JP2005067306A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハイブリッド自動車において燃料消費率を向上させる。
【解決手段】 空調装置が始動スイッチ（Ａ／Ｃスイッチ）が投入されている場合において、車速が０ｋｍ／ｈのときにエコラン運転に切り替わったときには、蒸発器２５の湿球温度に基づいて決定される目標温度（理想的には、湿球温度）以下となるように電動モータ２６を稼動させて圧縮機２１を間欠運転する。これにより、エンジン１の始動と停止とを繰り返して圧縮機２１を間欠的に稼動させる場合に比べて、エンジン１の稼動時間が短くなる。したがって、低い効率でエンジン１が稼動してしまうことを防止できるので、エンジン１の燃料消費率を向上させることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両用空調装置に関するもので、走行用駆動源としてエンジン（内燃機関）と電動モータとを有する、いわゆるハイブリッド車に適用して有効である。

車両用空調装置の圧縮機は、一般的にエンジンから駆動力を得ているため、ハイブリッド車では、空調装置の始動スイッチが投入（ＯＮ）されている場合であっても、エンジンが停止することによって圧縮機が停止してしまうときがある。

ところで、蒸発器の表面には、異臭成分（香水臭、新車の内装臭および煙草臭等）が付着しているが、通常は、蒸発器の表面に付着している凝縮水に覆われているので、車室内に向けて飛散することがない。

しかし、圧縮機が停止すると、蒸発器の表面に付着していた凝縮水が次第に乾いていくので、蒸発器の表面に付着していた異臭成分が空調風と共に車室内に吹き出してしまい、乗員に対して不快感を与えてしまう。

そこで、従来は、蒸発器を通過した後の空気の温度が、蒸発器の湿球温度を超えないように、エンジンの始動と停止とを繰り返して圧縮機を間欠的に稼動させていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２４８９３３号公報

しかし、特許文献１に記載の発明では、エンジンの始動と停止とを繰り返して圧縮機を間欠的に稼動させるので、エンジンの燃料消費率を低下させるおそれがある。

つまり、走行用駆動源をなすエンジンは、一般的に、走行用の動力を発生するときに高効率となるように最適化されている。

一方、圧縮機を駆動させるに必要な動力は、走行用の動力に比べて小さく、エンジンを圧縮機の駆動のみに稼動させると、エンジンを高効率に稼動させることができない。

このため、エンジン車両が停止しているときに、圧縮機を間欠的に稼動させる目的でエンジンの始動と停止とを繰り返すと、エンジンの燃料消費率を低下してしまう。

本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な車両用空調装置を提供し、第２には、ハイブリッド自動車において燃料消費率を向上させることを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、冷媒を圧縮する圧縮機（２１）、および車室内に吹き出す空気の通路を形成する空調ケーシング（１１）内に配設されて冷媒を蒸発させることにより空気を冷却する蒸発器（２５）を有する車両用空調装置であって、走行用駆動源（１）で発生した動力を圧縮機（２１）に断続可能に伝達するクラッチ（２７）と、圧縮機（２１）を駆動する動力を発生する電動モータ（２６）と、圧縮機（２１）が停止しているときにおいて、蒸発器（２５）を通過した後の空気の温度が、蒸発器（２５）の湿球温度に基づいて決定される目標温度以下となるように電動モータ（２６）を稼動させるモータ駆動手段（７）とを備えることを特徴とする。

これにより、走行用駆動源（１）の始動と停止とを繰り返して圧縮機（２１）を間欠的に稼動させる特許文献１に記載の発明に比べて、走行用駆動源（１）の稼動時間が短くなる。

