(57)【要約】【課題】内部熱交換器を備えた冷凍サイクルのコスト低減とシステムの効率向上を可能にした制御方法を提供する。【解決手段】膨張弁４に、蒸発器５の入口圧力と出口圧力との差圧に応じて蒸発器５に供給する冷媒の流量を制御するものであって、非通電時には閉弁し、通電時には開弁するときの設定差圧がソレノイドに流す電流値に応じて設定される、構成が簡単で安価なソレノイド作動の電磁膨張弁とし、内部熱交換器６の低圧側出口で検出した冷媒の圧力および温度から過熱度を求め、その過熱度が所定の過熱度を維持するようにソレノイドに流す電流値を設定する。また、可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒の温度を検出し、この温度に応じて所定の過熱度をできるだけ大きく変更することでシステムの効率を向上させている。【選択図】図１
2009063233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レシーバから膨張弁に向かう高温・高圧の冷媒と蒸発器から可変容量圧縮機へ向かう低温・低圧の冷媒との間で熱交換を行う二重管構造の内部熱交換器を備えた冷凍サイクルの制御方法において、
前記膨張弁は、前記蒸発器の入口圧力と出口圧力との差圧に応じて前記蒸発器に供給する冷媒の流量を制御するものであって、非通電時には閉弁し、通電時には開弁するときの設定差圧がソレノイドに流す電流値に応じて設定されるソレノイド作動の電磁膨張弁であり、
前記ソレノイドに流す電流値は、前記可変容量圧縮機に吸入される冷媒が所定の過熱度を維持するように設定されることを特徴とする冷凍サイクルの制御方法。
【請求項２】
前記過熱度は、前記内部熱交換器の低圧側出口で検出した冷媒の温度および圧力から求められることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項３】
前記過熱度は、前記内部熱交換器の低圧側出口で検出した冷媒の温度と、前記蒸発器の入口で検出した冷媒の温度から推定される蒸発圧力とから求められることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項４】
前記可変容量圧縮機は、容量制御弁によって吸入圧力が外部電流により設定された所定の値を維持するように容量が制御されるものであり、
前記過熱度は、前記内部熱交換器の低圧側出口で検出した冷媒の温度と、前記可変容量圧縮機を容量制御している前記容量制御弁の前記外部電流から推定される前記吸入圧力とから求められることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項５】
前記可変容量圧縮機の吐出側の冷媒の温度を検出し、この吐出側の冷媒の温度に応じて前記所定の過熱度を変更することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項６】
前記可変容量圧縮機の吐出側の冷媒の温度が所定値より高くなると、設定された前記ソレノイドに流す電流値を大きくする方向に調整することを特徴とする請求項５項記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項７】
前記可変容量圧縮機の高圧側の冷媒の圧力を検出し、検出したこの高圧側の冷媒の圧力と前記内部熱交換器の低圧側出口で検出した冷媒の温度および圧力とから前記可変容量圧縮機の吐出側の冷媒の温度を推定し、この推定した吐出側の冷媒の温度が所定値より高くなると、設定された前記ソレノイドに流す電流値を大きくする方向に調整することを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項８】
前記可変容量圧縮機の高圧側の冷媒の圧力を検出し、検出したこの高圧側の冷媒の圧力と前記内部熱交換器の低圧側出口で検出した冷媒の温度と推定された前記蒸発圧力とから前記可変容量圧縮機の吐出側の冷媒の温度を推定し、この推定した吐出側の冷媒の温度が所定値より高くなると、設定された前記ソレノイドに流す電流値を大きくする方向に調整することを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項９】
