JP3697817B2 - 車両用コンプレッサの制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載された電動モータによりコンプレッサを駆動する車両用コンプレッサの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両に搭載された電動モータにより冷凍サイクルのコンプレッサを駆動するものとして、実開平６−８７６７８号公報に記載されているものがある。このものでは、エンジンにてコンプレッサが駆動されているときにエンジンが停止されると、電動モータを起動することによってコンプレッサの運転を継続させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来装置では以下のような問題がある。上記従来装置では例えば、特に電動モータの起動時において、例えば電動モータにてコンプレッサを駆動しようとすると、大きな駆動力が必要となって電動モータの出力が大きいものを使用しなければならない。従って、電動モータの体格が大きくなって、車両への搭載性が悪化するという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、電動モータの体格を小さくし、電動モータの車両搭載性を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そして、本発明者は上記目的を達成するために、コンプレッサの容量が外部から任意に変更できる外部可変容量コンプレッサに着目した。つまり、外部可変容量コンプレッサの容量を小さくすれば駆動に必要な駆動力が小さくなって、小さな電動モータでも十分コンプレッサを駆動できるのでないかと考えた。
【０００６】
このような考えにより、上記目的を達成するために請求項１ないし３記載の発明では、以下の技術的手段を採用する。請求項１記載の発明では、車両に搭載されたエンジン（１）もしくは車両に搭載された電動モータ（９）のいずれか一方にて車両の冷凍サイクル（５）のコンプレッサを駆動するように構成された車両用コンプレッサの制御装置において、コンプレッサ（４）を、外部から任意に容量が可変可能な外部可変容量コンプレッサとし、車室内の冷房負荷が所定値より大きいか否かを判定する手段（Ｓ９０）と、冷房負荷が所定値より大きいと判定されたときに、エンジンにてコンプレッサを駆動し、かつコンプレッサ（４）の容量を冷房負荷に応じた容量にする手段（Ｓ７０、Ｓ８０）と、冷房負荷が所定値より小さいと判定されたときに、コンプレッサ（４）の容量を所定値より小さい低容量状態とし、この後にコンプレッサを電動モータにて駆動する手段（Ｓ１１０、Ｓ１２０）とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
これにより、コンプレッサの容量を低容量状態としてから、電動モータを起動するので、コンプレッサを駆動するために必要な駆動力は容量が大きなときより小さくなる。従って、大きな駆動力を持つ大きな電動モータを使用しなくとも、電動モータにてコンプレッサを駆動するときに、十分コンプレッサを駆動できる。この結果、電動モータの体格を小さくでき、電動モータの車両搭載性を格段に向上できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜３を用いて説明する。なお、本実施形態ではトラック等の荷物を搬出する車両に適用したものである。また、本実施形態におけるトラックは、エンジンを駆動したまま荷物を搬出することを防止するために、車両が停止するとエンジンを停止するようになっている。
【０００９】
図１は、本実施形態における車両用ハイブリッドコンプレッサの駆動装置の全体システム図である。
１は、車両に搭載された走行駆動源であるエンジンである。エンジン１の出力軸には、駆動プーリ２が設けられており、この駆動プーリ２は、エンジン１の駆動と連動して回転するようになっている。３は動力断続手段としての周知の電磁クラッチであり、４は車両の冷凍サイクル５の構成部品であるコンプレッサである。
【００１０】
