WO2016006279A1 - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　アイドルストップ中に、電動機駆動コンプレッサを駆動させるバッテリ電力の消費を抑制しつつ、乗員の不快感を軽減して、車室内の快適性を維持する。 【解決手段】　アイドルストップ中に電動機駆動コンプレッサ５を使用して冷房する車両用空調装置は、制御装置３０と、日射量センサ４０とを備える。制御装置３０は、アイドルストップ中で、前記日射量センサ４０により検出される日射量が所定値以下のときに、前記電動機駆動コンプレッサ５を省エネ制御すると共に、送風モードをフェイスモードからフットモード又はバイレベルモードに切り替えることで、乗員の上半身側に向かう送風量を低下させる。

Description

車両用空調装置

　本発明は、車両用空調装置に関し、特に、アイドルストップ中に電動機駆動コンプレッサを使用して冷房する車両用空調装置に関する。

　アイドルストップ機能を搭載した車両において、一般的な車両用空調装置は、走行用エンジンからの動力により駆動されるエンジン駆動コンプレッサと、バッテリからの動力により駆動される電動機駆動コンプレッサとを搭載している。これにより、冷房運転中、信号待ち等によりアイドルストップ状態に移行したときに、エンジンの停止によりエンジン駆動コンプレッサは停止するものの、電動機駆動コンプレッサにより冷房運転が継続される。
　しかしながら、電動機駆動コンプレッサはバッテリからの動力により駆動されるため、バッテリ電力の消費が増加してしまう問題がある。

　そこで特許文献１に記載された発明では、アイドルストップ中、コンプレッサが停止した場合、ブロアによる送風量を減らすが、車室内の乗員の上半身側に向かう吹き出し口と、足元側に向かう吹き出し口のうち一方から集中的に吹き出させるようにして、車室内の快適性を維持できる時間の延長を図っている。

特開２０１３－９１３８５号公報

　ところで、冷房が必要となる夏季などにおいて、車室内の乗員の快適性を維持するために、吹き出される空気が乗員の顔や腕に直接当たるような送風モードで、冷房負荷の高い冷房運転をすることが想定される。

　ここで、冷房負荷の高い冷房運転中は、車室内の空気中に含まれる水分が凝縮し、エバポレータの表面には水滴が付着した状態となっている。
　この状態で、アイドルストップ状態に移行して、電動機駆動コンプレッサの冷房負荷を低下させるか、又は特許文献１のようにコンプレッサを使用しない場合、十分に除湿されないままの空気が車室内に吹き出されてしまう。

　このため、従来技術のように、アイドルストップ中、冷房負荷を低下させ、上記の送風モードで冷房運転すると、水分を多く含んだ空気が乗員の顔や腕に直接当たってしまうため、乗員が不快となる問題がある。
　その結果、車室内の快適性を向上させるためにエンジンを始動してエンジン駆動コンプレッサを使用することで、アイドルストップ可能時間が短くなってしまう。

　本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、アイドルストップ中に、電動機駆動コンプレッサの電力消費を低減して、バッテリ電力の消費を抑制しつつ、乗員の不快感を軽減することのできる車両用空調装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため本発明は、アイドルストップ中に電動機駆動コンプレッサを使用して冷房する車両用空調装置において、以下の構成を有したことを特徴とする。

　日射量を検出する日射量センサと、アイドルストップ中で、前記日射量センサにより検出される日射量が所定値以下のときに、前記電動機駆動コンプレッサの電力消費を低減するように冷房負荷を低下させると共に、乗員の上半身側に向かう送風量を低下させる制御装置と、を備えることを特徴とする。

　本発明によれば、アイドルストップ中で、日射量が所定値以下のときに、電動機駆動コンプレッサの冷房負荷を低下させると共に、乗員の上半身側に向かう送風量を低下させることにより、水分を多く含んだ空気が乗員の顔や腕に当たる送風量が抑制されるので、バッテリ電力の消費を抑制しつつ、乗員の不快感を軽減することができる。
　また、アイドルストップ中の車室内の快適性が維持されるので、アイドルストップ可能時間を延長できる。

