DE10053426A1

DE10053426A1 - Klimaanlage für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE10053426A1
Application number: DE10053426A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kamei; Atsuo Inoue; Masato Tsuboi; Kei Sugawara
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2020-10-28
Also published as: DE10053426C2; JP2001121952A; FR2801250A1

Abstract

Eine Klimaanlage für Fahrzeuge weist einen Kältemittelkreislauf (17) mit einem Kompressor (18) variabler Verdrängung und einem Innenwärmetauscher (7, 42), einem Einstellmittel für eine Zieltemperatur des Innenwärmetauschers, einem Erfassungsmittel (25) für eine Lufttemperatur an der Ausgangsseite des Innenwärmetauschers, ein Kältemittelkreislaufbetriebszustandserfassungsmittel (22, 23) und ein Steuermittel (26) zum Berechnen und Steuern der Verdrängung des Kompressors (18) gemäß der Information von dem Temperaturerfassungsmittel (25) und dem Kältemittelkreislaufbetriebszustandserfassungsmittel (22, 23) so auf, daß eine erfaßte Lufttemperatur (Te) sich einer Tieltemperatur (TV) nähert. Ein erster Wert (A, C) und ein zweiter Wert (B, D) sind in dem Steuermittel (26) in bezug auf den Kältemittelkreislaufbetriebszustand zum Beschränken einer übermäßigen Steuerung der Kompressorverdrängung eingestellt. Wenn der Kältemittelkreislaufbetriebszustand den ersten eingestellten Wert (A, C) überschreitet, steuert das Steuermittel (26) die Kompressorverdrängung an zwei Positionen eines ersten und eines zweiten Steuerwertes. Durch die Zwei-Positionssteuerung kann die Kompressorverdrängung geeignet und kontinuierlich ohne eine Ein/Austätigkeit gesteuert werden, wodurch das Auftreten von Drehmomentenschock oder einer schnellen Variation der Temperatur der geblasenen Luft verhindert werden kann, wie es bei herkömmlichen Kompressoren der Fall ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanlage für Fahrzeuge, die einen Kompressor variabler Verdrängung an statt eines herkömmlichen Kompressors konstanter Verdrängung benutzt, der durch eine Ein/Austätigkeit gesteuert wird. Ge nauer bezieht sich die Erfindung auf eine Klimaanlage für Fährzeuge, die eine Variation der Temperatur der geblasenen Luft und das Auftreten eines Drehmomentenschockes unterdrücken kann, in dem die Verdrängung des Kompressors gemäß einer In formation einer Temperatur gesteuert wird, die eine Wärme tauschfähigkeit eines Wärmetauschers und einen Betriebszustand eines Kältemittelkreislaufes anzeigt.

Eine Klimaanlage für Fahrzeuge ist aufgebaut, wie zum Beispiel in Fig. 8 bis 12 gezeigt ist. Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines Kühlzyklus. In Fig. 8 weist eine Klimaanlage 101 eine Luftleitung 102 auf, und eine Innenlufteinführungsöffnung 104 und eine Außenlufteinführungsöffnung 105 öffnen sich an einer Eintrittsposition der Luftleitung 102. Eine Schaltluftklappe 103 steuert das Verhältnis des Betrages der Luft, die von der Öffnung 104 angesaugt wird, zu der, die von der Öffnung 105 angesaugt wird. Die angesaugte Luft wird in die Luftleitung 102 durch ein Gebläse 106 gedrückt. Ein Verdampfer 107 ist an einer Position stromabwärts von dem Gebläse 106 als ein Innen wärmetauscher zum Kühlen der durch die Luftleitung 102 ge drückten Luft vorgesehen. Ein Warmwasserheizer 108 ist an ei ner Position stromabwärts von dem Verdampfer 107 vorgesehen. Motorkühlwasser wird in den Warmwasserheizer 108 zirkuliert. Eine Luftmischklappe 110 ist an einer Position unmittelbar stromabwärts von dem Warmwasserheizer 108 vorgesehen. Das Ver hältnis des Betrages der Luft, die durch den Warmwasserheizer 108 geht, zu der, die den Warmwasserheizer 108 umgeht, wird durch Einstellen des Öffnungsgrades der Luftmischklappe 110 gesteuert, die durch ein Luftmischklappenbetätigungselement 109 betätigt wird. Die Temperatur der klimatisierten Luft wird in das Innere des Fahrzeuges durch entsprechende Luftauslaß öffnungen 114, 115 und 116 gesendet (zum Beispiel die Luftaus laßöffnung 114 des Entfrostermodus, die Luftauslaßöffnung 115 des Belüftungsmodus und die Luftauslaßöffnung 116 des Fußraum modus). Entsprechend Luftklappen 111, 112 und 113 sind zur Steuerung des Öffnens und Schließens der entsprechenden Luf tauslaßöffnungen 114, 115 und 116 vorgesehen.

Kältemittel zirkuliert in einem Kältemittelkreislauf 117, der einen Kompressor 118 konstanter Verdrängung aufweist. Das von dem Kompressor 118 komprimierte Kältemittel wird zu dem Ver dampfer 107 durch einen Kondensator 119, ein Sammelgefäß 120 und ein Expansionsventil 131 geschickt, und das Kältemittel von dem Verdampfer 107 wird in den Kompressor 118 angesaugt. Bei dieser Ausführungsform wird der Kompressor 118 über eine Kupplung 122 angetrieben, und die Tätigkeit der Kupplung 122 wird durch ein Kupplungssteuerrelais 123 gesteuert. Ein Kupp lungssteuersignal wird von einer Hauptsteuerung 124 zu dem Kupplungssteuerrelais 123 gesendet. Ein Einstellsignal einer Zielfahrzeuginnentemperatur wird von einer Fahrzeuginnentempe ratureinstelleinrichtung 125 an die Hauptsteuerung 124 einge geben. Von der Hauptsteuerung 124 wird ein Signal an eine Ge bläsespannungssteuerung 126 zum Steuern einer Spannung des Ge bläses 106 gesendet (der Drehzahl des Gebläses 106). Erfas sungssignale von einem Innenlufttemperatursensor 127, einem Sonnenscheinsensor 128 und einem Außenlufttemperatursensor 129 werden an die Hauptsteuerung 124 eingegeben. Weiter werden Si gnale eines Drosselöffnungsgrades (Gaspedalposition) und einer Motordrehzahl an die Hauptsteuerung 124 von einem Motor-ECU (Motorsteuereinheit) 130 eingegeben.

