(57)【要約】【課題】車両が登坂・低速走行の状態でも、冷房性能が悪化することのない超臨界冷媒を用いた冷凍サイクルの冷媒流量制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】容量可変型のコンプレッサ２と、加圧された前記冷媒と車両の走行により取り込まれる外気とを熱交換するガスクーラ３と、ガスクーラ３で冷却した冷媒を断熱膨張させる膨張弁４と、断熱膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器５と、コンプレッサ（２）の冷媒流量調整可能な容量制御弁６とを備えた超臨界冷媒を用いた冷凍サイクルの冷媒流量を制御する冷媒流量制御装置であって、車両の走行状態を検知する車両走行状態検知手段８と、この車両走行状態検知手段８の検知結果に基づいて容量制御弁６を調整し冷凍サイクルの冷媒流量を適正値に制御する制御手段９とを有している。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの駆動力で回転し超臨界冷媒を圧縮すると共に圧縮する冷媒流量を可変可能な容量可変型のコンプレッサ（２）と、加圧された前記冷媒と車両の走行により取り込まれる外気とを熱交換する放熱器（３）と、放熱器（３）で冷却した冷媒を断熱膨張させる膨張弁（４）と、断熱膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器（５）と、前記コンプレッサ（２）の冷媒圧力を調整可能な容量制御弁（６）とを備えた超臨界冷媒を用いた冷凍サイクルの冷媒流量を制御する冷媒流量制御装置であって、
車両の走行状態を検知する車両走行状態検知手段（８）と、この車両走行状態検知手段（８）の検知結果に基づいて前記容量制御弁（６）を調整し前記冷凍サイクルの冷媒流量を適正値に制御する制御手段（９）とを有することを特徴とする冷媒流量制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の冷媒流量制御装置であって、前記車両走行状態検知手段（８）がエンジンの回転数を検知するエンジン回転数検知手段（１２）と、車両の速度を検知する車速検知手段（１３）とからなり、前記制御手段（９）は、検出されたエンジン回転数が所定の回転数より高く、検出された車速が所定の車速より低いとき前記容量制御弁（６）を駆動して冷媒流量を少なくすることを特徴とする冷媒流量制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の冷媒流量制御装置であって、前記車両走行状態検知手段（８）がエンジンの回転数を検知するエンジン回転数検知手段（１２）と、前記放熱器（３）へ取り込まれる外気の風速を検知する風速検知手段（２３）とからなり、前記制御手段（９）は検出されたエンジン回転数が所定の回転数より高く、検出された風速が所定の風速より低いとき前記容量制御弁（６）を駆動して冷媒流量を少なくすることを特徴とする冷媒流量制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の冷媒流量制御装置であって、前記車両走行状態検知手段（８）が前記放熱器（３）への冷媒入口側の冷媒温度と冷媒出口側の冷媒温度とを検出する温度検出手段（３３ａ、３３ｂ）からなり、前記制御手段（９）は冷媒入口側の冷媒温度に対する冷媒出口側の冷媒温度の温度効率を算出し、この温度効率が所定値以下のとき前記容量制御弁を駆動して冷媒流量を少なくすることを特徴とする冷媒流量制御装置。
【請求項５】
エンジンからの駆動力で回転し超臨界冷媒を圧縮すると共に圧縮する冷媒流量を可変可能な容量可変型のコンプレッサと、加圧された前記冷媒と車両の走行により取り込まれる外気とを熱交換する放熱器と、放熱器で冷却した冷媒を断熱膨張させる膨張弁と、断熱膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記コンプレッサの冷媒圧力を調整可能な容量制御弁とを備えた超臨界冷媒を用いた冷凍サイクルの冷媒流量を制御する冷媒流量の制御方法であって、車両の走行状態を検知し、この検知結果に基づいて前記容量制御弁を調整して冷凍サイクルの冷媒容量を適正値に制御することを特徴とする冷媒流量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超臨界冷媒を用いた冷凍サイクルに用いられて冷媒流量を制御する冷媒流量制御装置及び冷媒流量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超臨界冷媒として炭酸ガスを用いた冷凍サイクルを用いた車両用空調装置として特開平７−２９４０３３号公報（特許文献１）で開示されている。同公報に記載された冷凍サイクルは、超臨界冷媒を圧縮するコンプレッサと、冷媒と外気との熱交換を行うコンデンサ（放熱器）と、コンデンサで冷却された冷媒を断熱膨張させる膨張弁と、断熱膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、気相状態の冷媒と液相状態の冷媒を分離するアキュームレータとを備えている。
