JP3722041B2 - 車両用空調装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータにより駆動可能なコンプレッサを備えた車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用空調装置としては、例えば、特開２０００−２３０４８２号公報に記載されたものが知られている。これは、バッテリにより駆動されるモータの駆動力と、エンジンから電磁クラッチを介して伝達される駆動力との２つの駆動源によって、圧縮部が駆動されるように構成されたハイブリッドコンプレッサにおいて、電磁クラッチをＯＦＦした状態で圧縮部をモータ駆動するとき、圧縮部の冷媒圧縮容量が低減するように容量制限を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の車両用空調装置においては、コンプレッサの吸入冷媒温度が高い状態でコンプレッサの運転を開始しようとすると、コンプレッサの駆動負荷が高いためコンプレッサ用インバータに大電流が流れるので、インバータ内部の素子が急激に過熱されるとともに、バッテリにも負担がかかり、バッテリも過熱されて寿命低下を招くという問題がある。
【０００４】
そこで、この発明は、インバータ内部の素子の過熱を抑えるとともに、バッテリの過熱を抑えることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、モータにより駆動可能で車室内の空調に必要なコンプレッサ能力を可変とするインバータを備えたコンプレッサと、前記コンプレッサによって圧送される冷媒と外気とが熱交換を行う車室外熱交換器と、送風手段によって車室内に送風される空調風と前記冷媒とで熱交換を行う車室内熱交換器とをそれぞれ備えた車両用空調装置において、前記インバータを、前記コンプレッサの吸入冷媒によって冷却されるように設置するとともに、前記吸入冷媒の温度を空調熱負荷として検出する熱負荷検出手段を有し、前記コンプレッサの起動時に、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が所定値よりも高い場合には、前記送風手段による風量が低下するよう補正する風量補正手段を設けた構成としてある。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、前記風量補正手段は、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が所定値よりも高い場合には、前記送風手段による風量が停止するように補正する構成としてある。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構成において、前記風量補正手段は、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が高いほど、前記送風手段による風量が少なくなるよう補正する構成としてある。
【０００８】
請求項４の発明は、モータにより駆動可能で車室内の空調に必要なコンプレッサ能力を可変とするインバータを備えたコンプレッサと、前記コンプレッサによって圧送される冷媒と外気とが熱交換を行う車室外熱交換器と、送風手段によって車室内に送風される空調風と前記冷媒とで熱交換を行う車室内熱交換器とをそれぞれ備えた車両用空調装置において、空調熱負荷を検出する熱負荷検出手段を有し、前記モータへの電力をバッテリから供給するか、エンジンの駆動によって発電するジェネレータから供給するかを切り換える切換手段を設けるとともに、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が所定値よりも高い場合には、前記コンプレッサの起動時に、前記モータへの電力を前記ジェネレータから供給するよう前記切換手段を切り換える制御手段を設けた構成としてある。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明の構成において、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が所定値よりも高い場合には、前記コンプレッサの起動時に、前記コンプレッサの許容最高回転数を低く設定する許容回転数設定手段を設けた構成としてある。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、コンプレッサの起動時に、コンプレッサの吸入冷媒温度を検出する熱負荷検出手段により検出された空調熱負荷が所定値よりも高い場合には、送風手段による風量が低下するよう補正する風量補正手段を設けたので、コンプレッサ起動後は、空調熱負荷が所定値以下に低下するまで、送風手段の風量が減少方向に補正されて空調熱負荷が低く抑えられ、コンプレッサ起動時でのインバータに流れる電流を低く抑えることができ、インバータの内部素子の過熱を抑制することができる。
また、コンプレッサの吸入冷媒温度により空調熱負荷を検出するので、冷媒温度センサなど既知の手段によって容易に熱負荷を検出することができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、風量補正手段は、コンプレッサの起動時に、熱負荷検出手段により検出された空調熱負荷が所定値よりも高い場合には、送風手段による風量が停止するよう補正するので、コンプレッサ起動後は空調熱負荷が所定値以下に低下するまで、送風手段の風量が零に設定されて空調熱負荷が低く抑えられ、コンプレッサ起動時でのインバータに流れる電流を低く抑えることができ、インバータの内部素子の過熱を抑制することができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、風量補正手段は、空調熱負荷が高いほど、送風手段による風量が少なくなるよう補正するので、コンプレッサ起動後の空調熱負荷が高い状態では送風手段による風量が少なく、時間経過とともに空調熱負荷が低下すれば、それに応じて送風手段による風量が徐々に増加し、これにより、空調熱負荷が低く抑えられ、コンプレッサ起動時でのインバータに流れる電流を低く抑えることができ、インバータの内部素子の過熱を抑制することができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、コンプレッサの起動時に、熱負荷検出手段により検出された空調熱負荷が所定値よりも高い場合には、モータへの電力をバッテリに代えてジェネレータから供給するよう切り換えるようにしたので、バッテリへの負担が軽減されてバッテリの過熱が抑制され、寿命低下を防止することができる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、コンプレッサの起動時に、熱負荷検出手段により検出された空調熱負荷が所定値よりも高い場合には、コンプレッサの許容最高回転数を低く設定するようにしたので、コンプレッサ起動後は空調熱負荷が所定値以下に低下するまで、コンプレッサの許容最高回転数が低く設定され、コンプレッサ起動時でのインバータに流れる電流を低く抑えることができ、インバータの内部素子の過熱を抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１８】
