压力Pss基于由蒸发器目标温度设定元件401设定的目标温度Tes与由蒸发器温度传感器402检测到的温度Te的差ΔT来运算，且被设定在预先确定的范围内(Ps1≤Pss≤Ps2)。另外，目标温度Tes根据车厢内的空调状态来改变。

在第三实施方式中，与第二实施方式一样，从排出压力Pd与吸入压力Ps运算制冷剂循环量Gr。因此，与压缩机100侧的压力变化同步来运算制冷剂循环量Gr，从而使压缩机100的驱动扭矩的运算精度提升。

图15是表示本发明第四实施方式的空气调节器ECU480的结构的框图。

本发明第四实施方式的空气调节器ECU480以上述第二实施方式的空气调节器ECU420为基础，在目标吸入压力设定元件481中，包括：执行空调控制的第一控制模式；以及执行扭矩控制的第二控制模式。第一控制模式和第二控制模式择一执行。

本实施方式的压缩机100具有与第一实施方式的压缩机100相同的结构。第三实施方式的容量控制阀300与第一实施方式的容量控制阀300为相同结构，受到吸入压力Ps的波纹管303的有效面积Sb被设定成比第一实施方式的容量控制阀300的受到吸入压力Ps的波纹管303的有效面积Sb大幅度减小。

图16是表示第四实施方式的容量控制阀300中供给到螺线管312的控制电流I与吸入压力Ps的关系的图表。

如图16所示，在第四实施方式中，吸入压力Ps的控制范围大幅扩大。因此，可在几乎所有的运转条件下进行排出容量控制。

第四实施方式的目标吸入压力设定元件481具有第一控制(空调控制)模式。在第一控制模式中，运算由蒸发器目标温度设定元件401设定的目标温度Tes与由蒸发器温度传感器402检测到的温度Te的偏差ΔT，并运算目标吸入压力Pss以使上述偏差ΔT减小。当选择第一控制模式时，控制流程与上述图6所示的控制流程相同。

而且，目标吸入压力设定元件481具有第二控制(扭矩控制)模式。在第二控制中，运算来自发动机ECU500所指令的目标扭矩Trs与由扭矩运算元件421运算出的驱动扭矩Tr的偏差ΔTr，并运算目标吸入压力Pss、也就是控制电流I以减小上述偏差ΔTr。控制电流I设定在预先确定的范围内(I1≤I≤I2)。

图17是表示第二控制模式中目标吸入压力Pss的设定步骤的流程图。

如图17所示，当开始执行第二控制模式，在步骤S300中，读入由目标扭矩设定元件406设定的目标扭矩Trs。接着，流程进入步骤S301。

在步骤S301中，利用上述式(7)来运算驱动扭矩Tr。接着，流程进入步骤S302。

在步骤S302中，求出在步骤S301中读入的目标扭矩Trs与在步骤S302中读入的驱动扭矩Tr的差ΔTr。接着，流程进入步骤S303。

在步骤S303中，运算控制电流I。详细说来，控制电流I作为I_n是通过式(18)求得的。另外，在式(18)中，d1、d2是常数，预先适当设定。

I_n＝I_n-1+d1·[(ΔTr_n-ΔTr_n-1)+d2·ΔTr_n]…(18)

接着，流程进入步骤S304。

在步骤S304中，判断在步骤S303中求得的控制电流I是否在规定值I1以上。当控制电流I在规定值I1以上时，流程进入步骤S305。

在步骤S305中，判断控制电流I是否在规定值I2以下。当控制电流I在规定值I2以下时，流程进入步骤S306。

在步骤S306中，将控制电流I输出到螺线管驱动元件411。流程返回后述的主程序。

相反，在步骤S304中判断为控制电流I不足规定值I1时，流程进入步骤S307。

在步骤S307中，将规定值I1改写为控制电流I。接着，流程进入步骤S306。

在步骤S305中判断为控制电流I比规定值I2大时，流程进入步骤S308。

在步骤S308中，将规定值I2改写为控制电流I。接着，流程进入步骤S306。

这样，通过PI控制运算控制电流I，以使得目标扭矩Trs与驱动扭矩Tr的差ΔTr减小。控制电流I设定在预先确定的上限、下限范围内(I1≤I≤I2)。

如图15所示，对目标吸入压力设定元件481输入例如空气调节器开关409的“开”/“关”设定、车辆的加速信息(例如从油门开度传感器408输入的油门开度、节气门开度等)、发动机旋转速度信息。如图18所示，当这些信息满足规定条件时，选择第二控制模式(扭矩控制)，在此以外的时候选择第一控制模式(空调控制)。

