JP4844241B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、並列に設けた第１、第２の蒸発器を有する冷凍サイクル装置に関するもので、特に車室内前席側の領域を空調する前席側空調ユニットと、車室内後席側の領域を空調する後席側空調ユニットとを備える車両用空調装置に適用して好適である。

従来、車両用空調装置の冷凍サイクル装置において、前席側蒸発器と後席側蒸発器とを並列接続し、前席側蒸発器と後席側蒸発器に対して１つの圧縮機で冷媒を循環させるものがある（例えば、特許文献１参照）。

このものにおいては、冷媒流量が低流量域状態である時間をカウントするタイマが設けられ、このタイマの計時時間が一定時間以上になると（すなわち、冷媒流量が低流量域状態である時間が一定時間を超えると）、小容量作動に起因する圧縮機へのオイル戻り不足を解消するために、可変容量型圧縮機の大容量状態と小容量状態とを強制的に切り替えるオイル戻し容量制御を行う。
特開２００３−１６６７６４号公報

上述の冷凍サイクル装置では、比較的短い距離しか運転を行わない車両の場合には、運転を開始して空調装置を起動させてもオイル戻し容量制御を開始する前に目的地に到着して走行用エンジンを停止してしまうことがある。

このような作動を多数繰り返すと、毎回タイマが一定時間カウントする前にリセットされてしまうため、結果的に、オイル戻し容量制御を行わないまま、圧縮機を長期間作動させてしまうことになり、圧縮機においてオイル戻り不足を生じる可能性がある。

本発明は、上記点に鑑み、オイル戻り不足が生じることを抑制するようにした冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、第１、第２の蒸発器を並列に接続し、１つの圧縮機により第１、第２の蒸発器に冷媒を循環させるようになっており、圧縮機を冷媒の吐出流量を変更可能な圧縮機により構成し、通常運転時に、第１、第２の蒸発器における必要冷却能力に見合うように圧縮機の冷媒吐出流量を調整する冷媒流量調整手段を備える冷凍サイクル装置であって、
第１、第２の蒸発器の少なくとも一方の蒸発器の吹出空気温度、或いは前記一方の蒸発器自体の温度を検出する検出手段と、
圧縮機の起動時に圧縮機の吐出冷媒流量が通常運転時の吐出冷媒流量よりも多くなるように冷媒流量調整手段を制御する圧縮機起動時制御手段とを備え、
圧縮機起動時制御手段は、検出手段の検出温度が所定温度よりも下がったときには、圧縮機を停止し、また検出手段の検出温度が所定温度よりも上回ったときには、圧縮機を稼働するようになっており、
圧縮機起動時制御手段は、圧縮機の稼働時間を累積する稼働時間累積手段を有しており、
圧縮機起動時制御手段は、稼働時間累積手段による圧縮機の累積稼働時間が一定時間を上回ったとき、圧縮機を停止して冷媒流量調整手段の制御を終了することを特徴としている。

したがって、比較的短い距離しか運転を行わない車両の場合であっても、圧縮機の起動時に圧縮機からの冷媒流量を通常運転時の冷媒流量よりも多くすることができるので、圧縮機の起動時に圧縮機の冷媒吸入口側にオイルを戻すことができ、オイル戻り不足を抑制することができる。
さらに、本発明では、第１、第２の蒸発器の少なくとも一方の蒸発器の吹出空気温度、或いは前記一方の蒸発器自体の温度を検出する検出手段を備え、
圧縮機起動時制御手段は、検出手段の検出温度が所定温度よりも下がったときには、圧縮機を停止し、また検出手段の検出温度が所定温度よりも上回ったときには、圧縮機を稼働するようになっており、
圧縮機起動時制御手段は、圧縮機の稼働時間を累積する稼働時間累積手段を有しており、
圧縮機起動時制御手段は、稼働時間累積手段による圧縮機の累積稼働時間が一定時間を上回ったとき、圧縮機を停止して冷媒流量調整手段の制御を終了するようにしている。
これによれば、圧縮機起動時制御手段は、検出手段の検出温度が所定温度よりも下がったときには、圧縮機を停止し、また検出手段の検出温度が所定温度よりも上回ったときには、圧縮機を稼働するから、蒸発器温度が過度に低下することを圧縮機の停止により抑制して蒸発器表面への着霜を回避できる。
そして、本発明によれば、圧縮機起動時制御手段は、稼働時間累積手段による圧縮機の累積稼働時間が一定時間を上回ったとき、圧縮機を停止して冷媒流量調整手段の制御を終了するから、検出手段の検出温度の低下により圧縮機を停止する状況が発生しても、予め設定した一定時間の間、冷媒流量調整手段の制御（すなわち、圧縮機の吐出冷媒流量が通常運転時の吐出冷媒流量よりも多くなる制御）を確実に実施することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

図１は、第１実施形態による車両空調用冷凍サイクル装置を示すものであり、前席側空調ユニット１０は、車室内の最前部の計器盤（図示せず）の内側部に配設されて、車室内前席側の領域を空調するものである。前席側空調ユニット１０は空気通路を形成するケース１１を有し、このケース１１の上流側に送風機１２を配置している。この送風機１２は図示しない内外気切替箱から切替導入される内気または外気を送風する。

送風機１２の下流には送風空気を冷却する冷却用熱交換器として冷凍サイクルＲの前席側蒸発器（第１蒸発器）１３が配置されている。ここで、冷凍サイクルＲは周知の構成であり、圧縮機１５を備えている。この圧縮機１５は、本例では電動圧縮機１５を用いている。この電動圧縮機１５は、図２に示すように、モータ１５ｄとモータ１５ｄにより駆動される圧縮機構部１５ｅとを一体化したものである。モータ１５ｄは具体的には３相交流モータである。

