JP2008521668A

JP2008521668A - 原動機を備えた車両用の空調装置

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Publication number: JP2008521668A
Application number: JP2007541712A
Authority: JP
Inventors: ヘルムス・カールステン; ヘルマン・ペーター
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2008-06-26
Also published as: US7900466B2; CN101065262A; DE102004057159A1; EP1819541B1; CN101065262B; US20080209929A1; EP1819541A1; WO2006056260B1; WO2006056260A1

Abstract

【課題】原動機を備えた車両用の空調装置を改良すること。
【解決手段】冷媒循環路１０を有し、冷媒がこの冷媒循環路内を圧縮機１４により圧送されて流通する、原動機を備えた車両用の空調装置５において、前記冷媒循環路内に前記冷媒を気化させるエバポレータ１１を設け、該エバポレータ１１を通過した低温空気２２の温度Ｔ_LV、前記圧縮機１４の冷媒流通方向１５，１６，１７，１８手前における冷媒圧力ｐ_ND、及び前記圧縮機１４の圧縮行程を調整するための制御入力信号Ｉ_Kの少なくとも何れか２つに基づいて、前記圧縮機１４を駆動するに必要な駆動トルクＭ_Kを算出するトルク演算装置３１を備える構成とした。

Description

冷媒循環路を有し、冷媒がこの冷媒循環路内を圧縮機により圧送されて流通する、原動機を備えた車両用の空調装置に関する。

上記のような空調装置は非特許文献１に開示されており、この空調装置においては、希望する車内温度、風量及び風量配分の自動調節をする、プログラム選択可能な自動制御を用いることが記載されている。

ところが、上記車内温度、風量及び風量配分は互いに関連しており、それぞれ自由に変更することができない。

そして、この空調装置に設けられた電子制御装置は、主要な入力量、外乱量及び乗員により設定される設定温度から目標温度を決定するとともに、この目標温度と実際の（現在の）温度の偏差に応じた暖房制御、冷房制御及び風量制御を行い、更に、乗員が選択したプログラムに基づき、風量配分のためのフラップ制御も行う。

即ち、全ての制御回路において、乗員が入力量を設定し、目標量はフィードバック制御により達成される。ここで、風量の調節は、ブロワを段階的又は無段階に調節することにより目標量に到達するように行われている。

ところで、一般に、制御は実際の測定値を操作することなく行われているが、車速が大きくなると、これに伴う圧力により風量も大きくなるため十分な制御を行うことができない。これに関し、増大する車速に応じて先ずブロワ回転数をゼロになるまで低下させ、更に車速が上昇し、圧力が高まるようであれば、スロットルバルブにより流量を制限することが考えられる。
Bosch「Kraftfahrtechnisches Taschenbuch」，23.Auflage，Vieweg，１９９９，ISBN 3-528-03876-4，p.778, 779

そこで、本発明の目的とする処は、原動機を備えた車両用の空調装置を改良することにある。

上記目的を達成するため、本発明によれば、冷媒循環路を有し、冷媒がこの冷媒循環路内を圧縮機により圧送されて流通する、原動機を備えた車両用の空調装置において、前記冷媒循環路内に前記冷媒を気化させるエバポレータを設け、該エバポレータを通過した低温空気の温度、前記圧縮機の冷媒流通方向手前（例えば直前）における冷媒圧力、及び／又は前記圧縮機の圧縮行程を調整するための制御入力信号に基づいて、前記圧縮機を駆動するに必要な駆動トルクを算出するトルク演算装置を備える構成としたことを特徴としている。

ここで、本発明において、圧縮機の冷媒流通方向手前における冷媒圧力とは、特に冷媒循環路におけるエバポレータと圧縮機の間の冷媒圧力を意味する。又、本発明において冷媒循環路に設けられて冷媒を気化するエバポレータを通過する空気は、特にエバポレータの冷却用フィン設備を通過するものである。更に、本発明において、圧縮機を駆動するに必要な駆動トルクとは、特に、圧縮機を目標回転数又は実際の回転数で駆動するのに必要なトルクである。

又、本発明の一実施の形態によれば、制御入力信号は電流であり、冷媒はＲ１３４ａ、Ｒ１５２ａ又は炭酸ガスである。

更に、本発明の一実施の形態によれば、トルク演算装置を、圧縮機の冷媒流通方向後方における冷媒圧力に基づいて駆動トルクを算出するよう設定している。ここで、圧縮機の冷媒流通方向後方における冷媒圧力とは、特に冷媒循環路における圧縮機とエバポレータの間での冷媒圧力であって、特に圧縮機とエバポレータの間に設けた弁における冷媒圧力である。

