DE10300055A1

DE10300055A1 - Fahrzeugklimaanlage mit Verdichter-Verdrängungssteuereinheit

Info

Publication number: DE10300055A1
Application number: DE10300055A
Authority: DE
Inventors: Koji Takahashi; Yuichi Shirota; Keiichi Kitamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-01-07
Filing date: 2003-01-03
Publication date: 2003-07-17
Also published as: JP2003200730A; JP4443812B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage mit einem Verdichter (1) variabler Verdrängung, in dem die Austragsverdrängung durch einen Steuerstrom (In) einer Steuereinheit (5) geändert wird. Ein temporärer Steuerstrom (I'n) wird auf Grundlage einer Abweichung (En) zwischen einer tatsächlichen Verdampfertemperatur (Te) und einer Zielverdampfertemperatur (TEO) berechnet. Wenn der Absolutwert der Abweichung (En) gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wird der Steuerstrom (In) mit dem temporären Strom (I'n) gewählt. Wenn der Absolutwert der Abweichung (En) größer als der vorbestimmte Wert ist, wird der Steuerstrom (in) als Strom entsprechend der maximalen Austragsverdrängung bzw. der minimalen Austragsverdrängung gewählt. Die Verdampfertemperatur (te) vermag sich rasch in etwa der Zeiltemperatur (TEO) zu nähern und ein Überschießen der Verdampfertemperatur (Te) kann beschränkt werden, wenn der Verdampfer erneut gestartet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Austragsverdrängungssteu erung für einen Verdickter in einer Fahrzeugklimaanlage.
In den zurückliegenden Jahren gelangte ein Fahrzeug (ein Fahrzeug mit wirtschaftlich günstigen Fahreigenschaften, ein Hybridfahrzeug o. dgl.), das einen Antriebs- bzw. Verbrennungsmotor beim Fahrzeugstopp stoppt, wie etwa beim Warten auf das Umschalten einer Verkehrsampel, zum praktischen Einsatz, um die Umwelt zu schonen und den Kraftstoffverbrauch zu verringern. Ferner ist ein Bestreben festzustellen, die Anzahl dieser Art von Fahrzeugen zu vergrößern. In einer Klimaanlage für ein Fahrzeug wird ein Verdichter für einen Kältekreislauf üblicherweise durch einen Fahrzeugantriebsmotor angetrieben. In einem Fahrzeug mit wirtschaftlich günstigen Fahreigenschaften oder dergleichen, das vorstehend genannt ist, wird deshalb der Verdichter bei jedem Stopp des Antriebsmotors (Verbrennungsmotors) ebenfalls gestoppt.
Ein Verdichter mit variabler Verdrängung bzw. ein Verdichter mit intermittierender Steuerung kann als Verdichter eingesetzt werden, der durch den Fahrzeugantriebsmotor angetrieben wird. In einem Verdichter mit variabler Verdrängung kann die Austragsverdrängung des Verdichters kontinuierlich gesteuert werden. In dem Verdichter mit intermittierender Steuerung wird andererseits die Austragsverdrängung des Verdichters lediglich zwischen der maximalen Verdrängung von 100% und der minimalen Verdrängung von 0% durch Unterbrechen des Betriebs des Verdichters geändert. Bei Nutzung des Verdichters mit intermittierender Steuerung schießt deshalb die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur stark über eine Zielverdampfertemperatur hinaus. Der Verdichter mit variabler Verdrängung ist deshalb geeignet als Verdichter, der durch den Antriebsmotor in dem Fahrzeug mit wirtschaftliche günstigen Fahreigenschaften angetrieben wird, das vorstehend genannt ist.
In Übereinstimmung mit von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung ausgeführten Experimenten hat sich ergeben, dass selbst dann, wenn der Verdichter mit variabler Verdrängung mit einem herkömmlichen Steuerverfahren eingesetzt wird, wenn das Fahrzeug von einem Stoppzustand in einen Fahrzustand übergeht, die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur stark über die Zielverdampfertemperatur hinausschießt. Wenn die Steuerung so gewählt ist, dass verhindert wird, dass die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur über die Zielverdampfertemperatur zum Startzeitpunkt des Verdichters hinausschießt, nähert sich die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur langsamer der Zielverdampfertemperatur. Die erforderliche Zeitdauer, für die die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur sich der Zielverdampfertemperatur nähert, wird deshalb länger. Das auf die Temperatur ansprechende Leistungsvermögen der tatsächlichen Verdampferauslasslufttemperatur in Reaktion auf die Zielverdampfertemperatur wird dadurch beeinträchtigt und das (einem Fahrgast vermittelte) Kühlempfinden zum Startzeitpunkt des Kühlvorgangs im Sommer wird beeinträchtigt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Fahrzeugklimaanlage mit einem Verdichter mit variabler Verdrängung, der durch einen Fahrzeugantriebsmotor angetrieben wird, zu schaffen, bei der das Temperaturreaktionsvermögen einer tatsächlichen Verdampfertemperatur gegenüber einer Zielverdampfertemperatur verbessert ist, und bei dem ein Überschießen der Verdampfertemperatur begrenzt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfasst eine Fahrzeugklimaanlage einen Verdichter (1), der durch einen Fahrzeugantriebsmotor (4) angetrieben wird, um ein Kältemittel in einem Kältekreislauf (R) umzuwälzen, einen Verdampfer (9) zum Kühlen von Luft, die in eine Fahrgastzelle geblasen wird, durch Verdampfen des darin umgewälzten Kältemittels, eine Steuereinheit (5) zum Steuern einer Austragsverdrängung von Kältemittel aus dem Verdichter, und einen Verdrängungssteuermechanismus (1a), der an dem Verdichter (1) angebracht ist und die Austragsverdrängung des Verdichters (1) auf Grundlage eines variablen Ausgangswerts (In) ändert, der von der Steuereinheit (5) ausgegeben wird. Die Steuereinheit berechnet einen variablen Ausgangswert (In) auf Grundlage einer Abweichung (En) zwischen einer tatsächlichen Temperatur (Te) des Verdampfers (9) und einer Zieltemperatur (TEO) des Verdampfers (9), und die Steuereinheit ermittelt, ob der Absolutwert (/En/) der Abweichung (En) größer als ein vorbestimmter Wert: ist. In der Fahrzeugklimaanlage berechnet die Steuereinheit den variablen Ausgangswert (In) in Übereinstimmung mit einer ersten Steuerformel, wenn der Absolutwert der Abweichung (En) größer als der vorbestimmte Wert ist, und sie berechnet den variablen Ausgangswert (In) in Übereinstimmung mit einer zweiten Steuerformel, die sich von der ersten Steuerformel unterscheidet, wenn der Absolutwert der Abweichung (En) gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist, so dass die tatsächliche Temperatur (Te) sich rascher in Richtung auf die Zieltemperatur (TEO) ändert, wenn der Absolutwert der Abweichung (En) größer als der vorbestimmte Wert ist im Vergleich zu dem Fall, wenn der Absolutwert der Abweichung (En) kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist.
Wenn demnach der Absolutwert der Abweichung (En) größer als der vorbestimmte Wert ist, wird der variable Ausgangswert (In) durch die zweite Steuerformel berechnet und die Austragsverdrängung des Verdichters (1) kann durch den variablen Ausgangswert (In) derart gesteuert werden, dass die tatsächliche Temperatur (Te) des Verdampfers (9) sich rasch der Zieltemperatur des Verdampfers (9) annähert. Das Temperaturreaktionsvermögen der tatsächlichen Temperatur (Te) in Reaktion auf die Zieltemperatur (TEO) kann dadurch verbessert werden. Wenn der Absolutwert der Abweichung (En) gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird der variable Ausgangswert (In) durch die erste Steuerformel berechnet und die Austragsverdrängung des Verdichters (1) kann durch den variablen Ausgangswert (In) derart gesteuert werden, dass die tatsächliche Temperatur (Te) nicht rasch geändert wird, wodurch die Stabilität der Austragsverdrängungssteuerung für den Verdichter (1) verbessert ist. Die Austragsverdrängung des Verdichters (1) kann dadurch stabil derart gesteuert werden, dass die tatsächliche Temperatur (Te) im Bereich der Zieltemperatur (TEO) aufrecht erhalten wird. Ein Überschießen der tatsächlichen Temperatur (Te) ausgehend von der Zieltemperatur (TEO) kann dadurch beschränkt werden, die Antriebsleistung des Verdichters (1) kann verringert werden und der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugantriebsmotors (4) kann verringert werden.
Bevorzugt berechnet die Steuereinheit (5) den variablen Ausgangswert (In) derart, dass die Austragsverdrängung maximal wird, wenn der Absolutwert der Abweichung (En) größer als der vorbestimmte Wert ist und wenn die tatsächliche Temperatur (Te) des Verdampfers (9) höher als die Zieltemperatur (TEO) des Verdampfers (9) um eine vorbestimmte Temperatur oder mehr ist. Andererseits berechnet die Steuereinheit (5) den variablen Ausgangswert (In) derart, dass die Austragsverdrängung minimal wird, wenn der Absolutwert der Abweichung (En) größer als der vorbestimmter Wert ist und wenn die tatsächliche Temperatur (Te) niedriger als die Zieltemperatur (TEO) des Verdampfers (9) im Bereich der vorbestimmten Temperatur oder mehr ist. Die tatsächliche Temperatur (Te) vermag sich dadurch rasch in Richtung auf die Zieltemperatur (TEO) zu ändern.
Wenn die Klimaanlage für ein Fahrzeug verwendet wird, bei dem der Fahrzeugantriebsmotor (4) beim Stoppen des Fahrzeugs automatisch gestoppt wird, initialisiert die Steuereinheit (5) den variablen Ausgangswert (In) immer dann, wenn der Verdichter (1) aus dem Stoppzustand in einen Betriebszustand geändert wird. Alternativ initialisiert die Steuereinheit (5) den variablen Ausgangswert (In), wenn der Absolutwert der Abweichung (En) geringer verringert wird als auf den vorbestimmten Wert, nachdem der Verdichter (1) sich aus einem Stoppzustand in einen Betriebszustand geändert hat. Die Austragsverdrängung kann dadurch geeignet gesteuert werden. Die Steuereinheit (5) initialisiert den variablen Ausgangswert (In) mit einem Initialisierungswert (I0), der auf Grundlage von zumindest der Abweichung (En) berechnet wird. Beispielsweise wird der Initialisierungswert (I0) auf Grundlage der Abweichung (En) und einer Information berechnet, die eine Kühlwärmelast der Klimaanlage darstellt. Der Initialisierungswert (I0) kann dadurch in geeigneter Weise berechnet werden und die Austragsverdrängung des Verdichters (1) kann noch besser gesteuert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; in dieser zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Klimaanlage für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Steuerprozesses der Austragsverdrängung eines Verdichters in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
Fig. 3 eine Kennlinie der ersten Zielverdampfertemperatur (TEOa) in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
Fig. 4 eine Kennlinie einer zweiten Zielverdampfertemperatur (TEOb) in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
Fig. 5 eine Kennlinie eines initialisierten Steuerstroms der Austragsverdrängung des Verdichters in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
Fig. 6 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung einer Änderung einer Verdampferauslasslufttemperatur in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform in Vergleich zu einer Änderung beim Stand der Technik,
Fig. 7 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen einem Überschießen der Verdampferauslasslufttemperatur und einer Abweichung (En) für einen Wiederstartzeitpunkt des Verdichters,
Fig. 8 eine Kurvendarstellung eines experimentellen Ergebnisses unter Darstellung einer Änderung der Verdampferauslasslufttemperatur in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform in Vergleich zu der Änderung beim Stand der Technik,
Fig. 9 ein Flussdiagramm eines Steuerprozesses der Austragsverdrängung eines Verdichters in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 eine Kennlinie eines initialisierten Steuerstroms einer Austragsverdrängung des Verdichters in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform, und
Fig. 11 eine schematische Ansicht einer Klimaanlage für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.

