冷凍サイクル装置
【課題】冷凍サイクル装置において、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度を目標冷媒蒸発温度に近づける際の応答性を十分に向上させる。
【解決手段】圧縮機から吐出される冷媒流量Ｇｒを検出する流量センサを設け、冷媒流量Ｇｒおよび蒸発器入口側冷媒と出口側冷媒のエンタルピ差Ｉｅを用いて、冷媒側冷房能力Ｑｅｒを精度よく算出する。さらに、冷媒側冷房能力Ｑｅｒと空気側冷房能力Ｑｅａがバランスする点を推定冷媒蒸発温度ＴＬとして、このＴＬが冷却対象空間を適切に冷却できるように決定された目標蒸発温度ＴＥＯに近づくように、圧縮機の冷媒吐出能力をフィードフォワード制御する。これにより、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づける際の応答性を向上させることができる。
【解決手段】圧縮機から吐出される冷媒流量Ｇｒを検出する流量センサを設け、冷媒流量Ｇｒおよび蒸発器入口側冷媒と出口側冷媒のエンタルピ差Ｉｅを用いて、冷媒側冷房能力Ｑｅｒを精度よく算出する。さらに、冷媒側冷房能力Ｑｅｒと空気側冷房能力Ｑｅａがバランスする点を推定冷媒蒸発温度ＴＬとして、このＴＬが冷却対象空間を適切に冷却できるように決定された目標蒸発温度ＴＥＯに近づくように、圧縮機の冷媒吐出能力をフィードフォワード制御する。これにより、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づける際の応答性を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒吐出能力を変更可能に構成された圧縮機を備える冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、可変容量型圧縮機や電動圧縮機のように冷媒吐出能力を変更可能に構成された圧縮機を備える冷凍サイクル装置が知られている。例えば、特許文献１には、圧縮機として吐出容量を変更可能に構成された可変容量型圧縮機が採用された冷凍サイクル装置が開示されている。
【０００３】
この特許文献１の冷凍サイクル装置では、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅと、冷却対象空間を適切に冷却できるように決定された目標冷媒蒸発温度ＴＥＯとの偏差に基づいて、圧縮機の吐出容量（冷媒吐出能力）をフィードバック制御することによって、冷媒蒸発温度Ｔｅを目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づけている。
【０００４】
さらに、特許文献２には、車両用空調装置に適用されて、目標冷媒蒸発温度ＴＥＯが変更された際に、変更前の目標冷媒蒸発温度ＴＥＯ、外気温Ｔａｍ、車速、蒸発器へ送風される送風空気量に基づいて、圧縮機の吐出容量（冷媒吐出能力）をフィードフォワード制御する冷凍サイクル装置が開示されている。
【０００５】
この特許文献２の冷凍サイクル装置では、このフィードフォワード制御によって、特許文献１に対して、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づける際の応答性向上を図っている。
【特許文献１】特開２００２−２８３８４０号公報
【特許文献２】特開２００５−１９３７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅは、空気側冷房能力Ｑｅａと冷媒側冷房能力Ｑｅｒのバランス点（等しくなる点）における冷媒蒸発圧力に応じて決まる。ここで、空気側冷房能力Ｑｅａとは、蒸発器において空気が冷媒に放熱する総熱量を意味し、冷媒側冷房能力Ｑｅｒとは、蒸発器において冷媒が空気から吸熱する総熱量を意味する。
【０００７】
従って、空気側冷房能力Ｑｅａは、蒸発器へ送風される空気温度（蒸発器の吸込空気温度）と蒸発器における冷媒蒸発温度との温度差、および、蒸発器へ送風される送風空気量の積によって決定される。一方、冷媒側冷房能力Ｑｅｒは、蒸発器出口冷媒のエンタルピと蒸発器入口冷媒のエンタルピとのエンタルピ差、および、サイクル内を循環する冷媒流量Ｇｒの積によって決定される。
【０００８】
しかし、引用文献２のフィードフォワード制御では、変更前の目標冷媒蒸発温度ＴＥＯ、外気温Ｔａｍ、車速、蒸発器へ送風される送風空気量については考慮されているものの、サイクル内を循環する冷媒流量Ｇｒについて考慮されていない。そのため、冷媒側冷房能力Ｑｅｒを正確に算出することができない。
【０００９】
従って、引用文献２では、目標冷媒蒸発温度ＴＥＯが変更された際の冷媒蒸発温度を正確に推定することができない。その結果、フィードフォワード制御を行っても、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づける際の応答性向上効果を十分に得ることができない。さらに、蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを必要以上に低下させてしまい、蒸発器の着霜を招く恐れもある。
【００１０】
上記点に鑑み、本発明は、冷媒吐出能力を変更可能に構成された圧縮機を備える冷凍サイクル装置において、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度を目標冷媒蒸発温度に近づける際の応答性を十分に向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１、１１’）と、圧縮機（１１、１１’）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、放熱器（１２）にて放熱された冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１３）と、減圧手段（１３）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させて、冷却対象空間へ送風される送風空気を冷却する蒸発器（１４）と、圧縮機（１１、１１’）の冷媒吐出能力を変更する吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）と、吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）の作動を制御する吐出能力制御手段（２０ａ）と、サイクル内を循環する冷媒流量（Ｇｒ）に相関を有する物理量を検出する流量検出手段（２６）と、蒸発器（１４）における目標冷媒蒸発温度（ＴＥＯ）を決定する目標蒸発温度決定手段（Ｓ５）と、空気側冷房負荷に変動が生じたことを判定する負荷変動判定手段（Ｓ８）と、冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出する冷媒側能力算出手段（Ｓ６）と、空気側冷房能力（Ｑｅａ）を算出する空気側能力算出手段（Ｓ７）と、空気側冷房能力（Ｑｅａ）および冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）が等しくなる蒸発器（１４）の冷媒蒸発温度を推定冷媒蒸発温度（ＴＬ）とする蒸発温度推定手段（Ｓ９１）とを備え、
冷媒側能力算出手段（Ｓ６）は、少なくとも流量検出手段（２６）の検出値（Ｇｒ）を用いて冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出し、吐出能力制御手段（２０ａ）は、空気側冷房負荷の変動が検出された際に、推定冷媒蒸発温度（ＴＬ）を目標冷媒蒸発温度（ＴＥＯ）に近づけるように、吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）の作動をフィードフォワード制御する冷凍サイクル装置を特徴とする。
【００１２】
これによれば、冷媒側能力算出手段（Ｓ６）が、少なくとも流量検出手段（２６）の検出値（Ｇｒ）を用いて冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出するので、例えば、変更前の目標冷媒蒸発温度（ＴＥＯ）、外気温（Ｔａｍ）、車速、蒸発器へ送風される送風空気量（ＢＬＶ）のみに基づいて算出する場合に対して、冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を精度よく算出することができる。
【００１３】
従って、空気側冷房負荷が変動した場合に、空気側冷房能力（Ｑｅａ）および冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）のバランス点における推定冷媒蒸発温度（ＴＬ）の推定精度を向上させることができる。
【００１４】
さらに、吐出能力制御手段（２０ａ）が、この精度の高い推定冷媒蒸発温度（ＴＬ）を目標蒸発温度（ＴＥＯ）に近づけるように、吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）の作動をフィードフォワード制御するので、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度（Ｔｅ）を目標冷媒蒸発温度（ＴＥＯ）に近づける際の応答性を十分に向上させることができる。
【００１５】
また、上記特徴の冷凍サイクル装置において、具体的に、負荷変動判定手段（Ｓ８）は、送風空気の送風空気量が変化したときに、空気側冷房負荷の変動を判定するようになっていてもよい。
【００１６】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、送風空気は、冷却対象空間内の空気および冷却対象空間外の空気のうち、少なくとも一方の空気を含んでおり、さらに、送風空気における冷却対象空間内の空気の風量と冷却対象空間外の空気の風量との風量割合を変化させる風量割合変更手段（１６ｃ）を備え、負荷変動判定手段（Ｓ８）は、風量割合変更手段（１６ｃ）が風量割合を変化させたときに、空気側冷房負荷が変動したと判定するようになっていてもよい。
【００１７】
風量割合変更手段（１６ｃ）が風量割合を変化させたときは、蒸発器（１４）へ送風される空気温度が変化することを意味するので、これにより空気側冷房負荷の変動を検出できる。
【００１８】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、さらに、冷却対象空間の目標温度（Ｔｓｅｔ）を設定する目標温度設定手段（３３）を備え、負荷変動判定手段（Ｓ８）は、目標温度（Ｔｓｅｔ）が変更されたときに、空気側冷房負荷の変動を判定するようになっている。
【００１９】
冷却対象空間の目標温度（Ｔｓｅｔ）が変更されたときは、蒸発器（１４）から吹き出される空気温度の変化を意味するので、これにより空気側冷房負荷の変動を検出できる。
【００２０】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、空気側能力算出手段（Ｓ７）は、蒸発器（１４）吸込側における送風空気の吸込空気温度（Ｔａ）に相関のある物理量（Ｔａｍ、Ｔｒ）、送風空気の送風空気量に相関のある物理量（ＢＬＶ）、および、蒸発器（１４）における冷媒蒸発温度に相関のある物理量（Ｔｅｆ）のうち、少なくとも１つを用いて空気側冷房能力（Ｑｅａ）を算出するようになっていてもよい。
【００２１】
前述の如く、空気側冷房能力（Ｑｅａ）は、蒸発器（１４）へ送風される空気温度（蒸発器の吸込空気温度）と蒸発器における冷媒蒸発温度との温度差、および、蒸発器へ送風される送風空気量の積によって決定される。従って、吸込空気温度（Ｔａ）に相関のある物理量（Ｔａｍ、Ｔｒ）、送風空気量に相関のある物理量（ＢＬＶ）、および、冷媒蒸発温度に相関のある物理量（Ｔｅｆ）のうち、少なくとも１つを用いることで、より正確な空気側冷房能力（Ｑｅａ）を算出できる。
【００２２】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、冷媒側能力算出手段（Ｓ６）は、さらに、蒸発器（１４）出口側冷媒の出口側比エンタルピ（Ｉｅｏ）と蒸発器（１４）入口側冷媒の入口側比エンタルピ（Ｉｅｉ）とのエンタルピ差（Ｉｅ）に相関のある物理量（Ｔａｍ、Ｔｅｆ）のうち、少なくとも１つを用いて冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出するようになっていてもよい。
【００２３】
前述の如く、冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）は、蒸発器（１４）出口側冷媒の出口側比エンタルピ（Ｉｅｏ）と蒸発器（１４）入口側冷媒の入口側比エンタルピ（Ｉｅｉ）とのエンタルピ差（Ｉｅ）、および、サイクル内を循環する冷媒流量（Ｇｒ）の積によって決定される。従って、上述の流量検出手段（２６）の検出値（Ｇｒ）に加えて、さらに、エンタルピ差（Ｉｅ）に相関のある物理量（Ｔａｍ、Ｔｅｆ）を用いることで、より正確な冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出できる。
【００２４】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、具体的に、減圧手段は、高圧側冷媒圧力を放熱器（１２）下流側の高圧側冷媒温度に応じて決定される目標高圧に近づけるように、弁開度が調整される圧力制御弁（１３）であってもよい。
【００２５】
ここで、放熱器（１２）下流側の高圧側冷媒温度は、一般的に、外気温（Ｔａｍ）と略同等の値となるため、圧力制御弁（１３）を採用する冷凍サイクル装置では、外気温（Ｔａｍ）の変化に伴って高圧側冷媒圧力が変化する。従って、減圧手段として圧力制御弁（１３）を採用すれば、後述する実施形態にて説明するように、外気温（Ｔａｍ）に基づいて、上述の蒸発器（１４）入口側冷媒の入口側比エンタルピ（Ｉｅｉ）が推定できる。
【００２６】
さらに、蒸発器（１４）出口側冷媒の出口側比エンタルピ（Ｉｅｏ）については、蒸発器（１４）の熱交換フィン温度（Ｔｅｆ）に基づいて推定できる。
【００２７】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、具体的に、圧縮機は、吐出容量を変更可能に構成された可変容量型圧縮機（１１）であり、吐出能力変更手段は、吐出容量を変更する容量制御弁（１１ａ）であり、流量検出手段は、サイクル内を循環する冷媒流量（Ｇｒ）を検出する流量センサ（２６）で構成されていてもよい。