前記可変容量圧縮機の高圧側の冷媒の圧力を検出し、検出したこの高圧側の冷媒の圧力と前記内部熱交換器の低圧側出口で検出した冷媒の温度と推定された前記吸入圧力とから前記可変容量圧縮機の吐出側の冷媒の温度を推定し、この推定した吐出側の冷媒の温度が所定値より高くなると、設定された前記ソレノイドに流す電流値を大きくする方向に調整することを特徴とする請求項４記載の冷凍サイクルの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍サイクルの制御方法に関し、特に膨張弁に導入される高圧冷媒と圧縮機に戻される低圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器を備えた自動車用空調装置のための冷凍サイクルの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空調装置の冷凍サイクルは、一般に、車両走行用のエンジンによって駆動される圧縮機と、圧縮機によって圧縮された高温・高圧のガス冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された液冷媒を蓄えておくレシーバと、高温・高圧の液冷媒を絞り膨張させて低温・低圧の気液混合蒸気にする膨張弁と、膨張された冷媒を蒸発させて圧縮機へ戻す蒸発器とを備えている。
【０００３】
このような冷凍サイクルにおいて、液冷媒を絞り膨張させる膨張弁として、蒸発器の出口における冷媒の温度および圧力を感知してその蒸発器出口の冷媒が所定の過熱度になるように蒸発器へ供給する冷媒の流量を制御するようにした温度式膨張弁を用いることが多い。
【０００４】
また、冷凍サイクルのシステムの効率を上げるために、内部熱交換器を備えたものが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の冷凍サイクルは、冷媒に自然冷媒を使用したものであるが、フロン系の冷媒を使用した冷凍サイクルにおいても同様に、システムの効率を向上させることができる。内部熱交換器は、レシーバから膨張弁に至る経路を流れる高温・高圧の液冷媒と、蒸発器から圧縮機に至る経路を流れる低温・低圧のガス冷媒との間で熱交換を行うように構成されている。これによって、膨張弁に入る冷媒が内部熱交換器によってさらに冷却されることで膨張弁入口の冷媒のエンタルピを低下させ、同時に、蒸発器を出た冷媒が内部熱交換器によってさらに過熱されることで圧縮機入口の冷媒のエンタルピを上昇させることになって、蒸発器入口と圧縮機入口とのエンタルピ差を大きくできることから、冷凍サイクルの成績係数を大きくすることができ、システムの効率および冷凍能力を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００１−１０８３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、膨張弁として用いられている温度式膨張弁は、冷媒と同じようなガスが封入され、蒸発器の出口における冷媒の温度および圧力を感知して流量を制御する弁部分を駆動するような比較的高価なパワーエレメントを備えているため、自動車用空調装置のコストが高くなるという問題点があった。また、温度式膨張弁は、蒸発器の出口における冷媒の温度および圧力を感知してその蒸発器出口の冷媒が所定の過熱度になるように蒸発器へ供給する冷媒の流量を正確に制御するものであるが、内部熱交換器を備えた冷凍サイクルでは、過熱度制御された冷媒が内部熱交換器によってさらに過熱される。しかし、その過熱量は、レシーバから膨張弁に向かって流れる高圧の液冷媒の流量および温度に依存するため、圧縮機への吸入ガスの温度が高くなり過ぎるようなことがあると、圧縮機から吐出される冷媒の温度が高くなり過ぎてしまい圧縮機の潤滑オイルが熱劣化してしまうことがあるという問題点もあった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、内部熱交換器を備えた冷凍サイクルの膨張弁のコストを低減可能にしながら、圧縮機に吸入される冷媒の温度が高くなり過ぎることがないようにした冷凍サイクルの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では上記問題を解決するために、レシーバから膨張弁に向かう高温・高圧の冷媒と蒸発器から可変容量圧縮機へ向かう低温・低圧の冷媒との間で熱交換を行う二重管構造の内部熱交換器を備えた冷凍サイクルの制御方法において、前記膨張弁は、前記蒸発器の入口圧力と出口圧力との差圧に応じて前記蒸発器に供給する冷媒の流量を制御するものであって、非通電時には閉弁し、通電時には開弁するときの設定差圧がソレノイドに流す電流値に応じて設定されるソレノイド作動の電磁膨張弁であり、前記ソレノイドに流す電流値は、前記可変容量圧縮機に吸入される冷媒が所定の過熱度を維持するように設定されることを特徴とする冷凍サイクルの制御方法が提供される。
【０００８】
