JP2014233997A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の室内温度を実測するセンサによらずに、現在の室内温度を知得する。【解決手段】エアコンディショナのエバポレータまたはその近傍の温度を検出し、検出したエバポレータ温度が上限値以上となったときに冷媒圧縮用のコンプレッサを稼働させ、エバポレータ温度が下限値以下となったときに同コンプレッサを停止させるとともに、コンプレッサの稼働時間ＴONと停止時間ＴOFFとのうち少なくとも一方の長さに基づいて、現在の室内の温度を推測する。稼働時間ＴONが長いほど、停止時間ＴOFFが短いほど、または両者の比ＴON／ＴOFFが大きいほど、現在の室内温度は高いと考えられる。【選択図】図４

Description

本発明は、エアコンディショナが搭載された車両に実装される制御装置に関し、特に、現在の室内温度を実測するセンサを持たないシステムの制御装置に関する。

車両の室内の温度調節のために働くエアコンディショナは、機関から駆動力の伝達を受けて回転するコンプレッサにより冷媒を圧縮し、その圧縮した冷媒をコンデンサにおいて放熱させ液化した後、エバポレータに導いて気化させ、室内の空気と熱交換するものである。

機関とコンプレッサとの間には、両者を断接するマグネットクラッチが介在している。エバポレータの近傍には、エバポレータの温度を計測するためのセンサ（サーミスタ）が設けられている。通常は、エバポレータ温度が上限値（例えば、３℃）以上となったときに、マグネットクラッチを締結してコンプレッサの稼働を開始する。そして、エバポレータ温度が下限値（例えば、１℃）以下となったときに、マグネットクラッチを開放してコンプレッサの稼働を停止する（下記特許文献を参照）。

マニュアル式のエアコンディショナシステムでは、現在の室内温度を参照したフィードバック制御を行わない。それ故、マニュアル式のエアコンディショナを搭載した車両には、室内温度を計測するためのセンサが設置されない。だが、エアコンディショナの制御以外の目的でも、現在の室内温度を知得したいという要望がある。例えば、窓ガラスの曇りは、室内温度と外気温度との差によって生ずる。窓の曇りやすさの程度を推し量るには、外気温度とともに室内温度を知る必要がある。

特開２０１１−２３５８１５号公報

本発明は、車両の室内温度を実測するセンサによらずに現在の室内温度を知得することを所期の目的とする。

上述した課題を解決するべく、本発明では、ブロワが吐出する空気をエバポレータに当てた上で室内に送風するエアコンディショナが搭載された車両に実装される制御装置であって、エバポレータまたはその近傍の温度を検出し、検出したエバポレータ温度が上限値以上となったときに冷媒圧縮用のコンプレッサを稼働させ、エバポレータ温度が下限値以下となったときに同コンプレッサを停止させるとともに、コンプレッサの稼働時間と停止時間とのうち少なくとも一方の長さに基づいて室内の温度を推測する制御装置を構成した。

空気の湿度が高まる雨中では、空気の比熱容量が大きくなる。即ち、ブロワが吐出する一定流量の空気からエバポレータが受け取る熱量が増大する。よって、室内温度が同じであったとしても、空気が乾燥している場合と湿っている場合とでは、後者の方がエバポレータの温度上昇が速くなり、コンプレッサの停止時間が短く、コンプレッサの稼働時間が長くなる。つまり、コンプレッサの停止時間や稼働時間が同等であるならば、湿った空気の方が乾燥した空気よりも低温ということになる。そこで、窓を払拭するワイパが作動している場合には、そうでない場合と比較して、同じコンプレッサの稼働時間または停止時間に対して室内温度をより低く見積もることが好ましい。

本制御装置は、例えば、窓に付設した電熱線に通電することで当該窓の曇りを取り除くデフォッガ（または、デフロスタ）を制御するものであり、電熱線への通電時間と非通電時間との比を、推測した室内温度と外気温度との差分に応じて変更する。

