CN102933847B - 用于确定混合动力压缩机的电马达的功率的方法 - Google Patents

用于确定混合动力压缩机的电马达的功率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定电马达（20）的功率（Welec）的方法，用于在热机对混合动力压缩机的驱动被中断的阶段期间驱动具有热机的机动车辆的空调回路的混合动力压缩机（10；10'）。根据本发明，所述方法包括步骤，所述步骤包括：限定在所述空调回路的点（13）处测得的最大温度（Tmax）；针对热机对混合动力压缩机（10；10'）的驱动被中断阶段期间设定参考持续时间；确定电马达（20）的功率（Welec），使得在所述参考持续时间（tref）结束时，在空调回路的所述点（13）处测得的温度至多等于所述最大温度（Tmax）。本发明可以用于空调机动车辆，所述机动车辆具有热机并设置有自动停止和重新起动系统。

Description

用于确定混合动力压缩机的电马达的功率的方法
技术领域
本发明涉及用于确定带发动机的机动车辆的空调回路的混合动力压缩机的电马达的功率的方法。
本发明在配备有自动停止和重新起动系统的带发动机的机动车辆的空调领域中找到了特别有利的应用，所述系统诸如能够实施已知为术语“停止和起动”功能的系统。
背景技术
在一些条件下，“停止和起动”功能包括当车辆本身已经停止时自动致使发动机的完全停止，并随后在，例如，解释为重新起动请求的驾驶员动作之后自动地重新起动发动机。
用于实施“停止和起动”功能的典型情形是在红灯处停止的情形。当车辆在灯处停止时，“停止和起动”功能的“停止”模式致使发动机自动停止，且车辆随后进入“起动”模式，所述“起动”模式允许发动机自动地重新起动，而其不必使用用于马达的初始起动的装置，譬如，接触钥匙。当灯变绿时，在命令系统检测到离合器踏板、加速器踏板被驾驶员压下或可以解释为驾驶员期望重新起动他的车辆的任何其他动作而起动车辆之后，“起动”模式自动重新起动发动机，尤其是借助交流发电机-起动器。“停止和起动”功能的益处在能量节省和污染减少（特别是城市环境）方面被理解。
此外，已知的是，带发动机的车辆的空调回路包括制冷剂流体压缩机，其被发动机的曲轴的轴通过机械地链接到压缩机的杆的带轮和皮带而被驱动。换句话说，车辆的空调回路仅可以在发动机驱动压缩机时操作。因此，在发动机对压缩机的驱动中断阶段期间，尤其是在“停止和起动”功能背景下的车辆停止阶段期间，压缩机不再被发动机驱动并且空调停止操作。由此，在这些停止阶段的过程中，可能保持不了车舱内部的设定点温度，因此这可导致车辆乘客感到不舒适的感觉。
为了确保在发动机停止驱动压缩机的阶段期间保持车舱中的温度，提出了例如由包括两个分立压缩腔室的混合动力压缩机来替代由车辆发动机驱动的惯常压缩机，所述混合动力压缩机构成，一方面，所谓的机械压缩机，其杆由发动机以与惯常压缩机相同的方式驱动，另一方面，所谓的电压缩机，其杆由辅助电马达驱动。两个压缩腔室的杆是独立的。
当发动机运行时，在由“停止和起动”功能确定的停止阶段之外，制冷剂流体在空调回路中循环通过由发动机的曲轴的轴驱动的机械压缩机，而电压缩机关闭。相反地，在“停止和起动”功能的停止阶段期间，制冷剂流体被朝向电压缩机引导，所述电压缩机则由电马达驱动。因此，由于电压缩机，空调回路的操作的持续性和车舱中舒适温度的保持在发动机已经停止后被实行。
但是，有必要注意到，在空调回路的停止阶段期间，尤其是由“停止和起动”功能施加的发动机停止阶段期间，车舱大致已经被调节至舒适条件，从而为了保持这些条件持续限制到几十秒的持续时间而由电马达提供的制冷功率比必须由发动机提供的功率显著地低，至少低2至3倍。其因此可以将减少容量的压缩腔室用于电压缩机。
