JP4688369B2

JP4688369B2 - 車両用空調装置

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Publication number: JP4688369B2
Application number: JP2001261605A
Authority: JP
Inventors: 浩濱本; 肇山本; 伸二渡辺
Original assignee: Japan Climate Systems Corp
Current assignee: Japan Climate Systems Corp
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: JP2003074996A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷媒にＣＯ_２を使用した冷凍サイクルを備えた車両用空調装置として、車外側熱交換器の出口側の冷媒温度に基づいて最も高いエネルギー効率（ＣＯＰ）で運転できるようにしたものがある（特開平７−２９４０３３号公報）。また、車内側熱交換器での入口側と出口側のエンタルピ差を増大させるために、車外側熱交換器から流出した冷媒と、車内側熱交換器から流出した冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を適用した車両用空調装置もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記車両用空調装置では、コンプレッサから吐出される冷媒の循環量の変化により、前記車外側熱交換器および内部熱交換器での圧力損失も変化する。そのため、車外側熱交換器での出口側の冷媒温度に基づいて冷媒圧力を正確に制御することは非常に困難であり、高効率の冷凍サイクルを実現できないという問題がある。この問題は、図８に示すように、冷媒圧力が８ＭＰａから１５ＭＰａの範囲の場合、超臨界域での等温線の勾配が著しく小さくなるため生じている。
【０００４】
そこで、本発明では、温度検出手段や圧力検出手段を増設することなく、車外側熱交換器での出口側の温度に基づいて正確に圧力制御が可能な車両用熱交換器を提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の車両用空調装置は、コンプレッサから吐出させた超臨界流体からなる冷媒を、車外側熱交換器で放熱させ、減圧弁で減圧し、車内側熱交換器で気化させた後、前記コンプレッサに戻すように循環させる冷凍サイクルを備え、前記各構成部品を制御手段で制御する車両用空調装置において、前記車外側熱交換器と減圧弁との間の冷媒と前記車内側熱交換器とコンプレッサとの間の冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、前記車外側熱交換器の出口側の冷媒圧力を検出する冷媒圧力検出手段と、前記車外側熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段とを設け、前記制御手段は、前記内部熱交換器による熱交換能力および前記車外側熱交換器の出口側の冷媒温度を含む諸条件に基づいて前記減圧弁の入り口側の冷媒温度を演算するとともに、この冷媒温度に基づいて前記車外側熱交換器の出口側での冷媒の目標圧力を設定し、前記目標圧力と前記冷媒圧力検出手段により検出した実際の冷媒圧力に応じて前記減圧弁の開度を調整するように構成している。
【０００６】
ここで、前記内部熱交換器による熱交換能力は、該内部熱交換器の製造時にその諸条件で理論的に既定されるものである。また、この内部熱交換器での実際の熱交換能力は、該内部熱交換器を設計する際の諸条件と実際に通過する冷媒の温度差により演算できる。そして、前記通過する冷媒の温度差とは、車外側熱交換器から流出した冷媒温度と、減圧弁の入り口側の冷媒温度との差である。そのため、本発明では、理論上の内部熱交換器の熱交換能力を適用することにより、減圧弁の出口側の冷媒温度を演算することができる。
【０００７】
そして、前記構成の車両用空調装置によれば、冷媒温度検出手段によって検出した車外側熱交換器の出口側の冷媒温度に基づき、直接、冷媒圧力を調整制御するのではなく、検出した冷媒温度と内部熱交換器による熱交換能力に基づいて減圧弁の入り口側の冷媒温度を演算し、その演算した減圧弁の入り口側での冷媒温度に基づいて冷媒の目標圧力を設定する。また、前記減圧弁の入り口側での冷媒温度は、超臨界域での等温線の勾配が小さくなる部分であるため、車外側熱交換器の出口側における目標圧力を正確に設定できる。そして、その目標圧力と実際の冷媒圧力と比較して減圧弁の開度を調整するため、安定した制御を行うことができ、高効率な冷凍サイクルを実現できる。
【０００８】
