(57)【要約】【課題】吸入冷媒圧力センサを設けることなく、圧縮機への吸入冷媒圧力を適切に推定する。【解決手段】冷媒の圧縮機、凝縮器、減圧機構、蒸発器を備えた冷凍サイクルにおいて、蒸発器通過直後の空気温度である蒸発器出口空気温度の検知量または蒸発器表面温度の検知量または蒸発器内の冷媒温度の検知量と、冷媒流量の検知量または推定値とに基づいて、圧縮機への吸入冷媒の圧力を推定する、冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置。【選択図】  図１
2005009734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の圧縮機、凝縮器、減圧機構、蒸発器を備えた冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置であって、蒸発器通過直後の空気温度である蒸発器出口空気温度の検知量または蒸発器表面温度の検知量または蒸発器内の冷媒温度の検知量と、冷媒流量の検知量または推定値とに基づいて、圧縮機への吸入冷媒の圧力を推定することを特徴とする、冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置。
【請求項２】
次式を用いて吸入冷媒圧力を推定する、請求項１の冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置。
Ｐｓ’＝    ａ  ・Ｇｒ＋  ｂ・Ｔｅｖａ＋  ｃ
ここで、Ｐｓ’：吸入冷媒圧力推定値、Ｇｒ：冷媒流量、Ｔｅｖａ：蒸発器出口空気温度または蒸発器表面温度または蒸発器内冷媒温度、ａ，ｂ，ｃ：実験により求められた定数である。
【請求項３】
吸入冷媒圧力の推定値が予め定められた設定値以下の場合に、圧縮機の駆動動力を減少させるかまたは圧縮機の運転を停止する、請求項１または２の冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置。
【請求項４】
吸入冷媒圧力の推定値が予め定められた設定値Ａ以下の場合は、吸入冷媒圧力の推定値が設定値Ａとなるよう圧縮機の駆動動力を制御し、吸入冷媒圧力の推定値が設定値Ａよりも小さい設定値Ｂ以下の場合は、圧縮機の駆動動力を最小に制御するかまたは圧縮機の運転を停止する、請求項１または２の冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置。
【請求項５】
冷凍サイクルが、車両用空調装置に組み込まれた冷凍サイクルである、請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置に関し、とくに車両用空調装置に組み込まれた冷凍サイクルにおける圧縮機の吸入冷媒圧力を適切に推定することができる圧縮機吸入冷媒圧力算出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷媒の圧縮機、凝縮器、減圧機構、蒸発器を備えた冷凍サイクルにおける圧縮機の吸入冷媒圧力を求めるに際し、外部からの電気信号（容量制御信号）入力により設定される吸入冷媒圧力の設定値に対して、実際の吸入冷媒圧力が一致するように吐出容量が変化するタイプの可変容量圧縮機を用いる空調装置においては、上記容量制御信号から吸入冷媒圧力を推定することが可能である。
【０００３】
しかしながら、上記のような吸入冷媒圧力を制御する外部信号可変容量圧縮機を用いない空調装置において吸入冷媒圧力を検知するためには、吸入冷媒圧力センサを設ける必要があり、コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、上記のような吸入冷媒圧力を制御する外部信号可変容量圧縮機を用いない場合にあっても、吸入冷媒圧力センサを設けることなく、圧縮機への吸入冷媒圧力を適切に推定することが可能な圧縮機吸入冷媒圧力算出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置は、冷媒の圧縮機、凝縮器、減圧機構、蒸発器を備えた冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置であって、蒸発器通過直後の空気温度である蒸発器出口空気温度の検知量または蒸発器表面温度の検知量または蒸発器内の冷媒温度の検知量と、冷媒流量の検知量または推定値とに基づいて、圧縮機への吸入冷媒の圧力を推定することを特徴とするものからなる。
【０００６】
本発明における上記圧縮機への吸入冷媒圧力の推定は、次のような技術思想に基づくものである。すなわち、蒸発器において冷媒は気液二相状態であるため、蒸発器内の冷媒温度から冷媒圧力は一義的に決定される。したがって、蒸発器通過後の空気温度または蒸発器の表面温度または蒸発器内の冷媒温度を検知することにより、蒸発器内の冷媒圧力を推定することが可能である。また、実際の冷凍サイクルにおいては、蒸発器から圧縮機までの配管で圧力損失による冷媒の圧力降下が生じる。この圧力損失は、冷媒流量が増えるほど大となるため、冷媒流量を検知することにより、圧力損失を推定可能である。よって、圧縮機への吸入冷媒の圧力は、蒸発器内の冷媒温度と冷媒流量に大きな相関を持つことになり、この二つを検知または推定することにより、吸入冷媒圧力を適切に推定することが可能になる。
