JP5169736B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機の作動を断続制御して、蒸発器の温度を制御する車両用空調装置に関する。

従来、車両用空調装置では、圧縮機を外部駆動源（エンジン等）により駆動している場合等には、圧縮機の作動を電磁クラッチ等により断続して蒸発器の温度を制御するようにしている。

より具体的には、蒸発器の空気吹出直後の代表的な部位に温度センサを配置し、温度センサの検出温度（蒸発器の吹出空気温度）が蒸発器のフロスト防止のための予め設定された基準温度（オフ側目標温度）より低下すると、圧縮機の作動を停止する。そして、温度センサの検出温度がオフ側目標温度に所定のヒステリシス幅を加えた温度（オン側目標温度）より高くなると、圧縮機を再起動するようにしている。

ここで、通常の車両用空調装置の圧縮機の制御では、上述のフロスト防止のために設定したオフ側目標温度を一定値としているため、蒸発器の吹出空気の温度変化が大きい場合には、圧縮機の作動停止等の応答遅れによって蒸発器にフロストが発生する場合があった。

この蒸発器のフロスト発生を抑制するために、例えば、特許文献１では、蒸発器の吹出空気の単位時間当たりの温度変化率を検出し、温度変化率が所定値以上である場合に、圧縮機の作動停止条件であるオフ側目標温度を、予め設定された基準温度よりも高い温度に変更している。
特開２００７−３０２０２０号公報

ところで、例えば、夏季等のように冷房能力が不足している状態（蒸発器の冷房熱負荷が高い状態）においては、蒸発器の吸込み側の空気温度が高いこと等から、蒸発器にフロストが発生し難い状態となっている。このような状態において、特許文献１に記載の圧縮機制御を実行すると、温度変化率が所定値以上、かつ、蒸発器の吹出空気の温度が基準温度よりも高温に設定されたオフ側目標温度を下回ると、圧縮機の作動が停止されることとなる。この場合、蒸発器のフロストが発生し難い状態であって、冷房能力が不足している状態にもかかわらず圧縮機が停止されるため、車室内温度の上昇により乗員の空調フィーリングが著しく悪化するといった問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、蒸発器のフロスト防止と車室内乗員の空調フィーリング悪化の抑制とを両立させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、圧縮機（１１）から吐出された冷媒を蒸発器（９）内で蒸発させて車室内に吹き出す空気を冷却する冷凍サイクル（１０）と、蒸発器（９）の吹出空気温度または蒸発器表面温度を検出する蒸発器温度検出手段（３４）と、蒸発器温度検出手段（３４）で検出された検出値が、予め設定された基準温度に初期設定された第１設定温度を下回ると圧縮機（１１）の作動を停止するとともに、第１設定温度よりも高温に設定された第２所定温度を上回ると圧縮機（１１）の作動を再開する制御を実行するフロスト防止制御手段と、第１設定温度を設定する温度設定手段と、フロスト防止制御手段によって圧縮機（１１）の作動が制御されている際の圧縮機（１１）の停止時間、および圧縮機（１１）の作動時間に基づいて圧縮機（１１）の稼動率を算出する稼働率算出手段と、稼働率算出手段で算出された稼働率に基づいて、蒸発器（９）の冷房熱負荷状態を推定する冷房熱負荷推定手段とを備え、温度設定手段は、冷房熱負荷推定手段によって蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が蒸発器（９）にフロストが発生し易い第１状態と推定された場合に、第１設定温度を基準温度よりも高い温度に設定し、冷房熱負荷推定手段によって蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が蒸発器（９）にフロストが発生し難い第２状態と推定された場合に、第１設定温度を基準温度よりも低い温度に設定することを特徴とする。

これによれば、圧縮機（１１）の稼働率に基づいて前記蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が蒸発器（９）にフロストが発生し易い第１状態と推定された場合、基準温度よりも高い温度に設定された第１設定温度を下回ると圧縮機（１１）の作動が停止する。そのため、蒸発器（９）にフロストが発生し易い第１状態において、圧縮機（１１）の作動停止等の応答遅れによる蒸発器（９）のフロスト発生を防止することができる。なお、蒸発器（９）にフロストが発生し易い第１状態では、蒸発器（９）の冷房熱負荷が小さく、冷房能力が過多気味であるため、圧縮機（１１）の作動停止による車室内乗員の空調フィーリングを悪化させることはない。

一方、圧縮機（１１）の稼働率に基づいて前記蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が蒸発器（９）にフロストが発生し難い第２状態と推定された場合、初期設定された基準温度よりも低い温度に設定された第１設定温度を下回るまで圧縮機（１１）が停止されない。そのため、蒸発器（９）にフロストが発生し難い第２状態において、圧縮機（１１）の作動継続時間を長くすることができ、圧縮機（１１）の作動停止による車室内乗員の空調フィーリングの悪化を抑制することができる。なお、蒸発器（９）にフロストが発生し難い第２状態では、蒸発器（９）の冷房熱負荷が大きく、冷房能力が不足気味であるため、蒸発器（９）の温度が蒸発器（９）にフロストが発生する温度まで低下し難い。

従って、蒸発器（９）の冷房熱負荷状態に応じて、第１設定温度を変化させることで、蒸発器（９）のフロスト防止と車室内乗員の空調フィーリングの悪化の抑制を両立させることができる。

ところで、蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が、蒸発器（９）にフロストが発生し易い第１状態である場合には、圧縮機（１１）の作動再開後の蒸発器（９）の温度変化率が大きいほど（冷却速度が速いほど）、蒸発器（９）にフロストが発生し易くなる。逆に、蒸発器（９）にフロストが発生し難い第２状態である場合には蒸発器（９）の冷却速度が遅いほど蒸発器（９）にフロストが発生し難くなる。

