JP4226917B2 - 車両用空調制御装置 - Google Patents

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可変容量コンプレッサと冷却電動ファンとを搭載した車両用エアコンの制御を行う車両用空調制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両用エアコンとして、冷媒を高温高圧にする外部制御式の可変容量コンプレッサと、この可変容量コンプレッサから送り込まれた冷媒を熱交換により冷却するためにコンデンサに冷却空気を供給する外部制御式の冷却電動ファンとを備えたものが知られている。このような車両用エアコンに用いられる可変容量コンプレッサでは、電気信号によってその吐出容量を制御できるようになっており（ＥＣＶ制御）、この容量制御は空調制御ユニットで行われている。
【０００３】
一方、冷却電動ファンは、ファンモータによって駆動され、このファンモータはエンジン制御ユニットによってパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）される。また、ＰＷＭ制御に必要なスイッチング素子（MOS-FET）は、冷却の必要性からエンジン制御ユニットに内蔵することができず、エンジン制御ユニットの外部に別途スイッチング素子部（ＰＷＭモジュール）を設けて、このスイッチング素子部とエンジン制御ユニットを信号線で接続している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３１０２３５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両用エアコンにおいて所定の冷房能力を得るときに、燃費の向上を図るために、例えば可変容量コンプレッサとファンモータとの相互関係を考慮しながらそれぞれを制御する場合があるが、この場合は空調制御ユニットとエンジン制御ユニットとは両者を接続する車両内ネットワークを介してそれぞれの制御に必要なデータの送受信を行っている。
【０００６】
例えば、可変容量コンプレッサの容量の変動に基づいて冷却電動ファンの回転を変えたい場合には、まず空調制御ユニットから車両内ネットワークを介して冷却電動ファンの回転を要求回転数とするためのデータがエンジン制御ユニットに送られ、このデータを受信したエンジン制御ユニットがデータに基づいてファンモータを制御し冷却電動ファンの回転を変えるようになっている。
【０００７】
しかしながら、このような車両用エアコンにおいては、可変容量コンプレッサの容量の変動から冷却電動ファンの回転の変動までには通信速度に起因するタイムラグが生じる。したがって、例えばタイムラグの間は冷却電動ファンの回転数を下げることができないことにより、この間ファンモータを駆動するためのトルクがエンジンに負荷され燃費の悪化を招来する。一方、タイムラグの間冷却電動ファンの回転数を上げることができない場合には、この間は所定の冷房能力を得ることができないという問題がある。
【０００８】
また、エンジン制御ユニットがファンモータを制御する際には、ＰＷＭ波形がエンジン制御ユニットから信号線を介してスイッチング素子部に送られる。このときに信号線から放射ノイズが発生してしまうため、車両用ラジオアンテナ線を信号線から離れた場所に設置する必要があり、車両内の設計におけるレイアウト上の制約が生じるという問題もある。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、可変容量コンプレッサ／冷却ファン間において一方の状況に基づく他方の迅速な制御を可能とし、また、車両内の設計におけるレイアウト上の制約を回避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課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、エアコンサイクルにおける可変容量コンプレッサの吐出容量及び冷却ファンの回転数の一方の値を他方の値に基づいて決定し、前記可変容量コンプレッサに対するデューティ信号を出力することによって前記可変容量コンプレッサの容量制御を行うとともに、前記冷却ファンに対するデューティ信号を出力することによって前記冷却ファンの回転制御を行うことを特徴とする。
また、前記可変容量コンプレッサ及び前記冷却ファンはエンジンが発生するエネルギーを駆動源とし、前記可変容量コンプレッサを駆動させるためのエンジン負荷トルクと前記冷却ファンを駆動させるためのエンジン負荷トルクとの総和によりあらわされるトータルエンジン負荷トルクが最小となるような前記可変容量コンプレッサの吐出容量と前記冷却ファンの回転数との関係を示す制御マップを備え、エアコンの設定温度に応じて前記可変容量コンプレッサの吐出容量を決定するとともに、前記制御マップに基づいて前記吐出容量から前記冷却ファンの回転数を決定することを特徴とする。
更に、前記制御マップとして、少なくとも、通常制御マップと、クールダウン制御マップとを備え、通常走行時に通常制御マップを用いると共に、クールダウン時にクールダウン制御マップを用いるように構成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記冷却ファンに対するデューティ信号に基づいて作動して前記冷却ファンの回転制御に供するスイッチング素子を内蔵したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、制御マップを用いて冷却ファンの回転制御処理を行う際に、冷却ファンへの負荷急変による燃費の悪化を防止するスロープ処理を施すと共に、該スロープ処理として、変化量の異なる２種類のスロースタート処理を備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態に係る省動力制御ユニット（車両用空調制御装置）を備えた車両用エアコンの構成を説明するための図である。この車両用エアコン１は、エアコンサイクル２と、このエアコンサイクル２の制御等を担う電子制御系３とを備えている。
