JP3824824B2

JP3824824B2 - 車両用空調装置

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Publication number: JP3824824B2
Application number: JP30695199A
Authority: JP
Inventors: 敦雄井上; 政人坪井
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: JP2001121946A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調用のエネルギー源を車両の推進エネルギー（エンジン、電気モータ等によるエネルギー）と共有する車両用空調装置に関し、とくに、車両推進用原動機から供給されるエネルギーに対し車両走行上等から制限を加える必要がある場合に、冷媒回路中の主エネルギー消費機器である圧縮機に加えて、少なくとも消費エネルギーが比較的大きいヒータを含む動力消費機器について、最適に制御できるようにした車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用空調装置においては、その動力源を、車両推進用の原動機（内燃機関のエンジン、電気自動車にあってはモータ）からとることが多い。このような空調装置のエネルギー源を車両の推進エネルギーと共有する車両用空調装置においては、空調装置に消費されるエネルギーの増大が、車両の運転（走行）状態に悪影響を及ぼさないように、たとえば、エンジン回転数が所定値以上の時、または、スロットル開度が所定値以上の時、空調装置の冷媒回路に設けられている圧縮機の容量をゼロとする制御を行っていた（たとえば、圧縮機用クラッチオフ）。この制御は、現在発生している圧縮機の動力を把握することなく、つまり、圧縮機の消費動力にかかわらず行われている。
【０００３】
また、この制御においては、圧縮機の稼働／非稼働の情報だけを原動機制御側に提供するようにしている。たとえば冷房運転中には、クーラー稼働／非稼働の情報だけを、エンジンＥＣＵに提供するようにしており、エンジンＥＣＵは、燃料噴射量補正、スロットル開度補正をクーラー稼働／非稼働の情報だけで実施している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような制御では、特に低冷房熱負荷時（低動力時）、必要以上に圧縮機容量をゼロ（クラッチオフ）とする機会が増え、不安定な制御となり、たとえば吐気温度変動の原因となる。
【０００５】
また、特に低冷房熱負荷時（低動力時）、燃料噴射量補正、またはスロットル開度補正が過度になり、必要以上にエンジン回転数や車速が上昇するおそれがある。
【０００６】
さらに、車両推進用原動機から供給されるエネルギーは、冷媒回路の圧縮機以外にも、各種機器の消費エネルギーとして使用され、とくにヒータが設けられている場合には、その消費動力は比較的大きいものとなる。したがって、このような車両の推進エネルギーと共有する動力消費機器がある場合においては、車両の走行等の悪影響を及ぼすことなく安定した空調動作を得るためには、原動機側の総エネルギー量に対し、そのときの車両推進用要求エネルギー量に応じて、これらの動力消費機器の消費エネルギーに適切な制限を加えつつ各動力消費機器を最適に制御して、安定した空調制御と安定した車両の推進制御を行うことが望まれる。
【０００７】
