JP2002096628A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】可変容量型圧縮機の回転数に応じて吐出圧力を
制御することで、高回転数時の冷媒回路の損傷を防止で
きるとともに、低回転数時の空調能力を確保できる車両
用空調装置の提供。 【解決手段】容量制御信号に応じて吐出容量を可変でき
る可変容量型圧縮機と、圧縮機の回転数検出手段と、圧
縮機の吐出圧力を検知する圧縮機吐出圧力検出手段と、
ダクト内を通過する空気を冷却および／または除湿する
蒸発器としての熱交換器を備えた冷媒回路と、熱交換器
の熱交換能力を表す温度検出手段と、温度検出手段から
の情報に基づいて圧縮機容量を制御し、熱交換能力を表
す温度を所定の温度とすることが可能な制御手段を備
え、制御手段は、予め設定した圧縮機回転数に対し変化
する圧縮機吐出圧力の上限値特性により画定される各制
御領域において、圧縮機回転数検出手段および圧縮機吐
出圧力検出手段からの情報に基づき、圧縮機容量を制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用空調装置に
関し、とくに可変容量型圧縮機を備えた冷媒回路を有
し、該圧縮機の高回転数時における損傷と低回転数時に
おける空調能力不足を解消できるようにした車両用空調
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用空調装置は、主として固定
容積型圧縮機を用いており、たとえば図６に示すように
構成されている。図６において、１０１は車両用空調装
置全体を示しており、車室内に開口する通風ダクト１０
２内の上流側には、内外気切替ダンパ１０３によって調
節された外気導入口１０４、内気導入口１０５からの吸
気を圧送する送風機１０６が設けられている。送風機１
０６の下流側には、送風される空気を冷却する室内熱交
換器としての蒸発器１０７が設けられており、その下流
側には、加熱器としての温水ヒータ１０８が設けられて
いる。温水ヒータ１０８には、エンジン冷却水が循環さ
れる。温水ヒータ１０８の直下流側には、エアミックス
ダンパアクチュエータ１０９によって開度が調節される
エアミックスダンパ１１０が配置されている。温度調節
された空気は、ダンパ１１１、１１２、１１３を備えた
各吹出口１１４、１１５、１１６を通して車室内に吹き
出される。

【０００３】１１７は、各機器が冷媒配管を介して接続
された冷媒回路を示しており、１１８は固定容積圧縮機
（固定容積コンプレッサ）を示している。圧縮機１１８
で圧縮された冷媒は、凝縮器１１９、受液器１２０、膨
張弁１２１を介して蒸発器１０７に送られ、蒸発器１０
７からの冷媒が圧縮機１１８に吸入される。この例で
は、圧縮機１１８はクラッチ１２２を介して駆動され、
クラッチ１２２の作動はクラッチコントローラ１２３に
よって制御されるようになっている。クラッチコントロ
ーラ１２３には、メインコントローラ１２４からクラッ
チ制御信号が送られる。メインコントローラ１２４に
は、車内温度設定器１２５から目標車内温度の設定信号
が入力される。また、メインコントローラ１２４から
は、送風機電圧コントローラ１２６に信号が送られて送
風機１０６の電圧（回転数）が制御される。また、車室
内温度センサ１２７、日射センサ１２８、外気温度セン
サ１２９からの検知信号と、蒸発器出口空気温度センサ
１３０からの検知信号がそれぞれメインコントローラ１
２４に入力される。また、エンジンＥＣＵ１３１から、
エンジン回転数信号、スロットル開度信号等がメインコ
ントローラ１２４に入力されるようになっている。

【０００４】メインコントローラ１２４により、蒸発器
出口空気温度センサ１３０に検知される温度が、そのと
きの各条件を考慮して算出された目標値となるように、
冷媒回路１１７が制御され、冷媒回路１１７では、クラ
ッチ１２２をオン／オフ制御することにより圧縮機１１
８の吐出容量が制御されるようになっている。

