专利名称：可变容量压缩机的控制装置和计算该压缩机的转矩的方法
技术领域：
本发明涉及一种计算和控制用于制冷循环的可变容量压缩机的转矩的方法和装置。
背景技术：
可变容量压缩机用于例如汽车空调的制冷循环。在汽车中，压缩机通过环带和汽车发动机相连。环带将固定于发动机传动轴的主滑轮和固定于压缩机传动轴的次滑轮(follower pulley)相连。发动机作为驱动压缩机的驱动源。如果压缩机改变冷却剂排出容量，发动机上的负载也发生变化，从而导致发动机在空转操作时熄火。为了防止熄火，发动机控制器必需控制响应于压缩机负载(转矩)的进气量(燃料混合提供量)。从而发动机控制器必需知道压缩机的转矩。从而提出了多种压缩机转矩计算装置，例如在日本未审查专利申请公开号为No.Hei-5-99156和No.2004-211663以及No.2003-278660中揭示的装置。
在这些转矩计算装置中，公开号为No.Hei-5-99156的日本未审查专利申请根据信息(制冷循环中的高压、冷凝器中的冷却剂温度、周围温度等)计算冷却剂流速，并且根据冷却剂流速估算压缩机的转矩。该发明估算的转矩是稳定的转矩，即，在制冷循环稳步通过冷却剂时的运行转矩。
发明内容
在可变容量压缩机开始运行的一小段时间内，例如，在压缩机启动后约4秒的时间段内，冷却剂的流动是不稳定的，因此，相关技术中根据冷却剂流速估算转矩是不可能实现的。当压缩机停止时，压缩机内的冷却剂改变压力达到平衡状态。在压力改变时间段内，压缩机内的活塞在移动，因此，当压缩机在停止后立即又被重启时，不可能估算出压缩机的开始转矩。由于这些原因，一些相关技术中的压缩机控制器禁止压缩机在停止后10秒钟之内重启。这对于自由控制压缩机来说是很不方便的。压缩机必需在任意需要时刻被启动或关闭。
本发明提供了一种计算可变容量压缩机转矩的方法和装置，即使在压缩机停止后立即重启的情况下也适用。
本发明的第一方面提供了一种计算可变容量压缩机转矩的方法。该压缩机包括吸入室；缸膛；排出室；将冷却剂从吸入室抽至缸膛，压缩抽出的冷却剂并将压缩的冷却剂排出至排出室的活塞；离合器，其打开用以传输驱动源的驱动力至活塞从而驱动活塞，以及关闭用以将驱动源的驱动力从活塞断开从而停止活塞运动；以及调节从排出室引入至活塞后的后压力从而调节活塞冲程的压力调节器。该方法包括计数在离合器被关闭至下次打开的时间内的关闭时间；判断关闭时间是否少于预定时间；和根据判决器的判断计算压缩机的开始转矩。
根据第二方面，本发明提供了一种计算可变容量压缩机转矩的方法。该压缩机包括吸入室；缸膛；排出室；将冷却剂从吸入室抽至缸膛，压缩抽出的冷却剂并将压缩的冷却剂排出至排出室的活塞；离合器，其打开用以传输驱动源的驱动力至活塞从而驱动活塞，以及关闭用以将驱动源的驱动力从活塞断开从而停止活塞运动；以及调节从排出室引入至活塞后的后压力从而调节活塞冲程的压力调节器。该方法包括为压力调节器在离合器被关闭后至少预定时间内提供外部控制信号，外部控制信号和用于建立完全活塞冲程的最大容量信号相同；和在离合器被打开时计算压缩机的开始转矩。
本发明的第三方面提供了一种计算可变容量压缩机的转矩的方法。该压缩机包括吸入室；缸膛；排出室；将冷却剂从吸入室抽至缸膛，压缩抽出的冷却剂并将压缩的冷却剂排出至排出室的活塞；离合器，其打开用以传输驱动源的驱动力至活塞从而驱动活塞，以及关闭用以将驱动源的驱动力从活塞断开从而停止活塞运动；以及调节从排出室引入至活塞后的后压力从而调节活塞冲程的压力调节器。该方法包括为压力调节器在离合器被从开状态关闭后提供外部控制信号，外部控制信号和用于建立完全活塞冲程的最大容量信号相同；计数在离合器被关闭至下次打开的时间内的关闭时间；判断关闭时间是否少于预定时间；和根据判决器的判断计算压缩机的开始转矩。
图1是根据本发明的实施例的汽车空调的一般示意图；图2是描述根据图1所示的空调的可变容量压缩机的剖视图；图3是描述图2所示压缩机的容量改变机制的示意图；图4是描述图1所示空调的压缩机控制器的框图；图5是描述图1所示空调的制冷循环的示意图以及制冷循环的摩利尔(Mollier)图；图6是描述图1所示的空调中具有不同占空因数的压缩机吸入压力和压缩机排出压力的特征曲线图；图7是描述具有常量制冷循环负载(蒸发器)和不同占空因数的压缩机排出压力和转矩的特征曲线图；图8是描述具有不同制冷循环负载(蒸发器)的压缩机排出压力和转矩的示意图；图9是描述具有常量占空因数为60％的转矩和压缩机排出压力的特征曲线图；图10是描述计算图1所示空调的稳定状态转矩的流程图；图11是描述图1所示空调的估算转矩和实际转矩的特征曲线图；图12是描述停止图1所示空调的过程的流程图；图13是描述重启图1所示空调的过程的流程图；图14是描述计算图1所示空调的压缩机的开始转矩的过程的流程图；图15是描述停止图1所示空调的压缩机时的空调离合器开/关(ON/OFF)状态和输出占空因数的时间图；图16是描述重启图1所示空调的压缩机时的空调离合器开/关(ON/OFF)状态、输出占空因数和转矩计算模式的时间图；图17是描述图1所示空调的压缩机的开始转矩的试验特征曲线图；图18是描述和图1所示空调的压缩机相关的周围温度和额外转矩的特征曲线图。
具体实施例方式
下面将会参考附图描述本发明的实施例。
图1到图17描述了根据本发明的实施例计算可变容量压缩机的转矩的方法和装置。图1概要描述了用于汽车的空调6，包括可变容量压缩机8，图2是压缩机8的剖视图，图3示意描述了压缩机8的控制阀13，图4是描述用于控制压缩机8的压缩机控制器14a的框图。
在图1中，汽车的发动机1有用于注入燃料的燃料注射器2。燃料注射器2的开口是可调的，用于改变向发动机缸膛的空气提供(燃料混合提供)并且控制发动机1的旋转。发动机1通过冷却水管道(未用明确附图标记表示)和用于为发动机1散热的散热器4相连。
发动机1主要由发动机控制单元3控制。发动机控制单元3从发动机控制传感器组20处接收数据。发动机控制传感器组20包括速度传感器20a，发动机旋转传感器20b，加速器开口传感器20c，空转开关20d等。根据来自这些传感器的数据以及发动机控制指示，包括发动机控制器3a的发动机控制单元3控制发动机1和燃料注射器2。发动机控制单元3也包括离合器控制器3b，用于控制压缩机8的空调(A/C)离合器43的开/关(ON/OFF)操作。
汽车的空调6有制冷循环单元7a和空气调节单元7b。空气调节单元7b包括蒸发器12并且提供温度可调的空气流。制冷循环单元7a包括可变容量压缩机8，冷凝器9，液体箱10，温度敏感自动扩展阀11，蒸发器12，和将组件8和11相连的冷却剂管道(未用明确附图标记表示)。
压缩机8包括A/C离合器43(图2)，用于将压缩机8和作为驱动源的发动机1相连或断开。当A/C离合器43被关闭时，没有驱动力从发动机1传输至压缩机8，因此，压缩机8停止。当A/C离合器43打开时，驱动力被从发动机1传输至压缩机8，从而驱动压缩机8。当被驱动时，压缩机8将低温、低压的气体冷却剂压缩并且为冷凝器9提供高温、高压的压缩液体冷却剂。