In der Hauptsteuerung 124 wird zum Beispiel die folgende Steuerung ausgeführt, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Die Zieltem peratur der geblasenen Luft TOs wird durch die folgende Glei chung aus einem Signal der Zielfahrzeuginnentemperatur Trs, die von der Fahrzeuginnentemperatureinstelleinrichtung 125 eingestellt ist, ein Signal des Sonnenscheinbetrages RAD, der von dem Sonnenscheinsensor 128 erfaßt ist, ein Signal der In nenlufttemperatur Tr, die von dem Innenlufttemperatursensor 127 erfaßt ist, und einem Signal der Außenlufttemperatur AMB, die von dem Außentemperatursensor 129 erfaßt ist, berechnet:

TOs = Kp1 (TR - Trs) + f (AMB, RAD, Trs),

worin Kp1 ein Koeffizient ist.

Eine Gebläsespannung BLV entsprechend einem Betrag der durch das Gebläse 106 geblasenen Luft wird durch die folgende Glei chung unter Benutzung der berechneten Zieltemperatur der ge blasenen Luft TOs berechnet:

BLV = f (TOs).

Das Signal der berechneten BLV wird zu der Gebläsespannungs steuerung 126 gesendet.

Ein Luftmischklappenöffnungsgrad AMD wird durch die folgende Gleichung berechnet:

AMD = f (TOs, TW, TV),

worin TW eine Temperatur des Motorkühlwassers an dem Eingang des Warmwasserheizers 108 ist und TV eine Ziellufttemperatur an der Verdampferausgangsseite ist. Das Signal des berechneten AMD wird zu dem Luftmischklappenbetätigungselement 109 gesen det.

Die Ziellufttempertur an der Verdampferausgangsseite TV wird aus der Außenlufttemperatur AMB durch die folgende Gleichung berechnet.

TV = a . AMB + b,

worin a und b Konstanten sind.

Das Kupplungssteuersignal zum Steuern der Tätigkeit des Kom pressors wird zum Beispiel wie folgt bestimmt. Die Zielluft temperatur an der Verdampferausgangsseite TV wird mit der Lufttemperatur an der Verdampferausgangsseite Te verglichen, und wie in Fig. 10 gezeigt ist, wird (Te < TV + 1) als eine Kupplung-Ein-Bedingung bestimmt, und (Te < TV - 1) wird als eine Kupplung-Aus-Bedingung bestimmt. Dieses Kupplungssteuer signal wird zu dem Kupplungssteuerrelais 123 gesendet, das als eine Kupplungssteuerung vorgesehen ist.

Fig. 11 zeigt ein Beispiel eines Heizzyklus. Bei der in Fig. 11 gezeigten Klimaanlage für Fahrzeuge 141 ist ein Kondensator 142 in der Luftleitung 102 als ein Innenwärmetauscher zum Er wärmen der durch das Gebläse 106 geblasenen Luft, und ein Ver dampfer 143 ist als ein Außenwärmetauscher vorgesehen. Die an dere Zusammensetzung ist im wesentlichen die gleiche, wie die in Fig. 8 gezeigte.

Fig. 12 zeigt die Steuerung der Klimaanlage 141. Diese Steue rung ist im wesentlichen dieselbe wie die, die in Fig. 9 ge zeigt ist, mit der Ausnahme, daß der Betrieb der Kupplung des Kompressors gemäß der berechneten Ziellufttemperatur an der Kondensatorausgangsseite TV und der erfaßten Lufttemperatur an der Kondensatorausgangsseite Tc gesteuert wird.

Da bei solch einer Klimaanlage für Fahrzeuge eine Kombination eines Kompressors konstanter Verdrängung plus Kupplungszyklus plus mechanischer Druckschalter verwendet wird, wenn ein Druck auf der Hochtemperaturseite des Kältemittelkreislaufes unnor mal hoch wird durch einen unnormalen Zustand oder einen Fehler in dem Kältemittelkreislauf und der hohe Druck einen voreinge stellten beschränkten Wert überschreitet, kann die Fortsetzung des Betriebes bei solch einer Bedingung bewirken, daß Teile in dem Kreislauf beschädigt oder zerbrochen werden. Daher wird in solch einem Zustand die Leistung für die Kupplung durch den Betrieb eines Druckschalters unterbrochen, und der Betrieb des Kompressors wird zum Schützen der Teile in dem Kreislauf ge stoppt. Wie zum Beispiel in Fig. 13 gezeigt ist, ist ein Kom pressorkupplungsbetriebssignal als Reaktion auf eine Variation des Druckes in der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes und ein Betrieb des Druckschalters aufgrund der Druckvariation gesteuert.

Weiter bezüglich anderer Punkte mit der Ausnahme eines Druckes an der Hochdruckseite sind die folgenden Steuerungen verwandt worden. Zum Beispiel wird die Tätigkeit des Kompressors in ei nem Kühlzyklus gestoppt, wenn eine Ausgabegastemperatur oder eine Kompressorkörpertemperatur hoch wird, oder wenn das Aus gabegas überhitzt wird.

