JP2006152982A - Torque estimation device for compressor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、車両に搭載される冷凍サイクルに用いられる圧縮機のトルク推定技術に関するものである。 The present invention relates to a torque estimation technique for a compressor used in a refrigeration cycle mounted on a vehicle.
車両の燃料消費低減への要請が増加している昨今において、車載用補機で必要となるトルクをエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）へレポートし、このＥＣＵによりエンジンと車載用補機とが最小限必要とするトルクに見合うように燃料噴射量を制御することは、燃料消費量を低減する上で有用な制御である。このため、車載用補機の内で最も消費動力が大きいエアコン用圧縮機のトルクを適切に推定できるようにすることは重要な課題である。 In recent years, when the demand for reducing fuel consumption of vehicles has increased, the torque required for in-vehicle auxiliary equipment is reported to the engine control unit (ECU), and this ECU requires a minimum number of engines and in-vehicle auxiliary equipment. Controlling the fuel injection amount so as to meet the torque is a control useful for reducing the fuel consumption. For this reason, it is an important subject to appropriately estimate the torque of the compressor for an air conditioner that consumes the largest amount of power among the in-vehicle auxiliary machines.
従来、こうした背景から、下記する特許文献１及び２に示されるような圧縮機トルクの算出技術が検討されている。
このうち、特許文献１に示される圧縮機トルクの算出技術は、冷凍サイクルの冷媒流量を、車速、凝縮器内の凝縮冷媒温、及び外気温に基づいて算出し、この冷媒流量と圧縮機の回転速度とから圧縮機の圧縮冷媒の吐出容量を算出し、この吐出容量と前記凝縮冷媒温から得られた冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力とに基づき圧縮機トルクを算出するようにしたものである。
また、特許文献２に示される圧縮機トルクの算出技術は、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力、エンジンの回転速度、制御弁を駆動するデューティ比に基づき、圧縮機の駆動に必要な圧縮機トルクを推定するようにしたものである。
Conventionally, from such a background, a compressor torque calculation technique as described in
Among these, the compressor torque calculation technique disclosed in
Further, the compressor torque calculation technique disclosed in
しかしながら、上述のいずれの制御も車速やエンジン回転速度等の多くの車両側情報に基づき圧縮機トルクを推定するものであり、圧縮機トルクを推定するために多くのセンサが必要となったり、制御フローが複雑になる不都合がある。さらに、トルク推定で必要な精度を確保するために多くの実験とデータ解析が必要になる不都合もある。 However, any of the above-described controls estimates the compressor torque based on a lot of vehicle-side information such as the vehicle speed and the engine rotation speed, and many sensors are required to estimate the compressor torque. There is a disadvantage that the flow becomes complicated. Furthermore, there is a disadvantage that many experiments and data analysis are required to ensure the accuracy required for torque estimation.
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、エアコン情報を収集するセンサ以外のセンサを追加することなく、簡易な制御フローで必要とするトルク推定精度を確保することが可能な圧縮機のトルク推定装置を提供することを主たる課題としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is a compression capable of ensuring the torque estimation accuracy required by a simple control flow without adding a sensor other than a sensor for collecting air conditioner information. The main object is to provide a torque estimation device for a machine.
本発明者らは、エアコン情報のうち冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力や、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力と前記蒸発器の冷媒飽和圧力との差圧、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力と低圧側圧力との差圧が圧縮機のトルクと高い相関関係を有していることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors include, among the air conditioner information, the high-pressure side refrigerant pressure of the refrigeration cycle, the differential pressure between the high-pressure side refrigerant pressure of the refrigeration cycle and the refrigerant saturation pressure of the evaporator, the high-pressure side refrigerant pressure and the low-pressure side pressure of the refrigeration cycle. Has been found to have a high correlation with the torque of the compressor, and the present invention has been completed.
即ち、上記課題を達成するために、本発明に係る圧縮機のトルク推定装置は、車両に搭載された駆動源により駆動される圧縮機によって冷媒が循環される冷凍サイクルを備えたシステムに利用可能な装置であって、前記冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力のみを入力信号とした相関関係式に基づき前記圧縮機のトルクを推定するトルク推定手段を具備することを特徴としている（請求項１）。 That is, in order to achieve the above object, the compressor torque estimation device according to the present invention can be used in a system including a refrigeration cycle in which refrigerant is circulated by a compressor driven by a drive source mounted on a vehicle. And a torque estimation means for estimating the torque of the compressor based on a correlation equation using only the high-pressure side refrigerant pressure of the refrigeration cycle as an input signal (Claim 1).
したがって、このような構成においては、エアコン情報としての高圧側冷媒圧力に基づき、この高圧側冷媒圧力のみを入力信号とした相関関係式を用いて圧縮機トルクが推定されるので、複雑な制御フローが不要となり、また、車両側情報を収集するセンサを用いずにトルク推定が可能となる。しかも、トルク推定値は、圧縮機トルクと高い相関関係がある冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力に基づき算出されるので、必要とするトルク推定精度を確保することも可能となる。 Therefore, in such a configuration, the compressor torque is estimated using a correlation equation using only the high-pressure side refrigerant pressure as an input signal based on the high-pressure side refrigerant pressure as the air conditioner information. Further, torque estimation is possible without using a sensor that collects vehicle-side information. In addition, since the estimated torque value is calculated based on the high-pressure side refrigerant pressure of the refrigeration cycle that has a high correlation with the compressor torque, it is possible to ensure the necessary torque estimation accuracy.
