JP4297179B2 - 圧縮機のトルク推定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、圧縮機の駆動トルクを推定するトルク推定装置に関する。
従来、車両用空調装置の圧縮機は、車両エンジンから駆動力を得ている。この種の車両では、一般的に、圧縮機の駆動トルクを推定し、推定駆動トルクに基づいてエンジン出力を制御することで、圧縮機の駆動トルクが変化してもエンジン回転数が変動しないようにしている。このため、圧縮機のトルクを適切に推定することは重要な課題である。
こうした背景から、圧縮機の起動初期においては、起動段階トルク推定手段で圧縮機のトルクを推定し、定常時においては、安定段階トルク推定手段で圧縮機のトルクを推定するよう圧縮機の起動後にトルク推定手段を順次切り替えることで、圧縮機の起動後の段階に応じた適切なトルク推定を可能にしているものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−272982号公報
ところが、圧縮機の起動直後等の過渡状態における駆動トルクの上昇挙動は、高圧側圧力と低圧側圧力の状態等の熱負荷によって異なっている。このため、特許文献1のように、圧縮機のトルク推定において、圧縮機の起動直後の駆動トルクの上昇を、熱負荷を考慮せずに推定している場合、条件によっては推定駆動トルクと実際の圧縮機の駆動トルクとが乖離するといった問題がある。
本発明は上記点に鑑み、圧縮機の圧縮開始直後等の過渡状態における推定駆動トルクと実際の圧縮機の駆動トルクとの乖離を抑制することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明では、車両に搭載された駆動源(11)により駆動される圧縮機(2)によって冷媒が循環される冷凍サイクル(1)を備えたシステムに利用可能な圧縮機駆動トルク推定装置であって、冷凍サイクル(1)の熱負荷を検出する熱負荷検出手段(124、125)と、圧縮機(2)の駆動トルク挙動と圧縮機(2)作動開始時からの経過時間との相関関係を定めた複数の推定駆動トルク特性を記憶する記憶部と、熱負荷検出手段(124、125)で検出される検出値に基づいて、記憶部に記憶された複数の推定駆動トルク特性の1つを選択する推定駆動トルク特性選択手段(S42)と、推定駆動トルク特性選択手段(S42)により選択された推定駆動トルク特性と前記経過時間とに基づいて、圧縮機(2)の推定駆動トルク(STrk)を算出する推定駆動トルク算出手段(S44)と、を備えることを第1の特徴とする。
これによれば、推定駆動トルク算出手段(S44)が冷凍サイクル(1)の熱負荷に基づいて、駆動トルク挙動と圧縮機(2)作動開始時からの経過時間との相関関係を定めた複数の推定駆動トルク特性から最適なものを選択し、推定駆動トルク(STrk)を算出している。その結果、推定駆動トルク(STrk)を、圧縮機(2)の圧縮開始直後の過渡状態における実際の圧縮機(2)の駆動トルクとの乖離が抑制された精度の高い推定値とすることができる。なお、本発明における圧縮機トルク挙動とは、圧縮機トルクと相関関係のある圧縮機動力の挙動も含む意味である。
また、本発明では車両に搭載された駆動源(11)により駆動される圧縮機(2)によって冷媒が循環される冷凍サイクル(1)を備えたシステムに利用可能な圧縮機駆動トルク推定装置であって、冷凍サイクル(1)の熱負荷を検出する熱負荷検出手段(124、125)と、圧縮機(2)の駆動トルク挙動と圧縮機(2)を作動停止する制御の開始時からの経過時間との相関関係を定めた複数の推定駆動トルク特性を記憶する記憶部と、熱負荷検出手段(124、125)で検出される検出値に基づいて、記憶部に記憶された複数の推定駆動トルク特性の1つを選択する推定駆動トルク特性選択手段(S42)と、推定駆動トルク特性選択手段(S42)により選択された推定駆動トルク特性と前記経過時間とに基づいて、圧縮機(2)の推定駆動トルク(STrk)を算出する推定駆動トルク算出手段(S44)とを備えることを第2の特徴とする。
これによれば、推定駆動トルク算出手段(S44)が冷凍サイクル(1)の熱負荷に基づいて、駆動トルク挙動と圧縮機(2)を作動停止する制御の開始時からの経過時間との相関関係を定めた複数の制御マップから最適なものを選択し、推定駆動トルク(STrk)を算出している。その結果、推定駆動トルク(STrk)を、圧縮機(2)を作動停止する制御の開始時の過渡状態における実際の圧縮機(2)の駆動トルクとの乖離が抑制された精度の高い推定値とすることができる。
また、第1の特徴の圧縮機駆動トルク推定装置において、熱負荷検出手段(124、125)は、圧縮機(2)の吸入側圧力に関連する物理量を検出する吸入側検出手段(124)を含んでおり、圧縮機(2)は、制御室(23)の圧力変化により冷媒の吐出量を変更可能に構成される可変容量型圧縮機であって、可変容量型圧縮機は、可変容量型圧縮機の制御室(23)と吸入冷媒圧力領域(26)とを接続する抽気通路(29)に設けられ、吸入側検出手段(124)により検出される吸入側検出値に基づいて、抽気通路(29)の通路開度を調整可能な抽気通路制御手段(32)を有しており、推定駆動トルク特性選択手段(S42)は、少なくとも吸入側検出手段(124)により検出される吸入側検出値に基づいて、記憶部に記憶された複数の推定駆動トルク特性の1つを選択する場合、推定駆動トルク算出手段(S44)が可変容量型圧縮機の吸入側検出値に基づいて、駆動トルク挙動と圧縮機(2)作動開始時からの経過時間との相関関係を定めた複数の推定駆動トルク特性から最適なものを選択し、推定駆動トルク(STrk)を算出することを第3の特徴とする。
