JP2018127048A - 車両用空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ヒートポンプコントローラ32により(オートモード)或いは空調操作部53へのマニュアル操作により(マニュアルモード)暖房モードが選択されると、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁21(暖房用)を開放し、電磁弁17(冷房用)を閉じる。また、電磁弁30(リヒート用)を開放し、電磁弁40(バイパス用)を閉じる。そして、圧縮機2を運転する。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28Dr、28Asは、基本的には室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全て空気を暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風する状態とするが、風量を調整してもよい。
次に、除湿暖房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21を閉じる。また、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開放すると共に、室外膨張弁6の弁開度は全閉とする。そして、圧縮機2を運転する。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28Dr、28Asは、基本的には室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全て空気を暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風する状態とするが、風量の調整も行う。
次に、除湿冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21を閉じる。また、電磁弁30を開放し、電磁弁40を閉じる。そして、圧縮機2を運転する。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28Dr、28Asは、基本的には室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全て空気を暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風する状態とするが、風量の調整も行う。
次に、冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は上記除湿冷房モードの状態において室外膨張弁6の弁開度を全開とする。そして、圧縮機2を運転し、補助ヒータ23には通電しない。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28Dr、28Asは、室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の空気が、暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風される割合を調整する状態とする。
次に、最大冷房モードとしてのMAX冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21を閉じる。また、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開放すると共に、室外膨張弁6の弁開度は全閉とする。そして、圧縮機2を運転し、補助ヒータ23には通電しない。空調コントローラ20は、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28Dr、28Asは、室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の空気が、暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風される割合を調整する状態とする。
尚、実施例の制御装置11は室外熱交換器7に過着霜が生じた場合などに、冷媒回路Rの圧縮機2と室外送風機15を停止し、補助ヒータ23に通電してこの補助ヒータ23のみで車室内を暖房する補助ヒータ単独モードを有している。この場合にも、ヒートポンプコントローラ32は補助ヒータ温度センサ50Drの検出値TptcDrと補助ヒータ温度センサ50Asの検出値TptcAsの平均値を補助ヒータ温度Tptcとし、この補助ヒータ温度Tptcと前述した目標ヒータ温度TCOに基づいて補助ヒータ23の通電(発熱)を制御する。
空調コントローラ20は、下記式(I)から前述した目標吹出温度TAOを算出する。この目標吹出温度TAOは、車室内に吹き出される空気の温度の目標値である。
TAO=(Tset−Tin)×K+Tbal(f(Tset、SUN、Tam))
・・(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が検出する内気温度、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。
TH=(INTL1×TH0+Tau1×THz)/(Tau1+INTL1)
・・(II)
ここで、INTL1は演算周期(定数)、Tau1は一次遅れの時定数、TH0は一次遅れ演算前の定常状態における加熱温度THの定常値、THzは加熱温度THの前回値である。このように加熱温度THを推定することで、格別な温度センサを設ける必要がなくなる。また、ヒートポンプコントローラ32は前述した運転モードによって上記時定数Tau1及び定常値TH0を変更することにより、上述した推定式(II)を運転モードによって異なるものとし、加熱温度THを推定する。そして、この加熱温度THは車両通信バス65を介して空調コントローラ20に送信される。