そこで、請求項１に記載の発明では、圧縮機（１１）の作動開始から停止までの作動期間における蒸発器温度検出手段（３４）の検出値の最大値と最小値との温度偏差、および作動期間における圧縮機（１１）の作動時間に基づいて蒸発器（９）の冷却速度を算出する冷却速度算出手段を備え、温度設定手段は、冷房熱負荷推定手段によって蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が第１状態と推定され、かつ、冷却速度算出手段で算出した冷却速度が予め設定された第１基準速度よりも速い場合に、第１基準速度よりも遅い場合に比べて第１設定温度を高い温度に設定し、冷房熱負荷推定手段によって蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が第２状態と推定され、かつ、冷却速度算出手段で算出した冷却速度が予め設定された第２基準速度よりも遅い場合に、第２基準速度よりも速い場合に比べて第１設定温度を低い温度に設定することを特徴とする。

このように、蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が第１状態である場合であって、蒸発器（９）の冷却速度が第１基準速度よりも速い場合には、第１設定温度を高い温度に設定することで、蒸発器（９）のフロスト発生をより確実に防止することができる。

一方、蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が第２状態である場合であって、蒸発器（９）の冷却速度が第２基準速度よりも遅い場合には、第１設定温度を低い温度に設定することで、圧縮機（１１）の作動継続時間をより長くすることができる。そのため、圧縮機（１１）の作動停止による車室内乗員の空調フィーリングの悪化をより効果的に抑制することができる。

また、具体的には、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の発明において、熱負荷推定手段は、稼働率が予め設定された第１基準値を下回った場合に蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が第１状態と推定し、稼働率が前記第１基準値に比べて高い値に設定された第２基準値を上回った場合に蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が第２状態と推定することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の発明において、稼働率算出手段では、圧縮機（１１）の作動停止から、作動再開を経て、再度作動停止するまでの期間を１サイクルとした場合に、１サイクルに要した時間のうち圧縮機（１１）の作動時間の占める圧縮機作動割合を稼働率として算出してもよい。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項１または２に記載の発明において、稼働率算出手段では、圧縮機（１１）の作動停止から、作動再開を経て、再度作動停止するまでの期間を１サイクルとした場合に、１サイクルに要した時間のうち圧縮機（１１）の作動時間の占める圧縮機作動割合を複数サイクル分算出し、算出した複数サイクル分の圧縮機作動割合の平均値を稼働率として算出してもよい。

なお、上記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。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図８に基づいて説明する。図１は、本実施形態の車両用空調装置の全体システム構成の概要を示すもので、車両用空調装置は車室内最前部の計器盤（図示せず）の内側部に配設される室内空調ユニット１を備えている。この室内空調ユニット１はケース２を有し、このケース２内に車室内へ向かって空気が送風される空気通路を構成する。

このケース２の空気通路の最上流部に内気導入口３および外気導入口４を有する内外気切替箱５を配置している。この内外気切替箱５内に、内外気切替手段としての内外気切替ドア６を回転自在に配置している。

この内外気切替ドア６はサーボモータ７によって駆動されるもので、内気導入口３より内気（車室内空気）を導入する内気モードと外気導入口４より外気（車室外空気）を導入する外気モードとを切り替える。

内外気切替箱５の下流側には車室内に向かう空気流を発生させる電動式の送風機８を配置している。この送風機８は、遠心式の送風ファン８ａをモータ８ｂにより駆動するようになっている。送風機８の下流側にはケース２内を流れる空気を冷却する蒸発器９を配置している。この蒸発器９は、送風機８の送風空気を冷却する冷房用熱交換器で、冷凍サイクル１０を構成する要素の一つである。

ここで、冷凍サイクル１０は、圧縮機１１の吐出側から、凝縮器１２、受液器１３および減圧手段をなす膨張弁１４を介して蒸発器９に冷媒が循環するように形成された周知のものである。凝縮器１２には電動式の冷却ファン１２ａによって室外空気（冷却空気）が送風される。

本実施形態では、冷凍サイクル１０の圧縮機１１として常に一定の吐出容量で作動する固定容量型圧縮機を採用しており、圧縮機１１は電磁クラッチ１１ａを介して車両エンジン（図示せず）により駆動される。

また、蒸発器９は、膨張弁１４にて減圧された後の低温低圧の気液２相状態の冷媒が送風機８の送風空気から吸熱して蒸発することにより、送風空気を冷却する。ここで、上述の圧縮機１１の電磁クラッチ１１ａの通電の断続により、圧縮機１１の作動の断続制御することで、蒸発器９の温度を制御することができる。

一方、室内空調ユニット１において、蒸発器９の下流側にはケース２内を流れる空気を加熱するヒータコア１５を配置している。このヒータコア１５は車両エンジンの温水（エンジン冷却水）を熱源として、蒸発器９通過後の空気（冷風）を加熱する暖房用熱交換器である。ヒータコア１５の側方にはバイパス通路１６が形成され、このバイパス通路１６をヒータコア１５のバイパス空気が流れる。

蒸発器９とヒータコア１５との間に温度調整手段をなすエアミックスドア１７を回転自在に配置してある。このエアミックスドア１７はサーボモータ１８により駆動されて、その回転位置（開度）が連続的に調整可能になっている。

このエアミックスドア１７の開度によりヒータコア１５を通る空気量（温風量）と、バイパス通路１６を通過してヒータコア１５をバイパスする空気量（冷風量）との割合を調節し、これにより、車室内に吹き出す空気の温度を調整するようになっている。

ケース２の空気通路の最下流部には、車両の前面窓ガラスＷに向けて空調風を吹き出すためのデフロスタ吹出口１９、乗員の顔部に向けて空調風を吹き出すためのフェイス吹出口２０、および乗員の足元部に向けて空調風を吹き出すためのフット吹出口２１の計３種類の吹出口が設けられている。

これら吹出口１９〜２１の上流部にはデフロスタドア２２、フェイスドア２３およびフットドア２４が回転自在に配置されている。これらのドア２２〜２４は、図示しないリンク機構を介して共通のサーボモータ２５によって開閉操作される。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明すると、空調制御装置（Ａ／Ｃ ＥＣＵ）３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。この空調制御装置３０は、そのＲＯＭ内に空調制御のための制御プログラムを記憶しており、その制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。

