JP4089028B2

JP4089028B2 - 空調装置及びポンプ装置

Info

Publication number: JP4089028B2
Application number: JP25563298A
Authority: JP
Inventors: 俊伸高崎; 政美佐貫
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2018-09-09
Also published as: JP2000088366A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内に吹き出す空気の調和を図る空調装置に関するもので、車両用空調装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な車両用空調装置では、走行用のエンジン（内燃機関）から駆動力を得て圧縮機を稼働させているので、必要とする空調能力（以下、必要とする空調能力を単に空調能力と呼ぶ。）に応じて圧縮機の回転数を制御することはできない。
【０００３】
そこで、吐出容量を変化させる可変容量機構を圧縮機に内蔵し、空調能力に応じて吐出容量を変化させる車両用空調装置が実施されている。
なお、空調能力とは、冷房運転時にあっては、蒸発器での冷凍能力を言い、ヒートポンプを用いた暖房運転時にあっては、凝縮器（放熱器）の放熱能力を言う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、信号待ち等の車両停止時にエンジンを停止することにより排気ガスの低減及び燃費向上を図った車両、又は走行用の電動モータとエンジンとを切換運転することにより排気ガスの低減及び燃費向上を図った車両（ハイブリット車両）等が研究されている。
【０００５】
そして、上記した車両の研究に呼応して、車両用空調装置においても、電動モータによって圧縮機を駆動制御することが研究されている（特開平６−２２７２４号公報等）。
本発明は、上記点に鑑み、可変容量機構を有する圧縮機等のポンプ機構を電動モータにて効率良く制御することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。
請求項１に記載の発明では、電動モータ（１２０）に実際に発生するトルクが、電動モータ（１２０）が発生し得る最大トルクとなるように、圧縮機（１１０）の吐出容量を変化させるとともに、空調能力決定手段（Ｓ１１０）によって決定された空調能力が得られるように、電動モータ（１２０）の回転数を制御することを特徴とする。
【０００７】
これにより、ポンプ効率を高く維持した状態で圧縮機（１１０）を稼働させることができるので、後述するように、電動モータ（１２０）の大型化を招くことなく、空調装置を効率良く制御することができる。
請求項２に記載の発明では、電動モータ部（１２０）に実際に発生するトルクが、電動モータ部（１２０）が発生し得る最大トルクとなるように、吐出容量を変化させることを特徴とする特徴とする。
【０００８】
これにより、請求項１に記載の発明と同様に、電動モータ（１２０）の大型化を招くことなく、ポンプ装置を効率良く制御することができる。
請求項３に記載の発明では、電動モータ部（１２０）に実際に発生するトルクが、電動モータ部（１２０）が発生し得る最大トルクとなるように、吐出容量を変化させるとともに、ポンプ部（Ｃｐ）の仕事量が、ポンプ部（Ｃｐ）で必要とされる必要仕事量となるように、電動モータ部（１２０）の回転数を制御することを特徴とする。
【０００９】
これにより、請求項１に記載の発明と同様に、電動モータ（１２０）の大型化を招くことなく、ポンプ装置を効率良く制御することができる。
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る車両用空調装置を、走行用電動モータＭと走行用エンジン（内燃機関）Ｅとを有するハイブリット車両に適用したものであって、図１は本実施形態に係る空調装置の模式図である。
【００１１】
１００は、冷媒を吸入吐出する圧縮機１１０と圧縮機１１０を駆動する電動モータ（以下、モータと呼ぶ。）１２０とが一体となった電動コンプレッサであり、この電動コンプレッサ１００は、図２に示すように、電磁クラッチＭｇを介してエンジンＥによって駆動される場合とモータ１２０によって駆動され場合とを切り換えることができる、いわゆるハイブリット型の電動コンプレッサである。