【００１５】
エアコンサイクル２は、外部制御式の可変容量コンプレッサ４と、コンデンサ５と、リキッドタンク６と、温度式自動膨張弁７と、エバポレータ８とが冷媒配管９で連結され、この冷媒配管９の中に冷媒が封入されて構成されている。
【００１６】
可変容量コンプレッサ４は、エバポレータ８から冷媒配管９を通して低圧低温の気体として送られてくる冷媒を高圧高温の気体にしてコンデンサ５に送るようになっている。この可変容量コンプレッサ４はエンジン１０によって駆動されるとともに、その吐出容量が外部から可変に制御されるようになっている。なお、エンジン１０はエンジン制御ユニット１１によって制御されるようになっており、エンジン制御ユニット１１はエンジン系センサ１２や後述する省動力制御ユニット１３からの情報に基づいて制御を行う。
【００１７】
図２は可変容量コンプレッサ４の構成を示す。可変容量コンプレッサ４は多気筒斜板式であり、コンプレッサケース１６と、プーリ１７と、駆動軸１８と、斜板駆動体１９と、斜板２０と、ピストン２１と、高圧ボール弁２２と、コントロールバルブ２３と、高圧室２４と、クランク室２５とから概略構成されている。
【００１８】
この可変容量コンプレッサ４では、内部に組み込まれたコントロールバルブ２３に後述する省動力制御ユニット１３からデューティ信号が送られることによって高圧ボール弁２２のリフト量が制御される。これにより、高圧室２４（＝吐出側圧力Ｐｄ）から高圧ボール弁２２を経過してクランク室２５へ流れ込む冷媒流量が制御され、可変容量コンプレッサ４内のクランク室２５の圧力（＝クランク室圧力Ｐｃ）が決まることによって斜板２０の傾きが決定する。この斜板２０の傾きの変化により吐出容量の制御が行われる。
【００１９】
高圧ボール弁２２のリフト量は、図３に示すように、コントロールバルブ２３のダイヤフラム２８にかかる低圧圧力（＝吸込側圧力Ｐｓ）と、セットスプリング２９のバネ荷重と、電磁コイル３０に発生する磁力とのバランスにより決定される。
【００２０】
すなわち、電磁コイル３０に発生する磁力についていえば、コントロールバルブ２３内の電磁コイル３０には、コントロールバルブ駆動回路３２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、このデューティ信号のデューティ比に基づく実効電流により磁力が発生する。この磁力がデューティ比の変化に基づいて変化することによって高圧ボール弁２２のリフト量が制御される（ＥＣＶ制御）。
【００２１】
図１に示すコンデンサ５は、後方に設けられた外部制御式の冷却電動ファン３３からの送風や車の走行風によって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てリキッドタンク６へ送るようになっている。冷却電動ファン３３はファンモータ３４によって駆動され、このファンモータ３４はエンジン１０によって駆動されるオルタネータ３５の端子電圧を電源として作動するようになっている。また、ファンモータ３４は後述する省動力制御ユニット１３からＰＷＭ制御され、これによって冷却電動ファン３３の回転数が可変に制御される。なお、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御とは、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の制御をいう。
【００２２】
また、コンデンサ５と冷却電動ファン３３との間には、エンジン冷却水配管によってエンジン１０と連結されたラジエータ３６が設けられ、エンジン冷却水配管を通して送られてくるエンジン冷却水を冷却電動ファン３３からの送風によって熱交換し冷却するようになっている。
【００２３】
リキッドタンク６は、コンデンサ５から送られてくる高圧中温の液体である冷媒に含まれる水分やゴミを取り除き、冷媒を円滑に供給できるように溜めつつ、温度式自動膨張弁７へ送るようになっている。
【００２４】
温度式自動膨張弁７は、リキッドタンク６から送られてくる高圧中温の液体である冷媒を急激に膨張させて低温低圧の液体（霧状）にし、冷媒配管９を通してエバポレータ８に送るようになっている。
【００２５】
エバポレータ８は、ブロワファン３７から送られてくる車室内の空気の熱を奪うことによって温度式自動膨張弁７から送られてくる霧状の冷媒を蒸発させて低圧低温の気体にして可変容量コンプレッサ４に送るようになっている。ブロワファンモータ３８によって駆動されるブロワファン３７は車室内の空気である内気を吸い込みエバポレータ８に送るとともに、エバポレータ８によって冷却された空気を車室内に送り出す機能を有する。
【００２６】
電子制御系３は、車両用空調制御装置としての省動力制御ユニット１３と、空調系センサ３９とを備えている。
【００２７】
省動力制御ユニット１３は、省動力制御部４０と、コントロールバルブ駆動回路３２と、ファンモータ駆動回路４１とを備え、これらが１つの基板上に設けられている。
【００２８】
省動力制御部４０には、空調系センサ３９からの様々な情報が送られる。例えば、省動力制御ユニット１３には、リキッドタンク６の出口側の冷媒配管９の途中に設けられた高圧センサから可変容量コンプレッサ４の容量情報（高圧センサ値）が送られ、この容量情報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。また、高圧センサ以外にも省動力制御ユニット１３には、例えば、エアコンスイッチからのスイッチ信号、エンジン冷却水温度センサからのエンジン冷却水の温度情報、エバポレータ８の出口側に設けられたエバポレータ温度センサからのエバポレータ８の出口温度情報、車速センサからの車速情報、内気温度センサの室内温度情報、外気温度センサからの外気温度情報、温度調整ダイヤルからの設定温度情報等それぞれ必要な情報が送られる。
【００２９】