又、本発明の一実施の形態によれば、トルク演算装置を、圧縮機の回転数に基づいて駆動トルクを算出するよう設定している。

而して、上記目的は、更に、冷媒循環路を有し、冷媒がこの冷媒循環路内を圧縮機により圧送されて流通する空調装置を有する、原動機を備えた車両において、前記冷媒循環路内に前記冷媒を気化させるエバポレータを設け、該エバポレータを通過した低温空気の温度、前記圧縮機の冷媒流通方向手前（例えば直前）における冷媒圧力、及び／又は前記圧縮機の圧縮行程を調整するための制御入力信号に基づいて、前記圧縮機を駆動するに必要な駆動トルクを算出するトルク演算装置を備える構成としたことで達成される。

又、本発明の一実施の形態によれば、上記車両は、当該車両及び圧縮機を原動機で駆動するとともに、トルク演算装置により算出された駆動トルクに基づき原動機を制御する駆動制御装置を設けたことを特徴としている。ここで、原動機とは、例えば内燃エンジン、モータ、或いはハイブリッドエンジンであり、駆動制御装置とは、例えばエンジン制御装置である。

更に、上記目的は、冷媒循環路を有し、特にＲ１３４ａ、Ｒ１５２ａ又は炭酸ガスである冷媒がこの冷媒循環路内を圧縮機により圧送されて流通する、原動機を備えた車両用の空調装置の作動方法であって、冷媒循環路内に冷媒を気化させるエバポレータを設け、エバポレータを通過した低温空気の温度、圧縮機の冷媒流通方向手前（例えば直前）における冷媒圧力、及び／又は圧縮機の圧縮行程を調整するための制御入力信号に基づいて、圧縮機を駆動するに必要な駆動トルクを算出することを特徴とする空調装置の作動方法によっても達成される。

又、本発明の一実施の形態によれば、トルク演算装置を、圧縮機の冷媒流通方向後方における冷媒圧力に基づいて駆動トルクを算出するよう設定している。

更に、本発明の一実施の形態によれば、トルク演算装置を、圧縮機の回転数に基づいて駆動トルクを算出するよう設定している。

本発明によれば、原動機を備えた車両用の空調装置を改良することができる。その他の効果は以下の実施の形態の説明において説明する。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は原動機を備えた車両１の概略構成図であり、この車両１は、内燃エンジン２と、該内燃エンジン２を制御するエンジン制御装置３と、空調装置５とを備えて構成されている。

空調装置５は冷媒循環路１０を含んで構成されており、Ｒ１３４ａ、Ｒ１５２ａ、炭酸ガス等の冷媒が圧縮機１４で圧送されてこの冷媒循環路１０内を流通している。尚、圧縮機１４は内燃エンジン２により駆動されており、その回転数ｎ_Kは内燃エンジン２の回転数に比例する。ここで、冷媒循環路１０内を流通する冷媒の体積流量は圧縮機１４の圧縮行程を調整することにより調整することが可能であり、この圧縮行程については、圧縮機電流Ｉ_Kを制御入力信号とすることにより制御することができる。

又、冷媒循環路１０内には冷媒を蒸発（気化）させるエバポレータ１１が設けられており、空気２３がこのエバポレータ１１に設けられた冷却用のフィン（不図示）を通過し低温空気２２が排気される。

ところで、矢印１５，１６，１７，１８で示す方向は冷媒の流通方向であり、この流通方向に見たエバポレータ１１の手前（以下、「手前」或いは「後方」とは、冷媒流通方向に関するものとする。）にはサーモスタット式の膨張弁２１が設けられており、該膨張弁２１は、エバポレータ１１の後方に配置された冷媒温度センサ２５で計測される冷媒温度Ｔ_Vに応じて制御される。

