DE112019000570T5

DE112019000570T5 - Steuereinrichtung für Kompressor, elektronisches Steuerventil für dieselbe, und elektrischer Kompressor, umfassend dieselbe

Info

Publication number: DE112019000570T5
Application number: DE112019000570.7T
Authority: DE
Inventors: Jung Myung KWAK; Yong Hee Kim; Daniel Domke; Simon Scherner; Peter Zawadzky
Original assignee: TE Connectivity Germany GmbH; Hanon Systems Corp
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH; Hanon Systems Corp
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-10-08
Also published as: US20210033080A1; CN111801496B; CN111801496A; JP2021511461A; KR20190092234A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Betriebs eines Kompressors, ein elektronisches Steuerventil, das für dieselbe verwendet wird, und einen Kompressor, der dieselbe umfasst. Eine Steuereinrichtung eines Kompressors wird bereitgestellt, die umfasst:einen Kolben, der sich mittels einer Taumelscheibe hin- und herbewegt,ein Kurbelgehäuse zum Aufnehmen der Taumelplatte, die derart montiert ist, dass ein Neigungswinkel von ihr in Bezug auf eine Rotationswelle variabel ist,eine Auslasskammer, von der ein verdichtetes Arbeitsfluid ausgelassen wird,eine Saugkammer zum Saugen des zu verdichtenden Arbeitsfluids,einen ersten Kommunikationskanal zum Verbinden der Saugkammer und des Kurbelgehäuses,einen zweiten Kommunikationskanal zum Verbinden der Auslasskammer und des Kurbelgehäuses, undein Steuerventil, das den ersten Kommunikationskanal und den zweiten Kommunikationskanal selektiv öffnet und schließt. Die Steuereinrichtung des Kompressors umfasst:einen Saugdrucksensor zum Messen eines Drucks der Saugkammer,eine Ventilsteuereinheit zum Bestimmen eines Sollsaugdrucks basierend auf dem Wert, der von dem Saugdrucksensor gemessen wird, und einer eingestellten Temperatur, undeine Ventilantriebseinheit zum Steuern des Öffnungsgrads des Steuerventils, um den Sollsaugdruck zu erreichen, der von der Ventilsteuereinheit bestimmt wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs eines Kompressors, ein elektronisches Steuerventil, das für dieselbe verwendet wird, und den Kompressor, der sie umfasst.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Im Allgemeinen ist ein Kühlmittelkompressionszyklus zum Bereitstellen von Heizen und Kühlen im Klimaanlagensystem eines Fahrzeugs vorgesehen. Die Kühlmittelkompressions-Zykluseinrichtung ist mit einem Kompressor ausgestattet, der ein Kühlmittel verdichtet und umwälzt. Ein Taumelscheibenkompressor mit variabler Verdrängung wird weit verwendet.
Der Taumelscheibenkompressor mit variabler Verdrängung ist derart ausgestaltet, dass ein Hub eines Kolbens gemäß einem Neigungswinkel der Taumelscheibe angepasst werden kann, die mit einem anpassbaren Winkel in Bezug auf ein Gehäuse rotiert. Der Neigungswinkel der Taumelplatte kann mittels einer Differenz zwischen einem Druck in einem Kurbelgehäuse und einem Druck in einer Saugkammer angepasst werden. Das heißt, wenn ein Hochdruckkühlmittel in einer Auslasskammer in das Kurbelgehäuse eingeführt wird, um den Druck des Kurbelgehäuses zu vergrößern, ist die Taumelplatte senkrecht zur Hauptachse angeordnet, wodurch der Kolbenhub verkleinert wird. Im Gegensatz dazu ist, wenn der Druck in dem Kurbelgehäuse verringert wird, die Taumelplatte so angeordnet, dass sie geneigt ist, und der Kolbenhub wird erhöht, um die Auslassströmungsrate des Kühlmittels zu vergrößern.
Das Kurbelgehäuse ist immer in Kommunikation mit der Saugkammer, und der Taumelplattenkompressor ist mit einem Steuerventil zum Verbinden des Kurbelgehäuses und der Auslasskammer versehen, um die Strömungsrate des Hochdruckkühlmittels von der Auslasskammer zu steuern. Das Steuerventil arbeitet gemäß dem Betriebsverfahren als ein mechanisches Steuerventil oder als ein elektronisches Steuerventil. Das mechanische Steuerventil wird von Druckdifferenzen in der Saugkammer, dem Kurbelgehäuse und der Auslasskammer ohne externe Steuerung betrieben. Das mechanische Steuerventil arbeitet zusammen mit einem sogenannten „Kompressor mit variabler interner Steuerung“ und steuert die Austritttemperatur eines Verdampfers so, dass sie bei 1 °C bis 2 °C gehalten wird. Daher gibt es Nachteile, dass die Breite der Temperatursteuerung gering ist und eine separate Kupplung zum Ein-/Ausschalten des Kompressors erforderlich ist.
Andererseits wird das elektronische Steuerventil zusammen mit einem sogenannten „Kompressor mit variabler externer Steuerung“ verwendet und umfasst eine Bedienungsstange darin, die von einem elektronischen Aktuator wie einem Solenoid etc. angetrieben wird. Die Bedienungsstange bewegt die Ventilkörper gemäß dem Ein-/Auszustand des Solenoids, und nicht nur die Auslasskammer, das Kurbelgehäuse und die Saugkammer können dadurch selektiv in Kommunikation gesetzt werden, sondern auch ihre Öffnungsgrade können angepasst werden. Aufgrund dessen kann der Kompressor mit variabler externer Steuerung die Auslasstemperatur des Verdampfers in dem Bereich von 1 °C bis 12 °C anpassen, sodass es möglich ist, sowohl den Betrieb gemäß der Kühllast zu optimieren, wodurch der Stromverbrauch verringert wird, als auch ohne eine Kupplung zu arbeiten, wodurch die Herstellungskosten verringert werden.
Hier ist eine Steuereinheit zum Steuern des elektronischen Steuerventils in dem Klimaanlagensystem des Fahrzeugs vorgesehen. Die Steuereinheit steuert den Öffnungsgrad des Ventils unter Berücksichtigung externer Umgebungsbedingungen und der Innentemperatur, die von dem Benutzer eingestellt wurde, und ändert dabei den Kolbenhub, sodass der Innenraum bei der eingestellten Temperatur erhalten bleiben kann.
Jüngst wurde Forschung hinsichtlich des Stromverbrauchs des in dem Fahrzeug montierten Klimaanlagensystems ausgeführt, insbesondere hinsichtlich des Stromverbrauchs des Kompressors, in Verbindung mit Problemen wie dem Verschärfen von Umweltvorschriften, der Kilometerbegrenzung eines Elektroautos etc.
OFFENBARUNG
Technisches Problem
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist konstruiert worden, um die zuvor beschriebenen Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und dient dazu, eine Steuereinrichtung für einen Kompressor bereitzustellen, welche den Betrieb des Kompressors präziser gemäß dem Betriebszustand des Kompressors steuern kann.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient dazu, ein elektronisches Steuerventil bereitzustellen, das in der zuvor beschriebenen Steuereinrichtung verwendet werden kann.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient dazu, einen Kompressor, umfassend das oben beschriebene elektronische Steuerventil bereitzustellen.
Technische Lösung
Eine Ausführungsform ist eine Steuereinrichtung eines Kompressors, der umfasst: einen Kolben, der sich von einer Taumelplatte hin- und herbewegt, ein Kurbelgehäuse zum Aufnehmen der Taumelplatte, die derart montiert ist, dass ein Neigungswinkel von ihr in Bezug auf eine Rotationswelle variabel ist, eine Auslasskammer, von der ein verdichtetes Arbeitsfluid ausgelassen wird, eine Saugkammer zum Saugen des zu verdichtenden Arbeitsfluids, einen ersten Kommunikationskanal zum Verbinden der Saugkammer und des Kurbelgehäuses, einen zweiten Kommunikationskanal zum Verbinden der Auslasskammer und des Kurbelgehäuses, und ein Steuerventil, das den ersten Kommunikationskanal und den zweiten Kommunikationskanal selektiv öffnet und schließt. Die Steuereinrichtung des Kompressors umfasst: einen Saugdrucksensor zum Messen eines Drucks der Saugkammer, eine Ventilsteuereinheit zum Steuern der Öffnungsgrade des ersten Kommunikationskanals und des zweiten Kommunikationskanals innerhalb des Steuerventils, indem ein Saugdruckwert, der von dem Saugdrucksensor gemessen wird, und ein Sollsaugdruck verglichen werden; und eine Ventilantriebseinheit zum Betreiben eines Aktuators, der einen Ventilkörper des Steuerventils von der Ventilsteuereinheit zu einer bestimmten Position bewegt, um den Sollsaugdruck zu erreichen.
