JPH0198858A - 冷凍サイクルの制御装置 - 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） この発明は冷凍サイクルの制御装置に関するものである
。

〈従来の技術〉 従来、自動車用空調装置において、冷凍サイクルはその
冷媒がエンジンにて駆動される圧縮機。

凝縮器、レシーバ（受液器）、電気式膨張弁２Ｍ発器と
流れるとともに、蒸発器出口の冷媒の過熱度を検出しそ
の過熱度が予め設定した目標過熱度になるように電気式
膨張弁の開度をＰＩＤ制御等にて制御している。さらに
、固自ｖＪ車用空調装置においては、蒸発器のフロスト
を防止するために蒸発器内の冷媒の蒸発温度を検出し所
定の温度以下になると圧縮機のクラッチを切り（断状態
にし）圧縮機の駆動を停止するとともに所定の温度以上
になるとそのクラッチをつなぎ（接状態にし）圧縮機の
駆動を再開するようになっていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、圧縮機のクラッチの接動作による圧縮機の起動
時には、第７図に示すように、目標過熱度Ｓ　＋−＋　
Ｏに対する過熱度Ｓ　Ｈの偏差（変動）が大きく、第７
図中Ｐ１で示す領域において液が混入した冷媒蒸気を圧
縮機が吸込む、いわゆる液バツクが発生する。この冷媒
の液バツクの発生によって、蒸発器の冷媒の出口圧力が
上昇しクールダウン性能が悪化したり、圧縮機が液圧縮
を行い耐久性に問題が生じていた。

（発明の目的） この発明の目的は上記問題点を解消し、圧縮機の起動時
の冷媒の液バツクに起因するクールダウン性能の悪化を
防止できるとともに圧縮機の液圧縮に伴う耐久性の低下
を防止できる冷凍サイクルの制御装置を提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段） この発明は上記目的を達成すべく、エンジンとクラッチ
を介して接続され、エンジンにて駆動される圧縮機と、
前記圧縮機にて圧縮されたカス冷ｉｔ凝縮する凝縮器と
、前記凝縮器にて凝縮された液冷媒を減圧膨張するとと
もに弁開度を電気的に制御する電気式膨張弁と、前記電
気式膨張弁を通過した冷媒を蒸発させ、その冷媒が前記
圧縮機に吸込まれる蒸発器と、前記蒸発器出口の冷媒の
過熱度を検出する過熱度検出手段とを備え、前記過熱度
検出手段による過熱度が予め設定した目標過熱度となる
ように前記電気式膨張弁の開度を制御す、るようにした
冷凍り、イクルにおいて、前記クラッチを断接動作する
クラッチ制御手段と、冷凍サイクルの運転状態を検出す
る運転状態検出手段と、前記クラッチ制御手段にて前記
クラッチの接動作が行なわれることにより圧縮機が起動
した（炎、前記運転状態検出手段により冷凍サイクルが
所定の運転状態になるまで前記目標過熱度として通常運
転時の目標過熱度よりも大きな起動時の目標過熱度を設
定する目標過熱度設定手段とを備えた冷凍サイクルの制
御装置をその要旨とするものである。

（作用） 目標過熱度設定手段はクラッチ制御手段にてクラッチの
接動作が行なわれることにより圧縮機が起動した後、運
転状態検出手段により冷凍（ノイクルが所定の運転状態
になるまで目標過熱度として通常運転時の目標過熱度よ
りも大きな起動時の目標過熱度を設定する。

その結果、圧縮機の起動の際には、過熱度が通常運転時
の目標過熱度よりも大きな起動時の目標過熱度となるよ
うに電気式膨張弁の開度が制御されることとなり、その
通常運転時の目標過熱度よりも大きな起動時の目標過熱
度が設定されているので液バツクの発生が抑制される。

（実施例） 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。

第１図に示すように、冷凍サイクル中に配置される圧縮
機１は電磁クラッチ２を介してエンジン３からの駆動力
が伝達され、同圧縮機１が駆動されて同冷凍サイクル中
に冷媒を供給する。

