JP2011149322A - Capacity detector for variable displacement compressor, and variable displacement compressor provided with the same - Google Patents

Capacity detector for variable displacement compressor, and variable displacement compressor provided with the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacity detector for a variable displacement compressor and the variable displacement compressor provided with the same, using a piston having the high degree of freedom in the shape of a detected surface and not requiring machining accuracy, resistant to disturbance, and estimating capacity. <P>SOLUTION: This capacity detector for the variable displacement compressor includes: a position detection sensor provided on the lateral side of the piston and outputting the displacement signal of the detected surface of the piston when the piston reciprocates; and an estimation means measuring and storing the waveform pattern (A) of the displacement signal for one stroke of the piston during an operation with the maximum capacity, detecting the waveform pattern (B) of the displacement signal for one stroke of the piston during the present operation, and estimating capacity during the present operation corresponding to the stroke of the piston during the present operation from the comparison of the waveform pattern (A) with the waveform pattern (B). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ピストンのストロークを変更することで吐出容量を変更可能な可変容量型圧縮機に関し、特に可変容量型圧縮機に適用されて適切に圧縮機の容量を検出することが可能な容量検出装置に関する。   The present invention relates to a variable displacement compressor capable of changing a discharge capacity by changing a stroke of a piston, and more particularly to a capacity detection that can be appropriately applied to a variable displacement compressor to detect the capacity of the compressor. Relates to the device.

一般的に、車両空調設備等に用いられる圧縮機として、吐出容量を可変制御することができる可変容量型圧縮機(以下、単に「圧縮機」と呼ぶこともある。)が知られている。ピストン型圧縮機におけるこの種の圧縮機においては、例えば、駆動軸に対して傾斜可能な斜板がクランク室内に収容されている。斜板は、クランク室の圧力が高くなるにつれて駆動軸の軸線に対して直角に近づき(斜板の傾斜角度が小さくなる)、一方、クランク室の圧力が低くなる場合には、駆動軸の軸線に近づくように(斜板の傾斜角度が大きくなるように)斜板が傾斜する。圧縮機が備えるピストンのストロークは、斜板の傾斜状態に応じて変化する。例えば、クランク室の圧力が高く斜板の傾斜角度が小さい場合には、ピストンのストロークは小さく、逆に、クランク室の圧力が低く斜板の傾斜角度が大きい場合には、ピストンのストロークは大きい。したがって、ピストンのストロークが小さくなると吐出容量は少なくなり、また、ストロークが大きくなると吐出容量も大きくなる。   2. Description of the Related Art Generally, a variable capacity compressor capable of variably controlling a discharge capacity (hereinafter sometimes simply referred to as “compressor”) is known as a compressor used in a vehicle air conditioner or the like. In this type of compressor in a piston type compressor, for example, a swash plate that can be inclined with respect to a drive shaft is housed in a crank chamber. As the crank chamber pressure increases, the swash plate approaches a right angle to the axis of the drive shaft (the inclination angle of the swash plate decreases). On the other hand, when the crank chamber pressure decreases, the axis of the drive shaft The swash plate is inclined so as to approach (so that the inclination angle of the swash plate increases). The stroke of the piston provided in the compressor changes according to the inclination state of the swash plate. For example, when the crank chamber pressure is high and the tilt angle of the swash plate is small, the piston stroke is small. Conversely, when the crank chamber pressure is low and the tilt angle of the swash plate is large, the piston stroke is large. . Therefore, the discharge capacity decreases as the piston stroke decreases, and the discharge capacity increases as the stroke increases.

このような可変容量型圧縮機においては、圧縮機自体の制御や圧縮機が用いられている空調装置の冷凍回路の制御のために、圧縮機の現在運転時の容量を把握することが求められる場合が多い。特許文献1に開示された従来技術では、ピストンに、その軸方向にテーパ状をなす被検出面が形成されている。ピストンの側方には、被検出面に臨むようにして非接触型の位置検出センサが配置されている。位置検出センサは、ピストンのストローク変化によって近接離間する被検出面(検出対象ポイント)と位置検出センサとの間の距離を検出する。空調ECUは、位置検出センサからの検出距離情報に基づいてピストンのストロークを検出し、それに基づいて圧縮機の容量を把握する。   In such a variable capacity compressor, it is required to grasp the capacity of the compressor during the current operation in order to control the compressor itself and the refrigeration circuit of the air conditioner in which the compressor is used. There are many cases. In the prior art disclosed in Patent Document 1, a detected surface that is tapered in the axial direction is formed on the piston. A non-contact type position detection sensor is arranged on the side of the piston so as to face the detection surface. The position detection sensor detects a distance between a detected surface (detection target point) that is approached and separated by a stroke change of the piston and the position detection sensor. The air conditioning ECU detects the stroke of the piston based on the detection distance information from the position detection sensor, and grasps the capacity of the compressor based on the detected stroke.

特開2003−148357号公報JP 2003-148357 A

しかし、特許文献1に記載のように、ピストンのストローク変化によって近接離間する被検出面(検出対象ポイント)との間の距離から吐出容量を求める方法においては、ピストンの形状に大きな制約が生じ、以下のような問題がある。例えば、
・被検出面となるピストン首部背面にテーパ形状やステップ形状を精度良く作り込む必要があり、コストが上昇する。
・一番現実的な、単調増加(または、単調減少)のテーパ形状に形成する場合においても、ピストン首部の肉厚が厚くなり、重量が増加する。
However, as described in Patent Document 1, in the method of obtaining the discharge capacity from the distance between the detection surface (detection target point) that approaches and separates due to the stroke change of the piston, the piston shape is greatly restricted, There are the following problems. For example,
・ It is necessary to accurately create a taper shape or step shape on the back of the piston neck that will be the surface to be detected, which increases costs.
-Even in the case of forming the most realistic monotonously increasing (or monotonically decreasing) tapered shape, the thickness of the piston neck becomes thick and the weight increases.

また、被検出面と位置検出センサとの間の距離から容量を算出する場合においても、
・センサと被検出面との間を異物が通過したり、被検出面に磨耗、傷等が発生した場合、その影響がそのまま算出された吐出容量に反映されて異常値となるため、外乱に弱い。
・ピストンとシリンダボア間のクリアランス等のガタが大きい場合、同じピストンストロークでも運転条件が異なると被検出面との間の距離が変化する。この距離の変化は、検出誤差、ひいては容量の算出誤差につながる。さらに、温度によって被検出面と位置検出センサとの間の距離が変化したり、温度によって検出感度が変化したりする場合には、容量の算出に関して温度ドリフトの問題が生じる。
Also, when calculating the capacity from the distance between the detected surface and the position detection sensor,
・ If foreign matter passes between the sensor and the surface to be detected, or if wear or scratches occur on the surface to be detected, the effect is reflected in the calculated discharge volume as it is and becomes an abnormal value. weak.
・ If the play between the piston and cylinder bore is large, the distance to the surface to be detected will change if the operating conditions are different even with the same piston stroke. This change in distance leads to a detection error and thus a capacitance calculation error. Further, when the distance between the detection surface and the position detection sensor changes depending on the temperature or the detection sensitivity changes depending on the temperature, a problem of temperature drift occurs regarding the calculation of the capacity.

そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、従来技術に比べ、格段に被検出面に形状の自由度が高く、加工精度も必要としないピストンを用いることができ、かつ、仮に被検出面に磨耗、傷が発生した場合やピストンとシリンダボアとのクリアランスにより検出信号が変化する場合でもその影響が少なく、外乱に強い容量推定を行うことができる可変容量型圧縮機の容量検出装置、およびそれを備えた可変容量型圧縮機を提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to focus on the problems as described above, and can use a piston that has a remarkably high degree of freedom in shape on the surface to be detected and does not require machining accuracy, as compared to the prior art, and Capacitance detection of a variable displacement compressor that is less affected even if the detection surface is worn or scratched, or the detection signal changes due to the clearance between the piston and cylinder bore, and can estimate the capacity against disturbances. The present invention provides an apparatus and a variable displacement compressor including the apparatus.

