JP2004189175A

JP2004189175A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2004189175A
Application number: JP2002362169A
Authority: JP
Inventors: Masato Komura; 正人小村; Kimihiko Sato; 公彦佐藤; 康種 ▲土▼方; Yasutane Hijikata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-08
Also published as: US6892549B2; DE10357802A1; US20040112074A1

Abstract

【課題】エンジンで駆動されてかつ冷房負荷に基づいてコンプレッサの容量を制御する車両用空調装置において、エンジンの燃費を向上させる。
【解決手段】冷房負荷が大（エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯ＋βよりも高い）のときは、コンプレッサ４の容量を、冷房負荷とは無関係に強制的に最大容量（＝１００％）とする。これにより、エバ後温度ＴＥをすぐにＴＥＯ＋βよりも低くすることができ、ひいてはエンジン１の駆動時間を従来に比べて短くすることができる。その結果、従来に比べてエンジン１の燃費を格段に向上させることができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも車両に搭載されたエンジンによって駆動されて外部から吐出冷媒容量を制御可能なコンプレッサを有し、冷房負荷に基づいてコンプレッサの容量を制御して車室内空調を行う車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外部から吐出冷媒容量を制御可能なコンプレッサの駆動源を、冷房負荷が所定値よりも高いときはエンジン、冷房負荷が所定値よりも低いときは電動モータとし、このコンプレッサの容量を冷房負荷に基づいて制御することで車室内空調を行う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】
冷房負荷が所定値よりも低い状態から所定値よりも高い状態に変化したとき、上記従来技術では、コンプレッサの容量を冷房負荷に基づいて制御するので、冷房負荷が所定値よりも高くなった後における容量の上がり方が緩やかとなり、ひいては冷房負荷が所定値よりも低くなるまでの時間が長くなる。
このように冷房負荷が所定値よりも低くなるまでの時間が長くなるということは、その分、コンプレッサをエンジンで駆動する時間が長くなり、エンジンの燃費が悪化するという問題につながる。
そこで、本発明は上記点に鑑み、少なくともエンジンによって駆動されて外部から容量を制御可能なコンプレッサを有し、冷房負荷に基づいてコンプレッサの容量を制御して車室内空調を行う車両用空調装置において、エンジンの燃費を向上す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、車室内冷房負荷が所定値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、冷房負荷が所定値よりも低いときはエンジン（１）を停止させる車両用空調装置において、冷房負荷が所定値よりも高いときは、少なくとも所定時間は、冷房負荷に基づいて制御される容量よりも大きな容量となるようにコンプレッサ（４）を制御する容量制御手段（１５）を設けたことを特徴している。
【０００６】
これによると、冷房負荷が所定値よりも低い状態から高い状態に変化したときに、コンプレッサ（４）の容量が、冷房負荷に基づいて制御される容量よりも大きな容量となるため、冷房負荷をすぐに所定値よりも低くすることができ、ひいてはエンジン（１）の駆動時間を短くすることができる。その結果、エンジン（１）の燃費を格段に向上させることができる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明のように、冷房負荷が所定値よりも低いときに電動モータ（９）でコンプレッサ（４）を駆動するようにすれば、冷房負荷が所定値よりも低いときにも車室内に冷風を吹き出すことができる。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明のように、冷房負荷が所定値よりも高くなった直後から冷房負荷に基づいて制御される容量よりも大きな容量となるようにコンプレッサ（４）を制御したり、請求項４に記載の発明のように、冷房負荷が所定値よりも低くなるまで冷房負荷に基づいて制御される容量よりも大きな容量となるようにコンプレッサ（４）を制御したり、あるいは請求項５に記載の発明のように、上記大きな容量をコンプレッサ（４）の最大容量とすれば、冷房負荷がより早く所定値よりも低くなり、エンジン（１）がより早く停止するので、エンジン（１）の燃費向上効果がより大きくなる。
【０００９】
また、請求項６に記載の発明のように、冷房負荷を、少なくともエバポレータ（１４）の実際の温度とエバポレータ（１４）の目標温度との偏差に基づいて算出すれば、エバポレータ（１４）の実際の温度をより早く目標温度に近づけることができる。
【００１０】
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。
【００１１】
