JP2014034303A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両ごとに共振が発生する周波数を測定する作業等を行う必要がなく、共振の発生防止を異なる車両に共用化して適用し得る車両用空調装置を提供する。
【解決手段】車両用空調装置は、可変容量コンプレッサ１０、及びマイクロコンピュータ６１（周波数制御手段）を含むエアコンＥＣＵ６０を備える。可変容量コンプレッサ１０は、エバポレータ５０内で気化した冷媒を吸入圧縮し、ソレノイドバルブ１２への通電量に応じて圧縮後の冷媒の吐出容量を変更可能とされる。マイクロコンピュータ６１は、ソレノイドバルブ１２の駆動周波数を、予め定められた単位時間ごとに予め定められた単位周波数ずつ変更することにより、ソレノイドバルブ１２の駆動周波数として許容される範囲の下限と上限間で繰り返し変動させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば可変容量コンプレッサ又は電動式コンプレッサを含む車両用空調装置に関する。

車両用空調装置を構成するコンプレッサは、冷凍サイクルの冷媒圧縮機能を有し、例えばエバポレータ内で気化した冷媒を吸入圧縮し、圧縮後の冷媒の吐出容量を通電量に応じて変更可能なソレノイドバルブを有する可変容量コンプレッサや、エバポレータ内で気化した冷媒を、電動モータの駆動に応じて吸入圧縮し、吐出する電動式コンプレッサが知られている。この場合、可変容量コンプレッサではソレノイドバルブの駆動に応じて、電動式コンプレッサでは電動モータの駆動に応じて、それぞれコンプレッサに接続された配管等の車両システムが共振（共鳴）し、その振動音がユーザに不快感を与えるという問題があった。この問題に対して、例えば下記特許文献１に記載された制御装置（電動式コンプレッサを使用）では、制御手段により決定された周波数（インバータに指令される周波数）が下限周波数よりも低いか否かを判断し（低い場合に共振が発生するという前提）、低いと判断された場合には、振動検知センサから入力された振動値が予め定められた振動値よりも小さいか否かを判断し（大きい場合が共振状態に相当）、大きいと判断された場合には、周波数が上昇中であれば所定の単位周波数を加算する一方、周波数が下降中であれば所定の単位周波数を減算することで、設定周波数が共振周波数から遠ざかるようにして共振の発生を防止するようにしている。

特開昭６３−２６８９９０号公報

しかし、上記特許文献１に記載された制御装置では、振動検知センサを使用するようにしているため構造が複雑であり、しかも制御手段により決定された周波数が下限周波数よりも低いか否かを判断し、低いと判断された場合に、振動検知センサから入力された振動値が予め定められた振動値よりも小さいか否かを判断するようにしているため制御も複雑であるという問題があった。また、下限周波数（共振周波数）は車両のバラツキ等によって変わってくるため、車両ごとにその周波数を測定し、設定値を入力する作業が必要になるという問題もあった。

本発明は、上記の不具合に鑑み、車両のバラツキ等を考慮に入れる必要がないため、車両ごとに共振が発生する周波数を測定する作業等を行う必要がなく、共振の発生防止を異なる車両に共用化して適用し得る車両用空調装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明の車両用空調装置は、
エバポレータ内で気化した冷媒を吸入圧縮し、ソレノイドバルブへの通電量に応じて圧縮後の冷媒の吐出容量を変更可能な可変容量コンプレッサと、
ソレノイドバルブの駆動周波数を、予め定められた単位時間ごとに予め定められた単位周波数ずつ変更することにより、該ソレノイドバルブの駆動周波数として許容される範囲の下限と上限間で繰り返し変動させる周波数制御手段と、
を備えることを特徴とする。
また、上記の課題を解決するために、本発明の別の車両用空調装置は、
エバポレータ内で気化した冷媒を、電動モータの駆動に応じて吸入圧縮し、吐出する電動式コンプレッサと、
電動モータの駆動周波数を変更可能なインバータと、
インバータを介して電動モータの駆動周波数を、予め定められた単位時間ごとに予め定められた単位周波数ずつ変更することにより、電動モータの駆動周波数として許容される範囲の下限と上限間で繰り返し変動させる周波数制御手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明の車両用空調装置では、ソレノイドバルブ又は電動モータの駆動周波数が単位時間ごとに単位周波数ずつ変更される。このため、車両システムとの共振が発生する周波数帯でソレノイドバルブ又は電動モータが駆動されるのは極僅かな時間だけとなるので、ユーザが共振に伴う振動音に気付きにくくすることができる。また、駆動周波数がその許容範囲の下限と上限間で繰り返し変動するように制御される。このため、車両ごとに共振周波数を測定する作業等を行わなくて済み、全ての車両において共振の発生を防止することが可能となる。

