JP4667217B2

JP4667217B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP4667217B2
Application number: JP2005343877A
Authority: JP
Inventors: 智規今井
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: JP2007145223A

Description

本発明は、車両用空調装置に関し、とくに、可変容量圧縮機を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを有する車両用空調装置に関する。

可変容量圧縮機を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを有する車両用空調装置において、圧縮機の容量を外部信号により可変制御する方式が知られている。従来の外部信号可変タイプ可変容量圧縮機を用いた冷凍サイクルでは、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御により、冷凍サイクル中に設けられた蒸発器の出口空気温度センサの検知量が目標値と一致するよう、圧縮機の吐出容量を制御している（例えば、特許文献１）。
特開２００１−１２４３８７号公報

ところが、このような従来の制御方式では、アイドリング時にエンジン回転数の低下や、エンジン廃熱による蒸発器上流の空気温度上昇による冷房能力不足が発生した場合、圧縮機の吐出容量を増大させる方向への制御が行われるが、圧縮機の吐出容量が最大容量となっている場合であっても、ＰＩ制御における積分項により、容量制御信号は圧縮機の吐出容量を増大させる方向へ変化する。この積分項の値は、アイドリング時間が長くなるほど増大する。その後アイドリング状態から走行状態となって圧縮機回転数が増加し、冷房能力不足が解消されたとしても、積分項の値はすぐには減少されず、蒸発器出口空気温度が目標値よりも下がりすぎてしまい、逆に過度な冷房能力の増大を招くことがあるという問題があった。

また、走行状態からアイドリング状態へ移行した際には、圧縮機回転数が低下し、圧縮機の容量制御信号の増加が追いつかず、冷房能力不足が生じることもある。

そこで本発明の課題は、少なくともアイドリング状態から走行状態へ移行した際の過度な冷房能力増大を防止し、蒸発器出口空気温度の過度な低下を防止することが可能な車両用空調装置を提供することにある。

また、本発明の課題は、望ましくは、走行状態からアイドリング状態へ移行した際の圧縮機回転数低下による冷房能力不足をすばやく回避することが可能な車両用空調装置を提供することにある。

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、吐出容量を変更可能な可変容量圧縮機と蒸発器を備えた冷凍回路と、車両がアイドリング状態か走行状態かを判別する走行状態判定手段と、蒸発器出口空気温度の検知手段と、蒸発器出口空気温度の目標値を設定する目標値設定手段と、蒸発器出口空気温度が前記目標値となるよう、比例及び積分演算または比例及び積分及び微分演算により、圧縮機へ出力する容量制御信号を調節する圧縮機容量制御手段を有し、前記走行状態判定手段によりアイドリング状態から走行状態への移行が検知されたときに、積分演算の演算値をアイドリング状態が開始された時点の演算値へ戻し、アイドリング状態と走行状態とでそれぞれ別々に積分演算を行い、現在の車両状態に対応する積分演算のみ演算を実施し、もう一方の積分演算値は前回の演算値を保持することを特徴とするものからなる。すなわち、積分演算の演算値が過大になっている場合であっても、その値をアイドリング状態が開始された時点の演算値へ戻すことにより、走行開始時の過度な冷房能力増大を防止し、蒸発器出口空気温度の過度な低下を防止するものである。

この車両用空調装置においては、アイドリング状態が検知されている間は、容量制御信号を所定値だけ増加するようにすることができる。つまり、アイドリング時には、例えば、走行状態からアイドリング状態へ移行した際には、所定値だけ容量制御信号を強制的に増加させ、圧縮機回転数低下による冷房能力不足をすばやく回避することを可能とするものである。この所定値は、例えば、外気温度に基づいて算出される。

また、本発明に係る車両用空調装置においては、アイドリング状態と走行状態とでそれぞれ別々に積分演算を行い、現在の車両状態に対応する積分演算のみ演算を実施し、もう一方の積分演算値は前回の演算値を保持する。そして、これら別々に演算される二つの積分演算値のうち、現在の車両状態に対応する積分値のみに基づいて圧縮機の容量制御信号を演算することもできるし、別々に演算される二つの積分演算値の和に基づいて圧縮機の容量制御信号を演算し、かつ、アイドリング状態から走行状態に切り替わったときにのみ、アイドリング状態に対応する積分値を０にリセットするようにすることもできる。

このような本発明に係る車両用空調装置によれば、アイドリング状態から走行状態へ移行した際の過度な冷房能力増大を防止し、蒸発器出口空気温度の過度な低下を防止することができる。また、これにより、圧縮機の容量制御信号の変化を小さくでき、圧縮機の駆動トルクが安定して圧縮機動力を低減でき、車両の省燃費効果も期待できる。

また、走行状態からアイドリング状態へ移行した際の圧縮機回転数低下による冷房能力不足をすばやく回避することができ、蒸発器出口空気温度の上昇を抑えることが可能となる。