モータ１５ｄに付与される３相交流電源の周波数をインバータ１５ｆにより可変制御することによりモータ回転数を制御し、モータ回転数の高低に応じて電動圧縮機１５の冷媒吐出流量を増減できる。インバータ１５ｆは空調用制御装置３０の制御出力により制御される。

図１に戻り、圧縮機１５により冷媒は高温高圧に圧縮され、この圧縮機１５の吐出口１５ａから吐出された高圧ガス冷媒は凝縮器（放熱器）１７に導入され、この凝縮器１７にてガス冷媒は図示しない冷却ファンにより送風される外気と熱交換して放熱し凝縮する。凝縮器１７を通過した冷媒を受液器１８にて液相冷媒と気相冷媒とに分離するとともに、液相冷媒を受液器１８内に貯留する。

受液器１８からの液冷媒を温度式膨張弁（減圧手段）１９にて低圧の気液２相冷媒に減圧し、この減圧後の低圧冷媒を上記の前席側蒸発器１３において空調空気から吸熱して蒸発させるようになっている。

温度式膨張弁１９は周知のごとく前席側蒸発器１３出口の冷媒過熱度が所定値に維持されるように弁開度を自動調整するものである。そのため、温度式膨張弁１９は、前席側蒸発器１３出口の冷媒温度を感知する感温部と、この感温部の感知した冷媒温度に対応した圧力が加えられる第１圧力室と、蒸発器１３の冷媒圧力（サイクル低圧）が加えられる第２圧力室と、この第１、第２圧力室を仕切るダイヤフラムとを備え、第１、第２圧力室の圧力差とばね力とに応じてダイヤフラムおよび弁体が変位して冷媒流量を調整するようになっている。

前席側蒸発器１３において蒸発した後のガス冷媒は再度、圧縮機１５に吸入され、圧縮される。なお、冷凍サイクルＲのうち、圧縮機１５、凝縮器１７、受液器１８等の機器は、車室より前方側のエンジンルーム（図示せず）内に配置されている。

前席側空調ユニット１０のケース１１内において、蒸発器１３の空気吹出部には温度センサ２１が配置され、この温度センサ２１により検出される蒸発器吹出空気温度（蒸発器冷却温度）に応じて圧縮機１５の回転数Ｎｃを変えて蒸発器１３への冷媒流量を変えるようになっている。

前席側空調ユニット１０のケース１１内において、蒸発器１３の空気流れ下流側には、車両エンジンからの温水により空調空気を加熱するヒータコア（図示せず）、このヒータコアを通過して加熱される温風とヒータコアをバイパスする冷風との風量割合を調整して吹出空気温度を調整するエアミックスドア（図示せず）等が配置されている。そして、前席側空調ユニット１０のケース１１の下流端には、図示しないデフロスタ吹出開口部、フェイス吹出開口部およびフット吹出開口部が開口しており、これらの開口部は図示しない吹出モードドアにより切替開閉され、各開口部を通過した空調空気は、それぞれ車両窓ガラスの内面、前席側乗員の頭部、足元部に向けて吹き出される。

次に、後席側空調ユニット２２について説明する。この後席側空調ユニット２２は車室内の後席側を空調するように車室内の後部側等に配置される。後席側空調ユニット２２は空気通路を形成するケース２３を有し、このケース２３の上流側に内気（車室内空気）を吸入して送風する送風機２４が配置され、この送風機２４の下流側に後席側蒸発器（第２蒸発器）２５が配置されている。

そして、後席側空調ユニット２２において、ケース２３の下流側端部に後席側フェイス吹出開口部および後席側フット吹出開口部が設けられている。これらの開口部は図示しない吹出モードドアにより切替開閉され、空調空気は後席側フェイス吹出開口部から後席側フェイスダクトを通過して後席側乗員の頭部側に向けて吹き出す。また、空調空気は後席側フット吹出開口部から後席側フットダクトを通過して後席側乗員の足元部に向けて吹き出す。

後席側蒸発器２５の冷媒入口部には後席側温度式膨張弁２６が備えられている。この後席側温度式膨張弁２６は、前席側温度式膨張弁１９と同様のものであり、受液器１８からの高温高圧の液冷媒を低温低圧の気液２相冷媒に減圧する減圧手段をなすものである。この後席側温度式膨張弁２６は、後席側蒸発器２５の出口冷媒の過熱度が予め設定した所定値となるように弁開度を調整して、冷媒流量を調整する。

なお、冷凍サイクルＲにおいて、後席側の温度式膨張弁２６の入口側は床下高圧配管２７を介して前席側の温度式膨張弁１９の入口側配管（高圧配管）に接続され、また、後席側の蒸発器２５の出口側は床下低圧配管２８を介して前席側の蒸発器１３の出口側配管（低圧配管）に接続されている。これにより、冷凍サイクルＲにおいて、後席側の蒸発器２５および温度式膨張弁２６は前席側の蒸発器１３および温度式膨張弁１９と並列に接続されている。

上記の床下高圧配管２７および床下低圧配管２８は、車室床面の下側空間に配置されるので、圧縮機１５の吸入口１５ｂより所定量（例えば、６００ｍｍ程度）だけ低い部位に配置される。

図３は本実施形態の電気制御の概要ブロック図であり、空調用制御装置（ＥＣＵ）３０はマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されるもので、温度センサ２１により検出される蒸発器吹出空気温度Ｔｅの他に、センサ群３１から外気温Ｔａｍ、内気温Ｔｒ、日射量Ｔｓ、温水温度Ｔｗ等の検出信号が入力される。また、前席側操作パネル３２には、圧縮機１５の稼働を許可するためのエアコンスイッチ３２ａ、車室温の設定温度を設定する温度設定スイッチ３２ｂ以外に、風量調整、内外気モード切替、吹出モード切替を行うための各種スイッチが設けられ、各種スイッチからの操作信号が空調用制御装置３０に入力される。

