JP4261881B2

JP4261881B2 - 冷凍サイクルの制御方法

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Publication number: JP4261881B2
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Inventors: 久寿広田
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空調装置の制御方法に関し、特に自動車用空調装置において冷凍サイクルを最大効率で運転させる制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置においては、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮気で凝縮し、凝縮された冷媒をレシーバで気液を分離した後、液冷媒を膨張装置で断熱膨張させ、膨張された冷媒を蒸発気で蒸発して圧縮機に戻すという冷凍サイクルが構成されている。
【０００３】
圧縮機は、その駆動源であるエンジンの回転数変動に関係なく一定の冷媒吐出容量を得ることができる可変容量圧縮機が用いられている。この可変容量圧縮機では、機械制御式または電気制御式の容量制御弁を用いて吐出容量を制御している。
【０００４】
膨張装置としては、蒸発器から送り出された低圧冷媒の温度および圧力に対応して弁体を開閉動作させることにより蒸発器へ送り込む冷媒流量を制御するようにしたいわゆる温度式膨張弁が広く用いられている。この温度式膨張弁の基本的な機能は、蒸発器出口のガス冷媒が所定の過熱度を持つようにレシーバから蒸発器への冷媒供給量をフィードバック制御することにある。蒸発器出口の冷媒を常に過熱状態に維持できることにより、冷媒は蒸発器内で完全に蒸発を行うことができる。したがって、蒸発器は常に冷凍能力が最大になるため、冷凍サイクルの成績係数は最適になって、省動力の自動車用空調装置にすることができる。
【０００５】
膨張装置としては、蒸発器から送り出された冷媒の温度および圧力をダイヤフラムなどにより感知して弁リフトを制御する機械制御式の膨張弁の他に、外部信号によって弁リフトを自由に制御できる電気制御式の制御弁も知られている（たとえば、特許文献１参照。）。このような制御弁においても、冷凍サイクルの成績係数をよくするためには、蒸発器出口の冷媒が常に過熱状態にあるように制御する必要がある。そのためには、蒸発器出口における冷媒の過熱度を知る必要がある。この過熱度は、蒸発器に設けられる圧力センサと温度センサとから求めることができる。すなわち、過熱度は、温度センサによって検出された実際の冷媒の温度と圧力センサから得られた蒸発圧力によって定まる蒸発温度との差から求められる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１５３４９５号公報（段落番号〔００１０〕〜〔００１７〕，図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の冷凍サイクルの制御は、蒸発器出口の冷媒が所定の過熱度を持つように蒸発器への冷媒供給量を制御し、これによって冷凍サイクルの成績係数をよくすることが行われているが、膨張装置として電気制御式制御弁を用いた場合、過熱度を知るためには高価な圧力センサが必要になるという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、可変容量圧縮機および膨張装置を電気制御の制御弁で制御する構成の冷凍システムにおいて、過熱度を制御するのではなく、直接、成績係数を制御するようにした冷凍サイクルの制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、電気制御の第１の制御弁を有して吐出容量を制御する可変容量圧縮機および電気制御の第２の制御弁を有して冷媒流量を制御する膨張装置を備え、前記第１の制御弁を出口側の冷媒流量が一定になるように制御する流量制御および入口と出口との前後の差圧が一定になるように制御する差圧制御の一方にて制御し、前記第２の制御弁を前記流量制御および前記差圧制御の他方にて制御するようにした自動車用空調装置における冷凍サイクルの制御方法において、前記第１の制御弁および前記第２の制御弁による前記冷媒流量および前記差圧の制御を所定の変化方向に設定する第１ステップと、前記第１の制御弁および前記第２の制御弁を制御して前記冷凍サイクルを循環する冷媒流量および前記冷凍サイクルの高圧と低圧との差圧の少なくとも一方を前記所定の変化方向に変化させる第２ステップと、前記冷媒流量または前記差圧の変化前後の成績係数を比較する第３ステップと、変化後の前記成績係数が変化前の前記成績係数より大きくないときに前記冷媒流量および前記差圧の前記所定の変化方向を逆に設定する第４ステップと、からなり、前記第２ないし第４ステップを繰り返して前記成績係数をその最大値に収束させることを特徴とする冷凍サイクルの制御方法が提供される。
