JPH01119413A - 車輌用空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は車輌用の空調装置に関し、特に可変容量圧縮機
を用いた車輌用空調装置に関する。

［従来技術とその問題点コ 圧縮機の冷媒入口圧力を一定に制御するように斜板の角
度を変化させてビストンストロークを変化させ、これに
よってシリンダの容積を可変とする斜板式の圧縮機は公
知である（米国特許第３８６１８２９号等）、この圧縮
機の吐出容量の制御手段は次のように行なわれる。すな
わちクランク室と吸入室とを連通孔により連通させ、こ
の連通孔の途中に設けられた連通制御室内にこの連通孔
を開閉する弁およびこの弁の開閉を制御する感圧手段が
設けられている。感圧手段はさらにクランク室内圧力に
感応する第１の感圧部と吸入圧力に感応する第２の感圧
部とを有し、クランク室内圧力によって第１の感圧部に
生じた力と吸入圧力によって第２の感圧部に生じた力と
の和が所定値より大であるとき上記弁を開くように構成
されている。

このような可変容量圧縮機を従来公知の車両用空調装置
に搭載した場合、圧縮機の容量を変化するための圧力制
御点が圧縮機入口に設定されているなめ、蒸発器と圧縮
機間の冷媒回路の圧力損失が高くなる条件、例えば車輌
の熱負荷が高く、かつエンジンの高−回転数領域では、
車輌の空気温度が十分に冷却されないうちに圧縮機の容
量制御が作動し、圧ｍｌｌの能力を完全に発揮できない
という問題があった。

またこの問題を解消するため容量制御用の圧力制御点を
低い値に設定すると中、低負荷領域では蒸発器が凍結す
る問題があった。

さらに圧縮機の起動時に最大容量の状態から起動すると
車輌エンジンのトルクショック等不快感を生ずることが
あった。

［問題点を解決するための手段〕 本発明の車輌空調装置は、圧縮冷媒の入口圧力を一定に
制御するようにシリンダの容積を可変とする可変容量圧
縮機と、この圧縮機により圧縮された冷媒が供給されこ
れを凝縮する凝縮器と、このａ１７ＩＪ器により凝縮さ
れた冷媒が供給される膨張機構と、この膨張ｉ構を介し
て供給された冷媒を蒸発させる蒸発器と、この蒸発器の
出口と前記圧縮機の入口間を連結する冷媒流路内に設け
られ前記蒸発器出口の温度または圧力に応じて動作する
流量制御弁とを備え、前記蒸発器出口の冷媒温度、空気
温、蒸発器のフィン温度あるいは出口圧力を検知して、
これらの温度あるいは圧力が所定の設定値範囲に収まる
ように制御することを特徴としている。

この流量制御手段により圧縮機の容量制御用圧力制御点
を車輌熱負荷が高くかつエンジンの高回転数領域でも十
分に圧縮機の能力を引き出すことができる点に設定でき
、従来装置の問題を解消できる。また同じ流量制御弁制
御により例えば蒸発器の凍結が生じない出口空気温度に
制御することができ、全ての環境条件下で凍結を防止で
きる。

本発明ではまた外気温を検知し、車内温度調節器と連動
させて流量制御弁による流量制御設定値を熱負荷に応じ
て補正できるように、流量制御設定値を可変とすること
を他の特徴としている。

本発明のさらに他の特徴は、空調装置の起動時において
任意の時間、流量制御弁を閉じることにより、圧縮機を
その最少容量の状態から起動できるように構成している
ことである。この手段によって従来装置ににおけるトル
クショックを解消することができる。

本発明によれば、例えば蒸発器出口温度を検知して流量
制御弁を制御するに際し、温度の設定値を車輛の熱負荷
によって変更することにより省動力化を図ることができ
る。すなわち温度設定値を例えば熱負荷が高い時は温度
設定値を低くし、熱負荷が高い時は温度設定値を高く設
定する。

本発明において前記流量制御弁の制御は、制御弁の稼動
率を例えば蒸発器出口の空気温度のような温度を検出手
段により検知し、単位時間当りの変化率を得、この値に
応じて補正することにより効率が良く安定した制御を行
なうことができる。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。第
１図は本発明の車両用空調装置の構成を示すブロック図
である。先ず冷媒回路は次のように構成されている。斜
板式の可変容量圧縮８１２１は、冷媒を圧縮し、圧縮さ
れた冷媒はその出口２２側より流路２３を介して凝縮器
２４に供給され、ここで液化される。液化冷媒はレシー
バ・ドライヤ２５に貯えられ、その後温度式自動膨張弁
２６を介して蒸発器２７に供給される。蒸発器２７にお
いて冷媒は再び気化されて気体となり、流路２３を介し
て圧縮８１２１にその入口２８１Ｐ１より戻される。こ
の圧縮機２１の入口２８と蒸発器２７の出口２９間の流
路２３には冷媒の流量制御弁３０が設けられる。この制
御弁３ｏは弁制御器３１からの制御信号によりその開閉
が制御される。