このような冷凍サイクルの制御方法によれば、膨張弁として、蒸発器の入口圧力と出口圧力との差圧に応じて蒸発器に供給する冷媒の流量を制御する構成の電磁膨張弁であるため、膨張弁のコストを低減させることができ、その電磁膨張弁を可変容量圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を検出して流量制御するので、可変容量圧縮機に吸入される冷媒の温度が高くなり過ぎることがなくなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の冷凍サイクルの制御方法は、高価な温度式膨張弁の代わりに蒸発器の入口圧力と出口圧力との差圧に応じて蒸発器に供給する冷媒の流量を制御する電磁膨張弁を使用したことで、自動車用空調装置のコストを低減でき、その電磁膨張弁を、可変容量圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を検出して制御することで、可変容量圧縮機に吸入される冷媒の温度が異常に高くなることがなくなるという利点がある。また、制御しようとする過熱度を内部熱交換器の低圧側出口における冷媒の圧力および温度から求めているので、可変容量圧縮機に吸入される冷媒は、確実に所定の過熱度を持つことができ、液分を含む冷媒が吸入されることはない。さらに、電磁膨張弁としたことで、可変容量圧縮機に吸入される冷媒の過熱度は、温度式膨張弁のように固定されたものではなく、自由に変更することができるので、制御の自由度を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の制御方法に係る自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図、図２は膨張弁の構成例を示す断面図である。
【００１１】
この冷凍サイクルは、車両のエンジンルーム内に配置されて、冷媒を圧縮する可変容量圧縮機１と、圧縮された冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器２と、凝縮された冷媒を気液に分離して液冷媒を送り出すレシーバ３とを備えている。車室内には、液冷媒を断熱膨張させる膨張弁４と、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器５とが配置されている。そして、レシーバ３および可変容量圧縮機１と膨張弁４との間は、二重管構造の内部熱交換器６によって接続されている。また、蒸発器５の近傍には、これらに車室内の空気を通過させるための送風機７が設けられている。
【００１２】
膨張弁４は、蒸発器５の入口圧力と出口圧力との差圧に応じて蒸発器５に送り出す冷媒の流量を制御するものであって、非通電時には閉弁し、通電時には開弁するときの設定差圧がソレノイドに流す電流値に応じて設定されるソレノイド作動の電磁膨張弁である。そのソレノイドに流す電流値は、制御部８によって制御される。その制御部８には、内部熱交換器６の低圧側出口に設置された圧力センサ９および温度センサ１０が接続され、さらに、必要に応じて、可変容量圧縮機１の高圧側、たとえばレシーバ３に設置された圧力センサ１１または可変容量圧縮機１の吐出側に設置された温度センサ１２が接続される。
【００１３】
膨張弁４は、図２に示したように、一方では、二重管構造の内部熱交換器６に直接接続され、他方では、蒸発器５の冷媒入口および冷媒出口に直接接続するような構成を有している。なお、蒸発器５は、複数のアルミニウムのプレートを積層して構成され、そのヘッダ部分に、冷媒を導入する冷媒入口配管１５および冷媒を導出する冷媒出口配管１６を有している。冷媒出口配管１６は、冷媒入口配管１５を囲うように冷媒入口配管１５と概略同軸に配置されて二重管構造になっている。そして、この蒸発器５は、炉中ろう付け加工にて、積層されたプレートを同時に溶接することによって形成されるが、このとき、冷媒入口配管１５および冷媒出口配管１６も一緒に溶接されて一体に形成されている。
【００１４】
膨張弁４は、図２の左右方向に延びる主円柱部２０にこれに直交して図２の下方向に延びる副円柱部２１が結合された外形を有するボディ２２を備えている。その副円柱部２１は、二重管構造の内部熱交換器６の配管と接続される配管接続部を構成している。主円柱部２０および副円柱部２１は、それら三方の端面形状がそれぞれ二重管構造を有している。主円柱部２０は、その中央に膨張弁の可動部が収容される中央孔が軸方向に貫通形成され、その中央孔の周囲には蒸発器５から導入された低圧冷媒を流す複数の通路が軸方向に貫通形成されている。そのため、好ましくは、このボディ２２は、中央孔および／または複数の通路が中空押し出し加工によってあらかじめ成形された中空押し出し成形材が使用され、それを加工して三方が二重管構造になるように機械加工している。
【００１５】