Bei einem Heizzyklus wird die Tätigkeit des Kompressors ge stoppt, wenn der Ansaugdruck zu niedrig wird oder wenn die Ausgabegastemperatur oder die Kompressorkörpertemperatur zu hoch wird. Somit wird in jedem Fall der Betrieb des Kompres sors gestoppt zum Verhindern, daß der Kompressor beschädigt wird.

Bei der oben beschriebenen Steuerung wird wegen der Ein/Austätigkeit der Kupplung (das heißt der Tätigkeit des Schaltens zwischen maximaler Verdrängung und Nullverdrängung des Kompressors), die in Abhängigkeit des Wertes des Druckes usw. wiederholt wird, ein Drehmomentenschock durch die Kupp lungs-Ein/Austätigkeit an den Fahrer übermittelt.

Weiterhin kann eine solche Kupplungssteuerung nicht häufig von dem Gesichtspunkt der Dauerhaftigkeit der Kupplung und ihres Steuerrelais und des von der Kupplungstätigkeit erzeugten Ge räusches ausgeführt werden. Daher wird bei der Steuerung die Frequenz der Ein/Austätigkeit auf zum Beispiel eine Periode von zehn oder mehr Sekunden gesetzt, und da die Dauer der Ein/Austätigkeit lang ist, gibt es das Problem, daß die Tempe ratur der geblasenen Luft variiert. Da sich die Reaktion der geblasenen Luft relativ zu der Variation der Verdrängung des Kompressors verzögert, wenn die Frequenz der Ein/Austätigkeit kurz ist, kann die Variation der Temperatur der geblasenen Luft klein werden.

Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klimaanlage für Fahrzeuge vorzusehen, die einen Kompressor va riabler Verdrängung anstelle eines Kompressors konstanter Ver drängung benutzt, der durch eine Kupplungs-Ein/Austätigkeit gesteuert wird, und die eine komfortablere Klimatisierung ohne Variation der Temperatur der geblasenen Luft und das Auftreten eines Drehmomentenschockes erzielen kann durch geeignetes Steuern der Verdrängung des Kompressors variabler Verdrängung gemäß der Information zweier Steuerfaktoren einer Temperatur, die eine Wärmetauschfähigkeit anzeigt, und einem Betriebszu stand eines Kältemittelkreislaufes.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Klimaanlage für Fahrzeuge nach Anspruch 1.

Eine Klimaanlage für Fahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfin dung weist einen Kältemittelkreislauf mit einem Kompressor va riabler Verdrängung, der seinen Ausgabebetrag als Reaktion auf ein Verdrängungssteuersignal ändern kann, und einen Innenwär metauscher, der in einer Luftleitung vorgesehen ist, auf. Eine Zielwerteinstelleinrichtung dient zum Einstellen eines Ziel wertes einer Temperatur, die eine Wärmetauschfähigkeit des In nenwärmetauschers anzeigt und beschreibt. Eine Temperaturer fassungseinrichtung erfaßt die Temperatur, die die Wärme tauschfähigkeit des Innenwärmetauschers anzeigt. Eine Erfas sungseinrichtung für einen Kältemittelkreislaufbetriebszustand erfaßt den Betriebszustand des Kältemittelkreislaufes. Eine Steuereinrichtung berechnet eine Verdrängung des Kompressors gemäß einer Information von der Temperaturerfassungseinrich tung und der Erfassungseinrichtung des Kältemittelkreislaufbe triebszustandes und steuert die Verdrängung des Kompressors so, daß sich die Temperatur, die die Wärmetauschfähigkeit be zeichnet, dem Zielwert nähert. In der Anlage sind ein erster Wert und ein zweiter Wert höher als der erste Wert in der Steuereinrichtung in bezug auf den Betriebszustand des Käl temittelkreislaufes eingestellt zum Beschränken einer exzessi ven/übermäßigen Steuerung der Verdrängung des Kompressors. Wenn der Betriebszustand des Kältemittelkreislaufes in einen Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten eingestellten Wert eintritt, steuert die Steuereinrichtung die Verdrängung des Kompressors an zwei Positionen. Eine der Positionen ist eine Position entsprechend einem ersten Verdrängungssteuerwert, der von der Steuereinrichtung so berechnet ist, daß sich die Tem peratur, die die Wärmetauschfähigkeit anzeigt, dem Zielwert nähert. Die andere der zwei Positionen ist eine Position ent sprechend einem zweiten Verdrängungssteuerwert, der vorbe stimmt ist und der kleiner ist als der erste Verdrängungssteu erwert.

Bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteran sprüchen angegeben.

Die Klimaanlage kann jeweils auf einen Fall angewendet werden, bei dem der Innenwärmetauscher ein Verdampfer des Kältemittels (der Fall des Kühlzyklus) ist, und auf einen Fall, bei dem der Innenwärmetauscher ein Kondensator des Kältemittels ist (Fall des Heizzyklus).

Bei der Klimaanlage kann eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten eingestellten Wert ein vorbestimmter konstan ter Wert sein. Weiter kann der zweite Verdrängungssteuerwert ein minimaler Verdrängungswert des Kompressors variabler Ver drängung sein.

Die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten eingestell ten Wert kann zum Beispiel in Hinblick auf mindestens einen von einem Kompressorauslaßdruck, einer Kompressorauslaßtempe ratur und einer Kompressorkörpertemperatur eingestellt sein. In diesem Fall wird die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten eingestellten Wert bevorzugt auf einen Wert von 0,2 MPa oder weniger in dem Kompressorauslaßdruck, einem Wert von 5°C oder weniger in der Kompressorauslaßtemperatur und einen Wert von 5°C oder weniger in der Kompressorkörpertemperatur eingestellt. Ein Steuerzustand mit weniger Variation der Tem peratur der geblasenen Luft und weniger Drehmomentenschock kann durch Einstellen solcher Differenzen realisiert werden.

