JP2855478B2

JP2855478B2 - 冷房、冷凍サイクルの能力制御装置

Info

Publication number: JP2855478B2
Application number: JP2287736A
Authority: JP
Inventors: 公樹工藤
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1990-10-25
Filing date: 1990-10-25
Publication date: 1999-02-10
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: JPH04161759A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、自動車用冷房装置に用いられる冷房、冷
凍サイクルの能力を、コンプレッサのストローク状態と
の関係で制御するようにした冷房、冷凍サイクルの能力
制御装置に関する。

（従来の技術）従来の内部可変型コンプレッサは、吸入側の冷媒圧力
（サンクション圧）を一定に保つように吐出容量、即
ち、ストローク量を可変させるものであり、該コンプレ
ッサを自動車用空調装置に用いる場合には、自動車のエ
ンジンを動力源として用いる。このようなコンプレッサ
を電気式膨張弁と組み合わせて冷房、冷凍サイクルを構
成した場合には、一般に、エバポレータの出口側におけ
る冷媒の過熱度が小さくなるにつれてエバポレータの能
力が大きくなると理解されている（特公昭61−7367号公
報）。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、現実の自動車用に用いるコンプレッサ
にあっては、コスト、重量、大きさの都合から、低回転
のアイドル時から高回転の高速走行時にかけて、また低
熱負荷から高熱負荷にかけて、吐出容量をいつも所望の
冷却能力が得られるように可変させることができるとは
限らなかった。

実際、本出願人によって得られたエバポレータの過熱
度に対するエバポレータの能力特性は第５図に示すよう
なものであり、この制御領域を越えるような場合には、
期待する制御はできない。即ち、アイドル時に膨張弁の
設定過熱度がいきおい小さくなると、コンプレッサのス
トローク量が最大（フルストローク）時、所望の性能に
至らない不都合があった。また、冷房負荷が高い場合に
は第５図の制御領域をはずれてコンプレッサの吐出量が
常時最大となり、あたかも固定容量型コンプレッサと同
様の制御状態となる。このため、クールダウン時のよう
に、設定過熱度を車室内の熱負荷に応じて変化させ、エ
バポレータの冷却能力を最大に保つためにコンプレッサ
がフルストロークで稼動している状態においては、エン
ジンの回転数に変化があると車室内が冷却不足になる問
題点があった。

そこで、この発明においては、上記問題点を解消し、
最大冷房能力が得られるエバポレータの設定過熱度をコ
ンプレッサのストローク量に応じて調節し冷房能力の向
上を図った冷房、冷凍サイクルの能力制御装置を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段）しかして、この発明の要旨とするところを第１図によ
って説明すると、少なくともエバポレータ、コンプレッ
サ、凝縮器と共に配管結合されて冷房、冷凍サイクルを
構成する膨張弁15と、前記エバポレータの出口側におけ
る冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段100と、前記
エバポレータにかかる熱負荷を演算する熱負荷演算手段
200と、前記コンプレッサの稼動状態がフルストローク
状態で稼動しているか否かを実質的に判定する稼動状態
判定手段300と、前記稼動状態判定手段300によりコンプ
レッサがフルストローク状態で稼動していないと判定さ
れた場合には、前記熱負荷の大きさに応じて予め設定さ
れた値になるようエバポレータの設定過熱度を決定し、
前記稼動状態判定手段300によりコンプレッサがフルス
トローク状態で稼動していると判定された場合には、エ
バポレータの設定過熱度を該エバポレータの最大冷却能
力が得られる所定の値に変更する設定過熱度演算手段40
0と、前記過熱度検出手段100の検出値と前記設定過熱度
演算手段400の設定過熱度との差に基づいて実際の過熱
度が設定過熱度になるように前記膨張弁15の弁開度を演
算する開度演算手段500と、前記開度演算手段500の演算
結果に基づいて前記膨張弁15を駆動する駆動手段600と
を具備することにある。

（作用）したがって、コンプレッサのストローク量が最大であ
るにもかかわらず、意図するエバポレータの冷却能力が
得られないような場合には、設定過熱度演算手段によ
り、係る状況下において最大冷却能力を得るための過熱
度が設定されることになり、冷却能力の不足を緩和する
ことができ、そのため、上記課題を達成することができ
るものである。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面により説明する。

