KR20020075206A

KR20020075206A - 압축기토크 산출방법, 공조장치 및 엔진제어장치

Info

Publication number: KR20020075206A
Application number: KR1020020001183A
Authority: KR
Inventors: 마쯔바라료; 스이또겐; 기무라가즈야; 가와구찌마사히로
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2002-10-04
Also published as: JP2002276557A; BR0201020A; CN1382596A; EP1243449A2; US20020166330A1; US6557360B2; EP1243449A3

Abstract

(과제) 압축기토크를 정밀도 좋게 산출하는 것이 가능한 압축기토크 산출방법을 제공하는 것이다.

(해결 수단) 압축기의 운전상태에 근거하여 압축기의 이론토크 (이상적인 단열압축에 필요한 토크) 및 운전효율을 산출하고, 이론토크 및 운전효율에 근거하여 압축기의 실제의 구동에 필요한 압축기토크 (Tr) 를 산출한다.

Description

압축기토크 산출방법, 공조장치 및 엔진제어장치 {METHOD OF CALCULATING COMPRESSOR TORQUE, AIR CONDITIONER, AND ENGINE CONTROLLING APPARATUS}

본 발명은 압축기의 구동에 필요한 압축기토크를 산출하기 위한 압축기토크 산출방법, 공조장치 및 엔진제어장치에 관한 것이다.

종래, 차량에 있어서는 엔진의 출력제어를 바람직하게 실시하기 위하여, 엔진을 구동원으로 하는 공조장치가 구비하는 압축기를 구동하는데 필요한 압축기토크를 파악하는 것이 일반적으로 실시되고 있다. 예를 들어, 압축기의 현재의 구동에 이론적으로 필요하다고 여겨지는 이론토크와, 압축기 내부의 마찰 등을 고려한 손실토크에 근거하여 압축기토크를 산출하고, 이 압축기토크분을 상승시켜 엔진의 출력을 제어하는 것이다.

그러나, 압축기의 손실토크는 그 운전상태에 따라 다른 것이지만, 종래는 이를 고려하지 않고 일정값으로서 취급하였다. 따라서, 압축기토크를 정밀도 좋게 산출할 수 없고, 나아가 엔진의 출력제어를 높은 정밀도로 실시할 수 없었다.

또한, 토크센서를 사용하여 압축기토크를 직접적으로 검출하는 것도 검토되고는 있지만, 이러한 센서는 고가이고 그 설치공간도 크게 차지하기 때문에 현실적이지는 않다.

본 발명의 목적은 압축기토크를 정밀도 좋게 산출하는 것이 가능한 압축기토크 산출방법, 공조장치 및 엔진제어장치를 제공하는 데에 있다.

도 1 은 용량가변형 사판식 압축기의 단면도.

도 2 는 제어밸브의 단면도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

30 : (압축기와 함께 냉매순환회로를 구성하는) 외부냉매회로

81 : (운전상태 검출수단 및 압축기토크 산출수단으로서의) 에어콘 ECU

86 : (운전상태 검출수단을 구성하는) Pd 센서

87 : (운전상태 검출수단을 구성하는) Ps 센서

89 : (운전상태 검출수단을 구성하는) 회전속도센서

Pd : (압축기의 운전정보로서의) 토출압력

Ps : (압축기의 운전정보로서의) 흡입압력

Nc : (압축기의 운전정보로서의) 압축기의 회전속도

Qd : (압축기의 운전정보로서의) 냉매유량

ηad : 압축기의 운전효율

Tr : 압축기토크

상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1 의 발명에서는 압축기의 운전상태에 근거하여 압축기의 이론토크 및 운전효율을 산출하고, 이 이론토크 및 운전효율에 근거하여 압축기의 구동에 필요한 압축기토크를 산출하는 것을 특징으로 한 압축기토크 산출방법이다.

이 구성에 있어서는, 압축기의 현재의 구동에 이론적으로 필요하다고 여겨지는 이론토크에 현재의 운전효율을 가미하여, 압축기의 실제의 구동에 필요하다고 여겨지는 압축기토크를 산출 (추정) 하고 있다. 따라서, 압축기토크 정보의 정밀도를 높일 수 있다.

청구항 2 의 발명은, 압축기를 갖는 냉매순환회로를 구비한 공조장치에 있어서, 상기 압축기의 운전상태를 검출하는 운전상태 검출수단과, 그리고 상기 운전상태 검출수단으로부터의 운전정보에 근거하여 압축기의 이론토크 및 운전효율을 산출하고 이 이론토크 및 운전효율에 근거하여 압축기의 구동에 필요한 압축기토크를 산출하는 압축기토크 산출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 공조장치이다.

이 구성에 있어서는, 압축기의 현재의 구동에 이론적 (이상적인 단열압축) 으로 필요하다고 여겨지는 이론토크에 현재의 운전효율을 가미하여, 압축기의 실제의 구동에 필요하다고 여겨지는 압축기토크를 산출 (추정) 하고 있다. 따라서, 압축기토크 정보의 정밀도를 높일 수 있다.

청구항 3 의 발명은, 청구항 2 에 있어서, 상기 운전상태 검출수단은 냉매순환회로의 냉매유량 또는 이와 관련이 있는 물리량을 검출하는 냉매유량 검출수단을 구비하고, 상기 압축기토크 산출수단은 냉매유량 검출수단이 검출한 냉매유량정보에 근거하여 압축기의 운전효율을 산출하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에 있어서는, 압축기의 운전효율에 큰 영향을 미치는 냉매유량에 근거하여 운전효율을 산출하기 때문에, 압축기토크의 산출정밀도를 더욱 높일 수 있다.

