JPH0780417B2 - 電気駆動式自動車用空気調和装置の制御方法と装置 - Google Patents

電気駆動式自動車用空気調和装置の制御方法と装置

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JPH0780417B2
JPH0780417B2 JP62232735A JP23273587A JPH0780417B2 JP H0780417 B2 JPH0780417 B2 JP H0780417B2 JP 62232735 A JP62232735 A JP 62232735A JP 23273587 A JP23273587 A JP 23273587A JP H0780417 B2 JPH0780417 B2 JP H0780417B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は電動機で駆動される自動車用空気調和装置の制
御装置に関するものである。近年、米国の自動車で空気
調和装置を装備したものの割合は約85％まで上昇した。
現在の自動車用空気調和システムでは、圧縮機はエンジ
ンのクランク軸からベルト駆動されるのでエンジンの速
度に追従するように拘束される。周期的作動式（cyclin
g）定容量形圧縮機は自動車の操縦性と性能に著しい影
響を及ぼすことがある。
現在の空気調和装置はエンジンからベルト駆動を介して
作動され、圧縮機駆動クラッチを電気的にオンまたはオ
フに周期的に作動することにより、または圧力作動制御
弁で機械的に圧縮機の吸入側を加減することにより冷却
能力（キャパシティ）を制御する。いずれにしても、蒸
発器コイルに氷が形成されるほど冷たくならない適切な
冷却温度を発生するような範囲に蒸発器の圧力が維持さ
れる。
冷却能力を制御するもう１つの方法は、連続した範囲に
わたって圧縮機の容量を機械的に変えることにより一定
の蒸発器圧力を維持するものである。この最近商用化さ
れた方法の他の変形では、100％と50％の冷却能力制御
のためにシリンダの全部または半分のいずれかで動作し
得る圧縮機が設けられている。すべての場合、蒸発器の
圧力／温度はほぼ一定に維持され、自動車に入る空気の
温度はヒータ・コアからの加熱された空気と蒸発器を通
った冷たい空気を混合することにより制御される。蒸発
器に入る空気は、特定の自動車の設計に応じて、外部空
気または再循環される車室内空気、もしくはこの２つの
空気の組合せとすることができる。通常、外部空気取入
れ量を全流量の約15％に制限するように「最大A/C制御
設定値」が定められる。
自動温度制御（ATC）装置をそなえた自動車では、自動
車に入る空気の温度はヒータ・コアからの加熱された空
気を蒸発器からの冷たい空気と混合することによって制
御される。混合用扉の制御は、車室内温度を検知し、こ
れを所望の制御設定値と比較することにより行なわれ
る。全自動装置では、ファンの速度も実際の車室内温度
と所望の車室内温度設定値との間の差に比例して制御さ
れる。日本で最近開発された一層巧妙なATC装置では、
コンピュータを使用して、測定した周囲温度および車室
内温度ならびに日射に基いて自動車の冷却負荷を予測し
ている。この冷却負荷に合わせるために、必要な冷空気
送出温度が計算され、この温度を維持するように圧縮機
が適正な繰返し数で周期的に作動される。この装置は圧
縮機の周期的作動を増大することにより再加熱を行なわ
ないようにしてエネルギーを節約している。
上記の従来の装置にはいくつかの欠点がある。ヒータ・
コアを使用して、調和される空気を再加熱する場合は、
効率が悪くなる。圧縮機を周期的に作動する場合は、空
気送出温度が広範囲に変動する。容量を機械的に調節す
る圧縮機では、空気送出温度が制御されず、その代りに
蒸発器温度が一定に維持される。この場合、送風機ファ
ン速度と外部空気取入れ量が送出空気温度に悪影響を及
ぼし、したがって快適なレベルが得られないことがあ
る。
米国特許第4,459,519号には、自動車の乗車室に使用す
るための冷却装置が示されている。この装置では、圧縮
機と共に気密封止されたブラシレス直流電動機が設けら
れている。蒸発器の温度を検知して、これを基準温度と
比較することによって、圧縮機の速度が変えられる。交
流発電機の出力が蒸発器の温度と基準温度との間の差に
従って制御され、これによりブラシレス直流電動機の速
度が変えられる。冷却している車室内の温度が検知され
て、所望の車室内温度と比較される。検知した温度と所
望の温度との間の差に従って蒸発器ファンの動作速度が
変えられる。蒸発器に対する基準温度は蒸発器ファン速
度を表わす信号に従って自動的に変えられ、これによっ
てファンで動かす空気の温度が変えられて、車室内の温
度を所望の温度に容易に制御できる。
本発明の１つの目的は、任意のエンジン速度で全冷却能
力が得られるような、電気駆動式自動車用空気調和装置
の制御方法および装置を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、再加熱や圧縮機の周期的作
動を行なうことなく空気調和される空気の温度を制御で
きるような、電気駆動式自動車用空気調和装置の制御方
法および装置を提供することである。
本発明の更にもう１つの目的は運転者の快適さを維持し
ながら、圧縮機を駆動する電動機を過負荷状態から保護
するようにした、電気駆動式自動車用空気調和装置の制
御方法および装置を提供することである。