一方、後席側操作パネル３３の各種操作部材からは、後席側の風量調整、吹出モード切替等を行うための各種スイッチが設けられ、各種スイッチからの操作信号が空調用制御装置３０に入力される。

空調用制御装置３０は予め設定されたプログラムに従って所定の演算処理を行って出力信号を出し、前席側および後席側の空調機器（送風機１２、２４等の駆動用モータ群、およびインバータ１５ｆ）の作動を制御する。

次に、上記構成において作動を説明する。まず、図１の前席側空調ユニット１０および後席側空調ユニット２２をともに作動させるときは、前後両方の送風機１２、２４が作動して、両空調ユニット１０、２２に送風する。そして、電動圧縮機１５の圧縮機構部１５ｅがモータ１５ｄによって駆動されて、冷媒を吐出する。

これにより、前席側空調ユニット１０においては、送風空気を蒸発器１３により冷却、除湿して、車室内の前席側空間へ冷風を吹き出すことができる。同様に、後席側空調ユニット２２においても、送風空気を蒸発器２５により冷却、除湿して、車室内の後席側空間へ冷風を吹き出すことができる。

前後両方の空調ユニット１０、２２を上記のように同時運転しているときは、前後の温度式膨張弁１９、２６がそれぞれ前後の蒸発器１３、２５の冷房熱負荷に対応した弁開度に調整され、その冷房熱負荷に対応した流量の冷媒を常時、各蒸発器１３、２５の流路を通過させる。

前後の両空調ユニット１０、２２を上記のように同時運転しているときでも、蒸発器１３、２５の吸い込み空気温度が低下して冷房熱負荷が低下すると、電動圧縮機１５からの冷媒流量が減少してサイクル内の循環冷媒流量が減少し、その結果、冷媒流速が低下するので、冷媒中に含まれる圧縮機用潤滑オイルが後席側蒸発器２５の出口側に位置する床下低圧配管２８等に溜まり、圧縮機１５へのオイル戻り不足が発生する。

また、後席側空調ユニット２２の送風機２４を停止して前席側空調ユニット１０の単独運転を行う時は、次の別の理由（特開平２０００−２８３５７６号に記載の理由）にて潤滑オイルが床下低圧配管２８等に溜まり、圧縮機１５へのオイル戻り不足が発生する。

すなわち、この前席側空調ユニット１０の単独運転時には、後席側蒸発器２５への送風が停止されるので、後席側蒸発器２５内に溜まっている液冷媒が徐々に蒸発するが、この液冷媒の蒸発が完了すると、後席側蒸発器２５の温度は周囲雰囲気の温度（室温）に向かって上昇していく。

従って、後席側空調ユニット２２の減圧手段をなす温度式膨張弁２６の感温部の温度も周囲雰囲気の温度（室温）に向かって上昇し、この温度上昇過程において後席側蒸発器２５の出口冷媒の過熱度が上昇することにより、温度式膨張弁２６の弁体が微小開度だけ開く。すると、温度式膨張弁２６を通過した低圧冷媒が後席側蒸発器２５に流入する。

その結果、後席側蒸発器２５で液冷媒の蒸発が再開され、蒸発器２５の温度（冷媒の過熱度）が低下するので、若干の時間経過後に温度式膨張弁２６の弁体が再び全閉状態に戻る。そして、温度式膨張弁２６の全閉後に、時間が経過して冷媒の蒸発が完了して冷媒過熱度が上昇すると、温度式膨張弁２６の弁体が再び微小開度だけ開く。

このように、前席側単独運転時においては、後席側の温度式膨張弁２６が微小な開閉を繰り返すのであるが、後席側の温度式膨張弁２６の微小開弁時に後席側蒸発器２５には冷媒とともに潤滑オイルも流入してくる。その際、冷媒は蒸発してガス状となって圧縮機１５に吸入されるが、潤滑オイルは冷媒に比して蒸発温度がはるかに高いので蒸発しない。

そして、温度式膨張弁２６の微小開弁により発生する微小流れでは液相の潤滑オイルを下流側に押し出すことができないので、液相の潤滑オイルが蒸発器２５内とか蒸発器２５出口の床下低圧配管２８内に溜まっていく。特に、後席側蒸発器２５出口の床下低圧配管２８は、圧縮機１５の吸入口１５ｂに対して６００ｍｍ程度、低い位置に配置されることが多いので、後席側蒸発器２５出口の床下低圧配管２８に潤滑オイルが溜まりやすい。

これに対して、本実施形態は、次の空調制御処理を実施して、オイル戻り不足を解消するようにしている。以下、本実施形態の空調制御について図４、図５、図６により説明する。図４は空調用制御装置３０の空調制御処理を示すフローチャートである。空調制御処理は、イグニッションスイッチＩＧがオンされたときに、実行が開始される。

まず、前席側操作パネル３２のエアコンスイッチ３２ａからの操作信号を読み込んで（ステップＳ３００）、この読み込んだ操作信号に基づいて、エアコンスイッチ３２ａがＯＦＦからＯＮに変化したか否かを判定する（ステップＳ３１０）。エアコンスイッチ３２ａがＯＦＦ→ＯＮに変化したときには、圧縮機１６の稼働を許可するためにエアコンスイッチ３２ａが操作されたとしてＹＥＳと判定する。