Eine andere Ausführungsform ist ein Steuerventil, das umfasst: ein Gehäuse, in dem ein Raumabschnitt darin gebildet ist, und ein elektronischer Aktuator auf seinem einen Seitenende vorgesehen ist; einen Ventilkörper, der so montiert ist, dass er sich innerhalb des Gehäuses bewegt; eine erste Durchgangsbohrung, die mit dem Raumabschnitt des Gehäuses und einer Saugkammer eines Kompressors, an welcher das Steuerventil montiert ist, kommuniziert; eine vierte Durchgangsbohrung, die mit dem Raumabschnitt des Gehäuses und einer Auslasskammer des Kompressors, an welcher das Steuerventil montiert ist, kommuniziert; und eine zweite und eine dritte Durchgangsbohrung, die mit dem Raumabschnitt des Gehäuses und einem Kurbelgehäuse des Kompressors, an welchem das Steuerventil montiert ist, kommunizieren. Die zweite und die dritte Durchgangsbohrung werden selektiv geöffnet und geschlossen, während sich der Ventilkörper entlang einer Längsrichtung des Ventilkörpers bewegt.
Noch eine andere Ausführungsform ist ein Kompressor, der umfasst: das obige Steuerventil;
ein hinteres Gehäuse, in dem das Steuerventil aufgenommen ist, und in dem die Saugkammer und die Auslasskammer jeweils gebildet sind; ein Zylindergehäuse, das eine Vielzahl von Zylinderbohrungen umfasst, die darin radial gebildet sind, und das an das hintere Gehäuse gekoppelt ist; und ein vorderes Gehäuse, das an das Zylindergehäuse gekoppelt ist und das Kurbelgehäuse umfasst, in dem die Taumelscheibe angeordnet ist. Ein erster Kommunikationskanal, der das Kurbelgehäuse und die Saugkammer kommunizieren lässt, ist von dem Zylindergehäuse, dem hinteren Gehäuse, der zweiten Durchgangsbohrung und der ersten Durchgangsbohrung bestimmt. Ein zweiter Kommunikationskanal, der das Kurbelgehäuse und die Auslasskammer kommunizieren lässt, ist von dem Zylindergehäuse, dem hinteren Gehäuse, der vierten Durchgangsbohrung und der dritten Durchgangsbohrung bestimmt.
Vorteilhafte Wirkungen
Im Vergleich zu einem Stand der Technik, in dem ein Neigungswinkel einer Taumelplatte gesteuert wird, indem ein Strömungspfad zwischen der Auslasskammer und dem Kurbelgehäuse geöffnet und geschlossen wird, während das Kurbelgehäuse und die Saugkammer immer kommunizieren, kann gemäß den Merkmalen der vorliegenden Erfindung, indem der Neigungswinkel der Taumelplatte gesteuert wird, indem ein Strömungspfad zwischen dem Kurbelgehäuse und der Saugkammer, und der Strömungspfad zwischen der Auslasskammer und dem Kurbelgehäuse selektiv geöffnet und geschlossen wird, eine Auslassmenge eines verdichteten Kühlmittels vergrößert werden, wodurch der Wirkungsgrad des Kompressors verbessert wird. Das heißt, da ein Saugdruck direkt gesteuert wird, sogar, wenn der Druck des Kurbelgehäuses dadurch vergrößert wird, dass das Kühlmittel während eines Verdichtungsprozesses austritt, kann dies durch Betreiben des Steuerventils überwunden werden. Daher kann ein Blendenströmungspfad, welcher die Ursache der herkömmlichen Verschlechterung des Wirkungsgrads ist, beseitigt oder minimiert werden.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine interne Struktur eines Taumelplattenkompressors zeigt, auf den eine Ausführungsform eines elektronischen Steuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird;
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Steuerventils, das in 1 gezeigt ist;
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Ventilkörpers von 2;
4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein erster Kommunikationskanal in der Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, vollständig geöffnet ist;
5 ist eine graphische Darstellung, die eine Änderung in dem Grad des Öffnens und Schließens des ersten und des zweiten Kommunikationskanals gemäß einer Bewegung des Ventilkörpers in der Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, zeigt;
6 ist eine graphische Darstellung, die eine Änderung im Saugdruck und eine Änderung eines Ventilöffnungsgrads im Prozess des Vergrößerns eines Neigungswinkels der Taumelplatte in der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, zeigt;
7 ist eine graphische Darstellung, die die Änderung im Saugdruck und die Änderung des Ventilöffnungsgrads im Prozess des Verringerns des Neigungswinkels der Taumelplatte in der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, zeigt;
8 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Ausgestaltung einer Ausführungsform einer Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs des Kompressors, der in 1 gezeigt ist, zeigt;
9 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Ausgestaltung einer anderen Ausführungsform der Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs des Kompressors, der in 1 gezeigt ist, zeigt; und
10 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess des Steuerns des Saugdrucks in der Steuereinrichtung, die in 8 gezeigt ist, zeigt.

ERFINDUNGSMODUS
Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines elektronischen Steuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung und eines Taumelplattenkompressors, der dasselbe umfasst, gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Mittelbohrung 11 so gebildet, dass sie durch die Mitte eines Zylindergehäuses 10 eines Taumelplattenkompressors (nachfolgend als „Kompressor bezeichnet) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelangt. Eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 13 ist so gebildet, dass sie die Mittelbohrung 11 radial umgeben und durch den Zylinder gelangen. Ein Kolben 15 ist so installiert, dass er innerhalb der Zylinderbohrung 13 beweglich ist und ein Kühlmittel in der Zylinderbohrung 13 verdichtet.
Ein vorderes Gehäuse 20 ist an einem Ende des Zylindergehäuses 10 installiert. Das vordere Gehäuse 20 wirkt mit dem Zylindergehäuse 10 zusammen, sodass es darin ein Kurbelgehäuse 21 bildet.
Ein hinteres Gehäuse 30 ist an dem anderen Ende des Zylindergehäuses 10 installiert, das heißt, auf einer Seite gegenüberliegend zu der Seite, auf welcher das vordere Gehäuse 20 installiert ist. Eine Saugkammer 31 ist in dem hinteren Gehäuse 30 derart gebildet, dass sie selektiv mit der Zylinderbohrung 13 kommuniziert. Hier dient die Saugkammer 31 dazu, das zu verdichtende Kühlmittel zur Innenseite der Zylinderbohrung 13 zu übertragen.
Eine Auslasskammer 33 ist in dem hinteren Gehäuse 30 gebildet. Die Auslasskammer 33 ist in einem Bereich entsprechend der Außenseite einer Oberfläche gebildet, die dem Zylindergehäuse 10 des hinteren Gehäuses 30 zugewandt ist. Die Auslasskammer 33 ist ein Ort, an dem das in der Zylinderbohrung 13 verdichtete Kühlmittel ausgelassen wird und vorübergehend verbleibt. Ein Steuerventil 100 ist auf einer Seite des hinteren Gehäuses 30 vorgesehen. Das Steuerventil 100 dient dazu, einen Winkel einer nachfolgend beschriebenen Taumelplatte 48 zu steuern, indem Öffnungsgrade eines Strömungspfads zwischen dem Kurbelgehäuse 21 und der Saugkammer 31 und eines Strömungspfads zwischen der Auslasskammer 33 und dem Kurbelgehäuse 21 gesteuert werden.
