DE112008002219B4

DE112008002219B4 - Kapazitätssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Kapazität und Anzeigevorrichtung für das System

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Publication number: DE112008002219B4
Application number: DE112008002219.4T
Authority: DE
Inventors: Yukihiko Taguchi
Original assignee: Sanden Holdings Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2028-08-13
Also published as: CN101784796A; JPWO2009025208A1; WO2009025208A1; DE112008002219T5; CN101784796B; US20110219797A1; US8393170B2; JP5413837B2

Abstract

Kapazitätssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Kapazität, dessen Kapazität sich mit einer Veränderung eines Steuerungsdrucks ändert, wobei der Kompressor mit variabler Kapazität zusammen mit einem Wärmeradiator, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer in einem Zirkulationspfad zum Zirkulieren eines Kältemittels eingesetzt ist, um einen Kühlkreislauf eines Klimaanlagensystems zu bilden, wobei ein Druck des Kältemittels in irgendeinem Abschnitt in einem Ausstoßdruckbereich des Kühlkreislaufs als ein Ausstoßdruck verwendet wird, und ein Druck des Kältemittels in irgendeinem Abschnitt in einem Ansaugdruckbereich des Kühlkreislaufs als ein Ansaugdruck verwendet wird, und das Kapazitätssteuerungssystem aufweist:ein Kapazitätssteuerungsventil, das in der Lage ist, die Kapazität des Kompressors mit variabler Kapazität durch Verändern des Steuerungsdrucks einzustellen;ein Externe-Information-Erfassungsmittel zum Erfassen eines oder mehrerer Punkte von dem Kühlkreislauf zugeordneten externen Informationen; undein Sollansaugdruckeinstellungsmittel zum Einstellen eines Sollansaugdrucks zum Steuern des Drucks in dem Ansaugdruckbereich als ein Steuerungsziel, basierend auf der durch das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information;wobei der Steuerungsdruck verändert wird, um die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität so einzustellen, dass der Druck in dem Ansaugdruckbereich gleich dem Sollansaugdruck wird,wobei das Kapazitätssteuerungssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass es weiterhin aufweist:Ein Ansaugdruckabschätzungsmittel zum Abschätzen eines Drucks, der abgeschätzt wird, in dem Ansaugdruckbereich vorzuliegen, wenn der Kompressor mit variabler Kapazität mit einer maximalen Ausstoßkapazität betrieben wird, basierend auf der durch das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information; undein Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel zum Bestimmen, ob der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität oder mit einer gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet, basierend auf dem durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzten Druck des Ansaugdruckbereichs und dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Sollansaugdruck.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kapazitätssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Kapazität, der in einem Klimaanlagensystem verwendet wird, und eine Anzeigevorrichtung zur Verwendung mit dem Kapazitätssteuerungssystem.
Ein Kompressor mit variabler Kapazität vom hin- und hergehenden Typ, der zum Beispiel in einem Fahrzeugklimaanlagensystem verwendet wird, enthält ein Gehäuse mit einer Ausstoßkammer, einer Ansaugkammer, einer Kurbelkammer und darin definierten Zylinderbohrungen. Eine Antriebswelle, die sich durch die Kurbelkammer erstreckt, ist mit einer Taumelscheibe so gekoppelt, dass die Taumelscheibe relativ zu der Antriebswelle neigbar ist. Ein Umwandlungsmechanismus, der die Taumelscheibe enthält, wandelt eine Drehung der Antriebswelle in eine hin- und hergehende Bewegung von in den jeweiligen Zylinderbohrungen aufgenommenen Kolben um. Die hin- und hergehende Bewegung von jedem Kolben bedingt das Stattfinden einer Reihe von Prozessen, wobei die Prozesse einen Ansaugprozess, in dem ein Arbeitsfluid von der Ansaugkammer in die zugehörige Zylinderbohrung gesaugt wird, einen Verdichtungsprozess, in dem das angesaugte Arbeitsfluid verdichtet wird, und einen Ausstoßprozess enthalten, in dem das verdichtete Arbeitsfluid in die Ausstoßkammer ausgestoßen wird.
Die Hublänge der einzelnen Kolben, d.h. die Ausstoßkapazität des Kompressors, kann durch Verändern des Drucks (Steuerungsdruck) in der Kurbelkammer verändert werden. Um die Ausstoßkapazität zu steuern, ist ein Kapazitätssteuerungsventil in eine Zufuhrpassage, die die Ausstoßkammer mit der Kurbelkammer verbindet, eingesetzt, und eine Verengung ist in einer Ablasspassage, die die Kurbelkammer mit der Ansaugkammer verbindet, gebildet.
Als Verfahren zum Steuern der Ausstoßkapazität war ein Ansaugdrucksteuerungsschema bekannt. In einigen Systemen, die so konfiguriert sind, um die Ansaugdrucksteuerung durchzuführen, hat das Kapazitätssteuerungsventil ein darin eingebautes druckempfindliches Element zum Fühlen des Drucks (Ansaugdruck) in der Ansaugkammer. In dem Kompressor mit variabler Kapazität, der solch ein Kapazitätssteuerungsventil verwendet, wird eine mechanische Regelung (Ansaugdrucksteuerung) mittels des druckempfindlichen Elements so durchgeführt, dass sich der Ansaugdruck einem eingestellten Ansaugdruck annähert.
Spezieller wird das druckempfindliche Element zum Beispiel durch einen Balg oder eine Membran gebildet. Wo ein Balg als das druckempfindliche Element verwendet wird, ist eine Druckfeder innerhalb des Balgs, dessen innerer Druck bei einem Vakuum oder einem Atmosphärendruck beibehalten wird, angeordnet, und auf ein Ende des Balgs wirkt von außen der Ansaugdruck. So dehnt sich, wenn sich der Ansaugdruck verringert, der als das druckempfindliche Element dienende Balg aus.
Das Ventilelement des Kapazitätssteuerungsventils ist so angeordnet, dass es sowohl mit einer durch eine Magnetspule ausgeübten elektromagnetischen Kraft, als auch mit einer Druckkraft, die der Balg als das druckempfindliche Element erzeugt wenn er sich ausdehnt, beaufschlagt wird. Während die zu der Magnetspule gelieferte Strommenge fest ist, verändert sich die Öffnung des Kapazitätssteuerungsventils so, dass der Ansaugdruck bei einem eingestellten Ansaugdruck, der durch die gelieferte Strommenge bestimmt wird, beibehalten wird.
Mittlerweile offenbart Dokument 1 (japanische Offenlegungs-Patentveröffentlichung Nr. JP H10-38 717 A ) ein Verfahren des Erfassens des Drehmoments eines Kompressors mit variabler Kapazität während der Ansaugdrucksteuerung. Im Dokument 1 wird das Drehmoment des Kompressors mit variabler Kapazität aus der zu der Magnetspule des Kapazitätssteuerungsventils gelieferten Strommenge und der Außenlufttemperatur berechnet. Das berechnete Drehmoment des Kompressors mit variabler Kapazität wird zur Steuerung der Drehzahl des Fahrzeugmotors verwendet.
In der Ansaugdrucksteuerung wird die zu der Magnetspule des Kapazitätssteuerungsventils gelieferte Strommenge (Kapazitätssteuerungssignal) auf der Basis des eingestellten Ansaug-drucks bestimmt. Wo jedoch ein aktueller Ansaugdruck höher als der durch eine bestimmte Menge eingestellte Ansaugdruck ist, kann die Ausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität möglicherweise auf einen Maximalwert ansteigen, wenn die bestimmte Strommenge zu der Magnetspule geliefert wird.
Der Maximalwert wird durch eine mechanische Einschränkung, nämlich die Neiggrenze der Taumelscheibe des Umwandlungsmechanismus, bestimmt. Wenn die Ausstoßkapazität bei dem Maximalwert ist, kann natürlich die Ausstoßkapazität nicht weiter erhöht werden, selbst wenn die zu der Magnetspule gelieferte Strommenge eingestellt wird. In konventionellen Systemen wird jedoch die Magnetspule mit einer Strommenge versorgt, die die Stromversorgungsmenge (Maximalkapazitätsstromversorgungsmenge), mit der die Ausstoßkapazität maximal ist, übersteigt. Diese Situation tritt daher auf, weil die Menge des zu der Magnetspule gelieferten Stroms allein unter Berücksichtigung des eingestellten Ansaugdrucks und nicht auf der mechanischen Einschränkung des Maximalwerts der Ausstoßkapazität bestimmt wird.
Während die Magnetspule mit einer Strommenge versorgt wird, die die Maximalkapazitätsstromversorgungsmenge übersteigt, besteht keine Wechselbeziehung zwischen der zu der Magnetspule gelieferten Strommenge und dem Drehmoment des Kompressors mit variabler Kapazität. Wenn die Wechselbeziehung verloren ist, kann das Drehmoment des Kompressors mit variabler Kapazität nicht genau durch das im Dokument 1 offenbarte Drehmomenterfassungsverfahren berechnet werden.
Als ein Ergebnis können möglicherweise z.B. eine Instabilität der Motordrehzahlsteuerung oder ein Abwürgen des Motors während des Leerlaufs des Fahrzeugs verursacht werden.
Zusätzlich ist es schwierig, den ursprünglichen Zweck der Anwendung des Kompressors mit variabler Kapazität auf ein Klimaanlagensystem, nämlich die durch das Klimaanlagensystem oder das Fahrzeug verbrauchte Antriebskraft zu reduzieren und dabei als Gegenmaßnahme gegen globale Erwärmung Energie zu sparen, zu erreichen, wenn das Drehmoment des Kompressors mit variabler Kapazität nicht genau berechnet werden kann.
Druckschrift JP 2005-67 250 A offenbart ein Kompressormodul und eine Fahrzeugsteuerungseinrichtung. An einem Kompressor sind eine Kompressorsteuerungseinrichtung zum Ausgeben eines Anweisungssignals an zumindest eines von Steuerungselementen eines Kompressors und zumindest ein Sensor zum Erfassen einer zum Berechnen des Anweisungssignals verwendeten Information montiert. Die Kompressorsteuerungseinrichtung ist mit der externen Steuerungseinrichtung zum Empfangen eines einem Sollansaugdruck in dem Kompressor entsprechenden Signals von der externen Steuerungseinheit und zum Empfangen der durch das Sensorelement erfassten Information verbunden, um das zumindest eine von den Steuerungselementen des Kompressors in Übereinstimmung mit dem dem Sollansaugdruck entsprechenden Signal und der durch das Sensorelement erfassten Information zu steuern.
In DE 699 25 653 T2 ist ein Kompressor mit variabler Verdrängung in einem Kühlkreislauf unter Verwendung eines Kohlendioxidkältemittels offenbart. Der Kompressor ändert die Neigung einer Taumelscheibe, die sich in einer Steuerkammer befindet, entsprechend der Differenz zwischen dem Druck in der Steuerkammer und dem Druck in einer Ansaugkammer, wodurch die Kompressorverdrängung variiert wird. Der Kompressor umfasst ein Steuerventil, das die Differenz zwischen dem Druck in der Steuerkammer und dem Druck im Ansaugdruck einstellt. Das Steuerventil steuert die Strömungsrate des von der Auslasskammer zu der Steuerkammer zugeführten Kältemittels, wodurch die Druckdifferenz eingestellt wird. Eine Steuerung gibt eine Information von dem Äußeren des Kühlkreises ein. Die Außeninformation umfasst die Außentemperatur, die Temperatur eines Fahrgastraums und eine Sollfahrgastraumtemperatur, die durch einen Temperaturregler eingestellt wird. Die Steuerung stellt einen Sollwert des Drucks des von dem Kompressor ausgestoßenen Kältemittels gemäß der Außeninformation ein. Die Steuerung steuert dann den Strom, der dem Steuerventil zugeführt wird, so, dass der Soll-Auslassdruck schnell erreicht wird.
DE 603 20 480 T2 zeigt ein energieeffizientes Fahrzeugklimatisierungssystem, das einen Kältemittelkompressor mit variabler Kapazität, der ein Kapazitätssteuerventil mit integrierten Kältemittelsensoren und Steuerschaltkreisen umfasst, und ein Fahrerbedienfeld zum Auswählen der Auslasslufttemperatur und Einlassluftquelle und zum Auswählen eines normalen Steuerungmodus oder eines energieeffizienten Steuermodus aufweist. Wenn der energieeffiziente Steuermodus ausgewählt wird, fordern die Steuerungseinstellungsindikatoren den Fahrer auf, eine ganz-kalt-Auslasslufttemperatur und eine umgewälzte Kabinenluft anzufordern, und die Steuerschaltung initiiert eine Kompressorleistungsregelung basierend auf der Kältemittelsensorinformation und einem Maß einer Außenlufttemperatur, um eine geeignete Auslasslufttemperatur bei reduziertem Energieverbrauch zu erzeugen.
In DE 102 33 628 A1 ist ein Kompressor für eine Fahrzeugklimaanlage offenbart. Der Kompressor enthält einen Drucksensor und eine Drehmomentberechnungseinheit zum Berechnen des Kompressordrehmoments. Der Kompressor weist auch eine Kommunikationseinheit auf, die, basierend auf Fahrzeugdatenübermittlungsprotokolle, eine Datenübertragung mit anderen Geräten erlaubt. Die Drehmomentberechnungseinheit und die Kommunikationseinheit sind in dem Kompressor integriert. Deshalb ist es möglich, das Antriebsmoment schnell zu berechnen, und eine elektronische Motorsteuereinheit kann einen Motor derart steuern, dass das für den Kompressor erforderliche Drehmoment schnell erzeugt werden kann.
DE 39 05 542 C2 offenbart eine Steuerung zum Steuern der Förderleistung eines Taumelscheibenkompressors mit variabler Förderleistung, der Teil einer Kraftfahrzeugklimaanlage ist und durch den Motor des Kraftfahrzeugs angetrieben wird. Sensoren für die Leistung des Motors, für den Auslassdruck des Kompressors, für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, für den Druck in der Taumelscheibenkammer sowie weitere Sensoren sind für die Erfassung von Klimadaten vorgesehen, und es wird eine zentrale Recheneinheit verwendet, um das Tastverhältnis, mit dem ein Magnetventil zur Steuerung der Förderleistung des Kompressors angesteuert wird, zu berechnen und zu steuern. Die Steuerung des Tastverhältnisses erfolgt dabei derart, dass das Ventil voll geöffnet wird, wenn die Motorleistung einen vorgegebenen Wert übersteigt, um den Kompressor für ein einstellbares, kurzes Zeitintervall auf die kleinste mögliche Förderleistung zu bringen. Anschließend wird der freie Kanalquerschnitt (bzw. sein Mittelwert) soweit verringert, dass eine niedrige Förderleistung des Kompressors so lange aufrechterhalten wird, wie der Kraftfahrzeugmotor mit einer über einem vorgegebenen Grenzwert liegenden Leistung arbeitet.
