KR20010015213A

KR20010015213A - 공기조화장치 및 용량가변형 압축기의 용량제어방법

Info

Publication number: KR20010015213A
Application number: KR1020000038762A
Authority: KR
Inventors: 다케나카겐지; 오타마사키; 가시와기요이치로; 가와구치마사히로; 소노베마사노리; 다루타니도모지; 오다치야스하루; 구라카케히로타카; 미야가와가즈히토; 야마나카야스시
Original assignee: 이시카와 타다시; 가부시키가이샤 도요다지도숏키 세이사쿠쇼
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2001-02-26
Also published as: EP1066997A2; BR0002652A; EP1066997B1; CN1131968C; DE60031741T2; CN1282860A; DE60031741D1; JP2001073941A; KR100356570B1; JP3626643B2; EP1066997A3; US6393849B1

Abstract

공기조화장치는 응축기, 감압기, 증발기 및 용량가변형 압축기를 포함하는 냉매회로를 갖고 있다.

공기조화장치는 토크검출장치와 외부정보 검출장치를 갖고 있다.

토크검출장치는 압축기상에 작용하는 반작용토크를 직접적으로, 또는 간접적으로 검출하고, 외부정보 검출장치는 토크 이외의 각종 외부정보를 검출한다.

공기조화장치는 외부정보 검출장치에 의해 제공된 외부정보에 따라 목표토크를 결정하기 위한 제어장치를 갖고 있다.

제어장치는 토크검출장치에 의해 검출된 토크가 목표토크에 도달하도록 압축기의 용량을 제어하기 위한 피드백 제어프로그램을 실행한다.

Description

공기조화장치 및 용량가변형 압축기의 용량제어방법{AIR-CONDITIONING APPARATUS AND CONTROL PROCEDURE FOR VARIABLE DISPLACEMENT COMPRESSOR}

본 발명은 응축기, 감압장치, 증발기, 용량가변형 압축기를 포함하는 냉매회로를 갖는 공기조화장치에 관한 것이며, 특히 차량공기조화기에 설치된 용량가변형 압축기의 용량을 제어하기 위한 수단에 관한 것이다.

차량을 위한 대표적인 공기조화장치는 응축기, 팽창밸브(감압장치), 증발기, 압축기를 포함하는 냉매회로를 갖고 있다.

증발기는 냉매가스를 압축기로 보내고 가스는 압축되어 응축기로 보내어진다.

증발기는 냉매회로를 흐르는 냉매와 객실로부터 빼내어진 공기를 열교환한다.

즉 열은 증발기를 통과하는 공기로부터 증발기를 통해 흐르는 냉매로 전환된다.

전환되는 열의 양은 열부하와 냉각부하에 따라 변한다.

증발기의 출구에서의 또는 증발기로부터 하류의 냉매가스의 압력은 냉각부하의 양을 반영한다.

차량에 자주 사용되는 용량가변형압축기는 용량제어기구를 갖는다.

용량제어기구는 증발기의 출구에서의 압력(흡입압력 Ps)을 소정의 목표치(목표압력 Pset)로 유지한다.

특히 용량제어기구는 용량이 냉각부하에 대응하도록 흡입압력(Ps)에 따라 회전사판(swash plate)의 경사각을 바꾸고 압축기의 용량을 조정하기 위해 피드백 제어프로그램(feedback control program)을 실행한다.

용량제어기구는 특히 용량제어밸브와, 내부제어밸브를 포함한다.

내부제어밸브는 흡입압력(Ps)을 감지하기 위한 벨로스나 격막과 같은 압력감지부재를 갖는다.

밸브는 또한 압력감지부재의 이동에 따라 위치한 밸브체를 포함한다.

밸브체는 회전사판(크랭크챔버)을 수용하는 챔버내에서 압력을 조정하기 위해 내부제어밸브의 개방도를 변경한다.

회전사판의 경사각도는 이렇게 해서 결정된다.

그러나 만일 목표압력(Pset)이 고정되고, 또는 만일 내부제어밸브가 목표압력(Pset)을 변경할 수 없으면, 소요의 냉각은 정확히 수행될 수 없게 된다.

그러므로 내부제어밸브는 외부의 전기적 제어수단을 통해서 목표압력(Pset)을 변경하도록 구성되어 있다.

특히 내부제어밸브는 솔레노이드와 같은 작동기를 포함한다.

솔레노이드는 목표압력(Pset)을 판정하는 압력감지부재에 힘을 가한다.

목표압력(Pset)은 외부제어수단을 통해 솔레노이드에 가해진 힘을 변경하므로써 바뀐다.

차량에 설치된 압축기는 일반적으로 차량의 엔진으로부터 전달된 힘에 의해 작동된다.

압축기는 엔진의 힘의 상당량을 소비하고 엔진의 부하를 증가시킨다.

따라서 차량이 가속되거나 또는 경사진 표면을 오르는 것과 같이 차량이 추가적인 엔진의 힘이 필요할 때는 압축기의 작동에 기인해서 엔진상에 작용하는 부하를 감소시키기 위해 압축기용량은 최소화된다.

예를 들면, 상술한 용량가변형 압축기는 솔레노이드를 갖는 내부제어밸브의 수단에 의해 목표압력(Pset)을 현재의 목표압력(Pset)보다 높은 값으로 조정한다.

현재의 흡입압력(Ps)은 조정된 목표압력(Pset)에 비해 상대적으로 낮아지게된다.

이것은 압축기의 작동에 기인해서 엔진상에 작용하는 부하를 최소화하기 위해 압축기용량을 최소화한다.

그러나 용량가변형 압축기의 동작에 관련한 분석은 목표압력(Pset)이 흡입압력(Ps)에 따라 조정되었다면 상기한 피드백 제어수단은 엔진상에 작용하는 부하를 항상 충분히 감소시키지 않는다는 것을 나타내고 있다.

도 11은 흡입압력(Ps)과 압축기용량(Vc)간의 관계를 나타내는 그래프이다.

이 그래프에서 그 관계는 곡선으로 표시되고 있다.

즉 흡입압력(Ps)과 압축기용량(Vc)간의 관계는 증발기상에 작용하는 열부하에 따라 변한다.

그러므로 목표압력(Pset)이 압력(Ps1)으로 설정되었을 때, 내부제어밸브에 의해 자동적으로 달성된 용량은 증발기상에 작용하는 열부하의 양에 관련해서 일정범위(예를 들면, Δvc)내에서 변한다.

예를 들면, 비록 목표압력(Pset)이 현재 흡입압력(Ps)에 따라 상승했다고 해도, 만일 증발기의 열부하가 대단히 높으면 용량(Vc)은 엔진상에 작용하는 부하를 감소시키기 위해 충분히 낮추지 못한다.

다시 말하면, 목표압력(Pset)이 현재 흡입압력(Ps)에 따라 조정되는 한, 증발기 상에 작용하는 열부하가 클때는 압축기용량은 소요의 값으로 신속히 조정되지않는다.

상술한 바와 같이, 엔진상에 작용하는 부하를 감소시킬 필요가 없는 한 증발기 상의 열부하를 반영하는 흡입압력(Ps)에 따른 압축기용량의 제어는 공기조화장치의 목적을 달성한다.

즉, 공기조화장치는 주위공기의 온도에 관계없이 객실의 온도를 쾌적한 수준으로 유지한다.

그러나 엔진 상에 작용하는 부하를 감소시키지 않으면 안될 때, 만일 그것이 흡입압력(Ps)에 따라 제어된다면 압축기용량은 신속히 감소시킬 수 없게 된다.

따라서 본발명의 목적은 증발기상에 작용하는 열부하에 관계없이, 필요하다면, 외부제어수단을 통하여 압축기의 용량을 신속히 변경할 수 있는 공기조화장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 엔진 상에 작용하는 부하를 감소시키지 않으면 안될 때 용량을 신속히 낮추고, 엔진 상에 작용하는 부하를 감소시킬 필요가 없을 때, 객실의 온도를 쾌적한 수준으로 유지하기 위해 그 용량을 조정하기 위한 용량가변형 압축기를 제어하기 위한 수단을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 회전사판형 압축기의 용량가변을 나타내는 단면도.

도 2는 도 1의 용량 제어밸브를 나타내는 확대단면도 및 용량 제어밸브를

위한 제어수단을 나타내는 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 토크검출기의 회로도.

도 4는 본 발명에 따른 압축기상에 작용하는 토크와 압축기용량을 제어하기

위한 수단의 주루틴을 나타내는 플로차트.

도 5는 본 발명에 따른 제어수단의 정상적인 상태의 루틴을 나타내는 플로차

트.

도 6은 본 발명에 따른 제어수단의 루틴을 검출하고 조정하는 아이들링속도

를 나타내는 플로차트.

도 7은 본 발명에 따른 제어수단의 증가된 부하상태의 루틴을 나타내는

플로차트.

도 8은 본 발명에 따른 제어수단의 가속된 상태의 루틴을 나타내는 플로차

트.

도 9는 본 발명에 따른 제어수단의 비가속/감속의 루틴을 나타내는 플로차

트.

도 10은 본 발명에 따른 제어수단기간의 토크변화의 예를 나타내는 타이밍차

트.

