JPH01222164A - 冷凍サイクル制御装置 - 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、電気式膨張弁を備えた冷凍サイクル制御装置
に関し、例えば自動車の空調装置に適用されるものであ
る。

〔従来の技術〕

この種の冷凍サイクル制御装置として、例えば特開昭５
５−１１０８６６号公報に開示されているものがある。

この装置は圧縮機の回転状態につながる圧縮機駆動用モ
ータの電源電圧変動を検出し、それに応じて電気式膨張
弁の弁開度を制御することによりモータの高効率化を可
能とするものである。

又、実公昭６１−３０１２７号公報には圧縮機の回転数
に略比例するように電気式膨張弁の弁開度を設定し、そ
の弁開度を過熱度（ＳＨ）制御のもとて補正制御するこ
とにより、圧縮機の能力変化に対し冷凍サイクルの応答
性を向上させるようにした技術が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、冷凍サイクル装置においては、圧縮機の吐出
冷媒温度が異常高温度になると圧縮機のホース等の耐久
性を低下させるといったような種々の弊害があり、この
吐出冷媒温度は異常高温度に上昇しないようにする必要
がある。

しかしながら、上述した従来技術において、まず前者の
ものでは、単にモータの電源電圧を検出して弁開度を制
御しているだけであるので、冷房負荷の変動に対して液
戻り（リキッドバック）を生じたり、過熱度が過大とな
ることがあり、吐出冷媒温度を低下させるのには有効で
はない。又、後者のものでは、定常時には高回転域にお
いても過熱度制御を行うものであり、その場合、吐出冷
媒温度低下にはつながらない。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであ
って、圧縮機の回転数が高回転の時においても、圧縮機
の吐出冷媒温度の上昇を効果的に抑制し得る冷凍サイク
ル制御装置を提供することを課題としている。

〔課題を解決するための手段〕

圧縮機の吐出冷媒温度を低下させるためには、■吐出圧
力を低下させる方法と、■吐出冷媒の過熱度を低下させ
る方法の二通りが考えられるが、本発明はその内の■に
ついて着目したものであり、上記課題を達成するために
、第６図に示すように冷媒を圧縮する圧縮機Ｍ１と、 該凝縮器Ｍ２により凝縮された前記冷媒を膨張させ減圧
させるものであって、その弁開度が電気的に制御され可
変である電気式膨張弁Ｍ３と、該電気式膨張弁Ｍ３によ
り減圧された前記冷媒を蒸発させ前記圧縮機Ｍ１に戻す
蒸発器Ｍ４と、前記圧縮機Ｍ１の回転に相当する値を検
出する回転数検出手段Ｍ５と、 前記蒸発器Ｍ４における冷媒の過熱度を検出す目標とす
る過熱度になるように前記電気式膨張弁Ｍ３の前記弁開
度を制御する第１の制御手段Ｍ７と、 前記圧縮機Ｍ１の回転数に相当する値に応じて前記目標
とする過熱度を設定する目標過熱度設定手段Ｍ８と、 を備えることを特徴とする冷凍サイクル制御装置を採用
する。

又、望ましくは、前記目標過熱度設定手段Ｍ８は前記圧
縮機Ｍ１の回転数に相当する値が大きくなる程、前記目
標とする過熱度を低く設定する特性を有するものであり
、さらに前記圧縮機Ｍ１の回転数に相当する値が第１の
所定値より小さい状態のときには前記目標とする過熱度
を一定値に設定するものとすることができる。

又、自動車用の冷凍サイクル制御装置として好適に使用
することができ、その場合には、前記回転数検出手段Ｍ
５は前記自動車のエンジンの回転数を検出する回転数セ
ンサを用いるとよい。

又、前記第１の制御手段Ｍ７は、前記圧縮機Ｍ１の回転
数に相当する値が第２の所定値以下の状態のときに過熱
度が目標とする過熱度に等しくなるように前記弁開度の
制御を行うようにすることができ、その場合、さらに前
記圧縮機Ｍ１の回転数に相当する値が第２の所定値より
大きい状態のときには該圧縮機Ｍ１の回転数に相当する
値が大きくなる程、前記電気式膨張弁３の前記弁開度を
開くように制御する第２の制御手段を備えるようにする
とよい。

［作用］ 本発明によると、圧縮機の回転数に応じて圧縮機の吸入
冷媒の過熱度が低下するようになり、延いては圧縮機の
吐出冷媒の過熱度が低下するようになるのでその吐出冷
媒温度が低下するように作用する。

