CN102470727A - 车用空调装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供车用空调装置，该车用空调装置能通过高精度地检测出与制冷剂流量相关度较高的节流孔前后的压差，来高精度地推定出在压缩机扭矩推定中所使用的该制冷剂流量，进而能高精度地推定出压缩机扭矩，并使该推定能力图实现并达成节省空间化、降低成本。车用空调装置包括制冷循环，该制冷循环包括：制冷剂的压缩机；冷凝器；减压/膨胀机构；以及蒸发器，其特征在于，在冷凝器与减压/膨胀机构之间的制冷剂通路上，配置有对制冷剂流进行节流的节流孔，并设置有能对该节流孔前后压差进行检测的压差检测单元，并且，设置有参照所检测到的压差来推定出制冷剂流量的制冷剂流量推定单元、以及参照所推定出的制冷剂流量来推定出压缩机的扭矩的压缩机扭矩推定单元。

Description

车用空调装置
技术领域
本发明涉及车用空调装置，尤其涉及车用空调装置的改良，该车用空调装置能以紧凑的结构容易地实现，能高精度地推定出其制冷循环中的制冷剂流量，从而能通过制冷剂流量来高精度地推定出压缩机扭矩。
背景技术
在依次包括压缩机、冷凝器、减压/膨胀机构、以及蒸发器的车用空调装置的制冷循环中，大多要求推定出消耗大半动力的压缩机的驱动用扭矩。如果能高精度且实时地推定出压缩机扭矩，则可反映到作为压缩机的驱动源的车辆引擎的控制等(例如，引擎燃料喷射控制)中，从而能对节省车辆耗油量等作出贡献。
在压缩机扭矩的推定中，已知使用此时的制冷剂流量是有效的，且如果能高精度地推定出制冷剂流量，则还能高精度地推定出压缩机扭矩。此外，对于制冷剂流量的推定而言，已知利用与制冷剂流量相关度较高的、在制冷剂通路(尤其是包含液相的制冷剂通路)的适当区间的上游侧压力与下游侧压力之间的压差是有效的，为了在回路内的短区间中保持明确的压差，通常而言，设置节流阀(节流孔)是有效的。在家用电器空调装置中，已知如下方法：在制冷剂通路中设置节流孔，求出在该节流孔前后所产生的压力差(例如，专利文献1[0004]段)。然而，该专利文献1未提及制冷剂流量与压缩机扭矩之间的关系。
另一方面，对车用空调装置而言，由于要求将其设置在发动机室等受限的空间，因此要求使车用空调装置小型化(节省空间化)，并且对降低成本有较强要求。而且，多数情况下对制冷循环的压缩机的驱动使用车辆发动机的动力，然而为了对车辆发动机的车辆行驶进行控制，有时能用于压缩机的驱动的动力可能会受限。因而，较正确地推定出制冷循环中的压缩机扭矩，这对车辆侧的控制或节省耗油量等而言很重要。
专利文献1：日本专利特开平6-281300号公报
发明内容
如上所述，在车用空调装置的领域中，尽管对高精度地推定出制冷循环中的压缩机扭矩的要求较高，然而特意对制冷剂通路设置特别的压差检测单元，根据检测压差推定出制冷剂流量，并根据所推定出的制冷剂流量推定出压缩机扭矩，这样的方法并非是常规方法。因而，在最终将高精度地推定出压缩机扭矩作为目标的情况下，如果不考虑车用空调装置特有的要求、即节省空间或降低成本、进而是对节省车辆耗油量的贡献等来进行设计，则难以获得最适合的实施方式。
因此，本发明的课题在于提供车用空调装置，该车用空调装置在制冷循环中的最适当的位置处配置有节流孔，能通过高精度地检测与制冷剂流量相关度较高的节流孔前后的压差，来高精度地推定出在压缩机扭矩的推定中所使用的该制冷剂流量，进而能高精度地推定出压缩机扭矩，并能基于由以最适当的方式高效地组装于特定位置的压差检测单元所进行的检测，来进行该推定，从而能实现节省空间、节省成本，进而对节省车辆耗油量作出贡献。