도 11은 종래의 압축기의 흡입압력과 용량간의 관계를 나타내는 그래프.

도 12는 본 발명에 따른 토크검출기의 자기변형검출부의 변형을 나타내는 사

시도.

도 13(A)는 토크검출기의 자기변형검출부의 다른 변형을 나타내는 사시도.

도 13(B)는 도 13(A)의 자기변형검출부의 크로스헤드형 픽업장치의 사시도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1. 실린더블록 2. 전면하우징부재

3. 밸브판 4. 후면하우징부재

5. 크랭크챔버 6. 구동축

7. 스프링 8A.8B. 래디얼베어링

9A. 스러스트베어링 10. 관통볼트

11. 러그판 12. 회전사판

13. 힌지기구 14. 지지아암

15. 안내핀 16. 스프링

17. 복귀스프링 19. 슈

20. 피스톤 30. 외부냉매회로

31. 응축기 32. 열팽창밸브

33. 증발기 34. 온도센서

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 응축기, 감압장치, 증발기, 용량가변형 압축기를 포함하는 냉매회로를 갖는 공기조화장치이다.

공기조화장치는 토크검출장치, 외부정보 검출장치, 제어장치를 갖고 있다.

토크검출장치는 압축기의 작동 중에 압축기상에 작용하는 토크를 직접 또는 간접적으로 검출한다.

외부정보 검출장치는 토크를 제외한 각종 외부정보를 검출한다.

제어장치는 외부정보 검출장치에 의해 제공된 외부정보에 따라 목표토크를 판정한다.

제어장치는 토크검출장치에 의해 검출된 토크가 목표토크에 근접하도록 압축기의 용량를 위한 피드백제어프로그램을 실행한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 공기조화장치는 압축기 상에 작용하는 토크에따라 압축기용량을 제어한다.

특히, 토크검출장치에 의해 검출된 토크가 외부정보에 따라 제어장치에 의해 판정된 목표토크에 근접하도록 압축기용량를 위한 피드백 제어프로그램이 수행된다.

다시 설명하면, 압축기용량은 증발기 상에 작용하는 열부하를 반영하는 흡입압력과 같은 물리적인 양에 관계없이 제어된다.

압축기용량의 제어는 압축기상에 작용하는 토크에 따라서만 수행된다.

따라서, 압축기용량은 필요할 경우, 압축기 상에 작용하는 토크를 감소시키기 위해 신속히 변한다.

결과적으로 본 발명의 피드백 제어수단은 차량이 정상상태로 작동될 때 객실의 온도를 쾌적한 수준으로 유지하고, 엔진상에 작용하는 부하를 감소시키지 않으면 안될 때, 피드백 제어수단은 압축기용량을 신속히 변경한다.

본 발명의 다른 형태와 이점은 첨부하는 도면을 참조해서 본 발명의 원리의 예로서의 방법으로 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.

(실시예)

본 발명에 따른 차량공기조화장치의 실시예를 다음의 도 1내지 도 10을 참조해서 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이 공기조화장치는 용량가변형압축기와 외부냉매회로(30)를 포함하는 냉각회로(냉매회로)를 갖는다.

외부냉매회로(30)는 예를 들면, 응축기(31), 열팽창밸브(32) 또는 감압장치 및 증발기(33)를 갖는다.

온도센서(34)가 증발기(33)의 출구근처 또는 증발기(33)의 하류측에 구비되어 있다.

팽창밸브(32)의 개방도는 온도센서(34)에 의해 검출된 온도와 증발기의 증발압력(증발기의 출구에서의 압력)에 따라 피드백 제어수단에 의해 제어된다.

따라서 팽창밸브(32)는 증발기(33)에 증발기(33)상에 작용하는 열부하에 대응하는 양의 유체냉매를 공급하여 외부냉매회로(30)에 흐르는 냉매의 양을 조정한다.

냉매가스는 외부냉매회로(30)의 하류부로부터 압축기에 공급된다.

압축기는 냉매가스를 압축해서 압축된 냉매를 외부냉매회로(30)의 상류부로 보낸다.

도 1에 나타내는 바와 같이 압축기는 실린더블록(1)과, 전면하우징부재(2), 밸브판(3) 및 후면하우징부재(4)를 포함한다.

전면하우징부재(2)는 실린더블록(1)의 한단말에 결합되어 있다.

후면하우징부재(4)는 밸브판(3)을 통해서 실린더블록(1)의 다른 단말에 접속되어 있다.

실린더블록(1) 및 전면하우징부재(2), 밸브판(3), 후면하우징부재(4)는 압축기하우징을 형성하기 위해 복수의 관통볼트(도 1에는 하나만 표시) 에 의해 상호 결합되어 있다.

크랭크챔버(5)는 전면하우징부재(2)와 실린더블록(1)에 의해 한정되어 있다.

구동축(6)이 크랭크챔버(5)로 뻗어 있고, 한쌍의 래디얼베어링(8A),(8B)에 의해 회전가능하게 지지되어 있다.

스프링(7)과 스러스트베어링(9B)은 실린더블록(1)의 중앙에 뻗어 있는 오목한 곳에 수용되어 있다.

스프링(7)은 스러스트베어링(9B)을 전면하우징쪽으로 가세한다.

러그판(11)이 크랭크챔버(5)의 구동축(6)주위에 고정되어 있고, 구동축(6)과 일체로 회전한다.

스러스트베어링(9A)은 러그판(11)과 전면하우징부재(2)의 내부벽간에 구비되어 있다.

일체로 회전하는 구동축(6)과 러그판(11)은 전면하우징부재(2)내의 스러스트베어링(9A)과 실린더블록(1)내의 스러스트베어링(9B)에 의해 추력방향에 위치하고있다.

구동축(6)의 한단말은 도 1에 나타내는 바와 같이 전면하우징부재(2)로부터 돌출해 있다.

밀봉부재(29)가 구동축의 돌출단말 근처에 구비되고, 구동축(6)의 표면과 전면하우징(2)의 대응하는 원통형벽간의 공간에 고정되어 있다.

밀봉부재(29)는 압축기의 외부로부터 크랭크챔버(5)를 밀봉한다.

뒤에서 다시 상세히 설명하는 토크검출기(60)는 구동축(6)의 돌출단말과 밀봉부재(29)간에 구비되어 있다.

구동축(6)의 돌출단말은 동력전달기구(PT)를 통해서 엔진(E) 또는 외부구동원에 연결되어 있다.

동력전달기구(PT)는 클러치기구(예를 들면, 전자클러치)이고, 압축기에 관련해서 엔진동력을 선택적으로 전달하거나 단절하기 위해 전기적으로 외부적으로 제어된다.

또한 동력전달기구(PT)는 클러치레스형(예를 들면, 벨트와 풀리의 조합)이고 항상 엔진동력을 압축기에 전달한다.

본 실시예의 동력전달기구(PT)는 클러치레스인 것으로 한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 회전사판(12) 또는 캠플레이트는 크랭크챔버(5)에 수용되어 있다.

회전사판(12)의 중앙에 구멍이 형성되고, 구동축(6)은 그 구멍을 통해서 뻗어 있다.

회전사판(12)은 힌지기구(13)에 의해 러그판(11)과 구동축(6)에 연결되어 있고, 또는 안내기구를 연결한다.

힌지기구(13)는 한쌍의 지지아암(14)(도 1에는 하나만 표시)와 한쌍의 안내핀(15)(도 1에는 하나만 표시)을 포함한다.

지지아암(14)은 러그판(11)의 도 1에서 후면측과 우측으로부터 뻗어 있다.

안내핀(15)은 도 1에 있어서, 회전사판(12)의 전면측과 좌측으로부터 뻗어 있다.

지지아암(14)과 안내핀(15)은 회전사판(12)을 이동시키기 위해 결합된다.

회전사판(12)은 구동축(6)의 표면에 따라 미끄러진다.

따라서 회전사판(12)은 러그판(11)과 구동축(6)과 일체로 회전하고, 구동축(6)에 따라 축방향으로 슬라이드하는 동안 구동축(6)에 관련해서 경사진다.

회전사판(12)은 도 1에 나타내는 바와 같이 구동축(6)에 관련해서 힌지기구(13)와 반대에 위치한 평형추(12a)를 포함한다.

경사각 감소스프링(16)이 러그판(11)과 회전사판(12)간에 구비되어 있다.

경사각 감소스프링(16)은 회전사판(12)을 실린더블록(1)측으로 또는 회전사판(12)의 경사각을 감소시키는 방향으로 가세한다.

복귀스프링(17)이 회전사판(12)과 구동축(6)에 고정된 한정 링(18)간에 구동축(6)의 주위에 고정되어 있다.

회전사판(12)이 최대로 경사지면(도 1에 2점 사슬금으로 나타낸), 복귀스프링(17)은 회전사판(12)이나 또는 다른 부재에 힘을 가하지 않는다.

그러나 회전사판(12)이 최소로 경사지면(도 1에 실선으로 나타낸), 복귀스프링(17)은 회전사판(12)과 한정 링(18)간에 압축된다.

이 상태에서 복귀스프링(17)은 실린더블록(1)으로부터 떨어지게, 또는 회전사판(12)의 경사각을 증가시키는 방향으로 회전사판(12)을 가세한다.

