JPS6198611A - 車両用冷房装置のコンデンサ冷却用電動フアン制御装置 - Google Patents

車両用冷房装置のコンデンサ冷却用電動フアン制御装置

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JPS6198611A
JPS6198611A JP59219169A JP21916984A JPS6198611A JP S6198611 A JPS6198611 A JP S6198611A JP 59219169 A JP59219169 A JP 59219169A JP 21916984 A JP21916984 A JP 21916984A JP S6198611 A JPS6198611 A JP S6198611A
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cooling
electric fan
condenser
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    • B60H1/00642Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00821Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being ventilating, air admitting or air distributing devices
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
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    • B60H1/3204Cooling devices using compression
    • B60H1/3205Control means therefor

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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、車両用冷房装置に備わるコンデンサを冷却す
るだめのコンデンジ冷却用電動ファン制御装置に関する
〔従来の技術〕
車両用冷房装置、特に蒸気圧縮式冷房駅間に備わるコン
デンサの冷却は、エンジンのクランク軸の回転がベルト
を介して伝えられた冷却用ファンによるものと、冷却用
ファンがモータにJζつで駆動される電動ファンどがあ
る。
このうち冷却ファンをモータで駆動する電動ファンでは
、コンプレッサが作動中は常に電動モータも作動してお
り、コンプレッサがONしたときは電動モータに12V
電圧が印加されて始動し、コンプレッサが0FFL、た
とぎには電動モータの駆動が停止される。
ところで、電流モータがOFFしたときとONしたとき
とでは冷却用ファンの騒音の差が大きく、冷却用ファン
がOFFからONL、たときのステップ状の騒音変化が
耳障りとなる。また、車両が高速走行している時には車
速風も高速であるため、この車速風だけでも十分にコン
デンサを冷却することができるのにコンプレッサがON
I、ている時は電動モータにより冷却用ファンが駆動さ
れているためエネルギーを無駄に消費していた。
そこで、この点を改良したコンデンサ冷却用電動ファン
の制御装置がトヨタビスタ新型車解説占に載っており、
それは、第5図に示すように、コンデンサモータ50の
回転数をLO(印加電圧6V)とl−l i (印加電
圧12V)の2段階とし、コンプレッサ52のON時に
はコンデンサモータ50をLoで回転さぜ、コンプレッ
サ52からの冷媒高圧圧力が1.8に9/crI以上と
なったどき又は、ラジェターの水温が93℃以上となっ