为了解决上述问题，本发明所涉及的车用空调装置包括制冷循环，该制冷循环包括：制冷剂的压缩机；进行了压缩的制冷剂的冷凝器；使来自冷凝器的制冷剂减压/膨胀的减压/膨胀机构；以及使来自减压/膨胀机构的制冷剂蒸发的蒸发器，其特征在于，在所述冷凝器与减压/膨胀机构之间的制冷剂通路上，配置有对制冷剂流进行节流的节流孔，并设置有能对该节流孔的制冷剂流动方向的上下游位置处的压力之间的压差进行检测的压差检测单元，并且，所述车用空调装置设置有制冷剂流量推定单元和压缩机扭矩推定单元，所述制冷剂流量推定单元参照由该压差检测单元所检测到的压差，来推定出制冷剂流量，所述压缩机扭矩推定单元参照由该制冷剂流量推定单元所推定出的制冷剂流量，来推定出所述压缩机的扭矩。
即，在本发明所涉及的车用空调装置中，在制冷循环内的最适合的位置、即、在制冷剂状态以液相为主体而处于稳定状态的冷凝器与减压/膨胀机构之间的制冷剂通路中，配置节流孔，从而能以稳定高效且高精度地检测节流孔的制冷剂流动方向的上下游位置处的压力之间的压差，该压差成为推定制冷剂流量的基础，进而成为高精度地推定压缩机扭矩的基础。对包含节流孔的压差检测单元的设置而言，通过作出如下所述的特别的努力，能力图实现节省空间化并能容易地配置在规定的位置处，且对于压差检测单元本身以及其组装而言，还能实现降低成本。而且，使通过冷凝器后的制冷剂通过节流孔，从而能在制冷剂作为液相主体而稳定的区域内检测节流孔前后的压差，能高效地进行高精度的压差检测。高精度的压差检测使得高精度的制冷剂流量推定变得可行，进而使得高精度的压缩机扭矩的推定变得可行。
在本发明所涉及的车用空调装置中，如何能力图实现节省空间、降低成本很重要，然而为了高效地达成这一目的，优选使用如下实施方式：将形成上述冷凝器与减压/膨胀机构之间的制冷剂通路的一部分的配管、和上述压差检测单元构成为一体的单元，在该单元内配置有上述节流孔。根据该结构，能通过单单将该一体化单元组装到制冷循环内的规定位置、即冷凝器与减压/膨胀机构之间的制冷剂通路位置处，就能进行规定的压差检测，能容易地实现节省空间和降低成本。
此外，优选在上述一体化单元上，进一步设置有能观察制冷通路内部的观察窗。根据该结构，能容易地观察制冷剂通路内的状态，例如，在制冷剂通路内观察到气泡的情况下，能可靠地判断制冷循环内的制冷剂量有些不足，从而能采取制冷剂补充等措施。
此外，在本发明所涉及的车用空调装置中，上述压差检测单元通过计算出由第一压力传感器、和与该第一压力传感器不同的第二压力传感器所检测到的检测压力之差，来构成检测上述压差的单元，其中，所述第一压力传感器对上述节流孔的制冷剂流动方向的上游位置处的压力进行检测，所述第二压力传感器对上述节流孔的制冷剂流动方向的下游位置处的压力进行检测。即，第一压力传感器和第二压力传感器可彼此独立地进行压力检测，且如果能求出两个检测量之差，就能算出并检测出期望的压差。
因而，上述制冷剂流量推定单元能参照由上述压差检测单元所检测出的压差，并参照上述第一压力传感器和/或上述第二压力传感器的检测量，来推定出制冷剂流量。如果这样，则能在对压差考虑了检测位置处的压力的绝对值、以及伴随该绝对值的制冷剂的状态的条件下，推定出制冷剂流量，从而能较高精度地推定出制冷剂流量。
此外，上述压缩机扭矩推定单元能参照由上述制冷剂流量推定单元所推定出的制冷剂流量、与上述压缩机的吸入压力相关的某一物理量、与上述压缩机的转速相关的某一物理量、以及上述第一压力传感器的检测量，来推定出压缩机扭矩。
除了如上所述那样设置彼此独立的第一压力传感器和第二压力传感器的方式以外，还能利用直接检测节流孔的制冷剂流动方向的上下游位置处的压力之间的压差的压差传感器，将上述压差检测单元构成为检测上述压差的单元。在该情况下，无法获取节流孔前后的各位置处的压力的绝对值，但是由于能直接检测出制冷剂流量推定所必要的压差，因此能更迅速地推定出制冷剂流量。
可以说如上所述的本发明的制冷循环的结构尤其适合于对节省空间、降低成本有较高要求的车用空调装置。此外，如果将由上述压缩机扭矩推定单元所推定出的压缩机扭矩的信号送往压缩机的驱动源的控制装置(例如，车辆引擎的控制装置)，则能适当地判断该驱动源中能用于压缩机驱动的动力量，能对整个车辆进行较适当的控制，还能更适当地对节省车辆耗油量等作出贡献。
