用于计算压缩机转矩的单元和使用该计算单元的控制单元.pdf

一种在具有可变排量压缩机、冷凝器、减压机构和蒸发器的制冷循环中用于计算压缩机转矩的单元，其中，该压缩机转矩由该压缩机的制冷剂排出压力和制冷剂吸入压力之间的压差，或者与该压差具有相关性的物理值来计算，以及使用该单元的控制单元。压缩机转矩可以被充分地估计，而不使用流量传感器。

1.  一种在具有能够控制排出的制冷剂量的可变排量压缩机、冷凝器、减压机构和蒸发器的制冷回路中用于计算压缩机转矩的单元，其特征在于：所述压缩机转矩由所述压缩机的制冷剂排出压力和制冷剂吸入压力之间的压差，或者与所述压差具有相关性的物理值来计算。

2.  根据权利要求1所述的在制冷回路中用于计算压缩机转矩的单元，其特征在于：所述可变排量压缩机是能够控制所述压缩机的制冷剂排出压力和制冷剂吸入压力之间的该压差的可变排量压缩机，且与所述压差具有相关性的所述物理值是所述压缩机的排量控制信号。

3.  根据权利要求1所述的在制冷回路中用于计算压缩机转矩的单元，其特征在于：进一步参考所述压缩机的转速来计算所述压缩机的转矩或者功率。

4.  根据权利要求1所述的在制冷回路中用于计算压缩机转矩的单元，其特征在于：设置压缩机转矩目标值，所述压缩机的排量控制信号由所述压缩机转矩目标值计算，且所述计算的排量控制信号输出到所述压缩机，以便由所述计算估计的压缩机转矩变成所述压缩机转矩目标值。

