JP2003104047A - 自動車用空調システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動コンプレッサを使用した場合にも連続し
て安定した車室内空調が可能な自動車用空調システムを
提供する。 【解決手段】 車載バッテリー５からの給電により駆動
される電動コンプレッサ１０、凝縮器１３、膨張弁１８
及び蒸発器（冷却器）１９から構成される冷媒回路と、
電動コンプレッサ１０の冷媒吐出温度Ｔｄを検出する冷
媒吐出温度センサ１２と、蒸発器１９の冷媒蒸発温度Ｔ
ｅを検出する冷却器温度センサ２０と、電動コンプレッ
サ１０の冷媒吸込温度Ｔｓを検出する冷媒吸込温度セン
サ４０と、各温度センサ１２、２０、４０の出力に基づ
いて膨張弁１８を制御する空調用制御装置２８とを備
え、この空調用制御装置２８は、電動コンプレッサ１０
の冷媒吐出温度Ｔｄに基づき、膨張弁１８により、冷媒
蒸発温度Ｔｅと冷媒吸込温度Ｔｓとの差である冷媒過熱
度ΔＴを調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電手段と、この
蓄電手段からの給電により駆動される電動コンプレッサ
を具備した自動車に採用される自動車用空調システムに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料エンジン自動車に用いられる
空気調和装置（カーエアコン）は、例えば、自動車の車
室内の空調を行なう場合、操作パネルに設けられた空調
用スイッチがＯＮされると、エンジンにてコンプレッサ
が回転駆動される。そして、コンプレッサから吐出され
室外熱交換器に流入した高温のガス冷媒は、電動モータ
で駆動されて回転する室外送風機により車室外の空気と
熱交換されて放熱し凝縮液化された後、膨張弁を介して
車室内に設けられた熱交換器に流入する。熱交換器に流
入した液冷媒はそこで蒸発し、その時に周囲から熱を吸
収することにより冷却作用を発揮し室内送風機にて車室
内の空気と熱交換して車室内を冷却し空調を行なった
後、再び冷媒がコンプレッサに戻る冷凍サイクルを繰り
返す冷媒回路が構成されている。

【０００３】しかしながら、従来のカーエアコンでは、
コンプレッサ自体の能力制御が困難であるため、冷却器
の温度（冷媒蒸発温度）とコンプレッサの吸込温度（冷
媒吸込温度）との差である過熱度が６乃至７ｄｅｇで一
定となるように制御を行っている。

【０００４】一方、カーエアコンのコンプレッサを車載
バッテリーにより駆動される電動コンプレッサとすれ
ば、コンプレッサ自体の能力制御が可能となり、適切な
車室内空調を実現することが期待できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
如くカーエアコンを、従来同様過熱度一定で制御を行う
と、コンプレッサが高負荷状態となった場合に、吐出温
度が異常に上昇してしまう問題がある。係る場合、電動
コンプレッサの場合には吐出温度が高くなるとコンプレ
ッサを駆動するモータの巻線温度が異常に上昇し、当該
巻線の絶縁破壊を引き起こすおそれがある。そのため、
電動コンプレッサにおいては能力を低下させて対処する
ことが可能であるが、何れにしても最悪の場合を回避す
るため、コンプレッサ停止となり、安定した連続運転は
不可能となる。

【０００６】そこで、本発明は係る従来の技術的課題を
解決するために成されたものであり、電動コンプレッサ
を使用した場合にも連続して安定した車室内空調が可能
な自動車用空調システムを提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、請求項１の発明の
自動車用空調システムは、蓄電手段を具備した自動車に
用いられ、蓄電手段からの給電により駆動される電動コ
ンプレッサ、凝縮器、減圧手段及び冷却器から構成され
る冷媒回路と、電動コンプレッサの冷媒吐出温度を検出
する冷媒吐出温度検出手段と、冷却器の冷媒蒸発温度を
検出する冷却器温度検出手段と、電動コンプレッサの冷
媒吸込温度を検出する冷媒吸込温度検出手段と、各検出
手段の出力に基づいて減圧手段を制御する制御手段とを
備え、この制御手段は、電動コンプレッサの冷媒吐出温
度に基づき、減圧手段により、冷媒蒸発温度と冷媒吸込
温度との差である冷媒過熱度を調整することを特徴とす
る。

