JP2007100699A - 空調装置用可変容量圧縮機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器温度の収斂性及び応答性を向上させる車両用空調装置用可変容量圧縮機の制御方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、使用者が目標室内温度を設定する段階、センサーで車両室内温度、車両室外温度及び日射量を感知して入力する段階、これらを利用してベント（Ｖｅｎｔ）における目標吐出温度を演算する段階、目標吐出温度による目標蒸発器温度及びブロアー電圧を演算する段階、目標蒸発器温度による制御デュ−テイーを演算する段階、目標蒸発器温度の変化量及びブロアー電圧の変化量を演算する段階、急可変条件如何判断する段階、急可変条件に判断された場合、制御デュ−テイーの変化率の最大値を基本スルー率（Ｓｌｅｗ Ｒａｔｅ）（ＳＯ）より大きい加速スルー率（Ｓｃ）に設定し、急可変条件でない場合、制御デュ−テイーの変化率の最大値を基本スルー率（ＳＯ）に設定する制御デュ−テイー変化率設定段階、を含むことを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は空調装置で使用される可変容量圧縮機の制御方法に関するものであって、特に制御デュ−テイーのサイズや空調環境の変化に従って制御デュ−テイー変化率、即ち、スルー率の最大値を変化させ温度の収斂性及び応答性を向上させるようにする空調装置用可変容量圧縮機の制御方法に関する。

一般的に空調装置用可変容量圧縮機は、冷媒吐出量を調節するために圧力調節バルブを使用しているが、機械的構造の圧力調節バルブの代わりに、電気を利用するＥＣＶ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ）を採用することもある。 ＥＣＶが採用された斜板式可変容量圧縮機の場合、ＥＣＶのデュ−テイー（Ｄｕｔｙ）によって斜板の傾斜が変化するようになり、斜板の傾斜によって圧縮機の冷媒吐出量が決定される。結果的にＥＣＶのデュ−テイーに従って蒸発器へ供給される冷媒量が変化し、これはＥＣＶのデュ−テイーが蒸発器温度を決定する主要因子であることを意味する。

ＥＣＶのデュ−テイーは、全体時間中にＥＣＶがＯＮされている時間を百分率で表した値である。従って、デュ−テイーが高い場合、圧縮機の時間当たり冷媒吐出量が増加し、デュ−テイーが低い場合は減少する。
可変容量圧縮機が採用された空調装置は、一般的に図１に示すように、空調ケース２１０と、空調ケース２１０の入口側に設置される送風機２２０と、空調ケース２１０に内蔵され圧縮機１００から吐出された冷媒を利用して空気を冷却させる蒸発器２００と、空調ケース２１０に内蔵されエンジン（Ｅ）によって暖められた冷却水が供給されるヒーターコア（Ｈｅａｔｅｒ Ｃｏｒｅ）２３０と、蒸発器２００を経た空気に対する冷気通路と温気通路の開度を調節する温度調節ドア２４０と、蒸発器２００から戻る冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１００と、圧縮機１００から供給される冷媒を凝縮して吐出させる凝縮器１７０と、凝縮器１７０から供給される冷媒を気液分離するリシーバードライヤー（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｄｒｙｅｒ）１８０と、リシーバードライヤー１８０から供給される冷媒を絞って（ｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇ）蒸発器２００へ送る膨張バルブ１９０から構成される。

図１で、２１２、２１４、２１６はそれぞれベント（Ｖｅｎｔ）を表し、２１２ｄ、２１４ｄ、２１６ｄは各ベント２１２、２１４、２１６の開度を調節するドアを表す。
一方、圧縮機１００にエンジン（Ｅ）の動力を断続的に伝達する電磁クラッチ１４６と、斜板１４４の傾斜角を調節することにより圧縮機１００の吐出容量を制御するＥＣＶ１６０と、温度調節ドア２４０の開度を調節するアクチュエータ（Ａｃｔｕａｔｏｒ）３１０等の電磁装置は制御ユニット３００によってその駆動出力が制御される。