5.  根据权利要求1所述的在制冷回路中用于计算压缩机转矩的单元，其特征在于：所述制冷循环是包括在车辆的空调系统中的制冷循环。

6.  一种使用根据权利要求5所述的在制冷回路中用于计算压缩机转矩的单元的控制单元，其中：所述制冷循环是包括在车辆的空调系统中的制冷循环。

7.  根据权利要求6所述的控制单元，其特征在于：根据由所述计算估计的压缩机转矩来计算目标发动机输出转矩，且根据由所述计算估计的目标发动机输出转矩来控制发动机。

8.  根据权利要求6所述的控制单元，其特征在于：由所述计算估计的压缩机转矩输出到发动机ECU。

用于计算压缩机转矩的单元 和使用该计算单元的控制单元
技术领域
本发明涉及一种用于在制冷循环中计算压缩机转矩的单元和使用该计算单元的控制单元，更具体的，本发明涉及可以充分地计算包括在车辆的空调系统中的压缩机的转矩的压缩机转矩计算单元，以及使用该计算单元的控制单元。
背景技术
当具有压缩机、冷凝器、减压机构和制冷剂蒸发器的制冷循环中的压缩机的转矩被确定时，例如在JP-A-2001-317467中，根据高压侧制冷剂压力、低压侧制冷剂压力和制冷剂流率来计算压缩机转矩。压缩机转矩的计算是根据下面的技术构思。
即，压缩机转矩可以通过下面的等式来计算。
                  Tr＝k·Ps{(Pd/Ps)^m·1}Vc
其中，Tr：压缩机转矩[kg-m]，
Pd：排出压力，
Ps：吸入压力，
K，m：常数，以及
Vc：压缩机的排出量[cc]。
Vc可以通过下面的等式来计算。
                    Vc＝Gr/(Nc·F)
其中，Gr：制冷剂流率[kg/h]，
Nc：压缩机转速[rpm]，以及
F：容积比重[kg/cm³]。
此外，因为容积比重F与Ps具有高相关性，所以Tr可以由下面的等式计算。
            Tr＝k·Ps {(Pd/Ps)^m·1}Gr/(Nc·Ps·t)
其中，“t”是常数。
因此，为了计算转矩，必须检测或者估计Pd、Ps、制冷剂流率Gr和压缩机转速Nc。
然而，如果压缩机转矩试图由这样的方法来计算，那么必须检测制冷剂流率，且为了检测制冷剂流率，必须使用能够控制流率的可变排量压缩机，或者提供流量传感器。尤其是，在后一种情况，有在制冷剂回路中出现压力损耗的问题。
发明内容
因此，期望提供一种用于在制冷循环中计算压缩机转矩的单元，其可以充分地估计压缩机的转矩，而不使用流率的检测的或者估计的值，尤其是不提供流量传感器，并且期望提供一种使用该单元的控制单元。
根据本发明的用于计算在具有能够控制排出的制冷剂量的可变排量压缩机、冷凝器、减压机构和蒸发器的制冷循环中的压缩机转矩的单元，且特征在于，该压缩机转矩由压缩机的制冷剂排出压力和制冷剂吸入压力之间的压差，或者与该压差具有相关性的物理值来计算。在可变排量压缩机是能够控制压缩机的制冷剂排出压力和制冷剂吸入压力之间的压差的可变排量压缩机的情况下，压缩机的排量控制信号可以用作与该压差具有相关性的物理值。
即，在本发明中，检测和估计压缩机的排出压力和吸入压力，且计算压缩机的出口和入口处的压力之间的压差，其是排出压力和吸入压力之间的差值。因为在各种冷却载荷条件和运行条件下的实验数据的研究，已经发现，在压缩机的出口和入口处的压力之间的压差与压缩机转矩具有大的相关性。因此，在本发明中，已经寻求从在压缩机的出口和入口处的压差计算压缩机转矩的可能性。
在根据本发明的用于计算在制冷循环中的压缩机转矩的单元中，通过计算压缩机的转矩或者功率，进一步参考压缩机的转速，可以增加压缩机转矩的估计精度。
由这样的根据本发明的在制冷循环中的压缩机转矩计算单元计算的压缩机转矩可以用于压缩机转矩的实际控制，且进一步用于控制用作车辆的空调系统中的压缩机的驱动源的发动机地输出。
即，构造了使用根据本发明的在制冷循环中的压缩机转矩计算单元的控制单元，其中，设置压缩机转矩目标值，压缩机的排量控制信号由该压缩机转矩目标值计算，且计算的排量控制信号输出到压缩机，以便由计算估计的压缩机转矩变成压缩机转矩目标值。
此外，根据本发明的在制冷循环中的压缩机转矩计算单元可以适当地应用到包括在车辆的空调系统中的制冷回路中。使用压缩机转矩计算单元的控制单元也可以适当地应用于在包括在车辆的空调系统中的制冷循环中的压缩机转矩计算单元。
例如，可以构造这样的控制单元，其中，根据由计算估计的压缩机转矩来计算目标发动机输出转矩，且根据由该计算估计的目标发动机输出转矩来控制发动机。此外，在压缩机转矩计算单元和发动机ECU分开设置的情况下，由计算估计的转矩可以从转矩计算单元输出到发动机ECU。通过这样，发动机ECU可以确定关于压缩机转矩的最佳发动机输出。
