JP3603466B2

JP3603466B2 - 空調装置の異常検出装置

Info

Publication number: JP3603466B2
Application number: JP08855996A
Authority: JP
Inventors: 桂太本多; 晃伊佐治
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2016-04-10
Also published as: JPH09280700A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転方向が定まっており、電動モータにて駆動され、空調負荷に応じて圧縮機の回転数が変化する空調装置であって、圧縮機の回転方向の異常を判定するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動モータにて駆動される圧縮機の回転方向の異常を判定するものとして、例えば特開平７−２１８０５９号公報に記載されているものがある。
この公報には、圧縮機と電源との間に逆相リレーを設置することなく、圧縮機の回転方向の異常を判定するために、圧縮機起動後の所定時間（５秒間）において、圧縮機の吐出圧力の変化率が正であれば、正常回転、変化率が負であれば逆回転と判定するものが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そして、上述した公報の圧縮機は、この圧縮機の回転数については何も述べられていないが、本発明者らが検討した結果、例えば空調負荷に応じて圧縮機の回転数が可変する可変タイプの空調装置に、上記公報のものを適用した場合、圧縮機の異常判定を行うことが難しいということが分かった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
以下にこの理由を図５および図６に基づいて説明すると、このような可変タイプの空調装置を、空調負荷に応じて圧縮機の回転数を制御するように起動させると、図５のような回転数変化、および吐出圧力変化となる場合がある。
つまり、圧縮機の回転方向が正常である場合、空調負荷に応じて圧縮機を起動すると、停止状態（回転数０）からある目標回転数となるように圧縮機が制御され、図５中実線で示すように回転数Ｎは上昇する。そして、この後、例えば、圧縮機の目標回転数が大きく低すると、（空調負荷がかなり小さくなると）図５に示すように回転数はかなり低い値となる。
【０００５】
そして、圧縮機の回転方向が正常である場合、圧縮機の吐出圧力Ｐの変化は図５中一点鎖線で示すように上記回転数Ｎの変化と同様な挙動を示す。つまり、回転数Ｎが増加すると吐出圧力Ｐも増加し、回転数Ｎが低下すると吐出圧力Ｐも低下し、圧縮機起動時と所定時間後の回転数差が小さいと、吐出圧力Ｐの差もほとんど無くなることがある。
【０００６】
一方、圧縮機の回転方向が逆転方向で、上述した正常回転と同じように回転数が変化したときの、吐出圧力Ｐ（圧縮機の吐出口が吸入口になるので吸入圧力といえる）は、図５中点線で示すように、殆ど一定もしくは若干ながら低下したのち上昇するといった挙動を示す。
つまり、図５に示すように所定時間内に圧縮機の回転数が低下し、特に圧縮機起動時の回転数（０）と、所定時間後の圧縮機の回転数とが、差が小さい場合、吐出圧力の変化率がほとんど０になる場合があることが分かり、例えば回転方向が、正常である場合でも、実際には、正となるはずだが、検出誤差によって正とならないこともある。また、回転方向が逆回転の場合でも、実際には変化率は負となるはずであるが、検出誤差により負とならないことが分かった。
【０００７】
従って、上記公報のものでは、回転数が可変する圧縮機では、異常判定を行うことが難しいという問題がある。
また、さらに従来のものでは、圧縮機が正常回転の吐出圧力Ｐと、逆回転の吐出圧力Ｐ（吸入圧力といえる）との変化率は、正負は異なるが一定値を示すように記載されているが、本発明者が検討した結果、上記変化率は一定値とはならないことが分かった。つまり、本発明者らが検討した結果、図６に示すように逆回転の場合、吐出圧力（吸入圧力となる）は、若干ながら低下傾向にあるものの、その変化率は、圧縮機が正常回転時に比べ、著しく小さくなることが分かった。
【０００８】
なお、図６に示すデータは、スクロール型圧縮機で、時間Ｔ１時の圧縮機の回転数１０００ｒｐｍで、時間Ｔ２時の圧縮機の回転数４０００ｒｐｍである。また、時間Ｔ１から時間２の間は、１８０秒である。