ここで、可変容量型圧縮機の抽気通路(29)に設けられた抽気通路制御手段(32)は、吸入側検出値が所定値より大きくなった場合に抽気通路(29)の通路開度を増大する。その後、吸入側検出値が所定値以下となった場合に通路開度を所定開度まで減少させ、所定開度に維持するため、吸入側検出値の増減に伴い制御室(23)内の圧力が変化し、圧縮機のトルク挙動も変動する。このように、可変容量型圧縮機の抽気通路(29)に抽気通路制御手段(32)を設けた場合、吸入側検出値の変化が圧縮機トルク挙動に大きな影響を及ぼす。
そのため、可変容量型圧縮機の抽気通路(29)に抽気通路制御手段(32)を設けた場合、少なくとも吸入側検出値に基づいて、駆動トルク挙動と圧縮機(2)を作動停止する制御の開始時からの経過時間との相関関係を定めた複数の制御マップから最適なものを選択し、推定駆動トルク(STrk)を算出する。これにより、推定駆動トルク(STrk)を、可変容量型圧縮機の圧縮開始直後の過渡状態における実際の圧縮機の駆動トルクとの乖離が抑制された精度の高い推定値とすることができる。
また、第3の特徴の圧縮機駆動トルク推定装置において、熱負荷検出手段(124、125)は、圧縮機(2)の吐出側圧力に関連する物理量を検出する吐出側検出手段(125)を含んでおり、推定駆動トルク特性選択手段(S42)は、吐出側検出手段(125)が検出した吐出側検出値と吸入側検出手段(124)により検出される吸入側検出値に基づいて、記憶部に記憶された前記複数の推定駆動トルク特性の1つを選択することで、吸入側検出値に加え吐出側検出値に基づいて駆動トルク挙動と圧縮機(2)作動開始時からの経過時間との相関関係を定めた複数の推定駆動トルク特性から最適なものを選択することができる。
また、第3の特徴の圧縮機駆動トルク推定装置において、吸入側検出値は、蒸発器(6)の出口冷媒温度である場合、蒸発器(6)の出口冷媒温度は蒸発器(6)における冷媒蒸発温度と略同等なので、この冷媒蒸発温度によって蒸発器(6)における圧縮機の吸入側圧力を検出することができる。その結果、圧縮機の吸入側圧力を直接的に検出する検出手段が不必要となる。
また、第1および第2の特徴の圧縮機駆動トルク推定装置において、熱負荷検出手段(124、125)は、圧縮機(2)の吐出側圧力に関連する物理量を検出する吐出側検出手段(125)を含んでおり、推定駆動トルク特性選択手段(S42)は、少なくとも吐出側検出手段(125)により検出される吐出側検出値に基づいて、記憶部に記憶された複数の推定駆動トルク特性の1つを選択することを第4の特徴とする。
これによれば、吐出側検出値に基づいて、駆動トルク挙動と圧縮機(2)作動開始時からの経過時間との相関関係を定めた複数の推定駆動トルク特性から最適なものを選択し、推定駆動トルク(STrk)を算出している。その結果、推定駆動トルク(STrk)を、圧縮機(2)の作動開始、または作動停止の制御を開始する過渡状態における実際の圧縮機(2)の駆動トルクとの乖離が抑制された精度の高い推定値とすることができる。
また、第4の特徴の圧縮機駆動トルク推定装置において、熱負荷検出手段(124、125)は、圧縮機(2)の吸入側圧力に関連する物理量を検出する吸入側検出手段(124)を含んでおり、推定駆動トルク特性選択手段(S42)は、吐出側検出手段(125)が検出した吐出側検出値と吸入側検出手段(124)により検出される吸入側検出値に基づいて、記憶部に記憶された複数の推定駆動トルク特性の1つを選択することで、吐出側検出値に加え吸入側検出値に基づいて複数の推定駆動トルク特性から最適なものを選択することができる。
また、複数の推定駆動トルク特性は、所定の時間間隔ごとの推定駆動トルク(STrk)の変化を示す増加度合(ΔTrk)としてもよい。この場合、推定駆動トルク(STrk)は、実際の圧縮機の駆動トルクに、圧縮機作動の開始時および作動停止の開始時からの経過時間に応じた増加度合(ΔTrk)を加えて算出する。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図1〜図5に基づいて説明する。本実施形態は、車両用のアイドル回転数制御装置に本発明を適用したものである。本実施形態の車両は、車両用空調装置の冷媒圧縮機として車両走行用のエンジン11から駆動力を得る可変容量型圧縮機2を用いており、アイドル回転数制御装置は、後述する可変容量型圧縮機2の推定駆動トルクSTrkに基づいてエンジン回転数を制御するようになっている。
まず、図1は、本実施形態の全体構成の概要を示す全体構成図である。エンジン11は、吸気管(図示せず)を有しており、吸気管内にはスロットル弁(図示せず)が配置されている。スロットル弁は、車両のアクセルペダルの踏み込みに伴う開度に応じて、吸気管内への吸入空気量を調整するものである。そして、周知の如く、エンジン11では、吸入空気量および燃料噴射量によってエンジン回転数(出力)が調整される。
吸気管にはバイパス管路(図示せず)が設けられており、バイパス管路にはアイドル調整弁(図示せず)が配置されている。アイドル調整弁は、弁開度に応じてスロットル弁の上流から下流への吸入空気流のバイパス量を変更するもので、この吸入空気流のバイパス量によってエンジンのアイドル回転数が調整される。
また、アイドル調整弁は、周知のリニアソレノイドバルブによって構成されており、後述するエンジン制御部100b(エンジンECU)から出力される駆動電圧Viscによって電気的に制御されて、その弁開度が変更されるようになっている。
次に、車両用空調装置の一部を構成する冷凍サイクル1は、エンジンルーム内に配置され、可変容量型圧縮機2を有して構成される。ここで、本発明における冷凍サイクル(1)の冷媒は、R134aを用いている。なお、冷凍サイクル(1)の冷媒は、R134aに限定されずCO等を用いてもよい。
可変容量型圧縮機2は、冷凍サイクル1において、後述する蒸発器6下流側の冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、電磁クラッチ9およびベルト機構10を介してエンジン11から駆動力が伝達されて回転駆動される。