【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。
【００１２】
（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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
【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。
【００２６】
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。
【００２７】
次に、ステップＳ４０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Ｓ５０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、ステップＳ６０にて、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Ｓ７０にて、冷房負荷（エバ後温度センサ２０で検出したエバ後温度ＴＥと目標エバ後温度ＴＥＯとの偏差）に基づいて容量を制御する。具体的には、冷房負荷が高くなるに応じて容量が大きくなるように制御する。その後、リターンする。
一方、ステップＳ５０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Ｓ８０〜Ｓ１３０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Ｓ８０で冷房負荷の大きさを判定し、冷房負荷が小（エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯ＋αよりも低い）と判定されたときは、コンプレッサ４を駆動する必要がないため、ステップＳ９０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４参照）。その後、リターンする。
【００２８】
また、ステップＳ８０で冷房負荷が中（エバ後温度ＴＥがＴＥＯ＋αよりも高くＴＥＯ＋β（β＞α）よりも低い）と判定されたときは、ステップＳ１００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４参照）。
【００２９】
そして、次のステップＳ１１０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、冷房負荷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。
【００３０】
また、ステップＳ８０で冷房負荷が大（エバ後温度ＴＥがＴＥＯ＋βよりも高い）と判定されたときは、ステップＳ１２０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４参照）。
【００３１】
次にステップＳ１３０にて、本発明の要部となるコンプレッサ４の容量制御を行う。すなわち、従来ならば冷房負荷に基づいて容量制御するところを、本実施形態では、冷房負荷に基づいて制御される容量よりも大きな容量となるように制御する。具体的には、最大容量（＝１００％）となるように制御する。その後、リターンする。
【００３２】
次に、本実施形態の効果について図５を用いて説明する。
【００３３】
先にも説明したように、本実施形態では、電動モータ９でコンプレッサ４を駆動するときはコンプレッサ４を所定の中間流量（例えば容量４０％）で制御するため、このときエバポレータ１４の吸込側空気（内気または外気）の温度が上昇してエバ後温度ＴＥが過大に上昇すると、この上昇を中間流量では抑えることができず、エバ後温度ＴＥがＴＥＯ＋βよりも高くなり、コンプレッサ４の駆動源が電動モータ９からエンジン１に切り替わる。
【００３４】
コンプレッサ４の駆動源がエンジン１に切り替わることによって、コンプレッサ４の出力は大きくなるが、すぐにはエバポレータ１４の実際の温度は下がらないし、下がり始めたとしてもエバ後温度センサ２０の応答遅れもあるため、エバ後温度ＴＥは上昇を続ける。
ここで、従来のように冷房負荷（エバ後温度ＴＥと目標エバ後温度ＴＥＯとの偏差）に基づいてコンプレッサ４の容量を制御すると、一点鎖線で示すように、エバ後温度ＴＥの緩やかな上昇に合わせて容量も緩やかに大きくなる。容量が緩やかにしか大きくならないため、エバ後温度ＴＥもなかなか下がり始めない。そして、ようやく下がり始めて、長時間後にようやくエバ後温度ＴＥがＴＥＯ＋βよりも低くなり、コンプレッサ４の駆動源がエンジン１から電動モータ９に切り替わる。このような制御だと、エンジン１の駆動時間が長く、エンジン１の燃費が悪化する。
それに対して本実施形態では、エバ後温度ＴＥがＴＥＯ＋βよりも高くなった直後から容量を最大容量（＝１００％）にするので、実線で示すように、エバ後温度ＴＥをすぐにＴＥＯ＋βよりも低くすることができ、ひいてはエンジン１の駆動時間を従来に比べて図５のＡに示す時間だけ短くすることができる。その結果、エンジン１の燃費を格段に向上させることができる。
また本実施形態では、エバ後温度ＴＥがＴＥＯ＋βよりも低くなったときに、電動モータ９でコンプレッサ４を駆動するので、エバ後温度ＴＥがＴＥＯ＋βよりも低いときにも車室内に冷風を吹き出すことができる。
【００３５】