本発明の課題は、上記のような問題点や要望に鑑み、そのときの状態に応じて圧縮機の動力を適切に推定するとともに、少なくともヒータを含む動力消費機器の使用可能動力を適切に推定し、動力消費機器や圧縮機に必要な動力が車両推進用エネルギーに影響を与えると判断された場合には、動力消費機器や圧縮機の稼働を停止するのではなくその消費動力を適切に制限できるようにし、車両の推進に悪影響を及ぼすことなく、安定した空調制御を行うことができるようにした車両用空調装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の車両用空調装置は、車室内に開口するダクト内に、空気を送風する送風機と、送風される空気を冷却または加熱する室内熱交換器を有し、該室内熱交換器と冷媒配管により接続され、室内熱交換器との間で循環される冷媒を圧縮し、圧縮する冷媒の吐出量を変化させることのできる可変容量圧縮機と、該可変容量の吐出量を操作する容量制御手段を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルまたは／および蒸気圧縮式ヒートポンプサイクルを備えた車両用空調装置であって、前記圧縮機の運転中に発生する圧縮機消費動力を推定する動力推定手段と、車両推進用原動機をエネルギー源とする、少なくともヒータを含む動力消費機器に使用可能な制限エネルギー量を記憶可能な情報記憶手段を有し、かつ、前記動力消費機器と前記圧縮機の消費エネルギー推定値、または、いずれか複数の機器の消費エネルギー推定値の合計と、前記情報記憶手段に記憶された制限エネルギー量とを比較し、消費エネルギー推定値が制限エネルギー量よりも高い場合、前記圧縮機の吐出容量または前記動力消費機器の消費電力の少なくとも一方を低減することを特徴とするものからなる。車両推進用原動機は、内燃機関の他、電気自動車における電動モータも含む。さらにいわゆるハイブリッド車における複合動力源も含まれる。室内熱交換器は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの場合は蒸発器として機能し、蒸気圧縮式ヒートポンプサイクルの場合は凝縮器として機能する。
【０００９】
本発明における上記ヒータには、電気ヒータの他、摩擦ヒータ等も含まれ、空調動作に使用する、比較的大きなエネルギーを消費するヒータのすべてが含まれる。さらに、座席用ヒータやデミスト用熱線ヒータ等を含めることができる。また、動力消費機器としては、ヒータの他、たとえば、空調装置の通風ダクト内に設けられる室内送風機の駆動モータや、冷媒回路の室外熱交換器の位置に配置される室外送風機の駆動モータ、さらには、車両の照明やワイパー等を含むことが可能である。つまり、車両推進用原動機をエネルギー源とするすべての機器を含むことが可能であり、本発明は、少なくとも比較的消費エネルギーの大きいヒータにとくに着目したものである。
【００１２】
この車両用空調装置における圧縮機動力の推定においては、たとえば、前記送風機の送風量に相関をもつ物理量を検知または推定する送風量認識手段と、前記室内熱交換器通過空気温度を検知または推定する室内熱交換器通過空気温度認識手段と、前記可変容量圧縮機の吸入冷媒圧力を検知または推定する吸入圧力認識手段と、前記可変容量圧縮機の吐出冷媒圧力を検知または推定する吐出圧力認識手段を有し、前記動力推定手段は、該送風量認識手段と室内熱交換器通過空気温度認識手段と吸入圧力認識手段と吐出圧力認識手段から得られる各認識値を参照して前記圧縮機消費動力を推定するようにすることができる。
【００１３】
そして、本発明に係る車両用空調装置においては、消費エネルギー推定値と前記情報記憶手段に記憶された制限エネルギー量を比較し、消費エネルギー推定値が制限エネルギー量より高い場合、前記圧縮機の吐出容量または前記動力消費機器の消費電力の少なくとも一方を低減する構成とすることによって、原動機の総エネルギーに対し、車両推進側の状態に応じて、空調装置側で使用可能なエネルギー量を適切に制限し、その制限エネルギー量に応じて、前記動力消費機器や前記圧縮機の最適な制御が可能となる。
【００１４】
上記車両用空調装置においては、車両推進用原動機の出力調節量を検出する調節量検出手段を備え、該出力調節量に応じて、前記動力制限値を変化させることができる。また、車両推進用原動機の回転数を検出する回転数検出手段を備え、該回転数に応じて、前記動力制限値を変化させることができる。さらに、前記容量制御手段が、偏差演算可能な演算装置を備え、前記動力推定値が前記動力制限値と同等または高い場合は、該容量制御手段は、演算装置による該動力推定値と該動力制限値の差分演算値を参照して、前記可変容量圧縮機の容量制御を行うことができる。
