JPH0154620B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は負荷状況に応じて稼働容量を変えるこ
とができる特に車両空調用に好適な可変容量圧縮
機の運転制御方法に関するものである。

従来、車両用冷房装置における可変容量圧縮機
の運転制御方法として、ダクト内に配設したエバ
ポレータにより熱交換を終えて圧縮機に吸入され
る冷媒ガスの圧力、すなわち吸入ガス圧力を圧力
センサにより検出し、運転時間の経過とともに前
記吸入ガス圧力が降下して設定値以下になると、
制御器から圧縮機の容量切換え機構へ容量ダウン
信号を出力するようにしたものがあつた。（同一
出願人による特開昭55−160187号） ところが、前述した制御方法には、容量制御域
が限られているため、除湿等小容量でも冷房能力
が過剰のときは、ダンパを開いてヒータによる加
熱量を多くして冷し過ぎを加熱するという余分な
仕事をし、動力損失を大きくするという欠陥があ
つた。

又、最近出願人は車室温度が設定値になつたと
き容量切換えを行うようにした制御方法を提案し
ているが、前述した動力損失が大きくなるほか、
エパポレータの温度と無関係に制御されるので、
エバポレータのフロスト（霜付き）が生じる危険
性があつた。

本発明の目的は、冷房負荷が大きいときにはエ
バポレータの出口空気温度、ヒータ等の加熱手段
により加熱されてダクトの吹出口から吹き出され
る吹出空気温度と前記出口空気温度の温度差又は
冷房室内空気温度と設定冷房室温度との温度差の
いずれか一つが設定値になつたとき、圧縮機の容
量を冷房能力の高い大容量域で切換制御し、冷房
負荷が小さいときには、吸入ガス圧力、吸入ガス
温度、吸入ガスの過熱度、吐出ガスの過熱度又は
前記出口空気温度のいずれか一つが設定値になつ
たとき、圧縮機の容量を冷房能力の低い小容量域
で切換制御することにより、冷房負荷に応じて圧
縮機を効率的に運転して動力損失を軽減すること
ができとともに、エバポレータのフロストを防止
することができ、さらにダンパの調節回数を少な
くすることができる冷房装置おける可変容量圧縮
機の運転制御方法を提供することにある。

以下、本発明を車両空調用可変容量圧縮機の運
転制御方法に具体化した第一〜第四実施例を図面
について説明する。

まず、各実施例の制御方法に使用される車両冷
房装置の概要を第１図について総括的に説明する
と、図中１はエンジン、２はこのエンジン１によ
り、駆動される可変容量圧縮機であつて、この実
施例では稼動容量を四段階以上無段階（例えば、
大容量域で二段階、小容量域で二段階）に容量切
換えを行なうことができる圧縮機を用いている。

前記圧縮機２の吐出フランジ４と吸入フランジ
５には、冷凍サイクルを構成するコンデンサ６、
レシーバ７、エキスパンシヨンバルブ８及びエバ
ポレータ９が直列に接続されている。

一方、ダクト１０内には、フアン１１、前記エ
バポレータ９、ダンパ１２及びエンジン１の冷却
水を利用したヒータ１３が順次配設され、前記ダ
ンパ１２を回動調節することによりダクト１０の
吹出口１４から吹き出される空気の温度を所望温
度に調節可能である。

前記エバポレータ９とダンパ１２の間、すなわ
ちエバポレータ９の出口には、そこを通過する空
気の温度（以下エバポレータの出口空気温度Te
又は単に出口温度Teという）を検出する温度セ
ンサ１５が配設されている。この温度センサ１５
と前記容量切換機構３との間には、制御器１６が
接続されていて、本実施例ではこの制御器１６の
温度比較判別回路（図示略）により予め定められ
た設定温度Te２（例えば５℃）と温度センサ１
５により検出されたエバポレータ９の出口空気温
度Teとを比較判別し、この出口温度Teが前記設
定値Te２になつたとき、前記制御器１６の動作
回路（図示略）から前記容量切換機構３に対し大
容量域で容量ダウン信号を出力し、反対に前記出
口温度Teが前記設定値Te２よりも高い設定値Te
１（例えば10℃）となつたとき、容量切換機構３
に対し、大容量域で容量アツプ信号を出力するよ
うにしている。

