控制车辆压缩机的设备和方法 相关申请的交叉引用
本 申 请 要 求 2010 年 6 月 30 日 在 韩 国 知 识 产 权 局 提 交 的 韩 国 专 利 申 请 No.10-2010-0063132 的优先权和权益， 其全部内容为各种目的通过引用而包含于此。
技术领域
本发明涉及一种控制车辆压缩机的设备和方法。本发明特别涉及一种通过出现 减速条件 (speed-reducing condition) 时积累冷空气能量以及出现解除条件 (release condition) 时使用积累的冷空气能量来改进燃料效率的控制车辆压缩机的设备和方法。 背景技术 最近， 多个国家制定了更严格的废气规定和燃料效率规定， 以便减缓全球变暖的 进程以及应对石油资源的耗尽。 为了提高燃料效率， 需要改进包括传动系在内的辅助系统。 包括空调的空气调节系统就是这样的辅助系统之一。
空气调节系统包括压缩机。通过电动离合器的接合或分离操作， 压缩机通过滑轮 选择性地接收发动机扭矩， 并压缩从蒸发器流入的冷却介质。 然后， 压缩机使冷却介质流出 至冷凝器。现有各种类型的压缩机， 并且各种容量的压缩机广泛用于车辆。
根据各种容量的压缩机， 压力控制阀基于负载改变冷却介质的压力， 从而可以控 制倾斜板的角度。 如果倾斜板的角度改变， 则活塞的冲程改变， 相应地可以控制冷却介质的 释放流量。
操作压缩机需要大量的驱动扭矩。特别地， 由于压缩机通过经由皮带连接到发动 机曲轴的滑轮接收驱动扭矩， 因此压缩机根据与目标制冷性能无关的发动机速度而操作。 此外， 由于乘客出于自身的舒适性来操作空气调节系统， 压缩机可能被过度操作， 燃料效率 可能降低。这些问题主要出现在加速或减速时。
背景技术部分公开的信息只用于增强对本发明的一般背景技术的理解， 其不表示 或以任何方式暗示该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容 本发明的各个方面致力于提供一种控制车辆压缩机的设备和方法， 其具有在出现 减速条件时通过增大压缩机操作来积累冷空气能量以及在出现解除条件时使用积累的冷 空气能量来改进燃料效率的优点。
根据本发明的各个方面的控制车辆压缩机的设备可以包括 ： 传感器模块， 包括检 测车辆的车厢温度的车厢温度传感器、 检测车辆的室外温度的室外温度传感器、 检测蒸发 器中的冷却介质的温度 ( 蒸发器温度 ) 的蒸发器温度传感器、 检测车速的车速传感器、 以及 检测制动踏板操作的制动传感器 ； 喷油嘴， 喷射燃料以驱动车辆 ； 空气调节系统， 包括凝结 并液化冷却介质的冷凝器、 蒸发液化的冷却介质的蒸发器、 压缩冷却介质的压缩机、 控制流 入车辆车厢的空气的温度的温控门、 选择性地使内部空气或外部空气流入车辆车厢的进气
门、 以及将空气吹至进气门的鼓风机 ； 以及控制器， 控制喷油嘴和空气调节系统 ； 其中在出 现减速条件的情况下， 控制器通过增大压缩机操作来积累冷空气能量， 以及在出现解除条 件的情况下， 空气调节系统通过减小压缩机操作来使用积累的冷空气能量。
在出现减速条件的情况下， 控制器可以增大压缩机操作直到蒸发器温度达到第一 目标温度。
在增大压缩机操作的过程中在蒸发器温度低于第二目标温度的情况下， 控制器可 以控制温控门以便提高供给到车厢的空气的温度。
在出现解除条件的情况下， 控制器可以减小压缩机操作直到蒸发器温度高于或等 于允许温度。
在减小压缩机操作的过程中在蒸发器温度高于第二目标温度的情况下， 控制器可 以控制温控门以便降低供给到车厢的空气的温度。
通过控制器控制温控门可以包括控制内部空气或外部空气选择性的流入车厢所 通过的进气门以及控制鼓风机的鼓风速度。
在蒸发器温度高于或等于允许温度的情况下， 控制器可以根据压缩机操作的目标 增长率来增大压缩机操作。
控制器可以增大压缩机操作直到压缩机操作达到压缩机目标操作。
在增大压缩机操作的过程中在蒸发器温度高于第二目标温度的情况下， 控制器可 以控制温控门以便降低供给到车厢的空气的温度。