Erste Ausführungsform

In der ersten Ausführungsform und wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst ein Kältekreislauf R einer Fahrzeugklimaanlage einen Verdichter 1 zum Verdichten und Austragen von Kältemittel. Bei dem Verdichter handelt es sich um einen solchen mit variabler Verdrängung, der so erstellt ist, dass er die Austragsverdrängung des Kältemittels steuert. Eine Riemenscheibe 2 ist mit dem Verdichter 1 verbunden und eine Antriebskraft von einem Fahrzeugantriebsmotor (-verbrennungsmotor) 4 wird auf den Verdichter 1 durch einen Riemen 3 und die Riemenscheibe 2 übertragen, wodurch der Verdichter 1 angetrieben wird. Der Verdichter 1 umfasst einen elektromagnetischen Verdrängungssteuermechanismus 1a zum Steuern der Austragsverdrängung des Verdichters 1. Beispielsweise handelt es sich bei dem Verdichter 1 um einen Taumelplattenverdichter. Der Druck in einer Taumelplattenkammer, in der eine Taumelplatte vorgesehen ist, wird insbesondere durch den Steuermechanismus 1a derart geändert, dass ein Kippwinkel der Taumelplatte geändert wird. Ein Arbeitshub eines Kolbens wird dadurch derart geändert, dass die Austragsverdrängung des Verdichters 1 kontinuierlich zwischen einer minimalen Austragsverdrängung von etwa 0% und einer maximalen Austragsverdrängung von 100% geändert wird.
Der Steuermechanismus 1a dient zum Ändern des Drucks in der Taumelplattenkammer unter Nutzung des Austragsdrucks und Ansaugdrucks des Verdichters 1 und er umfasst einen elektromagnetischen Mechanismus 1b und einen Steuerventilkörper 1c. Die elektromagnetische Kraft von dem elektromagnetischen Mechanismus 1b wird durch einen Steuerstrom In eingestellt und der Steuerventilkörper 1c wird durch ein Gleichgewicht zwischen der elektromagnetischen Kraft des elektromagnetischen Mechanismus 1b und dem Ansaugdruck des Verdichters 1 verschoben. Ein Druckverlust in einem Durchlass, durch den der Ansaugdruck des Verdichters 1 in die Taumelplattenkammer eingeleitet wird, wird durch den Steuerventilkörper 1c gesteuert, wodurch der Druck in der Taumelplattenkammer geändert wird. Der Zielansaugdruck des Verdichters 1 wird durch den Steuerstrom In des Steuermechanismus 1a gewählt und die Austragsverdrängung des Verdichters 1 wird derart gesteuert, dass ein tatsächlicher Ansaugdruck den Zielansaugdruck einnimmt. Da der Ansaugdruck nahezu gleich dem Kältemittelverdampfungsdruck in einem Verdampfer 9 ist, kann die Kältemittelverdampfungstemperatur in dem Verdampfer 9 durch Steuern des Ansaugdrucks cles Verdichters 1 gesteuert werden. Der Steuerstrom In des Steuermechanismus 1a wird durch ein Ausgangssignal von einer elektronischen Klimatisierungssteuereinheit (A/C-ECU) 5 gesteuert. Da die Austragsverdrängung des Verdichters 1 auf etwa 0% verringert werden kann, ist in dem Verdichter 1 eine. Solenoidkupplung zum Unterbrechen der Antriebskraft zum Antreiben des Verdichters 1 nicht vorgesehen. Die Solenoidkupplung kann jedoch zusätzlich für den Verdichter 1 vorgesehen sein. In diesem Fall kann der Betrieb des Verdichters 1 nahezu vollständig gestoppt werden.
Überhitztes gasförmiges Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck wird aus dem Verdichter 1 ausgetragen und strömt in einen Kondensator bzw. Verflüssiger 6. In dem Verflüssiger 6 wird das gasförmige Kältemittel zum Wärmetausch mit Außenluft gebracht, das durch einen (nicht gezeigten) Kühllüfter geblasen wird, um abgekühlt und verflüssigt bzw. kondensiert zu werden. Das verflüssigt Kältemittel strömt aus dem Verflüssiger 6 in einen Sammelbehälter 7 und wird in diesem in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel getrennt. Überschüssiges Kältemittel in dem Kältekreislauf wird daraufhin als flüssiges Kältemittel in dem Sammelbehälter 7 bevorratet. Das flüssige Kältemittel aus dem Sammelbehälter 7 wird durch ein Expansionsventil 8 dekomprimiert und liegt dann als Gas-/Flüssigkeitskältemittel mit niedrigem Druck vor. Bei dem Expansionsventil 8 handelt es sich um ein Temperatursteuerungsexpansionsventil mit einem Temperaturerfassungsabschnitt 8a zum Ermitteln einer Temperatur des Kältemittels am Auslass des Verdampfers 9. Das Expansionsventil 8 dekomprimiert das Kältemittel deshalb derart, dass ein Überhitzungsgrad des Kältemittels am Auslass des Verdampfers 9 einen vorbestimmten Grad einnimmt. Das Niederdruckkältemittel aus dem Expansionsventil 8 strömt in den Verdampfer 9. Bei dem Verdampfer 9 handelt es sich um einen Kühlwärmetauscher, der in einem Klimatisierungsgehäuse 10 der Fahrzeugklimaanlage angeordnet ist. Das Niederdruckkältemittel wird in dem Verdampfer 9 durch Absorbieren von Wärme aus Luft in dem Klimatisierungsgehäuse 10 verdampft. Der Kältemittelauslass des Verdampfers 9 ist mit einem Einlassanschluss des Verdichters 1 verbunden. Ein geschlossener Kältemittelkreislauf ist dadurch mit den vorstehend genannten Kreislaufkomponenten erstellt.
Ein Gebläse 11 ist in dem Klimatisierungsgehäuse 10 auf einer luftstromaufwärtigen Seite des Verdampfers 9 angeordnet und umfasst einen Zentrifugalgebläselüfter 12 sowie einen Antriebsmotor 13. Ein Innen-/Außenluftumschaltkasten 14 ist auf einer Luftansaugseite des Gebläselüfters 12 angeordnet und umfasst eine Innen-/Außen(luft)umschaltklappe 14a. Ein Innenlufteinlassanschluss 14b und ein Außenlufteinlassanschluss 14c werden durch die Umschaltklappe 14a derart geöffnet und geschlossen, dass Außenluft (d. h., Luft außerhalb einer Fahrgastzelle) und Innenluft (d. h., Luft innerhalb der Fahrgastzelle) selektiv in den Umschaltkasten 14 eingeleitet werden können. Die Umschaltklappe 14a wird durch eine elektrische Antriebseinheit 14e angetrieben, die durch einen Servomotor gebildet ist. In einem Belüftungssystem der Fahrzeugklimaanlage ist eine Klimatisierungseinheit 15 auf einer luftstromabwärtigen Seite des Gebläses 11 angeordnet. Das Klimatisierungsgehäuse 10 ist normalerweise in einem Armaturenbrett in der Fahrgastzelle auf der Vorderseite im Zentrum bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung angeordnet. Das Gebläse 11 ist in Richtung auf einen Fahrgastvordersitz relativ zur Klimatisierungseinheit 15 in der Fahrzeugbreitenrichtung angeordnet.
In dem Klimatisierungsgehäuse 10 ist ein Luftmischklappe 19 auf einer luftstromabwärtigen Seite des Verdampfers 9 angeordnet und ein Heißwasserheizerkern 20 ist auf einer luftstromabwärtigen Seite der Luftmischklappe 19 angeordnet. Bei dem Heizerkern 20 handelt es sich um einen Heizwärmetauscher zum Heizen von Luft unter Verwendung von heißem Wasser (Motorkühlwasser) von dem Fahrzeugantriebsmotor 4 als Wärmequelle. Ein Umgehungsdurchlass 21, durch den Luft (kühle Luft) den Heizerkern 20 umgeht, ist auf einer Lateralseite (beispielsweise in Fig. 1 einer Oberseite) des Heizerkerns 20 vorgesehen. Bei der Luftmischklappe 19 handelt es sich um eine drehbare plattenförmige Klappe und sie wird durch eine elektrische Einheit 22 angetrieben, die durch einen Servomotor gebildet ist. Die Luftmischklappe 19 stellt ein Durchsatzverhältnis zwischen heißer Luft, die den Heizerkern 20 umgeht, und kühler Luft ein, die durch den Umgehungsdurchlass 21 strömt. Die Temperatur von in die Fahrgastzelle geblasener Luft wird deshalb eingestellt durch Einstellung des Durchsatzverhältnisses zwischen der heißen Luft und der kühlen Luft. Ein Heißluftdurchlass 23 ist vorgesehen und erstreckt sich von einer Unterseite zu einer Oberseite auf einer luftstromabwärtigen Seite des Heizerkerns 20. Die heiße Luft aus dem Heißluftdurchlass 23 und die kühle Luft aus dem Umgehungsdurchlass 21 werden miteinander in dem Luftmischabschnitt 24 derart gemischt, dass klimatisierte Luft mit einer gewünschten Temperatur gewonnen werden kann.
