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Dokumentenidentifikation DE10239502A1 20.03.2003
Titel Gesteuerte Verdichtervorrichtung
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Tada, Yoshiki, Kariya, Aichi, JP;
Iwanami, Shigeki, Kariya, Aichi, JP
Vertreter Zumstein & Klingseisen, 80331 München
DE-Anmeldedatum 28.08.2002
DE-Aktenzeichen 10239502
Offenlegungstag 20.03.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.03.2003
IPC-Hauptklasse F04B 35/04
IPC-Nebenklasse F04B 49/06   F25B 31/00   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine gesteuerte Verdichtervorrichtung (100A) für Leerlauf-Stopp-Fahrzeuge zur Ermöglichung einer präzisen variablen Verdrängungssteuerung eines Verdichters (110) und zum Verringern von Stromverbrauch, wenn der Verdichter (110) durch einen Elektromotor angetrieben ist. Die Vorrichtung (100A) umfasst einen Batteriestrom betätigten Elektromotor (120, 120a) und eine Steuereinheit (140) zum Wählen des Antriebsmotors (10) oder des Elektromotors (120, 120a) zum Antreiben des Verdichters (110) und zum Steuern der Verdrängung des Verdichters (110). Ein Stromdetektor ermittelt die Höhe des Stroms, der dem Elektromotor (120, 120a) zugeführt wird. Die Steuereinheit (140) speichert eine Beziehung zwischen der Verdrängung und dem Strom und steuert die Verdrängung auf Grundlage des durch den Stromdetektor ermittelten Stroms.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gesteuerte Verdichtervorrichtung zur Anwendung in einer Klimaanlage eines so genannten Leerlauf-Stopp-Fahrzeugs, bei dem der Antriebsmotor gestoppt wird, wenn das Fahrzeug stoppt.

Eine Verdichtersteuervorrichtung ist in der japanischen Patentschrift Nr. 2000-229516 gezeigt, demnach eine Verdichtereinheit wahlweise durch einen Antriebsmotor oder eine Elektromotoreinheit betätigt wird, um eine Kühlvorrichtung zu betätigen. In dieser Verdichtersteuervorrichtung wird die Verdichtereinheit durch eine elektromagnetische Kupplung angetrieben, wenn der Antriebsmotor läuft. Wenn der Antriebsmotor gestoppt ist, wird die elektromagnetische Kupplung ausgerückt und die Verdichtereinheit wird durch die Elektromotoreinheit angetrieben, die durch eine Batterie mit Strom versorgt wird.

Da eine große Strommenge erforderlich ist, um die Verdichtereinheit zu betätigten, ist die Elektromotoreinheit bevorzugt begrenzt bzw. beschränkt auf den minimal erforderlichen Betrieb. Bei der Verdichtereinheit handelt es sich um einen variablen Verdrängungsverdichter vom Taumelplattentyp. Bevor der Antriebsmotor gestoppt wird, wird die Verdrängung der Verdichtereinheit erhöht, um die Kühltemperatur abzusenken. Die Verdrängung wird daraufhin verringert und die Verdichtereinheit wird sowohl durch den Antriebsmotor wie die Elektromotoreinheit angetrieben. Die elektromagnetische Kupplung wird daraufhin ausgerückt und der Antriebsmotor wird gestoppt, so dass die Verdichtereinheit ausschließlich durch die Elektromotoreinheit betätigt ist. Hierdurch wird eine Verringerung des Stromverbrauchs durch Antreiben der Verdichtereinheit durch die Elektromotoreinheit erzielt.

Die Steuerung wird derart eingestellt, dass die Verdrängung der Verdichtereinheit jedoch auf Grundlage des Kippwinkels der Taumelplatte eingestellt wird. Die Ermittlung des Kippwinkels macht den internen Aufbau der Verdichtereinheit kompliziert und führt zu einer Kostenerhöhung.

Eine variable Verdrängungssteuerung nicht nur bezüglich Taumelplatten-Verdichtereinheiten, sondern auch allgemein wird häufig auf Grundlage der Kühltemperatur und des Innendrucks des Kältekreislaufs durchgeführt. Diese Temperatur und dieser Druck sind lediglich indirekt mit der Verdrängung verbunden und unnötiger Stromverbrauch der Elektromotoreinheit tritt auf Grund von Reaktionsverzögerungen auf.

