JP3959305B2

JP3959305B2 - 車両用空調制御装置

Info

Publication number: JP3959305B2
Application number: JP2002140935A
Authority: JP
Inventors: 隆一広瀬; 浩康灘本; 一男増子; 肇内山
Original assignee: Calsonic Kansei Corp; Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp; Marelli Corp
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: US20030233839A1; DE60306256T2; EP1362727A3; EP1362727A2; US6823681B2; DE60306256D1; JP2003326963A; EP1362727B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアコンサイクルに外部制御型の冷却電動ファンを採用した車両用空調制御装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用空調制御装置としては、例えば、特開２０００−２７４２４３号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
この従来公報には、運転領域の全域に亘り、必要最小限の冷却ファンの稼動を図ることを目的とし、コンデンサとラジエータの背面に配置された冷却電動ファンを、コンプレッサが作動するエアコンＯＮ状態では、車速、エンジン冷却水温度、コンプレッサ吐出圧力を参照パラメータとし、冷却ファン運転マップから制御定数を選択して制御する装置が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両用空調制御装置の冷却ファン制御にあっては、エアコンの運転状況情報を得る目的でのみコンプレッサ吐出圧力を参照するものであるため、あらゆる車両条件下で同じような冷却ファン制御を行った場合には、特定の車両条件（クールダウン時とアイドリング時）では燃費の悪化を促してしまうという問題があった。
【０００５】
すなわち、高い冷房能力が要求されるクールダウン時、従来技術の目的に記載されるように、必要最小限の冷却ファンの稼動を図るという技術思想を考慮して冷却ファン負荷を抑えると、高い冷房能力要求に応えるためには、冷却ファン負荷を抑えた分、コンプレッサ負荷が高いレベルまで増大する。
【０００６】
また、冷房能力の保持が要求されるアイドリング時、従来技術の目的に記載されるように、必要最小限の冷却ファンの稼動を図るという技術思想を考慮して冷却ファン負荷を抑えると、冷房能力を保持するためにコンプレッサ負荷が増大することになる。しかも、このアイドリング時には、走行風によるコンデンサ冷却能力が不足する。
【０００７】
結果的には、クールダウン時もアイドリング時にも、冷却ファン負荷の抑制に伴ってコンプレッサ負荷が増大することで、コンプレッサ負荷と冷却ファン負荷の総和によりあらわされるトータルエンジン負荷、又、トータルバッテリー負荷が高くなってしまい、これらの負荷の大きさに依存する燃費の悪化を促してしまう。
【０００８】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、クールダウン時やアイドリング時において、要求される冷房能力を確保しながら、燃費の向上を達成することができる車両用空調制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、コンプレッサと外部制御型の冷却電動ファンとを備えた車両用空調制御装置において、車両がアイドリング状態であることを検出するアイドリング状態検出手段と、前記要求冷房能力予測手段により要求冷房能力が設定値以上高まると予測されるクールダウン時、または、車両のアイドリング時、通常制御時より低いコンプレッサ吐出容量領域にてファンモータ負荷を高める制御を行う第三のファンモータ制御手段と、を設け、
該第三のファンモータ制御手段は、
コンプレッサ吐出容量に対するファンモータ負荷を決める制御マップとして、通常の走行状態で最も燃費が良い最高効率点に基づいて設定された通常制御マップと、アイドリング状態及びクールダウン状態で最も燃費が良い最高効率点に基づいて設定されたアイドリング・クールダウン制御マップと、を持ち、
クールダウン時でもアイドリング時でもない走行時には、通常制御マップを選択し、クールダウン時、または、車両のアイドリング時には、アイドリング・クールダウン制御マップを選択するようにした。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の車両用空調制御装置にあっては、コンプレッサ吐出容量に対するファンモータ負荷を決める制御マップとして、クールダウン時でもアイドリング時でもない走行時には、通常の走行状態で最も燃費が良い最高効率点に基づいて設定された通常制御マップを選択し、クールダウン時、または、車両のアイドリング時には、アイドリング状態及びクールダウン状態で最も燃費が良い最高効率点に基づいて設定されたアイドリング・クールダウン制御マップを選択するようにしたことで、通常走行時かアイドリング・クールダウン時かにかかわらず、効率的な燃費の向上を達成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用空調制御装置を実現する実施の形態を、第１実施例に基づいて説明する。
