(57)【要約】【課題】可変容量圧縮機の吐出容量が飽和するときの制御出力値を精度良く推定して、可変容量圧縮機の吐出容量制御の制御性向上や該圧縮機を含む冷凍サイクルの蒸発温度フィードバック制御の制御性向上、さらには圧縮機トルク推定の精度向上を図ることが可能な可変容量圧縮機の制御装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクルと、調整室の圧力と吸入室の圧力の少なくとも一方と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように、調整室と吐出室または吸入室の圧力との間を連通及び閉塞する電磁制御弁を設け、外部からの信号で電磁制御弁の電磁力を変化させることにより差圧を変化させて冷媒の吐出量を制御するようにした可変容量圧縮機と、その吐出容量を制御するための制御入力を出力する可変容量圧縮機制御手段とを有し、該可変容量圧縮機制御手段が、吐出容量が飽和するときの圧縮機への制御入力を推定する手段を有することを特徴とする可変容量圧縮機の制御装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクルと、
該冷凍サイクル内の低圧冷媒管路に通じる吸入室から吸入した冷媒を圧縮して高圧冷媒管路に通じる吐出室に吐出し、調整室の圧力変化により冷媒の吐出量を変化させる圧縮機であって、調整室の圧力と吸入室の圧力の少なくとも一方と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように、調整室と吐出室または吸入室の圧力との間を連通及び閉塞する電磁制御弁を設け、外部からの信号で電磁制御弁の電磁力を変化させることにより差圧を変化させて冷媒の吐出量を制御するようにした可変容量圧縮機と、
前記圧縮機の吐出容量を制御するための制御入力を出力する可変容量圧縮機制御手段とを有し、
前記可変容量圧縮機制御手段は、吐出容量が飽和するときの圧縮機への制御入力を推定する手段を有することを特徴とする可変容量圧縮機の制御装置。
【請求項２】
さらに、前記冷凍サイクルの外乱となる環境情報に相関のある物理量を推定または検知する環境情報検出手段を有し、前記環境情報を参照して、前記可変容量圧縮機の吐出容量が飽和するときの制御入力を推定する、請求項１の可変容量圧縮機の制御装置。
【請求項３】
送風ダクト、該送風ダクトを介して車室内に空気を吹き出す送風機、および、前記冷凍サイクルに設けられ、車室内に吹き出す空気を冷却する冷却器を有し、かつ、
車室外空気温度に相関を持つ物理量を推定または検知する車室外空気温度認識手段、
車室内空気温度に相関を持つ物理量を推定または検知する車室内空気温度認識手段、
車両の走行速度に相関を持つ物理量を推定または検知する車速認識手段、
冷却器の入口空気温度に相関を持つ物理量を推定または検知する冷却器入口空気温度認識手段、
日射量に相関を持つ物理量を推定または検知する日射量認識手段、
送風機の送風量に相関を持つ物理量を推定または検知する送風量認識手段、
圧縮機の回転数に相関のある物理量を推定または検知する圧縮機回転数認識手段、
の少なくとも１つを有し、
前記手段による車室外空気温度認識値、車室内空気温度認識値、車速認識値、冷却器入口空気温度認識値、日射量認識値、送風量認識値、圧縮機回転数認識値の少なくとも１つの環境情報を参照して、前記可変容量圧縮機の吐出容量が飽和するときの制御入力を推定する、請求項１または２の可変容量圧縮機の制御装置。
【請求項４】
さらに、前記冷却器の温度の制御目標値を演算する冷却器温度目標値演算手段を有し、可変容量圧縮機の吐出容量が飽和するときの制御入力の推定は、前記環境情報と冷却器温度目標値を参照して、制御入力と吐出容量が飽和するときの関係を予め取得した相関式に基づいて演算する、請求項３の可変容量圧縮機の制御装置。
【請求項５】
前記可変容量圧縮機の吐出容量が飽和するときの制御入力の推定値を、前記可変容量圧縮機の吐出容量制御に使用する、請求項１〜４のいずれかに記載の可変容量圧縮機の制御装置。
【請求項６】
さらに、前記圧縮機の吐出容量と相関のある容量制御範囲を推定する容量制御範囲演算手段と、少なくとも積分演算を含む容量制御目標値演算手段とを有し、前記積分演算には、容量制御範囲演算手段による容量制御範囲演算値と、前記容量制御範囲演算値の前回演算値とを参照することにより判定される、制御入力積分項演算値の更新／保持を含む制限が加えられる、請求項１〜５のいずれかに記載の可変容量圧縮機の制御装置。
