JP4771627B2 - 車両用空調装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷媒にＣＯ２を使用した冷凍サイクルを備えた車両用空調装置として、車外側熱交換器の出口側冷媒温度に基づいて最も高いエネルギー効率（ＣＯＰ）で運転できるようにしたものがある（特開平７−２９４０３３号公報）。
【０００３】
なお、この種の車両用空調装置では、冷房能力やＣＯＰがコンプレッサから吐出される圧力に左右されるが、前記ＣＯＰは、１０〜１５ＭＰａの圧力で最も良くなることが周知である。また、コンプレッサから吐出される冷媒圧力は、減圧弁の入り口側の冷媒温度と大きな関係があり、この減圧弁の入り口側での冷媒温度に応じてエネルギー効率の良い最適な圧力値があることが周知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記車両用空調装置では、コンプレッサから減圧弁の入り口側までの冷媒圧力は、冷媒循環量に応じて変化する。また、冷媒循環量の変化に伴って圧力損失も大きく変化するため、減圧弁の入り口側での冷媒温度に基づき、最適な効率になるコンプレッサからの吐出圧力の演算は非常に複雑になる。
【０００５】
特に、冷媒圧力が８ＭＰａから１０ＭＰａの範囲の場合、超臨界域での等温線の勾配が著しく小さくなる。そのため、複数のセンサを用い、冷媒温度に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒圧力を最適な圧力に制御する場合、チャタリングが発生するため、現実的には困難が多い。また、減圧弁に高い耐久性が求められることになり、コスト高になるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明では、複雑な演算をすることなく、コンプレッサから吐出する冷媒圧力と、減圧弁の入り口側での冷媒温度を理想的な目標値に調整できる車両用空調装置を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、第１発明の車両用空調装置は、コンプレッサから吐出させた超臨界流体からなる冷媒を、車外用ブロアを備えた車外側熱交換器で放熱させ、減圧弁で減圧し、車内側熱交換器で気化させた後、前記コンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備え、各種検出手段により検出した車内外の諸条件に基づいて前記コンプレッサ、車外用ブロアおよび減圧弁を制御手段で制御する車両用空調装置において、前記コンプレッサから吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記減圧弁の入り口側における冷媒の温度を検出する減圧弁入り口温度検出手段とを設け、前記制御手段は、前記車内外の諸条件から前記冷凍サイクルの目標エネルギー効率を設定するとともに、減圧弁の入り口側における目標温度を設定し、かつ、前記目標エネルギー効率に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒の目標圧力を設定し、前記目標圧力と前記吐出圧力検出手段により検出した実際の冷媒圧力に応じて前記減圧弁の開度を調整し、かつ、前記目標温度と前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した実際の冷媒温度に応じて前記車外用ブロアの風量を調整するようにし、かつ、車外の温度を検出する外気温度検出手段を更に設け、前記制御手段は、前記外気温度検出手段により検出した温度と、前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した温度とが略同一である場合、車外用ブロアの動作を停止するように構成している。
【０００８】
ここで、前記車内外の諸条件とは、車内温度とユーザが設定した空調の設定温度の差から演算した熱負荷、コンプレッサの回転数に基づく冷媒の循環量などを意味する。
【０００９】
前記車両用空調装置によれば、例えば熱負荷等の車内外の諸条件から目標エネルギー効率を設定するとともに、この目標エネルギー効率に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒の目標圧力を設定し、実際の冷媒圧力と比較して減圧弁の開度を調整する。また、車内外の諸条件から減圧弁の入り口側での目標温度を設定し、実際の冷媒温度と比較して車外用ブロアの風量を調整する。
【００１０】
即ち、減圧弁の入り口側の温度に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒圧力を調整するのではなく、コンプレッサから吐出する冷媒圧力と減圧弁の入り口側での冷媒温度の目標値をそれぞれ設定し、それぞれ独立してその目標値になるように減圧弁と車外用ブロアとを調整する。即ち、複雑な演算をすることなく、理想的な冷媒圧力と冷媒温度の関係に確実に調整できるため、チャタリングが発生することを防止できる。従って、減圧弁に高い耐久性が求められることはなく、安価な冷凍サイクルを提供できる。また、外気温度と減圧弁の入り口側での冷媒温度が略同一である場合には、車外用ブロアを動作させても冷房能力は向上しないため、車外用ブロアの動作を停止することにより、無駄な電力消費を防止するとともに、高効率な冷凍サイクルを実行できる。
【００１１】
第２発明の車両用空調装置は、第１発明の車外の温度に基づいて車外用ブロアの動作を停止する構成の代わりに、前記制御手段は、前記車外用ブロアを最大出力とした状態で前記目標温度に至らない場合、前記目標エネルギー効率を減少するように補正、または、前記目標圧力を増加させるように補正するように構成している。このようにすれば、より効率的な冷凍サイクルを実行および維持できる。
【００１２】
第３発明の車両空調装置は、前記コンプレッサから吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記減圧弁の入り口側における冷媒の温度を検出する減圧弁入り口温度検出手段とを設け、前記制御手段は、前記車内外の諸条件から前記冷凍サイクルの目標エネルギー効率と、減圧弁の入り口側における目標温度とを設定し、かつ、設定温度と車内温度との温度差に基づいて目標冷房能力を設定するとともに、前記目標エネルギー効率と目標冷房能力に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒の目標圧力を設定し、前記目標圧力と前記吐出圧力検出手段により検出した実際の冷媒圧力に応じて前記減圧弁の開度を調整し、かつ、前記目標温度と前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した実際の冷媒温度に応じて前記車外用ブロアの風量を調整するようにし、かつ、車外の温度を検出する外気温度検出手段を更に設け、前記制御手段は、前記外気温度検出手段により検出した温度と、前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した温度とが略同一である場合、車外用ブロアの動作を停止するように構成している。
【００１３】
この第３発明の車両空調装置では、前記と同様に、複雑な演算をすることなく、理想的な冷媒圧力と冷媒温度の関係に確実に調整できる。そのうえ、車内外の諸条件から目標冷房能力を設定し、その目標冷房能力と前記目標エネルギー効率に基づいて前記目標圧力を設定するため、冷凍サイクルにおける必要性能である冷房能力を確実に確保することができる。また、外気温度と減圧弁の入り口側での冷媒温度が略同一である場合には、車外用ブロアの動作を停止するため、無駄な電力消費を防止するとともに、高効率な冷凍サイクルを実行できる。
【００１４】
