JPS63184519A - 車両用空気調和装置の制御装置 - 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、特に外部より圧縮機容量すなわち圧縮機能
力を可変制御できるようにした冷媒圧縮機が使用され、
車両内冷房を行なうようにした車両用空気調和装置の制
御装置に関する。

［従来の技術］ 自動車等の車両に搭載される空気調和装置にあっては、
その冷凍サイクルを構成する冷媒圧縮機は、エンジンに
よって駆動されるようになっているもので、クラッチ機
構を含む動力伝達機構を介して、冷媒圧縮機に動力が伝
達されるようになっている。

また、上記のような空気調和装置にあっては、空気温度
を設定された目標温度状態に制御する手段として、ＰＩ
Ｄ制御が知られている。すなわち、冷房された空気温度
と設定された目標温度との差の状態に対応して、上記冷
媒圧縮機の容量を可変制御するようにしているものであ
る。

そして、この空気調和装置の熱負荷が減少したような状
態となった場合には、エバポレータ部分のフロストを防
止するために、エバポレータの出口部分の出力空気の温
度が所定値以下に低下した状態で、上記クラッチをオフ
制御することも行われている。

このようにクラッチをオフ制御した場合、空気温度が」
−Ｈした場合には再びクラッチをオン制御し、冷媒圧縮
機を動作させるようにするものであるが、このクラッチ
によって圧縮機がエンジンに連結されたときには、この
エンジンに急激に負荷が作用する状態となる。すなわち
、エンジンにクラッチの連結ショックが作用するように
なり、自動車の運転フィーリングを著しく悪化させてい
た。

冷媒圧縮機の吐出容量を可変制御することによって、低
負荷状態では圧縮機容量を減少させ、エバポレータ後の
空気温度を一定に保つようにする冷凍サイクルの制御装
置が考えられているものであるが、極めて熱負荷の低い
条件、例えば春先、伏目等においては、やはりクラッチ
の断続動作が生ずるようになり、クラッチ連結ショック
の発生を抑制することが困難である。

このような問題点を解決する手段として、例えば特開昭
５８−１９９２１５号公報に示されるように、クラッチ
をオン制御する場合に、冷媒圧縮機の吐出容量を小容量
に設定することが考えられている。このようにすればク
ラッチ連結ショックをある程度軽減できるものであるが
、クラッチの連結後に急激な容量増加があるような場合
には、依然ショック感が残る。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、エン
ジンから冷媒圧縮機に動力を伝達するクラッチ機構にお
いて、断続動作が存在するような場合であっても、特に
クラッチが連結される際にエンジンに急激な負荷が作用
しないようにして、クラッチ連結ショックの発生が効果
的に抑制されるようにする車両用空気調和装置の制御装
置を提供しようとするものである。

Ｅ問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る空気調和装置の制御装置にあ
っては、冷媒圧縮機を容量可変機構を有するように構成
するものであり、この圧縮機にエンジンからの動力を伝
達するクラッチ機構がオフ制御された状態では、上記圧
縮機の容量を最少の状態に設定する。そして、上記クラ
ッチ機構がオン制御されたときには、上記容量の最少状
態から時間の経過と共に徐々に上昇させ、目標温度に近
付ける制御圧縮機容量の状態に移行させるようにするも
のである。

【作用コ 上記のような空気調和装置の制御装置によれば、クラッ
チ機構がオフ状態からオン状態に切換えられたときには
、冷媒圧縮機容量は最少の状態となっている。そして、
クラッチ機構がオン状態となった後は、このときの温度
状態から圧縮機容量を急激に−Ｌ昇させることが要求さ
れていたとしても、この圧縮機容量は所定の時間割合い
で徐々に上昇され、所定の制御圧縮機容量の状態に移行
される。

したがって、クラッチ機構のオンされた後は、圧縮機容
量が急激に増大されることがなく、エンジンに対して作
用する負荷が急激に上昇されることがなく、クラッチ連
結ショックの発生が効果的に抑制されるものである。

［発明の実施例コ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図は車両用空気調和装置の冷凍サイクルを示してい
るもので、自動車に搭載されるエンジン１１によって冷
媒圧縮機１２が駆動されるようになっている。

上記圧縮機１２は、その能力である圧縮機吐出容量が、
容量可変機構１４によって可変制御されるようになって
いるもので、この容量可変機構は例えば電磁弁によって
構成されている。すなわち、この機構１４を構成する電
磁弁を制御する信号によって、冷媒圧縮機１２の容量が
設定されるようになる。

