JPH0729539B2 - 自動車用空調装置制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は自動車用空調装置の制御方法に関するもので、
詳しくは圧縮機の制御方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来自動車の空調装置は、走行用エンジンに圧縮機を連
結し、この圧縮機にて冷媒を圧縮して冷房を可能にし、
車室内の空調を制御している。そしてこの圧縮機にはエ
ンジンへの連結を断続するための電磁クラッチが具備さ
れている。

従来の自動車用空調装置の圧縮機の制御方法としては、
第１に蒸発器の冷却度に比例した物理量を検出して、こ
の物理量と所定の設定値を比較し電磁クラッチを断続し
て圧縮機をオン・オフ制御するもの、第２に該物理量を
検出して、該物理量が必要とされる冷却度に対応して設
定される制御目標値に追随するように、圧縮機の吐出容
量を変化させるもの等がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 自動車用空調装置の制御方法には上記のように圧縮機の
吐出容量を制御する方法、及び電磁クラッチの断続を制
御する方法があり、近年はこの両者を併用した制御がな
されている。しかしながらこの両者の制御は独立して成
され、両者の制御の同調は図られていなかった。

例えば容量可変圧縮機を使用した制御方法では、電磁ク
ラッチの断続の制御目標値は、蒸発器がフロストする限
界の冷媒圧力に関する物理量に固定されていた。また圧
縮機は焼き付きを防ぐ為にオイルを循環する必要があ
り、機械的に最小吐出容量を最大吐出容量の約30％以下
にすることは困難であった。たとえば、春、秋等の冷房
負荷の小さい時期においては、蒸発器内の冷媒圧力に関
連した物理量の制御目標値は高く設定される。しかも圧
縮機は最小の吐出容量で駆動されても、なお能力が余っ
ている場合が多い。しかし従来の制御方法においては、
クラッチは蒸発器がフロストする限界の冷却度に達する
迄切れず、その間圧縮機が無駄な駆動をしていた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、圧縮機
の吐出容量の制御と電磁クラッチの制御とを同調させ、
蒸発器の最適な冷却度を得ると共に、無駄な圧縮機の運
転を防止することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の自動車用空調装置制御方法は、車室に向う空気
流を冷却する蒸発器と、蒸発器に冷媒を圧送する容量可
変圧縮機と、圧縮機の吐出容量を変化させる容量可変手
段と、エンジンの回転を圧縮機へ伝達するクラッチとを
備えた自動車用空調装置の制御方法であって、 空調条件に応じて必要とされる要求冷却度により算出さ
れた必要吹出空気温度に応じて、蒸発器内の冷媒圧力に
関連した物理量の目標値を設定するとともに、前記物理
量であるクラッチの断続制御目標値を前記目標値の変化
に同期して比例的に変化させて設定し、前記物理量と前
記目標値とに基いて前記容量可変手段を制御し、前記物
理量と前記断続制御目標値とに基づいてクラッチの断続
を制御することを特徴とする。

本発明に使用される圧縮機は、その吐出容量を可変し得
るものが使用できる。ここにおいて圧縮機の吐出容量を
変化させるのは、冷房能力を可変にするためである。そ
の吐出容量は不連続的、段階的に変化するものでもよい
が、連続的に変化するものがより望ましい。

この圧縮機はエンジンとの連結を断続するためのクラッ
チを具備し、電気信号によってこのクラッチが断続して
圧縮機がオン、オフ制御される。このクラッチには、例
えば電磁クラッチが使用できる。

本発明にいう蒸発器内の冷媒圧力に関連した物理量と
は、蒸発器の冷却度合に比例して変化するものであり，
例えば蒸発器の吹出空気温度、蒸発器の出口或いは圧縮
機の吸入配管等の冷媒圧力、圧縮機の吸入配管表面温
度、蒸発器内の冷媒温度、蒸発器本体の表面温度、蒸発
器のフィンの表面温度等がある。

