JP2007210443A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒流量や熱負荷の各変化に対して吐出圧力の変動量を抑制させ、ドライバビリティの悪化を防止するとともに、冷凍回路の保護を図る車両用空調装置を提供する。
【解決手段】圧縮機(20)と、この圧縮機内の圧縮ユニットにおけるＣＯ_２冷媒の吐出圧力の上昇し得る状況を検知して吐出圧力の上昇を予測する予測手段(52)と、吐出圧力の上昇が予測された場合には、圧縮機内のクラッチを断続して連結させる制御手段(54)とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空調装置に係り、詳しくは冷凍回路の冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用した車両用空調装置に関する。

この種の車両用空調装置の圧縮機には、蒸発器からの冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して凝縮器に向けて吐出するとの一連のプロセスを実施する圧縮ユニットが備えられており、凝縮器を経た冷媒は膨張弁を介して蒸発器に至る。
ここで、圧縮ユニットから吐出された冷媒の吐出圧力は高くなることから、高圧流路、具体的には圧縮機の出口側から膨張弁の入口側に至る経路の保護が必要になる。そのため、膨張弁に圧縮機に連通するバイパス機構を設け、吐出圧力が高い場合には、膨張弁に達した冷媒を蒸発器に向かわせずに圧縮機に向かわせる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３５１９８４号公報

ところで、近年、地球環境への配慮から、地球温暖化係数の小さな値の冷媒を用いた冷凍サイクルの開発が進められている。この種の冷媒の一例としては自然系のＣＯ_２（炭酸）ガスがある。
しかしながら、ＣＯ_２冷媒の作動領域は上記高圧流路にて超臨界領域で使用されており、圧縮機から吐出されたＣＯ_２冷媒はガスクーラで冷却されるものの、液化されないことから、冷媒流量や熱負荷の各変化に対して吐出圧力の変動量が非常に大きくなる。ここで、上記従来の技術では安全性の面では有益があるが、エンジン負荷が増加するので、車両の加速性能の悪化やトルクショックが発生するとの点については依然として課題が残されている。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、冷媒流量や熱負荷の各変化に対して吐出圧力の変動量を抑制させ、ドライバビリティの悪化を防止するとともに、冷凍回路の保護を図ることができる車両用空調装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく、請求項１記載の車両用空調装置は、ＣＯ_２冷媒が冷凍回路の循環経路内を循環する車両用空調装置であって、循環経路に介挿され、ハウジング内にて回転自在に支持された回転軸と、ハウジング内にて回転軸により駆動されて冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する圧縮ユニットと、ハウジング外にてエンジンからの動力を受けて回転軸を回転させるクラッチとを備えた圧縮機と、圧縮ユニットの吐出圧力の上昇し得る状況を検知して吐出圧力の上昇を予測する予測手段と、吐出圧力の上昇が予測された場合には、クラッチを断続して連結させる制御手段とを具備することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、予測手段は、吐出圧力の上昇し得る状況として車両の加速時にクラッチを所定期間だけオフ作動させる制御の実施を検知し、制御の終了時に吐出圧力の上昇が予測された旨の信号を制御手段に出力していることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、循環経路には、冷媒の流れ方向でみて少なくとも圧縮機、及び蒸発器が介挿されており、予測手段は、吐出圧力の上昇し得る状況として蒸発器の着霜を防止すべくクラッチを所定期間だけオフ作動させる制御の実施を検知し、制御の終了時に吐出圧力の上昇が予測された旨の信号を制御手段に出力していることを特徴としている。

更にまた、請求項４記載の発明では、予測手段は、吐出圧力の上昇し得る状況として冷凍回路に対する熱負荷の上昇を要求する制御の実施を検知し、制御の実施時に吐出圧力の上昇が予測された旨の信号を制御手段に出力していることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、予測手段は、吐出圧力の上昇し得る状況としてエンジンの回転速度の上昇を要求する制御の実施を検知し、制御の実施時に吐出圧力の上昇が予測された旨の信号を制御手段に出力していることを特徴としている。

