JP4104813B2

JP4104813B2 - 冷房サイクル

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Publication number: JP4104813B2
Application number: JP2000206780A
Authority: JP
Inventors: 康次郎中村
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: JP2002022299A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用空気調和装置などに用いて好ましいの冷房サイクルに関し、特に炭酸ガス含有冷媒を用いた冷房サイクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載用エアコンの冷房サイクルには、Ｒ−１２やＲ１３４ａなどのフロン冷媒が用いられているが、これらが大気中に放出されるとオゾン層の破壊による地球の温暖化といった環境問題が懸念される。このため、脱フロン対策の一つとして、二酸化炭素、エチレン、エタン、酸化窒素などを使用した冷房サイクルが提案されている（たとえば、特公平７−１８６０２号公報参照）。
【０００３】
これら二酸化炭素等の炭酸ガスを冷媒とした冷房サイクルは、原理的にはフロンを使用した従来の冷房サイクルと同じであるが、たとえば二酸化炭素の臨界温度は約３１℃と従来のフロンの臨界温度（たとえば、Ｒ−１２は１１２℃）に比べて著しく低いので、外気温度が高くなる夏場などでは放熱器（ガスクーラ）側での二酸化炭素温度が二酸化炭素の臨界温度より高くなり、放熱器の出口においても二酸化炭素は凝縮しない点が相違する。
【０００４】
この放熱器の出口の状態は、圧縮機の吐出圧と放熱器の出口における二酸化炭素の温度とによって決定され、このうちの放熱器の出口における二酸化炭素の温度は、放熱器の放熱能力と外気温度とによって決定される。ところが、外気温度は制御できないので、放熱器の出口における二酸化炭素の温度は実質的に制御することはできない。ただし、放熱器の出口における状態は、圧縮機の吐出圧（放熱器の出口の冷媒圧力）を制御することにより制御可能となるため、外気温度が高い夏場などでは、充分な冷房能力（エンタルピ差）を確保するために、放熱器の出口における冷媒圧力を高くすることが行われている。
【０００５】
すなわち、フロン冷媒を用いた従来の冷房サイクルでは、サイクル内の冷媒圧が０．２〜１．６ＭＰａであるのに対し、二酸化炭素等を冷媒とした冷房サイクルでは、サイクル内の冷媒圧が３．５〜１０ＭＰａと、従来のフロン系に比べて著しく高い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、二酸化炭素を冷媒とした冷房サイクルでは、始動時（立ち上がり）における圧縮機の冷媒吐出量が不安定であるため、蒸発器の取入空気の冷却力が弱いといった問題がある。従来の車載用空気調和装置では設定温度と車室内温度との差が大きいときには、ファンの回転数を最大にするとともにエアミックスドアを全開にして蒸発器を通過した冷風をそのまま室内へ供給するように制御することが行われているが、冷房サイクル自体の冷却力が弱い限り、充分な冷房能力は発揮できない。
【０００７】
また、従来の冷房サイクルでは、運転途中において冷房サイクル内の冷媒圧力が異常に上昇したときは圧縮機の電磁クラッチを一時的に切り、冷房サイクルを一時的に停止させることで、圧縮機からの冷媒の漏洩、サイクル内の潤滑油の焼き付き或いは配管部品の破損等を防止している。冷房サイクル停止後は、サイクル内の冷媒圧力が所定の平衡圧に下降するまで待って、再起動する。しかしながら、こうしたサイクル停止中においては冷却力が発揮されないので室内へ充分な冷風を供給することができない。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、始動時及び冷媒圧の異常上昇時の何れにおいても、充分な冷却力を得ることができる冷房サイクルを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明によれば、炭酸ガス含有冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器によって冷却された冷媒の圧力を制御する圧力制御弁と、前記圧力制御弁により圧力が制御された冷媒の吸熱作用により取入空気を冷却する蒸発器とが少なくとも直列に配管結合された冷房サイクルであって、前記取入空気の温度を検出する取入空気温度検出手段と、前記圧縮機の回転数を直接又は間接的に検出する回転数検出手段と、前記取入空気温度検出手段により検出された取入空気の温度と前記回転数検出手段により検出された圧縮機の回転数とに基づいて前記圧力制御弁の開度を制御する制御手段と、を有する冷房サイクルが提供される。
【００１０】
本発明の冷房サイクルでは、蒸発器の冷却能力に直接的に影響する圧縮機の回転数（すなわち、冷媒吐出量）と、要求される冷却量に直接的に影響する取入空気の温度とに基づいて、圧力制御弁の開度、すなわち放熱器の出口圧力を制御する。
【００１１】
たとえば、圧縮機の回転数が低いと冷媒吐出量が少ないので、蒸発器において充分な冷却力が得られないが、圧力制御弁の開度を小さくすることで放熱器出口（図１５のＧ点）の圧力が高くなり、充分なエンタルピ差が確保できるので、蒸発器の冷却力を高めることができる。