主円柱部２０の中央孔の中ほどには、弁軸ガイド２３およびリング状の弁座２４がかしめ加工によってボディ２２に固定されている。その弁座２４に対して接離自在に弁体２５が配置されている。弁体２５は、スプリング２６によって閉弁方向に付勢されており、そのスプリング２６は、主円柱部２０の蒸発器５側に形成された二重管の内管に圧入されているばね受け部材２７によって受けられている。スプリング２６の荷重は、二重管の内管に圧入されるばね受け部材２７の圧入量によって調整されている。
【００１６】
弁体２５は、弁座２４および弁軸ガイド２３を介して軸方向に延びる弁軸２８と一体に形成されている。弁軸２８の弁体２５が形成されている側とは反対側の端部には、筒状受圧部材２９が外嵌され、その筒状受圧部材２９よりも弁体２５側の弁軸２８には、シール用のＯリング３０が周設されている。筒状受圧部材２９を摺動自在に支持している主円柱部２０の中央孔である二重管の内管の内径は、弁座２４の弁孔の内径に概略等しくしてあり、これによって、弁体２５が高圧の圧力を開弁方向に受ける有効受圧面積とＯリング３０が高圧の圧力を閉弁方向に受ける有効受圧面積とが概略等しくなるので、弁体２５が開弁方向に受ける高圧の圧力をＯリング３０が閉弁方向に受ける同じ圧力によってキャンセルするようにしている。
【００１７】
主円柱部２０のばね受け部材２７が圧入されている側にて二重管構造に形成されたものの内管は、この膨張弁４の低圧冷媒出口３１を構成し、その外周に形成された環状溝は、蒸発器５から戻ってきた冷媒を受け入れる環状の戻り低圧冷媒入口３２を構成している。ここで、この膨張弁４の低圧冷媒出口３１となる内管は、蒸発器５の冷媒入口配管１５に嵌合され、その嵌合部はＯリングによってシールされている。また、膨張弁４の戻り低圧冷媒入口３２となる外管は、蒸発器５の冷媒出口配管１６に嵌合され、先端部を全周かしめ加工することによって蒸発器５と機械的に結合され、その冷媒出口配管１６との嵌合部は、Ｏリングによってシールされている。
【００１８】
主円柱部２０の中央孔における弁軸ガイド２３の設置空間は、副円柱部２１に形成された二重管構造の内管に連通され、主円柱部２０の中央孔の周りにその中央孔と平行に形成された通路は、副円柱部２１に形成された内管と外管との間の空間に連通されている。ここで、副円柱部２１の内管は、高圧冷媒入口３３を構成し、副円柱部２１の内管と外管との間の空間は、この膨張弁４を通過した冷媒が可変容量圧縮機１の吸入口に戻される戻り低圧冷媒出口３４を構成している。したがって、膨張弁４の高圧冷媒入口３３となる内管は、レシーバ３からの高温・高圧の液冷媒が供給される高圧配管１７が嵌合され、Ｏリングによってシールされている。また、膨張弁４の戻り低圧冷媒出口３４となる外管は、戻り低圧配管１８に嵌合され、先端部に内嵌したバックアップリング３５を固定するようにその全周をかしめ加工することによって戻り低圧配管１８と機械的に結合され、戻り低圧配管１８との嵌合部は、Ｏリングによってシールされている。この副円柱部２１に接続される高圧配管１７および戻り低圧配管１８は、これらの間に図示しない複数の伝熱フィンが螺旋状に配置されて概略同軸の二重管構造になっており、これが、図１の内部熱交換器６を構成している。
【００１９】
主円柱部２０の蒸発器５と結合される側の反対側も二重管構造になっていて、その外管の開口端は、ソレノイド３６によって閉止されている。このソレノイド３６は、コア３７を有し、そのフランジ部は、二重管構造の外管を全周かしめ加工することによって主円柱部２０に気密に結合されている。コア３７には、弁軸２８と同軸方向に伸びる有底スリーブ３８の開口端が嵌合され、その有底スリーブ３８の中にプランジャ３９が配置されている。このプランジャ３９は、コア３７を貫通して弁軸２８と同軸方向に伸びるシャフト４０に固定され、そのシャフト４０は、コア３７に圧入して固定された軸受部４１および有底スリーブ３８の底部に形成された軸受部４２によって軸方向に進退自在に保持されている。ソレノイド３６は、また、有底スリーブ３８の外側にコイル４３が周設され、ヨーク４４によって囲撓されている。したがって、この膨張弁４は、コイル４３への通電がないときには、弁体２５がスプリング２６の付勢力によって弁座２４に着座され、閉弁している。コイル４３への通電があるときには、プランジャ３９がコア３７により吸引され、スプリング２６の付勢力に抗してプランジャ３９に固定されたシャフト４０が弁体２５と一体の弁軸２８を開弁方向に押し、開弁させる。その弁体２５のリフトは、コイル４３に給電される電流の大きさによって設定される。
【００２０】
以上の構成の膨張弁４において、自動車用空調装置が運転を停止しているときには、ソレノイド３６のコイル４３には給電されないので、図２に示したように、弁体２５がスプリング２６の付勢力によって弁座２４に着座されているので、膨張弁４は閉弁していることになる。
【００２１】
