JPH0215782B2

JPH0215782B2 -

Info

Publication number: JPH0215782B2
Application number: JP56119505A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hasegawa; Hiroya Kono; Hisao Kobayashi
Original assignee: Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1981-07-29
Filing date: 1981-07-29
Publication date: 1990-04-13
Also published as: JPS5819639A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は負荷状況に応じて稼働容量を変えるこ
とができる特に車両空調用に好適な可変容量圧縮
機の運転制御方法に関するものである。

従来、車両用冷房装置における可変容量圧縮機
の運転制御方法として、ダクト内に配設されたエ
バポレータにより熱交換を終えて圧縮機に吸入さ
れる冷媒ガスの圧力すなわち吸入ガス圧力を圧力
センサにより検出し、運転時間の経過とともに前
記吸入ガス圧力が降下して設定値以下になると、
制御器から圧縮機の容量切換機構部へ容量ダウン
信号を出力するようにしたものがあつた。

（同一出願人による特開昭55−160187号）ところが、前述した制御方法には圧縮機の
ON・OFF制御まで行なわないため、除湿等冷房
負荷が小さくて小容量でも冷房能力が過剰のとき
は、ダンパを開いてヒータによる加熱量を多くし
て冷し過ぎを加熱するという余分な仕事をし、動
力損失が多くなるという欠陥があつた。

本発明の目的は冷房負荷が大きいときには吸入
ガス圧力、吸入ガス温度、吸入ガスの過熱度又は
吐出ガスの過熱度のいずれか一つが第一の設定値
になつたとき、圧縮機の容量切換えを大容量域で
行ない、冷房負荷が小さいときには、吸入ガス圧
力、吸入ガス温度、吸入ガスの過熱度、吐出ガス
の過熱度又はエバポレータの出口空気温度のいず
れか一つが前記第一の設定値より低い値である第
二の設定値になつたとき、圧縮機の容量制御を小
容量域で行なうことにより、圧縮機を効率のよい
状態で運転して動力損失を少くすることができる
冷房装置における可変容量圧縮機の運転制御方法
を提供することにある。

以下、本発明を車両空調用可変容量圧縮機の運
転制御方法に具体化した第一〜第四実施例を図面
について説明する。

まず、各実施例の制御方法に使用される車両用
冷房装置の概要を第１図について総括的に説明す
ると、図中１はエンジン、２はこのエンジン１に
より駆動される可変容量圧縮機であつて、この実
施例では稼働容量を50％と100％の二段階に切換
えることができる斜板式のものを使用している。
この圧縮機はフロント及びリヤ側の圧縮室と吐出
室とをつなぐ吐出口用の吐出弁のうち、リヤ側の
吐出弁をスプリングを介して常には開放位置に浮
上保持せしめるとともに、吐出弁の背面側に冷凍
サイクルの吐出圧を作用させることで同吐出弁を
正規の閉鎖位置に保持させるようにした容量切換
機構３を備えている。（例えば同一出願人による
特願昭55−151298号参照）この圧縮機以外に三段
階以上無段階に容量切換えを行なうことができる
各種圧縮機を用いてもよい。

前記圧縮機２の吐出フランジ４と吸入フランジ
５には、冷凍サイクルを構成するコンデンサ６、
レシーバ７、エキスパンシヨンバルブ８及びエバ
ポレータ９が直列に接続されている。

一方、ダクト１０内には、フアン１１、前記エ
バポレータ９、ダンパ１２及びエンジン１の冷却
水を利用したヒータ１３が順次配設され、前記ダ
ンパ１２を回動調節することによりダクト１０の
吹出口１４から吹き出される空気の温度を所望温
度に調節可能である。

