JP2020006881A - 車両用空調システム及び車両用空調システムの電動機の劣化度推定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】車両用空調システムの凝縮器冷却用の送風機の駆動用電動機の劣化の程度を正確に推定することができる車両用空調システム及び車両用空調システムの電動機の劣化度推定方法を提供する。【解決手段】電動機8の劣化度を判定する指標である劣化判定用指標Iwを、内燃機関10のエンジン回転数Neを累計して算出される総エンジン回転数SNeに関する累計時間である内燃機関10の運転時間tのなかで、内燃機関10を冷却するエンジン冷却水Wの温度Twが予め設定された設定温度Tw1以上となった時間の積算値またはエンジン冷却水Wの温度Twが設定温度Tw1以上となった回数として、総エンジン回転数SNeと劣化判定用指標Iwとに基づいて、電動機8の劣化度を推定する制御を行う。【選択図】図4
Description
本開示は、車両用空調システム及び車両用空調システムの電動機の劣化度推定方法に関する。
一般に、車両用空調システム(車両用エアコンディショナー)は、コンプレッサ(圧縮器)、コンデンサ(凝縮器)、膨張弁及びエバポレータ(蒸発器)を備え、大気(走行風)等で冷媒を冷却しながら、コンプレッサ、コンデンサ、膨張弁、エバポレータ、コンプレッサの順に循環させることで、車両の内部を冷却している。冷媒は、ファン(送風機)によりコンデンサに向けて送風される走行風とコンデンサで熱交換させることで冷却される(例えば、特許文献1参照)。ファンはモータ(電動機)により駆動される。
ファン駆動用のモータは、使用されるにつれて徐々に劣化していく。モータが故障すると、結果的に車両用空調システムが機能しなくなる。したがって、モータが故障する前にモータを新品と交換することが重要である。実際のモータの状態や劣化度を把握することなく、定期的に交換する手法が考えられる。しかしながら、この場合には、実際には交換が不要な劣化度のモータを交換してしまう虞がある。
本開示の目的は、車両用空調システムの凝縮器冷却用の送風機の駆動用電動機の劣化の程度を正確に推定することができる車両用空調システム及び車両用空調システムの電動機の劣化度推定方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための本開示の車両用空調システムは、車内空間の空調を調整する車両用空調システム内を循環する冷媒を走行風との熱交換により冷却する凝縮器と、この凝縮器に走行風を送風する送風機と、この送風機を駆動する電動機と、制御装置と、を備えて構成される車両用空調システムにおいて、前記電動機の劣化度を判定する指標である劣化判定用指標を、内燃機関のエンジン回転数を累計して算出される総エンジン回転数に関する累計時間である前記内燃機関の運転時間のなかで、前記内燃機関を冷却するエンジン冷却水の温度が予め設定された設定温度以上となった時間の積算値またはエンジン冷却水の温度が前記設定温度以上となった回数として、前記制御装置が、前記総エンジン回転数と前記劣化判定用指標とに基づいて、前記電動機の劣化度を推定する制御を行うように構成される。
また、上記の目的を達成するための本開示の車両用空調システムの電動機の劣化度推定方法は、車内空間の空調を調整する車両用空調システム内を循環する冷媒を走行風との熱交換により冷却する凝縮器と、この凝縮器に走行風を送風する送風機と、この送風機を駆動する電動機とを備えて構成される車両用空調システムであって、この車両用空調システムの前記電動機の劣化度を推定する車両用空調システムの電動機の劣化度推定方法において、前記電動機の劣化度を判定する指標である劣化判定用指標を、内燃機関のエンジン回転数を累計して算出される総エンジン回転数に関する累計時間である前記内燃機関の運転時間のなかで、前記内燃機関を冷却するエンジン冷却水の温度が予め設定された設定温度以上となった時間の積算値またはエンジン冷却水の温度が前記設定温度以上となった回数として、前記総エンジン回転数と前記劣化判定用指標とに基づいて、前記電動機の劣化度を推定することを特徴とする方法である。
本開示によれば、電動機の劣化度をエンジンの使用状況に応じて推定することとしたので、電動機の劣化度を正確に推定することができる。その結果、電動機をその劣化度に応じた適切な時期に交換することができ、車検時の電動機の交換作業やこの交換作業に伴うコストの発生を抑えることができる。
以下、本発明の車両用空調システム及び車両用空調システムの電動機の劣化度推定方法について図に示した実施形態に基づいて説明する。
