WO2017163935A1

WO2017163935A1 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: WO2017163935A1
Application number: PCT/JP2017/009770
Authority: WO
Inventors: 小村　正人; 亨大隈; 秋山　訓孝; 伊藤　祐輔
Original assignee: Denso Corp; Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: JP6593526B2; DE112017001465T5; US20190092130A1; JPWO2017163935A1

Abstract

冷凍サイクル装置は、冷媒の吐出容量を変化させる吐出容量可変部を有する可変容量型圧縮機（１）と、前記冷媒の吐出容量を変化させる容量制御信号を前記可変容量型圧縮機へ出力する制御部（１００）と、前記可変容量型圧縮機から吐出した前記冷媒を凝縮または冷却する熱交換器（２）と、前記熱交換器から流出した前記冷媒を減圧膨張させる減圧部（３）と、前記減圧部により減圧膨張された前記冷媒を蒸発させる蒸発器（４）と、前記容量制御信号に基づいて前記圧縮機が高負荷運転状態であるか否かを判定する高負荷判定部（Ｓ１００）と、を備える。

Description

冷凍サイクル装置

関連出願への相互参照

　本出願は、２０１６年３月２２日に出願された日本特許出願番号２０１６－５７４９５号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。

　本開示は、冷媒の吐出容量を変化させる吐出容量可変部を有する可変容量型圧縮機を有する冷凍サイクル装置に関するものである。

　この種の圧縮機は、ハウジングと駆動軸の隙間からハウジングの外部へ冷媒や潤滑オイルが漏れ出すのを防止するリップシールやメカニカルシール等の軸封装置を備えている。また、このような圧縮機は、スラスト軸受、ラジアル軸受等の多数の摺動部材も備えている。

　これらの軸封装置や摺動部材は、高温になると耐摩耗性や焼き付け性に問題が生じる。特に、冷媒として二酸化炭素を採用した場合、圧縮機の吐出冷媒温度は高温となり、それに伴い軸封装置や摺動部材の環境温度も高温となる。このため、軸封装置や摺動部材の環境温度が高温となったときに軸封装置や摺動部材を保護することが重要となっている。

　そこで、圧縮機の出口と凝縮器またはガスクーラの入口を接続する配管のいずれかの部位における冷媒の圧力を検知する高圧圧力センサを備えることが、例えば、特許文献１に記載されている。そして特許文献１には、高圧圧力センサで検知された圧力が所定の閾値を超えると吐出容量を減少させて高負荷運転領域を回避することが記載されている。

特開２００９－２０９８２３号公報

　上記特許文献１に記載された装置は、圧縮機の冷媒の吐出圧力が所定の閾値を超えると吐出容量を減少させるように制御している。ところが、本発明者等の検討によれば、冷媒として二酸化炭素を用いた冷凍サイクルに用いられる圧縮機では、圧縮機の吐出圧力と摺動部材の温度との間の相関が低いことが分かった。これは、冷媒として二酸化炭素を用いた冷凍サイクルでは、冷媒の吐出圧力を一定に維持するような制御が行われることが多いためと考えられる。

　したがって、上記特許文献１に記載された圧縮機において、冷媒として二酸化炭素を採用した場合、圧縮機の高負荷運転領域を精度良く判定することが難しい。

　本開示は、冷媒の吐出圧力を用いることなく、精度良く圧縮機の高負荷運転状態を判定することを目的とする。

　本開示の１つの観点によれば、車両用冷凍サイクル装置は、冷媒の吐出容量を変化させる吐出容量可変部を有する可変容量型圧縮機と、冷媒の吐出容量を変化させる容量制御信号を可変容量型圧縮機へ出力する制御部と、可変容量型圧縮機から吐出した冷媒を凝縮または冷却する熱交換器と、熱交換器から流出した冷媒を減圧膨張させる減圧部と、減圧部により減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、容量制御信号に基づいて圧縮機が高負荷運転状態であるか否かを判定する高負荷判定部と、を備えている。

　これによれば、冷媒の吐出圧力を用いることなく、精度良く圧縮機の高負荷運転状態を判定することができる。

第１実施形態における車両用冷凍サイクル装置の概略構成およびその一構成部品である圧縮機の内部構成を示した概略図である。図１の圧縮機に設けられている流量制御弁の構成を示した断面図である。第１実施形態の車両用冷凍サイクル装置を使用する車両用空調装置の制御ブロック図である。第１実施形態における車両用空調装置における空調制御の流れを示すフローチャートである。クランクケース温度の推定値と実測値に比較例を示した図である。シャフトシール温度の推定値と実測値に比較例を示した図である。プーリベアリング温度の推定値と実測値に比較例を示した図である。第２実施形態における車両用空調装置における空調制御の流れを示すフローチャートである。

　以下、図面を参照しながら本開示に係る複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

　（第１実施形態）
　第１実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置６０について、図１～図４、図５Ａ～図５Ｃを用いて説明する。図１は、本実施形態における車両用冷凍サイクル装置６０の概略構成およびその一構成部品である圧縮機１の内部構成を示した概略図である。

　車両用空調装置に用いられる車両用冷凍サイクル装置６０は、圧縮機１と、熱交換器２と、膨張弁３と、蒸発器４とを備えており、これらを環状に接続して構成されている。圧縮機１は、吸入した冷媒を高圧にして吐出する。熱交換器２は、圧縮機１から吐出した冷媒を凝縮または冷却する。膨張弁３は、熱交換器２から流出した冷媒を減圧膨張させる減圧部である。蒸発器４は、膨張弁３により減圧膨張された冷媒を蒸発気化させる。なお、熱交換器２は、凝縮器またはガスクーラを用いて構成することができる。また、本実施形態の車両用冷凍サイクル装置６０では、冷媒として二酸化炭素を採用している。

