CN101809288A - 可变容量压缩机用的容量控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种可变容量压缩机用的容量控制系统,包括容量控制阀和控制装置,容量控制阀包括:阀芯,排出压力朝开阀方向作用于该阀芯,且吸入压力及螺线管的电磁力朝闭阀方向作用于该阀芯;以及感压器,该感压器与阀芯被连结成可断开、连接。控制装置包括电流调整装置,该电流调整装置根据检测出的排出压力和由目标吸入压力设定装置所设定的目标吸入压力来调整供给到螺线管的电流。在阀芯与感压器被连结的状态以及阀芯与感压器被断开的状态这两种状态下,目标吸入压力设定装置设定目标吸入压力,电流调整装置调整电流。

Description

可变容量压缩机用的容量控制系统
技术领域
本发明涉及一种可变容量压缩机用的容量控制系统。
背景技术
例如,车用空调系统中所使用的往复运动型的可变容量压缩机包括外壳,在外壳的内部划分有排出室、曲柄室、吸入室和缸膛。外壳的缸膛内配置有活塞,在外壳内,驱动轴被支承成可旋转。驱动轴的旋转通过变换机构被变换成活塞的往复运动。活塞获得驱动轴的旋转力进行往复运动,从而从吸入室朝缸膛内吸入工作流体、压缩所吸入的工作流体以及将压缩后的工作流体朝排出室排出。    
该往复运动型的可变容量压缩机中,活塞的行程长度、即压缩机的排出容量可通过使曲柄室的压力(控制压力)变化而改变。控制排出容量的容量控制阀配置于将排出室与曲柄室连通的供气通路中,另一方面,在连通曲柄室与吸入室的抽气通路中配置有节流阀。
排出容量的控制中包括以吸入室的压力(吸入压力)作为控制对象的吸入压力控制。用于执行吸入压力控制的容量控制阀中,例如有文献1(日本专利特开平11-107929号公报)所公开的、内置有螺线管和用于探测吸入压力的感压器的构件。使用这种容量控制阀的可变容量压缩机的容量控制系统中,作为吸入压力的目标的目标吸入压力由螺线管的电磁力、即通电量确定,吸入压力以接近目标吸入压力的方式通过感压器被机械地反馈控制。
更具体而言,感压器例如由波纹管或膜片构成。在使用波纹管的感压器的情形下,在保持于真空或大气压下的波纹管的内侧配置有压缩螺旋弹簧,在波纹管的一端,从外侧作用有吸入压力。因此,感压器的波纹管随吸入压力的减小而伸长。
容量控制阀的阀芯受到螺线管的电磁力,并受到感压器的波纹管欲伸长时产生按压力。此外,通过波纹管的伸缩,使吸入压力接近对应于螺线管的通电量而确定的目标吸入压力,由此,容量控制阀的开度发生变化。
以吸入压力作为控制对象的吸入压力控制方式为适用于空调系统的排出容量控制方法,在如今最广为利用。当在吸入压力控制方式中使排出容量减少时,作为控制对象的吸入压力的目标值被变更为较高值。但是,例如当制冷循环中的热负载较大、且压缩机的转速较低时,由于吸入压力已经变得较高,因此会发生无法充分地使排出容量减少的情况。而且,当实际的吸入压力超过吸入压力的控制范围的上限时,还会发生完全无法控制排出容量的情况。
这样的问题是由于在使用内置有包括波纹管的感压器的容量控制阀时,吸入压力的控制范围的上限较低而引起的。具体而言,文献1的图2表示制冷剂为R134a时吸入室的压力与提供给螺线管的电流的关系,吸入压力的控制范围的上限处在0.3~0.4MPa范围内。为了在热负载较大时也可执行排出容量控制,需要提高该上限来大幅度扩大吸入压力的控制范围。
作为扩大吸入压力的控制范围的方法,可采用增加由螺线管所产生的电磁力的方法,但要大幅度扩大控制范围就无法避免螺线管的大型化,这在设计上不能说是合理的方法。
作为扩大控制范围的其它方法,还可考虑使波纹管小型化、减小探测吸入压力的波纹管的感压面积(有效面积)。然而,由于需要在处于真空或大气压下的波纹管的内部设置螺旋弹簧和限制波纹管的伸缩量的限位件,因此,波纹管的小型化受到限制。
此外,为了探测吸入压力,即便使用膜片取代波纹管作为感压器而使用,若减小膜片的感压面积,则为确保其寿命,膜片的变位量、即阀行程也必须减小。因此,使用膜片的感压器的小型化也受到限制。
发明的公开
本发明的目的之一在于提供一种吸入压力控制的控制范围被扩大了的可变容量压缩机用的容量控制系统。
为达成上述目的,根据本发明的一实施方式,提供一种可变容量压缩机用的容量控制系统,该可变容量压缩机用的容量控制系统包括用于调整控制压力的容量控制阀和用于使上述容量控制阀动作的控制装置,并通过调整上述控制压力来控制可变容量压缩机的排出容量,其特征是,上述容量控制阀包括:螺线管;阀芯,上述可变容量压缩机的排出室的压力朝开阀方向作用,且上述可变容量压缩机的吸入室的压力及上述螺线管的电磁力朝与上述开阀方向相反的闭阀方向作用;以及感压器,其与上述阀芯被连结成可断开、连接,将随着上述吸入室的压力比动作切换压力低而增大的按压力朝上述开阀方向作用于上述阀芯,上述控制装置包括:排出压力检测装置,其用于检测上述可变容量压缩机的排出室的压力;目标吸入压力设定装置,其设定作为上述可变容量压缩机的吸入室的压力的目标值的目标吸入压力;以及电流调整装置,其根据由上述排出压力检测装置检测出的上述排出室的压力及由上述目标吸入压力设定装置所设定的上述目标吸入压力来调整供给到上述容量控制阀的螺线管的电流,在上述阀芯与上述感压器被连结的状态以及上述阀芯与上述感压器被断开的状态这两种状态下,上述目标吸入压力设定装置设定上述目标吸入压力,上述电流调整装置调整供给到上述螺线管的电流。
本发明一实施方式的可变容量压缩机的容量控制系统中,相对于阀芯,排出室的压力(排出压力)与吸入室的压力(吸入压力)及螺线管的电磁力以对抗的方式作用,且电流调整装置根据由排出压力检测装置检测出的排出压力和由目标吸入压力设定装置所设定的目标吸入压力调整供给到螺线管的电流,藉此,能将吸入压力作为控制对象,并能大幅度地扩大吸入压力的控制范围。
此外,该容量控制系统中,根据排出压力和目标吸入压力调整供给到螺线管的电流,从而在阀芯与感压器被断开的状态以及阀芯与感压器被连结的状态这两种状态下执行吸入压力的控制。即,在以往的容量控制系统中,若阀芯与感压器被断开,则已经不可能执行吸入压力的控制,但在本容量控制系统中,即便阀芯与感压器被断开,也能继续进行吸入压力的控制。因此,在本容量控制系统中,与使用感压器无关,能大幅度地扩大吸入压力的控制范围。
作为优选,上述电流调整装置在上述目标吸入压力设定装置所设定的上述目标吸入压力处于上述动作切换压力以上时,根据第一运算式运算应供给到上述螺线管的电流,在上述目标吸入压力设定装置所设定的上述目标吸入压力比上述动作切换压力低时,根据与上述第一运算式不同的第二运算式运算应供给到上述螺线管的电流。
优选方式的可变容量压缩机用的容量控制系统中,电流调整装置对应于阀芯与感压器之间的断开、连接,根据第一运算式或第二运算式运算出合适的电流。其结果是,在该容量控制系统中能较好地保持吸入压力的控制精度。
作为优选,确定上述第一运算式,以反应在上述阀芯与上述感压器被断开状态下的上述容量控制阀的动作,确定上述第二运算式,以反应在上述阀芯与上述感压器被连结状态下的上述容量控制阀的动作。
优选方式的可变容量压缩机的容量控制系统中,确定第一运算式,以反应在阀芯与感压器被断开状态下的容量控制阀的动作,确定第二运算式,以反应在阀芯与感压器被连结状态下的容量控制阀的动作,藉此,电流调整装置运算合适的电流。其结果是,在该容量控制系统中能较好地保持吸入压力的控制精度。
作为优选,上述目标吸入压力设定装置设定上述目标吸入压力,以使上述目标吸入压力比包括上述动作切换压力的规定的范围大或小。
优选方式的可变容量压缩机的容量控制系统中,设定目标吸入压力,以使目标吸入压力比包括动作切换压力的规定的范围大或小,藉此,即便每个容量控制阀的动作切换压力不同,电流调整装置也能可靠地对应于阀芯与感压器之间的断开、连接来运算电流。其结果是,在该容量控制系统中能较好地保持吸入压力的控制精度。
作为优选,还包括检测空调系统的控制量与目标值的偏差的外部信息检测装置,上述目标吸入压力设定装置根据上述空调系统的控制量与目标值的偏差反复运算上述目标吸入压力的候选值,且在运算出的上述目标吸入压力的候选值处于包括上述动作切换压力的规定范围内时,以比上述规定的范围大或小的方式改变上述目标吸入压力的候选值,并设定上述目标吸入压力,以使上述控制量接近上述目标值,当上述目标吸入压力设定装置所运算的上述目标吸入压力的候选值反复进入包括上述动作切换压力的规定范围内时,改变上述空调系统的目标值。
优选方式的可变容量压缩机的容量控制系统中,当目标吸入压力设定装置的运算装置运算出的电流的候选值反复进入包括动作切换压力的规定范围内时,目标值改变装置改变空调系统的目标值。由此,可避免空调系统的控制量在目标值的上下变动,控制量接近目标值。其结果是,在该容量控制系统中能确保吸入压力控制的稳定性。
作为优选,上述可变容量压缩机包括:内部划分有排出室、曲柄室、吸入室及缸膛的外壳;设置于上述缸膛内的活塞;在上述外壳内被支承成可旋转的驱动轴;以及将上述驱动轴的旋转变换成上述活塞的往复运动的具有倾角可变的斜板元件的变换机构,上述控制压力是上述曲柄室的压力。