【００１３】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例の車両用空調制御装置を示す全体システム図である。図１において、１はエンジン、２はラジエータ、３は外部制御型コンプレッサ（コンプレッサ）、４はコンデンサ、５はリキッドタンク、６は温度式自動膨張弁、７はエバポレータ、８はオルタネータ、９は冷却電動ファン、１０はファンモータ、１１はコントロールバルブ、１２はブロワファン、１３はブロワファンモータである。
【００１４】
前記エンジン１とラジエータ２とは、エンジン冷却水入口管とエンジン冷却水出口管により連結されている。
【００１５】
第１実施例装置におけるエアコンサイクルは、外部制御型コンプレッサ３とコンデンサ４とリキッドタンク５と温度式自動膨張弁６とエバポレータ７とにより構成される。以下、各構成要素について説明する。
【００１６】
前記外部制御型コンプレッサ３は、前記エンジン１により駆動され、エバポレータ７から送られる低温低圧の気体による冷媒を高圧高温の気体にしてコンデンサ４に送る。この外部制御型コンプレッサ３は、内蔵されたコントロールバルブ１１に対するデューティ信号によりコンプレッサ吐出容量が外部から可変に制御される。なお、外部制御型コンプレッサ３の詳しい構成は後述する。
【００１７】
前記コンデンサ４は、前記ラジエータ２の前面に配置され、走行風や冷却電動ファン９によって得られる風で、高圧高温の冷媒を凝縮点まで冷却し高圧中温の液体にしリキッドタンク５へ送る。
【００１８】
前記リキッドタンク５は、コンデンサ４から送られる高圧中温の液体による冷媒に含まれる水分やゴミを取り除き、冷媒が円滑に供給できるように溜めて、温度式自動膨張弁６へ送る。
【００１９】
前記温度式自動膨張弁６は、リキッドタンク５から送られる高圧中温の液体による冷媒を急激に膨張させ、低温低圧の液体（霧状）にし、エバポレータ７に送る。
【００２０】
前記エバポレータ７は、温度式自動膨張弁６から送られる霧状の冷媒を、ブロワファン１２により送られる車内空気からの熱を奪いながら蒸発させることで低圧低温の気体とし、この低圧低温の気体による冷媒を外部制御型コンプレッサ３に送る。
【００２１】
前記冷却電動ファン９は、前記エンジン１により駆動されるオルタネータ８の端子電圧を電源として作動されるファンモータ１０を有する。このファンモータ１０はモータ駆動電圧がＰＷＭ制御され、ファンモータ１０の作動によるコンデンサ冷却能力が可変に制御される。
【００２２】
なお、ＰＷＭ（＝Pulse Width Modulationの略称）とは、振幅及び繰り返し周期が一定なパルスの時間幅を、信号波の波形に応じて変化させるパルス幅変調方式をいう。
【００２３】
前記ブロワファン１２は、ブロワファンモータ１３により駆動され、車室内の空気である内気を吸い込み、前記エバポレータ７に圧送し、冷たくなった空気を車室内に送り出す。
【００２４】
次に、電子制御系について説明する。図１において、１４はコントロールユニット、１５はエアコンスイッチ、１６はエンジン水温センサ、１７は高圧センサ（コンプレッサ吐出容量相当値検出手段）、１８はエバポレータ出口温度センサ（エバポレータ出口温度検出手段）、１９は車速センサ（車速検出手段）、２０はファンモータ制御部、２１はＰＷＭアンプ、２２はＥＣＶ制御部（コンプレッサ制御手段）、２３はＥＣＶアンプ、２４はＰＷＭモジュール、２５は目標エバポレータ出口温度設定手段である。
【００２５】
前記コントロールユニット１４には、エアコンスイッチ１５からのスイッチ信号、エンジン水温センサ１６からエンジン冷却水温情報、前記リキッドタンク５の出口側管の途中に設けられた高圧センサ１７からコンプレッサ吐出容量情報、エバポレータ出口温度センサ１８からエバポレータ出口温度情報、目標エバポレータ出口温度設定手段２５から目標エバポレータ出口温度設定情報、車速センサ１９から車速情報が取り込まれる。
【００２６】
ここで、前記エバポレータ出口温度センサ１８は、エバポレータ７の出口直後の位置に設けられる。また、高圧センサ１７からのセンサ値は、コンプレッサ吐出側圧力Pdをあらわす値としてファンモータ制御に用いられる。さらに、コントロールユニット１４には、上記の情報以外に、必要情報（温度調整ダイヤル情報、内気センサ情報、外気センサ情報、日射センサ情報、吸込温度センサ情報、モードスイッチ情報、ブロワファン風量情報等）が取り込まれる。
【００２７】
前記コントロールユニット１４は、ファンモータ１０へ出力するデューティ比を演算するファンモータ制御部２０と、該ファンモータ制御部２０での演算処理結果に応じてＰＷＭモジュール２４に対しデューティ信号を出力するＰＷＭアンプ２１と、コントロールバルブ１１へ出力するデューティ比を演算するＥＣＶ制御部２２と、該ＥＣＶ制御部２２の演算処理結果に応じてコントロールバルブ１１に対してデューティ信号を出力するＥＣＶアンプ２３と、を有する。
