JP4436151B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷媒の圧縮機を有する冷凍サイクルを備えた車両用空調装置に関し、とくに、可変容量圧縮機を備えた車両用空調装置の制御に関する。
複数の圧縮機を有する冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、車両の走行状態に応じて各圧縮機の運転を適切に切替えるようにした制御方式が各種提案されている。このような車両用空調装置において、圧縮機の運転切替えが行われた場合には、フィードバック制御でのオーバーシュートが発生し、冷凍サイクルの冷媒流量が大きく変動する。このため冷却器温度が大きく変動し、車室内への吹出温度／室温等の変動が生じ、乗員の温熱快適感を阻害することがあった。
そこで本発明の課題は、上記のような従来の制御方式における問題点に着目し、圧縮機運転切替え時のフィードバック制御でのオーバーシュートにより冷却器温度が大きく変動する車両用空調において、乗員の温熱快適感の悪化を抑えることが可能な車両用空調装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、冷凍サイクルと、該冷凍サイクル中に設けられた圧縮機および可変容量圧縮機と、該可変容量圧縮機運転手段と、該圧縮機と該可変容量圧縮機の運転を切替える圧縮機運転切替え手段と、圧縮機運転を切替えた後に狙いの制御量になるような該冷凍サイクルへの入力である該可変容量圧縮機の容量制御値としてのフィードフォワード容量値を演算する可変容量圧縮機フィードフォワード容量値演算手段と、前記冷凍サイクルへの熱負荷に相関を持つ物理量を推定または検知可能な冷凍サイクル負荷認識手段と、通風ダクトと、該通風ダクトを介して車室内に空気を吹き出すことのできる送風機と、前記冷凍サイクルに接続され、車室内に吹き出す空気を冷却することのできる冷却器と、該冷却器の温度または通過する空気の温度に相関を持つ物理量を推定または検知する冷却器温度認識手段と、冷凍サイクル負荷を参照して冷却器目標温度を演算する冷却器目標温度演算手段と、該冷却器目標温度と前記冷却器温度の認識値の偏差を参照して可変容量圧縮機の容量が所定の容量となるようにフィードバック容量値を演算する可変容量圧縮機フィードバック容量値演算手段と、前記冷凍サイクル負荷に相関を持ち前記冷却器の温度または通過する空気の温度が所定温度に到達するまでの所定時間を演算する所定時間演算手段とを有し、
前記圧縮機から前記可変容量圧縮機への運転切替え前の前記冷凍サイクル負荷認識手段による冷凍サイクル負荷認識値を参照して、前記フィードフォワード容量値を演算し、
前記圧縮機から前記可変容量圧縮機へ運転切替え後、前記可変容量圧縮機を、前記フィードフォワード容量値に基づいて起動するとともに、前記所定時間演算手段により演算された前記所定時間経過後、前記可変容量圧縮機の運転を、前記フィードフォワード容量値と前記フィードバック容量値とに基づいて制御することを特徴とするものからなる。
この場合、前記可変容量圧縮機の起動時に、前記冷却器温度認識手段による冷却器温度認識値を参照せず、前記可変容量圧縮機フィードフォワード容量値演算手段により演算されたフィードフォワード容量値のみに基づいて圧縮機を起動する構成とすることもできる。
このような本発明に係る車両用空調装置においては、前記可変容量圧縮機の容量可変圧縮機構としては、容量制御信号による容量可変圧縮機構、または回転数制御による容量可変圧縮機構から構成することができる。
上記本発明に係る車両用空調装置においては、圧縮機の運転切換時に、可変容量圧縮機がその時の冷凍サイクル負荷に応じた最適なフィードフォワード容量値に基づいて起動されるので、冷却器温度が大きく変動することが抑制され、車室内への吹出温度／室温等の変動が抑えられる。
本発明に係る車両用空調装置によれば、圧縮機の運転切替え時に時に、冷凍サイクルの冷媒流量が大きく変動した場合でも、冷却器温度が大きく変動することがなくなり、車室内への吹出温度／室温等の変動を抑制でき、ひいては乗員の温熱快適感を阻害することを抑制することができる。
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の概略機器系統図を示している。図１において、１は車両用空調装置全体を示しており、車室内へと開口する通風ダクト２内の上流側には、外気または／および内気導入口３からの吸気を圧送する送風機４が設けられており、送風機４は、送風機駆動用モータ５によって駆動される。送風機４の下流側には、送風される空気を冷却する冷却器としての蒸発器６が設けられている。図示を省略するが、必要に応じて、蒸発器６の下流側には、加熱器としてのヒータコアが設けられていてもよい。蒸発器６を通過し、冷却された空気が室内へと吹き出される。
