(57)【要約】【課題】  自動車用空調機において、コンプレッサによるリアルタイムの消費仕事率を正確に推定し、燃料の噴射量を制御してエンジンの効率を向上させうる装置を提供する。【解決手段】  本発明に係る空調機は、燃料噴射制御装置42、空調制御装置、および電子制御装置401を備えている。この空調機は、さらに、コンデンサの入口における外気流の温度の測定装置、コンプレッサの出口における圧力の測定装置123、およびコンプレッサの入口における圧力の測定装置122を備えている。電子制御装置401は、冷媒の流量を含む冷媒の物理量を推定するために、各測定装置による測定値を用いて、冷媒の流量を推定するための線形方程式を解く。電子制御装置は、さらに、推定された冷媒の物理量に基づいて、コンプレッサ14によって消費される仕事率を推定することができる。
2005512870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射制御装置(42)、冷媒の閉サイクル(10)、コンプレッサ(14)、ファン(15)から空気流を吹きつけられるコンデンサ(11)、安全弁(17)、エバポレータ(13)、および前記冷媒の閉サイクル(10)と燃料噴射制御装置(42)とを相互に作用させる電子制御装置(401)を備える自動車用空調機であって、
コンデンサに吹きつけられる外気流の温度である第１の値(Ｔaek)と、コンプレッサの出口における冷媒の高圧である第２の値(HP)と、コンプレッサの入口における冷媒の低圧である第３の値(BP)とをそれぞれ測定しうる測定装置を有し、
前記電子制御装置(401)は、前記第１の値と第２の値を冷媒の流量(ｍ)に関連づける線形方程式の解を用いて、冷媒の物理量を推定し、かつこの冷媒の物理量、前記第１の値、第２の値、および第３の値、ならびに前記燃料噴射制御装置(42)によって提供される情報から、コンプレッサ(14)によって消費される仕事率を推定しうるようになっている空調機。
【請求項２】
前記コンプレッサ(14)は、機械駆動式コンプレッサであり、前記電子制御装置(401)によって推定される冷媒の物理量は、冷媒の流量(ｍ)であることを特徴とする請求項１記載の空調機。
【請求項３】
前記コンプレッサ(14)は、電動式コンプレッサであり、前記電子制御装置(401)によって推定される冷媒の物理量は、冷媒の高圧(HP)であることを特徴とする請求項１記載の空調機。
【請求項４】
前記第１の値の測定装置は、ファン(15)とコンデンサ(11)の間に配置されたセンサ(24)であることを特徴とする請求項１記載の空調機。
【請求項５】
前記第１の値の測定装置は、前記燃料噴射制御装置(42)と関連づけられ、外気流の温度(Ｔext)の測定値を提供しうるセンサであることを特徴とする請求項４記載の空調機。
【請求項６】
前記電子制御装置(401)は、前記外気流の温度(Ｔext)と、前記燃料噴射制御装置(42)によって提供される自動車の走行速度(Ｖa)とから、前記第１の値(Ｔaek)を推定しうるものであることを特徴とする請求項５記載の空調機。
【請求項７】
前記第２の値の測定装置は、コンデンサ(11)の入口において、冷媒の中に直接挿入され、コンデンサ(11)の温度(Ｔk)の測定値を提供しうるセンサ(23)であることを特徴とする請求項１記載の空調機。
【請求項８】
前記電子制御装置(401)は、前記第２の値の測定装置によって提供されるコンデンサの温度(Ｔk)から、前記第２の値(HP)を推定しうるようになっている請求項７記載の空調機。
【請求項９】
前記第２の値(HP)の測定装置は、コンプレッサ(14)の出口とコンデンサ(11)の入口との間に配置され、かつ前記冷媒の高圧(HP)のリアルタイム値を直接測定するセンサ(123)であることを特徴とする請求項１記載の空調機。
【請求項１０】
前記第２の値(HP)の測定装置は、コンデンサ(11)の出口と安全弁(12)の間に配置され、かつ前記冷媒の高圧(HP)のリアルタイム値を直接測定するセンサ(123)であることを特徴とする請求項１記載の空調機。
【請求項１１】
前記電子制御装置(401)は、前記第２の値(HP)の測定装置によって提供される冷媒の高圧(HP)のリアルタイム値から、コンデンサ(11)の温度(Ｔk)を推定しうるようになっている請求項９または１０記載の空調機。
【請求項１２】
前記第３の値(BP)の測定装置は、エバポレータ(13) のインペラブレードに設置され、冷媒蒸気の温度のリアルタイム値を提供するセンサ(122)であることを特徴とする請求項１記載の空調機。
【請求項１３】
前記第３の値(BP)の測定装置は、冷媒の中に直接挿入され、冷媒蒸気の温度のリアルタイム値を提供するセンサ(122)であることを特徴とする請求項１記載の空調機。
【請求項１４】
前記電子制御装置(401)は、前記第３の値(BP)の測定装置によって提供される冷媒蒸気の温度のリアルタイム値から、冷媒の低圧(BP)を推定しうるものであることを特徴とする請求項１２または１３記載の空調機。
