JP2019010913A - Air conditioner for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力の無駄を削減できる車両用空調装置に関する。 The present invention relates to a vehicle air conditioner that can reduce waste of electric power.
車両用空調装置には、空調風を温める熱交換システムと、空調風を冷却する熱交換システムとが備わっている。空調風を冷却する熱交換システムは、空調風を冷却するエバポレータ、圧縮回転軸の回転に伴い冷媒を圧縮する圧縮機構を有するコンプレッサ、コンプレッサで圧縮された冷媒を冷却するコンデンサ、コンデンサを経た冷媒をエバポレータ内の循環路に噴霧するエキスパンションバルブなどを備える。 The vehicle air conditioner includes a heat exchange system that warms the conditioned air and a heat exchange system that cools the conditioned air. The heat exchange system that cools the air-conditioning air includes an evaporator that cools the air-conditioning air, a compressor having a compression mechanism that compresses the refrigerant as the compression rotation shaft rotates, a condenser that cools the refrigerant compressed by the compressor, and a refrigerant that has passed through the condenser. An expansion valve for spraying the circulation path in the evaporator is provided.
コンプレッサの動作は、電気で行なわれる場合もあるが、エンジンの回転動力を利用することが多い。例えば特許文献1,2の車両用空調装置では、ベルトを介してクランクシャフトに連動して回転するコンプレッサプーリを必要に応じて圧縮回転軸に接続するマグネットクラッチを用いた構成を採用している。さらに、特許文献1には、コンプレッサで圧縮された冷媒の圧力を検知し、その検知結果に基づいてコンプレッサを停止させる構成が記載されている。また、特許文献2には、冷媒の圧力の検知結果に基づいてコンデンサを冷却する冷却ファンを停止させる構成が記載されている。
The operation of the compressor is sometimes performed by electricity, but often uses the rotational power of the engine. For example, the vehicle air conditioners disclosed in
従来の構成ではマグネットクラッチをONにする場合、マグネットクラッチに一定の最大電圧を印加しており、不必要な電力を消費していた。例えば、冷媒の圧力がそれほど高まっていない場合、コンプレッサの圧縮回転軸を回転させるために必要なトルクは小さくて良い。その場合、マグネットクラッチに印加する電圧が最大電圧よりも低くても、マグネットクラッチが滑ってコンプレッサプーリが空転することはなく、最大電圧と実際に必要な印加電圧との差の分だけ電力を無駄にしていると言える。 In the conventional configuration, when the magnet clutch is turned on, a certain maximum voltage is applied to the magnet clutch, and unnecessary power is consumed. For example, when the refrigerant pressure is not so high, the torque required to rotate the compression rotation shaft of the compressor may be small. In that case, even if the voltage applied to the magnet clutch is lower than the maximum voltage, the magnet clutch will not slip and the compressor pulley will not run idle, and power is wasted by the difference between the maximum voltage and the actually required applied voltage. It can be said that
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電力の無駄を削減できる車両用空調装置を提供することを目的の一つとする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vehicle air conditioner that can reduce waste of electric power.
本発明の一態様に係る車両用空調装置は、
圧縮回転軸の回転に伴い冷媒を圧縮する圧縮機構を有するコンプレッサと、
エンジンの動力で回転するコンプレッサプーリを必要に応じて前記圧縮回転軸に接続するマグネットクラッチと、
前記コンプレッサで圧縮された前記冷媒の圧力を検知する圧力検知器と、
所定の印加電圧で前記マグネットクラッチの動作を制御する制御部と、を備える車両用空調装置であって、
前記制御部は、前記圧力検知器の検知結果に基づいて、前記コンプレッサプーリのトルクを前記圧縮回転軸に伝達させて前記圧縮回転軸を回転させるために必要な前記印加電圧を求める電圧導出部を備える。
An air conditioner for a vehicle according to an aspect of the present invention provides:
A compressor having a compression mechanism for compressing the refrigerant with rotation of the compression rotation shaft;
A magnet clutch that connects a compressor pulley that rotates with the power of the engine to the compression rotation shaft as required;
A pressure detector for detecting the pressure of the refrigerant compressed by the compressor;
A vehicle air conditioner comprising: a control unit that controls the operation of the magnet clutch with a predetermined applied voltage;
The control unit includes a voltage deriving unit that obtains the applied voltage necessary to rotate the compression rotating shaft by transmitting torque of the compressor pulley to the compression rotating shaft based on a detection result of the pressure detector. Prepare.
