JP2006199247A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アイドリングストップ状態で外気を導入しているときに電動モータが不要な環境下で起動されたり必要以上に高い回転数で駆動されることを防止して不要な電力消費をなくする車両用空調装置を提供する。
【解決手段】 アイドリングストップ機能を有するエンジンと、冷媒を圧縮するコンプレッサ２０と、アイドリングストップ状態でコンプレッサを駆動する電動モータ２４と、冷媒を蒸発すると共に空調用空気を冷却するエバポレータと、エバポレータ出口温度を検出するエバポレータ温度センサ３９と、エバポレータ出口温度に応じてモータ回転数を制御するモータ回転数制御手段４６と、アイドリングストップ状態で外気を導入しているときにエバポレータ温度センサによる検出温度を外気温度とエンジン冷却水温度に応じて低く補正した温度をエバポレータ出口温度とするエバポレータ温度補正手段４７と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は車両用空調装置に関し、特に、エンジンのアイドリングストップ機能を有する車両での車両用空調装置に関する。

従来、車両用空調装置での冷房方式は、蒸気圧縮式である。蒸気圧縮式の冷凍サイクルは、コンプレッサ（圧縮機）、コンデンサ（凝縮器）、膨張弁、エバポレータ（蒸発器）により構成され、この密閉された回路（冷凍サイクル）へ冷媒を循環させ、冷媒の気化熱を車室内空気から吸熱して冷房を行う。この原理を、冷媒の流れに沿って説明する。液化冷媒は、膨張弁を通り断熱膨張をし、圧力と温度が下がり霧状でエバポレータへ入り、車室内空気より熱を吸収して気化（蒸発）し、加熱蒸気となってコンプレッサに吸入され、断熱圧縮して高温高圧のガスの状態で、コンデンサに達し、外部に熱を放出し最初の状態に戻る。

上記のような冷凍サイクルを持つ車両用空調装置において、エンジンのアイドリングストップ機能（停車時等でエンジンのアイドリング運転を停止させて燃料消費を低減させること）を有する車両では、アイドリングストップ時に空調用コンプレッサをエンジンで駆動することができないため、コンプレッサを電動モータで駆動する必要がある。電動モータの駆動においては、エバポレータ出口温度に応じてモータ回転数を制御するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−３２３６４９号公報

アイドリングストップ状態で外気を導入しているとき、外気は主にエンジンルーム側からの熱影響を受けて加熱されエバポレータを通過する時点で外気温度より１０℃程度上昇することがある。そこで、モータ回転数をエバポレータ出口温度に応じて制御するようにした場合、電動モータはエバポレータ出口温度の上昇に伴い不要な環境下で起動されたり必要以上に高い回転数で駆動されることになり不要な電力を消費してしまう問題がある。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、アイドリングストップ状態で外気を導入しているときに電動モータが不要な環境下で起動されたり必要以上に高い回転数で駆動されることを防止して不要な電力消費をなくする車両用空調装置を提供することにある。

本発明に係る車両用空調装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。なお、本発明者等は、上記の温度上昇が外気温度とエンジン冷却水温度に依存するものであることを見出し今回の発明に至った。

第１の車両用空調装置（請求項１に対応）は、アイドリングストップ機能を有するエンジンと、冷媒を圧縮するコンプレッサと、アイドリングストップ状態でコンプレッサを駆動する電動モータと、冷媒を蒸発すると共に空調用空気を冷却するエバポレータと、エバポレータ出口温度を検出するエバポレータ温度センサと、エバポレータ出口温度に応じてモータ回転数を制御するモータ回転数制御手段と、アイドリングストップ状態で外気を導入しているときにエバポレータ温度センサによる検出温度を外気温度とエンジン冷却水温度に応じて低く補正した温度をエバポレータ出口温度とするエバポレータ温度補正手段と、を備えることで特徴づけられる。