청구항 4 의 발명은, 청구항 3 에 있어서, 상기 압축기는 제어실의 내압을 조절함으로써 토출용량을 변경할 수 있고, 이 제어실의 내압조절은 제어밸브의 밸브 개도 (開度) 조절에 의해 실시되고, 상기 제어밸브는 상기 압축기의 제어실과 냉매순환회로의 토출압력영역을 연통 (連通) 하는 급기통로 또는 제어실과 냉매순환회로의 흡입압력영역을 연통하는 추기통로의 개도를 조절할 수 있는 밸브본체와, 상기 냉매순환회로에 설정된 2 개의 압력감시점 사이의 차압을 기계적으로 검출함과 동시에, 이 검출차압의 변동을 상쇄시키는 측으로 용량가변형 압축기의 토출용량이 변경되도록 밸브본체를 동작시키는 감압기구와, 상기 감압기구에 부여하는 힘을 외부로부터의 지령에 의해 조절함으로써 이 감압기구에 의한 밸브본체의 위치결정동작의 기준이 되는 설정차압을 변경시킬 수 있는 설정차압 변경수단을 구비하고, 상기 냉매유량 검출수단은 설정차압 변경수단에 대한 지령정보에 근거하여 냉매순환회로의 냉매유량을 파악하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에 있어서는, 설정차압 변경수단에 대한 지령정보로부터 냉매유량을 파악하는 것이 용이해진다.

청구항 5 의 발명은, 제 4 항에 있어서, 냉매유량을 파악하기에 바람직한 압력감시점의 설정위치에 대하여 언급한 것이다. 즉, 상기 2 개의 압력감시점은냉매순환회로의 토출압력영역에 각각 설정되어 있다.

청구항 6 의 발명은, 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 운전상태 검출수단은 압축기의 회전속도 또는 이와 관련이 있는 물리량을 검출하는 회전속도 검출수단을 구비하고, 상기 압축기토크 산출수단은 회전속도 검출수단이 검출한 회전속도정보에 근거하여 압축기의 운전효율을 산출하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 있어서는, 압축기의 운전효율에 큰 영향을 미치는 압축기 (구동축) 의 회전속도에 근거하여 운전효율을 산출하기 때문에, 압축기토크의 산출정밀도가 높아진다.

청구항 7 의 발명은, 차량의 주행 구동원임과 동시에, 청구항 2 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 공조장치가 구비하는 압축기의 구동원이기도 한 엔진의 출력을 제어하기 위한 엔진제어장치로서, 압축기토크 산출수단에 의해 산출된 압축기토크를 가미하여 엔진의 출력제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 엔진제어장치이다.

이 구성에 있어서는, 높은 정밀도의 압축기토크 정보를 얻을 수 있기 때문에, 엔진의 출력제어를 높은 정밀도로 실시하는 것이 가능하게 된다.

발명의 실시형태

이하, 본 발명을 차량용 공조장치에 있어서 구체화한 1 실시형태에 대하여 설명한다.

(용량가변형 사판식 압축기)

도 1 에 나타내는 바와 같이, 용량가변형 사판식 압축기 (이하, 간단하게 압축기라 함) 의 하우징 (11) 내에는 제어실로서의 크랭크실 (12) 이 구획되어 있다. 이 크랭크실 (12) 내에는 구동축 (13) 이 회전 가능하게 배치되어 있다. 이 구동축 (13) 은 차량의 주행 구동원인 엔진 (내연기관) (E) 에 작동 연결되어, 이 엔진 (E) 으로부터의 동력공급에 의해 회전구동된다.

상기 크랭크실 (12) 에 있어서 구동축 (13) 상에는 러그 플레이트 (14) 가 일체로 회전가능하게 고정되어 있다. 이 크랭크실 (12) 내에는 캠 플레이트로서의 사판 (15) 이 수용되어 있다. 이 사판 (15) 은 구동축 (13) 에 슬라이드이동 가능하고 또한 경사운동 가능하게 지지되어 있다. 힌지기구 (16) 는 러그 플레이트 (14) 와 사판 (15) 사이에 위치되어 있다. 따라서, 사판 (15) 은 힌지기구 (16) 를 통함으로써 러그 플레이트 (14) 및 구동축 (13) 과 동기회전 가능함과 동시에 구동축 (13) 에 대하여 경사운동 가능하게 되어 있다.

상기 하우징 (11) 내에는 복수 (도면에는 1 개만 나타냄) 의 실린더 보어 (11a) 가 형성되어 있고, 각 실린더 보어 (11a) 내에는 편두형 피스톤 (17) 이 왕복운동 가능하게 수용되어 있다. 각 피스톤 (17) 은 슈 (18) 를 통하여 사판 (15) 의 외주부에 걸려 있다. 따라서, 구동축 (13) 의 회전에 수반되는 사판 (15) 의 회전운동이 슈 (18) 를 통하여 피스톤 (17) 의 왕복운동으로 변환된다.

상기 실린더 보어 (11a) 내의 후방 (도면 우측) 측에는 피스톤 (17) 과, 하우징 (11) 에 내장된 밸브ㆍ포트 형성체 (19) 로 둘러쌓여 압축실 (20) 이 구획되어 있다. 하우징 (11) 에 있어서 밸브ㆍ포트 형성체 (19) 보다도 후방측의 내부에는 흡입실 (21) 및 토출실 (22) 이 각각 구획형성되어 있다.