　圧縮機１は、冷媒の吐出容量を変化させる吐出容量可変部を有し、冷媒の流量制御機構である流量制御弁５によって冷媒の吐出容量が制御される。なお、吐出容量可変部は、後述する斜板２６、流量制御弁５等により構成される。圧縮機１のシリンダブロック６のリア側端面には、バルブプレート７を介してリアハウジング８が接合されている。その内部には吐出室９、吸入室１０、吐出室９と接続されている吐出通路１１、および吸入室１０と接続されている吸入通路１２が設けられている。吐出通路１１は吐出管１３によって熱交換器２と連結されており、吸入通路１２は吸入管１４によって蒸発器４と連結されている。

　圧縮機１と熱交換器２との間で吐出管１３により形成される冷媒通路には、２点間の流量差圧を得るための固定絞り部３９と、差圧検出部としての流量センサ４０とが設けられている。流量センサ４０は固定絞り部３９の上流側の高圧側冷媒と下流側の低圧側冷媒の流量差圧（すなわちＰｄＬ－ＰｄＬＬ）を精度よく検出することができる。この流量差圧は、高圧側冷媒における第２圧力監視点Ｐ２と低圧側冷媒における第３圧力監視点Ｐ３の流量差圧である。この流量差圧（すなわちＰｄＬ－ＰｄＬＬ）は、後述する第１圧力監視点Ｐ１と第２圧力監視点Ｐ２の二点間差圧△Ｐ（すなわちＰｄＨ－ＰｄＬ）にほぼ等しい。

　流量センサ４０は、その構造の詳細は図示されていないが、高圧側通路４０ａと、低圧側通路４０ｂと、可動体と、コイルスプリングと、磁石と、位置センサと、を備えて構成されている。高圧側通路４０ａは、高圧側冷媒が流れる第２圧力監視点Ｐ２を含む吐出通路１１に固定絞り部３９の上流側で連通する。低圧側通路４０ｂは、低圧側冷媒が流れる第３圧力監視点Ｐ３を含む通路に固定絞り部３９の下流側で連通する。可動体は、高圧側通路４０ａ内で摺動するスプールからなる。コイルスプリングは、当該可動体を高圧側通路４０ａ側に付勢する。磁石は、可動体の先端部に設けられる。位置センサは、この磁石と対向して配置されて当該可動体の変位を検出する。

　流量制御弁５は、本空調装置の制御部に対応する図３のエアコンＥＣＵ１００によって制御される。流量制御弁５については後で詳細に説明する。

　圧縮機１は、不図示のエンジンの動力を駆動軸２３に伝達する電磁クラッチ３８を有している。電磁クラッチ３８は、プーリ３８０、ハブ３４３およびプーリベアリング３８２を有している。プーリ３８０は、不図示のエンジンから不図示のＶベルトを介して与えられる回転駆動力によって回転する駆動側回転体を構成する。ハブ３４３は、略円盤状を成しており、圧縮機１の駆動軸２３と一体で回転するとともに圧縮機１の駆動軸２３の軸方向に相対移動する。ハブ３４３は、圧縮機１の駆動軸２３に連結された受動側回転体を構成する。電磁クラッチ３８は、プーリ３８０とハブ３４３とを連結あるいは切り離すことで、エンジンから圧縮機１への回転駆動力の伝達を断続するものである。

　プーリベアリング３８２は、プーリ３８０とフロントハウジング１５との間に介装されており、フロントハウジング１５に対してプーリ３８０を回転可能に支持している。

　電磁クラッチ３８への通電はエアコンＥＣＵ１００によって断続され、電磁クラッチ３８が通電されてプーリ３８０とハブ３４３とが連結状態になると、圧縮機１は運転状態となり、電磁クラッチ３８の通電が遮断されてプーリ３８０とハブ３４３とが開離状態になると、圧縮機１は停止する。

　次に、圧縮機１の内部構成を図１にしたがって説明する。圧縮機１のシリンダブロック６のフロント側端面には、フロントハウジング１５が接合されている。フロントハウジング１５の内部には区画されたクランク室１６が形成されている。シリンダブロック６とバルブプレート７との間には、吸入弁１７と一体になっている吸入弁形成板１８が設けられている。バルブプレート７とリアハウジング８との間には、吐出弁１９と一体になっている吐出弁形成板２０と、リテーナ２１を構成するリテーナ形成板２２とが設けられている。シリンダブロック６、フロントハウジング１５およびリアハウジング８はスルーボルトによって締付け固定されて一体になっている。

　駆動軸２３は、シリンダブロック６とフロントハウジング１５の中心部に形成された軸孔にラジアル軸受２４ａ、２４ｂを介して回転可能に支持されている。駆動軸２３は、不図示のＶベルト、電磁クラッチ３８を介してエンジンに作動可能に連結されており、エンジンからの動力供給を受けて回転する。駆動軸２３は、クランク室１６において回転可能なラグプレート２５が一体に固定されており、カムプレートである斜板２６は駆動軸２３が挿通された状態で配置されている。

