JP2005274104A - 車両用空調装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電動圧縮機のモータ駆動装置を熱保護するために冷凍サイクルに強制的に冷媒を流すとき、冷凍サイクルを保護する。
【解決手段】 電動圧縮機3の電動モータ4を駆動するインバータ6は、インバータ温度センサ22gの検出温度が所定値を超えると、空調制御装置20からの回転指令値とは異なる熱保護用回転数で電動モータを駆動する過熱保護モードで作動し、冷媒流量を確保してインバータの自己冷却を行う。このとき、コンデンサファン8または車室内ブロワ14が乗員操作あるいは空調制御により停止状態にある場合は、これらを作動させて各熱交換器での熱交換を促進させることにより、凝縮器7においては冷媒圧力の増加防止、蒸発器11においてはフロスト防止を可能にし、冷凍サイクル2の機能停止保護を可能にする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電動圧縮機を用いた冷却システムの保護機能を備えた車両用空調装置に関する。
従来より、冷媒を吸入および吐出する圧縮機本体と、この圧縮機本体内に吸入された冷媒を圧縮する圧縮部と、圧縮部を駆動する電動モータと、電動モータを駆動制御するモータ駆動装置とを備えた電動圧縮機を、凝縮器、減圧器、蒸発器等を備えた冷凍サイクルに用いた車両用空調装置が知られている。
このような車両用空調装置において、電動圧縮機を駆動制御するモータ駆動装置は、モータ駆動装置自身の作動に伴う発熱およびエンジンなどの他の熱源からの排熱などによりモータ駆動装置が高温となり、これにより半導体装置を備えたモータ駆動装置が正常作動しなくなるおそれが生ずる。その対策のために、モータ駆動装置を電動圧縮機の吸入側の冷媒と熱交換可能な位置に配置し、このモータ駆動装置の温度が所定値を超えた場合に、電動モータの回転数を上昇させて、電動圧縮機における冷媒の吸入量を増加させ、これによりモータ駆動装置を冷却することによりモータ駆動装置の熱保護を行うものがあった(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−139069号公報
しかし、上記従来技術においては、電動圧縮機の電動モータが停止状態、すなわち、冷媒が流れていないときのモータ駆動装置の熱保護については考慮されていなかった。
また、電動モータが停止状態あるいは冷房熱負荷が小さい状態、すなわち、冷凍サイクル内の熱交換手段である凝縮器および蒸発器のそれぞれにおける熱交換がほとんど行われないときに、モータ駆動装置の熱保護のために電動モータの回転を増加させて冷媒を冷凍サイクルに強制的に流動させようとする場合、次のような問題が発生する。
すなわち、熱交換をほとんど行っていない凝縮器に高圧冷媒を供給しようとすると、凝縮器での冷媒流量が十分上昇しないため、凝縮器の冷媒入口側の圧力が増大し、これに応じて電動モータのトルクも増加する。これにより電動モータの電流も増加するためモータ駆動装置の内部温度の上昇を招きモータ駆動装置の冷媒による冷却効果が充分に得られなくなる。さらに、この凝縮器に高圧冷媒を供給しようとすると、凝縮器の冷媒入口側の圧力が過大に増加し、この圧力により冷媒流路を破損して冷凍サイクルが機能しなくなるおそれがある。
一方また、蒸発器でも熱交換量が低いため、蒸発器への冷媒流量の増加により蒸発器が過大に冷却されて凝縮器の凝縮水が凍結(フロスト)状態となり、これによっても冷凍サイクルが機能しなくなるおそれがある。
本発明は、上記点に鑑み、電動圧縮機のモータ駆動装置を熱保護するために冷凍サイクルに強制的に冷媒を流すとき、冷凍サイクルを保護することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、冷媒を吸入圧縮する圧縮機構(5)、圧縮機構を駆動する電動モータ(4)、電動モータを制御駆動するとともに、冷媒により冷却可能に配置されているモータ駆動装置(6)とを備えた電動圧縮機(3)と、空気と冷媒とを熱交換する熱交換手段(7、11)とを備える冷凍サイクル(2)と、熱交換手段へ空気を送風する送風手段(8、14)と、電動モータの回転数または停止を指示する回転指令値をモータ駆動装置に与える空調制御装置(20)と、を備え、電動モータは、モータ駆動装置が過熱状態にあるときに回転指令値とは別に設定される熱保護用回転数で回転して冷媒を吸入圧縮することにより、モータ駆動装置を冷媒により冷却する過熱保護モードで作動するとともに、空調制御装置は、送風手段が停止状態にあるときに過熱保護モードでの作動が行われる場合に、送風手段を作動状態とすることを特徴とする。
この発明によれば、電動圧縮機のモータ駆動装置が過熱状態にあるときに、電動モータへの回転指令値とは別に設定されている熱保護用回転数で電動圧縮機が独立して駆動されることにより冷凍サイクルを流動する冷媒によりモータ駆動装置が冷却される過熱保護モードで作動する車両用空調装置において、冷凍サイクルを流動する冷媒と空気とを熱交換する熱交換手段に送風する送風手段が停止状態であるときに、過熱保護モードでの作動か行われると、送風手段を作動状態に切り替えるので、熱交換手段への送風空気量が増加して熱交換手段における熱交換量を増加させることができ、冷凍サイクルを保護することができる。
すなわち、送風手段が停止状態においては熱交換手段の熱交換量が極めて小さく、冷凍サイクルを冷媒が流動することに伴う冷凍サイクル内の高圧部の熱交換手段における冷媒圧力の増加による冷凍サイクルの破損、あるいは、冷凍サイクルを冷媒が流動することに伴う冷凍サイクル内の低圧部の熱交換手段における温度低下による凍結発生などの冷凍サイクルの機能停止を防止することができる。
なお、請求項2に記載のように、熱交換手段は、電動圧縮機から吐出される冷媒を凝縮する凝縮器(7)であり、送風手段は、凝縮器へ空気を送風するコンデンサファン(8)とすることができる。