그리고, 상기 흡입실 (21) 의 냉매가스는 각 피스톤 (17) 의 상사점위치로부터 하사점측으로의 이동에 의해 밸브ㆍ포트 형성체 (19) 에 형성된 흡입포트 (23) 및 흡입밸브 (24) 를 통하여 압축실 (20) 로 흡입된다. 압축실 (20) 로 흡입된 냉매가스는 피스톤 (17) 의 하사점위치로부터 상사점측으로의 이동에 의해 소정 압력까지 압축되고, 밸브ㆍ포트 형성체 (19) 에 형성된 토출포트 (25) 및 토출밸브 (26) 를 통하여 토출실 (22) 로 토출된다.

(압축기의 용량제어구조)

상기 하우징 (11) 내에는 추기통로 (27) 및 급기통로 (28) 가 설치되어 있다. 추기통로 (27) 는 크랭크실 (12) 과 흡입실 (21) 을 연통한다. 급기통로 (28) 는 토출실 (22) 과 크랭크실 (12) 을 연통한다. 하우징 (11) 에 있어서 급기통로 (28) 의 도중에는 제어밸브 (CV) 가 배치되어 있다.

그리고, 상기 제어밸브 (CV) 의 개도를 조절함으로써, 급기통로 (28) 를 통한 크랭크실 (12) 로의 고압의 토출가스 도입량과 추기통로 (27) 를 통한 크랭크실 (12) 로부터의 가스 도입량의 밸런스가 제어되어, 크랭크실 (12) 의 내압이 결정된다. 크랭크실 (12) 의 내압변경에 따라, 피스톤 (17) 을 통한 크랭크실 (12) 의 내압과 압축실 (20) 의 내압의 차가 변경되어, 사판 (15) 의 경사각도가 변경된 결과, 피스톤 (17) 의 스트로크, 즉 압축기의 토출용량이 조절된다.

예를 들어, 상기 크랭크실 (12) 의 내압이 저하되면, 사판 (15) 의 경사각도가 증대하여 압축기의 토출용량이 증대된다. 반대로, 크랭크실 (12) 의 내압이상승되면, 사판 (15) 의 경사각도가 감소하여 압축기의 토출용량이 감소된다.

(냉매순환회로)

도 1 에 나타내는 바와 같이, 차량용 공조장치의 냉매순환회로 (냉동사이클) 는 상술한 압축기와 외부냉매회로 (30) 로 구성되어 있다. 외부냉매회로 (30) 는 응축기 (31), 감압장치로서의 팽창밸브 (32) 및 증발기 (33) 를 구비하고 있다.

제 1 압력감시점 (P1) 은 토출실 (22) 내에 설정되어 있다. 제 2 압력감시점 (P2) 은 제 1 압력감시점 (P1) 으로부터 응축기 (31) 측 (하류측) 으로 소정 거리만큼 떨어진 냉매통로의 도중에 설정되어 있다. 제 1 압력감시점 (P1) 과 제어밸브 (CV) 는 제 1 검압통로 (35) 를 통하여 연통되어 있다. 제 2 압력감시점 (P2) 과 제어밸브 (CV) 는 제 2 검압통로 (36) (도 2 참조) 를 통하여 연통되어 있다. 제 1 압력감시점 (P1) 과 제 2 압력감시점 (P2) 사이의 냉매통로상에는 고정 스로틀 (37) 이 설치되어 있다.

(제어밸브)

도 2 에 나타내는 바와 같이, 상기 제어밸브 (CV) 의 밸브하우징 (41) 내에는 밸브실 (42), 연통로 (連通路; 43) 및 감압실 (44) 이 구획되어 있다. 밸브실 (42) 및 연통로 (43) 내에는 작동로드 (45) 가 횡방향 (도면에서는 수직방향) 으로 이동 가능하게 배치되어 있다. 연통로 (43) 와 감압실 (44) 은 상기 연통로 (43) 에 삽입된 작동로드 (45) 의 상단부에 의해 차단되어 있다. 밸브실 (42) 은 급기통로 (28) 의 상류부를 통하여 토출실 (22) 과 연통되어 있다. 연통로 (43) 는 급기통로 (28) 의 하류부를 통하여 크랭크실 (12) 과 연통되어 있다.밸브실 (42) 및 연통로 (43) 는 급기통로 (28) 의 일부를 구성한다.

상기 밸브실 (42) 내에는 작동로드 (45) 의 중간부에 형성된 밸브본체부 (46) 가 배치되어 있다. 밸브실 (42) 과 연통로 (43) 의 경계에 위치하는 단차는 밸브시트 (47) 를 이루고 있고, 연통로 (43) 는 일종의 밸브구멍을 이루고 있다. 그리고, 작동로드 (45) 가 도 2 의 위치 (최하구동위치) 로부터, 밸브본체부 (46) 가 밸브시트 (47) 에 얹혀지는 최상구동위치로 상승구동하면, 연통로 (43) 가 차단된다. 즉, 작동로드 (45) 의 밸브본체부 (46) 는 급기통로 (28) 의 개도를 조절 가능한 밸브본체로서 기능한다.

상기 감압실 (44) 내에는 벨로우즈 (bellows) 로 이루어지는 감압부재 (48) 가 수용 배치되어 있다. 이 감압부재 (48) 의 상단부는 밸브하우징 (41) 에 고정되어 있다. 감압부재 (48) 의 하단 (가동단) 부에는 작동로드 (45) 의 상단부가 끼워져 있다. 감압실 (44) 내는 바닥이 있는 원통형상을 이루는 감압부재 (48) 에 의해 감압부재 (48) 의 내공간인 제 1 압력실 (49) 과, 상기 감압부재 (48) 의 외공간인 제 2 압력실 (50) 로 구획되어 있다. 제 1 압력실 (49) 에는 제 1 검압통로 (35) 를 통하여 제 1 압력감시점 (P1) 의 압력 (PdH) 이 유도되고 있다. 제 2 압력실 (50) 에는 제 2 검압통로 (36) 를 통하여 제 2 압력감시점 (P2) 의 압력 (PdL) 이 유도되고 있다.