省動力制御部４０は、これらの空調系センサ３９からの情報を受けて、可変容量コンプレッサ４のコントロールバルブ２３に対するデューティ信号のデューティ比及びファンモータ３３に対するデューティ信号のデューティ比を算出し、その算出結果に基づいたデューティ信号をコントロールバルブ駆動回路３２及びファンモータ駆動回路４１にそれぞれ出力する。
【００３０】
コントロールバルブ駆動回路３２及びファンモータ駆動回路４１はそれぞれスイッチング素子（MOS-FET）を備えており、省動力制御部４０からのデューティ信号を受けてコントロールバルブ２３又はファンモータ３４に印可する駆動電圧を作り出す。
【００３１】
このような構成の省動力制御ユニット１３における可変容量コンプレッサ４の容量制御処理と冷却電動ファン３３の回転制御処理の全体的な流れを説明すると、図４に示すように、まず省動力制御ユニット１３の省動力制御部４０は、ステップＳ１において、エアコンスイッチからのスイッチ信号に基づいて車両用エアコン１がＯＮ状態にあるか否かを判断する。省動力制御部４０は、ＯＮ状態にないと判断した場合は、ＯＮ状態にあると判断されるまでステップＳ１で待機する。ＯＮ状態にあると判断した場合は、ステップＳ２において、外気温度、室内温度等の空調系センサ３９からの情報に基づいて可変容量コンプレッサ４の目標とする吐出容量を算出する。つぎに、ステップＳ３において、現在の可変容量コンプレッサ４の吐出容量と比較するとともに、ステップＳ４において、目標とする吐出容量とするまでに急激な変化を生じさせないようになだらかな変化とするスロープ処理に基づいてコンプレッサ吐出側圧力Ｐｄを算出する。つぎに、ステップＳ５において、コントロールバルブ２３に対するデューティ信号をコントロールバルブ回路３２に出力する。
【００３２】
コントロールバルブ駆動回路３２は、ステップＳ６において、このデューティ信号を受けてコントロールバルブ２３に印可する駆動電圧を作り出す。
【００３３】
つぎに、省動力制御部４０は、ステップＳ７において、コンプレッサ吐出側圧力Ｐｄに基づいて、エンジンに加わる負荷トルクが最小となるように冷却電動ファン３３に対するデューティ信号のデューティ比を後述する通常制御マップ又はクールダウン制御マップに基づいて算出し、スロープ処理（スロースタート処理１又はスロースタート処理２）を施す冷却電動ファン３３の回転制御処理を行う。つぎに、ステップＳ８において、ファンモータ３４に対するデューティ信号をファンモータ駆動回路４１に出力する。
【００３４】
ファンモータ駆動回路４１は、ステップＳ９において、このデューティ信号を受けてファンモータ３４に印可する駆動電圧を作り出す。
【００３５】
ここで、ステップＳ７の冷却電動ファン３３の回転制御処理の詳細を説明すると、図５に示すように、まず省動力制御ユニット１３の省動力制御部４０は、ステップＳ７１において、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を算出し、その算出された差温△Ｔ（Ｔｉｎｔ−Ｔ’ｉｎｔ）に基づいて通常制御に設定するかクールダウン制御に設定するかを判断する。すなわち、算出された差温△Ｔ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。
【００３６】
ここで、目標エバポレータ出口温度Ｔ’ｉｎｔは、省動力制御部４０が外気温度、室内温度、目標吹出風温度等に基づいて可変容量コンプレッサ４の吐出容量（コンプレッサ吐出側圧力Ｐｄ）を算出するが、この算出処理の途中段階において求められる。
【００３７】
つぎに、ステップＳ７２において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Ｓ７３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Ｓ７４へ移行する。
【００３８】
ステップＳ７３において、省動力制御部４０は、枠内に記載の通常制御マップに基づいてコンプレッサ吐出側圧力Ｐｄからファンモータ３４へのデューティ比Ａ−ＤＵＴＹを求める。
【００３９】
ここで、通常制御マップでは、Ｐｄ＜１．０３ＭＰａの領域においてはＡ−ＤＵＴＹ＝０％とされ、Ｐｄ＞１．９１ＭＰａの領域においてはＡ−ＤＵＴＹ＝ｌ００％とされ、１．０３ＭＰａ≦Ｐｄ≦１．９１ＭＰａの領域においては上昇側と下降側との間でヒステリシスを持たせながらＡ−ＤＵＴＹが０％から１００％まで比例的に変化するようになっている。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る。
【００４０】
また、コンプレッサ吐出側圧力Ｐｄは、高圧センサからの高圧センサ値に基づいて、ステップＳ４においてスロープ処理された高圧センサ値の変化が緩やかになるように修正された値が用いられる。
【００４１】
ステップＳ７４において、省動力制御部４０は、枠内に記載のクールダウン制御マップに基づいてコンプレッサ吐出側圧力Ｐｄからファンモータ３４へのデューティ比Ａ−ＤＵＴＹを求める。
【００４２】
ここで、クールダウン制御マップでは、上昇側において、Ｐｄ＜０．６９ＭＰａの領域においてはＡ−ＤＵＴＹ＝０％とされ、０．６９ＭＰａ≦Ｐｄ≦１．０８ＭＰａの領域においてはＡ−ＤＵＴＹ＝３０％とされ、Ｐｄ＞１．０８ＭＰａの領域においてはＡ−ＤＵＴＹ＝１００％とされる。下降側において、０．９８ＭＰａ＜Ｐｄ＜１．０８ＭＰａの領域においてはＡ−ＤＵＴＹ１００％とされ、０．３９ＭＰａ≦Ｐｄ≦０．９８ＭＰａの領域においてはＡ−ＤＵＴＹ＝３０％とされ、Ｐｄ＜０．３９ＭＰａの領域ではＡ−ＤＵＴＹ＝０％とされる。
【００４３】
つぎに、省動力制御部４０は、ステップＳ７５において、ステップＳ７３又はステップＳ７４において求めたデューティ比Ａ−ＤＵＴＹをファンモータデューティ比Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹとして次のステップＳ７６へ移行する。
【００４４】