このとき、請求項3に記載のように、コンデンサファンは、空調制御装置がモータ駆動手段へ与える回転指令値に応じて制御され、回転指令値が電動モータの停止を指示するとき、停止状態となるとともに、電動モータが過熱保護モードで作動するときに、コンデンサファンは停止状態から作動状態へ変化することができる。これにより、電動圧縮機の電動モータが停止状態で過熱保護モードの作動が開始して電動モータが作動状態となると、電動モータへの回転指令値に応じて停止状態となっていたコンデンサファンは、過熱保護モードの作動とともに作動状態とすることができるので、凝縮器はこのコンデンサファンにより送風される空気と熱交換を行なうことができ、したがって凝縮器における冷媒圧力の上昇を阻止することができ、もって、電動圧縮機の過熱保護モードでの作動における冷凍サイクルの損傷を防止して冷凍サイクルを保護することができる。
また、請求項4に記載のように、熱交換手段は、電動圧縮機が吸入する冷媒を吐出する蒸発器(11)であり、送風手段は、蒸発器へ空気を送風する車室内ブロワ(14)とすることができる。
このとき、請求項5に記載のように、車室内ブロワを停止または作動を指示する風量スイッチ(21d)を備え、風量スイッチにより車室内ブロワの停止が指示されている場合に、電動モータが過熱保護モードで作動するとき、空気制御装置は、車室内ブロワを作動状態へ変化させることができる。これにより、風量スイッチにより車室内ブロワが停止状態にあるときに過熱保護モードの作動が開始して電動モータが作動状態となると、車室内ブロワは作動状態へ切り替わることができるので、蒸発器は車室内ブロワにより送風される空気と熱交換を行うことができ、したがって蒸発器の冷媒による過冷却および過冷却による凝縮水の凍結を防止して、冷凍サイクルの機能停止から保護することができる。
過熱保護モードは、請求項6に記載のように、電動圧縮機が停止状態において過熱状態が発生した場合に実行されるようにすることができる。
この場合、熱保護用回転数は、請求項7に記載のように、予め設定された固定値とすることができる。
あるいは、過熱保護モードは、請求項8に記載のように、電動圧縮機が空調制御装置からの回転指令値に応じて作動している状態において過熱状態が発生した場合に実行されるとともに、熱保護用回転数は、回転指令値より所定量大きい回転数に設定することができる。
なお、請求項9に記載のように、モータ駆動装置の温度を検出する駆動装置温度検出手段(22g)を備え、モータ駆動装置は、駆動装置温度検出手段により検出された温度に基づき、過熱保護モードで作動すべきか否かを判定し、過熱保護モードで作動すべきと判定した場合には、空調制御装置からの回転指令値とは無関係に熱保護用回転数で電動モータを駆動するとともに、空調制御装置へ過熱保護モードフラグを送信し、空調制御装置は、過熱保護モードフラグに基づいて過熱保護モードでの作動状態を判定して、送風手段を作動状態とすることができる。
あるいは、請求項10に記載のように、空調制御装置は、駆動装置温度検出手段により検出された温度に基づき、直接、モータ駆動装置の作動状態が過熱保護モードであることを判定するようにしてもよい。
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ものである。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態の車両用空調装置1の全体構成図である。車両用空調装置1の冷凍サイクル2には冷媒を吸入、圧縮、吐出する電動圧縮機3が備えられている。電動圧縮機3は電動モータ4と、電動モータ4により駆動される圧縮機構5とを一体化したものである。電動モータ4は具体的には3相交流モータであり、また、圧縮機構5は例えば周知のスクロール式圧縮機構である。これにより、圧縮機構5は、電動モータ4の回転数に応じて吐出容量を0〜100%の範囲で連続的に変化させることができる。
電動モータ4に付与される3相交流電源の周波数をモータ駆動装置としてのインバータ6により可変制御することにより電動モータ4の回転数を後述する空調制御装置(A/C ECU)20の制御出力である回転指令値となるよう制御し、この電動モータ4の回転数の高低に応じて電動圧縮機3の冷媒吐出流量を増減できる。
電動圧縮機3から吐出された高温、高圧の過熱ガス冷媒は凝縮器7に流入し、ここで冷媒は、コンデンサファンモータ8aにより駆動されるコンデンサファン8より送風される外気と熱交換して冷却されて凝縮する。この凝縮器7で凝縮した冷媒は次に受液器9に流入し、受液器9の内部で冷媒の気液が分離され、冷凍サイクル2内の余剰冷媒(液冷媒)が受液器9内に蓄えられる。なお、電動圧縮機3と凝縮器7との冷媒管路には圧力センサ22fが設けられ、この圧力センサ22fにより冷凍サイクル2の高圧側の冷媒圧力を検出する。
この受液器9からの液冷媒は膨張弁(減圧手段)10により低圧に減圧され、低圧の気液2相状態となる。膨張弁10は蒸発器11の出口冷媒の温度を感知する感温部10aを有する温度式膨張弁である。この膨張弁10からの低圧冷媒は蒸発器(冷房用熱交換器)11に流入する。この蒸発器11は車両用空調装置1の空調ユニット12の空調ケース12a内に設置され、蒸発器11に流入した低圧冷媒は空調ケース12a内の空気から吸熱して蒸発する。蒸発器11の出口は電動圧縮機3の吸入側に結合され、上記したサイクル構成部品によって閉回路を構成している。
なお、冷凍サイクル中の凝縮器7および蒸発器11はともに、本発明の熱交換手段に相当する。また、コンデンサファン8が凝縮器7に対する送風手段に相当し、車室内ブロワ14が蒸発器11に対する送風手段に相当する。
電動圧縮機3は、図示しないエンジンルーム内に配置される。また、電動モータ4を駆動するモータ駆動装置としてのインバータ6は、図1の例では、電動モータ4のハウジングに一体的に設けられている。
したがって、インバータ6は、エンジンルーム内で、熱源16であるエンジンや、エキゾーストマニホールド、凝縮器7、コンデンサファン8等からの排熱にさらされ、少なくともインバータ6のケーシングは、通常の走行中でも100℃以上の高温に達する。このため、インバータ6の各回路素子の温度を正常動作可能な温度にまで下げて、インバータ(モータ駆動装置)6の信頼性を向上する必要がある。