　ラグプレート２５と斜板２６はヒンジ機構２７によって連結されている。ヒンジ機構２７は、斜板２６側に向かうようにラグプレート２５に突設された２つのラグプレート側突起２５ａと、ラグプレート２５側に向かうように斜板２６に突設された斜板側突起２６ａとによって構成されている。斜板側突起２６ａは、先端側が２つのラグプレート側突起２５ａ間に入り込むように配置されている。ラグプレート２５の回転力はラグプレート側突起２５ａおよび斜板側突起２６ａを介して斜板２６に伝達される。

　したがって斜板２６は、ラグプレート２５との間でヒンジ機構２７による連結と、駆動軸２３による支持とにより、ラグプレート２５および駆動軸２３と同期して回転可能であり、さらに駆動軸２３の軸線方向へのスライド移動を伴いながら駆動軸２３に対して傾動可能となっている。また、ラグプレート２５は、フロントハウジング１５に対してスラスト軸受２４１を介して回転自在に指示されている。

　また、駆動軸２３とフロントハウジング１５の間には、メカニカルシール２４０が設けられている。このメカニカルシール２４０は、フロントハウジング１５と駆動軸２３の隙間からフロントハウジング１５の外部へ冷媒が漏れ出すのを防止している。

　シリンダブロック６の内部に周方向に配設されている複数のシリンダボア２８の各々には、ピストン２９が往復動可能に収容されている。各ピストン２９の一端側とバルブプレート７との間には、ピストン２９の往復運動に応じて容積変化する圧縮室３０が形成されている。ピストン２９の他端側は、シュー３１を介して斜板２６の周縁部に支持されている。

　上記構成によって、エンジンの動力がＶベルト、電磁クラッチ３８を介して駆動軸２３に伝達し、駆動軸２３が回転すると、ラグプレート２５およびヒンジ機構２７を介して斜板２６が回転し、シュー３１を介してピストン２９がシリンダボア２８内で往復運動する。ピストン２９の吸入工程時には、蒸発器４から吸入室１０内に導入された冷媒ガスが吸入ポート３２を通過して吸入弁１７を押しのけ、さらに圧縮室３０に吸入される。そしてピストン２９が圧縮、吐出工程に移行すると、圧縮室３０内の冷媒ガスは吐出ポート３３を通って吐出弁１９を押しのけ、吐出室９に吐出されることになる。

　シリンダブロック６およびリアハウジング８の内部には、クランク室１６と吸入室１０とを連通する抽気通路３４、および吐出室９とクランク室１６とを連通する給気通路３５が設けられている。流量制御弁５は、リアハウジング８の内部であって給気通路３５の途中に設けられている。

　エアコンＥＣＵ１００から出力される容量制御信号に応じて流量制御弁５の開度が調節されると、給気通路３５を介したクランク室１６への高圧の吐出冷媒ガスの導入量と抽気通路３４を介したクランク室１６からの冷媒ガスの導出量とのバランスが制御され、クランク室１６の内圧が決定されることになる。クランク室１６の内圧の変化に応じて、ピストン２９を介してのクランク室１６の内圧と圧縮室３０の内圧との差が変化すると、斜板２６の傾斜角度が変わり、圧縮機１の吐出容量が調節される。

　エアコンＥＣＵ１００から出力される容量制御信号に応じて流量制御弁５の開度が小さくなると、クランク室１６の内圧は低下する。そして、クランク室１６の内圧が低下すると、斜板２６の傾斜角度が増大し、圧縮機１の吐出容量が増大する。図１では、斜板２６のそれ以上の傾動がラグプレート２５によって規制された最大傾斜角度の状態を示している。

　逆にエアコンＥＣＵ１００から出力される容量制御信号に応じて流量制御弁５の開度が大きくなると、クランク室１６の内圧は上昇する。そして、クランク室１６の内圧が上昇すると、斜板２６の傾斜角度が小さくなりピストン２９のストロークが減少し、圧縮機１の吐出容量が減少することになる。このように斜板２６の傾斜角度を変えて圧縮機１の吐出容量を調節することにより、車室内の冷房を最適な状態にするようになっている。

　次に、流量制御弁５の構成を図２にしたがって説明する。図２は流量制御弁５の構成を示した断面図である。図２に示すように、流量制御弁５は、給気通路３５の開度を調節する弁体５１と、弁体５１に図面上方で作動可能に連結されている感圧機構部５２と、弁体５１に図面下方で作動可能に連結されている電磁アクチュエータ５３と、をバルブハウジング５４の内部に備えている。バルブハウジング５４の内部には、給気通路３５の一部を構成する弁孔５４ａが形成されており、弁体５１が下方に移動することによって弁孔５４ａの開度が増大し、逆に上方に移動することによって弁孔５４ａの開度が小さくなる。

　感圧機構部５２は、バルブハウジング５４内の上部に形成された感圧室５２ａと、感圧室５２ａ内に収容された感圧部材であるベローズ５２ｂとから構成されている。感圧室５２ａは、ベローズ５２ｂによってベローズ５２ｂの内部空間である第１圧力室５５と、ベローズ５２ｂの外部空間である第２圧力室５６と、に区画されている。第１圧力室５５と第１圧力監視点Ｐ１とは第１検圧通路５７を介して連通している。また、第２圧力室５６と第２圧力監視点Ｐ２とは第２検圧通路５８を介して連通している。