発明の要約 本発明の一側面によれば、電気駆動式自動車用空気調和
装置を制御する方法は、空気送出温度の運転者による指
令値、空気調和装置に導入される外部空気と再循環空気
との比の運転者による指令値、および空気調和装置の送
風機ファン速度の運転者による指令値を監視するステッ
プを含む。実際の空気送出温度、電動機パワーおよび電
動機温度が測定される。空気送出温度の指令値と測定値
との間の差が最小になるように、空気調和装置の圧縮機
を駆動する電動機の速度が変えられる。外部空気と再循
環空気との比の指令値を達成するようにダンパが位置決
めされ、送風機ファンが指令された速度に設定される。
電動機のパワーまたは温度が所定の限界を超えたとき、
ダンパ位置指令値が無視（オーバライド）され、外部空
気の割合が減少されて電動機の負荷を小さくする。電動
機のパワーまたは温度が所定の限界を超えて電動機の負
荷を小さくするときは、電動機の速度も下げられる。許
容し得る電動機の温度またはパワーを超えたとき、送風
機ファン速度の指令値が無視され、ファン速度が下げら
れる。電動機のパワーと温度が許容値をもはや超えなく
なったとき、ダンパ位置とファン速度が回復され、電動
機の速度が指令された空気温度を達成するように変えら
れる。
特許請求の範囲に本発明を明確に規定してあるが、図面
を参照した実施例についての以下の説明により本発明の
目的および利点が更に明らかとなろう。
実施例の説明 図面を参照すると、特に第１図には電気駆動式空気調和
装置の制御装置が示されている。可変速度電動機11は空
気調和装置の圧縮機13を駆動する。電動機と圧縮機は単
一のユニット15に気密封止することが好ましい。これに
より、自動車の空気調和装置でよくあるシャフトのツー
ルによる冷媒の漏洩の問題がなくなる。電動機は電子転
流式電動機（ECM）または三相表面磁石電動機のような
ブラシレス直流電動機とすることが好ましい。ブラシレ
ス直流電動機は伝統的な直流電動機のブラシと整流子片
のかわりに電子回路を用いている。ブラシレス電動機は
半径方向または軸方向の空隙を有し、固定子の内側また
は外側に回転子を有するように構成することができる。
この電動機は正弦波または方形波の巻線を有するように
設計することができる。選択された電動機極数は減磁保
護の程度に影響する。どのような設計であっても、回転
子の表面上に円弧状に永久磁石を取付けることによって
最良の結果が得られる。永久磁石として多数の組成が適
用可能であるが、そのうち２つが最も経済的に実現でき
る。すなわち、フェライトと、冷間プレス／エポキシ結
合されたNdFeBである。両者ともリコイル（recoil）透
磁率が１に近い。これは電動機設計の重要な特徴であ
る。しかし、NdFeB組成の方が磁束特性と減磁特性がか
なり良い。小形化または減磁余裕を改良する必要がある
場合にはNdFeBが使用される。
三相整流器と、パルス幅変調モードで動作させるための
制御回路を有する直流−交流インバータとで構成される
電動機制御器17によって電動機の速度が制御される。そ
のかわりに、電動機は電源として使用される交流発電機
（図示しない）の界磁制御によって制御することができ
る。電動機制御器17は、電気式空気調和装置制御器21か
らの速度制御信号に応答して、振幅と周波数が可変の固
定子電流を電動機11に送出する。電動機制御器に対する
電力は交流電源23から与えられる。交流電源23は整流前
の交流発電機の出力で構成することができる。交流電源
として適当な電圧の選択は空気調和負荷、構成部品の効
率、インバータのスイッチング素子の電流定格、および
工業規格によってきめられる。電気式空気調和装置制御
器21は直流電源25から給電されるマイクロプロセッサを
用いた制御器である。制御器21は第２図に更に詳細に示
してある。再び第１図を参照すると、制御器21はダッシ
ュボードに取付けられた制御器27から入力信号を受け
る。制御器27には、所望の空気温度、導入される外部空
気流量の割合および送風機ファン速度に対する別々の調
整個所がある。制御器27は押ボタン入力をそなえたマイ
クロプロセッサ制御式ディスプレイ、または本実施例で
示すように可変抵抗摺動制御器とすることができる。空
気温度、導入される外部空気流量の割合および送風機フ
ァン速度はそれぞれ最小設定値から最大設定値まで連続
的に変えることができる。
圧縮機13は気体冷媒を圧縮することにより冷媒の温度と
圧力を上昇させる。冷媒は圧縮機から凝縮器31へ流れ、
そこで冷媒は熱を放出し、凝縮して液体となる。高圧液
体冷媒は膨脹弁33を通過するとき膨脹し、自動車内部と
流通しているダクト37の中に配置された蒸発器35に流れ
る。蒸発器35の中の低温液体冷媒は蒸発器を通過する空
気から熱を除去する。加熱された冷媒は蒸発器から圧縮
機13に気体として戻り、このサイクルが反復される。ダ
クトの中にあるダンパ41は、送風機ファンによって蒸発
器の上に吹きつけられる外部空気（新鮮な空気）と再循
環空気との混合を制御する。送風機43は、送風機ファン
制御器45の一部である直流／交流インバータによって駆
動される表面磁石電動機のような電気転流式電動機で構
成することが好ましい。ダクトの出口には熱電対のよう
な温度センサ47が配置され、ここでA/C空気すなわち空
気調和装置からの冷たい空気の温度が測定される。温度
センサ47は電気式空気調和装置制御器21に結合される。
制御器21はまた電動機11に与えられたパワーの帰還情報
