JP3961108B2

JP3961108B2 - Clutch control device for externally controlled variable displacement compressor

Info

Publication number: JP3961108B2
Application number: JP09748498A
Authority: JP
Inventors: 篤久保田; 浩一島田
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2018-04-09
Also published as: JPH11291752A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吐出容量を変化させる制御圧力を外部からの電気信号に基づいて制御するコントロール手段を備えた外部制御式可変容量コンプレッサのクラッチを制御する装置に関し、特に、省電力化を図ったものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、カーエアコンに対する省動力ニーズおよびコンプレッサのＯＮ／ＯＦＦ制御時の吹出風温度変化やショック低減といった快適性ニーズを満たすため、冷房能力の必要量に応じて冷媒吐出容量を可変しうる可変容量コンプレッサが広く普及しつつある。たとえば、斜板式の可変容量コンプレッサを例にとると、冷房空間の熱負荷に応じて斜板の傾きを連続的に変えることにより、ピストンストロークを変化させ、連続的に容量を変えるようにしている。この場合、斜板の傾きが大きければ吐出量が多く（最大冷房時）、傾きが小さければ吐出量も少なくなる（容量制御時）。このように最大冷房時以外では冷媒循環量が減少するため、コンプレッサ所要動力が減少する。
【０００３】
このような可変容量コンプレッサにおいて容量を変化させる（たとえば、斜板式の場合には斜板の傾きを変化させる）制御方法として、いわゆるメカニカルコントロールバルブ（ＭＣＶ）を用いて制御を行うのが一般的である。このメカニカルコントロールバルブは、コンプレッサ本体に設けられた弁（たとえば、ベローズ式コントロールバルブ）であって、コンプレッサの吸入圧力を使って容量の可変制御を内部的に行うものである。たとえば、斜板式可変容量コンプレッサにベローズ式コントロールバルブを設けた場合、コンプレッサの熱負荷に応じて変化する吸入圧力の変化（設定圧力との大小関係）によるべローズの収縮・膨脹により、クランクケース内とコンプレッサの吐出側とに通じる高圧側のバルブ、およびクランクケース内とコンプレッサの吸入側とに通じる低圧側のバルブの開閉を行うことで、クランクケース内の圧力（制御圧力）を制御し、ピストンを挟んでシリンダ内とクランクケース内の圧力差から生じるピストンに加わる圧力のバランスを変えて斜板の傾きを変化させている。
【０００４】
しかし、このような可変容量コンプレッサの可変容量制御にあっては、べローズ式などのメカニカルコントロールバルブを用いた特性に基づく機械的制御であるため、連続制御は可能となるものの、省動力などを目的とした複雑な制御を行うことが困難なものであった。
【０００５】
これに対し、電気信号による外部制御が可能な電磁弁などの電子操作式コントロールバルブ（ＥＣＶ）を備えた外部制御式可変容量コンプレッサがある。これによれば、ソフトウエアによって外部から制御を行うことができるので、コンプレッサの最適制御が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような外部から電気信号によって複雑な制御を行う外部制御式可変容量コンプレッサにあっては、その多岐にわたる制御内容にしたがってコンプレッサの駆動トルクが変動することとなるが、エンジンにより駆動される可変容量コンプレッサにおいては、このエンジン負荷となるコンプレッサの駆動トルクについて特に予測することは行われていなかった。
【０００７】
また、コンプレッサ作動時においては、自動車エンジンからの駆動力をコンプレッサの駆動シャフトに伝達したり伝達しなかったりするためのクラッチのコイルへの電力供給は、最大のエンジン負荷となる場合を想定して、一律高めに設定されていた。
【０００８】
したがって、コンプレッサ作動時は必要以上の吸引力が発生し、電力を空費することとなっており、また、このようなエネルギの損失により燃費の悪化を招くことに繋がるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、外部から電気信号によって制御を行う外部制御式可変容量コンプレッサの駆動トルクを予測して、このトルクに見合ったコンプレッサのクラッチへの電力供給とすることにより省電力化を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、吐出容量を変化させる制御圧力を外部からの電気信号に基づいて制御するコントロール手段を備えると共に自動車用空調装置の冷凍サイクルを構成する外部制御式可変容量コンプレッサのクラッチ制御装置であって、前記冷凍サイクルの高圧側飽和温度を検出する温度検出手段と、前記可変容量コンプレッサの吸入圧力を検出する吸入圧力検出手段と、前記温度検出手段により検出された高圧側飽和温度および前記吸入圧力検出手段により検出された吸入圧力に基づいて前記可変容量コンプレッサの駆動トルクの推定値を演算する演算手段と、前記演算手段により演算された駆動トルクの推定値に基づいて外部駆動手段からの駆動力を前記可変容量コンプレッサへ伝達又は遮断するためのクラッチへの電力供給を制御する制御手段と、を有し、前記温度検出手段は、前記冷凍サイクルを構成するリキッドタンクに取り付けられる圧力スイッチのコネクタ内に一体的に配置されることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の外部制御式可変容量コンプレッサのクラッチ制御装置において、前記演算手段は、前記高圧側飽和温度、前記吸入圧力および前記電気信号に基づいて前記可変容量コンプレッサの駆動トルクの推定値を演算することを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の外部制御式可変容量コンプレッサのクラッチ制御装置において、前記温度検出手段 (44) は、前記圧力スイッチ (45) に対して直列に電気的接続されることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る外部制御式可変容量コンプレッサのクラッチ制御装置のシステム構成を説明するためのブロック図である。