本発明によれば、アイドリングストップ状態で外気を導入しているときのエバポレータ出口温度としてエバポレータ温度センサによる検出温度から温度上昇要因である外気温度とエンジン冷却水温度の影響を取り除いた低い適切な温度を用いることができるので、アイドリングストップ状態で外気を導入しているときに電動モータを不要な環境下で起動したり必要以上に高い回転数で駆動することを防止して不要な電力消費をなくすことができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る車両用空調装置を備える自動車の前半部の側面から見た構成を概略的に示す。図１では、自動車１１の車室１２の部分とエンジンルーム１３の部分が示されている。車室１２にはシート１４に着座した運転者１５が示されている。エンジンルーム１３内にはエンジン１６が配置されている。エンジン１６から出力される動力を伝達する駆動力伝達機構の図示は省略されている。

空調装置１７に関係する構成を説明する。上記エンジン１６の前側（図１中左側）にはコンデンサ１８および図示しないコンデンサファンが配置される。そのコンデンサ１８とコンプレッサ２０と膨張弁２１とエバポレータ２２とを冷媒配管２３で環状に連結して冷凍サイクルを形成している。

コンプレッサ２０は、電動モータ２４により駆動される。このコンプレッサ２０は、エバポレータ２２内で蒸発した低温低圧のガス冷媒を吸入口から吸入し、圧縮により高温高圧になったガス冷媒を吐出口から吐出してコンデンサ１８へ送り込む。

コンデンサ１８は、図示しないコンデンサファンにより通過する外気と熱交換することにより、コンプレッサ２０から送り込まれた高温高圧のガス冷媒を凝縮（液化）させる。そして、ガス冷媒が凝縮された結果生じる液冷媒を膨張弁２１へ送り込む。

膨張弁２１は、液冷媒（高温高圧）を減圧膨張させて霧状の冷媒（低温低圧）にする。エバポレータ２２は、車両の空調ダクト２５内に配され、送風ファン２６により、空調ダクト２５内に流れる導入空気を霧状の冷媒と熱交換させることにより、通過する導入空気を冷却する。

また、空調装置１７は、配管２７と配管２８によりヒータコア２９を経由して温水の循環流路（ヒータ回路）を形成する。ヒータコア２９は熱交換器である。上記の循環流路においてヒータコア用配管２８には図示しないウォータバルブが設けられている。ヒータコア２９は、空調ダクト２５内に配置されている。

空調ダクト２５には、エンジンルーム１３側に位置する上流側から、送風ファン２６、送風ファン２６への外気導入口６０と内気導入口６１と外気と内気の切り替え用のインテークドア６２、エバポレータ（室内熱交換器）２２、開閉自在のエアミックスドア３１、上記のヒータコア２９、および吹き出し口３３，３４，３５が設けられている。エバポレータ２２は送風ファン（送風機）２６から送られてくる空気を冷却する。吹き出し口３３はベント用吹き出し口であり、吹き出し口３４はフット用吹き出し口であり、吹き出し口３５は窓の内側へ向かう吹き出し口である。吹き出し口３４には、ヒートドア３６が設けられており、そのヒートドア３６は、乗員の下半身側へ向かう吹き出し口３４を開閉する。吹き出し口３３には、ベントドア３７が設けられており、そのベントドア３７は、乗員の上半身側へ向かう吹き出し口３３を開閉する。吹き出し口３５には、デフドア３８が設けられており、そのデフドア３８は、窓の内側へ向かう吹き出し口３５を開閉する。また、エバポレータ２２の出口側の空調ダクト２５内には、エバポレータ温度センサ３９が配置される（図２参照）。このエバポレータ温度センサ３９は、エバポレータ出口温度Ｔｅを検出するためのものであり、そのセンサ出力は制御装置４１に入力される（図２参照）。

空調ダクト２５では、上記のエアミックスドア３１によって、空調ダクト２５内を通過する空気をヒータコア２９を通過させる部分（ホット側空気、図２の空気部分７３）とヒータコア２９をバイパスさせる部分（非ホット側空気、図２の空気部分７１）に振り分けられる。こうして、空調ダクト２５の構成によれば、車室１２内に温度調整された空気を供給することができる。図１において４０は車室１２とエンジンルーム１３とを隔てる隔壁を示す線である。