ステップＳ７６において、省動力制御部４０は、Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹ出力フラグがＯＦＦかＯＮかを判断する。Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹ出力フラグは、ファンモータデューティ比Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹが未だ設定されていない場合或いは設定されていても０％の場合（すなわち、ファンモータ３４が動作していない場合）にＯＦＦとなる。一方、Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹが既に設定されておりその値が０％でない場合（すなわち、ファンモータ３４が動作している場合）、Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹ出力フラグは、ＯＮとなる。ステップＳ７６において省動力制御部４０がＯＦＦと判断した場合はステップＳ７７へ移行し、ＯＮと判断した場合はステップＳ７８へ移行する。
【００４５】
Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹ出力フラグがＯＦＦであるとき、ステップＳ７７において、省動力制御部４０はデューティ比変化を、例えば６．５％／ｓｅｃとするスロースタート処理１を実行する。すなわち、スロースタート処理１によってＭ／Ｆ−ＤＵＴＹを修正して、その修正値をＭ／Ｆ−ＤＵＴＹとする。
【００４６】
Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹ出力フラグがＯＮであるとき、ステップＳ７８において、デューティ比変化を、例えば２８％／ｓｅｃとするスロースタート処理２を実行する。すなわち、スロースタート処理２によってＭ／Ｆ−ＤＵＴＹを修正して、その修正値をＭ／Ｆ−ＤＵＴＹとする。
【００４７】
つぎに、省動力制御部４０は、ステップＳ７９において、Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹ出力フラグを判断し、Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹが未だ設定されていない或いは設定されていても０％の場合はステップＳ７１０へ移行し、Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹが既に設定されておりその値が０％でない場合はステップＳ７１１へ移行する。
【００４８】
ステップＳ７１０において、省動力制御部４０はＭ／Ｆ−ＤＵＴＹ出力フラグをＯＦＦとし、ステップＳ７１２へ移行する。
【００４９】
ステップＳ７１１において、省動力制御部４０はＭ／Ｆ−ＤＵＴＹ出力フラグをＯＮとし、ステップＳ７ｌ２へ移行する。
【００５０】
省動力制御部４０は、ステップＳ７１２において、ステップＳ７７又はステップＳ７８で設定したファンモータデューティ比Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹ（スロースタート処理１又はスロースタート処理２により修正されて最終的に求められたファンモータデューティ比）に基づくデューティ信号をファンモータ駆動回路４１に出力する。
【００５１】
ここで、上述の通常制御マップ及びクールダウン制御マップの設定について説明する。まず、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トルクという）は、可変容量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トルクという）と、ファンモータの電源となる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トルクという）との総和により与えられる。
【００５２】
そこで、外部制御式の可変容量コンプレッサと外部制御式の冷却電動ファンを車両用エアコンに搭載した場合、コンプレッサ動力負荷トルクと、冷却ファン電気負荷トルクと、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６に示す。
【００５３】
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トルク）と可変容量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トルク）との計測を行ったもので、図６の２つの負荷トルク特性から明らかなようにコンプレッサ動力負荷トルクを高くすると冷却ファン電気負荷トルクは低くなり、逆に、冷却ファン電気負荷トルクを高くするとコンプレッサ動力負荷トルクは低くなるという関係にある。
【００５４】
そして、図６の実験結果により、両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、ファンモータ電圧６ボルトのときにトータルエンジン負荷トルクは２１．１Ｎｍ、ファンモータ電圧８ボルトのときにトータルエンジン負荷トルクは１９．２Ｎｍ、ファンモータ電圧１０ボルトのときにトータルエンジン負荷トルクは１９．５Ｎｍ、ファンモータ電圧１２ボルトのときにトータルエンジン負荷トルクは２１．０Ｎｍとなり、ファンモータ電圧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。
【００５５】
よって、図６の実験により、コンプレッサ動力負荷トルクを高くしていくと冷却ファン電気負荷トルクは低くなり、逆に、冷却ファン電気負荷トルクを高くしていくとコンプレッサ動力負荷トルク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トルクとコンプレッサ動力負荷トルクのうち一方の負荷トルクを低く抑えることが必ずしもトータルエンジン負荷トルクを下げることにはならないということが解明された。
【００５６】
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の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可変容量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。