【００１２】
また、取入空気の温度が高い場合、すなわち外気温度が高い場合には、放熱器（図１５のＢ点〜Ｃ点）での冷媒温度が冷媒の臨海点温度より高くなり放熱器出口においても冷媒が凝縮しない（線分ＢＣが飽和液線と交差しない。）が、圧力制御弁の開度を小さくすることで放熱器出口（図１５のＧ点）の圧力が高くなり、充分なエンタルピ差が確保できるので、蒸発器の冷却力を高めることができる。
【００１３】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明によれば、前記圧縮機の吐出冷媒圧力を検出する吐出冷媒圧力検出手段を有し、前記制御手段は、前記吐出冷媒圧力検出手段により検出された吐出冷媒圧力が所定圧を超えたとき前記圧力制御弁の開度を増加させる冷房サイクルが提供される。
【００１４】
本発明の冷房サイクルでは、圧縮機の吐出冷媒圧力が限界圧より若干低い所定圧を超えたときに、圧力制御弁の開度を増加させるので、冷房サイクル内の冷媒圧は一時的に減少するものの、圧縮機を停止させる訳ではないので蒸発器には冷媒が供給され続け、これにより蒸発器の冷却力を確保することができる。
【００１５】
（３）また、上記目的を達成するために、本発明によれば、前記圧縮機の吐出冷媒圧力を検出する吐出冷媒圧力検出手段と、前記吐出冷媒圧力検出手段により検出された吐出冷媒圧力の単位時間あたりの上昇量を演算する吐出冷媒圧力上昇度演算手段とを有し、前記制御手段は、前記吐出冷媒圧力検出手段により検出された吐出冷媒圧力が所定圧を超えたときにおいて、前記吐出冷媒圧力上昇度演算手段により検出された吐出冷媒圧力の上昇度が所定の上昇度を超えたとき、前記圧力制御弁の開度を増加させる冷房サイクルが提供される。
【００１６】
本発明の冷房サイクルでは、圧縮機の吐出冷媒圧力が限界圧より若干低い所定圧を超えたときに、圧縮機の吐出冷媒圧力の上昇度が所定の上昇度を超えると、圧力制御弁の開度を増加させる。したがって、冷房サイクル内の冷媒圧は一時的に減少するものの、圧縮機を停止させる訳ではないので蒸発器には冷媒が供給され続け、これにより蒸発器の冷却力を確保することができる。特に、冷媒圧が異常なほどに急上昇したとき等においても、冷房サイクルを保護することができる。
【００１７】
（４）また、上記目的を達成するために、本発明によれば、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度検出手段を有し、前記制御手段は、前記吐出冷媒温度検出手段により検出された吐出冷媒温度が所定温度を超えたとき前記圧力制御弁の開度を増加させる冷房サイクルが提供される。
【００１８】
本発明の冷房サイクルでは、圧縮機の吐出冷媒温度が限界温度より若干低い所定温度を超えたときに、圧力制御弁の開度を増加させるので、冷房サイクル内の冷媒圧は一時的に減少するものの、圧縮機を停止させる訳ではないので蒸発器には冷媒が供給され続け、これにより蒸発器の冷却力を確保することができる。
【００１９】
（５）また、上記目的を達成するために、本発明によれば、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度検出手段と、前記吐出冷媒温度検出手段により検出された吐出冷媒温度の単位時間あたりの上昇量を演算する吐出冷媒温度上昇度演算手段とを有し、前記制御手段は、前記吐出冷媒温度検出手段により検出された吐出冷媒温度が所定の温度を超えたときにおいて、前記吐出冷媒温度上昇度演算手段により検出された吐出冷媒温度の上昇度が所定の上昇度を超えたとき、前記圧力制御弁の開度を増加させる冷房サイクルが提供される。
【００２０】
本発明の冷房サイクルでは、圧縮機の吐出冷媒温度が限界温度より若干低い所定温度を超えたときに、圧縮機の吐出冷媒温度の上昇度が所定の上昇度を超えると、圧力制御弁の開度を増加させる。したがって、冷房サイクル内の冷媒圧は一時的に減少するものの、圧縮機を停止させる訳ではないので蒸発器には冷媒が供給され続け、これにより蒸発器の冷却力を確保することができる。特に、冷媒温度が異常なほどに急上昇したとき等においても、冷房サイクルを保護することができる。
【００２１】
（６）また、上記目的を達成するために、本発明によれば、回転数検出手段により検出された圧縮機の回転数の単位時間あたりの上昇量を演算する回転数上昇度演算手段を有し、前記制御手段は、前記回転数上昇度演算手段により検出された圧縮機の回転数の上昇度が所定の上昇度を超えたとき前記圧力制御弁の開度を増加させる冷房サイクルが提供される。
【００２２】
本発明の冷房サイクルでは、圧縮機の回転数上昇度が所定の上昇度を超えたときに、圧力制御弁の開度を増加させるので、冷房サイクル内の冷媒圧は一時的に減少するものの、圧縮機を停止させる訳ではないので蒸発器には冷媒が供給され続け、これにより蒸発器の冷却力を確保することができる。また、冷房サイクル内の冷媒圧が一時的に減少するので圧縮機の負荷トルクも減少し、これにより車両の加速感覚が向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の冷房サイクルの実施の前提となる形態を示す回路図、図２は本発明の実施の前提となる形態で用いられる制御マップ、図３は本発明の冷房サイクルで用いられる圧力制御弁を示す断面図、図１５は二酸化炭素冷媒の冷房サイクルを説明するためのモリエル線図である。
【００２４】
まず、図１に示す冷房サイクルの構成から説明すると、本例に係る冷房サイクルは、圧縮機１、放熱器２、圧力制御弁３、蒸発器４およびアキュムレータ５がこの順序で冷媒配管８により接続されており、閉回路が構成されている。
