CN102781694A - 车辆用空调装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种承袭以往控制的考虑方式、并且在担心效率的下降那样的运转状态下也能够以良好的运转效率进行运转控制的车辆用空调装置。一种车辆用空调装置，具备将冷媒压缩的压缩机、使被压缩了的冷媒冷凝的冷凝器、使冷凝了的冷媒膨胀的膨胀机构、使膨胀了的冷媒蒸发并使空气接触而进行该空气的冷却及除湿的蒸发器、对冷凝器送风的送风机、和使用容量控制信号运算式决定从外部向压缩机输入的容量控制信号的容量控制信号运算机构。在容量控制信号运算机构中输入蒸发器的目标出口空气温度，在容量控制信号运算值为规定值A以下时，使用蒸发器的出口空气温度与目标出口空气温度的差决定容量控制信号，在容量控制信号运算值超过规定值A时，根据容量控制信号运算式决定容量控制信号。
Description
技术领域
本发明涉及在具备蒸汽压缩式冷冻循环的车辆用空调装置中、根据蒸发器的空调温度目标值运算及输出从外部向可变容量压缩机输入的容量控制信号、控制可变容量压缩机的容量的技术。
背景技术
在专利文献1中，记载有能够在车辆用空调装置的自动空气调节系统中应用的控制装置。该控制装置具有计算并指定用于控制对象输出到达其目标值的过渡状态下的目标响应的控制对象输出目标响应计算机构。此外，该控制装置具备成为控制对象输出目标响应值那样的前馈控制输入预测机构、和对控制对象输出目标响应与控制对象输出的偏差进行运算的控制对象输出反馈机构，将前馈控制输入与反馈控制输入的和作为向控制对象的控制输入，控制控制对象。
此外，在专利文献2中，记载有能够通过外部控制变更压缩机的吐出容量的空调装置。该空调装置能够为了将蒸发器出口空气温度向目标值控制而应用。但是，在能够外部控制的可变容量压缩机中，在从外部输入的容量控制信号为某个规定值以下的情况下，由于压缩机为小容量运转，所以压缩机效率有可能下降。此外，由于空调装置为低流量运转，所以担心起因于膨胀阀的变动的容量控制状态变得不稳定等。
专利文献1：特开2003－191741号公报
专利文献2：特开2001－073941号公报。
发明内容
在具有能够外部控制的可变容量压缩机的车辆用空调装置中，在容量控制信号为某个规定值以下的情况下，压缩机效率下降，并且容易成为不稳定的状态，所以在以往的控制方法中，担心因车辆用空调装置的蒸汽压缩式循环的效率系数（COP）下降带来的对燃料费的不良影响等。因而，在具有外部可变容量控制压缩机的车辆用空调装置中，课题是通过适当地控制压缩机的运转状态、使压缩机的运转效率提高、使其运转稳定化。
所以，本发明的课题是鉴于上述那样的车辆用空调装置的容量控制上的问题、提供一种继袭以往控制的考虑方式、并且在担心效率的下降那样的运转状态下也能够以良好的运转效率进行运转控制的车辆用空调装置。
为了解决上述课题，有关本发明的车辆用空调装置，具备将冷媒压缩的压缩机、使被压缩了的冷媒冷凝的冷凝器、使冷凝了的冷媒膨胀的膨胀机构、使膨胀了的冷媒蒸发并使空气接触而进行该空气的冷却及除湿的蒸发器、对上述冷凝器送风的送风机、和为了上述压缩机的容量控制而使用容量控制信号运算式决定从外部向上述压缩机输入的容量控制信号的容量控制信号运算机构，其特征在于，在上述容量控制信号运算机构中至少输入上述蒸发器的目标出口空气温度，在基于上述容量控制信号运算式决定的容量控制信号运算值为规定值A以下时，使用上述蒸发器的出口空气温度与上述目标出口空气温度的差决定上述容量控制信号，在上述容量控制信号运算值为超过上述规定值A的值时，根据上述容量控制信号运算式决定上述容量控制信号。这里，蒸发器的出口空气温度是指从蒸发器刚出来后的空气温度，但也有指蒸发器通过中的空气温度的情况。