US 5 689 960 A zeigt ein Verfahren zum Einstellen eines Klimaanlagenkompressors. Das Verfahren enthält ein Auswählen einer richtigen Steuerungskurve. Die Steuerungskurve ist ein Graph eines Ansaugeinlassdrucks über einem Ausstoßdruck. Der Graph hat einen linearen Abschnitt, bei dem der Ausstoßdruck über dem Ansaugdruck abfällt. Ein Zustand mit einer niedrigen Anforderung, bei dem der Ansaugdruck der höchste und der Ausstoßdruck der niedrigste ist, kann in einem Verdampferauslassdruck resultieren, der zu hoch oder zu niedrig ist. Um den Verdamperauslassdruck zu ändern, wird das Steuerungsventil für den Kompressor eingestellt oder ersetzt, um die Steigung des linearen Abschnitts der Steuerungskurve zu verändern. Das Verändern der Steigung wird den maximalen Ansaugdruck verändern, um eine optimale Lösung bei dem Zustand mit niedriger Anforderung zu erreichen. Die Steigung wird durch eine Veränderung eines Vorspannungsstifts in dem modularen Steuerungsventil auf einen von unterschiedlichen Durchmessern geändert. Der Vorspannungsstift ist ein Faktor, der das Öffnen und Schließen des Ventils steuert, um die Kapazität des Kompressors zu verändern.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kapazitätssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Kapazität bereitzustellen, welches in der Lage ist, den Betriebszustand des Kompressors mit variabler Kapazität, zum Beispiel ob der Kompressor mit einer maximalen Ausstoßkapazität oder mit einer gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet, zu bestimmen.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kapazitätssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Kapazität bereitzustellen, welches in der Lage ist, eine Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität zu jeder Zeit, einschließlich einer Situation, wo der Kompressor mit variabler Kapazität mit einer maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, genau zu berechnen.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kapazitätssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Kapazität bereitzustellen, welches im Aufbau vereinfacht ist, und trotzdem einer Ansaugdrucksteuerung fähig ist.
Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anzeigevorrichtung bereitzustellen, die es dem Benutzer, der ein Klimaanlagensystem benutzt, erlaubt, visuell eine berechnete Antriebslast zu erkennen, und dabei das Umweltbewusstsein des Benutzers steigert.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, stellt die Erfindung gemäß Anspruch 1 ein Kapazitätssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Kapazität, dessen Kapazität sich mit einer Veränderung eines Steuerungsdrucks ändert, bereit, wobei der Kompressor mit variabler Kapazität zusammen mit einem Wärmeradiator, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer in einem Zirkulationspfad zum Zirkulieren eines Kältemittels eingesetzt ist, um einen Kühlkreislauf eines Klimaanlagensystems zu bilden, wobei ein Druck des Kältemittels in irgendeinem Abschnitt in einem Ausstoßdruckbereich des Kühlkreislaufs als ein Ausstoßdruck verwendet wird, ein Druck des Kältemittels in irgendeinem Abschnitt in einem Ansaugdruckbereich des Kühlkreislaufs als ein Ansaugdruck verwendet wird, und das Kapazitätssteuerungssystem aufweist: Ein Kapazitätssteuerungsventil, das in der Lage ist, die Kapazität des Kompressors mit variabler Kapazität durch Verändern des Steuerungsdrucks einzustellen; ein Externe-Information-Erfassungsmittel zum Erfassen eines oder mehrerer Punkte von dem Kühlkreislauf zugeordneten externen Informationen; und ein Sollansaugdruckeinstellungsmittel zum Einstellen eines Sollansaugdrucks zum Steuern des Drucks in dem Ansaugdruckbereich als ein Steuerungsziel, basierend auf der durch das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information, wobei der Steuerungsdruck verändert wird, um die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität so einzustellen, dass der Druck in dem Ansaugdruckbereich gleich dem Sollansaugdruck wird, wobei das Kapazitätssteuerungssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass es weiterhin aufweist: Ein Ansaugdruckabschätzungsmittel zum Abschätzen eines Drucks, der basierend auf der durch das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information abgeschätzt wird in dem Ansaugdruckbereich vorzuherrschen, wenn der Kompressor mit variabler Kapazität mit einer maximalen Ausstoßkapazität betrieben wird; und ein Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel zum Bestimmen, ob der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität oder mit einer gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet, basierend auf dem durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzten Druck des Ansaugdruckbereichs und dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Sollansaugdruck.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel den durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzten Druck des Ansaugdruckbereichs mit dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Sollansaugdruck vergleicht, und wenn der durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs höher ist als der durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellte Sollansaugdruck, entscheidet das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, und wenn der durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs niedriger als der durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellte Sollansaugdruck ist, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Das Sollansaugdruckeinstellungsmittel einen Schwellwert mit Bezug auf den Sollansaugdruck einstellt, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel den durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzten Druck des Ansaugdruckbereichs mit dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Schwellwert vergleicht, und wenn der durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs höher als der durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellte Schwellwert ist, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, und wenn der durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs niedriger als der durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellte Schwellwert ist, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Das Sollansaugdruckeinstellungsmittel einen Obergrenz- und einen Untergrenz-Schwellwert mit Bezug auf den Sollansaugdruck einstellt, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel den durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzten abgeschätzten Druck des Ansaugdruckbereichs mit dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Schwellwert vergleicht, und wenn der durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs höher als der durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellte Obergrenz-Schwellwert ist, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, und wenn der durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs niedriger als der durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellte Untergrenz-Schwellwert ist, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Wenn der durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzte abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs einen Wert zwischen dem Ober- und Untergrenz-Schwellwert annimmt, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, wenn der abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs größer oder gleich einem zwischen dem Ober- und Untergrenz-Schwellwert eingestellten Kriteriumswert ist, und entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet, wenn der abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs kleiner als der Kriteriumswert ist.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 6 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Der Kriteriumswert in Übereinstimmung mit der durch ein Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel als das Externe-Information-Erfassungsmittel zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit erfassten externen Information, und/oder der durch das Drehzahlerfassungsmittel als das Externe-Information-Erfassungsmittel zum Erfassen einer physikalischen Größe entsprechend einer Drehzahl des Kompressor mit variabler Kapazität erfassten externen Information, variabel ist.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Der Kriteriumswert in Übereinstimmung mit der durch ein Wärmelasterfassungsmittel als das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information variabel ist.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 8 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Das Ansaugdruckabschätzungsmittel den Druck in dem Ansaugdruckbereich basierend auf der durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel als das Externe-Information-Erfassungsmittel zum Berechnen des Drucks des Ausstoßdruckbereichs des Kompressor mit variabler Kapazität erhaltenen, der durch das Wärmelasterfassungsmittel erfassten externen Information und der durch das Drehzahlerfassungsmittel erfassten Information abschätzt.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 9 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Das Ausstoßdruckberechnungsmittel den Druck des Ausstoßdruckbereichs basierend auf der durch ein Druckerfassungsmittel zum Erfassen eines Drucks in einem Hochdruckbereich, der sich von dem Ausstoßdruckbereich des Kompressors mit variabler Kapazität zu der Expansionsvorrichtung des Kältekreislaufs erstreckt, erfassten externen Information berechnet.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Die Expansionsvorrichtung ein thermostatisches automatisches Expansionsventil aufweist, das Kapazitätssteuerungssystem weiterhin ein Überhitzungsgradberechnungsmittel zur Berechnung eines Überhitzungsgrads in einem Auslassbereich des Verdampfers basierend auf der durch das Druckerfassungsmittel erfassten externen Information aufweist, und das Ansaugdruckabschätzungsmittel den Druck des Ansaugdruckbereichs basierend auf der durch das Überhitzungsgradberechnungsmittel berechneten externen Information den Druck des Ansaugdruckbereichs abschätzt.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 11 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Das Externe-Information-Erfassungsmittel ein Überhitzungsgraderfassungsmittel zum Erfassen eines Überhitzungsgrads in einem Bereich, der sich von einem Auslassbereich des Verdampfers zu dem Ansaugdruckbereich des Kompressors mit variabler Kapazität erstreckt, enthält, und das Ansaugdruckabschätzungsmittel den Druck des Ansaugdruckbereichs basierend auf der durch das Überhitzungsgraderfassungsmittel erfassten externen Information abschätzt.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 12 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Eine Druckdifferenz zwischen dem Schwellwert oder dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Ober- oder Untergrenz-Schwellwert, und dem Sollansaugdruck in Bezug darauf, ob der Schwellwert oder der Obergrenz- oder Untergrenz-Schwellwert eingestellt ist, in Übereinstimmung mit dem Sollansaugdruck variabel ist.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 13 ist dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin ein Antriebslastberechnungsmittel zum Berechnen einer Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität aufweist, wobei das Antriebslastberechnungsmittel die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität entsprechend einer ersten Antriebslastberechnungsgleichung berechnet, wenn durch das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entschieden wird, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, und die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität entsprechend einer zweiten Antriebslastberechnungsgleichung berechnet, wenn durch das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entschieden wird, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 14 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Die erste Antriebslastberechnungsgleichung, derentsprechend die Antriebslast durch das Antriebslastberechnungsmittel berechnet wird, als Variable den durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel berechneten Druck des Ausstoßdruckbereichs und den durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzten Druck des Ansaugdruckbereichs enthält.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 15 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Die zweite Antriebslastberechnungsgleichung, derentsprechend die Antriebslast durch das Antriebslastberechnungsmittel berechnet wird, als Variablen den durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel berechneten Druck des Ausstoßdruckbereichs und den durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Sollansaugdruck enthält.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 16 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Die zweite Antriebslastberechnungsgleichung derentsprechend die Antriebslast durch das Antriebslastberechnungsmittel berechnet wird, als eine Variable eine Druckdifferenz zwischen dem Druck des Ausstoßdruckbereichs und dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Sollansaugdruck enthält.
Die Erfindung gemäß Anspruch 17 stellt ein Kapazitätssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Kapazität zur Verfügung, dessen Kapazität sich mit einer Steuerungsdruckänderung verändert, wobei der Kompressor mit variabler Kapazität zusammen mit einem Wärmeradiator, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer in einem Zirkulationspfad zum Zirkulieren eines Kältemittels eingesetzt ist, um einen Kühlkreislauf eines Klimaanlagensystems zu bilden, wobei das Kapazitätssteuerungssystem aufweist: Ein Kapazitätssteuerungsventil mit einem Ventilelement, das mit einem Ausstoßdruck, der ein Druck des Kältemittels an irgendeinem Abschnitt in einem Ausstoßdruckbereich des Kühlkreislaufs ist, mit einem Ansaugdruck, der ein Druck des Kältemittels an irgendeinem Abschnitt in einem Ansaugdruckbereich des Kühlkreislaufs ist, und mit einer elektromagnetischen Kraft einer Magnetspule auf eine solche Weise beaufschlagt ist, dass dem Ausstoßdruck durch den Ansaugdruck und der elektromagnetischen Kraft entgegengewirkt wird, wobei das Ventilelement in der Lage ist, ein Ventilloch zu öffnen und zu schließen, um den Steuerungsdruck zu verändern und dabei die Kapazität des Kompressors mit variabler Kapazität einzustellen; ein Externe-Information-Erfassungsmittel zum Erfassen eines oder mehrerer Punkte von dem Kühlkreislauf zugeordneten externen Informationen; und ein Sollansaugdruckeinstellungsmittel zum Einstellen eines Sollansaugdrucks, basierend auf der durch das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information zum Steuern des Drucks in dem Ansaugdruckbereich als ein Steuerungsziel, wobei eine Öffnung des Kapazitätssteuerungsventils in Übereinstimmung mit der durch das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information verändert wird, um den Steuerungsdruck zu verändern, und dabei die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität einzustellen, wobei das Kapazitätssteuerungssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass es weiterhin aufweist: Ein Ausstoßdruckberechnungsmittel zum Berechnen des Drucks in dem Ausstoßdruckbereich des Kompressors mit variabler Kapazität basierend auf der durch das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information; ein Steuerungssignalberechnungsmittel zum Berechnen eines Ausstoßkapazitätssteuerungssignals basierend auf dem durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel berechneten Druck des Ausstoßdruckbereichs und dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Sollansaugdruck; ein Magnetspulenansteuerungsmittel zum Liefern eines elektrischen Stroms zu der Magnetspule des Kapazitätssteuerungsventils in Übereinstimmung mit dem durch das Steuerungssignalberechnungsmittel berechneten Ausstoßkapazitätssteuerungssignal; ein Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel zum Bestimmen der Ausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität; und ein Antriebslastberechnungsmittel zum Berechnen einer Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 18 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Das Antriebslastberechnungsmittel die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität gemäß einer ersten Antriebslastberechnungsgleichung berechnet, wenn durch das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entschieden wird, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit einer maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, und die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität gemäß einer zweiten Antriebslastberechnungsgleichung berechnet, wenn durch das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entschieden wird, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit einer gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 19 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Das Antriebslastberechnungsmittel die berechnete Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität an eine Motorsteuerungsvorrichtung des Fahrzeugs ausgibt.
Das Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 20 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Der Kompressor mit variabler Kapazität ein Gehäuse mit einer Ausstoßkammer, einer Kurbelkammer, einer Ansaugkammer und darin definierten Zylinderbohrungen; in den jeweiligen Zylinderbohrungen aufgenommene Kolben; eine drehbar in dem Gehäuse gelagerte Antriebswelle; eine ein neigbares Taumelscheibenelement zum Umwandeln einer Rotation der Antriebswelle zu einer hin- und hergehenden Bewegung der Kolben enthaltender Umwandlungsmechanismus; eine Zuführpassage, die die Ausstoßkammer mit der Kurbelkammer verbindet; und eine Ablasspassage, die die Kurbelkammer mit der Ansaugkammer verbindet, enthält, wobei das Kapazitätssteuerungsventil in entweder der Zuführpassage oder der Ablasspassage eingesetzt ist.
Die Erfindung gemäß Anspruch 21 stellt eine Anzeigevorrichtung zur Verwendung mit dem Kapazitätssteuerungssystem zur Verfügung, dadurch gekennzeichnet, dass: Die Anzeigevorrichtung eine visuelle Information, die auf einen energiesparenden Betriebsmodus hindeutet, in einer erkennbaren Weise anzeigt, wenn durch das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entschieden wird, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Die Erfindung gemäß Anspruch 22 stellt eine Anzeigevorrichtung zur Verwendung mit einem Kapazitätssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Kapazität zur Verfügung, dessen Kapazität sich mit einer Veränderung eines Steuerungsdruck verändert, wobei der Kompressor mit variabler Kapazität zusammen mit einem Wärmeradiator, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer in einem Zirkulationspfad zum Zirkulieren eines Kältemittels eingesetzt ist, um einen Kühlkreislauf eines Klimaanlagensystems zu bilden, wobei das Kapazitätssteuerungssystem ein Kapazitätssteuerungsventil, das in der Lage ist, die Kapazität des Kompressors mit variabler Kapazität durch Verändern des Steuerungsdrucks einzustellen; ein Externe-Information-Erfassungsmittel zum Erfassen eines oder mehrerer Punkte von externen dem Kühlkreislauf zugeordneten Informationen; ein Sollansaugdruckeinstellungsmittel zum Einstellen eines Sollansaugdrucks basierend auf der durch das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information zum Steuern eines Drucks in einem Ansaugdruckbereich als ein Steuerungsziel; und ein Antriebslastberechnungsmittel zum Berechnen einer Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität enthält, wobei die Anzeigevorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Antriebslastsignal, das von dem Antriebslastberechnungsmittel ausgegeben wird, als eine visuell erkennbare Information durch die Anzeigevorrichtung angezeigt wird.
Die Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 23 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Das Kapazitätssteuerungssystem für den Kompressor mit variabler Kapazität weiterhin ein Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel zum Bestimmen der Ausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität enthält.
