JP2010047149A

JP2010047149A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2010047149A
Application number: JP2008213844A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Suzuki; 謙一鈴木
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2010-03-04

Abstract

【課題】外気湿度センサを設けずに、蒸気圧縮式冷凍サイクルの圧縮機トルクより外気の湿度を推定可能な車両用空調装置を提供する。
【解決手段】圧縮機、放熱器、膨張手段、蒸発器を備えた蒸気圧縮式の冷凍サイクルを有する車両用空調装置において、圧縮機のトルクを推定する圧縮機トルク推定手段を有するとともに、該圧縮機トルク推定手段により推定された圧縮機トルクを参照することにより、蒸発器へと導入される車室外空気の湿度を推定可能な外気湿度推定手段を有することを特徴とする車両用空調装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用空調装置に関し、特に車室外の熱負荷（外気湿度）を推定可能な手段を有する車両用空調装置に関する。

車室外の熱負荷の一つである外気湿度を検出するものとして、特許文献１における発明等が挙げられる。しかしながら、外気湿度を検出する場合には、以下のように問題点が多くある。例えば、外気湿度を検出するには外気導入口にセンサを配置する必要があることから、外気汚染状態、結露等により、センサの精度が経年的に低下することや、ひいては故障の恐れも考えられる。また、センサの信頼性を上げようとすると、そのコストが高くなってしまうことが懸念される。
特開平６−１６０３６号公報

そこで本発明の課題は、外気湿度を確実に検知できる外気湿度センサを設けるのではなく、蒸気圧縮式冷凍サイクルの圧縮機トルクより、外気の湿度を推定可能な車両用空調装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、放熱された冷媒を減圧膨張させる膨張手段と、減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた蒸気圧縮式の冷凍サイクルを有し、前記蒸発器を車室内へ通じる空気通路内に配置し、該蒸発器による冷却量を調節することにより車室内に送られる空気の温度を調節するようにした車両用空調装置において、前記蒸気圧縮式冷凍サイクルの前記圧縮機のトルクを推定する圧縮機トルク推定手段を有するとともに、該圧縮機トルク推定手段により推定された圧縮機トルクを参照することにより、前記蒸発器へと導入される車室外空気の湿度を推定可能な外気湿度推定手段を有することを特徴とするものからなる。

このような車両用空調装置においては、圧縮機トルク推定手段により推定された圧縮機トルクを参照することにより、外気湿度推定手段により外気湿度が演算により推定可能であるので、外気湿度センサを設ける必要がなく、外気湿度センサを設ける場合に懸念される問題は発生しない。この推定された外気湿度は、空調制御をより適切に行うことを目指す際の熱負荷要素として、有効に活用可能である。

本発明においては、上記外気湿度推定手段は、上記圧縮機の推定トルクに加え、車両用空調装置の熱負荷に相関のある物理量を参照することにより外気湿度を推定することが可能であり、このような物理量を参照することで、より的確に外気湿度を推定することが可能になる。

上記外気湿度推定手段によって外気湿度を推定する際に用いる車両用空調装置の熱負荷に相関のある物理量としては、少なくとも、外気温度検出手段により検知される外気温度が含まれることが好ましい。また、上記車両用空調装置の熱負荷に相関のある物理量として、少なくとも、空気通路内に空気を送る送風機の送風量に相関のある物理量が含まれることが好ましい。また、上記車両用空調装置の熱負荷に相関のある物理量として、少なくとも、蒸発器出口空気温度または蒸発器温度を検知する蒸発器温度検知手段により検知される蒸発器温度が含まれることが好ましい。また、上記車両用空調装置の熱負荷に相関のある物理量として、少なくとも、上記冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力を検知する高圧側冷媒圧力検知手段により検知される冷媒圧力が含まれることが好ましい。この場合、高圧側冷媒圧力検知手段は、上記圧縮機から上記膨張手段までの冷凍サイクル内圧力を検知することで、所望の高圧側冷媒圧力を検知することができる。上記圧縮機の推定トルクに加えて、このような車両用空調装置の熱負荷に相関のある物理量を外気湿度の推定演算に用いることで、より的確に精度良く外気湿度を推定することが可能になる。

また、上記圧縮機が外部からの制御信号により容量を可変可能な可変容量圧縮機からなり、該外部からの容量制御信号により可変容量圧縮機の容量を制御することにより上記蒸発器の冷却量を調節可能に構成されている場合には、上記車両用空調装置の熱負荷に相関のある物理量として、少なくとも、この容量制御信号が含まれる構成とすることが可能である。