【請求項１５】
前記第３の値(BP)の測定装置は、エバポレータ(13)とコンプレッサ(14)の間に配置され、冷媒の低圧(BP) のリアルタイム値を直接提供するセンサ(22)であることを特徴とする請求項１記載の空調機。
【請求項１６】
前記電子制御装置(401)は、前記第１および第２の測定装置の測定値、および燃料噴射制御装置(42)によって提供される自動車の走行に関する情報から、冷媒の流量を推定しうることを特徴とする請求項２記載の空調機。
【請求項１７】
前記自動車の走行に関する情報は、自動車の走行速度、およびファンの電圧に関するものであることを特徴とする請求項１６記載の空調機。
【請求項１８】
前記電子制御装置(401)は、冷媒流量の推定値、前記第２および第３の測定装置の測定値、および燃料噴射制御装置(42)によって提供される自動車の走行に関する情報から、コンプレッサ(14)によって消費される仕事率を推定しうるようになっている請求項１６記載の空調機。
【請求項１９】
前記自動車の走行に関する情報は、コンプレッサ(14)の回転速度に関連づけられていることを特徴とする請求項１８記載の空調機。
【請求項２０】
前記電子制御装置(401)は、冷媒流量の推定値、前記第１の測定装置の測定値、および燃料噴射制御装置(42)によって提供される自動車の走行に関する２つの情報から、冷媒の高圧(HP)を推定しうるようになっている請求項４〜１５のいずれかに記載の空調機と、請求項３記載の空調機との組み合わせに係る空調機。
【請求項２１】
前記自動車の走行に関する２つの情報は、自動車の走行速度と、ファンの電圧であることを特徴とする請求項２０記載の空調機。
【請求項２２】
前記電子制御装置(401)は、冷媒の高圧(HP)の推定値、前記第３の測定装置の測定値、および燃料噴射制御装置(42)によって提供される自動車の走行に関する情報から、コンプレッサによって消費される仕事率を推定しうるようになっている請求項２０記載の空調機。
【請求項２３】
前記自動車の走行に関する情報は、コンプレッサの回転速度であることを特徴とする請求項２２記載の空調機。
【請求項２４】
前記電子制御装置(401)は、所与の初期条件において、コンプレッサの最大回転速度を推定するために求められるコンプレッサの回転速度の微小な変化量に相当する冷媒の高圧(HP)から、コンプレッサによって消費される仕事率を繰返し推定しうるようになっている請求項２０〜２３のいずれかに記載の空調機。
【請求項２５】
前記冷媒の高圧(HP)は、前記コンプレッサの回転速度の微小な変化量に従って繰り返して算出される冷媒流量の値から推定されるようになっている請求項２４記載の空調機。
【請求項２６】
前記初期条件は、前記第２および第３の測定装置によって測定され、前記コンプレッサの回転速度の初期条件に対応する冷媒の高圧(HP)と冷媒の低圧(BP)とを含むことを特徴とする請求項２５記載の空調機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の冷凍サイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の自動車においては、冷凍サイクルのコンプレッサは、エンジンによって稼動され、エンジンの仕事率の一部を消費する。コンプレッサの稼動時に消費される仕事率は大したものではないが、エンジンの性能に影響を及ぼすことは確かである。コンプレッサによってエンジンの仕事率が消費されると、エンジンの性能が低下するとともに、燃料の消費量が増大し、自動車の排ガスによる汚染も大となる。
【０００３】
エンジンの効率を最適なものにするためには、コンプレッサによって実際に消費される仕事率を、リアルタイムで把握することが必要である。この消費仕事率に関する情報が得られると、エンジンに実際に必要な燃料の噴射量に関するパラメータを、最適なものにすることができる。一方、消費仕事率に関する情報が得られないときは、燃料噴射制御装置は、燃料の噴射量に関するパラメータについて、仕事率が最大に消費されるという、実際にはほとんど生じない場合に対応する値を選択する。
【０００４】
このような好ましくない事態が起こるのは、コンプレッサの内部制御機構が、エンジンとコンプレッサの間に存在するクラッチを介して作動するためである。空調制御モードの場合、コンプレッサの内部制御機構は、コンプレッサの入口における冷媒の低圧を、コンプレッサの出口における冷媒の高圧に関連づける線形の関係に従って、シリンダを調整する。しかし、コンプレッサによって実際に消費される仕事率は、名目的な消費仕事率よりも小さい場合がある。
【０００５】
上述の内部制御機構においては、コンプレッサは、エンジンの稼動条件に従って、一律に定められる名目的な仕事率を消費するものとされ、たとえコンプレッサによって消費される実際の仕事率が分かっている場合でも、名目的な消費量を減じることはできない。他方、名目的な消費量が大きすぎるときは、コンプレッサの作動を停止することによって、空調機の作動を制御する。
