JP5765566B2 - 車両用空調装置及び車両用空調装置における可変容量圧縮機の運転状態判定方法 - Google Patents
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Description
しかし、従来、例えば圧縮機の冷媒を吸入/吐出するピストンのストロークを検出するセンサを設けて判定する構成では、センサの精度、コスト、耐久性のいずれの面でも好ましくなかった。
冷媒の吸入圧力Psを制御して冷媒吐出容量を可変制御する容量制御弁を備えた可変容量圧縮機と、凝縮器と、冷媒温度を一定に維持しつつ減圧膨張させる温度式膨張弁と、蒸発器と、を、冷媒配管を介して循環接続した車両用空調装置(における可変容量圧縮機の運転状態判定方法)であって、以下の各手段(ステップ)を含んで構成される。
B.前記容量制御弁により制御される吸入圧力Psの設定値Ps’に基づいて、前記圧縮機に吸入される冷媒の密度ν’を算出する手段(ステップ)
C.前記圧縮機が最大吐出容量で運転された場合に、圧縮機に吸入される冷媒の体積流量Vに、前記冷媒密度算出手段によって算出された冷媒密度ν’を乗じて、最大吐出容量運転判定用の流量閾値Gslを算出する手段(ステップ)
D.前記冷媒流量検出手段によって検出した実冷媒流量Grが、前記流量閾値算出手段によって算出した流量閾値Gsl以上のときは、前記圧縮機が最大吐出容量で運転され、流量閾値Gsl未満のときは、最大吐出容量未満で運転されていると判定する手段(ステップ)
このように、最大吐出容量運転時には、実際の冷媒流量Grが流量閾値Gsl以上の値となり、最大吐出容量未満の運転時には、実際の冷媒流量Grが流量閾値Gslより小さい値となるから、該流量閾値Gslを用いた比較によって、最大吐出容量運転時と最大吐出容量未満の運転時とを正確に判別することができる。
車両用空調装置12は冷凍サイクルシステムで構成され、冷媒を循環させる循環路14を有する。
容量制御弁200は、図3に示すように、弁ユニットとソレノイドユニットとからなる。弁ユニットは、略円筒形状の弁ハウジング202を有し、弁ハウジング202の内部には弁孔204が形成されている。弁孔204は、弁ハウジング202の軸線方向に延び、弁孔204の一端は出口ポート206に繋がっている。出口ポート206は、弁ハウジング202を径方向に貫通しており、弁孔204は出口ポート206及び給気通路160の下流側部分を介してクランク室105と連通している。
エアコン制御装置32には、操作パネルを介して、車室10の設定温度等が入力されるとともに、外気温度センサ42、及び、蒸発器出口空気温度センサ44によってそれぞれ検出された、外気温度Ta、及び、蒸発器出口空気温度Tcが入力される。これらの入力された情報等に基づいて、エアコン制御装置32は、容量制御弁200のソレノイド254に供給される駆動電流Iの目標値を設定し、この目標値に実際の値が近付くように駆動電流Iを調整する。これにより、可変容量圧縮機100の吐出容量が所定の値に調整される。
Gsl=V×ν’
=(πD2/4)×L’×n×(Nc/60)×ηv×ν’・・・(1)
Vは、圧縮機100が最大吐出容量に維持して運転されるときの体積流量で、各ピストン130の直径D、該ピストン130の最大ストロークL’、シリンダ(シリンダボア101a)の数n、圧縮機回転速度Nc[rpm]、シリンダボア101aへの冷媒吸入量の体積効率ηvを用いて上式のように算出される。なお、体積効率ηvは、回転速度Ncに基づく変数(Ncの増大に伴って体積効率ηvが減少)として求められ、例えば、予め実験等で求められた値を回転速度Ncに対するテーブル値として設定することができる。
圧縮機回転速度Ncに基づいて、体積効率ηvを算出し(S101)、吸入圧力Psの設定値Ps’から冷媒密度ν'を算出した後(S102)、(1)式により流量閾値Gslを算出する(S103)。なお、ステップS102により冷媒密度ν'を算出する機能が、冷媒密度算出手段を構成する。
図9に示すように、圧縮機100の吐出容量の増大に応じて吸入圧力Psは低下するが、最大吐出容量付近まで増大すると、実際の吸入圧力Psは設定値Ps’(目標値Pss)以上の値に維持されてしまう。これは、最大吐出容量を確保するため、最大吐出容量運転時の目標値Pssを十分小さい値(駆動電流Iを大きい値)に設定しているが、冷房を使用する外気温度が高い条件では冷媒圧力が増大し、駆動電流Iを増大してピストンストロークLを最大ストロークL’に制御しても実際の吸入圧力Psが設定値Ps’以上の値に維持されるためである。なお、外気温度が相当低い条件で冷房運転したような場合を除き、通常は、実際の吸入圧力Psは、設定値Ps’より大となる。
まず、ステップS6では容量制御弁200に供給されている駆動電流Iに基づいて、圧縮機100に吸入される冷媒の圧力、即ち吸入圧力Psを算出する。そのために、例えば関数F3(I)=Psを用いることができる。関数F3は、図4に例示されているけれども、車両用空調装置を車両に搭載する前の台上試験によって、予め決定可能である。換言すれば、関数F3に含まれる係数は、車両の仕様に依存することなく決定可能である。
Tr=k×[Gr・Δh/(ηm・Nc)]
=[60/(2π・Nc)]×[(hd−hs)/ηm]×Gr・・・(2)