　第１圧力監視点Ｐ１と第２圧力監視点Ｐ２との間には、Ｐ１とＰ２の二点間差圧△Ｐ（すなわちＰｄＨ－ＰｄＬ）を拡大する固定絞り部３６が吐出通路１１に形成されている。冷凍サイクルを流れる冷媒の流量が多くなるほど、単位長さ当りの圧力損失（すなわち差圧）は大きくなる。つまり、２つの圧力監視点Ｐ１、Ｐ２間の差圧（以下、二点間差圧△Ｐとする）を把握することによって、冷凍サイクルにおける冷媒流量を間接的に検出することができる。そして、固定絞り部３６は二点間差圧△Ｐを拡大するようにすると、冷媒流量の検出をより明確にすることができる。

　上記構成により、感圧機構部５２において、第１圧力室５５には圧力ＰｄＨが導かれ、第２圧力室５６には圧力ＰｄＬが導かれる。ベローズ５２ｂは、圧力ＰｄＨと圧力ＰｄＬとの差圧△Ｐｄに基づく図面下向きの押圧力を弁体５１に作用させる。

　電磁アクチュエータ５３は、固定鉄心５３ａ、可動鉄心５３ｂおよびコイル５３ｃから構成されており、可動鉄心５３ｂには弁体５１が作動可能に連結されている。コイル５３ｃに供給される電力量に応じた図面上向きの電磁力は固定鉄心５３ａと可動鉄心５３ｂとの間に発生し、さらに可動鉄心５３ｂを介して弁体５１に伝達される。

　流量制御弁５においては、次の数式１に示す力のつりあいが成り立ち、これらの力がつりあうところで弁体５１の位置が決定される。この数式Ｆ１は、エアコンＥＣＵ１００のマイクロコンピュータ１０１に予め記憶されている。

　Ａ×△Ｐｄ　＋　Ｂ×ΔＰｄｃ　＋　Ｆｓｐｒ　＝　Ｆｓｏｌ…（Ｆ１）
　Ｆｓｏｌはコイル５３ｃへの通電により可動鉄心５３ｂが弁体５１に作用させる図面上向きの電磁力である。Ａ×△Ｐｄはベローズ５２ｂが弁体５１に作用させる差圧△Ｐｄ（すなわち、図１や図２のＰ１における冷媒とＰ２における冷媒との差圧）に基づく図面下向き押圧力であり、Ａは差圧△Ｐｄが作用するベローズ５２ｂの断面積である。Ｂ×ΔＰｄｃは、吐出室９とクランク室１６との差圧△Ｐｄｃに基づく図面下向き押圧力であり、Ｂは差圧ΔＰｄｃが作用する弁体５１の断面積である。Ｆｓｐｒはベローズ５２ｂの所定のバネ力に基づく図面下向き付勢力である。

　次に、車両用冷凍サイクル装置６０を使用する車両用空調装置の制御システムについて説明する。図３は、当該車両用空調装置における制御システムのブロック図である。図３に示すように、当該車両用空調装置は、室内空調ユニットと、エアコンＥＣＵ１００と、コントロールパネル８０と、を備えている。室内空調ユニットは、車室内のインストルメントパネル裏面とエンジンルームとの間に配置される。エアコンＥＣＵ１００は、室内空調ユニットの各部９０～９３（すなわち各種ドア、ブロワ等）および車両用冷凍サイクル装置６０の構成部品である流量制御弁５等を自動制御可能である。コントロールパネル８０は、所望の運転を設定するために乗員によって操作される。

　エアコンＥＣＵ１００は、コントロールパネル８０から送信される命令信号を受信すると、所定のプログラムによる演算を行って空調運転を実行することができる。エアコンＥＣＵ１００は、マイクロコンピュータ１０１と、入力回路１０２と、出力回路１０３と、を備えている。入力回路１０２には、車室内前面に設けられたコントロールパネル８０上の各種スイッチからの信号および各種センサ４０、８１～８７からのセンサ信号が入力される。出力回路１０３は、各種アクチュエータＭ１～Ｍ４に出力信号を送るとともに流量制御弁５に容量制御信号を送る。

　マイクロコンピュータ１０１は、ＲＯＭ（すなわち読み込み専用記憶装置）、ＲＡＭ（すなわち読み込み書き込み可能記憶装置）等のメモリおよびＣＰＵ（すなわち中央演算装置）等から構成されている。マイクロコンピュータ１０１は、コントロールパネル８０等から送信された運転命令に基づいた演算に使用される各種プログラムを有している。数式１もこれらプログラムに含まれる。

　コントロールパネル８０には、エアコンスイッチ、吸込口切替スイッチ、温度設定スイッチ、風量切替スイッチ、吹出口切替スイッチ等が設けられている。エアコンスイッチは、圧縮機１の起動および停止を命令するためのスイッチである。吸込口切替スイッチは、吸込口モードを切り替えるためのスイッチである。温度設定スイッチは、車室内温度を設定するためのスイッチである。風量切替スイッチは、ブロワ９３による車室内への送風量を切り替えるためのスイッチである。吹出口切替スイッチは、吹出口モードを切り替えるためのスイッチである。

　各種センサは、内気温センサ８１、外気温センサ８２、日射センサ８３、蒸発器後温度センサ８４、水温センサ８５、吐出圧センサ８６、吐出温度センサ８７、流量センサ４０およびエンジン回転数センサ８８等を含む。

