(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクルに設けられ、駆動源として電動機と車両用原動機の２種類の駆動手段により駆動可能で、前記車両用原動機のみにより駆動され、第１圧縮室を有する第１圧縮機部と、前記電動機のみにより駆動され、第２圧縮室を有する第２圧縮機部の二つの圧縮機構が一台の圧縮機内に一体に組み付けられ、かつ、第１圧縮機部と第２圧縮機部とが選択的にまたは同時に駆動可能なハイブリッド式の圧縮機と、該圧縮機の駆動源をいずれか一方の駆動手段から他方の駆動手段に切り替える駆動源切替手段と、車両用原動機の回転数を検出する車両用原動機回転数検出手段と、電動機の起動、停止、回転数を制御する電動機制御手段とを備えた車両用空調装置において、前記ハイブリッド式圧縮機の駆動源を、前記駆動源切替手段により車両用原動機駆動から電動機駆動、又は、電動機駆動から車両用原動機駆動に切替時、前記車両用原動機回転数検出手段により検出された車両用原動機回転数を参照して電動機目標回転数を算出する電動機回転数算出手段を有し、算出された電動機目標回転数に基づいて、切替前後の圧縮機吐出容積が実質的に一致するように、前記電動機制御手段により電動機の回転数を制御することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記ハイブリッド式圧縮機の駆動源を、前記駆動源切替手段により車両用原動機駆動から電動機駆動に切替時、冷凍サイクルにおける高圧側圧力を推定する要因としての冷凍サイクルの熱負荷、又は、低圧配管内圧力、及び／又は、高圧配管内圧力値に応じて調節される時間（Ａ）経過後に、前記電動機制御手段により電動機の回転数を制御する、請求項１の車両用空調装置。
【請求項３】
前記ハイブリッド式圧縮機の駆動源を、前記駆動源切替手段により車両用原動機駆動から電動機駆動に切替時、予め設定した時間（Ａ１）経過後に、前記電動機制御手段により電動機の回転数を制御する、請求項１の車両用空調装置。
【請求項４】
前記ハイブリッド式圧縮機の駆動源を、前記駆動源切替手段により電動機駆動から車両用原動機駆動に切替時、高圧を推定する要因としての冷凍サイクルの熱負荷、又は、低圧配管内圧力、及び／又は、高圧配管内圧力値に応じて調節される時間（Ｂ）経過前に、前記電動機制御手段により電動機の回転数を制御する、請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記ハイブリッド式圧縮機の駆動源を、前記駆動源切替手段により電動機駆動から車両用原動機駆動に切替時、予め設定した時間（Ｂ１）経過前に、前記電動機制御手段により電動機の回転数を制御する、請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項６】
電源から前記電動機への入力が所定値を下回ったとき、前記電動機の制御回転数に制限を加える、請求項１ないし５のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項７】
冷凍サイクルに設けられ、駆動源として電動機と車両用原動機の２種類の駆動手段により駆動可能で、前記車両用原動機のみにより駆動され、第１圧縮室を有する第１圧縮機部と、前記電動機のみにより駆動され、第２圧縮室を有する第２圧縮機部の二つの圧縮機構が一台の圧縮機内に一体に組み付けられ、かつ、第１圧縮機部と第２圧縮機部とが選択的にまたは同時に駆動可能なハイブリッド式の圧縮機と、該圧縮機の駆動源をいずれか一方の駆動手段から他方の駆動手段に切り替える駆動源切替手段と、冷凍サイクルの高圧側又は／及び低圧側の圧力を検知又は推定する手段と、電動機の起動、停止、回転数を制御する電動機制御手段とを備えた車両用空調装置において、前記ハイブリッド式圧縮機の駆動源を、前記駆動源切替手段により車両用原動機駆動から電動機駆動に切り替えた後でかつ前記電動機の起動前に、前記高圧側又は／及び低圧側の圧力を検知又は推定し、検知又は推定した圧力が所定値に達したときに前記電動機を起動させることを特徴とする車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用原動機（エンジン）と電動機（電動モータ）により駆動力を得ることのできるハイブリッド式の圧縮機を備えた車両用空調装置に関し、とくにそのハイブリッド式圧縮機の駆動源を切り替える際の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンと電動モータの２種類の駆動源によって、冷凍サイクルに設けられた圧縮機を駆動するものとして、実開平６−８７６７８号公報に記載されているものが知られている。この車両用空調装置は、エンジンによる駆動時にエンジンが停止されると、電動モータにより圧縮機の運転を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の装置では、特に空調負荷が高い時において、エンジン駆動から電動モータ駆動に圧縮機の駆動を切り替える時に、冷凍サイクルの高低圧差（高圧側の圧力と低圧側の圧力との差）が大きいために、電動モータによる圧縮機駆動には非常に大きなトルクを必要とするため、電動モータの起動に必要な電力が非常に大きくなる。また、駆動源の切替時に、冷却器温度の維持ができないことがあり、過渡的に吹出温度変動が発生することがある。さらに、圧縮機を電動モータ駆動から車両用原動機駆動へと切り替える時に、過渡的な吐出容量変化による負荷変動のためトルクショックが発生し、乗員の乗り心地が悪化することがある。
【０００４】
そこで本発明の課題は、ハイブリッド式の圧縮機を備えた車両用空調装置において、上記のような問題を解消し、とくに駆動源切替時に問題となる吹出温度変動とトルクショックを抑制し、乗員の快適性を向上し、かつ、空調負荷が大きい時の電動機の起動制御を改善し、起動に必要な電力を小さく抑えるとともに電動機の小型化、消費電力の低減を可能とする車両用空調装置を提供することにある。すなわち、２種類の駆動源により運転可能な冷凍サイクルのハイブリッド式圧縮機に対して、上記のような問題を解消するために最適な駆動源切替制御を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、冷凍サイクルに設けられ、駆動源として電動機と車両用原動機の２種類の駆動手段により駆動可能で、前記車両用原動機のみにより駆動され、第１圧縮室を有する第１圧縮機部と、前記電動機のみにより駆動され、第２圧縮室を有する第２圧縮機部の二つの圧縮機構が一台の圧縮機内に一体に組み付けられ、かつ、第１圧縮機部と第２圧縮機部とが選択的にまたは同時に駆動可能なハイブリッド式の圧縮機と、該圧縮機の駆動源をいずれか一方の駆動手段から他方の駆動手段に切り替える駆動源切替手段と、車両用原動機の回転数を検出する車両用原動機回転数検出手段と、電動機の起動、停止、回転数を制御する電動機制御手段とを備えた車両用空調装置において、前記ハイブリッド式圧縮機の駆動源を、前記駆動源切替手段により車両用原動機駆動から電動機駆動、又は、電動機駆動から車両用原動機駆動に切替時、前記車両用原動機回転数検出手段により検出された車両用原動機回転数を参照して電動機目標回転数を算出する電動機回転数算出手段を有し、算出された電動機目標回転数に基づいて、切替前後の圧縮機吐出容積が実質的に一致するように、前記電動機制御手段により電動機の回転数を制御することを特徴とするものからなる。
【０００６】
すなわち、本発明に係る車両用空調装置においては、駆動源切替時に、車両用原動機回転数を参照して電動機目標回転数を算出する電動機回転数算出手段を有し、算出された電動機目標回転数に基づいて、切替前後の圧縮機吐出容積が実質的に一致するように電動機の回転数を制御し、それによって吹出温度変動とトルクショックを抑制し、快適性を向上するようにしている。また、切替時に電動機の回転数や起動のタイミングを最適に制御することで、消費電力、とくに起動電力を低減し、電動機の小型化も可能としている。
