JP2005180328A - 可変容量圧縮機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクショックの低減および圧縮機運転騒音の低減を図ることが可能な可変容量圧縮機の制御装置を提供する。
【解決手段】調整室圧力と吐出室または吸入室圧力との差圧を変化させて冷媒の吐出量を制御するようにした可変容量圧縮機と、その吐出容量を制御する容量制御信号を出力する圧縮機制御手段とを備え、該圧縮機制御手段が、圧縮機起動時に、圧縮機の吐出容量が漸増するよう、容量制御信号を漸増させて出力することを特徴とする可変容量圧縮機の制御装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、可変容量圧縮機の制御装置に関し、とくに、車両用空調装置に設けられる冷凍サイクルの可変容量圧縮機の制御に好適な装置に関する。

従来の可変容量圧縮機の代表例として、斜板式の圧縮機が知られている。斜板式圧縮機の容量制御は、一般に、揺動斜板を収容したクランク室の内圧を特殊な制御弁を用いて制御することにより行われている。そして、その制御弁は一般に、冷房負荷の大きさを如実に反映する蒸発器の出口圧力が、所望の室内温度と相関する所定の蒸発器出口圧力（圧縮機の設定吸入圧）付近に安定維持されるように、クランク室内圧を調整し、斜板の傾角制御を通じて圧縮機の吐出容量を制御している。前記設定吸入圧は、外部からの電気信号により電磁ソレノイド等のアクチュエータを作動させ、アクチュエータ作用力と機械的バネ力とのつり合いを変更することにより、クランク室内圧を調節可能なものとしている。

図７は可変容量圧縮機における前記吸入圧制御方式の吐出容量と吸入圧力の相関を模式的に表したものである。制御不可領域というのは前記可変容量圧縮機として容量制御しにくい動作領域であり、実質的に制御できない領域を示す。従来の容量制御方法である前記吸入圧制御方式は、図７を見てわかるように、蒸発器の熱負荷に応じて吐出容量と吸入圧力の特性曲線が異なり、蒸発器の熱負荷が大きい場合において任意に容量制御できる範囲が狭くなっている。従って、蒸発器の熱負荷が大きい条件では、前記可変容量圧縮機の起動時、最小容量から任意に容量制御できる範囲へ移行する際、吐出容量が急激に変化することになってしまう。

次に、実際の吐出容量制御とその動作を図５、図６を参照して説明する。図５に示すように、エアコンスイッチをオンした後、圧縮機の容量制御に必要な各データを読み込み、容量制御目標値を演算して、その目標値となるように制御出力を決めている。従来の吸入圧力制御方式にて、任意の容量制御範囲ができない条件では次のような不具合が生じる。たとえば図６に示すような圧縮機の起動時、圧縮機の起動前の吸入圧力が前記目標吸入圧力よりもかなり高い場合、起動直後において実際の吸入圧力が前記設定吸入圧力を大きく上回る状況が生じ、前記従来制御弁は吸入圧とクランク圧の制御通路を急激に開放してしまう。そのためクランク圧が急激に低下し、圧縮機の吐出容量がオーバーシュートして、圧縮機トルクが急峻に立上がり、エンジン制御に好ましくない負荷変動（トルクショック）が現れることがある。このトルクショックは、エンジン出力制御への外乱となり得る要因で、振動／騒音を伴うだけでなくドライバビリティにも悪影響を及ぼすことも考えられる。

また、車両を長期間屋外に放置した場合、外気温度と日射による車室内とエンジンルームの温度差が生じる状態を繰り返す時に、車室内は暑くエンジンルームが冷たくなることで、冷媒がエンジンルームの低い位置にある圧縮機に集まり、冷媒が冷却されて液化する現象が生じることがある（液化冷媒化）。この液化冷媒が圧縮機内に存在する状態で起動すると、液圧縮運転になってしまうため、液吐出が行われて、異音もしくは通常運転よりも大きい騒音が発生してしまう。

一方、最近、低圧冷媒管路に通じる吸入室から吸入した冷媒を圧縮して高圧冷媒管路に通じる吐出室に吐出し、調整室の圧力変化により冷媒の吐出量を変化させる圧縮機であって、調整室の圧力と吸入室の圧力の少なくとも一方と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように、調整室と吐出室または吸入室の圧力との間を連通及び閉塞する電磁制御弁の電磁力を変化させることにより前記差圧を変化させて冷媒の吐出量を制御するようにした、前記差圧制御方式が開発されている。図８は可変容量圧縮機における前記差圧制御方式の吐出容量と、吐出圧力と吸入圧力の差圧の相関を模式的に表したものである。制御不可領域というのは前記可変容量圧縮機として容量制御しにくい動作領域であり、実質的に制御できない領域を示す。図８に示すように前記差圧制御方式では、冷凍サイクルの熱負荷が大きい場合においても、前記の吸入圧力制御方式に比べ、任意の容量制御範囲が広い。従って、蒸発器の熱負荷が大きい条件でも、前記可変容量圧縮機の起動時、吐出容量の急激な変化が生じない。