【００２８】
前記ＰＷＭモジュール２４は、オルタネータ８の端子に接続されると共に、ＰＷＭアンプ２１からのデューティ信号を受けて、ファンモータ１０に印加するＰＷＭデューティ比による駆動電圧を作り出す。
【００２９】
図２は外部制御型コンプレッサ３を示す断面図であり、図３は外部制御型コンプレッサ３のコントロールバルブ１１に対するデューティ信号によるコンプレッサ吐出容量（吐出側圧力）の制御作用説明図である。
【００３０】
前記外部制御型コンプレッサ３は、多気筒斜板式であり、コンプレッサケース３０と、プーリ３１と、駆動軸３２と、斜板駆動体３３と、斜板３４と、ピストン３５と、高圧ボール弁３６と、コントロールバルブ１１と、高圧室３７と、クランク室３８と、を有して構成されている。
【００３１】
この外部制御型コンプレッサ３は、内蔵された斜板３４の傾きを変化させることにより、吐出容量の制御を行う。つまり、外部制御型コンプレッサ３内に組み込まれたコントロールバルブ１１に対するデューティ信号により、高圧ボール弁３６のリフト量を変化させる。これにより、高圧室３７（＝吐出側圧力Pd）から高圧ボール弁３６を経過してクランク室３８へ流れ込む冷媒流量を制御し、コンプレッサ３内のクランク室３８の圧力（＝クランク室圧力Pc）を変え、斜板３４の傾きを変化させる。
【００３２】
高圧ボール弁３６のリフト量は、図３に示すように、コントロールバルブ１１のダイヤフラムに係る低圧圧力（＝吸込側圧力Ps）とセットスプリングのバネ荷重と電磁コイルに発生する磁力のバランスにより決まる。
【００３３】
前記コントロールバルブ１１内の電磁コイルには、ＥＣＶアンプ２１から、例えば、400HzのパルスON-OFF信号（デューティ信号）が送られ、デューティ比による実効電流により発生する磁力のの変化で高圧ボール弁３６のリフト量を制御する。
【００３４】
次に、作用を説明する。
【００３５】
［ファンモータ制御処理］
図４はコントロールユニット１４のファンモータ制御部２０にて実行されるファンモータ制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００３６】
ステップＳ１では、エバポレータ出口温度Tintと目標エバポレータ出口温度T'intとの差温△Ｔを算出する（要求冷房能力予測手段）。そして、算出された差温△Ｔ（＝Tint−T'int）の大きさが４℃となるまでは通常制御に設定され、算出された差温△Ｔの大きさが４℃以上になると通常制御の設定からクールダウン制御の設定に切り換えられる。そして、クールダウン制御時に算出された差温△Ｔの大きさが２℃以下になるとクールダウン制御の設定から通常制御の設定に切り換えられる。
【００３７】
ここで、目標エバポレータ出口温度T'intは、コントロールユニット１４のＥＣＶ制御部２２（目標エバポレータ出口温度設定手段）において、外気温度、室内温度、目標吹出風温度等に応じて演算される目標コンプレッサ吐出容量を得るコンプレッサ制御が行われるが、この演算処理の途中段階において求められる。そして、双方向通信線を介してＥＣＶ制御部２２からファンモータ制御部２０に取り込まれる。
【００３８】
ステップＳ２では、ステップＳ１で通常制御に設定されているか否かが判断され、通常制御に設定されている場合にはステップＳ３へ移行し、クールダウン制御に設定されている場合にはステップＳ６へ移行する。
【００３９】
ステップＳ３では、車速Ｖが35km/hとなるまではアイドル制御に設定され、車速Ｖが35km/h以上になるとアイドル制御の設定から通常制御の設定に切り換えられる。そして、通常制御時に車速Ｖが25km/h以下になると通常制御の設定からアイドル制御の設定に切り換えられる。
【００４０】
ステップＳ４では、ステップＳ３で通常制御に設定されているか否かが判断され、通常制御に設定されている場合にはステップＳ５へ移行し、アイドル制御に設定されている場合にはステップＳ６へ移行する。
【００４１】
ステップＳ５では、枠内に記載の通常制御マップと、コンプレッサ吐出側圧力Pdと、を用いてファンモータ１０へのデューティ比A DUTYが求められる。
【００４２】
ここで、通常制御マップは、Pd＜10.5kg/cm²の領域ではA DUTY＝０％とされ、Pd＞19.5kg/cm²の領域ではA DUTY＝100％とされ、10.5kg/cm²≦Pd≦19.5kg/cm²の領域では増加と減少にヒステリシスを持たせながらデューティ比A DUTYが０％から100％まで比例的に変化する。
【００４３】
また、コンプレッサ吐出側圧力Pdとしては、高圧センサ１７からの圧力センサ値に基づき、圧力センサ値の変化が緩やかになるように補正されたコンプレッサ吐出側圧力認識値が用いられる。
【００４４】
ステップＳ６では、枠内に記載のアイドリング・クールダウン制御マップと、コンプレッサ吐出側圧力Pdと、を用いてファンモータ１０へのデューティ比A DUTYが求められる。
【００４５】