采用优选方式的可变容量压缩机的容量控制系统的可变容量压缩机中,由斜板元件的最小倾角规定的最小活塞行程非常小,排出容量的可变范围大。其结果是,在该容量控制系统中,吸入压力的控制范围扩大与可变容量压缩机的排出容量的可变范围大一起作用,使得吸入压力的控制范围被有效地扩大。
附图说明
本发明可根据下面的详细说明和附图而得到更充分的理解,但附图只是一例,并不限定本发明。
图1是表示应用第一实施方式的容量控制系统的车用空调系统的制冷循环的概略结构和可变容量压缩机的纵截面的图。
图2是用于说明图1的压缩机的容量控制阀的连接状态的图。
图3是放大表示图2的容量控制阀中,阀芯与感压器被断开的状态下的感压室附近的图。
图4是放大表示图2的容量控制阀中,阀芯与感压器被连结的状态下的感压室附近的图。
图5是表示图2的容量控制阀的控制电流I与目标吸入压力Pss和排出压力Pd的关系的曲线图。
图6是表示图1的容量控制系统的概略结构的框图。
图7是用于说明图6的容量控制系统的螺线管驱动装置的概略结构的框图。
图8是表示图6的容量控制系统执行的主程序的控制流程图。
图9是图8的主程序所包含的吸入压力控制程序的控制流程图。
图10是图9的吸入压力控制程序所包含的目标吸入压力设定程序的控制流程图。
图11是图9的吸入压力控制程序所包含的控制电流运算程序的控制流程图。
图12是图8的主程序所包含的控制电流上限值减少程序的控制流程图。
图13是图8的主程序所包含的控制电流上限值增大程序的控制流程图。
图14是用于说明图1的压缩机的第二实施方式的容量控制阀的连接状态的图。
图15是表示图14的容量控制阀的控制电流I与目标吸入压力Pss和排出压力Pd的关系的曲线图。
图16是用于说明图1的压缩机的第三实施方式的容量控制阀的连接状态的图。
(符号说明)
300  容量控制阀
312  阀芯
338  感压器
364  螺线管
400  控制装置
401  蒸发器目标出口空气温度设定装置(外部信息检测装置)
402  蒸发器温度传感器(外部信息检测装置)
403  压力传感器(排出压力检测装置)
410  目标吸入压力设定装置
412  控制信号运算装置(电流调整装置)
413  螺线管驱动装置(电流调整装置)
具体实施方式
以下,对本发明的一实施方式所涉及的可变容量压缩机用的容量控制系统A进行说明。
图1表示应用容量控制系统A的车用空调系统的制冷循环10,制冷循环10包括供作为工作流体的制冷剂进行循环的循环路12。从制冷剂的流动方向观察,在循环路12内依次插有压缩机100、散热器(冷凝器)14、膨胀器(膨胀阀)16及蒸发器18,压缩机100工作时,制冷剂对应于压缩机100的排出容量在循环路12内循环。即,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及压缩后的制冷剂的排出工序组成的一连串处理。
蒸发器18也构成车用空调系统的空气回路的一部分,经过蒸发器18的气流被蒸发器18内的制冷剂夺去汽化热而冷却。
应用容量控制系统A的压缩机100是容量可变的压缩机,例如是斜板式的无离合器压缩机。压缩机100包括缸体101,在缸体101上形成有多个缸膛101a。缸体101的一端连结有前外壳102,缸体101的另一端通过阀板103连结有后外壳(缸盖)104。
缸体101及前外壳102规定曲柄室105,驱动轴106纵贯曲柄室105内延伸。驱动轴106将配置在曲柄室105内的环状斜板107贯穿,斜板107通过连结部109与固定在驱动轴106上的转子108铰链结合。因此,斜板107可在沿着驱动轴106移动的同时倾倒。
在驱动轴106的在转子108与斜板107之间延伸的部分安装有将斜板107向最小倾斜角度作用的螺旋弹簧110。在隔着斜板107位于相反侧的部分、即在驱动轴106的在斜板107与缸体101之间延伸的部分安装有将斜板107向最大倾斜角度作用的螺旋弹簧111。
驱动轴106将突出到前外壳102外侧的轴套部102a内部贯穿,驱动轴106的外端连结有作为动力传递装置的带轮112。带轮112通过球轴承113被轴套部102a支承成可自由旋转,在带轮112与作为外部驱动源的发动机114的带轮之间绕设有皮带115。
轴套部102a的内侧配置有轴封装置116,轴封装置116将前外壳102的内部与外部隔断。驱动轴106在径向及推力方向上被轴承117、118、119、120支承成可自由旋转。来自发动机114的动力被传递到带轮112上时,驱动轴106可与带轮112的旋转同步进行旋转。
在缸膛101a内配置有活塞130,在活塞130上一体形成有突出到曲柄室105内的尾部。形成于尾部的凹坑130a内配置有一对滑履132,滑履132以将斜板107的外周部夹持的形态与其滑动接触。因此,通过滑履132,活塞130和斜板107彼此连动,通过驱动轴106的旋转,活塞130在缸膛101a内往复运动。也就是说,滑履132构成将驱动轴106的旋转运动变换成活塞130的往复运动的变换机构。
后外壳104内划分有吸入室140及排出室142。吸入室140可通过设于阀板103的吸入孔103a与缸膛101a连通。排出室142可通过设于阀板103的排出孔103b与缸膛101a连通。吸入孔103a及排出孔103b分别由未图示的吸入阀及排出阀进行开闭。
缸体101的外侧设有消音器150,消音器底座101b与缸体101一体形成。消音器壳体152通过未图示的密封构件与消音器底座101b接合。消音器壳体152及消音器底座101b规定消音器空间154,消音器空间154通过贯穿后外壳104、阀板103及消音器底座101b的排出通路156与排出室142连通。
消音器壳体152形成有排出端口152a。在消音器空间154内以隔断排出通路156与排出端口152a之间的方式配置有单向阀200。具体来说,单向阀200根据排出通路156侧的压力与消音器空间154侧的压力之间的压力差而打开、关闭。单向阀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。
因此,排出室142可通过排出通路156、消音器空间154及排出端口152a与循环路12的往路部分连通,消音器空间154被单向阀200遮断、连通。另一方面,吸入室140通过形成于后外壳104的吸入端口104a与循环路12的返路部分连通。
在后外壳104内收容有容量控制阀(电磁控制阀)300,容量控制阀300插设于供气通路160。供气通路160从后外壳104经由阀板103延伸至缸体101,以使排出室142与曲柄室105之间连通。
另一方面,吸入室140通过抽气通路162与曲柄室105连通。抽气通路162由驱动轴106与轴承119、120间的间隙、空间164及形成于阀板103的固定孔口103c形成。
此外,吸入室140经由形成于后外壳104的感压通路166,独立于供气通路160地与容量控制阀300连接。
更详细而言,如图2所示,容量控制阀300由阀单元和作为使阀单元开闭动作的驱动单元的螺线管单元形成。
阀单元包括大致圆筒状的阀外壳302,阀外壳302在阀单元侧具有阀室304。阀室304由同轴相连的分别呈圆柱状的第一空间306和第二空间308形成,第一空间306比第二空间308直径大。
第一空间306比第二空间308靠近驱动单元侧,位于阀外壳302的端部,并朝驱动单元开口。阀孔310的一端开口于阀外壳302的划分壁,该划分壁划分第一空间306相反一侧的第二空间308的端部,阀孔310也与第一空间306及第二空间308同轴延伸。
在阀室304内同心配置有圆柱形状的阀芯312,阀芯312从第一空间306延伸至第二空间308。阀芯312由彼此同轴且形成一体的、分别呈圆柱形状的轴部313和大径端部314形成。轴部313的外径与阀孔310的内径相等,且比大径端部314的外径小。
此外,阀室304内固定有环状的支承构件315,支承构件315被压入划分第二空间308的阀外壳302的周壁的部分。阀芯312可自由滑动地贯穿支承构件315,阀芯312的轴部313被支承构件315支承成可往复运动。
支承构件315将阀室304内划分成两个区域。两个区域中的一个是流动区域316,在划分流动区域316的阀外壳302的周壁的局部形成有第一端口318。作为出口端口的第一端口318与供气通路160的下流侧部分连接,流动区域316通过第一端口318及供气通路160的下流侧部分与曲柄室105连通。
两个区域中的另一个是感压区域320,在划分感压区域320的阀外壳302的周壁的部分形成有感压端口322。感压端口322与感压通路166连接,感压区域320通过感压端口322及感压通路166与吸入室140连通。
在此,流动区域316内的大径端部314的端面与阀外壳302的划分壁抵接,从而可闭塞阀孔310,因此,阀外壳302的划分壁还具有阀座的功能。
