CN102001272B

CN102001272B - 用于车辆的空气调节装置

Info

Publication number: CN102001272B
Application number: CN201010273129.1A
Authority: CN
Inventors: 青柳武士
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2030-09-02
Also published as: US20110048044A1; CN102001272A; FR2949389A1; JP5316321B2; US8857201B2; JP2011051491A; FR2949389B1; DE102010040127A1

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的空气调节装置，其包括制冷循环(20)；以使得所述循环的蒸发器(22)的制冷剂蒸发温度(Te)接近目标温度(TEO)的方式控制所述循环的压缩机(21)的制冷剂排出能力的控制器(60a)；以及至少基于制冷剂蒸发温度(Te)设定发动机(10)消耗的燃料量的上限(Qm)的设定部分(S6)。所述控制器以使得所述发动机消耗的实际燃料量等于或低于所述上限(Qm)的方式控制所述压缩机的制冷剂排出能力。

Description

用于车辆的空气调节装置

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的空气调节装置。

背景技术

用于车辆的空气调节装置具有蒸汽压缩制冷循环，并且所述制冷循环的压缩机由从车辆的内燃发动机输出的驱动力驱动。当空气调节装置处于运行中时，发动机的驱动力需要增大，因为额外的驱动力是压缩机所必需的。因此，当空气调节装置处于运行中时燃料消耗增大。

JP-A-2006-298042公开了一种用于车辆的空气调节装置。基于车辆的乘客舱的实际温度和预设温度，为加速器开度设定了阈值。当加速器开度变得大于阈值时，从发动机到压缩机的动力传输被阻断。因此，发动机的负载被降低以便提高里程数和和加速特性。

然而，发动机的输出不能根据驱动压缩机所必需的输出被控制，而发动机的输出可以根据驱动车辆所必需的输出被控制。也就是说，空气调节所必需的发动机输出根据空气调节的负载、而不是根据加速器开度改变。

因此，在JP-A-2006-298042中空气调节所必需的发动机输出不能被控制。也就是说，燃料消耗量不能根据空气调节的负载被控制。

例如，即使空气调节的负载被降低，空气调节所必需的燃料消耗量也不能被降低。在这种情况下，里程数不能被提高。

发明内容

考虑到前述以及其他问题，本发明的一个目的是提供一种用于车辆(或交通工具)的空气调节装置。

根据本发明的第一实例，用于车辆的空气调节装置包括制冷循环、控制器以及上限设定部分。制冷循环包括利用从车辆的内燃发动机输出的驱动力压缩和排出制冷剂的压缩机，以及通过与待输送到车辆的乘客舱的空气交换热量而蒸发制冷剂的蒸发器。控制器以使得蒸发器的制冷剂蒸发温度接近目标温度的方式控制制冷剂排出能力(discharge capacity)。上限设定部分至少利用制冷剂蒸发温度设定发动机消耗的燃料量的上限。控制器以使得发动机消耗的实际燃料量等于或低于所述上限的方式控制压缩机的制冷剂排出能力。

因此，燃料消耗量可以被减小。

附图说明

通过接下来参考附图作出的详细说明，本发明的以上及其它目的、特征和优点将变得更清楚。在附图中：

图1是示出了根据一个实施方式的用于车辆的空气调节装置的示意图；

图2是示出了空气调节装置的方框图；

图3是示出了空气调节装置的控制的流程图；

图4是被用于设定燃料消耗量的上限的特性曲线图；以及

图5是被用于设定用于燃料消耗量的上限的修正量特性曲线图。

具体实施方式

在一个实施方式中，空气调节装置1用于冷却车辆的乘客舱。车辆从内燃发动机10获得驱动力，并且汽油被用作发动机10的燃料。一预定量的汽油通过对应于喷射器的燃料喷射阀(未示出)被喷射到带入发动机10中的空气中。空气-燃料混合物被形成为具有预定的空气-燃料比率，并且空气-燃料混合物在发动机10的燃烧室中燃烧。因此，旋转驱动力可以从发动机10输出。

燃料喷射阀包括阀部件以及例如为卷绕圈的移动阀部件的电磁阀。阀部件打开/关闭喷射口以喷射压缩的燃料。燃料喷射阀通过从如下所述的发动机控制器50输出的控制电压被控制。发动机控制器50通过改变充料时间控制燃料喷射量。喷射口在充料时间期间打开。

