JP4039849B2 - 可変流量コンプレッサを備えた空調回路および制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の車室の空調に関する。
【０００２】
本発明は、特に、冷却液が通過可能な自動車の車室用の空調回路に関し、外部制御式の可変流量コンプレッサと、車室に送る空気流が通過可能なエバポレータとを備えているものに関する。
【０００３】
【従来の技術】
このタイプの空調回路は、さらに、コンデンサと、可変流量コンプレッサおよびエバポレータの間に介在する減圧弁とを備えている。コンプレッサは、制御信号を受信して、そのシリンダ容積を調整し、冷却液の流量を調整する。
【０００４】
冷却液は、気相としてコンデンサに送られ、コンデンサにおいて、外気流、あるいは再循環空気流れの熱交換により液相に変化する。
【０００５】
液相となった冷却液は、その後、減圧弁を通って減圧され、空気流との熱交換により、エバポレータで気相に変化する。このようにして冷却された空気流が、自動車の車室に送られて、冷却または空調した空気が得られる。エバポレータの出力側では、気相の冷却液がコンプレッサの入口に送られ、以下、同様に行われる。
【０００６】
外部制御式のコンプレッサを使用すると、必要に応じて回路の低圧を調整し、従って、エバポレータで冷却液の蒸発圧力を調整できるという長所が得られる。かくして、エバポレータを温度調整可能になるので、車室に送られる空気流を調整することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、外部制御式のコンプレッサは、流量が少ない場合、エバポレータの各箇所で、たとえば熱電対により測定する温度のばらつきが比較的大きいという欠点を有する。
【０００８】
このような状況は、たとえば、外部環境の温度が約２０〜２５℃のときに、車室を冷却しようとすると現れる。
【０００９】
その結果、温度が不均衡になって、エバポレータの各箇所で温度にばらつきが生じるとともに、温度が不安定になって、エバポレータの同一個所で温度変動が生じる。そのため、エバポレータを通る空気にも、こうした温度変動が出てくる。
【００１０】
従って、通常の供給ノズルによって車室に送られる空気の温度変化が大きくなり、乗員の快適性が損なわれる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この欠点を解消するために、電子制御減圧弁の使用を検討してもよいが、この解決方法は、実施が面倒であり、空調回路のコスト高につながる。
【００１２】
本発明は、特に、以上の欠点を解消することを目的とする。
【００１３】
本発明は、特に、コンプレッサが少ない流量で作動する場合、温度の不均衡性と不安定性とを低減できる上記のタイプの空調回路を得ることをめざしている。
【００１４】
このため、本発明は、前文に規定したタイプの空調回路を提案するもので、この回路は、
ａ）エバポレータの熱負荷に関する第１の情報と、車室の目標温度に関する第２の情報とから、エバポレータ後段の目標温度を決定可能な計算手段と、
ｂ）このように決定されたエバポレータ後段の目標温度と、それ以上になると、温度の不均衡および不安定性をエバポレータで発生しうるエバポレータ後段の限界目標温度とを比較する比較手段と、
ｃ）比較手段に接続される制御手段とを含み、制御手段は、
エバポレータ後段の目標温度が、エバポレータ後段の限界目標温度未満である場合、エバポレータ後段の目標温度に応じてコンプレッサを制御することにより、エバポレータから送られる空気流をエバポレータ後段の目標温度にし、
そうでない場合、エバポレータ後段の限界目標温度に応じてコンプレッサを制御し、さらに、エバポレータから送られる空気流の少なくとも一部を加熱可能な加熱手段を制御することにより、最初に決定したエバポレータ後段の目標温度にするようになっている。
【００１５】
かくして、コンプレッサは、それ以上になると、温度の不均衡および不安定性をエバポレータで発生しうる限界目標温度を越えることができない目標温度を、エバポレータ後段で得られるように制御される。
【００１６】