Andererseits ist eine Rotationswelle 40 rotierbar installiert, sodass sie durch die Mittelbohrung 11 des Zylindergehäuses 10 und eine Wellenbohrung 23 des vorderen Gehäuses 20 gelangt. Die Rotationswelle 40 rotiert mittels einer Antriebskraft, die von einem Motor übertragen wird. Die Rotationswelle 40 ist rotierbar in dem Zylindergehäuse 10 und in dem vorderen Gehäuse 20 mittels eines Lagers 42 installiert.
Außerdem ist ein Rotor 44 in dem Kurbelgehäuse 21 vorgesehen. Die Rotationswelle 40 gelangt durch die Mitte des Rotors 44 und rotiert einstückig mit dem Rotor 44. Hier ist der Rotor 44 fest auf der Rotationswelle 40 in einer ungefähren Scheibendicke installiert, und ein Gelenkarm (nicht gezeigt) steht von einer Seite des Rotors 44 vor.
Die Taumelplatte 48 ist auf der Rotationswelle 40 derart installiert, dass sie an dem Rotor 44 gelenkig angebracht ist und sie zusammen rotieren. Die Taumelplatte 48 ist so installiert, dass sie einen Winkel aufweist, der in Bezug auf die Rotationswelle 40 gemäß einer Auslasskapazität des Kompressors variabel ist. Das heißt, die Taumelplatte 48 befindet sich zwischen einem Zustand, in dem sie orthogonal zu einer Längsrichtung der Rotationswelle 40 ist, und einem Zustand, in dem sie um eine vorbestimmten Winkel in Bezug auf die Rotationswelle 40 geneigt ist. Eine Kante der Taumelplatte 48 ist mit den Kolben 15 durch einen Gleitschuh (nicht gezeigt) verbunden. Das heißt, die Kante der Taumelplatte 48 ist mit einem Verbindungsabschnitt 17 des Kolbens 15 durch den Gleitschuh verbunden, sodass sich der Kolben 15 durch die Drehung der Taumelplatte 48 in der Zylinderbohrung 13 linear hin- und herbewegt.
Eine Anti-Neigungsfeder (nicht gezeigt), die eine elastische Kraft bereitstellt, ist zwischen dem Rotor 44 und der Taumelplatte 48 vorgesehen. Die Anti-Neigungsfeder ist so installiert, dass sie die Außenoberfläche der Rotationswelle 40 umgibt, und stellt eine elastische Kraft in einer Richtung bereit, in der sich ein Neigungswinkel der Taumelplatte 48 verkleinert. Ein Taumelplattenanschlag 58 ist so gebildet, dass er von einer Seite der Taumelplatte 48 vorsteht. Der Taumelplattenanschlag 58 fungiert so, dass er den Grad begrenzt, in dem die Taumelplatte 48 in Bezug auf die Rotationswelle 40 geneigt ist.
Außerdem ist eine Rollenbaugruppe 60 auf einem Seitenende der Rotationswelle 40 montiert. Die Rollenbaugruppe 60 ist so montiert, dass sie durch einen Riemen eine Rotationskraft von einer anderen Energiequelle wie einem Motor eines Fahrzeugs aufnimmt. Außerdem ist eine Kupplungsbaugruppe 62 auf der Rollenbaugruppe 60 installiert. Die Kupplungsbaugruppe 62 umfasst eine Spule und einen Kern 62a, die innerhalb der Rollenbaugruppe 60 installiert sind, und eine Scheibe 62b, die außerhalb der Rollenbaugruppe 60 installiert ist.
Hier wird, da ein beliebiger Typ einer allgemein bekannten Kupplungsbaugruppe eingesetzt werden kann, eine ausführliche Beschreibung von ihr weggelassen. In jedem Fall wird in der Kupplungsbaugruppe 62 die Scheibe 62 in nahen Kontakt in Übereinstimmung mit einem Strom gebracht, der an die Spule und den Kern 62a angelegt wird, sodass die Rotationskraft, die auf die Rolle übertragen wird, dadurch auch auf die Rotationswelle 40 übertragen wird. Je größer der Strom ist, der angelegt wird, desto größer ist der Grad, in dem die Scheibe in nahen Kontakt gebracht wird, sodass die übertragene Rotationskraft ohne Verlust auf die Rotationswelle übertragen wird. Wenn der Strom gering ist, wird nur ein Teil der übertragenen Kraft auf die Rotationswelle übertragen. Daher kann das Drehmoment oder die auf die Rotationswelle aufgebrachte Kraft, die den Kompressor antreibt, gemäß dem Grad gesteuert werden, in dem der Strom angelegt wird.
Wenn kein Strom an die Kupplung angelegt wird, rotiert nur die Rolle, und die Rotationswelle rotiert nicht. Daher können unnötige Operationen des Kompressors verhindert werden, was hilfreich für die Verbesserung des Wirkungsgrads ist. Außerdem wird, wenn der Neigungswinkel der Taumelplatte vergrößert wird und somit der Kolbenhub vergrößert wird, das erforderliche Drehmoment ebenfalls vergrößert. Wenn der Neigungswinkel der Taumelplatte verkleinert wird und somit der Kolbenhub verkleinert wird, wird das erforderliche Drehmoment ebenfalls verkleinert. Daher kann die Kraft, die von dem Kompressor verbraucht wird, minimiert werden, indem das Drehmoment, das gemäß dem Neigungswinkel der Taumelplatte übertragen wird, ordnungsgemäß gesteuert wird. Dies führt zu der Vergrößerung des Gesamtwirkungsgrads des Fahrzeugs.
Das Steuerventil 100 wird innerhalb eines Ventilaufnahmeabschnitts 34 aufgenommen, der in dem hinteren Gehäuse 30 gebildet ist. Der erste bis vierte interne Strömungspfad sind in dem Ventilaufnahmeabschnitt 34 gebildet. Der erste bis vierte interne Strömungspfad 35a, 35b, 35c und 35d sind jeweils mit später beschriebenen ersten bis vierten Durchgangsbohrungen des Steuerventils verbunden.
Hier ist die erste Durchgangsbohrung 110c so gebildet, dass sie mit der Innenseite des Steuerventils und der Saugkammer des Kompressors kommuniziert. Die zweite Durchgangsbohrung 110a1 und die dritte Durchgangsbohrung 110a2 sind so gebildet, dass sie mit der Innenseite des Steuerventils und dem Kurbelgehäuse des Kompressors kommunizieren. Die vierte Durchgangsbohrung 110b ist so gebildet, dass sie mit der Innenseite des Steuerventils und der Auslasskammer des Kompressors kommuniziert. Außerdem kommuniziert der erste interne Strömungspfad 35a mit der Saugkammer 31. Der vierte interne Strömungspfad 35d kommuniziert mit der Auslasskammer 33. Der zweite und dritte interne Strömungspfad 35b und 35c sind mit dem Kurbelgehäuse 21 verbunden, und sie sind nicht miteinander verbunden, bis sie das Kurbelgehäuse erreichen.
Ein Kanal, der zu dem Kurbelgehäuse 21 führt - der zweite interne Strömungspfad 35b - die zweite Durchgangsbohrung - das Steuerventilgehäuse - die erste Durchgangsbohrung — der erste interne Strömungspfad 35a - die Saugkammer 31 sind als ein erster Kommunikationskanal P1 bestimmt. Ein Kanal, der zu der Ablasskammer 33 führt - der vierte interne Strömungspfad 35d - die vierte Durchgangsbohrung - das Steuerventilgehäuse - die dritte Durchgangsbohrung — der dritte interne Strömungspfad 35c - das Kurbelgehäuse 21 sind als ein zweiter Kommunikationskanal P2 bestimmt. Sie werden jeweils von Pfeilen in 1 angegeben, und das Kühlmittel strömt aufgrund der Druckdifferenz zwischen der Saugkammer, dem Kurbelgehäuse und der Auslasskammer immer in der Richtung, die von den Pfeilen angegeben ist. Eine Vielzahl von O-Ringen sind auf der äußeren Umfangsoberfläche des Steuerventils angeordnet und blockieren das Austreten des Kühlmittels zwischen dem Steuerventilgehäuse und einer Innenwand des Ventilaufnahmeabschnitts 34.
