JP2006327453A - 車両用エアコン制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の実走行燃費を向上する車両用エアコン制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンによって駆動され、通常モードと前記通常モードよりも機能を制限された制限モードとを切り換えて運転されるコンプレッサを有する車両用エアコンの制御装置を、エンジンの負荷状態を検出するエンジン負荷検出部30と、エンジンが所定の高負荷状態にある場合にコンプレッサが通常モードで運転される頻度を他の場合に対して増加させるコンプレッサ制御部10とを備える構成とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、自動車等の車両のエンジンによってそのコンプレッサが駆動されるエアコンディショナ(エアコン)の制御装置に関するものである。
自動車等の車両に備えられるエアコンは、エンジンから取り出される動力を用いてコンプレッサを駆動し、公知の冷凍サイクルを用いて冷房効果等を得るものである。
また、車両用のエアコンは、空調対象となる車室内の温度がユーザによる設定温度と略一致するように制御されるオートエアコンと称されるものが知られている(例えば、特許文献1、特許文献2)。
また、オートエアコンは、変速機のロックアップクラッチをロックアップした状態で燃料カットをしながら減速する場合に、ロックアップ領域を拡大して燃費を向上するため、減速中でありかつ低速時にコンプレッサの駆動を停止するとともに、これにより不足する冷房能力等を補うため減速中でありかつ高速時にコンプレッサの稼働率を増加させるものが知られている(例えば、特許文献3)。
さらに、オートエアコンは、車両の走行時に蓄冷運転を行い、アイドル時やアイドルストップ時等には冷凍サイクルの状態を変化させて、蓄冷された冷媒を用いて空調を行うようにしたものが知られている(例えば、特許文献4)。
特開平10−6736号公報 特開2003−341333号公報 特開2001−330141号公報 特開2004−34864号公報
近年車両はさらなる低燃費化が要請されている。いわゆる燃費(燃料消費率)とは、エンジン単体の単位仕事量(軸出力等)あたりの燃料消費量を示す場合と、単位燃料量あたりの車両の走行可能距離を示す場合(実走行燃費)とがあるが、後者においてはエアコンの運転による影響があることから、エアコンの制御においても実走行燃費をより向上させるものが求められている。
本発明の課題は、車両の実走行燃費を向上する車両用エアコン制御装置を提供することである。
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1の発明は、エンジンによって駆動され、通常モードと前記通常モードよりも機能を制限された制限モードとを切り換えて運転されるコンプレッサを有する車両用エアコンの制御装置において、前記エンジンの負荷状態を検出するエンジン負荷検出部と、前記エンジンが所定の高負荷状態にある場合に前記コンプレッサが前記通常モードで運転される頻度を他の場合に対して増加させるコンプレッサ制御部とを備えることを特徴とする車両用エアコン制御装置である。
請求項2の発明は、エンジンによって駆動され、通常モードと前記通常モードよりも機能を制限された制限モードとを切り換えて運転されるコンプレッサを有する車両用エアコンの制御装置において、前記エンジンの負荷状態を検出するエンジン負荷検出部と、前記車両の減速状態を検出する減速状態検出部と、前記エンジンが所定の高負荷状態にある場合及び前記車両が所定の減速状態にある場合に、前記コンプレッサが前記通常モードで運転される頻度をこれら以外の場合よりも増加させるコンプレッサ制御部とを備えることを特徴とする車両用エアコン制御装置である。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の車両用エアコン制御装置において、前記コンプレッサ制御部は、前記コンプレッサの前記通常モードと前記制限モードとを所定の温度条件に基づいて切り換える機能を有し、前記温度条件を変化させることによって前記通常モードで運転される頻度の変更を行うことを特徴とする車両用エアコン制御装置である。
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