その結果、エバポレータの平均温度は下げられ、温度の不均衡、および不安定性を解消できる。
【００１７】
エバポレータの平均温度は、相関的に下げられるので、一定の場合には、このような温度低下を、加熱手段の作動により補償することが必要である。加熱手段は、エバポレータから送られる空気流を加熱し、この空気流を、所望の温度、すなわち、最初に決定されたエバポレータ後段の目標温度にするように作用する。
【００１８】
従って、コンプレッサの流量が少ない場合でも、温度の不均衡は、所定の閾値よりも低くなり、エバポレータのレベルで、温度の不均衡を低減できる。
【００１９】
温度の不均衡は、一定流量の冷却液を使用することにより減るが、この流量が必要以上に多くなる場合には、空気の再加熱により補償する。
【００２０】
従って、エバポレータ後段の温度不均衡可に関して、可変流量コンプレッサ使用時の長所を保持しながら、乗員の快適性を尊重するという妥協が得られる。事実、このようなコンプレッサは、空調ループの消費を制限するのにちょうど必要な程度に、冷却力を調整することができる。
【００２１】
本発明の特徴によれば、測定手段は、エバポレータを通る空気流量を示す値と、エバポレータ前段の空気の温度を示す値とから、第１の情報を送ることができるデータ収集手段に接続される。
【００２２】
有利には、エバポレータ後段の限界目標温度は、エバポレータの最大温度と最低温度との温度差が、所定の閾値、たとえば５℃を越えないように選択される。
【００２３】
本発明の他の特徴によれば、制御手段は、圧力閾値レベル未満である圧力値を決定する信号を、コンプレッサに送信可能である。この圧力値は、蒸発圧力、すなわち、ほぼコンプレッサの吸入圧力に対応する。
【００２４】
好適には、コンプレッサの圧力閾値レベル（吸入圧力）は、エバポレータ後段の目標限界温度に対応する到達可能な最低圧力レベル以上になるように設定される。
【００２５】
本発明の他の特徴によれば、制御手段は、圧力閾値レベルに対応する閾値制御電流を越える制御電流をコンプレッサに送ることができる。
【００２６】
好適には、閾値制御電流は、到達可能な最低圧力レベルに対応する最低制御電流を越えるように設定される。
【００２７】
好適な実施形態では、加熱手段が、空気流の少なくとも一部と、少なくとも一つの冷却液との間で熱交換を行う熱交換手段を備えている。これは特に、車両のエンジンまたは燃料電池により、加熱水を供給されるラジエータ、およびまたは熱ポンプとして作動する回路のコンデンサである。
【００２８】
相補的または代替としての別の実施形態では、加熱手段は、電気抵抗、特に、正の温度係数を持つ抵抗を有している。
【００２９】
別の特徴によれば、本発明は、前記タイプの空調回路の制御方法に関し、冷却液が回路を通り、この回路は、外部制御式の可変流量コンプレッサと、車室に送られる空気流が通過可能なエバポレータとを含んでいる。
【００３０】
この方法は、主に、以下の操作を含んでいる。
ａ）エバポレータの熱負荷に関する第１の情報と、車室の目標温度に関する第２の情報とから、エバポレータ後段の目標温度を計算し、
ｂ）このように決定されたエバポレータ後段の目標温度と、それ以上になると、温度の不均衡および不安定性をエバポレータで発生しうるエバポレータ後段の限界目標温度とを比較し、
ｃ）前記比較に応じて、
エバポレータ後段の目標温度がエバポレータ後段の限界目標温度未満である場合、エバポレータ後段の目標温度に応じてコンプレッサを制御することにより、エバポレータから送られる空気流をエバポレータ後段の目標温度にし、
そうでない場合、エバポレータ後段の限界目標温度に応じてコンプレッサを制御し、さらに、エバポレータから送られる空気流の少なくとも一部を加熱可能な加熱手段をさらに制御し、最初に決定されたエバポレータ後段の目標温度にする。
【００３１】
以下の説明は、添付図に示す単なる例に関するものである。
【００３２】
最初に、本発明による空調回路を概略的に示す図１を参照する。この回路は、フッ素化合物等の冷却液が通るループ１０を含み、ループは、液相と気相の２つの異なる相として表すことができる。
【００３３】