本発明の実施例１に係り、可変容量コンプレッサを含む車両用空調装置の冷凍サイクルを示す模式図。 （Ａ）は図１の可変容量コンプレッサにおいて冷媒吐出容量を多くするときのソレノイドバルブ位置を示す模式図。（Ｂ）は図１の可変容量コンプレッサにおいて冷媒吐出容量を少なくするときのソレノイドバルブ位置を示す模式図。（Ｃ）はコイルへの通電量を説明するためのタイムチャート。 エアコンＥＣＵのマイクロコンピュータによって実行される周波数制御プログラムを示すフローチャート。 エアコンＥＣＵのマイクロコンピュータによって実行される通電量制御プログラムを示すフローチャート。 図３の周波数制御プログラムの実行によるソレノイドバルブの駆動周波数と時間の関係を示すタイムチャート。 （Ａ）〜（Ｅ）は図４の通電量制御プログラムの実行によるコイルへの通電量の各種パターンを示すタイムチャート。 本発明の実施例２に係り、電動式コンプレッサを含む車両用空調装置の冷凍サイクルの要部を示す模式図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１に示されるように、車両用空調装置の冷凍サイクル１は、ガス状の冷媒を吸入・圧縮して高温・高圧ガスとして送り出す可変容量コンプレッサ（可変容量圧縮器）１０と、可変容量コンプレッサ１０から送り出された冷媒を例えばクーリングファンによって車外から取り込まれた空気で冷却し、凝縮の潜熱を奪って液化するコンデンサ（凝縮器）２０と、コンデンサ２０で液化された冷媒をガスと液とに分離して液冷媒のみを送り出すレシーバ（受液器）３０と、レシーバ３０から送り出された液冷媒を膨張させ、低温・低圧の霧状冷媒とするエキスパンションバルブ（膨張弁）４０と、その低温・低圧の霧状冷媒によって車室内の空気から潜熱を奪って車室内空気を冷却するとともに、このとき気化された冷媒を可変容量コンプレッサ１０に送り出すエバポレータ（蒸発器）５０とを含んで構成されている。

可変容量コンプレッサ１０は、電磁クラッチ１１を介してエンジンと動力伝達可能に連結されている。電磁クラッチ１１は、エアコンＥＣＵ６０からの制御信号に応じて、エンジンに連結されたとき冷凍サイクル１の冷媒を圧縮し、エンジンと遮断されたとき冷凍サイクル１の冷媒を圧縮しないように機能する。

図２（Ａ），２（Ｂ）に示されるように、可変容量コンプレッサ１０は、ソレノイドバルブ（制御弁）１２により斜板室Ｃ１の内圧を制御して斜板１３の傾き（斜板角度）を変え、ピストン１４のストロークを変えることで、冷媒の吐出容量を変える構成とされている。具体的に、斜板１３はその傾きが可変となるように回転軸１５に斜めに取り付けられている。斜板１３には、例えば５対（１０気筒）のピストン１４が連結され、斜板１３の回転運動が各ピストン１４の軸線方向への往復運動に変換される。

