JP6368180B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調装置に関し、特に、冷媒の圧縮用にエンジン駆動と電動機駆動の２機のコンプレッサを備える車両用空調装置に関する。

車両用空調装置では、一般に、エンジン駆動のコンプレッサを使用している。
しかし、信号待ち等に相当する所定のアイドルストップ条件にてエンジンを自動的に停止させるアイドルストップ車両においては、アイドルストップ中、エンジン駆動のコンプレッサは停止する。このため、アイドルストップ中は空調装置による冷房を行うことができない。

そこで、特許文献１に記載されているように、冷媒回路にエンジン駆動のコンプレッサと並列に電動機駆動のコンプレッサを配置し、エンジン作動時にはエンジン駆動コンプレッサを使用し、エンジン停止時（アイドルストップ時）には電動機駆動コンプレッサを使用するようにしたものがある。

特開２００３−０４２０７３号公報

ところで、コンプレッサ各部の潤滑のため、冷媒には潤滑オイルを混入させている。また、コンプレッサには、冷媒からオイルを分離するオイルセパレータ機能を持たせて、コンプレッサの吐出側から冷媒回路へ流出するオイルを低減している。しかし、冷媒回路へのオイルの流出は避けられない。

コンプレッサの吐出側から冷媒回路へ流出したオイルは、冷媒回路を循環してコンプレッサの吸入側へ戻る。しかし、冷媒の流量が少ない運転領域では、冷媒回路内で冷媒によってオイルを押し流すことができず、オイルが冷媒回路に滞留して、コンプレッサへのオイル戻りが悪化する。
特に、電動機駆動コンプレッサは、アイドルストップ時のみの使用となるため、高出力が要求されることが少なく、低冷媒流量での使用となるため、オイル戻りの悪化が顕著となる。

従って、電動機駆動コンプレッサは、コンプレッサ内のオイルが次第に減少して、潤滑不足となり、耐久性が悪化するという問題点がある。
尚、特許文献１に記載の技術では、エンジン駆動コンプレッサの作動時に、定期的に、所定の時間だけ、電動機駆動コンプレッサを作動させるようにしている。しかし、このような並列運転では、流量が分担される分、電動機駆動コンプレッサへ戻る冷媒流量を大きくすることができず、電動機駆動コンプレッサへのオイル戻りの改善は期待できない。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたもので、電動機駆動コンプレッサへのオイル戻りを改善し、電動機駆動コンプレッサの耐久性向上を図ることを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、エンジン駆動コンプレッサ及び電動機駆動コンプレッサの作動を制御する制御装置が、エンジン始動時には、エンジン駆動コンプレッサを停止状態に保持しつつ、電動機駆動コンプレッサを所定時間作動させ、その後にエンジン駆動コンプレッサを作動させるように構成される。
また、前記制御装置は、エンジン始動時に電動機駆動コンプレッサを作動させる際は、電動機駆動コンプレッサを空調負荷に応じた回転数で作動させ、前記空調負荷に応じた回転数が所定回転数未満の場合は、エンジン始動時に電動機駆動コンプレッサを作動させず、エンジン駆動コンプレッサを作動させることを特徴とする。

冷房が必要となる夏季などにおいて、エンジン始動時、特にキーＯＮなどの手動操作によるエンジン始動時は、車室内が熱くなっているなどの理由により、空調装置が高出力を要求される。従って、このときに一時的に、エンジン駆動コンプレッサを作動させずに、電動機駆動コンプレッサを作動させることで、電動機駆動コンプレッサに高出力で運転する機会を与えることができる。これにより、電動機駆動コンプレッサにオイルを回収することが可能となり、電動機駆動コンプレッサ内のオイルを確保して、耐久性の低下を抑制することができる。
また、エンジン始動時に電動機駆動コンプレッサを作動させる際は、電動機駆動コンプレッサを空調負荷に応じた回転数で作動させる。これにより、電動機駆動コンプレッサに高出力で運転する機会を確実に与えることができる。
また、前記空調負荷に応じた回転数が所定回転数未満の場合は、エンジン始動時に電動機駆動コンプレッサを作動させず、エンジン駆動コンプレッサを作動させる。この場合は、冷媒流量が不足して、オイルが十分に戻らない可能性が高いため、バッテリ電力の無駄な消費を抑制するのである。

本発明の一実施形態として示す車両用空調装置の概略構成図 始動時制御のフローチャート 通常制御でのコンプレッサ切換制御ルーチンのフローチャート

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態として示す車両用空調装置の概略構成図である。
本実施形態に係る車両用空調装置は、エンジン（内燃機関）１を駆動源とし、かつ、信号待ち等に相当する所定のアイドルストップ条件にてエンジン１を自動的に停止させる機能を有するアイドルストップ車両に適用される。