Weiter kann die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten eingestellten Wert zum Beispiel in bezug auf mindestens einen von einem Kompressoransaugdruck, einem Kompressorauslaßdruck, einer Kompressorauslaßtemperatur und einer Kompressorkörper temperatur eingestellt sein. In diesem Fall wird die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Wert bevorzugt auf einen Wert von 0,04 MPa oder weniger in dem Kompressoransaugdruck, einen Wert von 0,2 MPa oder weniger in dem Kompressorauslaß druck, einen Wert von 5°C oder weniger in der Kompressoraus laßtemperatur und einen Wert von 5°C oder weniger in der Kom pressorkörpertemperatur eingestellt. Ein Steuerzustand mit we niger Variation der Temperatur der geblasenen Luft und weniger Drehmomentenschock kann durch Einstellen solcher Differenzen realisiert werden.

Als Erfassungseinrichtung für den Kältemittelkreislaufbe triebszustand kann eine Einrichtung mit einem Drucksensor oder einem Temperatursensor, die kontinuierlich den Druck oder die Temperatur erfassen können, oder eine Einrichtung mit einem Druckschalter oder einem Temperaturschalter verwendet werden.

Bei der Klimaanlage für Fahrzeuge wird die Verdrängung des Kompressors variabler Verdrängung gemäß der Information von zwei Faktoren der Lufttemperatur der Ausgangsseite des Ver dampfers (oder Kondensators), die als die Innenwärmetauscher vorgesehen sind, und dem Betriebszustand des Kältemittelkreis laufes gesteuert. Während einer normalen Steuerung wird die Verdrängung des Kompressors so gesteuert, daß sich die Luft temperatur an der Ausgangsseite des Verdampfers (oder Konden sators) dem Zielwert nähert. Wenn der Betriebszustand des Käl temittelkreislaufes höher als ein vorbestimmter eingestellter Wert wird, zum Beispiel höher als der erste eingestellte Wert, wird zum Steuern des Betriebszustandes geringer als ein be schränkter Wert, zum Beispiel geringer als der zweite einge stellte Wert, der Verdrängungssteuerwert (zum Beispiel ein Steuerstrom für ein Verdrängungssteuerventil) an zwei Positio nen gesteuert, nämlich so gesteuert, daß der Verdrängungssteu erwert wiederholt zwischen den zwei Steuerpositionen geändert wird.

Durch diese Zwei-Positionssteuerung kann die Variation des Be triebszustandes auf kleine Wert gedrückt werden, und die Ver drängung des Kompressors kann daran gehindert werden, übermä ßig zu werden. Folglich kann eine schnelle und unerwünschte Variation der Temperatur der geblasenen Luft verhindert wer den, und das Auftreten eines Drehmomentenschockes für den Fah rer aufgrund der Kupplungs-Ein/Austätigkeit kann durch die Zwei-Positionssteuerung verhindert werden. Wenn insbesondere eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten eingestell ten Wert kleiner eingestellt wird, verschwinden die Variation der Temperatur der geblasenen Luft und der Drehmomentenschock praktisch vollständig. Als Resultat kann eine komfortable Kli matisierung und ein hervorragender Fahrzustand wirksam reali siert werden.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Fi guren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Bild einer Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung;

Fig. 2 ein schematisches Bild einer Klimaanlage gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das die Steuerung der in Fig. 1 gezeigten Klimaanlage zeigt;

Fig. 4 ein Blockschaltbild, das die Steuerung der in Fig. 2 gezeigten Klimaanlage zeigt;

Fig. 5 ein Beispiel einer Zwei-Positionssteuerung eines Kompressorverdrängungssteuerstromes in der in Fig. 3 gezeigten Steuerung;

Fig. 6 ein Beispiel einer Zwei-Positionssteuerung eines Kompressorverdrängungssteuerstromes in der in Fig. 4 gezeigten Steuerung;

Fig. 7 ein Diagramm, das ein Beispiel der Wirkung aufgrund der in Fig. 3 gezeigten Steue rung zeigt;

Fig. 8 ein schematisches Bild einer vorhandenen Klimaanlage;

Fig. 9 ein Blockschaltbild, das die Steuerung der in Fig. 8 gezeigten Klimaanlage zeigt;

Fig. 10 ein Diagramm, das ein Beispiel einer Kupp lungs-Ein/Aussteuerung in der in Fig. 8 gezeigten Klimaanlage zeigt;

Fig. 11 ein schematisches Bild einer anderen Kli maanlage;

Fig. 12 ein Blockschaltbild, das die Steuerung in der in Fig. 11 gezeigten Klimaanlage zeigt; und

