車両用空調制御装置及び車両用制御装置
【課題】本発明は、アイドリング時の空調装置の制御において燃費を向上させる技術を提供する。
【解決手段】本発明は、車両用熱機関により駆動されるコンプレッサと、冷媒を気化するエバポレータとを有する空調装置の冷房能力を与えられた目標冷房能力に近づけるように制御する車両用空調制御装置を提供する。本車両用空調制御装置は、空調装置の冷房能力を検出する冷房能力検出部と、検出冷房能力と目標冷房能力とを比較して検出冷房能力が前記目標冷房能力に近づくように車両用熱機関の目標回転数を決定する目標回転数決定部と、目標回転数が予め設定された判定値よりも大きいときには空調装置を連続運転モードとし、決定された目標回転数が判定値よりも小さいときには空調装置の作動モードをオンオフ運転モードとする運転モード切替部と、を備える。
【解決手段】本発明は、車両用熱機関により駆動されるコンプレッサと、冷媒を気化するエバポレータとを有する空調装置の冷房能力を与えられた目標冷房能力に近づけるように制御する車両用空調制御装置を提供する。本車両用空調制御装置は、空調装置の冷房能力を検出する冷房能力検出部と、検出冷房能力と目標冷房能力とを比較して検出冷房能力が前記目標冷房能力に近づくように車両用熱機関の目標回転数を決定する目標回転数決定部と、目標回転数が予め設定された判定値よりも大きいときには空調装置を連続運転モードとし、決定された目標回転数が判定値よりも小さいときには空調装置の作動モードをオンオフ運転モードとする運転モード切替部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用熱機関の動力により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機を有して構成される空調装置を備える車両に関し、特に空調装置を制御する車両用空調制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から冷媒を圧縮する圧縮機を内燃機関の動力により駆動する車両用空調制御装置において、内燃機関のアイドリング時の燃費を向上させる制御方法が提案されている。具体的には、たとえば特許文献１では、空調装置の負荷に応じて内燃機関のアイドリング回転数を予め設定された複数の回転数のいずれかに切り替える技術が提案されている。特許文献２乃至５では、圧縮機の作動時間や吐出圧力あるいは車内外の気温といった計測値によって熱負荷を推定し、その推定に基づいてアイドリング回転数を制御する技術が提案されている。特許文献６では、圧縮機のオンオフ作動において、圧縮機のオン時の室温変化速度に基づいて熱負荷を推定し、推定された熱負荷が小さいときには圧縮機のオン時のアイドルアップを禁止する技術も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−９９７２６号公報
【特許文献２】特開平６−２２９２７３号公報
【特許文献３】特開昭５７−１８１９４２号公報
【特許文献４】特開昭６２−１１１１３８号公報
【特許文献５】特開２００６−３３６４７９号公報
【特許文献６】特開平６−１０１５１５号公報
【特許文献７】特開２００１−２７０３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述の各技術は、車両用空調制御装置の制御系の各部分を改善するに止まっていた。これに対しては、本発明者は、車両用空調制御装置の制御系の全体、あるいは車両用空調制御装置と内燃機関制御装置の全体を見直すことによって改善の余地があることを見出した。一方、空調装置の蒸発器から流出する冷媒の温度としての冷媒過熱度を安定させるための膨張弁が普及している（特許文献７）。ところが冷媒過熱度の安定は、エンジン回転数を固定したままで冷媒の流量を絞ることで達成されているので、エンジンに対して余分なエネルギ損失が発生していることが本発明者によって見出された。
【０００５】
本発明は、上述の従来の課題を解決するために創作されたものであり、アイドリング時の空調装置の制御において燃費を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。
【０００７】
請求項１の発明は、車両用熱機関により駆動されるコンプレッサと、冷媒を気化するエバポレータとを有する空調装置の冷房能力を与えられた目標冷房能力に近づけるように制御する車両用空調制御装置であって、前記空調装置の冷房能力を検出する冷房能力検出部と、前記検出された冷房能力である検出冷房能力と前記目標冷房能力とを比較し、前記検出冷房能力が前記目標冷房能力に近づくように、前記車両用熱機関の目標回転数を決定する目標回転数決定部と、前記目標回転数が予め設定された判定値よりも大きいときには前記空調装置を連続運転モードとし、前記決定された目標回転数が前記判定値よりも小さいときには前記空調装置の作動モードをオンオフ運転モードとする運転モード切替部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記発明によれば、目標冷房能力に応じて決定された車両用エンジンの目標回転数が予め設定された判定値より高い場合には、アイドリング回転数の調整によって冷房能力を操作することができるので、コンプレッサ駆動のオンオフに起因するエネルギ損失を抑制することができる。一方、目標冷房能力に応じて、判定値以下のアイドリング回転数が要求される場合には、コンプレッサ駆動のオンオフで適切に冷房することができる。
【０００９】
請求項２の発明では、前記車両用空調制御装置は、さらに前記コンプレッサの吐出圧を計測する吐出圧計測部を有し、前記計測された吐出圧を車両用熱機関に送信し、前記判定値は、前記計測された吐出圧を使用して前記車両用熱機関によって決定されていることを特徴とする。
【００１０】
上記発明によれば、コンプレッサの吐出圧を使用して判定値が決定されているので、コンプレッサに印加される車両用熱機関の駆動トルクを推定することができる。これにより、コンプレッサの駆動トルクを考慮した判定値を設定することができるので、駆動トルクの低下に応じて判定値を小さくすることによってオンオフ運転モードの頻度を少なくすることができる。この結果、コンプレッサ駆動のオンオフに起因するエネルギ損失を抑制することができる。
【００１１】
請求項３の発明では、前記目標回転数決定部は、前記エバポレータから流出した冷媒の温度である冷媒過熱度を検出する過熱度検出部を有し、前記検出された冷媒過熱度に応じて前記目標回転数を調整することを特徴とする。
【００１２】
上記発明によれば、冷媒過熱度に応じて目標回転数を調整することができるので、冷房負荷の変動に対して冷媒供給量を機敏に追従させることができる。これにより、たとえば膨張弁の排除あるいは膨張弁の構成の簡素化といった設計自由度、あるいはレシーバ（気液分離機）の貯留容量を小さくするという設計自由度を提供することができる。
【００１３】
請求項４の発明では、前記目標回転数決定部は、前記検出された冷媒過熱度の低下に応じて前記目標回転数を低減させることを特徴とする。
【００１４】
上記発明によれば、冷媒供給の余剰状態を機敏に検出して目標回転数を低減させることができる。これにより、効果的に燃費を改善することができる。
【００１５】
請求項５の発明は、車両用熱機関と空調装置とを制御する車両用制御装置であって、上記記載の車両用空調制御装置と、前記車両用熱機関の回転数を制御し、アイドリング制御の最低回転数を前記判定値として決定して前記車両用空調制御装置に送信する車両用熱機関制御部と、を備える。前記車両用熱機関制御部は、前記目標回転数が前記判定値よりも大きいときには前記目標回転数を目標値として前記車両用熱機関のアイドリング回転数を制御し、前記目標回転数が前記判定値以下のときには前記最低回転数を目標値として前記車両用熱機関のアイドリング回転数を制御することを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明では、車両用熱機関と空調装置の協調制御によって車両用熱機関の作動の信頼性を確保しつつ空調装置を効率的に制御することが可能である。本協調制御では、車両用熱機関は、アイドリング制御の最低回転数を判定値として車両用空調制御装置に送信する。車両用空調制御装置は、与えられた判定値から連続運転可能なアイドリング回転数の範囲を知ることができる。
【００１７】
これにより、連続運転可能なアイドリング回転数の範囲では、車両用空調制御装置は、車両用熱機関の目標回転値を操作して空調装置の出力を操作することができる一方、車両用空調制御装置は、目標回転数が判定値以下のときにはオンオフ制御を実行することによって効率的な運転を実現することができる。
【００１８】
請求項６の発明では、前記判定値は、前記車両用熱機関のエンジン水温と点火時期の少なくとも一方を含む熱機関状態量を使用して決定されていることを特徴とする。