上記のような車両用空調装置１に、上記蒸発器５を備えた冷凍サイクル７が設けられている。冷凍サイクル７は、各機器が冷媒配管を介して接続された冷媒回路に構成されており、この冷凍サイクル７には、メインコントローラ８からの圧縮機容量制御信号９により容量制御可能な圧縮機１１と、可変容量圧縮機容量制御信号１０により容量を可変制御可能な、可変容量圧縮機１２が設けられている。この可変容量圧縮機１２は、その駆動力をたとえば車両のエンジンからとるようにしてもよく、あるいは、モータ駆動として回転数制御により容量を可変制御するようにしてもよい。冷凍サイクル７には、圧縮機１１で圧縮された高温高圧の冷媒を凝縮する、クーリングファン１３が付設された凝縮器１４、凝縮された冷媒の気液を分離する受液器１５、受液器１５からの冷媒を減圧、膨張させる膨張弁１６、膨張弁１６からの冷媒を蒸発させ通風ダクト２内を送られてくる空気との熱交換により該空気を冷却する蒸発器６がこの順に配置されており、蒸発器６からの冷媒が上記圧縮機１１または上記可変容量圧縮機１２に吸入されて再び圧縮される。
本実施態様では、メインコントローラ８には、蒸発器または蒸発器出口空気温度（Te)を検出する蒸発器温度検出手段としての冷却器出口空気温度センサ１８により検出された信号が送られるとともに、冷却器入口空気温度センサ１７により検出された蒸発器入口空気温度（Tein) の信号が送られるようになっている。また、メインコントローラ８には、車室内温度センサ１９により検出された車室内温度（Trの信号、外気温度センサ２０により検出された外気温度（Tamb）の信号、日射量センサ２１により検出された日射量（Rsun）の信号もそれぞれ送られるようになっている。さらに、メインコントローラ８からは、送風機駆動用モータ５に送風機４による送風量をコントロールするための電圧信号（回転数信号）(Vblw)が出力されるようになっている。
このような構成を有する本実施態様では、たとえば図２に示すようなフローチャートにしたがい、メインコントローラ８により、圧縮機運転切替え時に冷凍サイクル負荷等に応じた可変容量圧縮機起動時の容量制御制御が行われる。図２に示すフローでは、圧縮機が運転切替えされると、メインコントローラ８は前述した各センサ入力情報から可変容量圧縮機１２のフィードフォワード容量値(Nmff)を、たとえば次式により演算する。
Nmff=f(Tet, Tamb, Tr, Rsun, Tein, Vblw, Tet, Sp)
ここで、Tetは蒸発器目標温度、Spは車速である。
このように演算されたフィードフォワード容量値(Nmff)に基づいて、可変容量圧縮機１２が起動制御される。すなわち、可変容量圧縮機１２の起動時には、この演算された容量値(Nmff)をフィードフォワード容量値として起動される。換言すれば、可変容量圧縮機１２の容量制御目標値(Nmt) は、このフィードフォワード容量値(Nmff)とされ、このフィードフォワード容量値(Nmff)のみに基づいて可変容量圧縮機１２が起動される。可変容量圧縮機１２がモータ駆動される場合には、このモータの起動制御に適用される。このフィードフォワード容量値(Nmff)は、そのときの実際の冷凍サイクル負荷に応じた適切な容量値に演算されるから、圧縮機運転切替え時において冷媒流量が大きく変動した場合にあっても、冷却器（蒸発器６）の温度が大きく変動しないような適切な容量値とすることが可能になり、冷却器を通過して車室内へと吹き出される空気の吹出温度、ひいては室温の大きな変動を抑制でき、乗員の温熱快適感を阻害することを防止できる。
可変容量圧縮機１２がこのように起動されると、可変容量圧縮機フィードバック制御遅延時間（ｔ）がたとえば次式により演算されるとともに、可変容量圧縮機フィードバック回転数(Nmfb)（回転数制御の場合）が次式により演算される。
t=f(Te, Tamb, Tr, Rsun, Tein, Vblw, Tet, Sp)
Nmfb=P( 比例項)+In( 積分項)
P=Kp・(Te-Tet)
In=Inn-1+Kp・Ki・(Te-Tet)
ここで、Kpは比例定数（ゲイン）、Kiは積分定数（ゲイン）、Inn-1 は前回値である。
そして上記遅延時間(t) が経過するまでは、フィードフォワード容量値(Nmff)を目標に可変容量圧縮機容量制御を行う。上記遅延時間(t) が経過したら、フィードフォワード容量値(Nmff)とフィードバック容量値(Nmfb)の和を目標に可変容量圧縮機容量制御を行う。これによって起動が安定するまで、フィードフォワード制御として冷媒流量の変化があった場合にも吹出温度等に大きな変動を生じさせることなく空調制御を立ち上げることができ、起動が安定した後には、フィードバック制御を加えて、より精度良く目標温度へと制御できるようになる。