上記課題を解決するために、本発明に係る可変容量型圧縮機の容量検出装置は、ピストンの往復運動によってガス圧縮を行うとともに、ピストンのストロークを変更することで容量を変更可能な可変容量型圧縮機の容量検出装置であって、
(1)前記ピストンの側方に配置された位置検出センサであって、ピストンの往復運動によって前記位置検出センサの前方側で横動されるピストンの形状を被検出面とし、該被検出面の前記位置検出センサと正対する部位である検出対象ポイントがピストンの往復運動の際に前記位置検出センサに対し近接離間する変位信号を出力する位置検出センサと、
(2)最大容量運転時のピストン1ストローク分の前記変位信号の波形パターン(A)を測定して記憶し、現在運転時のピストン1ストローク分の前記変位信号の波形パターン(B)を検出し、前記波形パターン(A)と前記波形パターン(B)の比較から、現在運転時のピストンストロークに対応する現在運転時の容量を推定する推定手段と、
を備えたことを特徴とするものからなる。
In order to solve the above-described problems, a capacity detection device for a variable capacity compressor according to the present invention is a variable capacity type capable of performing gas compression by reciprocating movement of a piston and changing the capacity by changing the stroke of the piston. A compressor capacity detection device comprising:
(1) A position detection sensor disposed on the side of the piston, the shape of the piston being laterally moved in front of the position detection sensor by a reciprocating motion of the piston being a detection surface, A position detection sensor that outputs a displacement signal that approaches and moves away from the position detection sensor when a detection target point that is a part facing the position detection sensor is reciprocating a piston;
(2) The waveform pattern (A) of the displacement signal for one stroke of the piston during the maximum capacity operation is measured and stored, and the waveform pattern (B) of the displacement signal for the piston stroke of the current operation is detected. Estimating means for estimating a capacity during current operation corresponding to a piston stroke during current operation from a comparison between the waveform pattern (A) and the waveform pattern (B);
It consists of what is characterized by having.

このような本発明に係る容量検出装置においては、ピストンの側方には位置検出センサが配置されているとともに、ピストンの往復運動によって位置検出センサの前方側(位置検出センサが距離測定を行う方向側)で横動されるピストンの側面形状部が被検出面とされる。したがって、この被検出面において位置検出センサと正対する部位である検出対象ポイントが、ピストンの往復運動に応じて被検出面上を順次変化されることになる。そして、被検出面は、ピストンのストロークの変化によって、検出対象ポイントが位置検出センサと近接離間するように、位置検出センサはその近接離間する変位信号を波形パターンとして出力するよう構成されている。したがって、ピストン1ストローク中の変位信号を出力させることで、そのときの上死点から下死点までのピストン1ストローク全体の検出変位信号の波形パターン全体を得ることができる。このピストン1ストローク分の変位信号の波形パターンは、そのときの圧縮機の容量に対応しているとみなすことができる。本発明は、この変位信号の波形パターンと圧縮機の容量との対応を前提とし、最大容量運転時に得られるピストン1ストローク分の変位信号波形パターン(A)は、他の容量運転時のピストン1ストローク分の変位信号波形パターン(B)を完全に含んでいることを利用したものである。すなわち、上記推定手段は、最大容量運転時のピストン1ストローク分の変位信号の波形パターン(A)を測定して記憶し、現在運転時のピストン1ストローク分の変位信号の波形パターン(B)を検出し、記憶されている波形パターン(A)と検出した波形パターン(B)を比較することにより、つまり、波形パターン(B)が波形パターン(A)のどの部位までに相当するかを把握し、それによって、最大容量運転時のピストン1ストロークに対する現在運転時のピストン1ストロークの割合を把握し、現在運転時のピストンストロークに対応する現在運転時の容量を推定する。上記被検出面を形成するピストン背面形状は、頭部、首部、シリンダー部にわたって複雑な形状になっているので、それぞれの吐出容量におけるストローク運転時に得られる検出信号パターンは、十分に変化に富むものとなる。しかし、本発明における上記容量推定手法を用いると、例えば、前述の特許文献1に記載のように、ピストンに形成する検出面を吐出容量と一対一に対応するように、精度良く作りこむ必要がない。したがって、容量検出装置の検出面となるピストン部の形状の自由度が増し、より軽く、コストをかけない作りやすい形状に形成することが可能である。また、特許文献1の構造では、位置検出センサと被検出面との間を異物が通過した場合や、被検出面に磨耗、傷等が発生した場合、その影響がそのまま算出される吐出容量に反映されて異常値となる可能性が高いため、極めて外乱に弱いが、本発明では、ピストンの1ストローク分全体の検出波形パターンで判断するため、被検出面に磨耗や傷、異物の通過等のノイズの影響も受けにくく、外乱に強い。したがって、より的確にその時の圧縮機容量を精度良く推定することが可能となる。   In such a capacity detection device according to the present invention, the position detection sensor is arranged on the side of the piston, and the front side of the position detection sensor by the reciprocation of the piston (the direction in which the position detection sensor performs distance measurement). The side surface shape portion of the piston that is laterally moved is set as the detection surface. Therefore, the detection target point, which is a part facing the position detection sensor on the detected surface, is sequentially changed on the detected surface in accordance with the reciprocating motion of the piston. The position detection sensor is configured to output a displacement signal that moves closer and away as a waveform pattern so that the detection target point moves closer to and away from the position detection sensor due to a change in the stroke of the piston. Therefore, by outputting the displacement signal during one piston stroke, it is possible to obtain the entire waveform pattern of the detected displacement signal of the entire piston one stroke from the top dead center to the bottom dead center at that time. It can be considered that the waveform pattern of the displacement signal for one stroke of the piston corresponds to the capacity of the compressor at that time. The present invention is premised on the correspondence between the waveform pattern of the displacement signal and the capacity of the compressor, and the displacement signal waveform pattern (A) for one stroke of the piston obtained at the maximum capacity operation is the piston 1 at the other capacity operation. This utilizes the fact that the displacement signal waveform pattern (B) for the stroke is completely included. That is, the estimation means measures and stores the waveform pattern (A) of the displacement signal for one stroke of the piston at the maximum capacity operation, and stores the waveform pattern (B) of the displacement signal for one stroke of the piston at the current operation. By detecting and comparing the stored waveform pattern (A) with the detected waveform pattern (B), that is, to understand to what part of the waveform pattern (A) the waveform pattern (B) corresponds Thereby, the ratio of the piston one stroke at the current operation to the piston one stroke at the maximum capacity operation is grasped, and the capacity at the current operation corresponding to the piston stroke at the current operation is estimated. The shape of the back of the piston that forms the surface to be detected has a complex shape across the head, neck, and cylinder, so the detection signal pattern obtained during stroke operation for each discharge capacity is sufficiently varied. It becomes. However, when the above-described capacity estimation method in the present invention is used, for example, as described in Patent Document 1 described above, it is necessary to accurately create the detection surface formed on the piston so as to correspond one-to-one with the discharge capacity. Absent. Therefore, the degree of freedom of the shape of the piston portion serving as the detection surface of the capacity detection device is increased, and it is possible to form a lighter and easier-to-make shape that does not cost. Further, in the structure of Patent Document 1, when a foreign object passes between the position detection sensor and the detection surface, or when wear or scratches occur on the detection surface, the influence is directly calculated on the discharge capacity. Since it is highly likely to be reflected and become an abnormal value, it is extremely vulnerable to disturbances. However, in the present invention, since the detection waveform pattern for the entire stroke of the piston is used for judgment, the detected surface is worn or scratched, the passage of foreign matter, etc. It is not easily affected by noise and is resistant to disturbances. Therefore, it is possible to accurately estimate the compressor capacity at that time with high accuracy.

上記本発明に係る容量検出装置においては、最大容量運転時のピストン1ストローク分の変位信号波形パターン(A)、現在運転時のピストン1ストローク分の変位信号波形パターン(B)を、それぞれ正確にピストン1ストローク分の波形パターンとして把握するために、上記推定手段が、圧縮機1回転の周期の信号またはピストンの上死点信号、またはその両方の信号を、上記波形パターン(A)と上記波形パターン(B)の比較の際の基準として用い、その比較によって現在運転時の容量を推定するようにすることができる。圧縮機1回転の周期の半分をピストン1ストローク分周期として認識することが可能であり、ピストンの上死点信号からは、どのタイミングからピストン1ストロークに入るのかが正確に把握できる。   In the capacity detection device according to the present invention, the displacement signal waveform pattern (A) for one stroke of the piston during the maximum capacity operation and the displacement signal waveform pattern (B) for one stroke of the piston during the current operation are accurately determined. In order to grasp as a waveform pattern for one stroke of the piston, the estimation means uses the waveform pattern (A) and the waveform as a signal of a period of one rotation of the compressor or a top dead center signal of the piston. It can be used as a reference for the comparison of the pattern (B), and the capacity during the current operation can be estimated by the comparison. It is possible to recognize half the cycle of one rotation of the compressor as a cycle for one piston stroke, and from the top dead center signal of the piston, it is possible to accurately grasp from which timing the piston one stroke starts.

