DE112009001314T5

DE112009001314T5 - Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter

Info

Publication number: DE112009001314T5
Application number: DE112009001314T
Authority: DE
Inventors: Yukihiko Isesaki Taguchi
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: JP5281320B2; US20110076161A1; DE112009001314B4; US8506261B2; JP2009287432A; WO2009145163A1

Abstract

Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter, der in einem Zirkulationspfad, durch den ein Kühlmittel hindurch zirkuliert, zusammen mit einem Kühler, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer angeordnet ist, um einen Kühlkreislauf zu konfigurieren, und der eine Verdrängung gemäß einer Änderung eines Steuerdrucks ändert, mit:
einer elektromagnetischen Kupplung, die eine Spule aufweist und den Verdichter mit einer Leistungsquelle verbindet, wenn die Spule mit Strom versorgt wird;
einem Verdrängungssteuerventil, das einen Ventilkörper, der mit einem Druck eines Auslassdruckbereiches des variablen Verdrängungsverdichters beaufschlagt wird und der mit einem Druck eines Saugdruckbereichs des variablen Verdrängungsverdichters und einer elektromagnetischen Kraft einer Solenoideinheit in einer zu dem Druck des Auslassdruckbereiches entgegengesetzten Richtung beaufschlagt wird, und eine Vorspanneinrichtung aufweist, die den Ventilkörper in der gleichen Richtung wie die elektromagnetische Kraft vorspannt, und das den Steuerdruck durch Betätigen des Ventilkörpers ändert;
einer Außeninformationserfassungseinrichtung zum Erfassen von zumindest eines Teils von Außeninformationen;
einer Einrichtung zum Einstellen eines...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter, der bei einem Kühlkreislauf eines Klimaanlagensystems verwendet wird.
Ein variabler Verdrängungsverdichter wird zum Beispiel bei einem Fahrzeugklimaanlagensystem verwendet. Die Verdrängungssteuerung des variablen Verdrängungsverdichters wird durch Öffnen/Schließen eines elektromagnetischen Verdrängungssteuerventils durchgeführt.
Im Falle der Verdrängungssteuervorrichtung, die ein elektromagnetisches Verdrängungssteuerventil verwendet, wie dies in der 2 von Patentdruckschrift 1 gezeigt ist, wird zum Beispiel ein Strom (Steuerstrom I), der zu einer elektromagnetischen Spule einer Solenoideinheit zugeführt wird, so eingestellt, dass eine Differenz zwischen einem Druck einer Auslasskammer eines Verdichters (Auslassdruck Pd) und einem Druck einer Saugkammer (Saugdruck Ps) (Pd – Ps-Differenzialdruck) zu einem vorgegebenen Wert wird.
Das elektromagnetische Verdrängungssteuerventil hat eine erste Druckschraubenfeder, die einen Ventilkörper in einer Ventilöffnungsrichtung vorspannt, und eine zweite Druckschraubenfeder, die den Ventilkörper in einer Ventilschließrichtung vorspannt. Die erste Druckschraubenfeder hat eine größere Vorspannkraft als die zweite Druckschraubenfeder. Aus diesem Grund ist das elektromagnetische Verdrängungssteuerventil in einer geöffneten Position, wenn der Steuerstrom I gleich null ist, und die Auslassverdrängung wird auf ein Minimum gehalten.
Patentdruckschrift 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2002-285973
Das elektromagnetische Verdrängungssteuerventil, das in der 2 der Patentdruckschrift 1 gezeigt ist, hat eine Funktionscharakteristik, die durch die nachfolgende Formel (1) ausgedrückt wird. Eine Formel (2) wird durch Abwandeln der Formel (1) gewonnen. In diesen Formeln stellt Sv1 einen Flächeninhalt dar, in dem der Ventilkörper einen Auslassdruck Pd und einen Saugdruck Ps aufnimmt (Druckaufnahmefläche); f1 ist eine Vorspannkraft einer ersten Druckschraubenfeder; f2 ist eine Vorspannkraft einer zweiten Druckschraubenfeder; und F(I) ist eine elektromagnetische Kraft einer Solenoideinheit.
Die Formel (2) wird zu einer Formel (3) umgewandelt, indem die Solenoideinheit so ausgelegt wird, dass die elektromagnetische Kraft F(I) proportional zu dem Steuerstrom I ist. A in der Formel (3) ist eine Proportionalitätskonstante. Die Formel (3), die durch eine graphische Darstellung dargestellt wird, erscheint so, wie sie durch eine Gerade A in der 4 gezeigt ist. Sv1·(Pd – Ps) + f1 – f2 – F(I) = 0 (1) Pd – Ps = 1 / Sv1·F(I) – f1 – f2 / Sv1 (2) Pd – Ps = A / Sv1·I – f1 – f2 / Sv1 (3)
Falls ein Wert des Steuerstroms I, bei dem der Pd – Ps-Differenzialdruck null erreicht, wenn der Steuerdruck I allmählich reduziert wird, ist eine Untergrenze Imin, wobei Imin = (f1 – f2)/A gemäß der Formel (3) gilt. Die Vorspannkräfte f1 und f2 in der ersten und der zweiten Druckschraubenfeder sind so festgelegt, dass f1 > f2 gilt. Infolgedessen gilt Imin > 0. Wenn der Steuerstrom I innerhalb eines Bereiches von null bis zu der Untergrenze Imin ist, ist das elektromagnetische Verdrängungssteuerventil in einer geöffneten Position.
Um die Auslassverdrängung durch Einstellen des Pd – Ps-Differenzialdrucks zu steuern, muss daher der Steuerstrom I höher sein als die Untergrenze Imin. Wenn diesbezüglich der Steuerstrom I innerhalb eines Bereiches von null bis zu der Untergrenze Imin ist, wird der Steuerstrom I verschwenderisch verbraucht, und die elektromagnetische Kraft F(I) der Solenoideinheit wird nicht effektiv genutzt.
Das vorstehend geschilderte Problem wird durch die Tatsache verursacht, dass die Vorspannkraft f1, die in einer Ventilöffnungsrichtung wirkt, größer ist als die Vorspannkraft f2, die in einer Ventilschließrichtung wirkt, und dass die Vorspannkraft f1 auf den Ventilkörper in einer entgegengesetzten Richtung zu der elektromagnetischen Kraft F(I) der Solenoideinheit wirkt.
Falls gemäß der herkömmlichen Technik der Wert des Steuerstroms I, bei dem der Pd – Ps-Differenzialdruck einen Maximalwert (maximaler Differenzialdruck ΔPmax) erreicht, eine Obergrenze Imax ist, bedeutet dies, dass sich der Pd – Ps-Differenzialdruck von null auf den maximalen Differenzialdruck ΔPmax ändert, während sich der Steuerstrom I von der Untergrenze Imin zu der Obergrenze Imax ändert. Eine Änderungsrate des Pd – Ps-Differenzialdrucks bezüglich des Steuerstroms I ist zu diesem Zeitpunkt größer als in jenem Fall, wenn sich der Pd – Ps-Differenzialdruck von null auf den maximalen Differenzialdruck ΔPmax ändert, während sich der Steuerstrom I von null auf die Obergrenze Imax ändert.
Bei der herkömmlichen Technik schwankt der Pd – Ps-Differenzialdruck diesbezüglich leicht durch eine geringfügige Schwankung des Steuerstroms I, und die Auslassverdrängungssteuerung neigt zur Instabilität.
Die Erfindung wurde angesichts der vorstehend geschilderten Umstände geschaffen. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter vorzusehen, das in wirksamer Weise die elektromagnetische Kraft einer Solenoideinheit eines Verdrängungssteuerventils nutzt und eine ausgezeichnete Stabilität bei der Verdrängungssteuerung zeigt.
Um die vorstehend erwähnte Aufgabe zu lösen, ist gemäß der Erfindung ein Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter vorgesehen, der in einem Zirkulationspfad, in dem ein Kühlmittel zirkuliert, zusammen mit einem Kühler, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer eingebaut ist, um einen Kühlkreislauf zu bilden, und er ändert seine Verdrängung gemäß einer Änderung eines Steuerdrucks. Das Verdrängungssteuersystem hat eine elektromagnetische Kupplung, die eine Spule aufweist und den Verdichter mit einer Leistungsquelle verbindet, wenn die Spule mit einem Strom versorgt wird; ein Verdrängungssteuerventil einschließlich eines Ventilkörpers, auf den ein Druck eines Auslassdruckbereiches des variablen Verdrängungsverdichters aufgebracht wird, und auf den ein Druck eines Saugdruckbereiches des variablen Verdrängungsverdichters sowie eine elektromagnetische Kraft einer Solenoideinheit in einer zu dem Druck des Auslassdruckbereiches entgegengesetzten Richtung aufgebracht wird, und einer Vorspanneinrichtung, die den Ventilkörper in der gleichen Richtung wie die elektromagnetische Kraft vorspannt, und es ändert den Steuerdruck durch Betätigen des Ventilkörpers; eine Außeninformationserfassungseinrichtung zum Erfassen zumindest eines Teils von Außeninformationen; eine Einrichtung zum Einstellen eines Stroms für eine elektromagnetische Kupplung, die den zu der Spule der elektromagnetischen Kupplung zugeführten Strom gemäß den Außeninformationen einstellt, die durch die Außeninformationserfassungseinrichtung erfasst werden; und eine Einrichtung zum Einstellen eines Stroms für das Verdrängungssteuerventil, die den zu einer Spule der Solenoideinheit zugeführten Strom gemäß den Außeninformationen einstellt, die durch die Außeninformationserfassungseinrichtung erfasst werden (Anspruch 1).
Wenn ein Strom der Spule der elektromagnetischen Kupplung und nicht der Spule der Solenoideinheit des Verdrängungssteuerventils zugeführt wird, ist eine Auslassverdrängung des variablen Verdrängungsverdichters vorzugsweise größer als eine minimale Auslassverdrängung des variablen Verdrängungsverdichters, die mechanisch definiert ist.
Wenn die Stromzufuhr zu der Spule der elektromagnetischen Kupplung und zu der Spule der Solenoideinheit des Verdrängungssteuerventils gestartet wurde, wird vorzugsweise der Strom zu der Spule der Solenoideinheit des Verdrängungssteuerventils zugeführt, nachdem er zu der Spule der elektromagnetischen Kupplung zugeführt wurde (Anspruch 3).
Vorzugsweise wird der Strom, der zu der Spule der Solenoideinheit des Verdrängungssteuerventils zugeführt wird, nach einem Zeitpunkt allmählich erhöht, bei dem die Stromzufuhr gestartet wird (Anspruch 4).
Vorzugsweise hat die Außeninformationserfassungseinrichtung eine Auslassdruckerfassungseinrichtung, die den Druck des Auslassdruckbereiches erfasst. Die Einrichtung zum Einstellen des Stroms für das Verdrängungssteuerventil hat eine Einrichtung zum Festlegen eines Sollsaugdrucks, die einen Sollsaugdruck, der ein Sollwert des Drucks des Saugdruckbereiches ist, auf der Grundlage der Außeninformationen festlegt, die durch die Außeninformationserfassungseinrichtung erfasst sind, und die einen zu der Spule zugeführten Strom gemäß dem Druck des Auslassdruckbereiches, der durch die Auslassdruckerfassungseinrichtung erfasst ist, und dem Sollsaugdruck einstellt, der durch die Einrichtung zum Festlegen des Sollsaugdrucks festgelegt ist (Anspruch 5).
Vorzugsweise hat die Einrichtung zum Einstellen des Stroms für das Verdrängungssteuerventil eine Einrichtung zum Festlegen eines Solldifferenzialdrucks, die einen Sollwert einer Differenz zwischen dem Druck des Auslassdruckbereiches und dem Druck des Saugdruckbereiches auf der Grundlage der Außeninformationen festlegt, die durch die Außeninformationserfassungseinrichtung erfasst sind, und einen zu einem Solenoid zugeführten Strom gemäß dem Solldifferenzialdruck einstellt, der durch die Einrichtung zum Festlegen eines Solldifferenzialdrucks festgelegt ist (Anspruch 6).
