DE112008002404T5

DE112008002404T5 - Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung und Verdrängungssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Verdrängung

Info

Publication number: DE112008002404T5
Application number: DE112008002404T
Authority: DE
Inventors: Yukihiko Isesaki-shi Taguchi
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2010-07-22
Also published as: CN101796354A; JP2009063179A; WO2009031425A1

Abstract

Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung, die auf einen Kühlkreislauf, der einen Kompressor, einen Radiator, eine Expansionsvorrichtung und einen Verdampfer in Reihe verbunden, enthält, angewendet wird, wobei ein Antriebsdrehmoment für den Kompressor durch eine Berechnungsformel, die die Massenflussrate, mit der ein Kältemittel durch die Expansionsvorrichtung strömt, als eine Variable umfasst, berechnet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Berechnen eines Drehmoments für einen Kompressor, der in einem Klimaanlagensystem verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
Ein Antriebsdrehmoment für einen Kompressor, der zum Beispiel in einem Fahrzeugklimaanlagensystem verwendet wird, ist eine große Belastung für einen Motor. Es war daher eine wichtige technische Aufgabe, ein Antriebsdrehmoment für einen Kompressor zu berechnen oder zu erfassen. Insbesondere für Kompressoren mit variabler Verdrängung, bei denen ein Antriebsdrehmoment beim Betrieb mit einer maximalen Verdrängung bei hohen Außentemperaturen stark unterschiedlich von einem Antriebsdrehmoment beim Betrieb bei einer Verdrängungssteuerung bei niedrigen Außentemperaturen ist, ist es wesentlich, eine Antriebslast für den Kompressor zu berechnen oder zu erfassen. Wenn das Antriebsdrehmoment für den Kompressor nicht genau berechnet oder erfasst werden kann, macht es nicht nur eine stabile Steuerung einer Motordrehzahl, zum Beispiel bei einem Fahrzeugleerlauf, schwierig, sondern birgt auch ein Risiko eines Abwürgens des Motors.
Ein Antriebsdrehmoment Tr für den Kompressor kann theoretisch aus einer Kompressionsarbeit L durch nachstehende Formeln (1) bis (3) erhalten werden:
wobei Nc die Drehzahl des Kompressors ist, ηm der mechanische Wirkungsgrad ist, n der Polytropenindex ist, Gr die Massenflussrate eines Kältemittels ist, Ps der Ansaugdruck ist, Vs das spezifische Volumen des angesaugten Kältemittels ist, Pd der Ausstoßdruck ist, ηv die volumetrische Effizienz ist und das Vc die Kapazität ist.
Bezüglich des Verfahrens zum Erhalten des Drehmoments für den Kompressor durch obige Formeln (1) bis (3) ist es schwierig, die Kältemittelmassenflussrate Gr in Kompressoren, die die Kapazität Vc verändern, wie z. B. Kompressoren mit variabler Verdrängung, genau zu berechnen oder zu erfassen.
Somit wurde, wie in Dokument 1 (Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung KOKAI Hei 10-38717 ) zu sehen ist, ein Verfahren zum Berechnen des Drehmoments für den Kompressor aus der Strommenge, die durch eine Magnetspule eines Verdrängungssteuerungsventils fließt, und einer Außenlufttemperatur entwickelt. Dieses Verfahren erlaubt eine Berechnung des Antriebsdrehmoments für Kompressoren, die eine Kapazität Vc verändern, und somit einen Ansaugdruck Ps verändern. Dieses Verfahren erlaubt auch eine Verringerung der Anzahl von Erfassungsmitteln, und somit eine Kostenreduzierung.
Dokument 2 (Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung KOKAI 2001-317467 ) offenbart ein anderes Verfahren zum Berechnen des Antriebsdrehmoments für den Kompressor, das wie folgt ist: Eine Verengung ist zwischen der Ausstoßkammer des Kompressors und einem Kondensator vorgesehen. Der Kompressor enthält ein Verdrängungssteuerungsventil, und das Verdrängungssteuerungsventil enthält ein Differenzdruckerfassungsmittel, das mechanisch einen Differenzdruck an der Verengung erfasst. Der Grad, auf den das Verdrängungsventil geöffnet wird, wird selbstständig auf der Basis des durch das Differenzdruckerfassungsmittel erfassten Differenzdrucks reguliert. Das Verdrängungssteuerungsventil enthält auch einen elektromagnetischen Aktuator, der einen eingestellten Wert eines Differenzdrucks für das Differenzdruckerfassungsmittel verändern kann. Das Antriebsdrehmoment für den Kompressor wird auf der Basis der Strommenge, die durch eine Spule des elektromagnetischen Aktuators fließt, die eine Variable ist, berechnet.
In dem in Dokument 2 offenbarten Verfahren ist die Kältemittelflussrate (die Flussrate, mit der das Kältemittel ausgestoßen wird) eine Funktion des durch das Differenzdruckerfassungsmittel erfassten Differenzdrucks ΔP, und der Differenzdruck ΔP ist eine Funktion des Stroms I, der durch die Spule fließt. Dieses Ver fahren hat einen Vorteil, dass die Kältemittelflussrate einfach erfasst wird, und daher wird das Antriebsdrehmoment einfach berechnet.
Das in Dokument 1 offenbarte Verfahren, das das Antriebsdrehmoment in einer vereinfachten Weise nur aus der Strommenge, die durch die Magnetspule fließt, und der Außenlufttemperatur erhält, hat Schwierigkeiten, eine ausreichende Berechnungsgenauigkeit bereit zu stellen.
Das in Dokument 2 offenbarte Verfahren ist andererseits nicht auf Kompressoren mit variabler Verdrängung von dem Typ, in dem die Verdrängung selbstständig durch Steuern des Ansaugdrucks so, dass er einem eingestellten Wert folgt, gesteuert wird, wobei solche Kompressoren nun die breite Masse sind, noch auf Kompressoren mit festgelegter Verdrängung, die keine Magnetspule haben, anwendbar. Mit anderen Worten hat das in Dokument 2 offenbarte Verfahren einen Nachteil, dass es als ein Verfahren zum Berechnen des Drehmoments für den Kompressor wenig flexibel ist. Weiterhin resultiert in dem in Dokument 2 offenbarten Verfahren die zwischen der Ausstoßkammer des Kompressors und dem Kondensator vorgesehene Verengung in einem Druckverlustanstieg, und daher in einer Abnahme der Effizienz des Kühlkreislaufs. Weiterhin birgt die Anwendung dieses Verfahrens auf den Kompressor mit variabler Verdrängung, der für eine Regelung der Verdrängung auf der Basis des Differenzdrucks ΔP entworfen ist, ein Problem, dass der Differenzdruck ΔP ein Soll davon nicht erreichen kann, wenn der Kompressor mit einer ungenügenden Flussrate des zirkulierenden Kältemittels arbeitet. Dabei gibt es ein Risiko, dass dies einen beschleunigten Anstieg der Verdrängung verursacht, und dies darin resultiert, dass der Kompressor ständig mit einer maximalen Verdrängung arbeitet.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Antriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung bereit zu stellen, die ungeachtet eines Kompressoraufbaus breit anwendbar ist, und die ein Antriebsdrehmoment des Kompressors ohne Berücksichtigung einer Abnahme der Effizienz des Kühlkreislaufs genau berechnen kann.
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung vorgesehen, die auf einen Kühlkreislauf angewendet wird, der einen Kompressor, einen Radiator, eine Expansionsvorrichtung und einen Verdampfer in Reihe verbunden enthält, wobei ein Antriebsdrehmoment für den Kompressor mit einer Berechnungsformel, die die Massenflussrate, bei der ein Kältemittel durch den Verdampfer strömt, als eine Variable umfasst, berechnet wird.
In der Antriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung als einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Antriebsdrehmoment unter Verwendung der Massenflussrate, bei der das Kältemittel durch die Expansionsvorrichtung strömt, als die Flussrate des Kältemittels, das in dem Kühlkreislauf zirkuliert, berechnet. Dies ermöglicht eine genaue Berechnung des Antriebsdrehmoments ungeachtet eines Kompressoraufbaus.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Massenflussrate Gr, mit der das Kältemittel durch die Expansionsvorrichtung strömt, mit einer Formel berechnet: Gr = K·√ρ·(Pexp1 – Pexp2) wobei ρ die Dichte des Kältemittels bei einem Einlass der Expansionsvorrichtung ist, Pexp1 ein Druck bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung ist, Pexp2 ein Druck bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung ist, und K ein Koeffizient ist.
In dieser bevorzugten Ausführungsform der Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung wird die Massenflussrate des Kältemittels genau erhalten. Dies ermöglicht eine verbesserte Genauigkeit einer Antriebsdrehmomentberechnung mit einem einfachen Aufbau.
Weiterhin wird die Flussrate des zirkulierenden Kältemittels unter Verwendung einer Druckreduzierung durch die Expansionsvorrichtung berechnet, die die Notwendigkeit eine Verengung in dem Kühlkreislauf vorzusehen, um das Antriebsdrehmoment zu berechnen, überflüssig macht, und daher ein Abnehmen der Effizienz des Kühlkreislaufs verhindert. Weiterhin erlaubt die Verwendung des Differenzdrucks zwischen dem Einlass und dem Auslass der Expansionsvorrichtung, der Flussrate des zirkulierenden Kältemittels auf der Basis eines ausreichend großen Differenzdrucks berechnet zu werden. Der Differenzdruck zwischen dem Einlass und dem Auslass der Expansionsvorrichtung kann insbesondere selbst in Kompressoren, bei denen die Flussrate mit der das Kältemittel ausgestoßen wird, sehr klein werden kann, wie z. B. bei Kompressoren mit variabler Verdrängung, erfasst werden. Folglich kann die Flussrate des zirkulierenden Kältemittels berechnet werden, wenn der Kompressor mit einer kleinen Verdrängung arbeitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Berechnungsformel, mit der das Antriebsdrehmoment berechnet wird, als Variablen weiterhin einen Druck in einem Ausstoßdruckbereich des Kom pressors, einen Druck in einem Ansaugdruckbereich des Kompressors und eine Drehzahl des Kompressors.
In dieser bevorzugten Ausführungsform der Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung stellt die Verwendung der Berechnungsformel, die einen Druck in dem Ausstoßdruckbereich des Kompressors, einen Druck in dem Ansaugdruckbereich des Kompressors und eine Drehzahl des Kompressors als Variablen umfasst, eine verbesserte Genauigkeit einer Kompressorantriebsdrehmomentberechnung bereit.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung ein Hochdruckerfassungsmittel auf, das einen Hochdruck erfasst, der ein Druck in einem Hochdruckbereich des Kühlkreislaufs ist, wobei der Druck bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung mit einer Funktion berechnet wird, die den durch das Hochdruckerfassungsmittel erfassten Hochdruck als eine Variable umfasst.
Diese bevorzugte Ausführungsform der Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung stellt sicher, dass der Druck bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung bei einem gewünschten Genauigkeitslevel berechnet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hochdruckerfassungsmittel in einem Gasabschnitt in dem Hochdruckabschnitt angeordnet.
In dieser bevorzugten Ausführungsform der Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung wird die Flussrate des zirkulierenden Kältemittels berechnet, um einer schnellen Veränderung des Hochdrucks in dem Gasabschnitt zu folgen. Dies erlaubt es, das Antriebsdrehmoment für den Kompressor bei einem vorübergehenden Betrieb mit verbesserter Genauigkeit zu berechnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung ein Niederdruckerfassungsmittel auf, das einen Niederdruck, der ein Druck in einem Niederdruckbereich des Kühlkreislaufs ist, erfasst, wobei der Druck bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung mit einer Funktion, die den durch das Niederdruckerfassungsmittel erfassten Niederdruck als eine Variable umfasst, berechnet wird.
Diese bevorzugte Ausführungsform der Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung stellt sicher, dass der Druck bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung bei einem gewünschten Genauigkeitslevel berechnet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kompressor ein Kompressor mit variabler Verdrängung, der einen Ansaugdruckbereich, von dem das Kältemittel angesaugt wird, einen Kompressionsmechanismus, der das angesaugte Kältemittel verdichtet, einen Ausstoßdruckbereich zu dem das verdichtete Kältemittel ausgestoßen wird, einen Verdrängungsveränderungsmechanismus, der die Verdrängung oder eine Menge des Kältemittels, das von dem Kompressionsmechanismus ausgestoßen wird, reguliert, eine Steuerungsdruckkammer, die einen Steuerungsdruck, der den Verdrängungsveränderungsmechanismus beeinflusst, speichert, und ein Verdrängungssteuerungsventil, das in der Lage ist, den Druck in der Steuerungsdruckkammer zu verändern, aufweist, das Verdrängungsteuerungsventil enthält einen Ventilmechanismus, der ein Erfassungselement enthält, das den Druck in dem Ansaugdruckbereich erfasst, und eine Magnetspule, die eine elektromagnetische Kraft, die auf den Ventilmechanismus wirkt, erzeugt, wobei der Grad, auf den sich das Verdrängungssteuerungsventil öffnet, auf der Basis von einer durch ein Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information reguliert wird, und die Regulierung des Grads eine Druckveränderung in der Steuerungsdruckkammer verursacht, so dass der Verdrängungsveränderungsmechanismus so beeinflusst wird, dass die Verdrängung oder eine Menge des Kältemittels, das von dem Kompressionsmechanismus ausgestoßen wird, reguliert wird, wobei das Ansaugdruckerfassungselement das Niederdruckerfassungsmittel bildet, der Druck in dem Ansaugdruckbereich mit einer Funktion, die die Strommenge, die durch die Magnetspule fließt, oder den Wert eines Steuerungssignals, der der Strommenge, die durch die Magnetspule fließt, entspricht als eine Variable umfasst, berechnet wird, und der Druck bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung auf der Basis des berechneten Werts des Drucks in dem Ansaugdruckbereich, der eine Variable ist, berechnet wird.