【０００６】
内部制御型コンプレッサに係るこうした不都合は、外部制御型コンプレッサの販売を拡大していく上でも障害となる。
【０００７】
外部制御型コンプレッサにおいては、コンプレッサによる実際の消費仕事率は、名目的な消費仕事率よりも小さい場合が多い。しかし、燃料の噴射量は、名目的な消費仕事率と実際の消費仕事率の差を加えたものであり、エンジンの効率を低下させている。
【０００８】
公知の態様においては、コンプレッサによるリアルタイムの消費仕事率の推定値を提供するグラフを用いる。リアルタイムの消費仕事率の推定値は、第１のセンサによって測定される冷媒の高圧のリアルタイムの値と、第２のセンサによって測定される自動車の走行に関連する情報に従って得られる。このような推定を行う装置は、空調機の計算機に組み込まれており、事前の試験によって得られる値に基づいて描かれたグラフを基に、推定に係る方程式を経験的に解くようになっている。
【０００９】
この方法は、起こりうる状況をすべて考慮に入れることができず、推定値が概算値にとどまるという欠点がある。
【００１０】
電動式コンプレッサの場合は、コンプレッサの排出量、したがって吸入される冷媒の流量が分かっているため、コンプレッサによる消費仕事率のリアルタイムの値を容易に利用することができる。しかし、この電動式コンプレッサの場合は、コンプレッサの回転速度が上昇したときに、コンプレッサによって消費される電気的仕事率が、最大の電気的仕事率を超える事態を予測しなければならないという問題がある。
【００１１】
従来は、消費仕事率のリアルタイムの値を知ることはできても、コンプレッサの回転速度が上昇するときに、消費仕事率を予測することはできなかった。コンプレッサの臨界回転速度を超える場合には、経験的にしか方程式を解くことができない。コンプレッサによるリアルタイムの消費仕事率を推定するために用いられる方程式の１つは、コンプレッサの消費仕事率、したがってコンプレッサの回転速度を制限するために、エンジンの内部安全装置を作動させるためのものである。
【００１２】
従来の装置のいくつかは、コンプレッサの消費仕事率を調整するために、経験的な方法を用いている。冷媒の高圧とコンプレッサの消費仕事率の間には、簡単な関係が存在することが分かっている。しかし、この関係を利用できる装置は、いまだ開発されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、冷媒の流量と冷媒の高圧との間に存在する簡単な関係から、コンプレッサの消費仕事率を推定しうる装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、コンプレッサによるリアルタイムの消費仕事率を正確に推定しうる装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記目的を達成するため、燃料噴射制御装置を備える自動車用空調機を提供するものである。この空調機は、燃料噴射制御装置、冷媒の閉サイクル、コンプレッサ、ファンから空気流を吹きつけられるコンデンサ、安全弁、エバポレータ、および前記冷媒の閉サイクルと燃料噴射制御装置とを相互に作用させる電子制御装置を備えている。
【００１６】
本発明に係る空調機は、コンデンサに吹きつけられる外気流の温度である第１の値と、コンプレッサの出口における冷媒の高圧である第２の値と、コンプレッサの入口における冷媒の低圧である第３の値とを、それぞれ測定しうる測定装置を有するのが好ましい。
【００１７】
前記電子制御装置は、前記第１の値と第２の値を冷媒の流量に関連づける線形方程式の解を用いて、冷媒の物理量を推定し、かつこの冷媒の物理量、前記第１の値、第２の値、および第３の値、ならびに前記燃料噴射制御装置によって提供される情報から、コンプレッサによって消費される仕事率を推定することができる。
【００１８】
本発明の一態様においては、前記コンプレッサは、機械駆動式コンプレッサであり、前記電子制御装置によって推定される冷媒の物理量は、冷媒の流量である。
【００１９】
本発明の他の態様においては、前記コンプレッサは、電動式コンプレッサであり、前記電子制御装置によって推定される冷媒の物理量は、冷媒の高い圧力である。
【００２０】
本発明の第１の実施形態によれば、電子制御装置は、前記第１の値、第２の値、および燃料噴射制御装置によって提供される自動車の走行に関する２つの情報から、冷媒の流量を推定することができる。
【００２１】
電子制御装置は、前記冷媒の流量、第２の値、第３の値、および燃料噴射制御装置によって提供される自動車の走行に関する情報から、コンプレッサによって消費される仕事率を推定しうるようになっているのが好ましい。
【００２２】
本発明の第２の実施形態によれば、電子制御装置は、前記第１の値、冷媒の流量、および燃料噴射制御装置によって提供される自動車の走行に関する２つの情報から、冷媒の高圧を推定することができる。
