JP3994874B2

JP3994874B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP3994874B2
Application number: JP2002376875A
Authority: JP
Inventors: 正人小村; 浩二山下
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: US6820438B2; US20040134209A1; JP2004203304A; DE10359698A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷房負荷が所定値よりも高いときはエンジンでコンプレッサを駆動し、冷房負荷が所定値よりも低いときは電動モータでコンプレッサを駆動する車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のように、冷房負荷が所定値よりも高いときは、出力の大きいエンジンでコンプレッサを駆動して冷房負荷を急速に低下させ、冷房負荷が所定値よりも低くなったら、エンジンよりも出力の小さい電動モータでコンプレッサを駆動するようにした車両用空調装置が従来から知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２３６１５１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の冷房負荷を、エバポレータの実際の温度とエバポレータの目標温度との偏差に基づいて求めた場合について、本発明者が試作検討してみたところ、冷房負荷が所定値よりも高いときでも、コンプレッサを電動モータで駆動すれば足りる場合があり、結果的にエンジンを無駄に駆動してエンジンの燃費を悪化させてしまっていることが判明した。以下、このことについて詳細に説明する。冷房負荷を上記のような方法で求める場合、冷房負荷が所定値よりも高いときとは、エバポレータの実際の温度が、エバポレータの目標温度に対して所定温度高いところに設定される基準温度よりも高いときとなる。従って、実際のエバポレータの温度が上記基準温度よりも高いときにコンプレッサをエンジンで駆動し、エバポレータの実際の温度が上記基準温度よりも低いときにコンプレッサを電動モータで駆動することになる。
ここで、上記所定温度が５℃、エバポレータの実際の温度が１０℃、エバポレータの目標温度が２℃のケースを考えると、上記基準温度は７℃（＝２℃＋５℃）となり、エバポレータの実際の温度が基準温度よりも高いため、冷房負荷が所定値よりも高いということになり、コンプレッサがエンジンによって駆動される。ところで、本発明者の試作検討によると、エバポレータの実際の温度が所定の快適限界温度（例えば１５℃）を超えなければ、乗員は不快に感じにくいということが判明した。従って、上記ケースの場合は、エバポレータの実際の温度が１０℃であるから、乗員は不快に感じにくいため、本来ならばコンプレッサをエンジンで駆動しなくても電動モータで駆動すれば足りる。しかしながら、従来技術によると、コンプレッサをエンジンで駆動することになり、結果としてエンジンの燃費を悪化させてしまっていた。
そこで、本発明は上記点に鑑み、冷房負荷が所定値よりも高いときはエンジンでコンプレッサを駆動し、冷房負荷が所定値よりも低いときは電動モータでコンプレッサを駆動する車両用空調装置において、最低限の冷房能力を確保しながら、エンジンの燃費を向上させることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、エバポレータ（１４）の目標温度（ＴＥＯ）に対して所定温度（β）だけ高い温度を基準温度として設定する基準温度設定手段（Ｓ４０、Ｓ５０）を備え、エバポレータ（１４）の実際の温度（ＴＥ）が上記基準温度よりも高いときはコンプレッサ（４）をエンジン（１）で駆動し、エバポレータ（１４）の実際の温度（ＴＥ）が上記基準温度よりも低いときはコンプレッサ（４）を電動モータ（９）で駆動する車両用空調装置において、
上記基準温度設定手段（Ｓ４０、Ｓ５０）は、上記目標温度（ＴＥＯ）が低くなるほど上記所定温度（β）が高い温度となるように所定温度（β）を演算する所定温度演算手段（Ｓ４０）を備えるとともに、基準温度が所定の快適限界温度を超えないように基準温度を設定することを特徴としている。
