專利名稱：變?nèi)莘e式壓縮機容積控制裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種汽車空調(diào)制冷循環(huán)的變?nèi)莘e式壓縮機。本發(fā)明尤其涉及一種變?nèi)莘e式壓縮機的容積控制裝置和方法。
汽車空調(diào)的傳統(tǒng)制冷循環(huán)包括一個冷凝器，一個膨脹閥，一個蒸發(fā)器和一個壓縮機。壓縮機接受來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸氣。壓縮機然后將該氣體壓縮并排到冷凝器中。蒸發(fā)器將旅客車廂內(nèi)空氣中的熱量傳遞給制冷循環(huán)中的制冷劑。蒸發(fā)器出口的氣態(tài)制冷劑的壓力，換句話說，吸入壓縮機中的氣態(tài)制冷劑壓力(吸氣壓Ps)，代表制冷循環(huán)的熱負荷。
變?nèi)菪北P式壓縮機廣泛用于汽車空調(diào)中。這種壓縮機包括一個容積控制閥，該閥運行以維持吸氣壓力Ps在一個預先確定的目標值(目標吸氣壓力)。控制閥根據(jù)吸氣壓力Ps改變斜盤的傾角來控制壓縮機容積。控制閥包括一個閥體和一個壓力傳感部件，比如膜盒或膜片。壓力傳感部件根據(jù)吸氣壓力Ps驅(qū)動閥體，來調(diào)節(jié)曲軸箱的壓力。因此調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)斜盤的傾斜度。
除上述結構之外，某些控制閥包括一個改變目標吸氣壓力的如電磁閥樣的電磁驅(qū)動器。電磁驅(qū)動器由一個對應于外部供給電流值的力在一個方向上驅(qū)動壓力傳感部件或閥體。力的大小確定目標吸氣壓。改變目標吸氣壓能夠允許精確控制空調(diào)系統(tǒng)。
這些壓縮機通常由汽車發(fā)動機驅(qū)動。在汽車的輔助裝置中，壓縮機消耗的發(fā)動機功率最多，所以是發(fā)動機的主要負載。當發(fā)動機上的負載很大時，比如，當汽車在加速或爬坡時，所有可利用的發(fā)動機功率都需要用來驅(qū)動汽車。在這種情況下，為了減小發(fā)動機負載，壓縮機容積將減到最小。這一點將在容積限制控制程序中談到。當執(zhí)行容積限制控制程序時，具有能改變目標吸氣壓力的控制閥的壓縮機提高目標吸氣壓力。然后，減小壓縮機容積使得實際吸氣壓力Ps升高接近目標吸氣壓力。
圖8的曲線表明壓縮機的吸氣壓力Ps和容積Vc之間的關系。其關系根據(jù)蒸發(fā)器熱負荷由若干條曲線表示。這樣，如果吸氣壓Ps是常數(shù)，則壓縮機容積Vc隨熱負荷增加而增加。如果設定Ps1為目標吸氣壓力，則實際容積Vc隨著熱負荷在某一范圍內(nèi)變化(圖8中的ΔVc)。如果在容積限制控制程序期間，將高熱負荷加于蒸發(fā)器，目標吸氣壓力的增加不會將壓縮機容積Vc降低到一個足以減小發(fā)動機負載的值。
這樣，當根據(jù)吸氣壓Ps控制容積時，壓縮機容積永遠達不到需要的大小。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種變?nèi)輭嚎s機的容積控制裝置和容積控制方法，不用考慮蒸發(fā)器的熱負荷而精確控制壓縮機容積。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種汽車空調(diào)制冷循環(huán)的變?nèi)菔綁嚎s機的容積控制裝置。壓縮機由汽車驅(qū)動源驅(qū)動。該裝置包括一個容積控制裝置，一個第一裝置，一個第二裝置和一個控制器。容積控制裝置根據(jù)設在制冷循環(huán)里的兩個壓力監(jiān)控點的壓差控制壓縮機的容積。壓差代表壓縮機的容積。第一裝置檢測代表所需制冷循環(huán)冷卻能力的外部信息。第二裝置檢測代表作用在驅(qū)動源上的負荷的外部信息?？刂破鞲鶕?jù)第一裝置探測的外部信息確定壓差的目標值。容積控制機構控制壓縮機容積使得壓差達到目標值并判斷是否根據(jù)第二裝置探測的外部信息設定壓差的限定值。當限定值被設定并且相應于目標值的壓縮機容積大于相應于限定值的壓縮機容積時，控制器將限定值作為壓差的目標值限定壓縮機容積。
還可以用一種控制汽車空調(diào)制冷循環(huán)的變?nèi)菔綁嚎s機容積的方法使本發(fā)明具體化。壓縮機由汽車驅(qū)動電源驅(qū)動。該方法包括根據(jù)代表所需制冷循環(huán)冷卻能力的外部信息，確定設在制冷循環(huán)中的兩個壓力監(jiān)控點之間的壓差的目標值，壓差代表壓縮機容積，控制壓縮機容積使得壓差達到目標值，根據(jù)代表作用在驅(qū)動電源上的負載的外部信息判斷是否設置壓差的限定值，并且當限定值被設定以及當相應于目標值的壓縮機容積大于相應于限定值的壓縮機容積時，將限定值作為壓差的目標值。
下面將參照附圖并通過實施例說明本發(fā)明的原理，通過描述將使本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點更明顯。
通過參照附圖對下面優(yōu)選實施例的描述，將能更好地理解本發(fā)明極其目的和有益效果。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的變?nèi)菔叫北P壓縮機的截面圖；圖2是包括圖1中壓縮機的制冷循環(huán)流程圖；圖3是圖1中的控制閥的截面圖4是圖3中的控制閥的局部截面圖；圖5是控制壓縮機容積的主程序流程圖；圖6是正?？刂瞥绦蛄鞒虉D；圖7是異常控制程序流程圖；及圖8是現(xiàn)有技術的壓縮機的吸氣壓力Ps與容積Vc關系曲線圖。
