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

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。

特開２００５−３０３６３号公報

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。

本発明の車両用空調システムの構成を例示する図である。 エンジンの冷却水回路を例示する図である。 エンジン、コンデンサ、ファン及びモータの位置関係を例示する図である。 本発明における、車両用空調システムの電動機の劣化度を推定するための制御フローを例示する図である。

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。

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

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
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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