JP2006327394A - 車載空調装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載空調装置の動作の制御をより適切に行うことのできる車載空調装置の制御装置を提供する。
【解決手段】空調装置の作動時には、内燃機関２のクランク軸１８と空調装置のコンプレッサ３２とが、電磁クラッチ３０を介して接続される。スロットルバルブ６の開度が所定の開度以上となると、内燃機関２のクランク軸１８とコンプレッサ３２とが切断される。この切断時間は、冷媒圧センサ４０によって検出される冷媒圧に基づき設定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車載原動機及び駆動輪間の動力伝達経路から駆動力を付与されるコンプレッサを備えて構成される車載空調装置について、その動作の制御を行なう制御装置に関する。

この種の車載空調装置の制御装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、車両の加速時においてコンプレッサにより内燃機関の出力トルクが使われることを回避すべく、スロットルバルブの開度の変化に応じてコンプレッサと内燃機関の出力軸とを切り離す制御（コンプレッサの停止制御）を行うものも提案されている。これにより、内燃機関のトルクが特に必要とされる車両の加速時において、コンプレッサの負荷が内燃機関の出力軸に加わって車両の駆動力が低下することを回避することができる。
特公平７−２３０５１号公報

ところで、コンプレッサが内燃機関の出力軸に加える負荷は一定ではなく、車内の温度等に応じて変化する。このため、エアコン（エアコンディショナ）の作動により必ずしも車両に必要な駆動力が確保できなくなるとは限らない。このため、上記制御装置によりスロットルバルブの開度の変化に応じて一律にコンプレッサの停止制御が行なわれる場合には、コンプレッサの停止制御を行なう必要がないときにまで同停止制御をしてしまうおそれがある。したがって、上記制御装置では、不必要にエアコンの冷却量の低下等の動作の制限を招くことがあった。

なお、上記事態が生じるのは、コンプレッサと内燃機関の出力軸との連結及び切り離しの各制御が行なわれるものに限らず、また、ガソリンエンジンの出力軸から駆動力を付与されるものにも限らない。要は、車載原動機及び駆動輪間の動力伝達経路から駆動力を付与されるコンプレッサを備えるものにあっては、不必要にエアコンの動作が制限される事態が生じるこうした実情も概ね共通したものとなっている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車載空調装置の動作の制御をより適切に行うことのできる車載空調装置の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

手段１は、車載原動機及び駆動輪間の動力伝達経路から駆動力を付与されるコンプレッサを備えて構成される車載空調装置について、その動作の制御を行なう制御装置において、前記原動機の出力トルクが所定以上であるか否かを判断する判断手段と、前記コンプレッサが前記動力伝達経路に加える負荷を検出する検出手段と、前記車載空調装置の作動中に前記判断手段により前記出力トルクが所定以上であると判断されるとき、前記検出手段によって検出される負荷に応じて前記車載空調装置の制御態様を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。

上記構成では、車載空調装置の作動中に出力トルクが所定以上であると判断されるとき、上記検出手段によって検出される負荷に応じて車載空調装置の制御態様が補正される。このため、コンプレッサが動力伝達経路に加える負荷により上記所定以上の出力トルクとする要求が大きく妨げられると想定される程度に応じて空調装置の制御態様を補正することができる。このため、上記構成によれば、空調装置の動作が不必要に制限される事態を好適に抑制することができ、ひいては車載空調装置の動作の制御をより適切に行うことができる。

手段２は、手段１において、前記補正手段は、前記車載空調装置が車内を冷却しているとき、前記検出手段によって検出される負荷が大きいほど、前記車載空調装置による冷却能力を低下させる度合いを大きくすることを特徴とする。

上記構成では、検出手段によって検出される負荷が大きいほど、コンプレッサが動力伝達経路に加える負荷を大きく低減する補正がなされる。換言すれば、コンプレッサが動力伝達経路に加える負荷により上記所定以上の出力トルクとする要求が妨げられると想定される程度が大きいほど、コンプレッサが動力伝達経路に加える負荷が低減される。

手段３は、手段１又は２において、前記車両空調装置は、クラッチを介して前記原動機の出力軸と連結されるものであり、前記補正手段は、前記検出手段によって検出される負荷が大きいほど、前記クラッチによる前記コンプレッサと前記出力軸との切断時間を長くすることを特徴とする。