【００１２】
また、圧縮機１１０は、斜板１１１のを介してピストン１１２を往復運動させて冷媒を吸入圧縮する斜板型の圧縮機構Ｃｐと、斜板１１１の傾き角を変化させることにより、ピストン１１２の行程（ストローク）を変化させて圧縮機１１０（圧縮機構Ｃｐ）の吐出容量を変化させる可変容量機構Ｖｃとを有するものである。
【００１３】
因みに、斜板１１１の傾き角は、斜板１１１が回転する空間（斜板室）１１３内の圧力変化に連動して変化し、本実施形態では、斜板室１１３と圧縮機１１０（圧縮機構Ｃｐ）の吸入側との連通状態、及び斜板室１１３と圧縮機１１０（圧縮機構Ｃｐ）の吐出側との連通状態を制御することにより斜板室１１３内の圧力を制御している。
【００１４】
また、図１中、２００は圧縮機１１０（圧縮機構Ｃｐ）から流出する高圧冷媒を凝縮させて凝縮熱を放熱する凝縮器（放熱器）であり、３００は凝縮器２００から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、余剰液相冷媒を蓄えるレシーバ（受液器）である。
４００はレシーバ３００から流出する冷媒を減圧する膨張弁（減圧器）であり、この膨張弁４００は、圧縮機１１０の吸入側での冷媒過熱度が所定値となるように開度を調節する、いわゆる温度式膨張弁である。
【００１５】
５００は、膨張弁４００から流出する低圧冷媒を蒸発させて、冷媒に蒸発熱を吸収させる蒸発器であり、この蒸発器５００で吸熱した熱量が冷凍能力（冷房能力）となる。
ところで、モータ１２０、可変容量機構Ｖｃ（斜板室１１３内圧力）を制御する制御バルブ（図示せず）及び電磁クラッチＭｇは、電子制御装置（ＥＣＵ）６００によって制御されており、このＥＣＵ６００には、室外温度を検出する外気温センサ、室内温度を検出する内気温センサや日射量を検出する日射センサ等の空調センサ６１０の検出値、乗員が希望する室内温度を設定する温度設定手段６２０の設定値、及び圧縮機１１０（モータ１２０）の回転数を検出する回転センサ６３０の検出値が入力されている。
【００１６】
次に、本実施形態の作動を述べる。
１．エンジンＥが稼働しているとき
車両用空調装置の始動スイッチ（図示せず）が投入されているときであって、エンジンＥが稼働しているときには、電磁クラッチＭｇに通電されてエンジンＥの駆動力が圧縮機１１０（圧縮機構Ｃｐ）に伝達され、圧縮機１１０が稼働する。
【００１７】
空調センサ６１０及び温度設定手段６２０の設定値から必要とする空調能力（冷凍能力）を決定（算出）し、その決定した空調能力となるように、可変容量機構Ｖｃ（制御バルブ）を作動させて吐出容量を変化させる。
ここで、空調能力、すなわち蒸発器５００での冷凍能力は、蒸発器５００を流通する冷媒の質量流量の増加に応じて増大するものである。したがって、空調能力が大きいときには、吐出容量を増大させ、一方、空調能力が小さいときには、吐出容量を減少させる。
【００１８】
なお、エンジンＥにより圧縮機１１０を駆動する場合には、圧縮機１１０の回転数は制御することができないので、完全に、算出した空調能力となるように車両用空調装置を制御することは困難である。
２．エンジンＥが停止しているとき
車両用空調装置の始動スイッチが投入されているときであって、エンジンＥが停止しているときには、電磁クラッチＭｇへの通電を遮断し、圧縮機１１０とエンジンＥとの間での駆動力の伝達を遮断するとともに、モータ１２０へ通電して電動モータ１２０により圧縮機１１０を稼働させる。
【００１９】
このとき、ＥＣＵ６００は、モータ１２０に実際に発生する実トルクが、モータ１２０が発生し得る最大トルクとなるように、可変容量機構Ｖｃを作動させて吐出容量を変化させるとともに、空調センサ６１０及び温度設定手段６２０の設定値から決定した空調能力（必要仕事量）となるように、モータ１２０の回転数を制御する。
【００２０】
なお、本実施形態では、モータ１２０のトルクはモータ１２０の電流値から判定しており、最大トルクか否かは、最大トルクに対応する電流値か否かによって判定している。
因みに、図３はモータ１２０の制御の概略を示すフローチャートであり、以下、図３について説明する。
【００２１】
先ず、空調センサ６１０及び温度設定手段６２０の設定値を読み込むとともに（Ｓ１００）、これらの読込値から空調能力（以下、この空調能力を目標空調能力と呼ぶ。）を決定する（Ｓ１１０）。
