JP2006044408A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の加速時に圧縮機の容量を適切に低減して加速性能を向上させると同時に、車室内吹き出し温度の過度の上昇を抑えて乗員の温熱快適性を害することを防止し、さらには急激な圧縮機トルク変動の発生を防止して乗員の運転フィーリングを害することを防止する。
【解決手段】可変容量圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とを備えた冷凍サイクルと、蒸発器温度検知手段と、車両の加速検知手段と、圧縮機へ出力される容量制御信号を制御することにより蒸発器温度検知手段の検知量を蒸発器温度目標値と一致させるよう制御する蒸発器温度制御手段とを有する車両用空調装置において、加速検知手段により車両の加速状態が検知されたとき、蒸発器温度制御手段における蒸発器温度目標値を、加速前に設定されている蒸発器温度目標値以上の値である加速時蒸発器温度目標値へ変更する空調制御手段を有する車両用空調装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用空調装置に関し、とくに、温熱快適性と車両の運転フィーリングを害することなく、加速時に圧縮機容量を適切に低減し、車両の加速性能の向上を可能とした車両用空調装置に関する。

従来から、冷凍サイクルに可変容量圧縮機を有し、加速時に圧縮機容量を低減することにより、圧縮機の駆動に要する動力を低減して、その低減した動力分を車両の走行駆動用に回し、車両の加速性能を向上させるようにした技術が知られている（たとえば、特許文献１）。

ところが、上記のような従来の加速時に圧縮機容量を低減する技術には、以下のような二つの問題点があった。一つは、車両の加速時に空調制御に関係なく圧縮機の容量を低減するため、車室内吹き出し温度が、不快なレベルまで上昇してしまう場合があり、乗員の温熱快適性を害することがあることである。もう一つは、圧縮機の容量を加速前の状態に戻す場合に、急激な圧縮機トルク変動を生じて、乗員の運転フィーリングを害することがあることである。
特開昭５７−１７５４２２号公報

そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、車両の加速時に圧縮機の容量を適切に低減して加速性能を向上させると同時に、車室内吹き出し温度の過度の上昇を抑えて乗員の温熱快適性を害することを防止することにある。

また、本発明のもう一つの課題は、上記のように車両の加速時に圧縮機の容量を低減した後、圧縮機の容量を加速前の状態に戻す場合に、急激なあるいは過大な圧縮機トルク変動の発生を防止し、乗員の運転フィーリングを害することを防止することにある。

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、冷媒の吐出容量を可変可能な可変容量圧縮機と、冷媒の凝縮器と、冷媒の膨張機構と、冷媒の蒸発器とを備えた冷凍サイクルと、前記蒸発器通過後の空気温度または蒸発器の表面温度を検知する蒸発器温度検知手段と、車両の加速状態を検知する加速検知手段と、前記圧縮機へ出力される容量制御信号を制御することにより前記蒸発器温度検知手段の検知量を蒸発器温度目標値と一致させるよう制御する蒸発器温度制御手段とを有する車両用空調装置において、前記加速検知手段により車両の加速状態が検知されたとき、前記蒸発器温度制御手段における蒸発器温度目標値を、加速前に設定されている蒸発器温度目標値以上の値である加速時蒸発器温度目標値へ変更する空調制御手段を有することを特徴とするものからなる。

上記可変容量圧縮機の容量は、蒸発器温度目標値に応じてフィードフォワード制御によって上記容量制御信号により制御することができるが、加速時蒸発器温度目標値を適切に設定することにより、加速時に、圧縮機の容量を適切に低減できるようになり、それによって車両の加速性能の向上をはかることができる。加速時蒸発器温度目標値は適切な値に設定されるから、加速時における車室内吹き出し温度の過度の上昇を抑えることができ、乗員の温熱快適性を害することを防止することができる。

この車両用空調装置においては、上記空調制御手段は、上記加速時蒸発器温度目標値が設定された直後から、蒸発器温度目標値を加速前に設定されていた蒸発器温度目標値へと緩やかに変更することが好ましい。これにより、加速時に圧縮機容量を低減し圧縮機トルクを低減させた後に、圧縮機容量を復帰させ圧縮機トルクを復帰させる際の過大なトルク変動（トルクショック）の発生を防止することができる。

