JP3936200B2

JP3936200B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP3936200B2
Application number: JP2002016735A
Authority: JP
Inventors: 智規今井; 敦雄井上; 謙一鈴木; 政人坪井
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: JP2003211954A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両駆動用の原動機（エンジン）と、電力供給により駆動する電動機（電動モータ）により駆動力を得ることのできるハイブリッド式の圧縮機を備えた車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両エンジン、電動モータの両方によって駆動可能なハイブリッド式の圧縮機を備えた車両用空調装置においては、エンジンが稼働している時はエンジンにて圧縮機を駆動、エンジンが停止している時は電動モータにて圧縮機を駆動するものが考えられている（たとえば、特開平１０−２９１４１５号公報）。
【０００３】
しかしこのような従来技術では、圧縮機の駆動方法がエンジンの稼働／非稼働により制限されているため、圧縮機の消費動力を考慮した駆動制御を行っていない。そのため、このような従来の車両用空調装置では、消費動力が大きくなっている状況が考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、ハイブリッド式の圧縮機を備えた車両用空調装置における消費動力を低減でき、とくにハイブリッド式圧縮機により消費される車両の燃費を低減するために最適な圧縮機動力源選択制御を行うことが可能な車両用空調装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、車両駆動用の原動機と、電力供給により駆動する電動機と、前記原動機のみにより駆動され、第１圧縮室を有する第１圧縮機構と、前記電動機のみにより駆動され、第２圧縮室を有する第２圧縮機構の二つの圧縮機構が一台の圧縮機内に一体に組み付けられたハイブリッド式の圧縮機と、前記圧縮機の動力源として前記原動機または前記電動機のいずれか一方、または同時に両方を選択することが可能な圧縮機動力源選択手段と、車両のアクセル開度を検知するアクセル開度検知手段とを備えた車両用空調装置において、前記アクセル開度検知手段により検知された検知量が所定値Ａ以上である場合は前記圧縮機を駆動させる動力源として前記電動機を選択し、前記アクセル開度検知手段により検知された検知量が所定値Ｂ未満の場合は前記圧縮機を駆動させる動力源として前記原動機を選択し、前記アクセル開度検知手段により検知された検知量が所定値Ｂ以上所定値Ａ未満の場合は、前記圧縮機を駆動させる動力源として前記電動機または前記原動機を用いた際の圧縮機における消費動力又は消費電力をそれぞれ推定し、消費動力又は消費電力が低いほうの動力源を選択することを特徴とするものからなる。つまり、アクセル開度検知手段によりそのときの車両の状態を判断し、その判断に応じて最適なハイブリッド式圧縮機の動力源を選択し、それによって消費動力を小さく抑えるようにしたものである。
【０００８】
また本発明においては、冷凍サイクルへの熱負荷を含む車両の熱負荷に応じて最適なハイブリッド式圧縮機の動力源を選択することもできる。すなわち、本発明に係る車両用空調装置は、車両駆動用の原動機と、電力供給により駆動する電動機と、前記原動機のみにより駆動され、第１圧縮室を有する第１圧縮機構と、前記電動機のみにより駆動され、第２圧縮室を有する第２圧縮機構の二つの圧縮機構が一台の圧縮機内に一体に組み付けられたハイブリッド式の圧縮機と、前記圧縮機の動力源として前記原動機または前記電動機のいずれか一方、または同時に両方を選択することが可能な圧縮機動力源選択手段と、車両の熱負荷を検知する熱負荷検知手段または車室内空気温度を検知する車室内空気温度検知手段を備えた車両用空調装置において、前記熱負荷検知手段または車室内空気温度検知手段により検知された検知量が所定値以上である場合、前記熱負荷または前記車室内空気温度が前記所定値未満となるまで前記圧縮機動力源として電動機のみの選択を禁止することを特徴とするものからなる。つまり、電動機のみを圧縮機動力源として選択した場合、とくに冷凍サイクルの能力不足が生じるおそれがある場合には、そのような事態の発生をあらかじめ防止し、車室内への吹き出し空気温度を所望の温度に制御できる機能を確保できるようにし、消費動力の低減のみならず、快適な空調制御も同時に確保できるようにしたものである。