を電動機制御器17から受けると共に、電動機の温度情報
を電動機に取り付けられた温度センサ（図示していな
い）から受ける。
次に第２図に於いて電気空気調和装置制御器21はその中
の電力調整回路51に直流電力入力を受ける。電力調整回
路51は中央マイクロプロセッサ53および電気空気調和装
置制御器内のその他の回路に適当な電圧で電力を供給す
る。クロック55によって駆動されるマイクロプロセッサ
53は、マルチプレクサとして動作するデータ走査回路57
からディジタル符号化された信号を受ける。電動機温度
センサ、A/C空気温度センサおよび車室内温度センサが
「氷点」基準回路61に結合されている。第１図の実施例
では車室内温度入力は使用されない。温度センサとして
用いられる熱電対は温度の関数として変化する異種金属
間に発生する小さな電圧に依存して動作する。各熱電対
に対して基準接合部が必要であり、熱電対の測定する温
度は基準接合部の温度と検知接合部の温度によってきま
る。「氷点」基準回路61は、基準接合部が０℃以外の温
度になることによって生じる差を補正するための補償増
幅回路をそなえている。温度測定値を表わす、熱電対か
らの補正され増幅されたアナログ電圧信号は、A/D（ア
ナログ／ディジタル）変換器62,63および64によってデ
ィジタル信号に変換される。３つのダッシュボード制御
入力が信号調整回路65に結合され、次いでA/D変換器66,
67および68に結合される。A/D変換器62,63,64,66,67お
よび68はデータ走査回路57に結合される。電動機速度指
令信号が周波数カウンタ73に結合され、周波数カウンタ
73はディジタル出力をデータ走査回路57に供給する。第
１図の電動機制御器17からのディジタル符号化された電
動機電力信号もデータ走査回路57に結合される。
中央マイクロプロセッサ53は第３図に示す論理動作を遂
行する。再び第２図を参照すると、読出し専用メモリ
（ROM）73が中央マイクロプロセッサ53に結合されてい
る。ROM73には、電動機速度の関数として最大許容電動
機パワー、またはそのかわりに電動機速度の関数として
最大許容電動機電流が格納されている。最大パワー対速
度の典型的なグラフが第４図に示されている。中央マイ
クロプロセッサは電動機速度制御信号および送風機ファ
ン速度制御信号を固定周波数可変パルス幅発振器75およ
び77にそれぞれ与える。発振器75および77はそれぞれ第
１図の電動機制御器17および送風機ファン制御器45に結
合されている。固定周波数可変パルス幅信号により、電
動機と電気空気調和装置制御器21との間のオプト・アイ
ソレーションが可能となる。オプト・アイソレーション
信号は平均化され、電動機速度はこの平均化された信号
に対してほぼ線形になっている。中央マイクロプロセッ
サはディジタル符号化された信号をD/A（ディジタル／
アナログ）変換器81に与え、D/A変換器81は外部空気ダ
ンパ位置制御アナログ信号を第１図のダンパ41に供給す
る。
動作においては、実際の空気送出温度を所望の空気送出
温度と比較することにより電動機速度が決定される。次
に測定値と命令値との差が最小になるように、電動機速
度したがって装置の冷却能力が比例的に増加または減少
される。電動機の温度とパワーが測定され、現在の動作
速度における最大安全許容値と比較される。電動機が安
全許容値を超える場合には、蒸発器の負荷を制限するた
めに外部空気ダンパがしだいに閉じられる。導入される
外部空気の量を減らすと、所要電動機電力が小さくな
り、かつ空気送出温度が低下する。空気送出温度が低下
すると、電動機速度が低下し、更に熱交換器（蒸発器と
凝縮器）および電動機の負荷が小さくなる。このよう
に、制御装置は先ず選択された外部空気設定値を無視
（オーバライド）することによって、快適さのレベルを
殆どまたは全く犠牲にすることなく電動機の過負荷を防
止することができる。
電動機の過負荷状態の際に外部空気ダンパがその最小開
度に達した後も電動機の過負荷が続く場合、電動機の速
度が徐々に下げられて、熱交換器の負荷を下げる。これ
は電動機負荷が容認できる値になるまで運転者により選
択された所望の空気送出温度を一時的に無視する。最小
電動機速度に達した後も電動機の過負荷が続く場合、フ
ァン速度がしだいに下げられる。これによっても過負荷
が除かれない場合、電動機が停止され、そしてある時間
遅延の後、再び作動される。この時間遅延は本実施例で
は３分間である。電動機の過負荷状態が軽減されるにつ
れ、制御装置はしだいにもとの運転者の選択した快適さ
の設定値に戻る。このように運転者の選択したパラメー
タを無視する順序を制御することによって、電動機に損
傷を与えることなく容認可能な快適さが維持される。
この制御方法は第３図の流れ図に示すように電気空気調
和装置制御器21によって実行される。空気調和装置は自
動車の運転者によってターンオンすなわち作動される。
次いで第３図のブロック83に示すように、ダッシュボー
ド制御器27が運転者により設定され、電気転流式電動機
11が予め定められた開始速度に設定される。この開始速
度は本実施例では最大速度である。プログラムは次にル
ープに入る。ループの第１のステップでは、ブロック85
に示すように、電動機制御器から電動機の速度、パワー
および温度を読出す。ループの第２ステップでは、判定
ブロック87に示すように、ROMに記憶されているルック
アップ・テーブルで電動機温度を最大許容電動機温度Tm
axと比較し、また電動機パワーを最大許容パワーHPmax
