JPH01208677A - 冷凍サイクル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷凍サイクルにおける膨張弁の開度を電気的
に制御する制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より、冷媒圧縮機、冷媒凝縮器（コンデンサ）、受
液器（レシーバ）、膨張弁、冷媒蒸発器（エバポレータ
）からなる冷凍サイクルにおいて、膨張弁の開度を電気
的に制御し、エバポレータにおける冷媒の過熱度を適正
に制御しようとするものが知られている。（特開昭５７
−１０４０６７号公報） そして、従来のような膨張弁制御では、冷房負荷が低下
した場合のエバポレータのフロストを防止するために、
圧縮機の断続制御、あるいはエバポレータの蒸発圧力を
一定値に保っＥＰＲ弁による蒸発圧力制御が必要であっ
た。

しかしながら、圧縮機の断続制御を行うと、冷凍サイク
ルが停止されるため空調フィーリングが悪くなり、また
車両用の冷凍サイクルにおいては圧縮機の断続に伴って
車速変動などが生じ走行フィーリングを悪くすることに
なる 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は上述のごとき課題に鑑み、膨張弁の開度制御に
よってエバポレータのフロストを防止し、圧縮機の断続
回数を低減し、空調フィーリング、走行フィーリングの
改善を図ることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

そこで本発明は、上記目的を達成するために、第８図に
示すごとき構成の蒸発器に流入する冷媒量を制御する膨
張弁を備える冷凍サイクルの制御装置であって、前記膨
張弁の開度を電気信号により調節可能に構成した冷凍サ
イクル制御装置において、 前記蒸発器がフロストする状態にあるという条件を判定
する判定手段と、 前記判定手段において、前記条件が判定されないとき前
記膨張弁の開度を前記蒸発器における冷媒過熱度に基づ
いて制御する第１の制御手段と、前記判定手段において
、前記条件が判定されたとき前記膨張弁の開度を前記蒸
発器における冷媒の蒸発温度もしくは蒸発圧力に基づい
てフロストを防止するように制御する第２の制御手段と
を備える冷凍サイクル制御装置という技術的手段を採用
する。

〔作用および発明の効果］ 本発明の構成によると、冷凍サイクルの膨張弁の開度は
蒸発器にフロストが発生しないような条件下では、蒸発
器における冷媒過熱度に基づいて制御され、蒸発器にフ
ロストが発生するような条件下では、蒸発器における冷
媒の蒸発温度もしくは蒸発圧力に基づきフロストを防止
するように制御される。

このため、従来のフロスト防止のための圧縮機の断続制
御、あるいはＥＰＲ弁を用いずに蒸発器のフロストを防
止することができ、圧縮機の断続による冷凍サイクルの
停動に伴う吹出空気温度の変動を抑えて空調フィーリン
グを改善し、また車両にあっては圧縮機の断続に伴う車
速変動を抑えて走行フィーリングを改善することができ
る。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は本発明を自動車空調用冷凍サイクルに適用した
実施例を示すものであって、１０はコンプレッサで、電
磁クラッチ１１を介して自動車エンジンＩ２により駆動
される。

コンプレッサ１０の吐出側にはコンデンサ１３が接続さ
れており、このコンデンサ１３はコンプレッサ１０から
吹出されたガス冷媒を冷却用ファン１４によって送風さ
れる冷却空気により冷却して成縮する。冷却ファン１４
はモータ１４ａにより駆動される。

コンデンサ１３の下流側には、液冷媒を溜めるレシーバ
１５を介して電気式膨張弁１６が接続されている。この
膨張弁１６はその弁開度が電気的に制御されるものであ
って、レシーバ１５からの液冷媒を減圧膨張させる。

電気式膨張弁１６の下流側には蒸発器１７が接続されて
おり、この蒸発器１７、は膨張弁１６を通過した気液２
相冷媒と送風ファン１８によって送風される車室内又は
車室外空気とを熱交換して液冷媒を蒸発させる。冷媒の
蒸発潜熱により冷却された冷風は、ヒータユニット２４
を介して車室内へ吹出ス。ヒータユニット２４には、周
知のごとくエンジン冷却水を熱源とするヒータコア２４
１、このヒータコア２４１を通過して加熱される温風と
ヒータコア２４１のバイパス路２４２を通過する冷風の
風量割合を調節して車室内への吹出空気温度を調節する
温度制御ダンパ２４３等が内蔵されている。蒸発器１７
の下流側はコンプレッサ■０の吸入側に接続されている
。

２０は蒸発器１７の入口配管部に設置され、蒸発器入口
側の冷媒温度Ｔ、を検出する冷媒温センサである。検出
信号が入力される入力回路２２ａと、この入力回路２２
ａからの入力信号に基づいて所定の演算処理を行うマイ
クロコンピュータ２２ｂと、このマイクロコンピュータ
２２ｂの出力信号に基づいて電磁クラッチ１１、電気式
膨張弁１６への通電を制御する出力回路２２ｃとを有し
ている。