【００１８】
このシステムは、自動車用空調装置（カーエアコン）に搭載された冷凍サイクル１を有する。この冷凍サイクル１は、外部制御式可変容量コンプレッサ２、コンデンサ３、リキッドタンク４、膨脹弁５、およびエバポレータ６などを配管で連結し、その中に冷媒を封入して構成されている。外部制御式可変容量コンプレッサ２は、図示しないエンジンにより図示しないベルト、プーリ７およびクラッチ１１を介して選択的に駆動され、その駆動時にエバポレータ６で蒸発した低温低圧のガス冷媒を吸入し圧縮して、高温高圧になったガス冷媒をコンデンサ３に圧送し、該冷媒をコンデンサ３およびエバポレータ６を介して繰返し循環させる。コンデンサ３にはコンデンサファン８が付設されており、コンデンサ３は、コンデンサファン８によって供給される冷却空気との熱交換により、コンプレッサ２から送り込まれてきた高温高圧のガス冷媒を冷却し凝縮液化させる。コンデンサ３と膨脹弁５の間に設けられたリキッドタンク４は、コンデンサ３で液化した冷媒を気液分離して液冷媒を一度貯え、液冷媒のみを膨脹弁５に送り出す。一般的に使用される温度式の膨脹弁５の場合には、リキッドタンク４を通ってきた中温高圧の液冷媒を減圧膨脹させて、低温低圧の霧状の冷媒にするとともに、エバポレータ６の下流に設けた図示しない感温筒のフィードバックにより、エバポレータ出口で、冷媒の蒸発状態が適度な過熱度を持つよう冷媒流量を調節する。エバポレータ６は、コンデンサ３で液化され膨脹弁５で低温低圧になった霧状の冷媒を蒸発させて、外側に図示しないブロアファンにより送られてくる空気を流して前記霧状冷媒と熱交換させることで、車室内に吹き出される空気を冷却し、同時に除湿する。
【００１９】
この外部制御式可変容量コンプレッサ２は、たとえば、斜板式の外部制御式可変容量コンプレッサであって、その斜板の傾きが電気信号で外部から制御できるようになっている。つまり、この外部制御式可変容量コンプレッサ２は、コントロール手段として、従来のメカニカルコントロールバルブ（ＭＣＶ）に代えて電気信号による外部制御が可能な電磁弁などの電子操作式コントロールバルブ（ＥＣＶ）９を備えている。たとえば、ＥＣＶ９として高圧側と通じている電磁弁を用いた場合、クランクケース内と低圧側とは所定の開度の通路で連通しており、クランクケース内の圧力は低圧側に逃げるようになっている。よって、かかる電磁弁９をＯＮ−ＯＦＦして高圧側圧力を導入・遮断することでクランクケース内の圧力（制御圧力）を制御することにより、ピストンに加わる圧力のバランスを変えて斜板の傾きを変化させ、これによってコンプレッサ２の吐出容量を制御することができる。
【００２０】
このとき、電磁弁９には、外部からの電気信号として、たとえば、後述するオートアンプ１０から、演算された適当な値のデューティ比（パルス波においてパルス幅を周期で割った数値）を持ったデューティ信号が与えられる。容量（斜板の傾き）を小さくする必要があるときは、大きなデューティ比を持ったデューティ信号を与えて電磁弁９の開弁時間を長くしてクランクケース内の圧力（制御圧力）を上昇させ、容量（斜板の傾き）を大きくする必要があるときは、小さなデューティ比を持ったデューティ信号を与えて電磁弁９の開弁時間を短くしてクランクケース内の圧力（制御圧力）を低下させる。
【００２１】
この外部制御式可変容量コンプレッサ２は、オートアンプ１０によって制御される。ここでは、コンプレッサのクラッチの制御に必要な構成要素のみを図示してある。すなわち、オートアンプ１０には、外部制御式可変容量コンプレッサ２の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段としての高圧側圧力センサ（高圧トランスデューサ）１５、および吸入圧力検出手段としての低圧側圧力センサ（低圧トランスデューサ）１６等が接続されている。高圧側圧力センサ１５はコンデンサ３とコンプレッサ２の間の高圧配管に取り付けられ、冷媒の高圧側圧力を電気信号に変換するものである。コンプレッサ２の吐出圧力はこの高圧側圧力によって示される。なお、高圧側圧力センサ１５をコンデンサ３と膨脹弁５の間の高圧配管に取り付けて、この高圧側圧力をコンプレッサ２の吐出圧力の代替として検出してもよい。また、低圧側圧力センサ１６はエバポレータ６とコンプレッサ２の間の低圧配管に取り付けられ、冷媒の低圧側圧力を電気信号に変換するものである。コンプレッサ２の吸入圧力はこの低圧側圧力によって示される。
【００２２】
オートアンプ１０は、内蔵しているマイクロコンピュータによって、図示しない乗員によって操作される温度調節スイッチ、車室外気温センサ、車室内気温センサ、日射量センサ、エバポレータ下流側空気温度センサ、加熱源となるエンジン冷却水の温度センサなどの各スイッチおよびセンサからの入力信号を演算処理して、必要なコンプレッサの吐出容量となるように、制御パラメタであるデューティ比を決定し、このデューティ比信号を外部制御式可変容量コンプレッサ２の電磁弁（ＥＣＶ）９に出力するようになっている。
【００２３】
ここで、コンプレッサの吐出圧力をＰｄ、コンプレッサの吸入圧力をＰｓ、デューティ比をＲ、コンプレッサの駆動トルクをＴｒとした場合に、次の関係がある。
ｆ（Ｔｒ）＝ｆ（Ｐｄ，Ｐｓ，Ｒ）
但し、ｆは関数を示す。具体的には、これらＴｒ，Ｐｄ，Ｐｓ，Ｒの関係は、あらかじめ実験により求めることができ、図２に示すような関係にあることがわかる。この関係を利用して、オートアンプ１０は、コンプレッサ作動時の所定の特徴量としてのコンプレッサの吐出圧力Ｐｄ、コンプレッサの吸入圧力Ｐｓ、およびデューティ比Ｒからコンプレッサの駆動トルクＴｒの推定値の演算を行うようになっている。
【００２４】
また、オートアンプ１０は、外部駆動手段としての自動車エンジンからの駆動力をコンプレッサ２の図示しない駆動シャフトへ伝達又は遮断するためのクラッチ１１に接続されている。そして、オートアンプ１０は、演算された駆動トルクＴｒの推定値に基づいてクラッチ１１への電力供給を制御する構成とされている。クラッチ１１としては、一般に、マグネットクラッチが使用されている。このクラッチ１１は、ロータであるプーリ７の前面に配置されコンプレッサ２の駆動シャフトに回転軸が直結されるクラッチ板と、このクラッチ板に対しプーリ７をはさんだ反対側に配置されるコイルとを有している（いずれも図示せず）。そして、このクラッチ１１のコイルに通電されることによって生じる磁力により、クラッチ板が吸引されてプーリ７に吸着する構成となっている。したがって、具体的には、オートアンプ１０は、演算された駆動トルクＴｒの推定値に基づいて、クラッチ１１のコイルへの印加電圧の制御を行うようになっている。
