JP2005225432A

JP2005225432A - 車両用空調システム

Info

Publication number: JP2005225432A
Application number: JP2004038373A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Kubo; 守久保
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2005-08-25
Also published as: DE602005001633T2; CN1288402C; US20050183433A1; EP1564049A1; EP1564049B1; DE602005001633D1; CN1657850A; US7451610B2

Abstract

【課題】電動コンプレッサから冷媒回路を構成される車両用空調システムにおいて、車室内と車室外と間のデータ通信を簡素化でき、且つ、的確な空調制御を実現できるようにする。
【解決手段】空調システム４は、電動コンプレッサ１８、ガスクーラ１９、膨張弁２１及びエバポレータ６等を順次環状に配管接続して成る冷媒回路を備え、車室外に設けられた電動コンプレッサ１８及びガスクーラ１９にて冷媒の圧縮と放熱を行い、車室２内に設けられたエバポレータ６にて当該車室２内を冷房するものであって、電動コンプレッサ１８の運転を周波数制御するインバータ２２と、所定の操作入力が行われると共に、車室２内の情報が入力されるエアコンアンプ１３とを備え、インバータ２２は、エアコンアンプ１３からの情報に基づき、電動コンプレッサ１８の運転周波数を算出して当該電動コンプレッサを運転する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動コンプレッサを備えて構成される冷媒回路を備えた車両用空調システムに関するものである。

従来より自動車等の車室内を空調する空調システムは、車室外のエンジンルーム内に設けられたエンジン駆動式のコンプレッサを備え、このコンプレッサと冷媒回路を構成するエバポレータを車室内に設けて冷房するものであった。しかしながら、近年では特に電気自動車やハイブリッド式自動車の場合に、バッテリーの電源によって駆動される電動コンプレッサを備えた空調システムを用いることが検討されている。

この場合、従来では車室内に設けたエアコンアンプと称される車室内のコントローラにエバポレータの温度や車室内への日射量、車室内温度を取り込む。一方、エンジンルーム等の車室外にはインバータを設け、このインバータを介して冷媒回路の熱交換器出口温度や外気温等をエアコンアンプにシリアル通信にて取り込み、このエアコンアンプにて車室内空調に必要な電動コンプレッサの運転周波数を算出する。そして、この算出されたデータをインバータにシリアル通信にて送り、電動コンプレッサの運転を周波数制御する方式が採られていた（例えば、特許文献１参照）。
特許第３１５２１５４号

しかしながら、このような従来の制御方式では車室内のエアコンアンプと車室外のインバータとの間の通信がデータ量が多くなり、コントロールが煩雑化する。また、エアコンアンプで冷媒回路の制御を行わなければならないため、制御アルゴリズムも複雑となると共に、特に車室内の機器と車室外の機器とでメーカーが異なるような場合には、ノウハウ的な部分で連携が困難となり、的確な空調制御にも支障を来す問題があった。

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、電動コンプレッサから冷媒回路を構成される車両用空調システムにおいて、車室内と車室外と間のデータ通信を簡素化でき、且つ、的確な空調制御を実現できるようにすることを目的とする。

本発明の車両用空調システムは、電動コンプレッサ、熱交換器、膨張弁及びエバポレータ等を順次環状に配管接続して成る冷媒回路を備え、車室外に設けられた電動コンプレッサ及び熱交換器にて冷媒の圧縮と放熱を行い、車室内に設けられたエバポレータにて当該車室内を冷房するものであって、電動コンプレッサの運転を周波数制御する車室外コントローラと、所定の操作入力が行われると共に、車室内の情報が入力される車室内コントローラとを備え、車室外コントローラは、車室内コントローラからの情報に基づき、電動コンプレッサの運転周波数を算出して当該電動コンプレッサを運転することを特徴とする。

請求項２の発明の車両用空調システムは、上記において車室外コントローラは、車室内コントローラからの情報に基づき、膨張弁の弁開度を算出して当該膨張弁を制御することを特徴とする。

請求項３の発明の車両用空調システムは、上記各発明において車室外コントローラには車室外のセンサ情報が入力されると共に、当該情報及び車室内コントローラからの情報に基づき、熱交換器を空冷するための送風機を制御することを特徴とする。