そこで、本発明では、上記の問題に鑑みて、請求項１ないし請求項４記載の発明では、
電動モータによって駆動され、空調負荷に応じて回転数が可変する圧縮機と、圧縮機の吐出圧力を検出する圧力検出手段とを有する空調装置の異常検出装置であって、圧縮機を所定時間作動させ、所定時間内に、圧縮機の回転数が常時上昇もしくは上昇したのち一定であるときには、この所定時間内の圧力検出手段の変化に基づいて空調装置の異常判定を行い、所定時間内に前記圧縮機の回転数が低下したときには、空調装置の異常判定を禁止することを特徴としている。
【０００９】
これにより、所定時間内に前記圧縮機の回転数が、低下したときには、圧縮機の異常定常の判定を禁止するので、圧縮機が逆回転であるにもかかわらず、正常回転と判定する、または圧縮機が正常回転であるにもかかわらず逆回転と誤判定することを防止することができる。
また、請求項３記載の発明では、
電動モータによって駆動され、空調負荷に応じて回転数が可変する圧縮機と、圧縮機の吐出圧力を検出する圧力検出手段とを有する空調装置の異常判定装置であって、
所定時間経過時の、複数の圧縮機の回転数を検出し、この回転数（Ｎ１、Ｎ２）の差が所定回転数より大きいか否かを判定する回転数判定手段と、この回転数判定手段により、回転数の差が所定回転数より大きいと判定されると、各回転数における前記圧力検出手段の検出圧力の差に基づいて圧縮機が正常回転であると判定し、回転数判定手段により、回転数の差が所定回転数より小さいと判定されると圧縮機が異常で、逆回転であると判定することを特徴としている。
【００１０】
つまり、圧縮機が正常回転であれば、各回転数の差が大きいと、検出圧力の差も大きくなる。一方、圧縮機が異常で、逆回転であれば各回転数の差が大きくても、検出圧力の差は小さい。従って、検出圧力の差によって、圧縮機が正常回転か逆回転かを判定できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
図１に本発明を適用した電気自動車用空調装置の概略構成図を示す。
１は車両に搭載されたヒートポンプ式冷凍サイクル装置（以下、冷凍サイクル装置）で、２は車両に搭載され、冷凍サイクル装置１の圧縮機３を駆動する駆動装置である。３は、上記冷凍サイクル装置１および駆動装置２を制御する制御装置である。
【００１２】
冷凍サイクル装置１は、冷媒を高温高圧に圧縮する上記圧縮機３と、室外熱交換器４と、室内熱交換器５と、減圧手段６、冷媒の流れを切り換える四方弁７、アキュムレータ８と、これら各種空調機器を接続する冷媒配管９とを備える周知のものである。
圧縮機３は、車室外に設置され、本実施の形態では周知のスクロール型圧縮機を使用している。
【００１３】
室内熱交換器５は、車室内の空調ユニットケース１１内に設置されている。そして、この空調ユニットケース１１内には、車室内に向かう空気流を発生させる室内送風機１０が設置されており、この室内送風機１０による送風空気は、室内熱交換器５にて熱交換されて車室内に送風される。
また、空調ユニットケース１１の空気上流部には、周知の内外気切換装置（図示しない）が、空調ユニットケース１１の空気下流部には、周知の吹出モード切換装置（図示しない）などの空調機能機器が設けられている。
【００１４】
室外熱交換器４は、車室外に設置されている。そして、この室外熱交換器４には、この室外熱交換器４に向かって空気を送風する室外送風機１２が設置されている。
また、圧縮機１の吐出側の冷媒配管９には、圧縮機１の吐出圧力を検出する圧力センサ１３が設けられている。
【００１５】
駆動装置２は、車両に搭載された電源であるバッテリ１２と、このバッテリ１２からの直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ１３と、このインバータ１３から三相交流電圧にて回転駆動し、上記圧縮機３を回転制御する三相交流モータ（実際にどのようなタイプのモータか教えてください）１４とを有する。
制御装置３は、空調プログラムを記憶したＲＯＭと、空調環境因子（例えば、外気温度、内気温度、日射量等、）を一時的に記憶するＲＡＭと、各種演算処理を行うＣＰＵ等、各種電気回路から構成された周知のものである。
【００１６】
そして、この制御装置３には、上記空調環境因子を検出する外気センサ、内気センサ、日射センサ等のセンサ群１５と、上記圧力センサ１３と、後述する空調操作パネル２０等が入力端子として接続されている。また、この制御装置３の出力端子は、上記インバータ１３に接続されており、上記各種入力端子から読み込まれたデータから、圧縮機３の目標回転数が算出され、インバータ１３により圧縮機１の回転数が目標回転数となるように制御される。