図1に例示するように、本発明の車両用空調システム1は、車内空間の空調を調整(冷却)するシステムで、冷媒RGの循環する順に、コンプレッサ(圧縮器)2、コンデンサ(凝縮器)3、アキュムレータ4、膨張弁5及びエバポレータ6(蒸発器)を備えて構成されている。
コンプレッサ2は、低温低圧の気体状態の冷媒RGを圧縮して高温高圧の半液体状態の冷媒RGとする装置である。コンデンサ3は、コンプレッサ2通過後の高温高圧の半液体状態の冷媒RGを走行風と熱交換させることで冷却及び凝縮(液化)して低温高圧の液体状態の冷媒RGとする装置である。アキュムレータ4は、コンデンサ3通過後の冷媒RGの内、気体状態で残存した冷媒RGを分離する気液分離装置である。膨張弁5は、コンデンサ3及びアキュムレータ4通過後の低温高圧の液体状態の冷媒RGを霧化させる装置である。エバポレータ6は、膨張弁5通過後の霧化した低温高圧の冷媒RGをエバポレータ6の周囲の熱を奪いながら低温低圧の気体状態の冷媒RGに変化させる装置である。
また、車両用空調システム1には、ファン(送風機)7とモータ(電動機)8とが備えられる。ファン7は、コンデンサ3の近傍に配置され、コンデンサ3に走行風を送風する装置である。モータ8は、回転軸であるローターと、このローターを支持するブラシとを有するブラシ付きモータで、ファン7に接続されて配置される。また、車両用空調システム1には、車内空間の温度に応じてモータ8に駆動用の制御信号を送信する制御装置9を備える。
ここで、車両の動力源であるエンジン(内燃機関)10の冷却用回路について説明する。図2に例示するように、エンジン10の冷却用回路は、エンジン冷却水Wが流通する回路で、エンジン10の他に、サーモスタット11とラジエータ12が備わる。
サーモスタット11は、エンジン冷却水Wの温度Twに応じてエンジン冷却水Wの流路をラジエータ12を通過する流路にするか否かを設定する装置である。より詳細には、エンジン冷却水Wの温度Twが予め設定された設定温度Tw1以上であるときには、エンジン10が高負荷でありエンジン冷却能力を大きくする必要があるとして、エンジン冷却水Wをラジエータ12に通過させる(エンジン冷却水Wの流れる順を、エンジン10、サーモスタット11、ラジエータ12、エンジン10とする)。
一方、エンジン冷却水Wの温度Twが設定温度Tw1未満であるときには、エンジン10が高負荷ではなくエンジン冷却能力を大きくする必要はないとして、エンジン冷却水Wをラジエータ12に通過させない(エンジン冷却水Wの流れる順を、エンジン10、サーモスタット11、エンジン10とする)。
エンジン10の冷却システムの配置に関しては、一例として図3に示すように、車両の幅方向(X方向)の略中央に、車両の進行方向(Y方向)前方より順に、ラジエータ12、エンジン用ファン13及びエンジン10が、その周辺に配置された車体フレーム14に接続されて配置される。エンジン用ファン13は、走行風をエンジン10に向けて送風する装置であり、エンジン冷却水Wの温度に応じて駆動する。また、車両用空調システム1のコンデンサ3、ファン7及びモータ8は、エンジン10の配置位置に対して、車体フレーム14を介してX方向左側かつY方向前方に配置される。
エンジン10の運転中で、運転手が位置する車内空間の温度が上昇し、車両用空調システム1を使用するような場合では、モータ8でファン7を駆動して、コンデンサ3における冷媒RGと走行風との間で熱交換をしている。その結果、モータ8の劣化度(どの程度劣化しているか)が大きくなる。このファン7を駆動するような場合では、エンジン冷却水の温度も上昇している。
一方、モータ8の劣化度は、モータ8の累積運転時間と、駆動開始若しくは駆動停止の回数と密接な関連があり、これらは、総エンジン回転数とエンジン冷却水における高温の連続時間、若しくは、エンジン冷却水の温度上昇と温度低下の回数に関係している。そのため、モータ8の劣化度の判定に使用できる。そこで、本発明者は、指標として、既にそのデータをモニターしている総エンジン回転数とエンジン冷却水の温度の履歴を用いることで、モータ8の劣化度を推定できると知見した。
そこで、本発明の車両用空調システム1では、エンジン回転数Neを累計して算出される値である総エンジン回転数SNeを指標とする。また、ファン7及びモータ8の総駆動時間、及び、ファン7及びモータ8の駆動開始及び駆動停止の回数に対応する数値として、総エンジン回転数SNeに関する累計時間であるエンジン10の運転時間tのなかでエンジン10を冷却するエンジン冷却水Wの温度Twが予め設定された設定温度Tw1以上となった時間の積算値、又は、その回数を選択する。この時間の積算値又は回数のいずれかを指標として、劣化判定用指標Iwとする。そして、制御装置9が、総エンジン回転数SNeと劣化判定用指標Iwとに基づいて、モータ8の劣化度を推定する制御を行う構成とした。
