JP3947671B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の原動機（エンジン）と電動モータにより駆動力を得ることのできるハイブリッド式の圧縮機を備えた車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のハイブリッド式圧縮機を備えた車両用空調装置においては（たとえば、特開平１０−２９１４１５号公報）、圧縮機の駆動方法がエンジンの稼働／非稼働により制限されているため、圧縮機の消費動力を考慮した駆動制御が行われていない。そのため、車両用空調装置の消費動力が大となっている状況が考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンにより圧縮機を駆動する場合、圧縮機の回転数はエンジンの回転数に依存することとなり、エンジン回転数が増加すれば、圧縮機の回転数も同様に増加する。圧縮機の回転数が必要以上に大きくなった場合、固定容量式の圧縮機では、クラッチをオン／オフ制御することにより冷房能力を調節するが、このオン／オフ制御の際、圧縮機再起動時に、クラッチが入る際にトルクショックが生じたり、再び吐出側と吸入側の高低圧差をつけるために余分な動力が消費されてしまうという問題がある。
【０００４】
そこで本発明の課題は、ハイブリッド式の圧縮機を備えた車両用空調装置において、上記のような問題を解消し、とくに車両の高速走行時（高エンジン回転数時）における圧縮機消費動力の低減と、クラッチオン／オフ制御によるトルクショックを減少させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、電力供給により駆動する電動機および車両駆動用の原動機を動力源とするハイブリッド式の圧縮機と、前記圧縮機の動力源として前記電動機または前記原動機のどちらかを選択することが可能な圧縮機動力源選択手段と、前記圧縮機の動力に相関をもつ冷凍サイクルへの熱負荷を推定する冷凍サイクル熱負荷推定手段とを備えた車両用空調装置において、車両の車速信号または前記原動機の回転数信号を検知するとともに、前記冷凍サイクルへの熱負荷を推定し、これら検知量および推定値を参照することにより、前記圧縮機の駆動源の選択を行うとともに、該駆動源選択の判断基準として、前記冷凍サイクルへの熱負荷が大きくなるほど前記圧縮機の駆動源を前記原動機から前記電動機へ切り替える切替え点の車速または原動機の回転数が高速となるような所定値からなる、原動機による駆動領域と電動機による駆動領域とを区画すべく連続して延びる判断基準特性線を予め設定しておき、かつ、該判断基準特性線を形成する前記所定値を冷凍サイクルへの熱負荷の推定に使用する物理量の種類に応じて変化させ、前記車速信号または原動機の回転数信号の検知量が前記所定値よりも大きい場合は前記圧縮機の駆動源として前記電動機を選択し、検知量が前記所定値以下で、かつ前記原動機が駆動状態の場合は、前記圧縮機の駆動源として前記原動機を選択することを特徴とするものからなる。
【０００６】
すなわち、本発明に係る車両用空調装置においては、とくに車速が高速あるいは原動機の回転数（エンジン回転数）が高くなったときには、圧縮機を原動機で駆動するよりも電動機で駆動した方が消費動力が低くなることに着目し、このように動力源を切り替えることによって消費動力を低く抑えるとともに、電動機駆動により、クラッチオン／オフ制御によるトルクショックの発生を回避できるようにしたものである。
【０００７】
この車両用空調装置においては、車速信号または原動機の回転数信号を検知し、この検知量が所定値よりも大きい場合は前記圧縮機の駆動源として前記電動機を選択し、検知量が前記所定値以下で、かつ前記原動機が駆動状態の場合は、前記圧縮機の駆動源として前記原動機を選択するが、この所定値は、前記冷凍サイクルへの熱負荷の値に応じて変化させることもできる。