【００２５】
なお、上記のように、オートアンプ１０は、駆動トルクＴｒの推定値を演算する演算手段、およびクラッチ１１への電力供給を制御する制御手段の双方の構成を兼備するものとされている。
【００２６】
もちろん、オートアンプ１０は、上記のほかに、自動車用空調装置についての通常の制御を行う。すなわち、オートアンプ１０には、図示しない他のスイッチやセンサ、例えば、ファンスイッチ、加熱源となるエンジン冷却水温度センサなどがさらに接続されており、オートアンプ１０は、内蔵しているマイクロコンピュータによって、それらの各センサ、エアミックスＰＢＲ（エアミックスドアアクチュエータに内蔵）、および各スイッチなどの信号を演算処理し、各アクチュエータ（インテークドアアクチュエータ、エアミックスドアアクチュエータ、モードドアアクチュエータ）、ファンコントロールアンプ、およびコンプレッサ２（のプーリ７からの駆動力を伝達または遮断するためのクラッチ１１）を作動させることにより、吸込口位置、吹出風温度、吹出口位置、吹出風量、およびコンプレッサ２自体のＯＮ／ＯＦＦを総合的に制御する機能をも有している。
【００２７】
本実施形態は、上記のように構成されており、以下コンプレッサのクラッチ制御動作について説明する。
【００２８】
まず、図示しないエアコンスイッチやデフロストスイッチなどコンプレッサ作動指令が出されると、外部制御式可変容量コンプレッサ２のクラッチ１１がオンされ、自動車エンジンの駆動力がベルト、プーリ７およびクラッチ１１を介してコンプレッサ２の駆動シャフトに伝達される。これにより、冷凍サイクル１内の冷媒の循環が行われて所定の空調動作が開始される。オートアンプ１０は、温度調節スイッチ、車室外、内の気温などからの入力信号を演算処理して制御パラメタであるデューティ比Ｒを決定する。そして、オートアンプ１０は、演算された所定のデューティ比Ｒを電磁弁９に出力して高圧側圧力を導入・遮断し、クランクケース内の圧力を制御することにより、斜板の傾きを変化させ、これによってコンプレッサ２の吐出容量の制御を行う。
【００２９】
また、高圧側圧力センサ１５により検出された吐出圧力Ｐｄと、低圧側圧力センサ１６により検出された吸入圧力Ｐｓの信号とがオートアンプ１０に入力される。オートアンプ１０は、図２に示したあらかじめ実験により求められた吐出圧力、吸入圧力、デューティ比およびコンプレッサの駆動トルクの関係に基づいて、コンプレッサの駆動トルクの推定を行う。すなわち、図２の右側部分に示すように、検出された吐出圧力および吸入圧力から定常時でのデューティ比が決まり、これらに基づいて、図２の左側部分の関係から、外部制御式可変容量コンプレッサの駆動トルクを簡易な構成で精度良く予測することができる。
【００３０】
なお、図２からわかるように、ある吐出圧力Ｐｄが決まると、デューティ比Ｒによって吸入圧力Ｐｓが定まることとなるので、結果的には吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとによってコンプレッサの駆動トルクＴｒの推定を行うことが可能である。但し、デューティ比Ｒは制御パラメタとして外部制御式可変容量コンプレッサ２の電磁弁（ＥＣＶ）９に出力されるものであって、吐出圧力Ｐｄおよび吸入圧力Ｐｓの数値を変化させる要因となるものであることから、このデューティ比Ｒを考慮することによって、コンプレッサの駆動トルクＴｒの推定を、そのトルクの遷移動向を考慮してより迅速かつ正確に行うことが可能となる。
【００３１】
ここで、このようにして求められたコンプレッサの駆動トルクＴｒの推定値に基づいて、オートアンプ１０はクラッチ１１の制御を行う。すなわち、オートアンプ１０は、クラッチ１１のコイルにコンプレッサの駆動トルクＴｒに見合った所定の電圧を印加するための信号を出力する。
【００３２】
図３は、コンプレッサの駆動トルクＴｒとクラッチ１１のコイルへの印加電圧Ｖとの関係を示す図である。図３に破線で示される電圧が従来のもの、実線で示される電圧が本実施形態によるものであり、したがって、図中斜線で示す領域が従来無駄に電力消費されていた部分である。このように、エンジン負荷としてのコンプレッサの駆動トルクＴｒの推定値の大きさに応じてクラッチ１１のマッグネットコイルへの印加電圧の調整を行うようにしたので、コンプレッサの駆動に必要なトルクを確保した効率的なクラッチ１１への電力供給が可能となる。
【００３３】
このため、必要以上の吸引力を発生させて電力を空費することを防止することができ、省電力化を図ることができる。また、電力空費というエネルギの損失による燃費の悪化を防止することによって省燃費性能が向上する。さらに、クラッチのコイルへの印加電圧が全体として低減することとなるため、コイルの信頼耐久性が向上する。
【００３４】
図４は、本発明の他の実施形態に係る外部制御式可変容量コンプレッサのクラッチ制御装置のシステム構成を説明するためのブロック図、図５は、温度センサ付き圧力スイッチが取り付けられたリキッドタンクを示す断面図、図６は、圧力スイッチと温度センサとの接続方法を示す回路図である。
【００３５】
この実施形態は、吐出圧力Ｐｄの代わりに冷凍サイクル１上の高圧側飽和温度ＴL を検出するようにした点で上記実施形態と相違している。但し、その他の点については同様であるため、図１に示した部材と共通する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
図４および図５に示すように、リキッドタンク４の端板４１に、気液混合部４２に臨むようにして、温度センサ付き圧力スイッチ４３が取り付けられている。温度センサ４４は、当該温度センサ付き圧力スイッチ４３の先端側のコネクタ内に、圧力スイッチ４５と一体的に配置されており、好ましくは、温度センサ自身の保護のため、冷媒の温度を熱伝導性の良好な金属板等からなる伝熱部材４４ａを介して検出することができるように構成される。
【００３７】
