JP3839627B2

JP3839627B2 - Air conditioner for vehicles

Info

Publication number: JP3839627B2
Application number: JP30515999A
Authority: JP
Inventors: 敦雄井上; 政人坪井; 聡亀井; 秀行木槫; 憲一郎佐藤
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: JP2001121953A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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用い、可変容量圧縮機を有する車両用空調装置に関し、とくに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、アイドルアップ補正、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】
本発明の課題は、そのときの状態に応じて圧縮機の動力を適切に推定し、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、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。
【０００７】
【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において、前記圧縮機の運転中に発生する圧縮機動力を推定する動力推定手段を備え、室内熱交換器能力設定手段および情報記憶手段を有し、該情報記憶手段は、前記圧縮機が発生する動力の最大許容値としての動力制限値を記憶し、前記容量制御手段は、該動力制限値と前記動力推定手段による圧縮機の動力推定値を比較し、該動力推定値が該動力制限値より低い場合は、前記室内熱交換器能力設定手段により得られる室内熱交換器能力目標値を参考に、可変容量圧縮機の吐出容量操作による室内熱交換器能力制御を行い、該動力推定値が該動力制限値と同等または高い場合は、可変容量圧縮機の吐出容量操作により、該動力推定値が該動力制限値を越えない様に動力制御を行うことを特徴とするものからなる。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。
【０００８】
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、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。
【０００９】
また、前記圧縮機の吐出容量に相関のある物理量を検知または推定する吐出容量認識手段と、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、該吐出容量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。
【００１０】
上記圧縮機の動力推定に基づいて車両推進エネルギーを適切に制御するために、前記動力推定手段により推定される圧縮機の動力推定値を電気信号に変換し、外部情報機器に出力する動力推定値出力手段を有し、該動力推定値は車両推進用原動機の制御装置に送信されることを特徴とする構成とできる。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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、圧縮機の最適な使用可能動力が決められ、それに基づいて圧縮機を運転することが可能になる。したがって、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。
【００１４】
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。
【００１５】
【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ないし図３は、実施例１〜３に係る車両用空調装置の概略機器系統図を示しており、図１は蒸気圧縮式冷凍サイクルを備えた冷房サイクルの場合、図２は蒸気圧縮式ヒートポンプサイクルを備えた暖房サイクルの場合、図３はエンジン冷却水の循環経路に電気ヒータを設けた冷房サイクルの場合を、それぞれ示している。図４ないし図６は、図１〜図３に示した実施例１〜３に係る車両用空調装置の対応制御ブロック図をそれぞれ示している。
【００１６】
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。
【００１７】
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２２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。
【００１８】
圧縮機１８は、車両推進用原動機としてのエンジン２３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２４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２５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。
【００１９】
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。
【００２０】
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７に示すようになる。
【００２１】
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７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。
【００２２】
エンジン冷却水はラジエタ２６で放熱されるとともに、エンジン２３によって駆動される摩擦ヒータ２７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。
【００２３】
メインコントローラ２５には、車内温度設定器２８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２５からは、送風機電圧コントローラ２９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３０が設けられており、検知信号がメインコントローラ２５に入力される。さらに本実施態様では、圧力センサ２２の信号、車室内温度センサ３１、日射センサ３２、外気温度センサ３３からの検知信号がそれぞれメインコントローラ２５に入力される。また、エンジンＥＣＵ３４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２５に入力される。
【００２４】
図１に示した実施例１では、蒸気圧縮式冷凍サイクルによる冷房装置の例を示したが、図２には、蒸気圧縮式ヒートポンプサイクルによる暖房装置の例を示す。
【００２５】
図２に示す車両用空調装置４１においては、通風ダクト２内に室内熱交換器として冷媒の凝縮器４２が設けられ、室外熱交換器として蒸発器４３が設けられた冷媒回路４４の構成となっている。可変容量圧縮機１８で圧縮された冷媒が凝縮器４２に送られ、放熱により凝縮器４２を通過する空気が加熱されて暖房される。凝縮器４２の出口側には、凝縮器出口空気温度センサ４５が設けられている。その他の構成は、図１に示した実施例１の構成に準じるので、対応部位に同一の符号を付し説明を省略する。
【００２６】
また図３には、実施例３として、エンジン冷却水の循環路に電気ヒータ５２を設けた車両用空調装置５１の例を示す。電気ヒータ５２は、エンジン２３によって駆動されるオルタネータ５３によって発電された直流が用いられている。電気ヒータ５２の通電制御は、メインコントローラ２５からのヒータコントロール信号に基づいて行われる。その他の構成は図１に示した実施例１の構成と同一である。
【００２７】
メインコントローラ２５においては、次のような制御が行われる。図４は、図１に示した実施例１の車両用空調装置１についての制御を示している。
【００２８】
車内温度設定器２８で設定された目標車内温度Ｔｒｓの信号、日射センサ３２によって検知された日射量ＲＡＤ、車室内温度センサ３１によって検知された車内温度ＴＲ、外気温度センサ３３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。
【００２９】
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２９、エアミックスダンパアクチュエータ９に送られる。
【００３０】
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。
【００３１】
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３０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。
【００３２】
さて、本発明においては、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２２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
【００３３】
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。
【００３４】
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とされる。
【００３５】
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２７が用いられているので、この摩擦ヒータ動力Ｔｒｑ２の推定演算も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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
図５は、図２に示した実施例２に係る車両用空調装置４１における制御を示している。図４に示した制御における蒸発器出口空気温度の代わりに凝縮器出口空気温度を用いた演算を行うこと、かつ、摩擦ヒータの消費動力を考慮する必要がないこと以外、実質的に図４に示した制御と同等の制御である。
【００４１】
また、図６は、図３に示した実施例３に係る車両用空調装置５１における制御を示している。図４に示した制御に比べ、電気ヒータ電圧ＢＨを、
ＢＨ＝ｆ（ＴＯｓ）
によって演算すること、および、摩擦ヒータの代わりに電気ヒータ動力Ｔｒｑ２を次式で推定演算すること以外、実質的に図４に示した制御と同等の制御である。
Ｔｒｑ２＝η・ｆ（ＢＨ）
ここで、ηは効率である。
【００４２】
図５は暖房、図６は冷房の場合の制御をそれぞれ示しているが、いずれの場合にも、図４に示した制御と同様、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。
【００４３】
【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、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。
【００４４】
また、発生している圧縮機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、制限すべき圧縮機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。
【００４５】
さらに、発生している圧縮機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】本発明の実施例１に係る車両用空調装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施例２に係る車両用空調装置の全体構成図である。