即ち、制御ユニット３００は、電磁クラッチ１４６に対通電または電気を遮断し、温度調節ドア２４０がヒーターコア２３０側流路またはヒーターコア２３０を迂回する流路側に旋回するようアクチュエータ３１０に対する出力電圧を制御し、駆動軸に対する斜板１４４の傾斜角が変化して圧縮機１００の吐出容量が増減するようにＥＣＶ（１６０）のデュ−テイー、即ち、ＥＣＶ（１６０）がＯＮとなる時間を制御する。

図１で、３２０は蒸発器温度センサー、３３０は車外温度センサー、３４０は車内温度センサー、３５０は日射量センサー、そして、３６０は冷却水温度センサーをそれぞれ表し、これらのセンサーによって感知された感知信号は制御ユニット３００へ入力され、使用者の設定温度及びブロアーの電圧等が制御ユニット３００へ入力される。
使用者が入力した車両の設定温度と、車両の所定位置に設置されたセンサー３３０、３４０、３５０から感知され入力される車両室内温度、車両室外温度、日射量によって目標蒸発器温度が演算される。目標蒸発器温度が演算されると蒸発器温度センサー３２０で測定された蒸発器の温度と目標蒸発器温度によって
ＥＣＶの目標デュ−テイーを演算する。

目標デュ−テイーが演算されると、現在のデュ−テイーから目標デュ−テイーに向けて所定のスルー率（ｓｌｅｗ ｒａｔｅ）でデュ−テイー変化させるようになる。この時、スルー率は基本スルー率（ＳＯ）を超えないように設定される。ここで、スルー率はデュ−テイーの変化率を意味する。
基本スルー率（ＳＯ）はシステムに対して、圧縮機の流入冷媒量が変わっても圧縮機のハンテイング（ｈｕｎｔｉｎｇ），即ち、圧縮機の流入冷媒量が急激に変化する現像が発生せず、冷媒流れの脈動を最小にする値に定められる。

通常の圧縮機制御方法では，蒸発器温度センサーで測定された実際の蒸発器温度、ＥＣＶを制御したデュ−テイー及び目標蒸発器温度を変数にして目標デュ−テイーを演算し、演算されたデュ−テイーで圧縮機ＥＣＶを制御する。
ＥＣＶ制御後、再度蒸発器温度を測定して前記のように目標デュ−テイーを演算する過程を繰り返す。
従来の圧縮機制御方法では、使用者がブロアースイッチを急操作するか設定温度を急変する場合にもデュ−テイー変化率が基本スルー率を超えないため、蒸発器温度の収斂性及び応答性が低下する問題点がある。

言い換えれば、通常の可変容量圧縮機の制御方法は、外部条件の変化に関わりなくＥＣＶ（１６０）のデュ−テイー変化率、即ち、スルー率（Ｓｌｅｗ Ｒａｔｅ）が基本スルー率（ＳＯ）を超えないように制御している。環境が急変した場合にも、ＥＣＶデュ−テイーが徐々に変化して目標デュ−テイーに到達するまで蒸発器温度の過度なオーバーシュート（ｏｖｅｒ ｓｈｏｏｔ）やアンダーシュート（ｕｎｄｅｒ ｓｈｏｏｔ）が発生し、これにより蒸発器の温度が安定化状態に到達する時間が長くなる。従って、蒸発器温度の収斂性及び使用者の空調装置操作に対する応答性が劣るようになる。
特開２００４−０４４５７５号公報

本発明は従来の問題点を解決するために案出されたものであって、使用者の設定温度またはブロアーの電圧が急変した場合に迅速に外乱を除去するためにスルー率の最大値を変化させ、蒸発器温度に過度なオーバーシュートやアンダーシュートが発生しないようにすることにより蒸発器温度の収斂性及び応答性を向上させる車両用空調装置用可変容量圧縮機の制御方法を提供することにその目的がある。