Fig. 13 ein Diagramm, das ein Beispiel des Steuer zustandes des vorhandenen Kompressors zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Klimaanlage für Fahrzeuge, insbesondere mit einem Dampfkompressionskältemittelzyklus (Kühlzyklus) gemäß eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist die Klimaanlage 1 eine Luftleitung 2 auf. Eine Innenlufteinführungsöffnung 4 und eine Außenlufteinfüh rungsöffnung 5 öffnen sich an einer Eintrittsposition der Luftleitung 2. Eine Schaltluftklappe 3 steuert das Verhältnis des Betrages der Luft, die von der Öffnung 4 angesaugt wird, zu der, die von der Öffnung 5 angesaugt wird. Die angesaugte Luft wird in die Luftleitung 2 durch ein Gebläse 6 gedrückt. Ein Verdampfer 7 ist an einer Position stromabwärts von dem Gebläse 6 als ein Innenwärmetauscher zum Kühlen der durch die Luftleitung 2 gedrückten Luft vorgesehen. Ein Warmwasserheizer 8 ist an einer Position stromabwärts von dem Verdampfer 7 vor gesehen. Motorkühlwasser wird in den Warmwasserheizer 8 einge führt. Eine Luftmischklappe 10 ist an einer Position unmittel bar stromabwärts von dem Warmwasserheizer 8 vorgesehen. Das Verhältnis des Betrages von Luft, die durch den Warmwasserhei zer 8 geht, und die den Warmwasserheizer 8 umgeht, wird durch Einstellen des Öffnungsgrades der Luftmischklappe 10 gesteu ert, die von einem Luftmischklappenbetätigungselement 9 be trieben wird. Die klimatisierte Luft wird in das Innere eines Fahrzeuges durch entsprechende Luftausgabeöffnungen 14, 15 und 16 geschickt (zum Beispiel eine Luftausgabeöffnung 14 des Ent frostermodus, eine Luftausgabeklappe 5 des Belüftungsmodus und eine Luftausgabeöffnung 16 des Fußraummodus). Entsprechende Luftklappen 11, 12 und 13 sind für die Steuerung des Öffnens und Schließens der entsprechenden Luftausgabeöffnungen 14, 15 und 16 vorgesehen.

Kältemittel zirkuliert in einem Kältemittelkreislauf 17 mit einem Kompressor 18 variabler Verdrängung. Das durch den Kom pressor 18 komprimierte Kältemittel wird zu dem Verdampfer 7 durch einen Kondensator 19, ein Sammelgefäß 20 und ein Expan sionsventil 21 geschickt, und das Kältemittel von dem Verdamp fer 7 wird in den Kompressor 18 angesaugt. Bei dieser Ausfüh rungsform wird ein Auslaßdruck des Kompressors 18 oder ein Druck, der dem Auslaßdruck entspricht, durch einen Drucksensor 22 erfaßt. Die Temperatur des von dem Kompressor 18 ausgegebe nen Gases (der Grad der Überhitzung des ausgegebenen Gases [S.H.]) wird durch einen Ausgabegastemperatursensor 23 erfaßt. Weiter wird eine Temperatur des Körpers des Kompressors 18 durch einen Körpertemperatursensor 24 erfaßt. Die Lufttempera tur an der Verdampferausgangsseite als eine Temperatur, die eine Wärmetauschfähigkeit des Verdampfers 7 anzeigt, wird durch einen Verdampfersensor 25 erfaßt. Diese Erfassungssigna le werden an eine Hauptsteuerung 26 gesendet.

Der Verdrängungssteuermechanismus in dem Kompressor 18 varia bler Verdrängung ist zum Beispiel in der JP 63 016 177 A ge zeigt.

Es wird nämlich ein Druck in einer Kurbelkammer des Kompres sors 18 durch Steuern einer Flußrate des Gases gesteuert, das durch ein Steuerventil geht, das zwischen der Kurbelkammer und einer Ausgabekammer vorgesehen ist, und der Winkel einer ge neigten Scheibe, die in der Kurbelkammer vorgesehen ist, wird durch den gesteuerten Druck in der Kurbelkammer eingestellt. Durch das Einstellen der geneigten Scheibe durch die Steuerung der Flußrate des Gases durch das Steuerventil wird die Ver drängung des Kompressors 18 gesteuert.

An die Hauptsteuerung 26 wird ein Signal einer Zielfahrzeugin nentemperatur von einer Fahrzeuginnentemperatureinstellein richtung 27 eingegeben. Die Spannung des Gebläses 6 (Drehzahl) wird durch ein Signal, das von der Hauptsteuerung 26 an eine Gebläsespannungssteuerung 28 gesendet wird, gesteuert. Bei dieser Ausführungsform werden die Signale einer Temperatur, die von einem Innenlufttemperatursensor 29 erfaßt ist, ein Be trag von Sonnenschein, der von einem Sonnenscheinsensor 30 er faßt ist, und eine Temperatur, die von einem Außenlufttempera tursensor 31 erfaßt ist, in die Hauptsteuerung 26 eingegeben. Weiter werden Signale eines Drosselöffnungsgrades (Gaspedalpo sition) und einer Motordrehzahl in die Hauptsteuerung 26 von einer Motor-ECU (Motorsteuerung) 32 eingegeben.

Ein Beispiel eines Kühlsystems aufgrund eines Dampfkompressi onskältemittelzyklus ist in Fig. 1 gezeigt, dagegen ist in Fig. 2 ein Beispiel eines Heizsystems aufgrund eines Dampf kompressionswärmepumpenzyklus einer Klimaanlage 41 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.

In Fig. 2 ist ein Kondensator 42 als ein Innenwärmetauscher vorgesehen, und ein Verdampfer 44 ist als ein Außenwärmetau scher vorgesehen. Ein Kondensatorsensor 43 dient zum Erfassen einer Lufttemperatur an der Kondensatorausgangsseite. Ein An saugdrucksensor 45 dient zum Erfassen eines Ansaugdruckes des Kompressors 18. Der andere Aufbau ist im wesentlichen der gleiche wie der, der in Fig. 1 gezeigt ist.

Die Steuerung in der Hauptsteuerung 26 wird wie folgt ausge führt. Fig. 3 zeigt ein Beispiel der Steuerung für das in Fig. 1 gezeigte System 1, und Fig. 4 zeigt ein Beispiel der Steuerung für das in Fig. 2 gezeigte System 41.