空調制御装置３０の入力側にはセンサ群３１〜３５からセンサ検出信号が入力され、また、車室内前部の計器盤（図示せず）付近に配置される空調パネル３６から各種操作信号が入力される。

センサ群としては、具体的には、外気温（車室外温度）Ｔａｍを検出する外気センサ３１、内気温（車室内温度）Ｔｒを検出する内気センサ３２、車室内に入射する日射量Ｔｓを検出する日射センサ３３、蒸発器９の空気吹出部直後に配置されて蒸発器吹出空気温度ＴＥを検出する蒸発器温度センサ３４、ヒータコア１５に流入する温水（エンジン冷却水）温度Ｔｗを検出する水温センサ３５等が設けられる。

また、空調パネル３６には各種操作スイッチとして、車室内温度を設定する温度設定スイッチ３７、吹出モードドア２２〜２４により切り替わる吹出モードをマニュアル設定する吹出モードスイッチ３８、内外気切替ドア６による内気モードと外気モードをマニュアル設定する内外気切替スイッチ３９、圧縮機１１の作動指令信号（電磁クラッチ１１ａのＯＮ信号）を出すエアコンスイッチ４０、送風機８の風量切替をマニュアル設定する送風機作動スイッチ４１、空調自動制御状態の指令信号を出すオートスイッチ４２等が設けられる。

空調制御装置３０の出力側には、圧縮機１１の電磁クラッチ１１ａ、各機器の電気駆動手段をなすサーボモータ７、１８、２５、送風機８のモータ８ｂ、凝縮器冷却ファン１２ａのモータ１２ｂ等が接続され、これらの機器の作動が空調制御装置３０の出力信号により制御される。

次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。最初に、室内空調ユニット１の作動の概要を説明すると、送風機８を作動させることにより、内気導入口３または外気導入口４より導入された空気がケース２内を車室内に向かって送風される。また、電磁クラッチ１１ａに通電して電磁クラッチ１１ａを接続状態とし、圧縮機１１を車両エンジンにて駆動することにより、冷凍サイクル１０内を冷媒が循環する。

送風機８の送風空気は、先ず蒸発器９を通過して冷却、除湿され、この冷風は次にエアミックスドア１７の回転位置（開度）に応じてヒータコア１５を通過する流れとバイパス通路１６を通過する流れとに分けられる。ヒータコア１５を通過する流れは加熱されて温風となり、バイパス通路１６を通過する流れは冷風のままである。

従って、エアミックスドア１７の開度によりヒータコア１５を通る空気量（温風量）と、バイパス通路１６を通過する空気量（冷風量）との割合を調節し、これにより、車室内に吹き出す空気の温度を調節できる。そして、この温度調節された空調風が、ケース２の空気通路の最下流部に位置するデフロスタ吹出口１９、フェイス吹出口２０およびフット吹出口２１のうち、いずれか１つまたは複数の吹出口から車室内へ吹き出して、車室内の空調および車両の前面窓ガラスＷの曇り止めを行う。

ここで、車両用空調装置では、圧縮機１１の電磁クラッチ１１ａの通電ＯＮ／ＯＦＦによって圧縮機１１のフロスト防止制御を行なっている。圧縮機１１のフロスト防止制御では、蒸発器温度センサ３４で検出された蒸発器９の吹出空気温度ＴＥ（以下、蒸発器検出温度という）がオフ側目標温度（第１設定温度）ＴＥＯまで低下すると、圧縮機１１を停止（電磁クラッチ１１ａの通電ＯＦＦ）している。

また、オフ側目標温度ＴＥＯに所定のヒステリシス幅（例えば１℃）を加えたオン側目標温度（第２設定温度）より高くなると、圧縮機１１の作動を再開（電磁クラッチ１１ａの通電ＯＮ）するようにしている。このような圧縮機１１のフロスト防止制御により蒸発器９の温度を調整することで、蒸発器９のフロスト発生を抑制している。

ところが、圧縮機１１の作動を停止する条件であるオフ側目標温度ＴＥＯを、予め設定された基準温度（例えば１．５℃）に固定すると、蒸発器９の冷房熱負荷状態によっては、蒸発器９にフロストが発生するといった課題がある。

この対策として、圧縮機１１の作動再開後の蒸発器検出温度の温度変化に応じてオフ側目標温度を高くすると、蒸発器９の冷房熱負荷が高い状態では、圧縮機１１の停止時間の長時間となり、車室内乗員の空調フィーリングが悪化するといった課題がある。

そこで、本発明者らは、蒸発器９の冷房熱負荷を変化させた場合における蒸発器検出温度ＴＥの変化、および圧縮機１１の挙動の変化を調査した。具体的には、冬季等のように蒸発器９の冷房熱負荷が低い低熱負荷状態と、夏季等のように蒸発器９の冷房熱負荷が高い高熱負荷状態とを想定して、蒸発器９の吸込み側の空気温度を低温（例えば１０℃）と高温（例えば３０℃）にして調査を行なった。

この調査結果を図２、図３に基づいて説明する。ここで、図２は、蒸発器９の冷房熱負荷が低熱負荷状態である場合（蒸発器９の吸込み側の空気温度を低温にした場合）の蒸発器検出温度の変化、および圧縮機１１の挙動を示している。図３は、蒸発器９の冷房熱負荷が高熱負荷状態である場合（蒸発器９の吸込み側の空気温度を高温に設定した場合）の蒸発器検出温度の変化、および圧縮機１１の挙動を示している。

調査結果によれば、図２に示すように、蒸発器９の冷房熱負荷が低熱負荷状態である場合には、圧縮機１１の作動再開後の蒸発器検出温度ＴＥの単位時間当たりの温度変化率が大きい傾向、すなわち蒸発器９の冷却速度が速い傾向となっている。

