JP2000301934A - 空調機のコンプレッサ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファンの回転速度が変化されてもコンプレッ
サに過大な負荷を与えず、しかも必要な運転周波数が確
保されるようにする。 【解決手段】 コンプレッサ１６の駆動により冷媒を吸
熱用室内熱交換器１４から４方弁１７の切り替えにより
室外熱交換器１８を経てあるいは経ないで放熱用室内熱
交換器１５に循環させる。暖房時は目標吹出し温度と放
熱用室内熱交換器１５の実際の吹出し風温度の差に基づ
いて、差の比例値と積分増減値を加算した運転周波数で
コンプレッサ１６を駆動する。ファン１２の回転速度が
切り替えられたときも運転周波数の上限が固定されず、
目標吹出し温度と放熱用室内熱交換器の実際の吹出し風
温度の差に基づいて運転周波数が決定されるので放熱用
室内熱交換器からコンプレッサの間に過大な圧力が生じ
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両等に搭
載された空調機におけるコンプレッサ制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の空調機として、例えば特開平９−
１１８１２６号公報に開示されたような車両用のものが
ある。その冷媒系統を図４に示す。車室内に吸熱用室内
熱交換器１４と放熱用室内熱交換器１５が設けられ、コ
ンプレッサ１６の吸入側が逆止弁２４を介して吸熱用室
内熱交換器１４の出口に接続されるとともに、吐出側は
それぞれ４方弁１７を介してコンプレッサ１６自体の吸
入側、車室外熱交換器１８の入口、および逆止弁２０を
介して放熱用室内熱交換器１５の入口に接続されてい
る。

【０００３】放熱用室内熱交換器１５の入口にはさらに
車室外熱交換器１８の出口が逆止弁１９を介して接続さ
れている。放熱用室内熱交換器１５の出口から吸熱用室
内熱交換器１４の入口の間には、順次冷媒タンク２１と
膨張弁２２が設けられている。吸熱用室内熱交換器１４
と放熱用室内熱交換器１５には、ファン１２’が付設さ
れて導入される空気との間で熱交換が行なわれる。

【０００４】暖房運転時には４方弁１７が実線で示す位
置とされ、冷媒がコンプレッサ１６から、４方弁１７、
逆止弁２０、放熱用室内熱交換器１５、冷媒タンク２
１、膨張弁２２、吸熱用室内熱交換器１４、そしてコン
プレッサ１６の順に流れて循環する。これにより、ファ
ン１２’で導入された空気は吸熱用室内熱交換器１４で
冷却され、その後放熱用室内熱交換器１５で加熱され
て、車室内暖房用の温風となる。

【０００５】冷房運転時には４方弁１７が破線で示す位
置とされ、冷媒がコンプレッサ１６から、４方弁１７、
車室外熱交換器１８、逆止弁１９、放熱用室内熱交換器
１５、冷媒タンク２１、膨張弁２２、吸熱用室内熱交換
器１４、そしてコンプレッサ１６の順に流れて循環す
る。これにより、コンプレッサ１６から吐出された高温
冷媒の熱が車室外熱交換器１８で放熱され、ファン１
２’で導入された空気は吸熱用室内熱交換器１４で冷却
されて、車室内冷房用の冷風となる。

【０００６】このような空調機は、内燃エンジンの冷却
水のような大きな熱源を有しない電気自動車等において
も冷暖房が行なえる利点があり、しかも除湿暖房が行な
える。

【０００７】なお、電気自動車では車両停車時に主モー
タが停止するので、コンプレッサ１６は別のサブモータ
により駆動されるが、近時は内燃エンジンとのハイブリ
ッド車両あるいは内燃エンジン車両においても同様に、
サブモータによるコンプレッサ駆動が選択されるように
なっている。これにより、コンプレッサの運転周波数を
適宜制御することができる。

【０００８】ところで、一般に空調機はその吹出し風量
を制御可能となっており、車両搭載の空調機においても
乗員が任意に操作可能のファンスイッチが設けられてい
る。すなわち、例えば最低速の第１速から順次最高速の
第４速までなど選択可能のファンスイッチが設けられ、
ファンスイッチの切り替えにより熱交換器に付設したフ
ァンの回転速度が変化される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記空
調機による暖房時において、ファンスイッチを例えば最
高速の第４速から吹出し風量を低くするため最低速の第
１速へ切り替えると、放熱用室内熱交換器からの放熱量
が減少して、冷媒圧力が急激に上昇する現象が発生す
る。