【００１５】
このような本発明に係る車両用空調装置においては、現在の状態に応じて、圧縮機に必要な動力、および少なくともヒータを含む動力消費機器の消費エネルギー量が適切に推定される。一方、車両の原動機側では、その時の運転状態に応じて、車両推進用に必要な動力を演算可能であり、それによって、車両用空調装置の上記動力消費機器や圧縮機にどの程度の動力を割り振ることが可能かが演算される。この車両推進側からの制限動力に応じて、動力消費機器や圧縮機の最適な使用可能動力が決められ、それに基づいて動力消費機器や圧縮機を運転することが可能になる。したがって、動力消費機器の稼働を不必要に制限せずに許容動力範囲内で最適な制御を行うことが可能になり、また、圧縮機を、稼働／非稼働というような極端なオン／オフ制御ではなく、制限された動力範囲内で最適な制御を行うことが可能になり、吐気温度変動を抑制した安定な空調制御が可能になる。
【００１６】
一方、原動機側においても、空調装置側での大きな消費動力の変動が抑えられることから、過度の燃料噴射量補正やスロットル開度補正がなくなり、エンジン回転数や車速が安定する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の概略機器系統図を示しており、蒸気圧縮式冷凍サイクルを備えた装置の場合を示している。蒸気圧縮式ヒートポンプサイクルを備えた装置の場合は、図示は省略するが、冷媒回路中の通風ダクト内に配置される室内熱交換器が凝縮器として作用し、通風ダクト外に配置される室外熱交換器が蒸発器として作用するように構成される。図２は、冷媒回路中に設けられた可変容量圧縮機に関する制御、図３は、圧縮機以外の動力消費機器、とくに電気ヒータに関する制御を示している。
【００１８】
図１において、１は車両用空調装置全体を示しており、車室内に開口する通風ダクト２内の上流側には、内外気切替ダンパ３によって調節された外気導入口４、内気導入口５からの吸気を圧送する室内送風機６が設けられている。送風機６の下流側には、送風される空気を冷却する室内熱交換器としての蒸発器７が設けられており、その下流側には、温水ヒータ８が設けられている。温水ヒータ８には、エンジン冷却水が循環される。温水ヒータ８の直下流側には、エアミックスダンパアクチュエータ９によって開度が調節されるエアミックスダンパ１０が配置されている。温度調節された空気は、ダンパ１１、１２、１３を備えた各吹出口１４、１５、１６を通して車室内に吹き出される。
【００１９】
１７は、各機器が冷媒配管を介して接続された冷媒回路を示しており、１８は可変容量圧縮機（可変容量コンプレッサ）を示している。圧縮機１８で圧縮された冷媒は、凝縮器１９、受液器２０、膨張弁２１を介して蒸発器７に送られ、蒸発器７からの冷媒が圧縮機１８に吸入される。本実施態様では、圧縮機１８の吐出圧力あるいはそれに対応する圧力が圧力センサ（図示略）によって検出される。吐出圧力は、たとえば凝縮器出口空気温度、凝縮器出口冷媒温度等から推定することも可能である。
【００２０】
圧縮機１８は、車両推進用原動機（たとえば、エンジン）の駆動力を用いて駆動され、その吐出容量は、圧縮機内蔵の吸入圧力コントローラ（図示略）によって制御されるようになっている。容量制御信号は、メインコントローラ２２から送られる。車両推進用原動機には、前述したように、内燃機関の他、電気自動車における電動モータも含まれ、さらにいわゆるハイブリッド車における複合動力源も含まれる。
【００２１】
車両推進用原動機として内燃機関を利用する場合の出力調節量は、スロットル開度であり、電動モータを利用する場合の出力調節量は、モータへの通電電力量である。
【００２２】
可変容量圧縮機１８は、たとえば特公平４−２３１１４号公報に開示されているような、吸入圧力が容量制御信号に応じ一義的に制御される、可変容量圧縮機を使用している。吸入圧力制御信号、吸入圧力の特性はたとえば図４に示すようになる。
【００２３】