これに伴い、ステップＳ３２０に移行して、エアコンスイッチ３２ａにおけるＯＦＦ→ＯＮの変化（すなわち、圧縮機１６の稼働許可操作）が、イグニッションスイッチＩＧのオン後に行われる１回目のＯＦＦ→ＯＮの変化であるか否かを判定する。このとき、エアコンスイッチ３２ａにおけるＯＦＦ→ＯＮの操作が、イグニッションスイッチＩＧのオン後の１回目のＯＦＦ→ＯＮの操作であるときにはＹＥＳと判定して、起動時オイル戻し制御（ステップＳ３３０）（この処理の詳細は後述する）を実施する。なお、ステップＳ３１０、Ｓ３２０が特許請求範囲に記載のスイッチ判定手段に相当する。

その後、ステップ３００に戻り、エアコンスイッチ３２ａからの操作信号を読み込む。このとき、エアコンスイッチ３２ａのＯＮ状態が継続しているときには、ステップＳ３１０でＮＯと判定してステップＳ３１１に移行する。このとき、エアコンスイッチ３２ａのＯＮ状態であるとしてＹＥＳと判定して、通常エアコン基本制御を実施する（この処理の詳細は後述する）。その後、エアコンスイッチ３２ａのオン状態が継続される限り、ステップＳ３００、Ｓ３１０（ＹＥＳ）、Ｓ３１１、Ｓ３４０の各処理が繰り返されることになる。

また、イグニッションスイッチＩＧがオン状態で、エアコンスイッチ３２ａがＯＦＦ→ＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮの順に、ＯＦＦ→ＯＮの変化が２回以上繰り返された場合には、ステップＳ３１０でＹＥＳと判定して、ステップＳ３２０でＮＯと判定して通常エアコン基本制御を実施する。

以下、起動時オイル戻し制御および通常エアコン基本制御について個別に説明する。

（起動時オイル戻し制御）
この起動時オイル戻し制御は、圧縮機１５の起動時に実施されるもので、図５のフローチャートに制御の詳細を示す。

まず、インバータ１５ｆに対して回転数Ｋａでモータ１５ｄを回転させるように指令する（ステップＳ４００）。この回転数Ｋａは、後述する通常運転時に算出される回転数よりも高い回転数が設定される。これに伴い、タイマの計時を開始させる（ステップＳ４１０）。タイマは、「モータ１５ｄが回転数Ｋａで回転している時間」を計時するために用いられる。

一方、インバータ１５ｆは、上記回転数Ｋａの回転数指令に基づいてモータ１５ｄを回転させるので、圧縮機１５から吐出冷媒量は、通常運転時の冷媒流量よりも多くなる。このように圧縮機１５から吐出される大量の冷媒は、凝縮器１７→受液器１８→温度式膨張弁１９→前席側蒸発器１３→圧縮機１５の順に流れる。また冷媒は、凝縮器１７→受液器１８→温度式膨張弁２６→後席側蒸発器２５→圧縮機１５の順に流れる。これに伴い、床下低圧配管２８等に溜まっている潤滑オイルを圧縮機１５の吸入口１５ｂ側に押し戻すことができる。

その後、タイマの計時時間ｔが一定時間ｔｃ（＝５秒〜３０秒）を上回った否かをステップ４２０で判定して、タイマの計時時間ｔ＞一定時間ｔｃになるまでステップ４２０でＮＯの判定を繰り返す。その後、タイマの計時時間ｔ＞一定時間ｔｃになるとステップ４２０でＹＥＳと判定して、インバータ１５ｆに対してモータ１５ｄの回転を停止させるように指令する（ステップＳ４３０）。これに伴い、インバータ１５ｆがモータ１５ｄを停止させるので、圧縮機１５から冷媒の吐出が停止する。

（通常エアコン基本制御）
通常エアコン基本制御は、起動時オイル戻し制御の実施後の通常運転時に行われるものであって、特開２００３−１６６７６４号公報に記載の制御処理と同様であるため、以下、簡素化して説明する。

通常エアコン基本制御では、図６の基本制御と図７のオイル戻し制御とが時分割で実施される。まず、図６の基本制御について説明する。ステップＳ１００にてセンサ２１、３１の検出信号、操作パネル３２、３３からの操作信号等を読み込む。次に、ステップ１１０にて車室内への吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。この目標吹出温度ＴＡＯは空調熱負荷変動にかかわらず、前席側操作パネル３２で乗員が設定した設定温度Ｔｓｅｔに車室内を維持するために必要な車室内への吹出空気温度であって、ＴＡＯは公知のごとく設定温度Ｔｓｅｔ、外気温Ｔａｍ、内気温Ｔｒ、日射量Ｔｓに基づいて算出する。

次に、ステップＳ１２０にて目標蒸発器温度ＴＥＯを算出する。この目標蒸発器温度ＴＥＯは蒸発器吹出空気の目標温度であり、上記ＴＡＯにより車室内温度制御のために決定される第１目標蒸発器温度ＴＥＯ１と、外気温Ｔａｍに基づいて決定される第２目標蒸発器温度ＴＥＯ２のうち、低い方の温度を最終的にＴＥＯとして算出する（すなわち、ＴＥＯ＝ＭＩＮ（ＴＥＯ１、ＴＥＯ２）である）。なお、ＴＥＯの具体的な算出は、特開２００３−１６６７６４号公報と同様であるため省略する。

次に、ステップＳ１３０にて、圧縮機容量制御のためのモータ１５ｄの回転数Ｎｃを算出する。ここで、内気温Ｔｒと設定温度Ｔｓｅｔとの温度差ΔＴ（＝Ｔｒ−Ｔｓｅｔ）を蒸発器１３、２５の必要冷却能力として算出し、回転数Ｎｃは、内気温Ｔｒと設定温度Ｔｓｅｔとの温度差ΔＴが零℃以上のときには、ΔＴが大きくなるにつれて、高くなるように設定されている。また、前席側蒸発器１３の凍結防止のために、蒸発器吹出温度センサ２１の検出温度（以下、蒸発器吹出温度Ｔｅという）が目標蒸発器吹出温度ＴＥＯよりも下回ると、回転を停止するためにモータ１５ｄの回転数を「零」に設定する（回転数Ｎｃ＝０）。なお、回転数Ｎｃの算出に際して、蒸発器吹出温度センサ２１の検出温度Ｔｅに代えて、蒸発器１３自体の表面温度を検出する温度センサの検出温度を用いるようにしてもよい。