Die Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 24 ist dadurch gekennzeichnet, dass: Das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel bestimmt, ob der Kompressor mit variabler Kapazität mit einer maximalen Ausstoßkapazität oder mit einer gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Die Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 25 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung visuelle Informationen, die auf einen Energiesparbetriebsmodus in einer erkennbaren Weise hinweisen, anzeigt, wenn durch das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entschieden wird, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Mit dem Kapazitätssteuerungssystem gemäß den Ansprüchen 1 und 2 ist es möglich zu bestimmen, ob der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität oder mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet. Die Information über die Ausstoßkapazität kann für die Steuerung einer Drehzahlstabilisierung des Fahrzeugmotors verwendet werden, und kann ebenfalls verwendet werden, um Energiesparen als Gegenmaßnahme gegen globale Erwärmung zu fördern.
In dem Kapazitätssteuerungssystem von Anspruch 3 stellt das Sollansaugdruckeinstellungsmittel den Schwellwert unter Bezugnahme auf den Sollansaugdruck ein. Dies ermöglicht es, einen Bereich einzustellen, innerhalb dessen der Betriebszustand des Kompressors mit variabler Kapazität zuverlässig bestimmt werden kann.
In dem Kapazitätssteuerungssystem von Anspruch 4 stellt das Sollansaugdruckeinstellungsmittel Ober- und Untergrenz-Schwellwerte unter Bezugnahme auf den Sollansaugdruck ein. Es ist daher möglich, Bereiche einzustellen, mit deren Hilfe eine zuverlässige Bestimmung durchgeführt werden kann, ob der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität oder mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Mit dem Kapazitätssteuerungssystem gemäß den Ansprüchen 5 bis 7 kann die Bestimmungsgenauigkeit selbst in einem Bereich, in dem es schwierig ist eine zuverlässige Bestimmung durchzuführen, ob der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität oder mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet, verbessert werden.
Mit dem Kapazitätssteuerungssystem gemäß den Ansprüchen 8 bis 12 ist es möglich, mit einer größeren Zuverlässigkeit zu bestimmen, ob der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität oder mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Mit dem Kapazitätssteuerungssystem gemäß Ansprüchen 13 bis 16 kann die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität, dessen Ansaugdruck gesteuert wird, mit einer höheren Genauigkeit berechnet werden.
Mit dem Kapazitätssteuerungssystem gemäß Ansprüchen 17 und 18 kann die Ansaugdrucksteuerung mittels eines vereinfachten Aufbaus ausgeführt werden. Zusätzlich kann die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
In dem Kapazitätssteuerungssystem von Anspruch 19 wird das mit verbesserter Genauigkeit berechnete Antriebslastsignal in die Motorsteuerungsvorrichtung des Fahrzeugs eingegeben. Mit dem Kapazitätssteuerungssystem kann daher die Motorsteuerung effektiv stabilisiert werden.
In dem Kapazitätssteuerungssystem von Anspruch 20 ist der Kompressor mit variabler Kapazität von einem hin- und hergehenden Typ. In dem Kompressor mit variabler Kapazität vom hin- und hergehenden Typ kann der durch den minimalen Neigungswinkel des Taumelscheibenelements bestimmte minimale Hubweg der Kolben auf einen sehr kleinen Wert eingestellt werden, was es der minimalen Ausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität erlaubt, auf einen sehr kleinen Wert eingestellt zu werden. Es ist daher möglich, den Bereich auszuweiten, über den die Ausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität mechanisch verändert wird. In dem Kapazitätssteuerungssystem kann daher der ausgeweitete Ansaugdrucksteuerungsbereich effektiv durch Einstellen des Sollansaugdruckbereichs verwendet werden.
Mit der Anzeigevorrichtung gemäß den Ansprüchen 21 bis 25 ist es möglich, Einsparen von Energie, die durch den Kompressor mit variabler Kapazität verbraucht wird während das Klimaanlagensystem verwendet wird, zu fördern. Es ist ebenfalls möglich, das Umweltbewusstsein des Benutzers, der das Klimaanlagensystem verwendet, zu steigern.
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die nur zur Darstellung beigegeben sind und daher nicht beschränkend auf die vorliegende Erfindung sind, vollständiger verstanden werden, wobei:

1 eine Ansicht eines Längsschnitts eines Kompressors mit variabler Kapazität ist, und ferner einen schematischen Aufbau eines Kühlkreislaufs eines Fahrzeugklimaanlagensystems, auf das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet ist, darstellt;
2 eine Schnittansicht ist, die Verbindungen eines Kapazitätssteuerungsventils in dem in 1 gezeigten Kompressor mit variabler Kapazität darstellt;
3 ein Diagramm ist, das das Verhältnis zwischen einem zu dem Kapazitätssteuerungsventil in 1 gelieferten Steuerungsstrom und einem Sollansaugdruck darstellt;
4 eine Schnittansicht eines thermostatisch automatischen Expansionsventil ist, der in dem Kühlkreislauf, der den Kompressor mit variabler Kapazität von 1 enthält, verwendet wird;
5 ein Diagramm ist, das eine Überhitzungscharakteristik des in 4 gezeigten thermostatisch automatischen Expansionsventil darstellt;
6 ein Blockdiagramm ist, das einen schematischen Aufbau eines Kapazitätssteuerungssystems gemäß der Ausführungsform darstellt;
7 ein Diagramm ist, das eine Veränderung des Überhitzungsgrads hinsichtlich des Einlassdrucks des thermostatisch automatischen Expansionsventils von 4 darstellt;
8 ein Blockdiagramm ist, das externe Informationen darstellt, die zum Berechnen einer Antriebslast in dem Kapazitätssteuerungssystem der Ausführungsform verwendet werden;
9 eine Ansicht eines Längsschnitts eines Kompressors mit variabler Kapazität ist und ferner einen schematischen Aufbau eines Kühlkreislaufs eines Fahrzeugklimaanlagensystems darstellt, auf die eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
10 eine Schnittansicht ist, die Verbindungen eines Kapazitätssteuerungsventils in dem in 9 gezeigten Kompressor mit variabler Kapazität darstellt;
11 ein Diagramm ist, das das Verhältnis zwischen einem zu dem Kapazitätssteuerungsventil in 9 gelieferten Steuerungsstrom und einem Sollansaugdruck darstellt;
12 ein Blockdiagramm ist, das einen schematischen Aufbau eines Kapazitätssteuerungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
13 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Ansaugdrucksteuerungsroutine darstellt, die durch das in 12 dargestellte Kapazitätssteuerungssystem ausgeführt wird; und
14 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Sollansaugdruckeinstellungsroutine darstellt, die in der Ansaugdrucksteuerungsroutine von 12 enthalten ist.

100:: Kompressor mit variabler Kapazität
101:: Gehäuse
101a:: Zylinderbohrung
105:: Kurbelkammer
106:: Antriebswelle
130:: Kolben
140:: Ansaugkammer
142:: Ausstoßkammer
200, 300:: Kapazitätssteuerungsventil
202, 301a:: Ventilloch
204, 304:: Ventilelement
215, 315:: Magnetspuleneinheit (Magnetspule)
350, 400:: Steuerungsvorrichtung
351, 420:: Sollansaugdruckeinstellungsmittel
352:: Steuerungssignalberechnungsmittel
401:: Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel (Externe-Information-Erfassungsmittel)
402:: Temperatursensor (Verdampfertemperaturerfassungsmittel; Externe-Information-Erfassungsmittel)
403:: Drucksensor (Ausstoßdruckerfassungsmittel; Externe-Information-Erfassungsmittel)
404:: Außenlufttemperatursensor (Externe-Information-Erfassungsmittel)
405:: Fahrzeuginnenraumtemperatursensor (Externe-Information-Erfassungsmittel)
406:: Verdampferventilatorspannungserfassungsmittel (Externe-Inforamtion-Erfassungsmittel)
408:: Motordrehzahlsensor (Kompressordrehzahlerfassungsmittel; Externe-Information-Erfassungsmittel)
410:: Steuerungsstromberechnungsmittel
411:: Magnetspulenansteuerungsmittel
421:: Ausstoßdruckberechnungsmittel
422:: Überhitzungsgradberechnungsmittel
423:: Ansaugdruckabschätzungsmittel
424:: Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel
425:: Antriebslastberechnungsmittel
460:: Anzeigevorrichtung

Kapazitätssteuerungssysteme für einen Kompressor mit variabler Kapazität gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1-8 stellen ein Kapazitätssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Kapazität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In dieser Ausführungsform ist das Kapazitätssteuerungssystem A der Erfindung auf einen Kühlkreislauf eines Fahrzeugklimaanlagensystems angewendet.
Wie in 1 dargestellt, weist der Kühlkreislauf 10 des Fahrzeugklimaanlagensystems einen Zirkulationspfad 12 auf, durch den ein Kältemittel als Arbeitsfluid zirkuliert wird. Ein Kompressor mit variabler Kapazität 100, ein Wärmeradiator (Kondensator) 14, eine Expansionsvorrichtung (thermostatisches automatisches Expansionsventil) 16 und ein Verdampfer 18 sind nacheinander in der erwähnten Reihenfolge wie in der Flussrichtung des Kältemittels in den Zirkulationspfad 12 eingesetzt. Der Kompressor mit variabler Kapazität 100 wird betrieben, um eine Reihe von Prozessen einschließlich eines Prozesses des Ansaugens des Kältemittels, eines Prozesses des Verdichtens des angesaugten Kältemittels und eines Prozesses des Ausstoßens des verdichteten Kältemittels auszuführen, so dass das Kältemittel durch den Zirkulationspfad 12 zirkuliert.
Der Verdampfer 18 bildet ebenfalls einen Teil eines Luftstroms des Fahrzeugklimaanlagensystems. Wegen der Verdampfungswärme des Kältemittels in dem Verdampfer 18 wird die Luft, die den Verdampfer 18 passiert, gekühlt.
Der Kompressor mit variabler Kapazität 100 ist zum Beispiel ein kupplungsloser Taumelscheiben-Typ-Kompressor. Der Kompressor 100 weist einen Zylinderblock 101 mit einer Mehrzahl von dort durchgeformten Zylinderbohrungen 101a auf. Ein vorderes Gehäuse 102 ist an einem Ende des Zylinderblocks 101 angebracht, und ein hinteres Gehäuse (Zylinderkopf) 104 ist an dem anderen Ende des Zylinderblocks 101 mit einer dazwischen angeordneten Ventilplatte 103 angebracht.
Der Zylinderblock 101 und das vordere Gehäuse 102 definieren miteinander darin eine Kurbelkammer 105, und eine Antriebswelle 106 erstreckt sich durch die Kurbelkammer 105 in der Längsrichtung des Kompressors. Die Antriebswelle 106 dringt durch eine ringförmige in der Kurbelkammer 105 angeordnete Taumelscheibe 107, und die Taumelscheibe 107 ist durch eine Kupplung 109 mit einem Rotor 108, der auf der Antriebswelle 106 befestigt ist, gelenkig verbunden. Dementsprechend kann die Taumelscheibe 107 relativ zu der Antriebswelle 106 geneigt werden während sie sich entlang derselben bewegt.
Eine Schraubenfeder 110 ist um einen Abschnitt der Antriebswelle 106, der sich zwischen dem Rotor 108 und der Taumelscheibe 107 befindet, angeordnet, um die Taumelscheibe 107 in eine Richtung hin zu einem minimalen Neigungswinkel zu drücken. Eine andere Schraubenfeder 111 ist auf der anderen Seite der Taumelscheibe 107, d.h. um einen Abschnitt der Antriebswelle 106, der sich zwischen der Taumelscheibe 107 und dem Zylinderblock 101 befindet, angeordnet, um die Taumelscheibe 107 in eine Richtung hin zu einem maximalen Neigungswinkel zu drücken.
Ein Endabschnitt der Antriebswelle 106, der sich nahe dem vorderen Gehäuse 102 befindet, dringt durch einen runden Vorsprung 102a, der auswärts von dem vorderem Gehäuse 102 vorsteht, und eine Riemenscheibe 112, die als eine Kraftübertragungsvorrichtung dient, ist an das äußere Ende der Antriebswelle 106 gekoppelt. Die Riemenscheibe 112 ist drehbar auf dem runden Vorsprung 102a mit einem Kugellager 113 dazwischen gelagert, und ein Riemen 115 verläuft um die Riemenscheibe 112, und ein Fahrzeugmotor 114 dient als externe Antriebsquelle.
Eine Wellendichtung 116 ist innerhalb des runden Vorsprungs 102a angeordnet und dichtet das Innere des vorderen Gehäuses 102 von dem Äußeren desselben ab. Die Antriebswelle 106 ist drehbar sowohl in einer radialen als auch in einer Schubrichtung durch Lagerungen 117, 118, 119 und 120 gelagert. Wenn eine Antriebskraft von dem Motor 114 zu der Riemenscheibe 112 übertragen wird, kann sich die Antriebswelle 106 gemeinsam mit der Riemenscheibe 112 drehen.
Kolben 130 sind in den jeweiligen Zylinderbohrungen 101a aufgenommen, und jeder hat ein Ende, das einstückig davon in die Kurbelkammer 105 vorsteht. Ein Paar von Schuhen 132 ist in einer Vertiefung 130a, die in das Ende eingeformt ist, angeordnet, und ist in einem gleitenden Kontakt mit einem äußeren Umfangsabschnitt der Taumelscheibe 107 von gegenüberliegenden Seiten derselben angeordnet. So sind jeder Kolben 130 und die Taumelscheibe 107 miteinander über die Schuhe 132 so verriegelt, dass, wenn sich die Antriebswelle 106 dreht, die Kolben 130 sich in der zugehörigen Zylinderbohrung 101 hin- und herbewegen.
Das hintere Gehäuse 104 hat eine Ansaugkammer 140 und eine Ausstoßkammer 142 darin definiert. Die Ansaugkammer 140 kann mit jeder Zylinderbohrung 101a durch ein durch die Ventilplatte 103 durchgeformtes zugehöriges Ansaugloch 103a in Verbindung stehen, und die Ausstoßkammer 142 kann durch ein durch die Ventilplatte 103 durchgeformtes zugehöriges Ausstoßloch 103b mit jeder Zylinderbohrung 101a in Verbindung stehen. Die Ansaug- und Ausstoßlöcher 103a und 103b werden durch jeweilige nicht gezeigte Ansaug- und Ausstoßventile geöffnet und geschlossen.
Ein Schalldämpfer 150 ist auf einer Seite des Zylinderblocks 101 angeordnet und hat ein Schalldämpfergehäuse 152, das über ein nicht gezeigtes Dichtelement mit einer Schalldämpferbasis 101b, die einstückig mit dem Zylinderblock 101 geformt ist, verbunden. Das Schalldämpfergehäuse 152 und die Schalldämpferbasis 101b definieren miteinander einen Schalldämpferraum 154 darin, und der Schalldämpferraum 154 steht mit der Ausstoßkammer 142 über eine Ausstoßpassage 156, die sich durch das hintere Gehäuse 104, die Ventilplatte 103 und die Schalldämpferbasis 101b erstreckt, in Verbindung.
Eine Ausstoßöffnung 152a ist in das Schalldämpfergehäuse 152 eingeformt, und ein Rückschlagventil 180 ist in dem Schalldämpferraum 154 in einer solchen Weise angebracht, um die Verbindung zwischen der Ausstoßpassage 156 und der Ausstoßöffnung 152a zu blockieren.
Im Speziellen öffnet und schließt sich das Rückschlagventil 180 entsprechend der Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Ausstoßpassage 156 und dem Druck in dem Schalldämpferraum 154. Wenn die Druckdifferenz kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, ist das Rückschlagventil 180 geschlossen, und wenn die Druckdifferenz größer als der vorbestimmter Wert ist, öffnet sich das Rückschlagventil 180.