したがって、低い効率で走行用駆動源（１）が稼動してしまうことを防止できるので、走行用駆動源（１）の燃料消費率を向上させることができる。

請求項２に記載の発明では、冷媒を圧縮する圧縮機（２１）、および車室内に吹き出す空気の通路を形成する空調ケーシング（１１）内に配設されて冷媒を蒸発させることにより空気を冷却する蒸発器（２５）を有する車両用空調装置であって、走行用駆動源（１）で発生した動力を圧縮機（２１）に断続可能に伝達するクラッチ（２７）と、圧縮機（２１）を駆動する動力を発生する電動モータ（２６）と、圧縮機（２１）が停止しているときにおいて、蒸発器（２５）を通過した後の空気の温度が、蒸発器（２５）の湿球温度以下となるように電動モータ（２６）を稼動させるモータ駆動手段（７）とを備えることを特徴とする。

これにより、走行用駆動源（１）の始動と停止とを繰り返して圧縮機（２１）を間欠的に稼動させる特許文献１に記載の発明に比べて、走行用駆動源（１）の稼動時間が短くなる。

したがって、低い効率で走行用駆動源（１）が稼動してしまうことを防止できるので、走行用駆動源（１）の燃料消費率を向上させることができる。

因みに、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。

本実施形態は、本発明に係る車両用空調装置をハイブリッド自動車に適用したものであって、図１はハイブリッド自動車および空調装置の模式図である。

エンジン１は、ガソリン等の液体燃料を爆発燃焼させて動力を発生させる走行用駆動源である。電動発電機２は、走行補助用電動機機能および発電機機能を備えるモータジェネレータであり、バッテリ３から電力を供給されたときは動力を発生する電動機として機能し、エンジン１等により駆動されたときは発電を行う発電機として機能するものである。

バッテリ３は、電動発電機２に走行用電力を供給する二次電池であり、電池用電子制御装置５は、電動発電機２およびエンジン１により駆動される発電専用のオルタネータ等の発電機４での発電量を制御するものである。

なお、電池用電子制御装置５は、バッテリ３に蓄えられる電力が所定値以上となるように、電動発電機２、発電機４およびエンジン１を制御する。

また、補機バッテリ６は、電池用電子制御装置５や空調装置用電子制御装置（ＥＣＵ）７等の比較的低い電圧で稼働する電気機器に電力を供給するもので、バッテリ３の出力電圧は約２８８Ｖであり、補機バッテリ６の出力電圧は約１２Ｖである。因みに、補機バッテリ６には、ＤＣ／ＤＣコンバータ（変圧器）８を介してバッテリ３から電力が供給される。

空調装置用電子制御装置７には、乗員が手動操作する操作パネル９からの信号が入力されており、空調装置用電子制御装置７は、操作パネル９からの信号および後述する温度センサの検出信号などに基づいて空調装置を制御する。

なお、本実施形態では、バッテリ３の残電力が所定値以下となると、電池用電子制御装置５は、空調装置の作動を停止させる旨の信号、つまり作動禁止信号を空調装置用電子制御装置７に対して発し、空調装置用電子制御装置７は、電池用電子制御装置５からの作動禁止信号を受けると、バッテリ３の残電力が少ない旨の情報を乗員に提供した後、空調装置を停止させる。

図２は、本実施形態に係る車両用の空調装置の模式図であり、この空調装置は、車室内に搭載され室内ユニット１０および蒸気圧縮式冷凍機２０等からなるものである。

室内ユニット１０は、車室内の前方側に配置されて空気通路を形成する空調ケーシング１１、この空調ケーシング１１内に空気を送風する遠心式の送風機１２、空調ケーシング１１内を流れる空気を冷却する蒸発器２５、エンジン１等の車両で発生する廃熱を熱源として空調ケーシング１１内を流れる空気を加熱するヒータ１３、ヒータ１３を迂回して下流側に流れる冷風量とヒータ１３により加熱されて下流側に流れる温風量とを調節するエアミックスドア１４等から構成されたものである。

なお、本実施形態では、車両で発生する廃熱としてエンジン冷却水を利用しており、ヒータ１３には、電動式のポンプ１３ａにて高温のエンジン冷却水が供給される。

そして、空調ケーシング１１の空気流れの最上流側には、空調ケーシング１１内に導入する室内空気量と室外空気量とを調節する内外気切替ドア１５が設けられ、一方、空調ケーシング１１の空気流れの最下流側には、室内に吹き出す空気の吹出モードを切り換える吹出モード切替装置（図示せず。）が設けられている。