【０００８】
また、この車両用空調装置においては、上記ハイブリッド式圧縮機の駆動源を、駆動源切替手段により車両用原動機駆動から電動機駆動に切替時、冷凍サイクルにおける高圧側圧力を推定する要因としての冷凍サイクルの熱負荷、又は、低圧配管内圧力、及び／又は、高圧配管内圧力値に応じて調節される時間（Ａ）経過後に、前記電動機制御手段により電動機の回転数を制御することが好ましい。これによって、電動機起動時の消費電力の低減が可能になるとともに、電動機の回転数を容易に目標回転数に制御できるようになる。
【０００９】
ただし、高圧側圧力の推定が困難である場合には、上記時間（Ａ）を予め設定しておき、その予め設定した時間（Ａ１）経過後に、前記電動機制御手段により電動機の回転数を制御するようにしてもよい。
【００１０】
また、上記ハイブリッド式圧縮機の駆動源を、駆動源切替手段により電動機駆動から車両用原動機駆動に切り替える時には、高圧を推定する要因としての冷凍サイクルの熱負荷、又は、低圧配管内圧力、及び／又は、高圧配管内圧力値に応じて調節される時間（Ｂ）経過前に、前記電動機制御手段により電動機の回転数を制御するようにすることもできる。
【００１１】
この場合にも、高圧側圧力の推定が困難である場合には、上記時間（Ｂ）を予め設定しておき、その予め設定した時間（Ｂ１）経過前に、前記電動機制御手段により電動機の回転数を制御するようにしてもよい。
【００１２】
このような車両用空調装置においては、電源から前記電動機への入力が所定値を下回ったとき、前記電動機の制御回転数に制限を加えることが好ましい。すなわち、電源に蓄えられた電力量やそのときの電源における空調装置へ配分可能な電力量等に応じて、一定の制限を加えることができる。たとえば、電動機への入力電圧を検知する電動機入力電圧検知手段を設けておき、電動機入力電圧検知手段により検知された電動機入力電圧を参照し、該電動機入力電圧が所定値（ａ）以下ならば、電動機目標回転数を下げたり、電動機制御手段により電動機の回転数を下げたりすることができる。あるいは、電動機への入力電流を検知する電動機入力電流検知手段を設けておき、電動機入力電流検知手段により検知された電動機入力電流を参照し、該電動機入力電流が所定値（ｂ）以上ならば、電動機目標回転数を下げたり、電動機制御手段により電動機の回転数を下げたりすることができる。あるいは、電動機への入力電力を算出する電動機入力電力算出手段を設けておき、電動機入力電力算出手段により、電動機入力電圧と電動機入力電流を参照して算出された入力電力値が所定値（ｃ）以上ならば、電動機目標回転数を下げたり、電動機制御手段により電動機の回転数を下げたりすることができる。
【００１３】
本発明に係る車両用空調装置では、冷凍サイクルにおける圧力を参照して駆動源切替の際の電動機制御を行うようにすることもできる。すなわち、冷凍サイクルに設けられ、駆動源として電動機と車両用原動機の２種類の駆動手段により駆動可能で、前記車両用原動機のみにより駆動され、第１圧縮室を有する第１圧縮機部と、前記電動機のみにより駆動され、第２圧縮室を有する第２圧縮機部の二つの圧縮機構が一台の圧縮機内に一体に組み付けられ、かつ、第１圧縮機部と第２圧縮機部とが選択的にまたは同時に駆動可能なハイブリッド式の圧縮機と、該圧縮機の駆動源をいずれか一方の駆動手段から他方の駆動手段に切り替える駆動源切替手段と、冷凍サイクルの高圧側又は／及び低圧側の圧力を検知又は推定する手段と、電動機の起動、停止、回転数を制御する電動機制御手段とを備えた車両用空調装置において、前記ハイブリッド式圧縮機の駆動源を、前記駆動源切替手段により車両用原動機駆動から電動機駆動に切り替えた後でかつ前記電動機の起動前に、前記高圧側又は／及び低圧側の圧力を検知又は推定し、検知又は推定した圧力が所定値に達したときに前記電動機を起動させることを特徴とする車両用空調装置として構成することもできる。