このため、本実施形態では、蒸発器11から流出して電動圧縮機3の電動モータ4に吸引された冷媒は、先ず、電動モータ4およびインバータ6を冷却した後、圧縮機構5に吸入圧縮され、凝縮器7へと吐出するように配置されている。また、インバータ6には、インバータの回路基板の温度TINを検出する駆動装置温度検出手段としてのインバータ温度センサ22gが設けられている。後述するように、インバータ6は、インバータ温度TINが所定温度以上となった場合には、空調制御装置20からの回転指令値(目標回転数)そのものの回転数ではなく、予め設定されたインバータ6の冷却のための熱保護用回転数(固定値または回転指令値+所定値α)で電動モータ4を駆動する。
なお、電動圧縮機3として上述のようにインバータ一体型ではなく、インバータ分離型、すなわち、インバータ6を、圧縮機構5と一体的に結合された電動モータ4とは分離して配置するものでもよい。この場合には、インバータ6は電動モータ4の冷媒吸入部における冷媒管路と熱交換可能な部位に配置することにより、冷媒による冷却効果を得ることができる。
車両用空調装置1は空調ユニット12を備えている。空調ユニット12はケース12aを有し、このケース12a内に車室内へ向かって空気が送風される空気通路を構成する。このケース12aの空気通路の最上流部に内外気切替手段としての内外気切替ダンパ13を回転自在に配置している。
この内外気切替ダンパ13はサーボモータ13aによって駆動されるもので、内気導入口13bより内気(車室内空気)を導入する内気導入モードと外気導入口13cより外気(車室外空気)を導入する外気導入モードとを切り替える。
内外気切替ダンパ13の下流側には車室内に向かう空気流を発生させる電動式の車室内ブロワ14を配置している。この車室内ブロワ14は、遠心式の送風ファンをブロワモータ14aにより駆動するようになっている。
車室内ブロワ14の下流側にはケース12a内を流れる空気を冷却する蒸発器11が配置され、この蒸発器11の下流側にはケース12a内を流れる空気を加熱するヒータコア15を配置している。ヒータコア15には、温水ポンプ16aにより温水回路16b内を循環する熱源16である車両エンジンの温水(エンジン冷却水)が供給される。すなわち、このヒータコア15は、蒸発器11通過後の空気(冷風)を加熱する暖房用熱交換器である。
なお、蒸発器11の下流側には蒸発器11の吹出空気温度である蒸発器吹出温度Teを検出する蒸発器吹出温度センサ22eが設けられ、また、温水回路16bには温水回路16b内の温水(エンジン冷却水)温度Twを検出する水温センサ22aが設けられている。
蒸発器11とヒータコア15との間にエアミックス(A/M)ダンパ17を回転自在に配置してある。このエアミックスダンパ17はサーボモータ17aにより駆動されて、その回転位置(開度)が連続的に調節可能になっている。エアミックスダンパ17の開度によりヒータコア15を通る空気量(温風量)と、ヒータコア15の側方のバイパス通路を通過してヒータコア15をバイパスする空気量(冷風量)とを調節し、これにより、車室内に吹き出す空気の温度を調節するようになっている。
空調ケース12の空気通路の最下流部には、車両の前面窓ガラスWに向けて空調風を吹き出すためのデフロスタ吹出口181、前席乗員の顔部に向けて空調風を吹き出すための前席側フェイス吹出口182、および前席乗員の足元部に向けて空調風を吹き出すための前席側フット吹出口183の計3種類の吹出口が設けられている。
これら吹出口181〜183の上流部にはデフロスタドア184、前席側フェイスドア185および前席側フットドア186が回転自在に配置されている。これらのドア184〜186は、図示しないリンク機構を介して共通のサーボモータ19によって開閉操作される。
なお、他のセンサとして、車室外の空気温度(外気温)Tamを検出する外気温センサ22b、車室内の空気温度(内気温)Trを検出する内気温センサ22cおよび車室内への日射量Tsを検出する日射センサ22dが設けられている。
次に、図2により本実施形態の電気制御部の概要を説明すると、空調制御装置(A/C ECU)20は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。この空調制御装置20は、そのROM内に空調制御のための制御プログラムを記憶しており、その制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。なお、図2のブロック図には、空調制御装置20により実行される制御処理の代表的な機能実現手段を符号20a〜20gのブロックで示している。
空調制御装置20の入力側にはセンサ群22a〜22fからのセンサ検出信号、空調操作パネル21からの操作信号が入力される。
空調操作パネル21は、車室内の運転席前方の計器盤(図示せず)付近に配置されるものであって、乗員により操作される以下の操作スイッチ21a〜21eおよび空調の作動状態を表示する表示部(図示せず)を有する。温度設定スイッチ21aは車室内の設定温度Tsetの信号を出すものであり、内外気切替スイッチ21bは内外気切替ドア13による内気モードと外気モードをマニュアル設定する信号を出すものである。
吹出モードスイッチ21cは吹出モードとして周知のフェイスモード、バイレベルモード、フットモード、フットデフロスタモード、およびデフロスタモードをマニュアル設定するための信号を出すものである。風量切替スイッチ21dは車室内ブロワ14のオンオフおよび風量の切替をマニュアル設定するための信号を出すものである。
エアコンスイッチ21eは電動圧縮機3の作動状態と停止状態を切り替えるものであり、エアコンスイッチ21eをオン状態にすると、空調制御装置20は電動圧縮機制御部20gが演算した目標回転数fnに応じた回転指令値をインバータ6へ出力することにより、電動モータ4がこの回転指令値に応じて駆動され電動圧縮機3が作動状態となる。エアコンスイッチ21eをオフ状態にすると、空調制御装置20は電動圧縮機制御部20gがインバータ6へ回転指令値として0(目標回転数fn=0)を出力することにより、電動モータ4の回転を停止して、電動圧縮機3の吐出容量を略0容量にし、電動圧縮機3が実質的に停止状態となる。この目標回転数fnの演算については後述する。