如上所述，根据本发明所涉及的车用空调装置，在制冷循环内的最适当的位置处组装有包含高效节流孔的压差检测单元，能高精度地检测出该节流孔前后的压差，并且能高精度地推定出与该压差相关度较高的制冷剂流量，进而能高精度地推定出压缩机扭矩。而且，通过对包含节流孔的压差检测单元的结构、及组装方式进行设计，尤其通过将这些构成为一体化单元，能满足到高精度地推定出压缩机扭矩为止的功能，能更可靠地力图实现作为整个制冷循环而言的节省空间化、降低成本，从而能实现对车用空调装置来说是最优选的实施方式。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的车用空调装置中的制冷循环的简要结构图。
图2是配置在图1的制冷循环上的压差检测单元的简要结构图。
图3是图2的压差检测单元的外观立体图。
图4是表示图1的制冷循环的P-h曲线图的示例的特性图。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明的优选实施方式进行说明。
图1表示本发明的一个实施方式所涉及的车用空调装置中的制冷循环的简要结构。在图中，标号1表示整个制冷循环，该制冷循环1包括：对制冷剂进行压缩的压缩机2；对压缩的制冷剂进行冷凝的冷凝器3；使来自冷凝器3的制冷剂减压/膨胀的作为减压/膨胀机构的膨胀阀4；以及使来自膨胀阀4的制冷剂蒸发的蒸发器5。在该制冷循环1的冷凝器3与膨胀阀4之间的制冷剂通路6上，配置有对制冷剂流进行节流的节流孔，并且设置有可检测该节流孔的制冷剂流动方向的上下游位置处的压力之间的压差的压差检测单元7。
在本实施方式中，如图2所示那样构成压差检测单元7，构成为一体化单元11，该一体化单元11内部组装有对箭头方向的制冷剂流进行节流的节流孔8，对节流孔8的制冷剂流动方向的上下游的各位置处的压力进行检测的第一压力传感器9和第二压力传感器10形成为一体。通过将该一体化单元11组装到上述制冷剂通路6的规定位置处，能同时将节流孔8、第一压力传感器9和第二压力传感器10配置在希望的位置处。
在本实施方式中，由压差运算单元11来计算出两个传感器9、10的检测量之差，作为本发明中要检测的压差，其中，第一压力传感器9位于节流孔8的上游侧，第二压力传感器10位于节流孔8的下游侧。另外，如前所述，除了如上所述那样设置彼此独立的第一压力传感器9和第二压力传感器10的方式以外，还可利用直接检测节流孔8的制冷剂流动方向的上下游位置处的压力之间的压差的压差传感器(图中省略)，来对压差进行检测。
标号12表示制冷剂流量推定单元，该制冷剂流量推定单元参照压差运算单元11(压差检测单元)所计算出(检测出)的压差，来推定出制冷剂流量。此时，如果一并参照第一压力传感器9和/或第二压力传感器10所检测到的检测量(即，与检测压力的绝对值相关的物理量)，则能较高精度地推定出制冷剂流量。
通过参照由上述制冷剂流量推定单元12所推定出的制冷剂流量，利用压缩机扭矩推定单元13来推定出压缩机2的扭矩。该压缩机2的扭矩推定例如能参照由制冷剂流量推定单元12所推定出的制冷剂流量、与压缩机2的吸入压力相关的某一物理量(例如，由吸入压力传感器所检测到的物理量)、与压缩机2的转速相关的某一物理量、以及上述第一压力传感器9的检测量，来推定出压缩机扭矩。
如上所述，在制冷循环1内的特定的区域内，配置有对通过冷凝器3的制冷剂流进行节流的节流孔8，通过高精度地检测该节流孔8前后的压差，能高精度地推定与该压差相关度较高的制冷剂流量，进而能高精度地推定出压缩机扭矩。进一步地，通过将节流孔8、第一压力传感器9和第二压力传感器10构成为一体化单元11，能实现希望的压差检测，并能容易地将它们组装到规定位置，能可靠地力图实现作为整个制冷循环而言的节省空间化、降低成本。
而且，在本发明中，例如如图3所示，还可以采用如下结构：即，在上述一体化单元11上附加设置有观察窗14，从而能透过观察窗14适当地观察制冷剂通路6内部。若采用这样的结构，则能容易地观察制冷剂通路6内的状态，如上所述，例如在制冷剂通路6内观察到气泡的情况下，能判断制冷循环1内的制冷剂量有些不足，从而能采取制冷剂补充等适当的措施。