【００１７】
次に、上記空調操作パネル２０について図２に基づき簡単に説明する。
空調操作パネル２０は、車室内のインストルメントパネル部（図示しない）に設置され、図２に示すように、周知の吹出モードの設定を行う吹出モード設定レバー２１、車室内へ吹き出される風量を設定する風量設定レバー２２、内外気モードを設定する内外気切換レバー２３、冷凍サイクルを冷房運転モードにする冷房スイッチ２４と、暖房運転モードに設定する暖房スイッチ２５と、車室内への吹出温度を調整する温度設定レバー２６とを備えている。
【００１８】
また、空調操作パネル２０には、正常表示部２７と、異常表示部２８と、再セット部２９とが設けられており、例えば発光素子等により点灯点滅可能となっている。
次に、この冷房運転モードと暖房運転モードとの冷媒の流れ方について簡単に説明する。
【００１９】
（冷房運転モード）
上記冷房スイッチ２４がオンされていると、上記冷凍サイクル装置での冷媒流れ方は、圧縮機１→四方弁→室外熱交換器４→室内熱交換器５→アキュムレータ８の順に冷媒が流れるようになり、上記室内熱交換器５は、蒸発器の機能を果たし車室内に向かう空気を冷却することになる。
【００２０】
そして、上記冷房スイッチ２４がオンされていると、制御装置３は、上記各種空調環境因子および温度設定レバー２６の位置（設定温度）を読み込み、目標となる吹出温度を算出し、この目標温度となるようにインバータを介して圧縮機１の目標回転数を算出し、圧縮機１の回転数がこの目標回転数となるように制御される。従って、上記各種空調環境因子および温度設定レバー２６の位置に応じて圧縮機１の回転数は変化することになる。
【００２１】
（暖房運転モード）
上記暖房スイッチ２５がオンされていると、上記冷凍サイクル装置での冷媒流れ方は、圧縮機１→四方弁→室内熱交換器５→室外熱交換器４→アキュムレータ８の順に冷媒が流れるようになり、上記室内熱交換器４は、凝縮器の機能を果たし車室内に向かう空気を加熱することになる。
【００２２】
そして、上記暖房スイッチ２５がオンされていると、制御装置は、上記各種空調環境因子および温度設定レバー２６の位置（設定温度）を読み込み、目標となる高圧圧力を算出し、この目標高圧圧力となるような圧縮機１の目標回転数を算出し、インバーター１３を通じて圧縮機１の回転数がこの目標回転数となるように制御される。従って、上記各種空調環境因子および温度設定レバー２６の位置に応じて圧縮機１の回転数は変化することになる。
【００２３】
また、本実施の形態おける電気自動車用空調装置は、上述したように暖房運転モードにおいて、圧縮機３から吐出された冷媒温度を検出するのでなく、この冷媒温度に関連した冷媒圧力によって、圧縮機３の回転数を制御するようになっている。
次に、本発明の第１の実施形態における異常判定について詳しく説明する。
【００２４】
図３に本発明の異常判定装置の機能を表すブロック図を示す。
以下に説明する異常判定は、例えば上記操作パネル２０の冷房スイッチ２４を連続的に三回押すことで、ステップＳ１００に示すチェックモードに切り換わるようにしてある。
そして、チェックモードに切り換わると、空調装置は冷房運転モードで、この時の空調操作パネル２０の各スイッチレバーの設定状態に応じ、圧縮機３の回転数が制御される（ステップＳ２００）。なお、本実施の形態では、冷房運転モードで、温度設定レバー２６が最もクール側（図２参照、図２中最も左側に位置させる）に設定してある。
【００２５】
これにより、制御装置３によって圧縮機３の目標回転数が演算され、この目標回転数となるようにインバータ１３を制御する。この結果、圧縮機３の回転数は、停止状態から目標回転数まで、速やかに上昇する。また、制御装置３は、常時圧縮機３の回転数を記憶している。
そして、ステップＳ３００にて、この起動時から所定時間Ｔ（例えば３０秒）までの間に、各種空調環境因子等により、圧縮機３の目標回転数が小さくなり、実際の回転数も小さくなったかを判定する。
【００２６】
このステップＳ３００の判定結果が、ＹＥＳの場合、つまり、圧縮機３の実際の回転数が低下したならば、異常判定を禁止し、例えば、操作パネル２０の再セット表示部２９を点灯もしくは点滅させる。
ステップＳ３００の判定結果が、ＮＯの場合は所定時間Ｔ内に圧縮機３の回転数が低下していない、つまり、圧縮機３起動後、回転数が上昇し、所定時間Ｔ内にでは、常時上昇している、もしくは上昇したのち一定であったと判定し、この所定時間Ｔの間には、圧縮機３の回転数が低下しておらず、ステップＳ５００に進み、異常判定を行って良いということを意味する。