정상상태에서의 복귀스프링(17)의 길이와 한정 링(18)의 위치는 비록 회전사판(12)이 그의 최소한의 경사각도(θmin)(예를 들면, 1에서 5도)에 위치해도 복귀스프링(17)이 완전히 압축되지 않도록 선택된다.

복수의 실린더보어(1a)(도 1에서는 하나만 표시)가 실린더블록(1)내의 구동축(6)주위에 형성되어 있다.

각 실린더보어(1a)의 후면개방구는 도 1에서 우측으로 보이는 바와 같이 밸브판(3)에 의해 폐색된다.

각 실린더보어(1a)는 단일헤드피스톤(20)을 수용하고, 피스톤(20)은 실린더보어(1a)를 이동시킨다.

각 실린더보어(1a)에는 압축챔버가 형성된다.

압축챔버의 부피는 피스톤(20)의 이동에 의해 바뀐다.

도 1에서 좌측으로 보이는 각 피스톤(20)의 전면측은 한쌍의 슈(19)를 통해 회전사판(12)의 주위에 연결되어 있다.

슈(19)는 회전사판(12)이 회전하면 결합된 피스톤(20)을 이동시키는 것이 가능하게 한다.

즉, 회전사판(12)이 구동축(6)과 일체로 회전하면 회전사판(12)의 회전은 회전사판(12)의 경사각(θ)에 대응하는 스트로크로 각 피스톤(20)의 직선운동으로 전환한다.

흡입챔버(21)가 밸브판(3)과 후면하우징부재(4)간에 형성되어 있다.

배출챔버(22)가 같은 공간에 흡입챔버(21)주위에 형성되어 있다.

밸브판(3)은 흡입밸브판, 포트판, 배출밸브판, 리테이너판을 포함한다.

특히 복수의 흡입포트(23)와 복수의 흡입밸브(24)는 결합된 흡입포트(23)를 개방하고 폐색하고, 복수의 배출포트(25)와 복수의 배출밸브(26)는 결합된 배출포트(25)를 개방하고 폐색하며, 각각 대응하는 하나의 실린더보어(1a)는 밸브판(3)에 형성되어 있다.

흡입포트(23)는 흡입챔버(21)를 결합된 실린더보어(1a)에 접속하고, 배출포트(25)는 배출챔버(22)를 결합한 실린더보어(1a)에 접속한다.

냉매가스는 증발기(33)의 출구로부터 흡입챔버(21)(흡입압력 Ps영역)으로 빼내어진다.

각 피스톤(20)이 결합된 실린더보어(1a)내에서 정상중심으로부터 저면중심으로 이동하면, 흡입챔버(21)내의 냉매가스는 결합된 흡입밸브(24)에 의해 개방되어 결합된 흡입포트(23)를 통해 실린더보어(1a)로 공급된다.

피스톤(20)이 실린더보어(1a)내의 저면중심으로부터 정상중심으로 이동하면 실린더보어(1a)내의 냉매가스는 소정의 압력으로 압축된다.

압축된 냉매가스는 결합된 배출밸브(26)에 의해 개방되어 결합된 배출포트(25)를 통해 배출챔버(22)(배출압력 Pd의 영역)로 배출된다.

배출챔버(22)내의 압축냉매가스는 응축기(31)로 공급된다.

본 실시예에서는 압축기의 구동축(6)은 소정의 경사각도(θ)에 의해 경사져 있는 동안 회전사판(12)이 회전하도록 엔진(E)으로부터 전달된 동력에 의해 회전한다.

일반적으로 경사각도(θ)는 구동축(6)과 회전사판(12)에 수직인 평면간의 한정된 각도이다.

회전사판(12)이 회전하면 경사각도(θ)에 대응하는 스트로크에 의해 각 피스톤(20)은 작동한다.

피스톤(20)의 작동에 따라 냉매가스는 결합된 실린더보어(1a)내로 빼내어지고, 실린더보어(1a)내에 압축되고, 보어(1a)로부터 반복되는 방법으로 배출된다.

회전사판(12)의 경사각도(θ)는 회전사판에 의해 발생된 원심력에 기인하는 회전역률, 경사각도 감소스프링(16) 및 복귀스프링(17)에 의해 발생된 스프링역률, 피스톤(20)의 동작에 의해 발생된 관성역률 및 가스압력 역률과 같은 각종 역률의 평형에 의해 결정된다.

가스압력역률은 각 실린더보어(1a)의 압력과 각 피스톤(20)의 결합된 측에 작용하는 크랭크챔버(5)(크랭크압력(Pc))간의 관계에 따라 결정된다.

가스압력역률은 크랭크압력(Pc)에 따라 회전사판(12)의 경사각도(θ)를 감소시키거나 증가시키는 방향으로 작용한다.

후술하는 바와 같이, 본 실시형태의 용량제어밸브(40)(전자밸브)는 상술한 바와 같은 가스압력역률을 변경하기 위해 크랭크압력(Pc)을 조정한다.

회전사판(12)의 경사각도(θ)는 최소경사각도(θmin)로부터 최대경사각도(θmax)의 범위에서 선택된다.

최대경사각도(θmax)는 회전사판(12)의 평형추(12a)와 러그판(11)의 한정부(11a)간의 접합점에 의해 결정된다.

최소경사각도(θmin)는 경사각도(θ)를 감소시키는 방향으로 가스압력역률이 실질적으로 최대로 되었을 때 복귀스프링(17)의 힘과 경사각도 감소스프링(16)의 힘의 평형에 의해 주로 결정된다.

(크랭크압력/회전사판경사각도를 제어하기 위한 기구)

크랭크압력(Pc) 또는 회전사판(12)의 경사각도(θ)를 제어하기 위한 기구는 도 1의 압축기내에 형성된 채취통로(27)와 공급통로(28) 및 도 1 및 도 2에 나타내는 용량제어밸브(40)를 포함한다.

채취통로(27)는 흡입챔버(21)를 크랭크챔버(5)에 접속하고, 공급통로(28)는 배출챔버(22)를 크랭크챔버(5)에 접속한다.

용량제어밸브(40)는 공급통로(28)에 구비되어 있다.

제어밸브(40)의 개방도는 공급통로(28)내에 흐르는 냉매가스의 유동율과 채취통로(27)내에 흐르는 냉매가스의 유동율을 바꾸기 위해 조정되고, 이렇게 해서 크랭크압력(Pc)을 변경한다.

이것은 크랭크압력(Pc)과 각 피스톤(20)의 결합된 측에 작용하는 각 실린더보어내의 압력간의 차이를 바꾼다.

따라서 회전사판(12)의 경사각도(θ)는 피스톤의 스트로크나 또는 압축기용량을 바꾸기 위해 변경된다.

채취통로(27)와 공급통로(28)는 흡입챔버(21), 크랭크챔버(5) 및 배출챔버(2)를 상호 접속하는 냉매회로의 일부분이다.

도 2에 나타내는 바와 같이 용량제어밸브(40)는 밸브부(41)와 솔레노이드부(51)를 갖는다.

밸브부(41)는 공급통로(28)의 한 부분인 입구포트(42), 밸브챔버(43), 밸브구멍(44), 출구포트(45)를 갖는다.

밸브체(46)는 선택적으로 밸브구멍(44)를 개방하고 폐색하며, 폐색스프링(47)은 밸브구멍(44)을 폐색하는 방향으로 밸브체(46)를 압축한다.

솔레노이드부(51)는 고정철코어(52), 가동철코어(53), 코일(54), 개방스프링(55)을 포함한다.

코일(54)은 고정코어(52)와 가동코어(53)주위에 위치해 있다.

로드(48)는 가동코어(53)를 밸브체(46)에 접속한다.

개방스프링(55)는 폐색스프링(47)보다 큰 힘을 갖고 있다.

즉 폐색스프링(47)에 의해 발생된 힘에 관계없이 개방스프링(55)는 가동코어(53)와 로드(48)를 통해 밸브구멍(44)를 개방하도록 밸브체(46)에 가세한다.

솔레노이드부(51)는 외부전원으로부터 코일(54)에 전류가 공급되면 여자된다.

솔레노이드부(51)가 여자되면 고정코어(52)와 가동코어(53)간에 전자력이 발생하고, 코어(52),(53)를 상호 끌어당긴다.

코일(54)에 의해 발생된 전자력은 폐색스프링(47)의 힘과 동일한 방향으로 작용한다.

즉, 전자력과 개방스프링(55)의 힘은 반대방향으로 작용한다.

따라서, 밸브구멍(44)(용량제어밸브(40)의 개방도)에 관련된 밸브체(46)의 위치는 이들 반대의 힘간의 평형에 의해 결정된다.

이들 코어(52),(53)간의 전자력은 코일(54)에 공급되는 전류에 따라 바뀐다.

용량제어밸브(40)의 개방도는 코일(54)에 공급된 전류를 조정하므로써 0%에서 100%의 사이에서 조정된다.

코일(54)에 대한 전류공급은 듀티(duty)제어수단, 또는 PWM(펄스파변조)제어수단에 의해 아날로그적인 방법으로 제어될 수 있다.

본 실시예에서는 코일(54)에 대한 전류공급은 듀티제어수단에 의해 제어된다.