【請求項７】
前記容量制御目標値演算手段においては、制御対象への制御入力演算手段が、容量制御範囲演算手段による容量制御範囲演算値を参照して前記可変容量圧縮機の吐出容量が飽和していると判定したときに、前記演算の前回積分演算値が保持され、その積分演算値の保持解除を、（ａ）容量制御範囲演算値が容量制御飽和上限値に到達した時あるいはそれらを超えた時の積分演算値の保持解除は、制御入力値の今回値が前回値より小さくなった場合に、（ｂ）容量制御範囲演算値が容量制御飽和下限値に到達した時あるいはそれらを超えた時の積分演算値の保持解除は、制御入力値の今回値が前回値より大きくなった場合に、それぞれ行う、請求項６の可変容量圧縮機の制御装置。
【請求項８】
前記可変容量圧縮機の吐出容量が飽和するときの制御入力の推定値を、前記可変容量圧縮機の駆動トルク推定に使用する、請求項１〜７のいずれかに記載の可変容量圧縮機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量圧縮機の制御装置に関し、とくに、車両用空調装置に設けられる冷凍サイクルの可変容量圧縮機の制御に好適な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の可変容量圧縮機の代表例として、斜板式の圧縮機が知られている。斜板式圧縮機の容量制御は、一般に、揺動斜板を収容したクランク室の内圧を特殊な制御弁を用いて制御することにより行われている（例えば、特許文献１）。そして、その制御弁は一般に、冷房負荷の大きさを如実に反映する蒸発器の出口圧力が、所望の室内温度と相関する所定の蒸発器出口圧力（圧縮機の設定吸入圧）付近に安定維持されるように、クランク室内圧を調整し、斜板の傾角制御を通じて圧縮機の吐出容量を制御している。前記設定吸入圧は、外部からの電気信号により電磁ソレノイド等のアクチュエータを作動させ、アクチュエータ作用力と機械的バネ力とのつり合いを変更することにより、クランク室内圧を調節可能なものとしている。
【０００３】
一方、最近、冷凍サイクルの低圧冷媒管路に通じる吸入室から吸入した冷媒を圧縮して高圧冷媒管路に通じる吐出室に吐出し、調整室の圧力変化により冷媒の吐出量を変化させる圧縮機であって、調整室の圧力と吸入室の圧力の少なくとも一方と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように、調整室と吐出室または吸入室の圧力との間を連通及び閉塞する電磁制御弁の電磁力を変化させることにより前記差圧を変化させて冷媒の吐出量を制御するようにした、差圧制御方式が開発されている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
ところで、機械を動作させるアクチュエータの最大駆動力・トルク、電気回路の最大電流のように、多くの制御対象には飽和要素が含まれる。前記可変容量圧縮機を含む冷凍サイクルにおいても、圧縮機を制御対象とした場合、制御出力である吐出容量特性として、制御入力となる容量制御信号を増加させ続けた時、吐出容量が飽和する現象が生じる。そして、この吐出容量の飽和現象は可変容量圧縮機の容量制御において、好ましくない影響を与える。
【０００５】
最近、可変容量圧縮機として吐出冷媒圧力と吸入冷媒圧力との圧力差を制御可能なものが見られる。また、このような可変容量圧縮機を用いた冷凍サイクルの圧縮機トルク算出装置、制御装置も先に本出願人により提案されている（特許文献３）。
【特許文献１】特開平１１−１０７９２９号公報
【特許文献２】特開２００１−１０７８５４号公報
