JP4682904B2 - 圧縮機駆動トルク推定装置および圧縮機駆動源制御装置。 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機の駆動トルクを推定する圧縮機駆動トルク推定装置、および、圧縮機駆動源の出力を制御する圧縮機駆動源制御装置に関する。

従来、車両用空調装置の冷媒圧縮機として車両エンジンから駆動力を得る可変容量型圧縮機を採用した車両が知られている。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。

例えば、特許文献１では、可変容量型圧縮機の吐出容量変更機構を外部から電気的に制御する制御信号に基づいて圧縮機の駆動トルクを推定し、推定駆動トルク分を上乗せするようにエンジンの出力トルクを制御している。
特開２００１−１８０２６１号公報

ところが、可変容量型圧縮機の吐出容量変更機構の作動には、制御信号の変化に対して機械的な作動遅れ（応答遅れ）が生じる。このため、特許文献１のように、制御信号に基づいて駆動トルクを推定すると、例えば、可変容量型圧縮機の圧縮開始直後のような吐出容量が大きく変化する過渡状態において、推定駆動トルクと実際の駆動トルクとの間に大きな乖離が生じてしまう。

そこで、本出願人は、先に特願２００４−２９３２２６号（以下、先願例という。）において、圧縮機が冷媒を圧縮し始めてからの経過時間に伴って漸増するように算出される第１推定駆動トルク、および、圧縮機吐出冷媒圧力に基づいて算出される第２推定駆動トルクのうち小さい方の値を推定駆動トルクとして採用する圧縮機駆動トルク推定方法を提案している。

この先願例の推定方法では、圧縮開始直後の過渡状態において、第１推定駆動トルクの値が第２推定駆動トルクの値よりも小さくなるように算出されるので、経過時間に伴って漸増する第１推定駆動トルクが推定駆動トルクとして採用されるようになっている。これにより、過渡状態における推定駆動トルクと実際の駆動トルクとの間の乖離が大きくなることを抑制している。

ところで、先願例には、第１推定駆動トルクを前述の容量制御信号に基づいて算出できる旨が記載されているが、本発明者の更なる検討によれば、容量制御信号に基づいて第１推定駆動トルクを算出しても、推定駆動トルクと実際の駆動トルクとの間の乖離を完全に防止することができないことが判明している。

本発明は上記点に鑑み、可変容量型圧縮機の圧縮開始直後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。

本発明は、以下の実験的知見に基づいて案出されたものである。本発明者は、後述する第１実施形態と同一構成の可変容量型圧縮機において、圧縮開始直後の実際の駆動トルクの変化を調査した。図６は調査結果を示すものであり、横軸は経過時間、縦軸は実際の圧縮機駆動トルクを示している。

また、図６では、圧縮機の圧縮開始時の吐出冷媒圧力（Ｐｄ）および吸入側冷媒圧力（Ｐｓ）を３通りの条件に変化させた調査結果をプロットしており、具体的には、条件Ｃ１（実線）はＰｄ＝３．０ＭＰａ、Ｐｓ＝０．５ＭＰａ、条件Ｃ２（二点鎖線）はＰｄ＝３．０ＭＰａ、Ｐｓ＝０．２ＭＰａ、条件Ｃ３（破線）はＰｄ＝１．５ＭＰａ、Ｐｓ＝０．２ＭＰａ、になっている。

図６において、条件１と条件２とを比較すると、吐出冷媒圧力（Ｐｄ）が同じ値であっても、吸入側冷媒圧力（Ｐｓ）が高くなると、可変容量型圧縮機（１０）が圧縮を開始した時から圧縮機の実際の駆動トルクが増加を開始するまでの応答時間（Ｔｎ）が短くなり、応答時間（Ｔｎ）経過後の単位時間当たりのトルクの増加度合（ΔＴｒｋ）が大きくなっていることが判る。

また、条件２と条件３とを比較すると、吸入側冷媒圧力（Ｐｓ）が同じ値であっても、吐出冷媒圧力（Ｐｄ）が高くなると、応答時間（Ｔｎ）が長くなり、トルクの増加度合（ΔＴｒｋ）が小さくなっていることが判る。