上記本発明に係る容量検出装置において、上記推定手段における圧縮機容量の推定手法としては、次のような種々の手法を採用できる。例えば、上記推定手段は、上記波形パターン(A)から所定の刻み割合で切り出した複数の波形パターン分と、上記波形パターン(B)とを比較して、両者の相互相関係数を算出し、該相互相関係数が最大値を示す時の容量を現在運転時の推定容量とすることができる。相互相関係数が最も高いときの容量を現在運転時の推定容量とすることにより、より的確に現在運転時の容量を推定することが可能となる。例えば、探索したい波形パターン(B)の検出信号パターンと、上記波形パターン(A)を容量0%から100%までのある刻みごとに刻んで切り出した容量信号パターンとを次々に比較し、相互相関係数を計算していく。その中で最も相互相関係数が高いパターンの容量がその探索したい検出信号パターンについての推定された容量となる。相互相関係数の具体的な演算式については後述する。   In the capacity detection apparatus according to the present invention, the following various techniques can be employed as the compressor capacity estimation technique in the estimation means. For example, the estimation means compares a plurality of waveform patterns cut out from the waveform pattern (A) at a predetermined step rate with the waveform pattern (B), calculates a cross-correlation coefficient between them, The capacity when the cross-correlation coefficient shows the maximum value can be set as the estimated capacity during the current operation. By setting the capacity when the cross-correlation coefficient is the highest as the estimated capacity during the current operation, the capacity during the current operation can be estimated more accurately. For example, the detection signal pattern of the waveform pattern (B) to be searched is compared with the capacitance signal pattern obtained by cutting out the waveform pattern (A) every time the capacity pattern is 0% to 100%. Calculate the number of relationships. Among them, the capacity of the pattern having the highest cross-correlation coefficient is the estimated capacity for the detection signal pattern to be searched. A specific calculation formula of the cross correlation coefficient will be described later.

また、例えば、上記推定手段は、上記波形パターン(A)から所定の刻み割合で切り出した複数の波形パターン分と、上記波形パターン(B)とを比較して、両者間の残差の累積和を算出し、該残差の累積和が最小値を示す時の容量を現在運転時の推定容量とすることもできる。残差の累積和が最も小さいときの容量を現在運転時の推定容量とすることにより、より的確に現在運転時の容量を推定することが可能となる。例えば、探索したい波形パターン(B)の検出信号パターンと、上記波形パターン(A)を容量0%から100%までのある刻みごとに刻んで切り出した容量信号パターンとを次々に比較し、残差の累積和を計算していく。その中で最も残差の累積和が小さいパターンの容量がその探索したい検出信号パターンについての推定された容量となる。残差の累積和の具体的な演算式については後述する。   Further, for example, the estimation means compares a plurality of waveform patterns cut out from the waveform pattern (A) at a predetermined step rate with the waveform pattern (B), and accumulates the residual sum between the two. And the capacity when the cumulative sum of the residuals shows the minimum value can be used as the estimated capacity during the current operation. By setting the capacity when the cumulative sum of residuals is the smallest as the estimated capacity during the current operation, the capacity during the current operation can be estimated more accurately. For example, the detection signal pattern of the waveform pattern (B) to be searched is compared with the capacitance signal pattern obtained by cutting out the waveform pattern (A) in units of 0% to 100%, and the residual Calculate the cumulative sum of. Among them, the capacity of the pattern having the smallest accumulated residual is the estimated capacity for the detection signal pattern to be searched. A specific arithmetic expression of the cumulative sum of residuals will be described later.

さらに、例えば、上記推定手段は、上記波形パターン(A)とその平均値との偏差と、上記波形パターン(B)とその平均値との偏差との差の累積和を算出し、該偏差の差の累積和が最小値を示す時の容量を現在運転時の推定容量とすることもできる。実際の圧縮機の運転においては、センサを含む圧縮機周囲温度が運転環境や運転条件によって大きく異なる。そのため、センサ感度・出力が少なからず温度依存性を持っている場合、その影響を受けてしまう。上記波形パターン(A)と上記波形パターン(B)を取得した時の周囲環境温度が大きく異なる場合など、波形パターンの形状が同じでも、温度ドリフトの影響によりその絶対値が大きく異なってしまい、例えば前述の求めようとしている残差のレベルが変化してしまう。しかし、その状態における検出信号パターン(A)と(B)のそれぞれの平均値からの偏差同士の差の累積和で評価すると、そのような運転状態の影響がオフセットされ、より精度良くかつ迅速に適合度を算出できる。平均値からの偏差の差の累積和の演算式については後述する。   Further, for example, the estimation means calculates a cumulative sum of differences between the deviation between the waveform pattern (A) and the average value thereof, and the deviation between the waveform pattern (B) and the average value thereof. The capacity when the cumulative sum of the differences shows the minimum value can also be used as the estimated capacity during the current operation. In actual operation of the compressor, the ambient temperature of the compressor including the sensor varies greatly depending on the operating environment and operating conditions. Therefore, if the sensor sensitivity / output has temperature dependency, it will be affected. Even when the waveform pattern (A) and the ambient environment temperature when the waveform pattern (B) are acquired are greatly different, even if the shape of the waveform pattern is the same, the absolute value is greatly different due to the influence of temperature drift. The level of the residual that is going to be found will change. However, when evaluated by the cumulative sum of the differences between the average values of the detection signal patterns (A) and (B) in that state, the influence of such an operating state is offset, and more accurately and quickly. The fitness can be calculated. An arithmetic expression for the cumulative sum of the deviations from the average value will be described later.

上記残差の累積和あるいは偏差の差の累積和に基づいて現在運転時の容量を推定する場合、上記推定手段は、累積和の演算途中で上記最小値を超えるときには越えた時点で演算を中止し、演算終了時に前回の上記最小値を下回るときには上記最小値を更新するようにすることができる。累積和の演算途中で上記最小値を超えるときには、すでに最小値を把握することが可能な状態にあるから、それ以上の演算は不要であり、その時点で演算を中止することにより、演算に要するトータル時間の短縮が可能になる。また、求めた累積和の最小値が前回の最小値を下回るときには、その最小値を更新することにより、より的確にかつ正確に現在運転時の容量を出力することが可能になる。より具体的には、例えば、上述の如き累積和の演算において、全ての周期において、0から100%までの全ての刻みごとに検出信号パターンとの適合度を算出し、リアルタイムで吐出容量を算出しようとすると、演算量が多くなり、高速演算が可能なCPUが必要となるため、実用化に大きな支障となるおそれがあり、演算量の削減が求められる。そこで、上記手法は、前述のような適合度計算の演算量を大幅に低減し、リアルタイム計測も可能にする手法となる。なお、演算の中止は、最小値を超えた時点のため、最小値を探索する適合度演算の精度は低下しない。   When estimating the capacity during current operation based on the cumulative sum of residuals or the cumulative sum of deviations, the estimation means stops the calculation when the minimum value is exceeded while the cumulative sum is being calculated. When the calculation ends, the minimum value can be updated when the previous minimum value is not reached. If the minimum value is exceeded during the calculation of the cumulative sum, the minimum value is already known, so no further calculation is necessary, and the calculation is stopped by stopping the calculation at that time. Total time can be shortened. Further, when the minimum value of the obtained cumulative sum falls below the previous minimum value, it is possible to output the capacity during the current operation more accurately and accurately by updating the minimum value. More specifically, for example, in the calculation of the cumulative sum as described above, the degree of compatibility with the detection signal pattern is calculated for every step from 0 to 100% in all cycles, and the discharge capacity is calculated in real time. Attempting to do so increases the amount of computation and requires a CPU capable of high-speed computation, which may be a major obstacle to practical use, and a reduction in the amount of computation is required. Therefore, the above method is a method that significantly reduces the amount of calculation of the above-described fitness calculation and enables real-time measurement. Since the calculation is stopped when the minimum value is exceeded, the accuracy of the fitness calculation for searching for the minimum value does not decrease.

上記推定手段による現在運転時の容量の推定においては、離間した推定値間により適切な推定値が存在すると考えられる場合には、補間により、より精度良く現在運転時の容量を推定することが可能である。すなわち、上記推定手段は、上記最大の相互相関係数もしくは最小の累積和を示した推定容量値とその前後の算出容量値との間の容量領域を補間し、その補間領域内に、それまで算出した相互相関係数より大きいもしくはそれまで算出した累積和より小さい値が存在する場合には、その値を現在運転時の推定容量とすることができる。すなわち、前述したように、例えば、探索したい波形パターン(B)の検出信号パターンと、上記波形パターン(A)を容量0%から100%までのある刻みごとに刻んで切り出した容量信号パターンとを次々に比較していく場合、この刻み間隔を広くして(例えば、1%ごとに)推定すると、計算時間は短いが、推定精度が悪くなる。逆に刻みを短くすれば(例えば0.1%ごとにすると)、計算時間は長くなるが、精度は良くなる。つまり、トレードオフの関係にある。したがって、計算時間をかけないで、精度を向上させるために、この補間の手法を用いることができる。例えば、最も適合度の高い容量近辺数点を用いて、ある関数で近似し、その近似曲線の極値をさらに最も適合度の高い値に更新する手法である。近似曲線は、極値が存在する関数で近似すればよく、例えば、スプライン曲線、高次の最小2乗法などを採用できる。ただし、補間は、任意の一般的な手法によって行えばよく、その具体的な手法の例については後述する。   In the estimation of the capacity during the current operation by the estimation means, if it is considered that an appropriate estimated value exists between the estimated values separated from each other, the capacity during the current operation can be estimated more accurately by interpolation. It is. That is, the estimation means interpolates a capacity area between the estimated capacity value indicating the maximum cross-correlation coefficient or the minimum cumulative sum and the calculated capacity values before and after the estimated capacity value, and within the interpolation area, If there is a value that is larger than the calculated cross-correlation coefficient or smaller than the cumulative sum calculated so far, that value can be used as the estimated capacity during the current operation. That is, as described above, for example, the detection signal pattern of the waveform pattern (B) to be searched for and the capacitance signal pattern obtained by cutting out the waveform pattern (A) at every step from the capacity 0% to 100%. When making comparisons one after another, if the interval is widened (for example, every 1%) and estimation is performed, the calculation time is short, but the estimation accuracy deteriorates. Conversely, if the step is shortened (for example, every 0.1%), the calculation time becomes longer, but the accuracy is improved. In other words, there is a trade-off relationship. Therefore, this interpolation method can be used in order to improve accuracy without taking calculation time. For example, it is a method of approximating with a certain function using several points near the capacity with the highest fitness and updating the extreme value of the approximate curve to a value with the highest fitness. The approximate curve may be approximated by a function having extreme values. For example, a spline curve, a high-order least square method, or the like can be adopted. However, the interpolation may be performed by any general method, and an example of the specific method will be described later.