【０００８】
また、この車両用空調装置においては、車室内へ空気を送風する送風機と、外気温度を検知する外気温度検知手段と、車室内空気温度を検知する車室内空気温度検知手段と、蒸発器出口空気温度を検知する蒸発器出口空気温度検知手段と、前記送風機の送風量と相関をもつ物理量を検知する送風量検知手段を有し、前記冷凍サイクル熱負荷推定手段は、車室内を空調するための空気が通過する通風ダクト内へ外気を導入する外気導入時には、外気温度と蒸発器出口空気温度と前記物理量により前記冷凍サイクルへの熱負荷を推定し、前記通風ダクト内へ車室内空気を循環させる内気循環時には、車室内空気温度と蒸発器出口空気温度と前記物理量により前記冷凍サイクルへの熱負荷を推定するようにすることができる。
【０００９】
また、冷凍サイクル熱負荷検知手段として、外気温度を検知する外気温度検知手段と、日射量を検知する日射量検知手段を備え、前記冷凍サイクル熱負荷検知手段は、外気温度と日射量により前記冷凍サイクルへの熱負荷を推定するようにすることもできる。
【００１０】
さらに、車室内を空調するための空気が通過する通風ダクト内へ外気を導入する外気導入時と、前記通風ダクト内へ車室内空気を循環させる内気循環時とで前記所定値が異なる値となるよう設定することができる。
【００１１】
また、本発明に係る車両用空調装置は、電力供給により駆動する電動機および車両駆動用の原動機を動力源とするハイブリッド式の圧縮機と、前記圧縮機の動力源として前記電動機または前記原動機のどちらかを選択することが可能な圧縮機動力源選択手段と、車室内空気温度を検知する車室内空気温度検知手段を備えた車両用空調装置において、前記原動機を前記圧縮機の動力源として選択している状態から、前記圧縮機の動力源として前記電動機のみを選択した際に、前記電動機のみを選択した時点の車室内温度ＴｒＯを検知し、その後、車室内温度が前記ＴｒＯよりも、所定値Ｔｙ以上上昇した場合には、前記圧縮機の動力源として前記原動機を選択するとともに、前記圧縮機の動力源として前記電動機のみを選択した時点より、所定時間以上前記電動機のみを動力源とする状態が継続した場合、前記所定値Ｔｙを、より小さな所定値Ｔｙ’に設定しなおし、車室内温度が前記ＴｒＯよりも前記所定値Ｔｙ’以上上昇した時点で、前記圧縮機の動力源を前記原動機に切り替えることを特徴とするものとすることができる。すなわち、回転数によって、あるいは回転数のみによって判断するのではなく、そのときに使用している動力源の状況から、車室内温度に基づいて最適な動力源を選択するようにした構成である。
【００１２】
そしてこの構成においては、上記原動機を圧縮機の動力源として選択している状態から、前記圧縮機の動力源として電動機のみを選択した時点より、所定時間以上前記電動機のみを動力源とする状態が継続した場合、前記所定値Ｔｙを、より小さな値に設定しなおすことにより、より最適な切替条件に更新することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置のシステム構成図である。冷凍サイクル１には、車両の原動機としてのエンジン２および電力供給により駆動する電動機５（モータ）のいずれかを、あるいは両方を同時に動力源とするハイブリッド式の圧縮機４が設けられており、エンジン２の駆動力は電磁クラッチ３によって伝達される。この二つの駆動源を持つハイブリッド圧縮機４により圧縮された高温高圧の冷媒が、凝縮器６により外気と熱交換して冷却され、凝縮し液化する。受液器７により気液が分離され、液冷媒が膨張弁８によって減圧される。減圧された低圧の冷媒は、蒸発器９に流入して、送風機１２により送風された空気と熱交換する。蒸発器９において蒸発し気化した冷媒は再びハイブリッド圧縮器４に吸入され圧縮される。
【００１４】