第２図において、冷房、冷凍サイクルが例えば自動車
用空調装置に用いられた場合が示され、自動車用空調装
置は、空調ダクト１の最上流側に内外気切替装置２が設
けられ、この内外気切替装置２は、内気入口３と外気入
口４とが分かれた部分に内外気切替ドア５が配置され、
この内外気切替ドア５を操作することにより空調ダクト
１内に導入する空気を内気と外気とに切り替えられるよ
うになっている。

送風機６は、空調ダクト１内に空気を吸い込んで下流
側に送風するもので、この送風機６の後方にはエバポレ
ータ７と、エンジン（図示せず。）の冷却水が循環して
通過空気を加熱するヒータコア８が設けられている。こ
のヒータコア８の前方にはエアミックスドア９が設けら
れており、このエアミックスドア９の開度を調節するこ
とにより、ヒータコア８を通過する空気とヒータコア８
をバイパスする空気との量が変えられるようになってい
る。

そして、空調ダクト１の下流側は、複数の吹出口10a
〜10cに分かれて車室に開口し、図示しないモードドア
により吹出口が選択されて所望の吹出モードが得られる
ようになっている。

冷房、冷凍サイクル11は、コンプレッサ12、凝縮器1
3、受液器14、膨張弁15及びエバポレータ７がそれぞれ
順次配管結合されて構成されている。このサイクルに用
いられるコンプレッサ12は、サンクション圧を一定に保
つ内部可変型のもので、電磁クラッチ16を介して図示し
ないエンジンの回転が伝達されるようになっており、こ
の電磁クラッチ16の通電を断続的に行なうことで、コン
プレッサ12を駆動または停止することができるようにな
っている。

膨張弁15は、電磁コイルを用いた比例電磁弁タイプの
もので、印加電流に応じてその弁開度が調節されるよう
になっている。

エバポレータ７の入口側及び出口側には、冷媒の温度
を検出する第１及び第２の冷媒温度センサ33,34が設け
られ、この第１及び第２の冷媒温度センサ33,34の出力
信号は、入力回路36に入力されるようになっている。ま
た、入力回路36には、他に車室内の設定温度T_PTRを決定
する温度設定器37の出力信号、外気温度T_AMBを検出する
外気温センサ38の出力信号、車室内温度T_INCを検出する
車室内温度センサ39の出力信号、内外気切替ドア５のド
ア位置、即ち、吸入モードを検出する位置検出センサ40
の出力信号及び冷房、冷凍サイクル11を稼動させるA/C
スイッチからの信号が入力される。

入力回路36は、マルチプレクサやA/D変換器等から構
成されるもので、ここに入力された信号はデジタル信号
に変換されてマイクロコンピュータ41に入力されるよう
になっている。

マイクロコンピュータ41は、図示しない中央処理装置
（CPU）、読出専用メモリ（ROM）、ランダムアクセスメ
モリ（RAM）及び入出力ポート（I/O）等を持つそれ自体
周知のもので、駆動回路42a,42bを介して前述した電磁
クラッチ16及び比例電磁弁式膨張弁15等の作動を制御す
るものである。

第３図において、上述のマイクロコンピュータ41によ
る膨張弁15及び電磁クラッチ16の制御動作例がフローチ
ャートとして示され、以下、このフローチャートに基づ
いて説明する。

まず、マイクロコンピュータ41は、スタート（ステッ
プ50）より実行を開始し、ステップ52へ進んで、外気温
T_AMB、車室内温度T_INC、設定温度T_PTR、エバポレータ７
の入口側及び出口側の冷媒温度T₁,T₂の各種温度信号
と、位置検出センサ40及びA/Cスイッチからの信号を入
力する。

そして、次のステップ54において、吸入モードが内気
循環モード（REC）であるか否かを判定し、内気循環モ
ードであると判定された場合には、ステップ56へ進ん
で、後に用いる制御信号T_E1を車室内温度T_INCとする。
外気導入モードであると判定された場合には、ステップ
58へ進んで、T_E1を外気温T_AMBとする。このT_E1はエバポ
レータ７の風入側空気温度を表わすもので、エバポレー
タ７の熱負荷を表わす信号として用いられる。

ステップ60においては、例えば上述のステップ56,58
で得られたT_E1に定数ｄを乗じた値を変数Ｄに設定する
処理が行なわれる。

その後、ステップ62において、エバポレータ７の出口
側における冷媒の実際の過熱度Ｓをエバポレータ７の出
口側と入口側の冷媒温度差T₂−T₁として演算し、次のス
テップ64において、設定過熱度SHを、例えば、第４図の
サブルーチンに示されるように演算する。