【００１０】この対策のため、ファンスイッチの各速度
ごとにコンプレッサ１６の運転周波数に上限値を設定す
ることが考えられる。例えば図５に示すように、第４速
ではコンプレッサは１２０Ｈｚまでの周波数で運転され
るが、第１速では運転周波数を最高８０Ｈｚに抑えるよ
うにするものである。

【００１１】しかし、これらの上限値はファンの回転速
度を変化させた際の冷媒圧力の急上昇防止のために設定
するものであるから、その値を固定しておくと、はじめ
から第１速が選択された運転時のウォームアップ初期に
１２０Ｈｚの運転周波数が要求される場合にも、例えば
８０Ｈｚの低周波数に制限されるため吹出し温度の上昇
が遅いという不都合が生じる。他方では、第４速から第
１速へ切り替えられたとき、８０Ｈｚに制限されても環
境条件によってはまだ冷媒圧力の上昇に対応しきれず、
コンプレッサ１６に過大な負荷を与える場合もある。

【００１２】すなわち、環境の変化や目標温度の変更な
どに対応して要求される運転周波数は変動するものであ
る。ファンスイッチを切り替えてファンの回転速度を変
化させた場合でも、例えばそのときの車室内温度によっ
て適正な上限値は変わる。したがってここまで考慮して
ファン回転速度切り替え後の運転周波数を制御しようと
すると、図６に示すようなマップを多数作成しておかな
ければならないという問題が生じる。

【００１３】したがって本発明は、上記の問題点に鑑
み、ファンの回転速度が変化されてもコンプレッサに過
大な負荷を与えることなく、しかも各速度において必要
な運転周波数が確保されるようにした空調機のコンプレ
ッサ制御装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１の本
発明は、コンプレッサの駆動により冷媒を室外熱交換器
および室内熱交換器に循環させ、室内熱交換器が、コン
プレッサの吸入側に接続された吸熱用室内熱交換器と、
切り替え弁により冷房時は室外熱交換器を経て、暖房時
は室外熱交換器を経ないでコンプレッサの吐出側に接続
される放熱用室内熱交換器とからなる空調機において、
暖房時には目標吹出し温度と放熱用室内熱交換器の実際
の吹出し風温度の差に基づく運転周波数、例えば差の比
例値あるいはさらに積分増減値を加算して算出される値
の運転周波数でコンプレッサが駆動されるものとした。
コンプレッサの運転周波数が目標吹出し温度と放熱用室
内熱交換器の実際の吹出し風温度の差に基づいて決定さ
れるので、ファン回転速度によって固定されず、必要な
運転周波数が確保されるとともにコンプレッサに過大な
負荷を与えない。

【００１５】請求項４の発明は、室内熱交換器に付設さ
れたファンについて、ファンスイッチにより低速側の所
定の回転速度が選択されているときは、目標吹出し温度
に上限が設定されるようにしたものである。目標吹出し
温度に上限が設定されるので、コンプレッサの運転周波
数がファン最高速時と比較して低減され、ファン回転速
度に見合って静粛な運転となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例により説明する。図１は車両搭載の空調機に本発明を
適用した実施例を示す図である。冷媒系統は図４に示し
たものと同じである。吸熱用室内熱交換器１４と放熱用
室内熱交換器１５がダクト１０内に順次に配置され、フ
ァン１２によって導入された空気が吸熱用室内熱交換器
１４を通過し、ドア１１により選択的に放熱用室内熱交
換器１５を通過するようになっている。

【００１７】コンプレッサ１６、４方弁１７およびファ
ンモータ１３は制御装置３０によって制御される。制御
装置３０には吹出モードスイッチ３１、運転モードスイ
ッチ３２が接続され、各スイッチの操作に基づきダクト
１０の空気取入れ口、吹出し口の切り替え、冷房、暖房
運転の切り替えをおこなう。これらの構成および動作は
一般的なものであるが、詳細については特開平９−１１
８１２６号公報を引用して、図示説明は省略する。