Ein Luftauslassbetriebsartumschaltabschnitt ist in dem Klimatisierungsgehäuse 10 auf einer luftstromabwärtigen Seite des Luftmischabschnitts 24 vorgesehen. Eine Entfroster(DEF)öffnung 25 ist in einer Oberseite des Klimatisierungsgehäuses 10 gebildet. Luft wird in Richtung auf die Innenseite einer Windschutzscheibe aus der Entfrosteröffnung 25 durch einen (nicht gezeigten) Entfrosterkanal geblasen. Die Entfrosteröffnung 25 wird durch eine drehbare plattenförmige Entfrosterklappe 26 geöffnet und verschlossen. Eine Gesichtsöffnung 27 ist in der Oberseite des Klimatisierungsgehäuses 10 auf einer Fahrzeugrückseite der Entfrosteröffnung 25 vorgesehen. Luft wird in Richtung auf den Oberkörper eines Fahrgasts in der Fahrgastzelle aus der Gesichtsöffnung 27 durch einen Gesichtskanal (nicht gezeigt) geblasen. Die Gesichtsöffnung 27 wird durch eine drehbare plattenförmige Gesichtsklappe 28geöffnet und verschlossen. Eine Fußöffnung 29 ist in einer Unterseite des Klimatisierungsgehäuses 10 relativ zur Gesichtsöffnung 27 vorgesehen. Luft wird in Richtung auf den Fußabschnitt eines Fahrgasts in der Fahrgastzelle aus der Fußöffnung 29 durch einen (nicht gezeigten) Fußkanal geblasen. Die Fußöffnung 29 wird durch eine drehbare plattenförmige Fußklappe 30 geöffnet und verschlossen. Die Luftauslassbetriebsartklappen 26, 28, 30 sind mit einem gemeinsamen (nicht gezeigten) Gelenkmechanismus gelenkig verbunden und werden durch eine elektrische Antriebseinheit 31 angetrieben, die durch einen Servomotor gebildet ist, und zwar durch den gemeinsamen Gelenkmechanismus.
Ein Temperaturfühler bzw. -sensor 32 ist direkt auf der Luftauslassseite des Verdampfers 9 angeordnet, um eine Verdampferauslasslufttemperatur Te (Temperatur der Luft, die unmittelbar aus dem Verdampfer 9 geblasen wird) angeordnet. Wie in der normalen bzw. üblichen Klimaanlage wird ein Ermittlungssignal von dem Temperatursensor 32 genutzt, um die Verdampferauslasslufttemperatur Te auf einer Zielverdampfertemperatur TEO durch variables Steuern der Austragsverdrängung des Verdichters 1 zu halten. Zusätzlich zu dem Ermittlungssignal von dem Temperatursensor 32 werden Ermittlungssignale von einer Sensorgruppe 35 ebenfalls in die A/C-ECU 5 zur Klimatisierungssteuerung eingegeben. Die Sensorgruppe 35 umfasst Sensoren bzw. Fühler zum Ermitteln einer Innenlufttemperatur Tr, einer Außenlufttemperatur Tam, einer Sonnenlichtmenge Ts, die in die Fahrgastzelle gestrahlt wird, einer Heißwassertemperatur Tw, die in den Heizerkern 20 strömt, u. dgl. Betätigungssignale werden außerdem in die A/C-ECU 5 von einer Schaltergruppe 37 eingegeben, die auf einem Klimatisierungsbetätigungspult 36 vorgesehen sind, das im Bereich des Armaturenbretts in der Fahrgastzelle angeordnet ist.
Die Schaltergruppe 37 umfasst einen Temperaturwahlschalter 37a zum Erzeugen eines Signals für eine Solltemperatur Tset, einen Luftmengenschalter 37b zum Erzeugen eines Luftmengenumschaltsignals, einen Luftauslassbetriebsartwahlschalter 37c zum Erzeugen eines Luftauslassbetriebsartwahlsignals, einen Lufteinlassbetriebsartwahlschalter 37d zum Erzeugen eines Lufteinlassbetriebsartwahlsignals, einen Klimatisierungsschalter 37e zum Erzeugen von Ein- und Ausschaltsignalen, die verwendet werden, um den Verdichter 1 ein- und auszuschalten, u. dgl. Wenn das Ausschaltsignal von dem Klimatisierungsschalter 37e in die A/C-ECU 5 eingegeben wird, wird der Betrieb des Verdichters 1 in den minimalen Austragsverdrängungszustand durch die A/C-ECU 5 geändert. Wenn das Einschaltsignal von dem Klimatisierungsschalter 37e in die A/C- ECU 5 eingegeben wird, wird der Betrieb des Verdichters 1 mit einer Austragsverdrängung betrieben, die durch die A/C-ECU 5 gesteuert wird.
Die A/C-ECU 5 ist elektrisch mit einer elektronischen Antriebsmotorsteuereinheit (E/G-ECU) 38 verbunden und ein Drehzahlsignal des Fahrzeugantriebsmotors 4, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal u. dgl. werden aus der E/G-ECU 38 in die A/C-ECU 5 eingegeben. Die E/G-ECU 38 dient zum allgemeinen Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge in den Fahrzeugantriebsmotor 4, des Zündzeitpunkts für den Fahrzeugantriebsmotor 4 u. dgl. auf Grundlage von Ermittlungssignalen von einer (nicht gezeigten) Sensorgruppe zum Ermitteln einer Antriebsbeölingung des Fahrzeugantriebsmotors 4 u. dgl. In einem wirtschaftlich betriebenen Fahrzeug bzw. einem Hybridfahrzeug, auf das jeweilige Fahrzeug die vorliegende Erfindung angewendet ist, werden kann, wenn ein Stoppzustand des Fahrzeugs ermittelt wird auf Grundlage des Drehzahlsignals von dem Fahrzeugantriebsmotor 4, auf Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, auf Grundlage eines Bremssignals u. dgl., stoppt die E/G-ECU 38 automatisch den Betrieb des Fahrzeugantriebsmotors 4 durch Unterbrechen der Stromquelle für die Zündung, durch Stoppen des Kraftstoffeinspritzvorgangs u. dgl.
Wenn ein Stoppzustand des Fahrzeugs durch einen Fahrer in einen Startzustand nach dem Stoppen des Fahrzeugantriebsmotors 4 geändert wird, ermittelt die E/G-ECU 38, dass der Startzustand des Fahrzeugs auf Grundlage eines Gaspedalsignals u. dgl. gewählt ist. Der Betrieb des Fahrzeugantriebsmotors 4 wird daraufhin automatisch durch die E/G-ECU 38 gestartet. Die A/C-ECU 5 ermittelt außerdem, ob oder ob nicht die Verdampferauslasslufttemperatur Te einen höheren Wert eingenommen. hat als eine vorbestimmte Temperatur nach dem Stoppzustand des Fahrzeugantriebsmotors 4, d. h., nach dem Stöppen des Verdichters 1. Wenn die Verdampferauslasslufttemperatur Te auf einen höheren Wert als eine vorbestimmte Temperatur nach dem Stoppen des Fahrzeugantriebsmotors 4 gestiegen ist, wird ein Antriebsmotorwiederstartanforderungssignal zum erneuten Starten des Betriebs des Fahrzeugantriebsmotors 4 von der A/C-ECU 5 an die E/G-ECU 38 ausgegeben. Sowohl die A/C- ECU 5 wie die E/G-ECU 38 weisen einen Mikrocomputer auf, der aus einer Zentralprozessoreinheit (CPU), einem Nurlesespeicher (ROM), einem Zufallszugriffsspeicher (RAM) u. dgl. und aus seiner peripheren Schaltung besteht.
Die Arbeitsweise der Fahrzeugklimaanlage in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform wird nunmehr erläutert. Während das Fahrzeug fährt, wird in Fig. 1 der Verdichter 1 durch den Fahrzeugantriebsmotor 4 angetrieben und Kältemittel wird aus dem Verdichter 1 ausgetragen und im Kältekreislauf R umgewälzt. Aus dem Verdichter 1 ausgetragenes Kältemittel wird in dem Verflüssiger 6 abgekühlt und verflüssigt und strömt in den Gas-/Flüssigkeitstrennbehälter 7. In dem Kältekreislauf R wird flüssiges Kältemittel aus dem Gas-/Flüssigkeitstrennbehälter 7 durch das Expansionsventil 8 in ein Gas-/Flüssigkeitskältemittel mit geringer Temperatur und geringem Druck dekomprimiert. Das Niederdruckkältemittel strömt in den Verdampfer 9 und wird verdampft durch Absorbieren von Wärme aus Luft, die durch den Verdampfer 9 geblasen wird. Luft wird dadurch in dem Verdampfer 9 abgekühlt und entfeuchtet und kalte Luft wird aus dem Verdampfer 9 geblasen. Wie nachfolgend erläutert, wird die Austragsverdrängung des Verdichters 1 variabel derart gesteuert, dass die Verdampferauslasslufttemperatur Te so gesteuert wird, dass die sie die Ziellufttemperatur TEO einnimmt. Die kühle Luft, nachdem sie den Verdampfer 9 durchsetzt hat, wird aufgeteilt auf den Luftdurchlass des Heizerkerns 20 und den Umgehungsdurchlass 21 in Übereinstimmung mit der Betätigungsstellung der Luftmischklappe 19, wodurch die Temperatur der klimatisierten Luft eingestellt wird. Die klimatisierte Luft nach der Temperatureinstellung in dem Luftmischabschnitt 24 wird in die Fahrgastzelle durch zumindest entweder die Entfrosteröffnung 25, die: Gesichtsöffnung 27 oder die Fußöffnung 29 derart geblasen, dass der Klimatisierungsbetrieb für die Fahrgastzelle durchgeführt wird.
