JP2015030450A - 車両用空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
コントローラ32により或いは空調操作部53へのマニュアル操作により暖房モードが選択されると、コントローラ32は電磁弁21を開放し、電磁弁17、電磁弁22及び電磁弁20を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4に通風される状態とする。これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は吐出側熱交換器35を経た後、放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気が通風されるので、空気流通路3内の空気は放熱器4内の高温冷媒により加熱され、一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化する。
次に、除湿暖房モードでは、コントローラ32は上記暖房モードの状態において電磁弁22を開放する。これにより、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒の一部が分流され、電磁弁22を経て冷媒配管13F及び13Bより内部熱交換器19を経て室内膨張弁8に至るようになる。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、吸熱器9に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。
次に、内部サイクルモードでは、コントローラ32は上記除湿暖房モードの状態において室外膨張弁6を全閉とする(全閉位置)と共に、電磁弁21も閉じる。この室外膨張弁6と電磁弁21が閉じられることにより、室外熱交換器7への冷媒の流入、及び、室外熱交換器7からの冷媒の流出は阻止されることになるので、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒は電磁弁22を経て冷媒配管13Fに全て流れるようになる。そして、冷媒配管13Fを流れる冷媒は冷媒配管13Bより内部熱交換器19を経て室内膨張弁8に至る。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、吸熱器9に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。
次に、除湿冷房モードでは、コントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁20を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4に通風される状態とする。これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は吐出側熱交換器35を経て放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気が通風されるので、空気流通路3内の空気は放熱器4内の高温冷媒により加熱され、一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化していく。
次に、冷房モードでは、コントローラ32は上記除湿冷房モードの状態において電磁弁20を開き(この場合、室外膨張弁6は全開(弁開度を制御上限)を含む何れの弁開度でもよい)、エアミックスダンパ28は放熱器4に空気が通風されない状態とする。これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は吐出側熱交換器35を経て放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気は通風されないので、ここは通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て電磁弁20及び室外膨張弁6に至る。
コントローラ32は起動時には外気温度センサ33が検出する外気温度Tamと目標吹出温度TAOとに基づいて運転モードを選択する。また、起動後は外気温度Tamや目標吹出温度TAO等の環境や設定条件の変化に応じて前記各運転モードを選択し、切り換えていく。この場合、コントローラ32は基本的には暖房モードから除湿暖房モードへ、或いは、除湿暖房モードから暖房モードへと移行し、除湿暖房モードから除湿冷房モードへ、或いは、除湿冷房モードから除湿暖房モードへと移行し、除湿冷房モードから冷房モードへ、或いは、冷房モードから除湿冷房モードへと移行するものであるが、除湿暖房モードから除湿冷房モードへ移行する際、及び、除湿冷房モードから除湿暖房モードへ移行する際には、前記内部サイクルモードを経由して移行する。また、冷房モードから内部サイクルモードへ、内部サイクルモードから冷房モードへ移行する場合もある。
次に、前記暖房モードにおけるガスインジェクションについて説明する。図3は暖房モードにおける本発明の車両用空気調和装置1のP−h線図を示している。放熱器4を出て冷媒配管13Eに入り、その後分流されてインジェクション回路40の冷媒配管13Kに流入した冷媒は、インジェクション膨張弁30で減圧された後、吐出側熱交換器35に入り、そこで圧縮機2の吐出冷媒(圧縮機2から吐出されて放熱器4に流入する前の冷媒)と熱交換し、吸熱して蒸発する。蒸発したガス冷媒はその後圧縮機2の圧縮途中に戻り、アキュムレータ12から吸い込まれて圧縮されている冷媒と共に更に圧縮された後、再度圧縮機2から冷媒配管13Gに吐出されることになる。