上記の空調装置１７によれば、冷凍サイクルのエバポレータ２２において、ここを通過する空気を冷却することができ、冷たい空気を車室１２へ供給することができる。

図２は、本発明に係る空調装置１７の制御系を含めた構成を示す図である。空調装置１７の構造は前述した通りであり、図１で説明した要素と同一の要素には同一の符号が付されている。図２に示すように、この空調装置１７には、コンプレッサ２０を駆動する電動モータ２４と、電動モータ２４を駆動するインバータ４２とバッテリ４３を備えており、また、エバポレータ温度センサ３９、外気温度センサ４４、エンジン水温センサ４５と制御装置４１を備えている。

また、空調装置１７は、吹き出しモードを手動又は自動で設定し、ヒートドア３６、ベントドア３７、デフドア３８の開閉を設定する。モードポジションには、デフモード、ヒートデフモード、ベントモード、バイレベルモード、ヒートモードがあり、各モードが選択できるようになっている。デフモードとヒートデフモードとヒートモードでデフドア３８は開く。ベントモードとバイレベルモードでベントドア３７は開く。ヒートモードとヒートデフモードとバイレベルモードでヒートドア３６は開く。また、設定されたモードポジションに係る信号は制御装置４１に送られる。

外気温度センサ４４は、外気温度Ｔａｍを検出するためのものであり、そのセンサ出力は制御装置４１に入力される。また、エンジン水温センサ４５は、エンジン冷却水温度Ｔｗを検出するためのものであり、そのセンサ出力は、制御装置４１に入力される。

制御装置４１は、インバータ４２により、電動モータ２４を制御する。そして、制御装置４１は、モータ回転数制御部４６とエバポレータ温度補正部４７を備えている。モータ回転数制御部４６は、エバポレータ出口温度に応じてモータ回転数を制御する。エバポレータ温度補正部４７は、アイドリングストップ状態で外気を導入しているときにエバポレータ温度センサによる検出温度を外気温度とエンジン冷却水温度に応じて低く補正した温度をエバポレータ出口温度とする。制御装置４１は自動車に搭載されたコンピュータで実現される。

制御装置４１には、入力信号として、エバポレータ温度センサ３９からのＴｅ（エバポレータ出口温度）、外気温度センサ４４からのＴａｍ（外気温度）と、エンジン水温センサ４５からのＴｗ（エンジン冷却水温度）に係る信号が入力されている。

上記のような各種の信号を入力した制御装置４１は、後述する制御フローに基づいてインバータ４２により電動モータ２４を制御する。

次に、上記の図２と、さらに図３〜図５を参照しながら、制御装置４１による制御を説明する。図３は、アイドリングストップ時における電動モータ制御のフローチャートである。

最初のステップＳ１０１では、アイドリングストップ中かどうか判断する。もし、アイドリングストップ中でなければ、リターンする。

ステップＳ１０１でアイドリングストップ中であるならば、外気を導入しているかどうか判断する（ステップＳ１０２）。もし、外気を導入していなければ、ステップＳ１０７を実行する。

ステップＳ１０２で外気を導入しているならば、Ｔａｍが所定値α以下であるかどうか判断する（ステップＳ１０３）。もし、Ｔａｍが所定値より大きい場合は、ステップＳ１０７を実行する。ここで、所定値αは、例えば５℃に設定する。また、Ｔａｍが所定値αより大きいときは、温度補正の必要性が小さいため、温度補正の対象外とした。

ステップＳ１０３で、Ｔａｍが所定値α以下であるならば、（Ｔｅ−Ｔａｍ）が所定値β以上かどうか判断する（ステップＳ１０４）。もし、（Ｔｅ−Ｔａｍ）が所定値βより小さい場合は、ステップＳ１０７を実行する。ここで、所定値βは、例えば５℃に設定する。また、（Ｔｅ−Ｔａｍ）がβより小さいときは、温度補正の必要性が小さいため、温度補正の対象外とした。

ステップＳ１０４で（Ｔｅ−Ｔａｍ）が所定値β以上ならば、デフモードかヒートデフモードであるかどうかを判断する（ステップＳ１０５）。もし、デフモードかヒートデフモードであるならば、ステップＳ１０７を実行する。ここでデフモードかヒートデフモードのときは、窓ガラスのくもりを除去するのに、エバポレータによる除湿が必要であるため、温度補正の対象外とした。