下面參考圖1至圖7描述本發(fā)明的一個實施例。如圖1所示，汽車上的變?nèi)菔叫北P壓縮機包括一個汽缸體11，一個固定在汽缸體11的前端面上的前殼體12，一個固定在汽缸體11后端面的后殼體14。一個位于汽缸體11和后機座14之間的閥板組件13。圖1中，壓縮機的左端定義為前端，壓縮機的右端定義為后端。
將一個曲軸箱15限定在汽缸體11和前機座12之間。一個驅(qū)動軸16經(jīng)過曲軸箱15延伸并且由汽缸體11和前殼體12支撐。
驅(qū)動軸16的前端通過動力轉(zhuǎn)換機構PT與外部驅(qū)動源連接，本實施例中的外部驅(qū)動源是汽車上的內(nèi)燃機Eg。動力轉(zhuǎn)換機構PT包括一個皮帶和一個皮帶輪。機構PT可以是比如電磁離合器之類的離合器機械裝置，該裝置從外部進行電路控制。在本實施例中，機構PT沒有離合器機械裝置。因此，當發(fā)動機Eg工作時，壓縮機連續(xù)被驅(qū)動。
將一個接線板17固定在曲軸箱15中的驅(qū)動軸16上。本實施例中為斜盤18的驅(qū)動板容納在曲軸箱15中。斜盤18的中心形成有一個孔。驅(qū)動軸16穿過斜盤18內(nèi)的孔延伸。斜盤18由一個鉸接機構19與接線板17連接。鉸接機構19使斜盤18與接線板17和驅(qū)動軸16整體轉(zhuǎn)動。鉸接機構19還使旋轉(zhuǎn)斜盤18沿驅(qū)動軸16滑動，以及在垂直于驅(qū)動軸16軸向的平面內(nèi)傾斜。
汽缸體11內(nèi)有幾個汽缸孔20(圖中只顯示了一個)形成于驅(qū)動軸16軸線周圍。每個汽缸孔20內(nèi)容納一個單頭活塞21。每個活塞21和對應的汽缸孔20確定一個壓縮室。每個活塞21通過一對金屬箍28與斜盤18連接。斜盤18將驅(qū)動軸16的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為每個活塞21的往復運動。
吸氣室22和排氣室23確定在閥板組件13和后殼體14之間。吸氣室22形成一個吸氣壓力區(qū)，它的壓力是吸氣壓力Ps。排氣室23形成一個排氣壓力區(qū)，它的壓力是排氣壓力Pd。閥板組件13有個吸氣口24，吸氣閥瓣25，排氣口26和排氣閥瓣27。每一組吸氣口24，吸氣閥瓣25，排氣口26和排氣閥瓣27與一個汽缸孔20對應。當每個活塞21從上死點向下死點移動時，吸氣腔22中的制冷劑氣體通過相應吸氣口24和吸氣閥25流進相應的汽缸孔20。當每個活塞21從下死點向上死點移動時，相應汽缸孔20中的制冷劑蒸氣通過相應排氣口26和排氣閥27排進排氣腔23中。
根據(jù)曲軸箱15中的壓力(曲軸箱壓力Pc)確定斜盤18的傾角。斜盤18的傾角確定每個活塞21的沖程和壓縮機的容積。
如圖1和2所示，汽車空調(diào)制冷循環(huán)包括壓縮機和與壓縮機連接的外部回路35。外部回路35包括冷凝器36，感溫式膨脹閥37和蒸發(fā)器38。膨脹閥37根據(jù)由感熱管37a探測到的溫度或壓力調(diào)節(jié)供給蒸發(fā)器38的制冷劑流量，感熱管37a位于蒸發(fā)器38的下游。蒸發(fā)器38下游處的溫度和壓力代表蒸發(fā)器38的熱負荷。外部回路35包括一根從蒸發(fā)器38延伸到壓縮機吸氣腔22的低壓管39，和一根從壓縮機排氣腔23延伸到冷凝器36的高壓管40。
制冷循環(huán)的制冷劑流量由驅(qū)動軸16轉(zhuǎn)動一圈期間壓縮機的制冷劑排氣量乘以驅(qū)動軸16的轉(zhuǎn)速來表示。驅(qū)動軸16的速度根據(jù)發(fā)動機Eg的速度和驅(qū)動軸16的速度與發(fā)動機Eg速度的比計算出來。速度比由動力轉(zhuǎn)換機構PT確定。在發(fā)動機Eg以恒定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的情況下，當斜盤18的傾角增加時，制冷循環(huán)的制冷劑流量隨壓縮機容積增加而增加。換句話說，當斜盤18的傾角或壓縮機容積恒定時，制冷循環(huán)的制冷劑流量隨著發(fā)動機Eg轉(zhuǎn)速的增加而增加。
制冷循環(huán)的壓力損失隨著制冷循環(huán)的制冷劑流量的增加而增加。如果設定制冷循環(huán)的上游第一壓力監(jiān)控點和下游第二壓力監(jiān)控點，由壓力損失引起的這兩點的壓差與制冷循環(huán)的制冷劑流量為正比關系。這樣，可以通過檢測第一壓力監(jiān)控點和第二壓力監(jiān)控點之間的壓力差間接檢測制冷循環(huán)的制冷劑流量。在本實施例中，第一壓力監(jiān)控點P1設置在最靠近高壓管40的上游處的排氣腔23中，第二壓力監(jiān)控點P2設在高壓管40中，位于離第一點P1下游的預先確定的距離處，如圖2所示。下面將第一壓力監(jiān)控點P1和第二壓力監(jiān)控點P2分別稱為PdH和PdL。