入力回路２２ａはアナログ信号をディジタル信号に変換
するＡ−Ｄ変換器等を内蔵しており、また出力回路２２
ｃは、負荷を駆動するリレー回路等を内蔵している。

一方、マイクロコンピュータ２２ｂは、単一チップのＬ
ＳＩからなるディジタルコンピュータにより形成されて
おり、定電圧回路（図示しない）、中央処理装置（以下
ＣＰＵと称する）、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）　、クロ
ック回路等を備えており、これらｃｐｕ、メモリ　（Ｒ
ＯＭ、ＲＡＭ）、クロック回路はパスラインを介して互
いに接続されている。マイクロコンピュータ２２ｂのメ
モリ（ＲＡＭ）は入力回路２２ａからの各ディジタル信
号を受けて一時的に記憶し、これら各信号をＣＰＵに選
択的に付与する。マイクロコンピュータ２２ｂのクロッ
ク回路は、水晶発振器と協働して所定周波数を有するク
ロック信号を発止し、これに基づいてマイクロコンピュ
ータ２２ｂにおける所定の制御プログラムの実行を許容
する。

マイクロコンピュータ２２ｂのメモリ（ＲＯＭ）内には
、後述するような演算処理をマイクロコンピュータ２２
ｂ内にて実行するために前記所定の制御プログラムが予
め記憶されている。

第２図は電気式膨張弁１６の具体的構造を例示するもの
であって、１６０はヘース部材で、その一端側に冷媒入
口通路１６１を有し、他端側に冷媒出口通路１６２を有
している。１６３は非磁性体からなる円筒状部材で、冷
媒を減圧膨張させる２つの弁孔１６３ａ、１６３ｂは対
称位置に開口している。１６４は円筒部材１６３の円周
に摺動自在に挿入された磁性体製のプランジャであり、
励磁コイル１６６に通電しない状態ではコイルスプリン
グ１６５により押圧されて最下端の位置にあって、２つ
の弁孔１６３ａ、１６３ｂをプランジャ１６４の側面に
より全閉している。

１６７はプランジャ１６４に対向設置された磁極部材で
、円筒状ヨーク１６Ｂの上端に固定されている。１６９
は上記部材１６４，１６７．１６８とともに励磁コイル
１６６の磁気回路を構成する磁性端板である。励磁コイ
ル１６６に通電すると、プランジャ１６４と固定磁極部
材１６７との間に磁気吸引力が生じ、プランジャ１６４
はコイルスプリング１６５のばね力に抗して固定磁極部
材１６７に吸着され、弁孔１６３ａ、１６３ｂをプラン
ジャ外周のリング状溝１６４ａにより全開する。従って
、励磁コイル１６６にパルス波形の電圧を印加すること
によりプランジャ１６４が連続的に往復動して、弁孔１
６３ａ、１６３ｂの開閉を連続的に繰り返す。そして、
励磁コイル１６６へのパルス波形入力電圧のデユーティ
比（所定周期におけるオン−オフの比率）を変えること
により、弁孔１６３ａ、１６３ｂの開閉比率が変化して
、冷媒流量を調節できる。つまり、励磁コイル１６６へ
の入力電圧のデユーティ比を変えることにより、膨張弁
１６の弁開度を実質的に調節できる。

なお、本例では、電気式膨張弁１６として上記のごとく
プランジャ１６４が連続的に往復動して、弁孔１６３ａ
、１６３ｂの開閉を連続的に繰返すデユーティ制御のも
のについて説明したが、プランジャ１６４の変位量をサ
ーボモータ等により連続的に変え、それにより弁開度を
調節するリニア制御のものでも使用できる。

〔実施例〕

次にこの実施例による膨張弁１６の制御を第３図、第４
図のフローチャートを用いて説明する。

エアコンスイッチ（図示しない）をＯＮすることにより
制御回路２２のマイクロコンピュータは制御プログラム
の実行を開始する。

まず、ステップ３００から開始される。次にステップ３
０１で初期条件の設定を行う。ここでは、−例として目
標スーパーヒート５ＨＯ１す７７”　ＩＪングタイムθ
、ＰＩＤ制御定数の比例ゲインＫｐ、積分時間Ｔｉ、微
分時間Ｔｄ、起動時の電気式膨張弁駆動デユーティ比Ｄ
Ｔｏおよび蒸発器１７のフロスト限界を示す設定入口冷
媒温度ＴＥｏを設定する。

ステップ３０２で電磁クラッチ１１を接続し、冷凍サイ
クルを起動する。ステップ３０３で蒸発器１７の入口冷
媒温ＴＥ、蒸発器１７の出口冷媒温ＴＲ，エンジン１２
の回転数Ｎ２を検出する。