【０００５】このような従来の車両用空調装置１０１に
おいては、主として固定容積型圧縮機１１８が用いられ
ていたため、エンジン回転数が高いまま長時間運転され
た場合、それに比例して圧縮機回転数も同様に高くなる
ため、吐出圧力も高くなる。高圧、高回転数で長時間運
転されることになるので、吐出圧力が、予め設定された
ある制限値を越えた場合には、クラッチ１２２への通電
を切り、圧縮機１１８を停止させるという方法で、冷媒
回路内の各部品の損傷を防止するようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の車両用空調装置においては、クラッチ１２
２をオフとする設定制限値が高すぎると、圧縮機１１８
や冷媒回路内部品の損傷の原因となるおそれがあり、逆
に低すぎると、空調能力不足、つまり冷媒能力不足を生
じるという問題がある。

【０００７】また、クラッチ１２２のオン／オフが比較
的頻繁にくり返されるため、このオン／オフ時に発生す
るトルクショックや吹き出し温度の変動という問題も同
時に抱えていた。

【０００８】そこで本発明の課題は、従来広く用いられ
ていた固定容積型圧縮機によるクラッチオン／オフ制御
に代わり、可変容量型圧縮機を用いその回転数に応じて
吐出圧力を適切に制御することにより、高回転数時にお
ける冷媒回路の各機器の損傷を防止できるとともに、低
回転数時における空調能力を確保できる車両用空調装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る車両用空調装置は、容量制御信号に応
じて任意に吐出容量を可変できる可変容量型圧縮機と、
圧縮機の回転数検出手段と、圧縮機の吐出圧力を検知す
る圧縮機吐出圧力検出手段と、通風ダクト内に設けら
れ、ダクト内を通過する空気を冷却および／または除湿
する蒸発器としての熱交換器を備えた冷媒回路と、熱交
換器の熱交換能力を表す温度検出手段と、温度検出手段
からの情報に基づいて圧縮機容量を制御し、前記熱交換
能力を表す温度を所定の温度とすることが可能な制御手
段を備えた車両用空調装置であって、前記制御手段は、
予め設定した、圧縮機回転数に対し変化する圧縮機吐出
圧力の上限値特性により画定される各制御領域におい
て、前記圧縮機回転数検出手段および圧縮機吐出圧力検
出手段からの情報に基づき、圧縮機容量を制御すること
を特徴とするものからなる。

【００１０】上記車両用空調装置においては、前記圧縮
機吐出圧力の上限値特性が、圧縮機の容量制御上限値特
性と、該容量制御上限値特性よりも高い圧縮機吐出圧力
上限値特性の２段階の特性として設定されていることが
好ましい。すなわち、圧縮機の容量制御上限値特性と、
圧縮機吐出圧力上限値特性の両特性が、圧縮機回転数に
対し変化する特性として設定され、各特性が、それ以下
とそれ以上の各制御領域を画定する。

【００１１】このように各制御領域が画定された状態に
て、前記圧縮機回転数検出手段および圧縮機吐出圧力検
出手段からの情報が、前記容量制御上限値特性以下の制
御領域にある場合には、前記制御手段は、前記熱交換能
力を表す温度が目標値となるように圧縮機の容量を制御
するようにすることが好ましい。また、前記圧縮機回転
数検出手段および圧縮機吐出圧力検出手段からの情報
が、前記容量制御上限値特性を越える制御領域にある場
合には、前記制御手段は、圧縮機の吐出圧力が前記圧縮
機吐出圧力上限値特性以下となるように、前記熱交換能
力を表す温度の制御よりも優先させて、圧縮機の容量を
制御するようにすることが好ましい。さらに、前記圧縮
機回転数検出手段および圧縮機吐出圧力検出手段からの
情報が、前記圧縮機吐出圧力上限値特性を越える制御領
域に入ったときには、前記制御手段は圧縮機の作動を停
止するようにすることが好ましい。