車室内空調を行う空気が通過する通風ダクト１３には、送風機１２、蒸発器９、エアミックスダンパ１０、ヒータコア１１が備えられている。通風ダクト１３の下流側には、ＤＥＦ、ＶＥＮＴ、ＦＯＯＴ等の各吹き出し口４１、４２、４３が設けられており、図示を省略した各ダンパにより所定の吹き出し口が選択されるようになっている。
【００１５】
空調制御のための各種センサとして、蒸発器９通過後の空気温度Ｔｅを検知するための蒸発器出口空気温度センサ１４が備えられ、検知された信号は空調制御を行う空調制御装置１５へ入力される。さらに空調制御装置１５には、外気温度Ｔａｍ、室内空気温度Ｔｒ、日射量Ｒｓｕｎ、ヒータ温水温度Ｔｗ、電力供給手段としてのバッテリーの残量Ｂｔ（電力源検知手段によって検知される）、エンジン回転数信号Ｎｅ、車速信号ＳＰ、アクセル開度信号ＡＣＣ等の信号群１６がそれぞれ入力される。また出力信号として、電動機回転数制御信号１７、クラッチ制御信号１８がそれぞれ出力される。
【００１６】
上記空調制御装置１５は、圧縮機動力源選択手段としても機能し、ハイブリッド圧縮機４を電動機５で駆動させる際は、クラッチ制御信号１８により、クラッチ３をオフしたうえで、電動機５の回転数制御信号１７をデューティ信号として与えることにより電動機５の回転数を制御する。逆にエンジン２により圧縮機４を駆動させる場合は、電動機５の回転数制御信号１７の出力を停止し、クラッチ３をオンする。
【００１７】
このような車両用空調装置において、蒸発器９通過後の空気温度Ｔｅの制御を、電動機５による圧縮機駆動時は電動機５の回転数制御により行い、エンジン２による圧縮機駆動時はクラッチのオン／オフ制御、または圧縮機容量制御により行う。
【００１８】
以下に、各種制御の態様を示す。
＜高速走行時の切替え条件＞
エンジンにより圧縮機を駆動する場合、車両の高速走行時（例えば８０ｋｍ／ｈ〜１２０ｋｍ／ｈ）においては、エンジンの回転数の上昇に伴い圧縮機の回転数も上昇する。圧縮機クラッチのオン／オフ制御により蒸発器出口空気温度を制御する固定容積の圧縮機では、回転数の上昇に伴い、クラッチがオン／オフする周期も短くなり、頻繁に圧縮機の停止と再起動が繰りかえされることとなる。圧縮機の再起動時には、クラッチが入る際にトルクショックが生じたり、再び吐出側と吸入側の高低圧差をつけるために余分な動力が消費されてしまうという問題がある。そこで、クラッチのオン／オフ制御の周期が短くなる高速走行時においては、電動機により圧縮機を駆動すれば、クラッチのオン／オフ制御が行われないため、前述したトルクショックや圧縮機消費動力の増加を防ぐことができる。
【００１９】
また、高速走行時のみならず、外気温度が低い時など、冷凍サイクル熱負荷が低い状態においても圧縮機クラッチのオン／オフ制御は頻繁となる。よって、冷凍サイクル熱負荷が低い条件においても圧縮機駆動源に電動機を選択するとよい。ここで冷凍サイクル熱負荷とは、圧縮機動力に相関を持つ値であり、外気温度、車室内空気温度、ブロワ風量、内外気切替えモード、蒸発器出口空気温度、日射量、等から推定される値である。
【００２０】
具体的な制御としては、たとえば図２に示すように、冷凍サイクル熱負荷が大きくなるほど、電動機へ切り替える切替え点の車速が高速となるように設定するとよい。図２において、ある冷凍サイクル熱負荷ｑ１、ｑ２における切替え点の車速をそれぞれｓ１、ｓ２とおけば、ｑ１＞ｑ２のとき、ｓ１≧ｓ２の関係が成り立っており、冷凍サイクル熱負荷が小さいほど、また車速（またはエンジン回転数）が大きくなるほど、電動機により圧縮機を駆動する条件となっている。
【００２１】
ここで、外気温度Ｔａｍ（外気導入時）または車室内空気温度Ｔｒ（内気循環時）と、蒸発器出口空気温度Ｔｅｖａと、ブロワ電圧ＢＬＶの３点を検知することにより、次式から冷凍サイクル熱負荷Ｑを推定すると良い。
（外気導入時） Ｑ＝ｆ（Ｔａｍ，Ｔｅｖａ，ＢＬＶ）
（内気循環時） Ｑ＝ｆ（Ｔｒ，Ｔｅｖａ，ＢＬＶ）
【００２２】
