CN1131968C

CN1131968C - 空调设备

Info

Publication number: CN1131968C
Application number: CN00124113A
Authority: CN
Inventors: 竹中健二; 太田雅树; 柏木阳一郎; 川口真广; 园部正法; 樽谷知二; 大立泰治; 仓挂浩隆; 宫川和仁; 山中康司
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: JP2001073941A; KR20010015213A; JP3626643B2; EP1066997B1; BR0002652A; KR100356570B1; EP1066997A2; EP1066997A3; US6393849B1; DE60031741T2; CN1282860A; DE60031741D1

Abstract

一种具有一个制冷剂回路的空调设备，包括一个冷凝器，一个减压装置，一个蒸发器，及一个变容压缩机。该空调设备具有一个扭矩测定装置，一个外部信息测定装置。该扭矩测定装置直接或者间接测定作用于压缩机的扭矩，该外部信息测定装置测定各种外部信息而非扭矩。该空调设备还具有一个根据外部信息测定装置提供的信息确定目标扭矩的控制装置。该控制装置执行控制压缩机工作容积的反馈控制程序，以使扭矩测定装置测定的扭矩接近目标扭矩。

Description

空调设备

技术领域

本发明涉及的空调设备具有一个制冷剂回路，该制冷剂回路包括一个冷凝器，一个减压装置，一个蒸发器，一个变容压缩机，更具体地说，本发明涉及安装在汽车空调设备内的变容压缩机工作容积的控制程序。

背景技术

传统汽车空调设备具有一个制冷剂回路，该制冷剂回路包括一个冷凝器，一个膨胀阀(减压装置)，一个蒸发器和一个压缩机。该蒸发器将制冷剂气体送入压缩机，制冷剂气体在压缩机中受到压缩，并被送入冷凝器。蒸发器制冷剂回路中流动的制冷剂与从乘客车厢抽入的空气进行热交换。即，热量从流过蒸发器的空气传递到蒸发器中流动的制冷剂。该传热量随热负荷或者冷负荷变化。蒸发器出口或者蒸发器下游制冷剂气体的压力反映冷负荷量。常用于汽车中的变容压缩机具有工作容积控制机构。该控制机构将蒸发器出口压力(吸气压力Ps)维持在预定的目标值(目标压力Pset)。具体地说，工作容积控制机构执行调节压缩机工作容积的反馈控制程序，根据吸气压力Ps来改变斜盘的倾斜角度，使工作容积适应于冷负荷。工作容积控制机构通常包括一个工作容积控制阀，或者一个内部控制阀。内部控制阀具有用于测定吸气压力Ps的压力传感元件，例如一个感压箱或者一个膜片。该阀进一步包括一个阀体，阀体根据压力传感元件的运动来定位。阀体改变内部控制阀的开度，调节适应斜盘的室内(曲轴腔)的压力。因此来确定斜盘的倾斜角度。

但是，如果目标压力Pset固定，或者如果内部控制阀不能够改变目标压力Pset，则不能够准确执行所需要的制冷。因此制成的内部控制阀的形状应能够通过外部电控程序改变目标压力Pset。特别是内部控制阀包括一个传动装置，例如一个螺线管。该螺线管给压力传感元件施加压力，确定目标压力Pset。通过外部控制程序改变施加于螺线管上的力来改变目标压力。

装在汽车中的压缩机通常由汽车发动机传递来的动力来激活。压缩机消耗发动机的大量功率，使发动机负荷增加。因此，当汽车需要额外的发动机功率时，例如当汽车正在加速，或者正驶上斜坡时，压缩机工作容积减少，由于压缩机的运行，作用于发动机的负荷降低。例如，上述变容压缩机利用具有螺线管的内部控制阀，将目标压力Pset调整到一个高于当前目标压力Pset的值。当前的吸气压力Ps比调整后的目标压力Pset低。由于压缩机的运转，减小了压缩机的工作容积，降低了作用于发动机的负荷。

但是，有关变容压缩机运转的分析表明，如果根据吸气压力Ps调整目标压力Pset，上述反馈控制程序并不总是足以降低作用于发动机的负荷。

图11是表示吸气压力Ps和压缩机工作容积Vc之间的关系图。在该图中，二者的关系由曲线表示。即，吸气压力Ps和压缩机工作容积Vc之间的关系根据作用于蒸发器的热负荷变化。因此当目标压力Pset设定为Ps1时，通过内部控制阀自动获得的工作容积在一定的范围内(例如ΔVc)变化，与作用于蒸发器的热负荷量有关。例如，即使目标压力Pset随当前的吸气压力Ps上升，如果蒸发器的热负荷很高，工作容积的减少也不足以降低作用于发动机的热负荷。换言之，当作用于蒸发器的热负荷很大，只要根据当前吸气压力Ps调整目标压力Pset，压缩机工作容积就不会迅速调整到所需要的值。

如上所述，只要不需要降低作用于发动机的负荷，根据反映蒸发器的热负荷的吸气压力Ps控制压缩机的工作容积，就能够达到空调设备的目的。即，不管周围大气的温度如何，空调设备都能够将乘客车厢的温度保持在舒适水平。但是，当必须减少作用于发动机的负荷时，如果根据吸气压力Ps控制压缩机的工作容积，就不能够迅速减少压缩机的工作容积。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种在必要时，不管作用于蒸发器的热负荷如何，都能够通过一个外部控制程序，迅速改变压缩机工作容积的空调设备。本发明的又一个目的是提供一种能够调节变容压缩机的工作容积的变容压缩机的控制程序，在不需要降低作用于发动机的热负荷时，将乘客车厢的温度维持在一个舒适的水平，在必须减少作用于发动机的负荷时，迅速减少工作容积。

为了达到上述目的，本发明的空调设备的制冷回路包括一个冷凝器，一个减压装置，一个蒸发器，及一个变容压缩机。该空调设备具有一个扭矩测定装置，一个外部信息测定装置，及一个控制装置。该扭矩测定装置直接或间接测定压缩机运转期间作用于压缩机上的扭矩。该外部信息测定装置测定除扭矩以外的各种外部信息。该控制装置根据外部信息测定装置提供的外部信息确定目标扭矩。该控制装置执行压缩机工作容积的反馈控制程序，以便扭矩测定装置测定的扭矩接近目标扭矩。