これによると、エバポレータ（１４）の目標温度（ＴＥＯ）が低くなっても、これに伴って所定温度（β）が高くなるため、これらの和で定まる基準温度は、目標温度（ＴＥＯ）に関係なくほぼ一定の温度となる。更には、この基準温度は快適限界温度を超えないように設定される。従って、車室内冷房負荷が高いときでも、エバポレータ（１４）の実際の温度（ＴＥ）が快適限界温度を超えない範囲でコンプレッサ（４）を電動モータ（９）で駆動することができ、エンジン（１）の燃費を向上させることができる。
尚、エバポレータ（１４）の実際の温度（ＴＥ）が基準温度を超える場合は、出力の大きいエンジン（１）によってコンプレッサ（４）が駆動されるため、コンプレッサ制御手段（Ｓ９０、Ｓ１５０）によってコンプレッサ（４）を十分に駆動することができ、最低限の冷房能力を確保することができる。
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、上記基準温度設定手段（Ｓ４０、Ｓ５０）は、上記所定温度演算手段（Ｓ４０）が、上記目標温度（ＴＥＯ）の全範囲にわたって、この目標温度（ＴＥＯ）との和が上記快適限界温度を超えないように所定温度（β）を演算するように構成されていることを特徴としている。
これによると、所定温度演算手段（Ｓ４０）で演算した所定温度（β）を上記基準温度として設定することができるから、簡単に基準温度を設定することができる。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、コンプレッサ（４）が、外部から吐出冷媒容量を制御可能に構成され、コンプレッサ制御手段（Ｓ９０、Ｓ１５０）が、冷房負荷に基づいてコンプレッサ（４）の容量を制御することを特徴としている。
これによると、コンプレッサ（４）をエンジン（１）で駆動するときには、コンプレッサ（４）をエンジン（１）に接続したまま、その容量制御でエバポレータ（１４）の温度を制御できるので、コンプレッサ（４）をオンオフしてエバポレータ（１４）の温度を制御する場合に比べて、エバポレータ（１４）の温度変化を抑えることができる。
【０００６】
なお、上記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一例である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は本実施形態における車両用空調装置の全体構成図である。１は、車両に搭載された走行駆動源であるエンジンである。エンジン１の出力軸には、駆動プーリ２が設けられており、この駆動プーリ２は、エンジン１の駆動と連動して回転するようになっている。３は動力断続手段としての周知の電磁クラッチであり、４は車両の冷凍サイクル５の構成部品であるコンプレッサである。
【０００９】
コンプレッサ４の駆動軸には受動プーリ６が設けられている。そして、この受動プーリ６と電磁クラッチ３の回転軸とは、同軸上に配置されている。駆動プーリ２と電磁クラッチ３には、動力伝達部材であるベルト７が巻架されている。これにより、電磁クラッチ３が通電されて受動プーリ６を介してコンプレッサ４と連結されているときは、エンジン１によってコンプレッサ４が駆動される。
【００１０】
そしてコンプレッサ４は、エンジン１以外にも、車両に搭載された電動モータ９によって駆動されるようになっている。電動モータ９は、図示しない車載バッテリから電力が供給されて駆動する。電動モータ９の出力軸には駆動プーリ１０が設けられており、この駆動プーリ１０と受動プーリ６には動力伝達部材であるベルト８が巻架されている。つまり、本実施形態では、エンジン１の停止時に、電動モータ９によってコンプレッサ４を駆動するときは、電磁クラッチ３への通電を遮断して、エンジン１とコンプレッサ４との連結を遮断しておき、その後、電動モータ９を駆動してコンプレッサ４を駆動する。
【００１１】
次に、冷凍サイクル５について簡単に説明する。まず、コンプレッサ４は外部から任意に吐出冷媒容量を可変できる外部可変容量コンプレッサにて構成している。具体的には、斜板式の外部可変容量コンプレッサで、図示しないクランク室内の圧力を制御することで斜板角度を変化させ、吐出冷媒容量を可変する電磁式制御弁４ａを有するものである。
【００１２】
そして冷凍サイクル５は、コンプレッサ４の他に、コンプレッサによって圧縮された高温高圧冷媒を凝縮液化させるコンデンサ１１、凝縮液化した冷媒を気液分離するレシーバ１２、レシーバ１２からの液冷媒を減圧膨張させる膨張弁１３、及び膨張した低温低圧冷媒を蒸発気化させるエバポレータ１４からなる周知のものである。
【００１３】
また、１００は車室内へ空調風を供給する空調ユニットであり、空調ケース１０１内にファン１０２、エバポレータ１４、ヒータコア１０３、エアミックスドア１０４等を備え、下流側に車室内の窓ガラス内面や乗員上半身や乗員下半身に向けて吹き出す複数の吹出口を有する周知の構成である。
