JP3141620B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両走行用駆動源と連
結される可変容量形コンプレッサを備えた車両用空調装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両走行用駆動源としてモータを
用いた電気自動車が供されつつある。この電気自動車の
空調装置は、冷凍サイクル用のコンプレッサを走行用駆
動源としてのモータと直結するように構成されており、
モータの回転に応じてコンプレッサが回転されて駆動さ
れるようになっている。従って、電気自動車が高速運転
されるときは、コンプレッサも高回転で駆動されるの
で、必要以上の冷房能力となってしまうと共に、コンプ
レッサの駆動のために大きな消費動力が必要となること
から消費電力が極めて大きくなる。

【０００３】一方、特に排気量が小さなエンジンを駆動
源として搭載した自動車では、空調のためにコンプレッ
サがエンジンと直結されると、エンジンによる駆動力の
一部がコンプレッサの駆動に費やされてしまうので、エ
ンジン出力が低下して駆動能力が低下してしまう。

【０００４】これらの欠点を解決するには、コンプレッ
サと駆動源との間にレギュレータを設け、駆動源の回転
が上昇するにしても、コンプレッサの回転が設定回転数
以上上昇しないように構成することが考えられるが、斯
様な構成では、レギュレータが複雑化してコストが大幅
に上昇してしまう。

【０００５】これに対して、日本電装公開技報 整理番
号７０−０２０に示される自動車用空調装置のように、
可変容量形コンプレッサを設け、エンジンの回転数が設
定回転数に達したら、エンジンと同一回転する可変容量
形コンプレッサを小容量の低能力運転で駆動することが
提案されている。このものによれば、簡単な構成で省動
力運転を実現することが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成のものでは、可変容量形コンプレッサが小容量の
低能力運転に切換わる回転数は固定されているので、コ
ンプレッサによる冷房能力よりも省動力運転を優先した
い場合であっても、駆動源の回転数が設定回転数に達し
なければ省動力運転を実現できないという欠点がある。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、可変容量形コンプレッサを用いること
により省動力運転を実行する構成において、任意に省動
力運転を実行することができる車両用空調装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、車両走行用駆
動源と連結可能に設けられ定格能力運転から小容量の低
能力運転に切換可能な冷凍サイクル用の可変容量形コン
プレッサと、このコンプレッサの回転数に相当する物理
量を検出する検出手段と、この検出手段による検出物理
量が設定値以上となったときは前記コンプレッサを定格
能力運転から低能力運転に切換える制御装置とを備えた
車両用空調装置において、車室内乗員が前記設定値を変
更する変更手段を設けると共に、前記制御装置を、前記
変更手段による設定値に応じて前記コンプレッサの運転
状態を切換えるように構成したものである。

【０００９】

【作用】車両用駆動源に可変容量形コンプレッサが連結
されると、駆動源の回転に伴ってコンプレッサの回転が
上昇し、それに伴ってコンプレッサによる冷房能力が上
昇すると共に消費動力も上昇する。そして、制御装置
は、コンプレッサの回転数に相当する物理量を検出する
検出手段により検出された検出物理量が設定値以上とな
ったところで、コンプレッサを小容量の低能力運転に切
換える。この結果、コンプレッサによる冷房能力が低下
すると共に消費動力も低下する。

【００１０】このとき、コンプレッサによる冷房能力は
飽和状態にあることから、その低下率は消費動力の低下
率よりも小さい。従って、冷房能力は大きく低下しない
のに対して消費動力は大きく低下するので、コンプレッ
サによる冷房能力を確保しながら、駆動源による駆動力
を優先することができる。