通过控制器控制温控门可以包括控制内部空气或外部空气选择性的流入车厢所 通过的进气门以及控制鼓风机的鼓风速度。
根据本发明的其他方面的控制车辆压缩机的方法可以包括以下步骤 ： a) 确定是 否出现减速条件 ； b) 在出现减速条件的情况下， 确定蒸发器温度是否高于第一目标温度 ； c) 在蒸发器温度高于第一目标温度的情况下， 根据蒸发器温度与第一目标温度之差增大压 缩机操作 ； d) 在增大压缩机操作的过程中， 确定蒸发器温度是否低于第二目标温度 ； 以及 e) 在蒸发器温度低于第二目标温度的情况下， 通过控制温控门来升高供给到车厢的空气的 温度。
当发动机的驱动条件是燃料停止供给状态时， 或者当车速高于预定车速以及制动 器被操作时， 可以出现减速条件。
所述方法可以进一步包括步骤 g) ： 确定是否出现解除条件， 其中在步骤 g) 中没有 出现解除条件的情况下， 重复步骤 b) 至 e)。
在步骤 b) 中蒸发器温度低于或等于第一目标温度的情况下， 或者在步骤 g) 中出 现解除条件的情况下， 所述方法可以进一步包括以下步骤 ： h) 确定蒸发器温度是否低于允 许温度 ； i) 在蒸发器温度低于允许温度的情况下， 基于蒸发器温度与允许温度之差减小压 缩机操作 ； j) 确定蒸发器温度是否高于第二目标温度 ； 以及 k) 在蒸发器温度高于第二目标 温度的情况下， 通过控制温控门、 进气门和鼓风机来降低供给到车厢的空气的温度。
在步骤 k)， 可以基于车厢温度与室外温度之差或者室外温度来控制进气门， 以及 可以基于内部空气比来控制鼓风机。
在步骤 j) 中蒸发器温度低于或等于第二目标温度的情况下， 重复步骤 h) 至 k)， 否 则执行步骤 k)。在步骤 h) 中蒸发器温度高于或等于允许温度的情况下， 所述方法可以进一步包 括以下步骤 ： l) 根据压缩机操作的目标增长率增大压缩机操作 ； m) 确定压缩机操作是否低 于压缩机目标操作 ； n) 在压缩机操作低于压缩机目标操作的情况下， 确定蒸发器温度是否 高于第二目标温度 ； 以及 o) 在蒸发器温度高于第二目标温度的情况下， 通过控制温控门、 进气门和鼓风机来降低供给到车厢的空气的温度。
在步骤 o)， 可以基于车厢温度与室外温度之差或者室外温度来控制进气门， 以及 可以基于内部空气比来控制鼓风机。
在步骤 n) 中蒸发器温度低于或等于第二目标温度的情况下， 可以重复步骤 l) 至 o)， 否则执行步骤 o)。
在步骤 m)， 当压缩机操作达到压缩机目标操作时， 可以结束压缩机控制。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实 施方式， 本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐 明。 附图说明 图 1 是根据本发明的示例性控制车辆压缩机的设备的方框图。
图 2 是解释本发明的精神的曲线图。
图 3 是根据本发明的示例性控制车辆压缩机的方法的流程图。
图 4 是显示压缩机操作和温差之间的示例性关系的曲线图。
图 5 是显示根据温差的内部空气比的曲线图。
图 6 是显示分别处于外部空气模式、 部分内部空气模式和内部空气模式下的鼓风 机速度的曲线图。
图 7 是显示示例性压缩机操作随时间变化的曲线图。
具体实施方式
现在， 将详细参考本发明的不同实施例， 其实例显示在附图和以下描述中。 虽然将 结合示例性的实施例描述本发明， 但应当理解该描述并非要把本发明限制于该示例性的实 施例。 相反， 本发明将不仅覆盖该示例性的实施例， 而且还覆盖各种替换的、 改变的、 等效的 和其他实施例， 其可包含在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内。
如图 1 所示， 根据本发明的各个实施例的控制车辆压缩机的设备包括传感器模块 10、 控制部 20、 致动器 30、 空气调节系统 40、 以及喷油嘴 (injector)50。