【００１８】吸熱用室内熱交換器１４の前後には吸熱用
室内熱交換器吸込み風温度センサ３３と吸熱用室内熱交
換器吹出し風温度センサ３４が設置され、放熱用室内熱
交換器１５の後には放熱用室内熱交換器吹出し風温度セ
ンサ３５が設置されている。これらの各センサが制御装
置３０に接続されている。その他、室温センサ３６、外
気温センサ３７、計器盤部に設けられた室温設定器３８
およびファンスイッチ３９が制御装置３０に接続されて
いる。ファンスイッチ３９は最低速の第１速から順次最
高速の第４速までの間を選択可能となっている。

【００１９】制御装置３０は、冷房、暖房の運転モード
に応じて４方弁１７を切り替えて、冷媒の循環経路を切
り替える。そして、室温設定器３８で設定された温度に
対応して、上記各センサ３３、３４、３５、３６、３７
からの入力データならびにファンスイッチ３９の状態を
もとに空調機としての吹出し温度の目標値（目標吹出し
温度）を演算し、コンプレッサ１６の運転周波数を決定
する。

【００２０】この間、ファン１２は乗員がファンスイッ
チ３９で選択した速度でファンモータ１３により回転駆
動される。なお、運転モードスイッチ３２で暖房が選択
されると、ダクト１０内ではドア１１が仮想線位置に駆
動され、吸熱用室内熱交換器１４を通過した空気は全て
放熱用室内熱交換器１５を通過するようになるものとす
る。

【００２１】つぎに、とくに暖房運転時における制御装
置３０による制御動作について、図２のフローチャート
にしたがって説明する。運転モードスイッチ３２で暖房
が選択されると、まずステップ１０１において、吸熱用
室内熱交換器吸込み風温度センサ３３、吸熱用室内熱交
換器吹出し風温度センサ３４、放熱用室内熱交換器吹出
し風温度センサ３５、室温センサ３６、外気温センサ３
７そして室温設定器３８からのデータが読込まれる。

【００２２】そして、ステップ１０２において、上記各
センサおよび室温設定器３８からのデータに基づいて、
放熱用室内熱交換器１５直後の目標吹出し温度ＴＯが演
算される。次いで、ステップ１０３において、ファンス
イッチ３９が第１速から第３速のいずれかであるどうか
がチェックされる。ファンスイッチ３９が第１速から第
３速のいずれかである場合には、ステップ１０４に進
み、演算された目標吹出し温度ＴＯが５０℃を越えるか
どうかがチェックされる。

【００２３】目標吹出し温度ＴＯが５０℃を越えないと
きは、ステップ１０５で、目標吹出し温度上限ＴＯmax
＝ＴＯとしたうえ、ステップ１０７において、温度偏差
量ｅＴＯを演算する。なお、ステップ１０３のチェック
においてファンスイッチが第４速であった場合は、ステ
ップ１０５に進む。また、ステップ１０４のチェックで
目標吹出し温度ＴＯが５０℃を越えているときは、ステ
ップ１０６でＴＯmax ＝５０（℃）に固定した上でステ
ップ１０７に進む。

【００２４】ステップ１０７において、温度偏差量は放
熱用室内熱交換器吹出し風温度センサ３５で検出した温
度をＴｓｃとして、 ｅＴＯ＝ＴＯmax −Ｔｓｃ により求められる。コンプレッサ１６の運転周波数はこ
のｅＴＯの関数として決定される。すなわち、ステップ
１０８では、積分増減値ｄＩＨが ｄＩＨｚ＝（Ｋ１／Ｔｉ）＊ｅＴＯ で求められ、次のステップ１０９で、比例値ＰＨｚが ＰＨｚ＝Ｋ１＊ｅＴＯ で求められる。なお、Ｋ１、Ｔｉは予め定められた係数
である。

【００２５】そして、ステップ１１０において、コンプ
レッサ１６の運転周波数が ＰＩＨｚ＝ＰＨｚ＋ｄＩＨｚ として算出される。ステップ１１１では上に算出された
運転周波数にしたがってコンプレッサ１６が駆動され
る。以上のフローが例えば１秒周期で繰り返され、各セ
ンサで検出される各部位の温度変化にしたがってコンプ
レッサ１６の運転周波数が滑らかに変化していく。