本発明では、電動コンプレッサ、熱交換器、膨張弁及びエバポレータ等を順次環状に配管接続して成る冷媒回路を備え、車室外に設けられた電動コンプレッサ及び熱交換器にて冷媒の圧縮と放熱を行い、車室内に設けられたエバポレータにて当該車室内を冷房する車両用空調システムにおいて、電動コンプレッサの運転を周波数制御する車室外コントローラと、所定の操作入力が行われると共に、車室内の情報が入力される車室内コントローラとを備え、車室外コントローラは、車室内コントローラからの情報に基づき、電動コンプレッサの運転周波数を算出して当該電動コンプレッサを運転するようにしたので、車室内コントローラと車室外コントローラとの間の通信データ量が著しく少なくなり、車室内コントローラにおける制御アルゴリズムの簡素化を図ることができるようになる。

即ち、車室内コントローラにて冷媒回路の制御を行う必要が無くなるので、特に車室内と車室外の機器メーカーが異なる場合等に、車室外機器メーカの冷媒回路制御のノウハウを生かして的確な空調制御を実現し、且つ、汎用性も増すことができるようになる。

また、請求項２の発明の如く車室内コントローラからの情報に基づき、車室外コントローラにより膨張弁の弁開度も算出して当該膨張弁を制御するようにすれば、更なる通信データ量の削減と冷媒回路制御の的確化を図ることが可能となる。

更に、請求項３の発明の如く車室外コントローラに車室外のセンサ情報を入力し、当該情報及び車室内コントローラからの情報に基づいて車室外コントローラが熱交換器を空冷するための送風機を制御するようにすれば、尚一層の通信データ量の削減と冷媒回路制御の的確化を図ることが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の車両用空調システムを実現した実施形態を説明する。

図１は本発明を適用した一実施例を説明する車両１前部の概略透視図である。ここに示した車両１は、走行用の主軸モータとエンジンを備えたハイブリッド自動車であるが、その他に電気自動車、燃料電池車や通常のエンジン駆動自動車にも本発明は適用可能である。２は搭乗者が乗り込む車室であり、３は車両１の車室２外の前部に構成されたエンジンルームを示している。

車室２内には、本発明の空調システム４の冷媒回路を構成するエバポレータ（蒸発器）６、エンジンのラジエター水が流れるヒータコア８、エバポレータ６やヒータコア８と熱交換した空気を車室２内に送風するブロアーファン（送風機）７、エバポレータ６とヒータコア８と熱交換した空気の混合割合を制御するエアミックスドア９、送風口を切り替えるモード切替ドア１１、内外気切替ダンパ１２が設けられると共に、車室内コントローラとしてのエアコンアンプ１３が設けられている。このエアコンアンプ１３は汎用のマイクロコンピュータにて構成されており、このエアコンアンプ１３には車室２内に入る日射量を検出する日射センサ１４、車室２内の温度を検出する内気センサ１６、エバポレータ６の吹出空気温度を検出するエバ温度センサ１７の情報がそれぞれ入力される。また、エアコンアンプ１３には図示しない操作パネルが設けられ、この操作パネルにてエアコンＯＮ／ＯＦＦ、車室２内の温度設定、モード設定、内外気切り替え、ファン設定等の操作入力がエアコンアンプ１３に対して行われる。

一方、車室２外のエンジンルーム３には、前述した主軸モータや図示しないバッテリー、前述したエンジン、ラジエター等の走行用の機器の他、空調システム４の冷媒回路を構成する電動コンプレッサ１８、熱交換器としてのガスクーラ１９、膨張弁（減圧装置）２１が設けられると共に、車室外コントローラとしてのインバータ２２が設けられている。このインバータ２２は汎用のマイクロコンピュータと電動コンプレッサ１８の運転を周波数制御するためのスイッチング素子群を備えている。このインバータ２２とエアコンアンプ１３とはシリアル通信によってデータの送受信を行うものである。

前記電動コンプレッサ１８は図示しない密閉容器内に前記バッテリーによって駆動されるモータと圧縮機構（ロータリ方式等）を組み込んだものであり、この電動コンプレッサ１８、ガスクーラ１９、膨張弁２１及びエバポレータ６が順次環状に配管接続されて空調システム４の冷媒回路が構成されている。そして、この冷媒回路内には二酸化炭素（ＣＯ₂）冷媒が所定量封入される。尚、この冷媒としては実施例の二酸化炭素の他、通常のＲ−１３４ａ等の冷媒や炭化水素冷媒等が使用可能である。