根据本发明的车辆用空调装置，从外部向压缩机输入的容量控制信号在根据规定的运算式决定的运算值为规定值A以下时使用蒸发器的出口空气温度与目标出口空气温度的差决定，在上述容量控制信号为超过规定值A的值时根据上述运算式决定，所以在压缩机的小容量运转时也能够实现运转状态的稳定化。
在本发明的车辆用空调装置中，优选的是，在上述容量控制信号运算值为上述规定值A以下时，将上述容量控制信号决定为对应于上述压缩机的最小容量的规定值m和规定值B的任一个值。这里，规定值m是在使压缩机容量为最小时使用的容量控制信号的值，通常设定为比规定值A及规定值B的哪个都大的值。这样，在容量控制信号运算值为规定值A以下的情况那样的压缩机小容量运转时，通过将容量控制信号以两种决定为对应于压缩机的最小容量的规定值m和规定值B的某个，使容量控制方式简单化，使运转状态更稳定化。
另外，优选的是，根据空调装置的热负荷决定上述规定值B。这里，作为表示空调装置的热负荷的物理量的例子，可以举出室外的温度、室内的温度、室内的湿度、向蒸发器的送风量、日照量等。通过这样将规定值B根据空调装置的热负荷决定，能够在使容量控制方式简单化的同时、将压缩机的容量控制为最适合值。
此外，优选的是，以总为上述规定值A以上的方式决定上述规定值B。通过规定值B总为A以上，当为规定值A以上的容量控制信号向规定值A以下的值下降时，也能够抑制容量控制信号的急剧的减少。
在本发明的车辆用空调装置中，优选的是，将上述送风机在上述容量控制信号运算值为上述规定值A以下、并且上述容量控制信号等于上述规定值m时停止，在上述容量控制信号运算值为上述规定值A以下、并且上述容量控制信号等于上述规定值B时运转。这样将压缩机的小容量运转时的压缩机容量的简单的2值控制方式也应用在冷凝器的送风机的接通－断开运转中，由此使空调装置整体的控制方式简单化，能够实现空调装置的运转的稳定化。
在本发明的车辆用空调装置中，优选的是，根据车辆的移动速度控制上述送风机的送风量。例如，当车辆的移动速度较快时，只要将外部气体吹在冷凝器上，不将送风机运转就足够，所以能够实现能耗的节约。具体而言，优选的是，将上述送风机在上述容量控制信号运算值为上述规定值A以下、并且上述移动速度为规定值C以上时停止，在上述容量控制信号运算值为上述规定值A以下、并且上述移动速度不到上述规定值C时运转。
在本发明的车辆用空调装置中，优选的是，根据上述压缩机的转矩控制上述送风机的送风量。通过这样的控制，例如在将上述送风机进行接通－断开运转那样的情况下，也能够根据压缩机的转矩将送风量最适合化。
在本发明的车辆用空调装置中，优选的是，在上述容量控制信号运算机构中，输入日照量、室外温度、室内温度、室内湿度、向上述蒸发器的送风量、车辆的移动速度、及车辆原动机的转速中的至少一个物理量。通过将这些物理量中的至少一个物理量输入到容量控制信号运算机构中，能够将本发明的车辆用空调装置的作为重要的控制变量的容量控制信号匹配于放置空调装置的环境而适当地决定。
根据有关本发明的车辆用空调装置，在担心压缩机运转效率的下降那样的运转条件下，也能够实现具备能够进行外部控制的可变容量压缩机的车辆用空调装置的效率提高，进而能够实现车辆燃料费的改善。此外，能够使具备能够进行外部控制的可变容量压缩机的蒸汽压缩式冷冻循环的运转更稳定化，能够抑制压缩机的驱动转矩的变动。
附图说明