【００１１】ここで、車室内乗員が変更手段により設定
回転数を変更すると、コンプレッサが定格能力運転から
低能力運転に切換わる回転数を任意に変更することがで
きるので、車両の走行状態或いは所望に応じて省動力運
転を実行することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を電気自動車の空調装置に適用
した第１実施例を図１乃至図８を参照して説明する。図
２は冷凍サイクルの構成を示している。この図２におい
て、可変容量形コンプレッサ１は、駆動状態で高温高圧
の気化冷媒を吐出する。コンデンサ２は、コンプレッサ
１からの高温高圧の気化冷媒を凝縮することにより冷媒
を液化する。レシーバ３は、コンデンサ２からの液化冷
媒を一時的に貯留すると共に冷媒に含まれる水分を除去
する。エキスパンションバルブ４は、レシーバ３からの
液化冷媒を膨脹させることにより霧化してからエバポレ
ータ５に送る。このエキスパンションバルブ４は、エバ
ポレータ５の出口温度に応じて冷媒の通過量を調整する
温度作動式として構成されている。エバポレータ５は、
エキスパンションバルブ４からの霧化冷媒を蒸発せさて
周囲の熱を吸収することにより液化してからコンプレッ
サ１に吐出する。

【００１３】図３は電気自動車を走行させるための駆動
源たるモータと冷凍サイクル用のコンプレッサ１との連
結構造を示している。この図３において、モータ６はク
ラッチ７を介して電気自動車の駆動系８と接続されてい
る。モータ６の回転軸に設けられたプーリ９はタイミン
グベルト１０を介してコンプレッサ１のマグネットクラ
ッチ１１と連結されている。従って、クラッチ７の連結
状態では、モータ６の回転に応じて駆動系８が駆動され
ることにより電気自動車が走行すると共に、マグネット
クラッチ１１の通電状態では、モータ６の回転に応じて
コンプレッサ１が駆動されるようになっている。

【００１４】ここで、コンプレッサ１にはマグネットバ
ルブ１２が設けられており、そのマグネットバルブ１２
の通電状態でコンプレッサ１の容量は定格容量の１００
％から例えば２０％である小容量に切換えられる。つま
り、コンプレッサ１は、定格能力運転と小容量の低能力
運転とに切換可能に設けられている。また、コンプレッ
サ１には回転数検出手段たる回転センサ１３が設けられ
ており、その回転センサ１３からコンプレッサ１の回転
数を示す交流信号が出力されるようになっている。

【００１５】図４は空調装置の構成を概略的に示してい
る。この図４において、空調用ダクト１４の始端部には
ブロアファン１５が配設されていると共にそれに対向し
て内外気切換ダンパ１６が配設されており、内外気切換
ダンパ１６の切換位置に応じて外気若しくは内気が空調
用ダクト１４内に吸入される。エバポレータ５は、ブロ
アファン１５からの空気を通過状態で冷却する。エバポ
レータ５の後方側にはエアミックスダンパ１７ａにより
閉鎖可能なヒータ１７が設けられている。このヒータ１
７は、ＰＴＣヒータのような電気ヒータから成る。空調
用ダクト１４の終端部に設けられた各吹出口に対応して
フットダンパ１８，デフロスタダンパ１９及びフェース
ダンパ２０が設けられている。

【００１６】図１はコンプレッサ１の動作を制御するた
めの制御装置を示している。この図１において、制御装
置２１は給電制御回路２２と容量切換回路２３とから成
る。給電制御回路２２は車両用バッテリ２４の正端子と
ヒューズ２５を介して接続された正電源端子２６を有し
ていると共にバッテリ２４の負端子と接続される０Ｖ端
子２７を有し、さらに給電端子２８を有している。正電
源端子２６にはリレーコイル２９の一端が接続されてい
る。トランジスタ３０のコレクタはリレーコイル２９の
他端と接続され、エミッタは０Ｖ端子と接続されてい
る。正電源端子２６及び給電端子２８間にはリレースイ
ッチ３１が接続されている。

【００１７】この場合、トランジスタ３０のベースには
図示しないエアコンディショナスイッチからハイレベル
のエアコンオン信号が与えられるようになっている。従
って、エアコンディショナスイッチがオンしたときは、
トランジスタ３０のオンに応じてリレースイッチ３１が
オンすることにより給電端子２８からはバッテリ２４の
電源電圧が出力される。