Wenn das Fahrzeug ausgehend von einem Fahrzustand in einen Stoppzustand geändert wird, ermittelt die E/G-ECU 38 den Stoppzustand des Fahrzeugs und stoppt automatisch den Betrieb des Fahrzeugantriebsmotors 4. Der Verdichter 1 wird damit ebenfalls in den Stoppzustand geändert und der Kühlbetrieb des Verdampfers 9 auf Grund der Kältemittelverdampfung wird gestoppt. Kurze Zeit nach dem Stopp des Fahrzeugantriebsmotors 4 kann jedoch die geblasene Luft auf Grund der Wärmekapazität (Kühlkapazität) des Verdampfers 9 abgekühlt werden, auf Grund der Verdampfung des kondensierten Wassers im Verdampfer 9 u. dgl. Wenn das Fahrzeug vom Stoppzustand in den Startzustand geändert wird, ermittelt daraufhin die E/G-ECU 38 den Startzµstand auf Grundlage des Gaspedalsignals u. dgl. Die E/G-ECU 38 startet daraufhin automatisch den Betrieb des Fahrzeugantriebsmotors 4 und das Fahrzeug wird in den Fahrzustand geändert. Die Betätigung des Verdichters 1 wird erneut gestartet und der Kühlbetrieb des Verdampfers 9 wird ebenfalls erneut gestartet.
Wenn andererseits die Verdampferauslasslufttemperatur Te stärker erhöht wird als auf eine vorbestimmte Temperatur, nachdem der Betrieb des Fahrzeugantriebsmotor 4 (Verdichter 1) gestoppt wurde, ermittelt die A/C-ECU 5 diese Temperaturerhöhung und gibt das Wiederstartanforderungssignal zum erneuten Starten des Fahrzeugantriebsmotors 4 an die E/G-ECU 38 aus. Die E/G-ECU 38 startet dadurch den Betrieb des Fahrzeugantriebsmotors 4, um den Betrieb des Verdichters 1 erneut zu starten.
Als nächstes wird die Austragsverdrängungssteuerung des Verdichters 1 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform unter Bezug auf Fig. 2 näher erläutert. In dem Steuerprozess von Fig. 2 wird der Steuerstrom In, der an den Steuermechanismus 1a des Verdichters 1 angelegt ist, durch den Mikrocomputer er A/C-ECU 5 berechnet. Der schließlich in Fig. 2 ermittelte Steuerstrom ist mit In bezeichnet und entspricht einem variablen Ausgangswert gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2 ist ein temporärer bzw. vorübergehender Steuerstrom mit I'n bezeichnet. Bei En handelt es sich um eine Variation bzw. Änderung (Abweichung) zwischen der tatsächlichen Verdampferauslasslufttemperatur Te und der Zielverdampfertemperatur TEO, d. h., En = Te - TEO. Der angehängte Buchstabe "n" bezeichnet den aktuell berechneten Wert und der angehängte Buchstabe "n-1" bezeichnet den vorausgehend berechneten Wert.
Die Zielverdampfertemperatur TEO wird allgemein mit einer Temperatur gewählt, die geringfügig höher als 0°C ist, um zu verhindern, dass der Verdampfer 9 einfriert, und sie wird in Übereinstimmung mit einer Änderung der Klimatisierungsumgebungsbedingung geändert. Beispielsweise wird die Zielverdampfertemperatur TEO auf Grundlage der Außenlufttemperatur Tam und der Ziellufttemperatur TAO der klimatisierten Luft ermittelt., die in die Fahrgastzelle geblasen wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die erste Zielverdampfertemperatur TEOa so gewählt, dass sie höher wird, wenn die Ziellufttemperatur TAO höher wird. In der ersten Ausführungsform ist ein Maximum der ersten Zielverdampfertemperatur TEOa mit 12°C gewählt.
Wie in Fig. 4 gezeigt, wird eine zweite Zielverdampfertemperatur TEOb in Übereinstimmung mit der Außenlufttemperatur Tam gewählt. Da die Notwendigkeit für einen Kühlbetrieb oder einen Entfeuchtungsbetrieb in einem Zwischentemperaturbereich (beispielsweise 18-25°C) der Außenlufttemperatur Tam verringert ist, wird die zweite Ziellufttemperatur TAOb mit einer höheren Temperatur (beispielsweise 12°C) in dem Zwischentemperaturbereich gewählt, um Antriebskraft des Fahrzeugantriebsmotors 4 einzusparen. In einem Hochtemperaturbereich, in dem die Außenlufttemperatur Tam höher als 25°C ist, wird die zweite Zielverdampfertemperatur TEOb so gewählt, dass sie verringert wird, wenn die Außenlufttemperatur Tam höher wird, um das Kühlleistungsvermögen der Fahrzeugklimaanlage sicherzustellen. In einem Niedertemperaturbereich, in dem die Außenlufttemperatur Tam niedriger als 10°C ist, wird die zweite Zielverdampfertemperatur TEOb so gewählt, dass sie verringert wird, wenn die Außenlufttemperatur Tam niedriger wird, um zu verhindern, dass die Windschutzscheibe und die Fensterscheiben beschlagen.
Die Zielverdampfertemperatur TEO wird schließlich mit einer niedrigeren Temperatur von den ersten und zweiten Zielverdampfertemperatur TEOa und TEOb gewählt. Bei der Ziellufttemperatur TAO handelt es sich um eine Außenlufttemperatur, die erforderlich ist, um eine Lufttemperatur in der Fahrgastzelle auf einer Solltemperatur Tset zu halten, die durch den Temperaturwahlschalter 37a festgelegt ist. Die Ziellufttemperatur TAO kann auf Grundlage der Solltemperatur Tset, der Innenlufttemperatur Tr, der Außenlufttemperatur Tam und der Sonnenlichtmenge Ts berechnet werden.
Als nächstes wird ein Berechnungsverfahren für den Steuerstrom unter Bezug auf Fig. 2 näher erläutert. Im Schritt S100 liest die A/C-ECU 5 die Ermittlungssignale von der Sensorgruppe 35, die Betätigungssignale von der Schaltergruppe 37 und die Antriebsbedingungssignale für das Fahrzeug von der E/G-ECU 38. Im Schritt S110 wird ermittelt, ob oder ob nicht der Verdichter 1 sich in einem zulässigen Betriebszustand befindet, und zwar auf Grundlage der Fahrzeugantriebsbedingung. D. h., es wird ermittelt, ob oder ob nicht der Betrieb des Verdichters 1 zulässig ist. Wenn der Fahrzeugantriebsmotor 4 sich im Betriebszustand befindet, während das Fahrzeug fährt, befindet der Verdichter 1 sich im zulässigen Betriebszustand und die Ermittlung im Schritt S110 ergibt JA. Wenn der Fahrzeugantriebsmotor 4 sich im Stoppzustand befindet, wenn das Fahrzeug sich im Stoppzustand befindet, befindet sich der Verdichter 1 im nicht zulässigen Betriebszustand und die Ermittlung im Schritt S110 ergibt NEIN.
Wenn die Ermittlung im Schritt S110 NEIN ergibt, wird der Steuerstrom In des Steuermechanismus 1a mit dem minimalen Strom Imin entsprechend der minimalen Austragsverdrängung des Verdichters im Schritt S120 gewählt. Der elektromagnetische Verdränclungssteuermechanismus 1a kann dabei derart erstellt sein, dass die Austragsverdrängung des Verdichters 1 kleiner wird, wenn der Steuerstrom In kleiner wird. In dieser Ausführungsform kann der minimale Strom Imin mit null gewählt werden. In diesem Fall wird der Steuerstrom In im Schritt S120 mit null Ampere (A) gewählt. Wenn die Ermittlung im Schritt S110 JA ergibt, wird im Schritt S130 ermittelt, ob oder ob nicht der Verdichter 1 ausgehend vom unzulässigen Betriebszustand in den zulässigen Betriebszustand geändert wird. Insbesondere wird im Schritt S130 ermittelt, ob oder ob nicht das Fahrzeug ausgehend vom Stoppzustand in den Fahrzustand geändert wird. Die Ermittlung im Schritt S130 ergibt JA lediglich unmittelbar nachdem das Fahrzeug ausgehend vom Stoppzustand in den Fahrzustand geändert wird. Wenn das Fahrzeug sich kontinuierlich im Fahrzustand oder Stoppzustand befindet, oder wenn das Fahrzeug ausgehend vom Fahrzustand in den Stoppzustand geändert wird, ergibt die Ermittlung im Schritt S130 NEIN.
Immer dann, wenn die Ermittlung im Schritt S130 JA ergibt, wird der vorübergehende Steuerstrom I'n mit einem vorbestimmten Wert I0 im Schritt S140 initialisiert. Insbesondere wird der vorbestimmte Wert I0 als Funktion der Abweichung En zum aktuellen Zeitpunkt ermittelt, wenn der Betrieb des Verdichters 1 erneut gestartet wird (I0 = H (En)). Wie in Fig. 5 gezeigt, wird beispielsweise in einem Niedertemperaturbereich der Abweichung En, niedriger als -5°C, der vorbestimmte Wert I0 mit einem minimalen Strom von null A gewählt. In einem Zwischentemperaturbereich der Abweichung En zwischen -5°C und 5°C wird der vorbestimmte Wert I0 so gewählt, dass er allmählich größer wird, wenn die Abweichung En ausgehend von -5°C größer wird. In einem Hochtemperaturbereich der Abweichung En höher: als 5°C wird der vorbestimmte Wert I0 mit einem maximalen Strom Imax gewählt (Maximum des Steuerstroms In).
Wenn die Ermittlung im Schritt S130 NEIN ergibt, wird der vorübergehende Steuerstrom I'n als Funktion des vorausgehenden temporären Steuerstroms I'n-1, der aktuellen Abweichung En und der vorausgehenden Abweichung En-1 im Schritt S150 gewählt. Der temporäre Steuerstrom I'n wird durch die folgende Steuerformel (1) berechnet, bei der es sich um eine proportional Integral(PI)steuerung handelt, die auf Grundlage der Abweichung En durchgeführt wird.