从发动机10输出的旋转驱动力不仅用于驱动车辆而且用于驱动压缩机21。空气调节装置1的蒸汽压缩制冷循环20冷却待输送入乘客舱的空气并且包括压缩机21。

将参考图1描述具有制冷循环20的空气调节装置1。

制冷循环20具有压缩机21、散热器24、电膨胀阀23以及蒸发器22。压缩机21抽吸并且压缩制冷剂。散热器24使得经压缩的制冷剂放出热量。膨胀阀23使流出散热器24的高压制冷剂减压和膨胀。蒸发器22通过与待输送的空气交换热量而使得经膨胀的制冷剂蒸发。

氟氯化碳制冷剂被用作制冷循环20的制冷剂，并且亚临界制冷循环被构成。高压侧制冷剂压力不超过制冷剂的临界压力。此外，制冷机的油被混合到制冷剂中以用于润滑压缩机21，并且在带有制冷剂的循环中循环。

压缩机21被布置在车辆的发动机舱中。压缩机21抽吸制冷循环20的制冷剂，并且在压缩之后排出制冷剂。驱动力从发动机10通过皮带轮和传动带V被传输到压缩机21。例如，一种已知的斜盘式容量可变压缩机被用作压缩机21。压缩机21的排出能力通过从空气调节控制器60输出的控制电流In的信号被连续地控制。

压缩机21的制冷剂排出能力通过改变制冷剂排出容积被控制。特别地，压缩机21的电磁控制阀21a的开度根据控制电流In改变。被抽吸进压缩机21内部的斜盘室(未示出)的制冷剂的比率关于从压缩机21中排出的制冷剂被控制。因此，活塞行程通过改变斜盘的倾斜角被控制。

也就是说，控制阀21a对应于改变压缩机21的制冷剂排出能力的排出能力改变部分。所述排出容积是工作空间的几何容积，所述抽吸和压缩在其中进行。特别地，排出容积对应于在活塞行程的上死点和下死点之间限定的汽缸容积。

斜盘式压缩机的排出容积可以在介于大约0％和100％之间的范围内连续地改变。通过将排出容积减小到大约0％，压缩机21大致被停止。压缩机21具有无离合构造，由此压缩机21始终通过皮带轮和传动带V与发动机10连接。

压缩机21的出口在制冷剂流动方向上与散热器24的入口连接。散热器24布置在发动机舱的前侧。由于有散热器24，因此热量在从压缩机21流出的高温高压制冷剂与从空气输送风扇24a输送的外部空气之间交换。风扇24a的转数通过从空气调节控制器60输出的控制电压电控制。因此，空气的量被控制。

压缩机21的出口在制冷剂流动方向上与接收器25的入口连接。接收器25将制冷剂分离成气相和液相，并且存储额外的制冷剂。接收器25对应于低压侧气-液分离器。

接收器25的出口在制冷剂流动方向上与膨胀阀23的入口连接。膨胀阀23是使从接收器25流出的高压制冷剂减压和膨胀的减压部分。膨胀阀23的节流通道面积通过从空气调节控制器60输出的控制信号控制。膨胀阀23是电驱动的可变节流机构。

空气调节控制器60以使得流过蒸发器22的出口的制冷剂的过热度处于预定范围内的方式控制膨胀阀23。备选地，可以布置蒸发传感器以代替膨胀阀23以便检测流过蒸发器22的出口的制冷剂的温度和压力。流过蒸发器22的出口的制冷剂的过热度基于温度和压力被计算。所述传感器可以布置在蒸发器22的空气侧表面上。膨胀阀23的节流通道面积可以按照使得流过蒸发器22的出口的制冷剂的过热度处于预定范围内的方式由基于温度的机构控制。

膨胀阀23的出口在制冷剂流动方向上与蒸发器22的入口连接。蒸发器22布置在由室内空气调节单元30限定的空气通道中。流过蒸发器22的制冷剂与待输送的空气交换热量，以使得制冷剂被蒸发。蒸发器22是冷却的换热器，以利用吸热特性冷却待输送的空气。