Angesichts des vorstehend angesprochenen Problems besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine gesteuerte Verdichtervorrichtung zu schaffen, die eine problemlose präzise variable Steuerung der Verdrängung ermöglicht und unnötigen Stromverbrauch bei Antrieb durch den Elektromotor verringert.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung demnach eine gesteuerte Verdichtervorrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einem Antriebsmotor (10), der gestoppt wird, wenn das Fahrzeug während der Fahrt vorübergehend hält. Die Vorrichtung umfasst eine Verdichtereinheit (110) mit variabler Verdrängung zum Verdichten eines Kältemittels, wobei die Verdichtereinheit (110) in einer Kälte- bzw. Kühlvorrichtung enthalten ist, eine Elektromotoreinheit (120), die durch eine Batterie (13) mit Strom versorgt wird, eine Steuereinheit (140) zum Wählen des Antriebsmotors (10) oder der Elektromotoreinheit (120) zum Antreiben der Verdichtereinheit (110) und zum Steuern der Verdrängung der Verdichtereinheit (110), und eine Stromermittlungseinheit (170) zum Ermitteln eines Stromwerts, der der Elektromotoreinheit (120) zugeführt wird. Die Steuereinheit (140) speichert eine Korrelationskennlinie zwischen der Verdrängung und dem Stromwert im voraus und steuert die Verdrängung auf Grundlage des Stromwerts, der durch die Stromermittlungseinheit (170) ermittelt wird.

Die Verdrängung der Verdichtereinheit (110) wird proportional zum Lastdrehmoment der Verdichtereinheit (110) eingestellt, d. h., zum Antriebsdrehmoment der Elektromotoreinheit (120). Da das Antriebsdrehmoment proportional zum Stromwert des Elektromotors (120) ist, ist die Verdrängung proportional zum Stromwert. Die Verdrängung kann dadurch problemlos und nahezu direkt mit hoher Präzision im Hinblick auf den Stromwert gesteuert werden. Dies verhindert unnötigen Stromverbrauch bei der Betätigung der Verdichtereinheit (110) durch die Elektromotoreinheit (120).

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung minimiert die Steuereinheit (140) die Verdrängung der Verdichtereinheit (110), bevor sie die Elektromotoreinheit (120) zum Antreiben der Verdichtereinheit (110) startet.

Folglich kann die Elektromotoreinheit (120) mit minimalem Drehmoment gestartet werden, wodurch übermäßige Startströme vermieden und ein Startstromverbrauch verringert wird. Da der Startstrom nicht übermäßig hoch ist, kann die Elektromotoreinheit (120) vereinfacht und mit kleiner Baugröße erstellt werden.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung erhöht die Steuereinheit (140) den Stromwert der Elektromotoreinheit (120) auf einen Zielstromwert entsprechend einer erforderlichen Verdrängung, während daraufhin eine Stromerhöhungsrate verringert wird, so dass der Stromwert den Zielstromwert ohne Übersteigen des Zielstromwerts erreicht.

Ohne Überschreiten des Zielstromwerts erreicht folglich der Stromwert den Zielstromwert kurzfristig und der Startstromverbrauch ist verringert.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung erhöht die Steuereinheit (140) den Stromwert der Elektromotoreinheit (120) auf einen Zielstromwert entsprechend einer erforderlichen Verdrängung, so dass der Stromwert den Zielstromwert durch eine Proportional-/Integral- /Ableitungssteuerung erreicht.

Ohne großes Überschreiten wird folglich der Zielstromwert kurzfristig erreicht und der Startstromverbrauch wird verringert.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Stromermittlungseinheit (170) in der Nähe der Batterie (13) angeordnet.

Dies erlaubt es, dass die Verdrängung im Hinblick auf den Stromwert gesteuert wird und dass die Batteriekapazität außerdem geprüft wird, wodurch ein Überlasten bzw. Leerlaufen der Batterie (13) verhindert wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung verringert die Steuereinheit (140) die Verdrängung der Verdichtereinheit (110), wenn der durch die Stromermittlungseinheit (170) ermittelte Stromwert einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Dadurch kann verhindert werden, dass die Elektromotoreinheit (120) ihr maximal mögliches Ausgangsdrehmoment übersteigt, wodurch ein Blockieren des Elektromotors verhindert wird.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Steuereinheit (140) eine Antriebsmotorstartanforderungsfunktion für eine Antriebsmotorsteuereinheit (160) auf, die den Betrieb des Antriebsmotor (10) steuert, um den Antriebsmotor (10) zu starten und die Steuereinheit (140) stoppt die Elektromotoreinheit (120) und übt die Antriebsmotorstartanforderungsfunktion aus, um den Antriebsmotor (10) zu starten, wenn ein integrierter Stromwert der Elektromotoreinheit (120), die die Verdichtereinheit (110) betätigt, ein vorbestimmtes Integral überschreitet.

Hierdurch wird ein Leerlaufen bzw. Entleeren der Batterie verhindert. Wenn der Antriebsmotor (10) startet, wird die Batterie (13) für die nächste Betätigung der Elektromotoreinheit (120) geladen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Verdrängung der Verdichtereinheit (110) im Hinblick auf einen Spannungswert anstelle des Stromwerts gesteuert werden. Diese Abwandlung erzielt dieselben Wirkungen, die durch den ersten Aspekt der Erfindung erzielt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Verdichtereinheit (110) bevorzugt mit der Elektromotoreinheit (120) integriert und wird als Hybridverdichter (100) genutzt, um durch den Antriebsmotor (10) oder die Elektromotoreinheit (120) wahlweise mit Strom bzw. Energie versorgt zu werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; in dieser zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des Gesamtaufbaus eines Fahrzeugantriebsmotors und von Zusatzgeräten, auf die eine gesteuerte Verdichtervorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet ist,

