JP2004231097A

JP2004231097A - 車両用空調制御装置

Info

Publication number: JP2004231097A
Application number: JP2003023586A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Okawa; 則行大川
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】減速エネルギーを活用しながら、アイドリング状態時におけるエンジン回転数を低減し、燃費の向上を図ることができる車両用空調制御装置を提供すること。
【解決手段】省動力制御ユニット１３は、エアコンサイクル２における可変容量コンプレッサ４の容量制御及びコンデンサ５に供する冷却電動ファン３３の回転制御を行うことによって車両用エアコン１の冷却能力の制御を行うものであって、可変容量コンプレッサ４はエンジン１０によって駆動され、冷却電動ファン３３はエンジン１０の駆動力により作動するオルタネータ３５を電源とするファンモータ３４によって駆動され、エンジン１０の回転数が減少する際に、エンジン１０の運動エネルギーを回生するために、可変容量コンプレッサ４の吐出容量を増加させるとともに、冷却電動ファン３３の回転数を増加させる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアコンサイクルに可変容量コンプレッサと冷却電動ファンとを搭載した車両用エアコンの制御を行う車両用空調制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、省燃費を図る車両用空調制御装置としては、例えば、車が減速するとき（フューエルカット制御時）に生じる減速エネルギー（運動エネルギー）の一部を可変容量コンプレッサの駆動に用いて可変容量コンプレッサの吐出容量を増加させることにより、減速時に生じる運動エネルギーである減速エネルギーを冷却能力に回生させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９９２３３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば再度加速するとき等のフューエルカット解除時に可変容量コンプレッサの吐出容量が最大の状態であってもエンジンストールが発生しないように通常アイドルアップが行われているが、従来の車両用空調制御装置では、フューエルカット制御時において可変容量コンプレッサを駆動するためのトルクが増加しているため、アイドリング状態時のエンジン回転数（アイドリング回転数）もこのトルクに対応して増加させる必要がある。したがって、減速エネルギーを冷却能力に回生させることによって省燃費を図ることができる一方で、このアイドリング回転数の増加がアイドリング状態時における燃費の悪化を招来するという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、減速エネルギーを活用しながら、アイドリング状態時におけるエンジン回転数を低減し、燃費の向上を図ることができる車両用空調制御装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、エアコンサイクルにおける可変容量コンプレッサの容量制御及びコンデンサに供する冷却電動ファンの回転制御を行うことによってエアコンの冷却能力を制御する車両用空調制御装置であって、前記可変容量コンプレッサはエンジンによって駆動され、前記冷却電動ファンは前記エンジンの駆動力により作動するオルタネータを電源とするファンモータによって駆動され、前記エンジンの回転数が減少する際に、前記エンジンの運動エネルギーを回生するために、前記可変容量コンプレッサの吐出容量を増加させるとともに、前記冷却電動ファンの回転数を増加させることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記冷却電動ファンの回転数に基づいて前記可変容量コンプレッサの吐出容量を決定することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、エアコンサイクルにおける可変容量コンプレッサの容量制御及びコンデンサに供する冷却電動ファンの回転制御を行うことによってエアコンの冷却能力を制御する車両用空調制御装置であって、要求される冷却能力の増加に応じて前記冷却ファンの回転数を増加させ、該回転数に基づいて前記可変容量コンプレッサの吐出容量を決定することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態に係る車両用空調制御装置としての省動力制御ユニットを備えた車両用エアコンの構成を説明するための図である。