I'n = I'N-1 + Kp[En-(En-En-1)] + (Θ/Ti).En (1)

wobei Kp eine proportionale Konstante ist, wobei Θ eine Abtastzeit (beispielsweise 1 Sekunde) ist, und wobei Ti eine Integralzeit ist. Der temporäre Steuerstrom I'n-1 in der Formel (1) existiert nicht, wenn die Austragsverdrängung des Verdichters 1 zunächst gewählt wird, nachdem der Zündschalter eingeschaltet wurde und der Klimatisierungsschalter 37e eingeschaltet wurde. Zu diesem Zeitpunkt wird deshalb der temporäre Steuerstrom I'n-1 mit einem Wert gewählt, der im voraus eingestellt und gespeichert wurde. Wenn der vorübergehende Steuerstrom I'n im ersten Schritt S150 berechnet worden ist, nachdem der temporäre Steuerstrom I'n mit einem vorbestimmten Wert I0 im Schritt S140 initialisiert wurde, wird der temporäre Steuerstrom I'n-I mit dem vorbestimmten Wert I0 (I'n-1 = I0) gewählt.
Daraufhin wird im Schritt S160 ermittelt, ob oder ob nicht der Absolutwert (/En/) der Abweichung En (Te - TEO) gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert (beispielsweise 3°C) ist. Diese Ermittlung dient zum Ermitteln eines Differenzpegeis zwischen der aktuellen Verdampferauslasslufttemperatur Te und der Zielverdampfertemperatur TEO. Wenn der Differenzpegel groß ist, lautet die Ermittlung im Schritt S160 NEIN und es wird im Schritt S170 ermittelt, ob oder ob nicht die tatsächliche Verdampferauflasslufttemperatur Te um 3°C oder mehr höher ist als die Zielverdampfertemperatur TEO (En > 3°C). Wenn die Ermittlung im Schritt S170 JA ergibt, ist die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur Te deutlich höher als die Zielverdampfertemperatur TEO. Der Steuerstrom In wird deshalb mit dem maximalen Strom (Imax) entsprechend der maximalen Austragsverdrängung des Verdichters 1 im Schritt S180 gewählt. In diesem Fall kann der Ansaugdruck für das Kältemittel, das in den Verdichter 1 gesaugt wird, rasch verringert werden und die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur Te vermag sich rasch der Zielverdampfertemperatur TEO zu nähern.
Wenn die Ermittlung im Schritt S170 NEIN ergibt, d. h., wenn En ≤ 3°C, schreitet der Steuerprozess vom Schritt S170 zum Schritt S120 weiter. Der Steuerstrom In wird deshalb mit dem minimalen Strom (Imin, beispielsweise null A) entsprechend der minimalen Austragsverdrängung des Verdichters 1 im Schritt S120 gewählt.
Wenn andererseits im Schritt S160 ermittelt wird, dass der Absolutwert der Abweichung En gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert (3°C) ist, entspricht die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur Te in etwa der Zielverdampfertemperatur TEO. Zu diesem Zeitpunkt wird im Schritt S190 der Steuerstrom In mit dem temporären Steuerstrom I'n gewählt, der im Schritt S150 berechnet wurde.
Der Steuerstrom In, der in einem der Schritte S120, S180, S190 gewählt wird, wird daraufhin an den elektromagnetischen Mechanismus 1b des Steuermechanismus 1a des Verdichters 1 im Schritt S200 ausgegeben. Eine elektromagnetische Kraft entspre chend dem Steuerstrom In wird dadurch in dem elektromagnetischen Mechanismus 1b berechnet und der Steuerventilkörper 1c wird in Übereinstimmung mit einer Änderung der Magnetkraft des elektromagnetischen Mechanismus 1b verschoben. Der Steuerdruck des Verdichters 1 wird in Übereinstimmung mit dieser Verschiebung des Steuerventilkörpers 1c eingestellt, wodurch die Austragsverdrängung des Verdichters 1 eingestellt wird.
Als nächstes werden betriebsmäßige Wirkungen der Austragsverdrängungssteuerung für den Verdichter 1 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform erläutert.
In dem Fall, dass der Absolutwert der Abweichung En größer als der vorbestimmte Wert (beispielsweise 3°C) ist, wenn die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur Te höher als die Zielverdampfertemperatur TEO um 3°C oder mehr ist, wird der Steuerstrom In mit dem maximalen Strom (Imax) entsprechend der maximalen Austragsverdrängung des Verdichters 1 im Schritt S180 gewählt. Der Verdichter 1 wird dadurch zwangsweise in die maximale Austragsverdrängung eingestellt. Der Kältemittelansaugdruck des Verdichters 1, d. h., der Kältemittelverdampfungsdruck im Verdampfer 9 kann dadurch rasch verringert werden, so dass die Verdampferauslasslufttemperatur Te rasch verringert werden kann auf in etwa die Zielverdampfertemperatur TEO.
Wenn andererseits die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur Te niedriger als die Zielverdampfertemperatur TEO um 3°C oder mehr im Schritt S170 ist, wird der Steuerstrom In mit dem minimalen Strom (Imin, null A) entsprechend der minimalen Austragsverdrängung des Verdichters 1 im Schritt S120 gewählt. Der Verdichter 1 wird dadurch zwangsweise auf die minimale Austragsverdrängung eingestellt. Der Kältemittelansaugdruck des Verdichters 1, d. h., der Kältemittelverdampfungsdruck im Verdampfer 9 kann dadurch rasch erhöht werden, so dass die Verdampferauslasslufttemperatur Te auf in etwa die Zielverdampfertemperatur TEO rasch erhöht werden kann. D. h., der Temperaturreaktionseffekt, bei dem die Verdampferauslasslufttemperatur Te sich rasch in etwa auf die Zielverdampfertemperatur TEO nähert, kann gewonnen werden. In der vorliegenden Erfindung und wie in Fig. 6 gezeigt, wird der Temperaturreaktionseffekt im Vergleich zum Stand der Technik verbessert. In Fig. 6 ist die Zeit (in Sekunden) auf der Abszisse aufgetragen und die Verdampferauslasslufttemperatur Te ist auf der Ordinate aufgetragen. In Fig. 6 zeigt die durchgezogene Linie ein Testergebnis in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und die durchbrochene Linie zeigt ein. Testergebnis gemäß dem Stand der Technik. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird beim Stand der Technik dann, wenn der Betrieb des Verdichters ausgehend vom Stoppzustand gestartet wird, die Austragsverdrängung des Verdichters stärker als auf einen notwendigen Grad erhöht und die Verdampferauslasslufttemperatur Te wird zu stark verringert. In der ersten Ausführungsform kann hingegen selbst dann, wenn der Verdichter 1 ausgehend vom Stoppzustand betätigt wird, die Austragsverdrängung des Verdichters 1 in geeigneter Weise erhöht werden und die Verdampferauslasslufttemperatur Te nimmt rasch die Zielverdampfertemperatur TEO ein.