즉, 듀티비(duty ratio)는 코일(54)에 전류를 공급할 때 변한다.

듀티비(Dt)가 감소되므로써 용량제어밸브(40)의 개방도는 증가한다.

듀티비(Dt)가 증가하므로써 용량제어밸브(40)의 개방도는 감소된다.

(토크검출기)

도 1에 나타내는 바와 같이 토크검출기(60)는 구동축(6)의 돌출단말과 밀봉부재(29)간에 구비되어 있다.

토크검출기(60)는 비접촉형 토크검출기이다.

도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 토크검출기(60)는 한쌍의 자기필름(61),(62)과 한쌍의 1차코일(63),(64)과 한쌍의 2차코일(65),(66)과 전압공급회로(67)와 발진기(68) 및 증폭기(증폭회로)(69)를 포함한다.

자기필름(61),(62)은 각각 복수의 평행의 경사진 홈을 갖는다.

1차코일(63),(64)은 구동축(6)의 돌출단말 근처의 전면하우징부재(2)의 내부원주벽에 고정되어 있다.

각 1차코일(63),(64)은 결합된 자기필름을 향한다.

소정의 전압(V1,V2)이 전압공급회로(67)를 통해서 1차코일(63),(64)에 공급된다.

또한 2차코일(65),(66)은 구동축(6)의 돌출단말근처의 전면하우징부재(2)의 내부원주벽에 고정되어 있다.

2차코일(65),(66)은 1차코일(63),(64)과 반대로 되어 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 발진기(68)는 2차코일(65),(66)에 접속되어 있다.

증폭기(69)는 차량공기조화장치의 제어유닛(70)에 발진기(68)를 접속한다.

자기필름(61),(62)과 1차 및 2차코일(63),(64),(65),(66)은 구동축(6)의 돌출단말근처의 자기변형을 검출하기 위한 토크검출기의 자기변형검출부를 형성한다.

엔진(E)에 의해 구동축(6)이 회전하면 압축동작의 반작용으로써 구동축(6)상에 토크가 작용한다.

토크는 구동축(6)의 회전방향과 반대방향으로 작용한다. 구동축(6)에 작용하는 토크의 양에 따라 자기필름(61),(62)상에는 자기변형이 생성된다.

1차코일(63),(64)에 공급된 전압 V1, V2는 ΔV1, ΔV2 의 양으로 변경된다.

전체의 전압변화량(ΔV1+ ΔV2)이 2차코일(65),(66)에 의해 검출된다.

발진기(68)는 구동축(6)상에 작용하는 토크의 양을 반영하는 전압변화량에 대응하는 주파수신호를 출력한다.

다시 말하면, 압축기가 작동하면 토크검출기(60)는 구동축(6)상에 작용하는 토크의 양을 검출하고, 검출결과를 나타내는 전기신호를 출력한다.

(제어시스템)

본 실시예의 공기조화시스템은 제어유닛(70)에 의해 제어된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 제어유닛(70)은 CPU, ROM, RAM, 타이머, 입력/출력장치를 포함한다.

제어유닛(70)은 컴퓨터와 유사한 방법으로 동작한다.

제어유닛(70)의 ROM은 후술하는 바와 같이, 각종 프로그램(도 4 내지 9의 플로챠트 참조)과 초기데이터를 저장한다.

제어유닛(70)의 RAM메모리는 동작메모리영역을 제공한다.

타이머는 CPU에 의해 지령된 시간을 계측하고, 어떤 시간경과를 CPU에 통보한다.

입력/출력장치는 제어유닛(70)을 위한 입력/출력회로이고, 복수의 출력단자와 입력단자를 갖는다.

구동기(71)는 입력/출력장치의 출력단자에 접속되어 있다.구동기(71)은 제어유닛(70)에 의해 지령되었을 때 용량제어밸브(40)의 코일(54)에 부하제어수단을 통해 발생된 구동신호를 송신한다.

토크검출기(60)를 제외하고, 입력/출력장치의 입력단자는 적어도 A/C스위치(72), 온도선택기(73), 온도센서(74), 전자제어유닛에 접속되어 있다.

A/C스위치(72)는 공기조화장치를 선택적으로 작동시키거나 작동시키지 않도록 차량운전자나 승객에 의해 조작된다.

A/C스위치(72)는 공기조화시스템의 동작상태에 관련된 정보의 제어유닛(70)을 구비한다.

온도선택기(73)는 객실을 위한 소요의 목표온도(Te)를 선택하기 위해 조작자나 승객에 의해 조작된다.

온도선택기(73)는 목표온도(Te)에 관련한 정보로서 제어유닛(70)을 구비한다.

온도센서(74)는 증발기(33)의 근처에 구비되고, 증발기(33)에 의해 냉각된(열교환에 제공된) 객실로부터 빼내어진 공기의 온도를 검출한다.

온도센서(74)는 객실의 검출된온도(Te)에 관련해서 제어유닛(70)에 신호를 송신한다.

토크검출기(60)는 압축기의 구동축(6)상에 작용하는 토크(TQ)에 관련해서 신호를 제어유닛(70)에 제공한다.

또한 증발기(33)에 의해 냉각된 공기의 온도는 본 실시예에서는 온도센서(74)에 의해 검출되고, 객실의 온도에 관련해서 변하는 다른 물리적인 계측이 취해지게 된다.

즉, 예를 들면 증발기(33)를 통과한 냉매의 압력이 검출된다.

ECU는 차량의 엔진을 제어하고, 차량속도센서(75), 엔진속도센서(76) 및 스로틀각 센서(throttle angle sensor)(77)에 접속되어 있다.

스로틀각 센서(77)는 매니폴드내에 구비된 스로틀밸브의 위치와 각도(개방도)를 검출한다

스로틀밸브의 각도(개방도)는 가속기페달의 강하정도에 대응한다.

다시 설명하면, ECU는 가속기페달강하에 따라 판정되는 차량속도(V), 엔진속도(NE), 스로틀(AC)의 위치등과 같은 차량의 동작상태에 관련된 정보로 제어유닛(70)을 구비한다.

A/C스위치(72), 온도선택기(73), 온도센서(74), 차량속도센서(75), 엔진속도센서(76), 스로틀각 센서(77) 및 ECU는 모두 외부정보수집장치를 형성한다.

제어유닛(70)은 외부정보수집장치에 의해 제공된 정보에 따라 차량의 전류상태를 판정한다.

이렇게 하여 제어유닛(70)은 구동기(71)에 의해 용량제어밸브(40)의 코일(54)에 공급된 구동신호를 위한 듀티비(Dt)를 계산한다.

제어유닛(70)은 그러면 계산된 듀티비(Dt)에 따라 구동신호를 출력하도록 구동기(71)에 지령하여 용량제어밸브(40)의 개방도를 조정한다.

이것은 크랭크압력(Pc)과, 피스톤의 스트로크, 또는 압축기의 용량 및 구동축(6)에 작용하는 토크를 신속히 바꾼다.

제어유닛(70)에 의해 실행되는 부하제어수단을 도 4 내지 도 9의 플로차트를 참조하여 상세히 설명한다.

이들 플로차트는 압축기용량과 구동축(6)상에 작용하는 토크를 제어하기 위한 루틴(routine)을 나타내고 있다.

도 4는 공기조화의 프로그램 또는 프로그램의 기초의 주루틴을 나타낸다.

도 5 내지 도 9는 주루틴 기간에 어떤 조건이 만족했을 때의 실행을 나타내는 서브루틴을 나타낸다.

(주루틴)

차량의 점화스위치(개시스위치)가 ON이 되면 전력은 ECU와 제어유닛(70)에 공급된다.

ECU와 제어유닛(70)은 이렇게 해서 동작을 개시한다.

제어유닛(70)은 도 4에 나타내는 바와 같이, 초기에 각종 데이터를 단계 S41에서 설정한다(이후 "S41" 이라 하고 다른 단계는 유사한 방법으로 참조한다).

특히, 예를 들면 제어유닛(70)은 초기치 또는 목표토크(TQT)와 듀티비(Dt)를 위한 임시치로 설정된다.

목표토크(TQT)는 후술하는 바와 같이 토크 TQ(t)를 위한 피드백제어수단을 실행할 때의 목표치이다.

S41에서 초기설정이 완료된 후, 도 4에 나타내는 것과 같은 그 이후의 단계가 수행된다.

즉, 차량의 작동상태가 검색되고, 듀티비(Dt)가 초기적으로 계산된다.

S42에서 A/C스위치가 ON이 될때까지 A/C스위치의 작동상태가 검색된다.

A/C스위치(72)가 ON이 되면 제어유닛(70)은 S43에서 차량이 정지했는지 및 엔진(E)이 무부하인지를 판정한다.

다시 설명하면, 제어유닛(70)은 차량속도(V)가 0인지 및 엔진속도(NE)가 0보다 큰지를 판정한다.

S43에서 결과가 아니오(NO)이면, 비정상상태 판정루틴(S44에서 S47)이 초기화된다.

만일, 결과가 예(YES)이면, 후술하는 바와 같이 아이들링속도검출과 조정루틴 RF6(도 6참조)이 실행된다.