回路は、制御ユニット１４から可変制御強度ＩＣを持つ信号Ｓ１を受信可能な可変流量コンプレッサ１２を含んでいる。
【００３４】
かくして、コンプレッサ１２のシリンダ容積は、制御強度、すなわち制御電流に応じて調整されるので、可変流量を流すことができる。
【００３５】
気相としての冷却液は、コンプレッサ１２により圧縮されて、コンデンサ１６に送られる。コンデンサ１６は、外部空気流ＡＥが吹き抜けるので、冷却液を凝縮させて液相に変化させることができる。液相の冷却液は、コンデンサを出てから、減圧器１８を介して減圧される。
【００３６】
そのため、液相になった冷却液は、可変流量の強制換気装置２２から送られる空気流Ｆが通るエバポレータ２０に到達する。空気流Ｆは、液相の冷却液と熱交換を行い、冷却液は、吸熱によって気相に変化する。かくして、冷却または空調空気流が発生し、自動車の車室Ｈに送られる。
【００３７】
エバポレータ２０の後段には、ここでは、水を供給される熱交換器２４と混合フラップ２１とからなる加熱手段が設けられ、必要な場合には、冷却空気流の少なくとも一部を加熱することができる。
【００３８】
制御ユニット１４は、コンプレッサ１２に制御強度ＩＣの信号Ｓ１を送るだけでなく、混合フラップ２１の位置を制御する電動機２３を作動可能な信号Ｓ３を送ることもできる。
【００３９】
制御ユニット１４は、エバポレータの熱負荷Ｑｔｈに関する第１の情報と、車室の目標温度Ｔｃｈに関する第２の情報とから、エバポレータ後段の目標温度Ｔｃｅを決定できる計算手段２６を含んでいる。車室の目標温度は、車両の乗員によって、たとえば制御ダッシュボード２８に表示することにより選択される。
【００４０】
計算手段２６は、エバポレータ２０を通る空気流量値Ｑａｉｒと、エバポレータ前段の空気の温度値Ｔａｅとから、第１の情報を送るデータ収集手段に接続される。
【００４１】
この２つの値は、センサ３０と、エバポレータ２０の前段に配置された温度センサ３２とにより、それぞれ供給される。センサ３０は、強制換気装置に取り付けられ、たとえば強制換気装置の回転数を示す値、たとえば強制換気装置に印加する電圧を送る。従って、空気流量Ｑａｉｒを示す値を送る。
【００４２】
計算手段２６は、このようにして、エバポレータ後段の目標温度Ｔｃｅを示す値を供給し、前記値は、コンパレータ３４として構成される比較手段に付与される。コンパレータは、決定されたエバポレータ後段の目標温度Ｔｃｅと、それ以上になると、温度の不均衡および不安定性をエバポレータで発生しうるエバポレータ後段の限界目標温度Ｔｃｅ−ｌｉｍとを比較する。
【００４３】
こうした、エバポレータ後段の限界目標温度Ｔｃｅ−ｌｉｍは、エバポレータの最大温度Ｔｍａｘと最低温度Ｔｍｉｎとの温度差ΔＴが、所定の閾値、たとえば５℃を越えないように選択される。
【００４４】
コンパレータ３４が接続される制御手段３６は、コンプレッサ１２を制御可能であり、場合によっては、コンパレータ３４によって与えられる命令に応じて、混合フラップ２１を制御可能である。
【００４５】
エバポレータ後段の目標温度Ｔｃｅが、エバポレータ後段の限界目標温度Ｔｃｅ−ｌｉｍ未満である場合、エバポレータ後段の目標温度Ｔｃｅに応じて、コンプレッサを制御することにより、エバポレータからの空気流Ｆを、エバポレータ後段の目標温度にすることができる。そのとき、混合フラップ２１は作動しない。
【００４６】
エバポレータ後段の目標温度Ｔｃｅが、エバポレータ後段の限界目標温度Ｔｃｅ−ｌｉｍより高い場合、エバポレータ後段の限界目標温度Ｔｃｅ−ｌｉｍに応じて、コンプレッサを制御し、さらに、混合フラップ２１を制御することにより、エバポレータ２０からの空気流Ｆを、最初に決定されたエバポレータ後段の目標温度にすることができる。
【００４７】
いずれの場合にも、エバポレータが、決して限界目標温度Ｔｃｅ−ｌｉｍを越えて作動しないことから、エバポレータにおいて、温度の不均衡または不安定が生じないようにされる。
【００４８】
コンプレッサに送られる信号Ｓ１は、圧力閾値レベルＰｓｓより低い吸入圧Ｐｓの値を決定する。吸入圧Ｐｓは、エバポレータ後段の限界目標温度に対応する到達可能な圧力最低レベルＰｓｍ以上になるように設定する。このような到達可能な最低圧力レベルＰｓｍは、特に減圧弁とエバポレータとに関する技術的な理由によって課される。