ＨＶＡＣ（Heating Ventilation and Air Conditioning）ユニット２は、車両の車室内に配設され、車室内空気（内気）又は車室外空気（外気）を取込んで温調し、それを車室内に吹き出す。
ＨＶＡＣユニット２は、内気又は外気を取込んで送風するブロア３と、ブロア３による送風路に配置される冷房用熱交換器であるエバポレータ４と、エバポレータ４下流側の送風路（但しバイパス可能）に配置される暖房用熱交換器であるヒータコア５と、エバポレータ４又はヒータコア５との熱交換により温調された空気を吹き出す吹出し口（図示せず）とを備えている。吹出し口としては、デフ吹出し口、フェイス吹出し口、及び、フット吹出し口が設けられる。

冷媒回路６は、フロン系冷媒を循環させるもので、上記のエバポレータ４と、エバポレータ４の出口側配管が接続されるエンジン駆動コンプレッサ７と、エンジン駆動コンプレッサ７の出口側配管が接続されるコンデンサ８と、を含んで構成される。コンデンサ８の出口側配管は受液器９と膨張弁１０とを介してエバポレータ４に接続される。

受液器９は、冷媒を一時的に貯え、液冷媒だけを供給する。受液器９は、また、ＲＤ（レシーバードライヤー）と呼ばれるように、乾燥剤が入っていて、冷媒中に混入した水分を除去する。膨張弁１０は、エバポレータ４の入口に設けられ、エバポレータ４に流入する冷媒を減圧する。膨張弁１０は、また、エバポレータ４の出口温度及び出口圧力を検出する検出部１０ａを一体に有している。

冷媒回路６は、更に、エンジン駆動コンプレッサ７と並列に配置される電動機駆動コンプレッサ（以下「電動コンプレッサ」という）１１を含んで構成される。

エンジン駆動コンプレッサ７は、エンジン１により、プーリ及びベルト１２を介して、駆動される。エンジン駆動コンプレッサ７は、また、エンジン１により駆動されるプーリとコンプレッサ７の駆動軸との間に介在するクラッチ１３を有している。

電動コンプレッサ１１は、電動機（モータ）を内蔵しており、このモータにより駆動される。このモータはバッテリ１４から給電される。バッテリ１４は、エンジン１によりベルト駆動されるオルタネータ１５により充電される。

エンジン冷却水回路１６は、エンジン１（そのウォータジャケット）とラジエータ１７との間で、冷却水を循環させる。ここにおいて、上記のヒータコア５は、ラジエータ１７と並列に配置される。従って、ＨＶＡＣユニット２内にて、ヒータコア５は、エンジン冷却水（エンジン１を冷却して受熱した冷却水）を熱媒体として、これを通流する空気を加熱することができる。

上記の車両用空調装置の冷房運転時には、冷媒回路６内の冷媒は、エンジン駆動コンプレッサ７又は電動コンプレッサ１１により圧縮され、コンデンサ８にて凝縮され、膨張弁１０にて膨張させられ、エバポレータ４にて蒸発させられた後、コンプレッサ７又は１１へ戻る。
従って、ＨＶＡＣユニット２内にて、エバポレータ４は、これを通流する空気から気化熱を奪って、空気を冷却する。エバポレータ４にて冷却された空気は、適宜の吹出し口から吹き出されて、車室内の冷房に供される。

次にアイドルストップ車両に関して説明する。
アイドルストップ車両では、信号待ち等に相当する所定のアイドルストップ条件にてエンジンを自動的に停止させ、アイドルストップ後、発進操作等に相当する所定のアイドルストップ解除条件にてスタータモータを用いてエンジンを自動的に始動させる。

アイドルストップ条件とは、例えば、次の（１）〜（３）が成立しているときとする。
（１）車速＝０
（２）シフト位置が非走行位置（ニュートラル位置）又はクラッチが遮断状態（クラッチペダルスイッチＯＮ）
（３）ブレーキペダルスイッチＯＮ

アイドルストップ解除条件とは、例えば、次の（１）〜（３）のいずれかが成立したときとする。
（１）シフト位置が走行位置（ギアイン位置）に変化
（２）クラッチが接続状態（クラッチペダルスイッチＯＦＦ）に変化
（３）ブレーキスイッチＯＦＦに変化
但し、これらの条件は一例であり、他の条件（あるいは組み合わせ）を採用してもよいことは言うまでもない。

アイドルストップ車両では、通常運転時は、エンジン１が作動しているため、エンジン駆動コンプレッサ７を用いて、冷媒を圧縮する。
これに対し、アイドルストップ中は、エンジン１が停止しているため、電動コンプレッサ１１を用いて、冷媒を圧縮する。
しかし、既に述べたように、電動コンプレッサ１１は、アイドルストップ時のみの使用となるため、高出力が要求されることが少なく、低冷媒流量での使用となるため、電動コンプレッサ１１へのオイル戻りが悪化する。