そして、この実施例の場合、エンジンルーム３に設けられた空調システム４の冷媒回路の高圧側冷媒温度及び圧力を検出する冷媒温度センサ２３や圧力センサ２４、外気温度を検出する外気センサ２６の情報はエアコンアンプ１３に入力されている。また、２７はガスクーラ１９や前記ラジエターを空冷するためのラジエターファン（送風機）である。

以上の構成で本発明の空調システム４の動作を説明する。エアコンアンプ１３は操作パネルにて入力された車室２内の設定温度や日射センサ１４、内気センサ１６、エバ温度センサ１７、冷媒温度センサ２３、圧力センサ２４及び外気センサ２６からの情報（車室内の環境情報）に基づき、目標とするエバポレータの吹出空気温度を算出する。また、車室２内の温度を設定温度に近付けるようにブロアーファン７の運転、エアミックスドア９によるエバポレータ６とヒータコア８からの空気混合割合、モード切替ドア１１による送風口の制御を行うと共に、ラジエターファン２７の運転も制御する。

また、エアコンアンプ１３は算出した目標とするエバポレータの吹出空気温度と実際のエバポレータの吹出空気温度、冷媒温度、冷媒圧力（情報）等をシリアル通信によってインバータ２２に送信する。インバータ２２はエアコンアンプ１３から受信した目標とするエバポレータの吹出空気温度と実際のエバポレータの吹出空気温度の情報等から当該エバポレータの吹出空気温度を目標温度するために必要な電動コンプレッサ１８の運転周波数を算出し、算出した運転周波数にて電動コンプレッサ１８を運転する。また、冷媒温度及び冷媒圧力等から膨張弁２１の弁開度を算出して調整する。

電動コンプレッサ１８が運転されると、圧縮された高温・高圧のガス冷媒は電動コンプレッサ１８からガスクーラ１９に吐出され、そこで走行風及びラジエターファン２７にて空冷されて放熱する。次に、冷媒は膨張弁２１に至り、そこを通過する過程で液／ガスの混相流となってエバポレータ６に入る。エバポレータ６に入った冷媒はそこで蒸発し、そのときに周囲から気化潜熱を奪って冷却作用（エバポレータ温度低下）を発揮する。この冷却作用は電動コンプレッサ１８の運転周波数によって調整され、係る冷却作用によって車室２内は冷房されることになる。このエバポレータ６を出た冷媒は再び電動コンプレッサ１８に吸い込まれる循環を繰り返す。

また、インバータ２２は、例えばバッテリーの負荷が過大となった場合や蓄電量が減少した場合などに、走行を優先するための制限制御を電動コンプレッサ１８に対して実行する。そして、インバータ２２はエアコンアンプ１３に電動コンプレッサ１８の実際の運転周波数を報告する。

このようなシステム構成としたことで、車室２内のエアコンアンプ１３とエンジンルーム３内のインバータ２２との間の通信データ量が著しく少なくなると共に、エアコンアンプ１３にて空調システム４の冷媒回路（電動コンプレッサ１８や膨張弁２１）の制御を行う必要が無くなるのでエアコンアンプ１３における制御アルゴリズムが著しく簡素化される。

従って、冷媒回路とインバータ２２を提供するメーカとエアコンアンプ１３や車室２内側の機器を提供するメーカとが異なる場合等にも、冷媒回路制御はノウハウのある前者のメーカの冷媒回路制御のノウハウを活かすことができるようなるので、的確な空調制御を実現し、且つ、汎用性も増すことができるようになる。また、インバータ２２によって膨張弁２１の弁開度を算出して制御することにより、冷媒回路の高圧側の温度・圧力異常時における保護を行うこともできるようになる。

次に、図２は本発明のもう一つの実施例を示している。尚、この図において図１中と同一符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものとする。この場合、エンジンルーム３の冷媒温度センサ２３、圧力センサ２４及び外気センサ２６の情報はインバータ２２に入力されると共に、ラジエターファン２７はこのインバータ２２に接続されている。

以上の構成で、この場合のエアコンアンプ１３は操作パネルにて入力された車室２内の設定温度や日射センサ１４、内気センサ１６、エバ温度センサ１７からの情報（車室内の環境情報）に基づき、目標とするエバポレータの吹出空気温度を算出する。また、車室２内の温度を設定温度に近付けるようにブロアーファン７の運転、エアミックスドア９によるエバポレータ６とヒータコア８からの空気混合割合、モード切替ドア１１による送風口の制御を行う。また、ラジエターファン２７の速度を算出する。