この車両用エアコン（エアコン）１は、エアコンサイクル２と、このエアコンサイクル２の制御等を担う電子制御系３とを備えている。
【００１１】
エアコンサイクル２は、外部制御式の可変容量コンプレッサ４と、コンデンサ５と、リキッドタンク６と、温度式自動膨張弁７と、エバポレータ８とが冷媒配管９で連結され、この冷媒配管９の中に冷媒が封入されて構成されている。
【００１２】
可変容量コンプレッサ４は、エバポレータ８から冷媒配管９を通して低圧低温の気体として送られてくる冷媒を高圧高温の気体にしてコンデンサ５に送るようになっている。この可変容量コンプレッサ４は回転部であるエンジン１０によって駆動されるとともに、その吐出容量が外部から可変に制御されるようになっている。なお、エンジン１０はエンジン制御ユニット１１によって制御されるようになっており、エンジン制御ユニット１１はエンジン系センサ１２であるエンジン回転センサやアクセル開度センサからの情報に基づいてエンジン１０の制御を行い、また後述する省動力制御ユニット１３に対して可変容量コンプレッサ４の吐出容量の増減要求に関する情報を送信する。
【００１３】
図２は可変容量コンプレッサ４の構成を示す。可変容量コンプレッサ４は多気筒斜板式であり、コンプレッサケース１６と、プーリ１７と、駆動軸１８と、斜板駆動体１９と、斜板２０と、ピストン２１と、高圧ボール弁２２と、コントロールバルブ２３と、高圧室２４と、クランク室２５とから概略構成されている。
【００１４】
この可変容量コンプレッサ４では、内部に組み込まれたコントロールバルブ２３に後述する省動力制御ユニット１３からデューティ信号が送られることによって高圧ボール弁２２のリフト量が制御される。これにより、高圧室２４（＝吐出側圧力Ｐｄ）から高圧ボール弁２２を経過してクランク室２５へ流れ込む冷媒流量が制御され、可変容量コンプレッサ４内のクランク室２５の圧力（＝クランク室圧力Ｐｃ）が決まることによって斜板２０の傾きが決定する。この斜板２０の傾きの変化により吐出容量の制御が行われる。
【００１５】
高圧ボール弁２２のリフト量は、図３に示すように、コントロールバルブ２３のダイヤフラム２８にかかる低圧圧力（＝吸込側圧力Ｐｓ）と、セットスプリング２９のバネ荷重と、電磁コイル３０に発生する磁力とのバランスにより決定される。
【００１６】
すなわち、電磁コイル３０に発生する磁力についていえば、コントロールバルブ２３内の電磁コイル３０には、ＥＣＶアンプ４１から、容量制御信号としてのデューティ信号（例えば４００ＨｚのパルスＯＮ／ＯＦＦ信号）が送られ、このデューティ信号のデューティ比に基づく実効電流により磁力が発生する。この磁力がデューティ比の変化に基づいて変化することによって高圧ボール弁２２のリフト量が制御される（ＥＣＶ制御）。
【００１７】
図１に示すコンデンサ５は、後方に設けられた外部制御式の冷却電動ファン３３からの送風や車の走行風によって高圧高温の冷媒を凝縮点まで冷却し高圧中温の液体にしてリキッドタンク６へ送るようになっている。冷却電動ファン３３はファンモータ３４によって駆動され、このファンモータ３４はエンジン１０によって駆動されるオルタネータ３５の端子電圧を電源として作動するようになっている。また、ファンモータ３４は後述する省動力制御ユニット１３からＰＷＭ制御され、回転制御信号としてのデューティ信号（ＰＷＭ信号）が出力されることにより冷却電動ファン３３の回転数が可変に制御される。なお、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御とは、振幅及び繰り返し周期が一定なパルスの時間幅を、信号波の波形に応じて変化させるパルス幅変調方式の制御をいう。
【００１８】