In dieser bevorzugten Ausführungsform des Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsmittels funktioniert das Erfassungselement des Verdrängungssteuerungsventils als das Niederdruckerfassungsmittel. Dies erlaubt der Antriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung, einen vereinfachten Aufbau zu haben. Weiterhin wird die Flussrate des zirkulierenden Kältemittels synchron mit einer Druckveränderung in dem Ansaugdruckbereich des Kompressors berechnet, was in einer verbesserten Genauigkeit der Kompressorantriebsdrehmomentberechnung resultiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kompressor ein Kompressor mit variabler Verdrängung, der einen Ansaugdruckbereich, von dem das Kältemittel angesaugt wird, einen Kompressionsmechanismus, der das angesaugte Kältemittel verdichtet, einen Ausstoßdruckbereich, zu dem das verdichtete Kältemittel ausgestoßen wird, einen Verdrängungsveränderungsmechanismus, der die Verdrängung oder eine Menge des Kältemittels, das von dem Kompressionsmechanismus ausgestoßen wird, reguliert, eine Steuerungsdruckkammer, die einen Steuerungsdruck, der den Verdrängungsveränderungsmechanismus beeinflusst, speichert, und ein Verdrängungssteuerungsventil, das in der Lage ist, den Druck in der Steuerungsdruckkammer zu verändern, aufweist, das Verdrängungssteuerungsventil einen Ventilmechanismus enthält, der ein Druckfühlelement enthält, das mit einer ersten druckempfangenden Oberfläche, die den Druck in dem Ausstoßdruckbereich aufnimmt, und einer zweiten druckempfangenden Oberfläche, die den Druck in dem Ansaugdruckbereich, der in der entgegengesetzten Richtung zu dem Druck in dem Ausstoßdruckbereich, der auf die erste druckempfangende Oberfläche wirkt, versehen ist, und eine Magnetspule enthält, die eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die auf den Ventilmechanismus in der entgegengesetzten Richtung zu dem Druck in dem Ausstoßdruckbereich wirkt, der auf das Druckfühlelement wirkt, wobei der Grad, auf den das Verdrängungssteuerungsventil geöffnet wird, auf der Basis einer durch ein Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information reguliert wird, und die Regulierung des Grads eine Druckveränderung in der Steuerungsdruckkammer verursacht, so dass der Verdrängungsveränderungsmechanismus so beeinflusst wird, dass die Verdrängung oder eine Menge des Kältemittels, die von dem Kompressionsmechanismus ausgestoßen wird, reguliert wird, wobei der Druck in dem Ansaugdruckbereich auf der Basis des durch das Hochdruckerfassungsmittel erfassten Hochdrucks und der Strommenge, die durch die Magnetspule fließt, oder dem Wert eines Steuerungssignals, der der Strommenge, die durch die Magnetspule fließt, entspricht, die Variablen sind, berechnet wird, und der Druck bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung auf der Basis des berechneten Werts des Drucks in dem Ansaugdruckbereich, der eine Variable ist, berechnet wird.
In dieser bevorzugten Ausführungsform der Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung werden der Druck in dem Ansaugdruckbereich und der Druck bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung berechnet, wobei sich auf das Hochdruckerfassungsmittel und das Druckfühlelement des Verdrängungssteuerungsventils verlassen wird. Dies erlaubt einen vereinfachten Aufbau der Antriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung. Weiterhin wird die Flussrate des zirkulierenden Kältemittels synchron mit einer Druckveränderung in dem Ausstoßdruckbereich des Kompressors berechnet, was in einer verbesserten Genauigkeit der Kompressorantriebsdrehmomentberechnung resultiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jede der Berechnungsformeln, mit der die Drücke bei dem Einlass und dem Auslass der Expansionsvorrichtung jeweils berechnet werden, weiterhin zumindest entweder eine Größe, die einer Wärmelast auf den Kühlkreislauf entspricht, oder eine Drehzahl des Kompressors, die als eine externe Information erfasst wird.
Diese bevorzugte Ausführungsform der Kompressorantriebsberechnungsvorrichtung erlaubt es, Drücke bei dem Einlass und dem Auslass der Expansionsvorrichtung mit einer verbesserten Genauigkeit zu berechnen, und erlaubt es somit, das Antriebsdrehmoment für den Kompressor mit einer verbesserten Genauigkeit zu berechnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dichte des Kältemittels bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung mit einer Funktion, die zumindest entweder die Temperatur des Kältemittels bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung oder den durch das Hochdruckerfassungsmittel erfassten Hochdruck als eine Variable enthält, berechnet.
Diese bevorzugte Ausführungsform der Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung erlaubt es, die Dichte des Kältemittels bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung mit verbesserter Genauigkeit zu berechnen, und erlaubt es daher das Antriebsdrehmoment für den Kompressor mit verbesserter Genauigkeit zu berechnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Expansionsvorrichtung einen Ventilmechanismus, wobei der Koeffizient K mit einer Funktion, die den Bereich einer Öffnung des Ventilmechanismus als eine Variable umfasst, berechnet wird, und der Bereich der Öffnung des Ventilmechanismus wird mit einer Funktion berechnet, die zumindest entweder eine Größe, die einer Wärmelast auf den Kühlkreislauf entspricht, oder einer Drehzahl des Kompressors, die als eine externe Information erfasst wird, als eine Variable umfasst.
Diese bevorzugte Ausführungsform der Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung erlaubt es, die Flussrate, mit der das zirkulierende Kältemittel durch die Expansionsvorrichtung, die den Ventilmechanismus enthält, fließt, mit einer verbesserten Genauigkeit zu berechnen, und erlaubt daher das Antriebsdrehmoment für den Kompressor mit einer verbesserter Genauigkeit zu berechnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Kompressor durch eine externe Antriebsquelle angetrieben, wobei die Antriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung den berechneten Wert des Antriebs drehmoments für den Kompressor in eine Steuerungsvorrichtung der externen Antriebsquelle einspeist.
In dieser bevorzugten Ausführungsform der Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung wird das Antriebsdrehmoment für den Kompressor mit einer verbesserten Genauigkeit berechnet, was dazu beiträgt, eine Steuerung der externen Antriebsquelle zu stabilisieren.
Als eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verdrängungssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Verdrängung bereitgestellt, wobei der Kompressor einen Ansaugdruckbereich, von dem ein Kältemittel angesaugt wird, einen Kompressionsmechanismus, der das angesaugte Kältemittel verdichtet, einen Ausstoßdruckbereich, zu dem das verdichtete Kältemittel ausgestoßen wird, einen Verdrängungsveränderungsmechanismus, der die Verdrängung oder eine Menge des von dem Kompressionsmechanismus ausgestoßenen Kältemittels reguliert, eine Steuerungsdruckkammer, die einen Steuerungsdruck, der den Verdrängungsveränderungsmechanismus beeinflusst, speichert, und ein Verdrängungssteuerungsventil, das in der Lage ist, den Druck in der Steuerungsdruckkammer zu verändern, aufweist, wobei der Grad, auf den das Verdrängungssteuerungsventil geöffnet wird, auf der Basis einer durch ein Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information reguliert wird, und die Regulierung des Grads eine Druckveränderung in der Steuerungsdruckkammer verursacht, so dass der Verdrängungsveränderungsmechanismus so beeinflusst wird, dass die Verdrängung oder eine Menge des von dem Kompressionsmechanismus ausgestoßenen Kältemittels reguliert wird, wobei das Verdrängungssteuerungssystem eine Antriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung in einer der oben beschriebenen Ausführungsformen und ein Solldrehmomenteinstellungsmittel, das einen Sollwert eines Antriebsdrehmoments einstellt, der als ein Soll in einer Verdrängungssteuerung für den Kompressor dient, aufweist, wobei der Grad, auf den das Verdrängungssteuerungsventil geöffnet wird, reguliert wird, um das durch die Antriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung berechnete Antriebsdrehmoment für den Kompressor näher zu dem durch das Solldrehmomenteinstellungsmittel eingestellten Solldrehmoment zu bringen.
Das Verdrängungssteuerungssystem für die variable Verdrängung als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erlaubt es, das Antriebsdrehmoment für den Kompressor in Abhängigkeit von einer Last auf einen Motor genau zu berechnen, und somit ermöglicht es eine koordinierte Steuerung des Kompressors und des Motors.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die nur zum Zweck der Darstellung beigegeben sind und somit nicht beschränkend auf diese Erfindung sind, gut verstanden werden, wobei:
1 eine Darstellung eines schematischen Aufbaus ist, die einen Kühlkreislauf eines Fahrzeugklimaanlagensystems zeigt,
2 eine Querschnittansicht ist, die den Aufbau eines Kompressors zeigt,
3 eine Querschnittansicht ist, die den Aufbau eines Verdrängungssteuerungsventils in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
4 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen der Menge des Stroms, die durch eine Magnetspule fließt, und einem Ansaugdruck zeigt,
5 ein Blockdiagramm ist, das den Aufbau einer Klimaanlagen-ECU in der ersten Ausführungsform zeigt,
6 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Steuerungsverfahren zum Einstellen eines Steuerungsstroms I zeigt,
7 eine Darstellung ist, die einen detaillierten Aufbau eines Magnetspulenaktivierungsmittels zeigt,
8 ein Blockdiagramm ist, das den Aufbau einer Klimaanlagen-ECU in einer zweiten Ausführungsform zeigt,
9 eine Querschnittansicht ist, die den Aufbau eines Kompressors in einer dritten Ausführungsform zeigt,
10 eine Querschnittansicht ist, die den Aufbau eines Verdrängungssteuerungsventils in der dritten Ausführungsform zeigt,
11 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einem Steuerungsstrom und einem Ansaugdruck zeigt,
12 ein Blockdiagramm ist, das den Aufbau einer Klimaanlagen-ECU in der dritten Ausführungsform zeigt,
13 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zeigt, mit dem eine Motor-ECU einen Steuerungsstrom einstellt,
14 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zum Einstellen eines Sollansaugdrucks P zeigt,
15 ein Blockdiagramm ist, das den Aufbau einer Klimaanlagen-ECU in einer vierten Ausführungsform zeigt,
16 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen der Strommenge, die durch eine Magnetspule fließt, und einem Ansaugdruck für die vierte Ausführungsform zeigt,
17 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Steuerungsverfahren in einem zweiten Steuerungsmodus zeigt, und
18 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren einer Modusumschaltsteuerung zeigt.
BESTE ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine Darstellung eines schematischen Aufbaus, die einen Kühlkreislauf eines Fahrzeugklimaanlagensystems zeigt.
Wie in 1 gezeigt, hat der Kühlkreislauf 1 des Fahrzeugklimaanlagensystems eine Zirkulationsleitung 5, in der ein Kältemittel (z. B. R134a) als ein Arbeitsfluid zirkuliert. In der Zirkulationsleitung 5 sind ein Kompressor 100, ein Radiator (Kondensator) 10, eine Expansionsvorrichtung (festgelegte Öffnung) 20, ein Verdampfer 40 und ein Sammler 40, zum Speichern des Kältemittels in einer flüssigen Form, in Reihe in der Flussrichtung des Kältemittels angeordnet. Der Kompressor 100 führt einen Prozess zum Ansaugen des Kältemittels, zum Verdichten des angesaugten Kältemittels und zum Ausstoßen des verdichteten Kältemittels aus, und zwingt dabei das Kältemittel, in der Zirkulationsleitung 5 zu zirkulieren.
Der Verdampfer 30 bildet ebenfalls einen Teil eines Luftstroms des Fahrzeugklimaanlagensystems. Luft, die durch den Verdampfer 30 strömt, wird durch das Kältemittel, das Wärme aufnimmt um innerhalb des Verdampfers 30 zu verdampfen, gekühlt. Das Kältemittel hat eine Eigenschaft, dass es in einem Hochdruckbereich kondensiert, wie es z. B. bei R134a der Fall ist.
2 ist eine Querschnittansicht, die den Aufbau des Kompressors 100 zeigt.
Der Kompressor 100 ist ein kupplungsloser Kompressor mit variabler Verdrängung von einem Taumelscheiben-Typ. Der Kompressor 100 enthält einen Zylinderblock 101 mit einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen 101a, ein mit einem Ende des Zylinderblocks 101 verbundenes vorderes Gehäuse 102, und ein mit dem entgegengesetzten Ende des Zylinderblocks 101 verbundenes hinteres Gehäuse 104, mit einer Ventilplatte 103 dazwischen angeordnet.
Der Zylinderblock 101 und das vordere Gehäuse 102 definieren eine Kurbelkammer 105, und eine Antriebswelle 106 erstreckt sich axial über das Innere der Kurbelkammer 105. Die Antriebswelle 106 erstreckt sich durch eine ringförmige Taumelscheibe 107, die innerhalb der Kurbelkammer 105 angeordnet ist, wobei die Taumelscheibe 107 mit einem Rotor 108 durch ein Gelenk 109 gelenkig verbunden ist, und der Rotor 108 auf der Antriebswelle 106 befestigt ist. Die Taumelscheibe 107 kann daher eine Neigung verändern, während sie sich entlang der Antriebswelle 106 bewegt.
