JP7502714B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機の慣らし運転が行われる車両用空調装置に関する。

従来、車両用空調装置では、車両搭載後に初めて圧縮機を作動させる場合に「慣らし運転」が行われている。この圧縮機の慣らし運転では、圧縮機の内部に冷媒とともに封入されている潤滑油が冷凍サイクル内に行き渡るまでの間、圧縮機の回転数が所定値以下に制限される。圧縮機の回転数を所定値以下に制限する理由は、潤滑油が冷凍サイクルに行き渡る前に圧縮機の回転数が高くなると、圧縮機の摩耗等の原因となり、最悪の場合、圧縮機の故障が生じてしまうためである。例えば、特許文献１に開示されている車両用空調装置では、車両搭載後に、圧縮機の最初の起動が判定されると、圧縮機を所定回転数以下にて所定時間、運転させる制御を行うことで、慣らし運転の自動化が図られている。

特許第４６８２４４０号公報

しかしながら、様々な車種が１つの生産ラインで組み立てられる場合、車両用空調装置における冷凍サイクルの構成（例えば、圧縮機に繋がる配管の長さなど）が車種によって異なる可能性がある。この場合、上記従来の車両用空調装置では、最も長い配管を有する車種の慣らし運転に必要な時間を、当該車種よりも配管の短い他の車種の慣らし運転にも設定せざるを得ない。このため、配管の短い他の車種の慣らし運転に必要以上の時間が割かれることになり生産効率が低下してしまう。また、作業者が慣らし運転に必要な時間を車種別に確認して設定するような場合も、工場での生産時間の増加につながり、改善の余地があった。

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、圧縮機の慣らし運転に必要な時間が車種によって異なる場合でも慣らし運転を効率良く行うことができる車両用空調装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、動力源から伝達される動力によって作動する圧縮機を有する冷凍サイクルを備え、冷媒が潤滑油とともに前記圧縮機で圧縮され、前記圧縮機から吐出される冷媒及び潤滑油が前記冷凍サイクルを循環するように構成された車両用空調装置を提供する。この車両用空調装置は、前記圧縮機の最初の起動を判定する判定部と、前記動力源の回転数を検出する回転数検出部と、前記判定部で前記圧縮機の最初の起動が判定されたとき、前記回転数検出部で検出される前記動力源の回転数に基づいて、前記冷凍サイクル内を循環する冷媒の循環量を推定する推定部と、前記推定部で推定された冷媒の循環量が、前記冷凍サイクル内に冷媒を行き渡らせるために必要な所定量に達するまでの間、前記圧縮機を所定回転数以下で作動させる制御部と、を含み、前記推定部は、前記動力源の回転数のみを変数として冷媒の循環量を推定する場合に、外気温度が相対的に低いときの推定値に対する補正量を、外気温度が相対的に高いときの推定値に対する補正量よりも多くする。

本発明に係る車両用空調装置によれば、推定部で推定される冷媒の循環量に基づき冷凍サイクル内に冷媒及び潤滑油が行き渡ったかどうかが判断されて圧縮機の慣らし運転が制御されるようになる。これにより、圧縮機の慣らし運転を車種ごとに最適な時間で行うことができるため、生産効率の向上を図ることが可能である。

本発明の一実施形態による車両用空調装置の構成を示す概念図である。 上記実施形態における圧縮機の慣らし運転の制御動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による車両用空調装置の構成を示す概念図である。図１において、本実施形態の車両用空調装置１は、エンジン２等のパワーユニットを搭載したパワーユニット搭載ルームＥ内に圧縮機３を備えている。

圧縮機３は、動力源であるエンジン２から伝達される動力によって作動する。圧縮機３の内部には、潤滑油が混合された冷媒が封入されている。圧縮機３は、冷媒を潤滑油とともに圧縮して吐出する。エンジン２から圧縮機３への動力の伝達は、エンジン２のクランクシャフトに設けられたプーリー２ａと圧縮機３に設けられたプーリー３ａとに掛け渡されたベルト４、及び電磁クラッチ５を介して行われる。電磁クラッチ５は、圧縮機３の作動時に圧縮機３側のプーリー３ａと電気的に接続され、エンジン２からの動力を圧縮機３に伝達する。電磁クラッチ５の接続状態は、空調用電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１から出力される信号に従って制御される。圧縮機３で圧縮された冷媒及び潤滑油は吐出側ホース６を通してコンデンサー７に送られる。