前記ダクト１０の吹出口１４内にはそこを通過
する空気の温度（以下ダクトの吹出空気温度Tf
又は単に吹出温度Tfという）を検出する温度セ
ンサ１７が配置されており、この温度センサ１７
により検出された信号は前記制御器１６に入力さ
れ、この制御器の比較判別回路により吹出空気温
度Tfと前記出口空気温度Teの温度差△Tfeと、
予め定めた設定温度差△Tfe２（例えば５℃）と
を比較判別し、温度差△Tfeが設定値△Tfe２に
なつたとき、制御器１６から大容量域で容量ダウ
ン信号を出力し、反対に前記設定値△Tfe２より
も小さい設定値△Tfe１（例えば３℃）になつた
とき、大容量域で容量アツプ信号を出力するよう
にしている。

一方、車室内の直射日光、風等のあたらない適
当箇所には、車室内空気温度Tr（以下単に車室温
度Trという）を検出するための温度センサ１８
が配設されており、この温度センサ１８により検
出された信号は前記制御器１６に入力され、同制
御器の比較判別回路により予め設定された設定車
室温度Tc（例えば25℃）との温度差△Trcが設定
温度差△Trc２（例えば２℃）になつたとき、制
御器１６から大容量域で容量ダウン信号を出力
し、反対に前記設定値△Trc２よりも大きい設定
値△Trc１（例えば５℃）になつたとき、大容量
域で容量アツプ信号を出力するようにしている。

又、前記エバポレータ９と吸入フランジ５を結
ぶ管路の途中には、圧縮機へ吸入されるガスの圧
力及び温度を検出する圧力センサ１９と温度セン
サ２０が設けられている。この圧力センサ１９に
より検出された吸入ガス圧力Psは、前記制御器
１６に入力され同圧力Psが制御器１６の比較判
別回路により予め設定された設定圧力Ps２（例
えば0.5Kg／cm）になると、制御器１６から小容
量域で容量ダウン信号を出力し、反対に前記設定
値Ps２よりも大きい設定値Ps１（例えば３Kg／
cm）になると、小容量域で容量アツプ信号を出力
するようにしている。同様にして温度センサ２０
により検出された吸入ガス温度Tsが設定温度Ts
２（例えば０℃）になると、制御器１６から小容
量で容量ダウン信号を出力し、反対に前記設定値
Ts２よりも大きい設定値Ts１（例えば10℃）に
なると、小容量域で容量アツプ信号を出力するよ
うにしている。

さらに、前記制御器１６は前記吸入ガス温度
Ts及び吸入ガス圧力Psによつて決定されるモリ
エル（Ｐ−ｉ）線図における吸入状態点の過熱度
Tshが、予め制御器１６により記憶された設定過
熱度Tsh２（例えば５℃）になつたとき、制御器
１６から小容量域で容量ダウン信号を出力し、反
対に前記設定値Tsh２よりも大きい設定値Tsh１
（例えば15℃）になつたとき、小容量域で容量ア
ツプ信号を出力する機能を有している。さらに、
制御器１６には前述した吸入状態の過熱度Tshと
同様に吐出フランジ４とコンデンサ６を結ぶ管路
に接続した圧力・温度センサ（図示略）によつて
検出された吐出ガス圧力Pd、温度Tdにより決定
される吐出状態点の過熱度Tdhが設定値Tdh２，
Tdh１になつたとき、小容量域で容量ダウン（ア
ツプ）信号を出力する機能を有している。

次に、前記のように構成した車両用冷房装置を
もとに本発明の制御方法の第一実施例を第２図に
ついて説明する。

この実施例は前記出口温度Teと、吸入ガス圧
力Psが予め定められた設定値になつたと制御器
１６により判断された場合を示しており、具体的
には冷房負荷が大きいときには出口温度Teと設
定値Te１，Te２により圧縮機を大容量域で交互
に切換制御し、冷房負荷が小さいときには、吸入
ガス圧力Psと設定値Ps１，Ps２により圧縮機を
小容量域で切換制御するようにしている。

今、冷房装置の起動スイツチ（図示略）により
電磁クラツチがONされると、圧縮機は全容量で
駆動される。吐出フランジ４から吐出された圧縮
冷媒ガスはコンデンサ６、レシーバ７及びエキス
パンシヨンバルブ８を経てエバポレータ９へと送
られ、ここでフアン１１により強制移送される空
気によつて熱交換された後、吸入フランジ５から
圧縮機内に吸い込まれる。エバポレータ９の出口
温度Teは、運転時間ｈの経過に従つて次第に低
くなつていくが、クラツチがONされて圧縮機が
100％稼動されてからしばらくの間は、車室内の
温度がまだ高いため冷房負荷が大きく熱交換が効
率的に行なわれて出口温度Teは急激に降下する。
その後、運転時間の経過にともなつて車室内温度
が低下し熱交換効率が低下してくると出口温度
Teの下降も緩やかになつていき、同出口温度Te
が設定値Te２になると、制御器１６から容量ダ
ウン信号が出力されて容量切換機構３により圧縮
機が大容量域で容量ダウンされる。