ここで、自動車用空調装置が起動され、ソレノイド３６のコイル４３に通電されると、その通電電流の大きさに応じて弁体２５がリフトし、膨張弁４は開弁する。レシーバ３から内部熱交換器６の高圧配管１７を通じて高温・高圧の液冷媒が高圧冷媒入口３３に供給されると、その液冷媒は、弁座２４と弁体２５との間の隙間を通って低圧冷媒出口３１へ流出する。このとき、冷媒は、断熱膨張されて低温・低圧の気液混合蒸気の冷媒となり、冷媒入口配管１５を介して蒸発器５へ導入される。なお、図中の矢印は、冷媒の流れ方向を示している。蒸発器５では、導入された冷媒は、車室内の空気との熱交換により蒸発されて冷媒出口配管１６から流出する。その蒸発された冷媒は、環状の戻り低圧冷媒入口３２より膨張弁４に導入され、主円柱部２０内の複数の低圧冷媒の通路を通じて戻り低圧冷媒出口３４から内部熱交換器６の戻り低圧配管１８に流入する。内部熱交換器６を通過した冷媒は、その端部で分岐された低圧配管を介して可変容量圧縮機１の吸入口へ吸入される。
【００２２】
ここで、高圧配管１７によって供給される冷媒の膨張弁入口圧力をＰｏ、断熱膨張された冷媒の膨張弁出口圧力（蒸発器入口圧力）をＰｘ、蒸発器５から戻ってきた冷媒の蒸発器出口圧力をＰｅとすると、弁体２５には、閉弁方向に蒸発器入口圧力Ｐｘが加わり、弁体２５と一体の弁軸２８および筒状受圧部材２９の端面には、開弁方向に蒸発器出口圧力Ｐｅが加わっている。したがって、弁体２５、弁軸２８および筒状受圧部材２９の一体の組立体には、蒸発器５の入口圧力と出口圧力との差圧（Ｐｘ−Ｐｅ）が加わっているので、その組立体は、この膨張弁４で差圧（Ｐｘ−Ｐｅ）を感知する差圧感知部を構成していることになる。
【００２３】
膨張弁４がソレノイド３６に流す電流値によって設定される所定の弁リフトにて冷媒を蒸発器５に供給しているとき、蒸発器５を通過する冷媒の流量が増加して蒸発器５での圧力損失が増加すると、蒸発器前後差圧（Ｐｘ−Ｐｅ）が大きくなるので、弁体２５は閉弁方向に移動して流量を絞るように作用する。逆に、蒸発器５を通過する冷媒の流量が減少して蒸発器前後差圧（Ｐｘ−Ｐｅ）が小さくなると、弁体２５は開弁方向に移動して流量を増やすように作用する。したがって、この膨張弁４は、蒸発器５の入口と出口との圧力差が一定になるよう制御することで、蒸発器５に送り出される冷媒の流量を概略一定に制御するように作用する。また、その一定に制御しようとする差圧はソレノイド３６に流す電流値によって設定されるので、この膨張弁４は、蒸発器５を通過する冷媒の流量をソレノイド３６によって設定される流量に概略一定に制御するものでもある。しかも、その蒸発器前後差圧（Ｐｘ−Ｐｅ）は、膨張弁入口圧力Ｐｏが背圧キャンセルされていることによって、膨張弁入口圧力Ｐｏの大きさには、何ら影響されることはない。
【００２４】
この膨張弁４の流量制御のためにソレノイド３６のコイル４３に通電される電流の大きさは、内部熱交換器６の低圧側出口で検出した冷媒の過熱度があらかじめ定めた所定の過熱度を維持するように設定される。この過熱度は、内部熱交換器６の低圧側出口に設置された圧力センサ９および温度センサ１０によって検出される圧力および温度から求められる。制御部８は、圧力センサ９および温度センサ１０によって監視されている過熱度があらかじめ定めた所定の値より大きければ、コイル４３に通電される電流の大きさを大きくして、流量を増加させるように膨張弁４を設定する。逆に、過熱度があらかじめ定めた所定の値より小さければ、制御部８は、コイル４３に通電される電流の大きさを小さくして、流量を減少させるように膨張弁４を設定する。
【００２５】
以上は、内部熱交換器６の低圧側出口における冷媒の過熱度があらかじめ定めた所定の値を維持するように膨張弁４を制御する方法について説明した。次は、その過熱度を可変容量圧縮機１から吐出された冷媒の温度に応じて変更するようにした膨張弁４の制御方法について説明する。
【００２６】
冷凍サイクルの成績係数は、蒸発器入口と圧縮機入口とのエンタルピ差と圧縮機の入口と出口とのエンタルピ差との比によって定義されている。したがって、過熱度を大きくして圧縮機入口のエンタルピを大きくすることにより、成績係数を向上させることができる。しかし、過熱度を大きくすると、圧縮機出口の冷媒の温度が高くなり過ぎることがあるので、その点を考慮する必要がある。この実施の形態では、可変容量圧縮機１から吐出された冷媒の温度を温度センサ１２により検出し、可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒の温度が所定値、たとえば、可変容量圧縮機１の潤滑オイルの連続使用耐熱温度に対応する所定値に達するまでの範囲で、過熱度をできるだけ大きく設定するように変更している。制御部８は、その過熱度に対応する電流をソレノイド３６のコイル４３に流すように設定することになる。もちろん、可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒の温度が所定値より高くなると、そのように設定していたソレノイド３６のコイル４３に流す電流値を強制的に大きくする方向に調整する。これによって、膨張弁４は流量を増加させることになるので、可変容量圧縮機１の吸入口における冷媒の過熱度が低減され、その結果、可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒温度を低下させることになる。