【００２５】
圧縮機１は、エンジンＥＧ等から駆動力を得て気相状態の二酸化炭素冷媒を圧縮し、放熱器２に向かって吐出する。放熱器２は、圧縮機１で圧縮された二酸化炭素冷媒を外気等との間で熱交換して冷却するものであり、この熱交換を促進するためあるいは停車中においても熱交換できるようにクーリングファン６が付加されている。また、放熱器２は、放熱器２内の二酸化炭素冷媒の温度と外気温度との差をできる限り大きくするために、たとえば車両の前面に配置されている。
【００２６】
圧力制御弁３は、放熱器２から流出した高圧（約１０ＭＰａ）の二酸化炭素冷媒を減圧孔３１６を通過させることで減圧するもので、これについては後述する。なお、圧力制御弁３は、二酸化炭素冷媒を減圧するとともに、放熱器２の出口側の圧力を制御する機能も兼ね備えており、この圧力制御弁３で減圧された二酸化炭素冷媒は、気液二相状態となって蒸発器（吸熱器）４に流入する。
【００２７】
蒸発器４は、車室内に吹き出す空気を冷却するためのもので、たとえば車載された空調ユニットのケーシングに内蔵され、ファン７により取り込まれた車室外空気または車室内空気が当該蒸発器４を通過することによりこの取入空気が冷却され、図外の吹出口を介して車室内の所望の位置に吹き出される。すなわち、圧力制御弁３から流下した気液二相状態の二酸化炭素冷媒は、蒸発器４内で蒸発（気化）する際に取入空気から蒸発潜熱を奪うことでこれを冷却する。
【００２８】
アキュムレータ５は、蒸発器４を通過した二酸化炭素冷媒を、気相状態の冷媒と液相状態の冷媒とを分離して、気相状態の冷媒のみを圧縮機１へ送るとともに液相状態の冷媒を一時的に蓄えるものである。
【００２９】
次に圧力制御弁３について説明する。本例の圧力制御弁３は、放熱器２からの高圧冷媒を減圧するための圧力制御弁本体３１と、この圧力制御弁本体３１に設けられた減圧孔３１６の開度を制御するための開度制御装置３４とで構成されている。
【００３０】
圧力制御弁本体３１は、ハウジング３１１にハウジング３１２およびハウジング３１３をねじ込むことで組み立てられ、ハウジング３１３には、放熱器２からの高圧冷媒が流入する冷媒入口３１４が形成され、ハウジング３１１には減圧された冷媒が蒸発器４に向かって流出する冷媒出口３１５が形成されている。
【００３１】
冷媒入口３１４と冷媒出口３１５との間のハウジング３１１には、冷媒流路３１９，３２０が形成され、これら冷媒流路３１９および３２０の間に隘路を構成する減圧孔３１６が設けられている。この減圧孔３１６には、冷媒流路３１９側に弁体３１７が設けられており、後述するピストン３２３とロッド３２１を介して連結されることで、減圧孔３１６を所定の開度で開閉する。図３に示す「３１８」はコイルバネであって、弁体３１７を減圧孔３１６の閉塞方向にバネ付勢している。弁体３１７による減圧孔３１６の開閉動作については後述する。
【００３２】
一方、ハウジング３１２には、ピストン３２３が挿入されるシリンダ３２２が形成されており、図３の上方（以下、ピストンの頂面側ともいう。）には制御用流体入口３２６が形成され、後述する開度制御装置３４からの制御用流体（本例では冷房サイクル内を循環する二酸化炭素冷媒を流用している。）がピストン３２３の頂面側空間３２５に導入される。この頂面側空間３２５には、ピストン３２３を下方にバネ付勢するコイルバネ３２４が設けられており、前述したコイルバネ３１８とバランスすることで、無負荷状態においては弁体３１７が減圧孔３１６を閉塞する。
【００３３】
また、ピストン３２３そのものに、頂面側空間３２５に作用する背圧を抜いて当該ピストン３２３の作動を良好にすべく、背圧抜き流路３７が形成されている。本例の背圧抜き流路３７は、ピストン３２３に形成された第１の背圧抜き流路３７２と後述する遮蔽壁３６に形成された第２の背圧抜き流路３７１とで構成され、ピストン３２３の頂面側空間３２５に流入した制御用流体（二酸化炭素冷媒）はこれら第１および第２の背圧抜き流路３７２および３７１を通過して冷媒流路３２０に至り、これによりピストン３２３はシリンダ３２２内を円滑に摺動することになる。
【００３４】
本例では、ハウジング３１２の冷媒流路３２０に臨む位置に遮蔽壁３６が固定されている。この遮蔽壁３６は、ピストン３２３の下面（以下、背面ともいう。）と冷媒流路３２０とを概ね遮断するもので、ロッド３２１の貫通孔および上述した第２の背圧抜き流路３７１以外は、遮蔽されている。この遮蔽壁３６は、ハウジング３１２に別部品として固定しても良く、またハウジング３１２と一体的に形成しても良い。
【００３５】
本例の開度制御装置３４は、ハウジング３４１を有し、このハウジング３４１に制御用流体が流入する制御用流体入口３４２と制御用流体が圧力制御弁本体３１へ向かって流出する制御用流体出口３４４とが形成されている。これら制御用流体入口３４２および出口３４４の間には、隘路である弁口３４７が形成され、この弁口３４７を開閉するようにニードル弁３４８が設けられている。
【００３６】
ニードル弁３４８はプランジャ３５０に連結されており、このプランジャ３５０が電磁コイル３４９からの磁界によって細かく進退移動することで、ニードル弁３４８による弁口３４７の単位時間当たりの開度（開閉のデューティー比）が制御される。
【００３７】
制御用流体として、本例では冷房サイクル内を循環する二酸化炭素冷媒そのものを流用しているが、これは圧力制御弁本体３１のハウジング３１１に設けられた制御用流体取出口３２７から、配管３４３を介して制御用流体入口３４２に導入され、さらに制御用流体出口３４４から配管３４５を介して圧力制御弁本体３１の制御用流体入口３２６に導入される。
