專利名稱：外控變排量壓縮機向定排量壓縮機自動空調(diào)的移植方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車空調(diào)，特別屬于汽車自動空調(diào)系統(tǒng)中的外控變排量壓縮機，具體地說是將變排量外控壓縮機直接移植到定排量系統(tǒng)中的技術(shù)。
背景技術(shù)：
自動空調(diào)的主要目的就是控制車內(nèi)的溫度，提供良好的乘坐環(huán)境。通常自動空調(diào)的壓縮機往往選用定排量的壓縮機。其優(yōu)點是在一定轉(zhuǎn)速下，壓縮機輸出的制冷劑量是一定的。這樣，控制系統(tǒng)只要在一個溫度范圍內(nèi)斷開和吸合壓縮機就可以了。但由于壓縮機的做功，發(fā)動機必須增大輸出功率。這就造成了一個明顯的缺點，車輛發(fā)動機的能耗會提高。
為了節(jié)約能量，壓縮機廠商就開發(fā)了其他形式的壓縮機，也就是變排量壓縮機。這種變排量壓縮機的優(yōu)點是根據(jù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)改變制冷劑輸出量。意味著可改變能量的消耗，起到一定的節(jié)能的作用。目前變排量壓縮機主要有兩種形式，一種是內(nèi)控變排量壓縮機，另一種是外控變排量壓縮機。前者制冷劑輸出可變，但以蒸發(fā)器溫度恒定作為前提，即壓縮機輸出特性可以變化，而輸出結(jié)果仍保證蒸發(fā)器溫度恒定。因為該特性是由硬件提供的，控制系統(tǒng)對其難以控制，故它的控制精度低且節(jié)能效果不理想。由此，外控變排量壓縮機應(yīng)運而生。它的優(yōu)點是控制精度較高，輸出完全由控制系統(tǒng)控制，空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境信號運算后獲得的保持車內(nèi)溫度的出風(fēng)溫度來改變蒸發(fā)器表面溫度。在各種情況下，熱力系統(tǒng)都將工作在最小必要工作狀態(tài)，從而達(dá)到最佳節(jié)能的效果。
如果對現(xiàn)有定排量壓縮機自動空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造，去重新研發(fā)外控變排量壓縮機自動空調(diào)系統(tǒng)，需要大量的時間、人力和物力，成本較高。同時自動空調(diào)對于其載體，車輛本身也有一定的要求。因此有關(guān)科技人員針對實際情況，正在設(shè)計更有利、更簡便的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，為解決定排量壓縮機能耗及控制精度問題，本發(fā)明提供外控變排量壓縮機向定排量壓縮機自動空調(diào)的移植方法。它能夠有效地穩(wěn)定車廂內(nèi)的溫度，提高自動空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制精度，節(jié)約能源。
本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的，其方法的具體步驟如下
1)將定排量壓縮機更換成外控變排量壓縮機；選用的變排量壓縮機的最大排量應(yīng)與定排量壓縮機最大排量保持一致；2)對外控變排量壓縮機的電氣電路進(jìn)行改造和連接；外控變排量壓縮機的控制主要通過控制閥來完成，將控制信號從數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，并通過引線連接；3)用蒸發(fā)器熱敏電阻和車內(nèi)溫度傳感器對變排量壓縮機排量進(jìn)行控制；蒸發(fā)器必須保持在一個穩(wěn)定的溫度范圍之內(nèi)，控制蒸發(fā)器溫度與車內(nèi)溫度對排量的輸出影響；4)后期試驗驗證。
本發(fā)明的移植方法，僅只更換了定排量壓縮機及對外控變排量壓縮機的電路和控制方法進(jìn)行改造，結(jié)構(gòu)簡單，開發(fā)周期短，成本低。采用了外控變排量壓縮機，使自動空調(diào)系統(tǒng)控制的車箱溫度穩(wěn)定性能好。提高了車箱溫度的控制精度，平均溫度偏差小于±0.5℃。改善了乘座環(huán)境，減少了能耗。本發(fā)明為現(xiàn)有定排量自動空調(diào)系統(tǒng)的車輛改造提供了新的技術(shù)。
具體實施例方式