如上所述，本发明的空调设备根据作用于压缩机的扭矩控制压缩机工作容积。具体地说，执行压缩机工作容积的反馈控制程序，以便扭矩测定装置测定的扭矩接近目标扭矩，所述目标扭矩由控制装置根据外部信息确定。换句话说，不论反映作用于蒸发器的热负荷的物理量如何，例如吸气压力，均可以对压缩机的容量进行控制。只要根据作用于压缩机的扭矩进行压缩机工作容积的控制。因此在必要的时候，压缩机工作容积迅速改变，减少了作用于压缩机的扭矩。结果，尽管本发明的反馈控制程序能够在汽车正常行使的状态下将乘客车厢的温度保持在舒适的水平，但是在必须减少作用于发动机的负荷时，反馈控制程序仍迅速改变压缩机的工作容积。

从下面结合附图，并通过实例对本发明的原理进行描述的说明书中，本发明的其它特性和优点将会变的更加清楚。

附图说明

本发明的新特点特别在后附的权利要求书中指出。通过下面参照附图对本发明的最佳实施例的描述，可以更好地理解本发明以及本发明的目的和优点。其中：

图1表示本发明的变容、斜盘型压缩机的横截面图；

图2表示图1中的工作容积控制阀的放大横截面图，及表示工作容积控制阀的控制程序的框图；

图3是本发明的扭矩测定器的电路图；

图4表示本发明压缩机工作容积、或作用于压缩机的扭矩的控制的主程序流程图；

图5表示本发明控制程序的正常状态程序流程图；

图6表示本发明控制程序的空转速度测定和调整程序的流程图；

图7表示本发明控制程序的增加负荷状态程序的流程图；

图8表示本发明控制程序的加速状态程序的流程图；

图9表示本发明控制程序的非加速/减速状态程序的流程图；

图10表示本发明控制程序中一个扭矩变化的实例的时间图；

图11表示现有技术的压缩机中吸入压力和工作容积之间的关系图；

图12是本发明扭矩测定器磁致伸缩测定部分的改进的透视图；

图13(A)表示本发明另一个扭矩测定器磁致伸缩测定部分的改进的透视图；

图13(B)表示图13(A)中磁致伸缩测定部分的十字头型传感器的透视图。

具体实施方式

下面将参照图1至10描述本发明的汽车空调设备的一个实施例。如图1所示，该空调设备的制冷回路(制冷剂回路)包括一个变容压缩机和一个外部制冷剂回路30。例如，该外部制冷剂回路30具有一个冷凝器31，一个热膨胀阀32，或者一个减压装置，及一个蒸发器33。一个温度传感器34布置在蒸发器33出口附近，或者蒸发器33下游。膨胀阀32的开度由一个反馈控制程序根据温度传感器34测定的温度和蒸发器中的蒸发压力(蒸发器出口压力)来控制。因此，膨胀阀32供给蒸发器的液态制冷剂的量值相当于作用于蒸发器的热负荷，从而调节外部制冷剂回路30中的制冷剂流量。制冷剂气体从外部制冷剂回路30下游部分供入压缩机。压缩机压缩制冷剂气体，将压缩后的制冷剂送至外部制冷剂回路30上游部分。

如图1所示，该压缩机包括一个汽缸体1，一个前壳2，一个阀板3，及一个后壳4。前壳2与汽缸体1的一端连接。后壳4通过阀板3连接至汽缸体1的另一端。汽缸体1，前壳2，阀板3，及后壳4由多个贯穿螺栓10(图1中只示出了一个)相互固定在一起，形成一个压缩机缸体。曲轴箱5由前壳2和汽缸体1限定。驱动轴6伸入曲轴箱5中，由一对径向轴承8A、8B旋转支承。弹簧7和一个止推轴承9B装配在伸入汽缸体1中央的凹槽内。弹簧7使止推轴承9B向前壳2推进。凸板11装配在曲轴箱5内驱动轴6周围，与驱动轴6一起转动。止推轴承9A布置在凸板11和前壳2的内壁之间。驱动轴6和凸板11一起转动，并通过前壳2内的止推轴承9A和汽缸体1内的止推轴承9B将它们设置在上止推方向。

如图1所示，驱动轴6的一端伸出前壳2。密封装置29布置在驱动轴6的伸出端附近，装在驱动轴6的表面和对应的前壳2的汽缸壁之间的空间内。密封装置29因此将曲轴箱5和压缩机外部隔离开。下面将要详细描述的扭矩测定器60布置在驱动轴6的伸出端和密封装置29之间。驱动轴6的伸出端通过动力传递机构PT与发动机E或者外部驱动源连接。该动力传递机构PT可以是一个离合器机构(例如一个电磁离合器)，该离合器机构可以受到电动控制和外部控制，从而有选择地传递或者限制与压缩机相关的发动机功率。另外，动力传递机构PT可以是非离合器型的(例如，一个皮带和一个皮带轮的结合)，始终能够将发动机动力传递给压缩机。本实施例的动力传递机构PT假定是一个非离合型的。

如图1所示，将一个斜盘12或者凸轮板装配在曲轴箱5内。一个孔形成在该斜盘12的中间。斜盘12通过一个铰链机构13，或者一个连接和导向机构与凸板11和驱动轴6连接。该铰链机构13包括一对支撑臂14(图1中只示出了一个)和一对定位销15(图1中只示出了一个)。该支撑臂14从凸板11后侧或者图1的右侧伸出。定位销15从斜盘12前侧或者图1中的左侧伸出。支撑臂14和定位销15互相配合，推动斜盘12。斜盘12沿驱动轴6表面滑动。因此，斜盘12与凸板11和驱动轴6一起转动，在沿驱动轴6滑动时，相对于驱动轴6倾斜。如图1所示，该斜盘12包括一个面对驱动轴6的铰链13的平衡块12a。

倾斜角减少弹簧16布置在接线板11和斜盘16之间。倾斜角减少弹簧16将斜盘12推向汽缸体1，或者朝减少斜盘12的倾斜角的方向推动。复位弹簧17装在驱动轴6周围，位于斜盘12和固定在驱动轴16上的限定环18之间。当斜盘12最大程度地倾斜时(如图1中双点划线所示)，复位弹簧17不给斜盘12或者任何其它元件施加作用力。但是，当斜盘12最小程度电倾斜时(如图1中实线所示)，复位弹簧17被压缩在斜盘12和限定环18之间。在该状态下，复位弹簧17将推动斜盘12，将其推离汽缸体1，或者沿着使斜盘12倾角增加的方向推动。正常状态下，选择复位弹簧17的长度和限定环18的位置，以便复位弹簧17即使在斜盘12处于最小倾斜角θmin(例如，1-5度)时，复位弹簧17也不能被全部压缩。