Fig. 2A eine Kurvendarstellung der Verdrängung einer Verdichtereinheit als Funktion des Lastdrehmoments der Elektromotoreinheit,

Fig. 2B eine Kurvendarstellung des Stromwerts einer Elektromotoreinheit als Funktion des Lastdrehmoments der Elektromotoreinheit,

Fig. 3 ein Flussdiagramm des ersten Teils der Steuerprozedur eines Hybridverdichters,

Fig. 4 ein Flussdiagramm des zweiten Teils der Steuerprozedur des Hybridverdichters,

Fig. 5 A eine Kurvendarstellung des Stromwerts der Elektromotoreinheit als Funktion der Zeit,

Fig. 5B eine Kurvendarstellung der Verdrängung der Verdichtereinheit als Funktion der Zeit, und

Fig. 6 ein Blockdiagramm des Gesamtaufbaus eines Fahrzeugantriebsmotors und von Zusatzgeräten, auf die eine gesteuerte Verdichtervorrichtung in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet ist.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 bis 5B zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dem Verdichter in Fig. 1 handelt es sich um einen Hybridverdichter 100, in den eine Verdichtereinheit 110 und eine Elektromotoreinheit 120 integriert sind. Eine gesteuerte Verdichtervorrichtung 100A umfasst den Hybridverdichter 100, eine Steuereinheit 140 und einen Stromdetektor (Stromermittlungseinrichtung) 170. Die Verdichtereinheit 110 ist in einer Kältevorrichtung (nicht gezeigt) einer Fahrzeugklimaanlage angeordnet.

Bei dem Fahrzeug handelt es sich um ein so genanntes Leerlauf-Stopp-Fahrzeug, in dem der Antriebsmotor 10 gestoppt wird, wenn das Fahrzeug vorübergehend an Verkehrsampeln und dergleichen während seiner Fahrt anhält. Wenn die Kältevorrichtung sich in Betrieb befindet, wird die Verdichtereinheit 110 durch den Antriebsmotor 10 über den Riemen 11 mit Energie bzw. Strom versorgt, wenn das Fahrzeug fährt. Wenn der Antriebsmotor 10 an einer Haltestelle gestoppt wird, wird die Verdichtereinheit 110 durch die Elektromotoreinheit 120 mit Strom bzw. Energie versorgt, die durch eine Batterie 13 mit Strom versorgt wird.

Der Lauf des Antriebsmotors 10 wird durch eine Antriebsmotorsteuereinheit 160 gesteuert. Dieser Antriebsmotor 10 ist mit einer Lichtmaschine 12, einem an sich gekannten Generator, versehen. Diese Lichtmaschine 12 lädt die Batterie 13 mit Strom, der bei der Betätigung der Elektromotoreinheit 120 verbraucht wird, während der Antriebsmotor 10 gestoppt ist, und Strom, der beim Betätigen verschiedener Fahrzeugzusatzgeräte verbraucht wird. Was den Antriebsmotor 10 betrifft, wird die Lichtmaschine 12 durch die Antriebsmotorsteuereinheit 160 gesteuert.

Die Kältevorrichtung ist an sich bekannt. Die Kältevorrichtung umfasst eine Verdichtereinheit 110, einen Kondensator bzw. Verflüssiger, ein Expansionsventil und einen Verdampfer, die in Reihe durch Kältemittelrohre verbunden sind. Die Verdichtereinheit 110 verdichtet Kältemittel in der Kältevorrichtung auf hohe Temperatur und hohen Druck. Der Verflüssiger bzw. Kondensator kondensiert und verflüssigt das komprimierte Kältemittel. Das Expansionsventil expandiert das verflüssigte Kältemittel adiabatisch. Der Verdampfer verdampft das expandierte Kältemittel derart, dass den Verdampfer durchsetzende Luft durch die Verdampfungslatentwärme gekühlt wird.

Als nächstes wird der Hybridverdichter 100 erläutert. Die Austragrate bzw. die Verdrängung pro Umdrehung der Verdichtereinheit 110 wird durch die Steuereinheit 140 eingestellt. Zum Einsatz kommt ein an sich bekannter Taumelplattenverdichter mit variabler Verdrängung. Ein Steuerventil 118 ist am rechten Ende der Verdichtereinheit 110 angeordnet. Das Öffnen des Steuerventils 118 wird derart eingestellt, dass der Kippwinkel der Taumelplatte zur Einstellung der Verdrängung variiert. Der Kippwinkel der Taumelplatte wird insbesondere verringert, um den Kolbenhub in der Verdichtungskammer zu verkürzen, wodurch die Verdrängung verringert wird. Andererseits wird der Kippwinkel der Taumelplatte vergrößert, um den Kolbenhub in der Verdichtungskammer zu vergrößern, wodurch die Verdrängung erhöht wird. Die Taumelplatte wird durch ein Federelement in Richtung auf den minimalen Kippwinkel (in Bezug auf die Verdrängung nahe Null) gedrückt, wenn die Verdichtereinheit 110 sich nicht in Betrieb befindet.