【０００３】
また、同公報に記載された冷凍サイクルでは、コンデンサ出口側から膨張弁の流入側までの冷媒温度を検出し、この冷媒温度に対する最適圧力を算出し、膨張弁の絞り弁の開度を調節して圧力を制御し冷房能力及び効率を確保している。この場合、高圧圧力が大きいと判断される膨張弁の絞り弁を開けることにより圧力を低下させ、圧力が小さいと判断されると膨張弁の絞り弁を閉めることにより圧力を上昇させている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２９４０３３号（段落（００１８）、（００１９）及び図２参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、車両が登坂・低速走行のような場合では、エンジンの駆動力で回転駆動されるコンプレッサは高回転となるが、低速走行のためコンデンサへの冷却風が少なくなる。このようなときは、冷媒流量が多く冷却能力が小さいので高圧圧力は通常走行状態の時より過大となり、膨張弁の絞り弁が開く方向に制御する必要がある。膨張弁の絞り弁を開くと、これに伴って低圧圧力は上昇し、冷媒を多く流しているにもかかわらず、蒸発器の性能が低下する。この結果、冷房性能とともに効率も落ちてしまう。
【０００６】
また、温度負荷が高い場合は、コンプレッサの高回転では、冷媒圧力は１５メガパスカル以上にもなるが、安全上膨張弁の絞り弁を開けて圧力を下げている。このため、上記したように低圧圧力が上昇し、冷媒を多く流しているにもかかわらず、蒸発器の性能が低下し、冷房性能とともに効率も落ちてしまう。
【０００７】
そこで、この発明は、車両が登坂・低速走行の状態でも、冷房性能が悪化することのない超臨界冷媒を用いた冷凍サイクルの冷媒流量制御装置及び制御方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、エンジンからの駆動力で回転し超臨界冷媒を圧縮すると共に圧縮する冷媒流量を可変可能な容量可変型のコンプレッサと、加圧された前記冷媒と車両の走行により取り込まれる外気とを熱交換する放熱器と、放熱器で冷却した冷媒を断熱膨張させる膨張弁と、断熱膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記コンプレッサの冷媒流量を調整可能な容量制御弁とを備えた超臨界冷媒を用いた冷凍サイクルの冷媒流量を制御する冷媒流量制御装置であって、車両の走行状態を検知する車両走行状態検知手段と、この車両走行状態検知手段の検知結果に基づいて前記容量制御弁を調整し前記冷凍サイクルの冷媒流量を適正値に制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明では、車両走行状態検知手段が車両の走行状態を検知し、この検知結果に基づいて制御手段は、容量制御弁を調整し冷凍サイクルの冷媒流量を適正値に制御する。車両が例えば、登坂走行で、しかも低速走行のような場合であっても、制御手段が冷媒流量を適正値に設定するように制御するので蒸発器の性能が低下することがなくなり、冷房性能が悪化することがない。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の冷媒流量制御装置であって、前記車両走行状態検知手段がエンジンの回転数を検知するエンジン回転数検知手段と、車両の速度を検知する車速検知手段とからなり、前記制御手段は、検出されたエンジン回転数が所定の回転数より高く、検出された車速が所定の車速より低いとき前記容量制御弁を駆動して冷媒流量を少なくすることを特徴とする。
【００１１】
エンジン回転数検知手段が検知したエンジンの回転数が所定の回転数より高く、車速検知手段が検知した車速が所定の車速より低いとき、すなわち、車両が登坂・低速走行の状態であるときは、制御手段は容量制御弁を駆動して冷媒流量を少なくする。これにより、蒸発器の性能が低下することがないので、冷房性能が低下することがない。また、エンジン回転数が所定の回転数より高くなると（車両が登坂・低速走行になると）コンプレッサが高回転して冷媒の圧力が高圧となる状況で、冷媒流量を少なくすることにより冷媒の圧力を低く抑えることができるので、安全性が向上する。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の冷媒流量制御装置であって、前記車両走行状態検知手段がエンジンの回転数を検知するエンジン回転数検知手段と、前記放熱器へ取り込まれる外気の風速を検知する風速検知手段とからなり、前記制御手段は検出されたエンジン回転数が所定の回転数より高く、検出された風速が所定の風速より低いとき前記容量制御弁を駆動して冷媒流量を少なくすることを特徴とする。