上記構成では、検出手段によって検出される負荷が大きいほど切断時間が長く設定されることで、上記所定以上の出力トルクとする要求が妨げられると想定される程度が大きいほど、コンプレッサが原動機の出力軸と切り離される時間が長く設定されることとなる。このため、上記所定以上の出力トルクとする要求が大きく妨げられることを好適に抑制することができる。

手段４は、手段３において、当該車両は、前記原動機として内燃機関を搭載するものであり、該内燃機関のスロットルバルブの開度の変化量に応じて前記切断時間のベース値を設定するベース値設定手段を更に備え、前記補正手段は、前記検出手段によって検出される負荷に応じて前記ベース値を補正することを特徴とする。

上記構成では、スロットルバルブの開度の変化量に応じて切断時間のベース値が設定されるため、内燃機関の出力トルクの急激な増大が要求されるときにその要求を妨げることを好適に抑制することができる。ちなみに、上記ベース値は、スロットルバルブの開度の増加側への変化量が大きいほど大きく設定することが望ましい。

手段５は、手段１〜４のいずれかにおいて、前記検出手段は、前記コンプレッサによって圧縮された冷媒の圧力を前記負荷として検出することを特徴とする。

上記構成において、コンプレッサが動力伝達経路に加える負荷は、コンプレッサの上流側の低圧の冷媒圧とコンプレッサの下流側の高圧の冷媒圧との差圧によって定まる。そして、この差圧が高いほど上記高圧の冷媒圧も高くなることが発明者らの実験によってわかっている。この点、上記構成によれば、コンプレッサによって圧縮された冷媒の圧力（高圧側の冷媒圧）を用いて簡易に上記負荷を検出することができる。

手段６は、手段１〜３、５のいずれかにおいて、当該車両は、前記原動機として内燃機関を搭載するものであり前記判断手段は、前記内燃機関のスロットルバルブの開度が所定の開度よりも大きいか否かに基づき、前記出力トルクが所定以上であるか否かを判断することを特徴とする。

上記構成では、出力トルクが所定以上であるか否かの判断がスロットルバルブの開度に基づき行なわれる。このため、例えばアクセルペダルの操作量に基づき上記判断を行なう場合と比較して、上記判断から実際に内燃機関の出力が所定以上となるまでの応答遅れを低減することができ、ひいては、出力トルクが所定以上となるタイミングをより適切に把握することができる。

以下、本発明にかかる車載空調装置の制御装置を、マニュアルエアコンの制御装置に適用した一実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１に、上記空調装置やその制御装置、更には、空調装置のコンプレッサと接続する内燃機関等の構成を示す。

図示されるように、内燃機関２の吸気通路４の下流には、スロットルバルブ６が設けられている。吸気通路４の上流には、燃料噴射弁８が設けられている。内燃機関２の燃焼室１０と吸気通路４とは、吸気バルブ１２の開動作によって連通される。燃焼室１０と吸気通路４とが連通されるタイミングで、吸気通路４内の混合気が燃焼室１０に流入する。燃焼室１０に流入した混合気は、点火プラグ１４の火花放電によって着火され、燃焼に供される。このときの燃焼エネルギは、ピストン１６を介して内燃機関２の出力軸であるクランク軸１８の回転エネルギに変換される。

燃焼室１０は、排気バルブ２０の開動作によって内燃機関２の排気通路２２と連通される。燃焼室１０と排気通路２２とが連通されるタイミングで、燃焼室１０において燃焼に供された混合気が排気通路２２に排出される。

上記クランク軸１８は、電磁クラッチ３０を介してコンプレッサ３２に接続される。すなわち、クランク軸１８とコンプレッサ３２とは、電磁クラッチ３０によって接続及び切断される。

コンプレッサ３２は、その上流から流入する冷媒を圧縮して下流に流出させる。ちなみに、図１では、破線にて冷媒の経路を示している。コンプレッサ３２から流出する冷媒は、コンデンサ３４に流入する。コンデンサ３４は、コンプレッサ３２から流出する冷媒を冷却する。コンデンサ３４によって冷却された冷媒は、エバポレータ３６に流入する。エバポレータ３６では、ブロアファン３８により導入される空気の熱が冷媒により吸熱される。そして、エバポレータ３６から流出する冷媒は、コンプレッサ３２に流出する。この一連のサイクルによって、ブロアファン３８によって導入される空気が冷却される。

上記コンプレッサ３２によって圧縮された冷媒の圧力は、冷媒圧センサ４０によって検出される。冷媒圧センサ４０は、コンプレッサ３２及びコンデンサ３４間の冷媒の経路に設けられるものである。