ただし、吸入圧力は、下記方法によっても推定可能である。
・吸入圧力を圧力センサにて検知。
・蒸発器入口冷媒温度を温度センサにて検知。
・蒸発器出口空気温度を温度センサにて検知。
・蒸発器フィン間温度を温度センサにて検知。
・後述の実施例では、図４に示した相関関係を拠り所に、コントローラが出力している吸入圧力制御信号から推測している。
【００２４】
本実施態様では、吹出口１６に、動力消費機器としての電気ヒータ２３が設けられており、電気ヒータ２３の通電制御は、電気ヒータドライバ２４を介して行われるようになっている。また、室外熱交換器としての凝縮器１９の放熱を促進するために、室外送風機２５が設けられている。
【００２５】
メインコントローラ２２には、車内温度設定器２６から目標車内温度の設定信号が入力される。また、メインコントローラ２２からは、送風機電圧コントローラ２７に信号が送られて送風機６の電圧（回転数）が制御される。また、本実施態様では、蒸発器７の直下流側に、蒸発器出口空気温度を検知する蒸発器出口空気温度センサ（図示略）が設けられており、検知信号がメインコントローラ２２に入力される。さらに本実施態様では、車室内温度センサ２８、日射センサ２９、外気温度センサ３０からの検知信号がそれぞれメインコントローラ２２に入力される。また、エンジンＥＣＵ３１から、スロットル開度信号、エンジン回転数信号がメインコントローラ２２に入力される。そして、メインコントローラ２２からは、電気ヒータドライバ２４に電気ヒータ２３の通電制御信号、エンジンＥＣＵ３１に動力推定信号が送られる。
【００２６】
メインコントローラ２２においては、次のような制御が行われる。図２は、図１に示した車両用空調装置１の圧縮機１８に関する制御について、図３は、図１に示した車両用空調装置１の主として電気ヒータ２３に関する制御について、それぞれ示している。
【００２７】
まず、図２に示した圧縮機１８に関する制御について説明する。
車内温度設定器２６で設定された目標車内温度Ｔｒｓの信号、日射センサ２９によって検知された日射量ＲＡＤ、車室内温度センサ２８によって検知された車内温度ＴＲ、外気温度センサ３０によって検知された外気温度ＡＭＢの各信号から、目標吹出温度ＴＯｓが次式によって演算される。
ＴＯｓ＝Ｋｐ１（ＴＲ−Ｔｒｓ）＋ｆ（ＡＭＢ，ＲＡＤ，Ｔｒｓ）
Ｋｐ１は係数である。
【００２８】
演算された目標吹出温度ＴＯｓを用いて送風機電圧ＢＬＶが
ＢＬＶ＝ｆ（ＴＯｓ）
によって演算される。また、エアミックスダンパ開度ＡＭＤが、
ＡＭＤ＝ｆ（ＴＯｓ，ＴＷ，ＴＶ）
によって演算される。ＴＷは温水ヒータ８入口のエンジン冷却水温、ＴＶは蒸発器出口空気温度目標値である。演算されたＢＬＶ、ＡＭＤの各信号は、送風機電圧コントローラ２７、エアミックスダンパアクチュエータ９に送られる。
【００２９】
蒸発器出口空気温度目標値ＴＶは、外気温度ＡＭＢより、
ＴＶ＝ａ・ＡＭＢ＋ｂ
によって演算される。ａ、ｂは定数である。
【００３０】
圧縮機吸入圧力演算値、ＰＳａは、
ＰＳａ＝Ｐ＋Ｉ_n
Ｐ＝Ｋｐ２・（ＴＶ−Ｔｅ）・・・比例項
Ｉ_n＝Ｉ_n-1−Ｋｐ２・Ｋｉ１・（ＴＶ−Ｔｅ）・・・積分項
によって演算される。ここでＴｅは、蒸発器出口空気温度センサによって検知された蒸発器出口空気温度であり、Ｋｉ１、Ｋｐ２は係数である。
【００３１】
圧縮機に関する消費動力Ｔｒｑは次式により推定演算される。
Ｔｒｑ＝Ｔｒｑｃ＋Ｔｒｑｅ
とされ、空調装置側で消費可能な動力Ｔｒｑが推定演算される。
圧縮機動力Ｔｒｑｃは、
Ｔｒｑｃ＝ｆ（ＢＬＶ、Ｔｉｎ、Ｐｓ、Ｐｄ）
によって推定演算され、他の空調機器の動力Ｔｒｑｅは、
Ｔｒｑｅ＝η（ＦＷ＋ＢＬＷ）
によって推定演算される。ここで、Ｐｓは圧縮機吸入圧力制御演算値、Ｐｄは圧縮機吐出圧力で圧力センサによって検知される圧力またはそれに対応する圧力である。ηはエンジンによって駆動されるオルタネータの効率である。また、Ｔｉｎは、内外気切り替え情報に応じて下記の如く選択される。
外気導入の場合：Ｔｉｎ＝ＡＭＢ
内気循環の場合：Ｔｉｎ＝ＴＲ
【００３２】