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機械的な機器配置を示す機器系統図を示している。冷媒回路１には、吐出容量を変更可能な可変容量圧縮機２と、凝縮器３、レシーバドライヤー４、膨張弁５、蒸発器６が、この順に設けられている。本実施態様では、圧縮機２は、吐出冷媒圧力Pdと吸入冷媒圧力Psとの圧力差を制御する可変容量圧縮機からなる。PdとPsの圧力差を制御するコンプレッサの容量制御信号と圧力差との関係は、例えば図２に示すようになり、容量制御信号がある値ａ以上では圧縮機の吐出容量が最大となり、圧力差は飽和する。ここでａの値は、エアコンシステムへの熱負荷と圧縮機回転数により変動する。

蒸発器６は、車室内へと通じる通風路を形成するエアダクト１０内に配置されており、その下流側に、エアミックスダンパ７とヒータコア８が設けられている。空気吸入口９から吸入された空気は、ブロワ１１によって吸入、圧送され、蒸発器６を通過した後、ヒータコア８側へと送られる。エアミックスダンパ７の開度に応じて、ヒータコア８を通過する空気の量とバイパスする空気の量とのミックス割合が調節され、下流側の空気吹出口１２、１３、１４へと送られる（例えば、ＤＥＦモード吹出口、ＶＥＮＴモード吹出口、ＦＯＯＴモード吹出口）。各空気吹出口には開閉を制御するダンパが設けられている（図示略）。

１７は、圧縮機２への容量制御信号を演算、出力する容量制御手段１５と、車両がアイドリング状態か走行状態かを判別する走行状態判定手段１６とを有するコントローラを示している。このコントローラ１７には、蒸発器出口空気温度センサ信号、外気温度センサ信号、車速度信号、ブロワ電圧の信号など、各種の信号が入力される。図３は、走行状態判定方法の一例を示しており、車速に応じて、走行状態かアイドリング状態（ＩＤＬＥ）かを判別して、各状態に応じた判定値を出力するようになっている。なお、圧縮機容量制御信号はPWM信号とする。また、蒸発器出口空気温度の目標値は、外気温度と乗員のパネル操作により設定される車室内温度目標値とから演算される（目標値設定手段）。

（参考例１）
図４に本発明の参考例１に係る制御と従来制御との容量制御信号の比較を示す。
アイドリング時（IDLE時）には下記要因により冷房能力が不足し、蒸発器出口空気温度が上昇することがある。
・走行中に対して圧縮機回転数が低い。
・車両前面風速が０となり、エンジン廃熱の影響を大きく受け、エアコンユニットの吸入空気温度が上昇。
・エンジン廃熱の影響により、凝縮器放熱能力低下。

このため、アイドリング時には蒸発器出口空気温度が目標値を上回り、積分演算値が徐々に増加する。本参考例１に係る制御では、比例積分制御（PI制御）において、IDLE時に変化した積分演算値をアイドル終了時に０とすることで、IDLEから走行状態となった時に蒸発器出口空気温度が下がりすぎることを防ぐ。また、後述の本参考例１の結果に示されるとおり、走行中の容量制御信号の変化が小さくなり、圧縮機の駆動トルクが安定するという効果もある。

図５は、参考例１における制御ブロック図を示している。車速信号Vsp 、外気温度信号Tamb、ブロワ電圧信号BLV 、蒸発器出口空気温度目標値信号Tsetから、蒸発器出口空気温度フィードフォワード制御入力演算手段により、蒸発器出口空気温度フィードフォワード制御入力（Iff)が演算される。車速信号Vsp から走行状態判定手段により判定された走行状態信号、蒸発器出口空気温度信号Teva、蒸発器出口空気温度目標値信号Tsetから、蒸発器出口空気温度フィードバック制御入力演算手段により、蒸発器出口空気温度フィードバック制御入力（Ifb)が演算される。この蒸発器出口空気温度フィードバック制御入力演算において、走行状態からアイドリング状態、アイドリング状態から走行状態への切り替わり変化に応じて、積分演算の演算値を変更する割り込み処理が行われる。これら蒸発器出口空気温度フィードフォワード制御入力（Iff)と蒸発器出口空気温度フィードバック制御入力（Ifb)に基づいて、圧縮機の容量制御信号出力手段により容量制御信号出力(ECVsig)が演算され、圧縮機の容量制御弁へ出力される。

図６は、上記参考例１における制御のフローチャートの例を示している。前述の図３に示した走行状態判定に応じてフラッグを立て、走行状態かアイドリング状態（ＩＤＬＥ）かを判別して、各状態に応じて制御を進めるようになっている。

（参考例２、実施例３）
図７は、本発明の参考例２、実施例３に係る制御と従来制御との容量制御信号の比較を示している。前述したように、IDLE時には冷房能力が不足し、蒸発器出口空気温度が上昇することがある。そこでIDLE時に、ある設定値ｄIだけ容量制御信号を増加させてやることで、走行からIDLEに切り替わった際の冷房能力不足に対し速やかに圧縮機の吐出容量を増加させ、冷房能力の確保を図ることができる。また、従来制御に比べ、IDLE中の容量制御信号の変化が小さくなり、後述の実施結果に示すように圧縮機の駆動トルクが安定するという効果もある。ここで補正値ｄIは、定数としてもよいし、例えば図８に示すように外気温度の関数としてもよい。