Dementsprechend kann die Ausstoßkammer 142 durch die Ausstoßpassage 156, den Schalldämpferraum 154 und die Ausstoßöffnung 152a mit einem Ausgangsabschnitt des Zirkulationspfads 12 verbunden sein, und der Schalldämpferraum 154 ist mit der bzw. von der Ausstoßkammer 142 durch das Rückschlagventil 180 verbunden bzw. getrennt. Die Ansaugkammer 140 ist andererseits mit einem Eingangs- oder Rückkehrabschnitt des Zirkulationspfads 12 durch eine Ansaugöffnung 104a, die durch das hintere Gehäuse 104 geformt ist, verbunden.
Ein Kapazitätssteuerungsventil (elektromagnetisches Steuerungsventil) 200 für den Kompressor mit variabler Kapazität 100 ist in dem hinteren Gehäuse 104 aufgenommen, und ist in eine Zuführpassage 160 eingesetzt. Die Zuführpassage 160 erstreckt sich durch die Ventilplatte 103 von dem hinteren Gehäuse 104 zu dem Zylinderblock 101, um so die Ausstoßkammer 142 mit der Kurbelkammer 105 zu verbinden.
Andererseits steht die Ansaugkammer 140 mit der Kurbelkammer 105 durch eine Ablasspassage 162 in Verbindung. Die Ablasspassage 162 enthält Spalten zwischen der Antriebswelle 106 und den Lagerungen 119 und 120, einen Raum 164 und eine festgelegte Öffnung 103c, die durch die Ventilplatte 103 geformt ist.
Ebenso ist die Ansaugkammer 140 unabhängig von der Zuführpassage 160 mit dem Kapazitätssteuerungsventil 200 durch eine Druckfühlpassage 166, die in das hintere Gehäuse 104 eingeformt ist, verbunden.
Spezieller weist, wie in 2 dargestellt, das Kapazitätssteuerungsventil 200 eine Ventileinheit und eine Antriebseinheit zum Öffnen und Schließen der Ventileinheit auf. Die Ventileinheit enthält ein zylindrisches Ventilgehäuse 201, und, wie in der Figur zu sehen ist, ein Ventilloch 202 in einen unteren Endabschnitt des Ventilgehäuses 201 eingeformt. Das Ventilloch 202 steht mit der Kurbelkammer 105 durch Auslassöffnungen 201b und einen stromabwärtigen Abschnitt der Zuführpassage 160 in Verbindung, und öffnet sich ebenfalls in eine Ventilkammer 203, die, wie in der Figur zu sehen ist, in den unteren Endabschnitt des Ventilgehäuses 201 eingeformt ist.
Ein säulenförmiges Ventilelement 204 ist in der Ventilkammer 203 aufgenommen. Das Ventilelement 204 ist innerhalb der Ventilkammer 203 in der axialen Richtung des Ventilgehäuses 201 beweglich, und wenn es mit einer Endfläche des Ventilgehäuses 201 in Kontakt gebracht wird, schließt es das Ventilloch 202. Die Endfläche des Ventilgehäuses 201 dient nämlich als ein Ventilsitz.
Einlassöffnungen 201a öffnen sich in der äußeren Umfangsoberfläche des Ventilgehäuses 201 und stehen durch einen stromaufwärtigen Abschnitt der Zuführpassage 160 mit der Ausstoßkammer 142 in Verbindung. Die Einlassöffnungen 201a öffnen sich ebenfalls in die Ventilkammer 203, und somit können die Ausstoßkammer 142 und die Kurbelkammer 105 miteinander anders als durch die Ventilkammer 203, das Ventilloch 202 und die Auslassöffnungen 201b in Verbindung stehen.
Eine Druckfühlkammer 206 ist, wie in der Figur zu sehen, in einem oberen Endabschnitt des Ventilgehäuses 201 angeordnet und steht durch eine Druckfühlöffnung 207 und der Druckfühlpassage 166 mit der Ansaugkammer 140 in Verbindung.
Das Ventilelement 204 hat eine druckempfindliche Stange 204a, die damit einstückig und koaxial ausgebildet ist und in die Druckfühlkammer 206 hineinsteht. Die druckempfindliche Stange 204a ist durch das Ventilgehäuse 201 verschiebbar gelagert.
Die Druckfühlkammer 206 wird durch eine Vertiefung 201d, die in das Ventilgehäuse 201 eingeformt ist, definiert, und mit einer Kappe 208 verschlossen. Ein Balg 212 ist in der Druckfühlkammer 206 aufgenommen, und ein Inneres davon wird bei einem Vakuum gehalten. Ebenfalls ist eine Feder 210 innerhalb des Balgs 212 angeordnet. Der Balg 212 nimmt den Druck in der Ansaugkammer 140 auf und funktioniert als ein druckempfindliches Element.
Die druckempfindliche Stange 204 des Ventilelementes 204 stößt, wie in der Figur zu sehen ist, gegen das untere Ende des Balgs 212 an. Das obere Ende des Balgs 212 wird durch eine Führung 211, die wiederum verschiebbar durch die Kappe 208 gelagert ist, gelagert. Eine gespannte Rückzugfeder 213 ist zwischen der Kappe 208 und der Führung 211 angeordnet, um den Balg 212 dauerhaft in eine Ventilöffnungsrichtung zu drücken. Die Strecke, über die die Kappe 208 in die Vertiefung 201d des Ventilgehäuses 201 eingepresst wird, ist so eingestellt, dass das Kapazitätssteuerungsventil 200 einen vorbestimmten Betrieb ausführen kann.
Andererseits weist die Antriebseinheit eine Magnetspuleneinheit 215 auf, die, wie in der Figur zu sehen ist, mit dem unteren Ende des Ventilgehäuses 201 gekoppelt ist. Die Antriebseinheit enthält ein zylindrisches Magnetspulengehäuse 221, das an dem Ventilgehäuse 201 koaxial damit angebracht ist, und eine Endkappe 222 die ein offenes Ende des Magnetspulengehäuses 221 verschließt, das sich gegenüber dem Ventilgehäuse 201 befindet.
Eine Hülse 223 ist in dem Magnetspulengehäuse 221 koaxial damit angeordnet. Die Hülse 223 ist ein zylindrisches Element, das an einem Ende geschlossen ist und an dem anderen Ende nahe dem Ventilgehäuse 201 geöffnet ist. Ein befestigter Kern 224 ist teilweise in einem Abschnitt der Hülse 223, der sich von dem offenen Ende zu einem mittleren Abschnitt desselben erstreckt, aufgenommen. Ein Kernaufnahmeraum 225 ist zwischen dem geschlossenen Ende der Hülse 223 nahe der Endkappe 222 und dem befestigten Kern 224 definiert, und ein beweglicher Kern 226 ist axial beweglich in dem Kernaufnahmeraum 225 angeordnet. Ein vorbestimmter Spalt ist zwischen dem befestigten Kern 224 und dem beweglichen Kern 226 vorgesehen.
Eine Magnetspulenstange 227 ist durch ein Einbringloch 224a, das in den befestigten Kern 224 koaxial damit eingeformt ist, eingefügt. Ein Endabschnitt der Magnetspulenstange 227, das sich nahe der Ventilkammer 203 befindet, ist mit dem Ventilelement 204 einstückig damit gekoppelt. Der andere Endabschnitt der Magnetspulenstange 227 steht in den Kernaufnahmeraum 225 hinein und ist sicher in einem Durchgangsloch, das durch den beweglichen Kern 226 eingeformt ist, eingebaut. Somit bewegen sich der bewegliche Kern 226 und die Magnetspulenstange 227 zusammen miteinander wie ein einstückiges Element. Eine Feder 230 ist zwischen dem beweglichen Kern 226 und dem geschlossenen Ende der Hülse 223 angeordnet und drückt den beweglichen Kern 226 und die Magnetspulenstange 227 anhaltend in eine Ventilschließrichtung.
Eine Spule 229, die um einen Spulenkörper 228 gewunden ist, ist innerhalb des Magnetspulengehäuses 221 so angeordnet, dass sie die Hülse 223 umgibt. Der Spulenkörper 228 und die Spule 229 sind mit einem gegossenen Kunstharz bedeckt. Das Magnetspulengehäuse 221, die Endkappe 222, der befestigte Kern 224 und der bewegliche Kern 226 sind alle aus magnetischem Material hergestellt und bilden einen magnetischen Kreis. Andererseits ist die Hülse 223 aus nichtmagnetischem rostfreiem Stahl oder dergleichen hergestellt.
Der Kernaufnahmeraum 225 steht mit der Druckfühlkammer 206 des Ventilgehäuses 201 durch ein Verbindungsloch 201c, das in das Ventilgehäuse 201 eingeformt ist, in Verbindung. Der Kernaufnahmeraum 225 steht nämlich mit der Ansaugkammer 140 durch die Druckfühlkammer 206 und das Verbindungsloch 201c in Verbindung. Dementsprechend wirkt der Druck in der Kurbelkammer 105, wie in der Figur zu sehen ist, über die obere Endfläche des Ventilelements 204 in der Ventilöffnungsrichtung, während der Ansaugdruck in der Ansaugkammer 140 über die untere Endfläche des Ventilelements 204 in der Ventilschließrichtung wirkt.
Das Kapazitätssteuerungsventil 200 kann so aufgebaut sein, dass die Querschnittsfläche des Ventillochs 202 gleich mit der des Ventilelements 204 ist, das durch ein Lagerungsloch 224b, das in den befestigten Kern 224 eingeformt ist, gelagert ist. In diesem Fall wirkt der Ausstoßdruck in der Ventilkammer 203, die mit der Ausstoßkammer 142 in Verbindung steht, über das Ventilelement 204 weder in der Ventilöffnungsrichtung noch in der Ventilschließrichtung. Die Ansaugdrucksteuerungscharakteristik des Kapazitätssteuerungsventils 200 wird nämlich nicht durch den Ausstoßdruck beeinflusst. Dementsprechend kann der Ansaugdruck als ein Steuerungsziel eindeutig als eine Funktion der Strommenge, die zu der Magnetspuleneinheit 215 geliefert wird, wie in 3 dargestellt, bestimmt werden. Die Magnetspuleneinheit 215 ist mit einer Steuerungsvorrichtung 400, die außerhalb des Kompressors mit variabler Kapazität 100 vorgesehen ist, verbunden, und wenn sie mit einem Steuerungsstrom I von der Steuerungsvorrichtung 400 versorgt wird, erzeugt sie eine elektromagnetische Kraft F(I). Die elektromagnetische Kraft F(I), die durch die Magnetspuleneinheit 215 ausgeübt wird, zieht den beweglichen Kern 226 zu dem befestigten Kern 224 hin, um das Ventilelement 204 in die Ventilschließrichtung zu drängen.
In dem Kühlkreislauf 10 des Fahrzeugklimaanlagensystems wird kein elektrischer Strom zu der Magnetspuleneinheit 215 des Kapazitätssteuerungsventils 200 in den Kompressor mit variabler Kapazität 100 geliefert, wenn der Motor betrieben wird aber das Klimaanlagensystem nicht in Betrieb ist. In diesem Fall wird das Ventilelement 204 gezwungenermaßen durch die elastische Kraft der Feder 213 von dem Ventilloch 202 wegbewegt, so dass das Kapazitätssteuerungsventil 200 geöffnet ist. Dementsprechend wird die Ausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität 100 bei einem Minimum beibehalten.
Da das Rückschlagventil 180 immer mit einer Kraft in der Ventilschließrichtung beaufschlagt ist, wird kein Kältemittel von dem Kompressor 100 zu dem Ausgangsabschnitt des Zirkulationspfads 12 geliefert. Folglicherweise fließt das Kältemittel, das mit der minimalen Kapazität in die Ausstoßkammer 142 ausgestoßen wird, durch die Zuführpassage 160, die das Kapazitätssteuerungsventil 200 darin eingesetzt hat, in die Kurbelkammer 105 und kehrt dann von der Kurbelkammer 105 durch die Ablasspassage 162 zu der Ansaugkammer 140 zurück. Während das Klimaanlagensystem nicht in Betrieb ist, wird nämlich eine kleine Menge des Kältemittels innerhalb des Kompressors 100 zirkuliert.
Andererseits wird ein elektrischer Strom zu der Magnetspuleneinheit 215 geliefert, wenn das Klimaanlagensystem in Betrieb genommen wird. Dementsprechend wird das Ventilelement 204 bewegt, um das Ventilloch 202 gegen die elastische Kraft der Feder 213 zu schließen, so dass das Kapazitätssteuerungsventil 200 geschlossen ist. Dies bedeutet, dass die Zuführpassage 160 abgesperrt ist. Als ein Ergebnis erniedrigt sich der Druck in der Kurbelkammer 105 und wird gleich zu dem Ansaugdruck.
Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 107 ansteigt, steigt der Hubweg der Kolben 130 an, und erhöht somit den Druck in der Ausstoßkammer 142. Wenn die Differenz zwischen den Drücken, die über das Rückschlagventil 180 wirken, größer wird als der vorbestimmte Wert, öffnet das Rückschlagventil 180, wobei es dem verdichteten Kältemittel erlaubt, zu dem Ausgangsabschnitt des Zirkulationspfads 12 geliefert zu werden.
Während des Betriebs des Kompressors mit variabler Kapazität 100 liefert die Steuerungsvorrichtung 400 den Steuerungsstrom I zu der Magnetspuleneinheit 215 des Kapazitätssteuerungsventils 200, um die Magnetspuleneinheit 215 zu veranlassen, die elektromagnetische Kraft F(I) zu erzeugen. Das Kapazitätssteuerungsventil 200 wird in dieser Weise angetrieben, um die Ausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität 100 so zu steuern, dass ein vorbestimmter Ansaugdruck, wie in 3 angegeben, aufrechterhalten wird.
4 stellt das thermostatische automatische Expansionsventil 16 dar, das als eine Expansionsvorrichtung dient. Die Öffnung des Expansionsventils 16 ist einer mechanischen Regelung so unterworfen, dass der Überhitzungsgrad in dem Auslassbereich des Verdampfers 18 gleich einem vorbestimmten Wert wird. Das Expansionsventil 16 hat eine Überhitzungscharakteristik wie zum Beispiel in 5 gezeigt als seine Steuerungscharakteristik.
In 5 gibt eine gerade Linie C1 das Verhältnis (Überhitzungscharakteristik) zwischen der Temperatur und einem Druck Pe des Kältemittels an dem Auslass des Verdampfers 18 an, dessen Verhältnis überwacht wird wenn der Kältemitteldruck Pin an dem Einlass des Expansionsventils 16 bei einem vorbestimmten festen Wert verbleibt, und dessen Verhältnis durch den Aufbau des Expansionsventils 16 vorbestimmt ist. Eine Kurve C2 gibt das Verhältnis zwischen der Sättigungstemperatur und einem Sättigungsdruck des Kältemittels (R134a) an. Das Expansionsventil 16 ist so aufgebaut, dass sich die gerade Linie C1 und die Kurve C2 miteinander schneiden können. In 5 entspricht eine Differenz zwischen der geraden Linie C1 und der Kurve C2, die entlang der horizontalen Achse abgenommen wird, dem Überhitzungsgrad SH des Kältemittels an dem Auslass des Verdampfers 18.
6 ist ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau des Kapazitätssteuerungssystems A, das die Steuerungsvorrichtung 400 enthält, darstellt.
Das Kapazitätssteuerungssystem A hat ein Externe-Information-Erfassungsmittel zum Erfassen eines oder mehrerer Punkte von externen Informationen. Im Speziellen enthält das Externe-Information-Erfassungsmittel ein Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 und einen Temperatursensor 402, der als Verdampfertemperaturerfassungsmittel dient.
