JP2007154854A - 誘導性負荷のｐｗｍ駆動方式 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘導性負荷への通電初期時にオーバーシュート電流が生じ難く、かつそれを低コストで実現可能なＰＷＭ駆動方式を提供する。
【解決手段】 駆動電流の平均値が予め定められた目標電流値Ｉ_１に維持されるよう、駆動対象となる誘導性負荷Ｌを、該目標電流値Ｉ_１に対応した基本デューティ比η_０により該誘導性負荷Ｌの電源側に直列接続されたスイッチングトランジスタＴｒによりＰＷＭ駆動制御する誘導性負荷Ｌの制御方式において、ＰＷＭ制御のデューティ比ηを、基本デューティ比η_０よりも小さく設定された立ち上がり制御時間ｔ_０を設けたことを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、誘導性負荷の駆動電流を制御するためのＰＷＭ駆動方式であり、特に車両用空調制御装置の可変容量圧縮機の容量を可変する電磁弁を駆動するソレノイドへの通電電流を制御するためのＰＷＭ駆動方式に関する。

従来の車両用空調装置に用いられる可変容量圧縮機には、冷媒の吐出容量を電磁弁の制御によって可変するものがある。電磁弁は、ソレノイドの駆動電流の平均値が予め定められた目標電流値に維持されるように、ソレノイドの電源側に直列接続されたスイッチングトランジスタによってＰＷＭ駆動制御されており、この場合、ＰＷＭ制御のデューティ比を、最初から目標電流値に対応した基本デューティ比に設定して誘導性負荷の駆動を立ち上げて、電磁弁の開閉を行なっている。

ところが、ＰＷＭ制御のデューティ比を、最初から目標電流値に対応した基本デューティ比に設定して誘導性負荷の駆動を立ち上げる場合、温度条件によっては通電初期に比較的大きなオーバーシュート電流が流れるため、スイッチングトランジスタには比較的電流容量の大きいものを用いる必要があり、コスト高となっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、誘導性負荷への通電初期時にオーバーシュート電流が生じ難く、かつそれを低コストで実現可能なＰＷＭ駆動方式を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の誘導性負荷のＰＷＭ駆動方式は、駆動電流の平均値が予め定められた目標電流値に維持されるよう、駆動対象となる誘導性負荷を、該目標電流値に対応した基本デューティ比により該誘導性負荷の電源側に直列接続されたスイッチングトランジスタによりＰＷＭ駆動制御する誘導性負荷の制御方式において、ＰＷＭ制御のデューティ比を最初から基本デューティ比に設定して誘導性負荷の駆動を立ち上げた場合に見込まれる目標電流値に対する通電初期のオーバーシュート電流が縮小されるよう、基本デューティ比よりも小さく設定された立ち上がり制御時間を設けたことを特徴とする。

上記駆動方式によれば、誘導性負荷への通電初期に生じるオーバーシュート電流を縮小することができるため、従来よりも電流容量の小さいスイッチングトランジスタを使用することができ、コストを抑えることができる。

また、立ち上がり制御期間において、デューティ比を基本デューティ比まで漸増させることができるし、デューティ比を基本デューティ比まで直線的に増加させることもできる。これにより、誘導性負荷への通電初期に生じるオーバーシュート電流を発生させることなく目標電流値に到達させることができるため、より電流容量の小さいスイッチングトランジスタを使用することができ、コストを抑えることができる。

また、本発明の誘導性負荷のＰＷＭ駆動方式における誘導性負荷は、車両用空調装置の可変容量コンプレッサに設けられた、冷媒吐出容量の切り替えバルブを駆動するソレノイドとすることができる。冷媒吐出容量の切り替えバルブは、高圧の冷媒ガスによって付勢されており、これに抗する力でバルブを駆動させるバルブ駆動電流として比較的大きな電流が必要とされる。従来は、この大電流のバルブ駆動電流によって生じるオーバーシュート電流を考慮する必要が有るため、極めて電流容量の大きいスイッチングトランジスタを選択する必要があったが、本発明の誘導性負荷のＰＷＭ駆動方式によれば、オーバーシュート電流が低減または排除されるため、従来よりも小さい電流容量のスイッチングトランジスタを選択することができ、コストを抑えることができる。

