(57)【要約】【課題】  エバポレータの一時的なフロストを防止し、かつ、冷房能力を最大限に引き出す。【解決手段】  ステップＳ１００でエバポレータの目標温度ＴＥＯが算出される。ステップＳ１１０でフィンサーミスタによるエバポレータの温度検出値ＴＥｆｉｎとＴＥＯとの温度偏差Ｅｎに応じて、可変容量コンプレッサの吐出容量をＰＩ制御する。ステップＳ１２０でエバポレータの実温度ＴＥｆｉｎが氷点温度近傍のしきい値温度（−０．５℃）まで降下した場合に、Ｓ１３０にて可変容量コンプレッサの吐出容量を強制的に作動下方値まで低下させる。この作動下方値は、冷凍サイクルが安定的に作動可能な最小吐出容量に近い値である。これにより、エバポレータの急激な負荷減少に対して一時的なフロストの発生を防止することができるとともに、エアコン性能を最大限引き出すことができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エバポレータ（６）の温度（ＴＥｆｉｎ）を検出する温度検出手段（１０）と、
前記検出されたエバポレータの温度（ＴＥｆｉｎ）と目標エバポレータ温度（ＴＥＯ）との偏差（Ｅｎ）に応じて、前記エバポレータの温度（ＴＥｆｉｎ）が前記目標エバポレータ温度（ＴＥＯ）になるようにコンプレッサ（２）の冷媒流量を制御するコンプレッサ制御手段（２０）を備え、
前記コンプレッサ制御手段（２０）は、前記検出されたエバポレータ（６）の温度（ＴＥｆｉｎ）が氷点近傍温度に設定されたしきい値温度（Ｔｔｈ）となったときに前記コンプレッサ（２）の冷媒流量を作動下方値まで強制低下させることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記設定されたしきい値温度（Ｔｔｈ）は、−０．５±０．５℃の範囲の温度であ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】
前記温度検出手段（１０）は、前記エバポレータ（６）のフィンに配置され、前記フィンの温度を直接検出するフィンサーミスタであることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記コンプレッサ（２）は可変容量コンプレッサであり、前記コンプレッサ制御手段（２０）は前記可変容量コンプレッサ（２）の吐出容量を低下させることにより、前記冷媒流量の下限値まで強制低下させること特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つ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、車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷媒の吐出容量を変更可能なコンプレッサを有する空調装置において、冷媒の供給により冷却されるエバポレータの温度が、フロストするような低温度となった場合に、冷媒流量を抑制してフロストを防止するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、コンプレッサの容量変更は、通常、エバポレータの目標温度ＴＥＯを演算し、エバポレータの実際の温度がこの目標温度ＴＥＯとなるようエバポレータの温度を検出するサーミスタの感知温度ＴＥとの偏差Ｅｎ（＝ＴＥ−ＴＥＯ）に応じたフィードバック制御により実現している。
【０００４】
このとき、フロストの発生が懸念される低温領域においては、エバポレータの目標温度ＴＥＯに対してサーミスタの感知温度ＴＥが所定温度（例えば２℃）以上低くなったとき、すなわち、温度偏差Ｅｎ＜−２℃となったとき、エバポレータの温度を速やかに目標温度ＴＥＯへ到達させるためにフィードバック制御を一時中断し、コンプレッサの吐出容量を強制的に小さくする制御を行っている。
【特許文献１】特開２００４−１７６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、エバポレータの温度が温度偏差内で急激に低くなるような負荷減少が発生した場合、フィードバック制御は継続するので、このためエバポレータの温度が温度偏差の下限値付近に達することにより一時的なフロストが発生してしまう。
【０００６】