Das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 stellt eine Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes auf der Basis von verschiedenen externen Informationen einschließlich einer Fahrzeuginnenraumtemperatureinstellung ein, und stellt die so eingestellte Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes der Steuerungsvorrichtung 400 als einen Punkt von externen Informationen bereit. Die Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes ist ein Sollwert für eine Lufttemperatur Te an dem Auslass des Verdampfers 18 und wird als ein Ziel einer Ausstoßkapazitätssteuerung des Kompressors 100 verwendet. Das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 kann zum Beispiel durch einen Teil einer Klimaanlagen ECU, die den Betrieb des ganzen Klimaanlagensystems steuert, ausgeführt werden.
Der Temperatursensor 402 ist an den Auslass des Verdampfers 18, der einen Teil des Luftstroms bildet, angebracht, und erfasst die Temperatur Te der Luft, die den Verdampfer 18 gerade verlassen hat (siehe 1). Die erfasste Lufttemperatur Te wird in die Steuerungsvorrichtung 400 als ein Punkt von externen Informationen eingegeben.
Das Externe-Information-Erfassungsmittel enthält auch ein Ausstoßdruckberechnungsmittel, und das Ausstoßdruckberechnungsmittel enthält als Teil davon einen Drucksensor 403. Das Ausstoßdruckberechnungsmittel erfasst den Ausstoßdruck Pd, der über das Ventilelement 204 wirkt. Der Drucksensor 403 ist an dem Eingang des Wärmeradiators 14 angebracht, und erfasst den Kältemitteldruck an dem Einlass des Radiators 14, wobei der erfasste Kältemitteldruck in die Steuerungsvorrichtung 400 eingegeben wird (siehe 1).
Weiterhin enthält das Externe-Information-Erfassungsmittel einen Außenlufttemperatursensor 404 und einen Fahrzeuginnenraumtemperatursensor 405. Der Außenlufttemperatursensor 404 ist an dem Lufteinlassabschnitt des Fahrzeugs zum Einführen der Außenluft in den Luftstrom angebracht, und erfasst die Temperatur Ta der Außenluft. Der Fahrzeuginnenraumtemperatursensor 405 ist innerhalb des Fahrzeugabteils angebracht, und erfasst die Temperatur Tt in dem Fahrzeugabteil.
Weiterhin enthält das Externe-Information-Erfassungsmittel ein Verdampferventilatorspannungserfassungsmittel 406 und ein Innen/Außen-Luftumschaltklappenpositionserfassungsmittel 407. Das Verdampferventilatorspannungserfassungsmittel 406 erfasst eine Spannung Vf, die an einem Ventilatormotor angelegt wird, als einen Index des Zustands des durch den Verdampferventilator erzeugten Luftstroms. Das Innen/Außen-Luftumschaltklappenpositionserfassungsmittel 407 erfasst den Zustand As des Ventilationsdurchgangswegs; nämlich erfasst es, ob der derzeitige Modus ein Außenlufteinführungsmodus oder ein Innenluftzirkulationsmodus ist.
Zusätzlich enthält das Externe-Information-Erfassungsmittel ein Kompressordrehzahlerfassungsmittel zum Erfassen der Drehzahl Nc des Kompressors 100. Das Kompressordrehzahlerfassungsmittel enthält einen Motordrehzahlsensor 408 zum Erfassen der Drehzahl des Motors 114. Die Drehzahl des Motors 114, die durch den Motordrehzahlsensor 408 erfasst wird, wird mit einem vorbestimmten Riemenscheibenverhältnis multipliziert, wobei die Drehzahl Nc des Kompressors 100 berechnet werden kann.
Der Aufbau des Kompressordrehzahlerfassungsmittels ist nicht speziell beschränkt, und jedes geeignete Mittel kann verwendet werden, sofern es in der Lage ist, die Drehzahl des Kompressors 100 auf der Basis einer physikalischen Größe, die auf die Drehzahl des Kompressors 100 bezogen ist, zu erfassen. Die auf die Drehzahl des Kompressors 100 bezogene physikalische Größe enthält selbst die Drehzahl des Kompressors 100.
Ein Ausstoßdruckbereich des Kühlkreislaufs 10 bezeichnet einen Bereich von der Ausstoßkammer 142 zu dem Einlass des Wärmeradiators 14, und ein Ansaugdruckbereich des Kühlkreislaufs 10 bezeichnet einen Bereich von dem Auslass des Verdampfers 18 zu der Ansaugkammer 140. Der Ausstoßdruckbereich enthält auch die Zylinderbohrungen 101a in dem Kompressionsprozess, und der Ansaugdruckbereich enthält auch die Zylinderbohrungen 101a in dem Ansaugprozess.
Die Steuerungsvorrichtung 400 wird zum Beispiel durch eine unabhängige ECU (elektronische Steuerungseinheit) gebildet, kann aber in der Klimaanlagen-ECU oder einer Motor-ECU zum Steuern des Betriebs des Motors 114 enthalten sein. Ebenso kann das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 in der Steuerungsvorrichtung 400 enthalten sein.
Die Steuerungsvorrichtung 400 weist als einen Ausstoßkapazitätssteuerungsabschnitt ein Steuerungsstromberechnungsmittel 410 und ein Magnetspulenansteuerungsmittel 411 auf.
Das Steuerungsstromberechnungsmittel 410 erhält eine Abweichung zwischen der durch das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 eingestellten Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes und der aktuell durch den Verdampfertemperatursensor 402 erfassten Verdampferauslasslufttemperatur Te, und berechnet den Steuerungsstrom I zum Beispiel entsprechend einer PI-Regelung (oder PID-Regelung), so dass die Abweichung minimiert werden kann.
Entsprechend der durch das Steuerungsstromberechnungsmittel 410 berechneten Strommenge beliefert das Magnetspulenansteuerungsmittel 411 die Magnetspuleneinheit 215 mit dem Steuerungsstrom I, um das Kapazitätssteuerungsventil 200 anzusteuern. Der Steuerungsstrom I wird durch Verändern des Einschaltdauerverhältnisses durch PWM (Pulsweitenmodulation) unter Verwendung einer vorbestimmten Ansteuerungsfrequenz (z.B. 400 bis 500 Hz) eingestellt. Das Magnetspulenansteuerungsmittel 411 erfasst den Steuerungsstrom I, der durch die Magnetspuleneinheit 215 fließt und unterzieht den Steuerungsstrom I einer Regelung, so dass der erfasste Steuerungsstrom I gleich der durch das Steuerungsstromberechnungsmittel 410 berechneten Strommenge wird.
Auf diese Weise steuert der Ausstoßkapazitätssteuerungsabschnitt der Steuerungsvorrichtung 400 die Ausstoßkapazität, so dass sich die durch den Verdampfertemperatursensor 402 erfasste aktuelle Verdampferauslasslufttemperatur Te der durch das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 eingestellten Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes annähern kann.
Die Steuerungsvorrichtung 400 enthält weiterhin ein Sollansaugdruckeinstellungsmittel 420, ein Ausstoßdruckberechnungsmittel 421, ein Überhitzungsgradberechnungsmittel 422, ein Ansaugdruckabschätzungsmittel 423, ein Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel 424 und ein Antriebslastberechnungsmittel 425.
Das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 420 stellt Schwellwerte (Obergrenz-Schwellwert PssH und Untergrenz-Schwellwert PssL) auf der Basis des durch das Steuerungsstromberechnungsmittel 410 berechneten Steuerungsstrom I und der in 3 dargestellten Charakteristik ein. Die Ansaugdrucksteuerungscharakteristik des Kapazitätssteuerungsventils 200 wird einer Veränderung aufgrund von während der Anfertigung bedingten maßlichen Toleranzen, etc., der individuellen Teile unterzogen. Durch Inbetrachtziehen solcher Veränderungen werden die Schwellwerte unter Bezugnahme auf einen entsprechend dem Steuerungsstrom I bestimmten Sollansaugdruck Pss eingestellt. Der Bereich zwischen dem Sollansaugdruck Pss und sowohl des Obergrenz- als auch Untergrenz-Schwellwerts PssH und PssL, die unter Bezugnahme auf den Sollansaugdruck Pss eingestellt werden, wird entsprechend dem Steuerungsstrom I variiert.
Das Ausstoßdruckberechnungsmittel 421 berechnet den Druck Pd in dem Ausstoßdruckbereich des Kompressors mit variabler Kapazität 100 auf der Basis des durch den Drucksensor 403 erfassten Drucks Ph. Der Drucksensor 403 ist an einem Ort, der unterschiedlich von dem Ausstoßdruckbereich des Kompressors mit variabler Kapazität 100 ist, angeordnet und daher kann möglicherweise in einem Betriebsbereich, wo die Wärmelast hoch ist, eine Druckdifferenz zwischen den Drücken Ph und Pd bedingt werden. Die Druckdifferenz in Betracht ziehend, wird der Druck Pd aus dem Druck Ph berechnet. Im Speziellen kann der Druck Pd in dem Ausstoßdruckbereich des Kompressors mit variabler Kapazität 100 mittels einer Funktion f1(Ph), die als eine Variable den durch den Drucksensor 403 erfassten Druck Ph enthält, berechnet werden, und die Funktion f1(Ph) kann zuvor abgeleitet werden.
Das Überhitzungsgradberechnungsmittel 424 berechnet den Überhitzungsgrad SH des Kältemittels in dem Auslassbereich des Verdampfers 18. Im Speziellen wird der Überhitzungsgrad SH auf der Basis des durch den Drucksensor 403 erfassten Drucks PH berechnet. Der Überhitzungsgrad SH kann also mittels einer Funktion f2(Ph), die als eine Variable den durch den Drucksensor 403 erfassten Druck Ph enthält, berechnet werden. Dies kommt daher, weil der Betrieb des in 4 gezeigten thermostatischen automatischen Expansionsventil 16 die Zusammenhänge in den unten angegebenen Ausdrücken (1) bis (3) erfüllt. Ausdruck (2) gibt an, dass eine Kraft Fb, die über das Ventilelement 501 des thermostatischen automatischen Expansionsventils 16 in der Ventilschließrichtung wirkt, sich mit einer Veränderung des Einlassdrucks Pin des Expansionsventils 16, d.h. dem Druck Ph in dem Hochdruckbereich, verändert.
Ausdruck (3) stellt eine Bedingung zum Öffnen des Expansionsventils 16 dar, und gibt an, dass wenn sich die Kraft Fb ändert, sich das Expansionsventil 16 mit dem Ergebnis, dass sich der Überhitzungsgrad SH wie in 7 angegeben verändert, öffnet oder schließt. $Fd = (Pn - Pe) \cdot Sd - (Pout - Pe) \cdot Sr - F1$
$Fb = F2 + (Pin - Pout) \cdot Sb$
$Fd > Fb$
In den obigen Ausdrücken ist Fd die Kraft, die über das Ventilelement 501 in der Ventilöffnungsrichtung wirkt, Fb ist die Kraft, die über das Ventilelement 501 in der Ventilschließrichtung wirkt, Pn ist der innere Druck des Temperaturfühlabschnitts 505, Pe ist der Auslassdruck des Verdampfers 18, Pin ist der Einlassdruck des thermostatischen automatischen Expansionsventils 16, Pout ist der Auslassdruck des thermostatischen automatischen Expansionsventils 16, F1 und F2 sind die durch die Federn 508 und 503 jeweils aufgebrachten Druckkräfte, Sd ist die effektive Fläche der Membran 506, Sb ist die Dichtfläche des Ventilelements 501 und Sr ist die Querschnittsfläche der Übertragungsstange 507.
Das Ansaugdruckabschätzungsmittel 423 schätzt den Ansaugdruck Ps durch Berechnung unter Verwendung einer Funktion f3(Pd, SH, Ta, Tt, Vf, As, Nc), die als Variablen den durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel 421 berechneten Druck Pd, den durch das Überhitzungsgradberechnungsmittel 422 berechneten Überhitzungsgrad SH, die durch den Außenlufttemperatursensor 404 erfasste Außenlufttemperatur Ta, die durch den Fahrzeuginnenraumtemperatursensor 405 erfasste Fahrzeuginnenraumtemperatur Tt, die durch das Verdampferventilatorspannungserfassungsmittel 406 erfasste Spannung Vf, den durch das Innen/Außen-Luftumschaltklappenpositionserfassungsmittel 407 erfassten Zustand As des Ventilationsdurchgangswegs und der durch den Motordrehzahlsensor 408 erfassten Kompressordrehzahl Nc enthält, ab. Da Pd = f1(Ph) und SH = f2(Ph), kann der Ansaugdruck Ps mittels einer Funktion f4(Ph, Ta, Tt, Vf, As, Nc), die Pb, Ta, Tt, Vf, As und Nc als Variablen enthält, berechnet werden.
Anstelle der Verwendung des Überhitzungsgradberechnungsmittels 424 kann ein Überhitzungsgraderfassungsmittel verwendet werden, das in dem Auslassbereich des Verdampfers 18 angeordnet ist, um direkt den Überhitzungsgrad SH des Kältemittels in dem Ansaugdruckbereich des Kompressors mit variabler Kapazität 100 zu erfassen.
Das Folgende erklärt das Konzept unter Zugrundelegung der Abschätzung des Ansaugdrucks Ps durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel 423.
Während der Kompressor mit variabler Kapazität 100 mit der maximalen Ausstoßkapazität betrieben wird, kann der Druck Ps in dem Ansaugdruckbereich des Kompressors mit variabler Kapazität 100 fast genau abgeschätzt werden, wenn der Druck Pd in dem Ausstoßdruckbereich, die Wärmelast Q des Verdampfers 18, der Unterkühlungsgrad an dem Einlass des Expansionsventils 16, der Überhitzungsgrad SH an dem Auslass des Verdampfers 18, die Drehzahl Nc des Kompressors mit variabler Kapazität 100 und die volumetrische Effizienz η des Kompressors mit variabler Kapazität gefunden werden.
Wo der erfasste Zustand As des Ventilationsdurchgangswegs den Außenlufteinführungsmodus anzeigt, kann die Wärmelast Q des Verdampfers 18 mittels einer Funktion f4(Ta, Vf), die Ta und Vf als Variablen enthält, berechnet werden. Andererseits kann, wo der erfasste Zustand As des Ventilationsdurchgangswegs den Innenluftzirkulationsmodus angibt, die Wärmelast Q mittels einer Funktion f5(Tt, Vf), die Tt und Vf als Variablen enthält, berechnet werden.
In dem Kühlkreislauf 10, der das thermostatische automatische Expansionsventil 16 verwendet, ändert sich der Unterkühlungsgrad SC an dem Einlass des Expansionsventils 16 nicht stark. Dementsprechend kann ein geeigneter Wert vorher als der Unterkühlungsgrad SC eingestellt werden, und kann zum Beispiel unter Verwendung anderer bekannter Variablen Pd, Ta, Vf, As, etc. korrigiert werden.
Die volumetrische Effizienz η des Kompressors mit variabler Kapazität 100 kann mittels einer Funktion f6(Pd, SH, Q, Nc), die andere bekannte Variablen, wie z.B. Pd, Q, Nc und SH enthält, berechnet werden. Für die Funktion f6 kann im Voraus unter Bezugnahme auf verschiedene Betriebsbedingungen eine Zuordnung vorbereitet werden, so dass die Funktion aus der Zuordnung bestimmt werden kann.