壓縮機有一個控制曲軸箱壓力Pc的曲軸箱壓力控制機構。如圖1和2所示，曲軸箱壓力控制機構包括排氣通道31，第一壓力引導通道41，第二壓力引導通道42，曲軸箱通道44和控制閥46。排氣通道31連接曲軸箱15和吸氣腔22，使制冷劑蒸氣從曲軸箱15導入吸氣腔22。第一壓力引導通道41將排氣腔23即第一壓力監(jiān)控點P1與控制閥46連通。第二壓力引導通道42將第二壓力監(jiān)控點P2與控制閥46連通。曲軸箱通道44將控制閥46與曲軸箱15連通。
第二壓力引導通道42和曲軸箱通道44形成用以連通第二壓力監(jiān)控點P2和曲軸箱15的供給通道110。第二壓力引導通道42形成供給通道110的上游部分，曲軸箱通道44形成供給通道110的下游部分。控制閥46調(diào)節(jié)從第二壓力監(jiān)控點P2通過供給通道110提供給曲軸箱15的高壓制冷劑氣體流量，由此控制曲軸箱壓力Pc。
如圖2所示，高壓管40在第一壓力監(jiān)控點P1和第二壓力監(jiān)控點P2之間配置有一個固定限流器43。固定限流器43增加了兩壓力監(jiān)控點P1和P2之間的壓力差(PdH-PdL)。這使得兩個壓力監(jiān)控點P1和P2之間的距離減小并且使第二壓力監(jiān)控點P2更接近壓縮機。這樣，可以縮短從第二壓力監(jiān)控點P2向壓縮機控制閥46延伸的第二壓力引導通道42。
如圖1所示，控制閥46安裝在后機座14的接收孔14a中。如圖3和4所示，控制閥46設有一入口閥機構51和用作電磁驅(qū)動器的電磁閥52。入口閥機構51調(diào)節(jié)供給通道110的孔徑。電磁閥52根據(jù)外部供給的電流大小通過驅(qū)動桿53對入口閥機構51施加作用力。驅(qū)動桿53是圓柱形并且有一個分配器54，一個連接器55和一個導桿57。緊鄰連接器55的導桿57部分作用相當于閥體56。連接器55的橫截面S3比導桿57和閥體56的橫截面S4小。
控制閥46有一個包括上閥座58b和下閥座58c的閥座58。上閥座58b構成入口閥機構51的外殼，下閥座58c構成電磁閥52的外殼。插銷58a旋進上閥座58b來關閉其上端開口。閥腔59和與之連通的通孔60確定在上閥座58b中。上閥座58b和插銷58a確定一個作為第一壓力腔的高壓腔65。高壓腔65和閥腔59通過通孔60相互連通。驅(qū)動桿53穿過閥腔59，通孔60和高壓腔65延伸。驅(qū)動桿53軸向移動以便閥體56有選擇地將閥腔59和通孔60連通和斷開。
上閥座58b上形成一個與閥腔59連通的第一徑向孔62。閥腔59通過第一孔62和第二壓力引導通道42與第二壓力監(jiān)控點P2連通。這樣，第二壓力監(jiān)控點P2的壓力PdL通過第二壓力引導通道42和第一孔62作用在閥腔59內(nèi)。上閥座58b上形成一個與通孔60連通的徑向延伸的第二孔63。通孔60通過第二孔63和曲軸箱通道44與曲軸箱15連通。當閥體56打開接通閥腔59和通孔60時，通過供給通道110從第二壓力監(jiān)控點P2將制冷劑蒸氣供給曲軸箱15，通道110包括第二壓力引導通道42和曲軸箱通道44?？?2和63，閥腔59和通孔60在控制閥46內(nèi)構成供給通道110的一部分。
閥體56處在閥腔59中。連接器55的橫截面S3小于通孔60的橫截面S1。通孔60的橫截面S1小于閥體56的橫截面S4。閥腔59的與通孔60對著的內(nèi)壁作為接受閥體56的閥套64。通孔60用作閥的開口，由閥體56有選擇地打開和關閉。當閥體56緊靠閥套64時，通孔60關閉隔斷閥腔59。如圖3所示，當閥體56與閥套64隔開時，通孔60與閥腔59連通。
驅(qū)動桿53的分配器54的一部分位于通孔60內(nèi)和一部分位于高壓腔65內(nèi)。分配器54的橫截面S2等于通孔60的橫截面S1。因此，分配器54可以將高壓腔65與閥腔59斷開。
在上機座58b上確定一個與高壓腔65連通的第三徑向口67。高壓腔65通過第三口67和第一壓力引導通道41與第一壓力監(jiān)控點P1或排氣腔23連通。這樣，第一壓力監(jiān)控點P1的壓力PdH通過第一壓力引導通道41和第三口67作用在高壓腔65上。
高壓腔65中包含一個復位彈簧68。復位彈簧68強迫驅(qū)動桿53使閥體56背離閥套64運動。
電磁閥52設有一，固定在下機座58c中的杯形接收圓筒69。一固定鐵芯70設置在接收圓筒69的上開口內(nèi)。固定鐵芯70構成閥腔59內(nèi)壁的一部分并且還能夠確定一個作為第二壓力腔的活塞腔71?；钊?2位于活塞腔71中。固定鐵芯70包括一個容納驅(qū)動桿53的導桿57的導孔73。導孔73的內(nèi)壁和導桿57之間有微小間隙(圖中未示)。閥腔59和活塞腔71通常通過間隙相互連通。這樣，閥腔59內(nèi)的壓力，或第二壓力監(jiān)控點P2的壓力PdL作用在活塞腔71內(nèi)部。
導桿57的下端伸進活塞腔71內(nèi)?；钊?2固定在導桿57的下端。活塞72與驅(qū)動桿53一起沿軸向運動。一個減震彈簧74包含在活塞腔71內(nèi)強迫活塞72向固定鐵芯70移動。
線圈75圍繞固定鐵芯70和活塞72。控制器81通過驅(qū)動電路82給線圈75供電。線圈75然后根據(jù)供給它的功率值在固定鐵芯70和活塞72之間產(chǎn)生電磁力F。電磁力F使活塞72向固定鐵芯70吸引并強迫驅(qū)動桿53將閥體56移向閥套64。
減震彈簧74的力小于復位彈簧68的力。因此，當不給線圈75供電并且閥體56移到最低點使通孔60的開口尺寸最大時，復位彈簧68使活塞72和驅(qū)動桿53向如圖3所示的初始位置移動。