【００２８】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、具体的に、圧縮機は、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機（１１’）であり、吐出能力変更手段は、固定容量型圧縮機（１１’）を回転駆動する電動モータ（１１ｂ）であり、流量検出手段は、固定容量型圧縮機（１１’）の回転数を検出する回転数検出手段（２７）を含んで構成されていてもよい。
【００２９】
さらに、流量検出手段（２６、２７）の少なくとも一部は、圧縮機（１１、１１’）と一体に構成されていてもよい。これにより、流量検出手段（２６、２７）および圧縮機（１１、１１’）の小型化を図ることができる。
【００３０】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、圧縮機（１１、１１’）は、冷媒を臨界圧力以上となるまで昇圧するようになっていてもよい。また、冷媒は二酸化炭素であってもよい。
【００３１】
なお、この欄および特許請求の範囲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】
【００３２】
（第１実施形態）
図１〜７により、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置１０を車両用空調装置に適用している。図１は、本実施形態の冷凍サイクル装置１０の全体構成図である。また、この冷凍サイクル装置１０では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機１１の吐出冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上（超臨界状態）となる超臨界冷凍サイクルを構成している。
【００３３】
圧縮機１１は、冷凍サイクル装置１０において、冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、プーリおよびベルトを介して車両走行用エンジン（図示せず）から駆動力が伝達されて回転駆動される。さらに、本実施形態では圧縮機１１として、後述する空調制御装置２０から出力される制御信号によって吐出容量を連続的に変更可能に構成された周知の斜板式可変容量型圧縮機を採用している。
【００３４】
なお、吐出容量とは冷媒の吸入圧縮を行う作動空間の幾何学的な容積、すなわちピストンストロークの上死点と下死点との間のシリンダ容積である。
【００３５】
具体的には、圧縮機１１は、吸入冷媒と吐出冷媒とを導入させる斜板室（図示せず）、斜板室へ導入させる吸入冷媒と吐出冷媒との割合を調整する電磁式容量制御弁１１ａ、斜板室の圧力に応じて傾斜角度を変位させる斜板（図示せず）を有して構成されている。そして、この斜板の傾斜角度に応じてピストンストローク（吐出容量）が変更される。
【００３６】
電磁式容量制御弁１１ａは、圧縮機１１の吸入冷媒圧力Ｐｓと吐出冷媒圧力Ｐｄとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）による力を発生する圧力応動機構と、この差圧による力と対向する電磁力を発生する電磁機構とを内蔵しており、差圧による力と電磁力との釣り合いによって弁開度（吸入冷媒と吐出冷媒との割合）を調整して斜板室の圧力を変化させる。
【００３７】
また、電磁機構の電磁力は、空調制御装置２０から出力される制御電流Ｉｃによって決定され、制御電流Ｉｃを増加させると、斜板室の圧力が低下し、斜板の傾斜角度が増加する。これにより、ピストンストローク（吐出容量）が増加する。逆に、制御電流Ｉｃを減少させると、斜板室の圧力が上昇し、斜板の傾斜角度が減少する。これにより、ピストンストローク（吐出容量）が減少する。
【００３８】
そして、この吐出容量の増減に応じて、圧縮機１１の吐出流量Ｇｒが増減することになるので、本実施形態の電磁式容量制御弁１１ａは、吐出能力変更手段を構成している。さらに、制御電流Ｉｃによって、圧縮機１１の吐出冷媒流量の目標値（目標流量）が決定されることになる。
【００３９】
なお、本実施形態における、制御電流Ｉｃと圧縮機１１の吐出流量Ｇｒとの関係は、図２の特性図に示されるように、制御電流Ｉｃの増加に伴って、圧縮機１１の吐出流量Ｇｒが増加するようになっている。
【００４０】
また、制御電流Ｉｃの出力は、具体的には電流制御回路の構成上、デューティ制御により変化させる方式とするのが通常であるが、制御電流Ｉｃの値をデューティ制御によらず直接、連続的（アナログ的）に変化させてもよい。このように制御電流Ｉｃが調整されることによって、圧縮機１１では、吐出容量を略０％〜１００％の範囲で連続的に変化させることができる。
【００４１】
なお、本実施形態の圧縮機１１では吐出容量を約０％とすることができるので、上述の如く、圧縮機１１をプーリおよびベルトを介して車両走行用エンジンに常時連結するクラッチレスの構成とすることができる。もちろん、電磁クラッチを介して車両走行用エンジンから動力を伝達できるようにしてもよい。
【００４２】
圧縮機１１の冷媒吐出側には、図１に示すように、放熱器１２が接続されている。放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒と冷却ファン１２ａにより送風される外気（車室外空気）とを熱交換させて、高圧冷媒を放熱させる放熱用熱交換器である。冷却ファン１２ａは、後述する空調制御装置２０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。
【００４３】
なお、前述の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、放熱器１２を通過する冷媒は、凝縮することなく超臨界状態のまま放熱する。
【００４４】
放熱器１２の出口側には、圧力制御弁１３が接続されている。圧力制御弁１３は、内部熱交換器１３から流出した高圧冷媒を減圧膨張させるとともに、高圧側冷媒圧力が目標高圧となるように、弁開度（絞り開度）が機械的機構にて調整されるように構成されたものである。
【００４５】
具体的には、圧力制御弁１３は、放熱器１２出口側と圧力制御弁１３入口側との間に設けられた感温部１３ａを有し、この感温部１３ａの内部に放熱器１２出口側の高圧冷媒の温度に対応した圧力を発生させ、感温部１３ａの内圧と放熱器１２出口側の冷媒圧力とのバランスで圧力制御弁１３の弁開度を調整するようになっている。
【００４６】
これにより、高圧側冷媒圧力を放熱器１２の出口側の高圧側冷媒温度により決まる目標高圧に調整できる。このような高圧制御機能を持つ圧力制御弁１３は特開２０００−８１１５７号公報等にて公知である。
【００４７】
圧力制御弁１３の出口側には、蒸発器１４が接続されている。蒸発器１４は、圧力制御弁１３にて減圧された低圧冷媒と送風ファン１４ａから送風された送風空気とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。また、送風ファン１４ａは、空調制御装置２０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。
【００４８】
なお、本実施形態では、蒸発器１４として、周知のフィンアンドチューブ構造の熱交換器を採用している。さらに、この蒸発器１４は、車両用空調装置の室内空調ユニットにおいて車室内送風空気の空気通路を形成するケース１５内に配置されている。
【００４９】
ケース１５の空気流れ最上流部には、内気（車室内空気）と外気（車室外空気）とを切替導入する内外気切替箱１６が設けられている。この内外気切替箱１６には、ケース１５内に内気を導入させる内気導入口１６ａおよび外気を導入させる外気導入口１６ｂが形成されている。
【００５０】
さらに、内外気切替箱１６の内部には、内気導入口１６ａおよび外気導入口１６ｂを開閉する内外気切替ドア１６ｃが回転自在に配置されている。この内外気切替ドアは、内気導入口１６ａおよび外気導入口１６ｂの開口面積を連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を変化させる風量割合変更手段を構成するもので、サーボモータ１６ｄによって駆動される。
【００５１】
また、ケース１５の内部であって蒸発器１４の空気流れ下流側には、蒸発器１４にて冷却された冷風を再加熱するヒータコア１７およびヒータコア１７を通過させる冷風の風量割合を調整するエアミックスドア１８が配置されている。ヒータコア１７は、車両走行用エンジンの冷却水を熱源として冷風を再加熱する加熱手段である。
【００５２】
エアミックスドア１８は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成するもので、サーボモータ１８ａによって駆動される。なお、内外気切替ドア１６ｃのサーボモータ１６ｄおよびエアミックスドア１８のサーボモータ１８ａは、空調制御装置２０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００５３】
さらに、ケース１５の空気流れ最下流部には、冷却対象空間である車室内へ温度調整された送風空気を吹き出す吹出口（図示せず）が配置されている。この吹出口としては、具体的に、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス吹出口、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口、および、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口が設けられている。
【００５４】
蒸発器１４の出口側にはアキュムレータ１９が接続されている。アキュムレータ１９は、蒸発器１４から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒に分離するとともに、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。また、アキュムレータ１９には、気相冷媒を流出させる気相冷媒出口が設けられており、気相冷媒出口は、圧縮機１１の冷媒吸入側に接続されている。
【００５５】
次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。空調制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。そして、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、上述の各種電気式アクチュエータ１１ａ、１２ａ、１４ａ、１６ｄ、１８ａ等の作動を制御する。
【００５６】
なお、空調制御装置２０は、各種電気式アクチュエータを制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、特に、空調制御装置２０のうち電磁式容量制御弁１１ａの作動を制御するハードウェアおよびソフトウエアの構成を吐出能力制御手段２０ａとする。
【００５７】
空調制御装置２０の入力側には、空調用センサ群２１〜２６および車室内に配置された操作パネル３０が接続されており、空調用センサ群２１〜２６の検出信号および操作パネル３０に設けられた各種操作スイッチ３１〜３３の操作信号等が入力される。
【００５８】
空調用センサ群としては、具体的に、外気温Ｔａｍを検出する外気温センサ２１、内気温Ｔｒを検出する内気温センサ２２、車室内に入射する日射量Ｔｓを検出する日射センサ２３、蒸発器１４の熱交換フィン温度Ｔｅｆを検出する蒸発器温度センサ２４、圧縮機１１から吐出される吐出冷媒圧力Ｐｄを検出する高圧圧力センサ２５、圧縮機１１から吐出される冷媒流量Ｇｒを検出する流量検出手段である流量センサ２６等が設けられる。
【００５９】
なお、本実施形態の蒸発器温度センサ２４は、蒸発器１４から吹き出される送風空気の温度を検出するためのものである。従って、蒸発器温度センサ２４の代わりに、蒸発器１４から吹き出した空気の温度を直接検出する吹出空気温度検出手段である吹出空気温度センサを用いてもよい。
【００６０】
また、流量センサ２６は、サイクル内を循環する冷媒流量を検出するもの、すなわち圧縮機１１の吐出流量Ｇｒを検出するものである。流量センサ２６は、圧縮機１１の冷媒吐出側通路を形成するハウジング内に設けられている。つまり、流量センサ２６は、圧縮機１１と一体に構成されて、圧縮機１１および流量センサ２６の小型化を図っている。
【００６１】
さらに、この流量センサ２６は、サイクル内を循環する冷媒を通過させる絞り部を有し、この絞り部における圧力損失（差圧）を検出する差圧検出部と、絞り部の下流側冷媒の温度および圧力を検出する温度・圧力検出部とを有し、差圧検出部の検出値（差圧）と温度・圧力検出部の検出値から推定される冷媒密度によって、冷媒流量を検出する差圧式流量センサによって構成されている。
【００６２】
操作パネル３０の操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置の作動指令信号を出力するエアコンスイッチ３１、空調状態の自動制御を要求する自動制御要求信号を出力するオートスイッチ３２、冷却対象空間である車室内の目標温度Ｔｓｅｔを設定する目標温度設定手段をなす温度設定スイッチ３３等が設けられる。
【００６３】
また、空調制御装置２０の出力側には、圧縮機１１の電磁式容量制御弁１１ａ、冷却ファン１２ａおよび送風ファン１４ａの電動モータ、内外気切替ドア１６ｃを駆動するサーボモータ１６ｄ、エアミックスドア１８を駆動するサーボモータ１８ａおよび各吹出口を開閉する開閉ドアを駆動するサーボモータ等の電気式アクチュエータが接続され、これらの機器の作動が空調制御装置２０の出力信号により制御される。
【００６４】
次に、上記構成の本実施形態の作動を図３、４に基づいて説明する。図３、４は、空調制御装置２０が実行する制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、図示しない車両の始動スイッチ（イグニッションスイッチ）の投入状態において、オートスイッチ３２が投入（ＯＮ）されるとスタートする。
【００６５】
まず、図３に示すように、ステップＳ１ではフラグ、タイマ等の初期化がなされ、次のステップＳ２にて、センサ群２１〜２６により検出された検出信号、および、操作パネル３０の操作信号を読込む。
【００６６】
次に、ステップＳ３にて、車室内吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。この目標吹出温度ＴＡＯは空調熱負荷変動および温度設定スイッチ３３により設定した設定温度Ｔｓｅｔに基づいて、下記数式Ｆ１により算出される。
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ…（Ｆ１）