更に、請求項６記載の発明では、圧縮機は、内部可変容量式の圧縮機であり、予測手段は、吐出圧力の上昇し得る状況として空調装置のオン作動の実施を検知し、オン作動の直後に吐出圧力の上昇が予測された旨の信号を制御手段に出力していることを特徴としている。
更にまた、請求項７記載の発明では、制御手段は、オン作動とオフ作動とを少なくとも２回行わせる信号をクラッチに出力していることを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の車両用空調装置によれば、予測手段が、圧縮ユニットの吐出圧力の上昇を単に検知して制御手段に信号を出力するのではなく、この吐出圧力がいずれ上昇し得る状況を前もって検知し、吐出圧力の上昇があるものと擬制して制御手段に信号を出力するので、吐出圧力の変動量が抑制可能となる。
そして、吐出圧力の上昇が予測された場合には、制御手段がクラッチにオン作動とオフ作動とを行わせる信号を交互に出力してクラッチを連結させる。つまり、クラッチの断続運転を行い、そのオン作動が時々とぎれながら継続されることから、吐出圧力の立ち上がりが瞬時に抑えられ、吐出圧力の変動量が抑制される。この結果、ドライバビリティの悪化が低減されるし、冷凍回路の保護に寄与する。

また、請求項２記載の発明によれば、車両の加速性能を維持するために、車両の加速時にクラッチを所定期間だけオフ作動させる制御があるが、この制御の終了時には吐出圧力の変動量が大きくなる。そこで、予測手段がこの制御の実施を吐出圧力がいずれ上昇し得る状況として前もって検知し、吐出圧力の上昇があるものと擬制する。そして、この制御の終了時に制御手段に信号を出力するので、吐出圧力の変動量が確実に抑えられる。

更に、請求項３記載の発明によれば、蒸発器の出口側の温度が所定値まで低下すると、蒸発器の着霜を防止するためにクラッチを所定期間だけオフ作動させる制御があるが、この制御の終了時にも吐出圧力の変動量が大きくなる。そこで、予測手段がこの制御の実施を吐出圧力がいずれ上昇し得る状況として前もって検知し、吐出圧力の上昇があるものと擬制し、この制御の終了時に制御手段に信号を出力する。これにより、吐出圧力の変動量が確実に抑えられる。

更にまた、請求項４記載の発明によれば、予測手段が冷凍回路に対する熱負荷の上昇を要求する制御の実施を吐出圧力がいずれ上昇し得る状況として前もって検知し、この吐出圧力の上昇があるものと擬制している。そして、この制御の実施時に制御手段に信号を出力するので、吐出圧力の変動量が確実に抑えられる。
また、請求項５記載の発明によれば、上述した車両の加速性能を維持する、或いは蒸発器の着霜を防止する制御が行われない場合でも、エンジンの回転速度の上昇を要求する制御の終了時には吐出圧力の変動量が大きくなる。そこで、予測手段がエンジンの回転速度の上昇を要求する制御の実施を吐出圧力がいずれ上昇し得る状況として前もって検知し、吐出圧力の上昇があるものと擬制しており、この制御の実施時に制御手段に信号を出力するので、吐出圧力の変動量が確実に抑えられる。

更に、請求項６記載の発明によれば、内部可変容量式の圧縮機であっても、空調装置のオン作動直後には最大容量による運転が実施され得ることから、吐出圧力の変動量が大きくなるものの、予測手段が空調装置のオン作動の実施を吐出圧力がいずれ上昇し得る状況として前もって検知し、吐出圧力の上昇があるものと擬制しており、このオン作動の直後に制御手段に信号を出力するので、吐出圧力の変動量が確実に抑えられる。

更にまた、請求項７記載の発明によれば、吐出圧力はオン作動に応じて立ち上がってもオフ作動によって直ちに下降し、この作動が繰り返されることから、吐出圧力の変動量が確実に抑えられる。