图1是有关本发明的一实施方式的车辆用空调装置的整体流程图。
图2是图1的车辆用空调装置的控制流程图的一例。
图3是图1的车辆用空调装置的控制流程图的另一例。
图4是图1的车辆用空调装置的控制流程图的再另一例。
图5是表示图1的压缩机4的体积效率与容量控制信号的关系的特性图。
图6是表示图1的压缩机4的转矩与容量控制信号的关系的特性图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的优选的实施方式。
图1是表示有关本发明的一实施方式的车辆用空调装置的整体的流程图，表示作为车辆用空调装置的冷冻循环装置的机械的构成部分的整体。在空调装置31中，设有由压缩机4、冷凝器6、储液器8、膨胀装置9及蒸发器10等构成的冷冻回路、和由外部气体导入口13、内部气体导入口14、内部气体外部气体切换风门15、鼓风机16、加热器18、空气混合风门19等构成的通风回路。对于冷凝器6，对于压缩机4，经由带轮2、3传递来自作为驱动源的发动机1的旋转动力，该旋转动力的传递及切断受离合器控制器25控制。对于空气调节控制器20从蒸发器出口空气温度传感器11输入对应于蒸发器4的出口空气温度（空调温度）的信号。空气调节控制器20参照蒸发器出口空气温度传感器11的输出信号，对压缩机4输出压缩机容量控制信号26。这样，由内置在空气调节控制器20中的容量控制信号运算装置运算压缩机容量控制信号26，从压缩机外部控制压缩机4的容量，以将蒸发器4的出口空气温度调节为规定的温度。此外，对于空气调节控制器20，输入来自车室外温度传感器21、日照传感器22、车室内温度传感器23、车室内湿度传感器24等的环境信息信号。
在车辆用空调装置31中，作为在冷冻回路中使用的冷媒，可以举出二氧化碳或氟利昂类的冷媒等。此外，作为膨胀装置9，可以使用电子膨胀阀、温度式膨胀阀、或差压式膨胀阀等。另外，图1的车辆用空调装置31装备有离合器，但在有关本发明的车辆用空调装置中也可以没有离合器。此外，在图1的压缩机4中使用由发动机1驱动的压缩机，但在本发明的车辆用空调装置中，也能够应用由电动马达驱动的压缩机。
以下，参照图2～图4，说明图1的车辆用空调装置31的控制流程例（实施例1～3）。
实施例 1
图2是表示图1的车辆用空调装置31的控制流程的一例的流程图。
1－1. 检测、读入蒸发器出口空气温度目标值（Tet）、车室内温度（Tin）、车室内湿度（Hin）、外部气体温度（Tamb）、日照量（Rsun）、发动机转速（Ne）、车速（VS）。
1－2. 通过蒸发器出口空气温度控制用容量控制信号运算机构运算蒸发器出口空气温度控制用容量控制信号（Ict_te），作为外部可变容量控制信号暂时采用。（Ict=Ict_te）
这里，蒸发器出口空气温度控制用容量控制信号运算机构由以下的各机构（蒸发器出口空气温度响应目标值控制机构、蒸发器出口空气温度前馈控制输入预测机构、蒸发器出口空气温度反馈控制输入运算机构）构成。
1－2－1. 蒸发器出口空气温度响应目标值控制机构
参照蒸发器出口空气温度目标值（Tet），通过下述运算式计算蒸发器出口空气温度响应目标值（Tef）。
Tef=（TL1×Tet+Tc1×Tef（前次值））/（Tc1+TL1）
TL1：控制周期
Tc1：蒸发器出口空气温度响应性指定值。
1－2－2. 蒸发器出口空气温度前馈控制输入预测机构
参照蒸发器出口空气温度前馈目标值（Tetc）、外部气体温度（Tamb）、车速（VS）、送风机电压（BLV）、和发动机转速（Ne），通过下述运算式，预测蒸发器出口空气温度前馈控制输入（Icff_te）。