有幾種方法可以改變供給線圈75的電壓，一種方法是改變電壓值，另一種是參考PWM控制或負載控制。本實施例采用負載控制。負載控制是一種通過周期地接通和斷開來調(diào)節(jié)一個脈沖電壓的每個循環(huán)的接通時間以便修改應用電壓的平均值的方法。脈沖電壓的接通時間除以循環(huán)時間得到的值即負載比率Dt乘以脈沖電壓值得到平均使用電壓值。在負載控制中，電流間歇地變化。這減小電磁閥52的磁滯現(xiàn)象。負載比率Dt越小，在固定鐵芯70和活塞72之間產(chǎn)生的電磁力F就越小，而且由閥體56打開的通孔60的開度越大。還可以測量流過線圈75的電流值，對線圈75上的電壓值進行反饋控制。
由閥體56打開的通孔60的開度取決于驅(qū)動桿53的軸向位置。驅(qū)動桿53的軸向位置根據(jù)作用在驅(qū)動桿53上不同的力確定。這些力將參照圖3和4描述。圖3和4中的向下的力使閥體56與閥套64隔離(閥打開方向)。圖3和4中的向上的力使閥體56向閥套64移動(閥關閉方向)。
首先描述作用在連接器55上方即分配器54上方的驅(qū)動桿53上的不同的力。如圖3和4所示，分配器54接受來自復位彈簧68的向下力f1。分配器54還根據(jù)高壓腔65壓力PdH接受向下的力。相對于高壓腔65壓力PdH的分配器54的有效接受面積等于分配器54的橫截面積S2。分配器54還接受通孔60內(nèi)壓力(曲軸箱壓力Pc)產(chǎn)生的向上的力。相對于通孔60內(nèi)壓力的分配器54的有效壓力接受面積等于分配器54的橫截面積S2減去連接器55的橫截面積S3。假設向下的力是正值，則作用在分配器54上的凈力∑F1可以由下列方程I表示∑F1＝PdH·S2-Pc(S2-S3)+f1方程I下面將描述作用在連接器55下方的部分驅(qū)動桿53即導桿57上的不同的力。導桿57接受來自減震彈簧74的向上的力f2和來自活塞72的電磁力F。另外，如圖4所示，閥體56的端面56a被一假想的圓柱分為徑向內(nèi)部和徑向外部，圖4中由虛線表示。假想的圓柱對應于確定通孔60的壁面。徑向內(nèi)部的壓力接受面積由S1-S3表示，徑向外部的壓力接受面積由S4-S1表示。徑向內(nèi)部根據(jù)通孔60內(nèi)壓力(曲軸箱壓力Pc)接受向下的力。徑向外部根據(jù)閥腔59內(nèi)壓力PdL接受向下的力。
如上所述，閥腔59內(nèi)的壓力PdL作用于活塞腔71?；钊?2的上表面72a有一壓力接受面積，該面積等于下表面72b(參見圖3)，并且壓力PdL作用在活塞72上的力相互抵消。但是，導桿57的下端面57a根據(jù)活塞腔71內(nèi)的壓力PdL接受向上的力。下端面57a的有效壓力接受面積等于導桿57的橫截面積S4。假如向上的力是正值，則作用在導桿57上的凈力∑F2由下面方程II表示。
∑F2＝F+f2-Pc(S1-S3)-PdL(S4-S1)+PdL·S4＝F+f2+PdL·S1-Pc(S1-S3) 方程II在簡化方程II的過程中，-PdL·S4被+PdL·S4抵消，而+PdL·S1項保留下來。這樣，根據(jù)作用在導桿57上的壓力PdL的向下的力和根據(jù)作用在導桿57的壓力PdL的向上的力的合力是凈向上的力，該合力的大小僅依賴于通孔60的橫截面積S1。導桿57的有效接受壓力PdL的那一部分表面積，即導桿57相對于壓力PdL的有效壓力接受面積，恒等于通孔60的橫截面積S1，而與導桿57的橫截面積S4無關。
驅(qū)動桿53的軸向位置是這樣確定的方程I的力∑F1等于方程II的力∑F2。當力∑F1等于力∑F2(∑F1＝∑F2)時，下列方程III將被滿足。
PdH·S2-PdL·S1-Pc(S2-S1)＝F-f1+f2方程III通孔60的橫截面積S1等于分配器54的橫截面積S2。因此，如果方程III中的S2被S1替換，可以得到下面方程IV。
PdH-PdL＝(F-f1+f2)/S1 方程IV方程IV中，f1，f2和S1由控制閥46的設計確定。電磁力F是依賴于供給線圈75的電壓功率的變化而變化的變參數(shù)。方程IV表明，驅(qū)動桿53運行時使壓差(PdH-PdL)根據(jù)電磁力F的變化而改變。換句話說，驅(qū)動桿53根據(jù)作用在桿53上的壓力PdH和PdL工作，這樣壓差(PdH-PdL)達到由電磁力F確定的目標值。驅(qū)動桿53作為壓力檢測體或壓力接受體起作用。
如圖2和3所示，控制器81是一臺計算機，包括一個CPU，一個ROM，一個RAM和一個輸入-輸出接口。裝置83至86檢測各種控制壓縮機所必須的外部信息并且將信息送給控制器81。裝置83至86包括空調(diào)器開關83，乘客車廂溫度傳感器84，設定乘客車廂內(nèi)所需溫度的溫度調(diào)節(jié)器85和探測汽車加速器踏板壓下程度的踏板位置傳感器86。如果不用踏板傳感器86或除了該傳感器外裝置可以包括一個檢測發(fā)動機Eg節(jié)流閥開度的節(jié)流閥傳感器。溫度傳感器84和溫度調(diào)節(jié)器85檢測代表所需制冷循環(huán)冷卻能力的外部信息。加速器踏板的壓下程度和節(jié)流閥的開度表示發(fā)動機Eg上的負載。