以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
図１は車両の前部を概略的に示し、この前部にエンジンルーム２が設けられている。
エンジンルーム２内にはエンジン４が横置きにして配置され、このエンジン４とフロントグリル６との間にはラジエータ８及び電動ファン１０がそれぞれ配置されている。そして、電動ファン１０が駆動されると、フロントグリル６を通じてラジエータ８内に外気が導かれ、ラジエータ８内での熱交換によりエンジン４の冷却水が冷却される。

当該車両は空調装置を備え、この空調装置は冷凍回路１２を有している。この冷凍回路１２は自然系冷媒であるＣＯ_２冷媒（以下、単に冷媒と称す）の経路を有し、冷媒はこの経路を通じて循環可能であり、車室１４内の温度を所望の設定温度に調整する。
具体的には、当該経路には、上流側からコンプレッサ（圧縮機）２０、ガスクーラ２２、内部熱交換器２４、膨張弁２６、エバポレータ（蒸発器）２８及びアキュムレータ２９が順次介挿されている。また、これら圧縮機２０、ガスクーラ２２、内部熱交換器２４、膨張弁２６及びアキュムレータ２９はエンジンルーム２内に配置され、この蒸発器２８はインストルメントパネル１８内に配置されている。このパネル１８とエンジンルーム２との間はダッシュパネル１６により区画される。

上記圧縮機２０は固定容量式の圧縮機であり、動力伝達経路３０を介してエンジン４に接続され、このエンジン４からの動力を受けて作動される。詳しくは、動力伝達経路３０は、エンジン４側に取付けられた出力プーリ３２と圧縮機２０側に取付けられた駆動プーリ３４と、これら各プーリ３２、３４間に掛け回された駆動ベルト４０とからなる。
また、この圧縮機２０はハウジングを備え、このハウジングの内側には回転軸が配置されている。回転軸はハウジングに回転自在に支持され、ハウジングから突出した一端を有する。この一端には電磁クラッチ（クラッチ）３６が配設されており、空調装置のオン作動によって電磁クラッチ３６がオン作動された場合には、駆動プーリ３４の回転が回転軸に伝達される。すなわち、電磁クラッチ３６はエンジン４の動力を受け、圧縮機２０の回転軸を回転させる。一方、電磁クラッチ３６がオフ作動された場合には、駆動プーリ３４との連結が解除され、エンジン４から回転軸への動力の伝達が断たれる。これに対し、回転軸の他端は圧縮ユニットに接続されており、この圧縮ユニットは例えば、ピストン往復動型又はスクロール型のいずれのタイプであっても、回転軸の回転により駆動され、空調装置のための冷媒の吸入、圧縮及び吐出プロセスを実施する。

ここで、上記電磁クラッチ３６のオン作動及びオフ作動は電子コントロールユニット（ＥＣＵ）５０からの信号に基づいて実施される。具体的には、同図に示される如く、ＥＣＵ５０はパネル１８内に配置されており、Ｐｄ上昇予測部（予測手段）５２及びクラッチ制御部（制御手段）５４を備えている。なお、当該ＥＣＵ５０は座席下側等の車室１４内やエンジンルーム２に配置されていても良い。

前者のＰｄ上昇予測部５２では、上記圧縮ユニットの吐出圧力Ｐｄの上昇し得る状況を検知して吐出圧力Ｐｄの上昇を予測し、吐出圧力Ｐｄの上昇が予測された場合には後者のクラッチ制御部５４に信号を出力する。この吐出圧力Ｐｄの上昇し得る状況の例としては、加速オフ機能の実施がある。すなわち、車両の加速要求があった場合には、エンジン回転速度が目標値に達するまでの所定期間だけ電磁クラッチ３６をオフ作動させる制御である。Ｐｄ上昇予測部５２では、この加速オフ機能によって電磁クラッチ３６がオフ作動になったことを吐出圧力の上昇し得る状況として検知し、吐出圧力Ｐｄの上昇を予測する。そして、加速オフ機能の終了時、換言すれば、上記車両の加速要求が終了して電磁クラッチ３６がオン作動された時に吐出圧力Ｐｄの上昇が予測された旨の信号をクラッチ制御部５４に出力している。