【０００９】
この車両の熱負荷を考慮した制御においては、前記熱負荷検知手段または車室内空気温度検知手段により検知された検知量が所定値以上である場合、さらに、車両へアイドルストップを禁止する信号を送信することが好ましい。これによって、車両駆動用原動機による圧縮機の所定の運転を確保できる。
【００１０】
このような本発明に係る車両用空調装置においては、前記第１圧縮機構を駆動する際の消費動力又は消費電力および前記第２圧縮機構を駆動する際の消費動力又は消費電力を推定する圧縮機動力推定手段を備え、前記圧縮機動力源選択手段が、前記圧縮機動力推定手段により推定された第１圧縮機構と第２圧縮機構の消費動力又は消費電力を比較し、消費動力又は消費電力の値が低いほうの圧縮機構を選択する機能を備えていることが好ましい。すなわち、基本的に消費動力又は消費電力の値が低いほうの圧縮機構を選択できるようにしておくことにより、不都合が生じないかぎり、圧縮機の消費動力を最小値に近づけることができ、車両の燃費の改善に寄与できるようになる。
【００１１】
さらに、能力不足を生じることなく、車室内への吹き出し空気温度が所望の温度に制御されるように、たとえば、冷凍サイクルに設けられた蒸発器の出口空気温度を検知する蒸発器出口空気温度検知手段を備え、前記電動機のみにより前記圧縮機を駆動中において、蒸発器出口空気温度を検知し、検知された温度が予め設定された所定値よりも高い場合は、前記圧縮機駆動源として、前記電動機のみを選択することを禁止するようにしておくことが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、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におけるシステム構成図、図２はその制御フローの一例を、それぞれ示している。図１において、冷凍サイクル１には、車両の原動機のみにより駆動される第１圧縮機構と電動モータのみにより駆動される第２圧縮機構とが一台の圧縮機内に一体に組み付けられているハイブリッド式の圧縮機４が設けられている。冷凍サイクル１において、車両の原動機としてのエンジン２の駆動力を伝達する電磁クラッチ３と、電動モータ５との２つの駆動源を持つハイブリッド式圧縮機４により圧縮された高温高圧の冷媒が、室外熱交換器としての凝縮器６により外気と熱交換して冷却され、凝縮し液化する。受液器７により気液が分離され、液冷媒が膨張弁８によって減圧される。減圧された低圧の冷媒は、室内熱交換器としての蒸発器９に流入して、送風機１２により送風された空気と熱交換する。蒸発器９において蒸発し気化した冷媒は再びハイブリッド圧縮機４に吸入され圧縮される。
【００１３】
車室内空調を行う空気が通過する通風ダクト１３には、送風機１２、蒸発器９、エアミックスダンパ１０、ヒータコア１１が備えられている。蒸発器９を通過した空気は、エアミックスダンパ１０の開度により決められる比率でヒータコア１１を通過し、加熱される。通風ダクト１３の下流側には、ＤＥＦ、ＶＥＮＴ、ＦＯＯＴ等の各吹き出し口４１、４２、４３が設けられており、図示を省略した各ダンパにより所定の吹き出し口が選択され、調和された空気が車室内に送出される。
【００１４】
空調制御のための各種センサとして、蒸発器９通過後の空気温度Ｔｅを検知するための蒸発器出口空気温度センサ１４が備えられ、検知された信号は空調制御を行う空調制御装置１５へ入力される。さらに空調制御装置１５には、外気温度Ｔａｍ、室内空気温度Ｔｒ、日射量Ｒｓｕｎ、ヒータ温水温度Ｔｗ、エンジン回転数信号Ｎｅ、車速信号ＳＰ、アクセル開度信号ＡＣＣ、吐出冷媒圧力Ｐｄ等の信号群１６がそれぞれ入力される。また出力信号として、電動モータ回転数制御信号１７、クラッチ制御信号１８がそれぞれ出力される。
【００１５】
