JP2004122814A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを抑制しつつ、吹き出し空気温度の脈動低減および圧縮機駆動源の省動力化を図る。
【解決手段】冷凍サイクルに備えられて一定の容量で冷媒を吐出する固定容量型圧縮機１と、圧縮機１の作動により冷媒が循環して車室内吹出空気を冷却する蒸発器５とを備え、圧縮機１の駆動源を、車両エンジン２０とモータジェネレータ２１とに切り替えられるようにした車両用空調装置において、モータジェネレータ２１が圧縮機１の駆動源である場合には、圧縮機１の負荷に応じてモータジェネレータ２１の回転数を可変して制御する。これにより、安価な固定容量型圧縮機１を採用しつつ、圧縮機１からの冷媒の吐出流量を可変制御できるので、コストアップを抑制しつつ、吹き出し空気温度の脈動低減および圧縮機駆動源の省動力化を図ることができる。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両エンジンとモータジェネレータとで切替駆動させる圧縮機を備えた車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護、車両エンジンの燃費向上等を目的にして、信号待ち等の停車時に車両エンジンを自動的に停止する車両（ハイブリッド車等のアイドルストップ車）が増加する傾向にある。このようなアイドルストップ車に搭載された空調装置では、冷凍サイクルの圧縮機を、車両エンジンとモータジェネレータとで切替駆動させるようになっており、アイドルストップ停車時であってもモータジェネレータで圧縮機を駆動させて空調を可能にしている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３２４６６８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、圧縮機の種類には、吐出容量（圧縮機１回転当たりの冷媒吐出量）が一定の容量に固定された固定容量型圧縮機と、吐出容量が可変である可変容量型圧縮機とがあり、固定容量型圧縮機の場合には、圧縮機への動力伝達を断続して運転することにより蒸発器の冷却度合を制御するようにするのが一般的である。
【０００５】
固定容量型圧縮機では断続運転であるため、蒸発器の冷却度合をきめ細かく制御することができない。よって、吹出空気温度の脈動が生じてしまい空調フィーリングが悪化するとともに、圧縮機駆動源の動力ロスが大きくなる。
【０００６】
一方、可変容量型圧縮機では、固定容量型圧縮機に比べて構造が複雑となり、容量を変化させるための制御関係の部品（例えば、ソレノイド、配線、アンプ等）も必要となるため、大幅なコストアップを招いてしまう。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、コストアップを抑制しつつ、吹き出し空気温度の脈動低減および圧縮機駆動源の省動力化を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷凍サイクルに備えられて一定の容量で冷媒を吐出する固定容量型圧縮機（１）と、圧縮機（１）の作動により冷媒が循環して車室内吹出空気を冷却する蒸発器（５）とを備え、圧縮機（１）の駆動源を、車両エンジン（２０）とモータジェネレータ（２１）とに切り替えられるようにした車両用空調装置において、モータジェネレータ（２１）が圧縮機（１）の駆動源である場合には、圧縮機（１）の負荷に応じてモータジェネレータ（２１）の回転数を可変して制御することを特徴としている。
【０００９】
これによれば、安価な固定容量型圧縮機（１）を採用しつつ、圧縮機（１）の負荷に応じてモータジェネレータ（２１）の回転数を可変制御することにより圧縮機（１）からの冷媒の吐出流量を可変制御できるので、コストアップを抑制しつつ、吹き出し空気温度の脈動低減および圧縮機駆動源の省動力化を図ることができる。
【００１０】
なお、請求項２に記載の発明のように、圧縮機（１）の負荷を、蒸発器（５）を通過した直後の空気の温度（Ｔｅ）により推定して好適である。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、モータジェネレータ（２１）が発電機として機能する場合に、モータジェネレータ（２１）にて発生した交流電流を直流電流に変換する制御回路部（３１）が車両には備えられており、制御回路部（３１）に、モータジェネレータ（２１）の回転数を制御させることを特徴としている。