温度センサ４４としては、例えばサーミスタが使用され、図６に示すように、圧力スイッチ４５に対して直列に接続される。なお、圧力スイッチ４５は、高圧側圧力の異常上昇（Ｈｉ側）および異常低下（Ｌｏ側）を検出するものである。したがって、サーミスタである温度センサ４４は、通常は、その抵抗値が電圧となって後述するコンプレッサの駆動トルクの推定に使用される。また、圧力スイッチ４５の作動時は、圧力スイッチ４５の接点４５ａが離れ、温度センサでカットするよりも時定数の遅れなく確実にカットすることができる。ここで、「カット」とは、クラッチを切ってコンプレッサを停止することをいう。
【００３８】
なお、高プレッシャ（Ｈｉ側）により圧力スイッチ４５が作動して回路の抵抗値が∞となった場合、アンプとしては、圧力が高いということになるため、コンプレッサの駆動トルクは高トルクであると判定される。一方、低プレッシャ（Ｌｏ側）により圧力スイッチ４５が作動した場合は、コンプレッサの駆動トルクは低トルクなのに高トルクと判定されてしまい、ハイ（Ｈｉ）アイドリングとなってしまう。よって、圧力で切れる前の状態を見ておき、Ｌｏ側で切れたのかＨｉ側で切れたのか判断する必要がある。
【００３９】
図７は、高圧側飽和温度ＴL とコンプレッサの吐出圧力Ｐｄとの関係を示す図である。図示のように、これら両者の間には相関がかなり安定的にあることがわかる。したがって、この高圧側飽和温度ＴL を吐出圧力Ｐｄの代わりに使用することによっても、上記した実施形態と同様に、外部制御式可変容量コンプレッサの駆動トルクを簡易な構成で精度良く予測することができる。
【００４０】
特に、本実施形態によれば、圧力スイッチと温度センサとを一体化して２つの機能を果たさせるように構成したので、アンプへの接続のためにハーネスを新設しなくても済み、しかも、温度センサを取り付けるために取付相手側の加工が必要になることもない。また、高圧側圧力センサ（高圧トランスデューサ）よりも温度センサの方が安価であるため、低コストにてコンプレッサの駆動トルクの推定を行うことができる利点がある。さらに、圧力スイッチとしての機能は従来どおり確保することが可能である。但し、図４に示すシステムでは、上記のように温度センサと圧力スイッチとを一体化したものを使用して説明したが、温度センサを圧力スイッチとは別個に例えば冷媒配管に取り付けて、高圧側飽和温度ＴL を検出する構成とすることも可能である。
【００４１】
なお、以上説明した実施形態は、本発明を限定するために記載されたものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更が可能である。例えば、外部制御式可変容量コンプレッサの駆動トルクの推定は、上記実施形態において説明した方法に限られるものではなく、当該可変容量コンプレッサ作動時の他の所定の特徴量に基づいて行うようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１記載の発明によれば、外部制御式可変容量コンプレッサの駆動トルクの推定値に基づいてクラッチへの電力供給を制御するようにしたので、外部制御式可変容量コンプレッサの駆動に必要なトルクを確保した効率的な電力供給が可能となる。このため、必要以上の電力を空費することを防止することができ、省電力化を図ることができる。また、電力空費というエネルギの損失による自動車エンジン等の燃費の悪化を防止することによって省燃費性能が向上する。さらに、クラッチへの電力供給量が全体として低減され、クラッチの信頼耐久性が向上することとなる。
さらに、外部制御式可変容量コンプレッサの駆動トルクを簡易な構成で精度良くしかも低コストにて予測して、より効率的なクラッチへの電力供給を行うことができる。
さらに、温度センサを取り付けるために取付相手側の加工が必要になることもなく、また、圧力スイッチとしての機能は従来どおり確保することができる。
【００４３】
請求項２記載の発明によればさらに、コンプレッサの駆動トルクの推定を、そのトルクの遷移動向を考慮してより迅速かつ正確にしかも低コストにて行って、より一層効率的なクラッチへの電力供給を行うことができる。
【００４４】
請求項３記載の発明によればさらに、圧力スイッチと温度センサとを直列接続して一体化し、２つの機能を果たさせるように構成したので、ハーネスを新設しなくても済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る外部制御式可変容量コンプレッサのクラッチ制御装置のシステム構成を説明するためのブロック図である。
【図２】コンプレッサの吐出圧力Ｐｄ、コンプレッサの吸入圧力Ｐｓ、デューティ比Ｒおよびコンプレッサの駆動トルクＴｒの関係を示す図である。
【図３】コンプレッサの駆動トルクＴｒとクラッチのコイルへの印加電圧Ｖとの関係を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る外部制御式可変容量コンプレッサのクラッチ制御装置のシステム構成を説明するためのブロック図である。
【図５】温度センサ付き圧力スイッチが取り付けられたリキッドタンクを示す断面図である。
【図６】圧力スイッチと温度センサとの接続方法を示す回路図である。
【図７】高圧側飽和温度ＴL とコンプレッサの吐出圧力Ｐｄとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１…冷凍サイクル、
２…外部制御式可変容量コンプレッサ、
４…リキッドタンク、
９…電磁弁（コントロール手段）、
１０…オートアンプ（演算手段、制御手段）、
１１…クラッチ、
１５…高圧側圧力センサ（吐出圧力検出手段）、
１６…低圧側圧力センサ（吸入圧力検出手段）、
４４…温度センサ（温度検出手段）、
４５…圧力スイッチ、
５０…エンジンコントロールアンプ（燃料供給調整手段）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for controlling a clutch of an externally controlled variable displacement compressor provided with a control means for controlling a control pressure for changing a discharge capacity based on an electric signal from the outside, and in particular, intended to save power. About.
