JPH04292747A - 空調装置の運転制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可変容量型圧縮機を用
いた空調装置の運転制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば車両用空調装置において、可変容
量型圧縮機を用いた空調装置が実用化されている。この
可変容量型圧縮機は吐出容量（以下、単に容量という）
を連続可変することができるので、熱負荷に応じて冷房
能力を調節することができ、圧縮機の頻繁な断続を回避
することができる。

【０００３】一方、従来の空調装置では圧縮機が冷媒液
を吸入するのを防止するために、膨張弁を制御して、圧
縮機が吸入する冷媒の過熱度を通常、一定値に制御して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】空調装置の冷房運転の
重要な目的の一つは、その冷房効率（吸熱能力／消費動
力比、Ｑ／Ｐ比）の改善である。特に、空調装置に大動
力を割り当てると車両運転フィ−リングの低下や排気ガ
ス排出量増大が問題となり、特に小型車両用空調装置で
はこの問題は切実である。可変容量型圧縮機を用いても
、熱負荷に合わせた容量調節効果及びそれによる動力調
節効果は得られるが、更なる冷房効率の向上が要望され
ている。

【０００５】本発明は、上記問題に鑑みなされたもので
あり、冷房効率の一層の向上が可能な空調装置の運転制
御装置を提供することを、その第１の課題としている。 また、空調装置の冷房運転起動時に室温が大幅に上昇し
ていることが少なからずあり、そのために冷房運転起動
時に大きな冷房能力を発生させることも重要な問題であ
る。空調装置を大型化して冷房能力の増大を図ることは
容易ではあるが、駆動力、価格、重量、スペ−スなどが
増加する欠点がある。

【０００６】本発明は、上記問題に鑑みなされたもので
あり、冷房能力の増大が可能な空調装置の運転制御装置
を提供することを、その第２の課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１発明の空調装置の運
転制御装置は、可変容量型圧縮機、膨張弁を備える空調
装置において、各部状態を検出する状態検出手段と、検
出された各部状態から発生可能な冷房能力を決定する冷
房能力決定手段と、上記冷房能力を発生する冷凍サイク
ル条件における圧縮機吸入ガスの圧力及び過熱度を決定
する圧力、過熱度決定手段と、上記圧力及び過熱度を実
現するために可変容量型圧縮機の容量及び膨張弁の開度
を制御する運転制御手段とを備えることを特徴としてい
る。

【０００８】第２発明の空調装置の運転制御装置は、可
変容量型圧縮機、膨張弁を備える空調装置において、各
部状態を検出する状態検出手段と、検出された各部状態
から発生可能な冷房能力を決定する冷房能力決定手段と
、上記冷房能力を発生する冷凍サイクル条件の内、最高
冷房効率となる冷凍サイクル条件における圧縮機吸入ガ
スの圧力及び過熱度を決定する圧力、過熱度決定手段と
、上記圧力及び過熱度を実現するために可変容量型圧縮
機の容量及び膨張弁の開度を制御する運転制御手段とを
備えることを特徴としている。

【０００９】各部状態として、エバポレ−タ及びコンデ
ンサの吸い込み温度及び湿度、吹き出し温度、風量、１
媒ガス温度、圧力、圧縮機回転数などを用いることがで
きる。

【００１０】

【作用及び発明の効果】本発明者は、可変容量型圧縮機
を用いる空調装置における種々のシミュレ−ション及び
実験から、目標とする運転条件（例えば冷房効率又は冷
房能力）が、可変容量型圧縮機が吸入する冷媒ガスの圧
力（以下、吸入圧力という）及び過熱度（以下、吸入過
熱度という）の両方に依存することを見出した。

【００１１】この知見に基づき、第１発明では、状態検
出手段が検出した各部状態に基づいて冷房能力決定手段
が適切な冷房能力を決定し、圧力、過熱度決定手段が決
定された冷房能力を実現する冷凍サイクル条件における
吸入圧力及び吸入過熱度を決定する。そして、運転制御
手段が、可変容量型圧縮機の容量及び膨張弁の開度を制
御して上記吸入圧力及び吸入過熱度を実現し、それによ
り上記冷房能力が得られる。

【００１２】第２発明では、状態検出手段が検出した各
部状態に基づいて冷房能力決定手段が発生可能な必要冷
房能力を決定し、圧力、過熱度決定手段がこの必要冷房
能力を実現する冷凍サイクル条件の内、最高冷房効率と
なる冷凍サイクル条件における吸入圧力及び吸入過熱度
を決定する。そして、運転制御手段が、可変容量型圧縮
機の容量及び膨張弁の開度を制御して上記吸入圧力及び
吸入過熱度を実現し、それにより必要冷房能力水準にお
ける最大の冷房効率が得られる。