　内気温センサ８１は、車室内の空気温度を検出するものであり、外気温センサ８２は、車室外の外気温度を検出するものである。日射センサ８３は、車室内に照射される日射量を検出するものであり、蒸発器後温度センサ８４は、蒸発器４における熱交換コア部のフィン温度を検出するものである。水温センサ８５は、室内空調ユニット内部の送風空気を加熱するヒータへの冷却水温度を検出するものであり、吐出圧センサ８６は、圧縮機１から吐出される吐出側冷媒圧力Ｐｄを検出するものである。吐出圧センサ８６は、圧縮機１から吐出される吐出側冷媒圧力Ｐｄを検出するものであり、吐出温度センサ８７は、圧縮機１から吐出される吐出側冷媒温度Ｔｄを検出するものである。流量センサ４０は、圧縮機１と熱交換器２との間を接続する吐出管１３により形成される冷媒通路の上流側の冷媒と下流側の冷媒の差圧を検出して吐出管１３により形成される冷媒通路を流れる冷媒の流量を検出するものである。エンジン回転数センサ８８は、エンジンの回転数Ｎｃを検出するものである。これらセンサの検出信号は、エアコンＥＣＵ１００へ入力されるようになっている。

　なお、蒸発器後温度センサ８４は、蒸発器４の出口側温度を検出する蒸発器温度検出部の一例である。蒸発器後温度センサ８４は、蒸発器４の熱交換コア部のフィン間に差し込んで設けられるフィン温度センサである。しかし、蒸発器温度検出部の他の例として蒸発器４の熱交換コア部を通過した直後の空気温度を検出する蒸発器後空気温度センサを用いてもよい。

　マイクロコンピュータ１０１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリおよびＣＰＵ等から構成されており、コントロールパネル８０等から送信された運転命令に基づいた演算に使用される各種プログラムを有している。マイクロコンピュータ１０１から出力された信号は、出力回路１０３によってＤ／Ａ変換、増幅等された後に、各種アクチュエータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４および流量制御弁５に駆動信号として出力される。アクチュエータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、吹出口切替ドア９０、内外気切替ドア９１、エアミックスドア９２、ブロワ９３のそれぞれを駆動する。

　次に、エアコンＥＣＵ１００による空調制御処理について図４および図５を用いて説明する。図４は、エアコンＥＣＵ１００による空調制御処理を示したフローチャートである。

　まず、エアコンスイッチがオンされるなどして、エアコンＥＣＵ１００にオート空調運転命令が入力される。すると、エアコンＥＣＵ１００は、図４に示す空調制御処理にしたがって空調制御処理を開始する。すると、ＲＯＭ，ＲＡＭなどのメモリに記憶された制御プログラムがスタートして、ステップＳ１０でＲＡＭに記憶されるデータなどが初期化される。

　次に、エアコンＥＣＵ１００は、ステップＳ２０でコントロールパネル８０、内気温センサ８１、外気温センサ８２、日射センサ８３、蒸発器後温度センサ８４、水温センサ８５、吐出圧センサ８６、流量センサ４０、吐出温度センサ８７およびエンジン回転数センサ８８等からの信号を読み込む。

　次に、ステップＳ３０で、これらの信号によるデータとＲＯＭに記憶されたプログラム（すなわち演算式）とによって車室内に吹き出す空気の温度の目標値である目標吹出温度ＴＡＯを算出する。具体的には、以下の数式Ｆ２を用いて目標吹出温度ＴＡＯを算出する。

　ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ－Ｋｒ×Ｔｒ－Ｋａｍ×Ｔａｍ－Ｋｓ×Ａｓ＋Ｃ…（Ｆ２）
　ここで、Ｔｓｅｔは温度設定スイッチで設定された車室内の目標温度、Ｔｒは内気温センサ８１で検出された検出信号、Ｔａｍは外気温センサ８２で検出された検出信号、Ａｓは日射センサ８３で検出された検出信号を示している。なお、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、およびＫｓは、制御ゲインであり、Ｃは、補正用の定数である。

　続いてエアコンＥＣＵ１００は、ステップＳ４０において、車室内への送風を提供するブロワ９３を作動するための電圧を決定する。このブロワ電圧の決定処理は、予めＲＯＭに記憶された特性図を用いて算出される。

　次にエアコンＥＣＵ１００は、ステップＳ５０において、ステップＳ３０で算出された目標吹出温度ＴＡＯに対応する吸込口モードを決定する処理を実行する。エアコンＥＣＵ１００は、吸込口モードを予めＲＯＭに記憶された特性図を用いて決定し、例えば目標吹出温度ＴＡＯが所定の目標吹出温度よりも高いときには内気循環モードを選択し、所定の目標吹出温度以下であるときには外気導入モードを選択する。

　次にエアコンＥＣＵ１００は、ステップＳ６０において、予めＲＯＭ、ＲＡＭなどに記憶されている吹出ロモード決定するための特性図にしたがい、ステップＳ３０で算出された目標吹出温度ＴＡＯに対応する吹出口モードを決定する処理を実行する。エアコンＥＣＵ１００は、目標吹出温度ＴＡＯが上昇するにつれて、空調ゾーンの吹出ロモードをフェイスモード、バイレベルモード、フットモードの順番に自動的に切り替えるように制御する。なお、フェイスモードとは、フェイス吹出口だけから空調風を吹き出すモードであり、フットモードとは、フット吹出口だけから空調風を吹き出しモードである。また、バレベルモードとは、フェイス吹出口およびフット吹出口から空調風を吹き出すモードである。