[0002]
[Prior art]
Recently, variable capacity compressors that can change the refrigerant discharge capacity according to the required amount of cooling capacity to meet the needs for power saving for car air conditioners and comfort needs such as blowing air temperature change and shock reduction during compressor ON / OFF control Is becoming widespread. For example, taking a swash plate type variable displacement compressor as an example, the piston stroke is changed by continuously changing the inclination of the swash plate in accordance with the heat load in the cooling space, so that the capacity is continuously changed. . In this case, if the inclination of the swash plate is large, the discharge amount is large (during maximum cooling), and if the inclination is small, the discharge amount is also small (during capacity control). As described above, since the refrigerant circulation amount decreases except during the maximum cooling, the required power of the compressor decreases.
[0003]
In such a variable displacement compressor, as a control method for changing the capacity (for example, changing the inclination of the swash plate in the case of a swash plate type), control is generally performed using a so-called mechanical control valve (MCV). is there. This mechanical control valve is a valve (for example, a bellows type control valve) provided in the compressor body, and internally performs variable control of the capacity using the suction pressure of the compressor. For example, when a bellows type control valve is installed in a swash plate type variable displacement compressor, the bellows contracts and expands due to a change in the suction pressure that changes according to the thermal load of the compressor (the magnitude relationship with the set pressure). Open and close the high pressure side valve leading to the compressor discharge side and the low pressure side valve leading to the inside of the crankcase and the suction side of the compressor, thereby controlling the pressure (control pressure) in the crankcase, The inclination of the swash plate is changed by changing the balance of the pressure applied to the piston resulting from the pressure difference between the cylinder and the crankcase.
[0004]
However, the variable displacement control of such a variable displacement compressor is mechanical control based on characteristics using a mechanical control valve such as a bellows type, so continuous control is possible, but power saving etc. It was difficult to perform the complicated control intended.
[0005]
On the other hand, there is an externally controlled variable capacity compressor provided with an electronically operated control valve (ECV) such as an electromagnetic valve that can be externally controlled by an electrical signal. According to this, since control can be performed from the outside by software, optimum control of the compressor becomes possible.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an externally controlled variable capacity compressor that performs complicated control by an electric signal from the outside, the driving torque of the compressor varies according to the various control contents, but is driven by the engine. In the variable capacity compressor, there has been no particular prediction about the driving torque of the compressor that becomes the engine load.
[0007]
In addition, when the compressor is operating, it is assumed that the power supply to the clutch coil for transmitting or not transmitting the driving force from the automobile engine to the compressor drive shaft is the maximum engine load. , It was set higher.
[0008]
Therefore, when the compressor is operated, a suction force more than necessary is generated, and electric power is wasted. In addition, there is a problem that the loss of energy leads to deterioration of fuel consumption.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and predicts the driving torque of an externally controlled variable displacement compressor that is controlled by an electric signal from the outside, and the compressor clutch that matches this torque. The purpose is to save power by using the power supply.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is provided with a control means for controlling a control pressure for changing a discharge capacity based on an electric signal from the outside, and an external which constitutes a refrigeration cycle of an automotive air conditioner. A clutch control device for a control type variable displacement compressor, comprising: temperature detection means for detecting a high-pressure side saturation temperature of the refrigeration cycle; suction pressure detection means for detecting suction pressure of the variable displacement compressor; and the temperature detection means. calculating means for calculating an estimated value of the driving torque of the variable capacity compressor based on the detected suction pressure by the detected high pressure side saturation temperature and the suction pressure detection means, the estimation of the calculated driving torque by the calculating means For transmitting or interrupting the driving force from the external driving means to the variable displacement compressor based on the value Possess control means for controlling the supply of power to the latch, wherein the temperature detecting means is characterized Rukoto are integrally disposed in the connector of the pressure switch attached to the liquid tank constituting the refrigeration cycle .
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the clutch control device for an externally controlled variable displacement compressor according to the first aspect, the calculation means is configured to perform the variable displacement based on the high-pressure side saturation temperature, the suction pressure, and the electric signal. An estimated value of the driving torque of the compressor is calculated.
[0012]
According to a third aspect of the invention, the clutch control device of the external control type variable displacement compressor according to the first aspect, wherein the temperature detecting means (44) is electrically connected in series with the pressure switch (45) It is characterized by that .
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram for explaining a system configuration of a clutch control device of an externally controlled variable displacement compressor according to an embodiment of the present invention.