また、前記差圧制御方式による可変容量圧縮機は、電磁制御弁の電磁力を変えた時、圧縮機容量制御が時間遅れなく速やかに所定値となり、レスポンスの速い容量制御が可能となってきた（特許文献１）。
特開２００１−１３２６５０号公報（特許請求の範囲）

そこで本発明の課題は、前述の如き従来の可変容量圧縮機の吐出容量制御における問題点に着目するとともに、最近開発された容量制御範囲が広くレスポンスの速い圧縮容量制御装置の利点に着目し、とくに車両用空調装置における冷凍サイクルに好適で、トルクショックの低減および圧縮機運転騒音の低減を図ることが可能な可変容量圧縮機の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置は、（Ａ）車両走行用エンジンによって駆動され、車両に搭載された冷凍サイクル中に設けられ、低圧冷媒管路に通じる吸入室から吸入した冷媒を圧縮して高圧冷媒管路に通じる吐出室に吐出し、調整室の圧力変化により冷媒の吐出量を変化させる圧縮機であって、調整室の圧力と吸入室の圧力の少なくとも一方と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように、調整室と吐出室または吸入室の圧力との間を連通及び閉塞する電磁制御弁の電磁力を変化させることにより前記差圧を変化させて冷媒の吐出量を制御するようにした可変容量圧縮機と、（Ｂ）前記圧縮機の吐出容量を制御する容量制御信号を出力する圧縮機制御手段とを備えた可変容量圧縮機の制御装置において、前記圧縮機制御手段が、圧縮機の吐出容量を最小または零の状態（つまり、圧縮機回転停止状態）から、前記吐出容量が最小よりも大きいまたは零よりも大きい状態に移行させるとき（すなわち、代表的には、圧縮機を起動させるとき）、圧縮機の吐出容量が暫増するよう、前記容量制御信号を暫増させて出力することを特徴とするものからなる。

上記容量制御信号は、傾斜暫増特性（つまり、傾斜直線状にて暫増する特性）にて出力することができる。また、上記容量制御信号を、圧縮機の吐出容量または／および吐出圧力にオーバーシュートが生じない速度で暫増させることが好ましい。

また、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置においては、さらに、前記容量制御信号を暫増させる制御の必要性を判定する容量制御信号暫増制御判定手段を有する構成とし、前記圧縮機制御手段は、容量制御信号暫増制御が必要ありと判断された場合に容量制御信号暫増制御を行い、必要なしと判断された場合には容量制御信号暫増制御を行わないようにすることができる。

また、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置においては、さらに、圧縮機の運転条件を認識する圧縮機運転条件認識手段を有する構成とし、前記圧縮機制御手段は、圧縮機運転条件認識値に応じて、圧縮機の吐出容量の変化速度を変更するよう、前記容量制御信号を出力するようにすることができる。

また、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置においては、さらに、圧縮機の吐出容量が最小または零の状態になってからの経過時間を認識する圧縮機停止時間認識手段、圧縮機の吐出容量が最小または零の状態での外気温度に相関のある物理量を検知または認識し、外気温度変化量が正の値となる時間を認識する可能な外気温度変化時間認識手段、圧縮機の吐出容量が最小または零の状態での車室内温度に相関のある物理量を検知または認識し、かつ、前記圧縮機運転停止状態での外気温度に相関のある物理量を検知または認識し、さらに、前記車室内温度と前記外気温度との差を演算する車室内温度−外気温度差認識手段、前記エンジンの回転速度に相関のある物理量を検知または認識する回転速度認識手段の少なくとも１つを有する構成とし、前記容量制御信号暫増制御判定手段は、前記圧縮機停止後の経過時間、前記圧縮機停止状態での外気温度変化時間、前記圧縮機停止状態での車室内温度と外気温度との差、前記エンジンの回転速度の少なくとも１つが、予め設定した所定値以上のときに容量制御信号暫増制御を行う必要ありと判断するようにすることができる。