なお、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインおよびＣは補正用の定数である。
【００６７】
次に、ステップＳ４にて、圧縮機１１を除く、各種空調制御機器の制御状態を決定する。すなわち、空調制御装置２０の出力側に接続された各種電気式アクチュエータのうち、電磁式容量制御弁１１ａを除く、送風ファン１４ａの電動モータ、内外気切替ドア１６ｃのサーボモータ１６ｄ、エアミックスドア１８のサーボモータ１８ａ、各吹出口を開閉する開閉ドアのサーボモータへ出力される制御信号等が決定される。
【００６８】
送風ファン１４ａの電動モータへ出力される制御信号（制御電圧ＢＬＶ）については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された制御マップを参照して、ＴＡＯに応じて適切な送風量となるように決定する。
【００６９】
具体的には、ＴＡＯの極低温域（最大冷房域）および極高温域（最大暖房域）で制御電圧ＢＬＶを最大値として、送風量を最大風量とする。ＴＡＯが極低温域から中間温度域に向かって上昇、あるいは、ＴＡＯが極高温域から中間温度域に向かって低下するに伴って、制御電圧ＢＬＶを減少させて送風量を減少させる。また、ＴＡＯが所定の中間温度域内に入ると、制御電圧ＢＬＶを最小値として、送風量を最小風量とする。
【００７０】
内外気切替ドア１６ｃのサーボモータへ出力される制御信号については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された制御マップを参照して、ＴＡＯに応じて適切な空気通路となるように決定する。
【００７１】
具体的には、設定温度Ｔｓｅｔに対して内気温Ｔｒが所定温度以上に高いとき（冷房高負荷時）に内気モードとし、ＴＡＯが低温側から高温側へ上昇するにつれて、全内気モード→内外気混入モード→全外気モードと切り替える。
【００７２】
エアミックスドア１８のサーボモータへ出力される制御信号については、蒸発器温度センサ２４の検出信号、車両走行用エンジンの冷却水の温度に基づいて、エアミックスドア１８の目標開度ＳＷを算出して、エアミックスドア１８の開度が目標開度ＳＷとなるように制御信号を決定する。
【００７３】
各吹出口を開閉する開閉ドアのサーボモータへ出力される制御信号については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された制御マップを参照して、ＴＡＯに応じて適切な吹出口を開閉するように決定する。
【００７４】
次に、ステップＳ５にて、蒸発器１４における目標冷媒蒸発温度ＴＥＯを決定する。具体的には、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された図５に示すような制御マップを参照して目標冷媒蒸発温度ＴＥＯを決定する。本実施形態では、ＴＡＯの増加に伴って、ＴＥＯも増加するように決定する。従って、制御ステップＳ５は、目標蒸発温度決定手段を構成している。
【００７５】
なお、図５に示すＴＥＯｍｎは、蒸発器１４への着霜を防止するために設定された目標冷媒蒸発温度ＴＥＯの下限値（余裕度）であり、本実施形態では、３℃としている。本発明者の検討によれば、冷媒として二酸化炭素を採用し、超臨界冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル装置では、０．５℃≦ＴＥＯｍｎ≦５℃とすることが望ましい。より好ましくは、１℃≦ＴＥＯｍｎ≦３℃とすればよいことが判っている。
【００７６】
次に、ステップＳ６にて、冷媒側冷房能力Ｑｅｒが算出される。具体的には、この冷媒側冷房能力Ｑｅｒは、外気温センサ２１により検出された外気温Ｔａｍ、および、流量センサ２６により検出された冷媒流量Ｇｒに基づいて、下記数式Ｆ２により算出される。
Ｑｅｒ＝Ｇｒ×Ｉｅ…（Ｆ２）
なお、Ｉｅは蒸発器１４出口側冷媒の出口側エンタルピＩｅｏと蒸発器１４入口側冷媒の入口側エンタルピＩｅｉとのエンタルピ差である。このＩｅの詳細については、図６より説明する。なお、図６、本実施形態の冷凍サイクル装置１０の通常運転時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【００７７】
図６の点Ｒｏは、放熱器１２出口側の冷媒の状態を示している。この点Ｒｏにおける冷媒温度は、一般的に、外気温Ｔａｍと略同等となる。従って、本実施形態の圧力制御弁１３のように、高圧側冷媒圧力を放熱器１２出口側の高圧側冷媒温度により決まる目標高圧に調整することは、高圧側冷媒圧力を外気温Ｔａｍにより決まる目標高圧に調整することを意味する。
【００７８】
このため、外気温Ｔａｍから放熱器出口側の冷媒状態を推定することができ、蒸発器入口側比エンタルピＩｅｉを推定することができる。
【００７９】
また、蒸発器１４の出口にはアキュムレータ１９が接続されており、蒸発器出口の状態が飽和ガス状態となるようにサイクル中の循環冷媒量を調整している。このため、蒸発器温度に相関のある物理量Ｔｅｆから蒸発器１４出口の冷媒状態を推定することができ、同時に蒸発器１４出口の比エンタルピを推定することができる。
【００８０】
従って、蒸発器１４入口の比エンタルピに相関のある物理量（Ｔａｍ）と蒸発器１４出口の比エンタルピに相関のある物理量（Ｔｅｆ）から蒸発器１４出口冷媒の出口側比エンタルピＩｅｏと蒸発器１４入口側冷媒の入口側比エンタルピＩｅｉを推定できる。
【００８１】
そこで、ステップＳ６では、外気温Ｔａｍに基づいて、予め記憶された制御マップを参照して、エンタルピ差Ｉｅを推定し、さらに、このエンタルピ差Ｉｅを上記数式Ｆ２へ代入して冷媒側冷房能力Ｑｅｒを算出している。従って、本実施形態における制御ステップＳ６は、冷媒側能力算出手段を構成しており、外気温Ｔａｍが、エンタルピ差Ｉｅに相関のある物理量となる。
【００８２】
次に、ステップＳ７にて、空気側冷房能力Ｑｅａが算出される。具体的には、この空気側冷房能力Ｑｅａは、内気温センサ２２により検出された内気温Ｔｒ、外気温センサ２１により検出された外気温Ｔａｍ、蒸発器１４における推定冷媒蒸発温度ＴＬ、および、送風ファン１４ａに出力される制御電圧ＢＬＶに基づいて、下記数式Ｆ３により算出される。
Ｑｅａ＝ｆ（Ｔａ、ＴＬ、ＢＬＶ）…（Ｆ３）
なお、Ｔａは、蒸発器１４へ送風されて蒸発器１４に吸い込まれる吸込空気温度Ｔａである。
【００８３】
この吸込空気温度Ｔａは、前述の内外気切替箱１６から内気を導入させる場合は、内気温センサ２２により検出された内気温Ｔｒとなり、外気を導入させる場合は、外気温センサ２１により検出された外気温Ｔａｍとなる。内気と外気を同時に導入させる場合は、その風量割合によってＴｒおよびＴａｍから決定される。従って、内気温Ｔｒおよび外気温Ｔａｍは、蒸発器１４吸込側の吸込空気温度Ｔａに相関のある物理量である。
【００８４】
また、制御電圧ＢＬＶは、送風ファン１４ａの回転数（送風空気量）の制御に用いられる値であるから、蒸発器１４へ送風される送風空気、すなわち、冷却対象空間へ送風される送風空気の送風空気量に相関のある物理量である。
【００８５】
そして、ステップＳ７では、具体的に、制御電圧ＢＬＶに基づいて、予め記憶された制御マップを参照して送風空気量を決定し、この送風空気量に、吸込空気温度Ｔａから推定冷媒蒸発温度ＴＬを減算した値Ｔａ−ＴＬと空気比熱および蒸発器１４熱交換効率から決定される制御定数とを積算することによって、空気側冷房能力Ｑｅａに算出する。
【００８６】
従って、本実施形態における制御ステップＳ７は、空気側能力算出手段を構成している。なお、ステップＳ７では、推定蒸発冷媒温度ＴＬを変数としたまま、空気側冷房能力Ｑｅａを算出する。
【００８７】
次に、ステップＳ８では、空気側冷房負荷に変動が生じたか否かが判定される。具体的には、このステップＳ８では、ステップＳ４にて決定された制御信号と現在出力されている制御信号との値を比較して、制御電圧ＢＬＶ（送風ファン１４ａの送風空気量）が変化したこと、内外気切替ドア１６ｃが風量割合を変更したこと、あるいは、温度設定スイッチ３３により設定温度Ｔｓｅｔが変更されたことの少なくとも１つを検出したときに、空気側冷房負荷に変動が生じたものと判定する。
【００８８】
従って、本実施形態における制御ステップＳ８は、負荷変動検出手段を構成している。そして、ステップＳ８にて空気側冷房負荷に変動が検出された場合は、ステップＳ９へ進み、圧縮機１１の電磁式容量制御弁１１ａへ出力する制御電流Ｉｃをフィードフォワード制御により決定する。
【００８９】
一方、ステップＳ８にて空気側冷房負荷に変動が検出されていない場合は、ステップＳ１０へ進み、フィードフォワード制御を実行することなく、圧縮機１１の電磁式容量制御弁１１ａへ出力する制御電流Ｉｃをフィードバック制御により決定する。
【００９０】
ステップＳ９のフィードフォワード制御の内容については、図４のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ９１では、ステップＳ６およびＳ７にて算出された冷媒側冷房能力Ｑｅｒおよび空気側冷房能力Ｑｅａに基づいて、推定蒸発冷媒温度ＴＬを推定する。
【００９１】
この推定蒸発冷媒温度ＴＬの推定の詳細については、図７により説明する。図７の横軸は蒸発器１４における冷媒蒸発温度（冷媒蒸発圧力）を示し、縦軸は冷房能力を示している。さらに、実線は冷媒蒸発温度による冷媒側冷房能力Ｑｅｒの変化、破線は冷媒蒸発温度による空気側冷房能力Ｑｅａの変化を示している。
【００９２】
前述の如く、冷媒側冷房能力Ｑｅｒは、蒸発器１４において冷媒が空気から吸熱する総熱量であり、空気側冷房能力Ｑｅａは、蒸発器１４において空気が冷媒に放熱する総熱量である。従って、蒸発器１４においては、冷媒側冷房能力Ｑｅｒ＝空気側冷房能力Ｑｅａとなるバランス点（等しくなる点）で熱交換が行われることになる。
【００９３】
そこで、ステップＳ９１では、以下数式Ｆ４を満足する冷媒蒸発温度を推定冷媒蒸発温度ＴＬとして推定する。
Ｑｅｒ＝Ｑｅａ…（Ｆ４）
従って、本実施形態における制御ステップＳ９１は、蒸発温度推定手段を構成している。
【００９４】
次に、ステップＳ９２では、推定冷媒蒸発温度ＴＬが、ステップＳ５で決定された目標冷媒蒸発温度ＴＥＯとなるために必要な必要冷媒流量Ｇｒｎを以下数式Ｆ５により算出する。
Ｇｒｎ×Ｉｅ＝ｆ（Ｔａ、ＴＥＯ、ＢＬＶ）…（Ｆ５）
この数式Ｆ５は、数式Ｆ４に対して、数式Ｆ２のＧｒをＧｒｎとし、数式Ｆ３のＴＬをＴＥＯとしたものである。
【００９５】
次に、ステップＳ９３において、ステップＳ９２で算出された必要冷媒流量Ｇｒｎとなる制御電流Ｉｃを仮決定する。具体的には、ステップＳ９３では、必要冷媒流量Ｇｒｎに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された、図２の特性図から決定される制御マップを参照して制御電流Ｉｃを仮決定する。
【００９６】
すなわち、ステップＳ９３では、次回ステップＳ６で推定される推定冷媒蒸発温度ＴＬが目標蒸発温度ＴＥＯに近づくように、制御電流Ｉｃの値をフィードフォワード制御によって決定している。なお、本実施形態では、このステップＳ９の次に、ステップＳ１０にて、制御電流Ｉｃをフィードバック制御により再度決定（変更）するので、ステップＳ９３では、制御電流Ｉｃを仮決定していると表現している。
【００９７】
次に、ステップＳ１０では、蒸発器温度センサ２４にて検出された熱交換フィンの温度Ｔｅと目標冷媒蒸発温度ＴＥＯとの偏差Ｅｎ（Ｔｅ−ＴＥＯ）を算出し、この偏差Ｅｎに基づいて、ＴｅをＴＥＯに近づけるように比例積分制御（ＰＩ制御）によるフィードバック制御手法によって、制御電流Ｉｃを変更する。
【００９８】
つまり、ステップＳ１０では、ステップＳ８にて空気側冷房負荷に変動が検出された場合は、ステップＳ９のフィードフォワード制御によって仮決定された制御電流Ｉｃを、さらにフィードバック制御により変更し、ステップＳ８にて空気側冷房負荷に変動が検出されていない場合は、前回出力された制御電流Ｉｃをフィードバック制御により変更する。
【００９９】
次に、ステップＳ１１では、上記ステップＳ４、Ｓ１０にて決定された制御状態が得られるように、空調制御装置２０より電気式アクチュエータに対して制御信号が出力される。次のステップＳ１２で制御周期τの間待機し、制御周期τの経過を判定するとステップＳ２に戻るようになっている。
【０１００】
本実施形態では、上記の如く、冷媒側能力算出手段を構成するステップＳ６において、流量センサ２６により検出された冷媒流量Ｇｒおよび外気温Ｔａｍから推定されるエンタルピ差Ｉｅを用いて、冷媒側冷房能力Ｑｅｒを算出しているので、冷媒側冷房能力Ｑｅｒを、より正確に、精度よく算出することができる。
【０１０１】
また、空気側能力算出手段を構成するステップＳ７において、外気温Ｔａｍ、内気温Ｔｒから決定される吸込空気温度Ｔａおよび送風ファン１４ａへ出力される制御電圧ＢＬＶから決定される送風空気量を用いて、空気側冷房能力Ｑｅａを算出しているので、空気側冷房能力Ｑｅａについても精度よく算出することができる。
【０１０２】
これにより、空気側冷房負荷が変動した場合に、図７に示す空気側冷房能力Ｑｅａおよび冷媒側冷房能力Ｑｅｒのバランス点における推定冷媒蒸発温度ＴＬの推定精度を向上させることができる。
【０１０３】
さらに、ステップＳ９２にて、この精度よく推定された推定冷媒蒸発温度ＴＬを、目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づけるために必要な必要冷媒流量Ｇｒｎを算出し、ステップＳ９３にて、次回のステップＳ６で推定される推定冷媒蒸発温度ＴＬが、目標蒸発温度ＴＥＯに近づくように、制御電流Ｉｃの値をフィードフォワード制御によって決定している。
【０１０４】
従って、制御電流Ｉｃを速やかに、かつ、適切な量だけ変化させて、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づける際の応答性を十分に向上させることができる。しかも、蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを必要以上に低下させることを回避して、蒸発器１４の着霜を防止することもできる。
【０１０５】
さらに、制御ステップＳ８では、空気側冷房負荷に変動が生じたか否かを、具体的に、制御電圧ＢＬＶが変化したこと、内外気切替ドア１６ｃが風量割合を変更したこと、あるいは、温度設定スイッチ３３により設定温度Ｔｓｅｔが変更されたことの少なくとも１つを検出したときに、空気側冷房負荷に変動が生じたものと判定しているので、確実に空気側冷房負荷の変動を検出できる。
【０１０６】
