JP2007322021A - 車両用冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン回転数の変動の影響を受けにくく、正確に冷媒不足の判定が行える車両用冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】エアコンＥＣＵ５は、可変状態検出手段で可変状態が検出されるときに、冷媒不足検出手段にて冷媒不足か否かの判定を行うようにしている。
これによれば、容量制御弁３８を有するコンプレッサ１を用いることで吐出容量の可変時には、エンジン回転数と連動してコンプレッサ回転数が変動しても冷媒流量は一定となるように制御される。このため、コンプレッサ１が吐出容量を可変している状態にあることを検出して、この冷媒流量が一定となっているときに冷媒不足検出を行うようにすることにより、エンジン回転数の変動の影響を受けず、正確に冷媒不足の判定を行うことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両走行用エンジンによって駆動される圧縮機を有する車両用冷凍サイクル装置に関するものであり、特に冷凍サイクル中の冷媒（ガス）不足の検出に関するものである。

従来、冷凍サイクル中の冷媒（ガス）不足を検出する技術として、下記特許文献１〜３に示されるような技術がある。下記の特許文献１に示すクーラサイクルでは、コンプレッサ（圧縮機）の吐出部近辺に冷媒の圧力および温度検出器を設け、圧力が一定値以下で且つ温度が一定値以上のときにのみ冷媒量不足信号を発生させる検知装置を設けている。

また、下記の特許文献２に示す空気調和機では、コンプレッサの吐出側における圧力Ｈｐと吐出ガス温度Ｔｄとの関係において、Ｔｄ＞Ａ×Ｈｐ＋Ｂ（Ａは係数、Ｂは定数）の場合にガス欠と判断している。また、下記の特許文献３に示す車両用ヒートポンプ式冷暖房装置では、冷凍サイクル中の冷媒不足判定を、起動前の飽和圧力値と、起動してから所定時間経過後の圧力値との２つの圧力値によって判定している。
特開昭５８−９５１７５号公報 特開平６−１８５８３７号公報 特許第３４０４９９０号

しかしながら、上記特許文献１に示されるように、車両エンジンによって駆動されるコンプレッサで冷媒循環させる冷凍サイクルでは、コンプレッサの回転数がエンジン回転数に依存して大きく変動するものとなる。そのため、上記特許文献１ではエンジン回転数の変動の影響も考慮しているものの、正確な冷媒不足の判定が難しいという問題点がある。ちなみに上記特許文献２の冷凍サイクルは定置式であり、インバータ制御の電動式コンプレッサを用いている。また、上記特許文献３の冷凍サイクルは車両用であるが、コンプレッサには電動式コンプレッサもしくは油圧駆動式のコンプレッサを用いている。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、エンジン回転数の変動の影響を受けにくく、正確に冷媒不足の判定が行える車両用冷凍サイクル装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項９に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、車両エンジン（４）によって駆動される圧縮機（１）、放熱器（６）、減圧手段（８）、蒸発器（９）を環状に接続した蒸気圧縮式の冷凍サイクル（Ｒ）と、圧縮機（１）に設けられ、外部からの制御信号によって圧縮機（１）の吐出容量を制御する容量制御機構（３８）と、車両エンジン（４）の回転数に関連する回転数信号が入力され、容量制御機構（３８）を制御する制御手段（５）とを備え、
制御手段（５）には、圧縮機（１）が吐出容量を可変している状態にあることを検出する可変状態検出手段と、冷凍サイクル（Ｒ）中の冷媒不足を検出する冷媒不足検出手段とを備え、
制御手段（５）は、可変状態検出手段で可変状態が検出されるときに、冷媒不足検出手段にて冷媒不足か否かの判定を行うことを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、容量制御機構（３８）を有する圧縮機（１）を用いることで吐出容量の可変時には、エンジン回転数と連動して圧縮機回転数が変動しても冷媒流量は一定となるように制御される。このため、圧縮機（１）が吐出容量を可変している状態にあることを検出して、この冷媒流量が一定となっているときに冷媒不足検出を行うようにすることにより、エンジン回転数の変動の影響を受けず、冷媒不足の判定を正確に行うことができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の車両用冷凍サイクル装置において、制御手段（５）は、可変状態検出手段として、容量制御機構（３８）を制御して吐出容量を所定値に減少させようとする場合の可変開始電流（Ｉｍａｘ）と、実際に容量制御機構（３８）に出力する制御電流（Ｉｃ）とを比較し、制御電流（Ｉｃ）が可変開始電流（Ｉｍａｘ）よりも小さい場合に可変状態であると判定することを特徴としている。

この請求項２に記載の発明によれば、容量可変を開始させる際の可変開始電流（Ｉｍａｘ）に対して容量可変中の制御電流（Ｉｃ）は小さくて済むため、出力している制御電流（Ｉｃ）が可変開始電流（Ｉｍａｘ）よりも小さいか否かを判定することで容易に容量可変中か否かを検出することができる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の車両用冷凍サイクル装置において、蒸発器（９）の蒸発器後温度（Ｔｅ）を検出する蒸発器後温度検出手段（３２）を備え、
制御手段（５）は、検出された蒸発器後温度（Ｔｅ）と、所定時間前に検出された蒸発器後温度（Ｔｅ）とを比較して温度変化量（ΔＴｅ）を算出し、温度変化量（ΔＴｅ）の絶対値が所定値よりも小さい場合に、冷媒不足検出手段にて冷媒不足か否かの判定を行うことを特徴としている。

この請求項３に記載の発明によれば、容量可変状態の検出に加え、定常状態であることを蒸発器後温度（Ｔｅ）の変化率が所定値よりも小さいことで検出することにより、より確実に定常状態を選択して、冷媒不足の判定を正確に行うことができる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の車両用冷凍サイクル装置において、制御手段（５）は、冷凍サイクル（Ｒ）を起動してからの経過時間を計測できるタイマー手段（Ｓ２２３）を有し、タイマー手段（Ｓ２２３）にて所定時間以上経過したときに、冷媒不足検出手段にて冷媒不足か否かの判定を行うことを特徴としている。

