JP3716686B2 - 車両用空調装置 - Google Patents
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- B60H1/322—Control means therefor for improving the stop or idling operation of the engine
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用空調装置、より具体的には、コンプレッサの駆動により冷媒を車室外熱交換器および車室内熱交換器に循環させる蒸気圧縮サイクルを備えた車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、従来のエンジンを備えた車両は、コンプレッサをエンジンで駆動して得られる冷風とエンジン冷却水を利用して得られる温風とを使って車室内空調を行なっている。
【０００３】
ところが、ハイブリッド車両やアイドルストップ車両においては、ハイブリッド車両ならばモータ走行時や停車時、アイドルストップ車両ならば停車時にそれぞれエンジン非作動となり、十分な車室内空調ができなくなる、という課題があった。
【０００４】
これに対して、極力エンジン作動を少なくしながら必要な車室内空調が得られるようにした車両用空調装置としては、例えば、特開平１０−２５８６２９号公報に開示されている空調装置が知られている。
【０００５】
冷房時にエンジン停止する場合には、空調負荷が所定値よりも小さく、かつ、車室内熱交換器の吹出空気温度が所定温度よりも低ければ、内外気モードを強制的に内気循環モードに切り替えて車室内熱交換器の冷熱で車室内の冷房感を維持し、空調負荷が所定値よりも大きくなるか、あるいは、車室内熱交換器の吹出空気温度が所定温度よりも高くなれば、エンジン停止を禁止してコンプレッサをエンジンで駆動するようにしている。
【０００６】
また、暖房時にエンジン停止する場合には、空調負荷が所定値よりも小さく、かつ、水温が所定温度よりも高ければ、内外気モードを強制的に内気循環モードに切り替えてヒータコアの熱で車室内の暖房感を維持し、空調負荷が所定値よりも大きくなるか、あるいは、水温が所定温度よりも低くなれば、エンジン停止を禁止してエンジンをＯＮしてヒータコアに温水を供給するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両用空調装置で冷房時に内気モードにしてエンジン停止すると、吹出温が１０℃近く上昇し、車室内空気の湿度も高くなるので、車室内の快適感が損なわれるだけでなく、車室内熱交換器からの臭いが発生する、といった問題があった。
【０００８】
こうした問題の解決手段の一つとして、エンジン停止時にモータでコンプレッサを駆動して冷房運転を行なうことで、吹出温や車室内湿度の上昇を抑え、車室内熱交換器からの臭いの発生を防止する方法が考えられる。
【０００９】
一方、暖房時に内気モードにしてエンジン停止すると、吹出温が１０℃近く低下し、車室内空気の湿度が高くなるので、窓ガラスの曇りが発生する、といった問題があった。
【００１０】
また、ハイブリッド車両やアイドルストップ車両では、従来の同等クラスの車両に比べ、より小型で効率がいいエンジンを車載する。そのために、車室内の暖房要求が高かったり、外気温が低い条件においては、水温が所定温度まで上昇しないためにエンジン停止が行えない、という問題もあった。
【００１１】
こうした問題の解決手段の一つとして、除湿暖房運転と冷房運転の可能なエアコンサイクルを用い、水温が所定温度よりも低いときやエンジン停止時に、エンジンやモータでコンプレッサを駆動して暖房運転を行なう、という方法が考えられる。
【００１２】
本エアコンサイクルの除湿暖房運転は、車室内への外気導入量を減らしながら暖房性能とガラスの防曇維持を両立できるだけでなく、外気温が低下したりエンジン発熱量が減少したとしても、高いヒータ性能を維持したまま短時間で所定温度までエンジン水温を高めることができる。
【００１３】
本発明は、エンジンとモータで駆動されるコンプレッサを備えた除湿暖房運転と冷房運転の可能なエアコンサイクルにおいて、除湿暖房運転時のエンジン駆動とモータ駆動の選択方法を提供するとともに、冷房運転可能なエアコンサイクルにおいて、冷房運転時のエンジン駆動とモータ駆動の選択方法を提供することが目的である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、車両駆動用エンジンとモータで駆動されるコンプレッサと車室外に置かれた車室外熱交換器と車室内に置かれた１個あるいは複数個の車室内熱交換器と膨張手段とで構成されたハイブリッドエアコンシステムにおいて、除湿暖房運転時に必要なコンプレッサの駆動負荷を演算するコンプレッサ負荷演算手段と、コンプレッサ負荷演算手段で演算されたコンプレッサの駆動負荷が大きい時は、エンジンによるコンプレッサ駆動を決定し、コンプレッサの駆動負荷が小さい時は、モータによるコンプレッサ駆動を決定し、コンプレッサの駆動負荷がそれらの中間の時は、エンジンによるコンプレッサ駆動とモータによるコンプレッサ駆動のいずれか一方の効率の良い方の動力によるコンプレッサ駆動を決定するコンプレッサ駆動方法決定手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明をコンプレッサ専用モータを備えた車両に適用する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１および請求項２に記載の車両用空調装置を車両駆動用モータを格別に備えたハイブリッド車両やアイドルストップ車両に適用する。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３に記載の車両用空調装置において、アイドル時にエンジンによるコンプレッサ駆動を停止するアイドルストップシステムを備える。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４に記載の車両用空調装置において、上記空調負荷検出手段により検出された空調負荷に応じて上記コンプレッサをＯＮ・ＯＦＦする。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用空調装置において、前記除湿暖房運転時の空調負荷が大きいときには、エンジンでコンプレッサを駆動することを特徴とする。
【００２０】
以下、本発明の作用を説明する。
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、車両駆動用エンジンとモータで駆動されるコンプレッサと車室外に置かれた車室外熱交換器と車室内に置かれた１個あるいは複数個の車室内熱交換器と膨張手段とで構成されたハイブリッドエアコンシステムにおいて、除湿暖房運転時に必要なコンプレッサの駆動負荷を演算するコンプレッサ負荷演算手段と、コンプレッサ負荷演算手段で演算されたコンプレッサの駆動負荷が大きい時は、エンジンによるコンプレッサ駆動を決定し、コンプレッサの駆動負荷が小さい時は、モータによるコンプレッサ駆動を決定し、コンプレッサの駆動負荷がそれらの中間の時は、エンジンによるコンプレッサ駆動とモータによるコンプレッサ駆動のいずれか一方の効率の良い方の動力によるコンプレッサ駆動を決定するコンプレッサ駆動方法決定手段とを備え、車両の空調負荷やコンプレッサ駆動負荷に応じて、エンジンによるコンプレッサ駆動とモータによるコンプレッサ駆動が選択される。
【００２２】
この結果、モータによるコンプレッサ駆動が選択されている間は、エンジンを停止しても車室内の空調状態を維持することが可能になる。また、エンジン駆動とモータ駆動の効率の良い方でコンプレッサを駆動することが可能になる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明をコンプレッサ専用モータを備えた車両に適用するので、請求項１に記載の発明の作用に加えて、バッテリ容量や車体サイズ等の車両の仕様に応じてモータの仕様を容易に変更することが可能になる。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１および請求項２に記載の車両用空調装置を車両駆動用モータを格別に備えたハイブリッド車両やアイドルストップ車両に適用するので、空調性能を犠牲にすることなくアイドル時のエンジン停止を行なうことが可能になる。また、モータとエンジンの効率の良い方でコンプレッサを駆動するので、エアコンによる燃費の悪化を軽減することが可能になる。
【００２５】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１から請求項３に記載の車両用空調装置において、アイドル時にエンジンによるコンプレッサ駆動を停止するアイドルストップシステムを備えるので、アイドル時にはコンプレッサがモータ駆動に切り替えられ、車両はエンジン停止を行なうことが可能になる。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１から請求項４に記載の車両用空調装置において、上記空調負荷検出手段により検出された空調負荷に応じて上記コンプレッサをＯＮ・ＯＦＦするので、無駄なコンプレッサ駆動によるエンジン負荷やバッテリ負荷の増加、燃費の悪化等を防ぐことが可能になる。
【００２７】
請求項に６に記載の発明によれば、請求項１から請求項５に記載の車両用空調装置において、上記除湿暖房運転時の空調負荷が大きいときには、上記エンジンで上記コンプレッサを駆動するので、クールダウン能力やウォームアップ能力を損なうことなく、車室内の快適性を確保することが可能になる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による車両用空調装置の一実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明による車両用空調装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【００３０】
まず、構成を説明する。
図１において、コンプレッサ３１は、エンジン２０１とモータ３０の両方または何れか一方で駆動され、コンプレッサクラッチがＯＮならばベルト（図示せず）を介してエンジン２０１で駆動され、モータ３０がＯＮならばモータ３０で駆動され、コンプレッサクラッチとモータ３０の両方がＯＦＦならば停止する。
【００３１】
冷媒流路切換手段としての四方弁７３には、コンプレッサ３１の吐出側と車室外熱交換器３８と第２の車室内熱交換器３３とコンプレッサ３１の吸入側が接続され、暖房設定時には、実線示のような流路切り換え状態となり、コンプレッサ３１の吐出側と第２の車室内熱交換器３３および車室外熱交換器３８とコンプレッサ３１の吸入側がそれぞれ連通する一方、冷房設定時には、点線示のような流路切り換え状態となり、コンプレッサ３１の吐出側と車室外熱交換器３８および第２の車室内熱交換器３３とコンプレッサ３１の吸入側がそれぞれ連通する。
【００３２】
車室外熱交換器３８は車室外に設けられ、コンプレッサ３１から吐出される冷媒の熱を外気に放熱する車室外コンデンサになっている。
【００３３】
第１の車室内熱交換器３５と第２の車室内熱交換器３３は、ダクト３９内に配置される。第１の車室内熱交換器３５の一端はコンプレッサ３１の冷媒吸入に、他端は膨張手段としての膨張弁３４に接続し、コンプレッサ３１が運転しているときには、常に吸熱器となってブロワファン３７によって送風された空気を冷却する。
【００３４】
第２の車室内熱交換器３３の一端は四方弁７３に接続し、他端は逆止弁７１に接続する。四方弁７３が暖房側に設定されたときには、第２の車室内熱交換器３３が放熱器となる状態となって暖房運転が行なわれ、四方弁７３が冷房側に設定されたときには、逆止弁７１によって第２の車室内熱交換器３３に冷媒が流れない状態となって冷房運転が行なわれる。逆止弁７０は、四方弁７３が暖房側に設定されたときに、第２の車室内熱交換器３３で凝縮された冷媒が車室外熱交換器３８に流入することを阻止する。