本発明の空調装置用可変容量圧縮機の制御方法は、空調装置用可変容量圧縮機の制御方法において、使用者が車両の目標室内温度を設定する段階、車両の所定位置に設置されたセンサーを利用して車両室内温度、車両室外温度及び日射量を感知して入力する段階、前記目標室内温度と車両室内温度、車両室外温度及び日射量データを利用してベント（Ｖｅｎｔ）における目標吐出温度を演算する段階、前記目標吐出温度による目標蒸発器温度及びブロアー電圧を演算する段階、前記目標蒸発器温度による制御デュ−テイーを演算する段階、前記目標蒸発器温度の変化量及び前記ブロアー電圧の変化量を演算する段階、前記制御デュ−テイーと前記目標蒸発器温度の変化量、前記ブロアー電圧の変化量を通じて、急可変条件如何判断する段階、前記段階で、急可変条件に判断された場合、前記制御デュ−テイーの変化率の最大値を基本スルー率（Ｓｌｅｗ Ｒａｔｅ）（ＳＯ）より大きい加速スルー率（Ｓｃ）に設定し、急可変条件でない場合、前記制御デュ−テイーの変化率の最大値を基本スルー率（ＳＯ）に設定する制御デュ−テイー変化率設定段階、を含むことを特徴とする。

前記急可変条件は、前記制御デュ−テイーが最大値または最小値、前記目標蒸発器温度変化率が所定値（ａ）以上または前記ブロアー電圧の変化量が所定値（ｂ）以上である条件中、少なくとも一つの条件を満足する場合であることを特徴とする。

前記目標蒸発器温度変化率の所定値（ａ）は、関係式３℃≦ｌａ ｌ≦７℃を満足し、前記ブロアー電圧の可変量の所定値（ｂ）は、関係式３Ｖ≦ｌｂ ｌ≦７Ｖを満足し、前記加速スルー率（Ｓｃ）は、関係式４０％／分≦Ｓｃ≦６０％／分を満足することを特徴とする。

また、使用者がブロアー段数を変更する場合、前記ブロアー電圧設定後、前記制御デュ−テイーを演算する段階に回帰する段階、を更に含むことを特徴とする。

本発明の空調装置用可変容量圧縮機の制御方法によれば、使用者がブロアーの電圧を急変させたり、設定温度を急変させたり、あるいは、空調環境の急激な変化がある場合、またはＥＣＶのデュ−テイーが最大値または最小値である場合に、ＥＣＶのデュ−テイー変化率の最大値を、設定された基本スルー率より大きい加速スルー率にして制御することにより、冷媒流れの脈動を防ぎ、圧縮機のハンテイングを防止し、過度なオーバーシュートやアンダーシュートを防止して温度の収斂性及び応答性を向上させる効果がある。

以下、図面を参照して本発明の空調装置用可変容量圧縮機の制御方法を説明する。

図４及び図５は本発明による空調装置用可変容量圧縮機の制御方法を示したフロー図であり、図６はブロアー電圧が１２Ｖから７Ｖに急変した場合に、制御デュ−テイー変化率の最大値を基本スルー率（ＳＯ）と加速スルー率（Ｓｃ）にして制御する時の蒸発器温度の変化を比較したグラフである。また、図７はブロアーの電圧が４Ｖから１２Ｖに、１２Ｖから４Ｖに急変した場合、制御デュ−テイ−変化率の最大値を加速スルー率（Ｓｃ）にして制御する時、蒸発器温度の変化を表したグラフである。