【００１４】
上記のような本発明に係る車両用空調装置におけるハイブリッド式圧縮機としては、先に本出願人により特願２００１−２８０６３０で提案されたハイブリッド式圧縮機を好適に使用できる。この先の提案に係るハイブリッド式圧縮機は、車両用原動機のみにより駆動される第１圧縮機部（第１圧縮室）と電動機のみにより駆動される第２圧縮機部（第２圧縮室）とが一体に組み付けられたものからなり、第１圧縮機部と第２圧縮機部を選択的にまたは同時に駆動可能に構成されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置のシステム構成図である。冷凍サイクル１には、車両用原動機としてのエンジン２および電力供給により駆動する電動機３（モータ）のいずれかを、あるいは両方を同時に動力源とするハイブリッド式の圧縮機４が設けられており、エンジン２の駆動力は電磁クラッチ５によって伝達される。この２つの駆動源を持つハイブリッド圧縮機４により圧縮された高温高圧の冷媒が、凝縮器６により外気と熱交換して冷却され、凝縮し液化する。受液器７により気液が分離され、液冷媒が膨張弁８によって減圧される。減圧された低圧の冷媒は、冷却器としての蒸発器９に流入して、送風機１０により送風された空気と熱交換する。蒸発器９において蒸発し気化した冷媒は再びハイブリッド圧縮器４に吸入され圧縮される。
【００１６】
車室内空調を行う空気が通過する通風ダクト１１の入口には、切替ダンパ１２により吸入空気が選択される外気導入口１３と内気導入口１４が設けられている。通風ダクト１１内には、送風機１０、蒸発器９、エアミックスダンパ１５、加熱器としてのヒータコア１６が備えられており、エアミックスダンパアクチュエータ１７によるエアミックスダンパ１５の開度調整により、蒸発器９のみを通過した空気とヒータコア１６を通過した空気との混合割合が調整される。通風ダクト１１の下流側には、ＤＥＦ、ＶＥＮＴ、ＦＯＯＴ等の各吹き出し口２１、２２、２３が設けられており、各ダンパ２４、２５、２６により所定の吹き出し口が選択されるようになっている。
【００１７】
メインコントローラ３１からは、電磁クラッチ５を制御するためのクラッチコントローラ３２にクラッチ信号が、電動機３（モータ）のモータドライバにモータ制御信号が、エアミックスダンパアクチュエータ１７にエアミックスダンパ開度信号が、それぞれ出力され、メインコントローラ３１には、電動機３（モータ）からモータ回転数信号Ｎｍが、エンジン２からエンジン回転数信号Ｎｅが、それぞれ入力される。
【００１８】
また、空調制御のための各種センサとして、蒸発器９通過後の空気温度Ｔｅを検知する冷却器（蒸発器）出口空気温度センサ４１、車室内空気温度を検知する車室内温度センサ４２、外気温度Ｔａｍｂを検知する外気温度センサ４３、日射量Ｒｓｕｎを検知する日射センサ４４が設けられており、各検知信号がメインコントローラ３１に入力される。本実施態様では、この他にも、モータ消費電力Ｗ、冷凍サイクルの高圧側圧力Ｐｄ、車速Ｘの各信号がメインコントローラ３１に入力されるようになっている。
【００１９】
このような車両用空調装置において、ハイブリッド式圧縮機４の駆動源を、エンジン２から電動機３、又は、電動機３からエンジン２に切り替える時、切替前後の圧縮機吐出容積が実質的に一致するように、電動機３の回転数が制御される。本実施態様では図２に示すように制御される。以下に、ハイブリッド式圧縮機４の駆動源切替制御について２種類に分けて説明する。
【００２０】
エンジン駆動からモータ駆動への切替制御について
車両の冷凍サイクルの熱負荷（外気温度、日射量、車速等）により、エンジン駆動から電動機駆動への切替が必要と判定されると、その駆動源切替判定に基づき、車両のエンジン回転数Ｎｅを参照することにより、第１のモータ目標回転数Ｎｍｏ１を、