本発明の一態様に係る車両用空調装置の一形態として、
前記制御部は、
前記エンジンの回転数に応じた前記冷媒の圧力が得られているかを判断する動作判断部を備え、
前記動作判断部の判断結果に応じて、前記印加電圧を補正する、または前記マグネットクラッチを停止させる形態を挙げることができる。
As one form of the vehicle air conditioner which concerns on 1 aspect of this invention,
The controller is
An operation determining unit that determines whether or not the pressure of the refrigerant according to the rotational speed of the engine is obtained;
A mode in which the applied voltage is corrected or the magnet clutch is stopped according to the determination result of the operation determination unit can be mentioned.
上記車両用空調装置によれば、冷媒の圧力に応じて、コンプレッサプーリのトルクを圧縮回転軸に伝達できる可変の電圧をマグネットクラッチに印加するため、冷房の作動に伴う電力の無駄を削減することができる。 According to the vehicle air conditioner described above, a variable voltage that can transmit the torque of the compressor pulley to the compression rotating shaft is applied to the magnet clutch in accordance with the pressure of the refrigerant, so that waste of electric power accompanying the cooling operation is reduced. Can do.
エンジンの回転数に応じた冷媒の圧力が得られているかを判断することで、コンプレッサプーリの空転やコンプレッサの故障などを把握し、必要な対応を行うことができる。例えば、印加電圧を補正しコンプレッサプーリのトルクを圧縮回転軸に伝達できるようにする。また、最大電圧でマグネットクラッチを動作させても冷媒の圧力上昇が認められないときは、コンプレッサの故障と判断して、マグネットクラッチを停止させる。 By determining whether or not the refrigerant pressure corresponding to the engine speed is obtained, it is possible to grasp the idling of the compressor pulley, the compressor failure, etc., and take necessary measures. For example, the applied voltage is corrected so that the torque of the compressor pulley can be transmitted to the compression rotating shaft. If no increase in the refrigerant pressure is recognized even when the magnet clutch is operated at the maximum voltage, it is determined that the compressor has failed, and the magnet clutch is stopped.
以下、本発明の車両用空調装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されず、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Hereinafter, an embodiment of a vehicle air conditioner of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and it is intended that all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included.
<実施形態1>
≪全体構成≫
図1に示す実施形態1の車両用空調装置1は、冷媒循環路10に設けられるコンプレッサ2、コンデンサ5、リザーバ6、エキスパンションバルブ7、およびエバポレータ8を備え、制御部4によって制御される。本例のコンプレッサ2は、圧縮回転軸2sの回転に伴い冷媒を圧縮する圧縮機構、例えばスクロール式圧縮機構またはベーン式圧縮機構を有する。制御部4としては、EUC(electric control unit)を利用することができる。冷媒循環路10のうち、例えばリザーバ6とエキスパンションバルブ7との間には、圧縮された冷媒の圧力を検知する圧力センサ(圧力検知器)3が設けられており、冷媒の圧力を監視できるようになっている。圧力センサ3は、コンプレッサ2よりも下流で、エキスパンションバルブ7よりも上流であれば、どの位置に設けてもかまわない。これらの部材2,5,6,7,8には公知の構成を利用することができる。