상기 밸브하우징 (41) 의 하방측에는 설정차압 변경수단으로서의 전자 액츄에이터부 (51) 가 설치되어 있다. 이 전자 액츄에이터부 (51) 는 밸브하우징 (41) 내의 중심부에 바닥이 있는 원통형상의 수용통 (52) 을 구비하고 있다. 이수용통 (52) 에 있어서 상방측의 개구에는 원기둥형상의 센터포스트 (center post) (고정철심) (53) 가 끼워져 고정되어 있다. 이 센터포스트 (53) 의 끼워짐에 의해 수용통 (52) 내의 최하부에는 플런저실 (54) 이 구획되고 있다.

상기 플런저실 (54) 내에는 덮개가 있는 원통형상의 플런저 (가동철심) (56) 가 축방향으로 이동 가능하게 수용되어 있다. 센터포스트 (53) 의 중심에는 축방향으로 연장되는 가이드구멍 (57) 이 관통 형성되고, 이 가이드구멍 (57) 내에는 작동로드 (45) 의 하단측이 축방향으로 이동 가능하게 배치되어 있다. 작동로드 (45) 의 하단은 플런저실 (54) 내에 있어서 플런저 (56) 의 상단면에 맞닿아져 있다.

상기 플런저실 (54) 에 있어서 수용통 (52) 의 내저면과 플런저 (56) 사이에는 플런저 탄성지지 스프링 (60) 이 수용되어 있다. 이 플런저 탄성지지 스프링 (60) 은 플런저 (56) 를 작동로드 (45) 측을 향하여 탄성지지한다. 또, 작동로드 (45) 는 감압부재 (48) 자체가 갖는 스프링성 (이하, 벨로우즈 스프링 (48) 이라 칭함) 에 근거하여 플런저 (56) 측을 향하여 탄성지지되고 있다. 따라서, 플런저 (56) 와 작동로드 (45) 는 상시 일체로 되어 상하 구동한다. 또한, 벨로우즈 스프링 (48) 은 플런저 탄성지지 스프링 (60) 보다도 스프링력이 큰 것이 사용되고 있다.

상기 수용통 (52) 의 외주측에는 센터포스트 (53) 및 플런저 (56) 를 걸친 범위에 코일 (61) 이 감겨 배치되어 있다. 이 코일 (61) 에는 구동회로 (71) 로부터 전력이 공급된다.

상기 구동회로 (71) 로부터 코일 (61) 로의 전력공급에 의해, 이 전력공급량에 대응한 크기의 전자력 (전자흡인력) 이 플런저 (56) 와 센터포스트 (53) 사이에 발생하고, 이 전자력은 플런저 (56) 를 통하여 작동로드 (45) 로 전달된다. 또한, 코일 (61) 로의 통전제어는 인가전압을 조정함으로써 이루어지고, 이 인가전압의 조정에는 PWM (펄스폭 변조) 제어가 채택되고 있다.

(제어밸브의 동작특성)

상기 제어밸브 (CV) 에 있어서는 다음과 같이 하여 작동로드 (45) (밸브본체부 (46)) 의 배치위치, 즉 밸브개도가 결정된다.

먼저, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 코일 (61) 로의 통전이 없는 경우 (듀티비 = 0%), 작동로드 (45) 의 배치에는 벨로우즈 스프링 (48) 이 하향 탄성지지력의 작용이 지배적이 된다. 따라서, 작동로드 (45) 는 최하구동위치에 배치되고, 밸브본체부 (46) 는 연통로 (43) 를 완전 개방시킨다. 이 때문에, 크랭크실 (12) 의 내압은 그 때 놓인 상황 하에 있어서 취할 수 있는 최대값이 되고, 이 크랭크실 (12) 의 내압과 압축실 (20) 의 내압의 피스톤 (17) 을 통한 차는 커서, 사판 (15) 은 경사각도를 최소로 하여 압축기의 토출용량은 최소로 되어 있다.

이어서, 상기 제어밸브 (CV) 에 있어서 코일 (61) 에 대하여 듀티비 가변범위의 최소 듀티비 (＞ 0%) 이상의 통전이 이루어지면, 플런저 탄성지지 스프링 (60) 에 가세된 상향 전자력이 벨로우즈 스프링 (48) 에 의한 하향 탄성지지력을 능가하여 작동로드 (45) 가 상승구동을 개시한다. 이 상태에서는, 플런저 탄성지지 스프링 (60) 의 상향 탄성지지력에 의해 가세된 상향 전자력이 벨로우즈 스프링 (48) 의 하향 탄성지지력에 의해 가세된 2 점간 차압 (ΔPd) (= PdH - PdL) 에 근거하는 하향 가압력에 대항한다. 그리고, 이들 상하 탄성지지력이 균형을 이루는 위치에 작동로드 (45) 의 밸브본체부 (46) 가 밸브시트 (47) 에 대하여 위치결정된다.

예를 들어, 상기 엔진 (E) 의 회전속도가 감소하여 냉매순환회로의 냉매유량이 감소하면, 하향 2 점간 차압 (ΔPd) 에 근거하는 힘이 감소하여 그 시점에서의 전자력으로는 작동로드 (45) 에 작용하는 상하 탄성지지력의 균형을 도모할 수 없게 된다. 따라서, 작동로드 (45) (밸브본체부 (46)) 가 상승구동하여 연통로 (43) 의 개도가 감소하고, 크랭크실 (12) 의 내압이 저하되는 경향이 된다. 이 때문에, 사판 (15) 이 경사각도 증대방향으로 경사운동하여 압축기의 토출용량은 증대된다. 압축기의 토출용량이 증대하면 냉매순환회로에 있어서의 냉매유량도 증대하여 2 점간 차압 (ΔPd) 은 증가한다.