另一方面,卡环324嵌合于感压区域320内的轴部313的端部,在卡环324与支承构件315之间配置有由圆锥状的螺旋弹簧形成的开放弹簧326。开放弹簧326的小径侧与卡环324抵接,大径侧与支承构件315抵接,藉此,对阀芯312朝开阀方向施力。
在划分阀室304的相反一侧的阀孔310的另一端部的阀外壳302的周壁部分形成有第二端口328,作为入口端口的第二端口328与供气通路160的上流侧部分连接。因此,阀孔310通过第二端口328及供气通路160的上游侧部分与排出室142连通。
此外,插通孔330与阀孔310的另一端部同轴相连,插通孔330比阀孔310的直径小。插通孔330开口于在阀外壳302的前端侧划分的感压室332。阀芯312的大径端部314的端面与传递杆334同轴且一体地连结,传递杆334的前端到达感压室332内。传递杆334比大径端部314及阀孔310的直径小,并可自由滑动地贯穿插通孔330。
另一方面,阀外壳302内设有内部流路336,内部流路336在感压室332与感压区域320之间延伸。因此,感压室332的压力与感压区域320的区域、即吸入室140的压力相等。
感压室332的内部收容有感压器338。感压器338具有圆板形状的底座340,底座340被压入阀外壳302的周壁的开口端,藉此气密地嵌合。圆柱形状的限位件342从底座340的内表面的中央一体地突出,压缩螺旋弹簧344的一端嵌在限位件342的周围。
此外,波纹管346的一端气密地固定于底座340的内表面上,波纹管346围住限位件342及压缩螺旋弹簧344。压缩螺旋弹簧344及波纹管346可在阀外壳302的轴线方向、即开阀方向或闭阀方向上伸缩。
波纹管346的另一端上配置有罩348,罩348由圆筒部、与圆筒部的一端相连的凸缘部和闭塞圆筒部的另一端的端壁部350形成。罩348的凸缘部气密地固定于波纹管346,并形成感压器338的端面,另一方面,罩348的圆筒部及端壁部350形成从感压器338的端面朝限位件342凹下的凹部。
感压器338的内部维持真空(减压状态),感压器338对应于周围的压力、即感压室332的内力伸缩。随着感压器338的伸缩,罩348朝开阀方向或闭阀方向变位,以与阀芯312接触或离开。但是,感压器338的伸缩量受到限制。通过罩348的端壁部350与限位件342抵接,限制感压器338的收缩。
传递杆334的前端到达感压器338的罩348的凹部内,罩348的端壁部350可对应于感压器338的收缩量与传递杆334的前端接触、离开。图3表示感压器338收缩,传递杆334的前端从罩348的端壁部350离开的状态。在图3的状态下,感压器338与阀芯312之间被断开。
另一方面,图4表示与图3相比,感压器338伸长,传递杆334的前端与罩348的端壁部350抵接的状态。在图4的状态下,感压器338与阀芯312之间通过传递杆334连结。这样,当吸入室140的压力(以下称吸入压力Ps)降低,感压器338的罩348朝阀芯312变位,罩348的端壁部350与传递杆334的前端抵接时,通过传递杆334将阀芯312朝开阀方向按压。
传递杆334的前端即便在感压器338收缩最大时也不会从罩348的圆筒部脱离,罩348的圆筒部在罩348的端壁部350与传递杆334的前端接触、离开时起到引导的作用。
调整感压器338的底座340的压入量,以使容量控制阀300进行期望的动作。
再次参照图2,驱动单元具有大致圆筒状的螺线管外壳360,螺线管外壳360与阀外壳302的另一端同轴状地连结。与阀单元相反一侧的螺线管外壳360的开口端上嵌合有环状的端盖362,螺线管外壳360内收容有利用树脂材料制使表面硬化的螺线管364。
另外,在螺线管外壳360内同心状地收容有大致圆筒状的固定铁心366,固定铁心366从阀外壳302的端部朝端盖362的方向延伸至螺线管364的中央。固定铁心366与阀外壳302一起划分阀室304,贯穿固定铁心366中央的贯通孔368开口于阀室304。在突出到阀室304的感压区域320内的固定铁心366的突出部370处,贯通孔368的内径缩小。
套筒372从外侧与固定铁心366的端盖362侧嵌合,套筒372在端盖362侧具有闭塞端。在固定铁心366与套筒372的闭塞端之间规定出收容大致圆筒状的可动铁心374的可动铁心收容空间376。
在固定铁心366的贯通孔368内插通有螺线管杆378,螺线管杆378被固定铁心366的突出部370支承成可滑动。螺线管杆378的一端与阀芯312的端面抵接,螺线管杆378的另一端突出到可动铁心收容空间376内。螺线管杆378的另一端部与可动铁心374的嵌合孔嵌合,螺线管杆378与可动铁心374形成一体。
此外,在可动铁心374与套筒372的闭塞端之间配置有隔板380,在隔板380与可动铁心374之间配置有对可动铁心374朝闭阀方向施力的压缩螺旋弹簧382。不过,在可动铁心374与固定铁心366之间确保规定的间隙。
在固定铁心366的突出部370形成有径向孔384,通过径向孔384及贯通孔368来连通阀室304的感压区域320与可动铁心收容空间376。因此,在朝向感压区域320的阀芯312的另一侧的端面上,在与阀芯312的横截面积相等的面积上作用有吸入压力Ps。
可动铁心374、固定铁心366、螺线管外壳360及端盖362由磁性材料形成,构成磁回路。套筒372由非磁性材料的不锈钢类材料形成。
螺线管364与设在压缩机100外部的控制装置400连接,当从控制装置400供给控制电流I时,在螺线管364、即螺线管单元上产生电磁力F(I)。螺线管364的电磁力F(I)将可动铁心374朝着固定铁心366吸引,并通过螺线管杆378对阀芯312朝闭阀方向作用。
在上述容量控制阀300中,当阀芯312关闭阀孔310时,关闭阀孔310所需的密封面积Sv与阀孔310的开口面积相等。
不过,在容量控制阀300中,阀芯312的一侧的端面与传递杆334相连。因此,在阀芯312关闭阀孔310时,将阀芯312的一侧的端面上排出室142的压力(以下称排出压力Pd)所作用的区域称为第一承压面390,第一承压面390为环状。此外,若传递杆334的横截面积为Sr2,则第一承压面390的面积为从密封面积Sv中减去传递杆334的横截面积Sr2而得到的值,即(Sv-Sr2)。
此外,在感压室332内,当传递杆334的前端从罩348的端壁部350离开时,吸入压力Ps对传递杆334的前端面朝开阀方向作用。
另一方面,当罩348的端壁部350与传递杆334的前端抵接时,感压器338的压缩螺旋弹簧344的施力fs3通过传递杆334传递到阀芯312,施力fs3由于吸入压力Ps而减弱。此时的减弱量通过吸入压力Ps和有效面积Sb的积(Ps·Sb)表示。有效面积Sb是在波纹管346上,吸入压力Ps朝收缩方向作用的区域的面积,有效面积Sb比密封面积Sv大。
因此,基于施力fs3的按压力通过传递杆334对阀芯312朝开阀方向作用,该按压力随着吸入压力Ps低于规定值而增大。
吸入压力Ps对位于感压区域320的阀芯312的轴部313的端面朝闭阀方向作用。此时,将轴部313的端面上吸入压力Ps朝闭阀方向所作用的区域称为第二承压面392,第二承压面392的面积(以下也称感压面积Sr1)与密封面积Sv相等。
此时,作用于阀芯312的力有排出压力Pd、曲柄室105的压力(以下称曲柄压力Pc)、吸入压力Ps、螺线管364的电磁力F(I)、开放弹簧326的施力fs1、压缩螺旋弹簧382的施力fs2及压缩螺旋弹簧344的施力fs3。
这些力的关系在阀芯312与感压器338被断开的状态下通过以下的式(1)表示。利用Sr1=Sv,将式(1)变形为式(2)。此外,在式(2)中,若F(I)=A·I(其中A为常数),则能得到式(3)及式(4)。
从式(3)及式(4)可知,排出压力Pd及开放弹簧326的施力fs1朝开阀方向作用,这些以外的吸入压力Ps、螺线管364的电磁力F(I)及压缩螺旋弹簧382的施力fs2朝与开阀方向相反的闭阀方向作用。
[数学式1]
Sr2·Ps+(Sv-Sr2)·Pd+(Sv-Sr1)·Pc-Sr1·Ps+fs1-fs2-F(I)=0…(1)
(Sv-Sr2)·Pd-(Sv-Sr2)·Ps+fs1-fs2-F(I)=0…(2)
Ps = - A Sv - Sr 2 · 1 + Pd + fs 1 - fs 2 Sv - Sr 2 · · · ( 3 )
1 = Sv - Sr 2 A · ( Pd - Ps ) + fs 1 - fs 2 A · · · ( 4 )
另一方面,以下的式(5)表示当传递杆334的前端与感压器338的罩348的端壁部350抵接时,作用于阀芯3 12的力的关系。利用Sr1=Sv,将式(5)变形为式(6)。此外,在式(6)中,若F(I)=A·I(其中A为常数),则能得到式(7)及式(8)。
从式(7)及式(8)可知,排出压力Pd、开放弹簧326的施力fs1及压缩螺旋弹簧344的施力fs3朝开阀方向作用,这些以外的吸入压力Ps、螺线管364的电磁力F(I)及压缩螺旋弹簧382的施力fs2朝与开阀方向相反的闭阀方向作用。
[数学式2]