Eine Schraubenfeder 110 ist auf der Antriebswelle 106 zwischen dem Rotor 108 und der Taumelscheibe 107 montiert, um eine Rückstellkraft, die dazu tendiert, die Taumelscheibe 107 dazu zu zwingen, einen minimalen Neigungswinkel einzunehmen, auszuüben. Auf der gegenüberliegenden Seite der Taumelscheibe 107, insbesondere zwischen der Taumelscheibe 107 und dem Zylinderblock 101, ist eine Schraubenfeder 111 auf der Antriebswelle 106 montiert, um eine Rückstellkraft auszuüben, die dazu tendiert, die Taumelscheibe 107 zu zwingen, einen maximalen Neigungswinkel einzunehmen.
Die Antriebswelle 106 erstreckt sich durch einen runden Vorsprung 102a, der von dem vorderen Gehäuse 102 hinausragt, wobei das Ende der Antriebswelle sich außerhalb des runden Vorsprungs befindet. Eine Dichtungsvorrichtung 112 ist zwischen der Antriebswelle 106 und dem runden Vorsprung 102a eingebracht. Die Dichtungsvorrichtung 112 dichtet das vordere Gehäuse 102 ab. Die Antriebswelle 106 ist durch Lagerungen 113, 114, 115 und 116 in ihrer radialen und axialen Richtung drehbar gelagert. Eine Antriebskraft wird von einer externen Antriebsquelle, wie zum Beispiel einen Motor, auf das Ende der Antriebswelle 106, die über den runden Vorsprung 102a hinausragt, übertragen, so dass die Antriebswelle 106 angetrieben wird, um sich zu drehen.
Ein Kolben 117 ist innerhalb jeder Zylinderbohrung 101a eingepasst. Der Kolben 117 hat einen einstückig geformten Endabschnitt, der in die Kurbelkammer 105 hineinragt. In einer Vertiefung 117a ist in dem Endabschnitt ein Paar von Schuhen 118 vorgesehen. Die Schuhe 118 sind mit dem Rand der Taumelscheibe 107 auf beiden Seiten davon in einem gleitenden Kontakt. Somit ermöglichen es die Schuhe 118 dem Kolben 130 und der Taumelscheibe 109 sich in Verbindung miteinander zu bewegen. Mit diesem Mechanismus wird eine Drehung der Antriebswelle 106 in eine hin- und hergehende Bewegung jedes Kolbens 117 innerhalb seiner eigenen Zylinderbohrung 101a übertragen.
Das hintere Gehäuse 104 definiert eine Ansaugkammer 119 (Ansaugdruckbereich) und eine Ausstoßkammer 120 (Ausstoßdruckbereich). Die Ansaugkammer 119 ist mit den Zylinderbohrungen 101a durch ein Ansaugloch 103a in der Ventilplatte 103 verbunden. Die Ausstoßkammer 120 ist mit den Zylinderbohrungen 101a durch ein Ausstoßloch 103b in der Ventilplatte 103 verbunden. Das Ansaugloch 103a und das Ausstoßloch 103b werden jeweils durch ein nicht gezeigtes Ansaugventil und ein Ausstoßventil geöffnet.
Ein Schalldämpfer 121 ist außerhalb des Zylinderblocks 101 vorgesehen. Der Zylinderblock 101 hat eine einstückig geformte Schalldämpferbasis 101b, und ein Schalldämpfergehäuse 122, das den Schalldämpfer bildet, ist mit der Schalldämpferbasis 101b mit einem nicht gezeigten dazwischen angeordneten Dichtelement verbunden. Das Schalldämpfergehäuse 122 und die Schalldämpferbasis 101b definieren einen Schalldämpferraum 123, und der Schalldämpferraum 123 ist mit der Ausstoßkammer 142 durch eine Ausstoßpassage 124, die sich in der Wand des hinteren Gehäuses 104, dann durch die Ventilplatte 103 und dann durch die Wand der Schalldämpferbasis 101b erstreckt, verbunden.
Das Schalldämpfergehäuse 122 hat eine Ausstoßöffnung 122a, und ein Rückschlagventil 200 ist in dem Schalldämpferraum 123 vorgesehen, um eine Strömung zwischen der Ausstoßpassage 124 und der Ausstoßöffnung 122a zu blockieren. Im Speziellen öffnet und schließt sich das Rückschlagventil 200 in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen der Ausstoßpassage 124 und dem Schalldämpferraum 123; das Rückschlagventil 200 schließt sich, wenn die Druckdifferenz kleiner als ein vorbestimmter Wert wird, und öffnet sich, wenn die Druckdifferenz größer als der vorbestimmte Wert wird.
Somit ist die Ausstoßkammer 120 mit der ausgehenden Seite der Zirkulationsleitung 5 durch die Ausstoßpassage 124, den Schalldämpferraum 123 und die Ausstoßöffnung 122a verbunden, wobei das Rückschlagventil 200 einen Fluss zwischen der Ausstoßkammer und der ausgehenden Seite der Zirkulationsleitung erlaubt oder blockiert. Die Ansaugkammer 119 ist mit der eingehenden Seite der Zirkulationsleitung 5 durch eine Ansaugöffnung 104a in dem hinteren Gehäuse 104 verbunden.
Ein Verdrängungssteuerungsventil (Magnetspulenventil) 300 ist mit dem hinteren Gehäuse 104 verbunden. Das Verdrängungssteuerungsventil 300 ist in eine Gasversorgungspassage 125, die die Ausstoßkammer 120 und die Kurbelkammer 105 verbindet, eingebaut. Die Gasversorgungspassage 125 erstreckt sich durch die Wand des hinteren Gehäuses 104, die Ventilplatte 103 und den Zylinderblock 101, und verbindet dabei die Ausstoßkammer 120 und die Kurbelkammer 105.
Die Ansaugkammer 119 ist mit der Kurbelkammer 105 durch eine Gasfreigabepassage 126 verbunden. Die Gasfreigabepassage 126 besteht aus Zwischenräumen zwischen der Antriebswelle 106 und den jeweiligen Lagerungen 115, 116, einem Raum 128 und einer festgelegten Öffnung 103c in der Ventilplatte 103.
Das Verdrängungssteuerungsventil 300 ist unabhängig von der Gasversorgungspassage 125 mit der Ansaugkammer 119 durch eine Druckfühlpassage 127 verbunden. Das Verdrängungssteuerungsventil 300 hat eine Funktion zum Regulieren der Gasmenge, die von der Ausstoßkammer 120 in die Kurbelkammer 105 abgezapft wird, verursacht dabei eine Druckveränderung in der Kurbelkammer 105, und verändert dabei die Verdrängung des Kompressors 100. Eine Klima anlagen-ECU 400, die außerhalb des Kompressors 100 vorgesehen ist, ist mit dem Verdrängungssteuerungsventil 300 verbunden. Das Verdrängungssteuerungsventil 300 wird durch einen Steuerungsstrom I, der von der Klimaanlagen-ECU 400 geliefert wird, beeinflusst. Der Grad, auf den das Verdrängungssteuerungsventil geöffnet wird, wird durch die Klimaanlagen-ECU 400, die das Ausmaß oder einen Einschaltdauerzyklus des Steuerungsstroms I reguliert, gesteuert.
3 ist eine Querschnittansicht, die den Aufbau des Verdrängungssteuerungsventils 300 in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 3 gezeigt, besteht das Verdrängungssteuerungsventil 300 aus einer Ventileinheit und einer Antriebseinheit, die die Ventileinheit öffnet und schließt. Die Ventileinheit enthält ein zylindrisches Ventilgehäuse 301, und eine Druckfühlkammer 302 und eine Ventilkammer 306 sind innerhalb des Ventilgehäuses 301 axial aufgereiht definiert. Löcher 301a, 301c und 301d sind durch die zylindrische Wand des Ventilgehäuses 301 eingeformt. Die Druckfühlkammer 302 ist mit der Ansaugkammer 119 durch das Loch 301a und die Druckfühlpassage 127 verbunden. Die Ventilkammer 306 ist mit der Ausstoßkammer 120 durch das Loch 301c und eine flussaufwärtige Seite der Gasversorgungspassage 125 verbunden. Das Loch 301d ist mit der Kurbelkammer 105 durch eine flussabwärtige Seite der Gasversorgungspassage 125 verbunden. Die Ventilkammer 306 und das Loch 301d sind durch ein Ventilloch 301b, das sich axial im Zentrum des Ventilgehäuses 301 erstreckt, verbunden.
Ein Balg 303 ist innerhalb der Druckfühlkammer 302 vorgesehen. Das Innere des Balgs 303 wird luftleer gehalten, und eine Feder ist innerhalb des Balgs 303 angeordnet. Der Balg 303 ist ausgelegt, um in der Lage zu sein, sich entlang der Achse des Ventilgehäuses 301 auszudehnen und zusammenzuziehen, so dass ein Ende des Balgs 303 positionsveränderlich ist. Der Balg 303 hat eine Funktion des Empfangens eines Ansaugdrucks Ps, nämlich eines Drucks in der Ansaugkammer 119.
Innerhalb des Ventilgehäuses 301 ist eine Druckfühlstange 304 eingepasst, um in der Lage zu sein, sich axial zu verschieben. Die Druckfühlstange 304 hat ein erstes Ende, das gegen den Balg 303 stößt, und das gegenüberliegende zweite Ende, mit dem ein zylindrisches Ventilelement 304a einstückig verbunden ist. Das Ventilelement 304a hat eine Funktion, sich entsprechend des Ausdehnens oder Zusammenziehens des Balgs 303 zu bewegen, und dabei das Ventilloch 301b zu öffnen oder zu schließen.
Der Balg 303 ist an einer Balgführung 313 an einem ersten Ende gegenüber der Druckfühlstange 304 angeordnet. Die Balgführung 313 ist in einem Druckeinstellungselement 314 verschiebbar eingepasst. Das Druckeinstellungselement 314 ist in der Form eines an einem Ende geschlossenen Zylinders und ist axial in das Ventilgehäuse 301 eingepresst, um darin befestigt zu werden. Zwischen dem Druckeinstellungsmittel 314 und der Balgführung 313 ist eine zusammendrückbare Rückholfeder 315 angeordnet, um eine Rückstellkraft aufzubringen, die auf den Balg 303 zu der Druckfühlstange 304 hin, somit in eine Ventilöffnungsrichtung drückt.
Die Antriebseinheit enthält ein zylindrisches Magnetspulengehäuse 310. Das Magnetspulengehäuse 310 ist koaxial mit einem zweiten Ende des Ventilgehäuses 301 verbunden. Eine zylindrische Magnetspule 312 ist innerhalb des Magnetspulengehäuses 310 eingepasst. Ebenso ist ein zylindrischer befestigter Kern 305 in nerhalb des Magnetspulengehäuses 310 koaxial befestigt. Der befestigte Kern 305 erstreckt sich innerhalb der Magnetspule 312 von dem Ventilgehäuse 301 hinauf zu der Mitte der Magnetspule. Das Ende des befestigten Kerns 305, gegenüberliegend dem Ventilgehäuse 301, ist durch eine zylindrische Hülse 311, die an einem Ende geschlossen ist, umgeben und geschlossen. Ein beweglicher Kern 307 ist zwischen der Hülse 311 und dem befestigten Kern 305 angeordnet, wobei ein vorbestimmter axialer Zwischenraum zwischen dem befestigten Kern 305 und dem beweglichen Kern 307 vorgesehen ist.
Ein Lagerungsloch 305a ist in dem Endabschnitt des befestigten Kerns 305 benachbart zu der Ventileinheit vorgesehen. Das Lagerungsloch 305a bildet einen Teil eines Lochs, das sich durch das Zentrum des befestigten Kerns 305 erstreckt. Das Ventilelement 304a ist in das Lagerungsloch 305 eingeführt, um in der Lage zu sein, sich darin zu verschieben. Das Ventilelement 304a ist somit in das Lagerungsloch 305a eingepasst.
Eine Magnetspulenstange 308 ist in den befestigten Kern 305 eingeführt. Die Magnetspulenstange 308 hat ein erstes Ende, das an dem Ventilelement 304a befestigt ist, und das gegenüberliegende zweite Ende, das aus dem befestigten Kern 305 heraussteht und an dem beweglichen Kern 307 befestigt ist. Eine Feder 309 ist zwischen dem beweglichen Kern 307 und der Hülse 311 angeordnet, um eine Rückstellkraft, die auf den beweglichen Kern 307 in Richtung des befestigten Kerns 305, somit in eine Ventilschließrichtung drückt, aufzubringen.
Der bewegliche Kern 307, der befestigte Kern 305 und das Magnetspulengehäuse 310 sind jedes aus einem magnetischen Material hergestellt, und bilden einen magnetischen Kreis. Die Hülse 320 ist aus einem auf einem rostfreien Material basierenden nicht-magnetischen Material hergestellt.
Der Raum innerhalb der Hülse 311 ist mit der Druckfühlkammer 302 durch ein Loch 301e verbunden. Folglich wirkt der Ansaugdruck Ps auf die zweite Endfläche des Ventilelements 304a.
Es ist so ausgelegt, dass ein Querschnittsbereich des Ventillochs 301b ungefähr gleich dem in dem Lagerungsloch 305a eingepassten Ventilelement 304a ist. Folglich wirkt der Ausstoßdruck Pd nicht in der Ventilöffnungs- oder -schließrichtung auf das Ventilelement 304a. Es ist weiterhin so ausgelegt, dass die Druckfühlstange 304 in ihrem Querschnittsbereich ungefähr gleich mit dem Ventilloch 301b ist. Folglich wirkt ein Druck in dem Loch 301d, nämlich ein Kurbeldruck Pc, oder ein Druck in der Kurbelkammer 105 auf das Ventilelement 304a sowohl in der Ventilöffnungsrichtung als auch in der Ventilschließrichtung, wobei diese entgegengesetzten Kräfte ausbalanciert sind.