凝縮器４にはエンジンクーリングファン５が備えられ、
前記圧縮機１から送られてきた高温高圧ガス状の冷媒を
冷却風によって液化する。凝縮器４で得られた液冷媒は
レシーバ６を通って電気式膨張弁７に送られる。この膨
張弁７は弁開度が電気的に制御される機構を有する膨張
弁である。詳しくは、第２図に示すように、冷媒流路８
の細径部８ａにスプリング９で閉状態に弾支される弁部
材１０を電磁コイル１１の電磁力で移動させ、冷媒流路
８が開閉される。そして、この電磁コイル１１への出力
電圧のデュ、−ティ比を変えることにより冷媒流路８の
開閉比が変化して冷媒流量が調整される。つまり、電磁
コイル１１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７の弁開度を実質的に調整できるようになっ
ている。

電気式膨張弁７にて液冷媒は低温低圧の霧状になって、
次の蒸発器１２に流れ込む。蒸発器１２は空気通路１３
内に配設され、その近くにブロアモータ１４を配設させ
ている。このプロアモータ１４の駆動によって車室内又
は車室外の空気が蒸発器１２を通過する。このとき、蒸
発器１２に流れ込んだ霧状の冷媒は車室内又は車室外の
空気から熱を奪って蒸発し、ざらに加熱されガス状の冷
媒となり、前記圧縮機１に吸込まれる。

この蒸発器１２での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１５を介して車室内へ吹出される
。ヒータユニット１５にはエンジン冷却水を熱源とする
ヒータコア１６、このヒータコア１６を通過して加熱さ
れる温風とヒータコア１６のバイパス路１７を通過する
冷風の風口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１８等が内蔵されている。

前記蒸発器１２の冷媒の入口側には過熱度検出手段を構
成する第１の冷媒温センサ１９が設けられ、同センサ１
９は蒸発器入口側冷媒温度ＴＥを検出する。又、蒸発器
１２の冷媒の出口側には過熱度検出手段を構成する第２
の冷媒温センサ２０が設けられ、同センサ２０は蒸発器
出口側冷媒温度ＴＲを検出する。

過熱度検出手段、クラッチ制陣手段、運転状態状態検出
手段及び目標過熱度設定手段としての制御回路２１は前
記第１及び第２の冷媒温センサ１９．２０から検出信号
を入力する入力回路２２と、この入力回路２２からの入
力信号に基づいて所定の演算処理を行なうマイクロコン
ピュータ２３と、このマイクロコンピュータ２３の出力
信号に基づいて前記電磁クラッチ２及び電気式膨張弁７
への通電を制御する出力回路２４とを有している。入力
回路２２はアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器等を内蔵しており、又、出力回路２４は負荷を
駆動するリレー回路等を内蔵している。

前記マイクロコンピュータ２３は中央処理装置（以下、
ＣＰＵという）２５、読み出し専用のメモリ（ＲＯＭ＞
２６、読み出し及び書き替え可能なメモリ（ＲＡＭ＞２
７、クロック回路２８等を備えており、これらＣＰＵ２
５．ＲＯＭ２６、ＲＡＭ２７及びクロック回路２８はパ
スラインを介して互いに接続されている。ＲＯＭ２６に
は制御プログラムが内蔵され、ＣＰＵ２５はこの制御プ
ログラムに基づいて各種演算処理を実行する。ＲＡＭ２
７は入力回路２２からの各デジタル信号を受けて一時的
に記憶し、これら各信号をＣＰＵ２５に選択的に付与す
る。クロック回路２８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出力しこれに基づいてＣＰＵ
２５の所定の制御プログラムの実行を許容する。

ＣＰＵ２５は前記第１及び第２の冷媒温センサ１９．２
０から信号を入力して、蒸発器入口側冷媒温度ＴＥ及び
蒸発器出口側冷媒温度ＴＲを検知する。又、ＣＰＵ２５
は出力回路２４を介して電気式膨張弁７の電磁コイル１
１に駆動信号を出力し、その弁開度（デユーティ比＞Ｄ
Ｔを調整するようになっている。

そして、ＣＰＬＩ２５は冷媒温センサ１９，２０で検出
された冷媒温度ＴＥ、ＴＲによって与えられる蒸発器１
２の入口と出口の間の冷媒温度差が目標とする温度差、
即ち、過熱度ＳＨ（−ＴＲ−ＴＥ＞が目標の過熱度ＳＨ
Ｏに一致するように電気式膨張弁７の弁開度ＤＴを制御
し、この状態において熱負荷が減少すると負荷に対応さ
せて弁開度ＤＴを絞るように制御する。

