(57)【要約】【課題】異常高圧を回避しつつ、最大容量での起動頻度を増して、起動時の冷え遅れを改善する。【解決手段】膨張弁５の感温部４３〜４５の温度Ｔｋを、測定して検知する感温部温度センサ１２Ａを備え、空調制御装置２０は、圧縮機１を停止状態から起動させる場合、圧力センサ１４で検知される冷媒圧力Ｐｈが所定値α未満、および／または、感温部温度センサ１２Ａで検知される感温部４３〜４５の温度Ｔｋが所定値β未満である場合には、圧縮機１の吐出容量がすぐに最大状態になる「容量最大起動」で起動するように制御している。  これによれば、冷凍サイクルを起動する際に圧力センサ１４で検知される冷媒圧力Ｐｈ、つまりは冷凍サイクル内の内圧が高くても、膨張弁５の感温部４３〜４５の温度Ｔｋが低いときには「容量最大起動」で起動可能な条件となるため、「容量最大起動」での起動頻度が増えて、起動時の冷え遅れを改善することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両走行用エンジン（１５）によって駆動され、吸入した冷媒を臨界圧力以上にまで圧縮可能な圧縮機（１）と、
前記圧縮機（１）の吐出冷媒を冷却する放熱器（３）と、
前記放熱器（３）から流出する冷媒を減圧するとともに、前記放熱器（３）から流出する冷媒の温度に応じて弁開度を調整する感温機械式の膨張弁（５）と、
前記膨張弁（５）によって減圧された低圧冷媒を蒸発させるとともに、蒸発した冷媒を前記圧縮機（１）に吸入させる蒸発器（９）と、
前記圧縮機（１）に設けられ、外部からの制御信号によって前記圧縮機（１）の吐出容量を制御する容量制御機構（２）と、
冷凍サイクル内の高圧側の冷媒圧力（Ｐｈ）を検出する高圧圧力検知手段（１４）と、
少なくとも前記高圧圧力検知手段（１４）の検知信号が入力されて前記容量制御機構（２）を制御する制御手段（２０）とを備えた車両用超臨界冷凍サイクル装置において、
前記膨張弁（５）の感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）を、測定もしくは推定して検知する感温部温度検知手段（１２Ａ、１２Ｂ、１７）を備え、
前記制御手段（２０）は、前記圧縮機（１）を停止状態から起動させる場合、前記高圧圧力検知手段（１４）で検知される前記冷媒圧力（Ｐｈ）が所定値（α）未満、および／または、前記感温部温度検知手段（１２Ａ、１２Ｂ、１７）で検知される前記感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）が所定値（β）未満である場合には、前記圧縮機（１）の吐出容量がすぐに最大状態になる容量最大起動（Ｓ７３）で起動するように制御していることを特徴とする車両用超臨界冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記制御手段（２０）は、前記圧縮機（１）を停止状態から起動させる場合、前記高圧圧力検知手段（１４）で検知される前記冷媒圧力（Ｐｈ）が所定値（α）以上であり、且つ前記感温部温度検知手段（１２Ａ、１２Ｂ、１７）で検知される前記感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）が所定値（β）以上である場合には、予め設定された所定時間（ｔ）をかけて前記圧縮機（１）の吐出容量を最小状態から最大状態まで連続的に変化させる容量徐変起動（Ｓ７４）で起動するように制御していることを特徴とする請求項１に記載の車両用超臨界冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記感温部温度検知手段（１２Ａ）として前記膨張弁（５）の感温部（４３〜４５）に感温部温検出手段（１２Ａ）を設け、前記感温部温検出手段（１２Ａ）にて前記感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）を測定していることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用超臨界冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記圧縮機（１）の吐出冷媒温度（Ｔｄ）を検出する吐出冷媒温検出手段（１２Ｂ）を備えており、前記感温部温度検知手段（１２Ｂ）として前記吐出冷媒温検出手段（１２Ｂ）を利用し、前記圧縮機（１）が停止している場合、前記吐出冷媒温検出手段（１２Ｂ）で検出される温度に所定の補正を掛けて前記膨張弁（５）の前記感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）を推定していることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用超臨界冷凍サイクル装置。
【請求項５】
車両車室外の外気温（Ｔａｍ）を検出する外気温検出手段（１７）を備えており、前記感温部温度検知手段（１７）として前記外気温検出手段（１７）を利用し、前記外気温検出手段（１７）で検出される温度に所定の補正を掛けて前記膨張弁（５）の前記感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）を推定していることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用超臨界冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒などのように高圧圧力が臨界圧力以上（超臨界状態）となる冷媒を用いた車両用超臨界冷凍サイクル装置に関するものであり、空調用の冷凍サイクル装置などに用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍サイクルの起動時には、サイクル中の高圧圧力が異常に上昇することを防止して、サイクル機器の保護を図ることが行われている。例えば、下記の特許文献１では、熱負荷が所定負荷よりも大きいと判定された場合に、予め設定された所定時間をかけて圧縮機の吐出容量が最小となる状態から最大となる状態に連続的に変化するように制御量を調整する徐変起動を行うようになっている。