次に、ステップＳ１４０にて、モータ１５ｄの回転数Ｎｃを示す制御信号をインバータ１５ｆに出力して、インバータ１５ｆがモータ１５ｄの回転数制御を行うことになる。これに伴い、電動圧縮機１５の冷媒の吐出流量が制御されることになる。

次に、図７のオイル戻し制御について説明する。なお、この制御は、特開２００３−１６６７６４号公報に記載のオイル戻し制御と実質的に同様であり、以下、概略説明する。

まず、ステップＳ２００にて後席側送風機２４が作動しているか否かを判定する。後席側送風機２４が作動しているとき、すなわち、前後の両空調ユニット１０、２２の同時運転時にはステップＳ２１０に進み、冷凍サイクルの冷媒流量が低流量域にあるか判定する。冷凍サイクルの冷媒流量はモータ１５ｄの回転数Ｎｃとほぼ相関があるため、ステップＳ２１０の判定はモータ１５ｄの回転数Ｎｃに基づいて行うことができる。

モータ１５ｄの回転数Ｎｃが一定回転数Ｋｚ以下であるときを低冷媒流量域であると判定する。冷媒流量が低流量域にあるときはステップＳ２２０に進み、タイマ（１）のカウントをスタートさせる。次に、ステップＳ２３０にてタイマ（１）のカウント時間ｔ１が第１所定時間ｔａ以上になったか判定する。ここで、第１所定時間ｔａは、前後の両空調ユニット１０、２２の同時運転時に低冷媒流量の状態で冷凍サイクルＲが作動したときに、潤滑オイルが床下低圧配管２８等に所定量（圧縮機１５が潤滑不足までに至らないレベルの量）溜まる時間であり、冷凍サイクル毎に実験等により決定するものである。第１所定時間ｔａは例えば、１０分から３０分程度の時間である。

タイマ（１）のカウント時間ｔ１が第１所定時間ｔａ以上になると、ステップＳ２４０に進み、オイル戻しのための容量制御を行う。本例のオイル戻し容量制御では、圧縮機１５の回転数Ｎｃの急増、急減を繰り返すため、サイクル循環冷媒流量が急減、急増を繰り返して、床下低圧配管２８等に溜まっている潤滑オイルを圧縮機１５の吸入口１５ｂ側に押し戻すことができる。

その後、ステップＳ２５０にてタイマ（１）をリセットする。また、ステップＳ２１０にて冷媒低流量域が判定されないとき（ＮＯのとき）は上記のオイル戻し容量制御（Ｓ２４０）を実行しない。

一方、ステップＳ２００において後席側送風機２４が作動していないと判定されたとき、すなわち、前席側空調ユニット１０の単独運転時には、ステップＳ２６０に進み、タイマ（２）のカウントをスタートさせる。次に、ステップＳ２７０にてタイマ（２）のカウント時間ｔ２が第２所定時間ｔｂ以上になったか判定する。ここで、第２所定時間ｔｂは、前席側空調ユニット１０の単独運転時に、前述の理由にて潤滑オイルが床下低圧配管２８等に所定量（圧縮機１５が潤滑不足までに至らないレベルの量）溜まる時間であり、冷凍サイクル毎に実験等により決定するものである。第２所定時間ｔｂは第１所定時間ｔａより大きい時間であり、例えば、３０分から１２０分程度の時間である。

タイマ（２）のカウント時間ｔ２が第２所定時間ｔｂ以上になると、ステップＳ２８０に進み、オイル戻しのための容量制御を行う。この前席側空調ユニット１０の単独運転時におけるオイル戻し容量制御も基本的には前後空調ユニット１０、２２の同時運転時におけるオイル戻し容量制御と同じ制御パーターンでよい。このオイル戻し容量制御の実施により冷媒流量を断続的に急増させて、床下低圧配管２８等に溜まったオイルを圧縮機吸入側に良好に押し戻すことができる。

以上説明した本実施形態によれば、圧縮機１５の起動時には（具体的には、イグニッションスイッチＩＧのオン後、エアコンスイッチ３２ａが１回目にＯＦＦ→ＯＮに変化したときには）、インバータ１５ｆを制御して圧縮機１５のモータ１５ｄの回転数Ｎｃを通常運転時の回転数よりも高くしているので、起動時の圧縮機１５の冷媒流量は、通常運転時の冷媒流量よりも多くなる。このため、比較的短い距離しか運転を行わない車両の場合であっても、床下低圧配管２８等に溜まっている潤滑オイルを圧縮機１５の吸入口１５ｂ側に押し戻すことができる。したがって、オイル戻り不足を抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明者の検討によれば、外気温（Ｔａｍ）が高いときには、一般的に、蒸発器１３、２５の必要冷房能力が高くなり、温度差ΔＴ（＝Ｔｒ−Ｔｓｅｔ）も高くなる。このため、圧縮機１５のモータ１５ｄの回転数Ｎｃも高くなり、圧縮機１５の冷媒流量も多くなるので、床下低圧配管２８等に潤滑オイルが滞留することはない。

そこで、本第２実施形態では、外気温（Ｔａｍ）が低い場合に限り、起動時オイル戻し制御を実施する。図８のフローチャートに本実施形態の起動時オイル戻し制御の詳細を示す。図８において、図５と同一の符号は同一ステップを示す。