【００２７】
なお、この可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒の温度を監視するには、可変容量圧縮機１の吐出側に温度センサ１２を新たに設置する必要がある。しかし、既存の自動車用空調装置には安全のために必須であった圧力センサ１１が可変容量圧縮機１の高圧側に設置されているので、その圧力センサ１１を利用して、温度センサ１２を新たに設けることなく、可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒の温度を推定することができる。
【００２８】
この可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒の温度の推定は、冷凍サイクルの挙動を表すモリエル線図を使って説明することができる。すなわち、可変容量圧縮機１の理想的な断熱圧縮ではエントロピは変化せず、断熱圧縮された冷媒は、仕事をした分、圧力もエンタルピも増加するため、モリエル線図上では、可変容量圧縮機１による圧縮は、等エントロピ線に沿った右上がりの変化で表される。この等エントロピ線上の変化の始点は、圧力センサ９および温度センサ１０によって検出された内部熱交換器６の低圧側出口、つまり、可変容量圧縮機１の吸入口における圧力および温度から特定することができる。一方、始点が特定された等エントロピ線上の変化の終点は、可変容量圧縮機１の高圧側の圧力が圧力センサ１１によって検出されているので、モリエル線図上で、等エントロピ線がその検出した圧力と交差する位置で特定される。そして、モリエル線図上で、その終点を通る等温線を求めることによって、可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒の温度を推定することができるのである。
【００２９】
図３は第２の制御方法に係る自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。なお、この図３において、図１に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３０】
この冷凍サイクルは、図１の場合と同様、膨張弁４に蒸発器５の入口圧力と出口圧力との差圧に応じて蒸発器５に供給する冷媒の流量を制御するものであって、非通電時には閉弁し、通電時には開弁するときの設定差圧がソレノイドに流す電流値に応じて設定されるソレノイド作動の電磁膨張弁を使用している。ただし、この冷凍サイクルの制御方法では、内部熱交換器６の低圧側出口における冷媒の過熱度を求めるために必要な圧力を、高価な圧力センサ９を用いることなく求めている点で図１の場合と相違する。
【００３１】
すなわち、この冷凍サイクルでは、蒸発器５の冷媒入口の近傍に温度センサ１３を設置し、膨張弁４から供給された蒸発器５の入口の温度を検出している。制御部８は、温度センサ１３によって検出された蒸発器５の入口の温度から蒸発器５内の蒸発圧力を演算により推定している。この推定は、膨張弁４から蒸発器５の入口に供給される冷媒が湿り分の多い気液混合冷媒であり、このような気液混合の飽和状態では、温度および圧力が飽和圧力温度特性より一義的に決まることに基づいている。
【００３２】
制御部８は、蒸発器５の入口の冷媒の温度からそのときの蒸発圧力を推定し、その推定した蒸発圧力と、温度センサ１０によって検出された内部熱交換器６の低圧側出口の冷媒の温度とによって内部熱交換器６の低圧側出口における冷媒の過熱度を求め、その過熱度があらかじめ決められた所定の過熱度を保持するように膨張弁４のソレノイドに流す電流値を設定する。
【００３３】
このとき、可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒温度を、温度センサ１２で検出するか、圧力センサ１１で検出した圧力から推定して、制御部８は、その冷媒温度が潤滑オイルの劣化を招くような温度にならない範囲で内部熱交換器６の低圧側出口における冷媒の過熱度をできるだけ大きくするように変更しても良い。
【００３４】
