| 【発明の名称】 |
車両用空調装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】桜井 義彦
【氏名】政氏 護
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| 【要約】 |
【課題】その時の環境条件や車両条件に適応したコンプレッサの必要充分なオイルリターン制御を実現できるようにした車両用空調装置を提供すること。
【解決手段】内燃機関Ｅの始動時にコンプレッサ２にオイルリターンのための初期運転を行わせるようにした車両用空調装置１において、コンプレッサ２を含んで成る冷房サイクル５のコンデンサ４内の圧力が初期値Ｐｄ（０）よりも所定値だけ大きい値Ｐｄになったときに初期運転を終了するようにした。コンデンサ４内の圧力変化が所定の状態となった後、一定時間だけ更に初期運転を行うようにしてもよい。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 外部可変容量型のコンプレッサを備え、車両用内燃機関の始動時に前記コンプレッサにオイルリターンのための初期運転を行わせるようにした車両用空調装置において、前記コンプレッサを含んで成る冷房サイクル内の物理的状態を検出し、検出された物理的状態に基づいて前記初期運転の終了タイミングを決定するようにしたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】 前記物理的状態が前記冷房サイクル内の冷媒圧力である請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項３】 前記冷媒圧力が前記冷房サイクル内のコンデンサ内の圧力である請求項２記載の車両用空調装置。
【請求項４】 前記物理的状態が前記冷房サイクル内のエバポレータ通過後の空気の温度である請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項５】 前記初期運転期間中において、前記コンプレッサの容量を最大に設定するようにした請求項１、２、３又は４記載の車両用空調装置。
【請求項６】 外部可変容量型のコンプレッサを備え、車両用内燃機関の始動時に前記コンプレッサにオイルリターンのための初期運転を行わせるようにした車両用空調装置において、前記コンプレッサを含んで成る冷房サイクル内の物理的状態を検出する検出手段と、該検出手段に応答し前記物理的状態が所要の状態になったことを判別する判別手段と、該判別手段に応答し前記物理的状態が前記所要の状態になった後の所定の一定時間の経過を計数する計数手段とを備え、前記一定時間が計数し終わったことにより前記初期運転を終了させるようにしたことを特徴とする車両用空調装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外部可変容量型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】車両用空調装置の冷房サイクル装置に用いられる圧縮機にあっては、圧縮機内に於ける冷媒の循環時に吸入側より摺動部に冷媒と潤滑油との混合流体を直接接触させて潤滑を行っている。
【０００３】しかし、上述の冷房サイクル装置では、冷房サイクル装置の起動時には油分分離器内の油濃度が低いため、圧縮機に必要量の油が戻されない場合があり、圧縮機の潤滑油が不足するという問題があった。この問題を解決するため、特開平９−１０４２２５号公報には、圧縮機の起動後指示手段により運転停止信号が出力された場合であっても所定時間は圧縮機が強制的に運転するように制御することにより、圧縮機の起動時の潤滑油不足を防止するようにした構成が開示されている。