【００５７】
そこで、図７に示すように、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デューティ信号のデューティ比とコンプレッサ吐出側圧力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。
【００５８】
そして、図７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、車両用エアコンの冷房能力等を考慮し、走行時の制御線の傾きを決定し、走行時の制御線を設定した。
【００５９】
ついで、図７の走行時の制御線に基づいて図５のステップＳ７３の枠内に示す通常制御マップを設定し、これより低いコンプレッサ吐出側圧力Ｐｄでファンモータに対するデューティ信号のデューティ比を１００％とする考え方に基づいて図５のステップＳ７４の枠内に示すクールダウン制御マップを設定した。
【００６０】
エンジン１０を始動して発進前の停車時にこのような車両用空調制御装置（省動力制御ユニット１３）を備えた車両用エアコン１の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５のフローチャートにおいて、ステップＳ７ｌ→ステップＳ７２→ステップＳ７４→ステップＳ７５へと進む流れとなり、クールダウン制御マップが選択されてクールダウン制御が開始される。
【００６１】
すなわち、図８の▲１▼に示すように、コンプレッサ吐出側圧力Ｐｄが０．６９ＭＰａになるとファンモータ３４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１．０８ＭＰａになるまで３０％が維持され、コンプレッサ吐出側圧力Ｐｄが１．０８ＭＰａに達するとファンモータ３４へのデューティ比が１００％まで上がり、その後、１００％のデュ一ティ比が維持される。
【００６２】
このように、エアコン作動開始によるクールダウン時は、コンプレッサ吐出側圧力Ｐｄが低レベルの値（０．６９ＭＰａ）になるとファンモータ３４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（１．０８ＭＰａ）に達するとファンモータ３４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トルクを早期に大きくすることで、コンプレッサ動力負荷トルクの増大を抑え結果的に高い燃費の向上が図られる。
【００６３】
すなわち、エアコン作動開始によるクールダウン時は、仮にファンモータ３４を抑えて作動させるとファンモータ電気負荷トルクは小さくなるが、協調作用によりコンプレッサ動力負荷トルクが増大し燃費の向上を望めない。
【００６４】
加えて、走行風によるコンデンサ５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３３からの送風が必要である。
【００６５】
一方、走行時にこのような車両用エアコン１のスイッチを入れた場合は、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、図５のフローチャートにおいて、ステップＳ７１→ステップＳ７２→ステップＳ７３→ステップＳ７５へと進む流れとなり、クールダウン制御は解除され通常制御マップが選択されて通常制御が開始される。
【００６６】
すなわち、図８の▲２▼に示すように、差温△Ｔが２℃以下になるときの運転点をＰ１とすると、一気に運転点Ｐ２までファンモータ３４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の上昇や下降に応じて、ファンモータ３４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。
【００６７】
上記のように、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トルク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トルクを抑えることでコンプレッサ動力負荷トルクが多少高くなってもトータルエンジン負荷トルクは、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。
【００６８】
また、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５のフローチャートにおいて、ステップＳ７１→ステップＳ７２→ステップＳ７４→ステップＳ７５へと進む流れとなり、クールダウン制御マップが選択されてクールダウン制御が開始される。
【００６９】
すなわち、図８の▲３▼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Ｐ３とすると、一気に運転点がＰ４まで上昇し、ファンモータ３４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が増加してもクールダウン制御マップに沿ってファンモータ３４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。
【００７０】
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３４へのデューティ比を１００％とし、ファンモータ電気負荷トルクを応答よく最大値となるように変更することで、冷却電動ファン３３からの送風と走行風と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トルクの増大が抑えられることで、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。
【００７１】