ここで、アイドリング・クールダウン制御マップは、Pd＜4.0kg/cm²の領域ではA DUTY＝０％とされ、Pd＞11.0kg/cm²の領域ではA DUTY＝100％とされ、4.0kg/cm²≦Pd≦11.0kg/cm²の領域では増加と減少にヒステリシスを持たせながらデューティ比A DUTYが０％から100％まで比例的に変化する。
【００４６】
なお、通常制御マップは図６の走行時の制御線に基づいて設定され、アイドリング・クールダウン制御マップは図６のアイドリング・クールダウン制御線に基づいて設定される。
【００４７】
ステップＳ７では、ステップＳ５またはステップＳ６にて求められたデューティ比A DUTYが、ファンモータデューティ比M/F Aとされ、次のステップＳ８へ移行する。
【００４８】
ステップＳ８では、ステップＳ７でのファンモータデューティ比M/F Aによるデューティ比信号が、ＰＷＭアンプ２１からＰＷＭモジュール２４に対して出力される。
【００４９】
このフローチャートで、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ６→ステップＳ７は請求項１の第一のファンモータ制御手段に相当する。また、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ６→ステップＳ７は請求項３の第二のファンモータ制御手段に相当する。また、ステップＳ１〜ステップＳ７は請求項５の第三のファンモータ制御手段に相当する。
【００５０】
［制御マップの設定］
まず、コンデンサの冷却ファンとして電動ファンを採用した場合、エンジンに加わる負荷トルク（以下、トータルエンジン負荷という）は、コンプレッサを駆動するための動力負荷トルク（以下、コンプレッサ動力負荷という）と、冷却電動ファンのオルタネータを駆動するための動力負荷トルク（以下、冷却ファン電気負荷という）と、の総和により与えられる。
【００５１】
そこで、第１実施例のように、外部制御型コンプレッサ３と外部制御型の冷却電動ファン９をエアコンシステムに採用した場合、コンプレッサ動力負荷と、冷却ファン電気負荷と、両負荷を合算したエンジン負荷との関係は、どのような関係にあるかを明らかにするために実験を行った。その実験結果を図５に示す。
【００５２】
この実験では冷房能力を変化させないようにしながらオルタネータによるエンジン負荷トルク（冷却ファン電気負荷）とコンプレッサによるエンジン負荷トルク（コンプレッサ動力負荷）との計測を行ったもので、図５の２つのエンジン負荷トルク特性から明かなように、コンプレッサによるエンジン負荷トルクを高くするとオルタネータによるエンジン負荷トルクは低くなり、逆に、オルタネータによるエンジン負荷トルクを高くするとコンプレッサによるエンジン負荷トルクは低くなるという関係にある。
【００５３】
そして、図５の実験結果により、両負荷負荷トルクを合算したトータルエンジン負荷トルクをみると、モータファン電圧６ボルトのときにトータルエンジン負荷トルクは2.15kgf-m、モータファン電圧８ボルトのときにトータルエンジン負荷トルクは1.96kgf-m、モータファン電圧１０ボルトのときにトータルエンジン負荷トルクは1.99kgf-m、モータファン電圧１２ボルトのときにトータルエンジン負荷トルクは2.14kgf-mとなり、モータファン電圧８ボルトのときにトータルエンジン負荷トルクが最も小さくなる最高効率点があらわれる。
【００５４】
よって、図５の実験により、コンプレッサ動力負荷を高くしてゆくと冷却ファン電気負荷は低くなり、逆に、冷却ファン電気負荷を高くしてゆくとコンプレッサ動力負荷は低くなるという関係を示すこと、また、冷却ファン電気負荷とコンプレッサ動力負荷のうち一方の負荷を低く抑えることが必ずしもトータルエンジン負荷を下げることにはならないということ、が解明された。
【００５５】
この解明結果は、一方のファンモータへの電気負荷を制御すると、他方のコンプレッサの動力負荷が変化するという協調関係を示し、しかも、ファンモータの電気負荷制御を最適化することにより、トータルエンジン負荷トルクが最も小さくなる最高効率点によるコンプレッサとファンモータの運転ができることを意味する。
【００５６】
そこで、本発明者は、図６に示すように、アイドリング時と、40km/hでの走行時と、60km/hでの走行時と、80km/hでの走行時について、それぞれファンモータに対するＰＷＭデューティ比とコンプレッサの吐出側圧力Pdとを変えながら、複数の最高効率点（＝最高燃費点）を計測した。
【００５７】
そして、図６に示すように、上記の計測により求められた最高効率点と、エアコンシステムの冷房能力等を考慮し、走行時の制御線の傾きとアイドリング・クールダウン制御線の傾きを決定し、走行時の制御線とアイドリング・クールダウン制御線を設定した。
【００５８】
次いで、図６の走行時の制御線に基づいて図４のステップＳ５に枠内に示す通常制御マップを設定し、図６のアイドリング・クールダウン制御線に基づいて図４のステップＳ６に枠内に示すアイドリング・クールダウン制御マップを設定した。
【００５９】
［発進時のファンモータ制御作用］
