JP2008128051A - 可変容量圧縮機の制御装置および可変容量圧縮機の制御方法並びに可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】回生動作時のフルストローク状態で、容量制御弁に必要以上の過大な制御パルス信号が送出されるのを回避する。
【解決手段】冷却サイクル内の高圧側圧力Ｐｄと低圧側圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）、および入力された制御パルス信号に対応した電磁力に応じて、圧縮気体の吐出容量を制御する容量制御弁１３を有する可変容量圧縮機８のコンプレッサ制御部１４ｂ（制御装置）は、上限駆動トルク推定部６２（上限駆動トルク推定手段）が、高圧側圧力Ｐｄに基づいてフルストローク状態にあるときの可変容量圧縮機８の上限駆動トルクＴmaxを推定し、出力決定部６２（制御信号デューティ値演算手段）が、上限駆動トルクＴmaxに基づいて制御パルス信号のデューティ値Ｄmaxを求め、信号制御部６４（制御手段）が、回生動作時は、直前のデューティ値Ｄmaxの制御パルス信号を出力させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、冷凍サイクルに設けられる可変容量圧縮機の制御装置および制御方法に関し、詳細には、回生動作時における駆動トルクの推定方法の改良に関する。

車両に搭載されるエアコンディショナ等の冷凍サイクルは、凝縮器およびエバポレータを介して、冷媒を循環させる圧縮機を備えている。

従来は、この圧縮機に吸入される冷媒の圧力（吸入圧力Ｐｓ）を制御することによって、エバポレータ下流側の気体の温度（エバポレータ温度）を目標温度に調整していた。

ここで、圧縮機の駆動トルクは、車両のエンジンの出力から得ているため、エンジンからみると駆動トルクは負荷となり、走行に必要なエンジン出力を確保する観点から、圧縮機の駆動トルクの変動に応じて車両のエンジン出力を調整する必要があり、したがって、その駆動トルクを精度よく推定する必要がある。

しかし、吸入圧力Ｐｓに基づいては、圧縮機の駆動トルクを正確に推定することはできない。そして、その駆動トルクを正確に推定することができないと、負荷（駆動トルク）に応じて車両のエンジンの出力を適切に調整することができず、供給エネルギの過不足が生じる虞がある。

ところで、圧縮機から吐出される冷媒の容量（吐出容量）を変化させることができる可変容量圧縮機には、吐出される冷媒の圧力（吐出圧力）Ｐｄと吸入される圧力（吸入圧力）Ｐｓ（＜Ｐｄ）との差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を調整するための容量制御弁が設けられており、この容量制御弁の動作を制御するための制御信号が外部から送信されて、この制御信号に応じて差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が調整される。

そして、この差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）は、圧縮機の駆動トルクと相関があるため、上述した制御信号に基づいて、駆動トルクを推定する技術が提案されている（特許文献１）。

しかし、（Ｐｄ−Ｐｓ）差圧制御は、吸入圧力Ｐｓを独立して制御するものではないため、吸入圧力Ｐｓに依存したエバポレータ温度を制御することはできない。

したがって、エバポレータ温度の制御は、上述した（Ｐｄ−Ｐｓ）差圧制御とは別に、温度センサおよび制御アンプなどからなる電子回路を用いて行う必要がある。

このように、エバポレータ温度を、（Ｐｄ−Ｐｓ）差圧制御とは別異に独立して制御すると、可変容量圧縮機が既にフルストローク状態（差圧が最大の状態であり、駆動トルクは上限値となっている状態）であるにも拘わらず、エバポレータ温度が目標値に対して未達の状態であれば、エバポレータ温度を目標値に到達させる制御によって、容量制御弁に対して、デューティ値（または通電量）を増大させた制御信号が出力される。

しかし、圧縮機は既にフルストローク状態であるため、このデューティ値（または通電量）の増大によっても冷媒の吐出容量をそれ以上に増大させることはできず、したがって、増大したデューティ値（または通電量）はエバポレータ温度に対して有効に作用せず、電気エネルギの供給過剰となる。

そこで、本願発明者らは、この容量制御弁を用いた可変容量圧縮機の制御装置において、目標温度および実測温度に基づいて容量制御弁に対する制御信号の目標デューティ値を算出する目標値算出手段と、可変容量圧縮機のフルストローク状態を仮定し、仮定前の高圧側圧力に基づいて、該仮定されたフルストローク状態における圧縮機の駆動トルクを上限駆動トルクとして算出する上限駆動トルク算出手段と、制御信号（パルス信号）のデューティ値の出力値（または通電量の出力値）に基づいて、圧縮機の駆動トルクの推定値（推定駆動トルク）を算出するトルク推定手段と、推定駆動トルクが上限駆動トルク未満である場合、目標値算出手段で算出した目標デューティ値を出力デューティ値とし、推定駆動トルクが上限駆動トルク以上である場合、上限駆動トルクに基づいて算出されたデューティ値を出力デューティ値とする出力値決定手段と、を備えた制御装置を提案している（特願２００６−２１６８５０；本願出願時点において未公開）。