In dem Fall, dass der Absolutwert der Abweichung En gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert (beispielsweise 3°C) ist, wird der Steuerstrom In mit dem temporären Steuerstrom I'n gewählt, der durch die Formel (1) der PI-Steuerung im Schritt S190 berechnet wird. Lediglich dann, wenn der Absolutwert der Abweichung En kleiner als der vorbestimmte Wert (3°C) ist, d. h., lediglich dann, wenn die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur Te in etwa der Zielverdampfertemperatur TEO entspricht, wird der temporäre Steuerstrom I'n genutzt. In der Formel (1) können deshalb die Proportionalkonstante Kp und die Integralzeit T1 so gewählt werden, dass sie die Stabilität der Austragsverdrängungssteuerung für den Verdichter 1 verbessern, so dass die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur Te nicht über die Zielverdampfertemperatur TEO hinausschießt. Das Hinausschießen über die Verdampferauslasslufttemperatur Te zum Startzeitpunkt des Verdichters 1kann damit wirksam verringert werden.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wird das Hinausschießen der Verdampferauslasslufttemperatur Te zum Wiederstartzeitpunkt des Verdichters 1 verstärkt, wenn die Abweichung En zunimmt. In Fig. 7 stellen T1, T2 und T3 die Verdampferauslasslufttemperatur Te zum Umschaltzeitpunkt ausgehend vom Fahrzeugstoppzustand zum Fahrzeugfahrzustand dar. Der Absolutwert der Abweichung En (Te - TEO) nimmt in der Abfolge T1, T2 und T3 zu. Im Hinblick auf diese Charakteristik wird immer dann, wenn das Fahrzeug vom Stoppzustand in den Fahrzustand geändert wird, d. h., immer dann, wenn der Fahrzeugantriebsmotor 4 und der Verdichter 1 ausgehend vom Stoppzustand in den Betriebszustand geändert werden, der temporäre Steuerstrom I'n im Schritt S140 initialisiert. Insbesondere wird der temporäre Steuerstrom I'n mit dem vorbestimmten Wert I0, wie in Fig. 5 gezeigt, entsprechend der Abweichung En initialisiert, wenn der Betrieb bzw. die Betätigung des Verdichters 1 erneut gestartet wird. Der temporäre Steuerstrom I'n-1 kann damit mit dem vorbestimmten Wert I0 entsprechend der Abweichung En in der Formel (1) gewählt werden, die die PI-Steuerung ausdrückt, und der temporäre Steuerstrom I'n kann aus der Formel (1) berechnet werden. Der temporäre Steuerstrom I'n kann deshalb besser als Wert entsprechend der Abweichung En berechnet werden, wenn der Betrieb des Verdichters 1 erneut gestartet wird, wodurch das Überschießen bzw. Hinausschießen über die V Verdampferauslasslufttemperatur Te verhindert bzw. eingeschränkt wird.
Die Verdampferauslasslufttemperatur Te vermag sich deshalb rasch der Zielverdampfertemperatur TEO zu nähern, während das Überschießen der Verdampferauslasslufttemperatur Te wirksam begrenzt werden kann. In einem Fahrzeug mit dem Fahrzeugantriebsmotor 4, der automatisch beim Stoppen des Fahrzeugs gestoppt wird, wie etwa bei einem wirtschaftlich betriebenen Fahrzeug, werden das Starten und Stoppen des Verdichters 1 häufig wiederholt und die Erhöhung und Verringerung der Verdampferauslasslufttemperatur Te wird häufig wiederholt. Wenn die vorliegende Erfindung auf ein derartiges Fahrzeug angewendet wird, kann deshalb der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugantriebsmotors 4 durch Verringern der Antriebskraft für den Verdichter 1 verringert werden, während das Abkühlempfinden (für Fahrgäste) durch den Temperaturreaktionseffekt verbessert werden kann.
Ein Ergebnis eines Tests, der durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung durchgeführt wurde, ist in Fig. 8 gezeigt. Fig. 8 zeigt die Änderung einer Drehzahl Ne des Fahrzeugantriebsmotors 4, einer Fahrzeuggeschwindigkeit V, des Steuerstroms In und der Verdampferauslasslufttempe ratur Te, wenn das Fahrzeug in den "Betriebsarten 10, 15 gemäß den japanischen Fahrzeugteststandards" fährt. In Fig. 8 ist auf der Abszisse die Zeit (Sekunden) aufgetragen und die Zielverdampfertemperatur TEO wird in diesem Test auf 8°C gehalten. In Fig. 8 bezeichnen durchgezogene Linien Testergebnisse, die durch die Austragsverdrängungssteuerung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten werden, und durchbrochene Linien zeigen Testergebnisse, die durch die Austragsverdrängungssteuerung gemäß dem Stand der Technik erhalten wurden. Die Austragsverdrängungssteuerung gemäß dem Stand der Technik berechnet direkt den Steuerstrom In auf Grundlage der Abweichung En durch eine vorbestimmte Konstantsteuerungsformel der PI-Steuerung.
Wenn zehn und einige Sekunden abgelaufen sind nach dem erneuten Starten des Verdichters 1, nähert sich die Verdampferauslasslufttemperatur Te in etwa der Zielverdampfertemperatur TEO. Die vorbestimmte Konstantsteuerformel gemäß dem Stand der Technik ist normalerweise so gewählt, dass ein rasches Abkühlvermögen bereit gestellt wird, das erforderlich ist zum Starten des Kühlbetriebs im Sommer (bei maximaler Kühlwärmelast). Selbst dann, wenn die Verdampferauslasslufttemperatur Te sich in etwa der Zielverdampfertemperatur TEO nähert, wird deshalb der Steuerstrom In auf einem hohen Niveau bzw. Pegel gehalten. In Fig. 8 bezeichnet die durchbrochene Linie Ia den Steuerstrom In, der höher als in der ersten Ausführungsform gehalten wird. Wie durch die durchbrochene Linie Tb gezeigt, ist die Verdampferauslasslufttemperatur Te stark verringert gegenüber der Zielverdampfertemperatur TEO auf Grund des übermäßigen bzw. überschüssigen Steuerstroms In, der durch die durchbrochene Linie Ia gezeigt ist, wodurch das Überschießen hervorgerufen ist.
Da in der Austragsverdrängungssteuerung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der Steuerstrom In hingegen mit dem temporären Steuerstrom I'n gewählt ist, wird der Steuerstrom In ausgehend von der durchbrochenen Linie Ia auf die durchgezogene Linie Ic verringert. Wie durch die durchgezogene Linie Td gezeigt, kann damit das Überschießen der Verdampferauslasslufttemperatur Te wirksam beschränkt werden. Wenn in Übereinstimmung mit der Austragsverdrängungssteuerung gemäß der ersten Ausführungsform die Abweichung En größer als der vorbestimmte Wert (3°C) ist, wird der Steuerstrom In mit dem maximalen Strom gewählt, der durch die durchgezogene Linie Ie gezeigt ist. In diesem Fall kann die Verdampferauslasslufttemperatur Te rasch in Richtung auf die Zielverdampfertemperatur TEO verringert werden.