【００１９】
上記発明によれば、車両用熱機関のエンジン水温と点火時期の少なくとも一方を含む熱機関状態量を使用して判定値が決定されているので、暖気に起因する車両用熱機関の出力トルクの低下の完了に応じて判定値を小さくすることによってオンオフ運転モードの頻度を少なくすることができる。
【００２０】
請求項７の発明では、車両用熱機関により駆動されるコンプレッサと、冷媒を気化するエバポレータとを有する空調装置の冷房能力を与えられた目標冷房能力に近づけるように制御する車両用空調制御装置であって、前記空調装置の冷房能力を検出する冷房能力検出部と、前記検出された冷房能力である検出冷房能力と前記目標冷房能力とを比較し、前記検出冷房能力が前記目標冷房能力に近づくように、前記車両用熱機関の目標回転数を決定する目標回転数決定部と、を備える。前記目標回転数決定部は、前記エバポレータから流出した冷媒の温度である冷媒過熱度を検出する過熱度検出部を有し、前記検出された冷媒過熱度に応じて前記目標回転数を調整することを特徴とする。
【００２１】
上記発明によれば、冷媒過熱度に応じて目標回転数を調整することができるので、冷房負荷の変動に対して冷媒供給量を機敏に追従させることができる。上記発明は、判定値に基づく連続運転とオンオフ制御の切替を行わない構成でも実装可能である。ただし、判定値に基づく切替は、連続運転の範囲（アイドリング回転数の範囲）を広くする設計自由度を提供することができるので、冷媒過熱度に応じた目標回転数の調整範囲も広がって顕著な効果を奏することができる。
【００２２】
なお、本発明は、車両用空調制御装置だけでなく、たとえば制御方法や制御機能を具現化するコンピュータプログラム、そのプログラムを格納するプログラム媒体あるいはプログラム製品といった形で具現化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態にかかる内燃機関システム１０及び空調制御装置５０の構成を示す全体構成図。
【図２】実施形態の空調制御のルーチンを示すフローチャート。
【図３】空調制御装置５０の作動の様子を示すタイムチャート。
【図４】第２実施形態にかかる内燃機関システム１０及び空調制御装置５０ａの構成を示す全体構成図。
【図５】第２実施形態にかかる空調制御装置５０ａの作動状態を示すタイムチャート。
【図６】実施形態と変形例のアイドリング回転数の調整範囲を比較して示すチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明にかかる車両用空調制御装置を内燃機関を搭載した車両（自動車）に適用した２つの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる内燃機関システム１０及び車両用空調制御装置５０（エアコンシステム）の構成を示す全体構成図である。内燃機関システム１０は、制御対象としてのエンジン１１と制御装置としてのエンジンＥＣＵ１２とを備えている。空気調節システムは、制御対象としての空調装置２０と制御装置としての空調制御装置５０とを備えている。空調装置２０は、コンプレッサ２１と、コンデンサ２２と、レシーバ２３と、膨張弁２４と、エバポレータ２５とを備えている。なお、エンジン１１は、車両用熱機関とも呼ばれる。エンジンＥＣＵ１２は、車両用熱機関制御部とも呼ばれる。車両用空調制御装置５０は空調制御装置とも呼ばれる。
【００２６】
コンプレッサ２１は、エバポレータ２５で蒸発した冷媒ガスを吸入し、コンデンサ２２で液化しやすいように加圧する定容量式の圧縮機である。コンプレッサ２１は、エンジン１１によって駆動される。駆動力の伝達は、コンプレッサ２１の駆動軸に機械的に連結されたプーリ２６と、エンジン１１のクランク軸１４にクラッチ５７ａを介して機械的に連結されたプーリ２７と、２個のプーリ２６，２７を連結するベルト２８と、を介して行われる。クラッチ５７ａの連結と非連結は、エアコンＥＣＵ５９によって操作される。
【００２７】
コンプレッサ２１の状態量には、コンプレッサ２１が冷媒を吸入する圧力である吸入圧力と、コンプレッサ２１が冷媒を吐出する圧力である吐出圧力とがある。コンプレッサ２１の必要トルク（駆動トルク）は、吐出圧力と吸入圧力の差に応じて推定することができる。なお、コンプレッサ２１は、可変容量式の構成も利用可能である。ただし、本実施形態は、定容量式のコンプレッサにおいて回転数の調整で冷房能力を操作することができるという顕著な効果を奏する。
【００２８】
コンデンサ２２は、コンプレッサ２１から供給された加圧されたガス状の冷媒を液化させる凝縮機である。冷媒の液化は、コンプレッサ２１から吐出供給された加圧冷媒と、図示しないファンから送風される空気や車両の走行に伴いコンデンサ２２に吹き付けられる空気との熱交換（空冷冷却）を行うことによって行われる。
【００２９】
レシーバ２３は、コンデンサ２２によって液体と気体の二相の冷媒から液相の冷媒を分離してエバポレータ２５に供給する気液分離機である。液相冷媒の分離は、レシーバ２３の内部に貯留された液状の冷媒に先端が沈められた配管によって冷媒を送出することによって行われる。レシーバ２３は、液状冷媒の貯留機能をも有している。エバポレータ２５への高圧液状冷媒の供給は、膨張弁２４を介して行われる。
【００３０】
エバポレータ２５は、冷媒の気化によって熱を奪う装置である。エバポレータ２５は、室内あるいは外気を導入し、車室内に冷風を送出するためのエバファン５５ｄを備えている。エバファン５５ｄは、車室内に冷風を送出することによって室温を低下させることができる。エバポレータ２５の状態量には、エバポレータ２５で熱交換される前の空気の温度であるエバ入口温度と、エバポレータ２５で熱交換される後の空気の温度であるエバ出口温度とがある。
【００３１】
膨張弁２４は、一種の絞り弁であり、レシーバ２３とエバポレータ２５との間に圧力差を発生させることができる。膨張弁２４は、さらに高圧液状冷媒を小さなすき間から吹き出させて膨張させることによって、高圧液状冷媒を低圧・低温の霧状とすることができる。これにより、低圧・低温の霧状の冷媒は、エバポレータ２５における急激な気化を可能としている。
【００３２】
膨張弁２４は、冷媒過熱度に応じて機械的に開度を調整する自動調整弁としての機能を有している。開度の自動調整は、たとえば特許文献７の段落０００２等に開示されているようにエバポレータ２５の出口側の冷媒流路を膨張弁２４に引き込んで、その冷媒の熱で内部空間に密閉されている気体を熱膨張させることによって弁体を移動させることによって実現することができる。
【００３３】
空調制御装置５０は、エアコンＥＣＵ５９と、冷房能力を設定するための複数のセンサ５３、５４、５６、５７、５８と、空調装置の状態量を計測するための複数のセンサ５１ａ，５１ｂ，５５ａ，５５ｂとを備えている。エアコンＥＣＵ５９は、空調装置２０を制御対象とする電子制御装置であり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。エアコンＥＣＵ５９は、複数のセンサ５３、５４、５６、５７、５８を使用して目標冷房能力を設定する機能と、目標冷房能力Ｐｔ（ｋＷ）を目標値として空調装置２０を操作する機能とを有している。エアコンＥＣＵ５９は、複数のセンサ５１ａ，５１ｂ，５５ａ，５５ｂで空調装置２０の状態量を計測しつつ空調装置２０を制御する。
【００３４】
図２は、実施形態の空調制御のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、Ａ／Ｃスイッチ５２のオン操作に応じて起動される。エアコンＥＣＵ５９は、本起動に応じてクラッチ５７ａを連結状態としてコンプレッサ２１の駆動を開始させるとともに、複数のセンサ５１ａ，５１ｂ，５５ａ，５５ｂからの検出信号の受信を開始する。
【００３５】
ステップＳ１０では、エアコンＥＣＵ５９は、目標性能設定工程を実行する。目標性能設定工程は、空調装置２０の目標冷房能力Ｐｔを設定する工程である。目標冷房能力Ｐｔは、本実施形態では、時間当たりにエバポレータ２５で熱交換されるべき熱量を意味している。目標冷房能力Ｐｔは、車室内温度、外気の温度、湿度、日射量、および車両の走行速度を使用して設定される。車室内温度は室温センサ５３によって計測される。外気の温度は外気温センサ５８によって検出される。外気の湿度は湿度センサ５４によって検出される。日射量は日射センサ５６によって検出される。車両の走行速度は車速センサ５７によって検出される。
【００３６】
ステップＳ２０では、エアコンＥＣＵ５９は、冷房能力検出工程を実行する。冷房能力検出工程は、空調装置２０の現実の検出冷房能力Ｐｄ（ｋＷ）を検出する工程である。検出冷房能力Ｐｄは、エバポレータ２５による熱交換量の計測値として検出される。本計測値は、エバ入口温度とエバ出口温度の差に基づいて計測される。エバ入口温度は入口温度検出センサ５５ａによって検出される。エバ出口温度は出口温度検出センサ５５ｂによって検出される。
