DE60100911T2

DE60100911T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Regelung der Fördermenge eines Kompressors mit variabler Verdrängung und Kompressormodul

Info

Publication number: DE60100911T2
Application number: DE60100911T
Authority: DE
Inventors: Masahiro 2-1 Kawaguchi; Masanori 2-1 Sonobe; Ken 2-1 Suitou
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: EP1127721B1; US6484520B2; EP1127721A2; EP1127721A3; DE60100911D1; JP4221893B2; US20010017036A1; JP2001317467A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verdrängungssteuervorrichtung für einen Kompressor mit variabler Verdrängung, ein Verdrängungssteuerverfahren und einen Kältemittelkreislauf in einer Kraftfahrzeugklimaanlage.
Taumelscheibenkompressoren mit variabler Verdrängung werden in Kraftfahrzeugklimaanlagen weit verbreitet verwendet. Solche Kompressoren haben einen Verdrängungssteuermechanismus, der arbeitet, um den Ausgabedruck eines Verdampfers oder den mit dem Ausgabedruck einhergehenden Ansaugdruck Ps eines Kompressors bei einem vorbestimmten Zielwert (Stelldruck) beizubehalten. Der Ausgabedruck eines Verdampfers oder der mit dem Ausgabedruck einhergehende Ansaugdruck Ps eines Kompressors gibt die Größe der Kühllast wieder. Der variable Steuermechanismus steuert den Ausgabedruck des Verdampfers oder den Ansaugdruck Ps, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe des Kompressors einzustellen, was die Verdrängung des Kompressors einstellt.
Der variable Steuermechanismus hat ein internes Steuerventil und ein externes Steuerventil. Das interne Steuerventil hat ein Druckfühlelement, wie zum Beispiel einen Faltenbalg oder eine Membran. Der Ventilöffnungsgrad wird durch Fühlen des Ausgabedruck des Verdampfers oder des Ansaugdrucks Ps des Kompressors mit dem Druckfühlelement so eingestellt, dass der Ventilkörper entsprechend positioniert ist. Der Druck in einer Kurbelkammer, die die Taumelscheibe aufnimmt, wird durch den Ventilöffnungsgrad eingestellt. Der Neigungswinkel der Taumelscheiben wird durch den Druck in der Kurbelkammer bestimmt. Ein einfaches internes Steuerventil hat nur einen einzigen Stelldruck und ein solches einfaches Steuerventil kann keine komplexe Steuerung zum Energieverbrauch durchführen.
Solche Kompressoren werden für gewöhnlich durch Kraftmaschinen angetrieben. Unter den Hilfsvorrichtungen eines Kraftfahrzeugs verbraucht der Kompressor die meiste Kraftmaschinenenergie. Dementsprechend muss unter Ausnahmebedingungen, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug beschleunigt oder sich bergauf bewegt, alle erhältliche Kraftmaschinenenergie zum Bewegen des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Um die Kraftmaschinenlast zu verringern, muss die Kompressorverdrängung minimiert werden.
Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. Hei 10-278567 offenbart ein externes Steuerventil, in dem der Ventilöffnungsgrad durch externe elektrische Signale gesteuert werden kann. Ein Kompressor mit variabler Verdrängung, der das externe Steuerventil hat, ist in der Lage, die Auslassverdrängung des Katalysators durch Änderung des Öffnungsgrads des externen Steuerventils zu minimieren.
Die Energie, die der Kompressor tatsächlich verbraucht, oder das Lastdrehmoment Tr des Kompressors, variiert in Übereinstimmung mit Änderungen des Ansaugdrucks Ps und des Auslassdrucks Pd des Kompressors stark. Um ein Abwürgen der Kraftmaschine selbst dann zu verhindern, wenn das erforderliche Lastdrehmoment Tr des Kompressors erhöht ist, ist es für den Kompressor notwendig, dass er die gesamte Zeit bei einer hohen Drehzahl (über einen vorbestimmten Wert) angetrieben wird. Dies erhöht jedoch die Energie, die der Kompressor verbraucht.
Um die Energie, die der Kompressor verbraucht, zu verringern, schätzt eine Steuereinheit, die die Kraftmaschine steuert, das Lastdrehmoment Tr. Das Kraftmaschinenausgabedrehmoment Tr_eng, das das gesamte Drehmoment einer Kraftmaschine ist, ist ein durch addieren des für den Kompressor erforderlichen Lastdrehmoment Tr auf das für das Fahren mit dem Kraftfahrzeug erforderliche Drehmoment erhaltene Wert. Wenn die gesamte erhältliche Kraftmaschinenenergie zum Bewegen des Kraftfahrzeugs verwendet werden muss, ist die Kraftmaschinensteuereinheit in der Lage, dem Bewegen des Kraftfahrzeugs unter Verwendung dieser Drehmomentdaten eine Vorrangigkeit zu geben.
Das Lastdrehmoment Tr des Kompressors wurde unter Verwendung eines durch Versuche erzeugten Kennfelds abgeschätzt. Da jedoch das Lastdrehmoment Tr eines Kompressors in Abhängigkeit von dem Kältemittelkreislauf, mit dem der Kompressor verbunden ist, unterschiedlich ist, wird für jede Klimaanlage, das heißt für jede Kraftfahrzeugbauart, ein Kennfeld gebraucht. Dies macht die Vorbereitung von Kennfeldern komplizierter. Ferner ist das Abschätzen des Lastdrehmoments des Kompressors aus dem Kennfeld nicht immer erforderlich, um die Effizienz zu verbessern. Dies ist zudem kompliziert.
Ferner wird in einer Autoklimaanlage der Kompressor durch eine Klimasteuereinheit gesteuert. In diesem Fall wird die Verdrängung des Kompressors auf Grundlage von externen Informationen, wie zum Beispiel der Temperatur in der Fahrgastzelle gesteuert und wird nicht auf der Grundlage des Drehmoments gesteuert.
Die Druckschrift US 5 893 272 offenbart ein Verfahren zum Steuern eines Kompressors einer Kraftfahrzeugklimaanlage, welche einen variablen Energievorzug ermöglicht und durch die Fahrzeugkraftmaschine angetrieben ist. Der Energievorzug des Kompressors unterliegt einem oberen Grenzwert, der als eine Funktion des Unterschieds zwischen dem maximalen Antriebsdrehmoment, das die Fahrzeugkraftmaschine erbringen kann und dem zum Antreiben des Kraftfahrzeug erforderlichen Antriebsdrehmoment variiert werden kann. Während einer Kraftfahrzeugbeschleunigung wird die Klimaanlagenenergie der Klimaanlage in Übereinstimmung mit der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs auf einen Grad verringert, der erforderlich ist, um die gewünschte Beschleunigung zu erreichen.
Die Druckschrift US 5 924 296 beschreibt eine Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Kompressor mit variabler Kapazität. Das Kompressordrehmoment soll mit hoher Genauigkeit auf Grundlage des hochseitigen Drucks des Kältemittelkreislaufs und einem Steuerstromwert, der den Kompressor direkt steuert, abgeschätzt werden. Das genau geschätzte Kompressordrehmoment wird dann verwendet, um die Drehzahl der Fahrzeugkraftmaschine, die den Kompressor antreibt, zu stabilisieren, so dass unnötige Schwankungen der Antriebsenergie der Fahrzeugkraftmaschine verhindert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verdrängungssteuerverfahren und einen Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage zu schaffen, die die Kompressorverdrängung auf Grundlage des Drehmoments genau steuern. Die vorliegende Erfindung sieht einen Kältemittelkreislauf vor, der ein Verdrängungssteuergerät und ein Verdrängungssteuerverfahren gemäß Ansprüchen 1, 7 und 11 aufweist, in dem Lastdrehmomentdaten eines Kompressors zum Steuern der Verdrängung des Kompressors ebenso zum Steuern einer Kraftmaschine verwendet werden können und es nicht notwendig ist, das Lastdrehmoment des Kompressors für jede Kraftfahrzeugbauart abzuschätzen.
Zur Lösung der Aufgabe hat ein Verdrängungssteuergerät zum Steuern der Auslassverdrängung eines Kompressors mit variabler Verdrängung ein Steuerventil, eine erste Steuereinheit und eine zweite Steuereinheit. Der Kompressor ist in einem Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage eingegliedert und hat eine Antriebswelle. Ein Lastdrehmoment wird auf die Antriebswelle durch Antreiben der Antriebswelle mit einer externen Antriebsquelle aufgebracht. Eine Änderung des Lastdrehmoments gibt die Steuerung der Ausgabeverdrängung wider.
Das Steuerventil ändert die Verdrängung des Kompressors durch Ändern des Ventilöffnungsgrads. Die erste Steuereinheit, die außerhalb des Kompressors vorgesehen ist, sendet ein Drehmomenteinstellsignal. Das Drehmomenteinstellsignal zeigt ein Solldrehmoment zum Steuern der Auslassverdrängung des Kompressors an. Die zweite Steuereinheit empfängt das von der ersten Steuereinheit gesendete Drehmomenteinstellsignal. Die zweite Steuereinheit berechnet einen Index zum Ändern des Öffnungsgrads des Steuerventils auf Grundlage des Drehmomenteinstellsignals, sodass das Lastdrehmoment des Kompressors auf das Solldrehmoment geändert wird. Als ein Ergebnis, wird der Steuerventilöffnungsgrad gesteuert, um die Verdrängung des Kompressors zu ändern.
Ein Verdrängungssteuerverfahren zum Steuern der Auslassverdrängung eines Kompressors mit variabler Verdrängung ist zudem vorgesehen. Der Kompressor ist in einen Kältemittelkreislauf einer Kraftmaschinenklimaanlage eingegliedert und hat eine Antriebswelle. Ein Lastdrehmoment wird durch Antreiben der Antriebswelle mit einer externen Antriebswelle auf die Antriebswelle aufgebracht. Eine Änderung des Lastdrehmoments gibt die Steuerung der Auslassverdrängung wieder.
Das Verfahren weist ein Bestimmen eines Solldrehmoments zum Steuern der Verdrängung des Kompressors außerhalb des Kompressors, Übertragen eines Drehmomenteinstellsignals, das das Solldrehmoment anzeigt, zu dem Kompressor und Ändern des Lastdrehmoments auf das Solldrehmoment durch Steuern der Auslassverdrängung des Kompressors auf.
Ein Kompressormodul weist einen Kompressor, ein Steuerventil in dem Kompressor und eine an dem Kompressor montierte Kompressorsteuereinheit auf.
Der Kompressor bildet einen Teil eines Kältemittelkreislaufs in einer Kraftfahrzeugklimaanlage. Der Kompressor hat eine Antriebswelle, auf die von einer externen Antriebsquelle ein Lastdrehmoment aufgebracht wird. Das Steuerventil ändert die Auslassverdrängung des Kompressors durch Steuern des Ventilöffnungsgrads. Die Kompressorsteuereinheit empfängt ein Drehmomenteinstellsignal, das ein Solldrehmoment anzeigt, von außerhalb des Kompressors. Die Kompressorsteuereinheit berechnet einen Index zum Ändern des Steuerventilöffnungsgrads auf Grundlage des Drehmomenteinstellsignals, sodass das Lastdrehmoment auf das Solldrehmoment geändert wird. Die Kompressorsteuereinheit sendet einen Befehl zu dem Steuerventil gemäß dem Index. Als ein Ergebnis, wird der Steuerventilöffnungsgrad zum Steuern der Verdrängung des Kompressors gesteuert.
Weitere Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlicher, die mittels Beispielen die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am besten unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung des gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiels zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden werden, in denen:
1 ein Schaltbild einer Kraftfahrzeugklimaanlage ist, in der ein erfindungsgemäßes Verdrängungssteuergerät eingegliedert ist;
2 eine Schnittansicht eines Kompressors mit variabler Verdrängung ist;
3(a) eine Schnittansicht eines Steuerventils des ersten Ausführungsbeispiels ist;
3(b) eine schematische Ansicht zum Erklären der auf eine Betätigungsstange wirkenden Kräfte ist;
4 ein Ablaufdiagramm ist, das die Hauptroutine für die Verdrängungssteuerung des Kompressors zeigt;
5(a) eine Schnittansicht eines Steuerventils des zweiten Ausführungsbeispiels ist;
5(b) eine schematische Ansicht zum Erklären der auf eine Betätigungsstange wirkenden Kräfte ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Unter Bezugnahme auf 1 bis 5(b) werden das erste und das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem zweiten Ausführungsbeispiel sind gleiche oder entsprechende Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
Wie in 1 gezeigt ist, hat ein Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage ein Kompressormodul CPM, das einen Kompressor CP mit variabler Verdrängung und eine mit dem Kompressor CP verbundene Kompressorsteuereinheit 77 hat, und einen externen Kältemittelkreislauf 1. Der externe Kältemittelkreislauf 1 hat einen Kondensator 2, ein Expansionsventil 3, einen Verdampfer 4, ein Niederdruckrohr 6 für Kältemittelgas, das den Auslass des Verdampfers 4 mit einer Ansaugkammer 5 des Kompressors CP verbindet und ein Hochdruckrohr 8, das eine Auslasskammer 7 des Kompressors CP mit dem Kondensator 2 verbindet. In der Mitte des Hochdruckrohrs 8 ist eine feste Drossel 8a vorgesehen. Die feste Drossel 8a befindet sich zwischen zwei Punkten, an denen der Druck gemessen wird und sie erhöht den Druckunterschied.
Das Kältemittelgas betritt die Ansaugkammer 5 von dem Verdampfer 4 über das Niederdruckrohr 6. Der Kompressor CP saugt und komprimiert das Kältemittelgas von der Ansaugkammer 5 und lässt das komprimierte Kältemittelgas zu der Auslasskammer 7 aus. Das Hochdruckkältemittelgas in der Auslasskammer 7 wird zu dem Kondensator 2 über das Hochdruckrohr 8 zugeführt. Die Öffnungsgröße des Expansionsventils 3 wird automatisch auf Grundlage der Temperatur und des Drucks des Kältemittels geregelt. Ein Temperaturfühlzylinder 9, der stromaufwärts des Verdampfers 4 vorgesehen ist, erfasst die Temperatur des Kältemittels. Somit stellt das Expansionsventil 3 die Durchflussrate des zu dem Verdampfer 4 zugeführten Kältemittels ein und stellt zudem direkt die Durchflussrate des Kältemittels in dem externen Kältemittelkreislauf 1 ein.
Wie in 2 gezeigt ist, hat der Kompressor CP einen Zylinderblock 11, ein vorderes Gehäuse 12, das an der vorderen Endfläche des Zylinders 11 gesichert ist und ein hinteres Gehäuse 14, das an der hinteren Endfläche des Zylinderblocks 11 über eine Ventilplattenanordnung 13 angeschlossen ist.
Eine Kurbelkammer 15 ist zwischen dem Zylinderblock 11 und dem vorderen Gehäuse 12 definiert. Eine Antriebswelle 16 erstreckt sich durch die Kurbelkammer 15 und ist durch den Zylinderblock 11 und das vordere Gehäuse 12 durch ein Lager gestützt. Eine Schleppscheibe 17 befindet sich in der Kurbelkammer 15 und ist an der Antriebswelle 16 gesichert.