【０００４】また、特開平９−３２９０８７号公報には、エンジン起動後使用環境により所定時間コンプレッサに冷媒を循環させ、コンプレッサにおいてオイルレス状態が長時間継続されることのないようにした構成が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、いずれも、コンプレッサを強制的にオンとする時間は予め決められた一定時間になっている。しかし、冷房サイクル内を冷媒が充分循環し、必要な量のオイルがコンプレッサに戻ったかどうかは、環境条件（雰囲気温度）や車両条件（内燃機関回転数）等に左右されるので、コンプレッサを強制的にオンとする適正時間は一定ではない。したがって、上述した従来技術のように強制的にオンする時間を一定とする構成によると、オイルが未だ不足していたり、オイルは充分戻っているのにオン状態が続き無駄な運転が行われるといった不具合が生じることになる。
【０００６】この不具合は、クラッチレスコンプレッサの場合に顕著となる。すなわち、クラッチレスコンプレッサではコンプレッサが常時回転しており、冷媒を外部に送り出す必要がないときでもコンプレッサ本体の内部でオイルが循環する構成となっている。その為、オイルが配管や熱交換器内に残ってコンプレッサ内部がオイル不足の状態にもかかわらずコンプレッサが高速で回転する虞もあり、このような状態に陥るとコンプレッサに故障が発生しやすくなる。
【０００７】また、斜板式のクラッチレスコンプレッサの場合にはサイクル内の圧力を利用して容量を変化させているので、始動時の条件によって、コンプレッサが内部循環から外部循環に切り換えられるまでの時間が１０数分の１秒から４、５秒程度まで変化する。このため、上述した従来技術に見られるように、コンプレッサの強制運転の時間を所定の一定時間内に固定した場合、上記不具合がより発生しやすい。
【０００８】本発明の目的は、従来技術における上記不具合を解決しようとするものであり、その時の環境条件や車両条件に適応したコンプレッサの必要充分なオイルリターン制御を実現できるようにした車両用空調装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明では、外部可変容量型コンプレッサを備えた車両用空調装置において、車両用内燃機関始動時に強制的にコンプレッサを駆動してオイルリターンのための初期運転を行うとともに、冷房サイクル内のオイルがコンプレッサの運転に支障を生じさせない程度にまでコンプレッサに戻ったと判断できるまでコンプレッサの駆動を継続するようにしたものである。上記判断は、冷房サイクル内の圧力または圧力変化に基づいて、あるいはエバポレータまたはコンデンサの温度または温度変化に基づいて行うことができる。
【００１０】冷房サイクル内のオイルをコンプレッサに戻すためコンプレッサを運転する場合には、その容量を最大としておくのが好ましい。いずれの構成においても、コンプレッサとしてクラッチレス式のものを採用することができる。
【００１１】請求項１の発明によれば、外部可変容量型のコンプレッサを備え、車両用内燃機関の始動時に前記コンプレッサにオイルリターンのための初期運転を行わせるようにした車両用空調装置において、前記コンプレッサを含んで成る冷房サイクル内の物理的状態を検出し、検出された物理的状態に基づいて前記初期運転の終了タイミングを決定するようにしたことを特徴とする車両用空調装置が提案される。
【００１２】請求項２の発明によれば、前記物理的状態が前記冷房サイクル内の冷媒圧力である請求項１記載の車両用空調装置が提案される。
【００１３】請求項３の発明によれば、前記冷媒圧力が前記冷房サイクル内のコンデンサ内の圧力である請求項２記載の車両用空調装置が提案される。
【００１４】請求項４の発明によれば、前記物理的状態が前記冷房サイクル内のエバポレータ通過後の空気の温度である請求項１記載の車両用空調装置が提案される。
【００１５】請求項５の発明によれば、前記初期運転期間中において、前記コンプレッサの容量を最大に設定するようにした請求項１、２、３又は４記載の車両用空調装置が提案される。
【００１６】請求項６の発明によれば、外部可変容量型のコンプレッサを備え、車両用内燃機関の始動時に前記コンプレッサにオイルリターンのための初期運転を行わせるようにした車両用空調装置において、前記コンプレッサを含んで成る冷房サイクル内の物理的状態を検出する検出手段と、該検出手段に応答し前記物理的状態が所要の状態になったことを判別する判別手段と、該判別手段に応答し前記物理的状態が前記所要の状態になった後の所定の一定時間の経過を計数する計数手段とを備え、前記一定時間が計数し終わったことにより前記初期運転を終了させるようにしたことを特徴とする車両用空調装置が提案される。