上述の圧縮機1回転の周期の信号は、例えば、圧縮機の駆動源の回転信号から求められる。また、上述のピストンの上死点信号は、例えば、圧縮機の駆動用回転体(例えば、駆動力伝達用のプーリーや、クラッチ、トルクリミッター等の駆動部)のピストン上死点に対応する部位に設けられた被検出体と、該被検出体に正対する位置に設けられた検出手段によって求められる。これらの信号と、位置検出センサからの検出信号パターンから圧縮機の現在運転時の容量を推定すればよい。   The signal of the above-mentioned period of one rotation of the compressor is obtained from the rotation signal of the compressor drive source, for example. The above-described piston top dead center signal is, for example, a part corresponding to the piston top dead center of a compressor driving rotating body (for example, a driving force transmission pulley, a driving unit such as a clutch or a torque limiter). To be detected, and detection means provided at a position facing the detected object. What is necessary is just to estimate the capacity | capacitance at the time of the present driving | operation of a compressor from these signals and the detection signal pattern from a position detection sensor.

本発明においては、ピストン1ストローク分の上記変位信号の波形パターン(A)、(B)が比較されればよいが、このピストン1ストローク分の変位信号の波形パターンは、ピストンの往復運動の際の波形パターンから求めることもでき、さらに、圧縮機1周期分(ピストンの往復運動分)の波形パターン同士を比較することも可能である。すなわち、圧縮機1周期の検出信号パターンは、上死点、下死点で対称になっており、1周期の検出信号パターンでも現在運転時の容量を算出可能である。1周期の検出信号パターン同士を比較することにより、信号パターンの情報量が増えるので、前述した適合度の探索の精度を向上させることも可能になる。   In the present invention, the waveform patterns (A) and (B) of the displacement signal for one stroke of the piston need only be compared. The waveform pattern of the displacement signal for one stroke of the piston is obtained when the piston reciprocates. The waveform patterns for one cycle of the compressor (the reciprocating motion of the piston) can be compared with each other. That is, the detection signal pattern for one cycle of the compressor is symmetric at the top dead center and the bottom dead center, and the capacity during the current operation can be calculated even with the detection signal pattern for one cycle. By comparing the detection signal patterns of one period, the information amount of the signal pattern increases, so that it is possible to improve the accuracy of searching for the degree of matching described above.

本発明においては、上記位置検出センサには、例えば、ピストンの被検出面における凹凸形状の分布、電磁特性の分布、光反射特性の分布の少なくともいずれかを検出するセンサを使用できる。いずれの場合にあっても、上記波形パターン(A)の0%から100%までの広い範囲に対し現在運転時の容量を精度良く推定するために、位置検出センサから得られる信号が変化に富むようにすることが好ましい。   In the present invention, as the position detection sensor, for example, a sensor that detects at least one of the uneven shape distribution, the electromagnetic characteristic distribution, and the light reflection characteristic distribution on the detection surface of the piston can be used. In any case, the signal obtained from the position detection sensor is varied in order to accurately estimate the capacity during the current operation over a wide range from 0% to 100% of the waveform pattern (A). Preferably.

このような位置検出センサとして、例えば、渦電流式、電磁誘導式、静電容量式、光電反射式のいずれかのセンサを用いることが、信号波形を鮮明に確保する点で好ましい。   As such a position detection sensor, for example, an eddy current sensor, an electromagnetic induction sensor, a capacitance sensor, or a photoelectric reflection sensor is preferably used in terms of ensuring a clear signal waveform.

例えば、上記位置検出センサとして電磁誘導式のセンサを用いる場合には、ピストンの被検出面に、磁気特性を備えた塗料等が塗布されている、もしくは、磁石が埋め込まれている構成等を採用することができる。つまり、被検出面に磁気特性を備える金属粉末等を混入させた塗料、樹脂を塗布したり、メッキを施したり、あるいは、被検出面に磁石を埋め込んで磁気特性を持たせるようにした構成である。   For example, when an electromagnetic induction type sensor is used as the position detection sensor, a configuration in which paint or the like having magnetic properties is applied to the detection surface of the piston or a magnet is embedded is adopted. can do. In other words, it has a configuration in which the surface to be detected has a magnetic property by applying paint or resin mixed with metal powder having magnetic properties, plating, or embedding a magnet in the surface to be detected. is there.

また、上記位置検出センサとして光電反射式のセンサを用いる場合には、より鮮明な検出信号を得るために、上記ピストンの被検出面に、光特性を備えた塗料が塗布されている構成等を採用することができる。   In addition, when a photoelectric reflection type sensor is used as the position detection sensor, in order to obtain a clearer detection signal, a configuration in which a paint having optical characteristics is applied to the detection surface of the piston is used. Can be adopted.

さらに本発明においては、上記推定手段は、上記位置検出センサによる検出信号が、ピストンの被検出面の傷、磨耗等によって初期値に対し変化した場合においても、その状態における上記波形パターン(A)を再記録することにより、その変化による影響を補正して現在運転時の容量を推定するようにすることが可能である。例えば、仮に傷、磨耗等によって上記被検出面から鮮明度の高い反射媒体の分布形状が初期値に対し変化した場合でも、再度、その状態での最大容量運転時に得られる検出信号パターンを取得することによって、反射媒体の分布パターンの変化の影響を補正でき、劣化時の精度を向上できるようになる。この最大容量運転時に得られる検出信号パターンの取得は、特に圧縮機を停止したり外したりする必要は無く、運転中に取得でき、容易に実施可能である。   Further, in the present invention, the estimation means is configured so that the waveform pattern (A) in the state is detected even when the detection signal from the position detection sensor changes from the initial value due to scratches, wear, etc. on the detected surface of the piston. By re-recording, it is possible to correct the influence of the change and estimate the capacity during the current operation. For example, even if the distribution shape of the reflective medium with high definition changes from the detected surface with respect to the initial value due to scratches, wear, etc., the detection signal pattern obtained at the maximum capacity operation in that state is acquired again. As a result, the influence of the change in the distribution pattern of the reflection medium can be corrected, and the accuracy at the time of deterioration can be improved. The acquisition of the detection signal pattern obtained during the maximum capacity operation is not particularly required to stop or remove the compressor, and can be acquired during the operation and can be easily performed.

本発明は、上記のような容量検出装置を備えた可変容量型圧縮機についても提供する。このような圧縮機においては、推定した容量と少なくとも圧縮機の吐出圧力と吸入圧力から圧縮機のトルクを推定することが可能である。また、推定した容量を入力情報として、圧縮機の容量を可変させる容量制御弁の弁開度を制御することも可能である。   The present invention also provides a variable capacity compressor provided with the capacity detection device as described above. In such a compressor, it is possible to estimate the torque of the compressor from the estimated capacity and at least the discharge pressure and suction pressure of the compressor. It is also possible to control the valve opening of the capacity control valve that varies the capacity of the compressor using the estimated capacity as input information.

このように、本発明に係る可変容量型圧縮機およびその容量検出装置によれば、前述の特許文献1に開示されているような従来技術に比べ、ピストンの被検出面の形状や構造の自由度が大幅に高められ、しかもピストンの加工に高い精度も要求されなくなり、大幅なコストダウンをはかることができる。また、被検出面に磨耗や傷等が発生した場合やピストンとシリンダボアとのクリアランスにより検出信号が変化する場合にあっても、その影響を最小限に抑えることが可能になり、外乱に強い容量推定を的確に行うことができるようになる。   As described above, according to the variable capacity compressor and the capacity detection device thereof according to the present invention, the shape and structure of the detected surface of the piston are more flexible than those of the prior art disclosed in Patent Document 1 described above. The degree of machining can be greatly increased, and high precision is not required for the processing of the piston, and the cost can be greatly reduced. In addition, even if the detection surface is worn or scratched, or when the detection signal changes due to the clearance between the piston and cylinder bore, it is possible to minimize the effect and to withstand disturbances. The estimation can be performed accurately.