この提案技術によれば、圧縮機が既にフルストローク状態のときは、制御信号のデューティ値（または通電量）の増大を行うことがないため、過剰なエネルギ（デューティ値または通電量が増大された制御信号のエネルギ）の消費を抑制することができる。
特開２００４−１７５２９０号公報

ところで、上述した可変容量圧縮機を備えた車両の減速時に、この可変容量圧縮機の吐出容量を増大方向に変化させて、車両の運動エネルギを可変容量圧縮機で消費させて制動力を高めるとともに、可変容量圧縮機で消費されたエネルギを回生エネルギ（回生ブレーキ）として利用することが提案されている。

ここで、可変容量圧縮機で消費されるエネルギを回生エネルギとして最大限に利用しようとすると、駆動トルクを最大（１００％）に設定することになり、制御信号のデューティ値（または通電量）も１００％に設定される。

しかし、デューティ値（または通電量）を１００％に設定すると、デューティ値に基づく駆動トルクの推定が困難となり、前述したように供給する制御信号のエネルギが過剰となる問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、回生エネルギとしても利用される可変容量圧縮機の駆動トルクを精度よく推定するとともに、エネルギの供給過剰を防止した可変容量圧縮機の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置および制御方法は、圧縮機の吐出圧力を所定の時間間隔で、あるいは連続的に常時、監視するとともに、監視により得られた吐出圧力に基づいて、圧縮機のフルストローク状態における駆動トルク（上限駆動トルク）を推定し、推定により得られた上限駆動トルクに基づいて、フルストローク状態における、容量制御弁に対する制御信号のデューティ値（または通電量）を算出しておき、回生ブレーキを使用して圧縮機をフルストローク状態に移行させたときの制御信号として、算出したフルストローク状態でのデューティ値（または通電量）の制御信号を適用することで、制御信号のデューティ値に基づく駆動トルクの推定機能を維持しつつ、回生ブレーキ使用時に過剰なエネルギ（電流）の供給を防止するものである。

すなわち、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置は、冷却サイクル内の高圧側圧力と低圧側圧力との差圧、および入力された制御信号に対応した電磁力に応じて、圧縮気体の吐出容量を制御する容量制御弁を有する可変容量圧縮機の制御装置において、検出された前記高圧側圧力に基づいて、前記可変容量圧縮機がフルストローク状態にあるときの該可変容量圧縮機の駆動トルクである上限駆動トルクを推定する上限駆動トルク推定手段と、前記上限駆動トルク推定手段によって推定された前記上限駆動トルクに基づいて、前記制御信号のデューティ値（または制御信号としての通電量でもよい。）を求める制御信号デューティ値演算手段と、前記高圧側圧力の検出、前記駆動トルク推定手段による前記上限駆動トルクの推定、および前記制御信号デューティ値演算手段による前記デューティ値（または通電量）の求めを繰り返し行わせるとともに、回生動作時は、該回生動作の直前に前記制御信号デューティ値演算手段によって得られたデューティ値（または通電量）に基づいた前記制御信号を出力させる制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。

ここで、回生動作とは、例えば、車両の制動時に圧縮機を発電機として動作させることで、圧縮機の負荷を制動用の抵抗とし、その圧縮機（発電機）の運動エネルギを電気エネルギに変換（冷却サイクルにおいては蓄冷）する動作などを意味する。

また、本発明に係る可変容量圧縮機の制御方法は、冷却サイクル内の高圧側圧力と低圧側圧力との差圧、および入力された制御信号に対応した電磁力に応じて、圧縮気体の吐出容量を制御する容量制御弁を有する可変容量圧縮機の制御方法において、前記高圧側圧力を検出し、前記検出された前記高圧側圧力に基づいて、前記可変容量圧縮機がフルストローク状態にあるときの該可変容量圧縮機の駆動トルクである上限駆動トルクを推定し、前記推定された前記上限駆動トルクに基づいて、前記制御信号のデューティ値（または制御信号の通電量でもよい。）を求め、前記高圧側圧力の検出、前記上限駆動トルクの推定、および前記デューティ値（または通電量）の求めを繰り返し行わせるとともに、回生動作時は、該回生動作の直前に得られたデューティ値（または通電量）に基づいた前記制御信号を出力させる制御を行う、ことを特徴とする。

本発明に係る可変容量圧縮機は、上述した本発明に係る制御装置を備えたことを特徴とする。

本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置および制御方法並びに可変容量圧縮機によれば、回生動作によりフルストローク状態を得るための容量制御弁への制御信号のデューティ値（または通電量）を過剰に増大させることがなく、過剰なエネルギ（過剰なデューティ値の制御信号または過剰な通電量の制御信号）の供給を回避することができるとともに、可変容量圧縮機の駆動トルクを精度よく推定することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置の実施形態を用いた車両用空調装置６の全体構成を示す図である。車両のエンジン１は、燃料噴射のためのフューエルインジェクタ２を有し、このフューエルインジェクタ２は、その開度を調整することによって、エンジン１のシリンダヘの気体供給量（燃料供給量）を調整し、エンジン回転数を所定の回転数に調整する。

