JP2011068190A - 車両用空調制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車室内冷房負荷に基づきエバポレータ26の蓄冷量の目標値(目標蓄冷量)を算出するとともに、都度の冷媒温度履歴等に基づきエバポレータ26の蓄冷量の現在値(現在蓄冷量)を算出する。目標蓄冷量及び現在蓄冷量に基づきコンプレッサ20の駆動によって生成される熱量に関してその単位量当たりに要求されると想定されるエンジン10の燃料消費量の許容量(上限熱費)を算出する。そして、上記想定されるエンジン10の燃料消費量(想定熱費)が上限熱費以下となるものに対応するコンプレッサトルクの最大値を目標コンプレッサトルクとして算出し、コンプレッサ20を駆動制御する。
【選択図】 図1
Description
コンプレッサ20の駆動制御処理は、A/Cスイッチ50がオンされることを条件として、コンプレッサ20の現在の駆動トルク(実コンプレッサトルク)を、後述する目標コンプレッサトルク算出処理により算出される同駆動トルクの目標値(目標コンプレッサトルク)に制御すべくCV20aが通電操作されることで行われる。本実施形態では、この目標コンプレッサトルクへの制御を、フィードフォワード制御とフィードバック制御とに基づき行うことで、実コンプレッサトルクの応答性と追従性との双方の向上を図っている。
<2.目標蓄冷量算出処理>
図3を用いて、目標蓄冷量の算出処理について説明する。詳しくは、図3に、上記処理についての機能ブロック図を示す。
<3.現在蓄冷量推定処理>
本実施形態では、エバポレータ26の蓄冷量及び蓄冷剤27の温度から把握される蓄冷剤27の相と、都度の冷媒温度の履歴と、冷媒流量とに基づき現在蓄冷量を推定する。これは、現在蓄冷量を高精度に推定するためである。つまり、蓄冷剤27と冷媒との熱交換によってエバポレータ26の蓄冷量は変化する。そして、液相から固相(又は固相から液相)への相転移が生じる期間においては、蓄冷量の変化は潜熱によって生じるため蓄冷剤27の温度変化を伴わない。このため、蓄冷剤27の温度及び比熱のみから蓄冷量を推定したのでは、現在蓄冷量の推定精度が大きく低下するおそれがある。これに対し、本実施形態にかかる推定手法では、蓄冷剤27の相を把握することで、蓄冷剤27の顕熱及び潜熱の推定を選択的に行う。これにより、蓄冷量の変化量が蓄冷剤27の顕熱及び潜熱のいずれに起因するものかを反映して現在蓄冷量を高精度に推定することが可能となる。以下、図4を用いて、現在蓄冷量の推定手法について詳述する。
第1象限は、蓄冷剤27の温度が蓄冷剤27の凝固点T0(例えば16℃程度)よりも高温側であるとともに、エバポレータ26の蓄冷量が、蓄冷剤27が凝固し始める蓄冷量QAよりも少ない状況である。このため、エバポレータ26の単位時間当たりの蓄冷量の変化量(蓄冷変化量)は、主に蓄冷剤27の顕熱によるものである。したがって、現在蓄冷量を下式(1)によって算出することが可能となる。
現在蓄冷量=前回蓄冷量+蓄冷変化量
=前回蓄冷量+β×K×A×(Tt−Tf)×Δt…(1)
(ただし、Tt>T0、前回蓄冷量<QA)
・β:冷媒流量に応じて0〜1の値をとる所定の係数
・A[m^2]:冷媒と蓄冷剤27との間の伝熱面積
・Tt[K]:蓄冷剤27の温度
・Tf[K]:冷媒温度
・Δt[s]:エアコンECU46の演算周期
・K[kJ/(m^2・s・K)]:冷媒と蓄冷剤27との間の熱通過率
=1/{(1/αf)+(dm/λm)+(1/αt)}
・αf[kJ/(m^2・s・K)]:冷媒とエバポレータ26の壁面との間の熱伝達率
・λm[kJ/(m・s・K)]:エバポレータ26の壁面の熱伝導率
・dm[m]:エバポレータ26の壁面の厚さ
・αt[kJ/(m^2・s・K)]:エバポレータ26の壁面と蓄冷剤27との間の熱伝達率
なお、エバポレータ26の壁面とは、エバポレータ26のうち、冷媒と蓄冷剤27とを隔てる部材のことである。
第2象限は、蓄冷剤27の温度が蓄冷剤27の転移温度(凝固点T0)であるとともに、エバポレータ26の蓄冷量が、蓄冷剤27が完全に凝固する蓄冷量QB(>QA)よりも少ない状況である。この場合、液相の蓄冷剤27から冷媒への熱の移動によりエバポレータ26の伝熱面から蓄冷剤27の凝固が徐々に進行するため、エバポレータ26の蓄冷変化量は、主に蓄冷剤27の潜熱によるものである。したがって、現在蓄冷量を下式(2)によって算出することが可能となる。
現在蓄冷量=前回蓄冷量+蓄冷変化量
=前回蓄冷量+β×K×A×(T0−Tf)×Δt…(2)
(ただし、Tt=T0、QA≦前回蓄冷量≦QB)
・K=1/{(1/αf)+(dm/λm)+(1/αt)+(dt/λt)}