【００１２】上記のような本発明に係る車両用空調装置
においては、圧縮機の回転数に応じて、低回転数域では
極力高い圧縮機吐出圧力領域まで、熱交換器の温度が所
定の温度となるように圧縮機の容量制御が行われて目標
空調温度が達成され、高回転数域では、上限制限値を下
げて、吐出圧力がその上限値特性以内ならば上記と同様
の制御が行われるが、上限値特性を越えた場合には、上
記温度制御に優先させて圧縮機容量を低減するように制
御され、冷媒回路に望ましくない大きな負荷が加わるこ
とが防止される。さらに、それよりも高い吐出圧力が加
わろうとする際のみ、圧縮機がクラッチオフ等により停
止される。

【００１３】したがって、高回転数時において冷媒回路
に大きな負荷が加わることが防止され、圧縮機や各機器
の損傷が適切に防止されるとともに、低回転数時におい
ては、比較的高い吐出圧力まで容量制御が可能となっ
て、空調能力が不足することが防止される。

【００１４】また、圧縮機のクラッチがオフとされるの
は、基本的に吐出圧力が過大圧力となり冷媒回路に過大
負荷がかかる場合のみとなるから、不必要にクラッチを
オフすることがなくなり、クラッチのオン／オフによる
（とくにクラッチオン時の）トルクショックの頻度が大
幅に減少され、かつ、その際に生じる空調温度（吹き出
し温度）の急激な変動も防止することが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の車両用空調装置
の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説
明する。図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調
装置を示している。図１において、１は車両用空調装置
全体を示しており、車室内に開口する通風ダクト２内の
上流側には、内外気切替ダンパ３によって調節された外
気導入口４、内気導入口５からの吸気を圧送する送風機
６が設けられている。送風機６の下流側には、送風され
る空気を冷却する室内熱交換器としての蒸発器７が設け
られており、その下流側には、加熱器としての温水ヒー
タ８が設けられている。温水ヒータ８には、エンジン冷
却水が循環される。温水ヒータ８の直下流側には、エア
ミックスダンパアクチュエータ９によって開度が調節さ
れるエアミックスダンパ１０が配置されている。温度調
節された空気は、ダンパ１１、１２、１３を備えた各吹
出口１４、１５、１６を通して車室内に吹き出される。

【００１６】１７は、各機器が冷媒配管を介して接続さ
れた冷媒回路を示しており、１８は可変容量型圧縮機
（可変容量コンプレッサ）を示している。圧縮機１８で
圧縮された冷媒は、凝縮器１９、受液器２０、膨張弁２
１を介して蒸発器７に送られ、蒸発器７からの冷媒が圧
縮機１８に吸入される。本実施態様では、圧縮機１８の
吐出圧力あるいはそれに対応する圧力が吐出圧力センサ
２２によって検出され、圧縮機１８の回転数が回転計２
３によって検出される。また、蒸発器７の出口空気温度
が、蒸発器出口空気温度センサ２４によって検出され
る。これらの検出信号は、メインコントローラ２５に送
られる。圧縮機１８はクラッチ２６を介して駆動され、
クラッチ２６は、クラッチコントローラ２７により、メ
インコントローラ２５からの信号に基づいてオン／オフ
制御される。

【００１７】可変容量型圧縮機１８における容量制御機
構は、たとえば特開昭６３−１６１７７号公報に記載さ
れているように、先ず、クランク室圧力をバルブ通過の
ガス流量により制御し、次に、圧縮機斜板角度がクラン
ク室圧力により調節されるようにする。即ち、バルブに
よるガス流量制御により圧縮機容量制御が行われる。

【００１８】メインコントローラ２５には、車内温度設
定器２８から目標車内温度の設定信号が入力される。ま
た、メインコントローラ２５からは、送風機電圧コント
ローラ２９に信号が送られて送風機６の電圧（回転数）
が制御される。また、本実施態様では、車室内温度セン
サ３０、日射センサ３１、外気温度センサ３２からの検
知信号がそれぞれメインコントローラ２５に入力され
る。また、エンジンＥＣＵ３３から、エンジン回転数信
号、スロットル開度信号等がメインコントローラ２５に
入力される。