In der in Fig. 3 gezeigten Steuerung wird die Zieltemperatur der geblasenen Luft TOs durch die folgende Gleichung berech net, aus einem Signal der Zielfahrzeuginnentemperatur Trs, die von der Fahrzeuginnentemperatureinstelleinrichtung 27 einge stellt ist, einem Signal des Sonnenscheinbetrages RAD, der von dem Sonnenscheinsensor 30 erfaßt ist, einem Signal der Innen lufttemperatur TR, die von dem Innenlufttemperatursensor 29 erfaßt ist, und einem Signal der Außenlufttemperatur AMB, die von dem Außenlufttemperatursensor 31 erfaßt ist:

TOs = Kp1 (TR - Trs) + f (AMB, RAD, Trs),

worin Kp1 ein Koeffizient ist.

Die Gebläsespannung BLV wird durch die folgende Gleichung un ter Benutzung der Zieltemperatur der geblasenen Luft TOs be rechnet:

BLV = f (TOs).

Ein Signal der berechneten Gebläsespannung BLV wird an die Ge bläsespannungssteuerung 126 gesendet.

Der Luftmischklappenöffnungsgrad AMD wird durch die folgende Gleichung berechnet:

AMD = f (TOs, TW, TV),

worin TW eine Temperatur des Motorkühlwassers an dem Eingang des Warmwasserheizers 8 ist und TV eine Ziellufttemperatur an der Verdampferausgangsseite ist. Ein Signal des berechneten Luftmischklappenöffnungsgrades AMD wird an das Luftmischklap penbetätigungselement 9 gesendet.

Die Ziellufttempertur der Verdampferausgangsseite TV als Ziel wert der Temperatur, die eine Wärmetauschfähigkeit des Ver dampfers 7 bezeichnet, wird aus der Außenlufttemperatur AMB durch die folgende Gleichung berechnet:

TV = a . AMB + b,

worin a und b Konstanten sind.

Die Steuerung der Verdrängung des Kompressors 18 wird getrennt in bezug auf die Steuerung der Lufttemperatur der Verdamp ferausgangsseite und in bezug auf die Steuerung des Ausgabe druckes des Kompressors 18 durchgeführt. Während einer norma len Steuerung wird die Lufttemperatur der Verdampferausgangs seite Te erfaßt, und die Verdrängung des Kompressors 18 wird so gesteuert, daß die erfaßte Lufttemperatur der Verdamp ferausgangsseite Te einen Zielwert TV annimmt. Es wird nämlich der Steuerstrom Icont eines Verdrängungssteuerventiles durch die folgende Gleichung bestimmt:

Icont = f (TV, Te)

Wenn der Ausgabedruck des Kompressors 18 einen vorbestimmten beschränkten Wert überschreitet, wird zum Steuern des Druck wertes an einem Druck niedriger als der beschränkte Wert der Steuerstrom des Verdrängungssteuerventiles durch eine Zwei- Positionssteuerung zwischen einem Wert von Icont und einem Wert von null zum Beispiel gesteuert, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Icont ist ein Wert eines Steuerstromes unmittelbar vor dem Überschreiten des beschränkten Wertes, und "null" ist ein minimaler Wert der Verdrängung des Kompressors variabler Ver drängung 18.

In Fig. 5 ist A ein erster eingestellter Wert in bezug auf den Kältemittelkreislaufbetriebszustand gemäß der vorliegenden Erfindung, und B ist ein zweiter eingestellter Wert gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese eingestellten Werte A und B sind in bezug auf den Kompressorausgabedruck Pd, die Kompressoraus gabegastemperatur Td oder den Kompressorausgabegasüberhitzung grad S.H. und der Kompressorkörpertemperatur Tb eingestellt. Der Steuerstrom des Verdrängungssteuerventiles des Kompressors wird gemäß dem ersten eingestellten Wert A und dem zweiten eingestellten Wert B gesteuert, und wenn der Kältemittelkreis laufbetriebszustand den ersten eingestellten Wert A über schreitet (in einen Bereich zwischen dem ersten und dem zwei ten eingestellten Wert eintritt), wird der Steuerstrom des Verdrängungssteuerventiles zum Steuern der Verdrängung des Kompressors durch die Zwei-Positionssteuerung zwischen Icont und null gesteuert. Durch diese Zwei-Positionssteuerung kann der Kältemittelkreislaufbetriebszustand grundsätzlich nicht den zweiten eingestellten Wert B überschreiten, der als ein Beschränkungswert eingestellt ist, von dem es unerwünscht ist, daß er überschritten wird.

Wenn bei dieser Zwei-Positionssteuerung eine Differenz zwi schen dem ersten eingestellten Wert A und dem zweiten einge stellten Wert B klein eingestellt ist, wird eine Variation während der Zwei-Positionssteuerung auf sehr klein gedrückt, und zur gleichen Zeit wird die Verdrängung des Kompressors so gesteuert, daß der Kältemittelkreislaufbetriebszustand nicht den Beschränkungswert überschreitet, der als der zweite einge stellte Wert B eingestellt ist, und die Verdrängung des Kom pressors wird nicht zu groß. Da weiterhin die Zwei- Positionssteuerung für die Steuerung der Verdrängung des Kom pressors eine Steuerung während des kontinuierlichen Betriebs des Kompressors ist, treten unterschiedlich von der Ein/Austätigkeit des Kompressors konstanter Verdrängung ein großer Drehmomentenschock während der Steuerung nicht auf.