【００１７】
【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の一例につき詳細に説明する。
【００１８】図１は、本発明による車両用空調装置の実施の形態の一例を示す概略構成図である。車両用空調装置１は、車両の駆動源である内燃機関Ｅによって回転駆動される外部可変容量型でクラッチレス方式のコンプレッサ２と、エバポレータ３と、コンデンサ４とによって冷房サイクル５が構成されている。６はコンデンサを冷却するためのファンである。なお、冷房サイクル５それ自体の構成は公知のものであるから、各部の詳細については説明するのを省略する。
【００１９】符号７で示されるのはコンプレッサ２の運転を制御するための制御部であり、制御部７はコンプレッサ２の起動時に潤滑油不足が生じないようにコンプレッサの起動運転制御を行うことができるように構成されている。
【００２０】図２を参照すると、図１に概略的に示されている制御部７の詳細構成が示されている。制御部７は、公知の構成のマイクロコンピュータシステムを備えた制御ユニット９を主体に構成され、制御ユニット９には、エバポレータ３の目標温度を設定するための目標温度設定器１０からの設定温度信号１０Ｓ、外気温センサ１１からの外気温信号１１Ｓ、エバポレータ３を通過した後の空気温度を検出するためのエバ後温度センサ１２からのエバ後温度信号１２Ｓ、コンデンサ４内の圧力レベルを検出するためのＰＤセンサ１３からのＰＤ信号１３Ｓ、Ａ／Ｃスイッチ１４のオン、オフを示すＡ／Ｃ信号１４Ｓ、ファン６のオン状態を示すファンオン信号６Ｓ、内燃機関Ｅの始動を示す機関始動信号ＥＳ、及びイグニッションスイッチ（図示せず）がオンとなったことを示すイグニッションオン信号１５Ｓが入力されている。
【００２１】制御ユニット９には予め所定の制御プログラムがストアされており、この制御プログラムが実行されることにより運転制御信号ＤＣが出力され、コンプレッサ２の運転が制御されると共に、コンプレッサ２の起動時には潤滑油不足が生じないようコンプレッサの初期運転が制御される。運転制御信号ＤＣは、コンプレッサ２内に設けられている電磁弁２Ａの駆動電流（ソレノイド電流）を制御するのに用いられ、電磁弁２Ａは運転制御信号ＤＣに従って作動し、コンプレッサ２の容量が制御される。なお、電磁弁を用いた容量可変形のクラッチレス式コンプレッサの構成それ自体は公知であるから、ここではコンプレッサ２の詳細構成を図示して説明するのを省略する。
【００２２】次に、図３を参照して、制御ユニット９によるコンプレッサ２の制御動作について説明する。
【００２３】図３にフローチャートにて示されているコンプレッサ制御プログラムの実行が開始されると、ステップ２１でＡ／Ｃスイッチ１４がオンか否かが判別される。Ａ／Ｃスイッチ１４がオフの場合には、ステップ２１の判別結果はＮＯとなり、ステップ２２に入る。
【００２４】ステップ２２では、イグニッションスイッチのオンが初回であるか否かが判別される。イグニッションスイッチのオンが初回であると、ステップ２３に入り、ここで、コンデンサ４内の圧力が所定値に達するまでの間、コンプレッサ２の容量を最大値としておくためのオイルリターン処理制御、すなわち初期運転制御が実行される。
【００２５】図４には、ステップ２３で実行されるオイルリターン処理制御の詳細フローチャートが示されている。ステップ２３Ａでは、コンプレッサ２の駆動開始前のコンデンサ４内の圧力Ｐｄ（０）を読み込み、ステップ２３Ｂでソレノイド電流Ｉを０．７（Ａ）の最大値とし、電磁弁２Ａを閉じる。これによりコンプレッサ２の容量は最大の状態となり、オイルリターンが良好に行われる。
【００２６】次のステップ２３Ｃでは、その時のコンデンサ４内の圧力Ｐｄと上述のＰｄ（０）との差分を演算し、ステップ２３ＤでＰｄ−Ｐｄ（０）が所定値（ここでは３．０ｋｇｆ／ｃｍ2 ）よりも大きいか否かが判別される。その差分が３．０ｋｇｆ／ｃｍ2 よりも小さいとステップ２３Ｄの判別結果はＮＯとなり、ステップ２３Ｂに戻り、コンプレッサ２の容量を最大に維持する。