この請求項４に記載の発明によれば、起動初期で冷凍サイクルが安定に向かっている過渡期には冷媒不足判定を行わず、安定的な稼働となってから冷媒不足判定を開始するようになるため、冷媒不足の判定を正確に行うことができる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の車両用冷凍サイクル装置において、圧縮機（１）から吐出される吐出側冷媒圧力（Ｐｄ）を検出する吐出圧検出手段（３９）と、圧縮機（１）から吐出される吐出側冷媒温度（Ｔｄ）を検出する吐出温検出手段（４０）とを備え、
制御手段（５）は、冷媒不足検出手段として、検出された吐出側冷媒圧力（Ｐｄ）から冷媒不足を判定する吐出側冷媒温度（Ｔｄ）の閾値（ＴＤＯ）を決め、検出された吐出側冷媒温度（Ｔｄ）と閾値（ＴＤＯ）とを比較して吐出側冷媒温度（Ｔｄ）が閾値（ＴＤＯ）よりも高い場合に冷媒不足であると判定することを特徴としている。

この請求項５に記載の発明によれば、吐出側冷媒圧力（Ｐｄ）と吐出側冷媒温度（Ｔｄ）とで判定を行うことにより、外気温度やエンジン回転数などの外的要因による影響を受けにくく、広い冷媒量領域で正確な判定が行える。

また、請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の車両用冷凍サイクル装置において、圧縮機（１）に吸入される吸入側冷媒圧力（Ｐｓ）を検出する吸入圧検出手段（４１）を備え、
制御手段（５）は、検出される吸入側冷媒圧力（Ｐｓ）に応じて閾値（ＴＤＯ）を補正することを特徴としている。

この請求項６に記載の発明によれば、吐出側冷媒温度（Ｔｄ）は、吐出側冷媒圧力（Ｐｄ）と吸入側冷媒圧力（Ｐｓ）と圧縮効率とで決まるため、さらに低圧側の吸入側冷媒圧力（Ｐｓ）にて補正を加えることで、より正確に冷媒不足を判定することができる。

また、請求項７に記載の発明では、請求項５に記載の車両用冷凍サイクル装置において、制御手段（５）は、検出される蒸発器後温度（Ｔｅ）に応じて閾値（ＴＤＯ）を補正することを特徴としている。

この請求項７に記載の発明によれば、通常、冷凍サイクルでは冷却制御や除霜制御を行うために、蒸発器後温度（Ｔｅ）を検出する蒸発器後温度検出手段（３２）を備えている。このため、吸入側冷媒圧力（Ｐｓ）を蒸発器後温度（Ｔｅ）から推定することで吸入圧検出手段（４１）を不要とすることができ、センサ数を低減してコストを抑えることができる。

また、請求項８に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載の車両用冷凍サイクル装置において、冷凍サイクル（Ｒ）の稼働状況を表示する表示手段（３６）を備え、
制御手段（５）は、冷媒不足検出手段にて冷媒不足と判定した場合、表示手段（３６）に、乗員に「冷媒不足」を知らしめる表示を出力することを特徴としている。

この請求項８に記載の発明によれば、通常ならば乗員が冷却能力の異常に気付いてから冷媒不足が判明して処置が成されるが、乗員に対して早期に（冷媒不足度合いが小さいうちに）知らしめることにより、乗員に冷却能力不足の不満を抱かせる前に圧縮機保護の処置が早期に成されるようになる。

また、請求項９に記載の発明では、請求項１ないし請求項８のうちいずれか１項に記載の車両用冷凍サイクル装置において、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を使用していることを特徴としている。

この請求項９に記載の発明によれば、二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を用いて吐出側冷媒圧力（Ｐｄ）が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルでは、フロン冷媒などを用いて吐出側冷媒圧力（Ｐｄ）が冷媒の臨界圧力以下となる亜臨界冷凍サイクルに対して吐出側冷媒温度（Ｔｄ）が高くなる。このため、通常では冷媒不足による吐出温度保護が入り易くなるが、本冷媒不足検出制御を適用することで二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を用いても吐出温度保護が入りにくくすることができ、より確実に冷房能力を確保することができる。

なお、上記各手段および特許請求の範囲に記載する各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。図１ないし図３は、本発明の実施形態に係るオートエアコンシステムを示すものであり、図１はオートエアコンシステムの全体構成を示した模式図、図２は図１のオートエアコンシステムにおける制御系の構成を示すブロック図である。また、図３は図１、図２のエアコンＥＣＵ５（制御手段）における全体制御プログラムを示すフローチャートである。

車両用空調装置の冷凍サイクルＲには、冷媒を吸入し圧縮して吐出するコンプレッサ（圧縮機）１が備えられている。なお、本実施形態の冷凍サイクルＲは、冷媒に二酸化炭素（以下、ＣＯ_２）冷媒を用いており、コンプレッサ１にて冷媒の臨界圧力以上まで圧縮する超臨界冷凍サイクルである。また、コンプレッサ１は容量可変機構によって圧縮容量が可変できる可変容量コンプレッサ１となっており、冷却能力可変手段として、容量制御弁（容量制御機構）３８で圧縮容量を制御している。

この容量制御弁３８は本空調装置の制御手段としてのエアコンＥＣＵ５によって制御されている。コンプレッサ１は動力断続用の電磁クラッチ２を有し、車両エンジン（車両走行用エンジン）４の動力がＶベルト３および電磁クラッチ２を介してコンプレッサ１に伝達される。電磁クラッチ２への通電はエアコンＥＣＵ５によって断続され、電磁クラッチ２が通電されて接続状態になると、コンプレッサ１は運転状態となる。これに反し、電磁クラッチ２の通電が遮断されて開離状態になると、コンプレッサ１は停止する。