と比較する。ルックアップ・テーブルには第４図のグラ
フに示す情報が入っており、電動機速度を使ってその動
作点での許容パワーが決定される。判定ブロック87によ
り、空気送出温度を制御するように電動機速度を設定す
べきか否か、外部空気流と送風機ファン速度をそれぞれ
の指令値に設定すべきか否か、または電動機速度、ダン
パ位置設定値およびファン速度をオーバライド（無視）
して過負荷状態を除去すべきか否かが決定される。電動
機の最大パワーと最大温度を超えていない場合には、ブ
ロック91では実際の空気送出温度およびダッシュボード
制御設定値が読出される。次に判定ブロック93で空気調
和装置（A/C）からの空気の温度が検査され、ブロック9
5で高過ぎると判定された場合は、判定ブロック97で電
動機速度指令が電動機の過大な温度またはパワーのため
にオーバライドされているか否かが検査される。電動機
の速度がオーバライドされていない場合には、ブロック
101で電動機速度が増大され、その結果空気調和装置の
冷却能力が上昇する。後続のループを通過する際、ブロ
ック101および103で電動機速度が更に調節され、空気送
出温度の指令値と実際値との差が縮小される。
電動機の温度およびパワーの定格が読出され、ブロック
87でいずれかが所定の限界を超えることがわかった場合
は、ブロック105で外部空気ダンパが完全に閉じた位置
にあるか否か検査される。ダンパが完全に閉じた位置に
ない場合には、ブロック107で、導入される外部空気の
量が少なくなるようにダンパが動かされ、かつ所定時間
の間、オーバライド・フラグがセットされて、制御ルー
プが再開される。過負荷が接続していると仮定すると、
このループを通ってプログラムが繰返し実行されて、ダ
ンパがしだいに閉じられる。しかし、ブロック105で、
ダンパがその完全閉止位置に達していた過負荷状態がま
だ存在すると判定されたときは、ブロック111で電動機
速度が検査されて、電動機速度がその最低速度より大き
いか否かが調べられる。電動機速度がその最低速度より
大きい場合には、ブロック113で電動機速度を下げて電
動機の負荷を小さくし、かつフラグをセットする。次い
で制御ループが再開される。ブロック111で、過負荷が
軽減されることなく電動機速度が最低速度に達したと判
定された場合には、ブロック115でファン速度がその最
低速度にあるか否かが検査される。ファン速度がその最
低速度にない場合、ブロック117でファン速度が下げら
れて、フラグがセットされる。全てのフラグは所定の時
間の間セットされ、その後フラグは解除される。ダンパ
をその最小開度位置まで閉じ、かつファン速度を最低値
まで下げても過負荷が軽減されていないとブロック115
で判定された場合は、ブロック121で所定の時間たとえ
ば３分間の間電動機を停止させる。再始動したとき、プ
ログラムはブロック83から開始され、全てのオーバライ
ド・フラグが解除される。
ブロック87で電動機が過負荷になっていないと判定され
た場合は、ブロック91で実際のA/C空気送出温度および
ダッシュボード制御設定が読出される。ブロック93で空
気温度が所望の温度を中心とした狭い幅の中にあると判
定され、次いでブロック123でファン速度オーバライド
・フラグがセットされていないか、または時間切れで解
除されていると判定された場合には、そのときファン速
度がダッシュボード制御設定値より低ければ、ブロック
125でファン速度が増大される。ファン速度オーバライ
ド・フラグがセットされている場合には、ブロック127
でダンパ・オーバライド・フラグが検査される。このフ
ラグがセットされていない場合には、ブロック131でよ
り多くの外部空気を入れるようにダンパが調節される。
ダッシュボードの設定が現在量より大きい場合は、ルー
プが再開される。ダンパ・オーバライド・フラグがセッ
トされている場合には、変更は行なわれず、ループが再
開される。外部空気ダンパの調節後、ファン速度オーバ
ライド・フラグがセットされていると判定された場合に
は、ループが再び繰返される。
次に第５図は自動的に動作する空気調和装置の概略構成
図である。第５図は第１図と同じであるが、相違点はダ
ッシュボード制御器27に運転者が選択する入力ファン速
度がなく、熱電対のような車室内温度センサ135が設け
られていることである。電気式空気調和装置制御器の回
路図が第２図に示されている通りであるが、この場合は
信号調整回路65に対するダッシュボードファン速度制御
入力が使用されない。第５図と第１図のもう１つの相違
点は第５図の電気式空気調和装置制御器21の中央マイク
ロプロセッサ53によって実行される論理動作である。第
５図の中央マイクロプロセッサ53に使用される論理動作
が第６図に示されている。
動作において、自動的に動作する空気調和装置は車室内
温度の指令値と測定値の比較に基いて電動機速度を判定
する。測定値と指令値の差を最小限にするために電動機
速度したがって装置の冷却能力を比例的に増加または減
少する。閉じた帰還ループの動作により、所望の空気温
度を達成する電動機速度が設定される。これは自動装置
であるので、送風機ファン速度が主として電動機速度の
関数として制御器によって定められる。電動機速度が上
昇するにつれて、送風機ファン速度も増大してダクトか
ら車室内へ出る空気を快適な温度に維持するようにす
る。同じ理由により、ファン速度の計算値は外部空気制
御設定値の関数でもある。新鮮な外部空気を増大させる
