JP3671548B2

JP3671548B2 - 空調装置

Info

Publication number: JP3671548B2
Application number: JP26994596A
Authority: JP
Inventors: 宏木下; 康彦新美
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2016-10-11
Also published as: JPH10115448A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調装置であって、電動モータによってコンプレッサを駆動するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動モータによってコンプレッサを駆動するものが周知である。具体的には電動モータの回転数をインバータによって制御することで、空調負荷に応じてコンプレッサの回転数を制御している。
そして、従来装置では例えば冷房負荷が大きく、電動モータの入力電流値が所定値より大きくなるのを防止するために、入力電流値が所定値より大きくなると、電動モータ（コンプレッサ）の回転数を低下させることで、入力電流値を下げるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来装置では冷房負荷が大きく、入力電流値が所定値より大きくなるとコンプレッサの回転数を低くして入力電流値を下げるように制御しているので、この際冷凍サイクルの冷房能力を急激に低下させるという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は入力電流値を下げながらも、冷房能力の低下を抑制することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
つまり、本発明者らは、コンプレッサの回転数と入力電流値とは、コンプレッサトルク（負荷トルク）と相関があり、同じ入力電流値であれば、コンプレッサトルクが小さいほどコンプレッサの回転数が高くなることに着眼した。
すなわち、入力電流値が所定値より大きくなったとき、コンプレッサトルクを小さくできれば、入力電流値を下げてもコンプレッサの回転数を維持できると考えた。コンプレッサトルクＴは、以下の数式１にて表される。
【０００６】
【数１】
Ｔ＝Ｃ・ｋ／（ｋ−１）・Ｐｓ・〔（Ｐｄ／Ｐｓ）^(k-1)・^k−１〕Ｖｃ
ここで、Ｐｓは低圧圧力、Ｐｄは高圧圧力、ｋは比熱比、Ｃは定数である。そして、さらにこの数式１をグラフ化したものを図５に示す。図５を見て分かるように高圧圧力が１５ｋｇ／ｃｍ２ａｂｓより高いとき、つまり、冷房負荷が大きくコンプレッサの回転数が高いときでは、低圧圧力が低するほどコンプレッサトルクＴが小さくなっている。
【０００７】
この結果、インバータから電動モータへの入力電流値が所定値より大きくなったとき低圧圧力を下げれば、コンプレッサトルクＴを小さくできる。これにより、本発明者は、入力電流値を下げても、コンプレッサの回転数を維持することができ、冷凍サイクルの冷房能力の低下を抑制できるのでないかと考えた。そこで、請求項１ないし３に記載した発明では、電動モータ（１１）の入力電流値（Ｉｎ）を検出する入力電流値検出手段（１２ｂ、Ｓ７１）と、入力電流値検出手段（１２ｂ、Ｓ７１）によって検出された入力電流値（Ｉｎ）が、過電流に相当する電流値である第１所定値（Ｉｓｅｔ２）より大きいか否かを判定する第１入力電流値判定手段（Ｓ７２）と、入力電流値検出手段（１２ｂ、Ｓ７１）によって検出された入力電流値（Ｉｎ）が第１所定値（Ｉｓｅｔ２）より小さく入力電流値（Ｉｎ）を過電流に近づけないように設定された電流値である第２所定値（Ｉｓｅｔ１）より大きいか否かを判定する第２入力電流値判定手段（１５ａ、Ｓ７４）とを有し、第１入力電流値判定手段（Ｓ７２）によって入力電流値（Ｉｎ）が第１所定値（Ｉｓｅｔ２）より大きいと判定されると、コンプレッサ（５）を停止させるように構成されており、さらに、第２入力電流値判定手段（１５ａ、Ｓ７４）によって前記入力電流値（Ｉｎ）が第２所定値（Ｉｓｅｔ１）より大きいと判定されると、冷凍サイクル装置（１００）の低圧圧力を所定時間低下させる圧力低下手段（１５、１５ｂ、３ａ、１５ｃ、２５）を有することを特徴としている。