【００３７】
ステップＳ３０では、エアコンＥＣＵ５９は、目標回転数決定工程を実行する。目標回転数決定工程は、コンプレッサ２１の目標回転数Ｎｒを決定する工程である。目標回転数Ｎｒは、エアコンＥＣＵ５９が有する制御則によって、検出冷房能力Ｐｄ（ｋＷ）が目標冷房能力Ｐｔに近づくように決定される回転数である。このように、エアコンＥＣＵ５９は、目標回転数決定部として機能している。
【００３８】
ステップＳ４０では、エアコンＥＣＵ５９は、目標回転数Ｎｒが判定値Ｔｈよりも大きいか否かを判定する。判定値Ｔｈは、エンジン１１のクランク軸１４の最低回転数Ｎｍにおけるコンプレッサ２１の回転数の計算値である。本計算値は、２個のプーリ２６，２７の回転比と最低回転数Ｎｍとを使用して算出される。最低回転数Ｎｍは、内燃機関システム１０が有するエンジンＥＣＵ１２から与えられた値である。
【００３９】
最低回転数Ｎｍは、たとえばエンジン１１の駆動を維持するための最低の回転数として設定される。すなわち、最低回転数Ｎｍは、エンジン１１のエンジンストールが発生しない最低の回転数として設定される。最低回転数Ｎｍは、たとえばエンジン水温、点火時期、およびコンプレッサ２１の負荷トルクＱに基づいてエンジンＥＣＵ１２によって設定される。コンプレッサ２１の負荷トルクＱは、コンプレッサ２１がエンジン１１のクランク軸１４に与える負荷としてのトルクである。最低回転数Ｎｍは、負荷トルクＱが大きな状態では高めに設定されることになる。
【００４０】
負荷トルクＱは、コンプレッサ２１の加圧量に応じてエアコンＥＣＵ５９によって決定される。エアコンＥＣＵ５９は、コンプレッサ２１の吐出圧センサ５１ｂと吸入圧センサ５１ａの差に基づいて加圧量を算出し、その算出値を使用して負荷トルクＱを推定する。負荷トルクＱの推定は、予め設定されている対応曲線や推定計算式を利用して行われる。負荷トルクＱは、実時間でエアコンＥＣＵ５９からエンジンＥＣＵ１２に送信される。
【００４１】
エンジン水温は、暖気の完了を確認するために使用され、暖気完了までは最低回転数Ｎｍが高めに設定される。点火時期に関する情報は、点火タイミングが遅いときに最低回転数Ｎｍを高くするために使用される。点火タイミングが遅いときには、トルクの減少の原因となってエンジンストールを生じさせやすいからである。点火タイミングの遅延は、暖気時に排ガス温度を高くすることによって早く触媒温度を上昇させ、これにより排ガスの浄化能力を早期に立ち上げるためのものである。
【００４２】
ステップＳ４０での比較判断の結果、目標回転数Ｎｒが判定値Ｔｈよりも大きい場合には処理がステップＳ５０に進められ、目標回転数Ｎｒが判定値Ｔｈ以下の場合には処理がステップＳ６０に進められる。
【００４３】
ステップＳ５０では、エアコンＥＣＵ５９は、空調装置２０の作動モードを連続運転モードに設定する。連続運転モードは、クラッチ５７ａを連結状態に維持しつつエンジン１１のアイドリング回転数Ｎｉを操作してコンプレッサ２１が目標回転数Ｎｒに近づくように制御される作動モードである。連続運転モードでは、エアコンＥＣＵ５９は、クラッチ５７ａを連結状態に維持するとともに目標回転数ＮｒをエンジンＥＣＵ１２に送信する。すなわち、連続運転モードでは、クラッチ５７ａの非連結が制限（禁止を含む）されることになる。一方、エンジンＥＣＵ１２は、コンプレッサ２１が目標回転数Ｎｒに近づくようにアイドリング回転数Ｎｉを調整する。
【００４４】
ステップＳ６０では、エアコンＥＣＵ５９は、空調装置２０の作動モードをオンオフ運転モードに設定する。オンオフモードは、クラッチ５７ａを連結と非連結の切替操作によって空調装置２０の冷房能力を操作する作動モードである。アイドリング回転数Ｎｉは、本実施形態では、最低回転数Ｎｍに固定されている。
【００４５】
切替操作は、たとえば室温センサ５３の計測値に応じて、予め設定されたオン閾値温度を超えたときにオン（クラッチ５７ａを連結）とし、予め設定されたオフ閾値温度以下となったオフ（クラッチ５７ａを非連結）とすることによって実現される。オン閾値温度は、オフ閾値温度よりも高く設定することによってヒステリシスが設けられている。
【００４６】
このように、本実施形態の空調制御装置５０は、エンジン１１の駆動を維持するための最低の回転数である最低回転数Ｎｍよりも高い回転が要請されているときには、最低回転数Ｎｍよりも高い回転数の範囲において空調装置２０の出力を連続的に制御することができる。一方、本実施形態の空調制御装置５０は、最低回転数Ｎｍでの空調装置２０の駆動では、冷房能力が過剰となるときには、オンオフ制御を実行することができる。
【００４７】
図３は、空調制御装置５０の作動の様子を示すタイムチャートである。目標冷房能力は、目標冷房能力Ｐｔの大きさとして線の高さで表現されている。コンプレッサ目標回転数は、コンプレッサ２１の目標回転数Ｎｒとして線の高さで表現されている。エンジン目標回転数は、コンプレッサ２１の目標回転数Ｎｒを使用して決定されるアイドリング回転数Ｎｉの目標値である。エアコンＯＮ／ＯＦＦ状態は、オンオフ運転モードにおけるＯＮ状態（クラッチ５７ａの連結状態）とＯＦＦ状態（クラッチ５７ａの非連結状態）の切替状態を示している。
【００４８】
一方、判定値Ｔｈは、この例では、点火時期、エンジン水温、およびコンプレッサ２１の負荷トルクＱと、によって決定される値である。最低回転数Ｎｍは、判定値Ｔｈから算出される値である。
【００４９】
時刻ｔ１では、エアコンＥＣＵ５９は、目標冷房能力の低下に伴いコンプレッサ目標回転数を低下させる。エンジンＥＣＵ１２は、エアコンＥＣＵ５９から与えられたコンプレッサ目標回転数Ｎｒの低下に伴ってエンジン目標回転数を低下させている。ただし、エアコンのＯＮ状態は継続している。目標冷房能力Ｐｔの低下は、たとえば車室内の温度低下によって発生する。この状態では、コンプレッサ目標回転数Ｎｒは、判定値Ｔｈよりも大きな値なので、空調装置２０が連続運転モードで制御されている（ステップＳ４０，Ｓ５０）。
【００５０】
時刻ｔ２では、目標冷房能力Ｐｔの再度の低下に応じてコンプレッサ目標回転数Ｎｒが低下している。ただし、エンジンＥＣＵ１２は、コンプレッサ２１が最低回転数Ｎｍに近づくようにアイドリング回転数Ｎｉを操作している。すなわち、エンジンＥＣＵ１２は、コンプレッサ目標回転数Ｎｒの要求をオーバーライドして最低回転数Ｎｍをアイドリング回転数Ｎｉの目標値として使用していることになる。一方、エアコンＥＣＵ５９は、クラッチ５７ａを非連結状態としてエアコンをＯＦＦ状態に切り替える。この状態では、コンプレッサ目標回転数Ｎｒは、判定値Ｔｈ以下の値なので、空調装置２０がオンオフ運転モードで制御されている（ステップＳ４０，Ｓ６０）。
【００５１】
時刻ｔ３では、目標冷房能力Ｐｔの再度の低下に応じてコンプレッサ目標回転数Ｎｒが低下している。ただし、エンジンＥＣＵ１２は、時刻ｔ２から引き続きコンプレッサ２１が最低回転数Ｎｍに近づくようにアイドリング回転数Ｎｉを操作している。この状態では、空調装置２０のオン時間のデューティ（時間比率）が時刻ｔ２〜ｔ３のときよりも低下している。このように、オンオフ運転モードでは、オン時間のデューティによって冷房能力が操作されることになる。
【００５２】
時刻ｔ４では、エアコンＥＣＵ５９は、目標冷房能力の上昇に応じてコンプレッサ目標回転数を上昇させるとともに、クラッチ５７ａを連結状態としてエアコンをＯＮ状態に切り替える。エンジンＥＣＵ１２は、エアコンＥＣＵ５９から与えられたコンプレッサ目標回転数の上昇に伴ってエンジン目標回転数を上昇させている。目標冷房能力の上昇は、たとえば車両ドア（図示せず）の開放等によって外気が車室内（図示せず）に進入することによって発生する。
【００５３】
時刻ｔ４では、エアコンＥＣＵ５９は、クラッチ５７ａの非連結状態を再び制限している。すなわち、連続運転モードでは、室温がオフ閾値温度以下となって、すなわちクラッチ５７ａが非連結となる温度に達しても連結状態が維持された状態でエンジン目標回転数の操作で冷房能力の操作が行われる。このような運転モードは、連続運転モードと呼ばれる。
【００５４】
時刻ｔ５では、判定値Ｔｈが低下している。判定値Ｔｈの低下は、たとえば触媒温度の上昇完了に起因する点火時期の遅延の終了、エンジン水温による暖機状態の完了、およびコンプレッサ２１の負荷トルクＱの低下に起因して発生する。なお、最低回転数Ｎｍは、判定値Ｔｈに比例する値なので判定値Ｔｈとともに低下している。
【００５５】
時刻ｔ６では、エアコンＥＣＵ５９は、目標冷房能力Ｐｔの低下に伴いコンプレッサ目標回転数Ｎｒを低下させている。エンジンＥＣＵ１２は、エアコンＥＣＵ５９から与えられたコンプレッサ目標回転数Ｎｒの低下に伴ってエンジン目標回転数を低下させている。ただし、アイドリング回転数Ｎｉは、時刻ｔ１〜ｔ４の判定値Ｔｈよりも低い値まで低下している。時刻ｔ５において、判定値Ｔｈが低下した状態が継続しているからである。
【００５６】