また、室外送風機電力ＦＷは、室外送風機電圧演算値ＦＶから、
ＦＷ＝ｆ（ＦＶ）
によって演算され、室内送風機電力ＢＬＷは、室内送風機電圧演算値ＢＬＶから、
ＢＬＷ＝ｆ（ＢＬＶ）
によって演算される。
【００３３】
そして、車両推進用の原動機側からの動力制限値ＥＬＴ、つまり、現在の原動機側の条件により、圧縮機側および後述の電気ヒータ側に、どの程度の動力を消費してもよいかの許容値が演算される。
【００３４】
動力制限値ＥＬＴは、スロットル開度信号ＴＨまたは／およびエンジン回転数Ｎｅの各々に対して、図に示したような特性として予め情報を記憶しておき、各々の制限特性（ＥＬＴｔｈ、ＥＬＴｎｅ）にしたがって求められる。このとき、ＥＬＴｔｈ≧ＥＬＴｎｅの場合には、ＥＬＴ＝ＥＬＴｎｅとされ、ＥＬＴｔｈ＜ＥＬＴｎｅの場合には、ＥＬＴ＝ＥＬＴｔｈとされる。
【００３５】
上記のように求められた消費動力推定演算値Ｔｒｑと、動力制限値ＥＬＴを用いて、動力制限下における圧縮機吸入圧力制御演算値ＰＳｂが、

によって演算される。すなわち、動力制限下における最適な圧縮機吸入圧力制御値が演算される。
【００３６】
そして、前述の空調制御側の要求機能から演算した圧縮機吸入圧力制御演算値ＰＳａと、上記原動機側からの動力制限要求下における圧縮機吸入圧力制御演算値ＰＳｂのいずれを選択すべきか判断される。すなわち、
Ｔｒｑ−ＥＬＴ＜０の場合
（つまり、圧縮機側の動力制限を行う必要の無い場合）、
Ｐｓ＝ＰＳａ
とされ、
Ｔｒｑ−ＥＬＴ≧０の場合
（つまり、圧縮機側の動力制限が必要な場合）、
Ｐｓ＝ＰＳｂ
とされる。
【００３７】
選択されたＰｓが、実際の圧縮機１８の吸入圧力制御信号Ｐｓとして、圧縮機１８の吸入圧力コントローラに送られる。
【００３８】
したがって、そのときの車両の運転状態と空調装置からの要求との両方が勘案され、空調装置側の動力制限の要否が判定されるとともに、動力制限下にあってはその条件下における最適な圧縮機１８の運転制御が行われることになる。
【００３９】
図３は、図１に示した車両用空調装置１における電気ヒータ２３に関する制御を示している。送風機電圧コントローラおよびエアミックスダンパアクチュエータの制御までは図２に示したものと同じである。本制御においては、電気ヒータ出口空気温度目標値ＴＶは、目標吹出温度演算値ＴＯｓから、たとえばＴＯｓに対し１℃高い温度として演算され、たとえばＦＯＯＴ吹出口１６の温度が他の吹出口１４、１５からの吹出温度よりも高い温度に目標設定され、より快適な室内空調状態が得られるようになっている。つまり、たとえば、
ＴＶ＝ＴＯｓ＋１
によって演算される。
【００４０】
電気ヒータ電圧制御演算値ＨＴＶａは、
ＨＴＶａ＝Ｐ＋Ｉ_n
Ｐ＝Ｋｐ４・（ＴＶ−Ｔｈ）・・・比例項
Ｉ_n＝Ｉ_n-1−Ｋｐ４・Ｋｉ３・（ＴＶ−Ｔｈ）・・・積分項
によって演算される。ここでＴｈは、電気ヒータ出口空気温度センサによって検知された電気ヒータ出口空気温度であり、Ｋｉ３、Ｋｐ４は係数である。
【００４１】
電気ヒータに関する消費動力Ｔｒｑは次式により推定演算される。
Ｔｒｑ＝η（ＨＴＷ＋ＦＷ＋ＢＬＷ）
とされ、空調装置側で消費可能な動力Ｔｒｑが推定演算される。ηはオルタネータ効率である。電気ヒータ電力機動力ＨＴＷは、電気ヒータ電圧演算値ＨＴＶを用いて、
ＨＴＷ＝ｆ（ＨＴＶ）
によって推定演算され、室外送風機電力ＦＷは、室外送風機電圧演算値ＦＶを用いて、
ＦＷ＝ｆ（ＦＶ）
によって推定演算され、室内送風機電力ＢＬＷは、室内送風機電圧演算値ＢＬＶを用いて、
ＢＬＷ＝ｆ（ＢＬＶ）
によって推定演算される。
【００４２】
そして、図２に示したのと同様に、車両推進用の原動機側からの動力制限値ＥＬＴ、つまり、現在の原動機側の条件により、電気ヒータ側に、どの程度の動力を消費してもよいかの許容値が演算される。動力制限値ＥＬＴは、スロットル開度信号ＴＨまたは／およびエンジン回転数Ｎｅの各々に対して、図２に示したのと同様に決められる。
【００４３】
上記のように求められた消費動力推定演算値Ｔｒｑと、動力制限値ＥＬＴを用いて、動力制限下における電気ヒータ電圧制御演算値ＨＴＶｂが、