コンプレッサ４の駆動軸には受動プーリ６が設けられている。そして、この受動プーリ６と上記電磁クラッチ３の回転軸とは、同軸上に配置されている。駆動プーリ２と電磁クラッチ３には、動力伝達部材であるベルト７が巻架されている。これにより、電磁クラッチ３に通電（オン）が施されて、第１受動プーリ６を介してコンプレッサ４と連結されているときは、エンジン１によってコンプレッサ４が駆動される。
【００１１】
そして、上記コンプレッサ４は、エンジン１以外に車両に搭載された電動モータ９（直流モータ）にて駆動されるようになっている。電動モータ９は、図示しない車載バッテリから電力が供給されて駆動する。電動モータ９の出力軸には、駆動プーリ１０が設けられており、この駆動プーリ１０と上記受動プーリ６には、動力伝達部材であるベルト８が巻架されている。つまり、本実施形態では、エンジン１停止時に、電動モータ９にてコンプレッサ４を駆動するときには、電磁クラッチ４への通電を遮断（オフ）して、エンジン１とコンプレッサ４との連結を遮断しておき、その後、電動モータ９を駆動してコンプレッサ４を駆動する。
【００１２】
ここで、上記冷凍サイクル５について簡単に説明する。
先ず、上記コンプレッサ４は、本実施形態では外部から任意に吐出容量を可変できる外部可変容量コンプレッサにて構成している。具体的には、本実施形態ではコンプレッサ４は、斜板式の外部可変容量コンプレッサで、図示しないクランク室内の圧力Ｐｓを制御することで、斜板角度を変化させ、吐出容量を可変する電磁式制御弁機構４ａを有するものである。
【００１３】
冷凍サイクル５は、上記コンプレッサ４の他に、コンプレッサ４にて圧縮された冷媒を、凝縮液化させる凝縮器１１、凝縮液化された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する受液器１２、受液器１２からの液相冷媒を膨張減圧させる膨張弁１３、膨張された冷媒を蒸発気化させる蒸発器１４とからなる周知のものである。
【００１４】
蒸発器１４は、車両の室内（キャビン）を空調する車両用空調装置１００の冷却用熱交換器を構成するものである。車両用空調装置１００は、周知のものであって簡単に説明すると、車室内への空気通路をなす空調ケース１０１を有する。空調ケース１０１内には、空調用送風ファン１０２と、上記蒸発器１４とが収納配置されている。また、蒸発器１４の下流側にはエンジン冷却水を熱源とする周知のヒータコア１０３や、空調風の温度を調整する周知のエアミックスドア１０４等が設けられている。
【００１５】
そして、上述の電磁クラッチ３、コンプレッサ４、および電動モータ９は、周知のコンピュータ手段である制御装置１５（以下、ＥＣＵ）にて制御されるようになっている。
ＥＣＵ１５は、車両の走行を可能とするスイッチ手段であるイグニッションスイッチ１６がオンされると、図示しない車載バッテリから電力が供給されるようになっている。
【００１６】
ＥＣＵ１５には、出力端子としてクラッチ制御回路１７、モータ駆動回路１８、および容量制御回路１９が接続されている。そして、上記電磁クラッチ３は、ＥＣＵ１５により上記クラッチ制御回路１７を通じて制御されるようになっている。上記電動モータ９は、ＥＣＵ１５により上記モータ駆動回路１８を通じて制御されるようになっている。上記コンプレッサ４の電磁式制御弁機構４ａは、ＥＣＵ１５により上記容量制御回路１９を通じて制御されるようになっている。
【００１７】
また、ＥＣＵ１５には、入力端子として車室外温度（外気温）を検出する手段である外気温センサ２０、車室内温度（内気温）を検出する手段である内気温センサ２１、車室内に入射する日射量を検出する手段である日射センサ２２、車室内の設定温度を設定する温度設定器２３が接続されている。
さらにＥＣＵ１５には、車速を検出する手段である車速センサ２４、上記センサ２０〜２２、温度設定器２３からの信号に基づいて車両用空調装置１００を自動制御するエアコンスイッチ２５、および蒸発器１４を通過した直後の空気温度（蒸発器後温度）を検出する温度センサ２６が接続されている。そして、本実施形態では、上記エアコンスイッチ２５がオンされているときに、始めて上記コンプレッサ４や、上記空調送風ファン１０２が自動的に駆動制御されるようになっている。