반대로, 상기 엔진 (E) 의 회전속도가 증대하여 냉매순환회로의 냉매유량이 증대하면, 하향 2 점간 차압 (ΔPd) 에 근거하는 힘이 증대하여 그 시점에서의 전자력으로는 작동로드 (45) 에 작용하는 상하 탄성지지력의 균형을 도모할 수 없게 된다. 따라서, 작동로드 (45) (밸브본체부 (46)) 가 하강구동하여 연통로 (43) 의 개도가 증가하고, 크랭크실 (12) 의 내압이 증대경향으로 된다. 이 때문에, 사판 (15) 이 경사각도 감소방향으로 경사운동하여 압축기의 토출용량은 감소된다. 압축기의 토출용량이 감소하면 냉매순환회로에 있어서의 냉매유량도 감소하여, 2 점간 차압 (ΔPd) 은 감소한다.

또, 예를 들어 상기 코일 (61) 로의 통전 듀티비를 크게 하여 상향 전자력을 크게 하면, 그 시점에서의 2 점간 차압 (ΔPd) 에 근거하는 힘으로는 상하 탄성지지력의 균형을 도모할 수 없게 된다. 이 때문에, 작동로드 (45) (밸브본체부 (46)) 가 상승구동하여 연통로 (43) 의 개도가 감소하고 압축기의 토출용량이 증대된다. 그 결과, 냉매순환회로에 있어서의 냉매유량이 증대하여, 2 점간 차압 (ΔPd) 도 증대한다.

반대로, 상기 코일 (61) 로의 통전 듀티비를 작게 하여 상향 전자력을 작게 하면, 그 시점에서의 2 점간 차압 (ΔPd) 에 근거하는 힘으로는 상하 탄성지지력의 균형을 도모할 수 없게 된다. 이 때문에, 작동로드 (45) (밸브본체부 (46)) 가 하강구동하여 연통로 (43) 의 개도가 증가하고 압축기의 토출용량이 감소된다. 그 결과, 냉매순환회로에 있어서의 냉매유량이 감소하여 2 점간 차압 (ΔPd) 도 감소한다.

즉, 상기 제어밸브 (CV) 는 코일 (61) 로의 통전 듀티비 (설정차압 변경수단에 대한 지령) 에 의해 결정된 2 점간 차압 (ΔPd) 의 제어목표 (설정차압) 를 유지하도록, 이 2 점간 차압 (ΔPd) 의 변동에 대응하여 내부 자율적으로 작동로드 (45) (밸브본체부 (46)) 를 위치결정하는 구성으로 되어 있다. 또, 이 설정차압은 코일 (61) 로의 통전 듀티비를 조절함으로써, 외부로부터 변경 가능하게 되어 있다.

(차량의 제어체계)

도 2 에 나타내는 바와 같이, 상기 차량에는 공조장치의 제어전반을 관장하는 에어콘 ECU (81) 와, 엔진 (E) 의 제어전반을 관장하는 엔진 ECU (82) 가 탑재되어 있다. 각 ECU (81, 82) 는 컴퓨터를 내장한 전자제어유닛이다. 에어콘 ECU (81) 와 엔진 ECU (82) 는 상호통신이 가능하게 접속되어 있다.

상기 에어콘 ECU (81) 에는 A/C 스위치 (탑승자가 조작하는 공조장치의 ON/OFF 스위치) (83), 차량 실내의 적절한 온도를 설정하기 위한 온도설정기 (84), 차량 실내의 온도를 검출하기 위한 온도센서 (85), 냉매순환회로에 있어서 압축기의 토출실 (22) 과 응축기 (31) 를 포함하는 양자간의 토출압력영역의 압력 (Pd) 을 검출하기 위한 Pd 센서 (86) 및 냉매순환회로에 있어서 증발기 (33) 와 압축기의 흡입실 (21) 을 포함하는 양자간의 흡입압력영역의 압력 (Ps) 을 검출하기 위한 Ps 센서 (87) 가 접속되어 있다. 또, 에어콘 ECU (81) 에는 상기 구동회로 (71), 즉 제어밸브 (CV) (코일 (61)) 가 제어요소로서 접속되어 있다.

상기 엔진 ECU (82) 에는 액셀개도 (액셀페달의 밟는 양) 를 검출하기 위한 액셀개도센서 (88) 및 엔진 (E) 의 회전속도 (Ne) 를 검출하기 위한 회전속도센서 (89) 가 접속되어 있다. 또, 엔진 ECU (82) 에는 엔진 (E) 에 구비된 전자제어식의 스로틀밸브장치 (75) 가 제어요소로서 접속되어 있다.

(에어콘 ECU)

상기 에어콘 ECU (81) 는 공조용의 정보검출수단 (83 ∼ 85) 으로부터의 정보 (에어콘 스위치의 ONㆍOFF 정보, 차량 실내온도정보 및 설정온도정보 등) 에 근거하여 듀티비를 산출하고, 이 듀티비에서의 제어밸브 (CV) (코일 (61)) 의 구동을 구동회로 (71) 로 지령한다.