Wenn somit die Differenz zwischen dem ersten eingestellten Wert A und dem zweiten eingestellten Wert B klein eingestellt ist, kann die Variation während der Zwei-Positionssteuerung auf klein gedrückt werden. Als wünschenswerte Differenz kann zum Beispiel ein Wert von 0,2 MPa oder weniger in dem Kompres sorausgabedruck, bevorzugter 0,1 MPa oder weniger verwendet werden, ein Wert von 5°C oder weniger in der Kompressorausga betemperatur oder bevorzugter 1,5°C oder weniger verwendet werden und ein Wert von 5°C oder weniger in der Kompressorkör pertemperatur oder bevorzugter 1,5°C oder weniger verwendet werden.

Durch solch eine Steuerung kann die Häufigkeit eines Drehmo mentenschocks, der zu der Zeit der Kupplungsbetätigung bei dem Kompressor aufgetreten ist, stark vermindert werden. Weiterhin kann durch die Kompressorverdrängungssteuerung eine schnelle Variation der Temperatur der geblasenen Luft, die früher auf trat, verhindert werden. Wenn insbesondere die Differenz zwi schen dem ersten eingestellten Wert A und dem zweiten einge stellten Wert B klein gemacht wird, verschwinden der Drehmo mentenschock und die Variation der Temperatur der geblasenen Luft fast vollständig.

Die Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde unter sucht. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, wenn die in Fig. 3 und 5 gezeigte Steuerung ausgeführt wurde, wurden alle Werte im Ver gleich mit der in Fig. 8 und 9 gezeigten Anlage der Hoch druckvariation, der Kompressordrehmomentvariation und der Tem peraturvariation der geblasenen Luft stark verbessert.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel der Steuerung für die in Fig. 2 gezeigte Klimaanlage 41. Bei der in Fig. 4 gezeigten Steue rung werden die Zieltemperatur der geblasenen Luft TOs und die Gebläsespannung BLV ähnlich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform berechnet. Die Steuerung der Verdrängung des Kompressors 18 wird wie folgt ausgeführt. Während einer norma len Steuerung wird die Lufttemperatur der Kondensatorausgangs seite Tc erfaßt, und die Verdrängung des Kompressors 18 wird so gesteuert, daß die erfaßte Lufttemperatur der Kondensa torausgangsseite Tc ein Zielwert TV annimmt. Der Steuerstrom Icont des Verdrängungssteuerventils wird nämlich durch die folgende Gleichung bestimmt:

Icont = f (TV, Tc)

Wenn der Ausgabedruck des Kompressors 18 einen vorbestimmten beschränkten Wert überschreitet, wird zum Steuern des Druck wertes an einem Druck kleiner als der beschränkte Wert der Steuerstrom des Verdrängungssteuerventiles durch die Zwei- Positionssteuerung zwischen einem Wert von Icont und einem Wert von null gesteuert, wie zum Beispiel in Fig. 6 gezeigt ist. Icont ist ein Wert eines Steuerstromes unmittelbar vor dem Überschreiten des beschränkten Wertes, und "null" ist ein minimaler Wert der Verdrängung des Kompressors variabler Ver drängung 18.

In Fig. 6 ist C ein erster eingestellter Wert in bezug auf den Kältemittelkreislaufbetriebszustand gemäß der vorliegenden Erfindung und D ist ein zweiter eingestellter Wert gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese eingestellten Wert C und D sind in bezug auf den Kompressoransaugdruck Ps, den Kompressoraus gabedruck Pd, der Kompressorausgabegastemperatur Td oder des Kompressorausgabegasüberhitzungsgrades S.H. und der Kompres sorkörpertemperatur Tb eingestellt. Der Steuerstrom des Ver drängungssteuerventiles des Kompressors wird gemäß dem ersten eingestellten Wert C und dem zweiten eingestellten Wert D ge steuert, und wenn der Kältemittelkreislaufbetriebszustand den ersten eingestellten Wert C überschreitet (in einen Bereich zwischen dem ersten eingestellten und dem zweiten eingestell ten Wert eintritt), wird der Steuerstrom des Verdrängungssteu erventiles zum Steuern der Verdrängung des Kompressors durch die Zwei-Positionssteuerung zwischen Icont und null gesteuert. Durch diese Zwei-Positionssteuerung kann der Kältemittelkreis laufbetriebszustand grundsätzlich nicht den zweiten einge stellten Wert D überschreiten, der als ein Beschränkungswert eingestellt ist, von dem es unerwünscht ist, daß er über schritten wird.

Bei dieser Zwei-Positionssteuerung, wenn eine Differenz zwi schen dem ersten eingestellten Wert C und dem zweiten einge stellten Wert D klein eingestellt ist, wird ein Variation wäh rend der Zwei-Positionssteuerung auf sehr klein gedrückt, und zu der gleichen Zeit wird die Verdrängung des Kompressors so gesteuert, daß der Kältemittelkreislaufbetriebszustand nicht den Beschränkungswert überschreitet, der als der zweite einge stellte Wert D eingestellt ist, und die Verdrängung des Kom pressors wird nicht zu groß. Da weiterhin die Zwei- Positionssteuerung für die Steuerung der Verdrängung des Kom pressors eine Steuerung ist während des kontinuierlichen Be triebs des Kompressors, unterschiedlich zu der Ein/Austätigkeit des Kompressors konstanter Verdrängung kann ein großer Drehmomentenschock während der Steuerung nicht auf treten.

Wenn somit die Differenz zwischen dem ersten eingestellten Wert C und dem zweiten eingestellten Wert D klein eingestellt ist, kann die Variation während der Zwei-Positionssteuerung auf klein unterdrückt werden. Als eine gewünschte Differenz kann zum Beispiel ein Wert von 0,04 MPa oder weniger in dem Kompressoransaugdruck oder bevorzugter 0,02 MPa oder weniger verwendet werden, ein Wert von 0,2 MPa oder weniger in dem Kompressorausgabedruck oder bevorzugter 0,1 MPa oder weniger verwendet werden, ein Wert von 5°C oder weniger in der Kom pressorausgabetemperatur oder bevorzugter 1,5°C oder weniger verwendet werden und ein Wert von 5°C oder weniger in der Kom pressorkörpertemperatur oder bevorzugter 1,5°C oder weniger verwendet werden.