【０００８】請求項２の発明の自動車用空調システム
は、上記発明に加えて、制御手段は、電動コンプレッサ
の冷媒吐出温度の上昇に伴い、当該冷媒吐出温度を下げ
る方向に冷媒過熱度を調整することを特徴とする。

【０００９】請求項１の発明の自動車用空調システムに
よれば、蓄電手段を具備した自動車に用いられ、蓄電手
段からの給電により駆動される電動コンプレッサ、凝縮
器、減圧手段及び冷却器から構成される冷媒回路と、電
動コンプレッサの冷媒吐出温度を検出する冷媒吐出温度
検出手段と、冷却器の冷媒蒸発温度を検出する冷却器温
度検出手段と、電動コンプレッサの冷媒吸込温度を検出
する冷媒吸込温度検出手段と、各検出手段の出力に基づ
いて減圧手段を制御する制御手段とを備え、この制御手
段は、電動コンプレッサの冷媒吐出温度に基づき、減圧
手段により冷媒蒸発温度と冷媒吸込温度との差である冷
媒過熱度を請求項２の如く電動コンプレッサの冷媒吐出
温度の上昇に伴い、当該冷媒吐出温度を下げる方向に冷
媒過熱度を調整するので、電動コンプレッサに異常な負
荷が加えられる以前に電動コンプレッサの冷媒吐出温度
を低下させることができるようになる。

【００１０】これにより、冷媒吐出温度の異常温度上昇
による電動コンプレッサの停止を防止若しくは抑制する
ことができ、連続して安定した運転を確保することがで
きるようになる。そのため、快適な車室内空調の維持を
実現することができるようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態を詳述する。図１は本発明の自動車用空調システム
を適用する実施例としての自動車１の構成図、図２は図
１の自動車１の駆動系の構成図、図３は本発明における
自動車用空調システムを構成する空気調和装置（ＡＣ）
９の構成図、図４は空気調和装置９の冷媒回路図をそれ
ぞれ示している。

【００１２】各図において、実施例の自動車１はハイブ
リッド自動車（ＨＥＶ）であり、この自動車１にはエン
ジン（内燃機関）２と、制御手段を構成する空調用制御
装置２８を具備した空気調和装置９が搭載されている。
空気調和装置９は自動車１の車室内の冷房、暖房及び除
湿等の空調を行なうもので、ロータリーコンプレッサ等
にて構成されたコンプレッサ（電動コンプレッサ）１０
の吐出側の配管１０Ａは室外熱交換器としての凝縮器１
３に接続され、凝縮器１３の出口側は受液器１７に接続
されている。

【００１３】受液器１７の出口側の配管１７Ａは減圧手
段としての膨張弁１８に接続され、膨張弁１８は室内熱
交換器（冷却器）としての蒸発器１９に接続されてい
る。蒸発器１９の出口側はコンプレッサ１０の吸込側の
配管１０Ｂに接続されて環状の冷凍サイクル（冷媒回
路）を構成している（図４）。尚、図１において３３は
ヒータであり、車室内を暖房したい時に使用するもので
ある。

【００１４】前記コンプレッサ１０、凝縮器１３及びエ
ンジン２などは人が乗車しない車室外に設けられると共
に、蒸発器１９は人が乗車する車室内に設置されてい
る。コンプレッサ１０にはコンプレッサモータ（電気モ
ータ）１１が設けられ、このコンプレッサモータ１１に
よってコンプレッサ１０は駆動される。凝縮器１３には
室外送風機１５が設けられており、この室外送風機１５
は室外送風機モータ１６によって回転駆動される。蒸発
器１９には室内送風機２１が設けられており、この室内
送風機２１は室内送風機モータ２２によって回転駆動さ
れる。尚、これらコンプレッサモータ１１と、室外送風
機モータ１６と、室内送風機モータ２２と、前記膨張弁
１８は、空調用制御装置２８に接続されている。