図4は前記暖房モードにおけるコントローラ32による圧縮機2と室外膨張弁6とインジェクション膨張弁30の制御ブロック図を示す。コントローラ32は目標吹出温度TAOを目標放熱器温度演算部57と目標放熱器過冷却度演算部58と目標インジェクション冷媒過熱度演算部59に入力させる。この目標吹出温度TAOは、吹出口29から車室内に吹き出される空気温度の目標値であり、下記式(I)からコントローラ32が算出する。
・・(I)
ここで、Tsetは空調操作部53で設定された車室内の設定温度、Tinは内気温度センサ37が検出する車室内空気の温度、Kは係数、Tbalは設定温度Tsetや、日射センサ51が検出する日射量SUN、外気温度センサ33が検出する外気温度Tamから算出されるバランス値である。そして、一般的に、この目標吹出温度TAOは図5に示すように外気温度Tamが低い程高く、外気温度Tamが上昇するに伴って低下する。
また、コントローラ32は図4の目標インジェクション冷媒過熱度演算部59にて目標吹出温度TAOに基づき、インジェクション回路40から圧縮機2の圧縮途中に戻されるインジェクション冷媒の過熱度の目標値(目標インジェクション冷媒過熱度TGSH)を算出する。一方、コントローラ32は、インジェクション圧力センサ50が検出するインジェクション冷媒の圧力(インジェクション冷媒圧力Pinj)とインジェクション温度センサ55が検出するインジェクション冷媒の温度(インジェクション冷媒温度Tinj)に基づき、インジェクション冷媒過熱度演算部66にてインジェクション冷媒の過熱度INJSHを算出する。
QmaxHP=f1(Tam、Nc、BLV、VSP、Te) ・・(III)
QmaxINJ=f2(Tam、Nc、BLV、VSP、Te) ・・(IV)
ここで、Teは吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度、Cpaは放熱器4に流入する空気の比熱[kj/kg・K]、ρは放熱器4に流入する空気の密度(比体積)[kg/m3]、Qairは放熱器4を通過する風量[m3/h](通過風量Qairは室内送風機27のブロワ電圧BLV等から推定)、VSPは車速センサ52から得られる車速である。
更に、コントローラ32は目標放熱器過冷却度演算部58にて目標吹出温度TAOに基づき、放熱器4の目標放熱器過冷却度TGSCを算出する。この目標放熱器過冷却度演算部58については後に詳述する。一方、コントローラ32は、放熱器圧力Pciと放熱器温度センサ46が検出する放熱器4の温度(放熱器温度Tci)に基づき、放熱器過冷却度演算部63にて放熱器4における冷媒の過冷却度(放熱器過冷却度SC)を算出する。そして、この放熱器過冷却度SCと目標放熱器過冷却度TGSCに基づき、目標室外膨張弁開度演算部64にて室外膨張弁6の目標弁開度(目標室外膨張弁開度TGECCV)を算出する。そして、コントローラ32はこの目標室外膨張弁開度TGECCVに室外膨張弁6の弁開度を制御する。
前記コントローラ32は、通常(能力優先フラグfPRIability=「0」)は効率優先制御を実行している。即ち、SC目標基本値演算部76は、外気温度センサ33から得られる外気温度Tamと、室内送風機27のブロワ電圧BLVと、SW=(TAO−Te)/(TH−Te)で得られるエアミックスダンパ28のエアミックスダンパ開度SWに基づいて目標放熱器過冷却度基本値TGSCbaseを算出する。このとき、放熱器4の通過風量Qair[m3/h]を前述同様に室内送風機27のブロワ電圧BLV等から推定する。
次に、前述した能力優先制御について説明する。前述した如くコントローラ32は通常効率優先制御を実行しているものであるが、能力優先フラグfPRIabilityが「1」(セット)されたことで能力優先制御に移行する。
次に、効率優先制御と能力優先制御の切り換えについて説明する。先ず、前述したインジェクション回路40によるインジェクション無し制御の場合は以下の全ての条件(能力優先要求条件)が成立したときに、能力優先フラグfPRIability=「1」(セット)とし、能力優先制御に移行する。即ち、
・TGQ>QmaxHP(例えば4kW)
・(TGNCmax−NC)≧ΔN1(例えば100rpm)
・Tam<A1(例えば−10℃)
・(TCO−TH)≧ΔT1(例えば5deg)の状態が所定時間以上経過
尚、TGNCmaxは目標圧縮機回転数上限値で、前述したECNpdLimHiであり、圧縮機2の回転数NCの制御上限値である。
・TGQ>QmaxINJ(例えば5kW)
・(TGNCmax−NC)≧ΔN2(例えば100rpm)
・Tam<A2(例えば−15℃)
・(TCO−TH)≧ΔT1(例えば5deg)の状態が所定時間以上経過
・TGQ<QmaxHP(例えば4kW)−0.5kW
・(TCO−TH)<ΔT2(例えば2deg)
・TGSChos<SC(例えば3deg)
・TGQ<QmaxINJ(例えば5kW)−0.5kW
・(TCO−TH)<ΔT2(例えば2deg)
・TGSChos<SC(例えば3deg)
次に、目標放熱器過冷却度補正値演算部77における目標放熱器過冷却度補正値TGSChosの演算について説明する。目標放熱器過冷却度補正値演算部77には目標圧縮機回転数上限値TGNCmax(圧縮機2の回転数の制御上限値)と、圧縮機2の回転数NCと、目標放熱器圧力PCO(高圧圧力の目標値)と、放熱器圧力Pciが入力される。