本発明の一実施形態を示す車両用空調装置の概略構成図 アイドルストップ中における制御フロー図

　以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
　図１は、車両用空調装置の概略構成図であって、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。

　冷媒回路２は、フロン系冷媒を循環させるもので、後述するＨＶＡＣ（Heating Ventilation and Air Conditioning）ユニット２０に配置されるエバポレータ２２と、エバポレータ２２の出口側配管が接続されるエンジン駆動コンプレッサ３と、エンジン駆動コンプレッサ３の出口側配管が接続されるコンデンサ４と、エンジン駆動コンプレッサ３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）５と、を含む。コンデンサ４の出口側配管は受液器６と膨張弁７とを介してエバポレータ２２に接続される。

　エンジン駆動コンプレッサ３は、プーリ及びベルト１２を介して、エンジン１からの動力で駆動されるものであり、また、プーリとコンプレッサ３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５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。また、このモータはバッテリ９から給電される。バッテリ９は、エンジン１によりベルト駆動されるオルタネータ１０により充電される。
　各コンプレッサ３，５は、低圧低温気体の冷媒を圧縮して、高圧高温気体の冷媒を得る。

　コンデンサ４は、冷却用ファン８を用いて、コンプレッサ３又は５からの高圧高温気体の冷媒を室外空気で凝縮点まで冷却して、高圧常温液体の冷媒に還元する。

　受液器６は、コンデンサ４で液化された冷媒を一時的に貯蔵し、液冷媒だけを供給する。また、受液器６は、ＲＤ（レシーバードライヤー）と呼ばれるように、乾燥剤に通すことによって冷媒中の水分を除去する。膨張弁７は、エバポレータ２２の入口に設けられ、エバポレータ２２に流入する冷媒を減圧する。また、エバポレータ２２の出口温度及び出口圧力を検出する検出部７ａを一体に有している。

　上記のＨＶＡＣユニット２０は、外気導入口又は内気導入口から空気を取り入れるブロア２１と、冷房用熱交換器であるエバポレータ２２と、暖房用熱交換器であるヒータコア２４と、エバポレータ２２又はヒータコア２４との熱交換により温調された空気を吹き出す空調吹き出し口とを備えている。空調吹き出し口としては、吹き出される空気が、乗員の足元側に向かうフット吹き出し口２５、及び乗員の上半身側に向かうフェイス吹き出し口２６、また、フロントガラス等の曇り取りのためのデフロスタ吹き出し口２７が設けられる。

　エバポレータ２２は、ブロア２１による送風路に配置され、膨張弁７からの冷媒を周囲から熱を奪いながら蒸発させる。これにより室内空気（車室内に吹き出す空気）を冷却する。ヒータコア２４は、送風路のエバポレータ２２よりも下流側に配置され、暖房時に冷却後の空気を暖める。

　また、ヒータコア２４の通気口には、該通気口を開閉自由なダンパ２３が装着されている。ダンパ２３は、温度設定に応じてその開閉角度が制御される。ブロア２１から送風された空気は、エバポレータ２２でまず冷却される。冷却された空気は、ヒータコア２４を通過して暖められて空調吹き出し口へ流れる空気量とヒータコア２４を迂回して冷たいまま空調吹き出し口に流れる空気量とがダンパ２３により調節される。

　また、各吹き出し口２５，２６及び２７にはそれぞれ、フット弁２５ａ、フェイス弁２６ａ、デフロスタ弁２７ａが設けられており、弁制御により各吹き出し口からの送風量が適宜制御される。

　具体的な弁制御としては、フット弁２５ａのみを開いて乗員の足元側に向けて送風するフットモード、フェイス弁２６ａのみを開いて乗員の上半身側に向けて送風するフェイスモード、フット弁２５ａ及びフェイス弁２６ａを同時に開いて上半身側及び足元側に向けて送風するバイレベルモードがある。