すなわち、フロストの発生の可能性を、温度偏差Ｅｎにより判断するので、制御遅れによる一時的なフロストの発生を防ぐことができないという問題がある。
【０００７】
なお、上記特許文献１の従来技術では、エバポレータ出口の空気温度が設定温度３℃以下に低下したときにコンプレッサの駆動を停止してフロストの発生を防止するものであるが、設定温度が比較的高いため、冷房能力を十分に発揮させることはできなかった。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、エバポレータの一時的なフロストを防止し、かつ、冷房能力を十分に発揮させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、エバポレータ（６）の温度（ＴＥｆｉｎ）が氷点近傍のしきい値温度（Ｔｔｈ）に低下したときに、エバポレータ（６）の温度（ＴＥｆｉｎ）を目標エバポレータ温度（ＴＥＯ）となるよう行われるコンプレッサ（２）の冷媒流量のフィードバック制御を一時的に中断し、冷媒流量を作動下方値まで強制的に低下させることを特徴とする。なお、作動下方値とは、コンプレッサ（２）が安定的に作動できる低い流量値であり、コンプレッサ（２）の仕様や使用環境下の熱負荷の変化により変動しうるものである。
【００１０】
これにより、エバポレータ（６）の温度がフロストする可能性のある低温領域においては、目標エバポレータ温度（ＴＥＯ）との偏差ではなく、エバポレータの温度（ＴＥｆｉｎ）そのものが、氷点近傍のしきい値温度（Ｔｔｈ）まで下がった時点でコンプレッサ（２）の吐出流量を強制的に作動下方値まで下げることにより、一時的なフロストも確実に防止し、かつ、エバポレータ（６）の温度をフロストしない極限温度まで下げることによりエアコン性能を十分に引き出すことができる。
【００１１】
この氷点近傍のしきい値温度（Ｔｔｈ）は、−０．５±０．５℃の範囲、すなわち、−１．０ないし０℃の範囲の温度とすることができる。
【００１２】
また、エバポレータ（６）のフィンの温度を直接検出するフィンサーミスタにより精度よく検出することにより、しきい値温度（Ｔｔｈ）に対して正確な制御が可能となる。
【００１３】
なお、コンプレッサ（２）は吐出容量を連続的に制御可能な可変容量コンプレッサを用いることができる。
【００１４】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は実施形態の全体構成図である。本実施形態における冷凍サイクル１は自動車に搭載されるものであり、冷媒を吸入、圧縮、吐出するコンプレッサ２と、コンプレッサ２からの冷媒を、外部の空気との熱交換によって凝縮させる凝縮器３と、凝縮器３からの冷媒を気液分離するとともに、冷凍サイクル１内の余剰冷媒を一時的に蓄える気液分離器４と、気液分離器４からの液冷媒を減圧する減圧手段５（具体的には膨張弁）と、減圧手段５からの低圧冷媒を、空調ダクト８内の空気との熱交換によって蒸発させるエバポレータ６とが、それぞれ冷媒配管７によって結合された周知のものである。
【００１６】
このエバポレータ６は、車室内の空気または外気を車室内に導く空調ダクト８内に配設されている。また、この空調ダクト８の空気上流側には、この空調ダクト８内に空気流を発生する送風手段（図示しない）が設けられている。
【００１７】
また、エバポレータ６のフィンには、エバポレータ６の温度を直接検出する温度検出手段としてのフィンサーミスタ１０（以下、エバポレータ温度センサという）が設けられている。
【００１８】
なお、空調ダクト８内には、図示はしないが、エバポレータ６を通過した冷風を再加熱する加熱手段、この加熱手段における加熱度合いを調節する温度調節手段等が配設されており、さらに空調ダクト８の空気下流端には、車室内乗員の上半身に空気を吹き出すフェイス吹出口、車室内乗員の足元に空気を吹き出すフット吹出口、フロントガラス内面に空気を吹き出すデフロスタ吹出口が形成されている。
【００１９】
ところで、上記コンプレッサ２は電磁クラッチ１２と接続されている。そしてコンプレッサ２は、コンプレッサ制御手段としてのＥＣＵ２０からの制御信号に基づいて電磁クラッチ１２が通電状態となったときに、走行用の自動車エンジン１３の動力が伝達されて冷凍サイクル１の冷媒を圧縮し、逆に電磁クラッチ１２が非通電状態となったときに、エンジン１３の動力の伝達が遮断されて冷媒圧縮機能がなくなるように構成されている。