fs3-Sb·Ps+Sr2·Ps+(Sv-Sr2)·Pd+(Sv-Sr1)·Pc-Sr1·Ps+fs1-fs2-F(I)=0…(5)
(Sv-Sr2)·Pd-(Sb+Sv-Sr2)·Ps+fs3+fs1-fs2-F(I)=0…(6)
Ps = - A Sb + Sv - Sv 2 · 1 + Sv - Sr 2 Sb + Sv - Sr 2 · Pd + fs 3 + fs 1 - fs 2 Sb + Sv - Sr 2 · · · ( 7 )
1 = Sv - Sr 2 A · Pd - Sb + Sv - Sr 2 A · Ps + fs 3 + fs 1 - fs 2 A · · · ( 8 )
此外,从式(3)及式(7)可知,只要排出压力Pd和电磁力F(I)即控制电流I确定,吸入压力Ps便确定。
根据这样的关系,若预先确定作为吸入压力Ps的目标值的目标吸入压力Pss,并知晓变动的排出压力Pd的信息,则能运算出应产生的电磁力F(I)、也就是控制电流I。此外,若调整供给到螺线管364的控制电流I,以使其与上述运算出的控制电流I相等,则阀芯312以吸入压力Ps接近目标吸入压力Pss的方式动作,并调整曲柄压力Pc。即,控制排出容量以使吸入压力Ps接近目标吸入压力Pss。
图5表示在使用容量控制阀300的情形下,目标吸入压力Pss和排出压力Pd与控制电流I的关系。随着目标吸入压力Pss的降低,控制电流I增加,但与排出压力Pd的大小无关,当目标吸入压力Pss比动作切换压力Psb小时,与目标吸入压力Pss的减少量相对应的控制电流I的增加量的比例变大。
当吸入压力Ps处于动作切换压力Psb以上时,感压器338与阀芯312之间被断开,作用于阀芯312的力的关系如式(1)~式(4)所示,与此相对,当吸入压力Ps比动作切换压力Psb小时,感压器338与阀芯312之间被连结,作用于阀芯312的力的关系如式(5)~式(8)所示。
动作切换压力Psb根据式(1)和式(5)表示为Psb=fs3/Sb,与排出压力Pd的大小无关是恒定的。
参照图5,在使吸入压力Ps接近目标吸入压力Pss这样的控制中,可根据排出压力Pd的大小使目标吸入压力Pss的设定范围,换言之吸入压力Ps的控制范围上下滑动。即,能使排出压力Pdmax时的吸入压力Ps的控制范围滑动至相对于比排出压力Pdmin还小的排出压力Pdmin时的吸入压力Ps的控制范围靠近高压侧。
此外,从式(3)可知,若将密封面积Sv与传递杆334的横截面积Sr2的差,即第一承压面390的面积设定得小,则用小的电磁力F(I)便可扩大任意排出压力Pd的目标吸入压力Pss的控制范围。若发挥上述目标吸入压力Pss的控制范围的滑动与该控制范围的扩大的叠加效果,则能大幅度扩大目标吸入压力Pss的控制范围。
另外,若增加朝螺线管364的通电量,则能使吸入压力Ps下降。另一方面,若朝螺线管364的通电量为零,则由于开放弹簧326的施力fs1比压缩螺旋弹簧382的施力fs2大,因此阀芯312从阀孔310离开,阀孔310被强制打开。由此,制冷剂从排出室142导入曲柄室105,排出容量维持在最小状态。
图6是表示包括控制装置400的容量控制系统A的概略结构的框图。
容量控制系统A具有检测一个以上的外部信息的外部信息检测装置,外部信息检测装置包括蒸发器目标出口空气温度设定装置401及蒸发器温度传感器402。
蒸发器目标出口空气温度设定装置401根据包括车厢内温度设定的种种外部信息设定蒸发器目标出口空气温度Tes,此外,将设定好的蒸发器目标出口空气温度Tes作为一个外部信息输入到控制装置400。蒸发器目标出口空气温度Tes是作为压缩机100的排出容量控制的最终目标的、蒸发器18的出口处的空气温度Te的目标值。蒸发器目标出口空气温度设定装置401例如能通过控制空调系统整体的动作的空气调节器用ECU的一部分构成。也就是说,蒸发器目标出口空气温度设定装置401也可以是设定车用空调系统的控制量的目标值的装置。
蒸发器温度传感器402设置于空气回路的蒸发器18的出口,检测刚经过蒸发器18后的空气温度Te(参照图1)。检测出的空气温度Te作为一个外部信息输入到控制装置400。
此外,外部信息检测装置还包括排出压力检测装置,排出压力检测装置具有构成其局部的压力传感器403。排出压力检测装置是用于检测作用于阀芯312的排出压力Pd的装置。压力传感器403安装于散热器14的入口侧,检测该部位的制冷剂的压力(以下称检测压力Ph),并输入到控制装置400(参照图1)。
排出压力Pd及检测压力Ph在制冷循环10的排出压力区域的压力这种一般的意义下都是排出压力。制冷循环10的排出压力区域是指从排出室142到散热器14的入口的区域。
与此相对,制冷循环10的吸入压力区域是指从蒸发器18的出口到吸入室140的区域。此外,排出压力区域还包括压缩工序中的缸膛101a,吸入压力区域还包括吸入工序中的缸膛101a。
控制装置400例如由独立的ECU(电子控制单元)构成,但也可包含于空气调节器用ECU或控制发动机114的动作的发动机用ECU。此外,控制装置400也可包括蒸发器目标出口空气温度设定装置401。
控制装置400包括目标吸入压力设定装置410、压力修正装置411、控制信号运算装置412及螺线管驱动装置413。
目标吸入压力设定装置410根据由蒸发器温度传感器402实际检测出的蒸发器出口空气温度Te与由蒸发器目标出口空气温度设定装置401设定好的蒸发器目标出口空气温度Tes的偏差ΔT,来设定作为控制目标的吸入压力Ps的目标值即目标吸入压力Pss。
也就是说,对目标吸入压力设定装置410而言,蒸发器温度传感器402及蒸发器目标出口空气温度设定装置401是分别提供作为外部信息的蒸发器出口空气温度Te及其目标值、即蒸发器目标出口空气温度Tes的外部信息检测装置。
此外,目标吸入压力设定装置410将设定好的目标吸入压力Pss输入到控制信号运算装置412。
压力修正装置411与压力传感器403一起构成排出压力检测装置,通过修正由压力传感器403检测到的检测压力Ph,经过运算求出排出压力Pd。此外,压力修正装置411将运算出的排出压力Pd输入到控制信号运算装置412。
之所以要这样修正检测压力Ph,是因为如下缘故:在排出室142与散热器14的入口之间,即便是相同的排出压力区域,特别是热负载较大时,制冷剂的压力产生差别。排出压力Pd能根据以检测压力Ph为变量的函数f(Ph)运算出。函数f(Ph)能预先求出。
因此,压力传感器403的设置位置并不限定于散热器14的入口侧,可设置于制冷循环10的高压区域的任意部位。此时也能通过修正由压力传感器403检测到的压力,由压力修正装置411通过运算求出排出压力Pd。
制冷循环10的高压区域是制冷循环10的排出压力区域外加到膨胀器16的入口为止的区域。
控制信号运算装置412根据由目标吸入压力设定装置410设定好的目标吸入压力Pss和由排出压力检测装置检测出的排出压力Pd,利用规定的运算式来运算应供给到螺线管364的控制电流I。
当运算出的控制电流I比预先设定的下限值Imin还小时,控制信号运算装置412将运算出的控制电流I用下限值Imin代替。此外,当运算出的控制电流I比可变的上限值Imax还大时,控制信号运算装置412将运算出的控制电流I用可变上限值Imax代替。除这些情形外,控制信号运算装置412将运算出的控制电流I直接设定为控制电流I。
此外,控制信号运算装置412将设定好的控制电流I作为排出容量控制信号输入到螺线管驱动装置413。
螺线管驱动装置413根据排出容量控制信号,为与由控制信号运算装置412设定好的控制电流I相等,将控制电流I供给到螺线管364,驱动容量控制阀300。也就是说,控制信号运算装置412及螺线管驱动装置413构成控制电流调整装置,该控制电流调整装置根据由排出压力检测装置检测出的排出压力Pd及由目标吸入压力设定装置410设定好的目标吸入压力Pss,调整供给到容量控制阀300的螺线管364的控制电流I或与该控制电流I关联的参数。
图7具体地表示了螺线管驱动装置413的结构。
螺线管驱动装置413包括开关元件420,开关元件420与容量控制阀300的螺线管364串联地接入到电源430与地线之间的电源线上。开关元件420可断开、连接电源线,通过开关元件420的动作,将控制电流I以规定驱动频率(例如400~500Hz)的PWM(脉冲宽度调制)供给到螺线管364。
为形成惯性同步电路,将二极管421与螺线管364并联连接。
来自控制信号产生装置422的规定驱动信号被输入到开关元件420,对应于该信号,改变PWM的占空比。
此外,电源线上连接有电流传感器423,电流传感器423检测流过螺线管364的控制电流I。关于电流传感器423,只要能检测控制电流I,其设置位置并没有特别限定,只要可检测相当于控制电流I的物理量,并不限定于电流计,也可以是电压计。
电流传感器423将检测出的控制电流I输入到控制电流比较判定装置424,控制电流比较判定装置424对由控制信号运算装置412设定好的控制电流I和由电流传感器423检测出的控制电流I进行比较。此外,控制电流比较判定装置424根据比较结果,改变控制信号产生装置422发出的驱动信号,以使检测出的控制电流I与控制电流I接近。