圧縮機のトルク推定装置としては、車両に搭載された駆動源により駆動される圧縮機によって冷媒が循環される冷凍サイクルを備えたシステムに利用可能な装置であって、前記冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との差圧のみを入力信号とした相関関係式に基づき前記圧縮機のトルクを推定するトルク推定手段を具備するようにしてもよい（請求項２）。 The compressor torque estimation device is a device that can be used in a system including a refrigeration cycle in which refrigerant is circulated by a compressor driven by a drive source mounted on a vehicle, and the high-pressure side refrigerant of the refrigeration cycle You may make it comprise the torque estimation means which estimates the torque of the said compressor based on the correlation type | formula which used only the differential pressure of a pressure and a low pressure side refrigerant | coolant pressure as an input signal (Claim 2).
このような構成においては、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力とに基づき、高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との差圧のみを入力信号とした相関関係式を用いて圧縮機のトルクが推定されるので、複雑な制御フローが不要となり、また、車両側情報を収集するセンサを用いずにトルク推定が可能となる。しかも、トルク推定値は、圧縮機トルクと高い相関関係にある冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との差に基づき算出されるので、必要とするトルク推定精度を確保することも可能となる。 In such a configuration, based on the high-pressure side refrigerant pressure and the low-pressure side refrigerant pressure of the refrigeration cycle, the compressor is used by using a correlation equation using only the differential pressure between the high-pressure side refrigerant pressure and the low-pressure side refrigerant pressure as an input signal. Therefore, a complicated control flow is unnecessary, and torque estimation can be performed without using a sensor that collects vehicle-side information. In addition, since the estimated torque value is calculated based on the difference between the high-pressure side refrigerant pressure and the low-pressure side refrigerant pressure of the refrigeration cycle that is highly correlated with the compressor torque, it is possible to ensure the required torque estimation accuracy. It becomes.
ここで、高圧側冷媒圧力は、冷凍サイクルの放熱器出口側の圧力であっても、圧縮機の吐出圧であってもよい（請求項３、４）。また、低圧側冷媒圧力は、冷凍サイクルの蒸発器での冷媒温度に関連する温度に基づき演算された冷媒飽和圧力であっても、圧縮機の吸入圧であってもよい（請求項５，６）。
Here, the high-pressure side refrigerant pressure may be the pressure on the radiator outlet side of the refrigeration cycle or the discharge pressure of the compressor (
さらに、前記相関関係式は、入力信号を変数とした２次以上の多項式であっても、入力信号を変数とした１次式を複数の区間ごとに近似した補間演算により求められたものであってもよい（請求項７，８）。
Further, even if the correlation equation is a second-order or higher-order polynomial with the input signal as a variable, the correlation equation is obtained by an interpolation operation approximating the linear equation with the input signal as a variable for each of a plurality of sections. (
また、上記課題を達成するために、圧縮機のトルク推定装置は、車両に搭載された駆動源により駆動される圧縮機によって冷媒が循環される冷凍サイクルを備え、前記圧縮機が吐出圧と吸入圧との差圧を差圧制御弁により制御する差圧制御式であるシステムに利用可能な装置であって、前記差圧制御弁に印加する制御信号のみを入力信号とした相関関係式に基づき前記圧縮機のトルクを推定するトルク推定手段を具備するようにしてもよい（請求項９）。 In order to achieve the above object, a compressor torque estimation device includes a refrigeration cycle in which a refrigerant is circulated by a compressor driven by a drive source mounted on a vehicle, and the compressor discharges and sucks the suction pressure. A device that can be used in a system that is a differential pressure control system that controls a differential pressure with a differential pressure control valve, based on a correlation formula using only a control signal applied to the differential pressure control valve as an input signal You may make it comprise the torque estimation means which estimates the torque of the said compressor (Claim 9).
このような構成においては、差圧制御弁に印加する制御信号に基づき、この制御信号のみを入力信号とした相関関係式を用いて圧縮機のトルクが推定されるので、複雑な制御フローが不要となり、また、車両側情報を収集するセンサのみならずエアコン情報を収集するセンサを用いずにトルク推定が可能となる。しかも、トルク推定値は、圧縮機トルクと高い相関関係にある冷凍サイクルの圧縮機直近の高圧側冷媒圧力（即ち、吐出圧）と、圧縮機直近の低圧側冷媒圧力（即ち、吸入圧）との差を反映する制御信号のみに基づき算出されるので、必要とするトルク推定精度を確保することが可能となる。 In such a configuration, the compressor torque is estimated based on a control signal applied to the differential pressure control valve using only the control signal as an input signal, so a complicated control flow is not required. In addition, it is possible to estimate torque without using a sensor that collects air-conditioner information as well as a sensor that collects vehicle-side information. Moreover, the estimated torque value includes the high-pressure side refrigerant pressure (that is, the discharge pressure) immediately adjacent to the compressor in the refrigeration cycle and the low-pressure side refrigerant pressure (that is, the suction pressure) immediately adjacent to the compressor that are highly correlated with the compressor torque. Therefore, the required torque estimation accuracy can be ensured.