【００３８】
次に図１５のモリエル線図を参照しながら本例の冷房サイクルの作用を説明する。まず圧縮機１にて気相状態の二酸化炭素冷媒を圧縮し（Ａ−Ｂ）、この高温高圧の気相状態の二酸化炭素冷媒を放熱器２にて冷却する（Ｂ−Ｃ）。そして、圧力制御弁３により減圧したのち（Ｃ−Ｄ）、気液二相状態となった二酸化炭素冷媒を蒸発器４にて蒸発させて（Ｄ−Ａ）、蒸発潜熱を取入空気から奪ってこれを冷却する。これにより、空調装置のユニット内に導入された取入空気が冷却され、車室内に吹き出されることで車室内が冷房される。
【００３９】
蒸発器４を通過した二酸化炭素冷媒は、アキュムレータ５にて気液分離され、気相状態の冷媒のみが再び圧縮機１へ吸入される。
【００４０】
定常運転時には、このモリエル線図のＣ−Ｄの減圧過程において、蒸発器４における熱負荷に応じて以下の制御が実行される。
【００４１】
すなわち、夏場等のように熱負荷が高い場合（多くの冷房を必要とする場合）には、圧力制御弁３の入口の冷媒圧力と出口の冷媒圧力との差圧を大きくする必要があるため、弁体３１７の開度を小さくすべく、開度制御装置３４のニードル弁３４８のデューティー比を減少させる（開放時間比を減少させる）。これにより、制御用流体取出口３２７から配管３４３、３４５および制御用流体入口３２６を介してピストン３２３の頂面側の空間３２５に導入される高圧の冷媒量が少なくなるので、ピストン３２３が図３において上方に移動し、その結果、ロッド３２１を介して弁体３１７も上方に移動し、減圧孔３１６の開度は小さくなる。これに対して、熱負荷がさほど大きくない場合には、圧力制御弁３の入口の冷媒圧力と出口の冷媒圧力との差圧をそれほど大きくする必要がないため、弁体３１７の開度を大きくすべく、開度制御装置３４のニードル弁３４８によるデューティー比を増加させる。これにより、ピストン３２３の頂面側の空間３２５へ導入される高圧の冷媒量が多くなるので、ピストン３２３は図３において下方に移動し、その結果、ロッド３２１を介して弁体３１７も下方に移動し、減圧孔３１６の開度が大きくなる。
【００４２】
なお、ピストン３２３が下方位置から上方へ移動する際に、ピストン３２３の頂面側の空間３２５に導入された冷媒は、第１の背圧抜き流路３７２および第２の背圧抜き流路３７１を介して冷媒流路３２０へ逃がされるので、ピストン３２３の動作が円滑に行われる。
【００４３】
このとき、弁体３１７が減圧孔３１６を開くと、放熱器２から高圧の冷媒が圧力制御弁本体３１の冷媒流路３１９，３２０内へ流入し、この冷媒圧がピストン３２３の背面側に作用しようとするが、本例ではここに遮蔽壁３６を設けているので、高圧冷媒が直接的にピストン３２３の背面側に作用するのが抑制される。これにより、冷媒中に含まれた鉄粉などの塵埃がシリンダ３２２に付着してピストン３２３との間に噛み込み、当該ピストン３２３の作動不良を引き起こすのを防止することができる。また、高圧冷媒がピストン３２３の背面に直接的に作用しないので、これによるピストン３２３の上下動作の不安定も回避することができる。
【００４４】
なお、本発明の圧力制御弁３は上述した態様にのみ限定されず、種々の変形、改変を行うことができる。
【００４５】
本例の冷房サイクルでは、上述した定常運転時の制御に加えて以下の制御方法が採用されている。すなわち、空調ユニットのケーシング内であって蒸発器４の前面には取入空気の温度を検出するための温度センサ９が設けられ、さらにエンジンＥＧの回転数を検出するための回転数センサ１０が設けられている。回転数センサ１０はエンジン出力軸の回転数を検出するもので、通常の車両には常備されているものであるが、本発明では圧縮機１の回転数が直接的又は間接的に検出できれば足りるので、圧縮機１に回転数センサを設けても良い。本例では常備されているエンジン回転数センサ１０にプーリ比を乗じた値が圧縮機１の回転数になるので、エンジン回転数センサ１０を共用している。
【００４６】
これら温度センサ９および回転数センサ１０の検出信号はコントローラ１１に送出され、コントローラ１１では、図２に示す制御マップを参照して圧力制御弁３のデューティー比を決定し、これを圧力制御弁３の開度制御装置３４へ送出する。
【００４７】
これら温度センサ９による取入空気の温度と回転数センサ１０によるエンジン回転数を制御要因にした冷房サイクル制御は、例えば空調装置の起動時に採用することができる。
【００４８】
例えば、フロン系に比べて冷媒圧力が１０倍程度も高い炭酸ガス系冷房サイクルでは、起動してから安定するまで圧縮機１の冷媒吐出量が不安定となる。すなわち、ある程度の吐出量がでるまで蒸発器４における冷却能力は期待できない。こうした場合、圧力制御弁３の弁開度を小さくする（開度デューティー比を小さくする）と、放熱器２出口、すなわち図１５のＧ点の圧力が高くなり、充分なエンタルピ差が確保できるので、蒸発器４の冷却力を高めることができる。
【００４９】
また、圧縮機１の回転数に拘わらず取入空気の温度が高い、すなわち外気温度が高い場合にも、圧力制御弁３の弁開度を小さくする（開度デューティー比を小さくする）ことで、放熱器２出口、すなわち図１５のＧ点の圧力が高くなり、充分なエンタルピ差が確保できるので、蒸発器４の冷却力を高めることができる。
【００５０】