【０００３】
また、下記の特許文献２では、圧縮機の吐出圧力を読み込み、その吐出圧力が高圧上限値以上であるときは圧縮機を停止状態にするようになっている。つまり、これらの従来技術においては、いずれも圧縮機の圧力条件で起動を判断するようになっている。
【特許文献１】特開２００２−７１２２８号公報
【特許文献２】特開２００６−１４５０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、冷凍サイクル中の減圧手段として、放熱器（３）から流出する冷媒の温度に応じて弁開度を調整する感温機械式の膨張弁（５）を用いたものがある（図１、図２参照）。この感温機械式の膨張弁は、図３の特性図に示すように、放熱器出口側の冷媒温度を感温部（４３〜４５）に導くことにより弁開度が調整されて、冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）が最大となる高圧圧力に調整されるようになっている。
【０００５】
しかしながら、この感温機械式の膨張弁を、車両空調用の冷凍サイクルなどに用いた場合、エンジンルーム内に配置されることがほとんどであるため、冷凍サイクルが稼動していないとき（エアコンＯＦＦ時）には、エンジンルーム内の温度の影響を受け易い。
【０００６】
つまり、高温のエンジン排熱によって感温部を含む膨張弁全体が温められた状態となり、この状態で冷凍サイクルを起動（エアコンＯＮ）させると、作動圧力が高くなってしまい、高圧保護がかかって圧縮機が停止状態となる可能性がある。また、圧縮機は停止しないまでも、熱負荷が所定負荷よりも大きいと判定されてしまい、実際には最大容量で起動できるにもかかわらず、徐変起動がかかってしまうこととなる。これらはいずれも起動時の冷え遅れという問題となる。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、異常高圧を回避しつつ、最大容量での起動頻度を増して、起動時の冷え遅れを改善することのできる車両用超臨界冷凍サイクル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、車両走行用エンジン（１５）によって駆動され、吸入した冷媒を臨界圧力以上にまで圧縮可能な圧縮機（１）と、圧縮機（１）の吐出冷媒を冷却する放熱器（３）と、放熱器（３）から流出する冷媒を減圧するとともに、放熱器（３）から流出する冷媒の温度に応じて弁開度を調整する感温機械式の膨張弁（５）と、膨張弁（５）によって減圧された低圧冷媒を蒸発させるとともに、蒸発した冷媒を圧縮機（１）に吸入させる蒸発器（９）と、圧縮機（１）に設けられ、外部からの制御信号によって圧縮機（１）の吐出容量を制御する容量制御機構（２）と、冷凍サイクル内の高圧側の冷媒圧力（Ｐｈ）を検出する高圧圧力検知手段（１４）と、少なくとも高圧圧力検知手段（１４）の検知信号が入力されて容量制御機構（２）を制御する制御手段（２０）とを備えた車両用超臨界冷凍サイクル装置において、
膨張弁（５）の感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）を、測定もしくは推定して検知する感温部温度検知手段（１２Ａ、１２Ｂ、１７）を備え、制御手段（２０）は、圧縮機（１）を停止状態から起動させる場合、高圧圧力検知手段（１４）で検知される冷媒圧力（Ｐｈ）が所定値（α）未満、および／または、感温部温度検知手段（１２Ａ、１２Ｂ、１７）で検知される感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）が所定値（β）未満である場合には、圧縮機（１）の吐出容量がすぐに最大状態になる容量最大起動（Ｓ７３）で起動するように制御していることを特徴としている。
【０００９】
この請求項１に記載の発明によれば、冷凍サイクルを起動する際に高圧圧力検知手段（１４）で検知される冷媒圧力（Ｐｈ）、つまりは冷凍サイクル内の内圧が高くても、膨張弁（５）の感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）が低いときには容量最大起動（Ｓ７３）で起動可能な条件となるため、容量最大起動（Ｓ７３）での起動頻度が増えて、起動時の冷え遅れを改善することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の車両用超臨界冷凍サイクル装置において、制御手段（２０）は、圧縮機（１）を停止状態から起動させる場合、高圧圧力検知手段（１４）で検知される冷媒圧力（Ｐｈ）が所定値（α）以上であり、且つ感温部温度検知手段（１２Ａ、１２Ｂ、１７）で検知される感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）が所定値（β）以上である場合には、予め設定された所定時間（ｔ）をかけて圧縮機（１）の吐出容量を最小状態から最大状態まで連続的に変化させる容量徐変起動（Ｓ７４）で起動するように制御していることを特徴としている。
【００１１】