前記エバポレータ９と吸入フランジ５を結ぶ管
路の途中には、圧縮機へ吸入されるガスの圧力及
び温度を検出する圧力センサ１５と温度センサ１
６が設けられている。これらの圧力、温度センサ
１５，１６と前記容量切換機構３との間には制御
器１７が接続されていて、本実施例ではこの制御
器１７の圧力比較判別回路（図示略）により予め
設定された設定圧力Ps₂（例えば0.5Kg／cm²）と前
記圧力センサ１５により検出された吸入ガス圧力
Psとを比較判別し、この吸入ガス圧力が前記設
定値Ps₂になつたとき、前記制御器１７の動作回
路（図示略）から前記容量切換機構３に対し容量
ダウン信号を出力し、反対に吸入ガス圧力Psが
前記設定値Ps₂よりも大きい設定値Ps₁（例えば３
Kg／cm²）になつたとき、容量切換機構３に対し容
量アツプ信号を出力するようにしている。

前記制御器１７と圧力センサ１５の関係と同様
に、前記温度センサ１６により検出された吸入ガ
ス温度Tsが制御器１７により予め設定された設
定温度Ts₂（例えば２℃）になると、同制御器か
ら容量ダウン信号が出力され、反対に前記設定値
Ts₂よりも高い設定値Ts₁（例えば10℃）になる
と、容量アツプ信号を出力するようにしている。

又、前記制御器１７には前記吸入ガス温度Ts
及び吸入ガス圧力Psによつて決定されるモリエ
ル（Ｐ−ｉ）線図における吸入状態点の過熱度
（スーパーヒート）が記憶されていて、この過熱
度Tshが設定過熱度Tsh₂（例えば５℃）以下の状
態が一定時間h₁続くと、制御器１７からクラツチ
OFF信号を出力し、前記設定値Tsh₂よりも高い
設定値Tsh₁（例えば15℃）以上の状態が一定時間
h₁続くと、制御器１７からクラツチON信号を出
力するようにしている。

前記吐出フランジ４とコンデンサ６を結ぶ管路
には、図示しないが吐出圧力Pd及び温度Tdを検
出する圧力センサ及び温度センサが設けられてい
る。前記制御器１７には前記吐出圧力Pd及び温
度Tdによつて決定されるモリエル線図における
吐出状態点の過熱度Tdhが記憶されていて、吸入
側と同様に過熱度Tdhが設定過熱度Tdh₂（例えば
10℃）以下の状態が一定時間h₁続くと、制御器１
７からクラツチOFF信号が出力され、前記設定
値Tdh₂よりも高い設定値（例えば40℃）以上の
状態が一定時間h₁続くと、制御器１７からクラツ
チON信号を出力するようにしている。

さらに、前記制御器１７は吸入ガスの過熱度
Tshが前記設定値Tsh₁よりも高い設定値Tsh₃（例
えば20℃）になると、ガス不足信号を出力し圧縮
機を停止するようにしている。

又、前記過熱度は吸入温度との相関関係が薄く
元々吐出容量の制御には向かない点があるが、そ
の値が高くなると圧縮機内には希薄なガスが多量
に吸入された状態となり、この圧縮機内における
各摺動部への冷媒ガスや潤滑油の供給量が少なく
なつて焼き付きが生じ易くなるとともに、吐出ガ
スの温度も非常に高くなる。従つて、この過熱度
を見ずに前記容量制御を行つた場合、上述した信
頼性に関わる不具合が出ても検知できないという
問題点がある。そこで、この過熱度を他の制御要
素、例えば吸入ガス圧力、吸入ガス温度等との組
み合わせることによつて容量可変の制御要素とし
て用い、前記信頼性の向上に役立てるようにして
いる。

一方、前記エバポレータ９とダンパ１２の間す
なわちエバポレータの出口には、そこを通過する
空気の温度（以下エバポレータの出口空気温度
Te又は単に出口温度Teという）を検出する温度
センサ１８が配設されている。そして、この温度
センサ１８により検出されたエバポレータの出口
空気温度Teが設定温度Te₂（例えば３℃）になつ
たとき、制御器１７からクラツチOFF信号を出
力し、前記設定値Te₂よりも高い別の設定値Te₁
（例えば６℃）になつたとき、クラツチON信号
を出力するようにしている。