【図３】本発明の実施例３に係る車両用空調装置の全体構成図である。
【図４】図１に示した車両用空調装置の制御ブロック図である。
【図５】図２に示した車両用空調装置の制御ブロック図である。
【図６】図３に示した車両用空調装置の制御ブロック図である。
【図７】可変容量圧縮機の特性図である。
【符号の説明】
１、４１、５１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、４４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圧力センサ
２３エンジン
２４クラッチ
２５メインコントローラ
２６ラジエタ
２７摩擦ヒータ
２８車内温度設定器
２９送風機電圧コントローラ
３０蒸発器出口空気温度センサ
３１車室内温度センサ
３２日射センサ
３３外気温度センサ
３４エンジンＥＣＵ
４２室内熱交換器としての凝縮器
４３蒸発器
４５凝縮器出口空気温度センサ
５２電気ヒータ
５３オルタネータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vehicle air conditioner using a vapor compression refrigeration cycle and / or a vapor compression heat pump cycle and having a variable capacity compressor, and in particular, an energy source for air conditioning is driven by vehicle propulsion energy (engine, electric motor, etc.). Energy) and a vehicle air conditioner.
[0002]
[Prior art]
In a vehicle air conditioner, the power source is often taken from a motor for driving a vehicle (an engine of an internal combustion engine or a motor in an electric vehicle). In a vehicle air conditioner that shares the energy source of such an air conditioner with the propulsion energy of the vehicle, for example, an increase in energy consumed by the air conditioner does not adversely affect the driving (running) state of the vehicle. When the engine speed is equal to or higher than a predetermined value or when the throttle opening is equal to or higher than a predetermined value, control is performed so that the capacity of the compressor provided in the refrigerant circuit of the air conditioner is zero (for example, compression Machine clutch off). This control is performed without grasping the power of the compressor currently generated, that is, regardless of the power consumption of the compressor.
[0003]
In this control, only the information on the operation / non-operation of the compressor is provided to the prime mover control side. For example, during cooling operation, only the information on cooler operation / non-operation is provided to the engine ECU, and the engine ECU performs idle-up correction and throttle opening correction only by the information on cooler operation / non-operation. is doing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the control as described above, especially at the time of low cooling heat load (low power), the opportunity to make the compressor capacity zero (clutch off) more than necessary increases, and the control becomes unstable. Cause.
[0005]
In particular, the fuel injection amount correction or the throttle opening correction becomes excessive during low cooling heat load (low power), and the engine speed and the vehicle speed may increase more than necessary.
[0006]
An object of the present invention is to appropriately estimate the power of the compressor according to the state at that time, and when it is determined that the power necessary for the compressor affects the vehicle propulsion energy, the operation of the compressor It is an object of the present invention to provide a vehicle air conditioner that can appropriately limit the power consumption of the vehicle rather than stopping the vehicle, and can perform stable air conditioning control without adversely affecting the propulsion of the vehicle.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an air conditioner for a vehicle according to the present invention has a blower that blows air and an indoor heat exchanger that cools or heats the blown air in a duct that opens into the vehicle interior. A variable capacity compressor that is connected to the indoor heat exchanger by a refrigerant pipe, compresses a refrigerant circulated between the indoor heat exchanger, and can change a discharge amount of the refrigerant to be compressed; Power estimation means for estimating compressor power generated during operation of the compressor in a vehicle air conditioner having a vapor compression refrigeration cycle and / or a vapor compression heat pump cycle having a capacity control means for manipulating a discharge amount the provided having a indoor heat exchanger capacity setting means and information storage means, said information storage means stores the power limit as the maximum allowable value of power the compressor occurs, the capacity control means And comparing the power limit value with the estimated power value of the compressor by the power estimating means, and if the estimated power value is lower than the power limit value, the indoor heat exchanger obtained by the indoor heat exchanger capacity setting means Referring to the target capacity value, control the capacity of the indoor heat exchanger by operating the discharge capacity of the variable capacity compressor. If the estimated power value is equal to or higher than the power limit value, operate the discharge capacity of the variable capacity compressor. The power control is performed so that the power estimation value does not exceed the power limit value . The indoor heat exchanger functions as an evaporator in the case of a vapor compression refrigeration cycle, and functions as a condenser in the case of a vapor compression heat pump cycle.
[0008]
