CN1113206C

CN1113206C - 汽车空调

Info

Publication number: CN1113206C
Application number: CN00121701A
Authority: CN
Inventors: 平尾丰隆; 藤谷诚; 格雷戈里·A·梅杰; 曾欣
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Motors Liquidation Co
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Motors Liquidation Co
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2003-07-02
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: DE60023397D1; JP2001026215A; KR20010007280A; CN1282862A; US6233957B1; DE60023397T2; EP1059183B1; KR100364686B1; EP1059183A3; EP1059183A2

Abstract

本发明涉及一种汽车空调，为了不受发动机转速RPM的波动影响，并可在低能耗下提供好的空调感觉，它使用一根据需求可改变容量的压缩机，其吸入压力(LP)可以自控制，并可使用一外部信号指定一目标吸入压力(LP)，在根据一空调载荷设定一排放温度之后，根据所设定的排放温度值确定一制冷循环的吸入压力(LP)，并将一用于设定所述排放温度的外部信号传输给根据需求可改变容量的压缩机，由此实现制冷循环工作。

Description

汽车空调

本发明涉及汽车空调，用于利用根据需求可改变容量的压缩机(demandcapacity change compressor)来控制排放温度。

图4是一种常规汽车空调的原理结构图，该车用空调是一个安装在标准汽车上的实施例。

一空调装置10用于冷却、加热或干燥输入空气，然后排放到座舱中，具有一个内空气/外空气部件10A、一个送风装置10B、一个制冷装置10C和一个加热装置10D。该空调装置10通常安装在车厢仪表板下面。此外，数字11表示的一个控制部分用于控制各种操作，12表示一个设置了多个开关的操作部分，这些开关可由乘客设置和操作，以及一个操作显示部分。

下面沿气流流动方向简要描述该空调装置10。

通过打开或关闭在内空气/外空气部件10A上的内空气/外空气转换挡板13，可选择是将车厢的外空气“A”还是车厢的内空气“b”输入该空调装置10内。输入的外空气“A”或内空气“b”(下面称为“输入空气”)由送风装置10B的鼓风机14吸入，或车辆行驶的风，经过空调导管AD，然后送到安装在鼓风机14下风处制冷装置10C中的蒸发器15，该蒸发器15由制冷系统提供低温低压液态制冷剂，该制冷系统在制冷和干燥工作时形成制冷循环，通过与经过该蒸发器15的输入空气进行热交换实现制冷和干燥。

该制冷系统主要包括一个压缩机16、一个冷凝器17、一个膨胀阀18、一个蒸发器15，及一个用制冷剂管19连接各个装置所构成的冷却剂循环管路。

该压缩机16借助一个压缩机离合器20连接到作为驱动源的发动机E。该压缩机16压缩由蒸发器15汽化的低温低压气态制冷剂，并作为高温高压气态制冷剂供给冷凝器17。

该冷凝器17用外面的空气，例如行驶来风，冷却由压缩机16供给的高温高压气态制冷剂，并冷凝和液化该冷却剂，然后，作为高温高压液态制冷剂供给膨胀阀18。

该膨胀阀18减压并膨胀该高温高压液态制冷剂，从而提供低温低压液态(雾状)制冷剂，并给安装在该空调装置10中的蒸发器15提供液态制冷剂。

此后，通过此方式循环制冷剂，构成制冷循环。

在蒸发器15的下风处、加热装置10D处于一个规定的位置，且其中安装有加热芯21。高温的发动机冷却液被输往该加热芯21，其传输速率由一水阀22控制，通过与流经的输入空气换热实现加热。另外，被引入的流经加热芯21的空气流量可通过打开一空气混合挡板22来调节。

其结果是，输入空气可在加入装置10中被加热到预定的温度，或空调后的空气可通过挡板操作选择性地从加热装置10D上的除霜空气出口23、面部空气出口24和脚部空气出口25吹出。

在空调装置10的结构中，用于加热的加热芯21被安装在实现冷却和干燥的蒸发器15的下风处，能够干燥空气，在那，被冷却和干燥的输入空气被加热到适当的温度。这样的优点是可保持温度，消除车窗上的雾。

特别地，在电动车或混合车(用电动机和内燃机做动力源)中，经常使用热泵类型的空调，因为当热源用于加热时会出现发动机得不到冷却液的情况，或者该发动机的冷却液不足。在这种情况下，为了加热和冷却，一个四通阀被设置在制冷循环中用来转换该冷却剂的流向。因此在加热工作时，上述蒸发器15用作冷凝器，而冷凝器17则用作蒸发器。结果是该车厢可由从外空气吸收的热加热。