この請求項２に記載の発明によれば、冷凍サイクルを起動する際に高圧圧力検知手段（１４）で検知される冷媒圧力（Ｐｈ）、つまりは冷凍サイクル内の内圧が高く、膨張弁（５）の感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）も高いときには、高圧保護として容量徐変起動（Ｓ７３）で起動されるため、冷凍サイクル中が異常高圧になるのを回避することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の車両用超臨界冷凍サイクル装置において、感温部温度検知手段（１２Ａ）として膨張弁（５）の感温部（４３〜４５）に感温部温検出手段（１２Ａ）を設け、感温部温検出手段（１２Ａ）にて感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）を測定していることを特徴としている。
【００１３】
この請求項３に記載の発明によれば、本発明において重要となる感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）を、その感温部（４３〜４５）に感温部温検出手段（１２Ａ）を設けて直接測定することで確実に検知することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載の車両用超臨界冷凍サイクル装置において、圧縮機（１）の吐出冷媒温度（Ｔｄ）を検出する吐出冷媒温検出手段（１２Ｂ）を備えており、感温部温度検知手段（１２Ｂ）として吐出冷媒温検出手段（１２Ｂ）を利用し、圧縮機（１）が停止している場合、吐出冷媒温検出手段（１２Ｂ）で検出される温度に所定の補正を掛けて膨張弁（５）の感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）を推定していることを特徴としている。
【００１５】
エンジンルーム内の温度は、車種ごとに温度分布の違いはあるものの、エンジンを始動（Ｅ／Ｇ  ＯＮ）させてからは各部がそれぞれ略比例した関係で昇温してゆく（図７参照）。このため、感温部温度検知手段として新たに温度センサを設けなくとも、吐出冷媒温検出手段（１２Ｂ）を有していればこれを利用して、膨張弁（５）の感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）を推定することができる。
【００１６】
つまり、吐出冷媒温検出手段（１２Ｂ）が配置された部分と、膨張弁（５）が配置された部分との昇温度合いの比率を補正係数として、吐出冷媒温検出手段（１２Ｂ）で検出された吐出冷媒温度（Ｔｄ）に掛けてやることで、感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）とするものである。この請求項４に記載の発明によれば、膨張弁（５）の感温部（４３〜４５）に温度センサを設ける必要がないため、車両用超臨界冷凍サイクル装置のコストを抑えて起動時の冷え遅れを改善することができる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明では、請求項１または２に記載の車両用超臨界冷凍サイクル装置において、車両車室外の外気温（Ｔａｍ）を検出する外気温検出手段（１７）を備えており、感温部温度検知手段（１７）として外気温検出手段（１７）を利用し、外気温検出手段（１７）で検出される温度に所定の補正を掛けて膨張弁（５）の感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）を推定していることを特徴としている。
【００１８】
空調制御に用いる外気温（Ｔａｍ）を検出するための外気温検出手段（１７）は、放熱器（３）の車両前方側に配置されることがほとんどである。そして、エンジンルーム内の温度が最も上がる状況として、夏場などで駐車状態からエンジンを始動し、走行する前のアイドリング状態が考えられる。そして、この状態で車室内をクールダウンさせるためにエアコンがＯＮ、つまりは圧縮機（１）を起動させる場合が多い。このときの外気温検出手段（１７）は、エンジンルームからの回り込み風に晒されるため、エンジンルーム内の一部の温度を検出することとなる。
【００１９】
このため、上記した請求項４と同様に、外気温検出手段（１７）が配置された部分と、膨張弁（５）が配置された部分との昇温度合いの比率を補正係数として、外気温検出手段（１７）で検出された外気温（Ｔａｍ）に掛けてやることで、感温部（４３〜４５）の温度（Ｔｋ）を推定することができる。この請求項５に記載の発明によれば、膨張弁（５）の感温部（４３〜４５）に温度センサを設ける必要がないため、車両用超臨界冷凍サイクル装置のコストを抑えて起動時の冷え遅れを改善することができる。
【００２０】
なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、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一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜５を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態における車両用超臨界冷凍サイクル装置の概略構成を示す模式図である。図２は、図１中の膨張弁５の構造を示す縦断面図であり、図３は、図２の膨張弁５における放熱器出口冷媒温度に対する高圧側圧力の特性を示すグラフである。図４は、図１中の空調制御装置２０における基本の制御ステップを示すフローチャートであり、図５は、図４のフローチャートにおけるステップＳ７での制御処理を示すフローチャートである。
【００２２】
本実施形態では、本発明の車両用超臨界冷凍サイクル装置を、車両用空調装置に適用したものとして説明する。車両用空調装置は、大別して、空調ユニット６と、冷凍サイクル装置Ｒと、空調制御装置（本発明で言う制御手段）２０などから構成されている。空調ユニット６は、空調ケース６ａ内に後述する空調機能品を内蔵したものである。なお、本実施形態の空調ユニット６は、車室内前方のインストルメントパネル内に設けられ、車室内前席側の領域を空調する前席用空調ユニットである。