ソレノイドバルブ１２は、バルブ１２ａとコイル１２ｂとを備えている。コイル１２ｂは、エアコンＥＣＵ６０に設けられたソレノイドバルブ駆動回路６２に電気的に接続されている（図１参照）。ソレノイドバルブ駆動回路６２からの駆動信号に応じて、コイル１２ｂへの通電量（ＯＮ時間ｔ0の長さ、図２（Ｃ）参照）が制御され、バルブ１２ａの開閉時間が制御されることで、斜板室Ｃ１の内圧が制御される。

すなわち、室温が高い場合（熱負荷が大きい場合）には、バルブ１２ａの閉じ時間が長くなるようにコイル１２ｂへの通電量が大きな値に設定される。この場合、図２（Ａ）に示されるように、斜板室Ｃ１は低圧ポートＰ１を通して低圧室Ｃ２と連通しているため、斜板室Ｃ１の内圧が次第に低くなって、低圧室Ｃ２の内圧に近づく。

斜板室Ｃ１の内圧が低圧室Ｃ２の内圧とほぼ同じ大きさになると、斜板１３の図示下部が左向きに移動し、斜板１３の傾き（鉛直方向の基準線に対する傾き）が大きくなる。これにより、ピストン１４のストロークが大きくなって、冷媒吐出容量が多くなる。

一方、室温が低い場合（熱負荷が小さい場合）には、バルブ１２ａの開き時間が長くなるようにコイル１２ｂへの通電量が小さな値に設定される。この場合、図２（Ｂ）に示されるように、高圧室Ｃ３は液通路Ｌ１からソレノイドバルブ１２の液室Ｃ４を経て、更に液通路Ｌ２を通して斜板室Ｃ１に連通しているため、斜板室Ｃ１の内圧が次第に高くなる（低圧ポートＰ１から抜ける圧力に比べて高圧室Ｃ３での高圧の影響の方が大きい）。

斜板室Ｃ１の内圧が低圧室Ｃ２の内圧よりも大きくなると、斜板１３の図示下部が右向きに移動し、斜板１３の傾き（鉛直方向の基準線に対する傾き）が小さくなる。これにより、ピストン１４のストロークが小さくなって、冷媒吐出容量が少なくなる。

図１に戻って、エアコンＥＣＵ６０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータ６１と、ソレノイドバルブ１２のコイル１２ｂに駆動電流を流すソレノイドバルブ駆動回路６２とを主要構成部品としている。ＲＯＭには、ソレノイドバルブ１２のバルブ１２ａの駆動周波数、すなわち図２（Ｃ）で示したスイッチング周期Ｔ0を変更するための図３の周波数制御プログラムと、コイル１２ｂへの通電量、すなわち図２（Ｃ）で示したＯＮ時間ｔ0を変更するための図４の通電量制御プログラムとが記憶されており、マイクロコンピュータ６１は、各制御プログラムを並行して繰り返し実行する。マイクロコンピュータ６１が本発明の周波数制御手段、決定手段及び通電量制御手段に相当する。

エアコンＥＣＵ６０には、操作パネル６３及び各種センサ群６４が電気的に接続されている。操作パネル６３は、ブロワモータの風量を変更するためのブロワコントロールスイッチや温度を設定するための温度コントロールスイッチ、電磁クラッチ１１をオン・オフするためのＡ／Ｃスイッチなどの各種スイッチに加えて、上記各種スイッチにより切り替えられた各モード、及び設定温度を表示するための表示部（例えば、ＬＣＤ）を備えている。

各種センサ群６４は、車室内の内気温度を検出する内気温センサ、外気温度を検出する外気温センサ、日射量を検出する日射センサ、エバポレータ後温度センサなどで構成されている。操作パネル６３の各種スイッチや各種センサ群６４からの入力値は、図４の通電量制御プログラムの実行時に参照される。