Vorzugsweise hat der variable Verdrängungsverdichter ein Gehäuse, das in den Auslassdruckbereich, eine Kurbelkammer, den Saugdruckbereich und eine Zylinderbohrung eingeteilt ist; einen Kolben, der in der Zylinderbohrung angeordnet ist; eine Antriebswelle, die innerhalb des Gehäuses drehbar gestützt ist; einen Wandlermechanismus, der ein neigbares Taumelscheibenelement aufweist, das die Drehung der Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung des Kolbens umwandelt; einen Gaskanal, der die Auslasskammer und die Kurbelkammer miteinander verbindet; und einen Gasentlastungskanal, der die Kurbelkammer und die Saugkammer miteinander verbindet. Das Verdrängungssteuerventil ist in dem Gaskanal angeordnet (Anspruch 7).
Mit dem Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter gemäß der Erfindung wird eine elektromagnetische Kraft in der Solenoideinheit erzeugt, falls ein Strom (Steuerstrom) zu der Spule der Solenoideinheit selbst in einer kleinen Größe zugeführt wird. Unter Verwendung dieser elektromagnetischen Kraft wird die Differenz zwischen dem Druck des Auslassdruckbereiches (Auslassdruck Pd) und dem Druck des Saugdruckbereiches (Saugdruck Ps) eingestellt (Pd – Ps-Differenzialdruck). Folglich wird nicht einmal eine kleine Steuerstromstärke verschwenderisch verbraucht und effektiv für die Verdrängungssteuerung verwendet (Anspruch 1).
Der Steuerstrom wird effektiv für die Verdrängungssteuerung in einem Bereich in der Nähe von null bis zu dem Maximalwert genutzt, und dies verringert ein Verhältnis einer Änderungsgröße des Pd – Ps-Differenzialdrucks zu einer Änderungsgröße des Steuerstroms, und dies reduziert außerdem eine Streuung des Pd – Ps-Differenzialdrucks, wenn der Steuerstrom eingestellt wird. Folglich wird die Stabilität der Verdrängungssteuerung verbessert (Anspruch 1).
Da der Steuerstrom effektiv für die Verdrängungssteuerung in einem Bereich von der Nähe von null bis zu dem Maximalwert genutzt wird, ist es möglich, die Fläche (Druckaufnahmefläche) zu vergrößern, in der der Ventilkörper den Auslassdruck Pd und den Saugdruck Ps aufnimmt. Dies verbessert das Empfindlichkeitsverhalten des Ventilkörpers auf eine Änderung des Pd – Ps-Differenzialdrucks und verbessert die Stabilität der Verdrängungssteuerung (Anspruch 1).
Das Kühlmittel zirkuliert sicher durch den Kühlpfad, auch wenn zu der Spule der Solenoideinheit des Verdrängungssteuerventils kein Strom zugeführt wird. Auch wenn der Steuerstrom, der zu der Spule zugeführt wird, allmählich reduziert wird, wird der Kühlkreislauf niemals abrupt gestoppt. Mit dem Verdrängungssteuersystem wird daher die Verdrängungssteuerung auch dann stabilisiert, wenn der Steuerstrom in der Nähe des Minimalwerts ist (Anspruch 2).
Wenn der Verdichter und die Leistungsquelle mittels einer elektromagnetischen Kupplung miteinander verbunden werden, wird kein Strom zu der Spule der Solenoideinheit des Verdrängungssteuerventils zugeführt. Der Verdichter wird dann durch eine kleine Auslassverdrängung aktiviert. Infolge dessen ist eine Aktivierungslast des Verdichters klein, was die Zuverlässigkeit des Verdichters und der elektromagnetischen Kupplung erhöht (Anspruch 3).
Falls die kleine Auslassverdrängung allmählich vergrößert wird, verhindert dies einen steilen Anstieg des Auslassdrucks und einen steilen Anstieg der Antriebslast des Verdichters. Mit dem Verdrängungssteuersystem wird die Auslassverdrängung für eine Zeitperiode nach der Aktivierung des Verdichters bis zu dem Beginn des normalen Antriebs des Verdichters sanft gesteuert (Anspruch 4).
Aufgrund der Einstellung des Stroms, der zu der Spule der Solenoideinheit des Verdrängungssteuerventils gemäß dem Auslassdruck und dem Sollsaugdruck zugeführt wird, ist ein Steuerbereich der Auslassverdrängung breit. Auf dieser Grundlage wird der Steuerstrom effektiv für die Verdrängungssteuerung in einem Bereich von der Nähe von null bis zu dem Maximalwert genutzt, so dass der gesamte Bereich des breiten Steuerbereichs effektiv genutzt wird (Anspruch 5).
Da der Strom, der zu der Spule zugeführt wird, gemäß dem Solldifferenzialdruck eingestellt wird, der der Sollwert des Pd – Ps-Differenzialdrucks ist, ist der Steuerbereich der Auslassverdrängung breit. Auf dieser Grundlage wird der Steuerstrom für die Verdrängungssteuerung in einem Bereich von der Nähe von null bis zu dem Maximalwert effektiv genutzt, so dass der gesamte Bereich des breiten Steuerbereichs effektiv genutzt wird (Anspruch 6).
Der variable Verdrängungsverdichter ist in einer reziprokierenden Bauart einschließlich eines Taumelscheibenelements ausgeführt. Ein mechanisch änderbarer Bereich der Auslassverdrängung ist breit, und der breite, änderbare Bereich wird effektiv genutzt (Anspruch 7).
1 zeigt eine Ansicht einer schematischen Konfiguration eines Kühlkreislaufes eines Fahrzeugklimaanlagensystems zusammen mit einer Längsschnittansicht eines variablen Verdrängungsverdichters;
2 zeigt eine Ansicht zum Erläutern eines Verbindungszustands eines Verdrängungssteuerventils bei dem variablen Verdrängungsverdichter, der in der 1 gezeigt ist;
3 zeigt eine Ansicht einer Fläche III der 2 mit vergrößertem Maßstab;
4 zeigt eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Steuerstrom I und einem Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP bei dem Verdrängungssteuerventil;
5 zeigt eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Drehzahl des Verdichters und einem minimalen Differenzialdruck ΔPr der Maschine;
6 zeigt eine Blockdarstellung einer schematischen Konfiguration eines Verdrängungssteuersystems eines variablen Verdrängungsverdichters eines ersten Ausführungsbeispiels;
7 zeigt eine grafische Darstellung von einem Beispiel einer vorübergehenden Änderung des Steuerstroms, der zu der Verdrängungssteuerventilspule zugeführt wird, und zwar durch das Verdrängungssteuersystem, das in der 6 gezeigt ist;
8 zeigt eine Blockdarstellung einer schematischen Konfiguration eines Verdrängungssteuersystems eines variablen Verdrängungsverdichters eines zweiten Ausführungsbeispiels; und
9 zeigt eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Steuerstrom, einem Sollsaugdruck und einem Auslassdruck bei dem Verdrängungssteuersystem, das in der 8 gezeigt ist.
Die 1 zeigt einen Kühlkreislauf (Kühlschaltung) 10 eines Fahrzeugklimaanlagensystems. Der Kühlkreislauf 10 hat einen Zirkulationspfad (externer Zirkulationspfad) 12, durch den ein Kühlmittel zirkuliert, das als ein Arbeitsfluid dient. Ein Verdichter 100, ein Kühler (Kondensator) 14, eine Expansionsvorrichtung (Expansionsventil) 16 und ein Verdampfer 18 sind in dem Zirkulationspfad 12 in der Reihenfolge bei Betrachtung einer Kühlmittelströmungsrichtung angeordnet. Wenn der Verdichter 100 betrieben wird, zirkuliert das Kühlmittel durch den Zirkulationspfad 12. Anders gesagt führt der Verdichter 100 eine Reihe von Prozessen aus, einschließlich des Schrittes zum Ansaugen des Kühlmittels, des Schrittes zum Verdichten eines angesaugten Kühlmittels, und des Schrittes zum Auslassen eines verdichteten Kühlmittels.
Der Verdampfer 18 bildet einen Teil eines Luftkreislaufes des Fahrzeugklimaanlagensystems. Eine Luftströmung, die durch den Verdampfer 18 hindurch tritt, wird dadurch gekühlt, dass Verdampfungswärme am Kühlmittel in dem Verdampfer 18 verloren geht.
Der Verdichter 100, auf den ein Verdrängungssteuersystem A eines ersten Ausführungsbeispiels angewendet wird, ist ein variabler Verdrängungsverdichter, und er ist zum Beispiel ein reziprokierender Taumelscheibenverdichter. Der Verdichter 100 hat einen Zylinderblock 101. Eine Vielzahl an Zylinderbohrungen 101a ist in dem Zylinderblock 101 ausgebildet. Ein vorderes Gehäuse 102 ist an einem ersten Ende des Zylinderblocks 101 gefügt, wohingegen ein hinteres Gehäuse (Zylinderkopf) 104 an einem zweiten Ende des Zylinderblocks 101 gefügt ist, wobei eine Ventilplatte 103 zwischengeschaltet ist.
Der Zylinderblock 101 und das vordere Gehäuse 102 definieren eine Kurbelkammer 105. Eine Antriebswelle 106 erstreckt sich vertikal durch die Kurbelkammer 105. Die Antriebswelle 106 durchdringt eine ringartige Taumelscheibe 107, die in der Kurbelkammer 105 angeordnet ist. Die Taumelscheibe 107 ist gelenkig mit einem Rotor 108 verbunden, der an der Antriebswelle 106 befestigt ist, und zwar mit einer Verbindung 109, die dort zwischengeschaltet ist. Die Taumelscheibe 107 ist daher neigbar, während sie sich entlang der Antriebswelle 106 bewegt. Anders gesagt ist ein Winkel (Neigungswinkel) variabel, der durch eine Normale der Taumelscheibe 107 und eine Achse der Antriebswelle 106 gebildet wird. Ein Minimalwert des Neigungswinkels (minimaler Neigungswinkel) beträgt im Wesentlichen 0°.
Eine Schraubenfeder 110, die die Taumelscheibe 107 zu dem minimalen Neigungswinkel vorspannt, ist an jenem Teil der Antriebswelle 106 befestigt, der sich zwischen dem Rotor 108 und der Taumelscheibe 107 erstreckt. Eine Schraubenfeder 111, die die Taumelscheibe 107 zu dem maximalen Neigungswinkel vorspannt, ist an einer quer zur Taumelscheibe 107 entgegengesetzten Seite der Antriebswelle 106 befestigt, d. h. an jenem Teil der Antriebswelle 106, der sich zwischen der Taumelscheibe 107 und dem Zylinderblock 101 erstreckt.
Die Antriebswelle 106 dringt durch eine Nabe 102a, die von dem vorderen Gehäuse 102 nach außen vorsteht. Eine angetriebene Einheit einer elektromagnetischen Kupplung 200 ist mit einem äußeren Ende der Antriebswelle 106 verbunden. Die elektromagnetische Kupplung 200 ist zwischen einer Kraftmaschine 500, die als eine Leistungsquelle dient, und dem Verdichter 100 angeordnet und überträgt die Leistung von der Leitungsquelle kuppelbar zu dem Verdichter 100.