本実施例では、この弁の開度制御はＰＩＤ制御が採用さ
れている。即ち、入力としての目標の過熱度ＳＨＯと実
際の過熱度ＳＨとの偏差ｅｎに対し出力としての弁開度
ＤＴｎを次式にて演算するものである。

ＤＴｏ＝ 十Ｔｄ　　（ｅｎ−２・ｅｎ−１＋ｅｎ−２））・・・
（１） ただ！／、ＤＴ、１は前回の弁開度、ｅ、−１、ｅ、−
２は前回、前々回の目標の過熱度ＳＨＯと実際の過熱度
ＳＨとの偏差、Ｋ、、Ｔｄ、Ｔｉは制御定数である。

又、ＣＰＵ２５は出力回路２４を介して前記電磁クラッ
チ２に制御信号を出力し、同クラッチ２をオンオフ（断
接）制御するようになっている。

即ち、前記冷ｒｓ温センサ１９で検出された蒸発器入口
側冷媒温度ＴＥが所定の温度ＴＥ’ｌ以下か、又、所定
の温度ＴＥ２以上かを判断し、冷媒温度ＴＥ１以下のと
きにはクラッチ２をオフする（切る）とともに所定の温
度ＴＥ２以上のときにはクラッチ２をオンする（つなぐ
）ようになっている。

次に、このように構成した冷凍サイクルの制御装置の作
用を第３図に基づいて説明する。

ＣＰＵ２５は図示しないイグニッションスイッチがオン
操作されるとともに（ステップ１）、図示しないエアコ
ンスイッチがオン操作されたと判断すると（ステップ２
）、蒸発器入口側冷媒温度ＴＥ及び蒸発器出口側冷媒温
度ＴＲを検出する（ステップ３）。そして、ＣＰＵ２５
は蒸発器入口側冷媒温度ＴＥと予め設定されているフロ
スト防止のための蒸発器入口側冷媒温度ＴＥ２と比較し
くステップ４）、冷媒温度ＴＥが冷媒温度ＴＥ２以上の
とき（ＴＥ＞ＴＥ２＞にはクラッチ２をオン（つなぐ）
にしくステップ５）、又、冷ｒＩＸ温度ＴＥが冷媒温度
ＴＥ２以下のとき（ＴＥ≦ＴＥ２）には前記ステップ３
に戻る。

ＣＰＵ２５は前記ステップ５においてクラッチ２をつな
いだ復、タイマ動作を開始しくステップ６）、その計時
時間Ｔが予め定めた時間ｔ１までは目標過熱度Ｓ　ＨＯ
として５ＨＯＩを設定しくステップ７．８）、計時時間
Ｔが予め定めた時間ｔ２（＞ｔｌ）以接は目標過熱度Ｓ
ＨＯとして５Ｈ０２（＜５ＨＯＩ　）を設定しくステッ
プ８，９゜１０）、その計時時間Ｔがｔｌからｔ２の間
は目標過熱度ＳＨＯとして５ＨＯ１から５ＨＯ２に移行
する値を設定する（ステップ８，９．１１＞。

即ち、第４図に示すように圧縮機１の起動後ｔ１までは
時間ｔ２以後の通常運転時の目標過熱度Ｓ　ＨＯ２に対
しその値が大きな目標過熱度５ＨＯ１を設定し、時間ｔ
１から時間ｔ２までは起動時の目標過熱度５ＨＯＩから
通常運転時の目標過熱度５ＨＯ２に移行する値を設定す
る。本実施例ではｔｌから１２までの目標過熱度は５Ｈ
ＯＩからＳ　ＨＯ２に直線的に（−次間数的に）移行さ
せている。

その後、ＣＰＵ２５は蒸発器出口冷媒温度ＴＲから蒸発
器入口冷媒温度ＴＥを減算して過熱度５Ｈ（＝ＴＲ−Ｔ
Ｅ）を算出するとともに、その過熱度ＳＨから目標の過
熱度ＳＨＯを減算し両値の偏差ｅｎ　　（＝ＳＨ−３Ｈ
Ｏ＞を求める（ステップ１２）。そして、ＣＰＵ２５は
上式（１〉により弁開度ＤＴｎを演算する（ステップ１
３）。ＣＰＵ２５はその求めた弁開度ＤＴｎを出力し、
その弁開度ＤＴｎすべく電気式膨張弁７の開度を制御す
る（ステップ１４）。