・λt[kJ/(m・s・K)]:エバポレータ26と蓄冷剤27との伝熱面から蓄冷剤27の相転移が生じている面までの蓄冷剤27の熱伝導率
・dt[m]:上記相転移が生じている面までの蓄冷剤27の厚さ
上式(2)において、蓄冷剤27の相転移が蓄冷変化量の推定に及ぼす影響を加味すべく、蓄冷剤27の熱伝導率λt及び蓄冷剤27の厚さdtを加味して熱通過率Kを設定することで現在蓄冷量の推定精度の更なる向上を図ることが可能となる。ここで、上記蓄冷剤27の熱伝導率λt及び厚さdtは、前回蓄冷量及び蓄冷剤27の温度に基づき算出すればよい。また、上記凝固する蓄冷量QB[kJ]は、予め実験等に基づき設定すればよい。
第3象限は、蓄冷剤27の温度が蓄冷剤27の融点T0よりも低温側であるとともに、エバポレータ26の蓄冷量が、蓄冷剤27が完全に凝固する蓄冷量QB以上となる状況である。このため、蓄冷剤27の蓄冷変化量は、主に蓄冷剤27の顕熱によるものである。したがって、現在蓄冷量を上式(1)によって算出することが可能となる(ただし、Tt<T0、前回蓄冷量≧QB)。なお、蓄冷剤27の温度は、蓄冷剤27(固相)の比熱c2[kJ/(kg・K)]と蓄冷剤27の質量Mとを乗算した値で、上記前回蓄冷量を除算することで推定すればよい。
第4象限は、蓄冷剤27の温度が蓄冷剤27の転移温度(融点T0)であるとともに、エバポレータ26の蓄冷量が、蓄冷剤27が完全に融解する蓄冷量QAよりも多い状況である。この場合、冷媒から固相の蓄冷剤27への熱の移動によりエバポレータ26の伝熱面から蓄冷剤27の融解が徐々に進行するため、蓄冷剤27の蓄冷変化量は、主に蓄冷剤27の潜熱によるものである。したがって、現在蓄冷量を上式(2)によって算出することが可能となる。
<4.上限熱費算出処理>
本実施形態では、図5に示すように、目標蓄冷量から現在蓄冷量を減算した量(要求蓄冷量ΔQ)に所定の正数(比例ゲイン)を乗算した比例項として上限熱費を算出する。これは、エンジン10の自動停止中の冷房制御に要求される蓄冷量の不足度合いを高精度に把握し、この不足度合いが増大する状況下においてコンプレッサ20の冷媒圧送量を好適に向上させるためである。
<5.想定熱費算出処理>
想定熱費は、下式(3)によって表すことができる。
想定熱費[g/Wh]=要求燃料消費量[g/h]
/{トルクT時のコンプレッサ動力[W]×COP}…(3)
ここで、上式(3)における分母は、コンプレッサトルクがT(>0)の場合に冷凍サイクルにおいて生成される熱量である。なお、上式(3)におけるコンプレッサ動力は、コンプレッサトルクTとエンジン回転速度との積として算出すればよい。また、上記成績係数COPは、コンプレッサ20の動力を熱量に変換するパラメータである。この成績係数COPは、例えば車室内温度や、外気温度、目標温度、エンジン回転速度等を入力パラメータとして予め作成されたマップ等を用いて算出すればよい。
要求燃料消費量[g/h]=
トルクT時の燃料消費量[g/h]―トルク0時の燃料消費量[g/h]…(4)
上式(4)を上式(3)に代入することで得られる下式(5)により、想定熱費を算出することが可能となる。
想定熱費[g/Wh]=
{トルクT時の燃料消費量[g/h]―トルク0時の燃料消費量[g/h]}
/{トルクT時のコンプレッサ動力[W]×COP}…(5)
<6.目標コンプレッサトルク算出処理>
上限熱費と想定熱費とに基づく目標コンプレッサトルクの算出処理について説明する。
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。
Claims (13)
- 内燃機関の動力により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機と、蓄冷剤により前記冷媒の熱を蓄える蓄熱器とを有して構成される空気調節システムを備える車両に適用され、前記蓄熱器の蓄冷量の現在値に基づき、該蓄熱器に蓄冷するための前記圧縮機の駆動制御を行う制御手段を備え、前記圧縮機の停止中において前記蓄熱器で冷却された空気により車室内の空調制御を行う車両用空調制御装置において、
前記冷媒の都度の温度の履歴に基づき、前記蓄冷量の現在値を推定する現在蓄冷量推定手段を備えることを特徴とする車両用空調制御装置。 - 前記蓄冷剤は、その使用領域において相転移を生じるものであり、