【００１２】
これにより、モータジェネレータ（２１）にて発生した交流電流を直流電流に変換する制御回路部（３１）に、モータジェネレータ（２１）の回転数を制御させるので、モータジェネレータ（２１）の回転数を制御する専用の制御回路を設ける場合に比べて部品点数を少なくでき、コストダウンを図ることができる。
【００１３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の全体構成を示すものである。空調用の冷凍サイクルＲは、周知のごとく、圧縮機１、凝縮器２、受液器３、減圧手段をなす膨張弁４、蒸発器５から構成されている。
【００１６】
空調ケース６は車室内へ向かって空調空気が流れる通路を形成するものであって、この空調ケース６内に蒸発器５が配置されている。この蒸発器５は空調空気を冷却する冷房用熱交換器であって、膨張弁４からの低圧の気液２相冷媒が送風機７の送風空気から吸熱して蒸発することにより空気を冷却する。
【００１７】
送風機７は遠心式送風ファン７ａとファン駆動用モータ７ｂを有している。送風機７の吸入口７ｃには図示しない内外気切替箱を通して外気または内気が吸入される。空調ケース６内で、蒸発器５の下流側にはヒータコア８が配置されている。
【００１８】
ヒータコア８は温水を熱源として空調空気を加熱する暖房用熱交換器であって、空調ケース６内においてヒータコア８の側方（上方）にはバイパス通路８ａが形成されている。そして、このバイパス通路８ａを通過する冷風とヒータコア８を通過する温風との風量割合を調整するために、ヒータコア８に隣接して板状のエアミックスドア９が回動可能に設けてある。このエアミックスドア９はサーボモータ９ａにより駆動される。
【００１９】
冷温風の混合により所望温度になった空気は、吹出モード切替ドア１１、１２、１３により開閉されるデフロスタ開口部１４、フェイス開口部１５、フット開口部１６を経て車室内の各部（窓ガラス内面、乗員上半身側、乗員足元側）に吹き出される。吹出モード切替ドア１１、１２、１３もエアミックスドア９と同様に図示しないサーボモータにより駆動される。なお、ヒータコア８には車両エンジン２０の温水（冷却水）が循環するようになっている。
【００２０】
圧縮機１の駆動源は、車両エンジン２０と電動モータ２１とに切り替えられるようになっており、図２は、車両エンジン２０、電動モータ２１および圧縮機１等を示す駆動系のシステム図である。
【００２１】
車両エンジン２０は車両走行用の駆動源および圧縮機１等の補機の駆動源となる。また、モータ２１は車両エンジン２０の作動時には車両エンジン２０により駆動されて発電機として作用する発電機兼電動機（モータジェネレータ）である。このモータ２１は、車両エンジン２０の停止時に圧縮機１等の補機を駆動する駆動源としての役割と、車両エンジン２０の作動時（車両走行中）に車両エンジン２０により駆動され車載蓄電池５０を充電する発電機としての役割と、車両エンジン２０を始動する始動用モータ（スタータ）としての役割と、発進時駆動補助としての役割とを果たす。
【００２２】
より具体的にモータ２１を説明すると、モータ２１は３相交流回転電機であって、モータとして作動する時には、駆動回路から供給される３相交流電圧により回転子に回転力を発生する３相交流モータとなり、また、発電機として作動する時には、車両エンジン２０により回転子が回転駆動されて起電力を発生する３相交流発電機となる。モータ２１の発電作用による３相交流電圧は直流に整流されて図示しない車載蓄電池を充電する。
【００２３】
車両エンジン２０のクランクシャフトには電磁クラッチ２２が備えられ、車両エンジン２０の回転がこの電磁クラッチ２２を介してクランクプーリ２３に伝達されるようになっている。このクランクプーリ２３の回転は、ベルト２４を介して圧縮機１のプーリ１ａおよびモータ２１のプーリ２１ａに伝達される。圧縮機１のプーリ１ａには電磁クラッチ２５が備えられ、この電磁クラッチ２５により圧縮機１への回転伝達が断続されようになっている。
【００２４】
以上により、圧縮機１は車両エンジン２０とモータ２１とにより切替駆動される構成になっている。すなわち、停車時等の車両エンジン２０の停止時には、圧縮機１をモータ２１により駆動するが、車両エンジン２０の作動時（車両走行中）には、車両エンジン２０によって圧縮機１を駆動する。
【００２５】