次に、図3〜図5を参照して前述した内外気比率RECrateを用いた冷房モード、除湿冷房モード、除湿暖房モード及びMAX冷房モードの各運転モード(第1の運転モード)における圧縮機2の制御について詳述する。図3はHVACユニット10の縦断側面図、図4はヒートポンプコントローラ32による冷房モード、除湿冷房モード、除湿暖房モード及びMAX冷房モードにおける圧縮機制御に関する制御ブロック図、図5は内外気比率RECrateと冷房モードの冷房負荷との関係を説明する図である。
Tevain=(INTL2×Tevain0+Tau2×Tevainz)/(Tau2+INTL2)
・・(III)
Tevain0=Tam×(1−RECrate)+Tin×RECrate
・・(IV)
ここで、INTL2は演算周期(定数)、Tau2は一次遅れの時定数、Tevain0は一次遅れ演算前の定常状態における吸熱器吸込空気温度Tevainの定常値、Tevainzは吸熱器吸込空気温度Tevainの前回値である。また、Tamは外気温度、Tinは内気温度である。例えば、外気温度Tamが+40℃、内気温度Tinが+25℃の条件において、図5の最上段の如く内外気比率RECrateが0(外気導入モード)の場合、吸熱器吸込空気温度Tevainは最終的に+40℃となり、冷房負荷は大きくなる。また、同じ条件において、図5の最下段の如く内外気比率RECrateが1(内気循環モード)の場合、吸熱器吸込空気温度Tevainは最終的に+25℃となり、冷房負荷は小さくなる。更に、同じ条件において、図5の中段の如く内外気比率RECrateが0.5(内外気中間位置)の場合、吸熱器吸込空気温度Tevainは最終的に+32.5℃となり、冷房負荷は中程度となる(これは冷房モード以外の第1の運転モードにおいても同様)。従って、特に内気温度Tin(車室内の空気の温度)が安定した後に、内外気比率RECrateが変化した場合には、圧縮機2の回転数NCが大きく変化するため、ヒートポンプコントローラ32は吸熱器吸込空気温度Tevainに基づいて圧縮機2の回転数NCを補正する制御を実行する。
・冷房モードの場合
TGNCcff0=K1×Tam+K2×Ga+K3×TEO+K4
・除湿冷房モードの場合
TGNCcff0=K5×Tam+K6×Ga+K7×TEO+K8×PCO+K9
・除湿暖房モード/MAX冷房モードの場合
TGNCcff0=K10×Tam+K11×Ga+K12×TEO+K13
・・(V)
尚、K1〜K3、K5〜K8、K10〜K12は係数であり、K4、K9、K13は定数である。
TGNCcffHos=K14×Tevain ・・(VI)
ここで、K14は温度を回転数に変換するための係数である。
次に、図6〜図8を参照して前述した内外気比率RECrateを用いた暖房モードにおける圧縮機2の制御について詳述する。図6は吸熱器温度センサ48が設けられない場合のHVACユニット10の縦断側面図、図7はヒートポンプコントローラ32による暖房モードにおける圧縮機制御に関する制御ブロック図、図8は内外気比率RECrateと暖房モードの暖房負荷との関係を説明する図である。
先ず、比較のために図2や図3の例の如く吸熱器温度センサ48が設けられている場合の圧縮機2の制御について図7を参照しながら説明する。ヒートポンプコントローラ32のF/F(フィードフォワード)操作量演算部58は、要求される放熱器4の暖房能力である後述する要求暖房能力TGQと、空気流通路3に流入した空気の体積風量Gaと、外気温度センサ33から得られる外気温度Tamと、放熱器4の温度の目標値である前述した目標ヒータ温度TCOと、放熱器4の圧力の目標値である目標放熱器圧力PCOに基づくフィードフォワード演算により、圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNChffを算出する。
TGNChff=K15×TGQ+K16×Ga+K17×Tam+K18
・・(VII)
尚、K15〜K17は係数であり、K18は定数である。
TGQ=(TCO−Te)×Cpa×Ga×γaTe×1.16 ・・(VIII)
尚、Teは吸熱器温度、Cpaは空気の定圧比熱[kJ/m3・K]、Gaは空気流通路3を流入した空気の体積風量、γaTeは空気比重、1.16は単位を合わせるための係数である。吸熱器温度センサ48が設けられている場合には吸熱器温度Teが取得できる。この場合、吸熱器9は放熱器4の風上側に設けられているので、吸熱器温度Teは補助ヒータ23や放熱器4に流入する空気の温度となる。そこで、要求暖房能力演算部74は目標ヒータ温度TCOとこの吸熱器温度Teとの差から、要求暖房能力TGQを算出する。
一方、図6の如く吸熱器温度センサ48が設けられていない場合は、吸熱器温度Te、即ち、放熱器4に流入する空気の温度が分からない。また、暖房モードでは吸熱器9に冷媒は流れないので、前述した吸熱器吸込空気温度Tevainが補助ヒータ23や放熱器4に流入する空気の温度となるが、前述同様に空気流通路3に流通される空気の外気と内気の比率(内外気比率RECrate)が変化すると、吸熱器吸込空気温度Tevainが変化するため、車両用空気調和装置1の暖房負荷は大きく変化し、能力の過不足が発生する。
TGQ=(TCO−Tevain)×Cpa×Ga×γaTe×1.16
・・(IX)
尚、各式中のTevain以外の各数値は前記式(VIII)と同様である。