〔実施例］ 以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は本発明を自動車空調用冷凍サイクルに適用した
実施例を示すものであって、１０はコンプレッサ（圧縮
機）で、電磁クラッチ１１を介して自動車エンジン１２
により駆動される。

コンプレッサ１０の吐出側には凝縮器１３が接続されて
おり、この凝縮器１３はコンプレッサ１０から吐出され
たガス冷媒を冷却用ファン１４によって送風される冷却
空気により冷却して凝縮する。冷却ファン１４はモータ
１４ａにより駆動される。

凝縮器１３の下流側には、液冷媒を溜めるレシーバ１５
を介して電気式膨張弁１６が接続されている。この膨張
弁１６は後述するようにその弁開度が電気的に制御され
るものであって、レシーバ１５からの液冷媒を減圧膨張
させる。

電気式膨張弁１６の下流側には蒸発器１７が接続されて
おり、この蒸発器１７は膨張弁１６を通過した気液２相
冷媒と送風ファン１８によって送風される車室内又は車
室外空気とを熱交換して液冷媒を蒸発させる。冷媒の蒸
発潜熱により冷却された冷風は、ヒータユニット２４を
介して車室内へ吹出す。ヒータユニット２４には、周知
のごとくエンジン冷却水を熱源とするヒータコア２４１
、このヒータコア２４１を通過して加熱される温風とヒ
ータコア２４１のバイパス路２４２を通過する冷風の風
量割合を調節して車室内への吹出空気温度を調節する温
度制御ダンパ２４３等が内蔵されている。蒸発器１７の
下流側はコンプレッサ１０の吸入側に接続されている。

１９はエンジン１２に取り付けられ、エンジン回転数Ｎ
Ｅｎを検出する回転数センサで、例えばエンジン１２の
燃料噴射制御（ＥＦＩ）に使用される電磁ピックアップ
等から成るセンサをそのまま用いることができる。そし
て、電磁クラッチ１１によりエンジン１２とコンプレッ
サ１０とが係合されると、この回転数センサ１９を用い
てエンジン回転数ＮＥ、を検出することにより、実質的
にコンプレッサ１０の回転数に相当する値を検出したこ
とになる。

２０は蒸発器１７の出口配管部に設置され、蒸発器出口
側の冷媒圧力Ｐ０を検出する圧力センサである。

２１は蒸発器１７の出口配管部に設置され、蒸発器出口
側の冷媒温度Ｔつを検出する冷媒温センサで、サーミス
タよりなる。この冷媒温センサ２１は出口配管内に設置
して冷媒温度を直接検出する方式と、出口配管の表面に
密着固定するとともに、断熱材でセンサ取付部を被覆し
て配管表面温度を検出する方式のいずれでもよいが、実
用上は検出温度の精度の面から前者の方式が有利である
。

２２は制御回路で、上記各センサ１９，２０゜２１の検
出信号が入力される入力回路２２ａと、この入力回路２
２ａからの入力信号に基づいて所定の演算処理を行うマ
イクロコンピュータ２２ｂと、このマイクロコンピュー
タ２２ｂの出力信号に基づいて電磁クラッチ１１、電気
式膨張弁１６への通電を制御する出力回路２２ｃとを有
している。

入力回路２２ａはアナログ信号をディジタル信号に変換
するＡ−Ｄ変換器等を内蔵しており、また出力回路２２
ｃは、負荷を駆動するリレー回路等を内蔵している。

一方、マイクロコンピュータ２２ｂは、単一チップのＬ
ＳＩからなるディジタルコンピュータにより形成されて
おり、このマイクロコンピュータ２２ｂは定電圧回路（
図示しない）から定電圧を受けて作動準備完了状態にお
かれる。この場合、前記定電圧回路は自動車エンジン１
２のイグニッションスイッチ（図示しない）の閉成に応
答して車載の直流電源（バッテリ）から直流電源を受け
て前記定電圧を生じる。マイクロコンピュータ２２ｂは
、中央処理装置（以下ＣＰＵと称する）、メモリ（ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ）　、クロック回路等を備えており、これら
ＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、クロック回路はパ
スラインを介して互いに接続されている。マイクロコン
ピュータ２２ｂのメモリ（ＲＡＭ）は入力回路２２ａか
らの各ディジタル信号を受けて一時的に記憶し、これら
各信号をＣＰＵに選択的に付与する。マイクロコンピュ
ータ２２ｂのクロック回路は、水晶発振器と協働して所
定周波数を有するクロック信号を発生し、これに基づい
てマイクロコンピュータ２２ｂにおける所定の制御プロ
グラムの実行を許容する。