時刻ｔ７では、エアコンＥＣＵ５９は、目標冷房能力の再度の低下に伴いコンプレッサ目標回転数Ｎｒを低下させている。ただし、エンジンＥＣＵ１２は、コンプレッサ目標回転数Ｎｒの要求をオーバーライドして、時刻ｔ５で低下した最低回転数Ｎｍをアイドリング回転数Ｎｉの目標値として使用している。
【００５７】
このように、第１実施形態では、目標冷房能力に応じて、エンジン１１の最低回転数Ｎｍより高いアイドリング回転数Ｎｉが要求される場合には、アイドリング回転数Ｎｉの調整によって冷房能力を操作することができるので、コンプレッサ２１の駆動のオンオフに起因するエネルギ損失を抑制することができる。
【００５８】
一方、目標冷房能力に応じて、最低回転数Ｎｍ以下のアイドリング回転数Ｎｉが要求される場合には、最低回転数Ｎｍを維持しつつコンプレッサ２１の駆動のオンオフで適切に冷房することができる。本実施形態では、特に最低回転数Ｎｍが点火時期やエンジン水温、コンプレッサ２１の負荷トルクＱといった状態量を監視して適切に設定されているので、すなわち低減可能なので、コンプレッサ２１の駆動がオンオフ制御となる範囲を抑制することにも成功している。
【００５９】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態にかかる内燃機関システム１０及び空調制御装置５０ａの構成を示す全体構成図である。空調制御装置５０ａは、以下の２つの点で第１実施形態の空調制御装置５０と相違し、他の構成を共通とする。第１の相違点は、機械制御式の膨張弁２４が電子制御方式の膨張弁２４ａに変更されている点である。第２の相違点は、冷媒過熱度センサ５５ｃを備えている点である。冷媒過熱度センサ５５ｃは、エバポレータ２５の出口側の冷媒流路における冷媒温度を計測する。電子制御方式の膨張弁２４ａは、エアコンＥＣＵ５９からの指令によって開度調整が行われる。
【００６０】
図５は、第２実施形態にかかる空調制御装置５０ａの作動状態を示すタイムチャートである。本タイムチャートは、Ａ／Ｃスイッチ５２がオン状態において、ユーザが設定温度を上昇させたときの比較例と第２実施形態の制御内容を示している。比較例は、機械制御式の膨張弁２４を利用する構成である。ユーザが設定温度を上昇させると、比較例と第２実施形態の制御のいずれにおいてもエバファン５５ｄのブロアレベル（送風量）が低下させられる。
【００６１】
冷媒過熱度は、エバファン５５ｄのブロアレベルの低下に起因して下がる。エバファン５５ｄのブロアレベルが低下すると、エバポレータ２５での熱交換量が減少して冷媒の温度上昇量が小さくなるからである。比較例では、機械制御式の膨張弁２４は、エバポレータ２５の出口側の冷媒流路における冷媒温度の下降に応じて自動的に弁開度を絞ることになる。これにより、エバポレータ２５への冷媒の供給量が低下して冷媒過熱度が適正な値に戻ることになる。ただし、比較例では、エバポレータ２５への冷媒の供給量が低下しているにもかかわらず、エンジン１１の回転数とコンプレッサ２１の回転数は維持されることになる。
【００６２】
一方、第２実施形態では、電子制御方式の膨張弁２４ａが開度を維持する一方において、エンジン１１の回転数が低下してコンプレッサ２１の冷媒吐出量が減少することになる。これにより、冷媒供給の余剰状態を機敏に検出して目標回転数を低減させることができるので、エンジン１１の回転数が低下した分の燃料消費が低減して燃費が向上することになる。
【００６３】
さらに、たとえば膨張弁２４の排除あるいは膨張弁２４の構成の簡素化といった設計自由度、あるいはレシーバ２３（気液分離機）の貯留容量を小さくするという設計自由度を提供することができる。膨張弁２４の構成の簡素化は、たとえば精度仕様を緩和させることが可能となる。
【００６４】
（他の実施形態）
なお、実施の形態は上記した内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。
【００６５】
上記の実施形態では、コンプレッサ２１の負荷トルクＱに応じて最低回転数Ｎｍを設定しているが、たとえば負荷トルクＱを使用することなく、点火時期とエンジン水温の少なくとも一方に応じて最低回転数Ｎｍを設定する変形例として構成してもよい。ただし、上述の実施形態は、負荷トルクＱを使用することによってコンプレッサのオンオフ制御の頻度を低下させ、これによりコンプレッサのオンオフに起因するエネルギ損失を変形例の構成より小さくすることができるという利点を有している。
【００６６】
図６は、実施形態と変形例のアイドリング回転数の調整範囲を比較して示すチャートである。実施形態では、コンプレッサ２１のオンオフ制御を行うことなく、エンジン１１の回転数を回転数Ｎ２まで低下させることができる。すなわち、実施形態では、最低回転数Ｎｍが回転数Ｎ２に設定されるので、アイドリング回転数の調整範囲として操作範囲Ａ１が実現されることになる。一方、変形例では、コンプレッサ２１のオンオフ制御を行うことなく低下させることができる回転数が回転数Ｎ３なので、アイドリング回転数の調整範囲として操作範囲Ａ２に制限されることになる。回転数Ｎ３は、コンプレッサの吐出圧を計測していないので、負荷トルクＱを使用することができず、予め設定された運用範囲での負荷トルクＱの最大値として設定されている。
【００６７】
ただし、変形例においても点火時期とエンジン水温の少なくとも一方に応じて最低回転数Ｎｍが設定されるので、アイドリング回転数の調整範囲を低回転側に広げることによるエネルギ効率の向上の利点が得られる。コンプレッサ２１のオンオフ制御では、クラッチ５７ａの連結のショックでエンジンストールが発生しない回転数Ｎ４と、クラッチ５７ａの非連結状態で安定してアイドリング可能な最低回転数である回転数Ｎ１との間を交互に往復する回転数制御となる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…内燃機関システム、１１…エンジン、１２…エンジンＥＣＵ、２０…空調装置、２１…コンプレッサ、２２…コンデンサ、２３…レシーバ、２４，２４ａ…膨張弁、２５…エバポレータ、２６，２７…プーリ、２８…ベルト、５０，５０ａ…空調制御装置、５５ｄ…エバファン、５６…日射センサ、５７…車速センサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用熱機関の動力により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機を有して構成される空調装置を備える車両に関し、特に空調装置を制御する車両用空調制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から冷媒を圧縮する圧縮機を内燃機関の動力により駆動する車両用空調制御装置において、内燃機関のアイドリング時の燃費を向上させる制御方法が提案されている。具体的には、たとえば特許文献１では、空調装置の負荷に応じて内燃機関のアイドリング回転数を予め設定された複数の回転数のいずれかに切り替える技術が提案されている。特許文献２乃至５では、圧縮機の作動時間や吐出圧力あるいは車内外の気温といった計測値によって熱負荷を推定し、その推定に基づいてアイドリング回転数を制御する技術が提案されている。特許文献６では、圧縮機のオンオフ作動において、圧縮機のオン時の室温変化速度に基づいて熱負荷を推定し、推定された熱負荷が小さいときには圧縮機のオン時のアイドルアップを禁止する技術も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−９９７２６号公報
【特許文献２】特開平６−２２９２７３号公報
【特許文献３】特開昭５７−１８１９４２号公報
【特許文献４】特開昭６２−１１１１３８号公報
【特許文献５】特開２００６−３３６４７９号公報
【特許文献６】特開平６−１０１５１５号公報
【特許文献７】特開２００１−２７０３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述の各技術は、車両用空調制御装置の制御系の各部分を改善するに止まっていた。これに対しては、本発明者は、車両用空調制御装置の制御系の全体、あるいは車両用空調制御装置と内燃機関制御装置の全体を見直すことによって改善の余地があることを見出した。一方、空調装置の蒸発器から流出する冷媒の温度としての冷媒過熱度を安定させるための膨張弁が普及している（特許文献７）。ところが冷媒過熱度の安定は、エンジン回転数を固定したままで冷媒の流量を絞ることで達成されているので、エンジンに対して余分なエネルギ損失が発生していることが本発明者によって見出された。
【０００５】
本発明は、上述の従来の課題を解決するために創作されたものであり、アイドリング時の空調装置の制御において燃費を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。
【０００７】