たどきにはコンデンサモータ50をl−1iで回転させ
るにうにコンデンサモータ50の回転数を二段制御する
ものである。
また、この技術に類似する公報としては、実公昭58−
39933号公報、実開昭57−40689号公報、実
開昭57−1’ 24415号公報等がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、前)ホした従来のコンデンサ冷却用電動ファ
ンの制御装置でも、車速風だけで十分にコンデンサを冷
却できるような高速走行時であっても電動ファンはlo
の回転数で1回転しており無駄なエネルギー消費が解消
されないという問題点があった。
また、騒音面でも、以前の電動ファンをOFFと印加電
圧12Vで回転させる場合よりも騒音の変化は多少改善
されたが、それでも、電動ファンはOFF、LO,Hi
の3段階のステップ状に駆動するので、電動ファンがO
FFか10.LOからHlに切替えられたときの騒音の
変化は依然として耳障りであるという問題点があった。
〔発明の目的〕
−3一 本発明は前記従来の問題点を解消するために為されたも
ので、その目的は、コンプレッサ冷却用の電動ファンに
消費されるエネルギーの無駄をなくすとともに電動ファ
ンから発生する耳障りなステップ状の騒音をなくすこと
にある。
〔問題点を解決するための手段〕
この目的を達成するために、本発明は、蒸気圧縮式冷房
装置において、この冷房装置のコンデンサ冷却用電動フ
ァンの制御装置が冷凍サイクルを循環する冷媒の流量を
検出する流量検出手段と、外気温度を検出する外気温セ
ンサと、冷媒高圧部分の圧力を検出する高圧圧力センサ
と、冷媒低圧部分の圧力を検出する低圧圧カセンザと、
エバポレータの出口部の冷媒温度を検出する冷媒温度セ
ンサと、車両の車速を検出する車速センサと、前記した
各センサから出力される検出データを入力してコンデン
ザ冷却に必要な最小限度の風聞を送るために電動ファン
に印加する最適電圧を算出し、この最適電圧により電動
ファンの回転数を連続的に制御する制御装置と、を含ん
で成ることを特徴   ′とする。
〔作用〕
以上の様な構成にJ:す、コンデンサ冷却用電動ファン
には常にコンデンサの冷却に必要とする最小限度の最適
電圧が印加されることになり、しかも電動ファンの回転
数は連続的に変化するように制御される。
〔実施例〕
以下、図面により本発明の好適な実施例を説明する。
第1図における車両用蒸気圧縮式の冷凍1ノイクルは、
エキスパンションバルブ101エバポレータ12、コン
プレッサ14、コンデンサ16により構成され、この密
閉された冷凍サイクルへ冷媒を循環させ、車室内空気の
低熱源から外気の高熱源へ熱を移動させて冷房を行なう
。又、コンデンサ16の近傍には、該コンデンサ16を
空気冷却するための電動ファン18が設けである。
すなわち、液化冷媒aはエキスパンションバルブ10を
通り弁の絞り作用により断熱膨張をし、圧力と温度が下
がり霧状すでエバポレータ12へ入り、車室内より熱を
吸収して気化(蒸発し、等温膨張を続けて車室内空気の
冷却作用を果たし、過熱蒸気Cとなって]ンプレッサ1
4に吸入され、断熱圧縮して高温高圧のガス体dとなっ
てコンデンサ16に達し、外気へ熱を放出して液化冷媒
aの状態に戻る。
また、エバポレータ12の出口には感温筒20が設けら
れていて、この感温筒20でエバポレータ12の出口の
冷媒温度を感知してエキスパンションバルブ10の弁の
開閉量を変えるものであり、■バボレータ12の途中で
冷媒がすべて気体となり、その気体の冷媒がエバポレー
タ12の出口に達するまでの間に加熱されて温度が上昇
する場合には感温筒20の冷媒温度の感知によりエキス
パンションバルブ10内の通路を大きくして冷媒が多く
流れるようにしてエバポレータ12の少し手前で冷媒の
すべてが気体となるようにする。逆にエバポレータ12