以下、本発明の誘導性負荷のＰＷＭ駆動方式を、車両用空調装置の冷凍サイクルにおける可変容量圧縮器（可変容量コンプレッサ）の冷媒吐出容量の切り替え制御に採用した場合の一実施例を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の誘導性負荷のＰＷＭ駆動方式を採用した、車両用空調装置の冷凍サイクルの模式図である。図１に示す冷凍サイクルは、車両用空調装置に設けられる周知の冷凍サイクルと同様の構成をなしており、ガス状の冷媒を吸入・圧縮して高温・高圧ガスとして送り出す可変容量圧縮器１と、送り出された冷媒（高温・高圧ガス）を車外空気（クーリングファンによって取り入れる）によって冷却し、凝縮の潜熱を奪って液化する凝縮器（コンデンサ）２と、液化された冷媒をガスと液とに分離して液冷媒のみを送り出す受液器（レシーバ）３と、送り出された液冷媒を膨張させ、低温・低圧の霧状冷媒とする膨張弁（エキスパンションバルブ）４と、その低温・低圧の霧状冷媒によって車室内の空気から潜熱を奪って車室内空気を冷却するとともに、このとき気化された冷媒を可変容量圧縮器１に送り出す蒸発器（エバポレータ）５とで構成されている。

図２は、本実施例における可変容量圧縮器１（スワッシュ式）の断面図であり、周知のものある。可変容量圧縮器１は、シリンダボア３０ａが形成されるシリンダブロック３０と、シリンダブロック３０の一方の端面に取り付けられたフロントハウジング２０と、シリンダブロック３０の他方の端面に取り付けられたリヤハウジング４０とを備えて構成される。また、図に示す可変容量圧縮器１のフロント側（図の左側）端部には、図示されないプーリおよびマグネットクラッチが設けられており、外部の駆動源（例えばエンジン）からの動力を回転シャフト１１に伝達するよう構成されている。

回転シャフト１１には斜板１２が一体回転するように固定されており、斜板１７によって回転シャフト１１の回転はシリンダブロック３０内に複数あるピストン１３の往復運動に変換され、ピストン１３は回転シャフト１１の軸線方向に沿って往復動作する。

また、フロントハウジング２０とリヤハウジング４０との双方には、高圧ガス帯Ａと、低圧ガス帯Ｂと、シリンダボア３０ａと連通する吸入室４８と、吐出室４９と、シリンダボア３０ａ側から一定以上の圧力を受けることで吐出孔４２ａを連通させる高圧吐出弁４２と、高圧ガス帯Ａからの高圧ガス冷媒の逆流を防ぐ逆止弁４１と、が設けられており、フロント側とリヤ側との双方から逆止弁４１を介して圧縮された高圧ガス冷媒が高圧ガス帯Ａに送り出され、さらにそれが凝縮器（コンデンサ）２に送り出される。また、フロントハウジング２０とリヤハウジング４０との双方には、上記構造に加えて、本実施例の可変容量圧縮器１の冷媒吐出容量の切り替えを行なう可変容量機構が設けられている。本実施例では、可変容量機構としてソレノイド部（冷媒吐出容量の切り替えバルブ）４３と、プランジャ４６とが設けられる。プランジャ４６には、バルブプレート４７側に高圧吐出弁４２が一体に設けられており、スプリング４４によってバルブプレート４７とは逆側に付勢されている。

図３の（ａ）及び（ｂ）は、本実施例における可変容量圧縮器１の１００％容量運転時及び５０％容量運転時の状態を示す図である。図３の（ａ）に示す１００％容量運転時においては、フロント側とリヤ側との双方から高圧ガス冷媒が凝縮器（コンデンサ）２に送り出される。この場合、可変容量機構を構成するフロント側及びリヤ側に設けられたソレノイド部４３のソレノイド（ソレノイドコイル：本発明の誘導性負荷）４３ａには通電がなされず、バルブ４３ｂは、高圧ガス帯Ａと連通する高圧バイパス通路Ａ１内の高圧ガス冷媒によって低圧ガス通路Ｂ１側に押し付けられ、低圧ガス通路Ｂ１を塞ぐ。これにより、プランジャ４６の背面側に高圧ガス冷媒が導かれ、プランジャ４６はスプリング４４による付勢力に打ち勝って高圧吐出弁４２をバルブプレート４７に押し付けて、各ピストン１３が圧縮作動し、逆止弁４１が図の上方に押し付ける。このようにして、図３の（ａ）に示す１００％容量運転時においては、高圧ガス冷媒が、フロント側とリヤ側との双方から、各吐出孔４２ａ、吐出室４９、及びリヤ側の高圧ガス帯Ａを介して凝縮器（コンデンサ）２に送り出される。