第４発明の車両空調装置は、第３発明の車外の温度に基づいて車外用ブロアの動作を停止する構成の代わりに、前記制御手段は、前記車外用ブロアを最大出力とした状態で前記目標温度に至らない場合、前記目標エネルギー効率を減少するように補正、または、前記目標圧力を増加させるように補正するように構成している。このようにすれば、より効率的な冷凍サイクルを実行および維持できる。
【００１５】
第３および第４発明の車両空調装置では、前記制御手段は、前記目標冷房能力に応じてコンプレッサから吐出する冷媒循環量を調整することが好ましい。このようにすれば、冷凍サイクルの高効率化と必要性能の確保を両立できる。
【００１６】
さらに、第１乃至第４発明の車両空調装置では、前記制御手段は、所定の車両走行速度以下でのみ前記車外用ブロアを動作させることが好ましい。即ち、車速が所定速度以上の場合には、前記と同様に、車外用ブロアを動作させても冷房能力は向上しないため、車外用ブロアの動作を停止することにより、無駄な電力消費を防止するとともに、高効率な冷凍サイクルを実行できる。
【００１７】
さらにまた、前記冷媒はＣＯ２であることが好ましい。ここで、ＣＯ２は、地球温暖化係数が小さいため、地球の温暖化を防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクルを示す。この冷凍サイクルでは、コンプレッサから吐出された冷媒（ここでは、ＣＯ２を使用）が、オイルセパレータ３、車外側熱交換器５、減圧弁９、および、車内側熱交換器１０からアキュムレータ１７を介してコンプレッサ１に戻って循環する。これらコンプレッサ１、減圧弁９、および、後述する車外用ブロア６は、制御装置１８によって駆動制御される。
【００１９】
前記コンプレッサ１は、図示しないエンジンの動力によって駆動可能である。コンプレッサの出口側配管には、吐出圧力検出手段である圧力センサ２が設けられている。
【００２０】
前記オイルセパレータ３は、コンプレッサ１から吐出された冷媒中に含まれるオイルを分離し、オイルリターン管４を介してコンプレッサ１に還流させるものである。
【００２１】
前記車外側熱交換器５は、車両前方部に配設され、冷媒を放熱させるのに適した従来周知の構造である。この車外側熱交換器５は、車外用ブロア６を備えている。この車外用ブロア６は、送風量が変更自在に構成され、その送風量の変更により車外側熱交換器５における冷媒からの放熱量（熱交換効率）を調整することが可能である。また、車外側熱交換器５の近傍には外気温度検出手段である車外温度センサ７が設けられている。さらに、この車外側熱交換器５の出口側には、流出した冷媒温度、即ち、後述する減圧弁９の入り口側の冷媒温度を検出する減圧弁入り口温度検出手段である冷媒温度センサ８が設けられている。
【００２２】
前記減圧弁９は、開度を変更することにより、その上流側の冷媒圧力を調整するとともに、通過する冷媒を減圧するものである。なお、この減圧弁９により、上流側の冷媒圧力を調整することにより、その冷媒温度も調節することが可能である。
【００２３】
前記車内側熱交換器１０は、車内前方部の空調ユニット１１内に配設され、この空調ユニット１１内を通過する空気を冷却するとともに除湿する従来周知の構造である。空調ユニット１１における車内側熱交換器１０の上流側には、ブロアモータ１３の駆動により回転するブロア１４が配設され、内気または外気を所定風量で車内に送風する。また、空調ユニット１１の車内側熱交換器１０の下流側には、エアミックスドア１５が回動自在に設けられ、冷風を分流し、その一方をヒータコア１６に向かわせる。前記エアミックスドア１５は、その回動位置（開度）によってヒータコア１６で加熱される空気量、即ち、混合される冷風と温風の比率を変更し、車内に所望温度で送風する。
【００２４】
前記アキュムレータ１７は、冷媒を気液に分離し、その気相のみをコンプレッサ１に循環供給するものである。
【００２５】
前記制御装置１８は、予め設定されたプログラムに基づいてコンプレッサ１の駆動回転数、減圧弁９の開度、車外用ブロア６による送風量、および、エアミックスドア１５の回動位置を調整するものである。
【００２６】
また、本実施形態の制御手段は、車外温度センサ７により検出した車外温度、車内に配設した車内温度センサ１２により検出した車内温度とユーザが設定した空調の設定温度の差から熱負荷を判定する。そして、この熱負荷に基づいて冷凍サイクルの目標エネルギー効率（ＣＯＰ）を設定するとともに、減圧弁９の入り口側における目標温度を設定する。また、前記目標エネルギー効率に基づいてコンプレッサ１から吐出する冷媒の目標圧力を設定する。そして、これらの設定と、実際の温度や圧力に応じて減圧弁９の開度および車外用ブロア６の風量を調整し、高効率な冷凍サイクルを実施できるように構成している。
【００２７】
次に、前記構成の車両用空調装置の動作について具体的に説明する。
図２のモリエル線図に示すように、まず、冷媒は、コンプレッサ１の駆動により高温かつ超臨界域を越える高圧状態で吐出（Ａ）され、オイルセパレータ３を通過し、車外側熱交換器で放熱されて圧力を維持したまま液化（Ｂ）し、減圧弁９で減圧（Ｃ）される。その後、車内側熱交換器１０内を通過する際に気化（Ｄ）し、アキュムレータ１７で気液分離され、気相のみがコンプレッサ１に戻って（Ｅ）循環する。なお、前記オイルセパレータ３では、コンプレッサ１から冷媒とともに漏出したオイルを分離し、そのオイルのみをオイルリターン管４を介してコンプレッサ１に還流する。
【００２８】
この車両用空調装置は、冷媒に、ＨＦＣ−１３４ａ等の他の冷媒に比べて分子量が小さくて漏れやすいＣＯ２を使用する場合、所望の効果を発揮させることができる。そして、ＣＯ２は、地球温暖化係数が小さいため、地球の温暖化を防止できる。
【００２９】
この冷凍サイクルにおいて、前記目標エネルギー効率（ＣＯＰ）は、下記の数（１）に示すように、車内側熱交換器１０でのエンタルピの変化（差）ｈｅｖａと、コンプレッサ１でのエンタルピの変化（差）ｈｃｏｍｐとの比率により算出できる。
【００３０】
【数１】
【００３１】
また、前記車内側熱交換器１０でのエンタルピ差ｈｅｖａと、コンプレッサ１でのエンタルピ差ｈｃｏｍｐは、例えば、下記の数（２）に示すように、吐出圧力Ｐｄにより算出できる。
【００３２】
【数２】
【００３３】
そして、本実施形態では、前記車内側熱交換器１０でのエンタルピ差ｈｅｖａは既知であるため、目標エネルギー効率を設定すると、前記数（１）および数（２）によりコンプレッサ１から吐出する目標圧力を設定できる。
【００３４】
次に、前記制御装置１８による冷凍サイクルの高効率化について説明する。
制御装置１８は、図３に示すように、まず、ステップＳ１で、車外温度センサ７および車内温度センサ１２により車外温度および車内温度を検出した後、ステップＳ２で、熱負荷判定処理を実行する。
【００３５】
ついで、ステップＳ３で、目標値設定処理を実行する。この目標値設定処理では、図４に示すように、まず、ステップＳ３−１で、前記判定した熱負荷に基づいて、下記の表１に示すテーブルから目標エネルギー効率を設定する。
【００３６】
【表１】
【００３７】
前記表１に示すように、車外温度が高く、設定温度と実際の車内温度の差が大きい場合には目標エネルギー効率を２．０に設定する。また、車外温度が高く、設定温度と実際の車内温度の差が小さい場合には目標エネルギー効率を２．５に設定する。また、車外温度が低く、設定温度と実際の車内温度の差が大きい場合には目標エネルギー効率を２．５に設定する。また、車外温度が低く、設定温度と実際の車内温度の差が小さい場合には目標エネルギー効率を３．５に設定する。ここで、本実施形態では、車外温度の高低とは、その車外温度が３０℃以上であるか否かによって判断している。また、温度差の大小とは、その温度差が５℃以下であるか否かによって判断している。
【００３８】
目標エネルギー効率を設定すると、ステップＳ３−２で、その目標エネルギー効率に基づいてコンプレッサ１から吐出する冷媒の目標圧力Ｐhtrを前記数（１），（２）により設定する。