Folglich ist eine Ansaugdrucksteuerungscharakteristik des Verdrängungssteuerungsventils 300 praktisch nicht durch einen Ausstoßdruck Pd oder einen Kurbeldruck Pc beeinflusst, so dass die Strommenge (Steuerungsstrom I), die durch die Magnetspule 312 fließt, eindeutig die Höhe eines zu steuernden Ansaugdrucks Ps bestimmt. 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Steuerungsstrom I und einem Ansaugdruck Ps zeigt.
Im Speziellen sind die Kräfte, die zusätzlich zu der elektromagnetischen Kraft F(I), die durch die Magnetspule 312 erzeugt wird, auf das Ventilelement 304a des Verdrängungssteuerungsventils 300 wirken, die durch die Feder 309 aufgebrachte Rückstellkraft fs1, die durch den Balg 303 aufgebrachte Rückstellkraft fs2 (die Rückstellkraft, die durch die Feder innerhalb des Balgs 303 aufgebracht wird, und die Rückstellkraft, die durch die zusammendrückbare Rückholfeder 315 aufgebracht wird) und der Ansaugdruck Ps. Der Zusammenhang zwischen diesen Kräften wird durch eine Gleichung (4) dargestellt, wobei Sb der Bereich der wirksamen druckempfangenden Oberfläche des Balgs 303 ist. Gleichung (4) kann durch Zugeben eines Ansaugdrucks Ps in eine Gleichung (5) umgestellt werden.
Hierbei ist Sb eine Konstante, und die Rückstellkraft fs1, die durch die Feder 309 aufgebracht wird, und die Rückstellkraft fs2, die durch den Balg 303 aufgebracht wird, sind jede durch die Verdrängung der Feder oder des Balgs bestimmt. Gleichung (5) zeigt, dass der Steuerungsstrom I, der durch die Magnetspule fließt, die Höhe des zu steuernden Ansaugdrucks Ps eindeutig bestimmt.
Als nächstes wird der Betrieb des Kompressors 100 beschrieben.
Wenn der Fahrzeugmotor arbeitet und das Klimaanlagensystem nicht arbeitet, liefert die Klimaanlagen-ECU 400 keinen Strom zu der Magnetspule 312 des Verdrängungssteuerungsventils 300, so dass das Ventilelement 304 durch die Rückstellkraft, die durch die zusammendrückbare Rückstellfeder 315 aufgebracht wird, von dem Ventilsitz entfernt gehalten wird. Das Verdrängungssteuerungsventil 300 ist daher geöffnet, so dass die Verdrängung des Kompressors 100 bei einem Minimum ist. Zu dieser Zeit übt die innerhalb des Rückschlagventils vorgesehene Feder eine Rückstell kraft aus, um das Rückschlagventil 200 geschlossen zu halten. Der Fluss des Kältemittels zu dem Kondensator 10 hin ist daher blockiert. Das Kältemittel, das zu der Ausstoßkammer 120 bei der minimalen Verdrängung ausgestoßen wird, strömt von der Ausstoßkammer 120 über die Verbindungspassage 125 zu der Kurbelkammer 105, und strömt dann von der Kurbelkammer 105 über die Gasfreigabepassage 126 zurück zu der Ansaugkammer 119. Das Kältemittel zirkuliert somit innerhalb des Kompressors 100.
Wenn die Klimaanlage in Betrieb geht, wird eine eingestellte Strommenge durch die Magnetspule 312 des Verdrängungssteuerungsventils 300 geleitet, und die Verbindungspassage 125 zwischen der Ausstoßkammer 120 und der Kurbelkammer 105 ist blockiert. Dies resultiert in einer Abnahme des Kurbeldrucks Pc auf eine Höhe, die gleich der des Ansaugdrucks Ps ist, somit in einem Anstieg der Neigung der Taumelscheibe 107, und somit in einem Anstieg eines Kolbenhubswegs. Folglich erhöht sich der Druck in der Ausstoßkammer 120, und wenn der Differenzdruck an dem Rückschlagventil 200 einen vorbestimmten Wert übersteigt, öffnet sich das Rückschlagventil 200, um es dem verdichteten Kältemittel zu erlauben, zu dem Kondensator 10 hin zu fließen. Die Klimaanlagen-ECU 400 reguliert den Strom, der zu der Magnetspule 312 hin geliefert wird, um den Ansaugdruck bei einem eingestellten Wert beizubehalten, wodurch die Verdrängung des Kompressors 100 gesteuert wird.
5 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration von den Komponenten der Klimaanlagen-ECU 400, die an der Verdrängungssteuerung des Kompressors 100 beteiligt ist, zeigt.
Die Klimaanlagen-ECU 400 enthält ein Sollansaugdruckeinstellungsmittel 410, ein Magnetspulenaktivierungsmittel 411, ein An triebsdrehmomentberechnungsmittel 412, und verschiedene Sensoren und Einstellungsmittel.
Die Sensoren können ein Verdampfertemperatursensor 402, ein Hochdruckfühlsensor 403, ein Niederdruckfühlsensor 404, ein Motordrehzahlsensor 405 und ein Außenlufttemperatursensor 406 sein. Der Verdampfertemperatursensor 402 ist bei einem Luftauslass des Verdampfers 30, der zu dem Luftkreislauf gehört, angeordnet, um die Temperatur von Luft an diesem Ort (Verdampferauslasslufttemperatur Te) zu erfassen. Der Hochdruckfühlsensor 403 ist an einer Einlassseite des Kondensators 10 angeordnet, um den Druck des Kältemittels in einem Hochdruckbereich, der sich von der Ausstoßkammer 120 des Kompressors 100 zu einem Einlass der Expansionsvorrichtung 20 (Hochdruck PH) erstreckt, zu erfassen. Der Niederdruckfühlsensor 404 ist an einer Einlassseite des Sammlers 40 angeordnet, um den Druck des Kältemittels in einem Niederdruckbereich (Niederdruck PL), der sich von einem Auslass der Expansionsvorrichtung 20 zu der Ansaugkammer 119 des Kompressors 100 erstreckt, zu erfassen. Der Motordrehzahlsensor 405 erfasst die Drehzahl des Motors. Die Drehzahl des Kompressors 100 wird durch Multiplizieren der erfassten Motordrehzahl mit einem Riemenscheibenverhältnis erhalten. Die Motordrehzahl kann daher als eine Information über die Drehzahl des Kompressors 100 verwendet werden. Die durch den Motordrehzahlsensor 405 erfasste Motordrehzahl wird über eine Motor-ECU 500 in die Klimaanlagen-ECU 400 gespeist. Der Außenlufttemperatursensor 406 ist auf einem Ventilationspfad an einem Lufteinlass des Verdampfers 30 angeordnet, um eine Außenlufttemperatur Ta zu erfassen.
Die Klimaanlagen-ECU 400 hat ein Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 und einen Verdampfergebläsespannungseinsteller 407 als Einstellungsmittel. Das Sollverdampfertemperaturein stellungsmittel 401 stellt ein Soll für eine Lufttemperatur Tes bei dem Luftauslass des Verdampfers ein, das ein endgültiges Soll in der Verdrängungssteuerung des Kompressors 100 ist. Der Verdampfergebläsespannungseinsteller 407 stellt die Gebläsespannung VL ein, die die Luftmenge, die von dem Verdampfer 30 abgegeben wird, bestimmt.
Das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 410 berechnet eine Differenz zwischen der durch das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 eingestellten Solltemperatur Tes und der aktuellen durch den Verdampfertemperatursensor 402 erfassten Verdampferauslasslufttemperatur Te, und stellt ein Soll eines Ansaugdrucks Pss des Kompressors 100, folglich einen Wert des Steuerungsstroms I, der durch ein Verdrängungssteuerungssignal übertragen zu dem Verdrängungssteuerungsventil 300 zu liefern ist, ein, um diese Differenz zu reduzieren.
Unter Bezugnahme auf 6 wird im Detail beschrieben, wie das Ansaugdruckeinstellungsmittel 410 einen Steuerungsstrom I einstellt. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Steuerungsprozess bei einem Einstellen eines Steuerungsstroms I zeigt. Der Prozess des Einstellens eines Steuerungsstroms I ist in einem Hauptprogramm zum Beispiel in der Form eines Unterprogramms vorgegeben.
Zuerst wird in Schritt S10 eine durch das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 eingestellte Solltemperatur Tes eingelesen. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S11.
In Schritt S11 wird eine durch den Verdampferauslasstemperatursensor 402 erfasste Verdampferauslasslufttemperatur Te eingelesen. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S12.
In Schritt S12 wird eine Differenz ΔT zwischen der in Schritt S10 eingelesenen Solltemperatur Tes und der in Schritt S11 eingelesenen Verdampferauslasslufttemperatur Te erhalten. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S13.
In Schritt S13 wird ein Steuerungsstrom I berechnet. Insbesondere wird ein Steuerungsstrom I(I_n) durch nachstehende Gleichung (6) berechnet, wobei a1 und a2 Konstanten sind und in geeigneter Weise gesetzt werden. In = In-1 + a1·((ΔTn – ΔTn-1) + a2·ΔTn) (6)
Die Ablaufsteuerung geht dann zu Schritt S14.
In Schritt S14 wird bestimmt, ob der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I größer oder gleich einem vorbestimmten Wert I1 ist. Wenn er größer oder gleich dem vorbestimmten Wert I1 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S15.
In Schritt S15 wird bestimmt, ob der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert I2 ist. Wenn er kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert I2 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S16.
In Schritt S16 wird der eingestellte Wert eines Steuerungsstroms I in das Magnetspulenaktivierungsmittel 411 eingespeist. Der Steuerungsablauf geht dann von dem Unterprogramm zurück zu dem Hauptprogramm.
Wenn in Schritt 14 bestimmt wird, dass der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I kleiner als der vorbestimmte Wert I1 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S17.
In Schritt S17 wird der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I durch den vorbestimmten Wert I1 ersetzt. Der Steuerungsablauf geht zu Schritt S16.
Wenn in Schritt 15 bestimmt wird, dass der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I größer als der vorbestimmte Wert I2 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S18.
In Schritt S18 wird der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I durch den vorbestimmten Wert I2 ersetzt. Der Steuerungsablauf geht dann zum Schritt S16.
Wie aus dem Obigen zu sehen ist, steuert das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 410 den Steuerungsstrom I durch eine PI-Regelung, um die Differenz zwischen der Solltemperatur Tes und der aktuellen Temperatur, nämlich einer Verdampferauslasslufttemperatur Te, zu reduzieren, wobei der Steuerungsstrom I innerhalb des vorbestimmten Bereichs (I1 ≤ I ≤ I2) eingestellt wird.
Das Magnetspulenaktivierungsmittel 411 aktiviert die Magnetspule 312 des Verdrängungssteuerungsventils 300 auf der Basis des Werts eines durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 410 eingestellten Werts eines Steuerungsstroms I. Der Steuerungsstrom I wird durch eine Veränderung eines Einschaltdauerzyklus in einer PWM (Pulsweitenmodulation) bei einer vorbestimmten Betriebsfrequenz (z. B. 400 bis 500 Hz) reguliert.
7 ist eine Darstellung, die die detaillierte Konfiguration des Magnetspulenaktivierungsmittels 411 zeigt.
Wie in 7 gezeigt, ist das Magnetspulenaktivierungsmittel 411 aus einem Stromerfassungsmittel 510, einem Steuerungsstromvergleichsmittel 511, einem Steuerungssignalerzeugungsmittel 512, einer Umschaltvorrichtung und einer Diode zusammengesetzt. Das Stromerfassungsmittel 510 erfasst einen aktuellen Strom, nämlich einen Strom, der tatsächlich durch die Magnetspule 312 des Verdrängungssteuerungsventils 300 fließt. Das Steuerungsstromvergleichsmittel 511 vergleicht den Wert eines von dem Sollansaugdruckeinstellungsmittel 410 empfangenen Steuerungsstroms I und dem durch das Stromerfassungsmittel 510 erfassten aktuellen Strom. Das Steuerungssignalerzeugungsmittel 512 erzeugt ein Steuerungssignal, das die Umschaltvorrichtung auf der Basis eines Ausgangs des Steuerungsstromvergleichsmittels 511 steuert. Die Umschaltvorrichtung steuert den Strom, der gemäß dem Steuerungssignal von dem Steuerungssignalerzeugungsmittel 512 über eine Stromquellenleitung geliefert wird. Somit regelt das Magnetspulenaktivierungsmittel 411 den zu der Magnetspule 312 gelieferten Strom, um dem Wert des Steuerungsstroms I, der durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 410 eingestellt wird, zu folgen.
Wie aus dem Obigen zu sehen ist, steuert die Klimaanlagensteuerung durch die Klimaanlagen-ECU 400 die Verdrängung des Kompressors 100 durch Einstellen eines Sollansaugdrucks Pss, und somit eines Werts eines Steuerungsstroms I, um die durch den Verdampfertemperatursensor 402 erfasste Verdampferauslasslufttemperatur Te näher zu der durch das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 eingestellten Solltemperatur Tes zu bringen.