以上述べたように、請求項１に係る発明によれば、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力のみを入力信号とした相関関係式を用いて圧縮機のトルクを推定するようにしたので、複雑な制御フローが不要になり、簡易な制御フローで必要とするトルク推定精度を確保することが可能となる。また、高圧側冷媒圧力に関する情報のみを収集すればよいので、エアコン情報を収集するセンサ以外のセンサを用いることなくトルク推定が可能となる。 As described above, according to the first aspect of the invention, since the compressor torque is estimated using the correlation equation using only the high-pressure side refrigerant pressure of the refrigeration cycle as an input signal, complicated control is performed. The flow becomes unnecessary, and it is possible to ensure the required torque estimation accuracy with a simple control flow. Further, since only the information on the high-pressure side refrigerant pressure needs to be collected, torque estimation can be performed without using a sensor other than the sensor that collects the air conditioner information.
また、請求項２に係る発明によれば、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との差圧のみを入力信号とした相関関係式を用いて圧縮機のトルクを推定するようにしたので、複雑な制御フローが不要になり、簡易な制御フローで必要とするトルク推定精度を確保することが可能となる。また、高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との差圧に関する情報のみを収集すればよいので、エアコン情報を収集するセンサ以外のセンサを用いることなくトルク推定が可能となる。 According to the second aspect of the present invention, the compressor torque is estimated using the correlation equation using only the differential pressure between the high-pressure side refrigerant pressure and the low-pressure side refrigerant pressure in the refrigeration cycle as an input signal. Therefore, a complicated control flow is not necessary, and the required torque estimation accuracy can be ensured with a simple control flow. Further, since only the information related to the differential pressure between the high-pressure side refrigerant pressure and the low-pressure side refrigerant pressure needs to be collected, torque estimation can be performed without using a sensor other than the sensor that collects air conditioner information.
また、請求項９に係る発明によれば、差圧制御弁に印加する制御信号のみを入力信号とした相関関係式を用いて圧縮機のトルクを推定するようにしたので、複雑な制御フローが不要になり、簡易な制御フローで必要とするトルク推定精度を確保することが可能となる。また、差圧制御弁に印加する制御信号のみを用いればよいので、車両側情報を収集するセンサやエアコン情報を収集するセンサを用いることなくトルク推定が可能となる。 According to the invention of claim 9, since the compressor torque is estimated using the correlation equation using only the control signal applied to the differential pressure control valve as the input signal, a complicated control flow is required. It becomes unnecessary, and it becomes possible to ensure the required torque estimation accuracy with a simple control flow. Further, since only the control signal applied to the differential pressure control valve has to be used, torque estimation can be performed without using a sensor that collects vehicle-side information or a sensor that collects air-conditioner information.
以下、この発明の実施の形態を図面により説明する。
図１において、車両用空調装置に用いる外部制御式可変容量型圧縮機（以下、圧縮機という）の一実施形態が示されている。この圧縮機１は、走行用エンジン２からの動力を受け、この走行用エンジン２と同期して回転するクラッチレスタイプのもので、凝縮器３、減圧装置４、蒸発器５などと共に配管結合されて冷凍
サイクル６を構成し、吐出容量を制御するようにしている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of an externally controlled variable capacity compressor (hereinafter referred to as a compressor) used in a vehicle air conditioner. The
図１に示すように、圧縮機は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１のリア側（図中、右側）にバルブプレート１２を介して組み付けられたリアヘッド１３と、シリンダブロック１１のフロント側（図中、左側）を閉塞するように組み付けられたフロントヘッド１４とを有して構成されている。これらフロントヘッド１４、シリンダブロック１１、バルブプレート１２、及び、リアヘッド１３は、締結ボルト１５により軸方向に締結されており、圧縮機全体のハウジングを構成している。
As shown in FIG. 1, the compressor includes a
フロントヘッド１４とシリンダブロック１１とによって画設されるクランク室１６には、一端がフロントヘッド１４から突出する駆動シャフト１７が収容されている。この駆動シャフト１７のフロントヘッド１４から突出した部分には、ボルト１８によって軸方向に取り付けられた中継部材１９が固定されており、この中継部材１９に、フロントヘッド１４の端部に回転自在に外嵌され、且つ、走行用エンジン２にベルトを介して連結される駆動プーリ２０が固定されている。また、この駆動シャフト１７の一端側は、フロントヘッド１４との間に設けられたシール部材２１を介してフロントヘッド１４との間が気密よく封じられると共にラジアル軸受２２にて回転自在に支持されており、駆動シャフト１７の他端側は、シリンダブロック１１に収容されたラジアル軸受２３にて回転自在に支持されている。
A