Insbesondere hat die elektromagnetische Kupplung 200 eine Antriebseinheit und die angetriebene Einheit. Ein Antriebsrotor 202, der als eine Komponente der Antriebseinheit dient, ist an einer Außenseite der Nabe 102a mittels eines Lagers drehbar gestützt. Eine Nut ist in einem Außenumfang des Antriebsrotors 202 ausgebildet. Ein endloser Antriebsriemen 502 ist in die Nut hineingepasst. Der Antriebsriemen 502 ist außerdem um eine Riemenscheibe der Kraftmaschine 500 gewickelt, und er überträgt die Leistung der Kraftmaschine 500 zu der Antriebseinheit der elektromagnetischen Kupplung 200.
Ein ringartiger Feldkern 203 ist im Inneren des Antriebsrotors 202 angeordnet. Der Feldkern 203 ist durch das vordere Gehäuse 102 mittels eines Halters gestützt. Eine Scroll-Spule für eine elektromagnetische Kupplung (Solenoidspule) 204 ist im Inneren des Feldkerns 203 in einem Zustand angeordnet, bei dem sie um eine Haspel gewickelt ist.
Ein Reibmaterial ist an einer Endseite des Antriebsrotors 202 befestigt. Eine Ankerplatte 206 ist nahe der Endseite des Antriebsrotors 202 angeordnet. Die Ankerplatte 206 dient als eine Komponente der angetriebenen Einheit der elektromagnetischen Kupplung 200. Ein äußerer Ring 208, der an einer hinteren Seite der Ankerplatte 206 mittels einer Niete befestigt ist, ist mit einem Außenumfang eines Rades 212 durch ein elastisches Element 210 verbunden. Das elastische Element 201 ermöglicht, dass die Ankerplatte 206 gegen die Endseite des Antriebsrotors 202 und das Reibmaterial unter Verwendung einer elektromagnetischen Kraft gedrückt wird, die dann erzeugt wird, wenn ein Strom auf die elektromagnetische Kupplungsspule 204 aufgebracht wird. Ein Spulenkern ist einstückig in der Mitte des Rades 212 ausgebildet und mit einem äußeren Ende der Antriebswelle 106 in einem Keileingriff.
Eine Wellendichtvorrichtung 116 ist im Inneren der Nabe 102a angeordnet und dichtet das Innere des vorderen Gehäuses 102 von der Außenseite ab. Die Antriebswelle 106 ist durch Lager 117, 118, 119 und 120 in einer radialen und axialen Richtung drehbar gestützt. Wenn die Leistung von der Kraftmaschine 500 auf das Rad 212 der elektromagnetischen Kupplung 200 übertragen wird, wird die Antriebswelle 106 synchron mit der Drehung des Rades 212 gedreht.
Ein Kolben 130 ist im Inneren der Zylinderbohrung 101a angeordnet. Ein Ausläufer, der in die Kurbelkammer 105 ragt, ist einstückig in dem Kolben 130 ausgebildet. Ein Paar Gleitstücke 132 ist in einem ausgesparten Bereich 130a angeordnet, der in dem Ausläufer ausgebildet ist. Die Gleitstücke 132 sind mit Kantenabschnitten der Taumelscheibe 107 in einem Gleitkontakt, um so die Taumelscheibe 107 einzuklemmen. Dementsprechend werden der Kolben 130 und die Taumelscheibe 107 durch die Gleitstücke 132 zusammen betrieben. Der Kolben 130 bewegt sich innerhalb der Zylinderbohrung 101a als Reaktion auf die Drehung der Antriebswelle 106 hin und her.
Ein hinteres Gehäuse 104 ist in eine Saugkammer (Saugdruckbereich) 140 und eine Auslasskammer (Auslassdruckbereich) 142 eingeteilt. Die Saugkammer 140 ist mit der Zylinderbohrung 101a durch ein Saugloch 103a in Verbindung, das in einer Ventilplatte 103 ausgebildet ist. Die Auslasskammer 142 ist mit der Zylinderbohrung 101a durch ein Auslassloch 103b in Verbindung, das in der Ventilplatte 103 ausgebildet ist. Das Saugloch 103a und das Auslassloch 103b werden unter Verwendung eines Saugventils bzw. eine Auslassventils geöffnet und geschlossen, die nicht gezeigt sind.
Ein Schalldämpfer 150 ist an der Außenseite des Zylinderblocks 101 angeordnet. Ein Schalldämpfergehäuse 152 ist durch ein Dichtelement, das nicht gezeigt ist, an eine Schalldämpferbasis 101b gefügt, die einstückig in dem Zylinderblock 101 ausgebildet ist. Das Schalldämpfergehäuse 152 und die Schalldämpferbasis 101b definieren einen Schalldämpferraum 154. Der Schalldämpferraum 154 ist mit der Auslasskammer 142 durch einen Auslasspfad 156 in Verbindung, der durch das hintere Gehäuse 104, die Ventilplatte 103 und die Schalldämpferbasis 101b verläuft.
Ein Auslassanschluss 152a ist in dem Schalldämpfergehäuse 152 ausgebildet. Ein Rückschlagventil 250 ist in dem Schalldämpferraum 154 so angeordnet, dass es die Verbindung zwischen dem Auslasspfad 156 und dem Auslassanschluss 152 unterbricht. Das Rückschlagventil 250 wird geschlossen gehalten, bis eine Differenz zwischen einem Druck an der Seite des Auslasspfades 156 (Einlassseite) und einem Druck an der Seite des Auslassanschlusses 152a (Auslassseite) zu einem vorgegebenen, voreingestellten Differenzialdruck ΔP1 wird. Falls die Differenz den voreingestellten Differenzialdruck ΔP1 überschreitet, wird das Rückschlagventil 250 geöffnet, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel von dem Verdichter 100 in den Kühler 14 ausgelassen wird.
Ein Sauganschluss 104a ist in dem hinteren Gehäuse 104 ausgebildet und mündet in die Saugkammer 140. Ein Rückführungspfad des Zirkulationspfades 12 ist mit dem Sauganschluss 104a verbunden. Der Verdampfer 18 und die Saugkammer 140 sind durch den Sauganschluss 104a miteinander in Verbindung.
Ein Verdrängungssteuerventil (elektromagnetisches Steuerventil) 300 ist in dem hinteren Gehäuse 104 aufgenommen. Das Verdrängungssteuerventil 300 ist in einem Gaskanal 160 angeordnet. Der Gaskanal 160 erstreckt sich von dem hinteren Gehäuse 104 zu dem Zylinderblock 101 über die Ventilplatte 103, und er verbindet die Auslasskammer 142 mit der Kurbelkammer 105.
Die Saugkammer 140 ist mit der Kurbelkammer 105 durch einen Gasentlastungskanal 162 in Verbindung. Der Gasentlastungskanal 162 besteht aus einem Spalt zwischen der Antriebswelle 106 und den Lagern 116 und 120, einem Raum 164 und einer festen Öffnung 103c, die in der Ventilplatte 103 ausgebildet ist.
Die Saugkammer 140 ist mit dem Verdrängungssteuerventil 300 unabhängig von dem Gaskanal 160 durch einen druckempfindlichen Kanal 166 verbunden, der in dem hinteren Gehäuse 104 ausgebildet ist.
Genauer gesagt ist das Verdrängungssteuerventil 300 aus einer Ventileinheit und einer Solenoideinheit gebildet, die als ein Aktuator zum Öffnen/Schließen der Ventileinheit dienen, wie dies in der 2 dargestellt ist. Die Ventileinheit hat ein zylindrisches Ventilgehäuse 301. Das Ventilgehäuse 301 hat einen Einlassanschluss (Ventilloch 301a) in seinem ersten Ende. Das Ventilloch 301a führt zu der Auslasskammer 142 durch einen stromaufwärtigen. Abschnitt des Gaskanals 160, und es mündet in eine Ventilkammer 303, die in dem Ventilgehäuse 301 abgegrenzt ist.
Ein Auslassanschluss 301b, der sich durch das Ventilgehäuse 301 in einer diametralen Richtung erstreckt, mündet in die Ventilkammer 303. Die Ventilkammer 303 ist somit mit der Kurbelkammer 105 durch den Auslassanschluss 301b und einen stromabwärtigen Abschnitt des Gaskanals 160 in Verbindung.
Ein erstes Ende eines Einfügungslochs 304 mündet in die Ventilkammer 303 an der zu dem Ventilloch 301a entgegengesetzten Seite. Das Einfügungsloch 304 erstreckt sich entlang einer Achse des Ventilgehäuses 301 mit dem Ventilloch 301a. Ein zweites Ende des Einfügungslochs 304 mündet in eine druckempfindliche Kammer 305. Ein druckempfindlicher Anschluss 301c, der sich durch das Ventilgehäuse 301 in der diametralen Richtung erstreckt, mündet in die druckempfindliche Kammer 305. Die druckempfindliche Kammer 305 ist somit mit der Saugkammer 140 durch den druckempfindlichen Anschluss 301c und den druckempfindlichen Kanal 166 in Verbindung.
Ein Ventilkörper 306 ist in dem Ventilgehäuse 301 angeordnet. Wie dies in der 3 mit einem vergrößerten Maßstab dargestellt ist, hat der Ventilkörper 306 einen zylindrischen Hauptkörper 306a. Der Hauptkörper 306a erstreckt sich von der Ventilkammer 303 durch das Einfügungsloch 304 zu der druckempfindlichen Kammer 305. Der Hauptkörper 306a ist durch das Einfügungsloch 304 gleitbar gestützt.
Der Ventilkörper 306 hat einen Schaftabschnitt 306b, der einstückig und koaxial mit dem Hauptkörper 306a verbunden ist. Der Schaftabschnitt 306b befindet sich in der druckempfindlichen Kammer 305. Ein Kopfabschnitt 306c mit einem größeren Durchmesser als der Schaftabschnitt 306b ist einstückig in einem Ende des Schaftabschnitts 306b ausgebildet, das dem Hauptkörper 306a entgegengesetzt ist. Zwischen einer Endwand der druckempfindlichen Kammer 305, in der das Einfügungsloch 304 ausgebildet ist, und dem Kopfabschnitt 306c ist eine konische Schraubenfeder 307 angeordnet. Die konische Schraubenfeder 307 spannt den Ventilkörper 306 in einer Bewegungsrichtung von dem Ventilloch 301a weg vor (Ventilöffnungsrichtung).
Unter erneuter Bezugnahme auf die 2 hat die Solenoideinheit ein zylindrisches Solenoidgehäuse 310. Das Solenoidgehäuse 310 ist koaxial mit einem zweiten Ende des Ventilgehäuses 301 mittels einer Presspassung verbunden. Ein offenes Ende des Solenoidgehäuses 310 ist durch eine Endkappe 312 verschlossen. In dem Solenoidgehäuse 310 ist eine zylindrische Spule für das Verdrängungssteuerventil (Solenoidspule) 316 aufgenommen, die durch ein Kunststoffelement 314 abgedeckt ist.
Ein zylindrischer, fester Kern 318 ist konzentrisch in dem Solenoidgehäuse 310 aufgenommen. Der feste Kern 318 erstreckt sich von dem Ventilgehäuse 301 zu der Endkappe 312, um die Mitte der Verdrängungsteuerventilspule 316 zu erreichen. Die Seite der Endkappe 312 des festen Kerns 318 ist durch ein zylindrisches Element 320 umgeben. Das zylindrische Element 320 hat ein geschlossenes Ende an der Seite der Endkappe 312.
Ein Stützelement 322 ist im Inneren des zylindrischen Elements 320 so angeordnet, dass es mit dem geschlossenen Ende des zylindrischen Elements 320 in einem engen Kontakt ist. Zwischen dem festen Kern 318 und dem Stützelement 322 ist ein bewegbarer Kernaufnahmeraum 325 definiert, der einen zylindrischen bewegbaren Kern 324 aufnimmt.
Der feste Kern 318 hat ein mittleres Loch 318a. Ein erstes Ende des mittleren Lochs 318a mündet in den bewegbaren Kernaufnahmeraum 325. Eine Solenoidstange 326 ist in dem mittleren Loch 318a eingefügt. Die Solenoidstange 326 steht von beiden Enden des festen Kerns 318 vor.