コンプレッサ１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、ガスクーラ（放熱器）６に流入し、ここで、図示しない冷却ファンによって送風される外気冷却風と熱交換して冷却される。なお冷媒は、臨界圧力以上まで圧縮されているため、この冷却では凝縮しない。このガスクーラ６で冷却された冷媒は、次に内部熱交換器３３の高圧側冷媒流路３３ａを流通する。この内部熱交換器３３は、コンプレッサ１に吸入される低圧冷媒と、ガスクーラ６から流出した高圧冷媒とを熱交換させるものである。

内部熱交換器３３の高圧側冷媒流路３３ａから流出した冷媒は、減圧手段として機械温度式の膨張弁８によって低圧に減圧され、低温低圧の気液２相状態となる。膨張弁８は感温部８ａを有しており、この感温部８ａをガスクーラ６の冷媒流出部と内部熱交換器３３の高圧側冷媒流路３３ａとの間に配設している。このように、本実施形態での膨張弁８は、ガスクーラ６出口の冷媒温度を感温して、サイクル効率が最大となるよう高圧を自動制御する機械式の膨張弁８である。

機械温度式膨張弁８からの低圧冷媒は、冷却手段としてのエバポレータ（蒸発器）９に流入する。このエバポレータ９は、車両用空調装置の空調ケース（空調ダクト）１０内に設置され、エバポレータ９に流入した低圧冷媒は空調ケース１０内を流通する空気から吸熱して蒸発する。

エバポレータ６で蒸発した低圧冷媒はアキュムレータ７に供給される。アキュムレータ７は、液相冷媒と気相冷媒とを分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、コンプレッサ１の吸入側に気相冷媒および分離抽出された冷凍機用オイルを供給する気液分離器である。そして、アキュムレータ７からの気相冷媒と冷凍機用オイルは、先の内部熱交換器３３の低圧側冷媒流路３３ｂを通ってコンプレッサ１に吸引される。上述した構成部品によって冷凍サイクルＲの閉回路が構成されている。

次に、空調ユニットの概略構造について説明する。空調ケース１０において、エバポレータ９の上流側には送風手段としてのブロワ１１が配置されている。このブロワ１１には、送風ファン１２とブロワモータ１３とが備えられている。また、送風ファン１２の吸入側には、内外気切替手段としての内外気切替箱１４が配置されている。

この内外気切替箱１４は、内部の内外気切替ドア１４ａによって外気導入口１４ｂと内気導入口１４ｃとの開閉比率を可変する。これにより、内外気切替箱１４内に外気（車室外空気）または内気（車室内空気）の導入割合が調節される。なお、内外気切替ドア１４ａは、電気駆動装置としてのサーボモータ１４ｄによって駆動される。

次に、空調装置通風系のうち、ブロワ１１下流側に配置される空調ユニット１５について説明する。空調ユニット１５は、通常、車室内前部の計器盤内側において、車両幅方向の略中央位置に配置され、ブロワ１１は空調ユニット１５に対して助手席側にオフセットして配置されている。

空調ケース１０内でエバポレータ９の下流側には、エアミックス（Ａ／Ｍ）ドア１９が配置されており、エアミックスドア１９の下流側には、車両エンジン４の冷却水（温水）を熱源として空気を加熱する温水式のヒータコア（加熱用熱交換器）２０が設置されている。そして、このヒータコア２０の上方側には、ヒータコア２０をバイパスして空気（冷風）を流すバイパス通路２１が形成されている。

エアミックスドア１９は、ヒータコア２０を通過する温風とバイパス通路２１を通過する冷風との風量割合を調節するものであり、この冷温風の風量割合の調節によって車室内への吹出空気温度を調節している。すなわち、本例においては、エアミックスドア１９によって車室内への吹出空気の温度調節手段が構成されている。なお、エアミックスドア１９は、図１に示す電気駆動装置としてのサーボモータ２２によって駆動される。

ヒータコア２０の下流側には、下側から上側へと延びる温風通路２３が形成され、この温風通路２３からの温風とバイパス通路２１からの冷風とが空気混合部２４付近で混合して、所望温度の空調用空気を作り出すことができる。さらに、空調ケース１０内で、空気混合部２４の下流側には吹出モード切替部が構成されている。

すなわち、空調ケース１０の上面部にはデフロスタ開口部２５が形成され、このデフロスタ開口部２５は図示しないデフロスタダクトを介して車両フロントガラスの内面に空気を吹き出す図示しないデフロスタ吹出口につながっている。そして、デフロスタ開口部２５は、回動自在な板状のデフロスタドア（風量割合調節手段）２６によって開閉される。

また、空調ケース１０の上面部で、デフロスタ開口部２５より車両後方側の部位にはフェイス開口部２７が形成され、このフェイス開口部２７は図示しないフェイスダクトを介して車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出す図示しないセンターフェイス吹出口とサイドフェイス吹出口とにつながっている。そして、フェイス開口部２７は、回動自在な板状のフェイスドア２８（風量割合調節手段）によって開閉される。

また、空調ケース１０において、フェイス開口部２７の下側部位にはフット開口部２９が形成され、このフット開口部２９は図示しないフットダクトを介して車室内乗員の足元に向けて空気を吹き出す図示しないフット吹出口につながっている。そして、フット開口部２９は、回動自在な板状のフットドア（風量割合調節手段）３０によって開閉される。上記した吹出モードドア２６、２８、３０は、共通の図示しないリンク機構によって連結され、このリンク機構を介して電気駆動装置としてのモードサーボモータ（風量割合調節手段）３１によって連動するように駆動される。

次に、本実施形態における電気制御部の概要を、図１と図２とを併せて用いて説明する。車両には、車室内空気温度Ｔｒを検出する内気温度検出手段としての内気温センサ３５ａと、車室外空気温度Ｔａｍを検出する外気温度検出手段としての外気温センサ３５ｂが設けられている。