この構成によれば、モータ8の劣化度をエンジン10の使用状況に応じて推定することとしたので、既に検出してモニターしているデータ、即ち、総エンジン回転数SNeとエンジン冷却水の温度履歴を利用して、モータ8の劣化度を正確に推定することができる。その結果、モータ8をその劣化度に応じた適切な時期に交換することができ、車検時のモータ8の不必要な交換作業やこの交換作業に伴う不必要なコストの発生を抑えることができる。
さらに、総エンジン回転数SNeと劣化判定用指標Iwとに基づいて、ブラシの摩耗量WVbをモータ8の劣化度として推定する制御を行う際に、車検時等で、ブラシの摩耗量の推定値WVbと実際のブラシの摩耗量とを比較して、この比較結果を基にした補正量をモータ8の劣化度の推定制御に加味することでモータ8の劣化度の推定精度を向上させることができる。
なお、ブラシの摩耗量WVbの算出については、総エンジン回転数SNeと劣化判定用指標Iwを基にしたマップデータを用いて算出してもよいが、制御装置9が総エンジン回転数SNeと劣化判定用指標Iwとを重みづけした一次式を用いた線形計算により算出すると、ブラシの摩耗量WVbの算出精度を向上させることができるので好ましい。この一次式とは、例えば下記の(1)式である。
WVb=α×SNe+β×Iw・・・(1)
ただし、WVb:ブラシの摩耗量、SNe:総エンジン回転数、Iw:劣化判定用指標、α、β:重み付け係数とする。
WVb=α×SNe+β×Iw・・・(1)
ただし、WVb:ブラシの摩耗量、SNe:総エンジン回転数、Iw:劣化判定用指標、α、β:重み付け係数とする。
そして、制御装置9が、ブラシの摩耗量WVbが予め設定された設定摩耗量閾値WVb1以上となったときにモータ8の交換が必要と判定する制御を行うように構成し、更に、必要であるとのフラグなどのデータを記憶しておく構成にすると、車両点検時に車両状態のデータをモニター表示する際に、このフラグ(データ)を見て、モータ8の交換が必要か否かがより明確となるので好ましい。なお、モータ8の劣化度の進行はそれほど速くはないので、運転者による交換の手配の手間を省いて、モータ8の交換が必要と判定されている状態で走行を続けて、車検時にモータ8の交換を行うようにしても、大きな支障は生じない。
次に、上記の車両用空調システム1を基にした、本発明の車両用空調システムの電動機の劣化度推定方法について、図4の制御フローを参照しながら説明する。図4の制御フローは、車両の走行時に上級の制御フローから呼ばれる制御フローである。
図4の制御フローがスタートすると、ステップS10にて、モータ8の劣化度の指標であるブラシの摩耗量WVbを総エンジン回転数SNeと劣化判定用指標Iwとに基づいて推定算出する。ステップS10の制御を実施後、ステップS20に進む。
ステップS20にて、ブラシの摩耗量WVbが設定摩耗量閾値WVb1以上であるか否かを判定する。ブラシの摩耗量WVbが設定摩耗量閾値WVb1以上である場合(YES)は、ステップS30に進み、ステップS30にて、モータ8の交換が必要であると判定し、この判定結果を制御装置9に記憶する。ステップS30の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。なお、ステップS20からステップS30に進んだ場合は、本制御フローを終了して上級の制御フローに戻った後、モータ8の交換が完了したとの信号を制御装置9が受信しない限りは再び本制御フローを実施しないようにする。
一方、ステップS20にて、ブラシの摩耗量WVbが設定摩耗量閾値WVb1未満である場合(NO)は、ステップS40に進み、モータ8の交換が不要であると判定する。ステップS40の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了し、予め設定した制御間隔を経過後に再度本制御フローを行う。
以上より、本発明の車両用空調システム1を基にした車両用空調システムの電動機の劣化度推定方法は、車内空間の空調を調整する車両用空調システム1内を循環する冷媒RGを走行風との熱交換により冷却する凝縮器3と、この凝縮器3に走行風を送風する送風機7と、この送風機7を駆動する電動機8とを備えて構成される車両用空調システム1であって、この車両用空調システム1の電動機8の劣化度を推定する車両用空調システムの電動機の劣化度推定方法において、電動機8の劣化度を判定する指標である劣化判定用指標Iwを、内燃機関10のエンジン回転数Neを累計して算出される総エンジン回転数SNeに関する累計時間である内燃機関10の運転時間tのなかで、内燃機関10を冷却するエンジン冷却水Wの温度Twが予め設定された設定温度Tw1以上となった時間の積算値またはエンジン冷却水Wの温度Twが設定温度Tw1以上となった回数として、総エンジン回転数SNeと劣化判定用指標Iwとに基づいて、電動機8の劣化度を推定することを特徴とする方法となる。