本発明による空調装置用可変容量圧縮機の制御方法は、図４に示す通り、使用者が車両の目標室内温度を設定する段階Ｓ１０、車両の所定位置に設置されたセンサーを利用して車両室内温度、車両室外温度及びに日射量を感知して入力する段階Ｓ２０、目標室内温度と車両室内温度、車両室外温度及び日射量データを利用してベント（Ｖｅｎｔ）の目標吐出温度を演算する段階Ｓ３０、目標吐出温度による目標蒸発器温度及びブロアー電圧を演算する段階Ｓ４０、目標蒸発器温度による制御デュ−テイ−を演算する段階Ｓ５０、目標蒸発器温度の変化量及び前記ブロアー電圧の変化量を演算する段階Ｓ６０、制御デュ−テイ−と目標蒸発器温度の変化量、ブロアー電圧の変化量を通じて、急可変条件如何を判断する段階Ｓ７０、前記段階で、急可変条件と判断された場合、制御デュ−テイ−の変化率の最大値を基本スルー率（Ｓｏ）より大きい加速スルー率（Ｓｃ）に設定し、急可変条件でない場合、制御デュ−テイ−の変化率の最大値を基本スルー率（ＳＯ）に設定する制御デュ−テイ−変化率設定段階Ｓ８０、を含む。

そして、図５に示すように、使用者がブロアー段数を変更する場合、ブロアー電圧設定後、制御デュ−テイ−を演算する段階に回帰する段階Ｓ９０、を更に含むこともできる。
ここで、急可変条件は、制御デュ−テイ−が最大値または最小値、目標蒸発器温度変化率が所定値（ａ）以上またはブロアー電圧の変化量が所定値（ｂ）以上である条件中、少なくとも一つの条件を満足する場合を意味する。
目標蒸発器温度変化率の所定値（ａ）は、関係式３℃≦ｌａｌ≦７℃を満足し、ブロアー電圧の変化量の所定値（ｂ）は、関係式３Ｖ≦ ｌ ｂ ｌ≦７Ｖ を満足するように設定する。また、加速スルー率（Ｓｃ） は、関係式、４０％／分≦Ｓｃ≦６０％／分を満足するように設定する。

図６はブロアーの電圧が高いか、外気温度が相当に高いため目標デュ−テイ−を最大にした状態で、制御デュ−テイ−変化率の最大値によるブロアー電圧、制御デュ−テイ−及び蒸発器温度の変化を図示した図面である。図において実線は制御デュ−テイ−変化率の最大値を基本スルー率（ＳＯ）として制御した場合であり、点線は加速スルー率（Ｓｃ）として制御した場合を意味する。

通常、ブロアーの電圧が高いか、外気温度が相当に高い場合には、蒸発器で十分な熱交換が行われない。従って、空調装置を作動させても目標蒸発器温度に変更することが難しく、蒸発器温度センサーで測定される蒸発器の温度が高いため、目標デュ−テイ−を最大値に設定する。
このような状態からブロアー電圧を１２Ｖから７Ｖに低下させると、ブロアー段数が低くなり十分な熱交換が行われるようになる。これに従って、蒸発器温度センサーで測定される蒸発器の温度が低くなり、目標デュ−テイ−は低い値に演算される。

ここで、デュ−テイ−変化率の最大値を基本スルー率（ＳＯ）で制御するようになれば、アンダーシュート（ｕｎｄｅｒ ｓｈｏｏｔ）が発生する。基本スルー率（ＳＯ）は、圧縮機に流入する冷媒の変化による冷媒流れの脈動を最小にし、圧縮機のハンテイング（ｈｕｎｔｉｎｇ）発生を最小にできるように設定されたデュ−テイ−の変化率として２０％／分に設定した。
反面、デュ−テイ−変化率の最大値を加速スルー率（Ｓｃ）にして制御した場合には、アンダーシュートが発生することなく安定的な蒸発器の温度を得ることができる。ここで、加速スルー率（Ｓｃ）は５０％／分に設定した。

前記構成の本発明の空調装置用可変容量圧縮機の制御方法は、制御デュ−テイ−の変化率を変化させ、空調装置の制御に基づく応答性を良くする。
先ず、蒸発器温度センサー３２０、車外温度センサー３３０、車内温度センサー３３０、３４０、日射量センサー３５０、冷却水温度センサー３６０等のセンサー値等が制御ユニット３００に入力され、使用者の設定温度と使用者が設定したブロアーの電圧等が入力される。車両によってブロアーの電圧には差異があるが、殆どの車両において約３Ｖを最下段、約１２Ｖを最高段にしている。