Der zylindrische bewegbare Kern 324 ist einstückig an einem Abschnitt der Solenoidstange 326 befestigt, der sich durch den bewegbaren Kernaufnahmeraum 325 vertikal erstreckt. Die Solenoidstange 326 erstreckt sich so, dass sie das Stützelement 322 erreicht. Ein Ende an der Seite des Stützelements 322 der Solenoidstange 326 ist durch ein zylindrisches, mit einem Boden versehenes Loch des Stützelements 322 gleitbar gestützt.
Der bewegbare Kern 324, der feste Kern 318, das Solenoidgehäuse 310 und die Endkappe 312 bestehen aus einem magnetischen Material und bilden einen magnetischen Kreis. Das zylindrische Element 320 besteht aus einem Material auf Edelstahlbasis, das ein nichtmagnetisches Material ist.
Eine Druckschraubenfeder 328 ist zwischen dem bewegbaren Kern 324 und dem Stützelement 322 angeordnet. Die Druckschraubenfeder 328 spannt den bewegbaren Kern 324 in einer Bewegungsrichtung von dem Stützelement 322 weg vor (Ventilschließrichtung).
Jedoch gibt es einen vorgegebenen Spalt, der zwischen dem bewegbaren Kern 324 und dem festen Kern 318 gesichert wird. Der bewegbare Kern 324 hat einen Außendurchmesser, der kleiner ist als ein Innendurchmesser des zylindrischen Elements 320. Es gibt einen Spalt, der zwischen dem bewegbaren Kern 324 und dem zylindrischen Element 320 gesichert ist.
Das Verdrängungssteuerventil 300 hat als eine Einrichtung zum Vorspannen des Ventilkörpers 306 (Vorspanneinrichtung) die konische Schraubenfeder 307, die den Ventilkörper 306 in der Ventilöffnungsrichtung konstant vorspannt, und die Druckschraubenfeder 328, die den Ventilkörper 306 in der Ventilschließrichtung konstant vorspannt. Jedoch spannt die Vorspanneinrichtung insgesamt den Ventilkörper 306 konstant in der Ventilschließrichtung vor. Um es anders zu sagen, wenn eine Vorspannkraft der konischen Schraubenfeder 307 gleich f3 ist, und wenn jene der Druckschraubenfeder 328 gleich f4 ist, ist die Vorspannkraft f3 geringfügig kleiner als die Vorspannkraft f4. Die Vorspanneinrichtung spannt den Ventilkörper 306 in der Ventilschließrichtung gemäß der Differenz zwischen den Vorspannkräften f4 und f3 konstant vor.
Ein zweites Ende des mittleren Lochs 318a mündet in die druckempfindliche Kammer 305. Unter erneuter Bezugnahme auf die 3 ist ein Innendurchmesser des mittleren Lochs 318a in einem vorstehenden Endabschnitt des festen Kerns 318 reduziert, der in die druckempfindliche Kammer 305 vorsteht. Das Ende an der Seite der druckempfindlichen Kammer 305 der Solenoidstange 326 ist durch den vorstehenden Endabschnitt des festen Kerns 318 oder einen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser des mittleren Lochs 318a gleitbar gestützt. Der Endabschnitt der Solenoidstange 326, der in die druckempfindliche Kammer 305 vorsteht, ist mit dem Kopfabschnitt 306c des Ventilkörpers 306 in Kontakt.
Ein Verbindungsloch 330 ist in einem Fuß des vorstehenden Endabschnitts des festen Kerns 318 ausgebildet. Die druckempfindliche Kammer 305 ist mit dem bewegbaren Kernaufnahmeraum 325 durch das Verbindungsloch 330 und das mittlere Loch 318a in Verbindung. Dementsprechend werden Drücke der Saugkammer 140, nämlich ein Saugdruck Ps, auf eine Seite einer hinteren Fläche oder eine Seite der druckempfindlichen Kammer 305 des Ventilkörpers 306 in der Ventilschließrichtung durch die Solenoidstange 326 aufgebracht.
Mit der Verdrängungssteuerventilspule 316 ist eine Steuervorrichtung 400 verbunden, die außerhalb des Verdichters 100 angeordnet ist (siehe 2). Wenn ein Steuerstrom I von der Steuervorrichtung 400 zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 zugeführt wird, erzeugt die Solenoideinheit eine elektromagnetische Kraft F(I). Die elektromagnetische Kraft F(I) der Solenoideinheit zieht den bewegbaren Kern 324 zu dem festen Kern 318 an und wirkt auf den Ventilkörper 306 durch die Solenoidstange 326 in der Ventilschließrichtung.
Bei dem Verdrängungssteuerventil 300 ist eine Endfläche des Hauptkörpers 306a des Ventilkörpers 306 dem Ventilloch 301a zugewandt. Die Endfläche des Ventilkörpers 306a wird mit einem Druck der Auslasskammer 142 oder einem Auslassdruck Pd in der Ventilöffnungsrichtung beaufschlagt. Ein zweites Ende des Ventilkörpers 306 oder der Kopfabschnitt 306c befindet sich in der druckempfindlichen Kammer 305. Das zweite Ende des Ventilkörpers 306 wird mit dem Druck der Saugkammer 140 oder einem Saugdruck Ps in der Ventilschließrichtung beaufschlagt. Der Ventilkörper 306 dient somit als ein druckempfindliches Element, das als Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen dem Auslassdruck Pd und dem Saugdruck Ps betrieben wird.
Wenn der Ventilkörper 306 an einer Position ist, an der das Ventilloch 301a geschlossen ist, ist eine Fläche des Ventilkörpers 306, auf die der Auslassdruck Pd durch das Ventilloch 301a in der Ventilöffnungsrichtung aufgebracht wird (Druckaufnahmefläche Sv2), gleich einer Öffnungsfläche des Ventillochs 301a. Die Fläche des Ventilkörpers 306, auf die der Saugdruck Ps in der Ventilschließrichtung aufgebracht wird, ist gleich der Querschnittsfläche Sr des Hauptkörpers 306a, der durch das Einfügungsloch 304 gestützt wird.
Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist der Hauptkörper 306a so ausgebildet, dass die Druckaufnahmefläche Sv2 und die Querschnittsfläche Sr einander im Wesentlichen gleich sind. Infolge dessen wird auf den Ventilkörper 306 ein virtuell sehr kleiner Druck der Ventilkammer 303 oder ein Druck der Kurbelkammer 105 (Kurbeldruck Pc) in der Ventilöffnungs- und -schließrichtung aufgebracht.
Kräfte, die auf den Ventilkörper 306 wirken, sind der Auslassdruck Pd, der Saugdruck Ps, die elektromagnetische Kraft F(I) der Solenoideinheit, die Vorspannkraft f3 der konischen Schraubenfeder 307 und die Vorspannkraft f4 der Druckschraubenfeder 328. Von diesen Kräften wirken der Auslassdruck Pd und die Vorspannkraft f3 der konischen Schraubenfeder 307 in der Ventilöffnungsrichtung. Die anderen Kräfte, nämlich der Saugdruck Ps, die elektromagnetische Kraft F(I) der Solenoideinheit und die Vorspannkraft f4 der Druckschraubenfeder 328 wirken in der Ventilschließrichtung entgegen der Ventilöffnungsrichtung.
Die vorstehend erwähnte Beziehung wird durch die nachfolgende Formel (4) ausgedrückt. Die Formel (5) wird durch Abwandeln der Formel (4) unter jener Bedingung erhalten, dass Sv2 = Sr gilt. Falls die Solenoideinheit so ausgelegt ist, dass die elektromagnetische Kraft F(I) proportional zu dem Steuerstrom I ist, und die Formel (5) unter der Bedingung abgewandelt wird, dass F(I) = A·I (A ist ein Koeffizient) gilt, dann wird eine Formel (6) erhalten. Sv2·Pd – Sr·Ps + f3 – f4 – F(I) = 0 (4) Pd – Ps = 1 / Sv2·F(I) + f4 – f3 / Sv2 (5) Pd – Ps = A / Sv2·I + f4 – f3 / Sv2 (6)
Die Formel (6) zeigt, dass die Differenz zwischen dem Auslassdruck Pd und dem Saugdruck Ps (Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP) durch die elektromagnetische Kraft F(I) der Solenoideinheit eingestellt werden kann, d. h. durch den Steuerstrom I, der zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 zugeführt wird.
Genauer gesagt wirkt die elektromagnetische Kraft F(I) auf den Ventilkörper 306 in der Ventilschließrichtung. Der Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP kann dadurch erhöht werden, dass der Steuerstrom I erhöht wird. Gemäß einer derartigen Beziehung wird durch Ändern des Steuerstroms I die Auslassverdrängung derart geregelt, dass der Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP zu einem vorgegebenen Wert wird. Die vorstehend beschriebene Steuerung wird außerdem als eine Pd – Ps-Differenzialdrucksteuerung bezeichnet.
Wie dies vorstehend erwähnt ist, ist die Vorspannkraft f3 der konischen Schraubenfeder 307 geringfügig kleiner festgelegt als die Vorspannkraft f4 der Druckschraubenfeder 328 (f3 < f4). Der Ventilkörper 306 wird in der Ventilschließrichtung gemäß der Differenz zwischen den Vorspannkräften f4 und f3 konstant vorgespannt. Wenn der Auslassdruck Pd, der Saugdruck Ps und die elektromagnetische Kraft F(I) nicht ausgeübt werden, wird folglich das Ventilloch 301a durch den Ventilkörper 306 geschlossen.
Wie dies durch eine Gerade B in der 4 gezeigt ist, wenn der Steuerstrom I gleich 0 ist, ist der Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP ein vorgegebener Minimalwert (minimaler Differenzialdruck ΔPmin), der größer als null ist. Die elektromagnetische Kraft F(I) spannt den Ventilkörper 306 in der Ventilschließrichtung vor, wenn der Steuerstrom I von 0 erhöht wird, so dass der Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP größer wird als der minimale Differenzialdruck ΔPmin.
Eine Charakteristik der Solenoideinheit des Verdrängungssteuerventils 300 oder der elektromagnetischen Kraft F(I) in der Formel (4) kann gleich einer Charakteristik einer Solenoideinheit eines herkömmlichen Verdrängungssteuerventils oder der elektromagnetischen Kraft F(I) in der Formel (3) sein. Die Druckaufnahmefläche Sv2 des Ventilkörpers 306 des Verdrängungssteuerventils 300 ist vorzugsweise größer festgelegt als die Druckaufnahmefläche Sv1 bei dem herkömmlichen Verdrängungssteuerventil.
Ein Grund hierfür ist, dass, falls der minimale Differenzialdruck ΔPmin nur durch Einstellen der Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung bei einer Bedingung von gleichen elektromagnetischen Kräften F(I) und Sv2 = Sv1 erhalten wird, eine Beziehung zwischen dem Steuerstrom I und dem Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP so wird, wie dies durch eine Gerade C in der 4 gezeigt ist. Falls in diesem Fall das Verdrängungssteuerventil 300 und ein herkömmliches Verdrängungssteuerventil einen gleichen maximalen Strom Imax haben, ist ein maximaler Differenzialdruck ΔPmax1, der durch das Verdrängungssteuerventil 300 erreicht wird, größer als ΔPmax der herkömmlichen Technik. Falls die Druckaufnahmefläche Sv2 größer als die Druckaufnahmefläche Sv1 der herkömmlichen Technik ist, kann der gleiche maximale Differenzialdruck ΔPmax mit dem gleichen maximalen Strom Imax erhalten werden. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, dass Sv2 und Sv1 so festgelegt sind, dass Sv2 > Sv1 gilt.