即,通过在规定驱动频率的PWM下改变占空比,螺线管驱动装置413调整供给到螺线管364的控制电流I。此外,螺线管驱动装置413检测流过螺线管364的控制电流I,并执行反馈控制,以使检测出的控制电流I与由控制信号运算装置412运算出的控制电流I接近。
在螺线管驱动装置413以占空比调整控制电流I时,作为与控制电流I有关联的参数,控制信号运算装置412可运算占空比,此时,由控制信号运算装置412产生的排出容量控制信号是用于使螺线管驱动装置413以规定的占空比供给控制电流I的信号。
也就是说,排出容量控制信号既可以是对应于控制电流I的信号,也可以是对应于与控制电流I有关联的占空比等参数的信号。
下面,说明上述容量控制系统A的动作(使用方法)。
图8是表示控制装置400执行的主程序的流程图。主程序例如在车辆的点火开关成为接通状态时启动,在成为断开状态时停止。
该主程序中,在启动时首先设定初始条件(S10)。具体而言,将标志F1、F2设定为零,将控制电流I的可变上限值Imax设定为初始值Imaxi,将目标吸入压力Pss设定为初始值Psso。初始值Psso例如对应于外部气体温度Tamb通过下式确定。
Psso=K1·Tamb+K2(K1、K2为常数)
此外,在S10中,将控制电流I设定为使压缩机100的排出容量成为最小容量的Io。Io也可以为0。
接着,判定车用空调系统的空气调节器开关(A/C)是否接通(S11)。即,判定乘客是否要求对车厢进行制冷或除湿。当空气调节器开关接通时(“是”时),压力修正装置411读取由压力传感器403检测出的检测压力Ph(S12),并运算排出压力Pd(S13)。
比较判定运算出的排出压力Pd是否比预先设定的上限压力PdH小。
当S14的判定结果为“是”时,判定标志F1是否为0(S15)。由于在初始条件下F1=0,因此S15的判定结果为“是”。因此,在执行吸入压力控制程序S16后,再次执行S11。
当S14的判定结果为“否”时,标志F1被设定为1(S17),经过控制电流上限值减少程序S18,执行吸入压力控制程序S16。
在标志F1被设定为1期间,S15的判定结果变成“否”,经过控制电流上限值增大程序S19,执行吸入压力控制程序S16。将标志F1设定为0的步骤包含于控制电流上限值增大程序S19。
当空气调节器开关断开、S11的判定结果为“否”时,执行S10,将标志F1、F2、可变上限值Imax、目标吸入压力Pss及控制电流I分别复位成初始值。
这样,在上述主程序中,在执行吸入压力控制期间,限制供给到螺线管364的控制电流I的可变上限值Imax,以使排出压力Pd不超过上限压力PdH。此外,在可变上限值Imax被限制后,增大供给到螺线管364的控制电流I的可变上限值Imax,以使排出压力Pd不超过上限压力PdH。
图9是表示图8中的吸入压力控制程序S16的详细情况的流程图。
在吸入压力控制程序S16中,首先判定标志F2是否为0(S100)。由于在初始条件下,标志F2为0,因此判定结果为“是”,使计时器启动,并开始计测经过时间t(S101),将标志F2设定为1(S102)。
然后,通过目标吸入压力设定程序S103设定作为控制目标的目标吸入压力Pss,随后,利用控制电流运算程序S104根据规定的运算式运算控制电流I的候选值。
比较判定由控制电流运算程序S104运算出的控制电流I的候选值是否处于预先设定的下限值Imin以上(S105)。在S105的判定结果是运算出的控制电流I比下限值Imin小时(“否”时),读取下限值Imin作为控制电流I(S106),将控制电流I输出(S107)。
另一方面,若S105的判定结果是运算出的控制电流I的候选值处于下限值Imin以上(“是”时),比较判定运算出的控制电流I的候选值是否处于可变上限值Imax以下(S108)。若S108的判定结果是控制电流I超过可变上限值Imax(“否”时),则读取可变上限值Imax作为控制电流I(S109),将控制电流I输出(S107)。
即,在S107中,只要运算出的控制电流I的候选值满足Imin≤I≤Imax的关系,将在控制电流运算程序S104中运算出的控制电流I的候选值直接作为控制电流I输出,其余的情形下,将下限值Imin或可变上限值Imax作为控制电流I输出。
在第二次的吸入压力控制程序S16中,由于在上次的S102中标志F2被设定为1,因此S100的判定结果为“否”,判定由计时器计测出的经过时间t是否达到规定时间t1(S110)。若S110的判定结果是从计时器的启动没有经过规定时间t1(“是”时),则经过控制电流运算程序S104等,程序回到主程序。
另一方面,当计时器的经过时间t超过规定时间t1时,S110的判定结果为“否”,计时器被复位(S111),标志F2被设定为0(S112)。随后,经过控制电流运算程序S104等,程序回到主程序,但由于在接着执行吸入压力控制程序S16时,S100的判定结果为“是”,因此,执行目标吸入压力设定程序S103。
也就是说,每隔规定时间t1就执行目标吸入压力设定程序S103,由此,目标吸入压力Pss每隔规定时间t1就被更新。作为更新时间的规定时间t1例如设定为5秒。此外,在控制装置400中,根据在主程序的S13中始终读取的排出压力Pd和每隔规定时间t1就被更新的目标吸入压力Pss,运算控制电流I,以使吸入压力Ps接近目标吸入压力Pss。换言之,即便目标吸入压力Pss不改变,只要排出压力Pd变化,则控制电流I就改变,由此,控制排出容量,以使吸入压力Ps接近目标吸入压力Pss。
图10是表示图9中的目标吸入压力设定程序S103的详细情况的流程图。
在目标吸入压力设定程序S103中,首先,设定并读取作为压缩机100的排出容量控制的目标的蒸发器目标出口空气温度Tes(S200),并读取由蒸发器温度传感器402检测出的蒸发器出口空气温度Te(S201),然后运算蒸发器目标出口空气温度Tes与实际的蒸发器出口空气温度Te的偏差ΔT(S202)。然后,根据运算出的偏差ΔT,利用例如PI控制用的规定的运算式来运算目标吸入压力Pss(S203)。
在S203的运算式中,左侧含有目标吸入压力Pss,目标吸入压力Pss的初始值为Psso
此外,每执行一次目标吸入压力设定程序S103,便在S202中运算偏差ΔT,S203的运算式中的偏差ΔT的下标n表示偏差ΔT是在本次的S202中运算出的。同样地,下标n-1表示偏差ΔT是在上次的S202中运算出的。
然后,比较判定由S203运算出的目标吸入压力Pss是否处于预先设定的下限阈值P1以下,或者,是否处于预先设定的上限阈值P2以上(S204)。当S204的判定结果为“是”时,比较判定由S203运算出的Pss是否处于下限值PsL以下(S205)。
下限阈值P1及上限阈值P2是考虑到动作切换压力Psb的偏差而设定的,例如,下限阈值P1是容量控制阀300的动作切换压力Psb的偏差范围的下限值,上限阈值P2是动作切换压力Psb的偏差范围的上限值。因此,下限阈值P1、上限阈值P2及动作切换压力Psb满足P1<Psb<P2所表示的关系。动作切换压力Psb的偏差是由于容量控制阀300的制造上的偏差引起的。
当S204的判定结果为“否”时,比较判定蒸发器出口空气温度Te是否比蒸发器目标出口空气温度Tes高(S206)。当S206的判定结果为“是”时,即蒸发器出口空气温度Te比蒸发器目标出口空气温度Tes高时,设定下限阈值P1作为目标吸入压力Pss(S207)。另一方面,当S206的判定结果为“否”时,设定上限阈值P2作为目标吸入压力Pss(S208)。
由此,在S205中与下限值PsL做比较的目标吸入压力Pss处于下限阈值P1以下或上限阈值P2以上,在P1<Pss<P2的范围内,不设定目标吸入压力Pss。
这是因为以下原因造成的:由于感压器338的动作切换压力Psb的偏差,在P1<Pss<P2的范围内,根据容量控制阀300,可能存在感压器338与阀芯312连结的状态和非连结的状态,因此,即便确定了目标吸入压力Pss,也不可能唯一确定控制电流I。
因此,在该目标吸入压力设定程序S103中,在由S203运算出的目标吸入压力Pss处于P1<Pss<P2的范围内的情形下,当蒸发器目标出口空气温度Tes比实际的蒸发器出口空气温度Te低时,判断为需要增大排出容量,并将目标吸入压力Pss设定为下限阈值P1。另一方面,当蒸发器目标出口空气温度Tes处于实际的蒸发器出口空气温度Te以上时,判断为需要减少排出容量,并将目标吸入压力Pss设定为上限阈值P2。
由此,能避免将目标吸入压力Pss设定于P1<Pss<P2的范围内,只要将Pss设定于Pss≤P1的范围内,就能使感压器338与阀芯312可靠地连结,或者,只要将Pss设定于P2≤Pss的范围内,就能使感压器338与阀芯312可靠地非连结,这样就能根据目标吸入压力Pss唯一确定控制电流I。