[0018]
This system has a refrigeration cycle 1 mounted on an automotive air conditioner (car air conditioner). The refrigeration cycle 1 is configured by connecting an externally controlled variable capacity compressor 2, a condenser 3, a liquid tank 4, an expansion valve 5, an evaporator 6 and the like by piping and enclosing a refrigerant therein. The externally controlled variable capacity compressor 2 is selectively driven by an engine (not shown) via a belt, a pulley 7 and a clutch 11 (not shown), and sucks and compresses low-temperature and low-pressure gas refrigerant evaporated by the evaporator 6 at the time of driving. Then, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant is pumped to the condenser 3, and the refrigerant is repeatedly circulated through the condenser 3 and the evaporator 6. A condenser fan 8 is attached to the condenser 3, and the condenser 3 cools and condenses the high-temperature and high-pressure gas refrigerant sent from the compressor 2 by heat exchange with the cooling air supplied by the condenser fan 8. . A liquid tank 4 provided between the condenser 3 and the expansion valve 5 gas-liquid separates the refrigerant liquefied by the condenser 3 to temporarily store the liquid refrigerant, and sends only the liquid refrigerant to the expansion valve 5. In the case of a temperature-type expansion valve 5 that is generally used, the medium-temperature and high-pressure liquid refrigerant that has passed through the liquid tank 4 is decompressed and expanded to form a low-temperature and low-pressure mist-like refrigerant, and downstream of the evaporator 6. The refrigerant flow rate is adjusted so that the evaporation state of the refrigerant has an appropriate degree of superheat at the evaporator outlet by feedback of a temperature sensing cylinder (not shown) provided in FIG. The evaporator 6 evaporates the mist-like refrigerant liquefied by the condenser 3 and becomes low-temperature and low-pressure by the expansion valve 5, and causes the air sent by a blower fan (not shown) to flow outside to exchange heat with the mist-like refrigerant. As a result, the air blown into the passenger compartment is cooled and simultaneously dehumidified.
[0019]
The external control type variable displacement compressor 2 is, for example, a swash plate type external control type variable displacement compressor, and the inclination of the swash plate can be controlled from the outside by an electric signal. That is, this externally controlled variable displacement compressor 2 includes an electronically operated control valve (ECV) 9 such as an electromagnetic valve that can be externally controlled by an electric signal, instead of the conventional mechanical control valve (MCV), as a control means. ing. For example, when a solenoid valve that communicates with the high pressure side is used as the ECV 9, the inside of the crankcase and the low pressure side communicate with each other through a passage having a predetermined opening, and the pressure in the crankcase escapes to the low pressure side. ing. Therefore, by controlling the pressure in the crankcase (control pressure) by turning on and off the solenoid valve 9 to introduce / shut off the high-pressure side pressure, the balance of the pressure applied to the piston is changed, and the inclination of the swash plate Thus, the discharge capacity of the compressor 2 can be controlled.
[0020]
At this time, the electromagnetic valve 9 had an appropriate duty ratio (a value obtained by dividing the pulse width in the pulse wave by the period) as an external electric signal, for example, from an autoamplifier 10 described later. A duty signal is provided. When it is necessary to reduce the capacity (tilt of the swash plate), a duty signal having a large duty ratio is given to increase the opening time of the solenoid valve 9 to increase the pressure in the crankcase (control pressure). When the capacity (tilt of the swash plate) needs to be increased, a duty signal having a small duty ratio is given to shorten the valve opening time of the solenoid valve 9 to reduce the pressure (control pressure) in the crankcase. Let
[0021]
This externally controlled variable capacity compressor 2 is controlled by an auto amplifier 10. Here, only the components necessary for controlling the clutch of the compressor are shown. That is, the autoamplifier 10 includes a high-pressure side pressure sensor (high-pressure transducer) 15 as discharge pressure detection means for detecting the discharge pressure of the externally controlled variable capacity compressor 2, and a low-pressure side pressure sensor (low pressure) as suction pressure detection means. Transducer) 16 and the like are connected. The high pressure side pressure sensor 15 is attached to a high pressure pipe between the capacitor 3 and the compressor 2 and converts the high pressure side pressure of the refrigerant into an electric signal. The discharge pressure of the compressor 2 is indicated by this high-pressure side pressure. Note that the high pressure side pressure sensor 15 may be attached to a high pressure pipe between the capacitor 3 and the expansion valve 5, and this high pressure side pressure may be detected as an alternative to the discharge pressure of the compressor 2. The low pressure side pressure sensor 16 is attached to a low pressure pipe between the evaporator 6 and the compressor 2 and converts the low pressure side pressure of the refrigerant into an electric signal. The suction pressure of the compressor 2 is indicated by this low pressure.
[0022]
The auto-amplifier 10 includes a temperature control switch, a passenger compartment air temperature sensor, a passenger compartment air temperature sensor, a solar radiation amount sensor, an evaporator downstream air temperature sensor, and an engine serving as a heating source that are operated by a built-in microcomputer by a passenger (not shown). Input signals from each switch and sensor such as the temperature sensor of the cooling water are processed to determine the duty ratio, which is a control parameter, so that the required compressor discharge capacity is obtained. It outputs to the electromagnetic valve (ECV) 9 of the variable capacity compressor 2.
[0023]
Here, when the compressor discharge pressure is Pd, the compressor suction pressure is Ps, the duty ratio is R, and the compressor drive torque is Tr, the following relationship is established.
f (Tr) = f (Pd, Ps, R)
However, f shows a function. Specifically, the relationship between Tr, Pd, Ps, and R can be obtained in advance by experiments, and it can be seen that there is a relationship as shown in FIG. Using this relationship, the autoamplifier 10 calculates an estimated value of the compressor driving torque Tr from the compressor discharge pressure Pd, the compressor suction pressure Ps, and the duty ratio R as predetermined feature amounts during operation of the compressor. To do.
[0024]
The autoamplifier 10 is connected to a clutch 11 for transmitting or blocking driving force from an automobile engine as external driving means to a driving shaft (not shown) of the compressor 2. The autoamplifier 10 is configured to control power supply to the clutch 11 based on the calculated estimated value of the drive torque Tr. In general, a magnet clutch is used as the clutch 11. The clutch 11 includes a clutch plate that is disposed on the front surface of the pulley 7 that is a rotor and has a rotary shaft directly coupled to the drive shaft of the compressor 2, and a coil that is disposed on the opposite side of the clutch plate across the pulley 7. (Not shown). The clutch plate is attracted and attracted to the pulley 7 by the magnetic force generated by energizing the coil of the clutch 11. Therefore, specifically, the autoamplifier 10 controls the voltage applied to the coil of the clutch 11 based on the calculated estimated value of the driving torque Tr.