図１は、この発明の実施の一形態を示す車両用空調装置の全体構成図である。図１において、コンプレッサ１は、図示しないエンジンルームに設置された電動コンプレッサで、ケーシング内に一体に図示しないモータが設けられている。このモータには、エンジン３に連動するモータジェネレータ５で発電されて直接供給される電力と、モータジェネレータ５で発電された後一旦バッテリ７に備えられた電力との少なくとも一方が、切換手段および制御手段を含むバッテリコントローラ９および、コンプレッサ用インバータ１１を介して供給される。
【００１９】
車室外熱交換器１３は、車室外に設けられて、一端がコンプレッサ１の冷媒吐出口に、他端が膨張弁１５に冷媒配管を介してそれぞれ接続され、コンプレッサ１から吐出される冷媒の熱を外気に放熱する車室外コンデンサとなっている。
【００２０】
車室内熱交換器１７は、ダクト１９内に配置されて、一端がコンプレッサ１の冷媒吸入口に、他端が前記膨張弁１５に冷媒配管を介してそれぞれ接続され、コンプレッサ１が運転しているときには吸熱器となって送風手段としてのブロアファン２１によって送風された空気を冷却する。
【００２１】
ダクト１９内の車室内熱交換器１７より上流側の端部には、車室内空気を導入する内気導入口２５と、走行風圧を受けて外気を導入する外気導入口２７とがそれぞれ設けられている。この内気導入口２５と外気導入口２７とが分岐する部分には、内気導入口２５と外気導入口２７とを任意の比率で、制御装置３１により駆動される図示しないインテークドアアクチュエータによって開閉するインテークドア２９が設けられている。インテークドア２９の開度たるインテークドア開度：Ｘintは、外気導入量が零でフル内気導入となる位置をＸint＝０％と設定し、内気導入量が零でフル外気導入となる位置をＸint＝１００％と設定する。
【００２２】
内気導入口２５と外気導入口２７とが合流する下流側の合流部３２と車室内熱交換器１７との間には、前記ブロアファン２１が配置され、このブロアファン２１は、前記した制御装置３１で駆動されるブロアファンモータ３３により回転駆動される。
【００２３】
ダクト１９内の車室内熱交換器１７の下流側には、エンジン冷却水を導入するヒータコア３５が設けられ、このヒータコア３５の上流側近傍には、エアミックスドア３７が設けられている。このエアミックスドア３７は、前記した制御装置３１で駆動される図示しないエアミックスドアアクチュエータにより、下流のヒータコア３５を通過する空気（温風）と通過しない空気（冷風）との割合を調節するように開閉する。
【００２４】
エアミックスドア３７の開度たるエアミックスドア開度：Ｘmixは、エアミックスドア３７が一点鎖線で示す位置となってヒータコア３５を通過する空気が零となるときをエアミックスドア開度：Ｘmix＝０％（全閉、フルクール）と設定し、エアミックスドア３７が二点鎖線で示す位置となってすべての空気がヒータコア３５を通過するときをエアミックスドア開度：Ｘmix＝１００％（全開、フルホット）と設定する。
【００２５】
ダクト１９のヒータコア３５よりも下流側には、上記した温風と冷風との混合を促進することにより、温度調節された空調風を作る部屋としてのエアミックスチャンバ３９が設けられている。エアミックスチャンバ３９には、図示しない対象乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すベント吹出口４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ）と、対象乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口４３と、図示しないフロントウインドウガラスに向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口４５とがそれぞれ設けられている。
【００２６】
エアミックスチャンバ３９内には、ベンチレータドア４７とフットドア４９とデフロスタドア５１とがそれぞれ設けられている。ベンチレータドア４７は、制御装置３１で駆動される図示しないベンチレータドアアクチュエータにより、ベンチレータ吹出口４１を開閉する。フッドドア４９は、制御装置３１で駆動される図示しないフットドアアクチュエータにより、フット吹出口４３を開閉する。デフロスタドア５１は、制御装置３１で駆動される図示しないデフロスタドアアクチュエータにより、デフロスタ吹出口４５を開閉する。
【００２７】
上記した制御装置３１には、ダッシュボード上に設置された日射量センサ５３が検出する車両に対する日射量：Ｑsun、車室外に配置された外気温センサ５５が検出する外気温度：Ｔamb、車室内に設置された室温センサ５７が検出する車室内温度：Ｔic、インストルメントパネルに配置された室温設定器５９による車室内の設定温度Ｔptc、インストルメントパネルに配置された吹出口モードスイッチ６１およびブロアファンスイッチ６３の各設定値、車室内熱交換器１７の下流側近傍に配置された車室内熱交換器吹出温度センサ６５が検出する車室内熱交換器１７の吹出空気温度：Ｔout、コンプレッサ１の吸入側の冷媒配管に設置されたコンプレッサ吸入冷媒温度センサ６７が検出するコンプレッサ１の吸入冷媒温度：Ｔref、エンジンの冷却水出口側の冷却水配管６８に設置された水温センサ６９が検出する水温：Ｔwなどの熱環境情報が入力される。
【００２８】