本発明の一実施態様に係る容量検出装置を備えた可変容量型圧縮機の縦断面図である。It is a longitudinal section of a variable capacity type compressor provided with a capacity detection device concerning one embodiment of the present invention. 本発明に係る容量検出装置における容量推定の一手法例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of 1 method of capacity | capacitance estimation in the capacity | capacitance detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る容量検出装置における容量推定の一手法例を示す制御フローチャートである。It is a control flowchart which shows the example of 1 method of capacity | capacitance estimation in the capacity | capacitance detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る容量検出装置における容量推定時の繰り返し処理演算の一手法例を示す、残差の累積和と処理済みデータ数との関係図である。It is a relationship diagram between the cumulative sum of residuals and the number of processed data, showing an example of a method for iterative processing calculation at the time of capacity estimation in the capacity detection device according to the present invention. 本発明に係る容量検出装置における容量推定時の補間処理の一手法例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of 1 method of the interpolation process at the time of the capacity | capacitance estimation in the capacity | capacitance detection apparatus which concerns on this invention.

以下、本発明を、車両用空調装置に用いられる斜板式可変容量型圧縮機の容量検出装置において具体化した一実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施態様に係る容量検出装置2を備えた可変容量型圧縮機1を示しており、その圧縮機1の最小容量時の状態の縦断面を示している。まず、可変容量型圧縮機1について説明するに、外部駆動源からの回転駆動力が、ベルト等を介してプーリー3に伝達され、そこからトルクリミッター機構4を介して圧縮機の駆動軸5に伝達される。フロントハウジング6、シリンダブロック7によって形成されるクランク室8内には、駆動軸5と一体に回転されるロータ9と、ロータ9にリンク機構10を介して連結され、駆動軸5に対する傾斜角が可変可能な斜板11とが設けられており、斜板11は駆動軸5と同期して回転される。シリンダブロック7には複数のシリンダボア12が配設されており(1気筒のみ図示してある)、各シリンダボア12内には往復動自在にピストン13が挿入されている。ピストン13の一端部13a(首部)は、斜板11の両側面に摺接する一対のシュー14を介して、斜板11に連接されており、斜板11の回転運動がピストン13の往復運動に変換される。ピストン13の往復運動のストロークは、斜板11の傾斜角に対応して可変され、斜板11の傾斜角は、前述の如く、例えばクランク室8内の圧力に応じて変化される。ピストン13の往復運動に応じて、シリンダヘッド15内に形成された吸入室16から被圧縮流体(例えば、冷媒)がシリンダボア12内に吸入され、シリンダボア12内で圧縮された圧縮流体が、吐出室17を通して外部回路へと吐出される。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a capacity detection device for a swash plate type variable displacement compressor used in a vehicle air conditioner will be described.
FIG. 1 shows a variable capacity compressor 1 provided with a capacity detection device 2 according to an embodiment of the present invention, and shows a longitudinal section of the compressor 1 at a minimum capacity. First, the variable capacity compressor 1 will be described. A rotational driving force from an external driving source is transmitted to a pulley 3 via a belt or the like, and from there to a driving shaft 5 of the compressor via a torque limiter mechanism 4. Communicated. In the crank chamber 8 formed by the front housing 6 and the cylinder block 7, a rotor 9 that is rotated integrally with the drive shaft 5 is connected to the rotor 9 via a link mechanism 10, and an inclination angle with respect to the drive shaft 5 is set. A variable swash plate 11 is provided, and the swash plate 11 is rotated in synchronization with the drive shaft 5. The cylinder block 7 is provided with a plurality of cylinder bores 12 (only one cylinder is shown), and a piston 13 is inserted into each cylinder bore 12 so as to be reciprocally movable. One end portion 13 a (neck portion) of the piston 13 is connected to the swash plate 11 via a pair of shoes 14 that are in sliding contact with both side surfaces of the swash plate 11. Converted. The stroke of the reciprocating motion of the piston 13 is varied in accordance with the inclination angle of the swash plate 11, and the inclination angle of the swash plate 11 is changed according to the pressure in the crank chamber 8, for example, as described above. In accordance with the reciprocating motion of the piston 13, a fluid to be compressed (for example, refrigerant) is sucked into the cylinder bore 12 from the suction chamber 16 formed in the cylinder head 15, and the compressed fluid compressed in the cylinder bore 12 is discharged into the discharge chamber. 17 is discharged to an external circuit.

このような可変容量型圧縮機1において、その吐出容量は、ピストン13の押しのけ容積に依存して、つまり、ピストン13のストロークに依存して決まる。本発明における容量検出装置2は、このピストン13のストロークに対応する現在運転時の容量を推定するもので、例えば次のように構成されている。   In such a variable displacement compressor 1, the discharge capacity depends on the displacement of the piston 13, that is, depends on the stroke of the piston 13. The capacity detection device 2 according to the present invention estimates the capacity during the current operation corresponding to the stroke of the piston 13 and is configured as follows, for example.

すなわち、図1に示されているピストン13の複数において、一つのピストン13の背面が被検出面21となる。被検出面21の形状は、ピストン13の1サイクルの往復運動の際、被検出面21と次に述べる位置検出センサとの距離が変化するようにする。通常の斜板式可変容量圧縮機に用いられているピストン13の形状の上記背面は、頭部、首部、円筒部における背面となるので、被検出面21と位置検出センサとの距離は十分に明瞭に変化し続ける。それぞれの吐出容量運転時に得られる検出信号の軌跡は、変化に富む方が推定の精度が向上するので、被検出面21を往復運動の方向に対して、より変化に富むように、スリットなどをつける場合もある。しかし、その場合にも、特に精度や形状の指定は必要ない。被検出面21は、その一部がフロントハウジング6の内周面6aに対向するように、軸線S周りにおいて駆動軸5と反対側に配置されている。   That is, in the plurality of pistons 13 shown in FIG. 1, the back surface of one piston 13 becomes the detected surface 21. The shape of the detected surface 21 is set so that the distance between the detected surface 21 and the position detection sensor described below changes when the piston 13 reciprocates in one cycle. Since the above-described back surface of the piston 13 used in a normal swash plate type variable capacity compressor is the back surface of the head, neck, and cylindrical portion, the distance between the detected surface 21 and the position detection sensor is sufficiently clear. Continue to change. As the locus of the detection signal obtained during each discharge capacity operation is more varied, the accuracy of estimation is improved, so a slit or the like is provided so that the detected surface 21 is more varied with respect to the direction of reciprocation. In some cases. However, even in that case, it is not necessary to specify accuracy or shape. The detected surface 21 is disposed on the opposite side of the drive shaft 5 around the axis S so that a part of the detected surface 21 faces the inner peripheral surface 6 a of the front housing 6.

上記フロントハウジング6の内周面6aにおいてピストン13の首部13aの外周側、つまり首部13aの側方側には、ピストン13の被検出面21に臨むようにして、非接触型の位置検出センサ22の検出ヘッド22aが配置されている。位置検出センサ22としては、例えば渦電流損検出タイプのものが用いられている。   On the inner peripheral surface 6a of the front housing 6, on the outer peripheral side of the neck portion 13a of the piston 13, that is, on the side of the neck portion 13a, the detection by the non-contact type position detection sensor 22 is made to face the detection surface 21 of the piston 13. A head 22a is disposed. For example, an eddy current loss detection type sensor is used as the position detection sensor 22.

ピストン13が往復運動されると、被検出面21が位置検出センサ22(検出ヘッド22a)の前方側(検出ヘッド22aが距離測定を行う方向側のことであって、図面上での単なる位置関係で表現すれば下方側)で横動される。したがって、被検出面21において検出ヘッド22aと正対する部位である検出対象ポイントKが、ピストン13の往復運動に応じて被検出面21上をその形状に沿って順次変化し、この検出対象ポイントKと検出ヘッド22aとの間の距離Lが変化する。そして、位置検出センサ22は、検出ヘッド22aと被検出面21(検出対象ポイントK)との間の距離Lを検出し、この検出距離情報Lをコントローラ23からエアコンECU24へ出力する。   When the piston 13 is reciprocated, the detected surface 21 is the front side of the position detection sensor 22 (detection head 22a) (the direction side in which the detection head 22a performs distance measurement), and is merely a positional relationship on the drawing. If it is expressed as, it will be moved horizontally. Therefore, the detection target point K, which is a part facing the detection head 22a on the detected surface 21, sequentially changes along the shape on the detected surface 21 in accordance with the reciprocating motion of the piston 13, and this detection target point K And the distance L between the detection head 22a changes. The position detection sensor 22 detects the distance L between the detection head 22a and the detected surface 21 (detection target point K), and outputs this detection distance information L from the controller 23 to the air conditioner ECU 24.