冷凝器9被置于散热器4之前，从而当汽车行驶且气流经过电扇15时冷凝器9被暴露于气流中。来自于压缩机8的高温、高压的液体冷却剂被经过冷凝器9的气流冷却至冷凝点，变成高压、中温的液体冷却剂并且流入液体箱10。
液体箱10将水和其它异物从高压、中温的液体冷却剂中移除并且将液体和气体分离。分离的液体冷却剂经过液体箱10到达扩展阀11。
扩展阀11立即将高压、中温的液体冷却剂扩展为低压、低温的雾化液体冷却剂。雾化液体冷却剂流至蒸发器12。
蒸发器12置于空气调节单元7b的管道中，该空气调节单元7b位于汽车内部。蒸发器12将经过管道的空气冷却。经过蒸发器12的雾化液体冷却剂蒸发，从而移除经过蒸发器12的空气中的热量，从而冷却空气。来自蒸发器12的低温、低压气体冷却剂流至压缩机8。
空气调节单元7b置于汽车内部并且将温度可调的气流吹至汽车内部。空气调节单元7b包括实现管道39a的外壳39，位于管道39a上游将空气吸入管道39a的进气口40，位于进气口40下游的鼓风机16，位于鼓风机16下游的蒸发器12，以及用于调节管道39a的排气口39b的开口大小的出口门(图未示)，该出口门位于管道39a的下游出口并且和汽车内部相通。
进气口40包括用于通过来自汽车内部的空气的内部空气进气口40a，用于通过来自汽车外部的空气的外部空气进气口40b，和用于调节内部和外部空气进气口40a和40b的开口大小的进气口门40c。
鼓风机16由风扇马达19驱动。当鼓风机16被驱动时，进气口40将内部和/或外部空气吸入管道39a，空气被吹向蒸发器12，蒸发器12将空气冷却并将冷却的空气经过排气口39b排入汽车内部。
下面将详细描述可变容量压缩机8。
首先，参考图2和图3描述压缩机8的结构。
图2中，压缩机8具有外壳22。外壳22确定了在固定间隔沿轴线圆周形成的缸膛51，吸入室50和位于缸膛51上死顶尖的排出室49，以及位于缸膛51下死顶尖的曲轴箱48。在每个缸膛51中，活塞27往复运动。外壳22支持在曲轴箱48内自由旋转的旋转轴24。压缩机8的离合器43将来自作为驱动源的发动机1的驱动转矩和旋转轴24连接和断开。旋转轴24有转换机制26(26a，26b，26c，26d，26e)，用于将旋转轴24的旋转转化为活塞27的往复运动。
转换机制26包括例如转子26a，套筒26b，轮毂26c，旋转斜盘凸轮26d，活塞杆26e等。转子26a固定于旋转轴24并和旋转轴24一起旋转。套筒26b可沿旋转轴24滑动。轮毂26c连接于套筒26b上，相对于旋转轴24可自由倾斜并且与转子26a相连，从而轮毂26c可与旋转轴24一起旋转。旋转斜盘凸轮26d连接于轮毂26c，从而旋转斜盘凸轮26d可相对于旋转轴24倾斜。活塞杆26e将旋转斜盘凸轮26d和活塞27相连。
当离合器43被连接(被打开)至旋转轴24时，每个活塞27在相应的缸膛51中往复运动。活塞27将吸入室50中的冷却剂抽入缸膛51，在缸膛51中压缩抽入的冷却剂，并将压缩的冷却剂从缸膛51中排出到排出室49。冷却剂被从上游方向提供给压缩机8并被引导通过吸入端(图未示)到达吸入室50。排出室49中的冷却剂通过排出端(图未示)排出至压缩机8的下游。
活塞27根据旋转斜盘凸轮26d的倾斜角度改变冲程。
当压缩机8停止时，曲轴箱48的压力Pc和吸入室50的压力(制冷循环7a中的低压Ps)相同。然后，旋转斜盘凸轮26d和每个活塞27都在第一和第二弹簧52和53提供的压力下返回到初始位置。根据实施例，旋转斜盘凸轮26d和活塞27的初始位置是位于旋转斜盘凸轮26d和活塞27的完全冲程位置和无冲程(零冲程)位置中间的位置。
为了实现对压缩机8排出容量的控制，压缩机8包括将排出室49和曲轴箱48连接起来的压力引入通道54，将曲轴箱48和吸入室50连接起来的压力释放通道55，改变压力引入通道54和压力释放通道55之一(根据实施例是压力引入通道54)的区域、包含阀塞31a的控制阀13。
改变控制阀13的阀塞31的开口会改变通过压力引入通道54从排出室49至曲轴箱48的高压冷却剂的流速。这导致了改变活塞27上死顶尖上的压力(即吸入室50的压力Ps)和活塞27下死顶尖上的压力(即曲轴箱48的压力Pc)之间的差值，从而改变活塞冲程，即压缩机8的排出容量。
图3描述了控制阀13的细节。控制阀13有阀心座30，其部分限定了压力引入通道54和在阀心座30中往复运动的柱塞31。柱塞31和阀塞(球阀)31a、隔膜32、以及作为致动器的电磁线圈35的螺线管芯是合为一体的。柱塞的提升决定了压力引入通道54的截面区域。隔膜32是压力敏感部分，吸入室50的吸入压力Ps，即制冷循环7a的低压Ps，作用于隔膜32之上。当电磁线圈35加电后，其产生的电磁力应用于柱塞31上，用于移动柱塞31。柱塞31的每个轴端接收来自离合杆簧33和34的弹簧力。离合杆簧33和34以及隔膜32A确定阀塞31a的设定压力。
隔膜32响应于低压Ps。当低压Ps降低时，隔膜32将阀塞31a向阀门开口方向移动。当低压Ps增加时，隔膜32将阀塞31a向阀门关闭方向移动。
当电磁线圈35加电产生电磁力时，阀塞31a移向阀门关闭方向。即，电磁线圈35的电磁力能够改变阀塞31a的设定压力。
电磁线圈35从空调控制单元14(后面将会描述)的容量控制器14b处接收控制脉冲信号或外部控制信号。控制脉冲信号有占空因数，和占空因数成正比的电磁力被施加于柱塞31上。施加的电磁力改变阀塞31a的设定压力，从而改变阀塞31a的提升(阀门开口)。阀塞31a的提升(阀门开口)的改变改变了通过压力引入通道54从排出室49至曲轴箱48的高压冷却剂的流速。这一操作导致了旋转斜盘凸轮26d的倾斜的改变，从而改变了活塞冲程。
当电磁线圈35不加电时(占空因数为0％)，排出压力(制冷循环7a的高压)Pd和吸入压力(制冷循环7a的低压)Ps符合图6所示的占空因数0％曲线。
在占空因数0％状态，假设蒸发器12上的负载发生变化，极大地增加吸入压力Ps(例如，5Kg/cm2G)。5Kg/cm2G的压力作用于隔膜32上，将阀塞31a压到完全关闭位置。在完全关闭位置，没有高压冷却剂通过压力引入通道54从排出室49流至曲轴箱48中，曲轴箱48中的冷却剂通过压力释放通道55被释放至吸入室50。结果是，曲轴箱48的压力逐渐降低至吸入压力Ps，从而建立完全冲程(最大容量)状态。即，制冷循环7a中循环的冷却剂的量增加，从而逐渐降低吸入压力Ps。当吸入压力Ps接近占空因数0％曲线时，作用于隔膜32上的吸入压力Ps降低，以提升阀塞31a并且增加阀塞31a的开口。这一操作导致了通过压力引入通道54从排出室49至曲轴箱48的高压冷却剂的流速的增加，从而增加了曲轴箱48的压力Pc。即，作用于活塞27后面的压力逐渐增加，从而逐渐减少活塞冲程，压力Ps和Pd之间的关系在沿着占空因数0％曲线的容量控制状态达到平衡。