電子制御装置（ＥＣＵ５０）は、中央処理装置やメモリ等を備えて構成されている。ＥＣＵ５０は、上記冷媒圧センサ４０を始め、内燃機関２のスロットルバルブ６の開度等の各種検出値や、ユーザからのエアコン作動指令にかかる信号を取り込み、これらに基づきクラッチ３０を操作することで、クランク軸１８及びコンプレッサ３２間の接続及び切断を行なうとともに、ブロアファン３８の回転量を制御する。すなわち、基本的には、ユーザからのエアコン作動指令に応じてクランク軸１８及びコンプレッサ３２間を接続するとともに、作動指令に基づき指示される風量とすべくブロアファン３８の回転量を制御する。

更にＥＣＵ５０では、ユーザからのエアコン作動指令がなされているにもかかわらず、内燃機関２のクランク軸１８を介して出力される出力トルクが所定以上である状況下においては、クランク軸１８及びコンプレッサ３２間を強制的に切断する制御を行う。以下、これについて詳述する。

図２に、上記クランク軸１８及びコンプレッサ３２間の強制的な切断制御（エアコンカット）にかかる処理手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、ユーザからのエアコン作動指令に基づき、クランク軸１８及びコンプレッサ３２間が接続され、ブロアファン３８が回転制御されている（エアコン作動中）か否かを判断する。そして、エアコン作動中であると判断されると、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、スロットルバルブ６の開度（スロットル開度ＴＨＲ）が所定開度Ａ以上か否かを判断する。ここで所定開度Ａは、内燃機関２の搭載される車両の駆動力として内燃機関２の大きな出力トルクが要求され、コンプレッサ３２がクランク軸１８に加える負荷によっては上記駆動力を確保することができなくなることが懸念される状況を判断するためのものである。

ステップＳ１２においてスロットル開度ＴＨＲが所定開度Ａ以上と判断されると、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、エアコン作動中でないときやスロットル開度ＴＨＲが所定開度Ａ未満のときに初期化されるフラグＦがゼロであるか否かを判断する。この判断は、スロットル開度ＴＨＲが所定開度Ａ未満であったのが、図２に示す処理の今回の処理タイミングにおいて所定開度Ａ以上の状態となったか否かを判断するものである。ステップＳ１４においてフラグＦがゼロであると判断されると、ステップＳ１６においてフラグを１にセットする。更に、ステップＳ１８では、スロットル開度ＴＨＲの変化量ΔＴＨＲに基づきエアコンカット時間のベース値を算出する。すなわち、出力トルクの増大の度合いに応じて、エアコンカット時間を可変設定する。詳しくは、ここでは、変化量ΔＴＨＲが正の大きな値であるほど、エアコンカット時間を長くする。

続くステップＳ２０では、上記ベース値を、冷媒圧センサ４０によって検出される冷媒圧に基づき補正する。これは、図３に示す態様にて行なわれる。図３は、冷媒圧とベース値の補正係数との関係を示すものである。図３に示されるように、冷媒圧が所定圧Ｂ以下であるときには、補正係数はゼロとなっている。このため、冷媒圧が所定圧Ｂ以下であるときには、エアコンカット時間はゼロとなる。一方、冷媒圧が所定圧Ｂよりも大きく所定圧Ｃ以下の領域では、冷媒圧が大きいほど補正係数は大きな値となる。このため、冷媒圧が所定圧Ｂ〜所定圧Ｃの領域では、冷媒圧が大きいほどエアコンカット時間は長くなる。これは、冷媒圧が大きいほど、コンプレッサ３２がクランク軸１８に加える負荷が大きくなり、車両の駆動力が低下することによる。また、冷媒圧が所定圧Ｃ以上であるときには、補正係数は「１．０」とされる。このため、エアコンカット時間は、先の図２のステップＳ１８において算出されるベース値と等しくなる。

ステップＳ２０の処理が完了すると、ステップＳ２２においてエアコンカット時間Ｓ２２を例えばＥＣＵ５０内のメモリ等に設定する。そして、ＥＣＵ５０では、設定したエアコンカット時間に基づき、電磁クラッチ３０を操作する。

一方、ステップＳ１０でエアコン作動中でないと判断されるときや、ステップＳ１２においてスロットル開度ＴＨＲが所定開度Ａ未満であると判断されるときには、ステップＳ２４においてフラグＦを初期化する。

なお、上記ステップＳ１４においてフラグＦがゼロではないと判断されるときや、ステップＳ２２、Ｓ２４の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。