【００１５】また、コンプレッサ１０の冷媒吐出側には
冷媒吐出温度Ｔｄを検出するための冷媒吐出温度検出手
段としての冷媒吐出温度センサ１２が設けられ、コンプ
レッサ１０の冷媒吸込側には冷媒吸込温度Ｔｓを検出す
るための冷媒吸込温度検出手段としての冷媒吸込温度セ
ンサ４０が設けられると共に、凝縮器１３の冷媒出口側
には冷媒出口温度を検出するための温度センサ１４が設
けられ、蒸発器１９には冷媒蒸発温度Ｔｅを検出するた
めの冷却器温度検出手段としての冷却器温度センサ２０
が設けられ、これらは空調用制御装置２８に接続されて
いる。

【００１６】また、室内送風機２１より車室内に吹き出
される空気の温度を検出するための温度センサ２３も空
調用制御装置２８に接続されている。また、室外送風機
モータ１６、室内送風機モータ２２、車室内の空調操作
パネルに設けられた温度設定ボリューム２４或いは空調
用スイッチ２５なども空調用制御装置２８に接続されて
いる。

【００１７】ここで、空調用制御装置２８は所定の昇降
圧回路により車載バッテリー（若しくはキャパシタ。何
れも蓄電手段を構成する。ＢＡＴＴ）５の電圧（例え
ば、ＤＣ２４０Ｖ）を希望の電圧に昇圧若しくは降圧
し、ｉｎｖｅｒｔｅｒによってコンプレッサモータ１１
の駆動電圧に変換してコンプレッサ１０を回転駆動させ
る。

【００１８】また、空調用制御装置２８にはコンプレッ
サ１０の回転数に比例して回転するＡＵＴＯと、一定割
合で１．２．３の三段階に室内送風機２１の回転数を変
化させ、車室内に吹き出す送風量をマニュアルで決定す
るブロアファンスイッチ２６が接続されている。尚、２
７はバッテリー５の電圧をＤＣ１２Ｖに変換して図示し
ない前照灯、方向指示器、ラジオ（図５ではその他の負
荷で示す）及び空調用制御装置２８などを動作させるた
めの電源（補機電源）を生成する変換器である。

【００１９】前記自動車１にはエンジン（内燃機関）２
と、走行用モータ（走行用駆動手段としての電動モー
タ。Ｍ）３と、発電機（発電手段。Ｇ）４とが設けられ
ており（これらでＨＥＶのモータコントロールシステム
が構成される）、走行用モータ３はモータ制御用インバ
ータ３Ａを介して車載バッテリー（ＤＣ２４０Ｖ）５に
接続されると共に、発電機４は発電用インバータ（ＩＮ
Ｖ）４Ａを介して車載バッテリー５に接続されている。
エンジン２と走行用モータ３と発電機４とには図示しな
いトルク分割機構が接続され、トルク分割機構は走行用
モータ３と発電機４、及び、エンジン２と走行用モータ
３の回転を一つに合わせて、後述する無段変速機６を駆
動する。尚、トルク分割機構にて走行用モータ３と発電
機４、及び、エンジン２と走行用モータ３の回転を一つ
に合わせて無段変速機６を駆動する技術については周知
の技術であるため詳細な説明を省略する。

【００２０】係る走行用モータ３は主にエンジン２での
熱効率の悪い発進時、低速時に使用され、エンジン２単
独の駆動力以上に駆動力を必要とする際にもアシスト駆
動源として使用される。そして、エンジン２の熱効率の
良い高速に移るにつれて、エンジン２主導で動作する。
また、エンジン２主導時は車載バッテリー５の充電状態
に応じて発電機４で発電された電力が車載バッテリー５
に充電される。また、発電機４はエンジン２の回転中の
発電作用の他、エンジン２の始動時にスタータとしても
利用される。

【００２１】前記無段変速機（ＣＶＴ機構（Ｃｏｎｔｉ
ｎｕｏｕｓｌｙ ＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓ
ｉｏｎ））６は、車輪７に接続されている。そして、エ
ンジン２或いは走行用モータ３は無段変速機６を介して
車輪７を回転させ、自動車１を走行させる。