また本実施形態では、エバ後温度ＴＥがＴＥＯ＋βよりも高くなった直後から最大容量（＝１００％）でコンプレッサ４を制御するので、エバ後温度ＴＥがより早くＴＥＯ＋βよりも低くなり、エンジン１がより早く停止し、エンジン燃費向上効果がより大きくなる。
【００３６】
また本実施形態では、エバ後温度ＴＥがより早くＴＥＯ＋βよりも低くなるまで最大容量（＝１００％）となるようにコンプレッサ４を制御するので、エバ後温度ＴＥがより早くＴＥＯ＋βよりも低くなり、エンジン１がより早く停止し、エンジン燃費向上効果がより大きくなる。
（その他の実施形態）
第1実施形態では、コンプレッサ４をエンジン１と電動モータ９で駆動するいわゆるハイブリッドコンプレッサとしたが、コンプレッサ４をエンジン１のみで駆動するものについても、上記のような制御をすることによって、エンジン１の燃費効果が向上する。
また第１実施形態では、冷房負荷が大（エバ後温度ＴＥがＴＥＯ＋βよりも高い）のときには、コンプレッサ４を最大容量（＝１００％）にしたが、冷房負荷に基づいて制御される容量よりも高ければどのような容量にしても良い。
また第１実施形態では、エバ後温度ＴＥがＴＥＯ＋βよりも高くなった直後から、冷房負荷に基づいて制御される容量よりも大きな容量で制御したが、エバ後温度ＴＥがＴＥＯ＋βよりも高くなって少ししてから上記大きな容量にしても良い。
また第１実施形態では、エバ後温度ＴＥがＴＥＯ＋βよりも低くなるまで上記大きな容量で制御したが、例えば上記大きな容量で制御する時間をタイマ等の計測手段で計測し、その計測時間が所定時間となったら通常の冷房負荷に基づいた容量制御に戻すようにしても良い。
【００３７】
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。
【００３８】
また、第１実施形態では冷房負荷をエバ後温度ＴＥと目標エバ後温度ＴＥＯとの偏差で求めたが、エバポレータ１４の実際の温度とその目標温度との偏差で冷房負荷を求めることができる。従って、エバ後温度ＴＥや目標エバ後温度ＴＥＯの代わりに、エバポレータ１４の実際の温度とその目標温度で求めたり、低圧側の冷媒温度や圧力とその目標値で求めるようにしても良い。
【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。
【図５】第１実施形態のコンプレッサ容量、エバ後温度ＴＥ及びコンプレッサ駆動源の推移を示したタイムチャートである。
【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

少なくともエンジン（１）によって駆動されて外部から吐出冷媒容量を制御可能なコンプレッサ（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、
車室内冷房負荷が所定値よりも高いときは、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、
前記冷房負荷が前記所定値よりも低いときは、前記エンジン駆動信号を非出力として前記エンジン（１）を停止させる車両用空調装置において、
前記冷房負荷に基づいて前記コンプレッサ（４）の容量を制御する容量制御手段（１５）を備え、
この容量制御手段（１５）は、前記冷房負荷が前記所定値よりも高いときは、少なくとも所定時間は、前記冷房負荷に基づいて制御される容量よりも大きな容量となるように前記コンプレッサ（４）を制御することを特徴とする車両用空調装置。
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て外部から吐出冷媒容量を制御可能なコンプレッサ（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、
車室内冷房負荷が所定値よりも高いときは、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、
前記冷房負荷が前記所定値よりも低いときは、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）の容量を制御する容量制御手段（１５）を備え、
この容量制御手段（１５）は、前記冷房負荷が前記所定値よりも高いときは、少なくとも所定時間は、前記冷房負荷に基づいて制御される容量よりも大きな容量となるように前記コンプレッサ（４）を制御することを特徴とする車両用空調装置。
前記容量制御手段（１５）は、前記冷房負荷が前記所定値よりも高くなった直後から、前記冷房負荷に基づいて制御される容量よりも大きな容量となるように前記コンプレッサ（４）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。
前記容量制御手段（１５）は、前記冷房負荷が前記所定値よりも低くなるまで、前記冷房負荷に基づいて制御される容量よりも大きな容量となるように前記コンプレッサ（４）を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
前記冷房負荷に基づいて制御される容量よりも大きな容量とは、前記コンプレッサ（４）の最大容量であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
前記冷房負荷は、少なくとも前記エバポレータ（１４）の実際の温度と前記エバポレータ（１４）の目標温度との偏差に基づいて算出されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用空調装置。