燃費比較を行うために、車両用エアコンのＯＮ／ＯＦＦに連動する固定コンプレッサを有する車両用エアコンＡと、外部制御式の可変容量コンプレッサに対し外部制御式の冷却電動ファンを複合制御（燃費を考慮した協調制御）する本実施の形態に係る車両用空調制御装置を備えた車両用エアコンＢとで燃費の比較試験を行った。
【００７２】
図９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％であり、Ａ→Ｂで７．１％低下した。４０ｋｍ／ｈでの走行時には、Ａでは２７．１％、Ｂでは２６．２％であり、Ａ→Ｂで０．９％低下した。８０ｋｍ／ｈでの走行時には、Ａでは１２．６％、Ｂでは９．２％であり、Ａ→Ｂで３．４％低下した。
【００７３】
図１０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％であり、Ａ→Ｂで５．９％低下した。４０ｋｍ／ｈでの走行時には、Ａでは３６．３％、Ｂでは３２．６％であり、Ａ→Ｂで３．７％低下した。８０ｋｍ／ｈでの走行時には、Ａでは１７．６％、Ｂでは１４．６％であり、Ａ→Ｂで３．０％低下した。
【００７４】
以上により、車両用エアコンＢを車両用エアコン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。
【００７５】
（ａ）アイドリング時には、Ａ→Ｂでは７．１％と５．９％であり、６％前後も燃費が改善することが確認された。
【００７６】
（ｂ）４０ｋｍ／ｈでの走行時には、Ａ→Ｂでは０．９％と３．７％であり、１〜４％前後も燃費が改善することが確認された。
【００７７】
（ｃ）８０ｋｍ／ｈでの走行時には、Ａ→Ｂでは３．４％と３．０％であり、３％前後も燃費が改善することが確認された。
【００７８】
この実施の形態に係る省動力制御ユニット１３では、省動力制御部４０が可変容量コンプレッサ４の容量制御及び冷却電動ファン３３の回転制御の両方を行うものとしたので、可変容量コンプレッサ４のコンプレッサ吐出側圧力Ｐｄの状況に基づく冷却電動ファン３３の制御を迅速に行うことができる。
【００７９】
すなわち、例えば従来のように、可変容量コンプレッサの制御を空調制御ユニットが行う一方、ファンモータの制御をエンジン制御ユニットが行う場合には、図１１に示すように、空調制御ユニットは、ファンモータを制御するための情報としてファンモータへのデューティ比等のデータを車両内ネットワークを介してエンジン制御ユニットに送信する。また、エンジン制御ユニットはこれらのデータを受信する処理とともに、この受信したデータの解析することが必要であるため、通信速度に起因するタイムラグが生じる。しかしながら、省動力制御ユニット１３では、図４に示すように、このような通信を行う必要がないため、可変容量コンプレッサ４の容量制御から冷却電動ファン３３の回転制御までの時間的なずれを抑えることができる。したがって、可変容量コンプレッサ４の容量の変動に応じて、冷却電動ファン３３の回転数を下げたり上げたりすることが迅速に可能で、この回転数を下げる場合には、冷却ファン電気負荷トルクを迅速に下げることができるので、エンジン１０にかかる余分な負荷トルクを早急に抑制し燃費の向上を図ることができる。また、冷却電動ファン３３の回転数を上げる場合には、迅速な回転数の上昇により所定の冷房能力を早急に得ることができる。
【００８０】
また、省動力制御ユニット１３は、スイッチング素子を備えたファンモータ駆動回路４１を内蔵したので、放射ノイズの発生を防止し、車両内の設計におけるレイアウト上の制約を回避することができる。すなわち、例えば従来のように、スイッチング素子部であるＰＷＭモジュールをモータファンを制御するエンジン制御ユニットの外部に設けた場合は、図１１に示すように、エンジン制御ユニットは信号線を介してＰＷＭ波形をＰＷＭモジュールに送る必要があり、この間に放射ノイズが発生する。この放射ノイズは車両用ラジオの電波受信の妨害となるため、この信号線から離れた位置に車両用ラジオアンテナ線を設置する必要がある。しかしながら、省動力制御ユニット１３では、図４に示すように、信号線を介さず、直接省動力制御部４０からファンモータ駆動回路４１へデューティ信号を送るため、放射ノイズを発生させることがない。したがって、信号線から発生する放射ノイズが原因で車両用ラジオアンテナ線の設置位置に制約がかかるという問題がなく、車両内におけるレイアウト上の制約が回避される。
【００８１】
また、コンプレッサ吐出側圧力Ｐｄに対するファンモータ３４へのデューティ比を決める制御マップを、可変容量コンプレッサ４によるエンジン負荷トルク（コンプレッサ動力負荷トルク）とファンモータ３４によるエンジン負荷トルク（冷却ファン電気負荷トルク）との総和によりあらわされるトータルエンジン負荷トルクが最小トルクとなる最も燃費が良い最高効率点に基づいて設定し、制御マップに基づいてコンプレッサ吐出側圧力ｐｄからファンモータ３４へのデューティ電圧を制御するようにしたため、可変容量コンプレッサ４と冷却電動ファン３３によるトータルエンジン負荷トルクを考慮した最適なファンモータ制御により高い燃費の向上を達成することができる。
【００８２】
クールダウン時、アイドル時、通常走行時等の車両状態に対応してそれぞれ最高効率点を測定しておき、コンプレッサ吐出側圧力Ｐｄに対するファンモータ３４へのデューティ比を決める制御マップを、最高効率点の測定結果に基づいて設定するようにしたため、車両状態にかかわらず高い燃費の向上を達成することができる。
【００８３】
図５のステップＳ７１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Ｓ７１からステップＳ７２→ステップＳ７４→ステップＳ７５へと進む流れとなり、クールダウン状況で最も燃費が良い最高効率点に基づいて設定されたクールダウン制御マップを用いてファンモータ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高い燃費の向上を達成することができる。
【００８４】