また、圧縮機１１の挙動は、圧縮機１１の作動停止から、作動再開を経て、再度作動停止するまでを１回の制御サイクル（１サイクル）とした場合に、１サイクル当たりの圧縮機１１の停止時間が作動時間よりも長い傾向となっている。

つまり、蒸発器９の冷房熱負荷が低熱負荷状態である場合には、蒸発器検出温度ＴＥがオフ側目標温度ＴＥＯ以下となる時間が長く、蒸発器９の冷却速度も速いことから、圧縮機１１の停止後の応答遅れ等により蒸発器９にフロストが発生し易い状態となっている。なお、蒸発器９の冷房熱負荷の低熱負荷状態が、本発明における蒸発器９の冷房熱負荷の第１状態に相当している。

一方、図３に示すように、蒸発器９の冷房熱負荷が高熱負荷状態である場合には、圧縮機１１の作動再開後の蒸発器検出温度ＴＥの温度変化率が、低熱負荷状態である場合に比べて小さい傾向、すなわち蒸発器９の冷却速度が遅い傾向となっている。

また、圧縮機１１の挙動は、１サイクル当たりの圧縮機１１の作動時間が停止時間よりも長い傾向となっている。さらに、圧縮機１１の停止後の蒸発器検出温度ＴＥの昇温速度が、低熱負荷状態である場合に比べて速い傾向となっている。

つまり、蒸発器９の冷房熱負荷が高熱負荷状態である場合には、蒸発器検出温度ＴＥがオフ側目標温度ＴＥＯより高い温度となる時間が長く、蒸発器９の冷却速度も遅いことから、蒸発器９にフロストが発生し難い状態となっている。なお、蒸発器９の冷房熱負荷の高熱負荷状態が、本発明における蒸発器９の冷房熱負荷の第２状態に相当している。

ここで、調査結果の傾向に従えば、蒸発器９の冷房熱負荷の低熱負荷状態と高熱負荷状態は、圧縮機１１の作動再開後の蒸発器９の冷却速度および１サイクルにおける圧縮機１１の挙動によって判別可能と予想される。

本発明者らは、この調査結果による蒸発器９の冷房熱負荷の判別予想の有効性を確かめるために、蒸発器９の吸込み側の空気温度を１０℃〜３５℃の間で変化させた場合の蒸発器９の冷却速度、および１サイクルにおける圧縮機１１の挙動を検証した。

この検証結果を図４、図５に基づいて説明する。ここで、図４は、蒸発器９の吸込み側の各空気温度における蒸発器検出温度ＴＥの最大値と蒸発器９の冷却速度との関係を示している。図５は、蒸発器９の吸込み側の各空気温度における蒸発器検出温度ＴＥの最大値と圧縮機１１のＯＮ／ＯＦＦ比との関係を示している。なお、圧縮機１１のＯＮ／OFF比は、圧縮機１１の作動停止から、作動再開を経て、再度作動停止するまでを１サイクルとした場合の作動時間と停止時間の比を示している。

検証結果によれば、図４に示すように、蒸発器９の吸込み側の空気温度が約１０℃〜２０℃となる低温領域（低熱負荷状態）の冷却速度と、蒸発器９の吸込み側の空気温度が約２５℃〜３５℃となる高温領域（高熱負荷状態）の冷却速度とが混在する領域（図４の混在領域）がある。

つまり、この混在領域においては、蒸発器９の冷房熱負荷が、蒸発器９にフロストが発生し易い低熱負荷状態であるのか、蒸発器９にフロストが発生し難い高熱負荷状態であるのかを推定すること困難となっている。

一方、図５に示すように、蒸発器９の吸込み側の空気温度が低温領域（低熱負荷状態）である場合には、圧縮機１１のＯＮ／ＯＦＦ比が小さい傾向（図５では約０．３以下）となっている。

また、蒸発器９の吸い込み側の空気温度が高温領域（高熱負荷状態）である場合には、圧縮機１１のＯＮ／ＯＦＦ比が大きい傾向（図５では約２以上）となっている。なお、蒸発器９の吸い込み側の空気温度が約２０℃〜２５℃となる中間領域（中間熱負荷状態）である場合には、圧縮機１１のＯＮ／ＯＦＦ比が中間値（図５では約０．３〜２）となっている。

つまり、蒸発器９にフロストが発生し易い低熱負荷状態では、圧縮機１１のＯＮ／ＯＦＦ比が、中間熱負荷状態の圧縮機１１のＯＮ／ＯＦＦ比を挟んで、蒸発器９にフロストが発生し難い高熱負荷状態の圧縮機１１のＯＮ／ＯＦＦ比よりも小さい値となっている。

従って、蒸発器９の冷房熱負荷状態は、圧縮機１１の挙動（例えば、ＯＮ／ＯＦＦ比）によって推定することが可能といえる。そして、圧縮機１１の制御において、圧縮機１１の挙動に応じて、蒸発器９の冷房熱負荷状態を推定することで、推定した冷房熱負荷状態に応じて圧縮機１１の停止条件であるオフ側目標温度ＴＥＯを適切な値に設定可能となる。

次に、本実施形態の圧縮機制御の流れを図６に基づいて説明する。図６は空調制御装置３０のマイクロコンピュータにより実行される圧縮機制御のフローチャートである。

圧縮機１１の制御は、車両エンジンのイグニッションスイッチの投入状態においてオートスイッチ４２が投入され、各種カウンタやフラグ等を初期化、センサ群３０〜３５の検出信号、空調パネル３６からの各種操作信号等を読み込み後にスタートする。

圧縮機１１の制御がスタートすると、先ず、ステップＳ１０にて圧縮機１１の電磁クラッチ１１ａを通電ＯＮして圧縮機１１の作動を開始する。

そして、ステップＳ２０にて、蒸発器温度センサ３４の検出値である蒸発器検出温度ＴＥが、基準温度を下回っているか否かを判定する。ここで、基準温度は、経験上、蒸発器９にフロストが発生し難いと判断される温度（例えば、１．５℃）に設定され、空調制御装置３０のＲＯＭ等に予め記憶されている。なお、蒸発器検出温度ＴＥは、蒸発器温度センサ３４にて周期的に検出されている。