【００２０】
さらに、コンプレッサ２は、吐出容量（以下、単に容量という）が変化可能な、例えば斜板形の周知の可変容量コンプレッサであって、詳細な説明は省略する。この可変容量コンプレッサ２には圧力制御弁１７が設けられており、可変容量コンプレッサ２は、この圧力制御弁１７に設けられた電磁コイルへの通電量を制御することで、内部の斜板角度を変えて吐出容量が制御されるようになっている。
【００２１】
次に、本実施形態の制御系の構成について説明する。上記ＥＣＵ２０は、周知のコンピュータ手段である。ＥＣＵ２０には、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータが設けられている。
【００２２】
ＥＣＵ２０には、入力端子として、上記エバポレータ温度センサ１０が検出する温度（以下、エバポレータ温度ＴＥｆｉｎという）の他に、空調制御に必要な情報を検出するセンサ、具体的には、車室内温度を検出する検出手段である内気センサ１３、外気温度を検出する検出手段である外気センサ１４、車室内に入射する日射量を検出する手段である日射センサ１５が接続されている。また、この他にも、ＥＣＵ２０には、車室内乗員が自分の希望する設定温度を手動にて設定するための温度設定器１６が接続されている。
【００２３】
そして、このようなセンサ１３〜１５、および温度設定器１６からの信号は、上記マイクロコンピュータへ入力されるように構成されている。なお、ＥＣＵ２０は、エンジン１３の図示しないイグニッションスイッチがオンされたときに、図示しないバッテリーから電源が供給される。
【００２４】
次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。図２は本実施形態のＥＣＵ２０により実行される制御プログラムの概略を示すフローチャートであり、図２の制御プログラムは、図示しない車両エンジンのイグニッションスイッチが投入されることによりスタートするものである。なお、この制御プログラムは数１００ｍｓｅｃで繰り返し実行される。
【００２５】
まず、制御プログラム開始後、上記各センサ１０、１３〜１５の信号を読み込むとともに、温度設定器１６の設定温度を読み込んだのち、ステップＳ１００にて、目標エバポレータ温度ＴＥＯが算出される。この目標エバポレータ温度ＴＥＯは、周知の方法にて算出されるものであり、以下、簡単に説明する。
【００２６】
外気センサ１４の検出温度である外気温度Ｔａｍ（℃）に基づいて算出される第１目標エバポレータ温度ＴＥＯ１と、車室内へ吹き出す空調風の目標温度として算出される目標吹出温度ＴＡＯに基づいて算出される第２目標エバポレータ温度ＴＥＯ２との低いほう（ＭＩＮ（ＴＥＯ１、ＴＥＯ２））を、最終的な目標エバポレータ温度ＴＥＯとする。この目標エバポレータ温度ＴＥＯは、エバポレータ６の温度の制御目標値となるものである。
【００２７】
次のステップＳ１１０では、上記算出された目標エバポレータ温度ＴＥＯと、エバポレータ温度センサ１０により検出されたサーミスタの感知温度ＴＥｆｉｎとの温度偏差Ｅｎより、公知の比例積分（ＰＩ）制御（フィードバック制御）で、可変容量コンプレッサ２の容量制御信号Ｄｕｔｙを算出して出力し、これにより可変容量コンプレッサ２の吐出容量を制御する。
【００２８】
このＴＥＯに対する温度偏差Ｅｎは、例えば２℃となるよう設定され、これによりサーミスタ感知温度ＴＥｆｉｎが目標エバポレータ温度ＴＥＯより−２℃の範囲に入るように可変容量コンプレッサ２の吐出容量が制御される。
【００２９】
次に、ステップＳ１２０にて、サーミスタ感知温度ＴＥｆｉｎが氷点温度近傍のしきい値温度Ｔｔｈ＝−０．５℃まで低下したか否かが判定される。ＴＥｆｉｎ＞Ｔｔｈならば、すなわちエバポレータ６の温度が氷点温度近傍まで低下していなければ、まだフロストの発生の可能性が低いものとして、ステップＳ１１０へ戻り、可変容量コンプレッサ２のＰＩ制御が継続される。
【００３０】