在根据本发明的用于计算在制冷循环中的压缩机转矩的这样的单元中，可以在不检测制冷剂流率的情况下以高精度计算压缩机转矩。此外，因为没有必要检测制冷剂流率，所以用于设置流量传感器的成本可以节约，整个系统可以简化，以及伴随设置这样的流量传感器的压力损耗问题不会出现。此外，在使用能够控制制冷剂排出压力和制冷剂吸入压力之间的压差的可变排量压缩机的情况下，可以直接由送到压缩机的排量控制信号计算转矩。此外，因为排量控制信号和转矩相互具有高度相关性，所以转矩可以由排量控制信号直接控制。
此外，通过在制冷循环中使用这样的压缩机转矩计算单元，考虑到发动机的载荷，实际压缩机转矩的更加优化的控制和发动机输出的充分控制是可能的。
附图说明
参考附图，从下面的本发明的优选实施例的下面的详细描述可以理解本发明的其它特征和优点，其中：
图1是具有根据本发明的实施例的用于计算在制冷循环中的压缩机转矩的单元的车辆的空调系统的示意图。
图2是使用根据本发明的实施例的压缩机转矩计算单元的压缩机转矩控制的例子的流程图。
图3是示出了目标发动机输出转矩和压缩机转矩目标值之间的关系的图，示出了用于确定在图2中描述的流程中的压缩机转矩目标值的例子。
图4是使用根据本发明的实施例的压缩机转矩计算单元的发动机输出转矩控制的例子的流程图。
图5是使用根据本发明的实施例的压缩机转矩计算单元的发动机输出转矩控制的另一个例子的流程图。
图6是示出了估计的压缩机转矩和发动机转速目标值之间的关系的图，示出了用于控制本发明中的怠速时的发动机转速的例子。
具体实施方式
图1描述了具有根据本发明的实施例的用于计算在制冷循环中的压缩机转矩的单元的车辆的空调系统。制冷循环1具有可变排量压缩机2，其可以控制制冷剂排出量，且其例如由车辆的发动机驱动，以及发动机的驱动力经由包括在压缩机2中的电磁离合器传送。制冷剂在制冷循环1的制冷剂回路中循环，由压缩机2压缩的高温高压制冷剂在冷凝器3处通过与外部空气热交换来冷却，且冷凝和液化。在气态和液态的两相条件下的制冷剂由接受器干燥器4分为气相和液相，且液态制冷剂在减压机构5(膨胀阀)处减压。减压的低压制冷剂流入蒸发器6，且与由鼓风机10输送的空气热交换。在蒸发器6中蒸发的制冷剂被吸入压缩机2，且再次压缩。
鼓风机10设置在通风道11中，用于车辆的空调的空气内部通过通风道，且从空气吸入端口12吸入的空气由鼓风机10送到蒸发器6。已经通过蒸发器6的空气的一部分经过设置在蒸发器6的下游的位置处的加热器单元9。通过加热器单元9的空气的量与旁通的空气的量的比例由空气混合风门8控制。在该实施例中，蒸发器出口空气温度传感器7设置为检测紧接着通过蒸发器6以后的空气的温度Teva，且检测的温度的信号输入到用于空调的控制单元13。在该用于空调的控制单元13中，包括根据本发明的用于计算在制冷循环中的压缩机转矩的单元。因此，控制单元13也起根据本发明的用于计算压缩机转矩的单元的作用。此外，用于空调的控制单元13可以构造为也用于控制车辆的发动机的计算单元，且可以分开地设置发动机ECU(电子控制单元)。各空气排出端口14、15和16，诸如DEF模式空气排出端口、VENT(通风)模式空气排出端口和FOOT(脚部送风)模式空气排出端口，以及这些空气排出端口控制为由各风门(没有显示)开启/关闭。
在这样的具有上述的制冷循环的车辆的空调系统中，压缩机2的转矩如下计算和估计。
转矩计算
例子1：
检测压缩机的排出压力Pd和吸入压力Ps之间的压差，且由该压差计算转矩。压缩机转矩Tr可以由下面的等式计算。
                     Tr＝f(Pd，Ps)
例如，
                     Tr＝a*(Pd-Ps)²+b*(Pd-Ps)+m
其中，Tr：转矩
Pd：排出压力
Ps：吸入压力，以及
a、b、m：由实验确定的常数。
由压力传感器检测的值可以用作排出压力Pd。吸入压力Ps可以由压力传感器检测，或者可以由蒸发器温度，或者紧接着通过蒸发器的空气温度，或者在蒸发器中的制冷剂温度来估计。
制冷剂吸入压力Ps的估计可以如下执行。即，因为在蒸发器处的制冷剂处于气态和液态的两相条件下，所以制冷剂压力单一地由在蒸发器中的制冷剂温度确定。因此，通过检测空气通过蒸发器的温度，或者蒸发器表面的温度，或者在蒸发器中的制冷剂温度，可以估计在蒸发器中制冷剂压力。此外，在实际制冷循环中，由于在从蒸发器到压缩机的回路中的压力损耗，出现制冷剂的压降。由于当制冷剂流率增加时该压力损耗变得更大，所以可以通过检测制冷剂流率来估计压力损耗。因此，压缩机的制冷剂吸入压力与在蒸发器中的制冷剂温度和制冷剂流率有紧密的相关性，且通过检测或者估计这两个值，可以充分地估计制冷剂的吸入压力。
更加具体地，例如通过使用下面的等式来估计制冷剂的吸入压力。
                       Ps′＝a·Gr+b·Teva+c
其中，Ps’：制冷剂的吸入压力的估计值，
Gr：制冷剂流率
Teva：在蒸发器出口处的空气温度，或者在蒸发器表面处的温度，或者在蒸发器中的制冷剂温度，以及
a、b、c：由实验确定的常数。
制冷剂流率Gr可以由减压机构5(膨胀阀)的开启程度来估计，或者可以由可变排量压缩机的排量控制信号来估计。
例子2：