多个汽缸孔1a(图中只示出了一个)形成在汽缸体1内驱动轴6的周围。如图1中右部所示，由阀板3关闭每个孔1a的后开口。每个汽缸孔1a配备一个单头活塞20，该活塞20在汽缸孔1a内移动。一个压缩室形成在每个汽缸孔1a内。利用活塞20的运动改变压缩室的容积。如图1左部所示，每个活塞20的前侧通过一对闸瓦19与斜盘12的周边连接。在斜盘12转动时，闸瓦19能够使相应的活塞20移动。也就是说，当斜盘12与驱动轴6一起转动时，斜盘12的转动转变为每个活塞的线性运动，具有一个对应于斜盘12的倾角θ的冲程。

吸气室21形成在阀板3和后壳4之间。排气室22形成在相同空间内的吸气室21的周围。阀板3包括一个吸气阀板，一个孔板，一个排气阀板，及一个护圈板。而且，多个吸气口23，多个开、闭相应吸气口23的吸气阀24，多个排气口25，及多个开、闭有关排气口25的排气阀26，每一个都对应于一个汽缸孔1a，它们都布置在阀板3内。吸气口23将吸气室21连接至相应的汽缸孔1a，排气口25将排气室22连接至相应的汽缸孔1a。制冷剂气体从蒸发器出口排入吸气室21(吸气压Ps区)。当每一个活塞20在汽缸孔1a内从上死点移动到下死点时，吸气室21内的制冷剂气体通过相应的吸气阀24供应给汽缸孔1a。当每一个活塞20在汽缸孔1a内从下死点移动到上死点时，在汽缸孔1a内的制冷剂气体被压缩至一预定的压力。压缩后的制冷剂气体通过相应的由排气阀26打开的排气口25排入排气室22(排气压Pd区)。排气室22内的压缩后的制冷剂气体供给冷凝器31。

在该实施例中，压缩机的驱动轴6由发动机E传递的动力驱动，以便斜盘12在倾斜至预定倾斜角度θ时转动。通常，倾斜角度θ是由垂直于驱动轴6的平面和斜盘之间的夹角限定。当斜盘12转动时，每一个活塞20移动一个相应于倾斜角度θ的冲程。根据活塞20的运动，按照重复的方式，制冷剂气体被抽入相应的汽缸孔1a，在汽缸孔1a内受到压缩，并从汽缸孔1a内排出。

斜盘12的倾斜角度θ由各种力矩的平衡来确定，例如由斜盘产生的向心力引起的转动力矩，由倾斜角度减少弹簧16(及复位弹簧17)引起的弹性力矩，由活塞20的运动引起的惯矩，及气体压力力矩。气体压力力矩由每一个汽缸孔1a内的压力和曲轴箱5内的压力(曲柄压力Pc)之间的关系确定，该力矩作用于每一个活塞20的相应侧面。因而根据曲柄压力Pc，气压力矩朝着使斜盘12倾斜角度减少或者增加的方向作用。在该实施例中，下面将要描述的工作容积控制阀(电磁阀)40调节曲柄压力Pc，按照要求改变气体压力力矩。斜盘12的倾斜角度在最小倾斜角度θmin和最大倾斜角度θmax之间选择。最大倾斜角度θmax由纵向斜盘12的平衡块12a和凸板11的限制部分11a确定。当气体压力力矩在减少倾斜角度的方向上增至最大时，最小倾斜角度θmin主要由倾斜角度减少弹簧16和复位弹簧17之间的力平衡来决定。

(控制曲柄压力/斜盘倾斜角度的机构)

一种控制曲柄压力Pc或者斜盘12的倾斜角度θ的机构，包括一个抽气通道27和一个供气通道28，该机构装在图1所示的压缩机内，并包括图1及图2所示的工作容积控制阀40。抽气通道27将曲轴箱5连接至吸气室21，供气通道28将排气室22连接至曲轴箱5。工作容积控制阀40布置在供气通道28内。调节控制阀40的开度，改变供气通道28内制冷剂气体的流量和抽气通道27内制冷剂气体的流量，因而改变曲柄压力Pc。这就改变了作用于每一个活塞20的相应侧面的曲柄压力Pc和汽缸孔1a内压力之间的差值。因此，斜盘12的倾斜角度变化，改变活塞冲程或者压缩机的工作容积。抽气通道27和供气通道28是连接吸气室21、曲轴箱5、排气室2的制冷剂回路的一部分。

如图2所示，工作容积控制阀40有一个阀部分41和螺线管部分51。阀部分41具有一个入口部分42，一个阀室43，一个阀孔44，一个出口45，它们构成供气通道28部分。阀室43配备一个阀体46和一个闭式弹簧47。阀体46有选择地开和关阀孔44，闭式弹簧47按照关闭阀孔44的方向压缩阀体46。螺线管部分51包括一个固定铁芯52，一个活动铁芯53，一个线圈54，一个打式弹簧55。线圈54位于固定铁芯52和活动铁芯53周围。轴48将活动铁芯53连接至阀体46。开式弹簧55的弹力大于闭式弹簧的弹力。即，不管闭式弹簧47的压力如何，开式弹簧55通过活动铁芯53和轴48迫使阀体46打开阀孔。当电流从外部电源供入线圈54时，螺线管部分51激活。当螺线管部分51激活时，在固定铁芯52和活动铁芯53之间产生电磁力，使铁芯52和53相互吸引。线圈54产生的电磁力按照与闭式弹簧47的弹力相同的方向起作用。即，该电磁力与开式弹簧的弹力作用于相反的方向。因此，阀体46相对于阀孔44的位置(工作容积控制阀40的开度)由这些相反的力的平衡来确定。铁芯52、53之间的电磁力根据供给线圈54的电流来变化。通过调节供给线圈54的电流来使工作容积控制阀40的开度在0至100％之间调节。可以通过一个负荷控制程序，或者一个PWM(脉冲波调节)控制程序，以类似的方式控制供给线圈54的电流。即，在供给线圈54电流时，负荷比变化。当负荷比Dt降低，工作容积控制阀40的开度增加。当负荷比Dt升高，工作容积控制阀40的开度减小。