ＣＰＵ２５は蒸発器入口側冷媒温度ＴＥと予め設定され
ているフロスト防止のための蒸発器入口側冷媒温度ＴＥ
Ｉと比較しくステップ１５）、冷媒温ｒ５！ＴＥが冷媒
温度ＴＥ１以上のとぎ（ＴＥ≧ＴＥＩ＞には前記ステッ
プ１に戻る。

このステップ１〜１５の繰返しにより蒸発器１２の過熱
度は第５図のように推移する。即ち、圧縮機１の起動後
ｔ１までは目標過熱度５ＨＯＩを、時間ｔ１から時間ｔ
２までは目標過熱度５ＨＯＩと５ＨＯ２の間の値を、時
間ｔ２以後は通常運転時の目標過熱度５ＨＯ２を目標値
としてＰＩＤ制御が行なわれ、その各目標過熱度ＳＨＯ
を挟んで過熱度ＳＨが変動する。従って、通常運転時の
目標過熱度５ＨＯ２に対しその値が大きな目標過熱度Ｓ
ＨＯが設定されていることにより、従来での常時一定の
目標過熱度５ＨＯ２を設定した場合には目標過熱度Ｓ　
ＨＯ２を挟んで過熱度ＳＨが変動することにより蒸発器
１２の圧力が上昇しく前記第７図中、領域Ｐｉ）冷媒の
液バツクが発生していたが、第５図に示すようにその各
目標過熱度ＳＨＯを挟んでの過熱度ＳＨの変動による蒸
発器１２の圧力が上昇がなく圧縮機１への冷媒の液バツ
クがない。

又、ＣＰＵ２５は前記ステップ１５において冷媒温度Ｔ
Ｅが冷媒温度Ｔ２１以下のとき（ＴＥ＜ＴＥｌ）にはク
ラッチ２をオフ（切り）にしたのら（ステップ１６）、
前記ステップ１に戻る。ざらに、エンジン駆動に伴う空
調装置の使用中にイグニッションスイッチが切られるか
、又は、エアコンスイツヂが切られると、ＣＰＵ２５は
前記ステップ１，２の判断処理にてクラッチ２をオフし
く切り）　（ステップ１７）、ステップ１に戻る。

このように本実施例においては、圧縮機１の起動後所定
の時間が経過したときまでは、目標過熱度ＳＨＯを通常
運転時の目標過熱度５ＨＯ２より大きな値を設定したの
で、その偏差が大きくなり過熱度がゼロになることがな
く液バツクの発生を抑制することができる。従って、圧
縮機の起動時の冷媒の液バツクに起因するクールダウン
性能の悪化が防止できるとともに圧縮機の液圧縮に伴う
耐久性の低下を防止できることとなる。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものでなく、例
えば上記実施例では圧縮機２の起動後の時間を１時する
ことにより冷凍サイクルの運転状態を検知し、その時間
が所定時間ｔ２になると通常運転時の目標過熱度５ｔ−
（０２への変更を行なっていたが、起動直接には起動時
目標過勢度５ＨＯ１を設定しその５ＨＯＩに対する偏差
がプラスからマイナスに、マイナスからプラスに変化し
た回数をカウントしそのカウント値が予め定めた値にな
ったとき目標過熱度ＳＨＯの設定値の変更を行なっでも
よい。即ち、第５図に示す目標過熱度ＳＨＯを挟んでの
偏差の変動における過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨＯを通
過する回数（通過点を第５図中、Ｄｉ、Ｄ２．Ｄ３で示
す）をカウントすることにより運転状態（冷凍サイクル
の負荷状態）を検知し、そのカウント値が所定の値にな
ったときに（第５図中、Ｄ３になったときに）通常運転
時の目標過熱度５ＨＯ２への移行を開始してもよい。