次に、前記のように構成した車両空調用冷房装
置をもとに、本発明制御方法の第一実施例を第２
図について説明する。

この実施例は前記吸入ガス温度Tsと、吸入ガ
ス圧力Psとが予め定められた設定値になつたと
制御器１７により判断された場合を示しており、
具体的には冷房負荷が大きいときには、吸入ガス
温度Tsと設定値Ts₁、Ts₂によつて圧縮機を50％
と100％の容量で切換制御し、冷房負荷が小さい
ときには、吸入ガス圧力Psと設定値Ps₁、Ps₂に
よつて圧縮機を０％と50％の容量でON・OFF制
御するようにしている。

今、冷房装置の起動スイツチ（図示略）により
電磁クラツチがONされると、圧縮機は50％容量
で起動され、その後吐出圧が上昇して吐出弁が正
規の閉鎖位置に移動されると100％容量で駆動さ
れる。吐出フランジ４から吐出された圧縮冷媒ガ
スはコンデンサ６、レシーバ７及びエキスパンシ
ヨンバルブ８を経てエバポレータ９へと送られ、
ここでフアン１１により強制移送される空気によ
つて熱交換された後、吸入フランジ５から圧縮機
内に吸い込まれる。吸入ガス温度Ts及び圧力Ps
は、運転時間ｈの経過に従つて次第に低くなつて
いくが、クラツチがONされて圧縮機が100％稼
働されてからしばらくの間は、車室内の温度がま
だ高いため冷房負荷が大きく熱交換が効率的に行
なわれて温度Ts、圧力Psは急激に降下する。そ
の後、車室温度が低下し熱交換効率が低下してく
ると温度Ts、圧力Psの下降も緩かになつていき、
温度Tsが設定温度Ts₂になると、制御器１７から
容量ダウン信号が出力されて容量切換機構３が作
動され、圧縮機が100％から50％稼働に切換えら
れる。

こうして容量ダウンしても圧縮機の冷房能力が
やや大きい場合には、第２図実線で示すように吸
入ガス温度、圧力Ts、Psはともに下降していき、
圧力Psが設定圧力Ps₂になると、制御器１７から
クラツチOFF信号が出力されて50％稼働状態の
圧縮機が停止される。その後、圧力Psが上昇し
て設定圧力Ps₁になると圧縮機は温度Tsが設定値
Ts₁になつていないから50％容量で稼働され、以
下同様にして０％と50％の容量切換えが交互に行
なわれる。

一方、圧縮機の容量が50％にダウンされた状態
で冷房能力が不足するときには、第２図二点鎖線
で示すように吸入ガス温度Ts、圧力Psが上昇し、
温度Tsが設定値Ts₁になると圧縮機が50％から
100％容量に切換えられる。その後は設定値Ts₂、
Ts₁によつて50％と100％の容量切換えが交互に
行なわれる。

ところで、吸入ガス温度Ts、圧力Psの間には、
モリエル線図上において過熱度Tshが規定されて
いるため、温度Tsが決まれば圧力Psも決まり、
設定値Ts₂における圧力をPBとすると、この圧
力PBと前記設定値Ps₂の間には圧縮機が100％容
量から一気に０％容量にならないようにPs₂＜PB
に設定されている。又、設定値Ts₁によつて決定
される圧力をPAとすると、クラツチON時に圧
縮機が50％容量で起動されるようにPs₁＜PAに設
定されている。

さて、本発明第一実施例においては冷房負荷が
小さいときには吸入圧力Psと設定値Ps₁、Ps₂に
よつて圧縮機を０％と50％容量でON・OFFする
ようにしたので、冷し過ぎをヒータにより加熱す
るという余分な仕事をなくし、冷房負荷に応じて
圧縮機を効率的に運転することができるととも
に、圧力及び温度の二種類のセンサを使用してい
るので、これらのセンサにヒステリミスの大きな
ON・OFF式の安価なものを使用することがで
き、コストダウンを図ることができる。

なお、この第一実施例において、吸入ガス温度
TsがTs₁以上となつたとき、又は圧力PsがPs₂以
下になつたとき、ガス不足信号を出すようにすれ
ば、ガス不足センサとしても利用できるものとな
る。