在容量减少的该背景下，还提出了一种包括单个可变容量压缩腔室的混合动力压缩机，所述压缩腔室包括压缩杆，所述压缩杆能够在空调回路的正常操作条件下被发动机驱动，或在发动机对压缩机的驱动中断阶段期间，尤其是由“停止和起动”功能确定的发动机停止阶段期间，被电马达驱动。于是规定，压缩腔室的容量能在呈现出容量的较高区间和容量的较低区间的变化跨度中可变，在该较高区间中，压缩腔室被发动机驱动，在该较低区间中，压缩腔室被电马达驱动。
机动车辆的空调回路的操作通常包括第一所称的温度下降阶段（还已知为术语“冷却”），其在车辆已经保持停止足够长的持续时间而使车舱内部的温度超过车辆乘客要求的舒适温度（例如约18℃）之后在车辆起动时发生。在该温度下降阶段期间，当车辆已经在1000W.m2的日照以及50和60%的相对湿度下暴露于25至45℃的高温时，为了达到舒适温度而提供的热功率相对较高，具有6kW量级。
在空调回路的恰当位置处，温度下降条件被定义为使得，当达到舒适温度时，回路的蒸发器处于4至8℃的设定点温度，所述温度最佳地保证了消除被吹进车舱中的空气包含的大部分湿气，以及限制造成可在车舱中感受到的不良气味的细菌的形成。但是，蒸发器上的在12至16℃的最大温度仍是可接受的，只有超过该温度（所谓的空调不舒适阈值），车辆的乘客才注意到与湿度和细菌有关的不悦感。
第一温度下降阶段之后是第二保持舒适温度阶段，其特征在于要被提供的热功率，所述热功率比为了带给车舱舒适温度所需的约6kW量级低得多，为3kW量级。
在正常压缩机驱动制度中，是发动机负责将车舱的温度保持在舒适温度。
在发动机对压缩机的驱动中断阶段期间，且根据混合动力压缩机的原理，电马达担负起保持车舱中舒适条件的任务。在该情况下，要被提供至电马达用于保持3kW的热功率的电功率约1500W。
对于配备有高电压（对于“轻度混合”车辆为60至150V，对于“全混合”车辆为500至600V）直流电网络的“轻度混合”和“全混合”区段的混合动力车辆，如果提供1500W的功率至混合动力压缩机的电马达，则不造成任何问题，麻烦是对于配备有用于实施“停止和起动”功能的交流发电机-起动器和发动机的“微混合”区段的车辆，这些车辆仅具有12V低电压网络。要求的电流的强度于是太高，且所需的保持功率不能被车载网络提供至电马达。在这些条件下，不能在发动机对压缩机的驱动中断阶段期间保证与通过发动机保持舒适温度的阶段期间相同的舒适水平。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于确定电马达的功率的方法，所述电马达用于在发动机对混合动力压缩机的驱动中断阶段期间驱动带发动机的机动车辆的空调回路的混合动力压缩机，这依然使得能够在发动机的驱动中断阶段期间保持车辆车舱中的足够舒适水平，即使在仅具有低电压网络来为混合动力压缩机的电马达供电的“轻度混合”区段的车辆的背景下。
根据本发明，实现了该目的，因为所述方法包括多个步骤，所述多个步骤包括：
-限定在所述空调回路的一点处测得的最大温度，
-针对发动机对混合动力压缩机的驱动中断阶段设定参考持续时间，
-以在所述参考持续时间结束时，在空调回路的所述点处测得的温度至多等于所述最大温度的方式确定电马达的功率。
实际上，本发明提出，所述最大温度在空调回路的蒸发器处测得，以及所述最大温度是空调不舒适阈值。
参考持续时间被定义为与针对发动机的驱动中断阶段大致观察到的持续时间相适应。该参考持续时间可以例如是35秒。
因此理解的是，可以使根据本发明方法确定的电马达功率比为了将蒸发器的温度保持在4至8℃的设定点温度所必需的功率（如已看到的，其具有1500W量级）低得多。事实上，在本发明的框架内，如果可接受的是，例如，蒸发器上测得的温度在35秒的参考持续时间结束时可以达到12至16℃的空调不舒适阈值，则使用500至800W的较低功率的电马达足够，所述较低功率可由车辆的12V低电压网络直接供应。