につれてファン速度を低下させて、より高い入力空気速
度と温度を補償する。
電動機のパワーと温度が監視されて、各動作速度におけ
る予め定められた最大許容値と比較される。電動機がこ
れらのパワーまたは温度の値を超えた場合は、外部空気
ダンパがしだいに閉じられて蒸発器の負荷が制限され
る。ダンパを閉じることの効果は、電動機のパワーを小
さくすることと空気送出温度を下げることである。その
結果、電動機の速度が低下し、熱交換器と電動機の負荷
が更に小さくなる。したがって制御装置により外部空気
設定値を最初にオーバライド（無視）することによっ
て、快適さのレベルを殆どまたは全く犠牲にすることな
く電動機の過負荷を防止することができる。
外部空気ダンパがその最小開度に達した後も電動機の過
負荷が続いていれば、電動機速度を下げて、熱交換器の
負荷を軽減し、電動機の損失を小さくする。これによ
り、電動機負荷が容認できる値になるまで車室内空気温
度は一時的に変動する。電動機負荷が過大であり続けれ
ば、ファン速度設定の計算値が自動的に無視され、ファ
ン速度が低下されて電動機負荷を小さくする。これでも
なお電動機が過負荷状態であれば、電動機は停止され、
予め設定された時間の後に再始動される。電動機が運転
状態にあり過負荷状態が解除されたとき、オーバライド
されたパラメータがそれぞれの指令値に戻る。このよう
に運転者の選択したA/C設定値のオーバライドを制御す
ることにより、電動機に損傷をあたえることなく容認で
きる快適さが維持される。
この制御方法は電気式空気調和装置制御器によって第６
図の流れ図に示すように実行される。先ず運転者は空気
調和装置をターンオンして、ダッシュボード制御器をセ
ットする。ブロック137で、圧縮機を駆動する電気転流
式電動機が所定の開始速度、本実施例では最大速度に設
定され、送風機ファンが所定の速度に設定される。プロ
グラムはループに入る。ループの第１ステップとして、
ブロック141で、電動機制御器から電動機のパワー、速
度および温度が読出される。第２ステップとして、判定
ブロック143で、ROMに記憶されたルックアップ・テーブ
ルで電動機温度が最大許容温度Tmaxと比較され、かつ電
動機パワーが最大許容パワーHPmaxと比較される。テー
ブルには第４図のグラフに示される情報が格納されてい
る。電動機速度を使って各動作点での許容パワーが定め
られる。判定ブロック143は、車室内空気温度を制御す
るように電動機速度を設定すべきか否か、外部空気流と
計算されたファン速度を使用すべきか否か、または電動
機速度、ダンパ設定値およびファン速度をオーバライド
して過負荷状態を除去すべきか否かを決定する。電動機
の最大パワーおよび最大温度を超えていない場合には、
ブロック145で、実際の車室内温度とダッシュボード制
御設定値が読出される。次に判定ブロック147で、車室
内温度が検査される。ブロック151で車室内温度が高過
ぎると判定された場合には、判定ブロック153で、過大
な電動機温度またはパワーのために電動機に対する指令
値がオーバライドされているか否かを調べる。電動機速
度がオーバライドされていない場合には、ブロック155
で電動機速度が増大させる。その結果、空気調和装置の
冷却能力が向上する。ブロック157でファン速度が電動
機速度およびダンパ位置の関数として調節される。後続
のループを通過する際に、ブロック155および159で電動
機速度が更に調節されて、車室内空気温度の指令値と実
際値との差を小さくする。電動機速度が変更されたと
き、ブロック157でファン速度が更に調節される。
ブロック141で電動機の温度またはパワーの定格が読出
されて、ブロック143で所定の限界を超えていることが
わかった場合、ブロック161で外部空気ダンパがその閉
止位置にあるか否かが検査される。外部空気ダンパが閉
止位置になければ、プログラムが繰返しループを通るに
つれて、ブロック163でダンパが次第に閉じられ、オー
バライド・フラグがセットされる。しかし、ブロック16
1でダンパがその完全閉止位置に到達したことが判定さ
れ、しかもまだ過負荷状態が存在するときは、ブロック
165で電動機速度がその最低速度より大きいか否かが検
査される。電動機速度が最低速度より大きければ、ブロ
ック167で電動機速度が下げられて電動機損失を減らす
とともに、フラグがセットされる。そしてループが再開
される。ブロック165で過負荷が軽減されることなく電
動機速度が最低速度に達したと判定されれば、ブロック
171でファン速度が最低速度より大きいか否かが検査さ
れる。ファン速度が所定の最低値より大きければ、ブロ
ック173でファン速度が次第に下げられ、フラグがセッ
トされる。全てのフラグは所定の長さの時間の間セット
され、その後フラグは解除される。
ダンパを閉じ、電動機速度を最低値に下げ、ファン速度
を最低値に下げても過負荷が軽減されない場合は、ブロ
ック175で電動機が所定の時間たとえば３分間停止され
る。再始動されたとき、ブロック137で全てのオーバラ
イド・フラグが解除されてプログラムが開始される。
判定ブロック143で電動機が過負荷状態にないと判定さ
れれば、ブロック145で車室内温度およびダッシュボー
ド制御設定値が読出される。ブロック147で車室内温度
が所望の温度を中心とした狭い幅の中にあると判定さ
れ、かつブロック177でダンパ・オーバライド・フラグ
がセットされていないかまたは時間切れにより解除され
ていると判定された場合には、ダンパがダッシュボード