【０００８】
これにより、コンプレッサの負荷トルクが小さくなるので、入力電流値を小さくしても、コンプレッサの回転数を維持でき、冷凍サイクル装置の冷房能力の低下を抑制することができ、空調制御を良好に連続運転可能となる。
【０００９】
また、特に請求項３記載の発明では、エバポレータ（４）に向かって空気を送風する送風機（３）と、送風機（３）の送風量を制御する送風制御手段（１５、１５ｂ）とを有し、圧力低下手段は、送風制御手段（１５、１５ｂ）にて構成されており、送風制御手段（１５、１５ｂ）は、第２入力電流値判定手段（１５ａ、Ｓ７４）によって入力電流値（Ｉｎ）が第２所定値（Ｉｓｅｔ１）より大きいと判定されると、送風機（３）の送風量を小さくするように制御することを特徴としている。
【００１０】
これにより、低圧圧力を低下させることで、若干ながらは冷凍サイクル装置の冷房能力が小さくなるが、エバポレータへの送風量を小さくするので、空調風の温度がほとんど上昇せず、乗員への不快感をも防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を車両用空調装置に適用した例について説明する。
本実施形態における車両用空調装置は、車両の駆動源としてエンジン（内燃機関）もしくは電動モータを使用するハイブリッド車に搭載されたものである。
【００１２】
車両用空調装置１は、車室内への空気通路をなす空調ユニット２を有する。空調ユニット２には、車室内に向かう空気流を発生する送風機３が設けられている。この送風機３は、ファンモータ３ａとファン３ｂとからなる周知のものである。送風機３の上流側における空調ユニット２には、車室内空気（以下、内気）を取り入れるための内気導入口８、および車室外空気（以下、外気）を取り入れるための外気導入口９が形成されている。これら内気導入口８と外気導入口９とは、内外気切換ドア１０によって選択的に開閉可能となっている。なお、この内外気切換ドア１０は、駆動手段としてサーボモータ２１にて駆動される。そして、内外気切換ドア１０が、内気導入口８を閉じて、外気導入口９を開口すると、内外気モードとして空調ユニット２内に外気が取り入れる外気モードとなる。また、内外気切換ドア１０が、内気導入口８を開口し、外気導入口９を閉じると、空調ユニット２内に内気が取り入れる内気モードとなる。
【００１３】
送風機３の下流側における空調ユニット２内には、通過する空気を冷却するエバポレータ４が収納配置されている。エバポレータ４は、冷凍サイクル装置１００の一構成部をなすものである。
冷凍サイクル装置１００は、冷媒を高温高圧に圧縮するコンプレッサ５と、この高温高圧の冷媒を凝縮液化させるコンデンサ６と、この凝縮液化された冷媒のうち、気相冷媒と液相冷媒とを分離し、液相冷媒を貯留するレシーバー２３と、この液相冷媒をを減圧する減圧手段７と、この減圧された冷媒を蒸発気化させる蒸発器である上記エバポレータ４とから成る周知のものである。
【００１４】
コンプレッサ４は、電動モータ１１によって駆動されるようになっている。コンプレッサの回転数は、冷房負荷に応じて電動モータ１１への入力をインバータ１２によって連続的に可変することで制御され、これにより、空調空間を空調するようになっている。
つまり、インバータ１２は、図１に示すようにモータ回転数制御手段１２ａを構成している。また、インバータ１２は、図１に示すように電動モータ１１への入力電流値をリニアに検出する入力電流検出手段１２ｂをも構成している。
【００１５】
エバポレータ４の下流側における空調ユニット２には、エバポレータ４を通過した空気を加熱する加熱用熱交換器であるヒータコア１３が配置されている。ヒータコア１３は、エンジン冷却水を熱源とするものである。