また、エンジン１には、冷却水配管を介してラジエータ４が連結されており、ラジエータ４は、エンジン１で発生した熱を放熱する。

エンジン１は、主としてエンジンコントロールユニット３により制御されており、エンジンコントロールユニット３には、エンジン制御センサ群２０によって得られたセンサ検出データが入力される。

エンジン制御センサ群２０には、車連センサ２０ａ、エンジン回転センサ２０ｂ、アクセル開度センサ２０ｃおよびアイドルスイッチ２０ｄが含まれる。エンジンコントロールユニット３は、これらセンサ検出データやエンジン制御指令に基づいて、エンジン１およびフューエルインジェクタ２を制御するエンジンコントローラ３ａを備える。

また、エンジンコントロールユニット３は、可変容量圧縮機８のＡ／Ｃクラッチ４３（後述する図２参照）のオン、オフを制御するクラッチコントローラ３ｂを備える。

車両用空調装置６は、冷凍サイクル７ａと、冷凍サイクル７ａのエバポレータ１２を内蔵して温度調整された風を吹き出す空調ユニット７ｂとを備える。冷凍サイクル７ａは、本発明の一実施形態である可変容量圧縮機８と、コンデンサ９と、リキッドタンク１０と、温度式自動膨張弁１１と、エバポレータ１２と、これらを連結する冷媒配管と、を備えている。

可変容量圧縮機８は、駆動源としての車両エンジン１との連結をオン、オフするＡ／Ｃクラッチ４３を有し、Ａ／Ｃクラッチ４３がオフのときは、エンジン１から供給された駆動力は圧縮機８に伝達されず、圧縮機８は停止する。一方、Ａ／Ｃクラッチ４３がオンのときは、エンジン１から供給された駆動力は圧縮機８に伝達されて、圧縮機８は駆動する。

圧縮機８が駆動すると、圧縮機８は、上流のエバポレータ１２から流れ込んだ低温低圧の気化冷媒を圧縮し、圧縮して得られた高温高圧の気化冷媒を、下流のコンデンサ９に送出する。

コンデンサ９は、ラジエータ４の前面に配置され、車両の走行によって発生する走行気流や電動ファン１５の回転によって発生する気流を受けるようになっている。圧縮機８からコンデンサ９に流れ込んだ高温高圧の気化冷媒は、コンデンサ９を通風する気流によって凝縮点まで冷却され、高圧中温の液化冷媒となり、コンデンサ９の下流のリキッドタンク１０へ流れ込む。

リキッドタンク１０は、流れ込んだ高圧中温の液化冷媒に含まれている水分やゴミを取り除くとともに気・液を分離する。リキッドタンク１０によって気相冷媒から分離された液相冷媒は、リキッドタンク１０の下流の温度式自動膨張弁１１に流れ込む。

温度式自動膨張弁１１は、リキッドタンク１０から流れ込んだ高圧中温の液化冷媒を急激に膨張させることにより、低圧低温の霧状の液化冷媒とする。この霧状の液化冷媒は、膨張弁１１の下流のエバポレータ１２に流れ込む。

エバポレータ１２は、車室内に設けられた空調ユニット７ｂの送風路３９ａ内に配設されており、送風路３９ａを流れてエバポレータ１２の外面に接する空気と、エバポレータ１２の内部を流れる霧状の液化冷媒との間で熱交換を行う。

すなわち、液化冷媒は、送風路３９ａ内の空気から熱を奪って空気を冷却するとともに、空気から奪った熱によってエバポレータ１２内で蒸発する。そして、エバポレータ１２内で蒸発し、気相となった低温低圧の冷媒は、下流の圧縮機８へ流れる。

空調ユニット７ｂは、車室内に配置され、内部で温度調節した風を車室内に吹き出す。空調ユニット７ｂは、内部に送風路３９ａを形成するケース３９と、送風路３９ａの上流端部に設けられ送風路３９ａ内に空気を取り込むインテーク部４０と、インテーク部４０の下流側に設けられた電動ファン１６と、電動ファン１６の下流に設けられたエバポレータ１２と、送風路３９ａの下流端部の吹出口３９ｂの開度を調整する図示しない吹出ドアと、を備えている。

インテーク部４０は、車室内の空気を取り込む内気吸込口４０ａと、車室外の空気を取り込む外気吸込口４０ｂと、これら両吸込口４０ａ，４０ｂの開度を調整するインテークドア４０ｃと、を備える。

電動ファン１６は、ファンモータ１９の駆動力によって回転される。電動ファン１６が回転すると、内気および外気のうち少なくとも一方がインテーク部４０から送風路３９ａ内に吸い込まれ、吸い込まれた空気がエバポレータ１２に向けて送風され、エバポレータ１２により冷却された空気が吹出口３９ｂを通じて車室内に吹き出される。