蒸发器22的出口在制冷剂流动方向上与压缩机21的入口连接。蒸发器22包括多个管、集水箱和翅片，并且制冷剂流过所述管。集水箱沿管的纵向方向布置在管的端部上，以便分配和聚集制冷剂。翅片布置在管之间以便促进热交换。

蒸发器22还包括冷存储(蓄冷)部分以存储冷能。冷存储部分布置在邻近彼此定位的管和翅片之间。冷存储部分包括布置在管和翅片之间的容器，所述容器容纳例如为石蜡的冷存储介质。

当制冷剂被蒸发器22蒸发时，冷存储介质被固化，以使得冷能被存储。当冷存储介质熔化时，存储的冷能被放出。冷存储部分并非被布置用于管和翅片之间的所有间隙。也就是说，冷存储部分可以被布置在一些间隙中。

将描述室内空气调节单元30。室内空气调节单元30布置在仪表板内部。所述仪表板位于乘客舱的最前部。鼓风机32和蒸发器22容纳在单元30的壳体31中。

壳体31限定出用于待送入乘客舱的空气的空气通道。壳体31由例如具有一定弹性和突出的强度的树脂、例如聚丙烯制成。

空气入口30a在空气流动方向上限定在壳体31的最上游处以便将空气引入壳体31中。内部-和-外部空气改变装置可以被布置在入口30a处。因此，待引入壳体31中的空气可以在内部空气和外部空气之间切换。

鼓风机32在空气流动方向上布置在入口30a的下游，以便将通过入口30a抽吸的空气朝向乘客舱输送。鼓风机32可以是例如为多叶片式风扇的离心复叶扇，并且由电动机驱动。鼓风机32的转数通过从空气调节控制器60输出的控制电压被控制。因此，由鼓风机32输送的空气的量可以被控制。蒸发器22在空气流动方向上布置在鼓风机32下游。

空气出口(未示出)在空气流动方向上限定在壳体31的最下游，以便鼓吹空气穿过蒸发器22到待冷却的乘客舱中。空气出口可以由面部出口、脚部出口和除霜器出口构成。经调节的空气通过面部出口朝向乘坐者的上身被吹出。经调节的空气通过脚部出口朝向乘坐者的脚部被吹出。经调节的空气通过除霜器出口朝向车辆挡风玻璃的内表面被吹出。

面部门挡布置在面部出口的上游以便控制面部出口的开放面积。脚部门挡布置在脚部出口的上游以便控制脚部出口的开放面积。除霜器门挡布置在除霜器出口的上游以便控制除霜器出口的开放面积。空气出口模式可以通过打开或关闭出口而改变。

将参考图2描述空气调节装置1的电控制部分。发动机控制器50和空气调节控制器60中的每一个都包括微型计算机和周边电路。微型计算机具有CPU、ROM、RAM等。计算和处理基于存储在ROM中的控制程序进行。各种器具与微型计算机的输出侧连接，并且通过微型计算机控制。

限定发动机10的各种发动机器具与发动机控制器50的输出侧连接。特别地，例如燃料喷射阀的驱动电路被连接。

用于控制发动机10的传感器与发动机控制器50的输入侧连接。加速器开度传感器51检测加速器开度Acc。发动机转数传感器52检测发动机10的发动机转数Ne。速度传感器53检测车辆的速度Vv。

压缩机21的控制阀21a、膨胀阀23、空气输送风扇24a和鼓风机32与空气调节控制器60的输出侧连接。

用于控制空气调节的传感器与空气调节控制器60的输入侧连接。内部空气传感器61检测乘客舱内部的空气温度Tr。外部空气传感器62检测外部空气温度Ta。日光量传感器63检测进入乘客舱的日光辐射量Ts。蒸发器传感器64检测从蒸发器22中吹出的空气温度Te。从蒸发器22中吹出的空气温度Te对应于制冷剂蒸发温度。传感器64可以检测蒸发器22的空气侧表面的温度。

操纵板70被布置为接近位于乘客舱前侧部的仪表盘，并且与空气调节控制器60的输入侧连接。输入到操纵板70的开关中的操作信号被输出到空气调节控制器60中。所述开关可以通过空气调节装置1的启动开关、空气调节装置1的自动操作开关、设定用于乘客舱的预设温度Tset的温度开关、以及设定鼓风机32的空气量的空气量开关构成。