【００１９】メインコントローラ２５では、次のような
制御が行われる。図２は、圧縮機の容量制御のために予
め設定される、圧縮機回転数Ｎｃに対する圧縮機吐出圧
力Ｐｄの上限値特性の一例を示している。図２に示す例
においては、圧縮機回転数Ｎｃの低回転数領域では比較
的高い上限値に設定され、回転数が高くなると低くなる
ように変化する圧縮機の容量制御上限値特性Ｐｄｌと、
該容量制御上限値特性Ｐｄｌよりも高く、同様に圧縮機
の回転数Ｎｃが高くなると低くなるように変化する圧縮
機吐出圧力上限値特性Ｐｄｕとの、２段階の特性として
設定されている。これら上限値特性は、圧縮機回転数Ｎ
ｃの関数として、つまり、Ｐｄｌ＝ｆ₁(Ｎｃ）、Ｐｄｕ
＝ｆ₂(Ｎｃ）として予め設定される。これらの上限値特
性設定の基本的な考え方は、低回転数時には冷凍能力確
保のために吐出圧力の高い領域まで容量制御できるよう
にし、高回転数時には、圧縮機や冷媒回路保護のため
に、吐出圧力の上限を低く制限するようにすることにあ
る。

【００２０】上記２つの上限値特性ＰｄｌとＰｄｕによ
り、各制御領域が画定されることになるが、容量制御上
限値特性Ｐｄｌ以下の制御領域では、蒸発器出口空気
温度が所定の目標温度となるように、圧縮機１８の容量
制御が行われる。また、容量制御上限値特性Ｐｄｌを越
える制御領域では、圧縮機１８の吐出圧力が圧縮機吐
出圧力上限値特性Ｐｄｕ以下となるように、上述の温度
制御に優先させて、圧縮機１８の容量制御が行われる。
さらに、圧縮機吐出圧力上限値特性Ｐｄｕを越えると、
クラッチ２６がオフとされ、圧縮機１８の作動が停止さ
れる。

【００２１】より詳細には、メインコントローラ２５で
は図３に示すように制御される。図３に示す制御におい
ては、車内温度設定器２８で設定された目標車内温度Ｔ
ｒｓの信号、日射センサ３１によって検知された日射量
ＲＡＤ、車室内温度センサ３０によって検知された車内
温度ＴＲ、外気温度センサ３２によって検知された外気
温度ＡＭＢの各信号から、目標吹出温度ＴＯｓが次式に
よって演算される。 ＴＯｓ＝Ｋｐ１（ＴＲ−Ｔｒｓ）＋ｆ（ＡＭＢ，ＲＡ
Ｄ，Ｔｒｓ） Ｋｐ１は係数である。

【００２２】演算された目標吹出温度ＴＯｓを用いて、
送風機の送風量に対応する送風機電圧ＢＬＶが、 ＢＬＶ＝ｆ（ＴＯｓ） によって演算される。演算されたＢＬＶの信号は、送風
機電圧コントローラ２９に送られる。

【００２３】また、エアミックスダンパ開度ＡＭＤが、 ＡＭＤ＝ｆ（ＴＯｓ，ＴＷ，ＴＶ） によって演算される。ＴＷは温水ヒータ８入口のエンジ
ン冷却水温、ＴＶは蒸発器出口空気温度目標値である。
演算されたＡＭＤの信号は、エアミックスダンパアクチ
ュエータ９に送られる。