によって演算される。すなわち、動力制限下における最適な電気ヒータ電圧制御値が演算される。
【００４４】
そして、前述の空調制御側の要求機能から演算した電気ヒータ電圧制御値ＨＴＶａと、上記原動機側からの動力制限要求下における電気ヒータ電圧制御演算値ＨＴＶｂのいずれを選択すべきか判断される。すなわち、
Ｔｒｑ−ＥＬＴ＜０の場合
（つまり、電気ヒータ側の動力制限を行う必要の無い場合）、
ＨＴＶ＝ＨＴＶａ
とされ、
Ｔｒｑ−ＥＬＴ≧０の場合
（つまり、電気ヒータ側の動力制限が必要な場合）、
ＨＴＶ＝ＨＴＶｂ
とされる。
【００４５】
選択されたＨＴＶが、実際の電気ヒータ２３の電圧制御信号ＨＴＶとして、電気ヒータドライバ２４に送られる。
【００４６】
したがって、そのときの車両の運転状態と空調装置からの要求との両方が勘案され、空調装置側の動力制限の要否が判定されるとともに、動力制限下にあってはその条件下における最適な電気ヒータ２３の運転制御が行われることになる。
【００４７】
上記の説明においては、圧縮機１８の運転制御と電気ヒータ２３の運転制御とのそれぞれについて行ったが、もちろん両制御をともに行うことが好ましい。
【００４８】
図５は、本発明の別の実施態様に係る車両用空調装置の概略機器系統図を示しており、とくに摩擦ヒータを設けた場合について示しており、図６はその制御を示している。
【００４９】
図５において、図１と異なる符号を付した部分について説明する。
冷媒回路１７には、圧縮機１８の吐出圧力あるいはそれに対応する圧力が圧力センサ１２２によって検出される。吐出圧力は、たとえば凝縮器出口空気温度、凝縮器出口冷媒温度等から推定することも可能である。
【００５０】
圧縮機１８は、車両推進用原動機としてのエンジン１２３の駆動力を用いて駆動され、その作動と吐出容量は、クラッチ１２４と圧縮機内蔵の吸入圧力コントローラ（図示略）によって制御されるようになっている。容量制御信号とクラッチコントロール信号は、メインコントローラ１２５から送られる。車両推進用原動機には、内燃機関の他、電気自動車における電動モータも含まれる。
【００５１】
車両推進用原動機として内燃機関を利用する場合の出力調節量は、スロットル開度であり、電動モータを利用する場合の出力調節量は、モータへの通電電力量である。
【００５２】
エンジン冷却水はラジエタ１２６で放熱されるとともに、エンジン１２３によって駆動される摩擦ヒータ１２７によって温度コントロールされて温水ヒータ８へと循環される。
【００５３】
メインコントローラ１２５には、車内温度設定器１２８から目標車内温度の設定信号が入力される。また、メインコントローラ１２５からは、送風機電圧コントローラ１２９に信号が送られて送風機６の電圧（回転数）が制御される。また、本実施態様では、蒸発器７の直下流側に、蒸発器出口空気温度を検知する蒸発器出口空気温度センサ１３０が設けられており、検知信号がメインコントローラ１２５に入力される。さらに本実施態様では、圧力センサ１２２の信号、車室内温度センサ１３１、日射センサ１３２、外気温度センサ１３３からの検知信号がそれぞれメインコントローラ１２５に入力される。また、エンジンＥＣＵ１３４から、スロットル開度信号、エンジン回転数信号がメインコントローラ１２５に入力される。
【００５４】
メインコントローラ１２５においては、図６に示したような制御が行われる。車内温度設定器１２８で設定された目標車内温度Ｔｒｓの信号、日射センサ１３２によって検知された日射量ＲＡＤ、車室内温度センサ１３１によって検知された車内温度ＴＲ、外気温度センサ１３３によって検知された外気温度ＡＭＢの各信号から、目標吹出温度ＴＯｓが次式によって演算される。
ＴＯｓ＝Ｋｐ１（ＴＲ−Ｔｒｓ）＋ｆ（ＡＭＢ，ＲＡＤ，Ｔｒｓ）
Ｋｐ１は係数である。
【００５５】
演算された目標吹出温度ＴＯｓを用いて送風機電圧ＢＬＶが
ＢＬＶ＝ｆ（ＴＯｓ）
によって演算される。また、エアミックスダンパ開度ＡＭＤが、
ＡＭＤ＝ｆ（ＴＯｓ，ＴＷ，ＴＶ）
