CN1421332A - 空调装置 - Google Patents

Abstract

一种用于对车厢内部进行空气调节的空调装置，包括压缩机(C)和电动机(84)。压缩机(C)可压缩致冷气体并改变排量。电动机(84)可驱动压缩机(C)。电动机控制器(72)使电动机(84)在恒定的基准速度下旋转。检测装置(92)检测与空调装置上的热负载有关的信息。电流传感器(97)检测供应给电动机的电流值。控制器(72)根据所检测到的热负载信息和所检测到的电流值来控制压缩机。控制器(72)根据热负载信息来计算压缩机的目标转矩。根据所计算出的目标转矩，控制器(72)可计算出将供应给电动机的目标电流值。控制器(72)还可控制压缩机的排量，使得所检测到的电流值与目标电流值相匹配。

Description

空调装置

技术领域

本发明涉及一种安装在车辆上以对乘客车厢进行空气调节的空调装置。

背景技术

典型的车载空调装置根据热负载信息如外界温度和乘客车厢的温度来设定流经蒸发器的空气的目标温度。流经蒸发器的空气温度由蒸发器温度传感器来检测，此传感器例如包括一个热敏电阻。根据目标温度和由蒸发器温度传感器所检测到的温度，可以对可变排量压缩机的排量进行反馈控制。

然而，如果采用从蒸发器中刚刚流出的空气的温度作为一个指标来对压缩机的排量进行反馈控制，那么会存在下述缺点。也就是说，由于热敏电阻对温度变化具有反应延迟，而且由于蒸发器中的致冷剂的不均匀分布，因此由蒸发器所检测到的温度与实际温度不同。这很可能引起压缩机的排量控制产生波动，因此使空气调节变得不太舒适。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种可抑制可变排量压缩机的排量控制波动的空调装置。

为了实现上述和其它目的，根据本发明的目的提供了一种用于对车厢内部进行空气调节的空调装置。空调装置包括可变排量压缩机、电动机控制器、检测装置、电流传感器和控制器。压缩机压缩致冷气体并改变排量。电动机驱动压缩机。电动机控制器使电动机以恒定的基准速度旋转。检测装置检测与空调装置上的热负载有关的信息。电流传感器检测供应给电动机的电流值。控制器根据所检测到的热负载信息和所检测到的电流值来控制压缩机。控制器还可以：根据热负载信息来计算压缩机的目标转矩；根据所计算出的目标转矩来计算将供应给电动机的目标电流值；以及控制压缩机的排量以使所检测到的电流值与目标电流值相匹配。

从下面的介绍并结合通过示例说明了本发明原理的附图可以清楚本发明的其它方面和优点。

附图说明

通过参考对现有的优选实施例的下述介绍以及附图，可以最佳地理解本发明及其目的和优点，在附图中：

图1是显示了空调装置的示意图；和

图2是显示了空气调节控制的流程图。

具体实施方式

现在将介绍根据本发明的一个优选实施例。在此实施例中，本发明应用于可对车辆的乘客车厢进行空气调节的车载空调装置。

如图1所示，可变排量旋转斜盘式压缩机C(这里称为压缩机)包括壳体11。在壳体11中形成了曲轴箱12。在壳体11的曲轴箱12中可旋转地设置了驱动轴13。驱动轴13通过旋转体装置与车辆动力源的输出轴相连，旋转体装置在此实施例中为滑轮装置PT，车辆动力源在此实施例中为内燃机E。

滑轮装置PT包括由壳体11可旋转地支撑的旋转体80。来自发动机E的皮带81与旋转体80的周边相接合。在驱动轴13的伸出到壳体11之外的部分上固定了轮毂82。在旋转体80和轮毂82之间设置了传统的单向离合器83。

滑轮装置PT包括电动机84。电动机84位于旋转体80的径向内部。电动机84是不具有磁铁的可切换磁阻(SR)的电动机。电动机84包括定子84a和转子84b。定子84a固定在壳体11上。转子84b固定在轮毂82上并围绕着定子84a。