エバポレータ４の空気下流側で、ヒータコア１３の上流側には、エアミックスドア１４が設けられている。エアミックスドア１４は、エバポレータ４を通過した空気のうち、ヒータコア１３を通過させるものと、ヒータコア１３をバイパスさせるものとの風量割合を調整することで、空調風の温度を調整するものである。なお、このエアミックスドア１４は、駆動手段として例えばサーボモータ（図示しない）にて駆動されるようになっている。
【００１６】
そして、このような車両用空調装置１は、制御装置１５にて空調制御されるようになっており、以下この制御装置１５について説明する。
制御装置１５は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ等の周知のコンピュータ手段であって、各種空調情報に基づいて空調演算処理を行うものである。また、制御装置１５は、車両に搭載されたバッテリから電力が供給されるようになっている。
【００１７】
制御装置１５は、入力端子として、空調空間である車室内温度を検出する内気センサ１６、車室外温度を検出する外気センサ１７と、車室内の空調操作パネル（図示しない）に設けられ、車室内の設定温度を設定する温度設定器１９、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２０、およびエバポレータ４の直下流側で、エバポレータを通過した空気の吹出温度を検出する吹出温度センサ１８等が接続されている。また、制御装置１５は、図１に示すようにインバータ１２から電動モータ１１への入力電流値を読み込み可能となっている。
【００１８】
一方、制御装置１５は、図１に示すように出力端子として、ファンモータ３ａに接続されており、モータ回転数制御手段１５ｂとして機能している。具体的にはモータ回転数制御手段１５ｂは、可変抵抗よりなる駆動回路である。
さらに制御装置１５は、出力端子として、インバータ１２に接続されており、インバータ１２から電動モータ１１への入力電流値を制御するようになっている。
【００１９】
次に上記制御装置１５の制御内容を図２および図３に示すフローチャートに基づき説明する。なお、このフローチャートは、図示しないキースイッチがオンされることで実行されるようになっている。
先ず、ステップＳ１０では、空調情報読み込みとして内気センサ１６の検出値、外気センサ１７の検出値と、水温センサ２０の検出値、温度設定器１９の設定温度Ｔｓｅｔ、および吹出温度センサ１８の検出温を読み込む。
【００２０】
次にステップＳ２０では、上記ステップＳ１０にて読み込まれた情報に基づいて、エバポレータ４を通過した空気の吹出温度の目標吹出温度Ｔｅｏを算出する。
次にステップＳ３０では、上記ステップＳ２０にて算出された目標吹出温度Ｔｅｏからコンプレッサ５の目標回転数Ｎｃを算出する。なお、この目標回転数Ｎｃは、目標吹出温度Ｔｅｏが低くなるほど、高くなるように算出される。また、インバータ１２は、この目標回転数Ｎｃとなるように入力電流値を制御するようになっている。
【００２１】
そして、ステップＳ４０では、上記内外気モードを決定するものであり、具体的には上記ステップＳ２０にて算出された目標吹出温度Ｔｅｏが低いほど内気モードとなるように設定される。ステップＳ５０では、上記エアミックスドア１４の開度を決定するものであって、上記目標吹出温度Ｔｅｏおよび水温センサ２０の検出温に応じて開度が決定されるようになっている。なお、目標吹出温度Ｔｅｏが、非常に低い場合は、エアミックスドア１４は、エバポレータ４を通過した空気が全てヒータコア１３をバイパスさせる開度となる。
【００２２】
さらにステップＳ６０では、送風機３の送風量（ファンモータ３ｂの印加電圧Ｖｎ）を設定するものであって、この印加電圧は、上記目標吹出温度Ｔｅｏが低くなるほど大きくなるように設定される。