によって演算される。ＴＷは温水ヒータ８入口のエンジン冷却水温、ＴＶは蒸発器出口空気温度目標値である。演算されたＢＬＶ、ＡＭＤの各信号は、送風機電圧コントローラ１２９、エアミックスダンパアクチュエータ９に送られる。
【００５６】
蒸発器出口空気温度目標値ＴＶは、外気温度ＡＭＢより、
ＴＶ＝ａ・ＡＭＢ＋ｂ
によって演算される。ａ、ｂは定数である。
【００５７】
圧縮機吸入圧力演算値、ＰＳａは、
ＰＳａ＝Ｐ＋Ｉ_n
Ｐ＝Ｋｐ２・（ＴＶ−Ｔｅ）・・・比例項
Ｉ_n＝Ｉ_n-1−Ｋｐ２・Ｋｉ１・（ＴＶ−Ｔｅ）・・・積分項
によって演算される。ここでＴｅは、蒸発器出口空気温度センサ１３０によって検知された蒸発器出口空気温度であり、Ｋｉ１、Ｋｐ２は係数である。ここまでは、実質的に図２に示した制御と同じである。
【００５８】
本実施態様においては、圧縮機動力Ｔｒｑ１が次式により推定演算される。
Ｔｒｑ１＝ｆ（ＢＬＶ、Ｔｉｎ、Ｐｓ、Ｐｄ）
ここで、Ｐｓは圧縮機吸入圧力制御演算値、Ｐｄは圧縮機吐出圧力で圧力センサ１２２によって検知される圧力またはそれに対応する圧力である。また、Ｔｉｎは、内外気切り替え情報に応じて下記の如く選択される。
外気導入の場合：Ｔｉｎ＝ＡＭＢ
内気循環の場合：Ｔｉｎ＝ＴＲ
【００５９】
そして、車両推進用の原動機側からの動力制限値ＬＴＤ、つまり、現在の原動機側の条件により、圧縮機側および後述の摩擦ヒータ側に、どの程度の動力を消費してもよいかの許容値が演算される。
【００６０】
動力制限値ＬＴＤは、スロットル開度信号ＴＨまたは／およびエンジン回転数Ｎｅの各々に対して、図に示したような特性として予め情報を記憶しておき、各々の制限特性（ＬＴＤｔｈ、ＬＴＤｎｅ）にしたがって求められる。このとき、ＬＴＤｔｈ≧ＬＴＤｎｅの場合には、ＬＴＤ＝ＬＴＤｎｅとされ、ＬＴＤｔｈ＜ＬＴＤｎｅの場合には、ＬＴＤ＝ＬＴＤｔｈとされる。
【００６１】
また、本実施態様では温水ヒータ８に用いられるエンジン冷却水の温度制御に摩擦ヒータ１２７が用いられているので、この摩擦ヒータ動力Ｔｒｑ２の推定演算が次式によって行われる。
Ｔｒｑ２＝ｆ（Ｎｅ，ＴＷｉｎ，ＴＷｏｕｔ）
ここで、ＴＷｉｎは入側エンジン冷却水温度、ＴＷｏｕｔは出側エンジン冷却水温度である。
【００６２】
上記のように求められた圧縮機動力推定演算値Ｔｒｑ１、原動機側からの動力制限値ＬＴＤ、摩擦ヒータ動力推定演算値Ｔｒｑ２を用いて、動力制限下における圧縮機吸入圧力制御演算値ＰＳｂが、

によって演算される。すなわち、動力制限下における最適な圧縮機吸入圧力制御値が演算される。
【００６３】
そして、前述の空調制御側の要求機能から演算した圧縮機吸入圧力制御演算値ＰＳａと、上記原動機側からの動力制限要求下における圧縮機吸入圧力制御演算値ＰＳｂのいずれを選択すべきか判断される。すなわち、
Ｔｒｑ１＋Ｔｒｑ２−ＬＴＤ＜０の場合
（つまり、圧縮機側の動力制限を行う必要の無い場合）、
Ｐｓ＝ＰＳａ
とされ、
Ｔｒｑ１＋Ｔｒｑ２−ＬＴＤ≧０の場合
（つまり、圧縮機側の動力制限が必要な場合）、
Ｐｓ＝ＰＳｂ
とされる。
【００６４】
選択されたＰｓが、実際の圧縮機１８の吸入圧力制御信号Ｐｓとして、圧縮機１８の吸入圧力コントローラに送られる。
【００６５】
したがって、そのときの車両の運転状態と空調装置からの要求との両方が勘案され、空調装置側の動力制限の要否が判定されるとともに、動力制限下にあってはその条件下における最適な圧縮機１８の運転制御が行われることになる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る車両用空調装置によれば、車両の運転状態からの空調装置に使用可能な動力の制限と、空調装置側の要求とが勘案され、とくに圧縮機およびヒータを含む動力消費機器の運転が最適に制御される。したがって、動力消費機器を不必要に停止したりすることが無くなり、より快適な空調状態を安定した状態で継続することが可能になる。また、たとえば圧縮機消費動力が小さく本来圧縮機容量をゼロとする必要の無い条件（低冷房熱負荷条件）で、不必要に容量をゼロとすることがないので、安定した空気温度制御が得られる。