【００１０】
このような冷凍サイクルの制御方法によれば、冷凍サイクルを流れる冷媒流量および冷凍サイクルの高圧と低圧との差圧の一方または両方を増減方向に変化させ、それによって変化する成績係数を監視し、成績係数が高くなる方向に冷媒流量または差圧を制御するようにした。これにより、成績係数が常に最適値になるため、自動車用空調装置を省動力化することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、自動車用空調装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明による制御方法を適用した冷凍サイクルの構成を示すシステム図、図２は冷凍サイクルにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。
この冷凍サイクルは、冷媒の断熱圧縮を行う圧縮機１と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器２と、凝縮された冷媒の気液を分離するレシーバ３と、分離された液冷媒を断熱膨張させる膨張弁４と、膨張された冷媒を蒸発する蒸発器５とを備えている。圧縮機１は、冷媒の吐出容量を制御する電気制御式の容量制御弁６を有し、この容量制御弁６は、ここでは、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧ΔＰを一定になるように制御するものとする。膨張弁４は、電気制御式の制御弁によって構成され、ここでは、冷媒が一定の流量Ｇｆになるように制御するものとする。
【００１３】
このシステムでは、さらに、蒸発器５に外気または室内の空気を供給するブロア７、蒸発器５の入口空気温度を検出する温度センサ８、蒸発器５の出口空気温度を検出する温度センサ９、蒸発器５の入口空気湿度を検出する湿度センサ１０、蒸発器５の出口空気湿度を検出する湿度センサ１１、および制御装置１２を備えている。
【００１４】
制御装置１２は、圧縮機１の容量制御弁６に接続されてソレノイド電流Ｉｅを供給し、膨張弁４に接続されてソレノイド電流Ｉｓを供給し、そしてブロア７に接続されてモータ電流Ｉｂを供給するよう構成されている。制御装置１２は、また、温度センサ８，９および湿度センサ１０，１１の出力に接続されて、これらによって検出された蒸発器５の上流側空気温度ｔａ１、下流側空気温度ｔａ２、上流側空気湿度ｈａ１および下流側空気湿度ｈａ２を入力するよう構成されている。
【００１５】
このような構成の冷凍サイクルにおいて、その動作を図２に示したモリエル線図を参照しながら説明する。このモリエル線図は、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁４および蒸発器５における冷媒の状態を示すもので、縦軸は絶対圧力、横軸はエンタルピを表している。
【００１６】
冷凍サイクルは、モリエル線図のａ−ｂ−ｃ−ｄ−ａを結ぶ線に沿って動作する。すなわち、圧縮機１が蒸発器５で蒸発したガス冷媒を圧縮し（ａ→ｂ）、圧縮することで高温高圧となったガス冷媒を凝縮器２にて凝縮してレシーバ３に入れ（ｂ→ｃ）、凝縮された液冷媒を膨張弁４により断熱膨張し（ｃ→ｄ）、断熱膨張により気液二相状態となった冷媒を蒸発器５にて蒸発する（ｄ→ａ）。この冷媒が蒸発器５で蒸発するときに、ブロア７によって送られた空気から蒸発潜熱を奪って車室内の空気を冷却する。
【００１７】
このとき、圧縮機１は、その吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧ΔＰ（＝Ｐｄ−Ｐｓ）が一定になるように制御され、膨張弁４は、冷媒流量Ｇｆが一定になるように制御される。このときの冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰは、蒸発器５の冷却エネルギＥｅと圧縮機１の軸動力Ｐｃｍｐとの比、つまり、
【００１８】
【数１】
