JPH03271656A - 冷房・冷凍サイクルの過熱度制御装置 - 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、冷房・冷凍サイクルを流れる冷媒流量を、
膨張弁により蒸発器の過熱度が所望の値になるよう制御
するようにした装置に関する。

（従来の技術） 従来、電気式膨張弁を用いて冷房・冷凍サイクルを構成
したものとして、例えば特開昭５９２２５２５８号公報
に示されるように、蒸発器の出口側における冷媒の過熱
度Ｓを、蒸発器の入口側に設けられて膨張弁から送られ
る冷媒温度Ｔ１を検出する冷媒温度センサの出力値と、
蒸発器の出口側に設けられて圧縮器へ送られる冷媒温度
Ｔ２を検出する冷媒温度センサの出力値との差Ｔ２　　
Ｔｌとして求め、この実測値が目標過熱度ＳＨになるよ
うに膨張弁の弁開度を調節するようにしたものは公知で
ある。実測の過熱度Ｓを目標過熱度ＳＨにする制御とし
ては、このＳとＳＨとの差をパラメータとして、一般に
広く知られているいわゆるＰＩＤ＠御を利用することが
考えられる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のように蒸発器の出入口の冷媒温度
を測定し、その差を蒸発器の過熱度ＳとしてＰＩＤ＠Ｊ
＠する場合には、正確な過熱度制御が行なえない欠点が
あった。

即ち、実際の冷房サイクルにおいては、蒸発器自体の圧
力損失があり、実測される蒸発器の出口側の冷媒温度Ｔ
２がこの圧力損失分だけ小さくなる。このため、従来の
ように過熱度をＴｚ　　ＴＩで演算すると、この演算さ
れた過熱度Ｓが実際の過熱度より大きな値として求めら
れてしまう不都合がある。特に、この圧力損失は蒸発器
の冷媒流量が大きいほど太き（なるため、冷媒流量が大
きいときには、Ｔｔ　　ＴＩで算出された過熱度と実際
の過熱度との差が無視しきれない。

そこで、この発明においては、上記問題点を解消し、蒸
発器の熱負荷が変動しても、正確な過熱度制御が行なえ
る冷房・冷凍サイクルの過熱度制御装置を提供すること
を課題としている。

（課題を解決するための手段） しかして、この発明の要旨とするところは、第１図に示
すように、少なくとも、蒸発器、圧縮器、凝縮器と共に
配管結合されて冷房・冷凍サイクルを構成する膨張弁１
５と、前記蒸発器の出口側における冷媒の過熱度を検出
する過熱度検出手段１００と、目標過熱度を演算する目
標過熱度演算手段２００と、前記過熱度検出手段１００
の出力値と前記目標過熱度演算手段２００の出力値との
偏差を演算する偏差演算手段３００と、前記蒸発器に加
えられる熱負荷に関する要因を検出する熱負荷検出手段
４００と、前記過熱度検出手段１００、目標過熱度演算
手段２００及び偏差演算手段３００から成る弁開度演算
要素の各検出値または演算値のうち少なくとも一つを前
記熱負荷検出手段４００の出力に基づいて補正する補正
手段５００と、前記偏差演算手段３００の出力値に基づ
いて前記膨張弁１５の弁開度を演算する弁開度演算手段
６００と、前記弁開度演算手段６００の演算結果に基づ
いて前記膨張弁１５を駆動する駆動手段７００とを具備
したことにある。

（作用） したがって、補正手段により弁開度の演算要素として用
いられる実測過熱度、目標過熱度またはこれらの偏差の
うち少なくとも一つが熱負荷に基づいて補正されるので
、蒸発器自体の圧力損失が存在し、しかも、その損失が
熱負荷によって変動して過熱度の検出が正確に行なわれ
ない場合でも蒸発器の過熱度を実際に目標とする過熱度
に略等しくすることができ、そのため、上記課題を達成
することができるものである。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面により説明する。

第３図において、冷房・冷凍サイクルが例えば自動車用
空調装置に用いられた場合が示され、自動車用空調装置
は、空調ダクト１の最上流側に内外気切換装置２が設け
られ、この内外気切換装置２は、内気人口３と外気人口
４とが分かれた部分に内外気切換ドア５が配置され、こ
の内外気切換ドア５を操作することで空調ダクト１内に
導入する空気を内気と外気とに切り換えられるようにな
っている。