また、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置においては、さらに、エンジン運転状態がアイドリング中か走行中かを判定するエンジン運転状態判定手段を有する構成とし、前記容量制御信号暫増制御判定手段は、エンジンがアイドル状態のときに容量制御信号暫増制御を行う必要ありと判断するようにすることができる。

また、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置においては、前記圧縮機の吐出容量を最小または零の状態から、前記吐出容量が最小よりも大きいまたは零よりも大きい状態に移行させるとき以外のときにおいても、圧縮機の吐出容量を増加させる場合に、容量制御信号暫増制御を行うようにしてもよい。

さらに、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置においては、前記圧縮機制御手段は、圧縮機の吐出容量が最小または零の状態から、前記吐出容量が最小または零よりも大きい状態に移行した後、再び圧縮機の吐出容量が最小または零の状態に移行する場合に、容量制御信号暫減制御を行うようにすることができる。

本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置によれば、圧縮機の吐出室圧力と調整室圧力の差圧を制御する容量制御方式では容量制御信号の入力に応じた吐出量を得ることが可能なため、容量制御信号をゆっくりと変化させることができ、とくに圧縮機起動時に容量制御信号を暫増させて出力することができ、それによって、吐出容量の急激な立上がりを無くすることができ、従来方式のようなトルクショックを抑えることができる。

また、液圧縮状態での起動においても、容量制御信号がゆっくり立上がることにより、液圧縮運転での騒音も低減することが可能になる。さらに、トルクショック抑制により車両エンジン回転数制御の外乱が小さくなり、車両エンジン回転数制御の安定化にも貢献できる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る可変容量圧縮機の制御装置を備えた車両用空調装置の冷凍サイクルを示している。冷凍サイクル１には、車両走行用のエンジン２により駆動される、吐出容量を可変可能な可変容量圧縮機３が設けられており、エンジンの駆動力は例えば電磁クラッチ５を介して伝達される。この可変容量圧縮機３は、低圧冷媒管路に通じる吸入室から吸入した冷媒を圧縮して高圧冷媒管路に通じる吐出室に吐出し、調整室（たとえば、クランク室）の圧力変化により冷媒の吐出量を変化させる圧縮機であって、調整室の圧力と吸入室の圧力の少なくとも一方と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように、調整室と吐出室または吸入室の圧力との間を連通及び閉塞する電磁制御弁４の電磁力を変化させることにより前記差圧を変化させて冷媒の吐出量を制御するようにした可変容量圧縮機からなる。

冷凍サイクル１の冷媒配管中を冷媒が循環され、上記圧縮機３により圧縮された高温高圧の冷媒が、凝縮器６により外気と熱交換して冷却され、凝縮し液化する。受液器７により気液が分離され、液冷媒が膨張弁８によって減圧、膨張される。減圧された低圧の冷媒は、蒸発器９に流入して、車室内に送られる空気と熱交換される。蒸発器９において蒸発し気化した冷媒は再び圧縮機３に吸入され圧縮される。

圧縮機３は、制御装置１０から電磁制御弁４に送られる容量制御信号１２により、前記差圧が変化され冷媒の吐出量が制御される。また、制御装置１０からはクラッチ信号１３が送られ、圧縮機３の運転、運転停止が制御される。さらに、制御装置１０には、上記容量制御を行うための、冷凍サイクル１の負荷や、車両側の各種情報としての各種センサ信号（群）１１が入力される。

図１に示したような空調装置に対し、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置による制御が行われる。たとえば図２に示すように、圧縮機制御手段としての制御装置１０は、圧縮機３の吐出容量を最小または零の状態から、吐出容量が最小よりも大きいまたは零よりも大きい状態に移行させるとき（つまり、圧縮機３の起動時に）、圧縮機３の吐出容量が暫増するよう、吐出圧／吸入圧差圧制御用容量制御信号が暫増され、出力される。図２に示した例においては、容量制御信号は、傾斜暫増特性にて出力されている（以下、容量変化傾斜制御とも言う）。この容量変化傾斜制御における出力暫増特性は、圧縮機３の吐出容量または／および吐出圧力にオーバーシュートが生じない速度で暫増させるようにしている。

このような圧縮機３の吐出室圧力と調整室圧力の差圧を制御する方式における容量変化傾斜制御により、図２と前述の図６との比較から明らかなように、吐出容量をゆっくりと変化させることができ、吐出容量の急激な立上がりが無くなり、図６に示した従来方式のようなトルクショックを抑えることができる。また、液圧縮状態での起動においても、容量制御信号がゆっくり立上がることにより、液圧縮運転での騒音も低減することが可能になる。さらに、トルクショック抑制により車両エンジン回転数制御の外乱が小さくなり、車両エンジン回転数制御の安定化にも貢献できる。