【００２３】
電子制御装置は、前記冷媒の高圧、第３の値、および燃料噴射制御装置によって提供される自動車の走行に関する情報から、コンプレッサによって消費される仕事率を推定しうるのが好ましい。
【００２４】
この第２の実施形態の補足として、電子制御装置は、所与の初期条件の下で、前記冷媒の高圧を推定することができる。
【００２５】
電子制御装置は、コンプレッサの最大回転速度を推定するために求められるコンプレッサの回転速度の微小な変化量に対応する冷媒の高圧から、コンプレッサによって消費される仕事率を繰返し推定しうるのが好ましい。
【００２６】
本発明は、前述のコンプレッサによって消費される仕事率を推定するための方程式を解くソフトウエアをも提供する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、冷媒の流量と冷媒の高圧との間に存在する簡単な関係から、コンプレッサのリアルタイムの消費仕事率を正確に推定し、燃料の噴射量を制御して、エンジンの効率を向上させうる装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の他の特徴と効果は、以下の説明と添付の図面から明らかになると思う。
【００２９】
数式集Ａは、本発明に係る空調機で用いられる主要な方程式を集めたものである。
【００３０】
添付の各図面は、本発明の本質を明らかにするため、特徴的な要素のみを示すこととしている。したがって、これらの図面は、以下の説明を分かりやすくするだけでなく、必要な場合には、本発明に係る用語を定義するのにも貢献する。
【００３１】
図１は、自動車に搭載される空調機を組み立てた状態を示す。この空調機は、臨界点未満で用いる冷媒、すなわち熱源の温度を上回る臨界温度をもつすべての冷媒に適用しうる閉サイクルを含む。この空調機は、冷媒が循環するコンプレッサ14、コンデンサ11、貯留器12、安全弁17、およびエバポレータ13を、この順序で備えている。以下の説明は、例として、主にR134a冷媒について行う。
【００３２】
コンデンサ11に対しては、車室から運ばれてきた熱を放散させるため、一定の作動条件下でファン15を作動させて、外気流16を吹きつける。
【００３３】
エバポレータ13には、外気18が流入するブロワ20から、空気流が吹き付けられる。エバポレータ13は、空調を経た空気流21を生成し、空気流21は、車室に向かって送り出される。
【００３４】
図２は、本発明に係る自動車用空調機を示す。本発明に係る空調機は、自動車の走行速度Ｖaに従って作動する。自動車は、燃料噴射制御装置42によって制御されつつ、エンジン43によって駆動される。燃料噴射制御装置42は、種々のセンサから情報を受け取り、これを解析してパラメータを調整する。したがって、燃料噴射制御装置42は、自動車の走行条件、特に走行速度、空調機に流入する外気の温度、コンプレッサの回転速度、およびファンの電圧のリアルタイムの値を、ケーブル33を介して提供することができる。
【００３５】
自動車には、図２に示す冷凍サイクル10が搭載されている。上述の空調機は、さらに、エバポレータ13の入口に供給される外気18の温度を設定するための室温制御装置41を備えている。
【００３６】
燃料噴射制御装置42は、空調制御装置402を介して、空調機に作用することができる。空調制御装置402は、エンジンの作動条件または外部の指令に従って、空調機の稼動を制御し、または停止させることができる。空調制御装置402は、例えばエンジンがオーバーヒート状態のときには、空調機の作動を停止させることができる。
【００３７】
空調制御装置402は、「オール・オア・ナッシング」の作動をするように設定されている。すなわち、機械駆動式コンプレッサによって消費されるエンジンの仕事率をリアルタイムで推定する装置、または電動式コンプレッサによって消費されるエンジンの仕事率を予測する装置が存在しないときは、空調制御装置402は、冷凍サイクルの作動を調整することはできない。
【００３８】
本発明においては、冷媒の流量とコンプレッサにおける冷媒の高圧との間における熱力学の法則に基づく簡単な関係を利用して、空調機の作動を改善することができる装置を、所定の位置に設置する。
【００３９】
本発明においては、情報を相互に交換しうるように、室温制御装置41、燃料噴射制御装置42、および冷凍サイクル10が、電子制御装置401に接続されている。
【００４０】
電子制御装置401は、コンプレッサによる消費仕事率を推定するための方程式の解を利用し、この推定値から得られる情報を、ケーブル32を介して、燃料噴射制御装置42に送る。
【００４１】
電子制御装置401は、空調制御装置402の一部とすることもできる。空調制御装置402は、エバポレータの入口に流入する外気の温度に応じて、車室から奪う熱量（いわゆる冷凍能力）を調整する役割を果たす。外気の温度は、室温制御装置41から、ケーブル35を介して、空調制御装置402に知らされる。
【００４２】