In 1 überlappen der zweite und der dritte interne Strömungspfad einander nicht, bis sie das Kurbelgehäuse erreichen. In einigen Fällen ist es jedoch möglich, in Betracht zu ziehen, dass sie innerhalb des hinteren Gehäuses oder innerhalb des Zylindergehäuses zu einem vereint werden, und dann zu dem Kurbelgehäuse erstreckt sind.
Wenn der erste Kommunikationskanal geöffnet ist, kommunizieren das Kurbelgehäuse und die Saugkammer miteinander, und dann wird der Druck des Kurbelgehäuses gesenkt, wodurch sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe vergrößert. Folglich wird der Kolbenhub vergrößert. Im Gegensatz dazu kommunizieren, wenn der zweite Kommunikationskanal geöffnet ist, das Kurbelgehäuse und die Auslasskammer miteinander, und dann wird der Druck des Kurbelgehäuses vergrößert, wodurch sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe verkleinert. Folglich wird der Kolbenhub verringert.
Das Steuerventil 100 wird ausführlich mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben. Mit Bezug auf 2 umfasst das Steuerventil 100 ein zylindrisches Gehäuse 110, dessen Durchmesser sich hin zu der Unterseite von 2 verkleinert. Eine Vielzahl von Nuten sind auf der äußeren Umfangsoberfläche des Gehäuses 110 gebildet. Die zuvor erwähnten O-Ringe 102 sind jeweils in die Nuten eingepasst. Wie zuvor beschrieben sind die O-Ringe installiert, um zu verhindern, dass das Kühlmittel in einen Spalt zwischen dem Gehäuse des Steuerventils und der Innenwand des Ventilaufnahmeabschnitts 34 austritt.
Ein Raumabschnitt ist innerhalb des Gehäuses 110 gebildet. Das Kühlmittel in der Saugkammer, dem Kurbelgehäuse und der Auslasskammer wird gemäß den Betriebszuständen des Ventils selektiv in den Raumabschnitt eingeführt. Insbesondere sind die zweite und die dritte Durchgangsbohrung 110a1 und 110a2, die mit dem Kurbelgehäuse 21 kommunizieren, ungefähr in der Mitte des Gehäuses 110 angeordnet. Die erste Durchgangsbohrung 110c, die mit der Saugkammer 31 kommuniziert, ist über der zweiten und der dritten Durchgangsbohrung 110a1 und 110a2 angeordnet. Die vierte Durchgangsbohrung 110b, die mit der Auslasskammer 33 kommuniziert, ist an seinem untersten Ende angeordnet.
Hier sind eine Vielzahl der ersten bis dritten Durchgangsbohrung radial auf einer Seite des Gehäuses 110 angebracht, und die vierte Durchgangsbohrung unterscheidet sich von der ersten bis dritten Durchgangsbohrung darin, dass die vierte Durchgangsbohrung in einem unteren Endabschnitt des Gehäuses 110 gebildet ist. Eine solche Form bietet einen Vorteil, dass die Länge des Gehäuses 110 verringert werden kann. Wenn der Raum weniger beschränkt ist, kann die vierte Durchgangsbohrung in der gleichen Form angebracht werden wie die der anderen Durchgangsbohrungen. Ein Filter 112 ist in der vierten Durchgangsbohrung 110b so installiert, dass Fremdstoffe, die innerhalb der Auslasskammer verbleiben, so blockiert werden, dass sie nicht zusammen mit dem Kühlmittel eingeführt werden.
Ein elektromagnetischer Aktuator (nicht gezeigt) wird an dem Gehäuse 110 installiert. Der elektromagnetische Aktuator erzeugt eine elektromagnetische Kraft, die abhängig von der Größe des Stroms variiert, der durch einen Verbinder 108 angelegt wird. Die elektromagnetische Kraft bewegt einen später beschriebenen Ventilkörper. Die Form des elektronischen Aktuators in der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht notwendigerweise auf die veranschaulichte Form begrenzt. Es ist auch möglich, ein Beispiel des Nutzens eines beliebigen Mittels, beispielsweise eines piezoelektrischen Elements, etc. in Betracht zu ziehen, das in der Lage ist, die Bewegung zu steuern, indem eine Spannung angelegt wird, oder eines Mittels, beispielsweise eines Schrittaktuators, welches die Bewegung steuert, indem ein rotierendes magnetisches Feld angelegt wird. Außerdem ist ferner ein elastisches Mittel vorgesehen, welches zusammen mit dem elektromagnetischen Aktuator, eine Aufwärtskraft auf den Ventilkörper mit Bezug auf 2 aufbringt. Der Betrieb des elastischen Mittels wird später beschrieben.
Der Ventilkörper 120 weist eine ungefähr zylindrische Form auf und ist so angeordnet, dass er in Kontakt mit der Innenoberfläche des Gehäuses 110 aufwärts und abwärts beweglich ist. Außerdem ist eine Nadel 122, die einen kleineren Durchmesser aufweist, auf der Bodenoberfläche des Ventilkörpers 120 gebildet. Der Ventilkörper 120 ist der zuvor erwähnten zweiten Durchgangsbohrung 110a1 zugewandt und steuert den Öffnungsgrad der zweiten Durchgangsbohrung in Übereinstimmung mit der zugewandten Position, während er der zuvor erwähnten zweiten Durchgangsbohrung 110a1 zugewandt ist. Die Nadel 122 ist der dritten Durchgangsbohrung 110a2 zugewandt und steuert den Öffnungsgrad der dritten Durchgangsbohrung in Übereinstimmung mit der zugewandten Position, während sie der dritten Durchgangsbohrung 110a2 zugewandt ist.
Eine verjüngte Oberfläche 122a ist auf dem untersten Ende der Nadel 122 gebildet. Somit vergrößert sich, wenn sich die verjüngte Oberfläche 122a der Nadel der dritten Durchgangsbohrung aufwärts nähert, der Öffnungsgrad der dritten Durchgangsbohrung bei einer relativ langsamen Geschwindigkeit zu Beginn des Öffnens nach dem Schließen, und vergrößert sich schneller, wenn die Bewegung fortschreitet. Dies verhindert nicht nur, dass eine pulsierende Bewegung von einer schnellen Vergrößerung des Öffnungsgrad in der frühen Stufe des Steuerns des Öffnungsgrads erzeugt wird, sondern erlaubt auch eine präzisere Steuerung des Öffnungsgrad. Ähnlich ist auch eine verjüngte Oberfläche 124 auf der oberen Oberfläche des Ventilkörpers 120 gebildet. Entsprechend kann auch der Öffnungsgrad der zweiten Durchgangsbohrung präziser gesteuert werden.
Hier bleiben die erste und die vierte Durchgangsbohrung immer in einem offenen Zustand, ungeachtet der Position des Ventilkörpers 120. Die Öffnungsgrade der zweiten und der dritten Durchgangsbohrung variieren jedoch gemäß der Position des Ventilkörpers 120. Dies wird später beschrieben.
Auf der anderen Seite befindet sich der Ventilkörper 120 in einem Zustand, in dem er sich so weit wie möglich durch die elastische Kraft des zuvor erwähnten elastischen Mittels mit Bezug auf 2 in einem Zustand aufwärts bewegt hat, in dem der Strom nicht an den elektromagnetischen Aktuator angelegt ist. In diesem Zustand ist ein Innendruck Pc des Kurbelgehäuses 21 fast der gleiche wie ein Auslassdruck Pd der Auslasskammer 33. Wenn der Strom an den elektromagnetischen Aktuator angelegt ist, bewegt sich der Ventilkörper 120 abwärts, sodass die Öffnungsgrade der zweiten und der dritten Durchgangsbohrung geändert werden.