Unter Bezugnahme zurück zu 5 berechnet das Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 412 der Klimaanlagen-ECU 400 das Antriebsdrehmoment Tr für den Kompressor 100 auf der Basis von einer externen Information, die durch den Hochdruckfühlsensor 403, den Niederdrucksensor 404 und den Motordrehzahlsensor 405 erfasst wird, und speist den berechneten Wert des Antriebsmoments in die Motor-ECU 500 ein. Unter Bezugnahme auf die Antriebsdrehmomentinformation des Kompressors 100 bringt die Motor-ECU 500 den Motor in einen optimalen Betriebszustand.
Das Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 412 berechnet das Antriebsdrehmoment Tr für den Kompressor 100 durch nachstehende Gleichung (7):
wobei Nc die Drehzahl des Kompressors 100 ist, ηm der mechanische Wirkungsgrad ist, n der Polytropenindex ist, Gr die Kältemittelmassenflussrate ist, Ps der Ansaugdruck ist, Vs das spezifische Volumen des angesaugten Kältemittels ist, Pd der Ausstoßdruck ist und ηv die volumetrische Effizienz ist.
Die Kältemittelmassenflussrate Gr in Gleichung (7) wird nicht aus der Menge des durch die Kolben des Kompressors 100 verdrängten Kältemittels berechnet, sondern aus der Massenflussrate, mit der das Kältemittel durch die Expansionsvorrichtung 20 strömt. Die Verwendung einer solchen Massenflussrate Gr erlaubt es, das Antriebsdrehmoment Tr auf der Basis einer Information, die an jeder beliebigen Stelle in dem Kühlkreislauf gemessen wird, un geachtet der Druckänderung zu berechnen. Die Berechnung des Antriebsdrehmoments Tr durch Gleichung (7) kann daher bei einer großen Vielfalt von Kompressoren angewendet werden.
Die Massenflussrate Gr, mit der das Kältemittel durch die Expansionsvorrichtung 20 strömt, wird durch nachstehende Gleichung (8) berechnet: Gr = K·√ρ·(Pexp1 – Pexp2) (8)wobei ρ die Dichte des Kältemittels bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung 20 ist, Pexp1 der Druck bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung 20 ist, Pexp2 der Druck bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung 20 ist, und K ein Koeffizient ist, der proportional zu dem Strömungskoeffizienten C und dem Bereich A der Öffnung der Expansionsvorrichtung 20 (K ∝ C·A) ist.
Hier wird, vorausgesetzt dass PH der durch den Hochdruckfühlsensor 403 erfasste Druck ist, der Druck Pexp1 unter Berücksichtigung des Verlustes, der in dem Kondensator 10 und der Rohrleitung von dem Kondensator 10 zu der Expansionsvorrichtung 20 auftritt, bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung 20 durch Pexp1 = f₁(PH) berechnet. Vorausgesetzt, dass PL der durch den Niederdruckfühlsensor 405 erfasste Druck ist, wird andererseits der Druck Pexp2 unter Beachtung des Verlustes, der in dem Verdampfer 30 und in der Rohrleitung von dem Kondensator 30 zu der Expansionsvorrichtung 20 auftritt, bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung 20 durch Pexp2 = f₂(PL) berechnet.
Die Dichte ρ des Kältemittels bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung 20 kann in Abhängigkeit von der Sättigungstemperatur Texp1 des Kältemittels bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung 20, die eine Variable ist, berechnet werden. Die Sättigungstemperatur Texp1 kann aus dem Druck Pexp1 bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung 20 berechnet werden. Folglich kann die Kältemitteldichte ρ durch ρ = f₃(Pexp1) = f₃(f₁(PH)) berechnet werden. Die Kältemitteldichte ρ bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung 20 wird somit aus dem durch den Hochdruckfühlsensor 403 erfassten Hochdruck PH berechnet.
Folglich kann die Massenflussrate Gr, mit der das Kältemittel durch die Expansionsvorrichtung 20 strömt, aus dem durch den Hochdruckfühlsensor 403 erfassten Hochdruck PH und dem durch den Niederdruckfühlsensor 404 erfassten Niederdruck PL berechnet werden.
Weiterhin wird der Ausstoßdruck Pd durch Pd = f₄(PH) unter Beachtung des Druckverlustes, der zwischen der Ausstoßkammer 120 und dem Ort, an dem der Hochdruckfühlsensor 403 angeordnet ist, auftritt, berechnet. Der Ansaugdruck Ps wird andererseits durch Ps = f₆(PL), unter Beachtung des Druckverlustes, der zwischen der Ansaugkammer 119 und dem Ort, an dem der Niederdruckfühlsensor 404 angeordnet ist, auftritt, berechnet.
Die vorgenannten Druckverluste können in Abhängigkeit von zum Beispiel der durch den Außenlufttemperatursensor 406 erfassten Außenlufttemperatur Ta und der durch den Verdampfergebläsespannungseinsteller 407 eingestellten Gebläsespannung VL, die Variablen sind, die sich auf eine Wärmelast beziehen, und der Kompressordrehzahl Nc, die ebenfalls eine Variable ist, so korrigiert werden, dass die Druckverluste mit einem Anstieg von Ta, VL und Nc ansteigen. Pexp1, Pd, Pexp2 und Ps werden somit durch nachstehende Funktionen (9) bis (12) berechnet: Pexp1 = f1(PH) = f1(PH, Ta, VL, Nc) (9) Pd = f4(PH, Ta, VL, Nc) (10) Pexp2 = f2(PL) = f2(PL, Ta, VL, Nc) (11) Ps = f5(PL) = f5(PL, Ta, VL, Nc) (12)
Die Kompressordrehzahl Nc wird durch Nc = R·Ne, nämlich durch Multiplizieren der durch den Motordrehzahlsensor 405 erfassten Motordrehzahl Ne mit einem Riemenscheibenverhältnis R, erhalten. Der mechanische Wirkungsgrad ηm ist ein gegebener Koeffizient. Das spezifische Volumen Vs des Kältemittels in der Ansaugkammer 119 wird aus dem Ansaugdruck Ps durch Vs = f₆(Ps) berechnet.
Folglich kann das Antriebsdrehmoment Tr auf den Kompressor 100 aus den Ausgangssignalen von dem Hochdruckfühlsensor 403, dem Niederdruckfühlsensor 404, dem Motordrehzahlsensor 405, dem Außenlufttemperatursensor 406 und dem Verdampfergebläsespannungseinsteller 407 berechnet werden. Ein Einspeisen des berechneten Werts eines Antriebsdrehmoments Tr in die Motor-ECU 500 erlaubt es der Motor-ECU 500 die Motordrehzahl Ne unter Beachtung des Antriebsdrehmoments Tr für den Kompressor 100 in geeigneter Weise zu steuern, und insbesondere die Motordrehzahl Ne im Leerlauf stabil zu steuern.
8 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Klimaanlagen-ECU 420 in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Klimaanlagen-ECU 400 in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform durch die Klimaanlagen-ECU 420 ersetzt. Die Unterschiede von der ersten Ausführungsform werden nachstehend beschrieben.
Der in der Klimaanlagen-ECU 400 vorgesehene Niederdruckfühlsensor 404 wird aus der Klimaanlagen-ECU 420 entfernt. In der Klimaanlagen-ECU 420 wird anstelle des durch den Niederdruckfühlsensor 404 erfassten Niederdruck PL ein durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 410 eingestellter Sollansaugdruck Pss in das Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 421 eingespeist. Das Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 421 berechnet das Antriebsdrehmoment Tr auf der Basis des Sollansaugdrucks Pss.
Wie 4 zeigt, bestimmt der durch die Magnetspule 312 fließende Steuerungsstrom I eindeutig die Höhe des Ansaugdrucks Ps, nämlich eines Drucks in dem Ansaugdruckbereich des Kompressors 100. Der Ansaugdruck Ps wird dafür durch Gleichung (5) berechnet. Der Druck Pexp2 bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung 20 kann unter Beachtung des Druckverlustes, der in dem Bereich von dem Auslass der Expansionsvorrichtung 20 zu der Ansaugkammer 119 mit dem dazwischen angeordneten Verdampfer 30 auftritt, aus berechneten Ansaugdruck Ps berechnet werden. Der Niederdruckfühlsensor 404 kann daher entfernt werden.
Folglich verwendet in der zweiten Ausführungsform das Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 421 beim Berechnen des Antriebsdrehmoments Tr durch Gleichungen (7) und (8) Pexp2 = f₇(Ps) und Gleichung (5), anstelle von Pexp2 = f₂(Pl) und Ps = f₆(PL) die, jeweils in der ersten Ausführungsform verwendet werden.
In der zweiten Ausführungsform wird die Kältemittelmassendurchflussrate Gr auf der Basis des Ausstoßdrucks Pd und des Ansaugdrucks Ps berechnet. Die Massenflussrate Gr, mit der das Kältemittel durch den Verdampfer 20 strömt, wird daher synchron mit einer Druckveränderung in dem Kompressor 100 berechnet, was in einer verbesserten Genauigkeit beim Berechnen des Antriebsdrehmoments Tr für den Kompressor 100 resultiert.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 9 bis 14 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
9 ist eine Querschnittansicht, die den Aufbau eines Kompressors 100 in der dritten Ausführungsform zeigt. Wie in 9 gezeigt, ist die dritte Ausführungsform hinsichtlich des Aufbaus des Hauptkörpers des Kompressors 100 identisch mit der ersten Ausführungsform, aber bezüglich des Verdrängungssteuerungsventils 350, das an dem Kompressor 100 angebracht ist, und der Klimaanlagen-ECU 450, die die Funktion des Verdrängungssteuerungsventils 350 steuert, unterschiedlich.
10 ist eine Querschnittansicht, die den Aufbau des Verdrängungssteuerungsventils 350 zeigt.
Wie in 10 gezeigt, enthält das Verdrängungssteuerungsventil 350 keine Komponente (Druckfühlelement), das dem Balg 303 in dem Verdrängungssteuerungsventil 200 entspricht. Ein zylindrisches Ventilgehäuse 351 hat eine darin definierte Ventilkammer 353. Das Ventilgehäuse 351 hat ein Loch 351b, das durch die zylindrische Wand geformt ist, und ein Ventilloch 351a, das sich in seinen Endabschnitt axial durch die Mitte erstreckt. Die Ventilkammer 353 ist mit der Ausstoßkammer 120 durch das Ventilloch 351a und die flussaufwärtige Seite der Gasversorgungspassage 125 ver bunden, und ist mit der Kurbelkammer 105 durch das Loch 351b und die flussabwärtige Seite der Gasversorgungspassage 125 verbunden.
Ein Ventilelement 354 ist innerhalb der Ventilkammer 353 eingepasst. Das Ventilelement 354 hat an einem ersten Ende eine Funktion des Öffnens und Schließens des Ventillochs 351a. Das gegenüberliegende zweite Ende des Ventilelements 354 ist mit einem ersten Ende einer Magnetspulenstange 355 verbunden. Die Magnetspulenstange 355 ist innerhalb eines befestigten Kerns 352 eingepasst, um in der Lage zu sein, sich axial zu verschieben. Ein beweglicher Kern 356 ist an der gegenüberliegenden zweiten Endseite der Magnetspulenstange 355 vorgesehen. Eine Rückholfeder 357 ist zwischen dem beweglichen Kern 356 und dem befestigten Kern 352 vorgesehen. Die Rückholfeder 357 übt eine Rückstellkraft aus, die auf den beweglichen Kern 356 in einer Richtung weg von dem befestigten Kern 352 drückt (in eine Ventilöffnungsrichtung).
Ein Magnetspulengehäuse 358 hat ein durch die zylindrische Wand geformtes Loch 358a, und eine Verbindungsnut 352b ist zwischen dem Magnetspulengehäuse 358 und dem befestigten Kern 352 vorgesehen. Die Verbindungsnut 352b verbindet das Loch 358a mit einem Raum 361. Der Raum 361 ist innerhalb einer Hülse 359, die den befestigten Kern 352 und den beweglichen Kern 356 abdeckt, definiert. Der bewegliche Kern 356 ist in dem Raum 361 angeordnet. Das Loch 358a ist mit der Ansaugkammer 119 durch eine Druckfühlpassage 127 verbunden, so dass der Ansaugdruck Ps auf die Magnetspulenstange 355 wirkt. Folglich wirkt der Ausstoßdruck Pd auf die erste Endfläche (erste Druckempfangsoberfläche) des Ventilelements 354, während der Ansaugdruck Ps zu der zweiten Endfläche (zweite Druckempfangsoberfläche) durch die Magnetspu lenstange 355 übertragen wird. Die integrierte Ventilelement-354-Magnetspulenstange-355-Baugruppe funktioniert als ein Druckfühlelement.
In der vorliegenden Ausführungsform ist es so gestaltet, dass der Bereich der Oberfläche des Ventilelements 354, der einen Druck empfängt, wenn das Ventil 354 in der Schließposition für das Ventilloch 351a ist (Dichtungsoberflächenbereich), Sv, ungefähr gleich dem Querschnittbereich Sr der Magnetspulenstange 355, die in das Einbringloch 352a eingepasst ist, ist. Folglich wird eine Beziehung zwischen den Kräften, die auf das Ventilelement 354 wirken, durch eine nachstehende Gleichung (13) dargestellt, wobei fs die durch die Rückholfeder 357 aufgebrachte Rückstellkraft ist. Gleichung (13) kann unter Zugabe des Ansaugdrucks Ps in eine Gleichung (14) umgestellt werden.
Die Gleichungen zeigen, dass, wenn die Werte des Ausstoßdrucks Pd und der elektromagnetischen Kraft F(I) gegeben sind, der Wert des Ansaugdrucks Ps bestimmt wird.