ここで、上記電磁弁の駆動信号としては、例えば矩形波
パルス状の信号が用いられるもので、このパルス状信号
のデユーティ比Ｄｉに応じて電磁弁の開度、すなわち圧
縮機１２の吐出容量が設定されるようになる。

ここで、圧縮機１２の吐出容量と上記デユーティ比Ｄｔ
との関係は、例えば第２図で示すようになっている。す
なわち、デユーティ比Ｄ【が「１」に近付く程圧縮機容
量が小さくにるものであり、また容量の増大と共に出力
冷媒の口が増加するものである。

そして、冷媒圧縮機１２からの出力冷媒は、コンデンサ
１５、レシーバＩＢを介して膨張弁１７に送られ、さら
にエバポレータ１８に供給されるようになる。

上記エバポレータ１８の部分にはファン１９が設けられ
、エバポレータ１８で冷却された空気が車室内に送り込
まれるようになっているものであり、このエバポレータ
１８の空気出口部分には、サーミスタ等でなる空気温度
検出用のセンサ２０が設定されている。

この温度センサ２０で検出された温度Ｔｃに対応する信
号は、マイクロコンピュータ等によって構成される制御
装置２１に供給されるようになるものであり、さらにこ
の制御装置２１には６ＳＳ低抵抗路によって構成される
目標温度設定部２２で設定される目標温度Ｔｓの信号が
供給設定されている。

そして、この制御装置２！では検出温度Ｔｃと目標温度
Ｔｓとの偏差から、冷媒圧縮機１２の容量を想定し、容
量可変機構１４に供給される制御信号のデユーティ比Ｄ
Ｌを算出して、この容は可変機構１４を制御するもので
あり、検出温度Ｔｅが目標温度Ｔｓに近い値に維持され
るようにしている。

第２図は上記のような制御を実行する制御装置２１の構
成例を示していもので、クラッチ制御手段２１１　Ｇ備
えこの制御手段からの指令によってクラッチ機構２３が
オン−オフ制御されるようになる。

このクラッチ制御手段２１１でクラッチをオフ制御する
指令が発生されたならば、このクラッチのオフ状態がク
ラッチオフ検出手段２１２によって検出されるようにな
るものであり、この手段２１２でクラッチオブが検出さ
れたならば、最少容量設定手段２１３で圧縮機１２の容
Ωを最少状態に設定する指令が発生される。そして、最
少容量の状態が設定されたならば、容量増加設定手段２
１４で圧縮機容量が時間の経過と共に暫増させるように
するものである。上記容量設定手段２１３からの指令信
号、および容量増加指令手段２１４からの出力指令信号
は選択手段２１５に供給されるようになるものであり、
最少容量設定手段２１３から指令信号が出力される状態
で選択手段２１５はＦ記最少容口設定指令を選択し、容
量可変機構１４に容量を最少状態に設定する制御信号の
デユーティ比Ｄｔを設定させる。

そして、上記容量が最少状態に設定された状態で選択手
段２１５は容量増加制御手段２１４からの出力を選択し
て容は可変制御が実行されるようにする。

また、制御装置２１にあっては、温度信号Ｔｃおよび設
定された目標温度信号Ｔｓが供給される圧縮機容量演算
設定手段２１Ｂを備えているもので、この手段２１Ｂで
は上記温度’ｌ’　ｃが目標温度Ｔｓに近付くようにす
る圧縮機１２の容量を演算しているもので、この演算結
果に対応した容は設定指令が出力されるようになる。そ
して、この容量設定指令は上記選択手段２１５に供給さ
れているもので、上記容量増加制御手段２１４の設定容
量が容量演算設定手段２１Ｇで演算設定された容量に達
したならば、この演算設定手段からの出力指令信号が選
択手段２１５で選択され、容量制御信号のデユーティ比
Ｄｔを設定させるようにしている。

ここで、圧縮機１２の吐出容量と上記デユーティ比Ｄｔ
との関係は、例えば第３図で示すようになっている。す
なわち、デユーティ比Ｄｔが「１」に近付く程圧縮機容
量が小さくにるものであり、また容量の増大と共に出力
冷媒の量が増加するものである。

このように構成される車両用空気調和装置にあって、通
常の冷房運転状態では、エバポレータ１８の出口部分の
温度Ｔｅが、設定される目標温度Ｔｓに近付けられるよ
うに、冷媒圧縮機１２の容量可変機構１４制御する。具
体的には、容量可変機構１４を構成する電磁弁に供給さ
れる制御信号のデユーティ比Ｄｔを制御する。そして、
熱負荷が著しく低下して温度Ｔｃが目標温度Ｔｓに対応
して設定される第１の設定温度Ｔｏｌになったときには
、エバポレータ１８のフロストを防止するためにクラッ
チ機構をオフし、このような状態で温度Ｔｅが上昇して
、この温度Ｔｅが上記第１の設定温度Ｔｅｌよりやや低
い値に設定される第２の設定温度Ｔｃ２まで上昇された
ときに、再びクラッチ機構をオン制御させるようにする
。

