(57)【要約】      （修正有）【課題】電力の無駄を削減できる車両用空調装置を提供する。【解決手段】圧縮回転軸２ｓの回転に伴い冷媒を圧縮する圧縮機構を有するコンプレッサ２と、エンジン９の動力で回転するコンプレッサプーリ２０を必要に応じて圧縮回転軸２ｓに接続するマグネットクラッチ２１と、コンプレッサ２で圧縮された冷媒の圧力を検知する圧力検知器３と、所定の印加電圧でマグネットクラッチ２１の動作を制御する制御部４と、を備える車両用空調装置１である。制御部４は、圧力検知器３の検知結果に基づいて、コンプレッサプーリ２０のトルクを圧縮回転軸２ｓに伝達させて圧縮回転軸２ｓを回転させるために必要な前記印加電圧を求める電圧導出部４０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮回転軸の回転に伴い冷媒を圧縮する圧縮機構を有するコンプレッサと、
エンジンの動力で回転するコンプレッサプーリを必要に応じて前記圧縮回転軸に接続するマグネットクラッチと、
前記コンプレッサで圧縮された前記冷媒の圧力を検知する圧力検知器と、
所定の印加電圧で前記マグネットクラッチの動作を制御する制御部と、を備える車両用空調装置であって、
前記制御部は、前記圧力検知器の検知結果に基づいて、前記コンプレッサプーリのトルクを前記圧縮回転軸に伝達させて前記圧縮回転軸を回転させるために必要な前記印加電圧を求める電圧導出部を備える車両用空調装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記エンジンの回転数に応じた前記冷媒の圧力が得られているかを判断する動作判断部を備え、
前記動作判断部の判断結果に応じて、前記印加電圧を補正する、または前記マグネットクラッチを停止させる請求項１に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力の無駄を削減できる車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用空調装置には、空調風を温める熱交換システムと、空調風を冷却する熱交換システムとが備わっている。空調風を冷却する熱交換システムは、空調風を冷却するエバポレータ、圧縮回転軸の回転に伴い冷媒を圧縮する圧縮機構を有するコンプレッサ、コンプレッサで圧縮された冷媒を冷却するコンデンサ、コンデンサを経た冷媒をエバポレータ内の循環路に噴霧するエキスパンションバルブなどを備える。
【０００３】
コンプレッサの動作は、電気で行なわれる場合もあるが、エンジンの回転動力を利用することが多い。例えば特許文献１，２の車両用空調装置では、ベルトを介してクランクシャフトに連動して回転するコンプレッサプーリを必要に応じて圧縮回転軸に接続するマグネットクラッチを用いた構成を採用している。さらに、特許文献１には、コンプレッサで圧縮された冷媒の圧力を検知し、その検知結果に基づいてコンプレッサを停止させる構成が記載されている。また、特許文献２には、冷媒の圧力の検知結果に基づいてコンデンサを冷却する冷却ファンを停止させる構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１５８９４７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９９２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の構成ではマグネットクラッチをＯＮにする場合、マグネットクラッチに一定の最大電圧を印加しており、不必要な電力を消費していた。例えば、冷媒の圧力がそれほど高まっていない場合、コンプレッサの圧縮回転軸を回転させるために必要なトルクは小さくて良い。その場合、マグネットクラッチに印加する電圧が最大電圧よりも低くても、マグネットクラッチが滑ってコンプレッサプーリが空転することはなく、最大電圧と実際に必要な印加電圧との差の分だけ電力を無駄にしていると言える。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電力の無駄を削減できる車両用空調装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る車両用空調装置は、
圧縮回転軸の回転に伴い冷媒を圧縮する圧縮機構を有するコンプレッサと、
エンジンの動力で回転するコンプレッサプーリを必要に応じて前記圧縮回転軸に接続するマグネットクラッチと、