上記エアコンECU24はコンピュータ類似の電子制御ユニットであり、位置検出センサ22からの検出距離情報Lに基づいて圧縮機の吐出容量を推定、把握する。つまり、エアコンECU24が容量推定手段を構成している。エアコンECU24は、把握した圧縮機の容量情報を、図示しないエンジンECUに送信する。したがって、例えば、エンジンECUによるエンジンのアイドリング制御等を、圧縮機の負荷トルク等を考慮した好適なものとすることが可能となる。   The air conditioner ECU 24 is a computer-like electronic control unit that estimates and grasps the discharge capacity of the compressor based on the detection distance information L from the position detection sensor 22. That is, the air conditioner ECU 24 constitutes capacity estimation means. The air conditioner ECU 24 transmits the grasped compressor capacity information to an engine ECU (not shown). Therefore, for example, the engine idling control by the engine ECU can be made suitable in consideration of the load torque of the compressor and the like.

さて、前述したように、ピストン13の1往復において、被検出面21は、検出ヘッド22aとの距離Lが変化するように動作され、被検出面21の変位が検出ヘッド22aによって検出されて、位置検出センサ22から変位信号が出力される。この変位信号は、図2に示すように、ピストン13が上死点位置と下死点位置との間を移動される間において、つまり、ピストン13の1ストローク分において、波形パターンの変位信号として、位置検出センサ22からエアコンECU24へ出力される。距離情報Lの検出信号パターン(変位信号の波形パターン)は、それぞれの吐出容量の運転時で異なる。   As described above, in one reciprocation of the piston 13, the detected surface 21 is operated so that the distance L between the detected head 22a and the displacement of the detected surface 21 is detected by the detecting head 22a. A displacement signal is output from the position detection sensor 22. As shown in FIG. 2, the displacement signal is a waveform pattern displacement signal while the piston 13 is moved between the top dead center position and the bottom dead center position, that is, for one stroke of the piston 13. The position detection sensor 22 outputs to the air conditioner ECU 24. The detection signal pattern of the distance information L (the waveform pattern of the displacement signal) varies depending on the operation of each discharge capacity.

本実施態様では、例えば、吐出容量の検出に3つの情報を必要としている。1つ目は、上記で説明した位置検出センサ22から得られる距離情報Lの検出信号パターン(変位信号の波形パターン)である。2つ目は、ピストン往復運動の際の上死点位置の検出信号である。3つ目は、ピストン往復運動の周期情報、または1ストローク分に相当する情報である。   In this embodiment, for example, three pieces of information are required for detecting the discharge capacity. The first is a detection signal pattern (displacement signal waveform pattern) of distance information L obtained from the position detection sensor 22 described above. The second is a detection signal of the top dead center position during the reciprocating motion of the piston. The third is period equivalent information of piston reciprocating motion or information corresponding to one stroke.

ピストン往復運動の際の上死点位置と周期情報の検出は、例えば、圧縮機の上死点位置に対応するトルクリミッターのプーリー部やクラッチの場合は、アマチュア部に反射式の被検出部25を設置し、被検出面25に臨むようにして、非接触型の検出センサ26を配置して行う。検出センサ26としては、例えば光電反射式タイプのものが用いられる。   For example, in the case of a torque limiter pulley or clutch corresponding to the top dead center position of the compressor, the detection of the top dead center position and the period information during the reciprocating movement of the piston is reflected in the armature portion. The non-contact type detection sensor 26 is disposed so as to face the detection surface 25. As the detection sensor 26, for example, a photoelectric reflection type sensor is used.

図3は、本実施態様に係る容量推定における処理手順の例を示すフローチャートである。図2と図3を参照しながら、容量推定の処理手順の例について説明する。   FIG. 3 is a flowchart showing an example of a processing procedure in capacity estimation according to the present embodiment. An example of the capacity estimation processing procedure will be described with reference to FIGS.

本実施態様においては、まず、最大容量運転時の位置検出センサ22からの距離情報Lの検出信号パターンと検出センサ26からの上死点位置情報と周期情報に基づいて、ピストン13が上死点位置から下死点位置までの間を移動される間の(つまり、ピストン1ストローク分の)位置検出センサ22の距離情報 Lの検出信号パターン(変位信号の波形パターン)を、現在運転時の容量推定のための比較の基準出力波形として記録する。この検出信号パターンを、これ以降、最大容量運転時のピストン1ストローク分の変位信号波形パターン(A)と呼ぶことにする。   In this embodiment, first, the piston 13 is at the top dead center based on the detection signal pattern of the distance information L from the position detection sensor 22 at the time of maximum capacity operation, the top dead center position information and the period information from the detection sensor 26. The distance information L detection signal pattern (displacement signal waveform pattern) of the position detection sensor 22 while moving from the position to the bottom dead center position (that is, one stroke of the piston) Record as a reference output waveform for comparison for estimation. Hereinafter, this detection signal pattern will be referred to as a displacement signal waveform pattern (A) for one stroke of the piston during the maximum displacement operation.

次に、検出したい容量運転時(現在運転時)の位置検出センサ22からの距離情報Lの検出信号パターンと検出センサ26からの上死点位置情報と周期情報に基づいて、ピストン13が上死点位置から下死点位置までの間を移動される間の(つまり、ピストン1ストローク分の)位置検出センサ22の距離情報 Lの検出信号パターン(変位信号の波形パターン)を、現在運転時の容量推定のための出力波形として記録する。この検出信号パターンを、これ以降、現在運転時の容量推定のための出力波形パターン(B)と呼ぶことにする。   Next, the piston 13 is top dead based on the detection signal pattern of the distance information L from the position detection sensor 22 and the top dead center position information and period information from the detection sensor 26 at the capacity operation (current operation) to be detected. The distance information L detection signal pattern (displacement signal waveform pattern) of the position detection sensor 22 during the movement from the point position to the bottom dead center position (that is, for one stroke of the piston) Record as output waveform for capacity estimation. This detection signal pattern is hereinafter referred to as an output waveform pattern (B) for capacity estimation during the current operation.

検出したい容量は、最大容量以下なので、上記で得られた最大容量運転時のピストン1ストローク分の変位信号の波形パターン(A)(図2における容量100%のときの出力波形)は、現在運転時の容量推定のための出力波形(ピストン1ストローク分の変位信号の波形パターン(B))、つまり、図2における容量50%や10%のときの出力波形を内包している。   Since the displacement to be detected is less than the maximum displacement, the waveform pattern (A) of the displacement signal for one stroke of the piston during the maximum displacement operation obtained above (the output waveform when the displacement is 100% in FIG. 2) is the current operation. An output waveform for displacement estimation (a waveform pattern (B) of a displacement signal for one stroke of the piston), that is, an output waveform when the displacement is 50% or 10% in FIG. 2 is included.

最大容量運転時の距離情報Lの検出信号パターン(最大容量運転時のピストン1ストローク分の変位信号の波形パターン(A))を上死点からある任意の刻み容量で(例えば1%ごとに)切り出し、「検出したい容量」運転時の距離情報の検出信号パターン(つまり、現在運転時のピストン1ストローク分の変位信号の波形パターン(B))と適合度比較することを、例えば0%から最大容量の100%まで繰り返す。その中で最も「検出したい容量」の距離情報の検出信号パターンと一致した(適合した)容量が、「検出したい容量」運転時の推定容量となる。   Detection signal pattern of distance information L during maximum capacity operation (displacement signal waveform pattern (A) for one stroke of piston during maximum capacity operation) at an arbitrary increment from top dead center (for example, every 1%) Cutting out and comparing the degree of fitness with the detection signal pattern of distance information during the “capacity to be detected” operation (that is, the waveform pattern (B) of the displacement signal for one stroke of the piston during the current operation), for example, from 0% to the maximum Repeat to 100% of capacity. Among them, the capacity that most matches (adapts to) the detection signal pattern of the distance information of “capacity to be detected” is the estimated capacity during the “capacity to be detected” operation.

この任意の容量で切り取られた最大容量運転時の距離情報Lの検出信号パターンが、「検出したい容量」運転時の距離情報の検出信号パターンと一致しているか否かの評価には、前述したように相互相関係数を用いたり、残差の累積和を用いたり、平均値からの偏差の累積和を用いたりすることができる。   In the evaluation of whether or not the detection signal pattern of the distance information L at the time of maximum capacity operation cut out with this arbitrary capacity matches the detection signal pattern of the distance information at the time of “capacity to be detected” operation, Thus, a cross-correlation coefficient can be used, a cumulative sum of residuals can be used, or a cumulative sum of deviations from an average value can be used.