つまり、過渡状態における応答時間（Ｔｎ）およびトルクの増加度合（ΔＴｒｋ）は、圧縮機の圧縮開始時の吐出冷媒圧力（Ｐｄ）および吸入側冷媒圧力（Ｐｓ）によって変化するので、過渡状態における圧縮機の駆動トルクを吐出側圧力（Ｐｄ）および吸入側圧力（Ｐｓ）に基づいて推定すれば、実際の駆動トルクとの乖離を抑制した精度の高い推定ができることが判った。

さらに、上記の実験結果によれば、圧縮機の圧縮開始時における吐出冷媒圧力（Ｐｄ）と吸入側冷媒圧力（Ｐｓ）との高低圧比（Ｐｄ／Ｐｓ）が小さい方が、応答時間（Ｔｎ）が短くなり、さらに、トルクの増加度合（ΔＴｒｋ）が大きくなることが判った。なお、図６では、条件１〜３における応答時間（Ｔｎ）をそれぞれＴ１〜Ｔ３で示している。

上記の知見に基づいて、本発明は、吐出容量を変更可能に構成された可変容量型圧縮機（１０）の駆動トルクを推定する圧縮機駆動トルク推定装置であって、可変容量型圧縮機（１０）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）と、可変容量型圧縮機（１０）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）と、吐出側検出手段（１２５）が検出した吐出側検出値（Ｐｄ、Ｉｎ）および吸入側検出手段（１２４）が検出した吸入側検出値（Ｔｅ、Ｐｓ）に基づいて、可変容量型圧縮機（１０）の第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）を算出する第１推定駆動トルク算出手段（Ｓ４１〜Ｓ４５）と、吐出側検出値（Ｐｄ、Ｉｎ）に基づいて、可変容量型圧縮機（１０）の第２推定駆動トルク（ＴｒｋＢ）を算出する第２推定駆動トルク算出手段（Ｓ４６）と、第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）および第２推定駆動トルク（ＴｒｋＢ）のうち、小さい値を推定駆動トルク（ＳＴｒｋ）として採用する推定駆動トルク決定手段（Ｓ４７〜Ｓ４９）とを備える圧縮機駆動トルク推定装置を第１の特徴とする。

これによれば、第１推定駆動トルク算出手段（Ｓ４１〜Ｓ４５）が吐出側検出値（Ｐｄ、Ｉｎ）および吸入側検出値（Ｔｅ、Ｐｓ）に基づいて、第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）を算出するので、第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）を、可変容量型圧縮機（１０）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。

さらに、推定駆動トルク決定手段（Ｓ４７〜Ｓ４９）が第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）および第２推定駆動トルク（ＴｒｋＢ）のうち、小さい値を推定駆動トルク（ＳＴｒｋ）として採用するので、圧縮開始直後の過渡状態において第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）が採用されることで、推定駆動トルク（ＳＴｒｋ）と実際の圧縮機駆動トルクとの乖離を抑制できる。

また、上記第１の特徴の圧縮機駆動トルク推定装置において、第１推定駆動トルク算出手段（Ｓ４１〜Ｓ４５）は、可変容量型圧縮機（１０）が圧縮を開始した時から駆動トルクが増加を開始するまでの推定応答時間（Ｔｓ）を決定するようになっており、さらに、第１推定駆動トルク算出手段（Ｓ４１〜Ｓ４５）は、可変容量型圧縮機（１０）が圧縮を開始した時からの経過時間（Ｔ）が推定応答時間（Ｔｓ）未満のとき、第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）を０Ｎ・ｍとし、経過時間（Ｔ）が前記推定応答時間（Ｔｓ）以上のとき、第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）を経過時間（Ｔ）の増加に伴って漸増させるように算出してもよい。

これによれば、第１推定駆動トルク算出手段（Ｓ４１〜Ｓ４５）が推定応答時間（Ｔｓ）を算出して、経過時間（Ｔ）が推定応答時間（Ｔｓ）未満のときは、第１推定駆動トルクを０Ｎ・ｍとしているので、第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）は、可変容量型圧縮機（１０）が圧縮を開始した時から圧縮機の実際の駆動トルクが増加を開始するまでの応答時間（Ｔｎ）についても考慮された精度の高い推定値となる。

さらに、経過時間（Ｔ）が推定応答時間（Ｔｓ）以上のときは、第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）を経過時間（Ｔ）の増加に伴って０Ｎ・ｍから漸増させるので、圧縮開始直後の過渡状態において第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）が第２推定駆動トルク（ＴｒｋＢ）に対して確実に小さくなる。