コンプレッサ吸入冷媒温度センサ６７は空調熱負荷を検出する熱負荷検出手段を構成しており、したがってコンプレッサ１の吸入冷媒温度：Ｔrefは、空調熱負荷に対応している。このように、コンプレッサ１の吸入冷媒温度により空調熱負荷を検出することで、冷媒温度センサなど既知の手段によって容易に熱負荷を検出することができる。
【００２９】
これら各熱環境情報が入力される制御装置３１は、コンプレッサ回転数：Ｎcomp、エアミックスドア開度：Ｘmix、インテークドア開度：Ｘint、吹き出し口モード、ブロアファン電圧：Ｖfan、目標吹出温度：Ｔofなどの目標冷暖房条件を演算する。そして、車室内の冷暖房条件が上記演算された目標冷暖房条件を維持するように、制御装置３１は、ブロアファンモータ３３、インテークドアアクチュエータ、エアミックスドアアクチュエータ、ベンチレータドアアクチュエータ、フットドアアクチュエータ、デフロスタドアアクチュエータなどを駆動したり、コンプレッサ用インバータ１１にコンプレッサ回転数信号を出力したりする。
【００３０】
また、制御装置３１は、コンプレッサ吸入冷媒温度：Ｔrefと所定温度としての第１の設定温度：Ｔset1とを比較し、Ｔref＞Ｔset1の場合には、Ｔrefに応じてコンプレッサ１の許容最高回転数を設定する許容回転数設定手段として作用したり、ブロアファンモータ３３の電圧を下げてブロアファン２１の風量を低下または零に補正する風量補正手段として作用したりする。
【００３１】
コンプレッサ用インバータ１１は、配管やケーシング壁を介してコンプレッサの吸入冷媒に接するように配置され、吸入冷媒の冷熱を利用して冷却される。これにより、コンプレッサ用インバータ１１を冷却するための専用配管や熱交換器を排除することが可能となる。コンプレッサ用インバータ１１は、コンプレッサ１の回転数や電圧や電流値やエラーの有無などの情報を制御装置３１に出力するとともに、制御装置３１からコンプレッサ１の回転数信号やＯＮ／ＯＦＦ信号を入力しながらコンプレッサ１の作動状態を制御し、車室内の空調に必要なコンプレッサ１の能力を可変にする。
【００３２】
バッテリコントローラ９は、図示しない電力残量センサやバッテリ温度センサ７１の検出信号から、バッテリ残量（ＳＯＦ）やバッテリ温度に関する情報を入力し、バッテリ７の残量や温度があらかじめ設定された状態になるように制御する。バッテリコントローラ９の動作によって、コンプレッサ用インバータ１１を介してコンプレッサ１に供給される電力は、図２に示したフローチャートのようにして使い分けられる。
【００３３】
まず、電力残量センサの信号に基づいて、バッテリＳＯＰが規定値以上か否かを判断する（ステップ２０１）。規定値以上ない場合には、バッテリ７への蓄電を優先してバッテリ電力の使用を禁止し、コンプレッサ１はモータジェネレータ５で発電された電力を直接使って駆動される（ステップ２０３）。
【００３４】
規定値以上ある場合には、バッテリ温度センサ７１の検出信号に基づいて、バッテリ温度が規定温度以下か否かを判断する（ステップ２０５）。ここで、バッテリ温度が規定温度以下でない場合には、バッテリ電力の使用を禁止し、コンプレッサ１はモータジェネレータ５で発電された電力を直接使って駆動される。
【００３５】
バッテリ温度が規定温度以下の場合、つまりバッテリＳＯＰとバッテリ温度の両方が所定の状態にあれば、コンプレッサ１はバッテリ７の電力を使って駆動される（ステップ２０７）。
【００３６】
このように、バッテリ残量が規定値を下回るか、あるいはバッテリ温度が規定温度以下の場合には、コンプレッサ用インバータ１１を介してモータ１へ供給され電力を、バッテリ７に代えてジェネレータ５からとすることで、特にコンプレッサ１の起動時には、バッテリ７は、負担が軽減されて過熱が抑制され、寿命低下が防止される。
【００３７】
なお、実際の車両では、車室外熱交換器１３の車両後方側にラジエータが設けられ、このラジエータにエンジン冷却水が流れて外気に放熱するようになっているが、図１にはこのラジエータは図示されていない。
【００３８】
次に、上記した実施形態による車両用空調装置の作用を、制御装置３１の制御動作を示す図３および図４のフローチャートに基づき説明する。
【００３９】
制御を開始すると、前記した各センサ値および各アクチュエータ出力、すなわち、乗員により設定された目標室温：Ｔptc、冷却水温：Ｔw、車室内熱交換器１７の吹き出し空気温度Ｔout、外気温：Ｔamb、室内温度：Ｔic、日射量：Ｑsun、ブロアファンモータ電圧：Ｖfan、インテークドア開度：Ｘ int 、エアミックスドア開度：Ｘmix、コンプレッサ吸入冷媒温度：Ｔref、コンプレッサ回転数：Ｎcompの入力を受ける（ステップ３０１）。
【００４０】
続いて、通常の温調制御に従って、コンプレッサ回転数やブロアファンモータ電圧やインテークドア開度やエアミックスドア開度などの各アクチュエータの目標値を演算する（ステップ３０３）。
【００４１】
次に、コンプレッサ１を起動した直後か否かを判断し（ステップ３０５）、コンプレッサ起動直後でない場合には、起動制御フラグがＯＮかＯＦＦかを判断する（ステップ３０７）。ここで、起動制御フラグがＯＦＦならば起動制御が終了しているので、前記ステップ３０３で演算された各アクチュエータの目標値を制御信号として出力する（ステップ３０９）。
【００４２】
一方、起動制御フラグが、起動制御途中となるＯＮの場合および、前記ステップ３０５でコンプレッサ起動直後と判断された場合には、コンプレッサ吸入冷媒温度：Ｔrefが、第１の設定温度：Ｔset1よりも大きいか否かを判断する（ステップ３１１）。
【００４３】
ここで、Ｔref＞Ｔset1ならば、コンプレッサ吸入冷媒温度：Ｔrefが高いとして起動制御を継続する必要があるので、起動制御フラグをＯＮに設定する（ステップ４０１）。逆に、Ｔref≦Ｔset1ならば、コンプレッサ吸入冷媒温度が充分低下して起動制御を解除できると判断して、起動制御フラグをＯＦＦに設定し（ステップ３１３）、前記ステップ３０３で演算された各アクチュエータの目標値を制御信号として出力する（ステップ３０９）。
【００４４】
図４のステップ４０１にて起動制御フラグをＯＮに設定した後は、コンプレッサ吸入冷媒温度：Ｔrefに応じたコンプレッサ１の許容最高回転数：Ｎlimを演算する（ステップ４０３）。ここでは、Ｔrefが高いときの許容最高回転数は低く、Ｔrefが低下すれば許容最高回転数が高くなるように設定している。
【００４５】