シリンダブロック１１には、前記ラジアル軸受２３が収容される貫通孔２４と、この貫通孔２４を中心とする円周上に等間隔に配された複数のシリンダボア２５とが形成されており、それぞれのシリンダボア２５には、片頭ピストン２６が往復摺動可能に挿入されている。
The
前記駆動シャフト１７には、クランク室１６内において、該駆動シャフト１７と一体に回転するスラストフランジ２７が固定されている。このスラストフランジ２７は、フロントヘッド１４に対してスラスト軸受２８を介して回転自在に支持されており、このスラストフランジ２７には、リンク部材２９を介して斜板３０が連結されている。斜板３０は、駆動シャフト１７上に設けられたヒンジボール３１を中心に傾動可能に取り付けられているもので、スラストフランジ２７の回転に同期して一体に回転するようになっている。そして、斜板３０は、その周縁部分が前後に設けられた一対のシュー３２を介して片頭ピストン２６の係合部２６ａに係留されている。
A
したがって、駆動シャフト１７が回転すると、これに伴って斜板３０が回転し、この斜板３０の回転運動がシュー３２を介して片頭ピストン２６の往復直線運動に変換され、シリンダボア内において片頭ピストン２６とバルブプレート１２との間に形成される圧縮室の容積が変更されるようになっている。
Accordingly, when the
バルブプレート１２には、それぞれのシリンダボア２５に対応して吸入孔３４と吐出孔３５とが形成され、また、リアヘッド１３には、圧縮室に供給する作動流体を収容する吸入室３６と、圧縮室から吐出した作動流体を収容する吐出室３７とが画設されている。吸入室３６は、リアヘッド１３の中央部分に形成されており、蒸発器５の出口側に通じる吸入口３８に連通すると共にバルブプレート１２の吸入孔３４を介して圧縮室に連通可能となっている。また、吐出室３７は、吸入室３６の周囲に形成されており、凝縮器３の入口側に通じる吐出口に連通すると共にバルブプレート１２の吐出孔３５を介して圧縮室に連通可能となっている。ここで、吸入孔３４は、バルブプレート１２のフロント側端面に設けられた吸入弁３９によって開閉され、吐出孔３５は、バルブプレート１２のリア側端面に設けられた吐出弁４０によって開閉されるようになっている。
The
この圧縮機１の吐出容量は、ピストン２６のストロークによって決定され、このストロークは、ピストン２６の前面にかかる圧力、即ち圧縮室の圧力（シリンダボア内の圧力）と、ピストンの背面にかかる圧力、即ちクランク室１６内の圧力（クランク室圧Ｐｃ）との差圧によって斜板３０の傾斜角度（揺動角度）を変化させることで調製される。
The discharge capacity of the
そして、この例においては、シリンダブロック１１、バルブプレート１２、及びリアヘッド１３に亘って形成された通路によって吐出室３７とクランク室１６とを連通する給気通路４１が形成され、貫通孔２４と連通するバルブプレート１２に形成された通孔４２やラジアル軸受２３の隙間などによってクランク室１６と吸入室３６とを連通する絞り通路が形成され、給気通路４１上に圧力制御弁４３が設けられている。この圧力制御弁４３は、リアヘッド１３に形成された制御弁装着孔４５に装着され、給気通路４１の開度を調節することで、クランク室１６の圧力（クランク室圧Ｐｃ）を制御しているもので、電磁ソレノイドなどのアクチュエータを有し、ソレノイドに供給される電流のデューティ比を調節して給気通路の開度が制御されるようになっている。
In this example, an
ところで、前記エンジン２は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０によって制御されている。このＥＣＵ５０は、アクセルペダルの踏み代をエンジン吸気管路に設けられたスロットル弁の開度として検出するアクセル開度センサ５１や、車速センサ５２、エンジン回転速度センサ５３などからの信号を入力し、これらセンサの入力信号から得られた情報に基づき、燃料噴射量や噴射タイミング、点火時期などを最適値に制御している。
By the way, the
また、エアコン制御ユニット（Ａ／Ｃ ＣＵ）５４は、凝縮器の出口側での冷媒圧力Ｐｈを検出する高圧圧力センサ５５、蒸発器の表面温度又は蒸発器を通過した空気温度などの蒸発器の冷媒温度に関連する温度（以下、蒸発器温度Ｔevaという）を検出する蒸発器温度センサ５６、圧縮機１の吐出圧を検出する吐出圧センサ５７、圧縮機１の吸入圧を検出する吸入圧センサ５８などの各種センサからの信号が入力されると共に、エアコンスイッチや車室の目標温度を設定する温度設定器などを備えた操作パネルからの信号が入力され、空調装置の総合的な制御を行っている。
The air conditioner control unit (A / C CU) 54 includes a
ここで、エアコン制御ユニット（Ａ／Ｃ ＣＵ）５４は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力ポート等を備えて構成されるそれ自体公知のもので、メモリに与えられた所定のプログラムにしたがって各種センサやＥＣＵ、操作パネルからの入力信号を処理し、圧力制御弁４３に対して供給する電流のデューティ比を制御すると共に、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）に対して、以下に述べる手法によって演算された圧縮機のトルク推定値を送信する等の処理を行なっている。
Here, the air conditioner control unit (A / C CU) 54 includes a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), an input / output port, and the like. In accordance with a predetermined program given to the memory, input signals from various sensors, ECUs, and operation panels are processed to control the duty ratio of the current supplied to the
圧縮機１のトルクを推定するに当たり、圧縮機の1回転あたりの吐出容量Ｖｓ、吸入圧力Ｐｓ及び吐出圧力Ｐｄに基づいて圧縮機のトルクを算出する理論式（数１）が存在するが、圧縮機の吐出容量がクランク室圧力に基づいて自立的に可変される可変容量型圧縮機である場合には、条件に応じて変化する吐出容量を特定することができず、前記理論式は適用できない（κ：ポリトロープ指数）。
In estimating the torque of the
一方、発明者らは、種々のトルクに関連する実験データを精査した結果、
◎ 冷凍サイクルの熱負荷が所定レベル以下の時は、圧縮機は中間吐出容量状態で運転されており、冷凍サイクルの熱負荷の上昇／低下に対して1回転あたりの吐出容量が自立的に変化し、それに相応してトルクが上昇／低下する、
◎ 冷凍サイクル負荷が所定レベルより高い時は、圧縮機は最大吐出容量状態で運転されており、冷凍サイクルの熱負荷の上昇／低下に対して冷凍サイクルの高圧圧力（圧縮機の吐出圧力）が変化し、それに相応してトルクが上昇／低下する、
◎ 圧縮機の高速回転時には、圧縮機の1回転あたりの吐出容量が減少するように自立制御されるにも関わらず、吐出容量の減少に伴う圧縮効率の低下、及び摺動部が高速摺動することによる機械効率の低下により、圧縮機のトルクはさほど低下しない、
という事実に着目し、
(1) 冷凍サイクルの熱負荷が低熱負荷であっても高熱負荷であっても、熱負荷の増減に伴ってトルクが増減する共通の「右肩上がり特性」をもつのではないか
(2) 高速走行に伴って圧縮機の1回転あたりの吐出容量が自立的に減少しても、圧縮機のトルクは上記(1)の「右肩上がり特性」の上に乗るのではないか
との仮説を得るに至った。
On the other hand, the inventors have scrutinized experimental data related to various torques,
◎ When the heat load of the refrigeration cycle is below the specified level, the compressor is operating at an intermediate discharge capacity, and the discharge capacity per rotation changes autonomously as the heat load of the refrigeration cycle increases / decreases. And torque increases / decreases accordingly.