ハイブリッド式圧縮機４（第２圧縮機構〔第２圧縮室〕）を電動モータ５で駆動させる際は、クラッチ制御信号１８により、クラッチ３をオフしたうえで、電動モータ回転数制御信号１７をデューティ信号として与えることにより電動モータ５の回転数を制御する。逆にエンジン２により圧縮機４（第１圧縮機構〔第１圧縮室〕）を駆動させる場合は、電動モータ回転数制御信号１７の出力を停止し、クラッチ３をオンする。
【００１６】
また、ハイブリッド圧縮機４をエンジン２で駆動および電動モータ５で駆動する同時運転時は、クラッチ制御信号１８によりクラッチ３をオン、電動モータ回転数制御信号１７をデューティ信号として与えることにより電動モータ５の回転数を制御する。
【００１７】
蒸発器９通過後の空気温度Ｔｅの制御を、電動モータ５による圧縮機駆動時はモータ回転数により行い、エンジン２による圧縮機駆動時はクラッチのオン／オフ制御，または圧縮機容量制御により行う。
【００１８】
制御は、たとえば図２に示すようなフローにしたがって行われる。図２におけるフロースタートのＡ／Ｃは空調装置を表している。
【００１９】
＜アクセル開度大時（加速時、上り坂走行時）の圧縮機動力源選択制御＞
車両が加速状態または上り坂走行時には、車両が必要とするエンジン駆動力が大きい。そこで、圧縮機によるエンジン駆動力の消費を避けることにより、車両のスムーズな加速性を実現することができる。よって、アクセル開度が所定値ＡＣＣ１以上である場合には、圧縮機の動力源として基本的に電動モータを選択することが好ましい。
【００２０】
＜アクセル開度小時の圧縮機動力源選択制御＞
アクセル開度が０であり、かつ車両がアイドリング状態でない場合には、圧縮機駆動源としてエンジンを選択するとよい。駆動源をエンジンとすることにより、車両の制動エネルギーを利用して圧縮機を駆動することができるため、制動エネルギーを有効利用して車両の省燃費化を図ることができる。
【００２１】
またアクセル開度が０となり、かつ車両がアイドリング状態でなく、かつ電動駆動時である際に、電動モータにより車両の制動エネルギーを利用するには、電動モータへ供給できる電力の最高値が、１０００Ｗや５００Ｗ等の所定値により制限されている場合、減速時の制動エネルギーをより多く電動モータの駆動力として利用するために、電力の制限を解除し、蒸発器で発生する凝縮水が凍結しない範囲で、蒸発器出口温度を制御するよう電動モータへの電力供給を行うこととするとよい。
【００２２】
＜消費動力推定手段による動力源選択制御＞
前述したように、車両の走行中において、アクセル開度が所定値ＡＣＣ１以上では電動駆動、アクセル開度が０の時はエンジン駆動で圧縮機を作動させるとよいが、アクセル開度が０以上かつＡＣＣ１未満では、各駆動源を用いた際の圧縮機における消費動力又は消費電力を推定し、消費動力又は消費電力が低いほうの駆動源を選択するようにするとよい。
【００２３】
エンジンを駆動源とする場合
圧縮機駆動源がエンジンの場合、圧縮機消費動力又は消費電力Ｗは、エンジン回転数Ｎｅと駆動トルクＴｒｑを推定することにより算出することができる。
Ｗ（Ｗｅ）＝ｆ（Ｎｅ，Ｔｒｑ）
ここで、圧縮機駆動トルクＴｒｑは次式により推定される。
Ｔｒｑ＝ｆ（Ｔｅｉｎ，Ｔｅ，ＢＬＶ，Ｐｄ）
Ｔｅｉｎ：外気導入時は外気温度、内気導入時は車室内温度
Ｔｅ：蒸発器出口空気温度
ＢＬＶ：送風機電圧
Ｐｄ：圧縮機吐出圧力
【００２４】
電動モータを駆動源とする場合
圧縮機駆動源が電動モータの場合、圧縮機消費動力又は消費電力Ｗは、次式により算出される。
Ｗ（Ｗｍ）＝ｆ（Ｗｄ，η）
ここで、ηは電動モーター駆動効率であり、Ｗｄは、
Ｗｄ＝ｆ（Ｖｍ，Ｉｍ）
により演算される。Ｖｍは電力源（バッテリー）の電圧である。Ｉｍは、
Ｉｍ＝ｆ（Ｔｅｉｎ，Ｔｅ，ＢＬＶ，Ｐｄ）
により算出される。
図２中には、Ｗｄ＝ｆ（Ｔｅｉｎ，Ｔｅ，ＢＬＶ，Ｐｄ）として示してあるが、実質的に同等の意味である。
【００２５】
ここでエンジンを駆動源としたときの圧縮機消費動力又は消費電力をＷｅ、電動モータを駆動源としたときの圧縮機消費動力又は消費電力をＷｍとする。ＷｅとＷｍを比較して、Ｗｅ≧Ｗｍの時は電動モータ駆動、Ｗｅ＜Ｗｍの時はエンジン駆動を選択する。
【００２６】
＜車両が停止状態における圧縮機動力源選択制御＞
車両がアイドリング状態の場合、ハイブリッド車両などにおいて、アイドリングストップ機構によりエンジンが自動停止した際は、エンジンの駆動力を使うことができない。よって、エンジン回転数を検知し、エンジン回転数が所定値以下（例えば１０００ｒｐｍ以下）の場合は、モータにより圧縮機を駆動ようにするとよい。