次に、本発明制御方法の第二実施例を第３図に
ついて説明する。

この実施例も吸入ガス圧力Psと、吸入ガス温
度Tsとが予め設定された設定値になつたと制御
器１７により判断された場合を示しているが、具
体的には前記第一実施例とは全く逆の場合を示
し、冷房負荷が大きいときには、吸入ガス圧力
Psと設定値Ps₁、Ps₂により50％と100％の容量切
換えを行ない、冷房負荷が小さいときには、吸入
ガス温度Tsと設定値Ts₁、Ts₂により０％と50％
のON・OFF制御を行なうようにしており、圧力
Psが設定値Ps₂になると圧縮機が100％から50％
容量に切換えられる。容量ダウン状態において冷
房能力がやや大きいときには、第３図実線のよう
に圧力Ps、温度Tsが下降していき、Tsが設定値
Ts₂になるとクラツチがOFFされて50％稼働状態
の圧縮機が停止される。その後温度Tsが上昇し
設定値Ts₁になると、クラツチがONされるが圧
力Psが設定値Ps₁になつていないので、圧縮機が
50％容量で駆動され、以下同様にして設定値
Ts₂、Ts₁により０％と50％容量で圧縮機のON・
OFF制御が行なわれる。

一方、圧縮機を100％から50％に容量ダウンし
た状態では冷房能力が不足しているときには、第
３図二点鎖線で示すように吸入ガス圧力Ps、温
度Tsが上昇し、圧力Psが設定値Ps₁になると圧縮
機が50％から100％に容量アツプされ、その後は
設定値Ps₂、Ps₁によつて50％と100％の容量切換
えが交互に行なわれる。

この第二実施例でも前記第一実施例と同様に設
定値Ts₂によつて決定される吸入ガス圧力をPB
とすると、圧縮機が一気に100％から０％容量に
なるのを防止するためPs₂＞PBのように設定し、
設定値Ts₁によつて決定される吸入ガス圧力を
PAとすると、圧縮機が50％容量で起動されるよ
うにPs₁＞PAのように設定している。

この第二実施例は冷房負荷が小さいときに吸入
ガス温度Ts及び設定値Ts₂、Ts₁によつて０％と
50％のON・OFF制御を行なうようにしたので、
前述した第一実施例と同様に冷房負荷に応じて圧
縮機を効率的に運転することができるとともに、
圧力、温度センサ１５，１６ともにヒステリミス
の大きなON・OFF式の安価なものを使用するこ
とができ、コストダウンを図ることができる。

なお、圧力センサ１５を連続的に出力可能なタ
イプとし、吸入ガス圧力Psが設定値Ps₂よりも小
さい設定値Ps₃で、吸入ガス温度Tsが設定値Ts₁
以上のとき、あるいは温度センサ１６を連続的に
出力可能なタイプとし、吸入ガス温度Tsが設定
値Ts₁よりも高い設定値Ts₃で、吸入圧力Psが設
定値Ps₂以下のときにガス不足信号を出力するよ
うにすれば、ガス不足を検出することができる。

次に、本発明制御方法の第三実施例を第４図に
ついて説明する。

この実施例は吸入ガス圧力Psと、吸入ガスの
過熱度Tshとが予め設定された設定値になつたと
制御器１７により判断された場合を示しており、
具体的には冷房負荷の大きいときには吸入圧力
Psにより50％と100％の容量切換えを行ない、冷
房負荷が小さいときには、吸入ガスの過熱度Tsh
により０％と50％の容量でクラツチのON・OFF
を行なうようにしており、冷房が進み吸入圧力
Psが設定値Ps₂になると、100％から50％に容量
ダウンされる。この状態で冷房能力がやや大きい
ときには吸入圧力Ps及び過熱度Tshは次第に下が
つていき、過熱度Tshが設定値Tsh₂以下の状態
が一定時間h₁継続すると、クラツチがOFFされ
50％稼働の圧縮機が停止される。その後、過熱度
Tshが上昇し設定値Tsh₁以上の状態が一定時間h₁
継続するとクラツチがONされるが、圧力Psが設
定値Ps₁になつていないので、圧縮機は50％容量
で稼働される。以下、同様にして設定値Tsh₂、
Ts₁、h₁により圧縮機が０％と50％容量で交互に
ON・OFFされる。