【００１３】以上説明したように、本発明の空調装置の
運転制御装置では、可変容量型圧縮機の容量と膨張弁の
開度を調節して、最高冷房効率又は最高冷房能力のよう
な望ましい冷凍サイクル条件における吸入圧力と吸入過
熱度を実現するサイクル制御を行うので、駆動動力の軽
減、冷房能力の増加といった効果を奏することができる
。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例を図１につい
て説明する。この実施例に用いた空調装置は車両用のも
のであって、揺動斜板式の可変容量型圧縮機１００の吸
入室３ａと吐出室３ｂとはコンデンサ２３、膨張弁２４
、エバポレ−タ２５が順次介装される冷媒ガス循環回路
２２により連結されている。

【００１５】この空調装置の運転制御装置は、空調装置
の各部状態を検出する後述のセンサ類と、制御用コンピ
ュ−タＣと、温度設定器３１とを含んでいる。上記セン
サ類としては、図示したエバポレ−タ吸い込み空気温度
兼湿度センサ３４、エバポレ−タ吹き出し空気温度セン
サ２８、圧縮機が吸入する冷媒ガスの圧力（吸入圧力）
及び過熱度（吸入過熱度）を検出する吸入冷媒センサ２
６、外気温度センサ２９、車速センサ３２、エンジン回
転数センサ３３、圧縮機吐出冷媒ガス圧力センサ３４が
ある。

【００１６】圧縮機１００について詳述すれば、シリン
ダブロック１の前後にはフロントハウジング２及びリヤ
ハウジング３が接合固定されており、シリンダブロック
１及びフロントハウジング２には回転軸４が回転可能に
支持されている。フロントハウジング２内にて回転軸４
には回転支持体５が止着されており、その後面側には支
持アーム６が突設されていると共に、支持アーム６の先
端部には長孔６ａが透設されている。長孔６ａにはピン
７がスライド可能に嵌めこまれており、ピン７には回転
駆動板８が傾斜角可変に連結支持されている。

【００１７】回転支持体５の後側にて回転軸４にはスリ
ーブ９がスライド可能に支持されているとともに押圧ば
ね１０により回転支持体５側へ押圧付勢されており、ス
リーブ９の左右両端に突設された軸ピン９ａ（一方のみ
図示）が回転駆動板８の図示しない係合孔に係合してい
る。これにより回転駆動板８が軸ピン９ａを中心に回転
軸４方向へ揺動可能なっていて、回転駆動板８の後面側
には揺動斜板１１が相対回転可能に支持されている。フ
ロントハウジング２内のクランク室２ａ、リヤハウジン
グ３内の吸入室３ａ及び吐出室３ｂを互いに接続するよ
うにシリンダブロック１に貫設されたシリンダボア１２
内のピストン１３と揺動斜板１１とがピストンロッド１
４により連結されており、回転軸４の回転運動が回転駆
動板８を介して揺動斜板１１の前後往復揺動に変換され
、ピストン１３がシリンダボア１２内を前後動し、これ
により吸入室３ａからシリンダボア１２内へ吸入された
冷媒ガスが圧縮されつつ吐出室３ｂへ吐出される。

【００１８】ピストン１３の前後面に作用するクランク
室２ａ内の圧力と吸入室３ａの圧力との差圧を変えると
、ピストン１３のストロークが変わり、圧縮容量を左右
する揺動斜板１１の傾角が変化する。すなわち、クラン
ク室２ａの圧力を変化させて容量が制御される。なお、
シリンダブロック１の下部には放圧通路１ａがクランク
室２ａと吸入室３ａとを連通するように貫設されており
、クランク室２ａ内の圧力上昇が抑制されるようになっ
ている。

【００１９】リヤハウジング３の後端突出部内には電磁
制御弁機構１５が内蔵されており、その電磁コイル１６
の励磁により押圧ばね１７に抗して吸着される弁体１８
が常には弁座１９に形成された弁孔１９ａの上部開口を
押圧ばね１７の押圧作用により閉塞している。弁孔１９
ａの上部開口には吐出室３ｂが通路２０を介して接続さ
れているとともに、弁孔１９ａの下部開口にはクランク
室２ａが通路２１を介して接続されており、電磁コイル
１６が励磁されることにより吐出室３ｂとクランク室２
ａとが通路２０、弁孔１９ａ及び通路２１からなる圧力
制御通路を介して連通する。