◎ When the refrigeration cycle load is higher than the predetermined level, the compressor is operated at the maximum discharge capacity, and the high pressure of the refrigeration cycle (compressor discharge pressure) against the increase / decrease of the heat load of the refrigeration cycle. Change, torque increases / decreases accordingly,
◎ At the time of high-speed rotation of the compressor, despite the self-supporting control so that the discharge capacity per one rotation of the compressor is reduced, the compression efficiency decreases due to the decrease in discharge capacity, and the sliding part slides at high speed. The torque of the compressor does not decrease so much due to the decrease in mechanical efficiency.
Focus on the fact that
(1) Whether the heat load of the refrigeration cycle is a low heat load or a high heat load, it may have a common “rising-up characteristic” in which the torque increases or decreases as the heat load increases or decreases.
(2) Even if the discharge capacity per revolution of the compressor decreases autonomously with high-speed running, the torque of the compressor may be on top of the above-mentioned `` Rise to the right shoulder ''. I came to get the hypothesis.
発明者らが上記仮説に基づき、エアコン情報を収集するセンサから得られた１つ又は複数のエアコン情報と圧縮機１のトルクとの相関関係を調べた結果によると、図２に示されるように、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力（凝縮器３の出口側冷媒圧力Ｐｈ、又は、圧縮機の吐出圧力Ｐｄなど）と圧縮機トルクとの相関、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力と蒸発器での冷媒飽和圧力との差（例えば、凝縮器３の出口側冷媒圧力Ｐｈと蒸発器での冷媒飽和圧力Ｐsat との差）と圧縮機トルクとの相関、及び、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との差（例えば、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差）と圧縮機トルクとの相関がいずれも高いことが見出された。
As shown in FIG. 2, according to the result of the inventors examining the correlation between one or a plurality of air conditioner information obtained from a sensor for collecting air conditioner information and the torque of the
ここで、図２（ａ）は、外気温Ｔamb に対する圧縮機トルクの相関関係を示す線図であり、図２（ｂ）は、凝縮器３の出口側の冷媒圧力Ｐｈに対する圧縮機トルクの相関関係を示す線図であり、図２（ｃ）は、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄに対する圧縮機トルクの相関関係を示す線図であり、図２（ｄ）は、凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈと蒸発器５の飽和圧力Ｐsat との差に対する圧縮機トルクの相関関係を示す線図であり、図２（ｅ）は、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差に対する圧縮機トルクの相関関係を示す線図であり、図２（ｆ）は、凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈと蒸発器５の飽和圧力Ｐsat との比に対する圧縮機トルクの相関関係を示す線図であり、図２（ｇ）は、凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈと蒸発器５の飽和圧力Ｐsat との差と蒸発器５の飽和圧力Ｐsat との比に対する圧縮機トルクの相関関係を示す線図である。また、図中、Ｒは相関係数を示す。
Here, FIG. 2A is a diagram showing the correlation of the compressor torque with the outside air temperature Tamb, and FIG. 2B is the correlation of the compressor torque with the refrigerant pressure Ph on the outlet side of the
また、高圧側冷媒圧力として凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈを用いた場合と圧縮機の吐出圧Ｐｄを用いた場合とを比較すると、コンプレッサ直近の圧力である吐出圧力Ｐｄを用いた場合の方が圧縮機トルクとの相関が高く、凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈと蒸発器５の冷媒飽和圧力Ｐsat との差を用いた場合と、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差を用いた場合とを比較すると、コンプレッサ直近の圧力である吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差を用いた場合の方が圧縮機トルクとの相関が高くなることが判明している。
Further, when the refrigerant pressure Ph on the condenser outlet side is used as the high-pressure side refrigerant pressure and the discharge pressure Pd of the compressor is compared, the case where the discharge pressure Pd, which is the pressure closest to the compressor, is used. Is highly correlated with the compressor torque, and the difference between the discharge pressure Pd and the suction pressure Ps of the
さらに、圧縮機１の吐出圧Ｐｄのみを用いた場合と圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差を用いた場合とを比較すると、吐出圧力と吸入圧力との差（Ｐｄ−Ｐｓ）を用いた場合の方が圧縮機トルクとの相関が高くなることが判明している。
Further, comparing the case where only the discharge pressure Pd of the
以上の結果に基づき、高圧側冷媒圧力（例えば、凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈ、又は、圧縮機の吐出圧力Ｐｄ）のみを用いた場合と、冷凍サイクル６の高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との差（例えば、圧縮機の吐出圧Ｐｄと蒸発器５での冷媒飽和圧力Ｐsatとの差（Ｐｈ−Ｐsat ）、又は、圧縮機の吐出圧Ｐｄと吸入圧Ｐｓとの差（Ｐｄ−Ｐｓ））のみを用いた場合に高い相関関係が得られているので、これらをパラメータとしてエアコン制御ユニット（Ａ／Ｃ ＣＵ）により圧縮機１のトルク推定を次のように行なうようにしている。
Based on the above results, when only the high-pressure side refrigerant pressure (for example, the refrigerant pressure Ph at the condenser outlet side or the discharge pressure Pd of the compressor) is used, the high-pressure side refrigerant pressure and the low-pressure side refrigerant of the
図３において、凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈをパラメータとしてトルク推定を行なう演算処理例がフロチャートとして示されており、以下、このフローチャートに基づいてトルク推定の演算処理例を説明する。 In FIG. 3, an example of calculation processing for performing torque estimation using the refrigerant pressure Ph at the outlet side of the condenser as a parameter is shown as a flowchart. Hereinafter, an example of calculation processing for torque estimation will be described based on this flowchart.