【００２７】
そして、ステップＳ５００では、圧力センサ１３にて検出された、起動時（起動前でも良い）の圧縮機３の吐出圧力Ｐ１と、起動後所定時間Ｔ後の吐出圧力Ｐ２との差が、所定圧力（例えば、２Ｋｇ／ｃｍ^２）以上であれば、圧縮機３の回転方向が、正常回転方向であると判定し、ステップＳ６００に進み、空調操作パネル２０の正常表示部２７を点灯もしくは点滅させる。
【００２８】
一方、ステップＳ５００にて、起動後所定時間Ｔ後の吐出圧力Ｐ２との差が、所定圧力より小さいと、圧縮機３の回転方向が逆回転である、つまり三相電動モータ１４の配線接続が誤接続であると判定し、ステップＳ７００に進み、空調操作パネル２０上に異常表示部２８を点灯もしくは点滅させると共に、圧縮機３を停止させる。
【００２９】
以上のように、所定時間Ｔ内に、圧縮機３の回転数が低下したときには、異常判定を禁止することで、従来のように異常であるの正常、もしくは正常であるのに異常と判定することを防止できる。
また、以上のように圧縮機３の回転数が低下したときには、ステップＳ４００には異常判定を禁止したが、本実施の形態では温度設定レバー２６を最もクール側に設定したので、吹出温度は最も低くなるように圧縮機３の回転数が制御される。つまり、室内熱交換器５での必要冷却能力が大きくなり、圧縮機３の回転数は、最大回転数にて制御されることが多い。従って、空調環境状態によるが、圧縮機３起動後３０秒間は、一般的に圧縮機３の回転数は下がることはない。
【００３０】
また、ステップＳ４００にて、異常判定を禁止したが、実際には再度異常判定を行う必要がある。そして、上述したように温度設定レバー２６を最もクール側に設定したのに係わらず、圧縮機３の回転数が下がったということは、例えば空調ユニットケース１１内に取り入れられる空気の温度が低い状態（例えば冬季）であったと考えられる。
【００３１】
そこで、一端異常判定を禁止した後、再度異常判定を行う場合は、暖房スイッチ２６をオンして、暖房運転モードとし、さらに温度設定レバー２６を最もホット側（図２参照、図２中最も右側）に設定しておく。
すると、室内熱交換器５は、凝縮器となり、制御装置３は目標高圧圧力は高く設定され、圧縮機３の回転数は、高回転数となる。そして、この場合は圧縮機３の回転数は、高回転数の状態を維持することが多く、所定時間Ｔ内に圧縮機３の回転数が下がりにくくなり、異常判定が行いやすくなる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態について図４に基づき説明する。
第２の実施形態でも、上記第１の実施形態と同様にチェックモードに切り換える。
そして、先ず、スタートにて、上記冷房スイッチ２５をオンとし、温度設定レバー２６が最もクール側（図２参照、図２中最も左側に位置させる）に設定しておき、圧縮機３を起動させると、制御装置３によって圧縮機の目標回転数が演算され、この目標回転数となるようにインバータ１３を制御する。これにより、圧縮機３の回転数は、停止状態から目標回転数まで、速やかに上昇する。なお、この圧縮機３起動時（起動前）の回転数Ｎ１（０である）および圧縮機３起動時の吐出圧力Ｐ１を記憶しておく。
【００３３】
さらに、所定時間Ｔ（３０秒）後、、圧縮機３の回転数を上記空調環境因子に基づいて制御させ、所定時間Ｔ後の圧縮機３の回転数Ｎ２と、圧縮機３の吐出圧力Ｐ２とを記憶しておく。
そして、ステップＳ１１０にて、起動時の回転数Ｎ１と起動後の回転数Ｎ２との差が、所定の回転数Ｘ（例えば、１０００ｒｐｍ）より大きいか否かが判定される。つまり、圧縮機３が正常回転であるならば、所定時間Ｔの間に、圧縮機３の回転数が低下したとしても、起動時の回転数Ｎ１と回転数Ｎ２との差が、１０００回転数以上であれば、吐出圧力にもかなりの差がでる。従って、起動時の回転数Ｎ１と回転数Ｎ２との差が、１０００回転数以上であれば、異常判定行えると判定し、ステップＳ２１０に進む。
【００３４】
一方、圧縮機３が逆回転であるならば、起動時の回転数Ｎ１と回転数Ｎ２との差が、１０００回転数以上であっても、吐出圧力にはほとんど差はない。
これにより、ステップＳ１１０にて、回転数Ｎ１と回転数Ｎ２との差が、１０００回転数より小さければ、圧縮機３の回転が正常回転であろうと逆回転であろうと、異常判定を行うことはできないと判定し、ステップＳ３１０に進み、再セット表示部２９を点灯もしくは点滅させる。なお、この後の異常判定方法は、上記第１の実施形態と同じようにすれば良い。