電子制御装置401は、冷凍サイクル10に設置されたセンサから、ケーブル30を介して、情報を受け取る。また、電子制御装置401は、燃料噴射制御装置42からも、ケーブル33を介して、情報、特に自動車の走行速度、ファンの電圧、コンプレッサの回転速度、または外気の温度に関する情報を受け取る。
【００４３】
室温制御装置41は、ケーブル34と35を介して、空調制御装置402との間で、エバポレータの入口に吹きつけられる外気の設定温度に関連する情報を交換する。
【００４４】
電子制御装置401を、それぞれ冷凍サイクル10、燃料噴射制御装置42、および室温制御装置41に接続するケーブル30,33,35は、冷媒の凝縮温度Ｔk、コンデンサの入口に吹き付けられる外気の温度Ｔaek、コンプレッサの入口圧力（いわゆる低圧BP）、コンプレッサの出口圧力（いわゆる高圧HP）、自動車の走行速度Ｖa、ファンの電圧GMV、およびコンプレッサの回転速度Ｎの各リアルタイムの値を決定するために設けられている。
【００４５】
高圧HPと冷媒の凝縮温度Ｔkの各リアルタイムの値は、冷媒の飽和蒸気圧と関連しているため、これら２つの値のどちらか一方が分かれば、他方は、電子制御装置401によって、冷媒の飽和蒸気圧との関連から求めることができる。さらに、自動車の走行速度Ｖa、ファンの電圧GMV、およびコンプレッサの回転速度Ｎの値は、燃料噴射制御装置42から得られる。
【００４６】
上記自動車の走行速度Ｖa、ファンの電圧GMV、およびコンプレッサの回転速度Ｎの各値は、料噴射制御装置42から、ケーブル33を介して、電子制御装置401へ直接送られる。それ以外のパラメータについては、電子制御装置401へ情報を提供する手段は複数あり、また冷凍サイクル10にセンサを配置して得られる補完的な情報や、燃料噴射制御装置42から得られる補完的な情報を利用することによって求めることもできる。
【００４７】
本発明において用いるパラメータ間の簡単な関係とは、冷媒の流量、高圧、ならびに空調機の作動条件、および自動車の走行条件と関連するパラメータに係るものである。
【００４８】
本発明の第１の実施形態においては、すでに述べた機械駆動式のコンプレッサを用いる。この実施形態における電子制御装置は、冷凍サイクルを循環する冷媒の流量ｍを推定し、この推定値から、冷凍サイクルにおいて消費されるエンジンの仕事率Ｐaを推定する。
【００４９】
数式集のＡ１における方程式は、冷媒の凝縮温度Ｔk、コンデンサの入口における外気の温度Ｔaek、および係数Ａが分かると、冷媒の流量ｍを推定しうることを示している。
【００５０】
燃料噴射制御装置42と接続するケーブル33は、自動車の走行速度Ｖaとファンの電圧GMVのリアルタイムの値を、電子制御装置401へ送る。これらの値が分かると、空気流の流量Ｃpaが求められ、その後、係数Ａと空気流の速度Ｃpaとを結びつけるＡ１の方程式を利用して、係数Ａを算出することができる。
【００５１】
図５は、空気流の速度が、自動車の走行速度Ｖaと、ファンの電圧GMVの値に関係することを示す。
【００５２】
この実施形態においては、冷媒の凝縮温度Ｔkとコンデンサの入口における外気の温度Ｔaekを測定するため、２つのセンサを用いる。
【００５３】
図２においては、冷媒の凝縮温度Ｔkは、コンデンサ11の出口において冷媒の中に直接差し込まれるセンサ23によって測定される。センサの配置場所としては、冷媒が気液二相状態にある箇所、例えばコンデンサに４つの流路が存在する場合は、第１の流路の終端が好ましい。
【００５４】
この実施形態の変形例として、冷媒の凝縮温度Ｔkを間接的に測定することもできる。このためには、図３に示すように、コンプレッサ11の出口における高圧HPを測定するセンサ123を用いる。電子制御装置401は、冷媒の飽和蒸気圧との関係を利用して、冷媒の凝縮温度Ｔkを算出する。図３に示す変形例においては、高圧HPのリアルタイムの値を測定するセンサ123は、コンプレッサ14の出口とコンデンサ11の入口との間、またはコンデンサ11の出口と安全弁12の入口との間（こちらの方が好ましい）の適当な箇所に設置される。
【００５５】
図２に示す実施形態の場合、コンデンサ11の入口における外気の温度Ｔaekは、ファン15とコンデンサ11の間に配置されているセンサ24によって測定される。
【００５６】
この実施形態の変形例として、冷媒流量のリアルタイムの値を推定するために、冷凍サイクル内に、ただ１つのセンサを配置することがある。このセンサは、冷媒の凝縮温度のリアルタイム値Ｔkを測定するセンサ23（または123）である。
【００５７】
図３に示す実施形態においては、コンデンサ11の入口における外気の温度のリアルタイムの値Ｔaekは、燃料噴射制御装置42と室温制御装置41とによって提供される自動車の走行速度Ｖaと、ファンの入口における外気の温度Ｔextのリアルタイム値から、電子制御装置401によって算出される。
【００５８】