エバポレータ８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温度センサと、エバポレータ８の出口直後の目標エバポレータ出口温度Ｔ’ｉｎｔを設定する省動力制御部４０とを設け、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、要求される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、省動力制御部４０にて算出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、精度よく要求される冷房能力の大きさ（差温△Ｔの大きさ）を予測することができる。
【００８５】
車両用エアコンのコンプレッサとして、コンプレッサ容量が外部から可変に制御される外部制御式の可変容量コンプレッサ４を用い、この可変容量コンプレッサ４は、省動力制御部４０により車両用エアコンに要求される冷房能力に対し省動力となる目標コンプレッサ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、可変容量コンプレッサ４の容量制御と、ファンモータ３４のＰＷＭ制御との併用により、コンプレッサ動力負荷トルクとファンモータ電気負荷トルクとの総和によるトータルエンジン負荷トルク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。
【００８６】
ステップＳ７６において、前回の処理までのファンモータデューティ比Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹが既に設定されておりその値が０％でないと判断されたときは、ステップＳ７８へ進み、デューティ比変化量を制限する（例えば、２８％／ｓｅｃ）スロースタート処理２を実行するようにしたため、例えば、通常制御からクールダヴン制御に移行するとき等で指令されるファンモータデューティ比Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹが一気に変化するような場合、ファンモータ３４ヘの負荷急変による燃費の悪化を防止することができる。
【００８７】
すなわち、エンジン１０が定常であるときに、ファンモータデューティ比Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹを急上昇させると、トルク変動が大きく、そのトルク変動に耐えられるように、エンジン回転数を高めにしなければならず、燃費の悪化を招く。
【００８８】
ステップＳ７６において、前回の処理までのファンモータデューティ比Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹが未だ設定されていない或いは設定されていても０％であると判断されたときは、ステップＳ７７へ進み、デューティ比変化量を第１の傾きにて制限する（例えば、６．５％／ｓｅｃ）スロースタート処理１を実行するようにし、前回の処理までのファンモータデューティ比Ｍ／Ｆ−ＤＵＴＹが既に設定されておりその値が０％でないと判断されたときは、ステップＳ７８へ進み、デューティ比変化量を第２の傾きにて制限する（例えば、２８％／ｓｅｃ）スロースタート処理２を実行するようにしたため、ゼロスタート時の滑らかな回転上昇によるファンモータ３４の作動と、ゼロスタートでない時のファンモータ３４への負荷急変による燃費の悪化防止との両立を図ることができる。
【００８９】
以上、本発明の車両用空調制御装置を本実施の形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施の形態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。
【００９０】
例えば、クールダウン時と通常走行時とで車両状態を切り分ける例を示したが、ゼロ車速から最高車速までを細かく車速域で分けることで車両状態を切り分けてもよい。また、エンジン回転数の大きさやエンジン回転数変化率の正負や絶対値の大きさで車両状態を切り分けてもよい。さらに、アクセル開度（スロットル開度）の大きさ、アクセル開度変化率の正負や絶対値の大きさで車両状態を切り分けてもよい。このように、エンジン負荷に影響を与える車両状態を検出し、エンジン負荷への影響度合いに応じて車両状態を切り分けるものであれば本発明に含まれる。
【００９１】
また、可変容量コンプレッサは、モータにより駆動される可変容量の電動コンプレッサ（この場合には、冷却電動ファンと同様に電気負荷となる。）であってもよい。
【００９２】
要求される冷房能力の予測に関して、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／ＯＦＦ操作、温度調整ダイヤルでの設定温度の変更、エアコンのＯＮ状態における車室内温度の急上昇等により、要求される冷房能力を予測するようにしてもよい。
【００９３】
可変容量コンプレッサ４の吐出容量を高圧センサで検出する例を示したが、例えば、可変容量コンプレッサ４の吐出側から温度式自動膨張弁７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、演算により推定する手段等を用いてもよい。
【００９４】
クールダウン時に要求される冷房能力にかかわらず１つのクールダウン制御マップによりファンモータ３４を制御する例を示したが、要求される冷房能力が大きいほど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、要求される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よい。
【００９５】
エバポレータ出口温度Ｔｉｎｔをエバポレータ７の出口側に設けられたエバポレータ温度センサで検出する例を示したが、エバポレータ温度センサをエバポレータ８の入口側に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Ｔｉｎｔを推定するようにしてもよい。
【００９６】
