(57)【要約】【課題】炭酸ガス冷媒の冷凍サイクルを使用した車両用空調装置において、ＥＣＶを制御するためのデータをマップ化して保持する必要がなく、また負荷に応じた起動時間となるようにする。【解決手段】少なくとも、コンプレッサ１０１と、外部から供給されるデューティ値に応じてコンプレッサ１０１の吐出容量を調整するＥＣＶ１０７と、室外熱交換器１０２と、減圧装置１０３と、室内熱交換器１０４と、コンプレッサ１０１から吐出される冷媒の吐出圧力を検出するコンプレッサ吐出圧力センサ１１０と、このコンプレッサ吐出圧力センサ１１０の検出値に応じたデューティ値をＥＣＶ１０７に供給するコントロールアンプ１１１とを備えた構成において、コントロールアンプ１１１は、コンプレッサ吐出圧力センサ１１０の検出値が所定範囲を超えないようにしながら、ＥＣＶ１０７に供給するデューティ値が最大になるまで当該デューティ値を増減するようにした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、冷媒を圧縮するコンプレッサ（１０１）と、外部から供給されるデューティ値に応じて前記コンプレッサ（１０１）の吐出容量を調整するコントロールバルブ（１０７）と、前記コンプレッサ（１０１）で圧縮された冷媒を放熱する室外熱交換器（１０２）と、この室外熱交換器（１０２）で放熱した冷媒を減圧する減圧手段（１０３）と、この減圧手段（１０３）で減圧された冷媒を蒸発させる室内熱交換器（１０４）と、前記コンプレッサ（１０１）から吐出される冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段（１１０）と、この吐出圧力検出手段（１１０）の検出値に応じたデューティ値を前記コントロールバルブ（１０７）に供給する制御装置（１１１）とを備えた車両用空調装置であって、
前記制御装置（１１１）は起動時に、前記吐出圧力検出手段（１１０）の検出値が所定範囲を超えないようにしながら、前記コントロールバルブ（１０７）に供給するデューティ値が最大になるまで当該デューティ値を増減することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記制御装置（１１１）は、前記吐出圧力検出手段（１１０）の検出値が第１設定値未満であれば、デューティ値を一定割合で増加させ、また前記吐出圧力検出手段の検出値が第２設定値（＞第１設定値）以上であればデューティ値を一定割合で減少させることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記制御装置（１１１）は、前記吐出圧力検出手段（１１０）の検出値が第１設定値以上で且つ第２設定値未満であるときは、前記コントロールバルブ（１０７）に供給するデューティ値を増減しないことを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超臨界冷媒の冷凍サイクルを使用した車両用空調装置に関し、詳しくは、負荷に応じてコンプレッサの吐出容量を制御するようにした車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両用空調装置においては、気液臨界温度・圧力以上に保持された超臨界流体である炭酸ガスを冷媒とした冷凍サイクルのように、温暖化係数の低い冷媒が用いられている。
【０００３】
このような炭酸ガスの冷凍サイクルを使用した車両用空調装置として、熱負荷が所定負荷以上である場合に、圧縮機の起動時の制御量を規制した状態で所定時間運転した後に通常制御へ移行することで、高負荷時の起動時に高圧側の圧力が急激に上昇するのを回避するようにした冷凍サイクルの制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−６１９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、車両に関係する負荷に対応させるには、圧縮機のデューティ値（制御量）や時間などが最適となるようにデータをマップ化して保持する必要があった。しかも、マップ化した場合にはデータの取り残しによる不測事態が発生する可能性もあり、安定した起動制御を行うことは困難であった。
【０００５】