本発明の特色は、空調条件に応じて必要とされる要求冷
却度により算出された必要吹出空気温度に応じて、蒸発
器内の冷媒圧力に関連した物理量の目標値の設定と、蒸
発器内の冷媒圧力に関連した物理量であるクラッチの断
続制御目標値の設定とが、比例的に同調して行なわれる
ところにある。

すなわち冷房負荷量が上がって今まで以上の冷房が必要
となった場合等には、冷媒圧力に関連した物理量の目標
値が必要吹出空気温度に応じて、より小さい値となるよ
うに変更される。そしてこれとほとんど同時にクラッチ
の断続制御目標値も、より小さい値となるように変更さ
れる。

同様に冷媒圧力に関連した物理量の目標値が、必要吹出
空気温度の増加に応じてより大きい値となった場合に
は、クラッチの断続制御目標値も大きくなるように変更
される。尚、圧縮機が最小の吐出容量に制御されている
場合には、クラッチの断続制御目標値は最も高い設定値
とされ、圧縮機が最大の吐出容量に制御されている場合
にはクラッチの断続制御目標値は最も低い設定値とされ
るとよい。

［作用］ 第１図に基づいて本発明の作用を説明する。ここでは、
冷媒圧力に関連した物理量として蒸発器の冷媒圧力を用
いている。なお本発明はこの例に限られるものではない
が、説明のため、電磁弁によりプランジャ側の背圧を制
御して吐出容量を連続的に可変する容量可変手段を備え
た圧縮機を使用しているものとする。

この容量可変手段の模式図を第２図に示す。圧縮機高圧
側から導かれた高圧冷媒はプランジャ背面室１と、電磁
弁２との２つに分かれて低圧側へ導かれる。ここで電磁
弁２をONしたときのみ配管３は導通して冷媒が高圧側か
ら低圧側へ流れるようになつている。従って電磁弁２を
ON−OFFすることによりプランジャ背面室１の圧力を制
御し、スプリング４とその圧力によってプランジャ５を
任意の位置に止め、バイパス孔６の面積を変えることに
よって吐出容量を連続的に変更するものである。

いま蒸発器の冷媒圧力がP₁以下になると、電磁弁がONと
なって圧縮機の吐出容量が小容量となり、P₂以上になる
と電磁弁２がOFFとなって大容量となるように冷媒圧力
の目標値がヒステリシスループで決められている。また
冷媒圧力がP₃以下になるとクラッチが切れて圧縮機が停
止し、P₄以上になるとクラッチがつながって圧縮機が駆
動するようにクラッチの断続制御目標値が決められてい
る。

ここで、必要吹出空気温度が高くなったことを想定す
る。すなわちこの場合は冷媒圧力は高くなるように設定
され、目標値はP₁′及びP₂′へ移行する。そして本発明
の制御方法では、この目標値の変動に同調してクラッチ
の断続制御目標値がP₃′及びP₄′へ移行する。

上記制御により空調が行なわれているにもかかわらず、
冷媒圧力が徐々に低下してP₁′以下になると、電磁弁２
はONされ続け圧縮機の吐出容量は最小容量になって空調
が続行される。そして更に冷媒圧力が低下し、P₃′以下
になると電磁クラッチが切れて圧縮機が停止して冷房運
転が停止する。

ここで、冷媒圧力の目標値が上記のように変動しても、
クラッチの断続制御目標値が変動しなかったものと考え
る。この場合は冷媒圧力がP₁′以下になると吐出容量が
最小容量で空調が続行される。しかし冷媒圧力がP₃にな
る迄電磁クラッチが切れず、上記本発明の場合に比べて
圧縮機が無駄な駆動をすることになる。

［実施例］ 以下実施例にて詳しく説明する。

第３図は公知の車両用空気調節装置（オートエアコン）
に本発明を適用した例を示しており、この空気調節装置
のエヤ・ダクト10内には、内外気切換ダンパ20、送風機
30、蒸発器40、加熱器50及びエヤ・ミックス・ダンパ60
が配置されている。内外気切換ダンパ20は、手動により
エヤ・ダクト10の導入口11を開いたとき車両の外部から
エヤ・ダクト10内に外気を導入し、エヤ・ダクト10の還
流口12を開いたとき車室13内の空気をエヤ・ダクト10に
還流させる。