こうして容量ダウンしても圧縮機の冷房能力が
やや大きい場合には、出口温度Te及び吸入ガス
圧力Psが第２図実線で示すように緩やかに降下
していき、圧力Psが設定値Ps２になると制御器
１６から小容量で容量ダウン信号が出力されて圧
縮機が最小容量で運転される。その後、車室温度
が上昇して出口温度Te及び吸入ガス圧力Psが上
昇し、この圧力Psが設定値Ps１になると小容量
域で容量アツプされるが、出口温度Teは設定値
Te１よりも低いので圧縮機は小容量域の容量ア
ツプ状態で稼動され、それ以降は、設定値Ps２，
Ps１によつて小容量域での容量アツプ・ダウン
が交互に行なわれる。

反対に、圧縮機が小容量域の容量アツプ状態で
冷房能力が不足する場合には、第２図二点鎖線で
示すように出口温度Te、吸入圧力Psが上昇し、
温度Teが設定値Te１になると制御器１６から容
量アツプ信号が出力され、大容量域の容量ダウン
状態に切換制御される。その後、設定値Te２，
Te１により大容量域での容量切換えが交互に行
なわれる。

このように本発明第一実施例においては、冷房
負荷が小さいときには吸入圧力Ps及び設定値Ps
１，Ps２によつて圧縮機を小容量域で交互に容
量切換制御するようにしたので、冷し過ぎを過熱
するという余分な仕事を少なくして圧縮機を効率
のよい状態で運転し、動力損失を少なくすること
ができ、又、エバポレータ９を通る吸入ガス圧力
Psを検出するようにしているので、エバポレー
タが０℃以下になる前に圧縮機の容量を最小にし
てフロストを防止することができる。

さらに、車室温度が搭乗者に適した温度になり
冷房負荷が小さくなつてからは冷え過ぎを防止す
るためにダンパ１２が回動されてヒータ１３によ
る加熱量を多くするが、このとき本発明では出口
温度Teと無関係に吸入ガス圧力Psにより圧縮機
を小容量域で切換制御することにより、出口温度
Teを前記設定値Te２よりも高くして吹出温度Tf
と出口温度Teの温度差△Tfeを小さくでき、従
つて、それだけダンパの調節による車室温度の調
節が行ない易く、ダンパ調節回数を少なくするこ
とができる。

なお、この第一実施例においては、ガス不足状
態の場合エバポレータの冷房能力が低下して出口
温度Teが設定値Te２よりも高く大容量運転とな
つているため、吸入ガス圧力Psの下がり方が著
しく、この結果同圧力Psの異常降下を検出する
ことにより、ガス不足を検出し易いという利点も
ある。このことは、吸入ガス圧力Psと吸入ガス
温度Tsによつて決定される吸入ガスの過熱度
Tshにより圧縮機を小容量域で切換制御するよう
にした後述する第四実施例についてもいえること
で、この場合には過熱度Tshの異常上昇を検出す
ることによりガス不足を知ることができる。

次に、本発明の制御方法の第二実施例を第３図
を中心に説明する。

この実施例は吹出温度Tfと出口温度Teの温度
差△Tfeと、吸入ガス温度Tsが予め設定された設
定値になつたと制御器１６により判断された場合
を示しており、具体的には冷房負荷が大きいとき
には吹出温度Tfと出口温度Teの温度差△Tfe及
び設定値△Tfe１，△Tfe２によつて圧縮機を大
容量域で容量切換制御し、冷房負荷が小さいとき
には吸入ガス温度Ts及び設定値Ts１，Ts２によ
つて小容量域で容量切換制御するようにしてい
る。冷房負荷の大きい運転初期ではダンパ１２が
閉じられているので、前記温度差△Tfeが小さ
く、又吸入温度Tsも高いために圧縮機は大容量
域の容量アツプ状態で運転される。冷房が進んで
車室温度が適温になると、冷え過ぎを防止するた
めダンパ１２を開いて一部の空気をヒータ１３で
過熱して吹出温度Tfを上昇させる。すると、温
度差△Tfeが大きくなり、これが設定値△Tfe２
になると圧縮機が大容量域の容量ダウン状態に切
換えられ、冷房能力が低下する。

