CN1978900A - 外控变排量压缩机向定排量压缩机自动空调的移植方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车自动空调系统中的外控变排量压缩机，为提高自动空调系统控制精度和减少压缩机能耗，本发明公开了外控变排量压缩机向定排量压缩机自动空调的移植方法。其特点是仅只更换了定排量压缩机，并对外控变排量压缩机的控制电路进行改造和连接，用蒸发器热敏电阻和车内温度传感器对变排量压缩机排量进行控制。本发明结构简单，开发周期短，成本低。采用了外控变排量压缩机，使自动空调系统对车箱温度控制稳定。控制精度高，车箱平均温度偏差小于±0.5℃。改善了乘座环境，节省了能源。

Description

外控变排量压缩机向定排量压缩机自动空调的移植方法

技术领域

本发明涉及汽车空调，特别属于汽车自动空调系统中的外控变排量压缩机，具体地说是将变排量外控压缩机直接移植到定排量系统中的技术。

背景技术

自动空调的主要目的就是控制车内的温度，提供良好的乘坐环境。通常自动空调的压缩机往往选用定排量的压缩机。其优点是在一定转速下，压缩机输出的制冷剂量是一定的。这样，控制系统只要在一个温度范围内断开和吸合压缩机就可以了。但由于压缩机的做功，发动机必须增大输出功率。这就造成了一个明显的缺点，车辆发动机的能耗会提高。

为了节约能量，压缩机厂商就开发了其他形式的压缩机，也就是变排量压缩机。这种变排量压缩机的优点是根据系统的工作状态改变制冷剂输出量。意味着可改变能量的消耗，起到一定的节能的作用。目前变排量压缩机主要有两种形式，一种是内控变排量压缩机，另一种是外控变排量压缩机。前者制冷剂输出可变，但以蒸发器温度恒定作为前提，即压缩机输出特性可以变化，而输出结果仍保证蒸发器温度恒定。因为该特性是由硬件提供的，控制系统对其难以控制，故它的控制精度低且节能效果不理想。由此，外控变排量压缩机应运而生。它的优点是控制精度较高，输出完全由控制系统控制，空调系统根据环境信号运算后获得的保持车内温度的出风温度来改变蒸发器表面温度。在各种情况下，热力系统都将工作在最小必要工作状态，从而达到最佳节能的效果。

如果对现有定排量压缩机自动空调系统进行改造，去重新研发外控变排量压缩机自动空调系统，需要大量的时间、人力和物力，成本较高。同时自动空调对于其载体，车辆本身也有一定的要求。因此有关科技人员针对实际情况，正在设计更有利、更简便的技术方案。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，为解决定排量压缩机能耗及控制精度问题，本发明提供外控变排量压缩机向定排量压缩机自动空调的移植方法。它能够有效地稳定车厢内的温度，提高自动空调系统的温度控制精度，节约能源。

本发明是通过以下的技术方案实现的，其方法的具体步骤如下：

1)将定排量压缩机更换成外控变排量压缩机；

选用的变排量压缩机的最大排量应与定排量压缩机最大排量保持一致；

2)对外控变排量压缩机的电气电路进行改造和连接；

外控变排量压缩机的控制主要通过控制阀来完成，将控制信号从数字信号转换成模拟信号输出，并通过引线连接；

3)用蒸发器热敏电阻和车内温度传感器对变排量压缩机排量进行控制；

蒸发器必须保持在一个稳定的温度范围之内，控制蒸发器温度与车内温度对排量的输出影响；

4)后期试验验证。

本发明的移植方法，仅只更换了定排量压缩机及对外控变排量压缩机的电路和控制方法进行改造，结构简单，开发周期短，成本低。采用了外控变排量压缩机，使自动空调系统控制的车箱温度稳定性能好。提高了车箱温度的控制精度，平均温度偏差小于±0.5℃。改善了乘座环境，减少了能耗。本发明为现有定排量自动空调系统的车辆改造提供了新的技术。

具体实施方式

本发明以金杯公司制造的GRACE商务车辆为实施例，该车现有配备的是一套定排量自动空调系统，现采用本发明的移植方法进行改造，下面具体作进一步说明如下：

1)将定排量压缩机更换成外控变排量压缩机

选用的变排量压缩机的最大排量应与原有定排量系统中的压缩机最大排量保持一致。将原有定排量自动空调中的压缩机拆卸，装上外控变排量压缩机，移植后的热力系统构成上除了压缩机不同外，其他结构完全一致。

2)对外控变排量压缩机的电气电路进行改造和连接

外控变排量压缩机的控制主要通过控制阀来完成。输入至控制阀的信号形式为PWM(脉宽调制)信号。为便于控制，压缩机厂商已直接提供了一个信号发生模块，提供将0至5V电压线形转换成0至满量程PWM信号。

由于压缩机的控制输出从原先的开关量信号转变成0至5伏电压信号，必须针对这种改变，进行一定的控制电路的改造。预定数字控制信号范围在0至255以内。考虑到单片机I/O端口资源有限，采用单片机I/O端串行控制数据输出，通过专用芯片进行串行数据输入并行输出的处理，处理后数据输出至数模转换芯片进行转换，将控制信号从数字信号转换成模拟信号输出。由于选用的数模转换芯片驱动能力较强，所以转换后信号直接输出至压缩机信号转换模块。如果数模转换芯片拖动负载能力较弱，可以利用放大电路进行电流放大，保证信号输出。