【００３９】
ついで、ステップＳ３−３で、ステップＳ１で検出した車外温度に基づいて車外側熱交換器５の出口側（減圧弁９の入り口側）における目標温度Ｔgco trを設定する。ここで、本実施形態では、この目標温度Ｔgco trは、車外温度Ｔｇに２℃加算した温度としている。
【００４０】
前記目標値設定処理が終了すると、図３に示すように、ステップＳ４で、圧力センサ２を介してコンプレッサ１から吐出された実際の冷媒の現圧力Ｐhrを検出する。
【００４１】
そして、ステップＳ５で、設定した目標圧力Ｐhtrと現圧力Ｐhrが一致しているか否かを検出する。そして、目標圧力Ｐhtrと現圧力Ｐhrが一致している場合にはステップＳ１に戻り、一致していない場合にはステップＳ６に進む。
【００４２】
ステップＳ６では、設定した目標圧力Ｐhtrが現圧力Ｐhrより高いか否かを検出する。そして、設定した目標圧力Ｐhtrが現圧力Ｐhrより高い場合にはステップＳ７に進み、減圧弁９を閉方向に調整してステップＳ９に進む。一方、設定した目標圧力Ｐhtrが現圧力Ｐhrより低い場合にはステップＳ８に進み、減圧弁９を開く方向に調整してステップＳ９に進む。
【００４３】
このように、目標エネルギー効率に基づいて設定した目標圧力Ｐhtrと現圧力Ｐhrとを比較し、一致している場合には減圧弁９の開度はその状態を維持する。また、目標圧力Ｐhtrが現圧力Ｐhrより高い場合には、減圧弁９を閉方向に調整することにより、減圧弁９の上流側の圧力を高め、実際の現圧力Ｐhrが目標圧力Ｐhtrに近づくように補正する。逆に、目標圧力Ｐhtrが現圧力Ｐhrより低い場合には、減圧弁を開方向に調整することにより、減圧弁９の上流側の圧力を低くし、実際の現圧力Ｐhrが目標圧力Ｐhtrに近づくように補正する。
【００４４】
減圧弁９を調整すると、ステップＳ９で、車外側熱交換器５の出口側における実際の現温度Ｔgco rを検出する。
【００４５】
そして、ステップＳ１０で、現状での車外用ブロア６が最大風量であるか否かを検出する。そして、車外用ブロア６が最大風量である場合にはステップＳ１１に進み、目標エネルギー効率の設定を低くすることを意味するフラグｆに１を入力してリターンする。一方、車外用ブロア６が最大風量ではない場合にはステップＳ１２に進み、車外用ブロア６の風量制御処理を実行してリターンする。
【００４６】
前記ステップＳ１１を経てステップＳ３に至った場合には、ステップＳ２で判定した熱負荷に基づいて前記表１より低い目標エネルギー効率を設定する。即ち、表１において、車外温度が高く、設定温度と実際の車内温度の差が大きい場合には目標エネルギー効率を１．８に設定する。また、車外温度が高く、設定温度と実際の車内温度の差が小さい場合には目標エネルギー効率を２．２に設定する。また、車外温度が低く、設定温度と実際の車内温度の差が大きい場合には目標エネルギー効率を２．２に設定する。また、車外温度が低く、設定温度と実際の車内温度の差が小さい場合には目標エネルギー効率を３．０に設定する。なお、目標圧力Ｐhtrを増加させるように補正してもよい。
【００４７】
また、本実施形態では、前記ステップＳ１２での車外用ブロア６の風量制御処理は、車両速度が所定速度以上である場合には動作を停止する。また、車両速度が所定速度より遅い場合には、ステップＳ９で検出した車外側熱交換器５での現温度Ｔgco rと目標温度Ｔgco trとの差に基づいて、下記の表２のテーブルに従って制御する。
【００４８】
【表２】
【００４９】
具体的には、車外用ブロア風量制御処理では、図５に示すように、まず、ステップＳ１２−１で、現状の車両速度を読み込む。
【００５０】
ついで、ステップＳ１２−２で、規定速度以上であるか否かを検出する。そして、規定速度以上である場合にはステップＳ１２−３に進み、車外用ブロア６の動作を停止させてリターンする。一方、規定速度より遅い場合にはステップＳ１２−４に進む。
【００５１】
ステップＳ１２−４では、車外側熱交換器５の出口側において、目標温度Ｔgco trと現温度Ｔgco rとの温度差が３℃以下であるか否かを検出する。そして、３℃以下である場合には前記と同様のステップＳ１２−３に進み、３℃より大きい場合にはステップＳ１２−５に進む。
【００５２】
ステップＳ１２−５では、目標温度Ｔgco trと現温度Ｔgco rとの温度差が５℃より大きいか否かを検出する。そして、温度差が５℃より大きい場合にはステップＳ１２−６に進み、車外用ブロア６に通電する電力を１２Ｖとして最大風量に調整してリターンする。一方、温度差が５℃以下である場合には、即ち、温度差が３℃より大きく５℃以下である場合にはステップＳ１２−７に進み、車外用ブロア６に通電する電力を６Ｖとして弱風量に調整してリターンする。
【００５３】
即ち、温度差が５℃より大きい場合には、車外用ブロア６を最大風量に調整し、迅速に目標温度に近づくように補正する。また、温度差が５℃以下で３℃より大きい場合には、車外用ブロア６を弱風量に調整し、目標温度に近づくように補正する。さらに、車両速度が所定速度以上である場合、および、温度差が３℃以下である場合には、車外用ブロア６を動作させても冷房能力は向上しないため、車外用ブロア１４の動作を停止し、無駄な電力消費を防止するとともに、高効率な冷凍サイクルを実行できるようにする。
【００５４】
このように、本実施形態の車両用空調装置では、車内外の諸条件に基づいて設定した目標エネルギー効率に基づいてコンプレッサ１から吐出する冷媒の目標圧力を設定し、実際の圧力と比較して減圧弁９の開度を調整する。これにより、コンプレッサ１から吐出する冷媒圧力が理想的な目標圧力に近づくように補正する。
【００５５】
また、車内外の諸条件に基づいて減圧弁９の入り口側での目標温度を設定し、実際の温度と比較して車外用ブロア６の風量を調整し、減圧弁９の入り口側の冷媒温度を理想的な目標温度に近づくように補正する。
【００５６】
即ち、減圧弁９の入り口側の温度に基づいてコンプレッサ１から吐出する冷媒圧力を調整するのではなく、それぞれの目標値を設定し、それぞれ独立してその目標値になるように調整する。そのため、複雑な演算をすることなく、理想的な冷媒圧力と冷媒温度の関係に確実に調整できるため、チャタリングが発生することを防止し、高効率の冷凍サイクルを実現できる。また、減圧弁９に高い耐久性が求められることはなく、安価な冷凍サイクルを提供できる。
【００５７】
図６は、第２実施形態に係る車両用空調装置の制御装置１８による目標値設定処理を示す。この第２実施形態の制御装置１８は、車内外の諸条件から目標冷房能力を設定し、この目標冷房能力と前記目標エネルギー効率に基づいて前記コンプレッサ１から吐出する冷媒の目標圧力を設定するようにした点で第１実施形態と相違している。
【００５８】
ここで、前記目標冷房能力は、設定温度と実際の車内温度の差により算出される。また、実際の冷房能力は、車内側熱交換器１０でのエンタルピ差ｈｅｖａに冷媒の循環量Ｇｒを乗算することにより算出される。なお、この循環量Ｇｒは、吐出容積と吸込冷媒の比容積を乗算することにより算出できる。また、前記比容積は、冷媒の温度や圧力から算出でき、また、概略の既定値を用いることにより算出できる。
【００５９】
そのため、前記目標エネルギー効率（ＣＯＰ）と目標冷房能力の関係は下記の数（３）のようになる。
【００６０】
【数３】
【００６１】
この第２実施形態の制御装置１８による冷凍サイクルの高効率化は、図３に示すステップＳ３の目標値設定処理のみが相違する。具体的には、第２実施形態の目標値設定処理では、図６に示すように、まず、ステップＳ３’−１で、ステップＳ２で判定した熱負荷に基づいて、前記表１に示すテーブルから目標エネルギー効率を設定する。
【００６２】
ついで、ステップＳ３’−２で、前記熱負荷に基づいて下記の表３に示すテーブルから目標冷房能力を設定する。
【００６３】
【表３】
【００６４】