【００２７】コンデンサ４内の圧力が時間の経過と共に徐々に上昇し、Ｐｄ−Ｐｄ（０）の値が３．０ｋｇｆ／ｃｍ2 よりも大きくなるとステップ２３Ｄの判別結果はＹＥＳとなり、ステップ２４に入る。
【００２８】図３に戻ると、ステップ２４では、コンプレッサ２の電磁弁２Ａのソレノイド電流Ｉを零とし、次のステップ２６ではソレノイド電流Ｉの積分加算値ΔＩを零とし、コンプレッサ２の容量を最小の状態にする。すなわち、ステップ２３でＰｄの値がＰｄ（０）の値よりも所定値だけ大きくなったことにより必要且つ充分なオイルリターンが行われたと判断し、ステップ２４、２６でコンプレッサ２の容量を最小とする処理を行うのである。これにより、その時の環境条件や車両条件に適応したコンプレッサ２の必要充分なオイルリターン制御を実現できる。
【００２９】一方、イグニッションスイッチのオンが初回でないと、ステップ２２の判別結果はＮＯとなり、ステップ２４に入る。ステップ２４では、コンプレッサ２の制御用ソレノイドの駆動電流Ｉを零とし、次のステップ２６では駆動電流Ｉの積分加算値ΔＩを零とし、コンプレッサ２の容量を最小の状態にする。すなわち、Ａ／Ｃスイッチ１４がオフの場合には、コンプレッサ２を作動させて冷媒を冷房サイクル５内で循環させる必要がないからである。ステップ２６の実行終了後、別の制御に入る。
【００３０】次にＡ／Ｃスイッチ１４がオンとされると、ステップ２１の判別結果はＹＥＳとなり、ステップ２７でイグニッションスイッチのオンが初回であるか否かが判別される。イグニッションスイッチのオンが初回であると、ステップ２８に進み、コンデンサ４内の圧力が所定値に達するまでの間、コンプレッサ２の容量を最大値としておくためのオイルリターン処理制御が実行される。ステップ２８の処理はステップ２３の処理と同様である。この場合はＡ／Ｃスイッチ１４がオンであるから、そのまま次の制御に進む。
【００３１】一方、イグニッションスイッチが初回オンでない場合には、ステップ２７の判別結果はＮＯとなり、ステップ２９で外気温信号１１Ｓに基づいて外気温判定を行う。
【００３２】本実施の形態では、外気温が７°Ｃ以上の場合（Ａ状態）、外気温が７°Ｃ〜−２°Ｃの範囲にある場合（Ｂ状態）、及び外気温が−２°Ｃ以下の場合（Ｃ状態）のいずれであるかが判定される。
【００３３】外気温がＡ状態の場合にはステップ３０で設定温度信号１０Ｓを読み込み、ステップ３１でエバ後温度信号１２Ｓに基づいてエバ後温度を検出する。ステップ３２では、この検出されたエバ後温度が零度より大きい（Ｘ状態）か又は零度以下である（Ｙ状態）かの判定を行う。
【００３４】エバ後温度がＹ状態の場合には、コンプレッサ２からの冷媒の送り出しは不要であるから、ステップ２４に入り、コンプレッサ２の容量が最小とされる。
【００３５】一方、エバ後温度がＸ状態の場合には、ステップ３３に入り、ここで、エバ後温度の目標値を、設定温度信号１０Ｓによって示される設定値に徐々に近づける目標値処理を行い、ここでその時々の目標値が決定される。
【００３６】そして、ステップ３４では、ステップ３４で算出されたそのときどきの目標値のエバ後温度が得られるようにコンプレッサ２の電磁弁２Ａを開閉制御するためのソレノイド電流制御が実行される。
【００３７】図５には、ステップ３４で実行されるソレノイド電流制御の詳細フローチャートが示されている。ソレノイド電流制御ステップ３４に入ると、ステップ３４Ａで、そこに記載されている特性に基づき、エバ後温度の設定値Ｔｉｎｔとステップ３３で決定されたエバ後温度の目標値ＴＩＮＴＣとの差分Ｔｉｎｔ−ＴＩＮＴＣに従ってソレノイド電流Ｉの値が決定される。
【００３８】次のステップ３４Ｂにおいて、Δｔ（＝０．５秒）毎のソレノイド電流Ｉへの加算値ΔＩｉが、そこに記載されている特性に基づき、差分Ｔｉｎｔ−ＴＩＮＴＣに従って決定される。
【００３９】そして、ステップ３４Ｃで、その時の加算電流値Ｉｉ（ｔ）がＩｉ（ｔ−Δｔ）＋ΔＩｉとして演算され、ステップ３４Ｄでその時のソレノイド電流ＩがＩｐ＋Ｉｉとして計算され、これに従って電磁弁２Ａが駆動される。