本実施形態では、外気温Ｔａｍが一定温度Ｔａｍ１よりも低いときには（Ｔａｍ＜Ｔａｍ１）、ステップＳ４４０でＹＥＳと判定して、上述の第１実施形態と同様の起動時オイルの制御処理（ステップＳ４００〜Ｓ４３０）を実施するものの、外気温Ｔａｍが一定温度Ｔａｍ１よりも高いときには（Ｔａｍ≧Ｔａｍ１）、ステップＳ４４０でＮＯと判定して、ステップＳ４００〜Ｓ４３０の処理を行わない。

（第３実施形態）
圧縮機１５の起動時において、潤滑オイルを圧縮機１５の冷媒入口側に戻すために、一定時間、圧縮機１５の冷媒流量を通常運転時の冷媒流量よりも多くすると、蒸発器１３、２５に流入する冷媒流量も増えるため、蒸発器１３、２５の表面に霜が（すなわち、蒸発器１３、２５のフロスト）が発生する可能性がある。 そこで、本第３実施形態では、蒸発器１３、２５の霜着を避けるために、蒸発器吹出温度Ｔｅ（すなわち、蒸発器吹出温度センサ２１の検出温度）が一定温度未満のときには、圧縮機１５の冷媒の吐出を停止する例について説明する。

本第３実施形態の起動時オイル戻し制御のフローチャートを図９、図１０に示す。図９、図１０において、図８と同一の符号は同一ステップを示す。

まず、外気温Ｔａｍが一定温度Ｔａｍ１よりも低いときには（Ｔａｍ＜Ｔａｍ１）、図９のステップＳ４４０でＹＥＳと判定して、タイマの計時を開始させる（ステップＳ４１０）。これに伴い、ステップＳ４５０において、エバ後温度制御を実施する。図１０にエバ後温度制御の詳細を示す。

図１０のステップＳ４６０において、蒸発器吹出温度Ｔｅ（これは、特許請求範囲に記載の検出手段の検出温度に相当する）が所定温度よりも高いか否かを判定する。蒸発器吹出温度Ｔｅの温度判定においては、図１１に示すように、制御ハンチングを避けるために一定温度幅Δｔ（＝ＴＥ２−ＴＥ１）が設定されている。蒸発器吹出温度Ｔｅが第２温度ＴＥ２よりも上回ると、蒸発器吹出温度Ｔｅが所定温度よりも高いとして、ＹＥＳと判定する（ステップＳ４６０）。

これに伴い、インバータ１５ｆに対して回転数Ｋａでモータ１５ｄを回転させるように指令する（ステップＳ４００）。このため、インバータ１５ｆは、回転数指令に基づいてモータ１５ｄを回転させるので、圧縮機１５から吐出冷媒量は、通常運転時の冷媒流量よりも多くなる。その後、ステップＳ４００ａにおいてタイマの計時を継続させる。次に、図９のステップ４２０において、タイマの計時時間ｔが一定時間ｔｃ未満であるときには、ステップ４２０でＮＯと判定してエバ後温度制御（Ｓ４５０）に戻る。

このエバ後温度制御（Ｓ４５０）において、蒸発器吹出温度Ｔｅが第１温度ＴＥ１よりも下回ると、蒸発器吹出温度Ｔｅが所定温度よりも低いとして、ＮＯと判定する（ステップＳ４６０）。これに伴い、インバータ１５ｆに対してモータ１５ｄの回転数を零にするように指令する（ステップＳ４００ｂ）。このため、インバータ１５ｆは、回転停止指令に基づいてモータ１５ｄを停止させるので、圧縮機１５から冷媒が吐出されなくなる。

これに伴い、ステップＳ４００ｃにおいてタイマの計時を中断する。その後、図９のステップＳ４２０にすすみ、その後、タイマの計時時間ｔ≦一定時間ｔｃであるときにはステップ４２０でＮＯと判定して、ステップＳ４５０に戻る。そして、タイマの計時時間ｔが一定時間ｔｃを上回るまで、ステップＳ４２０でＮＯと判定してエバ後温度制御（Ｓ４５０）を繰り返すことになる。

したがって、蒸発器吹出温度Ｔｅが所定温度よりも高いときタイマの計時を継続させる一方、蒸発器吹出温度Ｔｅが所定温度よりも低いと、タイマの計時を中断するので、圧縮機１５の稼働時間がタイマによって累積されることになる。

その後、ステップ４２０において、タイマの計時時間（稼働時間の累積時間）ｔが一定時間ｔｃを上回るとＹＥＳと判定して、ステップＳ４３０で、インバータ１５ｆに対してモータ１５ｄの回転を停止させるように指令する（ステップＳ４３０）。

以上説明した本実施形態によれば、図１２に示すように、オイル戻し制御において、蒸発器吹出温度Ｔｅが第２温度ＴＥ２（所定温度）よりも上回ると、モータ１５ｄの回転数Ｎｃを回転数Ｋａ（図中では５０００ｒｐｍ）に設定して、蒸発器吹出温度Ｔｅが第１温度ＴＥ１（所定温度）よりも下回ると、モータ１５ｄの回転数Ｎｃを零に設定する。そして、蒸発器吹出温度Ｔｅが第２温度ＴＥ２（所定温度）よりも上回っている時間ｔ１、ｔ２の総計が一定時間ｔｃを上回ると、オイル戻し制御を終了する。

なお、図１２のタイミングチャートにおいて、（ａ）はイグニッションスイッチのＯＮのタイミング、（ｂ）はエアコンスイッチ（図中Ａ／Ｃと示す）３２ａのＯＮ／ＯＦＦのタイミング、（ｃ）は送風機１２、２４のＯＮ／ＯＦＦタイミング、（ｄ）はモータ１５ｄの回転数Ｎｃ、（ｅ）はエバ後温度判定（図１０中ステップＳ４６０）の判定結果、（ｄ）は蒸発器吹出温度Ｔｅを示す。