（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づける際の応答性を十分に向上させること、および、蒸発器１４の着霜を防止することを同時に行うことができる制御処理について説明しているが、本実施形態では、特に蒸発器１４の着霜を防止するための制御処理について説明する。
【０１０７】
具体的には、第１実施形態に対して、ステップＳ９のフィードフォワード制御を、図８に示すようにしたものである。つまり、本実施形態のステップＳ９では、ステップＳ９１にて、推定蒸発冷媒温度ＴＬを推定する。次に、ステップＳ９１’にて推定蒸発冷媒温度ＴＬが目標冷媒蒸発温度ＴＥＯよりも小さい場合には、ステップＳ９２、Ｓ９３へ進み、第１実施形態と同様のフィードフォワード制御を行う。
【０１０８】
一方、ステップＳ９１’にて推定蒸発冷媒温度ＴＬが目標冷媒蒸発温度ＴＥＯよりも小さくなっていない場合は、ステップＳ１０へ進む。その他の制御フローおよび冷凍サイクル装置１０の構成は、第１実施形態と同様である。また、図８以降の図面では、第１実施形態に対して同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。
【０１０９】
前述の如く、目標冷媒蒸発温度ＴＥＯは、蒸発器１４の着霜を防止するためにＴＥＯｍｎ以上の値となる。従って、ＴＥＯ＞ＴＬの場合は、ＴＥＯｍｎ＞ＴＬとなっている可能性があり、蒸発器１４が着霜する恐れがある。
【０１１０】
これに対して、本実施形態では、ＴＥＯ＞ＴＬの場合に第１実施形態と同様のフィードフォワード制御を行っているので、特に、蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを必要以上に低下させることを回避して、蒸発器１４の着霜を防止することができる。
【０１１１】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、可変容量型の圧縮機１１の冷媒吐出能力を変更する吐出能力変更手段を電磁式容量制御弁１１ａで構成した例を説明したが、本実施形態では、図９に示すように、圧縮機１１’を固定容量型圧縮機とし、吐出能力変更手段を圧縮機１１’を駆動する電動モータ１１ｂで構成した例を説明する。なお、圧縮機１１’としては、スクロール型圧縮機、ベーン型圧縮機等の各種圧縮機構を採用できる。
【０１１２】
本実施形態の圧縮機１１’と電動モータ１１ｂは同一のハウジング内に収容されて、いわゆる電動圧縮機として一体に構成されている。さらに、本実施形態では、流量センサ２６を廃止して、圧縮機１１’（電動モータ１１ｂ）の回転数Ｎｃを検出する回転数センサ２７を上記ハウジング内に設けている。
【０１１３】
さらに、本実施形態では、ステップＳ６の冷媒側冷房能力Ｑｅｒの算出時に、冷媒流量Ｇｒとして、下記数式Ｆ６にて算出されるＧｒを用いる。
Ｇｒ＝ηｖ×Ｎｃ×Ｖｃ×ρ…（Ｆ６）
なお、ηｖは圧縮機１１’の体積効率であり、Ｖｃは圧縮機１１の１回転当たりの吐出容量であり、ρは圧縮機１１’に吸入される冷媒密度である。
【０１１４】
ここで、圧縮機１１’に吸入される冷媒密度は、圧縮機１１’吸入冷媒温度および吸入冷媒圧力によって決定される。さらに、吸入冷媒温度は、蒸発器１４の冷媒蒸発温度にほぼ等しい値となるので、冷媒密度ρは、蒸発器１４の推定冷媒蒸発温度ＴＬの関数で表すことができる。
【０１１５】
従って、本実施形態では、回転数センサ２７が、流量検出手段を構成する。なお、本実施形態のステップＳ６では、推定蒸発冷媒温度ＴＬを変数としたまま、冷媒側冷房能力Ｑｅｒを算出している。
【０１１６】
さらに、本実施形態のステップＳ９１では、上記数式Ｆ６から算出されたＱｅｒを用いて、上記数式Ｆ４を満足する冷媒蒸発温度を推定冷媒蒸発温度ＴＬとして推定する。また、ステップＳ９３、Ｓ１０では、電動モータ１１ｂの回転数制御信号を決定する。その他の構成および制御フローは第１実施形態と同様である。
【０１１７】
上記の如く、回転数Ｎｃを用いて冷媒流量Ｇｒを算出しても、冷媒側冷房能力Ｑｅｒを精度よく算出できるので、第１実施形態と同様に、推定冷媒蒸発温度ＴＬの推定精度を向上させることができる。その結果、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１８】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。
【０１１９】
（１）上述の実施形態では、ステップＳ８にて、制御電圧ＢＬＶ（送風ファン１４ａの送風空気量）が変化したこと、内外気切替ドア１６ｃが風量割合を変更したこと、あるいは、温度設定スイッチ３３により設定温度Ｔｓｅｔが変更されたことの少なくとも１つを検出したときに、空気側冷房負荷に変動が生じたものと判定しているが、もちろん、上記のいずれか１つを検出したときに空気側冷房負荷に変動が生じたものと判定してもよい。
【０１２０】
さらに、上述の実施形態の如く、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、制御電圧ＢＬＶ、内外気切替ドア１６ｃへ出力する制御信号を変更する場合は、このＴＡＯの変化が生じたときに、空気側冷房負荷に変動が生じたものと判定してもよい。
【０１２１】
（２）上述の第２実施形態では、ＴＥＯ＞ＴＬの時にステップＳ９２、Ｓ９３へ進み、フィードフォワード制御を実行しているが、フィードフォワード制御の実行条件はこれに限定されない。例えば、目標冷媒蒸発温度ＴＥＯと推定冷媒蒸発温度ＴＬとの偏差（ＴＥＯ−ＴＬ）の絶対値が予め定めた値以上になったときに、フィードフォワード制御を実行するようにしてもよい。
【０１２２】
（３）上述の実施形態の冷凍サイクル装置１０に対して、放熱器１２出口側冷媒と圧縮機１１吸入側冷媒とを熱交換をさせる内部熱交換器を設けてもよい。これにより、蒸発器１４における入口側冷媒と出口側冷媒とのエンタルピ差（冷凍能力）を増大することができる。
【０１２３】
（４）上述の実施形態では、流量センサ２６として差圧式流量センサを採用した例を説明しているが、流量センサ２６の形式はこれに限定されない。例えば、熱線式流量センサのような、質量流量センサを採用してもよい。
【０１２４】
（５）上述の実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置１０を車両用空調装置に適用した例を説明しているが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、業務用冷蔵冷凍装置、家庭用冷蔵庫等に適用してもよい。また、冷媒も二酸化炭素に限定されることなく、フロン系冷媒、ＨＣ系冷媒を採用してもよい。
【０１２５】
（６）上述の実施形態では、放熱器１２を冷媒と外気とを熱交換させる室外側熱交換器とし、蒸発器１４を室内側熱交換器として車室内の冷却用に適用しているが、蒸発器１４を外気等の熱源から吸熱する室外側熱交換器として構成し、放熱器１２を空気あるいは水等の被加熱流体を加熱する室内側熱交換器として構成するヒートポンプサイクルに本発明を適用してもよい。
【０１２６】
（７）上述の実施形態では、空気側負荷変動が有った場合、ステップＳ９のフィードフォワード制御の後に、ステップＳ１０のフィードバック制御を行うようにしているが、ステップＳ９から直接ステップＳ１１に進み、空調制御装置２０から電気式アクチュエータに対して制御信号を出力するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】第１実施形態の車両用空調装置に適用された冷凍サイクル装置の全体構成図である。
【図２】第１実施形態の制御電流と圧縮機吐出冷媒流量との関係を示す特性図である。
【図３】第１実施形態の車両用空調装置の制御の示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態の車両用空調装置の制御の要部を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態の目標冷媒蒸発温度ＴＥＯを決定するための特性図である。
【図６】第１実施形態の冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図７】第１実施形態の冷媒側冷房能力および空気側冷房能力の変化を示すグラフである。
【図８】第２実施形態の車両用空調装置の制御の要部を示すフローチャートである。
【図９】第３実施形態の車両用空調装置に適用された冷凍サイクル装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１１、１１’…圧縮機、１１ａ…電磁式容量制御弁、１１ｂ…電動モータ、
１２…放熱器、１３…圧力制御弁、１４…蒸発器、内外気切替ドア…１６ｃ、
２０ａ…吐出能力制御手段、２６…流量センサ、３３…温度設定スイッチ、
Ｓ５…目標蒸発温度決定手段、Ｓ６…冷媒側能力算出手段、Ｓ７…空気側能力算出手段、
Ｓ８…負荷変動判定手段、Ｓ９１…蒸発温度推定手段
Ｇｒ…冷媒流量、ＴＥＯ…目標冷媒蒸発温度、Ｑｅｒ…冷媒側冷房能力、
Ｑｅａ…空気側冷房能力、ＴＬ…推定冷媒蒸発温度。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒吐出能力を変更可能に構成された圧縮機を備える冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、可変容量型圧縮機や電動圧縮機のように冷媒吐出能力を変更可能に構成された圧縮機を備える冷凍サイクル装置が知られている。例えば、特許文献１には、圧縮機として吐出容量を変更可能に構成された可変容量型圧縮機が採用された冷凍サイクル装置が開示されている。
【０００３】
この特許文献１の冷凍サイクル装置では、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅと、冷却対象空間を適切に冷却できるように決定された目標冷媒蒸発温度ＴＥＯとの偏差に基づいて、圧縮機の吐出容量（冷媒吐出能力）をフィードバック制御することによって、冷媒蒸発温度Ｔｅを目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づけている。
【０００４】
さらに、特許文献２には、車両用空調装置に適用されて、目標冷媒蒸発温度ＴＥＯが変更された際に、変更前の目標冷媒蒸発温度ＴＥＯ、外気温Ｔａｍ、車速、蒸発器へ送風される送風空気量に基づいて、圧縮機の吐出容量（冷媒吐出能力）をフィードフォワード制御する冷凍サイクル装置が開示されている。
【０００５】
この特許文献２の冷凍サイクル装置では、このフィードフォワード制御によって、特許文献１に対して、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づける際の応答性向上を図っている。
【特許文献１】特開２００２−２８３８４０号公報
【特許文献２】特開２００５−１９３７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅは、空気側冷房能力Ｑｅａと冷媒側冷房能力Ｑｅｒのバランス点（等しくなる点）における冷媒蒸発圧力に応じて決まる。ここで、空気側冷房能力Ｑｅａとは、蒸発器において空気が冷媒に放熱する総熱量を意味し、冷媒側冷房能力Ｑｅｒとは、蒸発器において冷媒が空気から吸熱する総熱量を意味する。
【０００７】
従って、空気側冷房能力Ｑｅａは、蒸発器へ送風される空気温度（蒸発器の吸込空気温度）と蒸発器における冷媒蒸発温度との温度差、および、蒸発器へ送風される送風空気量の積によって決定される。一方、冷媒側冷房能力Ｑｅｒは、蒸発器出口冷媒のエンタルピと蒸発器入口冷媒のエンタルピとのエンタルピ差、および、サイクル内を循環する冷媒流量Ｇｒの積によって決定される。
【０００８】
しかし、引用文献２のフィードフォワード制御では、変更前の目標冷媒蒸発温度ＴＥＯ、外気温Ｔａｍ、車速、蒸発器へ送風される送風空気量については考慮されているものの、サイクル内を循環する冷媒流量Ｇｒについて考慮されていない。そのため、冷媒側冷房能力Ｑｅｒを正確に算出することができない。
【０００９】
従って、引用文献２では、目標冷媒蒸発温度ＴＥＯが変更された際の冷媒蒸発温度を正確に推定することができない。その結果、フィードフォワード制御を行っても、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づける際の応答性向上効果を十分に得ることができない。さらに、蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを必要以上に低下させてしまい、蒸発器の着霜を招く恐れもある。
【００１０】
上記点に鑑み、本発明は、冷媒吐出能力を変更可能に構成された圧縮機を備える冷凍サイクル装置において、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度を目標冷媒蒸発温度に近づける際の応答性を十分に向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１、１１’）と、圧縮機（１１、１１’）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、放熱器（１２）にて放熱された冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１３）と、減圧手段（１３）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させて、冷却対象空間へ送風される送風空気を冷却する蒸発器（１４）と、圧縮機（１１、１１’）の冷媒吐出能力を変更する吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）と、吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）の作動を制御する吐出能力制御手段（２０ａ）と、サイクル内を循環する冷媒流量（Ｇｒ）に相関を有する物理量を検出する流量検出手段（２６）と、蒸発器（１４）における目標冷媒蒸発温度（ＴＥＯ）を決定する目標蒸発温度決定手段（Ｓ５）と、空気側冷房負荷に変動が生じたことを判定する負荷変動判定手段（Ｓ８）と、冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出する冷媒側能力算出手段（Ｓ６）と、空気側冷房能力（Ｑｅａ）を算出する空気側能力算出手段（Ｓ７）と、空気側冷房能力（Ｑｅａ）および冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）が等しくなる蒸発器（１４）の冷媒蒸発温度を推定冷媒蒸発温度（ＴＬ）とする蒸発温度推定手段（Ｓ９１）とを備え、