の出口でもまだ冷媒が液滴でかなり残るような場合には
感温筒20により冷媒の低い温度を感知してエキスパン
ションロバシブ10内の通路を小さくして冷媒流量を少
なくしてエバポレータ12の出口の少し手前までに冷媒
がすべて気化するように制御する。
次に前記コンデンサ冷却用電動ファン18の制御装置に
ついて説明する。すなわち、前述した冷凍サイクルにお
いて冷媒高圧部分の圧力を検出するための高圧圧力セン
サ22をコンプレッサ14とコンデンサ16間の流路内
に設け、冷媒低圧部分の圧力を検出する低圧圧力センサ
24をエバポレータ12の出口側流路に設け、前記エバ
ポレータ12の出口部には冷媒温度を検出する冷媒温度
センサ26を設け、冷凍サイクルの途中の流路には冷媒
の流量を検出する流量検出手段としての流量計28が設
けられている。
また、流量検出手段としては後述するような演算手段で
も良い。
また、車両には外気温を検出する外気温センサ30と、
車速を検出する車速センサ32が設置されている。
そして、前記の高圧圧力センサ22、低圧圧力センサ2
4、冷媒温度センサ26、流量計28、外気温センサ3
0及び車速センサ32の各検出部からの検出データを入
力して後述する演算方法によりコンデンサ16の冷却に
必要な最小限量の空気が電動ファン18から送風される
ように該電動ファン18のモータ18aに印加する最適
電圧を算出する演算回路34が設けられている。
次に、この演算回路34による具体的な演算方法を説明
する。
エバポレータ12で冷媒が車室内空気から吸収した熱量
とコンプレッサ14で圧縮された圧縮仕事の熱量換算弁
の和はコンデンサ16で放熱する熱量に等しい。
従って、エバポレータ12での吸熱IQeとコンプレッ
サ14の圧縮仕事の熱量換算Qpの和Qe+QDをコン
デンサ16で高圧圧力(コンデンサ16での圧力)が設
定圧力Psになるように冷却すればよい。
なお参考までに述べるとコンデンサ16での冷却空気量
を多くすれば高圧圧力は低くなり、冷却空気量を少なく
すれば高圧圧力は高くなる。従って冷却空気量を制御す
ることにより高圧圧力を設定圧力Psにすることができ
る。この空気量の制御をモータ18aの回転数で制御す
る。ずなわち電動モニタ18aに印加する電圧を制御す
る。
走行中はコンデンサ16は車速風でも冷却される。従っ
てコンデンサ16は車速風と電動ファン18で冷却され
、このうち電動ファン18のファン18bによる冷却空
気量が高圧圧力を設定圧PSになるように演算制御する
高圧圧力を設定圧psにするために必要な電動モータ1
8aに印加する電圧Wは次式で表わされる。
Qe+Qp       b W=に+  (−に2 W ’″)  +ts−t。
に3  (tc−ts)+C”−・ ・ ・ ・ ・ 
(1)ここで、Qe:エバポレータでの吸熱量 Qp:
コンプレッサ圧縮仕事の熱量換算 tS:コンデンサで
の高圧圧力の設定圧psに対応する冷媒温度これは冷媒
の圧力と蒸発(凝縮)温度の関係から一義的に決まる。
tO:外気音、W:車速、tC:コンデンサでの冷媒温
度(凝縮温度)。
K1、K2、K3、a、blGは定数。
ここでさらに第2図の冷媒のモリ1ル線図よりQe=G
 (i■−i Iv)となる。
ここにGは冷媒流量、1■は冷媒のエバポレータ12の
出口のエンタルピ、i■は冷媒のエバポレータ12の入
口のエンタルピである。
まずGは冷媒流量検出手段で求める。すなわち第1図の
冷媒回路の中に設けた流量計28からの検出信号より求
める。その他の方法としては、高圧圧力センサ22が検
出した高圧圧力pcと低圧圧力センサ24が検出した低
圧圧ツノPeと、エバポレータ12の出ロイ」近に設け
られた冷媒温度センサ26が検出したエバポレータ12
の出ロイ]近の温度t1から次式で求められる。(11
はあとで使う。) G−ζ・S         ・・・・ (2)2gγ