【００２２】尚、エンジン２或いは走行用モータ３にて
駆動される無段変速機６にて車輪７を回転させ、自動車
１を走行させる技術については従来より周知の技術であ
るため詳細な説明を省略する。

【００２３】次に、前記空気調和装置９による基本的な
車室内空調動作について説明する。コンプレッサモータ
１１と室外送風機モータ１６は車載バッテリー５より給
電される。空気調和装置９が運転されると空調用制御装
置２８はコンプレッサモータ１１の運転周波数を制御し
てコンプレッサ１０の能力制御を行なう。コンプレッサ
１０により圧縮され、吐出された高温高圧のガス冷媒
は、配管１０Ａから凝縮器１３に流入する。このとき、
室外送風機１５の送風によって凝縮器１３は車室外で冷
却される（図１中抜き矢印）。この凝縮器１３に流入し
たガス冷媒はそこで放熱して凝縮液化された後、受液器
１７に流入する。そして、受液器１７に一旦貯溜された
液冷媒は、配管１７Ａを経て膨張弁１８に至り、そこで
絞られた後、蒸発器１９に流入する。

【００２４】蒸発器１９に流入した冷媒はそこで蒸発
し、その時に周囲から熱を吸収することにより冷却作用
を発揮すると共に、冷却された車室内の空気は室内送風
機２１によって車室内に循環され、冷却して空調を行な
う（図１中抜き矢印）。蒸発器１９を出た冷媒はアキュ
ムレータ（図示せず）に入り、そこで未蒸発液冷媒が気
液分離された後、ガス冷媒のみがコンプレッサ１０に吸
い込まれ、再度コンプレッサ１０で圧縮されて吐出され
る冷凍サイクルを繰り返す。

【００２５】次に、図５に基づいて本発明の自動車１の
空気調和装置９に関するコンプレッサ１０の運転制御に
ついて説明する。上述の如き空調動作において、空調用
制御装置２８は、冷媒吐出温度センサ１２が検出するコ
ンプレッサ１０の冷媒吐出温度Ｔｄと、冷却器温度セン
サ２０が検出する蒸発器１９の冷媒蒸発温度Ｔｅと、冷
媒吸込温度センサ４０が検出するコンプレッサ１０の冷
媒吸込温度Ｔｓとを常時フィードバックして監視してい
る。そして、冷媒吐出温度Ｔｄに基づき、冷媒蒸発温度
Ｔｅと冷媒吸込温度Ｔｓとの差である冷媒過熱度ΔＴを
前記膨張弁１８にて調整する。

【００２６】即ち、空調用制御装置２８は、冷媒吐出温
度Ｔｄが所定の設定温度、本実施例では＋１０５℃より
も低い場合には、冷媒過熱度ΔＴが６乃至７ｄｅｇで一
定となるように、膨張弁１８を制御する。また、コンプ
レッサ１０が連続して運転された場合などコンプレッサ
１０に負荷が加わり、図５に示す如く前記所定の設定温
度、本実施例では＋１０５℃に達した場合には、冷媒過
熱度ΔＴが６乃至７ｄｅｇから徐々に下げる方向で、膨
張弁１８の制御を行う。

【００２７】冷媒過熱度ΔＴを下げる方向で膨張弁１８
を制御することにより、冷媒吸込温度センサ４０が検出
するコンプレッサ１０の冷媒吸込温度Ｔｓが徐々に低下
し、これにより、冷媒吐出温度センサ１２が検出するコ
ンプレッサ１０の冷媒吐出温度Ｔｄの更なる上昇を回避
することができるようになる。

【００２８】そのため、空調用制御装置２８は、コンプ
レッサ１０の冷媒吐出温度Ｔｄの上昇に伴い、当該冷媒
吐出温度Ｔｄを下げる方向となるように膨張弁１８にて
冷媒過熱度ΔＴを調整することにより、コンプレッサ１
０に異常な負荷が加えられる以前にコンプレッサの冷媒
吐出温度Ｔｄを低下させることができるようになる。

