JP3947672B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用原動機（エンジン）と電動機（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し、とくにその２種類の駆動源により同時駆動される際の駆動制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンと電動モータの２種類の駆動源によって、冷凍サイクルに設けられた圧縮機を駆動するものとして、実開平６−８７６７８号公報に記載されているものが知られている。この車両用空調装置は、エンジンによる駆動時にエンジンが停止されると、電動モータにより圧縮機の運転を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の装置では、特に空調負荷が高い時において、冷凍サイクルの冷凍能力が不足することがあり、そのため、蒸発器温度の上昇が避けられないことがある。また、エンジンの駆動のみで圧縮機を駆動している場合においては、エンジン回転数の変動により、冷却器温度や吹出温度の変動を生じることがあり、乗員の不快感を招く原因ともなる。さらに、電動モータで使用可能な電力に制限がある場合の適切な電動機制御方法がないため、電動機の最適な運転ができないという問題もある。
【０００４】
このような従来のハイブリッド式圧縮機に対し、未だ出願未公開の段階にあるが、先に本出願人により、車両のエンジンのみにより駆動される第１圧縮機（第１圧縮室）と、電動モータのみにより駆動される第２圧縮機（第２圧縮室）とが一体に組み付けられ、第１圧縮機と第２圧縮機を選択的にまたは同時に駆動可能としたハイブリッド式圧縮機が提案されている（特願２００１−２８０６３０）。
【０００５】
本発明の課題は、前述のような従来のハイブリッド式圧縮機の駆動における問題点に着目し、上記本出願人が先に提案した第１圧縮機と第２圧縮機を選択的にまたは同時に駆動可能なハイブリッド式圧縮機の使用を前提とし、この圧縮機の駆動を適切に制御することで、とくに実質的に両駆動源により同時駆動される際の圧縮機の駆動を適切に制御することで、冷凍能力不足等に対して適切な冷却器温度制御を可能とし、エンジン回転数変動による冷却器温度や吹出温度の変動を抑えることができ、電力制限がある場合にも電動機を最適に制御可能な車両用空調装置を提供することにある。
【０００６】
【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、駆動源としての車両用原動機のみにより駆動され、第１圧縮室を有する第１圧縮機部と、別の駆動源としての電動機のみにより駆動され、第２圧縮室を有する第２圧縮機部とが、選択的にまたは同時駆動可能に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圧縮機と、車室内に吹き出す空気を冷却する冷却器と、該冷却器の温度を検出する冷却器温度検出手段と、冷却器の冷却能力を調節する冷却量調節手段とを備えた車両用空調装置において、前記車両用原動機の回転数を検出する車両用原動機回転数検出手段を有し、前記冷却量調節手段は、前記電動機の回転数を制御する電動機回転数制御手段を有し、前記ハイブリッド式圧縮機が実質的に前記２種類の駆動源により同時に駆動されている時、前記冷却量調節手段としての前記電動機回転数制御手段は、前記冷却器温度検出手段により検出された冷却器温度と、前記車両用原動機回転数検出手段により検出された原動機回転数を参照して電動機回転数を制御し、該電動機回転数制御により冷却器温度を制御することを特徴とするものからなる。
【０００８】
本発明に係る車両用空調装置においては、車両用原動機の回転数を検出する車両用原動機回転数検出手段を有し、冷却量調節手段としての前記電動機回転数制御手段が、冷却器温度と、車両用原動機回転数検出手段により検出された原動機回転数を参照して電動機回転数を制御し、該電動機回転数制御により冷却器温度を制御する構成とされ、この構成においては、たとえば、原動機回転数が減少する時、電動機回転数を上昇させるように、原動機回転数が増加する時、電動機回転数を下降させるように制御することができる。
【０００９】