圧縮機が大容量域の容量ダウン状態に切換られ
ても冷房能力がやや過剰の場合は、第３図実線で
示すように吸入温度Tsが降下し、この温度Tsが
設定値Ts２になると、制御器１６から小容量域
での容量ダウン状態へ切換える信号が出力され圧
縮機が最小容量で運転される。その後、吸入温度
Tsが上昇して設定値Ts１になると、制御器１６
から小容量域で容量アツプ信号が出力されるが、
温度差△Tfeが設定値△Tfe１になつていないの
で、圧縮機は小容量域の容量アツプ状態で運転さ
れる。以下同様にして設定値Ts１，Ts２により
圧縮機の小容量域での容量切換制御が交互に行わ
れる。

反対に、圧縮機が小容量域で容量アツプされた
が、これでは冷房能力が不足するときには、第３
図二点鎖線で示すように出口温度Teが上昇して
温度差△Tfeが小さくなつていき、△Tfeが設定
値△Tfe１になると制御器１６から容量アツプ信
号が出力され、圧縮機は大容量域の容量アツプ状
態に切換えられる。以下同様に設定値△Tfe２，
△Tfe１により大容量域で容量切換えが交互に行
なわれる。

このように本発明第二実施例においては、冷房
負荷が小さいときには吸入温度Ts及び設定値Ts
２，Ts１により圧縮機を小容量域で容量切換制
御するようにしたので、前記第一実施例のように
動力損失を少なくすることができるとともに、ダ
ンパの調節回数を減らすことができ、さらにエバ
ポレータのフロストを防止することができる。

次に、本発明制御方法の第三実施例を第４図に
ついて説明する。

この実施例は車室温度Trと設定温度Tcの温度
△Trcによつて圧縮機を大容量域で容量切換制御
を行ない、吸入ガス温度Tsによつて圧縮機を小
容量域で容量切換制御するようにしており、前記
温度差△Trcが大きい冷房初期には圧縮機は全容
量で運転され、冷房が進んで温度差△Trcが小さ
くなり設定値△Trc２以下になると、制御器１６
から大容量域での容量ダウン信号が出力され、圧
縮機が大容量域の容量ダウン状態で運転される。
この状態で冷房能力がやや大きいときには、第４
図実線で示すように車室温度Tr及び吸入ガス温
度Tsは次第に降下していき、吸入ガス温度Tsが
設定値Ts２になると制御器１６から小容量域で
の容量ダウン状態へ切換信号が出力され圧縮機が
最小容量で運転される。その後吸入ガス温度Ts
が上昇して設定値Ts１になると温度差△Trcが
設定値△Trc１になつていないため、圧縮機が小
容量域の容量アツプ状態で稼働され、以後設定値
Ts１，Ts２により小容量域での容量切換制御が
交互に行われる。

反対に、車室温度TRが低下して圧縮機が小容
量域の容量アツプ状態で冷房能力が不足する場合
は、第４図二点鎖線で示すように車室温度Trが
次第に上昇して温度差△Trcが設定値△Trc１に
なると圧縮機が大容量域での容量アツプ状態に切
換えられ、以後、吸入ガス温度Tsと無関係に設
定値△Trc１，△Trc２によつて大容量域で容量
切換えが交互に行なわれる。

この第三実施例は車室温度Trと、吸入ガス温
度Tsが予め設定された設定値になつたと制御器
１６により判断された場合を示しており、具体的
には車室温度Trと設定温度Tcの温度差△Trcに
よつて大容量域で容量のダウン・アツプ制御を行
い、一方吸入ガス温度Tsによつて小容量域で容
量のダウン・アツプ制御を行なうようにしたの
で、温度コントロールスイツチ（図示略）により
設定車室温度Tcあるいは設定値△Trc１，△Trc
２を変えて車室温度を容易に調節することができ
るという特徴があるが、そのほかの効果は前記第
一実施例と同様である。

次に、本発明制御方法の第四実施例を第５図に
ついて説明する。

この実施例では出口温度Teと、吸入ガスの過
熱度Tshが予め設定された設定値になつたと制御
器１６により判断された場合を示しており、具体
的には出口温度Teと設定値Te１，Te２により大
容量域で容量切換えを行ない、吸入ガスの過熱度
Tshと設定値Tsh１，Tsh２により小容量域で容
量切換制御するようにしている。冷房運転が開始
され出口温度Teが下がつて設定値Te２になる
と、全容量から大容量域での容量ダウン状態に切
換えられる。この状態で冷房能力が大きいと、出
口温度Te及び過熱度Tshが下がり、Tshが設定値
Tsh２になると、小容量域での容量ダウン状態に
切換えられ、圧縮機が最小容量で運転される。そ
の後、過熱度Tshが上昇し設定値Tsh１になると
圧縮機は小容量域での容量アツプ状態に切換えら
れる。以下、設定値Tsh１，Tsh２により小容量
域で容量切換制御が行なわれる。