【００２３】
空調ケース６ａは、空調風を車室内に導く空気通路を形成しており、この空気通路の最上流部には内気導入口および外気導入口を有する図示しない内外気切替箱を備えている。この内外気切替箱内には、図示しない内外気切替ドアが回転自在に配置されている。この内外気切替ドアは、図示しないサーボモータによって駆動されるものであり、内気導入口より内気（車室内空気）を導入する内気モードと、外気導入口より外気（車室外空気）を導入する外気モードとを切り替えることができる。
【００２４】
この内外気切替箱の下流側には、車室内へ向かう空気流れを発生させる送風機７が配置されている。送風機７は、遠心多翼式などの送風ファン８ａを、モータ８ｂによって駆動するように構成されている。なお、本実施形態では、モータ８ｂとして電流制御可能な３相のブラシレスモータを使用しており、空調制御装置２０からのデューティー信号に応じて、モータ８ｂに与えるパルス幅を可変制御する図示しないモータ駆動回路を有している。
【００２５】
そして、モータ８ｂは、このモータ駆動回路を介して供給される制御電流に基づいて制御され、送風ファン８ａの回転速度、つまりは送風量が制御される。なお、ブラシレスモータに代えて、通常の制御回路付きの直流モータでも使用可能である。送風機７の下流側には、空気通路内を流れる空気を冷却する蒸発器９が配置されている。この蒸発器９は、送風機７による送風空気を冷却する冷房用熱交換器である。なお、蒸発器９から流出する空気温度は、蒸発器後温度センサ１３によって検出され、空調制御装置２０へ入力されるようになっている。
【００２６】
なお、蒸発器後温度センサ１３の代わりに、例えば図示しないフィンサーミスタなどで、蒸発器９の温度を直接検知するものであっても良い。蒸発器９の下流側には、蒸発器９によって冷却された空気を加熱するヒータコア１１が配置されている。このヒータコア１１は、車両に搭載された走行用のエンジン１５の冷却水を熱源として、蒸発器９を通過した後の空気を加熱する暖房用熱交換器である。なお、エンジン１５の冷却水の温度は、水温センサ１６によって検出され、空調制御装置２０へ入力されるようになっている。
【００２７】
ヒータコア１１の側方（本実施形態では上方）には、ヒータコア１１を迂回した冷風が流れるバイパス通路が形成されている。そして、蒸発器９とヒータコア１１との間には、エアミックスドア１０が回転自在に配置されている。このエアミックスドア１０は、図示しないサーボモータによって駆動され、その回転位置による開度が連続的に調節可能に構成されている。
【００２８】
このエアミックスドア１０の開度を調整することにより、ヒータコア１１を通って加熱される空気量（温風量）と、バイパス通路を通過してヒータコア１１を迂回する空気量（冷風量）とを調節することができる。このようにして車室内に吹き出す空気の吹出温度を調整する。
【００２９】
また、空調ケース６ａ内の空気通路の最下流部には、図示しないが、車両の前面ガラスの内面側に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口、前席乗員の頭胸部に向けて空調風吹き出すフェイス吹出口、および前席乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口などが設けられている。
【００３０】
冷凍サイクル装置Ｒは、空調ケース６ａ内に収納された蒸発器９内を流れて、送風空気から吸熱して冷却する冷媒が流動するものである。なお、本冷凍サイクルでは、冷媒として高圧圧力が臨界圧力以上（超臨界状態）となる二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒を用いている。従って、本冷凍サイクルは超臨界冷凍サイクルを構成している。空調制御装置２０は、蒸発器９へ冷媒を循環させる圧縮機１の駆動出力を制御するものであり、その制御値を可変することにより能力制御するものである。
【００３１】
冷凍サイクル装置Ｒは、圧縮機１の吐出側から、放熱器３、内部熱交換器２１、および減圧手段である膨張弁５を介して蒸発器９に冷媒が供給され、蒸発器９を流出した冷媒は、アキュムレータ４、および内部熱交換器２１を介して圧縮機１に戻って循環するよう構成されて冷凍サイクルが形成されている。なお、圧縮機１の吐出側の冷媒流路には、冷凍サイクル内の冷媒の圧力を検出する圧力センサ（本発明で言う高圧圧力検知手段）１４が設けられており、空調制御装置２０へ入力されるようになっている。
【００３２】
圧縮機１は、車両に搭載された走行用のエンジン１５によって駆動されるものであり、容量可変機構２を備えており、空調制御装置２０からの指令によってその吐出容量が可変制御されるように構成されている。容量可変機構２は、例えば電磁弁機構によって構成される場合には、供給された制御電流によって圧縮機１の吐出容量を可変する。この吐出容量は、容量可変機構２に供給される制御電流に比例し、制御電流が大きくなるほど容量が大きくなり、冷媒吐出流量も大きくなる。
【００３３】
これにより、圧縮機１は、吐出容量を最小状態（略０％）から最大状態（１００％）の範囲で連続的に変化させることができるように構成されている。冷凍サイクル装置Ｒにおける冷媒は、圧縮機１により高温高圧に圧縮され、この圧縮機１から吐出された高圧ガス冷媒は放熱器３に導入され、この放熱器３においてガス冷媒は図示しない冷却用電動ファンにより送風される外気と熱交換して冷却される。
【００３４】