他方、除湿暖房モードが選択された場合、この実施例(実施例2)ではヒートポンプコントローラ32は電磁弁21(暖房用)を開放し、電磁弁17(冷房用)を閉じる。また、電磁弁22(除湿用)を開放する。そして、圧縮機2を運転する。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は、基本的には室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全て空気を暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風する状態とするが、風量の調整も行う。
また、内部サイクルモードでは、ヒートポンプコントローラ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を閉じる。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を経てバイパス回路13Fに全て流れるようになる。そして、バイパス回路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、図10のブロック図を参照しながら前述したこの実施例(実施例2)の除湿暖房モードにおける室外膨張弁6の具体的な制御について説明する。ヒートポンプコントローラ32のF/F(フィードフォワード)操作量演算部76は前述した目標ヒータ温度TCOと、空気流通路3に流入した空気の体積風量Gaと、外気温度Tamと、目標吸熱器温度TEOに基づいて室外膨張弁目標弁開度のF/F操作量TGECCVteff0を算出する。
TGECCVteffHos=K19×Tevain ・・(X)
ここで、K19は温度を弁開度に変換するための係数である。
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
10 HVACユニット
11 制御装置
13F バイパス回路
20 空調コントローラ
23 補助ヒータ(補助加熱装置)
25A 外気吸込口
25B 内気吸込口
26 吸込切換ダンパ
27 室内送風機(ブロワファン)
32 ヒートポンプコントローラ
45 バイパス装置
48 吸熱器温度センサ
58、63、76 F/F操作量演算部
60、64、77 F/B操作量演算部
71、81 補正値演算部
R 冷媒回路
Claims (9)
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、
車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、
冷媒を吸熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
車室外に設けられた室外熱交換器と、
前記空気流通路に流入する外気と前記車室内の空気である内気の比率を調整可能な吸込切換ダンパと、
制御装置を備え、
該制御装置により、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる第1の運転モードを実行する車両用空気調和装置において、
前記制御装置は、前記吸込切換ダンパにより調整される前記外気と内気の比率に基づき、前記吸熱器に流入する空気の温度である吸熱器吸込空気温度Tevainを推定し、推定した当該吸熱器吸込空気温度Tevainに基づいて前記圧縮機の回転数を制御することを特徴とする車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、少なくとも前記吸熱器の温度Teの目標値である目標吸熱器温度TEOに基づくフィードフォワード演算により前記圧縮機の目標回転数のF/F操作量TGNCcffを算出し、前記吸熱器の温度Teと前記目標吸熱器温度TEOに基づくフィードバック演算により前記圧縮機の目標回転数のF/B操作量TGNCcfbを算出し、これらF/F操作量TGNCcffとF/B操作量TGNCcfbを加算することで、前記圧縮機の目標回転数TGNCcを算出すると共に、
前記吸熱器吸込空気温度Tevainに基づいて前記F/F操作量TGNCcffを補正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。 - 前記空気流通路の空気の流れに対して前記吸熱器の風下側に設けられ、冷媒を放熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための放熱器を備え、
前記第1の運転モードは、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる冷房モード、及び/又は、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モード、
であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用空気調和装置。 - 前記空気流通路の空気の流れに対して前記吸熱器の風下側に設けられ、冷媒を放熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、
前記圧縮機から吐出された冷媒を、前記放熱器に流すこと無く前記室外熱交換器に直接流入させるためのバイパス装置と、
前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための補助加熱装置を備え、
前記第1の運転モードは、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記バイパス装置により前記室外熱交換器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる最大冷房モード、及び/又は、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記バイパス装置により前記室外熱交換器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させると共に、前記補助加熱装置を発熱させる除湿暖房モード、