空調制御装置20の出力側には、各機器の電気駆動手段をなすサーボモータ13a、14a、17a、19、および電動圧縮機3のモータ駆動装置であるインバータ6やコンデンサファンモータ8a等が接続され、これらの機器の作動が空調制御装置20の出力信号により制御される。
次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。図3は、空調制御装置20により実行されるメインルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、車両のイグニッションスイッチがオンとともにスタートする。
まずステップS1では、フラグ、タイマー等の初期化がなされ、次のステップS2で空調操作パネル21の操作スイッチ21a〜21e等の操作信号を読み込む。次のステップS3でセンサ22a〜22f等から車両環境状態の検出信号を読み込む。
続いて、ステップS4にて、車室内へ吹き出される空調風の目標吹出温度TAOを算出する。この目標吹出温度TAOは車室内を温度設定スイッチ21aの設定温度Tsetに維持するために必要な吹出温度であり、空調制御の基本目標値である。この目標吹出温度TAOは、空調操作パネル21の温度設定スイッチ21aにより設定された設定温度Tsetと、空調熱負荷に関係する内気温Tr、外気温Tam、及び日射量Tsとに基づいて公知の下記数式(1)により算出する。
TAO=Kset×Tset−Kr×Tr−Kam×Tam−Ks×Ts+C
・・・(1)
但し、Kset、Kr、Kam、Ks:制御ゲイン、C:補正用の定数である。
次に、ステップS5にて車室内ブロワ14のブロワモータ14aの印加電圧であるブロワ電圧を、上記の目標吹出空気温度TAOに基づいて図4(a)のように算出する。このブロワ電圧によりブロワモータ14aの回転数、すなわち、車室内吹出空気の風量を目標吹出温度TAOの低温領域および高温領域で高くし、中間温度域で風量が低くなるように決定できる。
次に、ステップS6にて内外気の吸込口モード(内外気切替ダンパ位置)を目標吹出空気温度TAOに基づいて図4(b)のように決定する。次に、ステップS7にて吹出口モード(吹出口ダンパ位置)を目標吹出空気温度TAOに基づいて図4(c)のように決定する。図4(c)のFACE(フェイス)モードはフェイス吹出口182から空調風を吹き出すモードであり、B/L(バイレベル)モードは、フェイス吹出口182とフット吹出口183との両方から空調風を吹き出すモードであり、FOOT(フット)モードは、フット吹出口183がら空調風を吹き出すモードである。フットモード時にデフロスタ吹出口181から少量の空調風を吹き出すようにしてもよい。
次に、ステップS7にて、車室内へ吹き出す空調風の温度を目標吹出空気温度TAOにするための、エアミックスダンパ17の目標開度SWを算出する。具体的には、蒸発器11の吹出空気温度Te(蒸発器吹出温度センサ22eの検出温度)、ヒータコア15の温水温度Tw(水温センサ22aの検出温度)、および目標吹出空気温度TAOに基づいて目標エアミックスダンパ開度SWを次の数式(2)にて算出する。
SW={(TAO−Te)/(Tw−Te)}×100(%) ・・・(2)
次に、ステップS8にて蒸発器11の目標蒸発器温度TEOを算出する。この目標蒸発器温度TEOの算出方法は、目標吹出空気温度TAOに基づいて図4(d)のように決定される第1目標蒸発器温度TEO1と、外気温Tamに基づいて図4(e)のように決定される第2目標蒸発器温度TEO2のうち、低い方の温度を目標蒸発器温度TEOとして決定する。
すなわち、第1目標蒸発器温度TEO1は具体的には目標吹出温度TAOの上昇につれて上昇するように決定される。また、第2目標蒸発器温度TEO2は外気温Tamが中間温度域(例えば、20℃付近)以上になると、窓ガラスの防曇性能確保のための除湿作用の必要性が低下するので、第2目標蒸発器温度TEO2を高くして電動圧縮機3の駆動動力を低減することにより車両エンジンの省動力を図る。一方、外気温Tamが中間温度域より低温となる低温域では第2目標蒸発器温度TEO2を低くして蒸発器11の除湿作用により窓ガラスの防曇性能を確保する。
次に、ステップS9にて電動圧縮機3の制御値を算出する。このステップS9の詳細は後述する。そして、次のステップS10にて各制御対象の機器に対して制御値を出力して各制御対象の機器を駆動する。
図5は、ステップS9における電動圧縮機制御の詳細を示すものであり、まずステップS100にて電動圧縮機3の電動モータ4の目標回転数fnを算出する。ここで、この目標回転数fnの算出方法について、図6の演算ルーチンに基づき説明する。
ステップS200にて電動圧縮機作動指令がON状態になっているか判定する。この判定は、空調操作パネル21における圧縮機作動スイッチをなすエアコンスイッチ21eのON、OFFに基づいて行う。エアコンスイッチ21eがOFFのときは、電動圧縮機作動指令がOFF状態になっており、この場合はステップS230に進み、電動モータ4の目標回転数fnを0(rpm)、すなわち電動圧縮機3を停止状態とする。
圧縮機作動指令がON状態になっているときは、次のステップS210にて冷房必要能力F1の判定を行う。この判定は、本実施形態では蒸発器吹出温度センサ22eにより検出される現実の蒸発器吹出温度Teと前述のステップS8にて算出された目標蒸発器温度TEOとの偏差(Te−TEO)に基づいて行う。
すなわち、偏差(Te−TEO)が4℃以上では冷房必要能力F1=2とする。ここで、F1=2は冷房必要能力:大を表す。そして、一旦、F1=2の状態になると、現実の蒸発器吹出温度Teが目標蒸発器温度TEOよりも低下して、偏差(Te−TEO)が−1℃となるまで維持される。そして、偏差(Te−TEO)が0℃以上になると、冷房必要能力F1=1とする。ここで、F1=1は冷房必要能力:中を表す。この冷房必要能力F1=1は、偏差(Te−TEO)が4℃未満で、且つ、−1℃を超える範囲内で維持される。
このように、冷房必要能力F1=2とする場合および冷房必要能力F1=1とする場合をそれぞれ所定の偏差範囲にて維持しているのは、電動モータ4の回転数制御のハンチングを防止して、電動モータ4の回転数制御を安定化するためである。そして、偏差(Te−TEO)が−1℃以下では冷房必要能力F1=0とする。このF1=0は冷房能力:不要を表す。