传感器模块 10 包括车厢温度传感器 11、 室外温度传感器 13、 蒸发器温度传感器 15、 车速传感器 17、 以及制动传感器 19。 此外， 传感器模块 10 还包括用于偏移的传感器 ( 例 如节气门位置传感器、 发动机速度传感器等等 ) 和 / 或用于控制发动机的传感器 ( 例如排 气温度传感器、 氧传感器等等 )。
车厢温度传感器 11 检测车辆的车厢温度并将其对应的信号传输到控制部 20。
室外温度传感器 13 检测车辆的外部温度并将其对应的信号传输到控制部 20。
蒸发器温度传感器 15 检测通过蒸发器的冷却介质的温度并将其对应的信号传输 到控制部 20。车速传感器 17 通过车轮的转速检测车速并将其对应的信号传输到控制部 20。
制动传感器 19 检测制动踏板的操作并将其对应的信号传输到控制部 20。
控制部 20 电连接到传感器模块 10 以便接收对应于传感器模块 10 检测的值的信 号， 并根据该信号控制喷油嘴 50 和空气调节系统 40。可以在车辆中使用各种控制单元， 例 如用于控制车辆的传动装置的传动装置控制单元、 用于控制发动机的发动机控制单元、 用 于控制空气调节系统 40 的空气调节系统控制单元， 本文中的控制部 20 包括车辆中使用的 所有控制单元。特别地， 可以理解控制部 20 包括适于执行根据本发明的各个实施例的控制 压缩机的方法的所有控制部。
致动器 30 电连接到控制部 20， 并根据从控制部 20 传输的控制信号操作空气调节 系统 40 和 / 或喷油嘴 50。可以用电磁阀作为致动器 30， 控制信号可以是应用于电磁阀的 负载信号 (duty signal)。
空气调节系统 40 包括用于车辆车厢的加热、 通风和制冷的所有设备。具体而言， 空气调节系统 40 包括冷凝器 41、 蒸发器 43、 压缩机 45、 温控门 47、 进气门 48 和鼓风机 49。 空气调节系统 40 可以包括本文中未描述的各种部件。
冷凝器 41 凝结并液化冷却介质， 蒸发器 43 蒸发液化的冷却介质， 压缩机 45 压缩 冷却介质。 此外， 温控门 47 通过混合暖空气与冷空气来控制供给到车辆车厢的空气的温度， 进气门 48 控制流入车辆车厢中的内部空气、 外部空气或内外空气的混合物， 鼓风机 49 朝进 气门吹动空气。
对于本领域技术人员而言， 这样的空气调节系统 40 是公知的， 因此在此将省略其 详细描述。
喷油嘴 50 喷射燃料以便驱动车辆 ( 特别是发动机 )。
图 2 中的实线表示根据现有技术的压缩机操作 ( 负载 ) 和燃料消耗， 虚线表示根 据本发明的各个实施例的压缩机操作 ( 负载 ) 和燃料消耗。
根据现有技术， 如果出现车辆减速的条件 ( 特别在燃料停止供给的条件下 )， 燃料 消耗快速减小， 压缩机操作逐渐减小。 相反， 如果出现解除条件， 燃料消耗快速增大， 压缩机 操作保持为预定操作。
根据本发明的精神， 如果出现车辆减速的条件， 燃料消耗快速减小， 但是压缩机操 作在被快速增大之后逐渐减小。 换言之， 如果出现车辆减速的条件， 增大压缩机操作以便积 累冷空气能量。然后， 如果出现解除条件， 燃料消耗略微增大， 压缩机操作快速减小。换言 之， 当车辆减速时， 通过积累的冷空气能量来操作空气调节系统 40。因此， 用于操作空气调 节系统 40 的燃料消耗减小。
最后， 如果积累的冷空气能量用尽， 通过与现有技术相同的方式控制燃料消耗和 压缩机操作。
以下将参考图 3 至图 7 描述实现本发明的精神的控制车辆压缩机的方法。
如图 3 所示， 在车辆运行的状态下， 在步骤 S110， 控制部 20 控制车辆的车厢温度。 在此状态下， 在步骤 S120， 控制部 20 确定是否出现减速条件。当出现燃料停止供给状态或 者在车速高于预定车速的情况下操作制动踏板时， 出现减速条件。 在此， 通过与从喷油嘴 50 接收的燃料喷射量相对应的信号来确定燃料停止供给状态的出现。相反， 可以基于传输到