Insbesondere vergrößert sich, wenn sich der Ventilkörper von dem obersten Ende zu dem unteren Ende bewegt, der Öffnungsgrad der zweiten Durchgangsbohrung, und der Öffnungsgrad der dritten Durchgangsbohrung verkleinert sich. Somit wird der erste Kommunikationskanal weiter geöffnet, und der zweite Kommunikationskanal wird geschlossen. Hier ist der Innenraum des Gehäuses 110 so gebildet, dass er unterschiedliche Innendurchmesser aufweist, damit er zu dem Durchmesser der Nadel und des Ventilkörpers passt, wodurch er einen abgestuften Abschnitt aufweist. Daher ist, wie in 2 gezeigt, ein Raum 104 zwischen dem Ventilkörper 120 und dem abgestuften Abschnitt gebildet, und ein Teil des Kühlmittels und des Öls werden in dem Raum 104 eingeschlossen. Sie wirken als ein Widerstand, der die Bewegung des Ventilkörpers behindert, sodass das Ansprechverhalten verschlechtert wird und es erforderlich ist, dass der Aktuator eine größere Betriebskraft aufweist.
Entsprechend werden, wie in 3 gezeigt, ein interner Strömungspfad, der einen Einlass 127 aufweist, der in dem unteren Abschnitt (siehe 2 und 3) des Ventilkörpers 120 gebildet ist, und ein Auslass 126 auf einer Seite des Ventilkörpers zusätzlich gebildet. Der interne Strömungspfad dient dazu, das Kühlmittel und das Öl, die in dem Raum 104 gesammelt werden, zu einem anderen Raum in dem Gehäuse zu übertragen und somit, den Widerstand zu verringern der mit der Bewegung des Ventilkörpers in Zusammenhang steht, indem das Kühlmittel und das Öl, die in dem Raum 104 gesammelt werden, zu einem anderen Raum in dem Gehäuse übertragen werden. Der interne Strömungspfad kann ferner in dem Gehäuse 110 gebildet sein.
4 zeigt wie zuvor beschrieben einen Zustand, in dem ein Strom an das Steuerventil angelegt wird, und der Ventilkörper gesenkt wird, wodurch die zweite Durchgangsbohrung geöffnet und die dritte Durchgangsbohrung geschlossen wird. In dem Zustand von 4 wird der erste Kommunikationskanal P1 geöffnet, sodass der Kolbenhub vergrößert wird. Das heißt, wenn sich der Ventilkörper 120 von oben nach unten bewegt, wird die dritte Durchgangsbohrung geschlossen und die zweite Durchgangsbohrung wird geöffnet. Mit Bezug auf 5 stellt eine horizontale Achse einen Bewegungsabstand des Ventilkörpers dar, und eine vertikale Achse stellt den Öffnungsgrad des ersten und des zweiten Kommunikationskanals dar.
Der linke Bereich der graphischen Darstellung zeigt, dass der zweite Kommunikationskanal P2 allmählich geschlossen wird, wenn sich der Ventilkörper abwärts bewegt. Der rechte Bereich der graphischen Darstellung zeigt, dass der erste Kommunikationskanal P1 allmählich geöffnet wird, wenn sich der Ventilkörper abwärts bewegt. In dem Bereich nahe dem Ursprung ist eine Sektion vorhanden, in der das Öffnen und Schließen des ersten und des zweiten Kommunikationskanals umgekehrt sind. Es ist zu beachten, dass eine Sektion, in der zwei Kommunikationskanäle zur gleichen Zeit geöffnet sind, nicht existiert.
Wenn es eine Sektion gäbe, in der die zwei Kommunikationskanäle gleichzeitig geöffnet sind, würde das Kühlmittel, das von der Auslasskammer in das Kurbelgehäuse eingeführt wird, wie es ist, in die Saugkammer strömen, ohne zur Anpassung des Neigungswinkels der Taumelplatte beizutragen, sodass der Verlust in hohem Maße vergrößert würde. Daher kann in der Ausführungsform ein solcher Verlust minimiert werden, indem die Sektion, in welcher der erste und der zweite Kommunikationskanal gleichzeitig geöffnet sind, entfernt wird.
Außerdem wird in der Ausführungsform das Steuerventil in einer Sektion betrieben, die als „Steuersektion“ bezeichnet ist, ohne in all den Sektionen genutzt zu werden, die in 5 gezeigt sind. Die meisten Steuersektionen sind in der Sektion angebracht, welche das Öffnen und Schließen von P1 steuert. Ein Verfahren des Steuerns des Steuerventils und des Kompressors wird später beschrieben.
6 ist eine graphische Darstellung, die eine Änderung im Saugdruck und eine Änderung eines Ventilöffnungsgrads im Prozess des Vergrößerns des Kolbenhubs zeigt. Wenn eine Kühllast von der Wahl des Benutzers oder anderen Ursachen vergrößert wird, sollte der Kolbenhub wie nachfolgend beschrieben vergrößert werden. Dazu bestimmt eine Steuereinheit einen Saugdruck, bei dem der entsprechende Hub erhalten werden kann, und stellt den Saugdruck als einen Sollsaugdruck ein. Alternativ kann der eingestellte Saugdruckwert von einer in einer Fahrzeug-Klimaanlage umfassten höheren Steuereinheit verringert werden und an die Kompressorsteuereinheit übertragen werden.
Informationen zu dem Sollsaugdruckwert können auch von einem Tastverhältnis eines PWM-Spannungssignals, einem Strom, der aus dem PWM-Tastverhältnis resultiert, oder einem digitalen Bus wie LIN- oder CAN-Kommunikation übertragen werden. Ferner ist dies veranschaulichend und soll nicht notwendigerweise begrenzend sein.
Der eingestellte Saugdruckwert wird von einer punktierten Linie in 6 angegeben. An einem Zeitpunkt, an dem die Steuerung gestartet wird, das heißt, wenn der eingestellte Wert zu einem geringeren Wert geändert wird, wird ein Strom in Übereinstimmung mit der Anweisung der Steuereinheit an den elektromagnetischen Aktuator angelegt oder vergrößert, und entsprechend wird der Öffnungsgrad des ersten Kommunikationskanals unverzüglich vergrößert.
Entsprechend wird der gemessene Saugdruck gesenkt. Aufgrund physikalischer Begrenzungen kann der gemessene Wert nicht dem eingestellten Wert folgen, wie er ist, und folgt in gewissem Maße mit einer zeitlichen Verzögerung. Außerdem ist der Saugdruck aufgrund der Strömungseigenschaften des Kühlmittels vorübergehend geringer als der Sollwert, und der Ventilkörper wird wiederholt aufwärts und abwärts bewegt. Schließlich nähert sich der Saugdruck dem Sollwert an.
7 ist eine graphische Darstellung, die die Änderung in dem Saugdruck und die Änderung des Ventilöffnungsgrads in dem Prozess des Verringerns des Kolbenhubs zeigt. Wenn eine Kühllast von der Wahl des Benutzers oder anderen Ursachen verringert wird, sollte der Kolbenhub wie nachfolgend beschrieben verringert werden. Dazu bestimmt die Steuereinheit einen Saugdruck, bei dem der entsprechende Hub erhalten werden kann, und stellt den Saugdruck als einen Sollsaugdruck ein. Alternativ kann der eingestellte Saugdruckwert von einer in einer Fahrzeug-Klimaanlage umfassten höheren Steuereinheit vergrößert werden und an die Kompressorsteuereinheit übertragen werden Der eingestellte Saugdruckwert wird von einer punktierten Linie in 7 angegeben. Zu einem Zeitpunkt, zu dem die Steuerung gestartet wird, das heißt, wenn der eingestellte Wert zu einem höheren Wert geändert wird, wird der Strom, der an den elektromagnetischen Aktuator angelegt wird, in Übereinstimmung mit der Anweisung der Steuereinheit verringert oder unterbrochen, und entsprechend wird der erste Kommunikationskanal geschlossen und der zweite Kommunikationskanal geöffnet. In 7 bedeutet die negative Sektion der graphischen Darstellung des Ventilöffnungsgrads, dass der erste Kommunikationskanal geschlossen und der zweite Kommunikationskanal geöffnet wird.