また、上記空調制御手段は、上記加速時蒸発器温度目標値を設定後、圧縮機へ出力される容量制御信号を変更する制御が行われたら、その後その変更された容量制御信号に対応する容量からさらに容量を減じることを禁止することが好ましい。加速時に蒸発器温度目標値を加速時蒸発器温度目標値へと増加させることにより、この高められた目標値まで蒸発器温度を上昇させようとしてフィードバック演算により圧縮機容量をさらに減少させることもあり得るが、圧縮機容量が過大に減じられてしまうと、蒸発器温度が必要以上に上昇してしまうおそれがあるため、それを防止する措置である。すなわち、圧縮機容量が最初にフィードフォワード制御により加速時蒸発器温度目標値に対応した値まで下げられた場合、その下げられた値よりもさらに下がることを禁止する。これによって、蒸発器温度の過度の上昇を防止し、より確実に乗員の温熱快適性を害することを防止できる。

また、上記加速時蒸発器温度目標値としては、乗員に不快感を与える可能性のない蒸発器温度の上限値を想定して適切に設定される。この加速時蒸発器温度目標値は、たとえば、１０〜１５℃程度の範囲内の、所定の一定値として設定することができる。

また、上記加速時蒸発器温度目標値の設定後、上記加速検知手段により車両が加速状態でないことが検知されたら、蒸発器温度目標値として加速前の蒸発器温度目標値を設定することが好ましい。すなわち、加速が終了した時点で、迅速に蒸発器温度目標値を元の値に戻すようにしたもので、蒸発器温度の上昇を最小限に抑えることができる。

上記加速検知手段としては、特に限定されないが、たとえば、少なくとも車両のアクセル開度信号と車速信号を参照して加速状態を検知する手段から構成できる。

上記蒸発器温度制御手段は、たとえば、エンジンＥＣＵからの圧縮機トルクまたは動力の目標値信号を受信し、前記加速時蒸発器温度目標値へ蒸発器温度目標値が変更された直後に、前記目標値信号のトルクまたは動力となるよう、圧縮機の容量を調節するものから構成できる。

本発明に係る車両用空調装置によれば、加速時に、車室内吹き出し温度が不快レベルとならない範囲で蒸発器温度目標値を加速時蒸発器温度目標値へと増加することにより、圧縮機の容量を適切に低減して車両の加速性能を向上でき、車室内吹き出し空気温度が不快レベルとならない蒸発器温度目標値（加速時蒸発器温度目標値）に設定されているため、温熱快適性も維持できる。

さらに、蒸発器温度目標値を緩やかに加速前の目標値へ戻すことにより、圧縮機トルクが急激に増加することにより乗員の運転フィーリングを害することも、適切に防止できる。よって、前述した二つの問題点を改善した、車両の加速性能向上のための圧縮機制御が実現される。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置１を示している。図１において、冷凍サイクル２には、車両のエンジン等により駆動される、吐出容量を可変可能な可変容量圧縮機３が設けられており、エンジンの駆動力はたとえば電磁クラッチ等を介して伝達される。冷凍サイクル２の冷媒配管中を冷媒が循環され、上記圧縮機３により圧縮された高温高圧の冷媒が、凝縮器４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５により気液が分離され、液冷媒が冷媒の膨張機構６（膨張弁）によって膨張、減圧される。減圧された低圧の冷媒は、蒸発器７に流入して、送風機８により送風された空気と熱交換される。蒸発器７において蒸発し気化した冷媒は再び圧縮機３に吸入されて圧縮される。

車室内空調を行う空気が通過する通風ダクト９には、送風機８が配置されており、空調風吸入口１０から吸入された空気が送風機８により蒸発器７へと送風される。蒸発器７を通過した空気の一部は、下流側に配置されたヒータユニット１１へと送られるが、ヒータユニット１１を通過される空気の量と、バイパスされる空気の量との割合が、エアミックスダンパ１２によって調整される。本実施例では、蒸発器７の出口側に、蒸発器通過後の空気温度または蒸発器の表面温度を検知する蒸発器温度検知手段としての、蒸発器７通過後の空気温度を検知するための蒸発器出口空気温度センサ１３が設けられており、検知された信号は空調制御を行う空調制御装置１４へ入力される。この空調制御装置１４内に、本発明における、蒸発器温度制御手段における蒸発器温度目標値を、加速前に設定されている蒸発器温度目標値以上の値である加速時蒸発器温度目標値へ変更する空調制御手段が組み込まれており、空調制御装置１４は、本実施態様における空調制御全体を行う制御装置としても機能している。

この空調制御装置１４には、上記蒸発器出口空気温度センサ１３による検知信号以外にも、各種信号が入力される。日射センサからの日射量検知信号、室内温度センサからの車室内温度検知信号、外気温度センサからの外気温度検知信号等の信号群１５と、エンジンＥＣＵからのアクセル開度信号、車速信号等の信号群１６が空調制御装置１４に入力される。空調制御装置１４からは、可変容量圧縮機３に容量制御信号が出力される。

