(57)【要約】【課題】走行時およびアイドリング時においても冷凍サイクルを安定して運転することができる車両用空調装置を提供する。【解決手段】膨張弁４での減圧量を調整することにより放熱器３の出力冷媒圧力を制御する冷凍サイクル１において、空調用ＥＣＵ７は、温度センサ８で検出された冷媒温度と、車速センサ１０で検出された車速と、目標冷媒圧力を演算するために定義された制御式とを用いて目標冷媒圧力を演算し、この目標冷媒圧力に対応する減圧量で膨張弁４の絞り量を調整する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機（２）と、当該圧縮機で圧縮された冷媒を冷却風との熱交換により冷却する放熱器（３）と、当該放熱器の出口側における冷媒温度を検出する温度検出手段（８）と、前記放熱器を通過した冷媒を指定された減圧量に応じて減圧する減圧手段（４）と、当該減圧手段を通過した冷媒を空調風との熱交換により蒸発させる蒸発器（５）と、当該蒸発器から吐出された冷媒を気液分離する気液分離手段（６）と、車速を検出する車速検出手段（１０）と、前記減圧手段に減圧量を指定する制御手段（７）とを備え、
前記制御手段（７）は、前記温度検出手段（８）で検出された冷媒温度と、前記車速検出手段（１０）で検出された車速と、目標冷媒圧力を演算するために定義された制御式とを用いて目標冷媒圧力を演算し、当該目標冷媒圧力に対応する減圧量を前記減圧手段（４）に指定することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記制御手段（７）は、目標冷媒圧力を演算するために定義された制御式において、補正値として用いる温度の最大値を、外気温度と前記放熱器（３）の吹き返し温度差とす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】
前記制御手段（７）は、外気温度と前記放熱器（３）の吹き返し温度差である補正値を前記車速検出手段（１０）で検出された車速で除算した温度補正項を、前記目標冷媒圧力を演算するために定義された制御式に含むことを特徴とする請求項１又は２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し、詳しくは、ＣＯ２冷媒を用いた冷凍サイクルの運転制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用空調装置に用いられる冷凍サイクルの冷媒として、環境への影響が少ないＣＯ２（二酸化炭素）が注目されている。このＣＯ２冷媒は臨界温度が著しく低いので、外気温度が高い場合には放熱器（ガスクーラ）での冷媒温度が臨界温度より高くなり、放熱器出口においてもＣＯ２は凝縮しない。
【０００３】
この放熱器の出口における冷媒温度は放熱器の放熱能力と外気温度により決定されるが、外気温度は制御できないため、通常は圧縮機（コンプレッサ）の出口側での冷媒圧力を制御することが行われている。例えば、外気温度が高い場合には、十分な冷房能力を確保するために、放熱器の出口側に設けられた膨張弁の絞りを絞ることで冷媒圧力を高めている。
【０００４】
このようなＣＯ２を冷媒とする冷凍サイクルの運転制御に関して、放熱器（ガスクーラ）の出口冷媒温度により膨張弁の絞りを変えて圧力を制御することにより、成績係数などを向上させるようにしたものが提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。また、放熱器と内部熱交換器との間で検出した冷媒温度と冷媒圧力とに基づいて、絞り手段や圧縮機を制御するようにしたものが知られている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２０００−８８３６４号公報
【特許文献２】特開２００５−１４５３８９号公報
【特許文献３】特開２００２−１３０８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記各従来技術にも示されているように、膨張弁を絞ることにより冷媒圧力を高くすることはできるが、冷媒圧力が高くなると圧縮機出口での冷媒温度も上昇することになる。車両走行中であれば十分な冷却風により放熱器出口での冷媒温度は所定レベルに抑えられるが、信号待ちや渋滞時のような所謂アイドリング時や、停車、低速走行状態のように冷却風がほとんどない場合は圧縮機出口での冷媒温度が著しく上昇してしまう。更に、一度放熱器を通過して温度上昇した冷却風が前方に回り込み、再び放熱器を通過する所謂吹き返し状態になり、この現象を助長することになる。このように冷媒温度が上昇し過ぎてしまうと、サイクル保護の機能が働いて圧縮機の駆動が停止してしまうため、冷凍サイクルの運転が停止し、空調風の温度が上昇してしまう不具合が生じることになる。