また、制御部８は、可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒温度が所定値より高くなると、ソレノイドに流す電流値を大きくする方向に強制的に調整して、制御しようとする内部熱交換器６の低圧側出口における冷媒の過熱度を小さく設定し、可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒温度を低減させるようにしている。
【００３５】
図４は第３の制御方法に係る自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。なお、この図４において、図１に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３６】
この冷凍サイクルは、膨張弁４にソレノイド作動の電磁膨張弁を使用することは、図１および図４の場合と同様である。ただし、この冷凍サイクルの制御方法では、内部熱交換器６の低圧側出口における冷媒の過熱度を求めるために必要な圧力を、高価な圧力センサ９を用いることなく求めている点で図１の場合と相違する。
【００３７】
すなわち、この冷凍サイクルでは、可変容量圧縮機１を容量制御している容量制御弁１４の外部電流から可変容量圧縮機１の吸入圧力を推定している。この容量制御弁１４は、特に、ベローズ等の感圧部材を使って吸入室の吸入圧力を感知し、その吸入圧力が外部電流によって設定される所定値を維持するように容量を制御するタイプのものである。したがって、その外部電流は、容量制御弁１４の制御目標値であり、吸入圧力を代表していることになるので、この第３の制御方法では、その外部電流を吸入圧力として膨張弁４の過熱度制御に利用している。
【００３８】
制御部８は、容量制御弁１４の外部電流から可変容量圧縮機１の吸入圧力を推定し、その推定した吸入圧力と、温度センサ１０によって検出された内部熱交換器６の低圧側出口の冷媒の温度とによって内部熱交換器６の低圧側出口における冷媒の過熱度を求め、その過熱度があらかじめ決められた所定の過熱度を保持するように膨張弁４のソレノイドに流す電流値を設定する。
【００３９】
このとき、あらかじめ決められた所定の過熱度は、温度センサ１２で検出するか、圧力センサ１１で検出した圧力から推定した可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒温度に応じて、可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒温度が潤滑オイルの劣化を招く温度に達しない範囲でできるだけ大きく変更される。
【００４０】
また、制御部８は、可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒温度が所定値より高くなると、ソレノイドに流す電流値を大きくする方向に強制的に調整して、制御しようとする内部熱交換器６の低圧側出口における冷媒の過熱度を小さく設定し、可変容量圧縮機１の吐出側の冷媒温度を低減させるようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の制御方法に係る自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。
【図２】膨張弁の構成例を示す断面図である。
【図３】第２の制御方法に係る自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。
【図４】第３の制御方法に係る自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  可変容量圧縮機
２  凝縮器
３  レシーバ
４  膨張弁
５  蒸発器
６  内部熱交換器
７  送風機
８  制御部
９  圧力センサ
１０  温度センサ
１１  圧力センサ
１２，１３  温度センサ
１４  容量制御弁
１５  冷媒入口配管
１６  冷媒出口配管
１７  高圧配管
１８  戻り低圧配管
２０  主円柱部
２１  副円柱部
２２  ボディ
２３  弁軸ガイド
２４  弁座
２５  弁体
２６  スプリング
２７  ばね受け部材
２８  弁軸
２９  筒状受圧部材
３０  Ｏリング
３１  低圧冷媒出口
３２  戻り低圧冷媒入口
３３  高圧冷媒入口
３４  戻り低圧冷媒出口
３５  バックアップリング
３６  ソレノイド
３７  コア
３８  有底スリーブ
３９  プランジャ
４０  シャフト
４１，４２  軸受部
４３  コイル
４４  ヨーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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