【００３５】
また、ダクト３９には、第２の車室内熱交換器３３の下流にヒータコア２０２が設けられ、エンジン冷却水が流入する。２０３は、エンジン冷却水配管である。
【００３６】
ダクト３９の第１の車室内熱交換器３５よりも上流側には、車室内空気を導入する内気導入口４０と、走行風圧を受けて外気を導入する外気導入口４１とが設けられている。この内気導入口４０と外気導入口４１とが分岐する部分には、内気導入口４０と外気導入口４１とを任意の比率で開閉するインテークドア４２が設けられている。インテークドア４２の開度たるインテークドア開度Ｘｉｎｔは、外気導入量がゼロでフル内気となる位置をＸｉｎｔ＝０％と設定し、フル外気導入となる位置をＸｉｎｔ＝１００％と設定する。内気導入口４０と外気導入口４１との空気導入側（空気流の下流側）と第１の車室内熱交換器３５との間には、ブロワファン３７が配置され、制御装置４３で駆動されるブロワファンモータ４４で回転駆動されるようになっている。
【００３７】
第２の車室内熱交換器３３の下流側には、エアミックスドア４６が設けられている。このエアミックスドア４６は、制御装置４３で駆動される図外のエアミックスドアアクチュエータにより、下流のヒータコア２０２を通過する空気と通過しない空気の割合を調節するように開閉する。エアミックスドア４６は、ヒータコア通過風量を可変することができ、ヒータ風量可変手段となっている。エアミックスドア４６の開度たるエアミックスドア開度Ｘｍｉｘは、エアミックスドア４６が一点鎖線示の位置となってヒータコア２０２を通過する空気がゼロとなるときをＸｍｉｘ＝０％（全閉、Ｆｕｌｌ ＣＯＯＬ）と設定し、エアミックスドア４６が二点鎖線示の位置となってすべての空気がヒータコア２０２を通過するときをＸｍｉｘ＝１００％（全開、Ｆｕｌｌ ＨＯＴ）と設定する。
【００３８】
ダクト３９のヒータコア２０２よりも下流側には、上記冷風と温風との混合を良くすることにより、温度調節された空調風を作る部屋としてのエアミックスチャンバ４７が設けられている。エアミックスチャンバ４７には、図外の対象乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すベンチレータ吹出口５１と、対象乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口５３と、図外のフロントウィンドガラスに向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口５２とが設けられている。エアミックスチャンバ４７内には、ベンチレータドア５５とフットドア５７とデフロスタドア５６とが設けられている。ベンチレータドア５５は、制御装置４３で駆動される図外のベンチレータドアアクチュエータにより、ベンチレータ吹出口５１を開閉する。フットドア５７は、制御装置４３で駆動される図外のフットドアアクチュエータにより、フット吹出口５３を開閉する。デフロスタドア５６は、制御装置４３で駆動される図外のデフロスタドアアクチュエータにより、デフロスタ吹出口５２を開閉する。デフロスタドア５６の開度たるデフロスタドア開度Ｘｄｅｆは、デフロスタ吹出口５２が全閉となる位置をＸｄｅｆ＝０％と設定し、デフロスタ吹出口５２が全開となる位置をＸｄｅｆ＝１００％と設定する。
【００３９】
制御装置４３は、第１の車室内熱交換器作動温度センサ５９と第２の車室内熱交換器吹出空気温度センサ６０と日射量センサ６１と外気温センサ６２と室温センサ６３と室温設定器６４と吹出口モードスイッチ６５とブロワファンスイッチ６６とエンジン冷却水温センサ２０４などの熱環境情報入力手段から得られる第１の車室内熱交換器３５の作動温度Ｔｅｖａと、第２の車室内熱交換器３３の吹出空気温度Ｔｖｓｃと、車両の日射量Ｑｓｕｎと、車室外の外気温度Ｔａｍｂと、車室内の検出温度（車室内温度）Ｔｉｃと、車室内の設定温度Ｔｐｔｃと、水温Ｔｗなどの熱環境情報により、エアミックスドア開度Ｘｍｉｘとインテークドア開度Ｘｉｎｔとデフロスタドア開度Ｘｄｅｆと風量Ｖｅｖａと目標吹出温度Ｔｏｆなどの目標冷暖房条件を演算し、車室内の冷暖房条件が上記演算された目標冷暖房条件を維持するように、ブロワファンモータ４４とインテークドアアクチュエータとエアミックスドアアクチュエータとベンチレータドアアクチュエータとフットドアアクチュエータとデフロスタドアアクチュエータなどを駆動する。
【００４０】
制御装置４３は、エアコンの空調（冷房暖房）負荷を検出する空調負荷検出手段からの信号に基づいてコンプレッサ３１の駆動負荷を予測するコンプレッサ負荷演算手段となっているとともに、コンプレッサ３１をエンジン２０１で駆動するか、モータ３０で駆動するか、あるいは、ＯＦＦするかを決定するコンプレッサ駆動方法決定手段の役目をも果たしている。
【００４１】
エンジン制御装置２０６はエンジン２０１の制御装置で、スロットル開度センサ２０７、車速センサ２０８、エンジン回転数センサ２０９、走行モードセンサ２１０、エアコン作動圧力センサ（図示せず）等から各センサ認識値を入力し、車両が所定のエンジン停止可能状態にあるか否か、走行のためにエンジン２０１をＯＮしているか否かを判断する車両状態判断手段となっている。
【００４２】
また、エンジン制御装置２０６は、制御装置４３に、エンジン停止可能不可能の車両状態信号とエンジン回転数とエアコン作動圧力等の信号を出力し、制御装置４３からエンジン作動要求信号を入力し、車両状態およびエンジン作動要求に応じて、エンジン２０１の作動非作動を制御するエンジン制御手段の役割も果たしている。
【００４３】
また、エンジン制御装置２０６は、電動ウォータポンプ２０５の作動非作動制御を行なう。エンジン２０１が非作動で、車室内から暖房要求がある場合には、電動ウォータポンプを作動させて、エンジン温水をヒータ２０２に循環させる。
【００４４】
なお、実際の車両では、車室外熱交換器３８の後にラジエータが設けられ、ここにもエンジン冷却水が流れて外気に放熱するようになっているが、図１には図示されていない。また、本実施の形態では、加熱手段としてエンジン冷却水を利用したヒータコアを例にして説明するが、電気ヒータや燃焼式ヒータ等の加熱手段を用いても良い。
【００４５】
図９は、本実施の形態におけるエンジンの作動非作動制御の制御フローを示している。
ハイブリッド車は車両駆動用のエンジンとモータを備え、所定の車速以下ではモータで走行し、所定の車速以上ではエンジンで走行する。
【００４６】
ステップＳ１でエンジンの作動非作動制御を開始すると、ステップＳ２では、各センサ値を検出する。スロットル開度センサ２０７からはスロットル開度を検出し、車速センサ２０８からは車速を検出し、エンジン回転数センサ２０９からはエンジン回転数を検出し、走行モードセンサ２１０からはエンジン走行状態かモータ走行状態かといった走行状態を検出し、エアコン作動圧力信号を検出し、制御装置４３からはエンジン作動要求信号を取り込む。
【００４７】
ステップＳ３では、ステップＳ２で検出したセンサ値の少なくとも一つあるいは複数に基づいて、車両が加速走行状態にあるのか、定常走行状態にあるのか、減速走行状態にあるのか、停車状態にあるのかといった車両状態を判断し、所定の条件に照らし合わせてエンジン停止可能状態と判断した場合にはステップＳ４に進み、エンジン停止不可能状態と判断した場合にはステップＳ５に進む。
【００４８】
ステップＳ４では、さらに、制御装置４３からエンジン作動要求があるか否かを判断し、エンジン作動要求がある場合にはステップＳ５に進み、コンプレッサ作動要求がない場合にはステップＳ６に進む。
【００４９】
ステップＳ５ではエンジンを作動状態に設定し、一方、ステップＳ６ではエンジンを非作動状態に設定して、再びステップＳ２に戻り、上述のエンジン作動非作動制御を繰り返す。
【００５０】
以上は、ハイブリッド車を例にして説明したが、アイドル時にはエンジンがＯＦＦし、アイドル以外ではエンジンがＯＮになるアイドルストップ車としても同様である。
【００５１】
図１０〜図１４は、図１に示す実施の形態のエアコンサイクルにおいて除湿暖房運転（以下、単に暖房運転）を行なう場合の制御フローを示している。
【００５２】
暖房運転時は四方弁７３が実線で示すように接続され、コンプレッサ３１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、第２の車室内熱交換器３３で空調風に放熱して高温高圧の液冷媒に変化し、膨張手段３４で断熱膨張して低温低圧の二相流になって第１の車室内熱交換器３５に流入し、ここで空調風から吸熱して低温低圧の冷媒ガスに変化した後、コンプレッサ３１に吸入される。所定の内外気比率に制御された空調風がブロワファン３７によって導入され、第１の車室内熱交換器３５で冷却（除湿）された後、第２の車室内熱交換器３３で加熱される。ヒータコア２０２にはエンジン冷却水が流入し、外気温やエンジン負荷が比較的高く、水温が十分高い場合には、エアコンサイクルによる暖房運転は行なわず、水温が低くヒータ性能が不足する場合に不足するヒータ能力に応じてエアコンサイクルによる暖房運転が行なわれる。
【００５３】
ステップＳ１０１でエアコンサイクルによる暖房運転を開始すると、ステップＳ１０２では、各センサ値およびアクチュエータ出力を検出する。ここで、Ｔｐｔｃは設定温度、Ｔｗはエンジン水温、Ｔｅｖａは第１の車室内熱交換器３５の作動温度、Ｔｖｓｃは第２の車室内熱交換器３３の吹出空気温度、Ｔａｍｂは外気温、Ｔｉｃは室温、Ｑｓｕｎは日射量、Ｖｆａｎはブロワファン電圧、Ｘｄｅｆはデフロスタドア開度、Ｘｉｎｔはインテークドア開度、Ｘｍｉｘはエアミックスドア開度、Ｐｄはエアコンサイクル作動圧力、車両状態信号はエンジン制御装置２０６から取り込むエンジン作動状態に関する信号である。
【００５４】
ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で検出したセンサ値に基づいて目標吹出温度Ｔｏｆを演算する。
【００５５】
ステップＳ１０４では、目標吹出温度Ｔｏｆとエンジン水温Ｔｗとヒータコア２０２の温度効率から、目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈを演算を演算する。
【００５６】
ステップＳ１０５では、ヒータ入口空気温度Ｔｖｓｃと目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈの温度差から、エアコンサイクルによる暖房運転を行なうか否かを判断する。目標とするヒータ入口空気温度Ｔｏｈが高く、実際のヒータ入口空気温度Ｔｖｓｃが低く、ヒータ入口空気温度Ｔｖｓｃと目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈの温度差が所定の値よりも大きい場合にはエアコンサイクルによる暖房運転を行なう（エアコン暖房ＯＮ）と判断し、ヒータ入口空気温度Ｔｖｓｃと目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈの温度差が所定の値よりも小さい場合にはエアコンサイクルによる暖房運転は行なわない（エアコン暖房ＯＦＦ）と判断する。
【００５７】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５でエアコン暖房ＯＦＦとなったか否かを判断し、エアコン暖房ＯＦＦの場合にはステップＳ１０７に進み、エアコン暖房ＯＮの場合にはステップＳ１０８に進む。
【００５８】
ステップＳ１０７では、エアコンサイクルによる暖房運転を行なわないので、コンプレッサクラッチをＯＦＦ、モータ３０をＯＦＦに設定し、ステップＳ１２２に進む。
【００５９】