【００２７】
＜電動機駆動を用いる際の前提条件＞
基本的には前述されたような切替え条件により、圧縮機駆動源を決定するが、電動モータを圧縮機駆動源に用いる際には、たとえば以下のような条件を満たす必要がある。
【００２８】
＜冷凍サイクル熱負荷（車両熱負荷）による切替条件＞
夏季において、空調装置起動時の車室内温度は６０℃〜７０℃の高温となっている場合が多い。空調装置起動後も、シートやダッシュボード等が熱を持っているため、目標の車室内温度Ｔｓｅｔに、現在の車室内温度Ｔｒが到達するまでは多少の時間を要する。現在の車室内温度Ｔｒが目標の車室内温度Ｔｓｅｔよりも大幅に高い状態で電動モータにより圧縮機を駆動した場合、圧縮機の能力不足と、シート等の余熱によって、室温が急激に上昇してしまう恐れがある。また、冷凍サイクルへの熱負荷が高い条件では、インバータのロスが大きくなるため、電動モータによる圧縮機の駆動は効率が悪い。
【００２９】
そこで空調制御装置１５が、圧縮機の駆動源として電動モータを選択した際、車室内空気温度Ｔｒが、目標の車室内温度Ｔｓｅｔに対して大幅に高い場合（例えば室温３５℃以上）や、目標の車室内空気温度Ｔｓｅｔに対して所定値Ｔｘ℃（例えば３℃）以上高い場合は、冷凍サイクルへの熱負荷が高いと判断し、電動モータのみへの圧縮機駆動源切替えを禁止し、さらに空調制御装置１５から、車両のエンジン制御を行うメインコントローラへ、エンジンのアイドルストップ禁止を要求する信号を送信するようにするとよい。
【００３０】
シートやダッシュボード等の余熱が完全になくなり、シート等自体の温度も目標の車室内空気温度に近い値となっている場合は、電動モータへ圧縮機動力源を切替えた際に、圧縮機の能力不足が発生したとしても、車室内温度が急激に上昇してしまうということはない。しかし、車室内温度Ｔｒと目標の車室内温度Ｔｓｅｔとの差が、前述の所定値Ｔｘ℃以下であっても、シート等の余熱が大きい場合がある。そこで電動モータへ圧縮機の駆動源を切り替えた際に、シート等の余熱が大きいため、室温が急激に上昇してしまうようであれば、すぐさま動力源を電動モータからエンジンへ切り替える必要がある。
【００３１】
よって、エンジンから電動モータへ圧縮機の駆動源を切り替えた際に、切り替えた瞬間の車室内温度ＴｒＯに対して、切り替えた後の車室内温度Ｔｒが所定値Ｔｙ℃（例えば５℃）以上上昇した時点でモータ駆動からエンジン駆動へ圧縮機動力源を切り替えるようにするとよい。ここでＴｙの値をあまり小さく設定すると、信号待ちの度にアイドルストップが解除されエンジンが作動してしまう恐れがあるため、約５℃程度が適当であろう。また室温がＴｙ℃以上上昇し、電動モータからエンジン駆動へ切り替えた直後にすぐモータ駆動へ動力源が切り替わってしまっては、室温がさらに上昇してしまうため、車室内が目標の室温となるまで電動モータのみによる圧縮機の駆動を禁止するとよい（たとえば、Ｔｘを０とすればよい）。
【００３２】
電動モータによる駆動中に、室温がゆっくりと上昇した場合は、Ｔｙを例えば５℃と設定した場合、目標の室温から５℃上昇するまでに時間がかかり、室温が目標の温度よりも高く不快な状況が長い時間続いてしまうこととなる。そこで、駆動源が電動モータに切り替わってから所定時間（例えば１分）経過した時点で、Ｔｙの値を所定値だけ小さくし、例えば５℃から３℃へ設定を変更することにより、室温が目標の温度よりも３℃上昇していればエンジン駆動へ切り替わるので、室温が目標の温度よりも３℃以上高くなるような不快な状況が長く続いてしまうということがなくなる。
【００３３】
＜蒸発器出口空気温度による切替条件＞
電動モータのみにより圧縮機を駆動する際、圧縮機の能力不足により蒸発器出口空気温度が目標の温度よりも上昇してしまうことが考えられる。このような場合は、室温の上昇または窓の曇り、さらには悪臭が発生する恐れがある。これを防止するために、電動モータのみにより圧縮機を駆動中において、蒸発器出口の温度が所定値Ｔｅ１以上上昇した場合は、圧縮機を電動モータのみで駆動することを禁止し、エンジンにより駆動するようにするとよい。この所定値Ｔｅ１は、目標の蒸発器出口空気温度を所定値だけ大きくした値としてもよいし、窓の曇りを防止することが可能な範囲で最も高い蒸発器出口空気温度を設定してもよい。
【００３４】