エアコン制御ユニット（Ａ／Ｃ ＣＵ）５４は、空調装置を起動して、一連の初期処理を経た後に、この制御ルーチンの処理を所定の間隔で行うもので、ステップ６０において、高圧圧力センサ５５によって検出された凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈの信号を入力し、次のステップ６２で、凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈのみを入力信号とした相関関係式ｆ（Ｐｈ）を用いて、前記ステップ６０で入力された凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈに基づき圧縮機１のトルクＴtrq を演算する。
The air conditioner control unit (A / C CU) 54 starts the air conditioner and performs a series of initial processes, and then performs the process of this control routine at a predetermined interval. The detected refrigerant pressure Ph signal on the outlet side of the condenser is inputted, and in the next step 62, the correlation equation f (Ph) using only the refrigerant pressure Ph on the condenser outlet side as an input signal is used. The torque Ttrq of the
この相関関係式は、熱負荷を低熱負荷から高熱負荷まで変化させ、また、圧縮機回転速度をアイドル相当の回転速度から高速回転速度まで変化させた範囲で得られる複数の計測点での圧縮機トルクとそのときの凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈとのデータから２次式（ａＰｈ2 ＋ｂＰｈ＋ｃ）の相関を行い、計算値と実測値との差が最小となるよう最小二乗法などを用いて係数（ａ，ｂ，ｃ）を算出して予備的に得られたものである。種々の運転条件が混在するにも関わらず高い相関傾向が表れており、前述の仮説が正しいことが裏付けられている。 This correlation formula is used to change the heat load from a low heat load to a high heat load, and the compressor at a plurality of measurement points obtained in a range where the compressor rotation speed is changed from an idle equivalent rotation speed to a high rotation speed. A correlation of the quadratic expression (aPh 2 + bPh + c) is performed from the data of the torque and the refrigerant pressure Ph at the condenser outlet side at that time, and the least square method or the like is used so that the difference between the calculated value and the actually measured value is minimized. The coefficient (a, b, c) is calculated and obtained preliminary. Although various operating conditions coexist, a high correlation tendency appears, confirming that the above hypothesis is correct.
そして、エアコン制御ユニット（Ａ／Ｃ ＣＵ）５４は、このような相関関係式を用いて演算された圧縮機１のトルクをエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０へレポートする。
The air conditioner control unit (A / C CU) 54 reports the torque of the
したがって、圧縮機１のトルクと相関が高い凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈのみを用いて、熱負荷と圧縮機回転速度を変化させて得られた凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈと圧縮機トルクとの相関関係式から圧縮機１のトルクを算出するようにしたので、複雑な制御フローが不要となり、また、車両側情報を収集するセンサを用いずに圧縮機１のトルク推定が可能となる。しかも、図４で示されるように、実際の圧縮機トルクに対応したトルク推定が可能となり、必要とするトルク推定精度を確保することが可能となる。
Therefore, the refrigerant pressure Ph and the compressor torque on the condenser outlet side obtained by changing the heat load and the compressor rotational speed using only the refrigerant pressure Ph on the condenser outlet side having a high correlation with the torque of the
尚、上述の構成において、冷凍サイクル６の高圧側冷媒圧力として凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈを用いたが、これに代えて圧縮機１の吐出圧Ｐｄを用いて同様の制御を行なうようにしてもよい。
このような構成においては、圧縮機直近の圧力である吐出圧力Ｐｄが変数として用いられるので、上述した効果に加え、圧縮機１のトルク推定の演算精度をさらに高めることが可能となる。
In the above-described configuration, the refrigerant pressure Ph at the condenser outlet side is used as the high-pressure side refrigerant pressure of the
In such a configuration, since the discharge pressure Pd, which is the pressure closest to the compressor, is used as a variable, it is possible to further increase the calculation accuracy of the torque estimation of the
図５において、冷凍サイクル６の高圧側冷媒圧力と蒸発器５での冷媒飽和圧力との差を変数として用いる場合のトルク推定演算処理例がフローチャートとして示されている。この例においては、ステップ７０において、高圧圧力センサ５５によって検出された凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈに相当する信号と蒸発器温度センサ５６により検出された蒸発器温度Ｔevaに相当する信号とを入力し、ステップ７２において、蒸発器温度Ｔevaから蒸発器５の冷媒飽和圧力Ｐsat を演算する。そして、ステップ７４において、凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈと蒸発器の冷媒飽和圧力Ｐsat との差圧（Ｐｈ−Ｐsat ）のみを入力信号とした相関関係式ｆ（Ｐｈ−Ｐsat ）を用いて、入力された凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈと蒸発器温度Ｔevaとに基づき圧縮機のトルクＴtrq を推定演算する。