<
≪Overall structure≫
The
本例のコンプレッサ2は、エンジン9の回転動力を利用して冷媒を圧縮する。具体的には、図示しないベルトなどでエンジン9のクランクシャフトとコンプレッサプーリ20とを連動させ、コンプレッサ2を動作させるときに、コンプレッサプーリ20と圧縮回転軸2sとをマグネットクラッチ21で連結する。そうすることで、エンジン9の回転動力によって、コンプレッサ2の圧縮回転軸2sが回転し、冷媒が圧縮される。
The
≪本例の構成≫
本例の車両用空調装置1では、冷房時の電力の無駄を削減すべく、コンプレッサプーリ20のトルクを圧縮回転軸2sに伝達させて圧縮回転軸2sを回転させるために必要な分の電力のみをマグネットクラッチ21に供給する構成を採用している。以下、冷房時の電力の無駄を削減する構成を詳細に説明する。
<< Configuration of this example >>
In the
[電圧調整機構]
冷房時の電力の無駄を削減する構成として、本例の車両用空調装置1は、マグネットクラッチ21に印加する印加電圧を細かく調整できる電圧調整機構2Aを備える。本例の電圧調整機構2Aは、制御部4に設けたPulse Width Modulation(PWM)制御回路とリレー22とを用いている。PWM制御は、リレー22を高速でON/OFFすることで、マグネットクラッチ21に印加する電圧を変化させる制御である。リレー22は、+Bボルトの電源に接続されている。
[Voltage adjustment mechanism]
As a configuration for reducing waste of power during cooling, the
ここで、リレー22の代わりにスイッチング素子を用いてPWM制御を行なうこともできる。スイッチング素子は、マイクロセカンドオーダーでパルス電圧の印加周期を調整できるので、より精度の高い印加電圧の調整を行うことができる。
Here, PWM control can be performed using a switching element instead of the
[電圧導出部]
本例の車両用空調装置1は、冷房時の電力の無駄を削減する構成として、制御部4に設けられる電圧導出部40を備える。電圧導出部40は、圧力センサ3による冷媒の圧力の検知結果に基づいて、コンプレッサプーリ20のトルクを圧縮回転軸2sに伝達させて圧縮回転軸2sを回転させるために必要なマグネットクラッチ21への印加電圧を求める。つまり、電圧導出部40は、コンプレッサプーリ20が滑ってコンプレッサプーリ20よりも圧縮回転軸2sの角速度が遅くなったり、圧縮回転軸2sが回転しないといった不具合が生じない連結力をマグネットクラッチ21が発揮できる印加電圧を求める。ここで、電圧導出部40で求めた印加電圧は、マグネットクラッチ21に印加できる最大電圧(+Bボルト)以下である。
[Voltage deriving section]
The
印加電圧の導出には、試験などで予め求めておいた冷媒の圧力と印加電圧との相関関係を利用すると良い。例えば、後述する制御例の図4,5に示す相関関係を利用することが挙げられる。図4の相関関係は、コンプレッサ2によって圧縮された冷媒の圧力と、その圧力のときに圧縮回転軸2sを回転させるために必要なトルク(以下、必要トルク)と、の相関関係である。また、図5の相関関係は、マグネットクラッチ21への印加電圧と、その印加電圧のときに発生するトルク(伝達トルク)と、の相関関係である。これらの相関関係を用いてマグネットクラッチ21への印加電圧を決定する場合、電圧導出部40は、圧力センサ3から冷媒の圧力の情報を取得し、図4に示す相関関係に基づいてその冷媒の圧力に対応する必要トルクを求める。そして、電圧導出部40は、図5に示す相関関係に基づいて必要トルク以上の伝達トルクを得ることができるマグネットクラッチ21への印加電圧を求める。
For the derivation of the applied voltage, it is preferable to use the correlation between the pressure of the refrigerant and the applied voltage obtained in advance by a test or the like. For example, use of the correlation shown in FIGS. The correlation in FIG. 4 is a correlation between the pressure of the refrigerant compressed by the
上述した電圧導出部40で印加電圧を決定したら、制御部4のPWM回路によってリレー22を操作し、その印加電圧でマグネットクラッチ21を動作させる。リレー22の代わりにスイッチング素子を利用する場合、より精密に印加電圧を制御できる。
When the applied voltage is determined by the
[動作判断部]