使用者が入力した車両の設定温度と、車両の所定位置に設置されたセンサー３４０、３５０から感知され入力される車両室内温度、車両室外温度、および、日射量によって目標蒸発器温度を演算する。目標蒸発器温度が演算されると現在の実際蒸発器の温度と前記目標蒸発器温度によってＥＣＶの目標デュ−テイ−を演算する。

目標デュ−テイ−が演算されると、急可変条件に該当するかを判断して制御デュ−テイ−変化率を設定する。即ち、目標蒸発器温度の変化量が所定値（ａ）以上である場合、ブロアー電圧の変化量が所定値（ｂ）以上である場合、デュ−テイ−が最大値であるか最小値である場合の中、少なくとも、いずれか一つの条件を満足した場合には、制御デュ−テイ−変化率を、冷媒流れの脈動を防止するために設定された基本スルー率（ＳＯ）より大きい加速スルー率（Ｓｃ）に設定する。

勿論、急可変条件に該当しない場合には制御デュ−テイ−変化率の最大値を基本スルー率（ＳＯ）に設定する。制御デュ−テイ−変化率が決定すれば、現在のデュ−テイ−から目標デュ−テイ−に向かってデュ−テイ−を変化させる。
ブロアー電圧が大きく変化するか、目標蒸発器温度が大きく変化した場合、またはデュ−テイ−が最大値であるか最小値の場合にも、制御デュ−テイ−変化率の最大値を基本スルー率（ＳＯ）にすれば、デュ−テイ−を目標デュ−テイ−に変化させて行く途中に蒸発器の温度変化に過度なオーバーシュート（ｏｖｅｒ ｓｈｏｏｔ）やアンダーシュート（ｕｎｄｅｒ ｓｈｏｏｔ）が発生し得る。反面、制御デュ−テイ−変化率の最大値を加速スルー率（Ｓｃ）に制御する場合は安定的な目標蒸発器温度が得られる。

即ち、図２のように、ブロアーの電圧が４Ｖから１２Ｖに、又は１２Ｖから４Ｖに急変した場合、制御デュ−テイ−変化率の最大値を基本スルー率（ＳＯ）としてデュ−テイ−を変化させると蒸発器の温度に過度なオーバーシュート及びアンダーシュートが発生する。反面、図７のように制御デュ−テイ−変化率の最大値を加速スルー率（Ｓｃ）にすれば、デュ−テイ−を変化させる過程で蒸発器温度に過度なオーバーシュートやアンダーシュートが発生せず、より安定的な蒸発器温度を得ることができる。
一方、使用者がブロアー段数を変更する場合には、ブロアー電圧設定後、制御デュ−テイ−を再度演算する。従って、使用者の操作による空調制御が可能になる。

ここで、制御デュ−テイ−の最大値は、デュ−テイ−がさらに大きくなっても冷媒の流量に殆ど変化が無い値を意味し、制御デュ−テイ−の最小値はデュ−テイ−がさらに小さくなっても冷媒の流量に殆どの変化が無い値を意味する。このように、スルー率が決定されば、制御デュ−テイ−変化率が設定されたスルー率の最大値を超えないようにデュ−テイ−を変化させ目標デュ−テイ−に向かって制御するようになる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

は，可変容量圧縮機が適用された空調装置の構成図である。 は，従来の空調装置用可変容量圧縮機の制御方法において、ブロアー（ｂｌｏｗｅｒ）の電圧が４Ｖから１２Ｖに、１２Ｖから４Ｖに急変した場合、スルー率の最大値を基本スルー率（ＳＯ）としてデュ−テイ−を変化させる時の蒸発器温度の変化を示すグラフである。 は，可変容量圧縮機のデュ−テイ−変化による冷媒流量を示すグラフである。 は，本発明による空調装置用可変容量圧縮機の制御方法を示す順序図である。 は，本発明の他の実施例を示す順序図である。 は，ブロアー電圧が１２Ｖから７Ｖに急変した場合に、制御デュ−テイ−変化率の最大値を基本スルー率（ＳＯ）と加速スルー率（Ｓｃ）として制御する時の蒸発器温度の変化を比較したグラフである。 は，ブロアーの電圧が４Ｖから１２Ｖに、１２Ｖから４Ｖに急変した場合、制御デュ−テイ−変化率の最大値を加速スルー率（Ｓｃ）として制御する時の蒸発器温度の変化を示すグラフである。