制御器で選択された量だけ既に開かれていなければ、ダ
ンパを開いてより多くの外部空気が入るようにする。次
にブロック183でファン速度がオーバライド・フラグが
検査される。フラグがセットされていなければ、ブロッ
ク157でファン速度が電動機速度および外部空気流の関
数として定められる。
ブロック183でファン速度オーバライド・フラグがセッ
トされていると判定されれば、ファン速度を変えること
なくループが反復される。ダンパ・オーバライド・フラ
グがセットされていれば、ダンパは調節されず、ループ
が反復される。
電気駆動式自動車用空気調和装置を駆動するために必要
な電動機の馬力は装置の冷却能力、その効果、および動
作の境界条件（すなわち温度）によってきまる。これら
の値はすべて自動車の正常な運転中に変り得る。しか
し、最大パワー・レベルを評価するには、下記の「標準
的な定格条件」が有用である。すなわち、市内での停車
と発進を繰返す運転時の条件、高温に加熱された状態か
らの温度引下げ時の条件、および外部空気を最大限に取
入れる状態でのハイウェイ走行時の条件である。
アイドリング／市内運転時の条件では、圧縮機の吐出圧
力が非常に高くなり、ブラシレス直流電動機が過負荷に
なりがちとなる。この問題を防ぐため、アイドリング状
態では外部空気を制限して蒸発器の負荷を低下させ、そ
して可能ならば、凝縮器のファンを一時的に超過速度に
しなければならない。いずれの場合も、この電動機は過
負荷を防ぐためにアイドリング中は低い速度で作動され
るので、これらの条件下ではその最大パワーを必要とす
る状態には達しない。しかし、アイドリング状態では電
動機の停止を防ぐために良好な低速度トルク特性が得ら
れるような電動機設計が必要となる。装置のシミュレー
ションによれば、アイドリング試験中に停止する問題を
避けるためにその定格最大速度の33％で動作させたとき
電動機は最大速度トルク出力に比べて少なくとも33％増
加することが示唆されている。アイドリング状態に於け
る典型的な装置の冷却能力は13000乃至15000BTU/時であ
る。
高温に加熱された状態からの引下げ試験では、自動車を
高温の直射日光の当る環境内に１乃至３時間置いて、車
室内の温度が140゜乃至160゜F（60゜乃至71℃）の範囲
に上昇するように設定した。次に空気調和装置とファン
速度の制御設定値を最大にして自動車を25乃至30mph（4
0乃至48km/時）で運転した。典型的な引下げ能力は1600
0乃至18000BTU/時である。これらの条件下での装置の性
能のシミュレーションによれば、その最大速度のほぼ1/
2で動作する電気駆動式空気調和装置は従来の空気調和
装置と同等の引下げ特性を示した。換言すれば、この引
下げ試験の際、最大速度（馬力）で作動すると、容認し
得る車室内温度に達する時間が著しく短縮されることに
なる。
第３の装置定格条件であるハイウェイ走行状態では、空
気調和装置は温度100゜F（37.8℃）相対湿度40％の外部
空気を200乃至300cfmまでの流量で処理しながら快適な
車室内温度を維持する必要がある。これは最大能力レベ
ルを設定し、これにより電動機とその駆動用電子回路の
寸法が設定される。従来の空気調和装置では、24000乃
至30000BTU/時の冷却（５馬力の電動機を必要とする）
はこの条件に対する法外な能力要件ではない。新鮮な外
部空気を調和するためにほぼ18000BTU/時の全負荷が使
用される。したがって、ハイウェイ速度で外部空気によ
る負荷を小さくする或るいはなくすことは電気駆動シス
テムの寸法に直接影響を及ぼす。
外部空気を最大にしたハイウェイ試験条件は最大電動機
馬力を設定するので、50mph（80km/時）で馬力を減らす
方法を探るため一連のコンピュータ・シミュレーション
を行なった。高温周囲条件で車室内空気を完全に再循環
させれば、電動機負荷を２馬力以下に下げ得ることが明
らかになった。これは快適さの観点から容認できない。
すべての条件のもとで少なくとも30％の新鮮な外部空気
を導入するのがより現実的である。その結果、従来の圧
縮機とサイクル効率を使用した2.8馬力の電動機が必要
になる。25％の外部空気で２段サイクルを使うと、電動
機の負荷は2.0馬力となる。外部空気を20％に制限して
高効率の圧縮機を従来のサイクルで使用しても、電気駆
動の負荷は2.0馬力となる。
したがって、２馬力は、50mph試験条件では、自動車用
空気調和装置に対する現実的な電動機の最小の大きさで
あるということは妥当であるように思われる。外部空気
を少なくとも25％として２馬力の電動機により２段圧縮
機を制御する方式を使ってアイドリングおよび引下げ試
験条件についてシミュレーションを行なうと、その方式
がこれらの条件に対しても充分であることを示した。
電動機／電子回路のコストは電気駆動式自動車用空気調
和装置の実用性に影響を及ぼし、またこのコストは所要
の電動機馬力によって左右されるので、本明細書で開示
した形式の新しい外部空気制御方式を用いることにより
効率の良い空気調和装置の開発が可能となる。冷却能力
が16000BTU/時で効率が1.5馬力／トンである２馬力の空
気調和装置は現在の装置と同等またはそれ以上の性能を
持つと思われる。この用途では、特に気密自動車用空気
調和装置用に設計したとき、ブラシレス直流電動機シス
テムは85乃至90％の効率を達成すると予想される。これ
は、空気調和装置の電気駆動装置が最大冷却条件下で動
作するとき自動車電源システムからの最大電力需要が1.