エンジン１を始動しての発進前の停車時にエアコンスイッチを入れると、エバポレータ出口温度Tintが高く、エバポレータ出口温度Tintと目標エバポレータ出口温度T'intの差温△Ｔが４℃を超えるため、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ６→ステップＳ７へと進む流れとなり、アイドリング・クールダウン制御マップを選択してのクールダウン制御が開始される。
【００６０】
すなわち、図７の▲１▼に示すように、コンプレッサ吐出側圧力Pdが7.0kg/cm²になるとファンモータ１０へのデューティ比が３０％まで上がり、コンプレッサ吐出側圧力Pdが11.0kg/cm²になるまでコンプレッサ吐出側圧力Pdの上昇に比例してファンモータ１０へのデューティ比が100％まで上がる。
【００６１】
そして、冷房効果によりエバポレータ出口温度Tintが低くなり、差温△Ｔが２℃以下になると、クールダウン制御は解除される。
【００６２】
しかし、発進しても車速が35km/hに満たない場合には、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ６→ステップＳ７へと進む流れとなり、アイドリング制御に入るが、クールダウン時もアイドリング時にも同じアイドリング・クールダウン制御マップを用いるため、結果的には同じ制御が維持される。
【００６３】
上記のように、エアコン作動開始によるクールダウン時やアイドリング時は、コンプレッサ吐出側圧力Pdが低レベルの値（7.0kg/cm²）になるとファンモータ１０の作動を開始し、しかも、コンプレッサ吐出側圧力Pdが通常の開始域（11.0kg/cm²）に達すると既にファンモータ１０へのデューティ比が１００％となるようにし、ファンモータ電気負荷を早期に大きくすることで、コンプレッサ動力負荷の増大を抑え、結果的に、高い燃費の向上が図られる。
【００６４】
すなわち、エアコン作動開始によるクールダウン時やアイドリング時は、仮にファンモータ１０を抑えて作動させるとファンモータ電気負荷は小さくなるが、協調作用によりコンプレッサ動力負荷が増大し、燃費の向上を望めない。
【００６５】
加えて、走行風によるコンデンサ４の冷却が望めず、要求される冷房能力を確保するには、冷却電動ファン９からの送風が必要である。
【００６６】
［走行時のファンモータ制御作用］
発進後に車速を上げてゆき車速が35km/h以上になると、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ７へと進む流れとなり、通常制御マップを選択しての通常制御が開始される。
【００６７】
すなわち、図７の▲２▼に示すように、車速が35km/hになるときの運転点がP1とすると、一気に運転点P2までファンモータ１０へのデューティ比を低下させ、その後、コンプレッサ吐出側圧力Pdの減少や上昇に応じ、ファンモータ１０へのデューティ比を通常制御マップに沿って変化させる制御が行われる。
【００６８】
上記のように、車速35km/h以上での走行時には、走行風によるコンデンサ４の冷却が望めることで、ファンモータ電気負荷を抑えても要求される冷房能力を確保することができるし、また、ファンモータ電気負荷を抑えることでコンプレッサ動力負荷が多少高くなってもトータルエンジン負荷は、通常制御マップに沿ったファンモータ制御により低く抑えられる。よって、通常制御マップによる狙いの通りに高い燃費の向上が図られる。
【００６９】
［停車時のファンモータ制御作用］
例えば、信号停車等であって、車速35km/h以上での走行時から減速して停車するような場合で、車速が25km/h以下になると、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ６→ステップＳ７へと進む流れとなり、アイドリング・クールダウン制御マップを選択してのアイドリング制御が開始される。
【００７０】
すなわち、図７の▲３▼に示すように、車速が25km/h以下になるときの運転点がP3とすると、一気に運転点がP4まで上昇し、ファンモータ１０へのデューティ比を１００％とする。その後、コンプレッサ吐出側圧力Pdが減少すると、コンプレッサ吐出側圧力Pdが10.0kg/cm²となるまでは、ファンモータ１０へのデューティ比を１００％が維持される。その後、コンプレッサ吐出側圧力Pdが10.0kg/cm²以下になると、その減少に応じてファンモータ１０へのデューティ比がアイドリング・クールダウン制御マップに沿って低下する制御が行われる。
【００７１】
上記のように、走行状態から停止へ移行する時は、一気にファンモータ１０へのデューティ比を１００％とし、ファンモータ電気負荷を応答良く最大値となるように変更することで、コンプレッサ動力負荷が減少する。よって、ファンによるコンデンサ冷却能力の上昇に伴い要求される冷房能力を確保しながら、コンプレッサ動力負荷に減少により、アイドリング・クールダウン制御マップによる狙いの通りの高い燃費の向上が図られる。
【００７２】
［走行途中でのクールダウン制御作用］
