JPH04161759A

JPH04161759A - 冷房、冷凍サイクルの能力制御装置

Info

Publication number: JPH04161759A
Application number: JP28773690A
Authority: JP
Inventors: Kimiki Kudo; 工藤　公樹
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1990-10-25
Filing date: 1990-10-25
Publication date: 1992-06-05
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: JP2855478B2

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、自動車用冷房装置に用いられる冷房、冷凍
サイクルの能力を、コンプレッサのストローク状態との
関係で制御するようにした冷房、冷凍サイクルの能力制
御装置に関する。

（従来の技術）従来の内部可変型コンプレッサは、吸入側の冷媒圧力（
サンクション圧）を一定に保つように吐比容量、即ち、
ストローク量を可変させるものであり、該コンプレッサ
を自動車用空調装置に用いる場合には、自動車のエンジ
ンを動力源として用いる。このようなコンプレッサを電
気式膨張弁と組み合わせて冷房、冷凍サイクルを構成し
た場合には、一般に、エバポレータの出口側乙こおける
冷媒の過熱度が小さくなるにつれてエバポレータの能力
が大きくなると理解されている（特公昭６１−７３６７
号公報）。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、現実の自動車用に用いるコンプレッサに
あっては、コスト、重量、大きさの都合から、低回転の
アイドル時から高回転の高速走行時にかけて、また低熱
負荷から高熱負荷にかけて、吐出容量をいつも所望の冷
却能力が得られるように可変させることができるとは限
らなかった。

実際、本出願人によって得られたエバポレータの過熱度
に対するエバポレータの能力特性は第５図に示すような
ものであり、この制？Ｂ領域を越えるような場合には、
期待する制御はできない。即ち、アイドル時に膨張弁の
設定過熱度がいきおい小さくなると、コンプレッサのス
トローク量が最大（フルストローク）時、所望の性能に
至らない不都合があった。また、冷房負荷が高い場合に
は第５図の制御領域をはずれてコンプレ・ンサの吐出量
が常時最大となり、あたかも固定容量型コンプレッサと
同様の制御状態となる。このため、クールダウン時のよ
うに、設定過熱度を車室内の熱負荷に応じて変化させ、
エバポレータの冷却能力を最大に保つためにコンプレッ
サがフルストロークで稼動している状態においては、エ
ンジンの回転数に変化があると車室内が冷却不足になる
問題点があった。

そこで、この発明においては、上記問題点を解消し、最
大冷房能力が得られるエバポレータの設定過熱度をコン
プレッサのストローク量に応じて調節し冷房能力の向上
を図った冷房、冷凍サイクルの能力制御装置を提供する
ことにある。

（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を第１図によっ
て説明すると、少なくともエバポレータ、コンプレッサ
、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１５と、前記エバポレータの出口側におけ
る冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段１００と、前
記エバポレータにかかる熱負荷を演算する熱負荷演算手
段２００と、前記コンプレッサの稼動状態がフルストロ
ーク状態で稼動しているか否かを実質的に判定する稼動
状態判定手段３００と、前記稼動状態判定手段３００に
よりコンプレッサがフルストローク状態で稼動していな
いと判定された場合には、前記熱負荷の大きさに応じて
予め設定された値になるようエバポレータの設定過熱度
を決定し、前記稼動状態判定手段３００によりコンプレ
ッサがフルストローク状態で稼動していると判定された
場合には、エバポレータの設定過熱度を該エバポレータ
の最大冷却能力が得られる所定の値に変更する設定過熱
度演算手段４００と、前記過熱度検出手段１００の検出
値と前記設定過熱度演算手段４００の設定過熱度との差
に基づいて実際の過熱度が設定過熱度になるように前記
膨張弁１５の弁開度を演算する開度演算手段５００と、
前記開度演算手段５００の演算結果に基づいて前記膨張
弁工５を駆動する駆動手段６００とを具備することにあ
る。