当空气调节控制器60整体地控制空气调节器具时，控制控制阀21a的制冷剂排出能力的硬件和软件被限定为排出能力控制器60a。压缩机21的制冷剂排出能力由控制阀21a改变。排出能力控制器60a可以与空气调节控制器60分离。

发动机控制器50和空气调节控制器60彼此电连接以便相互通信。当一信号被输入到控制器50、60中的一个中时，控制器50、60中的另一个可以基于所述信号控制与其输出侧连接的器具。发动机控制器50和空气调节控制器60可以彼此整体地结合。

将参考图3描述空气调节装置1的运行。图3是示出了由空气调节控制器60进行的控制过程的流程图。当操纵板70的自动操作开关被打开同时车辆的点火开关处于开启状态时控制过程被起动。

在S1处，对标记、计时器和控制变量进行初始化。在S2处，读取传感器61-64的检测信号、发动机控制器50的控制信号、以及操纵板70的操作信号，并且执行S3。

在S3处，通过利用以下表达式F1计算吹入乘客舱的空气的目标吹出温度TAO。

TAO＝Kset×Tset-Kr×Tr-Ka×Ta-Ks×Ts+C……(F1)

Tset的值是通过温度预设开关设定的温度。Tr的值是通过内部空气传感器61检测的内部空气温度。Ta的值是通过外部空气传感器62检测的外部空气温度。Ts的值是通过日光传感器63检测的日光辐射量。Kset、Kr、Ka和Ks的值是增益，并且C的值是用于修正的常量。

在S4处，设定空气调节器具的运行状态，并且设定蒸发器22的目标制冷剂蒸发温度TEO。

例如，通过参考存储在空气调节控制器60中的控制映射图，基于目标吹出温度TAO设定鼓风机32的空气量。特别地，施加到鼓风机32的电动机的电压被设定。

当TAO的值处于极低温度区中时，电压升高到最大值。因此，鼓风机32的空气量增大到最大值以便执行最大冷却操作。随着TAO的值从极低温度区升高，电压被降低以便减小空气量。

通过参考存储在空气调节控制器60中的控制映射图，基于目标吹出温度TAO设定目标制冷剂蒸发温度TEO。特别地，TEO的值随着TAO的值增大而增大。此外，为了防止蒸发器22结霜，对TEO设定下限、例如1℃。

在S5处，压缩机21的制冷剂排出能力以使得蒸发器温度传感器64检测的制冷剂蒸发温度Te变得等于目标制冷剂蒸发温度TEO的方式被设定。特别地，利用例如为比例积分(PI)控制的反馈控制，基于制冷剂蒸发器温度Te和目标温度TEO之间的偏差(Te-TEO)确定供给到控制阀21a的控制电流In。

在对应于上限设定部分的S6处，通过参考从发动机控制器50输出的控制信号以及存储在空气调节控制器60中的控制映射图，确定燃料消耗量的上限Qm。燃料在发动机10中被消耗以驱动车辆和压缩机21。

发动机控制器50通过改变用于燃料喷射阀的电力供应时间控制燃料喷射量。此外，发动机控制器50基于从传感器51-53读取的检测信号计算发动机10的负载。因此，输出车辆的驱动力必需的燃料喷射量可以通过确定电力供应时间而设定。

输出驱动力所必需的燃料喷射量对应于输出驱动力所必需的燃料消耗量。因此，燃料喷射量可以被定义为燃料消耗量。驱动车辆所必需的燃料消耗量Qe不包括驱动制冷循环20的压缩机21所必需的燃料消耗量。

因此，通过参考存储在空气调节控制器60中的控制映射图，基于减法值(Te-TEO)，对于被用于驱动压缩机21的燃料消耗量设定上限Qc。通过从制冷剂蒸发温度Te减去目标制冷剂蒸发温度TEO计算减法值(Te-TEO)。特别地，如图4所示，随着减法值(Te-TEO)增大，用于驱动压缩机21的燃料消耗量的上限Qc增大。

在所述控制映射图中，上限Qc增大的程度随着减法值(Te-TEO)变得更大而增大。基于从发动机控制器50中获得的控制信号将用于驱动压缩机21的上限Qc加到用于驱动车辆的上限Qe中而限定上限Qm。