冷媒側能力算出手段（Ｓ６）は、少なくとも流量検出手段（２６）の検出値（Ｇｒ）を用いて冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出し、吐出能力制御手段（２０ａ）は、空気側冷房負荷の変動が検出された際に、推定冷媒蒸発温度（ＴＬ）を目標冷媒蒸発温度（ＴＥＯ）に近づけるように、吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）の作動をフィードフォワード制御する冷凍サイクル装置を特徴とする。
【００１２】
これによれば、冷媒側能力算出手段（Ｓ６）が、少なくとも流量検出手段（２６）の検出値（Ｇｒ）を用いて冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出するので、例えば、変更前の目標冷媒蒸発温度（ＴＥＯ）、外気温（Ｔａｍ）、車速、蒸発器へ送風される送風空気量（ＢＬＶ）のみに基づいて算出する場合に対して、冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を精度よく算出することができる。
【００１３】
従って、空気側冷房負荷が変動した場合に、空気側冷房能力（Ｑｅａ）および冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）のバランス点における推定冷媒蒸発温度（ＴＬ）の推定精度を向上させることができる。
【００１４】
さらに、吐出能力制御手段（２０ａ）が、この精度の高い推定冷媒蒸発温度（ＴＬ）を目標蒸発温度（ＴＥＯ）に近づけるように、吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）の作動をフィードフォワード制御するので、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度（Ｔｅ）を目標冷媒蒸発温度（ＴＥＯ）に近づける際の応答性を十分に向上させることができる。
【００１５】
また、上記特徴の冷凍サイクル装置において、具体的に、負荷変動判定手段（Ｓ８）は、送風空気の送風空気量が変化したときに、空気側冷房負荷の変動を判定するようになっていてもよい。
【００１６】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、送風空気は、冷却対象空間内の空気および冷却対象空間外の空気のうち、少なくとも一方の空気を含んでおり、さらに、送風空気における冷却対象空間内の空気の風量と冷却対象空間外の空気の風量との風量割合を変化させる風量割合変更手段（１６ｃ）を備え、負荷変動判定手段（Ｓ８）は、風量割合変更手段（１６ｃ）が風量割合を変化させたときに、空気側冷房負荷が変動したと判定するようになっていてもよい。
【００１７】
風量割合変更手段（１６ｃ）が風量割合を変化させたときは、蒸発器（１４）へ送風される空気温度が変化することを意味するので、これにより空気側冷房負荷の変動を検出できる。
【００１８】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、さらに、冷却対象空間の目標温度（Ｔｓｅｔ）を設定する目標温度設定手段（３３）を備え、負荷変動判定手段（Ｓ８）は、目標温度（Ｔｓｅｔ）が変更されたときに、空気側冷房負荷の変動を判定するようになっている。
【００１９】
冷却対象空間の目標温度（Ｔｓｅｔ）が変更されたときは、蒸発器（１４）から吹き出される空気温度の変化を意味するので、これにより空気側冷房負荷の変動を検出できる。
【００２０】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、空気側能力算出手段（Ｓ７）は、蒸発器（１４）吸込側における送風空気の吸込空気温度（Ｔａ）に相関のある物理量（Ｔａｍ、Ｔｒ）、送風空気の送風空気量に相関のある物理量（ＢＬＶ）、および、蒸発器（１４）における冷媒蒸発温度に相関のある物理量（Ｔｅｆ）のうち、少なくとも１つを用いて空気側冷房能力（Ｑｅａ）を算出するようになっていてもよい。
【００２１】
前述の如く、空気側冷房能力（Ｑｅａ）は、蒸発器（１４）へ送風される空気温度（蒸発器の吸込空気温度）と蒸発器における冷媒蒸発温度との温度差、および、蒸発器へ送風される送風空気量の積によって決定される。従って、吸込空気温度（Ｔａ）に相関のある物理量（Ｔａｍ、Ｔｒ）、送風空気量に相関のある物理量（ＢＬＶ）、および、冷媒蒸発温度に相関のある物理量（Ｔｅｆ）のうち、少なくとも１つを用いることで、より正確な空気側冷房能力（Ｑｅａ）を算出できる。
【００２２】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、冷媒側能力算出手段（Ｓ６）は、さらに、蒸発器（１４）出口側冷媒の出口側比エンタルピ（Ｉｅｏ）と蒸発器（１４）入口側冷媒の入口側比エンタルピ（Ｉｅｉ）とのエンタルピ差（Ｉｅ）に相関のある物理量（Ｔａｍ、Ｔｅｆ）のうち、少なくとも１つを用いて冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出するようになっていてもよい。
【００２３】
前述の如く、冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）は、蒸発器（１４）出口側冷媒の出口側比エンタルピ（Ｉｅｏ）と蒸発器（１４）入口側冷媒の入口側比エンタルピ（Ｉｅｉ）とのエンタルピ差（Ｉｅ）、および、サイクル内を循環する冷媒流量（Ｇｒ）の積によって決定される。従って、上述の流量検出手段（２６）の検出値（Ｇｒ）に加えて、さらに、エンタルピ差（Ｉｅ）に相関のある物理量（Ｔａｍ、Ｔｅｆ）を用いることで、より正確な冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出できる。
【００２４】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、具体的に、減圧手段は、高圧側冷媒圧力を放熱器（１２）下流側の高圧側冷媒温度に応じて決定される目標高圧に近づけるように、弁開度が調整される圧力制御弁（１３）であってもよい。
【００２５】
ここで、放熱器（１２）下流側の高圧側冷媒温度は、一般的に、外気温（Ｔａｍ）と略同等の値となるため、圧力制御弁（１３）を採用する冷凍サイクル装置では、外気温（Ｔａｍ）の変化に伴って高圧側冷媒圧力が変化する。従って、減圧手段として圧力制御弁（１３）を採用すれば、後述する実施形態にて説明するように、外気温（Ｔａｍ）に基づいて、上述の蒸発器（１４）入口側冷媒の入口側比エンタルピ（Ｉｅｉ）が推定できる。
【００２６】
さらに、蒸発器（１４）出口側冷媒の出口側比エンタルピ（Ｉｅｏ）については、蒸発器（１４）の熱交換フィン温度（Ｔｅｆ）に基づいて推定できる。
【００２７】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、具体的に、圧縮機は、吐出容量を変更可能に構成された可変容量型圧縮機（１１）であり、吐出能力変更手段は、吐出容量を変更する容量制御弁（１１ａ）であり、流量検出手段は、サイクル内を循環する冷媒流量（Ｇｒ）を検出する流量センサ（２６）で構成されていてもよい。
【００２８】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、具体的に、圧縮機は、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機（１１’）であり、吐出能力変更手段は、固定容量型圧縮機（１１’）を回転駆動する電動モータ（１１ｂ）であり、流量検出手段は、固定容量型圧縮機（１１’）の回転数を検出する回転数検出手段（２７）を含んで構成されていてもよい。
【００２９】
さらに、流量検出手段（２６、２７）の少なくとも一部は、圧縮機（１１、１１’）と一体に構成されていてもよい。これにより、流量検出手段（２６、２７）および圧縮機（１１、１１’）の小型化を図ることができる。
【００３０】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、圧縮機（１１、１１’）は、冷媒を臨界圧力以上となるまで昇圧するようになっていてもよい。また、冷媒は二酸化炭素であってもよい。
【００３１】
なお、この欄および特許請求の範囲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】
【００３２】
（第１実施形態）
図１〜７により、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置１０を車両用空調装置に適用している。図１は、本実施形態の冷凍サイクル装置１０の全体構成図である。また、この冷凍サイクル装置１０では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機１１の吐出冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上（超臨界状態）となる超臨界冷凍サイクルを構成している。
【００３３】
圧縮機１１は、冷凍サイクル装置１０において、冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、プーリおよびベルトを介して車両走行用エンジン（図示せず）から駆動力が伝達されて回転駆動される。さらに、本実施形態では圧縮機１１として、後述する空調制御装置２０から出力される制御信号によって吐出容量を連続的に変更可能に構成された周知の斜板式可変容量型圧縮機を採用している。
【００３４】
なお、吐出容量とは冷媒の吸入圧縮を行う作動空間の幾何学的な容積、すなわちピストンストロークの上死点と下死点との間のシリンダ容積である。
【００３５】
具体的には、圧縮機１１は、吸入冷媒と吐出冷媒とを導入させる斜板室（図示せず）、斜板室へ導入させる吸入冷媒と吐出冷媒との割合を調整する電磁式容量制御弁１１ａ、斜板室の圧力に応じて傾斜角度を変位させる斜板（図示せず）を有して構成されている。そして、この斜板の傾斜角度に応じてピストンストローク（吐出容量）が変更される。
【００３６】
電磁式容量制御弁１１ａは、圧縮機１１の吸入冷媒圧力Ｐｓと吐出冷媒圧力Ｐｄとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）による力を発生する圧力応動機構と、この差圧による力と対向する電磁力を発生する電磁機構とを内蔵しており、差圧による力と電磁力との釣り合いによって弁開度（吸入冷媒と吐出冷媒との割合）を調整して斜板室の圧力を変化させる。
【００３７】
また、電磁機構の電磁力は、空調制御装置２０から出力される制御電流Ｉｃによって決定され、制御電流Ｉｃを増加させると、斜板室の圧力が低下し、斜板の傾斜角度が増加する。これにより、ピストンストローク（吐出容量）が増加する。逆に、制御電流Ｉｃを減少させると、斜板室の圧力が上昇し、斜板の傾斜角度が減少する。これにより、ピストンストローク（吐出容量）が減少する。
【００３８】
そして、この吐出容量の増減に応じて、圧縮機１１の吐出流量Ｇｒが増減することになるので、本実施形態の電磁式容量制御弁１１ａは、吐出能力変更手段を構成している。さらに、制御電流Ｉｃによって、圧縮機１１の吐出冷媒流量の目標値（目標流量）が決定されることになる。
【００３９】
なお、本実施形態における、制御電流Ｉｃと圧縮機１１の吐出流量Ｇｒとの関係は、図２の特性図に示されるように、制御電流Ｉｃの増加に伴って、圧縮機１１の吐出流量Ｇｒが増加するようになっている。
【００４０】
また、制御電流Ｉｃの出力は、具体的には電流制御回路の構成上、デューティ制御により変化させる方式とするのが通常であるが、制御電流Ｉｃの値をデューティ制御によらず直接、連続的（アナログ的）に変化させてもよい。このように制御電流Ｉｃが調整されることによって、圧縮機１１では、吐出容量を略０％〜１００％の範囲で連続的に変化させることができる。
【００４１】
なお、本実施形態の圧縮機１１では吐出容量を約０％とすることができるので、上述の如く、圧縮機１１をプーリおよびベルトを介して車両走行用エンジンに常時連結するクラッチレスの構成とすることができる。もちろん、電磁クラッチを介して車両走行用エンジンから動力を伝達できるようにしてもよい。
【００４２】
圧縮機１１の冷媒吐出側には、図１に示すように、放熱器１２が接続されている。放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒と冷却ファン１２ａにより送風される外気（車室外空気）とを熱交換させて、高圧冷媒を放熱させる放熱用熱交換器である。冷却ファン１２ａは、後述する空調制御装置２０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。
【００４３】
なお、前述の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、放熱器１２を通過する冷媒は、凝縮することなく超臨界状態のまま放熱する。
【００４４】
放熱器１２の出口側には、圧力制御弁１３が接続されている。圧力制御弁１３は、内部熱交換器１３から流出した高圧冷媒を減圧膨張させるとともに、高圧側冷媒圧力が目標高圧となるように、弁開度（絞り開度）が機械的機構にて調整されるように構成されたものである。
【００４５】
具体的には、圧力制御弁１３は、放熱器１２出口側と圧力制御弁１３入口側との間に設けられた感温部１３ａを有し、この感温部１３ａの内部に放熱器１２出口側の高圧冷媒の温度に対応した圧力を発生させ、感温部１３ａの内圧と放熱器１２出口側の冷媒圧力とのバランスで圧力制御弁１３の弁開度を調整するようになっている。
【００４６】
これにより、高圧側冷媒圧力を放熱器１２の出口側の高圧側冷媒温度により決まる目標高圧に調整できる。このような高圧制御機能を持つ圧力制御弁１３は特開２０００−８１１５７号公報等にて公知である。
【００４７】
圧力制御弁１３の出口側には、蒸発器１４が接続されている。蒸発器１４は、圧力制御弁１３にて減圧された低圧冷媒と送風ファン１４ａから送風された送風空気とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。また、送風ファン１４ａは、空調制御装置２０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。
【００４８】
なお、本実施形態では、蒸発器１４として、周知のフィンアンドチューブ構造の熱交換器を採用している。さらに、この蒸発器１４は、車両用空調装置の室内空調ユニットにおいて車室内送風空気の空気通路を形成するケース１５内に配置されている。
【００４９】