ステップＳ１０８では、走行のためにエンジンＯＮしているか否かを判断し、エンジン走行している場合にはステップＳ１１９に進み、そうでない場合にはステップＳ１０９に進む。走行のためにエンジンＯＮしているときは比較的燃費率がいい領域でエンジン２０１が作動しているので、優先的にステップＳ１１９に進んでエンジン駆動でエアコンサイクルによる暖房運転を行なう。
【００６０】
ステップＳ１０９では、目標吹出温度Ｔｏｆまたは目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈを用いて、エアコンサイクルによる暖房運転を行なう場合の暖房負荷が大きいか否かを判断する。例えば、暖房運転開始直後のウォームアップ時や設定温度が一気に高い温度に設定変更された直後など、要求される暖房能力が大きく、目標吹出温度Ｔｏｆまたは目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈが所定の値よりも大きい場合にはＤとなり、そうでない場合にはＣとなる。
【００６１】
ステップＳ１１０では、ステップＳ１０９でＣとなったかＤとなったかを判断し、Ｃであった場合にはステップＳ１１１に進み、Ｄであった場合にはエンジン２０１でコンプレッサ３１を駆動してエアコンサイクルによる暖房運転を行なうためにステップＳ１１８に進む。
【００６２】
ステップＳ１１１では、風量や目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈとヒータ入口空気温度Ｔｖｓｃの温度差から、必要コンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐを演算する。図１に示すエアコンサイクルの暖房運転では、暖房運転時に車室外熱交換器３８に冷媒を流さないので車室外熱交換器３８における外気からの吸熱量はゼロで、第１の車室内熱交換器３５で空調風から吸熱する熱量とコンプレッサ３１の仕事エネルギの和が第２の車室内熱交換器３３において空調風に放熱される。この特徴を利用すれば、風量や目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈとヒータ入口空気温度Ｔｖｓｃの温度差から必要となるコンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐを推定することができる。
【００６３】
ステップＳ１１２では、ステップＳ１１１で演算した必要コンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐを用いて、Ｈ１〜Ｈ３の状態に分類する。車載を考えた場合、レイアウト上の制約からモータ３０は小型にせざるを得ず、最高出力も自ずと制約を受ける。そのため、必要コンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐが小さいＨ１の領域ではモータ駆動を優先させ、必要コンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐが大きいＨ３の領域ではエンジン駆動を優先させ、その中間は効率を基準にモータ駆動かエンジン駆動を選択する。必要コンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐが小さいＨ１領域は、エンジン駆動ではＯＮ／ＯＦＦによる断続運転を行なわざるを得ず、コンプレッサのＯＮ／ＯＦＦによって吹出温が１０℃以上変動してしまうために、温調が難しくエンジン駆動による暖房運転が苦手としていた範囲であるが、モータ駆動を行なうことで、効率の悪化を招くことなく、きめ細かな温調が可能になる。
【００６４】
ステップＳ１１３では、ステップＳ１１２でＨ１〜Ｈ３の何れが選択されたかを判断し、Ｈ１の場合はステップＳ１１６に進み、Ｈ２の場合にはステップＳ１１４に進み、Ｈ３の場合にはステップＳ１１８に進む。
【００６５】
モータ駆動時のエンジン負荷は、発電効率、バッテリ効率、モータ効率等の諸効率を考慮して得られる。そのため、同一必要コンプレッサ仕事Ｗcompに対するエンジン負荷は、モータ駆動の方がエンジン駆動よりも大きくなる。ところが、エンジン２０１の燃費率のいい領域を使って発電を行ない、この電力を使ってモータ駆動することで、アイドルのようにエンジン２０１の燃費率が悪い低回転数・低負荷の領域はモータ駆動が有利になり、走行時のように比較的エンジン２０１の燃費率がいい作動領域ではエンジン駆動が有利になる。
【００６６】
ステップＳ１１４では、ステップＳ１１１で予測した必要コンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐに対するエンジン軸トルクとアイドル時のエンジン回転数から、エンジン駆動域にあるかモータ駆動域にあるかを判断する。図中の実線は発電等の効率を考慮したエンジン駆動とモータ駆動の損得分岐線で、この線よりも下の低負荷域ではモータ駆動が有利で、この線よりも上の高負荷域ではエンジン駆動が有利になる。厳冬下に信号で停止したような場合以外では、モータ駆動が有利になるので、アイドル時にエンジンによるコンプレッサ駆動を停止するアイドルストップシステムの役割を果たしている。
【００６７】
ステップＳ１１５では、ステップＳ１１４でエンジン駆動域とモータ駆動域の何れが選択されたかを判断し、モータ駆動域が選択された場合にはステップＳ１１６に進み、エンジン駆動域が選択された場合にはステップＳ１１８に進む。
【００６８】
ステップＳ１１６では、バッテリ残量等を考慮してモータ駆動可能か否かを判断し、モータ駆動可能な場合にはステップＳ１１７に進み、バッテリ残量不足等の理由でモータ駆動不可能な場合にはステップＳ１１８に進む。
【００６９】
ステップＳ１１７では、コンプレッサクラッチＯＦＦ、モータＯＮに設定する。
【００７０】
ステップＳ１１８では、コンプレッサを駆動するためにエンジン制御装置２０６に対してエンジンＯＮ要求を出す。
【００７１】
ステップＳ１１９では、モータＯＦＦに設定する。
【００７２】
ステップＳ１２０では、コンプレッサ制御温度Ｔｃｏｍｐを設定する。コンプレッサ制御温度Ｔｃｏｍｐは外気温やガラスの防曇を考慮して設定する。
【００７３】
ステップＳ１２１では、第１の車室内熱交換器３５の作動温度Ｔｅｖａとコンプレッサ制御温度Ｔｃｏｍｐの温度差に応じて、コンプレッサ３１のＯＮ・ＯＦＦを選択する。
【００７４】
ステップＳ１２２では、インテークドア開度を目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて演算されるインテークドア開度Ｘｉｎｔに設定する。
【００７５】
ステップＳ１２３では、ミックスドア開度を目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて演算されるミックスドア開度Ｘｍｉｘに設定する。
【００７６】
ステップＳ１２４では、ブロワファン電圧を目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて演算されるブロワファン電圧Ｖｆａｎに設定する。
【００７７】
ステップＳ１２５では、吹出モードを目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて選択される吹出モードに設定した後、再びステップＳ１０２に戻り、暖房運転時の制御を繰り返す。
【００７８】
暖房運転時は、車室内の空調負荷から暖房要求があり、かつ、ヒータコア水温が低い場合に、不足する暖房能力に応じてそれを補うだけのエアコンサイクルによる暖房運転が行なわれる。一般に、アイドルのようにエンジン２０１の燃費率が悪い低回転数・低負荷の領域はモータ駆動が有利になり、走行時のように比較的エンジン２０１の燃費率がいい作動領域ではエンジン駆動が有利になる。そのため、本実施の形態では、走行時はコンプレッサをエンジン駆動するとしたが、不足する暖房能力の大きさやモータ出力によっては、温調性や効率を考えると、走行時にエンジン駆動で暖房運転するよりもモータ駆動で暖房運転する方がより好適となることがある。
【００７９】
図２〜図７は、暖房運転と冷房運転が可能な別のエアコンサイクル構成を示している。これらのエアコンサイクルについても前述の実施例の制御を適用することが出来るのはもちろんである。
【００８０】
図２に示すエアコンサイクルは、図１に示すエアコンサイクルにおいて、第２の車室内熱交換器３３の一端（暖房時の出口側、冷房時の入口側）と逆止弁７０の下流を絞り７４と二方弁７５を介してバイパス路１００で接続している。冷房運転時に二方弁７５を開閉すると、二方弁開状態では第１の車室内熱交換器３５と第２の車室内熱交換器３３の両方が蒸発器となり、二方弁閉状態では第１の車室内熱交換器３５のみが蒸発器となるので、車室内の冷房負荷に応じて車室内蒸発器の吸熱能力を可変することができる。暖房運転時には、第１の車室内熱交換器３５が蒸発器、第２の車室内熱交換器３３が凝縮器となる。
【００８１】
図３に示すエアコンサイクルは、図１に示すエアコンサイクルにおいて、第２の車室内熱交換器３３の一端（暖房時の出口側）と、膨張弁３４と第１の車室内熱交換器３５の間を絞り８０を介してバイパス路１００で接続している。冷房運転時は、第１の車室内熱交換器３５と第２の車室内熱交換器３３の両方が蒸発器となり、暖房運転時は、第１の車室内熱交換器３５が蒸発器、第２の車室内熱交換器３３が凝縮器となる。
【００８２】
図４に示すエアコンサイクルは、図１に示すエアコンサイクルにおいて、第１の車室内熱交換器３５と第２の車室内熱交換器３３の配置を変えた場合で、冷房運転時は、第２の車室内熱交換器３３には冷媒が流れず、第１の車室内熱交換器３５が蒸発器となり、暖房運転時は、第１の車室内熱交換器３５が蒸発器、第２の車室内熱交換器３３が凝縮器となる。
【００８３】
図５に示すエアコンサイクルは、図１に示すエアコンサイクルにおいて、一つの車室内熱交換器１０１を第１の冷媒パス７７と第２の冷媒パス７６で構成した場合で、冷房運転時には、第１の冷媒パス７７が蒸発部となり、暖房運転時には、第１の冷媒パス７７が蒸発部、第２の冷媒パス７６が凝縮部となる。
【００８４】
図６に示すエアコンサイクルは、図３に示すエアコンサイクルにおいて、四方弁７３の代わりに電磁弁８１〜８３を用いた場合のエアコンサイクル構成を示している。
【００８５】
図７に示すエアコンサイクルは、図１に示すエアコンサイクルにおいて、絞り手段１１１を追加して、第２の車室内熱交換器３３が冷房運転時に蒸発器、暖房運転時に凝縮器となるようにした場合のエアコンサイクル構成を示している。第１の車室内熱交換器３５は冷房運転時も暖房運転時も蒸発器となり、冷房運転時には絞り手段１１１で減圧された後にさらに絞り手段３４で減圧された低温冷媒が流入し、暖房運転時には絞り手段３４で減圧された低温冷媒が流入する。なお、冷房運転時には、絞り手段１１１をバイパスさせて第２の車室内熱交換器３３を凝縮器、第１の車室内熱交換器３５を蒸発器としても良いし、あるいは、絞り弁３４をバイパスさせて絞り手段１１１で減圧された低温冷媒が第１の車室内熱交換器３５と第２の車室内熱交換器３３の両方に流入するようにしても良い。
【００８６】
図１６〜図１９は、図１〜図７に示すエアコンサイクル、あるいは、図１５に示すような冷房運転のみを行なうエアコンサイクルで冷房運転を行なう場合の制御フローを示している。
【００８７】
暖房運転時は、車室内の空調負荷から暖房要求があり、かつ、ヒータコア水温が低い場合に、不足する暖房能力に応じてそれを補うだけのエアコンサイクルによる暖房運転しか行なわないのに対して、冷房運転時は、車室内の空調負荷から冷房要求があればエアコンサイクルによる冷房運転を行なう。暖房運転時と同様に、アイドルのようにエンジン２０１の燃費率が悪い低回転数・低負荷の領域はモータ駆動が有利になり、走行時のように比較的エンジン２０１の燃費率がいい作動領域ではエンジン駆動が有利になる。
【００８８】