（第４実施形態）
送風機１２の停止状態で蒸発器１３に冷媒を流入すると、蒸発器１３が過剰に冷却されて蒸発器１３にフロスト（凍結）が生じる可能性がある。そこで、本第４実施形態では、送風機１２が稼働状態であるときに限り起動時オイル戻し制御を実施して、蒸発器１３にフロスト（凍結）が生じることを未然に防ぐようにする。この場合の起動時オイル戻し制御を図１３に示す。図１３において、図９と同一符号は、同一ステップを示す。

まず、ステップＳ４４０において、外気温Ｔａｍが一定温度Ｔａｍ１よりも低いときには（Ｔａｍ＜Ｔａｍ１）、ＹＥＳと判定して、ステップＳ４７０に移行する。このとき、送風機１２が稼働しているか否かを判定する。この判定には、送風機１２ＯＮ／ＯＦＦを行うためのブロアスイッチの操作信号が用いられる。

ここで、送風機１２が稼働しているときにはステップＳ４７０でＹＥＳと判定して、上述の第３実施形態と同様にステップＳ４１０、Ｓ４５０、Ｓ４２０、Ｓ４３０の起動時オイル戻し制御を実施する。

また、送風機１２が停止（すなわち、ＯＦＦ）しているときにはステップＳ４７０でＮＯと判定する。その後、送風機１２の停止状態が継続する限り、ステップＳ４７０の判定を繰り返す。

以上によれば、送風機１２が稼働しているとき限り、起動時オイル戻し制御を実施するので、蒸発器１３において霜が発生し難くなる（図１４参照）。

（他の実施形態）
上述の第１実施形態では、内気温Ｔｒと設定温度Ｔｓｅｔとの温度差ΔＴ（＝Ｔｒ−Ｔｓｅｔ）を、蒸発器１３、２５の必要冷却能力として求めた例について説明したが、これに限らず、外気温、車室内日射量のいずれかを温度差ΔＴ（＝Ｔｒ−Ｔｓｅｔ）に加味して蒸発器１３、２５の必要冷却能力として求めるようにしてもよい。

この場合、外気温が高くなるほど、必要冷却能力を高く設定して、圧縮機１５の回転数Ｎｃを上げる。また、車室内日射量が高くなるほど、必要冷却能力を高く設定して、圧縮機１５の回転数Ｎｃを上げる。

上述の第１実施形態では、イグニッションスイッチがオンされた後、エアコンスイッチ３２ａに対して１回目のＯＮ操作が行われたとき限り、圧縮機１５のオイル帰還制御を開始するようにした例について説明したが、これに限らず、イグニッションスイッチのオン後、エアコンスイッチ３２ａに対してＯＮ操作が行わる毎に、オイルの帰還制御を開始するようにしてもよい。

また、エアコンスイッチ３２ａに対してＯＮ操作が行われた後に、エアコンスイッチ３２ａのＯＮ状態のまま運転者が降車し、その後、運転者が乗車してイグニッションスイッチがオンされた場合にも、圧縮機１５の起動時のオイル帰還制御を開始するようにしてもよい。すなわち、空調用制御装置３０が、イグニッションスイッチのオン後にエアコンスイッチ３２ａのＯＮ状態であると判定して、圧縮機１５の起動時のオイル帰還制御を開始することになる。

上述の第１実施形態では、電源スイッチとして、走行用エンジンを始動するためのイグニッションスイッチを用いる例について説明したが、これに限らず、電気自動車の場合には、走行用電動モータを始動するための起動スイッチを用いてもよい。

上述の第４実施形態では、送風機１２が稼働しているときに起動時オイル戻し制御を実施するようにした例について説明したが、これに限らず、送風機１２、２４のうち少なくとも一方が稼働しているときに起動時オイル戻し制御を実施するようにしてもよい。

上述の第４実施形態では、エアコンスイッチ３２ａのＯＮ／ＯＦＦとブロアスイッチＯＮ／ＯＦＦとを別々に判定した例について説明したが、これに限らず、エアコンスイッチ３２ａがブロアスイッチと連動しているものにも適用してもよい。すなわち、ブロアが０Ｎしていないと、エアコンスイッチ３２ａがＯＮできないようになっているものに適用してもよい。

上述の第１〜第４実施形態では、車内空調の要求でコンプレッサが起動する冷凍サイクル装置を前提としているが、車内空調要求に限らず、どんな場合においてもコンプレッサを起動するときに適用される。すなわち、車内空調装置以外の機器に本発明に係る冷凍サイクル装置を適用するようにしてもよい。

なお、本発明の実施に際して、起動時における圧縮機１５の最低回転数を通常運転時の最低回転数に比べて高くする旨を指示値としてインバータ１５ｆに出力することにより、起動時のオイル戻し制御を実施するようにしてもよい。

上述の第１〜第４実施形態では、圧縮機１５として、電動圧縮機１５を用いた例について説明したが、これに限らず、冷媒吐出容量を変更可能な可変容量型圧縮機を用いてもよい。ここで、圧縮機１５として可変容量型圧縮機を用いる場合には、制御信号に応じて冷媒吐出容量を変える冷媒吐出容量が冷媒流量調整手段に相当する。

以下、上記実施形態と特許請求項の範囲の構成との対応関係について説明すると、蒸発器１３、２５が第１、第２の蒸発器に相当し、ステップＳ１３０、Ｓ１４０が冷媒流量制御手段に相当し、ステップＳ４００〜Ｓ４５０が圧縮機起動時制御手段に相当し、インバータ１５ｆが冷媒流量調整手段に相当し、内気温Ｔｒが内気温センサの検出値に相当し、温度設定スイッチ３２ａが設定手段に相当し、エアコンスイッチ３２ａが許可スイッチに相当し、送風機１２、２４が第１、第２の送風機に相当する。