マイクロコンピュータ２２ｂのメモリ（ＲＯＭ）内には
、後述するような演算処理をマイクロコンピュータ２２
ｂ内にて実行するために前記所定の制御プログラムが予
め記憶されている。

第３図は電気式膨張弁１６の具体的構造を例示するもの
であって、１６０はベース部材で、その一端側にレシー
バ１５につながる冷媒入口通路１６１を有し、他端側に
蒸発器１７につながる冷媒出口通路１６２を有している
。１６３は非磁性体からなる円筒状部材で、冷媒を減圧
膨張させる２つの弁孔１６３ａ、１６３ｂを対称位置に
開口している。１６４は円筒部材１６３の内周に摺動自
在に挿入された磁性体製のプランジャであり、励磁コイ
ル１６６に通電しない状態ではコイルスプリング１６５
により押圧されて最下端の位置にあって、２つの弁孔１
６３ａ、１６３ｂをプランジャ１６４の側面により全閉
している。

１６７はプランジャ１６４に対向設置された固定磁極部
材で、円筒状ヨーク１６８の上端に固定されている。１
６９は上記部材１６４，１６７゜１６８とともに励磁コ
イル１６６の磁気回路を構成する磁性端板である。励磁
コイル１６６に通電すると、プランジャ１６４と固定磁
極部材１６７との間に磁気吸引力が生じ、プランジャ１
６４はコイルスプリング１６５のばね力に抗して固定磁
極部材１６７に吸着され、弁孔１６３ａ、１６３ｂをプ
ランジャ外周のリング状溝１６４ａにより全開する。従
って、励磁コイル１６６にパルス波形の電圧を印加する
ことによりプランジャ１６４が連続的に往復動じて、弁
孔１６３ａ、１６３ｂの開閉を連続的に繰返す。そして
、励磁コイル１６６へのパルス波形入力電圧のデユーテ
ィ比ＤＴ。

（所定周期におけるオン−オフの比率）を変えることに
より、弁孔１６３ａ、１６３ｂの開閉比率が変化して、
冷媒流量を調節できる。つまり、励磁コイル１６６への
入力電圧のデユーティ比を変えることにより、膨張弁１
６の弁開度を実質的に調節できる。

なお、本例では、電気式膨張弁１６として上記のごとく
プランジャ１６４が連続的に往復動じて、弁孔１６３ａ
、１６３ｂの開閉を連続的に繰返すデユーティ制御のも
のについて説明したが、プランジャ１６４の変位量をサ
ーボモータ等により連続的に変え、それにより弁開度を
調節するリニア制御のものでも使用できる。

第４図及び第５図は制御回路２２が行う演算処理を示す
フローチャートであり、このフローチャートはマイクロ
コンピュータ２２ｂのメモリ（ＲＯＭ）内に書き込まれ
た制御プログラムの概要を表している。

制御回路２２において、まず図示しない空調装置（Ａ／
Ｃ）のスイッチ状態が検出され（ステップ４００）、こ
のスイッチの状態がＯＮであれば制御プログラムの実行
に移る。制御プログラムが実行されると初期条件の設定
が行われ、本実施例の場合、サンプリングタイムθ、Ｐ
ＩＤ制御の比例ゲインＫｐ、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔ
ｄ　、起動時の弁開度ＤＴＯ１第１設定回転数ＮＥ、　
、第２設定回転数ＮＢ、、および係数Ｋ　ｎｅにそれぞ
れθ＝２．に一＝０．００５．Ｔｔ　＝４０．Ｔｄ＝Ｏ
。

ＤＴＯ＝１　（全開）、ＮＥ、＝１０００．ＮＥ、＝３
５００、およびＫｆｉｃ＝０．１５／１０００が代入さ
れる（ステップ４０１）。又、電磁クラッチ１１がＯＮ
状態とされると共に（ステ、ツブ４０２）、各センサ１
９，２０．２１からの検出信号ＮＥｆｉ（エンジン回転
数）、Ｐｔ（冷媒圧力）、Ｔｔ（冷媒温度）が取り込ま
れる（ステップ４０３）。次に、現実のエンジン回転数
ＮＥ、と、メモリ（ＲＯＭ）内に記憶された第２の設定
回転数ＮＥ、とを比較しくステップ４０４）　、ＮＥ、
＞ＮＥｔと判断されるとステップ４１２へ進み、ＮＥ、
≦ＮＥ。