如果占空因数改变，压力Ps和Pd之间的关系沿着对应于改变的占空因数的曲线(图6)达到平衡。
例如，如果占空因数被改变为60％，压缩机8和制冷循环7a之间的压力关系，即排出压力Pd和吸入压力Ps之间的关系符合图6所示占空因数60％曲线。
在占空因数60％状态，假设假设蒸发器12上的负载发生变化，极大地增加吸入压力(低压)Ps(例如，5Kg/cm2G)。5Kg/cm2G的压力作用于隔膜32上，将阀塞31a下压。曲轴箱48的压力逐渐降低至吸入室吸入压力Ps，从而建立完全冲程(最大容量)状态。制冷循环7a中循环的冷却剂的量增加，从而逐渐降低吸入压力Ps。当吸入压力Ps接近占空因数60％曲线时，作用于隔膜32上的吸入压力Ps降低，以提升阀塞31a。这一操作导致了作用于活塞27后的压力逐渐增加，从而逐渐减少活塞冲程。低压Ps和高压Pd达到平衡，从而沿占空因数60％曲线建立容量控制状态。
从而，能够根据占空因数和压缩机8的排出压力Pd近似估计压缩机8的吸入压力Ps。
空调6主要由空调控制单元14控制，部分由发动机控制单元3控制。
在图1中，空调控制单元14通过双向通信线被连接至发动机控制单元3。空调控制单元14从空调控制传感器组21处接收数据。传感器组21包括用于空调6的标准传感器，例如空调(A/C)开关21a，模式开关21b，除霜开关21c，自动开关21d，新鲜空气(FRE)开关21e，再循环(REC)开关21f，温度调节开关21g，关闭开关21h，检测汽车内部温度的内部温度传感器21i，检测汽车外部温度的周围温度传感器21j，隔离传感器21k，检测蒸发器12出口空气温度的蒸发器出口温度传感器21l，水温传感器21m，检测压缩机8排出侧冷却剂压力的冷却剂压力传感器21n等。
空调控制单元14根据来自上述传感器的数据和空调控制指令控制压缩机8，风扇马达17和19，进气口40等。
空调控制单元14包括如图1所示的压缩机控制器14a，风扇马达控制器14e和进气口控制器14f。
风扇马达控制器14e接收乘客通过温度调节开关21g设定的目标内部温度和来自空调控制传感器组21的传感器的数据，计算空气调节单元7b将要提供的空气流速，并且根据计算的流速通过PWM(脉冲宽度调制)模块18控制电扇15的风扇马达17，从而控制电扇15的流速。同时风扇马达控制器14e控制电扇16的风扇马达19，用于控制控制电扇16的流速。风扇马达17和19可通过发动机控制单元3直接或间接控制。
如果打开新鲜空气(FRE)开关21e或者提供建立外部空气模式(新鲜空气模式)的控制信号，进气口控制器14f驱动进气口门40c的门驱动41关闭内部空气进气口40a并打开外部空气进气口40b，从而新鲜空气进入空气调节单元7b的管道。如果打开再循环(REC)开关21f或者提供建立内部空气模式(再循环模式)的控制信号，进气口控制器14f驱动进气口门40c的门驱动41打开内部空气进气口40a并关闭外部空气进气口40b，从而内部空气进入空气调节单元7b的管道。
压缩机控制器14a包括容量控制器14b和转矩计算器14c。
容量控制器14b控制压缩机8的控制阀13。容量控制器14b接收乘客通过温度调节开关21g设定的目标内部温度和来自空调控制传感器组21的传感器的数据，计算空气调节单元7b提供的目标调节空气温度，根据计算的目标调节空气温度找出蒸发器12出口的目标空气温度，计算占空因数，以将蒸发器12出口的实际空气温度变为蒸发器12出口的计算出的目标空气温度，并且将计算的占空因数传输至控制阀13。
从而，容量控制器14b为控制阀13提供控制脉冲信号，该信号包含确定压缩机8冷却剂排出的占空因数。如果容量控制器14b为控制阀13提供具有最大占空因数100％的最大容量信号，控制阀13的阀塞31a移动到关闭位置。没有通过压力引入通道54将压力从排出室49引入至曲轴箱48。结果是，曲轴箱48的压力减少，旋转斜盘凸轮26d倾斜至最大倾斜角度，活塞27到达完全冲程位置。结果是，压缩机8的排出减小到最大。
如果容量控制器14b为控制阀13提供具有最小占空因数0％的最小排出信号，控制阀13的阀塞31a移动到打开位置。于是，通过压力引入通道54将压力从排出室49引入至曲轴箱48。结果是，曲轴箱48的压力增加，旋转斜盘凸轮26d倾斜至最小倾斜角度，活塞27到达无冲程位置。结果是，压缩机8的排出减小到最小。
以这样的方式，容量控制器14b调整占空因数，从而调节将通过压力引入通道54从排出室49引入至曲轴箱48的高压冷却剂的流速，从而控制压缩机8的冷却剂排出。
在稳定状态操作中，容量控制器14b工作于普通模式，根据蒸发器12出口的目标空气温度和传感器211提供的蒸发器12出口的实际空气温度计算占空因数。容量控制器14b可工作在最小占空因数模式和最大占空因数模式下。在最大占空因数模式，容量控制器14b维持最大占空因数(100％)。在最小占空因数模式下，容量控制器14b维持最小占空因数(0％)。
下面将会描述压缩机的稳定状态转矩和开始转矩的计算。
转矩计算器14c计算压缩机的驱动转矩(负载转矩)。根据本实施例，转矩计算器14c在压缩机启动后的预定时间段内(实施例中是4秒)计算开始转矩Tk，在预定时间段后计算稳定状态转矩Ts(Tsn，Tsf)。
首先，将参考图5至图11描述稳定状态转矩Ts(Tsn，Tsf)的计算。
图5描述了制冷循环7a的摩利尔(Mollier)图，图6描述了具有不同占空因数的压缩机吸入压力Ps和压缩机排出压力Pd的特征曲线图，图7描述了具有常量制冷循环负载(蒸发器负载)和不同占空因数的压缩机排出压力Pd和转矩的特征曲线图，图8描述了具有不同制冷循环负载(负载由蒸发器12的进入空气的温度(℃)和湿度(％)、鼓风机电压(V)以及固定占空因数(60％)决定)的压缩机排出压力和转矩，图9描述了转矩和蒸发器温度差ΔT和压缩机排出压力Pd之间的比例的特征曲线图，其中占空因数为60％并且在不同的制冷循环负载下(负载由蒸发器12的进入空气的温度(℃)和湿度(％)、鼓风机电压(V)决定)，图10描述了计算稳定状态转矩的流程，图11描述了根据本实施例估算的转矩以及实际转矩的特征曲线。
本实施例根据后面将会描述的转矩公式(12)和(13)计算稳定状态转矩Ts(Tsn，Tsf)。转矩公式(12)和(13)中作为输入参数的有蒸发器12进口和出口处的空气温度差ΔT、压缩机排出冷却剂压力Pd、具有控制控制阀13的占空因数的外部控制信号和压缩机8的旋转次数Nc。
下面将描述转矩公式(12)和(13)。
可变容量压缩机8的转矩Ts理论上可表达为
Ts＝(i1-i2)*Gr*μm/Nc (1)其中i1是压缩机8排出的冷却剂的焓(enthalpy)，i2是提供给压缩机8的冷却剂的焓，Gr是冷却剂的流速，μm是压缩机8的机械效率，Nc是压缩机8的旋转次数。