例えば、図１のエアコンサイクルの冷房運転は次のようになる。四方弁７３が破線に示すように接続され、コンプレッサ３１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、車室外熱交換器３８に流入し、ここで外気に放熱して高温高圧の液冷媒に変化する。その後、膨張手段３４で断熱膨張して低温低圧の二相流になって第１の車室内熱交換器３５に流入し、ここで空調風から吸熱して低温低圧の冷媒ガスに変化してコンプレッサ３１に吸入される。冷房運転時は第２の車室内熱交換器３３には冷媒は流れない。ブロワファン３７で導入された空調風は、第１の車室内熱交換器３５で冷却（除湿）された後、所定の温度までヒータコア２０２でリヒートされて車室内に吹き出される。
【００８９】
ステップＳ２０１でエアコンサイクルによる暖房運転を開始すると、ステップＳ２０２では、各センサ値およびアクチュエータ出力を検出する。ここで、Ｔｐｔｃは設定温度、Ｔｗはエンジン水温、Ｔｅｖａは第１の車室内熱交換器３５の作動温度、Ｔａｍｂは外気温、Ｔｉｃは室温、Ｑｓｕｎは日射量、Ｖｆａｎはブロワファン電圧、Ｘｄｅｆはデフロスタドア開度、Ｘｉｎｔはインテークドア開度、Ｘｍｉｘはエアミックスドア開度、Ｐｄはエアコンサイクル作動圧力、車両状態信号はエンジン制御装置２０６から取り込むエンジン作動状態に関する信号である。
【００９０】
ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で検出したセンサ値に基づいて目標吹出温度Ｔｏｆを演算する。
【００９１】
ステップＳ２０４では、第１の車室内熱交換器３５の作動温度Ｔｅｖａと目標吹出温度Ｔｏｆの温度差、あるいは、第１の車室内熱交換器３５の作動温度Ｔｅｖａとα（予め設定した温度）の温度差に応じて、コンプレッサＯＮかコンプレッサＯＦＦを選択する。
【００９２】
ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４でコンプレッサＯＮが選択されたか否かを判断し、コンプレッサＯＮが選択された場合にはステップＳ２０７に進み、コンプレッサＯＦＦが選択された場合にはステップＳ２０６に進む。
【００９３】
ステップＳ２０６では、コンプレッサクラッチＯＦＦ、モータＯＦＦに設定する。
【００９４】
ステップＳ２０７では、走行のためにエンジンＯＮしているか否かを判断し、走行のためにエンジンＯＮしている場合にはエンジン駆動した方が効率がいいのでステップＳ２１７に進む。
【００９５】
ステップＳ２０８では、目標吹出温度Ｔｏｆが所定の値よりも小さくクールダウン時のように冷房負荷が大きい場合にはＡ、逆に、所定の値よりも大きく冷房負荷が比較的大きくない場合にはＢを選択する。
【００９６】
ステップＳ２０９では、ステップＳ２０８でＡとＢの何れが選択されたかを判断し、Ａが選択された場合にはステップＳ２１６に進み、Ｂが選択された場合にはステップＳ２１０に進む。
【００９７】
ステップＳ２１０では、エアコンサイクル作動圧力Ｐｄとアイドル時のエンジン回転数から、エンジン駆動すると仮定した場合のコンプレッサ駆動負荷Ｗｃｏｍｐを推定する。
【００９８】
ステップＳ２１１では、ステップＳ２１０で推定したコンプレッサ駆動負荷Ｗｃｏｍｐに対するエンジン軸トルクを演算する。
【００９９】
ステップＳ２１２では、コンプレッサ駆動負荷Ｗｃｏｍｐに対するエンジン軸トルクとアイドル時のエンジン回転数から、エンジン駆動域にあるかモータ駆動域にあるかを判断する。図中の実線は発電等の効率を考慮したエンジン駆動とモータ駆動の損得分岐線で、この線よりも下の低負荷域ではモータ駆動が有利で、この線よりも上の高負荷域ではエンジン駆動が有利になる。真夏の炎天下に信号で停止したような場合以外では、モータ駆動が有利になるので、アイドル時にエンジンによるコンプレッサ駆動を停止するアイドルストップシステムの役割を果たしている。
【０１００】
ステップＳ２１３では、ステップＳ２１２でエンジン駆動域とモータ駆動域の何れが選択されたかを判断し、モータ駆動域が選択された場合にはステップＳ２１４に進み、エンジン駆動域が選択された場合にはステップＳ２１６に進む。
【０１０１】
ステップＳ２１４では、バッテリ残量等を考慮してモータ駆動可能か否かを判断し、モータ駆動可能な場合にはステップＳ２１５に進み、バッテリ残量不足等の理由でモータ駆動不可能な場合にはステップＳ２１６に進む。
【０１０２】
ステップＳ２１５では、コンプレッサクラッチＯＦＦ、モータＯＮに設定する。
【０１０３】
ステップＳ２１６では、コンプレッサを駆動するためにエンジン制御装置２０６に対してエンジンＯＮ要求を出す。
【０１０４】
ステップＳ２１７では、コンプレッサクラッチＯＮ、モータＯＦＦに設定する。
【０１０５】
ステップＳ２１８では、インテークドア開度を目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて演算されるインテークドア開度Ｘｉｎｔに設定する。
【０１０６】
ステップＳ２１９では、ミックスドア開度を目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて演算されるミックスドア開度Ｘｍｉｘに設定する。
【０１０７】
ステップＳ２２０では、ブロワファン電圧を目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて演算されるブロワファン電圧Ｖｆａｎに設定する。
【０１０８】
ステップＳ２２１では、吹出モードを目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて選択される吹出モードに設定した後、再びステップＳ２０２に戻り、冷房運転時の制御を繰り返す。
【０１０９】
本実施の形態では、図１に示す車両用空調装置を例にして説明したが、図２〜図７に示すエアコンサイクル、あるいは、これらを組み合わせたエアコンサイクルにおいても同様の効果が得られる。
【０１１０】
また、本実施の形態では、フロントのみにエアコンを備えた場合を例にして説明したが、フロントとリアにエアコンを備えた場合にも同様の効果を得ることができる。
【０１１１】
また、コンプレッサとモータが一体となった一体型を例にして説明したが、図８に示すように別体でコンプレッサを駆動することが可能なモータを用いた場合にも同様の効果が得られ、バッテリ容量や車体サイズ等の車両の仕様に応じてモータの仕様を容易に変更することが可能になる。
【０１１２】
また、コンプレッサは固定容量タイプのコンプレッサでも可変容量タイプのコンプレッサでも同様の効果が得られる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように、本発明の車両用空調装置によれば、モータによるコンプレッサ駆動が選択されている間は、エンジンを停止しても車室内の空調状態を維持することができ、しかも、エンジン駆動とモータ駆動の効率の良い方でコンプレッサを駆動するので、エンジン停止中の車室内快適性の悪化を防ぎ、エアコンによる燃費の悪化を軽減することができる。
【０１１４】
一般に、アイドルのようにエンジンの燃費率が悪い低回転数・低負荷の領域はモータ駆動が有利になり、走行時のように比較的エンジンの燃費率がいい作動領域ではエンジン駆動が有利になるので、特にハイブリッド車やアイドルストップ車には最適なシステムで、コンプレッサ駆動のためのエンジン運転を減らし、車両のエンジン停止要求を最大限に満足することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用空調装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図３】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図４】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図５】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図６】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図７】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図８】別の実施の形態のコンプレッサ駆動方法を示す図である。
【図９】エンジンの作動非作動制御の制御フローである。
【図１０】エアコンサイクルによる暖房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１１】エアコンサイクルによる暖房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１２】エアコンサイクルによる暖房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１３】エアコンサイクルによる暖房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１４】エアコンサイクルによる暖房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１５】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図１６】エアコンサイクルによる冷房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１７】エアコンサイクルによる冷房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１８】エアコンサイクルによる冷房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１９】エアコンサイクルによる冷房運転を行なう場合の制御フローである。
【符号の説明】
３０ モータ
３１ コンプレッサ
３３ 第２の車室内熱交換器
３４ 膨張手段
３５ 第１の車室内熱交換器
３７ ブロワファン
３８ 車室外熱交換器
３９ ダクト
４０ 内気導入口
４１ 外気導入口
４２ インテークドア
４３ 制御装置
４４ ブロワファンモータ
４６ エアミックスドア
４７ エアミックスチャンバ
５１ ベンチレータ吹出口
５２ デフロスタ吹出口
５３ フット吹出口
５５ ベンチレータドア
５６ デフロスタドア
５７ フットドア
５９ 第１の車室内熱交換器作動温度センサ
６０ 第２の車室内熱交換器吹出空気温度センサ
６１ 日射量センサ
６２ 外気温センサ
６３ 室温センサ
６４ 室温設定器
６５ 吹出口モードスイッチ
６６ ブロワファンスイッチ
７０，７１ 逆止弁
７３ 四方弁
７４ 絞り手段
７５ 二方弁
７６ 第２の冷媒パス
７７ 第１の冷媒パス
８０ 絞り手段
８１，８２，８３ 二方弁
１００ バイパス路
１０１ 室内熱交換器
１１１ 絞り手段
２０１ エンジン
２０２ ヒータコア
２０３ エンジン冷却水配管
２０４ エンジン冷却水温センサ
２０５ 電動ウォータポンプ
２０６ エンジン制御装置
２０７ スロットル開度センサ
２０８ 車速センサ
２０９ エンジン回転数センサ
２１０ 走行モードセンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用空調装置、より具体的には、コンプレッサの駆動により冷媒を車室外熱交換器および車室内熱交換器に循環させる蒸気圧縮サイクルを備えた車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、従来のエンジンを備えた車両は、コンプレッサをエンジンで駆動して得られる冷風とエンジン冷却水を利用して得られる温風とを使って車室内空調を行なっている。
【０００３】