Icffte=f（Tetc，Tamb，Ne，VS，BLV）
其中，蒸发器出口空气温度前馈目标值（Tetc）为参照蒸发器出口空气温度目标值（Tet）用下述运算式计算的。
Tetc=（TL2×Tet+Tcte×Tetc（前次值））/（Tcte+TL2）
TL2：控制周期
Tcte：蒸发器出口空气温度前馈指定值。
1－2－3. 蒸发器出口空气温度反馈控制输入运算机构
蒸发器出口空气温度反馈控制输入值（Icfb_te）参照蒸发器出口空气温度响应目标值（Tef）、和蒸发器出口空气温度（Teva），进行下述那样的比例、积分运算。
Icfb_te=Pte（比例运算值）+Ite（积分运算值）
Pte=Kp1×（Teva－Tef）
Ite=Ite_n－1+Kp1/Ti1×（Teva－Tef）
Kp1：比例增益
Ti1：积分时间
Ite_n－1：Ite的前次运算值。
使用以上的运算结果，通过下述式子运算蒸发器出口空气温度控制用容量控制信号（Ict_te）。
Ict_te=Icff_te+Icfb_te 。
1－3. 通过蒸发器出口空气温度控制用容量控制信号（Ict_te）实施以下的条件判断。
〔条件1－1〕
如果是Ict≤A，则向接着的外部可变容量断续控制转移。
如果是Ict>A，则以Ict=Ict_te的原状实施外部可变容量控制，向流程开头（1－1.）返回。
1－4. 通过外部可变容量断续控制，在以下的条件下将外部可变容量压缩机断续运转控制。
〔条件1－2〕
如果是Teva－Tet≥diff，则Ict=B≥0.3［A］
如果是Teva－Tet<0，则Ict=m（对应于最小容量的容量控制信号）=0
Teva：蒸发器出口空气温度
Tet：蒸发器出口空气温度目标值
diff：预先设定的规定值。
1－5. 通过冷凝器冷却送风机7的运转控制，在以下的条件下控制冷凝器冷却送风机7的运转。
〔条件1－3〕
如果Ict=B且VS<C，则使冷凝器冷却送风机7运转
如果Ict=B且VS≥C，则使冷凝器冷却送风机7停止
如果是Ict=0，则使冷凝器冷却送风机7停止
VS：车辆速度。
1－6. 向流程开头（1－1.）返回。
实施例 2
图3是表示图1的车辆用空调装置31的控制流程的另一例的流程图。
2－1. 检测、读入蒸发器出口空气温度目标值（Tet）、车室内温度（Tin）、车室内湿度（Hin）、外部气体温度（Tamb）、日照量（Rsun）、发动机转速（Ne）、车速（VS）。
2－2. 通过蒸发器出口空气温度控制用容量控制信号运算机构运算蒸发器出口空气温度控制用容量控制信号（Ict_te），作为外部可变容量控制信号暂时采用。（Ict=Ict_te）
2－3. 通过蒸发器出口空气温度控制用容量控制信号（Ict_te）实施以下的条件判断。
〔条件2－1〕
如果是Ict≤A，则向接着的外部可变容量断续控制转移。
如果是Ict>A，则以Ict=Ict_te的原状实施外部可变容量控制，向流程开头（2－1.）返回。
2－4. 通过外部可变容量断续控制信号运算机构，用以下的式子计算外部可变容量断续控制信号（B）。
B=f（Tamb，Tin，Hin，BLV，Rsun）
BLV：与送风量有相关的物理量（例如向送风机外加的电压）。
2－5. 通过外部可变容量断续控制，在以下的条件下断续运转控制外部可变容量压缩机。
〔条件2－2〕
如果是Teva－Tet≥diff，则Ict=B≥0.3［A］
如果是Teva－Tet<0，则Ict=m（对应于最小容量的容量控制信号）=0