例えば、走行途中で窓を開け高温の外気が車室内に流入してエバポレータ出口温度Tintが上昇した場合や、走行途中で温度調整ダイヤルを操作して設定温度を大幅に低下させた場合等であって、エバポレータ出口温度Tintと目標エバポレータ出口温度T'intの差温が４℃を超えると、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ６→ステップＳ７へと進む流れとなり、アイドリング・クールダウン制御マップを選択してのクールダウン制御が開始される。
【００７３】
すなわち、図７の▲４▼に示すように、通常制御からクールダウン制御へ移行するときの運転点をP5とすると、一気に運転点がP6まで上昇し、ファンモータ１０へのデューティ比を１００％とする。その後、要求冷房能力の増大に伴ってコンプレッサ吐出側圧力Pdが増加してもアイドリング・クールダウン制御マップに沿ってファンモータ１０へのデューティ比を１００％に維持するという制御が行われる。
【００７４】
上記のように、走行途中でのクールダウン制御時は、一気にファンモータ１０へのデューティ比を１００％とし、ファンモータ電気負荷を応答良く最大値となるように変更することで、ファンと走行風により高いコンデンサ冷却能力が達成される。よって、高いコンデンサ冷却能力に伴いコンプレッサ動力負荷の増大が抑えられることで、アイドリング・クールダウン制御マップによる狙いの通りの高い燃費の向上が図られる。
【００７５】
［燃費比較］
本発明者は、エアコンのON/OFFに連動する固定コンプレッサを有するエアコンシステムＡと、外部制御型の可変容量コンプレッサに対し外部制御型のファンモータを単一制御（燃費を考慮しない独立制御）するエアコンシステムＢと、外部制御型の可変容量コンプレッサに対し外部制御型のファンモータを複合制御（燃費を考慮した協調制御）する第１実施例のエアコンシステムＣと、で燃費の比較試験を行った。
【００７６】
図８に示す３０℃，５０％での燃費比較試験結果は、900rpmでのアイドリング時には、Ａでは54.9％、Ｂでは47.8％、Ｃでは45.2％であり、Ａ→Ｂで7.1％低下し、Ｂ→Ｃで2.6％低下した。40km/hでの走行時には、Ａでは27.1％、Ｂでは26.2％、Ｃでは21.5％であり、Ａ→Ｂで0.9％低下し、Ｂ→Ｃで4.7％低下した。80km/hでの走行時には、Ａでは12.6％、Ｂでは9.2％、Ｃでは5.8％であり、Ａ→Ｂで3.4％低下し、Ｂ→Ｃで3.4％低下した。
【００７７】
図９に示す３５℃，５０％での燃費比較試験結果は、900rpmでのアイドリング時には、Ａでは56.8％、Ｂでは50.9％、Ｃでは45.9％であり、Ａ→Ｂで5.9％低下し、Ｂ→Ｃで5.0％低下した。40km/hでの走行時には、Ａでは36.3％、Ｂでは32.6％、Ｃでは32.6％であり、Ａ→Ｂで3.7％低下し、Ｂ→Ｃで0％であった。80km/hでの走行時には、Ａでは17.6％、Ｂでは14.6％、Ｃでは9.3％であり、Ａ→Ｂで3.0％低下し、Ｂ→Ｃで5.3％低下した。
【００７８】
以上により、第１実施例のエアコンシステムＣをエアコンシステムＡと比較した場合の燃費の改善効果は下記の通りである。
(a)アイドリング時には、Ａ→Ｃでは9.7％と10.9％であり、10％前後も燃費が改善することが確認された。
(b)40km/hでの走行時には、Ａ→Ｃでは5.6％と3.7％であり、5％前後も燃費が改善することが確認された。
(c)80km/hでの走行時には、Ａ→Ｃでは6.8％と8.3％であり、7〜8％前後も燃費が改善することが確認された。
【００７９】
次に、効果を説明する。
【００８０】
第１実施例の車両用空調制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００８１】
(1) 図４のステップＳ１にて、エバポレータ出口温度Tintと目標エバポレータ出口温度T'intとの差温△Ｔの大きさが４℃以上になったと判断されると、ステップＳ１からステップＳ２→ステップＳ６→ステップＳ７へと進む流れとなり、通常制御マップより低いコンプレッサ吐出側圧力Pdの領域にてファンモータ１０へのデューティ比を高めるアイドリング・クールダウン制御マップを選択してのクールダウン制御を行うようにしたため、クールダウン時において、要求される冷房能力を確保しながら、燃費の向上を達成することができる。
【００８２】
(2) エアコンサイクルに含まれるエバポレータ７の出口直後のエバポレータ出口温度Tintを検出するエバポレータ出口温度センサ１８と、エアコンサイクルに含まれるエバポレータ７の出口直後の目標エバポレータ出口温度T'intを設定するＥＣＶ制御部２２と、エバポレータ出口温度Tintと目標エバポレータ出口温度T'intとの差温△Ｔの大きさにより、要求冷房能力を予測するようにしたため、エバポレータ出口温度Tintを検出するだけで、ＥＣＶ制御部２２にて演算される目標エバポレータ出口温度T'intを利用し、容易に、しかも、精度良く要求冷房能力の大きさ（＝差温△Ｔの大きさ）を予測することができる。
【００８３】
(3) ステップＳ３にて、車速Ｖが35km/hに満たないと判断されると、ステップＳ３からステップＳ４→ステップＳ６→ステップＳ７へと進む流れとなり、通常制御マップより低いコンプレッサ吐出側圧力Pdの領域にてファンモータ１０へのデューティ比を高めるアイドリング・クールダウン制御マップを選択してのアイドリング制御を行うようにしたため、アイドリング時において、要求される冷房能力を確保しながら、燃費の向上を達成することができる。