【０００７】
このような本発明に係る冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置においては、より具体的には、例えば次式を用いて吸入冷媒圧力が推定される。
Ｐｓ’＝    ａ  ・Ｇｒ＋  ｂ・Ｔｅｖａ＋  ｃ
ここで、Ｐｓ’：吸入冷媒圧力推定値、Ｇｒ：冷媒流量、Ｔｅｖａ：蒸発器出口空気温度または蒸発器表面温度または蒸発器内冷媒温度、ａ，ｂ，ｃ：実験により求められた定数である。
【０００８】
また、吸入冷媒圧力が下がりすぎると、冷媒の吸入量が下がりすぎ、冷媒とともに循環されるオイルの圧縮機への吸入量が少なくなりすぎて、潤滑不足になって圧縮機が適切に保護されなくなるという不具合を招くおそれが生じる。そこでこのような吸入冷媒圧力の下がりすぎを防止するために、例えば、上記吸入冷媒圧力の推定値が予め定められた設定値以下の場合には、圧縮機の駆動動力を減少させるか（とくに、クラッチレスの可変容量圧縮機の場合）または圧縮機の運転を停止する（とくに、クラッチを有する圧縮機の場合）ようにすることができる。
【０００９】
また、吸入冷媒圧力の推定値が予め定められた設定値Ａ以下の場合は、吸入冷媒圧力の推定値が設定値Ａとなるよう圧縮機の駆動動力を制御し、吸入冷媒圧力の推定値が設定値Ａよりも小さい設定値Ｂ以下の場合は、圧縮機の駆動動力を最小に制御するか（とくに、クラッチレスの可変容量圧縮機の場合）または圧縮機の運転を停止する（とくに、クラッチを有する圧縮機の場合）ようにすることもできる。つまり、２つの設定値Ａ、Ｂを設けて、圧縮機の頻繁なオンオフ等を回避しつつ、圧縮機を適切に保護できるようにしている。
【００１０】
このような本発明に係る圧縮機吸入冷媒圧力算出装置は、とくに車両用空調装置に組み込まれた冷凍サイクルに用いて好適なものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置を備えた車両用空調装置のシステム構成図を示している。冷凍サイクル１には、車両のエンジン等により駆動される冷媒の圧縮機２が設けられており、エンジンの駆動力は例えば電磁クラッチを介して伝達される。冷凍サイクル１の冷媒配管中を冷媒が循環され、上記圧縮機２により圧縮された高温高圧の冷媒が、凝縮器３により外気と熱交換して冷却され、凝縮し液化する。受液器４により気液が分離され、液冷媒が膨張機構５によって減圧される。減圧された低圧の冷媒は、蒸発器６に流入して、送風機１０により送風された空気と熱交換される。蒸発器６において蒸発し気化した冷媒は再び圧縮機２に吸入され圧縮される。
【００１２】
車室内空調を行う空気が通過する通風ダクト１１には、送風機１０が配置されており、空調風吸入口１２から吸入された空気が送風機１０により蒸発器６へと送風される。蒸発器６を通過した空気の一部は、下流側に配置されたヒータユニット９へと送られるが、ヒータユニット９を通過される空気の量と、バイパスされる空気の量との割合が、エアミックスダンパ８によって調整される。本実施例では、蒸発器６の出口側に、蒸発器６通過後の空気温度Ｔｅｖａを検知するための蒸発器出口空気温度センサ７が設けられており、検知された信号は空調制御を行う空調制御装置１３へ入力される。この空調制御装置１３内に、本発明における、冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置が組み込まれており、空調制御装置１３は本発明に係る演算装置としても機能している。通風ダクト１１の下流側には、ＤＥＦ、ＶＥＮＴ、ＦＯＯＴ等の各吹き出し口１４、１５、１６が設けられており、図示を省略した各ダンパにより所定の吹き出し口が選択されるようになっている。
【００１３】
上記のような冷凍サイクルを有する車両用空調装置において、圧縮機２の吸入冷媒圧力が次のように、算出、推定される。
まず、吸入冷媒圧力の推定には、下記ＡとＢを求める必要がある。
Ａ．蒸発器内部の冷媒温度または蒸発器内部の冷媒温度と相関のある物理量
Ｂ．冷媒流量または冷媒流量と相関のある物理量
【００１４】
上記Ａの検知のために、下記▲１▼〜▲３▼のいずれかを行う。
▲１▼蒸発器出口空気温度センサにより検知
▲２▼蒸発器表面温度センサにより検知
▲３▼蒸発器内の冷媒温度を温度センサにより検知
本実施態様では、蒸発器出口空気温度センサ７により検知される蒸発器出口空気温度Ｔｅｖａを、上記Ａ、つまり、蒸発器内部の冷媒温度または蒸発器内部の冷媒温度と相関のある物理量とする。
【００１５】
上記Ｂを求めるために、下記▲１▼〜▲３▼のいずれかを行う。つまり、吸入冷媒圧力推定のための冷媒流量の値は、実際の検知量または推定値を用いる。