一方、このクラッチ制御部５４では、通常の場合にはＥＣＵ５０からの各種信号に応じて電磁クラッチ３６に運転信号を出力しているが、Ｐｄ上昇予測部５２からの上記信号を受けた場合には電磁クラッチ３６に断続運転させる信号を出力する。詳しくは、上記車両の加速要求の終了時から電磁クラッチ３６のオン作動とオフ作動とを短い周期で繰り返させる。この断続運転によるオン作動及びオフ作動は少なくとも２回程度実施されており、これらオン作動の期間及びオフ作動の期間はそれぞれ１〜２秒程度である。なお、これら各期間は時間の経過とともに次第に長く、或いは短くなっても良い。

以上のように、本実施例によれば、Ｐｄ上昇予測部５２が、圧縮ユニットの吐出圧力Ｐｄの上昇した事実を単に検知して電磁クラッチ３６に信号を出力するのではなく、この吐出圧力Ｐｄがいずれ上昇し得る状況を前もって検知し、吐出圧力Ｐｄの上昇があるものと擬制してクラッチ制御部５４に信号を出力している。
そして、吐出圧力の上昇が予測された場合には、クラッチ制御部５４が電磁クラッチ５４の断続運転を行い、そのオン作動が時々とぎれながら継続される。これにより、吐出圧力Ｐｄの立ち上がりが瞬時に抑えられ、吐出圧力Ｐｄの大幅な変動が抑制される。

より具体的には、図２に示されるように、電磁クラッチ３６のオン作動時において車両の加速要求があった場合には、エンジン回転速度Ｎｅの上昇がＥＣＵ５０からエンジン４に指示される。このエンジン回転速度Ｎｅの上昇と同時に電磁クラッチ３６のオフ作動が実施される（加速オフ機能）。Ｐｄ上昇予測部５２はこのオフ作動の実施を吐出圧力Ｐｄの上昇があるものと予測する。

ここで、電磁クラッチ３６のオフ作動に伴って吐出圧力Ｐｄが減少し続ける反面、エンジン回転速度Ｎｅの上昇に伴って冷媒流量は増加している。従って、エンジン回転速度Ｎｅが目標値に到達して加速オフ機能が解除された時点において電磁クラッチ３６のオン作動が継続して実施されると、図中の一点鎖線で示される如く、吐出圧力Ｐｄが非常に大きな値になってしまう。

しかしながら、Ｐｄ上昇予測部５２はこの加速オフ機能の解除時にクラッチ制御部５４に信号を出力し、クラッチ制御部５４は、この信号に基づいて電磁クラッチ３６にオン作動とオフ作動とを短い周期で２回程度繰り返させている。これにより、図中の実線で示される如く、吐出圧力Ｐｄは電磁クラッチ３６のオン作動に応じて立ち上がるものの、続くオフ作動によって直ちに下降する。また、その後、再びオン作動に応じて立ち上がるものの、オフ作動によってやはり直ちに下降することから、続く更なるにオン作動に応じて立ち上がっても、図中の一点鎖線で示される如くの吐出圧力Ｐｄの変動量が確実に抑えられるのである。

この結果、エンジン負荷が増加せず、車両の加速性能の悪化やトルクショックが防止され、ドライバビリティの悪化が低減される。また、冷凍回路１２内の内部圧力が一時的に高くなることによる圧縮機２０、ガスクーラ２２や膨張弁２６等の高圧流路の耐久性の低下も防止され、冷凍回路の保護に寄与する。
ところで、Ｐｄ上昇予測部５２は、上述した加速オフ機能の場合に限定されるものではなく、クラッチサイクリング機能の場合にも適用可能である。