ところが、ハイブリッド車両やアイドルストップ車両においては、ハイブリッド車両ならばモータ走行時や停車時、アイドルストップ車両ならば停車時にそれぞれエンジン非作動となり、十分な車室内空調ができなくなる、という課題があった。
【０００４】
これに対して、極力エンジン作動を少なくしながら必要な車室内空調が得られるようにした車両用空調装置としては、例えば、特開平１０−２５８６２９号公報に開示されている空調装置が知られている。
【０００５】
冷房時にエンジン停止する場合には、空調負荷が所定値よりも小さく、かつ、車室内熱交換器の吹出空気温度が所定温度よりも低ければ、内外気モードを強制的に内気循環モードに切り替えて車室内熱交換器の冷熱で車室内の冷房感を維持し、空調負荷が所定値よりも大きくなるか、あるいは、車室内熱交換器の吹出空気温度が所定温度よりも高くなれば、エンジン停止を禁止してコンプレッサをエンジンで駆動するようにしている。
【０００６】
また、暖房時にエンジン停止する場合には、空調負荷が所定値よりも小さく、かつ、水温が所定温度よりも高ければ、内外気モードを強制的に内気循環モードに切り替えてヒータコアの熱で車室内の暖房感を維持し、空調負荷が所定値よりも大きくなるか、あるいは、水温が所定温度よりも低くなれば、エンジン停止を禁止してエンジンをＯＮしてヒータコアに温水を供給するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両用空調装置で冷房時に内気モードにしてエンジン停止すると、吹出温が１０℃近く上昇し、車室内空気の湿度も高くなるので、車室内の快適感が損なわれるだけでなく、車室内熱交換器からの臭いが発生する、といった問題があった。
【０００８】
こうした問題の解決手段の一つとして、エンジン停止時にモータでコンプレッサを駆動して冷房運転を行なうことで、吹出温や車室内湿度の上昇を抑え、車室内熱交換器からの臭いの発生を防止する方法が考えられる。
【０００９】
一方、暖房時に内気モードにしてエンジン停止すると、吹出温が１０℃近く低下し、車室内空気の湿度が高くなるので、窓ガラスの曇りが発生する、といった問題があった。
【００１０】
また、ハイブリッド車両やアイドルストップ車両では、従来の同等クラスの車両に比べ、より小型で効率がいいエンジンを車載する。そのために、車室内の暖房要求が高かったり、外気温が低い条件においては、水温が所定温度まで上昇しないためにエンジン停止が行えない、という問題もあった。
【００１１】
こうした問題の解決手段の一つとして、除湿暖房運転と冷房運転の可能なエアコンサイクルを用い、水温が所定温度よりも低いときやエンジン停止時に、エンジンやモータでコンプレッサを駆動して暖房運転を行なう、という方法が考えられる。
【００１２】
本エアコンサイクルの除湿暖房運転は、車室内への外気導入量を減らしながら暖房性能とガラスの防曇維持を両立できるだけでなく、外気温が低下したりエンジン発熱量が減少したとしても、高いヒータ性能を維持したまま短時間で所定温度までエンジン水温を高めることができる。
【００１３】
本発明は、エンジンとモータで駆動されるコンプレッサを備えた除湿暖房運転と冷房運転の可能なエアコンサイクルにおいて、除湿暖房運転時のエンジン駆動とモータ駆動の選択方法を提供するとともに、冷房運転可能なエアコンサイクルにおいて、冷房運転時のエンジン駆動とモータ駆動の選択方法を提供することが目的である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、車両駆動用エンジンとモータで駆動されるコンプレッサと車室外に置かれた車室外熱交換器と車室内に置かれた１個あるいは複数個の車室内熱交換器と膨張手段とで構成されたハイブリッドエアコンシステムにおいて、除湿暖房運転時に必要なコンプレッサの駆動負荷を演算するコンプレッサ負荷演算手段と、コンプレッサ負荷演算手段で演算されたコンプレッサの駆動負荷が大きい時は、エンジンによるコンプレッサ駆動を決定し、コンプレッサの駆動負荷が小さい時は、モータによるコンプレッサ駆動を決定し、コンプレッサの駆動負荷がそれらの中間の時は、エンジンによるコンプレッサ駆動とモータによるコンプレッサ駆動のいずれか一方の効率の良い方の動力によるコンプレッサ駆動を決定するコンプレッサ駆動方法決定手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明をコンプレッサ専用モータを備えた車両に適用する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１および請求項２に記載の車両用空調装置を車両駆動用モータを格別に備えたハイブリッド車両やアイドルストップ車両に適用する。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３に記載の車両用空調装置において、アイドル時にエンジンによるコンプレッサ駆動を停止するアイドルストップシステムを備える。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４に記載の車両用空調装置において、上記空調負荷検出手段により検出された空調負荷に応じて上記コンプレッサをＯＮ・ＯＦＦする。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用空調装置において、前記除湿暖房運転時の空調負荷が大きいときには、エンジンでコンプレッサを駆動することを特徴とする。
【００２０】
以下、本発明の作用を説明する。
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、車両駆動用エンジンとモータで駆動されるコンプレッサと車室外に置かれた車室外熱交換器と車室内に置かれた１個あるいは複数個の車室内熱交換器と膨張手段とで構成されたハイブリッドエアコンシステムにおいて、除湿暖房運転時に必要なコンプレッサの駆動負荷を演算するコンプレッサ負荷演算手段と、コンプレッサ負荷演算手段で演算されたコンプレッサの駆動負荷が大きい時は、エンジンによるコンプレッサ駆動を決定し、コンプレッサの駆動負荷が小さい時は、モータによるコンプレッサ駆動を決定し、コンプレッサの駆動負荷がそれらの中間の時は、エンジンによるコンプレッサ駆動とモータによるコンプレッサ駆動のいずれか一方の効率の良い方の動力によるコンプレッサ駆動を決定するコンプレッサ駆動方法決定手段とを備え、車両の空調負荷やコンプレッサ駆動負荷に応じて、エンジンによるコンプレッサ駆動とモータによるコンプレッサ駆動が選択される。
【００２２】
この結果、モータによるコンプレッサ駆動が選択されている間は、エンジンを停止しても車室内の空調状態を維持することが可能になる。また、エンジン駆動とモータ駆動の効率の良い方でコンプレッサを駆動することが可能になる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明をコンプレッサ専用モータを備えた車両に適用するので、請求項１に記載の発明の作用に加えて、バッテリ容量や車体サイズ等の車両の仕様に応じてモータの仕様を容易に変更することが可能になる。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１および請求項２に記載の車両用空調装置を車両駆動用モータを格別に備えたハイブリッド車両やアイドルストップ車両に適用するので、空調性能を犠牲にすることなくアイドル時のエンジン停止を行なうことが可能になる。また、モータとエンジンの効率の良い方でコンプレッサを駆動するので、エアコンによる燃費の悪化を軽減することが可能になる。
【００２５】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１から請求項３に記載の車両用空調装置において、アイドル時にエンジンによるコンプレッサ駆動を停止するアイドルストップシステムを備えるので、アイドル時にはコンプレッサがモータ駆動に切り替えられ、車両はエンジン停止を行なうことが可能になる。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１から請求項４に記載の車両用空調装置において、上記空調負荷検出手段により検出された空調負荷に応じて上記コンプレッサをＯＮ・ＯＦＦするので、無駄なコンプレッサ駆動によるエンジン負荷やバッテリ負荷の増加、燃費の悪化等を防ぐことが可能になる。
【００２７】
請求項に６に記載の発明によれば、請求項１から請求項５に記載の車両用空調装置において、上記除湿暖房運転時の空調負荷が大きいときには、上記エンジンで上記コンプレッサを駆動するので、クールダウン能力やウォームアップ能力を損なうことなく、車室内の快適性を確保することが可能になる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による車両用空調装置の一実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明による車両用空調装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【００３０】
まず、構成を説明する。
図１において、コンプレッサ３１は、エンジン２０１とモータ３０の両方または何れか一方で駆動され、コンプレッサクラッチがＯＮならばベルト（図示せず）を介してエンジン２０１で駆動され、モータ３０がＯＮならばモータ３０で駆動され、コンプレッサクラッチとモータ３０の両方がＯＦＦならば停止する。
【００３１】
冷媒流路切換手段としての四方弁７３には、コンプレッサ３１の吐出側と車室外熱交換器３８と第２の車室内熱交換器３３とコンプレッサ３１の吸入側が接続され、暖房設定時には、実線示のような流路切り換え状態となり、コンプレッサ３１の吐出側と第２の車室内熱交換器３３および車室外熱交換器３８とコンプレッサ３１の吸入側がそれぞれ連通する一方、冷房設定時には、点線示のような流路切り換え状態となり、コンプレッサ３１の吐出側と車室外熱交換器３８および第２の車室内熱交換器３３とコンプレッサ３１の吸入側がそれぞれ連通する。
【００３２】
車室外熱交換器３８は車室外に設けられ、コンプレッサ３１から吐出される冷媒の熱を外気に放熱する車室外コンデンサになっている。
【００３３】
第１の車室内熱交換器３５と第２の車室内熱交換器３３は、ダクト３９内に配置される。第１の車室内熱交換器３５の一端はコンプレッサ３１の冷媒吸入に、他端は膨張手段としての膨張弁３４に接続し、コンプレッサ３１が運転しているときには、常に吸熱器となってブロワファン３７によって送風された空気を冷却する。
【００３４】
第２の車室内熱交換器３３の一端は四方弁７３に接続し、他端は逆止弁７１に接続する。四方弁７３が暖房側に設定されたときには、第２の車室内熱交換器３３が放熱器となる状態となって暖房運転が行なわれ、四方弁７３が冷房側に設定されたときには、逆止弁７１によって第２の車室内熱交換器３３に冷媒が流れない状態となって冷房運転が行なわれる。逆止弁７０は、四方弁７３が暖房側に設定されたときに、第２の車室内熱交換器３３で凝縮された冷媒が車室外熱交換器３８に流入することを阻止する。
【００３５】
また、ダクト３９には、第２の車室内熱交換器３３の下流にヒータコア２０２が設けられ、エンジン冷却水が流入する。２０３は、エンジン冷却水配管である。
【００３６】
ダクト３９の第１の車室内熱交換器３５よりも上流側には、車室内空気を導入する内気導入口４０と、走行風圧を受けて外気を導入する外気導入口４１とが設けられている。この内気導入口４０と外気導入口４１とが分岐する部分には、内気導入口４０と外気導入口４１とを任意の比率で開閉するインテークドア４２が設けられている。インテークドア４２の開度たるインテークドア開度Ｘｉｎｔは、外気導入量がゼロでフル内気となる位置をＸｉｎｔ＝０％と設定し、フル外気導入となる位置をＸｉｎｔ＝１００％と設定する。内気導入口４０と外気導入口４１との空気導入側（空気流の下流側）と第１の車室内熱交換器３５との間には、ブロワファン３７が配置され、制御装置４３で駆動されるブロワファンモータ４４で回転駆動されるようになっている。