【００３５】
ステップＳ２１０では、回転数Ｎ１における圧縮機３の吐出圧力Ｐ１と、回転数Ｎ２における圧縮機３の吐出圧力Ｐ２との差が、所定圧力Ｙ（例えば、２Ｋｇ／ｃｍ^２）より大きければ、ステップＳ４１０に進み、圧縮機３は正常回転であるとし、この旨を操作パネル２０の正常表示部２７を点灯もしくは点滅させる。一方、回転数Ｎ１における圧縮機３の吐出圧力Ｐ１と、回転数Ｎ２における圧縮機３の吐出圧力Ｐ２との差が、所定圧力Ｙより小さければ、ステップＳ５００に進み、圧縮機３が逆回転していると判定し、操作パネル２０の異常表示部２８を点灯もしくは点滅させると共に、圧縮機３を停止させる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態を説明したが以下に述べるような変形例としてもよい。
上記実施の形態では、空調操作パネル２０を操作することで、チェックモード切り換えたが、例えば、制御装置２３に外部からチェック装置を接続して、このチェック装置にて、圧縮機３の異常を判定してもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、圧縮機３を起動させ、起動時から所定時間内での圧縮機３の回転数および吐出圧力Ｐに基づいて、圧縮機３の異常を判定したが、例えば、圧縮機３の起動後５分後から１０分後までの間でも良いし、どのような時でも良い。
また、上記実施形態では、吐出圧力Ｐ２─Ｐ１の差が所定圧力より小さいか大きいかで、異常正常の判定を行ったが、Ｐ２とＰ１と変化率でも良い。
【００３８】
また、上記実施の形態では、電気自動車用空調装置に適用したが、圧縮機の回転数が可変するタイプの空調装置であれば、本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における電気自動車用空調装置の概略構成図である。
【図２】上記実施形態おける空調装置の操作パネル２０を表す図である。
【図３】上記第１の実施形態における空調装置の異常判定機能を示すフローチャートである。
【図４】上記第２の実施形態における空調装置の異常判定機能を示すフローチャートである。
【図５】本発明者らが検討した、圧縮機が正常回転状態と、逆回転状態とにおける吐出圧力を示すデータである。
【図６】本発明者らが検討した、圧縮機が正常回転状態と、逆回転状態とにおける吐出圧力変化を示すデータである。
【符号の説明】
２制御装置
３圧縮機
１３圧力センサ
１４三相交流モータ

Claims

電動モータ（１４）によって駆動され、空調負荷に応じて回転数が可変する圧縮機（３）と、
前記圧縮機（３）の吐出圧力を検出する圧力検出手段（１３）とを有する空調装置の異常検出装置であって、
前記圧縮機（３）を所定時間（Ｔ）作動させ、前記所定時間（Ｔ）内に、前記圧縮機（３）の回転数が常時上昇もしくは上昇したのち一定であるときには、この所定時間（Ｔ）内の前記圧力検出手段の検出する圧力変化（Ｐ２─Ｐ１）に基づいて前記空調装置の異常判定を行い（ステップＳ５００）、前記所定時間（Ｔ）内に前記圧縮機（３）の回転数が低下したときには、前記空調装置の異常判定を禁止することを特徴する空調装置の異常検出装置。
前記所定時間（Ｔ）内に前記圧縮機（３）の回転数が低下したときには、前記圧縮機（３）を停止させることを特徴とする請求項１記載の空調装置の異常検出装置。
電動モータ（１４）によって駆動され、空調負荷に応じて回転数が可変する圧縮機（３）と、
前記圧縮機（３）の吐出圧力を検出する圧力検出手段（１３）とを有する空調装置の異常判定装置であって、
前記所定時間（Ｔ）経過時の、複数の前記圧縮機の回転数（Ｎ１、Ｎ２）を検出し、この回転数（Ｎ１、Ｎ２）の差が所定回転数より大きいか否かを判定する回転数判定手段（ステップＳ１１０）と、
この回転数判定手段（ステップＳ１１０）により、前記回転数の差（Ｎ２─Ｎ１）が所定回転数（Ｘ）より大きいと判定されると、各回転数における前記圧力検出手段の検出圧力（Ｐ１、Ｐ２）の差（Ｐ２─Ｐ１）に基づいて前記圧縮機（３）が正常回転であると判定し、
前記回転数判定手段（ステップＳ１１０）により、前記回転数の差が所定回転数より小さいと判定されると前記異常判定を禁止することを特徴とする空調装置の異常検出装置。
前記電動モータは、三相交流モータであり、前記異常とは、前記三相交流モータの配線誤接続を判定することを特徴とする請求項１ないし請求項３記載の空調装置の異常検出装置。