であ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。 - 冷媒を圧縮する圧縮機と、
車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、
冷媒を吸熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
前記空気流通路の空気の流れに対して前記吸熱器の風下側に設けられ、冷媒を放熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、
車室外に設けられた室外熱交換器と、
前記空気流通路に流入する外気と前記車室内の空気である内気の比率を調整可能な吸込切換ダンパと、
制御装置を備え、
該制御装置により、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを実行する車両用空気調和装置において、
前記制御装置は、前記吸込切換ダンパにより調整される前記外気と内気の比率に基づき、前記吸熱器に流入する空気の温度である吸熱器吸込空気温度Tevainを推定し、推定した当該吸熱器吸込空気温度Tevainに基づいて、要求される前記放熱器の暖房能力である要求暖房能力TGQを算出し、該要求暖房能力TGQに基づいて前記圧縮機の回転数を制御することを特徴とする車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、少なくとも前記要求暖房能力TGQに基づくフィードフォワード演算により前記圧縮機の目標回転数のF/F操作量TGNChffを算出し、高圧圧力とその目標値に基づくフィードバック演算により前記圧縮機の目標回転数のF/B操作量TGNChfbを算出し、これらF/F操作量TGNChffとF/B操作量TGNChfbを加算することで、前記圧縮機の目標回転数TGNChを算出することを特徴とする請求項5に記載の車両用空気調和装置。
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、
車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、
冷媒を吸熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
前記空気流通路の空気の流れに対して前記吸熱器の風下側に設けられ、冷媒を放熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、
車室外に設けられた室外熱交換器と、
該室外熱交換器に流入する冷媒を減圧する室外膨張弁と、
前記室外熱交換器及び室外膨張弁の直列回路に対して並列に接続されたバイパス回路と、
前記吸熱器に流入する冷媒を減圧する室内膨張弁と、
前記空気流通路に流入する外気と前記車室内の空気である内気の比率を調整可能な吸込切換ダンパと、
制御装置を備え、
該制御装置により、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分流し、一部を前記バイパス回路から前記室内膨張弁に流し、当該室内膨張弁で減圧した後、前記吸熱器に流入させ、当該吸熱器にて吸熱させると共に、残りを前記室外膨張弁で減圧した後、前記室外熱交換器に流入させ、当該室外熱交換器にて吸熱させる除湿暖房モードを実行する車両用空気調和装置において、
前記制御装置は、前記吸込切換ダンパにより調整される前記外気と内気の比率に基づき、前記吸熱器に流入する空気の温度である吸熱器吸込空気温度Tevainを推定し、推定した当該吸熱器吸込空気温度Tevainに基づいて前記室外膨張弁の弁開度、及び/又は、前記圧縮機の回転数を制御することを特徴とする車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、少なくとも前記吸熱器の温度Teの目標値である目標吸熱器温度TEOに基づくフィードフォワード演算により前記室外膨張弁の目標弁開度のF/F操作量TGECCVteffを算出し、前記吸熱器の温度Teと前記目標吸熱器温度TEOに基づくフィードバック演算により前記室外膨張弁の目標弁開度のF/B操作量TGECCVtefbを算出し、これらF/F操作量TGECCVteffとF/B操作量TGECCVtefbを加算することで、前記室外膨張弁の目標弁開度TGECCVteを算出すると共に、
少なくとも前記目標吸熱器温度TEOに基づくフィードフォワード演算により前記圧縮機の目標回転数のF/F操作量TGNCcffを算出し、前記吸熱器の温度Teと前記目標吸熱器温度TEOに基づくフィードバック演算により前記圧縮機の目標回転数のF/B操作量TGNCcfbを算出し、これらF/F操作量TGNCcffとF/B操作量TGNCcfbを加算することで、前記圧縮機の目標回転数TGNCcを算出し、
前記吸熱器吸込空気温度Tevainに基づいて前記F/F操作量TGECCVteff、及び/又は、前記F/F操作量TGNCcffを補正することを特徴とする請求項7に記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記外気と内気の比率に基づく一次遅れ演算により前記吸熱器吸込空気温度Tevainを算出することを特徴とする請求項1乃至請求項8のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
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