【００４０】ステップ２９において外気温がＢ状態であると判定された場合にはステップ３５に進み、ここでエバ後温度の設定温度値を３にセットしステップ３１に入る。すなわち、外気温がＢ状態にあると目標温度設定器１０の設定状態に拘らず、所定の値が目標値としてセットされる。
【００４１】ステップ２９において外気温がＣ状態であると判定された場合にはステップ２４に進み、ソレノイド電流Ｉが零とされる。すなわち、外気温がＣ状態にあると冷房サイクル５が凍結する虞があるのでコンプレッサ２の容量を最小とする。
【００４２】図３に示したコンプレッサ制御によれば、Ａ／Ｃスイッチ１４のオン、オフに拘らず、イグニッションスイッチが初回オンとなったときに、コンデンサ４の圧力が所定値に達するまでの間は電磁弁２Ａに０．７（Ａ）の電流を流して電磁弁２Ａを閉じ、コンプレッサ２の容量を最大の状態に維持するように制御が行われる。この結果、コンプレッサ２に対するオイルリターン動作を必要且つ充分に行うことができ、油滑不足状態が生じたり、又は逆に充分な油滑状態が得られているにも拘らず油滑のための初期立ち上げ動作が無意味に長時間行われるのを有効に防止することができ、その時の環境条件や車両条件に適応したコンプレッサ２の必要充分なオイルリターン制御が実現できる。
【００４３】図３に示した構成では、コンデンサ４の内部圧力、すなわち冷房サイクル５内の圧力によってオイルリターン処理が必要且つ充分に行われたか否かを判別したものである。しかし、本発明はこの一実施形態に限定されるものではなく、例えばエバ後温度の情報からこれを判別することも可能である。
【００４４】図６には、エバ後温度の情報からオイルリターン処理の終了タイミングを判別するようにした場合の構成例がフローチャートにて示されている。ステップ２３Ｗ〜２３Ｚで実行される処理は、図４に示したステップ２３Ａ〜２３Ｄの処理にそのまま置き換えることができるものである。
【００４５】ステップ２３Ｗでは、コンプレッサ２の駆動開始前のエバ後温度Ｔ（０）を読み込み、ステップ２３Ｘでソレノイド電流Ｉを０．７（Ａ）の最大値とし、電磁弁２Ａを閉じる。これによりコンプレッサ２の容量は最大の状態となり、オイルリターンが良好に行われる。
【００４６】次のステップ２３Ｙでは、その時のエバ後温度Ｔと上述のＴ（０）との差分を演算し、ステップ２３ＺでＴ−Ｔ（０）が所定値（ここでは−１０°Ｃ）よりも低いか否かが判別される。その差分が−１０°Ｃ以上であるとステップ２３Ｚの判別結果は、ＮＯとなり、ステップ２３Ｂに戻る。
【００４７】エバ後温度が時間の経過と共に徐々に低下し、Ｔ−Ｔ（０）の値が−１０°Ｃより小さくなるとオイルリターン処理が必要且つ充分に行われたとしてステップ２３Ｚの判別結果はＹＥＳとなり、ステップ２４に入る。
【００４８】なお、エバ後温度に因る判断に代えてコンデンサ４の温度が所定温度に達したか否かによってオイルリターン処理の終了タイミングを判断する構成としてもよい。また、これらの温度の温度変化に基づいてオイルリターン処理の終了タイミングを判断する構成としてもよい。
【００４９】図４に示した構成では、コンデンサ４内の圧力状態が所定の状態（Ｐｄ−Ｐｄ（０）＞３．０ｋｇｆ／ｃｍ2 ）となった場合、直ちにソレノイド電流を零とするものであった。
【００５０】しかし、コンデンサ４内の圧力のみを基準とすると、大気温が著しく低い場合やコンプレッサ２及び車両の各装置の機差により、オイルリターン処理が必ずしも充分でない場合が生じる。
【００５１】図７には、大気温が著しく低い場合やコンプレッサ２及び車両の各装置の機差が大きい場合であってもオイルリターン処理を確実に行うことができるようにした、図４に示す構成に置き換えて使用することができるオイルリターン処理構成が示されている。
【００５２】図７において、ステップ２３Ａ〜２３Ｄは図４の対応するステップと同一であり、ステップ２３Ｄの後に、ステップ２３Ｅ、２３Ｆを付加した点でのみ両者は異なっている。
【００５３】ステップ２３Ｅでは、別途用いられているタイマー（ソフトタイマーでもよい）がスタートせしめられ、ステップ２３Ｆで所定時間（ここでは６０秒）が経過したと判別された場合にはじめてステップ２４に進む。