また、車両が放置されていた状態から起動した場合と、運転中に一時的に停止して、再度起動した場合とではコンプレッサの負荷が異なるが、上記従来技術では、いずれの場合でも同じ制御量と時間により制御していたため、負荷が小さい場合であっても、負荷が大きい場合と同じ制御量と時間により起動することになるため、起動制御を終了するまでに時間がかかるという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、制御のためのデータをマップ化して保持する必要がなく、また負荷に応じた起動時間とすることができる車両用空調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に係わる発明は、少なくとも、冷媒を圧縮するコンプレッサと、外部から供給されるデューティ値に応じて前記コンプレッサの吐出容量を調整するコントロールバルブと、前記コンプレッサで圧縮された冷媒を放熱する室外熱交換器と、この室外熱交換器で放熱した冷媒を減圧する減圧手段と、この減圧手段で減圧された冷媒を蒸発させる室内熱交換器と、前記コンプレッサから吐出される冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、この吐出圧力検出手段の検出値に応じたデューティ値を前記コントロールバルブに供給する制御装置とを備えた車両用空調装置であって、前記制御装置は起動時に、前記吐出圧力検出手段の検出値が所定範囲を超えないようにしながら、前記コントロールバルブに供給するデューティ値が最大になるまで当該デューティ値を増減することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、前記制御装置が、前記吐出圧力検出手段の検出値が第１設定値未満であれば、デューティ値を一定割合で増加させ、また前記吐出圧力検出手段の検出値が第２設定値（＞第１設定値）以上であればデューティ値を一定割合で減少させることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２において、前記制御装置が、前記吐出圧力検出手段の検出値が第１設定値以上で且つ第２設定値未満であるときは、前記コントロールバルブに供給するデューティ値を増減しないことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吐出圧力が所定の圧力範囲内を超えないようにしながら、コントロールバルブに供給するデューティ値が最大になるようにしたので、同じ外気温度から起動した場合でも、低圧側の圧力が低くなっていて起動時の負荷が小さい場合には、低圧側の圧力が高くなっている状態から起動する場合に比べて起動時間を短縮することができる。しかも、吐出圧力が所定範囲を超えないようにしながらコントロールバルブに供給するデューティ値が最大になるまで推移させるようにしたので、起動時に必要な吐出容量を確保しながら、起動時間を安全に短縮することができる。
【００１１】
また、吐出圧力が所定範囲ではデューティ値を増減しないようにしているため、この範囲内でデューティ値を増加させたときに、吐出圧力が急激に上がってしまうことを回避することができる。
【００１２】
したがって、本発明に係わる車両用空調装置では、コンプレッサの負荷に応じた起動時間とすることができるうえ、負荷に応じて最適なデューティ値や時間となるようにデータをマップ化して保持する必要がなく、またデータの取り残しによる不測事態の発生も避けられるため、安定した起動制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係わる車両用空調装置の実施例として、炭酸ガスを冷媒とする冷凍サイクルを用いた車両用空調装置について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本実施例に係わる車両用空調装置のシステム構成図である。本実施例の車両用空調装置は、冷媒となる炭酸ガスを循環させて冷媒と空気との間で熱交換を行う冷凍サイクル１００を備えている。
【００１５】
この冷凍サイクル１００は、可変容量コンプレッサ（以下、単にコンプレッサ）１０１、室外熱交換器１０２、減圧装置１０３、室内熱交換器１０４、アキュームレータ１０５を配管により接続し、コンプレッサ１０１により運動エネルギーを与えられた冷媒が、上記各部を循環するように構成したものである。
【００１６】
コンプレッサ１０１は、エンジンルームなどの車室外に配置され、アキュームレータ１０５から吸入した低圧のガス状冷媒を圧縮して高温高圧のガス状冷媒として室外熱交換器１０２へ吐出する。このコンプレッサ１０１は、エンジン１０６からの動力がベルト１１５を介して伝達されることで駆動される。また、本実施例のコンプレッサ１０１は斜板形の往復式コンプレッサであり、その斜板の傾きを外部から制御することによりピストンストロークを変化させ、吐出容量を調整する構造となっている。
【００１７】
このために、コンプレッサ１０１は、外部から電気信号により制御可能な電磁弁等の差圧式制御コントロールバルブ（以下、ＥＣＶという）１０７を備えている。例えば、このＥＣＶ１０７として、高圧側と通じている電磁弁を用いた場合、クランクケース内と低圧側とは所定の開度の通路で連通しており、クランクケース内の圧力は低圧側へ逃げるようになっている。したがって、この電磁弁の開度調整により高圧側圧力を導入・遮断することでクランクケース内の圧力を制御することにより、ピストンに加わる圧力のバランスを変化させて斜板の傾きを変化させ、これによってコンプレッサ１０１からの冷媒の吐出容量を制御することができる。このとき、電磁弁には外部からの電気信号として、コントロールアンプ１１１から所定のデューティ値をもつデューティ信号が与えられる。そして、このときのデューティ値の大きさに応じて電磁弁の開弁時間が決まり、それに応じてコンプレッサ１０１からの吐出容量が設定される。