【００４９】
信号Ｓ１は、制御電流ＩＣによって示され、制御電流は、圧力閾値レベルＰｓｓに対応する閾値制御電流ＩＳより大きい。さらに、閾値制御電流ＩＳは、到達可能な最低圧力レベルＰｓｍに対応する最低制御電流Ｉｍより大きくなるように設定される。
【００５０】
コンプレッサおよび加熱手段を一度に制御する場合、より大きい制御強度をコンプレッサに与えるが、これは、コンプレッサの吸入圧の低下となって現れる。
【００５１】
これによって、相関的に、エバポレータ内の冷却液の圧力が下がるので、エバポレータの温度が下がる。
【００５２】
その結果、エバポレータ後段の空気の温度が下がり、それと同時に、温度のばらつきが少なくなる。
【００５３】
こうした温度低下を補償するために、制御ユニット１４は、エバポレータからの空気流を少なくとも一部加熱するのに適した値の信号Ｓ３を送ることにより、混合フラップ２１に作用する。
【００５４】
その場合に得られる動作では、エバポレータの最大温度と最低温度との差が閾値差（ここでは５℃）よりも小さくなって、エバポレータの平均温度が下がるが、加熱手段の作動による温度上昇によって温度は補償される。従って、加熱手段の後段で発生する空気流は、ユーザが選択した目標温度に対応する。
【００５５】
かくして、本発明では、コンプレッサの流量が少ないときの動作に対して、エバポレータ後段の温度の不均衡を著しく低減できるという妥協が得られる。
【００５６】
それと同時に、空調回路の消費を制限するのにちょうど必要な程度に冷却力を調整することによって、外部制御コンプレッサ使用時の長所が保持される。
【００５７】
従って、本発明は、エバポレータに関して温度の不均衡を制限することにより、コンプレッサの流量を制御可能である。
【００５８】
図２は、図１の回路の動作フローチャートを示す。このフローチャートでは、特に、データ収集手段３０、３２、データ収集手段２８、計算手段２６、および比較手段３４が示されている。比較手段により、コンプレッサ１２だけを制御し（イエスの場合）、あるいはコンプレッサ１２と混合フラップ２１とを同時に制御する（ノーの場合）。
【００５９】
もちろん、本発明は、例として記載された上記の実施形態に制限されるのではなく、他の変形実施形態にも及ぶものである。
【００６０】
たとえば、信号Ｓ２は、熱交換器から供給される熱量に対して直接作用可能である。
【００６１】
熱交換器が、少なくとも２つの流体、たとえば空気と冷却液との間で熱交換する場合、信号Ｓ２を、交換器内で冷却液を循環させることによって、あるいは循環させないことによって、加熱回路のバルブに作用することができる。
【００６２】
加熱手段は、場合によっては、上記の熱交換器を補足あるいは代替するものとして、少なくとも１つの電気抵抗、特に正の温度係数を持つ少なくとも１つの抵抗を含む電気ラジエータを含む。その場合、信号Ｓ２は、電気ラジエータに可変強度を供給可能である。
【００６３】
本発明は、自動車用の空調回路に適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空調回路の概略図である。
【図２】図１の空調回路の動作フローチャートである。
【符号の説明】
１０ ループ
１２ コンプレッサ
１４ 制御手段または制御ユニット
１８ 減圧器
２０ エバポレータ
２１ 混合フラップ
２３ 電動機
２４ 熱交換器
２６ 計算手段
２８ 制御ダッシュボード
３０ 比較手段またはセンサ
３０、３２ データ収集手段
３４ コンパレータ
Ｑｔｈ 熱負荷
Ｑａｉｒ 空気流量値
Ｔｃｈ 車室の目標温度
Ｔｃｅ エバポレータ後段の目標温度
Ｔａｅ エバポレータ前段の空気の温度
Ｔｃｅ−ｌｉｍ エバポレータ後段の限界目標温度
Ｐｓｓ 圧力閾値レベル
Ｐｓ 吸入圧
Ｐｓｍ 最低圧力レベル
ＩＳ 閾値制御電流
ＩＣ 制御電流
ＩＭ 最低制御電流

Claims (9)

1. 冷却液が通過可能な自動車の車室用の空調回路であって、外部制御式の可変流量コンプレッサ（１２）と、車室（Ｈ）に送る空気流（Ｆ）が通過可能なエバポレータ（２０）とを含み、