控制器81根據(jù)來自裝置83至86的信息計算近似負載率Dt，并且命令驅(qū)動電路82輸出具有被計算出的負載率Dt的電壓。驅(qū)動電路82向控制閥46的線圈75輸出具有負載率Dt的指示脈沖電壓。根據(jù)負載率Dt確定電磁閥52的電磁力F。
圖5的流程表示控制壓縮機容積的主程序。當汽車點火開關或啟動開關打開時，控制器81開始處理。控制器81在步驟S101進行各種初始值的設置。例如，控制器81將預先確定的初始值賦給線圈75上電壓的負載率Dt。
在步驟S102中，控制器81在空調(diào)器開關83打開之前處于等待狀態(tài)。在步驟S103至S108中，當打開空調(diào)器開關83時，控制器根據(jù)發(fā)動機Eg上的負載設置負載率Dt的限定值Dt1m。
在步驟S103中，控制器81判斷被踏板位置傳感器86檢測到的踏板壓下程度是否等于或大于預定第一值ACC1。如果步驟S103的結果是否定的，則控制器81認定踏板壓下程度ACC相對較小，或者沒有急劇加速的需要。在這種情況下，不需要限制壓縮機容積來減小發(fā)動機Eg負載。因此，控制器81不設置負載率Dt的限定值Dt1m并轉(zhuǎn)到步驟S110。
如果步驟S103的結果是肯定的，則控制器81認為需要急劇加速并且設置負載率Dt的限定值Dt1m。根據(jù)踏板壓下程度ACC或要求的加速程度(發(fā)動機負載)設定限定值Dt1m。
在步驟S104中，控制器81判斷踏板壓下程度ACC是否等于或大于預定第二值ACC2。第二值ACC2大于第一值ACC1。如果步驟S104的結果是否定的，即，如果滿足不等式ACC1≤ACC＜ACC2，則控制器81認為需要的加速程度或發(fā)動機負載相對較小并且轉(zhuǎn)到步驟S105。在步驟S105中，控制器81設定限定值Dt1m為預定第一值Dt1m1并轉(zhuǎn)到步驟S109。
如果步驟S104的結果是肯定的，則控制器81轉(zhuǎn)到步驟S106并且判斷踏板壓下程度ACC是否等于或大于預定第三值ACC3。第三值ACC大于第二值ACC2。如果步驟S106結果是否定的，即如果滿足不等式ACC2≤ACC＜ACC3，則控制器81認為需要急劇加速的程度是中級并且轉(zhuǎn)到步驟S107。在步驟S107中，控制器81將限定值Dt1m設置為預定的第二值Dt1m2并轉(zhuǎn)到步驟S109。第二值Dt1m2小于第一值Dt1m1。
如果步驟S106的結果是肯定的，則控制器81認為需要的急劇加速的程度或發(fā)動機負載相對較大并且轉(zhuǎn)到步驟S108。在步驟S108中，控制器81將限定值Dt1m設置為預定第三值Dt1m3并且轉(zhuǎn)到步驟S109。第三值Dt1m3小于第二值Dt1m2，比如是百分之零。
在步驟S109中，控制器81判斷當前負載率Dt是否大于依照踏板壓下程度ACC設定的限定值Dt1m。換句話說，控制器81判斷對應于當前負載率Dt的壓縮機容積是否大于對應于限定值Dt1m的壓縮機容積。壓縮機容積與壓縮機扭矩相關。如果步驟S109的結果是否定的，則控制器81認為在當前需要急劇加速期間壓縮機扭矩不足以增加發(fā)動機Eg上的負載。在步驟S110中，控制器81執(zhí)行圖6所示的正?？刂瞥绦?。
如果步驟S109的結果是肯定的，則控制器81認為在當前需要急劇加速期間壓縮機扭矩將增加發(fā)動機Eg上的負載并且轉(zhuǎn)到步驟S111。在步驟S111中，控制器81執(zhí)行圖7所示的異?？刂瞥绦騺砼R時限定壓縮機容積和壓縮機扭矩。
現(xiàn)在描述圖6中的正?？刂瞥绦?。在步驟S121中，控制器81判斷溫度傳感器84檢測的溫度Te(t)是否高于由溫度調(diào)節(jié)器85設定的所需溫度Te(set)。如果步驟S121的結果是否定的，則控制器81轉(zhuǎn)到步驟S122。在步驟S122中，控制器81判斷溫度Te(t)是否低于需要的溫度Te(set)。如果步驟S122的結果還是否定的，則控制器81認為被檢測的溫度Te(t)等于需要的溫度Te(set)并且不改變當前負載率Dt而返回圖5的主程序中。
如果步驟S121的結果是肯定的，則為了增加制冷循環(huán)的冷卻能力控制器81轉(zhuǎn)到步驟S123。在步驟S123中，控制器81給當前負載率Dt增加一個預定值ΔD并且將它們的和設置為新的負載率Dt?？刂破?1將新負載率Dt送給驅(qū)動電路82。因此，電磁閥52的電磁力F的增量對應于值ΔD，該力在閥閉合方向上驅(qū)動桿53。當桿53移動時，復位彈簧68的力f1增加。確定桿53的軸向位置，以便滿足方程IV。
結果，控制閥46開度減小并且曲軸箱壓力降低。這樣，斜盤18的傾角和壓縮機容積增加。壓縮機容積的增加使制冷循環(huán)的制冷劑流量增加并且增加蒸發(fā)器38的冷卻能力。因此，溫度Te(t)降低到需要的溫度Te(set)并且增加壓差(PdH-PdL)。
如果步驟S122的結果是肯定的，則控制器81轉(zhuǎn)到步驟S124，以便降低制冷循環(huán)的冷卻能力。在步驟S124中，控制器81從當前負載率Dt中減去預定值ΔD并將該結果設置為新負載率Dt?？刂破?1將新負載率Dt送給驅(qū)動電路82。因此，電磁閥52的電磁力F的減量對應于值ΔD，該力在閥打開的方向上驅(qū)動桿53。當桿53移動時，復位彈簧68的力f1減小。確定桿53的軸向位置，以便滿足方程IV。