前記コンプレッサで圧縮された前記冷媒の圧力を検知する圧力検知器と、
所定の印加電圧で前記マグネットクラッチの動作を制御する制御部と、を備える車両用空調装置であって、
前記制御部は、前記圧力検知器の検知結果に基づいて、前記コンプレッサプーリのトルクを前記圧縮回転軸に伝達させて前記圧縮回転軸を回転させるために必要な前記印加電圧を求める電圧導出部を備える。
【０００８】
本発明の一態様に係る車両用空調装置の一形態として、
前記制御部は、
前記エンジンの回転数に応じた前記冷媒の圧力が得られているかを判断する動作判断部を備え、
前記動作判断部の判断結果に応じて、前記印加電圧を補正する、または前記マグネットクラッチを停止させる形態を挙げることができる。
【発明の効果】
【０００９】
上記車両用空調装置によれば、冷媒の圧力に応じて、コンプレッサプーリのトルクを圧縮回転軸に伝達できる可変の電圧をマグネットクラッチに印加するため、冷房の作動に伴う電力の無駄を削減することができる。
【００１０】
エンジンの回転数に応じた冷媒の圧力が得られているかを判断することで、コンプレッサプーリの空転やコンプレッサの故障などを把握し、必要な対応を行うことができる。例えば、印加電圧を補正しコンプレッサプーリのトルクを圧縮回転軸に伝達できるようにする。また、最大電圧でマグネットクラッチを動作させても冷媒の圧力上昇が認められないときは、コンプレッサの故障と判断して、マグネットクラッチを停止させる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１の車両用空調装置の概略構成図である。
【図２】実施形態１の車両用空調装置の制御手順を示すフローチャートである。
【図３】時間の経過に伴うエンジンの回転数の変化と、コンプレッサによる冷媒圧力の変化と、の関係を示すグラフである。
【図４】圧縮後の冷媒の圧力と、コンプレッサの圧縮回転軸を回転させるために必要なトルク（必要トルク）と、の関係を示すグラフである。
【図５】マグネットクラッチへの印加電圧と、その印加電圧のときに発生するトルク（伝達トルク）と、の関係を示すグラフである。
【図６】コンプレッサの始動からの時間経過と、コンプレッサの圧縮回転軸を回転させるために必要なトルクの変化量と、の関係を示すグラフである。
【図７】時間の経過に伴うエンジンの回転数の変化と、圧縮回転軸の回転数の変化と、の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の車両用空調装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されず、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１３】
＜実施形態１＞
≪全体構成≫
図１に示す実施形態１の車両用空調装置１は、冷媒循環路１０に設けられるコンプレッサ２、コンデンサ５、リザーバ６、エキスパンションバルブ７、およびエバポレータ８を備え、制御部４によって制御される。本例のコンプレッサ２は、圧縮回転軸２ｓの回転に伴い冷媒を圧縮する圧縮機構、例えばスクロール式圧縮機構またはベーン式圧縮機構を有する。制御部４としては、ＥＵＣ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｕｎｉｔ）を利用することができる。冷媒循環路１０のうち、例えばリザーバ６とエキスパンションバルブ７との間には、圧縮された冷媒の圧力を検知する圧力センサ（圧力検知器）３が設けられており、冷媒の圧力を監視できるようになっている。圧力センサ３は、コンプレッサ２よりも下流で、エキスパンションバルブ７よりも上流であれば、どの位置に設けてもかまわない。これらの部材２，５，６，７，８には公知の構成を利用することができる。
【００１４】
本例のコンプレッサ２は、エンジン９の回転動力を利用して冷媒を圧縮する。具体的には、図示しないベルトなどでエンジン９のクランクシャフトとコンプレッサプーリ２０とを連動させ、コンプレッサ２を動作させるときに、コンプレッサプーリ２０と圧縮回転軸２ｓとをマグネットクラッチ２１で連結する。そうすることで、エンジン９の回転動力によって、コンプレッサ２の圧縮回転軸２ｓが回転し、冷媒が圧縮される。
【００１５】
≪本例の構成≫