この場合、上記クラッチ機構がオフ状態に設定されてい
るときには、圧縮機１２の容量は最低容量状態に設定さ
れ、この状態でクラッチ機構がオン制御されるようにし
、このオンにされたときにエンジン１１に大きな負荷が
作用しないようにしている。

ここで、上記冷媒圧縮機１２の容量制御は、検出温度Ｔ
ｅ、目標温度Ｔｓ等に基づき制御装置２１で算出され実
行されるようになるもので、通常状態では次のようなＰ
ＩＤ制御式によって、容量可変機構１４の電磁弁を制御
する信号のデユーティ比Ｄｔが算出され、制御圧縮機容
量が設定されるものである。

←」）−１（Ｔｅ）ｎ−（Ｔｅ）ｎ−１１１θ この制御式において、（Ｔｃ）ｎは周期θで例えばエバ
ポレータの出力部の空気温度Ｔ（３をサンプリングした
値であり、Ｄｔｏはデユーティ比Ｄｉの基準値、Ｋｐは
比例ゲイン、Ｔ１は積分時間、ＴＤは微分時間である。

ここで、Ｋｐ　ＳＴｉ　、θは限界感度法等によって決
められるもので、安定性と定常偏差が両立されるように
決定される。

そして、上記したようにクラッチ機構は圧縮機１２の容
量が最低容量状態で連結されるようになるものであるが
、このクラッチ機構が連結された後は、 圧縮機容量−最小容量十に−Ｊ 但し、Ｋ：容量変化率、Ｊ：経過時間 で圧縮機容量を」１記制御圧縮機容量まで増大させるよ
うにし、それ以後はこの制御圧縮機容量に移行させるよ
うにするものである。

第４図は制御装置２１における容量可変機構１４の制御
の流れを示しているもの・で、スタート後にステップ１
０１でデユーティ比Ｄｔおよび制御過程で使用されるソ
フトエンゲージデユーティＤｔｌをそれぞれ「１」に初
期化し、さらにクラッチ制御信号ＭＧＣを「０」　（ク
ラッチオフ）に初期化する。

そして、ステップ１０２で空気温度Ｔｅをサンプリング
するもので、このＴｏは周期θでサンプリングし、ステ
ップ１０３でこのサンプリング毎にそのサンプリング値
をＴｅａとして記憶させるようにする。

ステップ１０４では温度設定部２２で設定した目標温度
Ｔｓを取り込み、次のステップ１０５で上記ＰＩＤ制御
式の微分項に代入するための温度ＴＢの変化部ｒＴｅ−
ＴｃｏＪをＤとして記憶設定する。

ステップ１０Ｂでは検出温度Ｔｅが第１の設定温度Ｔｅ
ｌより小さいか否かを判断しているもので、温度Ｔｏが
温度Ｔｅｌより低いと判定された場合にはステップ１０
７に進み、クラッチ制御信号ＭＧＣを「０」としてクラ
ッチをオフ制御する。またステップ１０Ｂで温度Ｔｃが
温度Ｔｅｌより高いと判定された場合はステップ１０８
に進み、このときのクラッチ制御信号ＭＧＣが「１」で
あるか否かを判定し、（ｒ４号ＭＧＣが「０」と判定さ
れたならばステップ１０９に進んで、温度Ｔｅが第２の
設定温度Ｔｅ２より高いか否かを判定する。このステッ
プ１０９で温度Ｔｅが温度Ｔｅ２より低いと判定された
ならば上記ステップ１０８に進むもので、このステップ
１０８でクラッチがオフ制御されたならば、次のステッ
プｌｌＯでソフトエンゲージデユーティＤ　ｔｌ、およ
び制御デユーティ比Ｄｔを「１」に設定し、圧縮機１２
の容量が最少状態に設定されるようにする。また、ステ
ップ１０７でＭＧＣが「１」であると判定され、さらに
ステップ１０９で温度Ｔｅが温度Ｔｅ２より高いと判定
されたならば、ステップ１１１に進んでクラッチ制御信
号ＭＧＣが「１」に設定されるようにする。