当发动机E不运转时，例如包括逆变器的驱动电路78根据需要在来自电动机控制器的指令下为定子84a供应电流。在此实施例中，电动机控制器为电子控制单元(ECU)72。由驱动电路78供应给定子84a的电流在转子84b处产生旋转作用力，并通过轮毂82使驱动轴13旋转。在这种状态下，从轮毂82到旋转体80的动力传递被单向离合器83所阻挡。因此，由电动机84所产生的旋转作用力能够如所希望的那样传送到发动机E中。

单向离合器83允许动力从旋转体80传送到轮毂82中。因此，当发动机E运转时，发动机E的动力通过旋转体80和轮毂82传送到驱动轴13中。

连接板14与驱动轴13相连并位于曲轴箱12中。连接板14与驱动轴13整体地旋转。在曲轴箱12内容纳了旋转斜盘15。旋转斜盘15可沿驱动轴13滑动并相对于驱动轴13倾斜。在连接板14和旋转斜盘15之间设置了铰链机构16。铰链机构16允许旋转斜盘15与连接板14和驱动轴13一起旋转，并使旋转斜盘15相对于驱动轴13倾斜。

壳体11具有多个气缸11a(图中只显示了一个)。各气缸11a容纳了一个单头活塞17。各活塞17在相应的气缸11a内往复运动。各活塞17通过一对支承垫块(shoe)18与旋转斜盘15的周边部分相连。支承垫块18将与驱动轴13一起旋转的旋转斜盘15的旋转运动转换为活塞17的往复运动。

在气缸11a的附近或如图1所示地在气缸11a的后部设有阀板组件19。在各气缸11a的后部(图1中的右边部分)由相应的活塞17和阀板组件19形成了压缩室20。在壳体11的后部形成了吸气室21和排气室22。

阀板组件19具有吸气端口23、吸气阀瓣24、排气端口25和排气阀瓣26。各组吸气端口23和吸气阀瓣24以及排气端口25和排气阀瓣26对应于一个气缸11a。当各活塞17从上止点运动到下止点时，吸气室21中的致冷气体通过相应的吸气端口23被抽入到相应的压缩室20中，同时吸气阀瓣24弯曲而处于打开位置。当活塞17从下止点运动到上止点时，抽入压缩室20中的致冷气体被压缩到预定压力。然后，气体通过相应的排气端口25排放到排气室22中，同时吸气阀瓣26弯曲而处于打开位置。

如图1所示，在壳体11中形成有排放通道27和供给通道28。排放通道27将曲轴箱12和吸气室21相连。供给通道28将曲轴箱12和排气室22相连。在壳体11中设有控制阀29，以调节供给通道28。

可以调节控制阀29的开度，以控制通过供给通道28供应给曲轴箱12的高压气体的流量，以及通过排放通道27排到曲轴箱12之外的气体流量。这样就可以调节曲轴箱12中的压力。根据曲轴箱压力的变化来改变活塞17位于其间的曲轴箱12内的压力和压缩室20内的压力的差。这就改变了旋转斜盘15的倾斜角。结果，可以控制各活塞17的冲程，即压缩机C的排量。

例如，当控制阀29的开度减小且曲轴箱12内的压力降低时，旋转斜盘15的倾斜角相应地增加。这就增大了压缩机C的排量。在图1中，双点划线代表旋转斜盘15的最大倾斜角。当控制阀29的开度增大且曲轴箱12内的压力增加时，旋转斜盘15的倾斜角相应地减小。这就降低了压缩机C的排量。在图1中，实线代表旋转斜盘15的最小倾斜角。

如图1所示，车辆空调装置的致冷回路包括压缩机C和外部致冷回路30。外部致冷回路30包括冷凝器31、膨胀阀32和蒸发器33。

在压缩机C的排气室22内设有第一压力监测点P1。在致冷通道中位于第一压力监测点P1的下游位置处设有第二压力监测点P2。具体地说，第二压力监测点P2朝向冷凝器31与第一压力监测点P1间隔开一段预定距离。第一压力监测点P1处的压力和第二压力监测点P2处的压力的差代表了致冷回路中的致冷剂流量。也就是说，当致冷剂的流量增加时，监测点P1和P2之间的压力差ΔPd增大。相反，当流量减小时，压力差ΔPd减小。