【００１３】
エンジン回転数検知手段が検知したエンジンの回転数が所定の回転数より高く、風速検知手段が検知した風速が所定の車速より低いとき、すなわち、車両が登坂・低速走行状態であるときは、制御手段は容量制御弁を駆動して冷媒流量を少なくする。これにより、蒸発器の性能が低下することがないので、冷房性能が低下することがない。また、エンジン回転数が所定の回転数より高くなると（車両が登坂・低速走行になると）コンプレッサが高回転して冷媒の圧力が高圧となる状況で、冷媒流量を少なくすることにより冷媒の圧力を低く抑えることができるので、安全性が向上する。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の冷媒流量制御装置であって、前記車両走行状態検知手段が前記放熱器への冷媒入口側の冷媒温度と冷媒出口側の冷媒温度とを検出する温度検出手段からなり、前記制御手段は冷媒入口側の冷媒温度に対する冷媒出口側の冷媒温度の温度効率を算出し、この温度効率が所定値以下のとき前記容量制御弁を駆動して冷媒流量を少なくすることを特徴とする。
【００１５】
放熱器の冷媒入口側の冷媒の温度と、冷媒出口側の冷媒の温度とが温度検知手段によって検知されると、制御手段はこれらの検知結果から放熱器の温度効率を算出する。この温度効率が所定の値以下のとき、すなわち、放熱器における冷媒の放熱機能が低下するような車両の走行状態として、車両が登坂・低速走行状態のときは、制御手段は容量制御弁を駆動して冷媒流量を少なくする。これにより、蒸発器の性能が低下することがないので、冷房性能が低下することがない。
【００１６】
請求項５記載の発明は、エンジンからの駆動力で回転し超臨界冷媒を圧縮すると共に圧縮する冷媒流量を可変可能な容量可変型のコンプレッサと、加圧された前記冷媒と車両の走行により取り込まれる外気とを熱交換する放熱器と、放熱器で冷却した冷媒を断熱膨張させる膨張弁と、断熱膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記コンプレッサの冷媒圧力を調整可能な容量制御弁とを備えた超臨界冷媒を用いた冷凍サイクルの冷媒流量を制御する冷媒流量の制御方法であって、車両の走行状態を検知し、この検知結果に基づいて前記容量制御弁を調整して冷凍サイクルの冷媒流量を適正値に制御することを特徴とする。
【００１７】
この制御方法では、車両の走行状態を検知し、この検知結果に基づいて容量制御弁を調整して冷媒流量を適正値に制御する。これにより、例えば車両が登坂・低速走行の状態でも、冷房性能が悪化することがなく、効率の良い運転を行うことができる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１〜請求項５に係る発明によれば、エンジンの回転数を検知するエンジン回転数検知手段と、車両の速度を検知する車速検知手段とからなる車両走行状態検出手段や、エンジンの回転数を検知するエンジン回転数検知手段と、前記放熱器へ取り込まれる外気の風速を検知する風速検知手段とからなる車両走行検出手段や、放熱器への冷媒入口側の冷媒温度と冷媒出口側の冷媒温度とを検出する温度検出手段からなる車両走行状態検出手段が車両の走行状態を検知し、この検知結果に基づいて制御手段は、容量制御弁を調整し冷凍サイクルの冷媒流量を適正値に制御するので、車両が例えば、登坂走行で、しかも低速走行のような場合であっても、制御手段が冷媒流量を適正値に設定するように制御するので、蒸発器へ過剰な冷媒の流入がなくなり、蒸発器の性能が低下することがなく、冷房性能が悪化することがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係超臨界冷媒を用いた冷凍サイクルの冷媒流量制御装置及び制御方法の実施形態について説明する。図１は、冷凍サイクルを示す模式図、図２は制御装置の制御方法を示すフローチャートである。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態における冷凍サイクル１は、エンジンからの駆動力で回転し超臨界冷媒を圧縮すると共に圧縮する冷媒流量を可変可能な容量可変型のコンプレッサ２と、加圧された冷媒と車両の走行により取り込まれる外気とを熱交換するガスクーラ（放熱器）３と、ガスクーラ３で冷却した冷媒を断熱膨張させる膨張弁４と、断熱膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器５と、コンプレッサ２の冷媒流量を調整可能な容量制御弁（ＥＣＶ）６と、ガスクーラ３と膨張弁４との間には、ガスクーラ３の下流側の高圧冷媒と蒸発器５の下流側の低圧冷媒との間で熱交換する内部熱交換器７とを備えている。また、本実施形態では、車両の走行状態を検知する車両走行状態検知手段８と、この車両走行状態検知手段８の検知結果に基づいて容量制御弁６を調整し冷凍サイクルの冷媒流量を適正値に制御する制御装置９とを有している。
