JPS63135761A - 自動車用冷凍サイクル装置 - 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〕 本発明は冷凍サイクル装置に関するもので、より詳しく
言えば、冷凍サイクル装置における冷媒量の不足を検出
出来る装置に関するものであり、例えば自動車用空調装
置の冷凍サイクル装置に用いて好適なものである。

〔従来の技術〕

冷凍サイクル装置における冷ｔｓ凹が不足すると、冷媒
と一緒にサイクル内を循環するコンプレッサ１１滑オイ
ルがサイクル各部に滞留してコンプレッサへのオイル戻
りが悪化し、コンプレッサの焼付き等の重大な不具合が
生じることがある。

このため高圧側冷媒配管に取付けた圧力センサにより高
圧側冷媒圧力を検出し、その検出圧力が予め設定した設
定圧力以下になると、冷媒ガスの不足状態であると判定
して、電磁クラッチを断状態とし、コンプレッサを停止
するようにしている。

従って、冷媒ガス不足の検出のために特別の圧力センサ
（通常は圧力スイッチ）を必要とし、構成が複雑となる
。

また、自動車空調用などの冷凍サイクル装置においては
、冷媒不足の検出装置として種々なものが提案されてお
り、例えば、電気式膨張弁を有する冷凍サイクルについ
て特開６０−１９４２５９号に示されるごとく弁開度が
全開になったときに冷媒不足と検出するようにしたもの
が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来装置は検出用圧力センサを必要とし構成が複雑
となる。また冷凍サイクル運転中、膨張弁が全開になる
構成では、冷媒充填量がすでに非常に低下しておらなけ
ればならない。

本発明は、上記点に鑑みてなされたもので、既成の制御
構成を用いて冷媒不足を早い時点で的確に検出すること
ができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、 （２）　コンプレッサと、 （ｂ）　このコンプレッサの吐出側に接続され、ガス冷
媒を凝縮する凝縮器と、 に）　この凝縮器の下流側に接続され前記凝縮器からの
液冷媒を減圧膨張するため電気的に弁開度を制御する電
気式膨張弁と、 ゆ　この減圧装置の下流側と前記コンプレッサの吸入側
との間に接続され、前記減圧装置を通過した冷媒を蒸発
させる蒸発器と、 （ｅ）　　前記蒸発器出口側の冷媒温度を検出する温度
検出手段と、 （ｆ）　　上記電気式膨張弁の弁開度を一時的に変化さ
せそれに対する蒸発器出口側冷媒温度の変化が所定値以
下の場合に冷媒不足であると判定する制御手段とを備え
る。

〔作用〕

冷媒が不足している状態では、膨張弁開度を増大しても
冷媒流量が増加しないため、蒸発器出口冷媒温度は変化
しない。

また、冷媒準が適正の場合には、膨張弁開度を減少させ
ると冷媒流量が減少し蒸発器出口冷媒温度が上昇する。

また冷媒不足の状態では、膨張弁開度を減少しても、も
ともと冷媒流量が少ないため、蒸発器出口冷媒温度が変
化しない。以上のように、冷媒が適正のときには、膨張
弁開度を変化させれば、蒸発器出口冷媒温度もこれに応
じて変化するが、冷媒が不足している状態では弁開度を
変化させても蒸発器出口冷媒温度に変化が見られない。

本発明はこのような現象をうまく利用して、冷媒不足を
早い時点で、的確に検出することができる。

〔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によって送用される冷却
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減圧装置
としての役割を宋す。

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
聞割合を調節して車室内への吹出し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。

２０は蒸発器１７の入口配管部に設置され、蒸発器入口
側の冷媒温度ＴＥを検出する第１の冷媒温センサで、サ
ーミスタよりなる。

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ＴＲを検出する第２の冷媒温センサで、サ
ーミスタよりなる。この第１、第２の冷媒温センサ２０
．２１は出入口配管内に設置して冷媒温度を直接検出す
る方式と、出入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正確さ
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２０，２１の検出信号
が入力される入力回路２２８と、この入力回路２２ａか
らの入力信号に基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
の出力信号に基いて電磁クラッチ１１および電気式膨張
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）の開成に応
答して車載の直流電源（バッテリ）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
１）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２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、その一端側に冷媒入
口通路１６１を有し、他端側に冷媒出口通路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
に店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によりプランジャ１６４が押圧されて最下端の
位置にあって、２つの弁孔１６３ａ。

１６３ｂをプランジャ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、１８３ｂを開
ける。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（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の開開比率
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１６の弁開度を実質的に調節できる。

次に、本実施例装置の作動を第３図、第４図に示すフロ
ーチャートに基いて説明する。図示しない空調装置作動
スイッチを投入することにより、第３図のステップ５０
０がスタートし、次のステップ５０１において初期条件
として、膨張弁制御の目標とする冷媒過熱度ＳＨＯ，ガ
ス不足判定温度ＴＯ，ＰＩＤＩＩＩＩＩＩの比例ゲイン
Ｋｐ、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄ、起動時の弁開度す
なわちデユーティ比ＤＴＯ、カウンタＮ、の設定を行う
。