請求項１の発明は、車両用熱機関により駆動されるコンプレッサと、冷媒を気化するエバポレータとを有する空調装置の冷房能力を与えられた目標冷房能力に近づけるように制御する車両用空調制御装置であって、前記空調装置の冷房能力を検出する冷房能力検出部と、前記検出された冷房能力である検出冷房能力と前記目標冷房能力とを比較し、前記検出冷房能力が前記目標冷房能力に近づくように、前記車両用熱機関の目標回転数を決定する目標回転数決定部と、前記目標回転数が予め設定された判定値よりも大きいときには前記空調装置を連続運転モードとし、前記決定された目標回転数が前記判定値よりも小さいときには前記空調装置の作動モードをオンオフ運転モードとする運転モード切替部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記発明によれば、目標冷房能力に応じて決定された車両用エンジンの目標回転数が予め設定された判定値より高い場合には、アイドリング回転数の調整によって冷房能力を操作することができるので、コンプレッサ駆動のオンオフに起因するエネルギ損失を抑制することができる。一方、目標冷房能力に応じて、判定値以下のアイドリング回転数が要求される場合には、コンプレッサ駆動のオンオフで適切に冷房することができる。
【０００９】
請求項２の発明では、前記車両用空調制御装置は、さらに前記コンプレッサの吐出圧を計測する吐出圧計測部を有し、前記計測された吐出圧を車両用熱機関に送信し、前記判定値は、前記計測された吐出圧を使用して前記車両用熱機関によって決定されていることを特徴とする。
【００１０】
上記発明によれば、コンプレッサの吐出圧を使用して判定値が決定されているので、コンプレッサに印加される車両用熱機関の駆動トルクを推定することができる。これにより、コンプレッサの駆動トルクを考慮した判定値を設定することができるので、駆動トルクの低下に応じて判定値を小さくすることによってオンオフ運転モードの頻度を少なくすることができる。この結果、コンプレッサ駆動のオンオフに起因するエネルギ損失を抑制することができる。
【００１１】
請求項３の発明では、前記目標回転数決定部は、前記エバポレータから流出した冷媒の温度である冷媒過熱度を検出する過熱度検出部を有し、前記検出された冷媒過熱度に応じて前記目標回転数を調整することを特徴とする。
【００１２】
上記発明によれば、冷媒過熱度に応じて目標回転数を調整することができるので、冷房負荷の変動に対して冷媒供給量を機敏に追従させることができる。これにより、たとえば膨張弁の排除あるいは膨張弁の構成の簡素化といった設計自由度、あるいはレシーバ（気液分離機）の貯留容量を小さくするという設計自由度を提供することができる。
【００１３】
請求項４の発明では、前記目標回転数決定部は、前記検出された冷媒過熱度の低下に応じて前記目標回転数を低減させることを特徴とする。
【００１４】
上記発明によれば、冷媒供給の余剰状態を機敏に検出して目標回転数を低減させることができる。これにより、効果的に燃費を改善することができる。
【００１５】
請求項５の発明は、車両用熱機関と空調装置とを制御する車両用制御装置であって、上記記載の車両用空調制御装置と、前記車両用熱機関の回転数を制御し、アイドリング制御の最低回転数を前記判定値として決定して前記車両用空調制御装置に送信する車両用熱機関制御部と、を備える。前記車両用熱機関制御部は、前記目標回転数が前記判定値よりも大きいときには前記目標回転数を目標値として前記車両用熱機関のアイドリング回転数を制御し、前記目標回転数が前記判定値以下のときには前記最低回転数を目標値として前記車両用熱機関のアイドリング回転数を制御することを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明では、車両用熱機関と空調装置の協調制御によって車両用熱機関の作動の信頼性を確保しつつ空調装置を効率的に制御することが可能である。本協調制御では、車両用熱機関は、アイドリング制御の最低回転数を判定値として車両用空調制御装置に送信する。車両用空調制御装置は、与えられた判定値から連続運転可能なアイドリング回転数の範囲を知ることができる。
【００１７】
これにより、連続運転可能なアイドリング回転数の範囲では、車両用空調制御装置は、車両用熱機関の目標回転値を操作して空調装置の出力を操作することができる一方、車両用空調制御装置は、目標回転数が判定値以下のときにはオンオフ制御を実行することによって効率的な運転を実現することができる。
【００１８】
請求項６の発明では、前記判定値は、前記車両用熱機関のエンジン水温と点火時期の少なくとも一方を含む熱機関状態量を使用して決定されていることを特徴とする。
【００１９】
上記発明によれば、車両用熱機関のエンジン水温と点火時期の少なくとも一方を含む熱機関状態量を使用して判定値が決定されているので、暖気に起因する車両用熱機関の出力トルクの低下の完了に応じて判定値を小さくすることによってオンオフ運転モードの頻度を少なくすることができる。
【００２０】
請求項７の発明では、車両用熱機関により駆動されるコンプレッサと、冷媒を気化するエバポレータとを有する空調装置の冷房能力を与えられた目標冷房能力に近づけるように制御する車両用空調制御装置であって、前記空調装置の冷房能力を検出する冷房能力検出部と、前記検出された冷房能力である検出冷房能力と前記目標冷房能力とを比較し、前記検出冷房能力が前記目標冷房能力に近づくように、前記車両用熱機関の目標回転数を決定する目標回転数決定部と、を備える。前記目標回転数決定部は、前記エバポレータから流出した冷媒の温度である冷媒過熱度を検出する過熱度検出部を有し、前記検出された冷媒過熱度に応じて前記目標回転数を調整することを特徴とする。
【００２１】
上記発明によれば、冷媒過熱度に応じて目標回転数を調整することができるので、冷房負荷の変動に対して冷媒供給量を機敏に追従させることができる。上記発明は、判定値に基づく連続運転とオンオフ制御の切替を行わない構成でも実装可能である。ただし、判定値に基づく切替は、連続運転の範囲（アイドリング回転数の範囲）を広くする設計自由度を提供することができるので、冷媒過熱度に応じた目標回転数の調整範囲も広がって顕著な効果を奏することができる。
【００２２】
なお、本発明は、車両用空調制御装置だけでなく、たとえば制御方法や制御機能を具現化するコンピュータプログラム、そのプログラムを格納するプログラム媒体あるいはプログラム製品といった形で具現化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態にかかる内燃機関システム１０及び空調制御装置５０の構成を示す全体構成図。
【図２】実施形態の空調制御のルーチンを示すフローチャート。
【図３】空調制御装置５０の作動の様子を示すタイムチャート。
【図４】第２実施形態にかかる内燃機関システム１０及び空調制御装置５０ａの構成を示す全体構成図。
【図５】第２実施形態にかかる空調制御装置５０ａの作動状態を示すタイムチャート。
【図６】実施形態と変形例のアイドリング回転数の調整範囲を比較して示すチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明にかかる車両用空調制御装置を内燃機関を搭載した車両（自動車）に適用した２つの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる内燃機関システム１０及び車両用空調制御装置５０（エアコンシステム）の構成を示す全体構成図である。内燃機関システム１０は、制御対象としてのエンジン１１と制御装置としてのエンジンＥＣＵ１２とを備えている。空気調節システムは、制御対象としての空調装置２０と制御装置としての空調制御装置５０とを備えている。空調装置２０は、コンプレッサ２１と、コンデンサ２２と、レシーバ２３と、膨張弁２４と、エバポレータ２５とを備えている。なお、エンジン１１は、車両用熱機関とも呼ばれる。エンジンＥＣＵ１２は、車両用熱機関制御部とも呼ばれる。車両用空調制御装置５０は空調制御装置とも呼ばれる。
【００２６】
コンプレッサ２１は、エバポレータ２５で蒸発した冷媒ガスを吸入し、コンデンサ２２で液化しやすいように加圧する定容量式の圧縮機である。コンプレッサ２１は、エンジン１１によって駆動される。駆動力の伝達は、コンプレッサ２１の駆動軸に機械的に連結されたプーリ２６と、エンジン１１のクランク軸１４にクラッチ５７ａを介して機械的に連結されたプーリ２７と、２個のプーリ２６，２７を連結するベルト２８と、を介して行われる。クラッチ５７ａの連結と非連結は、エアコンＥＣＵ５９によって操作される。
【００２７】
コンプレッサ２１の状態量には、コンプレッサ２１が冷媒を吸入する圧力である吸入圧力と、コンプレッサ２１が冷媒を吐出する圧力である吐出圧力とがある。コンプレッサ２１の必要トルク（駆動トルク）は、吐出圧力と吸入圧力の差に応じて推定することができる。なお、コンプレッサ２１は、可変容量式の構成も利用可能である。ただし、本実施形態は、定容量式のコンプレッサにおいて回転数の調整で冷房能力を操作することができるという顕著な効果を奏する。