因みに、吹出モード切替装置は、室内の窓ガラスに向けて空気を吹き出すデフロスタ開口部、乗員の上半身側に向けて空気を吹き出すフェイス開口部、および乗員の下半身側に向けて空気を吹き出すフット開口部等を切り換え開閉することにより、吹出モードを切り換えるものである。

蒸気圧縮式冷凍機２０は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機２１、圧縮された冷媒と外気とを熱交換して冷媒を冷却する高圧側熱交換器をなす凝縮器２２、凝縮された冷媒を気相冷媒液相冷媒とに分離して液相冷媒を余剰冷媒として蓄えるとともに液相冷媒を排出する気液分離器（レシーバ）２３、冷媒を減圧膨張させる膨張弁２４、および減圧膨張された冷媒と室内に吹き出す空気とを熱交換して室内に吹き出す空気を冷却する低圧側熱交換器をなす蒸発器２５等から構成されたものである。

なお、膨脹弁２４として、本実施形態では、蒸発器２５出口側における冷媒過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する、いわゆる温度式膨脹弁を採用しているが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、例えばオリフィスやキャピラリーチューブ等の絞り開度が固定された固定絞りを採用してもよい。

ところで、本実施形態に係る圧縮機２１は、電動モータ２６により駆動される場合と、電磁クラッチ２７を介してエンジン１にて駆動される場合とがあり、車両が停止しているとき、つまり車速がほぼ０ｋｍ／ｈの場合には、原則、電動モータ２６により駆動される。

なお、電磁クラッチ２７は、エンジン１の動力を断続可能に圧縮機２１に伝達するもので、本実施形態では、電磁クラッチ２７内に電動モータ２６を内蔵した電磁クラッチ一体型電動モータを採用している。

また、空調装置用電子制御装置７には、車室内の空気温度を検出する内気温センサ７ａ、車室外の空気温度を検出する外気温センサ（図示せず。）、車室内に照射される日射量を検出する日射センサ（図示せず）、蒸発器２５を通過した直後の空気温度を検出する蒸発器吹出空気温度センサ７ｂ、ヒータ１３に流入する冷却水の温度を検出する水温センサ７ｃ、車両の走行速度を検出する車速センサ（図示せず）、および室内空気の相対湿度を検出する湿度センサ（図示せず。）等の空調センサの検出信号が、空調装置用電子制御装置７が入力されている。

そして、空調装置用電子制御装置７は、これら空調センサ７ａ、７ｂ、７ｃ等の検出信号に基づいて、予めＲＯＭ等の不揮発性記憶装置に記憶されたプログラムに従って送風機１２、ポンプ１３ａ、エアミックスドア１４、内外気切替ドア１５、吹出モード切替装置内の開口部切換ドア（図示せず。）、電動モータ２６および電磁クラッチ２７等の作動を制御する。

次に、本実施形態に係る空調装置の作動を述べる。

本実施形態は、空調装置が始動スイッチ（Ａ／Ｃスイッチ）が投入されている場合であって、車速が略０ｋｍ／ｈのときにエコラン運転に切り替わったときには、蒸発器２５の湿球温度に基づいて決定される目標温度（理想的には、湿球温度）以下となるように電動モータ２６を稼動させるものである。

ここで、湿球温度Ｔｗｅｔとは、蒸発器２５の表面が凝縮水にて濡れた状態における蒸発器２５の表面温度であり、蒸発器２５の表面が凝縮水にて濡れている間は、蒸発器吹出空気温度センサ７ｂにて検出したエバ後温度ＴＥは湿球温度Ｔｗｅｔ以下となる。