Zweite Ausführungsform

In der ersten Ausführungsform wird der temporäre Steuerstrom I'n immer dann, wenn das Fahrzeug vom Stoppzustand in den Fahrzustand geändert wird, mit einem vorbestimmten Wert I0 im Schritt. S140 initialisiert. Wie in Fig. 5 gezeigt, handelt es sich bei dem vorbestimmten Wert I0 insbesondere um einen Wert, der als Funktion der Abweichung En zum aktuellen Zeitpunkt ermittelt wird, wenn der Betrieb des Verdichters 1 erneut gestartet wird. Wenn der Absolutwert der Abweichung En kleiner als der vorbestimmte Wert wird, wird in der zweiten Ausführungsform hingegen der temporäre Steuerstrom I'n initialisiert auf Grundlage einer Änderung der Abweichung En nach einem Wiederstart bzw. erneuten Start des Verdichters 1. Wie in Fig. 9 gezeigt, unterscheiden sich in der zweiten Ausführungsform lediglich die Schritte S135, S145 von den Schritten in Fig. 2 bezüglich der ersten Ausführungsform. Die übrigen Schritte sind identisch zu denjenigen in der ersten Ausführungsform und ihre Erläuterung erübrigt sich.
In Fig. 9 wird im Schritt S135 ermittelt, ob oder ob nicht der AbsoLutwert der Abweichung En geändert wird ausgehend von einem Temperaturzustand größer als 3°C auf einen Temperaturzustand kleiner als 3°C zu einem ersten Zeitpunkt bzw. zum ersten Mal nach einem Start des Verdichters 1. Wenn die Ermittlung im Schritt S135 JA ergibt, wird der temporäre Steuerstrom I'n im Schritt S145 initialisiert. In der ersten Ausführungsform und wie in Fig. 5 gezeigt, wird der vorbestimmte Wert I0 zum Initialisieren ausschließlich auf Grundlage der aktuellen Abweichung En bei der Initialisierung ermittelt. In der zweiten Ausführungsform und wie in Figur. 10 gezeigt, wird der vorbestimmte Wert I0 für die Initialisierung jedoch auf Grundlage von sowohl der aktuellen Abweichung En wie der aktuellen Ziellufttemperatur TAO bei der Initialisierung ermittelt.
Bei der Ziellufttemperatur TAO handelt es sich um repräsentative Information für die Kühlwärmelastbedingung und sie wird verringert, wenn die Kühlwärmelast größer wird. Die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur Te wird durch die Kühlwärmelastbedingung beeinträchtigt. In der zweiten Ausführungsform wird deshalb der vorbestimmte Wert I0 für die Initialisierung auf Grundlage von sowohl der Abweichung En wie der Ziellufttemperatur TAO ermittelt. In der zweiten Ausführungsform kann deshalb der vorbestimmte Wert I0 entsprechend der aktuellen Abweichung En und der aktuellen Ziellufttemperatur TAO besser ermittelt werden. Wenn die Ziellufttemperatur TAO kleiner wird, wie in Fig. 10 gezeigt, d. h., wenn die Kühlwärmelast größer wird, wird der vorbestimmte Wert I0 derart vergrößert dass der Absolutwert der Abweichung En kleiner wird.
Die Außenlufttemperatur Tam, die Innenlufttemperatur Tr u. dgl. können als Information genutzt werden, die die Kühlwärmelastbedingung wiedergibt, und zwar an Stelle der Ziellufttemperatur TAO. In der zweiten Ausführungsform kann wie in der ersten Ausführungsform der Temperaturreaktionseffekt der Verdampferauslasslufttemperatur Te gewonnen werden, während das Überschießen der Verdampferauslasslufttemperatur Te wirksam begrenzt werden kann.
Dritte Ausführungsform
In der dritten Ausführungsform und wie in Fig. 11 gezeigt, ist eine Kältespeichereinheit 40 auf einer luftstromabwärtigen Seite des Verdampfers 9 angeordnet. Bei der Kältespeichereinheit 40 handelt es sich um einen Wärmetauscher mit mehreren Röhrenelementen, die jeweils ein Kältespeichermaterial enthalten. Paraffin u. dgl. mit einer Verfestigungstemperatur von etwa 8°C wird als Kältespeichermaterial verwendet. Wenn das Fahrzeug fährt, wird der Verdichter 1 betätigt und ausgehend vom Verdampfer 9 geblasene kühle Luft durchsetzt die mehreren Röhrenelemente, so dass das Kältespeichermaterial abgekühlt und verfestigt wird. Das Kältespeichermaterial speichert damit Kälte unter Verwendung seiner Schmelzlatentwärme.
Wenn das Fahrzeug gestoppt wird, wird der Betrieb bzw. die Betätigung des Verdichters 1 gestoppt und die Kühlfunktion des Verdampfers 9 wird gestoppt. Zu diesem Zeitpunkt absorbiert das Kältespeichermaterial doch seine Schmelzlatentwärme aus der Luft, um die Luft zu kühlen. Wenn der Betrieb des Verdichters 1 gestoppt wird, kann deshalb eine Kühlzeit zum Kühlen der Fahrgastzelle länger werden. Der Öffnungsgrad der Luftmischklappe 19 darf deshalb nicht auf Grundlage der Verdampferauslasslufttemperatur Te, sondern auf Grundlage der Auslasslufttemperatur Te der Kältespeichereinheit 40 gespeichert werden. In der dritten Ausführungsform wird deshalb zusätzlich ein Temperatursensor 41 zum Ermitteln der Auslasslufttemperatur Tc von Luft aus der Kältespeichereinheit 40 verwendet.
Um in der dritten Ausführungsform eine Kältespeichermenge bzw. ein Kältespeicherausmaß der Kältespeichereinheit 40 zu steuern, wird die Verdampferauslasslufttemperatur Te durch die Austragsverdrängungssteuerung des Verdichters 1 gesteuert. In der dritten Ausführungsform kann die in Fig. 2 und 9 gezeigte Austragsverdrängungssteuerung verwendet werden. In diesem Fall werden ähnliche Vorteile wie bei den ersten und zweiten Ausführungsformen erzielt.