放熱器３を通過した冷媒は、次に内部熱交換器２１を通過する。この内部熱交換器２１は、放熱器３の出口側に設けられた高圧側流路２１ａと、アキュムレータ４の出口側に設けられた低圧側流路２１ｂとを有している。そして、内部熱交換器２１は、放熱器３出口側の高温冷媒とアキュムレータ４から流出する低温冷媒（圧縮機吸入冷媒）とを熱交換し、蒸発器９に流入する冷媒のエンタルピを減少させて、蒸発器９の冷媒入口、出口間における冷媒のエンタルピ差（冷凍能力）を増大させるとともに、圧縮機１に液冷媒が吸入されることを防止する。
【００３５】
このように内部熱交換器２１を設置すると、蒸発器９の冷媒入口、出口間の冷媒のエンタルピ差（冷凍能力）を増大でき、冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）を向上させることができる。なお、内部熱交換器２１を構成していない冷凍サイクルであっても良い。内部熱交換器２１の高圧側流路２１ａから流出した高圧冷媒は、次に膨張弁５にて低圧に減圧され、低温低圧の気液二相状態となる。
【００３６】
この膨張弁５は、放熱器３出口の冷媒温度に基づいて放熱器３の出口の冷媒圧力を制御する感温機械式の膨張弁５であり、高圧の冷媒を減圧する減圧手段であるとともに、冷凍サイクルの高圧圧力が目標高圧となるように機械的に弁開度が制御される圧力制御弁としての役割を果たす。そこで、図２を用いて、膨張弁５の具体的な構造について説明する。
【００３７】
膨張弁５の本体４１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金でできており、その内部には放熱器３から内部熱交換器２１に至る冷媒通路の一部である第１の冷媒通路４８と、内部熱交換器２１から弁口５３を介して蒸発器９に至る冷媒通路の一部である第２の冷媒通路４９とがそれぞれ独立して形成されている。弁口５３は、膨張弁５における弁体５０の弁部５０ａが全閉時に押し当たる弁座５３ａに形成された穴であり、第２の冷媒通路４９の一部である。
【００３８】
第１の冷媒通路４８は、放熱器３側に接続される流入口４１ａから、内部熱交換器２１側に接続される流出口４１ｂまでに至る通路であり、その途中で放熱器３の出口側の冷媒温度を感温部に伝達する通路４７につながっている。第２の冷媒通路４９は、内部熱交換器２１側に接続される流入口４１ｃから、蒸発器９側に接続される流出口４１ｄまでに至る通路であり、流入口４１ｃから弁口５３に至る高圧側通路４９ａ、鉛直方向に延長される弁口の下流側通路４９ｂ、および弁口の下流側通路４９ｂと流出口４１ｄとをつなぐ低圧側通路４９ｃを含んでいる。
【００３９】
高圧側通路４９ａは、低圧側通路４９ｃよりも上部に位置しており、弁口の下流側通路４９ｂを介して低圧側通路４９ｃに連通している。本体４１の上部には、上部開口部４１ｅが形成されており、上部開口部４１ｅには感温部が接続されている。感温部は、主にダイヤフラム４３、蓋部４５および下方側支持部材４４から構成されており、ダイヤフラム４３と蓋部４５との間には密閉空間４５ａが形成されている。
【００４０】
密閉空間４５ａに封入される感温媒体は、冷媒よりも熱膨張率が低い流体（例えば、窒素ガスやヘリウムガス）と冷媒とからなる。このような感温媒体が弁体５０を閉弁方向に付勢する調整ばねの機能を果たすため、膨張弁５は調整ばねを不要にすることができる。すなわち、調整ばねが設けられていないため、弁体５０の閉弁力としては、通路４７に流れ込む放熱器３の出口側冷媒の温度が伝達される密閉空間４５ａの感温媒体による内圧だけが作用する。
【００４１】
一方、開弁力としては、放熱器３の出口側冷媒の圧力が作用することになる。この感温媒体は、蓋部４５に取り付けられた封入管４６から入れられ、封入管４６を封鎖することによって密閉空間４５ａに封入される。ダイヤフラム４３は、その周縁部が下方側支持部材４４によって下方から支持されるとともに、径方向外方から蓋部４５で押さえられることにより、下方側支持部材４４と蓋部４５とによって挟持されて固定される。
ダイヤフラム４３は、ステンレスなどの薄膜金属部材で形成され、その中央部が密閉空間４５ａの内外の圧力差に応じて変形して変位する。このように、蓋部４５およびダイヤフラム４３と一体になった下方側支持部材４４は、その円筒部４４ａに形成されたねじ部が上部開口部４１ｅに締結されることにより本体４１に固定され、感温部が本体４１の上部に取り付けられることになる。
【００４２】
弁体５０は、本体４１内に設置されており、弁座５３ａに対して進退することにより、弁口５３の開度を調整するようになっている。この弁体５０の動きにより、高圧側通路４９ａの冷媒と、弁口の下流側通路４９ｂおよび低圧側通路４９ｃの冷媒との間で圧力差が形成される。弁体５０は、ダイヤフラム４３側から通路４７を通って第１の冷媒通路４８を横断し、さらに第２の冷媒通路４９の弁口５３まで伸長する大きさである。
【００４３】
そして、本体４１内の中央部を鉛直方向に縦断する挿入筒４２に挿入されている。また、弁体５０の上方部は、ダイヤフラム４３に固定されており、弁体５０の下方側には弁口５３を開閉する弁部５０ａが設けられている。弁部５０ａの直径は、弁口５３の内径よりも充分に大きいため、弁体５０が下方に降りきったときには、弁部５０ａは弁座５３ａに突き当たり、弁口５３は全閉状態となる。
【００４４】
放熱器３の出口側冷媒が、第１の冷媒通路４８から通路４７に流れ込むと、この冷媒の温度が密閉空間４５ａ内の感温媒体に伝達されると同時に、放熱器３の出口側の冷媒圧力がダイヤフラム４３に作用する。そして、ダイヤフラム４３の変位に伴って弁体５０が上下方向に進退すると、弁部５０ａが弁口５３を開閉して弁口５３の開度が制御される。
【００４５】
このとき、通路４７に流れ込む放熱器３の出口側冷媒の温度が、伝達される密閉空間４５ａの感温媒体による内圧（弁部５０ａを押し下げる力）と、放熱器３の出口側冷媒の圧力（弁部５０ａを引き上げる力）とがバランスする。この弁口５３の開度制御に従って、第２の冷媒通路４９の弁口５３の前後では圧力差が生じ、この圧力差が膨張弁５による減圧量になる。これらによる特性は、図３に示すグラフのようになる。