在对应于上限修正部分的S7处，通过参考存储在空气调节控制器60中的控制映射图，基于发动机10的负载修正在S6处设定的上限Qm。

如图5所示，例如，发动机10的负载被分成三个等级，例如低、中和高。修正量Qa随着发动机10的负载增大而增大。修正量Qa被加到S6的上限Qm中，以便限定燃料消耗量的经修正的上限Qm。发动机10的负载可以由发动机控制器50计算。

在S8处，判定发动机10消耗的实际燃料消耗量是否大于经修正的上限Qm。特别地，基于减法值(Te-TEO)、通过参考预定控制映射图，估算实现S5的压缩机21的制冷剂排出能力所必需的燃料消耗量。

用于压缩机21的估算的燃料消耗量加上用于驱动车辆的燃料消耗量Qe，以便限定出作为实际燃料消耗量的估算值。当估算值Qs被确定为大于上限Qm时，进行S9。当估算值被确定为等于或小于上限Qm时，进行S10。

用于估算被用于压缩机21的燃料量的预定控制映射图通过从第二燃料消耗量减去第一燃料消耗量而限定。第一燃料消耗量在压缩机21停止时被限定。第二燃料消耗量在压缩机21运行时被限定。

(Te-TEO)的值符合压缩机21的制冷剂排出能力。因此，控制映射图预先存储(Te-TEO)的值与通过从第二燃料消耗量减去第一燃料消耗量而计算的以上所述值之间的关系。因此，可以估算为了实现在S5处确定的压缩机21的制冷剂排出能力所必需的燃料消耗量。

在S9处，压缩机21的制冷剂排出能力以使得发动机10的实际燃料消耗量变得等于或低于上限Qm的方式被降低，并且在S9之后进行S10。特别地，以使得发动机10的实际燃料消耗量变得等于或低于上限Qm的方式，供给到控制阀21a的控制电流In被改变成在S5处设定的值。通过将压缩机21的排出容积减小到大约0％，压缩机21可以大致被停止。

在S10处，控制信号从空气调节控制器60被输出到空气调节器具，以便获得在S4-S9设定的控制状态。

在S11处，确定控制周期τ是否经过。在控制周期τ经过之后，S2重新起动。

根据所述实施方式，蒸发器22的制冷剂蒸发温度Te被控制为接近目标蒸发温度TEO。因此，待送入乘客舱的空气被蒸发器22冷却以便具有预定温度。因此，可以进行用于乘客舱的冷却空气调节。

压缩机21的制冷剂排出能力以使得发动机10的实际燃料消耗量变得等于或低于上限Qm的方式被控制。也就是说，发动机10的实际燃料消耗量可以被阻止超过上限Qm。因此，发动机10的燃料消耗量可以被减小，而车辆的燃料里程可以被增大。

在对应于上限设定部分的S6处，减法值(Te-TEO)被用于设定上限Qm。因此，上限Qm可以基于空气调节负载被确定。通过将驱动压缩机21所必需的、即空气调节所必需的最小燃料消耗量加到驱动车辆所必需的燃料消耗量上而限定上限Qm。

此外，上限Qm随着(Te-TEO)的值在S6处增大而增大。随着值(Te-TEO)变得更大，驱动压缩机21所必需的上限Qc增大的程度增大。因此，甚至当空气调节负载增大时，用于启动压缩机21的燃料消耗量也可得以保证。此外，可以迅速使得制冷剂蒸发温度Te更接近目标制冷剂蒸发温度TEO。因此，可以在短时间内完成乘客舱的空气调节。

发动机10的燃料消耗量可以根据空气调节负载被减小。也就是说，当进行乘客舱的空气调节时，里程数可以增大。

在对应于上限修正部分的S7处，根据发动机10的负载的增大，燃料消耗量的上限Qm增大。因此，即使驱动车辆所必需的燃料根据发动机10的负载的增大而增大，空气调节所必需的燃料也可得以保证。

在对应于确定部分的S8处，通过从第二燃料消耗量减去第一燃料消耗量，对于为了实现在S5处设定的压缩机21的制冷剂排出能力所必需的燃料消耗量，估算出估算值。第一燃料消耗量在压缩机21停止时被限定。第二燃料消耗量在压缩机21运行时被限定。