また、空調ケース１０内のエバポレータ９の空気吹出部には、冷却温度としての蒸発器後温度Ｔeを検出する蒸発器後温度検出手段としてのエバポレータ後センサ３２が設けられている。なお、本実施形態ではエバポレータ後センサ３２として、熱交換コア部のフィン間に差し込んで温度を検出するフィン温度センサを用いており、ブロワ１１を駆動してエバポレータ９に通風させなくとも蒸発器後温度Ｔｅが検出できるようにしているが、エバポレータ９の熱交換コア部を通過した空気の温度を検出する空気温度センサであっても良い。

エアコンＥＣＵ５には、上記した各温度センサ３２・３５ａ・３５ｂの他にも、空調制御のために日射量Ｔｓを検出する日射センサ３５ｃ、冷却水温度Ｔｗを検出する冷却水温センサ３５ｄなど、周知の環境条件検出手段としてのセンサ群３５から検出信号が入力され、後述する目標吹出温度ＴＡＯなどが算出される。

車室内計器盤近傍に設置されるエアコン操作パネル３６には、乗員により手動操作される操作スイッチ群３７が備えられ、この操作スイッチ群３７の操作信号もエアコンＥＣＵ５に入力され、パネルスイッチの入力処理やエアコン操作パネル３６への表示処理などが成される。

この操作スイッチ群３７としては、温度設定信号Ｔｓｅｔを発生する車室内温度設定手段としての温度設定スイッチ３７ａ、風量切替信号を発生する風量スイッチ３７ｂ、吹出モード信号を発生する吹出モードスイッチ３７ｃ、内外気切替信号を発生する内外気切替スイッチ３７ｄ、コンプレッサ１のＯＮ−ＯＦＦ信号を発生するエアコンスイッチ３７ｅなどが設けられている。なお、吹出モードスイッチ３７ｃにより、周知の吹出モードであるフェイスモード、バイレベルモード、フットモード、フットデフロスタモード、デフロスタモードの各モードがマニュアル操作で切り替えられる。

エアコンＥＣＵ５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなる周知のマイクロコンピュータと、その周辺回路にて構成されるものである。エアコンＥＣＵ５は、後述する目標温度としての目標蒸発器後温度ＴＥＯを演算し、容量制御弁３８を制御する制御部と、吸込口モード位置を演算して内外気切替ドア１４ａを駆動する吸込口モータ１４ｄを制御する制御部と、吹出風量を演算してブロワモータ１３を制御する制御部と、吹出温度制御としてエアミックスドア１９を駆動するエアミックスモータ２２を制御する制御部と、吹出口モード位置を演算して吹出口切替モータ３１を制御する制御部などを有している。

次に、本発明の要部である冷媒不足検出制御に関する構成について説明する。まず、冷媒不足検出制御に関するセンサ類として、コンプレッサ１から吐出される吐出側冷媒圧力Ｐｄを検出する吐出圧センサ（吐出圧検出手段）３９、コンプレッサ１から吐出される吐出側冷媒温度Ｔｄを検出する吐出温センサ（吐出温検出手段）４０、コンプレッサ１に吸入される吸入側冷媒圧力Ｐｓを検出する吸入圧センサ（吸入圧検出手段）４１を備えている。また、車両エンジン４の回転数を検出するＥ／Ｇ回転数センサ４ａを備えている。そしてこれらの検出信号は、エアコンＥＣＵ５へ入力されるようになっている。

特にエアコンＥＣＵ５内の吐出容量制御部５ａは、目標吹出温度から目標エバポレータ後温度ＴＥＯを決め、そのために必要なコンプレッサ１からの必要吐出量と、そのための制御電流値とを演算し、容量制御弁３８へ制御電流Ｉｃを出力する部分であり、Ｅ／Ｇ回転数センサ４ａで検出された回転数信号が入力されるようになっている。

次に、本実施形態の作動を図示しないオートスイッチがＯＮされたとき、つまりオート制御時におけるエアコンＥＣＵ５の処理手順に基づいて、図３のフローチャートを用いて説明する。まず、イグニッションスイッチがＯＮされて、エアコンＥＣＵ５に電源が供給されると、図３に示すメインルーチンが起動する。そして、ステップＳ１にて、データ処理用メモリ（ＲＡＭ）の記憶内容などの初期化を行う。

そして、次のステップＳ２にて、内気温センサ３５ａが検出した内気温度Ｔｒ、外気温センサ３５ｂが検出した外気温度Ｔａｍ、日射センサ３５ｃが検出した日射量Ｔｓ、エバポレータ後センサ３２が検出したエバポレータ後温度Ｔｅ、水温センサ３５ｄが検出した水温Ｔｗ、サーボモータ２２内のポテンショメータが検出したエアミックスドア１９の現在位置ＴＰなどの環境条件と、操作パネル３６からの出力信号のうち、温度設定スイッチ３７ａによって設定された目標温度Ｔｓｅｔの操作スイッチの状態などを読み込む。

そして、目標吹出温度演算手段である次のステップＳ３にて、ＲＯＭに予め記憶された数式（省略する）に、上記ステップＳ２にて読み込んだＴｓｅｔ、Ｔｒ、Ｔａｍ、Ｔｓを代入することによって、車室内へ吹き出す空調風の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。そして、次のステップＳ４では、上記ステップＳ３で求めた車室内への目標吹出温度ＴＡＯに基づいてブロア風量を決め、そのためのブロワ制御電圧を演算する。本実施形態では、予めＲＯＭに記憶された図示しない送風特性から、目標吹出温度ＴＡＯに対応するブロア制御電圧ＶＦが求められる。

次のステップＳ５では、上記ステップＳ３で求めた車室内への目標吹出温度ＴＡＯと、予めＲＯＭに記憶された図示しない吹出口モード特性図とに基づいて車室内への各吹出モードを決定する。具体的には、上記目標吹出温度ＴＡＯが低い温度から高い温度にかけて、フェイスモード、ハイレベル（Ｂ／Ｌ）モード、フットモードとなるように設定されている。