また、本発明に係る車両用空調装置においては、冷却器温度目標値を算出する冷却器温度目標値算出手段を有し、算出された冷却器温度目標値に基づいて、冷却量調節手段としての電動機回転数制御手段により冷却器温度を制御する構成とすることもできる。
【００１０】
このような車両用空調装置においては、電源から前記電動機への入力が所定値を下回ったとき、前記電動機の制御回転数に制限を加えることが好ましい。すなわち、電源に蓄えられた電力量やそのときの電源における空調装置へ配分可能な電力量等に応じて、一定の制限を加えることができる。たとえば、電動機への入力電圧を検知する電動機入力電圧検知手段を設けておき、電動機入力電圧検知手段により検知された電動機入力電圧を参照し、該電動機入力電圧が所定値（ａ）以下ならば、冷却量調節手段としての前記電動機回転数制御手段により、電動機回転数を所定の回転数（Ａ）以下に制御することができる。あるいは、電動機への入力電流を検知する電動機入力電流検知手段を設けておき、電動機入力電流検知手段により検知された電動機入力電流を参照し、該電動機入力電流が所定値（ｂ）以上ならば、冷却量調節手段としての前記電動機回転数制御手段により、電動機回転数を所定の回転数（Ｂ）以下に制御することができる。あるいは、電動機への入力電力を算出する電動機入力電力算出手段を設けておき、電動機入力電力算出手段により、電動機入力電圧と電動機入力電流を参照して算出された入力電力値が所定値（ｃ）以上ならば、冷却量調節手段としての前記電動機回転数制御手段により、電動機回転数を所定の回転数（Ｃ）以下に制御することができる。
【００１１】
また、本発明に係る車両用空調装置においては、前記冷却量調節手段としての電動機回転数制御手段を、電動機回転数を所定の時間間隔で繰り返し下降、上昇させることにより、冷却器温度を制御する構成とすることもできる。
【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、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置のシステム構成図である。冷凍サイクル１には、車両用原動機としてのエンジン２および電力供給により駆動する電動機３（モータ）のいずれかを、あるいは両方を同時に動力源とするハイブリッド式の圧縮機４が設けられており、エンジン２の駆動力は電磁クラッチ５によって伝達される。この２つの駆動源を持つハイブリッド圧縮機４により圧縮された高温高圧の冷媒が、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、冷却器としての蒸発器９に流入して、送風機１０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器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１１の入口には、切替ダンパ１２により吸入空気が選択される外気導入口１３と内気導入口１４が設けられている。通風ダクト１１内には、送風機１０、蒸発器９、エアミックスダンパ１５、加熱器としてのヒータコア１６が備えられており、エアミックスダンパアクチュエータ１７によるエアミックスダンパ１５の開度調整により、蒸発器９のみを通過した空気とヒータコア１６を通過した空気との混合割合が調整される。通風ダクト１１の下流側には、ＤＥＦ、ＶＥＮＴ、ＦＯＯＴ等の各吹き出し口２１、２２、２３が設けられており、各ダンパ２４、２５、２６により所定の吹き出し口が選択されるようになっている。
【００１４】
メインコントローラ３１からは、電磁クラッチ５を制御するためのクラッチコントローラ３２にクラッチ信号が、電動機３（モータ）のモータドライバにモータ制御信号が、エアミックスダンパアクチュエータ１７にエアミックスダンパ開度信号が、それぞれ出力され、メインコントローラ３１には、電動機３（モータ）からモータ回転数信号Ｎｍが、エンジン２からエンジン回転数信号Ｎｅが、それぞれ入力される。
【００１５】
また、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を検知する冷却器（蒸発器）出口空気温度センサ４１、車室内空気温度を検知する車室内温度センサ４２、外気温度Ｔａｍｂを検知する外気温度センサ４３、日射量Ｒｓｕｎを検知する日射センサ４４が設けられており、各検知信号がメインコントローラ３１に入力される。本実施態様では、この他にも、モータ消費電力Ｗ、冷凍サイクルの高圧側圧力Ｐｄ、車速Ｘの各信号がメインコントローラ３１に入力されるようになっている。