【００１８】上記容量切換回路２３において、電源入力
端子３２は給電制御回路２２の給電端子２８と接続され
ていると共に出力用の給電端子３３と接続されており、
その給電端子３３にコンプレッサ１のマグネットコイル
１１が接続されている。信号入力端子３４，３５にはコ
ンプレッサに設けられた回転センサ１３が接続されてお
り、その回転センサ１３からの交流信号は制御主回路３
６に与えられる。尚、信号入力端子３５は０Ｖ端子３７
を通じてバッテリ２４の負端子と接続されている。

【００１９】トランジスタ３８のエミッタは電源入力端
子３２と接続され、コレクタは給電端子３９を通じてコ
ンプレッサ１に設けられたマグネットバルブ１２と接続
されている。このトランジスタ３８のベースには制御主
回路３６の出力が与えられている。

【００２０】制御主回路３６は、通常はトランジスタ３
８のベースにハイレベル信号を与えており、回転センサ
１３からの交流信号の周波数、つまりコンプレッサ１の
回転数が設定回転以上となったときはトランジスタ３８
のベースにローレベル信号を出力する。

【００２１】図５は容量切換回路２３の制御主回路３６
の構成を概略的に示している。即ち、制御主回路３６に
おいて、波形増幅回路４０はオペアンプ４１を主体とし
て成り、ノイズフィルタ４２を通じて入力した回転セン
サ１３からの交流信号を増幅する。Ｆ−Ｖ変換回路４３
は、波形整形回路４４を通じて入力した交流信号をその
周波数に応じた電圧に変換して出力する。判定回路４５
はコンパレータ４６を主体として成り、コンパレータ４
６の反転入力端子にはＦ−Ｖ変換回路４３からの電圧信
号が与えられる。抵抗器４７及び可変抵抗器４８の直列
回路から成る分圧回路４９はコンパレータ４６の非反転
入力端子に基準電圧を与える。尚、コンパレータ４６に
はヒステリシス抵抗５０が接続されており、コンパレー
タ４６からの出力レベルに応じて分圧回路４９からの基
準電圧が変更されるようになっている。そして、コンパ
レータ４６からの出力はバッファ５１を通じてトランジ
スタ３８のベースに与えられる。

【００２２】図６は車両のインストルメントパネルに設
けられた調整摘みを示している。この図６において、変
更手段たる調整摘み５２は、容量切換回路２３の判定回
路４５に設けられた可変抵抗器４８の抵抗値ひいては分
圧回路４９からコンパレータ４６に与える基準電圧を調
整するためのものであり、「Ｍａｘ」位置から「Ｅｃ
ｏ」位置までの範囲で回転操作できるようになってい
る。この場合、調整摘み５２が「Ｍａｘ」に位置された
状態では、分圧回路４９からの基準電圧は、Ｆ−Ｖ変換
回路４３からコンプレッサ１が２５００rpm で回転した
ときに出力する電圧信号の信号レベルに設定される。ま
た、調整摘み５２が「Ｅｃｏ」に位置された状態では、
分圧回路４３からの基準電圧は、Ｆ−Ｖ変換回路４３か
らコンプレッサ１が１７００rpm で回転したときに出力
する電圧信号の信号レベルに設定される。

【００２３】次に上記構成の作用について説明する。ア
クセルのオフ状態であるアイドリング状態ではモータ６
は所定回転数で回転している。そして、クラッチ７を連
結させると、モータ６の回転に応じて電気自動車が走行
する。

【００２４】さて、車室内を空調するために図示しない
エアコンディショナスイッチをオンすると、給電制御回
路２２のトランジスタ３０がオンしてリレースイッチ３
１がオンすることにより容量切換回路２３を通じてバッ
テリ２４の電源電圧がマグネットコイル１１に給電され
る。これにより、マグネットコイル１１の通電に応じて
コンプレッサ１１が駆動し、それに伴って冷凍サイクル
内を冷媒が循環してエバポレータ５が冷却される。そし
て、ブロアファン１５の駆動に応じて空気が空調用ダク
ト１４内に吸入されると、空気はエバポレータ５を通過
する際に冷却されると共に、その冷気の一部がエアミッ
クスダンパ１７ａの角度に応じてヒータ１７を通過する
際に暖められて空調風が生成される。この空調風は各ダ
ンパ１８，１９，２０の開度に応じて所定の吹出口から
車室内に送風される。

