車用內(nèi)控式變排量壓縮機(jī)控制邏輯的時(shí)域分析

孫潤(rùn)昌　仇文波

摘要：通過對(duì)內(nèi)控式變排量壓縮機(jī)各部件工作原理分析，得到變排量壓縮機(jī)控制邏輯，再在時(shí)間域上對(duì)控制邏輯進(jìn)行分解，從而弄清楚各部件工作的先后順序，建立內(nèi)控式變排量壓縮機(jī)時(shí)域邏輯模型，對(duì)于提高內(nèi)控式變排量壓縮機(jī)的精確控制提供理論支持。

關(guān)鍵詞：內(nèi)控式；變排量；壓縮機(jī)；控制邏輯；時(shí)域分析

1.引言

汽車空調(diào)壓縮機(jī)可以分為定排量和變排量壓縮機(jī)。定排量壓縮機(jī)的排氣量與汽車發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，不能根據(jù)實(shí)際制冷要求自動(dòng)改變輸出功率。因此定排量壓縮機(jī)不僅燃油經(jīng)濟(jì)性低，對(duì)車內(nèi)熱環(huán)境穩(wěn)定也較差。變排量壓縮機(jī)根據(jù)所設(shè)定溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)功率輸出，可以根據(jù)車內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)功率，保證車內(nèi)溫度恒定。變排量壓縮機(jī)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)通過檢測(cè)汽車內(nèi)部負(fù)載變化實(shí)現(xiàn)對(duì)搖板角度、活塞行程改變，實(shí)現(xiàn)最小能耗下舒適的車內(nèi)環(huán)境。變排量壓縮機(jī)根據(jù)汽車負(fù)載實(shí)時(shí)調(diào)整，確保汽車內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定前提下有效降低能耗。但是變排量壓縮機(jī)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行系統(tǒng)會(huì)振蕩和結(jié)霜。

變排量壓縮機(jī)控制算法復(fù)雜，尤其是內(nèi)控式變排量壓縮機(jī)，控制閥與空調(diào)系統(tǒng)膨脹閥之間無信息交互，開發(fā)前期系統(tǒng)匹配難度高，因此弄清楚變排量壓縮機(jī)的控制邏輯至關(guān)重要。本文就內(nèi)控旋轉(zhuǎn)斜盤式變排量壓縮機(jī)的控制邏輯進(jìn)行時(shí)域分解，為該類壓縮機(jī)的系統(tǒng)匹配提供數(shù)據(jù)支持。

2.內(nèi)控式變排量壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

下圖1為某典型結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)斜盤式變排量壓縮機(jī)剖視圖。壓縮機(jī)由離合器、前缸蓋、汽缸體、驅(qū)動(dòng)軸、后缸蓋、旋轉(zhuǎn)斜盤、滑履、活塞、控制閥等零部件組成；前缸蓋和汽缸體內(nèi)部形成曲柄腔，后缸蓋具有吸氣腔和排氣腔并封閉汽缸體的后端，后缸蓋上裝有控制閥部件；前缸蓋、汽缸體、后缸蓋構(gòu)成壓縮機(jī)的外輪廓。

驅(qū)動(dòng)盤（轉(zhuǎn)子）固定在曲柄腔內(nèi)的驅(qū)動(dòng)軸上，當(dāng)壓縮機(jī)離合器吸合時(shí)，主軸驅(qū)動(dòng)盤部件將隨著皮帶輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)斜盤通過其中心孔安裝在驅(qū)動(dòng)軸上，斜盤通過鉸鏈機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)盤相聯(lián)，當(dāng)主軸驅(qū)動(dòng)盤部件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)斜盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)旋轉(zhuǎn)斜盤的傾角可在一定的范圍內(nèi)變化，從而引起活塞行程的變化，最終達(dá)到排量的變化。

3.變排量壓縮機(jī)的控制閥的工作原理

可變排量壓縮機(jī)能夠自動(dòng)改變壓縮機(jī)排量，是通過控制閥實(shí)現(xiàn)的?？刂崎y主要是利用吸氣壓力的變化來調(diào)整壓縮機(jī)腔內(nèi)壓力，使作用在活塞背部的壓力發(fā)生變化，產(chǎn)生扭矩，使斜盤角度發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)改變排量的目的。

控制閥的典型結(jié)構(gòu)及實(shí)物拆解見圖2所示，圖中A孔與壓縮機(jī)吸氣側(cè)（低壓）連通，B孔為壓縮機(jī)曲軸箱（中壓腔）和低壓腔之間的常通孔，孔徑很小，c孔與壓縮機(jī)排氣側(cè)（高壓）連通。圖中波組件也就是波紋管，以全封閉狀態(tài)通過孔A暴露在低壓腔中，內(nèi)部有一定真空度，其特點(diǎn)為外部環(huán)境壓力（低壓腔壓力）變化時(shí)，波紋管長(zhǎng)度會(huì)產(chǎn)生線性變化，從而帶動(dòng)閥桿運(yùn)動(dòng)，控制孔B、C之間（中、高壓腔之間）的通道的開關(guān)?？刂崎y打開時(shí)，高壓腔會(huì)向中壓腔泄壓，引起中壓腔壓力增大；控制閥關(guān)閉后，中低壓腔因孔B的存在，最終會(huì)達(dá)到壓力平衡。

控制閥打開的臨界壓力（Po）由前期設(shè)計(jì)時(shí)確定。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)壓力Ps>Po時(shí)，控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)Ps4.內(nèi)控式變排量壓縮機(jī)工作原理

通過對(duì)變排量壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)及控制閥工作原理分析后，可以得到簡(jiǎn)化模型，如圖2所示：

對(duì)變排量壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化后進(jìn)行受力分析，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化后的剖面如圖3所示：

斜盤與驅(qū)動(dòng)盤通過鉸鏈機(jī)構(gòu)聯(lián)接，斜盤在軸向受到來自Pd（高壓腔壓力）、Ps（低壓腔壓力）、Pc（曲軸箱壓力）提供的三個(gè)力矩（Md、Ms、Mc）。同時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的斜盤本身具有特定的慣性積，慣性積以傾覆力矩（Mo）來表示，該力矩的趨勢(shì)是使斜盤角度變小。根據(jù)這四個(gè)力矩的作用方向，列出斜盤所受到的力矩平衡方程如下：

Md+Ms-Mc-Mo=0

其中Md作用方向近似經(jīng)過鉸鏈固定支點(diǎn)，因此Md力矩接近于0，在調(diào)整斜盤角度中的作用可以忽略不計(jì)，斜盤力矩平衡方程可以簡(jiǎn)化為：

Ms-Mc-Mo=0

通過方程可以得到如下結(jié)論：當(dāng)Ms>Mc+Mo時(shí)，斜盤角度變大；當(dāng)Ms