このように、本例では、蒸発器４の冷却能力に直接的に影響する圧縮機１の回転数、すなわち冷媒吐出量と、要求される冷却量に直接的に影響する取入空気の温度とに基づいて、圧力制御弁３の弁開度、すなわち放熱器２の出口圧力を制御するので、冷媒吐出量が不安定な起動時においても十分な冷却能力を発揮することができる。
【００５１】
以上が、本発明の冷房サイクルの実施の前提となる基本構成であるが、これに図４乃至図１４に示す制御を付加することができる。
【００５２】
図４は本発明の冷房サイクルの実施形態の全体概要を示す回路図であり、図１に示す構成に対して、圧縮機１の吐出冷媒圧力を検出する圧力センサ１２と、圧力上昇度演算回路１３と、圧縮機１の吐出冷媒温度を検出する温度センサ１４と、温度上昇度演算回路１５と、回転数上昇度演算回路１６とが付加されている。以下の実施形態では、基本的にこの構成を用いて冷房サイクルを制御する。
【００５３】
まず、図５は本発明の実施の前提となる形態の制御手順を示すフローチャート、図６はその制御状態を示すタイムチャートである。
本例では図４に示す圧力センサ１２が用いられ、圧縮機１の吐出冷媒圧力を検出することで、冷房サイクル内の冷媒圧が異常上昇しても充分な冷却能力を発揮させるように制御する。
【００５４】
すなわち、図５のステップ２において圧力センサ１２により検出された吐出冷媒圧力が、図６に示す上限値Ｐ１（例えば１６．５ＭＰａ）より若干低い所定値Ｐ３（例えば１５．５ＭＰａ）を超えると、ステップ３にて絞り補正中である旨のフラグをセットし、ステップ４にて絞り補正を追加する。なお、圧力センサ１２のサンプル間隔は２ｍｓｅｃとされている。またここでいう絞り補正とは、圧力制御弁３の弁開度を強制的に大きくする補正制御をいい、本例ではデューティー比で２％増とされている。
【００５５】
絞り補正を開始したら、ステップ５および６にて待機時間タイマおよび絞り補正待機時間経過フラグを初期化する。ここでいう待機時間とは、絞り補正を実行する最小単位時間であり、本例では２００ｍｓｅｃとされている。
【００５６】
次にステップ７にて、圧力センサ１２により検出された図６に示す冷媒圧力の下限所定値Ｐ４（例えば１５ＭＰａ）以下にまで下降したかどうかを判定し、下限所定値Ｐ４以下になったらステップ８および９にて絞り補正中フラグを初期化するとともに絞り補正を止めて元の弁開度に戻す。
【００５７】
これに対して、冷媒圧力が下限所定値Ｐ４以下にまで下降していないときは、ステップ８および９をジャンプしてステップ１に戻る。ステップ１ではステップ３にてセットされた絞り補正中フラグがあるのでステップ１０へ進み、絞り補正待機時間経過フラグはセットされていないのでステップ１１へ進む。ステップ１１では２００ｍｓｅｃの絞り補正待機時間が経過したかどうかを判断し、２００ｍｓｅｃの時間が経過したらステップ１２へ進んで絞り補正待機時間経過フラグをセットする。
【００５８】
ステップ１３では、再び冷媒圧力が所定値Ｐ３を超えたかどうかを判断し、所定値Ｐ３を超えた場合にはステップ１４にてさらにディーティー比で２％増の絞り補正を実行し、ステップ１５および１６にて、待機時間タイマと絞り補正待機時間経過フラグを初期化する。
【００５９】
以上の制御状態を図６に示す。本例では圧力センサ１２にて検出された圧縮機１の吐出冷媒圧が所定値Ｐ３を超えたら圧力制御弁３の弁開度を強制的に開き、圧縮機１を停止することなくサイクル内の冷媒圧を低下させる。この強制的弁開度の増加補正は、サイクル内の冷媒圧が下限所定値Ｐ４以下に低下するまで実行されるが、サイクル内の冷媒圧が所定の下限所定値Ｐ４以下になる前に再び所定値Ｐ３を超えると、圧力制御弁３の弁開度をさらに強制的に開く。
【００６０】
本例の冷房サイクルでは、冷房サイクル内の冷媒圧は一時的に減少するものの、圧縮機１を停止させる訳ではないので蒸発器４には冷媒が供給され続け、異常時であっても蒸発器４の冷却力を確保することができる。
【００６１】
次に図７および図８を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
図７は本発明の第１実施形態の制御手順を示すフローチャート、図８はその制御状態を示すタイムチャートである。
本例では図４に示す圧力センサ１２および圧力上昇度演算回路１３が用いられ、圧縮機１の吐出冷媒圧力の上昇度を検出することで、冷房サイクル内の冷媒圧が異常上昇しても充分な冷却能力を発揮させるように制御する。
【００６２】
ここでいう圧力上昇度とは、単位時間あたりの冷媒圧力の上昇量をいい、本例では過去１秒間の冷媒圧力の上昇量が演算され、冷媒圧力が所定値Ｐ５以上に上昇した場合における上昇度が２ＭＰａ／ｓｅｃ以上になったら強制的に絞り補正を実行する。
【００６３】
すなわち、上述した実施形態の所定値Ｐ３より若干低い所定値Ｐ５（例えば１５ＭＰａ）と、下限所定値Ｐ６（例えば１３ＭＰａ）のしきい値を設定しておき、ステップ２１にて圧力センサ１２により検出された冷媒圧力が所定値Ｐ５を超えたらステップ２２へ進む。ステップ２２では、圧力上昇度演算回路１３にて演算された過去１秒間の冷媒圧力の上昇度が２ＭＰａ／ｓｅｃを超えたらステップ２３にて絞り補正を実行し、圧力制御弁３の弁開度をデューティー比で２０％／４ｍｓｅｃの速度で強制的に開く。なお、即座に全開しても良い。
【００６４】
そして、この絞り開放制御は、冷媒圧力が下限所定値Ｐ６以下になるまで継続され、下限所定値Ｐ６以下になったらステップ２４および２５にて元の弁開度に戻す。
【００６５】