[0025]
Note that, as described above, the autoamplifier 10 has both the configuration of a calculation unit that calculates an estimated value of the drive torque Tr and a control unit that controls power supply to the clutch 11.
[0026]
Of course, in addition to the above, the autoamplifier 10 performs normal control for the automotive air conditioner. That is, other switches and sensors (not shown) such as a fan switch and an engine coolant temperature sensor serving as a heating source are further connected to the auto amplifier 10. The auto amplifier 10 is connected to a built-in microcomputer. , These sensors, air mix PBR (built in air mix door actuator), and signals such as each switch are processed, each actuator (intake door actuator, air mix door actuator, mode door actuator), fan control amplifier, By operating the compressor 2 (the clutch 11 for transmitting or interrupting the driving force from the pulley 7), the inlet position, the outlet air temperature, the outlet position, the outlet air amount, and the ON / OFF state of the compressor 2 itself A comprehensive Also it has a function of controlling.
[0027]
The present embodiment is configured as described above, and the clutch control operation of the compressor will be described below.
[0028]
First, when a compressor operation command such as an air conditioner switch or defrost switch (not shown) is issued, the clutch 11 of the externally controlled variable displacement compressor 2 is turned on, and the driving force of the automobile engine is supplied to the compressor 2 via the belt, pulley 7 and clutch 11. Is transmitted to the drive shaft. Thereby, the refrigerant in the refrigeration cycle 1 is circulated and a predetermined air conditioning operation is started. The autoamplifier 10 calculates an input signal from the temperature adjustment switch, the temperature outside the passenger compartment, the inside air temperature, and the like, and determines the duty ratio R that is a control parameter. The autoamplifier 10 outputs the calculated predetermined duty ratio R to the solenoid valve 9 to introduce / shut off the high-pressure side pressure and control the pressure in the crankcase to change the inclination of the swash plate. Thereby, the discharge capacity of the compressor 2 is controlled.
[0029]
Further, the discharge pressure Pd detected by the high pressure side pressure sensor 15 and the suction pressure Ps signal detected by the low pressure side pressure sensor 16 are input to the auto amplifier 10. The autoamplifier 10 estimates the driving torque of the compressor based on the relationship between the discharge pressure, the suction pressure, the duty ratio, and the driving torque of the compressor that are obtained in advance through experiments shown in FIG. That is, as shown in the right part of FIG. 2, the duty ratio in the steady state is determined from the detected discharge pressure and suction pressure, and based on these, the externally controlled variable capacity compressor is derived from the relationship of the left part of FIG. Can be accurately predicted with a simple configuration.
[0030]
As can be seen from FIG. 2, when a certain discharge pressure Pd is determined, the suction pressure Ps is determined by the duty ratio R. As a result, the compressor drive torque Tr is determined by the discharge pressure Pd and the suction pressure Ps. An estimation can be made. However, the duty ratio R is output as a control parameter to the electromagnetic valve (ECV) 9 of the externally controlled variable displacement compressor 2, and causes the numerical values of the discharge pressure Pd and the suction pressure Ps to change. Therefore, by considering this duty ratio R, it becomes possible to estimate the driving torque Tr of the compressor more quickly and accurately in consideration of the transition trend of the torque.
[0031]
Here, the auto amplifier 10 controls the clutch 11 based on the estimated value of the compressor driving torque Tr thus obtained. That is, the auto amplifier 10 outputs a signal for applying a predetermined voltage corresponding to the driving torque Tr of the compressor to the coil of the clutch 11.
[0032]
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between the driving torque Tr of the compressor and the voltage V applied to the coil of the clutch 11. The voltage indicated by the broken line in FIG. 3 is the conventional voltage, and the voltage indicated by the solid line is according to the present embodiment. Therefore, the area indicated by the diagonal line in FIG. As described above, since the applied voltage to the magnet net coil of the clutch 11 is adjusted according to the estimated value of the driving torque Tr of the compressor as the engine load, the torque necessary for driving the compressor is secured. Thus, efficient power supply to the clutch 11 becomes possible.
[0033]
For this reason, it is possible to prevent unnecessary power from being generated by generating more suction force than necessary, and power saving can be achieved. In addition, the fuel saving performance is improved by preventing the deterioration of the fuel consumption due to the energy loss such as the electric power cost. Furthermore, since the voltage applied to the coil of the clutch is reduced as a whole, the reliability durability of the coil is improved.
[0034]
FIG. 4 is a block diagram for explaining a system configuration of a clutch control device for an externally controlled variable displacement compressor according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows a liquid tank to which a pressure switch with a temperature sensor is attached. FIG. 6 is a circuit diagram showing a connection method between the pressure switch and the temperature sensor.
[0035]
This embodiment is different from the above embodiment in that the high pressure side saturation temperature TL on the refrigeration cycle 1 is detected instead of the discharge pressure Pd. However, since the other points are the same, members that are the same as those shown in FIG. 1 are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
[0036]
As shown in FIGS. 4 and 5, a pressure switch 43 with a temperature sensor is attached to the end plate 41 of the liquid tank 4 so as to face the gas-liquid mixing unit 42. The temperature sensor 44 is disposed integrally with the pressure switch 45 in the connector on the distal end side of the pressure switch 43 with the temperature sensor. Preferably, the temperature of the refrigerant is set to be thermally conductive to protect the temperature sensor itself. It is comprised so that it can detect via the heat-transfer member 44a which consists of a favorable metal plate.
[0037]
As the temperature sensor 44, for example, a thermistor is used, and connected to the pressure switch 45 in series as shown in FIG. The pressure switch 45 detects an abnormal increase (Hi side) and abnormal decrease (Lo side) of the high-pressure side pressure. Therefore, the temperature sensor 44, which is a thermistor, is normally used to estimate the driving torque of the compressor, which will be described later, with its resistance value as a voltage. Further, when the pressure switch 45 is operated, the contact 45a of the pressure switch 45 is separated, so that the pressure switch 45 can be reliably cut without delay of time constant as compared with the case where the pressure sensor 45 is cut. Here, “cut” means to disconnect the clutch and stop the compressor.