送風機30は、導入口11又は還流口12からの空気を吸引
し、その回転速度に応じた流量を有する空気流として蒸
発器40に送る。送風機30からの空気流は、蒸発器40内に
て冷却媒体により冷却されて冷却空気流としてエヤ・ミ
ックス・ダンパ60に付与され、一方ブロワ30からの空気
流の熱により温められた蒸発器40内の冷却媒体は圧縮機
41に送られる。

この圧縮機41は駆動回路47によって作動される電磁クラ
ッチ42を介してエンジンに作動的に連結されており、電
磁クラッチ42の励磁下にてエンジンにより駆動されて蒸
発器40から送られる冷却媒体を圧縮して高圧高温の冷却
媒体とし、これを凝縮器43、受圧器44及び膨脹弁45を通
して低圧低温の冷却媒体として蒸発器40に再び送る。な
お、電磁クラッチ42が非励磁状態にあるとき、圧縮機41
はエンジンから遮断されている。

圧縮機41はその冷却媒体の吐出容量を連続的に変化する
ための第２図に示した機構を内蔵しており、その容量調
節機構を駆動するため駆動回路48によって作動される電
磁弁46を具備している。

加熱器50は、エンジンから冷却水を受けて蒸発器40から
送られる冷却空気を温め、所定の温度を有する空気流と
して車室13内に送る。

エヤ・ミックス・ダンパ60は、電気的気体作動機構61の
ロッド62に連結されており、電気的気体作動機構61が大
気圧或いはエンジンからの負圧を付与されてロッド62を
上動或いは下動させるとき、その開度Arをロッド62の上
動或いは下動に応じて減少或いは増大させるべく機能す
る。これにより、蒸発器40からの冷却空気流の一部がエ
ヤ・ミックス・ダンパ60の開度Arに応じて加熱器50に付
与され、一方蒸発器40からの冷却空気流の残余の部分
が、直接、車室13内にに付与される。この場合、エヤ・
ミックス・ダンパ60は、ロッド62が図示上動端にあると
き最小開度を有し、蒸発器40からの全冷却空気流が、直
接、車室13内に付与されるものとする。一方、ロッド62
が下動端にあるとき、エヤ・ミックス・タンパ60は最大
開度を有し、蒸発器40からの全冷却空気流が、加熱器50
に付与されるものとする。なお、電気的気体作動機構61
が大気圧及びエンジンの負圧から同時に遮断されてロッ
ド62を停止させると、エヤ・ミックス・ダンパ60の開度
が、ロッド62の停止位置に対応した値に維持される。

電気制御回路70は、各種センサ71〜77に接続したＡ−Ｄ
変換器79aと、温度設定器78及び駆動回路47、48に接続
したディジタル・コンピュータ79を備えている。

内気温センサ71は車室13内に配置されており、車室13内
の現実の温度Trを検出してこの車室内気温Trに対応した
レベルを有するアナログ信号を発生する。

開度センサ72は、電気的気体作動機構61のロッド62に作
動的に連結されており、ロッド62の変位との関連におい
て、エヤ・ミックス・ダンパ60の現実の開度Arを検出し
て、この検出開度Arに対応したレベルを有するアナログ
信号を発生する。

外気温センサ73は当該車両用ラジエタのフロントグリル
に近接して配置されており、車外の空気現実の温度Tam
を検出し、この外気温Tamに対応したレベルを有するア
ナログ信号を発生する。

水温センサ74は加熱器50の流入口に近接して配置されて
おり、冷却装置からの冷却水の現実の温度Twを検出し、
この検出水温Twに対応したレベルを有するアナログ信号
を発生する。

空気温センサ75は蒸発器40の流出口に近接して配置され
ており、蒸発器40からの空気流の実現の温度TEを検出
し、この検出空気温TEに対応したレベルを有するアナロ
グ信号を発生する。