本例の車両用空調装置1は更に、コンプレッサ2の動作状態を監視し、監視結果に応じた適切な対応を行なう構成を備える。本例では、制御部4に設けられる動作判断部41がその監視を行なう。動作判断部41は、エンジン9の回転数と冷媒の圧力をモニタし、エンジン9の回転数の増減に連動して冷媒の圧力が増減するかを監視することで、エンジン9の回転数に応じた冷媒の圧力が得られているかを判断する。時間の経過に伴うエンジン9の回転数と、冷媒の圧力とはほぼ平行に推移するので、エンジン9の回転数と冷媒の圧力とが設定値以上乖離すると、コンプレッサ2の動作が異常であると判断できる。即ち、動作判断部41は、エンジン9の回転数の変化の情報と、そのときの冷媒の圧力の変化の情報を取得し、エンジン9の回転数と冷媒の圧力との関係が設定値を超えるほど乖離した場合、コンプレッサ2の異常と判断する。
[Operation determination unit]
The
エンジン9の回転数に応じた冷媒の圧力が得られない理由として、例えばベルトの摩耗などによってマグネットクラッチ21に対してベルトが滑っていることや、ベルトが切れたり外れたりしてマグネットクラッチが回転していないことを挙げることができる。その他、コンプレッサ2が故障して圧縮回転軸2sが回転不能となり、マグネットクラッチ21が滑っている可能性もある。
The reason why the refrigerant pressure corresponding to the rotational speed of the
動作判断部41の判断結果に応じた対応としては、大きく分けて以下の二つを挙げることができる。一つ目の対応は、マグネットクラッチ21への印加電圧をより高い値に補正することである。既に述べたように、印加電圧は予め求めておいた相関関係に基づいて決定されているため、車両の各構成部材の経年変化などにより、当該相関関係にずれが生じる場合もある。印加電圧を補正することで、圧縮回転軸2sが正常に作動する可能性がある。
The correspondence according to the determination result of the
二つ目の対応は、コンプレッサ2の故障など、修理が必要な故障が生じたと判断し、マグネットクラッチ21の動作を停止することである。例えば、マグネットクラッチ21に印可できる電圧を最大にしても、エンジン9の回転数に応じた冷媒の圧力が得られない場合、コンプレッサ2の故障などの不具合が生じたと判断できる。この場合、コンプレッサ2の故障を警報灯の点灯やブザーの鳴動によりドライバーに報知し、車両の修理をドライバーに促すと良い。
The second response is to determine that a failure requiring repair such as a failure of the
≪制御手順≫
次に、本例の車両用空調装置1の制御手順を、図2のフローチャートおよび図3〜6のグラフに基づいて説明する。符号が付された構成については図1を参照のこと。
≪Control procedure≫
Next, the control procedure of the
まず、図1の車両用空調装置1の冷房をONにすると、図2のステップS1に示すように、制御部4はマグネットクラッチ21(図2ではMCと表記)に最大電圧を印加する。本例の車両用空調装置1では、リレー22をONのままとすることで、最大電圧である電源電圧(+Bボルト)をマグネットクラッチ21に印加する。
First, when the cooling of the
ステップS2では、制御部4の動作判断部41がコンプレッサプーリ20のトルクが適切に圧縮回転軸2sに伝達されているかを判断する。その判断は、図3のエンジン9の回転数と冷媒の圧力との相関関係から求めることができる。図3の横軸は時間、縦軸左側はエンジン9の回転数(rpm)、縦軸右側は冷媒の圧力(MPa)であり、実線はエンジン9の回転数の変化を、点線は冷媒の圧力の変化を示す。このグラフに示すように、トルクの伝達が適切であれば、実線で示すエンジン9の回転数の変化に連動して冷媒の圧力も変動する。しかし、トルクの伝達が不適切なら、二点鎖線で示すように冷媒の圧力は破線から大きく乖離する。
In step S2, the
冷媒の圧力が破線から所定値以上乖離したら、ベルトが切れたり、コンプレッサプーリ20に対してベルトが滑ったり、あるいはマグネットクラッチ21が滑っていると動作判断部41は判断し、制御部4はマグネットクラッチ21を停止する(ステップS3)。同時に、制御部4は、車両用空調装置1の故障を示す警告灯を点灯させたり警報を鳴動させたりして、車両用空調装置1の故障を乗員に報知する。一方、測定した冷媒の圧力の破線からの乖離が所定値未満である場合、動作判断部41はマグネットクラッチ21に最大電圧を印加したときにトルクの伝達が適切に行なわれていると判断し、制御部4は次のS4を行なう。
When the pressure of the refrigerant deviates from the broken line by a predetermined value or more, the
ステップS4では、制御部4の電圧導出部40が冷媒の圧力からマグネットクラッチ21に必要な印加電圧を算出する。印加電圧の算出には、図4,5の相関関係を利用する。図4の横軸は、コンプレッサ2によって圧縮された冷媒の圧力(MPa)で、縦軸は、その圧力のときに圧縮回転軸2sを回転させるために必要な必要トルク(N・m)である。冷媒の圧力(x)と必要トルク(y)との相関関係は一次式(y=a×x+b)で表すことができる。一方、図5の横軸は、マグネットクラッチ21への印加電圧、縦軸は、その印加電圧のときに発生する伝達トルク(N・m)である。この印加電圧と伝達トルクとの相関関係も一次式で表すことができる。電圧導出部40は、圧力センサ3から冷媒の圧力の情報を取得し、図4に示す相関関係に基づいてその冷媒の圧力に対応する必要トルクを求める。そして、電圧導出部40は、図5に示す相関関係に基づいて必要トルク以上の伝達トルクを得ることができるマグネットクラッチ21への印加電圧を求める。