前記表３に示すように、設定温度と実際の車内温度の差が大きい場合には目標冷房能力を４５００に設定する。また、設定温度と実際の車内温度の差が小さい場合には目標冷房能力を３５００に設定する。
【００６５】
ステップＳ３’−３では、車両のエンジンの回転数からコンプレッサ１の回転数を検出した後、ステップＳ３’−４で、このコンプレッサ１の回転数に基づいて冷媒の循環量Ｇｒを演算する。
【００６６】
循環量Ｇｒを演算すると、ステップＳ３’−５で、車内側熱交換器１０での入口側と出口側の目標エンタルピ差ｈｅｖａを演算する。この目標エンタルピ差ｈｅｖａは、設定した目標冷房能力を前記循環量Ｇｒで除算することにより算出できる。
【００６７】
目標エンタルピ差ｈｅｖａを演算すると、ステップＳ３’−６で、前記数（３）に基づき、演算した車内側熱交換器１０での目標エンタルピ差ｈｅｖａと前記目標エネルギー効率からコンプレッサ１から吐出する冷媒の目標圧力をＰhtrを設定してステップＳ３’−７に進む。
【００６８】
ステップＳ３’−７では、第１実施形態と同様に、ステップＳ１で検出した車外温度に基づいて車外側熱交換器５の出口側（減圧弁９の入り口側）における目標温度Ｔgco trを設定する。
【００６９】
このように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、コンプレッサ１から吐出する冷媒圧力と、減圧弁９の入り口側での冷媒温度を、それぞれ独立して目標値になるように調整するため、複雑な演算をすることなく、理想的な冷媒圧力と冷媒温度の関係に確実に調整できるため、高効率の冷凍サイクルを実現できる。そのうえ、車内外の諸条件から目標冷房能力を設定し、その目標冷房能力と前記目標エネルギー効率に基づいて目標圧力を設定するため、冷凍サイクルにおける必要性能である冷房能力を確実に確保することができる。
【００７０】
なお、前記第２実施形態では、吐出量を可変可能なコンプレッサ１を適用し、目標冷房能力に応じてコンプレッサ１から吐出する冷媒循環量を調整してもよい。このようにすれば、目標冷房能力に基づいた理想の冷媒循環量とすることができるため、更に確実に冷凍サイクルの必要性能を確保できる。そして、前記冷媒循環量に基づいて減圧弁９の開度と車外用ブロア６の風量とを調整することにより、理想的な冷媒圧力および冷媒温度に調整し、確実に冷凍サイクルの高効率化を図ることができる。即ち、冷凍サイクルの高効率化と必要冷房能力の確保を両立できる。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の車両用空調装置は、設定した目標圧力と実際の冷媒圧力に基づいて減圧弁の開度を調整するとともに、設定した目標温度と実際の冷媒温度に基づいて車外用ブロアの風量を調整する。即ち、減圧弁の入り口側の温度に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒圧力を調整するのではなく、それぞれの目標値を設定し、それぞれ独立してその目標値になるように減圧弁の開度および車外用ブロアの風量を調整するため、複雑な演算をすることなく、理想的な冷媒圧力と冷媒温度の関係に調整し、冷凍サイクルの高効率化を安価に実現できる。また、車内外の諸条件から目標冷房能力を設定し、この目標冷房能力と目標エネルギー効率に基づいて前記目標圧力を設定することにより、冷凍サイクルにおける必要性能である冷房能力を確実に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る車両用空調装置の概略図である。
【図２】 図１の各構成部品に於ける冷媒のエンタルピと圧力の関係を示すグラフである。
【図３】 制御装置による制御を示すフローチャートである。
【図４】 図３の目標値設定処理を示すフローチャートである。
【図５】 図３の車外用ブロア風量制御処理を示すフローチャートである。
【図６】 第２実施形態の目標値設定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…コンプレッサ、２…圧力センサ、３…オイルセパレータ、５…車外側熱交換器、６…車外用ブロア、７…車外温度センサ、８…冷媒温度センサ、９…減圧弁、１０…車内側熱交換器、１１…空調ユニット、１２…車内温度センサ、１７…アキュムレータ、１８…制御装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷媒にＣＯ２を使用した冷凍サイクルを備えた車両用空調装置として、車外側熱交換器の出口側冷媒温度に基づいて最も高いエネルギー効率（ＣＯＰ）で運転できるようにしたものがある（特開平７−２９４０３３号公報）。
【０００３】
なお、この種の車両用空調装置では、冷房能力やＣＯＰがコンプレッサから吐出される圧力に左右されるが、前記ＣＯＰは、１０〜１５ＭＰａの圧力で最も良くなることが周知である。また、コンプレッサから吐出される冷媒圧力は、減圧弁の入り口側の冷媒温度と大きな関係があり、この減圧弁の入り口側での冷媒温度に応じてエネルギー効率の良い最適な圧力値があることが周知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記車両用空調装置では、コンプレッサから減圧弁の入り口側までの冷媒圧力は、冷媒循環量に応じて変化する。また、冷媒循環量の変化に伴って圧力損失も大きく変化するため、減圧弁の入り口側での冷媒温度に基づき、最適な効率になるコンプレッサからの吐出圧力の演算は非常に複雑になる。
【０００５】
特に、冷媒圧力が８ＭＰａから１０ＭＰａの範囲の場合、超臨界域での等温線の勾配が著しく小さくなる。そのため、複数のセンサを用い、冷媒温度に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒圧力を最適な圧力に制御する場合、チャタリングが発生するため、現実的には困難が多い。また、減圧弁に高い耐久性が求められることになり、コスト高になるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明では、複雑な演算をすることなく、コンプレッサから吐出する冷媒圧力と、減圧弁の入り口側での冷媒温度を理想的な目標値に調整できる車両用空調装置を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、第１発明の車両用空調装置は、コンプレッサから吐出させた超臨界流体からなる冷媒を、車外用ブロアを備えた車外側熱交換器で放熱させ、減圧弁で減圧し、車内側熱交換器で気化させた後、前記コンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備え、各種検出手段により検出した車内外の諸条件に基づいて前記コンプレッサ、車外用ブロアおよび減圧弁を制御手段で制御する車両用空調装置において、前記コンプレッサから吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記減圧弁の入り口側における冷媒の温度を検出する減圧弁入り口温度検出手段とを設け、前記制御手段は、前記車内外の諸条件から前記冷凍サイクルの目標エネルギー効率を設定するとともに、減圧弁の入り口側における目標温度を設定し、かつ、前記目標エネルギー効率に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒の目標圧力を設定し、前記目標圧力と前記吐出圧力検出手段により検出した実際の冷媒圧力に応じて前記減圧弁の開度を調整し、かつ、前記目標温度と前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した実際の冷媒温度に応じて前記車外用ブロアの風量を調整するようにし、かつ、車外の温度を検出する外気温度検出手段を更に設け、前記制御手段は、前記外気温度検出手段により検出した温度と、前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した温度とが略同一である場合、車外用ブロアの動作を停止するように構成している。