Falls das Verdrängungssteuerventil 300 den gleichen maximalen Differenzialdruck ΔPmax mit dem gleichen maximalen Strom Imax wie bei dem herkömmlichen Verdrängungssteuerventil erreicht, wird ein Verhältnis der druckempfindlichen Fläche Sv2 zu der druckempfindlichen Fläche Sv1 durch die nachfolgende Formel (9) erhalten. Die Formel (9) kann aus den Formeln (7) und (8) gewonnen werden, und die Formel (7) von der Formel (3) auf der Basis der Geraden A in der 4. Die Formel (8) kann aus der Formel (5) auf der Grundlage der Geraden B in der 4 gewonnen werden A / Sv1 = ΔPmax – 0 / Imax – Imin (7) A / Sv2 = ΔPmax – ΔPmin / Imax – 0 (8) Sv2 / Sv1 = Imax / Imax – Imin· ΔPmax / ΔPmax – ΔPmin (9)
Wenn zum Beispiel R134a als Kühlmittel verwendet wird, falls der maximale Differenzialdruck ΔPmax 3 MPa bei einem maximalen Strom Imax von 0,8 A beträgt und der minimale Differenzialdruck ΔPmin 0,1 MPa bei einem Steuerstrom I von 0 beträgt, ist Sv2/Sv1 gleich 1,38 unter der Bedingung, dass der minimale Strom Imin der herkömmlichen Technik 0,2 A beträgt.
Unter Verwendung von Kohlendioxid als Kühlmittel, falls der maximale Differenzialdruck ΔPmax 12 MPa bei einem maximalen Strom Imax von 0,8 A beträgt und falls der minimale Differenzialdruck ΔPmin 1 MPa bei einem Steuerstrom I von 0 beträgt, ist Sv2/Sv1 gleich 1,45 unter der Bedingung, dass der minimale Strom Imin der herkömmlichen Technik 0,2 A beträgt.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, falls der gleiche maximale Differenzialdruck ΔPmax wie in der herkömmlichen Technik unter der Bedingung gewonnen wird, dass der Steuerstrom I in einem Bereich von 0 bis zu dem maximalen Strom Imax ist, wird eine Änderung des Pd – Ps-Differenzialdrucks ΔP in Bezug auf eine Änderung des Steuerstroms I, d. h. eine Neigung der Geraden B in der 4 reduziert. Dies stabilisiert die Steuerung des Pd – Ps-Differenzialdrucks ΔP, was durch Einstellen des Steuerstroms I durchgeführt wird.
Die Kraft, die auf den Ventilkörper 306 aufgrund des Kühlmittelsdrucks wirkt, ist Sv2·(Pd – Ps). Falls die Druckaufnahmefläche Sv2 auf mehr als Sv1 der herkömmlichen Technik vergrößert wird, wenn der Auslassdruck Pd oder der Saugdruck Ps geändert wird, wird dementsprechend ein Änderungsbetrag der Kraft, die auf den Ventilkörper 306 aufgrund des Kühlmitteldrucks wirkt, erhöht. Dies verbessert das Empfindlichkeitsverhalten des Ventilkörpers 306 auf eine Druckänderung des Kühlmittels, und dies stabilisiert die Verdrängungssteuerung.
Unter Bezugnahme auf die Formel (5) ist der minimale Differenzialdruck ΔPmin gleich einem Wert, der dadurch gewonnen wird, dass die Vorspannkraft, mit der die Vorspanneinrichtung den Ventilkörper 306 in der Ventilschließrichtung vorspannt, durch die druckempfindliche Fläche Sv2 dividiert wird (f4 – f3/Sv2). Der minimale Differenzialdruck ΔPmin wird angesichts der folgenden Faktoren festgelegt.
Ein Vergleichsbeispiel ist ein Verdrängungssteuerventil, bei dem der Ventilkörper 306 vollständig das Ventilloch 301a unter der Bedingung öffnet, dass anders als bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel die Ungleichheitsbeziehung zwischen der Vorspannkraft f3 der konischen Schraubenfeder 307 und der Vorspannkraft f4 der Verdichtungsschraubenfeder 328 des Verdrängungssteuerventils 300 so festgelegt wird, dass f3 – f4 > 0 gilt, und dass kein Strom auf die Verdrängungssteuerventilspule 316 aufgebracht wird.
Falls das Verdrängungssteuerventil 300 durch das Verdrängungssteuerventil des Vergleichsbeispiels ausgetauscht wird, und der Verdichter 100 ohne Aufbringen eines Stroms auf die Verdrängungssteuerventilspule betrieben wird, wird der Verdichter 100 in einem Zustand mechanisch betrieben, bei dem die Auslassverdrängung minimal ist. Der Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP, der in diesem Zustand erzeugt wird, ist ein Minimalwert (minimaler Differenzialdruck ΔPr der Maschine), der durch den variablen Verdrängungsverdichter 100 mechanisch erreicht werden kann. Es ist unmöglich, den Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP auf weniger als den minimalen Differenzialdruck ΔPr der Maschine zu reduzieren.
Der minimale Differenzialdruck ΔPmin wird größer als der minimale Differenzialdruck ΔPr der Maschine festgelegt. Falls die elektromagnetische Kupplung 200 eingeschaltet wird, um die Kraftmaschine 500 und den Verdichter 100 zu verbinden, wird der Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP auf einen Wert sicher eingestellt, der größer ist als der minimale Differenzialdruck ΔPmin.
Falls das Rückschlagventil 250 bei dem Verdichter 100 vorgesehen ist, wird der minimale Differenzialdruck ΔPmin so festgelegt, dass er nicht nur größer als der minimale Differenzialdruck ΔPr der Maschine, sondern auch größer als der voreingestellte Differenzialdruck ΔP1 des Rückschlagventils 250 ist. Falls die elektromagnetische Kupplung 200 eingeschaltet wird, um die Kraftmaschine 500 mit dem Verdichter 100 zu verbinden, wird das Rückschlagventil 250 geöffnet, und das Kühlmittel wird aus dem Verdichter 100 ausgelassen.
Wie dies in der 5 dargestellt ist, wird der minimale Differenzialdruck ΔPr der Maschine zusammen mit einer Erhöhung der Drehzahl des Verdichters 100 erhöht. Unter vorhergesagten Wärmelastbedingungen kann dementsprechend der minimale Differenzialdruck ΔPmin zum Beispiel auf einen Wert festgelegt werden, der größer ist als der maximale Wert ΔPrmax des minimalen Differenzialdrucks ΔPr der Maschine, der dann erzeugt wird, wenn die Drehzahl des Verdichters 100 maximal ist.
Die 6 zeigt ein Blockdiagramm einer schematischen Konfiguration des Verdrängungssteuersystems A einschließlich der Steuervorrichtung 400. Das Verdrängungssteuersystem A hat einen Klimaanlagenschalter 402, eine Einrichtung 401 zum Festlegen einer Sollverdampfertemperatur und einen Temperatursensor 403.
Die Einrichtung 401 zum Festlegen der Sollverdampfertemperatur kann zum Beispiel aus einem Teil einer Klimaanlagen-ECU (elektrische Steuereinheit) gebildet sein, die den Betrieb des gesamten Klimaanlagensystems steuert. Die Steuervorrichtung 400 kann durch eine unabhängige ECU gebildet sein, sie kann aber auch durch einen Teil einer Klimaanlagen-ECU gebildet sein.
Der Klimaanlagenschalter 402 wird durch einen Fahrgast betätigt. Durch Einschalten oder Ausschalten des Klimaanlagenschalters 402 ist es möglich, den variablen Verdrängungsverdichter 100 aus einem Nicht-Betriebszustand zu einem Betriebszustand oder von dem Betriebszustand zu dem Nicht-Betriebszustand zu schalten.
Die Einrichtung 401 zum Festlegen der Sollverdampfertemperatur ist eine Einrichtung zum Festlegen eines Sollkühlzustands des Verdampfers 18. Auf der Grundlage von verschiedenen Teilen von Außeninformationen einschließlich der Festlegung der Fahrzeuginnentemperatur, die durch den Fahrgast festgelegt wird, wird eine Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes festgelegt. Die Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes ist eine Sollgröße der Auslassverdrängungssteuerung des Verdichters 100, und sie ist ein Sollwert der Lufttemperatur an einem Auslass des Verdampfers 18 (Verdampferauslasslufttemperatur) Te.
Ein Temperatursensor 403 ist eine der Außeninformationserfassungseinrichtungen, und sie erfasst die Verdampferauslasslufttemperatur Te, um einen Kühlmittelzustand des Verdampfers 18 zu erfassen. Der Temperatursensor 403 ist an dem Auslass des Verdampfers 18 platziert, der sich in einem Luftkreislauf befindet (siehe 1).
Die Steuervorrichtung 400 hat eine Einrichtung 404 zum Festlegen eines Solldifferenzialdrucks, eine Einrichtung 405 zum Antreiben des Verdrängungssteuerventils, eine Einrichtung 406 zum Bestimmen des Einschaltens/Ausschaltens der elektromagnetischen Kupplung und eine Einrichtung 407 zum Antreiben der elektromagnetischen Kupplung.
Der Zustand des Klimaanlagenschalters 402, die Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes, die durch die Einrichtung 401 zum Festlegen der Sollverdampfertemperatur festgelegt wird, und die Verdampferauslasslufttemperatur Te, die durch den Temperatursensor 403 erfasst wird, werden in die Einrichtung 404 zum Festlegen des Solldifferenzialdrucks eingegeben. Auf der Grundlage der vorstehend genannten Informationen legt die Einrichtung 404 zum Festlegen des Solldifferenzialdrucks den Solldifferenzialdruck ΔPt fest. Der Solldifferenzialdruck ΔPt ist ein Sollwert des Pd – Ps Differenzialdrucks ΔP, der die Differenz zwischen dem Auslassdruck Pd und dem Saugdruck Ps ist. Wie dies aus der Formel (6) offensichtlich ist, wird der Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP durch den Steuerstrom I bestimmt, der zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 zugeführt wird. Um den Solldifferenzialdruck ΔPt festzulegen, ist der Steuerstrom I festzulegen, der zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 zugeführt wird. Mit anderen Worten kann gesagt werden, dass die Einrichtung 404 zum Festlegen des Solldifferenzialdrucks den Steuerstrom I festlegt.
Die Einrichtung 405 zum Antreiben des Verdrängungssteuerventils führt den Steuerstrom I, der durch die Einrichtung 404 zum Festlegen des Solldifferenzialdrucks festgelegt wird, zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 zu und treibt somit das Verdrängungssteuerventil 300 an. Der Steuerstrom I wird dadurch eingestellt, dass ein Pulsdauerverhältnis zum Beispiel durch PWM (Pulsbreitenmodulation) mit einer vorgegebenen Antriebsfrequenz geändert wird (z. B. in einem Bereich von 400 Hz bis 500 Hz).
Anders gesagt bilden die Einrichtung 404 zum Festlegen des Solldifferenzialdrucks und die Einrichtung 405 zum Antreiben des Verdrängungssteuerventils eine Einrichtung zum Einstellen des Stroms für das Verdrängungssteuerventil, das den zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 zugeführten Steuerstrom I einstellt, oder eines Parameters, der mit dem Steuerstrom I verknüpft ist, und zwar auf der Grundlage der Außeninformationen, die durch die Außeninformationserfassungseinrichtung erfasst werden.
Die Einrichtung 406 zum Bestimmen des Einschaltens/Ausschaltens einer elektromagnetischen Kupplung bestimmt, ob die elektromagnetische Kupplung 200 eingeschaltet oder ausgeschaltet werden soll, und zwar gemäß dem Zustand des Klimaanlagenschalters 402, der Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes, die durch die Einrichtung 401 zum Festlegen der Sollverdampfertemperatur festgelegt wird, und der Verdampferauslasslufttemperatur Te, die durch den Temperatursensor 403 erfasst wird. Die Einrichtung 406 zum Bestimmen des Einschaltens/Ausschaltens einer elektromagnetischen Kupplung kann bestimmen, dass die elektromagnetische Kupplung 200 eingeschaltet wird, wenn zumindest der Klimaanlagenschalter 402 eingeschaltet ist.