(1)一般に、スロットルバルブ等を用いて吸気を絞ることによって出力の調整を行う4ストローク内燃機関は、負荷が低い領域においては排気行程から吸気行程にかけて発生するポンピングロスが増大し、同時に燃焼ガスからシリンダブロック等への伝熱に起因する冷却損失も増加するから熱効率が低下し、燃料消費率が低下する。
これに対し、本発明の場合には、ポンピングロス、冷却損失が少ないことからエンジンの熱効率が高く、燃料消費率が良くなる高負荷状態の場合にコンプレッサが通常モードで運転される頻度を増やしているから、仮に必要な冷房能力(仕事量)が同じであると仮定すると、エンジンの負荷変化に対して制御を行わない場合よりも少ない燃料消費量によってこの冷房能力を発揮することができ、エアコン使用による実走行燃費の悪化を抑制することができる。
さらに、車両の加速時等に積極的にコンプレッサを通常モードで運転し、エンジンの負荷を増加させることによって、エンジンをより熱効率の高い領域で使用することができる。
(2)車両が減速状態にあるときにコンプレッサが通常モードで駆動される頻度を増やしているから、例えばブレーキから熱エネルギとして車外に排出されていた車両の運動エネルギをコンプレッサの駆動力として活用することができ、定速走行時等におけるコンプレッサの駆動負荷を低減し、車両の燃料消費率を向上することができる。
本発明は、車両の実走行燃費を向上する車両用エアコン制御装置を提供するという課題を、エンジンの高負荷時及び車両の減速時に、コンプレッサの駆動・停止を判断する温度条件を他の場合と異ならせ、コンプレッサの駆動頻度を増加させることによって解決する。
以下、本発明を適用した車両用エアコン制御装置の実施例について説明する。
本実施例において、車両は例えば乗用車等の自動車であって、4ストロークのガソリンエンジンを有するものである。このガソリンエンジンは、インテークシステムに設けられたスロットルバルブによって吸気を絞り、インテークポート内の負圧を調整して出力を制御するものである。
また、この車両に備えられるエアコン(冷凍空調機)は、例えばR134a等の冷媒を用いた冷凍サイクルを利用するものである。この冷凍サイクルは、気相の冷媒をエンジンから取り出した動力によって駆動されるコンプレッサで圧縮し、圧縮された冷媒を車両の前端部に備えられたコンデンサで冷却し液化する。そして、液相の冷媒を膨張弁からエバポレータ内に噴霧し、このエバポレータによって車室内に導入される空気を冷却・除湿するものである。
なお、このコンプレッサは、エンジンから得た動力によって駆動される状態(通常モード)と、エンジンからの動力を後述するマグネットクラッチによって切断され、その駆動を停止された状態(制限モード)とを随時切換ながら運転されるものである。
図1は、本実施例のエアコン制御装置の構成を示すブロック図である。
エアコン制御装置1は、エアコン(AC)コントロールユニット10と、エアコン(AC)コントロールパネル20と、エンジン制御ユニット(ECU)30と、ボディ統合ユニット40とを備えたシステムとして構成されている。
ACコントロールユニット10は、情報処理機能を備えたCPUを有し、後述するコンプレッサの駆動制御を行うとともに、図示しないブロアモータ、ドアアクチュエータ等を統括して制御する制御部である。
ACコントロールユニット10は、内気温センサ11、日射センサ12、エバポサーモセンサ13にそれぞれ接続されている。
内気温センサ11は、例えば車両のインストルメントパネル内に配置され、車室内の温度(室内温度)を感知してその温度に応じた電気信号をACコントロールユニット10に伝達するものである。内気温センサ11は、図示しないアスピレータ(吸気部)と、アスピレータ内に配置され、その抵抗値が温度に反比例するサーミスタとを備えている。
日射センサ12は、車両が受ける日光の強さを電流の変化に変換するフォトダイオードを備え、その出力をACコントロールユニット10に伝達するものである。日射センサ12は、例えば車両のダッシュボード上面部に備えられている。
エバポサーモセンサ13は、図示しないエアコンユニットのエバポレータを通過する空気の温度を検出し、その温度に応じた信号をACコントロールユニット10に伝達するものである。
また、ACコントロールユニット10は、マグネットクラッチリレー14に接続されている。