ＣＯＰ＝Ｅｅ／Ｐｃｍｐ・・・（１）
で表される。蒸発器５の冷却エネルギＥｅは、モリエル線図上では、蒸発器５が液と蒸気の混合状態にあるｄ点の冷媒をａ点まで蒸発させる仕事量に相当し、圧縮機１の軸動力Ｐｃｍｐは、圧縮機１が冷媒をａ点からｂ点まで圧縮するときの仕事量に相当する。したがって、冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰは、蒸発器５の冷却エネルギＥｅが大きく、圧縮機１の軸動力Ｐｃｍｐが小さいほど良いことになる。
【００１９】
圧縮機１の軸動力Ｐｃｍｐは、一般には、
【００２０】
【数２】

【００２１】
の式によって定義される。ここに、ηは体積効率を表し、Ｖｏは吐出量、Ｎｃは圧縮機の回転数、ｎはポリトロープ指数を表している。この式で、ｎ≫１であるとすると、圧縮機１の軸動力Ｐｃｍｐは、
【００２２】
【数３】
Ｐｃｏｍ＝Ｋｃｓ＊Ｇｆ（Ｐｄ−Ｐｓ）・・・（３）
で近似することができる。ここに、Ｋｃｓは圧縮機１の効率を表している。この式において、冷媒流量Ｇｆは膨張弁４に供給するソレノイド電流Ｉｓによって定められ、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧ΔＰは容量制御弁６に供給するソレノイド電流Ｉｅによって定められる。
【００２３】
一方、蒸発器５の冷却エネルギＥｅは、
【００２４】
【数４】
Ｅｅ＝Ｇａ（Ｉｂ）＊（Ｉａ１−Ｉａ２）・・・（４）
で表される。ここに、Ｇａ（Ｉｂ）はブロア７に供給するモータ電流Ｉｂによって定まる風量を表し、Ｉａ１は温度センサ８および湿度センサ１０によって検出された蒸発器５の上流側空気温度ｔａ１および上流側空気湿度ｈａ１から定まる上流側空気のエンタルピを表し、Ｉａ２は温度センサ９および湿度センサ１１によって検出された蒸発器５の下流側空気温度ｔａ２および下流側空気湿度ｈａ２から定まる下流側空気のエンタルピを表している。
【００２５】
したがって、冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰは、
【００２６】
【数５】

【００２７】
で表すことができる。ここに、Ｋは定数を表している。つまり、冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰは、ブロア７に供給するモータ電流Ｉｂを読み取り、上流側空気温度ｔａ１、下流側空気温度ｔａ２、上流側空気湿度ｈａ１、下流側空気湿度ｈａ２、膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓおよび容量制御弁６のソレノイド電流Ｉｅを測定することによって、計算により算出することができるのである。
【００２８】
本発明による冷凍サイクルの制御方法では、以上のようにして求められる成績係数ＣＯＰを監視し、冷凍サイクルを循環する冷媒の流量または冷凍サイクル内の高圧と低圧との差圧ΔＰの少なくとも一方を、指定された値から微少に変化させ、その結果求められた成績係数ＣＯＰが変化前より高いかどうかを判断し、高い場合は、指定された値を変化分で補正し、低い場合は、変化方向を変えて指定された値を微少変化させることにより、成績係数を最も高い状態に収束させる方法をとっている。
【００２９】
この微少変化させる対象としては、冷媒の流量および差圧のいずれでもよいが、次に述べる具体例では、冷媒の流量を微少に変化させることにより、最適な成績係数ＣＯＰを求める方法について説明する。
【００３０】
図３は冷凍サイクルの制御の流れを示すフローチャートである。
制御装置１２は、まず、冷媒の流量を膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓによって指定される流量Ｇｆに対して増減変化させる方向を設定する（ステップＳ１）。この設定は、流量をたとえば減少させる方向に固定であってよい。もちろん、たとえば冷房負荷が高いかどうかを、温度センサ９による蒸発器５の下流側空気温度ｔａ２や膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓから推定される冷媒の流量Ｇｆなどから判断し、冷房負荷が高い場合は、減少方向、冷房負荷が非常に低い場合は、増加方向に動的に設定するようにしてもよい。
【００３１】
次に、容量制御弁６のソレノイド電流Ｉｅ、膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓ、ブロア７のモータ電流Ｉｂを読み取り、上流側空気温度ｔａ１、下流側空気温度ｔａ２、上流側空気湿度ｈａ１および下流側空気湿度ｈａ２を測定し（ステップＳ２）、これらの値から現在の成績係数ＣＯＰを算出する（ステップＳ３）。