如图5所示，压缩机8排出的冷却剂的焓i1和提供给压缩机8的冷却剂的焓i2可由公式i1＝f(Pd)和i2＝f(Ps)表示。相应地，公式(1)可表达为下述方式Ts＝{f(Pd)-f(Ps)}*Gr*μm/Nc (2)在公式(2)中，μm根据压缩比例Pd/Ps以及冷却剂流速Gr而改变并且是特定于压缩机8的。Nc是已知数值，因此，如果知道压缩机排出压力Pd、压缩机吸入压力Ps和冷却剂流速Gr，就可以估算出转矩。
压缩机排出压力Pd可从冷却剂压力传感器21n处检测到的值中读取。根据实施例的压缩机8，压缩机吸入压力Ps由提供给控制阀13的控制脉冲信号的占空因数控制，因此，压缩机吸入压力Ps可从压缩机排出压力Pd和占空因数中找到。如图6所示，压缩机吸入压力Ps和压缩机排出压力Pd根据占空因数符合特定特征曲线。相应地，压缩机吸入压力Ps可根据外部控制信号的占空因数和压缩机排出压力Pd估算出来。即，公式(2)可表达为下述方式Ts＝{f(Pd)-f(Pd，占空因数)}*Gr*μm/Nc (3)公式(3)可表达为下述方式Ts＝F1(Pd，占空因数)*Gr*μm/Nc (4)从而，公式(4)中的变量问题就解决了。图7描述了压缩机排出压力Pd和转矩Ts的特征曲线，其中制冷循环7a(蒸发器吸入侧)接收常量负载，该负载由温度为25℃，湿度为50％，对应于5V鼓风机电压的气流速度以及不同的占空因数所决定。从图7可见转矩Ts可根据压缩机排出压力Pd和占空因数Pd估算出来。
由于加在制冷循环7a(蒸发器吸入侧)上的常量负载，冷却剂流速Gr可以由函数f1(Pd，Ps)表示，μm可以由f2(Pd，Ps)表示。因此，公式(4)可以表达为下述方式
Ts＝F(Pd，占空因数)/Nc (5)制冷循环负载(蒸发器吸入侧)的变化引起的转矩变化将会被检查。假设蒸发器12的进口空气温度恒定为25℃。当蒸发器进口空气湿度和气流速度(风扇马达19的电压)发生变化时，压缩机排出压力Pd和转矩Ts之间的关系就如图8所示建立起来。即，如果转矩在一个可变范围内改变并且制冷循环负载(蒸发器进口空气负载)改变，冷却剂流速Gr也发生改变。相应地，需要一些元素来估算冷却剂流速Gr。基于蒸发器负载对这些元素的制冷性能进行检查Qevap＝(i3-i2)*Gr (6)Gr＝Qevap/(i3-i2) (7)其中Qevap是蒸发器内冷却剂的吸热量，i3是蒸发器12入口处冷却剂的焓，i2是蒸发器12出口处冷却剂的焓(和压缩机8吸入侧冷却剂的焓相等，因此，采用了同样的标记)。
蒸发器12内空气的吸热量由下式表示Qevap(空气)＝{(蒸发器之前的空气吸热量)-(蒸发器之后的空气吸热量)}*(蒸发器气流速度)/(空气特定体积)蒸发器12内冷却剂的吸热量和蒸发器12内空气的吸热量相同并且和蒸发器入口处空气温度以及出口处空气温度的差成正比。相应地，蒸发器12内冷却剂的吸热量可根据蒸发器12之前和之后的空气温度差(Δt)估算出来并且可由函数Qevap＝f(Δt)表示。
如图5所示，位于蒸发器12入口的焓i3由函数i3＝f(Pd)表示，蒸发器12出口的焓i2由函数i2＝f(Ps)表示。相应地，公式(7)可表达为下述方式Gr＝f3(Δt)/f4(Pd)-f(Pd，占空因数) (8)公式(8)包括分母，该分母是Pd和占空因数的函数，因此，可表达为下述方式Gr＝f3(Δt)/F2(Pd，占空因数)(9)根据公式(9)和(4)，转矩Ts可表达为下述方式Ts＝F1(Pd，占空因数)*{f3(Δt)/F2(Pd，占空因数)}/Nc (10)
公式(10)可表达为下述方式Ts＝f(Δt)/f(Pd，占空因数)}/Nc (11)基于公式(11)，Δt/Pd和转矩Ts可如图9所示表示出来。该图表明蒸发器负载的差异(进口空气湿度和气流速度)能够被减轻。从而，压缩机8的转矩Ts可根据蒸发器12的入口和出口的空气温度差Δt、压缩机排出压力Pd、包含在用于控制控制阀13的控制脉冲信号中的占空因数和压缩机8的旋转次数Nc计算出来。
为了方便地计算压缩机8处于空转操作和切断燃料减速操作时的转矩Ts，在公式(11)中采用了作为压缩机8旋转次数Nc的常量(空转和切断燃料减速操作的旋转标准数)。此外，蒸发器12之前和之后的温度差Δt和压缩机排出压力Pd作为可变项处理。在给定占空因数和蒸发器12之前和之后的温度差Δt的情况下对实际汽车测量得到的数值作为常项A和B，提供了下述公式Ts＝A*LN(Pd/Δt)+B (12)转矩计算器14c在外部或内部存储器(图未示)中存储公式(12)和在不同条件下测量得到的常项A和B的值，并且为公式(12)中的变项和常项输入数据从而计算转矩Ts。
压缩机8在排出容量控制状态的稳定状态转矩Tsn取决于公式(12)所示的压缩机排出压力Pd和蒸发器12之前和之后的温度差Δt。压缩机8的完全冲程转矩(温度状态完全冲程转矩)Tsf可根据只包括压缩机排出压力Pd的函数估算出来，类似于固定容量压缩机，函数如下表示Tsf＝fsf(Pd) (13)(图7)下面将参考图10描述根据公式(12)和(13)计算压缩机8稳定状态转矩Ts(空转和切断燃料减速过程中)的过程。
在压缩机8启动后的预定时间内(该实施例中为4秒)，开始操作转为稳定操作，开始计算稳定状态转矩Ts。在图10的步骤S1中，容量控制器14b为控制阀13设置普通模式占空因数。在步骤S2，容量控制器14b采用普通控制器121计算目标蒸发器出口空气温度，根据目标蒸发器出口空气温度和实际蒸发器出口空气温度计算占空因数，并且为控制阀13提供具有该计算的占空因数的控制信号。在步骤S3，进气口控制器14f根据新鲜空气(FRE)开关21e和再循环(REC)开关21f确定进气门40是位于外部空气引入位置还是内部空气循环位置。如果进气门40位于外部空气引入位置，执行步骤S4，其中转矩计算器14c接收周围温度传感器21j检测的温度，作为蒸发器入口空气温度，延迟并且纠正接收到的温度信号，并且提供识别的周围温度信号。如果进气门40位于内部空气引入位置，执行步骤S5，其中转矩计算器14c接收内部温度传感器21i检测的温度，作为蒸发器入口空气温度信号，延迟并且纠正接收到的温度信号，并且提供识别的内部温度信号。
在步骤S6中，转矩计算器14c接收蒸发器出口温度传感器21l检测的温度，作为蒸发器出口空气温度信号，延迟并且纠正接收到的温度信号，并且提供识别的蒸发器出口温度信号。
在步骤S7，转矩计算器14c根据上述数据计算蒸发器12之前和之后的温度差Δt。即，如果进气门40位于外部空气引入位置，转矩计算器14c从识别的周围温度中减去识别的蒸发器出口温度，得到温度差Δt。如果进气门40位于内部空气引入位置，转矩计算器14c从识别的内部温度中减去识别的蒸发器出口温度，得到温度差Δt。
在步骤S8中，转矩计算器14c获取冷却剂压力传感器21n检测到的压力，延迟并且纠正检测到的压力信号，并且提供识别的压缩机排出压力信号。
在步骤S9中，转矩计算器14c接收由容量控制器14b提供给控制阀13控制脉冲信号的占空因数。