マグネットクラッチリレー14は、ACコントロールユニット10から出力される制御信号に応じて、図示しないエンジンのクランクシャフトからコンプレッサへの動力の伝達を断続するマグネットクラッチ15に駆動電力を供給するものである。
ACコントロールパネル20は、車両のインストルメントパネル等に装着される操作部であって、ユーザがオートモードにおける設定温度の入力を行うほか、マニュアルモードにおける風量、送風モード、内気循環、デフロスタ等のマニュアル操作を行うものである。
ECU30は、車両のエンジンを統括的に制御するCPUを備え、吸気管負圧、スロットルポジション、車速に関する情報をACコントロールユニット10に伝達するものである。
吸気管負圧は、インテークシステムのスロットルバルブよりも下流側(エンジン本体側)の領域であるインテークマニホールド内の圧力である。
スロットルポジションは、吸気管路を開閉するスロットルバルブの位置に関する情報であって、例えばスロットルバルブの駆動部にエンコーダ等の位置センサを設けて検出したり、電子制御スロットル(スロットル・バイ・ワイヤ)を採用する車両の場合には、スロットルを駆動するアクチュエータの制御信号に基づいて検出してもよい。
車速は、例えば車両のホイールハブ部等に設けられる車速センサが出力する車速パルス信号に基づいて算出されるものである。
ボディ統合ユニット40は、車体に備えられる各種の機器類を制御するCPUを備え、外気温センサ41、ライティングスイッチ42が接続されている。
外気温センサ41は、サーミスタを使用して外気温度を感知し、この温度に応じた信号をACコントロールユニット10に伝達するものである。外気温センサ41は、例えば車両前端部のラジエータロアパネルに取り付けられ、その温度容量を高めて急激な温度変化に過敏に反応することを防止するために樹脂成形品のカバーが設けられている。
ライティングスイッチ42は、例えば車室内のステアリングコラム部等に備えられ、ヘッドランプ等の灯火類の点灯・消灯操作を行うものである。
上述したボディ統合ユニット40は、これらの外気温センサ41、ライティングスイッチ42からの入力をACコントロールユニット10に伝達する。
次に、上述したエアコン制御装置1のオートモードにおける動作について説明する。
図2は、エアコン制御装置1の動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
(ステップS01:パラメータ入力)
ACコントロールユニット10は、下記のパラメータが入力される。
設定温度:Tset
内気温度:Tr
外気温度:TAM
日射量:Ts
夜間照明補正量:Tn
エバポ温度:TE
ここで、設定温度Tsetは、ACコントロールパネル20によってユーザが入力したものである。
内気温度Tr、外気温度TAM、日射量Ts、エバポ温度TEは、それぞれ内気温センサ11、外気温センサ41、日射センサ12、エバポサーモセンサ13がそれぞれ検出したものである。
夜間照明補正量Tnは、ライティングスイッチ42の出力に応じて設定されるものであって、ヘッドランプ等の夜間照明がオンである場合はこの夜間照明オン時間に基づいて定められ、オフである場合はこの夜間照明オフ時間に基づいて定められるものである。
(ステップS02:必要吹出温度TAO決定)
ACコントロールユニット10は、ステップS01において入力された各パラメータに基づいて、車室内に設けられた図示しない吹出口から吹き出す空気の目標温度である必要吹出温度TAOを決定する。
必要吹出温度TAOは、設定温度Tsetがその下限値(例えば18.0℃)、上限値(例えば32.0℃)にある場合は、それぞれTAO=−200(MAX COOL)、TAO=200(MAX HOT)に設定され、それ以外の場合は、下記する式1に基づいて求められる。

TAO
=Kset × Tset − Kr × Tr − Kam × TAM − Ks × Ts
+ Tn + C ・・・(式1)
Kset=設定温度係数 Tset=設定温度(℃)
Kr=内気温度係数 Tr=内気温度(℃)
Kam=外気温度係数 TAM=外気温度(℃)
Ks=日射量係数 Ts=日射量(Kcal/m2・min)
C=定数 Tn=夜間照明補正量
(ステップS03:TAO−TAM判断1)
ACコントロールユニット10は、必要吹出温度TAOと外気温度TAMとの関係が、下記の式2を満たすか否かを判断し、満たす場合はステップS12へ進み、満たさない場合はステップS04に進む。