次に、上記のように構成された本実施例１の作動について説明する。エアコンＥＣＵ６０のマイクロコンピュータ６１は、可変容量コンプレッサ１０の駆動状態（ソレノイドバルブ１２の駆動状態）において、図３の周波数制御プログラムを所定の短時間毎に繰り返し実行する。

この周波数制御プログラムにおいて、マイクロコンピュータ６１は、最初にバルブ１１ａの駆動周波数ｆの初期値ｆiniを決定する（Ｓ１）。バルブ１１ａは、図２（Ｃ）に示したように、その初期状態において基準となるスイッチング周期がＴ0に設定されている。このため、駆動周波数ｆの初期値ｆiniは、例えば次式（１）に基づいて決定することができる。
ｆini＝１／Ｔ0 ・・・（１）
なお、駆動周波数ｆの初期値ｆiniは、上記の場合に限らず、共振周波数帯（図５参照）を除いた、駆動周波数ｆとして許容される範囲内に属する適宜の値を採用することができる。

次に、マイクロコンピュータ６１は、周波数変化方向の初期値、すなわち周波数変化方向を“上昇”とするか“下降”とするかを決定する（Ｓ２）。この場合、どちらの変化方向に決定しても問題がなく、この実施例１では周波数変化方向を“上昇”に決定した場合について説明する。

この場合、周波数変化方向が“上昇”であるので（Ｓ３：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ６１は、ステップＳ４以降の処理を実行する。ステップＳ４では、駆動周波数の初期値ｆiniに、所定の単位時間Δｔごとの周波数変化量である単位周波数Δｆを加算した値を駆動周波数ｆとする。この場合、単位時間Δｔ及び単位周波数Δｆについては適宜の値を採用することができる。

ステップＳ５では、駆動周波数ｆが上限ｆmaxに達したか否かを判断する（図５参照）。ここで、図５中、ｆmaxはバルブ１２ａの駆動周波数ｆとして許容される範囲の上限（上限周波数）を意味し、ｆminはその範囲の下限（下限周波数）を意味する。つまり、駆動周波数ｆが上限ｆmaxと下限ｆmin間で変動している限り、バルブ１２ａの駆動には何ら支障が及ばないようになっている。

駆動周波数ｆが上限ｆmaxに達していなければ（Ｓ５：ＮＯ）、ステップＳ３〜Ｓ５の処理が繰り返し実行される。これにより、図５に示されるように、駆動周波数ｆが単位時間Δｔごとに単位周波数Δｆずつ増加（時間に比例して周波数が線形的に増加）することとなる。ステップＳ３〜Ｓ５の処理の実行中に、駆動周波数ｆが上限の周波数ｆmaxに達すると（Ｓ５：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ６１は、周波数変化方向を“下降”に設定する（Ｓ６）。これにより、図５に示されるように、周波数方向が“上昇”から“下降”に転じる。

周波数方向が“下降”に設定された後、マイクロコンピュータ６１は、ステップＳ７以降の処理を実行する（Ｓ３：ＮＯ）。ステップＳ７では、上限ｆmaxから、単位時間Δｔごとの周波数変化量である単位周波数Δｆを減算した値を新たな駆動周波数ｆとする。

ステップＳ８では、駆動周波数ｆが下限ｆminに達したか否かを判断する。この段階では、駆動周波数ｆが下限ｆminに達していないので（Ｓ８：ＮＯ）、ステップＳ３，Ｓ７，Ｓ８の処理が繰り返し実行される（Ｓ３：ＮＯ、Ｓ８：ＮＯ）。これにより、図５に示されるように、駆動周波数ｆが単位時間Δｔごとに単位周波数Δｆずつ減少（時間に比例して周波数が線形的に減少）することとなる。ステップＳ３，Ｓ７，Ｓ８の処理の実行中に、駆動周波数ｆが下限の周波数ｆminに達すると（Ｓ８：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ６１は、周波数変化方向を“上昇”に設定する（Ｓ９）。これにより、図５に示されるように、周波数方向が“下降”から“上昇”に転じる。以降は上記と同様にして、ステップＳ３〜Ｓ５の処理が繰り返し実行される。