Ｔrefが高い状態でコンプレッサ１を高回転数で運転すると、コンプレッサ用インバータ１１内の素子に瞬間的に大きな電流が流れて素子が急激に過熱される可能性が高いので、上記したように、Ｔrefが高いときには、許容最高回転数を低く設定することで、コンプレッサ用インバータ１１内の素子の過熱を抑制することができる。
【００４６】
次に、前記ステップ３０３で演算された通常の温調制御における回転数が、許容最高回転数：Ｎlimより低いか否かを判断する（ステップ４０５）。通常の温調制御における回転数＜Ｎlimならば、前記ステップ３０３で演算された通常の温調制御における回転数をコンプレッサ回転数に設定する（ステップ４０７）。
【００４７】
逆に、通常の温調制御における回転数≧Ｎlimならば、前記ステップ４０３で演算した許容最高回転数：Ｎlimをコンプレッサ回転数に設定する（ステップ４０９）。すなわち、ここでは、通常の温調制御における回転数と、許容最高回転数：Ｎlimとの何れか小さい方がコンプレッサ回転数に設定されることになる。
【００４８】
続いて、コンプレッサ吸入冷媒温度：Ｔrefが、所定温度としての第２の設定温度：Ｔset2（＞Ｔset1）よりも高いか否かを判断し（ステップ４１１）、Ｔref＞Ｔset2ならば、ブロアファンモータ３３の電圧を０Ｖ（停止）に設定する（ステップ４１３）。一方、Ｔref≦Ｔset2ならば、ブロアファンモータ３３の電圧を最小電圧：Ｖfan.Lowに設定する（ステップ４１５）。
【００４９】
すなわち、ここでは、通常の温調制御時よりもブロアファンモータ３３の電圧を小さい値に設定することで、ブロアファン２１の風量を低減させ、車室内熱交換器１７からの吸熱量を低減し、コンプレッサ吸入冷媒温度の低下を促進させる方法を選択する。これにより、コンプレッサ起動時でのコンプレッサ用インバータ１１に流れる電流を低く抑えることができ、インバータの内部素子の過熱を抑制することができる。
【００５０】
Ｔref≦Ｔset2ならば、車室内熱交換器１７から吸熱しながらでもコンプレッサ吸入冷媒温度を低下させることができるが、ＴrefがＴset2よりも高い温度であれば、さらにコンプレッサ回転数が低下してエアコンサイクルの冷房能力が低下するので、ブロアファンモータ電圧を０Ｖ（停止）にして車室内熱交換器１７からの吸熱をなくし、エアコンサイクルの全冷房能力を使ってコンプレッサ吸入冷媒温度を低下させる。
【００５１】
上記ステップ４１３およびステップ４１５でブロアファンモータ電圧を設定した後は、図３における前記ステップ３０９に進み、ステップ４０７またはステップ４０９で設定されたコンプレッサ回転数、ステップ４１３またはステップ４１５で設定されたブロアファンモータ電圧、ステップ３０３で演算されたコンプレッサとブロアファンモータを除く各アクチュエータの目標値を制御信号として出力する。
【００５２】
以上に示した本発明の実施形態では、コンプレッサ１とコンプレッサ用インバータ１１とを互いに別体とした場合を例にして説明を行ったが、コンプレッサ１とコンプレッサ用インバータ１１とを互いに一体にした場合にも同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、コンプレッサ１は、ケーシング内に一体に設けられたモータによって駆動される場合を例にしたが、ケーシング外に別体に設けられたモータによって駆動されるものでもよい。
【００５４】
さらに、常時電動で駆動されるコンプレッサを例にして説明を行ったが、エンジンによるベルト駆動とモータ駆動とを選択可能なハイブリッドタイプのコンプレッサにも適用できる。
【００５５】
以上のように、エアコン運転開始時（コンプレッサ起動時）に、コンプレッサ吸入冷媒温度が高ければ、コンプレッサ１の許容最高回転数を制限し、ブロアファンモータ３３の電圧をより小さくなるように設定変更するようにしたので、エアコン運転開始直後に、コンプレッサ用インバータ１１の内部素子の過熱を抑制でき、効果的にコンプレッサ回転数を最高回転数まで高めてエアコンサイクルの能力を引き出すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示す車両用空調装置の全体構成図である。
【図２】図１の車両用空調装置におけるバッテリコントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【図３】図１の車両用空調装置における制御装置の制御動作を示すフローチャートである。
【図４】図１の車両用空調装置における制御装置の制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ コンプレッサ
３ エンジン
５ モータジェネレータ
７ バッテリ
９ バッテリコントローラ（切換手段，制御手段）
１３ 車室外熱交換器
１７ 車室内熱交換器
１１ コンプレッサ用インバータ
２１ ブロアファン（送風手段）
３１ 制御装置（風量補正手段，許容回転数設定手段）
６７ コンプレッサ吸入冷媒温度センサ（熱負荷検出手段）
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータにより駆動可能なコンプレッサを備えた車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用空調装置としては、例えば、特開２０００−２３０４８２号公報に記載されたものが知られている。これは、バッテリにより駆動されるモータの駆動力と、エンジンから電磁クラッチを介して伝達される駆動力との２つの駆動源によって、圧縮部が駆動されるように構成されたハイブリッドコンプレッサにおいて、電磁クラッチをＯＦＦした状態で圧縮部をモータ駆動するとき、圧縮部の冷媒圧縮容量が低減するように容量制限を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の車両用空調装置においては、コンプレッサの吸入冷媒温度が高い状態でコンプレッサの運転を開始しようとすると、コンプレッサの駆動負荷が高いためコンプレッサ用インバータに大電流が流れるので、インバータ内部の素子が急激に過熱されるとともに、バッテリにも負担がかかり、バッテリも過熱されて寿命低下を招くという問題がある。
【０００４】