ステップＳ２０にて蒸発器検出温度ＴＥが、基準温度を下回っていると判定された場合に、ステップＳ３０に進み、圧縮機１１のフロスト防止制御を行なう。なお、本実施形態におけるステップ３０の制御処理が、本発明のフロスト防止手段に相当している。

圧縮機１１のフロスト防止制御では、上述のように蒸発器検出温度ＴＥがオフ側目標温度ＴＥＯまで低下すると、圧縮機１１の作動を停止する。圧縮機１１の作動停止後、蒸発器検出温度ＴＥがオフ側目標温度ＴＥＯに所定のヒステリシス幅（例えば、１℃）を加えたオン側目標温度（ＴＥＯ＋１℃）より高くなると、圧縮機１１を再起動するようにしている。なお、オフ側目標温度ＴＥＯは、初期値として基準温度が設定されている。

そして、ステップＳ３０で圧縮機１１のフロスト防止制御を実施した後、ステップＳ４０にてフロスト防止制御における圧縮機１１の挙動が１回の制御サイクル（１サイクル）を経過したか否かを判定する。ここで、圧縮機１１の制御サイクルは、上述のように圧縮機１１の作動停止から、圧縮機１１の作動再開を経て、再度作動停止するまでの１回としている。

ステップＳ４０にて圧縮機１１の挙動が１サイクルを経過したと判定された場合には、ステップＳ５０圧縮機１１の稼働率φを算出する。なお、本実施形態におけるステップＳ５０の処理が、本発明の稼働率算出手段に相当している。

この圧縮機１１の稼働率φの算出は、１サイクルに要した時間における圧縮機１１の作動時間ON-timeの占める割合（圧縮機作動割合）であり、下記数式Ｆ１にて算出している。
φ＝ON-time（ｎ）／（ON-time（ｎ）＋OFF-time（ｎ））…（Ｆ１）
但し、OFF-timeは１サイクルにおける圧縮機１１の停止時間、ｎは制御サンプリングである。なお、圧縮機１１の稼働率φは、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ比と対応するものであり、圧縮機１１の稼働率φによっても蒸発器９の冷房熱負荷を推定することが可能である。

次に、ステップＳ６０にて、圧縮機１１の作動再開後の蒸発器９の冷却速度Ｋを算出する。なお、本実施形態におけるステップＳ６０の処理が、本発明の冷却速度算出手段に相当している。

蒸発器９の冷却速度Ｋは、図７に示すように、１サイクル中の圧縮機１１の作動再開（作動開始）から作動停止までの作動期間における蒸発器検出温度ＴＥの温度変化率である。具体的には、蒸発器９の冷却速度Ｋは、蒸発器検出温度ＴＥの最大値ＴＥｍａｘと最小値ＴＥｍｉｎ、および作動時間に基づいて、下記数式Ｆ２にて算出している。
Ｋ＝（ＴＥｍａｘ（ｎ）−ＴＥｍｉｎ（ｎ））／ON-time（ｎ）…（Ｆ２）
但し、ＴＥｍａｘは１サイクル中の圧縮機１１の作動期間における蒸発器検出温度ＴＥの最大値、ＴＥｍｉｎは１サイクル中の圧縮機１１の作動期間における蒸発器検出温度ＴＥの最小値である。なお、図７は、蒸発器９の冷却速度の算出方法を説明する説明図であり、蒸発器９の冷却速度は、蒸発器９の温度変化の傾きに相当している。

次に、ステップＳ７０にて、稼働率φが第１基準値以下であるか否かを判定する。この第１基準値は、圧縮機１１の挙動（稼働率）における蒸発器９の冷房熱負荷の低熱負荷状態と中間熱負荷状態との境界値に設定されており、例えば、図５のＯＮ／ＯＦＦ比０．３に相当する０．２５に設定することができる。なお、第１基準値は、予め空調制御装置３０のＲＯＭ等に記憶されている。

ステップＳ７０にて圧縮機１１の稼働率φが第１基準値以下である場合は、蒸発器９の冷房熱負荷が低熱負荷状態であると推定することができる。そのため、ステップＳ８０にて、蒸発器９の冷房熱負荷が低負荷状態の場合における圧縮機１１の停止条件である第１オフ側目標温度ＴＥＯ１を算出する。

ステップＳ８０では、図８（ａ）に示す制御マップに基づいて第１オフ側目標温度ＴＥＯ１を算出する。図８（ａ）は、蒸発器９の冷房熱負荷が低熱負荷状態である場合の蒸発器９の冷却速度と第１オフ側目標温度ＴＥＯ１との対応関係を定めた制御特性図である。

ここで、上述のように蒸発器９の冷房熱負荷が低熱負荷状態であって、蒸発器９の冷却速度が速い場合は、他の状況と比較して蒸発器９にフロストが発生し易い状況となる。そのため、本実施形態では、第１オフ側目標温度ＴＥＯ１は、蒸発器９の冷却速度が第１基準速度を上回った場合に、冷却速度の向上に比例して基準温度（例えば１．５℃）から徐々に昇温させた温度に設定している。

この第１基準速度は、例えば、実験等によって算出され、予め空調制御装置３０のＲＯＭ等に記憶されている。なお、第１オフ側目標温度ＴＥＯ１が高温となり過ぎるのを防止するため、第１オフ側目標温度ＴＥＯ１に上限温度（例えば４．５℃）を設けている。

そして、ステップＳ９０にて、ステップＳ８０で算出した第１オフ側目標温度ＴＥＯ１をオフ側目標温度ＴＥＯに設定して、ステップＳ３０の圧縮機１１のフロスト防止制御に戻る。

