JP2003211951A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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、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。 【解決手段】 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、圧縮機動力源選択
手段と、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原動機の回転
数信号を検知するとともに、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、圧縮機の駆動源の選択を行う車両用空調装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【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１０−２９
１４１５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一方のみ、また
は同時に両方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車両の熱負荷と
しての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】したがって、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ことが好ましい。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
一方のみ、または同時に両方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】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も
でき、より最適な切替条件に更新することが可能であ
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Ｔ
ｒ、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ｑ
１、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、ｔ
２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

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１０月３１日（２００２．１０．
３１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【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一方のみ、また
は同時に両方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
うことを特徴とするものからなる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６０Ｈ 1/32 Ｂ６０Ｈ 1/32 ６２３Ｍ ６２３Ｚ 1/22 ６７１ 1/22 ６７１ Ｆ０２Ｄ 29/04 Ｆ０２Ｄ 29/04 Ｂ (72)発明者 鈴木 謙一 群馬県伊勢崎市寿町20番地 サンデン株式 会社内 (72)発明者 坪井 政人 群馬県伊勢崎市寿町20番地 サンデン株式 会社内 Ｆターム(参考） 3G093 AA12 BA02 BA19 CA08 CA11 CB03 DA01 DA06 DB05 DB19 EC02

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   原動機のどちらか一方のみ、または同時に両方を選択す
   ることが可能な圧縮機動力源選択手段と、前記圧縮機の
   動力に相関をもつ車両の熱負荷としての冷凍サイクルへ
   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
   うことを特徴とする車両用空調装置。
2. 【請求項２】 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ことを特徴
   とする、請求項１の車両用空調装置。
3. 【請求項３】 前記冷凍サイクルへの熱負荷の値に応じ
   て前記所定値を変化させることを特徴とする、請求項２
   の車両用空調装置。
4. 【請求項４】 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ないし３のいずれかに記載
   の車両用空調装置。
5. 【請求項５】 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な
   いし３のいずれかに記載の車両用空調装置。
6. 【請求項６】 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２、３、５のいずれかに記載の車両用空調装
   置。
7. 【請求項７】 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
   原動機のどちらか一方のみ、または同時に両方を選択す
   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こ
   とを特徴とする車両用空調装置。
8. 【請求項８】 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を特徴とす
   る、請求項７の車両用空調装置。