Teva：蒸发器出口空气温度
Tet：蒸发器出口空气温度目标值
diff：预先设定的规定值。
2－6. 通过冷凝器冷却送风机7的运转控制，在以下的条件下控制冷凝器冷却送风机7的运转。
〔条件2－3〕
如果Ict=B且VS<C，则使冷凝器冷却送风机7运转
如果Ict=B且VS≥C，则使冷凝器冷却送风机7停止
如果Ict=0，则使冷凝器冷却送风机7停止
VS：车辆速度。
2－7. 向流程开头（2－1.）返回。
实施例 3
图4是表示图1的车辆用空调装置31的控制流程的再另一例的流程图。
3－1. 检测、读入蒸发器出口空气温度目标值（Tet）、车室内温度（Tin）、车室内湿度（Hin）、外部气体温度（Tamb）、日照量（Rsun）、发动机转速（Ne）、车速（VS）。
3－2. 通过蒸发器出口空气温度控制用容量控制信号运算机构运算蒸发器出口空气温度控制用容量控制信号（Ict_te），作为外部可变容量控制信号暂时采用。（Ict=Ict_te）
3－3. 通过蒸发器出口空气温度控制用容量控制信号（Ict_te）实施以下的条件判断。
〔条件3－1〕
如果是Ict≤A，则向接着的外部可变容量断续控制转移。
如果是Ict>A，则以Ict=Ict_te的原状实施外部可变容量控制，向流程开头（3－1.）返回。
3－4. 通过外部可变容量断续控制信号运算机构，用以下的式子计算外部可变容量断续控制信号（B）。
B=f（Tamb，Tin，Hin，BLV，Rsun）
BLV：与送风量有相关的物理量（例如向送风机外加的电压）。
3－5. 通过外部可变容量断续控制，在以下的条件下将外部可变容量压缩机断续运转控制。
〔条件3－2〕
如果是Teva－Tet≥diff，则Ict=B≥0.3［A］
如果是Teva－Tet<0，则Ict=m（对应于最小容量的容量控制信号）=0
Teva：蒸发器出口空气温度
Tet：蒸发器出口空气温度目标值
diff：预先设定的规定值。
3－6. 通过压缩机转矩估计机构估计压缩机的驱动转矩。另外，下述转矩估计式只是一例，并不一定使用右边的全部信号变量。
Trq=f（Pd，Ict，Ne，VS，Tamb）
Pd：冷冻循环的高压侧压力
Trq：压缩机的估计转矩。
图5表示压缩机的体积效率与容量控制信号（电流值Ict）的关系，条件a～c是分别不同的规定的发动机转速（Ne：a～c）下的实验数据。一般而言，压缩机优选的是在体积效率较高的条件下运转，所以在具有图5那样的特性的压缩机中，作为容量控制信号（Ict）的电流值而使用例如0.3［A］以上的值，由此能够实现效率的运转。
图6表示压缩机的转矩与容量控制信号（电流值Ict）的关系，是分别不同的规定的车速（VS：0km/h［IDLE］～100km/h）下的实验数据。图6相当于下述情况：在3－6.所示的转矩估计式中，设VS为参数，将以Ne及Tamb为常数、以Ict为变量的函数表示在曲线图中。
3－7. 通过根据压缩机估计转矩（Trq）和车辆速度（VS）计算出的冷凝器冷却送风机7的运转目标值，控制冷凝器冷却送风机7的运转。另外，这里，设为与冷凝器冷却送风机7的转速有相关的物理量也就是使冷凝器冷却送风机7旋转的马达电压的目标值。
D=f（Trq，VS）
CFV=D
CFV：冷凝器冷却送风机电压目标值。
3－8. 向流程开头（3－1.）返回。
在实施例1～3中，作为压缩机而使用能够进行外部控制的可变容量压缩机，但在使用电动压缩机的情况下也能够应用同样的控制方式。在使用电动压缩机的情况下，只要将上述容量控制信号在电动压缩机的转速控制中使用就可以。