なお、図２に示した制御特性では、圧縮機の吐出容量が最小または零の状態から、前記吐出容量が最小または零よりも大きい状態に移行した後、再び圧縮機の吐出容量が最小または零の状態に移行する場合にも、容量制御信号暫減制御（暫減する方向の容量変化傾斜制御）を行うようにしており、この場合にも、吐出容量や吐出圧力の急激な変化が抑えれるようになっている。

このような本発明における制御は、たとえば図３に示すようなフローチャートに従い、各センサ入力信号／演算値を制御装置に読み込み、可変容量圧縮機の容量制御を行うことで実施できる。

図３に示す制御においては、制御スタート後、エアコンスイッチＯＮまたはＯＦＦ（圧縮機運転要求有／無）を判定する。エアコンスイッチＯＮであれば、圧縮機停止時間前回値Cftn-1を０とし、各センサからの入力値または演算値（本実施例では、例えば、外気温度Tamb、車室内温度Tr、蒸発器出口空気温度Te、圧縮機停止時間Cft 、容量制御出力値Ic、蒸発器温度（または蒸発器出口空気温度）演算目標値Tet ）を読み込む(Cft初期値：０、Ic初期値：０）。次に、前ステップのデータ読み込み値から容量制御目標値Ictを演算する。次に容量変化の傾斜制御あり／なし判定として、圧縮機停止時間Cftが０または所定値Ａ以上の時に前記制御ありと判定し、容量制御目標値Ictと容量制御出力値Icの偏差の絶対値を演算する。前記絶対値の演算結果が容量制御値最小変化量Icsよりも小さくない場合（制御目標値Ict≠現在値Ic）は、容量制御出力値Icと容量制御目標値Ictを比較し、容量制御出力値Icが容量制御目標値Ictより小さければ容量制御出力値Icに容量制御値最小変化量Icsを加算して容量制御演算値Iccとし、これを制御値出力Icに代入し、容量制御の制御値出力として用いる。ここで、容量制御値最小変化量Icsは予め定められた所定値であり、この値により容量変化速度が決定される。

また、エアコンスイッチＯＦＦであれば圧縮機停止時間Cftの前回値Cftn-1に制御周期S1を加算して圧縮機停止時間（コンプレッサ〔コンプ〕停止時間）Cftを演算し、再びエアコンスイッチ判定を行う。

また、容量変化の傾斜制御あり／なし判定として、圧縮機停止時間Cftが所定値Ａ以上でない場合は、容量変化の傾斜制御なしと判定し、容量制御目標値Ictを制御値出力Icに代入し、容量制御の制御値出力として用いる。

図４は別の実施例に係る制御を示しており、各センサ入力信号／演算値を制御装置に読み込み、圧縮機運転条件認識値に応じた、可変容量圧縮機の容量制御を行う場合を示している。

図４に示す制御においては、制御スタート後、エアコンスイッチＯＮまたはＯＦＦ（圧縮機運転要求有／無）を判定する。エアコンスイッチＯＮであれば、圧縮機停止時間前回値Cftn-1を０とし、各センサからの入力値または演算値を読み込む(Cft初期値：０、Ic初期値：０）。次に、前ステップのデータ読み込み値から容量制御目標値Ictを演算する。次に容量変化の傾斜制御あり／なし判定として、圧縮機停止時間Cftが０または所定値Ａ以上の時に前記制御ありと判定し、圧縮機運転条件値Cconを演算した後、容量変化量Icfを演算する。容量変化量Icfは、容量制御目標値Ictと容量制御値Icの差を、制御周期S1と所定値Ｂを乗じたもので除算し演算される。ここで、容量変化量演算値Icfは圧縮機運転条件値Cconに応じて設定されるもので、この容量変化量演算値Icfにより容量変化速度が決定される。以降は、図３に示した実施例と同様である。

本発明の一実施態様に係る可変容量圧縮機の制御装置を備えた車両用空調装置の冷凍サイクルの概略構成図である。 本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置による制御を行った場合の一例を示す特性図である。 本発明における制御例を示すフローチャートである。 本発明における別の制御例を示すフローチャートである。 従来の制御例を示すフローチャートである。 従来の制御を行った場合の一例を示す特性図である。 従来の制御方式における一例を示す特性図である。 本発明で使用可能な制御方式における一例を示す特性図である。