また、本発明における上記圧縮機トルク推定手段は、上記冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との圧力差に相関のある物理量から圧縮機のトルクを推定する手段から構成することが可能である。

また、上記圧縮機トルク推定手段は、外気温度に相関のある物理量、蒸発器への送風量に相関のある物理量、車両の速度に相関のある物理量、圧縮機の駆動に使用される車両原動機の回転数に相関のある物理量、圧縮機の容量に相関のある物理量のすべて、または少なくとも一つを参照することにより圧縮機のトルクを推定する手段から構成することが可能である。

なお、本発明に係る車両用空調装置においては、使用する冷媒の種類は特に限定されず、高圧での使用が要求される二酸化炭素冷媒の場合にあっても、本発明により問題なく外気湿度を推定することが可能である。

本発明に係る車両用空調装置によれば、外気湿度を直接検知するセンサを設けることなく、既存の蒸気圧縮式冷凍サイクルから外気湿度を推定することが可能となり、信頼性、コストの面で優位な車両用空調装置を実現できる。また、外気湿度が推定できることにより、それに対応する冷凍サイクルの熱負荷がわかることから、車両用空調装置をより効率的に運転することが可能になる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装の機械的な構成部分全体を示しており、通風回路と冷凍回路（蒸気圧縮式冷凍サイクル）が設けられている。この蒸気圧縮式冷凍サイクル１１には、駆動源としての車両のエンジン１（但し、電動モータ等、他の駆動源も可能である）により、プーリ２、３を介してベルト１２によって駆動される可変容量圧縮機４を有しており、圧縮機４は、エンジン１からの駆動力の伝達をコントロールするクラッチ１３を介して駆動されるようになっている。冷凍サイクル１１は、さらに、圧縮機４から吐出される高圧冷媒と外部空気との熱交換により冷媒を冷却する放熱器６と、放熱器冷却ファン７と、圧縮機４から吐出される高圧冷媒の圧力を放熱器６の出口側で検出する高圧側圧力検出手段５と、放熱器６から流出した高圧冷媒を気液分離する受液器８（レシーバ）と、受液器８から流出した冷媒を断熱膨張させる膨張手段９（膨張弁）と、膨張手段９からの冷媒を蒸発させ送られてくる空調風を冷却する蒸発器１０とを備えており、蒸発器１０から流出した冷媒は、圧縮機４に送られて再び圧縮される。冷凍サイクル１１の高圧側圧力は、図示のように、圧縮機吐出冷媒圧力から凝縮器出口冷媒圧力に至る冷媒圧力を検知することが好ましい。

蒸発器１０は、車室内へと空調風を送る通風ダクト１４内に配置されている。通風ダクト１４には、外気導入口１５と内気導入口１６から、内外気切替ダンパ１７を介して空気が導入され、内外気切替ダンパ１７は内外気切替ダンパアクチュエータ１８によって作動が制御される。導入された空気はブロワファン１９によって吸入され下流側の蒸発器１０に向けて圧送される。蒸発器１０の出口側には、蒸発器出口空気温度センサ２０（蒸発器温度センサ）が設けられており、蒸発器１０の下流側には、加熱器としてのヒータコア２１が設けられている。このヒータコア２１を通過する空気とバイパスする空気の割合がエアミックスダンパ２２によって調節され、エアミックスダンパ２２の開度はエアミックスダンパアクチュエータ２３によって制御される。温調された空気は、各ダンパ２４、２５、２６を介して各吹き出し口２７、２８、２９から車室内に向けて吹き出される。

３１は、空調制御装置を示しており、空調制御装置３１には、外気温度センサ３２からの外気温度信号、日射センサ３３からの日射量信号、車室内温度センサ３４からの車内温度信号、エンジン回転数センサ３５からのエンジン回転数信号、車速センサ３６からの車速信号、高圧側圧力検出手段５の高圧側冷媒圧力信号３７、蒸発器出口空気温度センサ２０からの蒸発器出口空気温度信号（蒸発器温度信号）３８が、それぞれ入力される。これら各種情報を参照して車室内の温度を調節するような車両用空調装置に構成されている。空調制御装置３１からは、圧縮機４の駆動を制御するクラッチコントローラ３９へクラッチ制御信号４０が、圧縮機４の容量を制御可能な外部信号としての圧縮機容量制御信号４１が圧縮機４へ、エアミックスダンパアクチュエータ２３へエアミックスダンパ制御信号４２が、内外気切替ダンパアクチュエータ１８へ内外気切替ダンパ制御信号４３が、ブロワファン１９の駆動用電圧信号４４（ブロワ電圧信号）が、それぞれ出力される。