本例の車両用空調装置１では、冷房時の電力の無駄を削減すべく、コンプレッサプーリ２０のトルクを圧縮回転軸２ｓに伝達させて圧縮回転軸２ｓを回転させるために必要な分の電力のみをマグネットクラッチ２１に供給する構成を採用している。以下、冷房時の電力の無駄を削減する構成を詳細に説明する。
【００１６】
［電圧調整機構］
冷房時の電力の無駄を削減する構成として、本例の車両用空調装置１は、マグネットクラッチ２１に印加する印加電圧を細かく調整できる電圧調整機構２Ａを備える。本例の電圧調整機構２Ａは、制御部４に設けたＰｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＰＷＭ）制御回路とリレー２２とを用いている。ＰＷＭ制御は、リレー２２を高速でＯＮ／ＯＦＦすることで、マグネットクラッチ２１に印加する電圧を変化させる制御である。リレー２２は、＋Ｂボルトの電源に接続されている。
【００１７】
ここで、リレー２２の代わりにスイッチング素子を用いてＰＷＭ制御を行なうこともできる。スイッチング素子は、マイクロセカンドオーダーでパルス電圧の印加周期を調整できるので、より精度の高い印加電圧の調整を行うことができる。
【００１８】
［電圧導出部］
本例の車両用空調装置１は、冷房時の電力の無駄を削減する構成として、制御部４に設けられる電圧導出部４０を備える。電圧導出部４０は、圧力センサ３による冷媒の圧力の検知結果に基づいて、コンプレッサプーリ２０のトルクを圧縮回転軸２ｓに伝達させて圧縮回転軸２ｓを回転させるために必要なマグネットクラッチ２１への印加電圧を求める。つまり、電圧導出部４０は、コンプレッサプーリ２０が滑ってコンプレッサプーリ２０よりも圧縮回転軸２ｓの角速度が遅くなったり、圧縮回転軸２ｓが回転しないといった不具合が生じない連結力をマグネットクラッチ２１が発揮できる印加電圧を求める。ここで、電圧導出部４０で求めた印加電圧は、マグネットクラッチ２１に印加できる最大電圧（＋Ｂボルト）以下である。
【００１９】
印加電圧の導出には、試験などで予め求めておいた冷媒の圧力と印加電圧との相関関係を利用すると良い。例えば、後述する制御例の図４，５に示す相関関係を利用することが挙げられる。図４の相関関係は、コンプレッサ２によって圧縮された冷媒の圧力と、その圧力のときに圧縮回転軸２ｓを回転させるために必要なトルク（以下、必要トルク）と、の相関関係である。また、図５の相関関係は、マグネットクラッチ２１への印加電圧と、その印加電圧のときに発生するトルク（伝達トルク）と、の相関関係である。これらの相関関係を用いてマグネットクラッチ２１への印加電圧を決定する場合、電圧導出部４０は、圧力センサ３から冷媒の圧力の情報を取得し、図４に示す相関関係に基づいてその冷媒の圧力に対応する必要トルクを求める。そして、電圧導出部４０は、図５に示す相関関係に基づいて必要トルク以上の伝達トルクを得ることができるマグネットクラッチ２１への印加電圧を求める。
【００２０】
上述した電圧導出部４０で印加電圧を決定したら、制御部４のＰＷＭ回路によってリレー２２を操作し、その印加電圧でマグネットクラッチ２１を動作させる。リレー２２の代わりにスイッチング素子を利用する場合、より精密に印加電圧を制御できる。
【００２１】
［動作判断部］
本例の車両用空調装置１は更に、コンプレッサ２の動作状態を監視し、監視結果に応じた適切な対応を行なう構成を備える。本例では、制御部４に設けられる動作判断部４１がその監視を行なう。動作判断部４１は、エンジン９の回転数と冷媒の圧力をモニタし、エンジン９の回転数の増減に連動して冷媒の圧力が増減するかを監視することで、エンジン９の回転数に応じた冷媒の圧力が得られているかを判断する。時間の経過に伴うエンジン９の回転数と、冷媒の圧力とはほぼ平行に推移するので、エンジン９の回転数と冷媒の圧力とが設定値以上乖離すると、コンプレッサ２の動作が異常であると判断できる。即ち、動作判断部４１は、エンジン９の回転数の変化の情報と、そのときの冷媒の圧力の変化の情報を取得し、エンジン９の回転数と冷媒の圧力との関係が設定値を超えるほど乖離した場合、コンプレッサ２の異常と判断する。
【００２２】
エンジン９の回転数に応じた冷媒の圧力が得られない理由として、例えばベルトの摩耗などによってマグネットクラッチ２１に対してベルトが滑っていることや、ベルトが切れたり外れたりしてマグネットクラッチが回転していないことを挙げることができる。その他、コンプレッサ２が故障して圧縮回転軸２ｓが回転不能となり、マグネットクラッチ２１が滑っている可能性もある。