图18是表示在目标吸入压力设定元件481的模式切换控制步骤的主程序的流程图。

在主程序中，步骤S400执行启动判定、加速判定和怠速判定。详细说来，判断是否满足以下的条件1)～3)。

1)空气调节器开关是否已从“关”切换到“开”(启动判定)。

2)车辆是否处于加速状态。例如油门开度是否在规定值以上(加速判定)。

3)车辆是否处于怠速状态。例如，油门开度是否为零且发动机旋转速度是否在规定规定值以下(怠速判定)。

步骤S400之后，流程进入步骤S401。

在步骤S401中，判断步骤S400中的启动判定、加速判定、怠速判定的条件是否有哪一个被满足(“真”)。若三个条件中哪怕有一个被满足，则流程进入步骤S402。

在步骤S402中，执行第二控制模式。接着，再次进行步骤S400。

相反，在步骤S401中，当步骤S400中的各条件没有一个满足时，流程进入步骤S403。

在步骤S403中，执行第一控制模式。接着，再次进行步骤S400。

藉此，根据第四实施方式，通过执行第二控制模式来控制排出容量，以使得压缩机100的驱动扭矩Tr成为规定值。因此，能根据发动机负荷的情况调整压缩机100的驱动扭矩Tr，从而能控制成使压缩机100和发动机协调。另外，扭矩控制不限定于第四实施方式，也可以以图9～图14所示的第三实施方式为基础来执行，且还能应用于可利用其他外部信号进行排出容量控制的可变容量压缩机。

此外，在本实施方式中，目标扭矩Trs是来自发动机ECU500所指令的扭矩，但例如也可以使空气调节器ECU480接受发动机ECU所具有的负荷信息来设定目标扭矩Trs。此外，还可以空气调节器ECU480设定目标扭矩Trs，而将其他目标扭矩Trs输出到发动机ECU500。

此外，还可以运算由蒸发器目标温度设定元件401设定的目标温度Tes与由蒸发器温度传感器402检测到的实际的温度Te的偏差ΔT，并设定目标扭矩Trs来进行空调控制，以减小上述偏差ΔT。

本发明不限定于上述实施方式，可以进行各种变形。

例如，在上述实施方式中，作为制冷循环的膨胀装置20，采用了固定节流孔，但也可以采用包括可变节流孔、温度膨胀阀、电子控制阀等阀机构的膨胀装置。此时，由于阀机构的开口面积变化，因此式(8)的系数K采用包含以开口面积为变量的函数来运算。也可取代开口面积，采用包含以例如热负荷信息(外部气体温度Ta、蒸发器送风机电压VL、Pd、Ps、Pd-Ps等)、可由压缩机旋转速度传感器等已有的传感器检测到的信息为变量的函数来运算系数K。

式(8)的系数K也可以是膨胀装置的流量系数的函数。在包括阀机构的膨胀装置中，还可以使流量系数根据开口面积改变。当采用以包含开口面积、流量系数以外的变量的函数为系数K来运算制冷剂循环量时，也可以对运算出的制冷剂循环量进行修正来使其与实际的制冷剂循环量相同。

也可以采用温度传感器以代替高压压力传感器403、低压压力传感器404而从温度信息间接地检测膨胀装置20的入口压力Pexp1和出口压力Pexp2。藉此，降低了传感器的成本。

作为膨胀装置，也可以使用包括响应入口压力Pexp1与出口压力Pexp2的压力差Pexp1-Pexp2的阀机构和使电磁力作用于阀机构的螺线管的膨胀装置。此时，也可以采用对膨胀装置的螺线管的通电量或与之相当的控制信号来运算压力差Pexp1-Pexp2。

也可以从膨胀装置的入口温度来运算膨胀装置的入口制冷剂密度。

此外，在像以二氧化碳为制冷剂的制冷循环那样的使制冷剂处于超临界状态下运转的制冷循环中，也可以从膨胀装置的入口温度和膨胀装置的入口压力来运算膨胀装置的入口制冷剂密度。此外，还可以从膨胀装置的入口压力来运算膨胀装置入口的制冷剂密度。

作为压缩机的驱动扭矩Tr的运算式的变量，只要至少包含以流过膨胀装置的制冷剂质量流量为变量即可，并不限定于式(7)。此外，还可以从式(7)中去除机械效率ηm而在式(7)中增加相当于机械损失的项。