Wenn die Einrichtung 406 zum Bestimmen des Einschaltens/Ausschaltens einer elektromagnetischen Kupplung bestimmt, die elektromagnetische Kupplung 200 einzuschalten, gibt die Einrichtung 406 ein Signal zum Betätigen der elektromagnetischen Kupplung zu der Einrichtung 407 zum Antreiben der elektromagnetischen Kupplung ab. Die Einrichtung 407 zum Antreiben der elektromagnetischen Kupplung hat zum Beispiel ein elektromagnetisches Relais, das separat von der ECU vorgesehen ist. Wenn das Signal zum Betätigen der elektromagnetischen Kupplung in das elektromagnetische Relais eingegeben wird, wird ein Strom von der Leistungsquelle zu der elektromagnetischen Kupplungsspule 204 zugeführt. Infolge dessen wird die elektromagnetische Kupplung 200 erregt, und die Kraftmaschine 500 und der Verdichter 100 werden miteinander verbunden.
Anders gesagt bilden die Einrichtung 406 zum Bestimmen des Einschaltens/Ausschaltens der elektromagnetischen Kupplung und die Einrichtung 407 zum Antreiben der elektromagnetischen Kupplung die Einrichtung zum Einstellen des Stroms für die elektromagnetische Kupplung, die den der elektromagnetischen Kupplungsspule 204 zugeführten Strom auf der Grundlage der Außeninformationen einstellt, die durch die Außeninformationserfassungseinrichtung erfasst werden.
Die Benutzung (der Betrieb) des Verdrängungssteuersystems A wird nachfolgend beschrieben.
Wenn der Klimaanlagenschalter 402 ausgeschaltet ist, wird zu der elektromagnetischen Kupplungsspule 204 kein Strom zugeführt. Die Ankerplatte 206 wird daher nicht gegen die Endfläche des Rotors 202 gedrückt, und die Leistung von der Kraftmaschine 500 wird nicht zu der Antriebswelle 106 übertragen. Kurz gesagt wird der variable Verdrängungsverdichter 100 in einen abgeschalteten Zustand versetzt. Wenn der Klimaanlagenschalter 402 ausgeschaltet ist, wird die Verdrängungssteuerventilspule 316 des Verdrängungssteuerventils 300 auch nicht mit Strom beaufschlagt.
Wenn der Klimaanlagenschalter 402 eingeschaltet ist, erzeugt die Einrichtung 406 zum Bestimmen des Einschaltens/Ausschaltens der elektromagnetischen Kupplung das Signal zum Betätigen der elektromagnetischen Kupplung und gibt dies zu der Einrichtung 407 zum Antreiben der elektromagnetischen Kupplung ab. Das elektromagnetische Relais der Einrichtung 407 zum Antreiben der elektromagnetischen Kupplung verbindet die elektromagnetische Kupplungsspule 204 mit der Leistungsquelle gemäß dem Signal zum Betätigen der elektromagnetischen Kupplung. Die elektromagnetische Kupplungsspule 204 wird dann mit dem Strom versorgt.
Infolge dessen wird die elektromagnetische Kupplung 200 erregt und in den eingeschalteten Zustand versetzt, und die Ankerplatte 206 wird gegen die Endfläche des Rotors 202 gedrückt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Rotor 202 durch den Antriebsriemen 502 gedreht. Die Drehung des Rotors 202 wird zu der Ankerplatte 206 durch eine Reibungskraft übertragen. Kurz gesagt wird eine Leistung von der Kraftmaschine 500 zu dem Verdichter 100 übertragen.
Wenn die Leistung einmal von der Kraftmaschine 500 übertragen wird, wird der Verdichter 100 aus dem Nicht-Betriebszustand zu dem Betriebszustand aktiviert. Der Verdichter 100 saugt beim Betrieb das Kühlmittel an, verdichtet das angesaugte Kühlmittel und lässt das verdichtete Kühlmittel aus. Das Kühlmittel zirkuliert dann durch den Zirkulationspfad 12, wodurch das Fahrzeuginnere gekühlt oder entfeuchtet wird.
Auch wenn die Auslassverdrängung des Verdichters 100 variabel ist, kann ein Klimaanlagensteuermodus als ein Basissteuermodus der Auslassverdrängung angewendet werden.
Bei dem Klimaanlagensteuermodus legt die Einrichtung 404 zum Festlegen des Solldifferenzialdrucks den Solldifferenzialdruck ΔPt fest, der eine Regelgröße ist, und zwar derart, dass sich die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur Te, die durch den Temperatursensor 403 erfasst wird, der Solltemperatur Tes annähert, die durch die Einrichtung 401 zum Festlegen der Sollverdampfertemperatur festgelegt wird. Anders gesagt wird der Steuerstrom I berechnet, der zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 zugeführt wird. Der Steuerstrom I kann zum Beispiel mittels eines arithmetischen Ausdruckes für eine PI-Regelung berechnet werden. Infolge dessen wird der Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP oder die Auslassverdrängung so gesteuert/geregelt, dass sich die tatsächliche Verdampferauslasslufttemperatur Te, die durch den Temperatursensor 403 erfasst wird, der Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes annähert, die durch die Einrichtung 401 zum Festlegen der Sollverdampfertemperatur festgelegt wird.
Genauer gesagt wird der Solldifferenzialdruck ΔPt oder der Steuerstrom I so eingestellt, dass eine Abweichung ΔT (= Tes – Te) zwischen der Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes und der Verdampferauslasslufttemperatur Te verringert wird, wodurch ein Ventilöffnungsgrad des Verdrängungssteuerventils 300 eingestellt wird.
Wenn der Ventilöffnungsgrad des Verdrängungssteuerventils 300 reduziert wird, ist die Verbindung zwischen der Auslasskammer 142 und der Kurbelkammer 105 durch den Gaskanal 160 durch den Ventilkörper 306 beschränkt, wodurch eine eingeführte Menge des Kühlmittels (Auslassgas) von der Auslasskammer 142 in die Kurbelkammer 105 reduziert wird. Auch wenn dies durch die feste Öffnung 103c begrenzt wird, strömt das Kühlmittel in der Kurbelkammer 105 aus der Kurbelkammer 105 durch den Gasentlastungskanal 166 in die Saugkammer 140. Wenn die eingeführte Menge reduziert wird, wird aus diesem Grund der Kurbeldruck Pc verringert. Folglich wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe 107 vergrößert, und die Auslassverdrängung wird erhöht.
Wenn der Ventilöffnungsgrad des Verdrängungssteuerventils 300 erhöht wird, wird die Begrenzung der Verbindung zwischen der Auslasskammer 142 und der Kurbelkammer 105 reduziert, und die eingeführte Menge des Auslassgases in die Kurbelkammer 105 wird vergrößert. Dies erhöht den Kurbeldruck Pc und engt den Neigungswinkel der Taumelscheibe 107 ein, wodurch die Auslassverdrängung verringert wird.
Als ein bevorzugter Steuermodus der Auslassverdrängung kann weiterhin ein Betätigungssteuermodus angewendet werden. Der Aktivierungssteuermodus wird für eine vorgegebene Zeitperiode nach der Aktivierung des Verdichters 100 durchgeführt. Der Klimaanlagensteuermodus kann nach dem Aktivierungssteuermodus durchgeführt werden.
Genauer gesagt wird gemäß dem Aktivierungssteuermodus, wie er in der 7 gezeigt ist, wenn die elektromagnetische Kupplung 200 eingeschaltet ist (t = 0), wenn nämlich der Verdichter 100 in Betrieb gesetzt wird, der Steuerstrom I auf null festgelegt. Der Steuerstrom I wird nach der Aktivierung des Verdichters 100 bis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt t1 auf null aufrecht erhalten. Der Solldifferenzialdruck ΔPt oder Steuerstrom I wird nach dem vorgegebenen Zeitpunkt t1 bis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt t2 allmählich erhöht. Die Auslassverdrängung wird dementsprechend allmählich erhöht. Der Klimaanlagensteuermodus wird nach dem vorgegebenen Zeitpunkt t2 durchgeführt.
In dem Aktivierungssteuermodus, falls der variable Verdrängungsverdichter 100 mit einer vorgegebenen Drehzahl betrieben wird, während der Steuerstrom I gleich null ist, wird das Verdrängungssteuerventil 300 durch einen derartigen Ventilöffnungsgrad geöffnet, dass der Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP zu dem minimalen Differenzialdruck ΔPmin wird. Tatsächlich wird die Auslassverdrängung autonom gesteuert, um den minimalen Differenzialdruck ΔPmin aufrecht zu erhalten.
Da der minimale Differenzialdruck ΔPmin größer festgelegt wird als der minimale Differenzialdruck ΔPr der Maschine und der voreingestellte Differenzialdruck ΔP1 des Rückschlagventils 250, auch wenn der Steuerstrom I gleich null ist, wird das Rückschlagventil 250 geöffnet, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel aus dem Verdichter 100 zu dem Kühler 14 ausgelassen wird. Wenn der Steuerstrom I gleich null ist und der minimale Differenzialdruck ΔPmin aufrechterhalten wird, wird die Auslassverdrängung des Verdichters 100 innerhalb eines Steuerbereiches minimal.
Falls bei dem Verdrängungssteuersystem A der Steuerstrom I zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 auch mit einem kleinen Betrag zugeführt wird, wird die elektromagnetische Kraft F(I) in der Solenoideinheit erzeugt, und der Pd – Ps-Differenzialdruck ΔP wird durch die elektromagnetische Kraft F(I) eingestellt. Folglich wird auch eine kleine Größe des Steuerstroms I nicht verschwenderisch verbraucht und wirksam für die Verdrängungssteuerung genutzt.
Der Steuerstrom I wird effektiv für die Verdrängungssteuerung in einem Bereich von der Nähe von null bis zu dem maximalen Wert genutzt. Dies ermöglicht es, ein Verhältnis einer Änderungsgröße des Pd – Ps-Differenzialdrucks ΔP zu einer Änderungsgröße des Steuerstroms I zu verringern. Infolge dessen ist es auch möglich, eine Streuung des Pd – Ps-Differenzialdrucks ΔP zu reduzieren, wenn der Steuerstrom I eingestellt wird. Folglich wird die Stabilität der Verdrängungssteuerung verbessert.
Da der Steuerstrom I für die Verdrängungssteuerung in einem Bereich in der Nähe von null bis zu dem maximalen Wert effektiv genutzt wird, ist es möglich, die Druckaufnahmefläche Sv2 zu vergrößern, in der der Ventilkörper 306 den Auslassdruck Pd und den Saugdruck Ps aufnimmt. Dies verbessert das Empfindlichkeitsverhalten des Ventilkörpers 306 auf eine Änderung des Pd – Ps-Differenzialdrucks ΔP, und dies verbessert die Stabilität der Verdrängungssteuerung.
Mit dem Verdrängungssteuersystem A zirkuliert das Kühlmittel durch den Zirkulationspfad 12 auch dann, wenn kein Strom zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 zugeführt wird. Auch wenn der Steuerstrom I, der zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 zugeführt wird, allmählich reduziert wird, wird die Zirkulation des Kühlmittels nicht abrupt gestoppt. Mit diesem Verdrängungssteuersystem ist daher die Verdrängungssteuerung auch dann stabil, wenn der Steuerstrom I in der Nähe des minimalen Wertes ist.