In the estimation of the compressor power in the vehicle air conditioner, the blower amount recognition means for detecting or estimating a physical quantity correlated with the blower amount of the blower, and the indoor heat for detecting or estimating the indoor heat exchanger passing air temperature. Exchanger passing air temperature recognizing means, suction pressure recognizing means for detecting or estimating the suction refrigerant pressure of the variable capacity compressor, and discharge pressure recognizing means for detecting or estimating the discharge refrigerant pressure of the variable capacity compressor. The power estimation means estimates the compressor power consumption with reference to the respective recognition values obtained from the air flow amount recognition means, the indoor heat exchanger passing air temperature recognition means, the suction pressure recognition means, and the discharge pressure recognition means. Can be.
[0009]
A discharge capacity recognition means for detecting or estimating a physical quantity correlated with the discharge capacity of the compressor; a suction pressure recognition means for detecting or estimating a suction refrigerant pressure of the variable capacity compressor; and a variable capacity compressor. Discharge pressure recognition means for detecting or estimating the discharge refrigerant pressure, wherein the power estimation means refers to each recognition value obtained from the discharge capacity recognition means, suction pressure recognition means, and discharge pressure recognition means, and the compressor Power consumption can be estimated.
[0010]
In order to appropriately control vehicle propulsion energy based on the power estimation of the compressor, the power estimation value of the compressor estimated by the power estimation means is converted into an electric signal and output to an external information device. An output means is provided, and the estimated power value is transmitted to the control device for the vehicle propulsion motor. The prime mover for vehicle propulsion includes an electric motor in an electric vehicle in addition to the internal combustion engine.
[0012]
The vehicle air conditioner includes adjustment amount detection means for detecting the output adjustment amount of the vehicle propulsion motor, and the power limit value can be changed according to the output adjustment amount. In addition, a rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the vehicle propulsion motor is provided, and the power limit value can be changed according to the rotation speed. Further, the capacity control means includes a calculation device capable of calculating a deviation, and when the estimated power value is equal to or higher than the power limit value, the capacity control means determines the power estimated value and the power limit by the calculation device. With reference to the value difference calculation value, the capacity control of the variable capacity compressor can be performed.
[0013]
In such a vehicle air conditioner according to the present invention, the power required for the compressor is appropriately estimated according to the current state. On the other hand, on the prime mover side of the vehicle, it is possible to calculate the power required for vehicle propulsion according to the driving state at that time, and how much power can be allocated to the compressor of the vehicle air conditioner Is calculated. The optimum usable power of the compressor is determined according to the limited power from the vehicle propulsion side, and the compressor can be operated based on the determined power. Therefore, the compressor can be controlled optimally within the limited power range, not the extreme on / off control such as operation / non-operation, and stable air-conditioning control that suppresses fluctuations in the exhaust gas temperature. Is possible.
[0014]
On the other hand, on the prime mover side, since large fluctuations in power consumption on the air conditioner side can be suppressed, excessive fuel injection amount correction and throttle opening correction are eliminated, and the engine speed and vehicle speed are stabilized.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 to FIG. 3 are schematic system diagrams of the vehicle air conditioners according to the first to third embodiments. FIG. 1 shows a cooling cycle having a vapor compression refrigeration cycle, and FIG. 2 shows a vapor compression type. In the case of the heating cycle provided with the heat pump cycle, FIG. 3 shows the case of the cooling cycle in which the electric heater is provided in the circulation path of the engine cooling water. 4 to 6 respectively show corresponding control block diagrams of the vehicle air conditioners according to the first to third embodiments shown in FIGS.
[0016]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes the entire vehicle air conditioner, and an upstream side of a ventilation duct 2 that opens into a vehicle interior is provided with an outside air introduction port 4 and an inside air introduction port 5 adjusted by an inside / outside air switching damper 3. A blower 6 for pumping the intake air is provided. An evaporator 7 as an indoor heat exchanger for cooling the air to be blown is provided on the downstream side of the blower 6, and a hot water heater 8 is provided on the downstream side thereof. An air mix damper 10 whose opening degree is adjusted by an air mix damper actuator 9 is disposed immediately downstream of the hot water heater 8. The temperature-adjusted air is blown out into the passenger compartment through the