　エンジン１の冷却水回路１４にはラジエータ１１が設けられ、ラジエータ１１はエンジン１内を循環して高温となったエンジン冷却水を外気との熱交換により冷却する。ここにおいて、上記のヒータコア２４は、ラジエータ１１と並列に配置される。したがって、ＨＶＡＣユニット２０内にて、ヒータコア２４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、これを流通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２内の冷媒は、エンジン駆動コンプレッサ３又は電動コンプレッサ５により圧縮され、コンデンサ４にて凝縮され、膨張弁７にて膨張させられ、エバポレータ２２にて蒸発させられた後、コンプレッサ３又は５に戻る。

　したがって、ＨＶＡＣユニット２０内にて、エバポレータ２２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２２にて冷却された空気は、適宜の吹き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は、通常運転時は、エンジン１が駆動しているため、エンジン駆動コンプレッサ３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５を用いて、冷媒を圧縮する。

　ここで、冷房が必要となる夏季などにおいて、例えば、吹き出し口からの空気温度と車室内の温度との差が大きく、冷房負荷が高い場合には、通常、乗員の上半身側に向けて送風するフェイスモードに自動制御されることが想定される。

　しかし、既に述べたように、フェイスモードに制御されたままの状態でアイドルストップ状態に移行するとき、電動コンプレッサ５の電力消費を低減するために冷房負荷を低下させると、エバポレータ２２を通流する空気は十分に除湿されず、水分を多く含んだ空気がフェイス吹き出し口２６から吹き出される。その結果、水分を多く含んだ空気が乗員の顔や腕に直接当たってしまうため、乗員が不快となり、車室内の快適性が損なわれてしまう。

　そこで、本実施形態では、アイドルストップ中に冷房運転要求があるときは、車室内に侵入する日射量が所定値以下、すなわち冷房が必要となる夏季などの夜間や比較的日差しが弱いときに、電動コンプレッサ５を省エネ制御すると共に、送風モードをフェイスモードから他のモードに切り替える制御を行い、除湿されずに水分を多く含んだ空気が乗員の顔や腕に当たる送風量を抑制できるようにする。これにより、アイドルストップ中に、バッテリ９電力の消費を抑制しつつ、乗員の不快感を軽減して、車室内の快適性を維持できるようにする。

　かかるアイドルストップ中における空調制御は、図１中の制御装置３０により実行される。
　また、制御装置３０は、図１中の日射量センサ４０により検出した日射量を読み込むようになっており、例えば、日射量センサ４０は、検出した日射量を電流値として制御装置３０に出力する。制御装置３０は、この日射量の他、各種センサ（図示省略）により検出した内気温度及び湿度、外気温度及び湿度、バッテリ電圧等の各種センサ値を読み込むようになっている。

　本発明によるアイドルストップ中における空調制御について、図２の制御フロー図を用いて説明する。本フローは、フェイスモードに制御された状態（通常制御）での冷房運転中、車両がアイドルストップ状態に移行したときに、実行される。本フローの開始と同時に、エンジン１は停止するので、エンジン駆動コンプレッサ３に代わって電動コンプレッサ５を運転する。

　ステップＳ１では、制御装置３０により上記各種センサ値を読み込む。
　ステップＳ２では、上記各種センサ値のうち日射量が所定値以下であるか否かを判定する。ここで、日射量は単位面積当たりの熱量（Ｗ／ｍ^２）で表わされ、日射量が所定値以下であれば、ステップＳ３に進む。

　ステップＳ３では、エバポレータ２２の出口空気温度の目標値を高く設定することにより、冷媒温度を上昇させ、電動コンプレッサ５の冷房負荷を低下させる。すなわち、エバポレータ２２の出口空気温度の目標値を例えば１０℃に設定して、電動コンプレッサ５の電力消費を低減した省エネ制御を行う（これに対し、高出力制御におけるエバポレータ２２の出口空気温度の目標値は３℃である）。

　ステップＳ４では、送風モードの切り替え制御を行う。具体的には、送風モードをフェイスモードからフットモード又はバイレベルモードに切り替える制御を行う。
　ステップＳ５では、アイドルストップ解除条件に該当するか否かを判定する。該当する場合は、アイドルストップが解除されてエンジン１が始動するので、電動コンプレッサ５に代わってエンジン駆動コンプレッサ３を運転する。該当しない場合には、再度アイドルストップ解除条件に該当するか否かを判定する。