【００２８】
コンデンサ２２は、コンプレッサ２１から供給された加圧されたガス状の冷媒を液化させる凝縮機である。冷媒の液化は、コンプレッサ２１から吐出供給された加圧冷媒と、図示しないファンから送風される空気や車両の走行に伴いコンデンサ２２に吹き付けられる空気との熱交換（空冷冷却）を行うことによって行われる。
【００２９】
レシーバ２３は、コンデンサ２２によって液体と気体の二相の冷媒から液相の冷媒を分離してエバポレータ２５に供給する気液分離機である。液相冷媒の分離は、レシーバ２３の内部に貯留された液状の冷媒に先端が沈められた配管によって冷媒を送出することによって行われる。レシーバ２３は、液状冷媒の貯留機能をも有している。エバポレータ２５への高圧液状冷媒の供給は、膨張弁２４を介して行われる。
【００３０】
エバポレータ２５は、冷媒の気化によって熱を奪う装置である。エバポレータ２５は、室内あるいは外気を導入し、車室内に冷風を送出するためのエバファン５５ｄを備えている。エバファン５５ｄは、車室内に冷風を送出することによって室温を低下させることができる。エバポレータ２５の状態量には、エバポレータ２５で熱交換される前の空気の温度であるエバ入口温度と、エバポレータ２５で熱交換される後の空気の温度であるエバ出口温度とがある。
【００３１】
膨張弁２４は、一種の絞り弁であり、レシーバ２３とエバポレータ２５との間に圧力差を発生させることができる。膨張弁２４は、さらに高圧液状冷媒を小さなすき間から吹き出させて膨張させることによって、高圧液状冷媒を低圧・低温の霧状とすることができる。これにより、低圧・低温の霧状の冷媒は、エバポレータ２５における急激な気化を可能としている。
【００３２】
膨張弁２４は、冷媒過熱度に応じて機械的に開度を調整する自動調整弁としての機能を有している。開度の自動調整は、たとえば特許文献７の段落０００２等に開示されているようにエバポレータ２５の出口側の冷媒流路を膨張弁２４に引き込んで、その冷媒の熱で内部空間に密閉されている気体を熱膨張させることによって弁体を移動させることによって実現することができる。
【００３３】
空調制御装置５０は、エアコンＥＣＵ５９と、冷房能力を設定するための複数のセンサ５３、５４、５６、５７、５８と、空調装置の状態量を計測するための複数のセンサ５１ａ，５１ｂ，５５ａ，５５ｂとを備えている。エアコンＥＣＵ５９は、空調装置２０を制御対象とする電子制御装置であり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。エアコンＥＣＵ５９は、複数のセンサ５３、５４、５６、５７、５８を使用して目標冷房能力を設定する機能と、目標冷房能力Ｐｔ（ｋＷ）を目標値として空調装置２０を操作する機能とを有している。エアコンＥＣＵ５９は、複数のセンサ５１ａ，５１ｂ，５５ａ，５５ｂで空調装置２０の状態量を計測しつつ空調装置２０を制御する。
【００３４】
図２は、実施形態の空調制御のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、Ａ／Ｃスイッチ５２のオン操作に応じて起動される。エアコンＥＣＵ５９は、本起動に応じてクラッチ５７ａを連結状態としてコンプレッサ２１の駆動を開始させるとともに、複数のセンサ５１ａ，５１ｂ，５５ａ，５５ｂからの検出信号の受信を開始する。
【００３５】
ステップＳ１０では、エアコンＥＣＵ５９は、目標性能設定工程を実行する。目標性能設定工程は、空調装置２０の目標冷房能力Ｐｔを設定する工程である。目標冷房能力Ｐｔは、本実施形態では、時間当たりにエバポレータ２５で熱交換されるべき熱量を意味している。目標冷房能力Ｐｔは、車室内温度、外気の温度、湿度、日射量、および車両の走行速度を使用して設定される。車室内温度は室温センサ５３によって計測される。外気の温度は外気温センサ５８によって検出される。外気の湿度は湿度センサ５４によって検出される。日射量は日射センサ５６によって検出される。車両の走行速度は車速センサ５７によって検出される。
【００３６】
ステップＳ２０では、エアコンＥＣＵ５９は、冷房能力検出工程を実行する。冷房能力検出工程は、空調装置２０の現実の検出冷房能力Ｐｄ（ｋＷ）を検出する工程である。検出冷房能力Ｐｄは、エバポレータ２５による熱交換量の計測値として検出される。本計測値は、エバ入口温度とエバ出口温度の差に基づいて計測される。エバ入口温度は入口温度検出センサ５５ａによって検出される。エバ出口温度は出口温度検出センサ５５ｂによって検出される。
【００３７】
ステップＳ３０では、エアコンＥＣＵ５９は、目標回転数決定工程を実行する。目標回転数決定工程は、コンプレッサ２１の目標回転数Ｎｒを決定する工程である。目標回転数Ｎｒは、エアコンＥＣＵ５９が有する制御則によって、検出冷房能力Ｐｄ（ｋＷ）が目標冷房能力Ｐｔに近づくように決定される回転数である。このように、エアコンＥＣＵ５９は、目標回転数決定部として機能している。
【００３８】
ステップＳ４０では、エアコンＥＣＵ５９は、目標回転数Ｎｒが判定値Ｔｈよりも大きいか否かを判定する。判定値Ｔｈは、エンジン１１のクランク軸１４の最低回転数Ｎｍにおけるコンプレッサ２１の回転数の計算値である。本計算値は、２個のプーリ２６，２７の回転比と最低回転数Ｎｍとを使用して算出される。最低回転数Ｎｍは、内燃機関システム１０が有するエンジンＥＣＵ１２から与えられた値である。
【００３９】
最低回転数Ｎｍは、たとえばエンジン１１の駆動を維持するための最低の回転数として設定される。すなわち、最低回転数Ｎｍは、エンジン１１のエンジンストールが発生しない最低の回転数として設定される。最低回転数Ｎｍは、たとえばエンジン水温、点火時期、およびコンプレッサ２１の負荷トルクＱに基づいてエンジンＥＣＵ１２によって設定される。コンプレッサ２１の負荷トルクＱは、コンプレッサ２１がエンジン１１のクランク軸１４に与える負荷としてのトルクである。最低回転数Ｎｍは、負荷トルクＱが大きな状態では高めに設定されることになる。
【００４０】
負荷トルクＱは、コンプレッサ２１の加圧量に応じてエアコンＥＣＵ５９によって決定される。エアコンＥＣＵ５９は、コンプレッサ２１の吐出圧センサ５１ｂと吸入圧センサ５１ａの差に基づいて加圧量を算出し、その算出値を使用して負荷トルクＱを推定する。負荷トルクＱの推定は、予め設定されている対応曲線や推定計算式を利用して行われる。負荷トルクＱは、実時間でエアコンＥＣＵ５９からエンジンＥＣＵ１２に送信される。
【００４１】
エンジン水温は、暖気の完了を確認するために使用され、暖気完了までは最低回転数Ｎｍが高めに設定される。点火時期に関する情報は、点火タイミングが遅いときに最低回転数Ｎｍを高くするために使用される。点火タイミングが遅いときには、トルクの減少の原因となってエンジンストールを生じさせやすいからである。点火タイミングの遅延は、暖気時に排ガス温度を高くすることによって早く触媒温度を上昇させ、これにより排ガスの浄化能力を早期に立ち上げるためのものである。
【００４２】
ステップＳ４０での比較判断の結果、目標回転数Ｎｒが判定値Ｔｈよりも大きい場合には処理がステップＳ５０に進められ、目標回転数Ｎｒが判定値Ｔｈ以下の場合には処理がステップＳ６０に進められる。
【００４３】
ステップＳ５０では、エアコンＥＣＵ５９は、空調装置２０の作動モードを連続運転モードに設定する。連続運転モードは、クラッチ５７ａを連結状態に維持しつつエンジン１１のアイドリング回転数Ｎｉを操作してコンプレッサ２１が目標回転数Ｎｒに近づくように制御される作動モードである。連続運転モードでは、エアコンＥＣＵ５９は、クラッチ５７ａを連結状態に維持するとともに目標回転数ＮｒをエンジンＥＣＵ１２に送信する。すなわち、連続運転モードでは、クラッチ５７ａの非連結が制限（禁止を含む）されることになる。一方、エンジンＥＣＵ１２は、コンプレッサ２１が目標回転数Ｎｒに近づくようにアイドリング回転数Ｎｉを調整する。
【００４４】
ステップＳ６０では、エアコンＥＣＵ５９は、空調装置２０の作動モードをオンオフ運転モードに設定する。オンオフモードは、クラッチ５７ａを連結と非連結の切替操作によって空調装置２０の冷房能力を操作する作動モードである。アイドリング回転数Ｎｉは、本実施形態では、最低回転数Ｎｍに固定されている。
【００４５】
切替操作は、たとえば室温センサ５３の計測値に応じて、予め設定されたオン閾値温度を超えたときにオン（クラッチ５７ａを連結）とし、予め設定されたオフ閾値温度以下となったオフ（クラッチ５７ａを非連結）とすることによって実現される。オン閾値温度は、オフ閾値温度よりも高く設定することによってヒステリシスが設けられている。
【００４６】