その結果、可変容量型圧縮機（１０）の圧縮開始直後の過渡状態において第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）が確実に推定駆動トルク（ＳＴｒｋ）として採用されるので、より一層、推定駆動トルク（ＳＴｒｋ）と実際の圧縮機の駆動トルクとの乖離を抑制できる。

また、上述の第１の特徴の圧縮機駆動トルク推定装置において、第１推定駆動トルク算出手段（Ｓ４１〜Ｓ４５）は、可変容量型圧縮機（１０）の圧縮開始時における吐出側検出値（Ｐｄ、Ｉｎ）および吸入側検出値（Ｔｅ、Ｐｓ）に基づいて、推定応答時間（Ｔｓ）を決定するようになっていてもよい。これによれば、先に図６で説明したように、推定応答時間（Ｔｓ）を適切に推定できる。

また、上述の第１の特徴の圧縮機駆動トルク推定装置において、第１推定駆動トルク算出手段（Ｓ４１〜Ｓ４５）は、可変容量型圧縮機（１０）の圧縮開始時における吐出側検出値（Ｐｄ、Ｉｎ）および吸入側検出値（Ｔｅ、Ｐｓ）に基づいて、第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）を漸増させる増加度合（ΔＴｒｋＡ）を決定するようになっていてもよい。これによれば、先に図６で説明したように、増加度合（ΔＴｒｋＡ）を適切に推定できる。

また、上述の第１の特徴の圧縮機駆動トルク推定装置において、推定駆動トルク決定手段（Ｓ４７〜Ｓ４９）は、経過時間（Ｔ）が予め定めた基準時間未満のとき、第２推定駆動トルク（ＴｒｋＢ）に優先して第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）を推定駆動トルク（ＳＴｒｋ）として採用するようになっていてもよい。

これによれば、第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）および第２推定駆動トルク（ＴｒｋＢ）の大小にかかわらず、経過時間（Ｔ）が予め定めた基準時間未満の場合は、第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）が推定駆動トルク（ＳＴｒｋ）として採用される。従って、圧縮開始時の過渡状態において、より一層、確実に第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）が推定駆動トルク（ＳＴｒｋ）として採用される。

また、上述の第１の特徴の圧縮機駆動トルク推定装置において、可変容量型圧縮機（１０）は、外部からの電気的な制御信号（Ｉｎ）によって吐出容量が変更されるようになっており、前記吐出側検出値は、前記制御信号（Ｉｎ）であってもよい。これによれば、制御信号（Ｉｎ）が電気的な信号なので、容易に検出することができる。

また、本発明では、上述の第１の特徴の圧縮機駆動トルク推定装置を備え、圧縮駆動トルク推定装置が推定した推定駆動トルク（ＳＴｒｋ）に基づいて、可変容量型圧縮機（１０）に駆動力を与える駆動源の出力を制御する圧縮機駆動源制御装置を第２の特徴とする。

これによれば、第１の特徴の圧縮機駆動トルク推定装置によって、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駆動トルク（ＳＴｒｋ）を推定できるので、例えば、推定駆動トルク（ＳＴｒｋ）分を上乗せするように駆動源の出力トルクを制御することで、駆動源の回転数等を安定させることができる。

また、第２の特徴の圧縮機駆動源制御装置において、具体的に、可変容量型圧縮機は車両用空調装置に搭載されており、駆動源は車両エンジンであってもよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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）
図１〜４により、本発明の第１実施形態について説明する。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から駆動力を得る可変容量型圧縮機１０を採用しており、アイドル回転数制御装置は、後述する可変容量型圧縮機１０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、本実施形態のアイドル回転数制御装置に関する全体構成図である。エンジン（図示せず）は吸気管２０を有しており、吸気管２０内にはスロットル弁２０ａが配置されている。スロットル弁２０ａ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２０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２０にはバイパス管路２０ｂが設けられており、バイパス管路２０ｂにはアイドル調整弁２０ｃが配置されている。アイドル調整弁２０ｃは、弁開度に応じてスロットル弁２０ａ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２０ｃ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、後述する電気制御部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Ｒｃは、エンジンルーム内に配置され、可変容量型圧縮機１０を有して構成される。可変容量型圧縮機１０は、冷凍サイクルＲｃにおいて、後述する蒸発器７０下流側の冷媒を配管Ｐ１を介して吸入し、圧縮して吐出するもので、電磁クラッチ３０およびベルト機構（図示せず）を介してエンジン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１０に駆動力を与える駆動源はエンジンである。また、本実施形態では、可変容量型圧縮機１０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１０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。