또. 상기 에어콘 ECU (81) 는 압축기토크 산출수단을 이루고 있다. 즉, 에어콘 ECU (81) 는 압축기토크 산출용 정보검출수단 (운전상태 검출수단) (86, 87, 89) 으로부터의 정보 (토출압력 (Pd), 흡입압력 (Ps), 회전속도 (Ne) 및 제어밸브 (CV) 를 구동하는 듀티비) 에 근거하여 하기 수학식 1 을 사용함으로써, 압축기의 구동에 필요한 압축기토크 (Tr) 를 산출 (추정) 한다. 그리고, 에어콘 ECU (81) 는 산출한 압축기토크 정보 (Tr) 를 엔진 ECU (82) 로 송신한다.

Tr = (이론토크) / (운전효율)

여기서, n : 비열비 (R134a 의 경우는 1.03), Nc : 압축기 (구동축 (13)) 의 회전속도 (rpm), Qd : 토출가스상태에서의 냉매유량, Pd : 토출압력, Ps : 흡입압력이다.

상기 구동축 (13) 의 회전속도 (Nc) 는 엔진 ECU (82) 로부터 수신한 엔진 (E) 의 회전속도정보 (Ne) 에, 미리 기억된 엔진 (E) 과 구동축 (13) 사이의 동력전달경로에 있어서의 풀리비 (변속비) 를 가미하여 산출된다. 즉, 회전속도센서 (89) 가 구동축 (13) 의 회전속도 (Nc) 와 관련이 있는 물리량 (Ne) 을 검출하는 회전속도 검출수단을 이루고 있다.

상기 냉매유량 (Qd) 은 「(유량계수) × (고정스로틀 (37) 면적) × √(2ΔPd/ρd)」로 표시된다. 2 점간 차압 (ΔPd) 은 제어밸브 (CV) 의 코일(61) 로의 입력전류값 (듀티비와 전원 (배터리) 의 전압으로부터 알 수 있음) 의 함수 및 밸브특성에 의해 결정된다. 토출가스의 비중 (ρd) 은 토출압력 (Pd) 에 의해 근사시킬 수 있다. 즉, 2 점간 차압 (ΔPd) 을 결정하는 에어콘 ECU (81) 자체가 냉매유량 검출수단을 이루고 있어, ECU (81) 는 구동회로 (71) 로 지령하는 듀티비에 의해 냉매유량 (Qd) 를 파악하는 것이 가능하다.

상기 압축기의 운전효율 (ηad) 은 하기 수학식 2 를 사용하여 산출된다.

여기서, A, B, C 는 실험 등에 의해 미리 구해진 정수이다.

이상과 같이, 본 실시형태에 있어서는 압축기의 현재의 구동에 이론적 (이상적인 단열압축) 으로 필요하다고 여겨지는 이론토크에, 현재의 운전효율 (ηad) 을 가미하여 압축기의 실제의 구동에 필요하다고 여겨지는 압축기토크 (Tr) 를 산출 (추정) 하도록 하고 있다.

(엔진 ECU)

상기 엔진 ECU (82) 는 액셀개도센서 (88) 로부터의 액셀개도정보와, 회전속도센서 (89) 로부터의 회전속도정보 (Ne) 와, 에어콘 ECU (81) 로부터 수신한 압축기토크 정보 (Tr) 등으로부터 목표엔진 출력토크를 산출한다. 엔진 ECU (82) 는 산출한 목표엔진 출력토크에 근거하여 스로틀밸브장치 (75) 를 동작시켜 엔진 (E) 의 흡입공기량을 조절한다.

상기 구성의 본 실시형태에 있어서는 다음과 같은 효과를 나타낸다.

(1) 압축기의 운전상태에 근거하여 압축기의 이론토크 및 운전효율 (ηad) 을 산출하고, 이 이론토크 및 운전효율 (ηad) 에 근거하여 압축기토크 (Tr) 를 산출 (추정) 하고 있다. 따라서, 압축기토크 정보 (Tr) 의 정밀도가 높아지고, 압축기토크 정보 (Tr) 를 가미한 엔진 (E) 의 출력제어를 높은 정밀도로 실시하는 것이 가능하게 된다. 이는 차량의 연비절감이나 운전감의 향상으로 이어진다.

(2) 제어밸브 (CV) 는 코일 (61) 로의 통전 듀티비에 의해 결정된 설정차압을 유지하도록, 2 점간 차압 (ΔPd) 의 변동에 따라 내부 자율적으로 압축기의 토출용량을 조절하는 구성이다. 이 2 점간 차압 (ΔPd) 에는 냉매유량 (Qd) 이 반영되어 있다. 따라서, 에어콘 ECU (81) 는 제어밸브 (CV) 를 통전제어하기 위한 듀티비로부터 냉매순환회로의 냉매유량 (Qd) 을 파악하는 것이 용이하며, 이 에어콘 ECU (81) 는 냉매유량 검출수단을 내장하고 있다고 할 수 있다.

즉, 본 실시형태의 제어밸브 (CV) (설정차압 가변형) 는, 이를 외부제어하는 에어콘 ECU (81) 가 냉매유량 (Qd) 을 파악하기에 바람직한 태양을 이루고 있다. 따라서, 2 점간 차압 (ΔPd) 을 파악하기에 전용 센서가 필요한, 예를 들어 후술하는 설정흡입압력 가변형 또는 설정토출압력 가변형의 제어밸브와 비교하여 전기적 구성의 간소화 및 에어콘 ECU (81) 의 연산부하의 경감을 달성할 수 있다.

(3) 에어콘 ECU (81) 는 압축기의 운전효율 (ηad) 에 큰 영향을 미치는 요소 (냉매유량 (Qd) 및 회전속도 (Nc)) 를 파라미터로서 상기 운전효율 (ηad) 을 산출하고 있다. 따라서, 운전효율 (ηad) 의 산출정밀도, 나아가 압축기토크(Tr) 의 산출정밀도가 높아진다.