Weitere Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung kann mit den folgenden Modifikationen zur Anwendung gelangen, ohne auf die vorstehend genannten Ausführungsformen beschränkt zu sein.
In den vorstehend angesprochenen Ausführungsformen wird der Steuerstrom In als variabler Ausgangswert zum Steuern der Austragsverdrängung des Verdichters 1 berechnet. Eine Steuerspannung u. dgl. können jedoch in Übereinstimmung mit einer Strukturänderung des Steuermechanismus 1a des Verdichters 1 anstelle des Steuerstroms In berechnet werden.
In den vorstehend angesprochenen Ausführungsformen wird die Austragsverdrängung des Verdichters 1 variabel derart gesteuert, dass der Ansaugdruck des Verdichters 1 den Zieldruck einnimmt. Ähnlich einem Austragsverdrängungssteuerverfahren, das in der JP-A-2001-107854 offenbart ist, kann die Austragsverdrängung des Verdichters 1 jedoch durch den Steuerstrom In des Steuermechanismus 1a derart gesteuert werden, dass der tatsächliche Austragsdurchsatz aus dem Verdichter 1 einen Zielaustragdurchsatz einnimmt. Die vorliegende Erfindung kann auf diese Austragsverdrängungssteuerung angewendet werden.
In den vorstehend angesprochenen Ausführungsformen ist der Temperatursensor 32 zum Ermitteln der Verdampferauslasslufttemperatur Te vorgesehen und die ermittelte Verdampferauslasslufttemperatur Te wird als Temperatur für den Verdampfer 9 genutzt. Ein Temperatursensor bzw. -fühler zum Ermitteln einer Wandflächentemperatur des Kältemitteldurchlasses des Verdampfers 9 oder seiner Rippenoberflächentemperatur kann jedoch vorgesehen sein und der Ermittlungswert des Temperatursensors kann als Temperatur für den Verdampfer 9 genutzt werden. In ähnlicher Weise kann ein Temperatursensor zum Ermitteln einer Wandflächentemperatur der Kältespeichereinheit 40 oder seiner Rippenoberflächentemperatur anstelle des Temperatursensors 41 in der dritten Ausführungsform verwendet werden.
In den vorstehend angesprochenen Ausführungsformen und wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, wird die Zielverdampfertemperatur TEO auf Grundlage der Ziellufttemperatur TAO und der Außenlufttemperatur Tam berechnet. Die Zielverdampfertemperatur TEO kann jedoch auf Grundlage der Feuchtigkeit in der Fahrgastzelle, der Feuchtigkeit in der in den Verdampfer 9 zu saugenden Luft u. dgl. berechnet werden ohne Nutzung der Ziellufttemperatur TAO und der Außenlufttemperatur Tam. Die Feuchtigkeit der in die Fahrgastzelle zu blasenden Luft kann außerdem gesteuert werden durch die Austragsverdrängungssteuerung des Verdichters 1, wodurch das Entfrostungsvermögen für die Windschutzscheibe und die Annehmlichkeit in der Fahrgastzelle verbessert wird.
In den vorstehend angesprochenen Ausführungsformen wird das Mischmengenverhältnis zwischen heißer Luft und kalter Luft durch die Luftmischklappe 19 derart eingestellt, dass die Temperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft eingestellt wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf eine Fahrzeugklimaanlage angewendet werden, die ein Heißwasserventil zum Einstellen einer Heißwassermenge (Heißwassertemperatur) aufweist, die in den Heizerkern 20 strömt. Die Heißwassermenge (Heißwassertemperatur) wird durch Einstellen des Öffnungsgrads des Heißwasserventils eingestellt, so dass das Heizvermögen des Heizerkerns 20 eingestellt wird, und die Lufttemperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft wird eingestellt.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die vorstehend genannten bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und erläutert wurde, erschließen sich dem Fachmann Änderungen bezüglich Einzelheiten, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die in den anliegenden Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

1. Klimaanlage für ein Fahrzeug, aufweisend:
Einen Kältekreislauf (R) mit einem Verdichter (1), der durch einen Fahrzeugantriebsmotor (4) angetrieben wird, um Kältemittel im Kältekreislauf (R) umzuwälzen, und mit einem Verdampfer (9) zum Abkühlen von Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, durch Verdampfen des darin umgewälzten Kältemittels,
eine Steuereinheit (5) zum Steuern der Austragsverdrängung von Kältemittel aus dem Verdichter zur Berechnung eines variablen Ausgangswert (In) zum Ändern der Austragsverdrängung des Verdichters auf Grundlage einer Abweichung (En) zwischen einer tatsächlichen Temperatur (Te) des Verdampfers (9) und einer Zieltemperatur (TEO) des Verdampfers (9), und
einen Austragsverdrängungssteuermechanismus (1a), der an dem Verdichter (1) angebracht ist und die Austragsverdrängung des Verdichters (1) auf Grundlage des variablen Ausgangswerts (In) von der Steuereinheit (5) ändert, wobei die Klimaanlage dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinheit ermittelt, ob der Absolutwert (/En/)der Abweichung (En) größer als ein vorbestimmter Wert ist, und
die Steuereinheit den variablen Ausgangswert (In) in Übereinstimmung mit einer ersten Steuerformel berechnet, wenn der Absolutwert der Abweichung (En) größer als der vorbestimmte Wert ist, und den variablen Ausgangswert (In) in Übereinstimmung mit einer zweiten Steuerformel berechnet, die sich von der ersten Steuerformel unterscheidet, wenn der Absolutwert der Abweichung (In) gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist, so dass die tatsächliche Temperatur (Te) sich rascher in Richtung auf die Zieltemperatur (TEO) ändert, wenn cer Absolutwert der Abweichung (En) größer als der vorbestimmte Wert ist im Vergleich zu dem Fall, dass der Absolutwert der Abweichung (En) gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (5) den variablen Ausgangswert (In) derart berechnet, dass die Austragsverdrängung maximal wird, wenn der Absolutwert der Abweichung (En) größer als der vorbestimmte Wert ist und die tatsächliche Temperatur (Te) des Verdampfers (9) um eine vorbestimmte Temperatur oder mehr höher als die Zieltemperatur (TEO) des Verdampfers (9) ist, und
die Steuereinheit (5) den variablen Ausgangswerts (In) derart berechnet, dass die Austragsverdrängung minimal wird, wenn der Absolutwert der Abweichung (En) größer als der vorbestimmter Wert ist und wenn die tatsächliche Temperatur (Te) um die vorbestimmte Temperatur oder mehr niedriger als die Zieltemperatur (TEO) des Verdampfers (8) ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Fahrzeugantriebsmotor (4) bei einem Stopp des Fahrzeugs automatisch gestoppt wird, und die Steuereinheit (5) den variablen Ausgangswert (In) immer dann initialisiert, wenn der Verdichter (1) ausgehend von einem Stoppzustand in einen Betätigungs- bzw. Betriebszustand geändert wird.

4. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Fahrzeugantriebsmotor (4) bei einem Stopp des Fahrzeugs automatisch gestoppt wird, und die Steuereinheit (5) den variablen Ausgangswert (In) initialisiert, wenn der Absolutwert der Abweichung (En) auf einen kleineren als den vorbestimmten Wert verringert wird, nachdem der Verdichter (1) sich ausgehend von einem Stoppzustand in einen Betriebs- bzw. Betätigungszustand geändert hat.

5. Klimaanlage nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuereinheit (5) den variablen Ausgangswert (In) mit einem Initialisierungswert (I0) initialisiert, der auf Grundlage von zumindest der Abweichung (En) berechnet wird.

6. Klimaanlage nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuereinheit (5) den variablen Ausgangswert (In) mit einem Initialisierungswert (I0) initialisiert, der auf Grundlage der Abweichung (En) und einer Information berechnet wird, die eine Kühlwärmelast der Klimaanlage darstellt.

7. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Steuerformel eine proportionale Integralsteuerformel zum Berechnen des variablen Ausgangswerts (In) auf Grundlage der Abweichung (En) ist.

8. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zieltemperatur (TEO) des Verdampfers (9) auf Grundlage von zumindest einer Zieltemperatur (TAO) von Luft ermittelt wird, die in die Fahrgastzelle geblasen wird.

9. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, außerdem aufweisend
eine Kältespeichereinheit (40), die auf einer luftstromabwärtigen Seite des Verdampfers (9) angeordnet und durch huft gekühlt wird, die den Verdampfer (9) durchsetzt, um in die Fahrgastzelle geblasene Luft zu kühlen, wenn der Betrieb des Verdampfers (9) gestoppt ist.