上述のすべての実施形態および変形例においては、冷媒の凝縮温度のリアルタイムの測定値Ｔk、コンデンサ11の入口における外気の温度のリアルタイムの算出値Ｔaekは、数式集のＡ１における方程式の係数Ａを介して、冷媒の流量と関係づけられている。電子制御装置401は、この関係を利用して、冷凍サイクルにおける冷媒の流量を推定する。
【００５９】
図４は、本発明による冷媒流量の推定値の正確さを示す。図４のグラフは、冷媒R134aの流量の経時変化の推定値(m134a sim)を描いた第１の曲線と、冷媒R134aの流量の実際の経時変化 (m134a；単位はkg/hである)を描いた第２の曲線との差を示している。
【００６０】
このグラフは、２つの曲線にはほとんど差がなく、十分に正確な推定がなされていることを示している。このように推定値の誤差が小さいことは、コンプレッサによって消費されるエンジンの仕事率を推定する上でも重要である。
【００６１】
よって、本発明によれば、上記の条件下で、十分に正確な冷媒流量の推定値を用いることにより、コンプレッサによって消費される機械的仕事率を算出しうることが分かる。
【００６２】
図２と図３に示す実施形態においては、上述の電子制御装置は、コンプレッサによって消費される機械的仕事率を、数式集のＡ２とＡ３の方程式に従って算出する上で必要な情報を得ることができる。この情報は、冷媒流量の推定の外に、コンプレッサの等エントロピーの仕事Ｗisの推定とコンプレッサの回転速度の推定にも関係する。係数Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥは、冷凍サイクルの稼動に係るパラメータに関連するもので、計算によって求められる。
【００６３】
電子制御装置401は、高圧HPと低圧BPの値から、コンプレッサの等エントロピーの仕事Ｗisを計算するために、コンプレッサの圧縮率を推定する。高圧HPは、冷媒流量を推定する電子制御装置によって、直接または間接的に（冷媒の凝縮温度の計算を通して）求められる。さらに、図２と図３に示すように、コンプレッサの回転速度Ｎも、燃料噴射制御装置42から、ケーブル33を介して、電子制御装置に提供される。電子制御装置401は、低圧BPの値も求めなければならない。
【００６４】
図２に示す実施形態の変形例においては、低圧BPのリアルタイムの値は、エバポレータとコンプレッサの間の配置されるセンサ22によって直接測定される。この測定値は、ケーブル30を介して、電子制御装置401に送られる。
【００６５】
低圧BPのリアルタイムの値は、間接的に測定することもできる。この場合には、エバポレータの温度を測定する図３のセンサ122を用いる。エバポレータの温度は、冷媒の飽和蒸気圧の関係によって、低圧BPと結びつけられている。センサ122は、エバポレータのインペラブレードに設置される標準的な構成のサーミスタである。
【００６６】
この変形例として、低圧BPは、エバポレータ13の出口における空気の温度、高圧HP、外気の温度Ｔext、およびブロワ20の電圧から、間接的に推定することもできる。室温制御装置41は、エバポレータの出口における空気の流量を推定する上で必要な車室の設定温度とブロワの電圧を提供することができる。しかし、この変形例による低圧BPの推定値は、あまり正確ではない。
【００６７】
この外、例えば導管または安全弁12において、センサを冷媒中に設置することもできる。この場合、エバポレータの温度の測定値は、ケーブル30を介して、電子制御装置に送られる。電子制御装置は、冷媒の飽和蒸気圧の関係を利用して、低圧BPの値を計算する。
【００６８】
図６は、この実施形態において、外気の流量が２０００kg/hで、かつその温度が３５℃という条件下で、推定値の正確さをみる試験を行った場合の結果を示す。このグラフによれば、コンプレッサによって消費される機械的仕事率の推定値(Wshaft mea)と、コンプレッサによって消費される機械的仕事率の実際の値(Wshaft sim)との差はほとんどなく、推定値は十分に正確であることが分かる。ただし、この正確さは、推定のためのパラメータとして、冷媒の凝縮温度のリアルタイム値Ｔkと、コンデンサの入口における外気の温度のリアルタイムの値Ｔaekを選んだことと、これらパラメータの推定値の正確さに依存する。
【００６９】
電子制御装置は、燃料噴射制御装置に対して、コンプレッサにより消費される機械的仕事率の推定値を知らせる。また、電子制御装置は、コンプレッサにより消費される名目的な機械的仕事率の値が、消費仕事率の推定値から画定される最大値を超える場合には、この名目的な値を調整する。したがって、燃料の消費量は減少し、コンプレッサによる消費仕事率の名目値が実際の値を大きく上回るという事態は、回避される。
【００７０】
本発明に係る電子制御装置は、機械式の内部制御機構を有するコンプレッサの場合にも、コンプレッサによって消費される機械的仕事率を推定するために用いることができる。しかし、このタイプのコンプレッサの場合は、推定される仕事率は、コンプレッサに流入する冷媒の流量を減少させるよう、コンプレッサの作動を停止させるために用いられる。