【００１８】
続いて、上記ＥＣＵ１５の制御内容について図２のフローチャートに基づき説明する。なお、このフローチャートは、上記イグニッションスイッチがオンされているときに実行される。
先ず、ステップＳ３０では情報読み込みとして、上記センサ２０〜２２、２４、２５からの信号、および温度設定器２３からの信号を読み込み記憶する。
【００１９】
その後、ステップＳ４０にて、上記エアコンスイッチ２５がオンか否かを判定する。そして、エアコンスイッチ２５がオフの場合は、車両用空調装置１００を作動させて、車室内を空調する必要が無いので、ステップＳ５０に進み、電動モータ９を停止、電磁クラッチ３をオフとする。これにより、コンプレッサ４は停止状態となる。
【００２０】
一方、ステップＳ４０にてエアコンスイッチ２５がオンであると判定されると、ステップＳ６０に進む。
そして、ステップＳ６０では車速センサ２４が検出する車速が０が否かが判定され、車速が０でないつまり車両走行中であると判定されると、ステップＳ７０に進んで、上記電磁式制御弁機構４ａにてコンプレッサ４の容量制御を行ったのち、ステップＳ７０に進んで、エンジンを駆動状態とするとともに電磁クラッチ３をオンとして、コンプレッサ４を駆動する。
【００２１】
ここで、ステップＳ７０における容量制御を簡単に説明すると、先ず、上記外気温センサ２０、上記内気温センサ２１、日射センサ２２、および温度設定器２３からの信号に基づいて空調風の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。そして、この目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、蒸発器１４を通過した直後の目標空気温度ＴＥＯを決定する。なお、この目標空気温度ＴＥＯは、図３に示すように上記目標吹出温度ＴＡＯが高くなるほど高くなるように決定される。
【００２２】
そして、上記電磁式制御弁機構４ａにて、温度センサ２６が検出する温度が上記目標空気温度ＴＥＯとなるようにコンプレッサ４の容量が制御される。これにより、上記目標空気温度ＴＥＯが高くなるほど、コンプレッサの容量が大きくなる。このようにすることで、上記目標空気温度ＴＥＯは車室内の冷房負荷と考えられるので、冷房負荷が小さくなるとコンプレッサ４の吐出容量が小さくなって、エンジン１の負荷を低減させることができる。
【００２３】
そして、本実施形態では、エンジン１を起動してコンプレッサ４を駆動する前に、先ずステップＳ７０にて上記容量制御が行われてコンプレッサ４の容量が所定量に設定されたのち、ステップＳ８０にてエンジン１が起動され、電磁クラッチ３がオンとなる。
一方、ステップＳ６０にて車速が０と判定される場合、例えばトラックが目的地に到着して停止した場合、ステップＳ９０にてクールダウン状態か否か、つまり車室内の冷房負荷（必要冷却能力）が所定値（所定の必要能力）より大きいか否かが判定される。
【００２４】
ここで、本実施形態におけるステップＳ６０の具体的な判定内容は、以下のようなものである。本実施形態では、例えば夏場のように外気温が非常に高くて、例えば外気温が３０℃以上、かつ車室内の温度も高くて例えば３０℃以上のときには、冷房負荷が所定値より大きいときである。言い換えると、コンプレッサ４の容量が設定可能な最大値と最低値との間の所定容量より大きいか否かを判定することでし、冷凍サイクル５の冷媒循環量が所定値より大きいか否かを判定している。なお、本実施形態でのコンプレッサ４は、容量を間接的にしか検出することができなく、上述のように外気温と内気温とによって容量を推定している。
【００２５】
そして、車室内の冷房負荷が所定値より大きい場合は、車室内の冷房負荷に応じてステップＳ７０、８０と進んで、上記容量制御が行われる。
また、車室内の冷房負荷が所定値より小さい場合は、ステップＳ１００に進んで、エンジン１が停止されるとともに、電磁クラッチ４もオフとなる。