そこで、本実施形態では、エンジン始動時、特にキーＯＮなどの手動操作によるエンジン始動時に、エンジン駆動コンプレッサ７を停止状態に保持しつつ、電動コンプレッサ１１を所定時間作動させ、その後にエンジン駆動コンプレッサ７を作動させるようにする。これにより、電動コンプレッサ１１に高出力で運転する機会を与え、電動コンプレッサ１１にオイルを回収できるようにする。
かかる始動時制御は、図１中の制御装置１００により実行される。制御装置１００は空調用の制御装置であり、当然に、エンジン駆動コンプレッサ７及び電動コンプレッサ１１の作動を制御する機能を有している。

図２は制御装置１００による始動時制御のフローチャートである。本フローは、運転者の意思に基づくキーＯＮなどの手動操作によるエンジン始動時に、起動される。本フローの開始と同時に、エンジン１が始動し、オルタネータ１５もＯＮとなる。

Ｓ１では、空調制御のための各種センサ値を読込む。具体的には、内気温度及び湿度、外気温度及び湿度、日射量、バッテリ電圧等を読込む。
Ｓ２では、上記各種センサ値により検出される空調負荷に基づいて、制御目標値を演算する。具体的には、目標吹出し温度、目標ブロワ風量等を演算する。また、電動コンプレッサ１１の目標回転数Ｎecも演算する。

Ｓ３では、電動コンプレッサ１１の目標回転数Ｎecと所定回転数とを比較し、Ｎec≧所定回転数か否かを判定する。ここでの所定回転数は、電動コンプレッサ１１がオイル戻し可能な高出力で運転されるか否かを判定するための閾値である。

Ｎec≧所定回転数の場合は、Ｓ４へ進む。
Ｓ４では、エンジン駆動コンプレッサ７のクラッチ１３を切り、エンジン１の作動にかかわらず、エンジン駆動コンプレッサ７を停止状態に保持する。
Ｓ５では、電動コンプレッサ１１の運転を開始する。電動コンプレッサ１１への給電は、エンジン駆動のオルタネータ１５から行い、バッテリ１４の電力消費を抑制する。

Ｓ６では、電動コンプレッサ１１の運転を継続し、「オイル戻し運転」を実施する。
ここでの「オイル戻し運転」は、空調負荷に応じた回転数（Ｎec）での運転である。また、空調負荷についても、省エネを狙った制御での負荷ではなく、高出力制御を前提とした負荷とする。例えば、省エネ制御では、エバポレータ出口温度を例えば１０℃に設定して制御するが、オイル戻し制御ではエバポレータ出口温度を例えば３℃に設定して制御する。

電動コンプレッサ１１のオイル戻し運転中は、Ｓ７で、所定時間経過したか否かを判定し、所定時間経過する前は、Ｓ６へ戻って、電動コンプレッサ１１によるオイル戻し運転を継続する。

所定時間経過した場合は、Ｓ７からＳ８へ進む。
Ｓ８では、電動コンプレッサ１１の運転を停止する。そして、Ｓ９へ進んで、エンジン駆動コンプレッサ７のクラッチ１３を接続し、エンジン駆動コンプレッサ７の運転を開始する。
電動コンプレッサ１１からエンジン駆動コンプレッサ１３への切換えの際は、オルタネータ１５によりバッテリ１４に充電するバッテリ充電優先モードに移行する。

一方、Ｓ３での判定で、Ｎec＜所定回転数の場合は、Ｓ４〜Ｓ８を実施することなく、Ｓ９へ進み、エンジン１の始動と同時にエンジン駆動コンプレッサ７の運転を開始する。
始動時の電動コンプレッサ１１の目標回転数Ｎecが所定回転数未満の場合、冷媒流量が足らず、オイルが十分に戻らない可能性がある。このため、電動コンプレッサ１１の目標回転数Ｎecが所定回転数以上でなければ、電動コンプレッサ１１を運転せず、エンジン駆動コンプレッサ７を運転するのである。

Ｓ９でのエンジン駆動コンプレッサ７の運転開始後は、通常制御へ移行する。

図３は通常制御でのコンプレッサ切換制御ルーチンのフローチャートである。
Ｓ１１では、アイドルストップ中か否かを判定する。
アイドルストップ中でない場合、すなわち、エンジン運転中の場合は、Ｓ１２へ進む。
Ｓ１２では、電動コンプレッサ１１を停止し、エンジン駆動コンプレッサ７を使用する（クラッチ１３はＯＮ）。
アイドルストップ中の場合、すなわち、エンジン停止時の場合は、Ｓ１３へ進む。
Ｓ１３では、エンジン駆動コンプレッサ７は停止するので、電動コンプレッサ１１を使用する。