【００２０】膨脹弁２４は比例制御電磁弁からなり、印
加直流電圧値に比例して開度が制御される。制御コンピ
ュ−タＣは、上記各種センサ類及び温度設定器３１から
の信号に基づいてその時点の目標条件を決定し、この目
標条件を満たすべく吸入圧力及び吸入過熱度を算出する
。そして、算出した吸入圧力及び吸入過熱度に基づいて
、電磁制御弁機構１５をパルスデューティ比制御し、か
つ、膨脹弁２４に印加する直流電圧値を制御して、圧縮
機１００の容量及び膨張弁２４の開度を最適値に制御す
る。

【００２１】電磁制御弁機構１５のパルスデューティ比
制御による圧縮機１００の容量制御動作について更に説
明する。図１は最大容量状態であり、電磁制御弁機構１
５の電磁コイル１６に通電するパルス電圧のデュ−ティ
比は最小となっており、電磁制御弁機構１５を通じて吐
出室３ｂからクランク室２ａへ供給される冷媒ガス量は
最小となり、各ピストン１３の前後に作用する圧力差に
よる回転モ−メントとばね１０の付勢力による回転モ−
メントとにより揺動斜板１１に大きな傾角が与えられて
いる。

【００２２】パルス電圧のデュ−ティ比を増加させると
、電磁制御弁機構１５を通じて吐出室３ｂからクランク
室２ａへ流入する冷媒ガス量を増加し、それによりクラ
ンク室圧力が増加して揺動斜板１１の傾角が減少し、容
量が低下する。逆に、パルス電圧のデュ−ティ比を減少
させると、クランク室２ａへ供給される冷媒ガス量が減
少してクランク室圧力が減少し、容量が増加する。

【００２３】したがって、電磁制御弁機構１５の電磁コ
イル１６に通電するパルス電圧のデュ−ティ比を制御す
ることによりクランク室２ａの圧力が調節され、それに
より揺動斜板１１の傾角が変更されてピストンストロ−
クすなわち吐出容量が調節される。なお、圧縮機１００
は車両エンジン（図示せず）に電磁クラッチ（図示せず
）を介して連結されており、この電磁クラッチにより圧
縮機１００が駆動される。また、コンデンサ２３は外気
に放熱し、ブロワ２７は車室内から導入した空気をエバ
ポレ−タ２５により冷却して車室に吹き出す。

【００２４】次に、上記した空調装置の動作を、図２の
フロ−チャ−トを参照して説明する。このフロ−チャ−
トは具体的には制御コンピュ−タＣによる電磁制御弁機
構１５及び膨張弁２４の開度制御動作である。まず、温
度設定器３１から設定温度と現在室温との差ΔＴを読み
込むとともに、上記各センサ類から空調装置の各部状態
を読み込む（１０）。

【００２５】ここで、各部状態はエバポレ−タ及びコン
デンサの熱負荷条件及び圧縮機回転数等で規定される。 次に、読み込んだ設定温度と現在の室温との温度差ΔＴ
に基づいて、必要冷房能力としてのエバポレ−タ吹き出
し温度をマイコン格納のマップからサ−チする（２０）
。なお、このマップには上記温度差ΔＴとエバポレ−タ
吹き出し温度との関係が記録されている。当然、現在の
室温が設定温度より大幅に高ければエバポレ−タ吹き出
し温度は低く（必要冷房能力を高く）設定され、室温が
低くなるほどエバポレ−タ吹き出し温度は高く（必要冷
房能力を低く）設定されている。

【００２６】次に、サ−チしたエバポレ−タ吹き出し温
度（必要冷房能力）が現在の各部状態から算出した現在
発生可能な最大冷房能力以上かどうかを調べ（３０）、
以上であれば現在発生可能な最大冷房能力（最低のエバ
ポレ−タ吹き出し温度）と、そのときの吸入圧力Ｐｓ及
び吸入過熱度ＳＨをマイコン格納のマップからサ−チし
て（５０）、ステップ６０に進む。

【００２７】一方、サ−チしたエバポレ−タ吹き出し温
度（必要冷房能力）が現在の各部状態から算出した現在
発生可能な最大冷房能力より小さければ、上記必要冷房
能力を発生する各種の冷房サイクルの内で、最高の冷房
効率を発揮するサイクルと、このサイクルの吸入圧力Ｐ
ｓ及び吸入過熱度ＳＨをマイコン格納のマップからサ−
チして（５０）、ステップ６０に進む。