そして、この吐出容量を変更することによって可変容量型圧縮機１０の吐出能力が調整されることになる。吐出容量の変更は、可変容量型圧縮機１０内部に構成された斜板室（図示せず）の圧力Ｐｃを制御して、斜板の傾斜角度を可変してピストンのストロークを変化させることによって行う。

斜板室の圧力Ｐｃは、後述する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）により制御される電磁式容量制御弁１０ａによって、吐出冷媒圧力Ｐｄと吸入冷媒圧力Ｐｓとを斜板室に導入させる割合を変化させることで制御している。これにより、可変容量型圧縮機１０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。

なお、可変容量型圧縮機１０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１０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１０の回転軸をベルト機構を介して車両エンジンに常時連結するクラッチレスの構成としてもよい。

可変容量型圧縮機１０の吐出側は配管Ｐ２を介して凝縮器４０入口側に接続されている。この凝縮器４０は、エンジンルーム内にてエンジン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１０から吐出された冷媒と送風ファン４０ａ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４０の出口側は、配管Ｐ３を介して気液分離器５０の入口側に接続されている。気液分離器５０は、凝縮器４０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、気液分離器５０の液相冷媒出口側は、配管Ｐ４を介して膨張弁６０に接続されている。膨張弁６０は、気液分離器５０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６０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６０は、配管Ｐ１内の冷媒温度を検出する感温筒６０ａを有しており、可変容量型圧縮機１０に吸入される冷媒（配管Ｐ１内の冷媒）の温度と圧力とに基づいて圧縮機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６０の下流側は、配管Ｐ５を介して蒸発器７０に接続されている。蒸発器７０は、膨張弁６０にて減圧膨張された冷媒と送風ファン７０ａによって送風された送風空気とを熱交換させるもので、蒸発器７０に流入した低圧冷媒が送風空気から吸熱して蒸発することにより送風空気が冷却される熱交換器である。

蒸発器７０の下流側は配管Ｐ１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１０に流入する。このように、冷凍サイクルＲｃでは、可変容量型圧縮機１０→凝縮器４０→気液分離器５０→膨張弁６０→蒸発器７０→可変容量型圧縮機１０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の概要を説明する。電気制御部は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータ１００およびその周辺回路１１０、１３１〜１３３から構成される。このマイクロコンピュータ１００は、そのＲＯＭ内に空調制御機器１０ａ、３０、７０ａ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。

マイクロコンピュータ１００の入力側には周辺回路であるＡ／Ｄ変換器１１０を介して空調用センサ群１２１〜１２５からセンサ検出信号が入力され、さらに、車室内前部の計器盤付近に配置される空調操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチＳＷから操作信号およびエンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転計１２６の検出信号等が入力される。

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７０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１０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１０の吐出圧力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。なお、この高圧圧力センサ１２５は、一般的に、冷凍サイクルＲｃ内の圧力異常を検知するために設けられているので、吐出圧力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１０の吸入圧力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７０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７０における冷媒蒸発圧力（すなわち、可変容量型圧縮機１０の吸入圧力）を決定できるからである。

空調操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチＳＷとして、可変容量型圧縮機１０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、マイクロコンピュータ１００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１３１〜１３３を介して、電磁クラッチ３０、蒸発器７０の送風ファン７０ａ、アイドル調整弁２０ｃ等が接続され、さらに、可変容量型圧縮機１０の電磁式容量制御弁１０ａが接続される。そして、これらの各種アクチュエータ１０ａ、３０、７０ａ、２０ｃの作動がマイクロコンピュータ１００の出力信号により制御される。

次に、本実施形態において、マイクロコンピュータ１００が実行する制御処理を図２〜３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、図示しない車両エンジンのイグニッションスイッチが投入され、マイクロコンピュータ１００にバッテリＢから電源供給された状態で、操作信号スイッチＳＷからの操作信号に応答してスタートする。

まず、図２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１０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。タイマはマイクロコンピュータ１００に内蔵されており、本実施形態では、可変容量型圧縮機１０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ＳＷの操作信号および空調用センサ群１２１〜１２５およびエンジン回転計１２６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）１０ａ、３０、７０ａの制御状態が決定される。具体的には、電磁クラッチ３０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７０ａの電動モータに印可する制御電圧Ｖｆａｎ、可変容量型圧縮機１０の電磁式容量制御弁１０ａ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ＳＷ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１０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３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１０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Ｓ４５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、可変容量型圧縮機１０が圧縮を開始した時から圧縮機駆動トルクが増加を開始するまでの推定応答時間Ｔｓを決定する。