在第二实施方式和第三实施方式中，采用包含以控制电流I为变量的函数来运算吸入压力Ps，但例如在压缩机100以最大排出容量进行动作的状态时可以设想存在实际的吸入压力Ps比从控制电流I运算出的吸入压力Ps大的情况。这时，由于驱动扭矩Tr的运算精度变差，因此也可以判断压缩机100的排出容量被控制为最大排出容量或比最大排出容量小的值的状态，并根据判定结果来选择适当的扭矩运算式。即，也可以预先准备排出容量为最大排出容量时的扭矩运算式和排出容量处于被控制的状态时的扭矩运算式。

另外，例如对假设压缩机100的排出容量为最大排出容量时的吸入压力Ps进行推定，通过比较推定出的吸入压力Ps与从控制电流I运算出的吸入压力Ps来进行判断。当推定出的吸入压力Ps比从控制电流I运算出的吸入压力Ps高时，排出容量为最大，反之，若推定出的吸入压力Ps比从控制电流I运算出的吸入压力Ps低时，能判断排出容量比最大排出容量小。

或者，当从控制电流I运算出的吸入压力Ps比推定出的最大排出容量状态下的吸入压力Ps低时，还可以进行改变为相当于最大排出容量状态下的吸入压力Ps的控制电流来使上述吸入压力Ps与实际的吸入压力Ps相同的方法。

作为热负荷信息，除了采用如上述实施方式那样的外部气体温度Ta、蒸发器送风机电压VL之外，还可以采用外部气体湿度、高压区域的压力及温度、低压区域的压力及温度、高压区域与低压区域的压力差、日照量、空气调节器各种设定(空气调节器“开”/“关”设定、内外气体切换门位置、车内温度设定、排气口位置、混风门位置)、车内温度/湿度、蒸发器入口空气温度及湿度、表示蒸发器的冷却状态的温度/压力等。通过更多采用这些信息，能实现精度的提升。

对于压缩机旋转速度Nc是通过检测发动机旋转速度Ne后运算得到的，但也可以直接检测压缩机旋转速度Nc，此外还可以从车速和齿轮轴位置间接地运算。

此外，本发明的结构也可以设于空气调节器ECU和压缩机ECU或发动机ECU内。

在上述实施方式中，作为压缩机，采用了斜板式的无离合器可变容量压缩机，但本发明不限定于此，本发明能适用于例如固定容量压缩机、涡旋或叶片结构的可变容量压缩机等各种结构的压缩机。

此外，作为制冷剂，不限定于R134a，还可以使用二氧化碳及其他新型制冷剂。

Claims

1.一种压缩机的驱动扭矩运算装置，其适用于依次连接压缩机、放热器、膨胀装置、蒸发器而成的制冷循环，其特征在于，

利用包括以流过所述膨胀装置的制冷剂的质量流量为变量的运算式来运算所述压缩机的驱动扭矩。

2.如权利要求1所述的压缩机的驱动扭矩运算装置，其特征在于，利用下式运算流过所述膨胀装置的制冷剂的质量流量Gr。

Gr = K \cdot \sqrt{ρ \cdot (Pexp 1 - Pexp 2)}

(式中，ρ是所述膨胀装置的入口制冷剂密度，Pexp1是所述膨胀装置的入口压力，Pexp2是所述膨胀装置的出口压力，K是系数)

3.如权利要求2所述的压缩机的驱动扭矩运算装置，其特征在于，运算所述驱动扭矩的运算式还包含以所述压缩机的排出压力区域的压力、吸入压力区域的压力和所述压缩机的旋转速度为变量。

4.如权利要求2或3所述的压缩机的驱动扭矩运算装置，其特征在于，包括高压压力检测元件，该高压压力检测元件检测在所述制冷循环的高压区域中的压力、即高压压力，所述膨胀装置的入口压力利用包含以由所述高压压力检测元件检测到的高压压力为变量的函数运算而得。

5.如权利要求4所述的压缩机的驱动扭矩运算装置，其特征在于，所述高压压力检测元件被设置在所述高压区域中的气体区域。

6.如权利要求2至5中任一项所述的压缩机的驱动扭矩运算装置，其特征在于，包括低压压力检测元件，该低压压力检测元件检测在所述制冷循环的低压区域中的压力、即低压压力，所述膨胀装置的出口压力利用包含以由所述低压压力检测元件检测到的低压压力为变量的函数运算而得。