次のステップS220では冷房必要能力F1=0であるかを判定し、F1=0であれば、ステップS230に進み、電動モータ4の目標回転数fn=0rpmとし、電動圧縮機3を停止状態とする。
F1=0でないときはステップS240に進み、F1=1であるかを判定する。F1=1は冷房必要能力が「中」の状態を表しているから、F1=1であれば、ステップS250に進み、電動モータ4の目標回転数fn=所定の中間回転数fn−s、具体的には1500rpmとする。なお、この所定の中間回転数fn−s(1500rpm)は電動モータ4の最大使用回転数(例えば、7500rpm)に対する所定の中間領域の回転数である。
ステップS240での判定がNOのときはF1=2、すなわち、冷房必要能力が「大」の状態であるから、ステップS260に進み、冷房必要能力に対応した仮の目標回転数fnoを算出する。このステップS260における仮の目標回転数fnoの算出方法は、特開平8−2236号公報等において公知となっているファジー制御による算出方法でよい。
このファジー制御による算出方法の概要を説明すると、現実の蒸発器吹出温度Teと目標蒸発器温度TEOとの偏差(Te−TEO)を算出するとともに、この偏差(Te−TEO)の変化率を算出し、この偏差(Te−TEO)と偏差変化率とに基づいて、この偏差を小さくするために必要な目標回転数の増減量Δfnをファジー制御により算出する。そして、この目標回転数増減量Δfnと前回算出の目標回転数fnとの和(fn+Δfn)により仮の目標回転数fnoを算出する。
次に、ステップS270にて仮の目標回転数fnoが所定の中間回転数fn−s(1500rpm)より大きいか判定する。通常はステップS270の判定がYESとなり、次のステップS280にて目標回転数fn=fnoとする。すなわち、ステップS260にて算出された仮の目標回転数fnoをそのまま目標回転数fnとする。
これに対し、ステップS270の判定がNOとなったときは次のステップS290にて目標回転数fn=fn−s(1500rpm)とする。すなわち、目標回転数fnを所定の中間回転数fn−s(1500rpm)に固定する。
以上のように、電動モータ4(電動圧縮機3)の目標回転数fnを決定して電動圧縮機3の回転数制御を行うことにより、冷房必要能力が「中」レベルであるときは電動圧縮機3の回転数を所定の中間回転数fn−s(1500rpm)とする(S250)。電動圧縮機3の回転数が所定の中間回転数fn−sであっても、冷房熱負荷が小さいときは蒸発器吹出温度Teが目標蒸発器温度TEOよりも低下して、F1=0となり、電動圧縮機3の回転数を0とする(S230)。
従って、冷房必要能力が「大」レベルであるときは、現実の蒸発器吹出温度Teと目標蒸発器温度TEOとの偏差(Te−TEO)に基づいて、この偏差を小さくするための仮の目標回転数fnoを算出し、この仮の目標回転数fnoが所定の中間回転数fn−sより大きい時はこの仮の目標回転数fnoをそのまま目標回転数fnとして電動圧縮機3を作動させる。これにより、冷房必要能力が「大」レベルであるときに、能力確保のために必要なサイクル内循環冷媒流量を確保できる。なお、冷房熱負荷が小さいときは電動圧縮機3の回転数が所定の中間回転数fn−sと0との間で断続的に変化することになる。
このように、本実施形態では電動モータ4の目標回転数fnは、0(停止状態)から最大使用回転数まで連続的に変化する回転指令値としてインバータ6に与えられる。
以上のように、図5のステップS100で電動モータ4の目標回転数fnが算出されたのち、ステップS102に進み、インバータ6が過熱保護モードで作動中か否かの判定処理のために、図7に示す処理ルーチンにより空調制御装置20内においてインバータ過熱フラグを設定する。
なおこの過熱保護モードは、後述するように、インバータ6が、自らの過熱保護のために、空調制御装置20からの目標回転数に応じた回転指令値による駆動ではなく、インバータ6が自ら設定した熱保護用回転数にて電動圧縮機3を強制的に駆動するものである。
図7において、ステップS300にてインバータ6より出力されている過熱保護モードフラグの状態を検出する。ステップS310にて、過熱保護モードフラグ=1、すなわち、インバータ6が過熱保護モードで作動中であると判定される場合には、ステップS320で空調制御装置20は、インバータ過熱フラグ=1と設定する。ステップS310にて過熱保護モードフラグ=0、すなわち、インバータ6が過熱保護モードで作動中ではないは判定された場合には、ステップS330で空調制御装置20は、インバータ過熱フラグ=0と設定する。
次に、図5のステップS104にて、上記ステップS100で算出された電動モータ4の目標回転数fnが所定値(例えば、0)より大きいか否かが判定される。この所定値が0の場合は、目標回転数fnが0である(すなわち電動圧縮機3を停止状態とする回転指令値である)か、あるいは電動圧縮機3が目標回転数fn≠0で作動状態にあるかを判定するものである。なお、空調制御装置20から電動圧縮機3へ目標回転数fn=0が出力されているときには、コンデンサファン8も停止状態とされている。
このステップS104において、目標回転数fn>0と判定された場合は、ステップS112に進みコンデンサファン8も作動状態とされる。すなわち、コンデンサファン8を駆動するコンデンサファンモータ8aは、電動圧縮機3への目標回転数fn>0のときに圧力センサ22fによる冷媒圧力に応じて、例えばよく知られている方法にて、所定の第1冷媒圧以下で低速回転数、第1冷媒圧より大きい第2冷媒圧以上で高速回転数となるよう制御される。
ステップS104での判定結果がNO、すなわち目標回転数fn=0の場合は、電動圧縮機3は停止状態に置かれているため、ステップS106へ進む。ステップS106では上記ステップS102で設定されたインバータ過熱フラグが1か否かを判定する。インバータ過熱フラグ=1、すなわち、インバータ6が過熱保護モードで作動中である場合には、ステップS108へ進み、コンデンサファン8を作動状態とする。この場合のコンデンサファンモータ8aの回転数は、熱交換手段としての凝縮器7における冷媒圧力の上昇防止(冷媒圧力の低下)を行うに足る回転数として予め設定することができる。あるいは、上述した通常作動時の低速回転数や高速回転数としてもよい。