（作用）したがって、コンプレッサのストローク量が最大である
にもかかわらず、意図するエバポレータの冷却能力が得
られないような場合には、設定過熱度演算手段により、
係る状況下において最大冷却能力を得るための過熱度が
設定されることになり、冷却能力の不足を緩和すること
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２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替装置２が設け
られ、この内外気切替装置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替ドア５が配置され、こ
の内外気切替ドア５を操作することにより空調ダクト１
内に導入する空気を内気と外気とに切り替えられるよう
になっている。

送風機６は、空調ダクト１内に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の後方にはエバポレー
タ７と、エンジン（図示せず。）の冷却水が循環して通
過空気を加熱するヒータコア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
により、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ｌ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、コンプレッサ１２、凝縮器
１３、受液器１４、膨張弁１５及びエバポレータ７がそ
れぞれ順次配管結合されて構成されている。このサイク
ルに用いられるコンプレッサ１２は、サンクション圧を
一定に保つ内部可変型のもので、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の通電を断続的に行なう
ことで、コンプレッサ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１５は、電磁コイルを用いた比例電磁弁タイプの
もので、印加電流に応してその弁開度が調節されるよう
になっている。

エバボレータフの入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３３．３４が設
けられ、この第１及び第２の冷媒温度センサ３３，３４
の出力信号は、入力回路３６に入力されるようになって
いる。また、入力回路３６には、他に車室内の設定温度
Ｔ　Ｐｔ＋ｔを決定する温度設定器３７の出力信号、外
気温度Ｔ　ＡＭＢを検出する外気温センサ３８の出力信
号、車室内温度ＴＩＮＣを検出する車室内温度センサ３
９の出力信号、内外気切替ドア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４ｏの出力信号及び
冷房、冷凍サイクルｌｌを稼動させるＡ／Ｃスイッチか
・らの信号が入力される。

入力回路３６は、マルチプレクサやＡ／Ｄ変ｔａ器等か
ら構成されるもので、ここに入力された信号ハデジタル
信号に変換されてマイクロコンピュータ４１に入力され
るようになっている。

マイクロコンピュータ４１は、図示しない中央処理装置
（ＣＰＵ）、読出専用メ−Ｅ’Ｊ（ＲＯＭ）、ランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出カポ−ト（Ｉｌｏ）
等を持つそれ自体周知のもので、駆動回路４２ａ、４２
ｂ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３図において、上述のマイクロコンピュータ４１によ
る膨張弁１５及び電磁クラッチＩ６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に
基づいて説明する。

まず、マイクロコンピュータ４１は、スタート（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ＴＡＮｌｌ、車室内温度ＴＩＮｃ、設定温度ＴＦＴ
ｌ、エバボレータフの入口側及び出口側の冷媒温度Ｔ３
．Ｔｚの各種温度信号と、位置検出センサ４０及びＡ／
Ｃスイッチからの信号を入力する。

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（ＲＰＣ）であるが否かを判定し、内気循環
モード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ＴＥ１を車室内温度Ｔ１ＮＣ
とする。外気導入モードであると判定された場合には、
ステップ５８へ進んで、ＴＥＩを外気温Ｔ□８とする。

このＴＥＩはエバボレータフの風入側空気温度を表わす
もので、エバポレータ７の熱負荷を表わす信号として用
いられる。

ステップ６０においては、例えば上述のステップ５６．
５８で得られたＴＥＩに定数ｄを乗じた値を変数りに設
定する処理が行なわれる。

その後、ステップ６２において、エバボレータ７の出口
側における冷媒の実際の過熱度Ｓをエバボレータフの出
口側と入口側の冷媒温度差Ｔ２−Ｔ、として演算し、次
のステップ６４において、設定過熱度ＳＨを、例えば、
第４図のサブルーチンに示されるように演算する。

第４図におけるＳｌ（の演算処理は、まず、ステップ８
０において車室内温度Ｔ＋Ｎｃと車室内の設定温度ＴＰ
０．ｌとの差Ｚを演算し、ステップ８２゜８４において
、エバポレータの熱負荷が低熱負荷であるか否かを判定
する。低熱負荷の判定要因にはいろいろ考えられるが、
ここでは、エバボレータフの風入側空気温度、即ち、前
記制御信号ＴＥ。