【００３７】
第２の車室内熱交換器３３の下流側には、エアミックスドア４６が設けられている。このエアミックスドア４６は、制御装置４３で駆動される図外のエアミックスドアアクチュエータにより、下流のヒータコア２０２を通過する空気と通過しない空気の割合を調節するように開閉する。エアミックスドア４６は、ヒータコア通過風量を可変することができ、ヒータ風量可変手段となっている。エアミックスドア４６の開度たるエアミックスドア開度Ｘｍｉｘは、エアミックスドア４６が一点鎖線示の位置となってヒータコア２０２を通過する空気がゼロとなるときをＸｍｉｘ＝０％（全閉、Ｆｕｌｌ ＣＯＯＬ）と設定し、エアミックスドア４６が二点鎖線示の位置となってすべての空気がヒータコア２０２を通過するときをＸｍｉｘ＝１００％（全開、Ｆｕｌｌ ＨＯＴ）と設定する。
【００３８】
ダクト３９のヒータコア２０２よりも下流側には、上記冷風と温風との混合を良くすることにより、温度調節された空調風を作る部屋としてのエアミックスチャンバ４７が設けられている。エアミックスチャンバ４７には、図外の対象乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すベンチレータ吹出口５１と、対象乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口５３と、図外のフロントウィンドガラスに向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口５２とが設けられている。エアミックスチャンバ４７内には、ベンチレータドア５５とフットドア５７とデフロスタドア５６とが設けられている。ベンチレータドア５５は、制御装置４３で駆動される図外のベンチレータドアアクチュエータにより、ベンチレータ吹出口５１を開閉する。フットドア５７は、制御装置４３で駆動される図外のフットドアアクチュエータにより、フット吹出口５３を開閉する。デフロスタドア５６は、制御装置４３で駆動される図外のデフロスタドアアクチュエータにより、デフロスタ吹出口５２を開閉する。デフロスタドア５６の開度たるデフロスタドア開度Ｘｄｅｆは、デフロスタ吹出口５２が全閉となる位置をＸｄｅｆ＝０％と設定し、デフロスタ吹出口５２が全開となる位置をＸｄｅｆ＝１００％と設定する。
【００３９】
制御装置４３は、第１の車室内熱交換器作動温度センサ５９と第２の車室内熱交換器吹出空気温度センサ６０と日射量センサ６１と外気温センサ６２と室温センサ６３と室温設定器６４と吹出口モードスイッチ６５とブロワファンスイッチ６６とエンジン冷却水温センサ２０４などの熱環境情報入力手段から得られる第１の車室内熱交換器３５の作動温度Ｔｅｖａと、第２の車室内熱交換器３３の吹出空気温度Ｔｖｓｃと、車両の日射量Ｑｓｕｎと、車室外の外気温度Ｔａｍｂと、車室内の検出温度（車室内温度）Ｔｉｃと、車室内の設定温度Ｔｐｔｃと、水温Ｔｗなどの熱環境情報により、エアミックスドア開度Ｘｍｉｘとインテークドア開度Ｘｉｎｔとデフロスタドア開度Ｘｄｅｆと風量Ｖｅｖａと目標吹出温度Ｔｏｆなどの目標冷暖房条件を演算し、車室内の冷暖房条件が上記演算された目標冷暖房条件を維持するように、ブロワファンモータ４４とインテークドアアクチュエータとエアミックスドアアクチュエータとベンチレータドアアクチュエータとフットドアアクチュエータとデフロスタドアアクチュエータなどを駆動する。
【００４０】
制御装置４３は、エアコンの空調（冷房暖房）負荷を検出する空調負荷検出手段からの信号に基づいてコンプレッサ３１の駆動負荷を予測するコンプレッサ負荷演算手段となっているとともに、コンプレッサ３１をエンジン２０１で駆動するか、モータ３０で駆動するか、あるいは、ＯＦＦするかを決定するコンプレッサ駆動方法決定手段の役目をも果たしている。
【００４１】
エンジン制御装置２０６はエンジン２０１の制御装置で、スロットル開度センサ２０７、車速センサ２０８、エンジン回転数センサ２０９、走行モードセンサ２１０、エアコン作動圧力センサ（図示せず）等から各センサ認識値を入力し、車両が所定のエンジン停止可能状態にあるか否か、走行のためにエンジン２０１をＯＮしているか否かを判断する車両状態判断手段となっている。
【００４２】
また、エンジン制御装置２０６は、制御装置４３に、エンジン停止可能不可能の車両状態信号とエンジン回転数とエアコン作動圧力等の信号を出力し、制御装置４３からエンジン作動要求信号を入力し、車両状態およびエンジン作動要求に応じて、エンジン２０１の作動非作動を制御するエンジン制御手段の役割も果たしている。
【００４３】
また、エンジン制御装置２０６は、電動ウォータポンプ２０５の作動非作動制御を行なう。エンジン２０１が非作動で、車室内から暖房要求がある場合には、電動ウォータポンプを作動させて、エンジン温水をヒータ２０２に循環させる。
【００４４】
なお、実際の車両では、車室外熱交換器３８の後にラジエータが設けられ、ここにもエンジン冷却水が流れて外気に放熱するようになっているが、図１には図示されていない。また、本実施の形態では、加熱手段としてエンジン冷却水を利用したヒータコアを例にして説明するが、電気ヒータや燃焼式ヒータ等の加熱手段を用いても良い。
【００４５】
図９は、本実施の形態におけるエンジンの作動非作動制御の制御フローを示している。
ハイブリッド車は車両駆動用のエンジンとモータを備え、所定の車速以下ではモータで走行し、所定の車速以上ではエンジンで走行する。
【００４６】
ステップＳ１でエンジンの作動非作動制御を開始すると、ステップＳ２では、各センサ値を検出する。スロットル開度センサ２０７からはスロットル開度を検出し、車速センサ２０８からは車速を検出し、エンジン回転数センサ２０９からはエンジン回転数を検出し、走行モードセンサ２１０からはエンジン走行状態かモータ走行状態かといった走行状態を検出し、エアコン作動圧力信号を検出し、制御装置４３からはエンジン作動要求信号を取り込む。
【００４７】
ステップＳ３では、ステップＳ２で検出したセンサ値の少なくとも一つあるいは複数に基づいて、車両が加速走行状態にあるのか、定常走行状態にあるのか、減速走行状態にあるのか、停車状態にあるのかといった車両状態を判断し、所定の条件に照らし合わせてエンジン停止可能状態と判断した場合にはステップＳ４に進み、エンジン停止不可能状態と判断した場合にはステップＳ５に進む。
【００４８】
ステップＳ４では、さらに、制御装置４３からエンジン作動要求があるか否かを判断し、エンジン作動要求がある場合にはステップＳ５に進み、コンプレッサ作動要求がない場合にはステップＳ６に進む。
【００４９】
ステップＳ５ではエンジンを作動状態に設定し、一方、ステップＳ６ではエンジンを非作動状態に設定して、再びステップＳ２に戻り、上述のエンジン作動非作動制御を繰り返す。
【００５０】
以上は、ハイブリッド車を例にして説明したが、アイドル時にはエンジンがＯＦＦし、アイドル以外ではエンジンがＯＮになるアイドルストップ車としても同様である。
【００５１】
図１０〜図１４は、図１に示す実施の形態のエアコンサイクルにおいて除湿暖房運転（以下、単に暖房運転）を行なう場合の制御フローを示している。
【００５２】
暖房運転時は四方弁７３が実線で示すように接続され、コンプレッサ３１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、第２の車室内熱交換器３３で空調風に放熱して高温高圧の液冷媒に変化し、膨張手段３４で断熱膨張して低温低圧の二相流になって第１の車室内熱交換器３５に流入し、ここで空調風から吸熱して低温低圧の冷媒ガスに変化した後、コンプレッサ３１に吸入される。所定の内外気比率に制御された空調風がブロワファン３７によって導入され、第１の車室内熱交換器３５で冷却（除湿）された後、第２の車室内熱交換器３３で加熱される。ヒータコア２０２にはエンジン冷却水が流入し、外気温やエンジン負荷が比較的高く、水温が十分高い場合には、エアコンサイクルによる暖房運転は行なわず、水温が低くヒータ性能が不足する場合に不足するヒータ能力に応じてエアコンサイクルによる暖房運転が行なわれる。
【００５３】
ステップＳ１０１でエアコンサイクルによる暖房運転を開始すると、ステップＳ１０２では、各センサ値およびアクチュエータ出力を検出する。ここで、Ｔｐｔｃは設定温度、Ｔｗはエンジン水温、Ｔｅｖａは第１の車室内熱交換器３５の作動温度、Ｔｖｓｃは第２の車室内熱交換器３３の吹出空気温度、Ｔａｍｂは外気温、Ｔｉｃは室温、Ｑｓｕｎは日射量、Ｖｆａｎはブロワファン電圧、Ｘｄｅｆはデフロスタドア開度、Ｘｉｎｔはインテークドア開度、Ｘｍｉｘはエアミックスドア開度、Ｐｄはエアコンサイクル作動圧力、車両状態信号はエンジン制御装置２０６から取り込むエンジン作動状態に関する信号である。
【００５４】
ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で検出したセンサ値に基づいて目標吹出温度Ｔｏｆを演算する。
【００５５】
ステップＳ１０４では、目標吹出温度Ｔｏｆとエンジン水温Ｔｗとヒータコア２０２の温度効率から、目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈを演算を演算する。
【００５６】
ステップＳ１０５では、ヒータ入口空気温度Ｔｖｓｃと目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈの温度差から、エアコンサイクルによる暖房運転を行なうか否かを判断する。目標とするヒータ入口空気温度Ｔｏｈが高く、実際のヒータ入口空気温度Ｔｖｓｃが低く、ヒータ入口空気温度Ｔｖｓｃと目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈの温度差が所定の値よりも大きい場合にはエアコンサイクルによる暖房運転を行なう（エアコン暖房ＯＮ）と判断し、ヒータ入口空気温度Ｔｖｓｃと目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈの温度差が所定の値よりも小さい場合にはエアコンサイクルによる暖房運転は行なわない（エアコン暖房ＯＦＦ）と判断する。
【００５７】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５でエアコン暖房ＯＦＦとなったか否かを判断し、エアコン暖房ＯＦＦの場合にはステップＳ１０７に進み、エアコン暖房ＯＮの場合にはステップＳ１０８に進む。
【００５８】
ステップＳ１０７では、エアコンサイクルによる暖房運転を行なわないので、コンプレッサクラッチをＯＦＦ、モータ３０をＯＦＦに設定し、ステップＳ１２２に進む。
【００５９】
ステップＳ１０８では、走行のためにエンジンＯＮしているか否かを判断し、エンジン走行している場合にはステップＳ１１９に進み、そうでない場合にはステップＳ１０９に進む。走行のためにエンジンＯＮしているときは比較的燃費率がいい領域でエンジン２０１が作動しているので、優先的にステップＳ１１９に進んでエンジン駆動でエアコンサイクルによる暖房運転を行なう。
【００６０】
ステップＳ１０９では、目標吹出温度Ｔｏｆまたは目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈを用いて、エアコンサイクルによる暖房運転を行なう場合の暖房負荷が大きいか否かを判断する。例えば、暖房運転開始直後のウォームアップ時や設定温度が一気に高い温度に設定変更された直後など、要求される暖房能力が大きく、目標吹出温度Ｔｏｆまたは目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈが所定の値よりも大きい場合にはＤとなり、そうでない場合にはＣとなる。
【００６１】