Auf diese Weise kann, während der Kompressor mit variabler Kapazität 100 mit der maximalen Ausstoßkapazität betrieben wird, der Druck in dem Ansaugdruckbereich unter Verwendung bestehender Sensoren fast genau abgeschätzt werden. Unter Verwendung der Feuchtigkeit der Außenluft und der des Fahrzeuginneren ist es möglich, die Genauigkeit beim Abschätzen der Wärmelast zu verbessern. So können ein Außenluftfeuchtigkeitssensor und ein Fahrzeuginnenraum-Feuchtigkeitssensor als die Wärmelasterfassungsmittel eingesetzt werden.
Zusätzlich kann in dem Außenlufteinführungsmodus die Wärmelast Q des Verdampfers 18 mittels einer Funktion f7(Ta, Vf, Vs), die Ta, Vf und Vs als Variablen enthält, berechnet werden. Vs stellt die Fahrzeuggeschwindigkeit dar. Die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs wird verwendet, da das Luftvolumen, das durch den Verdampfer 18 strömt, durch die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs beeinflusst wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs höher als ein vorbestimmter Wert ist.
Das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel 424 vergleicht den durch den Sollansaugdruckeinstellungsmittel 420 eingestellten Obergrenz-Schwellwert PssH mit dem durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel 423 abgeschätzten Druck in dem Ansaugdruckbereich. Wenn Ps > PssH erfüllt ist, entscheidet das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel 424, dass der Kompressor mit variabler Kapazität 100 mit der maximalen Ausstoßkapazität arbeitet.
Ebenso vergleicht das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel 424 den durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 420 eingestellten Untergrenz-Schwellwert PssL mit dem durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel 423 abgeschätzten Druck in dem Ansaugdruckbereich. Wenn Ps < PssL erfüllt ist, entscheidet das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel 424, dass der Kompressor mit variabler Kapazität 100 mit einer gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet, in anderen Worten, mit einer kleineren Ausstoßkapazität als die maximale Ausstoßkapazität.
Wenn PssL ≤ Ps ≤ PsH erfullt ist, vergleicht das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel 424 einen Kriteriumswert PsV mit dem Sollansaugdruck Pss. Der Kriteriumswert PsV wird auf einen geeigneten Wert zwischen den Obergrenz- und Untergrenz-Schwellwerten PssH und PssL eingestellt. Wenn Pss ≥ PsV erfüllt ist, entscheidet das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel 424, dass der Kompressor mit variabler Kapazität 100 mit der maximalen Ausstoßkapazität arbeitet. Andererseits entscheidet das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel 424 dass der Kompressor mit variabler Kapazität 100 mit einer gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet, wenn Pss < PsV erfüllt ist.
Der Kriteriumswert PsV kann entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs oder der Kompressordrehzahl Nc verändert werden. In einem Niedriggeschwindigkeitsbereich kann zum Beispiel der Kriteriumswert PsV auf einen größeren Wert eingestellt werden, um näher an dem Obergrenz-Schwellwert PssH zu sein. Ebenso kann der Kriteriumswert PsV entsprechend der Außenlufttemperatur Ta variiert werden. Wenn die Außenlufttemperatur Ta zum Beispiel hoch ist, kann der Kriteriumswert PsV auf einen größeren Wert eingestellt werden. Weiterhin kann der Kriteriumswert PsV entsprechend einem von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und der Kompressordrehzahl Nc, und der Außenlufttemperatur Ta verändert werden.
Wenn durch das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel 424 entschieden wird, dass der Kompressor mit variabler Kapazität 100 mit der maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, berechnet das Antriebslastberechnungsmittel 425 entsprechend einer ersten Antriebslastberechnungsgleichung Tr1 ein Drehmoment als die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität 100. Andererseits berechnet das Antriebslastberechnungsmittel 425 ein Drehmoment als die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität 100 entsprechend einer zweiten Antriebslastberechnungsgleichung Tr2, wenn durch das Ausstoßkapazitätsbestimungsmittel 424 entschieden wird, dass der Kompressor mit variabler Kapazität 100 mit einer gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Das Antriebslastberechnungsmittel 425 berechnet die Antriebslast unter Verwendung der in 8 angegebenen externen Informationen, nämlich des durch den Sollansaugdruckeinstellungsmittel 420 eingestellten Sollansaugdrucks Pss, des durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel 421 berechneten Drucks Pd, des durch das Überhitzungsgradberechnungsmittel 422 berechneten Überhitzungsgrad SH, des durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel 423 abgeschätzten Druck Ps des Ansaugdruckbereichs, der durch den Außenlufttemperatursensor 404 erfassten Außenlufttemperatur Ta, der durch das Verdampferventilatorspannungserfassungsmittel 406 erfassten Spannung Vf und der durch den Motordrehzahlsensor 408 erfassten Kompressordrehzahl Nc.
Die erste Antrieblastberechnungsgleichung Tr1 enthält als Variablen den durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel 421 berechneten Druck Pd des Ausstoßdruckbereichs und den durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel 423 abgeschätzten Druck Ps des Ansaugdruckbereichs, wie durch einen nachstehenden Ausdruck (4) angegeben. Im Ausdruck (4) ist n der Polytropenindex (in dem Fall des R134a-Kältemittels, 1,03), η ist die volumetrische Effizienz, Vc ist die maximale Ausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität 100 und Tloss ist der mechanische Verlust. $Tr1 = \frac{n}{n - 1} \cdot η \cdot Vc \cdot Ps \cdot {{(\frac{Pd}{Ps})}^{\frac{n - 1}{n}} - 1} + Tloss$
Die zweite Antriebslastberechnungsgleichung Tr2 enthält, wie durch einen nachstehenden Ausdruck (5) angegeben, als Variablen den durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel 421 berechneten Druck Pd des Ausstoßdruckbereichs, den durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 420 eingestellten Sollansaugdruck Pss und die Druckdifferenz zwischen dem Druck Pd des Ausstoßdruckbereichs und dem Sollansaugdruck Pss. $\begin{matrix} Tr2 = \frac{n}{n - 1} \cdot \frac{{k1 \cdot {(Pd - Pss)}^{2} + k2 \cdot (Pd - Pss) + k3} \cdot Pss}{Nc} \cdot \\ {{(\frac{Pd}{Pss})}^{\frac{n - 1}{n}} - 1} + Tloss \end{matrix}$
Im Ausdruck (5) entspricht das Polynom zweiten Grades, das in Klammern eingeschlossen ist und als eine Variable den Differenzdruck zwischen dem Druck Pd des Ausstoßdruckbereichs und dem Sollansaugdruck Pss enthält, dem Gewicht des zirkulierten Kältemittels, und k1, k2 und k3 sind Koeffizienten.
Das als die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität 100 entsprechend einem Ausdruck (4) oder (5) berechnete Drehmoment wird zu dem Motor 114, d.h. der Motor-ECU, ausgegeben, und wird verwendet, um so die Motorsteuerung zu optimieren.
Ebenso wird das als die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität 100 entsprechend einem Ausdruck (4) oder (5) berechnete Drehmoment an eine Anzeigevorrichtung 460 ausgegeben, die in einem Klimaanlagensteuerungspanel, oder dem Instrumentenpanel, das mit einem Tachometer oder dergleichen ausgestattet ist, oder einem Navigationssystem angeordnet ist, was sich alles innerhalb des Fahrzeugabteils befindet.
Wenn ein entsprechend der zweiten Antriebslastberechnungsgleichung Tr2 berechnetes Antriebslastsignal eingegeben wird, d.h. wenn durch das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel 424 entschieden wird, dass der Kompressor mit variabler Kapazität 100 mit einer gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet, zeigt die Anzeigevorrichtung 460 zum Beispiel ein Energiesparzeichen einschließlich der Buchstaben „ECO“ an. Die Anzeigevorrichtung 460 dient dazu, zum Beispiel den Benutzer dazu zu bringen, visuell zu bemerken, dass das Kapazitätssteuerungsventil 200 und der Kompressor mit variabler Kapazität 100 in einem Energiesparmodus arbeiten.
Das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel 424 kann den Betriebszustand des Kompressors mit variabler Kapazität 100 alternativ auf der Basis eines Signaleingangs von einem Durchflussratensensor zum Erfassen der Durchflussrate des Kältemittels, das durch den Zirkulationspfad 12 fließt, oder eines Signaleingangs von einem Differenzdrucksensor zum Erfassen der Druckdifferenz zwischen zwei Drucküberwachungspunkten, oder eines Ausstoßkapazitätssteuerungssignals, das zu dem Ausstoßsteuerungsventil, das mit einem mechanischen Differenzdruckerfassungsmittel zum Erfassen des Differenzdrucks zwischen zwei Drucküberwachungspunkten ausgestattet ist, bestimmen.
9 bis 14 stellen ein Kapazitätssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Kapazität entsprechend einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Auch in dieser Ausführungsform wird das Kapazitätssteuerungssystem A der Erfindung auf einen Kühlkreislauf eines Fahrzeugklimaanlagensystems angewendet.
9 zeigt einen Kompressor mit variabler Kapazität 100 vom Taumelscheibentyp, der in dem Kapazitätssteuerungssystem A der zweiten Ausführungsform verwendet wird. Der Kompressor mit variabler Kapazität 100, der von einem kupplungslosen Typ ist, ist mit einem Kapazitätssteuerungsventil 300 ausgestattet, das einen Aufbau hat, der unterschiedlich zu dem des Kapazitätssteuerungsventils 200 in dem in der ersten Ausführungsform verwendeten Kompressor mit variabler Kapazität 100 ist. Der Körper des Kompressors 100 ist im Aufbau identisch mit dem des in der ersten Ausführungsform verwendeten Kompressors mit variabler Kapazität 100, und daher wird eine Beschreibung des Körpers des Kompressors 100 weggelassen.
Wie in 10 dargestellt, weist das Kapazitätssteuerungsventil 300 eine Ventileinheit und eine Antriebseinheit zum Öffnen und Schließen der Ventileinheit auf. Die Ventileinheit enthält ein zylindrisches Ventilgehäuse 301, und ein Ventilloch 301a, das als eine Einlassöffnung dient, ist an einem Ende des Ventilgehäuses 301 eingeformt. Das Ventilloch 301a steht mit der Ausstoßkammer 142 durch den stromaufwärtigen Abschnitt der Zuführpassage 160 in Verbindung und öffnet sich in eine Ventilkammer 303, die innerhalb des Ventilgehäuses 301 ausgebildet ist.
Ein säulenförmiges Ventilelement 304 ist in der Ventilkammer 303 aufgenommen. Das Ventilelement 304 ist innerhalb der Ventilkammer 303 in der axialen Richtung des Ventilgehäuses 301 beweglich, und wenn es in Kontakt mit einer inneren Endfläche des Ventilgehäuses 301 gebracht wird, schließt es das Ventilloch 301a. Die innere Endfläche des Ventilgehäuses 301 dient nämlich als ein Ventilsitz.
Auslassöffnungen 301b öffnen sich in der äußeren umfänglichen Oberfläche des Ventilgehäuses 301 und stehen mit der Kurbelkammer 105 durch den stromabwärtigen Abschnitt der Zuführpassage 160 in Verbindung. Die Auslassöffnungen 301b öffnen sich ebenfalls in die Ventilkammer 303, und somit können die Ausstoßkammer 142 und die Kurbelkammer 105 miteinander durch das Ventilloch 301a, die Ventilkammer 303 und die Auslassöffnungen 301b in Verbindung stehen.
Die Antriebseinheit weist andererseits eine Magnetspuleneinheit 315 auf, die mit dem anderen Ende des Ventilgehäuses 301 gekoppelt ist. Die Magnetspuleneinheit 315 enthält ein zylindrisches Magnetspulengehäuse 310, das mit dem Ventilgehäuse 301 koaxial damit verbunden ist, und eine Endkappe 312, die ein oberes Ende des Magnetspulengehäuses 310, das sich gegenüber des Ventilgehäuses 301 befindet, verschließt.
Eine an einem Ende, das nahe dem Ventilgehäuse 301 ist, geöffnete und an dem anderen Ende geschlossene zylindrische Hülse 320 ist in das Magnetspulengehäuse 310 koaxial damit eingepasst. Ein befestigter Kern 318 wird in einem Abschnitt der Hülse 320, der sich von dem offenen Ende zu einem mittleren Abschnitt derselben erstreckt, aufgenommen. Ein Kernaufnahmeraum 324 ist zwischen dem geschlossene Ende der Hülse 320, das nahe der Endkappe 312 und dem befestigten Kern 318 ist, definiert, und ein beweglicher Kern 322 ist axial beweglich in dem Kernaufnahmeraum 324 aufgenommen.
Eine Magnetspulenstange 326 ist durch ein Einbringloch 318a, das koaxial mit dem befestigten Kern 318 eingeformt ist, verschiebbar eingebracht. Ein Ende der Magnetspulenstange 326, die in die Ventilkammer 303 ragt, ist mit dem Ventilelement 304 einstückig damit gekoppelt, und das andere Ende der Magnetspulenstange 326, das in den Kernaufnahmeraum 324 ragt, ist sicher in ein Durchgangsloch, das durch den beweglichen Kern 322 eingeformt ist, eingebaut. So bewegen sich der bewegliche Kern 322 und die Magnetspulenstange 326 zusammen miteinander wie ein einstückiges Element.
Eine Rückzugfeder 328 ist zwischen einer zentralen Schulter des beweglichen Kerns 322 und der Endfläche des befestigten Kerns 318 angeordnet, und ein vorbestimmter Spalt ist zwischen dem befestigten Kern 318 und dem beweglichen Kern 322 vorgesehen.
Die Hülse 320, die in dem Magnetspulengehäuse 310 angeordnet ist, ist durch eine Spule 316, die mit einer aus Kunstharz angefertigten Abdeckung 314 abgedeckt ist, umgeben. Das Magnetspulengehäuse 310, die Endkappe 312, der befestigte Kern 318 und der bewegliche Kern 320 sind alle aus magnetischem Material hergestellt und bilden einen magnetischen Kreis. Andererseits ist die Hülse 320 aus einem nichtmagnetischen rostfreien Stahl oder dergleichen hergestellt.
Das Magnetspulengehäuse 310 hat eine Druckfühlöffnung 310a darin eingeformt, und die Druckfühlöffnung 310a steht mit der Ansaugkammer 140 durch die Druckfühlpassage 166 in Verbindung. Eine sich axial erstreckende Druckfühlnut 318b ist in der äußeren umfänglichen Oberfläche des befestigten Kerns 318 eingeformt, und steht mit der Druckfühlöffnung 310a in Verbindung.
Da die Ansaugkammer 140 und der Aufnahmeraum 324 des beweglichen Kerns miteinander durch die Druckfühlöffnung 310 und die Druckfühlnut 318b in Verbindung stehen, wirkt der Druck in der Ansaugkammer 140 (im Nachfolgenden wird darauf als Ansaugdruck Ps Bezug genommen) über die Rückseite des Ventilelements 304 durch die Magnetspulenstange 326 in der Ventilschließrichtung.
Die Magnetspuleneinheit 315 ist mit einer Steuerungsvorrichtung 350, die extern des Kompressors mit variabler Kapazität 100 vorgesehen ist, verbunden, und wenn sie von der Steuerungsvorrichtung 350 mit einem Steuerungsstrom I versorgt wird, erzeugt sie eine elektromagnetische Kraft F(I). Die elektromagnetische Kraft F(I), die durch die Magnetspuleneinheit 315 ausgeübt wird, zieht den beweglichen Kern 322 zu dem befestigten Kern 318 hin, so dass das Ventilelement 304 in die Ventilschließrichtung gedrängt wird.