ステップ３０４では、入口冷媒温Ｔえがステップ３０１
にて設定した設定入口冷媒温ＴＥＯより低いか否か、す
なわちフロストが発生するか否かの判定を行う。

ここで、ＴえがＴｔＯよりも大きい場合は、ステップ３
０５に進み、Ｔ　ＲＴ　Ｅの演算を行って、実際のスー
パーヒートＳＨを算出する。そして３０６で目標スーパ
ーヒー）ＳＨＯと実際のスーパーヒートＳＨとの偏差ｅ
、＝ＳＨ−３ＨＯを算出する。

一方、ステップ３０４でＴｔがＴＥＯ（例えば０°Ｃ）
以下の場合には、ステップ３１０に進み偏差ｅ７を設定
入口冷媒温Ｔ、０と入口冷媒温Ｔ１との差（Ｔ）：　Ｏ
ＴＥ　）として３γ出する。

ステップ３０６、またはステップ３１０から、ステップ
３０７に進み、偏差ｅ７に応じて電気代膨張弁開度ＤＴ
、を決定する。ここでは下式〇ＰＩＤ制御式によりＤＴ
ｎを算出する。

ＤＴｆｉ＝ＤＴｎ−１十Ｋ　ｐ（（ｅ＋＋　　ｅｎ−１
）　＋ステップ３０８で変数の置換えを行い、ステップ
３０３に戻る。

また、第４図に示す割込み処理（ステップ４００〜４０
２）により電気式膨張弁１６をステップ３０７で算出さ
れた弁開度ＤＴ、に駆動する。以上に述べたフローチャ
ートにより電気式膨張弁１６の開度が制御される。

この結果、この実施例の制御装置２２は、通常は（フロ
ストが発生しないような負荷条件）蒸発器１７における
スーパーヒートＳＨを目標値ＳＨＯにするように膨張弁
１Ｇの開度を制御しており、冷房負荷が小さくなったと
きには、スーパーヒート制御をやめ、蒸発器１７０人口
冷媒温Ｔ、を設定冷媒温ＴＥＯにするように、膨張弁１
６の開度制御を行う。これＱこより、高負荷はもちろん
低負荷においても従来のように、電磁クラッチ１１を断
続制御する必要がなくなり、断続ショックをなくし、走
行フィーリングを改善するとともに、吹出温度変動を小
さ（できるために冷房フィーリングの向上が図れる。

また、従来のＥＰＲなしに電気式膨張弁だけでフロスト
制御も行なえるというメリットがある。

なお、以上に説明した実施例では冷房負荷が低い際には
蒸発器１７における冷媒の蒸発温度Ｔ。

を一定に保つように膨張弁開度を制御したが、低圧側配
管に設けた圧力センサにより、蒸発圧力Ｐ。

を一定に保つように膨張弁開度を制御してもよい。

また、この蒸発温度ＴＥの設定値Ｔ、Ｏ２あるいは蒸発
圧力ＰＩの設定値ＰＥＯがエンジン回転数ＮＥＣコンプ
レッサ回転数）により変化するようにしてもよく、エン
ジン回転数Ｎｔに比例するようにしてもよい。

また、第１図に示すコンプレッサ１０に可変容量型のコ
ンプレッサを用い、この可変容量コンプレッサの容量が
冷房負荷に応じて制御されるように構成する一方、可変
容量コンプレッサの容量が最小容量にあるにもかかわら
ず、なお、蒸発器１７がフロストするような条件となっ
た場合に、蒸・光温度、もしくは蒸発圧力を一定にする
ように膨張弁の開度を制御してもよい。

以下、このような他の実施例を第５図、第６図に基づい
て説明する。

なお、第５図において、第１図に示した実施例と同構成
については同符号を付したので説明は省略する。

この実施例では、大容量、中容量、小容量の３段階切換
が可能な可変容量コンプレッサ１９を用いる。この可変
容量コンプレッサ１９としては、種々の型式のものを用
いることができる。１９ａは可変容量コンプレッサ１９
の容量を変化させる可変容量アクチュエータである。

さらに、蒸発器１７の出口側配管には、圧力センサ２５
が設けられ、蒸発器１７の蒸発圧力ＰＥが検出される。

また、蒸発器１７の通風方向下流側には、蒸発器１７に
より冷却された空気温度ＴＡを検出する温度センサ２６
が設けられる。

そしてこれらのセンサからの信号は、制御回路２７に入
力される。

第６図は制御回路２７の作動を説明するフローチャート
である。

まず、ステップ６０１において初期設定がされ、ステッ
プ６０２において各センサからの信号が入力される。

ステップ６０３では空気温度（エバ復温）ＴＡに基づい
て圧縮機容量■が決定される。

そして、ステップ６１１では、上記ステップ６０３で決
定された容量に可変容量コンプレッサ１９の容量を制御
すべ（、可変容量アクチュエータ１９ａに制御出力がな
される。