【００２３】
動作判断部４１の判断結果に応じた対応としては、大きく分けて以下の二つを挙げることができる。一つ目の対応は、マグネットクラッチ２１への印加電圧をより高い値に補正することである。既に述べたように、印加電圧は予め求めておいた相関関係に基づいて決定されているため、車両の各構成部材の経年変化などにより、当該相関関係にずれが生じる場合もある。印加電圧を補正することで、圧縮回転軸２ｓが正常に作動する可能性がある。
【００２４】
二つ目の対応は、コンプレッサ２の故障など、修理が必要な故障が生じたと判断し、マグネットクラッチ２１の動作を停止することである。例えば、マグネットクラッチ２１に印可できる電圧を最大にしても、エンジン９の回転数に応じた冷媒の圧力が得られない場合、コンプレッサ２の故障などの不具合が生じたと判断できる。この場合、コンプレッサ２の故障を警報灯の点灯やブザーの鳴動によりドライバーに報知し、車両の修理をドライバーに促すと良い。
【００２５】
≪制御手順≫
次に、本例の車両用空調装置１の制御手順を、図２のフローチャートおよび図３〜６のグラフに基づいて説明する。符号が付された構成については図１を参照のこと。
【００２６】
まず、図１の車両用空調装置１の冷房をＯＮにすると、図２のステップＳ１に示すように、制御部４はマグネットクラッチ２１（図２ではＭＣと表記）に最大電圧を印加する。本例の車両用空調装置１では、リレー２２をＯＮのままとすることで、最大電圧である電源電圧（＋Ｂボルト）をマグネットクラッチ２１に印加する。
【００２７】
ステップＳ２では、制御部４の動作判断部４１がコンプレッサプーリ２０のトルクが適切に圧縮回転軸２ｓに伝達されているかを判断する。その判断は、図３のエンジン９の回転数と冷媒の圧力との相関関係から求めることができる。図３の横軸は時間、縦軸左側はエンジン９の回転数（ｒｐｍ）、縦軸右側は冷媒の圧力（ＭＰａ）であり、実線はエンジン９の回転数の変化を、点線は冷媒の圧力の変化を示す。このグラフに示すように、トルクの伝達が適切であれば、実線で示すエンジン９の回転数の変化に連動して冷媒の圧力も変動する。しかし、トルクの伝達が不適切なら、二点鎖線で示すように冷媒の圧力は破線から大きく乖離する。
【００２８】
冷媒の圧力が破線から所定値以上乖離したら、ベルトが切れたり、コンプレッサプーリ２０に対してベルトが滑ったり、あるいはマグネットクラッチ２１が滑っていると動作判断部４１は判断し、制御部４はマグネットクラッチ２１を停止する（ステップＳ３）。同時に、制御部４は、車両用空調装置１の故障を示す警告灯を点灯させたり警報を鳴動させたりして、車両用空調装置１の故障を乗員に報知する。一方、測定した冷媒の圧力の破線からの乖離が所定値未満である場合、動作判断部４１はマグネットクラッチ２１に最大電圧を印加したときにトルクの伝達が適切に行なわれていると判断し、制御部４は次のＳ４を行なう。
【００２９】
ステップＳ４では、制御部４の電圧導出部４０が冷媒の圧力からマグネットクラッチ２１に必要な印加電圧を算出する。印加電圧の算出には、図４，５の相関関係を利用する。図４の横軸は、コンプレッサ２によって圧縮された冷媒の圧力（ＭＰａ）で、縦軸は、その圧力のときに圧縮回転軸２ｓを回転させるために必要な必要トルク（Ｎ・ｍ）である。冷媒の圧力（ｘ）と必要トルク（ｙ）との相関関係は一次式（ｙ＝ａ×ｘ＋ｂ）で表すことができる。一方、図５の横軸は、マグネットクラッチ２１への印加電圧、縦軸は、その印加電圧のときに発生する伝達トルク（Ｎ・ｍ）である。この印加電圧と伝達トルクとの相関関係も一次式で表すことができる。電圧導出部４０は、圧力センサ３から冷媒の圧力の情報を取得し、図４に示す相関関係に基づいてその冷媒の圧力に対応する必要トルクを求める。そして、電圧導出部４０は、図５に示す相関関係に基づいて必要トルク以上の伝達トルクを得ることができるマグネットクラッチ２１への印加電圧を求める。
【００３０】
ステップＳ５では、リレー２２をＰＷＭ制御することで、算出した印加電圧をマグネットクラッチ２１に印加する。
【００３１】