【０００８】
ここで、前記車内外の諸条件とは、車内温度とユーザが設定した空調の設定温度の差から演算した熱負荷、コンプレッサの回転数に基づく冷媒の循環量などを意味する。
【０００９】
前記車両用空調装置によれば、例えば熱負荷等の車内外の諸条件から目標エネルギー効率を設定するとともに、この目標エネルギー効率に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒の目標圧力を設定し、実際の冷媒圧力と比較して減圧弁の開度を調整する。また、車内外の諸条件から減圧弁の入り口側での目標温度を設定し、実際の冷媒温度と比較して車外用ブロアの風量を調整する。
【００１０】
即ち、減圧弁の入り口側の温度に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒圧力を調整するのではなく、コンプレッサから吐出する冷媒圧力と減圧弁の入り口側での冷媒温度の目標値をそれぞれ設定し、それぞれ独立してその目標値になるように減圧弁と車外用ブロアとを調整する。即ち、複雑な演算をすることなく、理想的な冷媒圧力と冷媒温度の関係に確実に調整できるため、チャタリングが発生することを防止できる。従って、減圧弁に高い耐久性が求められることはなく、安価な冷凍サイクルを提供できる。また、外気温度と減圧弁の入り口側での冷媒温度が略同一である場合には、車外用ブロアを動作させても冷房能力は向上しないため、車外用ブロアの動作を停止することにより、無駄な電力消費を防止するとともに、高効率な冷凍サイクルを実行できる。
【００１１】
第２発明の車両用空調装置は、第１発明の車外の温度に基づいて車外用ブロアの動作を停止する構成の代わりに、前記制御手段は、前記車外用ブロアを最大出力とした状態で前記目標温度に至らない場合、前記目標エネルギー効率を減少するように補正、または、前記目標圧力を増加させるように補正するように構成している。このようにすれば、より効率的な冷凍サイクルを実行および維持できる。
【００１２】
第３発明の車両空調装置は、前記コンプレッサから吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記減圧弁の入り口側における冷媒の温度を検出する減圧弁入り口温度検出手段とを設け、前記制御手段は、前記車内外の諸条件から前記冷凍サイクルの目標エネルギー効率と、減圧弁の入り口側における目標温度とを設定し、かつ、設定温度と車内温度との温度差に基づいて目標冷房能力を設定するとともに、前記目標エネルギー効率と目標冷房能力に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒の目標圧力を設定し、前記目標圧力と前記吐出圧力検出手段により検出した実際の冷媒圧力に応じて前記減圧弁の開度を調整し、かつ、前記目標温度と前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した実際の冷媒温度に応じて前記車外用ブロアの風量を調整するようにし、かつ、車外の温度を検出する外気温度検出手段を更に設け、前記制御手段は、前記外気温度検出手段により検出した温度と、前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した温度とが略同一である場合、車外用ブロアの動作を停止するように構成している。
【００１３】
この第３発明の車両空調装置では、前記と同様に、複雑な演算をすることなく、理想的な冷媒圧力と冷媒温度の関係に確実に調整できる。そのうえ、車内外の諸条件から目標冷房能力を設定し、その目標冷房能力と前記目標エネルギー効率に基づいて前記目標圧力を設定するため、冷凍サイクルにおける必要性能である冷房能力を確実に確保することができる。また、外気温度と減圧弁の入り口側での冷媒温度が略同一である場合には、車外用ブロアの動作を停止するため、無駄な電力消費を防止するとともに、高効率な冷凍サイクルを実行できる。
【００１４】
第４発明の車両空調装置は、第３発明の車外の温度に基づいて車外用ブロアの動作を停止する構成の代わりに、前記制御手段は、前記車外用ブロアを最大出力とした状態で前記目標温度に至らない場合、前記目標エネルギー効率を減少するように補正、または、前記目標圧力を増加させるように補正するように構成している。このようにすれば、より効率的な冷凍サイクルを実行および維持できる。
【００１５】
第３および第４発明の車両空調装置では、前記制御手段は、前記目標冷房能力に応じてコンプレッサから吐出する冷媒循環量を調整することが好ましい。このようにすれば、冷凍サイクルの高効率化と必要性能の確保を両立できる。
【００１６】
さらに、第１乃至第４発明の車両空調装置では、前記制御手段は、所定の車両走行速度以下でのみ前記車外用ブロアを動作させることが好ましい。即ち、車速が所定速度以上の場合には、前記と同様に、車外用ブロアを動作させても冷房能力は向上しないため、車外用ブロアの動作を停止することにより、無駄な電力消費を防止するとともに、高効率な冷凍サイクルを実行できる。
【００１７】
さらにまた、前記冷媒はＣＯ２であることが好ましい。ここで、ＣＯ２は、地球温暖化係数が小さいため、地球の温暖化を防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクルを示す。この冷凍サイクルでは、コンプレッサから吐出された冷媒（ここでは、ＣＯ２を使用）が、オイルセパレータ３、車外側熱交換器５、減圧弁９、および、車内側熱交換器１０からアキュムレータ１７を介してコンプレッサ１に戻って循環する。これらコンプレッサ１、減圧弁９、および、後述する車外用ブロア６は、制御装置１８によって駆動制御される。
【００１９】
前記コンプレッサ１は、図示しないエンジンの動力によって駆動可能である。コンプレッサの出口側配管には、吐出圧力検出手段である圧力センサ２が設けられている。
【００２０】
前記オイルセパレータ３は、コンプレッサ１から吐出された冷媒中に含まれるオイルを分離し、オイルリターン管４を介してコンプレッサ１に還流させるものである。
【００２１】
前記車外側熱交換器５は、車両前方部に配設され、冷媒を放熱させるのに適した従来周知の構造である。この車外側熱交換器５は、車外用ブロア６を備えている。この車外用ブロア６は、送風量が変更自在に構成され、その送風量の変更により車外側熱交換器５における冷媒からの放熱量（熱交換効率）を調整することが可能である。また、車外側熱交換器５の近傍には外気温度検出手段である車外温度センサ７が設けられている。さらに、この車外側熱交換器５の出口側には、流出した冷媒温度、即ち、後述する減圧弁９の入り口側の冷媒温度を検出する減圧弁入り口温度検出手段である冷媒温度センサ８が設けられている。
【００２２】
前記減圧弁９は、開度を変更することにより、その上流側の冷媒圧力を調整するとともに、通過する冷媒を減圧するものである。なお、この減圧弁９により、上流側の冷媒圧力を調整することにより、その冷媒温度も調節することが可能である。
【００２３】
前記車内側熱交換器１０は、車内前方部の空調ユニット１１内に配設され、この空調ユニット１１内を通過する空気を冷却するとともに除湿する従来周知の構造である。空調ユニット１１における車内側熱交換器１０の上流側には、ブロアモータ１３の駆動により回転するブロア１４が配設され、内気または外気を所定風量で車内に送風する。また、空調ユニット１１の車内側熱交換器１０の下流側には、エアミックスドア１５が回動自在に設けられ、冷風を分流し、その一方をヒータコア１６に向かわせる。前記エアミックスドア１５は、その回動位置（開度）によってヒータコア１６で加熱される空気量、即ち、混合される冷風と温風の比率を変更し、車内に所望温度で送風する。
【００２４】
前記アキュムレータ１７は、冷媒を気液に分離し、その気相のみをコンプレッサ１に循環供給するものである。