又、圧縮機１４の後方には凝縮器１２が設けられており、ここで冷媒が液化される。更に、凝縮器１２の後方には冷媒回収器２０が設けられており、ここに冷媒が貯留される。

而して、空調装置５は空調制御装置３０を備えており、該空調制御装置３０は、圧縮機電流Ｉ_Kを出力して圧縮機１４を制御する。空調制御装置３０への入力量は、
−圧縮機１４の後方、特に凝縮器１２或いは冷媒回収器２０の後方（即ち、エバポレータ１１或いは膨張弁２１の手前）において圧力センサ３４で計測される冷媒圧力ｐ_HD、
−空調制御装置３０がエンジン制御装置３から供給される、圧縮機１４の回転数ｎ_K、
−温度センサ３３で計測される、低温空気２２の温度ＴLV、及び
−圧縮機１４の手前、特にエバポレータ１１の後方において圧力センサ３２で計測される冷媒圧力ｐ_ND
である。

又、空調制御装置３０は図１及び図２に示すトルク演算装置３１を備えており、該トルク演算装置３１は、
−圧縮機１４の後方、特に凝縮器１２或いは冷媒回収器２０の後方（即ち、エバポレータ１１或いは膨張弁２１の手前）における冷媒圧力ｐ_HD、
−圧縮機１４の回転数ｎ_K、
−低温空気２２の温度Ｔ_LV、
−圧縮機１４の手前、特にエバポレータ１１の後方における冷媒圧力ｐ_ND、及び
−圧縮機電流Ｉ_K
に基づいて、圧縮機１４を駆動するに必要な駆動トルクＭ_Kを算出する。

ところで、このトルク演算装置３１には多次元の表、又はニューロン状の回路網を備えさせることができ、本実施の形態においては、以下の表１に示すような表が備えられている。そして、この表１には、圧縮機１４の後方、特に凝縮器１２或いは冷媒回収器２０の後方（即ち、エバポレータ１１或いは膨張弁２１の手前）における冷媒圧力ｐ_HD及び圧縮機１４の回転数ｎ_Kに応じた前記駆動トルクＭ_Kが入力される。

ここで、例えば冷媒圧力ｐ_HDが２０ｂａｒ、圧縮機１４の回転数ｎ_Kが１０００ｍｉｎ^-1（ｒｐｍ）であれば、前記駆動トルクＭ_Kは２０Ｎｍとなる。そして、トルク演算装置３１は表１のような表を複数備えており、その入力値は、
−低温空気２２の温度Ｔ_LV、
−圧縮機１４の手前、特にエバポレータ１１の後方における冷媒圧力ｐ_ND、及び／又は
−圧縮機電流Ｉ_K
に応じたものとなる。

尚、表１は、本実施の形態においてＩ_K＝０．７Ａ、Ｔ_LV＝３℃、ｐ_ND＝３ｂａｒである場合の一例である。

更に、前記駆動トルクＭ_Kを、トルク演算装置３１により
−圧縮機１４の後方、特に凝縮器１２或いは冷媒回収器２０の後方（即ち、エバポレータ１１或いは膨張弁２１の手前）における冷媒圧力ｐ_HD及び
−圧縮機１４の回転数ｎ_K、
並びに
−低温空気２２の温度Ｔ_LV、
−圧縮機１４の手前、特にエバポレータ１１の後方における冷媒圧力ｐ_ND、
−圧縮機電流Ｉ_K
のうち１つ又は２つに基づいて決定するように設定することもできる。

図３は空調制御装置３０内で実行される空調装置５の駆動方法を示しており、ステップ４０では、圧縮機電流Ｉ_Kの実際の値が算出され、この値が圧縮機１４に入力される。

又、ステップ４１では圧縮機１４を駆動するに必要な駆動トルクＭ_Kをトルク演算装置３１により算出し、更に、ステップ４２ではこの駆動トルクＭ_Kが空調制御装置３に入力される。

尚、図中に示した各要素は、本実施の形態の理解が容易となるよう簡単化するために縮尺通りには記載されておらず、例えば一部の要素は他の要素に比して誇張されて記載されている。

内燃エンジン及び空調装置を備えた車両の概略構成図である。圧縮機を駆動するに必要な駆動トルクを算出する駆動トルク演算装置を示す図である。本発明による空調装置の駆動方法を示す図である。

符号の説明

１車両
２内燃エンジン
３エンジン制御装置
５空調装置
１０冷媒循環路
１１エバポレータ
１２凝縮器
１４圧縮機
１５，１６，１７，１８冷媒循環方向
２０冷媒回収器
２１膨張弁
２２低温空気
２３空気
２５冷媒温度センサ
３０空調制御装置
３１トルク演算装置
３２，３４圧力センサ
３３温度センサ
４０，４１，４２ステップ
Ｉ_K 圧縮機電流
Ｍ_K 駆動トルク
ｎ_K 回転数
ｐ_HD，ｐ_ND 冷媒圧力
Ｔ_LV 低温空気温度
Ｔ_V 冷媒温度