ＴＥｆｉｎ≦Ｔｔｈならば、エバポレータ６の温度が氷点温度近傍以下に達しており、フロスト発生の可能性が大きいものとして、ステップＳ１３０で直ちに、可変容量コンプレッサ２の吐出容量を、強制的に所定容量である作動下方値まで下げる。この作動下方値とは、可変容量コンプレッサ２が安定的に作動できる最低流量値である。なお作動下方値は、コンプレッサの仕様や使用環境下の熱負荷の変化により変動しうるものである。
【００３１】
次に、本実施形態における制御作動時のサーミスタ感知温度ＴＥｆｉｎとコンプレッサ容量制御信号Ｄｕｔｙの挙動について、実験結果を示す時間線図（図４）を用いて説明する。まず、比較のため、従来の制御作動、すなわち図２におけるステップＳ１２０、Ｓ１３０の処理を行わない場合の作動状態を、図３の時間線図を用いて説明する。
【００３２】
図３において、目標エバポレータ温度ＴＥＯは０．５℃一定としている。時間ｔ０で、車両がアイドル状態から高速走行状態へ移行すると、エバポレータの負荷減少に伴いエバポレータの温度ＴＥｆｉｎが低下する。ＴＥｆｉｎがＴＥＯよりもさらに低下し、ＴＥｆｉｎ≧ＴＥＯ−２（＝−１．５℃）で推移すると、やがて時間ＦＲでエバポレータにフロストが発生する。その状態でも、温度偏差Ｅｎ（＝ＴＥｆｉｎ−ＴＥＯ）＞ＴＥＯ−２であるので、ステップＳ１１０のＰＩ制御が継続する。そして、Ｅｎ≦ＴＥＯ−２＝−１．５℃となった時間ｔ２でＤｕｔｙが急速に低下されてフロスト防止作動が行われる。このように従来の制御においては、エバポレータの急激な負荷減少に対して一時的なフロストの発生を防止することができない。
【００３３】
一方、本実施形態における作動状態を図４に示す。図４において、図３と同様、目標エバポレータ温度ＴＥＯは０．５℃で一定としている。時間ｔ０で、車両がアイドル状態から高速走行状態へ変化すると、エバポレータ６の負荷が急激に低下する。このとき、図２におけるステップＳ１１０でのＰＩ制御が行われ、エバポレータ６の温度ＴＥｆｉｎが低下する。ＴＥｆｉｎがＴＥＯよりもさらに低下し、時間ｔ１においてＴＥｆｉｎ≦Ｔｔｈ（しきい値温度＝−０．５℃）に到達する。
【００３４】
この時点ｔ１で、ステップＳ１３０の処理が実行され、ＰＩ制御が中断され、コンプレッサ容量制御信号Ｄｕｔｙが作動下方値の低い冷媒流量を発生する値まで大きく低下する。図４の例では、作動下方値に相当するＤｕｔｙは約５５％であった。
【００３５】
このＤｕｔｙの強制低下により、エバポレータ６の実際の温度ＴＥｆｉｎは上昇する。ＴＥｆｉｎがしきい値温度Ｔｔｈより高くなると同時に、次の演算周期でステップＳ１１０におけるＰＩ制御が再開される。このとき、前回の演算における強制低下されたＤｕｔｙに基づくＰＩ演算により今回以降のＤｕｔｙが徐々に上昇し、これに応じて一旦上昇したＴＥｆｉｎが目標エバポレータ温度ＴＥＯに徐々に一致するよう制御される。
【００３６】
このように、本実施形態では、エバポレータ６の急激な負荷減少に対しても、フロストの発生を防止することができるとともに、エアコン性能を最大限引き出すことができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、コンプレッサ６の吐出容量を強制低下させるための作動下方値を、所定の大きさ（例えば約５５％）としたが、これに限らず、車両の走行時の環境状態に応じて変化させてもよい。車両の走行時の環境状態としては、冷凍サイクルの熱負荷状態に影響を及ぼす、車速、外気温、内気温、日射量、エバポレータを通過する送風量等が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態の全体構成図である。
【図２】本実施形態のＥＣＵにより実行される制御プログラムの概略を示すフローチャートである。
【図３】従来の制御による作動状態を示す時間線図である。
【図４】本実施形態における制御による作動状態を示す時間線図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…冷凍サイクル、２…可変容量コンプレッサ、６…エバポレータ、１０…エバポレータ温度センサ（フィンサーミスタ）、２０…ＥＣＵ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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