【００１６】
このような車両用空調装置において、冷凍サイクル１に設けられたハイブリッド式圧縮機４は、前述の如く、エンジン２と、電動モータ３の両方あるいはどちらか一方で駆動できるものに構成されており、このハイブリッド式圧縮機４は、２つの圧縮室を持ち、それぞれの圧縮室に対して、エンジン駆動、電動モータ駆動される。また、冷却器としての蒸発器温度制御は、クラッチコントロール及びモータ制御信号により行う。そして、ハイブリッド式圧縮機４を、実質的にエンジン２と電動機３により同時駆動している時、本実施態様では図２に示すように制御される。
【００１７】
冷凍サイクルにおいて冷媒を圧縮するハイブリッド式圧縮機４が、エンジン及びモータの両駆動源により同時駆動されている時、車両のエンジン回転数Ｎｅを参照することにより、フィードフォワード的な第１のモータ目標回転数Ｎｍｏ１を、
Ｎｍｏ１＝ｆ（Ｎｅ）
で演算してモータドライバ制御装置への入力とし、モータドライバへの制御量としてのＤＵＴＹ信号を出力し、モータの回転数を制御する。さらに、フィードバック演算装置は、蒸発器温度目標値Ｔｏｆｆに対して、蒸発器出口空気温度Ｔｅを参照することにより、フィードバック値である第２のモータ目標回転数のＮｍｏ２を、
Ｎｍｏ２＝ｆ（Ｔｏｆｆ，Ｔｅ）
にて算出する。第１のモータ目標回転数Ｎｍｏ１と第２のモータ目標回転数Ｎｍｏ２とを加算して、モータ目標回転数Ｎｍｏを演算する。
Ｎｍｏ＝Ｎｍｏ１＋Ｎｍｏ２
このモータ目標回転数Ｎｍｏを、モータドライバ制御装置への入力とする。
【００１８】
モータドライバ制御装置は、モータ目標回転数Ｎｍｏと、モータ回転数Ｎｍを参照し、モータドライバへの制御量としてのＤＵＴＹ信号を出力し、モータの回転数を制御することで、蒸発器温度Ｔｅを制御する。
Ｄ＝ｆ（Ｎｍｏ，Ｎｍ）
【００１９】
上記のような制御においては、たとえば図３に示すような特性が得られる。図３は、任意の条件下でのエンジン回転数Ｎｅに対するモータ目標回転数Ｎｍｏの演算結果を示している。
【００２０】
ハイブリッド式圧縮機の両駆動源の同時駆動が必要となる時は、主に、冷却器の冷却能力が片側駆動では不足している時であるが、このような場合、蒸発器温度目標値に対して、エンジン回転数変動と蒸発器出口空気温度変動に応じたモータ回転数制御が行われることになる。この制御は、基本的にはたとえば以下のような制御方法となる。
エンジン回転数Ｎｅ減少時には、Ｎｍｏを増加させ、Ｎｍを増加させる。
エンジン回転数Ｎｅ増加時には、Ｎｍｏを減少、あるいは維持させ、Ｎｍを減少あるいは維持させる。
【００２１】
また、図２に示した制御においては、モータの消費電力Ｗを参照し、予め定めたモータ入力電力の所定値（Ｃ）に対して、モータの回転数を以下のように制御することができる。具体的な電力制限時の制御方法については、図４に例示する。すなわち、モータへの入力電力が所定値（Ｃ）より高い場合、Ｄ（モータドライバ制御信号）を増加させない。たとえば、モータ回転数を減少させる。モータへの入力電力が所定値（Ｃ）より低い場合には、前述したのと同様の方法により制御する。
【００２２】
但し、モータが目標回転数で制御（起動）できない場合（例えば、電力制限、電動モータ起動可能回転数制限）には、たとえば、モータ回転数を次のように制御する。すなわち、モータを運転可能な回転数で起動制御し、所定の時間間隔で、電動モータ起動（起動可能な回転数で）とモータ停止動作あるいは低速回転動作とを繰り返し行わせる制御を行う。このような電動モータ制御方法について具体的に例示すれば、たとえば、図５に示すようになる。図５に示す例では、電動モータ目標回転数に対して、所定の時間間隔で、電動モータ起動可能回転数と電動停止とを繰り返し行わせる制御を行っている。
【００２３】
なお、図２に示した制御において、圧縮機の駆動源を切り替える場合、つまり、モータ駆動からエンジン駆動へ、あるいはエンジン駆動からモータ駆動へ切り替える場合の制御については、たとえば、車両の冷凍サイクルの熱負荷（外気温度、日射量、車速等）を参照して、切替の必要性を判定すればよい。
【００２４】