日射センサ76は車室13の窓際に配置されており、現実の
日射量Tsを検出してこれに対応したレベルを有するアナ
ログ信号を発生する。

圧力センサ77は蒸発器の冷媒出口の配管に配置されてお
り現実の蒸発器内の冷媒圧力Psを検出し、この圧力に対
応したレベルを有するアナログ信号を発生する。

Ａ−Ｄ変換器79aは、マイクロコンピュータ79からの要
求に基づいて、各センサ71〜77からのアナログ信号をデ
ジタル信号に変換し、これら各デジタル信号を内気温T
r、開度Ar、外気温Tam、水温Tw、空気温TE、日射量Ts及
び冷媒圧力Psを表わすものとしてマイクロコンピュータ
79に送る。

温度設定器78は車室13内に設けられており、乗員の手動
操作により所望の車室内温度Tsetを選定し、これを温度
設定信号として発生する。

マイクロコンピュータ79は単一チップのLSIであり、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、前記定電圧回路はイグニ
ッションスイッチ（図示しない）の閉成に応答して直流
電源から直流電圧を受けて前記定電圧を生じる。

マイクロコンピュータ79は、中央処理装置（以下CPUと
称する）、メモリ、入出力装置（以下I/Oと称する）及
びクロック回路を備えており、これらCPU、メモリ（RO
M,RAM）、I/O及びクロック回路はバ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79のメモリ
（RAM）はI/Oを通してＡ−Ｄ変換器79aからの各ディジ
タル信号、温度設定器78からの温度設定信号からの指令
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79のクロック回
路は、水晶発振器79b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79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79のメモリ（ROM）内には、以下
に述べるような演算処理をマイクロコンピュータ79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４図に本実施例に係る車室内のコントロールパネル正
面図を示す。A/Cスイッチ1Bは圧縮機41のオン・オフを
行う。ブロワスイッチ2Bは送風機30からの風量を調節す
る。内外気切換レバー3Bは内外気切換ダンパ20を駆動
し、モード切換レバー4Bは空気流の吹出口の切換に用い
る。

温度コントロールレバー5Bには、温度設定器78が連結さ
れており、温度コントロールレバー5Bを動かすことによ
って自由に温度設定が行えるように構成されている。

つまり温度コントロールレバー5Bを調節することによっ
て、前述したTsetが設定され、後述する必要吹出空気温
度（TAO）が決定される。そして圧縮気41の蒸発器出口
の冷媒圧力の目標値がPcが決定される。そしてこれと同
調して、電磁クラッチ42の断続制御目標値としての蒸発
器出口の冷媒圧力P₁、P₂（P₁＜P₂）が設定される。この
関係を第５図に示す。このPc、P₁及びP₂の値と圧力セン
サからの現実の蒸発器の出口の冷媒圧力が制御回路で比
較されて圧縮機の吐出容量及び電磁クラッチの断続が制
御され空調が行われる。ここで車両乗員が温度コントロ
ールレバー5Bを操作して車室温を下げようとした場合に
は、冷媒圧力の目標値がPc′に下がる。そして同時に電
磁クラッチの断続制御目標値がP₁′、P₂′に移行して空
調が続行される。

以上のように構成された本実施例において、当該車両の
イグニッションスイッチの操作によりエンジンがアイド
リング状態におかれるとともに、マイクロコンピュータ
79が前記定電圧回路から定電圧を受けて作動準備完了状
態におかれて、第６図に示すフローチャートに従いステ
ップ101にて演算処理の実行を開始する。このとき、温
度設定器78が手動操作により所望の温度Tsetを表わす温
度設定信号を発生しているものとする。