ここで、上記処理の作用について、図４に基づき説明する。図４（ａ１）にスロットル開度の推移を、図４（ｂ１）にエアコンの作動状況の推移を、図４（ｃ１）に車速の推移を、図４（ｄ１）に冷媒圧の推移を、図４（ｅ１）に室内温度の推移をそれぞれ示す。

図示されるように、時刻ｔａにおいてスロットル開度が所定開度Ａ以上となると、エアコンカットがなされる。ただし、このエアコンカット時間は、冷媒圧が高いとき（図中、実線）と冷媒圧が低いとき（図中、一点鎖線）とでそれぞれ異なる（図中、エアコンカット時間ｔ１，ｔ２）。このため、冷媒圧が低いときには、図４（ｅ１）に示すように、エアコンカットによる車内の温度上昇を低減することができる。更に、図４（ｃ１）に示すように、冷媒圧が高いときと低いときとで、所望の車速に到達するまでの到達時間のばらつきは、時間Ｔ２と小さな値となっている。

これに対し、図４（ａ２）〜図４（ｅ２）に、冷媒圧によるエアコンカット時間の補正を設けない処理を行なった場合について示す。この場合、冷媒圧にかかわらず、エアコンカット時間ｔ１にて一律カット制御がなされる。このため、冷媒圧が低いときには、必要以上にエアコンカットがなされることによる車内温度の上昇が避けられない。また、冷媒圧が高いときと低いときとで、所望の車速に到達するまでの到達時間のばらつきは、時間Ｔ１となり、先の時間Ｔ２よりも大きな値となっている。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）スロットル開度ＴＨＲが所定開度Ａ以上であるとき、冷媒圧センサ４０によって検出される冷媒圧に応じて、エアコンの制御態様を補正した。このため、エアコンの冷却能力が不必要に低減される事態を好適に抑制することができ、ひいてはエアコンの動作の制御をより適切に行うことができる。また、不必要に電磁クラッチ３０によりクランク軸１８及びコンプレッサ３２間が切断されることを回避することができるため、電磁クラッチ３０の消耗を抑制することもできる。

（２）スロットル開度ＴＨＲが所定開度Ａ以上であるとき、冷媒圧センサ４０によって検出される冷媒圧が大きいほど、電磁クラッチ３０によるコンプレッサ３２とクランク軸１８との切断時間を長く設定した。これにより、スロットル開度ＴＨＲが所定開度Ａ以上となることで所定以上の出力トルクが要求されているときに、これが大きく妨げられることを好適に抑制することができる。

（３）スロットル開度ＴＨＲの変化量ΔＴＨＲに応じて切断時間のベース値を設定するとともに、冷媒圧に応じてベース値を補正した。これにより、内燃機関２の出力トルクの急激な増大が要求されるときにその要求を妨げることを好適に抑制することができる。

（４）コンプレッサ３２によって圧縮された冷媒の圧力によって、内燃機関２のクランク軸１８に加わる負荷を検出した。この負荷は、本来、コンプレッサ３２の上流側の低圧の冷媒圧とコンプレッサ３２の下流側の高圧の冷媒圧との差圧によって定まる。これに対し、上記実施形態では、コンプレッサ３２によって圧縮された冷媒の圧力（高圧側の冷媒圧）を用いて簡易に上記負荷を検出することができる。ちなみに、上記差圧とコンプレッサによって圧縮された冷媒圧とには相関があることが発明者らによって見出されている。

（５）内燃機関２のスロットルバルブ６の開度が所定の開度よりも大きいか否かに基づき、出力トルクが所定以上であるか否かを判断した。これにより、例えばアクセルペダルの操作量に基づき上記判断を行なう場合と比較して、判断のタイミングから実際に内燃機関２の出力が所定以上となるタイミングまでの応答遅れを低減することができ、ひいては、出力トルクが所定以上となるタイミングをより適切に把握することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・内燃機関２の出力トルクが所定以上であるか否かを判断する手法としては、スロットル開度ＴＨＲが所定開度Ａ以上であるか否かに基づくものに限らない。例えば内燃機関としてディーゼルエンジンを用いる場合には、燃料噴射量が所定量以上であるときとしてもよい。更に、ガソリンエンジンの場合であっても、上記スロットル開度に代えて、アクセルペダルの踏み込み量が所定以上であるときとしても、先の実施形態の上記（１）〜（４）の効果を得ることはできる。