TAO―TAM≧50 ・・・(式2)
(ステップS04:TE判断)
ACコントロールユニット10は、エバポサーモセンサ13が検出したエバポレータ温度TEが例えば4℃以上であるか否かを判断し、4℃以上である場合はステップS05に進み、4℃未満である場合はステップS12に進む。
(ステップS05:TAO−TAM判断2)
ACコントロールユニット10は、必要吹出温度TAOと外気温度TAMとの関係が、下記の式3を満たすか否かを判断し、満たす場合はステップS06へ進み、満たさない場合はステップS11に進む。

50>TAO−TAM≧45 ・・・(式3)
(ステップS06:エンジン高負荷状態判断)
ACコントロールユニット10は、ECU30から入力される吸気管負圧及びスロットルポジションに基づいて、エンジンの負荷が所定の高負荷状態にあるか否かを判断する。
例えば、ACコントロールユニット10は、吸気管負圧、スロットルポジションの一方又は両方が、予め設定された閾値を超えて、エンジンのトルクがこの閾値における状態よりも大きな状態で運転されている場合に高負荷状態であると判断する。
そして、高負荷状態であると判断された場合はステップS11に進み、高負荷状態でない(低負荷状態)と判断された場合は、ステップS07に進む。
(ステップS07:減速状態判断)
ACコントロールユニット10は、ECU30から入力される車速に基づいて、車両が所定の減速状態にあるか否かを判断する。
例えば、ACコントロールユニット10は、車速が時間経過に対して予め定めた設定値以上の割合で低下している場合に減速状態であると判断する。
そして、減速状態であると判断された場合はステップS11に進み、減速状態でないと判断された場合はステップS08に進む。
(ステップS08:外気温度判断)
ACコントロールユニット10は、車両統合ユニット40を介して外気温センサ42から入力される外気温度TAMが例えば30℃以上であるか否かを判断し、30℃以上である場合はステップS11に進み、30℃未満である場合はステップS09に進む。
(ステップS09:渋滞中判断)
ACコントロールユニット10は、ECU30から入力される車速及びスロットルポジションの時間履歴及び図示しないアイドルスイッチのオン入力頻度に基づいて、車両が微低速走行主体の渋滞状態にあるか否かを判断し、渋滞状態にあると判断した場合はステップS11に進み、渋滞状態でないと判断した場合はステップS10に進む。
(ステップS10:AC作動制限)
ACコントロールユニット10は、マグネットクラッチリレー14に制御信号を出力し、マグネットクラッチ15を切断してコンプレッサの駆動を停止するとともに、図示しないブロワ部のモータを停止して車室内への送風を停止する。
(ステップS11:AC通常作動)
ACコントロールユニット10は、マグネットクラッチリレー14に制御信号を出力し、マグネットクラッチ15を接続してコンプレッサの駆動を行うとともに、図示しないブロワ部のモータを運転して車室内への送風を行う。
(ステップS12:AC作動制限)
ACコントロールユニット10は、マグネットクラッチリレー14に制御信号を出力し、マグネットクラッチ15を切断してコンプレッサの駆動を停止するとともに、図示しないブロワ部のモータを停止して車室内への送風を停止する。
次に、上述した本実施例の効果について、比較例と対比して説明する。なお、比較例については、実施例と同様の部分については説明を省略し、主に相違点について説明する。
図3は、本発明の比較例であるエアコン制御装置を備えた車両の走行時における車速とエアコンフラグの履歴の一例を示すグラフである。この比較例は、実施例の図2におけるステップS06及びステップS07に相当する判断を行わない点で実施例と相違する。
図3は、横軸が時間(秒)を示し、縦軸が車速(km/h)及びエアコンフラグ(0又は1)を示している。このエアコンフラグは、コンプレッサ及びブロワを駆動した状態において1、これらを停止した状態において0となっている。
図3の例においては、車両の加速中、定速走行中、減速中、停止(アイドリング)中に関わらず、コンプレッサの駆動、停止を行っており、加減速中にコンプレッサを停止している時間帯や、定速走行中、停止中にコンプレッサを運転している時間帯が存在する。