air outlets

14, 15, 16 provided with the

dampers

11, 12, 13.
[0017]
Reference numeral 17 denotes a refrigerant circuit in which each device is connected via a refrigerant pipe, and 18 denotes a variable capacity compressor. The refrigerant compressed by the compressor 18 is sent to the evaporator 7 through the condenser 19, the liquid receiver 20, and the expansion valve 21, and the refrigerant from the evaporator 7 is sucked into the compressor 18. In the present embodiment, the discharge pressure of the compressor 18 or the pressure corresponding thereto is detected by the pressure sensor 22. The discharge pressure can be estimated from, for example, the condenser outlet air temperature, the condenser outlet refrigerant temperature, and the like.
[0018]
The compressor 18 is driven using the driving force of the engine 23 as a vehicle propulsion prime mover, and its operation and discharge capacity are controlled by a clutch 24 and a suction pressure controller (not shown) built in the compressor. ing. The capacity control signal and the clutch control signal are sent from the main controller 25. The vehicle propulsion motor includes an electric motor in an electric vehicle in addition to an internal combustion engine.
[0019]
The output adjustment amount when the internal combustion engine is used as the vehicle propulsion motor is the throttle opening, and the output adjustment amount when the electric motor is used is the energization power to the motor.
[0020]
The variable capacity compressor 18 uses a variable capacity compressor whose suction pressure is uniquely controlled according to a capacity control signal, as disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 4-23114. The characteristics of the suction pressure control signal and the suction pressure are as shown in FIG. 7, for example.
[0021]
However, the suction pressure can also be estimated by the following method.
・ The suction pressure is detected by the pressure sensor.
・ Evaporator inlet refrigerant temperature is detected by a temperature sensor.
・ Evaporator outlet air temperature is detected by a temperature sensor.
・ Evaporator fin temperature is detected by temperature sensor.
-In the Example mentioned later, based on the correlation shown in FIG. 7, it estimates from the suction pressure control signal which the controller has output.
[0022]
The engine coolant is radiated by the radiator 26, and the temperature is controlled by the friction heater 27 driven by the engine 23 and circulated to the hot water heater 8.
[0023]
The main controller 25 receives a target vehicle temperature setting signal from the vehicle temperature setter 28. Further, a signal is sent from the main controller 25 to the blower voltage controller 29 to control the voltage (number of rotations) of the blower 6. In this embodiment, an evaporator outlet air temperature sensor 30 that detects the evaporator outlet air temperature is provided immediately downstream of the evaporator 7, and a detection signal is input to the main controller 25. Furthermore, in this embodiment, the signal from the pressure sensor 22, the detection signal from the vehicle interior temperature sensor 31, the solar radiation sensor 32, and the outside air temperature sensor 33 are input to the main controller 25. In addition, a throttle opening signal and an engine speed signal are input from the engine ECU 34 to the main controller 25.
[0024]
In Example 1 shown in FIG. 1, although the example of the cooling device by a vapor | steam compression refrigeration cycle was shown, in FIG. 2, the example of the heating apparatus by a vapor | steam compression-type heat pump cycle is shown.
[0025]
The vehicle air conditioner 41 shown in FIG. 2 has a refrigerant circuit 44 in which a refrigerant condenser 42 is provided as an indoor heat exchanger in the ventilation duct 2 and an evaporator 43 is provided as an outdoor heat exchanger. ing. The refrigerant compressed by the variable capacity compressor 18 is sent to the condenser 42, and the air passing through the condenser 42 is heated by heating to be heated. A condenser outlet air temperature sensor 45 is provided on the outlet side of the condenser 42. Since the other configuration conforms to the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, the same reference numerals are assigned to the corresponding portions and the description thereof is omitted.