次に、図２および図３を参照して、本発明の一実施形態に係る可変容量圧縮機８について説明する。

図２に示すように、可変容量圧縮機８は、回転軸２４の中心軸まわりの周方向に沿って等間隔に複数設けられたシリンダボア５１、シリンダボア５１の上死点側に設けられた吸入室５０および吐出室４９、並びにシリンダボア５１の下死点側に設けられたクランク室４８を内部に備えるハウジング２２と、シリンダボア５１内を往復動自在に配置されたピストン２７と、ハウジング２２に軸支されてクランク室４８内で回転自在の回転軸２４と、駆動源としてのエンジン１から回転軸２４への回転駆動力を断接するＡ／Ｃクラッチ４３と、回転軸２４に装着されて回転軸２４の回転をピストン２７の往復動に変換する変換機構２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ）と、を備える。

変換機構２６は、例えば、回転軸２４に固定されてこの回転軸２４と一体的に回転するロータ２６ａと、回転軸２４に対して軸方向にスライド自在なスリーブ２６ｂと、スリーブ２６ｂに装着されて回転軸２４の軸線に対する傾斜角を変更自在であり、かつロータ２６ａに連結されて回転軸２４と一体的に回転するハブ２６ｃと、ハブ２６ｃに装着されることで回転軸２４の軸線に対する傾斜角を変更自在な斜板２６ｄと、斜板２６ｄとピストン２７とを連結するピストンロッド２６ｅと、を備える。

Ａ／Ｃクラッチ４３がオンに切り替えられて回転軸２４が回転すると、ピストン２７がシリンダボア５１内で軸線方向に沿って直線往復動する。これにより、冷媒が吸入室５０からシリンダボア５１内に吸入され、シリンダボア５１内で圧縮され、吐出室４９に吐出される。

なお、圧縮機８の上流から圧縮機８に吸入された冷媒は、図示しない吸入ポートを通じて吸入室５０に吸入され、一方、圧縮機８から圧縮機８の下流に吐出された冷媒は、吐出室４９から図示しない吐出ポートを通じ、冷凍サイクル７ａの冷媒配管に吐出される。

斜板２６ｄの傾斜角が変化すると、ピストン２７のストロークが変化して、圧縮機８から吐出される冷媒量、すなわち圧縮機８の吐出容量が変化する。

圧縮機８は、この吐出容量を制御するために、吐出室４９とクランク室４８とを連通する圧力導入通路５４と、クランク室４８と吸入室５０とを連通する圧力導出通路５５と、圧力導入通路５４の通路面積を変更する容量制御弁１３と、を備えている。

すなわち、容量制御弁１３の開弁度を変更すると、圧力導入通路５４を通じて吐出室４９からクランク室４８へ流入する高圧冷媒の流量が変化し、クランク室４８の圧力が変化する。

これにより、ピストン２７の上死点側の圧力（＝吸入室５０の圧力（低圧側圧力）Ｐｓ）と、ピストン２７の下死点側の圧力（＝クランク室４８の圧力Ｐｃ）との圧力差（Ｐｃ−Ｐｓ）が変化し、斜板２６ｄの傾斜角が変化しつつピストン２７のストロークが変化し、圧縮機８の吐出容量が変更される。

制御弁１３は、図３に示すように、内部に圧力導入通路５４の一部を形成するバルブケース３０と、バルブケース３０に対して往復移動自在に配置されたプランジャ３１と、を有する。

プランジャ３１は、そのリフト量に応じて圧力導入通路５４の通路断面積を変化させる弁体３１ａと、アクチュエータとしての電磁コイル３５の可動鉄心と、を一体に有しており、電磁コイル３５に発生する電磁力により、軸方向（図３において上下方向）に移動可能とされている。

プランジャ３１には、その軸方向両側からセットスプリング３３，３４による弾性力が作用している。これにより、弁体３１ａのセット圧（軸方向に沿った初期的な付勢力による圧力）のうち一定の部分はセットスプリング３３，３４によって依存し、セット圧のうち可変の部分は電磁コイル３５に発生する電磁力によって依存する。

容量制御弁１３は、Ｐｄ−Ｐｓ差圧感圧式の弁であって、弁体３１ａには、図３に示すように吐出室４９の圧力である高圧側圧力Ｐｄと吸入室５０の圧力である低圧側圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が、プランジャ３１の軸方向に向けて作用する。

低圧側圧力Ｐｓは弁体３１ａを閉弁方向（弁座に近付く向き（図３において上向き））に向けて作用し、反対に、高圧側圧力Ｐｄは弁体３１ａを開弁方向（弁座から遠離る向き（図３において下向き））に向けて作用し、これにより、セットスプリング３３，３４および電磁コイル３５によるセット圧に応じて、高圧側圧力Ｐｄと低圧側圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が所定の一定値になるように、弁体３１ａが開閉される。