と判断されるとステップ４０５へ進ム。

ステップ４０５では、冷媒圧力Ｐ、における飽和温度Ｔ
、が演算される。その後、冷媒温度ＴＩＩと飽和温度Ｔ
３との差、即ち過熱度ＳＨ（スーパーヒート）を演算す
る（ステップ４０６）。又、エンジン回転数ＮＥｆｉに
応じて第２図から目標過熱度ＳＨＯを得る（ステップ４
０７）。この第２図はエンジン回転数ＮＥ、と目標過熱
度ＳＨＯとの関係を表す設定パターンを有する２次元マ
ツプであり、この内容はメモリ（ＲＯＭ）内に予め記憶
されている。そして、その設定パターンはエンジン回転
数ＮＥ、が第１設定回転数Ｎ　Ｅ　ｒより低い範囲では
通常の過熱度制御を行うべく一定値（例えば１０℃）に
設定されており、エンジン回転数ＮＥ、が第１設定回転
数ＮＥ、以上で第２設定回転数Ｎ　Ｅ　ｚ以下の範囲内
では、エンジン回転数ＮＢ。

が高くなるにつれて目標過熱度ＳＨＯが徐々に小さくな
る特性を有する。尚、この第２図は後述する演算式から
求まるエンジン回転数ＮＥ、と電気式膨張弁１６の弁開
度との関係をも併せて示している。

次に、上述のようにして求めた実際の過熱度ＳＨおよび
目標過熱度ＳＨＯによりその偏差ｅｎを演算する（ステ
ップ４０８）、そして、この偏差ｅ、１を用いて、図に
示すＰＩＤ（比例積分微分）制御式から弁開度制御に使
用するデユーティ比ＤＴ。

を演算する（ステップ４０９）。その後、各変数の更新
を行い（ステップ４１０）、サンプリングタイムθを経
た後（ステップ４１１）、再びステップ４０３に移る。

ステップ４１２では回転数変化分ＤＮ、を今回のエンジ
ン回転数ＮＥ、と前回のエンジン回転数ＮＥ、、との偏
差から演算する。引続き、Ｋ　ｎ　ｃ　ＸＤＮ、により
回転数に対する弁開度の増分を計算し、その値を前回の
デユーティ比ＤＴ、、に加算して今回のデユーティ比Ｄ
Ｔ、を演算しくステップ４１３）、ステップ４１１へ移
る。

そして、以上のようにして演算したデユーティ比ＤＴｆ
ｉを用いて第５図に示す割込みルーチン５００により、
電気式膨張弁１６を駆動制御する（ステップ５０１）。

そこで本実施例によると、第２図に示すように、エンジ
ン回転数がＮＥ、％＜　Ｎ　Ｅ　＋の範囲内では目標過
熱度ＳＨＯが一定値に設定され、通常の過熱度制御が行
われる。又、ＮＥ、≦ＮＥ、≦Ｎ　Ｅ　ｔの範囲内では
エンジン回転数ＮＥｆｉが高くなると共に目標過熱度Ｓ
ＨＯが低下し、実際の過熱度がその目標過熱度になるよ
うに過熱度制御が行われる。

又、Ｎ　Ｅ　、　＞　Ｎ　Ｅ　ｚとなると過熱度制御は
停止され、エンジン回転数ＮＥ、が高くなると共に電気
式膨張弁１６の弁開度が開側へ制御される。従って、本
実施例によると、コンプレッサ１０の回転数が低い状態
の時（ＮＥ、＜ＮＥＩに相当）にはコンプレッサ１０の
吐出冷媒温度がそれ程上昇す′ることがないので、冷房
能力を最大にすべく通常の過熱度制御が行われる。コン
プレッサ１０の回転数がある程度高くなると（ＮＥ、≦
ＮＥ、、≦ＮＥ、に相当）、コンプレッサ１０の吐出冷
媒温度が上昇するようになるが、その回転数に応じて目
標過熱度５）（Ｏが低下するので、コンプレッサ１０の
吸入冷媒の過熱度が低下するようになり、延いてはコン
プレッサ１０の吐出冷媒の過熱度が低下するようになり
、吐出冷媒温度の上昇が抑制できる。又、過熱度はＯ″
Ｃより低くはならないので、コンプレッサ１０の回転数
がさらに高回転になった場合（ＮＥ、＞ＮＥ、に相当）
には、過熱度制御を停止し、電気式膨張弁１６の弁開度
を開側へ制御することにより、さらに吐出冷媒温度が低
下するように制御される。