【００４６】
なお、本実施形態の膨張弁５の特徴として、感温部４３〜４５の温度Ｔｋを検出するための感温部温度センサ（本発明で言う感温部温検出手段、感温部温度検知手段）１２Ａを備えており、その検出値が空調制御装置２０へ入力されるようになっている。感温部温度センサ１２Ａは、サーミスタなどであり、例えば図２に示すように、蓋部４５に熱的に導通するように接合されている。
【００４７】
膨張弁５で減圧された低圧冷媒は、蒸発器９において送風空気から吸熱して蒸発させられる。蒸発器９において蒸発した後のガス冷媒は、アキュムレータ４と内部熱交換器２１の低圧側流路２１ｂとを通過する。アキュムレータ４においては、液相冷媒と気相冷媒とが分離されて液相冷媒がアキュムレータ４内に貯留され、気相冷媒だけ導出される。
【００４８】
また、内部熱交換器２１については上記したとおりである。そして、内部熱交換器２１の低圧側流路２１ｂを流出した冷媒は、再度圧縮機１に吸入されて上記した循環を繰り返す。なお、冷凍サイクル装置Ｒのうち、圧縮機１、放熱器３、内部熱交換器２１、膨張弁５およびアキュムレータ４（つまりは蒸発器９以外）は、図示しないエンジンルーム内に配置されている。
【００４９】
次に、車両用空調装置の制御手段である空調制御装置２０について説明する。空調制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータと、その周辺回路とから構成され、ＲＯＭ内に書き込まれている空調制御のための制御プログラムに基づいて各種演算や処理を行う電気制御部である。
【００５０】
空調制御装置２０には、前述した蒸発器後温度センサ１３、圧力センサ１４、および水温センサ１６の他に、車両車室外の外気温Ｔａｍを検出する外気温センサ（本発明で言う外気温検出手段および感温部温度検知手段）１７、車室内温度を検出する内気温センサ１８、および車室内に射し込む日射量を検出する日射センサ１９などからの各種センサ検出信号が入力される。
【００５１】
また、図示しない空調コントロールパネルからの操作信号も入力される。空調コントロールパネルは、車室内前方のインストルメントパネルに配置され、乗員によって操作される複数のスイッチを有している。
【００５２】
この複数のスイッチは、車室内の所望温度を設定する温度設定スイッチ、内気モードと外気モードとをマニュアル設定する吸込モードスイッチ、フェイスモード、バイレベルモード、フットモード、フットデフロスタモード、およびデフロスタモードをマニュアル設定する吹出モードスイッチ、送風機７の風量切り替えをマニュアル設定する風量設定スイッチ、および圧縮機１の作動状態と停止状態とを切り替えるエアコンスイッチなどである。
【００５３】
空調制御装置２０には、各機器の電気駆動手段を成すサーボモータやモータ８ｂなどが接続され、これらの機器の作動が空調制御装置２０からの出力信号によって制御される。次に、空調制御装置２０による制御方法を、図４に基づいて説明する。ここで図４は、空調制御装置２０の制御プログラムの一例を示したフローチャートである。
【００５４】
まず、車両のイグニッションスイッチがＯＮされて空調制御装置２０に直流電源が供給されると、予めメモリに記憶されている制御プログラム（図４のルーチン）の実行が開始される。まず、空調制御装置２０内部のマイクロコンピュータに内蔵されたデータ処理用メモリの記憶内容などの初期化を行う（ステップＳ１）。
【００５５】
次に、各種信号の入力処理として、各種データをデータ処理用メモリに読み込む。すなわち、エアコン操作パネル上の各種操作スイッチからのスイッチ信号、各種センサからのセンサ信号などを入力する（ステップＳ２）。次に、上記の入力データを、記憶している演算式に代入して、空調装置からの目標吹出温度ＴＡＯを演算し、その目標吹出温度ＴＡＯと外気温とから、目標蒸発器後温度ＴＥＯを演算する（ステップＳ３）。
【００５６】
次に、ステップＳ３で求めた目標吹出温度ＴＡＯに基づいて送風機（ブロワ）７の制御量、すなわちモータ８ｂのモータ駆動回路に与えるデューティー比を演算する（ステップＳ４）。次に、ステップＳ３で求めた目標吹出温度ＴＡＯと上記の入力データとを、メモリに記憶されている演算式に代入して、エアミックスドア１０の開度ＳＷ（％）を演算する（ステップＳ５）。
【００５７】
次に、ステップＳ３で求めた目標吹出温度ＴＡＯに基づき、車室内へ取り込む空気流の吸込モードと、車室内へ吹き出す空気流の吹出モードとを決定する（ステップＳ６）。次に、ステップＳ３で求めた目標蒸発器後温度ＴＥＯと、蒸発器後温度センサ１３が検知する実際の蒸発器後温度Ｔｅとが一致するように、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）にて圧縮機１を目標吐出量とするための制御量（電流値）を決定する（ステップＳ７）。
【００５８】
具体的には、圧縮機１に付設された容量可変機構２として、電磁式の容量制御弁の電磁ソレノイドに供給する制御電流の目標値となるソレノイド電流を、メモリに記憶されている演算式に基づいて演算する。なお、このステップＳ７での作動が、本実施形態での特徴部であるため、詳細は後述で説明する。次に、ステップＳ４で決定された送風機７の制御量を、モータ駆動回路に出力する（ステップＳ８）。
【００５９】
次に、ステップＳ５で決定されたエアミックス開度ＳＷとなるように、サーボモータに制御信号を出力する（ステップＳ９）。次に、ステップＳ６で決定された吸込モードと吹出モードとなるように、サーボモータに制御信号を出力する（ステップＳ１０）。次に、ステップＳ７で決定されたソレノイド電流を、圧縮機１に付設された容量可変機構２に出力する（ステップＳ１１）。その後にステップＳ２の制御処理に戻る。なお、マニュアル設定時には、その設定値に従って図４の制御プログラムが実行される。