従って、本実施形態では、可変容量型圧縮機2に駆動力を与える駆動源はエンジン11である。また、本実施形態では可変容量型圧縮機2として、外部からの制御信号によって吐出容量を連続的に可変制御できる周知の斜板式の可変容量型圧縮機2を採用している。なお、吐出容量とは冷媒の吸入圧縮を行う作動空間の幾何学的な容積であり、具体的には、ピストンストロークの上死点と下死点との間のシリンダ容積である。
この外部可変容量型圧縮機2は公知のものであり、例えば、斜板式の可変容量型圧縮機2において吐出圧と吸入圧を利用して後述する斜板室23(図2参照)の圧力を制御する電磁式圧力制御装置を持つ容量可変装置15を備えている。本実施形態の可変容量型圧縮機2の概略構成については、後述する。
可変容量型圧縮機2の吐出側は、凝縮器3入口側に接続されている。この凝縮器3は、エンジンルーム内にてエンジン11と車両フロントグリル(図示せず)との間に配置されており、可変容量型圧縮機2から吐出された冷媒と送風ファン(図示せず)により送風された外気とを熱交換させて、冷媒を冷却する放熱器である。
凝縮器3の出口側は、気液分離器4の入口側に接続されている。気液分離器4は、凝縮器3で冷却された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するものである。
気液分離器4の液相冷媒出口側は、膨張弁5に接続されている。膨張弁5は、気液分離器4で分離された液相冷媒を減圧膨張させるとともに、膨張弁5出口側から流出する冷媒の流量を調整するものである。具体的には、膨張弁5は、可変容量型圧縮機2と後述する蒸発器6間の冷媒温度を検出する感温筒5aを有しており、可変容量型圧縮機2に吸入される冷媒の温度と圧力とに基づいて圧縮機2吸入側冷媒の過熱度を検出し、この過熱度が予め設定された所定値となるように弁開度を調整している。
膨張弁5の下流側は、蒸発器6に接続されている。蒸発器6は、空調ユニットの空調ケース7内に配置されており、膨張弁5にて減圧膨張された冷媒と空調ケース7内に配置された送風ファン12によって送風された送風空気とを熱交換させる熱交換器である。
ここで、空調ケース7に設けられた周知の内外気切替箱(図示せず)から吸入された車室内の空気(内気)または車室外の空気(外気)が送風機12により空調ケース7内を車室内へ向かって送風される。この送風空気は、蒸発器6を通過した後に、ヒータユニット(図示せず)を通過して吹出口から車室内に吹き出すようになっている。
また、空調ケース7内のうち、蒸発器6の空気吹出直後の部位には、蒸発器6を通過した直後の吹出空気温度を検出するサーミスタからなる蒸発器温度センサ124が設けられている。蒸発器温度センサ124については後述する。さらに、空調ケース7の空気下流端には、図示しない車室内乗員の上半身に空気を吹き出すフェイス吹出口、車室内乗員の足元に空気を吹き出すフット吹出口、フロントガラス内面に空気を吹き出すデフロスタ吹出口が形成され、これらの吹出口を切替開閉する吹出モードドア(図示せず)が備えられている。
蒸発器6の下流側は、可変容量型圧縮機2の後述する吸入口21と接続されており、蒸発後の冷媒は再び可変容量型圧縮機2に流入する。このように、冷凍サイクル1では、可変容量型圧縮機2→凝縮器3→気液分離器4→膨張弁5→蒸発器6→可変容量型圧縮機2の順で冷媒が循環するようになっている。
次に、本実施形態の電気制御部100の概要を説明する。電気制御部100は、エアコン制御部100a(エアコンECU)とエンジン制御部100b(エンジンECU)を備えており、それぞれ、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータおよびその周辺回路から構成される。
ここで、エアコン制御部100aは、空調用センサ群121〜125からのセンサ検出信号、車室内前部の計器盤付近に配置される空調操作パネル126に設けられた各種空調操作スイッチから操作信号に基づいて、車両用空調装置の総合的な制御を行なうものである。また、エアコン制御部100aは、マイクロコンピュータのROM内に空調制御機器9、15等の制御プログラム等を記憶しており、その制御プログラム等に基づいて各種演算処理を行う。
空調用センサ群としては、具体的には、外気温Tamを検出する外気センサ121、内気温Trを検出する内気センサ122、車室内に入射する日射量Tsを検出する日射センサ123、蒸発器6の空気吹出部に配置されて蒸発器吹出空気温度Teを検出する蒸発器温度センサ124、可変容量型圧縮機2から吐出される吐出冷媒圧力Pdを検出する高圧圧力センサ125等が設けられる。
なお、本実施形態では、高圧圧力センサ125が可変容量型圧縮機2の吐出冷媒圧力Pdに関連する物理量を検出する吐出側検出手段となり、吐出冷媒圧力Pdが吐出側検出値となる。また、一般的に、この高圧圧力センサ125は、冷凍サイクル1内の圧力異常を検知するために設けられているので、吐出冷媒圧力Pdに関連する物理量を検出するための専用検出手段を新設する必要はない。
さらに、本実施形態では、蒸発器温度センサ124が可変容量型圧縮機2の吸入冷媒圧力Psに関連する物理量を検出する吸入側検出手段となり、蒸発器吹出空気温度Teが吸入側検出値となる。蒸発器吹出空気温度Teは蒸発器6における冷媒蒸発温度と略同等なので、この冷媒蒸発温度によって蒸発器6における冷媒蒸発圧力(すなわち、可変容量型圧縮機2の吸入冷媒圧力Ps)を決定できるからである。
空調操作パネル126に設けられた各種空調操作スイッチとして、可変容量型圧縮機2の作動指令信号を出すエアコンスイッチ、吹出モードを設定する吹出モードスイッチ、空調自動制御状態の指令信号を出すオートスイッチ、車室内温度を設定する温度設定手段をなす温度設定スイッチ等が設けられている。
次に、エアコン制御部100aのマイクロコンピュータの出力側には、周辺回路である各種アクチュエータ駆動用の駆動回路(図示せず)を介して、電磁クラッチ9、蒸発器6の送風ファン12等が接続され、さらに、可変容量型圧縮機10の容量可変装置15が接続される。そして、これらの各種アクチュエータ9、12、15の作動がエアコン制御部100aの出力信号により制御される。