【００７１】
コンプレッサが電動式の場合、本発明に係る電子制御装置は、まず高圧を推定し、ついでこの高圧の推定値から、コンプレッサにより消費される電気的仕事率を推定する。この場合、コンプレッサの回転数を制御することも、目的の一つとなる。
【００７２】
図７は、電動式コンプレッサの模式図である。電動式コンプレッサ14は、適当な制御手段を内蔵し、バッテリ式の電源142から給電されるモータ140によって駆動される。電源142は、周波数コンバータ141を介して、コンプレッサ14にエネルギーを送る。
【００７３】
電動式コンプレッサにおいては、排気量は一定であるため、数式集におけるＡ４の方程式に従って、コンプレッサにより消費される電気的仕事率のリアルタイムの値を簡単に知ることができる。
【００７４】
電動式コンプレッサは、消費仕事率のリアルタイムの値が、名目的な消費仕事率値を上回ったときに、冷凍サイクルを停止するリミッタ回路を備えている。しかし、このリミッタ回路は、消費仕事率のリアルタイムの値が、名目的な消費仕事率値と等しくなった後に作動するものであり、リアルタイムの値が、名目的な値を上回るのを、前もって知ることはできない。
【００７５】
冷媒の流量がコンプレッサの回転速度に従って変化することは、すでに知られている。しかし、コンプレッサの出口における高圧の変化が分からなければ、両者の関係に基づいて、コンプレッサによって消費される電気的仕事率を減少させることはできない。
【００７６】
本発明においては、冷媒流量の変化から高圧の値を算出することにより、コンプレッサによって消費されるリアルタイムの電気的仕事率を推定する。
【００７７】
本発明においては、高圧を推定するため、冷媒の流量を、空調機の作動と自動車の走行に関係するパラメータに関連づける数式集におけるＡ１の方程式を用いる。
【００７８】
図１〜図３は、この実施形態に係るものである。電子制御装置401は、Ａ１の方程式を解くために、燃料噴射制御装置42と冷凍サイクル10から情報を受け取る。冷媒の凝縮温度Ｔkは、冷媒の飽和蒸気圧に従って高圧HPと関連づけられているため、電子制御装置は、冷媒の凝縮温度Ｔkから、簡単な計算によって、高圧HPを求めることができる。
【００７９】
電子制御装置は、コンプレッサの回転速度を制御する場合の予測式に従って、コンプレッサにより消費される電気的仕事率を推定することができる。数式集Ａ４の方程式によれば、仕事率は、コンプレッサに関して、高圧HPおよび低圧BPと関連づけられており、したがって、コンプレッサ14の回転速度Ｎと関連づけられている。
【００８０】
図２におけるセンサ22（または図３におけるセンサ11２２）は、低圧BPのリアルタイムの値を測定し、ケーブル30を介して電子制御装置401へ送る。燃料噴射制御装置42は、コンプレッサの回転速度Ｎを電子制御装置401へ送る。電子制御装置401は、これらの値を高圧HPの値に関連づけ、コンプレッサによって消費される電気的仕事率の値を求める。
【００８１】
この実施形態においては、コンプレッサによって消費される実際の電気的仕事率が、名目的な最大の電気的仕事率を上回る場合を予測するため、電動式コンプレッサによって消費される電気的仕事率が推定される。
【００８２】
この推定を行えば、コンプレッサを、効率が非常に悪い状態で稼動させないようにすることができる。上述の予測は、電子制御装置が、コンプレッサに吸入される冷媒の流量を増加させつつ、高圧HPを予測し、コンプレッサによって消費される実際の電気的仕事率が名目的な最大の電気的仕事率を上回らないように、コンプレッサの回転速度を推定しうることから可能になるものである。
【００８３】
図８は、コンプレッサの回転速度を制御するために、回転速度を予測する際の流れ図である。この図に現れる式の一部は、数式集のＡ４〜Ａ６に示されている。
【００８４】
センサ22（または122）および23（または123）は、低圧の初期値BP0と高圧の初期値HP0を測定し、これらを電子制御装置401へ送る。燃料噴射制御装置42は、電子制御装置401に対して、コンプレッサの回転速度の初期値N0と冷媒の流量の初期値ｍ0を伝える。これらの初期値HP0，BP0，Ｎ0およびｍ0は、過程100において、電子制御装置401へ伝えられる。
【００８５】
この過程100においては、電子制御装置401は、さらに、高圧の初期値HP0と低圧BP0の初期値とから、電気的仕事率Ｐel0を算出する。また、電子制御装置401は、Ａ５の方程式における係数の値、すなわち緩和因子α0を、１に固定する。これらのHP0，BP0，Ｎ0，ｍ0,Ｐel0およびα0は、初期条件における値である。
【００８６】
図８における各過程は繰り返されるため、接尾辞ｊを用いて、何番目の過程であるかを示す。
【００８７】
第ｊ番目の過程102においては、電子制御装置は、空調制御装置によって一定の値に保たれているコンプレッサの回転速度Ｎjを、数式集のＡ５における方程式に従って、緩和因子αj-1を用いて増大させる。