このように本実施形態では、イグニッションスイッチ１６がオンの状態で、トラックが例えば、荷物の運び先にて停車し車速が０となったときに冷房負荷が所定値より小さいと、自動的にエンジン１が停止される。例えば、トラックが目的地に到着して車両を停止して荷物を運びだすといった作業を行うときには、エンジン１を駆動させる必要が無い。そこで、本実施形態では車両が停止すると、必ずエンジン１が停止するので、上記作業中にエンジン１から排気ガスが排出されることも無く、大気を汚染することを防止できる。また、信号待ち等で車両が停止したときにも、同様にエンジン１が停止される。
【００２６】
しかし、このようにエンジン１が停止されると、いままで駆動していたコンプレッサ４が停止するので、冷凍サイクル５には冷媒が循環せず車両用空調装置の冷却能力が０となって、車室内の空調を引き続き行うことができない。
そこで、本実施形態では、冷房負荷が所定値より小さいときには、電動モータ９を起動して、電動モータ９にてコンプレッサ４を駆動する。つまり、冷房負荷が所定値より小さいときには、コンプレッサ４の容量が上記所定容量より小さく、冷凍サイクル５での冷媒循環量が小さいので、コンプレッサ４を駆動するための駆動力は小さくなる。従って、この際は駆動力の小さい電動モータ９にてコンプレッサ４を駆動する。
【００２７】
一方、ステップＳ５０にてＮＯと判定されて冷房負荷が所定値より大きいときには、コンプレッサ４の容量も上記所定容量より大きくなるので、冷凍サイクル５での冷媒循環量が大きくなって、コンプレッサ４の駆動するための駆動力が大きくなる。従って、この場合は車両が停止しても駆動力が大きいエンジン１にて、コンプレッサ４を駆動する。
【００２８】
このようにすることで、小型の電動モータ９にてコンプレッサを駆動することができ、電動モータ９の車両への搭載性を向上できる。
さらに本実施形態では、コンプレッサ４を外部可変容量タイプのものとし、冷房負荷が所定値より小さい、つまり容量が所定容量より小さいときに電動モータ９にてコンプレッサ４を駆動するので、コンプレッサ４を固定容量タイプのものとした場合より、コンプレッサ４を駆動する駆動力は小さくて済む。この結果、本実施形態では、コンプレッサ４を固定容量タイプのものとした場合より電動モータ９の体格を小さくできる。
【００２９】
また、このように電動モータ９にてコンプレッサ４を駆動するのであるが、本実施形態では電動モータ９にてコンプレッサ４を駆動する前に、ステップＳ１１０のような低容量制御が行われる。
つまり、ステップＳ１１０では、強制的に電磁式制御弁機構４ａにてコンプレッサ４の容量を設定可能な最低の吐出容量（低容量状態）としてから、電動モータ９を起動する。これにより、コンプレッサ４の容量が小さくなるので、コンプレッサ４の駆動するための駆動力は、容量が大きなときより小さくなる。
【００３０】
従って、電動モータ９にてコンプレッサ４を駆動する際、大きな駆動力を持つ、大型な電動モータを使用しなくとも、十分コンプレッサ４を駆動できる。この結果、さらに電動モータ９の体格を小さくでき、電動モータ４の車両搭載性を格段に向上できる。
また、本実施形態では図示されていないが、一旦電動モータ９にてコンプレッサ４が駆動されると、再度エンジン１が駆動されるまでは、低容量状態が継続される。なお、この際、電動モータ９（コンプレッサ４）の回転数は一定である。
【００３１】
これにより、冷凍サイクル５は、車室内を十分に冷却する必要冷却能力を発揮することができないにしても、車両の冷却をある程度継続することができる。
従って、例えば夏場にトラックが荷物を積み卸ししているとき等に、キャビンの温度上昇を低減でき、荷物積み卸し後、乗員に与える不快感を和らげることができる。
【００３２】
そして、本実施形態では、ステップＳ１３０にて電動モータ９の駆動継続時間が所定時間Ｔ経過したか否かが判定され、所定時間Ｔ（例えば２分）経過したならば、ステップＳ１４０に進み、電動モータ９を停止する。これにより、電動モータ９によるバッテリ上がりを防止できる。
そして、電動モータ９にてコンプレッサ４が駆動されている状態で、再度エンジン１を駆動して車両走行を行う場合は、例えばイグニッションスイッチ１６を一旦オフとし、再度イグニッションスイッチ１６をオンとすることで、エンジン１が起動される。