また、エアコン制御部100aは、車両側のエンジン制御部100bに接続されており、これらの両制御部100a、100bは、相互間で信号を入出力できるようになっている。
エンジン制御部100bは、周知のごとく車両エンジン11の運転状況等を検出するエンジン用センサ群127、128からのセンサ検出信号、および後述する圧縮機推定駆動トルクSTrkの制御マップに基づいて、車両エンジン11への燃料噴射量、点火時期等を最適値に制御するものである。エンジン制御部100bは、マイクロコンピュータのROM内に推定駆動トルクSTrkを算出する演算プログラムおよびアイドル調整弁20c等の制御プログラムを記憶しており、その制御プログラムに基づいて各種演算処理を行う。
エンジン用センサ群としては、具体的には、エンジン回転数Neを検出するエンジン回転センサ127、車両のアクセルペダルの踏み込みに伴う開度に応じて、吸気管内への吸入空気量を調整するスロットル弁の開度を検出するスロットルセンサ128等が設けられる。
次に、本実施形態で用いる可変容量型圧縮機2についての概略構成を図2に基づいて説明する。図2は、本実施形態の可変容量型圧縮機2の概略構成を示す概略構成図である。
可変容量型圧縮機2は、蒸発器6下流側の冷媒を吸入する吸入口21と、後述する圧縮室24で圧縮された冷媒を吐出する吐出口22を有するハウジング(図示せず)を備えている。
ハウジング内には、吸入室26を介して吸入口21と圧縮室24とを接続する吸入通路25、および吐出室28等を介して圧縮室24と吐出口22を接続する吐出通路27が設けられている。蒸発器6から吸入された冷媒は、吸入通路25を通過して圧縮室24に流入され、圧縮室24で圧縮された冷媒は、吐出通路27を通過して凝縮器3に流出される。
また、可変容量型圧縮機2のハウジング内には、制御室としてのクランク室23が形成されている。クランク室23内には、車両エンジン11に作動連結にされ、エンジン11からの動力供給によって回転駆動する駆動軸(図示せず)、および駆動軸に傾動可能に支持され、圧縮機吐出容量を傾斜角度により変化させるための斜板等(図示せず)が設けられている。
また、ハウジング内には、シリンダボア(図示せず)が形成されており、シリンダボア内にはピストン(図示せず)が往復動可能に収容されている。ピストンは、シュー(図示せず)を介して斜板の外周部に係留されている。したがって、駆動軸の回転に伴う斜板の回転運動が、シューを介してピストンの往復運動に変換される。ここで、本実施形態のシリンダボア内のピストンにより冷媒を圧縮する空間が、圧縮室24に相当している。
圧縮室24は、吸入通路25を介して、蒸発器6からの冷媒が流入する吸入室26と連通しており、吸入室26からの冷媒の吸入圧縮を行なう。また、圧縮室24は、吐出通路27を介して、吐出室28と連通しており、圧縮室24で圧縮された冷媒を吐出室28に吐出する。なお、本実施形態の吸入室26は、本発明の吸入冷媒圧力領域に相当している。
可変容量型圧縮機2のハウジング内には、抽気通路29と給気通路30が設けられている。抽気通路29は、クランク室23と吸入室26とを連通している。また、給気通路30は、吐出室28とクランク室23とを連通している。
ハウジングにおいて、給気通路30の途中には第1制御弁31が設けられ、抽気通路29の途中には第2制御弁32が設けられている。ここで、クランク室23、第1制御弁31、第2制御弁32、抽気通路29、給気通路30等により容量可変装置15が構成されている。なお、本実施形態の第2制御弁32は、本発明の抽気通路制御手段に相当している。
第1制御弁31および第2制御弁32は、電気制御部のマイクロコンピュータ100から出力される制御信号(制御電流In)により制御される。
第1制御弁31は、給気通路30の開度を調節することで、クランク室23への冷媒の導入量を制御することで、クランク室23の内圧を決定する。クランク室23の内圧の変化に応じて、ピストンを介してクランク室23の内圧と圧縮室24の内圧との差が変更され、斜板の傾斜角度が変更される結果、ピストンストロークすなわち圧縮機吐出容量が調整される。
これにより、可変容量型圧縮機2は吐出容量を略0%〜100%の範囲で連続的に変化させることができる。例えば、クランク室23の内圧が低下されると斜板の傾斜角度が増大し、吐出容量が増大される。逆に、クランク室23の内圧が上昇されると斜板の傾斜角度が減少し、吐出容量が減少される。
なお、可変容量型圧縮機2は吐出容量を略0%〜100%の範囲で連続的に変化させることができるので、吐出容量を略0%付近に減少することによって、可変容量型圧縮機2を実質的に作動停止状態にすることができる。従って、可変容量型圧縮機2の回転軸を、ベルト機構を介して車両エンジン11に常時連結するクラッチレスの構成としてもよい。
一方、第2制御弁32は、吸入冷媒圧力Psに基づいて抽気通路29の開度を制御する。本実施形態における第2制御弁32は、いわゆる可変容量型圧縮機2の液溜め起動の起動遅れの対策弁(CS弁)として用いている。
ここで、可変容量型圧縮機2の液溜め起動の起動遅れについて説明すると、まず可変容量型圧縮機2が長時間停止した状態で、冷凍サイクル1の低圧側に液冷媒が存在すると、クランク室23と吸入室26が抽気通路29を介して連通している関係上、液冷媒が吸入室26を介してクランク室23に流入することになる。このような状態で圧縮機2を起動すると、クランク室内の液冷媒量に対して抽気通路29の開口面積が不足して、抽気通路29の前後で圧力差が生じてクランク室23内の斜板の傾斜角が最小の吐出容量に維持されてしまうことになる。この結果、クランク室23内の液冷媒が充分に抜けるまで所望の冷房能力が得られず圧縮機起動に遅れが生ずることになる。