また、本発明の第２の車両用空調装置は、コンプレッサから吐出させた超臨界流体からなる冷媒を、車外側熱交換器で放熱させ、減圧弁で減圧し、車内側熱交換器で気化させた後、前記コンプレッサに戻すように循環させる冷凍サイクルを備え、前記各構成部品を制御手段で制御する車両用空調装置において、前記車外側熱交換器と減圧弁との間の冷媒と前記車内側熱交換器とコンプレッサとの間の冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、前記車外側熱交換器の出口側の冷媒圧力を検出する冷媒圧力検出手段と、前記車外側熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段と、車内の温度を検出する車内温度検出手段とを設け、前記制御手段は、前記内部熱交換器による熱交換能力および前記車外側熱交換器の出口側の冷媒温度を含む諸条件に基づいて前記減圧弁の入り口側の冷媒温度を演算し、この冷媒温度に基づいて前記車外側熱交換器の出口側での冷媒圧力の第１目標値を設定するとともに、前記車外側熱交換器の出口側の冷媒温度に基づいて前記車外側熱交換器の出口側での冷媒圧力の第２目標値を設定し、かつ、実際の車内温度と設定温度とから車内の冷房能力を演算し、前記冷房能力が十分であると判断した場合に前記第１目標値を目標圧力として設定する一方、冷房能力が不足していると判断した場合に前記第２目標値を目標圧力として設定し、前記目標圧力と前記冷媒圧力検出手段により検出した実際の冷媒圧力に応じて前記減圧弁の開度を調整するように構成している。
【０００９】
この第２の車両用空調装置によれば、前記と同様に、車外側熱交換器の出口側における目標圧力を正確に設定でき、その目標圧力と実際の冷媒圧力と比較して減圧弁の開度を調整するため、安定した制御を行うことができ、高効率な冷凍サイクルを実現できる。しかも、車内の実際の冷房能力に基づいて冷房能力が十分である場合と不足している場合とで目標圧力の値を変更するため、冷房能力とエネルギー効率（ＣＯＰ）との両方の機能を兼ね揃えたバランスのよい空調を実行できる。
【００１０】
この場合、前記制御手段は、前記目標圧力を、前記車内温度と設定温度の差に基づいて前記第１目標値から第２目標値の間で可変的に設定することが好ましい。このようにすれば、より細かい調整が可能になるため、冷房能力とエネルギー効率（ＣＯＰ）とのバランスを更に良好な状態に調整できる。
【００１１】
また、前記第１および第２の車両用空調装置では、前記制御手段は、前記減圧弁の入り口側の冷媒温度を演算する際に、コンプレッサによる冷媒循環量を諸条件として含むように構成することが好ましい。ここで、減圧弁の入り口側の冷媒温度は、その上流側での冷媒圧力によって変動し、この冷媒圧力は冷媒循環量の変化によって変動する。そして、前記構成では、冷媒循環量に基づいて減圧弁の入り口側の冷媒温度を演算するため、その演算精度を向上できる。
【００１２】
また、前記コンプレッサの吸入側の冷媒温度を検出する第２冷媒温度検出手段を設け、前記制御手段は、前記第２冷媒温度検出手段による検出温度に基づいて前記熱交換能力を補正することが好ましい。このようにすれば、内部熱交換器での実際の熱交換能力を演算できる。そして、この実際の熱交換能力に基づいて減圧弁の入り口側の冷媒温度を演算することにより、その精度を向上できる。
【００１３】
また、前記車外側熱交換器は冷却用の車外用ブロアを備え、前記車外の温度を検出する車外温度検出手段を設け、前記制御手段は、前記冷媒温度検出手段により検出した車外側熱交換器の出口側の冷媒温度と、前記車外温度検出手段により検出した車外温度に基づいて前記車外用ブロアによる送風量を調整することが好ましい。ここで、この車外用ブロアの調整とは、車外用ブロアの動作を停止する状態を含む。このようにすれば、車外温度と車外側熱交換器の出口側の冷媒温度との差により、車外側熱交換器での冷媒の放熱量（熱交換効率）を微細に調整できる。そのため、車外側熱交換器の機能を十分に発揮させることができ、該車外側熱交換器として小型のものを適用できる。また、車外側熱交換器の出口側に設けた冷媒温度検出手段は、車外用ブロアの制御と、減圧弁の入り口側の冷媒温度を検出するための２つの役割をなすため、冷媒温度を検出するための手段を増設する必要はなく、コストダウンを図ることができる。
【００１４】
また、前記制御手段は、車外側熱交換器の出口側の冷媒圧力が所定の圧力値以上である場合、前記車外用ブロアによる送風量を増大させるように調整することが好ましい。
また、前記制御手段は、車外側熱交換器の出口側の冷媒圧力が所定の圧力値以上で、かつ、車外用ブロアによる送風量が最大である場合、前記減圧弁の開度を増大させるように調整することが好ましい。
これらのようにすれば、冷媒圧力が上昇し過ぎることにより、安全機能が動作して冷凍サイクルが停止することを抑制できる。その結果、コンプレッサが一時的に停止するという断続運転の回数を低減でき、エアコンをより長期にわたって動作させることができるため、快適な空調状態を長時間維持できるとともに、信頼性の向上を図ることができる。
【００１５】
また、前記制御手段は、車外側熱交換器の出口側の冷媒圧力が所定の圧力値以上で、車外用ブロアによる送風量が最大で、かつ、前記減圧弁の開度が所定値以上である場合、前記コンプレッサの動作を停止することが好ましい。このようにすれば、冷凍サイクルの冷媒温度が各構成部品の耐熱温度を越えることを防止できるため、耐熱温度が高い構成部品を適用することによるコストアップを防止できる。
【００１６】