当S205的判定结果为“是”时,读取下限值PsL作为目标吸入压力Pss(S209),然后,程序回到吸入压力控制程序S16,执行控制电流运算程序S104。在此时的控制电流运算程序S104中,根据作为目标吸入压力Pss的下限值PsL和排出压力Pd运算控制电流I。
另一方面,当S205的判定结果为“否”时,在维持由S203运算出的目标吸入压力Pss的状态下,执行控制电流运算程序S104。在此时的控制电流运算程序S104中,根据由S203运算出的目标吸入压力Pss和排出压力Pd运算控制电流I。
这样,通过目标吸入压力设定程序S103,根据由蒸发器目标出口空气温度设定装置401设定好的蒸发器目标出口空气温度Tes与由蒸发器温度传感器402检测出的蒸发器出口空气温度Te的偏差ΔT,设定目标吸入压力Pss。因此,通过目标吸入压力设定程序S103,排出容量被控制成使蒸发器出口空气温度Te接近蒸发器目标出口空气温度Tes。其结果是,车厢内维持规定的空气调节状态,确保车厢的舒适性。蒸发器目标出口空气温度Tes根据空气调节的设定和热负载条件等而改变。
图11是表示图9中的控制电流运算程序S104的流程图。
在控制电流运算程序S104中,首先,比较判定目标吸入压力Pss是否处于下限阈值P1以下(S220)。当S220的判定结果为“否”时,根据规定的运算式运算控制电流I(S221)。在S221中使用的运算式相当于上述的式(4),在S221中,以处于阀芯312与感压器338被断开的状态为前提,运算控制电流I。
另一方面,当S220的判定结果为“是”时,根据与S221不同的运算式运算控制电流I(S222)。在S222中使用的运算式相当于上述的式(8),在S222中,以处于阀芯312与感压器338被连结的状态为前提,运算控制电流I。
这样,在容量控制系统A中,对应于目标吸入压力Pss处于下限阈值P1以下还是处于上限阈值P2以上,改变容量控制阀300的吸入压力控制特性,对应于通过目标吸入压力Pss的设定而选择的吸入压力控制特性,运算控制电流I。
图12是表示图8中的控制电流上限值减少程序S18的详细情况的流程图。
在控制电流上限值减少程序S18中,首先,读取当前所设定的控制电流I(S230)。然后,通过从所读取的控制电流I中减去规定值ΔI1,运算改变值Ia1(S231)。
比较判定运算出的改变值Ia1是否比预先设定的控制电流I的下限值Imin大(S232)。当S232的判定结果为“是”时,也就是说运算出的改变值Ia1比下限值Imin大时,将当前的可变上限值Imax改写成改变值Ia1并更新(S233),然后,执行吸入压力控制程序S16。
当S232的判定结果为“否”时,读取0作为控制电流I(S234),然后,输出控制电流I(S235)。也就是说,当在S231中运算出的改变值Ia1处于下限值Imin以下时,供给到螺线管364的控制电流I为0。此外,在S235后,停止主程序,也就是说停止排出容量控制(S236)。
根据上述控制电流上限值减少程序S18,当在主程序的S14中判定为排出压力Pd处于上限压力PdH以上时,通过降低当前的控制电流I运算改变值Ia1,将控制电流I的可变上限值Imax更新为改变值Ia1,从而减少排出容量,以使排出压力Pd不会处于上限压力PdH以上。
另一方面,当改变值Ia1变成下限值Imin以下时,视为车辆、空调系统或压缩机发生某种异常,使压缩机100停止。
图13是表示图8中的控制电流上限值增大程序S19的详细情况的流程图。
在控制电流上限值增大程序S19中,首先,读取当前所设定的控制电流I(S250)。然后,通过在读取的控制电流I上加上规定值ΔI1,运算改变值Ia2(S251)。
比较判定运算出的改变值Ia2是否处于可变上限值Imax的初始值Imaxi以上(S252)。当S252的判定结果为“是”时,也就是说运算出的改变值Ia2处于初始值Imaxi以上时,将当前的可变上限值Imax改写成初始值Imaxi并更新(S253),并设定标志F1为0(S254),然后,执行吸入压力控制程序S16。
当S252的判定结果为“否”时,将当前的可变上限值Imax改写成运算出的改变值Ia2并更新(S255),然后,执行吸入压力控制程序S16。
也就是说,排出压力Pd一旦处于上限压力PdH以上,便在主程序的S17中将作为状态值的标志F1设定为1,随后,当排出压力Pd比上限压力PdH小时,在S15后执行该控制电流上限值增大程序S19。在控制电流上限值增大程序S19中,通过增加当前的控制电流I运算改变值Ia2,将控制电流I的可变上限值Imax更新为改变值Ia2,更新持续到可变上限值Imax变成其初始值Imaxi以上为止。由此,在排出压力Pd不达到上限压力PdH以上的范围内增加可变上限值Imax,从而扩大原本可使用于空调控制的控制电流I的范围。
在上述可变容量压缩机100用的容量控制阀300中,吸入压力Ps及螺线管364的电磁力F(I)以对抗排出压力Pd的方式作用于阀芯312。在上述使用容量控制阀300的可变容量压缩机100用的容量控制系统A的情形下,根据作为吸入压力Ps的目标值的目标吸入压力Pss和排出压力Pd,调整供给到螺线管364的控制电流I,从而大幅度扩大目标吸入压力Pss的设定范围,也就是吸入压力Ps的控制范围。
此外,在本容量控制系统A中,根据排出压力Pd和目标吸入压力Pss调整控制电流I,从而在阀芯312与感压器338被断开的状态以及阀芯312与感压器338被连结的状态这两种状态下执行吸入压力Ps的控制。在以往的容量控制系统中,若阀芯与感压器被断开,则已经不可能执行吸入压力Ps的控制,但在本容量控制系统A中,即便阀芯312与感压器338被断开,也能继续进行吸入压力Ps的控制。因此,在容量控制系统A中,与使用感压器338无关,能大幅度地扩大吸入压力Pss的控制范围。
在上述容量控制系统A中,电流调整装置对应于阀芯312与感压器338之间的断开、连接,根据式(4)或式(8)运算出合适的控制电流I。其结果是,在该容量控制系统A中能较好地保持吸入压力Ps的控制精度。
在上述容量控制系统A中,确定式(4),以反应在阀芯312与感压器338被断开状态下的容量控制阀300的动作,确定式(8),以反应在阀芯312与感压器338被连结状态下的容量控制阀300的动作,藉此,电流调整装置运算合适的控制电流I。其结果是,在该容量控制系统A中能较好地保持吸入压力Ps的控制精度。
在上述容量控制系统A中,设定目标吸入压力,以使目标吸入压力比包括动作切换压力Psb的规定范围大或小,藉此,即便每个容量控制阀300的动作切换压力Psb不同,电流调整装置也能可靠地对应于阀芯312与感压器338之间的断开、连接来运算控制电流I。其结果是,在该容量控制系统A中能较好地保持吸入压力Ps的控制精度。
在上述容量控制系统A的容量控制阀300中,阀芯312及传递杆334分别被在阀芯312的轴线方向上彼此分离的支承构件315及插通孔330的壁面支承,使得阀芯312被稳定地支承。
此外,在容量控制阀300中,当阀芯312及传递杆334相对于阀室304及插通孔330的壁面倾斜时,阀芯312及传递杆334与支承构件315及插通孔330的壁面分别在一处抵接,形成2点支承结构,因此,即便有横向力作用于阀芯312,也能防止被卡住,确保阀芯312顺畅地移动。
在上述容量控制系统A的容量控制阀300中,当阀芯312与感压器338被连结时,如上述式(6)所示,吸入压力Ps作用的区域的面积为从波纹管346的有效面积Sb与密封面积Sv的和中减去传递杆334的横截面积Sr2而得到的值,即(Sb+Sv-Sr2)。另一方面,当阀芯312与感压器338被断开时,如上述式(2)所示,吸入压力Ps作用的区域的面积为从密封面积Sv中减去传递杆334的横截面积Sr2而得到的值,即(Sv-Sr2)。
因此,阀芯312与感压器338被连结时的吸入压力Ps作用的区域的面积与阀芯312与感压器338被断开时的吸入压力Ps作用的区域的面积相比大幅度地增加,增加了有效面积Sb。其结果是,在该容量控制系统A中,当阀芯312与感压器338被连结时,作用于阀芯312的吸入压力Ps的负载大幅度增大,提高了对于吸入压力Ps的敏感度,并提高了吸入压力Ps的控制精度。
此外,在上述容量控制阀300中,对式(3)及式(7)进行比较,式(7)中的I的系数[-A/(Sb+Sv-Sr2)]及Pd的系数[(Sv-Sr2)/(Sb+Sv-Sr2)]的绝对值分别比式(3)中的I的系数[-A/(Sv-Sr2)]及Pd的系数(=1)的绝对值小。这是由于Sr2<Sv=Sr1<Sb的关系成立的缘故。
此时,如图5所示,通过使阀芯312与感压器338连结,与非连结的情形相比,与控制电流I或排出压力Pd的变化量相对应的目标吸入压力Pss的变化量的比例变得非常小,提高了吸入压力Ps的控制精度。
以下,对本发明的第二实施方式所涉及的可变容量压缩机用的容量控制系统B进行说明。参照图1可知,容量控制系统B包括容量控制阀500以代替容量控制阀300。图14表示了容量控制阀500的结构,在容量控制阀500中,对于与容量控制阀300相同的结构,标注相同的符号,省略其说明。