In dem wie oben beschrieben aufgebauten Kapazitätssteuerungsventil 300 wirkt der Druck in der Ausstoßkammer 142 (im Nachfolgenden wird darauf als Ausstoßdruck Pd Bezug genommen) über eine Endfläche des Ventilelements 304, und der Druck in der Ansaugkammer 140 (im Nachfolgenden wird darauf als Ansaugdruck Ps Bezug genommen) wirkt über die Endfläche der Magnetspulenstange 326, die sich gegenüber dem Ventilelement 304 befindet. Folglicherweise funktioniert das Ventilelement 304 als ein druckempfindliches Element.
Das Kapazitätssteuerungsventil 300 kann so aufgebaut sein, dass eine druckaufnehmende Fläche (im Nachfolgenden wird darauf als Dichtfläche Sv Bezug genommen) des Ventilelements 304, auf die der Kältemitteldruck wirkt wenn das Ventilloch 301a durch das Ventilelement 304 geschlossen ist, gleich der Querschnittsfläche der Magnetspulenstange 326, die in dem Einbringloch 318 des befestigten Kerns 318 gelagert ist, sein kann. In diesem Fall wirkt der Druck in der Kurbelkammer 105 (im Nachfolgenden wird darauf als Kurbeldruck Bezug genommen) in der Ventilöffnungsrichtung oder in der Ventilschließrichtung nicht wesentlich über das Ventilelement 304.
Folglicherweise können, vorausgesetzt dass die Kraft, die immer durch die Feder 328 auf das Ventilelements 304 in der Ventilöffnungsrichtung aufgebracht wird, fs ist, die Kräfte, die über das Ventilelement 304 wirken, durch einen nachstehenden Ausdruck (6) ausgedrückt werden, und ein Modifizieren des Ausdrucks (6) stellt einen Ausdruck (7) zur Verfügung. $Sv \cdot (Pd - Ps) + fs - F (I) = 0$
$Ps = - (1 / Sv) \times F (I) + Pd + (fs / Sv)$
Aus dem Ausdruck (7) wird klar, dass der Ansaugdruck Ps gefunden wird, wenn der Ausstoßdruck Pd und die elektromagnetische Kraft F(I), d.h. der Steuerungsstrom I, bestimmt sind.
Durch Einstellen des Sollansaugdrucks Pss als ein Steuerungsziel im Voraus und ebenso durch Erhalten einer Information über den sich verändernden Ausstoßdruck Pd ist es nämlich möglich, die elektromagnetische Kraft F(I), d.h. den Steuerungsstrom I, zu berechnen. Die zu der Magnetspuleneinheit 315 gelieferte Strommenge wird auf der Basis des berechneten Werts eingestellt, wobei das Ventilelement 304 bewegt wird, um den Kurbeldruck Pc zu steuern, so dass der Ansaugdruck bei dem Sollansaugdruck Pss gehalten wird. Die Ausstoßkapazität kann nämlich gesteuert werden.
In dem Fall der Steuerung, wobei der Ansaugdruck Ps bei dem Sollansaugdruck Pss gehalten wird, kann der Ansaugdruck Ps innerhalb eines in 11 angegebenen Bereichs zwischen Pdmin und Pdmax abhängig von der Höhe des Ausstoßdrucks Pd, wie von dem Ausdruck (7) zu sehen, gesteuert werden. Der Ansaugdrucksteuerungsbereich ist nämlich zu einer Seite höheren Drucks verschiebbar, somit wird es ermöglicht, die Ausstoßkapazität selbst in einem Hochwärmelastbereich zu steuern.
Ebenso zeigt Ausdruck (7) auf, dass es durch Einstellen der Dichtfläche Sv auf einen kleineren Wert, möglich ist, den Steuerungsbereich des Ansaugdrucks Ps für jeglichen Ausstoßdruck Pd auszuweiten oder auszudehnen, selbst wenn die elektromagnetische Kraft F(I) klein ist. Wo die Verschiebbarkeit und Ausweitbarkeit des Steuerungsbereichs des Ansaugdrucks Ps kombiniert werden, kann der Steuerungsbereich des Ansaugdrucks Ps in einem großen Maß durch den Synergieeffekt ausgeweitet werden.
Wenn die Strommenge, die zu der Magnetspuleneinheit 315 geliefert wird, auf Null eingestellt wird, wird das Ventilelement 304 durch die Kraft der Feder 328, die anhaltend auf das Ventilelement 304 aufgebracht wird, in die Ventilöffnungsrichtung bewegt, so dass das Ventilloch 301 geöffnet wird. Dementsprechend wird das ausgestoßene Gas in die Kurbelkammer 105 eingeführt, was die Ausstoßkapazität bei dem Minimum beibehält.
12 ist ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau des Kapazitätssteuerungssystem A, das die Steuerungsvorrichtung 350 enthält, darstellt. Das Kapazitätssteuerungssystem A, das die Steuerungsvorrichtung 350 enthält, ist im Aufbau gleich mit dem Kapazitätssteuerungssystem A der ersten Ausführungsform, und daher werden in dem Folgenden nur die Unterschiede zwischen den Kapazitätssteuerungssystemen A der ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben.
Das Kapazitätssteuerungssystem A, das die Steuerungsvorrichtung 350 enthält, hat ein Sollansaugdruckeinstellungsmittel 351. Das Sollansaugdruckeinstellungsmittel 351 stellt den Sollansaugdruck Pss als ein Steuerungsziel auf der Basis einer Abweichung zwischen der durch das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 eingestellten Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes und der aktuell durch den Verdampfertemperatursensor 402 erfassten Verdampferauslasslufttemperatur Te ein.
Ebenso hat das Kapazitätssteuerungssystem A, das die Steuerungsvorrichtung 350 enthält, ein Steuerungssignalberechnungsmittel 352. Basierend auf dem Sollansaugdruck Pss und dem durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel 421 berechneten Ausstoßdruck Pd, berechnet das Steuerungssignalberechnungsmittel 352 entsprechend einer vorbestimmten Berechnungsgleichung die Strommenge, die zu der Magnetspule 315 zu liefern ist.
Das Folgende beschreibt den Betrieb (Weise der Benutzung) des obengenannten Kapazitätssteuerungssystems A.
13 ist ein Ablaufdiagramm, das die durch die Steuerungsvorrichtung 350 ausgeführte Ansaugdrucksteuerung, nämlich ein Programm, das durch die Steuerungsvorrichtung 350 ausgeführt wird, beschreibt.
Das Programm wird gestartet, wenn zum Beispiel der Motorschlüssel des Fahrzeugs auf EIN gedreht wird. Über einen Start des Programms wird zuerst eine Anfangsbedingung eingestellt (S100).
Nachfolgend wird der durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel 421 berechnete Ausstoßdruck Pd eingelesen (S101), und es wird bestimmt, ob ein Merker F1 „0“ ist (S102). Da F1=0 als die Anfangsbedingung gesetzt war, ist das Ergebnis der Entscheidung in S102 JA. Dementsprechend wird ein Timer gestartet (S103) und der Merker F1 wird auf „1“ gesetzt (S104).
Dann wird in einer Sollansaugdruckeinstellungsroutine S105 der Sollansaugdruck Pss als ein Steuerungsziel eingestellt. Nachfolgend wird die Strommenge, die zu der Magnetspuleneinheit 315 zu liefern ist, d.h. der Steuerungsstrom I, auf der Basis des Sollansaugdrucks Pss und des durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel 421 berechneten Ausstoßdruck Pd berechnet (S106). Der Steuerungsstrom I wird entsprechend dem Ausdruck (6) mit dem Sollansaugdruck Pss als Ersatz für Ps im Ausdruck (6) berechnet.
Es wird dann bestimmt, ob der berechnete Steuerungsstrom I einen Wert größer oder gleich einem voreingestellten unteren Grenzwert I1 annimmt (S107). Wenn das Ergebnis der Entscheidung NEIN ist, wird der untere Grenzwert I1 als der Steuerungsstrom I eingelesen (S108), und der Steuerungsstrom I wird zu der Magnetspuleneinheit 315 ausgegeben (S109).
Andererseits wird, wenn das Ergebnis der Entscheidung in S107 JA ist, bestimmt, ob der berechnete Steuerungsstrom I einen Wert kleiner oder gleich einem voreingestellten oberen Grenzwert I2 annimmt (S110). Der obere Grenzwert I2 ist größer als der untere Grenzwert I1. Wenn das Ergebnis der Entscheidung NEIN ist, wird der obere Grenzwert I2 als der Steuerungsstrom I eingelesen (S111), und der Steuerungsstrom I wird zu der Magnetspuleneinheit 315 ausgegeben (S109).
Dementsprechend wird, wenn als ein Ergebnis der Entscheidungen S107 und S110 herausgefunden wird, dass das Verhältnis I1≤I≤I2 erfüllt ist, der in S106 berechnete Steuerungsstrom I direkt ausgegeben.
Wenn die Ansaugdrucksteuerungsroutine das zweite Mal ausgeführt wird, wird das Ergebnis der Entscheidung in S102 NEIN, weil F1=1 vorher gesetzt wurde, und es wird bestimmt, ob die durch den Timer gemessene Zeit einen Wert kleiner oder gleich einer vorbestimmten Zeit t1 annimmt (S112). Wenn das Ergebnis der Entscheidung JA ist, d.h. wenn die durch den Timer gemessene Zeit die vorbestimmte Zeit t1 noch nicht erreicht hat, wird der Steuerungsstrom I, der zu der Magnetspuleneinheit 315 zu liefern ist, auf der Basis des vorhergehend eingestellten Sollansaugdrucks Pss und dem in dem derzeitigen Zyklus berechneten Ausstoßdruck Pd berechnet (S106). Nachdem S106 ausgeführt ist, werden S107 bis S111 in derselben Weise wie in dem vorhergehenden Zyklus ausgeführt.
Wenn andererseits das Ergebnis der Entscheidung in S112 NEIN ist, d.h., wenn die durch den Timer gemessene Zeit die vorbestimmte Zeit t1 erreicht hat, wird der Timer zurückgesetzt (S113) und der Merker F1 wird auf „0“ gesetzt (S114).
Somit wird in der durch die Steuerungsvorrichtung 350 ausgeführten Ansaugdrucksteuerung der Ausstoßdruck Pd zu jeder Zeit eingelesen, so dass der Sollansaugdruck Pss beibehalten werden kann, und der zu der Magnetspuleneinheit 315 zu liefernde Steuerungsstrom I wird entsprechend dem sich verändernden Ausstoßdruck Pd eingestellt. Der Sollansaugdruck Pss wird in Intervallen der vorbestimmten Zeit t1 aktualisiert.
Nun wird unter Bezugnahme auf 14 die Sollansaugdruckeinstellungsroutine S105 erklärt.
Zuerst stellt das Sollverdampfertemperatureinstellungsmittel 401 die Verdampferauslasslufttemperatur Tes als ein Ziel der Ausstoßkapazitätssteuerung für den Kompressor mit variabler Kapazität 100 ein, und die somit eingestellte Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes wird eingelesen (S200).
Nachfolgend wird die durch den Temperatursensor 402 erfasste Verdampferauslasslufttemperatur Te eingelesen (S201), und eine Abweichung ΔT zwischen der Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes und der aktuellen Verdampferauslasslufttemperatur Te wird berechnet (S202).
Dann wird basierend auf der berechneten Abweichung ΔT der Sollansaugdruck Pss entsprechend einer vorbestimmten Berechnungsgleichung, zum Beispiel einer Berechnungsgleichung für PI-Regelung, berechnet (S203).
Es wird dann bestimmt, ob der berechnete Sollansaugdruck Pss einen Wert größer oder gleich einem voreingestellten unteren Grenzwert Ps1 annimmt (S204). Wenn das Ergebnis der Entscheidung NEIN ist, wird der untere Grenzwert Ps1 als der Sollansaugdruck Pss eingelesen (S205). Andererseits wird, wenn das Ergebnis der Entscheidung in S204 JA ist, bestimmt, ob der berechnete Sollansaugdruck Pss einen Wert kleiner oder gleich einem voreingestellten oberen Grenzwert Ps2 annimmt (S206). Der obere Grenzwert Ps2 ist größer als der untere Grenzwert Ps1. Wenn das Ergebnis der Entscheidung NEIN ist, wird der obere Grenzwert Ps2 als der Sollansaugdruck Pss eingelesen (S207). Wenn als ein Ergebnis der Entscheidungen in S204 und S206 herausgefunden wird, dass das Verhältnis Ps1≤Pss≤Ps2 erfüllt ist, wird der in S203 berechnete Wert direkt als der Sollansaugdruck Pss eingelesen.
Somit wird in dem Kapazitätssteuerungssystem, das die Steuerungsvorrichtung 350 entsprechend der zweiten Ausführungsform enthält, der Sollansaugdruck Pss auf der Basis der Abweichung ΔT eingestellt, und die Ausstoßkapazität wird so gesteuert, dass die Verdampferauslasslufttemperatur Te sich der Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes annähern kann. Die Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes wird in Übereinstimmung mit dem Klimatisierungszustand des Fahrzeugabteils in geeigneter Weise verändert.
Die Wärmelastabschätzungsgenauigkeit verbessert sich, wenn die folgenden Parameter herausgefunden werden, die Parameter einschließlich der Außenluftfeuchtigkeit, des Drucks in dem Hochdruckbereich des Kühlkreislaufs 10 oder die Temperatur entsprechend dem Druck, der Druck in dem Niederdruckbereich des Kühlkreislaufs 10 oder die Temperatur entsprechend dem Druck, die Sonneneinstrahlmenge, verschiedene Einstellungen des Klimaanlagensystems (Einstellungen in Bezug auf die Luftmenge, die von dem Verdampferventilator geblasen wird, die Position der Innen-Außen-Luftumschaltklappe, die Fahrzeuginnenraumtemperatur, die Luftauslassposition und die Position der Luftmischklappe), der Fahrzeuginnenraumfeuchtigkeit, der Verdampfereinlasslufttemperatur und -feuchtigkeit, der Oberflächentemperatur von verschiedenen Teilen in dem Fahrzeugabteil, und dergleichen. Dementsprechend ist es wünschenswert, dass ein Außenluftfeuchtigkeitssensor, ein Fahrzeuginnenraumfeuchtigkeitssensor, etc. als die Wärmelasterfassungsmittel verwendet werden.
In den vorangehenden Ausführungsformen wird der durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel 423 abgeschätzte Ansaugdruck Ps mit dem Obergrenz- und Untergrenz-Schwellwert PssH und PssL, die unter Bezugnahme auf den Sollansaugdruck Pss eingestellt sind, verglichen, um zu bestimmen, ob der Kompressor mit variabler Kapazität 100 mit der maximalen Auslasskapazität oder mit der gesteuerten Auslasskapazität arbeitet. Alternativ kann der Betriebszustand des Kompressors mit variabler Kapazität 100 durch Vergleichen des abgeschätzten Ansaugdrucks Ps mit dem Sollansaugdruck Pss bestimmt werden. Ebenso kann, anstatt die zwei, Obergrenz- und Untergrenz-Schwellwert PssH und pssL, unter Bezugnahme auf den Sollansaugdruck Pss einzustellen, nur ein Schwellwert eingestellt werden, und der Betriebszustand kann auf der Basis des abgeschätzten Ansaugdrucks Ps und des eingestellten Schwellwerts bestimmt werden. Der Betriebszustand des Kompressors mit variabler Kapazität kann nämlich auf der Basis des durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel 423 abgeschätzten Ansaugdrucks Ps und des Sollansaugdrucks Pss bestimmt werden.
In den obigen Ausführungsformen wird ein kupplungsloser Kompressor als der Kompressor mit variabler Kapazität 100 verwendet, aber mit einer elektromagnetischen Kupplung ausgestatteter Kompressor mit variabler Verdrängung kann alternativ verwendet werden.