また、冷凍サイクル熱負荷を、外気温度と日射量により推定するようにしてもよい。この場合、図３の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、日射の有無に応じて切替え点を変更し、動力源を決定することもできる。また、外気導入時と内気循環時では冷凍サイクル熱負荷が異なるため、各循環モードによっても切替え点を変更するとよい。ここで図３において、ある外気温度ｔ１、ｔ２における切替え点の車速をそれぞれｓ１、ｓ２とおけば、ｔ１＞ｔ２のとき、ｓ１≧ｓ２の関係が成り立っており、外気温度が低いほど、また車速が高速になるほど、電動機により圧縮機を駆動する条件となっている。
【００２３】
＜車両停止状態における圧縮機動力源切替え制御＞
車両がアイドリング状態の場合、ハイブリッド車両などにおいて、アイドリングストップ機構によりエンジンが自動停止した際は、エンジンの駆動力を使うことができない。よって、エンジン回転数を検知し、エンジン回転数が所定値以下（例えば１０００ｒｐｍ以下）の場合は、電動機により圧縮機を駆動できるようにするとよい。
【００２４】
＜電動機駆動を用いる際の前提条件＞
基本的には前述されたような切替え条件により、圧縮機駆動源を決定するが、電動機を圧縮機駆動源として用いる際には、以下のような条件を満たす必要がある。
【００２５】
＜冷凍サイクル熱負荷による切替え条件＞
夏季において、空調装置起動時の車室内温度は６０℃〜７０℃の高温となっている場合が多い。空調装置起動後も、シートやダッシュボード等が熱を持っているため、圧縮機の能力不足が生じた場合、シート等の余熱によって、室温が急激に上昇してしまう恐れがある。
【００２６】
そこで圧縮機の駆動源として電動機のみを選択した際に、シート等の余熱が大きいため、室温が急激に上昇してしまうようであれば、すぐさま圧縮機の動力源としてエンジンを選択する必要がある。よって、圧縮機動力源にエンジンを選択している状態から、電動機のみの駆動へ切り替えた場合、切り替えた瞬間の車室内温度ＴｒＯに対して、切り替えた後の車室内温度Ｔｒが所定値Ｔｙ℃（例えば５℃）以上上昇した時点で圧縮機動力源としてエンジンを選択するようにするとよい。
【００２７】
ここでＴｙの値をあまり小さく設定すると、信号待ちの度にアイドルストップが解除されエンジンが作動してしまう恐れがあるため、約５℃程度が適当であろう。
【００２８】
また、電動機のみによる圧縮機駆動中に、室温がゆっくりと上昇した場合は、Ｔｙを例えば５℃と設定した場合、目標の室温から５℃上昇するまでに時間がかかり、室温が目標の温度よりも高く不快な状況が長い時間続いてしまうこととなるおそれがある。そこで、駆動源が電動機に切り替わってから所定時間（例えば１分）経過した時点で、Ｔｙの値を所定値だけ小さくし、例えば５℃から３℃へ設定を変更することにより、室温が目標の温度よりも３℃以上上昇していればエンジン駆動へ切り替わるので、室温が目標の温度よりも５℃以上高くなるような不快な状況が長く続いてしまうということがなくなる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る車両用空調装置によれば、とくに高速走行時における、圧縮機の消費動力を低減することができ、また圧縮機高回転時に生じる大きなトルクショックを防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置のシステム構成図である。
【図２】圧縮機動力源切替条件の一例を示す車速と冷凍サイクルへの熱負荷との関係図である。
【図３】日射の有無による圧縮機動力源切替条件の例を示す車速と外気温度との関係図である。
【符号の説明】
１ 冷凍サイクル
２ エンジン
３ 電磁クラッチ
４ ハイブリッド圧縮機
５ 電動機
６ 凝縮器
７ 受液器
８ 膨張弁
９ 蒸発器
１０ エアミックスダンパ
１１ ヒータコア
１２ 送風機
１３ 通風ダクト
１４ 蒸発器出口空気温度センサ
１５ 空調制御装置
１６ 信号群