[0026]
FIG. 3 shows an example of a vehicle air conditioner 51 in which an electric heater 52 is provided in the circulation path of engine cooling water as a third embodiment. The electric heater 52 uses direct current generated by an alternator 53 driven by the engine 23. The energization control of the electric heater 52 is performed based on a heater control signal from the main controller 25. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
[0027]
In the main controller 25, the following control is performed. FIG. 4 shows the control for the vehicle air conditioner 1 according to the first embodiment shown in FIG.
[0028]
The signal of the target in-vehicle temperature Trs set by the in-vehicle temperature setting device 28, the solar radiation amount RAD detected by the solar radiation sensor 32, the in-vehicle temperature TR detected by the in-vehicle temperature sensor 31, and the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 33. From each AMB signal, the target blowing temperature TOs is calculated by the following equation.
TOs = Kp1 (TR-Trs) + f (AMB, RAD, Trs)
Kp1 is a coefficient.
[0029]
The blower voltage BLV is BLV = f (TOs) using the calculated target blowing temperature TOs.
Is calculated by The air mix damper opening AMD is
AMD = f (TOs, TW, TV)
Is calculated by TW is the engine cooling water temperature at the inlet of the hot water heater 8, and TV is the evaporator outlet air temperature target value. The calculated BLV and AMD signals are sent to the blower voltage controller 29 and the air mix damper actuator 9.
[0030]
The evaporator outlet air temperature target value TV is determined from the outside air temperature AMB.
TV = a · AMB + b
Is calculated by a and b are constants.
[0031]
Compressor suction pressure calculation value, PSa is
PSa = P + I _n
P = Kp2 · (TV−Te)... Proportional term I _n = I _n−1 −Kp2 · Ki1 · (TV−Te). Here, Te is the evaporator outlet air temperature detected by the evaporator outlet air temperature sensor 30, and Ki1 and Kp2 are coefficients.
[0032]
In the present invention, the compressor power Trq1 is estimated by the following equation.
Trq1 = f (BLV, Tin, Ps, Pd)
Here, Ps is a compressor suction pressure control calculation value, and Pd is a pressure detected by the pressure sensor 22 as a compressor discharge pressure or a pressure corresponding thereto. Tin is selected as follows according to the inside / outside air switching information.
For outside air introduction: Tin = AMB
In the case of inside air circulation: Tin = TR
[0033]
And, the power limit value LTD from the prime mover side for vehicle propulsion, that is, the allowable value of how much power may be consumed on the compressor side and the friction heater side described later according to the current prime mover side condition Is calculated.
[0034]
The power limit value LTD is stored in advance as characteristics as shown in the figure for each of the throttle opening signal TH and / or the engine speed Ne, and each limit characteristic (LTDth, LTDne) is stored in each limit characteristic. Therefore, it is required. At this time, if LTDth ≧ LTDne, LTD = LTDne.
[0035]
Further, in this embodiment, the friction heater 27 is used for controlling the temperature of the engine cooling water used for the hot water heater 8, and therefore the estimation calculation of the friction heater power Trq2 is also performed by the following equation.
Trq2 = f (Ne, TWin, TWout)
Here, TWin is the inlet side engine coolant temperature, and TWout is the outlet side engine coolant temperature.
[0036]
Using the compressor power estimation calculation value Trq1, the power limit value LTD from the prime mover side, and the friction heater power estimation calculation value Trq2 obtained as described above, the compressor suction pressure control calculation value PSb under the power limit is