具体的には、図３に示されるように、電磁クラッチ３６のオン作動時において蒸発器２８の着霜防止要求があった場合には、蒸発器２８の出口側の温度Ｔの上昇がＥＣＵ５０から電磁クラッチ３６に指示される。つまり、蒸発器２８の出口側の温度Ｔが所定値まで低下すると、蒸発器２８の着霜を防止するために電磁クラッチ３６のオフ作動が実施される（クラッチサイクリング機能）。Ｐｄ上昇予測部５２はこのオフ作動の実施を吐出圧力Ｐｄの上昇があるものと予測する。

ここで、電磁クラッチ３６のオフ作動に伴って蒸発器２８の出口側の温度Ｔが上昇し、吐出圧力Ｐｄが減少し続ける反面、圧縮機２０の吸入側には冷媒流量が集まっている。従って、蒸発器２８の出口側の温度Ｔが目標値に到達してクラッチサイクリング機能が解除された時点において電磁クラッチ３６のオン作動が継続して実施されると、図中の一点鎖線で示される如く、吐出圧力Ｐｄが非常に大きな値になってしまう。

しかしながら、Ｐｄ上昇予測部５２はこのクラッチサイクリング機能の解除時にクラッチ制御部５４に信号を出力し、クラッチ制御部５４は、この信号に基づいて電磁クラッチ３６にオン作動とオフ作動とを短い周期で２回程度繰り返させており、図中の実線で示される如く、この場合の吐出圧力Ｐｄもまた、電磁クラッチ３６のオン作動に応じて立ち上がるものの、続くオフ作動によって直ちに下降し、その後、再びオン作動に応じて立ち上がるが、オフ作動によってやはり直ちに下降するので、続く更なるにオン作動に応じて立ち上がっても、図中の一点鎖線で示される如くの吐出圧力Ｐｄの変動量が確実に抑えられる。

また、Ｐｄ上昇予測部５２は、上述した加速オフやクラッチサイクリングの各機能を有しない場合にも適用可能である。
詳しくは、図４に示されるように、電磁クラッチ３６が通常ではオフ作動されないタイプであっても、車両の加速要求があり、例えば車室１４内のアクセルペダルが踏み込まれてエンジン回転速度Ｎｅの上昇要求があった場合には、エンジン回転速度Ｎｅの上昇に伴って冷媒流量が増加し、電磁クラッチ３６のオン作動の継続実施に伴って図中の一点鎖線で示される如く、吐出圧力Ｐｄが非常に大きな値になる。

ここで、Ｐｄ上昇予測部５２はこのエンジン回転速度Ｎｅの上昇要求を吐出圧力Ｐｄの上昇があるものと予測し、例えばアクセルペダルの踏み込みによる負圧が大きくなった場合にクラッチ制御部５４に信号を出力する。そして、クラッチ制御部５４は、この信号に基づいて電磁クラッチ３６にオン作動とオフ作動とを短い周期で３回程度繰り返させている。これにより、図中の実線で示される如く、図中の一点鎖線に比して吐出圧力Ｐｄの変動量が確実に抑えられる。なお、このＰｄ上昇予測部は、エンジン回転速度Ｎｅの他、吐出圧力Ｐｄの立ち上がり自体を検知して吐出圧力Ｐｄの上昇を予測しても良い。

更に、Ｐｄ上昇予測部５２は、吐出圧力Ｐｄの上昇し得る状況として冷凍回路１２に対する熱負荷の上昇を要求する制御（例えば、ブロア風量がローからハイに選択される、或いは、内気循環から外気導入に選択される、又は空調装置のオン作動が選択される）の実施を検知し、これを吐出圧力Ｐｄの上昇を予測しても良い。そして、例えば風量がハイに選択、或いは外気導入に選択、又は空調装置のオン作動が選択された時に吐出圧力Ｐｄの上昇が予測された旨の信号をクラッチ制御部５４に出力する。クラッチ制御部５４が電磁クラッチ３６の断続運転を実施することにより、仮に熱負荷が上昇しても吐出圧力Ｐｄの変動量は確実に抑えられる。