図３の（ｂ）に示す５０％容量運転時においては、フロント側のみから高圧ガス冷媒が凝縮器（コンデンサ）２に送り出される。この場合、可変容量機構を構成するリヤ側に設けられたソレノイド部４３のソレノイド（ソレノイドコイル）４３ａに通電がなされ、バルブ４３ｂが吸引されて低圧ガス通路Ｂ１側を開き、高圧バイパス通路Ａ１側を閉じる。プランジャ４６は、その背面側が高圧ガス冷媒によって押圧されなくなるため、スプリング４４による付勢力によってバルブプレート４７側に移動し、高圧吐出弁４２をバルブプレート４７から引き離す。このとき、リヤ側の各吐出孔４２ａは常に開放状態とされるので、リヤ側の各ピストン１３は圧縮作動しない。このため、逆止弁４１はフロント側との圧力差で下降し、リヤ側の吐出通路（リヤ側の高圧ガス帯Ａ）が閉じられ、高圧ガス冷媒が低圧側に逆流することを防止する。他方、フロント側のソレノイドコイルには通電がなされず、上記の図３の（ａ）と同様にして各ピストン１３が圧縮作動を行なう。このようにして、図３の（ｂ）に示す５０％容量運転時においては、高圧ガス冷媒は、フロント側からのみ送り出される。

図４は、本実施例における可変容量圧縮器１の冷媒吐出容量切り替え制御を行なう電流制御装置の電気的構成を示すブロック図である。図に示す電流制御装置３００は、エアコンＥＣＵ１００と、そのエアコンＥＣＵ１００にソレノイド駆動回路１０を介して接続される可変容量圧縮器１と、エアコンＥＣＵ１００と接続されるボデーＥＣＵ２００と、を主として構成される。

エアコンＥＣＵ１００は、その要部が、ＣＰＵ１０１、ワークメモリ１０２ａを有するＲＡＭ１０２、周知のエアコン制御プログラムを含む各種プログラムを記憶するＲＯＭ１０３、入出力部（図ではＩ／Ｏと表示）１０５、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ（図では外部メモリと表示）１０６、及び通信インターフェース（図ではＩＦと表示）１０７が内部バス１４にて接続されて構成される。このエアコンＥＣＵ１００は、シリアル通信バス５０によりボデー系ＥＣＵ２００等の他のＥＣＵと通信インターフェースを介して接続している。ボデー系ＥＣＵ２００には、蒸発器（エバポレータ）５通過後のインレットエア温度を検出するエバポレータ温度センサ２０１、及びエンジン冷却水温を検出する水温センサ２０２等の各種センサ群が接続されており、それらが検出する車両の基本動作情報をエアコンＥＣＵ側が取得することを可能としている。また、エアコンＥＣＵ１００の入出力部１０５には、車両用空調装置の各種エアコン操作を実行するための操作部１２０と、可変容量圧縮器１の可変容量機構であるソレノイド部４３を駆動するためのソレノイド駆動回路１０とが接続されている。

ソレノイド駆動回路１０は、エアコンＥＣＵ１００にて決定されるデューティ比に基づいて入力パルスの生成を行ない、生成された入力パルスを可変容量圧縮器１のソレノイド部４３に設けられたスイッチングトランジスタＴｒに対して入力するものである。図５は、可変容量機構の切り替えを行なう容量切り替え手段をなすソレノイド部４３の駆動する回路を示す図であり、電源Ｖｂに対し、スイッチングトランジスタＴｒとソレノイド部４３のソレノイドコイルＬ（図３の符号１３ａ）がこの順で直列接続されている。本実施例の電源Ｖｂは鉛蓄電池からなる車載バッテリーである。