次にステップＳ７０では、本実施形態の要部であって、インバータ１２から電動モータ１１への入力電流値Ｉｎに応じて冷凍サイクル装置１００の低圧圧力を制御するものである。
【００２３】
以下、これについて図３に基づいて説明する。
先ず、ステップＳ７１では、電動モータ１１の入力電流値Ｉｎを検出する。なお、同じ目標回転数Ｎｃであっても、コンプレッサ５の負荷トルクが大きいほど、入力電流値Ｉｎは、大きくなる。
そして、ステップＳ７２では、ステップＳ７１にて検出された入力電流値Ｉｎが、所定値Ｉｓｅｔ２（本実施形態では１８Ａ）より大きいか否かが判定される。つまり、インバータ１２に過電流が流れることで、インバータ１２の破損を防止するものであり、この判定結果がＹＥＳの場合は、ステップＳ７３に進んで、入力電流値Ｉｎを０とし、コンプレッサ５を停止させる。また、ステップＳ７２での判定結果がＮＯの場合は、ステップＳ７４に進む。
【００２４】
ステップＳ７４では、さらにステップＳ７１にて検出された入力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１（本実施形態では１６．５Ａ）より大きいか否かを判定するものである。つまり、ステップＳ７４では、再度入力電流値Ｉｎを所定値（ここでは１６．５Ａ）より大きいか否かを判定することで、出来る限り入力電流値Ｉｎを１８Ａに近づけないようにしている。
【００２５】
具体的には、入力電流値Ｉｎが１８Ａを越えると、コンプレッサ５が停止するのであるが、この後再度コンプレッサ５を起動する場合、コンプレッサ５の負荷トルクが過大なため、再起動できない（再起動には１８Ａ以上の入力電流値Ｉｎが必要）。この結果、一旦コンプレッサ５が停止すると、空調装置の作動が維持できなく恐れがある。それ故、本実施形態では、１８Ａより小さい１６．５Ａより大きくならないようにすることで、過電流によるコンプレッサ５の停止を防止している。
【００２６】
そして、ステップＳ７４の判定結果がＹＥＳの場合は、送風機３の送風量は、上記ステップＳ６０にて設定されたものとなり、このフローチャートを抜けてリターンされる。また、ステップＳ７４の判定結果がＮＯの場合、つまり、入力電流値Ｉｎが１６．５Ａより大きく、冷房負荷が大きいときにはステップＳ７５に進む。
【００２７】
ステップＳ７５では、この入力電流値Ｉｎを下げるとともに、冷凍サイクル装置１００の冷房能力の低下を出来るかぎり抑制する。つまり、上記課題を解決するための手段にて述べたように、本実施形態では入力電流値ＩｎがＩｓｅｔ１より大きいときいは、冷凍サイクル装置１００の低圧圧力（コンプレッサ５の吸入圧力）を下げることで、コンプレッサ５の負荷トルクを小さくする。
【００２８】
そこで、本実施形態では、ファンモータ３ａの印加電圧Ｖｎを下げることで、冷凍サイクル装置１００の低圧圧力を所定時間低下させるようにしてある。そして、具体的には、ステップＳ７５では、入力電流値Ｉｎと所定値Ｉｓｅｔ１との差（過電流分）が大きくなるほど、印加電圧Ｖｎの低下電圧ΔＶを大きくなるように設定する。
【００２９】
ここで、上記低下電圧Ｖｎは、コンプレッサ５の回転数を、上記ステップＳ３０にて算出された目標回転数Ｎｃとなるようにすると共に、この目標回転数Ｎｃとするための入力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１より小さくなるように設定している。
そして、ステップＳ７６に進んで、ファンモータ３ａの最終的な印加電圧Ｖｎを上記ステップＳ６０にて決定した印加電圧Ｖｎから上記低下電圧ΔＶだけ減算したものとする。
【００３０】
これにより、コンプレッサ５の負荷トルクが小さくなるので、入力電流値を小さくしても、コンプレッサ５の回転数を維持でき、冷凍サイクル装置１００の冷房能力の低下を抑制することができ、空調制御を良好に連続運転可能となる。