7.如权利要求6所述的压缩机的驱动扭矩运算装置，其特征在于，

所述压缩机是可变容量压缩机，包括：

吸入压力区域，制冷剂被吸入所述吸入压力区域；

压缩机构，该压缩机构压缩所述吸入后的制冷剂；

排出压力区域，被所述压缩机构压缩后的制冷剂被排出到所述排出压力区域；

可变容量机构，该可变容量机构调整从所述压缩机构排出的制冷剂的排出容量；

控制压力室，该控制压力室储存使所述可变容量机构工作的控制压力；以及

容量控制阀，该容量控制阀具有阀机构和螺线管且可改变所述控制压力室的压力，所述阀机构具有检测所述吸入压力区域的压力的检测构件，所述螺线管将电磁力作用于所述阀机构，

通过基于由外部信息检测构件检测到的外部信息来调整所述容量控制阀的开度，藉此使所述控制压力室的压力变化而使所述可变容量机构工作，以调整从所述压缩机构排出的的制冷剂的排出容量，

所述检测构件构成所述低压压力检测元件，所述吸入压力区域的压力利用包含以所述螺线管的通电量或与之相当的控制信号为变量的函数运算而得，并包括以所述运算所得的所述吸入压力区域的压力为变量的函数来运算所述膨胀装置的出口压力。

8.如权利要求2至5中任一项所述的压缩机的驱动扭矩运算装置，其特征在于，

所述压缩机是可变容量压缩机，包括：

吸入压力区域，制冷剂被吸入所述吸入压力区域；

压缩机构，该压缩机构压缩所述吸入后的制冷剂；

容量控制阀，该容量控制阀具有阀机构和螺线管且可改变所述控制压力室的压力，所述阀机构包括具有第一受压面和第二受压面的感压构件，所述第一受压面受到所述排出压力区域的压力，所述第二受压面在克服作用于所述第一受压面的所述排出压力区域的压力的方向上受到所述吸入压力区域的压力，所述螺线管在克服作用于所述感压构件的所述排出压力区域的压力所产生的力的方向上将电磁力作用于所述阀机构，

通过基于由检测外部信息的外部信息检测元件检测到的外部信息来调整所述容量控制阀的开度，藉此使所述控制压力室的压力变化而使所述可变容量机构工作，以调整从所述压缩机构排出的的制冷剂的排出容量，

所述吸入压力区域的压力利用包括以由所述高压压力检测元件检测到的高压压力和所述螺线管的通电量或与之相当的控制信号为变量的函数运算而得，并利用包括以所述运算所得的所述吸入压力区域的压力为变量的函数来运算所述膨胀装置的出口压力。

9.如权利要求4至8中任一项所述的压缩机的驱动扭矩运算装置，其特征在于，运算所述膨胀装置的入口压力和所述膨胀装置的出口压力的运算式还包含所述制冷循环的热负荷信息和所述压缩机的转速中的至少一个外部信息为变量。

10.如权利要求2至9中任一项所述的压缩机的驱动扭矩运算装置，其特征在于，所述膨胀装置的入口制冷剂密度利用包含所述膨胀装置的入口制冷剂温度和由所述高压压力检测元件检测到的高压压力中的至少一个为变量的函数运算而得。

11.如权利要求2至10中任一项所述的压缩机的驱动扭矩运算装置，其特征在于，所述膨胀装置具有阀机构，所述系数K利用包含所述阀机构的开口面积为变量的函数运算而得，所述阀机构的开口面积利用包含所述制冷循环的热负荷信息和所述压缩机的转速中的至少一个外部信息为变量的函数运算而得。

12.如权利要求1至11中任一项所述的压缩机的驱动扭矩运算装置，其特征在于，将运算出的所述压缩机的驱动扭矩输出到驱动所述压缩机的外部驱动源的控制装置。

13.一种用于可变容量压缩机的容量控制系统，其包括：

吸入压力区域，制冷剂被吸入到所述吸入压力区域；

压缩机构，该压缩机构压缩所述吸入后的制冷剂；

排出压力区域，所述压缩后的制冷剂被排出到所述排出压力区域；

容量控制阀，该容量控制阀改变所述控制压力室的压力，

通过基于由检测外部信息的外部信息检测元件检测到的外部信息来调整所述容量控制阀的开度，藉此使控制压力室的压力变化而使所述可变容量机构工作，以调整从所述压缩机构排出的制冷剂的排出容量，其特征在于，

所述容量控制系统包括：

权利要求1至12中任一项所述的驱动扭矩运算装置；以及

设定成为所述压缩机的排出容量控制的目标的驱动扭矩的目标扭矩设定元件，

调整所述容量控制阀的开度以使得由所述驱动扭矩运算装置运算出的所述压缩机的驱动扭矩接近由所述目标扭矩设定元件设定的目标扭矩。