【００２８】ステップ６０では、サ−チした吸入圧力Ｐ
ｓ及び吸入過熱度ＳＨを目標吸入圧力Ｐｓｏ及び目標吸
入過熱度ＳＨｏとし、センサから検出した現在の吸入圧
力Ｐｓｎ及び吸入過熱度ＳＨｎとの差、ΔＰｓ＝Ｐｓｏ
−Ｐｓｎ、ΔＳＨ＝ＳＨｏ−ＳＨｎを算出し（６０）、
算出したΔＰｓ、ΔＳＨが最小すなわち０となるように
、電磁コイル１６へのパルスデュ−ティ比とリニアソレ
ノイド駆動型の膨張弁２４への直流電圧値とをフィ−ド
バック制御する。すなわち、ΔＰｓが正方向に大きけれ
ばその大きさに応じて圧縮機の容量を小さくし、ΔＰｓ
が負方向に大きければその大きさに応じて圧縮機の容量
を大きく、ΔＰｓが０であれば圧縮機の容量を現状のま
まとする。また、ΔＳＨが正方向に大きければその大き
さに応じて膨張弁２４を絞り、ΔＳＨが負方向に大きけ
ればその大きさに応じて膨張弁２４を開き、ΔＳＨが０
であれば膨張弁２４は現状のままとする。

【００２９】このようにすれば、場合に応じて最高冷房
効率又は最大冷房能力を発揮することができる。図３の
各部状態時において設定温度と室内温度との温度差ΔＴ
から必要冷房能力すなわちエバポレ−タ吹き出し温度を
例えば摂氏１２度と決定した場合、エバポレ−タ吹き出
し温度１３度を達成するための過熱度ＳＨと吸入圧力Ｐ
ｓの組み合わせとして、ＳＨが４度でＰｓが２．６ｋｇ
／平方ｃｍＧ、ＳＨが１１度でＰｓが２．２ｋｇ／平方
ｃｍＧ、ＳＨが１８度でＰｓが１．８ｋｇ／平方ｃｍＧ
の３点が選択される。次に、その中で最良の冷房効率を
発揮する過熱度ＳＨと吸入圧力Ｐｓの組み合わせ、すな
わち、ＳＨが４度でＰｓが２．６ｋｇ／平方ｃｍＧを選
択すればよく、このＳＨ、Ｐｓとなるように、圧縮機の
容量および膨張弁の開度を制御すればよい。

【００３０】また、この時点の各部状態時において最大
の冷房能力が発揮できる点は、図３で最もエバポレ−タ
吹き出し温度が低い点であり、ＳＨが０度でＰｓが１．
０ｋｇ／平方ｃｍＧであることがわかるので、このＳＨ
、Ｐｓとなるように、容量及び膨張弁開度を制御すれば
よい。 （変形態様）なお、上記実施例では、ステップ６０、７
０によるフィ−ドバック制御により電磁コイル１６及び
膨張弁２４への膨張弁２４への通電制御を実施したが、
その他、各部状態及びサ−チしたＰｓ、ＳＨにより電磁
コイル１６のデュ−ティ比及び膨張弁２４の直流電圧値
をサ−チ乃至算出することも可能である。

【００３１】また、上記実施例におけるサ−チの代わり
に計算により希望パラメ−タを決定することも当然可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例を示す空調装置のブロッ
ク図、

【図２】　　制御コンピュ−タＣの冷房運転制御動作を
示すフロ−チャ−ト、

【図３】　　所定の各部状態時における冷房能力と冷房
効率と吸入過熱度と吸入圧力との関係を示す特性図、

【符号の説明】

Ｃは制御コンピュ−タ、２４は膨張弁、２５はエバポレ
−タ、１００は可変容量型圧縮機である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　可変容量型圧縮機、膨張弁を備える空
   調装置において、各部状態を検出する状態検出手段と、
   検出された各部状態から発生可能な冷房能力を決定する
   冷房能力決定手段と、上記冷房能力を発生する冷凍サイ
   クル条件における圧縮機吸入ガスの圧力及び過熱度を決
   定する圧力、過熱度決定手段と、上記圧力及び過熱度を
   実現するために可変容量型圧縮機の容量及び膨張弁の開
   度を制御する運転制御手段とを備えることを特徴とする
   空調装置の運転制御装置。
2. 【請求項２】　　可変容量型圧縮機、膨張弁を備える空
   調装置において、各部状態を検出する状態検出手段と、
   検出された各部状態から発生可能な冷房能力を決定する
   冷房能力決定手段と、上記冷房能力を発生する冷凍サイ
   クル条件の内、最高冷房効率となる冷凍サイクル条件に
   おける圧縮機吸入ガスの圧力及び過熱度を決定する圧力
   、過熱度決定手段と、上記圧力及び過熱度を実現するた
   めに可変容量型圧縮機の容量及び膨張弁の開度を制御す
   る運転制御手段とを備えることを特徴とする空調装置の
   運転制御装置。