本發(fā)明以金杯公司制造的GRACE商務(wù)車輛為實施例，該車現(xiàn)有配備的是一套定排量自動空調(diào)系統(tǒng)，現(xiàn)采用本發(fā)明的移植方法進(jìn)行改造，下面具體作進(jìn)一步說明如下1)將定排量壓縮機更換成外控變排量壓縮機選用的變排量壓縮機的最大排量應(yīng)與原有定排量系統(tǒng)中的壓縮機最大排量保持一致。將原有定排量自動空調(diào)中的壓縮機拆卸，裝上外控變排量壓縮機，移植后的熱力系統(tǒng)構(gòu)成上除了壓縮機不同外，其他結(jié)構(gòu)完全一致。
2)對外控變排量壓縮機的電氣電路進(jìn)行改造和連接外控變排量壓縮機的控制主要通過控制閥來完成。輸入至控制閥的信號形式為PWM(脈寬調(diào)制)信號。為便于控制，壓縮機廠商已直接提供了一個信號發(fā)生模塊，提供將0至5V電壓線形轉(zhuǎn)換成0至滿量程PWM信號。
由于壓縮機的控制輸出從原先的開關(guān)量信號轉(zhuǎn)變成0至5伏電壓信號，必須針對這種改變，進(jìn)行一定的控制電路的改造。預(yù)定數(shù)字控制信號范圍在0至255以內(nèi)?？紤]到單片機I/O端口資源有限，采用單片機I/O端串行控制數(shù)據(jù)輸出，通過專用芯片進(jìn)行串行數(shù)據(jù)輸入并行輸出的處理，處理后數(shù)據(jù)輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將控制信號從數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出。由于選用的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片驅(qū)動能力較強，所以轉(zhuǎn)換后信號直接輸出至壓縮機信號轉(zhuǎn)換模塊。如果數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片拖動負(fù)載能力較弱，可以利用放大電路進(jìn)行電流放大，保證信號輸出。
將改動后控制其的輸出端通過引線連接至外控變排量壓縮機的信號轉(zhuǎn)換模塊，將信號轉(zhuǎn)換模塊和外控變排量壓縮機進(jìn)行連接。
3)用蒸發(fā)器熱敏電阻和車內(nèi)溫度傳感器對變排量壓縮機排量進(jìn)行控制外控變排量壓縮機的排量是用蒸發(fā)器熱敏電阻和車內(nèi)溫度傳感器實現(xiàn)控制。為了保證空調(diào)系統(tǒng)工作正常，蒸發(fā)器必須保持在一個穩(wěn)定的溫度范圍之內(nèi)。低于這個溫度范圍，壓縮機必須減小排量，防止蒸發(fā)器結(jié)霜。高于這個溫度范圍的壓縮機必須增加排量，甚至是全排量輸出，保證系統(tǒng)有足夠的制冷量。
系統(tǒng)又會受到車內(nèi)溫度的影響，如果車內(nèi)溫度相對空調(diào)設(shè)定溫度過高，說明系統(tǒng)需要較多的排量，相反則表示需要較小的排量。因此只要考慮到蒸發(fā)器溫度與車內(nèi)溫度對排量輸出的影響，就可以完成對壓縮機的控制。
排量輸出公式如下排量＝alpha×(蒸發(fā)器表溫-蒸發(fā)器表溫下限)/(蒸發(fā)器表溫上限-蒸發(fā)器表溫下限)+K+beta×(車內(nèi)溫度-設(shè)定溫度)+發(fā)動機轉(zhuǎn)速補償其中alpha和beta為比例系數(shù)。
蒸發(fā)器表溫為在蒸發(fā)器出風(fēng)側(cè)熱敏電阻測得的溫度。
蒸發(fā)器表溫下限為蒸發(fā)器表面溫度可以的最低值。
蒸發(fā)器表溫上限為蒸發(fā)器表面溫度可以的最高值。
K為常數(shù)。
車內(nèi)溫度為車內(nèi)溫度傳感器測得的溫度。
設(shè)定溫度為乘客輸入的車內(nèi)溫度的設(shè)定值。
發(fā)動機轉(zhuǎn)速補償為針對不同轉(zhuǎn)速下壓縮機排量的平衡系數(shù)。
alpha部分和beta部分分別代表了蒸發(fā)器對壓縮機排量的影響和車內(nèi)溫度對壓縮機排量的影響。
對于單蒸發(fā)器的空調(diào)系統(tǒng)，以上控制方法完全可以勝任。但是GRACE商務(wù)車是雙蒸發(fā)器的空調(diào)系統(tǒng)，以上控制方法同樣可以正常工作，但是兩個蒸發(fā)器表面的溫度會因相互的影響出現(xiàn)波動。為了減小這種波動的影響，針對第二蒸發(fā)器的工作狀態(tài)(工作溫度范圍)對壓縮機排量輸出做出修正(即在第二蒸發(fā)器接通前預(yù)先增加排量，在第二蒸發(fā)器截斷前預(yù)先減少排量)，將這種波動減小。