【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、特定のハイブリッド式圧縮機の駆動源を選択する制御を、車両における消費動力、消費燃費がより低減するように、駆動源を選択するため、空調装置運転時の車両における燃費を向上させることができる。
【００３５】
また、夏の最大冷房時などの冷凍サイクルへの熱負荷が大きい場合は、電動モータのみの圧縮機駆動を禁止するため、電動モータの能力不足による室温の上昇を防ぎ、車室内を快適な状態で維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施態様に係る車両用空調装置のシステム構成図である。
【図２】本発明の第２実施態様に係る車両用空調装置のシステム構成図である。
【符号の説明】
１冷凍サイクル
２エンジン
３電磁クラッチ
４ハイブリッド式圧縮機
５電動モータ
６凝縮器
７受液器
８膨張弁
９蒸発器
１０エアミックスダンパ
１１ヒータコア
１２送風機
１３通風ダクト
１４蒸発器出口空気温度センサ
１５空調制御装置
１６信号群
１７電動モータ回転数制御信号
１８クラッチ制御信号
４１、４２、４３吹き出し口

Claims

車両駆動用の原動機と、電力供給により駆動する電動機と、前記原動機のみにより駆動され、第１圧縮室を有する第１圧縮機構と、前記電動機のみにより駆動され、第２圧縮室を有する第２圧縮機構の二つの圧縮機構が一台の圧縮機内に一体に組み付けられたハイブリッド式の圧縮機と、前記圧縮機の動力源として前記原動機または前記電動機のいずれか一方、または同時に両方を選択することが可能な圧縮機動力源選択手段と、車両のアクセル開度を検知するアクセル開度検知手段とを備えた車両用空調装置において、前記アクセル開度検知手段により検知された検知量が所定値Ａ以上である場合は前記圧縮機を駆動させる動力源として前記電動機を選択し、前記アクセル開度検知手段により検知された検知量が所定値Ｂ未満の場合は前記圧縮機を駆動させる動力源として前記原動機を選択し、前記アクセル開度検知手段により検知された検知量が所定値Ｂ以上所定値Ａ未満の場合は、前記圧縮機を駆動させる動力源として前記電動機または前記原動機を用いた際の圧縮機における消費動力又は消費電力をそれぞれ推定し、消費動力又は消費電力が低いほうの動力源を選択することを特徴とする車両用空調装置。
車両駆動用の原動機と、電力供給により駆動する電動機と、前記原動機のみにより駆動され、第１圧縮室を有する第１圧縮機構と、前記電動機のみにより駆動され、第２圧縮室を有する第２圧縮機構の二つの圧縮機構が一台の圧縮機内に一体に組み付けられたハイブリッド式の圧縮機と、前記圧縮機の動力源として前記原動機または前記電動機のいずれか一方、または同時に両方を選択することが可能な圧縮機動力源選択手段と、車両の熱負荷を検知する熱負荷検知手段または車室内空気温度を検知する車室内空気温度検知手段を備えた車両用空調装置において、前記熱負荷検知手段または車室内空気温度検知手段により検知された検知量が所定値以上である場合、前記熱負荷または前記車室内空気温度が前記所定値未満となるまで前記圧縮機動力源として電動機のみの選択を禁止することを特徴とする車両用空調装置。
前記熱負荷検知手段または車室内空気温度検知手段により検知された検知量が所定値以上である場合、さらに、車両へアイドルストップを禁止する信号を送信する、請求項２の車両用空調装置。
前記第１圧縮機構を駆動する際の消費動力又は消費電力および前記第２圧縮機構を駆動する際の消費動力又は消費電力を推定する圧縮機動力推定手段を備え、前記圧縮機動力源選択手段が、前記圧縮機動力推定手段により推定された第１圧縮機構と第２圧縮機構の消費動力又は消費電力を比較し、消費動力又は消費電力の値が低いほうの圧縮機構を選択する機能を備えている、請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用空調装置。
冷凍サイクルに設けられた蒸発器の出口空気温度を検知する蒸発器出口空気温度検知手段を備え、前記電動機のみにより前記圧縮機を駆動中において、蒸発器出口空気温度を検知し、検知された温度が予め設定された所定値よりも高い場合は、前記圧縮機駆動源として、前記電動機のみを選択することを禁止する、請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用空調装置。