また、コンデンサ５と冷却電動ファン３３との間には、エンジン冷却水配管９によってエンジン１０と連結されたラジエータ３６が設けられ、エンジン冷却水配管９を通して送られてくるエンジン冷却水を冷却電動ファン３３からの送風によって熱交換し冷却するようになっている。
【００１９】
リキッドタンク６は、コンデンサ５から送られてくる高圧中温の液体である冷媒に含まれる水分やゴミを取り除き、冷媒を円滑に供給できるように溜めつつ、温度式自動膨張弁７へ送るようになっている。
【００２０】
温度式自動膨張弁７は、リキッドタンク６から送られてくる高圧中温の液体である冷媒を急激に膨張させて低圧低温の液体（霧状）にし、冷媒配管９を通してエバポレータ８に送るようになっている。
【００２１】
エバポレータ８は、ブロワファン３７から送られてくる車室内の空気の熱を奪うことによって温度式自動膨張弁７から送られてくる霧状の冷媒を蒸発させて低圧低温の気体にして可変容量コンプレッサ４に送るようになっている。ブロワファンモータ３８によって駆動されるブロワファン３７は車室内の空気である内気を吸い込みエバポレータ８に送るとともに、エバポレータ８によって冷却された空気を車室内に送り出す機能を有する。
【００２２】
電子制御系３は、省動力制御ユニット１３と、空調系センサ３９とを備えている。
【００２３】
省動力制御ユニット１３には、空調系センサ３９からの様々な情報が送られる。例えば、省動力制御ユニット１３には、リキッドタンク６の出口側の冷媒配管９の途中に設けられた高圧センサから可変容量コンプレッサ４の容量情報（高圧センサ値）が送られ、この容量情報はコンプレッサ吐出側圧力Ｐｄをあらわす値としてファンモータ制御に用いられる。また、高圧センサ以外にも省動力制御ユニット１３には、例えば、エアコンスイッチからのスイッチ信号、エンジン冷却水温度センサからのエンジン冷却水の温度情報、エバポレータ８の出口側に設けられたエバポレータ温度センサからのエバポレータ８の出口温度情報、車速センサからの車速情報等それぞれ必要な情報が送られる。
【００２４】
省動力制御ユニット１３は、ＥＣＶ制御部４０と、ＥＣＶアンプ４１と、ファンモータ制御部４２と、ＰＷＭアンプ４３とを備えている。
【００２５】
空調系センサ３９からの情報を受けて、ＥＣＶ制御部４０は可変容量コンプレッサ４のコントロールバルブ２３に対するデューティ信号（容量制御信号）のデューティ比を算出し、ＥＣＶアンプ４１はこの算出結果に応じてコントロールバルブ２３にデューティ信号を出力する。また、ファンモータ制御部４２はファンモータ３３に対するデューティ信号（回転制御信号）のデューティ比を算出し、ＰＷＭアンプ４３はこの算出結果に応じてＰＷＭモジュール４４にデューティ信号を出力する。
【００２６】
ＰＷＭモジュール４４はスイッチング素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）を備え、オルタネータ３５の端子に接続されている。ＰＷＭモジュール４４はＰＷＭアンプ４３からのデューティ信号を受けてファンモータ３４に印可する駆動電圧を作り出す。
【００２７】
また、ＥＣＶ制御部４０とファンモータ制御部４２とは相互に情報の送受信が可能に接続されている。
【００２８】
このような構成の省動力制御ユニット１３における可変容量コンプレッサ４の容量制御処理と冷却電動ファン３３の回転制御処理の全体的な流れを説明すると、図４に示すように、まずエンジン制御ユニット１１がエンジン系センサ１２のエンジン回転数センサやアクセル開度センサからの情報に基づいて、減速状態か否かを判断する（Ｓ１）。ステップＳ１においてエンジン制御ユニット１１が減速状態でないと判断した場合には、通常制御を行う（Ｓ１５）。一方、ステップＳ１において減速状態であると判断した場合には、エンジン制御ユニット１１はフューエルカット制御を行うとともに（Ｓ２）、省動力制御ユニット１３に対して可変容量コンプレッサ４の吐出容量の増加要求を行う（Ｓ３）。ステップＳ３において可変容量コンプレッサ４の吐出容量の増加要求を受けた省動力制御ユニット１３のＥＣＶ制御部４０は、可変容量コンプレッサ４の吐出容量に基づいてコンプレッサ吐出側圧力Ｐｄを算出し、このコンプレッサ吐出側圧力Ｐｄに基づいて、ＥＣＶ制御部４０はコントロールバルブ２３に対するデューティ信号（容量制御信号）のデューティ比を算出し、これをＥＣＶアンプ４１に出力する（Ｓ４）。ＥＣＶアンプ４１はコントロールバルブ２３にこのデューティ信号を出力し、これによって可変容量コンプレッサ４が駆動する、又はその吐出容量が増加する（Ｓ５）。