符号の説明

１ 冷凍サイクル
２ 車両走行用のエンジン
３ 可変容量圧縮機
４ 電磁制御弁
５ クラッチ
６ 凝縮器
７ 受液器
８ 膨張弁
９ 蒸発器
１０ 制御装置
１１ 各種センサ信号
１２ 容量制御信号
１３ クラッチ信号

Claims (9)

1. （Ａ）車両走行用エンジンによって駆動され、車両に搭載された冷凍サイクル中に設けられ、低圧冷媒管路に通じる吸入室から吸入した冷媒を圧縮して高圧冷媒管路に通じる吐出室に吐出し、調整室の圧力変化により冷媒の吐出量を変化させる圧縮機であって、調整室の圧力と吸入室の圧力の少なくとも一方と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように、調整室と吐出室または吸入室の圧力との間を連通及び閉塞する電磁制御弁の電磁力を変化させることにより前記差圧を変化させて冷媒の吐出量を制御するようにした可変容量圧縮機と、（Ｂ）前記圧縮機の吐出容量を制御する容量制御信号を出力する圧縮機制御手段とを備えた可変容量圧縮機の制御装置において、
   前記圧縮機制御手段が、圧縮機の吐出容量を最小または零の状態から、前記吐出容量が最小よりも大きいまたは零よりも大きい状態に移行させるとき、圧縮機の吐出容量が暫増するよう、前記容量制御信号を暫増させて出力することを特徴とする可変容量圧縮機の制御装置。
2. 前記容量制御信号を、傾斜暫増特性にて出力する、請求項１の可変容量圧縮機の制御装置。
3. 前記容量制御信号を、圧縮機の吐出容量または／および吐出圧力にオーバーシュートが生じない速度で暫増させる、請求項１または２の可変容量圧縮機の制御装置。
4. さらに、前記容量制御信号を暫増させる制御の必要性を判定する容量制御信号暫増制御判定手段を有し、前記圧縮機制御手段は、容量制御信号暫増制御が必要ありと判断された場合に容量制御信号暫増制御を行い、必要なしと判断された場合には容量制御信号暫増制御を行わない、請求項１〜３のいずれかに記載の可変容量圧縮機の制御装置。
5. さらに、圧縮機の運転条件を認識する圧縮機運転条件認識手段を有し、前記圧縮機制御手段は、圧縮機運転条件認識値に応じて、圧縮機の吐出容量の変化速度を変更するよう、前記容量制御信号を出力する、請求項１〜４のいずれかに記載の可変容量圧縮機の制御装置。
6. さらに、圧縮機の吐出容量が最小または零の状態になってからの経過時間を認識する圧縮機停止時間認識手段、圧縮機の吐出容量が最小または零の状態での外気温度に相関のある物理量を検知または認識し、外気温度変化量が正の値となる時間を認識できる外気温度変化時間認識手段、圧縮機の吐出容量が最小または零の状態での車室内温度に相関のある物理量を検知または認識し、かつ、前記圧縮機運転停止状態での外気温度に相関のある物理量を検知または認識し、さらに、前記車室内温度と前記外気温度との差を演算する車室内温度−外気温度差認識手段、前記エンジンの回転速度に相関のある物理量を検知または認識する回転速度認識手段の少なくとも１つを有し、
   前記容量制御信号暫増制御判定手段は、前記圧縮機停止後の経過時間、前記圧縮機停止状態での外気温度変化時間、前記圧縮機停止状態での車室内温度と外気温度との差、前記エンジンの回転速度の少なくとも１つが、予め設定した所定値以上のときに容量制御信号暫増制御を行う必要ありと判断する、請求項４または５の可変容量圧縮機の制御装置。
7. さらに、エンジン運転状態がアイドリング中か走行中かを判定するエンジン運転状態判定手段を有し、前記容量制御信号暫増制御判定手段は、エンジンがアイドル状態のときに容量制御信号暫増制御を行う必要ありと判断する、請求項４または５の可変容量圧縮機の制御装置。
8. 前記圧縮機の吐出容量を最小または零の状態から、前記吐出容量が最小よりも大きいまたは零よりも大きい状態に移行させるとき以外のときにおいても、圧縮機の吐出容量を増加させる場合に、容量制御信号暫増制御を行う、請求項１〜７のいずれかに記載の可変容量圧縮機の制御装置。
9. 前記圧縮機制御手段は、圧縮機の吐出容量が最小または零の状態から、前記吐出容量が最小または零よりも大きい状態に移行した後、再び圧縮機の吐出容量が最小または零の状態に移行する場合に、容量制御信号暫減制御を行う、請求項１〜８のいずれかに記載の可変容量圧縮機の制御装置。

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