S43에서, 차량속도(V)가 0보다 크고, 비록 엔진동력이 조종륜에 전달되지 않는다고 해도(클러치의 벗어남) 그 결과는 예로 된다.

비정상적상태 판정루틴 또는 S44에서의 제1의 단계에서, 작동량 Ac(t)을 통한 전류가 제1의 스로틀작동판정치 Ac(D1)보다 큰지가 판정된다.

특히, 스로틀작동량 Ac(t)가 정상작동량보다 큰지가 판정된다.

정상작동량은 차량이 정상적인 도로상태일 때 또는 차량이 일정한 속도로 평탄한 표면을 주행할 때의 스로틀위치를 나타낸다.

예를 들면, 그 결과는 차량이 경사진 표면을 오를 때에 예로 된다.

이 방법으로, 제어유닛(70)은 S44에서 엔진의 증가된 부하상태를 간접적으로 검출한다.

따라서 제1의 판정치 Ac(D1)는 최대가속 작동량의 80 내지 90%가 선택된다.

S44에서 그 결과가 예이거나, 엔진이 증가된 부하상태이면 증가된 부하상태루틴 RF7(도 7참조)이 실행된다.

루틴 RF7은 후술한다.

비정상상태 판정루틴의 제2단계 또는 S45에서, 현재의 스로틀작동량 Ac(t)이 종전의 스로틀작동량 Ac(t-1) 및 허용할 수 있는 증가량(α)보다 큰지의 여부를 판정한다.

만일, 스로틀작동량 Ac(t)가 S44의 완결기간동안 및 S45의 초기화기간 동안 허용할 수 있는 증가량(α)보다 큰 양에 의해 증가되면 S45의 결과는 예로될 것이다.

예를 들면, 다른 차량을 통과할 때 발생할 수 있는 차량의 신속한 가속을 제어유닛(70)이 간접적으로 검출하는 것을 가능하게 한다.

허용할 수 있는 증가량(α)은 제어유닛(70)이 가속기의 전체의 고의적인 또는 고의적이 아닌 강하를 분별하는 것을 가능하게 한다.

만일 S45의 결과가 예이면, 또는 신속한 가속이 필요하면 후술하는 것과 같은 가속된 상태의 루틴 RF8(도 8참조)이 실행된다.

만일 S45의 결과가 아니오이면, 제어유닛(70)은 S46을 실행한다.

S46에서 S45에 사용된 현재의 스로틀작동량 Ac(t)가 S45의 후속의 실행을위해 새로운 종전의 스로틀작동량 Ac(t-1)으로서 저장된다.

비정상상태 판정루틴의 제3단계 또는 S47에서, 현재의 스로틀작동량 Ac(t)가 최소의 스로틀작동량 Ac(min)인가가 판정된다.

최소스로틀작동량 Ac(min)은 엔진의 멈춤을 일으키지 않는 최소작동량이다.

적어도 운전자가 가속페달을 전혀 강하시키지 않을 때에 스로틀작동량은 최소에 도달한다.

다시 설명하면, S47에서 가속기페달의 강하정도가 0인지의 여부를 판정한다.

예를 들면, 차량이 경사진 표면을 오르고 있을 때 차량의 감속/비가속상태를 제어기는 간접적으로 검출한다.

S47의 결과가 예이면, 또는 차량이 비가속 또는 감속상태이면, 후술하는 비가속/감속상태루틴 RF9(도 9참조)가 실행된다.

만일, S47의 판정결과가 아니오이면, 비정상상태 판정루틴에서의 예의 판정결과는 아니다.

즉 차량이 증가된 부하상태, 또는 가속상태 또는 감속상태에 있지 않다.

차량이 정상동작상태인지가 판정된다.

다시 설명하면, 만일 비정상상태 판정루틴에서 예의 판정이 이루어지지 않으면 차량은 정상상태로 동작되는 것이라고 추정된다.

S47에서 아니오의 판정이 이루어진 후, 정상상태루틴 RF5(도 5참조)이 수행된다.

대부분의 경우, 정상상태루틴 RF5가 완결된 후 제어유닛(70)의 동작은 도 4의 주루틴의 S42로 복귀한다.

(정상상태루틴 RF5)

차량이 정상상태로 동작할 때 도 5에 나타내는 바와 같이 정상상태루틴 RF5에 따라 공기조화장치의 냉각출력 또는 압축기용량을 위해 피드백제어수단이 실행된다.

특히, 단계 S51내지 S54에서 목표토크(TQT)가 재검토되거나 재선택된다.

단계 S55로부터 S58에서 압축기의 구동축(6)에 현재 작용하는 토크 TS(t)가 목표토크(TQT)에 접근하도록 듀티비(Dt)를 위한 피드백제어수단이 수행된다.

즉, 단계 S55로부터 S58에서 크랭크압력(Pc), 압축기용량 및 토크를 위해 피드백제어수단이 실행된다.

S51에서, 제어유닛(70)은 온도센서(74)에 의해 검출된 증발기근처의 온도Te(t)가 온도선택기(73)에 의해 선택된 목표온도 Te(set)보다 큰지의 여부를 판정한다.

만일 그 결과가 아니오이면, 제어유닛(70)은 S52에서, 검출된 온도 Te(t)가 목표온도 Te(set)보다 적은지를 판정한다.

만일 S52의 결과가 또한 아니오이면, 검출된 온도 Te(t)는 목표온도 Te(set)와 동일하다.

그러므로 공기조화장치의 냉각용량을 변경하는 목표토크(TQT)를 바꿀 필요는없다.

그러나 만약 S51의 결과가 예이면, 증발기상에 작용하는 열부하가 비교적 크다는 것을 가정할 수 있다.

이 경우에는 S53에서, 목표토크(TQT)는 ΔTQ의 양으로 증가시킨다.

증가된 목표토크(TQT)는 용량을 증가시키고, 그리하여 공기조화장치의 냉각용량을 개선한다.

S52의 결과가 예이면, 증발기상에 작용하는 열부하가 비교적 적다고 하는 것을 가정할 수 있다.

이 경우에는 S54에서 목표토크(TQT)는 ΔTQ의 양으로 감소시킨다.

감소된 목표토크(TQT)는 용량을 감소시키고, 공기조화장치의 냉각용량을 낮추게 된다.

이 방법으로 단계 S51로부터 S54에서 목표토크(TQT)는 재검토되고 재선택된다.

결과적으로 S55에서 제어유닛(70)은 토크검출기(60)에서 검출된 토크 TQ(t)가 목표토크(TQT)의 전체와 허용할 수 있는 한계(W)보다 큰지의 여부를 판정한다.

만약 S55의 결과가 아니오이면, 제어유닛(70)은 검출된 토크 TQ(t)가 목표토크(TQT)와 허용할 수 있는 한계(W)간의 차이보다 작은지의 여부를 판정한다.

만일 S55 및 S56의 결과가 모두 아니오이면, 현재의 토크 TQ(t)는 값(TQT-W)및 값(TQT+W)간의 범위내로 떨어진다.

다시 설명하면 토크 TQ(t)는 목표토크(TQT)에 관련해서 허용할 수 있는 한계의 두배(2×W)에의해 한정된 현재로서 허용할 수 있는 범위이다.

이 경우에는 듀티비(Dt) 또는 토크 및 압축기용량을 변경할 필요가 없다.

그러므로 제어유닛(70)은 듀티비(Dt)를 변경하도록 구동기에 지령하는 일이없이 정상상태루틴 RF5를 종결한다.

정상상태루틴 RF5에서, 허용할 수 있는 한계(W)를 변경하므로써 토크 TQ(t)제어정확도 및 난조수준이 바뀐다.

만일 S55의 판정이 예이면 제어유닛(70)은 S57에서 듀티비(Dt)를 ΔD의 양만큼 감소시킨다.

그러면 제어유닛(70)은 구동기(71)에 현재의 듀티비를 새로운 듀티비(Dt-ΔD)로 변경하도록 지령한다.

이것은 용량제어밸브(40)의 코일(54)에 의해 생성된 전기자기력을 감소시킨다.

용량제어밸브(40)의 개방도가 대응적으로 증가된다(채취통로(28)에 흐르는 냉매의 유동율이 증가된다).

따라서 크랭크압력(Pc)와 각 실린더보어(1a)내의 압력간의 차이를 증가시키는 크랭크압력(Pc)이 상승된다.

그러므로 회전사판(12)은 경사각도를 감소시키는 방향으로 이동되고, 그리하여 압축기용량과 구동축(6)상에 작용하는 토크를 감소시킨다.

만약 S55의 판정이 아니오이고, S56의 판정이 예이면, 제어유닛(70)은 S58에서 듀티비(Dt)를 ΔD의 양만큼 증가시킨다.

그리고 제어유닛(70)은 구동기(71)에게 현재의 듀티비를 새로운 듀티비(Dt+ΔD)로 변경할 것을 지령한다.

이것은 용량제어밸브(40)의 코일(54)에 의해 생성되는 전기자기력을 증가시킨다.

용량제어밸브(40)의 개방도는 이렇게 해서 대응적으로 감소된다(채취통로(28)를 흐르는 냉매의 양이 감소된다).

따라서 각 피스톤(20)의 결합된 측에 작용하는 크랭크압력(Pc)과 각 실린더보어(1a)간의 차이를 감소시키기 위해 크랭크압력(Pc)를 낮춘다.