例如，能以如图4(A)、(B)所示那样的P-h曲线图来表示本发明所涉及的车用空调装置中的制冷循环1的动作。即，利用设置在规定的制冷剂通路6上的节流孔8，强制保持节流孔前后的压差，从而能推定出与该压差相关度较高的制冷剂流量，进而能推定出压缩机扭矩。此时，节流孔前后压差的稳定的高精度检测能带来高精度的制冷剂流量推定、以及高精度的压缩机扭矩推定。为了在稳定的状态下高精度地检测出节流孔前后压差，优选在制冷剂没有相变、或者相变极少的状态下进行检测。例如，如图4(A)所示那样，优选设定成在相同的液相状态下因节流孔而产生压差ΔP。然而，例如如图4(B)所示，即使横跨相变状态而产生压差ΔP，尽管精度可能有所下降，但也能进行精度足够高的制冷剂流量推定、及压缩机扭矩推定。
工业上的实用性
本发明所涉及的车用空调装置的结构可适用于要求高精度地推定出压缩机扭矩的所有车用空调装置，尤其适合用于要求节省空间和降低成本的情况。
标号说明
1制冷循环
2压缩机
3冷凝器
4作为减压/膨胀机构的膨胀阀
5蒸发器
6制冷剂通路
7压差检测单元
8节流孔
9第一压力传感器
10第二压力传感器
11压差运算单元
12制冷剂流量推定单元
13压缩机扭矩推定单元
14观察窗

Claims (8)

1.一种车用空调装置，所述车用空调装置包括制冷循环，该制冷循环包括：制冷剂的压缩机；进行了压缩的制冷剂的冷凝器；使来自冷凝器的制冷剂减压/膨胀的减压/膨胀机构；以及使来自减压/膨胀机构的制冷剂蒸发的蒸发器，其特征在于，
在所述冷凝器与减压/膨胀机构之间的制冷剂通路上，配置有对制冷剂流进行节流的节流孔，并设置有能对该节流孔的制冷剂流动方向的上下游位置处的压力之间的压差进行检测的压差检测单元，并且，所述车用空调装置设置有制冷剂流量推定单元和压缩机扭矩推定单元，所述制冷剂流量推定单元参照由该压差检测单元所检测到的压差，来推定出制冷剂流量，所述压缩机扭矩推定单元参照由该制冷剂流量推定单元所推定出的制冷剂流量，来推定出所述压缩机的扭矩。
2.如权利要求1所述的车用空调装置，其特征在于，
将形成所述冷凝器与减压/膨胀机构之间的制冷剂通路的一部分的配管、和所述压差检测单元构成为一体的单元，在该单元内配置有所述节流孔。
3.如权利要求2所述的车用空调装置，其特征在于，
在所述单元上设置有能观察制冷剂通路内部的观察窗。
4.如权利要求1至3的任一项所述的车用空调装置，其特征在于，
所述压差检测单元通过计算出由第一压力传感器、和与该第一压力传感器不同的第二压力传感器所检测到的检测压力之差，来检测所述压差，其中，所述第一压力传感器对所述节流孔的制冷剂流动方向的上游位置处的压力进行检测，所述第二压力传感器对所述节流孔的制冷剂流动方向的下游位置处的压力进行检测。
5.如权利要求4所述的车用空调装置，其特征在于，
所述制冷剂流量推定单元参照由所述压差检测单元所检测出的压差，并参照所述第一压力传感器和/或所述第二压力传感器的检测量，来推定出制冷剂流量。
6.如权利要求4或5所述的车用空调装置，其特征在于，
所述压缩机扭矩推定单元参照由所述制冷剂流量推定单元所推定出的制冷剂流量、与所述压缩机的吸入压力相关的某一物理量、与所述压缩机的转速相关的某一物理量、以及所述第一压力传感器的检测量，来推定出压缩机扭矩。
7.如权利要求1至3的任一项所述的车用空调装置，其特征在于，
所述压差检测单元利用直接检测所述节流孔的制冷剂流动方向的上下游的位置处的压力之间的压差的压差传感器，来检测所述压差。
8.如权利要求1～7的任一项所述的车用空调装置，其特征在于，
将由所述压缩机扭矩推定单元所推定出的压缩机扭矩的信号送往压缩机的驱动源的控制装置。
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