(扭矩测定器)

如图1所示，扭矩测定器60布置在驱动轴6的伸出端和密封元件29之间。扭矩测定器60是一个非接触型扭矩测定器。如图1和3所示，扭矩测定器60包括一对磁膜61，62，一对初级线圈63、64，一对次级线圈65、66，一个电压供给电路67，一个振荡器68，一个放大器(放大电路)69。每一个磁膜61、62都具有多个平行的斜槽。初级线圈63、64固定在前缸体2内周壁，接近驱动轴6的伸出端。每一个初级线圈63、64都面对一个相应的磁膜61、62。预定电压(V1、V2)通过电压供给电路67供给初级线圈63、64。次级线圈65、66固定在前缸体2内周壁，接近驱动轴6的伸出端。次级线圈65、66与初级线圈63、64相对。如图3所示，振荡器68连接次级线圈65、66。放大器69将振荡器68连接至汽车空调设备的控制单元70。磁膜61、62、初级线圈63、64和次级线圈65、66形成用于测定驱动轴6伸出端附近磁致伸缩的扭矩测定器的磁致收缩测定部分。

当发动机E转动驱动轴6时，扭矩作用于该驱动轴6，作为对压缩机运转的反应。扭矩的作用方向与驱动轴6相反。因而根据作用于驱动轴的力矩量，在磁膜61、62上引起磁致伸缩。所以供给初级线圈63、64的电压改变ΔV1、ΔV2。总的电压改变量(ΔV1+ΔV2)由次级线圈65、66测定。振荡器68输出一个频率信号，该信号对应于反映作用于驱动轴6上的扭矩量的电压变化量。换句话说，当压缩机运转时，扭矩测定器60测定作用于驱动轴6上的扭矩量，输出表示测定结果的电信号。

(控制系统)

本实施例的空调系统由控制单元70控制。如图2所示，控制单元70包括一个中央处理单元(CPU)，一个只读存储器(ROM)，一个随机存储存储器(RAM)，一个定时器，及一个输入/输出装置。控制单元70按照与计算机相同的方式运行。控制单元70的ROM存储下面将要描述的各种程序(见图4至9中的流程图)和初始数据。控制单元70的RAM存储器提供给运行存储区。在CPU发出指令时，计时器测定时间，并通知CPU一定的时间期间已经过去。该输入/输出装置是一种用于控制单元70的输入/输出电路，具有多个输入端和输出端。驱动器71连接到输入/输出装置的输出端。驱动器71发送一个驱动信号，该信号通过负荷控制程序产生，在接到控制单元的指令时，将该信号送给工作容积控制阀40的线圈54。

不是该扭矩测定器60，而是输入/输出装置的输入端连接到至少一个A/C开关72，一个温度选择器73，一个温度传感器74，一个电子控制单元(ECU)。该A/C开关72由汽车驾驶员或者一个乘客操纵，有选择地激活或者减活空调设备。该A/C开关72给控制单元70提供有关空调系统运行状态的信息。温度选择器73也由汽车驾驶员或者一个乘客操纵，为乘客车厢选择所需的目标温度Te(set)。温度选择器73给控制单元70提供有关目标温度Te(set)的信息。温度传感器74布置在蒸发器33附近，测定从乘客车厢抽出的已经被蒸发器33冷却了(经过换热)的空气的温度。该温度传感器74给控制单元70发送有关乘客车厢的已测定温度的信息。扭矩测定器60给控制单元70提供有关作用于压缩机驱动轴6上的扭矩TQ(t)的信号。

在该实施例中，尽管已经被蒸发器33冷却的空气的温度由温度传感器74测定，但是，也可以测定与乘客车厢的温度有关的其它物理参数。也就是说，例如测定通过蒸发器33的制冷剂的压力。

该ECU控制汽车发动机，并连接到汽车速度传感器75，发动机速度传感器76，及节气门角度传感器77。节气门角度传感器77测定布置在进气歧管内的节气阀的位置或角度(开度)。节气阀的角度(开度)对应于加速踏板的压缩程度。换句话说，该ECU给控制单元70提供有关汽车运行状态的信息，例如汽车速度V，发动机速度NE，及节气阀的位置Ac(t)，这些信息根据加速踏板的压缩程度确定。A/C开关72，温度选择器73，温度传感器74，汽车速度传感器75，发动机速度传感器76，节气门角度传感器77，及ECU共同形成一个外部信息接收装置。

控制单元70根据外部信息接收装置提供的信息确定汽车的当前状态。控制单元70计算由驱动器71供给工作容积控制阀40的线圈54的负荷比Dt。控制单元70接着根据计算的负荷比Dt，指令驱动器71输出驱动信号，调节工作容积控制阀40的开度。这迅速改变了曲柄压力Pc和活塞行程，或者压缩机工作容积和作用于驱动轴6的扭矩。

下面将参照附图4至9的流程图详细描述控制单元70执行的负荷控制程序。这些流程图表示控制压缩机工作容积和作用于驱动轴6的扭矩的程序。图4表示空调程序的主程序，或者一个基本程序。图5至9表示在主程序的某些条件被满足时执行的子程序。

(主程序)

当汽车点火开关(启动开关)打开时，动力供给ECU和控制单元70。因此控制单元70和ECU开始工作。控制单元70开始在步骤S41设定各种数据(以下称为“S41”，其他步骤也以相同的方式表示)，如图4所示。例如具体地说，控制单元70设定一个目标扭矩和负荷比的初始值或者试用值。下面将要描述，在执行目标扭矩TQ(t)反馈控制程序时，目标扭矩TQT是一个目标值。在步骤S41结束初始设定之后，接着执行如图4所示的步骤。即，监测汽车运行状态，定期计算负荷比。

在步骤S42，监测A/C开关72的激活状态，，直到A/C开关接通。A/C开关72接通时，在步骤S43，控制单元70判断汽车是否停止行驶，发动机E是否处于空转状态。换句话说，控制单元70判断汽车速度是否为零，发动机速度NE是否大于零。如果在步骤S43，结果是否定的，则开始执行非正常状态确定程序(S44-S47)。如果结果是肯定的，则执行下面将要描述的空转速度测定和调节程序RF6(见图6)。在步骤S43，即使发动机动力没有被传递到方向盘上(由于离合器释放)，在汽车速度大于零时，结果也变为肯定的。