Eine Taumelscheibe 18, die in diesem Ausführungsbeispiel als Steuerscheibe verwendet wird, ist in der Kurbelkammer 15 aufgenommen. Die Taumelscheibe 18 ist vorgesehen, um entlang der Axialrichtung der Antriebswelle 16 zu gleiten und sich mit Bezug auf eine zu der Antriebswelle 16 senkrechten Ebene zu neigen. Ein Gelenkmechanismus 19 verbindet die Taumelscheibe 17 mit der Schleppscheibe 18. Der Gelenkmechanismus 19 erlaubt der Taumelscheibe 18 sich einstückig mit der Schleppscheibe 17 und der Antriebswelle 16 zu drehen, führt die Bewegung der Schleppscheibe 18 in der Axialrichtung der Antriebswelle 16 und führt die Neigung der Taumelscheibe 18 mit Bezug auf die Antriebswelle 16.
Eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 20 (lediglich eine ist gezeigt) sind um die Achse der Antriebswelle 16 herum in dem Zylinderblock 11 ausgebildet. Ein einköpfiger Kolben 21 ist in jeder Zylinderbohrung 20 aufgenommen. Die vorderen und hinteren Öffnungen der Zylinderbohrung 20 sind durch die Ventilscheibenanordnung 13 bzw. den Kolben 21 geschlossen. Jeder Kolben 21 definiert eine Gaskompressionskammer in der entsprechenden Zylinderbohrung 20. Jeder Kolben 21 ist über ein paar Schuhe 23 an die Taumelscheibe 18 gekoppelt. Die Taumelscheibe 18 wandelt die Drehung der Antriebswelle 16 in eine Hin- und Herbewegung jedes Kolbens 21 über die Schuhe 23 um. Die Schleppscheibe 17, die Taumelscheibe 18, der Gelenkmechanismus 19 und der Schuh 23 wirken als ein variabler Verdrängungsmechanismus.
Die Antriebswelle 16 ist über einen Kraftübertragungsmechanismus 24 an eine Kraftmaschine, die als eine externe Antriebsquelle dient, gekoppelt. Der Kraftübertragungsmechanismus 24 hat einen Riemen und eine Riemenscheibe. Der Kraftübertragungsmechanismus 24 kann einen Kupplungsmechanismus, wie zum Beispiel eine elektromagnetische Kupplung haben, die in der Lage ist, den Kompressor durch eine externe elektrische Steuerung ein- oder auszukuppeln. In diesem Ausführungsbeispiel hat der Kraftübertragungsmechanismus 24 keinen Kupplungsmechanismus. Daher wird der Kompressor kontinuierlich angetrieben, während die Kraftmaschine 25 läuft.
Eine Ansaugkammer 5 und eine Auslasskammer 7 sind zwischen der Ventilscheibenanordnung 13 und dem hinteren Gehäuse 14 definiert. Die Ansaugkammer 5 bildet eine Ansaugdruckzone, deren Druck ein Ansaugdruck Ps ist. Die Auslasskammer 7 bildet eine Auslassdruckzone, deren Druck ein Auslassdruck Pd ist. Die Ventilscheibenanordnung 13 hat Ansaugöffnungen 26 und Ansaugventile 27, die die Öffnungen 26 öffnen und schließen, Auslassöffnungen 28 und Auslassventile 29, die die jeder Zylinderbohrung entsprechenden Öffnungen 28 öffnen und schließen.
Der Neigungswinkel der Taumelscheibe 18 ändert sich entsprechend dem Druck in der Kurbelkammer 15 (Kurbeldruck Pc). Der Neigungswinkel der Taumelscheibe 18 bestimmt den Hub des Kolbens 21 oder die Verdrängung des Kompressors.
Wie in 1 gezeigt ist, hat der Kompressor CP einen Kurbeldrucksteuermechanismus zum Steuern des Kurbeldrucks Pc. Der Kurbeldrucksteuermechanismus hat einen Abführdurchlass 30, einen Zuführdurchlass 31 und ein Steuerventil 32. Der Auführdurchlass 30 verbindet die Kurbelkammer 15 mit der Ansaugkammer 5, um Kältemittelgas von der Kurbelkammer 15 abzulassen. Der Zuführdurchlass 31 verbindet einen zweiten Drucküberwachungspunkt P2 in dem Hochdruckrohr 8, welcher näher an dem Kondensator 2 als an der festen Drosselstelle 8a ist, mit der Kurbelkammer 15, um das Kältemittelgas zu der Kurbelkammer 15 zu führen. Der Zuführdurchlass 31 hat einen Druckerfassungsdurchlass 33, der den zweiten Drucküberwachungspunkt P2 mit dem Steuerventil 33 verbindet und hat einen Kurbeldurchlass 34, der das Steuerventil 32 mit der Kurbelkammer 15 verbindet. Der Druckerfassungsdurchlass 33 bildet einen stromaufwärts liegenden Abschnitt des Zuführdurchlasses 31 und der Kurbeldurchlass 34 bildet einen stromabwärts liegenden Abschnitt des Zuführdurchlasses 31. Das Steuerventil 32 stellt die Durchflussrate des zu der Kurbelkammer 15 durch den Zuführdurchlass 31 zugeführten Hochdruckkältemittelgases ein, um den Kurbeldruck Pc zu steuern.
3(a) zeigt eine Schnittansicht eines Steuerventils des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Das Steuerventil 32 hat einen Einlassventilmechanismus 51 und ein Solenoid 52, das als ein elektromagnetisches Stellglied verwendet wird. Der Einlassventilmechanismus 51 stellt den Öffnungsgrad des Zuführdurchlasses 31 ein. Das Solenoid 52 übt eine dem Niveau eines elektrischen Stroms, der auf den Einlassventilmechanismus 51 aufgebracht wird, entsprechende Kraft durch eine Betätigungsstange 53 aus. Die Betätigungsstange 53 ist zylindrisch und hat einen Teiler 54, ein Koppelelement 55 und eine Führung 57. Das Ende der Führung 57, das zu dem Kopplungselement 55 benachbart ist, funktioniert als ein Ventilkörper 56. Die Querschnittsfläche des Kopplungselements 55 ist kleiner als die Querschnittsfläche S4 des Ventilkörpers 56.
Das Ventilgehäuse 58 des Steuerventils 32 hat einen Stöpsel 58a, ein oberes Gehäuseelement 58b, das den Einlassventilmechanismus 51 aufnimmt, und ein unteres Gehäuseelement 58c, das das Solenoid 52 aufnimmt. Der Stöpsel 58a ist in das obere Gehäuseelement 58b geschraubt, um eine obere Öffnung zu verschließen. Eine Ventilkammer 59 und ein damit verbundenes Durchgangsloch 60 sind in dem oberen Gehäuseelement 58b definiert. Eine Druckfühlkammer 61 ist durch das obere Gehäuseelement 58b und den Stöpsel 58a definiert. Die Druckfühlkammer 61 hat eine Hochdruckkammer 65 und eine Kurbeldruckkammer 66. Das Durchgangsloch 60 verbindet die Druckfühlkammer 61 mit der Ventilkammer 59. Betätigungsstange 53 erstreckt sich durch die Ventilkammer 59 und das Durchgangsloch 60 hindurch zu der Druckfühlkammer 61. Die Betätigungsstange 53 bewegt sich axial so, dass der Ventilkörper 56 wahlweise die Ventilkammer 59 und das Durchgangsloch 60 verbindet. Die Kurbeldruckkammer 66 ist immer mit dem Durchgangsloch 60 verbunden.
Eine erste radiale Öffnung 62 ist in dem oberen Gehäuseelement 58b ausgebildet, so dass sie mit der Ventilkammer 59 in Verbindung ist. Die Ventilkammer 59 ist mit dem zweiten Drucküberwachungspunkt P2 durch die erste Radialöffnung 62 und den Druckerfassungsdurchlass 33 verbunden. Somit wird der Druck PdL an dem zweiten Drucküberwachungspunkt P2 durch den Druckerfassungsdurchlass 33 und die erste Öffnung 62 auf die Ventilkammer 59 aufgebracht. Eine zweite radiale Öffnung 63 ist in dem oberen Gehäuseelement 58b ausgebildet, so dass sie mit der Kurbeldruckkammer 66 in Verbindung ist. Die zweite Radialöffnung 63 verbindet die Kurbeldruckkammer 66 mit der Kurbelkammer 15 durch den Kurbeldurchlass 34. Die erste Radialöffnung 62, die Ventilkammer 59, das Durchgangsloch 60, die Kurbeldruckkammer 66 und die zweite Radialöffnung 63 bilden einen Teil des Zuführdurchlasses 31 innerhalb des Steuerventils 32.
Der Ventilkörper 56 der Betätigungsstange 53 befindet sich in der Ventilkammer 59. Die Querschnittsfläche S3 des Kuppelelements 55, das sich innerhalb des Durchgangslochs 60 erstreckt, ist kleiner als die Querschnittsfläche S1 des Durchgangslochs 60. Die Querschnittsfläche S1 des Durchgangsloches 60 ist kleiner als die Querschnittsfläche 54 des Ventilkörpers 56. Dementsprechend wirkt die Innenwand der Ventilkammer 59, zu der sich das Durchgangsloch 60 öffnet, als ein Ventilsitz 64 zum Aufnehmen des Ventilkörpers 56. Das Durchgangsloch 60 funktioniert als eine Ventilöffnung, die wahlweise durch den Ventilkörper 56 geöffnet und geschlossen ist. Wenn der Ventilkörper 56 mit dem Ventilsitz 64 in Kontakt kommt, ist das Durchgangsloch 60 von der Ventilkammer 59 abgeschlossen. Wenn, wie in 3 gezeigt ist, der Ventilkörper 56 von dem Ventilsitz 64 beabstandet ist, ist das Durchgangsloch 60 mit der Ventilkammer 59 verbunden.
Der Teiler 54 der Betätigungsstange 53 ist in die Druckfühlkammer 61 gepasst. Der Teiler 54 teilt die Druckfühlkammer 61 in die Hochdruckkammer 65 und die Kurbeldruckkammer 66. Der Teiler 54 funktioniert als eine Teilung zwischen der Hochdruckkammer 65 und der Kurbeldruckkammer 66 und erlaubt keine direkte Verbindung zwischen beiden Kammern 65 und 66. Die Querschnittsfläche S2 des Teilers 54, der als die Teilung dient, ist gleich wie die Querschnittsfläche S1 des Durchgangslochs 60. Daher ist der Durchlass innerhalb der Druckfühlkammer 61, durch die der Teiler 54 gepasst ist, mit dem Durchgangsloch 60 Kontinuierlich.
Eine dritte Radialöffnung 67 ist in dem oberen Gehäuseelement 58b definiert, so dass sie mit der Hochdruckkammer 56 in Verbindung ist. Die Hochdruckkammer 65 ist durch die dritte Öffnung 67 und den Durchlass 68 mit dem ersten Drucküberwachungspunkt P1 oder der Auslasskammer 7 verbunden. Somit wird der Druck PdH an dem ersten Drucküberwachungspunkt P1 durch den Durchlass 68 und die dritte Öffnung 67 auf die Hochdruckkammer 65 aufgebracht.
Eine Rückstellfeder 69 ist in der Hochdruckkammer 65 enthalten. Die Rückstellfeder 69 spannt die Betätigungsstange 53 vor, um den Ventilkörper 58 von dem Ventilsitz 64 weg bewegen zu lassen.
Das Solenoid 52 ist mit einem tassenförmigen Aufnahmezylinder 61 versehen, der in dem unteren Gehäuseelement 58c befestigt ist. Ein ortsfester Eisenkern 70 ist in die obere Öffnung des Aufnahmezylinders 71 gepasst. Der ortsfeste Eisenkern 70 ist ein Teil der Innenwand der Ventilkammer 59 und definiert zudem eine Plungerkammer 72 in dem Aufnahmezylinder 71. Ein beweglicher Eisenkern 74 ist in der Plungerkammer 72 enthalten. Der ortsfeste Eisenkern 70 hat ein Führungsloch 73, das die Führung 57 aufnimmt. Ein geringer Spalt (nicht gezeigt) existiert zwischen der Innenwand des Führungslochs 73 und der Führung 57. Die Ventilkammer 59 und die Plungerkammer 72 sind miteinander durch den Spalt in Verbindung. Somit wird der Druck in der Ventilkammer 59, oder der Druck PdL an dem zweiten Drucküberwachungspunkt P2 im Inneren der Plungerkammer 72 aufgebracht.
Das untere Ende der Führung 57 erstreckt sich in die Plungerkammer 72. Der bewegliche Eisenkern 74 ist an dem unteren Ende der Führung 57 befestigt. Der bewegliche Eisenkern 74 bewegt sich in der Axialrichtung einstöckig mit der Betätigungsstange 53.
Eine Dämpfungsfeder 75 ist in der Plungerkammer 72 enthalten. Die Dämpfungsfeder 75 spannt den beweglichen Eisenkern 74 und die Betätigungsstange 53 in Richtung des ortsfesten Eisenkerns 70 vor. Die Kraft der Dämpfungsfeder 75 ist kleiner als die Kraft der Rückstellfeder 69. Wenn keine elektrische Energie zu einer Spule 76 nicht zugeführt wird, bewegt die Rückstellfeder 69 dementsprechend den beweglichen Eisenkern 74 und die Betätigungsstange 53 auf die in 3(a) gezeigte Ausgangsposition, so dass das Steuerventil 32 vollständig geöffnet ist.
Die Spule 76 umgibt den ortsfesten Eisenkern 70 und den beweglichen Eisenkern 74. Eine Kompressorsteuereinheit 77 führt elektrische Energie durch eine Treiberschaltung 78 zu der Spule 76 zu. Dann erzeugt die Spule 76 eine elektromagnetische Energie F, die dem Niveau der zu der Spule 76 zugeführten elektrischen Kraft entspricht zwischen dem festen Eisenkern 70 und dem beweglichen Eisenkern 74. Die elektromagnetische Kraft F zieht den beweglichen Eisenkern 74 in Richtung des festen Eisenkerns 70 an und zwingt den Ventilkörper 56 in Richtung des Ventilsitzes 64.
Es gibt verschiedene Verfahren zum Ändern der auf die Spule 76 aufgebrachten Spannung, von denen eines im Ändern des Spannungswerts an sich liegt und ein anderes sich auf die Steuerung der relativen Einschaltdauer bezieht. Eine Steuerung der relativen Einschaltdauer wird in diesem Ausführungsbeispiel eingesetzt. Die Steuerung der relativen Einschaltdauer ist ein Verfahren, bei dem die Einschaltzeit pro Durchlauf einer gepulsten Spannung, die periodisch an und ausgeschaltet wird, eingestellt wird, um den Durchschnittswert der aufgebrachten Spannung zu modifizieren. Der Durchschnittswert der aufgebrachten Spannung kann durch Multiplizieren des Verhältnisses der Ein-Zeit der gepulsten Spannung deren Kreislaufzeit, d.h, das relative Anschaltverhältnis Dt, durch den gepulsten Spannungswert erhalten werden. Je kleiner das relative Einschaltverhältnis Dt ist, desto kleiner ist die zwischen dem ortsfesten Eisenkern 70 und dem beweglichen Eisenkern 74 erzeugte elektromagnetische Kraft F und desto größer ist der Öffnungsgrad des Ventils. Im Gegensatz dazu, ist der Öffnungsgrad des Ventils umso kleiner, je größer die relative Anschaltdauer Dt ist.
Der Öffnungsgrad des Steuerventils 32 hängt von der Axialstellung der Betätigungsstange 53 ab. Die Axialstellung der Betätigungsstange 53 wird auf Grundlage verschiedener Kräfte bestimmt, die axial auf der Betätigungsstange 53 wirken. Diese Kräfte werden unter Bezugnahme auf 3(b) beschrieben. Die in 3(b) gezeigten Abwärtskräfte neigen dazu, den Ventilkörper 56 von dem Ventilsitz 64 zu beabstanden (die Ventilöffnungsrichtung). Die in 3(b) gezeigten Aufwärtskräfte neigen dazu, den Ventilkörper 53 zu dem Ventilsitz 64 zu bewegen (die Ventilverschlussrichtung).
Als erstes werden die auf den Abschnitt der Betätigungsstange 53 über dem Kupplungselement 55, d.h. die auf den Teiler 54 wirkenden verschiedenen Kräfte beschrieben. Der Teiler 54 empfängt eine abwärtsgerichtete Kraft f1 von der Rückstellfeder 69. Der Teiler 54 empfängt zudem eine abwärtsgerichtete Kraft auf Grundlage des Drucks PdH in der Hochdruckkammer 65. Die wirksame Druckaufnahmefläche des Spitzwinkels 54 mit Bezug auf den Druck PdH der Hochdruckkammer 65 ist gleich wie die Querschnittsfläche S2 des Teilers 54. Der Teiler 54 empfängt zudem eine aufwärtsgerichtet Kraft auf Grundlage des Drucks in dem Durchgangsloch 60 (Kurbeldruck Pc). Die wirksame Druckaufnahmefläche des Teilers 54 mit Bezug auf den Druck Pc in dem Durchgangsloch ist gleich wie die Querschnittsfläche S2 des Teilers 54 abzüglich der Querschnittsfläche S3 des Kuppelelements 55. Vorausgesetzt, dass die abwärtsgerichteten Kräfte positive Werte haben, kann die Nettokraft ΣF1, die auf den Teiler 54 wirkt, durch die nachstehende Gleichung 1 ausgedrückt werden.