上述の如き高圧優先モードと回転数優先モードは、優先モードフラグfTGSCNCfbのセット「1」、リセット「0」によってこれらが切り換えられる。コントローラ32は、放熱器圧力Pciが制御上限値PCOmaxとなるまでは優先モードフラグfTGSCNCfbをリセット「0」の状態とし、PCOmaxとなった時点でセット「1」する。その後、放熱器圧力Pciが所定のヒステリシス分(例えば0.1MPa等)低下した場合に、優先モードフラグfTGSCNCfbをリセット「0」する。
以上の効率優先制御と能力優先制御の切換、及び、優先モードの切換の実際を図10及び図11に基づいて説明する。コントローラ32は図10のステップS1で各データ(温度データ、圧力データ)を読み込み、ステップS2で現在が暖房モードであるか判断する。暖房モードである場合、コントローラ32はステップS2からステップS3に進み、SC目標基本値演算部76により前述したように目標放熱器過冷却度基本値TGSCbaseを演算する。次に、ステップS4で目標暖房能力(要求暖房能力)TGQと、HP最大暖房能力推定値QmaxHP、INJ時最大暖房能力推定値QmaxINJを演算し、ステップS5で能力優先フラグfPRIability=「1」(セット)とする全条件が成立しているか否か判定する。
次に、図12は放熱器4の目標放熱器過冷却度TGSCの補正制御の他の例を示している。この場合、コントローラ32はヒステリシス0.4MPa程度が設定されたデータテーブルに基づいて補正上限値HOSHi(例えば15deg)と補正下限値HOSLo(0deg)の間で目標放熱器過冷却度補正値TGSChosを決定する。
2 圧縮機
3 空気流通路
4 放熱器
6 室外膨張弁
7 室外熱交換器
8 室内膨張弁
9 吸熱器
11 蒸発能力制御弁
17、20、21、22 電磁弁
26 吸込切換ダンパ
27 室内送風機(ブロワファン)
28 エアミックスダンパ
32 コントローラ(制御手段)
30、70 膨張弁
40 インジェクション回路
35 吐出側熱交換器
R 冷媒回路
Claims (7)
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、
冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、
前記車室外に設けられて冷媒を吸熱させる室外熱交換器と、
該室外熱交換器に流入する冷媒を減圧させる膨張弁と、
制御手段とを備え、
該制御手段により、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を前記膨張弁で減圧した後、前記室外熱交換器にて吸熱させて前記車室内を暖房する車両用空気調和装置において、
前記制御手段は、前記膨張弁により前記放熱器における冷媒の過冷却度を制御し、高圧圧力に基づいて前記圧縮機の回転数を制御すると共に、
前記高圧圧力を所定の高い値とする方向で前記放熱器の目標放熱器過冷却度を高くする高圧優先モードと、
前記圧縮機の回転数を所定の高い値とする方向で前記放熱器の目標放熱器過冷却度を低下させる回転数優先モードとを有することを特徴とする車両用空気調和装置。 - 前記制御手段は、前記高圧優先モードと回転数優先モードを切り換えて実行することにより、前記高圧圧力を前記所定の高い値に維持しながら、前記圧縮機の回転数を高く維持するよう前記放熱器の目標放熱器過冷却度を変更することを特徴とする請求項1に記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御手段は、前記高圧優先モードを実行して前記高圧圧力を前記所定の高い値とする方向で前記放熱器の目標放熱器過冷却度を高くすると共に、前記高圧圧力が前記所定の高い値となった場合に、前記回転数優先モードに移行し、前記圧縮機の回転数を前記所定の高い値とする方向で前記放熱器の目標放熱器過冷却度を低下させることを特徴とする請求項2に記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御手段は、前記高圧優先モードでは前記高圧圧力を制御上限値とする方向で前記放熱器の目標放熱器過冷却度を高くすると共に、前記回転数優先モードでは前記圧縮機の回転数を制御上限値とする方向で前記放熱器の目標放熱器過冷却度を低下させることを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御手段は、前記高圧優先モードでは前記高圧圧力の制御上限値と実際の高圧圧力との偏差に基づき、前記放熱器の目標放熱器過冷却度をフィードバック補正すると共に、前記回転数優先モードでは前記圧縮機の回転数の制御上限値と実際の回転数との偏差に基づき、前記放熱器の目標放熱器過冷却度をフィードバック補正することを特徴とする請求項4に記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御手段は、効率優先制御と能力優先制御とを有し、
前記効率優先制御では前記放熱器の通過風量に基づいて前記放熱器の目標放熱器過冷却度を決定すると共に、
前記放熱器による暖房能力が不足している条件が成立した場合に前記能力優先制御に移行し、該能力優先制御において、前記高圧優先モードと回転数優先モードを実行し、前記放熱器の目標放熱器過冷却度を補正することを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 - 前記放熱器を出た冷媒の一部を分流して前記圧縮機に戻すインジェクション回路を備え、
前記制御手段は、前記インジェクション回路により前記放熱器を出た冷媒の一部を前記圧縮機に戻す場合と戻さない場合とで、前記能力優先制御に移行する条件を変更することを特徴とする請求項6に記載の車両用空気調和装置。
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