在非正常状态确定程序的第一步骤，或者S44，通过当前节气阀驱动量Ac(t)测定电流是否大于第一节气阀驱动确定值Ac(D1)。具体地说是判断节气阀驱动量Ac(t)是否大于正常驱动量。当汽车处于正常负荷状态时，或者当汽车正以恒定的速度沿平坦的路面行驶时，正常驱动量代表节气阀位置。例如，当汽车上坡时，结果变成肯定的。按照这种方式，在步骤S44，控制单元70间接测定发动机的增加负荷状态。因此，第一测定值Ac(D1)设定为最大加速器驱动量的80％至90％。如果在步骤S44，结果是肯定的，或者发动机处于增加负荷状态，则执行增加负荷状态程序RF7(见图7)。程序RF7将在后面描述。

在非正常状态确定程序的第二步骤，或者S45，确定当前节气阀驱动量Ac(t)是否大于以前节气阀驱动量Ac(t-1)和可以承受的增加量α之和。如果在完成步骤S44和开始步骤S45的期间，节气阀驱动量Ac(t)增加量大于可以承受的增加值α，则步骤S45的结果变成正的。这能够使控制单元70间接测定汽车的加速值，例如加速可能会在超车时发生。可以承受的增加量α能够使控制单元70区分加速器的无意和有意压下。如果S45的结果是肯定的，或者当需要迅速加速时，，执行下面将要描述的加速状态程序RF8(见图8)。如果S45的结果是否定的，控制单元70执行步骤S46。在步骤S46，步骤S45中使用的当前节气阀驱动量储存作为下一次执行步骤S45的新的前一个节气阀驱动量。

在非正常状态确定程序的第三步骤，或者S47，确定当前节气阀驱动量Ac(t)是否为最小节气阀驱动量Ac(min)。最小节气阀驱动量Ac(min)是不引起发动机失速的最小节气阀驱动量。至少在驾驶员根本没有踏下加速踏板时，节气阀驱动量达到最小值。换句话说，在S47判断加速踏板的压下程度是否为零。例如当汽车驶下斜坡时，控制单元70因此间接测定汽车的减速/不加速状态。如果S47的结果是肯定的，或者汽车处于不加速/减速状态，则执行下面将要描述的不加速/减速状态程序RF9(见图9)。

如果S47的判断结果是否定的，在非正常状态确定程序中没有肯定的判断结果。即，汽车不处于增加负荷状态，或者加速或减速状态。因此确定汽车处于正常行驶状态。换言之，如果在非正常状态确定程序中没有肯定的判断结果，就假定汽车处于正常行驶状态。在步骤S47作出否定判断之后，进行正常状态程序RF5(见图5)。在大多数情况下，在完成正常状态程序RF5之后，控制单元70的运行返回到图4中主程序的步骤S42。

(正常状态程序RF5)

当汽车以正常状态行驶时，根据图5所示的正常状态程序RF5，执行空调设备或者压缩机工作容积的制冷输出的反馈控制程序。具体地说是在步骤S51至步骤S54，复查或者重新选择目标扭矩TQT。在步骤S55至S58，执行负荷比Dt的反馈控制程序，以便作用于压缩机驱动轴6的当前扭矩TS(t)接近目标扭矩TQT。即，在步骤S55至步骤S58，执行曲柄压力Pc、压缩机工作容积和扭矩的反馈控制程序。

在步骤S51，控制单元70判断由温度传感器74测定的蒸发器附近的温度Te(t)是否大于温度选择器73选择的目标温度Te(set)。如果结果是否定的，控制单元70在步骤S52判断测定的温度Te(t)是否小于目标温度Te(set)。如果S52的结果也是否定的，则测定温度Te(t)等于目标温度Te(set)。因此不必改变目标温度TQT，目标温度改变空调设备的制冷能力。但是，如果步骤S51的结果是肯定的，就假定作用于蒸发器的热负荷较大。在这种情况下，目标扭矩TQT在步骤S53中增加ΔTQ。增加了的目标扭矩TQT增加工作容积，因此提高了空调设备的制冷能力。如果步骤S52的结果是肯定的，则假定作用于蒸发器的热负荷较小。在这种情况下，在步骤S54，目标扭矩TQT减少ΔTQ。减少的目标扭矩TQT减少了工作容积，因而降低了空调设备的制冷能力。按照这种方式，在步骤S51至S54，复查和重新选择目标扭矩TQT。

接着在步骤S55，控制单元70判断扭矩测定器60测定的扭矩TQ(t)是否大于目标扭矩TQT和可以承受的极限扭矩W的总和。如果在步骤S55结果是否定的，控制单元70判断测定的扭矩TQ(t)是否小于目标扭矩TQT和容许限度W之差。如果在步骤S55和S56中结果都是否定的，则当前扭矩TQ(t)落入值(TQT-W)和值(TQT+W)的范围内。换句话说，扭矩TQ(t)目前处于目标扭矩的两倍于容许限度W的可接受范围内。在这种情况下，不必改变负荷比Dt，或者扭矩和压缩机的工作容积。因此，控制单元70结束正常状态程序RF5，不指令驱动器71改变负荷比Dt。在正常状态程序RF5，控制扭矩TQ(t)的精确度，或者说命中水平，通过改变容许限度W来改变精确度。

如果S55的判断是肯定的，控制单元70在步骤857使负荷比Dt降低ΔD。控制单元70接着指令驱动器71改变当前负荷比，变至一个新的负荷比(Dt-ΔD)。这减少了工作容积控制阀40的线圈54引起的电磁力。工作容积控制阀40的开度相应增加(抽气通道28内的制冷剂流量增加)。因此，曲柄压力Pc升高，曲柄压力Pc和每一个汽缸孔1a内的压力差增加。斜盘12因此在减少倾斜角度的方向上移动，因而增加了压缩机的工作容积和作用在驱动轴6上的扭矩。如果S55的判断是否定的，而S56的判断是肯定的，控制单元70在S58使负荷比Dt增加ΔD。控制单元70接着指令驱动器71将当前的负荷比改变成一个新的负荷比(Dt+ΔD)。这就增加了工作容积控制阀40的线圈54引起的电磁力。因此工作容积控制阀40的开度相应减少(抽气通道28内的制冷剂流量减少)。因此，曲柄压力Pc降低，曲柄压力Pc和每一个汽缸孔1a内的压力差减少，该压力作用于每一个活塞的相应侧面。因此，斜盘12沿着增加倾斜角度的方向移动，因此增加了压缩机的工作容积和作用于驱动轴6上的扭矩。如上所述，通过在步骤S57或步骤S58实施反馈控制程序，即使在测定扭矩TQ(t)和目标扭矩TQT之差相对较大时，也能够调节扭矩TQ(t)，使其接近目标扭矩TQT。