次に、現在の可変容量機構Ｖｃ（制御バルブ）の状態、及び現在のモータ１２０の電流値から現在発揮している空調能力（以下、この空調能力を現在空調能力と呼ぶ。）を把握するとともに、目標空調能力と現在空調能力とを比較する（Ｓ１２０）。
【００２２】
そして、目標空調能力と現在空調能力とが等しい場合には、Ｓ１００に戻り、目標空調能力が現在空調能力より小さい場合には、モータ１２０が実際に発生するトルク、つまり圧縮機１１０の駆動トルクが、モータ１２０の最大トルクとなるまで、圧縮機１１０の吐出容量を増大させるとともに、目標空調能力となるようにモータ１２０（圧縮機１１０）の回転数を低下させ（Ｓ１３０）、その後、Ｓ１００に戻る。
【００２３】
なお、このとき、吐出容量が最大状態となっているときは、吐出容量は変化させないで、モータ１２０の回転数のみ低下させる。
一方、目標空調能力が現在空調能力より大きい場合には、モータ１２０が実際に発生するトルクがモータ１２０の最大トルクとなるまで、圧縮機１１０の吐出容量を増大させるとともに、目標空調能力となるようにモータ１２０の回転数を増大させる（Ｓ１４０）、その後、Ｓ１００に戻る。
【００２４】
なお、このとき、吐出容量が最大状態となっているときは、吐出容量は変化させないで、モータ１２０の回転数のみ増大させる。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
空調能力（蒸発器５００での冷凍能力）は、圧縮機１１０のポンプ仕事の増大に応じて増大するので、空調能力を増大させるには、圧縮機１１０のポンプ仕事を増大させる必要がある。
【００２５】
ここで、ポンプ仕事とは、吐出圧Ｐ、吐出容量Ｖ及び圧縮機１１０（モータ１２０）の回転数ｎの積（Ｐ・Ｖ・ｎ）であるので、空調能力はポンプ仕事の関数となり、空調能力を増大させるには、吐出圧Ｐ、吐出容量Ｖ及び圧縮機１１０の回転数ｎのいずれかを増大させればよい。
ところで、吐出圧Ｐは、圧縮機１１０の吐出側に接続される負荷、具体的には、膨張弁４００で圧力損失（抵抗）によって決定するので、圧縮機１１０側では制御することができない。したがって、空調能力の制御は、吐出容量Ｖ及び圧縮機１１０の回転数ｎを制御することによって行われる。
【００２６】
また、圧縮機１１０のポンプ効率ηｐは、図４（ａ）に示すように、吐出容量が大きくなるほど高くなるので、圧縮機１１０を効率良く稼働させるには、吐出容量をできるだけ大きくした状態で圧縮機１１０を稼働させることが望ましい。一方、圧縮機１１０の駆動トルクは、冷媒（流体）を圧縮吐出する際の圧縮反力に略比例して増大するので、吐出容量が大きくなるほど、大きくなる。
【００２７】
また、圧縮機１１０は、モータ１２０によって駆動されているので、ポンプ効率ηｐを向上させるべく、単純に吐出容量を大きくさせると、圧縮機１１０の駆動トルクがモータ１２０の最大トルクを上回り、モータ１２０が脱調してしまい、モータ１２０を制御することができないという問題が発生してしまう。
なお、この問題に対しては、モータ１２０の最大トルクを十分に大きくすれば、モータ１２０の脱調を防止することができるものの、モータ１２０が大型化してしまうという問題が新たに発生する。
【００２８】
これに対して、本実施形態のごとく、モータ１２０の実トルクが最大トルクとなるように吐出容量を変化させれば、モータ１２０が脱調しない程度まで、吐出容量を増大させることができるので、モータ１２０の大型化を招くことなく、ポンプ効率ηｐを高く維持した状態で圧縮機１１０を稼働させることができる。
ところで、本実施形態では、モータ１２０の実トルクが最大トルクとなるように吐出容量を増大させてモータ１２０の回転数を低下させるので、図４（ｂ）に示すように、モータ１２０のモータ効率ηｍが低下してしまう。
【００２９】
しかし、吐出容量の増加によるポンプ効率ηｐの向上量に対して、吐出容量の増加に伴うモータ１２０の回転数の低下によるモータ効率ηｍの低下量の方が小さいので、空調装置全体で見れば、効率が向上する。
以上に述べたように、本実施形態に係る空調装置によれば、モータ１２０の大型化を招くことなく、空調装置を効率良く運転（制御）することができる。
【００３０】
ところで、本発明の特徴は、ポンプ効率ηｐを向上させるために、モータ１２０が脱調しない程度まで吐出容量を増大させて圧縮機１１０を運転することであるので、本明細書で言う「モータ１２０に実際に発生するトルクが、モータ１２０が発生し得る最大トルクとなるように、可変容量機構Ｖｃを作動させて吐出容量を変化させる」とは、厳密に実トルクと最大トルクとが一致するものではなく、モータ１２０を制御することができる程度に実トルクを最大トルクに近づけることを意味しており、例えば実トルクが最大トルクの±５％以内となるような状態を言う。