つまり、高圧側圧力Ｐｄと低圧側圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きくなると、弁体３１ａが開弁方向に移動する一方、高圧側圧力Ｐｄと低圧側圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が小さくなると、弁体３１ａが閉弁方向に移動する。

後述するコンプレッサ制御部１４ｂから電磁コイル３５に通電して電磁コイ３５に電磁力を発生させると、弁体３１ａが閉弁方向に移動するようになっており、電磁コイル３５の電磁力に対応して、セット圧が変更される。

つまり、高圧側圧力Ｐｄと低圧側圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を小さくしたい（弁体３１ａの動作圧を低くしたい）場合は、電磁コイル３５への通電量（制御パルス信号のデューティ値）を小さくして電磁コイル３５の電磁力を小さくすればよく、反対に高圧側圧力Ｐｄと低圧側圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を大きくしたい（弁体３１ａの動作圧を高くしたい）場合は、電磁コイル３５ヘの通電量（制御パルス信号のデューティ値）を大きくして電磁コイル３５の電磁力を大きくすればよい。

電磁コイル３５には、後述する空調コントロールユニット１４のコンプレッサ制御部１４ｂから、外部制御信号としての制御パルス信号（制御信号）よる通電が行われ、制御パルス信号のデューティ値に比例する電磁力がプランジャ３１に作用する。これにより、弁体３１ａに作用するセット圧が変化し、弁体３１ａのリフト量（弁開度）が変わる。

弁体３１ａのリフト量が変わると、上述のように圧力導入通路５４を通じて吐出室４９からクランク室４８へ流入する高圧冷媒の流量が増減するため、斜板２６ｄの傾斜角が変化し、ピストン２７のストロークが変わる。

車両用空調装置６は、主にその制御部としての空調コントロールユニット１４により制御され、部分的にエンジンコントロールユニット３により制御される。

図１に示すように、空調コントロールユニット１４は、双方向通信線を介してエンジンコントロールユニット３に接続されている。空調コントロールユニット１４には、空調制御センサ群２１により検出された各センサ検出データが入力される。

空調制御センサ群２１は、車両用空調装置６に設置された既存のセンサであり、エアコンスイッチ２１ａ、モードスイッチ２１ｂ、デフスイッチ２１ｃ、オートスイッチ２１ｄ、ＦＲＥスイッチ２１ｅ、ＲＥＣスイッチ２１ｆ、温度調整スイッチ２１ｇ、オフスイッチ２１ｈ、車室内の温度を検出する内気温度検出手段である内気温度センサ２１ｉ、車室外の温度を検出する外気温度検出手段である外気温度センサ２１ｊ、日射センサ２１ｋ、エバポレータ１２の出口側空気温度検出手段である吸込温度センサ２１ｌ、水温センサ２１ｍ、圧縮機８の吐出側冷媒圧力を検出する冷媒圧力センサ２１ｎ（高圧検出手段）等である。

空調コントロールユニット１４は、各センサ検出データや空調制御指令に基づいて圧縮機８の動作や、ファンモータ１７，１９のオン・オフ、インテークドア４０ｃの開閉動作等を制御する。このため、空調コントロールユニット１４は、図１に示すように、コンプレッサ制御部１４ｂ（可変容量圧縮機の制御装置）と、ファンモータ制御部１４ｅと、インテーク制御部１４ｆとを内蔵する。

ファンモータ制御部１４ｅは、温度調整スイッチ２１によって乗員が設定した目標室内温度と空調制御センサ群２１の各種センサの検出値とに基づいて、空調ユニット７ｂから吹き出す吹出風量の目標値を算出する。

そして、この算出された目標値に基づいて、ＰＷＭモジュール１８（パルス幅変調モジュール）を介して電動ファン１５のファンモータ１７を制御することにより、電動ファン１５の送風量を調整し、また、ＰＷＭモジュール１８を介して電動ファン１６のファンモータ１９を制御することにより、電動ファン１６の送風量を調整する。なお、ファンモータ１７は、エンジンコントロールユニット３により、直接または間接的に制御してもよい。

インテーク制御部１４ｆは、ＦＲＥスイッチ２１ｅが押されるか、またはその他の制御パルス信号により外気吸込みモード（Freshモード）に切り替えられると、ドア駆動部４１を駆動させて、インテークドア４０ｃにより内気吸込口４０ａを閉じ、外気吸込口４０ｂを開いて、空調ユニット７ｂの送風路３９ａ内に外気が吸い込まれるようにする。

また、インテーク制御部１４ｆは、ＲＥＣスイッチ２１ｆが押されるか、またはその他の制御パルス信号により内気吸込みモード（Recirculationモード）になると、ドア駆動部４１を駆動してインテークドア４０ｃにより内気吸込口４０ａを開き、外気吸込口４０ｂを閉じて、空調ユニット７ｂの送風路３９ａ内に内気が吸い込まれるようにする。