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よい。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よい。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、車両用空調制御装置が可変容量コンプレッサの容量制御と冷却ファンの回転制御とを行うこととしたので、可変容量コンプレッサの容量制御から冷却ファンの回転制御までの時間的なずれを抑え、一方の状況に基づく他方の迅速な制御を可能とする。
また、車両用空調制御装置は可変容量コンプレッサを駆動させるためのエンジン負荷トルクと前記冷却ファンを駆動させるためのエンジン負荷トルクとの総和によりあらわされるトータルエンジン負荷トルクが最小となるような可変容量コンプレッサの吐出容量と冷却ファンの回転数との関係を示す制御マップを備え、この制御マップに基づいて可変容量コンプレッサの吐出容量から冷却ファンを駆動させるためのエンジン負荷トルクを決定することとしたので、トータルエンジン負荷トルクを考慮した最適な冷却ファン制御により、燃費の向上を達成することができる。
更に、制御マップとして、少なくとも、通常制御マップと、クールダウン制御マップとを備えることにより、通常走行時には通常制御マップを用いると共に、クールダウン時にはクールダウン制御マップを用いるようにすることができる。
【００９８】
請求項２の発明によれば、車両用空調制御装置は冷却ファンに対するデューティ信号に基づいて作動して冷却ファンの回転制御に供するスイッチング素子を内蔵することとしたので、スイッチング素子に信号を送る際に放射ノイズを発生させず車両内の設計におけるレイアウト上の制約を回避することができる。
【００９９】
請求項３の発明によれば、制御マップを用いて冷却ファンの回転制御処理を行う際に、スロープ処理を施すことにより、冷却ファンへの負荷急変による燃費の悪化を防止することができる。また、状況に応じて変化量の異なる２種類のスロースタート処理を使い分けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る車両用空調制御装置を備えた車両用エアコンの構成を説明するための図である。
【図２】図１の車両用エアコンの外部制御式の可変容量コンプレッサを示す断面図である。
【図３】可変容量コンプレッサの容量制御にかかわる構造を説明する図である。
【図４】本実施の形態に係る車両用空調制御装置における可変容量コンプレッサの容量制御処理と冷却電動ファンの回転制御処理の全体的な流れを説明するフローチャートである。
【図５】図４のステップＳ７の冷却電動ファンの回転制御処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図６】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とを示す実験結果図である。
【図７】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デューティのデューティ比とした場合の走行時の制御線を示す図である。
【図８】通常制御マップと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９】冷却電動ファンの回転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１０】冷却電動ファンの回転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。
【図１１】従来の車両用空調制御装置における可変容量コンプレッサの容量制御処理と冷却電動ファンの回転制御処理の全体的な流れを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１ 車両用エアコン（エアコン）
３ 省動力制御ユニット（車両用空調制御装置）
４ 可変容量コンプレッサ
１０ エンジン
３３ 冷却電動ファン（冷却ファン）
４１ ファンモータ駆動回路

Claims (3)

1. エアコンサイクルにおける可変容量コンプレッサの吐出容量及び冷却ファンの回転数の一方の値を他方の値に基づいて決定し、前記可変容量コンプレッサに対するデューティ信号を出力することによって前記可変容量コンプレッサの容量制御を行うとともに、前記冷却ファンに対するデューティ信号を出力することによって前記冷却ファンの回転制御を行い、
   前記可変容量コンプレッサ及び前記冷却ファンはエンジンが発生するエネルギーを駆動源とし、
   前記可変容量コンプレッサを駆動させるためのエンジン負荷トルクと前記冷却ファンを駆動させるためのエンジン負荷トルクとの総和によりあらわされるトータルエンジン負荷トルクが最小となるような前記可変容量コンプレッサの吐出容量と前記冷却ファンの回転数との関係を示す制御マップを備え、
   エアコンの設定温度に応じて前記可変容量コンプレッサの吐出容量を決定するとともに、前記制御マップに基づいて前記吐出容量から前記冷却ファンの回転数を決定し、
   更に、前記制御マップとして、少なくとも、通常制御マップと、クールダウン制御マップとを備え、通常走行時に通常制御マップを用いると共に、クールダウン時にクールダウン制御マップを用いるように構成したことを特徴とする車両用空調制御装置。
2. 前記冷却ファンに対するデューティ信号に基づいて作動して前記冷却ファンの回転制御に供するスイッチング素子を内蔵したことを特徴とする請求項１に記載の車両用空調制御装置。
3. 制御マップを用いて冷却ファンの回転制御処理を行う際に、冷却ファンへの負荷急変による燃費の悪化を防止するスロープ処理を施すと共に、
   該スロープ処理として、変化量の異なる２種類のスロースタート処理を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用空調制御装置。

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