なお、上記実施態様では、蒸気圧縮式冷凍サイクルはフロン系冷媒を適用しているが、二酸化炭素冷媒としてもよい。また、上記蒸気圧縮式冷凍サイクルでは、圧縮機の駆動をコントロールできるクラッチを装備しているが、クラッチレスとしてもよい。また、上記圧縮式冷凍サイクルの膨張手段としては、機械式膨張弁の他、電子膨張弁あるいは温度式膨張弁あるいは差圧式膨張弁などを用いてもよい。また、上記の蒸気圧縮式冷凍サイクルでは、外部制御信号により圧縮機の容量を変化させることのできる外部可変容量圧縮機としているが、固定容量圧縮機であってもよい。さらに、蒸気圧縮式冷凍サイクルの圧縮機として、エンジンにより駆動するもの、あるいは電動モータにより駆動するもの、さらには両駆動源により選択的にあるいは同時に駆動可能なハイブリッド式圧縮機であってもよい。

上記のような車両用空調装置における、空調制御装置３１内で行われる制御について、図２、図３を参照しながら説明する。図２の制御フローに示すように、ステップＳ１で、まず、データ（Tamb、VS、Ne、BLV、Teva、Pd、Ic、Intake、CL）の読込みを行う。ここでは、車両用空調装置より得られる情報として、外気温度（Tamb）、エンジン回転数（Ne）、車速（VS）、ブロワ電圧（BLV）、高圧側冷媒圧力（Pd）、蒸発器出口空気温度（Teva）、外部可変容量制御信号（Ic）、クラッチ信号（CL）、内外気切替ダンパ制御信号（Intake）等が読み込まれる。次に、ステップＳ２で、圧縮機トルク推定手段により圧縮機トルク推定値（Trq）の算出が行われる。そして、ステップＳ３で、推定された圧縮機トルクを参照して、外気湿度推定手段により、外気湿度が推定される。

圧縮機トルク推定手段においては、車両用空調装置より得られる情報として、外気温度（Tamb）、エンジン回転数（Ne）、車速（VS）、ブロワ電圧（BLV）、高圧側冷媒圧力（Pd）、エバポレータ出口空気温度（Teva）、外部可変容量制御信号（Ic）、クラッチ信号（CL）等を参照して、圧縮機のトルク（Trq）が次式で推定される。
Trq＝ｆ（Tamb、Ne、VS、BLV、Pd、Teva、Ic、CL）

次に、この推定された圧縮機トルク（Trq）を参照して、外気湿度推定手段により、外気湿度が推定される。外気湿度と圧縮機トルクとの相関については、次のように表すことができる。例えば図３に示すように、一般的な空気線図において、ある外気状態Ａと別のある外気状態Ｂに対して、前述の車両用空調装置における蒸発器出口空気状態を図のように同一とする場合において、それぞれの熱負荷を比較すると、
（外気状態Ａの熱負荷：ΔHair A）＞（外気状態Ｂの熱負荷：ΔHair B）
となる。また、前述の車両用空調装置の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける圧縮機所要動力をそれぞれ比較すると、
（外気状態Ａの所要動力）＞（外気状態Ｂの所要動力）
となる。

ここで、所要動力を算出する上で必要となる圧縮機のトルクは前述のように推定され算出されることから、圧縮機トルクを認識できることで、外気状態の熱負荷がどの程度であるか知ることができる。

ここで、外気状態Ａの熱負荷での外気湿度をRH-Aとし、外気状態Ｂの熱負荷での外気湿度をRH-Bとすると、以下のように考えられる。
（外気状態Ａの湿度RH-A）∝（外気状態Ａの熱負荷）∝（外気状態Ａの所要動力）∝（外気状態Ａの圧縮機トルク）
（外気状態Ｂの湿度RH-B）∝（外気状態Ｂの熱負荷）∝（外気状態Ｂの所要動力）∝（外気状態Ｂの圧縮機トルク）
以上のことから、外気湿度とその外気状態の空気を処理する車両用空調装置における圧縮機のトルクとは相関関係があり、このことから、圧縮機トルクより外気湿度を推定することができるものである。

外気湿度推定手段では、上記圧縮機トルクとして推定した推定値（Trq）を参照するとともに、外気温度（Tamb）、ブロワ電圧（BLV）、蒸発器出口空気温度（Teva）、内外気切替ダンパ制御信号（Intake）等を参照して、外気の湿度（RHamb）を、例えば次式によって推定することができる。
RHamb＝ｆ（Trq 、Tamb、BLV、Teva、Intake）
したがって、図２に示したフローにより車両用空調装置における外気湿度の推定が可能になる。