また、本実施形態の圧縮機１は、吐出容量（圧縮機１回転当たりの冷媒吐出量）が一定の容量に固定された固定容量型圧縮機である。従って、エンジン２０を駆動源として圧縮機１を駆動させる場合には、電磁クラッチ２５による断続運転により蒸発器５における冷房能力を調整するようになっている。一方、モータ２１を駆動源として圧縮機１を駆動させる場合には、後述のモータジェネレータ制御部３１によりモータ２１の回転数を制御し、当該回転数を可変とすることにより蒸発器５における冷房能力を調整するようになっている。
【００２６】
なお、クランクプーリ２３の回転はベルト２４を介して冷却水ポンプ２６、パワーステアリング駆動用油圧モータ２７等の補機にも伝達されるようになっている。従って、車両エンジン２０の停止時に、これらの補機を圧縮機１と同様にモータ２１により駆動することができる。
【００２７】
また、車両エンジン２０のクランクシャフトの電磁クラッチ２２の代わりに、車両エンジン２０からクランクプーリ２３側へのみ回転動力を伝達し、モータ２１から車両エンジン２０側への動力伝達を遮断するクラッチ機構（一方向クラッチ）を使用してもよい。但し、この場合はエンジン始動機能のために、別途、専用のスタータが必要となる。
【００２８】
車両エンジン２０、モータ２１および補機（少なくとも空調装置を含む）はそれぞれ制御部３０、３１、３２を備えている。この制御部３０、３１、３２はマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されるもので、各制御部相互の間で信号を通信し合うようになっている。これらの制御部３０、３１、３２には図示しない車載蓄電池から車両エンジン２０のイグニッションスイッチ５１を介して電源を供給するようになっている。
【００２９】
制御回路部としてのモータジェネレータ制御部３１には、上記マイクロコンピュータの他にインバータおよびコンバータが備えられており、インバータによりモータ２１の回転数を可変して制御するようになっている。
【００３０】
なお、当該モータジェネレータ制御部３１は、モータジェネレータ２１にて発生した交流電流を直流電流に変換して図示しないバッテリに充電する機能、バッテリの直流電流を交流電流に変換してモータジェネレータ２１に給電する機能、モータ２１の始動時に低回転数で始動させることにより、始動時に生じるモータ２１の騒音を低減させる機能等を有している。
【００３１】
空調用制御部３２には、入力センサとして、外気温Ｔａｍを検出する外気温センサ３３、車室内温度Ｔｒを検出する内気温センサ３４、車室内への日射量Ｔｓを検出する日射センサ３５、蒸発器５の冷却度合としての吹出空気温度（蒸発器温度）Ｔｅを検出する蒸発器温度センサ３６、ヒータコア８の温水温度Ｔｗを検出する水温センサ３７等が接続されている。
【００３２】
また、車室内の計器盤近傍に配置された空調操作パネル３８には、車室内の設定温度Ｔｓｅｔを設定する温度設定器３９、圧縮機１の断続信号を出すエアコンスイッチ４０、吹出モードの切替信号を出す吹出モードスイッチ４１、送風機７の風量切替信号を出す風量切替スイッチ４２、内外気切替信号を出す内外気切替スイッチ４３等の操作部材が設けられ、これらの操作部材の操作信号も空調用制御部３２に入力される。
【００３３】
次に、本実施形態の作動を図３のフローチャートに基づいて説明する。空調制御部３２は図３のフローチャートに従って演算・処理を実行する。
【００３４】
はじめに、ステップＳ１００にて、イグニッションスイッチがオンされ、かつ、エアコンスイッチ４０がオンされてオートエアコン制御が起動している場合には、ステップＳ２００において、車両エンジン２０を駆動させる。ここで、オートエアコン制御が起動すると空調制御部３２は常に（実際には数ミリ秒おき）車室内温度Ｔｒをモニターしている。
【００３５】
次に、ステップＳ３００において、車室内温度Ｔｒが第１所定温度（例えば３５℃）よりも高いか否かを判定し、車室内温度Ｔｒが第１所定温度より高い場合には冷房が必要であるとみなして電磁クラッチ２５を結合し、車両エンジン２０により圧縮機１を駆動させる。そして、エンジン制御部３０にエンジン駆動要求信号を出力し、車両停車時に車両エンジン２０を自動停止させるアイドルストップを禁止する。
【００３６】
一方、車室内温度Ｔｒが第１所定温度以下である場合にはステップＳ５００に進み、アイドルストップ条件が成立しているか否かを判定する。因みに、アイドルストップ条件の具体例としては、車速、シフト位置、ブレーキ、バッテリ等の状態が挙げられる。
【００３７】