ΣF1 = PdH·S2-Pc (S2–S3)+f1 ... Gleichung 1
Als nächstes werden die auf dem Abschnitt der Betätigungsstange 53 unterhalb des Kuppelelements 55, d.h., auf die Führung 57 wirkenden verschiedenen Kräfte beschrieben. Die Führung 57 nimmt eine aufwärtsgerichtet Kraft f2 von der Dämpfungsfeder 75 und eine aufwärtsgerichtete elektromagnetische Kraft F von dem Solenoid 52 auf. Die Führung 57 nimmt zudem eine aufwärtsgerichtete Kraft auf der Grundlage des Drucks PdL in der Plungerkammer 52 auf. Die wirksame Druckaufnahmefläche der Führung 57 mit Bezug auf den Druck PdL in der Plungerkammer 72 ist gleich wie die Querschnittsfläche S4 der Führung 57. Die Führung 57 nimmt zudem eine abwärts gerichtete Kraft auf der Grundlage des Drucks PdL in der Ventilkammer 59 und einer abwärts gerichtete Kraft auf Grundlage des Drucks Pc in dem Durchgangsloch 60 auf. Die wirksame Druckaufnahmefläche der Führung 57 mit Bezug auf den Druck PdL in der Ventilkammer 59 ist gleich wie die Querschnittsfläche S4 der Führung 57 abzüglich der Querschnittsfläche S1 des Durchgangslochs 60. Die wirksame Druckaufnahmefläche der Führung 57 mit Bezug auf den Druck Pc in dem Durchgangsloch 60 ist gleich wie die Querschnittsfläche S1 des Durchgangslochs 60 abzüglich dem Querschnittsbereich S3 des Kuppelelements 55. Vorausgesetzt, dass die aufwärts gerichteten Kräfte positive Werte haben, kann die Nettokraft ΣF2, die auf die Führung 57 wirkt, durch die Gleichung 2 ausgedrückt werden.

ΣF2 = F+f2-Pc(Sl–S3)-PdL(S4-S1)+PdL·S4 = F+f2+PdL·Sl-Pc(S1–53) ... Gleichung 2
Die Betätigungsstange 53 ist mit dem Teiler 54, dem Koppelelement 55 und der Führung 57 einstückig. Somit ist die Axialstellung der Betätigungsstange 53 eine Stellung, an der die Kraft ΣF1 aus Gleichung 1 mit der Kraft ΣF2 aus Gleichung 2 ausgeglichen ist. Wenn ΣF1 = ΣF2 ist, wird die nachstehende Gleichung 3 erhalten.