この方法によれば、上記の車両用空調システム1と同様の作用効果を奏することができる。
1 車両用空調システム
2 コンプレッサ(圧縮器)
3 コンデンサ(凝縮器)
4 アキュムレータ
5 膨張弁
6 エバポレータ(蒸発器)
7 ファン(送風機)
8 モータ(電動機)
9 制御装置
10 エンジン(内燃機関)
11 サーモスタット
12 ラジエータ
13 エンジン用ファン
14 車体フレーム
RG 冷媒
W エンジン冷却水
Tw エンジン冷却水の温度
Tw1 設定温度
t 運転時間
Ne エンジン回転数
SNe 総エンジン回転数
Iw 劣化判定用指標
WVb モータのブラシの摩耗量
WVb1 設定摩耗量閾値
2 コンプレッサ(圧縮器)
3 コンデンサ(凝縮器)
4 アキュムレータ
5 膨張弁
6 エバポレータ(蒸発器)
7 ファン(送風機)
8 モータ(電動機)
9 制御装置
10 エンジン(内燃機関)
11 サーモスタット
12 ラジエータ
13 エンジン用ファン
14 車体フレーム
RG 冷媒
W エンジン冷却水
Tw エンジン冷却水の温度
Tw1 設定温度
t 運転時間
Ne エンジン回転数
SNe 総エンジン回転数
Iw 劣化判定用指標
WVb モータのブラシの摩耗量
WVb1 設定摩耗量閾値
Claims (5)
- 車内空間の空調を調整する車両用空調システム内を循環する冷媒を走行風との熱交換により冷却する凝縮器と、この凝縮器に走行風を送風する送風機と、この送風機を駆動する電動機と、制御装置と、を備えて構成される車両用空調システムにおいて、
前記電動機の劣化度を判定する指標である劣化判定用指標を、内燃機関のエンジン回転数を累計して算出される総エンジン回転数に関する累計時間である前記内燃機関の運転時間のなかで、前記内燃機関を冷却するエンジン冷却水の温度が予め設定された設定温度以上となった時間の積算値またはエンジン冷却水の温度が前記設定温度以上となった回数として、
前記制御装置が、
前記総エンジン回転数と前記劣化判定用指標とに基づいて、前記電動機の劣化度を推定する制御を行うように構成される車両用空調システム。 - 前記電動機は、回転軸であるローターと、前記ローターを支持するブラシとを有するブラシ付き電動機であって、
前記制御装置が、
前記総エンジン回転数と前記劣化判定用指標とに基づいて、前記ブラシの摩耗量を前記電動機の劣化度として推定する制御を行うように構成される請求項1に記載の車両用空調システム。 - 前記制御装置が、
前記ブラシの摩耗量を、前記総エンジン回転数と前記劣化判定用指標とを重みづけした一次式で算出する制御を行うように構成される請求項2に記載の車両用空調システム。 - 前記制御装置が、
前記ブラシの摩耗量が予め設定された設定摩耗量閾値以上となったときに前記電動機の交換が必要と判定する制御を行うように構成される請求項2または3に記載の車両用空調システム。 - 車内空間の空調を調整する車両用空調システム内を循環する冷媒を走行風との熱交換により冷却する凝縮器と、この凝縮器に走行風を送風する送風機と、この送風機を駆動する電動機とを備えて構成される車両用空調システムであって、この車両用空調システムの前記電動機の劣化度を推定する車両用空調システムの電動機の劣化度推定方法において、
前記電動機の劣化度を判定する指標である劣化判定用指標を、内燃機関のエンジン回転数を累計して算出される総エンジン回転数に関する累計時間である前記内燃機関の運転時間のなかで、前記内燃機関を冷却するエンジン冷却水の温度が予め設定された設定温度以上となった時間の積算値またはエンジン冷却水の温度が前記設定温度以上となった回数として、
前記総エンジン回転数と前記劣化判定用指標とに基づいて、前記電動機の劣化度を推定することを特徴とする車両用空調システムの電動機の劣化度推定方法。
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---|---|
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2019
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