(Pc−Pc) ここに、S:エキスパンションバルブの通路の面積、ζ
:エキスパンションバルブの通路の流量係数、γ:エバ
ボレータ出口の冷媒の比重量、q:重力加速度 pcは高圧圧力センサ22が検出した高圧圧ノj、Pe
は低圧圧力センサ24が検出した低圧圧力である。
ζ、S1γはそれぞれPeどtlで変化するので(2)
式は G−ζ・S 口、、 障置謂コU、!l: オt=t 
ル。
ここでζ・S−i  はpeとtlの関数となるのでζ
・S −、C罰r −F +  (P e 、tI )
  とおくと、 F+(X、V)は関数 G=r+  (Pe、tH) U口]石(3)どなる。
F+  (Pe’、tl>を予め測定して求めておくこ
とにより、Gは求めることができる。(Pe。
t   pcはセンサで検出されるので)次に第2し 図、第3図を参照しながらエバポレータ12人口での冷
媒のエンタルピi■を求める。
飽和液線上の任意の点X(圧力P)のエンタルピは 1=F2 (P)  ・・・・(4)であられされる。
F2  (X)は関数 ところで第2図のエバポレータ12の入口のエンタルピ
i■は■の点のエンタルピに等しく、■の点のエンタル
ピは■一点のエンタルピから■′〜■のエンタルピの差
分Δi■を減じたものである。
すなわち i  −i  ′−Δ1 1[[II[m ここで ■′と■の点の温度差をΔtmとし冷媒液の比
熱をCLとすると △i =OL・Δtm従って 1■
=i■−1■′−CL・Δtm一方、i −は高圧圧力
センサ22が検出した高■ 圧圧力から(4)式で演算される。I ■−= F 2
(Pc)  高圧圧力をpcとする 従って i  =F2  (Pc)−CI−・Δtm■ ここで、Δtは一般に5℃前後であり一定値とおいてよ
い。
CL・Δtは定数となり、容易に’ IVが求められる
次にエバポレータ12の出口のエンタルピi■を求める
わけであるが、まず低圧圧力センサ24が検出した低圧
圧力peのときの飽和液線上の点■′のエンタルピー 
−とすると、1■2は(4)■ 式より求められ i   =F2(Pe)           (6)
■′ 、次に飽和蒸気線上の点■−のエンタルピiI−を求め
る。
! 1− = f rv−十r ここにrは蒸発潜熱である。またrは圧力が決まれば決
まり、 r=F3(P)              (7)で
あられされる。
今、■一点の圧力は低圧圧力センサ24が検出した低圧
圧力peであるので、この時の蒸発潜熱は   r=F
 3 (Pe)                  
     (8)である。
一方、1点のエンタルピー■は■′点のエンタルピi 
、に■〜■′のエンタルピの差分ΔIH■ を加えたものである。すなわちi  −i  −十−I Δi■ ここで△i は1点の温度を工と■一点■ の温度t■−とすれば Δi ■=C1)Δを工  Δt r−t ■t I 
−であられされる。
cpは定圧比熱である。
ここでtr−は下記の冷媒の圧ツノと蒸発温度の関係式
から求められる t−F4(P)・・・・(9) F4 (×)は関数こ
こで、低圧圧カセンザ24が検出した低圧圧力peを(
9)式に代入すれば、その時の蒸発温度であるt I−
が求められる。
すなわちt −−F4 (Pe) ・・・(10)■ である。
一方、1点の温度を王は、冷媒温度センサー3が検出す
る温度の検出値をそのまま使う。従ってΔt■=t■−
F4  (Pe)で求められ、Δt  =cp (t 
 −F4  (Pe) )・・(11)I      
I になる。故に、1点のエンタルピ − T −i ■−
+r+Δi  は(6)、(8)、(11)式よ■ り求まり +  ■= F 2  (Pc)  十F3 (PeJ
  十Cp(i:  −F4  (pe))−−−−(
12)■ になる。
従ってエバポレータ12での吸熱mQeはQe=G (