一方、圧縮機が100％から50％に容量ダウンさ
れた状態で冷房能力が不足していると、吸入圧力
Psは第４図二点鎖線で示すように上昇し、この
圧力Psが設定値Ps₁になると50％から100％に容
量アツプされ、以下同じように設定値Ps₂、Ps₁に
より50％と100％の容量切換えが交互に行なわれ
る。

なお、吸入ガスの過熱度Tshが異常に大きく
Tsh₃を越えたときはガス不足信号が出力される。

ところで、圧縮機の運転中は吸入ガスが動いて
いるので、温度センサ１６の取付位置に関係なく
吸入ガス温度Tsを検出できるが、圧縮機がいつ
たん停止された状態では温度センサを圧縮機へ近
づけるほどその加熱による影響を受け易く、従つ
て第二実施例の吸入ガス温度Ts又はこの第三実
施例のように温度Tsによつて決まる過熱度Tsh
を検出してクラツチのON動作を行なうと確実な
制御の支障になる。そのため、取付場所の相異に
よる影響を無視し得る位置まで圧縮機から離して
取付けるか、又は吸入ガス圧力Psによる第一実
施例のクラツチON・OFF制御が望ましいが、こ
のことから第三実施例において圧力Psが第４図
の設定値Ps₃になつたときクラツチをONするよ
うにすることもできる。

この第三実施例も前述した第一、第二実施例と
同様に冷房負荷に応じて効率のよい圧縮機の運転
を行なうことができるとともに、圧力及び温度セ
ンサにON・OFF式の安価なものを使用してコス
トダウンを図ることができる。

次に、本発明制御方法の第四実施例を第５図に
ついて説明する。

この実施例は吸入ガス圧力Psと、エバポレー
タの出口温度Teとが予め設定された設定値にな
つたと制御器１７により判断された場合を示して
おり、具体的には吸入ガス圧力Psにより50％と
100％の容量切換えを行い、エバポレータの出口
空気温度Teにより０％と50％の容量でクラツチ
ON・OFF制御を行なうようにしており、吸入圧
力Psが設定値Ps₂になると100％から50％に容量
ダウンされ、この状態で冷房能力がやや大きいと
きには吸入圧力Ps及び出口温度Teが下がり、同
温度Teが設定値Te₂になるとクラツチがOFFさ
れ50％稼働の圧縮機が停止される。その後、出口
温度Teが上昇して設定値Te₁になるとクラツチ
がONされ、圧力Psが設定値Ps₁になつていない
ので圧縮機が50％容量で運転され、以下同様にし
て設定値Ts₂、Ts₁により０％と50％の容量で交
互に運転が行なわれる。

反対に、圧縮機が100％から50％に容量ダウン
された状態で冷房能力が小さい場合には、吸入圧
力Ps及び出口温度Teは上昇し、圧力Psが設定値
Ps₁になると、50％から100％に容量アツプされ、
以下設定値Ps₂、Ps₁により50％と100％の容量切
換えが交互に行なわれる。

なお、吸入圧力PsがPs₂以下でしかも出口温度
Teが設定値Te₁よりも高い別の設定値Te₃（例え
ば20℃）を越えると、ガス不足信号が出力され、
50％稼働の圧縮機がOFFとなり、その後圧力Ps
が設定値Ps₂以下に復帰されてもONにならない
ようにすることもできる。

この第四実施例の制御方法も前述した第一、二
実施例と同様に、冷房能力に応じて圧縮機を効率
よく運転することができるとともに、圧力、温度
センサのコストダウンを図ることができる外、エ
バポレータの出口温度Teが設定値Te₂になつた
ときクラツチをOFFするようにしたので、エバ
ポレータのフロスト（霜付き）を防止することが
できる。