图10是表示在步骤S53中增加了目标扭矩TQT之后，在执行步骤S55至步骤S58时，扭矩TQ(t)变化的时间图。如图10所示，在前一个目标扭矩TQT(old)改变到修正的目标扭矩TQT(new)之后，需要一个时间周期T1或者一个时间周期T2，使扭矩TQ(t)的值增加到接近于修正的目标扭矩TQT。在该实施例中，没有测量压力，例如吸气压力Ps，该压力受空调设备热负荷的影响，用做反馈控制程序的参数。换言之，根据本发明的程序，通过改变工作容积控制阀40的负荷比来直接控制扭矩TQ(t)。由于扭矩TQ(t)迅速响应工作容积控制阀40负荷比的改变，时间周期T1、或者时间周期T2相对较短。换句话说，扭矩TQ(t)在较短的时间内调节到接近目标扭矩的值，正常程序RF5结束。

(空转速度测定和调节程序RF6)

若在图4中主程序的步骤S43的判断结果是肯定的，则控制单元70执行图6中的空转速度测定和调节程序RF6。在程序RF6中，测定发动机空转速度，如果必要，接着进行调节。尤其在步骤S61中，控制单元70判断从ECU获得的发动机速度NE是否小于最小的极限空转速度IDmin。如果S61的判断结果是否定的，控制单元70在步骤S62判断发动机速度NE是否大于最大极限速度IDmax。如果在S62的判断结果是否定的，就假定发动机速度NE在最小极限空转速度IDmin和最大极限空转速度Idmax之间。因此不必改变负荷比Dt，控制单元70回到主程序。

如果S61的判断是肯定的，假定发动机速度NE很低，发动机处于不稳定状态。在这种情况下，控制单元70将负荷比Dt降低到最小负荷比Dt(min)。这就减少了作用于压缩机驱动轴6的扭矩，因而降低了压缩机供给发动机的负荷。因此，发动机速度NE升高。如果S61的判断是否定的，S62的判断是肯定的，假定发动机速度NE非常高。在这种情况下，控制单元70在步骤S64将负荷比Dt增加ΔD，以便增加后的负荷比Dt不会超过最大负荷比Dt(max)。这相应的增加了作用于压缩机的驱动轴6的扭矩，因而增加了压缩机供给发动机的负荷。因此，发动机空转转速NE降低。按照这种方式，即使发动机直接连接压缩机，也能够稳定发动机速度NE。如上所述，即使在发动机刚启动之后，通过调节作用于压缩机的扭矩，空转速度测定和调节程序RF6也能够稳定发动机的空转转速。

(增加负荷状态程序RF7)

如果在图4中主程序的步骤S44判断结果是肯定的，则控制单元70执行图4的增加负荷状态程序RF7。在程序RF7中，控制单元70首先在步骤S71(准备步骤)将当前负荷比Dt存储为目标存储值DtR。值DtR是负荷比存储步骤的目标值。在步骤S71完成之后，控制单元70在步骤S72将当前负荷比Dt降低为最小负荷比Dt(min)。控制单元70接着指令驱动器71根据最小负荷比操纵工作容积控制阀40。接着，在步骤S73，控制单元70判断当前节气阀激活量Ac(t)是否小于第二节气阀激活确定值Ac(D2)。第二确定值Ac(D2)小于第一确定值Ac(D1)。因此，如果S73的判断是肯定的，假定节气阀激活量Ac(t)已经变小，或者发动机不再处于增加负荷状态。在该实施例中，两个确定值，或者第一确定值Ac(D1)和第二确定值Ac(D2)用来执行节气阀激活量Ac(t)的滞后控制状态。利用两个测定值进行操纵，避免使用单个测定值。如果S73的判断结果是否定的，负荷比Dt保持为最小负荷比Dt(min)。因此，工作容积控制阀40的开度保持最大，因而增加了曲柄压力Pc。换言之，当发动机处于增加负荷状态时，压缩机工作容积和扭矩最小，减少了供给发动机的负荷。

当步骤S73的判断结果是肯定的，或者当发动机不再处于增加负荷状态时，执行负荷比存储步骤，或者S74。具体地说在步骤S74中，控制单元70将已经降低至最小负荷比Dt(min)的当前负荷比Dt(t)逐渐升高至目标存储值DtR(就在RF7刚开始后的负荷比)。如图7中图形S74所示，在t1时刻S73作出肯定的判断之后，负荷比Dt在一定的时间周期(t2-t1)内，以基本线性的方式将负荷比逐渐上升到目标值DtR。这就防止了斜盘12的倾斜角度迅速改变而导致撞击。当负荷比Dt达到目标值DtR时，增加负荷状态程序RF7结束，控制单元70返回图4的主程序。

(加速状态程序RF8)

如果在图4中的主程序中S45的判断结果是肯定的，则控制单元70执行图8中的加速状态程序RF8。在程序RF8中，控制单元70在步骤S81(准备步骤)首先存储当前负荷比Dt作为目标存储值DtR。值DtR是负荷比存储步骤或者步骤S82的目标存储值，下面将进行描述。接着在步骤S82，控制单元70存储当前测定的温度Te(t)作为在汽车加速时减少发动机负荷的初始温度Te(INT)。接着，控制单元开始在S83启动内部计时器，在S84将负荷比Dt降至最小负荷比Dt(min)。控制单元70接着指令驱动器71根据最小负荷比Dt(min)操纵工作容积控制阀40。使工作容积控制阀40的开度为最大(工作容积控制阀40变成全开)，因此增加了曲柄压力Pc。接着在S85，控制单元70判断由内部计时器测定的时间是否超过预定时间ST。如果步骤S85的判断结果为否定的，则将负荷比Dt保持为最小负荷比Dt(min)。即，至少在计时器启动后的预定时间ST之前，保持工作容积控制40阀处于全开状态。因此可靠地减少了压缩机工作容积和作用于压缩机的扭矩。即，作用于发动机的负荷至少在汽车加速时的预定时间ST内可靠降低(减少)。因为加速只是临时发生的，所以预定时间ST不必太长。