+ ■−1Tv>に(3)、(5)、(12)式を代入
して求まり Qe=F+  (Pe、を工)[F2  (Pe)”F
3  (Pe)+Cp(tニーP+  (Po))−(
F2  (Pc)−CI−・△1■)]・・・・(13
)となる。
次にコンプレッサー4の圧縮仕事であるが、圧縮仕事を
Lとすれば、 n             負−1 一1]             ・・・・(14)こ
こにGは冷媒流量、nはポリトロープ指数、Plはコン
プレッサ入口の冷媒圧力、F2はコンプレッサ出口の冷
媒圧力■■はコンプレッサ171人口の冷媒比体積であ
り、Gは(3)式より求まり、n近似的にに=1.4を
代用してよく、P1#Pe、F2 #Pcである。
またV工は P+ V ■=RT+  ここにT+ =
273+を工であり、Rは冷媒のガス定数である。
これより RT、  Rx (273+t I )V+ =   
  =  □ P+       pe ・・4・・  (15)より求められる。
従って(14)式に(3)、く5)式を代入し、P+ 
=peSP2 =pcを代入すればL″″Fl  (P
e、jl)  (pc−pe>・し−R(273+t 
■) ・pe・ pe I−1 [(PC/Pe)  ”  −1] ・・・・(16)となる。
なお、コンプレッサー4の回転数を検出する回転数セン
サを新たに設ければ別の方法で演算回路34による演算
途中の圧縮仕事を求めることができる。すなわち、 L=nv e   PIVe xeoxJ−1 N ((F2 /PI  )″   −1) の計算式
で求まる。Nは1分間当りのコンプレッサ回転数。
Veはコンプレッサストローク容積であり、nvはコン
プレッサの体積効率であり、コンプレッサの運転条件で
異なるがすこは荒っぽいやり方となるがこれを一定にお
く方法である。
コンプレッサ回転数は回転センサから検出する。
又、コンプレッサ14はベルトを介してエンジンで回転
されるのでエンジン回転数からプーリ化分を計算して求
めてらよい。
次にコンプレッサ圧縮仕事の熱換算Qeを求める。
Qp=AL  Aは仕事の熱当量(1/Aは熱の仕事当
量) 従って(16)式より Qp=A−F+  (Pe、t ■> ・R(273+
t ■)         □1[(Pc/Pe)’ 
   −1] e ・ ・ ・ ・  (17) 以上でコンデンサ16の高圧圧力を一定値psにするた
めのモーター8aに印加する電圧を演算できる。((1
)、(9)、(13)、(17)式)ただし、tsは(
9)式を用いてts=F4(Ps)より求める。tcも
(9)式を用いてtC=F4  (PC)より求める。
すなわち、高圧圧力を一定値psにするために必要なモ
ータ電圧Wは に3  CF4  (FC)   F4  (Pg))
+C・ ・ ・ ・  (18) ここで Qe=F+  (Pe、t:t)[F2  (Pe)−
1−F3(P e ) 十Cp(t 工F 4  (P
 e ) )  (F 2(Pe)−CI−−Δt  
)]    −−−−(19)■ op=A−F+  (Pe、t■) ・(Pc−Pe)
” −P” R(273+t  ■ )             
      *−1[(Pc/Pe)″   −11 e ・ ・ ・ ・ (20) でありさらにF+  (X、 y)、F2  (X)、
F3(x)、F4 (×)、は予め決められた関数であ
る。
Psはコンデンサ16の高圧圧力の設定圧力、toは外
気温センサ26が検出する外気温度、Wは車速センサ3
2が検出する車速、Peは低圧圧カセンザ24が検出す
る低圧圧力、trは冷ts:温度センサ26が検出する
エバポレータ12の出口の冷媒温度、Cpは冷媒ガスの
定圧比熱、pcは高圧圧力センサ22が検出する高圧圧
力、CLは冷媒液の比熱、Δt、は一定値(定数)Kl
 % K2 、K3、a Sb−、Cは定数、aは0.