このような状態にて、コンピュータプログラムがステッ
プ102に進むと、車室13内の現実の温度Tr及びエヤ・ミ
ックス・ダンパ60の現実の開度Arがそれぞれ内気温セン
サ71及び開度センサ72によりアナログ信号として検出さ
れ、車外の現実の温度Tam及び冷却装置からの冷却水の
現実の温度Twがそれぞれ外気温センサ73及び水温センサ
74によりアナログ信号として検出され、かつ蒸発器40の
吹き出し空気の現実の温度TE及び現実の日射量Tsがそれ
ぞれ空気温センサ75及び日射センサ76によりアナログ信
号として検出されて、これら各アナログ信号がＡ−Ｄ変
換器79aによりデジタル信号にそれぞれ変換されマイク
ロコンピュータ79のメモリ（RAM）に一時的に記憶され
る。また、温度設定器78からの温度設定信号Tsetもマイ
クロコンピュータ79のメモリ（RAM）に一時的に記憶さ
れる。

コンピュータプログラムがステップ103に進むとCPUがマ
イクロコンピュータ79のメモリ（RAM）から設定温度Tse
t、内気温Tr、外気温Tamおよび日射量Tsの熱的環境条件
を表わす各値を読出し、またメモリ（ROM）から予め設
定記憶されている定数Ｃ並びに各利得Kset,Kr,Kam,及び
Ksを読出し、次式に基づいて必要吹出空気温度TAOを計
算する。

TAO＝Kset・Tset−Kr・Tr−Kam・Tam−Ks・Ts＋Ｃ ここで、必要吹出空気温度TAOは、内気温Trを設定温Tse
tに接近させ維持するのに必要なその時の吹出空気温度
を表わしており、この必要吹出空気温度TAOの低下は逆
に要求冷却度の増加を意味する。このように必要吹出空
気温度TAOを算出して自動室温制御を実施する点につい
ては、例えば特開昭55−77659号公報に例示されてい
る。

さらにステップ103では制御判定温度Toが決定される。
ここにいうToは第８図に示すように、蒸発器の吹出空気
温度が圧縮機の吐出容量により制御される範囲からエア
・ミックス・ダンパにより制御される範囲へ移行する境
界の蒸発器の吹出空気温度である。

プログラムがステップ104に進むと、ステップ103にて計
算された必要吹出空気温度TAOと制御判定温度Toとが比
較される。そしてステップ104において必要吹出温度TAO
が制御判定温度より低い場合（TAO≦To）にはステップ2
01へ進む。

ステップ201ではエヤ・ミックス・ダンパの開度Arは最
小とされ、すなわち加熱器によるリヒート量が０に固定
される。

ステップ202ではTAO及び蒸発器通過風量などの熱負荷条
件により蒸発器の吹出空気温度の目標値と、その目標値
に比例的に同調して電磁クラッチの断続を制御するため
の吹出空気温度の断続制御目標値を算出する。そしてス
テップ203では蒸発器の吹出空気温度の目標値および電
磁クラッチの断続制御目標値をもとにして、冷媒圧力の
目標値Pxと、電磁クラッチの断続制御目標値としての冷
媒圧力Pyを算出する。

ステップ204ではステップ203で算出された目標値Pxとス
テップ102で入力された現実の蒸発器の冷媒圧力Psとが
比較され、冷媒圧力Psが目標値Pxになるように圧縮機の
吐出容量が制御される。

ステップ205ではステップ203で算出した電磁クラッチの
断続制御目標値Pyと現実の蒸発器の冷媒圧力Psとが比較
され、電磁クラッチの断続制御が行なわれてステップ10
2へ戻る。

ここで第７図により、上記ステップ204からステップ205
迄のフローをより詳しく説明する。

ステップ401では冷媒圧力の目標値Pxと現実の冷媒圧力P
sとの差に応じたデューティ比DTが計算される。ステッ
プ402では得られたデューティ比DTとなるように電磁弁4
6を制御する信号が出力される。