【００１４】
次に、制御系の構成について説明する。
１５は図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータ手段としてのエアコンＥＣＵであり、車両走行スイッチであるイグニッションスイッチ１６がオンされると、図示しない車載バッテリから電力が供給されて起動状態となる。
【００１５】
このエアコンＥＣＵ１５には、車室内温度を検出する内気温センサ１７、外気温度を検出する外気温センサ１８、車室内に照射される日射量を検出する日射センサ１９、エバポレータ１４を通過した直後の空気温度（以下、エバ後温度という）を検出するエバ後温度センサ２０、車室内の目標温度を設定する温度設定器２１、コンプレッサ４の起動を指示するエアコンスイッチ２２等からの信号が入力される。
【００１６】
そしてエアコンＥＣＵ１５は、上記各入力信号に基づいて所定の演算処理を行い、クラッチ制御回路２３に対するクラッチ接続信号の出力／非出力を制御して電磁クラッチ３の通電／非通電を制御したり、モータ駆動回路２４に対するモータ駆動信号の出力／非出力を制御して電動モータ９の駆動／停止を制御したり、容量制御回路２５に対する容量制御信号を制御して電磁式制御弁４ａを制御する。
【００１７】
またエアコンＥＣＵ１５は、エンジンの駆動／停止を制御するエンジンＥＣＵ２６に対するエンジン駆動信号の出力／非出力を制御する。そしてエンジンＥＣＵ２６は、エアコンＥＣＵ１５から入力されるエンジン駆動信号と、例えば車速等の車両側要求信号とに基づいてエンジン１のオンオフを制御する。
【００１８】
次に、エアコンＥＣＵ１５による制御ルーチンについて、図２〜４に基づいて説明する。
【００１９】
図２はエアコンＥＣＵ１５が実行する制御ルーチンを示すフローチャートであり、このルーチンは、イグニッションスイッチ１６がオンになると起動され、ます最初にステップＳ１０にて上記各センサ１７〜２０、温度設定器２１及びエアコンスイッチ２２からの信号を入力する。
【００２０】
次に、ステップＳ２０にて、内気温センサ１７、外気温センサ１８、日射センサ１９及び温度設定器２１からの信号に基づいて、車室内への吹出風の目標吹出温度ＴＡＯを下記数式１に基づいて演算する。
【００２１】
【数１】
ＴＡＯ＝Ｋset×Ｔset−Ｋr×Ｔr−Ｋam×Ｔam−Ｋs×Ｔs−Ｃ（℃）
ここでＫset、Ｋr、Ｋam及びＫsは各信号値の係数であり、Ｃは制御定数である。従って、この目標吹出温度ＴＡＯは、温度設定器２１で設定された目標温度と内気温センサ１７で検出された車室内温度との偏差に、外気温や日射量という外乱を加味して演算した目標温度ということができる。
また、目標吹出温度ＴＡＯは、温度設定器２１で設定された目標温度に対して、内気温センサ１７で検出された車室内温度が高いほど、低い温度となるように演算される温度であるから、この目標吹出温度ＴＡＯが低いほど車室内冷房負荷が高いということができる。
【００２２】
そして、次のステップＳ３０にて、ステップＳ２０で演算した目標吹出温度ＴＡＯと図３に示すマップとに基づいて、エバ後温度の目標値である目標エバ後温度ＴＥＯを演算する。ここで、図３のマップは、目標吹出温度ＴＡＯが低いほど、すなわち車室内冷房負荷が高いほど、目標エバ後温度ＴＥＯが低い温度となるように設定されている。
【００２３】
そして、次のステップＳ４０とステップＳ５０にて、本発明の基準温度をなす第２基準温度（後述する）の設定を行う。具体的には、まず初めにステップＳ４０にて、本発明の所定温度をなす第２所定温度βを、ステップＳ３０で演算した目標エバ後温度ＴＥＯと図４に示すマップとに基づいて演算する。
【００２４】
ここで、図４のマップは、目標エバ後温度ＴＥＯが低くなるほど、第２所定温度βが高い温度となるように設定されている。また、図４のマップは、後述するステップＳ５０の演算処理の結果、目標エバ後温度ＴＥＯの全範囲にわたって、目標エバ後温度ＴＥＯと第２所定温度βとの和が快適限界温度（本実施形態では１５℃）を超えない値となるように設定されている。
【００２５】
そして次のステップＳ５０にて、ステップＳ４０で演算した第２所定温度βと目標エバ後温度ＴＥＯとの和を演算し、これを第２基準温度として設定する。
【００２６】
次に、ステップＳ６０にて、エアコンスイッチ２２がオンかオフかを判定する。そして、エアコンスイッチ２２がオフの場合は、コンプレッサ４を駆動する必要がないため、何の処理も行わずにリターンする。