【特許文献３】特願２００３−１７７７４１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の如く、吐出容量の飽和現象は可変容量圧縮機の容量制御に好ましくない影響を与える。例えば、外部からの制御入力により圧縮機の吐出容量を可変制御できる可変容量圧縮機への制御入力を増加させた時、ある時点で吐出容量が飽和値に達する。続けて制御入力を増加させても、前記飽和値は変化せず、制御入力のみが増加し続けてしまう。この圧縮機を含む冷凍サイクルにおいて、積分器を含む蒸発器温度フィードバック制御を行った場合、目標とする蒸発器温度になるように圧縮機への制御入力を増加させても、吐出容量が飽和した後は制御入力の増加は無駄な操作になっている。このような飽和特性による行き過ぎ現象はワインドアップと呼ばれている。この現象は、圧縮機を制御中に制御可能領域から飽和領域に移行したような場合、圧縮機が制御入力に追従出来ず、いくら制御入力が増加しても、吐出容量は飽和値を維持し続けることになる。従って、制御入力と吐出容量との間に偏差を生じ、この偏差は積分器の積分演算によりどんどん累積していってしまう。この偏差は圧縮機の制御において好ましくない影響を及ぼす可能性が高い。
【０００７】
例えば、冷媒の蒸発温度フィードバック制御において、制御入力を増加する中でワインドアップが継続的に発生し続けると、過大な積分出力値を持つことになる。その状態のまま目標蒸発温度の変更操作が、制御入力を減少させる方向に行われた場合、前記ワインドアップによる偏差を保ったままの制御となり、直ちに吐出容量を下げる必要があっても、吐出容量を下げる為に十分な制御入力値が出力されなくなってしまう。
【０００８】
また、上記特許文献３にあるように、可変容量圧縮機のトルクと制御入力に相関があって、前記可変容量圧縮機のトルク推定に制御入力を参照した場合、制御入力値にワインドアップが発生すると、その偏差により、トルク推定値に誤差を生じてしまう。トルク推定値に誤差が生じると、そのトルク推定値を用いた、目標とする冷凍サイクルの制御、空調装置の制御が困難になる。
【０００９】
さらに、制御入力の飽和値は外乱により変化する場合もある。前記可変容量圧縮機を含む冷凍サイクルの場合、外気温度、車速、送風量等の外乱により、制御入力と吐出容量の特性曲線が変化する。従って、前記可変容量圧縮機を含む冷凍サイクルの蒸発温度フィードバック制御やトルク推定を行う場合は、前記飽和値を推定することが必要になる。また、前記飽和値を精度良く推定する為には、前記のような外乱を含む環境情報を参照または考慮できる方法が必要となる。
【００１０】
そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、可変容量圧縮機の吐出容量が飽和するときの制御出力値を精度良く推定して、可変容量圧縮機の吐出容量制御の制御性向上や該圧縮機を含む冷凍サイクルの蒸発温度フィードバック制御の制御性向上、さらには圧縮機トルク推定の精度向上を図ることが可能な可変容量圧縮機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置は、
冷凍サイクルと、
該冷凍サイクル内の低圧冷媒管路に通じる吸入室から吸入した冷媒を圧縮して高圧冷媒管路に通じる吐出室に吐出し、調整室の圧力変化により冷媒の吐出量を変化させる圧縮機であって、調整室の圧力と吸入室の圧力の少なくとも一方と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように、調整室と吐出室または吸入室の圧力との間を連通及び閉塞する電磁制御弁を設け、外部からの信号で電磁制御弁の電磁力を変化させることにより差圧を変化させて冷媒の吐出量を制御するようにした可変容量圧縮機と、
前記圧縮機の吐出容量を制御するための制御入力を出力する可変容量圧縮機制御手段とを有し、
前記可変容量圧縮機制御手段は、吐出容量が飽和するときの圧縮機への制御入力を推定する手段を有することを特徴とするものからなる。
【００１２】
この可変容量圧縮機の制御装置においては、さらに、前記冷凍サイクルの外乱となる環境情報に相関のある物理量を推定または検知する環境情報検出手段を有し、前記環境情報を参照して、前記可変容量圧縮機の吐出容量が飽和するときの制御入力を推定するようにすることができる。
【００１３】
また、より具体的な態様として、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置は、送風ダクト、該送風ダクトを介して車室内に空気を吹き出す送風機、および、前記冷凍サイクルに設けられ、車室内に吹き出す空気を冷却する冷却器を有し、かつ、
車室外空気温度に相関を持つ物理量を推定または検知する車室外空気温度認識手段、