また、前記制御手段は、前記制御手段は、車両走行速度に応じて前記車外用ブロアによる送風量を調整することが好ましい。例えば、車速が所定速度（４０ｋｍ／ｈ）以上である場合には、車外用ブロアの動作を停止することが好ましい。このように、車速が所定速度以上の場合には、その走行による風により車外側熱交換器を冷却することができる。即ち、この状態では、車外用ブロアを動作させても冷房能力は向上しないため、車外用ブロアの動作を停止することにより、無駄な電力消費を防止するとともに、高効率な冷凍サイクルを実行できる。
【００１７】
さらにまた、前記冷媒はＣＯ_２であることが好ましい。ここで、ＣＯ_２は、地球温暖化係数が小さいため、地球の温暖化を防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクルを示す。この冷凍サイクルでは、コンプレッサ１から吐出された冷媒（ここでは、ＣＯ_２を使用）が、オイルセパレータ２、車外側熱交換器４、減圧弁９、および、車内側熱交換器１０からアキュムレータ１６を介してコンプレッサ１に戻って循環する。本実施形態では、前記車外側熱交換器４と減圧弁９との間の冷媒と前記車内側熱交換器１０とコンプレッサ１との間の冷媒とを熱交換する内部熱交換器１８が更に設けられた構成としている。これらコンプレッサ１、減圧弁９、および、後述する車外用ブロア５は、制御装置１９によって駆動制御される。
【００１９】
前記コンプレッサ１は、図示しないエンジンの動力によって駆動可能である。
【００２０】
前記オイルセパレータ２は、コンプレッサ１から吐出された冷媒中に含まれるオイルを分離し、オイルリターン管３を介してコンプレッサ１に還流させるものである。
【００２１】
前記車外側熱交換器４は、車両前方部に配設され、冷媒を放熱させるのに適した従来周知の構造である。この車外側熱交換器４は、車外用ブロア５を備えている。この車外用ブロア５は、送風量が変更自在に構成され、その送風量の変更により車外側熱交換器４における冷媒からの放熱量（熱交換効率）を調整することが可能である。また、車外側熱交換器４の近傍には車外温度検出手段である車外温度センサ６が設けられている。さらに、この車外側熱交換器４の出口側には、流出した冷媒温度を検出する第１の冷媒温度検出手段である第１冷媒温度センサ７が設けられている。さらにまた、この車外側熱交換器４の出口側には、流出した冷媒圧力を検出する冷媒圧力検出手段である冷媒圧力センサ８が設けられている。
【００２２】
前記減圧弁９は、開度を変更することにより、その上流側の冷媒圧力を調整するとともに、通過する冷媒を減圧するものである。なお、この減圧弁９により上流側の冷媒圧力を調整することにより、その冷媒温度も調節することが可能である。
【００２３】
前記車内側熱交換器１０は、車内前方部の空調ユニット１１内に配設され、この空調ユニット１１内を通過する空気を冷却するとともに除湿する従来周知の構造である。空調ユニット１１における車内側熱交換器１０の上流側には、ブロアモータ１２の駆動により回転するブロア１３が配設され、内気または外気を所定の送風量で車内に送風する。また、空調ユニット１１の車内側熱交換器１０の下流側には、エアミックスドア１４が回動自在に設けられ、冷風を分流し、その一方をヒータコア１５に向かわせる。前記エアミックスドア１４は、その回動位置（開度）によってヒータコア１５で加熱される空気量、即ち、混合される冷風と温風の比率を変更し、車内に所望温度で送風する。
【００２４】
前記アキュムレータ１６は、冷媒を気液に分離し、その気相のみをコンプレッサ１に循環供給するものである。このアキュムレータ１６とコンプレッサ１との間においてコンプレッサ１の吸入側には、コンプレッサ１が吸入する冷媒の温度を検出する第２冷媒温度検出手段である第２冷媒温度センサ１７が設けられている。
【００２５】
前記内部熱交換器１８は、前記車外側熱交換器４と減圧弁９との間の高圧冷媒と、前記車内側熱交換器１０の下流側であるアキュムレータ１６とコンプレッサ１との間の低圧冷媒とを熱交換させ、車内側熱交換器１０の入口側と出口側のエンタルピ差を増大させるものである。
【００２６】
前記制御装置１９は、予め設定されたプログラムに基づいてコンプレッサ１の駆動回転数、減圧弁９の開度、車外用ブロア５による送風量、および、エアミックスドア１４の回動位置を調整するものである。
【００２７】
また、本実施形態の制御手段は、前記内部熱交換器１８による熱交換能力、および、前記第１冷媒温度センサ７によって検出した車外側熱交換器４の出口側の冷媒温度を含む諸条件に基づいて前記減圧弁９の入り口側の冷媒温度を演算する。また、この演算した減圧弁９の入り口側での冷媒温度に基づいて前記車外側熱交換器４の出口側での冷媒の目標圧力を設定する。
【００２８】
そして、この目標圧力と前記冷媒圧力センサ８により検出した実際の冷媒圧力に応じて前記減圧弁９の開度を調整する。また、前記第１冷媒温度センサ７によって検出した冷媒温度に基づいて車外用ブロア５による送風量を調整する。このように、設定した目標圧力と実際の圧力に応じ、減圧弁９の開度を調整するとともに車外用ブロア５による送風量を調整し、高効率な冷凍サイクルを実施できるように構成している。
【００２９】
ここで、前記内部熱交換器１８による熱交換能力ＱIhexは、該内部熱交換器１８の製造時にその設計条件で理論的に既定されるものである。また、内部熱交換器１８での実際の熱交換能力ＱIhexは、前記設計条件と、熱交換する冷媒温度とを用いて演算できる。例えば、この熱交換能力ＱIhexは、以下の３通りの演算式により算出できる。