PdH·S2-PdL·S1-Pc(S2-S1) = F-f1+f2 ... Gleichung 3
Die Querschnittsfläche S1 des Durchgangslochs 60 ist gleich wie die Querschnittsfläche S2 des Teilers 54. Daher wird, wenn S2 durch S1 in Gleichung 3 ersetzt wird, die nachstehende Gleichung 4 erhalten.

PdH–PdL = (F-f1+f2)/S1 ... Gleichung 4
In Gleichung 4 entspricht der Ausdruck (PdH–PdL) auf der linken Seite von Gleichung 4 der Druckunterschied Δ Pd zwischen den zwei Punkten, das heißt, dem ersten Drucküberwachungspunkt P1 und dem zweiten Drucküberwachungspunkt P2. Zudem sind in Gleichung 4 die Werte f1, f2 und S1 feste Parameter, die durch die Gestalt der Vorrichtung bestimmt sind. Die elektromagnetische Kraft F ist jedoch ein variabler Parameter, der sich in Abhängigkeit von der zu der Spule 76 zugeführten Energie ändert. Die Gleichung 4 zeigt, dass die Betätigungsstange 53 betätigt wird, um die Druckdifferenz Δ Pd in Übereinstimmung mit Änderungen in der elektromagnetischen Kraft F zu ändern. Mit anderen Worten wird die Betätigungsstange 53 in Übereinstimmung mit dem Druck PdH und dem Druck PdL, der auf die Stange 53 wirkt, betätigt, sodass die Druckdifferenz Δ Pd, die durch die elektromagnetische Kraft F bestimmt ist, eine Ziel- oder Solldruckdifferenz Δ Pd_set sucht. Die Betätigungsstange 53 funktioniert als ein Druckerfassungskörper zusammen mit der Ventilkammer 59, der Plungerkammer 72 und der Hochdruckkammer 65 und dergleichen. Die Druckdifferenz Δ Pd ist in der nachstehenden Gleichung 5 ausgedrückt, die eine Funktion der Eingabespannung der Spule 76 ist.

Δ Pd = f(I) ... Gleichung 5
In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Stellung der Betätigungsstange 53, die die Verdrängung des Kompressors ändert, durch die Druckdifferenz Δ Pd bestimmt.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf 1 hat das Kompressormodul CPM einen Ansaugdruckfühler 41, einen Auslassdruckfühler 42 und einen Drehsensor 43, die als eine Informationserfassungsvorrichtung funktionieren. Der Ansaugdruckfühler 41 erfasst den Ansaugdruck Ps des Kompressors CP, der Auslassdruckfühler 42 erfasst den Auslassdruck Pd des Kompressors CP und der Drehsensor 43 erfasst die Drehzahl Nc (upm) der Antriebswelle 16. Der Ansaugdruck Ps und der Auslassdruck Pd des Kompressors CP und die Drehzahl Nc der Antriebswelle 16 werden zu einer Kompressorsteuereinheit 77 geschickt.
In der Kompressorsteuereinheit 77 wird das Lastdrehmoment Tr des Kompressors CP, das auf die Antriebswelle 16 wirkt, unter Verwendung des Auslassdrucks Pd, der Drehzahl Nc und der Auslassgasströmungsrate Qd als Variablen berechnet.

Tr = 60/(2π·NC)·[n/(n-1))·Pd·Qd·{1-(Pd/Ps)^(1-n)/n}] + Tloss ... Gleichung 6
In Gleichung 6 bezeichnet Tloss ein Verlustdrehmoment, n ist ein spezifisches Wärmeverhältnis (beispielsweise ist für R134a, n = 1,03) und Ps ist der Ansaugdruck Ps des Kompressors CP.
In Gleichung 6 sind der Auslassdruck Pd die Drehzahl Nc und die Auslassgasdurchflussrate Qd Variablen, die das Lastdrehmoment Tr stark beeinflussen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, um das Lastdrehmoment Tr genauer auszudrücken, sogar der Ansaugdruck Ps, der auf das Lastdrehmoment Tr verglichen mit den anderen Variablen eine kleine Auswirkung hat, als eine Variable verwendet.
Die Auslassgasdurchflussrate Qd des Kompressors, die die Kühlmittel Auslassmenge pro Zeiteinheit von dem Kompressor CP zu dem externen Kältemittelkreislauf ist, wird durch die nachstehende Gleichung 7 berechnet.