通風ダクト９の下流側には、ＤＥＦ、ＶＥＮＴ、ＦＯＯＴ等の各吹き出し口１７、１８、１９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。

このように構成された車両用空調装置１において、本発明に係る制御は次のように行われる。
蒸発器温度の制御方法
蒸発器温度は、蒸発器温度のフィードバック制御（ＦＢ制御）と、フィードフォワード制御（ＦＦ制御）による容量制御信号の制御により、目標の蒸発器温度に制御される。フィードバック制御入力値は、蒸発器温度目標値と、蒸発器温度を参照して、下記のような比例、積分制御を行うものとする。
Icfb=Pe+Ie
但し、Pe、Ieは下記演算を行う。
Pe=Kp ×(Te-Tet)
Ie=Ie _n-1+Kp/Ki ×(Te-Tet)
ここで、
Icfb: フィードバック制御による容量制御信号演算値
Pe: 比例演算値
Ie: 積分演算値
Ie _n-1:Ie の前回演算値
Kp: 比例ゲイン
Ki: 積分時間
Tet:蒸発器温度目標値
Te: 蒸発器温度現在値
である。

フィードフォワード制御入力値は、蒸発器温度目標値と、外気温度と、車速と、ブロワ電圧を参照して、下記演算式により算出されるものとする。
Icff=f(Tet, Tamb, VS, BLV)
ここで、
Icff: フィードフォワード制御による容量制御信号演算値
Tamb: 外気温度
VS: 車速
BLV:ブロワ電圧
である。

車両の加速状態の検知方法
加速状態は、アクセル開度信号の値が、ある閾値以上の場合を加速状態として判定する。ただし、車速が増加するにつれ、一定速度走行時のアクセル開度が大きくなるため、車速の増加に応じて、閾値も増加させる必要がある。よって、閾値はたとえば図２に示すように、車速に応じて決定される値とする。

図３に、制御の一例に係るフローチャートを示す。
（１）加速の判定
加速状態でない場合には、通常制御を行う。通常制御とは、乗員が設定する車室内設定温度を実現するための蒸発器温度目標値を設定し、蒸発器温度を制御する。

加速状態であることが検知された場合には、蒸発器温度目標値を加速時蒸発器温度目標値へと変更する。加速時蒸発器温度目標値は、下記２点を満足する範囲で上限の値を設定する（たとえば、１０〜１５℃程度程度の範囲内から適切な値に設定することが望ましい）。
Ａ．蒸発器温度の上昇により悪臭が発生しないこと
Ｂ．短時間であれば、乗員の温熱感を損なう恐れのないこと

（２）加速中の制御
加速時蒸発器温度目標値が設定されると、蒸発器温度のＦＦ制御機構により、圧縮機３に出力される容量制御信号が瞬時に変更される。その後、加速状態であると判定されている間は、徐々に（緩やかに）蒸発器温度目標値を通常制御状態の元の目標値へと変更していく。また、元の目標値に至る前であっても、加速状態の判定が終了した場合には、瞬時に（すぐさま）蒸発器温度目標値を通常制御状態の目標値へと変更する。

図４に、上記のような制御ありの場合と、なしの場合（従来制御）における特性を比較して示す。
本制御なしの場合、加速状態を検知すると圧縮機トルクを０（または、最小）とし、車両の加速性を向上させる。しかしながら、圧縮機の稼動が０（または、最小容量）となり、蒸発器温度が乗員の不快レベルまで上昇してしまうことがある。また、加速終了時に圧縮機トルクが急激に上昇するため、トルクショックが生じて、乗員に振動を感じさせてしまうことがある。

本制御ありの場合、加速状態が検知されると、蒸発器温度が加速時蒸発器温度目標値（本実施態様の場合、加速時蒸発器出口空気温度目標値）に設定され、蒸発器温度制御機構のＦＦ制御により、圧縮機トルクがすぐさま低減され、車両の加速性が向上する。ここで、加速時蒸発器温度目標値は、前述のとおり、乗員が不快感を感じないことを条件として設定された値であるため、蒸発器出口空気温度が、したがって吹き出し空気温度が、乗員の不快レベルまで上昇することがない。また、ＦＦ制御により圧縮機トルクが低減された後、その低減されたトルクよりもさらにトルクが低減することを禁止することにより、急激な蒸発器温度の上昇を防いでいる。その後、蒸発器温度目標値を徐々に変更する（あらかじめ設定された変化率により、緩やかに元の蒸発器温度目標値を変更する）ことにより、通常制御状態へ戻すようにしているため、トルクの急激な上昇はなく、トルク上昇時のショックも防ぐことができる。