【００２５】
前記制御装置１８は、予め設定されたプログラムに基づいてコンプレッサ１の駆動回転数、減圧弁９の開度、車外用ブロア６による送風量、および、エアミックスドア１５の回動位置を調整するものである。
【００２６】
また、本実施形態の制御手段は、車外温度センサ７により検出した車外温度、車内に配設した車内温度センサ１２により検出した車内温度とユーザが設定した空調の設定温度の差から熱負荷を判定する。そして、この熱負荷に基づいて冷凍サイクルの目標エネルギー効率（ＣＯＰ）を設定するとともに、減圧弁９の入り口側における目標温度を設定する。また、前記目標エネルギー効率に基づいてコンプレッサ１から吐出する冷媒の目標圧力を設定する。そして、これらの設定と、実際の温度や圧力に応じて減圧弁９の開度および車外用ブロア６の風量を調整し、高効率な冷凍サイクルを実施できるように構成している。
【００２７】
次に、前記構成の車両用空調装置の動作について具体的に説明する。
図２のモリエル線図に示すように、まず、冷媒は、コンプレッサ１の駆動により高温かつ超臨界域を越える高圧状態で吐出（Ａ）され、オイルセパレータ３を通過し、車外側熱交換器で放熱されて圧力を維持したまま液化（Ｂ）し、減圧弁９で減圧（Ｃ）される。その後、車内側熱交換器１０内を通過する際に気化（Ｄ）し、アキュムレータ１７で気液分離され、気相のみがコンプレッサ１に戻って（Ｅ）循環する。なお、前記オイルセパレータ３では、コンプレッサ１から冷媒とともに漏出したオイルを分離し、そのオイルのみをオイルリターン管４を介してコンプレッサ１に還流する。
【００２８】
この車両用空調装置は、冷媒に、ＨＦＣ−１３４ａ等の他の冷媒に比べて分子量が小さくて漏れやすいＣＯ２を使用する場合、所望の効果を発揮させることができる。そして、ＣＯ２は、地球温暖化係数が小さいため、地球の温暖化を防止できる。
【００２９】
この冷凍サイクルにおいて、前記目標エネルギー効率（ＣＯＰ）は、下記の数（１）に示すように、車内側熱交換器１０でのエンタルピの変化（差）ｈｅｖａと、コンプレッサ１でのエンタルピの変化（差）ｈｃｏｍｐとの比率により算出できる。
【００３０】
【数１】
また、前記車内側熱交換器１０でのエンタルピ差ｈｅｖａと、コンプレッサ１でのエンタルピ差ｈｃｏｍｐは、例えば、下記の数（２）に示すように、吐出圧力Ｐｄにより算出できる。
【００３２】
【数２】
そして、本実施形態では、前記車内側熱交換器１０でのエンタルピ差ｈｅｖａは既知であるため、目標エネルギー効率を設定すると、前記数（１）および数（２）によりコンプレッサ１から吐出する目標圧力を設定できる。
【００３４】
次に、前記制御装置１８による冷凍サイクルの高効率化について説明する。
制御装置１８は、図３に示すように、まず、ステップＳ１で、車外温度センサ７および車内温度センサ１２により車外温度および車内温度を検出した後、ステップＳ２で、熱負荷判定処理を実行する。
【００３５】
ついで、ステップＳ３で、目標値設定処理を実行する。この目標値設定処理では、図４に示すように、まず、ステップＳ３−１で、前記判定した熱負荷に基づいて、下記の表１に示すテーブルから目標エネルギー効率を設定する。
【００３６】
【表１】
前記表１に示すように、車外温度が高く、設定温度と実際の車内温度の差が大きい場合には目標エネルギー効率を２．０に設定する。また、車外温度が高く、設定温度と実際の車内温度の差が小さい場合には目標エネルギー効率を２．５に設定する。また、車外温度が低く、設定温度と実際の車内温度の差が大きい場合には目標エネルギー効率を２．５に設定する。また、車外温度が低く、設定温度と実際の車内温度の差が小さい場合には目標エネルギー効率を３．５に設定する。ここで、本実施形態では、車外温度の高低とは、その車外温度が３０℃以上であるか否かによって判断している。また、温度差の大小とは、その温度差が５℃以下であるか否かによって判断している。
【００３８】
目標エネルギー効率を設定すると、ステップＳ３−２で、その目標エネルギー効率に基づいてコンプレッサ１から吐出する冷媒の目標圧力Ｐhtrを前記数（１），（２）により設定する。
【００３９】
ついで、ステップＳ３−３で、ステップＳ１で検出した車外温度に基づいて車外側熱交換器５の出口側（減圧弁９の入り口側）における目標温度Ｔgco trを設定する。ここで、本実施形態では、この目標温度Ｔgco trは、車外温度Ｔｇに２℃加算した温度としている。
【００４０】
前記目標値設定処理が終了すると、図３に示すように、ステップＳ４で、圧力センサ２を介してコンプレッサ１から吐出された実際の冷媒の現圧力Ｐhrを検出する。
【００４１】
そして、ステップＳ５で、設定した目標圧力Ｐhtrと現圧力Ｐhrが一致しているか否かを検出する。そして、目標圧力Ｐhtrと現圧力Ｐhrが一致している場合にはステップＳ１に戻り、一致していない場合にはステップＳ６に進む。
【００４２】
ステップＳ６では、設定した目標圧力Ｐhtrが現圧力Ｐhrより高いか否かを検出する。そして、設定した目標圧力Ｐhtrが現圧力Ｐhrより高い場合にはステップＳ７に進み、減圧弁９を閉方向に調整してステップＳ９に進む。一方、設定した目標圧力Ｐhtrが現圧力Ｐhrより低い場合にはステップＳ８に進み、減圧弁９を開く方向に調整してステップＳ９に進む。
【００４３】
このように、目標エネルギー効率に基づいて設定した目標圧力Ｐhtrと現圧力Ｐhrとを比較し、一致している場合には減圧弁９の開度はその状態を維持する。また、目標圧力Ｐhtrが現圧力Ｐhrより高い場合には、減圧弁９を閉方向に調整することにより、減圧弁９の上流側の圧力を高め、実際の現圧力Ｐhrが目標圧力Ｐhtrに近づくように補正する。逆に、目標圧力Ｐhtrが現圧力Ｐhrより低い場合には、減圧弁を開方向に調整することにより、減圧弁９の上流側の圧力を低くし、実際の現圧力Ｐhrが目標圧力Ｐhtrに近づくように補正する。
【００４４】
減圧弁９を調整すると、ステップＳ９で、車外側熱交換器５の出口側における実際の現温度Ｔgco rを検出する。
【００４５】
そして、ステップＳ１０で、現状での車外用ブロア６が最大風量であるか否かを検出する。そして、車外用ブロア６が最大風量である場合にはステップＳ１１に進み、目標エネルギー効率の設定を低くすることを意味するフラグｆに１を入力してリターンする。一方、車外用ブロア６が最大風量ではない場合にはステップＳ１２に進み、車外用ブロア６の風量制御処理を実行してリターンする。
【００４６】
前記ステップＳ１１を経てステップＳ３に至った場合には、ステップＳ２で判定した熱負荷に基づいて前記表１より低い目標エネルギー効率を設定する。即ち、表１において、車外温度が高く、設定温度と実際の車内温度の差が大きい場合には目標エネルギー効率を１．８に設定する。また、車外温度が高く、設定温度と実際の車内温度の差が小さい場合には目標エネルギー効率を２．２に設定する。また、車外温度が低く、設定温度と実際の車内温度の差が大きい場合には目標エネルギー効率を２．２に設定する。また、車外温度が低く、設定温度と実際の車内温度の差が小さい場合には目標エネルギー効率を３．０に設定する。なお、目標圧力Ｐhtrを増加させるように補正してもよい。
【００４７】
また、本実施形態では、前記ステップＳ１２での車外用ブロア６の風量制御処理は、車両速度が所定速度以上である場合には動作を停止する。また、車両速度が所定速度より遅い場合には、ステップＳ９で検出した車外側熱交換器５での現温度Ｔgco rと目標温度Ｔgco trとの差に基づいて、下記の表２のテーブルに従って制御する。
【００４８】
【表２】
具体的には、車外用ブロア風量制御処理では、図５に示すように、まず、ステップＳ１２−１で、現状の車両速度を読み込む。
【００５０】
ついで、ステップＳ１２−２で、規定速度以上であるか否かを検出する。そして、規定速度以上である場合にはステップＳ１２−３に進み、車外用ブロア６の動作を停止させてリターンする。一方、規定速度より遅い場合にはステップＳ１２−４に進む。