【００３０】
【数１】
ＱIhex＝Ｇｒ×ＣＰ×(Ｔgco−Ｔvi) …（１）
【００３１】
前記数（１）において、Ｇｒは冷媒の循環量、ＣＰは内部熱交換器１８の比熱、Ｔgcoは車外側熱交換器４の出口側の冷媒温度、Ｔviは減圧弁９の入り口側の冷媒温度である。ここで、前記循環量Ｇｒは、コンプレッサ１の既知である吐出容積と吸込冷媒の比容積を乗算することにより算出できる。また、前記比容積は、冷媒の温度や圧力から算出でき、また、概略の既定値を用いてもよい。さらに、前記比熱ＣＰは、内部熱交換器１８の製造時に既定された数値である。
【００３２】
【数２】
ＱIhex＝Ｋ×Ａ×(Ｔgco−Ｔvi) …（２）
【００３３】
前記数（２）において、Ｋは内部熱交換器１８における熱通過率、Ａは内部交換器の伝熱面積である。ここで、前記熱通過率Ｋは既定された代表値を用いることができ、伝熱面積Ａは内部熱交換器１８の製造時に既定された数値である。
【００３４】
【数３】
ＱIhex＝ΔｈIhex×Ｇｒ …（３）
【００３５】
前記数（３）において、ΔｈIhexは、車外側熱交換器４の出口側とのエンタルピｈgcoと、減圧弁９の入り口側のエンタルピｈviとの差である。
【００３６】
そして、本発明では、前記いずれかの演算方法を適用することにより、減圧弁９の出口側の冷媒温度Ｔviを演算することができる。即ち、第１および第２の演算方法では、理論上の熱交換能力ＱIhexを代入することにより、減圧弁９の入り口側の冷媒温度Ｔviを演算できる。また、第３の演算方法では、車外側熱交換器４の出口側でのエンタルピｈgcoから、前記内部交換器でのエンタルピ差ΔｈIhexを減算することにより、減圧弁９の入り口側でのエンタルピｈviを演算でき、この減圧弁９の入り口側でのエンタルピｈviにより周知の方法で冷媒温度を演算できる。
【００３７】
次に、前記構成の車両用空調装置の動作について具体的に説明する。
まず、冷媒は、コンプレッサ１の駆動により高温かつ超臨界域を越える高圧状態で吐出され、オイルセパレータ２を通過し、車外側熱交換器４で放熱されて圧力を維持したまま液化する。その後、内部熱交換器１８でアキュムレータ１６から流出した冷媒と熱交換することにより冷却され、減圧弁９で減圧される。ついで、車内側熱交換器１０内を通過する際に気化し、アキュムレータ１６で気液分離され、気相のみがコンプレッサ側に流出し、内部熱交換器１８で車外側熱交換器４から流出した冷媒と熱交換することにより昇温され、コンプレッサ１に戻って循環する。なお、前記オイルセパレータ２では、コンプレッサ１から冷媒とともに漏出したオイルを分離し、そのオイルのみをオイルリターン管３を介してコンプレッサ１に還流する。
【００３８】
この車両用空調装置は、冷媒に、ＨＦＣ−１３４ａ等の他の冷媒に比べて理論上のエネルギー効率（ＣＯＰ）が低いＣＯ_２を使用する場合でも所望の効果を発揮させることができる。そして、ＣＯ_２は、地球温暖化係数が小さいため、地球の温暖化を防止できる。
【００３９】
次に、前記制御装置１９による冷凍サイクルの高効率化について説明する。
制御装置１９は、図２に示すように、まず、ステップＳ１で、冷媒圧力センサ８により車外側熱交換器４における出口側の冷媒圧力Ｐhgoを検出した後、ステップＳ２で、第１冷媒温度センサ７により車外側熱交換器４における出口側の冷媒温度Ｔgcoを検出する。
【００４０】
ついで、ステップＳ３で、内部熱交換器１８における理論上の熱交換能力ＱIhexを読み込んだ後、ステップＳ４で、減圧弁９における入り口側の冷媒温度Ｔviを演算する。ここで、この冷媒温度Ｔviは、予め記憶された前記数（１）から（３）のいずれかの方法で演算される。なお、この減圧弁９の入り口側の冷媒温度Ｔviは、その上流側での冷媒圧力によって変動し、この冷媒圧力は冷媒循環量の変化によって変動する。そのため、前記演算方法としては、（１）または（３）の方式を適用することが好ましい。このようにすれば、冷媒循環量に基づいて演算するため、その演算精度を向上できる。
【００４１】
前記減圧弁９の入り口側の冷媒温度Ｔviを演算すると、ステップＳ５で、その冷媒温度Ｔviに基づいて車外側熱交換器４における出口側の目標圧力Ｐhthを設定する。ここで、この目標圧力Ｐhthは、下記の数（４）に前記冷媒温度Ｔviを代入することにより演算される。
【００４２】
【数４】
Ｐhth＝0.0036Ｔvi^２−0.0271Ｔvi＋5.5143 …（４）
【００４３】
目標圧力Ｐhthを設定すると、ステップＳ６で、車外側熱交換器４において、演算した目標圧力Ｐhthと実際の冷媒圧力Ｐhgoが一致するか否かを検出する。そして、これらが一致しない場合にはステップＳ７に進み、一致する場合にはステップＳ７からステップＳ９をスキップして図３に示すステップＳ１０に進む。
【００４４】
ステップＳ７では、車外側熱交換器４において演算した目標圧力Ｐhthが実際の冷媒圧力Ｐhgoより大きいか否かを検出する。そして、目標圧力Ｐhthが実際の冷媒圧力Ｐhgoより大きい場合にはステップＳ８に進み、減圧弁９の開度が増大するように調整する。一方、目標圧力Ｐhthが実際の冷媒圧力Ｐhgoより小さい場合にはステップＳ９に進み、減圧弁９の開度が減少するように調整する。