由于不同狀態(tài)下需要的蒸發(fā)器表面溫度是不同的，只要調(diào)整蒸發(fā)器表面上下限溫度值，系統(tǒng)的輸出最終會將蒸發(fā)器表面溫度控制在這個范圍內(nèi)。利用這個方法，系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)輸出，這將可以很好的達(dá)到節(jié)能的效果。
本實施例GRACE車輛控制過程如下首先判斷是否需要啟動壓縮機，如需要啟動壓縮機的，則判斷工作壓力是否正常。如不需要開啟壓縮機或壓力不正常，立即關(guān)閉壓縮機。然后計算當(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)下壓縮機的輸出排量，如果壓縮機排量輸出提高到一定程度后需要發(fā)動機提高轉(zhuǎn)速時，發(fā)送請求提速信號，否則不發(fā)送請求信號。在獲得回復(fù)信號后，允許壓縮機排量提高并輸出。如果沒有允許信號，必須限制壓縮機排量輸出。
為了保護(hù)壓縮機，延長壓縮機的工作壽命，須針對壓縮機的啟動和關(guān)閉進(jìn)行控制。即壓縮機啟動時不可直接輸出全排量，需要逐漸增大壓縮機排量。同樣關(guān)閉壓縮機時也不可直接將排量置零，需要逐漸減小排量，但是速度可以更快。一般以10秒為標(biāo)準(zhǔn)，在10秒內(nèi)系統(tǒng)從靜止達(dá)到全排量輸出。
4)后期試驗驗證系統(tǒng)的調(diào)試十分簡單，由于主要不在于自動空調(diào)系統(tǒng)的整體控制，所以重點放在系統(tǒng)運行以及工作穩(wěn)定性上。
只要熱力系統(tǒng)可以正常工作，說明控制程序已經(jīng)運行。為了觀察和調(diào)整壓縮機的輸出穩(wěn)定性，進(jìn)行車輛長時間怠速試驗，在這種試驗中調(diào)整控制方法中的參數(shù)。
其后進(jìn)行自動空調(diào)控制效果的驗證。由于這個系統(tǒng)是在原有基礎(chǔ)上建立的。所以不需要再對壓縮機不工作的低溫段進(jìn)行驗證，直接在壓縮機工作的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測試，驗證方法和定排量自動空調(diào)一致。
本方法經(jīng)試驗證明單蒸發(fā)器工況下，蒸發(fā)器表面溫度穩(wěn)定，系統(tǒng)送風(fēng)溫度穩(wěn)定。車內(nèi)溫度控制良好。
雙蒸發(fā)器工況下，如第二蒸發(fā)器不頻繁切換工作狀態(tài)，蒸發(fā)器表面溫度控制良好。如第二蒸發(fā)器頻繁切換工作狀態(tài)，蒸發(fā)器表面溫度略有波動?？梢詽M足車內(nèi)溫度控制要求。
本實施例被認(rèn)為是理解性的，非限定性的，并且本發(fā)明不受此處給出的細(xì)節(jié)限值。
權(quán)利要求
1.外控變排量壓縮機向定排量壓縮機自動空調(diào)的移植方法，其特征在于該方法的具體步驟如下；1)將定排量壓縮機更換成外控變排量壓縮機；選用的變排量壓縮機的最大排量應(yīng)與定排量壓縮機最大排量保持一致；2)對外控變排量壓縮機的電氣電路進(jìn)行改造和連接；外控變排量壓縮機的控制主要通過控制閥來完成，將控制信號從數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成PWM輸出，并通過引線連接；3)用蒸發(fā)器熱敏電阻和車內(nèi)溫度傳感器對變排量壓縮機排量進(jìn)行控制；蒸發(fā)器必須保持在一個穩(wěn)定的溫度范圍之內(nèi)，控制蒸發(fā)器溫度與車內(nèi)溫度對排量的輸出的影響；4)后期試驗驗證。
全文摘要
本發(fā)明涉及汽車自動空調(diào)系統(tǒng)中的外控變排量壓縮機，為提高自動空調(diào)系統(tǒng)控制精度和減少壓縮機能耗，本發(fā)明公開了外控變排量壓縮機向定排量壓縮機自動空調(diào)的移植方法。其特點是僅只更換了定排量壓縮機，并對外控變排量壓縮機的控制電路進(jìn)行改造和連接，用蒸發(fā)器熱敏電阻和車內(nèi)溫度傳感器對變排量壓縮機排量進(jìn)行控制。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，開發(fā)周期短，成本低。采用了外控變排量壓縮機，使自動空調(diào)系統(tǒng)對車箱溫度控制穩(wěn)定。控制精度高，車箱平均溫度偏差小于±0.5℃。改善了乘座環(huán)境，節(jié)省了能源。
文檔編號B60H1/00GK1978900SQ20051011107
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月1日
發(fā)明者李玉欽 申請人:上海德爾福汽車空調(diào)系統(tǒng)有限公司