【００２１】
ガスクーラ３は、室外熱交換器でありコンプレッサ２の加圧冷媒が通路Ｐ１を介して導入され、導入された加圧冷媒が車両の前面風１０による外気と熱交換されて冷却される。膨張弁４は、通路Ｐ２を介してガスクーラ３を通過した冷媒が導入され、絞り弁（不図示）の可変絞り機能を備えて絞り量の制御が可能となっている。
【００２２】
蒸発器５は、膨張弁４の下流側の低圧通路Ｐ３に設けられ、膨張弁４で断熱膨張した冷媒が導入されると共に、空調ダクト（不図示）内に配置されて空調ダクト内を通過する空調風とに間で熱交換することにより冷房熱源となっている。内部熱交換器７は、ガスクーラ３の下流側の高温状態にある高圧冷媒と蒸発器５を通過した冷温化した低圧冷媒とで熱交換することにより、膨張弁４に導入される冷媒を冷温化すると共に、コンプレッサ２に吸入される冷媒を温める。
【００２３】
低圧通路Ｐ３には、蒸発器５と内部熱交換器７との間にアキュームレータ１１が設けられており、このアキュームレータ１１により蒸発器５を通過した冷媒を気液分離し、気相冷媒のみを内部熱交換器７に通過させてコンプレッサ２に吸入させる。このコンプレッサ２の冷媒出口側に、上記容量制御弁６が設けられている。容量制御弁６は、制御装置９に接続されてその駆動が制御される。制御装置９には、上記したように車両走行状態検知手段８が接続されている。車両走行状態検知手段８は、車両のエンジン回転数を検知するエンジン回転数検知手段１２と、車両の速度を検知する車速検知手段１３とからなる。
【００２４】
以下、制御装置９による冷媒流量の制御方法について、図２に示すフローチャートに従い説明する。
【００２５】
図２に示すように、ステップＳ１で車両のＡ／ＣがＯＮ状態か否かが判断され、Ａ／ＣがＯＮの場合は、ステップＳ２で車両のエンジン回転数がエンジン回転数検知手段１２によって検知される。次にステップＳ３で車両の車速が車速検知手段１３によって検知される。ステップＳ４では、これらのエンジン回転数と車速から車両の走行状態が判断され、登坂・低速走行状態か否かが判断される。この場合、車両のエンジン回転数が所定の回転数より高く、車速が所定の車速より低いときに、車両は登坂・低速状態で走行していると判断される。
【００２６】
車両が登坂・低速走行の状態と判断されると、ステップＳ５で容量制御弁６の目標（狙い値）値Ｄｃｍｄが算出される。目標値Ｄｃｍｄは、車両が時速４０Ｋｍ／ｈで走行しているときのエンジン回転数Ｎ４０を現状の走行時のエンジン回転数Ｎｎｏｗで割った値に、Ｄｍａｘ（コンプレッサの容量が最大になるときのＤＵＴＹ）からＤｍｉｎ（コンプレッサの容量が最小となるＤＵＴＹ）の差をかけたものである。そして、ステップＳ６にて、狙いのＤｃｍｄが容量制御弁６に出力されてコンプレッサ２の容量が変更される。これによりガスクーラ３へ送られる圧縮された冷媒の流量が変更され、冷媒流量が少なくなる。
【００２７】
すなわち、車両が登坂・低速走行の場合には、冷媒流量を少なくすることにより、蒸発器５の性能が落ちることがないので、冷房能力の低下を防止することができる。
【００２８】
ステップＳ４にて、車両が登坂・低速走行でない場合には、通常走行制御が行われ、ステップＳ７で蒸発器５への冷媒の流入温度が読み込まれ、この温度がステップＳ８で目標の温度より高いか否かが判断される。目標温度より高い場合には、ステップＳ９で容量制御弁６を制御してコンプレッサ２がフルストローク側になるように制御され、目標温度より高くない場合には、ステップＳデスストローク側になるように制御される。そして、再びステップＳ１の前に戻って、ステップＳ１以下の各ステップＳが繰り返し行われる。ステップＳ１においてＡ／ＣがＯＮでない場合、すなわちＡ／Ｃを停止した場合には、コンプレッサ２の制御が終了する。
【００２９】
次に、車両のエンジン回転数とガスクーラ３への冷却風（外気）と冷房性能との関係について説明する。
【００３０】