【００２９】これにより、冷媒吐出温度Ｔｄの異常温度
上昇によるコンプレッサ１０の保護のためのコンプレッ
サ１０の停止を防止若しくは抑制することができ、連続
して安定したコンプレッサ１０の能力を維持しながら運
転を確保することができるようになる。そのため、快適
な車室内空調の維持を実現することができるようにな
る。

【００３０】また、空調用制御装置２８は、上述の如き
冷媒過熱度ΔＴの調整を行った場合であっても、更にコ
ンプレッサ１０に負荷が加わり、図５に示す如く所定の
限界設定温度、本実施例では＋１２０℃に達した場合に
は、冷媒過熱度ΔＴが１乃至２ｄｅｇよりも低下しない
ように膨張弁１８の制御を行う。

【００３１】これにより、冷媒過熱度ΔＴが零となり、
冷媒が液体の状態でコンプレッサ１０に帰還し、液圧縮
を招く不都合を未然に回避することができるようにな
る。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述した如く請求項１の発明の自動
車用空調システムによれば、蓄電手段を具備した自動車
に用いられ、蓄電手段からの給電により駆動される電動
コンプレッサ、凝縮器、減圧手段及び冷却器から構成さ
れる冷媒回路と、電動コンプレッサの冷媒吐出温度を検
出する冷媒吐出温度検出手段と、冷却器の冷媒蒸発温度
を検出する冷却器温度検出手段と、電動コンプレッサの
冷媒吸込温度を検出する冷媒吸込温度検出手段と、各検
出手段の出力に基づいて減圧手段を制御する制御手段と
を備え、この制御手段は、電動コンプレッサの冷媒吐出
温度に基づき、減圧手段により冷媒蒸発温度と冷媒吸込
温度との差である冷媒過熱度を請求項２の如く電動コン
プレッサの冷媒吐出温度の上昇に伴い、当該冷媒吐出温
度を下げる方向に冷媒過熱度を調整するので、電動コン
プレッサに異常な負荷が加えられる以前に電動コンプレ
ッサの冷媒吐出温度を低下させることができるようにな
る。

【００３３】これにより、冷媒吐出温度の異常温度上昇
による電動コンプレッサの停止を防止若しくは抑制する
ことができ、連続して安定した運転を確保することがで
きるようになる。そのため、快適な車室内空調の維持を
実現することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動車用空調システムを適用する実施
例としてのハイブリッド自動車の構成図である。

【図２】図１の自動車の駆動系の構成図である。

【図３】本発明の自動車用空調システムを構成する空気
調和装置の構成図である。

【図４】図３の空気調和装置の冷媒回路図である。

【図５】本発明の自動車用空調システムによるコンプレ
ッサの制御を説明するための冷媒過熱度と冷媒吐出温度
の変化を説明する図である。

【符号の説明】

１ 自動車 ２ エンジン ３ 走行用モータ ４ 発電機 ９ 空気調和装置 １０ コンプレッサ １１ コンプレッサモータ １２、１４、２０、４０ 温度センサ １３ 凝縮器 １５ 室外送風機 １８ 膨張弁 １９ 蒸発器 ２１ 室内送風機 ２８ 空調用制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 守 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄電手段を具備した自動車に用いられ、 前記蓄電手段からの給電により駆動される電動コンプレ
   ッサ、凝縮器、減圧手段及び冷却器から構成される冷媒
   回路と、 前記電動コンプレッサの冷媒吐出温度を検出する冷媒吐
   出温度検出手段と、 前記冷却器の冷媒蒸発温度を検出する冷却器温度検出手
   段と、 前記電動コンプレッサの冷媒吸込温度を検出する冷媒吸
   込温度検出手段と、 前記各検出手段の出力に基づいて前記減圧手段を制御す
   る制御手段とを備え、 該制御手段は、前記電動コンプレッサの冷媒吐出温度に
   基づき、前記減圧手段により、前記冷媒蒸発温度と冷媒
   吸込温度との差である冷媒過熱度を調整することを特徴
   とする自動車用空調システム。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記電動コンプレッサ
   の冷媒吐出温度の上昇に伴い、当該冷媒吐出温度を下げ
   る方向に前記冷媒過熱度を調整することを特徴とする請
   求項１の自動車用空調システム。