図９に参考例２の制御ブロックの一例を、図１０に実施例３の制御ブロックの一例を、それぞれ示す。図９に示す制御においては、外気温度(Tamb)を考慮して容量制御信号出力手段により容量制御信号出力(ECVsig)が演算され、圧縮機の容量制御弁へ出力される。図１０に示す制御においては、蒸発器出口空気温度フィードバック制御入力演算において、走行状態からアイドリング状態、アイドリング状態から走行状態への切り替わり変化に応じて、比例ゲイン、積分時間を変更する処理を行う。

図１１は、上記参考例２における制御のフローチャートの例を、図１２は、上記実施例３における制御のフローチャートの例を、それぞれ示している。参考例１同様、前述の図３に示した走行状態判定に応じてフラッグを立て、走行状態かアイドリング状態（ＩＤＬＥ）かを判別して、各状態に応じて図９、図１０に示した制御を進めるようになっている。

前記参考例１の結果を示す時系列グラフを図１３に示す。アイドリング状態開始時点の積分演算値を変数Iidへ格納し、アイドリング状態から走行状態へ移行する時点において、積分演算値をIidに戻すことで、アイドリング状態における積分演算値の変化量をリセットすることができる。時系列グラフから、アイドルから走行状態への切替え時の蒸発器出口空気温度の下がりすぎを防止できることが分かる。

前記参考例２、および実施例３の結果を示す時系列グラフを図１４に示す。参考例２では、アイドリング状態が検知されている間、容量制御信号をdIだけ増加している。実施例３では、アイドリング状態と走行状態で別々の積分演算を実施する。積分値Ｉは、アイドリング時積分値Iidleと走行時積分値Irunとの和とする。各積分値の比例ゲインをK0、K1とし、走行時にはＫ0を０とすることでIidleの更新を行わない。またIDLE時にはK1を０とすることでIrunの更新を行わない。さらにアイドルから走行状態への移行が検知された時点において、Iidleを０としてリセットすることで、アイドリング状態における積分演算値の変化量をリセットすることができる。また、実施例３においては、積分値Ｉをアイドリング状態においてはI=Iidle、走行状態においてはI=Irunとし、アイドルから走行状態への移行時に、Iidleを０とせず保持するようにしてもよい。

本発明は、容量制御信号により容量制御弁の弁開度を調節可能な可変容量圧縮機を備えるエアコンシステムに適用してもよい。また、本発明は、自然系冷媒を用いたエアコンシステムに適用してもよい。

本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の機器系統図である。容量制御信号とPd-Ps差圧との関係図である。走行状態判定方法の一例を示す車速と走行状態判定値との関係図である。参考例１の制御と従来制御との容量制御信号の比較を示す特性図である。参考例１の制御ブロックである。参考例１の制御フローチャートである。参考例２、および実施例３の制御と従来制御との容量制御信号の比較を示す特性図である。制御信号補正値dIと外気温度との関係図である。参考例２の制御ブロックである。実施例３の制御ブロックである。参考例２の制御フローチャートである。実施例３の制御フローチャートである。参考例１と従来制御の結果を示す時系列グラフである。参考例２、および実施例３と従来制御の結果を示す時系列グラフである。

符号の説明

１冷媒回路
２可変容量圧縮機
３凝縮器
４レシーバドライヤー
５膨張弁
６蒸発器
７エアミックスダンパ
８ヒータコア
９空気吸入口
１０エアダクト
１１ブロワ
１２、１３、１４空気吹出口
１５容量制御手段
１６走行状態判定手段
１７コントローラ

Claims

吐出容量を変更可能な可変容量圧縮機と蒸発器を備えた冷凍回路と、車両がアイドリング状態か走行状態かを判別する走行状態判定手段と、蒸発器出口空気温度の検知手段と、蒸発器出口空気温度の目標値を設定する目標値設定手段と、蒸発器出口空気温度が前記目標値となるよう、比例及び積分演算または比例及び積分及び微分演算により、圧縮機へ出力する容量制御信号を調節する圧縮機容量制御手段を有し、前記走行状態判定手段によりアイドリング状態から走行状態への移行が検知されたときに、積分演算の演算値をアイドリング状態が開始された時点の演算値へ戻し、アイドリング状態と走行状態とでそれぞれ別々に積分演算を行い、現在の車両状態に対応する積分演算のみ演算を実施し、もう一方の積分演算値は前回の演算値を保持することを特徴とする車両用空調装置。
アイドリング状態が検知されている間は、容量制御信号を所定値だけ増加する、請求項１に記載の車両用空調装置。
前記所定値は、外気温度に基づいて算出される、請求項２に記載の車両用空調装置。
別々に演算される二つの積分演算値のうち、現在の車両状態に対応する積分値のみに基づいて圧縮機の容量制御信号を演算する、請求項１〜３のいずれかに記載の車両用空調装置。
別々に演算される二つの積分演算値の和に基づいて圧縮機の容量制御信号を演算し、かつ、アイドリング状態から走行状態に切り替わったときにのみ、アイドリング状態に対応する積分値を０にリセットする、請求項１〜３のいずれかに記載の車両用空調装置。