ステップＳ６では再び、動作判断部４１によって、算出した印加電圧でマグネットクラッチ２１を動作させたときに、コンプレッサプーリ２０のトルクが適切に圧縮回転軸２ｓに伝達されているかを判断する。判断結果がＹＥＳであればステップＳ４に戻る。Ｓ４〜Ｓ６をループすることで、図６に示すように、必要トルクに応じた伝達トルクを発揮できるようにマグネットクラッチ２１を動作させることができる。図６の横軸は時間、縦軸はトルク（Ｎ・ｍ）であり、細線は伝達トルク、太線は必要トルク、上方の点線は最大の印加電圧に応じた伝達トルクである。この図６に示すように、本例の車両用空調装置１によれば、必要トルクを少し上回る伝達トルクでマグネットクラッチ２１を動作させることができる。
【００３２】
ステップＳ６の判断結果がＮｏである、即ちトルクの伝達が適切に行われていない場合、印加電圧を導出するための相関関係が適切でなくなった、あるいはコンプレッサ２の故障などの不具合が発生したと考えられる。そこで、制御部４は、まずステップＳ７に示すように印加電圧の算出式を補正・上書きする（ステップＳ７）。例えば、冷媒の圧力（ｘ）と必要トルク（ｙ）との相関関係であるｙ＝ａ×ｘ＋ｂにおける『ａ』および『ｂ』の少なくとも一方を大きくすることが挙げられる。
【００３３】
ステップＳ７の後は一旦、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１で最大電圧をマグネットクラッチ２１に印加し、ステップＳ２でやはりトルクの伝達が適切に行われていないと判断されれば、走行中に車両用空調装置１に故障が生じたと考えられるので、ステップＳ３に移行する。
【００３４】
一方、マグネットクラッチ２１に最大電圧を印加することでトルクの伝達が適切に行なわれた場合、少なくとも修理が必要な故障ではないと考えられるので、補正した算出式を用いてステップＳ４を行い、補正式に基づく印加電圧をマグネットクラッチ２１に印加する（ステップＳ５）。トルクの伝達が適切なら補正式に基づくステップＳ４〜Ｓ６が繰り返され、そうでないなら再び算出式を補正する（ステップＳ７）。
【００３５】
≪効果≫
上記構成によれば、図６に示すように、必要トルクに応じた伝達トルクを発揮できるようにマグネットクラッチ２１に印加電圧を可変させて印加することができる。つまり、マグネットクラッチ２１に過度の電圧を印加しないため、冷房の使用に伴う電力の無駄を削減できる。その結果、発電のために使用されるエンジン９のエネルギーを削減でき、車両の燃費を向上させることができる。また、近年普及が進んでいるハイブリッド自動車においても、電力の無駄を削減することで、電力による車両の走行距離を伸ばすことができる。その結果、発電のためにエンジンを動作させる時間・機会を減らすことができ、車両の燃費を向上させることができる。
【００３６】
＜実施形態２＞
図２のフローチャートのステップＳ２，ステップＳ６におけるトルクの伝達が適切であるかの判断に、エンジンの回転数とコンプレッサの圧縮回転軸の回転数との相関関係を利用することもできる。その場合、図１の車両用空調装置１に、圧縮回転軸２ｓの回転数を測定するセンサを設ける。
【００３７】
図７は、上記相関関係を示すグラフであって、横軸は時間、縦軸は回転数（ｒｐｍ）である。細線はエンジン９の回転数の変化、太線は圧縮回転軸２ｓの回転数の変化、点線はトルクの伝達が適切でないと判断する閾値の変化である。閾値はエンジン９の回転数に応じて変化する。この場合、トルクの伝達が適切であれば、圧縮回転軸２ｓの回転数が閾値を下回ることはないが、トルクの伝達が不適切であれば、圧縮回転軸２ｓの回転数は二点鎖線で示すように低下し、閾値を下回る。
【００３８】
本例の構成によれば、圧縮回転軸２ｓの回転を直接監視しているので、迅速に車両用空調装置１の故障を検知することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
実施形態に係る車両用空調装置は、車両の電力消費量を低減させることに好適に利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１  車両用空調装置
２  コンプレッサ  ２ｓ  圧縮回転軸
２Ａ  電圧調整機構
２０  コンプレッサプーリ  ２１  マグネットクラッチ  ２２  リレー
３  圧力センサ（圧力検知器）
４  制御部
４０  電圧導出部  ４１  動作判断部
５  コンデンサ
６  リザーバ
７  エキスパンションバルブ
８  エバポレータ
９  エンジン
１０  冷媒循環路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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