そこで、この発明は、インバータ内部の素子の過熱を抑えるとともに、バッテリの過熱を抑えることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、モータにより駆動可能で車室内の空調に必要なコンプレッサ能力を可変とするインバータを備えたコンプレッサと、前記コンプレッサによって圧送される冷媒と外気とが熱交換を行う車室外熱交換器と、送風手段によって車室内に送風される空調風と前記冷媒とで熱交換を行う車室内熱交換器とをそれぞれ備えた車両用空調装置において、前記インバータを、前記コンプレッサの吸入冷媒によって冷却されるように設置するとともに、前記吸入冷媒の温度を空調熱負荷として検出する熱負荷検出手段を有し、前記コンプレッサの起動時に、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が所定値よりも高い場合には、前記送風手段による風量が低下するよう補正する風量補正手段を設けた構成としてある。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、前記風量補正手段は、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が所定値よりも高い場合には、前記送風手段による風量が停止するように補正する構成としてある。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構成において、前記風量補正手段は、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が高いほど、前記送風手段による風量が少なくなるよう補正する構成としてある。
【０００８】
請求項４の発明は、モータにより駆動可能で車室内の空調に必要なコンプレッサ能力を可変とするインバータを備えたコンプレッサと、前記コンプレッサによって圧送される冷媒と外気とが熱交換を行う車室外熱交換器と、送風手段によって車室内に送風される空調風と前記冷媒とで熱交換を行う車室内熱交換器とをそれぞれ備えた車両用空調装置において、空調熱負荷を検出する熱負荷検出手段を有し、前記モータへの電力をバッテリから供給するか、エンジンの駆動によって発電するジェネレータから供給するかを切り換える切換手段を設けるとともに、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が所定値よりも高い場合には、前記コンプレッサの起動時に、前記モータへの電力を前記ジェネレータから供給するよう前記切換手段を切り換える制御手段を設けた構成としてある。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明の構成において、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が所定値よりも高い場合には、前記コンプレッサの起動時に、前記コンプレッサの許容最高回転数を低く設定する許容回転数設定手段を設けた構成としてある。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、コンプレッサの起動時に、コンプレッサの吸入冷媒温度を検出する熱負荷検出手段により検出された空調熱負荷が所定値よりも高い場合には、送風手段による風量が低下するよう補正する風量補正手段を設けたので、コンプレッサ起動後は、空調熱負荷が所定値以下に低下するまで、送風手段の風量が減少方向に補正されて空調熱負荷が低く抑えられ、コンプレッサ起動時でのインバータに流れる電流を低く抑えることができ、インバータの内部素子の過熱を抑制することができる。
また、コンプレッサの吸入冷媒温度により空調熱負荷を検出するので、冷媒温度センサなど既知の手段によって容易に熱負荷を検出することができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、風量補正手段は、コンプレッサの起動時に、熱負荷検出手段により検出された空調熱負荷が所定値よりも高い場合には、送風手段による風量が停止するよう補正するので、コンプレッサ起動後は空調熱負荷が所定値以下に低下するまで、送風手段の風量が零に設定されて空調熱負荷が低く抑えられ、コンプレッサ起動時でのインバータに流れる電流を低く抑えることができ、インバータの内部素子の過熱を抑制することができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、風量補正手段は、空調熱負荷が高いほど、送風手段による風量が少なくなるよう補正するので、コンプレッサ起動後の空調熱負荷が高い状態では送風手段による風量が少なく、時間経過とともに空調熱負荷が低下すれば、それに応じて送風手段による風量が徐々に増加し、これにより、空調熱負荷が低く抑えられ、コンプレッサ起動時でのインバータに流れる電流を低く抑えることができ、インバータの内部素子の過熱を抑制することができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、コンプレッサの起動時に、熱負荷検出手段により検出された空調熱負荷が所定値よりも高い場合には、モータへの電力をバッテリに代えてジェネレータから供給するよう切り換えるようにしたので、バッテリへの負担が軽減されてバッテリの過熱が抑制され、寿命低下を防止することができる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、コンプレッサの起動時に、熱負荷検出手段により検出された空調熱負荷が所定値よりも高い場合には、コンプレッサの許容最高回転数を低く設定するようにしたので、コンプレッサ起動後は空調熱負荷が所定値以下に低下するまで、コンプレッサの許容最高回転数が低く設定され、コンプレッサ起動時でのインバータに流れる電流を低く抑えることができ、インバータの内部素子の過熱を抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１８】
図１は、この発明の実施の一形態を示す車両用空調装置の全体構成図である。図１において、コンプレッサ１は、図示しないエンジンルームに設置された電動コンプレッサで、ケーシング内に一体に図示しないモータが設けられている。このモータには、エンジン３に連動するモータジェネレータ５で発電されて直接供給される電力と、モータジェネレータ５で発電された後一旦バッテリ７に備えられた電力との少なくとも一方が、切換手段および制御手段を含むバッテリコントローラ９および、コンプレッサ用インバータ１１を介して供給される。