反対に小容量域での容量アツプ状態では冷房能
力が不足するときには、第５図二点鎖線のように
出口温度Teが上昇し設定値Te１になると圧縮機
は大容量域での容量アツプ状態に切換えられ、そ
の後の設定値Te１，Te２により大容量で容量切
換えが交互に行なわれる。

この第四実施例の効果も前記第一実施例と同様
である。

なお、上述した各実施例では、冷房負荷が大き
いときにおいて、出口温度Te、吹出温度Tfと出
口温度Teの温度差△Tfe及び車室温度Trと設定
温度Tcの温度差Trcのうちの特定の一つが制御
器１６によつて予め設定された設定値になつたと
判別された場合を示し、冷房負荷が小さいときに
おいては、吸入ガス圧力Ps、吸入ガス温度Ts及
び吸入ガスの過熱度Tshのうちの特定の一つが制
御器１６によつて予め設定された設定値になつた
と判別された場合を示したが、本発明は上述した
各実施例の組み合わせに限定されるものではな
く、任意の組み合わせを実行可能である。という
のは、前述した〜及び〜の測定値のう
ち、どの値が予め設定された設定値になるかは圧
縮機の運転状況によつて様々に変わるので、その
変化によつて前述した組み合わせも任意に変わる
からである。

以上詳述したように本発明は、きめの細かい制
御を正確に行うことができるので、冷房負荷に応
じて圧縮機を効率的に運転して動力損失を軽減す
ることができるとともに、エバポレータのフロス
トを防止することができ、さらにダンパの調節回
数を少なくすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法に使用される冷房装
置を車両空調用に具体化した一実施例を示す略体
平面図、第２図〜第５図はそれぞれ本発明の制御
方法の第一〜第四実施例を説明するグラフであ
る。 可変容量圧縮機……２、容量切換機構……３、
ヒータ……１３、温度センサ……１５，１７，１
８，２０、制御器……１６、圧力センサ……１
９、エバポレータの出口空気温度……Te、ダク
トの吹出空気温度……Tf、車室内空気温度……
Tr、設定車室温度……Tc、吸入ガス圧力……
Ps、温度……Ts、吐出ガス圧力……Pd、温度…
…Td、吸入（吐出）ガスの過熱度……Tsh，
Tdh、温度差……△Tfe，△Trc、設定温度……
Te１，Te２，Ts１，Ts２、設定圧力……Ps１，
Ps２、設定温度差……△Tfe１，△Tfe２，△
Trc１，△Trc２。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 容量切換機構により冷房負荷に応じて容量す
   なわち冷房能力を切換調節し得る可変容量圧縮機
   から圧縮ガスを冷凍サイクルに送つて冷房作用を
   行わせた後、熱交換を終えたガスを再び前記圧縮
   機に吸入するようにした冷房方法において、 エバポレータの出口空気温度Te ヒータ等の加熱手段により加熱されたダクト
   の吹出空気温度Tfと前記出口空気温度Teの温
   度差ΔTfe 被冷房室内空気温度Trと設定室内空気温度
   Tcの温度差ΔTrc 上記〜とこの〜にそれぞれ対応して予
   め設定された設定値とを比較判別手段により比較
   判別し、前記〜のいずれか一つが設定値にな
   つたとき、動作手段により前記容量切換機構を作
   動させて圧縮機の容量を冷房能力の高い大容量域
   で切換制御し、 圧縮機の吸入ガス圧力Ps 圧縮機の吸入ガス温度Ts 前記吸入ガス圧力Ps及び温度Tsによつて決
   定される吸入ガスの過熱度Tsh 圧縮機の吐出ガス圧力Pd及び吐出ガス温度
   ΔTdによつて決定される吐出ガスの過熱度
   Tdh エバポレータの出口空気温度Te 上記〜とこの〜にそれぞれ対応して予
   め設定された設定値とを比較判別手段により比較
   判別し、前記〜のいずれか一つが前記設定値
   になつたとき、動作手段により前記容量切換機構
   を作動させて圧縮機の容量を冷房能力の低い小容
   量域で切換制御させることを特徴とする冷房装置
   における可変容量圧縮機の運転制御方法。