【００８４】
(4) 車速Ｖを検出する車速センサ１９を設け、車速検出値が低速側の35km/h以下であるときに車両がアイドリング状態であると検出するようにしたため、他の車載制御システムで用いられる車速センサ１９を利用し、走行風によるコンデンサ４の冷却が望めない極低速域も含んで、容易にアイドリング状態を検出することができる。
【００８５】
(5) 図４のステップＳ１にて、エバポレータ出口温度Tintと目標エバポレータ出口温度T'intとの差温△Ｔの大きさが４℃以上になったと判断された場合、または、ステップＳ３にて、車速Ｖが35km/hに満たないと判断された場合、何れの場合もステップＳ６へ進み、通常制御マップより低いコンプレッサ吐出側圧力Pdの領域にてファンモータ１０へのデューティ比を高めるアイドリング・クールダウン制御マップを選択してのアイドリング・クールダウン制御を行うようにしたため、クールダウン時とアイドリング時との何れの車両状態においても、要求される冷房能力を確保しながら、燃費の向上を達成することができる。
【００８６】
(6) コンプレッサ吐出側圧力Pdに対するファンモータ１０へのデューティ比を決める制御マップとして、通常の走行状態で最も燃費が良い最高効率点に基づいて設定された通常制御マップと、アイドリング状態及びクールダウン状態で最も燃費が良い最高効率点に基づいて設定されたアイドリング・クールダウン制御マップと、を持ち、クールダウン時でもアイドリング時でもない走行時には、通常制御マップを選択し、クールダウン時、または、車両のアイドリング時には、アイドリング・クールダウン制御マップを選択するようにしたため、通常走行時かアイドリング・クールダウン時かにかかわらず、効率的な燃費の向上を達成することができる。
【００８７】
(7) エアコンシステムのコンプレッサとして、コンプレッサ吐出容量が外部から可変に制御される外部制御型コンプレッサ３を用い、該外部制御型コンプレッサ３は、ＥＣＶ制御部２２によりエアコンサイクルに要求される冷房能力に応じて決められる目標コンプレッサ吐出容量を得る制御を行うようにしたため、車両状態にかかわらずコンプレッサ吐出側圧力Pdの最適化（省動力・省燃費）が図られ、外部制御型コンプレッサ３の容量可変制御と、ファンモータ１０のＰＷＭ制御との併用により、コンプレッサ動力負荷（又はコンプレッサモータ電気負荷）とファンモータ電気負荷との総和によるトータルエンジン負荷また、トータルバッテリ負荷を最小に抑える高効率の燃費向上制御を達成することができる。
【００８８】
以上、本発明の車両用空調制御装置を第１実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第１実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００８９】
例えば、第１実施例では、コンプレッサとしてエンジンにより駆動される外部制御型コンプレッサを用いる例を示したが、エアコン作動が非作動かに応じてON/OFF制御される容量固定型コンプレッサにも、又、電気モータで回転数制御される電動コンプレッサにも適用することができる。
【００９０】
第１実施例では、冷却電動ファンのファンモータを無段階にＰＷＭ制御する例を示したが、ファンモータをON/OFF制御（２段階に可変）するものであっても適用することができる。又は、制御特性線（マップ）を複数持ってファンモータを制御するものであっても適用することができる。
【００９１】
第１実施例では、要求冷房能力予測手段として、エバポレータ出口温度の実際値と目標値との差温により予測する例を示したが、例えば、エアコンスイッチのON操作や、温度調整ダイヤルでの設定温度を下げる操作や、エアコンONにもかかわらず車室内温度の急上昇等、により、要求冷房能力を予測するようにしても良い。
【００９２】
第１実施例では、コンプレッサ吐出容量相当値検出手段として高圧センサの例を示したが、例えば、コンプレッサの吐出側から膨張弁に至るエアコンサイクル中の何れかの位置にて高圧冷媒の圧力を検出する手段や、コンプレッサ吐出側圧力を演算により推定する手段等を用いても良い。
【００９３】
第１実施例では、第一のファンモータ制御手段として、クールダウン時に要求冷房能力にかかわらず１つのアイドリング・クールダウン制御マップによりファンモータを制御する例を示したが、要求冷房能力が大きいほどアイドリング・クールダウン制御マップの傾きを大きくする補正を行ったり、コンプレッサ吐出側圧力の低い側に移行させたり、複数の制御マップから最適マップを選択する等、要求冷房能力の大きさに応じたファンモータ制御を行っても良い。
【００９４】
第１実施例では、エバポレータ出口温度検出手段として、エバポレータ出口温度センサを用いる例を示したが、エバポレータ入口温度センサを備えている場合には、エバポレータ入口温度からエバポレータ出口温度を推定するようにしても良い。
【００９５】
第１実施例では、アイドリング状態検出手段として、車速センサを用いる例を示したが、アイドルスイッチやエンジン回転数センサ等によりアイドリング状態検出するようにしても良い。