なお、ここで言う所定時間とは、図３に示すようにステップＳ７４の判定結果がＮＯで、入力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１より大きいと判定されている間である。つまり、通常、入力電流値Ｉｎが一旦所定値Ｉｓｅｔ１より大きくなったとしても、車室内の冷房を持続されているので、ステップＳ２０で算出される目標吹出温度Ｔｅｏが大きくなり、ステップＳ３０で算出される目標回転数Ｎｃが小さくなる。この結果、入力電流値Ｉｎは次第に小さくなっていき、最終的には所定値Ｉｓｅｔ１より小さくなる。
【００３１】
また、本実施形態では、送風機３の送風量を小さくすることで低圧圧力を低下させた。従って、入力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１より大きくなり、低圧圧力を低下させることで、若干ながら冷凍サイクル装置１００の冷房能力が低くなるが、空調風の温度がほとんど上昇しないので、乗員への不快感をも防止できる。
（第２実施形態）
本実施形態では、上記第１実施形態と比して、冷凍サイクル装置１００の低圧圧力を低下させる手段が異なる。図４に本実施形態における車両用空調装置１の全体構成図を示す。なお、上記第１実施形態と同一の機能を有するものは、同一の符号を付ける。
【００３２】
具体的には、図４に示すように冷凍サイクル装置１００において、エバポレータ４の下流側と、コンプレッサ５の吸入側との間の冷媒配管に、低圧絞り弁２５を設置する。そして、この低圧絞り弁２５は、図４に示すように制御装置１５内に設けられた弁開度調整手段１５によって電気的に弁開度が調整されるようになっている。
【００３３】
この弁開度調整手段１５は、入力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１より小さいときは、弁開度を全開する作動位置とし、入力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１より大きいときには、上記冷媒配管内の流路を絞るように制御する。また、この低圧絞り弁２５は、入力電流値Ｉｎと所定値Ｉｓｅｔ１との差（過電流分）が大きくなるほど、流路を絞るようにする。
【００３４】
（他の実施形態）
冷凍サイクル装置１００の低圧圧力を低下させる手段として、例えば内外気モードを外気モードから内気モードに変更するようにしても良い。つまり、例えば外気温が高い夏期において内外気モードが外気モードであると、エバポレータ４には高温の外気が通過することになり、エバポレータ４での加熱度が大きくなり、低圧圧力は比較的高い。そして、この状態から内気モードに変更すると、比較的低温（例えば２５度）の内気がエバポレータ４を通過するので、エバポレータ４での加熱度が小さくなり、低圧圧力を低下させることができる。
【００３５】
また、冷凍サイクル装置１００の低圧圧力を低下させる手段として、次のような構成としても良い。空調ユニット２内にエバポレータ４を２つ配置し、これらエバポレータ４へ冷媒の供給量を可変するようにしても良い。例えば、全てのエバポレータに冷媒が供給されている際に、入力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１より大きくなると、一つのエバポレータへの冷媒供給を停止させるようにしても良い。
【００３６】
さらに例えば、図１においてエバポレータ４をバイパスするバイパス通路を設け、さらにこのバイパス通路を開閉するバイパスドアを設け、入力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１より大きくなると、バイパスドアをエバポレータ４を通過する風量を小さくして、その分バイパス通路に送風するようにしても良い。これにより、車室内に吹き出される空調風の風量を低下させずに済む。
【００３７】
また、以上に述べた各実施形態では、冷凍サイクル装置１００は、冷房専用おものであったが、冷媒の流れ方向を切り換えることで、上記エバポレータ４にて冷媒凝縮液化させる凝縮機とし、この凝縮熱によって空調ユニット２内の空気を加熱するようなヒートポンプ式のものであっても良い。