【００８８】
過程104においては、冷媒の電子制御装置は、流量ｍjを算出する。これは、コンプレッサの回転速度の変化量ｄＮjと、過程102で算出されたＮj、および第(ｊ−１)番目の流量ｍj-1から、簡単に求めることができる（数式集のＡ６における方程式を参照）。
【００８９】
過程106においては、電子制御装置は、数式集のＡ１における関係に適合する高圧HPjの新しい値を算出する。
【００９０】
この予測式は、低圧BPj(＝BP0）の変化を考慮に入れていない。過程108においては、電子制御装置は、高圧HPjの新しい値と低圧BPjの値から、コンプレッサの回転速度の変化量がｄＮjであるときの電気的仕事率Ｐeljの新しい値を算出する。
【００９１】
過程110においては、電子制御装置は、Ｐeljを、コンプレッサの最大仕事率ＰelMAXと比較する。ＰeljがＰelMAXよりも大きい場合には、ＰeljがＰelMAXを越えないようなコンプレッサの最大回転速度をＮjとし、繰返しをここで終了する。ＰeljがＰelMAXよりも小さい場合には、電子制御装置は、係数αjを求め、繰返しの数ｊを増加させた後、過程102〜110を繰返す。係数αjは、数式集のＡ５に示すように、係数αj-1、ＰeljおよびＰelj-1から求めることができる。
【００９２】
コンプレッサの回転速度の推定値は、空調機の作動を制御するのに用いられる。
【００９３】
上で述べたコンプレッサの回転速度の予測においては、例として、各繰返し過程における回転速度の変化量ｄＮjを用いた。しかし、予測に当たって、本発明において用いることができるのは、回転速度の増加率だけではない。
【００９４】
さらに、本発明においては、上述のコンプレッサによる消費仕事率を予測するためのコンピュータに読み取り可能な媒体に記録されたソフトウエアを提供することも目的とする。この「コンピュータに読み取り可能な媒体」とは、デジタル式またはアナログ式の送信手段をも包含する磁気記録媒体、光学式記録媒体等の記録媒体をいう。
【００９５】
数式集Ａ
Ａ１．冷媒流量の測定
ｍ＝Ａ（Ｔk−Ｔaek）
Ａ＝Ｋｓ〔ΔＨcdr{１＋Ｋｓ／(２ｍaＣpa)}〕-1
Ａ２．コンプレッサの圧縮に係る仕事
Ｗis＝Ｂ（Ｐr(k-1)/k−１）
Ａ３．空調機に消費される機械的仕事率の推定
Ｐa＝ＣｍＷis＋ＤＮ
Ｗis＝Ｅ（Ｐr(k-1)/k−１）
Ａ４．空調機に消費される電気的仕事率の推定
Ｐel＝(Ｗel)’
Ｗel＝（ＦＷis＋ＧＮ／ｒ）
ｒ＝Ｆ1−Ｆ2Ｐr−Ｆ3(Ｎ)
Ａ５．コンプレッサの回転速度の変化
Ｎj＝Ｎj-1＋αj・ｄＮ0
αj＝αj-1（Ｐelj／Ｐelj-1）
Ａ６．コンプレッサの回転速度の変化に基づく冷媒流量の推定
ｄｍj＝ｍj-1（ｄＮj／Ｎj）
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】自動車に搭載される空調機を組立てた状態を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電子制御装置付き自動車用空調機のブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の変形例に係る図２と類似するブロック図である。
【図４】本発明の空調機によって得られる冷媒流量の推定値の正確さを示すグラフである。
【図５】自動車の走行速度と空気流の速度の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の空調機によって消費されるエンジンの仕事率の推定値の正確さを示すグラフである。
【図７】電動式コンプレッサのブロック図である。
【図８】コンプレッサの回転速度を制御する過程の流れ図である。
【符号の説明】
【００９７】
10  冷凍サイクル
11  コンデンサ
13  エバポレータ
14  コンプレッサ
15  ファン
20  ブロワ
30,32,33,34,35  ケーブル
41  室温制御装置
42  燃料噴射制御装置
43  エンジン
23,24,122,123  センサ
140  モータ
141  周波数コンバータ
142  電源
401  電子制御装置
402  空調制御装置
【図１】
2005512870.tif 000003
【図２】
2005512870.tif 000004
【図３】
2005512870.tif 000005
【図４】
2005512870.tif 000006
【図５】
2005512870.tif 000007
【図６】
2005512870.tif 000008
【図７】
2005512870.tif 000009
【図８】
2005512870.tif 000010
【国際調査報告】
2005512870.tif 000011
2005512870.tif 000012
2005512870.tif 000013
2005512870.tif 000014