【００１９】
車室外熱交換器１３は、車室外に設けられて、一端がコンプレッサ１の冷媒吐出口に、他端が膨張弁１５に冷媒配管を介してそれぞれ接続され、コンプレッサ１から吐出される冷媒の熱を外気に放熱する車室外コンデンサとなっている。
【００２０】
車室内熱交換器１７は、ダクト１９内に配置されて、一端がコンプレッサ１の冷媒吸入口に、他端が前記膨張弁１５に冷媒配管を介してそれぞれ接続され、コンプレッサ１が運転しているときには吸熱器となって送風手段としてのブロアファン２１によって送風された空気を冷却する。
【００２１】
ダクト１９内の車室内熱交換器１７より上流側の端部には、車室内空気を導入する内気導入口２５と、走行風圧を受けて外気を導入する外気導入口２７とがそれぞれ設けられている。この内気導入口２５と外気導入口２７とが分岐する部分には、内気導入口２５と外気導入口２７とを任意の比率で、制御装置３１により駆動される図示しないインテークドアアクチュエータによって開閉するインテークドア２９が設けられている。インテークドア２９の開度たるインテークドア開度：Ｘintは、外気導入量が零でフル内気導入となる位置をＸint＝０％と設定し、内気導入量が零でフル外気導入となる位置をＸint＝１００％と設定する。
【００２２】
内気導入口２５と外気導入口２７とが合流する下流側の合流部３２と車室内熱交換器１７との間には、前記ブロアファン２１が配置され、このブロアファン２１は、前記した制御装置３１で駆動されるブロアファンモータ３３により回転駆動される。
【００２３】
ダクト１９内の車室内熱交換器１７の下流側には、エンジン冷却水を導入するヒータコア３５が設けられ、このヒータコア３５の上流側近傍には、エアミックスドア３７が設けられている。このエアミックスドア３７は、前記した制御装置３１で駆動される図示しないエアミックスドアアクチュエータにより、下流のヒータコア３５を通過する空気（温風）と通過しない空気（冷風）との割合を調節するように開閉する。
【００２４】
エアミックスドア３７の開度たるエアミックスドア開度：Ｘmixは、エアミックスドア３７が一点鎖線で示す位置となってヒータコア３５を通過する空気が零となるときをエアミックスドア開度：Ｘmix＝０％（全閉、フルクール）と設定し、エアミックスドア３７が二点鎖線で示す位置となってすべての空気がヒータコア３５を通過するときをエアミックスドア開度：Ｘmix＝１００％（全開、フルホット）と設定する。
【００２５】
ダクト１９のヒータコア３５よりも下流側には、上記した温風と冷風との混合を促進することにより、温度調節された空調風を作る部屋としてのエアミックスチャンバ３９が設けられている。エアミックスチャンバ３９には、図示しない対象乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すベント吹出口４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ）と、対象乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口４３と、図示しないフロントウインドウガラスに向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口４５とがそれぞれ設けられている。
【００２６】
エアミックスチャンバ３９内には、ベンチレータドア４７とフットドア４９とデフロスタドア５１とがそれぞれ設けられている。ベンチレータドア４７は、制御装置３１で駆動される図示しないベンチレータドアアクチュエータにより、ベンチレータ吹出口４１を開閉する。フッドドア４９は、制御装置３１で駆動される図示しないフットドアアクチュエータにより、フット吹出口４３を開閉する。デフロスタドア５１は、制御装置３１で駆動される図示しないデフロスタドアアクチュエータにより、デフロスタ吹出口４５を開閉する。
【００２７】
上記した制御装置３１には、ダッシュボード上に設置された日射量センサ５３が検出する車両に対する日射量：Ｑsun、車室外に配置された外気温センサ５５が検出する外気温度：Ｔamb、車室内に設置された室温センサ５７が検出する車室内温度：Ｔic、インストルメントパネルに配置された室温設定器５９による車室内の設定温度Ｔptc、インストルメントパネルに配置された吹出口モードスイッチ６１およびブロアファンスイッチ６３の各設定値、車室内熱交換器１７の下流側近傍に配置された車室内熱交換器吹出温度センサ６５が検出する車室内熱交換器１７の吹出空気温度：Ｔout、コンプレッサ１の吸入側の冷媒配管に設置されたコンプレッサ吸入冷媒温度センサ６７が検出するコンプレッサ１の吸入冷媒温度：Ｔref、エンジンの冷却水出口側の冷却水配管６８に設置された水温センサ６９が検出する水温：Ｔwなどの熱環境情報が入力される。
【００２８】
コンプレッサ吸入冷媒温度センサ６７は空調熱負荷を検出する熱負荷検出手段を構成しており、したがってコンプレッサ１の吸入冷媒温度：Ｔrefは、空調熱負荷に対応している。このように、コンプレッサ１の吸入冷媒温度により空調熱負荷を検出することで、冷媒温度センサなど既知の手段によって容易に熱負荷を検出することができる。
【００２９】
これら各熱環境情報が入力される制御装置３１は、コンプレッサ回転数：Ｎcomp、エアミックスドア開度：Ｘmix、インテークドア開度：Ｘint、吹き出し口モード、ブロアファン電圧：Ｖfan、目標吹出温度：Ｔofなどの目標冷暖房条件を演算する。そして、車室内の冷暖房条件が上記演算された目標冷暖房条件を維持するように、制御装置３１は、ブロアファンモータ３３、インテークドアアクチュエータ、エアミックスドアアクチュエータ、ベンチレータドアアクチュエータ、フットドアアクチュエータ、デフロスタドアアクチュエータなどを駆動したり、コンプレッサ用インバータ１１にコンプレッサ回転数信号を出力したりする。
【００３０】
また、制御装置３１は、コンプレッサ吸入冷媒温度：Ｔrefと所定温度としての第１の設定温度：Ｔset1とを比較し、Ｔref＞Ｔset1の場合には、Ｔrefに応じてコンプレッサ１の許容最高回転数を設定する許容回転数設定手段として作用したり、ブロアファンモータ３３の電圧を下げてブロアファン２１の風量を低下または零に補正する風量補正手段として作用したりする。
【００３１】