Dies bedeutet, dass, vorausgesetzt dass der Sollansaugdruck Pss, nämlich das Soll, auf das der Ansaugdruck zu steuern ist, im voraus eingestellt wird, und ein Wert des sich verändernden Ausstoßdrucks Pd erfasst wird, die zu erzeugende elektromagnetische Kraft F(I) und daher der zu liefernde Steuerungsstrom I berechnet werden können. Durch Regulieren des Stroms, der durch die Magnetspule 316 fließt, auf diesen berechneten Wert des Steue rungsstroms I, wird das Ventilelement 354 beeinflusst, um den Ansaugdruck bei dem Sollansaugdruck Pss beizubehalten. Folglich wird der Kurbeldruck Pc reguliert, um die Verdrängung des Kompressors 100 zu steuern.
11 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Steuerungsstrom I und einem Ansaugdruck Ps zeigt. Wie 11 zeigt, verschiebt sich für das Verdrängungssteuerungsventil 350 der Bereich der Steuerung des Ansaugdrucks Ps abhängig von dem Ausstoßdruck Pd, was die Verdrängungssteuerung bei hohen Wärmelasten ermöglicht. Weiterhin zeigt Gleichung (14), dass ein kleinerer Dichtungsoberflächenbereich Sv einen weiteren Bereich einer Ansaugdrucksteuerung mit einer kleinen elektromagnetischen Kraft F(I) erlaubt. Durch eine Wirkung des synergetischen Effekts davon, hat das Verdrängungsventil verglichen mit dem Verdrängungssteuerungsventil 300 in der ersten Ausführungsform in der vorliegenden Ausführungsform einen stark erweiterten Bereich einer Steuerung eines Ansaugdrucks Ps. Folglich kann in der vorliegenden Ausführungsform selbst bei hohen Wärmelasten die Verdrängungssteuerung durch Steuerung des Ansaugdrucks Ps sofort nachdem der Kompressor 100 angelaufen ist gestartet werden. Wenn die Strommenge, die durch die Magnetspule 360 strömt, auf 0 reduziert wird, zieht sich das Ventilelement 354 wegen der Rückstellkraft der Rückholfeder 357 von dem Ventilsitz weg. Das Ventilloch 351a ist somit gezwungenermaßen geöffnet, so dass das Kältemittel von der Ausstoßkammer 120 zu der Kurbelkammer 105 abgezapft wird, was in der minimalen Verdrängung des Kompressors 100 resultiert.
12 ist eine Darstellung eines Aufbaus einer Klimaanlagen-ECU 450.
Die Klimaanlagen-ECU 450 unterscheidet sich von der Klimaanlagen-ECU 420 in der zweiten Ausführungsform in der Funktion des Sollansaugdruckeinstellungsmittels 451 und des Antriebsdrehmomentberechnungsmittels 453, und darin, dass ein Steuerungssignalberechnungsmittel 452 vorgesehen ist.
Das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 451 berechnet eine Differenz zwischen einer durch das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 eingestellten Solltemperatur Tes und einer Verdampferauslasslufttemperatur Te, nämlich der Temperatur, die aktuell durch den Verdampfertemperatursensor 402 erfasst wird, und stellt einen Sollansaugdruck Pss ein, um die Differenz zu verringern.
Das Steuerungssignalberechnungsmittel 452 berechnet aus dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 451 eingestellten Sollansaugdruck Pss und einem Ausstoßdruck Pd den zu der Magnetspule 360 zu liefernden Steuerungsstrom I durch Gleichung (14), wobei unter Beachtung des Druckverlusts, der zwischen der Ausstoßkammer 120 und dem Ort, an dem der Hochdruckfühlsensor 403 angeordnet ist, auftritt, der Ausstoßdruck Pd durch Pd = f₄(PH) berechnet wird.
Das Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 453 berechnet das Antriebsdrehmoment für den Kompressor 100 auf der Basis des durch den Hochdruckfühlsensor 403 erfassten Hochdrucks PH, der durch den Motordrehzahlsensor 405 erfassten Motordrehzahl Ne und des durch das Steuerungsstromberechnungsmittel 452 berechneten Steuerungsstrom I.
Das Antriebsdrehmoment Tr wird wie in der ersten und zweiten Ausführungsform durch Gleichungen (7) und (8) berechnet. Da Pd = f₄(PH), wird der Ansaugdruck Ps durch eine Funktion, die den Steuerungsstrom I und den Hochdruck PH als Variablen enthält, berechnet. Der Niederdrucksensor 404 kann entfernt werden, da der Druck Pexp2 bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung 20 unter Beachtung des Druckverlustes, der zwischen dem Auslass der Expansionsvorrichtung 20 und dem Ansaugdruckbereich des Kompressors 100 auftritt, durch Pexp2 = f₇(Ps) berechnet werden kann.
Gleichung (14) kann in nachstehende Gleichung (15) umgestellt werden.
Pd – Ps wird daher durch eine Funktion, die den Steuerungsstrom I als Variable umfasst, berechnet. Die Druckdifferenz Pexp1 – Pexp2 an dem Verdampfer 20 kann unter Beachtung des Druckverlusts auf der Basis von Pd – Ps berechnet werden. Folglich kann die Druckdifferenz Pexp1 – Pexp2 durch eine Funktion Pexp1 – Pexp2 = f₈(I) berechnet werden. Pexp1 – Pexp2 kann durch die Funktion f₈(I) direkt aus dem Steuerungsstrom I berechnet werden.
13 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ansaugdrucksteuerungsroutine zeigt, mit der die Klimaanlagen-ECU 450 den Steuerungsstrom I einstellt.
Zuerst wird in Schritt 100 ein Merker F1 auf ”0” gesetzt. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S101.
In Schritt S101 wird ein Ausstoßdruck Pd (= f₄(PH, Ta, VL, Nc)), nämlich ein Ausstoßdruck, der in Abhängigkeit einer Wärmelastin formation korrigiert wird, um den Druckverlust zu berücksichtigen, eingelesen. Die Ablaufsteuerung geht dann zu Schritt S102.
In Schritt S102 wird bestimmt, ob der Merker F1 ”0” ist. Wenn der Merker F1 ”0” ist, geht die Ablaufsteuerung zu Schritt S103.
In Schritt S103 wird ein Timer von ”0” aus gestartet. Die Ablaufsteuerung geht dann zu Schritt S104.
In Schritt S104 wird der Merker F1 auf ”0” gesetzt. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S105.
In Schritt S105 wird ein zu erreichender Sollansaugdruck Pss eingestellt. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S106.
In Schritt S106 wird ein Steuerungsstrom I berechnet. Insbesondere wird ein Steuerungsstrom I durch nachstehende Gleichung (16) berechnet. Gleichung (16) wird durch Ersetzen der elektromagnetischen Kraft F(I) in Gleichung (14) durch eine lineare Funktion eines Stroms I (b1 und b2 sind Konstanten) erhalten. I = b1·(Pd – Pss) + b2 (16)
Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S107.
In Schritt S107 wird bestimmt, ob der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I größer oder gleich einem vorbestimmten I3 ist. Wenn er größer oder gleich dem vorbestimmten Wert I3 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S110.
In Schritt S110 wird bestimmt, ob der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert I4 ist. Wenn er kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert I4 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S109.
In Schritt S109 wird der eingestellte Wert eines Steuerungsstroms I eingespeist. Der Steuerungsablauf geht dann zurück zu Schritt S101.
Wenn in Schritt S107 bestimmt wird, dass der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I kleiner als der vorbestimmte Wert I3 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S108.
In Schritt S108 wird der Steuerungsstrom I auf den vorbestimmten Wert I3 eingestellt. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S109.
Wenn in Schritt S110 bestimmt wird, dass der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I größer als der vorbestimmte Wert I4 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S111.
In Schritt S111 wird der Steuerungsstrom I auf den vorbestimmten Wert I4 eingestellt. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S109.
Wenn in Schritt S102 bestimmt wird, dass der Merker F1 nicht ”0” ist (der Merker F1 ”1” ist), geht der Steuerungsablauf zu Schritt S112.
In Schritt S112 wird bestimmt, ob der Timerwert t kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert t1 ist. Wenn der Timerwert t kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert t1 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S106. Wenn der Timerwert t größer als der vorbestimmte Wert t1 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S114.
In Schritt S113 wird der Timer zurückgesetzt, oder mit anderen Worten wird der Timerwert t auf ”0” gesetzt. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S114.
In Schritt S114 wird der Merker F1 auf ”0” gesetzt. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S106.
In der obigen Steuerung wird der Ausstoßdruck Pd regelmäßig eingelesen und der Steuerungsstrom I wird abhängig von dem veränderlichen Ausstoßdruck Pd innerhalb des Bereichs von I3–I4 reguliert, um den Ansaugdruck bei dem eingestellten Sollansaugdruck Pss beizubehalten. Der Sollansaugdruck Pss wird in Intervallen der vorbestimmten Zeit t1 zurückgesetzt.
14 ist ein Ablaufdiagramm, das den Prozess des Einstellens des Sollansaugdrucks Pss in Schritt S105 in 13 zeigt. Dieser Einstellprozess kann in der Form eines Unterprogramms innerhalb der Ansaugdrucksteuerungsroutine in 13, die ein Hauptprogramm ist, gegeben sein.
Bei der Ausführung des Unterprogramms zum Einstellen des Sollansaugdruck Pss wird in Schritt S105 ein Soll Tes der durch das Sollverdampferauslasstemperatureinstellungsmittel 401 eingestellten Verdampferauslasslufttemperatur zuerst in Schritt S200 eingelesen. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S201.
In Schritt S201 wird eine durch den Verdampfertemperatursensor 402 erfasste Verdampferauslasslufttemperatur Te eingelesen. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S202.
In Schritt S202 wird eine Differenz ΔT (= Tes – Te) zwischen dem Soll Tes der in Schritt S202 eingelesenen Verdampferauslasslufttemperatur und der in Schritt S201 eingelesenen Verdampferauslasslufttemperatur berechnet. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S203.
In Schritt S203 wird ein Sollansaugdruck Pss berechnet. Insbesondere wird der Sollansaugdruck Pss durch eine nachstehende Gleichung (17) erhalten, wobei c1 und c2 im voraus in geeigneter Weise gesetzten Konstanten sind. Pssn = Pssn-1 + c1·[(ΔTn – ΔTn-1) + c2·ΔTn] (17)
Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S204.
In Schritt S204 wird bestimmt, ob der in Schritt S203 berechnete Sollansaugdruck Pss größer oder gleich einem vorbestimmten Wert Ps1 ist. Wenn er größer als der vorbestimmte Wert Ps1 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S206.
In Schritt S206 wird bestimmt, ob der in Schritt S203 berechnete Sollansaugdruck Pss kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert Ps2 ist. Wenn er kleiner als der vorbestimmte Wert Ps2 ist, geht der Steuerungsablauf zurück zu dem Hauptprogramm.
Wenn in Schritt S204 bestimmt wird, dass der berechnete Sollansaugdruck Pss kleiner als der vorbestimmte Wert Ps1 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S205.
In Schritt S205 wird der berechnete Wert des Sollansaugdrucks Pss durch den vorbestimmten Wert Ps1 ersetzt. Der Steuerungsablauf geht dann zurück zu dem Hauptprogramm.
Wenn in Schritt S206 bestimmt wird, dass der berechnete Sollansaugdruck Pss größer als der vorbestimmte Wert Ps2 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S207.
In Schritt S207 wird der berechnete Wert des Sollansaugdrucks Pss durch den vorbestimmten Wert Ps2 ersetzt. Der Steuerungsablauf geht dann zurück zu dem Hauptprogramm.
Wie von oben zu sehen ist, berechnet das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 451 den Sollansaugdruck Pss, um die Verdampferauslasslufttemperatur Te näher zu der Solltemperatur Tes zu bringen, und die Verdrängung wird auf der Basis des Sollansaugdrucks Pss gesteuert. Insbesondere wird der Sollansaugdruck Pss auf der Basis der Differenz ΔT zwischen der durch das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 eingestellten Solltemperatur Tes und der durch den Verdampfertemperatursensor 402 erfassten Temperatur Te, eingestellt, um innerhalb des vorbestimmten Bereichs (Ps1 ≤ Pss ≤ Ps2) zu sein. Die Solltemperatur Tes wird abhängig von dem Zustand der Luft des Fahrzeuginnenraums, die zu klimatisieren ist, geändert.
In der dritten Ausführungsform wird die Flussrate Gr des zirkulierenden Kältemittels wie in der zweiten Ausführungsform aus dem Ausstoßdruck Pd und dem Ansaugdruck Ps berechnet. Dies erlaubt es, die Flussrate Gr des zirkulierenden Kältemittels synchron mit einer Druckveränderung in dem Kompressor 100 zu berechnen, was in einer verbesserten Berechnungsgenauigkeit einer des Antriebsdrehmoments Tr für den Kompressor 100 resultiert.
15 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Klimaanlagen-ECU 480 in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Obwohl die Klimaanlagen-ECU 480 in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basierend auf der Klimaanlagen-ECU 420 in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist, hat das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 481 einen ersten Steuerungsmodus, um eine Klimatisierungssteuerung auszuführen, und einen zweiten Steuerungsmodus, um eine Drehmomentsteuerung auszuführen, und arbeitet in einem Modus, der aus dem ersten und zweiten Steuerungsmodus ausgewählt wird.
Der Kompressor 100 in der vorliegenden Ausführungsform ist im Aufbau gleich dem Kompressor 100 in der ersten Ausführungsform. Das Verdrängungssteuerungsventil 300 in der vierten Ausführungsform ist im Aufbau gleich dem Verdrängungssteuerungsventil 300 in der ersten Ausführungsform, aber der wirksame Bereich Sb der Oberfläche des Balgs 300, der den Ansaugdruck Ps empfängt, ist verglichen mit dem Verdrängungssteuerungsventil 300 in der ersten Ausführungsform viel kleiner.