Bei der Motoreinheit 120 handelt es sich um einen Dreiphasenwechselstrommotor, der auf Grundlage einer Stromversorgung von einem Inverter 14 läuft, um den Gleichstrom von der Batterie 13 in Wechselstrom umzusetzen. Ein Ende einer Welle 111 ist mit der Verdichtereinheit 110 verbunden. Eine Riemenscheibe 130 ist am anderen Ende (dem Außenende) der Welle 111 über eine Einwegkupplung 131 angeordnet. Die Riemenscheibe 130 ist mit dem Antriebsmotor 10 mit dem Riemen 11 verbunden.

Während der Antriebsmotor 10 sich dreht, stellt die Einwegkupplung 131 eine Verbindung zwischen der Riemenscheibe 130 und der Welle 111 bereit und die Antriebskraft des Antriebsmotors 10 wird auf die Welle 111 übertragen, um die Verdichtereinheit 110 anzutreiben. Wenn der Antriebsmotor 10 gestoppt ist, dreht sich die Elektromotoreinheit 120 in derselben Richtung wie der Antriebsmotor 10, so dass die Kupplung 131 ausgerückt wird. Die Verdichtereinheit 110 kann dadurch ohne störenden Eingriff durch die Riemenscheibe 130 angetrieben werden.

Der Stromdetektor (die Stromermittlungseinrichtung) 170 zum Ermitteln des Werts bzw. der Höhe des Stroms, der der Elektromotoreinheit 120 zugeführt wird, ist in einer Leitung 14a angeordnet, die die Elektromotoreinheit 120 mit dem Inverter 14 verbindet. Der Stromdetektor 170 sendet ein Stromwertsignal an die Steuereinheit 140.

Eine Klimatisierungs-ECU 150 dient dazu, den Betriebsablauf der verschiedenen Teile der Kältevorrichtung zu steuern. Was die gesteuerte Verdichtervorrichtung 100A betrifft, steuert die Klimatisierungs-ECU 150 das Öffnen des Steuerventils 118 der Verdichtereinheit 110 und sie sendet Signale an die Steuereinheit 140. Die Signale umfassen ein Signal zum Anzeigen, dass die Kältevorrichtung sich in Betrieb befindet dass die Kältevorrichtung sich in Betrieb befindet (A/C- Anforderungssignal) und ein Austragratensignal, das das Kältemittel bzw. die Kältemittelmenge anzeigt, das bzw. die zu diesem Zeitpunkt erforderlich ist (insbesondere ein erforderliches Verdrängungssignal, das die erforderliche Verdrängung der Verdichtereinheit 110 anzeigt).

Die Steuereinheit 140 dient zur Steuerung des Betriebs des Hybridverdichters 100. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und ein Antriebsmotordrehzahlsignal von der Antriebsmotorsteuereinheit 160, ein Batteriekapazitätssignal von der Batterie 13, das A/C-Anforderungssignal und das erforderliche Verdrängungssignal von der Klimatisierungs-ECU 150 sowie das Stromwertsignal von dem Stromdetektor 170 werden in die Steuereinheit 140 eingegeben.

Die Steuereinheit 140 speichert die Korrelationskennlinie bzw. -eigenschaft (Proportionalbeziehung) zwischen der Verdrängung und dem Antriebsdrehmoment der Elektromotoreinheit 120 (d. h., das Lastdrehmoment der Verdichtereinheit 110) und die Korrelationskennlinie bzw. -eigenschaft (Proportionalbeziehung) zwischen dem Stromwert der Elektromotoreinheit 120 und dem Antriebsdrehmoment, wie in Fig. 2A bzw. 2B gezeigt. Die Steuereinheit 140 berechnet einen Zielstromwert entsprechend der erforderlichen Verdrängung, instruiert von der Klimatisierungs-ECU 150. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 2A, dass der Kippwinkel der internen Taumelplatte in Übereinstimmung mit dem Lastdrehmoment der Verdichtereinheit 110 geändert wird, wodurch die Verdrängung (die Verdrängungen der Kippwinkel sind proportional) gewählt wird.

Die Steuereinheit 140 stellt daraufhin die Öffnung des Steuerventils 118 der Verdichtereinheit 110 ein und startet oder stoppt die Elektromotoreinheit 120 in Übereinstimmung mit den verschiedenen vorstehend genannten Signalen. Wenn die Elektromotoreinheit 120 gestartet wird, wird die Verdrängung insbesondere von vornherein minimiert. Die Elektromotoreinheit 120 wird daraufhin bei allmählicher Verringerung der Stromerhöhungsrate aktiviert (nachfolgend näher erläutert).

Die Steuereinheit 140 hat außerdem die Funktion, ein Signal auszugeben, um die Antriebsmotorsteuereinheit 160 aufzufordern, den Antriebsmotor 10 in Übereinstimmung mit dem Batteriekapazitätssignal zu starten.