【００３２】
次に、膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓを増減させて流量Ｇｆを設定した変化方向に所定流量だけ変化させ（ステップＳ４）、再度、容量制御弁６のソレノイド電流Ｉｅ、膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓ、ブロア７のモータ電流Ｉｂを読み取り、上流側空気温度ｔａ１、下流側空気温度ｔａ２、上流側空気湿度ｈａ１および下流側空気湿度ｈａ２を測定し（ステップＳ５）、これらの値から流量変化後の成績係数ＣＯＰを算出する（ステップＳ６）。
【００３３】
次に、流量を変化させた後の成績係数ＣＯＰが高くなっているかどうかを判断し（ステップＳ７）、高い場合は、流量をその変化後の流量に維持してステップＳ２に戻り、低い場合は、変化方向を逆に設定して（ステップＳ８）、ステップＳ２に戻る。なお、このステップＳ８においては、流量をその変化前の流量に戻してもよい。
【００３４】
図４は膨張弁の流量に対する過熱度および成績係数の変化を示す図である。
この図において、冷媒としてＨＦＣ−１３４ａを用いた場合の例を示したグラフであり、横軸は、膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓを変えることによる冷媒流量Ｇｆの変化を表し、縦軸は、過熱度ＳＨおよび成績係数ＣＯＰの変化を表している。また、参考のため、流量Ｇｆの変化に対する吸入圧力Ｐｓの変化、圧縮機１の軸トルクＴＲＱの変化、および蒸発器５の出口における冷媒の乾き度Ｘの変化も示している。なお、成績係数ＣＯＰについては、その最大値を１００％として比較した割合で表している。
【００３５】
この図によれば、冷媒の流量Ｇｆが少ない領域において、流量Ｇｆに反比例して過熱度ＳＨが変化し、ある流量以上になると、蒸発器５で冷媒が蒸発し切れなくなって過熱度ＳＨは０度になっている。一方、成績係数ＣＯＰは、冷媒が過熱度ＳＨを有している流量領域にて１００％となる最適値が存在していることが分かる。
【００３６】
本発明では、膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓを増減させることによって流量を変化させ、成績係数ＣＯＰが最大になるように制御しているが、結果的には、蒸発器５の出口における冷媒の過熱度が所定値になるように制御する従来の制御方法と同じ結果になっている。ただし、本発明による制御方法は、直接、成績係数ＣＯＰが最大になるよう制御しているので、過熱度ＳＨの制御を介して成績係数ＣＯＰが最大になるように間接的に制御している従来方法に比べてより正確に成績係数ＣＯＰをその最大値に収束させることができる。
【００３７】
図５は冷凍サイクルの別の制御の流れを示すフローチャートである。
制御装置１２は、まず、冷媒の流量Ｇｆおよび差圧ΔＰを変化させる方向を設定する（ステップＳ１１）。
【００３８】
次に、容量制御弁６のソレノイド電流Ｉｅ、膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓ、ブロア７のモータ電流Ｉｂを読み取り、上流側空気温度ｔａ１、下流側空気温度ｔａ２、上流側空気湿度ｈａ１および下流側空気湿度ｈａ２を測定し（ステップＳ１２）、これらの値から現在の成績係数ＣＯＰを算出する（ステップＳ１３）。
【００３９】
次に、膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓを増減させて流量Ｇｆを設定した変化方向に所定流量だけ変化させる（ステップＳ１４）。この流量Ｇｆを変化させたことにより、蒸発器５の出口の冷媒圧力が変化し、これに伴って圧縮機１の吸入圧力Ｐｓ、蒸発器５の下流側空気温度ｔａ２が変化するが、この下流側空気温度ｔａ２は制御しようとする目標温度なので、変化しないのが望ましい。そこで、容量制御弁６のソレノイド電流Ｉｅを増減させて下流側空気温度ｔａ２が設定温度になるように圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧ΔＰを制御する（ステップＳ１５）。
【００４０】