또한, 본 발명의 취지로부터 일탈하지 않는 범위에서 이하의 태양으로도 실시할 수 있다.

ㆍ운전효율 (ηad) 의 산출시에 회전속도 (Nc) 만을 파라미터로 하는 것. 즉, 예를 들어 하기 수학식 3 을 사용하여 운전효율 (ηad) 을 산출하는 것. 이와 같이 하면, 에어콘 ECU (81) 의 연산부하를 경감시킬 수 있다.

ㆍ운전효율 (ηad) 산출시에 냉매유량 (Qd) 만을 파라미터로 하는 것. 이와 같이 하면, 에어콘 ECU (81) 의 연산부하를 경감시킬 수 있다.

ㆍ압축기토크 (Tr) 의 산출식 (수학식 1) 에 있어서 흡입압력 (Ps) 을 일정값으로 설정해도, 실용에 견딜 수 있는 정밀도로 압축기토크 (Tr) 를 산출하는 것이 가능하다. 이와 같이 하면, Ps 센서 (87) 를 삭제할 수 있어 전기적 구성의 간소화를 도모할 수 있고, 에어콘 ECU (81) 의 연산부하를 경감시킬 수 있다. 즉, 흡입압력 (Ps) 이 변동되어도 토출압력 (Pd) 이나 냉매유량 (Qd) 정도는 압축기토크 (Tr) 에 영향을 미치치 않는 것이다.

ㆍ압축기 (구동축 (13)) 의 회전속도 (Nc) 를 직접 검출하는 센서를 에어콘 ECU (81) 가 독자적으로 구비하는 것. 이와 같이 하면, 엔진 ECU (82) 와의 사이의 통신속도에 기인한 회전속도정보의 지연이 없어지고, 이 회전속도정보의 실시간성이 증가하여, 보다 정밀도가 높은 압축기토크 (Tr) 의 산출을 실시할 수 있다.

ㆍ엔진 ECU (82) 가 압축기토크 (Tr) 의 산출을 실시하도록 하는 것. 즉, 엔진 ECU (82) 가 압축기토크 산출수단을 구비하게 하는 것. 이 경우, 압축기의 운전정보 (토출압력 (Pd), 흡입압력 (Ps) 및 구동회로 (71) 에 지령하는 듀티비) 를 에어콘 ECU (81) 로부터 수신하도록 해도 된다. 또, 에어콘 ECU (81) 를 삭제하고, 이 ECU (81) 의 역할을 엔진 ECU (82) 가 겸하도록 해도 된다.

ㆍ엔진 ECU (82) 가 에어콘 ECU (81) 로부터의 압축기토크 정보 (Tr) 에 근거하여 ISCV (아이들 스피드 컨트롤 밸브) 장치를 제어하는 태양에 있어서 구체화하는 것. 이와 같이 하면, 엔진 (E) 의 아이들링이 안정된다.

ㆍ압축기토크 정보 (Tr) 에 근거하여, 차량의 자동변속기의 변속패턴이 변경되는 태양에 있어서 구체화하는 것. 즉, 압축기토크 정보 (Tr) 를 차량에 있어서 엔진 (E) 으로부터 구동차륜까지의 동력전달계의 제어에 사용하는 것.

ㆍ제 1 압력감시점 (P1) 을 증발기 (33) 와 흡입실 (21) 을 포함하는 양자간의 흡입압력영역을 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 (P2) 을 동일한 흡입압력영역에 있어서 제 1 압력감시점 (P1) 의 하류측에 설정하는 것. 이 경우에 있어서도, 2 개의 압력감시점 (P1, P2) 간의 차압에 냉매유량 (Qd) 이 반영되어, 상기 실시형태의 효과 (2) 와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

ㆍ제 1 압력감시점 (P1) 을 토출실 (22) 과 응축기 (31) 를 포함하는 양자간의 토출압력영역에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 (P2) 을 흡입압력영역에 설정하는 것.

ㆍ제 1 압력감시점 (P1) 을 토출압력영역에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 (P2) 을 크랭크실 (12) 에 설정하는 것. 또는, 제 2 압력감시점 (P2) 을 크랭크실 (12) 에 설정함과 동시에, 제 1 압력감시점 (P1) 을 흡입압력영역에 설정하는 것. 즉, 압력감시점 (P1, P2) 은 상기 실시형태와 같이 냉매순환회로의 주회로인 냉동사이클 (외부냉매회로 (30) (증발기 (33)) →흡입실 (21) →압축실 (20) →토출실 (22) →외부냉매회로 (30) (응축기 (31)) 에 설정하는 것. 더욱 상세하게 설명하면, 냉동사이클의 고압영역 및/또는 저압영역에 설정하는 것에 한정되는 것이 아니라, 냉매순환회로의 부회로로서 자리매김되는, 용량제어용 냉매회로 (급기통로 (28) →크랭크실 (12) →추기통로 (27)) 를 구성하는 중간압력영역으로서의 크랭크실 (12) 에 설정해도 된다.

ㆍ제어밸브 (CV) 를 설정흡입압력 가변형 또는 설정토출압력 가변형인 것으로 변경하는 것. 이 제어밸브 (CV) 는 흡입압력 (전자) 또는 토출압력 (후자) 을 내부에서 기계적으로 검출하고, 이 검출압력의 변동을 상쇄시키는 측으로 압축기의 토출용량이 변경되도록 밸브본체를 내부 자율적으로 동작시킴과 동시에, 외부로부터의 제어에 의해 밸브본체의 위치결정동작의 기준이 되는 설정흡입압력 (전자) 또는 설정토출압력 (후자) 을 변경할 수 있는 구성이다.