【００２９】
一方、ステップＳ３において可変容量コンプレッサ４の吐出容量の増加要求を受けた省動力制御ユニット１３のファンモータ制御部４２はファンモータ３４に対するデューティ信号（回転制御信号）のデューティ比を算出し、これをＰＷＭアンプ４３に出力する（Ｓ６）。ＰＷＭアンプ４３はＰＷＭモジュール４４にこのデューティ信号を出力し、これによってファンモータ３４による冷却電動ファン３３の回転数が増加する（Ｓ７）。また、この冷却電動ファン３３の回転数が増加することによって、冷却能力が上昇するため、ＥＣＶ制御部４０はこの冷却能力の上昇に応じて適宜可変容量コンプレッサの吐出容量を減少させていく（コンプレッサ吐出側圧力Ｐｄを低下させていく。）。
【００３０】
つぎに、エンジン制御ユニット１１は現在のエンジン回転数がアイドリング回転数よりも大きいか否かを判断する（Ｓ８）。ステップＳ８において、現在のエンジン回転数がアイドリング回転数よりも大きいと判断した場合には、エンジン制御ユニット１１はステップＳ２に戻ってフューエルカット制御をキープする。
【００３１】
一方、ステップＳ８において、現在のエンジン回転数がアイドリング回転数よりも大きくないと判断した場合には、フューエルカット制御を解除するとともに（Ｓ９）、省動力制御ユニット１３に対して可変容量コンプレッサ４の吐出容量の復帰要求を行う（Ｓ１０）。ステップＳ１０で受けた可変容量コンプレッサ４の吐出容量の復帰要求に基づいて、ＥＣＶ制御部４０においてコントロールバルブ２３に対するデューティ信号のデューティ比が元に戻されＥＣＶアンプ４１を介して可変容量コンプレッサ４に出力されるとともに、ファンモータ制御部４２においてファンモータ３４に対するデューティ信号のデューティ比が元に戻されＰＷＭアンプ４３及びＰＷＭモジュール４４を介してファンモータ３４に出力される（Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４）。これによって通常制御に戻る（Ｓ１５）。
【００３２】
この実施の形態に係る省動力制御ユニット（車両用空調制御装置）１３では、減速時に可変容量コンプレッサ４を駆動させる又はその吐出容量を増加させるとともに、ファンモータ３４による冷却電動ファン３３の回転数を増加させることとしたので、効率よく迅速に所望の冷却能力（空調能力）を得ることができる。すなわち、一定という条件の下で、可変容量コンプレッサ４を駆動するための動力負荷トルク（以下、コンプレッサ動力負荷トルクという）を高くしていくとファンモータ３４の電源となるオルタネータ２３を駆動するための動力負荷トルク（以下、冷却ファン電気負荷トルクという）は低くなり、逆に、冷却ファン電気負荷トルクを高くしていくとコンプレッサ動力負荷トルクは低くなるという関係がある。
【００３３】
また、コンプレッサ動力負荷トルクは、冷却ファン電気負荷トルクに比べて大きいため、同じ冷却能力を得ようとする場合、従来の車両用空調制御装置のように可変容量コンプレッサのみを駆動させるのに比べて、可変容量コンプレッサ４と伴わせて冷却電動ファン３３も駆動させる方が、コンプレッサ動力負荷トルクと冷却ファン電気負荷トルクとの総和であるトータルエンジン負荷トルクは小さくてすむ。これは、トータルエンジン負荷トルクが一定という条件の下では、従来の車両用空調制御装置のように可変容量コンプレッサのみを駆動させるのに比べて、可変容量コンプレッサ４と伴わせて冷却電動ファン３３も駆動させる方が迅速に所望の冷却能力を得られることを意味する。すなわち、冷却電動ファン３３の回転数が増加するに伴いより迅速に所望の冷却能力が得られるため、コンプレッサ吐出側圧力Ｐｄをより速く下げることができ、コンプレッサ動力負荷トルク、ひいてはトータルエンジン負荷トルクを低減させることができる。
【００３４】
以上より、従来の車両用空調制御装置に比べてより速くトータルエンジン負荷トルクを低減させることができ、かつ所望の冷却能力を得られた後はより小さいトータルエンジン負荷トルクでこの冷却能力を保持することができるので、アイドリング状態時のエンジン回転数（アイドリング回転数）も少なくてすみ、アイドリング状態時における燃費の向上を図ることができる。