ステップ５０２でクラッチをＯＮＬサイクルの運転開始
する。

ステップ５０３でエバ入ロ冷媒ｍＴＥ、エバ出口冷媒Ｔ
Ｒを測定。

ステップ５０４でカウンタＮ−３００（１０分間隔）か
どうかの判定を行なう。Ｎ−３００の場合（１０分経過
した）には、ステップ５１１に、そうでなければステッ
プ５０５に進む。

ステップ５１１では、エバ出口冷１ｆ！ｉＴＲをＴＲＯ
と記憶する。

ステップ５１２で強制的に弁開度ＤＴ＝１　（全開）と
する。

ステップ５１３で２　ｓｅｃ間停止（弁全開維持）。

ステップ５１４でエバ出口冷媒ｆｆ１ＴＲを測定。

ステップ５１５で弁開度を全閉にする以前のエバ出口冷
媒温ＴＰＯ（ステップ５１１）と全開後のエバ出口冷媒
温ＴＲとを比較し、ＴＰＯ−ＴＲ＞５℃の場合には、冷
媒が適正量封入されていると判定しステップ５１６へ、
もしそうでなければ、冷媒量が不足していると判定しス
テップ５１７に進む。

ステップ５１６では、カウンタＮ＝Ｏとリセツ１−　Ｌ
、再び（Ｎ＝３００）１０分間隔を測定する。

ステップ５０５で、エバ出入口冷媒温度差ＳＨを計算す
る。

ステップ５０６で、目標ＳＨＯと実際のＳＨとの偏差ｅ
。を算出する。

ステップ５０７で、偏差ｅ。を用いＰＩＤ制御式により
弁開度ＤＴ、を算出する。

ステップ５０８で、弁開度り丁。→ＤＴｏ−１１、ｅ　
　−＋ｅ　と更新する。

ｎ−２ｎ−Ｉ　　　ｎ−１ｎ ステップ５０９で、カウンタＮを加算する。

ステップ５１０で、２　ｓｅｃ間停止。

ステップ５２０で割込み ステップ５２１で弁開度ＤＴｏで電気式膨張弁を駆動す
る。

つまり、定常時適正なＳＨをもっている場合のエバ出口
冷ｖ１．温ＴＰＯに対し弁開度を全開とし、５Ｈ−０に
した場合のエバ出口冷媒温−ｒ　Ｒは当然温度が低下す
るのが普通すなわち適正冷媒充填量であり、もし全開に
してもエバ出口冷媒温ｒＲが低下しない場合には、ガス
不足であると判断される。

従って、コンプレッサ稼動中、周期的に、意図的に、電
気式膨張弁弁開度を全開にしそれに対するエバ出口湿度
の応答を検出することによりガス不足の判定が可能とな
る。

実施例では、弁開度を全開にした場合のエバ出口冷媒温
変化によりガス不足検出を行なうが、同様の原理から、
弁開度を全開にした場合のエバ出口冷媒温度変化によっ
てもガス不足検出が可能である。また、弁開度を全開、
全開ではなく、徐々に増大もしくは、減少させた場合の
エバ出口冷媒温度変化によってもガス不足検出は可能で
ある。

電気式膨張弁の弁開度を一時的に強制的に変化させるこ
とによるエバ出口冷媒温度変化が、所定値以下の場合に
ガス不足と判定する。

〔発明の効果〕

従って、本発明においては、従来技術に比して、著しく
早い時点で冷媒不足を検出できることになり、コンプレ
ッサの耐久性、冷凍サイクルの冷却能力確保等の点から
実用上極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の冷凍サイクル装置を示し、第２
図は同装置に使用される電気式膨張弁断面図であり、第
３図、第４図は第１図装置の制御動作を示すフローチャ
ートである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）コンプレツサと、 （ｂ）このコンプレツサの吐出側に接続され、ガス冷媒
   を凝縮する凝縮器と、 （ｃ）この凝縮器の下流側に接続され前記凝縮器からの
   液冷媒を減圧膨張するため電気的に弁開度を制御する電
   気式膨張弁と、 （ｄ）この電気式膨張弁の下流側と前記コンプレツサの
   吸入側との間に接続され、前記膨張弁を通過した冷媒を
   蒸発させる蒸発器と、 （ｅ）前記蒸発器出口側の冷媒温度を検出する温度検出
   手段と、 （ｆ）上記電気式膨張弁及び上記温度検出手段と接続さ
   れ、上記電気式膨張弁の弁開度を一時的に変化させ、そ
   れに対する蒸発器出口側冷媒温度の変化が所定値以下の
   場合に冷媒不足であると判定する制御手段とを、 備える冷凍サイクル装置。
2. （２）前記電気式膨張弁の弁開度が前記温度検出手段に
   より検出される蒸発器出口側冷媒温度に基いて制御され
   るように構成した特許請求の範囲第１項記載の冷凍サイ
   クル装置。