結果，控制閥46的開度增加并且曲軸箱壓力Pc升高。這樣，斜盤18的傾角和壓縮機容積減小。壓縮機容積的減小使制冷循環(huán)的制冷劑流量和蒸發(fā)器38的冷卻能力減小。因此，溫度Te(t)升高到需要的溫度Te(set)并且壓差(PdH-PdL)減小。
如上所述，在步驟S123和S124中優(yōu)化負載率Dt以便被檢測的溫度Te(t)達到需要的溫度Te(set)。
現(xiàn)在描述圖7中的異?？刂瞥绦颉Ｔ诓襟ES131中，控制器81將負載率Dt存儲為恢復目標值DtR。在步驟S132中，控制器81啟動一個計時器。
在步驟S133中，控制器81將負載率Dt設置為限定值Dt1m，該限定值在圖5主程序的步驟S105，S107和S108的任一步驟中已經(jīng)被設定。因此，負載率Dt減小到限定值Dt1m。相應地，電磁閥52的電磁力減小，因此增加控制閥46的開度。結果，斜盤18的傾角和壓縮機容積減小，從而減小壓縮機的扭矩和減少發(fā)動機負載。
在步驟S134中，控制器81判斷計時器計算的使用周期STM是否比預定周期ST長。在計算的周期STM超過預定周期ST之前，控制器81保持負載率Dt為限定值Dt1m。因此，壓縮機容積和扭矩被限制直到超過預定周期ST為止。當容積限定控制程序開始時，預定周期ST開始。這允許汽車均勻加速。由于加速通常是暫時的，周期ST不需要很長。
當被計算的周期STM超過周期ST時，控制器81轉(zhuǎn)到步驟S135。在步驟S135中，控制器81執(zhí)行負載率恢復控制程序。在該程序中，負載率Dt在一個周期內(nèi)逐漸恢復到恢復目標值DtR。因此，斜盤18的傾角逐漸變化，阻止了迅速變化的震動。在步驟S135的圖表中，從時間T3到時間T4的周期代表以下周期在步驟S131中設置負載率Dt為限定值Dt1m的時刻到判定步驟S134的結果為肯定時時刻。從時間T4到時間T5期間負載率Dt從限定值Dt1m恢復到恢復目標值DtR。當負載率Dt達到恢復目標值Dtr時，控制器81轉(zhuǎn)到圖5中的主程序中。
該實施例有以下優(yōu)點。
控制閥46不直接控制受蒸發(fā)器38熱負荷影響的吸氣壓力Ps。控制閥46直接控制制冷循環(huán)中壓力監(jiān)控點P1，P2壓力之間的壓差(PdH-PdL)來控制壓縮機容積。因此，不用考慮蒸發(fā)器38上的熱負荷就能夠控制壓縮機容積。在異?？刂瞥绦蚱陂g，加在控制閥46上的電壓受到限制，從而迅速限制壓縮機容積。因此，在異常控制程序期間，容積受到限制并且發(fā)動機負載減小。因此汽車運行平穩(wěn)。
在正常控制程序期間，根據(jù)被檢測的溫度Te(t)和需要的溫度Te(set)調(diào)節(jié)負載率Dt，并且驅(qū)動桿53依賴于壓差(PdH-PdL)工作。即控制閥46不但根據(jù)外部命令工作而且依照作用在控制閥46上的壓差(PdH-PdL)自動工作。因此控制閥46能有效控制壓縮機容積以便使實際溫度Te(t)達到目標溫度Te(set)并且以穩(wěn)定方式維持目標溫度Te(set)。另外，需要時控制閥46能迅速改變壓縮機容積。
加在電磁閥52上的電壓負載率Dt，即電磁閥52的電磁力F表明需要的壓差(PdH-PdL)值。驅(qū)動桿53依照壓差(PdH-PdL)工作以便壓差(PdH-PdL)達到需要值。這樣，可以不斷可靠地實現(xiàn)預期的容積控制。例如，當壓縮機在異?？刂瞥绦蛑邪聪薅ǖ娜莘e運行時，壓縮機依照需要的恢復模式可以容易地返回到正常容積，而且這種恢復模式容易設置以避免由于容積增加而可能發(fā)生的震動。
壓力監(jiān)控點P1和P2的壓力PdH和PdL不需要由電子傳感器檢測，這樣簡化了結構。
當踏板壓下程度ACC低于第一值ACC1時，不需要快速加速。在此情況下，不設置負載率Dt的限定值Dt1m。因此，制冷循環(huán)發(fā)揮它的全部冷卻能力使車廂溫度維持在需要的標準。
當踏板壓下程度ACC高于第一值ACC1時，需要快速加速。在此情況下，設置負載率Dt為限定值Dt1m。只有當依照制冷循環(huán)需要的冷卻能力設置的負載率Dt超過限定值Dt1m時，為限定壓縮機容積和扭矩執(zhí)行異?？刂瞥绦?。換句話說，當需要快速加速時，如果當前壓縮機扭矩不足以增加發(fā)動機Eg負載時，就不執(zhí)行異?？刂瞥绦颉Ｖ挥挟斦J為壓縮機扭矩妨礙快速加速時，才限制壓縮機容積。這樣，冷卻能力不會經(jīng)常降到低于需要的標準值之下。
依照踏板低壓度ACC或快速加速(發(fā)動機負載)的需要程度設置負載率Dt的限定值Dt1m?？焖偌铀俚男枰潭仍叫?，限定值Dt1m越大。這樣，與限定值Dt1m為常數(shù)的情況相比，是否需要執(zhí)行異?？刂瞥绦蚓湍芡耆_定。另外，異?？刂瞥绦虿⒎穷l繁執(zhí)行。因此，冷卻能力低于要求的水平的機會減到最少。
在異?？刂瞥绦蚱陂g，負載率Dt設置為與快速加速的需要程度對應的限定值Dt1m。如果在異?？刂瞥绦蚱陂g的快速加速的需要程度相對較小，負載率Dt不會降低太多，因此不會使壓縮機容積減小太多。因此，在執(zhí)行異?？刂瞥绦蚱陂g，與壓縮機容積一直減為最小的情況相比，壓縮機容積不會比需要的受更多的限制。在異?？刂瞥绦蚱陂g，冷卻能力不會過多的降低。
因此，不需要過多的降低冷卻能力就能夠使汽車快速加速。