送風機６は、空調ダクト１内乙こ空気を吸い込んで下流
側に送風するもので、この送風機６の後方には下記する
蒸発器７と、図示しないエンジンの冷却水が循環して空
気を過熱するヒータコア８が設けられている。このヒー
タコア８の前方には、エアミックスドア９が設けられて
おり、このエアミックスドア９の開度を調節することで
、ヒータコア８を通過する空気とヒータコア８をバイパ
スする空気との量が変えられるようになっている。

そして、空調ダクト１の下流側は、複数の吹出口１０ａ
〜１０ｃに分かれて車室に開口し、図示しないモードド
アにより吹出口が選択されて所望の吹出モードが得られ
るようになっている。

冷房・冷凍サイクル１１は、圧縮器１２、凝縮器１３、
受液器１４、膨張弁１５及び蒸発器７が順次配管結合さ
れて構成されている。このサイクツ目こ用いられる圧縮
器１２は、容量可変型のもので、電磁クラッチ１６を介
して図示しないエンジンの回転が伝達されるようになっ
ており、この電磁クラッチ１６の通電を断続することで
、圧縮器１２を駆動または停止することができるように
なっている。

膨張弁工５は、電磁コイルを用いた比例電磁弁タイプの
もので、印加電流に応じてその弁開度が調節されるよう
になっているものである。

また、蒸発器７の人口側及び出口側には、冷媒の温度を
検出する第１及び第２の冷媒温度センサ１７．１８がそ
れぞれ設けられている。

この第１及び第２の冷媒温度センサ１７，１８の出力信
号は、入力回路１９に入力されるようになっているが、
この入力回路１９には、他に、車室内温度Ｔ　ＩＮｃを
検出する車室内温度センサ２０の出力信号、外気温Ｔ、
□を検出する外気温センサ２１の出力信号、ブロワ印加
電圧■を検出する電圧検出器２２の出力信号、内外気切
換ドア５のドア位置、即ち、吸入モードを検出する位置
検出センサ２３の出力信号及び空調装置の始動を行なう
エアコンスイッチＡ／ＣＳＷの開閉信号が人力される。

入力回路１９は、マルチプレクサやＡ／Ｄ変換器などか
ら構成されるもので、ここに人力された信号はデジタル
信号に変換されてマイクロコンピュータ２４に入力され
るようになっている。

マイクロコンピュータ２４は、図示しない中央処理装置
（ＣＰＵ）、読出し専用メモリ　（ＲＯＭ）、ランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭ）及び人出カポ−）　（Ｉｌｏ
）等を持つそれ自体周知のもので、駆動回路２５ａ、２
５ｂを介して前述した電磁クラッチ１６及び比例電磁弁
式膨張弁１５等の作動を制御するものである。

第６図において、上述のマイクロコンピュータ２４によ
る膨張弁１５及び電磁クラッチ１６の制御動作例がフロ
ーチャートとして示され、以下、このフローチャートを
参照しつつ制御動作を説明する。

先ず、マイクロコンピュータ２４は、ステップ５０より
実行を開始し、ステップ５２へ進んで、外気温ＴＡ□、
車室内温度ＴｌＮＣ１蒸発器７の入口側及び出口側の冷
媒温度Ｔ、、Ｔ２の各種温度信号と、電圧検出器２２及
び位置検出センサ２３からの出力信号とが入力される。

そして、次のステップ５４において、吸入モードが内気
循環モード（ＲＥＣ）であるか外気導入モードであるか
を判定し、内気循環モー１”　（ＲＥＣ）であると判定
された場合には、ステップ５６へ進んで、後に用いる制
御信号Ｔ、１を車室内温度ＴＩＮＣとする。外気導入モ
ードである判定された場合には、ステップ５８へ進んで
、ＴＥＩを外気温ＴＡ□とする。このＴＥ、は、蒸発器
７の風入側空気温度を表わすもので、蒸発器７の熱負荷
に関連する一つの信号として用いられる。

ステップ６０では、例えば上述のステップ５６゜５８で
得られたＴＥＩに定数ｄを乗した値を変数りに設定する
処理が行なわれる。

その後、ステップ６４において目標過熱度ＳＨが演算さ
れる。ここでは、ある所定量βがＳＨとして設定された
場合を仮定して以下の説明を行なつ。

目標過熱度ＳＨが演算された後は、次のステップ６６に
おいて、蒸発器自体の圧力損失による実測過熱度の補正
演算が、第４図に示されるルーチン例に従って行なわれ
る。

即ち、圧力損失の補正演算は、先ず、ステップ８１にお
いて外気温ＴＡＭＢがある低い温度（例えば１５”Ｃ）
より小さいか否かを判定し、ＴＡＭＩ＋＜１５°Ｃであ
ればステップ８２へ進み、それ以外であればステップ８
３へ進む。