コンデンサー７は、圧縮機３で圧縮された冷媒（気体）を冷却して液化させる。コンデンサー７には、ファン８によって外気が引き込まれており、冷媒の冷却が外気を利用して行われる。コンデンサー７で冷却された冷媒（液体）は、液パイプ９の中を通ってカーエアコン（ＨＶＡＣ）１０に送られる。

カーエアコン（ＨＶＡＣ）１０は、車室Ｒ側に配置されており、膨張弁１１とエバポレーター１２とを有する。膨張弁１１は、コンデンサー７で液化された冷媒を小さなノズル穴から噴射し、気化し易い霧状となった冷媒をエバポレーター１２内へ送る。エバポレーター１２では、霧状の冷媒が周囲の熱を奪って気化する。これによりエバポレーター１２が冷やされ、エバポレーター１２の周辺に図示を省略したブロワファン等からの風を送ることで冷風が生成される。エバポレーター１２で気化された冷媒は、膨張弁１１及び吸入側ホース１３を経由して圧縮機３に戻され、再び圧縮される。

本実施形態の車両用空調装置１における冷凍サイクルＣは、圧縮機３、吐出側ホース６、コンデンサー７、液パイプ９、膨張弁１１、エバポレーター１２、及び吸入側ホース１３によって形成される。図１中の破線矢印は、冷凍サイクルＣ内を循環する冷媒（及び潤滑油）の移動方向を表している。

前述した電磁クラッチ５を介して圧縮機３の作動／非作動を制御可能な空調用電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１は、ＣＰＵ等のプロセッサ、フラッシュＲＯＭ等の不揮発性メモリ、ＲＡＭ等の揮発性メモリ、外部機器との入出力インターフェース、及びこれらを相互に通信可能に接続するバスを有する周知のマイクロコンピュータを備えている。空調用電子制御ユニット２１には、エンジン回転数検出部２２、温度検出部２３、及びエアコンスイッチ２４等から出力される各信号がそれぞれ入力される。

エンジン回転数検出部２２は、例えば、エンジン２側のプーリー２ａのクランク角度を角度検出センサ等により計測し、その計測値からエンジン２の回転数を検出する。エンジン回転数検出部２２は、検出したエンジン２の回転数を示す信号を空調用電子制御ユニット２１に出力する。温度検出部２３は、圧縮機３の近傍に配置した温度センサ等により圧縮機３の温度を検出し、その検出値を示す信号を空調用電子制御ユニット２１に出力する。

エアコンスイッチ２４は、車室Ｒ内の計器盤周辺に配置される図示を省略した空調操作パネルに備えられている。エアコンスイッチ２４は、乗員による手動操作に応じて車両用空調装置１のオン／オフ、具体的には、冷凍サイクルＣにおける圧縮機３の作動／非作動を切り替えるための操作信号を生成し、その操作信号を空調用電子制御ユニット２１に出力する。

空調用電子制御ユニット２１は、車両用空調装置１が搭載される車両の図示を省略したイグニッションスイッチがオンされてバッテリーに接続されることにより起動される。起動後、空調用電子制御ユニット２１は、エアコンスイッチ２４からの操作信号を監視し、エアコンスイッチ２４がオンされた回数、すなわち、圧縮機３の作動が選択された回数（以下、「圧縮機３のオン回数」とする）を累積的にカウントする。圧縮機３のオン回数のカウント値は、不揮発性メモリに記憶され、イグニッションスイッチがオフされたときにも保持される。空調用電子制御ユニット２１は、圧縮機３のオン回数のカウント値が「０」から「１」になることにより、車両搭載後における圧縮機３の最初の起動を判定する。