Is calculated by That is, the optimum compressor suction pressure control value under power limitation is calculated.
[0037]
Then, it is determined which of the compressor suction pressure control calculation value PSa calculated from the above-mentioned required function on the air conditioning control side and the compressor suction pressure control calculation value PSb under the power restriction request from the prime mover side should be selected. . That is,
When Trq1 + Trq2-LTD <0 (that is, when it is not necessary to limit the power on the compressor side),
Ps = PSa
And
When Trq1 + Trq2-LTD ≧ 0 (that is, when power limitation on the compressor side is necessary),
Ps = PSb
It is said.
[0038]
The selected Ps is sent to the suction pressure controller of the compressor 18 as the actual suction pressure control signal Ps of the compressor 18.
[0039]
Therefore, both the driving state of the vehicle at that time and the request from the air conditioner are taken into consideration, and it is determined whether or not the power restriction on the air conditioner side is necessary. Operation control of the compressor 18 is performed.
[0040]
FIG. 5 shows control in the vehicle air conditioner 41 according to the second embodiment shown in FIG. 4 except that the calculation using the condenser outlet air temperature instead of the evaporator outlet air temperature in the control shown in FIG. 4 is performed and the power consumption of the friction heater need not be considered. The control is equivalent to the control shown.
[0041]
FIG. 6 shows control in the vehicle air conditioner 51 according to the third embodiment shown in FIG. Compared to the control shown in FIG. 4, the electric heater voltage BH is
BH = f (TOs)
The control is substantially the same as the control shown in FIG. 4 except that the electric heater power Trq2 is estimated and calculated by the following equation instead of the friction heater.
Trq2 = η · f (BH)
Here, η is efficiency.
[0042]
FIG. 5 shows the control in the case of heating, and FIG. 6 shows the control in the case of cooling. In each case, as in the control shown in FIG. 4, the operation state of the vehicle at that time and the request from the air conditioner Both are taken into consideration, and it is determined whether or not the power limitation on the air conditioner side is necessary. Under the power limitation, the optimum operation control of the compressor 18 under the condition is performed.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the vehicle air conditioner according to the present invention, the limitation on the power that can be used for the air conditioner from the operating state of the vehicle and the requirements on the air conditioner side are taken into account. Since the capacity is not unnecessarily reduced to zero under the condition that the compressor capacity is not necessarily zero (low cooling heat load condition), stable air temperature control can be obtained.
[0044]
In addition, since the current value of the compressor power that is generated can be recognized, the compressor power that should be restricted can be set optimally according to the driver's operating conditions (throttle opening, engine speed), and adverse effects on air conditioning (air Temperature instability, capacity shortage) can be minimized.
[0045]
Furthermore, since the present compressor power present value can be recognized, optimum engine control can be performed. Further, there is no increase in the idling engine speed at a low cooling heat load and the engine engine speed during low-speed flat ground operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a vehicle air conditioner according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a vehicle air conditioner according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is an overall configuration diagram of a vehicle air conditioner according to Embodiment 3 of the present invention.
4 is a control block diagram of the vehicle air conditioner shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a control block diagram of the vehicle air conditioner shown in FIG. 2;
6 is a control block diagram of the vehicle air conditioner shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 7 is a characteristic diagram of a variable capacity compressor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF

SYMBOLS

1, 41, 51 Vehicle air conditioner 2 Ventilation duct 3 Inside / outside air switching damper 4 Outside air introduction port 6 Blower 7 Evaporator 8 as indoor heat exchanger 8 Hot water heater 9 Air mix damper actuator 10

Air mix damper

17, 44 Refrigerant circuit 18 Variable capacity compressor 19 Condenser 20 Receiver 21 Expansion valve 22 Pressure sensor 23 Engine 24 Clutch 25 Main controller 26 Radiator 27 Friction heater 28 Car interior temperature setter 29 Blower voltage controller 30 Evaporator outlet air temperature sensor 31 Car interior temperature sensor 32 Solar radiation sensor 33 Outside temperature sensor 34 Engine ECU
42 Condenser 43 as Indoor Heat Exchanger 43 Evaporator 45 Condenser Outlet Air Temperature Sensor 52 Electric Heater 53 Alternator

Claims

A duct that opens into the passenger compartment has a blower that blows air and an indoor heat exchanger that cools or heats the blown air, and is connected to the indoor heat exchanger by a refrigerant pipe. A vapor compression refrigeration cycle having a variable capacity compressor capable of compressing a refrigerant circulated between them and changing a discharge amount of the refrigerant to be compressed, and a capacity control means for operating the discharge amount of the variable capacity; And a vehicle air conditioner equipped with a vapor compression heat pump cycle, comprising a power estimation means for estimating the compressor power generated during operation of the compressor, comprising an indoor heat exchanger capacity setting means and an information storage means The information storage means stores a power limit value as a maximum allowable value of the power generated by the compressor, and the capacity control means stores the power of the compressor by the power limit value and the power estimation means. When a constant value is compared and the estimated power value is lower than the power limit value, by referring to the indoor heat exchanger capacity target value obtained by the indoor heat exchanger capacity setting means, by the discharge capacity operation of the variable capacity compressor When indoor heat exchanger capacity control is performed and the estimated power value is equal to or higher than the power limit value, the power is estimated so that the estimated power value does not exceed the power limit value by operating the discharge capacity of the variable capacity compressor. A vehicle air conditioner that performs control .

Blowing amount recognition means for detecting or estimating a physical quantity correlated with the blowing amount of the blower, indoor heat exchanger passage air temperature recognition means for detecting or estimating the indoor heat exchanger passage air temperature, and the variable capacity compressor Suction pressure recognizing means for detecting or estimating the suction refrigerant pressure and discharge pressure recognizing means for detecting or estimating the discharge refrigerant pressure of the variable capacity compressor, wherein the power estimating means 2. The vehicle air conditioner according to claim 1, wherein the compressor power consumption is estimated with reference to respective recognition values obtained from the heat exchanger passing air temperature recognition means, the suction pressure recognition means, and the discharge pressure recognition means. .

A discharge capacity recognizing means for detecting or estimating a physical quantity correlated with a discharge capacity of the compressor; a suction pressure recognizing means for detecting or estimating a suction refrigerant pressure of the variable capacity compressor; and a discharge refrigerant of the variable capacity compressor Discharge pressure recognition means for detecting or estimating pressure, and the power estimation means refers to the respective recognized values obtained from the discharge capacity recognition means, suction pressure recognition means, and discharge pressure recognition means, and The vehicle air conditioner according to claim 1, wherein

It has power estimation value output means for converting the power estimation value of the compressor estimated by the power estimation means into an electric signal and outputting it to an external information device, and the power estimation value is transmitted to the control device for the vehicle propulsion motor The vehicle air conditioner according to any one of claims 1 to 3, wherein the vehicle air conditioner is provided.

The adjustment amount detecting means for detecting the output adjustment amount of the vehicle propulsion motor is provided, and the power limit value is changed according to the output adjustment amount . Vehicle air conditioner.

5. The vehicle according to claim 1, further comprising a rotation speed detection unit that detects a rotation speed of a motor for driving the vehicle, wherein the power limit value is changed according to the rotation speed . 6. Air conditioner.

When the capacity control means includes an arithmetic device capable of calculating a deviation, and the estimated power value is equal to or higher than the power limit value, the capacity control means calculates the power estimated value and the power limit value by the arithmetic device. The vehicle air conditioner according to any one of claims 1 to 6, wherein capacity control of the variable capacity compressor is performed with reference to a difference calculation value .