このように、ソレノイドバルブ１２におけるバルブ１２ａの駆動周波数ｆが単位時間Δｔごとに単位周波数Δｆずつ変更される。その結果、車両システムとの共振が発生する共振周波数帯（例えば図５中の二点鎖線間の領域Δｆrz）でバルブ１２ａが駆動されるのは極僅かな時間だけとなるので、ユーザが共振に伴う振動音に気付きにくくすることができる。

マイクロコンピュータ６１は、図３の周波数制御プログラムを実行するのと並行して、図４の通電量制御プログラムを実行している。この通電量制御プログラムの実行時において、マイクロコンピュータ６１は、操作パネル６３のスイッチや各種センサ群６４の入力値に応じて、周知の方法により目標エバポレータ温度を決定し、例えば実際のエバポレータ温度が目標エバポレータ温度に近付くようにソレノイドバルブ１２のデューティ比を決定する（Ｓ１１）。具体的には、例えば図６（Ａ）に示されるように、基準となるスイッチング周期Ｔ0に対するコイル１２ｂへの通電量（ＯＮ時間ｔ0）を決定する。

この場合、図３の周波数制御プログラムの実行による、バルブ１２ａの駆動周波数ｆの変更に応じて、ステップＳ１１で決定されたデューティ比が維持されるように、ＯＮ時間の長さを変更して設定する（Ｓ１２）。例えば、図３の周波数制御プログラムにおいてステップＳ３〜Ｓ５の処理が繰り返し実行され、図６（Ｂ）に示されるようにバルブ１２ａの駆動周波数ｆが単位時間Δｔごとに単位周波数Δｆずつ増加している場合、すなわちスイッチング周期が徐々に短くなっている場合には、決定されたデューティ比（＝ｔ0／Ｔ0）が維持されるように、現在のスイッチング周期Ｔ1（＜Ｔ0）に対応するＯＮ時間ｔ1（＜ｔ0）を設定する。

これに対し例えば、図３の周波数制御プログラムにおいてステップＳ３，Ｓ７，Ｓ８の処理が繰り返し実行され、図６（Ｃ）に示されるようにバルブ１２ａの駆動周波数ｆが単位時間Δｔごとに単位周波数Δｆずつ減少している場合、すなわちスイッチング周期が徐々に長くなっている場合には、決定されたデューティ比（＝ｔ0／Ｔ0）が維持されるように、現在のスイッチング周期Ｔ2（＞Ｔ0）に対応するＯＮ時間ｔ2（＞ｔ0）を設定する。

このように、バルブ１２ａの駆動周波数ｆが変動している場合でも、決定されたデューティ比（＝ｔ0／Ｔ0）が維持されるようにコイル１２ｂへの通電量が制御されることで、可変容量コンプレッサ１０による冷媒吐出に悪影響を与えないようにすることができる。

ただし、上述したように、バルブ１２ａの駆動周波数ｆが上限ｆmaxと下限ｆmin間で変動している限り、バルブ１２ａの駆動に何ら支障が及ぶことはないので、図６（Ｂ）に代えて例えば図６（Ｄ）、図６（Ｃ）に代えて例えば図６（Ｅ）となるように、スイッチング周期の変動にかかわらず、ステップＳ１１で決定されたＯＮ時間ｔ0に設定することも可能である。

上記実施例１では、車両用空調装置のコンプレッサとして、コイル１２ｂへの通電量に応じて圧縮後の冷媒の吐出容量を変更可能な可変容量コンプレッサ１０を採用した場合について説明したが、これに限らず、例えば図７に示されるような電動式コンプレッサ１１０を採用してもよい。また、この実施例２では、エアコンＥＣＵ１６０のマイクロコンピュータ１６１が、上記図３の周波数制御プログラムを実行するように構成されている。