【００４５】
このように、減圧弁９の入り口側の冷媒温度Ｔviに基づいて設定した目標圧力Ｐhthと実際の冷媒圧力Ｐhgoとを比較し、一致している場合には減圧弁９の開度はその状態を維持する。また、目標圧力Ｐhthが実際の冷媒圧力Ｐhgoより高い場合には、減圧弁９が増大するように調整することにより、減圧弁９の上流側の圧力を低くし、実際の冷媒圧力Ｐhgoが目標圧力Ｐhthに近づくように補正する。逆に、目標圧力Ｐhthが実際の冷媒圧力Ｐhgoより低い場合には、減圧弁９が減少するように調整することにより、減圧弁９の上流側の圧力を高め、実際の冷媒圧力Ｐhgoが目標圧力Ｐhthに近づくように補正する。そのため、高効率の冷凍サイクルを実現できる。
【００４６】
減圧弁９を調整すると、図３に示すように、ステップＳ１０で、内部熱交換器１８における熱交換能力ＱIhexの補正処理を実行する。ここで、この熱交換能力ＱIhex補正処理では、第２冷媒温度センサ１７によりコンプレッサ１の吸入側の冷媒温度Ｔsucを検出する。そして、この冷媒温度Ｔsucを下記の数（５）に入力することにより、内部熱交換器１８における実際の熱交換能力ＱIhexを演算し、その演算した熱交換能力ＱIhexをフィードバックした際のステップＳ３で代入する。なお、下記の数（５）において、Ｔｓは、目標とする蒸発温度（例えば３℃）である。
【００４７】
【数５】
ＱIhex＝Ｇｒ×ＣＰ×(Ｔs−Ｔsuc) …（５）
【００４８】
熱交換能力ＱIhexを補正すると、ステップＳ１１で、車外用ブロア５による送風量の制御処理を実行してステップＳ１２に進む。なお、この車外用ブロア送風量調整処理は後で説明する。
【００４９】
ステップＳ１２では、車外用ブロア５による送風量が最大風量（強風量）になっているか否かを検出する。そして、最大風量である場合にはステップＳ１３に進み、最大風量でない場合にはステップＳ１に戻る（フィードバックする）。
【００５０】
ステップＳ１３では、冷媒圧力センサ８によって検出した車外側熱交換器４における出口側の冷媒圧力Ｔhgoが、各構成部品の限界温度近傍となる１５ＭＰａ以上であるか否かを検出する。そして、１５ＭＰａ以上である場合にはステップＳ１４に進み、１５ＭＰａより低い場合にはステップＳ１に戻る。
【００５１】
ステップＳ１４では、減圧弁９の開度が９０％以上であるか否かを検出する。そして、９０％以上である場合にはステップＳ１５に進み、コンプレッサ１の動作を停止させ、安全機能を動作させる。一方、減圧弁９の開度が９０％より小さい場合にはステップＳ１６に進み、減圧弁９が増大するように調整することにより、減圧弁９の上流側の圧力を低くし、冷媒温度が低下するように補正する。
【００５２】
次に、前記車外用ブロア５の送風量制御処理について説明する。
この車外用ブロア送風量制御処理では、図４に示すように、まず、ステップＳ１１−１で、現状の車両速度を読み込む。
【００５３】
ついで、ステップＳ１１−２で、車両速度が規定速度（４０ｋｍ／ｈ）以上であるか否かを検出する。そして、規定速度以上である場合にはステップＳ１１−３に進み、車外用ブロア５の動作を停止させてリターンする。一方、規定速度より遅い場合にはステップＳ１１−４に進む。
【００５４】
ステップＳ１１−４では、車外温度センサ６により車外の車外温度Ｔｇを検出した後、ステップＳ１１−５で、車外側熱交換器４の出口側の冷媒温度Ｔgcoと車外温度Ｔｇとの温度差が３℃以下であるか否かを検出する。そして、３℃以下である場合にはステップＳ１１−６に進み、３℃より大きい場合にはステップＳ１１−７に進む。
【００５５】
ステップＳ１１−６では、車外側熱交換器４の出口側の冷媒圧力Ｐhgoが予め設定した限界温度近傍となる１４ＭＰａより小さいか否かを検出する。そして、冷媒圧力Ｐhgoが１４ＭＰａより小さい場合には前記と同様のステップＳ１１−３に進み、冷媒圧力Ｐhgoが１４ＭＰａ以上である場合には後述するステップＳ１１−９に進む。
【００５６】
また、ステップＳ１１−７では、車外側熱交換器４の出口側の冷媒温度Ｔgcoと車外温度Ｔｇとの温度差が５℃以下であるか否か、即ち、温度差が５℃より大きく、５℃以下であるか否かを検出する。そして、５℃以下である場合にはステップＳ１１−８に進み、５℃より大きい場合にはステップＳ１１−１０に進む。
【００５７】
ステップＳ１１−８では、前記と同様に冷媒圧力Ｐhgoが予め設定した１４ＭＰａより小さいか否かを検出する。そして、冷媒圧力Ｐhgoが１４ＭＰａより小さい場合にはテップＳ１１−９に進み、車外用ブロア５による送風量を弱風量で動作させてリターンする。一方、冷媒圧力Ｐhgoが１４ＭＰａ以上である場合には後述するステップＳ１１−１０に進み、車外用ブロア５による送風量を強（最大）風量で動作させてリターンする。
【００５８】
このように、本実施形態の車両用空調装置では、第１冷媒温度センサ７によって検出した車外側熱交換器４の出口側の冷媒温度Ｔgcoに基づいて、直接、冷媒圧力Ｐhgoを調整制御するのではなく、検出した冷媒温度Ｔgcoと内部熱交換器１８による熱交換能力ＱIhexに基づいて減圧弁９の入り口側の冷媒温度Ｔviを演算する。そして、その演算した冷媒温度Ｔviに基づいて冷媒の目標圧力Ｐhthを設定し、実際の冷媒圧力Ｐhgoと比較して減圧弁９の開度を調整することにより、冷媒圧力を調整する。