本発明に係る車両用空調装置の構成は、実質的にあらゆる車両用空調装置に適用可能である。

本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の機器系統図である。本発明に係る車両用空調装置における外気湿度算出のための制御フロー図である。外気湿度と圧縮機トルクとの相関例を示す空気線図（状態図）である。

符号の説明

１エンジン
２、３プーリ
４圧縮機
５高圧側圧力検出手段
６放熱器
７放熱器冷却ファン
８受液器
９膨張手段
１０蒸発器
１１蒸気圧縮式冷凍サイクル
１２ベルト
１３クラッチ
１４通風ダクト
１５外気導入口
１６内気導入口
１７内外気切替ダンパ
１８内外気切替ダンパアクチュエータ
１９ブロワファン
２０蒸発器出口空気温度センサ
２１ヒータコア
２２エアミックスダンパ
２３エアミックスダンパアクチュエータ
２４、２５、２６ダンパ
２７、２８、２９吹き出し口
３１空調制御装置
３２外気温度センサ
３３日射センサ
３４車室内温度センサ
３５エンジン回転数センサ
３６車速センサ
３７高圧側冷媒圧力信号
３８蒸発器出口空気温度信号（蒸発器温度信号）
３９クラッチコントローラ
４０クラッチ制御信号
４１圧縮機容量制御信号
４２エアミックスダンパ制御信号
４３内外気切替ダンパ制御信号
４４ブロワ電圧信号

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、放熱された冷媒を減圧膨張させる膨張手段と、減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた蒸気圧縮式の冷凍サイクルを有し、前記蒸発器を車室内へ通じる空気通路内に配置し、該蒸発器による冷却量を調節することにより車室内に送られる空気の温度を調節するようにした車両用空調装置において、前記蒸気圧縮式冷凍サイクルの前記圧縮機のトルクを推定する圧縮機トルク推定手段を有するとともに、該圧縮機トルク推定手段により推定された圧縮機トルクを参照することにより、前記蒸発器へと導入される車室外空気の湿度を推定可能な外気湿度推定手段を有することを特徴とする車両用空調装置。
前記外気湿度推定手段は、前記圧縮機の推定トルクに加え、車両用空調装置の熱負荷に相関のある物理量を参照することにより外気湿度を推定する、請求項１に記載の車両用空調装置。
前記車両用空調装置の熱負荷に相関のある物理量として、少なくとも、外気温度検出手段により検知される外気温度が含まれる、請求項２に記載の車両用空調装置。
前記車両用空調装置の熱負荷に相関のある物理量として、少なくとも、空気通路内に空気を送る送風機の送風量に相関のある物理量が含まれる、請求項２または３に記載の車両用空調装置。
前記車両用空調装置の熱負荷に相関のある物理量として、少なくとも、蒸発器出口空気温度または蒸発器温度を検知する蒸発器温度検知手段により検知される蒸発器温度が含まれる、請求項２〜４のいずれかに記載の車両用空調装置。
前記車両用空調装置の熱負荷に相関のある物理量として、少なくとも、前記冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力を検知する高圧側冷媒圧力検知手段により検知される冷媒圧力が含まれる、請求項２〜５のいずれかに記載の車両用空調装置。
前記高圧側冷媒圧力検知手段は、前記圧縮機から前記膨張手段までの冷凍サイクル内圧力を検知する、請求項６に記載の車両用空調装置。
前記圧縮機が外部からの制御信号により容量を可変可能な可変容量圧縮機からなり、該外部からの容量制御信号により可変容量圧縮機の容量を制御することにより前記蒸発器の冷却量を調節可能に構成されており、前記車両用空調装置の熱負荷に相関のある物理量として、少なくとも、前記容量制御信号が含まれる、請求項２〜７のいずれかに記載の車両用空調装置。
前記圧縮機トルク推定手段は、前記冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力との圧力差に相関のある物理量から圧縮機のトルクを推定する、請求項１〜８のいずれかに記載の車両用空調装置。
前記圧縮機トルク推定手段は、外気温度に相関のある物理量、蒸発器への送風量に相関のある物理量、車両の速度に相関のある物理量、圧縮機の駆動に使用される車両原動機の回転数に相関のある物理量、圧縮機の容量に相関のある物理量のすべて、または少なくとも一つを参照することにより圧縮機のトルクを推定する、請求項１〜９のいずれかに記載の車両用空調装置。
前記冷媒として二酸化炭素が用いられる、請求項１〜１０のいずれかに記載の車両用空調装置。