【００５１】
ステップＳ１２−４では、車外側熱交換器５の出口側において、目標温度Ｔgco trと現温度Ｔgco rとの温度差が３℃以下であるか否かを検出する。そして、３℃以下である場合には前記と同様のステップＳ１２−３に進み、３℃より大きい場合にはステップＳ１２−５に進む。
【００５２】
ステップＳ１２−５では、目標温度Ｔgco trと現温度Ｔgco rとの温度差が５℃より大きいか否かを検出する。そして、温度差が５℃より大きい場合にはステップＳ１２−６に進み、車外用ブロア６に通電する電力を１２Ｖとして最大風量に調整してリターンする。一方、温度差が５℃以下である場合には、即ち、温度差が３℃より大きく５℃以下である場合にはステップＳ１２−７に進み、車外用ブロア６に通電する電力を６Ｖとして弱風量に調整してリターンする。
【００５３】
即ち、温度差が５℃より大きい場合には、車外用ブロア６を最大風量に調整し、迅速に目標温度に近づくように補正する。また、温度差が５℃以下で３℃より大きい場合には、車外用ブロア６を弱風量に調整し、目標温度に近づくように補正する。さらに、車両速度が所定速度以上である場合、および、温度差が３℃以下である場合には、車外用ブロア６を動作させても冷房能力は向上しないため、車外用ブロア１４の動作を停止し、無駄な電力消費を防止するとともに、高効率な冷凍サイクルを実行できるようにする。
【００５４】
このように、本実施形態の車両用空調装置では、車内外の諸条件に基づいて設定した目標エネルギー効率に基づいてコンプレッサ１から吐出する冷媒の目標圧力を設定し、実際の圧力と比較して減圧弁９の開度を調整する。これにより、コンプレッサ１から吐出する冷媒圧力が理想的な目標圧力に近づくように補正する。
【００５５】
また、車内外の諸条件に基づいて減圧弁９の入り口側での目標温度を設定し、実際の温度と比較して車外用ブロア６の風量を調整し、減圧弁９の入り口側の冷媒温度を理想的な目標温度に近づくように補正する。
【００５６】
即ち、減圧弁９の入り口側の温度に基づいてコンプレッサ１から吐出する冷媒圧力を調整するのではなく、それぞれの目標値を設定し、それぞれ独立してその目標値になるように調整する。そのため、複雑な演算をすることなく、理想的な冷媒圧力と冷媒温度の関係に確実に調整できるため、チャタリングが発生することを防止し、高効率の冷凍サイクルを実現できる。また、減圧弁９に高い耐久性が求められることはなく、安価な冷凍サイクルを提供できる。
【００５７】
図６は、第２実施形態に係る車両用空調装置の制御装置１８による目標値設定処理を示す。この第２実施形態の制御装置１８は、車内外の諸条件から目標冷房能力を設定し、この目標冷房能力と前記目標エネルギー効率に基づいて前記コンプレッサ１から吐出する冷媒の目標圧力を設定するようにした点で第１実施形態と相違している。
【００５８】
ここで、前記目標冷房能力は、設定温度と実際の車内温度の差により算出される。また、実際の冷房能力は、車内側熱交換器１０でのエンタルピ差ｈｅｖａに冷媒の循環量Ｇｒを乗算することにより算出される。なお、この循環量Ｇｒは、吐出容積と吸込冷媒の比容積を乗算することにより算出できる。また、前記比容積は、冷媒の温度や圧力から算出でき、また、概略の既定値を用いることにより算出できる。
【００５９】
そのため、前記目標エネルギー効率（ＣＯＰ）と目標冷房能力の関係は下記の数（３）のようになる。
【００６０】
【数３】
この第２実施形態の制御装置１８による冷凍サイクルの高効率化は、図３に示すステップＳ３の目標値設定処理のみが相違する。具体的には、第２実施形態の目標値設定処理では、図６に示すように、まず、ステップＳ３’−１で、ステップＳ２で判定した熱負荷に基づいて、前記表１に示すテーブルから目標エネルギー効率を設定する。
【００６２】
ついで、ステップＳ３’−２で、前記熱負荷に基づいて下記の表３に示すテーブルから目標冷房能力を設定する。
【００６３】
【表３】
前記表３に示すように、設定温度と実際の車内温度の差が大きい場合には目標冷房能力を４５００に設定する。また、設定温度と実際の車内温度の差が小さい場合には目標冷房能力を３５００に設定する。
【００６５】
ステップＳ３’−３では、車両のエンジンの回転数からコンプレッサ１の回転数を検出した後、ステップＳ３’−４で、このコンプレッサ１の回転数に基づいて冷媒の循環量Ｇｒを演算する。
【００６６】
循環量Ｇｒを演算すると、ステップＳ３’−５で、車内側熱交換器１０での入口側と出口側の目標エンタルピ差ｈｅｖａを演算する。この目標エンタルピ差ｈｅｖａは、設定した目標冷房能力を前記循環量Ｇｒで除算することにより算出できる。
【００６７】
目標エンタルピ差ｈｅｖａを演算すると、ステップＳ３’−６で、前記数（３）に基づき、演算した車内側熱交換器１０での目標エンタルピ差ｈｅｖａと前記目標エネルギー効率からコンプレッサ１から吐出する冷媒の目標圧力をＰhtrを設定してステップＳ３’−７に進む。
【００６８】
ステップＳ３’−７では、第１実施形態と同様に、ステップＳ１で検出した車外温度に基づいて車外側熱交換器５の出口側（減圧弁９の入り口側）における目標温度Ｔgco trを設定する。
【００６９】
このように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、コンプレッサ１から吐出する冷媒圧力と、減圧弁９の入り口側での冷媒温度を、それぞれ独立して目標値になるように調整するため、複雑な演算をすることなく、理想的な冷媒圧力と冷媒温度の関係に確実に調整できるため、高効率の冷凍サイクルを実現できる。そのうえ、車内外の諸条件から目標冷房能力を設定し、その目標冷房能力と前記目標エネルギー効率に基づいて目標圧力を設定するため、冷凍サイクルにおける必要性能である冷房能力を確実に確保することができる。
【００７０】
なお、前記第２実施形態では、吐出量を可変可能なコンプレッサ１を適用し、目標冷房能力に応じてコンプレッサ１から吐出する冷媒循環量を調整してもよい。このようにすれば、目標冷房能力に基づいた理想の冷媒循環量とすることができるため、更に確実に冷凍サイクルの必要性能を確保できる。そして、前記冷媒循環量に基づいて減圧弁９の開度と車外用ブロア６の風量とを調整することにより、理想的な冷媒圧力および冷媒温度に調整し、確実に冷凍サイクルの高効率化を図ることができる。即ち、冷凍サイクルの高効率化と必要冷房能力の確保を両立できる。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の車両用空調装置は、設定した目標圧力と実際の冷媒圧力に基づいて減圧弁の開度を調整するとともに、設定した目標温度と実際の冷媒温度に基づいて車外用ブロアの風量を調整する。即ち、減圧弁の入り口側の温度に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒圧力を調整するのではなく、それぞれの目標値を設定し、それぞれ独立してその目標値になるように減圧弁の開度および車外用ブロアの風量を調整するため、複雑な演算をすることなく、理想的な冷媒圧力と冷媒温度の関係に調整し、冷凍サイクルの高効率化を安価に実現できる。また、車内外の諸条件から目標冷房能力を設定し、この目標冷房能力と目標エネルギー効率に基づいて前記目標圧力を設定することにより、冷凍サイクルにおける必要性能である冷房能力を確実に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る車両用空調装置の概略図である。
【図２】 図１の各構成部品に於ける冷媒のエンタルピと圧力の関係を示すグラフである。
【図３】 制御装置による制御を示すフローチャートである。
【図４】 図３の目標値設定処理を示すフローチャートである。
【図５】 図３の車外用ブロア風量制御処理を示すフローチャートである。