第４図におけるSHの演算処理は、まず、ステップ80に
おいて車室内温度T_INCと車室内の設定温度T_PTRとの差Ｚ
を演算し、ステップ82,84において、エバポレータの熱
負荷が低熱負荷であるか否かを判定する。低熱負荷の判
定要因にはいろいろ考えられるが、ここでは、エバポレ
ータ７の風入側空気温度、即ち、前記制御信号T_E1が所
定温度以下（例えば18℃以下）となった場合、または外
気温T_AMBが所定温度以下（例えば20℃以下）となった場
合に低熱負荷と判定し、この場合にはステップ86へ進
み、それ以外の場合はステップ88へ進む。

ステップ86においては、エバポレータ７の能力度合を
表わす変数Ｋを100％に固定し、ステップ88において
は、このＫを例えば前記T_INCとT_PTRとの差を表わす熱負
荷Ｚの値に応じて、同ステップ88に記載の所定の特性パ
ターンが得られるように決定する。つまり、T_INCがT_PTR
に比べて大きければ冷房負荷が大きいためにエバポレー
タの能力度合を大きくし、逆の場合には、エバポレータ
の能力度合を小さくするＫの値が設定され、冷媒流量が
少なくなるようなT_E1が小さいときまたはT_AMBが小さい
ときには、Ｚの大きさにかかわらず能力度合Ｋが最大
（100％）になるようにしてある。

次のステップ90においては、エバポレータ７の入口側
の冷媒温度T₁が所定温度（例えば０℃）以上であるか否
かを判定する。この判定ステップの意図するところは、
コンプレッサ12の吐出容量に応じてエバポレータ７の入
口側の温度が変化することから、コンプレッサ12がフル
ストローク状態で稼動してるか否かを判断することにあ
る。フルストローク状態でコンプレッサが稼動している
ときには、これ以上コンプレッサによってはエバポレー
タの能力変化制御を行なえないため、エンジン回転数が
低い場合や高熱負荷時において目標とするエバポレータ
能力を実現できない虞れがあるが、第５図に示される設
定過熱度SHとエバポレータ７の能力との関係を示した実
験結果から判るように、フルストローク状態のエバポレ
ータの能力特性曲線（実線で示す。）は、SHが小さくな
るにつれて常に増加するわけではなく、ある値をピーク
として減少することから、サイクル全体から見た最大の
冷却能力を得るためには膨張弁の絞りを変更すればよ
い。

しかして、ステップ90において、コンプレッサがフル
ストローク域にないと判定された場合（T₁≦０℃）に
は、コンプレッサの吐出量を調節することによってエバ
ポレータの実際の過熱度を設定過熱度SHにすることがま
だ可能であると判断し、前述のステップ86,88で得られ
たＫに基づいて、エバポレータ７の設定過熱度SHをステ
ップ92の所定の特性パターンが得られるように決定す
る。即ち、Ｋ＝100％でSHの値を最小（例えば2deg）と
し、Ｋが小さくなるに従ってSHを大きく設定する。ま
た、SHはT_E1のレンジによっても変更されるもので、Ｋ
が同じ値であっても熱負荷が小さい場合には、熱負荷が
大きい場合に比べて小さい値に設定される。

これに対して、ステップ90において、コンプレッサが
フルストローク域にあると判定された場合（T₁＞０℃）
には、エバポレータの実際の過熱度を設定過熱度SHにす
るためのコンプレッサの冷媒調節が既に限界に達してい
るため、SH自体を第５図の黒丸に示す値Ｆに補正し、サ
イクルとして最大冷房能力をだせる状態とする（ステッ
プ94）。ここで、第５図の特性曲線について若干説明す
ると、エバポレータ７の風入側空気温度T_E1が35℃であ
る場合には、エンジン回転数が1500rpmまたは3000rpmに
おいてコンプレッサ12はフルストローク以外のストロー
ク状態（デストローク状態・・・破線で示す。）で稼動
しており、800rpmのときはフルストローク状態で稼動し
ている。また、熱負荷が大きいとき、例えばT_E1が45℃
である場合には、エンジン回転数が300rpmにおいてコン
プレッサ12はデストローク状態で稼動しており、1500rp
mまたは800rpmのときはフルストローク状態で稼動して
いる。