このように、冬季等のように蒸発器９が低熱負荷状態となる場合であって蒸発器９の冷却速度が速い場合、オフ側目標温度ＴＥＯを予め設定された基準温度より高温に設定することで、蒸発器９のフロスト発生をより確実に防止することができる。なお、蒸発器９の冷房熱負荷が低負荷状態である場合には、冷房能力が過剰気味であるため、圧縮機１１の停止による乗員の空調フィーリングの悪化は生じ難い。

ステップＳ７０にて圧縮機１１の稼働率φが第１基準値より大きい場合は、ステップＳ１００に進み、圧縮機１１の稼働率φが第２基準値を上回っているか否かを判定する。この第２基準値は、圧縮機１１の挙動（稼働率）における蒸発器９の冷房熱負荷の中間熱負荷状態と高熱負荷状態との境界値に設定されており、例えば、図５のＯＮ／ＯＦＦ比に相当する０．７５に設定することができる。なお、第２基準値は、予め空調制御装置３０のＲＯＭ等に記憶されている。

ステップＳ１００にて圧縮機１１の稼働率φが第２基準値よりも大きい場合は、蒸発器９の冷房熱負荷が高熱負荷状態であると推定することができる。そのため、ステップＳ１１０にて、蒸発器９の冷房熱負荷が高熱負荷状態の場合における圧縮機１１の停止条件である第２オフ側目標温度ＴＥＯ２を算出する。

ステップＳ１１０では、図８（ｂ）に示す制御マップに基づいて第２オフ側目標温度ＴＥＯ２を算出する。図８（ｂ）は、蒸発器９の冷房熱負荷が高熱負荷状態である場合の蒸発器９の冷却速度と第２オフ側目標温度ＴＥＯ２との対応関係を定めた制御特性図である。

上述のように、蒸発器９の冷房熱負荷が高熱負荷状態であって蒸発器９の冷却速度が遅い場合には、他の状況と比較して蒸発器９にフロストが発生し難い状況となる。そのため、第２オフ側目標温度ＴＥＯ２は、蒸発器９の冷却速度が第２基準速度を下回った場合に、冷却速度の低下に比例して基準温度から徐々に降温させた温度に設定している。

この第２基準速度は、例えば、実験等によって算出され、予め空調制御装置３０のＲＯＭ等に記憶されている。なお、第２オフ側目標温度ＴＥＯ２が低温となり過ぎるのを防止するため、第２オフ側目標温度ＴＥＯ２に下限温度（例えば０．５℃）を設けている。

そして、ステップＳ１２０にて、ステップＳ１１０で算出した第２オフ側目標温度ＴＥＯ２をオフ側目標温度ＴＥＯに設定して、ステップＳ３０の圧縮機１１のフロスト防止制御に戻る。

このように、夏季等のように蒸発器９が高熱負荷状態となる場合であって蒸発器９の冷却速度が遅い場合、オフ側目標温度ＴＥＯを基準温度より低温に設定することで、圧縮機１１の作動継続時間を長くすることができる。従って、圧縮機１１の作動停止による乗員の空調フィーリング悪化をより効果的に抑制することができる。なお、蒸発器９の冷房熱負荷が高負荷状態である場合には、蒸発器９の吸込み側の空気温度が高く冷房能力が不足気味であるため蒸発器９にフロストが生じ難い。

また、ステップＳ１００にて圧縮機１１の稼働率φが第２基準値以下、つまり圧縮機１１の稼働率φが第１基準値〜第２基準値の範囲にある場合には、春季・秋季等のように蒸発器９の冷房熱負荷が比較的安定する中間熱負荷状態であると推定することができる。そのため、ステップＳ１２０にて、蒸発器９の冷房熱負荷が中間熱負荷状態の場合における圧縮機１１の停止条件である第３オフ側目標温度ＴＥＯ３を算出する。

ステップＳ１２０では、図８（ｃ）に示す制御マップに基づいて第３オフ側目標温度ＴＥＯ３を算出する。図８（ｃ）は、蒸発器９の冷房熱負荷が中間熱負荷状態である場合の蒸発器９の冷却速度と第３オフ側目標温度ＴＥＯ３との対応関係を定めた制御特性図である。

ここで、中間熱負荷状態では、蒸発器９にフロストが発生し易いこともなく、蒸発器９の冷房熱負荷も比較的安定しているため、第３オフ側目標温度ＴＥＯ３は、蒸発器９の冷却速度に関係なく基準温度としている。なお、蒸発器９の冷却速度が比較的速い場合等には、第３オフ側目標温度ＴＥＯ３を多少昇温させる等してもよい。

そして、ステップＳ１４０にて、ステップＳ１３０で算出した第３オフ側目標温度ＴＥＯ３をオフ側目標温度ＴＥＯに設定して、ステップＳ３０の圧縮機１１のフロスト防止制御に戻る。

なお、本実施形態におけるステップＳ７０およびステップＳ１００の判定処理が、本発明の冷房熱負荷推定手段に相当し、ステップＳ８０、ステップＳ１１０およびステップＳ１３０の処理が、本発明のオフ側目標温度（第１設定温度）を設定する温度設定手段に相当している。

以上説明したように、本実施形態の圧縮機１１のフロスト防止制御では、圧縮機１１の稼動率により推定した冷房熱負荷状態に応じてオフ側目標温度を変化させることで、蒸発器９のフロスト発生防止と乗員の空調フィーリング悪化の抑制を両立させることができる。

さらに、本実施形態では、蒸発器９の各冷房熱負荷状態における蒸発器９の冷却速度に応じてオフ側目標温度を変化させており、蒸発器９のフロスト発生を確実に防止することができるとともに、乗員の空調フィーリング悪化をより効果的に抑制することができる。

ここで、本実施形態の圧縮機１１のフロスト防止制御によれば、以下の副次的な効果を奏することができる。例えば、蒸発器９のフロスト発生防止することで、蒸発器表面に付着した水分のフロストに伴う異臭発生を防止することができる。また、蒸発器９の冷房熱負荷が高熱負荷状態である場合に、圧縮機１１の作動停止時の蒸発器９の急激な昇温による水分（蒸発器表面に付着した水分）の蒸発に伴う異臭発生を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態と同様または均等な部分について同一の符号を付し、その説明を省略する。