在步骤S10中，转矩计算器14c检查占空因数是等于还是大于90％。如果占空因数等于或大于90％，执行步骤S11，其中转矩计算器14c的稳定状态完全冲程计算器107(图4)根据稳定状态完全冲程转矩公式(13)(图7)计算稳定状态完全冲程转矩Tsf。如果占空因数小于90％，执行步骤S12，其中转矩计算器14c的稳定状态转矩计算器105根据稳定状态转矩公式(12)计算稳定状态转矩Ts。在步骤S13中，转矩计算器14c向发动机控制单元3发送计算的稳定状态转矩Tc＝Ts(Tsn或Tsf)。重复该过程实时计算可变容量压缩机8的稳定状态转矩Ts(Tsn或Tsf)。根据发送的稳定状态转矩Ts(Tsn或Tsf)，发动机控制单元3控制进气口空气量(燃料混合提供量)，从而防止发动机熄火和在空转模式的过多空转。
下面将介绍对稳定状态转矩计算的修改例。根据修改例，转矩计算器14c在外部或内部存储器(图未示)中存储公式(11)，公式(11)包括变量蒸发器12之前和之后的温度差Δt、压缩机排出压力Pd，占空因数，压缩机8的旋转次数Nc。通过为公式(11)中的变量输入从传感器处接收的数据，转矩计算器14c计算压缩机8的转矩。修改例还将压缩机8的旋转次数Nc作为计算压缩机8的转矩的数据。修改例减少了需要存储在存储器中的数据量。修改例不仅能够计算空转模式和切断燃料减速模式中空调6的压缩机8的转矩，还能够应用于空调6的任意其它操作模式。
公式(11)中压缩机8的旋转次数Nc可替换为常量(空转和切断燃料减速操作的旋转标准数)，替换的公式可存储在存储器内。这可减少输入数据量并且使得公式的计算对于空转和切断燃料减速操作更为简单，其中压缩机8的旋转次数Nc实质上是不变的。
下面参考图12到18介绍开始转矩的计算。
图12是描述停止可变容量压缩机8的过程的流程图，图13是描述重启压缩机8的过程的流程图，图14是描述计算压缩机的开始转矩的过程的流程图，图15是描述停止压缩机8时的空调离合器开/关(ON/OFF)状态和输出占空因数的时间图，图16是描述重启压缩机8时空调离合器开/关(ON/OFF)状态、输出占空因数和转矩计算模式的时间图，图17是描述压缩机8的开始转矩的试验特征曲线图，图18是描述和压缩机8相关的周围温度和额外转矩的特征曲线图。
实施例能够计算可变容量压缩机8的开始转矩，即使在压缩机8停止后立即重启的情况下。
发明人通过实验发现在特定的情况下，压缩机8的曲轴箱48和吸入室50在压缩机8停止后的预定时间内(实施例中是6秒)逐渐达到相同的压力，从而将活塞27返回至初始位置。基于该发现，发明人通过实验证实在压缩机8重启时通过确定活塞27是在初始位置还是在中间位置来计算开始转矩。
下面将会详细介绍当压缩机8关闭时间少于预定时间(该实施例中是6秒)和关闭时间等于或大于预定时间时，计算开始转矩的方法。
介绍当可变容量压缩机8停止时压缩机控制器14a的操作。在图12的步骤S20中，空调(A/C)开关21a被从开(ON)置为关(OFF)，压缩机控制器14a开始压缩机停止过程。在步骤S21中，压缩机控制器14a确定发动机控制单元3是否将A/C离合器43从开(ON)置为关(OFF)。如果A/C离合器43已经被关闭，容量控制器14b在步骤S23中选择最大占空因数模式并且在步骤S24为控制阀13提供具有占空因数为100％(图15)的控制脉冲信号。在步骤S25中，转矩计算器14c的计数器101从A/C离合器43的关闭时间开始计数关闭时间t0。在步骤S26中，转矩计算器14c的稳定状态转矩计算器105根据输入数据(高压Pd和温度差ΔT)和稳定状态转矩公式(12)计算稳定状态转矩Ts，在步骤S27中，转矩计算器14c为发动机控制单元3提供计算的转矩Ts(＝Tc)。在步骤S28中，转矩计算器14c的判决器103判断关闭时间t0是否等于或大于10秒，如果不是的话，重复步骤S26和S27。
如果压缩机8停止后过了10秒，容量控制器14b在步骤S29中选择最小占空因子模式并且在步骤S30中为控制阀13提供具有占空因数为0％的控制脉冲信号。转矩计算器14c在步骤S31和S32中为发动机控制单元3提供Tc＝0，作为当前转矩。
从而，根据实施例的容量控制器14b在关闭A/C离合器43以停止压缩机8的10秒内(图15)，为控制阀13提供具有占空因数为100％的控制脉冲信号。即，压缩机8停止后控制阀13被完全关闭10秒钟。这是为了在压缩机8被停止后维持曲轴箱压力Pc而不会立即改变压力。处于关闭位置的控制阀13阻塞位于排出室49和曲轴箱48之间的压力引入通道54，从而没有高压冷却剂经过压力引入通道54从排出室49流入曲轴箱48。另一方面，曲轴箱48和吸入室50一直通过压力释放通道55相连，因此曲轴箱48中的冷却剂流入吸入室50，从而使得曲轴箱48的压力Pc和吸入室50中的低压Ps相同，从而使曲轴箱48的压力Pc稳定。即，曲轴箱48和吸入室50的压力在压缩机8停止后的预定时间段内(该实施例中为6秒)彼此逐渐均衡。由于该逐渐的压力变化，旋转斜盘凸轮26d和活塞27在压缩机8被停止后在预定时间段内(该实施例中为6秒)逐渐返回到它们的空挡位置。因此，在压缩机8被停止后可能估算旋转斜盘凸轮26d和活塞27的位置。即，在压缩机8被停止后活塞27位于空挡位置时以及活塞27移向空挡位置时，开始转矩Tk是可被正确计算的。
该实施例中对于压缩机8的预定时间段6秒是通过实验获得的。根据压缩机的不同，预定时间可以改变。
下面参考图13介绍当可变容量压缩机8被重启时压缩机控制器14a的操作。
在图13中的步骤S40，空调(A/C)开关21a被从关(OFF)置为开(ON)。在步骤S41中，压缩机控制器14a判断发动机控制单元3是否将A/C离合器43从关(OFF)置为开(ON)。如果A/C离合器43已经被打开，执行步骤S42，其中压缩机控制器14a的计数器101从A/C离合器43的打开时间开始计数打开时间t1。在步骤S43中，容量控制器14b选择最大占空因数模式并且在步骤S44为控制阀13提供具有占空因数为100％(图16)的控制脉冲信号。容量控制器14b在长达10秒的时间内继续提供具有占空因数为100％的控制脉冲信号。响应于控制脉冲信号，控制阀13移动到完全关闭位置，从而稳定吸入室50的低压并且提高估算开始转矩的正确性。之所以在长达10秒的时间内继续提供具有占空因数为100％的控制脉冲信号，是由于压缩机8启动后吸入室50的吸入压力Ps达到稳定的时间取决于周围温度Ta。例如，如果周围温度Ta是35℃，吸入压力Ps需要6秒钟达到稳定，如果周围温度Ta是15℃，需要8秒钟。相应地，需要10秒钟从而确保不论周围温度Ta是多少，吸入压力都能够达到稳定。
在步骤S45中，压缩机控制器14a的开始转矩计算器109计算开始转矩Tk并且为发动机控制单元3提供计算的开始转矩Tc＝Tk。在步骤S47中继续计算压缩机8重启后4秒内的开始转矩Tk。计算开始转矩Tk的详细情况将在后面介绍。