【００３３】
また、このようなエンジン１再起動時に、車速が０であると直ぐにエンジン１が停止してしまうので、一旦、イグニッションスイッチ１６をオンすると所定時間は、車速が０であってもエンジン１を停止しないようにすると良い。
（他の実施形態）
上記実施形態では、上記冷凍サイクル５は車両のキャビンを冷却するためのものであったが、例えば冷凍車や冷蔵車用のものであっても良い。この場合、車両が停止して、荷物を運び出すといった作業を行うときに冷凍室や冷蔵室の冷却が継続して行える。
【００３４】
また、本発明は、電動モータにて走行する電気自動車に適用しても良いし、走行条件に応じて電動モータもしくはエンジンにて走行可能な、所謂ハイブリッド車に適用しても良い。
また、さらに本発明は、発電専用のエンジンを搭載し、このエンジンにて発電された電力にて電動モータを駆動し、この電動モータを走行駆動源とする車両に適用しても良い。
【００３５】
また、上記各実施形態では、電動モータ９の回転数を一定としたが、例えば冷房負荷に応じて回転数を可変するようにしても良い。
また、上記各実施形態では、電動モータ９を起動する前にコンプレッサ４の容量を設定可能な最低値としたが、本発明はこれに限られるもので無く、例えば設定可能な最低の容量と最高の容量との間にしても良い。
【００３６】
また、上記各実施形態では、エンジン１が駆動すると、必ず電動モータ９が共回りしてしまう。そこで、コンプレッサ４と電動モータ９との間に、さらに電磁クらッチ等を設け、エンジン１にてコンプレッサ１を駆動するときには、電動モータ９とコンプレッサ４との連結を断つようにしても良い。
また、上記各実施形態では、電動モータ９を直流モータとしたが交流モータであっても良い。
【００３７】
また、上記各実施形態では、コンプレッサ４を斜板タイプのものとしたが、スクールタイプのものであっても良いし、どの様なものであっても良い。
また、上記各実施形態では、電動モータ９を直流モータとしたが交流モータであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における車両用ハイブリッドコンプレッサの全体システム図である。
【図２】上記実施形態おけるＥＣＵ１５の制御内容を表すフローチャートである。
【図３】上記実施形態おける目標吹出温度ＴＡＯと目標空気温度ＴＥＯとの関係を表す図である。
【符号の説明】
１…エンジン、４…コンプレッサ、５…冷凍サイクル、９…電動モータ、
１５…ＥＣＵ。

Claims (3)

1. 車両に搭載されたエンジン（１）もしくは車両に搭載された電動モータ（９）のいずれか一方にて車両の冷凍サイクル（５）のコンプレッサを駆動するように構成された車両用コンプレッサの制御装置において、
   前記コンプレッサ（４）を、外部から任意に容量が可変可能な外部可変容量コンプレッサとし、
   車室内の冷房負荷が所定値より大きいか否かを判定する手段（Ｓ９０）と、
   前記冷房負荷が前記所定値より大きいと判定されたときに、前記エンジンにて前記コンプレッサを駆動し、かつ前記コンプレッサ（４）の容量を前記冷房負荷に応じた容量にする手段（Ｓ７０、Ｓ８０）と、
   前記冷房負荷が前記所定値より小さいと判定されたときに、前記コンプレッサ（４）の容量を所定値より小さい低容量状態とし、この後に前記コンプレッサを前記電動モータにて駆動する手段（Ｓ１１０、Ｓ１２０）とを備えたことを特徴とする車両用コンプレッサの制御装置。
2. 前記容量を設定可能な最低の低容量状態とすることを特徴とする請求項１記載の車両用コンプレッサの制御装置。
3. 前記車両を走行可能に設定するスイッチ手段（１６）を有し、
   前記スイッチ手段（１６）にて前記車両が走行可能に設定されているときに、前記車両が停止すると前記エンジン（１）を停止して、前記電動モータ（９）にて前記コンプレッサ（４）を駆動することを特徴とする請求項１または２記載の車両用コンプレッサの制御装置。

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