例えば相互相関係数を用いる場合には、下記数1で算出される相互相関係数rが最も高い、つまり、1に最も近い値となる容量が、求める吐出容量となる。また、残差の累積和や平均値からの偏差の累積和を用いる場合には、下記数2(残差の累積和の場合)、数3(平均値からの偏差の累積和の場合)で算出される累積和Iが最も小さい、つまり、0に最も近い値となる容量が求める吐出容量となる。なお、下記数1〜数3において、ai は「検出したい容量」運転時の波形パターンにおけるある点の値、バー付きaは、その波形パターンにおける各点の平均値、bi は最大容量運転時の波形パターンにおけるある点の値、バー付きbは、その波形パターンにおける各点の平均値を、それぞれ示している。 For example, when the cross-correlation coefficient is used, the discharge capacity to be obtained is the capacity having the highest cross-correlation coefficient r calculated by the following formula 1, that is, the value closest to 1. Also, when using the cumulative sum of residuals or the cumulative sum of deviations from the average value, the following formula 2 (in the case of cumulative sum of residuals) and formula 3 (in the case of cumulative sum of deviations from the average value) The calculated cumulative sum I is the smallest, that is, the volume that is the value closest to 0 is the required discharge volume. In the following equations 1 to 3, a i is the value of a certain point in the waveform pattern during the “capacity to be detected” operation, a with a bar is the average value of each point in the waveform pattern, and b i is the maximum capacity operation. The value of a certain point in the current waveform pattern, b with a bar, indicates the average value of each point in the waveform pattern.

Figure 2011149322
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また、前述したように、不要な演算を途中から中止して、演算の効率、演算時間の短縮をはかることが可能である。すなわち、上述した残差の累積和あるいは偏差の差の累積和に基づいて現在運転時の容量を推定する場合、本発明における容量推定手段は、累積和の演算途中で累積和の最小値を超えるときには越えた時点で演算を中止することができる。例えば図4に示すように、繰り返し演算を続けていく場合に、途中で現在における残差の累積和の最小値を超えるときには、すでに最小値を把握することが可能な状態にあるから、それ以上の演算は不要であり、その時点で演算を中止することにより、演算する信号パターン内の処理済みデータ数を減らすことができ、演算に要するトータル時間の短縮も可能になる。   Further, as described above, it is possible to cancel the unnecessary calculation halfway and reduce the calculation efficiency and calculation time. That is, when estimating the capacity during the current operation based on the cumulative sum of residuals or the cumulative sum of deviations described above, the capacity estimation means in the present invention exceeds the minimum value of the cumulative sum during the calculation of the cumulative sum. Sometimes the calculation can be stopped when the time is exceeded. For example, as shown in FIG. 4, when iterative computation is continued, if the minimum value of the current cumulative sum of residuals is exceeded, it is already possible to grasp the minimum value. This calculation is not necessary, and by canceling the calculation at that time, the number of processed data in the signal pattern to be calculated can be reduced, and the total time required for the calculation can be shortened.

また、前述したように、現在運転時の容量の推定において、離散した容量推定値間により適切な推定値が存在すると考えられる場合には、補間の手法により、より精度良く現在運転時の容量を推定することが可能である。図3に示した制御フローチャートにおいても、最終ステップの前に、このような補間のステップを設定してある。この補間には一般的な補間手法を採用すればよく、例えば図5に示すように、推定容量に関する処理済みデータ(図5における白抜きの丸印で表示)の列において、最も適合度の高いデータ数点近辺(図示例では極小値近辺)に、より適合度の高い仮想データが存在すると考えられる場合には、上記データ列を近似曲線で近似し、所定のデータ間を補間して、その補間領域から、例えば補間した近似曲線の極小値を取得することにより、より適合度の高い推定容量データを取り出し、その値を現在運転時の推定容量とすることによって、より精度良く現在運転時の容量を推定することが可能となる。   In addition, as described above, in the estimation of the capacity during the current operation, when it is considered that there is an appropriate estimated value between the discrete capacity estimation values, the capacity during the current operation can be more accurately determined by the interpolation method. It is possible to estimate. Also in the control flowchart shown in FIG. 3, such an interpolation step is set before the final step. For this interpolation, a general interpolation method may be adopted. For example, as shown in FIG. 5, the highest degree of fitness is obtained in a column of processed data relating to the estimated capacity (indicated by white circles in FIG. 5). When virtual data with a higher degree of fitness exists near the number of data points (near the local minimum in the example shown in the figure), the above data string is approximated with an approximate curve, and interpolation between predetermined data is performed. From the interpolation area, for example, by obtaining the minimum value of the interpolated approximate curve, the estimated capacity data with a higher degree of fitness is taken out, and the value is used as the estimated capacity at the time of the current operation. The capacity can be estimated.

なお、上記実施態様では、図2に示したように、適合度を比較するに際し、上死点位置から下死点位置までの間のピストン1ストローク分の距離情報 Lの検出信号パターン(変位信号の波形パターン)を用いたが、前述したように、例えば上死点位置を中心とした下死点から次の下死点までの1周期の情報を元に吐出容量の推定を行ってもよく、その1周期の情報からその半分に相当する分として、ピストン1ストローク分の変位信号の波形パターンを取得するようにしてもよい。   In the above embodiment, as shown in FIG. 2, when comparing the fitness, the detection signal pattern (displacement signal) of the distance information L for one stroke of the piston from the top dead center position to the bottom dead center position. As described above, for example, the discharge capacity may be estimated based on information of one cycle from the bottom dead center to the next bottom dead center with the top dead center position as the center. The waveform pattern of the displacement signal for one stroke of the piston may be acquired as the amount corresponding to half of the information of one cycle.

さらに前述したように、圧縮機運転中に仮に傷、磨耗等によってピストンの被検出面21からの検出信号(例えば、鮮明度の高い反射媒体の分布形状の信号)が初期値と著しく変化した場合でも、再度、その状態での最大容量運転時に得られる検出信号パターンを取得することによって、反射媒体の検出信号パターンの変化の影響を補正でき、劣化時における検出、容量推定精度を向上できる。この最大容量運転時に得られる検出信号パターンの取得は、特に圧縮機を停止したり外したりする必要は無く、運転中に取得できるので、極めて容易に取得可能である。   Further, as described above, when the detection signal from the detected surface 21 of the piston (for example, the signal of the distribution shape of the reflection medium having high definition) changes significantly from the initial value due to scratches, wear, etc. during the compressor operation. However, by acquiring again the detection signal pattern obtained during the maximum capacity operation in that state, the influence of the change in the detection signal pattern of the reflection medium can be corrected, and the detection and capacity estimation accuracy during deterioration can be improved. The acquisition of the detection signal pattern obtained during the maximum capacity operation is not particularly required to stop or remove the compressor, and can be acquired during the operation, so that it can be acquired very easily.

本発明に係る容量検出装置は、あらゆるピストンタイプ可変容量型圧縮機に適用でき、それによって容易に低コストで精度の高い容量推定を行うことができ、その容量推定を介して可変容量型圧縮機のトルク推定等に利用できる。   The capacity detection device according to the present invention can be applied to all piston type variable capacity compressors, thereby enabling easy and accurate capacity estimation at low cost, and through the capacity estimation, variable capacity compressors. Can be used for torque estimation.

1 可変容量型圧縮機
2 容量検出装置
3 プーリー
4 トルクリミッター機構
5 駆動軸
6 フロントハウジング
6a フロントハウジングの内周面
7 シリンダブロック
8 クランク室
9 ロータ
10 リンク機構
11 斜板
12 シリンダボア
13 ピストン
13a ピストンの首部
14 シュー
15 シリンダヘッド
16 吸入室
17 吐出室
21 ピストンの被検出面
22 位置検出センサ
22a 位置検出センサの検出ヘッド
23 コントローラ
24 エアコンECU
25 被検出部
26 検出センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Variable capacity type compressor 2 Capacity | capacitance detection apparatus 3 Pulley 4 Torque limiter mechanism 5 Drive shaft 6 Front housing 6a Inner peripheral surface 7 of front housing Cylinder block 8 Crank chamber 9 Rotor 10 Link mechanism 11 Swash plate 12 Cylinder bore 13 Piston 13a Piston 13a Neck 14 Shoe 15 Cylinder head 16 Suction chamber 17 Discharge chamber 21 Detected surface 22 of piston Position detection sensor 22a Detection head 23 of position detection sensor Controller 24 Air conditioner ECU
25 Detected part 26 Detection sensor

Claims (18)