加速時間が短く、徐々に蒸発器温度目標値を戻している間に加速が終了した場合は、すぐさま蒸発器温度目標値を通常制御状態へ戻すことにより、蒸発器温度の上昇を最小限に抑えることができる。

さらに、前述したように、加速時蒸発器温度目標値へ蒸発器温度目標値が変更された場合、蒸発器温度目標値に応じたフィードフォワード（ＦＦ）制御によって容量制御信号が制御され、圧縮機の容量が制御される。この際、図５に示すように、エンジンＥＣＵから圧縮機のトルクまたは動力の目標値が出力された場合は、前記フィードフォワード制御の容量制御信号目標値を、エンジンＥＣＵから圧縮機トルクまたは動力の目標値に応じた値とすることにより、加速時にエンジンが要求する圧縮機の容量へと低減させることが可能となる。

エンジンＥＣＵから圧縮機トルクまたは動力の目標値が出力された場合のフィードフォワード制御容量制御信号目標値は、次式により算出できる。
TargetFF=f(EcuTrq, Nc, Tamb)
または
TargetFF=f(EcuTrq, Nc, Tamb, Pd)
ここで、
TargetFF: フィードフォワード制御容量制御信号目標値
EcuTrq: エンジンＥＣＵトルク目標値
Tamb: 外気温度
Nc: 圧縮機回転数（またはエンジン回転数）
Pd: 高圧側冷媒圧力
である。

本発明に係る制御は、可変容量圧縮機を備えた冷凍サイクルを有するあらゆる車両用空調装置に適用でき、空調制御上望ましい状態を維持しつつ、車両の加速性能を向上することができる。

本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の概略構成図である。 本発明に係る制御におけるアクセル開度閾値の特性図である。 本発明に係る制御の一例を示すフローチャートである。 図３の制御による効果を示す特性図である。 本発明に係る制御の別の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車両用空調装置
２ 冷凍サイクル
３ 可変容量圧縮機
４ 凝縮器
５ 受液器
６ 膨張機構（膨張弁）
７ 蒸発器
８ 送風機
９ 通風ダクト
１０ 空調風吸入口
１１ ヒータユニット
１２ エアミックスダンパ
１３ 蒸発器出口空気温度センサ
１４ 空調制御装置
１５、１６ 信号群
１７、１８、１９ 吹き出し口

Claims (7)

1. 冷媒の吐出容量を可変可能な可変容量圧縮機と、冷媒の凝縮器と、冷媒の膨張機構と、冷媒の蒸発器とを備えた冷凍サイクルと、前記蒸発器通過後の空気温度または蒸発器の表面温度を検知する蒸発器温度検知手段と、車両の加速状態を検知する加速検知手段と、前記圧縮機へ出力される容量制御信号を制御することにより前記蒸発器温度検知手段の検知量を蒸発器温度目標値と一致させるよう制御する蒸発器温度制御手段とを有する車両用空調装置において、前記加速検知手段により車両の加速状態が検知されたとき、前記蒸発器温度制御手段における蒸発器温度目標値を、加速前に設定されている蒸発器温度目標値以上の値である加速時蒸発器温度目標値へ変更する空調制御手段を有することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記空調制御手段は、前記加速時蒸発器温度目標値が設定された直後から、蒸発器温度目標値を加速前に設定されていた蒸発器温度目標値へと緩やかに変更することを特徴とする、請求項１の車両用空調装置。
3. 前記空調制御手段は、前記加速時蒸発器温度目標値を設定後、圧縮機へ出力される容量制御信号を変更する制御が行われたら、その後その変更された容量制御信号に対応する容量からさらに容量を減じることを禁止することを特徴とする、請求項１または２の車両用空調装置。
4. 前記加速時蒸発器温度目標値は、乗員に不快感を与える可能性のない蒸発器温度の上限値を想定して設定されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の車両用空調装置。
5. 前記加速時蒸発器温度目標値の設定後、前記加速検知手段により車両が加速状態でないことが検知されたら、蒸発器温度目標値として加速前の蒸発器温度目標値を設定することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の車両用空調装置。
6. 前記加速検知手段が、少なくとも車両のアクセル開度信号と車速信号を参照して加速状態を検知する手段からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の車両用空調装置。
7. 前記蒸発器温度制御手段は、エンジンＥＣＵからの圧縮機トルクまたは動力の目標値信号を受信し、前記加速時蒸発器温度目標値へ蒸発器温度目標値が変更された直後に、前記目標値信号のトルクまたは動力となるよう、圧縮機の容量を調節することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の車両用空調装置。

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