又、本実施例ではコンプレッサ１０の回転数を検出する
のに、自動車の例えば燃料噴射制御等に通常使用される
エンジン１２の回転数センサ１９を用いているので、本
発明の制御を実施するのに従来の過熱度制御に必要な構
成に加えて新たな構成（センサ）を必要とせず、特に有
利である。

尚、本発明は上記実施例に限定されることな（その主旨
を逸脱しない限り例えば以下に示す如く種々変形可能で
ある。

■上記実施例では実際の過熱度ＳＨを蒸発器１７の出口
圧力Ｐ７および出口温度ＴＲにより検出しているが、例
えばコンプレッサ１０の吸入圧力および吸入冷媒温度に
より検出してもよく、又、蒸発器１７の入口冷媒温度お
よび出口冷媒温度により検出してもよい。

■フロスト防止制御を併せて行うために、蒸発器１７の
出口圧力、コンプレッサ１０の吸入圧力、蒸発器１７の
入口冷媒温度、あるいは蒸発器１７後の空気温度等のパ
ラメータを用いてコンプレッサ１０の容量を変えるか、
その電磁クラッチ１１をオン−オフ制御してもよい。

■上記実施例ではエンジン回転数がＮＥ、≦ＮＥ。

≦ＮＥ、の範囲内において、エンジン回転数ＮＥ、１が
高回転になる程、目標過熱度ＳＨＯが低くなるようにリ
ニアに制御しているが、その制御は段階的（ディジタル
的）に行ってもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によると圧縮機の回転数に相
当する値に応じて目標とする過熱度を設定しているので
、圧縮機の回転数が高回転のときにおいても、圧縮機の
吐出冷媒温度の上昇を効果的に抑制することができ、圧
縮機のホース等の耐久性を向上させることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を表す構成図、第２図
は第１図における実施例のエンジン回転数と目標過熱度
及び弁開度との関係図、第３図は電気式膨張弁の具体的
構造を示す断面図、第４図及び第５図は制御回路２２内
での演算を示すフローチャート、第６図は本発明の構成
図を表すブロック図である。 １０・・・コンプレッサ、１２・・・エンジン、１３・
・・凝縮器、１６・・・電気式膨張弁、１７・・・蒸発
器、１９・・・回転数センサ、２０・・・圧力センサ、
２１・・・冷媒温センサ、２２・・・制御回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷媒を圧縮する圧縮機と、 該圧縮機により圧縮された前記冷媒を凝縮する凝縮器と
   、 該凝縮器により凝縮された前記冷媒を膨張させ減圧させ
   るものであって、その弁開度が電気的に制御され可変で
   ある電気式膨張弁と、 該電気式膨張弁により減圧された前記冷媒を蒸発させ前
   記圧縮機に戻す蒸発器と、 前記圧縮機の回転数に相当する値を検出する回転数検出
   手段と、 前記蒸発器における冷媒の過熱度を検出する過熱度検出
   手段と、 前記過熱度検出手段により検出される過熱度が、目標と
   する過熱度になるように前記電気式膨張弁の前記弁開度
   を制御する第１の制御手段と、前記圧縮機の回転数に相
   当する値に応じて前記目標とする過熱度を設定する目標
   過熱度設定手段と、 を備えることを特徴とする冷凍サイクル制御装置。
2. （２）前記目標過熱度設定手段は、前記圧縮機の回転数
   に相当する値が大きくなる程、前記目標とする過熱度を
   低く設定する特性を有するものである請求項１記載の冷
   凍サイクル制御装置。
3. （３）前記目標過熱度設定手段は、前記圧縮機の回転数
   に相当する値が第１の所定値より小さい状態のときには
   前記目標とする過熱度を一定値に設定するものである請
   求項１、又は２記載の冷凍サイクル制御装置。
4. （４）前記冷凍サイクル制御装置は自動車用の冷凍サイ
   クル制御装置であって、前記回転数検出手段は前記自動
   車のエンジンの回転数を検出する回転数センサである請
   求項１乃至３のいずれかに記載の冷凍サイクル制御装置
   。
5. （５）前記第１の制御手段は、前記圧縮機の回転数に相
   当する値が第２の所定値以下の状態のときに前記過熱度
   が前記目標とする過熱度になるように前記弁開度の制御
   を行うものであり、さらに、前記圧縮機の回転数に相当
   する値が第２の所定値より大きい状態のときには該圧縮
   機の回転数に相当する値が大きくなる程、前記電気式膨
   張弁の前記弁開度を開くように制御する第２の制御手段
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
   記載の冷凍サイクル制御装置。