ピストンの往復運動によってガス圧縮を行うとともに、ピストンのストロークを変更することで容量を変更可能な可変容量型圧縮機の容量検出装置であって、
(1)前記ピストンの側方に配置された位置検出センサであって、ピストンの往復運動によって前記位置検出センサの前方側で横動されるピストンの形状を被検出面とし、該被検出面の前記位置検出センサと正対する部位である検出対象ポイントがピストンの往復運動の際に前記位置検出センサに対し近接離間する変位信号を出力する位置検出センサと、
(2)最大容量運転時のピストン1ストローク分の前記変位信号の波形パターン(A)を測定して記憶し、現在運転時のピストン1ストローク分の前記変位信号の波形パターン(B)を検出し、前記波形パターン(A)と前記波形パターン(B)の比較から、現在運転時のピストンストロークに対応する現在運転時の容量を推定する推定手段と、
を備えたことを特徴とする可変容量型圧縮機の容量検出装置。
A capacity detection device for a variable capacity compressor that performs gas compression by reciprocating movement of the piston and can change the capacity by changing the stroke of the piston,
(1) A position detection sensor disposed on the side of the piston, the shape of the piston being laterally moved in front of the position detection sensor by a reciprocating motion of the piston being a detection surface, A position detection sensor that outputs a displacement signal that approaches and moves away from the position detection sensor when a detection target point that is a part facing the position detection sensor is reciprocating a piston;
(2) The waveform pattern (A) of the displacement signal for one stroke of the piston during the maximum capacity operation is measured and stored, and the waveform pattern (B) of the displacement signal for the piston stroke of the current operation is detected. Estimating means for estimating a capacity during current operation corresponding to a piston stroke during current operation from a comparison between the waveform pattern (A) and the waveform pattern (B);
A capacity detection device for a variable capacity compressor, comprising:
前記推定手段は、圧縮機1回転の周期の信号またはピストンの上死点信号、またはその両方の信号を、前記波形パターン(A)と前記波形パターン(B)の比較の際の基準に用いて、前記現在運転時の容量を推定する、請求項1に記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The estimation means uses a signal of a period of one rotation of the compressor, a top dead center signal of the piston, or both signals as a reference in comparing the waveform pattern (A) and the waveform pattern (B). The capacity detection device for a variable capacity compressor according to claim 1, wherein the capacity during the current operation is estimated. 前記推定手段は、前記波形パターン(A)から所定の刻み割合で切り出した複数の波形パターン分と、前記波形パターン(B)とを比較して、両者の相互相関係数を算出し、該相互相関係数が最大値を示す時の容量を現在運転時の推定容量とする、請求項1または2に記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The estimating means compares a plurality of waveform patterns cut out from the waveform pattern (A) at a predetermined step rate with the waveform pattern (B), calculates a cross-correlation coefficient between them, and calculates the mutual correlation coefficient. The capacity detection device for a variable capacity compressor according to claim 1 or 2, wherein a capacity when the correlation coefficient shows a maximum value is an estimated capacity during the current operation. 前記推定手段は、前記波形パターン(A)から所定の刻み割合で切り出した複数の波形パターン分と、前記波形パターン(B)とを比較して、両者間の残差の累積和を算出し、該残差の累積和が最小値を示す時の容量を現在運転時の推定容量とする、請求項1または2に記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The estimation means compares a plurality of waveform patterns cut out from the waveform pattern (A) at a predetermined step rate and the waveform pattern (B), and calculates a cumulative sum of residuals between the two, The capacity detection device for a variable capacity compressor according to claim 1 or 2, wherein a capacity when the cumulative sum of the residuals shows a minimum value is an estimated capacity at the time of current operation. 前記推定手段は、前記波形パターン(A)とその平均値との偏差と、前記波形パターン(B)とその平均値との偏差との差の累積和を算出し、該偏差の差の累積和が最小値を示す時の容量を現在運転時の推定容量とする、請求項1または2に記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The estimation means calculates a cumulative sum of a difference between the deviation between the waveform pattern (A) and the average value and a deviation between the waveform pattern (B) and the average value, and a cumulative sum of the difference between the deviations. The capacity detection device for a variable capacity compressor according to claim 1 or 2, wherein a capacity when the value indicates a minimum value is an estimated capacity during current operation. 前記推定手段は、前記累積和の演算途中で前記最小値を超えるときには越えた時点で演算を中止し、演算終了時に前回の前記最小値を下回るときには前記最小値を更新する、請求項4または5に記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The estimation means stops the calculation when it exceeds the minimum value during the calculation of the cumulative sum, and updates the minimum value when it falls below the previous minimum value at the end of the calculation. The capacity detection device of the variable capacity compressor described in 1. 前記推定手段は、前記最大の相互相関係数もしくは最小の累積和を示した推定容量値とその前後の算出容量値との間の容量領域を補間し、その補間領域内に、それまで算出した相互相関係数より大きいもしくはそれまで算出した累積和より小さい値が存在する場合には、その値を現在運転時の推定容量とする、請求項3〜6のいずれかに記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The estimation means interpolates a capacity area between the estimated capacity value indicating the maximum cross-correlation coefficient or the minimum cumulative sum and a calculated capacity value before and after the estimated capacity value, and the calculation is performed in the interpolation area. The variable capacity compression according to any one of claims 3 to 6, wherein when there is a value larger than the cross-correlation coefficient or smaller than the cumulative sum calculated so far, the value is set as an estimated capacity at the time of current operation. Capacity detector. 前記圧縮機1回転の周期の信号は、圧縮機の駆動源の回転信号から求められる、請求項2〜7のいずれかに記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The capacity detection device for a variable displacement compressor according to any one of claims 2 to 7, wherein the signal of the period of one rotation of the compressor is obtained from a rotation signal of a drive source of the compressor. 前記ピストンの上死点信号は、圧縮機の駆動用プーリーのピストン上死点に対応する部位に設けられた被検出体と、該被検出体に正対する位置に設けられた検出手段によって求められる、請求項2〜8のいずれかに記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The top dead center signal of the piston is obtained by a detection body provided at a portion corresponding to the top dead center of the piston of the driving pulley of the compressor and detection means provided at a position facing the detection body. The capacity detection device for a variable capacity compressor according to any one of claims 2 to 8. 前記ピストン1ストローク分の前記変位信号の波形パターンが、ピストンの往復運動の際の波形パターンから求められる、請求項1〜9のいずれかに記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The displacement detection device for a variable displacement compressor according to any one of claims 1 to 9, wherein a waveform pattern of the displacement signal for one stroke of the piston is obtained from a waveform pattern in a reciprocating motion of the piston. 前記位置検出センサは、前記ピストンの被検出面における凹凸形状の分布、電磁特性の分布、光反射特性の分布の少なくともいずれかを検出する、請求項1〜10のいずれかに記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The variable capacitance type according to any one of claims 1 to 10, wherein the position detection sensor detects at least one of an uneven shape distribution, an electromagnetic characteristic distribution, and a light reflection characteristic distribution on a detection surface of the piston. Compressor capacity detection device. 前記位置検出センサは、渦電流式、電磁誘導式、静電容量式、光電反射式のいずれかのセンサからなる、請求項11に記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The capacity detection device for a variable capacity compressor according to claim 11, wherein the position detection sensor includes an eddy current sensor, an electromagnetic induction sensor, a capacitance sensor, or a photoelectric reflection sensor. 前記ピストンの被検出面に、磁気特性を備えた塗料が塗布されている、もしくは、磁石が埋め込まれている、請求項12に記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The capacity detection device for a variable capacity compressor according to claim 12, wherein a paint having magnetic properties is applied to a detection surface of the piston, or a magnet is embedded. 前記ピストンの被検出面に、光特性を備えた塗料が塗布されている、もしくは、光反射体が埋め込まれている、請求項12に記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The capacity detecting device for a variable capacity compressor according to claim 12, wherein a paint having optical characteristics is applied to a surface to be detected of the piston, or a light reflector is embedded. 前記推定手段は、前記位置検出センサによる検出信号が、前記ピストンの被検出面の傷、磨耗等によって初期値に対し変化した場合においても、その状態における前記波形パターン(A)を再記録することにより、前記変化による影響を補正して現在運転時の容量を推定する、請求項1〜14のいずれかに記載の可変容量型圧縮機の容量検出装置。   The estimation means re-records the waveform pattern (A) in that state even when the detection signal from the position detection sensor changes from the initial value due to scratches, wear, etc. on the detected surface of the piston. The capacity detection device for a variable capacity compressor according to claim 1, wherein the capacity during current operation is estimated by correcting the influence due to the change. 請求項1〜15のいずれかに記載の容量検出装置を備えた可変容量型圧縮機。   A variable capacity compressor provided with the capacity detection device according to claim 1. 推定した容量と少なくとも圧縮機の吐出圧力と吸入圧力から圧縮機のトルクを推定する、請求項16に記載の可変容量型圧縮機。   The variable capacity compressor according to claim 16, wherein the torque of the compressor is estimated from the estimated capacity and at least the discharge pressure and suction pressure of the compressor. 推定した容量を入力情報として、圧縮機の容量を可変させる容量制御弁の弁開度が制御される、請求項16または17に記載の可変容量型圧縮機。   The variable capacity compressor according to claim 16 or 17, wherein the opening degree of a capacity control valve that varies the capacity of the compressor is controlled by using the estimated capacity as input information.
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