符号の説明

１００ 圧縮機
１４４ 斜板
１４６ 電磁クラッチ
１６０ ＥＣＶ
１７０ 凝縮器
１８０ リシーバードライヤー（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｄｒｙｅｒ）
１９０ 膨張バルブ
２００ 蒸発器
２１０ 空調ケース
２１２、２１４、２１６ ベント（Ｖｅｎｔ）
２１２ｄ、２１４ｄ、２１６ｄ ドア
２２０ 送風機
２３０ ヒーターコア（Ｈｅａｔｅｒ Ｃｏｒｅ）
２４０ 温度調節ドア
３００ 制御ユニット
３１０ アクチュエータ（Ａｃｔｕａｔｏｒ）
３２０ 蒸発器温度センサー
３３０ 車外温度センサー
３４０ 車内温度センサー
３５０ 日射量センサー
３６０ 冷却水温度センサー
Ｅ エンジン
ＳＯ 基本スルー率
Ｓｃ 加速スルー率

Claims (6)

1. 空調装置用可変容量圧縮機の制御方法において、
   使用者が車両の目標室内温度を設定する段階、
   車両の所定位置に設置されたセンサーを利用して車両室内温度、車両室外温度及び日射量を感知して入力する段階、
   前記目標室内温度と車両室内温度、車両室外温度及び日射量データを利用してベント（Ｖｅｎｔ）における目標吐出温度を演算する段階、
   前記目標吐出温度による目標蒸発器温度及びブロアー電圧を演算する段階、
   前記目標蒸発器温度による制御デュ−テイーを演算する段階、
   前記目標蒸発器温度の変化量及び前記ブロアー電圧の変化量を演算する段階、
   前記制御デュ−テイーと前記目標蒸発器温度の変化量、前記ブロアー電圧の変化量を通じて、急可変条件如何判断する段階、
   前記段階で、急可変条件に判断された場合、前記制御デュ−テイーの変化率の最大値を基本スルー率（Ｓｌｅｗ Ｒａｔｅ）（ＳＯ）より大きい加速スルー率（Ｓｃ）に設定し、急可変条件でない場合、前記制御デュ−テイーの変化率の最大値を基本スルー率（ＳＯ）に設定する制御デュ−テイー変化率設定段階、
   を含むことを特徴とする空調装置用可変容量圧縮機の制御方法。
2. 前記急可変条件は、前記制御デュ−テイーが最大値または最小値、前記目標蒸発器温度変化率が所定値（ａ）以上または前記ブロアー電圧の変化量が所定値（ｂ）以上である条件中、少なくとも一つの条件を満足する場合であることを特徴とする請求項１に記載の空調装置用可変容量圧縮機の制御方法。
3. 前記目標蒸発器温度変化率の所定値（ａ）は、関係式３℃≦ｌａ ｌ≦７℃を満足することを特徴とする請求項２に記載の空調装置用可変容量圧縮機の制御方法。
4. 前記ブロアー電圧の可変量の所定値（ｂ）は、関係式３Ｖ≦ｌｂ ｌ≦７Ｖを満足することを特徴とする請求項２に記載の空調装置用可変容量圧縮機の制御方法．
5. 使用者がブロアー段数を変更する場合、前記ブロアー電圧設定後、前記制御デュ−テイーを演算する段階に回帰する段階、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の空調装置用可変容量圧縮機の制御方法。
6. 前記加速スルー率（Ｓｃ）は、関係式４０％／分≦Ｓｃ≦６０％／分を満足することを特徴とする請求項１に記載の空調装置用可変容量圧縮機の制御方法。
   

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