第一压力监测点P1通过第一压力引入通道35与控制阀29相连。第二压力监测点P2通过第二压力引入通道36与控制阀29相连。

如图1所示，控制阀29包括阀体41、压力感应机构42和电磁促动机构43。阀体41可调节供给通道28的开度。压力感应机构42与阀体41的上端相连。促动机构43与阀体41的下端相连。当向下运动时，阀体41增大供给通道28的开度。当向上运动时，阀体41减小供给通道28的开度。压力感应机构42具有容纳于压力感应室42a内的波纹管42b。在压力感应室42a中，波纹管42b的内部通过第一压力引入通道35而暴露在第一压力监测点P1处的压力下。在压力感应室42a中，波纹管42b的外部通过第二压力引入通道36而暴露在第二压力监测点P2处的压力下。

电磁促动机构43包括静止芯件43a、可动芯件43b和线圈43c。可动芯件43b与阀体41相连。ECU72根据来自信息检测装置71的信息而发送指令给驱动电路73。驱动电路73又将与此信息相对应的电流供应给线圈43c。在静止芯件43a和可动芯件43b之间产生了向上的电磁作用力(电磁吸引力)。向上作用力的大小对应于驱动电路73供应给线圈43c的电流量。向上作用力通过可动芯件43b传递给阀体41。通过控制所施加的电压可以改变供应给线圈43c的电流。所施加的电压由脉宽调制(PWM)来控制。

在控制阀29中，当将负载比大于最小负载比Dt(min)(Dt(min)＞0％)的电流供应给线圈43c时，由可动芯件43b施加在阀体41上的向上电磁作用力克服由波纹管42b根据压力差ΔPd而施加在阀体41上的向下作用力与因波纹管42b的弹性而产生的向下作用力之和而起作用。这样就确定了阀体41的位置，使得这些向上和向下的作用力平衡。

例如，如果因发动机E的速度减小而使得致冷回路中的致冷剂流量减小，那么由波纹管42b根据压力差ΔPd而施加在阀体41上的向下作用力也减小。因此，阀体41向上运动，减小供给通道28的开度，这就降低了曲轴箱12中的压力。因此，旋转斜盘15的倾斜角增大，压缩机C的排量增大。压缩机C的排量增大提高了致冷回路中的致冷剂流量，这使得压力差ΔPd增大。

相反，如果因发动机E的速度增加而使得致冷回路中的致冷剂流量增大，那么由波纹管42b根据压力差ΔPd而施加在阀体41上的向下作用力也增大。因此，阀体41向下运动，增大供给通道28的开度，这就增加了曲轴箱12中的压力。因此，旋转斜盘15的倾斜角减小，压缩机C的排量减小。压缩机C的排量减小降低了致冷回路中的致冷剂流量，这使得压力差ΔPd减小。

当供应给线圈43c的电流的负载比Dt增大以增加作用在阀体41上的向上电磁作用力时，阀体41向上运动，减小了供给通道28的开度。结果，压缩机C的排量增加。因此，致冷回路中的致冷剂流量增大，这使得压力差ΔPd增大。

相反，当供应给线圈43c的电流的负载比Dt减小以降低作用在阀体41上的向上电磁作用力时，阀体41向下运动，增大了供给通道28的开度。结果，压缩机C的排量减小。因此，致冷回路中的致冷剂流量降低，这使得压力差ΔPd减小。

如上所述，控制阀29的压力感应机构42根据压力差ΔPd的变化自动地确定阀体41的位置，使得可以保持由供应给线圈43c的电流的负载比Dt所决定的压力差ΔPd的目标值或期望压力差。期望压力差可通过调节供应给线圈43c的电流的负载比Dt来从外部进行调节。

如图1所示，外部信息检测装置71包括空调开关91、用于设定乘客车厢内的所需温度的温度调节器92、用于检测乘客车厢内的温度的车内温度传感器93、用于检测外部温度的外部温度传感器94、用于检测从蒸发器33中刚刚流出的空气的温度的蒸发器传感器95、用于检测电动机84的转速N(x)的转速传感器96，以及用于检测供应给电动机84的定子84a的电流值I(x)的电流传感器97。蒸发器传感器95为热敏电阻。温度调节器92、车内温度传感器93和外部温度传感器94形成了热负载信息检测装置。