本発明によれば、車両の室内温度を実測するセンサによらずに現在の室内温度を知得することが可能となる。

本発明の一実施形態における内燃機関の構成を示す図。 同実施形態におけるエアコンディショナの構成を示す図。 同実施形態におけるマグネットクラッチ及びファンモータ、デフォッガへの通電回路及び制御装置を示す回路図。 同実施形態の制御装置がエアコンディショナのコンプレッサについて実行する制御の内容を示すタイミング図。 同実施形態の制御装置がデフォッガについて実行する制御の内容を示すタイミング図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。内燃機関は、例えば火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

図２に、車両の室内の空調を行うエアコンディショナ５の構成を示す。エアコンディショナ５は、冷媒を圧縮するコンプレッサ５１と、圧縮された冷媒を放熱させて液化させるコンデンサ５２と、コンデンサ５２を強制的に空冷するためのコンデンサファン５３と、液化しなかった気体の冷媒を液化した冷媒から分離するレシーバ５４と、液化した冷媒を噴出させるエキスパンションバルブ５５と、噴出して気化した冷媒を受け入れ室内の空気と熱交換させるエバポレータ５６と、高温化した内燃機関の冷却水を受け入れ室内の空気と熱交換させるヒータコア５９と、室内の空気を吸引しエバポレータ５６に向けて吐出してその空気を再び室内に送り込むブロワファン５７と、ブロワファン５７から吐出されエバポレータ５６を通り抜けた空気をどの程度ヒータコア５９に吹き当てるかを調節するエアミックスダンパ５０とを要素とする。コンプレッサ５１、コンデンサ５２、レシーバ５４、エキスパンションバルブ５５及びエバポレータ５６は、ループする冷媒流路により接続してある。

コンプレッサ５１は、内燃機関のクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて回転する。クランクシャフトとコンプレッサ５１との間には、両者の接続を断接切換可能なマグネットクラッチ５８が介在する。

コンデンサ５２は、車両のエンジンルームにおける走行風が当たる部位に配置しており、コンデンサファン５３を回転させているか否かにかかわらず、車両の走行中にエンジンルームに吹き込む走行風により冷却される。コンデンサ５２の背後には、内燃機関の冷却水を放熱させるラジエータ７が控えている。ラジエータ７もまた、走行風により冷却される。

コンデンサファン５３は、ラジエータ７を強制的に空冷するためのラジエータファンを兼ねている。コンデンサファン５３は、ラジエータ７の背後に位置しており、前方から空気を吸引して後方に吐出することで、コンデンサ５２及びラジエータ７をともに冷却する。

ブロワファン５７から吐出された空気は、エバポレータ５６を通過する際に、冷媒から冷熱を得（冷媒に熱を奪われ）て低温化する。同時に、当該空気に含まれていた水蒸気が凝縮してエバポレータ５６に付着し、湿度が低下する。エバポレータ５６は、夏期に室内の温度を低下させる冷房のためだけでなく、冬季に室内の湿度を低下させて車両の窓ガラスの曇りを低減する役割をも担う。

本実施形態のエアコンディショナ５は、マニュアル式のものである。マニュアル式のカーエアコンシステムでは、現在の室内温度を参照したフィードバック制御を実施しない。それ故、本実施形態の車両には、室内温度を実測するためのセンサが設置されていない。

エアミックスダンパ５０は、エバポレータ５６を通過した空気のうち、ヒータコア５９を通過して室内に向かう空気の量と、ヒータコア５９を迂回して室内に向かう空気の量との割合を調節する。このエアミックスダンパ５０により、室内に吹き出す風の温度を調整することが可能である。

車両の窓、特にリアウィンドウには、デフォッガ（デフロスタ）８を敷設してある。デフォッガ８は、電熱線に通電することで当該電熱線ひいては窓ガラスを熱し、窓の曇りを取り除くものである。