・エアコンカット時間のベース値の設定手法や、その補正係数の設定手法は、上記態様のものに限らない。例えばベース値を、スロットル開度が所定開度以上のときに一律に設定してもよい。また、補正係数は、「１．０」を上回る値をとるようにしてもよい。

・コンプレッサが内燃機関２のクランク軸から駆動力を付与されるものに限らない。例えば、車両の走行中においては駆動輪から駆動力を付与される構成であってもよい。また、ハイブリッド車等においては、内燃機関の代わりに、モータの出力軸から駆動力を付与される構成であってもよい。こうした場合においても、内燃機関の出力トルクが所定以上であるか否か等、原動機の出力トルクが所定以上であるか否かの判断に基づき、エアコン作動中における冷媒圧に応じたエアコンカット時間の補正を行なうことは有効である。

・コンプレッサが動力伝達経路に加える負荷を検出する手法としては、コンプレッサ３２によって圧縮された冷媒圧を検出するものに限らない。コンプレッサの上流の冷媒圧と下流の冷媒圧との差圧を検出することが望ましい。また、車内の温度と車外の温度との差、及びブロアファン３８の回転量等によって空調装置の熱負荷が定まることに鑑みれば、これらのパラメータに基づき検出してもよい。

・コンプレッサ３２とクランク軸１８との接続及び切断が電磁クラッチによって制御されるものに限らない。例えば可変容量式のコンプレッサを常時クランク軸に接続してもよい。この場合、コンプレッサが動力伝達経路に加える負荷が大きいほど空調装置の冷却能力を低下させる度合いを大きくすればよい。

・上記実施形態及びその変形例では、空調装置として車内を冷却するものを想定していたが、車内の暖めるものであってもよい。この場合であっても、コンプレッサが動力伝達経路に加える負荷に応じて車載空調装置の制御態様を補正することは有効である。

本発明にかかる車載空調装置の制御装置の一実施形態について、内燃機関、空調装置、及びその制御装置の構成を示す図。 同実施形態にかかるエアコンの制御の処理の手順を示すフローチャート。 エアコンカット時間を補正する補正係数と冷媒圧との関係を示す図。 同実施形態にかかるエアコンカット態様の一例を示すタイムチャート。

符号の説明

２…内燃機関、３０…電磁クラッチ、３２…コンプレッサ、４０…冷媒圧センサ、５０…電子制御装置（ＥＣＵ）。

Claims (6)

1. 車載原動機及び駆動輪間の動力伝達経路から駆動力を付与されるコンプレッサを備えて構成される車載空調装置について、その動作の制御を行なう制御装置において、
   前記原動機の出力トルクが所定以上であるか否かを判断する判断手段と、
   前記コンプレッサが前記動力伝達経路に加える負荷を検出する検出手段と、
   前記車載空調装置の作動中に前記判断手段により前記出力トルクが所定以上であると判断されるとき、前記検出手段によって検出される負荷に応じて前記車載空調装置の制御態様を補正する補正手段とを備えることを特徴とする車載空調装置の制御装置。
2. 前記補正手段は、前記車載空調装置が車内を冷却しているとき、前記検出手段によって検出される負荷が大きいほど、前記車載空調装置による冷却能力を低下させる度合いを大きくすることを特徴とする請求項１記載の車載空調装置の制御装置。
3. 前記車両空調装置は、クラッチを介して前記原動機の出力軸と連結されるものであり、
   前記補正手段は、前記検出手段によって検出される負荷が大きいほど、前記クラッチによる前記コンプレッサと前記出力軸との切断時間を長くすることを特徴とする請求項１又は２記載の車載空調装置の制御装置。
4. 当該車両は、前記原動機として内燃機関を搭載するものであり、
   該内燃機関のスロットルバルブの開度の変化量に応じて前記切断時間のベース値を設定するベース値設定手段を更に備え、
   前記補正手段は、前記検出手段によって検出される負荷に応じて前記ベース値を補正することを特徴とする請求項３記載の車載空調装置の制御装置。
5. 前記検出手段は、前記コンプレッサによって圧縮された冷媒の圧力を前記負荷として検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車載空調装置の制御装置。
6. 当該車両は、前記原動機として内燃機関を搭載するものであり、
   前記判断手段は、前記内燃機関のスロットルバルブの開度が所定の開度よりも大きいか否かに基づき、前記出力トルクが所定以上であるか否かを判断することを特徴とする請求項１〜３、５のいずれかに記載の車載空調装置の制御装置。

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