　次にエアコンＥＣＵ１００は、ステップＳ７０において、エアミックスドア９２の目標開度を算出する。エアミックスドア９２の開度は、ステップＳ３０で算出された目標吹出温度ＴＡＯ、蒸発器後温度センサ８４によって検出された蒸発器後のフィン温度、水温センサ８５によって検出された冷却水温を、ＲＯＭに記憶されたプログラム（すなわち演算式）に代入して演算することによって算出される。

　次にエアコンＥＣＵ１００は、ステップＳ８０において、ステップＳ３０で決定した目標吹出温度ＴＡＯを実現するための目標蒸発器後温度ＴＥＯを算出する。具体的には、車室内の吹き出される空気の温度が目標吹出温度ＴＡＯに近付くように目標蒸発器後温度ＴＥＯを算出する。より具体的には、目標蒸発器後温度ＴＥＯと蒸発器後温度センサ８４の検出値である実際の蒸発器後温度Ｔｅとが一致するように、フィードバック制御（すなわちＰＩ制御）によって圧縮機１の目標吐出量を決定し、さらに、圧縮機１の目標吐出量を満たす制御電流Ｉｃを決定する。この制御電流Ｉｃは、電磁アクチュエータ５３のコイル５３ｃに流れる電流であって、圧縮機１の冷媒の吐出容量を制御する容量制御信号に相当する。

　次にエアコンＥＣＵ１００は、ステップＳ９０にて、動力断続用の電磁クラッチを接続状態する。それと共にエアコンＥＣＵ１００は、各ステップＳ３０～Ｓ８０で算出または決定された各制御状態が得られるように、アクチュエータＭ１～Ｍ４に制御信号を出力するとともに、圧縮機１の目標吐出量を満たす制御電流Ｉｃを流量制御弁５に出力する。

　次に、エアコンＥＣＵ１００はステップＳ１００で、電磁アクチュエータ５３のコイル５３ｃに流れる制御電流Ｉｃ、圧縮機１の回転数Ｎｃおよび圧縮機１から吐出される冷媒の温度Ｔｄの３つの条件を用いて圧縮機１が高負荷運転領域にあるか否かを判定する。

　ここで、エアコンＥＣＵ１００のメモリには、以下の数式Ｆ３が記憶されている。エアコンＥＣＵ１００は、この数式Ｆ３を用いて圧縮機１の所定位置の温度Ｔｃを推定し、圧縮機１の所定位置の温度Ｔｃが所定値以上であるか否かに基づいて圧縮機１が高負荷運転領域にあるか否かをステップＳ１００で判定する。

　Ｔｃ＝ｆ（Ｉｃ、Ｎｃ、Ｔｄ）…（Ｆ３）
　ここで、Ｉｃは流量制御弁５の制御電流、Ｎｃは圧縮機１の回転数、Ｔｄは圧縮機の冷媒の吐出温度である。

　流量制御弁５の制御電流Ｉｃは、圧縮機１の負荷、クランクケース内温度およびクランクケース内圧力とも相関関係を有している。すなわち、制御電流Ｉｃが大きくなると、クランクケース内圧力が低くなり、圧縮機１の負荷は大きくなり、クランクケース内温度は高くなる。なお、流量制御弁５の制御電流Ｉｃは、ステップＳ９０で求めた電流値を用いることができる。

　圧縮機１の駆動軸２３の回転数Ｎｃは、ラジアル軸受２４ａ、２４ｂ、スラスト軸受２４１等の摺動部やメカニカルシールといった軸封装置の発熱と相関関係を有する。圧縮機１の駆動軸２３の回転数Ｎｃは、エンジン回転数と比例するため、エンジン回転数センサ８８の出力値から特定することができる。

　圧縮機１の冷媒の吐出温度Ｔｄは、圧縮機１の負荷と相関関係を有する。すなわち、圧縮機１の冷媒の吐出温度Ｔｄが高いほど、圧縮機１の負荷も大きくなる。また、圧縮機１の冷媒の吐出温度Ｔｄは、冷凍サイクル内の冷媒のガス封入量と相関関係を有する。例えば、経年変化により冷凍サイクル内の冷媒のガス封入量が減少すると、圧縮機１から吐出される冷媒温度Ｔｄは高くなる。圧縮機１の冷媒の吐出温度Ｔｄは、吐出温度センサ８７の出力値を用いて特定することができる。

　エアコンＥＣＵ１００は、数式Ｆ３を用いて推定した圧縮機１の所定位置の温度Ｔｃが所定値以上であるか否かに基づいて圧縮機１が高負荷運転領域にあるか否かを判定する。

　ここで、圧縮機の所定位置の温度Ｔｃが所定値未満の場合、ステップＳ２０の処理に戻り上述のステップＳ２０～ステップＳ１００の制御処理を繰り返す。また、数式Ｆ３を用いて推定された圧縮機１の所定位置の温度Ｔｃが所定値以上になると、Ｓ１００にてＹＥＳと判定され、エアコンＥＣＵ１００は、圧縮機１の冷媒の吐出容量を減少させるよう制御電流Ｉｃを少なくする。これにより、流量制御弁５の開度は増加し、ピストン２９のストロークが減少し、圧縮機１の吐出容量が減少する。

　そして、エアコンＥＣＵ１００は、数式Ｆ３を用いて推定した圧縮機１の所定位置の温度Ｔｃが所定値未満になると、ステップＳ２０の処理に戻り上述のステップＳ２０～ステップＳ１００の制御処理を繰り返す。