ケース１５の空気流れ最上流部には、内気（車室内空気）と外気（車室外空気）とを切替導入する内外気切替箱１６が設けられている。この内外気切替箱１６には、ケース１５内に内気を導入させる内気導入口１６ａおよび外気を導入させる外気導入口１６ｂが形成されている。
【００５０】
さらに、内外気切替箱１６の内部には、内気導入口１６ａおよび外気導入口１６ｂを開閉する内外気切替ドア１６ｃが回転自在に配置されている。この内外気切替ドアは、内気導入口１６ａおよび外気導入口１６ｂの開口面積を連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を変化させる風量割合変更手段を構成するもので、サーボモータ１６ｄによって駆動される。
【００５１】
また、ケース１５の内部であって蒸発器１４の空気流れ下流側には、蒸発器１４にて冷却された冷風を再加熱するヒータコア１７およびヒータコア１７を通過させる冷風の風量割合を調整するエアミックスドア１８が配置されている。ヒータコア１７は、車両走行用エンジンの冷却水を熱源として冷風を再加熱する加熱手段である。
【００５２】
エアミックスドア１８は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成するもので、サーボモータ１８ａによって駆動される。なお、内外気切替ドア１６ｃのサーボモータ１６ｄおよびエアミックスドア１８のサーボモータ１８ａは、空調制御装置２０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００５３】
さらに、ケース１５の空気流れ最下流部には、冷却対象空間である車室内へ温度調整された送風空気を吹き出す吹出口（図示せず）が配置されている。この吹出口としては、具体的に、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス吹出口、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口、および、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口が設けられている。
【００５４】
蒸発器１４の出口側にはアキュムレータ１９が接続されている。アキュムレータ１９は、蒸発器１４から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒に分離するとともに、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。また、アキュムレータ１９には、気相冷媒を流出させる気相冷媒出口が設けられており、気相冷媒出口は、圧縮機１１の冷媒吸入側に接続されている。
【００５５】
次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。空調制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。そして、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、上述の各種電気式アクチュエータ１１ａ、１２ａ、１４ａ、１６ｄ、１８ａ等の作動を制御する。
【００５６】
なお、空調制御装置２０は、各種電気式アクチュエータを制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、特に、空調制御装置２０のうち電磁式容量制御弁１１ａの作動を制御するハードウェアおよびソフトウエアの構成を吐出能力制御手段２０ａとする。
【００５７】
空調制御装置２０の入力側には、空調用センサ群２１〜２６および車室内に配置された操作パネル３０が接続されており、空調用センサ群２１〜２６の検出信号および操作パネル３０に設けられた各種操作スイッチ３１〜３３の操作信号等が入力される。
【００５８】
空調用センサ群としては、具体的に、外気温Ｔａｍを検出する外気温センサ２１、内気温Ｔｒを検出する内気温センサ２２、車室内に入射する日射量Ｔｓを検出する日射センサ２３、蒸発器１４の熱交換フィン温度Ｔｅｆを検出する蒸発器温度センサ２４、圧縮機１１から吐出される吐出冷媒圧力Ｐｄを検出する高圧圧力センサ２５、圧縮機１１から吐出される冷媒流量Ｇｒを検出する流量検出手段である流量センサ２６等が設けられる。
【００５９】
なお、本実施形態の蒸発器温度センサ２４は、蒸発器１４から吹き出される送風空気の温度を検出するためのものである。従って、蒸発器温度センサ２４の代わりに、蒸発器１４から吹き出した空気の温度を直接検出する吹出空気温度検出手段である吹出空気温度センサを用いてもよい。
【００６０】
また、流量センサ２６は、サイクル内を循環する冷媒流量を検出するもの、すなわち圧縮機１１の吐出流量Ｇｒを検出するものである。流量センサ２６は、圧縮機１１の冷媒吐出側通路を形成するハウジング内に設けられている。つまり、流量センサ２６は、圧縮機１１と一体に構成されて、圧縮機１１および流量センサ２６の小型化を図っている。
【００６１】
さらに、この流量センサ２６は、サイクル内を循環する冷媒を通過させる絞り部を有し、この絞り部における圧力損失（差圧）を検出する差圧検出部と、絞り部の下流側冷媒の温度および圧力を検出する温度・圧力検出部とを有し、差圧検出部の検出値（差圧）と温度・圧力検出部の検出値から推定される冷媒密度によって、冷媒流量を検出する差圧式流量センサによって構成されている。
【００６２】
操作パネル３０の操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置の作動指令信号を出力するエアコンスイッチ３１、空調状態の自動制御を要求する自動制御要求信号を出力するオートスイッチ３２、冷却対象空間である車室内の目標温度Ｔｓｅｔを設定する目標温度設定手段をなす温度設定スイッチ３３等が設けられる。
【００６３】
また、空調制御装置２０の出力側には、圧縮機１１の電磁式容量制御弁１１ａ、冷却ファン１２ａおよび送風ファン１４ａの電動モータ、内外気切替ドア１６ｃを駆動するサーボモータ１６ｄ、エアミックスドア１８を駆動するサーボモータ１８ａおよび各吹出口を開閉する開閉ドアを駆動するサーボモータ等の電気式アクチュエータが接続され、これらの機器の作動が空調制御装置２０の出力信号により制御される。
【００６４】
次に、上記構成の本実施形態の作動を図３、４に基づいて説明する。図３、４は、空調制御装置２０が実行する制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、図示しない車両の始動スイッチ（イグニッションスイッチ）の投入状態において、オートスイッチ３２が投入（ＯＮ）されるとスタートする。
【００６５】
まず、図３に示すように、ステップＳ１ではフラグ、タイマ等の初期化がなされ、次のステップＳ２にて、センサ群２１〜２６により検出された検出信号、および、操作パネル３０の操作信号を読込む。
【００６６】
次に、ステップＳ３にて、車室内吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。この目標吹出温度ＴＡＯは空調熱負荷変動および温度設定スイッチ３３により設定した設定温度Ｔｓｅｔに基づいて、下記数式Ｆ１により算出される。
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ…（Ｆ１）
なお、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインおよびＣは補正用の定数である。
【００６７】
次に、ステップＳ４にて、圧縮機１１を除く、各種空調制御機器の制御状態を決定する。すなわち、空調制御装置２０の出力側に接続された各種電気式アクチュエータのうち、電磁式容量制御弁１１ａを除く、送風ファン１４ａの電動モータ、内外気切替ドア１６ｃのサーボモータ１６ｄ、エアミックスドア１８のサーボモータ１８ａ、各吹出口を開閉する開閉ドアのサーボモータへ出力される制御信号等が決定される。
【００６８】
送風ファン１４ａの電動モータへ出力される制御信号（制御電圧ＢＬＶ）については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された制御マップを参照して、ＴＡＯに応じて適切な送風量となるように決定する。
【００６９】
具体的には、ＴＡＯの極低温域（最大冷房域）および極高温域（最大暖房域）で制御電圧ＢＬＶを最大値として、送風量を最大風量とする。ＴＡＯが極低温域から中間温度域に向かって上昇、あるいは、ＴＡＯが極高温域から中間温度域に向かって低下するに伴って、制御電圧ＢＬＶを減少させて送風量を減少させる。また、ＴＡＯが所定の中間温度域内に入ると、制御電圧ＢＬＶを最小値として、送風量を最小風量とする。
【００７０】
内外気切替ドア１６ｃのサーボモータへ出力される制御信号については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された制御マップを参照して、ＴＡＯに応じて適切な空気通路となるように決定する。
【００７１】
具体的には、設定温度Ｔｓｅｔに対して内気温Ｔｒが所定温度以上に高いとき（冷房高負荷時）に内気モードとし、ＴＡＯが低温側から高温側へ上昇するにつれて、全内気モード→内外気混入モード→全外気モードと切り替える。
【００７２】
エアミックスドア１８のサーボモータへ出力される制御信号については、蒸発器温度センサ２４の検出信号、車両走行用エンジンの冷却水の温度に基づいて、エアミックスドア１８の目標開度ＳＷを算出して、エアミックスドア１８の開度が目標開度ＳＷとなるように制御信号を決定する。
【００７３】
各吹出口を開閉する開閉ドアのサーボモータへ出力される制御信号については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された制御マップを参照して、ＴＡＯに応じて適切な吹出口を開閉するように決定する。
【００７４】
次に、ステップＳ５にて、蒸発器１４における目標冷媒蒸発温度ＴＥＯを決定する。具体的には、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された図５に示すような制御マップを参照して目標冷媒蒸発温度ＴＥＯを決定する。本実施形態では、ＴＡＯの増加に伴って、ＴＥＯも増加するように決定する。従って、制御ステップＳ５は、目標蒸発温度決定手段を構成している。
【００７５】
なお、図５に示すＴＥＯｍｎは、蒸発器１４への着霜を防止するために設定された目標冷媒蒸発温度ＴＥＯの下限値（余裕度）であり、本実施形態では、３℃としている。本発明者の検討によれば、冷媒として二酸化炭素を採用し、超臨界冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル装置では、０．５℃≦ＴＥＯｍｎ≦５℃とすることが望ましい。より好ましくは、１℃≦ＴＥＯｍｎ≦３℃とすればよいことが判っている。
【００７６】
次に、ステップＳ６にて、冷媒側冷房能力Ｑｅｒが算出される。具体的には、この冷媒側冷房能力Ｑｅｒは、外気温センサ２１により検出された外気温Ｔａｍ、および、流量センサ２６により検出された冷媒流量Ｇｒに基づいて、下記数式Ｆ２により算出される。
Ｑｅｒ＝Ｇｒ×Ｉｅ…（Ｆ２）
なお、Ｉｅは蒸発器１４出口側冷媒の出口側エンタルピＩｅｏと蒸発器１４入口側冷媒の入口側エンタルピＩｅｉとのエンタルピ差である。このＩｅの詳細については、図６より説明する。なお、図６、本実施形態の冷凍サイクル装置１０の通常運転時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【００７７】
図６の点Ｒｏは、放熱器１２出口側の冷媒の状態を示している。この点Ｒｏにおける冷媒温度は、一般的に、外気温Ｔａｍと略同等となる。従って、本実施形態の圧力制御弁１３のように、高圧側冷媒圧力を放熱器１２出口側の高圧側冷媒温度により決まる目標高圧に調整することは、高圧側冷媒圧力を外気温Ｔａｍにより決まる目標高圧に調整することを意味する。
【００７８】
このため、外気温Ｔａｍから放熱器出口側の冷媒状態を推定することができ、蒸発器入口側比エンタルピＩｅｉを推定することができる。
【００７９】
また、蒸発器１４の出口にはアキュムレータ１９が接続されており、蒸発器出口の状態が飽和ガス状態となるようにサイクル中の循環冷媒量を調整している。このため、蒸発器温度に相関のある物理量Ｔｅｆから蒸発器１４出口の冷媒状態を推定することができ、同時に蒸発器１４出口の比エンタルピを推定することができる。
【００８０】
従って、蒸発器１４入口の比エンタルピに相関のある物理量（Ｔａｍ）と蒸発器１４出口の比エンタルピに相関のある物理量（Ｔｅｆ）から蒸発器１４出口冷媒の出口側比エンタルピＩｅｏと蒸発器１４入口側冷媒の入口側比エンタルピＩｅｉを推定できる。
【００８１】
そこで、ステップＳ６では、外気温Ｔａｍに基づいて、予め記憶された制御マップを参照して、エンタルピ差Ｉｅを推定し、さらに、このエンタルピ差Ｉｅを上記数式Ｆ２へ代入して冷媒側冷房能力Ｑｅｒを算出している。従って、本実施形態における制御ステップＳ６は、冷媒側能力算出手段を構成しており、外気温Ｔａｍが、エンタルピ差Ｉｅに相関のある物理量となる。
【００８２】
次に、ステップＳ７にて、空気側冷房能力Ｑｅａが算出される。具体的には、この空気側冷房能力Ｑｅａは、内気温センサ２２により検出された内気温Ｔｒ、外気温センサ２１により検出された外気温Ｔａｍ、蒸発器１４における推定冷媒蒸発温度ＴＬ、および、送風ファン１４ａに出力される制御電圧ＢＬＶに基づいて、下記数式Ｆ３により算出される。
Ｑｅａ＝ｆ（Ｔａ、ＴＬ、ＢＬＶ）…（Ｆ３）
なお、Ｔａは、蒸発器１４へ送風されて蒸発器１４に吸い込まれる吸込空気温度Ｔａである。
【００８３】
この吸込空気温度Ｔａは、前述の内外気切替箱１６から内気を導入させる場合は、内気温センサ２２により検出された内気温Ｔｒとなり、外気を導入させる場合は、外気温センサ２１により検出された外気温Ｔａｍとなる。内気と外気を同時に導入させる場合は、その風量割合によってＴｒおよびＴａｍから決定される。従って、内気温Ｔｒおよび外気温Ｔａｍは、蒸発器１４吸込側の吸込空気温度Ｔａに相関のある物理量である。
【００８４】
また、制御電圧ＢＬＶは、送風ファン１４ａの回転数（送風空気量）の制御に用いられる値であるから、蒸発器１４へ送風される送風空気、すなわち、冷却対象空間へ送風される送風空気の送風空気量に相関のある物理量である。
【００８５】
そして、ステップＳ７では、具体的に、制御電圧ＢＬＶに基づいて、予め記憶された制御マップを参照して送風空気量を決定し、この送風空気量に、吸込空気温度Ｔａから推定冷媒蒸発温度ＴＬを減算した値Ｔａ−ＴＬと空気比熱および蒸発器１４熱交換効率から決定される制御定数とを積算することによって、空気側冷房能力Ｑｅａに算出する。