以上のようにしてSHが演算された後は、第３図のステ
ップ66へ進み、実際のエバポレータ７の過熱度Ｓと設定
過熱度SHとの差Ｘを演算し、ステップ68へ進む。そし
て、ステップ68において、このサイクルで用いる膨張弁
15の制御がいわゆるPID制御（比例積分微分制御）であ
ることから、これに必要な演算処理を同ステップ68に記
載の演算式に基づいて行なう。ここで、A,B,Cは演算係
数であり、Ｄは前記ステップ60に示す変数である。ま
た、Ｙは、所望の過熱度SHを得るために膨張弁15の弁開
度を制御する駆動回路42bに出力される制御信号であ
る。

次のステップ70においては、マイクロコンピュータ41
から上述のステップ68の制御信号を駆動回路42bへ出力
することで、膨張弁15が所定の弁開度になるよう駆動さ
れる。

その後、ステップ72へ進み、エアコンスイッチ（A/
C）が投入されているか否かを判定し、エアコンスイッ
チが投入されていると判定された場合には、ステップ74
へ進んで駆動回路42aに所定の制御信号を出力し、この
駆動回路42aにより電磁クラッチ16をONにしてコンプレ
ッサ12を稼動させる。また、ステップ72において、エア
コンスイッチが投入されているないと判定された場合に
は、ステップ76へ進んで電磁クラッチ16を駆動停止状態
にする。

そして、ステップ74または76の後は、ステップ52に戻
り、再び前述の各ステップが繰り返されるようになって
いる。

このため、フルストローク時におけるエバポレータの
能力は、例えば、車室内が45℃になっている状態におい
て、アイドル時と40キロ走行時とのクールダウン特性を
調べてみると、いずれの場合も設定過熱度SHをステップ
94において所定量Ｆに変更することで、第６図に示され
るように、冷却能力を従来（実線で示す。）に比べて破
線で示すように高められるものである。

（発明の効果）以上述べたように、この発明によれば、コンプレッサ
のストローク量が最大となり、コンプレッサの容量制御
によるエバポレータの冷却能力制御に限界を生じた場合
には、設定過熱度をエバポレータの最大冷却能力が得ら
れる所定値に変更することで、冷却能力の向上が図れ、
クールダウン時における冷却不足を緩和することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を示す機能ブロック図、第２図はこの
発明に係る冷房、冷凍サイクルを自動車用空調装置に用
いた場合を示す概略構成図、第３図は同上におけるマイ
クロコンピュータによる膨張弁と電磁クラッチの制御動
作例を示すフローチャート、第４図は同上における設定
過熱度の演算ルーチンを示すフローチャート、第５図は
設定過熱度とエバポレータの冷却能力との関係を示す特
性線図、第６図はアイドル時及び走行中のクールダウン
特性を示す線図である。７……エバポレータ、11……冷房、冷凍サイクル、12…
…コンプレッサ、13……凝縮器、15……膨張弁、100…
…過熱度検出手段、200……熱負荷演算手段、300……稼
動状態判定手段、400……設定過熱度演算手段、500……
開度演算手段、600……駆動手段。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともエバポレータ、コンプレッサ、
凝縮器と共に配管結合されて冷房、冷凍サイクルを構成
する膨張弁と、前記エバポレータの出口側における冷媒の過熱度を検出
する過熱度検出手段と、前記エバポレータにかかる熱負荷を演算する熱負荷演算
手段と、前記コンプレッサの稼動状態がフルストローク状態で稼
動しているか否かを実質的に判定する稼動状態判定手段
と、前記稼動状態判定手段によりコンプレッサがフルストロ
ーク状態で稼動していないと判定された場合には、前記
熱負荷の大きさに応じて予め設定された値になるようエ
バポレータの設定過熱度を決定し、前記稼動状態判定手
段によりコンプレッサがフルストローク状態で稼動して
いると判定された場合には、エバポレータの設定過熱度
を該エバポレータの最大冷却能力が得られる所定の値に
変更する設定過熱度演算手段と、前記過熱度検出手段の検出値と前記設定過熱度演算手段
の設定過熱度との差に基づいて実際の過熱度が設定過熱
度になるように前記膨張弁の弁開度を演算する開度演算
手段と、前記開度演算手段の演算結果に基づいて前記膨張弁を駆
動する駆動手段とを具備することを特徴とする冷房、冷凍サイクルの能力
制御装置。