これに対し、図4は、本実施例のエアコン制御装置を備えた車両の走行時における車速とエアコンフラグの履歴の一例を示すグラフであって、図3と同様に横軸が時間(秒)を示し、縦軸が車速(km/h)及びエアコンフラグ(0又は1)を示している。
図4の例においては、コンプレッサの合計駆動時間は図3と略同じであるが、車両の加速中及び減速中に集中してコンプレッサを駆動し、定速走行中及び停止中にはコンプレッサを停止するようにしている。
図5は、車両のエンジンの回転数、トルクと、燃料消費率との関係の一例を示すグラフである。
図5において、横軸はエンジン回転数(rpm)を示し、縦軸はエンジントルクを示し、これが高いほどエンジンの負荷が高いことを意味している。ここでいう燃料消費率は、1kwhの仕事をするのに必要な燃料(ガソリン)の重量(g)を示すものである。
図5に示すように、燃料消費率は、トルクが増加するに伴い小さくなり(燃費良)、熱効率が向上していることがわかる。これは主にスロットルバルブによる吸気絞りによってエンジン出力の調整をしているために、負荷が大きい場合ほど排気行程から吸気行程にかけて生ずるポンピングロス(ポンプ損失)が小さくなることに起因している。また、高負荷になるほど全発生熱量に対する冷却損失の割合が低下することによる影響も存在する。
なお、トルクの増加に伴い燃料消費率は最小値をとった後、さらにトルクが増大(高負荷化)すると燃料消費率は増加(悪化)を開始するが、これは全開域近くでは出力を増加するとともに、燃料の気化潜熱による冷却効果を得るために空燃比(A/F)を燃料リッチにしていること、及び、燃焼ガス圧力の増大に伴うピストンリングの張力増大等によって機械損失が増加することによる。但し、実際の一般走行においては、このような燃料リッチ領域を用いることは稀であり、実用上は負荷が高いほど燃料消費率がよいと考えることができる。
一方、エンジン回転数と燃料消費率の関係は、例えば約2500から3000rpm程度の中速域において燃料消費率は最良となり、これよりも高速側では摩擦等による機械損失の増加によって悪化し、また、低速側では燃焼ガスからシリンダブロック、ヘッド等への熱伝導による冷却損失が増えることによって悪化するが、各回転域ごとにそれぞれ燃料消費率とトルク(負荷)との関係に着目すると、上述したように高負荷ほど燃料消費率が良いことがわかる。
以上のことから、エンジンの負荷が比較的高い車両の加速時と、負荷が比較的低い定速走行時とにそれぞれコンプレッサを駆動した場合、コンプレッサに同じ仕事をさせるのに必要な燃料の消費量は、加速時のほうが少ないことがわかる。
表1は、定速時、加速時のそれぞれにおいて、エアコンをオフ又はオンした場合の単位時間あたりの燃料消費量と、エアコンをオンにしたことによる燃料消費量の増加量の一例を示す表である。

Figure 2006327453
表1に示すように、単位時間コンプレッサを駆動するのに必要な燃料の量は、定速時には3ccであるのに対して加速時には2ccとなるから、加速時にコンプレッサを駆動したほうが燃料消費量を低減することができる。
また、車両の減速時には、エンジンは可能な限り燃料カットを行い、いわゆるエンジンブレーキを用いた状態で運転される。これは、エンジンへの燃料供給(燃料噴射)を停止し、エンジンのクランクシャフトを車両の駆動系からの入力によって回転させている状態であり、このときエンジンは、ポンピングロス及び機械損失によって負の仕事を発生する。すなわち、エンジンは、駆動系からの入力を吸収する状態となっている。したがって、このような状態でコンプレッサを駆動すると、燃料は消費されない。この場合、いわゆるエンジンブレーキの効きはコンプレッサの駆動に要する仕事量だけ増した状態となるから、この仕事量の増加に応じてフットブレーキの使用量が低減され、仮にコンプレッサを駆動しない場合にはブレーキから熱として放出されるエネルギをコンプレッサの動力として回収することができる。
以上のことから、本実施例においては、比較例に対して以下のような効果を発揮することができる。
(1)エンジンの燃料消費率が向上する高負荷状態の場合にコンプレッサが駆動される頻度を増やしているから、少ない燃料消費量によって同じ冷房能力を得ることができ、エアコンの稼動による燃料消費量の増加を抑制することによって、車両の実走行燃費を向上することができる。特に、例えば7月、8月等の酷暑時を除く中間期においては、必要な冷房能力が比較的低く、エンジンが高負荷状態にある場合及び車両が減速状態にある場合にその大部分を得ることができるから、高い効果を得ることができる。