如果步骤S47判断打开时间t1等于或大于4秒，即，如果压缩机8重启后已经过了4秒，开始转矩计算器109停止计算开始转矩Tk。在步骤S48中，稳定状态完全冲程计算器107根据公式(13)计算稳定状态完全冲程转矩Tsf。因为假设活塞27在占空因数为100％的压缩机8重启后4秒达到完全冲程。在步骤S49，计算的稳定状态完全冲程转矩Tsf(＝Tc)被发送至发动机控制单元3。步骤S50检查打开时间t1是否等于或大于10秒。如果打开时间t1等于或大于10秒，即，如果压缩机8重启后已经过了10秒，开始过程结束并且开始上述的稳定状态转矩计算过程(图10)。
下面将参考图14详细介绍开始转矩Tk的计算。
在步骤S60，转矩计算器14c从周围温度传感器21j处接收周围温度Ta，在步骤S61中，转矩计算器14c从冷却剂压力传感器21n处接收冷却剂压力Pd。
在步骤S62中，转矩计算器14c检查周围温度Ta是否低于10℃。如果低于，转矩计算器14c的低周围温度开始转矩计算器111根据低周围温度开始转矩表达式Tu和Tmin(图17)计算低周围温度开始转矩。在步骤S63中，开始转矩计算器14c检查排出压力Pd是否等于预定压力P1。如果排出压力Pd小于预定压力P1，执行步骤S64根据低周围温度开始转矩特征曲线Tu＝a2*Pd(图17)计算开始转矩。如果排出压力Pd大于预定压力P1，执行步骤S64根据低周围温度开始转矩特征曲线Tmin＝f(Pd)计算开始转矩。表达式Tu＝a2*Pd和Tmin＝f(Pd)由图17所示的虚线特征曲线得到。特征曲线Tu和Tmin是根据重复重启可变容量压缩机8的实验中测量的开始转矩值确定的。特征曲线Tu和Tmin在点Pd＝P1处分开。
在步骤S62中，如果周围温度Ta等于或大于10℃，执行步骤S66判断A/C离合器的关闭时间t0是否等于或大于6秒。因为如上所述在压缩机关闭约6秒的预定时间内，旋转斜盘凸轮26d和活塞27逐渐返回它们的初始位置。
如果关闭时间t0少于6秒，执行步骤S67，其中开始转矩计算器14c的过渡开始转矩计算器113(图4)根据图17所示的过渡开始转矩表达式Tt计算开始转矩Tt。过渡开始转矩表达式Tt基于图17所示的特征曲线Tt，Tt是根据当活塞27位于完全冲程位置和初始冲程位置之间时启动压缩机8的实验中测量的开始转矩值确定的。过渡开始转矩表达式Tt包括作为输入参数的周围温度Ta和高压(排出压力)Pd。在步骤S67中计算的还有过渡开始转矩Tt的上限值Tmax(当活塞27位于完全冲程位置)和过渡开始转矩Tt的下限值Tmin(当活塞27位于初始位置)。步骤S68判断计算的过渡开始转矩Tt是否小于上限值Tmax和大于下限值Tmin。如果是的话，执行步骤S70，将过渡开始转矩Tt作为开始转矩Tc。如果过渡开始转矩Tt大于步骤S68中的上限值Tmax，执行步骤S71，将上限值Tmax作为开始转矩Tc。如果过渡开始转矩Tt小于步骤S68中的下限值Tmin，执行步骤S69，将下限值Tmin作为开始转矩Tc。过渡开始转矩Tt必须介于机械上限值Tmax和下限值Tmin之间。如果估算的过渡开始转矩Tt异常超出上限值Tmax或低于下限值Tmin，上限值Tmax或下限值Tmin就作为开始转矩Tk(Tc)。
在步骤S66中，如果A/C离合器的关闭时间t0等于或大于6秒，活塞27位于初始位置。相应地，在步骤S72和S73中，转矩计算器14c的初始冲程开始转矩计算器115(图4)根据初始冲程开始转矩表达式Tmin(图17)计算开始转矩。
该实施例不是简单地采用活塞27位于初始位置的开始转矩Tmin。相反，图14中步骤S72根据周围温度Ta计算额外转矩(额外值a1*Pd+b)，在步骤S73中将额外转矩加到开始转矩Tmin并且提供其和作为开始转矩Tk(Tc)。因为在实际的汽车中，检测高压Pd的传感器被安置于例如冷凝器9的出口侧。在这种情况下，尽管压缩机8受周围发热组件的影响，压力检测传感器不受发热组件的影响，因此，检测的高压Pd也不受热力的影响。即，步骤S72中加入的额外值是基于压缩机8中实际高压和检测的高压Pd之间的差值。为了弥补这一差值，步骤S72根据位于汽车散热架附近的周围温度传感器21j检测的周围温度从相关图(图18)中确定额外值，步骤S73将确定的额外值加到开始转矩Tmin。
如上所述，实施例是基于发明人的发现，即在压缩机8被从开(ON)置为关闭后预定时间(实施例中为6秒)内，旋转斜盘凸轮26d和活塞27返回它们的初始位置。实施例在步骤S67至S71和S72至S73中根据压缩机8关闭后的关闭时间是否少于预定时间估算开始转矩。根据该技术，实施例能够正确估算开始转矩，即使在压缩机8停止后立即重启的情况下也适用。
当A/C离合器43被从开(ON)置为关(OFF)，实施例用和最大容量信号相同的外部控制信号控制控制阀13，从而实现完全活塞冲程。即，当压缩机8被关闭，控制阀13被完全关闭。完全关闭的控制阀13阻塞位于排出室49和曲轴箱48之间的压力引入通道54，从而没有高压冷却剂经过压力引入通道54从排出室49流入曲轴箱48。此时，曲轴箱48内的冷却剂通过压力释放通道55逐渐流入吸入室50，压力释放通道55一直将曲轴箱48和吸入室50相连。结果是，曲轴箱48的压力Pc变为和吸入室50的低压Ps相同并且稳定下来。通过该技术，在压缩机8关闭时，曲轴箱48的压力Pc从不会发生突变。相反，在压缩机8关闭时，曲轴箱48的压力Pc温和而缓慢地改变从而稳定活塞27的行为。结果是，能够正确计算开始转矩。
如果压缩机8的A/C离合器在被关闭后又立即被打开，控制阀13位于完全关闭位置，从而曲轴箱48的压力Pc维持在一个低的水平上。因此，当压缩机8被重启时，压缩机8的最大容量操作立刻启动。通过该方法，实施例取得了快速启动能力。
在很短的时间内(根据实施例是4秒)，旋转斜盘凸轮26d移动到最大倾斜角度，即，活塞27获得完全冲程。因此，在步骤S48中估算稳定状态完全冲程转矩以及稳定状态操作能够快速实现。
下面介绍实施例的效果。
(1)根据实施例计算可变容量压缩机8的转矩的方法在离合器被关闭至下次打开的时间内计数(步骤S25)关闭时间t0，判断(步骤S66)关闭时间t0是否等于或大于预定时间(实施例中为6秒)，并且根据关闭时间t0是否小于预定时间计算(步骤S67至S71和S72至S73)开始转矩。
根据实施例计算可变容量压缩机8的转矩的装置包括计数器101(相应于步骤S25)，用于在离合器被关闭至下次打开的时间内计数关闭时间t0，判决器103(相应于步骤S66)，用于判断关闭时间t0是否少于预定时间，和开始转矩计算器109(相应于步骤S67到S71以及S72到S73)，用于根据关闭时间t0是否少于预定时间计算开始转矩。
通过该方法，实施例检查压缩机8停止后过去的时间是否少于预定时间(该实施例中是6秒)，在预定时间内压缩机8的压力建立平衡状态并且活塞27返回初始位置。通过该技术，实施例能够正确计算开始转矩，即使在压缩机8停止后又立即重启的情况下也适用。