【００２６】つぎに、運転周波数の変化の状態を図３を
用いて説明する。図は放熱用室内熱交換器１５の吹出し
風温度Ｔｓｃの変化をファン１２の回転速度別に示すも
のである。ここで、当初第３速でファン１２が駆動され
ているときは、吹出し風温度Ｔｓｃは図中第３速のライ
ンにそって例えば５０℃（ＴＯmax ）の上限に向かって
推移していく。時刻ｔ１では吹出し風温度がＡ（＝Ｔｓ
ｃ（ｔ１３））であるから、ステップ１０６において演
算される温度偏差量は、 ｅＴＯ（ｔ１３）＝５０−Ａ となる。したがってこの時のコンプレッサ１６の運転周
波数は ＰＩＨｚ＝ＰＨｚ＋ｄＩＨｚ ＝Ｋ１＊ｅＴＯ（ｔ１３）＋（Ｋ１／Ｔｉ）＊ｅＴＯ
（ｔ１３） となっている。

【００２７】この時刻ｔ１で運転者がファンスイッチ３
９を第１速へ切り替えたとすると、吹出し風温度Ｔｓｃ
は第１速のラインに移り、放熱用室内熱交換器１５の吹
出し風温度はＢ（＝Ｔｓｃ（ｔ１１））に変化する。こ
の結果、温度偏差量は、 ｅＴＯ（ｔ１１）＝５０−Ｂ になる。これにより、コンプレッサ１６の運転周波数は ＰＩＨｚ＝Ｋ１＊ｅＴＯ（ｔ１１）＋（Ｋ１／Ｔｉ）＊
ｅＴＯ（ｔ１１） へ変化する。この値は、Ｂの値がＡよりも大きいため、
ファンスイッチ３９の切り替え前より低いものとなる。

【００２８】上の説明では目標吹き出し温度を５０℃に
固定したが、簡単に言い換えれば、暖房初期で室内温度
が低いときは目標吹出し温度ＴＯが高く、実際の吹出し
風温度Ｔｓｃは低いから、コンプレッサ１６の運転周波
数ＰＩＨｚが高く設定される。そして、暖房が安定する
と目標吹出し温度ＴＯは低減されるとともに、ファンス
イッチ３９が低速側へ切り替えられ、実際の吹出し風温
度Ｔｓｃが高くなると、コンプレッサ１６の運転周波数
ＰＩＨｚが低減されることになる。

【００２９】本実施例は以上のように構成され、目標吹
出し温度ＴＯと放熱用室内熱交換器１５の実際の吹出し
風温度Ｔｓｃの差を基にコンプレッサ１６の運転周波数
ＰＩＨｚを演算するものとしたので、ファンスイッチ３
９の切り替えの有無にかかわらず、適正な周波数でコン
プレッサ１６が運転される。すなわち、ファンスイッチ
３９が切り替えられた場合にも、目標吹出し温度ＴＯと
吹出し風温度Ｔｓｃを考慮した同じ演算でコンプレッサ
１６の運転周波数が求められるから、各速度において運
転周波数が固定されることなく必要な周波数が確保さ
れ、しかもコンプレッサ１６に過大な負荷を与えること
がない。

【００３０】また、ファンスイッチ３９が第１速から第
３速のいずれかであり、最高速の第４速でない場合には
目標吹出し温度に上限を設定しているので、吹出し風温
度Ｔｓｃとの差が小さくなって、コンプレッサ１６の運
転周波数ＰＩＨｚもファン最高速時と比較して低減さ
れ、ファン回転速度に見合って静粛な運転となる。

【００３１】なお、上記実施例ではファンスイッチ３９
が第１速から第４速までとされているが、この段数はと
くに限定されない。また、必要に応じてオート（Ａｕｔ
ｏ）位置を設け、オートが選択された場合には吹出し風
温度に応じてファン１２の回転速度を変化させるように
してもよい。この場合にも、その回転速度に応じて吹出
し風温度Ｔｓｃが変化するので、対応して適切なコンプ
レッサ１６の運転周波数が求められる。

【００３２】また、実施例では暖房運転時に吸熱用室内
熱交換器１４を通過した空気は全て放熱用室内熱交換器
１５を通過するものとしたが、室温、外気温および目標
吹出し温度によって吸熱用室内熱交換器１４を通過した
空気の一部が放熱用室内熱交換器１５を通過するように
ドア１１が制御される場合には、吹出し風温度Ｔｓｃの
かわりに、吸熱用室内熱交換器１４を通過した空気と放
熱用室内熱交換器１５を通過した空気が混合した点の温
度ＴMIXと目標吹出し温度ＴＯの差を温度偏差量とすれ
ばよい。したがって、本発明において、吹出し風温度は
ＴMIX を含むものとする。さらに、実施例は車両に搭載
された空調機について説明したが、本発明は車両用に限
定されない。