【００９６】
第１実施例では、第二のファンモータ制御手段として、アイドリング時には１つのアイドリング・クールダウン制御マップによりファンモータを制御する例を示したが、車速やエンジン回転数が低い程、アイドリング・クールダウン制御マップの傾きを大きくする補正を行ったり、コンプレッサ吐出側圧力の低い側に移行させたり、複数の制御マップから最適マップを選択する等、アイドリング状態に応じたファンモータ制御を行っても良い。
【００９７】
第１実施例では、第三のファンモータ制御手段として、クールダウン時には上記のように要求冷房能力の大きさに応じたファンモータ制御を行っても良いし、また、アイドリング時には上記のようにアイドリング状態に応じたファンモータ制御を行っても良い。さらに、通常走行時には、例えば、車速の大きさにより通常制御マップの傾きを変更する補正を行ったり、複数の通常制御マップから最適マップを選択する等、車速の大きさに応じたファンモータ制御を行っても良い。また、通常走行時には、車速情報以外に路面傾斜等の走行抵抗情報やアクセル開度情報等を加えて、ファンモータ制御を行うようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の車両用空調制御装置を示す全体システム図である。
【図２】第１実施例の車両用空調制御装置に適用された外部制御型コンプレッサを示す断面図である。
【図３】第１実施例の車両用空調制御装置に適用された外部制御型コンプレッサでの容量可変制御作用の説明図である。
【図４】第１実施例の車両用空調制御装置におけるコントロールユニットのファンモータ制御部にて実行されるファンモータ制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】冷房能力を保ちながら計測したオルタネータによるエンジン負荷トルク特性とコンプレッサによるエンジン負荷トルク特性と両負荷トルクを合算したトータルエンジン負荷トルク特性を示す実験結果図である。
【図６】縦軸をコンプレッサ吐出側圧力とし横軸をファンモータへのＰＷＭデューティとした場合の走行時の制御線とアイドリング・クールダウン制御線を示す図である。
【図７】様々な車両状態での作用を説明するために通常制御マップとアイドリング・クールダウン制御マップとを同じ座標軸にあらわした図である。
【図８】第１実施例のファンモータ制御による燃費向上効果を確認するために行った燃費比較試験１の結果図である。
【図９】第１実施例のファンモータ制御による燃費向上効果を確認するために行った燃費比較試験２の結果図である。
【符号の説明】
１エンジン
２ラジエータ
３外部制御型コンプレッサ（コンプレッサ）
４コンデンサ
５リキッドタンク
６温度式自動膨張弁
７エバポレータ
８オルタネータ
９冷却電動ファン
１０ファンモータ
１１コントロールバルブ
１２ブロワファン
１３ブロワファンモータ
１４コントロールユニット
１５エアコンスイッチ
１６エンジン水温センサ
１７高圧センサ（コンプレッサ吐出容量相当値検出手段）
１８エバポレータ出口温度センサ（エバポレータ出口温度検出手段）
１９車速センサ（車速検出手段）
２０ファンモータ制御部
２１ＰＷＭアンプ
２２ＥＣＶ制御部（コンプレッサ制御手段）
２３ＥＣＶアンプ
２４ＰＷＭモジュール
２５目標エバポレータ出口温度設定手段

Claims

エアコンサイクルに含まれ、エアコン作動時にエンジン又はモータにより駆動されるコンプレッサと、
エンジンにより駆動されるオルタネータ又はバッテリーを電源として作動するファンモータを有し、ファンモータによるコンデンサ冷却能力が外部から可変に制御される冷却電動ファンと、
を備えた車両用空調制御装置において、
前記エアコンサイクルに要求される冷房能力を予測する要求冷房能力予測手段と、
車両がアイドリング状態であることを検出するアイドリング状態検出手段と、前記要求冷房能力予測手段により要求冷房能力が設定値以上高まると予測されるクールダウン時、または、車両のアイドリング時、通常制御時より低いコンプレッサ吐出容量領域にてファンモータ負荷を高める制御を行う第三のファンモータ制御手段と、を設け、
該第三のファンモータ制御手段は、
コンプレッサ吐出容量に対するファンモータ負荷を決める制御マップとして、通常の走行状態で最も燃費が良い最高効率点に基づいて設定された通常制御マップと、アイドリング状態及びクールダウン状態で最も燃費が良い最高効率点に基づいて設定されたアイドリング・クールダウン制御マップと、を持ち、
クールダウン時でもアイドリング時でもない走行時には、通常制御マップを選択し、クールダウン時、または、車両のアイドリング時には、アイドリング・クールダウン制御マップを選択することを特徴とする車両用空調制御装置。
請求項１に記載された車両用空調制御装置において
前記コンプレッサは、コンプレッサ吐出容量が外部から可変に制御される外部制御型コンプレッサであり、前記外部制御型コンプレッサは、エアコンサイクルに要求される冷房能力に応じて決められる目標コンプレッサ吐出容量を得る制御を行うコンプレッサ制御手段により制御されることを特徴とする車両用空調制御装置。