このように、本実施形態の空調制御装置５０は、エンジン１１の駆動を維持するための最低の回転数である最低回転数Ｎｍよりも高い回転が要請されているときには、最低回転数Ｎｍよりも高い回転数の範囲において空調装置２０の出力を連続的に制御することができる。一方、本実施形態の空調制御装置５０は、最低回転数Ｎｍでの空調装置２０の駆動では、冷房能力が過剰となるときには、オンオフ制御を実行することができる。
【００４７】
図３は、空調制御装置５０の作動の様子を示すタイムチャートである。目標冷房能力は、目標冷房能力Ｐｔの大きさとして線の高さで表現されている。コンプレッサ目標回転数は、コンプレッサ２１の目標回転数Ｎｒとして線の高さで表現されている。エンジン目標回転数は、コンプレッサ２１の目標回転数Ｎｒを使用して決定されるアイドリング回転数Ｎｉの目標値である。エアコンＯＮ／ＯＦＦ状態は、オンオフ運転モードにおけるＯＮ状態（クラッチ５７ａの連結状態）とＯＦＦ状態（クラッチ５７ａの非連結状態）の切替状態を示している。
【００４８】
一方、判定値Ｔｈは、この例では、点火時期、エンジン水温、およびコンプレッサ２１の負荷トルクＱと、によって決定される値である。最低回転数Ｎｍは、判定値Ｔｈから算出される値である。
【００４９】
時刻ｔ１では、エアコンＥＣＵ５９は、目標冷房能力の低下に伴いコンプレッサ目標回転数を低下させる。エンジンＥＣＵ１２は、エアコンＥＣＵ５９から与えられたコンプレッサ目標回転数Ｎｒの低下に伴ってエンジン目標回転数を低下させている。ただし、エアコンのＯＮ状態は継続している。目標冷房能力Ｐｔの低下は、たとえば車室内の温度低下によって発生する。この状態では、コンプレッサ目標回転数Ｎｒは、判定値Ｔｈよりも大きな値なので、空調装置２０が連続運転モードで制御されている（ステップＳ４０，Ｓ５０）。
【００５０】
時刻ｔ２では、目標冷房能力Ｐｔの再度の低下に応じてコンプレッサ目標回転数Ｎｒが低下している。ただし、エンジンＥＣＵ１２は、コンプレッサ２１が最低回転数Ｎｍに近づくようにアイドリング回転数Ｎｉを操作している。すなわち、エンジンＥＣＵ１２は、コンプレッサ目標回転数Ｎｒの要求をオーバーライドして最低回転数Ｎｍをアイドリング回転数Ｎｉの目標値として使用していることになる。一方、エアコンＥＣＵ５９は、クラッチ５７ａを非連結状態としてエアコンをＯＦＦ状態に切り替える。この状態では、コンプレッサ目標回転数Ｎｒは、判定値Ｔｈ以下の値なので、空調装置２０がオンオフ運転モードで制御されている（ステップＳ４０，Ｓ６０）。
【００５１】
時刻ｔ３では、目標冷房能力Ｐｔの再度の低下に応じてコンプレッサ目標回転数Ｎｒが低下している。ただし、エンジンＥＣＵ１２は、時刻ｔ２から引き続きコンプレッサ２１が最低回転数Ｎｍに近づくようにアイドリング回転数Ｎｉを操作している。この状態では、空調装置２０のオン時間のデューティ（時間比率）が時刻ｔ２〜ｔ３のときよりも低下している。このように、オンオフ運転モードでは、オン時間のデューティによって冷房能力が操作されることになる。
【００５２】
時刻ｔ４では、エアコンＥＣＵ５９は、目標冷房能力の上昇に応じてコンプレッサ目標回転数を上昇させるとともに、クラッチ５７ａを連結状態としてエアコンをＯＮ状態に切り替える。エンジンＥＣＵ１２は、エアコンＥＣＵ５９から与えられたコンプレッサ目標回転数の上昇に伴ってエンジン目標回転数を上昇させている。目標冷房能力の上昇は、たとえば車両ドア（図示せず）の開放等によって外気が車室内（図示せず）に進入することによって発生する。
【００５３】
時刻ｔ４では、エアコンＥＣＵ５９は、クラッチ５７ａの非連結状態を再び制限している。すなわち、連続運転モードでは、室温がオフ閾値温度以下となって、すなわちクラッチ５７ａが非連結となる温度に達しても連結状態が維持された状態でエンジン目標回転数の操作で冷房能力の操作が行われる。このような運転モードは、連続運転モードと呼ばれる。
【００５４】
時刻ｔ５では、判定値Ｔｈが低下している。判定値Ｔｈの低下は、たとえば触媒温度の上昇完了に起因する点火時期の遅延の終了、エンジン水温による暖機状態の完了、およびコンプレッサ２１の負荷トルクＱの低下に起因して発生する。なお、最低回転数Ｎｍは、判定値Ｔｈに比例する値なので判定値Ｔｈとともに低下している。
【００５５】
時刻ｔ６では、エアコンＥＣＵ５９は、目標冷房能力Ｐｔの低下に伴いコンプレッサ目標回転数Ｎｒを低下させている。エンジンＥＣＵ１２は、エアコンＥＣＵ５９から与えられたコンプレッサ目標回転数Ｎｒの低下に伴ってエンジン目標回転数を低下させている。ただし、アイドリング回転数Ｎｉは、時刻ｔ１〜ｔ４の判定値Ｔｈよりも低い値まで低下している。時刻ｔ５において、判定値Ｔｈが低下した状態が継続しているからである。
【００５６】
時刻ｔ７では、エアコンＥＣＵ５９は、目標冷房能力の再度の低下に伴いコンプレッサ目標回転数Ｎｒを低下させている。ただし、エンジンＥＣＵ１２は、コンプレッサ目標回転数Ｎｒの要求をオーバーライドして、時刻ｔ５で低下した最低回転数Ｎｍをアイドリング回転数Ｎｉの目標値として使用している。
【００５７】
このように、第１実施形態では、目標冷房能力に応じて、エンジン１１の最低回転数Ｎｍより高いアイドリング回転数Ｎｉが要求される場合には、アイドリング回転数Ｎｉの調整によって冷房能力を操作することができるので、コンプレッサ２１の駆動のオンオフに起因するエネルギ損失を抑制することができる。
【００５８】
一方、目標冷房能力に応じて、最低回転数Ｎｍ以下のアイドリング回転数Ｎｉが要求される場合には、最低回転数Ｎｍを維持しつつコンプレッサ２１の駆動のオンオフで適切に冷房することができる。本実施形態では、特に最低回転数Ｎｍが点火時期やエンジン水温、コンプレッサ２１の負荷トルクＱといった状態量を監視して適切に設定されているので、すなわち低減可能なので、コンプレッサ２１の駆動がオンオフ制御となる範囲を抑制することにも成功している。
【００５９】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態にかかる内燃機関システム１０及び空調制御装置５０ａの構成を示す全体構成図である。空調制御装置５０ａは、以下の２つの点で第１実施形態の空調制御装置５０と相違し、他の構成を共通とする。第１の相違点は、機械制御式の膨張弁２４が電子制御方式の膨張弁２４ａに変更されている点である。第２の相違点は、冷媒過熱度センサ５５ｃを備えている点である。冷媒過熱度センサ５５ｃは、エバポレータ２５の出口側の冷媒流路における冷媒温度を計測する。電子制御方式の膨張弁２４ａは、エアコンＥＣＵ５９からの指令によって開度調整が行われる。
【００６０】
図５は、第２実施形態にかかる空調制御装置５０ａの作動状態を示すタイムチャートである。本タイムチャートは、Ａ／Ｃスイッチ５２がオン状態において、ユーザが設定温度を上昇させたときの比較例と第２実施形態の制御内容を示している。比較例は、機械制御式の膨張弁２４を利用する構成である。ユーザが設定温度を上昇させると、比較例と第２実施形態の制御のいずれにおいてもエバファン５５ｄのブロアレベル（送風量）が低下させられる。
【００６１】
冷媒過熱度は、エバファン５５ｄのブロアレベルの低下に起因して下がる。エバファン５５ｄのブロアレベルが低下すると、エバポレータ２５での熱交換量が減少して冷媒の温度上昇量が小さくなるからである。比較例では、機械制御式の膨張弁２４は、エバポレータ２５の出口側の冷媒流路における冷媒温度の下降に応じて自動的に弁開度を絞ることになる。これにより、エバポレータ２５への冷媒の供給量が低下して冷媒過熱度が適正な値に戻ることになる。ただし、比較例では、エバポレータ２５への冷媒の供給量が低下しているにもかかわらず、エンジン１１の回転数とコンプレッサ２１の回転数は維持されることになる。
【００６２】
一方、第２実施形態では、電子制御方式の膨張弁２４ａが開度を維持する一方において、エンジン１１の回転数が低下してコンプレッサ２１の冷媒吐出量が減少することになる。これにより、冷媒供給の余剰状態を機敏に検出して目標回転数を低減させることができるので、エンジン１１の回転数が低下した分の燃料消費が低減して燃費が向上することになる。
【００６３】
さらに、たとえば膨張弁２４の排除あるいは膨張弁２４の構成の簡素化といった設計自由度、あるいはレシーバ２３（気液分離機）の貯留容量を小さくするという設計自由度を提供することができる。膨張弁２４の構成の簡素化は、たとえば精度仕様を緩和させることが可能となる。
【００６４】
（他の実施形態）
なお、実施の形態は上記した内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。
【００６５】
上記の実施形態では、コンプレッサ２１の負荷トルクＱに応じて最低回転数Ｎｍを設定しているが、たとえば負荷トルクＱを使用することなく、点火時期とエンジン水温の少なくとも一方に応じて最低回転数Ｎｍを設定する変形例として構成してもよい。ただし、上述の実施形態は、負荷トルクＱを使用することによってコンプレッサのオンオフ制御の頻度を低下させ、これによりコンプレッサのオンオフに起因するエネルギ損失を変形例の構成より小さくすることができるという利点を有している。