5前後、b=2@後の値である。
第1図の演算回路34は前記各センサからの入力信号に
基づき上記(18)、(19)、(20)の演算式でモ
ータ18a印加する電圧を演算し、駆動電圧出力部36
に指令を出す。駆動電圧出力部36はその指令に基づき
モータ18aの電圧を調整印加する。駆動電圧出力部3
6はトランジスタのようなものでよく、この場合パルス
デューティ制御となりパルスのデユーティ比を変えるこ
とによりモータ18aへの印加電圧が変化してモータ1
8aの回転数が制御される。また演算回路34はマイク
ロコンピュータのようなものでよい。
これにより、コンデンサ16の高圧圧力を設定圧psに
するためのコンデンサ16の冷却を車速川で不足する分
を電動ファン18のファン18bで冷却する型になり、
設定圧力psにするのに車速風で不足する分を演算回路
34で演柿する。
尚、本実施例では演算回路34と駆動電圧出力部36に
より制御回路38が構成されている。
次に、第4図の制御フローについて説明する。
5TEP1で高圧圧ノルンザ22、低圧圧力センサ24
、冷媒温度センサ26車速センサ32、外気温センサ3
0の入力を演算回路34が読込む。
S丁E P 2で(3)式に従い冷媒流量を演算する。
5TEP3で(19)式に従いエバポレータ12での吸
熱MQeを演算する。
5TEP4で(20)式に従いコンブレラ4ノ14の圧
縮仕事の熱換算Qpを演算する。5TEP5でコンデン
サ16の高圧圧力を設定圧力Psにするために必要なモ
ータ18aに印加すべき電圧Wを(18)式に従い演算
づ゛る。
次に5TEP6で演算値Wと所定の値W1 と比較する
。Wが所定の値W+ 以上のどき、高圧圧力を設定圧力
psにするためにはファン18bの回転が必要であり5
TEP8へすすみ、モータ18aに演算値Wと同じ電圧
を印加Jる。
S −r E P 6で演算1iWが所定値W1より小
さい時は5TEP7ヘザJ゛み演算Wと前記VL+J:
り小さい所定値W?と比較する。演算値Wが所定値W2
より小さい時、コンデンサ16の高圧圧ツノを設定圧力
psにするのに電動ファン18のファン18bの@転を
必要どしないことであり、この時はファン18bの回転
を停止する。(電圧を印加しない) STEP7で演算値Wが所定の値W2より大きい場合、
この場合演算値WはWl とW2の間の場合であり、こ
の時前の状態をそのまま911持する。
すなわち前の状態がモータ18aに電圧が印加されてお
ればひきつづきそのままその電圧を印加する。萌の状・
態がモータ18aが停止しておればそのまま停止する。
そのあとRESETで5TARTに戻される。W1〜W
2はヒステリシスであり、演算値Wのわずかな変化でモ
ータ18aのON−一  23 − 0FFがハンチングするのを防止する。
〔発明の効果〕
以上説明したとおり、本発明によれば、コンデンサ冷却
に必要な最小限量の゛空気を送風するにうにコンデンサ
冷却用の電動ファンに印加する電圧を制御するようにし
たので、該電動ファンでのエネルギーの無駄な消費がな
くなり、しかも、電動ファンの回転数の連続的な変化に
より耳障りなステップ状の騒音が発生しなくなるという
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を示す説明図、第2図及び第
3図は冷媒のP−1線図、第4図は第1図に示す電動フ
ァン制御装置のフローチャート図、 第5図は電動ファン制御装置の従来例を示す説明図であ
る。 10・・・エキスパンシコンバルブ 12・・・エバポレータ 14・・・」コンデンサ 16・・・]コンデン サ8・・・電動ファン 22・・・高圧圧カセンザ 24・・・低圧圧ノコセンサ 26・・・冷IA′N温度センザ 28・・・流量計  7 30・・・外気温セン4ノ 32・・・車速センサ 34・・・演算回路 36・・・駆動電圧出力部 38・・・制御回路。 出願人 1〜ヨタ自動車株式会礼 代理人 弁理士  吉 1)仙二 (外1名) 7−28 第2図 第3図 エン7Iしし0 尤 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)コンプレッサと、コンデンサと、エキスパンショ
    ンバルブと、エバポレータと、コンデンサ冷却用の電動
    ファンと、を含む車両用冷房装置において、冷媒流量を
    検出する流量検出手段と、外気温度を検出する外気温セ
    ンサと、冷媒高圧部分の圧力を検出する高圧圧力センサ
    と、冷媒低圧部分の圧力を検出する低圧圧力センサと、
    前記エバポレータの出口部の冷媒温度を検出する冷媒温
    度センサと、車両の車速を検出する車速センサと、前記
    した各検出データからコンデンサ冷却に必要な風量を送
    るための最適電圧を算出して該最適電圧をコンデンサ冷
    却用の電動ファンに印加する制御回路と、を含んで成る
    ことを特徴とする車両用冷房装置のコンデンサ冷却用電
    動ファン制御装置。
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