在计时器测定的时间超过预定时间ST之后，，控制单元70在S86判断当前测定的温度Te(t)是否大于初始温度Te(INT)和温度增加极限β之和。如果S86的判断结果是肯定的，则假定当前温度Te(t)已经在预定时间ST内的增加值超过温度增加极限的量值。在这种情况下，需要立即增加空调设备的冷量输出。尤其要执行负荷比存储步骤或S87。如同图7中所示的步骤或S74一样，该步骤将负荷比Dt逐渐增加至目标负荷比DtR。因此避免了斜盘倾斜角度的迅速改变。在图8的步骤S87的图形中，在时刻t4，步骤S86作出肯定的判断之后，负荷比Dt在时刻t5达到目标负荷比DtR。换言之，负荷比Dt在一定的时间周期内以基本线形的方式达到目标负荷比DtR。在步骤S87的图形中，时间周期(t4-t3)相当于预定时间ST和在S86中重复否定判断所占用的时间之和。当负荷比Dt达到目标负荷比DtR时，程序RF8结束，控制单元70返回图4的主程序。

(非加速/减速状态程序RF9)

如果在图4的主程序的步骤S47的判断结果是肯定的，控制单元70执行图9的非加速/减速状态程序RF9。在RF9程序中，控制单元70首先在S91(准备步骤)存储当前负荷比Dt作为目标存储值DtR。该值DtR是一个用于负荷比存储步骤或S95的目标值，下面将要描述。接着在步骤S92，控制单元70将负荷比Dt增加到最大负荷比Dt(max)。该控制单元70然后指令驱动器71根据最大负荷比Dt(max)操纵工作容积控制阀40。接着在S93，控制单元判断当前测定的蒸发器附近的温度Te(t)是否大于目标温度Te(set)。如果步骤S93的判断结果是肯定的，则控制单元70在步骤S94判断当前的节气阀激活量Ac(t)是否为最小节气阀激活量Ac(min)。如果S94的判断结果是肯定的，则将负荷比Dt保持为最大负荷比Dt(max)。工作容积控制阀40的开度因此最小(工作容积控制阀40完全关闭)，曲柄压力Pc减少。使压缩机工作容积和作用于压缩机的扭矩最大化。即，在汽车处于非加速或者减速状态下，发动机节省的能量由压缩机消耗掉了。换言之，由步骤S92、S93、S94形成的是一个对应于电动汽车刹车时空调设备的能量再循环程序。如上所述，在汽车处于非加速或者减速状态下，非加速/减速状态程序RF9使得压缩机消耗发动机节省的能量。使用发动机负荷减小时节省下来的能量，以使乘客车厢得到有效冷却。

如果在S93的判断是否定的，或者测定的温度Te(t)不大于目标温度Te(set)，则不再需要进一步的冷却。如果S94的判断结果是否定的，或者节气阀激活量Ac(t)大于最小节气阀激活量Ac(min)，则假定汽车不再处于非加速或者减速状态。因此，当S93的判断或者S94的判断结果是否定的，执行负荷比存储步骤S95。在S95，负荷比Dt逐渐降低至目标负荷比DtR。这就防止了斜盘12的倾斜角度迅速改变而产生撞击，就如图7中S74和图8中S87所示的那样。在S95所示的图形中，当S93和S94在时刻t6作出否定的判断之后，负荷比Dt在时刻t7达到目标负荷比DtR。即负荷比Dt在一定的时间周期(t7-t6)内线性地降低至目标值DtR。当负荷比Dt达到目标值DtR之后，程序RF9结束，控制单元70回到图4的主程序。

该实施例具有下述优点：

在该实施例中，不管随作用于蒸发器的热负荷而变化的吸气压力Ps如何，工作容积控制阀40的开度，或者压缩机工作容积都受到控制。换言之，根据该实施例的反馈控制程序直接调节作用于压缩机的驱动轴6的扭矩，来改变压缩机的工作容积。因此，根据压缩机的运转状态，工作容积受到外部控制而迅速改变，而不管作用于蒸发器的热负荷如何。结果，例如在汽车加速时，根据本发明的控制程序，可以以稳定的方式快速可靠地消除由于压缩机的运转而作用于发动机的负荷。

当汽车处于正常行驶状态时，压缩机工作容积受到基于作用于压缩机扭矩TQ(t)的反馈控制程序的控制。即，目标扭矩TQT根据测定的温度Te(t)和目标温度Te(set)(如图5中S51至S54所示)而改变。因此将乘客车厢的温度保持在舒适的水平。因此，在该实施例中，控制压缩机工作容积，在汽车处于正常形式状态时，保持乘客车厢处于舒适温度，但是在必须降低作用于发动机的负荷时也能够迅速减少压缩机的工作容积。

在该实施例中，根据作用于压缩机的扭矩TQ(t)执行反馈控制程序。因此，在负荷比存储步骤S74、S87、S95，负荷比Dt按照所需要的方式(在该实施例中，是以线性方式)增加或者降低至目标负荷比DtR。在现有技术的控制程序中，由于取决于吸气压力Ps，因此难于控制作用于压缩机的扭矩TQ(t)的变化。即，现有技术的程序不能够象本发明一样以线性的方式将压缩机的工作容积从最小值或者最大值，逐渐地增加或者减少。

在该实施例中，调节曲柄压力Pc的工作容积控制阀40不需要一个压力传感元件，如一个膜盒。与现有技术的目标压力改变阀相比，降低了工作容积控制阀的制造成本。

(变换)

本发明可以作如下变换。

在第一个实施例中，扭矩测定器60是一种非接触型的。但是，该扭矩测定器60也可以是接触型的应变仪。

在第一实施例中，扭矩测定器60测定作用于压缩机驱动轴6的扭矩。但是，该扭矩测定器60也可以测定压缩机其他部分的应力(集中反作用力)，用于测量作用于压缩机的扭矩。例如，扭矩测定器60可以是一个传感器，该传感器测定将压缩机固定在发动机室内的部件或者贯穿螺栓的应力(见图1)。