また、操作パネル３６に設けられた吹出口モード切替スイッチ３７ｃを操作することにより、フェイスモード、バイレベルモード、フットモード、もしくはフットデフロスタ（Ｆ／Ｄ）モードのうちのいずれかの吹出口モードに固定される。なお、上記フェイスモードとは、空調風を乗員の上半身に向けて吹き出す吹出モードである。また、バイレベルモードとは、空調風を乗員の上半身と足元部とに向けて吹き出す吹出モードである。

そして、フットモードとは、空調風を乗員の足元部に向けて吹き出す吹出モードである。更に、フットデフロスタモードとは、空調風を乗員の足元部および車両のフロントウインドの内面に向けて吹き出す吹出モードである。なお、操作パネル３６に設けられた図示しないフロントデフロスタスイッチを操作すると、空調風を車両のフロントウインドの内面に向けて吹き出すデフロスタ（ＤＥＦ）モードが設定される。

そして、次のステップＳ６にて、予めＲＯＭに記憶された数式（省略する）に、上記ステップＳ２にて読み込んだＴｗ、Ｔｅ、および上記ＴＡＯを代入することによって、エアミックスドア１９の目標開度ＳＷを算出する。そして、次のステップＳ７にて、上記ステップＳ３で求めた目標吹出温度ＴＡＯと、予めＲＯＭに記憶された図示しない内外気モード特性図とに基づいて内外気の導入割合を決定する。この内外気モード特性図によれば、冷房運転時（つまり、ＴＡＯの値が低いとき）に内気モードが選択されるようになっている。

次のステップＳ８では、ステップＳ３で決定した目標吹出温度ＴＡＯとするための目標エバポレータ後温度ＴＥＯを算出し、その目標エバポレータ後温度ＴＥＯとエバポレータ後センサ３２の検出値である実際の蒸発器後温度Ｔｅとが一致するように、フィードバック制御（ＰＩ制御）にてコンプレッサ１の目標吐出量を決定する。

次のステップＳ９では、上記ステップＳ４で算出したブロア電圧ＶＦの制御量を、図示しないブロアモータ駆動回路へ制御信号を出力する。これにより、ブロアモータ１３に固定された送風ファン１２を回転させ、車室内へ吹き出される送風量を制御する。そして、次のステップＳ１０にて、上記ステップＳ５で決定した吹出口モードとなる制御量に基づいてサーボモータ３１に制御信号を出力する。

そして、次のステップＳ１１にて、上記ステップＳ６で算出したエアミックスドア１９の目標開度ＳＷとなる制御量に基づいてサーボモータ２２に制御信号を出力する。そして、次のステップＳ１２にて、上記ステップＳ７で決定した内外気の導入割合となる制御量に基づいてサーボモータ１４ｄに制御信号を出力する。また、次のステップＳ１３では、ステップＳ８で決定された制御電流Ｉｃをコンプレッサ１に接続された容量制御弁３８に出力する。

ステップＳ１３の処理後、ステップＳ２に戻って再び各種信号を読み込み、それにより、ステップＳ３でＴＡＯを演算し、以下これらのＴＡＯとステップＳ２で読み込まれた各種入力信号の状態によってステップＳ３ないしステップＳ１３により車室内への空調の制御が繰り返される。なお、各設定値ともマニュアル設定時にはその設定値に従うものである。

次に、本発明の要部であるステップＳ１３の後に加えた冷媒不足検出制御の詳細について図４ないし図６を用いて説明する。図４は、本発明を適用した第１実施形態のガス不足検出制御プログラムを示すフローチャートである。まず、ステップＳ２１では、コンプレッサ１の可変開始電流Ｉｍａｘを下記の数式１より算出する。なお、数式中のＡ〜Ｄは定数、Ｎｃはコンプレッサ回転数、Ｐｄは吐出側冷媒圧力、Ｐｓは吸入側冷媒圧力である。

（数１）Ｉｍａｘ＝Ａ×Ｎｃ^２＋Ｂ×（Ｐｄ−Ｃ×Ｐｓ）＋Ｄ
次のステップＳ２２では、ステップＳ２１で算出したＩｍａｘと、実際に容量制御弁３８に出力している制御電流Ｉｃを比較し、制御電流Ｉｃが可変開始電流Ｉｍａｘよりも小さいか否かの判定を行う。図５は、容量制御弁３８への制御電流Ｉｃと冷媒流量Ｇｒとの関係を示すグラフである。冷媒流量Ｇｒ、言い換えるとコンプレッサ１からの吐出容量を大きくするには制御電流Ｉｃも大きくなるという関係である。

しかしこれ以外に、所望の吐出容量で維持させるために容量可変を開始しようとする場合、可変開始時の電流が最大となり（Ｉｍａｘ）、可変開始後の容量可変中の制御電流Ｉｃは可変開始電流Ｉｍａｘよりも小さくて済む。この特性を利用して、コンプレッサ１が容量制御中であるか否かを判定するものである。

ステップＳ２２での判定結果がＮＯで、コンプレッサ１が容量制御を行っていない場合には、エンジン回転数に依存して吐出容量が大きく変動する可能性があるため、以下の冷媒不足判定は行わず、メインルーチンのステップＳ２へ戻るものである。また、ステップＳ２２での判定結果がＹＥＳで、コンプレッサ１が容量制御を行っている場合にはステップＳ２３へと進む。

ステップＳ２３では、吐出側冷媒圧力Ｐｄに対する吐出側冷媒温度Ｔｄのマップより、冷媒不足を判定するための閾値ＴＤＯを算出するものである。図６は、吐出側冷媒圧力Ｐｄと吐出側冷媒温度Ｔｄの閾値ＴＤＯとの関係を示すグラフである。このグラフから分かるように、吐出側冷媒圧力Ｐｄが高い場合には高い閾値ＴＤＯで判定を行うこととなる。