회전사판(12)은 경사각도를 증가시키는 방향으로 이동되고, 그리하여 압축기용량과 구동축(6)상에 작용하는 토크를 증가시킨다.

상술한 바와 같이, 비록 검출된 토크 TQ(t)와 목표토크(TQT)간의 차이가 비교적 크다고 해도 S57 및/또는 S58에서 피드백제어수단을 실행하므로써 토크 TQ(t)는 목표토크(TQT)에 근접하도록 조정된다.

도 10의 타임차트는 S53에서 목표토크(TQT)를 증가시킨 후, 단계 S55로부터 S58을 실행하는 동안 토크 TQ(t)의 변화를 나타내고 있다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 종래의 목표토크(TQT)를 보정된 목표토크TQT(New)로 바꾼후 TQ(t)를 보정된 목표토크 TQT(New)에 근접한 값으로 증가시키기위한 기간 T1 또는 기간 T2가 필요하다.

본 실시예에서는 공기조화장치의 열부하에 의해 영향을 받은 흡입압력(Ps)과같은 압력측정이 없는 것이 피드백 제어수단을 위한 매개변수로서 사용된다.

본발명의 수단에 따라 용량제어밸브(40)의 듀티율을 변경하므로써 토크 TQ(t)는 직접 제어된다.

토크 TQ(t)는 용량제어밸브(40)의 듀티율의 변경에 신속히 대응하기 때문에 기간(T1) 또는 (T2)는 비교적 짧다.

다시 설명하면 비교적 짧은 시간에 토크 TQ(t)는 목표토크(TQT)에 근접하는 값으로 조정되고 정상상태루틴 RF5는 종결된다.

(아이들링속도 검출과 조정루틴 RF6)

만일, 도 4의 주루틴에서 S43의 판정이 예이면, 제어유닛(70)은 아이들링속도검출과, 도 6의 조정루틴 RF6을 수행한다.

루틴 RF6에서 엔진아이들링속도가 검출되고, 필요하면 조정된다.

특히, 제어유닛(70)은 S61에서 ECU로부터 얻어진 엔진속도(NE)가 최소의 허용가능한 아이들링속도(IDmin)보다 작은지를 판정한다.

만일 S61에서의 판정이 아니오이면, 제어유닛(70)은 S62에서 엔진속도(NE)가 최대 허용가능 아이들링속도(IDmax)보다 큰지의 여부를 판정한다.

만일 S62에서의 판정결과가 아니오이면, 엔진속도(NE)는 값 IDmin과 값 IDmax간의 허용가능한 아이들링속도 범위내로 떨어진다고 가정할 수 있다.

그러므로 듀티율(Dt)을 바꿀 필요는 없고, 제어유닛(70)은 주루틴을 다시 계속한다.

만일 S61의 판정이 예이면, 엔진속도(NE)는 대단히 낮다고 추정되고, 엔진이 불안정한 상태에 있다.

이 경우 제어유닛(70)은 듀티율(Dt)을 최소듀티율 Dt(min)로 감소시킨다.

이것은 압축기의 구동축상에 작용하는 토크를 최소화하고, 압축기에 의해 엔진에 부가된 부하를 감소시킨다.

따라서 엔진속도(NE)는 증가된다.

만일, S61의 판정이 아니오이고, S62에서의 판정이 예이면, 엔진속도(NE)는 대단히 높다고 추정된다.

이 경우, 제어유닛(70)은 증가된 듀티율(Dt)이 최대듀티율 Dt(max)를 초과하지 않도록 S64에서 듀티율(Dt)를 ΔD의 양만큼 증가시킨다.

이것은 대응적으로 압축기의 구동축(6)상에 작용하는 토크를 증가시키고, 압축기에 의해 엔진에 가해진 부하를 증가시킨다.

따라서 엔진속도(NE)는 감소된다.

이 방법으로 비록 엔진이 압축기에 직접적으로 접속되었다고 해도 엔진속도(NE)는 안정된다.

상술한 바와 같이 아이들링 속도검출과 조정루틴 RF6은 비록 엔진이 기동한 직후라도 압축기상에 작용하는 토크를 조정하므로써 엔진(E)의 아이들링속도를 안정화시킬 수 있다.

(증가된 부하상태 루틴 RF7)

도 4의 주루틴에서 만일 S44의 판정이 예이면 제어유닛(70)은 도 7의 증가된 부하상태루틴 RF7을 실행한다.

루틴 RF7에서 제어유닛(70)은 첫째로 목표복귀치(DtR)로서 S71에서 현재의 듀티비(Dt)를 기억한다(준비단계).

값(DtR)은 후술하는 바와 같이, S74에서 듀티비 복귀단계를 위한 목표치이다.

S71을 완결한 후, S72에서 제어유닛(70)은 현재의 듀티비(Dt)를 최소듀티비 Dt(min)로 낮춘다.

그러면 제어유닛(70)은 최소듀티비 Dt(min)에 따라 용량제어밸브(40)를 동작시키도록 구동기(71)에 지령한다.

그후, 제어유닛(70)은 S73에서 현재의 스로틀작동량 Ac(t)이 제2의 스로틀작동 판정치 Ac(D2)보다 적은지의 여부를 판정한다.

제2의 판정치 Ac(D2)는 제1의 판정치 Ac(D1)보다 작다.

그러므로 만일 S73의 판정이 예이면, 스로틀작동량 Ac(t)는 작아지는 것으로 추정되고, 또는 엔진은 더 이상 증가된 부하상태에 있지 않게 된다.

본 실시예에서는 2개의 판정치 또는 제1의 판정치 Ac(D1)과 제2의 판정치 Ac(D2), 스로틀작동량 Ac(t)를 위한 히스테레시스 제어수단을 수행하기 위해 채용되었다.

2개의 판정치를 사용하므로써 단일판정치를 사용하므로써 발생되는 난조가 회피된다.

만일 S73에서의 판정이 아니오이면, 듀티비(Dt)는 최소듀티비 Dt(min)로서 유지된다.

따라서 용량제어밸브(40)의 개방도는 최대로 남고, 그리하여 크랭크압력(Pc)는 증가한다.

다시 설명하면, 엔진이 증가된 부하상태에 있으면, 엔진에 부가된 부하를 감소시키기 위해 압축기용량과 토크는 최소화된다.

또 S73의 판정이 예이고 또는 엔진이 더 이상 증가된 부하상태가 아니면, 듀티비복귀단계 또는 S74가 수행된다.

특히 S74에서 최소듀티비 Dt(min)로 감소된 현재의 듀티비 Dt(t)를 목표복귀치(DtR)(RF7의 처리에 들어가기 직전의 듀티비 )로 제어유닛(70)은 점진적으로 상승시킨다.

도 7의 S74의 그래프에서 보는 바와 같이 S73에서 시간(t1)에 예의 판정이 이루어진 후, 듀티비(Dt)는 어떤 기간 (t2-t1)에 실제적으로 직선적인 방법으로 듀티비(Dt)는 목표치(DtR)로 점진적으로 증가된다.

이것은 회전사판(12)의 경사각도가 신속히 바뀌어 충격을 발생시키는 것을 방지한다.

듀티비(Dt)가 목표치(DtR)를 달성하면 증가된 부하상태 루틴 RF7이 종결되고, 제어유닛(70)은 도 4의 주루틴을 다시계속한다.

(가속상태루틴 RF8)

도 4의 주루틴의 S45의 판정결과가 예이면 제어유닛(70)은 도 8의 가속상태루틴 RF8을 실행한다.

루틴 RF8에서 제어유닛(70)은 S81(준비단계)에 있어서 우선 목표복귀치(DtR)로서 현재의 듀티비(Dt)를 기억한다.

후술하는 바와 같이 (DtR)치는 듀티비복귀단계 또는 S87에서의 목표치이다.

결과적으로 S82에서 제어유닛(70)은 차량이 가속되었을 때에 엔진상에 작용하는 부하를 감소시키기 위한 개시시온도 Te(INI)로서 현재의 검출된 온도 Te(t)를 기억한다.

다음에 제어유닛(70)은 S83에 있어서, 내장타이머를 개시시키고, S84에서 듀티비(Dt)를 최소듀티비 Dt(min)로 감소시킨다.

그리고 제어유닛(70)은 최소듀티비 Dt(min)에 따라 용량제어밸브(40)를 작동시키도록 구동기(71)에 지령한다.

이것은 용량제어밸브(40)의 개방도(용량제어밸브 40의 전체개방)를 최대로 하고, 그리하여 크랭크압력(Pc)를 증가시킨다.

결과적으로 S85에서 제어유닛(70)은 내장타이머에 의해 측정된 시간이 소정의 시간(ST)를 초과했는지의 여부를 판정한다.

만일 S85의 판정이 아니오이면, 듀티비(Dt)는 최소듀티비 Dt(min)로서 유지된다.

즉 용량제어밸브(40)는 타이머가 개시된 후 적어도 소정의 시간(ST)가 경과할 때까지 전체 개방상태로 유지된다.

압축기용량과 압축기상에 작용하는 토크는 이렇게 해서 안정적으로 최소화된다.