【００２４】蒸発器出口空気温度目標値ＴＶは、外気温
度ＡＭＢより、 ＴＶ＝ａ・ＡＭＢ＋ｂ によって演算される。ａ、ｂは定数である。

【００２５】圧縮機の容量制御においては、先ず、蒸発
器出口空気温度センサ２４によって検出された蒸発器出
口空気温度Ｔｅが、上記蒸発器出口空気温度目標値ＴＶ
となるように制御するための圧縮機容量制御信号Ｉｃ’
が、Ｉｃ’＝ｆ（ＴＶ，Ｔｅ）によって演算される。そ
して、圧縮機回転数信号Ｎｃと圧縮機吐出圧力信号Ｐｄ
から、現在の制御領域が図２に示したどの領域にあるか
が判定される。Ｐｄ≦Ｐｄｌの場合には（つまり、図２
の制御領域にある場合には）、上記演算によるＩｃ’
が用いられ、圧縮機容量制御信号Ｉｃは、 Ｉｃ＝Ｉｃ’ とされる。Ｐｄ＞Ｐｄｌの場合には（つまり、図２の制
御領域にある場合には）、 Ｉｃ＝ｆ（Ｐｄ−Ｐｄｌ） とされ、上述の温度制御に優先させて、圧縮機容量制御
信号Ｉｃが低く抑えられる。このとき、Ｉｃは、図２に
示した圧縮機吐出圧力上限値特性Ｐｄｕ以下となるよう
に制御される。このような演算、決定された圧縮機容量
制御信号Ｉｃが、圧縮機１８に内蔵された圧縮機容量コ
ントローラ機構に送られる。

【００２６】圧縮機回転数信号Ｎｃと圧縮機吐出圧力信
号Ｐｄによる制御領域が、圧縮機吐出圧力上限値特性Ｐ
ｄｕを越えようとする場合、圧縮機１８および冷媒回路
各機器の保護のためクラッチ２６がオフとされる。この
クラッチ制御信号の演算は、たとえば図４にも示すよう
に、 Ｐｄ＝Ｐｄｕ になったときクラッチ２６がオフとされ、Ｐｄｕに対し
一定量αのヒステリシスをもたせて、 Ｐｄ＝Ｐｄｕ−α になったとき、クラッチ２６がオンに復帰される。

【００２７】なお、前述のＰｄ＞Ｐｄｌの場合の、圧縮
機容量に制限を加える場合の圧縮機１８の容量制御用バ
ルブの制御電流値Ｉｃは、先に本出願人が特願平１１−
３０９９６２号で提案したように、２位置制御を行えば
制御に伴ってトルクショックや吹き出し空気温度が変動
することが抑えられる。

【００２８】すなわち図５に示すように、圧縮機の容量
制御用バルブの制御電流値を、予め設定されている第一
設定値Ａと第二設定値Ｂに対応させて、圧縮機の容量制
御信号値をＩｃｎｔと０の間で２位置制御する。この２
位置制御における第一設定値Ａと第二設定値Ｂの差を小
さく設定すれば、変動は極めて小さく抑えられ、圧縮機
の運転継続状態における容量に関する２位置制御である
から、制御に伴って大きなトルクショックや吹き出し空
気変動が発生することが防止される。

【００２９】このように本発明に係る車両用空調装置の
制御においては、図２に示したような各上限値特性Ｐｄ
ｌ、Ｐｄｕにより画定される各制御領域において、各々
最適な制御が行われる。圧縮機の低回転数領域では、蒸
発器出口空気温度が所定の空気温度となるように制御さ
れて、空調能力不足（冷凍能力不足）が解消され、高回
転数、高吐出圧力領域では、温度制御に優先させて吐出
圧力の適切な低減制御が行われ、圧縮機１８や冷媒回路
の各機器が適切に保護される。

【００３０】また、固定容積型ではなく、可変容量型の
圧縮機１８を使用し、過大な吐出圧力となる場合以外
は、クラッチ２６をオン／オフさせなくてよいので、オ
ン／オフ作動に伴うトルクショックや急激な吹き出し温
度変動の発生が防止される。また、図５に示したような
２位置制御により圧縮機容量制御を行えば、容量変更に
伴う吹き出し空気温度変動やトルクショックの発生も防
止される。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の車両用空
調装置によれば、圧縮機の高回転数域における圧縮機や
冷媒回路各機器の損傷防止と、低回転数域における冷凍
能力不足の解消をともに達成でき、安定した空調装置の
作動を達成できる。