【００３５】
なお、このときの可変容量コンプレッサ４の吐出容量と冷却電動ファン３３の回転数との関係については、例えば、まず冷却電動ファン３３の回転数を最大にしてこれに対応させて可変容量コンプレッサ４の吐出容量を決定することとしてもよい。
【００３６】
また、冷却ファン電気負荷トルクを変化させると、コンプレッサ動力負荷トルクが変化するという協調関係を示し、かつ、この協調関係の中でトータルエンジン負荷トルクが最も小さくなる最高効率点があるため、冷却電動ファン３３の回転数の制御を最適化することにより、この最高効率点による可変容量コンプレッサ４とファンモータ３４との運転も可能となる。したがって、省動力制御ユニット１３においてこの最高効率点を算出した上で、この最高効率点に当たるコントロールバルブ２３に対するデューティ信号のデューティ比をＥＣＶ制御部４０がステップＳ４においてＥＣＶアンプ４１に出力するとともに、最高効率点に当たるファンモータ３４に対するデューティ信号をファンモータ制御部４２がステップＳ６においてＰＷＭアンプ４３に出力するようにしてもよい。
【００３７】
なお、本発明は上述した形態に限られるものではなく、例えば本実施の形態では車の減速時（フューエルカット制御時）に可変容量コンプレッサ４を駆動させる又はその吐出容量を増加させるとともに、冷却電動ファン３３の回転数を増加させることとしたが、減速時に限られるものではなく、コンプレッサ動力負荷トルク、ひいてはトータルエンジン負荷トルクを低減させたい場合、例えば外気温度が上昇したために車両用エアコンの設定温度を確保すべく冷却能力を上げる場合や車両用エアコンの設定温度が下げられた場合、冷却電動ファン３３の回転数を増加させることとしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、減速エネルギーを活用しながら、アイドリング状態時におけるエンジン回転数を低減し、燃費の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る車両用空調制御装置を備えた車両用エアコンの構成を説明するための図である。
【図２】図１の車両用エアコンの外部制御式の可変容量コンプレッサを示す断面図である。
【図３】可変容量コンプレッサの容量制御にかかわる構造を説明する図である。
【図４】本実施の形態に係る車両用空調制御装置における可変容量コンプレッサの容量制御処理と冷却電動ファンの回転制御処理の全体的な流れを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１車両用エアコン（エアコン）
２エアコンサイクル
４可変容量コンプレッサ
５コンデンサ
１０エンジン
１３省動力制御ユニット（車両用空調制御装置）
３３冷却電動ファン
３４ファンモータ
３５オルタネータ

Claims

エアコンサイクルにおける可変容量コンプレッサの容量制御及びコンデンサに供する冷却電動ファンの回転制御を行うことによってエアコンの冷却能力を制御する車両用空調制御装置であって、
前記可変容量コンプレッサはエンジンによって駆動され、
前記冷却電動ファンは前記エンジンの駆動力により作動するオルタネータを電源とするファンモータによって駆動され、
前記エンジンの回転数が減少する際に、前記エンジンの運動エネルギーを回生するために、前記可変容量コンプレッサの吐出容量を増加させるとともに、前記冷却電動ファンの回転数を増加させることを特徴とする車両用空調制御装置。
前記冷却電動ファンの回転数に基づいて前記可変容量コンプレッサの吐出容量を決定することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調制御装置。
エアコンサイクルにおける可変容量コンプレッサの容量制御及びコンデンサに供する冷却電動ファンの回転制御を行うことによってエアコンの冷却能力を制御する車両用空調制御装置であって、
要求される冷却能力の増加に応じて前記冷却ファンの回転数を増加させ、該回転数に基づいて前記可変容量コンプレッサの吐出容量を決定することを特徴とする車両用空調制御装置。