【００６６】
図６は、実施形態と変形例のアイドリング回転数の調整範囲を比較して示すチャートである。実施形態では、コンプレッサ２１のオンオフ制御を行うことなく、エンジン１１の回転数を回転数Ｎ２まで低下させることができる。すなわち、実施形態では、最低回転数Ｎｍが回転数Ｎ２に設定されるので、アイドリング回転数の調整範囲として操作範囲Ａ１が実現されることになる。一方、変形例では、コンプレッサ２１のオンオフ制御を行うことなく低下させることができる回転数が回転数Ｎ３なので、アイドリング回転数の調整範囲として操作範囲Ａ２に制限されることになる。回転数Ｎ３は、コンプレッサの吐出圧を計測していないので、負荷トルクＱを使用することができず、予め設定された運用範囲での負荷トルクＱの最大値として設定されている。
【００６７】
ただし、変形例においても点火時期とエンジン水温の少なくとも一方に応じて最低回転数Ｎｍが設定されるので、アイドリング回転数の調整範囲を低回転側に広げることによるエネルギ効率の向上の利点が得られる。コンプレッサ２１のオンオフ制御では、クラッチ５７ａの連結のショックでエンジンストールが発生しない回転数Ｎ４と、クラッチ５７ａの非連結状態で安定してアイドリング可能な最低回転数である回転数Ｎ１との間を交互に往復する回転数制御となる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…内燃機関システム、１１…エンジン、１２…エンジンＥＣＵ、２０…空調装置、２１…コンプレッサ、２２…コンデンサ、２３…レシーバ、２４，２４ａ…膨張弁、２５…エバポレータ、２６，２７…プーリ、２８…ベルト、５０，５０ａ…空調制御装置、５５ｄ…エバファン、５６…日射センサ、５７…車速センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用熱機関により駆動されるコンプレッサと、冷媒を気化するエバポレータとを有する空調装置の冷房能力を与えられた目標冷房能力に近づけるように制御する車両用空調制御装置であって、
前記空調装置の冷房能力を検出する冷房能力検出部と、
前記検出された冷房能力である検出冷房能力と前記目標冷房能力とを比較し、前記検出冷房能力が前記目標冷房能力に近づくように、前記車両用熱機関の目標回転数を決定する目標回転数決定部と、
前記目標回転数が予め設定された判定値よりも大きいときには前記空調装置を連続運転モードとし、前記決定された目標回転数が前記判定値よりも小さいときには前記空調装置の作動モードをオンオフ運転モードとする運転モード切替部と、
を備えることを特徴とする車両用空調制御装置。
【請求項２】
前記車両用空調制御装置は、さらに前記コンプレッサの吐出圧を計測する吐出圧計測部を有し、前記計測された吐出圧を車両用熱機関に送信し、
前記判定値は、前記計測された吐出圧を使用して前記車両用熱機関によって決定されている請求項１に記載の車両用空調制御装置。
【請求項３】
前記目標回転数決定部は、前記エバポレータから流出した冷媒の温度である冷媒過熱度を検出する過熱度検出部を有し、前記検出された冷媒過熱度に応じて前記目標回転数を調整する請求項１又は２に記載の車両用空調制御装置。
【請求項４】
前記目標回転数決定部は、前記検出された冷媒過熱度の低下に応じて前記目標回転数を低減させる請求項３に記載の車両用空調制御装置。
【請求項５】
車両用熱機関と空調装置とを制御する車両用制御装置であって、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車両用空調制御装置と、
前記車両用熱機関の回転数を制御し、アイドリング制御の最低回転数を前記判定値として決定して前記車両用空調制御装置に送信する車両用熱機関制御部と、
を備え、
前記車両用熱機関制御部は、前記目標回転数が前記判定値よりも大きいときには前記目標回転数を目標値として前記車両用熱機関のアイドリング回転数を制御し、前記目標回転数が前記判定値以下のときには前記最低回転数を目標値として前記車両用熱機関のアイドリング回転数を制御することを特徴とする車両用制御装置。
【請求項６】
前記判定値は、前記車両用熱機関のエンジン水温と点火時期の少なくとも一方を含む熱機関状態量を使用して決定されている請求項５に記載の車両用制御装置。
【請求項７】
車両用熱機関により駆動されるコンプレッサと、冷媒を気化するエバポレータとを有する空調装置の冷房能力を与えられた目標冷房能力に近づけるように制御する車両用空調制御装置であって、
前記空調装置の冷房能力を検出する冷房能力検出部と、
前記検出された冷房能力である検出冷房能力と前記目標冷房能力とを比較し、前記検出冷房能力が前記目標冷房能力に近づくように、前記車両用熱機関の目標回転数を決定する目標回転数決定部と、
を備え、
前記目標回転数決定部は、前記エバポレータから流出した冷媒の温度である冷媒過熱度を検出する過熱度検出部を有し、前記検出された冷媒過熱度に応じて前記目標回転数を調整することを特徴とする車両用空調制御装置。
【請求項１】
車両用熱機関により駆動されるコンプレッサと、冷媒を気化するエバポレータとを有する空調装置の冷房能力を与えられた目標冷房能力に近づけるように制御する車両用空調制御装置であって、
前記空調装置の冷房能力を検出する冷房能力検出部と、
前記検出された冷房能力である検出冷房能力と前記目標冷房能力とを比較し、前記検出冷房能力が前記目標冷房能力に近づくように、前記車両用熱機関の目標回転数を決定する目標回転数決定部と、
前記目標回転数が予め設定された判定値よりも大きいときには前記空調装置を連続運転モードとし、前記決定された目標回転数が前記判定値よりも小さいときには前記空調装置の作動モードをオンオフ運転モードとする運転モード切替部と、
を備えることを特徴とする車両用空調制御装置。
【請求項２】
前記車両用空調制御装置は、さらに前記コンプレッサの吐出圧を計測する吐出圧計測部を有し、前記計測された吐出圧を車両用熱機関に送信し、
前記判定値は、前記計測された吐出圧を使用して前記車両用熱機関によって決定されている請求項１に記載の車両用空調制御装置。
【請求項３】
前記目標回転数決定部は、前記エバポレータから流出した冷媒の温度である冷媒過熱度を検出する過熱度検出部を有し、前記検出された冷媒過熱度に応じて前記目標回転数を調整する請求項１又は２に記載の車両用空調制御装置。
【請求項４】
前記目標回転数決定部は、前記検出された冷媒過熱度の低下に応じて前記目標回転数を低減させる請求項３に記載の車両用空調制御装置。
【請求項５】
車両用熱機関と空調装置とを制御する車両用制御装置であって、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車両用空調制御装置と、
前記車両用熱機関の回転数を制御し、アイドリング制御の最低回転数を前記判定値として決定して前記車両用空調制御装置に送信する車両用熱機関制御部と、
を備え、
前記車両用熱機関制御部は、前記目標回転数が前記判定値よりも大きいときには前記目標回転数を目標値として前記車両用熱機関のアイドリング回転数を制御し、前記目標回転数が前記判定値以下のときには前記最低回転数を目標値として前記車両用熱機関のアイドリング回転数を制御することを特徴とする車両用制御装置。
【請求項６】
前記判定値は、前記車両用熱機関のエンジン水温と点火時期の少なくとも一方を含む熱機関状態量を使用して決定されている請求項５に記載の車両用制御装置。
【請求項７】
車両用熱機関により駆動されるコンプレッサと、冷媒を気化するエバポレータとを有する空調装置の冷房能力を与えられた目標冷房能力に近づけるように制御する車両用空調制御装置であって、
前記空調装置の冷房能力を検出する冷房能力検出部と、
前記検出された冷房能力である検出冷房能力と前記目標冷房能力とを比較し、前記検出冷房能力が前記目標冷房能力に近づくように、前記車両用熱機関の目標回転数を決定する目標回転数決定部と、
を備え、
前記目標回転数決定部は、前記エバポレータから流出した冷媒の温度である冷媒過熱度を検出する過熱度検出部を有し、前記検出された冷媒過熱度に応じて前記目標回転数を調整することを特徴とする車両用空調制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−８１８８８（Ｐ２０１２−８１８８８Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３０３１６（Ｐ２０１０−２３０３１６）
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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