즉, 차량이 가속되었을 때에 엔진상에 작용하는 부하는 적어도 소정의 시간(ST)에는 안정적으로 감소(최소화)된다.

소정의 시간(ST)은 일반적으로 가속이 일시적인 것이기 때문에 길 필요가 없다.

타이머에 의해 측정된 시간이 소정의 시간(ST)을 초과한 후 제어유닛(70)은 S86에 있어서, 현재 검출된 온도 Te(t)가 전체 개시시의 온도 Te(INI) 및 허용할 수 있는 증가량(β)보다 큰지의 여부를 판정한다.

S86에서의 판정이 예이면 현재의 온도 Te(t)가 소정시간 동안에 허용할 수 있는 증가량(β)보다 큰 정도로 증가한 것으로 추정된다.

이 경우에는 공기조화장치의 냉각출력의 즉시 증가가 필요하게 된다.

특히 듀티비복귀단계 또는 S87이 실행된다.

이 단계는 도 7의 대응하는 단계 또는 S74와 같이, 듀티비(Dt)를 목표듀티비(DtR)로 점진적으로 상승시킨다.

그리하여 회전사판의 경사의 신속한 변경이 회피된다.

도 8의 S87의 그래프에 나타내는 바와 같이, S86의 시간(t4)에서 예의 판정이 이루어진 후 시간(t5)에서 듀티비(Dt)는 목표듀티비(DtR)를 달성한다.

다시 설명하면 어떤 기간(t5-t4)내에 듀티비(Dt)는 실제적으로 직선적인 방법으로 목표듀티비(DtR)로 증가한다.

S87의 그래프에서 기간(t4-t3)은 소정의 시간(ST)의 전체와 S86의 판정에서, 아니오의 반복으로 소비된 시간에 대응한다.

듀티비(Dt)가 목표듀티비(DtR)에 도달하면 루틴 RF8은 종결되고, 제어유닛(70)은 도 4의 주루틴을 다시 계속한다.

(비가속/감속상태루틴 RF9)

도 4의 주루틴에서 S47의 판정결과가 예이면 제어유닛(70)은 도 9의 비가속/감속 상태루틴 RF9를 실행한다.

루틴 RF9에서 제어유닛(70)은 우선 현재의 듀티비(Dt)를 S91(준비단계)에서 목표복귀치(DtR)로서 기억한다.

후술하는 바와 같이, 값(DtR)은 듀티비복귀단계를 위한 목표치 또는 S95이다.

결과적으로, S92에서 제어유닛(70)은 듀티비(Dt)를 최대듀티비 Dt(max)로 증가시킨다.

그러면 제어유닛(70)은 최대듀티비 Dt(max)에 따라 용량제어밸브(40)를 작동시키도록 구동기(71)에 지령한다.

다음에 S93에서 제어유닛(70)은 증발기근처의 현재 검출된 온도 Te(t)가 목표온도 Te(set)보다 큰지의 여부를 판정한다.

만일, S93의 판정이 예이면 제어유닛(70)은 S94에서 현재의 스로틀작동량 Ac(t)이 최소스로틀작동량 Ac(min)인지의 여부를 판정한다.

S94의 판정이 예이면 듀티비(Dt)는 최대듀티비 Dt(max)로 유지된다.

용량제어밸브(40)의 개방도는 최소가 되고(용량제어밸브(40)은 완전히 폐색), 크랭크압력(Pc)은 감소된다.

이것은 압축기용량과 압축기상에 작용하는 토크를 최대화한다.

즉, 차량이 비가속 또는 감속상태일 때 엔진에 의해 저축된 에너지는 압축기에 의해 소비된다.

다시 설명하면, 단계 S92, S93, S94에 의해 형성된 주기는 전기차량의 회생제동에 대응하는 공기조화장치에 있어서의 에너지 회수수단이다.

상술한 바와 같이, 비가속/감속상태 루틴 RF9는 차량이 비가속 또는 감속상태일 때, 엔진에 의해 저축된 에너지를 압축기가 소비하는 것을 허용한다.

엔진상에 작용하는 부하의 감소때 저축된 에너지는 객실을 효율적으로 냉각하는데 사용된다.

S93의 판정이 아니오이고 또는 검출된 온도 Te(t)가 목표온도 Te(set)보다 크지 않으면 더이상의 냉각은 필요가 없다.

만일 S94의 판정이 아니오이고, 또는 스로틀작동량 Ac(t)이 최소스로틀작동량 Ac(min)보다 크면 그것은 차량이 더 이상 비가속 또는 감속상태에 있지 않은 것으로 추정된다.

그러므로 S93의 판정 또는 S94의 판정이 아니오이면, 듀티비복귀단계 또는 S95가 실행된다.

S95에서 듀티비(Dt)는 목표듀티비(DtR)로 점진적으로 감소된다.

이것은 도 7의 S74와 도 8의 S87과 같이 회전사판(12)의 경사각도가 신속히 변경되어 충격을 발생시키는 것을 방지한다.

S95의 그래프에 나타내는 바와 같이, 시간(t6)에서 S93 또는 S94에서 아니오판정이 이루어진 후, 시간(t7)에서 듀티비(Dt)는 목표듀티비(DtR)에 도달한다.

즉 듀티비(Dt)는 기간(t7-t6)에서 목표치(DtR)에 직선적으로 감소된다.

듀티비(Dt)가 목표치(DtR)에 도달하면 루틴 RF9는 종결되고, 제어유닛(70)은 도 4의 주루틴을 다시 계속한다.

본 실시예에서는 다음과 같은 이점이 있다.

본 실시예에서는 용량제어밸브(40)의 개방도 또는 압축기용량은 증발기상에 작용하는 열부하에 의해 변하는 흡입압력(Ps)에 관계없이 제어된다.

대신에 압축기의 구동축(6)에 작용하는 토크 TQ(t)는 본 실시예의 피드백제어수단에 따라 압축기용량을 변경하기 위해 직접 조정된다.

따라서 그 용량은 증발기상에 작용하는 열부하에 관계없이 엔진의 동작상태에 따라 신속히 변경하도록 외부적으로 제어된다.

결과적으로 압축기의 동작에 기인하는 엔진상에 작용하는 부하는 예를 들면, 차량이 가속되었을 때 본 발명의 제어수단에 따라 안정성이 있는 방법으로 안정적으로 신속히 제거된다.

차량이 정상적으로 동작할 때에는 압축기용량은 압축기상에 작용하는 토크 TQ(t)에 기초하여 피드백제어수단에 귀속된다.

즉 목표토크(TQT)는 검출된 온도 Te(t)와 목표온도 Te(set)에 관련해서 자동적으로 수정된다(도 5에 단계 S51 내지 S54로 표시).

이렇게 해서 객실의 온도는 쾌적한 수준으로 유지된다.

따라서, 이 실시예에서는 압축기용량은 차량이 정상적인 상태로 작동할 때 객실의 온도를 쾌적한 수준으로 유지하도록 제어되고, 엔진상에 작용하는 부하를 감소시키지 않으면 안될 때에는 신속히 감소된다.

본 실시예에서는 압축기상에 작용하는 토크 TQ(t)에 따라 피드백제어수단이 실행된다.

그리하여 듀티비복귀단계 S74, S87, S95에서는 소요의 방법에 의해 듀티비(Dt)는 목표듀티비(DtR)로 증가시키거나 감소시킨다(본 실시예에서는 직선적인 방법).

흡입압력(Ps)에 의존하는 종래기술의 제어수단에서는 압축기상에 작용하는 토크 TQ(t)의 변화를 제어하는 것은 곤란하다.

즉 종래기술의 수단은 본 발명과는 달리 압축기용량을 최소치로부터 또는 최대치로부터 직선적인 방법으로 점진적으로 증가 및 감소시키는 것은 가능하지 않았다.

본 실시예에서 크랭크압력(Pc)을 조정하는 용량제어밸브(40)는 밸로우스와 같은 압력감지부재를 필요로 하지 않는다.

이것은 종래기술의 목표압력 변경밸브와 비교하여 용량밸브의 제조비용을 감소시킨다.

(변경예)

본 발명은 다음과 같이 변경될 수 있다.

제1의 실시예에서는 토크검출기(60)는 비접촉형이었다.

그러나 토크검출기(60)는 접촉형의 변형게이지일 수 있다.

제1의 실시예에서는 토크검출기(60)는 압축기의 구동축(6)상에 작용하는 토크를 검출했다.

그러나 토크검출기(60)는 압축기 상에 작용하는 토크를 결정하기 위한 압축기의 다른 부분의 기계적인 변형(응력집중)을 검출할 수 있다.

예를들면, 토크검출기(60)는 엔진실내에 압축기를 고정하는 부재 또는 관통볼트(10)(도 1참조)에 발생하는 변형을 검출하는 센서라도 된다.

또한 상기한 실시예의 용량제어밸브(40)는 공급통로(28)에 구비되어 있으나 용량제어밸브(40)는 채취통로(27)에 구비되어 있어도 된다.

또한 용량제어밸브(40)는 공급통로(28)에 흐르는 냉매의 양과 채취통로(27)에 흐르는 냉매의 양을 제어하기 위한 3방향 제어밸브라도 된다.