次に温水回路は次のように構成されている。車輌エンジ
ン３５の冷却により加熱された温水は流路３６を介して
ラジェター３７に供給され、冷却される。ラジェター３
７から流出した温水はさらにヒータ３８に送られ、流路
３６を介して再びエンジン３５に戻される。

また通風回路は前記蒸発器２７およびヒータ３８を内部
に含む通風路４０により構成される。

この通風路４０の入口４１部には送風機４２が設置され
蒸発器２７を通して空気流を供給する。蒸発器２７を通
過した空気流は蒸発器出口４３側に配置されているし−
タコ８間に設けられたダンパー４４により冷・暖の空気
が混合される０通風路４０の出口４５からの空気流は車
輌室内に供給される。

通風路４１内の蒸発器２７の出口側にはこの部分の空気
温を検出する温度センサ４７が設けられる。また冷媒回
路の前記凝縮器２４の入口側には外気温度を検出する温
度センサ４８が設けられる。

これらの温度センサの出力信号は導線４９を介して前記
弁制御器３１に供給される。弁制御器３１はこれらの温
度センサ４７，４８の信号に基づいて弁制御信号を発生
し、電気回路５ｏを介して制御弁３０を制御する。

第２図は第１図の弁制御器の構成を示すブロック図であ
る。

入力端子５１および５２には第１図の温度センサ４７お
よび４８の出力信号がそれぞれ供給されＡ／Ｄコンバー
タ５３によりディジタル信号に変換される。このＡ／Ｄ
コンバータ５３にはさらに端子５４より車内温度設定手
段からの信号が供給されている。Ａ／Ｄコンバータ５３
の出力信号はデータ線５５を介してコンピータ入力装置
５６に供給される。この入力装置５６は車輛側のＡ／Ｃ
スイッチ５７およびアクセサリスイッチ５８を介して電
源５９に接続されている。入力装置５６は例えばマイク
ロコンピータのような演算装置（ＣＰＵ）６０に接続さ
れ、Ａ／Ｄコンバータ５３からの入力データをＣＰＵ６
０に与える。

ＣＰＵ６０はメモリ６１および出力回路６２に接続され
、出力回路６２はその出力データをデータ線６３を介し
てパルス発生器６４に供給する。パルス発生器６４はそ
の出力パルスを弁駆動装置６５に供給し、ＣＰＵ６０か
らの指令に対応したパルス信号により弁駆動装置６５を
駆動する。

第３図は第１図、第２図に示した空調装置の動作を説明
するためのフローチャートである。第３図を参照して本
発明の空調装置の動作を各ステップ（ＳＴＥＰ）順に説
明する。

５ＴＥＰＩ　：このステップでは圧縮Ｉ！２１の起動時
、所定時間１．、ｔ　（分）流量制御弁３ｏを全閉ある
いは最少稼動率ＤＭＩＮとし、圧縮８！２１の吐出容量
を強制的に最少容量とする＊ｊａ＊！時間後は流量制御
弁３０は全開または最大稼動率Ｄ　ＭＡＸとし、次のス
テップに進む。

５ＴＥＰ２　：温度センサ４．４８、車内温設定値情法
等のデータを入力し１次いで車内温度設定値が変更され
たか否かを確認する。ここでＴＲＩ・・ｔ・ＴＲＪ・・
ｔはそれぞれ１回目、ｊ回目の社内温度設定地を示す。

５ＴＥＰ３　：外気温と車内温設定値に基づいて流量制
御弁３０の設定ｆＢＴ　ａ＠ｔ　＋　Ｔ　ａ＊ｔｌ＋　
Ｔ　ａ＊ｔ２を演算し、以前の設定値を修正する。これ
らの設定値は次の数式で与えられる。

Ｔ、、ｔ＝−Ｋ・ΔＴ　十Ｃ。

Ｔ　＠　＠　ｔ　ｌ　”’　Ｔ　ａ　＊　ｔ＋ΔＴＩＴ
Ｔ　ｓ＊ｔ２””　Ｔ　ｓｅｔ＋ΔＴ２ここでΔＴは外
気温と車内温設定値との差でＴ　ａ　＊　ｔは第４図に
示すような関係式により算出される。これによって熱負
荷に応じた設定値が得られる。