ステップＳ１１０では、ステップＳ１０９でＣとなったかＤとなったかを判断し、Ｃであった場合にはステップＳ１１１に進み、Ｄであった場合にはエンジン２０１でコンプレッサ３１を駆動してエアコンサイクルによる暖房運転を行なうためにステップＳ１１８に進む。
【００６２】
ステップＳ１１１では、風量や目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈとヒータ入口空気温度Ｔｖｓｃの温度差から、必要コンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐを演算する。図１に示すエアコンサイクルの暖房運転では、暖房運転時に車室外熱交換器３８に冷媒を流さないので車室外熱交換器３８における外気からの吸熱量はゼロで、第１の車室内熱交換器３５で空調風から吸熱する熱量とコンプレッサ３１の仕事エネルギの和が第２の車室内熱交換器３３において空調風に放熱される。この特徴を利用すれば、風量や目標ヒータ入口空気温度Ｔｏｈとヒータ入口空気温度Ｔｖｓｃの温度差から必要となるコンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐを推定することができる。
【００６３】
ステップＳ１１２では、ステップＳ１１１で演算した必要コンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐを用いて、Ｈ１〜Ｈ３の状態に分類する。車載を考えた場合、レイアウト上の制約からモータ３０は小型にせざるを得ず、最高出力も自ずと制約を受ける。そのため、必要コンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐが小さいＨ１の領域ではモータ駆動を優先させ、必要コンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐが大きいＨ３の領域ではエンジン駆動を優先させ、その中間は効率を基準にモータ駆動かエンジン駆動を選択する。必要コンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐが小さいＨ１領域は、エンジン駆動ではＯＮ／ＯＦＦによる断続運転を行なわざるを得ず、コンプレッサのＯＮ／ＯＦＦによって吹出温が１０℃以上変動してしまうために、温調が難しくエンジン駆動による暖房運転が苦手としていた範囲であるが、モータ駆動を行なうことで、効率の悪化を招くことなく、きめ細かな温調が可能になる。
【００６４】
ステップＳ１１３では、ステップＳ１１２でＨ１〜Ｈ３の何れが選択されたかを判断し、Ｈ１の場合はステップＳ１１６に進み、Ｈ２の場合にはステップＳ１１４に進み、Ｈ３の場合にはステップＳ１１８に進む。
【００６５】
モータ駆動時のエンジン負荷は、発電効率、バッテリ効率、モータ効率等の諸効率を考慮して得られる。そのため、同一必要コンプレッサ仕事Ｗcompに対するエンジン負荷は、モータ駆動の方がエンジン駆動よりも大きくなる。ところが、エンジン２０１の燃費率のいい領域を使って発電を行ない、この電力を使ってモータ駆動することで、アイドルのようにエンジン２０１の燃費率が悪い低回転数・低負荷の領域はモータ駆動が有利になり、走行時のように比較的エンジン２０１の燃費率がいい作動領域ではエンジン駆動が有利になる。
【００６６】
ステップＳ１１４では、ステップＳ１１１で予測した必要コンプレッサ仕事Ｗｃｏｍｐに対するエンジン軸トルクとアイドル時のエンジン回転数から、エンジン駆動域にあるかモータ駆動域にあるかを判断する。図中の実線は発電等の効率を考慮したエンジン駆動とモータ駆動の損得分岐線で、この線よりも下の低負荷域ではモータ駆動が有利で、この線よりも上の高負荷域ではエンジン駆動が有利になる。厳冬下に信号で停止したような場合以外では、モータ駆動が有利になるので、アイドル時にエンジンによるコンプレッサ駆動を停止するアイドルストップシステムの役割を果たしている。
【００６７】
ステップＳ１１５では、ステップＳ１１４でエンジン駆動域とモータ駆動域の何れが選択されたかを判断し、モータ駆動域が選択された場合にはステップＳ１１６に進み、エンジン駆動域が選択された場合にはステップＳ１１８に進む。
【００６８】
ステップＳ１１６では、バッテリ残量等を考慮してモータ駆動可能か否かを判断し、モータ駆動可能な場合にはステップＳ１１７に進み、バッテリ残量不足等の理由でモータ駆動不可能な場合にはステップＳ１１８に進む。
【００６９】
ステップＳ１１７では、コンプレッサクラッチＯＦＦ、モータＯＮに設定する。
【００７０】
ステップＳ１１８では、コンプレッサを駆動するためにエンジン制御装置２０６に対してエンジンＯＮ要求を出す。
【００７１】
ステップＳ１１９では、モータＯＦＦに設定する。
【００７２】
ステップＳ１２０では、コンプレッサ制御温度Ｔｃｏｍｐを設定する。コンプレッサ制御温度Ｔｃｏｍｐは外気温やガラスの防曇を考慮して設定する。
【００７３】
ステップＳ１２１では、第１の車室内熱交換器３５の作動温度Ｔｅｖａとコンプレッサ制御温度Ｔｃｏｍｐの温度差に応じて、コンプレッサ３１のＯＮ・ＯＦＦを選択する。
【００７４】
ステップＳ１２２では、インテークドア開度を目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて演算されるインテークドア開度Ｘｉｎｔに設定する。
【００７５】
ステップＳ１２３では、ミックスドア開度を目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて演算されるミックスドア開度Ｘｍｉｘに設定する。
【００７６】
ステップＳ１２４では、ブロワファン電圧を目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて演算されるブロワファン電圧Ｖｆａｎに設定する。
【００７７】
ステップＳ１２５では、吹出モードを目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて選択される吹出モードに設定した後、再びステップＳ１０２に戻り、暖房運転時の制御を繰り返す。
【００７８】
暖房運転時は、車室内の空調負荷から暖房要求があり、かつ、ヒータコア水温が低い場合に、不足する暖房能力に応じてそれを補うだけのエアコンサイクルによる暖房運転が行なわれる。一般に、アイドルのようにエンジン２０１の燃費率が悪い低回転数・低負荷の領域はモータ駆動が有利になり、走行時のように比較的エンジン２０１の燃費率がいい作動領域ではエンジン駆動が有利になる。そのため、本実施の形態では、走行時はコンプレッサをエンジン駆動するとしたが、不足する暖房能力の大きさやモータ出力によっては、温調性や効率を考えると、走行時にエンジン駆動で暖房運転するよりもモータ駆動で暖房運転する方がより好適となることがある。
【００７９】
図２〜図７は、暖房運転と冷房運転が可能な別のエアコンサイクル構成を示している。これらのエアコンサイクルについても前述の実施例の制御を適用することが出来るのはもちろんである。
【００８０】
図２に示すエアコンサイクルは、図１に示すエアコンサイクルにおいて、第２の車室内熱交換器３３の一端（暖房時の出口側、冷房時の入口側）と逆止弁７０の下流を絞り７４と二方弁７５を介してバイパス路１００で接続している。冷房運転時に二方弁７５を開閉すると、二方弁開状態では第１の車室内熱交換器３５と第２の車室内熱交換器３３の両方が蒸発器となり、二方弁閉状態では第１の車室内熱交換器３５のみが蒸発器となるので、車室内の冷房負荷に応じて車室内蒸発器の吸熱能力を可変することができる。暖房運転時には、第１の車室内熱交換器３５が蒸発器、第２の車室内熱交換器３３が凝縮器となる。
【００８１】
図３に示すエアコンサイクルは、図１に示すエアコンサイクルにおいて、第２の車室内熱交換器３３の一端（暖房時の出口側）と、膨張弁３４と第１の車室内熱交換器３５の間を絞り８０を介してバイパス路１００で接続している。冷房運転時は、第１の車室内熱交換器３５と第２の車室内熱交換器３３の両方が蒸発器となり、暖房運転時は、第１の車室内熱交換器３５が蒸発器、第２の車室内熱交換器３３が凝縮器となる。
【００８２】
図４に示すエアコンサイクルは、図１に示すエアコンサイクルにおいて、第１の車室内熱交換器３５と第２の車室内熱交換器３３の配置を変えた場合で、冷房運転時は、第２の車室内熱交換器３３には冷媒が流れず、第１の車室内熱交換器３５が蒸発器となり、暖房運転時は、第１の車室内熱交換器３５が蒸発器、第２の車室内熱交換器３３が凝縮器となる。
【００８３】
図５に示すエアコンサイクルは、図１に示すエアコンサイクルにおいて、一つの車室内熱交換器１０１を第１の冷媒パス７７と第２の冷媒パス７６で構成した場合で、冷房運転時には、第１の冷媒パス７７が蒸発部となり、暖房運転時には、第１の冷媒パス７７が蒸発部、第２の冷媒パス７６が凝縮部となる。
【００８４】
図６に示すエアコンサイクルは、図３に示すエアコンサイクルにおいて、四方弁７３の代わりに電磁弁８１〜８３を用いた場合のエアコンサイクル構成を示している。
【００８５】
図７に示すエアコンサイクルは、図１に示すエアコンサイクルにおいて、絞り手段１１１を追加して、第２の車室内熱交換器３３が冷房運転時に蒸発器、暖房運転時に凝縮器となるようにした場合のエアコンサイクル構成を示している。第１の車室内熱交換器３５は冷房運転時も暖房運転時も蒸発器となり、冷房運転時には絞り手段１１１で減圧された後にさらに絞り手段３４で減圧された低温冷媒が流入し、暖房運転時には絞り手段３４で減圧された低温冷媒が流入する。なお、冷房運転時には、絞り手段１１１をバイパスさせて第２の車室内熱交換器３３を凝縮器、第１の車室内熱交換器３５を蒸発器としても良いし、あるいは、絞り弁３４をバイパスさせて絞り手段１１１で減圧された低温冷媒が第１の車室内熱交換器３５と第２の車室内熱交換器３３の両方に流入するようにしても良い。
【００８６】
図１６〜図１９は、図１〜図７に示すエアコンサイクル、あるいは、図１５に示すような冷房運転のみを行なうエアコンサイクルで冷房運転を行なう場合の制御フローを示している。
【００８７】
暖房運転時は、車室内の空調負荷から暖房要求があり、かつ、ヒータコア水温が低い場合に、不足する暖房能力に応じてそれを補うだけのエアコンサイクルによる暖房運転しか行なわないのに対して、冷房運転時は、車室内の空調負荷から冷房要求があればエアコンサイクルによる冷房運転を行なう。暖房運転時と同様に、アイドルのようにエンジン２０１の燃費率が悪い低回転数・低負荷の領域はモータ駆動が有利になり、走行時のように比較的エンジン２０１の燃費率がいい作動領域ではエンジン駆動が有利になる。
【００８８】
例えば、図１のエアコンサイクルの冷房運転は次のようになる。四方弁７３が破線に示すように接続され、コンプレッサ３１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、車室外熱交換器３８に流入し、ここで外気に放熱して高温高圧の液冷媒に変化する。その後、膨張手段３４で断熱膨張して低温低圧の二相流になって第１の車室内熱交換器３５に流入し、ここで空調風から吸熱して低温低圧の冷媒ガスに変化してコンプレッサ３１に吸入される。冷房運転時は第２の車室内熱交換器３３には冷媒は流れない。ブロワファン３７で導入された空調風は、第１の車室内熱交換器３５で冷却（除湿）された後、所定の温度までヒータコア２０２でリヒートされて車室内に吹き出される。
【００８９】
ステップＳ２０１でエアコンサイクルによる暖房運転を開始すると、ステップＳ２０２では、各センサ値およびアクチュエータ出力を検出する。ここで、Ｔｐｔｃは設定温度、Ｔｗはエンジン水温、Ｔｅｖａは第１の車室内熱交換器３５の作動温度、Ｔａｍｂは外気温、Ｔｉｃは室温、Ｑｓｕｎは日射量、Ｖｆａｎはブロワファン電圧、Ｘｄｅｆはデフロスタドア開度、Ｘｉｎｔはインテークドア開度、Ｘｍｉｘはエアミックスドア開度、Ｐｄはエアコンサイクル作動圧力、車両状態信号はエンジン制御装置２０６から取り込むエンジン作動状態に関する信号である。