以上の制御状態を図８に示す。本例では圧力センサ１２にて検出された吐出冷媒圧が所定値Ｐ５を超え、かつ圧力上昇度演算回路１３にて演算された吐出冷媒圧の上昇度が所定値（２ＭＰａ／ｓｅｃ）を超えたら、圧力制御弁３の弁開度を強制的に全開し、圧縮機１を停止することなくサイクル内の冷媒圧を低下させる。この強制的弁開度の全開補正は、サイクル内の冷媒圧が下限所定値Ｐ６以下に低下するまで実行される。
【００６６】
本例の冷房サイクルでは、冷房サイクル内の冷媒圧は一時的に減少するものの、圧縮機１を停止させる訳ではないので蒸発器４には冷媒が供給され続け、異常時であっても蒸発器４の冷却力を確保することができる。特に、冷媒圧が異常なほどに急上昇したとき等においても、冷房サイクルを保護することができる。
【００６７】
次に図９および図１０を参照して本発明の実施の前提となる形態を説明する。
図９は本発明の第５実施形態の制御手順を示すフローチャート、図１０はその制御状態を示すタイムチャートである。
本例では図４に示す温度センサ１４が用いられ、圧縮機１の吐出冷媒温度を検出することで、冷房サイクル内の冷媒温度が異常上昇しても充分な冷却能力を発揮させるように制御する。
【００６８】
すなわち、図９のステップ３２において温度センサ１４により検出された吐出冷媒温度が、図１０に示す上限値Ｔ１（例えば１８０℃）より若干低い所定値Ｔ３（例えば１７５℃）を超えると、ステップ３３にて絞り補正中である旨のフラグをセットし、ステップ３４にて絞り補正を追加する。なお、温度センサ１４のサンプル間隔は２ｍｓｅｃとされている。またここでいう絞り補正とは、圧力制御弁３の弁開度を強制的に大きくする補正制御をいい、本例ではデューティー比で２％増とされている。
【００６９】
絞り補正を開始したら、ステップ３５および３６にて待機時間タイマおよび絞り補正待機時間経過フラグを初期化する。ここでいう待機時間とは、絞り補正を実行する最小単位時間であり、本例では１０ｓｅｃとされている。
【００７０】
次にステップ３７にて、温度センサ１４により検出された図１０に示す冷媒温度の下限所定値Ｔ４（例えば１６５℃）以下にまで下降したかどうかを判定し、下限所定値Ｔ４以下になったらステップ３８および３９にて絞り補正中フラグを初期化するとともに絞り補正を止めて元の弁開度に戻す。
【００７１】
これに対して、冷媒温度が下限所定値Ｔ４以下にまで下降していないときは、ステップ３８および３９をジャンプしてステップ３１に戻る。ステップ３１ではステップ３３にてセットされた絞り補正中フラグがあるのでステップ４０へ進み、絞り補正待機時間経過フラグはセットされていないのでステップ４１へ進む。ステップ４１では１０ｓｅｃの絞り補正待機時間が経過したかどうかを判断し、１０ｓｅｃの時間が経過したらステップ４２へ進んで絞り補正待機時間経過フラグをセットする。
【００７２】
ステップ４３では、再び冷媒温度が所定値Ｔ３を超えたかどうかを判断し、所定値Ｔ３を超えた場合にはステップ４４にてさらにディーティー比で２％増の絞り補正を実行し、ステップ４５および４６にて、待機時間タイマと絞り補正待機時間経過フラグを初期化する。
【００７３】
以上の制御状態を図１０に示す。本例では温度センサ１４にて検出された圧縮機１の吐出冷媒温度が所定値Ｔ３を超えたら圧力制御弁３の弁開度を強制的に開き、圧縮機１を停止することなくサイクル内の冷媒圧を低下させる。この強制的弁開度の増加補正は、サイクル内の冷媒温度が下限所定値Ｔ４以下に低下するまで実行されるが、サイクル内の冷媒温度が所定の下限所定値Ｔ４以下になる前に再び所定値Ｔ３を超えると、圧力制御弁３の弁開度をさらに強制的に開く。
【００７４】
本例の冷房サイクルでは、冷房サイクル内の冷媒圧は一時的に減少するものの、圧縮機１を停止させる訳ではないので蒸発器４には冷媒が供給され続け、異常時であっても蒸発器４の冷却力を確保することができる。
【００７５】
さらに図１１および図１２を参照して本発明の第２実施形態を説明する。
図１１は本発明の第２実施形態の制御手順を示すフローチャート、図１２はその制御状態を示すタイムチャートである。
本例では図４に示す温度センサ１４および温度上昇度演算回路１５が用いられ、圧縮機１の吐出冷媒温度の上昇度を検出することで、冷房サイクル内の冷媒温度が異常上昇しても充分な冷却能力を発揮させるように制御する。
【００７６】
ここでいう温度上昇度とは、単位時間あたりの冷媒温度の上昇量をいい、本例では過去１秒間の冷媒温度の上昇量が演算され、冷媒温度が所定値Ｔ５以上に上昇した場合における上昇度が１０℃／ｓｅｃ以上になったら強制的に絞り補正を実行する。
【００７７】
すなわち、上述した実施形態の所定値Ｔ３より若干低い所定値Ｔ５（例えば１６０℃）と、下限所定値Ｔ６（例えば１５０℃）のしきい値を設定しておき、ステップ５１にて温度センサ１４により検出された冷媒温度が所定値Ｔ５を超えたらステップ５２へ進む。ステップ５２では、温度上昇度演算回路１５にて演算された過去１秒間の冷媒温度の上昇度が１０℃／ｓｅｃを超えたらステップ５３にて絞り補正を実行し、圧力制御弁３の弁開度をデューティー比で２０％／４ｍｓｅｃの速度で強制的に開く。なお、即座に全開しても良い。
【００７８】
そして、この絞り開放制御は、冷媒温度が下限所定値Ｔ６以下になるまで継続され、下限所定値Ｔ６以下になったらステップ５４および５５にて元の弁開度に戻す。
【００７９】
以上の制御状態を図１２に示す。本例では温度センサ１４にて検出された吐出冷媒温度が所定値Ｔ５を超え、かつ温度上昇度演算回路１５にて演算された吐出冷媒温度の上昇度が所定値（１０℃／ｓｅｃ）を超えたら、圧力制御弁３の弁開度を強制的に全開し、圧縮機１を停止することなくサイクル内の冷媒圧を低下させる。この強制的弁開度の全開補正は、サイクル内の冷媒温度が下限所定値Ｔ６以下に低下するまで実行される。