前記現在蓄冷量推定手段は、前記蓄熱器の蓄冷量及び前記蓄冷剤の温度から把握される該蓄冷剤の相に基づき、該蓄冷剤の顕熱及び潜熱の推定を選択的に行うことを特徴とする請求項1記載の車両用空調制御装置。 - 前記圧縮機の停止中において前記車室内の空調制御に要求される熱量の想定値に基づき、前記蓄熱器の蓄冷量の目標値を可変設定する目標蓄冷量設定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記蓄冷量の現在値と、前記蓄冷量の目標値とに基づき、前記駆動制御を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の車両用空調制御装置。 - 前記車両は、前記内燃機関の自動停止処理及び再始動処理を行う自動停止始動手段を更に備え、
前記車両の減速時における運動エネルギを前記圧縮機の駆動エネルギに変換することによる前記蓄冷量の増大量を予測する予測手段を更に備え、
前記目標蓄冷量設定手段は、前記蓄冷量の目標値から前記予測された増大量に応じた量を減算した量を前記蓄冷量の最終的な目標値として設定するものであり、
前記制御手段は、前記車両の減速時において前記圧縮機を駆動させるものであることを特徴とする請求項3記載の車両用空調制御装置。 - 内燃機関の動力により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機と、蓄冷剤により前記冷媒の熱を蓄える蓄熱器とを有して構成される空気調節システムを備える車両に適用され、前記蓄熱器に蓄冷するための前記圧縮機の駆動制御を行う制御手段を備え、前記圧縮機の停止中において前記蓄熱器で冷却された空気により車室内の空調制御を行う車両用空調制御装置において、
前記車両は、前記内燃機関の自動停止処理及び再始動処理を行う自動停止始動手段を備え、
前記車両の減速時における運動エネルギを前記圧縮機の駆動エネルギに変換することによる前記蓄熱器の蓄冷量の増大量を予測する予測手段と、
前記圧縮機の停止中において前記車室内の空調制御に要求される熱量としての前記蓄冷量の目標値から前記予測された増大量に応じた量を減算した量を前記蓄冷量の最終的な目標値として設定する目標蓄冷量設定手段とを備え、
前記制御手段は、前記最終的な目標値に基づき前記駆動制御を行い、前記車両の減速時において前記圧縮機を駆動させるものであることを特徴とする車両用空調制御装置。 - 前記目標蓄冷量設定手段は、前記蓄熱器で冷却される空気の温度と相関を有する温度、前記圧縮機が停止されると想定される時間、前記車室内への送風量及び車室内温度の目標値のうち少なくとも1つに基づき、前記蓄冷量の目標値を可変設定することを特徴とする請求項3又は4記載の車両用空調制御装置。
- 前記圧縮機の駆動によって生成される熱量に関して、その単位量当たりに要求されると想定される内燃機関の燃料消費量である想定熱費の許容量を可変設定する許容量設定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記想定熱費が前記許容量以下となることを条件として前記駆動制御を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の車両用空調制御装置。 - 前記許容量設定手段は、前記圧縮機の駆動トルクを互いに相違する複数の値に仮設定した場合のそれぞれの前記想定熱費を算出するものであり、
前記制御手段は、前記駆動トルクをその目標値に制御するものであり、前記算出される複数の想定熱費のうち前記許容量以下となるものに対応する駆動トルクを前記目標値として設定する目標値設定手段を備えることを特徴とする請求項7記載の車両用空調制御装置。 - 前記目標値設定手段は、前記許容量以下となるものに対応する駆動トルクの最大値を前記目標値として設定することを特徴とする請求項8記載の車両用空調制御装置。
- 前記制御手段は、前記駆動トルクの目標値の変動に対して一定幅の不感帯を有することを特徴とする請求項8又は9記載の車両用空調制御装置。
- 前記制御手段は、前記駆動トルクをその目標値に応じてフィードフォワード制御する手段と、該駆動トルクとその目標値との差に応じた値に基づきフィードバック制御する手段とを備えることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の車両用空調制御装置。
- 前記駆動トルクの目標値が変更されると判断された場合、該駆動トルクの目標値を変更後の目標値まで徐々に変化させる徐変手段を更に備えることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載の車両用空調制御装置。
- 前記車両は、前記内燃機関の自動停止処理及び再始動処理を行う自動停止始動手段を更に備えることを特徴とする請求項1〜4又は請求項6〜12のいずれか1項に記載の車両用空調制御装置。
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