【００３２】また、不必要にクラッチをオン／オフさせ
ることがないため、クラッチオン時のトルクショックの
頻度を大幅に低減でき、オン／オフによる急激な吹き出
し空気温度変動も防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の全
体構成図である。

【図２】本発明に係る制御の例を示す上限値特性図であ
る。

【図３】図１に示した車両用空調装置の制御ブロック図
である。

【図４】図１のクラッチの制御条件の例を示す特性図で
ある。

【図５】図２の制御領域における圧縮機の容量制御用
バルブの制御電流値の例を示す特性図である。

【図６】従来の車両用空調装置の全体構成図である。

【符号の説明】

１ 車両用空調装置 ２ 通風ダクト ３ 内外気切替ダンパ ４ 外気導入口 ５ 内気導入口 ６ 送風機 ７ 室内熱交換器としての蒸発器 ８ 加熱器としての温水ヒータ ９ エアミックスダンパアクチュエータ １０ エアミックスダンパ １７ 冷媒回路 １８ 可変容量型圧縮機 １９ 凝縮器 ２０ 受液器 ２１ 膨張弁 ２２ 吐出圧力センサ ２３ 回転計 ２４ 蒸発器出口空気温度センサ ２５ メインコントローラ ２６ クラッチ ２７ クラッチコントローラ ２８ 車内温度設定器 ２９ 送風機電圧コントローラ ３０ 車室内温度センサ ３１ 日射センサ ３２ 外気温度センサ ３３ エンジンＥＣＵ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容量制御信号に応じて任意に吐出容量を
   可変できる可変容量型圧縮機と、圧縮機の回転数検出手
   段と、圧縮機の吐出圧力を検知する圧縮機吐出圧力検出
   手段と、通風ダクト内に設けられ、ダクト内を通過する
   空気を冷却および／または除湿する蒸発器としての熱交
   換器を備えた冷媒回路と、熱交換器の熱交換能力を表す
   温度検出手段と、温度検出手段からの情報に基づいて圧
   縮機容量を制御し、前記熱交換能力を表す温度を所定の
   温度とすることが可能な制御手段を備えた車両用空調装
   置であって、前記制御手段は、予め設定した、圧縮機回
   転数に対し変化する圧縮機吐出圧力の上限値特性により
   画定される各制御領域において、前記圧縮機回転数検出
   手段および圧縮機吐出圧力検出手段からの情報に基づ
   き、圧縮機容量を制御することを特徴とする車両用空調
   装置。
2. 【請求項２】 前記圧縮機吐出圧力の上限値特性が、圧
   縮機の容量制御上限値特性と、該容量制御上限値特性よ
   りも高い圧縮機吐出圧力上限値特性の２段階の特性とし
   て設定されている、請求項１の車両用空調装置。
3. 【請求項３】 前記圧縮機回転数検出手段および圧縮機
   吐出圧力検出手段からの情報が、前記容量制御上限値特
   性以下の制御領域にある場合には、前記制御手段は、前
   記熱交換能力を表す温度が目標値となるように圧縮機の
   容量を制御する、請求項２の車両用空調装置。
4. 【請求項４】 前記圧縮機回転数検出手段および圧縮機
   吐出圧力検出手段からの情報が、前記容量制御上限値特
   性を越える制御領域にある場合には、前記制御手段は、
   圧縮機の吐出圧力が前記圧縮機吐出圧力上限値特性以下
   となるように、前記熱交換能力を表す温度の制御よりも
   優先させて、圧縮機の容量を制御する、請求項２の車両
   用空調装置。
5. 【請求項５】 前記圧縮機回転数検出手段および圧縮機
   吐出圧力検出手段からの情報が、前記圧縮機吐出圧力上
   限値特性を越える制御領域に入ったときには、前記制御
   手段は圧縮機の作動を停止する、請求項２の車両用空調
   装置。