根据本发明，电马达的功率与电马达将在空调回路的所述点处的温度保持等于在发动机的驱动中断阶段开始时的所述温度所需的功率的比为0.2至0.8。更具体地，所述比为0.3至0.55。
在根据本发明的方法的第一应用中，所述驱动中断是发动机停止。特别地，所述发动机停止是由车辆发动机的自动停止和重新起动（“停止和起动”）功能确定的自动停止。
在根据本发明的方法的第二应用中，所述驱动中断是由车辆加速请求确定的发动机与混合动力压缩机的解除联接。
附图说明
以下通过非限制性示例给出的关于附图的描述将解释本发明以及其可以被实现的方式。
图1是包括具有两个压缩腔室的混合动力压缩机的空调回路的图。
图2是包括具有单个压缩腔室的混合动力压缩机的空调回路的图。
图3是针对压缩机的各操作阶段示出具有混合动力压缩机的空调回路的蒸发器的温度演变的图表。
具体实施方式
图1中示出的是带发动机的机动车辆的常规空调回路，包括制冷剂流体的压缩机10，所述制冷剂流体可以是有机、无机或易熔流体。可以引用超临界二氧化碳CO2为非限制性示例，标示为R134A、1234yf或GAR（“全球替代制冷剂（Global Alternative Refrigerant）”）。在压缩机10的下游，加压制冷剂流体通过热交换器11，其称为用于二氧化碳的“气体冷却器”或用于R134A的“冷凝器”，这是由于在该情况下，初始为气相的制冷剂以液态离开冷凝器。
在图1的示例中，交换器11可以是水类型交换器，或直接由外部空气冷却的空气类型交换器。
制冷剂流体之后被朝向安全阀12引导，从而制冷剂流体在进入蒸发器13（在此处，热交换则发生在朝向车辆的车舱吹送的空气和被冷却的制冷剂之间）之前被冷却。
从蒸发器13离开时被重新加热的制冷剂流体随后被返回至压缩机10，以执行新的热循环。
如在图1中可看到的，图1的压缩机10是具有两个分立压缩腔室类型的混合动力压缩机，即，一方面，包括第一压缩杆111的第一腔室101，该第一压缩杆111能够被车辆的发动机（未示出）的曲轴的轴经由皮带和带轮30驱动，所述皮带和带轮30通过离合器31机械地链接到杆111，以及，在另一方面，包括独立于第一杆111的第二压缩杆112的第二腔室102，所述第二压缩杆能够被电马达20驱动。
在空调回路的名义操作期间，第一压缩腔室101的杆111被发动机驱动，带轮30通过离合器31联接到杆111。制冷剂流体随后流通通过第一腔室101，该第一腔室101的容量（100cm3量级）被选择为允许混合动力压缩机10确保车辆车舱内部的最优舒适水平，而无论外部温度、日照和相对湿度的程度。
但是，可以发生的是，在一些情况下，空调压缩机10不再由车辆的发动机驱动，且因此，空调回路停止操作并不能再保证维持车舱内部的舒适温度。这尤其就是在由用于发动机的自动停止和重新起动的系统确定的发动机停止阶段期间的情况，所述系统能够实施配备有“停止和起动”功能的车辆的“停止和起动”功能。
为了确保空调在车舱中的持续性，制冷剂流体的循环通过混合动力压缩机10内的阀装置而从第一腔室101被切换至第二腔室102，且随后电马达20被起动，以便驱动第二压缩杆112并在这些停止阶段期间保持空调回路运行。
当电马达20从随后停止的发动机接管时，车辆车舱大体上已经处于舒适的温度，从而，关于停止阶段的持续时间大致限制在几十秒的情况，由电马达20提供的制冷功率较低。
因此，相对于第一腔室101的容量，第二压缩腔室102的容量可以被限制到例如约20cm3的值。
图2中示出的是另一类型的混合动力压缩机10'，其包括可变容量压缩腔室100，所述可变容量压缩腔室的杆110可以被电马达20驱动，或被车辆的发动机（未示出）的曲轴的轴经由能够通过离合器31机械地链接到杆110的皮带和带轮30驱动。