【図６】 第２実施形態の目標値設定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…コンプレッサ、２…圧力センサ、３…オイルセパレータ、５…車外側熱交換器、６…車外用ブロア、７…車外温度センサ、８…冷媒温度センサ、９…減圧弁、１０…車内側熱交換器、１１…空調ユニット、１２…車内温度センサ、１７…アキュムレータ、１８…制御装置。
Claims (7)
- コンプレッサから吐出させた超臨界流体からなる冷媒を、車外用ブロアを備えた車外側熱交換器で放熱させ、減圧弁で減圧し、車内側熱交換器で気化させた後、前記コンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備え、各種検出手段により検出した車内外の諸条件に基づいて前記コンプレッサ、車外用ブロアおよび減圧弁を制御手段で制御する車両用空調装置において、
前記コンプレッサから吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記減圧弁の入り口側における冷媒の温度を検出する減圧弁入り口温度検出手段とを設け、
前記制御手段は、前記車内外の諸条件から前記冷凍サイクルの目標エネルギー効率を設定するとともに、減圧弁の入り口側における目標温度を設定し、かつ、前記目標エネルギー効率に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒の目標圧力を設定し、
前記目標圧力と前記吐出圧力検出手段により検出した実際の冷媒圧力に応じて前記減圧弁の開度を調整し、かつ、前記目標温度と前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した実際の冷媒温度に応じて前記車外用ブロアの風量を調整するようにし、かつ、
車外の温度を検出する外気温度検出手段を更に設け、
前記制御手段は、前記外気温度検出手段により検出した温度と、前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した温度とが略同一である場合、車外用ブロアの動作を停止するようにしたことを特徴とする車両用空調装置。 - コンプレッサから吐出させた超臨界流体からなる冷媒を、車外用ブロアを備えた車外側熱交換器で放熱させ、減圧弁で減圧し、車内側熱交換器で気化させた後、前記コンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備え、各種検出手段により検出した車内外の諸条件に基づいて前記コンプレッサ、車外用ブロアおよび減圧弁を制御手段で制御する車両用空調装置において、
前記コンプレッサから吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記減圧弁の入り口側における冷媒の温度を検出する減圧弁入り口温度検出手段とを設け、
前記制御手段は、前記車内外の諸条件から前記冷凍サイクルの目標エネルギー効率を設定するとともに、減圧弁の入り口側における目標温度を設定し、かつ、前記目標エネルギー効率に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒の目標圧力を設定し、
前記目標圧力と前記吐出圧力検出手段により検出した実際の冷媒圧力に応じて前記減圧弁の開度を調整し、かつ、前記目標温度と前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した実際の冷媒温度に応じて前記車外用ブロアの風量を調整するようにし、かつ、
前記制御手段は、前記車外用ブロアを最大出力とした状態で前記目標温度に至らない場合、前記目標エネルギー効率を減少するように補正、または、前記目標圧力を増加させるように補正するようにしたことを特徴とする車両用空調装置。 - コンプレッサから吐出させた超臨界流体からなる冷媒を、車外用ブロアを備えた車外側熱交換器で放熱させ、減圧弁で減圧し、車内側熱交換器で気化させた後、前記コンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備え、各種検出手段により検出した車内外の諸条件に基づいて前記コンプレッサ、車外用ブロアおよび減圧弁を制御手段で制御する車両用空調装置において、
前記コンプレッサから吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記減圧弁の入り口側における冷媒の温度を検出する減圧弁入り口温度検出手段とを設け、
前記制御手段は、前記車内外の諸条件から前記冷凍サイクルの目標エネルギー効率と、減圧弁の入り口側における目標温度とを設定し、かつ、設定温度と車内温度との温度差に基づいて目標冷房能力を設定するとともに、前記目標エネルギー効率と目標冷房能力に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒の目標圧力を設定し、
前記目標圧力と前記吐出圧力検出手段により検出した実際の冷媒圧力に応じて前記減圧弁の開度を調整し、かつ、前記目標温度と前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した実際の冷媒温度に応じて前記車外用ブロアの風量を調整するようにし、かつ、
車外の温度を検出する外気温度検出手段を更に設け、
前記制御手段は、前記外気温度検出手段により検出した温度と、前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した温度とが略同一である場合、車外用ブロアの動作を停止するようにしたことを特徴とする車両用空調装置。 - コンプレッサから吐出させた超臨界流体からなる冷媒を、車外用ブロアを備えた車外側熱交換器で放熱させ、減圧弁で減圧し、車内側熱交換器で気化させた後、前記コンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備え、各種検出手段により検出した車内外の諸条件に基づいて前記コンプレッサ、車外用ブロアおよび減圧弁を制御手段で制御する車両用空調装置において、
前記コンプレッサから吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記減圧弁の入り口側における冷媒の温度を検出する減圧弁入り口温度検出手段とを設け、
前記制御手段は、前記車内外の諸条件から前記冷凍サイクルの目標エネルギー効率と、減圧弁の入り口側における目標温度とを設定し、かつ、設定温度と車内温度との温度差に基づいて目標冷房能力を設定するとともに、前記目標エネルギー効率と目標冷房能力に基づいてコンプレッサから吐出する冷媒の目標圧力を設定し、
前記目標圧力と前記吐出圧力検出手段により検出した実際の冷媒圧力に応じて前記減圧弁の開度を調整し、かつ、前記目標温度と前記減圧弁入り口温度検出手段により検出した実際の冷媒温度に応じて前記車外用ブロアの風量を調整するようにし、かつ、
前記制御手段は、前記車外用ブロアを最大出力とした状態で前記目標温度に至らない場合、前記目標エネルギー効率を減少するように補正、または、前記目標圧力を増加させるように補正するようにしたことを特徴とする車両用空調装置。 - 前記制御手段は、前記目標冷房能力に応じてコンプレッサから吐出する冷媒循環量を調整するようにしたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の車両用空調装置。
- 前記制御手段は、所定の車両走行速度以下でのみ前記車外用ブロアを動作させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
- 前記冷媒はＣＯ２であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
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