次に、ステップ６０４および６０５において、圧縮機容
量が小容量であり、しかも蒸発器出口圧力ＰＥが所定値
Ｐ、Ｏ以下であること（フロストの可能性があること）
が判定される。

上記ステップ６０４および６０５の条件を満たさないと
きは、ステップ６０６から６０８により、スーパーヒー
トＳＨを所定（ｆ　Ｓ　ＨＯにするような膨張弁の開度
が決定される。

一方、上記ステップ６０４および６０５の条件が満たさ
れるとき、ステップ６０９、ステップ６１０により、蒸
発圧力Ｐ、を所定値Ｐ、Ｏにするような膨張弁の開度が
決定される。なお、この所定値ＰＥＯは、第７図に示す
ごとくエンジン回転数Ｎ、に応じて変化するように構成
されている。

そしてステップ６１２では、ステップ６０８またはステ
ップ６１０で決定された開度に膨張弁１６を制御すべく
、駆動信号（デユーティ信号）が出力される。

この実施例では、コンプレッサが小容量でかつ蒸発器１
７がフロストする状態にあるときはこの蒸発器１７にお
ける冷媒の蒸発圧力Ｐ、を所定値ＰＥＯにするように膨
張弁１６の開度を制御したが１．上述の一実施例と同様
に空調フィーリングの改善、および走行フィーリングの
改善を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した一実施例の構成図、第２図は
膨張弁の構造を示す断面図、第３図、第４図は本発明を
適用した一実施例の作動を示すフローチャート、第５図
は本発明を適用した他の実施例の構成図、第６図は本発
明を適用した他の実施例の作動を示すフローチャート、
第７図は他の実施例における冷媒圧力ＰＥＯとエンジン
回転数Ｎ、との特性を示すグラフ、第８図は本発明の構
成を示すブロック図である。 １０・・・コンプレッサ、１３・・・コンデンサ、１５
・・・レシーバ、１６・・・膨張弁、１７・・・蒸発器
、１９・・・可変容量コンプレッサ、２０．２１・・：
冷媒温度センサ、２２・・・制御回路、２５・・・冷媒
圧センサ。 ２６・・・空気温度センサ、２７・・・制御回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　蒸発器に流入する冷媒量を制御する膨張弁を備
   える冷凍サイクルの制御装置であって、前記膨張弁の開
   度を電気信号により調節可能に構成した冷凍サイクル制
   御装置において、 前記蒸発器がフロストする状態にあるという条件を判定
   する判定手段と、 前記判定手段において、前記条件が判定されないとき前
   記膨張弁の開度を前記蒸発器における冷媒過熱度に基づ
   いて制御する第１の制御手段と、前記判定手段において
   、前記条件が判定されたとき前記膨張弁の開度を前記蒸
   発器における冷媒の蒸発温度もしくは蒸発圧力に基づい
   てフロストを防止するように制御する第２の制御手段と
   を備えることを特徴とする冷凍サイクル制御装置。
2. （２）　蒸発器に流入する冷媒量を制御する膨張弁を備
   える冷凍サイクルの制御装置であって、前記膨張弁の開
   度を電気信号により調節可能に構成した冷凍サイクル制
   御装置において、 前記蒸発器における冷媒の蒸発温度もしくは蒸発圧力が
   所定値よりも高いという条件を判定する判定手段と、 前記判定手段において前記条件が判定されたとき、前記
   蒸発器における冷媒過熱度を所定値に制御するように前
   記膨張弁の開度を制御する第１の制御手段と、 前記判定手段において前記条件が判定されないとき、前
   記蒸発温度もしくは蒸発圧力を所定値に制御するように
   前記膨張弁の開度を制御する第２の制御手段と を備えることを特徴とする冷凍サイクル制御装置。
3. （３）　蒸発器に流入する冷媒量を制御する膨張弁と、
   圧縮容量が可変な可変容量圧縮機とを備える冷凍サイク
   ルの制御装置であって、前記膨張弁の開度を電気信号に
   より調節可能に構成した冷凍サイクル制御装置において
   、 前記可変容量圧縮機の圧縮容量が所定容量よりも小さく
   、しかも前記蒸発器がフロストする状態にあるという条
   件を判定する判定手段と、 前記判定手段において、前記条件が判定されないとき、
   前記膨張弁の開度を前記蒸発器における冷媒過熱度に基
   づいて制御する第１の制御手段と、前記判定手段におい
   て、前記条件が判定されたとき前記膨張弁の開度を前記
   蒸発器における冷媒の蒸発温度もしくは蒸発圧力に基づ
   いてフロストを防止するように制御する第２の制御手段
   と、を備えることを特徴とする冷凍サイクル制御装置。