この問題に対して、吸入冷媒圧力Psが異常高圧を検出した場合に、抽気通路29に設けられた第2制御弁32の開度を増大させることで、クランク室23内に存在する液冷媒を早期に吸入室26に排出することができるため、可変容量型圧縮機2の起動遅れを抑制することができる。
具体的に第2制御弁32は、圧縮機作動開始直後において吸入冷媒圧力Psが予め定められた異常圧力値より大きくなった場合、すなわち可変容量型圧縮機2のクランク室23に液冷媒が溜った状態にある場合には、抽気通路29の開度を増大させてクランク室23内に溜まった液冷媒を吸入室に排出する。その後、吸入冷媒圧力が異常圧力値以下となった場合に、抽気通路29の開度を減少させて所定開度に維持する。なお、可変容量型圧縮機2の起動安定後においては、吸入冷媒圧力が異常圧力値より大きくなることはないため、抽気通路29の開度は所定開度に維持される。
このように、抽気通路29に第2制御弁が設けられた構成では、圧縮機作動開始直後の過渡状態においては、吸入冷媒圧力Psの変動により可変容量型圧縮機2の吐出容量が増減する。その結果、抽気通路29に第2制御弁が設けられた構成では、圧縮機吸入冷媒圧力Psの変動は、圧縮機トルク挙動に大きな影響を及ぼす。
圧縮室24と吐出口22の間の吐出通路27には、圧縮室24側から順にオイルセパレータ33、流量センサ34、逆止弁35が設けられている。
オイルセパレータ33は、圧縮室24から吐出される冷媒からの潤滑油を分離するためのものである。オイルセパレータ33により分離された潤滑油は、オイル循環経路36を介して吸入口21に供給される。
オイル循環経路36には、オイルセパレータ33により分離された潤滑油を貯蔵する貯油タンク37が設けられている。貯油タンク37内の潤滑油は、吸入口21と貯油タンク37内の差圧を利用して吸入口21に供給される。そのため、潤滑油は、吸入口21→吸入室26→圧縮室24→吐出室28→オイルセパレータ33→貯油タンク37→吸入口21に順で循環する。
オイルセパレータ33の下流側には、流量センサ34が設けられている。一般的に、可変型容量圧縮機2の吐出容量が大きく冷凍サイクル1を流れる冷媒の流量も大きいほど、冷凍サイクル1内の圧力損失も大きくなる。すなわち、冷凍サイクル1における任意の二点間での圧力損失(差圧)は、冷凍サイクル1内における冷媒の流量と正の相関を示す。
そのため、二つの圧力監視点P1、P2間の差圧ΔP(t)=PsH−PsLを把握することで、可変容量型圧縮機2の吐出容量を間接的に検出することができる。そこで、本実施形態における流量センサ34は、二点間での圧力損失(差圧)を後述する差圧検出器34aにより検出することで、冷凍サイクル1における冷媒流量を間接検知する。なお、二つの圧力監視点P1、P2間には、差圧ΔP(t)を発生させるために絞り34bが設けられている。
具体的には、圧縮室24と吐出口22とをつなぐ吐出通路27におけるオイルセパレータ33と逆止弁35の間に差圧検出器34aが設けられている。差圧検出器34aは、圧力監視点P1の圧力を検出する第1の圧力センサ(図示せず)と、圧力監視点P2の圧力を検出する第2の圧力センサ(図示せず)と、信号処理回路(図示せず)とから構成されており、電気的な差圧検出手段として機能する。吐出通路27には冷媒流れ方向に所定距離だけ離れた二つの圧力監視点P1、P2が定められ、第1の圧力センサは上流側の圧力監視点P1でのガス圧PsHを、第2の圧力センサは下流側の圧力監視点P2でのガス圧PsLをそれぞれ検出する。信号処理回路は、両センサから入力されるガス圧PsH、PsLの検出信号に基づいて、PsHとPsLとの差圧ΔP(t)に関する新たな信号を生成し、それを制御装置100に出力する。
逆止弁35は、吐出通路27における逆止弁35前後の流量センサ34側圧力と吐出口22側圧力との差が所定圧力差を超えた場合に、弁開度を開放するように構成されている。逆止弁35は、吐出通路27における吐出室28から吐出口22に向けて冷媒を流す、逆流防止機構として機能している。すなわち、可変容量型圧縮機2の運転によって流量センサ34側圧力が十分高い場合には、逆止弁35の弁開度は開放されて冷凍サイクル1の冷媒循環が維持される。他方、圧縮機吐出容量が最小化される等、吐出口22側圧力が低い場合には、逆止弁35の弁開度は閉塞されて冷凍サイクル1の冷媒循環が遮断される。
次に、本実施形態において、電気制御部100が実行する制御処理を図3〜4のフローチャートに基づいて説明する。この制御ルーチンは、車両エンジン11のイグニッションスイッチが投入され、電気制御部100にバッテリB(図示しない)から電源供給された状態で、空調操作スイッチからの操作信号に応答してスタートする。
まず、図3のステップS1では、フラグ、タイマ等の初期化がなされる。フラグとしては後述する可変容量型圧縮機2の起動直後であるか否かを示す起動判定フラグTflg等があり、ステップ1でTflg=0となる。タイマは、電気制御部100に内蔵されており、本実施形態では、可変容量型圧縮機2が圧縮を開始した時からの経過時間Tを計測する経過時間計測手段となる。
次に、ステップS2にて、空調操作スイッチの操作信号および空調用センサ群121〜125およびエンジン用センサ群127、128の検出信号を読み込む。
次に、ステップS3にて、空調制御用の各種アクチュエータ(空調制御機器)9、12、15等の制御状態が決定される。具体的には、電磁クラッチ9に対する制御信号として通電状態とすることが決定され、さらに、目標吹出温度TAOを算出して、このTAOに基づいて送風ファン12の電動モータに印可する制御電圧Vfan、可変容量型圧縮機2の容量可変装置15の制御電流In等が決定される。
なお、目標吹出温度TAOは空調熱負荷変動、車室内温度(内気温)Trおよび空調操作スイッチの温度設定スイッチにより設定した設定温度Tsetに基づいて、下記数式F1により算出される。
TAO=Kset×Tset−Kr×Tr−Kam×Tam−Ks×Ts+C…(F1)