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１０の吸入冷媒圧力Ｐｓを算出し、さらに、吐出冷媒圧力Ｐｄと吸入冷媒圧力Ｐｓとの高低圧比Ｐｄ／Ｐｓを算出する。そして、この高低圧比Ｐｄ／Ｐｓに基づいて、予めマイクロコンピュータ１００に記憶された制御マップを参照して推定応答時間Ｔｓを決定する。

なお、本実施形態では、高低圧比Ｐｄ／Ｐｓの増加に伴って、推定応答時間Ｔｓが長くなるようなマップになっている。また、この推定応答時間Ｔｓは後述するように第１推定駆動トルクの算出に用いられる。

次に、ステップＳ４３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、第１推定駆動トルクＴｒｋＡを経過時間Ｔの増加に伴って漸増させる増加度合ΔＴｒｋＡを決定する。具体的には、推定応答時間Ｔｓと同様に、高低圧比Ｐｄ／Ｐｓに基づいて、予めマイクロコンピュータ１００に記憶された制御マップを参照して決定する。

なお、本実施形態では、高低圧比Ｐｄ／Ｐｓの増加に伴って、増加度合ΔＴｒｋＡが小さくなるようなマップになっている。従って、ステップＳ４２、Ｓ４３によって、図４に示すような、経過時間Ｔを変数とする第１推定駆動トルク用の推定線が決定されることになる。図４は所定の条件における実際の駆動トルク（実線）、第１推定駆動トルク（破線）、および、後述する第２推定駆動トルク（二点鎖線）の変化を示したものである。

次に、ステップＳ４４で、Ｔｆｌｇ＝１としてステップＳ４５へ進む。次に、ステップＳ４５では、上記の第１推定駆動トルク用推定線および経過時間Ｔに基づいて第１推定駆動トルクＴｒｋＡが算出される。従って、第１推定駆動ＴｒｋＡは、図４に示すように、経過時間Ｔが推定応答時間Ｔｓ未満のときには、０Ｎ・ｍとなり、経過時間Ｔが推定応答時間Ｔｓ以上のときには、増加度合ΔＴｒｋＡに応じて漸増するような値となる。

次に、ステップＳ４６で、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に基づいて、第２推定駆動トルクＴｒｋＢが算出される。具体的には、ＴｒｋＢは下記数式Ｆ２〜４により算出される。
Ｌ＝（κ／κ−１）×Ｐｓｃ×Ｑｓ×｛（Ｐｄ／Ｐｓｃ）⁽κ^-1/κ⁾−１｝…（Ｆ２）
Ｑｓ＝Ｖｃ×Ｎｃ×ηｖ…（Ｆ３）
ＴｒｋＢ＝Ｌ／Ｎｃ…（Ｆ４）
数式Ｆ２は、一般的にコンプレッサの消費動力Ｌを算出するために用いられる式であり、κは断熱指数、Ｐｓｃは冷凍サイクルが通常運転をしている場合の低圧側圧力の代表値（固定値）、Ｑｓは圧縮機吸入側の気相状態の冷媒流量である。

また、数式Ｆ３はＱｓを算出する式であり、Ｖｃは吐出容量、Ｎｃは圧縮機回転数、ηｖはコンプレッサの体積効率である。従って、κ、Ｐｓｃ、ηｖは固定値とすることができる。さらに、Ｖｃはステップ３で決定された制御電流Ｉｎから算出でき、ＮｃはステップＳ２で読み込んだエンジン回転数Ｎｅにプーリー比を乗ずることで算出できる。

よって、ステップＳ４６では、吐出冷媒圧力Ｐｄに基づいて、数式Ｆ２、３よりコンプレッサ消費動力Ｌを算出して、数式Ｆ４から第２推定駆動トルクＴｒｋＢを算出するようになっている。従って、第２推定駆動トルクＴｒｋＢは、図４に示すように、吐出冷媒圧力Ｐｄのみの変化によって決定される値となる。