【００５４】この構成によれば、コンデンサ４の内圧状態が所要の状態となった後、更に一定時間だけコンプレッサ２を最大容量状態で運転するので、温度条件の差や機差があっても、オイルリターン処理を確実に実行できるという利点を有している。
【００５５】図６に示した構成では、エバ後温度が所定の状態（−１０°Ｃより低い状態）となった場合、直ちにソレノイド電流を零とするものであった。
【００５６】しかし、エバ後温度のみを基準とすると、大気温が著しく低い場合やコンプレッサ２及び車両の各装置の機差により、オイルリターン処理が必ずしも充分でない場合が生じる。
【００５７】図８には、大気温が著しく低い場合やコンプレッサ２及び車両の各装置の機差が大きい場合であってもオイルリターン処理を確実に行うことができるようにした、図６に示す構成に置き換えて使用することができるオイルリターン処理構成が示されている。
【００５８】図８において、ステップ２３Ｗ〜２３Ｚは図６の対応するステップと同一であり、ステップ２３Ｚの後に、ステップ２３Ｐ、２３Ｑを付加した点でのみ両者は異なっている。
【００５９】ステップ２３Ｐでは、別途用いられているタイマー（ソフトタイマーでもよい）がスタートせしめられ、ステップ２３Ｑで所定時間（ここでは６０秒）が経過したと判別された場合にはじめてステップ２４に進む。
【００６０】この構成によれば、エバ後温度の状態が所要の状態となった後、更に一定時間だけコンプレッサ２を最大容量状態で運転するので、温度条件の差や機差があっても、オイルリターン処理を確実に実行できるという利点を有している。
【００６１】
【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、コンプレッサのオイルリターン動作を行う際に、冷房サイクルの内部の圧力や圧力変化、あるいはエバ後温度、コンデンサ温度、又はこれらの温度変化を基にしてオイルリターン動作の終了タイミングを判別するようにしたので、コンプレッサにオイルが確実に戻った適切なタイミングでオイルリターン動作を終了させることができる。この結果、コンプレッサへのオイルリターンの不足や、オイルリターンが充分であるにも拘らず無意味なオイルリターン動作が行われるなどの不具合を改善し、極めて効果的なオイルリターン動作を行わせることができる。
【００６２】また、タイマーによる時間制御を付加すれば、外気温が極端に低い場合や、各種装置の機差が大きい場合等におけるオイルリターン動作の不足を生じさせることがないので、より一層確実にオイルリターン動作を行わせることができる。
【００６３】また、オイルリターン動作時にコンプレッサの容量を最大としておくことにより、オイルリターン動作を迅速に行わせることができ、オイルリターン動作を短時間で済ませることができる。
【００６４】このように、オイルリターン動作を過不足なく行うことができるので、空調装置の吹き出し温度や内燃機関動力への影響を最小限に抑えることができる。そして、コンプレッサのストローク開始遅れに対しても過不足なくオイルリターン動作を行うことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３３３３
【氏名又は名称】株式会社ボッシュオートモーティブシステム
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| 【出願日】 |
平成１１年６月３日（１９９９．６．３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７５４０
【弁理士】
【氏名又は名称】高野 昌俊
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４６４７０（Ｐ２０００−３４６４７０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１５６０７１ |
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