コンプレッサ用インバータ１１は、配管やケーシング壁を介してコンプレッサの吸入冷媒に接するように配置され、吸入冷媒の冷熱を利用して冷却される。これにより、コンプレッサ用インバータ１１を冷却するための専用配管や熱交換器を排除することが可能となる。コンプレッサ用インバータ１１は、コンプレッサ１の回転数や電圧や電流値やエラーの有無などの情報を制御装置３１に出力するとともに、制御装置３１からコンプレッサ１の回転数信号やＯＮ／ＯＦＦ信号を入力しながらコンプレッサ１の作動状態を制御し、車室内の空調に必要なコンプレッサ１の能力を可変にする。
【００３２】
バッテリコントローラ９は、図示しない電力残量センサやバッテリ温度センサ７１の検出信号から、バッテリ残量（ＳＯＦ）やバッテリ温度に関する情報を入力し、バッテリ７の残量や温度があらかじめ設定された状態になるように制御する。バッテリコントローラ９の動作によって、コンプレッサ用インバータ１１を介してコンプレッサ１に供給される電力は、図２に示したフローチャートのようにして使い分けられる。
【００３３】
まず、電力残量センサの信号に基づいて、バッテリＳＯＰが規定値以上か否かを判断する（ステップ２０１）。規定値以上ない場合には、バッテリ７への蓄電を優先してバッテリ電力の使用を禁止し、コンプレッサ１はモータジェネレータ５で発電された電力を直接使って駆動される（ステップ２０３）。
【００３４】
規定値以上ある場合には、バッテリ温度センサ７１の検出信号に基づいて、バッテリ温度が規定温度以下か否かを判断する（ステップ２０５）。ここで、バッテリ温度が規定温度以下でない場合には、バッテリ電力の使用を禁止し、コンプレッサ１はモータジェネレータ５で発電された電力を直接使って駆動される。
【００３５】
バッテリ温度が規定温度以下の場合、つまりバッテリＳＯＰとバッテリ温度の両方が所定の状態にあれば、コンプレッサ１はバッテリ７の電力を使って駆動される（ステップ２０７）。
【００３６】
このように、バッテリ残量が規定値を下回るか、あるいはバッテリ温度が規定温度以下の場合には、コンプレッサ用インバータ１１を介してモータ１へ供給され電力を、バッテリ７に代えてジェネレータ５からとすることで、特にコンプレッサ１の起動時には、バッテリ７は、負担が軽減されて過熱が抑制され、寿命低下が防止される。
【００３７】
なお、実際の車両では、車室外熱交換器１３の車両後方側にラジエータが設けられ、このラジエータにエンジン冷却水が流れて外気に放熱するようになっているが、図１にはこのラジエータは図示されていない。
【００３８】
次に、上記した実施形態による車両用空調装置の作用を、制御装置３１の制御動作を示す図３および図４のフローチャートに基づき説明する。
【００３９】
制御を開始すると、前記した各センサ値および各アクチュエータ出力、すなわち、乗員により設定された目標室温：Ｔptc、冷却水温：Ｔw、車室内熱交換器１７の吹き出し空気温度Ｔout、外気温：Ｔamb、室内温度：Ｔic、日射量：Ｑsun、ブロアファンモータ電圧：Ｖfan、インテークドア開度：Ｘ int 、エアミックスドア開度：Ｘmix、コンプレッサ吸入冷媒温度：Ｔref、コンプレッサ回転数：Ｎcompの入力を受ける（ステップ３０１）。
【００４０】
続いて、通常の温調制御に従って、コンプレッサ回転数やブロアファンモータ電圧やインテークドア開度やエアミックスドア開度などの各アクチュエータの目標値を演算する（ステップ３０３）。
【００４１】
次に、コンプレッサ１を起動した直後か否かを判断し（ステップ３０５）、コンプレッサ起動直後でない場合には、起動制御フラグがＯＮかＯＦＦかを判断する（ステップ３０７）。ここで、起動制御フラグがＯＦＦならば起動制御が終了しているので、前記ステップ３０３で演算された各アクチュエータの目標値を制御信号として出力する（ステップ３０９）。
【００４２】
一方、起動制御フラグが、起動制御途中となるＯＮの場合および、前記ステップ３０５でコンプレッサ起動直後と判断された場合には、コンプレッサ吸入冷媒温度：Ｔrefが、第１の設定温度：Ｔset1よりも大きいか否かを判断する（ステップ３１１）。
【００４３】
ここで、Ｔref＞Ｔset1ならば、コンプレッサ吸入冷媒温度：Ｔrefが高いとして起動制御を継続する必要があるので、起動制御フラグをＯＮに設定する（ステップ４０１）。逆に、Ｔref≦Ｔset1ならば、コンプレッサ吸入冷媒温度が充分低下して起動制御を解除できると判断して、起動制御フラグをＯＦＦに設定し（ステップ３１３）、前記ステップ３０３で演算された各アクチュエータの目標値を制御信号として出力する（ステップ３０９）。
【００４４】
図４のステップ４０１にて起動制御フラグをＯＮに設定した後は、コンプレッサ吸入冷媒温度：Ｔrefに応じたコンプレッサ１の許容最高回転数：Ｎlimを演算する（ステップ４０３）。ここでは、Ｔrefが高いときの許容最高回転数は低く、Ｔrefが低下すれば許容最高回転数が高くなるように設定している。
【００４５】
Ｔrefが高い状態でコンプレッサ１を高回転数で運転すると、コンプレッサ用インバータ１１内の素子に瞬間的に大きな電流が流れて素子が急激に過熱される可能性が高いので、上記したように、Ｔrefが高いときには、許容最高回転数を低く設定することで、コンプレッサ用インバータ１１内の素子の過熱を抑制することができる。
【００４６】
次に、前記ステップ３０３で演算された通常の温調制御における回転数が、許容最高回転数：Ｎlimより低いか否かを判断する（ステップ４０５）。通常の温調制御における回転数＜Ｎlimならば、前記ステップ３０３で演算された通常の温調制御における回転数をコンプレッサ回転数に設定する（ステップ４０７）。
【００４７】
逆に、通常の温調制御における回転数≧Ｎlimならば、前記ステップ４０３で演算した許容最高回転数：Ｎlimをコンプレッサ回転数に設定する（ステップ４０９）。すなわち、ここでは、通常の温調制御における回転数と、許容最高回転数：Ｎlimとの何れか小さい方がコンプレッサ回転数に設定されることになる。
【００４８】
続いて、コンプレッサ吸入冷媒温度：Ｔrefが、所定温度としての第２の設定温度：Ｔset2（＞Ｔset1）よりも高いか否かを判断し（ステップ４１１）、Ｔref＞Ｔset2ならば、ブロアファンモータ３３の電圧を０Ｖ（停止）に設定する（ステップ４１３）。一方、Ｔref≦Ｔset2ならば、ブロアファンモータ３３の電圧を最小電圧：Ｖfan.Lowに設定する（ステップ４１５）。