因みに、湿球温度Ｔｗｅｔは、蒸発器２５に流入する空気（吸い込み空気）の温度（乾球温度）と湿度（相対湿度）とから決まるものであり、本実施形態では、内気を導入する内気循環モード時においては、内気温センサ７ａ及び湿度センサの検出値と、予めＲＯＭ（読み込み専用記憶装置）に記憶された図３に示す湿り空気線図とに基づいて湿球温度Ｔｗｅｔを演算（算出）し、外気を導入する外気導入モード時においは、圧縮機２１（エンジン１）が停止した後、所定時間（本実施形態では、３０秒）経過後のエバ後温度ＴＥを湿球温度Ｔｗｅｔとしている。

なお、図３を用いた湿球温度Ｔｗｅｔは、例えば蒸発器２５に流入する空気（吸い込み空気）の温度（乾球温度）＝３５℃、相対湿度＝３５％であるときは、この両者の交点Ｐを通る等エンタルピ線と飽和曲線と交点ＴＥｘに対応する温度ＴＥｘ＝２３℃が湿球温度Ｔｗｅｔとなる。

因みに、図４は、空調装置用電子制御装置７が行う上記作動の一例を示すフローチャートであり、以下、図４に示すフローチャートを説明する。

Ａ／Ｃスイッチが投入されて空調装置が起動すると、先ず、エンジン１が停止しているか否か、つまりエコラン運転であるか否かを判定し（Ｓ１）、エコラン運転状態でないときには、空調センサ７ａ、７ｂ、７ｃ等の検出信号に基づいて送風機１２、ポンプ１３ａ、エアミックスドア１４、内外気切替ドア１５、吹出モード切替装等を制御する通常制御を行う（Ｓ２）。

一方、エコラン運転状態であると判定されたときには、蒸発器２５から臭いが発生するおそれがあるか否かを判定する（Ｓ３）。

具体的には、Ａ／Ｃスイッチが投入され状態において、エバ後温度ＴＥが湿球温度Ｔｗｅｔに所定の温度（本実施形態では、３℃）を加算した温度未満であり、かつ、車速が約０ｋｍ／ｈであり、かつ、車両の始動スイッチであるイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）が投入された後、少なくとも１回は圧縮機２１が稼動した場合には、エバ後温度ＴＥが湿球温度Ｔｗｅｔに所定の温度（本実施形態では、３℃）を加算した温度を超えるまでの間は、臭い制御運転を行う（Ｓ４）。

ここで、臭い制御運転（Ｓ４）とは、以下のようなものである。

すなわち、エバ後温度ＴＥが上昇過程にあるときにおいて、湿球温度Ｔｗｅｔから所定温度（本実施形態では、３℃）を減じた値と４℃とのうち高い方の温度（温度Ｂ）と、目標エバ後温度ＴＥＯに所定温度（本実施形態では、３℃）を加算した温度とを比較して低い方の温度（温度Ｄ）以下の場合には圧縮機２１を停止し、この温度を超え、かつ、目標エバ後温度ＴＥＯに所定の値（例えば、７℃）を加算した温度以下の場合には、電動モータ２６にて圧縮機２１を駆動する。

因みに、目標エバ後温度ＴＥＯは、蒸発器２５の温度、つまり蒸発器２５を通過した直後の空気温度の制御目標値であり、空調センサ７ａ、７ｂ、７ｃ等の検出値に基づいて決定される。

そして、目標エバ後温度ＴＥＯに所定の値を加算した温度（温度Ｄ）を超えたときには、電動モータ２６を停止させるとともに、エンジン１を強制的に稼動させてエンジン１にて圧縮機２１を稼動させる。

また、エバ後温度ＴＥが下降過程にあるときにおいて、目標エバ後温度ＴＥＯに所定の値（例えば、１３℃）を加算した温度（温度Ｃ）より高いときには、エンジン１を強制的に稼動させてエンジン１にて圧縮機２１を稼動させる。