次に、再度、容量制御弁６のソレノイド電流Ｉｅ、膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓ、ブロア７のモータ電流Ｉｂを読み取り、上流側空気温度ｔａ１、下流側空気温度ｔａ２、上流側空気湿度ｈａ１および下流側空気湿度ｈａ２を測定し（ステップＳ１６）、これらの値から流量変化後の成績係数ＣＯＰを算出する（ステップＳ１７）。
【００４１】
次に、流量を変化させた後の成績係数ＣＯＰが高くなっているかどうかを判断し（ステップＳ１８）、高い場合は、流量Ｇｆおよび差圧ΔＰをその変化後の流量および差圧に維持してステップＳ１２に戻り、低い場合は、変化方向を逆に設定して（ステップＳ１９）、ステップＳ１２に戻る。なお、このステップＳ１９においては、流量および差圧をその変化前の流量に戻してもよい。
【００４２】
また、流量Ｇｆを変化させたことにより変化させるべき差圧ΔＰの変化量があらかじめ分かっている場合は、その差圧ΔＰの変化結果を見越して、ステップＳ１４による流量Ｇｆの変化とステップＳ１５による差圧ΔＰの変化とを同時に実行することもできる。
【００４３】
以上の制御には、流量を変化させた場合に成績係数ＣＯＰが上がっているかどうかを判断するために、成績係数ＣＯＰを正確に算出している。しかし、流量を変化させ、成績係数を算出するために必要なデータを取得して成績係数ＣＯＰを計算するまでの時間がたとえば数秒以内と短いので、データの中には、ほとんど変化しないものがある。このようなデータについては、定数と見做して成績係数ＣＯＰを簡易的に算出することもできる。
【００４４】
たとえば蒸発器５の前後の空気のエンタルピＩａ１，Ｉａ２の算出には、上流側空気湿度ｈａ１および下流側空気湿度ｈａ２が必要であるが、湿度は、短時間の間にほとんど変化しないので、成績係数ＣＯＰを、
【００４５】
【数６】

【００４６】
のように、上流側空気湿度ｈａ１および下流側空気湿度ｈａ２を省いて上流側空気温度ｔａ１と下流側空気温度ｔａ２との温度差を用いた近似式により算出することもできる。
【００４７】
さらに、蒸発器５を通過する空気の風量Ｇａについても、ほぼ一定と見做すことができるため、成績係数ＣＯＰを、
【００４８】
【数７】

【００４９】
のように、風量Ｇａを省いた近似式により算出するようにしてもよい。
また、蒸発器５での冷え具合を表す上流側空気温度ｔａ１と下流側空気温度ｔａ２との温度差の項において、上流側空気温度ｔａ１は、実質的に車室内の温度ｔｒに等しいので、車室内の温度ｔｒを計測する温度センサからのデータを利用して、
【００５０】
【数８】

【００５１】
のように、上流側空気温度ｔａ１を車室内の温度ｔｒに置き換えた近似式で成績係数ＣＯＰを算出することもできる。
以上のようにして、本発明では成績係数ＣＯＰは常に最適になるよう制御するが、この場合、蒸発器５の出口における冷媒は、結果的に常に過熱度を有している状態に保たれている。したがって、蒸発器５に入った気液混合の冷媒は、ここで完全に蒸発し、過熱状態のガス冷媒となって出て行く。しかし、液冷媒によって運ばれてきた潤滑オイルはすべてが蒸発してから蒸発器５を出て行くのではないので、過熱状態で長時間冷凍サイクルを運転していると、蒸発器５にオイルが溜まっていき、循環しているオイルが不足し、やがて圧縮機１はオイル切れにより焼き付きを起こして壊れてしまうことがある。
【００５２】
そこで、制御装置１２は、圧縮機１の焼き付きを防止するため、オイル循環モードの制御機能を有している。
図６はオイル循環モードの制御の流れを示すフローチャートである。
【００５３】
オイル循環モードの制御は、まず、膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓを読み取り（ステップＳ２１）、その測定値から、ソレノイド電流Ｉｓにより指定される流量Ｇｆがあらかじめ定めた所定値を下回ったかどうかを判断する（ステップＳ２２）。この所定値は、圧縮機１の焼き付きに対する耐力や蒸発器５の構造によるオイル循環のし易さなど冷凍システムによって決められるもので、図４のグラフの例では、たとえば１００Ｋｇ／ｈ程度に設定される。もし、流量Ｇｆが所定値以上なら、冷凍サイクルには十分な量の冷媒が循環しているので、ステップＳ２１に戻り、流量Ｇｆの監視を続ける。
【００５４】
もし、流量Ｇｆが所定値を下回ったなら、オイルの循環不足のおそれがあるので、膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓを制御して、流量Ｇｆを一時的に増加させる（ステップＳ２３）。この強制的な流量増加は、所定の短い時間行われ、これによって、オイルの循環量を増やして圧縮機１内のオイルの枯渇を防止するようにしている。そして、冷媒をもとの流量Ｇｆに戻した後、一定時間待機し（ステップＳ２４）、ステップＳ２１に戻る。