在上述常规汽车空调中，由于压缩机16由作为驱动源的发动机E驱动，其性能根据车辆行驶状态而发生很大地变化，这就是说，该排放压力HP和吸入压力LP取决于发动机转速RPM的波动。因此，由于冷却循环的冷却能力增加基本上与发动机E的转速RPM成比例，在许多情况下，该冷却性能不能满足空调这方面的需求。

因此，在常规汽车空调中，该冷却性能通过压缩机离合器22的开关ON/OFF调节，或者通过使高温发动机冷却剂流入加热芯21，该冷空气与热空气混合而得到温和的排放温度。

这就存在一个问题，即在该离合器开/关ON/OFF时产生的冲击减弱了行驶的感觉，或排放温度的变化减弱了空调的感觉。此外，另一个问题是，混合冷空气和热空气来调节排放温度的方法导致了能量损失，这违背了近来的节能趋势。

鉴于上述情形，本发明的目的在于提供一种汽车空调，它不受发动机转速RPM的波动影响，并可在低能耗下提供好的空调的感觉。

本发明的焦点集中在，该冷却循环的吸入压力(低压)与排放温度有一固定关系，并通过使用本发明汽车空调中的根据需求可改变容量的压缩机，获得稳定的排放温度。

在此所采用的该根据需求可改变容量的压缩机，是通过结合例如美国专利US 4886425描述的“压缩机容量控制装置”与日本第一次公开号为昭64-56588实用新型专利描述的“压缩机容量控制装置”来获得的。

美国专利US 4886425描述的“压缩机容量控制装置”被设计成，一个旁通阀的工作压力AP可由工作压力AP和吸入压力LP之间的线性函数关系控制而与排放压力HP的变化无关。因此该压缩机的容量控制量可仅由该压缩机吸入压力LP确定。

另一方面，日本第一次公开号为昭64-56588实用新型专利描述的“压缩机容量控制装置”被设计成，一个用于将压力控制到一个标准LP压力的根据需求来实施控制的机械作为美国专利US 4886425描述的压缩机容量控制装置的附件(即一个压力调节器)，使得由该压力调节器输出的控制压力AP的特性曲线，由一个外部信号，例如电磁线圈或步进电机，以平行变化方式控制。

因此，该压缩机容量可由一外部信号控制，其吸入压力(LP)可自控且由一外部信号可设定一目标吸入压力(LP)，下面将这样一种压缩机称之为“根据需求可改变容量的压缩机”。

根据本发明的汽车空调使用一个根据需求可改变容量的压缩机，其中吸入压力可自控且由一外部信号可设定一目标吸入压力(LP)，其中，在根据空调载荷设定一排放温度后，一冷却循环的吸入压力由所设定的排放温度值确定，将设定吸入压力的外部信号输入根据需求可改变容量的压缩机中，从而实现制冷循环的操作。

利用这种汽车空调，当确定冷却循环的吸入压力(LP)时，优选对鼓风机的工作速度或内空气/外空气转换挡板的工作位置进行检测，或同时对两者进行检测并适时调整。

此外，在根据需求可改变容量的压缩机控制范围外的区域中，温度最好通过在压缩机和动力源之间的一个压缩机离合器的开关ON/OFF来调节。在这种情况下，将排放温度设定值与实际排放温度相比较，可判断出该根据需求可改变容量的压缩机是否处于控制范围外的区域中。

另外，该空调的载荷可由所测得的外面温度值和空调强度选择开关的位置确定。

利用这种车辆空调，由于该吸入压力由根据空调载荷所设定的排放温度来确定，通过将此排放温度作为一外界信号输入根据需求可改变容量的压缩机中，吸入压力可以被设定到一所期望的值。这样，即便在发动机的转速RPM发生波动时，该制冷循环的吸入压力和已流过一蒸发器的空气排放温度之间存在一固定关系，因而可保持恒定的排放温度。

下面借助附图所示实施例对本发明予以详细说明，附图中：

图1是根据本发明汽车空调的一个实施例的流程图；

图2是用在本发明汽车空调中的一根据需求可改变容量的压缩机的剖视简图；

图3是描述图2所示根据需求可改变容量的压缩机的容量控制装置工作的简图；

图4是一汽车空调结构的简略示图。

下面参照图1至图4描述根据本发明汽车空调的一个实施例。

除了用图1所示根据需求可改变容量的压缩机16A替代压缩机16及将流程图表添加到控制部分11中，本发明所应用的汽车空调的基本结构可使用与图4所示常规技术相同的设备，因此这些描述将被省略。

图1所示流程描述了利用根据需求可改变容量的压缩机16A控制排放温度Tb使之恒定的方法。在这种情况下，该根据需求可改变容量的压缩机16A将制冷剂提供给蒸发器15用于与输入空气换热，使之冷却和干燥。