５ＴＥＰ４　：制御弁３０の稼動率演算（５ＴＥＰ　５
以降）が必要か否かを判断する。この判断は蒸発器以下
余白 ２７の出口側空気温度Ｔ　：ｖ＆ｅが設定ＭＩ　Ｔ　ｓ
　ａ　ｔ　ｔより高い時は制御弁３０を全開＜ＤＩＩＡ
りとし、Ｔ　ａｗａ、が設定値Ｔｓｅｔ以下の時は制御
弁３０の稼動率を最低（ＤＩＩＩＮ）とするように行な
う。

５ＴＥＰ５　：蒸発器２７の出口４３１１１空気温の変
化率を求め制御弁３０の制御範囲内での最大稼動率Ｄ０
を演算により求める。このＤｏの演算は第５図の関係式
により算出する。同図では変化率が大きい時は圧縮機２
１の能力が過剰であるため、制御弁３０の稼動率を低下
させ圧縮機の容量を減少するような特性にしている。

５ＴＥＰ６　：制御範囲内（Ｔｍ＊ｔ＋〜Ｔａａｔ２）
での制御弁３０の稼動率Ｄ１を演算し、この稼動率で制
御弁３０を動作させる。第６図はＤｌの演算方法を示す
グラフである。これにより設定値内の稼動率Ｄ１は蒸発
器２７の出口側空気温度に比例した制御となりその傾き
はＤｏによって修正されるなめ効率の良い制御ができる
。

５ＴＥＰ７　：蒸発器２７の出口側空気温度が制御範囲
Ｔ　ｍ　ａ　ｔ　ｌ〜Ｔ　ａｗａ２内にあるか否かを判
断し、範囲内にある場合は５ＴＥＰ６をくり返す、外乱
等により蒸発器２７の出口側温度がＴ　６４　ｔ　ｌを
越えた場合は５ＴＥＰ２に戻り、再び上述した各ステッ
プをくり返す。

第７図は制御弁３０の温度設定値と稼動率の関係を示す
グラフである。同図の縦軸は温度Ｔ　（’Ｃ）　。

横軸は時間ｔで温度設定１ｊ［！　Ｔ　ｓａｔ　ｌ　Ｔ
　＠＃ｔｌ＋Ｔ　ａｗａ２はこれらの設定値の上下で制
御弁３０の稼動率が変化する。Ｔｅ５ｔおよびＴ　ｓ　
ａ　ｔ　ｌは制御温度の下限値および上限値であり、Ｔ
　ａｓ！２は稼動率演算を開始する上限値である６７ａ
ｓｔｌより高い温度範囲では制御弁３０の稼動率は最大
（ＤＭＡＸ＝１００％）であり、Ｔ、０、より低い温度
範囲では稼動率は最少Ｄ　ＭＩＮとなる。そしてＴ　ｓ
　ａ　ｔとＴ　＊＊ｔｌとの間の温度範囲では稼動率Ｄ
１は蒸発器２７の出口側空気温度に比例した最適値をと
る。

第７図の曲線りは蒸発器２７の出口側空気温度変化を示
しており、Ｔ　＠ｓｔ２より低くなると時間ｔ゛毎に所
定時間Δを内の温度変化すなわち温度変化率が測定され
、この測定値により制御弁３０の稼動率が決定される。

第８図は高負荷条件下における中速時の圧縮機起動時の
吐出圧力Ｐおよび駆動トルクでの時間変化を従来装置と
対比して示すグラフで実線は本発明装置、破線は従来装
置を示す０図より本発明の圧縮機は常に最小容量から起
動するため、吐出圧力Ｐおよび駆動トルクが低く滑らか
な起動が行なわれるごとがわかる。

第９図は高負荷、高速走行条件下での冷房性能を従来装
置と対比して示すグラフで、実線は本発明装置、破線は
従来装置の場合をそれぞれ示している。従来装置では圧
縮機の容量制御用圧力制御点の下限値は蒸発器の凍結を
考慮すると限界があったが、本発明装置では蒸発器の出
口側空気温度を一定に制御することで必要な冷房能力が
得られる制御点に設定できるようにしている。この設定
値の相違に基づく冷房性能の相違および流量制御弁の動
作状態が図示されている。