这里有必要强调的是，混合动力空调压缩机的该架构与图1的压缩机不同在于，其仅实施单个压缩腔室和可被发动机或电马达等同驱动的单个杆，而不是具有独立杆的两个分立压缩腔室。
在名义操作期间，压缩腔室100的杆110被发动机驱动，带轮30通过离合器31联接到杆110。压缩腔室的容量则在接近最大容量（例如90至110cm3）的值的较高区间中被选择。在一些条件下，混合动力压缩机10'能够确保车辆车舱内部的最优舒适度水平，无论外部温度、阳光和相对湿度程度。
正如图1的具有两个腔室的混合动力压缩机10一样，在由“停止和起动”类型的自动停止和重新起动功能确定的发动机停止阶段期间，空调压缩机10'不再由车辆的发动机驱动。空调回路随后停止操作且不再保证保持车舱内部的舒适温度。
在这些条件下，电马达20开始操作，以便继而驱动压缩杆110并确保空调的持续性。换句话说，可以考虑电马达20随后在其驱动压缩机100的功能方面用其自身替代发动机。当然，优选地，发动机与压缩杆110解除接合。
上面已述，要由操作中的电马达20提供的制冷功率相对较低，且因此，压缩腔室100的容量可以相对于名义操作条件被减少至处于最小容量附近的容量的较低区间中的值，例如20至40cm3。
当然，容量的较高和较低区间可以被简单地仅仅简化为最大和最小容量。
压缩腔室101则以二元方式在这两种容量之间切换，这取决于用于腔室的杆的动力驱动件是发动机还是电马达。
图3中所示的是包括混合动力压缩机的空调回路的蒸发器13上测得的温度演变的三个典型阶段，所述混合动力压缩机是图1的具有两个腔室的压缩机10或图2的具有单个腔室的压缩机10'。
第一阶段是温度下降阶段（或“冷却”），其通常在当车辆已经保持停止足够长时间而使车舱内部蒸发器13的温度达到大于大体约18℃的舒适温度的相对较高Text值（25至45℃）时车辆起动情况下发生。
该温度下降阶段借助车辆发动机通过驱动图1的混合动力压缩机10的第一腔室101或图2的混合动力压缩机10'的单个腔室100而实行，腔室100的容量在容量的较高区间中选择。
空调回路的参数化被限定为使得，对于4至8℃的蒸发器13的设定点温度Tcons的值，可以达到车舱中的舒适温度，以便消除引入到车舱中的空气的湿气和避免一些细菌产生的不好的气味。蒸发器13上可接受的最大温度Tmax等于约12至16℃的空调不舒适阈值，超过该阈值，细菌产生的气味变得使车辆的乘客不愉快。
如上所见，温度下降阶段需要由发动机产生具有6kW量级的热功率。
当蒸发器13的温度已经达到期望的设定点值Tcons时，空调回路进入称为保持舒适温度的第二阶段。
在正常操作条件下，该保持阶段由发动机确保。当然，要被提供的热功率比温度下降阶段期间的低，约3kW，而不是6kW。
在另一方面，在发动机对压缩机的驱动的停止阶段期间，尤其是由“停止和起动”功能确定的停止阶段或在车辆加速请求之后发动机与压缩机解除联接的阶段，电马达20必须确保保持车辆中的舒适度。为了提供所需的3kW的热功率，约1500W的电功率W0是必要的。
现在，上面解释了仅具有12V低电压电网的带有交流发电机-起动器和发动机的“微混合”车辆难于提供诸如此的电功率。
因此，本发明提出一种用于确定电马达20的功率的方法，所述电马达20可与12V车载网络相适应，但其可依然保证车辆乘客足够舒适的感觉持续在此设想的停止阶段的持续时间（通常较短）。
如图3指出的，在已经限定了不被超过的在空调回路的一点处的最大温度Tmax（在此是回路的蒸发器13上测得的12至16℃的温度）之后，参考持续时间tref针对发动机的驱动中断阶段被设定。该持续时间tref可以由针对中断阶段观察到的持续时间的平均值确定，例如35秒。