また、エアコンＥＣＵ１００のＲＯＭ１０３には、可変容量圧縮器１における冷媒吐出容量の可変容量機構を切り替えるための空調モード切替プログラム１０３ａが格納されている。以下、該空調モード切替プログラム１０３ａの流れを、図６に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、Ｓ１においてエンジンが始動すると、Ｓ２において、フロント側とリヤ側との双方のソレノイドコイルＬに対して通電が行なわれ、フロント側とリヤ側との双方のピストン１３を圧縮作動がされない状態（可変容量圧縮器１の冷媒吐出容量を０％とする０％容量運転状態）とする。その上で、Ｓ３において、車両に設けられたエアコン操作部１２０の主電源がＯＮとされていた場合にＳ４に進み、Ｓ４では、エアコン操作部１２０に設けられたエコノミ制御スイッチがＯＮとされているかを判定する。ＯＮであった場合はＳ６に進み、ＯＦＦであった場合にはＳ５に進む。Ｓ５では、冷房熱負荷状態を判定する。具体的には、本実施例の冷凍サイクルにインレットエアを冷却するあるか否かの判定を、エバポレータ温度センサ２０１が検出する、蒸発器（エバポレータ）５通過後のインレットエア温度に基づいてＣＰＵ１０１が判定を行なう。本実施例では、インレットエア温度が予め定められた下限温度（例えば３℃）以上であった場合にＳ８に進み、下限温度以下であった場合にはＳ６に進む。Ｓ６では、エンジン冷却系が高温状態にあるか否かを判定する。具体的には、水温センサ２０２が検出するエンジン冷却水の温度が予め定められた下限温度以下であった場合にＳ６進み、下限温度以上であった場合にはＳ７に進む。Ｓ７では、フロント側とリヤ側との双方のソレノイドコイルＬに通電を行なわず、双方のピストン１３を圧縮作動させ、可変容量圧縮器１の冷媒吐出容量を１００％とする１００％容量運転状態（通常制御モード）としてＳ７に進む。また、Ｓ８に進んだ場合には、リヤ側のソレノイドコイルＬのみ通電を行ない、フロント側のピストン１３のみを圧縮作動させて、可変容量圧縮器１の冷媒吐出容量を５０％とする５０％容量運転状態（エコノミ制御モード）としてＳ９に進む。Ｓ９では、エアコン操作部１２０の主電源がＯＦＦされたか否かを判定し、ＯＦＦされていない場合にはＳ４に戻って上記のＳ４〜Ｓ８を繰り返し、ＯＦＦされていた場合には本プログラム１０３ａを終了する。

本実施例は、上記プログラム１０３ａの実行において、Ｓ２及びＳ８において、ソレノイドコイルＬへの通電がなされる。図５のソレノイドコイルＬ（図３の符号１３ａ）は、車両のバッテリー電源Ｖ_Ｂから受電する駆動電流の平均値が予め定められた目標電流値Ｉ_１に維持されるよう、その目標電流値Ｉ_１に対応した基本デューティ比η_０により、該ソレノイドコイルＬの電源Ｖ_Ｂ側に直列接続されたスイッチングトランジスタＴｒによってＰＷＭ駆動制御されるように構成される。そして、ソレノイドコイルＬを駆動するＰＷＭ制御のデューティ比ηは、最初から上記した基本デューティ比η_０に設定してソレノイドコイルＬの駆動を立ち上げると通電初期においてオーバーシュート電流の発生が見込まれるため、そのオーバーシューと電流が縮小されるようにされている。

図７は、本実施例において、ソレノイドコイルＬへの通電を行なうためにソレノイド駆動回路１０がスイッチングトランジスタＴｒに出力する制御パルス信号のデューティ比を示している。ここでは、予め定められた立ち上がり制御時間ｔ_０がＴ_１−Ｔ_０と定められており、その立ち上がり制御時間ｔ_０内においてソレノイドコイルＬの通電電流Ｉを目標電流値Ｉ_１とするように、デューティ比ηが図７の直線ａ_１に示すようにリニアに変化させる。そして、立ち上がり制御時間ｔ_０経過後には、デューティ比ηがソレノイドコイルＬの通電電流Ｉを目標電流値Ｉ_１に維持する基本デューティ比η_０に固定する。これにより、ソレノイドコイルＬへの通電電流Ｉは、立ち上がり制御時間ｔ_０内においてオーバーシュートを生じることなく、図８の直線ｂ_１に示すようにリニアに変化して、立ち上がり制御時間ｔ_０経過後には目標電流値Ｉ_１に維持される。従来は、ソレノイドコイルＬへの通電に際して、デューティ比ηが直ちに基本デューティ比η_０に設定されるため、ソレノイドコイルＬへの通電電流Ｉは、図８のｂ´に示すように、立ち上がり制御時間ｔ_０内においてオーバーシュートを生じていた。なお、デューティ比ηは、時間ｔに対して本来断続的に変化するパラーメータであるが、図７においてはその断続的変化を補完した連続関数として表したものである（図９も同様）。