(2)車両が燃料カットの行われる減速状態にあるときにコンプレッサが駆動される頻度を増やしているから、燃料の消費を伴わずにコンプレッサを駆動することができ、車両の実走行燃費を向上することができる。
(3)エンジンの高負荷時及び車両の減速時は、他の場合よりもコンプレッサの駆動頻度を増やすことによって、内気温度が下がる傾向にあるから、内気温度に走行状態に応じた頻繁な変動が生じ、人間工学的に優れているといわれる温度のゆらぎが発生する。これによって、家庭用(建物用)エアコン等で利用されているファジー制御に類似したゆらぎ効果を得ることができる。
(変形例)
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
(1)実施例は、コンプレッサの機能を制限する場合にコンプレッサの駆動を停止しているが、これに限らず、例えば可変容量式のコンプレッサの場合に、制限モードではその容量(吐出量)を通常モードよりも低減するようにしてもよい。
(2)実施例は、コンプレッサの通常モードにおける駆動頻度を2段階に切り換えるようにしているが、より多段階に切り換えたり、連続的に可変させるようにしてもよい。
(3)コンプレッサの駆動・停止を切り換える条件は、上述したTAO−TAMを用いたものに限らず、他のものであってもよい。例えば、設定温度と室内温度のみの関係に基づいたものであってもよい。
(4)実施例は、車速信号に基づいて減速状態を検出しているが、これに限らず、例えばECUがエンジンの燃料カットを行っているか否かを検出し、燃料カットが行われている場合は減速状態であると判断するようにしてもよい。
本発明を適用したエアコン制御装置の実施例1の構成を示すブロック図である。 図1のエアコン制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の比較例であるエアコン制御装置を備えた車両の走行時における車速とエアコンフラグの履歴の一例を示すグラフである。 図1のエアコン制御装置を備えた車両の走行時における車速とエアコンフラグの履歴の一例を示すグラフである。 エンジンの回転数、トルクと燃料消費率との関係の一例を示すグラフである。
符号の説明
1 エアコン制御装置
10 エアコン(AC)コントロールユニット
11 内気温センサ
12 日射センサ
13 エバポサーモセンサ
14 マグネットクラッチリレー
15 マグネットクラッチ
20 エアコン(AC)コントロール
30 エンジン制御ユニット(ECU)
40 ボディ統合ユニット
41 外気温センサ
42 ライティングスイッチ

Claims (3)

  1. エンジンによって駆動され、通常モードと前記通常モードよりも機能を制限された制限モードとを切り換えて運転されるコンプレッサを有する車両用エアコンの制御装置において、
    前記エンジンの負荷状態を検出するエンジン負荷検出部と、
    前記エンジンが所定の高負荷状態にある場合に前記コンプレッサが前記通常モードで運転される頻度を他の場合に対して増加させるコンプレッサ制御部と
    を備えることを特徴とする車両用エアコン制御装置。
  2. エンジンによって駆動され、通常モードと前記通常モードよりも機能を制限された制限モードとを切り換えて運転されるコンプレッサを有する車両用エアコンの制御装置において、
    前記エンジンの負荷状態を検出するエンジン負荷検出部と、
    前記車両の減速状態を検出する減速状態検出部と、
    前記エンジンが所定の高負荷状態にある場合及び前記車両が所定の減速状態にある場合に、前記コンプレッサが前記通常モードで運転される頻度をこれら以外の場合よりも増加させるコンプレッサ制御部と
    を備えることを特徴とする車両用エアコン制御装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の車両用エアコン制御装置において、
    前記コンプレッサ制御部は、前記コンプレッサの前記通常モードと前記制限モードとを所定の温度条件に基づいて切り換える機能を有し、前記温度条件を変化させることによって前記通常モードで運転される頻度の変更を行うこと
    を特徴とする車両用エアコン制御装置。


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