   ａ）計算手段（２６）が、エバポレータ（２０）を通る空気流量（Ｑａｉｒ）を示す値と、エバポレータ前段の空気の温度を示す値（Ｔａｅ）とから、エバポレータの熱負荷に関する第１の情報を送ることができるデータ収集手段（３０）（３２）に接続され、この第１情報と、車室の目標温度（Ｔｃｈ）に関する第２の情報とから、エバポレータ後段の目標温度を決定可能な計算手段（２６）と、
   ｂ）このようにして決定されたエバポレータ後段の目標温度と、それ以上になると、温度の不均衡および不安定性を、エバポレータで発生しうるエバポレータ後段の限界目標温度とを比較する比較手段（３４）と、
   ｃ）比較手段（３０）に接続される制御手段（３６）とを含み、
   制御手段（１４）は、エバポレータ後段の目標温度が、エバポレータ後段の限界目標温度未満である場合、エバポレータ後段の目標温度に応じてコンプレッサを制御することにより、エバポレータから送られる空気流（Ｆ）をエバポレータ後段の目標温度にし、
   そうでない場合、エバポレータ後段の限界目標温度に応じて、コンプレッサを制御し、さらに、エバポレータ（２０）から送られる空気流（Ｆ）の少なくとも一部を加熱可能な加熱手段（２１）（２４）を制御することにより、エバポレータ後段の目標温度にすることを特徴とする空調回路。
2. エバポレータ後段の限界目標温度は、エバポレータの最大温度と最低温度との温度差が、所定の閾値、たとえば５℃を越えないように選択されることを特徴とする、請求項１に記載の空調回路。
3. 制御手段は、圧力閾値レベル未満である圧力値を決定する信号（Ｓ１）を、コンプレッサ（１２）に送信可能であることを特徴とする、請求項１若しくは２に記載の空調回路。
4. コンプレッサの圧力閾値レベルは、エバポレータ後段の目標限界温度に対応する到達可能な最低圧力レベル以上になるように設定されていることを特徴とする請求項３記載の空調回路。
5. 制御手段は、圧力閾値レベルに対応する閾値制御電流を越える制御電流（Ｉｃ）をコンプレッサ（１２）に送ることができるようになっていることを特徴とする、請求項３または４に記載の空調回路。
6. 閾値制御電流は、到達可能な最低圧力レベルに対応する最低制御電流を越えるように設定されていることを特徴とする、請求項４または５に記載の空調回路。
7. 加熱手段は、熱交換器（２４）と混合フラップ（２１）とを含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の空調回路。
8. 加熱手段は、電気抵抗、特に、正の温度係数を持つ抵抗を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の空調回路。
9. 冷却液が回路を通り、この回路は、外部制御式の可変流量コンプレッサ（１２）と、車室（Ｈ）に送られる空気流（Ｆ）が通過可能なエバポレータ（２０）とを含み、
   ａ）エバポレータの熱負荷に関する第１の情報と、車室の目標温度（Ｔｃｈ）に関する第２の情報とから、エバポレータ後段の目標温度を計算し、
   ｂ）このようにして決定されたエバポレータ後段の目標温度と、それ以上になると温度の不均衡および不安定性をエバポレータで発生しうるエバポレータ後段の限界目標温度とを比較し、
   ｃ）この比較に応じて、
   エバポレータ後段の目標温度に応じてコンプレッサを制御し、この目標温度がエバポレータ後段の限界目標温度未満である場合、エバポレータから送られる空気流（Ｆ）をエバポレータの後段の目標温度にし、
   そうでない場合、エバポレータ後段の限界目標温度（Ｔｃｅ−ｌｉｍ）に応じてコンプレッサを制御し、さらに、エバポレータ（２０）から送られる空気流（Ｆ）の少なくとも一部を加熱可能な加熱手段（２２）をさらに制御して、エバポレータ後段の目標温度にすることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の自動車の車室用の空調回路の制御方法。

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