　一方、ステップＳ２において、日射量が所定値より大きいときは、省エネ制御及び送風モードの切り替え制御を行わない。
　このとき、省エネ制御及びフェイスモード以外への切り替え制御を行ってしまうと、乗員の上半身側に向かう送風量が減少して体感温度が上昇したり、太陽熱により車室内が熱くなったりすることが懸念される。すなわち、夏季などの昼間や日差しが強いときには、コンプレッサの冷房負荷を高くして、フェイスモードにより乗員の上半身側に向かう送風量を多くする通常制御での冷房運転を行うことが要求される。
　したがって、省エネ制御及び送風モードの切り替え制御は行わず、ステップＳ６に進み、通常制御での冷房運転を行う。その後、ステップＳ５に進み、アイドルストップ解除条件に該当するか否かを判定する。

　ステップＳ５でのエンジン駆動コンプレッサ３の運転開始後は、通常制御に移行する。

　本実施形態によれば、アイドルストップ中で、日射量が所定値以下のときに、エバポレータの出口空気温度が高く設定して冷房負荷を低下させることにより、電動コンプレッサの電力消費を低減した省エネ制御での冷房運転が可能となる。

　本実施形態によれば、上記のように電動コンプレッサの電力消費を低減するように冷房負荷を低下させると共に、送風モードをフェイスモードからフットモード又はバイレベルモードに切り替える制御を行うことにより、水分を含んだ空気を乗員の足元側に送風するか、又は上半身側及び足元側の両方から送風する。
　すなわち、冷房が必要となる夏季などの夜間や比較的日差しが弱いときに、電動コンプレッサの省エネ制御により、十分に除湿されない空気が車室内に吹き出されても、乗員の顔や腕に直接当たる送風量が抑制される。
　したがって、アイドルストップ中に、バッテリ電力の消費を抑制しつつ、乗員の不快感を軽減でき、ひいては、車室内の快適性を維持できるので、アイドルストップ可能時間を延長できる。

　また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良又は変更を包含するものであることは言うまでもない。

　１…エンジン
　２…冷媒回路
　３…エンジン駆動コンプレッサ
　４…コンデンサ
　５…電動機駆動コンプレッサ
　６…受液器
　７…膨張弁
　７ａ…検出部
　８…冷却用ファン
　９…バッテリ
　１０…オルタネータ
　１１…ラジエータ
　１２…ベルト
　１３…クラッチ
　１４…冷却水回路
　２０…ＨＶＡＣユニット
　２１…ブロア
　２２…エバポレータ
　２３…ダンパ
　２４…ヒータコア
　２５…フット吹き出し口
　２５ａ…フット弁
　２６…フェイス吹き出し口
　２６ａ…フェイス弁
　２７…デフロスタ吹き出し口
　２７ａ…デフロスタ弁
　３０…制御装置
　４０…日射量センサ

Claims (3)

1. 　アイドルストップ中に電動機駆動コンプレッサを使用して冷房する車両用空調装置において、
   　日射量を検出する日射量センサと、
   　アイドルストップ中で、前記日射量センサにより検出される日射量が所定値以下のときに、前記電動機駆動コンプレッサの電力消費を低減するように冷房負荷を低下させると共に、乗員の上半身側に向かう送風量を低下させる制御装置と、
   　を備えることを特徴とする、車両用空調装置。
2. 　前記制御装置は、エバポレータの出口空気温度の目標値を高く設定することにより、冷房負荷を低下させることを特徴とする、請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 　前記制御装置は、前記乗員の上半身側に向けて送風するフェイスモードから、前記乗員の足元側に向けて送風するフットモード、又は前記乗員の上半身側及び足元側の両方に向けて送風するバイレベルモードに切り替えることで、前記乗員の上半身側へ向かう送風量を低下させることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の車両用空調装置。

Images