7kWであるということになる。最大冷却が必要となる環
境条件は、通常、冷房を必要とする季節のほんの僅かな
時期の間だけ生じる。
一定の最大能力で動作する標準的な装置と比較して、電
気駆動式空気調和装置は少ない圧縮機流量での熱交換器
の負荷の減少によりパワーが節約される。もう１つの著
しい利点は、圧縮機のクラッチの周期的作動をなくし、
その結果として自動車の操縦性が向上することである。
周期的に作動する圧縮機を使用した標準的な装置は同じ
1.6トンの冷却を行なうのに、連続的に動作する電気駆
動式空気調和装置と比べて圧縮機のオン時の消費パワー
が40％多い。冷却負荷が小さくなるにつれて２つの装置
の間の所要のエンジン馬力の差は更に顕著になる。電気
駆動式の装置はその能力を負荷に合わせて減少できるか
らである。他方、標準的な装置は、自動車の冷却負荷に
無関係に、自動車速度が速くなる程、エンジン馬力を一
層多く消費する。
検討の結果、電気駆動システムを従来のベルト駆動シス
テムの効率に合致し得るように交流発電機の効率は75％
以上でなければならない。高効率の圧縮機と冷却システ
ムを電動機に結合すれば、交流電動機の損益分岐効率は
約55％に下げることができる。
エンジンの回転数が増大したときの空気調和装置の能力
超過を少なくするため、既存の圧縮機は低容積効率を有
するように設計される。殆どの圧縮機は５乃至10立方イ
ンチ（81.9乃至163.9立方センチメートル）の排気量で
提供され、1000乃至3000rpmの範囲の動作に対して最適
化される。ブラシレス直流電動機の大きさとコストはそ
の速度に直接関係するので、自動車用空気調和装置に対
する最適設計では8000乃至10000rpmの動作速度が必要で
ある。このため、これらの動作速度で妥当な能力を得る
には排気量が１乃至２立方インチ（16.4乃至32.8立方セ
ンチメートル）のように小さい排気量の圧縮機が必要に
なる。
圧縮機は電動機によって直接駆動され、このためクラッ
チ・アセンブリのコストと重量が必要でなくなる。
以上、任意の速度で最大冷却能力を発揮でき、再加熱ま
たは圧縮機の周期的作動を使わずに空気調和される空気
の温度を制御できる電気駆動式の（すなわち電気的に駆
動される）自動車用空気調和装置について説明した。こ
の電気駆動式自動車用空気調和装置は運転者の快適さを
維持しながら、圧縮機を駆動する電動機を過負荷から保
護する。
実施例を参照して本発明について詳細に図示し説明した
が、本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく形式や細部
に種々の変更を加え得ることは当業者には明らかであろ
う。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による電気駆動式自動車用空気調和装置
に対する制御装置の概略構成図である。第２図は第１図
の電気式空気調和装置制御器を詳しく示すブロック図で
ある。第３図は電気駆動式空気調和装置を制御する際に
使用される制御論理の流れ図である。第４図は電気駆動
式空気調和装置を制御する際に使用するための、電動機
速度の関数として電気転流式電動機の最大パワーを示す
グラフである。第５図は本発明による電気駆動式自動車
用空気調和装置に対する制御装置の別の実施例の概略構
成図である。第６図は第５図の装置の制御論理の流れ図
である。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電気駆動式自動車用空気調和装置を制御す
    る方法において、 上記空気調和装置の空気送出温度の運転者による指令
    値、上記空気調和装置に導入される外部空気の再循環空
    気に対する割合の運転者による指令値、および上記空気
    調和装置の送風機ファン速度の運転者による指令値を監
    視するステップ、 実際の空気送出温度、電動機パワーおよび電動機温度を
    測定するステップ、 上記空気調和装置の圧縮機を駆動する電動機の電動機速
    度を変えることにより上記の空気送出温度の指令値と測
    定値との間の差を最小にするステップ、 上記の外部空気の再循環空気に対する割合が指令値にな
    るようにダンパを位置ぎめするステップ、 上記送風機ファン速度を指令値に選定するステップ、 上記電動機のパワーまたは温度が所定の限界値を超えた
    とき、上記のダンパの位置をオーバライドして、上記外
    部空気の割合を減少させることにより上記電動機の負荷
    を小さくするステップ、 上記電動機のパワーまたは温度が所定の限界値を超えた
    とき、上記電動機の速度を下げることにより上記電動機
    負荷を小さくするステップ、 上記電動機の温度またはパワーが許容値を超えたとき、
    上記送風機ファン速度の指令値をオーバライドして上記
    送風機ファン速度を下げることにより上記電動機負荷を
    小さくするステップ、および 上記電動機のパワーおよび温度がもはや許容限界値を超
    えなくなったとき、上記のオーバライドされた上記ダン
    パ位置と上記ファン速度を回復させ、上記電動機速度を
    変化させて上記空気送出温度を指令値にするステップ、 を含むことを特徴とする自動車用空気調和装置の制御方
    法。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第（１）項記載の自動車用
    空気調和装置の制御方法において、上記の外部空気の割
    合を減少させるステップが最小設定値に達するまで継続
    され、この最小設定値に達した後も上記電動機がなお過
    負荷状態にある場合、上記電動機の速度を下げることに
    より、上記電動機のパワーおよび温度を所定の限界値よ
    り低い値に下げる自動車用空気調和装置の制御方法。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第（２）項記載の自動車用
    空気調和装置の制御方法において、上記の電動機速度を
    下げるステップが最低速度に達するまで継続され、この
    最低速度に達した後も上記電動機がなお過負荷状態にあ
    る場合、上記送風機ファン速度を下げることにより上記
    電動機のパワーおよび温度を所定の限界値より低い値に
    下げる自動車用空気調和装置の制御方法。
  4. 【請求項４】電気駆動式自動車用空気調和装置を制御す
    る方法において、 車室内空気温度の運転者による指令値および外部空気の
    再循環空気に対する割合の運転者による指令値を監視す
    るステップ、 車室内空気温度、電動機パワーおよび電動機温度を監視
    するステップ、 電動機速度を変えることにより上記車室内空気温度の指
    令値と測定値との間の差を最小にするステップ、 上記の外部空気の再循環空気に対する割合が指令値とな
    るようにダンパを位置ぎめするステップ、 上記電動機速度が大きくなるにつれて送風機ファン速度