【００８０】
本例の冷房サイクルでは、冷房サイクル内の冷媒圧は一時的に減少するものの、圧縮機１を停止させる訳ではないので蒸発器４には冷媒が供給され続け、異常時であっても蒸発器４の冷却力を確保することができる。特に、冷媒温度が異常なほどに急上昇したとき等においても、冷房サイクルを保護することができる。
【００８１】
さらに図１３および図１４を参照して本発明の第３実施形態を説明する。
図１３は本発明の第３実施形態の制御手順を示すフローチャート、図１４はその制御状態を示すタイムチャートである。
本例では図４に示す回転数センサ１０および回転数上昇度演算回路１６が用いられ、圧縮機１の回転数の上昇度を検出することで、冷房サイクル内の回転数が異常上昇しても充分な冷却能力を発揮させ、かつ車両の加速感を向上させるように制御する。
【００８２】
ここでいう回転数上昇度とは、単位時間あたりの回転数の上昇量をいい、本例では過去１秒間の回転数の上昇量が演算され、上昇度がエンジン回転数換算で１０００ｒｐｍ／ｓｅｃ以上になったら強制的に絞り補正を実行する。
【００８３】
すなわち、ステップ６１にて回転数センサ１０により検出される回転数が前回サンプリングされた回転数よりも大きいときはステップ６２へ進む。ステップ６２では、回転数上昇度演算回路１６にて演算された過去１秒間の回転数の上昇度がエンジン回転数換算で１０００ｒｐｍ／ｓｅｃを超えたらステップ６３にて絞り補正を実行し、圧力制御弁３の弁開度をデューティー比で２％／１０ｍｓｅｃの速度で強制的に開く。なお、即座に全開しても良い。
【００８４】
そして、この絞り開放制御は、ステップ６１にて今回の回転数が前回サンプリングされた回転数未満になるまで継続され、そうなったらステップ６４にて元の弁開度に戻す。
【００８５】
以上の制御状態を図１４に示す。本例では回転数上昇度演算回路１６にて演算された回転数の上昇度が所定値（１０００ｒｐｍ／ｓｅｃ）を超えたら、圧力制御弁３の弁開度を強制的に全開し、圧縮機１を停止することなくサイクル内の冷媒圧を低下させる。この強制的弁開度の全開補正は、回転数が減少するまで実行される。
【００８６】
本例の冷房サイクルでは、冷房サイクル内の冷媒圧は一時的に減少するものの、圧縮機１を停止させる訳ではないので蒸発器４には冷媒が供給され続け、異常時であっても蒸発器４の冷却力を確保することができる。また、冷房サイクル内の冷媒圧が一時的に減少するので圧縮機１の負荷トルクも減少し、これにより車両の加速感覚が向上する。
【００８７】
ちなみに、上述した何れの実施形態においても、冷媒圧力、冷媒温度又は回転数が上限値Ｐ１，Ｔ１，Ｒ１を超えると圧縮機１を停止させるが、このとき圧力制御弁３の弁開度を全開にする。そして、この状態から冷房サイクルを復帰させる場合には圧縮機１を再起動するが、このとき圧力制御弁３の弁開度を徐々に、又は段階的に閉じる制御を実行することが望ましい。急激に弁開度を小さくすると冷媒圧力や冷媒温度が急上昇し、アイドル時などにおいてエンジンが停止してしまうからである。また、弁開度を徐々に又は段階的に小さく制御する過程でエンジン回転数が例えば６００ｒｐｍ以下に下がったら、弁開度を小さくすることを一時的に停止し、その弁開度を維持するように制御することが望ましい。
【００８８】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００８９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、圧縮機の回転数及び取入空気の温度に基づいて圧力制御弁の開度を制御するので、冷媒吐出量が少ない場合や外気温度が高い場合でも充分なエンタルピ差を確保することができ、蒸発器の冷却力を高めることができる。特に、冷媒吐出量が不安定な始動時に有効な制御法である。
【００９０】
また、圧縮機の吐出冷媒圧力もしくは吐出冷媒温度またはこれらの上昇度が所定値を超えたときに、圧力制御弁の開度を増加させるので、冷房サイクル内の冷媒圧は一時的に減少するものの、圧縮機を停止させる訳ではないので蒸発器には冷媒が供給され続け、これにより蒸発器の冷却力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷房サイクルの実施の前提となる形態を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の前提となる形態で用いられる制御マップである。
【図３】本発明の冷房サイクルで用いられる圧力制御弁を示す断面図である。
【図４】本発明の冷房サイクルの実施形態の全体概要を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の前提となる形態の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の前提となる形態の制御状態を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の第１実施形態の制御手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第１実施形態の制御状態を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の実施の前提となる形態の制御手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の前提となる形態の制御状態を示すタイムチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態の制御手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態の制御状態を示すタイムチャートである。