在步骤1(下面称为S1)中，外界温度T0由一外部温度传感器26检测，它是用于确定空调载荷的条件之一。

在进行检测的同时，设置在操作部分12中的空调强度选择开关12a的设定位置(下面称为空调强度位置)在步骤S2中被检测，来作为确定空调载荷的另一条件。在图4所示实施例中，设定位置被设置在从“弱”到“强”的5级上，并可根据乘客的选择来人工操作，以适当选择和改变。该设定位置不限于5级，可以设大于5的多级，或可无级设定。

在随后的S3中，根据检测的外界温度T0和空调强度位置确定一目标排放温度TB。该确定是如此实现的，例如，当外界温度T0很高且空调强度位置设置为“强”时，该目标排放温度TB被设置在明显低于外界温度T0，判定乘客感觉热(该空调载荷高)。然而，尽管外面温度T0高，该空调强度位置设置在“弱”的情况下，可以判定车厢中的温度处于适合的状态(该空调载荷小)，且该目标排放温度TB接近于外面温度T0。

以此方式确定的该排放温度Tb的目标值在下面称为排放温度设定值TB。

在随后的S5中，该冷却循环的吸入压力LP被确定。该吸入压力LP的确定是利用该吸入压力LP与该排放温度Tb存在固定关系的事实。因此一旦排放温度设定值TB被确定，根据需求可改变容量的压缩机16A的吸入压力LP据此就可自动确定。

该吸入压力LP是依据排放温度设定值TB来确定，然而随后，可通过检测用于送入空气(S6)的风扇形式的一鼓风机14的工作速度来修正吸入压力LP，或通过检测内空气/外空气转换挡板13的设定位置，即检测输入的是外空气“A”还是内空气“b”(S7)来修正吸入压力。当然也可通过同时检测鼓风机14的工作速度和内空气/外空气转换挡板13的设定位置两者来修正。

该吸入压力LP基于鼓风机14的工作速度来修正是以下述方式实现的，就是说，该鼓风机14高运行速度意味着输入空气量很大。因此如果供给蒸发器15的制冷剂的量相同，由热交换带来的温度变化就会减小，也就不能达到排放温度设定值TB。于是为了增加制冷剂的供给量，按增加的方向修正吸入压力LP。

吸入压力LP基于内空气/外空气转换挡板13的设定位置来修正是考虑了基于外空气“A”或内空气“b”的不同，输入空气温度也会不同。就是说，在制冷工作中，内空气“b”的温度低于外空气“A”的温度，除了在开始工作之后的短暂时段内，这会产生一低的空调载荷。因此为了在引入内空气“b”时减少制冷剂的供给量，按减少的方向修正吸入压力LP。

以此方式确定的该吸入压力LP在S8中转换为一脉冲信号并输出作为一外部信号，这个脉冲信号被设定成与根据需求可改变容量的压缩机16A的吸入压力LP的控制范围相称。

尤其是，当根据需求可改变容量的压缩机16A的控制范围是从0.5至4.0kg/cm²气体时，0脉冲相应于0.5kg/cm²气体，242脉冲相应于4.0kg/cm²气体。如果该脉冲信号在从0到242范围内变化，该吸入压力LP可通过从外面将吸入压力LP指令传送给根据需求可改变容量的压缩机16A来控制。

利用该根据需求可改变容量的压缩机16A，根据接收的脉冲信号，由一下面将描述的压力调节器中的弹簧产生的推动力会相应发生变化。

下面参照附图2和3描述该根据需求可改变容量的压缩机16A的结构和操作原理。图2所示的该根据需求可改变容量的压缩机16A在蜗式压缩机的固定蜗壳30上设有一旁通道31，从该旁通道31流出的制冷剂的量可根据旁通阀32(活塞)的位置来控制。即该旁通道31的打开范围通过用工作压力AP改变该旁通阀32的位置来改变。此外，在该图中，数字33标示一旋转蜗壳。

该旁通活塞32由在该容量控制装置34中的压力调节器35提供的工作压力AP操纵。工作压力AP为(AP＝K×LP-α)，在该等式中，K是由该膜片的受压范围和在压力调节器35中反馈活塞的受压范围确定的定值，LP是吸入压力，α是一个根据压在膜片上的弹簧推动力变化的值。在这种情况下，当压力调节器35中的一个步进电机36(它通过接收脉冲信号被驱动)控制一可变弹簧37的压力值时，α就被改变。此外在图中，数字36a标示一个与该步进电机36一同旋转的螺旋部件。

在图3中，数字38标示一膜片，39标示一三通阀，40标示一反馈活塞，及41标示一压力设定弹簧。该作用力为，一由吸入压力LP产生的压在膜片38上面的向上的力，一作用在反馈活塞40上的向下压力差(AP-LP)，一由压力设定弹簧41产生的向下推动力，及一由步进电机36控制的可变弹簧37产生的向下推动力。