【００９０】
ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で検出したセンサ値に基づいて目標吹出温度Ｔｏｆを演算する。
【００９１】
ステップＳ２０４では、第１の車室内熱交換器３５の作動温度Ｔｅｖａと目標吹出温度Ｔｏｆの温度差、あるいは、第１の車室内熱交換器３５の作動温度Ｔｅｖａとα（予め設定した温度）の温度差に応じて、コンプレッサＯＮかコンプレッサＯＦＦを選択する。
【００９２】
ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４でコンプレッサＯＮが選択されたか否かを判断し、コンプレッサＯＮが選択された場合にはステップＳ２０７に進み、コンプレッサＯＦＦが選択された場合にはステップＳ２０６に進む。
【００９３】
ステップＳ２０６では、コンプレッサクラッチＯＦＦ、モータＯＦＦに設定する。
【００９４】
ステップＳ２０７では、走行のためにエンジンＯＮしているか否かを判断し、走行のためにエンジンＯＮしている場合にはエンジン駆動した方が効率がいいのでステップＳ２１７に進む。
【００９５】
ステップＳ２０８では、目標吹出温度Ｔｏｆが所定の値よりも小さくクールダウン時のように冷房負荷が大きい場合にはＡ、逆に、所定の値よりも大きく冷房負荷が比較的大きくない場合にはＢを選択する。
【００９６】
ステップＳ２０９では、ステップＳ２０８でＡとＢの何れが選択されたかを判断し、Ａが選択された場合にはステップＳ２１６に進み、Ｂが選択された場合にはステップＳ２１０に進む。
【００９７】
ステップＳ２１０では、エアコンサイクル作動圧力Ｐｄとアイドル時のエンジン回転数から、エンジン駆動すると仮定した場合のコンプレッサ駆動負荷Ｗｃｏｍｐを推定する。
【００９８】
ステップＳ２１１では、ステップＳ２１０で推定したコンプレッサ駆動負荷Ｗｃｏｍｐに対するエンジン軸トルクを演算する。
【００９９】
ステップＳ２１２では、コンプレッサ駆動負荷Ｗｃｏｍｐに対するエンジン軸トルクとアイドル時のエンジン回転数から、エンジン駆動域にあるかモータ駆動域にあるかを判断する。図中の実線は発電等の効率を考慮したエンジン駆動とモータ駆動の損得分岐線で、この線よりも下の低負荷域ではモータ駆動が有利で、この線よりも上の高負荷域ではエンジン駆動が有利になる。真夏の炎天下に信号で停止したような場合以外では、モータ駆動が有利になるので、アイドル時にエンジンによるコンプレッサ駆動を停止するアイドルストップシステムの役割を果たしている。
【０１００】
ステップＳ２１３では、ステップＳ２１２でエンジン駆動域とモータ駆動域の何れが選択されたかを判断し、モータ駆動域が選択された場合にはステップＳ２１４に進み、エンジン駆動域が選択された場合にはステップＳ２１６に進む。
【０１０１】
ステップＳ２１４では、バッテリ残量等を考慮してモータ駆動可能か否かを判断し、モータ駆動可能な場合にはステップＳ２１５に進み、バッテリ残量不足等の理由でモータ駆動不可能な場合にはステップＳ２１６に進む。
【０１０２】
ステップＳ２１５では、コンプレッサクラッチＯＦＦ、モータＯＮに設定する。
【０１０３】
ステップＳ２１６では、コンプレッサを駆動するためにエンジン制御装置２０６に対してエンジンＯＮ要求を出す。
【０１０４】
ステップＳ２１７では、コンプレッサクラッチＯＮ、モータＯＦＦに設定する。
【０１０５】
ステップＳ２１８では、インテークドア開度を目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて演算されるインテークドア開度Ｘｉｎｔに設定する。
【０１０６】
ステップＳ２１９では、ミックスドア開度を目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて演算されるミックスドア開度Ｘｍｉｘに設定する。
【０１０７】
ステップＳ２２０では、ブロワファン電圧を目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて演算されるブロワファン電圧Ｖｆａｎに設定する。
【０１０８】
ステップＳ２２１では、吹出モードを目標吹出温度Ｔｏｆに基づいて選択される吹出モードに設定した後、再びステップＳ２０２に戻り、冷房運転時の制御を繰り返す。
【０１０９】
本実施の形態では、図１に示す車両用空調装置を例にして説明したが、図２〜図７に示すエアコンサイクル、あるいは、これらを組み合わせたエアコンサイクルにおいても同様の効果が得られる。
【０１１０】
また、本実施の形態では、フロントのみにエアコンを備えた場合を例にして説明したが、フロントとリアにエアコンを備えた場合にも同様の効果を得ることができる。
【０１１１】
また、コンプレッサとモータが一体となった一体型を例にして説明したが、図８に示すように別体でコンプレッサを駆動することが可能なモータを用いた場合にも同様の効果が得られ、バッテリ容量や車体サイズ等の車両の仕様に応じてモータの仕様を容易に変更することが可能になる。
【０１１２】
また、コンプレッサは固定容量タイプのコンプレッサでも可変容量タイプのコンプレッサでも同様の効果が得られる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように、本発明の車両用空調装置によれば、モータによるコンプレッサ駆動が選択されている間は、エンジンを停止しても車室内の空調状態を維持することができ、しかも、エンジン駆動とモータ駆動の効率の良い方でコンプレッサを駆動するので、エンジン停止中の車室内快適性の悪化を防ぎ、エアコンによる燃費の悪化を軽減することができる。
【０１１４】
一般に、アイドルのようにエンジンの燃費率が悪い低回転数・低負荷の領域はモータ駆動が有利になり、走行時のように比較的エンジンの燃費率がいい作動領域ではエンジン駆動が有利になるので、特にハイブリッド車やアイドルストップ車には最適なシステムで、コンプレッサ駆動のためのエンジン運転を減らし、車両のエンジン停止要求を最大限に満足することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用空調装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図３】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図４】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図５】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図６】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図７】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図８】別の実施の形態のコンプレッサ駆動方法を示す図である。
【図９】エンジンの作動非作動制御の制御フローである。
【図１０】エアコンサイクルによる暖房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１１】エアコンサイクルによる暖房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１２】エアコンサイクルによる暖房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１３】エアコンサイクルによる暖房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１４】エアコンサイクルによる暖房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１５】別の実施の形態のエアコンサイクルの概略構成図である。
【図１６】エアコンサイクルによる冷房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１７】エアコンサイクルによる冷房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１８】エアコンサイクルによる冷房運転を行なう場合の制御フローである。
【図１９】エアコンサイクルによる冷房運転を行なう場合の制御フローである。
【符号の説明】
３０ モータ
３１ コンプレッサ
３３ 第２の車室内熱交換器
３４ 膨張手段
３５ 第１の車室内熱交換器
３７ ブロワファン
３８ 車室外熱交換器
３９ ダクト
４０ 内気導入口
４１ 外気導入口
４２ インテークドア
４３ 制御装置
４４ ブロワファンモータ
４６ エアミックスドア
４７ エアミックスチャンバ
５１ ベンチレータ吹出口
５２ デフロスタ吹出口
５３ フット吹出口
５５ ベンチレータドア
５６ デフロスタドア
５７ フットドア
５９ 第１の車室内熱交換器作動温度センサ
６０ 第２の車室内熱交換器吹出空気温度センサ
６１ 日射量センサ
６２ 外気温センサ
６３ 室温センサ
６４ 室温設定器
６５ 吹出口モードスイッチ
６６ ブロワファンスイッチ
７０，７１ 逆止弁
７３ 四方弁
７４ 絞り手段
７５ 二方弁
７６ 第２の冷媒パス
７７ 第１の冷媒パス
８０ 絞り手段
８１，８２，８３ 二方弁
１００ バイパス路
１０１ 室内熱交換器
１１１ 絞り手段
２０１ エンジン
２０２ ヒータコア
２０３ エンジン冷却水配管
２０４ エンジン冷却水温センサ
２０５ 電動ウォータポンプ
２０６ エンジン制御装置
２０７ スロットル開度センサ
２０８ 車速センサ
２０９ エンジン回転数センサ
２１０ 走行モードセンサ
Claims (6)
- 車両駆動用エンジンとモータで駆動されるコンプレッサと車室外に置かれた車室外熱交換器と車室内に置かれた１個あるいは複数個の車室内熱交換器と膨張手段とで構成されたハイブリッドエアコンシステムにおいて、
除湿暖房運転時に必要なコンプレッサの駆動負荷を演算するコンプレッサ負荷演算手段と、
コンプレッサ負荷演算手段で演算されたコンプレッサの駆動負荷が大きい時は、エンジンによるコンプレッサ駆動を決定し、コンプレッサの駆動負荷が小さい時は、モータによるコンプレッサ駆動を決定し、コンプレッサの駆動負荷がそれらの中間の時は、エンジンによるコンプレッサ駆動とモータによるコンプレッサ駆動のいずれか一方の効率の良い方の動力によるコンプレッサ駆動を決定するコンプレッサ駆動方法決定手段とを備えることを特徴とする車両用空調装置。 - 項求項１に記載の車両用空調装置において、
コンプレッサ専用モータを備えた車両に適用したことを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項１または２に記載の車両用空調装置において、
車両駆動用モータを格別に備えたハイブリッド車両やアイドルストップ車両に適用したことを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用空調装置において、
アイドル時にエンジンによるコンプレッサ駆動を停止するアイドルストップシステムを備えることを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載の車両用空調装置において、
空調負荷検出手段により検出された空調負荷に応じてコンプレッサをON・OFFすることを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用空調装置において、前記除湿暖房運転時の空調負荷が大きいときには、エンジンでコンプレッサを駆動することを特徴とする車両用空調装置。
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