【０００６】
この発明の目的は、走行時およびアイドリング時においても冷凍サイクルを安定して運転することができ、車内の快適性を維持することができる車両用空調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機と、当該圧縮機で圧縮された冷媒を冷却風との熱交換により冷却する放熱器と、当該放熱器の出口側における冷媒温度を検出する温度検出手段と、前記放熱器を通過した冷媒を指定された減圧量に応じて減圧する減圧手段と、当該減圧手段を通過した冷媒を空調風との熱交換により蒸発させる蒸発器と、当該蒸発器から吐出された冷媒を気液分離する気液分離手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記減圧手段に減圧量を指定する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記温度検出手段で検出された冷媒温度と、前記車速検出手段で検出された車速と、目標冷媒圧力を演算するために定義された制御式とを用いて目標冷媒圧力を演算し、当該目標冷媒圧力に対応する減圧量を前記減圧手段に指定することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、前記制御手段は、目標冷媒圧力を演算するために定義された制御式において、補正値として用いる温度の最大値を、外気温度と前記放熱器の吹き返し温度差とすることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記制御手段は、外気温度と前記放熱器の吹き返し温度差である補正値を前記車速検出手段で検出された車速で除算した温度補正項を、前記目標冷媒圧力を演算するために定義された制御式に含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１によれば、車両のアイドリング時は車速が０又は低速度となるため、制御式により演算される目標冷媒圧力は低く抑えられる。したがって、圧縮機の出口冷媒温度も上昇することがなく、サイクル保護の機能が働いて圧縮機の駆動が停止し、冷凍サイクルが運転停止になることを防ぐことができる。
【００１１】
請求項２によれば、補正値の最大値を外気温度と放熱器の吹き返し温度差とすることにより、車両（車種）毎に異なる吹き返し温度の影響をキャンセルして、より精度の高い制御を行うことができる。
【００１２】
請求項３によれば、外気温度と放熱器の吹き返し温度差である補正値を車速で除算した温度補正項を、目標冷媒圧力を演算するために定義された制御式に含むため、走行風が少なく冷却風が小さいほど温度補正項の効果を得ることができる。また、各速度域毎にしきい値を設定する必要がなく、式自体も簡単なものであるため、制御手段の処理能力を高くすることなく通常の処理能力を備えたもので対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係わる車両用空調装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係わる車両用空調装置のシステム構成図である。本実施形態に係わる車両用空調装置は、ＣＯ２冷媒を循環させて冷媒と冷却風との間で熱交換を行う冷凍サイクル１を備えている。
【００１５】
この冷凍サイクル１は、圧縮機２、放熱器３、膨張弁４、蒸発器５、アキュームレータ６を配管により接続し、圧縮機２により運動エネルギーの与えられたＣＯ２冷媒を、このサイクル内で循環させるように構成したものである。また、冷凍サイクル１には、膨張弁４の減圧量を制御するための空調用ＥＣＵ７が接続されている。
【００１６】
圧縮機２は、エンジンルームなどの車室外に配置され、アキュームレータ６から吸入した低圧のガス状冷媒を圧縮して高温高圧のガス状冷媒として放熱器３へ吐出する。この圧縮機２は、図示しないモータの駆動力によりＣＯ２冷媒を圧縮するように構成されている。
【００１７】
放熱器３は、車室外に配置され、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス状冷媒を冷却するものである。この放熱器３はエンジンルーム前方に配置され、外気として導入された冷却風（走行風）が吹き付けられるようになっている。そして、この放熱器３内を通過する高温高圧のガス状冷媒と、吹き付けられる冷却風との間で熱交換させることで、高温高圧のガス状冷媒の熱を冷却している。また、放熱器３の出口側には出口冷媒温度を検出する温度センサ８が設けられ、検出された出口冷媒温度が空調用ＥＣＵ７へ送信されるようになっている。