コンプレッサ制御部１４ｂは、温度調整スイッチ２１ｇにより、乗員が設定した目標室内温度Ｔｒに基づいて目標エバポレータ出口側空気温度（以下、単に目標温度という。）ＴＭevaを設定し、吸込温度センサ２１ｌによって検出された実測エバポレータ出口側空気温度（以下、単に実測温度という。）Ｔevaを、この目標温度ＴＭevaに近付けるように、制御パルス信号のデューティ値を算出して、算出された制御パルス信号を容量制御弁１３に出力する。これにより、圧縮機８の冷媒の吐出容量が制御される。

ここで、図４〜図７を参照して、コンプレッサ制御部１４ｂによる圧縮機８の容量制御弁１３を制御する方法について説明する。

図４に示すように、コンプレッサ制御部１４ｂは、温度調整スイッチ２１ｇに設定された目標室内温度Ｔｒに基づいて、目標温度ＴＭevaを算出する目標値算出部６１と、圧縮機８がフルストローク状態になったと仮定し、そのフルストローク状態における駆動トルクである上限駆動トルクＴmaxを、冷媒圧力センサ２１ｎによって検出された圧縮機８の高圧側圧力Ｐｄに基づいて推定する上限駆動トルク推定部６２（上限駆動トルク推定手段）と、上限駆動トルク推定部６２により推定された上限駆動トルクＴmaxに基づいて、当該フルストローク状態における制御パルス信号のデューティ値Ｄmaxを求める出力決定部６３（制御信号デューティ値演算手段）と、温度調整スイッチ２１ｎによる高圧側圧力Ｐｄの検出、上限駆動トルク推定部６２による上限駆動トルクＴmaxの推定、および出力決定部６３によるデューティ値の求め、という一連の動作を繰り返し行わせるとともに、外部から回生ブレーキ動作を示す作動信号が入力されたとき、この作動信号の入力直前において既に求められていたデューティ値の制御パルス信号を出力させる制御を行う信号制御部６４（制御手段）と、を備えている。

上限駆動トルク推定部６２は詳しくは、例えば図５に示すような、予めマップ化してコンプレッサ制御部１４ｂの内部の記憶部６５に記憶された、圧縮機８の回転数ごとの、高圧側圧力Ｐｄと上限駆動トルクＴmaxとの相関関係（対応関係）を参照し、温度調整スイッチ２１ｎから入力された高圧側圧力Ｐｄに対応する上限駆動トルクＴmaxを求めることにより、上限駆動トルクＴmaxを推定する。

例えば、高圧側圧力ＰｄがＰｄ１のとき、上限駆動トルクＴmaxは、図５に示した対応関係（マップ、回帰式、関数形式、参照テーブル等、如何なる形式によるものであってもよい。）を参照して、Ｔmax１と推定される。

また、出力決定部６３はさらに、例えば図６に示すような、予めマップ化してコンプレッサ制御部１４ｂの内部の記憶部６５に記憶された、圧縮機８の回転数ごとの、上限駆動トルクＴmaxとこの上限駆動トルクＴmaxを得るのに必要な制御パルス信号の通電量Ｉmaxとの相関関係（対応関係）を参照し、上限駆動トルク推定部６２から入力された上限駆動トルクＴmaxに対応する制御パルス信号の通電量Ｉmaxを求める。

例えば、上限駆動トルクＴmaxがＴmax１のとき、制御パルス信号の通電量Ｉmaxは、図６に示した対応関係（マップ、回帰式、関数形式、参照テーブル等、如何なる形式によるものであってもよい。）を参照して、Ｉmax１と求められる。

さらに出力決定部６３は、例えば図７に示すような、予めマップ化してコンプレッサ制御部１４ｂの内部の記憶部６５に記憶された、制御パルス信号の通電量Ｉmaxとパルスのデューティ値Ｄmaxとの相関関係（対応関係）を参照し、求められた通電量Ｉmaxに対応するデューティ値Ｄmaxを求める。

例えば、通電量ＩmaxがＩmax１のとき、デューティ値Ｄmaxは、図７に示した対応関係（マップ、回帰式、関数形式、参照テーブル等、如何なる形式によるものであってもよい。）を参照して、Ｄmax１と求められる。

そして、この求められたデューティ値Ｄmaxは記憶部６５に記憶され、信号制御部６４は、これら一連の、上限駆動トルクＴmaxの推定、通電量Ｉmaxの求め、デューティ値Ｄmaxの求め、および記憶部６５への記憶を、所定の短い時間間隔で繰り返し行わせることで、記憶部６５には、常に最新で直近の、フルストローク状態を仮定したときのデューティ値Ｄmaxが記憶されていることになる。すなわち、記憶部６５に記憶されているフルストローク状態を仮定したときのデューティ値Ｄmaxは、常に最新の値に更新されている。