【００６７】
また、発生している全動力消費機器の消費動力現在値を認識できるので、ドライバーの運転状況（スロットル開度、エンジン回転数）に応じて、制限すべき各動力消費機器や圧縮機の動力を最適設定でき、空調への悪影響（空気温度の不安定、能力不足）を最低限に抑えることができる。
【００６８】
さらに、発生している動力消費機器の消費動力現在値を認識できるので、最適なエンジン制御が可能となる。また、低冷房熱負荷でのアイドル回転数上昇や、低速平地運転時のエンジン回転数上昇が無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の全体構成図である。
【図２】図１に示した車両用空調装置の圧縮機に関しての制御ブロック図である。
【図３】図１に示した車両用空調装置のヒータに関しての制御ブロック図である。
【図４】可変容量圧縮機の特性図である。
【図５】本発明の別の実施態様に係る車両用空調装置の全体構成図である。
【図６】図５に示した車両用空調装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１車両用空調装置
２通風ダクト
３内外気切替ダンパ
４外気導入口
６室内送風機
７室内熱交換器としての蒸発器
８温水ヒータ
９エアミックスダンパアクチュエータ
１０エアミックスダンパ
１７冷媒回路
１８可変容量圧縮機
１９凝縮器
２０受液器
２１膨張弁
２２、１２５メインコントローラ
２３電気ヒータ
２４電気ヒータドライバ
２５室外送風機
２６、１２８車内温度設定器
２７、１２９送風機電圧コントローラ
２８、１３１車室内温度センサ
２９、１３２日射センサ
３０、１３３外気温度センサ
３１、１３４エンジンＥＣＵ
１２２圧力センサ
１２３エンジン
１２４クラッチ
１２６ラジエタ
１２７摩擦ヒータ
１３０蒸発器出口空気温度センサ

Claims

車室内に開口するダクト内に、空気を送風する送風機と、送風される空気を冷却または加熱する室内熱交換器を有し、該室内熱交換器と冷媒配管により接続され、室内熱交換器との間で循環される冷媒を圧縮し、圧縮する冷媒の吐出量を変化させることのできる可変容量圧縮機と、該可変容量の吐出量を操作する容量制御手段を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルまたは／および蒸気圧縮式ヒートポンプサイクルを備えた車両用空調装置であって、前記圧縮機の運転中に発生する圧縮機消費動力を推定する動力推定手段と、車両推進用原動機をエネルギー源とする、少なくともヒータを含む動力消費機器に使用可能な制限エネルギー量を記憶可能な情報記憶手段を有し、かつ、前記動力消費機器と前記圧縮機の消費エネルギー推定値、または、いずれか複数の機器の消費エネルギー推定値の合計と、前記情報記憶手段に記憶された制限エネルギー量とを比較し、消費エネルギー推定値が制限エネルギー量よりも高い場合、前記圧縮機の吐出容量または前記動力消費機器の消費電力の少なくとも一方を低減することを特徴とする車両用空調装置。
前記送風機の送風量に相関をもつ物理量を検知または推定する送風量認識手段と、前記室内熱交換器通過空気温度を検知または推定する室内熱交換器通過空気温度認識手段と、前記可変容量圧縮機の吸入冷媒圧力を検知または推定する吸入圧力認識手段と、前記可変容量圧縮機の吐出冷媒圧力を検知または推定する吐出圧力認識手段を有し、前記圧縮機消費動力を推定する動力推定手段は、該送風量認識手段と室内熱交換器通過空気温度認識手段と吸入圧力認識手段と吐出圧力認識手段から得られる各認識値を参照して前記圧縮機消費動力を推定することを特徴とする、請求項１の車両用空調装置。
前記ヒータが電気ヒータからなる、請求項１または２の車両用空調装置。
前記ヒータが摩擦ヒータからなる、請求項１または２の車両用空調装置。
前記制限エネルギー量がスロットル開度信号または／およびエンジン回転数から算出される、請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用空調装置。