Ｎｍｏ１＝ｆ（Ｎｅ）
で演算し、クラッチ信号を出力し、エンジンからの動力を遮断する。
【００２１】
エンジン動力を遮断してから、冷凍サイクルの熱負荷、又は、高圧配管圧力、又は、低圧配管圧力に応じて決定する時間（Ａ）経過後に、モータ目標回転数Ｎｍｏ１に基づいて、モータ駆動信号がモータドライバ制御装置に入力されることにより、モータドライバ制御信号であるＤＵＴＹ信号を出力し、モータを制御する。但し、上記時間（Ａ）は、車両の冷凍サイクルの熱負荷条件により異なる。
【００２２】
冷凍サイクルの熱負荷、又は、高圧圧力が高い時の駆動源切替制御は、たとえば図３に示すようになる。図３は、任意のエンジン回転数Ｎｅについて表したものである。駆動源切替信号は、冷凍サイクルの熱負荷を参照して判定されるものであり、クラッチ信号は、エンジンへの動力接続及び遮断を表している。図３に示すように、冷凍サイクルの熱負荷、又は、高圧圧力が高い時は上記時間（Ａ）が長くなる。
【００２３】
一方、冷凍サイクルの熱負荷、又は、高圧圧力が低い時の駆動源切替制御は、たとえば図４に示すようになる。図４は、任意のエンジン回転数Ｎｅについて表したものである。図４に示すように、冷凍サイクルの熱負荷、又は、高圧圧力が低い時は上記時間（Ａ）が短くなる。
【００２４】
所定の目標回転数到達後に、蒸発器温度目標値Ｔｏｆｆと、蒸発器出口空気温度Ｔｅを参照し、第２のモータ目標回転数Ｎｍｏ２を演算する。
Ｎｍｏ２＝ｆ（Ｔｏｆｆ，Ｔｅ）
【００２５】
第１のモータ目標回転数Ｎｍｏ１と第２のモータ目標回転数Ｎｍｏ２とを加算して、モータ目標回転数Ｎｍｏを演算する。
Ｎｍｏ＝Ｎｍｏ１＋Ｎｍｏ２
このモータ目標回転数Ｎｍｏを、モータドライバ制御装置への入力とする。
【００２６】
モータドライバ制御装置は、モータ目標回転数Ｎｍｏと、モータ回転数Ｎｍを参照し、モータドライバへの制御量ＤとしてのＤＵＴＹ信号を出力し、モータの回転数を制御することで、蒸発器出口空気温度Ｔｅを制御する。
Ｄ＝ｆ（Ｎｍｏ，Ｎｍ）
【００２７】
モータ駆動からエンジン駆動への切替制御について
車両の冷凍サイクルの熱負荷（外気温度、日射量、車速等）により、電動機駆動からエンジン駆動への切替が必要と判定されると、その駆動源切替判定に基づき、車両のエンジン回転数Ｎｅを参照することにより、モータ目標回転数Ｎｍｏ１を演算し、冷凍サイクルの熱負荷、又は、高圧配管圧力、又は、低圧配管圧力に応じて決定する時間（Ｂ）経過前に、モータ目標回転数Ｎｍｏ１に基づいて、モータ駆動信号をモータドライバ制御装置に入力し、モータドライバ制御信号であるＤＵＴＹ信号を出力し、モータの起動制御を行う。目標モータ回転数に達したらクラッチ信号を出力し、駆動源をエンジンに移管する。エンジンへの駆動源接続後、即時に、モータへの駆動源を遮断し、モータを停止状態へと制御する。但し、上記時間（Ｂ）は、車両の冷凍サイクルの熱負荷条件により異なる。なお、モータが目標回転数まで到達しない場合でも、所定時間（Ｂ）経過後に、エンジン駆動とする。
【００２８】
冷凍サイクルの熱負荷、又は、高圧圧力が高い時の駆動源切替制御は、たとえば図５に示すようになる。図５は、任意のエンジン回転数Ｎｅについて表したものである。ここで、駆動源切替信号は、冷凍サイクルの熱負荷を参照して判定されるものである。クラッチ信号は、エンジンへの動力接続及び遮断を表している。図５に示すように、冷凍サイクルの熱負荷、又は、高圧圧力が高い時は上記時間（Ｂ）が長くなる。
【００２９】
一方、冷凍サイクルの熱負荷、又は、高圧圧力が低い時の駆動源切替制御は、たとえば図６に示すようになる。図６は、任意のエンジン回転数Ｎｅについて表したものである。図６に示すように、冷凍サイクルの熱負荷、又は、高圧圧力が低い時は上記時間（Ｂ）が短くなる。
【００３０】