Qd = (Durchflussratenkoeffizient)·(Drosselfläche)·√(2Δ Pd/ρd) ... Gleichung 7,

wobei die Druckdifferenz Δ Pd durch die Verwendung der Eingabespannung I auf die Spule 76 des Steuerventils 32 berechnet werden kann, wie in 5 gezeigt ist. Die Druckdifferenz Δ Pd hängt von der Charakteristik des Ventils ab. Die spezifische Wichte ρd des Auslassgases kann unter Verwendung des Auslassdrucks pd, der durch den Auslassdrucksensor 42 erfasst wird, angenähert werden.
In dem vorliegendem Ausführungsbeispiel ist in der Nähe des Kompressors CP eine feste Drosselstelle 8a vorgesehen. Daher können die Druckdifferenz Δ Pd, die Drosselstellenfläche und die spezifische Wichte ρd des Auslassgases verwendet werden, um die Auslassgasdurchflussrate Qd genau anzunähern.
Die Kompressorsteuereinheit 77 ist eine elektronische Steuereinheit für den Kompressor mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und einer Eingabe-Ausgabeschnittstelle. Die Kompressorsteuereinheit 77 speichert die Gleichung 6. Eine externe Steuereinheit (beispielsweise eine Klimaanlagensteuereinheit 80) sendet Drehmomenteinstellsignale zu der Kompressorsteuereinheit 77. Die Kompressorsteuereinheit 77 berechnet die Solldruckdifferenz Δ Pd_set des Steuerventils 32, welche die Auslassgasdurchflussrate Qd entsprechend dem Solldrehmoment Tr_set auf Grundlage der Gleichungen 6 und 7 wiedergibt, um zu bewirken, dass das Lastdrehmoment Tr, das auf der Antriebswelle 16 wirkt, und das Solldrehmoment Tr_set auf Grundlage der Drehmomenteinstellsignale übereinstimmen. Ferner berechnet die Kompressorsteuereinheit 77 das relative Einschaltverhältnis Dt, das für zu der Spule 76 geschickte Antriebssignale notwendig ist, um das Steuerventil 32 so einzustellen, dass es die Solldruckdifferenz Δ Pd_set erzeugt. Die Kompressorsteuereinheit 77 herrscht über die Treiberschaltung 78 und die Treiberschaltung 78 sendet Antriebssignale zu der Spule 76 bei der relativen Einschaltdauer Dt. Somit wird die auf die Spule 76 aufgebrachte Spannung wie erforderlich geändert und das Steuerventil 32 wird gesteuert, so dass es die Solldruckdifferenz Δ Pdset erzeugt. In dieser Beschreibung erzeugt die externe Steuereinheit Drehmomenteinstellsignale für das Solldrehmoment T_z zu einer Steuereinheit, die einen Index berechnet. Der Index steuert das Steuerventil von den Drehmomenteinstellsignalen. Die externe Steuereinheit befindet sich außerhalb des Kompressors.
Die Klimaanlagensteuereinheit 80 der in 1 gezeigten Kraftmaschinenklimaanlage ist eine elektronische Steuereinheit mit einer CPU 80a, einem ROM, einem RAM und einer Eingabe-Ausgabeschnittstelle (I/O). Der I/O-Eingabeanschluss der Klimaanlagensteuereinheit 80 ist mit einer ersten Vorrichtung zum Erfassen einer externen Information verbunden, die die für den Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage erforderliche Kältemittelleistung wiedergibt. Die erste Vorrichtung hat einen Klimaanlageneinschalter 81, der die Klimaanlage ein und ausschaltet, einen Temperaturregler 82, der eine Solltemperatur in der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs einstellt und einen Fahrgastzellentemperaturfühler 83, der die Temperatur in der Fahrgastzelle erfasst. Der Temperaturregler 82 und der Temperaturfühler 83 werden durch einen Fahrgast in dem Kraftfahrzeug betätigt. Die Klimaanlagensteuereinheit 80 berechnet eine angenäherte Auslasskühlmittelauslassmenge für den Kompressor auf Grundlage des An/Aus-Zustands des Klimaanlageneinschalters 81, der Solltemperatur in dem Temperaturregler 82 und der Temperatur in dem Fahrgastzellentemperaturfühler 83 und berechnet das entsprechende Lastdrehmoment Tr des Kompressors CP aus der Gleichung 6.
Die Klimaanlagensteuereinheit 80 steuert den entsprechenden Antriebsabschnitt (nicht gezeigt), um eine gewünschte Temperatur in der Fahrgastzelle bei einer durch den Temperaturregler 82 eingestellten Solltemperatur beizubehalten. Dann stellt der Antriebsabschnitt die Temperatur der die Klimaanlage verlassenden Luft, Luftströmung, Luftströmungsmuster und dergleichen ein. Der Antriebsabschnitt hat einen Servomotor, einen Gebläsemotor und einen Luftmischklappenantriebsservomotor, der eine Klappe antreibt, durch welche interne und externe Luft ausgetauscht wird.
Eine Kraftmaschinensteuereinheit 90 ist eine elektronische Steuereinheit für eine Kraftmaschine mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und einer Eingabe-Ausgabeschnittstelle (I/O). Der I/O-Eingabeanschluss der Kraftmaschinensteuereinheit 90 ist mit einer zweiten Vorrichtung zum Erfassen von externer Information verbunden, die die Last der Kraftmaschine wiedergibt. Die zweite Vorrichtung hat einen Kraftfahrzeuggeschwindigkeitssensor 91, einen Drehzahlsensor 92 zum Erfassen der Drehzahl Ne der Kraftmaschine 25, einen Pedalstellungssensor 93 zum Erfassen des Niederdrückbetrags eines Beschleunigungspedals (Gaspedals) des Kraftfahrzeugs und einen Luftdrucksensor 94 zum Erfassen des Drucks der in die Kraftmaschine eingesogenen Luft. Mit dem I/O-Ausgabeanschluss der Kraftmaschinensteuereinheit 90 sind ein stufenloses Getriebe 95 (CVT-Getriebe), eine elektronische Steuerdrosselvorrichtung 96, die in dem Einlassdurchlass der Kraftmaschine 25 vorgesehen ist, und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 97 verbunden.
Die Kraftmaschinensteuereinheit 90 ist mit einer Klimaanlagensteuereinheit 80 in Verbindung und empfängt und sendet Datensignale von und zu der Klimaanlagensteuereinheit 80. Die Kraftmaschinensteuereinheit 90 sendet Informationen bezüglich dessen, ob sich das Kraftfahrzeug in einem außergewöhnlichem Steuerungsmodus befindet oder nicht zu der Klimaanlagensteuereinheit 80. In dieser Beschreibung bezeichnet der Ausdruck "außergewöhnlicher Steuerungsmodus" die folgenden Modi: ein Fall, in dem die Kraftmaschine 25 unter einem Hochlastbetrieb ist, wenn sie zum Beispiel bergauf fährt. Einen Fall, in dem das Kraftfahrzeug beschleunigt wird, wenn es zum Beispiel ein anderes Kraftfahrzeug überholt, und einen Fall, in dem die Kraftmaschine 25 gestartet wird. Wenn die Klimaanlagensteuereinheit 80 von der Kraftmaschinensteuereinheit 90 die Information empfängt, dass sich ein Kraftfahrzeug in einem außergewöhnlichen Modus befindet, setzt sie den niedrigsten Drehmomentwert als ein Solldrehmoment Tr_set und zu den anderen Zeitpunkten (dem nicht außergewöhnlichen Modus) setzt die Klimaanlagensteuereinheit 80 das Lastdrehmoment entsprechend der angenäherten Auslassgasdurchflussrate Qt als das Solldrehmoment Tr_set. Die selektive Bestimmung des Solldrehmoments Tr_set in der Klimaanlagensteuereinheit 80 wird nun beschrieben.
Das Ablaufdiagramm aus 4 zeigt die Hauptroutine zur Steuerung der Verdrängung des Kompressors TP. Wenn der Zündschalter oder der Startschalter angeschaltet ist, startet die Klimaanlagensteuereinheit 80 die Verarbeitung. Die Klimaanlagensteuereinheit 80 führt in Schritt S1 verschiedene Anfangseinstellungen durch.
In Schritt S2 wartet die Klimaanlagensteuereinheit 80, bis der Klimaanlageneinschalter 81 eingeschaltet ist. Wenn der Klimaanlageneinschalter 81 eingeschaltet ist, schreitet die Klimaanlagensteuereinheit 80 zu Schritt S3 vor.
In Schritt S3 bestimmt die Klimaanlagensteuereinheit 80 aus den Signalen von der Kraftmaschinensteuereinheit 90, ob sich das Kraftfahrzeug in einem außergewöhnlichen Modus befindet oder nicht. Wenn das Ergebnis aus Schritt S3 positiv ist, schreitet die Klimaanlagensteuereinheit 80 zu Schritt S4 vor und führt eine Ausnahmesteuerprozedur gemäß dem Ausnahmemodus durch. In der Ausnahmesteuerprozedur befiehlt die Klimaanlagensteuereinheit 80 der Kompressorsteuereinheit 77 den niedrigsten Drehmomentwert als das Solldrehmoment Tr_set einzustellen.
Wenn das Ergebnis aus Schritt S3 negativ ist, schreitet die Klimaanlagensteuereinheit 8 zu Schritt S5 vor und führt eine normale Steuerprozedur durch. In der normalen Steuerprozedur berechnet die Klimaanlagensteuereinheit 80 die Kühlmittelauslassmenge, die für den Kompressor CP erforderlich ist, auf Grundlage von Information, wie zum Beispiel der Solltemperatur des Temperaturreglers 82 und der von dem Fahrgastzellentemperaturfühler 83 erfassten Temperatur und dergleichen, und die Steuereinheit 80 berechnet das entsprechende Drehmoment Tr des Kompressors Cp. Dann befiehlt die Klimaanlagensteuereinheit 80 der Kompressorsteuereinheit 77, das berechnete Drehmoment Tr als das Solldrehmoment Tr_set einzustellen. Ferner sendet die Klimaanlagensteuereinheit 80 das Solldrehmoment Tr_set zu der Kraftmaschinensteuereinheit 90.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, berechnet die Kompressorsteuereinheit 77 darauffolgend die Auslassdurchflussrate Qd entsprechend den von der Klimaanlagensteuereinheit 80 befohlenen Drehmomenteinstellsignalen, berechnet die Druckdifferenz ΔPd_set des Steuerventils 32 entsprechend der Auslassdurchflussrate Qd und berechnet die erforderliche relative Einschaltdauer Td des Antriebssignals, das zu der Spule 76 ausgegeben wird, um die Solldruckdifferenz ΔP_set zu erhalten. Die Treiberschaltung 78, die Befehle von der Kompressorsteuereinheit 77 empfangen hat, sendet zu der Spule 76 ein Antriebssignal gemäß der relativen Einschaltdauer Dt. Dementsprechend wird die Solldruckdifferenz ΔPd_set auf einen geeigneten Wert geändert, so dass der Kompressor CP bei dem Solldrehmoment Tr_set betrieben wird.
Die Stellung der Betätigungsstange 53 (des Ventilkörpers 56) in dem Steuerventil 32, das heißt der Ventilöffnungsgrad wird folgendermaßen bestimmt.
Wenn zu der Spule 76 keine Energie zugeführt wird (relatives Einschaltverhältnis dt = 0%), wird hauptsächlich die Wirkung der Rückstellfeder 69 bewirkt und die Betätigungsstange 53 befindet sich an der in 3(a) gezeigten Ausgangsstellung. Zu diesem Zeitpunkt ist der Ventilkörper 56 der Betätigungsstange 53 am weitesten von dem Ventilsitz 64 entfernt, so dass der Öffnungsgrad des Steuerventils 32 maximiert ist.
Wenn die Energie zu der Spule 76 zugeführt wird, ist der Ventilkkörper 56 mit Bezug auf den Ventilsitz 64 so positioniert, dass die aufwärtsgerichtete Vorspannkraft (F + f2) und die abwärtsgerichtete Vorspannkraft f1 ausgeglichen sind und der Öffnungsgrad des Steuerventils 32 ist bestimmt. Die Menge von zu der Kurbelkammer 15 durch den Zuführdurchlass 31 geleiteten Kältemittelgases wird in Übereinstimmung mit dem Ventilöffnungsgrad bestimmt. Der Kurbeldruck Pc wird durch die Beziehung zwischen der zu der Kurbelkammer 15 durch den Zuführdurchlass 31 eingeführten Kältemittelgasmenge und der von der Kurbelkammer 18 durch den Ablassdurchlass 30 geleiteten Kältemittelgasmenge eingestellt. Die Differenz zwischen dem Kurbeldruck Pc und dem Innendruck des Kompressors 22 wird gemäß der Änderung in dem Kurbeldruck Pc geändert und der Neigungswinkel der Taumelscheibe 18 wird dementsprechend geändert. Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 18 geändert ist, wird der Hub des Kolbens 21, das heißt, die Auslassverdrängung des Kompressors CP eingestellt.
Wenn beispielsweise der Öffnungsgrad des Steuerventils 32 klein ist, nimmt der Kurbeldruck Pc ab und der Neigungswinkel der Taumelscheibe 18 nimmt zu. Folglich nimmt der Hub des Kolbens 21 zu und der Kompressor CP wird bei einer großen Auslassverdrängung betrieben. Wenn im Gegensatz dazu der Öffnungsgrad des Steuerventils 32 groß ist, nimmt der Druck Pc in der Kurbelkammer 15 zu und der Neigungswinkel der Taumelscheibe 18 nimmt ab. Folglich nimmt der Hub des Kolbens 21 ab und der Kompressor CP wird bei einer kleinen Auslassverdrängung betrieben.
Die Kraftmaschinensteuereinheit 90 berechnet das Kraftmaschinenausgabesolldrehmoment Tr_eng unter Verwendung von Information, wie zum Beispiel dem Niederdrückbetrag eines Beschleunigungspedals von dem Pedalstellungssensor 93, der Drehzahl Ne der Kraftmaschine 25 von dem Drehzahlsensor 92 und dem Solldrehmoment Trset, dass sie von der Klimaanlagensteuereinheit 80 empfangen hat, und dergleichen. Die Kraftmaschinensteuereinheit 90 steuert die Kraftmaschine 25, so dass sie das Kraftmaschinenausgabesolldrehmoment Tr_eng erhält.
Genauer gesagt bestimmt die Kraftmaschinensteuereinheit 90 den Sollöffnungsgrad oder die Größe des Drosselventils auf Grundlage des Kraftmaschinenausgabesolldrehmoments Tr_eng und führt einen Befehl zum Erzeugen des Sollöffnungsgrads einer Drosselvorrichtung 96 aus. Die Drosselvorrichtung 96 stellt den Öffnungsgrad eines Drosselventils (nicht gezeigt) ein und stellt somit die Einlassluftmenge ein.
Die Kraftmaschinensteuereinheit 90 berechnet eine Kraftstoffeinspritzsollmenge auf Grundlage des Ansaugluftdrucks von dem Luftdrucksensor 94 und des im Vorfeld gespeicherten theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und befiehlt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 97, die Kraftstoffeinspritzsollmenge zu erzeugen. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 97 spritzt die Sollmenge des Kraftstoffs entsprechend dem befohlenen theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in die Kraftstoffkammer der Kraftmaschine 25 in dem Ansaugtakt ein.
Die Kraftmaschinensteuereinheit 90 bestimmt einen Sollwert der Solldrehzahl Ne_set der Kraftmaschine 25 auf Grundlage des Kraftmaschinenausgabesolldrehmoments Treng. Ferner berechnet die Kraftmaschinensteuereinheit 90 ein Sollübersetzungsverhältnis auf Grundlage der Solldrehzahl Ne_set und der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit von einem Kraftfahrzeuggeschwindigkeitssensor 91 und befiehlt dem stufenlosen Getriebe 95, das Sollübersetzungsverhältnis zu erzeugen. Das stufenlosen Getriebe 95 stellt die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 25 auf die Solldrehzahl Ne_set ein, indem das Zahnriemenverhältnis (wirksames Durchmesserverhältnis) von beispielsweise des Antriebszahnriemens zu dem angetriebenen Zahnriemen eingestellt wird, um das befohlene Sollübersetzungsverhältnis zu erhalten. Als ein Ergebnis wird die Kraftmaschine 25 bei der Kombination aus dem Kraftstoffausgabedrehmoment Tr_eng und der Drehzahl Ne_set betrieben, aus welcher die optimale Kraftstoffeffizienz erhalten werden kann.
Das erste Ausführungsbeispiel hat die nachstehenden Vorteile.
Die Klimaanlagensteuereinheit 80 sendet Drehmomenteinstellsignale für das Solldrehmoment Tr_set zu der Kompressorsteuereinheit 77, so dass das Drehmoment Tr des Kompressors CP das Solldrehmoment Tr_set erzeugt. Daher ist die Klimaanlagensteuereinheit 80 in der Lage, eine genaue Steuerung der Kompressorverdrängung auf Grundlage des Drehmoments auszuführen.
Die Klimaanlagensteuereinheit 80 sendet zudem die Drehmomentsignale für das Solldrehmoment Tr_set zu der Kraftmaschinensteuereinheit 90. Wenn dementsprechend die Kraftmaschine 25 auf Grundlage des Werts des Lastdrehmoments Tr des Kompressors CP effizient gesteuert wird, ist die Kraftmaschinensteuereinheit 90 in der Lage, das Solldrehmoment Tr_set von der Klimaanlagensteuereinheit 80 als das Kompressordrehmoment betreffende Daten zu verwenden und ein Lastdrehmomentschätzkennfeld ist nicht erforderlich. Dies vereinfacht die Steuerung der Kraftmaschine 25. Ferner kann die Kraftfahrzeugklimaanlage einfach auf verschiedene Kraftfahrzeuge angewendet werden.
Die Steuereinheiten 77, 80 und 90 tauschen ihre Drehmomentinformationen untereinander aus. Daher werden Zeit und Aufwendungen zum Konvertieren anderer Signale in Drehmomentsignale zwischen den Steuereinheiten 77, 80 und 90 ausgelassen und die Steuerung der Verdrängung des Kompressors CP und der Ausgabe der Kraftmaschine 25 wird einfacher.
Die Klimaanlagensteuereinheit 80 funktioniert als eine externe Steuereinheit, die die Kompressorsteuereinheit 77 so befehligt, dass sie das Solldrehmoment Tr_set erzeugt. Somit ist eine spezielle externe Steuereinheit, die sich von der Klimaanlagensteuereinheit 80 unterscheidet, nicht erforderlich, wodurch Raum gespart wird.
Die Kompressorsteuereinheit 77 berechnet die Solldruckdifferenz Δ Pdset des Steuerventils 32, welche dem Solldrehmoment Tr_set entspricht, aus den Gleichungen 6 und 7 und steuert dann das Steuerventil 32, so dass die Druckdifferenz Δ Pd des Steuerventils 32 auf die Solldruckdifferenz Δ Pd_set gesteuert wird. Da in der Kompressorsteuereinheit 77 das Lastdrehmoment Tr ungeachtet der Beschaffenheit des externen Kältemittelkreislaufs 1 der Kraftmaschinenklimaanlage genau abgeschätzt werden kann, kann die Kraftfahrzeugklimaanlage auf verschiedene Kraftfahrzeuge angewendet werden.
In Gleichung 6 wird der Ansaugdruck Ps des Kompressors CP als eine Variable verwendet. Daher ist die Berechnung der Solldruckdifferenz Δ Pd_set des Steuerventils 32 höchst genau und das Kompressorlastdrehmoment Tr wird bei einer hohen Genauigkeit gesteuert.
Der Ansaugdruck Ps und der Auslassdruck Pd des Kompressors CP und die Drehzahl Nc der Antriebswelle 16 werden jeweils durch die Sensoren 41, 42 und 43, die in dem Kompressormodul CPM vorgesehen sind, erfasst. Dementsprechend werden alle zum Steuern der Verdrängung des Kompressors CP notwendigen Informationen durch eine Informationserfassung in dem Kompressormodul CPM gesammelt. Als ein Ergebnis ist es nicht notwendig, eine zusätzliche Informationserfassung außerhalb des Kompressormoduls CPM vorzusehen. Dementsprechend ist es bei der Klimaanlage möglich, ein unterschiedliches Kompressormodul CPM mit einer anderen Bauweise mit dem Kältemittelkreislauf zu kombinieren.
Das Steuerventil 32 hat die Betätigungsstange 53, die die Druckdifferenz Δ Pd über der festen Drosselstelle 8a mechanisch erfasst. Der Ventilöffnungsgrad des Steuerventils 32 wird auf Grundlage der Druckdifferenz Δ Pd, die durch die Betätigungsstange 53 erfasst wurde, automatisch eingestellt und die Solldruckdifferenz Δ Pd_set, die ein Index zum Steuern des automatischen Ventilöffnungsgrads ist, wird durch die zu der Spule 76 zugeführten Strommenge gesteuert. Daher wird die Einstellung des Öffnungsgrads des Steuerventils 32 rasch ausgeführt.
Zweites Ausführungsbeispiel
Wie in 5 gezeigt ist, ist ein zylindrischer Faltenbalg mit einem Boden 101, der als ein Druckfühlelement funktioniert, in der Hochdruckkammer 65 enthalten. In diesem Ausführungsbeispiel funktionieren die Betätigungsstange 53 und der Faltenbalg 101 als erster bzw. zweiter Druckdifferenzdetektor. Das obere Ende des Faltenbalgs 101 ist an einem Stöpsel 58a befestigt. Der Faltenbalg 101 teilt die Hochdruckkammer 65 in eine erste Druckkammer 102, die sich innerhalb des Faltenbalgs 101 befindet und in eine zweite Druckkammer 103, die sich außerhalb des Faltenbalgs 101 befindet.
Die Bodenwand des Faltenbalgs 101 ist mit einem Loch 101a zum Empfangen der Betätigungsstange 53 versehen und das obere Ende des Teilers 54 der Betätigungsstange 53 ist in das Loch 101a eingeführt. Der Faltenbalg 101 ist in der Hochdruckkammer 65 auf eine elastisch komprimierte Weise montiert. Der Faltenbalg wird gegen den Teiler 54 durch eine abwärts gerichtete Kraft f3 auf Grund dieser Kompression durch das Loch 101a gepresst.
Die erste Druckkammer 102 ist durch ein P1-Öffnung 104, die in dem Stöpsel 58a ausgebildet ist und einen ersten Druckerfassungsdurchlass 105 mit der Auslasskammer 7 verbunden, in der sich der erste Drucküberwachungspunkt P1 befindet. Die zweite Druckkammer 103 ist durch eine radiale P2-Öffnung 106 und einen in dem oberen Gehäuseelement 58b des Ventilgehäuses 58 ausgebildeten zweiten Druckerfassungsdurchlass 107 mit dem zweiten Drucküberwachungspunkt P2 verbunden. Der an dem ersten Drucküberwachungspunkt P1 überwachte Druck PdH wird auf die erste Druckkammer 102 aufgebracht und der an dem zweiten Drucküberwachungspunkt P2 überwachte Druck PdL wird auf die zweite Druckkammer 103 aufgebracht.
Ein Zuführdurchlass 31 verbindet den ersten Drucküberwachungspunkt P1 mit der Kurbelkammer 15. Ein stromaufwärts liegender Abschnitt des Zuführdurchlasses 31 verbindet den ersten Drucküberwachungspunkt P1 durch die zweite Öffnung 63 mit dem Steuerventil 32 und ein stromabwärts liegender Abschnitt verbindet das Steuerventil 32 durch die erste Öffnung 62 mit der Kurbelkammer 15. Das heißt, in dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Richtung des Kältemittelgasdurchflusses durch die erste und zweite Öffnung von der des ersten Ausführungsbeispiels unterschiedlich.
Zwischen dem ortsfesten Eisenkern 70 und dem beweglichen Eisenkern 74 in der Plungerkammer 72 ist eine spulenförmige Feder 108 aufgenommen. Die Kraft der Feder 108 trennt den beweglichen Eisenkern 74 von dem ortsfesten Eisenkern 70, das heißt, die Feder 108 beabstandet den Ventilkörper von dem Ventilsitz 64.
Verschiedene auf den Teiler 54 wirkende Kräfte werden nun beschrieben. Der Teiler 54 empfängt eine abwärts gerichtete Kraft f3 von dem Faltenbalg 101. Der Teiler 54 empfängt zudem eine abwärtsgerichtete Kraft auf Grundlage der Differenz zwischen der abwärtsgerichteten Kraft des Drucks PdH in der ersten Druckkammer 102 und der aufwärtsgerichteten Kraft des Drucks PdL in der zweiten Druckkammer 103. Die wirksame Druckaufnahmefläche des Faltenbalgs 101 mit Bezug auf den Druck PdH in der ersten Druckkammer 102 ist gleich wie die Querschnittsfläche S5 des Faltenbalgs. Die wirksame Druckaufnahmefläche des Faltenbalgs 101 mit Bezug auf den Druck PdL in der zweiten Druckkammer 103 entspricht der Querschnittsfläche S5 abzüglich der Querschnittsfläche S2 des Teilers 54. Somit empfängt der Teiler 54 eine Kraft von PdH × S5 – Pd1 (S5 – S2). Wenn die abwärtsgerichtete Kraft einen positiven Wert hat, wird die Nettokraft ΣF1 der abwärtsgerichteten Kräfte, die auf den Teiler 54 wirken, durch die nachstehende Gleichung 8 ausgedrückt.