(2)根据实施例计算可变容量压缩机8的转矩的方法为压力调节器13在离合器43被关闭后至少预定时间内提供(步骤S24)外部控制信号，外部控制信号和用于建立完全活塞冲程的最大容量信号相同，当离合器43打开的时候，计算(步骤S45)压缩机8的转矩。
根据实施例计算可变容量压缩机8的转矩的装置包括容量控制器14b，用于为作为压力调节器的控制阀13提供外部控制信号。容量控制器14b有开始转矩计算辅助123(相应于步骤S24)，用于为压力调节器13在离合器43被关闭后至少预定时间内提供外部控制信号，外部控制信号和用于建立完全活塞冲程的最大容量信号相同。装置也包括转矩计算器14c，用于计算压缩机8的开始转矩。转矩计算器14c包括开始转矩计算器109(相应于步骤S45)，用于在离合器43被打开时计算压缩机8的开始转矩。
通过该配置，没有高压冷却剂从排出室49流入曲轴箱48，曲轴箱48内的冷却剂流入吸入室50，从而曲轴箱48的压力Pc变为和吸入室50的低压Ps相同并且稳定下来。曲轴箱48的压力Pc缓慢变化不会发生突变，活塞27在预定时间内逐渐返回初始位置。结果是，实施例能够估算活塞27的位置并且正确估算压缩机8的开始转矩。
(3)把上述(1)和(2)结合起来也得到一种计算可变容量压缩机8的转矩的方法。
结合的方法包括为作为压力调节器的控制阀13在离合器43被关闭后提供(S24)外部控制信号，外部控制信号和用于建立完全活塞冲程的最大容量信号相同，在离合器被关闭至下次打开的时间内计数(S25)关闭时间t0，判断(S66)关闭时间t0是否少于预定时间，并且根据判决计算(S67至S71，S72至S73)压缩机8的开始转矩。
上述(1)和(2)的结合提供了用于计算可变容量压缩机8的转矩的结合装置。装置包括用于计算压缩机8转矩的转矩计算器14c。转矩计算器14c包括计数器101，用于在离合器被关闭至下次打开的时间内计数关闭时间t0，判决器103，用于判断关闭时间t0是否少于预定时间，和开始转矩计算器109，用于根据判决器103的判断计算压缩机8的开始转矩。装置也包括容量控制器14b，用于为控制阀13提供外部控制信号。容量控制器14b包括开始转矩计算辅助123，用于为控制阀13在离合器43被关闭后至少预定时间内提供外部控制信号，外部控制信号和用于建立完全活塞冲程的最大容量信号相同。
这些结合方法和装置提供上述(1)和(2)的结合效果。
(4)根据实施例，可变容量压缩机8包括缸膛51；位于缸膛51上死顶尖的吸入室50和排出室49；位于缸膛51下死顶尖的曲轴箱48；位于缸膛51中的活塞27，用于将冷却剂从吸入室50抽至缸膛51、压缩抽出的冷却剂并将压缩的冷却剂排出至排出室49；离合器43，被打开时用于将驱动力从驱动源1传输到每个活塞27从而运行活塞27，被关上时用于断开驱动源1和每个活塞27从而停止活塞27；压力引入通道54，用于将排出室49和曲轴箱48相连；压力释放通道55，用于将曲轴箱48和吸入室50相连；作为压力调节器的控制阀13，用于改变压力引入通道54和压力释放通道55之一的开口从而改变曲轴箱48的压力Pc，每个活塞27的活塞冲程，和排出容量。
(5)开始转矩计算器109包括作为第一开始转矩计算器(相应于步骤S67到S71)的过渡转矩计算器113，用于在关闭时间t0少于预定时间的情况下计算压缩机8的开始转矩，作为第二开始转矩计算器(相应于步骤S72和S73)的初始冲程开始转矩计算器115，用于在关闭时间t0等于或大于预定时间的情况下计算压缩机8的开始转矩。
(6)过渡转矩计算器113将周围温度Ta和制冷循环7a的高压Pd作为输入参数，从而计算开始转矩Tt＝f(Ta，Pd)。初始冲程开始转矩计算器115将制冷循环7a的高压Pd作为输入参数，从而计算开始转矩Tmin＝f(Pd)。通过少量的输入参数，实施例就能计算开始转矩Tt或Tmin。
(7)容量控制器14b包括普通控制器121，用于控制控制阀13使得实际蒸发器出口空气温度和目标蒸发器出口空气温度接近。在压缩机8普通的操作中，实际蒸发器出口空气温度和目标蒸发器出口空气温度总是接近的。
(8)作为压力调节器的控制阀13包括阀塞31a，用于改变压力引入通道54的开口，以及压力敏感元件32，用于在制冷循环7a的低压Ps降低的情况下将阀塞31a向阀门开口方向移动，在低压Ps增加的情况下将阀塞31a向阀门关闭方向移动。
即使容量控制器14b提供的外部控制信号没有改变，实施例也能确保对于蒸发器12的负载有合适流速的冷却剂，并且能够准确估算压缩机8的开始转矩。
根据实施例，通过打开或关闭空调开关21a打开或关闭A/C离合器43。除了空调开关21a，任意开/关控制元件可用来打开或关闭A/C离合器43。例如，实施例的修改例可在当蒸发器12出口的空气温度降到预定温度(例如，5℃)之下时采用元件关闭A/C离合器43。实施例的另一修改例可根据发动机情况，例如加速情况，采用元件打开或关闭A/C离合器43。这些修改例频繁地打开或关闭A/C离合器43从而节约能源。即，修改例在压缩机8被关闭后频繁地重启压缩机8，实施例的开始转矩计算方法对于压缩机8类似频繁开/关(ON/OFF)操作是尤为有效的。
根据实施例，控制阀13包括压力敏感部分(隔膜)32，用于感知吸入压力Ps并且控制图3所示阀门开口。除了吸入压力Ps，控制阀13可感知排出压力(高压)Pd。
根据实施例，当压缩机8建立压力平衡时，旋转斜盘凸轮26d和活塞27返回到初始位置，初始位置是位于完全冲程位置和无冲程位置中间的位置。初始位置可以是除中间位置之外的其它可选位置。在这种情况下，根据可选初始位置决定开始转矩图。
实施例采用控制脉冲信号的占空因数从外部控制压缩机8的冷却剂的排出容量。除了控制脉冲信号的占空因数之外，可采用任何其它的电量来控制压缩机8的冷却剂的排出容量。
实施例采用了汽车发动机作为压缩机8的驱动源。此外，压缩机8的驱动源可以是电动马达。
根据实施例，容量控制器14b和转矩计算器14c被放置于空调控制单元14内。此外，容量控制器14b和转矩计算器14c可被放置于发动机控制单元3内。也可将容量控制器14b和转矩计算器14c分开放置。
尽管参考一些实施例对本发明做了描述，本发明并不局限于这些实施例。在不偏离附带的权利要求的范围的情况下，可以对实施例进行修改和变化。实施例只是出于解释的目的，不应限制本发明。
权利要求
1.一种计算可变容量压缩机的转矩的装置，该压缩机包括吸入室；排出室；将冷却剂从吸入室抽出，压缩抽出的冷却剂并将压缩的冷却剂排出至排出室的活塞；离合器，其打开用以传输驱动源的驱动力至活塞从而驱动活塞，以及关闭用以断开驱动源的驱动力从而停止活塞运动；以及调节从排出室引入至活塞后的后压力从而调节活塞冲程的压力调节器，该装置包括计数器，用于在离合器被关闭至下次打开的时间内计数关闭时间；判决器，用于判断关闭时间是否少于预定时间；和开始转矩计算器，用于根据判决器的判断计算压缩机的开始转矩。