容量控制阀500包括与阀芯312分体形成的传递杆502以代替容量控制阀300中与阀芯312一体形成的传递杆334。传递杆502的一端部压入罩348的圆筒部,传递杆502的另一端部对应于感压器338的伸缩与阀芯312的端面接触、分离。即,当吸入压力Ps比动作切换压力Psb小时,感压器338伸长,传递杆502与阀芯312的端面抵接,通过传递杆502将阀芯312与感压器338之间连结。
容量控制系统B与容量控制系统A同样执行图8的主程序,但其控制电流运算程序S104的步骤S221的运算式与上述式(4)不同。这是由于以下原因造成的:当处于阀芯312与感压器338被断开的状态时,排出压力Pb作用于阀芯312的端面上与密封面积Sv相当的区域。
在阀芯312关闭阀孔310时,将阀芯312的端面上排出压力Pd所作用的区域称为第一承压面504,第一承压面540为圆形。此时,若传递杆502的横截面积也为Sr2,则能根据以下的式(9)及式(10)求出动作切换压力Psb。
数学式3
Sr2·Pd+(Sb-Sr2)·Psb-fs3=0…(9)
Psb = fs 3 Sb - Sr 2 - 1 Sb - Sr 2 · Pd · · · ( 10 )
从式(10)可知,动作切换压力Psb对应于排出压力Pd而变化,且如图15所示,随着排出压力Pd的增加而变小。此外,动作切换压力Psb对应于传递杆502的横截面积Sr2而变化,通过调整传递杆502的外径,可调整动作切换压力Psb。
从第二实施方式可知,传递杆502也可与阀芯312分体形成。
以下,对本发明的第三实施方式所涉及的可变容量压缩机用的容量控制系统C进行说明。参照图1可知,容量控制系统C包括容量控制阀600以代替容量控制阀300。图16表示了容量控制阀600的结构,在容量控制阀600中,对于与容量控制阀300相同的结构,标注相同的符号,省略其说明。
容量控制阀600的阀外壳602在阀室604的形状上与容量控制阀300的阀外壳302不同。
具体来说,在阀外壳602的内部,从驱动单元侧依次形成有第一空间606、第二空间608及第三空间610,第一空间606、第二空间608及第三空间610都呈圆柱形,且同轴地配置成一列,形成阀室602。第一空间606的外径比第二空间608的外径大,第二空间608的外径比第三空间610的外径大。阀孔310开口于阀室604的第三空间610。
配置于阀室604内的阀芯612包括彼此同轴地连结的、分别呈圆柱状的小径部614及大径部616,小径部614配置于第二空间608及第三空间610内。小径部614的外径比阀孔310的内径大,小径部614可通过与开口有阀孔310的阀外壳302的划分壁抵接而闭塞阀孔310的一端。
大径部616的外径比小径部614的外径大,且与第二空间608的直径大致相等。大径部616的一部分突出到第一空间606内,但大径部616的至少一部分与围住第二空间608的阀外壳302的周壁区域嵌合成自由滑动。因此,通过大径部616的一部分,阀室604的内部被气密地划分成流动区域618和感压区域620。
此外,在第二空间608与第三空间610的边界上形成有环状的台阶面,在该台阶面与阀芯612的大径部616之间配置有由压缩螺旋弹簧形成的开放弹簧622。开放弹簧622对阀芯612朝开阀方向施力。
在阀芯612的小径部614的端面上一体地连结有传递杆334,在容量控制阀600中,阀芯612与感压器338也被连结成可断开、连接。
在此,供气通路160的上流侧部分与容量控制阀600的第一端口318连接,流动区域618与排出室142连通。另一方面,供气通路160的下流侧部分与容量控制阀600的第二端口328连接,阀孔310与曲柄室105连通。
与容量控制阀300的情形相同,在上述容量控制阀600中,当阀芯612的小径部614关闭阀孔310时,关闭阀孔310所需的密封面积Sv与阀孔310的开口面积相等。
在容量控制阀600中,小径部614的端面与传递杆334相连。因此,在小径部614关闭阀孔310时,将小径部614的端面上曲柄压力Pc所作用的区域称为第一承压面624,第一承压面624为环状。此外,若传递杆334的横截面积为Sr2,则第一承压面624的面积为从密封面积Sv中减去传递杆334的横截面积Sr2而得到的值,即(Sv-Sr2)。
另一方面,关于阀芯612的大径部616,吸入压力Ps对朝向感压区域620的大径部616的端面朝闭阀方向作用。此时,将大径部616的端面上吸入压力Ps朝闭阀方向所作用的区域称为第二承压面626,第二承压面626的面积(以下也称感压面积Sr3)实际上与大径部616的横截面积相等。
此外,排出压力Pd朝闭阀方向作用于朝向流动区域618的阀芯612。排出压力Pd作用的面积为从感压面积Sr3中减去密封面积Sv而得到的值,即(Sr3-Sv)。
由于大径部616的外径比阀孔310的内径大,因此,在容量控制阀600中,感压面积Sr3比密封面积Sv大(Sr3>Sv)。
此时,作用于阀芯612的力有排出压力Pd、曲柄室105的压力(曲柄压力Pc)、吸入压力Ps、螺线管336的电磁力F(I)、开放弹簧622的施力fs1、压缩螺旋弹簧382的施力fs2及压缩螺旋弹簧344的施力fs3。为了便于说明,将开放弹簧622的施力与开放弹簧326的施力相同地以fs1表示。
这些力的关系由以下的式(11)及式(15)表示,式(11)表示阀芯612与感压器338被断开时的力的关系,式(15)表示阀芯612与感压器338被连结时的力的关系。
以Pc=Ps+α分别对式(11)及式(15)进行变形,得到式(12)及式(16)。Pc=Ps+α,即曲柄压力Pc与吸入压力Ps的差α大致落入一定的范围,这是从经验得知的。
此外,在式(12)及式(16)中,若F(I)=A·I(其中A为常数),则能得到式(13)、式(14)、式(17)及式(18)。
数学式4
Sr2·Ps+(Sv-Sr2)·Pc+(Sr3-Sv)·Pd-Sr3·Ps+fs1-fs2-F(I)=0…(11)
(Sr3-Sv)·Pd-(Sr3-Sv)·Ps+(Sv-Sr2)·α+fs1-fs2-F(I)=0…(12)
Ps = - A Sr 3 - Sv · 1 + Pd + ( Sv - Sr 2 ) · a + fs 1 - fs 2 Sr 3 - Sv · · · ( 13 )
1 = Sr 3 - Sv A · ( Pd - Ps ) + ( Sv - Sr 2 ) · α + fs 1 - fs 2 A · · · ( 14 )
fs3-Sb·Ps+Sr2·Ps+(Sv-Sr2)·Pc+(Sr3-Sv)·Pd-Sr3·Ps+fs1-fs2-F(I)=0…(15)
(Sr3-Sv)·Pd-(Sb+Sr3-Sv)·Ps+fs3+(Sv-Sr2)·α+fs1-fs2-F(I)=0…(16)
Ps = - A Sb + Sr 3 - Sv · 1 + Sr 3 - Sr Sb + Sr 3 - Sv · Pd + ( Sv - Sr 2 ) · α + fs 3 + fs 1 - fs 2 Sb + Sr 3 - Sv · · · ( 17 )
1 = Sr 3 - Sv A · Pd - Sb + Sr 3 - Sv A · Ps + ( Sv - Sr 2 ) · α + fs 3 + fs 1 - fs 2 A · · · ( 18 )
从式(13)及式(17)可知,排出压力Pd、开放弹簧622的施力fs1及压缩螺旋弹簧344的施力fs3朝开阀方向作用,这些以外的吸入压力Ps、螺线管336的电磁力F(I)及压缩螺旋弹簧382的施力fs2朝与开阀方向相反的闭阀方向作用。
此外,从式(13)及式(17)可知,只要排出压力Pd和电磁力F(I)即控制电流I确定,吸入压力Ps便确定。
也就是说,从第三实施方式可知,也可将排出压力Pd供给到阀室614的感压区域618,将曲柄压力Pc供给到阀孔310。
本发明并不限定于上述第一实施方式至第三实施方式,还能进行各种变形。
在第一实施方式的容量控制系统A的容量控制阀300中,由于第一承压面积Sr1与密封面积Sv相等(Sr1=Sv),曲柄压力Pc对阀芯312在开阀方向或闭阀方向上不作用,但也可通过使第一承压面积Sr1与密封面积Sv不同(Sr1≠Sv),使得曲柄压力Pc对阀芯312在开阀方向或闭阀方向上作用。
在第一实施方式的容量控制系统A、B、C的容量控制阀300、500、600中,使感压室332与吸入室140通过内部流路336连通,但也可以使感压室332与吸入室140直接连通。
在第一实施方式的容量控制系统A、B、C的容量控制阀300、500、600中,将阀室304、604内部划分成流动区域316、618和感压区域320、620,以使吸入压力Ps通过螺线管杆378作用于阀芯312、612,但划分流动区域316、618和感压区域320、620的划分装置并没有特殊限定。