なお、この算出されたフルストローク状態における上限駆動トルクＴmaxは、通常の運転状態においては、算出された値として単に記憶部６５に記憶されているだけである。

一方、実測されている制御パルス信号のデューティ値は、圧縮機８の駆動トルクと相関があるため、制御パルス信号のデューティ値を直接的に検出し、この検出されたデューティ値に基づいて圧縮機８の駆動トルクを短い時間間隔で検出し、または連続的に検出することができ、この検出された駆動トルクに基づいて、エンジンコントロールユニット３によるエンジン１に対する協調制御を行うことで、圧縮機８による負荷（駆動トルク）に対応してエンジン１を適切に制御することができる。

次に、この実施形態の車両用空調装置６が搭載された車両が減速する際に、この可変容量圧縮機８の吐出容量を増大方向に変化させて、回生ブレーキとして利用するときの作用について説明する。

回生動作時には、運動エネルギを有効に利用するために、圧縮機の駆動トルク（あるいは吐出容量）を最大に設定するが、このとき、従来の車両空調装置にあっては、制御パルス信号のデューティ値（または通電量）を一律１００％に設定している。

これに対して、本実施形態に係る車両空調装置６は、圧縮機８の吐出圧力Ｐｄを常時監視するとともに、監視により得られた吐出圧力Ｐｄに基づいて、圧縮機８のフルストローク状態における上限駆動トルクＴmaxを常時推定し、推定により得られた上限駆動トルクＴmaxに基づいて、フルストローク状態における、容量制御弁１３に対する制御パルス信号のデューティ値Ｄmaxを算出しておき、回生ブレーキを使用して圧縮機８をフルストローク状態に移行させたときの制御パルス信号を、常時監視している吐出圧力Ｐｄに基づくデューティ値Ｄmaxの制御パルス信号としている。

この制御フローは、図８に示すものとなる。すなわち、エンジンコントロールユニット１４からの信号にしたがって増量フラグが立てられている（増量フラグがＯＮの状態）か否（増量フラグがＯＦＦの状態）かに応じて、出力されるデューティ値Ｄの算出処理内容が切り替えられる（Ｓ１）。

すなわち、増量フラグが立てられていない（増量フラグＯＦＦ）状態では、実測温度Ｔevaおよび目標温度ＴＭevaを設定し（Ｓ２）、通常の運転状態における制御、すなわち、実測温度Ｔevaを目標温度ＴＭevaに一致させるようにデューティ値Ｄを変化させる通常の制御ロジック（Ｓ４）で、デューティ値Ｄを算出し（Ｓ３）、このデューティ値Ｄを出力するのに適するように電源電圧を補正し（Ｓ５，Ｓ６）、この補正された電源電圧により、デューティ値Ｄの制御パルス信号が出力される（Ｓ７）。

一方、増量フラグが立てられている（増量フラグＯＮ）状態、つまり回生ブレーキを使用して圧縮機８をフルストローク状態に移行させた状態では、フルストローク状態における吐出圧力Ｐｄに基づくデューティ値Ｄmax（＝DutyMax）の算出を行い（Ｓ８）、得られたデューティ値Ｄmaxを出力するのに適するように電源電圧を補正し（Ｓ５，Ｓ６）、この補正された電源電圧により、デューティ値Ｄmaxの制御パルス信号が出力される（Ｓ７）。

ここで、フルストローク状態における吐出圧力Ｐｄに基づくデューティ値Ｄmaxの算出は、図９に示すように、吐出圧力Ｐｄに基づいて、圧縮機８のフルストローク状態におけるフルストロークトルク（Ｆトルク）を算出し（Ｓ８１，Ｓ８２）、この算出されたＦトルクを推定された上限駆動トルク（Ｋトルク）Ｔmaxとして設定し（Ｓ８３）、設定された上限駆動トルク（＝Ｋトルク＝Ｆトルク）Ｔmaxに基づいて、フルストローク状態における、容量制御弁１３に対する制御パルス信号のデューティ値Ｄmaxを算出する（Ｓ８４，Ｓ８５）。そして、得られたデューティ値Ｄmaxを、図８のフローチャートにおけるステップ５，６（Ｓ５，６）のデューティ値Ｄとして設定する。

このように、本実施形態に係る可変容量圧縮機８、コンプレッサ制御部１４ｂによれば、回生動作によりフルストローク状態を得るための容量制御弁１３への制御パルス信号のデューティ値を、フルストローク状態を得るのに過不足ない値とすることができ、過剰なエネルギ（過大なデューティ値の制御パルス信号）の送信を回避することができる。

したがって、過剰なエネルギ（過剰なデューティ値の制御パルス信号）の供給を回避することができるとともに、可変容量圧縮機の駆動トルクを精度よく推定することができる。

なお、本実施形態における車両用空調装置６においては、高圧側圧力Ｐｄを検出する冷媒圧力センサ２１ｎが空調制御センサ群２１を構成するものとして説明しているが、この冷媒圧力センサ２１ｎは、コンプレッサ制御部１４ｂの構成要素であってもよい。