まず、ステップS8で、凝縮器入口冷媒圧力Pin、圧縮機回転速度Nc、及び、冷媒流量Grに基づいて、吸入圧力Psを算出する。そのために、例えば関数F7(Pin,Nc,Gr)=Psを用いることができる。関数F7は、車両用空調装置を車両に搭載する前の台上試験によって、予め決定可能である。換言すれば、関数F7に含まれる係数は、車両の仕様に依存することなく決定可能である。
図11に示すように、冷媒循環路14において高圧側である凝縮器24出口と、膨張弁26入口との間の液相を主体とした冷媒が流通する冷媒配管14aに、冷媒流量を検出する流量計60が配設される。
このように、冷媒流量を高精度に計測することができるので、該冷媒流量を用いて推定される圧縮機駆動トルクの推定精度を、より高めることができる。
また、図14(A)に示すように、オリフィス上下流で液相状態のまま前後差圧を検出するのが、望ましいが、図14(B)に示すように、相変化状態に跨って差圧が発生する場合でも、多少の精度低下はあるものの、十分高精度に冷媒流量を推定できる。
Claims (8)
- 冷媒の吸入圧力Psを制御して冷媒吐出容量を可変制御する容量制御弁を備えた可変容量圧縮機と、凝縮器と、冷媒温度を一定に維持しつつ減圧膨張させる温度式膨張弁と、蒸発器と、を、冷媒配管を介して循環接続した車両用空調装置であって、
前記空調装置の実冷媒流量Grを検出する冷媒流量検出手段と、
前記容量制御弁により制御される吸入圧力Psの設定値Ps’に基づいて、前記圧縮機に吸入される冷媒の密度ν’を算出する冷媒密度算出手段と、
前記圧縮機が最大吐出容量で運転された場合に該圧縮機に吸入される冷媒の体積流量Vに、前記冷媒密度算出手段によって算出された冷媒密度ν’を乗じて、最大吐出容量運転判定用の流量閾値Gslを算出する流量閾値算出手段と、
前記冷媒流量検出手段によって検出した実冷媒流量Grが、前記流量閾値算出手段によって算出した流量閾値Gsl以上のときは、前記圧縮機が最大吐出容量で運転され、流量閾値Gsl未満のときは、最大吐出容量未満で運転されていると判定する運転状態判定手段と、
を含んで構成したことを特徴とする車両用空調装置。 - 前記可変容量圧縮機は、外部駆動源からの駆動力を供給されて回転する回転機構と、複数のシリンダ内を軸方向に往復動して冷媒を吸入/吐出する複数のピストンと、前記回転部材の回転運動を前記ピストンの往復動に変換する運動方向変換機構と、を含み、前記容量制御弁は、前記ピストンのストロークを変化させることにより、冷媒の吸入圧力Psを制御して冷媒吐出容量を制御する請求項1に記載の車両用空調装置。
- 前記冷媒の体積流量Vは、次式により算出される請求項2に記載の車両用空調装置。
V=(πD2/4)×L’×n×(Nc/60)×ηv
ただし、D:前記ピストンの直径、L’:ピストンの最大吐出容量運転時におけるストローク、n:シリンダの数n、Nc:前記回転機構の回転速度、ηv:シリンダ体積効率 - 運転状態判定手段によって判定された最大吐出容量運転時と、最大吐出容量未満の運転時とで、それぞれ別個に設定された演算方式に基づいて前記圧縮機の駆動トルクを算出する請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
- 前記容量制御弁は、駆動電流によって吐出容量制御用の開度が調整され、
前記圧縮機の駆動トルクは、前記凝縮器の入口及び出口での冷媒圧力、前記回転機構の回転速度、前記実冷媒流量Gr、及び前記圧縮機の吸入圧力Psに基づいて算出され、
最大吐出容量未満の運転時と判定されたときは、前記圧縮機の吸入圧力Psを前記容量制御弁への駆動電流に基づいて推定し、
最大吐出容量運転時と判定されたときは、前記圧縮機の吸入圧力Psを、前記凝縮器の入口での冷媒圧力、前記回転機構の回転速度、及び前記実冷媒流量Grに基づいて推定する請求項4に記載の車両用空調装置。 - 前記冷媒流量検出手段は、冷媒循環経路内の高圧側に介装したオリフィスの上流側と下流側との前後差圧に基づいて実冷媒流量Grを検出する請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
- 冷媒の吸入圧力Psを制御して冷媒吐出容量を可変制御する容量制御弁を備えた可変容量圧縮機と、凝縮器と、冷媒温度を一定に維持しつつ減圧膨張させる温度式膨張弁と、蒸発器と、を、冷媒配管を介して循環接続した車両用空調装置における可変容量圧縮機の運転状態判定方法であって、
前記空調装置の実冷媒流量Grを検出し、
前記容量制御弁により制御される吸入圧力Psの設定値Ps’に基づいて、前記圧縮機に吸入される冷媒の密度ν’を算出し、
前記圧縮機が最大吐出容量で運転された場合に圧縮機に吸入される冷媒の体積流量Vに、前記冷媒密度算出手段によって算出された冷媒密度ν’を乗じて、最大吐出容量運転判定用の流量閾値Gslを算出し、
前記冷媒流量検出手段によって検出した実冷媒流量Grが、前記流量閾値算出手段によって算出した流量閾値Gsl以上のときは、前記圧縮機が最大吐出容量で運転され、流量閾値Gsl未満のときは、最大吐出容量未満で運転されていると判定する、
ステップを含んで構成したことを特徴とする車両用空調装置における可変容量圧縮機の運転状態判定方法。 - 冷媒循環経路内の高圧側に介装したオリフィスの上流側と下流側との前後差圧に基づいて前記実冷媒流量Grを検出する請求項7に記載の車両用空調装置における可変容量圧縮機の運転状態判定方法。
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