モータからエンジンへの駆動源切替後は、蒸発器目標温度Ｔｏｆｆ、蒸発器出口空気温度Ｔｅを参照し、クラッチコントローラにより、蒸発器温度Ｔｅを制御する。
【００３１】
また、図２に示した制御においては、モータへの入力電力（モータ消費電力）Ｗと、予め定めた所定値（Ｃ）を参照し、モータの回転数を以下のように制御することが好ましい。
モータへの入力電力Ｗが所定値（Ｃ）より高い場合、電動機回転数を維持あるいは減少させる（Ｄを増加させない）。
モータへの入力電力Ｗが所定値（Ｃ）より低い場合に、前述した制御を行う。
【００３２】
さらに本発明においては、ハイブリッド式圧縮機の駆動源を、駆動源切替手段により車両用原動機駆動から電動機駆動に切り替えた後でかつ前記電動機の起動前に、冷凍サイクルにおける高圧側又は／及び低圧側の圧力を検知又は推定し、検知又は推定した圧力が所定値に達したときに電動機を起動させるように制御することも可能である。
【００３３】
たとえば図７に示すように、高圧側圧力を検知又は推定し、検知又は推定した圧力が所定値に達したときに（モータ駆動に切り替えた後、高圧側圧力が所定値まで低下したとき）モータを起動させるように制御することができる。
【００３４】
上述したような本発明に係る制御により、基本的に、切替前後の圧縮機吐出容積が実質的に一致するように、電動機制御手段により電動機の回転数を制御することが可能となる。また、電動機起動のタイミングを最適化することも可能となり、起動に要する動力を低減でき、装置全体の消費動力の低減をはかるとともに電動機自身の小型化をはかることもできる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る車両用空調装置によれば、ハイブリッド式圧縮機の駆動源切替時に問題となる吹出温度変動とトルクショックを抑制することができ、それによって乗員の快適性を向上することができる。また、とくに空調負荷が大きい時の電動機の起動制御を改善し、起動に必要な電力を小さく抑えるとともに電動機の小型化、消費電力の低減をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置のシステム構成図である。
【図２】図１の車両用空調装置の制御の一例を示すブロック図である。
【図３】図２の制御において圧縮機の駆動源を車両用原動機から電動機に切り替える際の制御特性図である（熱負荷大のとき）。
【図４】図２の制御において圧縮機の駆動源を車両用原動機から電動機に切り替える際の制御特性図である（熱負荷小のとき）。
【図５】図２の制御において圧縮機の駆動源を電動機から車両用原動機に切り替える際の制御特性図である（熱負荷大のとき）。
【図６】図２の制御において圧縮機の駆動源を電動機から車両用原動機に切り替える際の制御特性図である（熱負荷小のとき）。
【図７】本発明に係る車両用空調装置の別の制御の一例を示す、圧縮機の駆動源を車両用原動機から電動機に切り替える際の制御特性図である。
【符号の説明】
１  冷凍サイクル
２  車両用原動機（エンジン）
３  電動機（モータ）
４  ハイブリッド式圧縮機
５  電磁クラッチ
６  凝縮器
７  受液器
８  膨張弁
９  冷却器（蒸発器）
１０  送風機
１１  通風ダクト
１２  切替ダンパ
１３  外気導入口
１４  内気導入口
１５  エアミックスダンパ
１６  加熱器としてのヒータコア
１７  エアミックスダンパアクチュエータ
２１、２２、２３  吹き出し口
２４、２５、２６  ダンパ
３１  メインコントローラ
３２  クラッチコントローラ
４１  冷却器（蒸発器）出口空気温度センサ
４２  車室内温度センサ
４３  外気温度センサ
４４  日射センサ
【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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