尽管上述实施例中工作容积控制阀40布置在供气通道28内，但是工作容积控制阀40也可以布置在抽气通道27内。此外，工作容积控制阀40可以是控制供气通道28内制冷剂流量和抽气通道27内制冷剂流量的三通控制阀。

在第一实施例中，工作容积控制阀40受到外部控制，能够连续调节其开度。但是，也可以从外部控制工作容积控制阀40，来改变阀40开或者闭的时间间隔。

扭矩测定器60的磁致伸缩部分(61至66)布置在驱动轴6的伸出端附近，如图1和3所示，该磁致伸缩部分也可以用图12或者13所示的磁致伸缩部分代替。图12所示的磁致伸缩部分包括一个装在驱动轴6外侧周围的磁膜(磁致伸缩环)81，一个磁收集偏转线圈82，一个测定线圈83。该磁致伸缩环81具有预定的径向尺寸(例如1毫米)和预定的沿驱动轴6的纵向尺寸。尽管不是必须的，但是斜槽81a最好布置在磁致伸缩环81内，如图12所示，用于提高在压缩机运转期间反作用扭矩引起的磁致伸缩的测定准确性。偏转线圈82由金属制成，布置在磁致伸缩环81周围，在磁致伸缩环81和偏转线圈82之间形成一定的空间。如图1中的线圈63到66一样，偏转线圈82由前壳2的靠近驱动轴6伸出端的内周壁支撑。如图12所示，偏转线圈82具有U型的横截面，它用来固定测定线圈83。测定线圈83对应于图3中次级线圈65和66。偏转线圈82和线圈83不接触磁致伸缩环81。此外，图13(a)的磁致伸缩测定部分包括磁致伸缩环81和磁性传感器84。除了磁致伸缩环81不包括斜槽81a外，磁致伸缩环81具有大体上与图12的磁致伸缩环相同的结构。磁致伸缩环81不接触磁性传感器84。如图13(B)所示，磁性传感器84最好是十字头型传感器。如果十字头型传感器用做磁性传感器84，那么只要满足所需要的磁致伸缩的测定精确度，就可以不用磁致伸缩环81。在图12和13所示的磁致伸缩测定部分中，携带磁致伸缩环81的驱动轴6由作用于压缩机的扭矩驱动。由于环81的应力，在磁致伸缩环81上产生了磁致伸缩，因此改变了测定线圈83内的感应电压，或者磁性传感器84内的感应电压。作用于压缩机的扭矩随测定线圈83内的感应电压，或者磁性传感器84内的感应电压而修正。结果，根据测定线圈83内的感应电压，或者磁性传感器84内的感应电压，来测定作用于压缩机的扭矩。

显然，本领域的普通技术人员可以以其他特定的方式实施本发明，也不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明的实例和实施例是一种描述，不限制本发明，并能够在后附的权利要求书的范围内进行改进。

Claims

1、一种具有一个制冷剂回路的空调设备，该制冷剂回路包括一个冷凝器，一个减压装置，一个蒸发器，和一个变容压缩机，该空调设备的特征在于：

一个在压缩机运行期间直接或者间接测定作用于压缩机上的扭矩的扭矩测定装置，一个测定各种外部信息而非扭矩的外部信息测定装置，及一个控制装置，该控制装置根据外部信息测定装置提供的外部信息确定目标扭矩，执行压缩机工作容积的反馈控制程序，以使扭矩测定装置测定的扭矩接近目标扭矩。

2、如权利要求1所述的空调设备，其特征在于，控制装置根据外部信息确定该空调装置是否处于正常运行状态，如果空调设备处于非正常运行状态，则不论目标扭矩如何，控制装置均中断控制压缩机工作容积的反馈控制程序，以便使扭矩接近目标扭矩。

3、如权利要求1所述的空调设备，其特征在于，预定值是扭矩的最大值或者最小值。

4、如权利要求1所述的空调设备，其特征在于，外部信息测定装置至少包括一个测定乘客车厢内温度的温度传感器，和一个选择目标温度的温度选择器；并且该控制装置通过比较温度传感器测定的温度和温度选择器选择的目标温度，确定目标扭矩。

5、如权利要求1所述的空调设备，其特征在于：

外部信息测定装置至少包括一个测定节气阀位置的节气阀传感器；及

控制装置至少根据节气阀传感器测定的节气阀位置确定汽车是否处于非正常状态，例如增加负荷状态和加速状态，如果汽车处于增加负荷状态或者处于加速状态时，控制装置中断控制压缩机工作容积的反馈控制程序，以便使扭矩最小。

6、如权利要求1所述的空调设备，其特征在于：

控制装置至少根据节气阀传感器测定的节气阀位置确定汽车是否处于非正常状态，例如非加速和减速状态，如果汽车处于非加速状态或者处于减速状态时，控制装置中断控制压缩机工作容积的反馈控制程序，以便使扭矩最大。

7、如权利要求5所述的空调设备，其特征在于控制装置执行工作容积恢复程序，以便按照预定的方式将扭矩从非正常状态的水平恢复到非正常状态之前原始测定的扭矩水平。

8、如权利要求1所述的空调设备，其特征在于：

变容压缩机具有一个连接冷凝器的排气室，一个连接蒸发器的吸气室，一个装有倾斜凸轮盘的曲轴箱，一个布置在制冷剂通道内的工作容积控制阀，所述通道经过排气室、曲轴箱和吸气室，根据供给工作容积控制阀的电流，从外部控制该工作容积控制阀的运转；和控制装置根据供应给控制曲轴箱内压力的容积控制阀的电流调节该容积控制阀的开放，从而改变压缩机的容积。

9、如权利要求1所述的空调设备，其特征在于扭矩测定装置测定作用于压缩机驱动轴上的扭矩。

10、如权利要求9所述的空调设备，其特征在于扭矩测定装置具有一个包括一个十字头型传感器的磁致伸缩测定部分。

11、如权利要求4所述的空调设备，其特征在于温度传感器布置在蒸发器附近，用于测定流过蒸发器的空气的温度。

12、如权利要求8所述的空调设备，其特征在于不论吸气压力如何，仅根据供应的电流调节容积控制阀的开度。

13、如权利要求8所述的空调设备，其特征在于容积控制阀布置在连接排气室和曲轴箱的通道内。