そして、アイドルストップ条件が成立していなければステップＳ１００に戻り、引き続き車両エンジン２０を駆動させ、アイドルストップ条件が成立していればステップＳ６００に進み、車両エンジン２０を自動停止させてアイドルストップを開始し、空調制御を、以降のステップＳ７００〜ステップＳ１１００によるエコランモードにする。
【００３８】
エコランモードでは、乗員の空調フィーリングが限度を超えて著しく損なわれない程度に圧縮機１の駆動を制限して燃費向上を図るものである。具体的には、ステップＳ６００にてエコランモードになると、モータ２１を駆動させ、電磁クラッチ２５を結合させることにより、モータ２１を駆動源として圧縮機１を駆動させる。当該圧縮機１の駆動により冷凍サイクルＲが稼働するので、蒸発器５は低温になる。
【００３９】
そして、アイドルストップ中に、蒸発器温度センサ３６により検出された蒸発器温度Ｔｅが第２所定温度（例えば１０℃）より大きいか否かをステップＳ７００にて判定し、蒸発器温度Ｔｅが第２所定温度以下である場合にはモータ２１を所定の低回転数（例えば１４４０ｒｐｍ）で駆動させ、当該モータ２１の駆動力により圧縮機１を駆動させる。なお、モータ２１の回転数はモータジェネレータ制御部３１のインバータにより制御されている。
【００４０】
ここで、蒸発器５の温度Ｔｅが第２所定値を上回ると、蒸発器５の吸込空気温度が高い場合等、冷房負荷が大きく、乗員の空調フィーリングが限度を超えて著しく損なわれてしまうとみなし、モータ２１の回転数を高回転数に上げる。
【００４１】
具体的には、ステップＳ７００にて、蒸発器温度Ｔｅが第２所定温度より大きい場合には、モータ２１の回転数を所定の高回転数（例えば１６８０ｒｐｍ）にアップさせる要求の信号を、エンジン制御部３０を介してモータジェネレータ制御部３１に出力する（ステップＳ８００）。そして、ステップＳ９００において、モータジェネレータ制御部３１のインバータによりモータ２１の回転数を所定の高回転数に制御する。
【００４２】
ステップＳ９００またはステップＳ１０００の処理がなされると、ステップＳ１１００に進み、前述のアイドルストップ条件が成立しているか否かを判定する。アイドルストップ条件が成立していれば、ステップＳ７００に戻り、引き続きアイドルストップを継続してエコランモードによる空調制御を行う。
【００４３】
一方、アイドルストップ条件が成立していなければ、ステップＳ１２００に進み、アイドルストップを終了して車両エンジン２０を駆動させる。そして、車両エンジン２０を駆動源として圧縮機１を駆動させ、エコランモードを解除してステップＳ１００に戻り、通常のオートエアコン制御を行う。
【００４４】
なお、当該通常のオートエアコン制御を簡単に説明すると、車室内への吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯ、送風機７の目標風量レベルＢＬＷ、エアミックスドア９の目標開度ＳＷ、目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを空調制御部３２にて演算する。
【００４５】
すなわち、目標吹出温度ＴＡＯは車室内を乗員の設定した設定温度Ｔｓｅｔに維持するために必要な車室内への吹出温度であって、ＴＡＯはＴｓｅｔ、Ｔａｍ、Ｔｒ、Ｔｓに基づいて演算する。送風機７の目標風量レベルＢＬＷはＴＡＯに基づいて演算し、エアミックスドア９の目標開度ＳＷは、ＴＡＯ、Ｔｅ、Ｔｗに基づいて演算し、蒸発器１２の目標吹出温度ＴＥＯはＴＡＯ、Ｔａｍ等に基づいて演算する。そして、圧縮機１が車両エンジン２０により駆動されている場合には、実際の蒸発器温度Ｔｅが目標吹出温度ＴＥＯとなるように電磁クラッチ２５をオンオフ制御する。
【００４６】
図４は、アイドリング状態からアイドリングストップの状態に移行する際の、モータジェネレータ２１の回転数と経過時間との関係を示すタイムチャートである。アイドリングおよび移行のときには、車両エンジン２０は駆動しており、モータジェネレータ２１は車両エンジン２０により駆動されている。
【００４７】
従って、アイドリング期間および移行期間におけるモータ２１の回転数は車両エンジン２０の回転数に比例して変化している。なお、移行期間中には、車両エンジン２０の回転数は徐々に低くなるため、モータジェネレータ２１の回転数も図４に示すように徐々に低くなる。
【００４８】
そして、アイドリングストップ期間中にてモータ２１を所定の低回転数ＮＬｏで駆動させた後、蒸発器温度Ｔｅが第２所定温度よりも大きくなってしまった場合に、モータ２１を所定の高回転数ＮＨｉで駆動させて冷房能力不足を解消している。