逆にエアコンスイッチ２２がオンの場合は、次のステップＳ７０にて、車速等の車両側要求信号によってエンジン１が駆動される条件か否かを判定する。そして、エンジン１が車両側要求信号に基づいて駆動される場合は、このエンジン１の動力でコンプレッサ４を駆動すれば良いから、モータ駆動信号は非出力として電動モータ９を停止させ、クラッチ接続信号を出力して電磁クラッチ３を通電させてエンジン１とコンプレッサ４とを接続する。
そして、ステップＳ９０にて、エバ後温度センサ２０で検出したエバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯとなるように容量を制御する。その後、リターンする。一方、ステップＳ７０にて、車両側要求信号に基づいてエンジン１が駆動される条件ではない場合は、次のステップＳ１００〜Ｓ１５０にて、冷房負荷に応じてコンプレッサ４の駆動／停止や駆動源、及びコンプレッサ４の容量を制御する。具体的には、ステップＳ１００では、予めＲＯＭに記憶された第１基準温度（エバ後温度ＴＥに対して第１所定温度αだけ高い温度）、及びステップＳ５０で設定された第２基準温度（エバ後温度ＴＥに対して第２所定温度β（β＞α）だけ高い温度）とエバ後温度ＴＥとの比較を行い、エバ後温度ＴＥが第１基準温度よりも低いと判定されたときは、冷房負荷が小さくコンプレッサ４を駆動する必要がないため、ステップＳ１１０にてエンジン駆動信号を非出力としてエンジン１を停止させ、またモータ駆動信号を非出力として電動モータ９を停止させ、クラッチ接続信号を非出力として電磁クラッチ３への通電を遮断する（図５参照）。その後、リターンする。
【００２７】
また、ステップＳ１００で、エバ後温度ＴＥが第１基準温度よりも高く第２基準温度よりも低いと判定されたときは、冷房負荷が中ということなので、ステップＳ１２０にてエンジン駆動信号を非出力としてエンジン１を停止させ、モータ駆動信号を出力して電動モータ９を駆動させ、クラッチ接続信号を非出力として電磁クラッチ３への通電を遮断する（図５参照）。
【００２８】
そして、次のステップＳ１３０にてコンプレッサ４の容量制御を行う。この場合、コンプレッサ４を駆動する電動モータ９は、本実施形態においては出力があまり大きいものを用いていないため、コンプレッサ４の容量をあまり大きくすることができない。従って本実施形態では、冷房負荷が中のときは、所定の中間流量（例えば容量４０％）で一定となるように制御する。その後、リターンする。尚、出力の大きい電動モータ９を用いることができる場合は、エバ後温度ＴＥと目標エバ後温度ＴＥＯとの偏差に基づいて容量を制御しても良いことはもちろんのことである。
【００２９】
また、ステップＳ１００で、エバ後温度ＴＥが第２基準温度よりも高いと判定されたときは、冷房負荷が大ということなので、ステップＳ１４０にてエンジン駆動信号を出力してエンジン１を駆動させ、モータ駆動信号を非出力として電動モータ９を停止させ、クラッチ接続信号を出力して電磁クラッチ３を通電させる（図５参照）。
そして、次にステップＳ１５０にて、エバ後温度センサ２０で検出したエバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯとなるように容量を制御する。その後、リターンする。
以上説明したように、本実施形態によると、目標エバ後温度ＴＥＯの全範囲にわたって、第２基準温度が快適限界温度を超えない値となるように第２所定温度βを演算しているため、車室内冷房負荷が高いときでも、エバ後温度ＴＥが快適限界温度を超えない範囲でコンプレッサ４を電動モータ９で駆動することができ、エンジン１の燃費を向上させることができる。また、簡単に第２基準温度を設定することができる。
また、エバ後温度ＴＥが第２基準温度を超える場合は、出力の大きいエンジン１によってコンプレッサ４が駆動されるため、ステップＳ１５０の制御によってコンプレッサ４を十分に駆動することができ、最低限の冷房能力を確保することができる。
また本実施形態では、コンプレッサ４をエンジン１で駆動するときは、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯとなるようにコンプレッサ４の容量を制御するので、コンプレッサ４をオンオフしてエバポレータ１４の温度を制御する場合に比べて、エバポレータ１４の温度変化を抑えることができる。
（その他の実施形態）
第１実施形態のステップＳ４０では、目標エバ後温度ＴＥＯの全範囲にわたって、目標エバ後温度ＴＥＯと第２所定温度βとの和が快適限界温度（本実施形態では１５℃）を超えない値となるように、第２所定温度βを演算するようにしたが、別の形態として、このステップＳ４０では、目標エバ後温度ＴＥＯと第２所定温度βとの和が快適限界温度を超えてしまう領域があっても良いものとして第２所定温度βを演算し、もし快適限界温度を超えてしまった場合には、次のステップＳ５０にて、第２基準温度を強制的に快適限界温度に設定するようにしても良い。