Die Arbeitsweise des Hybridverdichters wird nunmehr erläutert. Im Grundbetrieb, oder wenn die Klimaanlage sich in Betrieb befindet, während das Fahrzeug fährt, wird die Verdichtereinheit 110 des Hybridverdichters 100 durch den Antriebsmotor 10 direkt angetrieben. Die Klimatisierungs-ECU 150 steuert außerdem das Öffnen des Steuerventils 118 der Verdichtereinheit 110 auf eine Verdrängung, die zum Kühlen erforderlich ist. Wenn die Kühllufttemperatur in dem Verdampfer auf oder unter eine vorbestimmte Temperatur fällt und die Klimaanlage sich nicht in Betrieb befindet, während das Fahrzeug fährt, wird die Verdrängung der Verdichtereinheit 110 minimiert (eine Verdrängung von nahezu Null). Dies ergibt eine Niedriglastbedingung (nahezu Leerlaufzustand), wodurch die Belastung des Antriebsmotors 10 verringert ist.

Die vorliegende Ausführungsform ist charakterisiert durch die Steuerung während eines Fahrzeugstopps. Eine detaillierte Erläuterung der Steuerprozedur erfolgt nachfolgend unter Bezug auf das Steuerflussdiagramm, das in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, und die Zeitlaufdiagramm, die in Fig. 5A und 5B gezeigt sind.

Im Schritt S10 des Flussdiagramms von Fig. 3 und 4 wird die Elektromotoreinheit 120 anfänglich gestoppt. Im Schritt S20 wird ermittelt, ob eine A/C-Anforderung ausgegeben ist oder nicht, und zwar aus dem A/C-Anforderungssignal. Im Schritt S30 wird ermittelt, ob das Fahrzeug gestoppt ist oder nicht, und zwar aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal. Im Schritt S40 wird aus dem Antriebsmotordrehzahlsignal ermittelt, ob der Antriebsmotor 10 gestoppt ist oder nicht. Wenn sämtliche der Schritte S20 bis S40 positives Ergebnis zeigen, wird der Schritt S50 durchgeführt. Wenn das Ergebnis in einem der Schritt S20 bis S40 negativ ist, kehrt der Prozess zum Schritt S10 zurück, wie gezeigt.

Im und nach dem Schritt S50 wird die Verdichtereinheit 110 durch die Elektromotoreinheit 120 mit Strom versorgt, wenn die A/C- (Klimatisierung-) Anforderung ausgegeben wird, der Antriebsmotor 10 wird gestoppt und das Fahrzeug wird angehalten. Bevor die Elektromotoreinheit 120 gestartet wird, wird die Verdrängung der Verdichtereinheit 110 minimiert (auf eine Verdrängung nahe Null) im Schritt S50. Diese Minimierung wird erzielt durch das vorstehend genannte Federelement.

Als nächstes wird im Schritt S60 der Zielstromwert gewählt. Der Zielstromwert wird erhalten durch Umsetzen der erforderlichen Verdrängung, die durch die Klimatisierungs-ECU 150 aufgerufen wird, in einen entsprechenden Stromwert auf Grundlage der vorbestimmten Beziehungen, die durch Fig. 2A und 2B wiedergegeben sind.

Im Schritt S70 wird die Elektromotoreinheit 120 gestartet. Im Schritt S80 wird das Öffnen des Steuerventils 118 für die erforderliche Verdrängung eingestellt. D. h., der der Elektromotoreinheit 120 zugeführt Strom und das Öffnen des Steuerventils 118 werden derart eingestellt, dass der im Stromdetektor 170 erhaltene Wert mit dem Zielstromwert übereinstimmt.

Die vorliegende Ausführungsform ist außerdem charakterisiert durch die Art und Weise, in der der Startstromwert zunimmt. Wie in den nachfolgenden Schritten S90 bis S110 erläutert, wird der Elektromotoreinheit 120 ein Strom zugeführt, der zu dem Zielstromwert gerichtet ist und zu der Erhöhungsrate des Zufuhrstroms, während die Annäherung an den Zielwert sukzessive abnimmt.

Wie in Fig. 5A gezeigt, wird angenommen, dass der Zielstromwert 100% beträgt und der Zielstromwert ist in mehrere Segmente unterteilt. Die Stromerhöhungsrate dI/dt wird sukzessive segmentweise verringert, wie in Fig. 5 A gezeigt. Wenn die Anzahl von Segmenten drei beträgt, nehmen die Stromerhöhungsrate dla/dt, mit der der Zufuhrstrom von Null bis α% variiert, die Stromerhöhungsrate dIβ/dt, mit der der Zufuhrstrom von α% bis β% variiert, und die Stromerhöhungsrate dIγ/dt, mit der der Zustrom von β% bis 100% variiert, sukzessive ab, wie durch den folgenden Ausdruck wiedergegeben:



dIα/dt > dIβ/dt > dIγ/dt

Im Schritt S120 wird ermittelt, ob der Stromwert, ermittelt durch den Stromdetektor 170, den Zielstromwert erreicht hat. Wenn der Zielstromwert erreicht worden ist, wird dieser Zustand beibehalten. D. h., die erforderliche Verdrängung wird beibehalten und die Verdichtereinheit 110 setzt ihren Betrieb mit dieser Verdrängung fort. Insbesondere erfolgt eine Ermittlung, ob der Stromwert in einen Wert fällt, der durch vorbestimmte Grenzen im Bereich des Zielstromwerts festgelegt ist. Wenn das Ergebnis des Schritts S120 negativ ist, kehrt der Prozess zum Schritt S80 zurück, wie gezeigt.

Als nächstes wird in den Schritten S130 und S140 eine Aktion ergriffen, falls ein unnormaler Stromwert ermittelt wird, während die Elektromotoreinheit 120 sich in Betrieb befindet. Im Schritt S130 wird insbesondere ermittelt, ob der ermittelte Stromwert höher als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn der Stromwert höher ist, wird die Verdrängung der Verdichtereinheit 110 verringert (in dieser Ausführungsform wird die Verdrängung minimiert), und zwar im Schritt S140, bevor der Prozess zum Schritt S80 zurückkehrt. Bei dem vorbestimmten Wert handelt es sich um einen Stromwert, der ein Drehmoment in der Nähe des maximal möglichen Drehmoments (geringer als der maximale Drehmomentwert) entspricht und durch die Elektromotoreinheit 120 ausgegeben werden soll. Wird dieser vorbestimmte Wert übertroffen, wird eine Blockade des Elektromotors angezeigt, die durch diese Prozedur verhindert wird.

Im Schritt S150 wird als nächstes ermittelt, ob das Integral des Stroms während des Betriebs der Elektromotoreinheit 120 größer als ein vorbestimmtes Integral ist. Wenn das Integral größer ist, wird die Elektromotoreinheit 120 im Schritt S160 gestoppt. Im Schritt S170 wird daraufhin eine Anfrage zum Starten des Antriebsmotors 10 an die Antriebsmotorsteuereinheit 160 ausgegeben. Dieses vorbestimmte Integral stellt ein Kriterium dar, das dazu dient, eine vollständige Batterieentladung zu verhindern. Hierdurch wird eine übermäßige Belastung bzw. ein vollständiges Entleeren der Batterie 13 verhindert. Der Antriebsmotor 10 startet folglich und die Verdichtereinheit 110 wird durch den Antriebsmotor 10 angetrieben, um den Betrieb der Kältevorrichtung fortzusetzen. Die Lichtmaschine 12 erzeugt außerdem Elektrizität zum Laden der Batterie 13.

Wenn die Ergebnisse beider vorstehend genannter Schritte S130 und S150 negativ sind, wodurch das Nichtvorliegen eines Problems angezeigt wird, wird der normale Betrieb im Schritt S180 fortgesetzt. Ob der Antriebsmotor 10 gestoppt ist, wird im Schritt S190 ermittelt. Wenn der Antriebsmotor gestoppt ist, werden die Schritte S130 bis S180 wiederholt. Wenn der Antriebsmotor 10 nicht gestoppt ist, d. h., wenn ermittelt wird, dass der Antriebsmotor gestartet wurde, kehrt der Prozess zum Schritt S10 zurück, um die Elektromotoreinheit 120 zu stoppen.

Wie in Fig. 2A und 2B gezeigt, ist die Verdrängung der Verdichtereinheit 110 anfänglich proportional zum Lastdrehmoment der Verdichtereinheit 110, d. h., zum Antriebsdrehmoment der Elektromotoreinheit 120 (die Verdrängung ist außerdem proportional zum Kippwinkel der Taumelplatte in dieser Ausführungsform). Da das Antriebsmoment des Elektromotors proportional zum Stromwert der Elektromotoreinheit 120 ist, ist die Verdrängung proportional zum Stromwert. Die Verdrängung kann dadurch problemlos und nahezu direkt hochpräzise im Hinblick auf den Stromwert gesteuert werden. Dies führt dazu, dass ein unnötiger Stromverbrauch entfällt bei der Betätigung der Verdichtereinheit 110 durch die Elektromotoreinheit 120.

Die Elektromotoreinheit 120 wird gestartet, nachdem die Verdrängung der Verdichtereinheit 110 minimiert ist. Daraus folgt, dass die Elektromotoreinheit 120 unter minimalem Drehmoment startet, wodurch übermäßige Startströme vermieden werden und der Startstromverbrauch verringert wird. Da der Startstrom nicht übermäßig ist, kann die Elektromotoreinheit 120 vereinfacht sein, was eine Miniaturisierung erlaubt.