本發(fā)明可以在不背離發(fā)明精神和范圍內(nèi)以其他具體形式實施，這一點對本領域普通技術人員來說是顯然的。尤其可以按下面的形式實施本發(fā)明。
限定值不需要依照踏板壓下程度ACC變化。而限定值可以是常數(shù)。
在圖5的程序中，可以在三個區(qū)域中的一個區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)需要快速加速的程度或發(fā)動機的負載。但是，發(fā)動機負載可以被確定為處在兩個或多于三個區(qū)域中的一個區(qū)域內(nèi)。
在圖7所示的負載率恢復控制程序中，負載率Dt可以被離散地增加到恢復目標值DtR。
在圖7所示的負載率恢復控制程序中，如果限定值Dt1m和恢復目標值DtR之差比預定值小，則負載率Dt可以從限定值Dt1m很快增加到恢復目標值DtR。
至少下列表示發(fā)動機負載的參數(shù)之一，如果不用踏板壓下程度ACC或除了該ACC以外，可以用來判斷發(fā)動機負載。例如這些參數(shù)包括踏板低壓度ACC的變化速度，節(jié)流閥的開度，流進發(fā)動機Eg的空氣流量，流進發(fā)動機Eg的空氣壓力，發(fā)動機速度和汽車速度。
例如，根據(jù)踏板壓下程度ACC和車速判斷發(fā)動機負載。在此情況下，如果踏板壓下程度ACC相當大，則盡管車速仍然很低，那么由于汽車在爬坡，所以判定發(fā)動機負載相當大。在這種情況下，執(zhí)行類似圖5中的程序。
檢測代表冷卻能力需要值的外部信息的裝置可以包括一個太陽能輻射傳感器和一個外部溫度傳感器，來代替或增加到溫度傳感器84和溫度調(diào)節(jié)器85。
第一壓力監(jiān)控點P1不需要放在排氣腔23內(nèi)。第一壓力監(jiān)控點P1可以放在任意點，只要該點能感受到排氣壓力Pd。換句話說，第一壓力監(jiān)控點P1可以放在制冷循環(huán)高壓區(qū)的任意位置，高壓區(qū)包括排氣腔23，冷凝器36和高壓管40。第二壓力監(jiān)控點P2可以放在高壓區(qū)第一壓力監(jiān)控點P1下游的任何位置。
第一壓力監(jiān)控點P1可以放在能夠感受吸氣壓力Ps的區(qū)域(低壓區(qū))，第二壓力監(jiān)控點P2可以放在位于第一壓力監(jiān)控點P1下游的低壓區(qū)。低壓區(qū)是指包括蒸發(fā)器38，吸氣腔22和低壓管39的那部分制冷回路。
第一壓力監(jiān)控點P1可以放在高壓區(qū)，第二壓力監(jiān)控點P2可以放在低壓區(qū)。
第一壓力監(jiān)控點P1可以放在高壓區(qū)，第二壓力監(jiān)控點P2可以放在曲軸箱15中?；蛘叩谝粔毫ΡO(jiān)控點P1可以放在曲軸箱15內(nèi)，第二壓力監(jiān)控點P2可以放在低壓區(qū)。曲軸箱15是中間壓力區(qū)，它感受的壓力低于高壓區(qū)壓力而高于低壓區(qū)壓力。
壓力監(jiān)控點P1，P2可以放在包括壓縮機和外部回路35的制冷循環(huán)中的任何兩點。
如果第一壓力監(jiān)控點P1放在曲軸箱15內(nèi)而第二壓力監(jiān)控點P2放在低壓區(qū)，與圖1到圖7的實施例不同的是，當壓縮機容積增加時，壓力監(jiān)控點P1，P2之間的壓差(Pc-Ps)減小。這樣，負載率Dt的限定值Dt1m設置為一較低限定值，而不是較高限定值。當代表壓差(Pc-Ps)的負載率Dt下降到限定值Dt1m以下時，負載率Dt增加到限定值Dt1m。
壓力監(jiān)控點P1，P2的壓力PdH，PdL可以分別由電子壓力傳感器探測，并且依照檢測到的壓力差啟動控制閥46。
控制閥46可以放在排氣通道31中來調(diào)節(jié)從曲軸箱15排到吸氣腔22的氣體流量。
除供氣通道110孔徑之外，控制閥46還可以被設計成能夠調(diào)節(jié)排氣通道31的孔徑大小。
動力轉(zhuǎn)換機構PT可包括一離合器機構。在此情況下，如果踏板壓下程度ACC大于第三確定值ACC3，則離合器機構可使壓縮機與發(fā)動機斷開。
本發(fā)明可以在擺動式變?nèi)莘e壓縮機的控制閥中具體實施。
汽車的驅(qū)動源不一定是內(nèi)燃機。驅(qū)動源可以是電動機或包括一個電動機和一個內(nèi)燃機的混合發(fā)動機。
因此，本示例和實施例被認為是說明性的和不受限制的，而且本發(fā)明不限制在這里所給的細節(jié)中，但是可以在隨后權利要求的范圍內(nèi)修改本發(fā)明。
權利要求
1.一種用于汽車空調(diào)制冷循環(huán)的變?nèi)菔綁嚎s機的容積控制裝置，其中壓縮機由汽車的驅(qū)動源(Eg)驅(qū)動，該裝置的特征在于根據(jù)位于制冷循環(huán)中的兩個壓力監(jiān)控點(P1，P2)壓力之間的壓差(PdH-PdL)控制壓縮機容積的一個容積控制機構，壓差(PdH-PdL)代表壓縮機容積；一個檢測代表所需制冷循環(huán)冷卻能力的外部信息的第一裝置(84，85)；一個檢測代表作用在驅(qū)動源(Eg)上負載的外部信息的第二裝置(86)；和一個根據(jù)外部信息確定壓差(PdH-PdL)目標值的控制器(81)，該外部信息由第一裝置(84，85)檢測，其中容積控制機構控制壓縮機容積使得壓差(PdH-PdL)達到目標值，其中控制器(81)判斷是否根據(jù)第二裝置(86)檢測到的外部信息設置壓差(PdH-PdL)的一個限定值，其中，當限定值被設定并且與目標值對應的壓縮機容積大于與限定值對應的壓縮機容積時，控制器(81)采用限定值作為壓差(PdH-PdL)的目標值來限定壓縮機容積。