In step S4, the
ステップS5では、リレー22をPWM制御することで、算出した印加電圧をマグネットクラッチ21に印加する。
In step S <b> 5, the calculated applied voltage is applied to the
ステップS6では再び、動作判断部41によって、算出した印加電圧でマグネットクラッチ21を動作させたときに、コンプレッサプーリ20のトルクが適切に圧縮回転軸2sに伝達されているかを判断する。判断結果がYESであればステップS4に戻る。S4〜S6をループすることで、図6に示すように、必要トルクに応じた伝達トルクを発揮できるようにマグネットクラッチ21を動作させることができる。図6の横軸は時間、縦軸はトルク(N・m)であり、細線は伝達トルク、太線は必要トルク、上方の点線は最大の印加電圧に応じた伝達トルクである。この図6に示すように、本例の車両用空調装置1によれば、必要トルクを少し上回る伝達トルクでマグネットクラッチ21を動作させることができる。
In step S6, the
ステップS6の判断結果がNoである、即ちトルクの伝達が適切に行われていない場合、印加電圧を導出するための相関関係が適切でなくなった、あるいはコンプレッサ2の故障などの不具合が発生したと考えられる。そこで、制御部4は、まずステップS7に示すように印加電圧の算出式を補正・上書きする(ステップS7)。例えば、冷媒の圧力(x)と必要トルク(y)との相関関係であるy=a×x+bにおける『a』および『b』の少なくとも一方を大きくすることが挙げられる。
If the determination result in step S6 is No, that is, if the torque is not properly transmitted, the correlation for deriving the applied voltage is not appropriate, or a failure such as a failure of the
ステップS7の後は一旦、ステップS1に戻る。ステップS1で最大電圧をマグネットクラッチ21に印加し、ステップS2でやはりトルクの伝達が適切に行われていないと判断されれば、走行中に車両用空調装置1に故障が生じたと考えられるので、ステップS3に移行する。
After step S7, the process returns to step S1. If the maximum voltage is applied to the
一方、マグネットクラッチ21に最大電圧を印加することでトルクの伝達が適切に行なわれた場合、少なくとも修理が必要な故障ではないと考えられるので、補正した算出式を用いてステップS4を行い、補正式に基づく印加電圧をマグネットクラッチ21に印加する(ステップS5)。トルクの伝達が適切なら補正式に基づくステップS4〜S6が繰り返され、そうでないなら再び算出式を補正する(ステップS7)。
On the other hand, if the torque is properly transmitted by applying the maximum voltage to the
≪効果≫
上記構成によれば、図6に示すように、必要トルクに応じた伝達トルクを発揮できるようにマグネットクラッチ21に印加電圧を可変させて印加することができる。つまり、マグネットクラッチ21に過度の電圧を印加しないため、冷房の使用に伴う電力の無駄を削減できる。その結果、発電のために使用されるエンジン9のエネルギーを削減でき、車両の燃費を向上させることができる。また、近年普及が進んでいるハイブリッド自動車においても、電力の無駄を削減することで、電力による車両の走行距離を伸ばすことができる。その結果、発電のためにエンジンを動作させる時間・機会を減らすことができ、車両の燃費を向上させることができる。
≪Effect≫
According to the above configuration, as shown in FIG. 6, the applied voltage can be varied and applied to the
<実施形態2>
図2のフローチャートのステップS2,ステップS6におけるトルクの伝達が適切であるかの判断に、エンジンの回転数とコンプレッサの圧縮回転軸の回転数との相関関係を利用することもできる。その場合、図1の車両用空調装置1に、圧縮回転軸2sの回転数を測定するセンサを設ける。
<
The correlation between the rotational speed of the engine and the rotational speed of the compression rotation shaft of the compressor can also be used to determine whether torque transmission in steps S2 and S6 in the flowchart of FIG. 2 is appropriate. In that case, the