产业上的可利用性
有关本发明的车辆用空调装置具备被从外部容量控制的压缩机，能够作为采用了蒸汽压缩式冷冻循环的车辆用空调装置应用。
附图标记说明
1 发动机
2、3 带轮
4 压缩机
5 高压侧压力检测机构
6 冷凝器
7 冷凝器冷却送风机
8 储液器
9 膨胀装置
10 蒸发器
11 蒸发器出口空气温度传感器
12 内部气体外部气体切换风门致动器
13 外部气体导入口
14 内部气体导入口
15 内部气体外部气体切换风门
16 鼓风机
17 空气混合风门致动器
18 加热器
19 空气混合风门
20 空气调节控制器
21 车室外温度传感器
22 日照传感器
23 车室内温度传感器
24 车室内湿度传感器
25 离合器控制器
26 压缩机容量控制信号
27 高压侧冷媒压力
28 离合器控制信号
29 空气混合风门控制信号
30 内部气体外部气体切换风门控制信号
31 空调装置。
Claims (9)
1.一种车辆用空调装置，具备将冷媒压缩的压缩机、使被压缩了的冷媒冷凝的冷凝器、使冷凝了的冷媒膨胀的膨胀机构、使膨胀了的冷媒蒸发并使空气接触而进行该空气的冷却及除湿的蒸发器、对上述冷凝器送风的送风机、和为了上述压缩机的容量控制而使用容量控制信号运算式决定从外部向上述压缩机输入的容量控制信号的容量控制信号运算机构，其特征在于，在上述容量控制信号运算机构中至少输入上述蒸发器的目标出口空气温度，在基于上述容量控制信号运算式决定的容量控制信号运算值为规定值A以下时，使用上述蒸发器的出口空气温度与上述目标出口空气温度的差决定上述容量控制信号，在上述容量控制信号运算值为超过上述规定值A的值时，根据上述容量控制信号运算式决定上述容量控制信号。
2.如权利要求1所述的车辆用空调装置，其特征在于，在上述容量控制信号运算值为上述规定值A以下时，将上述容量控制信号决定为对应于上述压缩机的最小容量的规定值m和规定值B的任一个值。
3.如权利要求2所述的车辆用空调装置，其特征在于，根据空调装置的热负荷决定上述规定值B。
4.如权利要求2或3所述的车辆用空调装置，其特征在于，以总为上述规定值A以上的方式决定上述规定值B。
5.如权利要求2～4中任一项所述的车辆用空调装置，其特征在于，将上述送风机在上述容量控制信号运算值为上述规定值A以下、并且上述容量控制信号等于上述规定值m时停止，在上述容量控制信号运算值为上述规定值A以下、并且上述容量控制信号等于上述规定值B时运转。
6.如权利要求1～5中任一项所述的车辆用空调装置，其特征在于，根据车辆的移动速度控制上述送风机的送风量。
7.如权利要求6所述的车辆用空调装置，其特征在于，将上述送风机在上述容量控制信号运算值为上述规定值A以下、并且上述移动速度为规定值C以上时停止，在上述容量控制信号运算值为上述规定值A以下、并且上述移动速度不到上述规定值C时运转。
8.如权利要求1～7中任一项所述的车辆用空调装置，其特征在于，根据上述压缩机的转矩控制上述送风机的送风量。
9.如权利要求1～8中任一项所述的车辆用空调装置，其特征在于，在上述容量控制信号运算机构中，输入日照量、室外温度、室内温度、室内湿度、向上述蒸发器的送风量、车辆的移动速度、及车辆原动机的转速中的至少一个物理量。
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| PB01 | Publication | ||
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