2.根据权利要求1所述的装置，其中预定时间是通过实验获得的时间段，该时间段是从离合器被关闭至在可变容量压缩机内建立压力平衡状态以将活塞返回到初始位置之间的时间。
3.根据权利要求1所述的装置，其中开始转矩计算器包括第一开始转矩计算器，用于在关闭时间少于预定时间的情况下计算开始转矩；和第二开始转矩计算器，用于在关闭时间等于或大于预定时间的情况下计算开始转矩。
4.根据权利要求3所述的装置，其中第一开始转矩计算器假设活塞位于初始位置和完全冲程位置中间的位置并且根据第一开始转矩表达式计算开始转矩；和第二开始转矩计算器假设活塞位于初始位置并且根据第二开始转矩表达式计算开始转矩。
5.根据权利要求3所述的装置，其中第一开始转矩计算器采用周围温度和制冷循环的高压作为输入参数计算开始转矩；和第二开始转矩计算器采用制冷循环的高压作为输入参数计算开始转矩。
6.一种计算可变容量压缩机的转矩的装置，该压缩机包括吸入室；缸膛；排出室；将冷却剂从吸入室抽至缸膛，压缩抽出的冷却剂并将压缩的冷却剂排出至排出室的活塞；离合器，其打开用以传输驱动源的驱动力至活塞从而驱动活塞，以及关闭用以将驱动源的驱动力从活塞断开从而停止活塞运动；以及调节从排出室引入至活塞后的后压力从而调节活塞冲程的压力调节器，该装置包括容量控制器，其包括开始转矩计算辅助，用于为压力调节器在离合器被关闭后至少预定时间内提供外部控制信号，外部控制信号和用于建立完全活塞冲程的最大容量信号相同；和转矩计算器，包括开始转矩计算器，用于在离合器被打开时计算压缩机的开始转矩。
7.一种计算可变容量压缩机的转矩的装置，该压缩机包括吸入室；缸膛；排出室；将冷却剂从吸入室抽至缸膛，压缩抽出的冷却剂并将压缩的冷却剂排出至排出室的活塞；离合器，其打开用以传输驱动源的驱动力至活塞从而驱动活塞，以及关闭用以将驱动源的驱动力从活塞断开从而停止活塞运动；以及调节从排出室引入至活塞后的后压力从而调节活塞冲程的压力调节器，该装置包括转矩计算器，用于计算压缩机的转矩，其包括计数器，用于在离合器被关闭至下次打开的时间内计数关闭时间；判决器，用于判断关闭时间是否少于预定时间；和开始转矩计算器，用于根据判决器的判断计算压缩机的开始转矩；和容量控制器，用于为压力调节器提供外部控制信号，该容量控制器包括开始转矩计算辅助，用于为压力调节器在离合器被关闭后至少预定时间内提供外部控制信号，外部控制信号和用于建立完全活塞冲程的最大容量信号相同。
8.根据权利要求1所述的装置，其中当蒸发器出口温度等于或低于预定温度时，离合器被关闭。
9.根据权利要求1所述的装置，其中压力调节器包括阀塞，用于改变排出室和活塞后侧之间的通道的开口；和压力敏感元件，用于在制冷循环的低压降低的情况下将阀塞向阀门开口方向移动，在低压增加的情况下将阀塞向阀门关闭方向移动。
10.根据权利要求6所述的装置，其中，当压缩机处于稳定状态操作时，容量控制器控制压力调节器，使得实际蒸发器出口空气温度和目标蒸发器出口空气温度接近。
11.一种计算可变容量压缩机的转矩的方法，该压缩机包括吸入室；缸膛；排出室；将冷却剂从吸入室抽至缸膛，压缩抽出的冷却剂并将压缩的冷却剂排出至排出室的活塞；离合器，其打开用以传输驱动源的驱动力至活塞从而驱动活塞，以及关闭用以将驱动源的驱动力从活塞断开从而停止活塞运动；以及调节从排出室引入至活塞后的后压力从而调节活塞冲程的压力调节器，该方法包括计数在离合器被关闭至下次打开的时间内的关闭时间；判断关闭时间是否少于预定时间；和根据判决器的判断计算压缩机的开始转矩。
12.根据权利要求11所述的方法，其中预定时间是通过实验获得的时间段，该时间段是从离合器被关闭至在可变容量压缩机内建立压力平衡状态以将活塞返回到初始位置之间的时间。
13.根据权利要求11所述的方法，其中根据判断计算压缩机开始转矩包括当关闭时间少于预定时间时，假设活塞位于初始位置和完全冲程位置中间的位置并且根据第一开始转矩表达式计算开始转矩；和当关闭时间等于或大于预定时间时，假设活塞位于初始位置并且根据第二开始转矩表达式计算开始转矩。
14.根据权利要求11所述的方法，其中根据判断计算压缩机开始转矩包括当关闭时间少于预定时间时，采用周围温度和制冷循环的高压作为输入参数计算开始转矩；和当关闭时间等于或大于预定时间时，采用制冷循环的高压作为输入参数计算开始转矩。
15.一种计算可变容量压缩机的转矩的方法，该压缩机包括吸入室；缸膛；排出室；将冷却剂从吸入室抽至缸膛，压缩抽出的冷却剂并将压缩的冷却剂排出至排出室的活塞；离合器，其打开用以传输驱动源的驱动力至活塞从而驱动活塞，以及关闭用以将驱动源的驱动力从活塞断开从而停止活塞运动；以及调节从排出室引入至活塞后的后压力从而调节活塞冲程的压力调节器，该方法包括为压力调节器在离合器被关闭后至少预定时间内提供外部控制信号，外部控制信号和用于建立完全活塞冲程的最大容量信号相同；和在离合器被打开时计算压缩机的开始转矩。
16.一种计算可变容量压缩机的转矩的方法，该压缩机包括吸入室；缸膛；排出室；将冷却剂从吸入室抽至缸膛，压缩抽出的冷却剂并将压缩的冷却剂排出至排出室的活塞；离合器，其打开用以传输驱动源的驱动力至活塞从而驱动活塞，以及关闭用以将驱动源的驱动力从活塞断开从而停止活塞运动；以及调节从排出室引入至活塞后的后压力从而调节活塞冲程的压力调节器，该方法包括为压力调节器在离合器被从开状态关闭后提供外部控制信号，外部控制信号和用于建立完全活塞冲程的最大容量信号相同；计数在离合器被关闭至下次打开的时间内的关闭时间；判断关闭时间是否少于预定时间；和根据判决器的判断计算压缩机的开始转矩。
17.根据权利要求16所述的方法，其中提供和最大容量信号相同的外部控制信号的时间长于预定时间。
18.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括当蒸发器出口温度等于或低于预定温度时，关闭离合器。
19.根据权利要求11所述的方法，其中压力调节器包括阀塞，用于改变排出室和活塞后侧之间的通道的开口；和压力敏感元件，用于在制冷循环的低压降低的情况下将阀塞向阀门开口方向移动，在低压增加的情况下将阀塞向阀门关闭方向移动。
全文摘要
提供了一种计算可变容量压缩机转矩的装置。该压缩机包括吸入室；缸膛；排出室；将冷却剂从吸入室抽至缸膛，压缩抽出的冷却剂并将压缩的冷却剂排出至排出室的活塞；离合器，其打开用以传输驱动源的驱动力至活塞从而驱动活塞，以及关闭用以将驱动源的驱动力从活塞断开从而停止活塞运动；以及调节从排出室引入至活塞后的后压力从而调节活塞冲程的压力调节器。该装置包括计数器，用于在离合器被关闭至下次打开的时间内计数关闭时间；判决器，用于判断关闭时间是否少于预定时间；和开始转矩计算器，用于根据判决器的判断计算压缩机的开始转矩。
文档编号B60H1/32GK1869556SQ20061008267
公开日2006年11月29日 申请日期2006年5月24日 优先权日2005年5月25日
发明者高桥荣二, 河内正树, 小川正纪, 关塚盛夫 申请人:康奈可关精株式会社