図３に示すように、車両が通常走行、平坦な道路を走行している場合、エンジン回転数が１９００ｒｐｍ回転までは、車両の空調装置のベント吹き出し温度は１１℃〜１４℃の間で略一定であるが、登坂走行のように走行負荷が大きくなってエンジンの回転数が３０００ｒｐｍになるとベント吹き出し温度は約２３℃前後まで急激に上昇する。この場合、コンプレッサがエンジン回転数の上昇に伴って大量の冷媒を圧縮するために冷媒圧力が高くなるのを膨張弁の絞り弁を開放することで冷媒圧力を低くしようとする。膨張弁の絞り弁を開放すると、冷媒流量が増加する。
【００３１】
しかし、冷媒流量が増加すると、蒸発器で蒸発させる冷媒の流量も増えるため、蒸発器の性能が落ちる。これに加えて、登坂・低速走行の場合には、ガスクーラに当たる前面風は少ないので、ガスクーラと外気との熱交換が少なく温度の高い状態の大量の冷媒が膨張弁で断熱膨張された状態で蒸発器に大量に入るため、蒸発器の性能が低下し、ベント吹き出し温度が高くなる。
【００３２】
これを、図４に示すエンジン回転数と冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰとの関係で見ると、エンジン回転数が１５００ｒｐｍを過ぎて１９００ｒｐｍになると、成績係数ＣＯＰが急激に低下する。すなわち、成績係数は、エンジン回転数が３００ｒｐｍよりも１５００ｒｐｍの方が良い。
【００３３】
図５に示すエンジン回転数と冷凍サイクルのサイクル状態との関係で見てみると、エンジン回転数が１９００ｒｐｍ以下の場合のエンタルピの方がエンジン回転数３０００ｒｐｍの場合より高い位置で断熱膨張していることがわかる。
【００３４】
従って、本実施形態では、エンジン回転数が高く、ガスクーラへの冷却風が少ない登坂・低速走行のような場合には、コンプレッサの容量を可変し、冷媒流量を少なくしている。これにより蒸発器への流入冷媒の量を少なくすることで蒸発器の性能低下を防止でき、冷凍サイクルの成績係数も良好となる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、車両走行状態検知手段８が車両の走行状態を検知し、この検知結果に基づいて制御装置９は、容量制御弁６を調整し冷凍サイクルの冷媒流量を適正値に制御する。車両が例えば、登坂走行で、しかも低速走行のような場合であっても、制御装置９が冷媒流量を適正値に設定するように制御するので蒸発器５の性能が低下することがなくなり、冷房性能が悪化することがない。
【００３６】
次に図６及び図７に示す他の実施形態について説明する。
【００３７】
図６に示す実施形態では、車両走行状態検知手段１８が、上記実施形態の車速検知手段１３に変えて、ガスクーラ３の前面側に設けた風速検知手段２３とした例である。
【００３８】
この場合でも、車速が低速の場合は風速も低下するので、エンジン回転数が所定の回転数より高く、所定の風速以下の場合、図２に示すフローチャートのステップＳ４以下が実行される。
【００３９】
図７に示す実施形態では、車両走行状態検知手段２８がガスクーラ３への冷媒入口側の冷媒温度と冷媒出口側の冷媒温度とを検出する温度検出器３３ａ、３３ｂからなる。
【００４０】
制御装置９は、ガスクーラ３の冷媒入口側の冷媒の温度と、冷媒出口側の冷媒の温度とが温度検知器３３ａ、３３ｂによって検知されると、これらの検知結果からガスクーラ３の温度効率を算出する。この温度効率が所定の値以下のとき、すなわち、ガスクーラ３における冷媒の放熱機能が低下するような車両の走行状態として、車両が登坂・低速走行状態のときは、制御手段は容量制御弁を駆動して冷媒流量を少なくする。これにより、蒸発器の性能が低下することがないので、冷房性能が低下することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された冷凍サイクルを示す模式図である。
【図２】本発明に係る制御装置の作用を示すフローチャートである。
【図３】エンジン回転数とベント吹き出し温度との関係を示す線図である。
【図４】エンジン回転数と冷凍サイクルの成績係数との関係を示す線図である。
【図５】モリエル線図上に示したエンジン回転数毎のサイクルを示す線図である。
【図６】他の実施形態の冷凍サイクルを示す模式図である。
【図７】他の実施形態の冷凍サイクルを示す模式図である。
【符号の説明】
１  冷凍サイクル
２  コンプレッサ
３  ガスクーラ（放熱器）
４  膨張弁
５  蒸発器
６  容量制御弁
７  内部熱交換器
８  車両走行状態検知手段
９  制御装置（制御手段）
１２  エンジン回転数検知手段
１３  車速検知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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