なお、本発明は、駆動電流の平均値が予め定められた目標電流値に維持されるよう、駆動対象となる誘導性負荷を、該目標電流値に対応した基本デューティ比により該誘導性負荷の電源側に直列接続されたスイッチングトランジスタによりＰＷＭ駆動制御する誘導性負荷の制御方式において、ＰＷＭ制御のデューティ比を基本デューティ比よりも小さく設定された立ち上がり制御時間を設けたことを特徴とするものであり、その立ち上がり制御時間内におけるＰＷＭ制御のデューティ比は、少なくとも、最初から基本デューティ比に設定して誘導性負荷の駆動を立ち上げた場合に見込まれる目標電流値に対する通電初期のオーバーシュート電流が縮小されるようなデューティ比であれば特に限定はされない。

以上、本発明の実施例を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、図９に示すように、デューティ比が曲線ａ２や曲線ａ２のように曲線的に変化するように制御させてもよいし、ａ３のように階段状に変化するように制御することもできる。また、本発明は、上記の可変容量圧縮器の圧縮方式のものに限定されるものではなく、他の方式においても、冷媒吐出容量の切り替えバルブを駆動するソレノイドを有するものであれば適用可能である。

本発明の誘導性負荷のＰＷＭ駆動方式を採用した、車両用空調装置の冷凍サイクルの模式図。 図１の可変容量圧縮器の断面図。 図１の可変容量圧縮器の容量運転状態を説明する図。 図１の可変容量圧縮器の冷媒吐出容量切り替え制御を行なう電流制御装置の電気的構成を示すブロック図。 図２のソレノイド部４３を含んで構成される回路図。 空調モード切替プログラムの流れを示すフローチャート。 制御パルス信号のデューティ比の変化を示す図。 図７の制御パルス信号に基づく駆動電流の平均値の変化を示す図。 図７とは異なる、制御パルス信号のデューティ比の変化を示す図。

符号の説明

１ 可変容量圧縮器
１０ ソレノイド駆動回路
１００ エアコンＥＣＵ
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＡＭ
１０３ ＲＯＭ
１０３ａ 空調モード切替プログラム
１０５ 入出力部
１０６ 外部メモリ
１２０ エアコン操作部
２００ ボデーＥＣＵ
２０１ エバポレータ温度センサ
２０２ 水温センサ
η_０ 基本デューティ比
ｔ_０ 立ち上がり制御時間
Ｉ_１ 目標電流値

Claims (4)

1. 駆動電流の平均値が予め定められた目標電流値に維持されるよう、駆動対象となる誘導性負荷を、該目標電流値に対応した基本デューティ比により該誘導性負荷の電源側に直列接続されたスイッチングトランジスタによりＰＷＭ駆動制御する誘導性負荷の制御方式において、前記ＰＷＭ制御のデューティ比を最初から前記基本デューティ比に設定して前記誘導性負荷の駆動を立ち上げた場合に見込まれる前記目標電流値に対する通電初期のオーバーシュート電流が縮小されるよう、前記基本デューティ比よりも小さく設定された立ち上がり制御時間を設けたことを特徴とする誘導性負荷のＰＷＭ駆動方式。
2. 前記立ち上がり制御期間において前記デューティ比を前記基本デューティ比まで漸増させる請求項１記載の誘導性負荷のＰＷＭ駆動方式。
3. 前記立ち上がり制御期間において前記デューティ比を前記基本デューティ比まで直線的に増加させる請求項１記載の誘導性負荷のＰＷＭ駆動方式。
4. 前記誘導性負荷が車両用空調装置の可変容量コンプレッサーに設けられた、冷媒吐出容量の切り替えバルブを駆動するソレノイドである請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の誘導性負荷のＰＷＭ駆動方式。

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