そして、エアコンアンプ１３は算出した目標とするエバポレータの吹出空気温度と実際のエバポレータの吹出空気温度、ラジエターファン２２の速度に関する信号（情報）等をシリアル通信によってインバータ２２に送信する。インバータ２２はエアコンアンプ１３から受信した目標とするエバポレータの吹出空気温度と実際のエバポレータの吹出空気温度の情報等から当該エバポレータの吹出空気温度を目標温度するために必要な電動コンプレッサ１８の運転周波数を算出し、算出した運転周波数にて電動コンプレッサ１８を運転することになる。また、ラジエターファン２２の速度に関する信号に基づいてラジエターファン２２の運転を制御する。

更に、インバータ２２は、冷媒温度センサ２３、圧力センサ２４、外気センサ２６からの冷媒温度・圧力の情報に基づき膨張弁２１の弁開度を算出して調整する。また、この場合もインバータ２２は、例えばバッテリーの負荷が過大となった場合や蓄電量が減少した場合などに、走行を優先するための制限制御を電動コンプレッサ１８に対して実行する。そして、インバータ２２はエアコンアンプ１３に電動コンプレッサ１８の実際の運転周波数を報告する。

これにより、この実施例の場合も車室２内のエアコンアンプ１３とエンジンルーム３内のインバータ２２との間の通信データ量が著しく少なくなると共に、エアコンアンプ１３にて空調システム４の冷媒回路（電動コンプレッサ１８や膨張弁２１）の制御を行う必要が無くなるのでエアコンアンプ１３における制御アルゴリズムが著しく簡素化される。

従って、冷媒回路とインバータ２２を提供するメーカとエアコンアンプ１３や車室２内側の機器を提供するメーカとが異なる場合等にも、冷媒回路制御はノウハウのある前者のメーカの技術を生かすことができるようなるので、的確な空調制御を実現し、且つ、汎用性も増すことができるようになる。また、インバータ２２によって膨張弁２１の弁開度を算出して制御することにより、冷媒回路の高圧側の温度・圧力異常時における保護を行うこともできるようになる。

尚、実施例では膨張弁２１をエンジンルーム４側に設けたが、それに限らず、使用する冷媒によっては車室２内に配置する場合もある。係る場合にも膨張弁２１の弁開度はインバータ２２によって制御することになる。また、実施例では高圧側が超臨界圧力となる二酸化炭素を使用し、冷媒の放熱を行う熱交換器をガスクーラとしたが、それに限らず、通常のＲ−１３４ａやＨＣ冷媒などを使用し、熱交換器にて冷媒を凝縮させるものでも本発明は有効である。

本発明を適用した一実施例の車両前部の概略透視図である（実施例１）。本発明を適用した他の実施例の車両前部の概略透視図である（実施例２）。

符号の説明

１車両
２車室
３エンジンルーム
４空調システム
６エバポレータ
１３エアコンアンプ
１４日射センサ
１６内気センサ
１７エバ温度センサ
１８電動コンプレッサ
１９ガスクーラ（熱交換器）
２１膨張弁
２２インバータ
２３冷媒温度センサ
２４圧力センサ
２６外気センサ

Claims

電動コンプレッサ、熱交換器、膨張弁及びエバポレータ等を順次環状に配管接続して成る冷媒回路を備え、車室外に設けられた前記電動コンプレッサ及び熱交換器にて冷媒の圧縮と放熱を行い、車室内に設けられた前記エバポレータにて当該車室内を冷房する車載用空調システムにおいて、
前記電動コンプレッサの運転を周波数制御する車室外コントローラと、
所定の操作入力が行われると共に、前記車室内の情報が入力される車室内コントローラとを備え、
前記車室外コントローラは、前記車室内コントローラからの情報に基づき、前記電動コンプレッサの運転周波数を算出して当該電動コンプレッサを運転することを特徴とする車両用空調システム。
前記車室外コントローラは、前記車室内コントローラからの情報に基づき、前記膨張弁の弁開度を算出して当該膨張弁を制御することを特徴とする請求項１の車両用空調システム。
前記車室外コントローラには車室外のセンサ情報が入力されると共に、当該情報及び前記車室内コントローラからの情報に基づき、前記熱交換器を空冷するための送風機を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２の車両用空調システム。