    が大きくなるように、上記電動機速度の現在値に応じて
    上記送風機ファン速度を決定するステップ、 上記送風機ファン速度を上記決定された値に設定するス
    テップ、 上記の電動機パワーまたは電動機温度が所定の限界値を
    超えたとき、上記ダンパの位置をオーバライドして上記
    の外部空気の割合を減少させることにより電動機負荷を
    小さくするステップ、 上記の電動機パワーまたは電動機温度が所定の限界値を
    超えたとき上記電動機速度を下げることにより電動機負
    荷を小さくするステップ、および 上記の電動機パワーおよび電動機温度がもはや許容限界
    値を超えなくなったとき、上記のオーバライドされたダ
    ンパ位置を回復させ、上記電動機速度を変化させて上記
    車室内空気温度を指令値にするステップ、 を含むことを特徴とする自動車用空気調和装置の制御方
    法。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第（４）項記載の自動車用
    空気調和装置の制御方法において、上記の外部空気の割
    合を減少させるステップが最小設定値に達するまで継続
    され、この最小設定値に達した後は上記電動機速度を下
    げることにより上記の電動機パワーおよび電動機温度を
    所定の限界値より低い値に下げる自動車用空気調和装置
    の制御方法。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第（４）項記載の自動車用
    空気調和装置の制御方法において、上記の送風機ファン
    速度を決定するステップが上記電動機速度および上記ダ
    ンパ位置の現在値に応じて上記送風機ファン速度を決定
    するステップを有し、その際、上記送風機ファン速度
    は、上記電動機速度が大きくなるにつれて大きくなり、
    かつダンパ位置が上記外部空気流を増大するにつれて小
    さくなるように定められる自動車用空気調和装置の制御
    方法。
  7. 【請求項７】電気駆動式自動車用空気調和装置におい
    て、 当該空気調和装置に導入される外部空気の再循環空気に
    対する割合を制御するためのダンパ、 空気調和された空気の送出速度を制御するための送風機
    ファン、 圧縮機、 上記圧縮機とともに気密封止され、上記圧縮機に直結さ
    れたブラシレス直流電動機、 運転者による当該空気調和装置の空気送出温度の指令
    値、運転者による上記の外部空気の再循環に対する割合
    の指令値、および運転者による上記の送風機ファンの速
    度の指令値を監視する手段、 実際の上記空気送出温度、上記電動機のパワーおよび上
    記電動機の温度を測定する手段、 上記空気送出温度の指令値と測定値との間の差を最小に
    するように上記電動機の速度を変える手段、 上記の外部空気の再循環空気に対する割合がその上記指
    令値となるように上記ダンパを位置ぎめする手段、 上記送風機ファン速度をその上記指令値に設定する手
    段、 上記電動機パワーまたは電動機温度が所定の限界値を超
    えたとき、電動機負荷を小さくするために上記ダンパ位
    置をオーバライドして上記外部空気の割合を減少させる
    手段、 上記の電動機パワーまたは電動機温度が所定の限界値を
    超えたとき、電動機負荷を小さくするために上記電動機
    速度を下げる手段、 上記の電動機パワーまたは電動機温度が許容値を超えた
    とき、電動機負荷を小さくするために上記送風機ファン
    速度の指令値をオーバライドして上記ファン速度を下げ
    る手段、ならびに 上記の電動機パワーおよび電動機温度がもはや所定の限
    界値を超えなくなったとき、上記のオーバライドされた
    ダンパ位置およびファン速度を回復させ、かつ上記空気
    温度がその指令値になるように上記電動機速度を変える
    状態に戻す手段、 を含むことを特徴とする電気駆動式自動車用空気調和装
    置。
  8. 【請求項８】電気駆動式自動車用空気調和装置におい
    て、 当該空気調和装置に導入される外部空気の再循環空気に
    対する割合を制御するためのダンパ、 空気調和された空気の送出速度を制御するための送風機
    ファン、 圧縮機、 上記圧縮機とともに気密封止され、上記圧縮機に直結さ
    れたブラシレス直流電動機、 運転者による車室内空気温度の指令値および運転者によ
    る上記の外部空気の再循環空気に対する割合の指令値を
    監視する手段、 上記車室内空気温度、上記電動機のパワーおよび上記電
    動機の温度を測定する手段、 上記車室内空気温度の指令値と測定値との間の差を最小
    にするように上記電動機の速度を変える手段、 上記の外部空気の再循環空気に対する割合がその上記指
    令値になるように上記ダンパを位置ぎめする手段、 上記電動機速度が大きくなるにつれて上記送風機ファン
    速度が大きくなるように、上記電動機速度の現在値に応
    じて上記送風機ファン速度を決定する手段、 上記送風機ファン速度を上記決定された値に設定する手
    段、 上記の電動機パワーまたは電動機温度が所定の限界値を
    超えたとき、電動機負荷を小さくするために上記ダンパ
    位置をオーバライドして上記の外部空気の割合を下げる
    手段、 上記の電動機パワーまたは電動機温度が所定の限界値を
    超えたとき、電動機負荷を小さくするために上記電動機
    速度を下げる手段、および 上記の電動機パワーおよび電動機温度がもはや所定の限
    界値を超えなくなったとき、上記のオーバライドされた
    ダンパ位置を回復させ、かつ上記車室内空気がその上記
    指令値になるように上記電動機速度を変える状態に戻す
    手段、 を含むことを特徴とする電気駆動式自動車用空気調和装
    置。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第（８）項記載の電気駆動
    式自動車用空気調和装置において、上記の送風機ファン
    速度を決定する手段が、上記電動機速度および上記ダン
    パ位置の現在値に応じて上記送風機ファン速度を決定す
    る手段であって、上記送風機ファン速度を、上記電動機
    速度が大きくなるにつれて大きくし、かつ上記ダンパ位
    置が上記外部空気流を増大するにつれて小さくなるよう
    に定める手段である電気駆動式自動車用空気調和装置。
JP62232735A 1986-09-22 1987-09-18 電気駆動式自動車用空気調和装置の制御方法と装置 Expired - Lifetime JPH0780417B2 (ja)

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