また、空調用電子制御ユニット２１は、圧縮機３の最初の起動を判定すると、エンジン回転数検出部２２からの出力信号によって示されるエンジン２の回転数に基づいて、冷凍サイクルＣ内を循環する冷媒の循環量を推定する。さらに、空調用電子制御ユニット２１は、推定した冷媒の循環量が所定量に達するまでの間、圧縮機３を所定回転数以下で作動させるための制御信号を生成し、該制御信号を電磁クラッチ５に出力する。冷媒の循環量の判定基準となる所定量は、冷凍サイクルＣ内に冷媒を行き渡らせるために必要な量である。この所定量は、圧縮機３に繋がる吐出側ホース６や吸入側ホース１３の長さなどの冷凍サイクルＣの構成に合わせて車種ごとに設定されている。なお、本実施形態では、空調用電子制御ユニット２１が本発明における判定部、推定部、及び制御部に相当する。

次に、本実施形態による車両用空調装置１の動作について詳しく説明する。
上述したような構成の車両用空調装置１では、車両搭載後に圧縮機３を初めて作動させる場合に、空調用電子制御ユニット２１による制御の下で圧縮機３の慣らし運転が行われる。この慣らし運転の制御動作は、車両用空調装置１が搭載された車両のイグニッションスイッチがオンされて空調用電子制御ユニット２１が起動されることにより開始される。図２のフローチャートは、空調用電子制御ユニット２１による圧縮機３の慣らし運転の制御動作の一例を示している。

まず、図２のステップＳ１０において、空調用電子制御ユニット２１は、車両搭載後に圧縮機３が初めて起動されたことを示す起動信号を受けたか否かを判定する。この起動信号は、エアコンスイッチ２４からの操作信号を用いた圧縮機３のオン回数のカウント値が「０」から「１」になることにより生成される。このため空調用電子制御ユニット２１では、起動信号の受信により圧縮機３の最初の起動が判定される。圧縮機３の最初の起動が判定された場合（ＹＥＳ）、続くステップＳ２０に進む。一方、圧縮機３の２回目以降の起動、すなわち、圧縮機３のオン回数のカウント値が２以上で起動信号の受信がない場合には（ＮＯ）、既に圧縮機３の慣らし運転が完了していることになるのでステップＳ８０に移る。

ステップＳ２０において、空調用電子制御ユニット２１は、エンジン２の回転数が所定範囲内にあるか否かの判定を行う。エンジン２の回転数は、空調用電子制御ユニット２１の起動直後より、エンジン回転数検出部２２から空調用電子制御ユニット２１に所定周期で出力される信号を用いて取得される。なお、エンジン２の回転数と同様にして、空調用電子制御ユニット２１では、温度検出部２３から所定周期で出力される信号を用いて圧縮機３の温度も取得される。上記エンジン２の回転数の判定の基準となる所定範囲は、圧縮機３を所定回転数以下で作動させることが可能なエンジン２の回転数の範囲を定めている。つまり、エンジン２の回転数が所定範囲内にあれば、そのエンジン２の回転数に後述するプーリー比を乗じた値が、慣らし運転時の圧縮機３の回転数制限に対応した所定回転数以下となる。上記ステップＳ２０の判定において、エンジン２の回転数が所定範囲内にある場合には（ＹＥＳ）、続くステップＳ３０に進み、エンジン２の回転数が所定範囲内にない場合には（ＮＯ）、ステップＳ２０に戻り、再度判定を行う。

ステップＳ３０において、空調用電子制御ユニット２１は、エアコンをオンにする、すなわち、電磁クラッチ５をオン状態にして圧縮機３を作動させるための制御信号を生成し、該制御信号を電磁クラッチ５に出力する。これにより、圧縮機３が所定回転数以下で作動を開始する。

続くステップＳ４０で空調用電子制御ユニット２１は、取得したエンジン２の回転数と圧縮機３の温度とを用い、次の（１）式に示す関係を利用することにより、冷凍サイクルＣ内を循環する冷媒の循環量を推定する。
［冷媒の流量］＝［動力源の回転数］×［動力伝達比］×［冷媒吐出量］
×［冷媒吸い込み密度］×［機械効率］×［体積効率］…（１）