が所定温度以下（例えば１８°Ｃ以下）となった場合、
または外気温Ｔ、、、が所定温度以下（例えば２０°Ｃ
以下）となった場合に低熱負荷と判定し、この場合には
ステップ８６へ進み、それ以外の場合はステップ８８へ
進む。

ステップ８６においては、エバボレータフの能力度合を
表わす変数Ｋを１００％に固定し、ステップ８８におい
ては、二〇Ｋを例えば前記Ｔ、ＮｃとＴ　ＰＴＲとの差
を表わす熱負荷Ｚの値に応じて、同ステップ８８に記載
の所定の特性パターンが得られるように決定する。つま
り、Ｔ　ＩＮＣがＴ　ＰＴＩＩに比べて大きければ冷房
負荷が大きいためにエバポレータの能力度合を大きくし
、逆の場合には、エバポレータの能力度合を小さくする
Ｋの値が設定され、冷媒流量が少なくなるような置が小
さいときまたはＴ　ＡＭＩが小さいときには、Ｚの大き
さにかかわらず能力度合Ｋが最大（１００％）になるよ
うにしである。

次のステップ９０においては、エバボレータフの入口側
の冷媒温度Ｔｔが所定温度（例えばｏ　’ｃ　＞以上で
あるか否かを判定する。この判定ステ・ンプの意図する
ところは、コンプレッサ１２の吐出容量に応じてエバボ
レータフの入口側の温度が変化することから、コンプレ
ッサ１２がフルストローク状態で稼動してるか否かを判
断することにある。

フルストローク状態でコンプレッサが稼動しているとき
には、これ以上コンプレッサによってはエバポレータの
能力変化制御を行なえないため、エンジン回転数が低い
場合や高熱負荷時において目標とするエバポレータ能力
を実現できない虞れがあるが、第５図に示される設定過
熱度ＳＨとエバボレータフの能力との関係を示した実験
結果から判るように、フルストローク状態のエバポレー
タの能力特性曲線（実線で示す。）は、ＳＨが小さくな
るにつれて常に増加するわけではなく、ある値をピーク
として減少することから、サイクル全体から見た最大の
冷却能力を得るためには膨張弁の絞りを変更すればよい
。

しかして、ステップ９０において、コンプレッサがフル
ストローク域にないと判定された場合（Ｔ、５０°Ｃ）
には、コンプレッサの吐出量を調節することによってエ
バポレータの実際の過熱度を設定過熱度ＳＨにすること
がまだ可能であると判断し、前述のステップ８６．８８
で得られたＫに基づいて、エバボレータフの設定過熱度
ＳＨをステップ９２の所定の特性パターンが得られるよ
うに決定する。即ち、Ｋ＝１００％でＳＨの値を最小（
例えば２　ｄ　ｅ　ｇ）とし、Ｋが小さくなるに従って
ＳＨを大きく設定する。また、ＳＨはＴｔｌのレンジに
よっても変更されるもので、Ｋが同じ値であっても熱負
荷が小さい場合には、熱負荷が大きい場合に比べて小さ
い値に設定される。

これに対して、ステップ９０において、コンプレッサが
フルストローク域にあると判定された場合（’ｒ＋　＞
ｏｏＣ）には、エバポレータの実際の過熱度を設定過熱
度ＳＨにするためのコンプレッサの冷媒調節が既に限界
に達しているため、ＳＨ自体を第５図の黒丸に示す値Ｆ
に補正し、サイクルとして最大冷房能力をだせる状態と
する（ステップ９４）。ここで、第５図の特性曲線につ
いて若干説明すると、エバボレータフの風入側空気温度
ＴＥＩが３５°Ｃである場合には、エンジン回転数が１
５００ｒｐｍまたは３０００ｒｐｍにおいてコンプレッ
サエ２はフルストローク以外のストローク状態（デスト
ローク状態・・・破線で示す。）で稼動しており、８０
０ｒｐｍのときはフルストローク状態で稼動している。

また、熱負荷が大きいとき、例えばＴＥＩが４５℃であ
る場合には、エンジン回転数が３０Ｏｒｐｍにおいてコ
ンプレッサ１２はデストローク状態で稼動しており、１
５００ｒｐｍまたは８００ｒｐｍのときはフルストロー
ク状態で稼動している。