Falls bei dem Verdrängungssteuersystem A der Aktivierungssteuermodus verwendet wird, wird der Steuerstrom I nicht zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 zugeführt, wenn der Verdichter 100 und die Kraftmaschine 500 durch die elektromagnetische Kupplung 200 verbunden werden. Aus diesem Grund wird der Verdichter 100 mit einer kleinen Größe der Auslassverdrängung aktiviert, und die Aktivierungslast des Verdichters 100 ist klein. Die Zuverlässigkeit des Verdichters 100 und der elektromagnetischen Kupplung 200 wird somit verbessert.
Da die Auslassverdrängung von einer kleinen Größe durch Verwendung des Aktivierungssteuermodus allmählich erhöht wird, wird ein starker Anstieg des Auslassdrucks Pd und ein plötzlicher Anstieg der Antriebslast des Verdichters 100 verhindert. Mit diesem Verdrängungssteuersystem wird daher die Auslassverdrängung für eine Zeitperiode sanft gesteuert, in der der Verdichter 100 aktiviert wird und dann in den normalen Betrieb gelangt (Klimaanlagensteuermodus).
Da das Verdrängungssteuersystem A den zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 zugeführten Steuerstrom I gemäß dem Solldifferenzialdruck ΔPt einstellt, der der Sollwert des Pd – Ps-Differenzialdrucks ΔP ist, ist der Steuerbereich der Auslassverdrängung breit. Auf dieser Grundlage wird der Steuerstrom I für die Verdrängungssteuerung in einem Bereich von der Nähe von null bis zu dem maximalen Wert effektiv genutzt, so dass der gesamte Bereich des breiten Steuerbereiches effektiv genutzt wird.
Gemäß dem Verdrängungssteuersystem A ist der variable Verdrängungsverdichter 100 in einer reziprokierenden Bauart mit einem Taumelscheibenelement ausgeführt. Ein mechanisch änderbarer Bereich der Auslassverdrängung ist breit, und dieser breite änderbare Bereich wird effektiv genutzt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene erste Ausführungsbeispiel beschränkt, und sie kann in vielfältiger Weise abgewandelt werden. Ein Verdrängungssteuersystem B eines zweiten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend beschrieben.
Das Verdrängungssteuersystem B kann auf den Verdichter 100 und das Verdrängungssteuerventil 300 angewendet werden. Wie dies jedoch in der 8 gezeigt ist, unterscheidet sich das Verdrängungssteuersystem B von dem Verdrängungssteuersystem A in einigen Punkten. Das Verdrängungssteuersystem B wird nachfolgend mit dem Fokus auf die Unterschiede zu dem Verdrängungssteuersystem A beschrieben.
Das Verdrängungssteuersystem B hat eine Auslassdruckerfassungseinrichtung als eine Außeninformationserfassungseinrichtung. Die Auslassdruckerfassungseinrichtung ist durch einen Hochdrucksensor 451 und eine Auslassdruckberechnungseinrichtung 452 gebildet. Der Hochdrucksensor 451 ist zum Beispiel an einer Einlassseite des Kühlers 14 platziert (siehe 1), und er erfasst den Druck des Kühlmittels an dem Einlass des Kühlers 14 als einen Hochdruck Ph. Der Hochdrucksensor 451 kann in einem Hochdruckbereich des Kühlmittelszyklus 10 sein, der sich von der Auslasskammer 142 zu dem Einlass der Expansionsvorrichtung 16 erstreckt.
Die Auslassdruckberechnungseinrichtung 452 berechnet den Auslassdruck Pd mittels der folgenden Formel auf der Grundlage des Differenzialdrucks ΔPd zwischen einer Anbringungsposition des Hochdrucksensors 451 und der Auslasskammer 142. Pd = Ph + ΔPd
Der Hochdrucksensor 451 dient außerdem als eine Wärmelasterfassungseinrichtung zum Berechnen eines Anfangswertes eines Sollsaugdrucks Pss.
Eine Steuervorrichtung 450 hat eine Einrichtung 453 zum Festlegen eines Sollsaugdrucks und eine Einrichtung 454 zum Berechnen eines Steuersignals anstelle der Einrichtung 404 zum Festlegen des Solldifferenzialdrucks.
Die Einrichtung 453 zum Festlegen des Sollsaugdrucks legt den Sollsaugdruck Pss fest. Der Sollsaugdruck Pss ist ein Sollwert des Saugdruckes Ps, der eine Steuersollgröße/Regelsollgröße ist. Die Einrichtung 453 zum Festlegen des Sollsaugdrucks legt einen Anfangswert des Sollsaugdrucks Pss korrekt fest, wenn ein Befehl zum Aktivieren des Verdichters 100 vorhanden ist. Vorzugsweise legt die Einrichtung 453 zum Festlegen des Sollsaugdrucks den Anfangswert des Sollsaugdrucks Pss auf der Grundlage der Wärmelastinformationen fest, wenn der Verdichter 100 aktiviert werden soll. Der Hochdruck Ph kann als die Wärmelastinformation verwendet werden. Genauer gesagt wird der Anfangswert des Sollsaugdrucks Pss mittels der folgenden Formel berechnet. Pss = Ph – ΔP3
Wenn das Rückschlagventil 250 geschlossen ist, gilt Ph = Ps. Der Anfangswert des Sollsaugdrucks Pss wird auf einen Wert festgelegt, der geringfügig kleiner ist als der Hochdruck Ph, indem ein vorgegebener Wert ΔP3 subtrahiert wird.
Nach dem Festlegen des Anfangswerts des Sollsaugdrucks Pss kann die Einrichtung 453 zum Festlegen des Sollsaugdrucks den Sollsaugdruck Pss gemäß einer Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes, die mittels der Einrichtung 401 zum Festlegen der Sollverdampfertemperatur festgelegt ist, und gemäß der Verdampferauslasslufttemperatur Te festlegen, die durch den Temperatursensor 403 erfasst wird. In anderen Worten wird der Anfangswert zum Beispiel mittels eines arithmetischen Ausdrucks für eine PI-Regelung derart korrigiert, dass sich die Verdampferauslasslufttemperatur Te der Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes annähert, und der Klimaanlagensteuermodus wird dann durchgeführt.
Vorzugsweise legt die Einrichtung 453 zum Festlegen des Sollsaugdrucks den Sollsaugdruck Pss bei dem Aktivierungssteuermodus für eine vorgegebene Zeitperiode nach dem Aktivieren des Verdichters 100 fest und hält diesen aufrecht. In dem Aktivierungssteuermodus wird der Sollsaugdruck Pss allmählich verringert, nachdem der Anfangswert des Sollsaugdrucks Pss festgelegt wurde. Nachdem der Aktivierungssteuermodus beendet wurde, wird der Sollsaugdruck Pss bei dem Klimaanlagensteuermodus gemäß der Sollverdampferauslasslufttemperatur Tes, die durch die Einrichtung 401 zum Festlegen der Sollverdampfertemperatur festgelegt wird, und gemäß der Verdampferauslasslufttemperatur Te festgelegt, die durch den Temperatursensor 403 erfasst wird.
Die Einrichtung 454 zum Berechnen eines Steuersignals berechnet den Steuerstrom I gemäß dem Auslassdruck Pd, der durch die Auslassdruckerfassungseinrichtung erfasst wird, und gemäß dem Sollsaugdruck Pss, der durch die Einrichtung 453 zum Festlegen des Sollsaugdrucks festgelegt wird.
Genauer gesagt wird der Steuerstrom I dadurch berechnet, dass der Sollsaugdruck Pss und der Auslassdruck Pd der nachfolgenden Formel (10) zugewiesen werden. Die Formel (10) wird durch Abwandeln der vorstehend erwähnten Formel (6) gewonnen. I = Sv2 / A·(Pd – Ps) – f4 – f3 / A (10)
Der Sollsaugdruck Pss wird dem Saugdruck Ps in der Formel (10) zugewiesen.
Der Steuerstrom I wird mittels der Formel (10) berechnet, oder ein Pulsdauerverhältnis entsprechend dem Steuerstrom I wird in die Einrichtung 405 zum Antreiben des Verdrängungssteuerventils als ein Auslassverdrängungssteuersignal eingegeben.
Bei dem Aktivierungssteuermodus und dem Klimaanlagensteuermodus wird die Auslassverdrängung des Verdichters 100 so gesteuert, dass sich der Saugdruck Ps dem Sollsaugdruck Pss annähert, indem der Steuerstrom I eingestellt wird, der zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 des Verdrängungssteuerventils 300 zugeführt wird. Diese Steuerung beruht auf einer derartigen Beziehung, dass der Saugdruck Ps bestimmt wird, wenn der Auslassdruck Pd und der Steuerstrom I einmal bestimmt wurden. Die Funktionscharakteristik des Verdrängungssteuerventils 300 wird durch die Formel (10) und die 9 gezeigt.
Das Verdrängungssteuersystem B stellt den Steuerstrom I, der zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 zugeführt wird, gemäß dem Auslassdruck Pd und dem Sollsaugdruck Pss ein, und hat somit einen breiten Steuerbereich der Auslassverdrängung. Auf dieser Grundlage wird der Steuerstrom I für die Verdrängungssteuerung in einem Bereich von der Nähe von null bis zu dem maximalen Wert effektiv genutzt, so dass der gesamte Bereich des breiten Steuerbereiches effektiv genutzt wird.
Das erste Ausführungsbeispiel legt den minimalen Differenzialdruck ΔPmin, der ohne Zufuhr eines Stroms zu der Verdrängungssteuerventilspule 316 gewonnen wird, höher fest als den minimalen Differenzialdruck ΔPr der Maschine. Jedoch kann der minimale Differenzialdruck ΔPmin unter dem Gesichtspunkt des Designs bestimmt werden.
Zum Beispiel werden der minimale Differenzialdruck ΔPr der Maschine und der minimale Differenzialdruck ΔPmin so festgelegt, dass in einem häufig genutzten Teil des Betriebsbereichs des variablen Verdrängungsverdichters 100 ΔPr < ΔPmin gilt, aber sie können so festgelegt sein, dass in einem selten genutzten Betriebsbereich ΔPr ≥ ΔPmin gilt. Durch derartiges Festlegen von ΔPr und ΔPmin ist der Steuerbereich des Pd – Ps-Differenzialsdrucks ΔP vergrößert, der durch Durchführung der Steuerung der Verdrängungssteuerventilspule 316 geändert werden kann. Es ist dann nahezu überflüssig, die elektromagnetische Kupplung 200 ein- und auszuschalten.
Falls der minimale Differenzialdruck ΔPmin so festgelegt wird, dass er sehr viel größer als der minimale Differenzialdruck ΔPr der Maschine wird, ist es möglich, den Steuerbereich des Pd – Ps-Differenzialdrucks ΔP weiter einzuengen, der durch Durchführen der Steuerung der Verdrängungssteuerventilspule 316 geändert werden kann. Dementsprechend kann die druckempfindliche Fläche Sv2 vergrößert werden. Dies verbessert das Empfindlichkeitsverhalten des Ventilkörpers 306 auf eine Druckschwankung, und dies verbessert die Stabilität der Steuerung in einem mittleren/hohen Wärmelastbereich, in dem die Pd – Ps-Differenzialdrucksteuerung durchgeführt werden kann.
In diesem Fall ist jedoch die Auslassverdrängung des Verdichters 100 erhöht, wenn die elektromagnetische Kupplung 200 eingeschaltet ist, und der Steuerstrom I beträgt null. Insbesondere in einem niedrigen Wärmelastbereich gibt es einen Nachteil, dass die elektromagnetische Kupplung 200 häufiger ein- und ausgeschaltet werden muss, um das Einfrieren des Verdampfers 18 zu verhindern.
Auch wenn das Verdrängungssteuerventil 300 des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels den Ventilkörper 306 und die Solenoidstange 326 als individuelle Körper aufweist, können der Ventilkörper und die Solenoidstange als ein Körper ausgebildet sein.