Wenn jedoch der obige Zustand beibehalten wird, wird der Druck des Kurbelgehäuses gleich dem Auslassdruck, und folglich wird der Betrieb des Kompressors gestoppt. Daher wird, wenn der Saugdruck den Solldruck erreicht, der Strom erneut an den Aktuator angelegt oder vergrößert, sodass er einen ordnungsgemäßen Öffnungsgrad aufweist. Sogar in diesem Fall zeigt der Öffnungsgrad des Ventils ein Verhalten, sich letzten Endes dem Sollwert anzunähern, während das Vergrößern und das Verkleinern basierend auf dem Sollwert wiederholt werden.
In der Vergangenheit wurde ein getrennter Blendenströmungspfad gebildet, um den Druckanstieg des Kurbelgehäuses aufgrund dessen, dass das Kühlmittel zwischen dem Zylinder und dem Kolben während des Verdichtungsprozesses ausgetreten ist, abzuschwächen, was als eine Ursache der Verschlechterung des Wirkungsgrads gewirkt hat. In der Ausführungsform kann jedoch, da der Saugdruck wie beabsichtigt gesteuert werden kann, der oben beschriebene Blendenströmungspfad weggelassen oder minimiert werden, sodass die Verkleinerung des Wirkungsgrads minimiert wird.
Außerdem wird, da die Steuersektion in großem Maße vorgespannt wird, um den Öffnungsgrad des ersten Kommunikationskanals zu steuern, die Sektion zum Induzieren des Auslassdrucks zu dem Kurbelgehäuse minimiert. Mit anderen Worten kann, da die Menge an Kühlmittel, das bereits verdichtet worden ist, welches verwendet wird, um den Neigungswinkel der Taumelplatte anzupassen, minimiert wird, eine zusätzliche Vergrößerung des Wirkungsgrads erwartet werden.
8 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Steuersystem einer Fahrzeug-Klimaanlage zeigt, das die obige Steuereinrichtung zum Steuern des Kompressors aufweist. Mit Bezug auf 8 umfasst eine Steuereinheit 200 der Klimaanlage eine Einstelltemperatur-Eingabeeinheit 201, welche eine gewünschte Temperatur von dem Benutzer einstellt, einen Außenluft-Temperatursensor 202, welcher die Temperatur der Außenluft misst, einen Verdampferauslass-Temperatursensor 203, welcher in der Klimaanlage vorgesehen ist und eine Auslasstemperatur eines Verdampfers während eines Kühlzyklus misst, einen Innenluft-Temperatursensor 204, welcher die Innentemperatur des Fahrzeugs misst, und einen Sonneneinstrahlungssensor 205, welcher die Last durch direktes Sonnenlicht misst. Die Steuereinheit 200 steuert den Betrieb der Klimaanlage basierend auf den Faktoren, die von den zuvor beschriebenen Komponenten gemessen oder eingegeben wurden.
Außerdem umfasst die Steuereinheit 200 ferner eine Klimaanlagen-Steuerklappen-Antriebseinheit 210, welche einen Aktuatormotor 222 zum Betreiben einer Temperatursteuerklappe steuert, die innerhalb des Klimaanlagensystems 220 vorgesehen ist. Entsprechend steuert die Steuereinheit 200 die Temperatursteuerklappe, die in der Klimaanlage vorgesehen ist, basierend auf dem zuvor beschriebenen Eingabewert und verschiedenen gemessenen Werten, und behält die Temperatur des Inneren des Fahrzeugs bei einer Eingabeeinstelltemperatur. Außerdem ist die Steuereinheit 200 ausgestaltet, über verdrahtete und drahtlose Kommunikationsmittel zu kommunizieren, sodass sie Signale von einer Motorsteuereinheit 300 überträgt und empfängt, die in dem Fahrzeug montiert ist.
Die Motorsteuereinheit 300 ist mit einem Motor 310 verbunden und ist mit einem Pedalsensor 312 verbunden, der misst, wie sehr ein Beschleunigungspedal gedrückt wird. Die Motorsteuereinheit 300 steuert den Betrieb des Motors gemäß einem Signal, das von dem Pedalsensor gemessen und erzeugt wurde. Wärme, die von dem Motor während dieses Prozesses erzeugt wird, kann verwendet werden, um die Innentemperatur mittels eines Kühlmittelumwälzkreislaufs (nicht gezeigt) zu steuern.
Andererseits kann eine Kompressorsteuereinrichtung 400 zum Steuern des Kompressors wie zuvor beschrieben separat von der Klimaanlagen-Steuereinheit 200 vorgesehen sein. Die Kompressorsteuereinrichtung 400 ist so ausgestaltet, dass sie mit der Klimaanlagen-Steuereinheit 200 und der Motorsteuereinheit 300 verbunden wird, sodass sie Signale miteinander übertragen und empfangen können. Die Kompressorsteuereinrichtung 400 steuert den Betrieb des Kompressors basierend auf den gemessenen Werten, die von den jeweiligen Steuereinheiten bereitgestellt werden.
Insbesondere umfasst die Kompressorsteuereinheit 400 eine Ventilsteuereinheit 410 zum Steuern des Saugdrucks des Kühlmittels, das durch den Kompressor ausgelassen wird, eine Kupplungssteuereinheit 420 zum Steuern des Betriebs der Kupplung, die in dem Kompressor vorgesehen ist, eine Kompressordrehmoment-Handhabungseinheit 430 zum Steuern des Drehmoments, das dem Kompressor durch die Kupplung übertragen wird, und eine Anomalitätsdetektionseinheit 440 zum Prüfen des Betriebszustands des Kompressors.
Außerdem umfasst die Kompressorsteuereinheit 400 ferner eine Ventilantriebseinheit 450 zum Steuern des Steuerventils und eine Kupplungsantriebseinheit 460 zum Betreiben der Kupplung basierend auf den Signalen, die von den obigen Komponenten bereitgestellt werden. Die Ventilantriebseinheit 450 steuert die Öffnungsgrade des ersten und des zweiten Kommunikationskanals, indem sie einen Strom steuert, der an den in dem Steuerventil vorgesehenen elektromagnetischen Aktuator angelegt wird. Die Kupplungsantriebseinheit 460 steuert den Strom, der an eine in der Kupplungsbaugruppe vorgesehene Spule angelegt wird, derart, dass die elektromagnetische Kraft in der Kupplungsbaugruppe um so viel beibehalten werden kann, wie das Drehmoment, das an die Rotationswelle 40 des Kompressors übertragen wird.
Hier steuern die Ventilantriebseinheit und die Kupplungsantriebseinheit den Betrieb des Kompressors unter Berücksichtigung von Informationsteilen, die von den verschiedenen Steuereinheiten und Handhabungseinheiten übertragen werden, die in der Steuereinrichtung 400 vorgesehen sind. Sowohl die Steuereinheit als auch die Handhabungseinheit steuern den Betrieb des Kompressors basierend auf Werten, die gemessen werden, indem ein Saugdrucksensor 401 und ein Auslassdrucksensor 402, die in dem Kompressor vorgesehen sind, und ein Geschwindigkeits- und Hubsensor 403 des Kompressors verwendet werden.
Hier umfassen die Werte, die von den Sensoren gemessen werden, sowohl den Saugdruck als auch den Auslassdruck. Wie zuvor beschrieben wird jedoch der Saugdruck verwendet, um den Kolbenhub zu steuern. Das heißt, der Kolbenhub wird gesteuert, indem der Öffnungsgrad des ersten Kommunikationskanals gemäß einer Differenz zwischen dem gemessenen Saugdruck und dem Sollsaugdruck variiert wird.
Außerdem kann die Kompressorsteuereinrichtung in dem Gehäuse des Kompressors installiert sein, und jeder der vorgesehenen Sensoren kann auch direkt auf dem Kompressor montiert sein. Die Kompressorsteuereinrichtung kann mit der Steuereinheit 200 oder der Motorsteuereinheit 300 durch ein Kommunikationsmittel, beispielsweise CAN oder LIN BUS etc., verbunden sein, das in dem Fahrzeug vorgesehen ist.