また、上記圧縮機は、吸入圧力を一定に保つ内部可変容量式の圧縮機でも良く、この場合のＰｄ上昇予測部５２は、吐出圧力の上昇し得る状況として空調装置のオン作動の実施を検知し、これを吐出圧力の上昇を予測する。そして、空調装置のオン作動の直後に吐出圧力Ｐｄの上昇が予測された旨の信号をクラッチ制御部５４に出力し、電磁クラッチ３６の断続運転を実施することにより、吐出圧力Ｐｄの変動量は確実に抑えられる。内部可変容量式の圧縮機であっても、空調装置のオン作動直後には最大容量による運転が実施され、上述した固定容量式の圧縮機と同様に考えられるからである。

本発明の一実施例に係る車両用空調装置の概略図である。 図１の車両用空調装置による作用効果を説明する図である。 図１の車両用空調装置による作用効果を説明する図である。 図１の車両用空調装置による作用効果を説明する図である。

符号の説明

４ エンジン
１２ 冷凍回路
２０ 圧縮機
２２ ガスクーラ
２６ 膨張弁
２８ 蒸発器
３６ 電磁クラッチ（クラッチ）
５０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
５２ Ｐｄ上昇予測部（予測手段）
５４ クラッチ制御部（制御手段）

Claims (7)

1. ＣＯ_２冷媒が冷凍回路の循環経路内を循環する車両用空調装置であって、
   前記循環経路に介挿され、ハウジング内にて回転自在に支持された回転軸と、前記ハウジング内にて前記回転軸により駆動されて前記冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する圧縮ユニットと、前記ハウジング外にてエンジンからの動力を受けて前記回転軸を回転させるクラッチとを備えた圧縮機と、
   前記圧縮ユニットの吐出圧力の上昇し得る状況を検知して前記吐出圧力の上昇を予測する予測手段と、
   前記吐出圧力の上昇が予測された場合には、前記クラッチを断続して連結させる制御手段と
   を具備することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記予測手段は、前記吐出圧力の上昇し得る状況として車両の加速時に前記クラッチを所定期間だけオフ作動させる制御の実施を検知し、該制御の終了時に前記吐出圧力の上昇が予測された旨の信号を前記制御手段に出力してい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. 前記循環経路には、前記冷媒の流れ方向でみて少なくとも前記圧縮機、及び蒸発器が介挿されており、
   前記予測手段は、前記吐出圧力の上昇し得る状況として前記蒸発器の着霜を防止すべくクラッチを所定期間だけオフ作動させる制御の実施を検知し、該制御の終了時に前記吐出圧力の上昇が予測された旨の信号を前記制御手段に出力していることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
4. 前記予測手段は、前記吐出圧力の上昇し得る状況として前記冷凍回路に対する熱負荷の上昇を要求する制御の実施を検知し、該制御の実施時に前記吐出圧力の上昇が予測された旨の信号を前記制御手段に出力していることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
5. 前記予測手段は、前記吐出圧力の上昇し得る状況として前記エンジンの回転速度の上昇を要求する制御の実施を検知し、該制御の実施時に前記吐出圧力の上昇が予測された旨の信号を前記制御手段に出力していることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
6. 前記圧縮機は、内部可変容量式の圧縮機であり、
   前記予測手段は、前記吐出圧力の上昇し得る状況として空調装置のオン作動の実施を検知し、該オン作動の直後に前記吐出圧力の上昇が予測された旨の信号を前記制御手段に出力していることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
7. 前記制御手段は、前記オン作動と前記オフ作動とを少なくとも２回行わせる信号を前記クラッチに出力していることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。

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