ここで、上記第１および第２の設定温度ＴｅｌおよびＴ
ｅ２は、それぞれ目標温度Ｔｓとの関係で第５図で示す
ように設定されている。すなわち、温度ＴＯが第１の設
定温度Ｔｅｌより低下した状態となった場合にはクラッ
チがオフ制御され、この状態で温度Ｔｃが上昇して第２
の設定温ｆｉＴｃ２となったときに、クラッチがオン制
御されるものである。

通常はこのクラッチのオン状態で温度ＴＯを所定状態に
制御するようにしているものであり、このための演算を
実行させるための温度偏差ｒＴｅ−ＴｓＪをステップ１
１２で求め、これをＥとして記憶させるようにする。ま
た、ステップ１１３ではソフトエンゲージデユーティＤ
ｔｌを　ｒＤｔｔ・（１−ｎＫ）Ｊとして求めて記憶し
ておく。ここでｎはサンプリング周期θ毎の演算回数を
示している。さらにステップ口４では積分量Ｉ（初期状
態では０）に、に記憶を加算してあたな積分ｍｌを求め
、これを記憶しておく。

そして、ステップ１１５では上記のようにして求められ
記憶されている偏差Ｅ１積分１ｋＡ　Ｉ　、変化分り等
に基づき前記ＰＩＤ制御式によって、圧縮機Ｉ２の制御
容量に対応するデユーティ比ＤＬ２を演算する。このデ
ユーティ比Ｄｔ２はステップ１１Ｇでステップ１１３で
求めたソフトエンゲージデユーティＤｔｌと比較される
もので、ｒ　Ｄ　ｔｔ＞　Ｄ　ｔ２Ｊと判定された状態
でステップ１１７に進み、その逆の判定でステップ１１
ｇに進む。そして、ステップ１１７では上記水められた
ソフトエンゲージデユーティＤｔｌを制御デユーティ比
Ｄ【とし、またステップ１１８では制御デユーティ比Ｄ
ｔを上記デユーティＤＬ２に設定するものである。

すなわち、ステップｔｔａで求められるソフトエンゲー
ジデユーティＤｔｌは、クラッチがオン制御されてから
時間の経過と共に特定される比率で増加するものであり
、このデユーティ比Ｄｔｌがステップ１１５で求められ
た制御圧縮機容量に対応するデユーティ比Ｄｔ２に等し
くなるまで、制御デユーティ比Ｄｔが上記ソマトエンゲ
ージデユーティ比Ｄｔｌに設定されるものである（ステ
ップ１１７）。

したがって、圧縮機１２の容量は、クラッチのオフで最
少容量状態に設定され、クラッチがオンされた後は、時
間の経過と共に上記ソフトエンゲージデユーティ比Ｄｔ
ｌにしたがって、暫増加されるようになる。

そして、上記のように時間の経過と共に増加するソフト
エンゲージデユーティ比Ｄｔｌが、ステップ１１５で求
められた演算結果より大きくなると、ステップ１１８で
容量可変機構１４を制御する信号の制御デユーティ比Ｄ
Ｉは上記演算結果の制御圧縮機容量に対応するデユーテ
ィ比Ｄｔ２とされ、通常の制御状態に移行されるように
なるものである。

ステ・ツブ１１９ではサンプリングしたｉＲ度ＴｅをＴ
ｅａとして記憶し、ステップ１２０では上記ステップ１
１７あるいはステップ１１８で求めた制御デユーティ比
Ｄｔ等に基づく制御データを出力し、クラッチさらに冷
媒圧縮機１２の容量を制御設定するものである。

第６図は上記のような制御装置における制御状態を示し
ているもので、特に熱負荷が著しく低下した場合の例を
示している。すなわち、温度ＴＯが第１の設定温度Ｔｅ
ｌを越えて低下するよう°になるとクラッチがオフ制御
される。そして、このクラッチのオフ制御と共に。圧縮
機１２の容量が最少容量状態に設定される。このような
状態では温度Ｔｏが−１−昇されるようになるものであ
り、この温度が第２の設定温度Ｔｃ２に達するとクラッ
チがオン制御される。そして、圧縮機１２の容量は変化
率Ｋに対応した比率で時間経過と共にＦ昇され、図に破
線で示す演算により求められる容量と一致したところで
、この演算により求められた容量に制御されるようにな
るものである。そして、以後は温度Ｔｅが設定目標温度
Ｔｓに近付けられるように、冷媒圧縮機１２の容量がＭ
ｌｌ副制御れるようになる。

したがって、上記のような圧縮機容量の制御が実行され
るものであるため、特にクラッチの連結直後における圧
縮機容量の急激な容量増大が防止されるようになる。−
のため、クラッチの連結時においてその連結ショックの
発生が効果的に抑制されるものである。