そして次のステップＳ２４では、ステップＳ２３で算出した閾値ＴＤＯに対して検出された吐出側冷媒温度Ｔｄが低いか否かを判定するものである。このステップＳ２４での判定結果がＹＥＳで、吐出側冷媒温度Ｔｄが閾値ＴＤＯよりも低い状態であれば冷媒量は正常範囲にあると判定してメインルーチンのステップＳ２へ戻るものである。

また、ステップＳ２４での判定結果がＮＯで、吐出側冷媒温度Ｔｄが閾値ＴＤＯよりも高い状態であれば、冷媒量が不足状態にあると判定し、以後冷媒不足時の処置として、ステップＳ２５ではコンプレッサ１を停止させ、ステップＳ２６では空調装置を送風モードに変更して運転させるものである。

次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、車両エンジン４によって駆動されるコンプレッサ１、ガスクーラ６、膨張弁８、エバポレータ９を環状に接続した蒸気圧縮式の冷凍サイクルＲと、コンプレッサ１に設けられ、外部からの制御信号によってコンプレッサ１の吐出容量を制御する容量制御弁３８と、車両エンジン４の回転数に関連する回転数信号が入力され、容量制御弁３８を制御するエアコンＥＣＵ５とを備えている。

そして、エアコンＥＣＵ５には、コンプレッサ１が吐出容量を可変している状態にあることを検出する可変状態検出手段と、冷凍サイクルＲ中の冷媒不足を検出する冷媒不足検出手段とを備えている。そして、エアコンＥＣＵ５は、可変状態検出手段で可変状態が検出されるときに、冷媒不足検出手段にて冷媒不足か否かの判定を行うようにしている。

これによれば、容量制御弁３８を有するコンプレッサ１を用いることで吐出容量の可変時には、エンジン回転数と連動して圧縮機回転数が変動しても冷媒流量は一定となるように制御される。このため、コンプレッサ１が吐出容量を可変している状態にあることを検出して、この冷媒流量が一定となっているときに冷媒不足検出を行うようにすることにより、エンジン回転数の変動の影響を受けず、冷媒不足の判定を正確に行うことができる。

また、エアコンＥＣＵ５は、可変状態検出手段として、容量制御弁３８を制御して吐出容量を所定値に減少させようとする場合の可変開始電流Ｉｍａｘと、実際に容量制御弁３８に出力する制御電流Ｉｃとを比較し、制御電流Ｉｃが可変開始電流Ｉｍａｘよりも小さい場合に可変状態であると判定するようにしている。

これによれば、容量可変を開始させる際の可変開始電流Ｉｍａｘに対して容量可変中の制御電流Ｉｃは小さくて済むため、出力している制御電流Ｉｃが可変開始電流Ｉｍａｘよりも小さいか否かを判定することで容易に容量可変中か否かを検出することができる。

また、コンプレッサ１から吐出される吐出側冷媒圧力Ｐｄを検出する吐出圧センサ３９と、コンプレッサ１から吐出される吐出側冷媒温度Ｔｄを検出する吐出温センサ４０とを備え、エアコンＥＣＵ５は、冷媒不足検出手段として、検出された吐出側冷媒圧力Ｐｄから冷媒不足を判定する吐出側冷媒温度Ｔｄの閾値ＴＤＯを決め、検出された吐出側冷媒温度Ｔｄと閾値ＴＤＯとを比較して吐出側冷媒温度Ｔｄが閾値ＴＤＯよりも高い場合に冷媒不足であると判定するようにしている。

これによれば、吐出側冷媒圧力Ｐｄと吐出側冷媒温度Ｔｄとで判定を行うことにより、外気温度やエンジン回転数などの外的要因による影響を受けにくく、広い冷媒量領域で正確な判定が行える。

また、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用している。これによれば、ＣＯ_２冷媒を用いて吐出側冷媒圧力Ｐｄが冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルでは、フロン冷媒などを用いて吐出側冷媒圧力Ｐｄが冷媒の臨界圧力以下となる亜臨界冷凍サイクルに対して吐出側冷媒温度Ｔｄが高くなる。このため、通常では冷媒不足による吐出温度保護が入り易くなるが、本冷媒不足検出制御を適用することでＣＯ_２冷媒を用いても吐出温度保護が入りにくくすることができ、より確実に冷房能力を確保することができる。

（第２実施形態）
図７は、本発明を適用した第２実施形態のガス不足検出制御プログラムを示すフローチャートである。なお、図４で説明した第１実施形態のフローチャートでのステップと同様のステップは、同じステップ番号を付して説明を省略し、異なるステップ部分のみ説明する。

本実施形態は図４で説明したフローチャートのステップ２２（容量制御中か否かの判定）とステップ２３（閾値ＴＤＯの算出）との間に、ステップ２２１、２２２を加えたものである。ステップ２２１では、エバポレータ後センサ３２で検出される蒸発器後温度Ｔｅの所定時間での変化量ΔＴｅを算出する。例えば、今回検出されたＴｅと、１回前のメインルーチンで検出されたＴｅとの差などである。

そして次のステップＳ２２２では、ステップ２２１で算出された変化量ΔＴｅの絶対値が所定値よりも小さいか否かの判定を行い、変化量ΔＴｅが所定値よりも大きい場合は変化中であるとして冷媒不足検出は行わず、変化量ΔＴｅが所定値よりも小さい場合は定常状態であるとして冷媒不足検出を行うものである。

以上、上述した第１実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、エバポレータ９の蒸発器後温度Ｔｅを検出するエバポレータ後センサ３２を備え、エアコンＥＣＵ５は、検出された蒸発器後温度Ｔｅと、所定時間前に検出された蒸発器後温度Ｔｅとを比較して温度変化量ΔＴｅを算出し、その温度変化量ΔＴｅの絶対値が所定値よりも小さい場合に、冷媒不足検出手段にて冷媒不足か否かの判定を行うようにしている。

これによれば、容量可変状態の検出に加え、定常状態であることを蒸発器後温度Ｔｅの変化率が所定値よりも小さいことで検出することにより、より確実に定常状態を選択して、冷媒不足の判定を正確に行うことができる。