ちなみに、比較のために従来の一般的なフィードバックのみによる制御を図３に示す。従来制御では、図３に示すようなフローに従い、圧縮機運転切替え時に、各入力信号／変数をメインコントローラに入力し、冷凍サイクル負荷に応じた可変容量圧縮機の容量制御を行っていたので、図４に示すような圧縮機運転切替え後に冷媒流量が大きく変動した場合には、前記冷媒流量の変動を打ち消すためのフィードバック制御により容量制御値にオーバーシュートが生じるため冷媒流量が大きく変動していた。そのため冷却器温度変動により車室内への吹出温度／室温等の変動が生じ、乗員の温熱快適感を阻害することがあった。しかし本発明に係る制御（本発明の実施例における制御）では、図４に示すように、圧縮機運転切替え後のフィードフォワード制御によりこのような問題を解消でき、所定時間後には、フィードバック制御を加えて従来同様の望ましい制御状態を実現できる。
本発明に係る車両用空調装置は、圧縮機と可変容量圧縮機を有する冷凍サイクルを備えたあらゆる車両用空調装置に好適に適用でき、とくに圧縮機運転切替え時に乗員の温熱快適感の悪化を抑えることが要求される場合に適用して最適なものである。
本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の概略機器系統図である。 図１の車両用空調装置の制御の一例を示すフローチャートである。 従来の車両用空調装置の制御の一例を示すフローチャートである。 図２の制御において圧縮機運転を切替えた（圧縮機→可変容量圧縮機）際の制御の一例と従来の制御の一例とを示す特性図である。
符号の説明
１ 車両用空調装置
２ 通風ダクト
３ 外気または／および内気導入口
４ 送風機
５ 送風機駆動用モータ
６ 冷却器としての蒸発器
７ 冷凍サイクル
８ メインコントローラ
９ 圧縮機容量制御信号
１０ 可変容量圧縮機容量制御信号
１１ 圧縮機
１２ 可変容量圧縮機
１３ クーリングファン
１４ 凝縮器
１５ 受液器
１６ 膨張弁
１７ 冷却器入口空気温度センサ
１８ 冷却器出口空気温度センサ
１９ 車室内温度センサ
２０ 外気温度センサ
２１ 日射量センサ

Claims (3)

  1. 冷凍サイクルと、該冷凍サイクル中に設けられた圧縮機および可変容量圧縮機と、該可
    変容量圧縮機運転手段と、該圧縮機と該可変容量圧縮機の運転を切替える圧縮機運転切替え手段と、圧縮機運転を切替えた後に狙いの制御量になるような該冷凍サイクルへの入力である該可変容量圧縮機の容量制御値としてのフィードフォワード容量値を演算する可変容量圧縮機フィードフォワード容量値演算手段と、前記冷凍サイクルへの熱負荷に相関を持つ物理量を推定または検知可能な冷凍サイクル負荷認識手段と、通風ダクトと、該通風ダクトを介して車室内に空気を吹き出すことのできる送風機と、前記冷凍サイクルに接続され、車室内に吹き出す空気を冷却することのできる冷却器と、該冷却器の温度または通過する空気の温度に相関を持つ物理量を推定または検知する冷却器温度認識手段と、冷凍サイクル負荷を参照して冷却器目標温度を演算する冷却器目標温度演算手段と、該冷却器目標温度と前記冷却器温度の認識値の偏差を参照して可変容量圧縮機の容量が所定の容量となるようにフィードバック容量値を演算する可変容量圧縮機フィードバック容量値演算手段と、前記冷凍サイクル負荷に相関を持ち前記冷却器の温度または通過する空気の温度が所定温度に到達するまでの所定時間を演算する所定時間演算手段とを有し、
    前記圧縮機から前記可変容量圧縮機への運転切替え前の前記冷凍サイクル負荷認識手段による冷凍サイクル負荷認識値を参照して、前記フィードフォワード容量値を演算し、
    前記圧縮機から前記可変容量圧縮機へ運転切替え後、前記可変容量圧縮機を、前記フィードフォワード容量値に基づいて起動するとともに、前記所定時間演算手段により演算された前記所定時間経過後、前記可変容量圧縮機の運転を、前記フィードフォワード容量値と前記フィードバック容量値とに基づいて制御することを特徴とする車両用空調装置。
  2. 前記可変容量圧縮機の起動時に、前記冷却器温度認識手段による冷却器温度認識値を参照せず、前記フィードフォワード容量値のみに基づいて圧縮機を起動する、請求項１の車両用空調装置。
  3. 前記可変容量圧縮機の容量可変圧縮機構が、容量制御信号による容量可変圧縮機構、または回転数制御による容量可変圧縮機構からなる、請求項１または２に記載の車両用空調装置。
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