将改动后控制其的输出端通过引线连接至外控变排量压缩机的信号转换模块，将信号转换模块和外控变排量压缩机进行连接。

3)用蒸发器热敏电阻和车内温度传感器对变排量压缩机排量进行控制

外控变排量压缩机的排量是用蒸发器热敏电阻和车内温度传感器实现控制。为了保证空调系统工作正常，蒸发器必须保持在一个稳定的温度范围之内。低于这个温度范围，压缩机必须减小排量，防止蒸发器结霜。高于这个温度范围的压缩机必须增加排量，甚至是全排量输出，保证系统有足够的制冷量。

系统又会受到车内温度的影响，如果车内温度相对空调设定温度过高，说明系统需要较多的排量，相反则表示需要较小的排量。因此只要考虑到蒸发器温度与车内温度对排量输出的影响，就可以完成对压缩机的控制。

排量输出公式如下：

排量＝alpha×(蒸发器表温-蒸发器表温下限)/

      (蒸发器表温上限-蒸发器表温下限)+K

      +beta×(车内温度-设定温度)+发动机转速补偿

其中：alpha和beta为比例系数。

蒸发器表温为在蒸发器出风侧热敏电阻测得的温度。

蒸发器表温下限为蒸发器表面温度可以的最低值。

蒸发器表温上限为蒸发器表面温度可以的最高值。

K为常数。

车内温度为车内温度传感器测得的温度。

设定温度为乘客输入的车内温度的设定值。

发动机转速补偿为针对不同转速下压缩机排量的平衡系数。

alpha部分和beta部分分别代表了蒸发器对压缩机排量的影响和车内温度对压缩机排量的影响。

对于单蒸发器的空调系统，以上控制方法完全可以胜任。但是GRACE商务车是双蒸发器的空调系统，以上控制方法同样可以正常工作，但是两个蒸发器表面的温度会因相互的影响出现波动。为了减小这种波动的影响，针对第二蒸发器的工作状态(工作温度范围)对压缩机排量输出做出修正(即：在第二蒸发器接通前预先增加排量，在第二蒸发器截断前预先减少排量)，将这种波动减小。

由于不同状态下需要的蒸发器表面温度是不同的，只要调整蒸发器表面上下限温度值，系统的输出最终会将蒸发器表面温度控制在这个范围内。利用这个方法，系统可以自动调节输出，这将可以很好的达到节能的效果。

本实施例GRACE车辆控制过程如下：首先判断是否需要启动压缩机，如需要启动压缩机的，则判断工作压力是否正常。如不需要开启压缩机或压力不正常，立即关闭压缩机。然后计算当前系统工作状态下压缩机的输出排量，如果压缩机排量输出提高到一定程度后需要发动机提高转速时，发送请求提速信号，否则不发送请求信号。在获得回复信号后，允许压缩机排量提高并输出。如果没有允许信号，必须限制压缩机排量输出。

为了保护压缩机，延长压缩机的工作寿命，须针对压缩机的启动和关闭进行控制。即压缩机启动时不可直接输出全排量，需要逐渐增大压缩机排量。同样关闭压缩机时也不可直接将排量置零，需要逐渐减小排量，但是速度可以更快。一般以10秒为标准，在10秒内系统从静止达到全排量输出。

4)后期试验验证

系统的调试十分简单，由于主要不在于自动空调系统的整体控制，所以重点放在系统运行以及工作稳定性上。

只要热力系统可以正常工作，说明控制程序已经运行。为了观察和调整压缩机的输出稳定性，进行车辆长时间怠速试验，在这种试验中调整控制方法中的参数。

其后进行自动空调控制效果的验证。由于这个系统是在原有基础上建立的。所以不需要再对压缩机不工作的低温段进行验证，直接在压缩机工作的温度范围内进行测试，验证方法和定排量自动空调一致。

本方法经试验证明：

单蒸发器工况下，蒸发器表面温度稳定，系统送风温度稳定。车内温度控制良好。

双蒸发器工况下，如第二蒸发器不频繁切换工作状态，蒸发器表面温度控制良好。如第二蒸发器频繁切换工作状态，蒸发器表面温度略有波动。可以满足车内温度控制要求。

本实施例被认为是理解性的，非限定性的，并且本发明不受此处给出的细节限值。

Claims (1)

1.外控变排量压缩机向定排量压缩机自动空调的移植方法，其特征在于该方法的具体步骤如下；

1)将定排量压缩机更换成外控变排量压缩机；

选用的变排量压缩机的最大排量应与定排量压缩机最大排量保持一致；

2)对外控变排量压缩机的电气电路进行改造和连接；

外控变排量压缩机的控制主要通过控制阀来完成，将控制信号从数字信号转换成PWM输出，并通过引线连接；

3)用蒸发器热敏电阻和车内温度传感器对变排量压缩机排量进行控制；

蒸发器必须保持在一个稳定的温度范围之内，控制蒸发器温度与车内温度对排量的输出的影响；

4)后期试验验证。