（第３実施形態）
図８は、本発明を適用した第３実施形態のガス不足検出制御プログラムを示すフローチャートである。なお、図４で説明した第１実施形態のフローチャートでのステップと同様のステップは、同じステップ番号を付して説明を省略し、異なるステップ部分のみ説明する。

本実施形態は図４で説明したフローチャートのステップ２２（容量制御中か否かの判定）とステップ２３（閾値ＴＤＯの算出）との間に、ステップ２２３を加えたものである。ステップ２２３では、冷凍サイクルを起動してからの経過時間が所定時間を越えたか否かの判定を行っている。そして、ステップ２２３の判定で起動から所定時間に満たない場合は冷媒不足検出は行わず、起動から所定時間が経った後に冷媒不足検出を行うものである。

以上、前述した第１実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、エアコンＥＣＵ５は、冷凍サイクルＲを起動してからの経過時間を計測できるタイマー手段（Ｓ２２３）を有し、タイマー手段（Ｓ２２３）にて所定時間以上経過したときに、冷媒不足検出手段にて冷媒不足か否かの判定を行うようにしている。

これによれば、起動初期で冷凍サイクルが安定に向かっている過渡期には冷媒不足判定を行わず、安定的な稼働となってから冷媒不足判定を開始するようになるため、冷媒不足の判定を正確に行うことができる。

（第４実施形態）
図９は、本発明を適用した第４実施形態のガス不足検出制御プログラムを示すフローチャートである。なお、図４で説明した第１実施形態のフローチャートでのステップと同様のステップは、同じステップ番号を付して説明を省略し、異なるステップ部分のみ説明する。

本実施形態は図４で説明したフローチャートのステップ２３（閾値ＴＤＯの算出）とステップ２４（閾値ＴＤＯとの比較）との間に、ステップ２３１を加えたものである。ステップ２３１では、補正量αを算出し、ステップ２３で算出した閾値ＴＤＯに加えて閾値ＴＤＯ´に補正するものである。よって次のステップ２４では、ステップ２３１で補正された閾値ＴＤＯ´を用いて比較判定を行うこととなる。

図１０は、吸入側冷媒圧力Ｐｓもしくは蒸発器後温度Ｔｅと補正量αとの関係を示すグラフである。このグラフから分かるように、吸入側冷媒圧力Ｐｓもしくは蒸発器後温度Ｔｅが低い場合ほど大きな補正量αを加えることとなる。これは、第１実施形態に対して、低圧側の圧力もしくは温度で検出されるサイクル状態で補正を加えるものである。

以上、前述した第１実施形態と異なる特徴部分を説明する。まず、コンプレッサ１に吸入される吸入側冷媒圧力Ｐｓを検出する吸入圧センサ４１を備え、エアコンＥＣＵ５は、検出される吸入側冷媒圧力Ｐｓに応じて閾値ＴＤＯを補正するようにしている。これによれば、吐出側冷媒温度Ｔｄは、吐出側冷媒圧力Ｐｄと吸入側冷媒圧力Ｐｓと圧縮効率とで決まるため、さらに低圧側の吸入側冷媒圧力Ｐｓにて補正を加えることで、より正確に冷媒不足を判定することができる。

また、この補正は蒸発器後温度Ｔｅから飽和圧力を算出して行っても良く、エアコンＥＣＵ５は、検出される蒸発器後温度Ｔｅに応じて閾値ＴＤＯを補正するようにしている。これによれば、通常、冷凍サイクルでは冷却制御や除霜制御を行うために、蒸発器後温度Ｔｅを検出するエバポレータ後センサ３２を備えている。このため、吸入側冷媒圧力Ｐｓを蒸発器後温度Ｔｅから推定することで吸入圧センサ４１を不要とすることができ、センサ数を低減してコストを抑えることができる。

（第５実施形態）
図１１は、本発明を適用した第５実施形態のガス不足検出制御プログラムを示すフローチャートである。なお、図４で説明した第１実施形態のフローチャートでのステップと同様のステップは、同じステップ番号を付して説明を省略し、異なるステップ部分のみ説明する。

本実施形態は図４で説明したフローチャートのステップ２６（送風モードへの変更）の後に、ステップ２７を加えたものである。ステップ２３１では、エアコン操作パネル３６などへコーションを出力するようにしたものである。より具体的には、エアコン操作パネル３６に「エアコン、ガス不足」などの表示を点灯させるものである。

以上、前述した第１実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、冷凍サイクルＲの稼働状況を表示する表示手段３６を備え、エアコンＥＣＵ５は、冷媒不足検出手段にて冷媒不足と判定した場合、表示手段３６に、乗員に「冷媒不足」を知らしめる表示を出力するようにしている。

これによれば、通常ならば乗員が冷却能力の異常に気付いてから冷媒不足が判明して処置が成されるが、乗員に対して早期に（冷媒不足度合いが小さいうちに）知らしめることにより、乗員に冷却能力不足の不満を抱かせる前に圧縮機保護の処置が早期に成されるようになる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、冷媒としてＣＯ_２のように高圧圧力が臨界圧力を超える冷媒を用いる蒸気圧縮式の超臨界サイクルについて説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、冷媒として高圧圧力が臨界圧力を超えないフロン系、ＨＣ系などの冷媒を用いる蒸気圧縮式の亜臨界サイクルに本発明を適用しても良い。