ΣF1 = PdH × S5-PdL(S5-S2)-PdH(S2–S3)+f3 = PdH(S5-S2+S3)-PdL(S5-S2)+f3 ... Gleichung 8
Als nächstes werden verschiedene auf die Führung 57 wirkende Kräfte beschrieben. Die Führung 57 empfängt eine abwärtsgerichtete Kraft f4 von der Feder 108. Die Führung 57 empfängt zudem eine abwärtsgerichtete Kraft auf Grundlage des Drucks Pd in dem Durchgangsloch 60. Der Druck PdH der Kurbeldruckkammer 66 wirkt auf der Führung 57. Die Druckaufnahmefläche der Führung 57 mit Bezug auf den Druck PdH in dem Durchgangsloch 60 entspricht der Querschnittsfläche S1 des Durchgangslochs 60 abzüglich der Querschnittsfläche S3 des Koppelelements 55. Die Führung 57 empfängt ferner eine aufwärts gerichtete Kraft auf Grundlage des Drucks Pc der Ventilkammer 59. Die Druckaufnahmefläche der Führung 57 mit Bezug auf den Druck Pc in der Ventilkammer 59 ist die Querschnittsfläche S4 der Führung 57 abzüglich der Querschnittsfläche S1 des Durchgangslochs 60. Wenn die aufwärts gerichtete Kraft einen positiven Wert hat, wird die Nettokraft ΣF2 der auf die Führung 57 wirkenden aufwärts gerichteten Kräfte durch die nachstehende Gleichungen ausgedrückt

ΣF2 = F-f4-PdH(S1–S3)-Pc(S4-S1)+Pc·S4 = F-f4-PdH(S1-S3)+Pc·S1 Gleichung 9
Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Axialstellung der Betätigungsstange 53 durch eine Stellung definiert, an der ΣF1 aus Gleichung 8 gleich zu ΣF2 aus Gleichung 9 ist. Vorausgesetzt, dass ΣF1 = ΣF2 ist, kann die nachstehende Gleichung 10 erhalten werden.

PdH(S5-52+S1)-PdL(S5-52)-Pc·S1 = F-f3-f4 Gleichung 10
Die Querschnittsfläche S1 des Durchgangslochs 60 ist gleich wie die Querschnittsfläche S2 des Teilers 54. Wenn somit S2 aus Gleichung 10 durch S1 ausgetauscht wird, wie dies nachstehend der Fall ist, wird die Gleichung 11 erhalten.