【００２５】一方、コンプレッサ１の駆動状態では、コ
ンプレッサ１に設けられた回転センサ１３からコンプレ
ッサ１の回転数を示す交流信号が容量切換回路２３に出
力されており、Ｆ−Ｖ変換回路４３からはコンプレッサ
１の回転数に応じた電圧信号が判定回路４５に出力され
る。

【００２６】このとき、コンプレッサ１による冷房能力
を最大限に発揮させたいときは、調整摘み５２を「Ｍａ
ｘ」位置に回転操作する。すると、容量切換回路２３の
判定回路４５に設けられた分圧回路４９から出力される
基準電圧はコンプレッサ１の回転数が２５００rpm とな
ったときにＦ−Ｖ変換回路４３から出力される電圧信号
の信号レベルに設定されるので、モータ６の回転数が低
くてコンプレッサ１の回転数が低いときは、Ｆ−Ｖ変換
回路４３から出力された電圧信号は分圧回路４９から出
力される基準電圧を下回っている。従って、コンパレー
タ４６からはハイレベル信号が出力されてトランジスタ
３８はオフしているので、マグネットバルブ１２にバッ
テリ２４の電源電圧が給電されることはなく、以てコン
プレッサ１は容量１００％の定格能力で運転される。

【００２７】そして、アクセルに応じてモータ６の回転
が上昇してコンプレッサ１が２５００rpm 以上で回転す
ると、Ｆ−Ｖ変換回路４３から出力される電圧信号はコ
ンパレータ４６に与えられている基準電圧を上回るよう
になるので、コンパレータ４６からはローレベル信号が
出力される。これにより、トランジスタ３８がオンして
バッテリ２４の電源電圧がトランジスタ３８を通じてマ
グネットバルブ１２に与えられるので、マグネットバル
ブ１２が通電し、それに応じてコンプレッサ１は定格能
力運転から容量が２０％の低能力運転に切換わる。この
結果、コンプレッサ１が２５００回転以上となったとき
は、コンプレッサ１による冷房能力が低下するものの、
コンプレッサ１の消費動力も低下するので、コンプレッ
サ１による冷房能力を確保しながらコンプレッサ１によ
る消費動力を低下させ、以て省電力運転を実行すること
ができる。

【００２８】一方、コンプレッサ１による冷房能力より
も省電力運転を一層優先したいときは、調整摘み５２を
「Ｅｃｏ」位置に回転操作する。すると、分圧回路４９
からの基準電圧は、コンプレッサ１の回転数が１７００
rpm となったときにＦ−Ｖ変換回路４３から出力される
電圧信号の信号レベルに設定されるので、モータ６の回
転が上昇してコンプレッサ１の回転が１７００rpm 以上
となると、マグネットバルブ１２に通電されてコンプレ
ッサ１は容量が２０％の低能力運転に切換わる。従っ
て、コンプレッサ１が１７００回転以上となったとき
は、コンプレッサ１による冷房能力が低下するものの、
コンプレッサ１の消費動力も低下するので、上述の場合
に比べて、コンプレッサ１の消費動力を低回転から低下
して一層の省電力運転を実行することができる。

【００２９】ここで、図７及び図８はコンプレッサ１の
容量（１００％，２０％）をパラメータとしてコンプレ
ッサ１の回転に対する冷房能力Ｑ及び消費動力Ｌを表し
たものである。この場合、図７はコンプレッサ１の容量
が１００％から２０％に２５００rpm で切換わり、図８
はコンプレッサ１の容量が１７００rpm で切換わるとき
の特性を示している。これらの図７及び図８から、コン
プレッサ１が１７００rpm 以上の高回転状態では、消費
馬力Ｌは回転数に比例して上昇するのに対して、冷房能
力Ｑは飽和状態となってその上昇度合いは低下すること
が分る。従って、コンプレッサ１が１７００rpm 以上の
高回転時に、コンプレッサ１を定格能力運転から小容量
の低能力運転に切換えた場合には、冷房能力Ｑの低下率
よりも消費動力Ｌの低下率の方が大きくなる。換言すれ
ば、冷房能力Ｑを余り損なうことなく、消費動力Ｌを低
下させることができる。