【００３１】
また、上述の実施形態では、圧縮機１１０（圧縮機構Ｃｐ）は斜板型圧縮機であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他形式の圧縮機でもよい。
また、上述の実施形態では、圧縮機１１０とモータ１２０とが一体となった電動コンプレッサであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧縮機１１０とモータ１２０とを別体としてもよい。
【００３２】
また、上述の実施形態では、冷房運転のみを行う空調装置であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷暖房切換可能なヒートポンプサイクルにもて適用することができる。
なお、この場合、空調能力とは、冷房運転時にあっては、蒸発器での冷凍能力を言い、暖房運転時にあっては、凝縮器２００の放熱能力を言う。
【００３３】
また、上述の実施形態では、ハイブリット車両用空調装置を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の空調装置又はポンプ装置に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る空調装置の模式図である。
【図２】電動コンプレッサの断面図である。
【図３】電動コンプレッサの制御フローチャートである。
【図４】（ａ）はポンプ効率のグラフであり、（ｂ）モータ効率のグラフである。
【符号の説明】
１００…電動コンプレッサ、１１０…圧縮機、１２０…電動モータ、
２００…凝縮器（放熱器）、３００…レシーバ、
４００…膨張弁（減圧器）、５００…蒸発器、
６００…電子制御装置（制御手段）。

Claims

室内に吹き出す空気の調和を図る空調装置であって、
冷媒を吸入圧縮する圧縮機構（Ｃｐ）及び前記圧縮機構（Ｃｐ）の吐出容量を連続的に変化させる可変容量機構（Ｖｃ）を有する圧縮機（１１０）と、
前記圧縮機（１１０）を駆動する電動モータ（１２０）と、
前記圧縮機（１１０）から吐出する冷媒をから熱を放出させる放熱器（２００）と、
前記放熱器（２００）から流出する冷媒を減圧する減圧器（４００）と、
前記減圧器（４００）から流出する冷媒を蒸発させ、冷媒に熱を吸収させる蒸発器（５００）と、
前記可変容量機構（Ｖｃ）及び前記電動モータ（１２０）を制御する制御手段（６００）と、
前記放熱器（２００）で必要とする放熱量又は前記蒸発器（５００）で必要とする吸熱量を決定する空調能力決定手段（Ｓ１１０）とを備え、
前記制御手段（６００）は、前記電動モータ（１２０）に実際に発生するトルクが、前記電動モータ（１２０）が発生し得る最大トルクとなるように、前記可変容量機構（Ｖｃ）を作動させて前記吐出容量を変化させるとともに、前記空調能力決定手段（Ｓ１１０）によって決定された空調能力が得られるように、前記電動モータ（１２０）の回転数を制御することを特徴とする空調装置。
流体を吸入吐出するとともに、吐出容量を連続的に変化させる可変容量機構（Ｖｃ）を有するポンプ部（Ｃｐ）と、
前記ポンプ機構（Ｃｐ）を駆動する電動モータ部（１２０）と、
前記可変容量機構（Ｖｃ）及び前記電動モータ部（１２０）を制御する制御手段（６００）とを備え、
前記制御手段（６００）は、前記電動モータ部（１２０）に実際に発生するトルクが、前記電動モータ部（１２０）が発生し得る最大トルクとなるように、前記可変容量機構（Ｃｐ）を作動させて前記吐出容量を変化させることを特徴とする特徴とするポンプ装置。
流体を吸入吐出するとともに、吐出容量を連続的に変化させる可変容量機構（Ｖｃ）を有するポンプ部（Ｃｐ）と、
前記ポンプ機構（Ｃｐ）を駆動する電動モータ部（１２０）と、
前記可変容量機構（Ｖｃ）及び前記電動モータ部（１２０）を制御する制御手段（６００）とを備え、
前記制御手段（６００）は、前記電動モータ部（１２０）に実際に発生するトルクが、前記電動モータ部（１２０）が発生し得る最大トルクとなるように、前記可変容量機構（Ｖｃ）を作動させて前記吐出容量を変化させるとともに、前記ポンプ部（Ｃｐ）の仕事量が、前記ポンプ部（Ｃｐ）で必要とされる必要仕事量となるように、前記電動モータ部（１２０）の回転数を制御することを特徴とするポンプ装置。