ここで、Trは内気センサ122により検出される内気温、Tamは外気センサ121により検出される外気温、Tsは日射センサ123により検出される日射量、Kset、Kr、Kam、Ksは制御ゲインおよびCは補正用の定数である。
次に、ステップS4にて、可変容量型圧縮機2の推定駆動トルクSTrkが推定される。ステップS4の詳細は図4のフローチャートにより説明する。まず、ステップS41では可変容量型圧縮機2の起動直後であるか否かの判定がなされる。具体的には、起動判定フラグTflg=0であれば起動直後であると判定されステップS42へ進み、Tflg=0でなければ起動直後ではないと判定されてステップS44へ進む。
ステップS42では、ステップS2で読み込まれた吐出側検出値である吐出冷媒圧力Pdおよび吸入側検出値である蒸発器吹出空気温度Teに基づいて、推定駆動トルクSTrkを経過時間Tの増加に伴って漸増させる増加度合(傾き)ΔTrkを記録した複数の制御マップの内から最適なもの1つ選択する。なお、本実施形態のステップS42は、本発明の推定駆動トルク特性選択手段に相当している。
具体的には、蒸発器吹出空気温度Teから可変容量型圧縮機2の吸入冷媒圧力Psを算出する。そして、吐出冷媒圧力Pdと吸入冷媒圧力Psに基づいて、予め電気制御部100のROM等に記憶された複数の制御マップから最適な制御マップを1つ選択し、推定駆動トルクSTrkの増加度合ΔTrkの制御マップを決定する。本実施形態の制御マップは、本発明の推定駆動トルク特性に相当している。
ここで、本実施形態の制御マップについて図5に基づいて説明する。図5は、推定駆動トルクSTrkを経過時間Tの増加に伴って漸増させる増加度合ΔTrkを示している。本実施形態における制御マップは、電気制御部100に4つ記憶されている。
具体的に本実施形態の制御マップは、図5に示すように、実線は吸入冷媒圧力Psが第1所定圧力よりも高く、吐出冷媒圧力Pdが第2所定圧力よりも高い場合の制御マップを示しており、破線は吸入冷媒圧力Psが第1所定圧力以下であって、吐出冷媒圧力Pdが第2所定圧力よりも高い場合の制御マップを示している。
また、一点破線は、吸入冷媒圧力Psが第1所定圧力よりも高く、吐出冷媒圧力Pdが第2所定圧力以下の場合の制御マップを示しており、二点破線は吸入冷媒圧力Psが第1所定圧力以下であって、吐出冷媒圧力Pdが第2所定圧力以下の場合の制御マップを示している。なお、制御マップは、圧縮機起動時の圧縮機駆動トルクの増加度合ΔTrkの実測値から算出している。
本実施形態では、図5に示すように圧縮機起動開始時の推定駆動トルクSTrkの増加度合ΔTrkは、吸入冷媒圧力Psの高い方が低い方に比べて大きくなるような制御マップとなっている。これは、本実施形態の可変容量型圧縮機2が、容量可変機構15に第2制御弁32を設けており、吸入冷媒圧力Psの変動がトルク挙動に大きな影響を及ぼすためである。
従って、ステップS42によって、図5に示すような経過時間Tを変数とする推定駆動トルクの制御マップが決定されることになる。
次に、ステップS43で、Tflg=1としてステップS44へ進む。次に、ステップS44では、上記の推定駆動トルクの制御マップおよび経過時間Tに基づいて推定駆動トルクSTrkが算出される。具体的には、推定駆動トルクSTrkは、下記数式F2により算出される。
STrk(t)=STrk(t−1)+ΔSTrk・ΔT…(F2)
ここで、tは経過時間のサンプリング時間を示しており、ΔTはサンプリング周期を示している。
上記、数式F2により推定駆動トルクSTrk(t)を算出し、図2のステップS5へ進む。
次に、ステップS5では、アイドル調整弁に出力される駆動電圧Viscが決定される。駆動電圧Viscはエンジンがアイドル状態になっている場合に、エンジン回転数Neが予め定めた目標アイドル回転数Nco(例えば、600〜800rpm)に近づくように決定される。
具体的には、予めエンジン回転数が目標アイドル回転数Ncoになるように決定された基準駆動電圧Visc1に、推定駆動トルクSTrkに相当する上乗せ駆動電圧Visc2を加算することで、駆動電圧Vnを決定すればよい。
次に、ステップS6では、ステップS3、S5で決定された制御状態が得られるように、電気制御部100より、各駆動回路131〜133を介してアイドル制御弁および各空調制御機器9、12に対して出力信号が出力される。そして、次のステップS7で制御周期τの間待機し、制御周期τの経過を判定するとステップS2に戻るようになっている。
本実施形態では、以上のような制御によって、可変容量型圧縮機2の推定駆動トルクSTrkを推定し、この推定駆動トルクSTrkに基づいて電気制御部100がアイドル制御弁に対して出力する駆動電圧Viscを制御することによって、圧縮機11の駆動トルクが変化してもアイドル時のエンジン回転数が変動しないようにしている。
従って、高圧圧力センサ125、蒸発器温度センサ124、電気制御部100および制御ルーチンのステップS4によって圧縮機駆動トルク推定装置が構成されることになり、さらに、この圧縮機駆動トルク推定装置、アイドル調整弁、電気制御部100および制御ルーチンのステップS5、S6によって圧縮機駆動源制御装置が構成されることになる。
さらに、本実施形態では、推定駆動トルク算出手段S44が吐出冷媒圧力Pdおよび蒸発器吹出空気温度Teに基づいて、単位時間当たりの増加度合ΔTrkを記憶した複数の制御マップから最適なものを選択し、推定駆動トルクSTrkを算出している。そのため、推定駆動トルクSTrkを、可変容量型圧縮機2の圧縮開始直後の過渡状態における実際の圧縮機の駆動トルクとの乖離が抑制された精度の高い推定値とすることができる。
つまり、本実施形態では、可変容量型圧縮機2の圧縮開始直後の過渡状態であっても、実際の駆動トルクとの乖離が抑制された精度の高い推定駆動トルクSTrkに基づいてアイドル回転数制御を行っているので、アイドル回転数の安定性を大幅に向上させることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本第2実施形態では、上記第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