上述の第１実施形態では、圧縮機１１の稼働率に基づいて蒸発器９の冷房熱負荷状態を推定し、推定した冷房熱負荷状態における蒸発器９の冷却速度に応じて圧縮機１１の作動停止条件であるオフ側目標温度ＴＥＯを変更している。

本実施形態では、圧縮機１１の稼働率に基づいて蒸発器９の冷房熱負荷状態を推定し、推定した冷房熱負荷状態応じて圧縮機１１の作動停止条件であるオフ側目標温度ＴＥＯを変更する。具体的に本実施形態では、第１実施形態で説明した図６におけるステップＳ８０、ステップＳ１１０の処理が異なっている。

本実施形態では、図６におけるステップＳ８０において、蒸発器９の冷却速度に関わらず、第１オフ側目標温度ＴＥＯ１を上限値（例えば４．５℃）に設定する。これにより、蒸発器９にフロストが発生し易い蒸発器９の低熱負荷状態において、蒸発器９のフロスト発生を防止することができる。

また、図６におけるステップＳ１１０において、蒸発器９の冷却速度に関わらず、第２オフ側目標温度ＴＥＯ２を下限値（例えば０．５℃）に設定する。これにより、蒸発器９にフロストが発生し難い蒸発器９の高熱負荷状態において、圧縮機１１の作動停止による乗員の空調フィーリング悪化を抑制することができる。

従って、本実施形態の圧縮機１１のフロスト防止制御によっても、蒸発器９のフロスト発生防止と車室内乗員の空調フィーリング悪化の抑制とを両立させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の各実施形態では、１サイクルに要した時間における圧縮機作動割合を圧縮機１１の稼働率φとしているが（数式Ｆ１参照）、これに限定されない。例えば、１サイクルに要した時間における圧縮機作動割合を複数サイクル分算出して、複数サイクル分の圧縮機作動割合の平均値を圧縮機１１の稼働率としてもよい。例えば、ｍサイクル分の圧縮機作動割合の平均値を圧縮機１１の稼働率φ（ｎ）として算出する場合には、下記数式Ｆ３にて算出すればよい。
φ＝｛φ（ｎ）＋φ（ｎ−１）＋…＋φ（ｎ−ｍ＋１）｝／ｍ…（Ｆ３）
（２）上述の第１実施形態では、１サイクル中の圧縮機１１の作動期間における蒸発器検出温度ＴＥの温度変化率を蒸発器９の冷却速度としているが（数式Ｆ２参照）、これに限定されない。例えば、１サイクル中の圧縮機１１の作動期間における蒸発器検出温度ＴＥの温度変化率を複数サイクル分算出して、複数サイクル分の蒸発器検出温度ＴＥの温度変化率の平均値を蒸発器９の冷却速度としてもよい。例えば、ｍサイクル分の蒸発器検出温度ＴＥの温度変化率の平均値を蒸発器９の冷却速度Ｋ（ｎ）として算出する場合には、下記数式Ｆ４にて算出すればよい。
Ｋ＝｛Ｋ（ｎ）＋Ｋ（ｎ−１）＋…＋Ｋ（ｎ−ｍ＋１）｝／ｍ…（Ｆ４）
（３）上述の第１実施形態では、ステップＳ８０、ステップ１１０において、蒸発器９の冷却速度と第１、第２オフ側目標温度との関係を定めた各制御マップによって第１、第２オフ側目標温度ＴＥＯを算出しているが、これに限定されない。第１、第２オフ側目標温度ＴＥＯは、例えば、実験結果等によって蒸発器９の冷却速度と第１、第２オフ側目標温度との関係を規定した数式によって算出してもよい。

また、第１オフ側目標温度は、所定条件を満たした場合に蒸発器９の冷却速度の向上に比例して昇温させ、第２オフ側目標温度は、所定条件を満たした場合に蒸発器９の冷却速度の低下に比例して降温させているが、これに限定されない。例えば、第１オフ側目標温度は、所定条件を満たした場合に蒸発器９の冷却速度に応じて段階的に昇温させ、第２オフ側目標温度は、所定条件を満たした場合に蒸発器９の冷却速度に応じて段階的に降温させてもよい。

（４）上述の各実施形態では、圧縮機１１の稼働率で蒸発器９の冷房熱負荷状態を推定しているが、圧縮機１１の稼働率に加え、車両情報（エンジン回転数等）や車両用空調装置の運転状態（内気温、外気温、日射量、圧縮機回転数等）を考慮して推定してもよい。

例えば、圧縮機１１の回転数が高回転の場合には、圧縮機１１の冷媒圧縮能力が高くなるため、蒸発器９にフロストが発生し易い状態となる。そこで、例えば、蒸発器９の低熱負荷状態の推定する際の判定（ステップＳ７０）を、圧縮機１１の稼働率が第１基準値以下であって圧縮機回転数が所定回転数以上である場合に、蒸発器９の冷房熱負荷が低熱負荷状態と推定し、オフ側目標温度を高温に設定してもよい。

また、外気温が低温である場合には、凝縮器１２の冷却能力が高くなるため、蒸発器９にフロストが発生し易い状態となる。そこで、例えば、蒸発器９の低熱負荷状態の推定する際の判定を、圧縮機１１の稼働率が第１基準値以下であって外気温が所定温度以下である場合に、蒸発器９の冷房熱負荷が低熱負荷状態であると推定してもよい。

また、送風機８による蒸発器９への空気の送風量が少ない場合であって、蒸発器９の冷却速度が速い場合には、蒸発器９にフロストが発生し易い状態となる。そこで、例えば、蒸発器９の低熱負荷状態の推定する際の判定を、圧縮機１１の稼働率が第１基準値以下、送風機８の送風量が所定風量以下、および蒸発器９の冷却速度が第１基準速度以上である場合に、蒸発器９の冷房熱負荷が低熱負荷状態であると推定してもよい。