【００１８】
また、コンプレッサ１０１の吐出側（高圧側）には、コンプレッサ１０１から吐出される冷媒の吐出圧力Ｐｄを検出するコンプレッサ吐出圧力センサ（吐出圧力検出手段）１１０が設けられている。このコンプレッサ吐出圧力センサ１１０で検出された吐出圧力Ｐｄはコントロールアンプ１１１へ送られる。
【００１９】
室外熱交換器１０２は、車室外に配置され、コンプレッサ１０１から吐出された高温高圧のガス状冷媒の熱を外気に放熱させる。この室外熱交換器１０２には、例えば電動ファン等の送風手段が駆動されることで、外気が吹き付けられるようになっている。そして、この室外熱交換器１０２内を通る高温高圧のガス状冷媒と、吹き付けられる外気との間で熱交換を行わせることで、高温高圧のガス状冷媒の熱を外気に放熱させている。
【００２０】
減圧装置（減圧手段）１０３は、室外熱交換器１０２から出力された高温高圧のガス状冷媒を減圧（膨張）して低温低圧の霧状冷媒とする。
【００２１】
室内熱交換器１０４は、空調ダクト１０８内に配置され、空調ファン１０９により発生した空調風の熱を、室外熱交換器１０２から減圧装置１０３を経て供給された低温低圧の霧状冷媒に吸熱させるものである。減圧装置１０３で低温低圧の霧状冷媒となって室内熱交換器１０４に供給された冷媒は、室内熱交換器１０４を通過する際に、空調ダクト１０８内を流れる空調風の熱を奪って気化する。室内熱交換器１０４内の冷媒により吸熱された空調風は除湿されて冷房風となり、吹き出し口１０８ａから車室内に吹き出すようになっている。
【００２２】
アキュームレータ１０５は、室内熱交換器１０４から吐出された冷媒を気液分離する。このうち液状冷媒を貯留し、液状冷媒から分離されたガス状冷媒はコンプレッサ１０１へ送られる。
【００２３】
コントロールアンプ（制御装置）１１１は、コンプレッサ吐出圧力センサ１１０から吐出圧力Ｐｄを取り込むＰｄ検出部１１２と、取り込んだ吐出圧力Ｐｄに基づいてデューティ値を設定するＥＣＶデューティ制御部１１３と、このデューティ値に応じた電気信号をＥＣＶ１０７に供給するＥＣＶ調整部１１４とを備えて構成されている。
【００２４】
このコントロールアンプ１１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートなどを備えたマイクロコンピュータにより構成され、ＲＯＭに記憶した制御プログラムに従って演算処理を実行して、ＥＣＶ１０７に与えるデューティ値を設定して、対応する電気信号を出力している。
【００２５】
次に、本実施例による冷凍サイクルの制御について説明する。図３は、コントロールアンプ１１１が起動時にデューティ値を設定する場合の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば運転者などがエアコンの制御パネルに設けられたＡＣスイッチをオンすることでスタートする。
【００２６】
コントロールアンプ１１１のＥＣＶデューティ制御部１１３は、コンプレッサスイッチ（コンプＳＷ）がオンしているかどうかを判断し（ステップＳ１０１）、オンしていなければデューティ値を０％に設定してＥＣＶ調整部１１４に出力する（ステップＳ１０２）。これにより、ＥＣＶ調整部１１４からはデューティ値０％に対応する電気信号がＥＣＶ１０７に与えられる。
【００２７】
なお本実施例において、デューティ値と吐出容量は、図２に示すように、デューティ値の増加とともにコンプレッサ１０１からの冷媒の吐出容量が多くなるような比例関係となっている。したがって、デューティ値０％のときはコンプレッサ１０１のピストンがデストロークとなり、吐出容量は最小となる。またデューティ値１００％のときはコンプレッサ１０１のピストンはフルストロークとなり、吐出容量は最大となる（ただし、コンプレッサ、ＥＣＶの特性によりデューティ値８０％程度でフルストロークとなる場合もある）。
【００２８】
なお、図２の縦軸はコンプレッサ１０１の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）であってもよい（Ｐｓはコンプレッサ１０１に吸入される冷媒の吸入圧力）。
【００２９】
また、ＥＣＶデューティ制御部１１３は、ステップＳ１０１でコンプレッサスイッチがオンしているときは、続いて、起動制御中かどうかを判断する（ステップＳ１０３）。ここで、起動制御中でなければ、通常制御を実施する（ステップＳ１０４）。この通常制御は、運転者などが制御パネルを通じて設定した温度となるように吐出容量を制御するものである。
【００３０】
一方、ステップＳ１０３で起動制御中であれば、Ｐｄ検出部１１２で取り込んだ冷媒の吐出圧力Ｐｄが１２．５Ｍｐａ（第１設定値）未満かどうかを判断する（ステップＳ１０５）。ここで、吐出圧力Ｐｄが１２．５Ｍｐａ未満であれば、ＥＣＶ調整部１１４に出力するデューティ値を一定割合（例えば、１％／ｓｅｃ）で増加させる（ステップＳ１０６）。これにより、ＥＣＶ調整部１１４からはデューティ値を一定割合で増加させた電気信号がＥＣＶ１０７に与えられる。