ステップ８２においては、外気温が低いためにコンプレ
ッサ１２の容量が絞られて流量冷媒が小さくなるので、
このような場合には圧力損失も小さいことから、補正量
ΔＴ、として小さな所定値（ここでは負の値）を割り当
てる。あるいは、この条件下における圧力損失は無視で
きるものとすれば、ステップ８２を設けず、ΔＴ＋を零
としたままステップ８４へ進むようにしておいても良い
。

一方、ステップ８３においては、圧力損失の補正量ΔＴ
１を、蒸発器の風入側空気温度ＴＥＩに基づいて、同ス
テップ８３に記載の所定の特性パターンが得られるよう
に演算する。例えば、ＴＥｌが２０°Ｃを下回るような
蒸発器１の熱負荷が小さいときには、冷媒流量が少なく
なることからΔＴ＋を小さな値αとし、ＴＥＩが大きい
場合には、冷媒流量が多くなって圧力損失も大きくなる
ことからＴＥＩが大きくなるにつれて補正量ΔＴ、を大
きい値に設定する。・また、冷媒流量はブロワ電圧の大
きさ、即ち、送風能力によっても変化する。これは、例
えば送風能力が大きくなれば、蒸発器７の熱交換もさか
んに行なわれ、過熱度が増大しようとするが、膨張弁１
５は一定の過熱度が得られるように動くため、弁開度が
太き（なって流量が増大される。逆に、送風能力が小さ
くなれば冷媒流量が減少するものである。このため、ブ
ロワ電圧が大きい（送風能力が大きい）ときは（波線で
示す。）、ブロワ電圧が小さい（送風能力が小さい）と
きに比べて冷媒流量が多いので、補正量ΔＴ、が多くな
るように特性線の傾きを大きくしである。

ステップ８２．８３で補正量ΔＴ１が得られた後は、ス
テップ８４へ進んで、実測過熱度Ｔ２Ｔ、をこのΔＴ、
で補正する。より具体的には、蒸発器の圧力損失により
華発器の出口側の冷媒温度Ｔ２が小さくなるので、入口
側の冷媒温度ＴをそれＧこ見合う分だけ小さくなるよう
に補正をすれば、実際の過熱度を求めることができるこ
とから、過熱度検出値ＳをＴ２−ΔＴ１のように補正す
る。よって、このΔＴ、を求める特性線は、この補正式
にて実際の過熱度が得られるよう予め実験により決定さ
れる。

そして、次のステップ８５において、前記ステップ８４
で得られた補正された過熱度検出値Ｓと目標過熱度との
差Ｘを演算し、ステップ６８へ進む。このステップ６日
においては、本装置における膨張弁１５の制御がいわゆ
るＰＩＤ制御（比例積分微分制御）であることから、こ
のためのＰＩＤ演算を同ステップ１５に記載の演算式に
基づいて行なう。ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは演算係数であり
、Ｄは前記ステップ６０で演算された変数である。

また、Ｙは所望の過熱度ＳＨを得るために必要な膨張弁
１５の弁開度を達成するために、駆動回路２５ｂに必要
な制御信号の量を表わすものである。

次のステップ７０においては、マイクロコンピュータ２
４により上述のステップ６８の制御信号が駆動回路２５
ｂに入力されることで、膨張弁１５が所定の弁開度に設
定される。

その後、ステップ７２へ進み、エアコンスイッチＡ／Ｃ
ＳＷが投入されているか否かを判定し、エアコンスイッ
チが投入されている場合には、駆動回路２５ａに所定の
制御信号を出力し、この駆動回路２５ａにより電磁クラ
ッチ１６をＯＮにして圧縮器１２を稼動させる。そして
、しかる後にステップ５２へ戻り、再び前述の各ステッ
プが繰り返されるようになっている。

これに対して、ステップ７２でエアコンスイッチが投入
されていないと判定された場合は、ステップ７６へ進ん
で、電磁クラッチ１６を駆動停止状態とする。

上記構成において、図示しない本装置の始動スイッチが
投入され、次いで、エアコンスイッチが投入されている
状態を考えると、熱負荷に関する要因となる外気温ＴＡ
□、ブロワ電圧、それ乙こ前述の華発器の風入側空気温
度ＴＥＩが小さい場合には流量冷媒も少ないので、小さ
な補正量をもって過熱度検出値Ｔ２−Ｔ、が補正される
。逆に、Ｔ、□が大きく、ブロワ電圧、ＴＥＩが大きい
場合には流量冷媒も多くなるので、大きな補正量をもっ
てＴ２Ｔ１が補正される。結局、どのような熱負荷にお
いても、その熱負荷に見合う補正量にて膨張弁１５の弁
開度が目標過熱度ＳＨになるように制御される。