電動式コンプレッサ１１０は、駆動源としての電動モータ（可変速電動機）１１１を備え、電動モータ１１１の回転速度の変化に応じて冷媒吐出容量を変更可能とされている。電動モータ１１１は、インバータ（回転数変更手段）１１２を介してエアコンＥＣＵ１６０に電気的に接続されている。

マイクロコンピュータ１６１は、図３の周波数制御プログラムを繰り返し実行し、ステップＳ４，Ｓ７の処理により駆動周波数ｆが変更された場合には、変更後の駆動周波数ｆで電動モータ１１１が駆動されるように、インバータ１１２に制御信号を出力する。インバータ１１２は、マイクロコンピュータ１６１からの制御信号に基づいて、商用電源の周波数を駆動周波数ｆに変更した上で電動モータ１１１に供給する。

この実施例２では、電動モータ１１１の駆動周波数ｆが単位時間Δｔごとに単位周波数Δｆずつ変更される（Ｓ４，Ｓ７）。これにより、上記実施例１と同様、車両システムとの共振が発生する共振周波数帯で電動モータ１１１が駆動されるのは極く短時間だけとなるので（図５参照）、ユーザが共振に伴う振動音に気付きにくくすることができる。

なお、上記実施例１，２では、周波数方向が“上昇”の場合と“下降”の場合とで駆動周波数ｆが変動するときの単位時間Δｔを同じ長さに設定し、また単位周波数Δｆも同じ大きさに設定していたが、“上昇”の場合と“下降”の場合とで単位時間Δｔ及び／又は単位周波数Δｆを変えるようにしてもよい。

１ 冷凍システム
１０ 可変容量コンプレッサ
１２ ソレノイドバルブ
１２ａ バルブ
１２ｂ コイル
５０ エバポレータ
６０，１６０ エアコンＥＣＵ
６１ マイクロコンピュータ（周波数制御手段、決定手段、通電量制御手段）
１１０ 電動式コンプレッサ
１１１ 電動モータ
１１２ インバータ
１６１ マイクロコンピュータ（周波数制御手段）

Claims (4)

1. エバポレータ内で気化した冷媒を吸入圧縮し、ソレノイドバルブへの通電量に応じて圧縮後の冷媒の吐出容量を変更可能な可変容量コンプレッサと、
   前記ソレノイドバルブの駆動周波数を、予め定められた単位時間ごとに予め定められた単位周波数ずつ変更することにより、該ソレノイドバルブの駆動周波数として許容される範囲の下限と上限間で繰り返し変動させる周波数制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用空調装置。
2. エバポレータ内で気化した冷媒を、電動モータの駆動に応じて吸入圧縮し、吐出する電動式コンプレッサと、
   前記電動モータの駆動周波数を変更可能なインバータと、
   前記インバータを介して前記電動モータの駆動周波数を、予め定められた単位時間ごとに予め定められた単位周波数ずつ変更することにより、前記電動モータの駆動周波数として許容される範囲の下限と上限間で繰り返し変動させる周波数制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用空調装置。
3. 前記周波数制御手段は、前記駆動周波数が上限に達したとき、該駆動周波数を前記単位時間ごとに前記単位周波数ずつ減らすことにより、該駆動周波数の変化方向を下降側に設定し、前記駆動周波数が下限に達したとき、該駆動周波数を前記単位時間ごとに前記単位周波数ずつ増やすことにより、該駆動周波数の変化方向を上昇側に設定する請求項１又は２に記載の車両用空調装置。
4. 前記ソレノイドバルブのデューティ比を決定する決定手段と、
   前記決定手段により決定されたデューティ比に基づいて前記ソレノイドバルブへの通電量を制御する通電量制御手段と、を備え、
   前記通電量制御手段は、前記周波数制御手段により前記ソレノイドバルブの駆動周波数が変更されているとき、前記決定されたデューティ比が維持されるように該ソレノイドバルブへの通電量を制御する請求項１に記載の車両用空調装置。

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