【００６０】
次に、本実施形態の特徴部であるステップＳ７での制御処理について、図５を用いて詳細に説明する。図５は、図４のフローチャートにおけるステップＳ７での制御処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ７１では、圧縮機１が停止状態から起動させる状況であるか否かを判定する。
【００６１】
その判定結果がＹＥＳで、圧縮機１を停止状態から起動させる場合は、ステップＳ７２へ進み、冷凍サイクル内の内圧、つまりは圧力センサ１４で検知される冷媒圧力Ｐｈが所定値α（本実施形態では８ＭＰａ）以上で、且つ膨張弁５の感温部４３〜４５の温度、本実施形態では感温部温度センサ１２Ａで検知される感温部温度Ｔｋが所定値β（本実施形態では５５℃）以上であるか否かを判定している。
【００６２】
この判定結果がＮＯで、冷媒圧力Ｐｈもしくは感温部温度Ｔｋが所定値未満である場合にはステップＳ７３へ進み、圧縮機１の吐出容量がすぐに最大（１００％）状態になる「容量最大起動」で起動するように制御するものである。また、ステップＳ７２での判定結果がＹＥＳで、冷媒圧力Ｐｈも感温部温度Ｔｋも共に所定値以上である場合にはステップＳ７４へ進み、予め設定された所定時間ｔ（本実施形態では１４秒）をかけて圧縮機１の吐出容量を最小（０％）状態から最大（１００％）状態まで連続的に変化させる「容量徐変起動」で起動するように制御するものである。
【００６３】
なお、実際の所定値αは、８ＭＰａ以上で「容量徐変起動」を選択し、７．５ＭＰａ以下で「容量最大起動」を選択するようヒステリシスが設けられている。また、所定値βも実際には、５５℃以上で「容量徐変起動」を選択し、５０℃以下で「容量最大起動」を選択するようヒステリシスが設けられている。
【００６４】
これにより、冷凍サイクルを起動する際に圧力センサ１４で検知される冷媒圧力Ｐｈ、つまりは冷凍サイクル内の内圧が高くても、膨張弁５の感温部温度Ｔｋが低いときには「容量最大起動」で起動可能な条件となるため、「容量最大起動」での起動頻度が増えて、起動時の冷え遅れを改善することができる。また、圧力センサ１４で検知される冷媒圧力Ｐｈ、つまりは冷凍サイクル内の内圧が高く、膨張弁５の感温部温度Ｔｋも高いときには、高圧保護として「容量徐変起動」で起動されるため、冷凍サイクル中が異常高圧になるのを回避することができる。
【００６５】
なお、ステップＳ７１での判定結果がＮＯで、圧縮機１が運転中である場合には、ステップＳ７５およびＳ７６に示すように、検出された蒸発器９下流の空気温度（蒸発器後温度Ｔｅ）と、温度設定スイッチによる設定温度から求められた蒸発器９下流の目標空気温度（目標蒸発器後温度ＴＥＯ）とに基づいて、ＰＩＤ制御によって圧縮機１の容量可変機構２に供給する制御電流を求め、圧縮機１の制御値を決定して能力制御する。すなわち、蒸発器９の出力側の空気温度が、目標空気温度となるようにフィードバック制御するものであり、車室内に送風される空調空気温度が適正な温度となるように制御するものである。
【００６６】
次に、本実施形態の特徴と、その効果について述べる。まず、膨張弁５の感温部４３〜４５の温度Ｔｋを、測定して検知する感温部温度センサ１２Ａを備え、空調制御装置２０は、圧縮機１を停止状態から起動させる場合、圧力センサ１４で検知される冷媒圧力Ｐｈが所定値α未満、および／または、感温部温度センサ１２Ａで検知される感温部４３〜４５の温度Ｔｋが所定値β未満である場合には、圧縮機１の吐出容量がすぐに最大状態になる「容量最大起動」で起動するように制御している。
【００６７】
これによれば、冷凍サイクルを起動する際に圧力センサ１４で検知される冷媒圧力Ｐｈ、つまりは冷凍サイクル内の内圧が高くても、膨張弁５の感温部４３〜４５の温度Ｔｋが低いときには「容量最大起動」で起動可能な条件となるため、「容量最大起動」での起動頻度が増えて、起動時の冷え遅れを改善することができる。
【００６８】
また、空調制御装置２０は、圧縮機１を停止状態から起動させる場合、圧力センサ１４で検知される冷媒圧力Ｐｈが所定値α以上であり、且つ感温部温度センサ１２Ａで検知される感温部４３〜４５の温度Ｔｋが所定値β以上である場合には、予め設定された所定時間ｔをかけて圧縮機１の吐出容量を最小状態から最大状態まで連続的に変化させる「容量徐変起動」で起動するように制御している。
【００６９】
これによれば、冷凍サイクルを起動する際に圧力センサ１４で検知される冷媒圧力Ｐｈ、つまりは冷凍サイクル内の内圧が高く、膨張弁５の感温部４３〜４５の温度Ｔｋも高いときには、高圧保護として「容量徐変起動」で起動されるため、冷凍サイクル中が異常高圧になるのを回避することができる。
【００７０】
また、感温部温度検知手段として膨張弁５の感温部４３〜４５に感温部温度センサ１２Ａを設け、感温部温度センサ１２Ａにて感温部４３〜４５の温度Ｔｋを測定している。これによれば、本発明において重要となる感温部４３〜４５の温度Ｔｋを、その感温部４３〜４５に感温部温度センサ１２Ａを設けて直接測定することで確実に検知することができる。
【００７１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図６は、本発明の第２実施形態における車両用超臨界冷凍サイクル装置の概略構成を示す模式図であり、図７は、エンジンルーム内の温度上昇の一例を示すグラフである。なお、以降の各実施形態においては、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。
【００７２】