传感器模块 10 的信号确定是否满足燃料停止供给状态的预定出现条件。同时， 如果车速低 于预定车速， 则可再生的动能小。因此， 如果增大压缩机操作， 燃料喷射量也增大。因此可 以设定 ： 只有当在车速高于预定车速的状态下操作制动踏板时， 才满足用于执行根据本发 明的各个实施例的控制压缩机的方法的减速条件。预定车速可以是 20-40 公里 / 小时。
如果在步骤 S120 没有出现减速条件， 在步骤 S110， 控制部 20 继续车厢温度的控 制。
如果在步骤 S120 出现减速条件， 在步骤 S130， 控制部 20 确定蒸发器温度是否高于 第一目标温度。在此， 蒸发器温度表示通过蒸发器 43 的冷却介质的温度。第一目标温度是 蒸发器开始冻结的温度 (0-4℃ )。按照如上所述的方式设定第一目标温度的原因是为了在 蒸发器冻结之前尽可能地增大压缩机操作。 如果蒸发器冻结， 热交换效率降低， 并且实际上 降低了燃料效率。
在步骤 S130， 如果蒸发器温度低于或等于第一目标温度， 不能增大压缩机操作。 因 此， 根据本发明的各个实施例的方法前进到步骤 S180。
在步骤 S130， 如果蒸发器温度高于第一目标温度， 在步骤 S140， 控制部 20 增大压 缩机操作。如图 4 所示， 根据蒸发器温度与第一目标温度之差增大压缩机操作。换言之， 在 映射图中限定根据温差的操作的增大量。 在此， 示例性地显示操作量与温差成比例， 但是本 发明的精神不限于此。 同时， 在增大压缩机操作的情况下， 控制部 20 可以确定车辆的负载增大， 以及可 以增大喷油嘴 50 的燃料喷射量。因此， 燃料效率可能降低。因此， 在由于出现减速条件而 增大压缩机操作的情况下， 禁止增大燃料喷射量。
然后， 在步骤 S150， 控制部 20 确定蒸发器温度是否低于第二目标温度。 通常， 如果 蒸发器温度降低， 则供给到车厢的空气的温度也降低。从而车厢的舒适性可能降低。因此， 在步骤 S150， 如果蒸发器温度低于第二目标温度， 则在步骤 S160， 控制部 20 控制温控门 47 以便补偿车厢温度的过度降低。即通过加热器加热供给到车厢的冷空气， 或者供给到车厢 的冷空气与通过加热器的暖空气混合， 从而能够将具有适当温度的空气供给到车厢。基于 在步骤 S110 供给到车厢的空气的温度与供给到温控门 47 的空气的当前温度之间的差异来 控制温控门 47。然后， 控制部 20 前进到步骤 S170。
在步骤 S 150， 如果蒸发器温度高于或等于第二目标温度， 控制部 20 不控制温控 门 47， 而是前进到步骤 S170。
在步骤 S170， 控制部 20 确定是否出现解除条件。当不满足减速条件时， 可能满足 解除条件。 在步骤 S170， 如果没有出现解除条件， 则控制器 20 重复地连续执行步骤 S130 至 S170。即控制部 20 连续增大压缩机操作以便积累冷空气能量。在步骤 S170， 如果出现解除 条件， 则控制部 20 前进到步骤 S180。在这种情况下， 由于出现解除条件， 因此控制部 20 使 用积累的冷空气能量。
在步骤 S180， 控制部确定蒸发器温度是否低于允许温度。允许温度表示对应于保 持车厢舒适性所需的空气温度的蒸发器温度。如果出现解除条件之后减小压缩机操作， 供 给到车厢的空气的温度升高。 此时， 应增大压缩机操作以便降低供给到车厢的空气的温度。 因此减小压缩机操作， 直到蒸发器温度达到允许温度。这样， 在步骤 S180， 蒸发器温度高于 或等于允许温度， 控制部 20 前进到步骤 S220。相反， 在步骤 S180， 如果蒸发器温度低于允
许温度， 在步骤 S190， 控制部 20 减小压缩机操作。根据蒸发器温度与允许温度之差来减小 压缩机操作 ( 参考图 4)。
然后， 在步骤 S200， 控制部 20 确定蒸发器温度是否高于第二目标温度。如果压缩 机操作减小， 供给到车厢的空气的温度升高。因此， 在步骤 S200， 如果蒸发器温度高于第二 目标温度， 在步骤 S210， 控制部 20 控制温控门 47、 进气门 48 和鼓风机 49 以便抑制供给到 车厢的空气的温度的升高。即基于在步骤 S110 供给到车厢的空气的温度与供给到温控门 47 的空气的当前温度之间的差异来控制温控门 47。如图 5 所示， 基于车厢温度与室外温度 之差或者室外温度来控制进气门 48。如图 6 所示， 基于内部空气比 ( 内部空气与供给到车 厢的空气的比值 ) 来控制鼓风机 49 的速度。