제1실시예에서는 용량제어밸브(40)는 계속적으로 그 개방도를 조정하기 위해 외부적으로 제어했다.

그러나 용량제어밸브(40)는 밸브(40)가 개방 또는 폐색되는 동안 시간간격을 변경하기 위해 외부적으로 제어해도 된다.

도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이 토크검출기(60)의 자기변형검출부(61에서 66)는 구동축(6)의 돌출단말근처에 구비되었으나 도 12 또는 도 13의 자기변형검출부에 의해 대체해도 된다.

도 12의 자기변형검출부는 구동축(6)의 외측주위에 부착된 자기필름(자기변형링)(81)과, 자기수집요크(82)와 검출코일(83)을 포함한다.

자기변형링(81)은 구동축(6)에 따른 소정의 방사상치수(예를 들면, 1mm)와 소정의 수직치수(예를 들면, 30mm)를 갖고 있다.

압축기의 동작중의 반작용토크에 의해 발생된 자기변형의 검출정밀도를 개선하기 위해 도 12에 나타내는 바와 같이 자기변형링(81)에는 지령은 아니지만, 경사진 홈(81a)을 형성하는 것이 바람직하다.

요크(82)는 금속으로 형성되어 있고, 자기변형링(81)주위에는 링(81)과 요크(82)간에 형성된 어떤 공간이 배치되어 있다.

도 1의 코일 63 내지 66과 같이, 요크(82)는 구동축(6)의 돌출단말근처의 전면하우징(2)의 내부원주벽에 의해 지지되어 있다.

요크(82)는 도 12에 나타내는 바와 같이 유(U)자형 단면을 갖고 있고, 검출코일(83)을 유지한다.

검출코일(83)은 도 3의 2차코일(65),(66)에 대응한다.

요크(82)와 코일(83)은 자기변형링(81)에 접촉하지 않는다.

또한, 도 13(A)의 자기변형검출부는 자기변형링(81)과 자기변형센서(84)를 포함한다.

자기변형링(81)은 링(81)이 경사진 홈(81a)을 포함하지 않는 것을 제외하고는 도 12의 그것과 실질적으로 동일한 구조를 갖고 있다.

링(81)은 자기변형센서(84)에 접촉하지 않는다.

자기변형센서(84)는 도 13(B)에 나타내는 바와 같이, 크로스헤드형 픽업장치인 것이 바람직하다.

만약 크로스헤드형 픽업장치가 자기변형센서(84)로서 사용되었다면, 자기변형의 소요검출정밀도가 만족할만한 것이면 자기변형링(81)은 생략해도 된다.

도 12 및 도 13의 자기변형검출부에서 자기변형링(81)을 운반하는 구동축(6)은 압축기상에 작용하는 토크에 의해 변형된다.

이것은 링(81)의 변형에 따라 자기변형링(81)상에 자기변형을 생성하고, 검출코일(83) 또는 자기변형센서(84)에 유기된 전압(또는 전류)를 변경한다.

압축기상에 작용하는 토크는 검출코일(83) 또는 자기변형센서(84)에 유기된 전압에 상호 관련되어 있다.

결과적으로 압축기에 작용하는 토크는 검출코일(83) 또는 자기변형센서(84)에 유기된 전압에 따라 검출된다.

본 발명의 요지와 정신을 일탈하는 일이 없이 많은 다른 형태를 실시할 수 있는 것을 이 기술에 숙련된 자는 알 수 있을 것이다.

그러므로 본 실시예는 도시하기 위한 것이고 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니고, 첨부된 청구항의 범위내에서 변경될 수 있을 것이다.

본 발명은 증발기상에 작용하는 열부하에 관계없이, 필요할 경우, 외부제어수단을 통하여 압축기의 용량을 신속히 변경할 수 있는 공기조화장치를 제공하며, 엔진상에 작용하는 부하를 감소시키지 않으면 안될 때 용량을 신속히 낮추고, 엔진상에 작용하는 부하를 감소시킬 필요가 없을 때에 객실의 온도를 쾌적한 수준으로 유지하기 위해 그 용량을 조정하기 위한 용량가변형 압축기를 제어하기 위한 수단을 제공한다.

Claims

응축기, 감압기, 증발기 및 용량가변형 압축기를 포함하는 냉매회로를 갖는 공기조화장치에 있어서, 상기 압축기의 동작기간에 압축기상에 작용하는 토크를 직접 혹은 간접적으로 검출하는 토크검출장치와, 토크 외의 각종 외부정보를 검출하는 외부정보 검출장치 및 외부정보 검출장치에 의해 제공된 외부정보에 따라 목표토크를 결정하고, 토크검출장치에 의해 검출된 토크가 목표토크에 근접하도록 압축기의 토출용량을 제어하기 위한 피드백 제어프로그램을 실행하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제1항에 있어서,

상기 제어장치는 외부정보에 따라 공기조화장치가 정상상태 혹은 비정상상태인지의 여부를 결정하고, 또한 제어장치는 공기조화장치가 비정상상태인 경우, 목표토크에 관계없이 토크가 소정의 값에 근접하도록 압축기 토출용량을 제어하기 위한 피드백 제어프로그램을 중단하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제2항에 있어서,

상기 소정의 값이 토크의 최소치 또는 최대치인 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제1항에 있어서,

상기 외부정보 검출장치는 적어도 객실의 온도를 검출하기 위한 온도센서와, 목표온도를 선택하기 위한 온도선택기를 포함하고, 제어장치는 온도센서에 의해 검출된 온도와 온도선택기에 의해 선택된 목표온도 간의 비교를 통해 목표토크를 결정하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제1항에 있어서,

외부정보 검출장치는 적어도 스로틀의 위치를 검출하기 위한 스로틀센서를 포함하고, 상기 제어장치는 적어도 스로틀센서에 의해 검출된 스로틀 위치에 따라 차량이 부하증가상태 및 가속상태와 같은 비정상상태에 있는지의 여부를 결정하고, 차량이 부하증가상태 또는 가속상태에 있을 경우 토크를 최소화하기 위해 압축기토출용량을 제어하기 위한 피드백 프로그램을 중단시키는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제1항에 있어서,

상기 외부정보 검출장치는 스로틀의 위치를 검출하기 위한 스로틀센서를 포함하고, 제어장치는 적어도 스로틀센서에 의해 검출된 스로틀 위치에 따라 차량이 비가속상태 및 감속상태와 같은 비정상적인 상태에 있는지의 여부를 결정하고, 차량이 비가속상태 또는 감속상태에 있을 경우, 토크를 최대화하기 위해 압축기 토출용량을 제어하기 위한 피드백프로그램을 중단시키는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,

상기 제어장치가 소정의 방법으로, 비정상적인 상태에서 설정된 수준의 토크로부터 본래 비정상적인 상태이전에 검출된 토크로 복귀시키기 위한 토출용량 복귀절차를 실행하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제1항에 있어서,

상기 용량가변형 압축기는 응축기에 연결된 배출챔버, 증발기에 연결된 흡입챔버, 경사캠판을 수용하는 크랭크챔버, 및 배출챔버, 크랭크챔버 및 흡입챔버를 통과하는 냉매통로에 장착된 용량 제어밸브를 구비하고, 상기 용량 제어밸브는 이 제어밸브에 공급되는 전류에 따라 작동하도록 외부적으로 제어되고, 상기 제어장치는 상기 용량 제어밸브의 개방도를 이 밸브에 공급되는 전류에 따라 조정하여 크랭크챔버내의 압력을 제어하여 압축기 토출용량을 변경하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제1항에 있어서,

상기 토크검출장치가 압축기의 구동축 상에 작용하는 토크를 검출하는 것을 특징으로하는 공기조화장치.
제9항에 있어서,

상기 토크검출장치가 크로스헤드형 픽업장치를 포함하는 자기변형검출부를 갖는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제4항에 있어서,

상기 온도센서가 증발기를 통과하는 공기의 온도를 검출하기 위해 증발기 근처에 구비된 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제8항에 있어서,

상기 용량제어밸브의 개방도는 흡입압력에 관계없이 전류공급에 따라 조정되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제8항에 있어서,

상기 용량제어밸브가 배출챔버를 크랭크챔버에 접속하는 통로에 구비된 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
차량의 공기조화장치에 설치된 용량가변형압축기의 토출용량을 제어하기 위한 방법에 있어서, 압축기의 반작용토크가 차량이 정상적인 작동모드일 때 객실의 온도에 따라 결정되는 목표토크에 도달하도록 압축기 토출용량을 제어하기 위한 피드백 제어프로그램을 실행하고, 차량이 비정상적인 작동모드일 때, 토크가 소정의 값에 도달하도록 피드백 제어프로그램을 중단하는 것을 특징으로하는 용량가변형 압축기의 용량제어방법.
제14항에 있어서,

상기 소정의 값을 토크의 최대치 또는 최소치로 선택하는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어방법.
제14항 또는 제15항에 있어서,

상기 용량 제어밸브의 개방도를 조정하여 크랭크챔버 내의 압력을 제어하므로써 용량가변형 압축기의 용량을 변경하고, 상기 제어밸브에의 개방도를 이 제어밸브에 대한 전류공급에 따라 변경하고, 압축기 토출용량은 상기 제어밸브에 대한 전류공급에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어방법.