如果在发动机E运转时空调开关91接通，空调装置的ECU72根据来自温度调节器92、车内温度传感器93和外部温度传感器94的检测信号来计算所需的冷却效果(例如必要的吹风温度(TAO))。然后空调装置的ECU72根据所需的冷却效果来计算目标气温。ECU72根据目标气温和由蒸发器传感器95所检测到的检测气温来确定供应给控制阀29的线圈43c的电流的负载比Dt，并命令驱动电路73以所计算出的负载比Dt来驱动线圈43c。

例如，如果来自蒸发器传感器95的检测气温高于目标气温，那么ECU72命令驱动电路73增大负载比Dt。因此，控制阀29的开度降低，压缩机C的排量增大。气温也因此降低。相反，如果检测气温低于目标气温，那么ECU72命令驱动电路73减小负载比Dt。因此，控制阀29的开度增加，压缩机C的排量减小。气温也因此升高。

另一方面，如果在发动机E未运转时空调开关91接通，那么空调装置的ECU72在图2所示流程图的步骤(下文中称为S)101中命令驱动电路78促动电动机84。而且，ECU72促动控制阀29，同时驱动电路73将负载比Dt降低到负载比Dt范围内的最小负载比Dt(min)。电动机84以恒定的基准速度N(set)旋转。根据来自转速传感器96的转速信息N(x)来对驱动电路78进行反馈控制，使得可保持基准速度N(set)。

在步骤S102中，ECU72根据来自温度调节器92、车内温度传感器93和外部温度传感器94的热负载信息来计算所需的冷却效果。对于较大的热负载来说，所需的冷却效果设定得较大。对于较小的热负载来说，所需的冷却效果设定得较小。

在步骤S103中，假定压缩机C的驱动轴13的速度或电动机84的转速N(x)与预定的恒定基准速度N(set)相等，ECU72计算用于实现所计算出的所需冷却效果的目标转矩。对于较大的所需冷却效果来说，目标转矩设定得较大。对于较小的所需冷却效果来说，目标转矩设定得较小。进行目标压缩机转矩的计算，使得目标压缩机转矩不会超过电动机84的最大转矩。

电动机84的转速、输出转矩和输入电流值之间的关系由电动机84的特性所决定。根据此关系，ECU72在步骤S104中计算出目标电流值I(set)。目标电流值I(set)是在基准速度N(set)下供应给电动机84以使电动机84输出在步骤S103中计算出的目标转矩的电流值I(x)。对于较大的目标转矩来说，目标电流值I(set)设定得较大。对于较小的目标压缩机转矩来说，目标电流值I(set)设定得较小。

在步骤S105中，ECU72确定来自电流传感器97的检测电流值I(x)是否小于目标电流值I(set)。在步骤S106中，ECU72确定所检测到的电流值I(x)是否大于目标电流值I(set)。如果步骤S105和步骤S106的结果均为否定，那么电动机84正在接收到目标电流I(set)，并且压缩机转矩等于目标转矩。也就是说，能够充分地控制压缩机C的排量或空调装置的所需冷却效果。因此，不会进行会导致空调装置的冷却效果发生变化的负载比Dt的变化。然后ECU72前进到步骤S102。

如果步骤S105的结果为肯定，那么压缩机转矩小于目标转矩。因此可以判断出压缩机C的排量或空调装置的冷却效果不够。因此，在步骤S107中，ECU72将负载比Dt提高ΔD个单位，并命令驱动电路73将负载比Dt改变到调节后的值(Dt+ΔD)。因此，控制阀29的开度稍稍降低，压缩机C的排量稍稍增大。因此，压缩机转矩稍稍增大。这就稍稍增大了驱动电路78供应给电动机84的电流值I(x)。

如果步骤S106的结果为肯定，那么压缩机转矩大于目标转矩。因此可以判断出压缩机C的排量或空调装置的冷却效果过大。因此，在步骤S108中，ECU72将负载比Dt降低ΔD个单位，并命令驱动电路73将负载比Dt改变到调节后的值(Dt-ΔD)。因此，控制阀29的开度稍稍增大，压缩机C的排量稍稍降低。因此，压缩机转矩稍稍降低。这就稍稍减小了驱动电路78供应给电动机84的电流值I(x)。