ステップS106にてインバータ過熱フラグ=0、すなわち、インバータ6が過熱保護モードで作動中ではないと判定された場合には、電動圧縮機3が停止状態であって過熱状態にないため電動圧縮機3は強制駆動されず、したがって冷凍サイクルの冷媒圧力は上昇しないので、凝縮器7における冷媒圧力の増大のおそれがないため、ステップS110にてコンデンサファン8を停止状態とする。
以上のコンデンサファン8の作動指示終了後、次にステップS114へ進み、風量スイッチ21dが乗員によりOFF操作されているか否かが判定される。判定結果がNOの場合、すなわち風量スイッチ21dがオート設定またはマニュアル設定(Lo〜Hi)されている場合には、ステップS122へ移行し、空調制御装置20は風量スイッチ21dの設定に基づき、上記ステップS5(図3)にて算出された車室内ブロワレベルにて車室内ブロワモータ14aを制御する。
風量スイッチ21dがOFF操作されている場合は、ステップS116へ進み上記ステップS106と同様、インバータ過熱フラグに基づきインバータ6、すなわち電動圧縮機3が過熱保護モードで作動中か否かが判定される。
インバータ過熱フラグ≠1、すなわち、インバータ6(電動圧縮機3)が過熱保護モードで作動中でないと判定された場合は、電動圧縮機3が停止状態であって過熱状態にないため電動圧縮機3は強制駆動されず、したがって冷凍サイクルの冷媒流量は増加しないので、蒸発器11における凍結のおそれがないため、ステップS120にて車室内ブロワ14aを停止状態とする。
インバータ過熱フラグ=1、すなわち、インバータ6(電動圧縮機3)が過熱保護モードで作動中であると判定された場合は、ステップS118にて車室内ブロワモータ14aを所定のブロワレベルで駆動させて、熱交換手段としての蒸発器11へ送風する。このときのブロワモータ14aの回転数(ブロワレベル)は、蒸発器11において空気と熱交換するに足る送風量が得られる回転数として予め設定されている。なお、このブロワレベルを通常の空調制御におけるLoやHi(図4(a))としてもよい。
そして、ステップS124にて、ステップS100にて算出された目標回転数fnに相当する回転指令値を出力して、メインルーチン(図3)のステップS10へ戻る。
次に、インバータ6における作動について図8を用いて説明する。インバータ6は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。図8は、インバータ6のROMに記憶された制御プログラムの制御ルーチンを表すフローチャートであり、この制御ルーチンは、車両のイグニッションオンとともに処理が開始される。
まず、初期化(図示せず)の後、ステップS400にて、空調制御装置20からの回転指令値(目標回転数fn)を検出する。この回転指令値(目標回転数fn)は、上記ステップS100、詳しくは図6に示す演算ルーチンにおいて算出されたものである。
次に、ステップS410にて、インバータ6自身が過熱保護モードで作動すべきかを判定するために、インバータ温度センサ22gにより検出されたインバータ6の回路基板付近の温度TINが所定値以上か否かを判定する。この所定値は、インバータ6の半導体回路の耐熱温度に応じて設定されている。
インバータ温度TINがこの所定値を越えていない、比較的低い温度である場合には、インバータ6は過熱保護モードでの作動は必要ないものとして、ステップS420にて空調制御装置20からの回転指令値(目標回転数fn)に応じて電動モータ4を駆動制御する。これは、空調制御時における電動圧縮機3の通常の作動状態である。そして、ステップS430にて過熱保護モードフラグ=0に設定して、空調制御装置20へ送信する。
ステップS410にてインバータ温度TINが所定値以上であり、インバータ6が過熱状態にあると判定された場合は、ステップS440に進み、インバータ6は過熱保護モードで作動する。
すなわち、インバータ6は、ステップS440での過熱保護モードにおいては、空調制御装置20からの回転指令値に対して、回転指令値(目標回転数fn)≠0の場合は、電動モータ4をfn+αにて回転数を増加させた熱保護用回転数にて回転駆動する。この所定値αは、過熱状態にあるインバータ6を冷却するに足る増加回転数であり、予め設定されている。
あるいは、空調制御装置20からの回転指令値=0、すなわち電動圧縮機3が停止状態にある場合には、インバータ6は電動モータ4を予め固定値として設定された熱保護用回転数で回転させる(これは停止状態からの回転数増加に相当する)。この熱保護用回転数は、過熱状態にあるインバータ6を冷却するに必要な所定の回転数である。
これにより、過熱保護モードでは、インバータ6は電動モータ4を空調制御装置20からの回転指令値(目標回転数fn)そのもので回転させる、または、回転指令値=0に応じて停止させるのではなく、インバータ6を冷媒により冷却できる程度の熱保護用回転数をインバータ6が自ら設定し、この熱保護用回転数にて電動モータ4を回転駆動することによって電動圧縮機3が冷媒を吸入圧縮して吐出することにより、インバータ6を自己冷却するものである。
このように、過熱保護モードに移行した場合には、ステップS450において過熱保護モードフラグ=1と設定し、空調制御装置20へ送信する。
インバータ6は、以上の制御ルーチンを繰り返し実行する。
以上のように、本実施形態では、電動モータ4の目標回転数fnが0(S104)、すなわちコンデンサファン8が停止指示状態のときに、インバータ6が過熱状態のため過熱保護モードで作動中(S106)、すなわち電動圧縮機3が強制駆動される場合にコンデンサファン8は駆動されて(S108)、凝縮器7へ送風が行われて凝縮器7での熱交換が促進され、凝縮器7への冷媒圧力を低減できる。
これにより、電動圧縮機3の過熱保護モードでの作動に伴い上昇する冷凍サイクル内の冷媒圧力に対して、電動圧縮機3の吐出圧増加→電動モータ4のトルク増大→モータ電流増加→インバータ6の温度上昇という悪循環に陥ることを回避することができ、これにより冷凍サイクルの機能保護が可能になる。