【００８６】
従って、本実施形態における制御ステップＳ７は、空気側能力算出手段を構成している。なお、ステップＳ７では、推定蒸発冷媒温度ＴＬを変数としたまま、空気側冷房能力Ｑｅａを算出する。
【００８７】
次に、ステップＳ８では、空気側冷房負荷に変動が生じたか否かが判定される。具体的には、このステップＳ８では、ステップＳ４にて決定された制御信号と現在出力されている制御信号との値を比較して、制御電圧ＢＬＶ（送風ファン１４ａの送風空気量）が変化したこと、内外気切替ドア１６ｃが風量割合を変更したこと、あるいは、温度設定スイッチ３３により設定温度Ｔｓｅｔが変更されたことの少なくとも１つを検出したときに、空気側冷房負荷に変動が生じたものと判定する。
【００８８】
従って、本実施形態における制御ステップＳ８は、負荷変動検出手段を構成している。そして、ステップＳ８にて空気側冷房負荷に変動が検出された場合は、ステップＳ９へ進み、圧縮機１１の電磁式容量制御弁１１ａへ出力する制御電流Ｉｃをフィードフォワード制御により決定する。
【００８９】
一方、ステップＳ８にて空気側冷房負荷に変動が検出されていない場合は、ステップＳ１０へ進み、フィードフォワード制御を実行することなく、圧縮機１１の電磁式容量制御弁１１ａへ出力する制御電流Ｉｃをフィードバック制御により決定する。
【００９０】
ステップＳ９のフィードフォワード制御の内容については、図４のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ９１では、ステップＳ６およびＳ７にて算出された冷媒側冷房能力Ｑｅｒおよび空気側冷房能力Ｑｅａに基づいて、推定蒸発冷媒温度ＴＬを推定する。
【００９１】
この推定蒸発冷媒温度ＴＬの推定の詳細については、図７により説明する。図７の横軸は蒸発器１４における冷媒蒸発温度（冷媒蒸発圧力）を示し、縦軸は冷房能力を示している。さらに、実線は冷媒蒸発温度による冷媒側冷房能力Ｑｅｒの変化、破線は冷媒蒸発温度による空気側冷房能力Ｑｅａの変化を示している。
【００９２】
前述の如く、冷媒側冷房能力Ｑｅｒは、蒸発器１４において冷媒が空気から吸熱する総熱量であり、空気側冷房能力Ｑｅａは、蒸発器１４において空気が冷媒に放熱する総熱量である。従って、蒸発器１４においては、冷媒側冷房能力Ｑｅｒ＝空気側冷房能力Ｑｅａとなるバランス点（等しくなる点）で熱交換が行われることになる。
【００９３】
そこで、ステップＳ９１では、以下数式Ｆ４を満足する冷媒蒸発温度を推定冷媒蒸発温度ＴＬとして推定する。
Ｑｅｒ＝Ｑｅａ…（Ｆ４）
従って、本実施形態における制御ステップＳ９１は、蒸発温度推定手段を構成している。
【００９４】
次に、ステップＳ９２では、推定冷媒蒸発温度ＴＬが、ステップＳ５で決定された目標冷媒蒸発温度ＴＥＯとなるために必要な必要冷媒流量Ｇｒｎを以下数式Ｆ５により算出する。
Ｇｒｎ×Ｉｅ＝ｆ（Ｔａ、ＴＥＯ、ＢＬＶ）…（Ｆ５）
この数式Ｆ５は、数式Ｆ４に対して、数式Ｆ２のＧｒをＧｒｎとし、数式Ｆ３のＴＬをＴＥＯとしたものである。
【００９５】
次に、ステップＳ９３において、ステップＳ９２で算出された必要冷媒流量Ｇｒｎとなる制御電流Ｉｃを仮決定する。具体的には、ステップＳ９３では、必要冷媒流量Ｇｒｎに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された、図２の特性図から決定される制御マップを参照して制御電流Ｉｃを仮決定する。
【００９６】
すなわち、ステップＳ９３では、次回ステップＳ６で推定される推定冷媒蒸発温度ＴＬが目標蒸発温度ＴＥＯに近づくように、制御電流Ｉｃの値をフィードフォワード制御によって決定している。なお、本実施形態では、このステップＳ９の次に、ステップＳ１０にて、制御電流Ｉｃをフィードバック制御により再度決定（変更）するので、ステップＳ９３では、制御電流Ｉｃを仮決定していると表現している。
【００９７】
次に、ステップＳ１０では、蒸発器温度センサ２４にて検出された熱交換フィンの温度Ｔｅと目標冷媒蒸発温度ＴＥＯとの偏差Ｅｎ（Ｔｅ−ＴＥＯ）を算出し、この偏差Ｅｎに基づいて、ＴｅをＴＥＯに近づけるように比例積分制御（ＰＩ制御）によるフィードバック制御手法によって、制御電流Ｉｃを変更する。
【００９８】
つまり、ステップＳ１０では、ステップＳ８にて空気側冷房負荷に変動が検出された場合は、ステップＳ９のフィードフォワード制御によって仮決定された制御電流Ｉｃを、さらにフィードバック制御により変更し、ステップＳ８にて空気側冷房負荷に変動が検出されていない場合は、前回出力された制御電流Ｉｃをフィードバック制御により変更する。
【００９９】
次に、ステップＳ１１では、上記ステップＳ４、Ｓ１０にて決定された制御状態が得られるように、空調制御装置２０より電気式アクチュエータに対して制御信号が出力される。次のステップＳ１２で制御周期τの間待機し、制御周期τの経過を判定するとステップＳ２に戻るようになっている。
【０１００】
本実施形態では、上記の如く、冷媒側能力算出手段を構成するステップＳ６において、流量センサ２６により検出された冷媒流量Ｇｒおよび外気温Ｔａｍから推定されるエンタルピ差Ｉｅを用いて、冷媒側冷房能力Ｑｅｒを算出しているので、冷媒側冷房能力Ｑｅｒを、より正確に、精度よく算出することができる。
【０１０１】
また、空気側能力算出手段を構成するステップＳ７において、外気温Ｔａｍ、内気温Ｔｒから決定される吸込空気温度Ｔａおよび送風ファン１４ａへ出力される制御電圧ＢＬＶから決定される送風空気量を用いて、空気側冷房能力Ｑｅａを算出しているので、空気側冷房能力Ｑｅａについても精度よく算出することができる。
【０１０２】
これにより、空気側冷房負荷が変動した場合に、図７に示す空気側冷房能力Ｑｅａおよび冷媒側冷房能力Ｑｅｒのバランス点における推定冷媒蒸発温度ＴＬの推定精度を向上させることができる。
【０１０３】
さらに、ステップＳ９２にて、この精度よく推定された推定冷媒蒸発温度ＴＬを、目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づけるために必要な必要冷媒流量Ｇｒｎを算出し、ステップＳ９３にて、次回のステップＳ６で推定される推定冷媒蒸発温度ＴＬが、目標蒸発温度ＴＥＯに近づくように、制御電流Ｉｃの値をフィードフォワード制御によって決定している。
【０１０４】
従って、制御電流Ｉｃを速やかに、かつ、適切な量だけ変化させて、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づける際の応答性を十分に向上させることができる。しかも、蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを必要以上に低下させることを回避して、蒸発器１４の着霜を防止することもできる。
【０１０５】
さらに、制御ステップＳ８では、空気側冷房負荷に変動が生じたか否かを、具体的に、制御電圧ＢＬＶが変化したこと、内外気切替ドア１６ｃが風量割合を変更したこと、あるいは、温度設定スイッチ３３により設定温度Ｔｓｅｔが変更されたことの少なくとも１つを検出したときに、空気側冷房負荷に変動が生じたものと判定しているので、確実に空気側冷房負荷の変動を検出できる。
【０１０６】
（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、実際の蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを目標冷媒蒸発温度ＴＥＯに近づける際の応答性を十分に向上させること、および、蒸発器１４の着霜を防止することを同時に行うことができる制御処理について説明しているが、本実施形態では、特に蒸発器１４の着霜を防止するための制御処理について説明する。
【０１０７】
具体的には、第１実施形態に対して、ステップＳ９のフィードフォワード制御を、図８に示すようにしたものである。つまり、本実施形態のステップＳ９では、ステップＳ９１にて、推定蒸発冷媒温度ＴＬを推定する。次に、ステップＳ９１’にて推定蒸発冷媒温度ＴＬが目標冷媒蒸発温度ＴＥＯよりも小さい場合には、ステップＳ９２、Ｓ９３へ進み、第１実施形態と同様のフィードフォワード制御を行う。
【０１０８】
一方、ステップＳ９１’にて推定蒸発冷媒温度ＴＬが目標冷媒蒸発温度ＴＥＯよりも小さくなっていない場合は、ステップＳ１０へ進む。その他の制御フローおよび冷凍サイクル装置１０の構成は、第１実施形態と同様である。また、図８以降の図面では、第１実施形態に対して同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。
【０１０９】
前述の如く、目標冷媒蒸発温度ＴＥＯは、蒸発器１４の着霜を防止するためにＴＥＯｍｎ以上の値となる。従って、ＴＥＯ＞ＴＬの場合は、ＴＥＯｍｎ＞ＴＬとなっている可能性があり、蒸発器１４が着霜する恐れがある。
【０１１０】
これに対して、本実施形態では、ＴＥＯ＞ＴＬの場合に第１実施形態と同様のフィードフォワード制御を行っているので、特に、蒸発器の冷媒蒸発温度Ｔｅを必要以上に低下させることを回避して、蒸発器１４の着霜を防止することができる。
【０１１１】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、可変容量型の圧縮機１１の冷媒吐出能力を変更する吐出能力変更手段を電磁式容量制御弁１１ａで構成した例を説明したが、本実施形態では、図９に示すように、圧縮機１１’を固定容量型圧縮機とし、吐出能力変更手段を圧縮機１１’を駆動する電動モータ１１ｂで構成した例を説明する。なお、圧縮機１１’としては、スクロール型圧縮機、ベーン型圧縮機等の各種圧縮機構を採用できる。
【０１１２】
本実施形態の圧縮機１１’と電動モータ１１ｂは同一のハウジング内に収容されて、いわゆる電動圧縮機として一体に構成されている。さらに、本実施形態では、流量センサ２６を廃止して、圧縮機１１’（電動モータ１１ｂ）の回転数Ｎｃを検出する回転数センサ２７を上記ハウジング内に設けている。
【０１１３】
さらに、本実施形態では、ステップＳ６の冷媒側冷房能力Ｑｅｒの算出時に、冷媒流量Ｇｒとして、下記数式Ｆ６にて算出されるＧｒを用いる。
Ｇｒ＝ηｖ×Ｎｃ×Ｖｃ×ρ…（Ｆ６）
なお、ηｖは圧縮機１１’の体積効率であり、Ｖｃは圧縮機１１の１回転当たりの吐出容量であり、ρは圧縮機１１’に吸入される冷媒密度である。
【０１１４】
ここで、圧縮機１１’に吸入される冷媒密度は、圧縮機１１’吸入冷媒温度および吸入冷媒圧力によって決定される。さらに、吸入冷媒温度は、蒸発器１４の冷媒蒸発温度にほぼ等しい値となるので、冷媒密度ρは、蒸発器１４の推定冷媒蒸発温度ＴＬの関数で表すことができる。
【０１１５】
従って、本実施形態では、回転数センサ２７が、流量検出手段を構成する。なお、本実施形態のステップＳ６では、推定蒸発冷媒温度ＴＬを変数としたまま、冷媒側冷房能力Ｑｅｒを算出している。
【０１１６】
さらに、本実施形態のステップＳ９１では、上記数式Ｆ６から算出されたＱｅｒを用いて、上記数式Ｆ４を満足する冷媒蒸発温度を推定冷媒蒸発温度ＴＬとして推定する。また、ステップＳ９３、Ｓ１０では、電動モータ１１ｂの回転数制御信号を決定する。その他の構成および制御フローは第１実施形態と同様である。
【０１１７】
上記の如く、回転数Ｎｃを用いて冷媒流量Ｇｒを算出しても、冷媒側冷房能力Ｑｅｒを精度よく算出できるので、第１実施形態と同様に、推定冷媒蒸発温度ＴＬの推定精度を向上させることができる。その結果、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１８】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。
【０１１９】
（１）上述の実施形態では、ステップＳ８にて、制御電圧ＢＬＶ（送風ファン１４ａの送風空気量）が変化したこと、内外気切替ドア１６ｃが風量割合を変更したこと、あるいは、温度設定スイッチ３３により設定温度Ｔｓｅｔが変更されたことの少なくとも１つを検出したときに、空気側冷房負荷に変動が生じたものと判定しているが、もちろん、上記のいずれか１つを検出したときに空気側冷房負荷に変動が生じたものと判定してもよい。
【０１２０】
さらに、上述の実施形態の如く、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、制御電圧ＢＬＶ、内外気切替ドア１６ｃへ出力する制御信号を変更する場合は、このＴＡＯの変化が生じたときに、空気側冷房負荷に変動が生じたものと判定してもよい。
【０１２１】
（２）上述の第２実施形態では、ＴＥＯ＞ＴＬの時にステップＳ９２、Ｓ９３へ進み、フィードフォワード制御を実行しているが、フィードフォワード制御の実行条件はこれに限定されない。例えば、目標冷媒蒸発温度ＴＥＯと推定冷媒蒸発温度ＴＬとの偏差（ＴＥＯ−ＴＬ）の絶対値が予め定めた値以上になったときに、フィードフォワード制御を実行するようにしてもよい。
【０１２２】
（３）上述の実施形態の冷凍サイクル装置１０に対して、放熱器１２出口側冷媒と圧縮機１１吸入側冷媒とを熱交換をさせる内部熱交換器を設けてもよい。これにより、蒸発器１４における入口側冷媒と出口側冷媒とのエンタルピ差（冷凍能力）を増大することができる。
【０１２３】
（４）上述の実施形態では、流量センサ２６として差圧式流量センサを採用した例を説明しているが、流量センサ２６の形式はこれに限定されない。例えば、熱線式流量センサのような、質量流量センサを採用してもよい。
【０１２４】
（５）上述の実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置１０を車両用空調装置に適用した例を説明しているが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、業務用冷蔵冷凍装置、家庭用冷蔵庫等に適用してもよい。また、冷媒も二酸化炭素に限定されることなく、フロン系冷媒、ＨＣ系冷媒を採用してもよい。
【０１２５】
（６）上述の実施形態では、放熱器１２を冷媒と外気とを熱交換させる室外側熱交換器とし、蒸発器１４を室内側熱交換器として車室内の冷却用に適用しているが、蒸発器１４を外気等の熱源から吸熱する室外側熱交換器として構成し、放熱器１２を空気あるいは水等の被加熱流体を加熱する室内側熱交換器として構成するヒートポンプサイクルに本発明を適用してもよい。
【０１２６】
（７）上述の実施形態では、空気側負荷変動が有った場合、ステップＳ９のフィードフォワード制御の後に、ステップＳ１０のフィードバック制御を行うようにしているが、ステップＳ９から直接ステップＳ１１に進み、空調制御装置２０から電気式アクチュエータに対して制御信号を出力するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】第１実施形態の車両用空調装置に適用された冷凍サイクル装置の全体構成図である。