尚、実施例ではクラッチ連結後の容量変化の変化率Ｋが
一定であるように説明した。しかし、このＫの値は状況
に応じて変化させられるものであってもよい。例えば素
早いクールダウンの必要な始動時には、変化率にの値を
大きな値に設定し、またクラッチのオン・オフが頻繁に
発生するような状況では、変化率Ｋを小さな値に設定さ
せるようにする。また、この変化率にの値をｒＴｃ　−
Ｔｓ　Ｊに応じて変化させるようにしてもよいものであ
り、このように温度偏差に応じてＫの値を設定させるよ
うにすると、温度制御特性が改善されるようになること
がある。

さらに実施例ではエバポレータ１８の下流側の空気温度
Ｔｅを制御する系に適用したが、これはエバポレータ１
８の冷媒出力低圧部等の圧力を制御する系、あるいはこ
れらを組合わせた系に適用するようにしてもよい。さら
に、クラッチをオン・オフする基準値は、実施例のよう
に温度Ｔｃではなく、エバポレータにおけるフロストを
防止するための物理量であれば適宜使用できる。例えば
冷媒温度、あるいは低圧圧力等が用いられる。

さらに実施例では１樟温度を可変抵抗等を使用した温度
設定部２２で設定したが、オートエアコンと組合イ〕せ
て、外気温度センサ、内気温度センサ、日射センサ等の
空気調和装置の関連センサを含めて制御設定させるよう
にしてもよい。

そして、この空気調和装置の制御装置は、フロスト防１
１−のためのクラッチのオン・オフ制御時に限らず、強
制的にクラッチをオン・オフ制御させる必要が生じた場
合、例えば加速時にクラッチをポフさせるようにし、こ
の加速状態が解除されたときにクラッチをオン制御する
ような場合、あるいは保護装置の作動が解除された時に
等に適用できるものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る車両用空気調和装置の制御
装置によりげ、例えば空気温度が特定される温度以下に
低下した場合に、冷媒圧縮機に動力を伝達するクラッチ
がオフ制御されるようになった場合、上記圧縮機の吐出
容量が最少状態に設定されるようになる。そして、上記
クラッチがオン制御されるときには、上記圧縮機の容量
が時間の経過と共にある時間の変化割合いで上昇される
ようになる。したがって、クラッチの連結時において、
この圧縮機を駆動するエンジンに急激に負荷が作用する
ことが確実に防止されるものであり、クラッチ連結ショ
ックの発生が確実に抑制されるようになって、運転フィ
ーリングが効果的に改善されるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る車両用空気調和装置
の冷凍サイクルを説明する構成図、第２図は上記装置の
特に制御装置部分を取出して示した図、第３図は上記装
置の冷媒圧縮機の容量とこの容量を制御する信号のデユ
ーティ比との関係を示す図、第４図は上記装置の動作の
流れを説明するフローチャート、第５図は上記制御過程
で使用される第１および第２の設定温度を説明する図、
第６図は上記装置の制御状態を説明する図である。 ｌｌ・・・エントン、１２・・・冷媒圧縮機、１３・・
・動力伝達機構、１４・・・容は可変機構、１８・・・
エバポレータ、２０・・・温度センサ、２１・・・制御
装置、２２・・・温度設定部。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１（１ １Ｉ２ｒ！！Ｊ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　エンジンからクラッチ機構を介して動力が伝達され、
   上記エンジンで駆動されるようにした冷媒圧縮機と、 この冷媒圧縮機の容量を外部から可変制御する容量可変
   手段と、 上記冷媒圧縮機から循環される冷媒が供給される熱交換
   機構によって制御される空気温度に対応した温度情報を
   検出する手段と、 この温度検出手段で検出された温度を目標温度に近付け
   るように上記容量可変手段を制御し、制御圧縮機容量を
   設定する手段と、 上記冷媒圧縮機に動力を伝達するクラッチ機構のオフ状
   態を検出し、上記冷媒圧縮機容量を最少容量状態に設定
   する手段と、 上記クラッチ機構がオフ状態からオン上位に変化した状
   態で、上記冷媒圧縮機容量を上記最少容量状態からの経
   過時間に比例して、上記制御圧縮機容量に達するまで容
   量増加制御する手段とを具備し、 クラッチのオン制御後は、冷媒圧縮機の容量が最少容量
   状態から時間の経過と共に徐々に増加されるようにした
   ことを特徴とする車両用空気調和装置の制御装置。