16 ist ein Diagramm, das für die vierte Ausführungsform eine Beziehung zwischen dem zu der Magnetspule 312 des Verdrängungssteuerungsventils 300 gelieferten Steuerungsstrom I und einem Ansaugdruck P zeigt.
Wie aus 16 zu sehen ist, hat die vierte Ausführungsform einen stark erweiterten Bereich einer Steuerung eines Ansaugdrucks Ps, was die Verdrängungssteuerung unter fast allen Betriebsbedingungen ermöglicht.
Das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 481 in der vierten Ausführungsform hat einen ersten Steuerungs-(Klimatisierungssteuerung-)modus. In dem ersten Steuerungsmodus werden eine Differenz ΔT zwischen der durch das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 eingestellten Solltemperatur Tes und der durch den Verdampfertemperatursensor 402 erfassten Temperatur Te berechnet, und der Sollansaugdruck Pss wird berechnet, um die Differenz ΔT zu verkleinern. In dem ersten Steuerungsmodus ist der Steuerungsablauf identisch dem, der in 6 gezeigt ist.
Das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 481 weist auch einen zweiten Steuerungs-(Drehmomentsteuerungs-)modus auf. In dem zweiten Steuerungsmodus wird eine Differenz ΔT zwischen dem von der Motor-ECU 200 eingespeisten Solldrehmoment Trs und dem durch das Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 421 berechneten Antriebsdrehmoment Tr berechnet, und der Sollansaugdruck Pss, und daher der Steuerungsstrom I, wird berechnet, um die Differenz ΔTr zu verkleinern. Der berechnete Wert des Steuerungsstroms I wird eingestellt, um innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (I1 ≤ I ≤ I2) zu sein.
17 ist ein Ablaufdiagramm, die den Prozess des Einstellens des Sollansaugdrucks Pss in dem zweiten Steuerungsmodus zeigt.
Wie in 17 gezeigt, wird bei den Einstellungen in dem zweiten Steuerungsmodus zuerst in Schritt S300 ein durch ein Solldrehmomenteinstellungsmittel 406 eingestelltes Solldrehmoment Trs eingelesen. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S301.
In Schritt S301 wird ein Antriebsdrehmoment Tr mit der oben erwähnte Gleichung (7) berechnet. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S302.
In Schritt S302 wird eine Differenz ΔTr zwischen dem in Schritt S301 eingelesenen Solldrehmoment Trs und dem in Schritt S302 eingelesenen Antriebsdrehmoment erhalten. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S303.
In Schritt S303 wird ein Steuerungsstrom I berechnet. Insbesondere wird ein Wert I_n eines Steuerungsstroms I mit nachstehender Gleichung (18), wobei d1 und d2 in geeigneter Weise gesetzte Konstanten sind, berechnet. In = In-1 + d1·[(ΔTrn – ΔTrn-1) + d2·ΔTrn] (18)
Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S304.
In Schritt S304 wird bestimmt, ob der Wert eines in Schritt S303 erhaltenen Steuerungsstroms I größer oder gleich einem vorbestimmten Wert I1 ist. Wenn er größer oder gleich dem vorbestimmten Wert I1 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S305.
In Schritt S305 wird bestimmt, ob der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert I2 ist. Wenn er kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert I2 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S306.
In Schritt S306 wird der eingestellte Wert eines Steuerungsstroms I in das Magnetspulenaktivierungsmittel 411 eingespeist.
Der Steuerungsablauf geht dann zurück zu einem Hauptprogramm, das später beschrieben wird.
Wenn es in Schritt S304 bestimmt wird, dass der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I kleiner als der vorbestimmte Wert I1 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S307.
In Schritt S307 wird der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I durch einen vorbestimmten Wert I1 ersetzt. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S306.
Wenn in Schritt S305 bestimmt wird, dass der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I größer als der vorbestimmte Wert I2 ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S308.
In Schritt S308 wird der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I durch den vorbestimmten Wert I2 ersetzt. Der Steuerungsablauf geht dann zu Schritt S306.
Wie von dem Obigen zu sehen ist, wird ein Steuerungsstrom I in einer PI-Regelung berechnet, um die Differenz ΔTr zwischen dem Solldrehmoment Trs und dem Antriebsdrehmoment Tr zu verkleinern, und der berechnete Wert eines Steuerungsstroms I wird eingestellt, um zwischen dem vorbestimmten oberen und unteren Grenzwert (I1 ≤ I ≤ I2) zu sein.
Wie in 15 gezeigt, empfängt das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 481 zum Beispiel eine Ein/Aus-Einstellung eines Klimaanlagenschalters 409, eine Fahrzeugbeschleunigungsinformation (zum Beispiel eine Gaspedalposition von einem Gaspedalpositionssensor 408, eine Drosselklappenposition, oder dergleichen) und eine Motordrehzahlinformation. Wie in 18 gezeigt, wird der zweite Steuerungsmodus (Drehmomentsteuerung) gewählt, wenn die empfangene Information vorbestimmte Bedingungen erfüllt. Andererseits wird der erste Steuerungsmodus (Klimatisierungssteuerung) gewählt.
18 ist ein Ablaufdiagramm eines Hauptprogramms, durch das das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 481 eine Modusumschaltsteuerung ausführt.
In dem Hauptprogramm wird im Schritt S400 ein Start einer Klimatisierung, eine Beschleunigung und ein Leerlauf festgestellt. Insbesondere wird festgestellt, ob nachstehende Bedingungen (1) bis (3) erfüllt werden.

1) Der Klimaanlagenschalter 409 wurde von einer ”AUS”-Position in eine ”EIN”-Position umgeschaltet (Feststellung eines Starts einer Klimatisierung.
2) Das Fahrzeug beschleunigt. Zum Beispiel ist das Niederdrücken des Gaspedals größer oder gleich einem vorbestimmten Wert (Feststellung einer Beschleunigung).
3) Das Fahrzeug ist im Leerlauf. Zum Beispiel ist das Niederdrücken des Gaspedals Null und die Motordrehzahl ist geringer oder gleich einem vorbestimmten Wert (Feststellung eines Leerlaufs).

Nach Schritt S400 geht der Steuerungsablauf zu Schritt S401.
In Schritt S401 wird bestimmt, ob eine der drei Bedingungen, auf der eine Feststellung eines Starts einer Klimatisierung, einer Beschleunigung und eines Leerlaufs beruht, erfüllt wird (ob irgendeine der obigen drei Aussagen wahr ist). Wenn zumindest eine der drei Bedingungen erfüllt wird, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S402.
In Schritt S402 wird ein Einstellen in den zweiten Steuerungsmodus ausgeführt. Der Steuerungsablauf geht dann zurück zu Schritt S400.
Wenn in Schritt S401 bestimmt wird, dass keine der Bedingungen erfüllt wird, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S403.
In Schritt S403 wird eine Einstellung in dem ersten Steuerungsmodus ausgeführt. Der Steuerungsablauf geht dann zurück zu Schritt S400.
Wie von dem Obigen zu sehen ist, wird in der vierten Ausführungsform durch Auswählen des zweiten Steuerungsmodus die Verdrängung so gesteuert, um das Antriebsdrehmoment Tr für den Kompressor 100 auf ein eingestelltes Soll zu bringen. Dies erlaubt es, das Antriebsdrehmoment Tr für den Kompressor in Abhängigkeit von der Motorlast zu regulieren, und somit ermöglicht es eine koordinierte Steuerung des Kompressors 100 und des Motors. Eine Drehmomentsteuerung ist nicht auf die vierte Ausführungsform beschränkt. Sie kann auf der Basis der in 9 bis 14 gezeigten dritten Ausführungsform ausgeführt werden, und ist auf andere Kompressoren mit variabler Verdrängung, die in der Lage sind, eine Verdrängungssteuerung gemäß einem externen Signal durchzuführen, anwendbar.
Obwohl in der vorliegenden Erfindung das Solldrehmoment Trs von der Motor-ECU 500 eingespeist wird, kann es so ausgelegt sein, dass zum Beispiel die Klimaanlagen-ECU 480 das Solldrehmoment Trs durch Empfangen von einer Lastinformation von der Motor-ECU einstellt. Alternativ kann es so ausgelegt sein, dass die Klimaanlagen-ECU 480 das Solldrehmoment Trs einstellt und in die Motor-ECU 500 einspeist.
Alternativ kann eine Klimaanlagensteuerung durch Berechnen einer Differenz ΔT zwischen der durch das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 eingestellte Solltemperatur Tes und der durch den Verdampfertemperatursensor 402 erfassten aktuellen Temperatur Te, und Einstellen eines Solldrehmoments Trs ausgeführt werden, um die Differenz ΔT zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und kann auf verschiedenen Wegen modifiziert werden.
Zum Beispiel können, obwohl in den beschriebenen Ausführungsformen die Expansionsvorrichtung 20, die aus einer festgelegten Öffnung besteht, in dem Kühlkreislauf verwendet wird, eine Expansionsvorrichtung, die einen Ventilmechanismus, wie z. B. eine variable Öffnung, ein Temperaturexpansionsventil, ein elektronisch gesteuertes Ventil oder dergleichen enthält, verwendet werden. In diesem Fall wird, da sich der Bereich der Öffnung in dem Ventilmechanismus verändert, der Koeffizient K in Gleichung (8) durch eine Funktion berechnet, die den Ventilöffnungsbereich als eine Variable umfasst. Alternativ kann der Koeffizient K durch eine Funktion, die als eine Variable eine Größe, die einer Wärmelast (Außenlufttemperatur Ta, Verdampfergebläsespannung VL, Pd, Ps, Pd – Ps, etc.) entspricht und/oder einer Größe, die durch einen bestehenden Sensor, wie z. B. einem Kompressordrehzahlsensor erfassbar ist, anstelle des Ventilöffnungsbereichs, umfasst, berechnet werden.
Der Koeffizient K in Gleichung (8) kann eine Funktion des Strömungskoeffizienten der Expansionsvorrichtung sein. Für die Expansionsvorrichtung, die einen Ventilmechanismus enthält, kann der Strömungskoeffizient abhängig von dem Ventilöffnungsbereich verändert werden. Wenn die Flussrate des zirkulierenden Kältemittels unter Verwendung eines Koeffizienten K, der durch eine Funktion, die eine Variable, die verschieden von dem Ventilöffnungsbereich und dem Durchflusskoeffizienten ist, umfasst, berechnet wird, kann eine Korrektur der berechneten Flussrate des zirkulierenden Kältemittels durchgeführt werden, um sie in Übereinstimmung mit der aktuellen Flussrate des zirkulierenden Kältemittels zu bringen.
Die Drücke Pexp1 und Pexp2 bei dem Einlass und Auslass der Expansionsvorrichtung 20 können indirekt aus einer Temperaturinformation erfasst werden, wobei Temperatursensoren anstelle des Hochdruckfühlsensors 403 und des Niederdruckfühlsensors 400 vorgesehen werden. Dies resultiert in einer Verminderung von Sensorkosten.
Es kann eine Expansionsvorrichtung einschließlich eines Ventilmechanismus, der auf eine Druckdifferenz Pexp1 – Pexp2 zwischen dem Einlassdruck Pexp1 und dem Auslassdruck Pexp2 reagiert, und einer Magnetspule, die eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die auf den Ventilmechanismus wirkt, verwendet werden. In diesem Fall kann die Druckdifferenz Pexp1 – Pexp2 aus der Strommenge, die durch die Magnetspule des Expansionsventils fließt, oder dem Wert eines dementsprechenden Steuerungssignals berechnet werden.
Die Kältemitteldichte bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung kann aus der Temperatur bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung berechnet werden.
In dem Kühlkreislauf, in dem das Kältemittel einen überkritischen Zustand annimmt, wie es bei dem Kühlkreislauf, der Kohlendioxid als ein Kältemittel verwendet, der Fall ist, kann die Kältemitteldichte bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung aus der Temperatur und einem Druck bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung berechnet werden. Alternativ kann die Kältemitteldichte bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung aus dem Druck bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung berechnet werden.
Die Formel zum Berechnen des Kompressordrehmoments Tr ist nicht auf Gleichung (7) beschränkt, obwohl es erforderlich ist, zumindest die Massenflussrate, mit der das Kältemittel durch die Expansionsvorrichtung strömt, als eine Variable zu umfassen. Weiterhin kann die Gleichung (7) so geändert werden, dass der mechanische Wirkungsgrad ηm entfernt wird, und ein Term, der dem mechanischen Verlust entspricht, dazugefügt wird.
In den zweiten und dritten Ausführungsformen wird der Ansaugdruck Ps durch eine Funktion, die den Steuerungsstrom I als eine Variable umfasst, berechnet. Jedoch werden Fälle, wo der aktuelle Ansaugdruck Ps höher ist als der aus dem Steuerungsstrom I berechnete Ansaugdruck Ps ist, erwartet, zum Beispiel wenn der Kompressor 100 mit einer maximalen Verdrängung arbeitet. Dies führt zu einer Verminderung der Genauigkeit einer Berechnung des Antriebsdrehmoment Tr. Somit kann es so ausgelegt sein, dass eine geeignete Drehmomentberechnungsformel in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Festlegung, ob der Kompressor mit der maximalen Verdrängung arbeitet, oder die Verdrängung gesteuert ist, um unterhalb des Maximums zu sein, ausgewählt wird. Mit anderen Worten kann eine Drehmomentberechnungsformel vorbereitet sein, die verwendet wird, wenn der Kompressor mit der maximalen Verdrän gung arbeitet, und eine Drehmomentberechnungsformel, die verwendet wird, wenn die Verdrängung gesteuert ist.