通过这种方式可在步骤S107和/或步骤S108中调节负载比Dt。因此，即使压缩机转矩偏离目标压缩机转矩，换句话说，即使空调装置的冷却效果偏离于所需的冷却效果，也可逐步地优化控制阀29的期望压力差。另外，控制阀29可自动地调节其开度。因此，空调装置的冷却效果可快速集中到所需的冷却效果上。

此实施例提供了以下优点。

(1)当电动机84驱动压缩机C时，采用压缩机转矩作为指标来对压缩机C的排量进行反馈控制。压缩机C的排量变化与压缩机转矩的变化密切相关。也就是说，压缩机转矩能快速响应于压缩机C的排量变化。因此，可以有效地抑制在采用气温作为指标来进行反馈控制时将观察到的压缩机排量控制的波动。因此，空气调节能够以对乘客来说更舒适的方式来进行。

为了将压缩机转矩保持在目标压缩机转矩，采用直接检测供应给电动机84的电流值I(x)来进行反馈控制。因此，不需要用于直接检测压缩机转矩的昂贵的转矩传感器。

(2)采用复合式压缩机作为压缩机C。因此，如果电动机84设计成具有与发动机E相同的压缩机驱动性能，那么电动机84的尺寸将增大，而且电动机84无法安装在发动机室中。因此，必须采用较小的电动机来作为电动机84。然而，如果采用较小的电动机来作为电动机84，那么过量的压缩机转矩会使电动机84脱离同步运转，从而使电动机84停转。这就对空气调节产生了不利的影响。在这种情况下，有效地抑制压缩机排量控制中的波动以防止压缩机转矩的过度增大对允许电动机84以稳定方式操作同时提高空气调节的舒适度来说是有效的。

(3)电动机84安装在压缩机C的滑轮装置PT内。换句话说，电动机84较小并产生较小的动力。因此，有效地抑制压缩机排量控制中的波动对允许电动机84以稳定方式操作同时提高空气调节的舒适度来说是有效的。

(4)与改变目标吸气压力的控制阀不同，控制阀29不采用受到蒸发器33处的热负载大小的影响的吸气压力作为指标。相反，控制阀29直接控制两个压力监测点P1和P2之间的压力差ΔPd，两个监测点均反映了致冷回路中的压力，从而对压缩机的排量进行反馈控制。因此，可以通过ECU72所进行的外部控制来快速可靠地控制压缩机的排量，而不受蒸发器33上的热负载的影响。因此，控制阀29可有效地抑制压缩机排量控制中的波动，并具有有效的设置以允许电动机84以稳定方式操作，同时提高空气调节的舒适度。

对于本领域的技术人员来说很明显，在不脱离本发明的精神实质或范围的前提下，本发明可以多种其它的特定形式来体现。特别是，应当理解，本发明可以下述形式体现。

第一压力监测点P1和第二压力监测点P2可设在包括了蒸发器33和吸气室21的吸气压力区域内。在这种情况下，第二压力监测点P2位于第一压力监测点P1的下游。

可采用能够改变目标吸气压力的控制阀来作为控制阀29。

控制阀29可位于排放通道27中。在这种情况下，控制阀29不调节供给通道28的开度而是调节排放通道27的开度，从而调节曲轴箱12中的压力。

可采用摇摆型压缩机来作为可变排量压缩机。

可以采用SR电动机以外的带有磁铁的高效紧凑型无电刷电动机或者带有电刷的高效直流电动机来作为电动机。或者，可根据电动机的供电电路的类型来采用不同类型的电动机作为电动机。具体地说，如果电动机的供电电路为低压型，那么可采用直流电动机，如果电动机的供电电路为高压型，那么可采用带有磁铁的无电刷电动机或SR电动机。

本发明还可应用于可变排量压缩机只由电动机驱动的车辆的空调装置中。例如，本发明可用于电动车辆。

在所示实施例中，本发明应用于对乘客车厢进行空气调节的空调装置。然而，本发明还可用于对例如冷藏车或冷冻车的货厢进行空气调节(控制其温度)的车辆空调装置。本发明的应用不限于车辆。然而，本发明可应用于对建筑物内部进行空气调节的空调装置，例如家用空调机。

因此，此示例和实施例应被视为是说明性的而不是限制性的，本发明并不限于这里给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围和等效设置中进行修改。

Claims (10)