【００５９】
そして、前記減圧弁９の入り口側の冷媒温度Ｔviは、図８に示すように、超臨界域での等温線の勾配が小さくなる部分であるため、車外側熱交換器４の出口側における目標圧力Ｐhthを正確に演算して設定できる。そのため、安定した制御を行うことができ、高効率な冷凍サイクルを実現できる。
【００６０】
また、本実施形態では、前記コンプレッサ１の吸入側の冷媒温度Ｔsucを検出し、その検出温度に基づいて内部熱交換器１８での実際の熱交換能力ＱIhexを演算し、その熱交換能力ＱIhexに補正（ステップＳ１０）して減圧弁９の入り口側の冷媒温度Ｔviを演算するため、その演算精度を向上できる。
【００６１】
また、本実施形態では、車外温度Ｔｇに基づいて車外用ブロア５による送風量を調整するため、車外側熱交換器４での冷媒の放熱量（熱交換効率）を微細に調整できる。そのため、車外側熱交換器４の機能を十分に発揮させることができ、該車外側熱交換器４として小型のものを適用できる。また、車外側熱交換器４の出口側に設けた冷媒温度検出手段は、車外用ブロア５の制御と、減圧弁９の入り口側の冷媒温度を検出するための２つの役割をなすため、冷媒温度を検出するための手段を増設する必要はなく、コストダウンを図ることができる。
【００６２】
また、車外側熱交換器４の出口側の冷媒圧力が各構成部品の限界温度となる圧力値以上である場合、前記車外用ブロア５による送風量を増大するように調整する。しかも、この圧力の条件に加えて車外用ブロア５による送風量が最大である場合、前記減圧弁９が増大するように調整する。そのため、冷媒圧力を効率的に低下させることができ、冷媒圧力が上昇し過ぎることにより、安全機能が動作して冷凍サイクルが停止することを抑制できる。その結果、コンプレッサ１が一時的に停止するという断続運転の回数を低減でき、エアコンをより長期にわたって動作させることができるため、快適な空調状態を長時間維持できるとともに、信頼性の向上を図ることができる。
【００６３】
また、前記冷媒圧力および車外ブロアによる送風量の条件に加え、前記減圧弁９の開度が所定値以上である場合には、前記コンプレッサ１の動作を停止させ、安全機能を動作させるため、冷凍サイクルの冷媒温度が各構成部品の耐熱温度を越えることを防止できる。その結果、耐熱温度が高い構成部品を適用することによるコストアップを防止できる。
【００６４】
また、本実施形態では、車両走行速度に応じて前記車外用ブロア５をの動作を調整し、車外用ブロア５を動作させても冷房能力は向上しない速度では、車外用ブロア５の動作を停止させるため、無駄な電力消費を防止するとともに、高効率な冷凍サイクルを実行できる。
【００６５】
図５および図６は第２実施形態の車両用空調装置に搭載した制御手段による制御を示す。この第２実施形態では、車内温度を検出する車内温度センサ（図示せず）が設けられている。
【００６６】
第２実施形態の制御装置１９は、第１実施形態と同様に、演算した減圧弁９の入り口側の冷媒温度Ｔvi基づいて、前記車外側熱交換器４の出口側での冷媒圧力Ｐhgoの第１目標値Ｐhth1を設定する。また、前記車外側熱交換器４の出口側の冷媒温度Ｔgcoに基づいて、前記車外側熱交換器４の出口側での冷媒圧力Ｐhgoの第２目標値Ｐhth2を設定する。さらに、実際の車内温度とユーザが設定した空調の設定温度とから車内の冷房能力を演算する。そして、その冷房能力が十分であると判断した場合に前記第１目標値Ｐhth1を目標圧力Ｐhthとして設定する一方、冷房能力が不足していると判断した場合に前記第２目標値Ｐhth2を目標圧力Ｐhthとして設定し、減圧弁９の開度を調整するようにした点で大きく相違している。なお、前記第２目標値は、第１目標値より圧力ＭＰａが高い。
【００６７】
次に、第２実施形態の制御装置１９による制御について具体的に説明する。
この第２実施形態では、まず、第１実施形態と同様に、ステップＳ１０１で、車外側熱交換器４における出口側の冷媒圧力Ｐhgoを検出した後、ステップＳ１０２で、冷媒温度Ｔgcoを検出する。
【００６８】
ついで、ステップＳ１０３で、前記冷媒温度Ｔgcoに基づいて第２目標値Ｐhth2を設定する。ここで、この第２目標値Ｐhth2は、下記の数（６）に前記冷媒温度Ｔgcoを代入することにより演算される。
【００６９】
【数６】
Ｐhth2＝6×10^-5Ｔgco³−0.0072Ｔgco²＋0.2989Ｔgco＋6.5536 …（６）
【００７０】
第２目標値Ｐhth2を演算して設定すると、第１実施形態と同様に、ステップＳ１０４で、内部熱交換器１８における理論上の熱交換能力ＱIhexを読み込んだ後、ステップＳ１０５で、減圧弁９における入り口側の冷媒温度Ｔviを演算する。
【００７１】
その後、ステップＳ１０６で、第１実施形態と同様に冷媒温度Ｔviに基づいて車外側熱交換器４における出口側の第１目標値Ｐhth1を演算して設定する。
【００７２】
ついで、ステップＳ１０７で、設定した目標値Ｐhth1，Ｐhth2のうち、いずれを目標圧力Ｐhthとして設定するかの判定処理を行う。
【００７３】
目標圧力Ｐhthを判定して設定すると、ステップＳ１０８で、目標圧力Ｐhthと実際の冷媒圧力Ｐhgoが一致するか否かを検出し、これらが一致しない場合にはステップＳ１０９に進み、図３に示すステップＳ１０に進む。