【００４９】
すなわち、ここでは、通常の温調制御時よりもブロアファンモータ３３の電圧を小さい値に設定することで、ブロアファン２１の風量を低減させ、車室内熱交換器１７からの吸熱量を低減し、コンプレッサ吸入冷媒温度の低下を促進させる方法を選択する。これにより、コンプレッサ起動時でのコンプレッサ用インバータ１１に流れる電流を低く抑えることができ、インバータの内部素子の過熱を抑制することができる。
【００５０】
Ｔref≦Ｔset2ならば、車室内熱交換器１７から吸熱しながらでもコンプレッサ吸入冷媒温度を低下させることができるが、ＴrefがＴset2よりも高い温度であれば、さらにコンプレッサ回転数が低下してエアコンサイクルの冷房能力が低下するので、ブロアファンモータ電圧を０Ｖ（停止）にして車室内熱交換器１７からの吸熱をなくし、エアコンサイクルの全冷房能力を使ってコンプレッサ吸入冷媒温度を低下させる。
【００５１】
上記ステップ４１３およびステップ４１５でブロアファンモータ電圧を設定した後は、図３における前記ステップ３０９に進み、ステップ４０７またはステップ４０９で設定されたコンプレッサ回転数、ステップ４１３またはステップ４１５で設定されたブロアファンモータ電圧、ステップ３０３で演算されたコンプレッサとブロアファンモータを除く各アクチュエータの目標値を制御信号として出力する。
【００５２】
以上に示した本発明の実施形態では、コンプレッサ１とコンプレッサ用インバータ１１とを互いに別体とした場合を例にして説明を行ったが、コンプレッサ１とコンプレッサ用インバータ１１とを互いに一体にした場合にも同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、コンプレッサ１は、ケーシング内に一体に設けられたモータによって駆動される場合を例にしたが、ケーシング外に別体に設けられたモータによって駆動されるものでもよい。
【００５４】
さらに、常時電動で駆動されるコンプレッサを例にして説明を行ったが、エンジンによるベルト駆動とモータ駆動とを選択可能なハイブリッドタイプのコンプレッサにも適用できる。
【００５５】
以上のように、エアコン運転開始時（コンプレッサ起動時）に、コンプレッサ吸入冷媒温度が高ければ、コンプレッサ１の許容最高回転数を制限し、ブロアファンモータ３３の電圧をより小さくなるように設定変更するようにしたので、エアコン運転開始直後に、コンプレッサ用インバータ１１の内部素子の過熱を抑制でき、効果的にコンプレッサ回転数を最高回転数まで高めてエアコンサイクルの能力を引き出すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示す車両用空調装置の全体構成図である。
【図２】図１の車両用空調装置におけるバッテリコントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【図３】図１の車両用空調装置における制御装置の制御動作を示すフローチャートである。
【図４】図１の車両用空調装置における制御装置の制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ コンプレッサ
３ エンジン
５ モータジェネレータ
７ バッテリ
９ バッテリコントローラ（切換手段，制御手段）
１３ 車室外熱交換器
１７ 車室内熱交換器
１１ コンプレッサ用インバータ
２１ ブロアファン（送風手段）
３１ 制御装置（風量補正手段，許容回転数設定手段）
６７ コンプレッサ吸入冷媒温度センサ（熱負荷検出手段）
Claims (5)
- モータにより駆動可能で車室内の空調に必要なコンプレッサ能力を可変とするインバータを備えたコンプレッサと、前記コンプレッサによって圧送される冷媒と外気とが熱交換を行う車室外熱交換器と、送風手段によって車室内に送風される空調風と前記冷媒とで熱交換を行う車室内熱交換器とをそれぞれ備えた車両用空調装置において、前記インバータを、前記コンプレッサの吸入冷媒によって冷却されるように設置するとともに、前記吸入冷媒の温度を空調熱負荷として検出する熱負荷検出手段を有し、前記コンプレッサの起動時に、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が所定値よりも高い場合には、前記送風手段による風量が低下するよう補正する風量補正手段を設けたことを特徴とする車両用空調装置。
- 前記風量補正手段は、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が所定値よりも高い場合には、前記送風手段による風量が停止するように補正することを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
- 前記風量補正手段は、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が高いほど、前記送風手段による風量が少なくなるよう補正することを特徴とする請求項１または２記載の車両用空調装置。
- モータにより駆動可能で車室内の空調に必要なコンプレッサ能力を可変とするインバータを備えたコンプレッサと、前記コンプレッサによって圧送される冷媒と外気とが熱交換を行う車室外熱交換器と、送風手段によって車室内に送風される空調風と前記冷媒とで熱交換を行う車室内熱交換器とをそれぞれ備えた車両用空調装置において、空調熱負荷を検出する熱負荷検出手段を有し、前記モータへの電力をバッテリから供給するか、エンジンの駆動によって発電するジェネレータから供給するかを切り換える切換手段を設けるとともに、前記コンプレッサの起動時に、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が所定値よりも高い場合には、前記モータへの電力を前記ジェネレータから供給するよう前記切換手段を切り換える制御手段を設けたことを特徴とする車両用空調装置。
- 前記コンプレッサの起動時に、前記熱負荷検出手段により検出された熱負荷が所定値よりも高い場合には、前記コンプレッサの許容最高回転数を低く設定する許容回転数設定手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
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