　ここで、数式Ｆ３を用いた圧縮機１の各部の温度の予測について説明する。図５Ａは、図１中のＭ１で示されるクランクケース温度の推定値と実測値に比較例を示した図である。図５Ｂは、図１中のＭ２で示されるシャフトシール温度の推定値と実測値に比較例を示した図である。図５Ｃは、図１中のＭ３で示されるプーリベアリング温度の推定値と実測値に比較例を示した図である。図５Ａ～図５Ｃに示すように、数式Ｆ３を用いることで圧縮機の各部の温度を精度よく推定することが確認できた。

　上記した構成によれば、車両用冷凍サイクル装置６０は、可変容量型圧縮機１と、エアコンＥＣＵ１００と、熱交換器２と、を備えている。可変容量型圧縮機１は、冷媒の吐出容量を変化させる吐出容量可変部を有する。エアコンＥＣＵ１００は、冷媒の吐出容量を変化させる容量制御信号を可変容量型圧縮機へ出力する。熱交換器２は、可変容量型圧縮機１から吐出した冷媒を冷却する。さらに、車両用冷凍サイクル装置６０は、熱交換器２から流出した冷媒を減圧膨張させる膨張弁３と、膨張弁３により減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器４と、容量制御信号に基づいて圧縮機が高負荷運転状態であるか否かを判定する高負荷判定部と、を備えている。エアコンＥＣＵ１００が、ステップＳ１００を実行することで、処理高負荷判定部に対応する。これによれば、冷媒の吐出圧力を用いることなく、精度良く圧縮機の高負荷運転状態を判定することができる。

　また、高負荷判定部は、容量制御信号と、可変容量型圧縮機の回転数および可変容量型圧縮機より吐出される冷媒の温度の少なくとも一方と、に基づいて圧縮機が高負荷運転状態であるか否かを判定する。これによれば、容量制御信号に基づいて圧縮機が高負荷運転状態であるか否かを判定する場合と比較して、さらに精度良く高負荷運転状態であるか否かを判定することができる。

　また、冷媒として二酸化炭素を採用している。このように、冷媒として二酸化炭素を採用したときに、特に精度良く高負荷運転状態であるか否かを判定することができる。

　また、圧縮機１としては、電流駆動されるコイル５３ｃと、該コイル５３ｃを駆動する制御電流に応じて開度が変化する流量制御弁５を有し、該流量制御弁５の開度に応じて冷媒の吐出容量を変化させるよう構成されたものとすることができる。

　また、本車両用冷凍サイクル装置６０を、車両に搭載される車両用空調装置に適用することができる。

　（第２実施形態）
　第２実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置６０について説明する。本実施形態の車両用冷凍サイクル装置６０は、上記第１実施形態の装置と同じである。本実施形態の車両用冷凍サイクル装置６０は、上記第１実施形態の装置と比較してエアコンＥＣＵ１００の処理が異なる。

　図６は、本実施形態のエアコンＥＣＵ１００の空調制御処理を示したフローチャートである。ステップＳ１０～ステップＳ１００は、図４と同様であるので、ここではその説明を省略する。

　本実施形態では、エアコンＥＣＵ１００は、ステップＳ１００にて、数式Ｆ３を用いて推定した圧縮機１の所定位置の温度Ｔｃが所定値以上であるか否かに基づいて圧縮機１が高負荷運転領域にあるか否かを判定する。

　ここで、圧縮機の所定位置の温度が所定値未満の場合、ステップＳ２０の処理に戻り上述のステップＳ２０～ステップＳ１００の制御処理を繰り返す。また、数式Ｆ３を用いて推定された圧縮機１の所定位置の温度Ｔｃが所定値以上になると、Ｓ１００にてＹＥＳと判定され、エアコンＥＣＵ１００は、ステップＳ２０２で圧縮機１の電磁クラッチ３８をオフにし、ステップＳ２０に戻る。これにより、プーリ３８０とハブ３４３とが切り離され、エンジンから圧縮機１への回転駆動力の伝達が切断され、圧縮機１は無負荷状態となる。この後、ステップＳ２０の処理に戻る。そして、数式Ｆ３を用いて推定された圧縮機１の所定位置の温度Ｔｃが所定値以上となっている場合には、ステップＳ２０に戻る。また、数式Ｆ３を用いて推定された圧縮機１の所定位置の温度Ｔｃが所定値未満になると、ステップＳ２０の処理に戻り上述のステップＳ２０～ステップＳ１００の制御処理繰り返す。

　本実施形態では、上記第１実施形態と共通の構成から奏される同様の効果を上記第１実施形態と同様に得ることができる。

　（他の実施形態）
　（１）上記実施形態における車両用冷凍サイクル装置６０では、冷媒として二酸化炭素を採用したが、二酸化炭素以外の冷媒を採用した冷凍サイクル装置６０に適用することもできる。

　（２）上記各実施形態では、クラッチ付き可変容量型圧縮機を例に説明したが、可変容量型圧縮機であるため、例えば、所謂ＤＬプーリ式圧縮機のようなクラッチレス可変容量型圧縮機を採用してもよい。

　（３）上記各実施形態では、流量制御弁５の制御電流Ｉｃ、圧縮機１の回転数Ｎｃ、圧縮機の冷媒の吐出温度Ｔｄを変数とする数式Ｆ３を用いて圧縮機１が高負荷運転領域にあるか否かを判定するようにした。これに対し、流量制御弁５の制御電流Ｉｃ、圧縮機１の回転数Ｎｃ、圧縮機の冷媒の吐出温度Ｔｄの少なくとも１つを用いて圧縮機１が高負荷運転領域にあるか否かを判定するようにしてもよい。