Die Festlegung wird zum Beispiel durch Vergleichen des aus dem Steuerungsstrom I berechneten Ansaugdrucks Ps mit dem Ansaugdruck Ps, der auf der Annahme, dass der Kompressor 100 mit der maximalen Verdrängung arbeitet, abgeschätzt wird, getroffen. Wenn der abgeschätzte Ansaugdruck Ps höher ist als der aus dem Steuerungsstrom I berechnete Ansaugdruck Ps, wird bestimmt, dass die Verdrängung bei dem Maximum ist, und wenn der erstere niedriger als der letztere ist, wird bestimmt, dass die Verdrängung unterhalb des Maximums ist.
Alternativ kann es so ausgelegt sein, dass, wenn der aus dem Steuerungsstrom I berechnete Ansaugdruck Ps niedriger als der auf der Annahme der maximalen Verdrängung abgeschätzte Ansaugdruck Ps ist, der Steuerungsstrom auf einen Wert geändert wird, der dem auf der Annahme der maximalen Verdrängung abgeschätzten Ansaugdruck Ps entspricht, so dass der berechnete Steuerungsstrom dem aktuellen Ansaugdruck Ps entsprechen kann.
Zusätzlich zu oder anstelle von der Außentemperatur Ta und der Verdampfergebläsespannung VL, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, können eine Außenfeuchtigkeit, ein Druck und eine Temperatur in dem Hochdruckbereich, ein Druck und eine Temperatur in dem Niederdruckbereich, eine Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich, eine Sonneneinstrahlungsmenge, Klimaanlageneinstellungen (Klimaanlagen-EIN/AUS-Einstellung, eine Innen-/Außen-Luftumschaltklappenposition, eine Fahrzeuginnenraumtemperatureinstellung, eine Entlüftungsposition, eine Luftmischklappenposition), eine Fahrzeuginnenraumtemperatur/-feuchtigkeit, eine Verdampfereinlasslufttemperatur und -feuchtigkeit, eine Temperatur/ein Druck, der angibt, wie viel der Verdampfer gekühlt wird, etc., als eine Wärmelastinformation verwendet werden. Eine Verwendung von mehreren solchen Größen führt zu einer verbesserten Genauigkeit.
Obwohl in den beschriebenen Ausführungsformen die Kompressordrehzahl Nc aus der erfassten Motordrehzahl Ne berechnet wird, kann die Kompressordrehzahl Nc direkt erfasst, oder indirekt aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Getriebestellung berechnet werden.
Die Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung kann in der Klimaanlagen-ECU und Kompressor-ECU, oder in der Motor-ECU aufgebaut sein.
In den beschriebenen Ausführungsformen ist der Kompressor ein kupplungsloser Kompressor mit variabler Verdrängung von einem Taumelscheibentyp. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Typ von Kompressoren beschränkt; sie ist auf Kompressoren, die sich in ihrem Aufbau unterscheiden, wie zum Beispiel Kompressoren mit fester Verdrängung, oder Kompressoren mit variabler Verdrängung vom Spiral- oder Flügeltyp, anwendbar.
Das Kältemittel ist nicht auf R134a beschränkt; neue Kältemittel wie z. B. Kohlendioxid oder dergleichen können verwendet werden.
Zusammenfassung
Eine Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung, die auf einen Kühlkreislauf, der einen Kompressor, einen Radiator, eine Expansionsvorrichtung und einen Verdampfer in Reihe verbunden enthält, angewendet wird, berechnet ein Antriebsdrehmoment für den Kompressor durch eine Berechnungsformel, die die Massenflussrate, mit der ein Kältemittel durch die Expansionsvorrichtung fließt, als eine Variable umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 10-38717 [0005]
- JP 2001-317467 [0006]

Claims

Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung, die auf einen Kühlkreislauf, der einen Kompressor, einen Radiator, eine Expansionsvorrichtung und einen Verdampfer in Reihe verbunden, enthält, angewendet wird, wobei ein Antriebsdrehmoment für den Kompressor durch eine Berechnungsformel, die die Massenflussrate, mit der ein Kältemittel durch die Expansionsvorrichtung strömt, als eine Variable umfasst, berechnet wird.
Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Massenflussrate Gr, mit der das Kältemittel durch die Expansionsvorrichtung strömt, berechnet wird durch eine Formel: Gr = K·√ρ·(Pexp1 – Pexp2) (wobei ρ die Dichte des Kältemittels bei einem Einlass der Expansionsvorrichtung ist, Pexp1 ein Druck bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung ist, Pexp2 ein Druck bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung ist, und K ein Koeffizient ist).
Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsmittel gemäß Anspruch 2, wobei die Berechnungsformel, durch die das Antriebsdrehmoment berechnet wird, weiterhin einen Druck in einem Ausstoßdruckbereich des Kompressors, einen Druck in einem Ansaugdruckbereich des Kompressors und eine Drehzahl des Kompressors als Variablen umfasst.
Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, die ein Hochdruckerfassungsmittel aufweist, das einen Hochdruck erfasst, der ein Druck in einem Hochdruckbereich des Kühlkreislaufs ist, wobei der Druck bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung durch eine Funktion, die den durch das Hochdruckerfassungsmittel erfassten Hochdruck als eine Variable umfasst, berechnet wird.
Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das Hochdruckerfassungsmittel in einem Gasabschnitt in dem Hochdruckabschnitt angeordnet ist.
Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, die ein Niederdruckerfassungsmittel aufweist, das einen Niederdruck, der ein Druck in einem Niederdruckbereich des Kühlkreislaufs ist, wobei der Druck bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung durch eine Funktion, die den durch das Niederdruckerfassungsmittel erfassten Niederdruck als eine Variable umfasst.
Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der Kompressor ein Kompressor mit variabler Verdrängung ist, der einen Ansaugdruckbereich, von dem das Kältemittel angesaugt wird, einen Kompressionsmechanismus, der das angesaugte Kältemittel verdichtet, einen Ausstoßdruckbereich, zu dem das durch den Kompressionsmechanismus verdichtete Kältemittel ausgestoßen wird, einen Verdrängungsveränderungsmechanismus, der die Verdrängung oder eine Menge des Kältemittels, das von dem Kompressionsmechanismus ausgestoßen wird, reguliert, eine Steuerungsdruckkammer, die einen Steuerungsdruck, der den Verdrängungsveränderungsmechanismus beeinflusst, speichert, und ein Verdrängungssteuerungsventil, das in der Lage ist, den Druck in der Steuerungsdruckkammer zu verändern, aufweist, das Verdrängungssteuerungsventil einen Ventilmechanismus enthält, der ein Erfassungselement, das den Druck in dem Ansaugdruckbereich erfasst, und eine Magnetspule, die eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die auf den Ventilmechanismus wirkt, enthält, wobei der Grad, auf den das Verdrängungssteuerungsventil geöffnet wird, auf der Basis von einer durch ein Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information reguliert wird, und die Regulierung des Grads eine Druckveränderung in der Steuerungsdruckkammer verursacht, so dass der Verdrängungsveränderungsmechanismus so beeinflusst wird, dass die Verdrängung oder eine Menge des Kältemittels, das von dem Kompressionsmechanismus ausgestoßen wird, reguliert wird, wobei das Erfassungselement das Niederdruckerfassungsmittel bildet, der Druck in dem Ansaugdruckbereich durch eine Funktion, die die Strommenge, die durch die Magnetspule fließt, oder den Wert eines Steuerungssignals, der der Strommenge, die durch die Magnetspule fließt, entspricht, als eine Variable umfasst, berechnet wird, und der Druck bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung durch eine Funktion, die den berechneten Wert des Drucks in dem Ansaugdruckbereich als eine Variable enthält, berechnet wird.
Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Kompressor ein Kompressor mit variabler Verdrängung ist, der einen Ansaugdruckbereich, von dem das Kältemittel angesaugt wird, einen Kompressionsmechanismus, der das angesaugte Kältemittel verdichtet, einen Ausstoßdruckbereich, zu dem das durch den Kompressionsmechanismus verdichtete Kältemittel ausgestoßen wird, einen Verdrängungsveränderungsmechanismus, der die Verdrängung oder eine Kältemittelmenge, die von dem Kompressionsmechanismus ausgestoßen wird, re guliert, eine Steuerungsdruckkammer, die einen Steuerungsdruck, der den Verdrängungsveränderungsmechanismus beeinflusst, speichert, und ein Verdrängungssteuerungsventil, das in der Lage ist, den Druck in der Steuerungsdruckkammer zu verändern, aufweist, das Verdrängungssteuerungsventil einen Ventilmechanismus enthält, der ein Druckfühlelement enthält, das mit einer ersten druckempfangenden Oberfläche, die den Druck in dem Ausstoßdruckbereich empfängt, und einer zweiten druckempfangenden Oberfläche, die den Druck in dem Ansaugdruckbereich empfängt, der in die entgegengesetzte Richtung zu dem Druck in dem Ausstoßdruckbereich, der auf die erste druckempfangenden Oberfläche wirkt, versehen ist, und eine Magnetspule enthält, die eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die auf den Ventilmechanismus in der entgegengesetzten Richtung zu dem Druck in dem Ausstoßdruckbereich wirkt, der auf das Druckfühlelement wirkt, wobei der Grad, auf den das Verdrängungssteuerungsventil geöffnet wird, auf der Basis einer durch ein Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information reguliert wird, und die Regulierung des Grads eine Druckveränderung in der Steuerungsdruckkammer verursacht, so dass der Verdrängungsveränderungsmechanismus so beeinflusst wird, dass die Verdrängung oder eine Menge des Kältemittels, die von dem Kompressionsmechanismus ausgestoßen wird, reguliert wird, wobei der Druck in dem Ansaugdruckbereich durch eine Funktion, die den durch das Hochdruckerfassungsmittel erfassten Hochdruck und die Strommenge, die durch die Magnetspule fließt, oder den Wert eines Steuerungssignals, der der Strommenge, die durch die Magnetspule fließt, entspricht, als Variablen umfasst, berechnet wird, und der Druck bei dem Auslass der Expansionsvorrichtung durch eine Funktion, die den berechneten Wert des Drucks in dem Ansaugdruckbereich als eine Variable enthält, berechnet wird.
Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei jede der Berechnungsformeln, durch die die Drücke bei dem Einlass und dem Auslass der Expansionsvorrichtung jeweils berechnet werden, weiterhin zumindest entweder eine Größe, die einer Wärmelast auf den Kühlkreislauf entspricht, oder eine Drehzahl des Kompressors, die als eine externe Information erfasst ist, als eine Variable umfasst.
Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Dichte des Kältemittels bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung durch eine Funktion, die zumindest die Temperatur des Kältemittel bei dem Einlass der Expansionsvorrichtung oder den durch das Hochdruckerfassungsmittel erfassten Hochdruck als eine Variable umfasst.
Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Expansionsvorrichtung einen Ventilmechanismus enthält, und der Koeffizient K durch eine Funktion, die den Bereich einer Öffnung des Ventilmechanismus als eine Variable umfasst, berechnet, und der Bereich der Öffnung des Ventilmechanismus durch eine Funktion, die als eine Variable zumindest eine Größe, die einer Wärmelast auf den Kühlkreislauf entspricht, oder eine Drehzahl des Kompressors, die als eine externe Information erfasst wird, umfasst, berechnet wird.
Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Kompressorantriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung den berechneten Wert des Antriebsdrehmoments für den Kompressor in eine Steuerungsvorrichtung einer externen Antriebsquelle, die den Kompressor antreibt, einspeist.
Verdrängungssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Verdrängung, wobei der Kompressor einen Ansaugdruckbereich, von dem ein Kältemittel angesaugt wird, einen Kompressionsmechanismus, der das angesaugte Kältemittel verdichtet, einen Ausstoßdruckbereich, zu dem das verdichtete Kältemittel ausgestoßen wird, einen Verdrängungsveränderungsmechanismus, der die Verdrängung oder eine Menge des von dem Kompressionsmechanismus ausgestoßenen Kältemittels reguliert, eine Steuerungsdruckkammer, die einen Steuerungsdruck, der den Verdrängungsveränderungsmechansimus beeinflusst, speichert, und ein Verdrängungssteuerungsventil, das in der Lage ist, den Druck in der Steuerungsdruckkammer zu verändern, aufweist, wobei der Grad, auf den das Verdrängungssteuerungsventil geöffnet wird, auf der Basis einer durch ein Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information reguliert wird, und die Regulierung des Grads eine Druckänderung in der Steuerungsdruckkammer verursacht, so dass der Verdrängungsveränderungsmechanismus so beeinflusst wird, dass die Verdrängung oder eine Menge des von dem Kompressionsmechanismus ausgestoßenen Kältemittels reguliert wird, wobei das Verdrängungssteuerungssystem eine Antriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 und ein Solldrehmomenteinstellungsmittel aufweist, das einen Sollwert des Antriebsdrehmoments einstellt, das als ein Soll in einer Verdrängungssteuerung für den Kompressor dient, wobei der Grad, auf den das Verdrängungssteuerungsventil geöffnet wird, reguliert wird, um das durch die Antriebsdrehmomentberechnungsvorrichtung berechnete Antriebsdrehmoment für den Kompressor näher zu dem durch das Solldrehmomenteinstellungsmittel eingestellten Solldrehmoment zu bringen.