【図１３】本発明の第３実施形態の制御手順を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第３実施形態の制御状態を示すタイムチャートである。
【図１５】二酸化炭素冷媒の冷房サイクルを説明するためのモリエル線図である。
【符号の説明】
１…圧縮機
２…放熱器
３…圧力制御弁
４…蒸発器
５…アキュムレータ
６，７…ファン
８…冷媒配管
９…温度センサ（取入空気温度検出手段）
１０…回転数センサ（回転数検出手段）
１１…コントローラ（制御手段）
１２…圧力センサ（吐出冷媒圧力検出手段）
１３…圧力上昇度演算回路（吐出冷媒圧力上昇度演算手段）
１４…温度センサ（吐出冷媒温度検出手段）
１５…温度上昇度演算回路（吐出冷媒温度上昇度演算手段）
１６…回転数上昇度演算回路（回転数上昇度演算手段）

Claims

炭酸ガス含有冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
前記放熱器によって冷却された冷媒の圧力を制御する圧力制御弁と、
前記圧力制御弁により圧力が制御された冷媒の吸熱作用により取入空気を冷却する蒸発器とが少なくとも直列に配管結合された冷房サイクルであって、
前記取入空気の温度を検出する取入空気温度検出手段と、
前記圧縮機の回転数を直接又は間接的に検出する回転数検出手段と、
前記取入空気温度検出手段により検出された取入空気の温度と前記回転数検出手段により検出された圧縮機の回転数とに基づいて前記圧力制御弁の開度を制御する制御手段と、
前記圧縮機の吐出冷媒圧力を検出する吐出冷媒圧力検出手段と、
前記吐出冷媒圧力検出手段により検出された吐出冷媒圧力の単位時間あたりの上昇量を演算する吐出冷媒圧力上昇度演算手段とを有し、
前記制御手段は、前記吐出冷媒圧力検出手段により検出された吐出冷媒圧力が所定圧を超えたときにおいて、前記吐出冷媒圧力上昇度演算手段により検出された吐出冷媒圧力の上昇度が所定の上昇度を超えたとき、前記圧力制御弁の開度を増加させる冷房サイクル。
炭酸ガス含有冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
前記放熱器によって冷却された冷媒の圧力を制御する圧力制御弁と、
前記圧力制御弁により圧力が制御された冷媒の吸熱作用により取入空気を冷却する蒸発器とが少なくとも直列に配管結合された冷房サイクルであって、
前記取入空気の温度を検出する取入空気温度検出手段と、
前記圧縮機の回転数を直接又は間接的に検出する回転数検出手段と、
前記取入空気温度検出手段により検出された取入空気の温度と前記回転数検出手段により検出された圧縮機の回転数とに基づいて前記圧力制御弁の開度を制御する制御手段と、
前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度検出手段と、
前記吐出冷媒温度検出手段により検出された吐出冷媒温度の単位時間あたりの上昇量を演算する吐出冷媒温度上昇度演算手段とを有し、
前記制御手段は、前記吐出冷媒温度検出手段により検出された吐出冷媒温度が所定の温度を超えたときにおいて、前記吐出冷媒温度上昇度演算手段により検出された吐出冷媒温度の上昇度が所定の上昇度を超えたとき、前記圧力制御弁の開度を増加させる冷房サイクル。
炭酸ガス含有冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
前記放熱器によって冷却された冷媒の圧力を制御する圧力制御弁と、
前記圧力制御弁により圧力が制御された冷媒の吸熱作用により取入空気を冷却する蒸発器とが少なくとも直列に配管結合された冷房サイクルであって、
前記取入空気の温度を検出する取入空気温度検出手段と、
前記圧縮機の回転数を直接又は間接的に検出する回転数検出手段と、
前記取入空気温度検出手段により検出された取入空気の温度と前記回転数検出手段により検出された圧縮機の回転数とに基づいて前記圧力制御弁の開度を制御する制御手段と、
前記回転数検出手段により検出された圧縮機の回転数の単位時間あたりの上昇量を演算する回転数上昇度演算手段を有し、
前記制御手段は、前記回転数上昇度演算手段により検出された圧縮機の回転数の上昇度が所定の上昇度を超えたとき前記圧力制御弁の開度を増加させる冷房サイクル。
前記制御手段は、前記取入空気の温度及び前記圧縮機の回転数と圧力制御弁の開度との関係が決められた制御マップを含み、この制御マップに基づいて圧力制御弁の開度が制御される請求項１〜３のいずれかに記載の冷房サイクル。
前記圧縮機の吐出冷媒圧力を検出する吐出冷媒圧力検出手段を有し、
前記制御手段は、前記吐出冷媒圧力検出手段により検出された吐出冷媒圧力が所定圧を超えたとき前記圧力制御弁の開度を増加させる請求項１〜４のいずれかに記載の冷房サイクル。
前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度検出手段を有し、
前記制御手段は、前記吐出冷媒温度検出手段により検出された吐出冷媒温度が所定温度を超えたとき前記圧力制御弁の開度を増加させる請求項１〜４のいずれかに記載の冷房サイクル。