車室内空気温度に相関を持つ物理量を推定または検知する車室内空気温度認識手段、
車両の走行速度に相関を持つ物理量を推定または検知する車速認識手段、
冷却器の入口空気温度に相関を持つ物理量を推定または検知する冷却器入口空気温度認識手段、
日射量に相関を持つ物理量を推定または検知する日射量認識手段、
送風機の送風量に相関を持つ物理量を推定または検知する送風量認識手段、
圧縮機の回転数に相関のある物理量を推定または検知する圧縮機回転数認識手段、
の少なくとも１つを有し、
上記手段による車室外空気温度認識値、車室内空気温度認識値、車速認識値、冷却器入口空気温度認識値、日射量認識値、送風量認識値、圧縮機回転数認識値の少なくとも１つの環境情報を参照して、前記可変容量圧縮機の吐出容量が飽和するときの制御入力を推定することができる。
【００１４】
この制御装置においては、さらに、前記冷却器の温度の制御目標値を演算する冷却器温度目標値演算手段を有し、可変容量圧縮機の吐出容量が飽和するときの制御入力の推定は、前記環境情報と冷却器温度目標値を参照して、制御入力と吐出容量が飽和するときの関係を予め取得した相関式に基づいて演算する構成とすることができる。
【００１５】
このような本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置では、前記可変容量圧縮機の吐出容量が飽和するときの制御入力の推定値を、前記可変容量圧縮機の吐出容量制御に使用することができる。
【００１６】
また、上記のような本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置においては、さらに、前記圧縮機の吐出容量と相関のある容量制御範囲を推定する容量制御範囲演算手段と、少なくとも積分演算を含む容量制御目標値演算手段とを有し、前記積分演算には、容量制御範囲演算手段による容量制御範囲演算値と、前記容量制御範囲演算値の前回演算値とを参照することにより判定される、制御入力積分項演算値の更新／保持を含む制限が加えられる構成とすることができる。
【００１７】
この構成の場合、前記容量制御目標値演算手段においては、制御対象への制御入力演算手段が、容量制御範囲演算手段による容量制御範囲演算値を参照して前記可変容量圧縮機の吐出容量が飽和していると判定したときに、前記演算の前回積分演算値が保持され、その積分演算値の保持解除を、（ａ）容量制御範囲演算値が容量制御飽和上限値に到達した時あるいはそれらを超えた時の積分演算値の保持解除は、制御入力値の今回値が前回値より小さくなった場合に、（ｂ）容量制御範囲演算値が容量制御飽和下限値に到達した時あるいはそれらを超えた時の積分演算値の保持解除は、制御入力値の今回値が前回値より大きくなった場合に、それぞれ行うようにすることができる。
【００１８】
そして、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置においては、前記可変容量圧縮機の吐出容量が飽和するときの制御入力の推定値を、前記可変容量圧縮機の駆動トルク推定に使用することもできる。
【発明の効果】
【００１９】
このように、本発明によれば、可変容量圧縮機の制御入力による吐出容量の飽和値を推定することができるようになる。さらに、外乱となる環境情報を参照することで、前記飽和値をより精度良く推定することもできる。また、前記飽和値を推定することで前記可変容量圧縮機の容量制御範囲を把握することができる。これらにより、可変容量圧縮機における吐出容量制御の制御性向上や、トルク推定の精度向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る可変容量圧縮機の制御装置を適用した車両用空調装置の概略機器系統図を示している。図１において、１は車両用空調装置全体を示しており、２は、冷凍サイクル３に設けられた可変容量圧縮機を示している。可変容量圧縮機２は、既に知られている型式の可変容量圧縮機で、冷凍サイクル３内の低圧冷媒管路に通じる吸入室から吸入した冷媒を圧縮して高圧冷媒管路に通じる吐出室に吐出し、調整室の圧力変化により冷媒の吐出量を変化させる圧縮機であって、調整室の圧力と吸入室の圧力の少なくとも一方と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように、調整室と吐出室または吸入室の圧力との間を連通及び閉塞する電磁制御弁を設け、外部からの信号で電磁制御弁の電磁力を変化させることにより差圧を変化させて冷媒の吐出量を制御するようにした可変容量圧縮機からなる。