従って、本実施形態では、ステップＳ４１〜４５が吐出側検出値Ｐｄおよび吸入側検出値Ｐｓに基づいて、可変容量型圧縮機１０の第１推定駆動トルクＴｒｋＡを算出する第１推定駆動トルク算出手段となり、ステップＳ４６が吐出側検出値Ｐｄに基づいて、可変容量型圧縮機１０の第２推定駆動トルクＴｒｋＢを算出する第２推定駆動トルク算出手段となる。

次に、ステップＳ４７では、ＴｒｋＡ＜ＴｒｋＢであれば、ステップＳ４８へ進み、推定駆動トルクＳＴｒｋ＝ＴｒｋＡとし、ＴｒｋＡ＜ＴｒｋＢでなければ、ステップＳ４９へ進み、推定駆動トルクＳＴｒｋ＝ＴｒｋＢとする。すなわち、ステップＳ４７〜Ｓ４９によってＴｒｋＡ、ＴｒｋＢのうち、小さい値を推定駆動トルクＳＴｒｋとして採用し、図２のステップＳ５へ進む。

従って、本実施形態では、ステップＳ４７〜Ｓ４９が第１推定駆動トルクＴｒｋＡおよび第２推定駆動トルクＴｒｋＢのうち、小さい値を推定駆動トルクＳＴｒｋとして採用する推定駆動トルク決定手段となる。

次に、ステップＳ５では、アイドル調整弁２０ｃ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、マイクロコンピュータ１００より、各駆動回路１３１〜１３３を介してアイドル制御弁２０ｃおよび各空調制御機器１０ａ、３０、７０ａ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、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１０の推定駆動トルクＳＴｒｋを推定し、この推定駆動トルクＳＴｒｋに基づいてマイクロコンピュータ１００がアイドル制御弁２０ｃ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２０ｃ、電気制御部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、第１推定駆動トルク算出手段Ｓ４１〜Ｓ４５が吐出冷媒圧力Ｐｄおよび蒸発器吹出空気温度Ｔｅに基づいて推定応答時間Ｔｓおよび増加度合ΔＴｒｋＡを決定し、第１推定駆動トルクＴｒｋＡを算出しているので、図４に示すように、第１推定駆動トルクＴｒｋＡを、可変容量型圧縮機１０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。

そして、推定駆動トルク決定手段Ｓ４７〜Ｓ４９が第１推定駆動トルクＴｒｋＡおよび第２推定駆動トルクＴｒｋＢのうち、小さい値を推定駆動トルクＳＴｒｋとして採用するので、圧縮開始直後の過渡状態において第１推定駆動トルクＴｒｋＡが採用される。また、冷凍サイクルＲｃが安定した後は、前述の数式Ｆ２〜４により算出された第２推定駆動トルクＴｒｋＢが採用される。

つまり、本実施形態では、可変容量型圧縮機１０の圧縮開始直後の過渡状態であっても、の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）
第１実施形態では、吐出側検出値として吐出冷媒圧力Ｐｄを採用しているが、本実施形態では、吐出側検出値として可変容量型圧縮機１０の電磁式容量制御弁１０ａの制御電流Ｉｎを採用する。なお、その他の構成は第１実施形態と同様である。

図５は、吐出冷媒圧力Ｐｄと制御電流Ｉｎとの相関関係を示すグラフであり、縦軸は吐出冷媒圧力Ｐｄ、横軸は制御電流Ｉｎを示す。さらに、可変容量型圧縮機１０の冷媒吐出流量を低流量、中流量、高流量の３つの条件に変化させた調査結果をプロットしている。図５に示すように、いずれの流量においても、制御電流Ｉｎと吐出冷媒圧力Ｐｄとには相関関係がある。

従って、吐出側検出値として電磁式容量制御弁１０ａの制御電流Ｉｎを採用しても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、制御電流Ｉｎは電気信号であるから、容易に検出することができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、吐出側検出値として、吐出冷媒圧力Ｐｄおよび電磁式容量制御弁１０ａの制御電流Ｉｎを採用したが、吐出側検出値はこれに限定されない。例えば、所定の条件における圧縮機回転数等も採用できる。

また、吐出冷媒圧力Ｐｄは、可変容量型圧縮機１０の吐出直後の冷媒圧力に限定されず、可変容量型圧縮機１０吐出側から膨張弁６０入口側へ至る冷媒通路内の高圧側冷媒圧力を検出した値であってもよい。

（２）上述の実施形態では、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６０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１０吸入冷媒の圧力（配管Ｐ１内冷媒圧力）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６０出口側から可変容量型圧縮機１０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。