第１０図は蒸発器２７の入口側空気温度Ｔと出口側温度
Ｔ　ａｗａｙの関係を同じ〈従来装置と対比して示すグ
ラフである。従来装置の場合は破線で示すように蒸発器
に吸入される入口側空気の温度が低下すると、出口側空
気温度も低下するが、本発明装置では出口側空気温度を
制御しているため実線で示すように一定となり、全ての
領域で凍結が生じないことを示している。

第１１図は、空気負荷条件が高負荷、中負荷。

低負荷の各場合における蒸発器入口空気温度ＴＲ。

蒸発器出口側空気温度Ｔ　＠Ｗｅ、圧縮機入ロ圧力Ｐｓ
の時間変化特性を従来装置と対比して示すグラフで、破
線は従来装置、実線は本発明装置の場合をそれぞれ示し
ている。これらのグラフより本発明の空調装置において
は負荷条件によって制御弁の設定値が修正され、蒸発器
出口側空気温が適正に維持されかつ圧１機の容量が従来
装置に比べ減少するため省力化が図れることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の車両用空調装置の実施例を示すブロッ
ク図、第２図は第１図の制御器の構成を示すブロック図
、第３図（ａ）および（ｂ）は第１図の空調装置の動作
を示すフローチャート、第４図は熱負荷補正による設定
値Ｔ　ｍ　＊　ｔの計算方法を示すグラフ、第５図は本
発明の空調装置における蒸発器の出口側空気温度の変化
率による流量制御弁の最大稼動率Ｄ０の計算方法を示す
グラフ、第６図は同じく流量制御弁の稼動率Ｄ１の計算
方法を示すグラフ、第７図は同じく流量制御弁の温度設
定値と稼動率の関係を示す図、第８図は同じく圧縮機の
起動吐出圧力および駆動トルクの時間変化を従来装置と
対比して示すグラフ、第９図は本発明の空調装置の高負
荷高速走行時における冷房性能を示す、圧縮機入口圧力
、蒸発器出口空気温度の時間変化を従来装置と対比して
示すグラフ、第１０図は本発明空調装置における蒸発器
吸入空気温と蒸発器出口空気温との関係を従来装置と対
比して示すグラフ、第１１図は本発明空調装置における
蒸発器入口空気温、蒸発器出口空気温、圧縮機入口圧力
の異なる空気負荷条件即ち高負荷条件、中負荷条件およ
び低化条件下での時間変化を従来装置と対比して示すグ
ラフである。 ２１・・・可変容量式圧縮機、２４・・・凝縮機、２５
・・・レシーバ・ドライヤ、２６・・・膨張弁、２７・
・・蒸発器、３０・・・流量制御弁、３１・・・弁制御
器、３５・・・エンジン、３７・・・ラジェタ、３８・
・・ヒータ、４０・・・通風路、４７．４８・・・温度
センサ、５ｏ・・・電気回路。 第１図 第２図 第３図（ｂ） 第９図 第１１図 ２分） 手続補正書（自制 昭和６３年１月７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧縮機の入口圧力を一定に制御するようにシリンダ
   の容積を可変とする可変容量圧縮機と、この圧縮機によ
   り圧縮された冷媒が供給されこれを凝縮する凝縮器と、
   この凝縮器により凝縮された冷媒が供給される膨張機構
   と、この膨張機構を介して供給された冷媒を蒸発させる
   蒸発器と、この蒸発器の出口と前記圧縮機の入口間を連
   結する冷媒流路内に設けられ、前記蒸発器出口の冷媒温
   度または圧力あるいは前記蒸発器出口側空気温度あるい
   は前記蒸発器フィン表面温度に応じて動作する流量制御
   弁とを備えた車輌用空調装置。 ２）特許請求の範囲第１項において、外気温を検知し車
   内温度調節器と連動させて前記制御弁の設定値を熱負荷
   に応じて補正を行ない、前記流量制御弁の設定値を可変
   としたことを特徴とする車輌用空調装置。 ３）特許請求の範囲第１項において、起動時所定時間前
   記流量制御弁を強制的に閉じることにより、圧縮機の容
   量が最少の状態から圧縮機が起動可能としたことを特徴
   とする車輌用空調装置。 ４）特許請求の範囲第１項において、前記蒸発器出口の
   冷媒温度または圧力あるいは前記蒸発器出口側空気温度
   あるいは前記蒸発器フィン表面温度の変化率に応じて前
   記制御弁の稼動率を補正し、制御を行なうことを特徴と
   する車輌用空調装置。