当随着步进电机36停止(该可变弹簧37产生的推动力恒定)，吸入压力LP变化时，该膜片38随着吸入压力LP增加向上移动。此外，与该膜片38整体提供的三通阀39的一球39a和反馈活塞40也向上移动。这样，在三通阀39中，在排放压力HP侧的阀开口增加，且在吸入压力LP侧的阀开口减小，其结果是工作压力AP增加。

该工作压力AP被引至该反馈活塞40，以通过吸入压力LP和工作压力AP之间的压力差限制该三通阀39的球39a的向上运动量，使其在平衡点平衡，在那，该工作压力AP成为平衡等式(AP＝K×LP-α)的一数值。换言之，该吸入压力LP可作为该工作压力AP的一线性函数自我得到控制，而与排放压力HP的变化无关。

当该吸入压力LP减小时，该移动按相反方向进行，且该工作压力AP可相似地予以确定。

如果需要减小该压缩机的容量，该步进电机36在用于减小由该可变弹簧37产生的推动力的方向上旋转。当该可变弹簧37产生的推动力减小时，在该平衡等式中的α变小，且该吸入压力LP的设定值被修正到一低的值。这样，对于相同的LP该控制压力AP增加，使得旁通量增加。因此，该根据需求可改变容量的压缩机16A的容量(该压缩机的排放量)减小，减小了该吸入压力LP。

反之，当希望增加该压缩机的容量时，该步进电机36在用于增大由该可变弹簧37产生的推动力的方向上旋转。当该可变弹簧37产生的推动力增大时，在该平衡等式中的α变大，且该控制压力AP的输出变小，使得旁通量减小。因此，该根据需求可改变容量的压缩机16A的容量增加，增加了该吸入压力LP。

在这种方式中，如果该步进电机36被驱动来调节可变弹簧37产生的推动力，该吸入压力LP可由诸如一脉冲信号的外部信号来设定。

如果该吸入压力LP如上所述根据S8中输出的脉冲信号而设定，则该制冷循环的操作可由上述所需吸入压力LP的自控函数来实现，而与排放压力HP的变化无关。

因此，该排放温度Tb按照与该吸入压力LP的固定关系可保持恒定，使该空调工作有好的感觉。另外，这种排放温度Tb的保持是通过调节提供给蒸发器15的制冷剂量来实现的。该压缩机离合器20因此不需要开关ON/OFF。这就是说，尽管发动机转速RPM变化，如果它在控制范围内，仍可实现使一恒定排放温度近似于排放温度设定值TB。因此不再需要造成能量消耗地通过混合冷热空气来调节温度。

然而，在根据需求可改变容量的压缩机16A中，由于存在控制范围，要测量实际排放温度Tb(S10)，并将其与S4中设定的排放温度设定值TB比较。当因为TB与Tb间出现的差值超出控制范围时，就要通过离合器控制(S11)将压缩机离合器20开关ON/OFF，以实现温度调节。由于该压缩机离合器开关ON/OFF是限定在控制范围外的范围，与常规装置相比，这很少发生。

在上面的描述中，描述了将制冷剂供给蒸发器15来实现制冷和干燥，这当然也可以用于能制冷工作和加热工作的热泵类型空调。

利用本发明的这种汽车空调，尽管发动机转速RPM变化，仍可实现恒定的排放温度，因此不仅可提供好的空调感觉而且也可提供好的行驶感觉，而不会因离合器开关ON/OFF带来振动。

再者，因为不需要混合冷空气和热空气来调节温度，本发明的汽车空调还有助于节能。

Claims

1.一种汽车空调，包括：

根据需求可改变容量的压缩机，该压缩机构造成可以以使用一外部信号设定的目标吸入压力并基于根据一空调载荷设定的排放温度自控制；

其中，目标吸入压力根据所述排放温度确定，并将该外部信号传输给所述根据需求可改变容量的压缩机，由此实现制冷循环工作。

2.根据权利要求1所述的汽车空调，其中，所述吸入压力由鼓风机的工作速度确定。

3.根据权利要求1所述的汽车空调，其中，所述吸入压力由内空气/外空气转换挡板的位置确定。

4.根据权利要求1所述的汽车空调，其中，针对所述根据需求可改变容量的压缩机控制范围外的范围，通过开关ON/OFF安装在一驱动源和该压缩机之间的压缩机离合器来调节排放温度。

5.根据权利要求4所述的汽车空调，其中，所述根据需求可改变容量的压缩机是通过将所述排放温度设定值与所述排放温度比较来判定是否在控制范围外的范围内的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的汽车空调，其中，所述空调载荷由外界温度的一检测值和一空调强度选择开关的位置来确定。