ざらに、この起動時の目標過熱度５ＨＯＩに対する過熱
度の偏差ｅｎの符号変化回数（前記Ｄ１゜Ｄ２．Ｄ３）
が所定の回数になったときに前記第３図におけるステッ
プ６のタイマ動作を開始させて同第３図と同様の処理を
実行してもよい。即ち、第６図に示すようにステップ１
８．１９にて起動時の目標過熱度５ＨＯＩに対する偏差
ｅｎの符号変化数Ｄｎをカウントし設定値Ｎになったの
ちにタイマ動作を開始させてもよい。

又、上記実施例の蒸発器入口冷媒温度を検出する第１の
冷媒温センサ１９の代りに、圧力センサを蒸発器１２の
出口に設置して蒸発器出口の冷媒の過熱度を検出し同様
の膨張弁の制御を行なったり、可変容量圧縮機を使用し
た場合にも本発明を具体化できる。

さらに、本実施例ではフロスト防止のためにクラッチを
断接動作する場合について説明したが、他にも車両の加
速時のエンジン負荷を軽減するために加速状態を検出し
その加速時にクラッチを切る場合等についても同様に実
施することができる。

発明の効果 以上詳述したようにこの発明によれば、圧縮機の起動時
の冷媒の液バツクに起因するクールダウン性能の悪化が
防止できるとともに圧縮機の液圧縮に伴う耐久性の低下
を防止できる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した冷凍サイクルの制′ａ装
置を示す図、第２図は電気式膨張弁の断面図、第３図は
作用を説明するためのフローチャート図、第４図は目標
過熱度の設定値の推移を説明するための図、第５図は過
熱度の推移及び蒸発器の出口冷媒圧力の推移を示すタイ
ムチャート図、第６図は別例の冷凍サイクルの制御装置
の作用を説明するためのフローチャート図、第７図は従
来の方法による過熱度の推移及び蒸発器の出口冷媒圧力
の推移を示すタイムチャー１〜図でおる。 １は圧縮機、２は電磁クラッチ、３はエンジン、４は凝
縮器、７は電気式膨張弁、１２は蒸発器、１９は過熱度
検出手段を構成する第１の冷媒温センサ、２０は過熱度
検出手段を構成する第２の冷媒温セン１ノ”、２１は過
熱度検出手段、クラッヂ制御手段、運転状態状態検出手
段及び目標過熱度設定手段としての制御回路。 特許出願人　　　　日本電装　　株式会社トヨタ自動車
　株式会社 代　理　人　　　　弁理士　　恩１）博宣笛１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．　エンジンとクラッチを介して接続され、エンジン
   にて駆動される圧縮機と、 前記圧縮機にて圧縮されたガス冷媒を凝縮する凝縮器と
   、 前記凝縮器にて凝縮された液冷媒を減圧膨張するととも
   に弁開度を電気的に制御する電気式膨張弁と、 前記電気式膨張弁を通過した冷媒を蒸発させ、その冷媒
   が前記圧縮機に吸込まれる蒸発器と、前記蒸発器出口の
   冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段と を備え、前記過熱度検出手段による過熱度が予め設定し
   た目標過熱度となるように前記電気式膨張弁の開度を制
   御するようにした冷凍サイクルにおいて、 前記クラッチを断接動作するクラッチ制御手段と、 冷凍サイクルの運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 前記クラッチ制御手段にて前記クラッチの接動作が行な
   われることにより圧縮機が起動した後、前記運転状態検
   出手段により冷凍サイクルが所定の運転状態になるまで
   前記目標過熱度として通常運転時の目標過熱度よりも大
   きな起動時の目標過熱度を設定する目標過熱度設定手段
   と を備えたことを特徴とする冷凍サイクルの制御装置。
2. ２．　過熱度が予め設定した目標過熱度となるための電
   気式膨張弁の開度制御はＰＩＤ制御であり、運転状態検
   出手段は圧縮機起動後の時間を計時するものである特許
   請求の範囲第１項記載の冷凍サイクルの制御装置。
3. ３．　過熱度が予め設定した目標過熱度となるための電
   気式膨張弁の開度制御はＰＩＤ制御であり、運転状態検
   出手段は圧縮機起動後の目標過熱度と検出した過熱度と
   の偏差の符号が変化する回数を計数するものである特許
   請求の範囲第１項記載の冷凍サイクルの制御装置。