さらに、電動圧縮機3の過熱保護モードでの作動に伴い上昇する冷凍サイクル内の冷媒圧力が過度に上昇して冷凍サイクルが損傷することを防止して、冷凍サイクルを保護することができる。
また、本実施形態では、風量スイッチ21dが手動操作によりOFFに設定されているときに(S114)、インバータ6が過熱状態のため過熱保護モードで作動中(S116)、すなわち電動圧縮機3が強制駆動される場合に車室内ブロワ14は駆動されて(S118)、蒸発器11へ送風が行われて蒸発器11での熱交換が促進され、蒸発器11の温度の過度の低下を防止できる。これにより、電動圧縮機3の過熱保護モードでの作動に伴い蒸発器11における温度低下、およびこの温度低下に伴う凝縮水の凍結を防止して、冷凍サイクルを保護することができる。
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、空調制御装置20において、インバータ6が過熱保護モードで作動中か否かの判定を、インバータ6から出力されている過熱保護モードフラグを検出することにより行っているが、第2実施形態では、インバータ6がインバータ温度センサ22gによる検出温度TINを空調制御装置20へ出力し、空調制御装置20がインバータ6からのインバータ温度TINに基づき、インバータ6の作動状態を判定するものである。
図9は第2実施形態の空調制御装置20におけるインバータ6の作動判定ルーチンを示し、また、図10は、第2実施形態のインバータ6における制御ルーチンを示すものすもので、第1実施形態の作動判定ルーチン(図7)および制御ルーチン(図8)と同じ処理工程には同じ符号を付して説明を省略する。さらに、空調制御装置20におけるメインルーチン(図3)、ステップS9おける処理ルーチン(図5)および目標回転数演算ルーチン(図6)は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
空調制御装置20は、ステップS302にて、インバータ6からインバータ温度センサ22gにより検出されたインバータ温度TINを入力する。次のステップS312にで、インバータ温度TINが所定値以上であるかを判定する。この所定値は、インバータ6にて過熱状態にあるか否かを判定するとき(図8のS410)の所定値と同じ値とすることができる。
インバータ温度TINが所定値以上であるときはステップS320へ進み、第1実施形態と同様、インバータ過熱フラグを1と設定する。また、インバータ温度TINが所定値より低い場合はステップS330へ進み、第1実施形態と同様、インバータ過熱フラグを0と設定する。
一方、インバータ6における制御ルーチン(図10)では、第1実施形態のように空調制御装置20へ過熱保護モードフラグを送信する必要がないため、第1実施形態における図8の処理ルーチンにおけるステップS430とS450とをパスし、ステップS480にて、インバータ温度センサ22gが検出したインバータ温度TINを空調制御装置20へ出力する。
この第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(他の実施形態)
(1)上記第1および第2実施形態では、インバータ6の過熱保護モードでの作動中にコンデンサファン8を作動させるか停止するかを、インバータ6に与える電動モータ4の目標回転数fnが0か否かにより決定していた(図5、ステップS104)が、これに限らない。すなわち、この目標回転数fnと比較する所定値として、比較的小さい値f0(例えば、f0=数100rpm)であってもよい。
すなわち、このような小さい目標回転数f0では、電動圧縮機3の圧縮機構5がインバータ6の能力不足により回転できない、すなわち冷凍サイクルが実質的にOFF状態となる場合がある。このような場合には、ステップS104にて比較対象の目標回転数を0ではなく、小さい有限値f0として設定しておく。また同時に、コンデンサファン8も、電動モータ4の目標回転数fnが0ではない有限値f0以上のときに作動状態となるように設定しておく。
これにより、電動モータ4の目標回転数fnがfn≦f0(≠0)で、かつインバータ6(電動圧縮機3)が過熱保護モードにおいて強制駆動されているときに、コンデンサファン8を作動状態とすることにより、上記各実施形態と同様、冷凍サイクルの保護効果を得ることができる。
(2)上記第1および第2実施形態では、電動圧縮機3のモータ駆動装置であるインバータ6と、空調制御装置(A/C ECU)20とは、図1に示すように直接接続されて、両者の間で信号をやり取りするものであったが、これに限らず、例えば、図11に示すように構成してもよい。
すなわち、図11の例では、車両エンジンや自動変速機(ともに図示せず)等を制御する車両側ECU30と車載LAN31を介して空調制御装置20を接続して、空調制御装置20の入出力信号は車載LAN31との間で送受信する。そして、電動圧縮機3のインバータ6は、車両側ECU30のみに接続し、車両側ECU30との間で、回転指令値、過熱保護モードフラグの入出力を行う。
さらに、コンデンサファン8のファンモータ8aは車両側ECU30からの指令信号により駆動されるようにする。このような構成は、エンジン冷却用ラジエータ(冷却水熱交換器)と空調装置用の凝縮器7とが並べて配置され、これらの熱交換器(ラジエータおよび凝縮器)に同時に送風する電動ファンを設ける車両において用いられる。
すなわち、電動ファン(コンデンサファン8に相当)は、エンジン制御を行う車両側ECU30からの指令値(冷却水温に応じた指令値)および空調制御を行う空調制御装置20から車載LAN31に送出された指令値(冷媒圧力に応じた指令値)の両者に基づき制御される。
(3)上記第1および第2実施形態では、過熱保護モードでの作動の必要性をインバータ6が判定し、さらに、インバータ6が空調制御装置20からの回転指示値とは別の熱保護用回転数にて独立して電動モータ4を駆動する例を示したが、これに限らない。たとえば、過熱保護モードでの作動の必要性を、インバータ温度TINに基づき空調制御装置20が判定し、かつ、空調制御装置20は、通常空調時における電動圧縮機3の回転指令値と、過熱保護モードでの熱保護用回転数とを必要に応じて切り替えてインバータ6へ出力するようにしてもよい。