(PdH-PdL)S5+(PdL-Pc)S1 = F-f3-f4 Gleichung 11
Wie aus Gleichung 11 ersichtlich ist, positioniert das Steuerventil 32 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Betätigungsstange 53 durch ein Zusammenwirken einer Kraft auf Grundlage der ersten Druckdifferenz Δ Pd1 (PdH-PdL) und eine Kraft auf Grundlage der zweiten Druckdifferenz Δ Pd2 (Pd1-Pc). Das heißt, die Betätigungsstange 53 wird nicht nur durch die Variation der ersten Druckdifferenz Δ Pd1 sondern auch durch die zweite Druckdifferenz Δ Pd2 verschoben. Wie dies vorstehend beschrieben ist, positioniert das Steuerventil 32 des zweiten Ausführungsbeispiels die Betätigungsstange 53, um ein konstantes Verhältnis zwischen der ersten Druckdifferenz Δ Pd1 und der zweiten Druckdifferenz Δ Pd2, wie es durch die elektromagnetische Kraft F bestimmt wurde, zu erhalten.
Es ist anzumerken, dass in der zweiten Druckdifferenz Δ Pd2 der Auslassdruck PdL beträchtlich größer als der Kurbeldruck PC ist. Daher kann die zweite Druckdifferenz Δ Pd2 auf den Auslassdruck PdL angenähert werden. Mit anderen Worten kann die Betätigungsstange 53 durch den Auslassdruck PdL unter Verwendung des Kurbeldrucks Pc an der Niedrigdruckseite positioniert. werden.
Das zweite Ausführungsbeispiel hat die nachstehenden Vorteile zusätzlich zu jenen des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels.
Die erste Druckdifferenz Δ Pd1, welche die Druckdifferenz über der festen Drosselstelle 8a ist, gibt im Wesentlichen die Auslassgasdurchflussrate Qd wieder, mit der Ausnahme, wenn die Auslassgasdurchflussrate Qd klein ist. Wenn die Auslassgasdurchflussrate Qd klein ist, ist die Kraft der ersten Druckdifferenz Δ Pd1 zu klein, um die Betätigungsstange 53 zu positionieren. Das Steuerventil 32 in dem zweiten Ausführungsbeispiel setzt zusätzlich zu der ersten Druckdifferenz Δ Pd1 die zweite Druckdifferenz ΔP2 ein. Somit wird die Betätigungsstange 53 durch die zweite Druckdifferenz Δ Pd2 beeinflusst und die Betätigungsstange 53 wird genau positioniert. Dies verbessert die Einstellung des Ventilöffnungsgrads.
Es sollt für den Fachmann offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen speziellen Formen ausgeführt werden kann, ohne dabei vom Wesen oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere sollte verstanden werden, dass die Erfindung in den folgenden Formen ausgeführt werden kann.
Anstelle der getrennten Steuereinheiten 77, 80 und 90 können eine oder zwei Steuereinheiten vorgesehen werden, welche die Abläufe dieser Steuereinheiten 77, 80 und 90 durchführen.
Beispielsweise kann anstelle der in dem Kompressormodul CPM vorgesehenen Kompressorsteuereinheit 77 die Klimaanlagensteuereinheit 80 oder die Kraftmaschinensteuereinheit 90 die Funktionen der Kompressorsteuereinheit 77 durchführen. In diesem Fall, werden die Drehmomenteinstellsignale in der Klimaanlagensteuereinheit 8 oder der Kraftmaschinensteuereinheit 90 eingestellt und die Drehmomenteinstellsignale werden mit dem Index zum Steuern des Steuerventils in Zusammenhang gebracht. In diesem Fall wird der CPU-Speicher der Klimaanlagensteuereinheit 80 oder der Kraftmaschinensteuereinheit 90 vergrößert, wie dies erforderlich ist. Mit einem solchen Aufbau befindet sich die CPU in der Klimaanlagensteuereinheit 80 oder der Kraftmaschinensteuereinheit 90, wodurch der Aufbau der Klimaanlage vereinfacht wird.
Überdies kann die Kraftmaschinensteuereinheit 90 die Funktion der Klimaanlagensteuereinheit 80, die die Kraftmaschine steuert, durchführen. Somit muss eine separate Klimaanlagensteuereinheit 80 nicht vorgesehen sein. Zusätzlich kann die Kraftmaschinensteuereinheit 90 als eine externe Steuereinheit funktionieren. Wenn die Kraftmaschinensteuereinheit 90 als die externe Steuereinheit funktioniert, sendet sie Drehmomenteinstellsignale zu der Kompressorsteuereinheit 77, um das Steuerventil 33 so zu steuern, dass das Solldrehmoment Tr_set erhalten wird. Dies vereinfacht einen Netzwerkaufbau, der die Steuersignale zwischen den Steuereinheiten übermittelt.
Die Klimaanlagensteuereinheit 80 speichert das letzte Solldrehmoment Trset anstelle die Werte des zu der Kompressorsteuereinheit 77 geschickten Solldrehmomente Tr_set immer von Anfang an zu berechnen und sie kann den Wert durch eine vorbestimmten Wert erhöhen oder verringern, so dass dieser zum nächsten Solldrehmoment Tr_set wird. Das heißt, wenn die Auslassverdrängung des Kompressors Cp klein ist, wird ein vorbestimmter Wert auf das letzte Solldrehmoment Tr_set addiert und wenn die Auslassverdrängung des Kompressors CP groß ist, wird ein vorbestimmter Wert von dem letzten Solldrehmoment Tr_set abgezogen. Dies vereinfacht die Berechnung des Solldrehmoments Trset Die externe Steuereinheit kann eine einfache manuelle Einstellvorrichtung sein. In diesem Fall, stellt die externe Steuereinheit das Solldrehmoment Tr_set auf eine einfache Weise ein, anstelle das Solldrehmoment Tr_set durch die CPU aus den die Temperatur des Temperaturreglers 82 und den Fahrgastzellentemperatursensor 83 betreffende Bedingungen zu berechnen. Beispielsweise wird das Solldrehmoment Tr_set schrittweise oder kontinuierlich gewechselt und durch Betätigung eines Einstellknopfs geschickt, der die Kühlbedingungen in einer manuellen Klimaanlage einstellt, zu der Kompressorsteuereinheit 77. In einem außergewöhnlichen Steuermodus wird ein vorbestimmtes minimales Solldrehmoment Trset durch den Befehl von der Kraftmaschinensteuereinheit 90 zu der Kompressorsteuereinheit 77 ausgegeben. Das Solldrehmoment Trset anzeigende Signale können zudem zu der Kraftmaschinensteuereinheit 90 zum Berechnen des Kraftmaschinenausgabesolldrehmoments Tr_eng ausgegeben werden. Als ein Ergebnis steuert die Kraftmaschinensteuereinheit 90 die Kraftmaschine 25 auf Grundlage der Betriebsbedingungen des Kompressors CP effektiv, ohne dass eine CPU an der Klimaanlagensteuereinheit 80 montiert ist, wenn die externe Steuereinheit die Klimaanlagensteuereinheit 80 ist.
Die Drehzahl Nc der Antriebswelle 16 kann in dem Drehzahlsensor 92 berechnet werden, anstelle den Drehsensor 53 in dem Kompressormodul CPM zu erfassen. Als ein Ergebnis ist der Drehsensor nicht erforderlich und der Aufbau des Kompressormoduls wird einfacher und die Kosten werden verringert.
Die Kraftmaschinensteuereinheit 90 empfängt das Solldrehmoment Tr_set betreffende Drehmomentsignale von der Klimaanlagensteuereinheit 80. Danach entscheidet die Kraftmaschinensteuereinheit 90, ob sich das Kraftfahrzeug in einem normalen Modus oder in einem außergewöhnlichen Modus befindet. Dann, wenn sich das Kraftfahrzeug in einem außergewöhnlichen Modus befindet, wie dies unter Bezugnahme auf 4 beschrieben ist, wird das Solldrehmoment Trset geändert, um der Kraftfahrzeugbewegung einen Vorrang zu geben und das geänderte Solldrehmoment Tr_set betreffende Drehmomenteinstellsignale können zu der Kompressorsteuereinheit 77 gesendet werden. Selbst wenn sich das Kraftfahrzeug in einem außergewöhnlichen Modus befindet, muss die Kraftmaschinensteuereinheit 90 nicht notwendigerweise bei der minimalen Verdrängung des Kompressors CP betrieben werden und das maximale Drehmoment in dem zulässigen Bereich, der auf den Kompressor CP angewandt werden kann, kann das Solldrehmoment Tr_set des Kompressors CP sein. Als ein Ergebnis kann die Steuerzeit verkürzt werden und die Klimaanlage kann effizient betätigt werden.
Die Kompressorsteuereinheit 77 kann den Lastdrehmomentwert Tr betreffende Signale zu der Kraftmaschinensteuereinheit 90 ausgeben. In diesem Fall ist das Empfangen des das Solldrehmoment Trset treffende Drehmomenteinstellsignals durch die Kompressorsteuereinheit 77 und die Steuerung des Steuerventils 32 verzögert. Allerdings ist die Kraftmaschinensteuereinheit 90 in der Lage, das Kraftmaschinenausgabesolldrehmoment Tr_eng unter Verwendung des gegenwärtigen Lastdrehmoments Tr zu berechnen, welches genauer als das Solldrehmoment Tr_set ist. Dementsprechend kann die Kraftmaschine 25 noch effizienter gesteuert werden.
Eine externe Steuereinheit, die sich von der Klimaanlagensteuereinheit 80 und der Kraftmaschinensteuereinheit 90 unterscheidet, kann vorgesehen sein. Die externe Steuereinheit beurteilt, ob irgendeiner der Betriebsdrehmomentwerte, die sowohl die Klimaanlagensteuereinheit 80 als auch die Kraftmaschinensteuereinheit 90 des Kompressormoduls TPM benötigen, vorausgegangen sind und sendet der Kompressorsteuereinheit 77 das Solldrehmoment Tr_set.
Die Kompressorsteuereinheit 77 befindet sich an der Ansaugdruckzone oder in der Nähe der Ansaugdruckzone des Kompressors CP. Als ein Ergebnis wird die Kompressorsteuereinheit 77 durch das angesogene Kältemittel, dessen Temperatur vergleichsweise niedrig ist, gekühlt.
Wenn in der Kompressorsteuereinheit 77 der Ansaugdruck PS von dem Ansaugdrucksensor 41 unter einen vorbestimmten Wert fällt, kann das Lastdrehmoment Tr des Kompressors TP ungeachtet des von der Klimaanlagensteuereinheit 80 befohlenen Solldrehmoments Tr_set verringert werden.
In dem Steuerventil 32 in dem zweiten Ausführungsbeispiel kann an Stelle des Kurbeldrucks Pc der Druck der zweiten Druckdifferenz ΔP2 der Ansaugdruck Ps sein, der niedriger als der Kurbeldruck Pc ist. In diesem Fall wird die Wirkung des Auslassdrucks Pd1 vorherrschender und das Einstellen des Ventilöffnungsgrads in einem Fall, in dem die Auslassgasdurchflussrate Qd niedrig ist, wird weiter verbessert.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel kann der Auslassdrucksensor 42 des Kompressormoduls CPM, der den Auslassdruck Pd erfasst, entfernt werden, um den Wert des Auslassdrucks Pd aus Gleichung 6 unveränderlich zu machen. Dies vereinfacht die Berechnung durch die Kompressorsteuereinheit 77, wodurch die Kosten des Kompressormoduls CPM verringert werden. Der Grund, warum der Auslassdruck Pd nicht als eine Variable in Gleichung 6 verwendet werden muss, liegt daran, dass in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Eingabestromwert I zu der Spule 76 durch ein festes Verhältnis zwischen der ersten Druckdifferenz Δ Pd1, die durch die Auslassgasdurchflussrate Qd wiedergegeben wird, und der zweiten Druckdifferenz Δ Pd2, die durch den Auslassdruck Pd1 gesteuert wird, ausgedrückt wird. In diesem Fall sind die Auslassgasdurchflussrate Qd und der Auslassdruck Pd1 indirekte Variablen in Gleichung 6 (beispielsweise ist Tr = L/(2π·Nc) und L = a·I+b; wobei a und b jeweils konstant sind).
Das Steuerventil kann auch ein sogenanntes auslassseitiges Steuerventil sein, das den Öffnungsgrad des Ablassdurchlasses 30 steuert, anstelle den Öffnungsgrad des Zuführdurchlasses 31 einzustellen.