接下来，电马达20的电功率Welec被限定为使得，在参考持续时间tref结束时，蒸发器13上测得的温度至多等于最大温度Tmax。在图3所示的示例中，蒸发器的温度被取为等于温度Tmax。
在这些条件下，电功率Welec可以被减少至例如500至800W的值，其与目标区段的车辆低电压车载网络的12V电压相适应，同时避免了可在较高温度下发生的不好气味的发出。
以通常方式，对于为了将蒸发器13保持在设定点温度Tcons而要被提供的1500W电功率W0的值，由本发明的方法确定的功率处于0.2至0.8的比，优选地，0.3至0.55。
还有必要指出，根据本发明的用于确定混合动力压缩机的电马达的功率的方法还应用于“轻度混合”和“全混合”车辆，这是由于甚至对于这些车辆，要由车载网络提供的电能的减少也构成不可忽视的优势。

Claims (10)

1.一种用于确定电马达(20)的功率(Welec)的方法，所述电马达用于在发动机对混合动力压缩机的驱动中断阶段期间驱动带发动机的机动车辆的空调回路的混合动力压缩机(10；10')，其特征在于，所述方法包括多个步骤，所述多个步骤包括：
-限定在所述空调回路的一点(13)处测得的最大温度(Tmax)，
-针对发动机对混合动力压缩机(10；10')的驱动中断阶段设定参考持续时间(tref)，
-以在所述参考持续时间(tref)结束时，在空调回路的所述点(13)处测得的温度至多等于所述最大温度(Tmax)的方式确定电马达(20)的功率(Welec)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述最大温度在空调回路的蒸发器处测得。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述最大温度(Tmax)是空调不舒适阈值。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，电马达(20)的功率(Welec)与电马达将在空调回路的所述点(13)处的温度保持等于发动机的驱动中断阶段开始时的温度(Tcons)所需的功率(W0)的比为0.2至0.8。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述比为0.3至0.55。
6.如权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述混合动力压缩机(10)包括第一压缩腔室(101)和第二压缩腔室(102)，所述第一压缩腔室(101)能够由所述发动机驱动，所述第二压缩腔室(102)能够在发动机对混合动力压缩机(10)的驱动中断阶段期间由所述电马达(20)驱动。
7.如权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述混合动力压缩机(10')包括可变容量压缩腔室(100)，能够在容量的较高区间中由发动机驱动，以及能够在发动机对混合动力压缩机(10')的驱动中断阶段期间在容量的较低区间中由所述电马达(20)驱动。
8.如权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述驱动中断是发动机停止。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述发动机停止是由车辆发动机的自动停止和重新起动功能确定的自动停止。
10.如权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述驱动中断是由车辆加速请求确定的发动机与混合动力压缩机(10；10')的解除联接。
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