具体而言， 控制温控门 47 以便降低供给到车厢的空气的温度。为此， 通过进气门 48 控制内部空气和外部空气的比值， 通过鼓风机 49 控制内部空气和外部空气的速度。
在步骤 S200， 如果蒸发器温度低于或等于第二目标温度， 控制部 20 重复地连续执 行步骤 S180 至 S200。
步骤 S220 至 S250 是积累的冷空气能量用尽之后用于准备压缩机 45 的正常操作 的步骤。 在步骤 S180， 如果蒸发器温度高于或等于允许温度， 供给到车厢的空气的温度高于 保持车厢舒适所需的空气的温度。在这种情况下， 通过将压缩机操作增大到压缩机目标操 作来降低供给到车厢的空气的温度， 以及正常执行车厢温度控制。 此时， 如果快速增大压缩 机操作， 燃料的喷射量增大。因此， 逐渐增大压缩机操作以便防止燃料效率和舒适性降低。
为此， 在步骤 S220， 控制部 20 根据压缩机操作的目标增长率来增大压缩机操作。 如图 7 所示， 根据温控门 47 的目标位置和压缩机操作的参考目标增长率来计算压缩机操作 的目标增长率。在图 7 中的右侧曲线图中， 压缩机操作的目标增长率 Arate 由虚线表示。即 假定当室外温度为 0℃时从温控门的预定位置到温控门的目标位置的距离是 α， 当室外温 度为 0℃时从温控门的预定位置到温控门的最小位置的距离是 β， 通过以下公式计算压缩 机操作的目标增长率 Atarget ：
公式 (a) Atarget ＝ Arate*(α/β)
压缩机操作的参考目标增长率 Arate 表示在正常状态下用于增大压缩机操作的压 缩机操作的增长率。在本发明的各个实施例中， 由于压缩机操作根据低于压缩机操作的参 考目标增长率的压缩机操作的目标增长率 Atarget 而增大， 因此可以防止压缩机操作快速增 大。因此可以防止燃料效率降低。
执行步骤 S220 之后， 在步骤 S230， 控制部 20 确定压缩机操作是否低于压缩机目 标操作。即确定压缩机操作是否达到压缩机目标操作。如果在步骤 S230 压缩机操作达到 了压缩机目标操作， 则控制部 20 结束根据本发明的各个实施例的控制压缩机的方法， 并返 回到步骤 S110。如果在步骤 S230 压缩机操作低于压缩机目标操作， 在步骤 S240 控制部 20 确定蒸发器温度是否高于第二目标温度。
在步骤 S240， 如果蒸发器温度低于或等于第二目标温度， 则控制部 20 重复地连续 执行步骤 S220 至 S240。
在步骤 S240， 如果蒸发器温度高于第二目标温度， 在步骤 S250， 控制部 20 控制温 控门 47、 进气门 48 以及鼓风机 49 以便抑制供给到车厢的空气的温度的上升。由于步骤 S250 与步骤 S210 相同， 在此将省略其具体描述。如上所述， 根据本发明， 当减速以及增大压缩机操作时可以通过抑制燃料喷射量 的增大来积累冷空气能量。由于当解除减速时可以如上所述使用积累的冷空气能量， 因此 可以改进燃料效率。
由于控制压缩机操作从而蒸发器的温度被降低到蒸发器开始冻结的温度， 因此可 以使冷空气能量的积累效率最大。 此外， 由于在蒸发器没有冻结的条件下增大压缩机操作， 因此可以增大热交换效率。
此外， 由于控制温控门从而防止蒸发器温度降低时供给到车厢的空气的温度降 低， 因此可以保持车厢的舒适性。
前面对本发明的具体示例性实施例所呈现的描述是出于说明和描述的目。 其不是 穷尽性的， 也不用于将本发明限制到所公开的特定形式， 显然， 根据上述教示， 各种修改和 变化都是可能的。为了解释本发明的特定原理及其实际应用而选择和描述了示例性实施 例， 从而使本领域的其他技术人员可以实施并利用本发明的不同示例性实施例， 及其各种 改变和变化。本发明的范围将由所附的权利要求及其等效范围所限定。