なお、本発明は次のような実施例で具体化する
こともできる。

圧縮機のON・OFF制御に代えて、圧縮機の容
量を既述のものよりさらに小さい別の容量とする
段階を含む容量変化を行わせること。

冷房負荷が大きいときには吸入ガス圧力Ps、
吸入ガス温度Ts、吸入ガスの過熱度Tsh又は吐
出ガスの過熱度Tdhのいずれか一つが設定値にな
つたとき大容量域で圧縮機の容量切換えを行な
い、冷房負荷が小さいときには前記圧力Ps、温
度Ts、過熱度Tsh、Tdh又はエバポレータの出
口温度Teのいずれか一つが設定値になつたとき、
小容量域で圧縮機の容量切換え又はクラツチの
ON・OFFを行なうようにすること。

また、本発明は上述した各実施例の組み合わせ
に限定されるものではなく、任意の組み合わせを
実行可能である。というのは、前述した〜の
測定値のうち、どの値が予め設定された設定値に
なるかは圧縮機の運転状況によつて様々に変わる
ので、その変化によつて前述した組み合わせも任
意に変わるからである。

以上詳述したように本発明は、前記〜の各
測定値の長所を積極的に利用するとともに、それ
らの欠点をカバーできてきめの細かい制御を行う
ことができるので、冷し過ぎを加熱するという余
分な仕事をなくして冷房負荷に応じて効率のよい
圧縮機運転を行うことができ、しかも、この可変
容量制御を信頼性の高いものとすることができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法に使用される冷房装
置を車両空調用に具体化した一実施例を示す略体
平面図、第２図〜第５図はそれぞれ本発明の制御
方法の第一〜第四実施例を説明するグラフであ
る。可変容量圧縮機……２、容量切換機構……３、
圧力センサ……１５、温度センサ……１６，１
８、制御器……１７、吸入（吐出）ガス圧力……
Ps（Pd）、吸入（吐出）ガス温度……Ts（Td）、吸
入（吐出）ガスの過熱度……Tsh（Tdh）エバポ
レータの出口空気温度……Te、設定値……Ps₁，
Ps₂，Ts₁，Ts₂，Tsh₁，Tsh₂，Tdh₁，Tdh₂，
Te₁，Te₂、時間……h₁。

Claims

【特許請求の範囲】１容量切換機構により冷房負荷に応じて容量す
なわち冷房能力を切換調節し得る可変容量圧縮機
から圧縮ガスを冷凍サイクルに送つて冷房作用を
行わせた後、熱交換を終えたガスを再び前記圧縮
機に吸入するようにした冷房方法において、圧縮機の吸入ガス圧力Ps 圧縮機の吸入ガス温度Ts 前記吸入ガス圧力Ps、吸入ガス温度Tsによ
つて決定される吸入ガスの過熱度Tsh 圧縮機の吐出ガス圧力Pd及び吐出ガス温度
Tdによつて決定される吐出ガスの過熱度Tdh 上記〜の測定値と各〜にそれぞれ対応
して予め設定された第一の設定値とを比較判別手
段により比較判別し、前記〜の測定値のいず
れか一つが前記第一の設定値になつたとき、動作
手段により容量切換機構を作動させて圧縮機の容
量を切換制御し、圧縮機の吸入ガス圧力Ps 圧縮機の吸入ガス温度Ts 前記吸入ガス圧力Ps、吸入ガス温度Tsによ
つて決定される吸入ガスの過熱度Tsh 圧縮機の吐出ガス圧力Pd及び吐出ガス温度
Tdによつて決定される吐出ガスの過熱度Tdh エバポレータの出口空気温度Te 上記〜の測定値と各〜にそれぞれ対応
して予め設定された前記第一の設定値より低い値
の第二の設定値とを比較判別手段により比較判別
し、前記〜の測定値のいずれか一つが前記第
二の設定値になつたとき、動作手段により圧縮機
のクラツチをON・OFF動作するようにしたこと
を特徴とする冷房装置における可変容量圧縮機の
運転制御方法。