また、上述した実施形態のコンプレッサ制御部１４ｂの作用は、本発明に係る可変容量圧縮機の制御方法の実施形態に相当するものであり、過剰なエネルギの供給を回避することができるとともに、可変容量圧縮機の駆動トルクを精度よく推定することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の全体構成を示すブロック図である。 図１に示した可変容量圧縮機の詳細構成を示す断面図である。 図２に示した容量制御弁の動作を説明する模式図である。 コンプレッサ制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 高圧側圧力と上限駆動トルクとの対応関係を示すグラフである。 上限駆動トルクと容量制御弁への制御パルス信号の通電量との対応関係を示すグラフである。 容量制御弁への制御パルス信号の通電量とデューティ値との対応関係を示すグラフである。 デューティ値の算出方法を示すフローチャートである。 トルクに基づくデューティ値の算出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１４ｂ コンプレッサ制御部（可変容量圧縮機の制御装置）
２１ｎ 冷媒圧力センサ（高圧検出手段）
６１ 目標値算出部
６２ 上限駆動トルク推定部（上限駆動トルク推定手段）
６３ 出力値決定部（制御信号デューティ値演算手段）
６４ 信号制御部（制御手段）
６５ 記憶部（記憶装置）
Ｐｄ 高圧側圧力
Ｐｓ 低圧側圧力

Claims (7)

1. 冷却サイクル内の高圧側圧力と低圧側圧力との差圧、および入力された制御信号に対応した電磁力に応じて、圧縮気体の吐出容量を制御する容量制御弁を有する可変容量圧縮機の制御装置において、
   前記高圧側圧力に基づいて、前記可変容量圧縮機がフルストローク状態にあるときの該可変容量圧縮機の駆動トルクである上限駆動トルクを推定する上限駆動トルク推定手段と、
   前記上限駆動トルク推定手段によって推定された前記上限駆動トルクに基づいて、前記制御信号のデューティ値を求める制御信号デューティ値演算手段と、
   前記高圧側圧力の検出、前記上限駆動トルク推定手段による前記上限駆動トルクの推定、および前記制御信号デューティ値演算手段による前記デューティ値の求めを繰り返し行わせるとともに、回生動作時は、該回生動作の直前に前記制御信号デューティ値演算手段によって得られたデューティ値の制御信号を出力させる制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機の制御装置。
2. 予め求められた前記高圧側圧力と前記上限駆動トルクとの対応関係が記憶された記憶装置を備え、
   前記駆動トルク推定手段は、前記記憶装置に記憶された前記高圧側圧力と前記上限駆動トルクとの対応関係を参照し、該参照した対応関係において、前記検出された前記高圧側圧力に対応する上限駆動トルクを求めることにより、前記上限駆動トルクを推定するものであることを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機の制御装置。
3. 前記記憶装置は、予め求められた前記上限駆動トルクと前記制御信号のデューティ値との対応関係が記憶され、
   前記制御信号デューティ値演算手段は、前記記憶装置に記憶された前記上限駆動トルクと前記デューティ値との対応関係を参照し、該参照した対応関係において、前記上限駆動トルク推定手段によって推定された前記上限駆動トルクに対応するデューティ値を求めることにより、前記デューティ値を求めるものであることを特徴とする請求項２に記載の可変容量圧縮機の制御装置。
4. 冷却サイクル内の高圧側圧力と低圧側圧力との差圧、および入力された制御信号に対応した電磁力に応じて、圧縮気体の吐出容量を制御する容量制御弁を有する可変容量圧縮機の制御方法において、
   前記高圧側圧力を検出し、
   前記検出された前記高圧側圧力に基づいて、前記可変容量圧縮機がフルストローク状態にあるときの該可変容量圧縮機の駆動トルクである上限駆動トルクを推定し、
   前記推定された前記上限駆動トルクに基づいて、前記制御信号のデューティ値を求め、
   前記高圧側圧力の検出、前記上限駆動トルクの推定、および前記デューティ値の求めを繰り返し行わせるとともに、回生動作時は、該回生動作の直前に得られたデューティ値の制御信号を出力させる制御を行うことを特徴とする可変容量圧縮機の制御方法。
5. 予め求められた前記高圧側圧力と前記上限駆動トルクとの対応関係を参照し、該参照した対応関係において、前記検出された前記高圧側圧力に対応する上限駆動トルクを求めることにより、前記上限駆動トルクを推定するものであることを特徴とする請求項４に記載の可変容量圧縮機の制御方法。
6. 予め求められた前記上限駆動トルクと前記制御信号のデューティ値との対応関係を参照し、該参照した対応関係において、検出された前記上限駆動トルクに対応するデューティ値を求めることにより、前記デューティ値を求めるものであることを特徴とする請求項５に記載の可変容量圧縮機の制御方法。
7. 請求項１から３のうちいずれか１項に記載の制御装置を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機。
   

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