Ebenso wird in den obigen Ausführungsformen ein hin- und hergehender Kompressor vom Taumelscheibentyp als der Kompressor mit variabler Kapazität 100 verwendet. Alternativ kann der zu verwendende Kompressor mit variabler Kapazität ein Wobbelscheibentyp-Kompressor (Schrägscheibentyp) oder ein Kompressor mit variabler Kapazität vom hermetischen Typ mit einem darin eingebauten Elektromotor sein.
Weiterhin wird in dem Kompressor mit variabler Kapazität 100, der in den vorausgehenden Ausführungsformen verwendet wird, die in die Ventilplatte 103 eingeformte festgesetzte Öffnung 103c als ein Verengungselement der Ablasspassage 162 zum Regulieren der Durchflussrate des Kältemittels verwendet, um dabei den Druck in der Kurbelkammer 105 zu erhöhen. Das Verengungselement ist jedoch nicht auf die festgesetzte Öffnung allein beschränkt. Als solch ein Verengungsmittel kann zum Beispiel eine Verengung oder ein Ventil mit einer variablen Öffnung verwendet werden, um die Durchflussrate des Kältemittels zu regulieren.
Darüber hinaus ist in den obigen Kapazitätssteuerungssystemen A das Kapazitätssteuerungsventil 200, 300 in der Zuführpassage 160, die die Ausstoßkammer 142 mit der Kurbelkammer 105 verbindet, eingesetzt. Wo der Kompressor mit variabler Kapazität 100 ein Taumelscheiben- oder ein Wobbelscheibenkompressor ist, kann das Kapazitätssteuerungsventil 200, 300 in der Ablasspassage 162, die die Kurbelkammer 105 mit der Ansaugkammer 140 verbindet, statt in der Zuführpassage 160 angeordnet werden. Das Kapazitätssteuerungsventil 200 (300) ist nämlich nicht nur zur Einlasssteuerung zum Steuerung der Öffnung der Zuführpassage 160, sondern zur Auslasssteuerung zum Steuern der Öffnung der Ablasspassage 162.
Weiterhin kann das Kapazitätssteuerungssystem A auf einen Kompressor mit variabler Kapazität von einem Spiral-Typ oder einem Schaufel-Typ angewendet werden. Die Kapazitätssteuerungssysteme A können nämlich auf jegliche Kompressoren mit variabler Kapazität, die ein Kapazitätssteuerungsventil verwenden, dessen Ventilelement über den Ausstoßdruck, den Ansaugdruck und die elektromagnetische Kraft einer Magnetspule betätigt werden, und das in der Lage ist, durch Einstellung seiner Ventilöffnung den Steuerungsdruck (in dem Fall eines hin- und hergehenden Kompressors, den Druck in der Kurbelkammer) zu verändern, um die Auslasskapazität des Kompressors zu verändern, angewendet werden.
Die Kapazitätssteuerungssysteme A für einen Kompressor mit variabler Kapazität gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht nur auf den Kühlkreislauf eines Fahrzeugklimaanlagensystems anwendbar, sondern auf Kühlkreisläufe im Allgemeinen, so wie den Kühlkreislauf eines Raumklimaanlagensystems. Ebenso können die Kapazitätssteuerungssysteme A nicht nur auf Kühlkreisläufe, die R134a oder Kohlendioxid als Kältemittel verwenden, angewendet werden, sondern auf Kühlkreisläufe, die als Kältemittel andere neue Kältemittel als R134a und Kohlendioxid verwenden.

Claims

Kapazitätssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Kapazität, dessen Kapazität sich mit einer Veränderung eines Steuerungsdrucks ändert, wobei der Kompressor mit variabler Kapazität zusammen mit einem Wärmeradiator, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer in einem Zirkulationspfad zum Zirkulieren eines Kältemittels eingesetzt ist, um einen Kühlkreislauf eines Klimaanlagensystems zu bilden, wobei ein Druck des Kältemittels in irgendeinem Abschnitt in einem Ausstoßdruckbereich des Kühlkreislaufs als ein Ausstoßdruck verwendet wird, und ein Druck des Kältemittels in irgendeinem Abschnitt in einem Ansaugdruckbereich des Kühlkreislaufs als ein Ansaugdruck verwendet wird, und das Kapazitätssteuerungssystem aufweist: ein Kapazitätssteuerungsventil, das in der Lage ist, die Kapazität des Kompressors mit variabler Kapazität durch Verändern des Steuerungsdrucks einzustellen; ein Externe-Information-Erfassungsmittel zum Erfassen eines oder mehrerer Punkte von dem Kühlkreislauf zugeordneten externen Informationen; und ein Sollansaugdruckeinstellungsmittel zum Einstellen eines Sollansaugdrucks zum Steuern des Drucks in dem Ansaugdruckbereich als ein Steuerungsziel, basierend auf der durch das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information; wobei der Steuerungsdruck verändert wird, um die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität so einzustellen, dass der Druck in dem Ansaugdruckbereich gleich dem Sollansaugdruck wird, wobei das Kapazitätssteuerungssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass es weiterhin aufweist: Ein Ansaugdruckabschätzungsmittel zum Abschätzen eines Drucks, der abgeschätzt wird, in dem Ansaugdruckbereich vorzuliegen, wenn der Kompressor mit variabler Kapazität mit einer maximalen Ausstoßkapazität betrieben wird, basierend auf der durch das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information; und ein Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel zum Bestimmen, ob der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität oder mit einer gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet, basierend auf dem durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzten Druck des Ansaugdruckbereichs und dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Sollansaugdruck.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel den durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzten Druck des Ansaugdruckbereichs mit dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Sollansaugdruck vergleicht, wenn der durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs höher als der durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellte Sollansaugdruck ist, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, und wenn der durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs niedriger als der durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellte Sollansaugdruck ist, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollansaugdruckeinstellungsmittel einen Schwellwert mit Bezug auf den Sollansaugdruck einstellt, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel den durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzten Druck des Ansaugdruckbereichs mit dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Schwellwert vergleicht, wenn der abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs höher als der Schwellwert ist, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, und wenn der abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs niedriger als der Schwellwert ist, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: das Sollansaugdruckeinstellungsmittel einen Obergrenz- und Untergrenz-Schwellwert mit Bezug auf den Sollansaugdruck einstellt, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel den durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzten Druck des Ansaugdruckbereichs mit dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Obergrenz- und Untergrenz-Schwellwert vergleicht, wenn der abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs höher als der Obergrenz-Schwellwert ist, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, und wenn der abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs niedriger als der Untergrenz-Schwellwert ist, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs einen Wert zwischen den Obergrenz- und Untergrenz-Schwellwerten annimmt, das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, wenn der abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs größer oder gleich einem zwischen den Obergrenz- und Untergrenz-Schwellwerten eingestellten Kriteriumswert ist, und entscheidet, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet, wenn der abgeschätzte Druck des Ansaugdruckbereichs kleiner als der Kriteriumswert ist.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kriteriumswert in Übereinstimmung mit der durch ein Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel als das Externe-Information-Erfassungsmittel zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit erfassten externen Information, und/oder der durch ein Drehzahlerfassungsmittel als das Externe-Information-Erfassungsmittel zum Erfassen einer physikalischen Größe entsprechend einer Drehzahl des Kompressors mit variabler Kapazität erfassten externen Information variabel ist.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kriteriumswert in Übereinstimmung mit der durch ein Wärmelasterfassungsmittel als das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information variabel ist.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugdruckabschätzungsmittel den Druck in dem Ansaugdruckbereich basierend auf der durch ein Ausstoßdruckberechnungsmittel als das Externe-Information-Erfassungsmittel zum Berechnen des Drucks des Ausstoßdruckbereichs des Kompressors mit variabler Kapazität erhaltenen externen Information, auf der durch ein Wärmelasterfassungsmittel als das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information, und auf der durch ein Drehzahlerfassungsmittel als das Externe-Informations-Erfassungsmittel zum Erfassen einer physikalischen Größe, die einer Drehzahl des Kompressors mit variabler Kapazität entspricht, erfassten externen Information abschätzt.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstoßdruckberechnungsmittel den Druck des Ausstoßdruckbereichs basierend auf der durch ein Druckerfassungsmittel zum Erfassen eines Drucks in einem Hochdruckbereich, der sich von dem Ausstoßdruckbereich des Kompressors mit variabler Kapazität zu der Expansionsvorrichtung des Kühlkreislaufs erstreckt, erfassten externen Information berechnet.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsvorrichtung ein thermostatisches automatisches Expansionsventil aufweist, das Kapazitätssteuerungssystem weiterhin ein Überhitzungsgradberechnungsmittel zum Berechnen eines Überhitzungsgrads in einem Auslassbereich des Verdampfers basierend auf der durch das Druckerfassungsmittel erfassten externen Information aufweist, und das Ansaugdruckabschätzungsmittel den Druck des Ansaugdruckbereichs basierend auf der durch das Überhitzungsgradberechnungsmittel berechneten externen Information abschätzt.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Externe-Information-Erfassungsmittel ein Überhitzungsgraderfassungsmittel zum Erfassen eines Überhitzungsgrads in einem Bereich enthält, der sich von einem Auslassbereich des Verdampfers zu dem Ansaugdruckbereich des Kompressors mit variabler Kapazität erstreckt, und das Ansaugdruckabschätzungsmittel den Druck des Ansaugdruckbereichs basierend auf der durch das Überhitzungsgraderfassungsmittel erfassten externen Information abschätzt.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckdifferenz zwischen dem Schwellwert, oder dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Obergrenz- oder Untergrenz-Schwellwert, und dem Sollansaugdruck in Bezug darauf, ob der Schwellwert oder der Obergrenz- oder Untergrenz-Schwellwert eingestellt ist, in Übereinstimmung mit dem Sollansaugdruck variabel ist.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin ein Antriebslastberechnungsmittel zum Berechnen einer Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität aufweist, wobei das Antriebslastberechnungsmittel die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität gemäß einer ersten Antriebslastberechnungsgleichung berechnet, wenn durch das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entschieden wird, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, und die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität gemäß einer zweiten Antriebslastberechnungsgleichung berechnet, wenn durch das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entschieden wird, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit der gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebslastberechnungsgleichung dergemäß die Antriebslast durch das Antriebslastberechnungsmittel berechnet wird, als Variablen den durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel berechneten Druck des Ausstoßdruckbereichs und den durch das Ansaugdruckabschätzungsmittel abgeschätzten Druck des Ansaugdruckbereichs enthält.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebslastberechnungsgleichung dergemäß die Antriebslast durch das Antriebslastberechnungsmittel berechnet wird, als Variablen den durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel berechneten Druck des Ausstoßdruckbereichs und den durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Sollansaugdruck enthält.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebslastberechnungsgleichung dergemäß die Antriebslast durch das Antriebslastberechnungsmittel berechnet wird, als eine Variable eine Druckdifferenz zwischen dem durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel berechneten Druck des Ausstoßdruckbereichs und dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Sollansaugdruck enthält.
Kapazitätssteuerungssystem für einen Kompressor mit variabler Kapazität, dessen Kapazität sich mit einer Veränderung des Steuerungsdrucks ändert, der Kompressor mit variabler Kapazität zusammen mit einem Wärmeradiator, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer in einem Zirkulationspfad zum Zirkulieren eines Kältemittels eingesetzt ist, um einen Kühlkreis eines Klimaanlagensystems zu bilden, wobei das Kapazitätssteuerungssystem aufweist: ein Kapazitätssteuerungsventil mit einem Ventilelement, das mit einem Ausstoßdruck, der ein Druck des Kältemittels in irgendeinem Abschnitt in einem Ausstoßdruckbereich des Kühlkreislaufs ist, mit einem Ansaugdruck, der ein Druck des Kältemittels in irgendeinem Abschnitt in einem Ansaugdruckbereich des Kühlkreislaufs ist, und mit einer elektromagnetischen Kraft einer Magnetspule in einer solchen Weise beaufschlagt wird, dass dem Ausstoßdruck durch den Ansaugdruck und der elektromagnetischen Kraft entgegengewirkt wird, wobei das Ventilelement in der Lage ist, ein Ventilloch zu öffnen und zu schließen, um den Steuerungsdruck zu verändern und dabei die Kapazität des Kompressors mit variabler Kapazität einzustellen; ein Externe-Information-Erfassungsmittel zum Erfassen eines oder mehrerer Punkte von dem Kühlkreislauf zugeordneten externen Informationen; und ein Sollansaugdruckeinstellungsmittel zum Einstellen eines Sollansaugdrucks zum Steuern des Drucks in dem Ansaugdruckbereich als ein Steuerungsziel basierend auf der durch das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information; wobei eine Öffnung des Kapazitätssteuerungsventils entsprechend der durch das Externe-Informations-Erfassungsmittel erfassten externen Information verändert wird, um den Steuerungsdruck zu verändern und dabei die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität einzustellen, wobei das Kapazitätssteuerungssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass es weiterhin aufweist: ein Ausstoßdruckberechnungsmittel zum Berechnen des Drucks in dem Ausstoßdruckbereich des Kompressors mit variabler Kapazität basierend auf der durch das Externe-Information-Erfassungsmittel erfassten externen Information; ein Steuerungssignalberechnungsmittel zum Berechnen eines Ausstoßkapazitätssteuerungssignals basierend auf dem durch das Ausstoßdruckberechnungsmittel berechneten Druck des Ausstoßdruckbereichs und dem durch das Sollansaugdruckeinstellungsmittel eingestellten Sollansaugdruck; ein Magnetspulenansteuerungsmittel zum Liefern eines elektrischen Stroms zu der Magnetspule des Kapazitätssteuerungsventils in Übereinstimmung mit dem durch das Steuerungssignalberechnungsmittel berechneten Ausstoßkapazitätssteuerungssignal; ein Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel zum Bestimmen der Ausstoßkapazität des Kompressors mit variabler Kapazität; und ein Antriebslastberechnungsmittel zum Berechnen einer Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebslastberechnungsmittel die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität entsprechend einer ersten Antriebslastberechnungsgleichung berechnet, wenn durch das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entschieden wird, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit einer maximalen Ausstoßkapazität arbeitet, und die Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität gemäß einer zweiten Antriebslastberechnungsgleichung berechnet, wenn durch das Ausstoßkapazitätsbestimmungsmittel entschieden wird, dass der Kompressor mit variabler Kapazität mit einer gesteuerten Ausstoßkapazität arbeitet.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebslastberechnungsmittel die berechnete Antriebslast des Kompressors mit variabler Kapazität an eine Motorsteuerungsvorrichtung des Fahrzeugs ausgibt.
Kapazitätssteuerungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass: der Kompressor mit variabler Kapazität ein Gehäuse mit einer Ausstoßkammer, einer Kurbelkammer, einer Ansaugkammer und darin definierten Zylinderbohrungen; in den jeweiligen Zylinderbohrungen aufgenommene Kolben; eine in dem Gehäuse drehbar gelagerte Antriebswelle; einen ein neigbares Taumelscheibenelement zum Umwandeln einer Drehung der Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung der Kolben enthaltender Umwandlungsmechanismus; eine Zuführpassage, die die Ausstoßkammer mit der Kurbelkammer verbindet; und eine Ablasspassage, die die Kurbelkammer mit der Ansaugkammer verbindet, enthält und das Kapazitätssteuerungsventil in entweder der Zuführpassage oder der Ablasspassage eingesetzt ist.