【００３０】上記構成のものによれば、調整摘み５２に
より可変容量形コンプレッサ１が定格能力運転から低能
力運転に切換わる回転数を所定回転数範囲内で任意に調
整できるようにしたので、可変容量形コンプレッサの容
量が変更される回転数が一定である従来例のものと違っ
て、電気自動車の走行状態或いは所望に応じてコンプレ
ッサ１を任意回転で小容量に切換えることにより、コン
プレッサ１による冷房能力を確保しながら、コンプレッ
サ１の消費動力を効果的に低下して省電力運転を実行す
ることができる。

【００３１】尚、上記実施例では、調整摘み５２により
コンプレッサ１が小容量に切換わる回転数として１７０
０rpm から２５００rpm までの範囲に設定したが、その
範囲は任意に設定することができる。つまり、一例とし
て、コンプレッサ１が小容量に切換わる最小回転数とし
てモータ６のアイドリング回転数を設定した場合、調整
摘み５２を「Ｅｃｏ」位置に設定したときは、コンプレ
ッサ１はモータ６のアイドリング状態で容量が２０％の
低能力運転となっているので、省電力運転を常時実行で
きることになる。この場合、調整摘み５２の「Ｅｃｏ」
表示を「アイドル」或いは「Ｉｄｏｌ」と表示するよう
にしてもよい。

【００３２】図９及び図１０は本発明の第２実施例を示
しており、第１実施例と同一部分には同一符号を付して
説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。図９
は空調装置に係わる操作ボタンを示しており、エアコン
ディショナボタン５３の側方に変更手段たるＥＣＯボタ
ン５４が設けられている。

【００３３】図１０は容量切換回路２３を示している。
この図１０において、容量切換回路２３の分圧回路５５
は、抵抗器４７，スイッチ５６及び抵抗器５７，５８を
図示のように接続して成り、接点４７とスイッチ５６と
の共通接続点がコンパレータ４６の非反転入力端子と接
続されている。このスイッチ５６は、ＥＣＯボタン５４
に対する押圧操作に応じてスイッチ５６がオンしたとき
に抵抗５７への接続状態から抵抗５８への接続状態に切
換わるようになっている。この場合、スイッチ５６のオ
フ状態では、分圧回路５５からの基準電圧は、Ｆ−Ｖ変
換回路４３からコンプレッサ１が２５００rpm で回転し
たときに出力する電圧信号の信号レベルに設定される。
また、スイッチ５６のオン状態では、分圧回路５５から
の基準電圧は、Ｆ−Ｖ変換回路４３からコンプレッサ１
が１７００rpm で回転したときに出力する電圧信号の信
号レベルに設定される。

【００３４】さて、エアコンディショナボタン５３が押
圧操作されると、コンプレッサ１がモータ６により駆動
される。このとき、ＥＣＯボタン５４の非操作状態で
は、分圧回路５５のスイッチ５６はオフしているので、
コンパレータ４６の非反転入力端子には分圧回路５５か
らコンプレッサ１の回転数が２５００rpm 時に相当する
基準電圧が出力されている。従って、Ｆ−Ｖ変換回路４
３からの電圧信号の信号レベルにかかわらずコンパレー
タ４６からはハイレベル信号が出力されているので、マ
グネットバルブ１２に通電されることはなく、コンプレ
ッサ１は定格能力で運転される。

【００３５】そして、モータ６の回転の上昇に伴ってコ
ンプレッサ１の回転数が２５００rpm 以上となったとこ
ろで、Ｆ−Ｖ変換回路４３からの電圧信号の信号レベル
が分圧回路５５からの基準電圧を上回ってトランジスタ
３８にローレベル信号が出力されるので、マグネットバ
ルブ１２に通電されてコンプレッサ１は容量が２０％の
低能力運転に切換わり、以て省電力運転を実行すること
ができる。