冷凍サイクル３は、各機器が冷媒配管を介して接続された冷媒回路に構成されており、この冷凍サイクル３には、可変容量圧縮機２で圧縮された高温高圧の冷媒を凝縮する凝縮器４、凝縮された冷媒の気液を分離する受液器５、受液器５からの冷媒を減圧、膨張させる膨張弁６が設けられており、膨張弁６からの冷媒は冷却器としての蒸発器７で蒸発された後、可変容量圧縮機２に吸入されて再び圧縮される。蒸発器７はダクト９内に配置され、送風機８によりダクト上流側の外気または／および内気導入口からの吸入され圧送されてきた空気との熱交換により該空気を冷却して、車室内へと送るようになっている。
【００２１】
上記のような車両用空調装置１を制御するために、メインコントローラ１０に、冷却器入口空気温度センサ１１および冷却器出口空気温度センサ１２からの信号、車室内温度センサ１３、車室外温度センサ１４、日射量センサ１５からの信号、車速信号１６、原動機（エンジン）回転数信号１７がそれぞれ入力されるとともに、メインコントローラ１０からは送風機８に送風機制御信号１８、可変容量圧縮機２に容量制御信号１９がそれぞれ出力される。
【００２２】
このような構成を有する可変容量圧縮機２を備えた冷凍サイクルを含む空調装置において、圧縮機２の吐出容量制御が、たとえば図２に示すようなフローチャートにしたがい、メインコントローラ１０により行われる。図２に示すフローでは、まず、エアコンスイッチのＯＮ要求を判断し、エアコンＯＮであれば環境情報データ（たとえば、車室外温度Tamb、車室内温度Tr、冷却器入口空気温度Tein、車速Sp、送風機モータ電圧Vblw、日射量Vsun、原動機回転数Ne等）を読み込む。次に冷却器目標空気温度Tetを演算し、容量制御範囲演算値Ｓを環境情報データから演算する。そして制御出力値出力に使用される、容量制御の目標値の比例項Ｐと積分項Ｉを、冷却器温度目標値Tetと冷却器出口空気温度Teから演算する。この容量制御目標値の演算においては、とくに積分項Ｉを、図示の如く、容量制御範囲演算値Ｓの条件に応じて、更新、前回値保持を選択する。次に、容量制御出力の飽和値Isを環境情報データから演算する。ここで、前記容量制御範囲演算値Ｓについて、容量制御出力が飽和していない容量制御範囲にあるかどうかの判断を行う。そして、前記容量制御範囲内であれば容量制御目標値の比例項Ｐと積分項Ｉの和を制御出力値Icとして出力する。また、前記容量制御範囲外の場合は、容量制御出力の飽和値Isを制御出力値Icとして出力する。さらに、前記可変容量圧縮機の駆動トルクCtrqを前記制御値Icから算出することができる。
【００２３】
なお、比較のために、図３に、上記のような本発明に係る容量制御出力の飽和を判断しない、従来制御におけるフローの例を示す。
【００２４】
図２に示したように、本発明においては、容量制御出力の飽和値を精度良く推定できるようにしたので、可変容量圧縮機の吐出容量制御の制御性向上、該可変容量圧縮機を含む冷凍サイクルの蒸発温度フィードバック制御の制御性向上、さらには圧縮機トルク推定の精度向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施態様に係る可変容量圧縮機の制御装置を適用した車両用空調装置の概略機器系統図である。
【図２】図１の装置の制御例を示すフロー図である。
【図３】従来の制御例を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  車両用空調装置
２  可変容量圧縮機
３  冷凍サイクル
４  凝縮器
５  受液器
６  膨張弁
７  冷却器としての蒸発器
８  送風機
９  ダクト
１０  メインコントローラ
１１  冷却器入口空気温度センサ
１２  冷却器出口空気温度センサ
１３  車室内温度センサ
１４  車室外温度センサ
１５  日射量センサ
１６  車速信号
１７  原動機回転数信号
１８  送風機制御信号
１９  容量制御信号
【図１】
2005188290.tif 000003
【図２】
2005188290.tif 000004
【図３】
2005188290.tif 000005