作为划分装置,例如也可使用波纹管或膜片,在使用一端开口、另一端闭塞的小型波纹管时,将波纹管的闭塞端固定于阀芯312、612的与阀孔310相反一侧的一端。螺线管杆378的前端侧部分通过波纹管的开口端插入波纹管的内侧,将螺线管杆378的前端与波纹管的闭塞端的内表面连结。由此,螺线管杆378可通过电磁力F(I)对阀芯312、612施力。此外,使波纹管内侧的压力与吸入压力Ps相等,使吸入压力Ps作用于阀芯312。
应用第一实施方式及第二实施方式的容量控制系统A、B、C的压缩机100是无离合器压缩机,容量控制系统A、B、C也可应用于安装有电磁离合器的压缩机。压缩机100是斜板式的往复式压缩机,但也可以是摆动板式的往复式压缩机。摆动板式的压缩机包括用于使摆动板摆动的元件,将斜板107及该元件总称为斜板元件。压缩机100也可以是由电动机驱动的构件。
当可变容量压缩机100为斜板式或摆动板式压缩机时,由斜板元件的最小倾角规定的最小活塞行程非常小,排出容量的可变范围大。其结果是,在第一实施方式至第三实施方式所涉及的容量控制系统A、B、C中,吸入压力Ps的控制范围扩大与可变容量压缩机100的排出容量的可变范围大一起作用,使得吸入压力Ps的控制范围被有效地扩大。
在应用第一实施方式至第三实施方式的容量控制系统A、B、C的压缩机100中,为限制抽气通路162的流量来使曲柄压力Pc升压,在抽气通路162中配置了作为节流元件的固定孔口103c,作为节流元件,可采用可以改变流量的节流阀,此外还可以配置阀并调整阀开度。
在应用第一实施方式至第三实施方式的容量控制系统A、B、C的制冷循环10中,制冷剂并不限定于R134a和二氧化碳,也可以使用其他新制冷剂。也就是说,容量控制系统A、B、C不仅适用于以往的空调系统,也可适用于新式的空调系统。
第一实施方式至第三实施方式的容量控制系统A、B、C中,作为外部信息检测装置,包括蒸发器目标出口空气温度设定装置401和蒸发器温度传感器402,根据作为空调系统的目标值的蒸发器目标出口空气温度Tes和作为控制量的蒸发器出口空气温度Te运算目标吸入压力Pss,但用于运算目标吸入压力Pss的外部信息检测装置并不限定于此。
即,也可通过外部信息检测装置检测从以下所示的关于热负载的信息,关于压缩机100的运转状态的信息及关于车辆的运转状态的信息中选择出的一个或多个信息,并根据该外部信息设定目标吸入压力Pss。
<热负载>
外部气体温度、外部气体湿度、日照量、空调系统各种设定(蒸发器风扇的送风量、内部外部气体切换门位置、车内温度设定、吹出口位置、气体混合门位置)、车厢内温度、车厢内湿度、空气回路中蒸发器18的入口处的空气的温度及湿度等。
<压缩机及车辆的运转状态>
发动机转速、压缩机转速、车速、油门开度(节气门开度)、换档位置、刹车踩下量、辐射器冷却水温度、发动机油温度、压缩机100的排出压力Pd、压缩机100的各部分温度、压缩机100的振动、压缩机100的目标转矩等。
具体来说、例如也可根据蒸发器目标出口空气温度Tes和热负载设定目标吸入压力Pss。或者,也可设定目标吸入压力Pss,以使排出压力Pd或压缩机100的转矩接近目标值。
此外,也可根据关于压缩机100及车辆的运转状态的外部信息设定目标吸入压力Pss,调整压缩机100的机械负载。
在第一实施方式至第三实施方式的容量控制系统A、B、C中,当S202中的偏差ΔT接近0,目标吸入压力Pss被交替反复设定为下限阈值P1或上限阈值P2时,也可将改变由蒸发器目标出口空气温度设定装置401所设定的蒸发器目标出口空气温度Tes这样的指令信号从构成控制装置400的ECU输出到空气调节器用ECU。由此,目标吸入压力Pss被约束在P1<Pss<P2范围外,能控制蒸发器出口空气温度Te的变动。
换言之,在容量控制系统A、B、C中,当目标吸入压力设定装置410运算出的控制电流I的候选值反复进入包括动作切换压力Psb的规定范围内时,也可使蒸发器目标出口空气温度设定装置401改变作为车用空调系统的目标值的蒸发器目标出口空气温度Tes。由此,能避免作为车用空调系统的控制量的蒸发器出口空气温度Te在蒸发器目标出口空气温度Tes的上下变动,蒸发器出口空气温度Te接近蒸发器目标出口空气温度Tes。其结果是,在上述容量控制系统A、B、C中,能确保吸入压力控制的稳定性。
在第一实施方式至第三实施方式的容量控制系统A、B、C中,每隔时间t1就更新目标吸入压力Pss,并设定时间t1为5秒,但能以1秒<t1<10秒的范围为基准设定时间t1。
在第一实施方式至第三实施方式的容量控制系统A、B、C中,若更新(运算)控制电流I的时间为t2,则能以0.1秒<t2<1秒的范围为基准设定时间t2。
在第一实施方式至第三实施方式的容量控制系统A、B、C的S203中,只要能以使当前值接近设定的目标的方式设定目标吸入压力Pss,可使用任何运算式。
虽然在第一实施方式至第三实施方式的容量控制系统A、B、C中,设定F(I)=A·I,但也可以是F(I)=a1·I+a2,还可以是非线性的。
在第一实施方式至第三实施方式的容量控制系统A、B、C中,控制装置400的螺线管驱动装置413也可以不包括用于检测控制电流I的检测装置。此时,只要预先求出控制电流I与占空比的相互关系,根据该相互关系,在控制电流运算程序S104的S221及S222中直接运算占空比即可。
在第一实施方式至第三实施方式所涉及的容量控制阀300、500、600中,感压器338包括作为划分真空区域和吸入压力Ps区域的构件的波纹管346,但也可使用膜片来代替波纹管346。
最后,第一实施方式至第三实施方式的容量控制系统A、B、C当然也可应用于车用空调系统以外的空调系统中。

Claims (6)

1.一种可变容量压缩机用的容量控制系统,包括用于调整控制压力的容量控制阀和用于使所述容量控制阀动作的控制装置,通过调整所述控制压力来控制可变容量压缩机的排出容量,其特征在于,
所述容量控制阀包括:
螺线管;
阀芯,所述可变容量压缩机的排出室的压力朝开阀方向作用于所述阀芯,且所述可变容量压缩机的吸入室的压力及所述螺线管的电磁力朝与所述开阀方向相反的闭阀方向作用于所述阀芯;以及
感压器,该感压器与所述阀芯被连结成可断开、连接,且将随着所述吸入室的压力比动作切换压力低而增大的按压力朝所述开阀方向作用于所述阀芯,
所述控制装置包括:
排出压力检测装置,该排出压力检测装置用于检测所述可变容量压缩机的排出室的压力;
目标吸入压力设定装置,该目标吸入压力设定装置设定作为所述可变容量压缩机的吸入室压力的目标值的目标吸入压力;以及
电流调整装置,该电流调整装置根据由所述排出压力检测装置检测出的所述排出室的压力及由所述目标吸入压力设定装置所设定的所述目标吸入压力来调整供给到所述容量控制阀的螺线管的电流,
在所述阀芯与所述感压器被连结的状态以及所述阀芯与所述感压器被断开的状态这两种状态下,所述目标吸入压力设定装置设定所述目标吸入压力,所述电流调整装置调整供给到所述螺线管的电流。
2.如权利要求1所述的可变容量压缩机用的容量控制系统,其特征在于,在所述目标吸入压力设定装置所设定的所述目标吸入压力处于所述动作切换压力以上时,所述电流调整装置根据第一运算式运算应供给到所述螺线管的电流,在所述目标吸入压力设定装置所设定的所述目标吸入压力比所述动作切换压力低时,所述电流调整装置根据与所述第一运算式不同的第二运算式运算应供给到所述螺线管的电流。
3.如权利要求2所述的可变容量压缩机用的容量控制系统,其特征在于,确定所述第一运算式,以反应在所述阀芯与所述感压器被断开状态下的所述容量控制阀的动作,确定所述第二运算式,以反应在所述阀芯与所述感压器被连结状态下的所述容量控制阀的动作。
4.如权利要求3所述的可变容量压缩机用的容量控制系统,其特征在于,所述目标吸入压力设定装置设定所述目标吸入压力,以使所述目标吸入压力比包括所述动作切换压力的规定范围内的值大或小。
5.如权利要求4所述的可变容量压缩机用的容量控制系统,其特征在于,还包括检测空调系统的控制量与目标值的偏差的外部信息检测装置,
所述目标吸入压力设定装置根据所述空调系统的控制量与目标值的偏差反复运算所述目标吸入压力的候选值,且在运算出的所述目标吸入压力的候选值处于包括所述动作切换压力的规定范围内时,以比所述规定的范围内的值大或小的方式改变所述目标吸入压力的候选值,并设定所述目标吸入压力,以使所述控制量接近所述目标值,
在所述目标吸入压力设定装置运算出的所述目标吸入压力的候选值反复进入包括所述动作切换压力的规定范围内时,改变所述空调系统的目标值。
6.如权利要求1至5中任一项所述的可变容量压缩机用的容量控制系统,其特征在于,
所述可变容量压缩机包括:
内部划分有排出室、曲柄室、吸入室及缸膛的外壳;
设置于所述缸膛内的活塞;
在所述外壳内被支承成可旋转的驱动轴;以及
将所述驱动轴的旋转变换成所述活塞的往复运动并具有倾角可变的斜板元件的变换机构,
所述控制压力是所述曲柄室的压力。
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