上記（１）式の関係において、左辺の「冷媒の流量」は、冷凍サイクルＣ内を循環する冷媒の単位時間当たりの循環量に相当する。また、本実施形態において、右辺の「動力源の回転数」は、エンジン回転数検出部２２で検出されるエンジン２の単位時間当たりの回転数である。「動力伝達比」は、エンジン２側のプーリー２ａの直径（駆動側のプーリ径）で、圧縮機３側のプーリー３ａの直径（従動側のプーリ径）を除算したプーリー比を用いる。「冷媒吐出量」は、圧縮機３における単位時間当たり冷媒の吐出量である。「冷媒吸い込み密度」は、圧縮機３の吸い込み圧力と、圧縮機３の温度とから求められる値である。「機械効率」及び「体積効率」は、圧縮機３の単位時間当たりの回転数と、圧縮機３の吸い込み圧力及び吐出圧力と、圧縮機３の温度とから求められる値である。

なお、圧縮機３における単位時間当たり冷媒の吐出量、吸い込み圧力及び吐出圧力の各値については、圧縮機３の性能に応じた規定値を適用可能である。また、圧縮機３の単位時間当たりの回転数は、エンジン回転数検出部２２で検出されるエンジン２の回転数とプーリー比とから算出可能である。

したがって、上記（１）式の関係を利用することにより、空調用電子制御ユニット２１は、エンジン２の回転数及び圧縮機３の温度の２つの変数と規定値を用いた定数とを乗じることで、冷凍サイクルＣ内を流れる冷媒の流量（単位時間当たりの循環量）を算出することができる。そして、空調用電子制御ユニット２１は、所定周期で冷媒の流量を逐次算出し、それらを積算していく、つまり、冷媒の単位時間当たりの循環量を時間積分していくことにより、圧縮機３の最初の起動後に、圧縮機３から冷凍サイクルＣ内に送り出された冷媒のトータルの循環量をリアルタイムで推定することができる。

また、上記冷媒の循環量の推定では、変数の１つとして圧縮機３の温度を用いているが、圧縮機３の温度に関しては、車両の外気温度（雰囲気温度）から推定算出した値を用いることも可能である。例えば、温度管理された工場内の生産ライン上で車両の組み立て作業が行われている場合、外気温度は略一定と見做し得る。このような場合には、冷媒の流量を算出する際の変数をエンジン２の回転数のみとすることができ、算出処理の簡易化が可能である。さらに、冷媒の循環量は一般的に外気温度が低いほど減少する傾向がある。この傾向を考慮して、外気温度が相対的に低いときの冷媒の循環量の推定値に対する補正量が、外気温度が相対的に高いときの冷媒の循環量の推定値に対する補正量よりも多くなるように推定値の補正を行うようにしてもよい。このようにすれば、エンジン２の回転数のみを変数として冷媒の流量を算出する場合でも、外気温度に応じた適切な冷媒の循環量を推定できるようになる。

上記のようにして冷媒の循環量の推定が完了すると、続くステップＳ５０で空調用電子制御ユニット２１は、推定した冷媒の循環量が、冷凍サイクルＣ内に冷媒を行き渡らせるために必要な所定量に達したか否かの判定を行う。冷媒の循環量が所定量に達していない場合には（ＮＯ）、圧縮機３の慣らし運転を制御するためのステップＳ６０，Ｓ７０に進む。一方、冷媒の循環量が所定量に達した場合には（ＹＥＳ）、冷凍サイクルＣ内に冷媒とともに潤滑油が行き渡ったことで圧縮機３の慣らし運転が完了したことを判断して、ステップＳ８０に移る。

ステップＳ６０において、空調用電子制御ユニット２１は、前述したステップＳ２０のときと同様にして、エンジン回転数検出部２２からの出力信号を用いて取得したエンジン２の回転数が所定範囲内にあるか否かの判定を行う。エンジン２の回転数が所定範囲内にある場合には（ＹＥＳ）、前述したステップＳ４０に戻って冷媒の循環量の推定処理が繰り返される。一方、エンジン２の回転数が所定範囲内にない場合には（ＮＯ）、次のステップＳ７０において、空調用電子制御ユニット２１は、エアコンをオフにする、すなわち、電磁クラッチ５をオフ状態にして圧縮機３を非作動とするための制御信号を生成し、該制御信号を電磁クラッチ５に出力する。これにより、圧縮機３が非作動となり慣らし運転が中断されるようになる。エアコンをオフにする処理が完了すると、前述したステップＳ２０に戻って同様の処理が繰り返される。