【００７４】
ステップＳ１０９では、目標圧力Ｐhthが実際の冷媒圧力Ｐhgoより大きいか否かを検出し、目標圧力Ｐhthが実際の冷媒圧力Ｐhgoより大きい場合にはステップＳ１１０に進み、減圧弁９の開度が増大するように調整してステップＳ１０に進む。一方、目標圧力Ｐhthが実際の冷媒圧力Ｐhgoより小さい場合にはステップＳ１１１に進み、減圧弁９の開度が減少するように調整してステップＳ１０に進む。
【００７５】
次に、前記ステップＳ１０７の目標圧力判定処理について説明する。
この判定処理では、図６に示すように、まず、ステップＳ１０７−１で、車内温度センサによって車内温度を検出した後、ステップＳ１０７−２で、ユーザが設定した空調の設定温度を読み込んだ後、ステップＳ１０７−３に進む。
【００７６】
ステップＳ１０７−３では、前記車内温度と設定温度の温度差によって冷房能力を演算した後、ステップＳ１０７−４で、その温度差が５℃以下であるか否かを検出する。そして、５℃以下である場合、即ち、冷房能力が十分であると判断した場合にはステップＳ１０７−５に進み、第１目標値Ｐhth1を目標圧力Ｐhthとして設定してリターンする。一方、５℃以下でない場合、即ち、冷房能力が不足していると判断した場合にはステップＳ１０７−６に進み、第２目標値Ｐhth2を目標圧力Ｐhthとして設定してリターンする。
【００７７】
このように、第２実施形態の車両用空調装置では、第１実施形態と同様に、車外側熱交換器４の出口側における目標圧力を正確に設定でき、その目標圧力と実際の冷媒圧力と比較して減圧弁９の開度を調整するため、安定した制御を行うことができ、高効率な冷凍サイクルを実現できる。しかも、車内の実際の冷房能力に基づいて冷房能力が十分である場合と不足している場合とで目標圧力の値を変更するため、冷房能力とエネルギー効率（ＣＯＰ）との両方の機能を兼ね揃えたバランスのよい空調を実現できる。
【００７８】
なお、この第２実施形態では、図７に示すように、車内温度と設定温度との温度差が０℃以下の場合には第１目標値Ｐhth1を目標圧力Ｐhthとして設定し、温度差が１０℃以上の場合には第２目標値Ｐhth2を目標圧力Ｐhthとして設定する。そして、温度差がその間である場合には、前記第１目標値Ｐhth1から第２目標値Ｐhth2の間で可変的に設定してもよい。このようにすれば、より細かい圧力調整が可能になるため、冷房能力とエネルギー効率（ＣＯＰ）のバランスを更に良好な状態に調整できる。
【００７９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の車両用空調装置は、冷媒温度検出手段によって検出した車外側熱交換器の出口側の冷媒温度に基づき、直接、冷媒圧力を調整制御するのではなく、検出した冷媒温度と内部熱交換器による熱交換能力に基づいて減圧弁の入り口側の冷媒温度を演算する。そして、その演算した減圧弁の入り口側での冷媒温度に基づいて冷媒の目標圧力を設定し、実際の冷媒圧力と比較して減圧弁の開度を調整することにより、冷媒圧力を補正する。
【００８０】
そして、前記減圧弁の入り口側の冷媒温度は、超臨界域での等温線の勾配が小さくなる部分であるため、車外側熱交換器の出口側における目標圧力も正確に設定できる。そのため、安定した制御を行うことができ、高効率な冷凍サイクルを実現できる。
【００８１】
また、前記車外の温度を検出する車外温度検出手段を設け、車外側熱交換器の出口側の冷媒温度と、車外温度に基づいて前記車外用ブロアによる送風量を調整するように構成しているため、車外側熱交換器での冷媒の放熱量（熱交換効率）を微細に調整できる。そのため、車外側熱交換器の機能を十分に発揮させることができ、該車外側熱交換器として小型のものを適用できる。また、車外側熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段は、車外用ブロアの制御と、減圧弁の入り口側の冷媒温度を検出するための２つの役割をなすため、冷媒温度を検出するための手段を増設する必要はなく、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。
【図２】第１実施形態の制御装置による制御を示すフローチャートである。
【図３】図２の続きのフローチャートである。
【図４】図３の車外用ブロアによる送風量の制御処理を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態の制御装置による制御を示すフローチャートである。
【図６】図５の目標圧力判定処理を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態の変形例を示すグラフである。
【図８】各構成部品に於ける冷媒のエンタルピと圧力の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…コンプレッサ、２…オイルセパレータ、４…車外側熱交換器、５…車外用ブロア、６…車外温度センサ、７…第１冷媒温度センサ、８…冷媒圧力センサ、９…減圧弁、１０…車内側熱交換器、１１…空調ユニット、１６…アキュムレータ、１７…第２冷媒温度センサ、１８…内部熱交換器、１９…制御装置。

Claims