第５図に、この発明のステップ６６の補正演算の他のル
ーチン例が示されでいる。このルーチンにおいては、ス
テップ９１において、華発器７の出入口の冷媒温度差Ｓ
、＝Ｔ２−Ｔ、が演算され、次のステップ９２において
、外気温ＴＡ□が所定の低い温度（例えば１５°Ｃ）よ
り小さいか否かを判定し、ＴＡＭＢ　＜　１５°Ｃであ
ればステップ９３へそれ以外であればステップ９４へ進
む。

ステップ９３においては比例定数Ｔを１．０とし、ステ
ップ９４においては、この比例定数ＴをＴｆＩとブロワ
電圧の大きさに応して、同ステップ９４の特性線が得ら
れるように演算する。

そして、次のステップ９５において、前記冷媒温度差Ｓ
、に比例定数Ｔを乗じて実測過熱度を補正し、その補正
値を３２として、ステップ９６において目標過熱度ＳＨ
との偏差Ｘを演算する。

このような構成においても、実測過熱度Ｔ２Ｔ１の補正
のやり方が異なるだけで、実質的に同様の作用効果を実
現するものである。

尚、圧力損失補正は、車室内温度、モードドア位置など
の熱負荷に関する値を考慮して行なうようにしても良い
。また、この実施例においては、検出した過熱度Ｔｚ　
　Ｔ＋の補正を行なうようにしているが、膨張弁の弁開
度の演算要素である目標過熱度ＳＨや偏差χ−３，−３
Ｈを補正の対象としても良い。

さらに、この実施例においては、蒸発器自体の圧力損失
のみを補正してＰＩＤ制御を行なうものであったが、理
想的には、配管経路に伴う損失や圧縮器１２の入口側の
損失などを考慮することが望ましく、ステップ８３．９
４の特性線図を、これらを考慮したもので置き換えても
良い。

（発明の効果） 以上述べたように、この発明によれば、膨張弁の弁開度
を演算する要素となる実測過熱度、目標過熱度またはこ
れらの偏差のうち少なくとも一つを熱負荷に応して補正
し、この補正した値をもって膨張弁の弁開度を調整する
ようにしたので、熱負荷の大きさに応して変動する蒸発
器の圧力損失により実測過熱度が真の過熱度からずれて
も、蒸発器の過熱度を実際に目標とする過熱度に一致さ
せることができ、正確な過熱度制御が行なえるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を示す機能ブロック図、第２図はこの
発明における冷房・冷凍サイクルの過熱度制御装置を自
動車用空調装置に用いた実施例を示す概略構成図、第３
図は同上におけるマイクロコンピュータによる膨張弁と
圧縮器の制御動作例を示すフローチャート、第４図は同
上における制御のうちグ発器の圧力損失を補正する補正
演算ルーチン例を示すフローチャート、第５図は蒸発器
の圧力損失を補正する他の補正演算ルーチン例を示すフ
ローチャートである。 ７０、・蒸発器、Ｉ２・、・圧縮器、１３・・・凝縮器
、１５・・・膨張弁、１００・・、過熱度検出手段、２
００・・・目標過熱度演算手段、３００・・・偏差演算
手段、４００・・・熱負荷検出手段、５００・・・補正
手段、６００・・・弁開度演算手段、７００・・・駆動
手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも、蒸発器、圧縮器、凝縮器と共に配管結合さ
   れて冷房・冷凍サイクルを構成する膨張弁と、 前記蒸発器の出口側における冷媒の過熱度を検出する過
   熱度検出手段と、 目標過熱度を演算する目標過熱度演算手段と、前記過熱
   度検出手段の出力値と前記目標過熱度演算手段の出力値
   との偏差を演算する偏差演算手段と、 前記蒸発器に加えられる熱負荷に関する要因を検出する
   熱負荷検出手段と、 前記過熱度検出手段、目標過熱度演算手段及び偏差演算
   手段から成る弁開度演算要素の各検出値または演算値の
   うち少なくとも一つを前記熱負荷検出手段の出力に基づ
   いて補正する補正手段と、前記偏差演算手段の出力値に
   基づいて前記膨張弁の弁開度を演算する弁開度演算手段
   と、 前記弁開度演算手段の演算結果に基づいて前記膨張弁を
   駆動する駆動手段とを具備することを特徴とする冷房・
   冷凍サイクルの過熱度制御装置。