Claims

冷媒循環路（１０）を有し、冷媒がこの冷媒循環路内を圧縮機（１４）により圧送されて流通する、原動機を備えた車両用の空調装置（５）において、
前記冷媒循環路内に前記冷媒を気化させるエバポレータ（１１）を設け、
−該エバポレータ（１１）を通過した低温空気（２２）の温度（Ｔ_LV）、
−前記圧縮機（１４）の冷媒流通方向（１５，１６，１７，１８）手前における冷媒圧力（ｐ_ND）、又は
−前記圧縮機（１４）の圧縮行程を調整するための制御入力信号（Ｉ_K）
に基づいて、前記圧縮機（１４）を駆動するに必要な駆動トルク（Ｍ_K）を算出するトルク演算装置（３１）を備える構成としたことを特徴とする空調装置。
前記トルク演算装置（３１）を、前記温度（Ｔ_LV）と、前記冷媒圧力（ｐ_ND）とに基づいて駆動トルク（Ｍ_K）を算出するよう設定したことを特徴とする請求項１記載の空調装置。
前記トルク演算装置（３１）を、前記温度（Ｔ_LV）と、前記制御入力信号（Ｉ_K）とに基づいて駆動トルク（Ｍ_K）を算出するよう設定したことを特徴とする請求項１記載の空調装置。
前記トルク演算装置（３１）を、前記冷媒圧力（ｐ_ND）と、前記制御入力信号（Ｉ_K）とに基づいて駆動トルク（Ｍ_K）を算出するよう設定したことを特徴とする請求項１記載の空調装置。
前記トルク演算装置（３１）を、前記温度（Ｔ_LV）と、前記冷媒圧力（ｐ_ND）と、前記制御入力信号（Ｉ_K）とに基づいて駆動トルク（Ｍ_K）を算出するよう設定したことを特徴とする請求項１記載の空調装置。
前記冷媒をＲ１３４ａ又はＲ１５２ａとしたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の空調装置。
前記冷媒を炭酸ガスとしたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の空調装置。
前記トルク演算装置（３１）を、前記圧縮機（１４）の冷媒流通方向後方における冷媒圧力（ｐ_HD）に基づいて駆動トルク（Ｍ_K）を算出するよう設定したことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の空調装置。
前記トルク演算装置（３１）を、前記圧縮機（１４）の回転数（ｎ_K）に基づいて駆動トルク（Ｍ_K）を算出するよう設定したことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の空調装置。
請求項１〜９の何れかに記載の空調装置を備える構成としたことを特徴とする、原動機を備えた車両。
当該車両（１）及び前記圧縮機（１４）を前記原動機（２）で駆動するとともに、前記トルク演算装置（３１）により算出された駆動トルク（Ｍ_K）に基づき前記原動機（２）を制御する駆動制御装置（３）を設けたことを特徴とする請求項１０記載の車両。
冷媒循環路（１０）を有し、冷媒がこの冷媒循環路内を圧縮機（１４）により圧送されて流通する、原動機を備えた車両用の空調装置（５）の作動方法において、
前記冷媒循環路内に前記冷媒を気化させるエバポレータ（１１）を設け、
−該エバポレータ（１１）を通過した低温空気（２２）の温度（Ｔ_LV）、
−前記圧縮機（１４）の冷媒流通方向（１５，１６，１７，１８）手前における冷媒圧力（ｐ_ND）、又は
−前記圧縮機（１４）の圧縮行程を調整するための制御入力信号（Ｉ_K）
に基づいて、前記圧縮機（１４）を駆動するに必要な駆動トルク（Ｍ_K）を算出することを特徴とする空調装置の作動方法。
前記駆動トルク（Ｍ_K）を前記圧縮機（１４）の冷媒流通方向後方における冷媒圧力（ｐ_HD）に基づいて算出することを特徴とする請求項１２記載の空調装置の作動方法。
前記駆動トルク（Ｍ_K）を前記圧縮機（１４）の回転数（ｎ_K）に基づいて算出することを特徴とする請求項１２又は１３記載の空調装置の作動方法。