【図２】第１実施形態の制御電流と圧縮機吐出冷媒流量との関係を示す特性図である。
【図３】第１実施形態の車両用空調装置の制御の示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態の車両用空調装置の制御の要部を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態の目標冷媒蒸発温度ＴＥＯを決定するための特性図である。
【図６】第１実施形態の冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図７】第１実施形態の冷媒側冷房能力および空気側冷房能力の変化を示すグラフである。
【図８】第２実施形態の車両用空調装置の制御の要部を示すフローチャートである。
【図９】第３実施形態の車両用空調装置に適用された冷凍サイクル装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１１、１１’…圧縮機、１１ａ…電磁式容量制御弁、１１ｂ…電動モータ、
１２…放熱器、１３…圧力制御弁、１４…蒸発器、内外気切替ドア…１６ｃ、
２０ａ…吐出能力制御手段、２６…流量センサ、３３…温度設定スイッチ、
Ｓ５…目標蒸発温度決定手段、Ｓ６…冷媒側能力算出手段、Ｓ７…空気側能力算出手段、
Ｓ８…負荷変動判定手段、Ｓ９１…蒸発温度推定手段
Ｇｒ…冷媒流量、ＴＥＯ…目標冷媒蒸発温度、Ｑｅｒ…冷媒側冷房能力、
Ｑｅａ…空気側冷房能力、ＴＬ…推定冷媒蒸発温度。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１、１１’）と、
前記圧縮機（１１、１１’）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、
前記放熱器（１２）にて放熱された冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１３）と、
前記減圧手段（１３）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させて、冷却対象空間へ送風される送風空気を冷却する蒸発器（１４）と、
前記圧縮機（１１、１１’）の冷媒吐出能力を変更する吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）と、
前記吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）の作動を制御する吐出能力制御手段（２０ａ）と、
サイクル内を循環する冷媒流量（Ｇｒ）に相関を有する物理量を検出する流量検出手段（２６）と、
前記蒸発器（１４）における目標冷媒蒸発温度（ＴＥＯ）を決定する目標蒸発温度決定手段（Ｓ５）と、
空気側冷房負荷に変動が生じたことを判定する負荷変動判定手段（Ｓ８）と、
冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出する冷媒側能力算出手段（Ｓ６）と、
空気側冷房能力（Ｑｅａ）を算出する空気側能力算出手段（Ｓ７）と、
前記空気側冷房能力（Ｑｅａ）および前記冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）が等しくなる前記蒸発器（１４）の冷媒蒸発温度を推定冷媒蒸発温度（ＴＬ）とする蒸発温度推定手段（Ｓ９１）とを備え、
前記冷媒側能力算出手段（Ｓ６）は、少なくとも前記流量検出手段（２６）の検出値（Ｇｒ）を用いて前記冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出し、
前記吐出能力制御手段（２０ａ）は、前記空気側冷房負荷の変動が検出された際に、前記推定冷媒蒸発温度（ＴＬ）を前記目標冷媒蒸発温度（ＴＥＯ）に近づけるように、前記吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）の作動をフィードフォワード制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記負荷変動判定手段（Ｓ８）は、前記送風空気の送風空気量が変化したときに、前記空気側冷房負荷が変動したと判定することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記送風空気は、前記冷却対象空間内の空気および前記冷却対象空間外の空気のうち、少なくとも一方の空気を含んでおり、
さらに、前記送風空気における前記冷却対象空間内の空気の風量と前記冷却対象空間外の空気の風量との風量割合を変化させる風量割合変更手段（１６ｃ）を備え、
前記負荷変動判定手段（Ｓ８）は、前記風量割合変更手段（１６ｃ）が前記風量割合を変化させたときに、前記空気側冷房負荷が変動したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
さらに、前記冷却対象空間の目標温度（Ｔｓｅｔ）を設定する目標温度設定手段（３３）を備え、
前記負荷変動判定手段（Ｓ８）は、前記目標温度（Ｔｓｅｔ）が変更されたときに、前記空気側冷房負荷の変動を判定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記空気側能力算出手段（Ｓ７）は、前記蒸発器（１４）吸込側における前記送風空気の吸込空気温度（Ｔａ）に相関のある物理量（Ｔａｍ、Ｔｒ）、前記送風空気の送風空気量に相関のある物理量（ＢＬＶ）、および、前記蒸発器（１４）における冷媒蒸発温度に相関のある物理量（Ｔｅｆ）のうち、少なくとも１つを用いて空気側冷房能力（Ｑｅａ）を算出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記冷媒側能力算出手段（Ｓ６）は、さらに、前記蒸発器（１４）出口側冷媒の出口側比エンタルピ（Ｉｅｏ）と前記蒸発器（１４）入口側冷媒の入口側比エンタルピ（Ｉｅｉ）とのエンタルピ差（Ｉｅ）に相関のある物理量（Ｔａｍ、Ｔｅｆ）のうち、少なくとも１つを用いて冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記減圧手段は、高圧側冷媒圧力を前記放熱器（１２）下流側の高圧側冷媒温度に応じて決定される目標高圧に近づけるように、弁開度が調整される圧力制御弁（１３）であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記圧縮機は、吐出容量を変更可能に構成された可変容量型圧縮機（１１）であり、
前記吐出能力変更手段は、前記吐出容量を変更する容量制御弁（１１ａ）であり、
前記流量検出手段は、サイクル内を循環する冷媒流量（Ｇｒ）を検出する流量センサ（２６）で構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記圧縮機は、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機（１１’）であり、
前記吐出能力変更手段は、前記固定容量型圧縮機（１１’）を回転駆動する電動モータ（１１ｂ）であり、
前記流量検出手段は、前記固定容量型圧縮機（１１’）の回転数を検出する回転数検出手段（２７）を含んで構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記流量検出手段（２６、２７）の少なくとも一部は、前記圧縮機（１１、１１’）と一体に構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記圧縮機（１１、１１’）は、前記冷媒を臨界圧力以上となるまで昇圧することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１、１１’）と、
前記圧縮機（１１、１１’）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、
前記放熱器（１２）にて放熱された冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１３）と、
前記減圧手段（１３）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させて、冷却対象空間へ送風される送風空気を冷却する蒸発器（１４）と、
前記圧縮機（１１、１１’）の冷媒吐出能力を変更する吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）と、
前記吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）の作動を制御する吐出能力制御手段（２０ａ）と、
サイクル内を循環する冷媒流量（Ｇｒ）に相関を有する物理量を検出する流量検出手段（２６）と、
前記蒸発器（１４）における目標冷媒蒸発温度（ＴＥＯ）を決定する目標蒸発温度決定手段（Ｓ５）と、
空気側冷房負荷に変動が生じたことを判定する負荷変動判定手段（Ｓ８）と、
冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出する冷媒側能力算出手段（Ｓ６）と、
空気側冷房能力（Ｑｅａ）を算出する空気側能力算出手段（Ｓ７）と、
前記空気側冷房能力（Ｑｅａ）および前記冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）が等しくなる前記蒸発器（１４）の冷媒蒸発温度を推定冷媒蒸発温度（ＴＬ）とする蒸発温度推定手段（Ｓ９１）とを備え、
前記冷媒側能力算出手段（Ｓ６）は、少なくとも前記流量検出手段（２６）の検出値（Ｇｒ）を用いて前記冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出し、
前記吐出能力制御手段（２０ａ）は、前記空気側冷房負荷の変動が検出された際に、前記推定冷媒蒸発温度（ＴＬ）を前記目標冷媒蒸発温度（ＴＥＯ）に近づけるように、前記吐出能力変更手段（１１ａ、１１ｂ）の作動をフィードフォワード制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記負荷変動判定手段（Ｓ８）は、前記送風空気の送風空気量が変化したときに、前記空気側冷房負荷が変動したと判定することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記送風空気は、前記冷却対象空間内の空気および前記冷却対象空間外の空気のうち、少なくとも一方の空気を含んでおり、
さらに、前記送風空気における前記冷却対象空間内の空気の風量と前記冷却対象空間外の空気の風量との風量割合を変化させる風量割合変更手段（１６ｃ）を備え、
前記負荷変動判定手段（Ｓ８）は、前記風量割合変更手段（１６ｃ）が前記風量割合を変化させたときに、前記空気側冷房負荷が変動したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
さらに、前記冷却対象空間の目標温度（Ｔｓｅｔ）を設定する目標温度設定手段（３３）を備え、
前記負荷変動判定手段（Ｓ８）は、前記目標温度（Ｔｓｅｔ）が変更されたときに、前記空気側冷房負荷の変動を判定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記空気側能力算出手段（Ｓ７）は、前記蒸発器（１４）吸込側における前記送風空気の吸込空気温度（Ｔａ）に相関のある物理量（Ｔａｍ、Ｔｒ）、前記送風空気の送風空気量に相関のある物理量（ＢＬＶ）、および、前記蒸発器（１４）における冷媒蒸発温度に相関のある物理量（Ｔｅｆ）のうち、少なくとも１つを用いて空気側冷房能力（Ｑｅａ）を算出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記冷媒側能力算出手段（Ｓ６）は、さらに、前記蒸発器（１４）出口側冷媒の出口側比エンタルピ（Ｉｅｏ）と前記蒸発器（１４）入口側冷媒の入口側比エンタルピ（Ｉｅｉ）とのエンタルピ差（Ｉｅ）に相関のある物理量（Ｔａｍ、Ｔｅｆ）のうち、少なくとも１つを用いて冷媒側冷房能力（Ｑｅｒ）を算出することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記減圧手段は、高圧側冷媒圧力を前記放熱器（１２）下流側の高圧側冷媒温度に応じて決定される目標高圧に近づけるように、弁開度が調整される圧力制御弁（１３）であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記圧縮機は、吐出容量を変更可能に構成された可変容量型圧縮機（１１）であり、
前記吐出能力変更手段は、前記吐出容量を変更する容量制御弁（１１ａ）であり、
前記流量検出手段は、サイクル内を循環する冷媒流量（Ｇｒ）を検出する流量センサ（２６）で構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記圧縮機は、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機（１１’）であり、
前記吐出能力変更手段は、前記固定容量型圧縮機（１１’）を回転駆動する電動モータ（１１ｂ）であり、
前記流量検出手段は、前記固定容量型圧縮機（１１’）の回転数を検出する回転数検出手段（２７）を含んで構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記流量検出手段（２６、２７）の少なくとも一部は、前記圧縮機（１１、１１’）と一体に構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記圧縮機（１１、１１’）は、前記冷媒を臨界圧力以上となるまで昇圧することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−９７７７２（Ｐ２００９−９７７７２Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６８７６５（Ｐ２００７−２６８７６５）
【出願日】平成１９年１０月１６日（２００７．１０．１６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１６日（２００７．１０．１６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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