並びに、車両の窓、特にフロントウィンドウやリアウィンドウには、これを払拭するためのワイパ（図示せず）を装備している。

図３に、マグネットクラッチ５８、コンデンサファン５３を駆動するファンモータ５３１、ブロワファン５７を駆動するファンモータ５７１、及びデフォッガ８に通電する電気回路６を示す。電源となるのは、車載のバッテリ６１、及び／または、内燃機関のクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて回転し発電するオルタネータ６２である。

回路６上のリレースイッチ６３がＯＮになると、マグネットクラッチ５８に通電されてこれが締結し、コンプレッサ５１が回転して冷媒を圧縮する作動状態となる。リレースイッチ６４がＯＮになると、ファンモータ５３１に通電されてコンデンサファン５３が回転する作動状態となる。リレースイッチ６５がＯＮになると、ファンモータ５７１に通電されてブロワファン５７が回転する作動状態となる。並びに、リレースイッチ６６がＯＮになると、デフォッガ８を構成する電熱線に通電されて電熱線が加熱される作動状態となる。因みに、リレー６３、６４、６５、６６は、パワートランジスタやＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子に置き換えられてもよい。

本実施形態の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、エアコンディショナ５のエバポレータ５６またはその下流部位の温度を検出する温度センサから出力されるエバポレータ温信号ｆ、外気の温度を検出する温度センサから出力される外気温信号ｇ、デフォッガ８を作動させる意思を有した搭乗者がその旨を指令する目的で操作するスイッチから出力される操作信号ｐ、ワイパを作動させる意思を有した搭乗者がその旨を指令する目的で操作するスイッチから出力される操作信号ｑ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、リレースイッチ６３に対してＯＮ（通電）信号ｌ、リレースイッチ６４に対してＯＮ信号ｍ、リレースイッチ６５に対してＯＮ信号ｎ、リレースイッチ６６に対してＯＮ信号ｏ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｐ、ｑを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏを出力インタフェースを介して印加する。

エアコンディショナ５を作動させるにあたり、ＥＣＵ０は、リレースイッチ６５をＯＮにしてブロワファン５７を回転させる。加えて、リレースイッチ６３をＯＮにしてマグネットクラッチ５８を締結し、コンプレッサ５１を稼働して冷媒を循環させる。さらに、必要に応じて、リレースイッチ６４をＯＮにしてコンデンサファン５３を回転させる。コンデンサファン５３は、コンデンサ５２における冷媒の冷却を強化する。

ＥＣＵ０は、エアコンディショナ５の運転中、エバポレータ５６の温度信号ｆに基づいて、コンプレッサ５１の稼働と停止とを交互に切り換える。即ち、コンプレッサ５１が駆動されている状態で、エバポレータ５６の温度が下限値（例えば、１℃）よりも低下したならば、マグネットクラッチ５８を開放してコンプレッサ５１を停止させる。

コンプレッサ５１が停止している状態で、エバポレータ５６の温度が上限値（例えば、３℃。この上限値は、前記下限値よりも高い）まで上昇したならば、マグネットクラッチ５８を再び締結してコンプレッサ５１を駆動する。これにより、図４に示すように、エアコンディショナ５の運転中、コンプレッサ５１は断続的に稼働されることとなる。このような稼働と停止との切り換えは、冷媒の冷熱によってエバポレータ５６に付着する結露（凝縮水）の凍結（フロスト）を抑止する意図でもある。

しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、断続的に稼働／停止が切り替わるコンプレッサ５１の稼働時間Ｔ_ON及び／または停止時間Ｔ_OFFの長さに基づいて、現在の室内の温度を推測する。