In einigen Fällen ist es möglich, wie in 9 gezeigt, in Betracht zu ziehen, dass die Ventilsteuereinheit 410, die Kompressordrehmoment-Handhabungseinheit 430, die Anomalitätsdetektionseinheit 440 und eine Ventilantriebseinheit 450' einen Abschnitt der Klimaanlagen-Steuereinheit 200 bilden, und nur der Saugdrucksensor und der Hubsensor in dem Kompressor angebracht sind. Außerdem kann in der in 8 gezeigten Ausführungsform ein Beispiel in Betracht gezogen werden, in dem die Kupplungssteuereinheit, die Kompressordrehmoment-Handhabungseinheit und die Anomalitätsdetektionseinheit nach Bedarf hinzugefügt oder ausgeschlossen werden.
Wie zuvor beschrieben bestimmt die Ventilsteuereinheit 410 die Auslassmenge, das heißt, den Kolbenhub basierend auf der Differenz zwischen dem gemessenen Saugdruck und dem Sollsaugdruck. Die Ventilantriebseinheit steuert den Betrieb des elektromagnetischen Aktuators, der in dem Steuerventil vorgesehen ist, in Übereinstimmung mit dem bestimmten Hub. Während dieses Prozesses wird der Sollsaugdruck von der Klimaanlagen-Steuereinheit 200 bestimmt, und wird basierend auf Informationen berechnet, welche die eingestellte Temperatur, die Außenlufttemperatur etc. umfassen, die an die Kompressorsteuereinheit 400 übertragen werden. 10 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess des Steuerns des Saugdrucks durch die Ventilsteuereinheit zeigt.
Mit Bezug auf 10 wird eine Innenlufttemperatur Tp von der Klimaanlagen-Steuereinheit gemessen, von der die Steuerung begonnen wird. Nachdem bestimmt wurde, ob die gemessene Tp die gleiche wie eine vorbestimmte eingestellte Temperatur Ts ist, wird, wenn sie gleich sind, die Innenlufttemperatur erneut gemessen, nachdem eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist. Wenn die gemessene Tp nicht gleich ist wie die Ts, wird bestimmt, dass die Steuerung der Innenlufttemperatur erforderlich ist.
Hier wird eine Ursache der Differenz zwischen der Tp und der Ts bestimmt. Wenn bestimmt wird, dass die Benutzereingabe die Ursache ist, wird die Eingabetemperatur auf eine neue Ts eingestellt. Wenn es eine Differenz zwischen der eingestellten Temperatur und der Innenlufttemperatur gibt, obwohl es keine Benutzereingabe gibt, wird bestimmt, dass die Differenz von externen Ursachen verursacht wird.
Dann werden die Tp und die Ts verglichen. Wenn die Tp größer ist als die Ts, ist Kühlung erforderlich. Daher wird der Sollsaugdruck Ps erneut auf einen geringeren Wert eingestellt. Wenn die Tp geringer ist als die Ts, ist es notwendig, die Kühlmittelauslassmenge des Kompressors zu verringern, weil eine übermäßige Kühlung ausgeführt wird. Daher wird in diesem Fall die Soll-Ps erneut auf einen höheren Wert eingestellt.
Die somit erneut eingestellte Soll-Ps wird mit der Ist-Ps verglichen. Wenn die Soll-Ps größer ist als die tatsächlich gemessene Ps, muss die Ps so gesteuert werden, dass sie höher ist. Daher wird das Steuerventil so gesteuert, dass der Öffnungsgrad des ersten Kommunikationskanals verringert wird. Insbesondere wird der Ventilkörper hin zur Oberseite von 2 bewegt. Wenn die Soll-Ps geringer ist als die tatsächlich gemessene Ps, muss die Ps so gesteuert werden, dass sie niedriger ist. Daher wird das Steuerventil so gesteuert, dass der Öffnungsgrad des ersten Kommunikationskanals vergrößert wird. Insbesondere wird der Ventilkörper hin zum Boden von 2 bewegt.
Nachdem das Steuerventil gesteuert wurde, wird die tatsächliche Ps erneut gemessen, und es wird geprüft, ob die Ps den Sollwert erreicht. Wenn noch immer eine Differenz zwischen der Ps und dem Sollwert vorhanden ist, wird der Prozess wiederholt. Wenn die Ps und der Sollwert gleich sind, wird die Steuerung beendet.
Die Kompressordrehmoment-Handhabungseinheit berechnet ein Stromkompressordrehmoment basierend auf dem Saugdruck, dem Auslassdruck, der Betriebsgeschwindigkeit des Kompressors und den Hubinformationen des Kolbens. In diesem Fall kann das Drehmoment mittels folgender Gleichung berechnet werden: $Torque= \frac{60}{2 π N_{c}} \cdot \frac{n}{n - 1} P_{s} v_{s} \dot{m} [{(\frac{P_{d}}{P_{s}})}^{\frac{n - 1}{n}} - 1] + T_{l o s s}$
Der somit berechnete Drehmomentwert wird an die Motorsteuereinheit übertragen, um die Motorlast für das Kompressordrehmoment präzise zu steuern. Außerdem kann der Drehmomentwert verwendet werden, um die Kupplung zu steuern. Das heißt, da der an die Kupplung angelegte Strom basierend auf dem Drehmomentwert gesteuert werden kann, wird der Kupplungsstromverbrauch gemäß dem Kompressordrehmoment gesteuert. Es ist möglich, den Wirkungsgrad des Motors zu vergrößern, indem die Maschinenlast durch die Kompressordrehmomentberechnung präzise gesteuert wird, und den Kupplungsstromverbrauch zu verringern, indem der an die Kupplung angelegte Strom gemäß dem Kompressordrehmoment gesteuert wird.
Die Anomalitätsdetektionseinheit kann durch externe Befehle oder bei einer vorbestimmten Frequenz betrieben werden, und detektiert, wie bei der Drehmomentberechnungseinheit basierend auf Werten wie dem Saugdruck, dem Auslassdruck, der Betriebsgeschwindigkeit des Kompressors und dem Kolbenhub und dergleichen, ob der Kompressor anomal ist oder nicht. Hier können die erzeugten Daten an die Motorsteuereinheit übertragen und im Betrieb des Motors verwendet werden.
Basierend auf den jeweiligen Daten ist es möglich, zu prüfen, ob es eine Anomalität in der Kupplung oder dem Steuerventil gibt, die in dem Kompressor vorgesehen sind. Wenn als Ergebnis des Prüfens Probleme detektiert werden, überträgt die Anomalitätsdetektionseinheit die Anomalität der entsprechenden Komponente an die Motorsteuereinheit oder eine andere Steuereinheit des Fahrzeugs, sodass der Benutzer passende Maßnahmen ergreifen kann.
Obgleich die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zuvor beispielhaft beschrieben worden sind, ist der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf diese spezifischen Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb des in den Ansprüchen beschriebenen Geltungsbereichs ordnungsgemäß geändert werden. Beispielsweise kann der Saugdrucksensor 401 in einer bzw. einem beliebigen, der Saugkammer des Kompressors, dem Auslassende des Verdampfers oder einer Kühlmittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor angeordnet sein. Außerdem kann der Sollsaugdruck nicht nur von der Steuereinheit 200 für die Fahrzeug-Klimaanlage bestimmt werden, sondern auch von der Kompressorsteuereinheit 400.
Außerdem ist der in den obigen Ausführungsformen beschriebene Aktuator nicht auf Solenoidaktuatoren begrenzt. Der Aktuator kann beispielsweise durch einen Schrittaktuator, einen Gleichstromaktuator oder einen piezoelektrischen Aktuator ersetzt werden.