[0038]
When the pressure switch 45 is operated by high pressure (Hi side) and the resistance value of the circuit becomes ∞, the amplifier has a high pressure, so that the compressor driving torque is high. Determined. On the other hand, when the pressure switch 45 is operated by low pressure (Lo side), the driving torque of the compressor is determined to be high torque although it is low torque, resulting in high (Hi) idling. Therefore, it is necessary to determine whether it is cut on the Lo side or the Hi side by looking at the state before the pressure is cut.
[0039]
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the high-pressure side saturation temperature TL and the discharge pressure Pd of the compressor. As can be seen, there is a fairly stable correlation between these two. Therefore, even when this high-pressure side saturation temperature TL is used instead of the discharge pressure Pd, the driving torque of the externally controlled variable displacement compressor can be accurately predicted with a simple configuration as in the above-described embodiment. .
[0040]
In particular, according to the present embodiment, since the pressure switch and the temperature sensor are integrated so as to perform two functions, it is not necessary to newly install a harness for connection to the amplifier, In order to attach the temperature sensor, there is no need for processing on the other side of the attachment. Further, since the temperature sensor is less expensive than the high pressure side pressure sensor (high pressure transducer), there is an advantage that the driving torque of the compressor can be estimated at a low cost. Furthermore, the function as a pressure switch can be ensured as before. However, in the system shown in FIG. 4, the temperature sensor and the pressure switch are integrated as described above. However, the temperature sensor is attached to the refrigerant pipe separately from the pressure switch, for example, on the high pressure side. A configuration for detecting the saturation temperature TL is also possible.
[0041]
The embodiments described above are not described for limiting the present invention, and various modifications can be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. For example, the estimation of the drive torque of the externally controlled variable displacement compressor is not limited to the method described in the above embodiment, and may be performed based on other predetermined feature values when the variable displacement compressor is operated. Good.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the power supply to the clutch is controlled based on the estimated value of the drive torque of the externally controlled variable capacity compressor. It is possible to efficiently supply electric power while ensuring the torque necessary for driving. For this reason, it is possible to prevent an unnecessary amount of power from being wasted and to save power. In addition, the fuel saving performance is improved by preventing the deterioration of the fuel consumption of the automobile engine or the like due to the energy loss of the electric power cost. Furthermore, the amount of power supplied to the clutch is reduced as a whole, and the reliability and durability of the clutch is improved.
Furthermore, it is possible to predict the driving torque of the externally controlled variable displacement compressor with a simple configuration with high accuracy and at low cost, and to supply power to the clutch more efficiently.
Furthermore, there is no need for processing on the other side of the attachment to attach the temperature sensor, and the function as a pressure switch can be ensured as before.
[0043]
According to the second aspect of the present invention, it is possible to estimate the driving torque of the compressor more quickly, accurately and at a lower cost in consideration of the transition trend of the torque. Supply can be made.
[0044]
According to the third aspect of the present invention, since the pressure switch and the temperature sensor are connected in series and integrated so as to perform two functions, it is not necessary to newly install a harness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a system configuration of a clutch control device for an externally controlled variable displacement compressor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship among a compressor discharge pressure Pd, a compressor suction pressure Ps, a duty ratio R, and a compressor drive torque Tr;
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between compressor driving torque Tr and voltage V applied to a clutch coil.
FIG. 4 is a block diagram for explaining a system configuration of a clutch control device of an externally controlled variable displacement compressor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a liquid tank to which a pressure switch with a temperature sensor is attached.
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a connection method between a pressure switch and a temperature sensor.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a high-pressure side saturation temperature TL and a compressor discharge pressure Pd.
[Explanation of symbols]
1 ... refrigeration cycle,
2 ... Externally controlled variable displacement compressor,
4 ... Liquid tank,
9 ... Solenoid valve (control means),
10: Auto amplifier (calculation means, control means),
11 ... Clutch,
15 ... high pressure side pressure sensor (discharge pressure detecting means),
16 ... Low pressure side pressure sensor (suction pressure detection means),
44 ... temperature sensor (temperature detection means),
45 ... Pressure switch,
50. Engine control amplifier (fuel supply adjusting means).

Claims

Clutch of an externally controlled variable displacement compressor (2) comprising control means (9) for controlling the control pressure for changing the discharge capacity based on an external electric signal and constituting the refrigeration cycle (1) of the air conditioner for automobiles A control device,
Temperature detecting means (44) for detecting the high-pressure side saturation temperature of the refrigeration cycle (1) ;
Suction pressure detection means (16) for detecting the suction pressure of the variable capacity compressor (2) ;
Calculation for calculating the estimated value of the driving torque of the variable capacity compressor based on the detected suction pressure by the detected high pressure side saturation temperature and the suction pressure detection means (16) (2) by said temperature detecting means (44) Means,
Control means for controlling power supply to the clutch (11) for transmitting or shutting off the driving force from the external driving means to the variable displacement compressor (2) based on the estimated value of the driving torque calculated by the calculating means and, the possess,
Said temperature detecting means (44), the refrigeration cycle (1) External control type variable, characterized in Rukoto are integrally disposed in the connector of the pressure switch mounted (45) to the liquid tank (4) which constitutes the A clutch control device for a capacity compressor.

2. The external control expression according to claim 1 , wherein the calculating means calculates an estimated value of a driving torque of the variable capacity compressor (2) based on the high-pressure side saturation temperature, the suction pressure, and the electric signal. Clutch control device for variable displacement compressor.

The clutch control device for an externally controlled variable displacement compressor according to claim 1, wherein the temperature detecting means (44) is electrically connected in series to the pressure switch (45) .