コンプレッサ５１の稼働時間Ｔ_ONは、室内温度が高いほど長く、室内温度が低いほど短くなる。逆に、コンプレッサ５１の停止時間Ｔ_OFFは、室内温度が高いほど短く、室内温度が低いほど長くなる。従って、稼働時間Ｔ_ONが長いほど、停止時間Ｔ_OFFが短いほど、または、稼働時間と停止時間との比Ｔ_ON／Ｔ_OFFが大きいほど、現在の室内温度を高く推定する。

なお、空気の湿度が高まる雨中は、空気の比熱容量が大きくなる。即ち、ブロワファン５７が吐出する一定流量の空気からエバポレータ５６が受け取る熱量が増大する。よって、室内温度が同じであったとしても、空気が乾燥している場合と湿っている場合とでは、後者の方がエバポレータ５６の温度上昇が速くなり、コンプレッサ５１の稼働時間Ｔ_ONは長くなり、停止時間Ｔ_OFFは短くなる。つまり、稼働時間Ｔ_ONや停止時間Ｔ_OFFが同等であるならば、湿った空気の方が乾燥した空気よりも低温ということになる。

そこで、窓を払拭するワイパが作動している場合には、そうでない場合と比較して、同じコンプレッサ５１の稼働時間Ｔ_ON及び／または停止時間Ｔ_OFFに対して、現在の室内温度をより低く見積もることとする。ワイパが作動している事実は、現在雨中にあることを示唆する。現在ワイパが作動しているか否かは、ワイパを作動させるために搭乗者が操作するスイッチの出力信号ｑを参照して知得することができる。

さらに、本実施形態のＥＣＵ０は、デフォッガ８を作動させるにあたり、その電熱線に通電する時間Ｅ_ONの長さを、コンプレッサ５１の稼働時間Ｔ_ON及び／または停止時間Ｔ_OFFの長さに基づいて推測した室内温度と、外気温センサ（または、吸気温センサ）を介して実測した外気温度との差分に応じて変更する。

ＥＣＵ０は、デフォッガ８を作動させるために搭乗者が操作するスイッチの出力信号ｐを参照し、デフォッガ８を作動させるか否かを判断する。操作信号ｐにより、デフォッガ８を作動させるべき旨の搭乗者の意思が示されているならば、デフォッガ８の電熱線への通電を行う。さもなくば、デフォッガ８の電熱線への通電を行わない。

デフォッガ８を作動させて窓の曇りを取る際、ＥＣＵ０は常に電熱線に通電し続けるわけではない。図５に示すように、本実施形態のＥＣＵ０は、電熱線への通電と停止とを交互に切り換える。電熱線に通電する時間Ｅ_ONが長いほど、通電しない時間Ｅ_OFFが短いほど、または、通電時間と非通電時間との比Ｅ_ON／Ｅ_OFFが大きいほど、電熱線の温度は上昇し、電熱線が消費する電力が大きくなる。

車体の窓は、現在の室内温度と外気温度との差が大きいほど曇りやすい。即ち、空気に含まれている水蒸気が凝縮した凝縮水が窓に付着しやすい。逆に、現在の室内温度と外気温度との差が小さいほど、窓は曇りにくい。そこで、ＥＣＵ０は、推測した室内温度と実測の外気温度との差分（の絶対値）を求め、その差分が大きいほど通電時間と非通電時間との比Ｅ_ON／Ｅ_OFFを大きくする。

これにより、窓が比較的曇りやすい状況ではデフォッガ８の電熱線を大いに加熱して十分に窓の曇りを取ることができ、窓が比較的曇りにくい状況ではデフォッガ８の電熱線に与える電力を低減することができる。デフォッガ８その他の電装系に供給される電力は、内燃機関のクランクシャフトから駆動力の供給を受けて回転する発電機（図示せず）により発電されている。つまり、電熱線に与える電力を削減することは、内燃機関の燃料消費を抑制し、燃費性能を実効的に向上させることにつながる。