【００５５】
上記の実施の形態では、圧縮機１の容量制御弁６のソレノイド電流Ｉｅおよび膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓのうち、膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓを変化させたときの成績係数ＣＯＰの変化から、最適な成績係数ＣＯＰになるような制御を示したが、圧縮機１の容量制御弁６のソレノイド電流Ｉｅを変化させ、そのときの成績係数ＣＯＰの変化から、最適な成績係数ＣＯＰになるような制御を行うこともできる。
【００５６】
なお、容量制御弁６のソレノイド電流Ｉｅおよび膨張弁４のソレノイド電流Ｉｓの一方のみの制御だけでなく、両方を同時に変化させて、成績係数ＣＯＰの変化を見るようにすることもできる。
【００５７】
また、上記実施の形態では、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧ΔＰを一定になるように制御する容量制御弁６と、一定の流量Ｇｆになるように制御する膨張弁４とを使用した冷凍サイクルの場合について説明したが、容量制御弁６が圧縮機１から吐出される冷媒の流量Ｇｆを一定にするように制御し、膨張弁４がその入口と出口との前後の差圧ΔＰを一定になるように制御する構成の冷凍サイクルにおいても、同じように適用できることはいうまでもない。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、冷凍サイクルを流れる冷媒流量および冷凍サイクルの高圧と低圧との差圧の一方または両方を増減方向に変化させ、それによって変化する成績係数を監視し、成績係数が高くなる方向に冷媒流量または差圧を制御するように構成した。これにより、成績係数が常に最適値になるため、自動車用空調装置を省動力化することができる。
【００５９】
また、成績係数が最大になるよう制御しているので、過熱度を制御して成績係数を最適にしている従来方法に比べて、成績係数を精度よくその最大値に収束させることができる。
【００６０】
さらに、冷凍サイクルを常に最大の成績係数で運転することによる圧縮機の循環オイルの枯渇は、流量が少ないときに、定期的に短時間、流量を増加させることにより、回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制御方法を適用した冷凍サイクルの構成を示すシステム図である。
【図２】冷凍サイクルにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図３】冷凍サイクルの制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】膨張弁の流量に対する過熱度および成績係数の変化を示す図である。
【図５】冷凍サイクルの別の制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】オイル循環モードの制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１圧縮機
２凝縮器
３レシーバ
４膨張弁
５蒸発器
６容量制御弁
７ブロア
８，９温度センサ
１０，１１湿度センサ
１２制御装置
Ｇａ風量
Ｇｆ冷媒流量
Ｉｂブロアのモータ電流
Ｉｅ容量制御弁のソレノイド電流
Ｉｓ膨張弁のソレノイド電流
Ｐｄ吐出圧力
Ｐｓ吸入圧力
ｈａ１蒸発器の上流側空気湿度
ｈａ２蒸発器の下流側空気湿度
ｔａ１蒸発器の上流側空気温度
ｔａ２蒸発器の下流側空気温度

Claims

電気制御の第１の制御弁を有して吐出容量を制御する可変容量圧縮機および電気制御の第２の制御弁を有して冷媒流量を制御する膨張装置を備え、前記第１の制御弁を出口側の冷媒流量が一定になるように制御する流量制御および入口と出口との前後の差圧が一定になるように制御する差圧制御の一方にて制御し、前記第２の制御弁を前記流量制御および前記差圧制御の他方にて制御するようにした自動車用空調装置における冷凍サイクルの制御方法において、
前記第１の制御弁および前記第２の制御弁による前記冷媒流量および前記差圧の制御を所定の変化方向に設定する第１ステップと、
前記第１の制御弁および前記第２の制御弁を制御して前記冷凍サイクルを循環する冷媒流量および前記冷凍サイクルの高圧と低圧との差圧の少なくとも一方を前記所定の変化方向に変化させる第２ステップと、