Claims

Steuereinrichtung eines Kompressors, wobei die Steuereinrichtung umfasst: einen Kolben, der sich mittels einer Taumelscheibe hin- und herbewegt, ein Kurbelgehäuse zum Aufnehmen der Taumelplatte, die derart montiert ist, dass ein Neigungswinkel von ihr in Bezug auf eine Rotationswelle variabel ist, eine Auslasskammer, von der ein verdichtetes Arbeitsfluid ausgelassen wird, eine Saugkammer zum Saugen des zu verdichtenden Arbeitsfluids, einen ersten Kommunikationskanal zum Verbinden der Saugkammer und des Kurbelgehäuses, einen zweiten Kommunikationskanal zum Verbinden der Auslasskammer und des Kurbelgehäuses, und ein Steuerventil, das den ersten Kommunikationskanal und den zweiten Kommunikationskanal selektiv öffnet und schließt, wobei die Steuereinrichtung des Kompressors umfasst: einen Saugdrucksensor zum Messen eines Drucks der Saugkammer, eine Ventilsteuereinheit zum Steuern der Öffnungsgrade des ersten Kommunikationskanals und des zweiten Kommunikationskanals innerhalb des Steuerventils, indem ein Saugdruckwert, der von dem Saugdrucksensor gemessen wird, und ein Sollsaugdruck verglichen werden; und eine Ventilantriebseinheit zum Betreiben eines Aktuators, der einen Ventilkörper des Steuerventils von der Ventilsteuereinheit zu einer vorbestimmten Position bewegt, um den Sollsaugdruck zu erreichen.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei Informationen über einen Außenluftzustand und über eine eingestellte Temperatur eines Auslasses eines Verdampfers von einem Steuersystem einer Fahrzeug-Klimaanlage der Ventilsteuereinheit bereitgestellt werden.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn Kühlung erforderlich ist, die Ventilsteuereinheit den Sollsaugdruck so einstellt, dass er niedriger ist als der gemessene Saugdruck.
Steuereinrichtung nach Anspruch 3, wobei, wenn der Sollsaugdruck niedriger ist als der gemessene Saugdruck, die Ventilantriebseinheit den Öffnungsgrad des ersten Kommunikationskanals vergrößert.
Steuereinrichtung nach Anspruch 4, wobei, wenn der erste Kommunikationskanal mindestens teilweise geöffnet ist, der zweite Kommunikationskanal in einem geschlossenen Zustand ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Sender-Empfänger zum Übertragen und Empfangen eines Signals zu und von einem Steuersystem einer Fahrzeug-Klimaanlage, wobei die Ventilsteuereinheit und die Ventilantriebseinheit separat von dem Steuersystem der Fahrzeug-Klimaanlage vorgesehen sind.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ventilsteuereinheit und die Ventilantriebseinheit einstückig mit einem Steuersystem einer Fahrzeug-Klimaanlage vorgesehen sind.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein sekundäres Abtastmittel zum Abtasten mindestens eines bzw. einer beliebigen von einem Auslassdruck, einem Kolbenhub und/oder einer Betriebsgeschwindigkeit des Kompressors; und eine Kompressordrehmoment-Handhabungseinheit, die das Drehmoment bestimmt, das erforderlich ist, um den Kompressor basierend auf dem gemessenen Saugdruck und Informationen von dem sekundären Abtastmittel anzutreiben.
Steuereinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Ventilsteuereinheit das bestimmte Drehmoment einer externen Steuereinrichtung bereitstellt.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein sekundäres Abtastmittel zum Abtasten mindestens eines bzw. einer beliebigen von einem Auslassdruck, einem Kolbenhub und/oder einer Betriebsgeschwindigkeit des Kompressors; und eine Anomalitätsdetektionseinheit, die basierend auf dem gemessenen Saugdruck und Informationen von dem sekundären Abtastmittel detektiert, ob der Kompressor anomal ist oder nicht.
Steuereinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Kompressor ferner ein elektronisches Kupplungsmittel umfasst, das selektiv ein Rotationsdrehmoment an die Rotationswelle überträgt, und wobei die Steuereinrichtung des Kompressors ferner eine Kupplungssteuereinheit umfasst, die einen Betrieb des elektronischen Kupplungsmittels steuert, indem das Rotationsdrehmoment an die Rotationswelle gemäß dem Drehmoment übertragen wird, das von der Kompressordrehmoment-Handhabungseinheit bestimmt wird.
Steuerventil, umfassend: ein Gehäuse, in dem ein Raumabschnitt dazwischen gebildet ist, und ein elektronischer Aktuator auf seinem einen Seitenende vorgesehen ist; einen Ventilkörper, der so montiert ist, dass er sich innerhalb des Gehäuses bewegt; eine erste Durchgangsbohrung, die mit dem Raumabschnitt des Gehäuses und einer Saugkammer eines Kompressors, auf welcher der Ventilkörper montiert ist, kommuniziert; zweite und dritte Durchgangsbohrungen, die mit dem Raumabschnitt des Gehäuses und einem Kurbelgehäuse des Kompressors, auf welchem der Ventilkörper montiert ist, kommunizieren; und eine vierte Durchgangsbohrung, die mit dem Raumabschnitt des Gehäuses und einer Auslasskammer des Kompressors, auf welcher der Ventilkörper montiert ist, kommuniziert, wobei die zweite und die dritte Durchgangsbohrung selektiv geöffnet und geschlossen werden, während sich der Ventilkörper entlang einer Längsrichtung des Ventilkörpers bewegt.
Steuerventil nach Anspruch 12, wobei die erste und die vierte Durchgangsbohrung, ungeachtet einer Position des Ventilkörpers, in einem offenen Zustand bleiben.
Steuerventil nach Anspruch 13, ferner umfassend mindestens ein Filter, das in mindestens einer beliebigen von der ersten und/oder der vierten Durchgangsbohrung, installiert ist.
Steuerventil nach Anspruch 12, wobei der Raumabschnitt einen Abschnitt mit großem Durchmesser umfasst, der einen relativ großen Innendurchmesser und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser aufweist, der einen relativ kleinen Innendurchmesser aufweist, und wobei die zweite Durchgangsbohrung, die relativ benachbart zu der ersten Durchgangsbohrung angeordnet ist, in dem Abschnitt mit großem Durchmesser angeordnet ist.
Steuerventil nach Anspruch 15, wobei die dritte Durchgangsbohrung, die relativ benachbart zu der vierten Durchgangsbohrung angeordnet ist, in dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser angeordnet ist.
Steuerventil nach Anspruch 12, wobei, wenn die dritte Durchgangsbohrung mindestens teilweise geöffnet ist, die zweite Durchgangsbohrung in einem vollständig geschlossenen Zustand verbleibt.
Steuerventil nach Anspruch 15, wobei der Ventilkörper einen abgestuften Abschnitt umfasst, der einer Schnittstelle zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser zugewandt ist, und wobei ferner ein interner Strömungspfad gebildet ist, der sich von dem abgestuften Abschnitt zu einer äußeren Oberfläche des Ventilkörpers erstreckt.
Steuerventil nach Anspruch 15, wobei der Ventilkörper eine verjüngte Oberfläche auf einer Oberfläche umfasst, die der zweiten Durchgangsbohrung oder der dritten Durchgangsbohrung zugewandt ist.
Kompressor, umfassend: das Steuerventil nach einem beliebigen der Ansprüche 12 bis 19; ein hinteres Gehäuse, in dem das Steuerventil aufgenommen ist, und in dem jeweils die Saugkammer und die Auslasskammer gebildet sind; ein Zylindergehäuse, das eine Vielzahl von Zylinderbohrungen umfasst, die darin radial gebildet sind, und das an das hintere Gehäuse gekoppelt ist; und ein vorderes Gehäuse, das an das Zylindergehäuse gekoppelt ist und das Kurbelgehäuse umfasst, in dem die Taumelplatte angeordnet ist. wobei ein erster Kommunikationskanal, der die Saugkammer und das Kurbelgehäuse kommunizieren lässt, von dem Zylindergehäuse, dem hinteren Gehäuse, der zweiten Durchgangsbohrung und der ersten Durchgangsbohrung bestimmt ist, und ein zweiter Kommunikationskanal, der die Auslasskammer und das Kurbelgehäuse kommunizieren lässt, von dem Zylindergehäuse, dem hinteren Gehäuse, der vierten Durchgangsbohrung und der dritten Durchgangsbohrung bestimmt ist.
Kompressor nach Anspruch 20, wobei der erste Kommunikationskanal und der zweite Kommunikationskanal separat gebildet sind und keine überlappende Sektion aufweisen.