在能够控制排出压力Pd和吸入压力Ps之间的压差的可变排量压缩机的情况下，因为Pd和Ps之间的压差被控制，所以压缩机转矩可以直接由排量控制信号计算。压缩机转矩Tr可以由下面的等式来计算。
                      Tr＝f(EMPCV)
例如，
                     Tr＝a*EMPCV²+b*EMPCV+c
其中，EMPCV：压缩机排量控制信号，以及
a、b、c：由实验确定的常数。
此外，通过参考压缩机转速(或者发动机转速)可以增加压缩机转矩的估计精度。
                     Tr＝f(EMPCV，Nc)，或
                     Tr＝f(EMPCV，Ne).
例如，
                     Tr＝a*EMPCV²+b*EMPCV+c*Ne+m
其中，EMPCV：压缩机排量控制信号，
Nc：压缩机转速，
Ne：发动机转速，以及
a、b、c：由实验确定的常数。
此外，压缩机转矩和压缩机功率具有下面的关系。
                     P＝k*Nc*Tr
其中，P：压缩机功率
k：常数
Nc：压缩机转速，以及
Tr：压缩机转矩。
因此，通过下面的等式可以类似于转矩的计算来计算压缩机功率P。
                P＝f(EMPCV，Nc)，或
                P＝f(EMPCV，Ne).
此外，在本发明中，使用压缩机转矩的上述估计，例如可以如下执行实际压缩机转矩的控制或者发动机输出的控制。
使用计算的转矩值来控制(为上述例子1和2共有)
(1)压缩机转矩控制：
设置压缩机转矩目标值，由该转矩目标值计算压缩机排量控制信号，以及计算的排量控制信号输出到压缩机。其中，压缩机转矩目标值是根据发动机的载荷等设置的值。即，当发动机载荷很大时，诸如在加速或者爬坡时，为了减小发动机载荷，设置相对小的转矩目标值。当发动机载荷增加时，该转矩目标值可以设置为更小。通过加速器的致动量、发动机转速或者车辆行驶速度可以检测发动机载荷。此外，在如上所述的能够控制排出压力和吸入压力之间的压差的可变排量压缩机的情况下，因为排出压力和吸入压力之间的压差与转矩有大的相关性，所以排量控制信号可以直接由目标转矩来计算。
例如，如图2所示，当目标发动机输出转矩Tre大于“k”，且其很大(在快速加速和爬坡的时候)，为压缩机转矩设置上限。即，作为控制流，例如如图2所示，在A/C(空调器)运行(压缩机运行)的时刻，参考加速器ACC的开启程度、发动机转速Ne和压缩机转矩估计值Tr来计算目标发动机输出转矩Tre。在Tre大于预定的设置值“k”的情况下，计算压缩机转矩目标值Trc，且Trc设定为压缩机转矩上限。其中，Trc由目标发动机输出转矩Tre计算。在作为转矩上限的Trc大于目前的压缩机转矩Tr的情况下，由Trc计算EMPCV，且EMPCV信号输出到压缩机，使得压缩机转矩变为Trc。在Tre等于或者小于“k”和计算的Trc等于或者大于目前的转矩Tr的情况下，控制排量控制信号，使得蒸发器出口空气温度变成目标值。
在图2所示的流程中，压缩机转矩目标值Trc相对于目标发动机输出转矩Tre确定，例如如图3所示。在图3中的阴影区域中，排量控制信号控制为使得蒸发器出口空气温度变成目标值。
(2)参考压缩机转矩信息的发动机输出控制(为上述例子1和2共有)：
例如在发动机ECU中，通过将压缩机转矩估计值加到计算的目标发动机输出转矩获得的值设置为最终转矩目标值。通过这样，即使用于驱动压缩机的转矩变化，因为用于驱动车辆的驱动力是恒定的，所以也可以提高驱动性能。此外，在怠速时，因为发动机转速可以根据压缩机转矩估计值设置为较低的值(因为当压缩机转矩小时，即使转速设置为低，也不会出现发动机熄火)，所以可以改进燃料消耗。其中，发动机ECU可以直接计算压缩机转矩估计值，或者转矩估计值可以从用于空调的控制单元输出到发动机ECU。
例如，在图4中的控制流程中，示出了压缩机转矩计算单元和发动机ECU一体构成的情况下的例子。如图4所示，在A/C(空调器)运行(压缩机运行)的时刻，参考蒸发器出口空气温度，排量控制信号控制为使得蒸发器出口空气温度变成目标值。由目前的排量控制信号EMPCV计算压缩机转矩Tr。参考加速器ACC的开启程度和发动机转速Ne，由计算的Tr来计算目标发动机输出转矩Tre。然后，根据该目标发动机输出转矩Tre控制发动机输出。
此外，在图5中，示出了压缩机转矩计算单元和发动机ECU分开设置的情况下的流程图的例子。如图5所示，在A/C(空调器)运行(压缩机运行)的时刻，首先参考蒸发器出口空气温度，排量控制信号控制为使得蒸发器出口空气温度变成目标值。由目前的排量控制信号EMPCV计算压缩机转矩Tr。然后，计算的压缩机转矩Tr输出到发动机ECU。
此外，图6示出了在怠速时刻的发动机转速控制的例子。在怠速时刻的发动机转速目标值Net可以由压缩机转矩估计值确定，如图6所示。