ステップＳ１０５でデフモードかヒートデフモードでないならば、Ｔｅを（Ｔｅ−Ａ−Ｂ）として補正する（ステップＳ１０６）。

ここでのＡ，Ｂは図４と図５で示すマップによりそれぞれ検索する。図４において、横軸は、Ｔａｍを示し、縦軸はＡを示す。直線Ｌ１０がＴａｍに対するＡの値を示すグラフである。また、図５において、横軸は、Ｔｗを示し、縦軸はＢを示す。直線Ｌ１１がＴｗに対するＢの値を示すグラフである。ステップＳ１０６では、入力されたＴａｍによりＡを検索し、入力されたＴｗによりＢを検索し、それらのＡ，Ｂの値を用いてＴｅを補正する。

次に、モータ回転数をマップにより検索する（ステップＳ１０７）。

図６は、ステップＳ１０７でマップとして用いるＴｅに対するモータ回転数の関係を示すグラフである。横軸がＴｅを示し、縦軸は、モータ回転数である。曲線Ｃ１２がＴｅに対するモータ回転数のグラフである。マップ検索初回のＴｅが３℃と４℃の間にあるときはモータ回転数を１０００ではなく０（停止）とする。そして、高回転側から、下がるときは、曲線Ｃ１０に従って変化する。

上記のようにしてアイドリングストップ状態で外気を導入しているときのエバポレータ出口温度としてエバポレータ温度センサによる検出温度から温度上昇要因である外気温度とエンジン冷却水温度の影響を取り除いた低い適切な温度を用いることができるので、アイドリングストップ状態で外気を導入しているときに電動モータを不要な環境下で起動したり必要以上に高い回転数で駆動することを防止して不要な電力消費をなくすことができる。

なお、本実施形態では、コンプレッサを電動モータでアイドリングストップ状態にあるか否かに関わらず駆動させるようにしたが次のように駆動することも可能である。コンプレッサをエンジンと電動モータで選択駆動するように構成して、少なくともアイドリングストップ時は電動モータでコンプレッサを駆動する。冷凍サイクルにエンジン駆動のコンプレッサと電動モータ駆動のコンプレッサを並列配置して少なくともアイドリングストップ時に電動モータ駆動のコンプレッサを作動させる。また、本実施形態ではモータ回転数をＭＡＰ検索により求めるようにしたが、演算により求めるようにしてもよい。

本発明は、アイドリングストップ機能を有する車両での空調装置として利用される。

本発明に係る車両用空調装置を備える自動車の前半部の側面から見た構成の概略図である。 本発明に係る車両用空調装置の制御系を含めた構成を示す図である。 アイドリングストップ時における電動モータ制御のフローチャートである。 Ｔａｍ−Ａマップを示す図である。 Ｔｗ−Ｂマップを示す図である。 Ｔｅ−モータ回転数マップを示す図である。

符号の説明

１１ 自動車
１２ 車室
１３ エンジンルーム
１４ シート
１５ 運転者
１６ エンジン
１７ 空調装置
１８ コンデンサ
２０ コンプレッサ
２１ 膨張弁
２２ エバポレータ
２３ 冷媒配管
２４ 電動モータ
２５ 空調ダクト
２６ 送風ファン
２９ ヒータコア
３１ エアミックスドア
３６ ヒートドア
３７ ベントドア
３８ デフドア
３９ エバポレータ温度センサ
４１ 制御装置
４２ インバータ
４３ バッテリ
４４ 外気温度センサ
４５ エンジン水温センサ
４６ モータ回転数制御部
４７ エバポレータ温度補正部
６０ 外気導入口
６１ 内気導入口
６２ インテークドア

Claims (1)

1. アイドリングストップ機能を有するエンジンと、
   冷媒を圧縮するコンプレッサと、
   アイドリングストップ状態で前記コンプレッサを駆動する電動モータと、
   前記冷媒を蒸発すると共に空調用空気を冷却するエバポレータと、
   エバポレータ出口温度を検出するエバポレータ温度センサと、
   エバポレータ出口温度に応じてモータ回転数を制御するモータ回転数制御手段と、
   アイドリングストップ状態で外気を導入しているときにエバポレータ温度センサによる検出温度を外気温度とエンジン冷却水温度に応じて低く補正した温度をエバポレータ出口温度とするエバポレータ温度補正手段と、を備えることを特徴とする車両用空調装置。

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