本実施形態では、ブロワ５７が吐出する空気をエバポレータ５６に当てた上で室内に送風するエアコンディショナ５が搭載された車両に実装される制御装置０であって、エバポレータ５６またはその近傍の温度を検出し、検出したエバポレータ温度が上限値以上となったときに冷媒圧縮用のコンプレッサ５１を稼働させ、エバポレータ温度が下限値以下となったときに同コンプレッサ５１を停止させるとともに、コンプレッサ５１の稼働時間Ｔ_ONと停止時間Ｔ_OFFとのうち少なくとも一方の長さに基づいて室内の温度を推測する制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、車両の室内温度を実測するセンサによらずに現在の室内温度を知得することができる。室温センサを設置せずに済むことから、コストの低廉化に寄与し得る。

窓を払拭するワイパが作動している場合には、そうでない場合と比較して、同じコンプレッサ５１の稼働時間Ｔ_ONまたは停止時間Ｔ_OFFに対して室内温度をより低く見積もるようにしているため、晴天か雨天かによって変化する空気の比熱容量の影響を加味してより精確に室内温度を推測することが可能となる。

本制御装置０は、窓に付設した電熱線に通電することで当該窓の曇りを取り除くデフォッガ８を制御するに際し、電熱線への通電時間と非通電時間との比Ｅ_ON／Ｅ_OFFを、推測した室内温度と外気温度との差分に応じて変更するものであるため、窓が比較的曇りやすい状況では電熱線を大いに加熱して十分に窓の曇りを取ることができ、窓が比較的曇りにくい状況では電熱線に与える電力を削減して省エネルギを図ることができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、現在の車両の室内温度の推定において、ブロワ５７がエバポレータ５６に向けて吐出する空気の流量を考慮に入れてもよい。

一般に、室内空気の温度はエバポレータ温度よりも高いことから、ブロワ５７の吐出風量が多いほど、エバポレータ５６の温度上昇が速くなる。即ち、コンプレッサ５１の稼働時間Ｔ_ONが長く、停止時間Ｔ_OFFが短くなる。従って、ブロワ５７の吐出風量が多い場合には、吐出風量が少ない場合と比較して、同じコンプレッサ５１の稼働時間Ｔ_ON及び／または停止時間Ｔ_OFFに対して、現在の室内温度をより低く見積もることが好ましい。

ブロワ５７の吐出風量は、エアフローメータ等を用いて直接計測してもよく、ファンモータ５７１の回転数から推測してもよい。あるいは、ファンモータ５７１に印加している電流及び／または電圧の大きさから推測してもよい。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、例えば、車両の窓に敷設されたデフォッガ等の制御に利用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
５…エアコンディショナ
５１…コンプレッサ
５６…エバポレータ
５７…ブロワ
８…デフォッガ
Ｅ_ON…電熱線への通電時間
Ｅ_OFF…電熱線への非通電時間
Ｔ_ON…コンプレッサの作動時間
Ｔ_OFF…コンプレッサの停止時間

Claims (3)

1. ブロワが吐出する空気をエバポレータに当てた上で室内に送風するエアコンディショナが搭載された車両に実装される制御装置であって、
   エバポレータまたはその近傍の温度を検出し、検出したエバポレータ温度が上限値以上となったときに冷媒圧縮用のコンプレッサを稼働させ、エバポレータ温度が下限値以下となったときに同コンプレッサを停止させるとともに、
   コンプレッサの稼働時間と停止時間とのうち少なくとも一方の長さに基づいて室内の温度を推測する制御装置。
2. 窓を払拭するワイパが作動している場合には、そうでない場合と比較して、同じコンプレッサの稼働時間または停止時間に対して室内温度をより低く見積もる請求項１記載の制御装置。
3. 窓に付設した電熱線に通電することで当該窓の曇りを取り除くデフォッガを制御するものであり、
   電熱線への通電時間と非通電時間との比を、推測した室内温度と外気温度との差分に応じて変更する請求項１または２記載の制御装置。

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