2.根據(jù)權利要求1所述的容積控制裝置，其特征在于，當驅(qū)動源(Eg)上的負載等于或大于一個預定值時控制器(81)設置限定值。
3.根據(jù)權利要求1所述的容積控制裝置，其特征在于，控制器(81)依照作用在驅(qū)動源(Eg)上的負載改變限定值。
4.根據(jù)權利要求3所述的容積控制裝置，其特征在于，控制器(81)依照作用在驅(qū)動源(Eg)上的負載離散地改變限定值。
5.根據(jù)權利要求1至4中的任一權利要求所述的容積控制裝置，其特征在于，控制器(81)在一預定周期中將壓差(PdH-PdL)的目標值保持為限定值，超過一個預定周期后將目標值變?yōu)橐粋€根據(jù)外部信息確定的目標值，該外部信息由第一裝置(84，85)檢測。
6.根據(jù)權利要求1至4中的任一權利要求所述的容積控制裝置，其特征在于，壓縮機包括一個曲軸箱(15)，一個位于曲軸箱(15)內(nèi)的傾斜驅(qū)動盤(18)和一個活塞(21)，活塞由驅(qū)動盤(18)驅(qū)動作往復運動，其中驅(qū)動盤(18)的傾角根據(jù)曲軸箱(15)內(nèi)的壓力變化，驅(qū)動盤(18)的傾角確定活塞(21)的沖程和壓縮機容積，其中容積控制機構包括一個位于壓縮機內(nèi)的控制閥(46)，以及其中控制閥(46)根據(jù)壓差(PdH-PdL)而工作來調(diào)節(jié)曲軸箱(15)內(nèi)的壓力。
7.根據(jù)權利要求6所述的容積控制裝置，其特征在于，控制閥(46)包括一閥體(56)；一驅(qū)動閥體(56)的驅(qū)動器(52)，其中控制器(81)控制供給驅(qū)動器(52)的電源以便驅(qū)動器(52)的驅(qū)動力與目標值相應；和一壓力接受體(53)，其中壓力接受體(53)根據(jù)作用在該壓力接受體(53)上的壓差(PdH-PdL)來驅(qū)動閥體(56)，使得壓差(PdH-PdL)達到目標值。
8.根據(jù)權利要求1至4中的任一權利要求所述的容積控制裝置，其特征在于，第一裝置(84，85)檢測與一溫度有關的外部信息。
9.根據(jù)權利要求8所述的容積控制裝置，其特征在于，第一裝置包括一個檢測乘客車廂溫度的溫度傳感器(84)和一個設置車廂溫度目標值的溫度調(diào)節(jié)器(85)，以及其中控制器(81)根據(jù)被測車廂溫度和目標溫度之間的差(PdH-PdL)確定壓差(PdH-PdL)的預定目標值。
10.根據(jù)權利要求1至4中的任一權利要求所述的容積控制裝置，其特征在于，第二裝置包括一個檢測汽車加速踏板壓下程度的踏板位置傳感器(86)。
11.一種控制汽車空調(diào)制冷循環(huán)中變?nèi)菔綁嚎s機容積的方法，其中壓縮機由汽車驅(qū)動源(Eg)驅(qū)動，其特征在于根據(jù)代表所需制冷循環(huán)冷卻能力的外部信息確定位于制冷循環(huán)中的兩個壓力監(jiān)控點(P1，P2)壓力之間的壓差(PdH-PdL)的目標值，壓差代表壓縮機的容積；控制壓縮機容積使得壓差(PdH-PdL)達到目標值；判斷是否根據(jù)表示作用在驅(qū)動源(Eg)上負載的外部信息設定一個壓差(PdH-PdL)的限定值；及當限定值被設置和當相應于目標值的壓縮機容積大于相應于限定值的壓縮機容積時，用限定值作為壓差(PdH-PdL)的目標值。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，當作用在驅(qū)動源(Eg)上的負載等于或大于預定值時，設置限定值。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，根據(jù)作用在驅(qū)動源(Eg)上的負載改變限定值。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，根據(jù)作用在驅(qū)動源(Eg)上的負載離散地改變限定值。
15.根據(jù)權利要求11至14中的任一權利要求所述的方法，其特征在于在一個預定周期內(nèi)保持壓差(PdH-PdL)的目標值為限定值；及一個預定周期后將目標值變?yōu)橐粋€根據(jù)代表制冷循環(huán)冷卻能力的外部信息所確定的目標值。
全文摘要
制冷系統(tǒng)變?nèi)菔綁嚎s機中的控制閥(46)的工作使得系統(tǒng)的兩個壓力監(jiān)控點之間的壓差達到目標值?？刂破?81)確定壓差目標值。壓差目標值由加在控制閥(46)上的電壓負載率表示。當加速踏板的壓下程度大于預定標準時,控制器設置負載率的限定值。當限定值設置并且負載率大于限定值時,控制器(81)將負載率變?yōu)橄薅ㄖ祦硐薅▔嚎s機容積。因此,壓縮機扭矩不會迅速阻礙汽車加速,同時冷卻能力低于要求標準的可能性降到最小。
文檔編號F04B27/18GK1308182SQ0013725
公開日2001年8月15日 申請日期2000年12月23日 優(yōu)先權日1999年12月24日
發(fā)明者太田雅樹, 木村一哉, 川口真廣, 水藤健, 松原亮, 安谷屋拓 申請人:株式會社豐田自動織機制作所