【００１８】
膨張弁（減圧手段）４は、放熱器３から出力された高温高圧のガス状冷媒を減圧（膨張）して低温低圧の霧状冷媒とする。この膨張弁４は、ＣＯ２冷媒を減圧するとともに、放熱器３の出口冷媒圧力を制御する機能を備えている。本実施形態における膨張弁４は、後述する空調用ＥＣＵ７からの電気信号により減圧量が制御されるものであり、例えば特願２０００−２０６７８０号に開示された減圧弁などを用いることができる。
【００１９】
蒸発器５は、空調ダクト１１内に配置され、空調ファン１２により発生した空調風の熱を、放熱器３から膨張弁４を経て供給された低温低圧の霧状冷媒に吸熱させるものである。膨張弁４で低温低圧の霧状冷媒となって蒸発器５に供給された冷媒は、蒸発器５を通過する際に、空調ダクト１１内を流れる空調風の熱を奪って気化する。蒸発器５内の冷媒により吸熱された空調風は除湿されて冷房風となり、吹き出し口１３から車室内に吹き出すようになっている。
【００２０】
アキュームレータ６は、蒸発器５から吐出された冷媒を気液分離する。このうち液状冷媒を貯留し、液状冷媒から分離されたガス状冷媒は圧縮機２へ送られる。
【００２１】
空調用ＥＣＵ７は、中央演算ユニット（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、および入出力インターフェース（Ｉ／Ｏインターフェース）などを有するマイクロコンピュータにより構成され、温度センサ８で検出された出口冷媒温度と、エンジンユニット９のトランスミッションギヤと連結された車速センサ（車速検出手段）１０で検出された車速（信号）とが入力されている。そして、これら出口冷媒温度と、車速と、目標冷媒圧力を演算するために定義された後述する制御式とを用いて目標冷媒圧力を演算するとともに、この目標冷媒圧力に対応する減圧量を電気信号（開閉のデューティ信号）に変換して膨張弁４に送信している。
【００２２】
なお、空調用ＥＣＵ７を複数のマイクロコンピュータにより構成することも可能であり、後述するような膨張弁４の減圧量制御の他にも複数の制御を実行する装置として構成してもよい。
【００２３】
次に、本実施形態における冷凍サイクル１において、目標冷媒圧力を演算する場合の処理手順を図２のフローチャートに基づいて説明する。以下に説明する処理は、例えば乗員がエアコンの制御パネルに設けられたエアコンスイッチをオンすることでスタートする。
【００２４】
まず、空調用ＥＣＵ７は、温度センサ８で検出された放熱器３の出口冷媒温度Ｔｇｏを読み込み（ステップＳ１０１）、続いて車速センサ１０で検出された車速Ｖを読み込む（ステップＳ１０２）。次に、制御式に含まれる温度補正項を算出する。ここで、目標冷媒圧力を演算するために定義された制御式について説明する。
【００２５】
従来制御において、目標冷媒圧力を演算するために定義された一般的な制御式は、
Ｐｇｏ＝Ａ＊Ｔｇｏ＋Ｂ・・・（１）
となる。
【００２６】
ただし、Ｐｇｏ：目標冷媒圧力（放熱器３の目標出口冷媒圧力）
Ｔｇｏ：放熱器３の出口冷媒温度
Ａ，Ｂ：定数
上記制御式（１）では、ＴｇｏとＰｇｏとが比例関係にあるため、アイドリング時のように冷却風がほとんどない場合でもＴｇｏの上昇とともにＰｇｏも高くなってしまう。このため膨張弁４が絞られ、圧縮機２の出口冷媒温度が高くなり、サイクル保護の機能が働いて圧縮機２の駆動が停止してしまい、冷凍サイクルの運転が停止し、空調風の温度が上昇してしまうことがあった。
【００２７】
これに対して、本実施形態において目標冷媒圧力Ｐｇｏを演算するために定義された制御式は、
Ｐｇｏ＝Ａ｛Ｔｇｏ−Ｃ／（Ｖ＋１）｝＋Ｂ・・・（２）
となる。
【００２８】
ただし、Ｃ：吹き返しにより上昇する温度（定数）
Ｖ：車速（パスル信号数／１回転）
ここで、Ｃ／（Ｖ＋１）は温度補正項であり、このうちＣは補正値となる。本実施形態では、補正値Ｃの最大値を外気温度と放熱器３の吹き返し温度差としている。
【００２９】
上記制御式（２）において、アイドリング時には車速Ｖは０又は低速度となるため、温度補正項は補正値Ｃの分だけとなり、この分をＴｇｏから引くことにより、演算されるＰｇｏは低く抑えられる。また、通常走行時では吹き返しによる温度上昇はなく、補正値Ｃに対して（Ｖ＋１）の項が大きくなるため、温度補正項の影響は実質的にほとんどなくなり、上記制御式（１）とほぼ同じ演算結果となる。