ステップ403、ステップ404,ステップ405ではその時のク
ラッチの状態がＮの値で記憶され、クラッチ42がONなら
Ｎ＝1,OFFならＮ＝０となる。ステップ406ではクラッチ
の断続制御目標値Pyと現実の冷媒圧力Psとが比較され、
Py≦Psの場合には圧縮機41の駆動が必要と判断されてス
テップ407でクラッチ42がONとされる。そしてステップ4
08でＮが０の場合、すなわちステップ407でクラッチ42
がONとされる前の状態が、クラッチ42がOFFであった場
合のみステップ409で断続制御目標値Pyは微小値△Ｈだ
け小さい値とされる。ステップ406でPy＞Psの場合に
は、圧縮機41の駆動は不必要と判断されてステップ410
でクラッチ42はOFFとされる。そしてステップ411でＮが
１の場合、すなわち１つ前にクラッチ42がONであった場
合のみステップ412で断続制御目標値Pyは△Ｈだけ大き
い値とされる。尚△Ｈはヒステリシスループの幅となる
値である。

本実施例では上記のように圧縮機41の吐出容量の制御と
クラッチ42の制御が同調して行なわれている。

ステップ104で必要吹出温度TAOが制御判定温度Toより大
きい場合（TAO＞T0）にはステップ301へ進む。

ステップ301〜ステップ304まではステップ202〜ステッ
プ205と同じ処理がなされて容量制御とクラッチ制御が
行なわれる。

ステップ305ではステップ102で入力された設定温度Tset
と現実の車室内気温Trが比較され、エヤ・ミックス・ダ
ンパ60の開度の調整が必要と判断された場合にはステッ
プ306でエヤ・ミックス・ダンパ60の開度が調整されて
ステップ102へ戻り、不要と判断された場合には何もし
ないでステップ102へ戻る。

ステップ306ではエヤ・ミックス・ダンパ60の開度が調
整され、それによってリヒート量が変動して車室内気温
を調節している。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明の制御方法によると、蒸発器
内の冷媒圧力に関連した物理量と目標値、断続制御目標
値とに基いて圧縮機の容量と断続を制御するので、蒸発
器のフロストが防止できるとともに、圧縮機の無駄な駆
動を防止することができる。

また、本発明の制御方法によると、上記目標値、断続制
御目標値を、乗員の要求冷却度の指標でもある必要吹出
空気温度に応じて設定しているので、実際の必要冷却量
に近い冷却量にて制御でき、過剰冷却や冷却不足の生じ
ない制御目標値を得ることができる。そしてこれによっ
て、省動力と快適性とが両立した制御を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作用を表わす説明図である。第２図は
容量可変手段の機構模式図である。第３図、第４図、第
５図、第６図、第７図及び第８図は本発明の実施例に係
るもので、第３図は全体の構成図、第４図はパネル部の
正面図、第５図は圧縮機の作動説明図、第６図、第７図
は用いたマイクロコンピュータの処理内容のフローチャ
ート図、第８図はその制御方法と蒸発器の吹出空気温度
との関係を表わす線図である。 41……圧縮機、40……蒸発器 42……電磁クラッチ、46……電磁弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車室に向う空気流を冷却する蒸発器と、該
   蒸発器に冷媒を圧送する容量可変圧縮機と、該圧縮機の
   吐出容量を変化させる容量可変手段と、エンジンの回転
   を該圧縮機へ伝達するクラッチとを備えた自動車用空調
   装置の制御方法であって、空調条件に応じて必要とされ
   る要求冷却度により算出された必要吹出空気温度に応じ
   て、前記蒸発器内の冷媒圧力に関連した物理量の目標値
   を設定するとともに、前記物理量であるクラッチの断続
   制御目標値を前記目標値の変化に同期して比例的に変化
   させて設定し、前記物理量と前記目標値とに基いて前記
   容量可変手段を制御し、前記物理量と前記断続制御目標
   値とに基いて前記クラッチの断続を制御することを特徴
   とする自動車用空調装置制御方法。
2. 【請求項２】前記蒸発器内の冷媒圧力に関連した物理量
   は、前記蒸発器の冷媒圧力、前記蒸発器の吹出空気温
   度、前記蒸発器の表面温度、圧縮機吸入冷媒圧力、又は
   圧縮機吸入配管表面温度である特許請求の範囲第１項記
   載の自動車用空調装置制御方法。