▲１▼流量センサによる検知
▲２▼膨張機構５（膨張弁）の開度から流量を推定
▲３▼可変容量圧縮機の容量制御信号から流量を推定
【００１６】
吸入冷媒圧力Ｐｓは、例えば次式により推定される。
Ｐｓ’＝  ａ・Ｇｒ  ＋      ｂ・Ｔｅｖａ  ＋  ｃ
ここで、Ｐｓ’：吸入冷媒圧力推定値、Ｇｒ：流量検知量または推定値、Ｔｅｖａ：蒸発器出口空気温度検知量、ａ，ｂ，ｃ：定数、である。定数ａ、ｂ、ｃは実験により求められる数値である。
【００１７】
このように、蒸発器内部の冷媒温度と相関のある物理量としての蒸発器出口空気温度Ｔｅｖａに基づいて、蒸発器内部の冷媒圧力が推定され、それに、蒸発器から圧縮機までの圧力損失に相関のある物理量としての冷媒流量に関する要素が考慮され、さらに補正項（ｃ）が加えられて、圧縮機への吸入冷媒の圧力が算出、推定される。
【００１８】
この吸入冷媒圧力は、吸入冷媒圧力センサを設けることなく、演算により推定されるものであり、吸入冷媒圧力センサを不要とできるため、システム全体のコスト低減が可能となる。また、吸入冷媒圧力を制御する可変容量圧縮機以外の圧縮機を用いた場合でも、つまり、使用する圧縮機の形式にかかわらず、吸入冷媒圧力を推定することが可能である。さらに、吸入冷媒圧力を適切に推定できることにより、吸入冷媒圧力の下がりすぎを防止し、下がりすぎによる圧縮機の不具合の発生を防ぐことも可能となる。
【００１９】
例えば、吸入冷媒圧力が下がりすぎると、冷媒の吸入量が下がりすぎ、冷媒とともに循環されるオイルの圧縮機への吸入量が少なくなりすぎて、潤滑不足になって圧縮機が適切に保護されなくなるという不具合を招くおそれが生じるが、このような吸入冷媒圧力の下がりすぎを防止するために、上記吸入冷媒圧力推定値に応じて、次のように制御することができる。すなわち、吸入冷媒圧力の推定値が予め定めたある設定値（たとえば０．１５ＭｐａＧ）以下になった場合、以下の制御を実施する。
【００２０】
クラッチ付き圧縮機の場合には、クラッチを遮断して圧縮機の運転を停止する。あるいは、クラッチなし容量可変圧縮機の場合には、吐出容量を減じることにより、吸入冷媒圧力の下がりすぎを防止する。さらに、クラッチなし電動モータ駆動圧縮機の場合には、モータ回転数を減じることにより、吸入冷媒圧力の下がりすぎを防止する。
【００２１】
また、上記のような不具合の発生を、下記のように２つの設定値を用いて適切に防止することもできる。すなわち、設定値Ａ（オイル戻り不足による圧縮機の潤滑不足等の恐れがない限界の吸入冷媒圧力値）と設定値Ｂ（この値以下では、オイル戻り不足による圧縮機の潤滑不足等が生じる恐れがある吸入冷媒圧力値）をもち、Ａ＞Ｂとする。
【００２２】
吸入冷媒圧力の推定値がＡ以下の場合には、吸入冷媒圧力がＡとなるよう、圧縮機を制御する（クラッチ信号または容量制御信号またはモータ回転数信号を制御する）。吸入冷媒圧力の推定値がＢ以下の場合には、圧縮機の動力を０とする（クラッチＯＦＦまたは容量０（または、最小容量）またはモータ回転数０とする）。
【００２３】
このように、設定値ＡとＢを設定することにより、たとえば吸入冷媒圧力が設定値Ｂ以下となった場合には、圧縮機の故障を回避するためにすぐさま圧縮機の駆動動力を０とすることが可能となる。また、吸入冷媒圧力が設定値Ａ以下となった場合には、吸入冷媒圧力が設定値Ａとなるよう制御することによって、吸入冷媒圧力が頻繁に設定値Ｂ以下となり圧縮機が頻繁にＯＮ−ＯＦＦしてしまうという状態を回避することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置によれば、吸入冷媒圧力センサを設けることなく、圧縮機への吸入冷媒圧力を適切に推定することが可能となり、システム全体のコスト低減をはかることができる。
【００２５】
また、吸入冷媒圧力を制御する外部信号可変容量圧縮機を用いない場合にあっても、つまり、圧縮機の形式にかかわらず、圧縮機への吸入冷媒圧力を推定でき、汎用的な算出装置として利用することが可能である。
【００２６】
さらに、吸入冷媒圧力を推定することにより、吸入冷媒圧力の下がりすぎを防止して、圧縮機に潤滑不足等の不具合が発生することを適切に防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る冷凍サイクルにおける圧縮機吸入冷媒圧力算出装置を備えた車両用空調装置のシステム構成図である。
【符号の説明】
１  冷凍サイクル
２  圧縮機
３  凝縮器
４  受液器
５  減圧機構
６  蒸発器
７  蒸発器出口空気温度センサ
８  エアミックスダンパ
９  ヒータユニット
１０  送風機
１１  通風ダクト
１２  空調風吸入口
１３  演算装置としての空調制御装置
１４、１５、１６  吹き出し口
【図１】
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