【００３０】
空調用ＥＣＵ７は、ステップＳ１０２で読み込んだ車速Ｖと、補正値Ｃとから温度補正項を算出し（ステップＳ１０３）、続いて、この温度補正項に定数Ａ、Ｂ、並びにステップＳ１０１で読み込んだ出口冷媒温度Ｔｇｏを用いて上記制御式（２）により目標冷媒圧力Ｐｇｏを演算する（ステップＳ１０４）。そして、空調用ＥＣＵ７は、冷凍サイクル１の冷媒圧力が目標冷媒圧力Ｐｇｏと一致するように、目標冷媒圧力Ｐｇｏに対応する減圧量を求め、さらにこの減圧量を電気信号（開閉のデューティ信号）に変換して膨張弁４に送信する（ステップＳ１０５）。
【００３１】
上述した制御において、車両のアイドリング時は車速Ｖは０となるため、温度補正項は補正値Ｃの分となる。したがって、補正値Ｃの分をＴｇｏから差し引くことにより、演算される目標冷媒圧力Ｐｇｏは低く抑えられる。これによれば、アイドリング時には冷凍サイクル１に設定される冷媒圧力が低く抑えられるため、圧縮機２の出口冷媒温度も上昇することがなく、サイクル保護の機能が働いて圧縮機２の駆動が停止し、冷凍サイクル１が運転停止になることを防ぐことができる。このように、アイドリング時に設定される目標冷媒圧力Ｐｇｏは温度補正項により補正された値となるため、冷凍サイクル１に適正な冷媒圧力を設定することができる。
【００３２】
ちなみに、一般的な制御式（１）で演算した場合は、アイドリング時において放熱器３の出口冷媒温度Ｔｇｏがそのまま計算値として用いられるため、目標冷媒圧力Ｐｇｏは高い値となってしまう。
【００３３】
また、通常走行時では吹き返しによる温度上昇はないため、補正値Ｃに対して（Ｖ＋１）の項が大きくなる。したがって、温度補正項の影響は実質的にほとんどなくなり、上記制御式（１）とほぼ同じ演算結果となる。このように、通常走行時に設定される目標冷媒圧力Ｐｇｏは温度補正項の影響を受けることがないので、冷凍サイクル１に適正な冷媒圧力を設定することができる。
【００３４】
したがって、本実施形態に係わる車両用空調装置によれば、車両の走行時およびアイドリング時のいずれにおいても冷凍サイクル１を安定して運転することが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態では、補正値Ｃの最大値を外気温度と放熱器３の吹き返し温度差としているため、車両（車種）毎に異なる吹き返し温度の影響をキャンセルして、より精度の高い制御を行うことができる。
【００３６】
本実施形態では、外気温度と放熱器３の吹き返し温度差である補正値Ｃを車速で除算した温度補正項を、目標冷媒圧力を演算するために定義された制御式（２）に含むため、走行風が少なく冷却風が小さいほど温度補正項の効果を得ることができる。また、例えば走行速度０〜３０ｋｍ／ｈの場合、３１〜４０ｋｍ／ｈの場合、４１〜１００ｋｍ／ｈの場合というように、各速度域毎にしきい値を設定する必要がなく、式自体も簡単なものであるため、空調用ＥＣＵ７の処理能力を高くすることなく通常の処理能力を備えたもので対応することができる。
【００３７】
また、本実施形態では温度補正項において車速Ｖを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、走行速度に応じて変化する読み取り可能なパラメータであれば他の検出信号を用いることもできる。例えば、エンジンユニット９に設けられた図示しない回転数センサで検出したエンジン回転数を用いることもできる。
【００３８】
なお、本実施形態に係わる車両用空調装置は、とくに圧縮機をモータ駆動する電動コンプレッサシステムのように、アイドリング時において圧縮機の回転数が高く設定されることのあるシステムに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施形態に係わる車両用空調装置のシステム構成図。
【図２】実施形態における冷凍サイクルにおいて目標冷媒圧力を演算する場合の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４０】
１…冷凍サイクル
２…圧縮機
３…放熱器
４…膨張弁
５…蒸発器
６…アキュームレータ
７…空調用ＥＣＵ
８…温度センサ
９…エンジンユニット
１０…車速センサ
１１…空調ダクト
１２…空調ファン
１３…吹き出し口
【図１】
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【図２】
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