また、コンプレッサ５は、固定容量タイプのものであっても、可変容量タイプのものであっても良い。
【００３８】
また、本発明は、車両用空調装置に限らず、例えば家庭用や業務用の空調装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における車両用空調装置の全体構成図である。
【図２】上記実施形態における制御装置１５の制御内容を示すフローチャートである。
【図３】上記実施形態における制御装置１５の制御内容を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態における車両用空調装置の全体構成図である。
【図５】本発明の解決原理を示すグラフ図である。
【符号の説明】
３…送風機、４…エバポレータ、５…コンプレッサ、６…コンデンサ
７…減圧手段、１１…電動モータ、１２…インバータ、１５…制御装置
１００…冷凍サイクル装置

Claims

少なくとも冷媒を高温高圧に圧縮するコンプレッサ（５）と、この高温高圧の冷媒を液化凝縮させるコンデンサ（６）と、この凝縮液化された冷媒を減圧する減圧手段（７）と、この減圧された冷媒を蒸発気化させるエバポレータ（４）とを有する冷凍サイクル装置（１００）を備え、
前記コンプレッサ（５）は、電動モータ（１１）によって駆動されるようになっており、
冷房負荷に応じて前記電動モータ（１１）への入力をインバータ（１２）によって可変することでコンプレッサ（５）の回転数を制御し、空調空間を空調するように構成された空調装置であって、
前記電動モータ（１１）の入力電流値（Ｉｎ）を検出する入力電流値検出手段（１２ｂ、Ｓ７１）と、
前記入力電流値検出手段（１２ｂ、Ｓ７１）によって検出された入力電流値（Ｉｎ）が、過電流に相当する電流値である第１所定値（Ｉｓｅｔ２）より大きいか否かを判定する第１入力電流値判定手段（Ｓ７２）と、
前記入力電流値検出手段（１２ｂ、Ｓ７１）によって検出された入力電流値（Ｉｎ）が、前記第１所定値（Ｉｓｅｔ２）より小さく前記入力電流値（Ｉｎ）を前記過電流に近づけないように設定された電流値である第２所定値（Ｉｓｅｔ１）より大きいか否かを判定する第２入力電流値判定手段（１５ａ、Ｓ７４）とを有し、
前記第１入力電流値判定手段（Ｓ７２）によって前記入力電流値（Ｉｎ）が第１所定値（Ｉｓｅｔ２）より大きいと判定されると、前記コンプレッサ（５）を停止させるように構成されており、
さらに、前記第２入力電流値判定手段（１５ａ、Ｓ７４）によって前記入力電流値（Ｉｎ）が前記第２所定値（Ｉｓｅｔ１）より大きいと判定されると、前記冷凍サイクル装置（１００）の低圧圧力を低下させる圧力低下手段（１５、１５ｂ、３ａ、１５ｃ、２５）を有することを特徴とする空調装置。
前記空調空間の温度を検出する温度検出手段（１６）と、
前記空調空間の設定温度を設定する温度設定手段（１９）と、
少なくとも前記温度検出手段（１９）が検出する温度と、前記温度設定手段（１９）によって設定された設定温度（Ｔｓｅｔ）とに基づいて、前記コンプレッサ（５）の目標回転数（Ｎｃ）を算出し、前記コンプレッサ（５）の回転数が前記目標回転数（Ｎｃ）となるように前記インバータ（１２）を制御するコンプレッサ制御手段（１５）とを有することを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
前記エバポレータ（４）に向かって空気を送風する送風機（３）と、
前記送風機（３）の送風量を制御する送風制御手段（１５、１５ｂ）とを有し、
前記圧力低下手段は、前記送風制御手段（１５、１５ｂ）にて構成されており、
前記送風制御手段（１５、１５ｂ）は、
前記第２入力電流値判定手段（１５ａ、Ｓ７４）によって前記入力電流値（Ｉｎ）が前記第２所定値（Ｉｓｅｔ１）より大きいと判定されると、前記送風機（３）の送風量を小さくするように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の空調装置。