１７ 電動機回転数制御信号
１８ クラッチ制御信号
４１、４２、４３ 吹き出し口

Claims (5)

1. 電力供給により駆動する電動機および車両駆動用の原動機を動力源とするハイブリッド式の圧縮機と、前記圧縮機の動力源として前記電動機または前記原動機のどちらかを選択することが可能な圧縮機動力源選択手段と、前記圧縮機の動力に相関をもつ冷凍サイクルへの熱負荷を推定する冷凍サイクル熱負荷推定手段とを備えた車両用空調装置において、車両の車速信号または前記原動機の回転数信号を検知するとともに、前記冷凍サイクルへの熱負荷を推定し、これら検知量および推定値を参照することにより、前記圧縮機の駆動源の選択を行うとともに、該駆動源選択の判断基準として、前記冷凍サイクルへの熱負荷が大きくなるほど前記圧縮機の駆動源を前記原動機から前記電動機へ切り替える切替え点の車速または原動機の回転数が高速となるような所定値からなる、原動機による駆動領域と電動機による駆動領域とを区画すべく連続して延びる判断基準特性線を予め設定しておき、かつ、該判断基準特性線を形成する前記所定値を冷凍サイクルへの熱負荷の推定に使用する物理量の種類に応じて変化させ、前記車速信号または原動機の回転数信号の検知量が前記所定値よりも大きい場合は前記圧縮機の駆動源として前記電動機を選択し、検知量が前記所定値以下で、かつ前記原動機が駆動状態の場合は、前記圧縮機の駆動源として前記原動機を選択することを特徴とする車両用空調装置。
2. 車室内へ空気を送風する送風機と、外気温度を検知する外気温度検知手段と、車室内空気温度を検知する車室内空気温度検知手段と、蒸発器出口空気温度を検知する蒸発器出口空気温度検知手段と、前記送風機の送風量と相関をもつ物理量を検知する送風量検知手段を有し、前記冷凍サイクル熱負荷推定手段は、車室内を空調するための空気が通過する通風ダクト内へ外気を導入する外気導入時には、外気温度と蒸発器出口空気温度と前記物理量により前記冷凍サイクルへの熱負荷を推定し、前記通風ダクト内へ車室内空気を循環させる内気循環時には、車室内空気温度と蒸発器出口空気温度と前記物理量により前記冷凍サイクルへの熱負荷を推定することを特徴とする、請求項１の車両用空調装置。
3. 前記冷凍サイクル熱負荷検知手段として、外気温度を検知する外気温度検知手段と、日射量を検知する日射量検知手段を備え、前記冷凍サイクル熱負荷検知手段は、外気温度と日射量により前記冷凍サイクルへの熱負荷を推定することを特徴とする、請求項１の車両用空調装置。
4. 車室内を空調するための空気が通過する通風ダクト内へ外気を導入する外気導入時と、前記通風ダクト内へ車室内空気を循環させる内気循環時とで前記所定値が異なる値となるよう設定することを特徴とする、請求項１または３に記載の車両用空調装置。
5. 電力供給により駆動する電動機および車両駆動用の原動機を動力源とするハイブリッド式の圧縮機と、前記圧縮機の動力源として前記電動機または前記原動機のどちらかを選択することが可能な圧縮機動力源選択手段と、車室内空気温度を検知する車室内空気温度検知手段を備えた車両用空調装置において、前記原動機を前記圧縮機の動力源として選択している状態から、前記圧縮機の動力源として前記電動機のみを選択した際に、前記電動機のみを選択した時点の車室内温度ＴｒＯを検知し、その後、車室内温度が前記ＴｒＯよりも、所定値Ｔｙ以上上昇した場合には、前記圧縮機の動力源として前記原動機を選択するとともに、前記圧縮機の動力源として前記電動機のみを選択した時点より、所定時間以上前記電動機のみを動力源とする状態が継続した場合、前記所定値Ｔｙを、より小さな所定値Ｔｙ’に設定しなおし、車室内温度が前記ＴｒＯよりも前記所定値Ｔｙ’以上上昇した時点で、前記圧縮機の動力源を前記原動機に切り替えることを特徴とする車両用空調装置。

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