In FIG. 5, a torque estimation calculation processing example in the case where the difference between the high-pressure side refrigerant pressure of the
この相関関係式も、熱負荷を低熱負荷から高熱負荷まで変化させ、また、圧縮機回転速度をアイドル相当の回転速度から高速回転速度まで変化させた範囲で得られる複数の計測点での圧縮機トルクとそのときの凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈと蒸発器の冷媒飽和圧力Ｐsat との差圧（Ｐｈ−Ｐsat ）とのデータから２次式（ａ（Ｐｈ−Ｐsat ）2 ＋ｂ（Ｐｈ−Ｐsat ）＋ｃ）の相関を行い、計算値と実測値との差が最小となるよう最小二乗法などを用いて係数（ａ，ｂ，ｃ）を算出して得られたものである。この相関においても、種々の運転条件が混在するにも関わらず高い相関傾向が表れており、前述の仮説が正しいことが裏付けられている。 This correlation formula also changes the heat load from a low heat load to a high heat load, and the compressor at a plurality of measurement points obtained in a range where the compressor rotation speed is changed from an idle equivalent rotation speed to a high rotation speed. From the data of the torque and the differential pressure (Ph−Psat) between the refrigerant pressure Ph at the outlet side of the condenser and the refrigerant saturation pressure Psat of the evaporator, a quadratic expression (a (Ph−Psat) 2 + b (Ph−Psat) is obtained. ) + C), and the coefficient (a, b, c) is calculated using the least square method or the like so that the difference between the calculated value and the actually measured value is minimized. This correlation also shows a high correlation tendency despite the presence of various operating conditions, confirming that the above hypothesis is correct.
そして、エアコン制御ユニット（Ａ／Ｃ ＣＵ）５４は、上述した相関関係式を用いて演算された圧縮機のトルクＴtrq を、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０へレポートする（ステップ７６）。 Then, the air conditioner control unit (A / C CU) 54 reports the compressor torque Ttrq calculated using the above-described correlation equation to the engine control unit (ECU) 50 (step 76).
したがって、圧縮機１のトルクと相関が高い凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈと蒸発器５の冷媒飽和圧力Ｐsat との差を用いて、熱負荷と圧縮機回転速度を変化させて得られたＰｈ−Ｐsat と圧縮機トルクとの相関関係式から圧縮機１のトルクを算出するようにしたので、複雑な制御フローが不要となり、また、車両側情報を収集するセンサを用いずに圧縮機１のトルク推定が可能となる。しかも、図６で示されるように、実際の圧縮機トルクに対応したトルク推定が可能となり、必要とするトルク推定精度を確保することが可能となる。
Therefore, using the difference between the refrigerant pressure Ph on the condenser outlet side and the refrigerant saturation pressure Psat of the
尚、上述の構成において、蒸発器５の冷媒飽和圧力Ｐsat を圧縮機１の吸入圧力Ｐｓで置き換え、或いは、凝縮器３の出口側冷媒圧力Ｐｈを圧縮機１の吐出圧力Ｐｄで置き換え、同様の手法で圧縮機のトルクを演算してもよい。
また、蒸発器５の冷媒飽和圧力Ｐsat を圧縮機１の吸入圧力Ｐｓで置き換え、且つ、凝縮器３の出口側冷媒圧力Ｐｈを圧縮機１の吐出圧力Ｐｄで置き換え、圧縮機１を吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差（Ｐｄ−Ｐｓ）に基づき、同様の手法で圧縮機１のトルクを演算してもよい。
In the above configuration, the refrigerant saturation pressure Psat of the
Further, the refrigerant saturation pressure Psat of the
このようにＰｄ，Ｐｓをパラメータとして用いた場合には、コンプレッサ直近の圧力に基づき圧縮機トルクが推定されるので、圧縮機１との相関も高くなり、トルク推定精度を高めることが可能となる。特に、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差（Ｐｄ−Ｐｓ）を変数に用いる場合には、圧縮機の吐出圧力Ｐｄのみを変数として用いた場合よりもトルク推定精度を高めることが可能となる。
As described above, when Pd and Ps are used as parameters, the compressor torque is estimated based on the pressure closest to the compressor. Therefore, the correlation with the
尚、以上の実施形態においては、トルク相関式を２次式としたが、３次以上の多項式としてもよい。３次以上の多項式にすることにより、変極点を持つような相関傾向についてもトルク推定をすることが出来る。 In the above embodiment, the torque correlation equation is a quadratic equation, but it may be a cubic or higher order polynomial. By using a third or higher order polynomial, it is possible to estimate torque for a correlation tendency having an inflection point.