そして、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯに所定の値を加算した温度（温度Ｃ）以下で、かつ、湿球温度Ｔｗｅｔから所定温度（本実施形態では、５℃）を減じた値と３℃とのうち高い方の温度と目標エバ後温度ＴＥＯとを比較して低い方の温度（温度Ａ）より高い場合にはエンジン１を停止して電動モータ２６で圧縮機２１を稼動させ、この温度（温度Ａ）以下の場合には圧縮機２１を停止させる。

なお、臭い制御運転（Ｓ４）時において、送風機１２、ポンプ１３ａ、エアミックスドア１４、内外気切替ドア１５、吹出モード切替装等は、空調センサ７ａ、７ｂ、７ｃ等の検出値に基づいて決定される目標吹出温度ＴＡＯに基づいて制御される。

また、Ｓ３にて、蒸発器２５から臭いが発生するおそれがないと判定されたときには、目標エバ後温度ＴＥＯに基づいて、電動モータ２６にて圧縮機２１を駆動する場合とエンジン１にて圧縮機２１を駆動する場合とを切り換える（Ｓ５）。

具体的には、車両が走行し、かつ、目標エバ後温度ＴＥＯが上昇過程にある場合において、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯに所定温度（本実施形態では、３℃）加算した温度（温度Ｂ）以下のときには、圧縮機２１を停止し、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯより高く、目標エバ後温度ＴＥＯに所定温度（本実施形態では、１０℃）を加算した温度（温度Ｄ）以下のときには、電動モータ２６にて圧縮機２１を稼動させ、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯに所定温度を加算した温度（温度Ｄ）を超えたときには、電動モータ２６を停止するとともに、エンジン１を強制的に稼動させてエンジン１にて圧縮機２１を稼動させる。

また、車両が走行し、かつ、目標エバ後温度ＴＥＯが下降過程にある場合において、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯに所定温度（本実施形態では、６℃）を加算した温度（温度Ｃ）を超えているときには、電動モータ２６を停止するとともに、エンジン１を強制的に稼動させてエンジン１に圧縮機２１を稼動させ、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯに所定温度を加算した温度（温度Ｃ）以下、かつ、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯより高いときには、エンジン１を停止するとともに、電動モータ２６にて圧縮機２１を稼動させ、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯ以下のときには、圧縮機２１を停止させる。

また、車両が停止し、かつ、目標エバ後温度ＴＥＯが上昇過程にある場合において、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯに所定温度（本実施形態では、３℃）加算した温度（温度Ｂ）以下のときには、圧縮機２１を停止し、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯより高く、目標エバ後温度ＴＥＯに所定温度（本実施形態では、１３℃）を加算した温度（温度Ｄ）以下のときには、電動モータ２６にて圧縮機２１を稼動させ、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯに所定温度を加算した温度（温度Ｄ）を超えたときには、電動モータ２６を停止するとともに、エンジン１を強制的に稼動させてエンジン１にて圧縮機２１を稼動させる。

また、車両が停止し、かつ目標エバ後温度ＴＥＯが下降過程にある場合において、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯに所定温度（本実施形態では、７℃）を加算した温度（温度Ｃ）を超えているときには、電動モータ２６を停止するとともに、エンジン１を強制的に稼動させてエンジン１に圧縮機２１を稼動させ、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯに所定温度を加算した温度（温度Ｃ）以下、かつ、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯより高いときには、エンジン１を停止するとともに、電動モータ２６にて圧縮機２１を稼動させ、エバ後温度ＴＥが目標エバ後温度ＴＥＯ以下のときには、圧縮機２１を停止させる。

なお、蒸発器２５から臭いが発生するおそれがないと判定されたときも、送風機１２、ポンプ１３ａ、エアミックスドア１４、内外気切替ドア１５、吹出モード切替装等は、空調センサ７ａ、７ｂ、７ｃ等の検出値に基づいて決定される目標吹出温度ＴＡＯに基づいて制御される。

因みに、図５（ａ）は本実施形態に係る空調装置のエバ後温度ＴＥの変化を示すグラフであり、図５（ｂ）は特許文献１に係る空調装置のエバ後温度ＴＥの変化を示すグラフである。