ㆍ제어밸브 (CV) 를, 급기통로 (28) 가 아니라 추기통로 (27) 의 개도조절에 의해 크랭크실 (12) 의 내압을 조절하는 소위 출구측 제어밸브로 변경하는 것.

ㆍ워블식 용량가변형 압축기를 구비한 공조장치에 있어서 구체화하는 것.

ㆍ예를 들어, 상기 실시형태의 압축기에 있어서 사판 (15) 을 구동축 (13)에 경사운동 불가능하게 고정하는 태양과 같은 고정용량형 압축기를 구비한 공조장치에 있어서 구체화하는 것.

ㆍ압축기로서는 피스톤식 이외에도, 스크롤형 등의 로터리식을 들 수 있다. 즉, 압축기의 구성이 어느 것이라도 본 발명은 유효하다.

상기 실시형태로부터 파악할 수 있는 기술적 사상에 대하여 기재한다.

(1) 상기 2 개의 압력감시점은 냉매순환회로의 흡입압력영역에 각각 설정되어 있는 청구항 4 에 기재된 공조장치.

(2) 상기 압축기는 사판식이고, 제어실은 사판을 수용하는 크랭크실인 청구항 4 또는 상기 (1) 에 기재된 공조장치.

(3) 청구항 1 에 기재된 압축기토크 산출방법 또는 청구항 2, 청구항 3 , 청구항 6 에 기재된 공조장치 또는 청구항 7 에 기재된 엔진제어장치에 있어서, 상기 압축기는 토출용량을 변경 가능한 용량가변형이다.

(4) 청구항 2 내지 청구항 6, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 공조장치를 구비한 차량에 있어서, 이 차량의 주행 구동원 및 압축기의 구동원인 엔진으로부터 구동차륜으로 동력을 전달하는 동력전달계의 제어장치로서, 압축기토크 산출수단에 의해 산출된 압축기토크를 가미하여 동력전달계의 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 동력전달계 제어장치.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 압축기토크를 정밀도 좋게 산출하는 것이 가능하게 된다.

Claims

압축기의 운전상태에 근거하여 압축기의 이론토크 및 운전효율을 산출하고, 이 이론토크 및 운전효율에 근거하여 압축기의 구동에 필요한 압축기토크를 산출하는 압축기토크 산출방법.
압축기를 갖는 냉매순환회로를 구비한 공조장치에 있어서,

상기 압축기의 운전상태를 검출하는 운전상태 검출수단, 및

상기 운전상태 검출수단으로부터의 운전정보에 근거하여 압축기의 이론토크 및 운전효율을 산출하고 이 이론토크 및 운전효율에 근거하여 압축기의 구동에 필요한 압축기토크를 산출하는 압축기토크 산출수단을 구비하는 공조장치.
제 2 항에 있어서, 상기 운전상태 검출수단은 냉매순환회로의 냉매유량 또는 이와 관련이 있는 물리량을 검출하는 냉매유량 검출수단을 구비하고, 상기 압축기토크 산출수단은 냉매유량 검출수단이 검출한 냉매유량정보에 근거하여 압축기의 운전효율을 산출하는 것을 특징으로 하는 공조장치.
제 3 항에 있어서, 상기 압축기는 제어실의 내압을 조절함으로써 토출용량을 변경할 수 있으며, 이 제어실의 내압조절은 제어밸브의 밸브개도조절에 의해 실시되고,

상기 제어밸브는,

상기 압축기의 제어실과 냉매순환회로의 토출압력영역을 연통하는 급기통로 또는 제어실과 냉매순환회로의 흡입압력영역을 연통하는 추기통로의 개도를 조절할 수 있는 밸브본체,

상기 냉매순환회로에 설정된 2 개의 압력감시점 사이의 차압을 기계적으로 검출함과 동시에, 이 검출차압의 변동을 상쇄시키는 측으로 용량가변형 압축기의 토출용량이 변경되도록 밸브본체를 동작시키는 감압기구, 및

상기 감압기구에 부여하는 힘을 외부로부터의 지령에 의해 조절함으로써, 이 감압기구에 의한 밸브본체의 위치결정동작의 기준이 되는 설정차압을 변경시킬 수 있는 설정차압 변경수단을 구비하고,

상기 냉매유량 검출수단은 설정차압 변경수단에 대한 지령정보에 근거하여 냉매순환회로의 냉매유량을 파악하는 것을 특징으로 하는 공조장치.
제 4 항에 있어서, 상기 2 개의 압력감시점은 냉매순환회로의 토출압력영역에 각각 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 공조장치.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 운전상태 검출수단은 압축기의 회전속도 또는 이와 관련이 있는 물리량을 검출하는 회전속도 검출수단을 구비하고, 상기 압축기토크 산출수단은 회전속도 검출수단이 검출한 회전속도정보에 근거하여 압축기의 운전효율을 산출하는 것을 특징으로 하는 공조장치.
차량의 주행 구동원임과 동시에, 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 공조장치가 구비하는 압축기의 구동원이기도 한 엔진의 출력을 제어하기 위한 엔진제어장치로서,

압축기토크 산출수단에 의해 산출된 압축기토크를 가미하여 엔진의 출력제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 엔진제어장치.
차량의 주행 구동원임과 동시에, 제 6 항에 기재된 공조장치가 구비하는 압축기의 구동원이기도 한 엔진의 출력을 제어하기 위한 엔진제어장치로서,

압축기토크 산출수단에 의해 산출된 압축기토크를 가미하여 엔진의 출력제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 엔진제어장치.