本発明の第１実施形態を示す車両空調用冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第１実施形態における電気制御部の一部の概略ブロック図である。 第１実施形態における電気制御部の概略ブロック図である。 第１実施形態における空調制御の全体を示すフローチャートである。 図４の空調制御の一部を示すフローチャートである。 図４の空調制御の一部を示すフローチャートである。 図４の空調制御の一部を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態において空調制御の一部を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態において起動時オイル戻し制御の一部を示すフローチャートである。 第３実施形態において起動時オイル戻し制御の残りを示すフローチャートである。 第３実施形態において蒸発器吹出温度の判定を説明するための図である。 第３実施形態において起動時オイル戻し制御を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第４実施形態において起動時オイル戻し制御を示すフローチャートである。 第４実施形態において起動時オイル戻し制御を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

ＩＧ…イグニッションスイッチ、３２ａ…エアコンスイッチ、
１０…前席側空調ユニット、１３…前席側蒸発器、１５…圧縮機、
１５ｂ…圧縮機の吸入口、１５ｄ…モータ、１７…凝縮器、
１９…前席側膨張弁、２２…後席側空調ユニット、２５…後席側蒸発器
２８…床下低圧配管。

Claims (10)

1. 第１、第２の蒸発器を並列に接続し、１つの圧縮機により前記第１、第２の蒸発器に冷媒を循環させるようになっており、
   前記圧縮機を冷媒の吐出流量を変更可能な圧縮機により構成し、
   通常運転時に、前記第１、第２の蒸発器における必要冷却能力に見合うように前記圧縮機の冷媒吐出流量を調整する冷媒流量調整手段を備える冷凍サイクル装置であって、
   前記第１、第２の蒸発器の少なくとも一方の蒸発器の吹出空気温度、或いは前記一方の蒸発器自体の温度を検出する検出手段と、
   前記圧縮機の起動時に前記圧縮機の吐出冷媒流量が前記通常運転時の吐出冷媒流量よりも多くなるように前記冷媒流量調整手段を制御する圧縮機起動時制御手段とを備え、
   前記圧縮機起動時制御手段は、前記検出手段の検出温度が所定温度よりも下がったときには、前記圧縮機を停止し、また前記検出手段の検出温度が所定温度よりも上回ったときには、前記圧縮機を稼働するようになっており、
   前記圧縮機起動時制御手段は、前記圧縮機の稼働時間を累積する稼働時間累積手段を有しており、
   前記圧縮機起動時制御手段は、前記稼働時間累積手段による前記圧縮機の累積稼働時間が一定時間を上回ったとき、前記圧縮機を停止して前記冷媒流量調整手段の制御を終了することを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 車両用の冷凍サイクル装置であって、
   車室内前席側を空調する前席側空調ユニットに前記第１の蒸発器を配置し、車室内後席側を空調する後席側空調ユニットに前記第２の蒸発器を配置し、
   車室内の空気温度を検出する内気温センサと、
   車室内の目標空気温度を設定する設定手段と、
   少なくとも前記目標空気温度と前記内気温センサの検出温度との温度差に基づいて前記通常運転時の必要冷却能力を求める冷媒流量制御手段とを有し、
   前記冷媒流量制御手段が求めた前記通常運転時の必要冷却能力により前記冷媒流量調整手段が制御されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記圧縮機の稼働を許可するためにオン操作される許可スイッチと、
   前記許可スイッチがオン状態であるか否かを判定するスイッチ判定手段と、を備え、
   車両電源スイッチがオンされた後、前記許可スイッチがオン状態であると前記スイッチ判定手段が判定した場合に限り、前記圧縮機起動時制御手段は、前記冷媒流量調整手段の制御を開始することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記許可スイッチに対して１回目のオン操作が行われた場合に、前記許可スイッチがオン状態であると前記スイッチ判定手段が判定するようになっており、
   前記車両電源スイッチがオンされた後、前記許可スイッチに対して１回目のオン操作が行われた場合に限り、前記圧縮機起動時制御手段は、前記冷媒流量調整手段の制御を開始することを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記圧縮機における停止および再稼働の制御には、一定温度幅のヒステリシス特性が設定されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記第１の蒸発器に空気を送風する第１の送風機と、
   前記第２の蒸発器に空気を送風する第２の送風機と、を備え、
   前記圧縮機起動時制御手段は、前記第１、第２の送風機のうち少なくとも一方が稼働しているときに限り、前記冷媒流量調整手段の制御を実施することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記圧縮機は、冷媒吐出容量を変更可能な可変容量型圧縮機であり、前記吐出容量を変更することにより前記吐出流量を変更するようになっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記圧縮機起動時制御手段は、前記圧縮機の起動時の冷媒吐出容量を前記通常運転時の冷媒吐出容量よりも多くするように前記冷媒流量調整手段を制御することにより、前記起動時の吐出冷媒流量が前記通常運転時の吐出冷媒流量よりも多くなるようになっていることを特徴とする請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記圧縮機は、電動モータにより駆動される電動圧縮機であり、前記電動モータの回転数制御により、前記吐出流量を変更するようになっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記圧縮機起動時制御手段は、前記圧縮機の起動時の回転数を前記通常運転時の回転数よりも高くするように前記冷媒流量調整手段を制御することにより、前記起動時の吐出冷媒流量が前記通常運転時の吐出冷媒流量よりも多くなるようになっていることを特徴とする請求項９に記載の冷凍サイクル装置。

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