車用內控式變排量壓縮機控制邏輯的時域分析

孫潤昌　仇文波

摘要：通過對內控式變排量壓縮機各部件工作原理分析，得到變排量壓縮機控制邏輯，再在時間域上對控制邏輯進行分解，從而弄清楚各部件工作的先后順序，建立內控式變排量壓縮機時域邏輯模型，對于提高內控式變排量壓縮機的精確控制提供理論支持。

關鍵詞：內控式；變排量；壓縮機；控制邏輯；時域分析

1.引言

汽車空調壓縮機可以分為定排量和變排量壓縮機。定排量壓縮機的排氣量與汽車發動轉速成正比關系，不能根據實際制冷要求自動改變輸出功率。因此定排量壓縮機不僅燃油經濟性低，對車內熱環境穩定也較差。變排量壓縮機根據所設定溫度自動調節功率輸出，可以根據車內溫度自動調節功率，保證車內溫度恒定。變排量壓縮機汽車空調制冷系統通過檢測汽車內部負載變化實現對搖板角度、活塞行程改變，實現最小能耗下舒適的車內環境。變排量壓縮機根據汽車負載實時調整，確保汽車內環境穩定前提下有效降低能耗。但是變排量壓縮機汽車空調制冷系統長時間運行系統會振蕩和結霜。

變排量壓縮機控制算法復雜，尤其是內控式變排量壓縮機，控制閥與空調系統膨脹閥之間無信息交互，開發前期系統匹配難度高，因此弄清楚變排量壓縮機的控制邏輯至關重要。本文就內控旋轉斜盤式變排量壓縮機的控制邏輯進行時域分解，為該類壓縮機的系統匹配提供數據支持。

2.內控式變排量壓縮機結構簡介

下圖1為某典型結構的旋轉斜盤式變排量壓縮機剖視圖。壓縮機由離合器、前缸蓋、汽缸體、驅動軸、后缸蓋、旋轉斜盤、滑履、活塞、控制閥等零部件組成；前缸蓋和汽缸體內部形成曲柄腔，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、后缸蓋構成壓縮機的外輪廓。

驅動盤（轉子）固定在曲柄腔內的驅動軸上，當壓縮機離合器吸合時，主軸驅動盤部件將隨著皮帶輪一起轉動；旋轉斜盤通過其中心孔安裝在驅動軸上，斜盤通過鉸鏈機構與驅動盤相聯，當主軸驅動盤部件轉動時將驅動旋轉斜盤一起轉動，同時旋轉斜盤的傾角可在一定的范圍內變化，從而引起活塞行程的變化，最終達到排量的變化。

3.變排量壓縮機的控制閥的工作原理

可變排量壓縮機能夠自動改變壓縮機排量，是通過控制閥實現的。控制閥主要是利用吸氣壓力的變化來調整壓縮機腔內壓力，使作用在活塞背部的壓力發生變化，產生扭矩，使斜盤角度發生變化，實現改變排量的目的。

控制閥的典型結構及實物拆解見圖2所示，圖中A孔與壓縮機吸氣側（低壓）連通，B孔為壓縮機曲軸箱（中壓腔）和低壓腔之間的常通孔，孔徑很小，c孔與壓縮機排氣側（高壓）連通。圖中波組件也就是波紋管，以全封閉狀態通過孔A暴露在低壓腔中，內部有一定真空度，其特點為外部環境壓力（低壓腔壓力）變化時，波紋管長度會產生線性變化，從而帶動閥桿運動，控制孔B、C之間（中、高壓腔之間）的通道的開關。控制閥打開時，高壓腔會向中壓腔泄壓，引起中壓腔壓力增大；控制閥關閉后，中低壓腔因孔B的存在，最終會達到壓力平衡。

控制閥打開的臨界壓力（Po）由前期設計時確定。當低壓側壓力Ps>Po時，控制閥處于關閉狀態；當Ps4.內控式變排量壓縮機工作原理

通過對變排量壓縮機結構及控制閥工作原理分析后，可以得到簡化模型，如圖2所示：

對變排量壓縮機運動機構簡化后進行受力分析，機構簡化后的剖面如圖3所示：

斜盤與驅動盤通過鉸鏈機構聯接，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）提供的三個力矩（Md、Ms、Mc）。同時高速旋轉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，該力矩的趨勢是使斜盤角度變小。根據這四個力矩的作用方向，列出斜盤所受到的力矩平衡方程如下：

Md+Ms-Mc-Mo=0

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

Ms-Mc-Mo=0

通過方程可以得到如下結論：當Ms>Mc+Mo時，斜盤角度變大；當Ms