また、トルク推定式を複数の区間ごとに区分した１次式により補間演算により近似しても良い。 Further, the torque estimation formula may be approximated by an interpolation calculation using a linear formula obtained by dividing the torque estimation formula into a plurality of sections.
以上述べたように、変数として高圧側冷媒圧力（凝縮器出口側の冷媒圧力Ｐｈ、又は、圧縮機の吐出圧力Ｐｄ）のみを用いた場合と、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力と蒸発器での冷媒飽和圧力との差、又は、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との差を用いた場合においては、上述した手法を用いることでエアコン情報のみを利用して実用に供しうる推定精度を確保することができるが、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差（Ｐｄ−Ｐｓ）を変数として用いることによる高いトルク推定精度に着目し、圧縮機１が吐出圧と吸入圧との差圧を制御する差圧制御型の圧力制御弁４３を用いて吐出量を制御する形式である場合には、圧力制御弁４３を制御する制御信号（圧力制御弁４３に供給する電流のデューティ比）を変数としてトルク推定を行なうようにしてもよい。
As described above, when only the high-pressure side refrigerant pressure (condenser outlet-side refrigerant pressure Ph or compressor discharge pressure Pd) is used as a variable, the high-pressure side refrigerant pressure of the refrigeration cycle and the evaporator In the case of using the difference between the refrigerant saturation pressure or the difference between the high-pressure side refrigerant pressure and the low-pressure side refrigerant pressure in the refrigeration cycle, it is possible to use only the air conditioner information by using the above-described method. Although accuracy can be ensured, the
即ち、差圧制御弁に印加する制御信号（電流のデューティ比）のみを入力信号とした相関関係式を用い、差圧制御弁に印加する実際の制御信号に基づき圧縮機トルクを推定演算するとよい。より具体的には、熱負荷を低熱負荷から高熱負荷まで変化させ、また、圧縮機回転速度をアイドル相当の回転速度から高速回転速度まで変化させた範囲で得られる複数の計測点での圧縮機トルクとそのときの圧力制御弁４３に印加する制御信号とのデータから２次式の相関を行い、計算値と実測値との差が最小となるよう最小二乗法などを用いて係数を算出して相関関係式を求め、この関係式から圧縮機トルクを演算すればよい。
In other words, the compressor torque may be estimated and calculated based on the actual control signal applied to the differential pressure control valve using a correlation equation using only the control signal (current duty ratio) applied to the differential pressure control valve as an input signal. . More specifically, the compressor at a plurality of measurement points obtained by changing the thermal load from a low thermal load to a high thermal load and changing the compressor rotational speed from an idle equivalent rotational speed to a high rotational speed. A quadratic correlation is performed from the data of the torque and the control signal applied to the
このような手法による圧縮機１のトルク推定においては、差圧制御弁に印加する制御信号を用いて、熱負荷と圧縮機回転速度を変化させて得られた制御信号と圧縮機トルクとの相関関係式から圧縮機１のトルクを算出するようにしたので、複雑な制御フローが不要となり、また、車両側情報を収集するセンサのみならずエアコン情報を収集するセンサを用いずに圧縮機１のトルク推定が可能となる。このため、製品コストの低減を大幅に図ることが可能となる。しかも、実際の圧縮機トルクに対応したトルク推定が可能となり、必要とするトルク推定精度を確保することが可能となる。
In the torque estimation of the
１ 圧縮機
６ 冷凍サイクル
４３ 圧力制御弁
５５ 高圧圧力センサ
５６ 蒸発器温度センサ
５７ 吐出圧センサ
５８ 吸入圧センサ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
される冷凍サイクルを備えたシステムに利用可能な圧縮機のトルク推定装置であって、
前記冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力のみを入力信号とした相関関係式に基づき前記圧縮機のトルクを推定するトルク推定手段
を具備することを特徴とする圧縮機のトルク推定装置。 A compressor torque estimation device usable in a system having a refrigeration cycle in which refrigerant is circulated by a compressor driven by a drive source mounted on a vehicle,
A torque estimation device for a compressor, comprising torque estimation means for estimating the torque of the compressor based on a correlation equation using only the high-pressure side refrigerant pressure of the refrigeration cycle as an input signal.
前記冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との差圧のみを入力信号とした相関関係式に基づき前記圧縮機のトルクを推定するトルク推定手段
を具備することを特徴とする圧縮機のトルク推定装置。 A compressor torque estimation device usable in a system having a refrigeration cycle in which refrigerant is circulated by a compressor driven by a drive source mounted on a vehicle,
A compressor for estimating a torque of the compressor based on a correlation equation using only a differential pressure between a high pressure side refrigerant pressure and a low pressure side refrigerant pressure of the refrigeration cycle as an input signal; Torque estimation device.
前記差圧制御弁に印加する制御信号のみを入力信号とした相関関係式に基づき前記圧縮機のトルクを推定するトルク推定手段
を具備することを特徴とする圧縮機のトルク推定装置。 A differential pressure control formula comprising a refrigeration cycle in which refrigerant is circulated by a compressor driven by a drive source mounted on a vehicle, wherein the compressor controls a differential pressure between a discharge pressure and a suction pressure by a differential pressure control valve. A compressor torque estimation device that can be used in a system,
A torque estimation device for a compressor, comprising torque estimation means for estimating a torque of the compressor based on a correlation equation using only a control signal applied to the differential pressure control valve as an input signal.
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