以上のようにしてＳＨが演算された後は、第３図のステ
ップ６６へ進み、実際のエバボレータフの過熱度Ｓと設
定過熱度ＳＨとの差Ｘを演算し、ステップ６８へ進む。

そして、ステップ６８において、このサイクルで用いる
膨張弁１５の制御がいわゆるＰＩＤ制？ｌＩ（比例積分
微分制御）であることから、これに必要な演算処理を同
ステップ６８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に示す
変数である。また、Ｙは、所望の過熱度ＳＨを得るため
に膨張弁１５の弁開度を制御する駆動回路４２ｂに出力
される制御信号である。

次のステップ７０においては、マイクロコンピュータ４
１から上述のステップ６８の制御信号を駆動回路４２ｂ
へ出力することで、膨張弁１５が所定の弁開度になるよ
う駆動される。

その後、ステ・ンプ７２へ進み、エアコンスイッチ（Ａ
／Ｃ）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と判定された場合には、ステップ
７４へ進んで駆動回路４２ａに所定の制御信号を出力し
、この駆動回路４２ａにより電磁クラッチ１６をＯＮに
してコンプレッサ１２を稼動させる。また、ステップ７
２において、エアコンスイッチが投入されているないと
判定された場合には、ステップ７６へ進んで電磁クラッ
チＩ６を駆動停止状態にする。

そして、ステップ７４または７６の後は、ステップ５２
に戻り、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。

このため、フルストローク時におけるエバポレータの能
力は、例えば、車室内が４５°Ｃになっている状態にお
いて、アイドル時と４０キロ走行時とのクールダウン特
性を調べてみると、いずれの場合も設定過熱度ＳＨをス
テップ９４において所定量Ｆに変更することで、第６図
に示されるように、冷却能力を従来（実線で示す。）に
比べて破線で示すように高められるものである。

（発明の効果）以上述べたように、この発明によれば、コンプレッサの
ストローク量が最大となり、コンプレッサの容量制御に
よるエバポレータの冷却能力制御に限界を生じた場合に
は、設定過熱度をエバポレータの最大冷却能力が得られ
る所定値に変更することで、冷却能力の向上が図れ、ク
ールダウン時における冷却不足を緩和することができる
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
発明に係る冷房、冷凍サイクルを自動車用空調装置に用
いた場合を示す概略構成図、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電磁クラッチの制御動
作例を示すフローチャート、第４図は同上における設定
過熱度の演算ルーチンを示すフローチャート、第５図は
設定過熱度とエバポレータの冷却能力との関係を示す特
性線図、第６図はアイドル時及び走行中のクールダウン
特性を示す線図である。７・・・エバポレータ、１１．・・冷房、冷凍サイクル
、１２・・・コンプレッサ、１３・・・凝縮器、Ｉ５・
・・膨張弁、１００・・・過熱度検出手段、２００・・
・熱負荷演算手段、３００・・・稼動状態判定手段、４
００・・・設定過熱度演算手段、５００・・・開度演算
手段、６００・・・駆動手段。トＳＨ→ ′　　　　　　ｔ−−

Claims

【特許請求の範囲】　少なくともエバポレータ、コンプレッサ、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、前記エバポレータ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、前記エバポレータにかかる熱負荷を演算する熱負荷演算
手段と、前記コンプレッサの稼動状態がフルストローク状態で稼
動しているか否かを実質的に判定する稼動状態判定手段
と、前記稼動状態判定手段によりコンプレッサがフルストロ
ーク状態で稼動していないと判定された場合には、前記
熱負荷の大きさに応じて予め設定された値になるようエ
バポレータの設定過熱度を決定し、前記稼動状態判定手
段によりコンプレッサがフルストローク状態で稼動して
いると判定された場合には、エバポレータの設定過熱度
を該エバポレータの最大冷却能力が得られる所定の値に
変更する設定過熱度演算手段と、前記過熱度検出手段の検出値と前記設定過熱度演算手段
の設定過熱度との差に基づいて実際の過熱度が設定過熱
度になるように前記膨張弁の弁開度を演算する開度演算
手段と、前記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、冷凍サイクルの能力
制御装置。