上記第1実施形態では、可変容量型圧縮機2の容量可変装置15に第2制御弁32を有する可変容量型圧縮機2を用いた場合の、圧縮機推定駆動トルクSTrkを算出している。本実施形態では、第2制御弁32を有しない可変容量型圧縮機2を用いて、圧縮機推定駆動トルクSTrkを算出する。
本実施形態における、可変容量型圧縮機2は、第2制御弁32を有していないため、吸入冷媒圧力Psによる圧縮機トルク挙動の影響は小さい。
そのため、吐出冷媒圧力Pdと吸入冷媒圧力Psの差圧に基づいた制御マップを予め電気制御部100のROM等に記憶しておき、複数枚の制御マップの内から1つ選択し、推定駆動トルクSTrkの算出を行なうことができる。なお、制御マップは、吐出冷媒圧力Pdと吸入冷媒圧力Psの差圧に基づいたものに限らず吐出冷媒圧力Pdに基づいた制御マップ、または吐出冷媒圧力Pdと吸入冷媒圧力Psの高低圧比Pd/Psに基づいた制御マップを用いてもよい。
このように、第2制御弁32を有しない可変容量型圧縮機2においても、吐出冷媒圧力Pdおよび吸入冷媒圧力Psに基づいて、予め記憶した複数の制御マップから最適な制御マップを1つ選択し、推定駆動トルクSTrkを算出している。そのため、推定駆動トルクSTrkを、第2制御弁32を有しない可変容量型圧縮機2の圧縮開始直後の過渡状態における実際の圧縮機の駆動トルクとの乖離が抑制された精度の高い推定値とすることができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本第3実施形態では、上記第1実施形態および第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
上記第1実施形態および第2実施形態では、圧縮機2の圧縮開始直後の過渡状態における可変容量型圧縮機2の推定駆動トルクSTrkを算出したが、本実施形態では、可変容量型圧縮機2の作動停止を開始し始めた過渡状態において、可変容量型圧縮機2の推定駆動トルクSTrkを算出する。
図2のステップS2にて、空調操作スイッチの操作信号でエアコンスイッチのOFF信号が検出された場合には、ステップS4の推定駆動トルク算出において複数のうちから1つ選択する制御マップを、圧縮機作動停止の開始時用の制御マップに変更する。なお、圧縮機作動停止の開始時用の制御マップは、圧縮機作動開始時の制御マップ同様、予め電気制御部100のROM等に記憶されている。
具体的に本実施形態の制御マップは、図6に示すように、実線は吸入冷媒圧力Psが第1所定圧力よりも高く、吐出冷媒圧力Pdが第2所定圧力よりも高い場合の制御マップを示しており、破線は吸入冷媒圧力Psが第1所定圧力以下であって、破線は吐出冷媒圧力Pdが第2所定圧力よりも高い場合の制御マップを示している。
また、一点破線は、吸入冷媒圧力Psが第1所定圧力よりも高く、吐出冷媒圧力Pdが第2所定圧力以下の場合の制御マップを示しており、二点破線は吸入冷媒圧力Psが第1所定圧力以下であって、吐出冷媒圧力Pdが第2所定圧力以下の場合の制御マップを示している。
本実施形態では、吐出冷媒圧力Pdおよび吸入冷媒圧力Psに基づいて増加度合ΔTrkを記憶した圧縮機作動停止の開始時用の複数の制御マップから最適な制御マップを1つ選択し、推定駆動トルクSTrkを算出している。そのため、推定駆動トルクSTrkを、可変容量型圧縮機2の圧縮作動停止の開始時の過渡状態における実際の圧縮機の駆動トルクとの乖離が抑制された精度の高い推定値とすることができる。
(他の実施形態)
上記各実施形態では、制御マップを吐出冷媒圧力Pdと吸入冷媒圧力Psに基づいた推定駆動トルクの制御マップを用いたが、これに限定されるものではない。例えば、単位時間当たりの推定駆動トルクSTrkの制御マップまたは、圧縮機の動力に基づいた推定駆動トルクの制御マップを用いてもよい。
なお、第1実施形態においては、吸入冷媒圧力Psにより圧縮機駆動トルク挙動が大きく影響を受けるため、吸入冷媒圧力Psのみに基づいた制御マップ、吐出冷媒圧力Pdと吸入冷媒圧力Psの圧力差に基づいた制御マップ、または吐出冷媒圧力Pdと吸入冷媒圧力Psの高低圧比Pd/Psに基づいた制御マップを用いてもよい。
また、上記各実施形態では、吸入側検出値として、蒸発器吹出空気温度Teを採用したが、吸入側検出値はこれに限定されない。例えば、蒸発器6の熱交換フィンの温度を吸入側検出値として採用してもよい。さらに、吸入側検出手段として可変容量型圧縮機2の吸入冷媒圧力Psを検出する低圧圧力センサを採用し、低圧圧力センサによって検出された吸入冷媒圧力Psを吸入側検出値として採用してもよい。また、吸入冷媒圧力Psは、膨張弁7出口側から可変容量型圧縮機2の吸入側へ至る冷媒通路内の低圧側冷媒圧力を検出した値であってもよい。
また、上記第2実施形態では、第2制御弁32を有しない可変容量型圧縮機2を用いた場合を説明したが、第2制御弁32を有しない可変容量型圧縮機2に限定されるものではなく、第2制御弁32を有しない圧縮機であれば、例えば固定容量型圧縮機等の圧縮機であっても同様の効果を得ることができる。
本発明の適用は、アイドル回転数制御装置に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであれば、上述の実施形態に限定されず、種々な用途に適用できる。
例えば、定置型エンジンを駆動源とする可変容量型圧縮機2を有する定置型暖房機や冷房機にも適用できる。また、電動モータを駆動源とする可変容量圧縮機2を有するシステムにおいて、電動モータの回転数を一定にするために、推定駆動トルクSTrkに基づいてモータへ供給される電力量を制御する場合にも適用できる。