因此，压缩机21的制冷剂排出操作可以基于S8的确定结果被控制。因此，发动机10消耗的实际燃料消耗量可以被控制为等于或低于上限Qm。

此外，蒸发器22包括冷存储部分。当发动机10的实际燃料消耗量变得高于上限Qm时，压缩机21的制冷剂排出能力减小。这时，存储在冷存储部分中的冷能可以被用于冷却待送入乘客舱的空气。因此，即使压缩机21的制冷剂排出能力减小，乘客舱的温度也可以被限制以不迅速升高。

本发明并不限于所述实施方式。实施方式可以在本发明的范围内不同地改变。

空气调节装置1不限于用于冷却。

例如，两个通道可以被限定在壳体31中的蒸发器22的下游。加热器可以被布置在所述通道的一个中，以便加热由蒸发器22冷却的空气。可以由另一个通道限定旁路通道以用于绕过加热器。在这种情况下，通过控制由加热器加热的空气与流过旁路通道的空气的比率，空气调节装置1可以加热空气。

具有空气调节装置1的车辆不限于汽油发动机车辆。空气调节装置1可以用于柴油发动机车辆或混合动力车辆。

压缩机21不限于容量可变的压缩机。压缩机21可以是容量固定的压缩机。在这种情况下，制冷剂排出能力通过改变压缩机21的运行率而被改变。运行率通过被用于从发动机传输动力到压缩机的电磁离合器改变。也就是说，在这种情况下，电磁离合器对应于排出能力改变部分。

在S9处，制冷剂排出能力可以通过控制压缩机21的运行率被减小。因此，燃料消耗量可以被减小为等于或低于上限Qm。压缩机21可以通过阻断从发动机到压缩机的动力传输而停止。

当在S8处发动机10的实际燃料消耗量被确定为等于或低于上限Qm时，进行S10。备选地，这时，压缩机21的制冷剂排出能力可以升高。

这样的变化和修改应被理解为处于如所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims

1.一种用于车辆的空气调节装置，其包括：

制冷循环（20），所述制冷循环（20）包括：

压缩和排出制冷剂的压缩机（21），所述压缩机由所述车辆的发动机（10）驱动，以及

蒸发器（22），所述蒸发器（22）通过与将被输送用于所述车辆的乘客舱的空气交换热量而蒸发制冷剂；

以使得所述蒸发器的制冷剂蒸发温度（Te）接近目标温度（TEO）的方式控制所述压缩机的制冷剂排出能力的控制器（60a）；以及

至少基于所述制冷剂蒸发温度（Te）设定所述发动机消耗的燃料量的上限（Qm）的上限设定部分（S6），其中

所述控制器以使得所述发动机消耗的实际燃料量等于或低于所述上限（Qm）的方式控制所述压缩机的制冷剂排出能力，

所述空气调节装置还包括：

确定一估算值（Qs）大于所述上限（Qm）的确定部分（S8），其中

通过从第二燃料消耗量减去第一燃料消耗量，再加上用于驱动车辆的燃料消耗量（Qe），所述估算值（Qs）用于估算所述发动机的燃料消耗量，所述第一燃料消耗量在所述压缩机停止时被限定，所述第二燃料消耗量在所述压缩机运行时被限定，以及

当所述确定部分（S8）确定所述估算值大于所述上限（Qm）时，所述控制器以使得所述发动机消耗的实际燃料量等于或低于所述上限（Qm）的方式控制所述压缩机的制冷剂排出能力，

并且压缩机通过降低制冷剂排出能力以实际燃料量不超过上限（Qm）的方式运行。

2.根据权利要求1所述的空气调节装置，其特征在于，

随着减法值（Te-TEO）增大，所述上限设定部分（S6）使所述上限（Qm）增大，以及

所述减法值通过从所述制冷剂蒸发温度减去所述目标温度而被限定。

3.根据权利要求1或2所述的空气调节装置，其特征在于，所述空气调节装置还包括：

修正所述上限（Qm）的上限修正部分（S7），其中

随着所述发动机的负载增大，所述上限（Qm）增大。

4.根据权利要求1或2所述的空气调节装置，其特征在于，

所述蒸发器（22）具有存储冷能的冷存储部分。