コンプレッサから吐出させた超臨界流体からなる冷媒を、車外側熱交換器で放熱させ、減圧弁で減圧し、車内側熱交換器で気化させた後、前記コンプレッサに戻すように循環させる冷凍サイクルを備え、前記各構成部品を制御手段で制御する車両用空調装置において、
前記車外側熱交換器と減圧弁との間の冷媒と前記車内側熱交換器とコンプレッサとの間の冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、前記車外側熱交換器の出口側の冷媒圧力を検出する冷媒圧力検出手段と、前記車外側熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段とを設け、
前記制御手段は、前記内部熱交換器による熱交換能力および前記車外側熱交換器の出口側の冷媒温度を含む諸条件に基づいて前記減圧弁の入り口側の冷媒温度を演算するとともに、この冷媒温度に基づいて前記車外側熱交換器の出口側での冷媒の目標圧力を設定し、
前記目標圧力と前記冷媒圧力検出手段により検出した実際の冷媒圧力に応じて前記減圧弁の開度を調整するようにしたことを特徴とする車両用空調装置。
コンプレッサから吐出させた超臨界流体からなる冷媒を、車外側熱交換器で放熱させ、減圧弁で減圧し、車内側熱交換器で気化させた後、前記コンプレッサに戻すように循環させる冷凍サイクルを備え、前記各構成部品を制御手段で制御する車両用空調装置において、
前記車外側熱交換器と減圧弁との間の冷媒と前記車内側熱交換器とコンプレッサとの間の冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、前記車外側熱交換器の出口側の冷媒圧力を検出する冷媒圧力検出手段と、前記車外側熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段と、車内の温度を検出する車内温度検出手段とを設け、
前記制御手段は、前記内部熱交換器による熱交換能力および前記車外側熱交換器の出口側の冷媒温度を含む諸条件に基づいて前記減圧弁の入り口側の冷媒温度を演算し、この冷媒温度に基づいて前記車外側熱交換器の出口側での冷媒圧力の第１目標値を設定するとともに、前記車外側熱交換器の出口側の冷媒温度に基づいて前記車外側熱交換器の出口側での冷媒圧力の第２目標値を設定し、かつ、実際の車内温度と設定温度とから車内の冷房能力を演算し、
前記冷房能力が十分であると判断した場合に前記第１目標値を目標圧力として設定する一方、冷房能力が不足していると判断した場合に前記第２目標値を目標圧力として設定し、
前記目標圧力と前記冷媒圧力検出手段により検出した実際の冷媒圧力に応じて前記減圧弁の開度を調整するようにしたことを特徴とする車両用空調装置。
前記制御手段は、前記目標圧力を、前記車内温度と設定温度の差に基づいて前記第１目標値から第２目標値の間で可変的に設定するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
前記制御手段は、前記減圧弁の入り口側の冷媒温度を演算する際に、コンプレッサによる冷媒循環量を諸条件として含むようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
前記コンプレッサの吸入側の冷媒温度を検出する第２冷媒温度検出手段を設け、
前記制御手段は、前記第２冷媒温度検出手段による検出温度に基づいて前記熱交換能力を補正するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
前記車外側熱交換器は冷却用の車外用ブロアを備え、前記車外の温度を検出する車外温度検出手段を設け、
前記制御手段は、前記冷媒温度検出手段により検出した車外側熱交換器の出口側の冷媒温度と、前記車外温度検出手段により検出した車外温度に基づいて前記車外用ブロアによる送風量を調整するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
前記制御手段は、車外側熱交換器の出口側の冷媒圧力が所定の圧力値以上である場合、前記車外用ブロアによる送風量を増大させるように調整するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の車両用空調装置。
前記制御手段は、車外側熱交換器の出口側の冷媒圧力が所定の圧力値以上で、かつ、車外用ブロアによる送風量が最大である場合、前記減圧弁の開度を増大させるように調整するようにしたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の車両用空調装置。
前記制御手段は、車外側熱交換器の出口側の冷媒圧力が所定の圧力値以上で、車外用ブロアによる送風量が最大で、かつ、前記減圧弁の開度が所定値以上である場合、前記コンプレッサの動作を停止するようにしたことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
前記制御手段は、車両走行速度に応じて前記車外用ブロアによる送風量を調整するようにしたことを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
前記冷媒はＣＯ_２であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の車両用空調装置。