本発明の実施形態の車両用空調装置の全体構成図である。 実施形態の電気制御部の概要を示すブロック図である。 実施形態の空調制御装置により実行されるメインルーチンを示すフローチャートである。 (a)〜(e)は、実施形態における空調制御の作動特性図である。 実施形態の電動圧縮機の全体の制御ルーチンを示すフローチャートである。 電動圧縮機の目標回転数の演算ルーチンを示すフローチャートである。 第1実施形態の空調制御装置において、モータ駆動装置(インバータ)が過熱保護モードで作動中か否かを判定する判定ルーチンを示すフローチャートである。 第1実施形態のモータ駆動装置(インバータ)における制御ルーチンを示すフローチャートである。 第2実施形態の空調制御装置において、モータ駆動装置(インバータ)が過熱保護モードで作動中か否かを判定する判定ルーチンを示すフローチャートである。 第2実施形態のモータ駆動装置(インバータ)における制御ルーチンを示すフローチャートである。 他の実施形態を示す図である。
符号の説明
2…冷凍サイクル、3…電動圧縮機、4…電動モータ、5…圧縮機構、
6…モータ駆動装置(インバータ)、7…凝縮器、8…コンデンサファン、
11…蒸発器、14…車室内ブロワ、15…ヒータコア、
20…空調制御装置(A/C ECU)、21…空調操作パネル、
22e…蒸発器吹出温度センサ、22f…圧力センサ、
22g…インバータ温度センサ。

Claims (10)

  1. 冷媒を吸入圧縮する圧縮機構(5)、前記圧縮機構を駆動する電動モータ(4)、前記電動モータを制御駆動するとともに、前記冷媒により冷却可能に配置されているモータ駆動装置(6)とを備えた電動圧縮機(3)と、空気と前記冷媒とを熱交換する熱交換手段(7、11)とを備える冷凍サイクル(2)と、
    前記熱交換手段へ前記空気を送風する送風手段(8、14)と、
    前記電動モータの回転数または停止を指示する回転指令値を前記モータ駆動装置に与える空調制御装置(20)と、を備え、
    前記電動モータは、前記モータ駆動装置が過熱状態にあるときに前記回転指令値とは別に設定される熱保護用回転数で回転して前記冷媒を吸入圧縮することにより、前記モータ駆動装置を前記冷媒により冷却する過熱保護モードで作動するとともに、
    前記空調制御装置は、前記送風手段が停止状態にあるときに前記過熱保護モードでの作動が行われる場合に、前記送風手段を作動状態とすることを特徴とする車両用空調装置。
  2. 前記熱交換手段は、前記電動圧縮機から吐出される前記冷媒を凝縮する凝縮器(7)であり、
    前記送風手段は、前記凝縮器へ前記空気を送風するコンデンサファン(8)である
    ことを特徴とする請求項1に記載の車両用空調装置。
  3. 前記コンデンサファンは、前記空調制御装置が前記モータ駆動手段へ与える前記回転指令値に応じて制御され、前記回転指令値が前記電動モータの停止を指示するとき、停止状態となるとともに、
    前記電動モータが前記過熱保護モードで作動するときに、前記コンデンサファンは前記停止状態から作動状態へ変化することを特徴とする請求項2に記載の車両用空調装置。
  4. 前記熱交換手段は、前記電動圧縮機が吸入する前記冷媒を吐出する蒸発器(11)であり、
    前記送風手段は、前記蒸発器へ前記空気を送風する車室内ブロワ(14)である
    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。
  5. 前記車室内ブロワを停止または作動を指示する風量スイッチ(21d)を備え、
    前記風量スイッチにより前記車室内ブロワの停止が指示されている場合に、前記電動モータが過熱保護モードで作動するとき、前記空気制御装置は、前記車室内ブロワを作動状態へ変化させることを特徴とする請求項4に記載の車両用空調装置。
  6. 前記過熱保護モードは、前記電動圧縮機が停止状態において前記過熱状態が発生した場合に実行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。
  7. 前記熱保護用回転数は、予め設定された固定値であることを特徴とする請求項6に記載の車両用空調装置。
  8. 前記過熱保護モードは、前記電動圧縮機が前記空調制御装置からの前記回転指令値に応じて作動している状態において前記過熱状態が発生した場合に実行されるとともに、
    前記熱保護用回転数は、前記回転指令値より所定量大きい回転数に設定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。
  9. 前記モータ駆動装置の温度を検出する駆動装置温度検出手段(22g)を備え、
    前記モータ駆動装置は、前記駆動装置温度検出手段により検出された温度に基づき、前記過熱保護モードで作動すべきか否かを判定し、前記過熱保護モードで作動すべきと判定した場合には、前記空調制御装置からの前記回転指令値とは無関係に前記熱保護用回転数で前記電動モータを駆動するとともに、前記空調制御装置へ過熱保護モードフラグを送信し、
    前記空調制御装置は、前記過熱保護モードフラグに基づいて前記過熱保護モードでの作動状態を判定して、前記送風手段を作動状態とすることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
  10. 前記モータ駆動装置の温度を検出する駆動装置温度検出手段(22g)を備え、
    前記モータ駆動装置は、前記駆動装置温度検出手段により検出された温度に基づき、前記過熱保護モードで作動すべきか否かを判定し、前記過熱保護モードで作動すべきと判定した場合には、前記空調制御装置からの前記回転指令値とは無関係に前記熱保護用回転数で前記電動モータを駆動し、
    前記空調制御装置は、前記駆動装置温度検出手段により検出された温度に基づき前記モータ駆動装置の作動状態が前記過熱保護モードであることを判定するとともに、前記送風手段を作動状態とすることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
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