Durch solch eine Steuerung kann insbesondere eine Frequenz des Drehmomentenschockes, die zu der Zeit der Kupplungstätigkeit bei dem Kompressor auftritt, stark verringert werden. Weiter kann durch die Kompressorverdrängungssteuerung eine schnelle Variation der Temperatur der geblasenen Luft verhindert wer den, was früher auftrat. Wenn insbesondere die Differenz zwi schen dem ersten eingestellten Wert C und dem zweiten einge stellten Wert D klein eingestellt ist, verschwinden der Drehmomentenschock und die Variation der Temperatur der gebla senen Luft praktisch vollständig.

Claims

1. Klimaanlage für Fahrzeuge, mit
einem Kältemittelkreislauf (17) mit einem Kompressor (18) va riabler Verdrängung, der einen Ausgabebetrag als Reaktion auf ein Verdrängungssteuersignal ändern kann, einem Innenwärmetau scher (7, 42), der in einer Luftleitung (2) vorgesehen ist, einer Zielwerteinstelleinrichtung zum Einstellen eines Ziel wertes einer Temperatur (TV), die eine Wärmetauschfähigkeit des Innenwärmetauschers (7, 42) anzeigt,
einer Temperaturerfassungseinrichtung (25) zum Erfassen der Temperatur (Te), die die Wärmetauschfähigkeit des Innenwärme tauschers (7, 42) anzeigt,
einer Erfassungseinrichtung (22, 23) des Kältemittelkreislauf betriebszustandes zum Erfassen des Betriebszustandes des Käl temittelkreislaufes (17), und
einer Steuereinrichtung (26) zum Berechnen der Verdrängung des Kompressors (18) gemäß der Information von der Temperaturer fassungseinrichtung (25) und der Erfassungseinrichtung (22, 23) des Kältemittelkreislaufbetriebszustandes und zum Steuern der Verdrängung des Kompressors (18) so, daß sich die Tempera tur (Te), die die Wärmetauschfähigkeit anzeigt, dem Zielwert (TV) nähert,
worin ein erster Wert (A, C) und ein zweiter Wert (B, D) höher als der erste Wert (A, C) in der Steuereinrichtung (26) in be zug auf den Betriebszustand des Kältemittelkreislaufes (17) eingestellt sind zum Beschränken einer übermäßigen Steuerung der Verdrängung des Kompressors,
und worin die Steuereinrichtung (26) die Verdrängung des Kom pressors (18) an zwei Positionen steuert, wenn der Betriebszu stand des Kältemittelkreislaufes (17) in einen Bereich zwi schen dem ersten und dem zweiten eingestellten Wert (A, C; B, D) geht,
wobei eine der Positionen eine Position ist entsprechend einem ersten Verdrängungssteuerwert, der von der Steuereinrichtung (26) berechnet ist,
und die andere Position eine Position ist entsprechend einem zweiten Verdrängungssteuerwert, der vorbestimmt ist und der kleiner als der erste Verdrängungssteuerwert ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, bei der der Innenwärmetauscher (7) ein Verdampfer von Käl temittel ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1, bei der der Innenwärmetauscher (42) ein Kondensator von Käl temittel ist.

4. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten eingestellten Wert (A, C; B, D) ein vorbestimmter konstanter Wert ist.

5. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der zweite Verdrängungssteuerwert ein minimaler Ver drängungssteuerwert des Kompressors (18) variabler Verdrängung ist.

6. Klimaanlage nach Anspruch 2, 4 oder 5, bei der eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten eingestellten Wert (A, C; B, D) eingestellt wird in bezug auf mindestens von einem von dem Kompressorausgabedruck (Pd), der Kompressorausgabetemperatur (Td) und der Kompressorkörpertem peratur (Tb).

7. Klimaanlage nach Anspruch 6, bei der die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten ein gestellten Wert (A, C; B, D) auf einen Wert von 0,2 MPa oder weniger in dem Kompressorausgabedruck (Pd), auf einen Wert von 5°C oder weniger in der Kompressorausgabetemperatur (Td) und auf einen Wert von 5°C oder weniger in der Kompressorkörper temperatur (Tb) eingestellt ist.

8. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten ein gestellten Wert (A, C; B, D) in bezug auf mindestens eines von dem Kompressoransaugdruck (Ps), dem Kompressorausgabedruck (Pd), der Kompressorausgabetemperatur (Td) und der Kompressor körpertemperatur (Tb) eingestellt ist.

9. Klimaanlage nach Anspruch 8, bei der die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten ein gestellten Wert (A, C; B, D) auf einen Wert von 0,04 MPa oder weniger in dem Kompressoransaugdruck (Ps), einen Wert von 0,2 MPa oder weniger in dem Kompressorausgabedruck (Pd), einen Wert von 5°C oder weniger in der Kompressorausgabetemperatur (Td) und einen Wert von 5°C oder weniger in der Kompressorkör pertemperatur (Tb) eingestellt ist.

10. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Kältemittelkreislaufbetriebszustandserfassungsein richtung einen Drucksensor (22) und/oder einen Temperatursen sor (23) aufweist, die kontinuierlich einen Druck und/oder ei ne Temperatur erfassen können.

11. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Kältemittelkreislaufbetriebszustandserfassungsein richtung einen Druckschalter und/oder einen Temperaturschalter aufweist.