前記冷媒流量または前記差圧の変化前後の成績係数を比較する第３ステップと、
変化後の前記成績係数が変化前の前記成績係数より大きくないときに前記冷媒流量および前記差圧の前記所定の変化方向を逆に設定する第４ステップと、
からなり、前記第２ないし第４ステップを繰り返して前記成績係数をその最大値に収束させることを特徴とする冷凍サイクルの制御方法。
前記成績係数は、蒸発器の冷却エネルギを前記圧縮機の軸動力で除算することから算出し、前記冷却エネルギは前記蒸発器を通過する空気のエンタルピの差と空気流量との積から求め、前記圧縮機の軸動力は前記冷凍サイクルを循環する冷媒流量と前記冷凍サイクルの高圧と低圧との差圧との積から求めるようにしたことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルの制御方法。
前記冷凍サイクルを循環する冷媒流量は前記第１の制御弁および前記第２の制御弁の一方に供給する電流によって定まる流量から求め、前記冷凍サイクルの高圧と低圧との差圧は前記第２の制御弁および前記第１の制御弁の他方に供給する電流によって定まる差圧から求めるようにしたことを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクルの制御方法。
前記空気流量はブロアに供給する電流によって定まる風量から求め、前記蒸発器を通過する空気のエンタルピの差は前記蒸発器の上流側と下流側とに設けた温度センサおよび湿度センサによる検出温度および検出湿度から求めることを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクルの制御方法。
前記冷却エネルギは、前記蒸発器を通過する空気の温度差と空気流量との積で代用したことを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクルの制御方法。
前記冷却エネルギは、前記蒸発器を通過する空気の温度差で代用したことを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクルの制御方法。
前記冷却エネルギは、車室内の空気温度と前記蒸発器を通過した出口空気温度との差で代用したことを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクルの制御方法。
電気制御の第１の制御弁を有して吐出容量を制御する可変容量圧縮機および電気制御の第２の制御弁を有して冷媒流量を制御する膨張装置を備え、前記第１の制御弁を出口側の冷媒流量が一定になるように制御する流量制御および入口と出口との前後の差圧が一定になるように制御する差圧制御の一方にて制御し、前記第２の制御弁を前記流量制御および前記差圧制御の他方にて制御するようにした自動車用空調装置における冷凍サイクルの制御方法において、
前記第１の制御弁および前記第２の制御弁による前記冷媒流量および前記差圧の制御を所定の変化方向に設定する第１ステップと、
前記第１の制御弁および前記第２の制御弁を制御して前記冷凍サイクルを循環する冷媒流量および前記冷凍サイクルの高圧と低圧との差圧の一方を前記所定の変化方向に変化させる第２ステップと、
前記冷媒流量および前記差圧の一方を変化させることにより変化する蒸発器出口空気温度が設定温度になるように前記冷媒流量および前記差圧の他方を変化させるよう前記第２の制御弁または前記第１の制御弁を制御する第３ステップと、
前記冷媒流量および前記差圧の変化前後の成績係数を比較する第４ステップと、
変化後の前記成績係数が変化前の前記成績係数より大きくないときに前記冷媒流量および前記差圧の前記所定の変化方向を逆に設定する第５ステップと、
からなり、前記第２ないし第５ステップを繰り返して前記成績係数をその最大値に収束させることを特徴とする冷凍サイクルの制御方法。
前記冷媒流量および前記差圧の他方の変化量は、前記冷媒流量および前記差圧の一方を変化させることによる蒸発器出口空気温度の変化を見越してあらかじめ設定されており、前記第１の制御弁および前記第２の制御弁を同時に制御することを特徴とする請求項８記載の冷凍サイクルの制御方法。
前記冷媒流量を制御する前記第１の制御弁または前記第２の制御弁が所定流量以下の制御に入ったとき、周期的に所定時間、前記冷媒流量を強制的に増加させて圧縮機内の潤滑オイルの枯渇を防止するようにしたことを特徴とする請求項１または８記載の冷凍サイクルの制御方法。