上述したような本発明に係る制御により、エンジンとモータとの同時駆動の際、そのときの状況に応じて、とくにモータ回転数を最適に制御でき、それによって、冷却器の温度を適切に制御して吹出温度の変動を抑えることができる。また、冷凍能力不足等に対しても、適切な冷却器温度制御を可能とすることができる。さらに、電力制限がある場合にも、それに対応して電動機の回転数、ひいては電動機の消費電力を適切に制御することも可能となる。
【００２５】
【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、ハイブリッド式圧縮機を両駆動源により同時駆動している際の圧縮機の駆動を最適に制御することができ、冷凍サイクルの冷凍能力が不足したような状況においても、適切な冷却器温度制御を行うことができる。また、エンジン回転数変動に対しても、電動機による適切な冷却器温度制御が行われるため冷却器温度や吹出温度変動もなく、乗員の快適感を満足させることができる。さらに、電力制限があっても適切な電動機制御が行えるため、電動機の消費電力を低減することができる。
【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システム構成図である。
【図２】図１の車両用空調装置の制御の一例を示すブロック図である。
【図３】図２の制御におけるエンジン回転数とモータ目標回転数との関係の一例を示す制御特性図である。
【図４】図２の制御における電力制限時の電動機の回転数および入力電力の制御例を示す特性図である。
【図５】電動機をオン／オフ制御する場合の例を示す制御特性図である。
【符号の説明】
１ 冷凍サイクル
２ 車両用原動機（エンジン）
３ 電動機（モータ）
４ ハイブリッド式圧縮機
５ 電磁クラッチ
６ 凝縮器
７ 受液器
８ 膨張弁
９ 冷却器（蒸発器）
１０ 送風機
１１ 通風ダクト
１２ 切替ダンパ
１３ 外気導入口
１４ 内気導入口
１５ エアミックスダンパ
１６ 加熱器としてのヒータコア
１７ エアミックスダンパアクチュエータ
２１、２２、２３ 吹き出し口
２４、２５、２６ ダンパ
３１ メインコントローラ
３２ クラッチコントローラ
４１ 冷却器（蒸発器）出口空気温度センサ
４２ 車室内温度センサ
４３ 外気温度センサ
４４ 日射センサ

Claims (5)

1. 駆動源としての車両用原動機のみにより駆動され、第１圧縮室を有する第１圧縮機部と、別の駆動源としての電動機のみにより駆動され、第２圧縮室を有する第２圧縮機部とが、選択的にまたは同時駆動可能に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圧縮機と、車室内に吹き出す空気を冷却する冷却器と、該冷却器の温度を検出する冷却器温度検出手段と、冷却器の冷却能力を調節する冷却量調節手段とを備えた車両用空調装置において、前記車両用原動機の回転数を検出する車両用原動機回転数検出手段を有し、前記冷却量調節手段は、前記電動機の回転数を制御する電動機回転数制御手段を有し、前記ハイブリッド式圧縮機が実質的に前記２種類の駆動源により同時に駆動されている時、前記冷却量調節手段としての前記電動機回転数制御手段は、前記冷却器温度検出手段により検出された冷却器温度と、前記車両用原動機回転数検出手段により検出された原動機回転数を参照して電動機回転数を制御し、該電動機回転数制御により冷却器温度を制御することを特徴とする車両用空調装置。
2. 原動機回転数が減少する時、電動機回転数を上昇させるように、原動機回転数が増加する時、電動機回転数を下降させるように制御する、請求項１の車両用空調装置。
3. 冷却器温度目標値を算出する冷却器温度目標値算出手段を有し、算出された冷却器温度目標値に基づいて、前記冷却量調節手段としての電動機回転数制御手段により冷却器温度を制御する、請求項１または２に記載の車両用空調装置。
4. 電源から前記電動機への入力が所定値を下回ったとき、前記電動機の制御回転数に制限を加える、請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用空調装置。
5. 前記冷却量調節手段としての電動機回転数制御手段は、電動機回転数を所定の時間間隔で繰り返し下降、上昇させることにより、冷却器温度を制御する、請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用空調装置。

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