ここで、蒸発器９の冷房熱負荷を推定する際の判定条件は、圧縮機１１の稼働率に加えて、上記蒸発器９の冷却速度、圧縮機１１の回転数、外気温、送風機８の送風量等の条件を種々組合せた条件としてもよい。なお、蒸発器９が低熱負荷状態である場合について説明したが、低熱負荷状態と推定されない場合の条件に応じて、蒸発器９が高熱負荷状態である場合の条件を設定して蒸発器９の冷房熱負荷状態を推定してもよい。

（５）上述の各実施形態では、蒸発器温度センサ３４を蒸発器９の空気吹出部直後に配置して蒸発器吹出温度を検出しているが、蒸発器温度センサ３４を蒸発器９の表面に配置して蒸発器表面温度を検出してもよい。

（６）上述の各実施形態では、圧縮機１１として固定容量型圧縮機を採用した例について説明したが、これに限定されない。圧縮機１１としては、例えば、圧縮機１１の吐出容量を変更可能な可変容量型圧縮機や、電動モータによって駆動される圧縮機構を備える電動圧縮機を採用することができる。なお、電磁クラッチが設けられていない可変容量型圧縮機を採用する場合には、蒸発器検出温度ＴＥがオフ側目標温度ＴＥＯ以下となった際に、圧縮機１１の吐出容量を実質的にゼロにする制御を行なえばよい。

実施形態に係る車両用空調装置の全体システム構成図である。 冷房熱負荷が低熱負荷状態である場合の蒸発器検出温度と圧縮機の挙動を説明する説明図である。 冷房熱負荷が高熱負荷状態である場合の蒸発器検出温度と圧縮機の挙動を説明する説明図である。 冷房熱負荷状態と蒸発器の冷却速度との関係を説明する説明図である。 冷房熱負荷状態と圧縮機の挙動との関係を説明する説明図である。 実施形態に係る圧縮機制御の流れを示すフローチャ−トである。 蒸発器の冷却速度の算出方法を説明するための説明図である。 蒸発器の冷却速度と各オフ側目標温度との対応関係を定めた制御特性図である。

符号の説明

９ 蒸発器
１０ 冷凍サイクル
１１ 圧縮機
３０ 空調制御装置
３４ 蒸発器温度センサ（蒸発器温度検出手段）

Claims (4)

1. 圧縮機（１１）から吐出された冷媒を蒸発器（９）内で蒸発させて車室内に吹き出す空気を冷却する冷凍サイクル（１０）と、
   前記蒸発器（９）の吹出空気温度または蒸発器表面温度を検出する蒸発器温度検出手段（３４）と、
   前記蒸発器温度検出手段（３４）で検出された検出値が、予め設定された基準温度に初期設定された第１設定温度を下回ると前記圧縮機（１１）の作動を停止するとともに、前記第１設定温度よりも高温に設定された第２所定温度を上回ると圧縮機（１１）の作動を再開する制御を実行するフロスト防止制御手段と、
   前記第１設定温度を設定する温度設定手段と、
   前記フロスト防止制御手段によって前記圧縮機（１１）の作動が制御されている際の前記圧縮機（１１）の停止時間、および前記圧縮機（１１）の作動時間に基づいて前記圧縮機（１１）の稼動率を算出する稼働率算出手段と、
   前記稼働率算出手段で算出された前記稼働率に基づいて、前記蒸発器（９）の冷房熱負荷状態を推定する冷房熱負荷推定手段と、
   前記圧縮機（１１）の作動開始から停止までの作動期間における前記蒸発器温度検出手段（３４）の検出値の最大値と最小値との温度偏差、および前記作動期間における前記圧縮機（１１）の作動時間に基づいて前記蒸発器（９）の冷却速度を算出する冷却速度算出手段と、を備え、
   前記温度設定手段は、
   前記冷房熱負荷推定手段によって前記蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が前記蒸発器（９）にフロストが発生し易い第１状態と推定された場合に、前記第１設定温度を前記基準温度よりも高い温度に設定すると共に、前記冷房熱負荷推定手段によって前記蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が前記第１状態と推定され、かつ、前記冷却速度算出手段で算出した前記冷却速度が予め設定された第１基準速度よりも速い場合に、前記第１基準速度よりも遅い場合に比べて前記第１設定温度を高い温度に設定し、
   前記冷房熱負荷推定手段によって前記蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が前記蒸発器（９）にフロストが発生し難い第２状態と推定された場合に、前記第１設定温度を前記基準温度よりも低い温度に設定すると共に、前記冷房熱負荷推定手段によって前記蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が前記第２状態と推定され、かつ、前記冷却速度算出手段で算出した前記冷却速度が予め設定された第２基準速度よりも遅い場合に、前記第２基準速度よりも速い場合に比べて前記第１設定温度を低い温度に設定することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記冷房熱負荷推定手段は、
   前記稼働率が予め設定された第１基準値を下回った場合に前記蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が前記第１状態と推定し、
   前記稼働率が前記第１基準値に比べて高い値に設定された第２基準値を上回った場合に前記蒸発器（９）の冷房熱負荷状態が前記第２状態と推定することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記圧縮機（１１）の作動停止から、作動再開を経て、再度作動停止するまでの期間を１サイクルとした場合に、前記稼働率算出手段は、前記１サイクルに要した時間のうち前記圧縮機（１１）の作動時間の占める圧縮機作動割合を前記稼働率として算出することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
4. 前記圧縮機（１１）の作動停止から、作動再開を経て、再度作動停止するまでの期間を１サイクルとした場合に、前記稼働率算出手段は、前記１サイクルに要した時間のうち前記圧縮機（１１）の作動時間の占める圧縮機作動割合を複数サイクル分算出し、算出した複数サイクル分の圧縮機作動割合の平均値を前記稼働率として算出することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。

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