【００３１】
次に、ＥＣＶデューティ制御部１１３は、ＥＣＶ調整部１１４に出力しているデューティ値に基づいて、システム最大デューティ値になっているかどうかを判断する（ステップＳ１０７）。ここで、システム最大デューティ値になっていなければステップＳ１０５にリターンし、以降、吐出圧力Ｐｄが１２．５Ｍｐａ未満であれば、システム最大デューティ値になるまでデューティ値を一定割合で増加させる。
【００３２】
また、ステップＳ１０７でシステム最大デューティ値になっている場合には起動制御を終了して（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０１へリターンする。このときは、次のステップＳ１０３で起動制御中でないと判断するので、ステップＳ１０４で通常制御を実施する。
【００３３】
また、ステップＳ１０５で吐出圧力Ｐｄが１２．５Ｍｐａ未満でないときは、続いて吐出圧力Ｐｄが１３Ｍｐａ（第２設定値）以上かどうかを判断する（ステップＳ１０９）。ここで、１３Ｍｐａという圧力値は、本実施例において吐出圧力Ｐｄの上限値として設定した数値であり、これを超える場合を圧力異常としている。一方、コンプレッサ１０１の吐出圧力Ｐｄはある程度の高圧にする必要があるため、１２．５Ｍｐａを下限値として設定している。したがって、コントロールアンプ１１１では、吐出圧力Ｐｄが１２．５〜１３Ｍｐａの範囲に保たれるようにデューティ値の増減を制御していることになる。  
ステップＳ１０９で吐出圧力Ｐｄが１３Ｍｐａ（第２設定値）以上であれば、ＥＣＶ調整部１１４に出力するデューティ値を一定割合（例えば、１％／ｓｅｃ）で減少させる（ステップＳ１１０）。これにより、ＥＣＶ調整部１１４からはデューティ値を一定割合で減少させた電気信号がＥＣＶ１０７に与えられる。
【００３４】
また、ステップＳ１０９で吐出圧力Ｐｄが１３Ｍｐａ以上でないとき、すなわち吐出圧力Ｐｄが１２．５〜１３Ｍｐａの間にあるときは、ＥＣＶ調整部１１４に出力するデューティ値を増減することなしに、ステップＳ１０３へリターンする。
【００３５】
上記のような制御による吐出圧力Ｐｄの変動を図４に示す。図４は、起動開始からの経過時間とデューティ値および吐出圧力Ｐｄとの関係を示している。
【００３６】
本実施例の制御によれば、起動時に吐出圧力Ｐｄが１２．５Ｍｐａ未満であればデューティ値を一定割合で増加させ、また吐出圧力Ｐｄが１３Ｍｐａ以上であればデューティ値を一定割合で減少させるようにしているため、吐出圧力Ｐｄを比較的高い圧力範囲内に保ちながら、ＥＣＶ１０７をシステム最大デューティ値の電気信号を供給するまで推移させることができる。
【００３７】
したがって、同じ外気温度であっても、運転中に一時的に停止して再度起動した場合（吐出圧力Ｐｄが高い）からの起動では、車両が放置されていた状態（吐出圧力Ｐｄが低い）からの起動よりも起動制御を終了するまでの時間を短縮することができる。また、吐出圧力Ｐｄが所定範囲を超えないようにしながらＥＣＶ１０７をフルストロークまで推移させるようにしたので、起動時に必要な吐出容量を確保しながら、起動時間を安全に短縮することができる。
【００３８】
また、吐出圧力Ｐｄが所定範囲ではデューティ値を増減しないようにしているため、この範囲内でデューティ値を増加させたときに、吐出圧力Ｐｄが急激に上がってしまうことを回避することができる。
【００３９】
以上説明したように、本実施例の冷凍サイクルでは、コンプレッサの負荷に応じた起動時間とすることができるうえ、負荷に応じて最適なデューティ値や時間となるようにデータをマップ化して保持する必要がなく、またデータの取り残しによる不測事態の発生も避けられるため、安定した起動制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例に係わる車両用空調装置のシステム構成図。
【図２】コントロールアンプが起動時にデューティ値を設定する場合の処理手順を示すフローチャート。
【図３】デューティ値と吐出容量との関係を示す説明図。
【図４】起動開始からの経過時間とデューティ値および吐出圧力との関係を示す説明図。
【符号の説明】
【００４１】
１００…冷凍サイクル
１０１…コンプレッサ
１０２…室外熱交換器
１０３…減圧装置
１０４…室内熱交換器
１０５…アキュームレータ
１０６…エンジン
１０７…ＥＣＶ
１０８…空調ダクト
１０８ａ…吹き出し口
１０９…空調ファン
１１０…コンプレッサ吐出圧力センサ
１１１…コントロールアンプ
１１２…Ｐｄ検出部
１１３…ＥＣＶデューティ制御部
１１４…ＥＣＶ調整部
１１５…ベルト
【図１】
2006306320.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006306320.tif 000006