本実施形態によれば、エンジン駆動コンプレッサ７と、電動コンプレッサ１１とを備え、エンジン作動時にはエンジン駆動コンプレッサ７を使用し、エンジン停止時には電動コンプレッサ１１を使用する。このため、エンジン停止時においても冷媒を循環させて、冷房を行うことができる。

本実施形態によれば、エンジン始動時には、エンジン駆動コンプレッサ７を停止状態に保持しつつ、電動コンプレッサ１１を所定時間作動させ、その後にエンジン駆動コンプレッサ７を作動させる。これにより、電動コンプレッサ１１にオイルを回収することが可能となり、電動コンプレッサ１１内のオイルを確保して、耐久性の低下を抑制することができる。
すなわち、冷房が必要となる夏季などにおいて、エンジン始動時、特にキーＯＮなどの手動操作によるエンジン始動時は、車室内が熱くなっているなどの理由により、空調装置が高出力を要求される。従って、このときに一時的に、エンジン駆動コンプレッサ７を作動させずに、電動コンプレッサ１１を作動させることで、電動コンプレッサ１１に高出力で運転する機会を与えることができる。これにより、電動コンプレッサ１１にオイルを回収することが可能となり、電動コンプレッサ１１の耐久性向上を見込める。

また、本実施形態によれば、エンジン始動時に電動コンプレッサ１１を作動させる際は、電動コンプレッサ１１を空調負荷に応じた回転数（Ｎec）で作動させる。これにより、電動コンプレッサ１１に高出力で運転する機会を確実に与えることができる。

また、本実施形態によれば、前記空調負荷に応じた回転数（Ｎec）が所定回転数未満の場合は、エンジン始動時に電動コンプレッサ１１を作動させず、エンジン駆動コンプレッサ７を作動させる。この場合は、冷媒流量が不足して、オイルが十分に戻らない可能性が高いため、バッテリ電力の無駄な消費を抑制するのである。

尚、上記の説明では、電動コンプレッサ１１へのオイル戻しのため、キーＯＮなどの手動操作によるエンジン始動時に、電動コンプレッサ１１を所定時間作動させる構成としたが、これに加え、アイドルストップ状態からエンジンを自動的に始動させる際にも、電動コンプレッサ１１を所定時間作動させる構成としてもよい。
また、キーＯＮなどの手動操作によるエンジン始動には、キーレスシステムにおいて各種のスタートボタンなどを用いて行うエンジン始動を含むものであることは言うまでもない。

１ エンジン
２ ＨＶＡＣユニット
３ ブロア
４ エバポレータ
５ ヒータコア
６ 冷媒回路
７ エンジン駆動コンプレッサ
８ コンデンサ
９ 受液器
１０ 膨張弁
１１ 電動コンプレッサ
１２ ベルト
１３ クラッチ
１４ バッテリ
１５ オルタネータ
１６ エンジン冷却水回路
１７ ラジエータ
１００ 制御装置

１ エンジン
２ ＨＶＡＣユニット
３ ブロア
４ エバポレータ
５ ヒータコア
６ 冷媒循環回路
７ エンジン駆動コンプレッサ
８ コンデンサ
９ 受液器
１０ 膨張弁
１１ 電動コンプレッサ
１２ ベルト
１３ クラッチ
１４ バッテリ
１５ オルタネータ
１６ エンジン冷却水回路
１７ ラジエータ
１００ 制御装置

Claims (2)

1. エンジン駆動と電動機駆動の２機のコンプレッサと、これらのコンプレッサの作動を制御する制御装置とを備え、エンジン作動時にはエンジン駆動コンプレッサを使用し、エンジン停止時には電動機駆動コンプレッサを使用する、車両用空調装置において、
   前記制御装置は、エンジン始動時には、エンジン駆動コンプレッサを停止状態に保持しつつ、電動機駆動コンプレッサを所定時間作動させ、その後にエンジン駆動コンプレッサを作動させるように構成され、
   前記制御装置は、エンジン始動時に電動機駆動コンプレッサを作動させる際は、電動機駆動コンプレッサを空調負荷に応じた回転数で作動させ、前記空調負荷に応じた回転数が所定回転数未満の場合は、エンジン始動時に電動機駆動コンプレッサを作動させず、エンジン駆動コンプレッサを作動させることを特徴とする、車両用空調装置。
2. 所定のアイドルストップ条件にてエンジンを自動的に停止させるアイドルストップ車両に適用され、
   前記電動機駆動コンプレッサを所定時間作動させるエンジン始動時は、手動操作によるエンジン始動時であることを特徴とする、請求項１記載の車両用空調装置。