図7は、上記相関関係を示すグラフであって、横軸は時間、縦軸は回転数(rpm)である。細線はエンジン9の回転数の変化、太線は圧縮回転軸2sの回転数の変化、点線はトルクの伝達が適切でないと判断する閾値の変化である。閾値はエンジン9の回転数に応じて変化する。この場合、トルクの伝達が適切であれば、圧縮回転軸2sの回転数が閾値を下回ることはないが、トルクの伝達が不適切であれば、圧縮回転軸2sの回転数は二点鎖線で示すように低下し、閾値を下回る。
FIG. 7 is a graph showing the correlation, in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the number of rotations (rpm). A thin line is a change in the rotational speed of the
本例の構成によれば、圧縮回転軸2sの回転を直接監視しているので、迅速に車両用空調装置1の故障を検知することができる。
According to the configuration of this example, since the rotation of the
実施形態に係る車両用空調装置は、車両の電力消費量を低減させることに好適に利用できる。 The vehicle air conditioner according to the embodiment can be suitably used to reduce the power consumption of the vehicle.
1 車両用空調装置
2 コンプレッサ 2s 圧縮回転軸
2A 電圧調整機構
20 コンプレッサプーリ 21 マグネットクラッチ 22 リレー
3 圧力センサ(圧力検知器)
4 制御部
40 電圧導出部 41 動作判断部
5 コンデンサ
6 リザーバ
7 エキスパンションバルブ
8 エバポレータ
9 エンジン
10 冷媒循環路
DESCRIPTION OF
4
Claims (2)
エンジンの動力で回転するコンプレッサプーリを必要に応じて前記圧縮回転軸に接続するマグネットクラッチと、
前記コンプレッサで圧縮された前記冷媒の圧力を検知する圧力検知器と、
所定の印加電圧で前記マグネットクラッチの動作を制御する制御部と、を備える車両用空調装置であって、
前記制御部は、前記圧力検知器の検知結果に基づいて、前記コンプレッサプーリのトルクを前記圧縮回転軸に伝達させて前記圧縮回転軸を回転させるために必要な前記印加電圧を求める電圧導出部を備える車両用空調装置。 A compressor having a compression mechanism for compressing the refrigerant with rotation of the compression rotation shaft;
A magnet clutch that connects a compressor pulley that rotates with the power of the engine to the compression rotation shaft as required;
A pressure detector for detecting the pressure of the refrigerant compressed by the compressor;
A vehicle air conditioner comprising: a control unit that controls the operation of the magnet clutch with a predetermined applied voltage;
The control unit includes a voltage deriving unit that obtains the applied voltage necessary to rotate the compression rotating shaft by transmitting torque of the compressor pulley to the compression rotating shaft based on a detection result of the pressure detector. A vehicle air conditioner provided.
前記エンジンの回転数に応じた前記冷媒の圧力が得られているかを判断する動作判断部を備え、
前記動作判断部の判断結果に応じて、前記印加電圧を補正する、または前記マグネットクラッチを停止させる請求項1に記載の車両用空調装置。 The controller is
An operation determining unit that determines whether or not the pressure of the refrigerant according to the rotational speed of the engine is obtained;
The vehicle air conditioner according to claim 1, wherein the applied voltage is corrected or the magnet clutch is stopped according to a determination result of the operation determination unit.
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