第1実施形態に係るアイドル回転数制御装置の全体構成図である。 第1実施形態に係る圧縮機の概略構成図である。 第1実施形態に係るアイドル回転数制御装置の制御を示すフローチャートである。 第1実施形態に係るアイドル回転数制御装置の制御の要部を示すフローチャートである。 第1実施形態に係る圧縮機起動時からの経過時間と推定駆動トルクの増加度合の相関関係を示す特性図である。 第3実施形態に係る圧縮機作動停止の開始時からの経過時間と推定駆動トルクの増加度合の相関関係を示す特性図である。
符号の説明
1…冷凍サイクル、2…可変容量型圧縮機、6…蒸発器、15…容量可変装置、23…クランク室、24…圧縮室、25…吸入通路、26…吸入室、27…吐出通路、28…吐出室、29…抽気通路、30…給気通路、31…第1制御弁、32…第2制御弁、100…電気制御部、100a…エアコン制御部、100b…エンジン制御部、124…蒸発器温度センサ、125…高圧圧力センサ。

Claims (9)

  1. 車両に搭載された駆動源(11)により駆動される圧縮機(2)によって冷媒が循環される冷凍サイクル(1)を備えたシステムに利用可能な圧縮機駆動トルク推定装置であって、
    前記冷凍サイクル(1)の熱負荷を検出する熱負荷検出手段(124、125)と、
    前記圧縮機(2)の駆動トルク挙動と前記圧縮機(2)作動開始時からの経過時間との相関関係を定めた複数の推定駆動トルク特性を記憶する記憶部と、
    前記熱負荷検出手段(124、125)で検出される検出値に基づいて、前記記憶部に記憶された前記複数の推定駆動トルク特性の1つを選択する推定駆動トルク特性選択手段(S42)と、
    前記推定駆動トルク特性選択手段(S42)により選択された前記推定駆動トルク特性と前記経過時間とに基づいて、前記圧縮機(2)の推定駆動トルク(STrk)を算出する推定駆動トルク算出手段(S44)と、
    を備えることを特徴とする圧縮機駆動トルク推定装置。
  2. 車両に搭載された駆動源(11)により駆動される圧縮機(2)によって冷媒が循環される冷凍サイクル(1)を備えたシステムに利用可能な圧縮機駆動トルク推定装置であって、
    前記冷凍サイクル(1)の熱負荷を検出する熱負荷検出手段(124、125)と、
    前記圧縮機(2)の駆動トルク挙動と前記圧縮機(2)を作動停止する制御の開始時からの経過時間との相関関係を定めた複数の推定駆動トルク特性を記憶する記憶部と、
    前記熱負荷検出手段(124、125)で検出される検出値に基づいて、前記記憶部に記憶された前記複数の推定駆動トルク特性の1つを選択する推定駆動トルク特性選択手段(S42)と、
    前記推定駆動トルク特性選択手段(S42)により選択された前記推定駆動トルク特性と前記経過時間とに基づいて、前記圧縮機(2)の推定駆動トルク(STrk)を算出する推定駆動トルク算出手段(S44)と、
    を備えることを特徴とする圧縮機駆動トルク推定装置。
  3. 前記熱負荷検出手段(124、125)は、前記圧縮機(2)の吸入側圧力に関連する物理量を検出する吸入側検出手段(124)を含んでおり、
    前記圧縮機(2)は、制御室(23)の圧力変化により冷媒の吐出量を変更可能に構成される可変容量型圧縮機であって、
    前記可変容量型圧縮機は、前記可変容量型圧縮機の前記制御室(23)と吸入冷媒圧力領域(26)とを接続する抽気通路(29)に設けられ、前記吸入側検出手段(124)により検出される吸入側検出値に基づいて前記抽気通路(29)の開度を調整可能な抽気通路制御手段(32)を有しており、
    前記推定駆動トルク特性選択手段(S42)は、少なくとも前記吸入側検出手段(124)により検出される吸入側検出値に基づいて、前記記憶部に記憶された前記複数の推定駆動トルク特性の1つを選択することを特徴とする請求項1に記載の圧縮機駆動トルク推定装置。
  4. 前記熱負荷検出手段(124、125)は、前記圧縮機(2)の吐出側圧力に関連する物理量を検出する吐出側検出手段(125)を含んでおり、
    前記推定駆動トルク特性選択手段(S42)は、前記吐出側検出手段(125)が検出した吐出側検出値と前記吸入側検出手段(124)により検出される吸入側検出値に基づいて、前記記憶部に記憶された前記複数の推定駆動トルク特性の1つを選択することを特徴とする請求項3に記載の圧縮機駆動トルク推定装置。
  5. 前記吸入側検出値は、前記蒸発器(6)の出口冷媒温度であることを特徴とする請求項3または4に記載の圧縮機駆動トルク推定装置。
  6. 前記熱負荷検出手段(124、125)は、前記圧縮機(2)の吐出側圧力に関連する物理量を検出する吐出側検出手段(125)を含んでおり、
    前記推定駆動トルク特性選択手段(S42)は、少なくとも前記吐出側検出手段(125)により検出される吐出側検出値に基づいて、前記記憶部に記憶された前記複数の推定駆動トルク特性の1つを選択することを特徴とする請求項1または2に記載の圧縮機駆動トルク推定装置。
  7. 前記熱負荷検出手段(124、125)は、前記圧縮機(2)の吸入側圧力に関連する物理量を検出する吸入側検出手段(124)を含んでおり、
    前記推定駆動トルク特性選択手段(S42)は、前記吐出側検出手段(125)が検出した吐出側検出値と前記吸入側検出手段(124)により検出される吸入側検出値に基づいて、前記記憶部に記憶された前記複数の推定駆動トルク特性の1つを選択することを特徴とする請求項6に記載の圧縮機駆動トルク推定装置。
  8. 前記吸入側検出値は、前記蒸発器(6)の出口冷媒温度であることを特徴とする請求項6または7に記載の圧縮機駆動トルク推定装置。
  9. 前記複数の推定駆動トルク特性は、所定の時間間隔ごとの推定駆動トルク(STrk)の変化を示す増加度合(ΔTrk)であることを特徴とする請求項1ないし8いずれか1つに記載の圧縮機駆動トルク推定装置。
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