1.一种用于对车厢内部进行空气调节的空调装置，其特征在于，

可变排量压缩机(C)，其中所述压缩机可压缩致冷气体并改变排量；

用于驱动所述压缩机的电动机(84)；

用于使所述电动机(84)在恒定的基准速度下旋转的电动机控制器(72)；

用于检测与所述空调装置上的热负载有关的信息的检测装置(92)；

用于检测供应给所述电动机的电流值的电流传感器(97)；

用于根据所检测到的所述热负载信息和所检测到的所述电流值来控制所述压缩机的控制器(72)，其中所述控制器可以：

根据所述热负载信息来计算所述压缩机的目标转矩；

根据所计算出的所述目标转矩来计算将供应给所述电动机的目标电流值；和

控制所述压缩机的排量，使得所检测到的所述电流值与所述目标电流值相匹配。

2.根据权利要求1所述的空调装置，其特征在于，所述空调装置安装在车辆上以对所述车辆的乘客车厢进行空气调节，并且还被所述车辆的发动机(E)驱动。

3.根据权利要求1或2所述的空调装置，其特征在于，所述压缩机包括壳体(11)，其中所述壳体容纳了旋转体(80)，所述旋转体由所述发动机带动旋转，其中所述电动机位于所述壳体内的所述旋转体的径向内部。

4.根据权利要求1或2所述的空调装置，其特征在于，还设置了用于改变所述压缩机的排量的控制阀。

5.根据权利要求4所述的空调装置，其特征在于，所述压缩机具有吸气室、排气室、曲轴箱和供给通道(28)，所述供给通道将所述排气室(22)与所述曲轴箱(12)相连，其中所述控制阀位于所述供给通道(28)中以调节所述供给通道(28)的开度。

6.根据权利要求5所述的空调装置，其特征在于，设置了包括有所述压缩机和外部致冷回路的致冷回路，其中所述控制阀包括压力感应机构，所述压力感应机构检测沿所述致冷回路设置的两个压力监测点之间的压力差。

7.根据权利要求6所述的空调装置，其特征在于，所述外部致冷回路(30)包括冷凝器(31)、膨胀阀(32)和蒸发器(33)。

8.根据权利要求6所述的空调装置，其特征在于，所述控制阀包括：

用于调节所述供给通道(28)的开度的阀体(41)；和

促动机构(43)，其中所述促动机构根据来自所述控制器的指令来改变施加在所述阀体上的作用力，从而改变期望压力，在所述压力感应机构(42)确定所述阀体(41)的位置时采用所述期望压力作为基准。

9.一种用于对具有发动机的车辆的乘客车厢进行空气调节的空调装置，其特征在于，

可变排量压缩机(C)，其中所述压缩机可压缩致冷气体并改变排量；

单向离合器(83)，其中当所述发动机运转时，所述单向离合器选择性地将所述发动机的动力传递给所述压缩机；

用于在所述发动机未运转时驱动所述压缩机的电动机(84)；

用于使所述电动机(84)在恒定的基准速度下旋转的电动机控制器(72)；

用于检测与所述空调装置上的热负载有关的信息的检测装置(92)；

用于检测供应给所述电动机的电流值的电流传感器(97)；

用于根据所检测到的所述热负载信息和所检测到的所述电流值来控制所述压缩机的控制器(72)，其中所述控制器可以：

根据所述热负载信息来计算所述压缩机的目标转矩；

根据所计算出的所述目标转矩来计算将供应给所述电动机的目标电流值；和

控制所述压缩机的排量，使得所检测到的所述电流值与所述目标电流值相匹配。

10.一种用于控制可对车厢内部进行空气调节的空调装置的方法，所述空调装置包括可变排量压缩机(C)和电动机(84)，其中所述压缩机(C)可压缩致冷气体并改变排量，而且所述电动机(84)可驱动所述压缩机(C)，所述方法的特征在于，

根据与所述空调装置上的热负载有关的信息来计算所需的致冷效果；

根据所计算出的所述致冷效果来计算所述压缩机的目标转矩；

根据所计算出的所述目标转矩来计算将供应给所述电动机的目标电流值；和

控制所述压缩机的排量，使得由电流传感器所检测到的电流值与所述目标电流值相匹配。

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