また第１実施形態では、エバポレータ１４の温度として、エバポレータ１４を通過した直後の空気温度であるエバ後温度ＴＥを用いたが、エバポレータ１４自身の温度を用いても良いし、冷凍サイクルの低圧冷媒の圧力や温度からエバポレータ１４の温度を推定しても良い。
【００３０】
また第１実施形態では、エンジン１とコンプレッサ４との間に電磁クラッチ３を設け、コンプレッサ４をエンジン１で駆動するときは電磁クラッチ３を通電させ、コンプレッサ４を電動モータ９で駆動するときは電磁クラッチ３への通電を遮断するような構成としたが、この電磁クラッチ３を廃止し、エンジン１の駆動力が常にコンプレッサ４に伝達されるようにするとともに、電動モータ９をワンウェイクラッチを介してコンプレッサ４に接続し、コンプレッサ４をエンジン１で駆動とするときは、エンジン１によってコンプレッサ９を回転させ、このとき電動モータ９はワンウェイクラッチによって停止状態を維持できるようにし、コンプレッサ４を電動モータ９で駆動するときは、上記ワンウェイクラッチを介して電動モータ９によってコンプレッサ４を駆動できるように構成しても良い。この場合、コンプレッサ４を停止させたい場合は、容量を最小容量にすることで、実質的にそれと同じ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における車両用空調装置の全体構成図である。
【図２】第１実施形態のエアコンＥＣＵ１５が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態の目標吹出温度ＴＡＯと目標エバ後温度ＴＥＯとの関係を表す図である。
【図４】第１実施形態の目標エバ後温度ＴＥＯと第２所定温度βとの関係を表す図である。
【図５】第１実施形態のエバ後温度ＴＥとエンジン駆動信号、モータ駆動信号及びクラッチ接続信号のオンオフ状態を示す図である。
【符号の説明】
１…エンジン、４…コンプレッサ、９…電動モータ、１４…エバポレータ、１５…エアコンＥＣＵ。

Claims

エンジン（１）及び電動モータ（９）の少なくとも一方によって駆動されるコンプレッサ（４）を有し、このコンプレッサ（４）を駆動してエバポレータ（１４）に低温低圧冷媒を供給し、このエバポレータ（１４）の冷媒と熱交換した空気を車室内に吹き出すように構成され、
車室内冷房負荷が高くなるほど前記エバポレータ（１４）の目標温度（ＴＥＯ）が低い温度となるように演算し、前記エバポレータ（１４）の実際の温度（ＴＥ）が前記目標温度（ＴＥＯ）となるように前記コンプレッサ（４）を制御するコンプレッサ制御手段（Ｓ９０、Ｓ１５０）を有し、
前記目標温度（ＴＥＯ）に対して所定温度（β）だけ高い温度を基準温度として設定する基準温度設定手段（Ｓ４０、Ｓ５０）を備え、
前記エバポレータ（１４）の実際の温度（ＴＥ）が前記基準温度よりも高いときは、前記エンジン（１）の駆動を要求するエンジン駆動信号を出力して前記エンジン（１）を駆動させ、このエンジン（１）の駆動力を前記コンプレッサ（４）に伝達し、
前記エバポレータ（１４）の実際の温度（ＴＥ）が前記基準温度よりも低いときは、前記エンジン駆動信号を非出力として前記エンジン（１）を停止させるとともに、前記電動モータ（９）の駆動を要求するモータ駆動信号を出力して前記電動モータ（９）を駆動させ、この電動モータ（９）の駆動力を前記コンプレッサ（４）に伝達する車両用空調装置において、
前記基準温度設定手段（Ｓ４０、Ｓ５０）は、前記目標温度（ＴＥＯ）が低くなるほど前記所定温度（β）が高い温度となるように前記所定温度（β）を演算する所定温度演算手段（Ｓ４０）を備えるとともに、前記基準温度が所定の快適限界温度を超えないように前記基準温度を設定することを特徴とする車両用空調装置。
前記基準温度設定手段（Ｓ４０、Ｓ５０）は、前記所定温度演算手段（Ｓ４０）を、前記目標温度（ＴＥＯ）の全範囲にわたって、前記目標温度（ＴＥＯ）との和が前記快適限界温度を超えないように前記所定温度（β）を演算するように構成することで、前記基準温度が前記快適限界温度を超えないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記コンプレッサ（４）は、外部から吐出冷媒容量を制御可能に構成され、
前記コンプレッサ制御手段（Ｓ９０、Ｓ１５０）は、前記冷房負荷に基づいて前記コンプレッサ（４）の容量を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。