前述したステップＳ５０で冷媒の循環量が所定量に達したことが判定され、圧縮機３の慣らし運転の完了が判断された後に実行されるステップＳ８０では、空調用電子制御ユニット２１がエアコンをオンにする制御信号を継続して電磁クラッチ５に出力し、エンジン２の回転数（圧縮機３の回転数）の制限を解除した状態でのエアコンの稼働が開始される。

以上説明したように本実施形態の車両用空調装置１では、空調用電子制御ユニット２１によって、圧縮機３の最初の起動後に圧縮機３から冷凍サイクルＣ内に送り出される冷媒の循環量がリアルタイムで推定される。そして、推定された冷媒の循環量に基づき冷凍サイクルＣ内に冷媒（及び潤滑油）が行き渡ったかどうかを判断しながら、圧縮機３を所定回転数以下で作動させるべく慣らし運転の制御が行われる。したがって、本実施形態の車両用空調装置１によれば、様々な車種が１つの生産ラインで組み立てられる場合でも、圧縮機３の慣らし運転を車種ごとに最適な時間で行うことができるため、生産効率の向上を図ることが可能である。また、慣らし運転中、圧縮機３の作動が所定回転数以下に制限されるので、圧縮機３内部での潤滑不足による部品の摩耗や固着などを防止することができる。

さらに、本実施形態の車両用空調装置１によれば、空調用電子制御ユニット２１において冷媒の循環量を推定する際に、（１）式に示した関係を利用することにより、エンジン２の回転数（及び圧縮機３の温度）を変数とし、圧縮機３の性能に応じた各種の規定値を用いて冷媒の循環量を推定することができるため、簡易な制御アルゴリズムによって慣らし運転の制御を実現することが可能である。加えて、外気温度が相対的に低いときの冷媒の循環量が、外気温度が相対的に高いときの冷媒の循環量よりも多くなるように推定を行うようにすることで、外気温度の低さに起因する冷媒の循環量の低下を補うことができる。これにより、外気温度に応じた適切な冷媒の循環量を推定して、圧縮機３の慣らし運転を確実に行うことが可能になる。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の実施の形態では、エンジン２から伝達される動力によって圧縮機３が作動する構成例を示したが、車両を駆動するモーター等を圧縮機３の動力源とすることも可能である。

１…車両用空調装置
２…エンジン
２ａ，３ａ…プーリー
３…圧縮機
４…ベルト
５…電磁クラッチ
６…吐出側ホース
７…コンデンサー
８…ファン
９…液パイプ
１０…カーエアコン（ＨＶＡＣ）
１１…膨張弁
１２…エバポレーター
１３…吸入側ホース
２１…空調用電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２２…エンジン回転数検出部
２３…温度検出部
２４…エアコンスイッチ
Ｃ…冷凍サイクル

Claims (1)

1. 動力源から伝達される動力によって作動する圧縮機を有する冷凍サイクルを備え、冷媒が潤滑油とともに前記圧縮機で圧縮され、前記圧縮機から吐出される冷媒及び潤滑油が前記冷凍サイクル内を循環するように構成された車両用空調装置において、
   前記圧縮機の最初の起動を判定する判定部と、
   前記動力源の回転数を検出する回転数検出部と、
   前記判定部で前記圧縮機の最初の起動が判定されたとき、前記回転数検出部で検出される前記動力源の回転数に基づいて、前記冷凍サイクル内を循環する冷媒の循環量を推定する推定部と、
   前記推定部で推定された冷媒の循環量が、前記冷凍サイクル内に冷媒を行き渡らせるために必要な所定量に達するまでの間、前記圧縮機を所定回転数以下で作動させる制御部と、
   を含み、
   前記推定部は、前記動力源の回転数のみを変数として冷媒の循環量を推定する場合に、外気温度が相対的に低いときの推定値に対する補正量を、外気温度が相対的に高いときの推定値に対する補正量よりも多くすることを特徴とする車両用空調装置。