本発明の実施形態に係るオートエアコンシステムの全体構成を示した模式図である。 図１のオートエアコンシステムにおける制御系の構成を示すブロック図である。 図１・図２のエアコンＥＣＵ５における全体制御プログラムを示すフローチャートである。 本発明を適用した第１実施形態のガス不足検出制御プログラムを示すフローチャートである。 容量制御弁３８への制御電流Ｉｃと冷媒流量Ｇｒとの関係を示すグラフである。 吐出側冷媒圧力Ｐｄと吐出側冷媒温度Ｔｄの閾値ＴＤＯとの関係を示すグラフである。 本発明を適用した第２実施形態のガス不足検出制御プログラムを示すフローチャートである。 本発明を適用した第３実施形態のガス不足検出制御プログラムを示すフローチャートである。 本発明を適用した第４実施形態のガス不足検出制御プログラムを示すフローチャートである。 吸入側冷媒圧力Ｐｓもしくは蒸発器後温度Ｔｅと補正量αとの関係を示すグラフである。 本発明を適用した第５実施形態のガス不足検出制御プログラムを示すフローチャートである。

符号の説明

１…コンプレッサ（圧縮機）
４…車両エンジン
５…エアコンＥＣＵ（制御手段）
６…ガスクーラ（放熱器）
８…膨張弁（減圧手段）
９…エバポレータ（蒸発器）
３２…エバポレータ後センサ（蒸発器後温度検出手段）
３６…エアコン操作パネル（表示手段）
３８…容量制御弁（容量制御機構）
３９…吐出圧センサ（吐出圧検出手段）
４０…吐出温センサ（吐出温検出手段）
４１…吸入圧センサ（吸入圧検出手段）
Ｉｃ…制御電流
Ｉｍａｘ…可変開始電流
Ｐｄ…吐出側冷媒圧力
Ｐｓ…吸入側冷媒圧力
Ｒ…冷凍サイクル
Ｓ２２３…タイマー手段
Ｔｄ…吐出側冷媒温度
ＴＤＯ…閾値
Ｔｅ…蒸発器後温度
ΔＴｅ…温度変化量

Claims (9)

1. 車両エンジン（４）によって駆動される圧縮機（１）、放熱器（６）、減圧手段（８）、蒸発器（９）を環状に接続した蒸気圧縮式の冷凍サイクル（Ｒ）と、
   前記圧縮機（１）に設けられ、外部からの制御信号によって前記圧縮機（１）の吐出容量を制御する容量制御機構（３８）と、
   前記車両エンジン（４）の回転数に関連する回転数信号が入力され、前記容量制御機構（３８）を制御する制御手段（５）とを備え、
   前記制御手段（５）には、前記圧縮機（１）が前記吐出容量を可変している状態にあることを検出する可変状態検出手段と、
   前記冷凍サイクル（Ｒ）中の冷媒不足を検出する冷媒不足検出手段とを備え、
   前記制御手段（５）は、前記可変状態検出手段で可変状態が検出されるときに、前記冷媒不足検出手段にて冷媒不足か否かの判定を行うことを特徴とする車両用冷凍サイクル装置。
2. 前記制御手段（５）は、前記可変状態検出手段として、前記容量制御機構（３８）を制御して前記吐出容量を所定値に減少させようとする場合の可変開始電流（Ｉｍａｘ）と、実際に前記容量制御機構（３８）に出力する制御電流（Ｉｃ）とを比較し、前記制御電流（Ｉｃ）が前記可変開始電流（Ｉｍａｘ）よりも小さい場合に可変状態であると判定することを特徴とする請求項１に記載の車両用冷凍サイクル装置。
3. 前記蒸発器（９）の蒸発器後温度（Ｔｅ）を検出する蒸発器後温度検出手段（３２）を備え、
   前記制御手段（５）は、検出された前記蒸発器後温度（Ｔｅ）と、所定時間前に検出された前記蒸発器後温度（Ｔｅ）とを比較して温度変化量（ΔＴｅ）を算出し、前記温度変化量（ΔＴｅ）の絶対値が所定値よりも小さい場合に、前記冷媒不足検出手段にて冷媒不足か否かの判定を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用冷凍サイクル装置。
4. 前記制御手段（５）は、前記冷凍サイクル（Ｒ）を起動してからの経過時間を計測できるタイマー手段（Ｓ２２３）を有し、前記タイマー手段（Ｓ２２３）にて所定時間以上経過したときに、前記冷媒不足検出手段にて冷媒不足か否かの判定を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用冷凍サイクル装置。
5. 前記圧縮機（１）から吐出される吐出側冷媒圧力（Ｐｄ）を検出する吐出圧検出手段（３９）と、
   前記圧縮機（１）から吐出される吐出側冷媒温度（Ｔｄ）を検出する吐出温検出手段（４０）とを備え、
   前記制御手段（５）は、前記冷媒不足検出手段として、検出された前記吐出側冷媒圧力（Ｐｄ）から冷媒不足を判定する前記吐出側冷媒温度（Ｔｄ）の閾値（ＴＤＯ）を決め、検出された前記吐出側冷媒温度（Ｔｄ）と前記閾値（ＴＤＯ）とを比較して前記吐出側冷媒温度（Ｔｄ）が前記閾値（ＴＤＯ）よりも高い場合に冷媒不足であると判定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の車両用冷凍サイクル装置。
6. 前記圧縮機（１）に吸入される吸入側冷媒圧力（Ｐｓ）を検出する吸入圧検出手段（４１）を備え、
   前記制御手段（５）は、検出される前記吸入側冷媒圧力（Ｐｓ）に応じて前記閾値（ＴＤＯ）を補正することを特徴とする請求項５に記載の車両用冷凍サイクル装置。
7. 前記制御手段（５）は、検出される前記蒸発器後温度（Ｔｅ）に応じて前記閾値（ＴＤＯ）を補正することを特徴とする請求項５に記載の車両用冷凍サイクル装置。
8. 前記冷凍サイクル（Ｒ）の稼働状況を表示する表示手段（３６）を備え、
   前記制御手段（５）は、前記冷媒不足検出手段にて冷媒不足と判定した場合、前記表示手段（３６）に、乗員に「冷媒不足」を知らしめる表示を出力することを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載の車両用冷凍サイクル装置。
9. 冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を使用していることを特徴とする請求項１ないし請求項８のうちいずれか１項に記載の車両用冷凍サイクル装置。

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