【００４９】
以上により、本実施形態では、モータジェネレータ２１が圧縮機１の駆動源とするアイドルストップ時において、吹出空気温度（蒸発器温度）Ｔｅが第２所定温度より高い場合にはモータ２１を高回転数にし、吹出空気温度Ｔｅが第２所定温度以下である場合にはモータ２１を低回転数にしている。これにより、安価な固定容量型圧縮機１を採用しつつ、圧縮機１からの冷媒の吐出流量を可変制御できるので、コストアップを抑制しつつ、吹き出し空気温度の脈動低減および圧縮機駆動源の省動力化を図ることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、固定容量型圧縮機１を採用しながらも、アイドルストップ時には圧縮機１の負荷に応じてモータジェネレータ２１の回転数を可変して制御するので、アイドルストップ時にも断続運転する従来の固定容量型圧縮機に比べて、アイドルストップ時の車両騒音、振動を低減できる。
【００５１】
さらに、上述した種々の機能を有するモータジェネレータ制御部３１に、モータ２１の回転数を制御させるので、モータ２１の回転数を制御する専用の制御回路を設ける場合に比べて部品点数を少なくでき、コストダウンを図ることができる。
【００５２】
（他の実施形態）
上記実施形態では、モータ２１の回転数を、所定の低回転数ＮＬｏおよび高回転数ＮＨｉのいずれかに制御していたが、本発明の実施にあたり、圧縮機１の負荷に応じてモータ２１の回転数をリニアに可変させるように制御してもよいことは勿論である。
【００５３】
上記実施形態では、モータジェネレータ２１の回転数を、蒸発器５を通過した直後の空気の温度Ｔｅが第２所定温度よりも大きいか否かによって制御しているが、本発明はこれに限られるものではなく、蒸発器５の冷却度合に応じて上記回転数を制御するようにしてもよく、例えば、冷媒流量、冷媒圧力、冷媒温度等から冷却度合を算出することが挙げられる。
【００５４】
また、本発明の実施にあたり、蒸発器５の冷房負荷に応じて上記回転数を制御するようにしてもよく、例えば、蒸発器５への吸い込み空気の温度が高いほど冷房負荷が大きいと見なして回転数制御することが挙げられる。
【００５５】
また、本発明は、上述のように蒸発器５の冷房負荷に応じて回転数を制御する場合に限られるものではなく、圧縮機１の負荷が大きいほど上記回転数を高くすればよく、例えば、蒸発器５での除湿負荷が大きいほど回転数を高くすることが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の全体システム図である。
【図２】図１に示す圧縮機を駆動させる駆動系システム図である。
【図３】図１に示す空調制御部による作動フローチャートである。
【図４】図２に示すモータジェネレータの回転数と経過時間との関係を示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、５…蒸発器、２０…車両エンジン、２１…モータジェネレータ。

Claims (3)

1. 冷凍サイクルに備えられて一定の容量で冷媒を吐出する固定容量型圧縮機（１）と、前記圧縮機（１）の作動により冷媒が循環して車室内吹出空気を冷却する蒸発器（５）とを備え、
   前記圧縮機（１）の駆動源を、車両エンジン（２０）とモータジェネレータ（２１）とに切り替えられるようにした車両用空調装置において、
   前記モータジェネレータ（２１）が前記圧縮機（１）の駆動源である場合には、前記圧縮機（１）の負荷に応じて前記モータジェネレータ（２１）の回転数を可変して制御することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記圧縮機（１）の負荷を、前記蒸発器（５）を通過した直後の空気の温度（Ｔｅ）により推定す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. 前記モータジェネレータ（２１）が発電機として機能する場合に、前記モータジェネレータ（２１）にて発生した交流電流を直流電流に変換する制御回路部（３１）が車両には備えられており、
   前記制御回路部（３１）に、前記モータジェネレータ（２１）の回転数を制御させることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。

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