Im Prozess zum Erhöhen des Versorgungsstroms auf den Zielstromwert wird die Erhöhungsrate des Versorgungsstroms eingestellt, um sukzessive geringer zu werden, so dass der Zielstromwert nicht überschritten wird. Dadurch wird verhindert, dass der Stromwert den Zielstromwert überschreitet, wie in Fig. 5A durch die doppelstrichlierte Linie gezeigt. Der Zielstromwert kann in kurzer Zeit unter Verringerung des Startstromverbrauchs erreicht werden.

Wenn der durch den Stromdetektor 170 ermittelte Stromwert einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird die Verdichtereinheit 110 auf kleinere Verdrängungen (vorliegend auf das Minimum) eingestellt. Dadurch kann verhindert werden, dass die Elektromotoreinheit 120 das maximal mögliche Ausgangsdrehmoment überschreitet, was zu einer Elektromotorblockade führen kann.

Wenn das Integral des Stroms der Elektromotoreinheit 120 ein vorbestimmtes Integral übersteigt, wird die Elektromotoreinheit 120 gestoppt und der Antriebsmotor 10 wird gestartet. Hierdurch wird eine vollständige Batterieentladung, verbunden mit einer Zerstörung der Batterie, verhindert. Wenn der Antriebsmotor 10 gestartet wird, wird die Batterie 13 für die nächste Betätigung der Elektromotoreinheit 120 geladen.

Weitere Ausführungsformen

In der ersten Ausführungsform wird die Elektromotoreinheit 120 gestartet, während die Stromzufuhr so eingestellt ist, dass die Stromerhöhungsrate sukzessive abnimmt. Alternativ kann eine Proportional-/Integral-/Ableitungssteuerung eingesetzt werden. In diesem Fall kann der Zielstromwert kurzzeitig bei Verringerung des Startstromverbrauchs erreicht werden, ohne dass der Zielstromwert überstiegen wird.

Die Stromermittlungseinrichtung 170 kann in der Nähe der Batterie 13 oder zwischen der Batterie 13 und dem Inverter 14 angeordnet sein. Dies erlaubt eine Verdrängungssteuerung auf Grundlage des Stromwerts und außerdem eine Prüfung der Batteriekapazität, wodurch verhindert werden kann, dass die Batterie 13 übermäßig belastet bzw. geleert wird (unter Verhinderung eines Batterietods).

Anstelle des Stromwerts kann ein Spannungswert als repräsentativer Wert zum Steuern der Verdrängung der Verdichtereinheit 110 verwendet werden. Der Spannungswert steht für die Verdrängungssteuerung zur Verfügung, weil er ebenfalls proportional zum Stromwert ist.

Die Verdichtereinheit 110 ist als eine solche mit Taumelplatte und variabler Verdrängung erläutert worden. Andere Verdrängungsverdichter, wie etwa solche vom Durchgangsflügeltyp, vom elektrischen Typ o. dgl. können stattdessen eingesetzt werden.

Die Elektromotoreinheit 120 ist nicht auf einen Wechselstrommotor beschränkt; vielmehr kann auch ein Gleichstrommotor genutzt werden. In diesem Fall erübrigt sich der Inverter 14.

Die Kupplung zum Verbinden und Trennen der Riemenscheibe 130 und der Welle 111 ist nicht auf die Einwegkupplung 131 beschränkt; vielmehr kann es sich bei ihr auch um eine übliche elektromagnetische Kupplung handeln.

Die erste Ausführungsform betrifft einen Fall, demnach es sich bei dem Verdichter um einen Hybridverdichter handelt, in dem die Verdichtereinheit 110 und die Elektromotoreinheit 120 integriert sind. Wie in Fig. 6 gezeigt, kann der Hybridverdichter 100 jedoch durch eine übliche Verdichtereinheit 110 ersetzt sein, die alleine zum Einsatz kommt. In diesem Fall ist die Lichtmaschine 12 durch einen Elektromotorgenerator 120a ersetzt, der die Funktionen eines Elektromotors und eines Stromgenerators hat. Der Strom von der Batterie 13 wird diesem Elektromotorgenerator 120a durch den Inverter 14 zugeführt. Eine Kurbelwellenkupplung 10b ist außerdem auf der Riemenscheibe 10a des Antriebsmotors 10 angeordnet. Die Verdichtereinheit 110 nutzt einen Taumelplattenverdichter mit variabler Verdrängung, wie in der ersten Ausführungsform. Die Verbindung zwischen der Riemenscheibe 130 und der Welle 111 erfolgt ohne Kupplung. Folglich wird die Verdichtereinheit 110 selektiv durch den Antriebsmotor 10 oder den Elektromotorgenerator 120a zum Erzielen derselben Wirkungen betätigt, wie sie durch die erste Ausführungsform erzielt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Gesteuerte Verdichtervorrichtung (100A) zur Verwendung in einem mit einem Antriebsmotor angetriebenen Fahrzeug, wobei der Antriebsmotor (10) gestoppt ist, wenn das Fahrzeug vorübergehend anhält, wobei die Vorrichtung (100A) Folgendes aufweist:

    Einen Verdichter (110) mit variabler Verdrängung zum Verdichten von Kältemittel, wobei der Verdichter (110) einen Teil einer Kältevorrichtung bildet und durch Antriebsmotordrehmoment angetrieben werden kann,

    einen mit Batteriestrom versorgten Elektromotor (120, 120a), der den Verdichter (110) antreiben kann,

    eine Stromermittlungseinrichtung (170) zum Ermitteln der Höhe des elektrischen Stroms, der den Elektromotor (120, 120a) zugeführt wird,

    eine Steuereinheit (140) zum Wählen des Antriebsmotors (10) oder des Elektromotors (120, 120a) zum Antreiben des Verdichters (110) und zum Steuern der Verdrängung des Verdichters (110), wobei eine vorbestimmte Beziehung zwischen der Verdrängung des Verdichters (110) und dem dem Elektromotor (120, 120a) zugeführten Strom in der Steuereinheit (140) gespeichert ist, und wobei die Steuereinheit (140) die Verdrängung des Verdichters (110) in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Beziehung auf Grundlage des Stroms steuert, der durch die Stromermittlungseinheit (170) ermittelt wird.
  2. 2. Gesteuerte Verdichtervorrichtung (100A) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (140) die Verdrängung des Verdichters (110) minimiert, bevor der Elektromotor (120, 120a) den Verdichter (110) antreibt.
  3. 3. Gesteuerte Verdichtervorrichtung (100A) nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (140) die Höhe des Stroms, der dem Elektromotor (120, 120a) zugeführt wird, auf einen Zielstromwert erhöht, der einer Zielverdrängung entspricht, während die Erhöhungsrate des Stroms sukzessive verringert wird, so dass der zugeführte Strom den Zielstromwert ohne Überschreiten des Zielstromwerts erreicht.
  4. 4. Gesteuerte Verdichtervorrichtung (100A) nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (140) die Höhe des Stroms, der dem Elektromotor (120, 120a) zugeführt wird, auf einen Zielstromwert erhöht, der einer Zielverdrängung entspricht, so dass der zugeführte Strom den Zielstromwert durch Proportionale-/Integral-/Ableitungssteuerung erreicht.
  5. 5. . Gesteuerte Verdichtervorrichtung (100A) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Stromermittlungseinrichtung (170) in der Nähe der Batterie angeordnet ist, die dem Elektromotor (120, 120a) Strom zugeführt.
  6. 6. Gesteuerte Verdichtervorrichtung (100A) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinheit (140) die Verdrängung des Verdichters (110) verringert, wenn der durch die Stromermittlungseinrichtung (170) ermittelt Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet.
  7. 7. Gesteuerte Verdichtervorrichtung (100A) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinheit (140) eine Antriebsmotorstartanforderungsfunktion aufweist, um eine Antriebsmotorsteuereinheit, die den Betrieb des Antriebsmotors (10) steuert, aufzufordern, den Antriebsmotor (10) zu starten, wobei die Steuereinheit (140) den Elektromotor (120, 120a) stoppt und das Starten des Antriebsmotors (10) anfordert, wenn ein Integral des Stroms, der dem Elektromotor (120, 120a) zugeführt wird, einen vorbestimmten integralen Wert übersteigt.
  8. 8. Gesteuerte Verdichtervorrichtung (100A) zur Verwendung in einem mit einem Antriebsmotor angetriebenen Fahrzeug, wobei der Antriebsmotor (10) gestoppt ist, wenn das Fahrzeug vorübergehend hält, wobei die Vorrichtung (100A) Folgendes aufweist:

    Einen Verdichter (110) mit variabler Verdrängung zum Verdichten von Kältemittel, wobei der Verdichter (110) einen Teil einer Kältevorrichtung bildet und durch Antriebsmotordrehmoment angetrieben werden kann,

    einen mit Batteriestrom versorgten Elektromotor (120, 120a), wobei der Elektromotor (120, 120a) den Verdichter (110) antreiben kann,

    eine Spannungsermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Höhe einer Spannung, die an den Elektromotor (120, 120a) angelegt ist,

    eine Steuereinheit (140) zum Wählen des Antriebsmotors (10) oder des Elektromotors (120, 120a) zum Antreiben des Verdichters (110) und zum Steuern der Verdrängung des Verdichters (110), wobei eine vorbestimmte Beziehung zwischen der Verdrängung des Verdichters (110) und der dem Elektromotor (120, 120a) angelegten Spannung in der Steuereinheit (140) gespeichert ist, und wobei die Steuereinheit (140) die Verdrängung des Verdichters (110) in Übereinstimmung mit der vorbestimmten Beziehung auf Grundlage der Spannung steuert, der durch die Spannungsermittlungseinrichtung ermittelt wird.
  9. 9. Gesteuerte Verdichtervorrichtung (100A) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Verdichter (110) mit dem Elektromotor (120, 120a) in eine Hybridverdichtereinheit integriert ist, die wahlweise durch den Antriebsmotor (10) oder den Elektromotor (120, 120a) mit Energie bzw. Strom versorgt wird.






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