　（４）上記各実施形態では、数式Ｆ３を用いて圧縮機１の所定位置の温度Ｔｃを推定し、圧縮機１の所定位置の温度Ｔｃが所定値以上であるか否かに基づいて圧縮機１が高負荷運転領域にあるか否かを判定するようにした。しかし、必ずしも圧縮機１の所定位置の温度Ｔｃを推定する必要はなく、流量制御弁５の制御電流Ｉｃ、圧縮機１の回転数Ｎｃ、圧縮機の冷媒の吐出温度Ｔｄを変数とする関数を用いて圧縮機１が高負荷運転領域にあるか否かを判定してもよい。

　（５）上記各実施形態では、流量制御弁５のコイル５３ｃに流れる制御電流を、圧縮機１の冷媒の吐出容量を制御する容量制御信号とした。しかし、例えば、斜板角度検出センサや、クランク室内圧力など、流量制御弁５のコイル５３ｃに流れる制御電流以外の容量を推定できる信号としてもよい。

　なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

　（まとめ）
　上記実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、車両用冷凍サイクル装置は、冷媒の吐出容量を変化させる吐出容量可変部を有する可変容量型圧縮機と、冷媒の吐出容量を変化させる容量制御信号を可変容量型圧縮機へ出力する制御部と、可変容量型圧縮機から吐出した冷媒を凝縮または冷却する熱交換器と、熱交換器から流出した冷媒を減圧膨張させる減圧部と、減圧部により減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、容量制御信号に基づいて圧縮機が高負荷運転状態であるか否かを判定する高負荷判定部と、を備えている。

　第２の観点によれば、高負荷判定部は、容量制御信号と、可変容量型圧縮機の回転数および可変容量型圧縮機より吐出される冷媒の温度の少なくとも一方と、に基づいて圧縮機が高負荷運転状態であるか否かを判定する。これによれば、容量制御信号に基づいて圧縮機が高負荷運転状態であるか否かを判定する場合と比較して、さらに精度良く高負荷運転状態であるか否かを判定することができる。

　第３の観点によれば、高負荷判定部は、容量制御信号と、可変容量型圧縮機の回転数と、可変容量型圧縮機より吐出される冷媒の温度と、に基づいて圧縮機が高負荷運転状態であるか否かを判定する。これによれば、容量制御信号に基づいて圧縮機が高負荷運転状態であるか否かを判定する場合と比較して、さらに精度良く高負荷運転状態であるか否かを判定することができる。

　第４の観点によれば、冷媒として二酸化炭素を採用している。このように、冷媒として二酸化炭素を採用したときに、特に精度良く高負荷運転状態であるか否かを判定することができる。

　第５の観点によれば、圧縮機は、電流駆動されるコイルと、該コイルを駆動する制御電流に応じて開度が変化する流量制御弁を有し、該流量制御弁の開度に応じて冷媒の吐出容量を変化させるよう構成されている。

　第６の観点によれば、車両用冷凍サイクル装置は、車両に搭載される車両用空調装置に適用される。

Claims

　冷凍サイクル装置であって、
　冷媒の吐出容量を変化させる吐出容量可変部を有する可変容量型圧縮機（１）と、
　前記冷媒の吐出容量を変化させる容量制御信号を前記可変容量型圧縮機へ出力する制御部（１００）と、
　前記可変容量型圧縮機から吐出した前記冷媒を凝縮または冷却する熱交換器（２）と、
　前記熱交換器から流出した前記冷媒を減圧膨張させる減圧部（３）と、
　前記減圧部により減圧膨張された前記冷媒を蒸発させる蒸発器（４）と、
　前記容量制御信号に基づいて前記圧縮機が高負荷運転状態であるか否かを判定する高負荷判定部（Ｓ１００）と、を備えた冷凍サイクル装置。
　前記高負荷判定部は、前記容量制御信号と、前記可変容量型圧縮機の回転数および前記可変容量型圧縮機より吐出される前記冷媒の温度の少なくとも一方と、に基づいて前記圧縮機が高負荷運転状態であるか否かを判定する請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
　前記高負荷判定部は、前記容量制御信号と、前記可変容量型圧縮機の回転数と、前記可変容量型圧縮機より吐出される前記冷媒の温度と、に基づいて前記圧縮機が高負荷運転状態であるか否かを判定する請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
　前記冷媒は二酸化炭素である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
　前記圧縮機は、電流駆動されるコイル（５３ｃ）と、該コイルを駆動する制御電流に応じて開度が変化する流量制御弁（５）を有し、該流量制御弁の開度に応じて前記冷媒の吐出容量を変化させるよう構成されており、
　前記容量制御信号は、前記制御電流である請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
　車両に搭載される車両用空調装置に適用されるものである請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置
　動力を前記可変容量型圧縮機の駆動軸（２３）に伝達するクラッチ（３８）を、前記圧縮機が高負荷運転状態であると前記高負荷判定部が判定したことに基づいて、オフする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
　前記可変容量型圧縮機は、回転する斜板（２６）を有し、
　前記斜板が回転すると、吸入室（１０）内に導入された冷媒が圧縮室（３０）を通って吐出室（９）に吐出され、
　前記流量制御弁は、前記吸入室と連通するクランク室（１６）と前記吐出室とを連通する給気通路（３５）の開度を調節する弁体（５１）と、前記弁体（５１）に連結されている電磁アクチュエータ（５３）とを備える請求項５に記載の冷凍サイクル装置。