（３）上述の実施形態では、推定駆動トルク決定手段Ｓ４７〜Ｓ４９が第１推定駆動トルクＴｒｋＡおよび第２推定駆動トルクＴｒｋＢのうち、小さい値を推定駆動トルクＳＴｒｋとして採用しているが、さらに、経過時間Ｔが予め定めた基準時間未満のとき、第２推定駆動トルクＴｒｋＢに優先して第１推定駆動トルクＴｒｋＡを推定駆動トルクＳＴｒｋとして採用するようになっていてもよい。

これによれば、第１推定駆動トルクＴｒｋＡおよび第２推定駆動トルクＴｒｋＢの大小にかかわらず、経過時間Ｔが予め定めた基準時間未満の場合は、第１推定駆動トルクＴｒｋＡが推定駆動トルクＳＴｒｋとして採用される。従って、圧縮開始時の過渡状態において、確実に第１推定駆動トルクＴｒｋＡが推定駆動トルクＳＴｒｋとして採用される。

（４）上述の実施形態では、高低圧比Ｐｄ／Ｐｓに基づいて、推定応答時間Ｔｓおよび推定増加度合ΔＴｒｋＡを決定しているが、推定応答時間Ｔｓおよび推定増加度合ΔＴｒｋＡの決定手段はこれに限定されない。例えば、予めマイクロコンピュータ１００に吐出冷媒圧力Ｐｄと吸入冷媒圧力Ｐｓとの組合せに対応した複数の制御マップを記憶させておき、これらの制御マップを参照してＴｓおよびΔＴｒｋＡを決定するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、可変容量型圧縮機１０の圧縮開始時の高低圧比Ｐｄ／Ｐｓに基づいて、ΔＴｒｋＡを決定しているが、圧縮開始後も吐出側検出値および吸入側検出値に基づいて、ΔＴｒｋＡを逐次変化させてもよい。これによれば、より一層、精度の高い推定駆動トルクＳＴｒｋを推定できる。

（５）上述の実施形態では、アイドル調整弁２０ｃの駆動電圧Ｖｉｓｃを決定する際の基準駆動電圧Ｖｉｓｃ１として、予め決定された値を採用しているが、この基準駆動電圧Ｖｉｓｃ１は、別の制御ルーチンによってエンジン回転数Ｎｅと目標アイドル回転数Ｎｃｏとの偏差Ｅｎ（Ｅｎ＝Ｎｃｏ−Ｎｅ）を算出し、この偏差Ｅｎに基づいてＮｅをＮｃｏに近づけるように比例積分制御（ＰＩ制御）などによるフィードバック制御手法にて決定された値でもよい。

また、上述の実施形態の推定駆動トルクＳＴｒｋによるアイドル回転数制御の制御ルーチンにおいて、上記フィードバック制御を併行させるようにしてもよい。

（６）上述の実施形態では、マイクロコンピュータ１００およびその周辺回路１１０、１３１〜１３３によって電気制御部を構成し、単一の電気制御部によって空調制御機器１０ａ、３０、７０ａの制御、推定駆動トルクＳＴｒｋの決定、および、アイドル調整弁２０ｃの制御を行っているが、複数の電気制御部を通信させながら上述の制御を行ってもよい。

例えば、空調制御ＥＣＵによって空調制御機器１０ａ、３０、７０ａを制御し、エンジンＥＣＵによってアイドル調整弁２０ｃを制御する一般的な車両では、推定駆動トルクＳＴｒｋの決定はいずれか一方のＥＣＵに行わせるようにしてもよい。

（７）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実施形態のアイドル回転数制御装置の全体構成図である。 第１実施形態の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実施形態の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実施形態の推定駆動トルクと実際の駆動トルクとの関係を説明する説明図である。 吐出冷媒圧力と制御電流との関係を示すグラフである。 実際の駆動トルクの変化を説明する説明図である。

符号の説明

１０…可変容量型圧縮機、１２５…高圧圧力センサ、１２４…蒸発器温度センサ、
Ｓ４１〜Ｓ４５…第１推定駆動トルク算出手段、Ｓ４６…第２推定駆動トルク算出手段、
Ｓ４７〜Ｓ４９…推定駆動トルク決定手段、
ＴｒｋＡ…第１推定駆動トルク、ＴｒｋＢ…第２推定駆動トルク、
ＳＴｒｋ…推定駆動トルク、Ｐｄ…吐出冷媒圧力、Ｉｎ…制御電流、
Ｐｓ…吸入冷媒圧力、Ｔｅ…蒸発器吹出空気温度、Ｔｓ…推定応答時間、
ΔＴｒｋＡ…増加度合、Ｔ…経過時間。