Das Verdrängungssteuerventil 300 hat die Druckschraubenfeder 328 und die konische Schraubenfeder 367 als Vorspanneinrichtungen. Jedoch ist die Vorspanneinrichtung nicht auf diese beschränkt, solange sie den Ventilkörper 306 in der Ventilschließrichtung konstant vorspannen kann. Anders gesagt muss ein elastischer Körper, der für die Vorspanneinrichtung verwendet wird, keine Druckschraubenfeder aufweisen, und die Anzahl der elastischen Körper ist nicht auf zwei beschränkt. Zum Beispiel ist es bezüglich des Verdrängungssteuerventils 300 möglich, die konische Schraubenfeder 307 wegzulassen oder einen anderen elastischen Körper hinzuzufügen.
Der Ventilkörper 306 des Verdrängungssteuerventils 300 ist so ausgelegt, dass er den Auslassdruck Pd und den Saugdruck Ps aufnimmt. Jedoch kann der Ventilkörper 306 mit einem Kurbeldruck Pc beaufschlagt werden.
Darüber hinaus kann das Verdrängungssteuerventil 300 kleine Bälge aufweisen, die das Innere des Verdrängungssteuerventils 300 trennen. In diesem Fall ist zum Beispiel der Ventilkörper 306 mit einem Ende des Balgs von der Außenseite verbunden, und der Auslassdruck Pd wird auf eine Außenseite des Balgs aufgebracht. Gleichzeitig wird der Saugdruck Ps auf eine Innenseite des Balgs aufgebracht, und die Solenoidstange 326 wird mit dem einen Ende des Balgs von der Innenseite verbunden.
In dem Aktivierungssteuermodus des Verdrängungssteuersystems A des ersten Ausführungsbeispiels, wie es in der 7 gezeigt ist, wird der Steuerstrom I proportional mit der Zeit erhöht. Bei dem Aktivierungssteuermodus kann der Steuerstrom I jedoch nicht-linear erhöht werden, solange er allmählich erhöht wird.
In ähnlicher Weise ist es bei dem Aktivierungssteuermodus des Verdrängungssteuersystems B des zweiten Ausführungsbeispiels lediglich erforderlich, den Sollsaugdruck Pss allmählich zu reduzieren. Der Sollsaugdruck Pss kann daher nicht-linear verringert werden.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Hochdrucksensor 451 an der Einlassseite des Kühlers 14 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, den Hochdrucksensor 451 zum Beispiel in dem Verdichter 100 anzuordnen und somit den Auslassdruck Pd in der Auslasskammer 142 direkt zu erfassen. Da in diesem Fall die Auslasskammer 142 stromaufwärts von dem Rückschlagventil 250 angeordnet ist, kann der Hochdrucksensor 451 den Auslassdruck Pd jederzeit direkt erfassen. Andererseits kann der Hochdrucksensor 451 den Saugdruck Ps nicht direkt erfassen. Wenn diesbezüglich der Anfangswert des Sollsaugdrucks Pss berechnet werden soll, kann ein Wert, der dadurch gewonnen wird, dass ΔP3, das geringfügig größer als der voreingestellte Differenzialdruck ΔP1 des Rückschlagventils 250 ist, von dem Auslassdruck Pd subtrahiert wird, als der Anfangswert des Sollsaugdrucks Pss verwendet werden.
Auch wenn der Verdichter 100 eine Taumelscheibenbauart ist, kann der Verdichter 100 eine Bauart mit oszillierender Platte, eine Flügelbauart oder eine Spiralbauart sein. Darüber hinaus kann der Verdichter 100 ein variabler Verdrängungsverdichter sein, der durch einen Elektromotor angetrieben wird. Kurz gesagt muss der Verdichter 100 nur ein variabler Verdrängungsverdichter sein, der einen variablen Verdrängungsmechanismus dadurch aktiviert, dass der Druck einer Steuerdruckkammer geändert wird. Im Falle des reziprokierenden variablen Verdrängungsverdichters mit einer Taumelscheibe oder einer oszillierenden Platte, die als ein Taumelscheibenelement einer Taumelscheibenbauart und einer Bauart mit oszillierender Platte dienen, meint der Druck der Steuerdruckkammer den Druck der Kurbelkammer.
Gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die feste Öffnung 103c in dem Gasentlastungskanal 162 angeordnet. Es ist auch möglich, eine Drossel mit variabler Durchsatzrate oder ein Ventil anzuordnen, das einen einstellbaren Öffnungsgrad hat. Das erste und das zweite Ausführungsbeispiel können ein neues Kühlmittel außer R134a und Kohlendioxid verwenden.
Das Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter gemäß der Erfindung ist auf abgesehen von Fahrzeugklimaanlagensystemen auf alle Klimaanlagensysteme einschließlich Raumklimaanlagensysteme anwendbar.
Bezugszeichenliste

100: variabler Verdrängungsverdichter
200: elektromagnetische Kupplung
300: Verdrängungssteuerventil
306: Ventilkörper
316: Verdrängungssteuerventilspule
401: Einrichtung zum Festlegen der Sollverdampfertemperatur
402: Klimaanlagenschalter
403: Temperatursensor (Außeninformationserfassungseinrichtung)
404: Einrichtung zum Festlegen des Solldifferenzialdrucks (Stromeinstelleinrichtung)
405: Einrichtung zum Antreiben des Verdrängungssteuerventils (Stromeinstelleinrichtung)
451: Hochdrucksensor (Außeninformationserfassungseinrichtung)
452: Einrichtung zum Berechnen des Auslassdrucks (Außeninformationserfassungseinrichtung)
453: Einrichtung zum Festlegen des Sollsaugdrucks (Stromeinstelleinrichtung)
454: Einrichtung zum Berechnen eines Steuersignals (Stromeinstelleinrichtung)

Zusammenfassung
Ein Verdrängungssteuersystem (B) für einen variablen Verdrängungsverdichter hat eine elektromagnetische Kupplung (200), ein Verdrängungssteuerventil (300) einschließlich eines Ventilkörpers (306), der mit einem Druck eines Saugdruckbereiches eines variablen Verdrängungsverdichters (100) und einer elektromagnetischen Kraft einer Solenoideinheit in einer Richtung entgegen dem Druck eines Auslassdruckbereiches beaufschlagt wird, und einer Vorspanneinrichtung, die den Ventilkörper (306) in der gleichen Richtung wie die elektromagnetische Kraft vorspannt, und eine Einrichtung (453, 454, 405) zum Einstellen eines Stroms, die einen zu einer Verdrängungssteuerventilspule (316) zugeführten Strom gemäß Außeninformationen einstellt, die durch eine Außeninformationserfassungseinrichtung (403, 451, 452) erfasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2002-285973 [0004]

Claims

Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter, der in einem Zirkulationspfad, durch den ein Kühlmittel hindurch zirkuliert, zusammen mit einem Kühler, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer angeordnet ist, um einen Kühlkreislauf zu konfigurieren, und der eine Verdrängung gemäß einer Änderung eines Steuerdrucks ändert, mit: einer elektromagnetischen Kupplung, die eine Spule aufweist und den Verdichter mit einer Leistungsquelle verbindet, wenn die Spule mit Strom versorgt wird; einem Verdrängungssteuerventil, das einen Ventilkörper, der mit einem Druck eines Auslassdruckbereiches des variablen Verdrängungsverdichters beaufschlagt wird und der mit einem Druck eines Saugdruckbereichs des variablen Verdrängungsverdichters und einer elektromagnetischen Kraft einer Solenoideinheit in einer zu dem Druck des Auslassdruckbereiches entgegengesetzten Richtung beaufschlagt wird, und eine Vorspanneinrichtung aufweist, die den Ventilkörper in der gleichen Richtung wie die elektromagnetische Kraft vorspannt, und das den Steuerdruck durch Betätigen des Ventilkörpers ändert; einer Außeninformationserfassungseinrichtung zum Erfassen von zumindest eines Teils von Außeninformationen; einer Einrichtung zum Einstellen eines Stroms für eine elektromagnetische Kupplung, die einen der Spule der elektromagnetischen Kupplung zugeführten Strom gemäß den Außeninformationen einstellt, die durch die Außeninformationserfassungseinrichtung erfasst werden; und einer Einrichtung zum Einstellen eines Stroms für das Verdrängungssteuerventil, die den einer Spule der Solenoideinheit zugeführten Strom gemäß den Außeninformationen einstellt, die durch die Außeninformationserfassungseinrichtung erfasst werden.
Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter gemäß Anspruch 1, wobei: wenn Strom zu der Spule der elektromagnetischen Kupplung zugeführt und der Spule der Solenoideinheit des Verdrängungssteuerventils nicht zugeführt wird, ist eine Auslassverdrängung des variablen Verdrängungsverdichters größer als eine minimale Auslassverdrängung des variablen Verdrängungsverdichters, die mechanisch definiert ist.
Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, wobei: wenn die Stromzufuhr zu der Spule der elektromagnetischen Kupplung und zu der Spule der Solenoideinheit des Verdrängungssteuerventils gestartet wird, wird ein Strom zu der Spule der Solenoideinheit des Verdrängungssteuerventils zugeführt, nachdem er zu der Spule der elektromagnetischen Kupplung zugeführt wurde.
Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter gemäß Anspruch 3, wobei: der zu der Spule der Solenoideinheit des Verdrängungssteuerventils zugeführte Strom nach einem Zeitpunkt allmählich erhöht wird, bei dem die Stromzufuhr gestartet wird.
Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Außeninformationserfassungseinrichtung eine Auslassdruckerfassungseinrichtung aufweist, die den Druck des Auslassdruckbereiches erfasst; und die Einrichtung zum Einstellen des Stroms für das Verdrängungssteuerventil eine Einrichtung zum Festlegen eines Sollsaugdrucks aufweist, die den Sollsaugdruck, der ein Sollwert des Drucks des Saugdruckbereiches ist, auf der Grundlage der Außeninformationen festlegt, die durch die Außeninformationserfassungseinrichtung erfasst werden, und die den zu der Spule zugeführten Strom gemäß dem Druck des Auslassdruckbereiches einstellt, der durch die Auslassdruckerfassungseinrichtung erfasst wird, und gemäß dem Sollsaugdruck, der durch die Einrichtung zum Festlegen des Sollsaugdrucks festgelegt wird.
Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Einrichtung zum Einstellen des Stroms für das Verdrängungssteuerventil eine Einrichtung zum Festlegen eines Solldifferenzialdrucks aufweist, die einen Sollwert einer Differenz zwischen dem Druck des Auslassdruckbereiches und dem Druck des Saugdruckbereiches auf der Grundlage der Außeninformationen festlegt, die durch die Außeninformationserfassungseinrichtung erfasst werden, und die einen zu einem Solenoid zugeführten Strom gemäß dem Solldifferenzialdruck einstellt, der durch die Einrichtung zum Festlegen des Solldifferenzialdrucks festgelegt wird.
Verdrängungssteuersystem für einen variablen Verdrängungsverdichter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: der variable Verdrängungsverdichter Folgendes aufweist: ein Gehäuse, das in den Auslassdruckbereich, eine Kurbelkammer, den Saugdruckbereich und eine Zylinderbohrung eingeteilt ist; einen Kolben, der in der Zylinderbohrung angeordnet ist; eine Antriebswelle, die innerhalb des Gehäuses drehbar gestützt ist; einen Wandlermechanismus, der ein neigbares Taumelscheibenelement aufweist, das die Drehung der Antriebswelle zu einer Hin- und Herbewegung des Kolbens umwandelt; einen Gaskanal, der die Auslasskammer und die Kurbelkammer miteinander verbindet; und einen Gasentlastungskanal, der die Kurbelkammer und die Saugkammer miteinander verbindet, wobei: das Verdrängungssteuerventil in dem Gaskanal angeordnet ist.