Claims

Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Verdrängungssteuergerät zum Steuern der Auslassverdrängung eines Kompressors mit variabler Verdrängung, wobei der Kompressor (CP) in den Kältemittelkreislauf eingegliedert ist und eine Antriebswelle (16) hat, wobei ein Lastdrehmoment (Tr) auf die Antriebswelle (16) aufgebracht wird, indem die Antriebswelle (16) von einer externen Antriebsquelle (25) angetrieben wird, und wobei eine Änderung in dem Lastdrehmoment (Tr) eine Änderung in der Auslassverdrängung wiedergibt, wobei das Verdrängungssteuergerät folgendes aufweist: ein Steuerventil (32) zum Ändern der Verdrängung des Kompressors (CP) durch Ändern des Ventilöffnungsgrads; eine erste Steuereinheit, die außerhalb des Kompressors (CP) vorgesehen ist, zum Senden eines Drehmomenteinstellsignals, welches ein Solldrehmoment (Tr_set) zum Steuern der Auslassverdrängung des Kompressors (CP) anzeigt; und eine zweite Steuereinheit (77, 80, 90) zum Empfangen des von der ersten Steuereinheit gesendeten Drehmomenteinstellsignals, wobei die zweite Steuereinheit (77, 80, 90) einen Index zum Ändern des Öffnungsgrads des Steuerventils auf Grundlage des Drehmomenteinstellventils berechnet, so dass der Steuerventilöffnungsgrad zum Ändern der Verdrängung des Kompressors (CP) gesteuert wird, und, als Ergebnis, wird das Lastdrehmoment (Tr) des Kompressors (CP) auf das Solldrehmoment (Tr_set) geändert, wobei der Kältemittelkreislauf dadurch gekennzeichnet ist, dass der Druckunterschied (ΔPd) zwischen den Drücken an zwei Drucküberwachungspunkten (P1, P2) in dem Kältemittelkreislauf das Lastdrehmoment wiedergibt, wobei der Öffnungsgrad durch Ändern des Druckunterschieds (ΔPd) auf einen Solldruckunterschied (Δpd_set) geändert wird, der dem Solldrehmoment (Tr_set).
Kältemittelkreislauf gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuereinheit (77, 80, 90) eine an dem Kompressor (CP) montierte Kompressorsteuereinheit ist.
Kältemittelkreislauf gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungssteuerungsgerät ferner eine Klimaanlagensteuereinheit (80) zum Steuern der Klimaanlage und eine Erfassungsvorrichtung (81, 82, 83) aufweist, die an der Klimaanlagensteuereinheit (80) angeschlossen ist, um die die von dem Kältemittelkreislauf der Klimaanlage erforderliche Kältemittelleistung betreffenden Informationen zu erfassen, wobei die Klimaanlagensteuereinheit (80) das Solldrehmoment (Tr_set) auf Grundlage dieser Information bestimmt.
Kältemittelkreislauf gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Antriebsquelle (25) eine Kraftmaschine (25) ist und das Verdrängungssteuergerät eine Kraftmaschinensteuereinheit (90) zum Steuern der Kraftmaschine (25) aufweist, wobei auch die erste Steuereinheit das Drehmomenteinstellsignal zu der Kraftmaschinensteuereinheit (90) sendet.
Kältemittelkreislauf gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Antriebsquelle (25) eine Kraftmaschine (25) ist und das Verdrängungssteuergerät folgendes aufweist: eine Kraftmaschinensteuereinheit (90) zum Steuern der Kraftmaschine (25); und eine zweite Erfassungsvorrichtung (91, 92, 93, 94), die an die Kraftmaschinensteuereinheit (90) angeschlossen ist, um die eine auf eine Kraftmaschine (25) aufgebrachte Last betreffende Information zu erfassen, wobei ein zweites Solldrehmoment (Tr_set) auf Grundlage der durch die zweite Erfassungsvorrichtung (91, 92, 93, 94) erfassten Information durch die Kraftmaschinensteuereinrichtung (90) bestimmte wird, wobei die erste Steuereinheit das Drehmomenteinstellsignal auf Grundlage des ersten Solldrehmoments and des zweiten Solldrehmoments (Tr_set) bestimmt.
Kältemittelkreislauf gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuereinheit die Klimaanlagensteuereinheit (80) oder die Kraftmaschinensteuereinheit (90) ist.
Verdrängungssteuerverfahren zum Steuern der Verdrängung eines Kompressors mit variabler Verdrängung, wobei der Kompressor (CP) in eine Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage eingegliedert ist und eine Antriebswelle (16) hat, wobei ein Lastdrehmoment auf die Antriebswelle (16) aufgebracht wird, indem die Antriebswelle von einer externen Antriebsquelle (25) angetrieben wird, und wobei eine Änderung des Lastdrehmoments (Tr) eine Änderung in der Auslassverdrängung wiedergibt, wobei das Verfahren folgendes aufweist: Bestimmen eines Solldrehmoments (Tr_set) zum Steuern der Verdrängung des Kompressors (CP) außerhalb des Kompressors (CP); Übertragen eines Drehmomenteinstellsignals, das das Solldrehmoment (Tr_set) anzeigt, zu dem Kompressor (CP); und Ändern des Lastdrehmoments (Tr) auf das Solldrehmoment (Trset), indem die Auslassverdrängung des Kompressors (CP) auf Grundlage des Drehmomenteinstellsignals gesteuert wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schritt, in dem das Lastdrehmoment (Tr) auf das Solldrehmoment (Tr_set) geändert wird, folgendes aufweist: Erfassen eines Druckunterschieds (ΔPd) zwischen den Drücken an zwei Drucküberwachungspunkten (P1, P2) in dem Kältemittelkreislauf, wobei der Druckunterschied (ΔPd) das Lastdrehmoment (Tr) wiedergibt; und Ändern des Druckunterschieds (ΔPd) zwischen den zwei Drucküberwachungspunkten (P1, P2) auf einen Solldruckunterschied (ΔPd_set) wobei der Solldruckunterschied (ΔPd_set) dem Solldrehmoment (Tr_set) entspricht.
Verdrängungssteuerverfahren zum Steuern der Auslassverdrängung eines Kompressors mit variabler Verdrängung, wobei der Kompressor (CP) in eine Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage eingegliedert ist und eine Antriebswelle (16) hat, wobei ein Lastdrehmoment auf die Antriebswelle (16) aufgebracht wird, indem die Antriebswelle (16) von einer externen Antriebsquelle (25) angetrieben wird, und wobei eine Änderung des Lastdrehmoments (Tr) eine Änderung in der Auslassverdrängung wiedergibt, wobei das Verfahren folgendes aufweist: Bestimmen eines Solldrehmoments (Tr_se _t) zum Steuern der Verdrängung des Kompressors (CP) außerhalb des Kompressors (CP); Übertragen eines Drehmomenteinstellsignals, das das Solldrehmoment (Tr) anzeigt, zu dem Kompressor (CP); und Ändern des Lastdrehmoments (Tr) auf das Solldrehmoment (Tr_set), indem die Auslassverdrängung des Kompressors (CP) auf Grundlage des Drehmomenteinstellsignals gesteuert wird; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schritt, in dem das Lastdrehmoment (Tr) auf das Solldrehmoment (Tr_se _t) geändert wird, folgendes aufweist: Erfassen eines ersten Druckunterschieds (ΔPd1) zwischen den Drücken an zwei Drucküberwachungspunkten (P1, P2) in dem Kältemittelkreislauf; Erfassen eines zweiten Druckunterschieds (ΔPd2), der sich von dem ersten Druckunterschied (ΔPd1) unterscheidet, zwischen zwei Drucküberwachungspunkten (7, 15), wobei der erste und der zweite Druckunterschied (ΔPd1, ΔPd2) das Lastdrehmoment (Tr) wiedergeben; und Ändern des ersten und des zweiten Druckunterschieds (ΔPd1, ΔPd2) auf den Solldruckunterschied (ΔPd_set), wobei der Solldruckunterschied (ΔPdset) dem Solldrehmoment (Tr_set) entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Solldrehmoment (Tr_set) auf Grundlage von der die für die Klimaanlage erforderliche Kältemittelleistung betreffenden Information oder der die auf die externe Antriebsquelle (25) aufgebrachte Last betreffenden Information bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner das Berechnen der durch den Kompressor (CP) unter Verwendung des Solldrehmoments (Trset) aufgebrachten Last (Tr_eng) aufweist.
Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage mit: einem Kompressor (CP), wobei der Kompressor (CP) eine Antriebswelle (16) hat, auf die durch eine externe Antriebsquelle (25) ein Lastdrehmoment (Tr) aufgebracht wird; einem Steuerventil (32), das sich in dem Kompressor (CP) befindet, um die Auslassverdrängung des Kompressors (CP) durch Steuern des Ventilöffnungsgrads zu ändern; einer Kompressorsteuereinheit (77), die an dem Kompressor (CP) montiert ist, wobei die Kompressorsteuereinheit (77) ein ein Solldrehmoment (Tr_set) anzeigendes Drehmomenteinstellsignal von außerhalb des Kompressors empfängt, wobei die Kompressorsteuereinheit (77) einen Index zum Ändern des Steuerventilöffnungsgrads auf Grundlage des Drehmomenteinstellsignals berechnet, so dass das Lastdrehmoment (Tr) auf das Solldrehmoment (Tr_set) geändert wird, wobei die Kompressorsteuereinheit (77) gemäß dem Index eine Anweisung zu dem Steuerventil (32) schickt, und als Ergebnis der Steuerventilöffnungsgrad so gesteuert wird, dass die Verdrängung des Kompressors gesteuert wird, wobei das Kompressormodul dadurch gekennzeichnet ist, dass der Druckunterschied (ΔPd) zwischen den Drücken an zwei Drucküberwachungspunkten (P1, P2) in dem Kältemittelkreislauf das Lastdrehmoment wiedergibt, wobei der Öffnungsgrad durch Ändern des Druckunterschieds (ΔPd) auf einen Solldruckunterschied (ΔPd_set) geändert wird, der dem Solldrehmoment (Tr) entspricht.
Kältemittelkreislauf gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor ferner folgendes aufweist: eine Kurbelkammer (15), durch die die Antriebswelle (16) passt; eine Steuerscheibe (18), die mit Bezug auf die Antriebswelle (16) geneigt ist und sich einstückig mit der Antriebswelle (16) in der Kurbelkammer (15) dreht; und einen Kolben (21), der wirkverbunden mit der Steuerscheibe (18) gekoppelt ist, wobei sich der Kolben (21) in einer Kompressionskammer (22) hin- und herbewegt, wobei der Hub des Kolbens (21) eine Kompressorverdrängung wiedergibt und durch eine Änderung der Neigung der Steuerscheibe (18) in Übereinstimmung mit dem Druck der Kurbelkammer (15) geändert wird; wobei ein Steuerventil (32) den Druck (Pc) in der Kurbelkammer (15) durch Anpassen des Ventilöffnungsgrads steuert und die Kompressorsteuereinheit (77) eine Gleichung verwendet, die ein Verhältnis zwischen einer Vielzahl von Variablen und dem Solldrehmoment (Tr_set) verwendet, um den Index des Ventilöffnungsgrads für das Solldrehmoment (Tr_set) zu berechnen, und die Variablen den Auslassdruck (Pd) des Kompressors (CP), die Drehzahl (Nc) der Antriebswelle (16) und die Auslassgasströmungsrate (Qd) beinhalten.
Kältemittelkreislauf gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor ferner eine Informationserfassungseinrichtung (41, 42, 43) zum Bestimmen von Werten der Variablen aufweist.
Kältemittelkreislauf gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Variablen den Ansaugdruck (Ps) beinhalten.
Kältemittelkreislauf gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf einen Kondensator (2) hat, der durch ein Hochdruckrohr (8) an dem Kompressor (CP) angeschlossen ist, und der Kompressor (CP) ein Kältemittelgas durch eine Kompressionskammer (22) in Übereinstimmung mit dem Takt des Kolbens (21) auslässt, und der Kompressor (CP) eine an das Hochdruckrohr (8) angeschlossene Auslasskammer (7) hat, wobei sich das Hochdruckrohr (8) zwischen der Auslasskammer (7) und dem Kondensator (2) befindet, wobei sich in dem Hochdruckrohr (8) eine Drossel (8a) befindet, und das Steuerventil (32) eine Druckunterschiederfassungseinrichtung zum mechanischen Erfassen des Druckunterschieds (ΔPd) zwischen den Drücken über der Drossel (8a) hat, wobei der Ventilöffnungsgrad auf Grundlage des durch die Druckunterschiederfassungseinrichtung erfassten Druckunterschieds (ΔPd) angepasst wird.
Kältemittelkreislauf gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckunterschied (ΔPd) ein erster Druckunterschied (ΔPd1) ist und die Druckunterschiederfassungseinrichtung eine erste Druckunterschiederfassungseinrichtung (53) ist, wobei das Steuerventil (32) eine zweite Druckunterschiederfassungseinrichtung (101) zum mechanischen Erfassen eines zweiten Druckunterschieds (ΔPd2) hat, der sich von dem ersten Druckunterschied (ΔPd1) unterscheidet, wobei der Ventilöffnungsgrad durch ein unveränderliches Verhältnis zwischen dem ersten Druckunterschied (ΔPd1) und dem zweiten Druckunterschied (ΔPd2) angepasst wird, wobei der zweite Druckunterschied (ΔPd2) auf dem Auslassdruck (Pd) basiert.