次に、本実施形態の特徴を述べる。

本実施形態では、蒸発器２５の湿球温度に基づいて決定される目標温度（理想的には、湿球温度）以下となるように電動モータ２６の稼動状態を制御するので、エンジン１の始動と停止とを繰り返して圧縮機２１を間欠的に稼動させる特許文献１に記載の発明に比べて、エンジン１の稼動時間が短くなる。

したがって、低い効率でエンジン１が稼動してしまうことを防止できるので、エンジン１の燃料消費率を向上させることができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、内気循環モード時においては、室内温度センサ及び湿度センサの検出値と湿り空気線図とに基づいて湿球温度Ｔｗｅｔ演算（算出）し、外気導入モード時においは、圧縮機（エンジン）を停止した後、所定時間経過後のエバ後温度ＴＥを湿球温度Ｔｗｅｔとしていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば外気導入モード時及び内気循環モード時によらず、導入空気温度に基づいて湿球温度Ｔｗｅｔを決定する、又は圧縮機（エンジン）を停止した直後のエバ後温度ＴＥ及び室外温度センサの検出温度のうちいずれか低い方の温度を湿球温度Ｔｗｅｔとするなど、その他手段により湿球温度Ｔｗｅｔを検出してもよい。

また、上述の実施形態では、電動モータ２６を停止または稼動させる間欠運転により、エバ後温度ＴＥが湿球温度Ｔｗｅｔ以下となるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば電動モータ２６の回転数を連続的に増減することにより、エバ後温度ＴＥが湿球温度Ｔｗｅｔ以下となるようにしてもよい。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものではればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

ハイブリッド自動車の説明図である。 本発明の実施形態に係る空調装置の模式図である。 湿り空気線図である。 本発明の実施形態に係る空調装置の制御の一例を示すフローチャートである。 （ａ）は本発明の実施形態に係る空調装置のエバ後温度ＴＥの変化を示すグラフであり、（ｂ）は特許文献１に係る空調装置のエバ後温度ＴＥの変化を示すグラフである。

符号の説明

１…エンジン、１０…室内ユニット、１１…空調ケーシング、１２…送風機、
１３…ヒータ、１４…エアミックスドア、２０…蒸気圧縮式冷凍機、
２１…圧縮機、２２…凝縮器、２３…レシーバ、２４…膨脹弁、
２５…蒸発器、２６…電動モータ、２７…電磁クラッチ。

Claims (2)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機（２１）、および車室内に吹き出す空気の通路を形成する空調ケーシング（１１）内に配設されて冷媒を蒸発させることにより空気を冷却する蒸発器（２５）を有する車両用空調装置であって、
   走行用駆動源（１）で発生した動力を前記圧縮機（２１）に断続可能に伝達するクラッチ（２７）と、
   前記圧縮機（２１）を駆動する動力を発生する電動モータ（２６）と、
   前記圧縮機（２１）が停止しているときにおいて、前記蒸発器（２５）を通過した後の空気の温度が、前記蒸発器（２５）の湿球温度に基づいて決定される目標温度以下となるように前記電動モータ（２６）を稼動させるモータ駆動手段（７）とを備えることを特徴とする車両用空調装置。
2. 冷媒を圧縮する圧縮機（２１）、および車室内に吹き出す空気の通路を形成する空調ケーシング（１１）内に配設されて冷媒を蒸発させることにより空気を冷却する蒸発器（２５）を有する車両用空調装置であって、
   走行用駆動源（１）で発生した動力を前記圧縮機（２１）に断続可能に伝達するクラッチ（２７）と、
   前記圧縮機（２１）を駆動する動力を発生する電動モータ（２６）と、
   前記圧縮機（２１）が停止しているときにおいて、前記蒸発器（２５）を通過した後の空気の温度が、前記蒸発器（２５）の湿球温度以下となるように前記電動モータ（２６）を稼動させるモータ駆動手段（７）とを備えることを特徴とする車両用空調装置。

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