本実施形態では、圧縮機１から放熱器３に至るまでの冷媒配管中に、圧縮機１が吐出した冷媒の温度Ｔｄを検出する吐出冷媒温センサ（本発明で言う吐出冷媒温検出手段、感温部温度検知手段）１２Ｂを備えており、空調制御装置２０へ入力されるようになっている。そして、感温部温度検知手段としてこの吐出冷媒温センサ１２Ｂを利用し、圧縮機１が停止している場合、吐出冷媒温センサ１２Ｂで検出される温度に所定の補正を掛けて膨張弁５の感温部４３〜４５の温度Ｔｋを推定している。
【００７３】
エンジンルーム内の温度は、車種ごとに温度分布の違いはあるものの、エンジンを始動（Ｅ／Ｇ  ＯＮ）させてからは各部がそれぞれ略比例した関係で昇温してゆく（図７参照）。このため、感温部温度検知手段として新たに温度センサを設けなくとも、吐出冷媒温センサ１２Ｂを有していればこれを利用して、膨張弁５の感温部４３〜４５の温度Ｔｋを推定することができる。
【００７４】
つまり、吐出冷媒温センサ１２Ｂが配置された部分と、膨張弁５が配置された部分との昇温度合いの比率を補正係数として、吐出冷媒温センサ１２Ｂで検出された吐出冷媒温度Ｔｄに掛けてやることで、感温部４３〜４５の温度Ｔｋとするものである。これによれば、膨張弁５の感温部に温度センサを設ける必要がないため、車両用超臨界冷凍サイクル装置のコストを抑えて起動時の冷え遅れを改善することができる。
【００７５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図８は、本発明の第３実施形態における車両用超臨界冷凍サイクル装置の概略構成を示す模式図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。第１実施形態で説明したように、本車両用空調装置は、車両車室外の外気温Ｔａｍを検出する外気温センサ（本発明で言う外気温検出手段、感温部温度検知手段）１７を備えており、空調制御装置２０へ入力されるようになっている。本実施形態では、感温部温度検知手段としてこの外気温センサ１７を利用し、外気温センサ１７で検出される温度に所定の補正を掛けて膨張弁５の感温部４３〜４５の温度Ｔｋを推定している。
【００７６】
空調制御に用いる外気温Ｔａｍを検出するための外気温センサ１７は、放熱器３の車両前方側に配置されることがほとんどである。そして、エンジンルーム内の温度が最も上がる状況として、夏場などで駐車状態からエンジンを始動し、走行する前のアイドリング状態が考えられる。そして、この状態で車室内をクールダウンさせるためにエアコンがＯＮ、つまりは圧縮機１を起動させる場合が多い。このときの外気温センサ１７は、エンジンルームからの回り込み風に晒されるため、エンジンルーム内の一部の温度を検出することとなる。
【００７７】
このため、上述した第２実施形態と同様に、外気温センサ１７が配置された部分と、膨張弁５が配置された部分との昇温度合いの比率を補正係数として、外気温センサ１７で検出された外気温Ｔａｍに掛けてやることで、感温部４３〜４５の温度Ｔｋを推定することができる。これによれば、膨張弁５の感温部に温度センサを設ける必要がないため、車両用超臨界冷凍サイクル装置のコストを抑えて起動時の冷え遅れを改善することができる。
【００７８】
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述の実施形態では、本発明を前席用空調ユニットに適用しているが、トランクルーム内やサイドトリム内などに設けて、車室内後席側の領域を空調する後席用空調ユニットに適用しても良いし、空調に限らず、冷凍や冷蔵に用いる冷凍サイクルに適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１実施形態における車両用超臨界冷凍サイクル装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１中の膨張弁５の構造を示す縦断面図である。
【図３】図２の膨張弁５における放熱器出口冷媒温度に対する高圧側圧力の特性を示すグラフである。
【図４】図１中の空調制御装置２０における基本の制御ステップを示すフローチャートである。
【図５】図４のフローチャートにおけるステップＳ７での制御処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態における車両用超臨界冷凍サイクル装置の概略構成を示す模式図である。
【図７】エンジンルーム内の温度上昇の一例を示すグラフである。
【図８】本発明の第３実施形態における車両用超臨界冷凍サイクル装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８０】
１…圧縮機
２…容量制御機構
３…放熱器
５…膨張弁
９…蒸発器
１２Ａ…感温部温度センサ（感温部温検出手段、感温部温度検知手段）
１２Ｂ…吐出冷媒温センサ（吐出冷媒温検出手段、感温部温度検知手段）
１４…圧力センサ（高圧圧力検知手段）
１５…車両走行用エンジン
１７…外気温センサ（外気温検出手段、感温部温度検知手段）
２０…空調制御装置（制御手段）
４３…ダイアフラム（感温部）
４４…下方側支持部材（感温部）
４５…蓋部（感温部）
Ｐｈ…冷媒圧力
Ｓ７３…容量最大起動
Ｓ７４…容量徐変起動
ｔ…所定時間
Ｔａｍ…外気温
Ｔｄ…吐出冷媒温度
Ｔｋ…感温部温度
α…所定値
β…所定値
【図１】
2010117114.tif 000003
【図２】
2010117114.tif 000004
【図３】
2010117114.tif 000005
【図４】
2010117114.tif 000006
【図５】
2010117114.tif 000007
【図６】
2010117114.tif 000008
【図７】
2010117114.tif 000009
【図８】
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