Claims (8)

1. 吐出容量を変更可能に構成された可変容量型圧縮機（１０）の駆動トルクを推定する圧縮機駆動トルク推定装置であって、
   前記可変容量型圧縮機（１０）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）と、
   前記可変容量型圧縮機（１０）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）と、
   前記吐出側検出手段（１２５）が検出した吐出側検出値（Ｐｄ、Ｉｎ）および前記吸入側検出手段（１２４）が検出した吸入側検出値（Ｔｅ、Ｐｓ）に基づいて、前記可変容量型圧縮機（１０）の第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）を算出する第１推定駆動トルク算出手段（Ｓ４１〜Ｓ４５）と、
   前記吐出側検出値（Ｐｄ、Ｉｎ）に基づいて、前記可変容量型圧縮機（１０）の第２推定駆動トルク（ＴｒｋＢ）を算出する第２推定駆動トルク算出手段（Ｓ４６）と、
   前記第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）および前記第２推定駆動トルク（ＴｒｋＢ）のうち、小さい値を推定駆動トルク（ＳＴｒｋ）として採用する推定駆動トルク決定手段（Ｓ４７〜Ｓ４９）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. 前記第１推定駆動トルク算出手段（Ｓ４１〜Ｓ４５）は、前記可変容量型圧縮機（１０）が圧縮を開始した時から前記駆動トルクが増加を開始するまでの推定応答時間（Ｔｓ）を決定するようになっており、
   さらに、前記第１推定駆動トルク算出手段（Ｓ４１〜Ｓ４５）は、前記可変容量型圧縮機（１０）が圧縮を開始した時からの経過時間（Ｔ）が前記推定応答時間（Ｔｓ）未満のとき、前記第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）を０Ｎ・ｍとし、前記経過時間（Ｔ）が前記推定応答時間（Ｔｓ）以上のとき、前記第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）を前記経過時間（Ｔ）の増加に伴って漸増させるように算出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。
3. 前記第１推定駆動トルク算出手段（Ｓ４１〜Ｓ４５）は、前記可変容量型圧縮機（１０）の圧縮開始時における前記吐出側検出値（Ｐｄ、Ｉｎ）および前記吸入側検出値（Ｔｅ、Ｐｓ）に基づいて、前記推定応答時間（Ｔｓ）を決定するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機駆動トルク推定装置。
4. 前記第１推定駆動トルク算出手段（Ｓ４１〜Ｓ４５）は、前記可変容量型圧縮機（１０）の圧縮開始時における前記吐出側検出値（Ｐｄ、Ｉｎ）および前記吸入側検出値（Ｔｅ、Ｐｓ）に基づいて、前記第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）を漸増させる増加度合（ΔＴｒｋＡ）を決定するようになっていることを特徴とする請求項２または３に記載された圧縮機駆動トルク推定装置。
5. 前記推定駆動トルク決定手段（Ｓ４７〜Ｓ４９）は、前記経過時間（Ｔ）が予め定めた基準時間未満のとき、前記第２推定駆動トルク（ＴｒｋＢ）に優先して前記第１推定駆動トルク（ＴｒｋＡ）を前記推定駆動トルク（ＳＴｒｋ）として採用するようになっていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載の圧縮機駆動トルク推定装置。
6. 前記可変容量型圧縮機（１０）は、外部からの電気的な制御信号（Ｉｎ）によって吐出容量が変更されるようになっており、
   前記吐出側検出値は、前記制御信号（Ｉｎ）であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の圧縮機駆動トルク推定装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載の圧縮機駆動トルク推定装置を備え、
   前記圧縮駆動トルク推定装置が推定した推定駆動トルク（ＳＴｒｋ）に基づいて、前記可変容量型圧縮機（１０）に駆動力を与える駆動源の出力を制御することを特徴とする圧縮機駆動源制御装置。
8. 前記可変容量型圧縮機（１０）は、車両用空調装置に搭載されており、
   前記駆動源は、車両エンジンであることを特徴とする請求項７に記載の圧縮機駆動源制御装置。
   

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