【００３３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明は、コンプレッサ
の駆動により冷媒を室外熱交換器および室内熱交換器に
循環させ、室内熱交換器が、コンプレッサの吸入側に接
続された吸熱用室内熱交換器と、切り替え弁により冷房
時は室外熱交換器を経て、暖房時は室外熱交換器を経な
いでコンプレッサの吐出側に接続される放熱用室内熱交
換器とからなる空調機において、暖房時には目標吹出し
温度と放熱用室内熱交換器の実際の吹出し風温度の差に
基づく運転周波数でコンプレッサが駆動されるものとし
たので、ファン回転速度によって固定されず、必要な運
転周波数が確保されるとともにコンプレッサに過大な負
荷を与えないという効果を有する。

【００３４】また、室内熱交換器に付設されたファンに
ついて、ファンスイッチにより低速側の所定の回転速度
が選択されているときは、目標吹出し温度に上限が設定
することにより、コンプレッサの運転周波数がファン最
高速時と比較して低減され、ファン回転速度に見合った
静粛な運転とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す図である。

【図２】実施例における制御動作の流れを示すフローチ
ャートである。

【図３】放熱用室内熱交換器の吹出し風温度の変化を示
す説明図である。

【図４】冷媒系統を示す図である。

【図５】従来のコンプレッサ運転周波数の上限値設定例
を示す図である。

【図６】従来のコンプレッサ運転周波数の上限値設定の
他の例を示す図である。

【符号の説明】

１０ ダクト １１ ドア １２、１２’ ファン １３ ファンモータ １４ 吸熱用室内熱交換器 １５ 放熱用室内熱交換器 １６ コンプレッサ １７ ４方弁 １８ 車室外熱交換器 １９、２０、２４ 逆止弁 ２１ 冷媒タンク ２２ 膨張弁 ３０ 制御装置 ３１ 吹出モードスイッチ ３２ 運転モードスイッチ ３３ 吸熱用室内熱交換器吸込み風温度センサ ３４ 吸熱用室内熱交換器吹出し風温度センサ ３５ 放熱用室内熱交換器吹出し風温度センサ ３６ 室温センサ ３７ 外気温センサ ３８ 室温設定器 ３９ ファンスイッチ ｅＴＯ 温度偏差量 ＴＯ 目標吹出し温度 ＴＯmax 目標吹出し温度上限 Ｔｓｃ 吹出し風温度

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンプレッサ（１６）の駆動により冷媒
   を室外熱交換器（１８）および室内熱交換器に循環さ
   せ、室内熱交換器が、コンプレッサの吸入側に接続され
   た吸熱用室内熱交換器（１４）と、切り替え弁（１７）
   により冷房時は室外熱交換器を経て、暖房時は室外熱交
   換器を経ないでコンプレッサの吐出側に接続される放熱
   用室内熱交換器（１５）とからなる空調機において、暖
   房時には目標吹き出し温度と前記放熱用室内熱交換器の
   実際の吹出し風温度の差に基づく運転周波数で前記コン
   プレッサが駆動されることを特徴とする空調機のコンプ
   レッサ制御装置。
2. 【請求項２】 前記運転周波数が目標吹出し温度と実際
   の吹出し風温度の差の比例値として算出されることを特
   徴とする請求項１記載の空調機のコンプレッサ制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記運転周波数が、前記比例値に目標吹
   出し温度と実際の吹出し風温度の差の積分増減値が加算
   されて算出されることを特徴とする請求項２記載の空調
   機のコンプレッサ制御装置。
4. 【請求項４】 前記室内熱交換器（１４、１５）にはフ
   ァン（１２）が付設されるとともにファンの回転速度を
   複数段階に選択可能のファンスイッチ（３９）が設けら
   れ、ファンスイッチにより低速側の所定の回転速度が選
   択されているときは、前記目標吹出し温度に上限が設定
   されることを特徴とする請求項１、２または３記載の空
   調機のコンプレッサ制御装置。