【００３６】さて、コンプレッサ１による冷房能力より
も省電力運転を優先したいときは、ＥＣＯボタン５４を
押圧操作する。すると、分圧回路５５のスイッチ５６が
オンして分圧回路５５からはコンプレッサ１の回転数が
１７００rpm に相当する基準電圧が出力されるので、モ
ータ６の回転の上昇に伴ってコンプレッサ１の回転数が
１７００rpm 以上となると、Ｆ−Ｖ変換回路４３から出
力される電圧信号の信号レベルが分圧回路５５による基
準電圧を上回るようになる。すると、コンパレータ４６
からローレベル信号が出力されてトランジスタ３８がオ
ンするので、マグネットバルブ１２に通電されてコンプ
レッサ１は容量が２０％の低能力運転に切換わる。この
結果、コンプレッサ１による冷房能力が低下するもの
の、それ低下率以上にコンプレッサ１の消費動力を効果
的に低下して省電力運転を実行することができる。

【００３７】尚、ＥＣＯボタン５４の表示として「Ｅｃ
ｏ」に代えて、図１１に示すように「節電」という文字
を表示するようにしてもよい。また、上記各実施例で
は、給電制御回路２２と容量切換回路２３とを独立に構
成したが、これに代えて、両方の回路を一体で構成する
ようにしてもよい。さらに、本発明をエンジンを駆動源
とする自動車に適用するように構成してもよい。

【００３８】加えて、コンプレッサ１の回転数をコンプ
レッサ１自体の回転から検出したが、モータ６の回転信
号を入力しても同一機能を有することは勿論である。こ
の場合、コンプレッサ１或いはモータ６の回転を直接入
力することなく、例えばコンプレッサ１からの冷媒の吐
出流量のようにコンプレッサ１の回転数に比例して変化
する物理量を検出する手段を設けるようにしてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の車両用空調装置によれば、車両走行用駆動源と連結さ
れる可変容量形コンプレッサを設け、制御装置によりそ
のコンプレッサを回転数に相当する物量に応じて定格能
力運転から小容量の低能力運転に切換えるものにおい
て、前記コンプレッサを定格能力運転から低能力運転に
切換える設定値を変更する変更手段を設けると共に、制
御装置を、車室内乗員による操作に応じて変更された前
記変更手段による設定値に応じて前記コンプレッサの運
転状態を切換えるように構成したので、可変容量形コン
プレッサを用いることにより省動力運転を実行する構成
において、任意に省動力運転を実行することができると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す全体の電気回路図

【図２】冷凍サイクルの概略図

【図３】モータとコンプレッサとの連結構造を示す模式
図

【図４】空調用ダクトの構成を示す模式図

【図５】容量切換回路を示す電気回路図

【図６】調整摘みの正面図

【図７】コンプレッサの回転数と冷房能力及び消費馬力
との関係を示す特性図

【図８】コンプレッサの回転数と冷房能力及び消費馬力
との関係を示す特性図

【図９】本発明の第２実施例を示す操作ボタンの正面図

【図１０】図５相当図

【図１１】本発明のその他の実施例を示す図９相当図

【符号の説明】

１はコンプレッサ、１２はマグネットバルブ、１３は回
転センサ（回転数検出手段）、２１は制御装置、５２は
調整摘み（変更手段）、５４はＥＣＯボタン（変更手
段）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/32 624

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両走行用駆動源と連結可能に設けられ
   定格能力運転から小容量の低能力運転に切換可能な冷凍
   サイクル用の可変容量形コンプレッサと、このコンプレ
   ッサの回転数に相当する物理量を検出する検出手段と、
   この検出手段による検出物理量が設定値以上となったと
   きは前記コンプレッサを定格能力運転から低能力運転に
   切換える制御装置とを備えた車両用空調装置において、車室内乗員が 前記設定値を変更する変更手段を設けると
   共に、 前記制御装置を、前記変更手段による設定値に応じて前
   記コンプレッサの運転状態を切換えるように構成したこ
   とを特徴とする車両用空調装置。