(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室(PR)内に吹き出される空気の温度を制御する室内側熱交換器(2)の流入口(2a)とエンジン冷却水流出口(1a)との間に、エンジン(1)により加熱されたエンジン冷却水を前記室内側熱交換器(2)に供給する供給管路(4)を接続し、
前記室内側熱交換器(2)の流出口(2b)とエンジン冷却水流入口(1b)との間に、前記室内側熱交換器(2)から流出するエンジン冷却水をエンジン側に戻す帰還管路(5)を接続し、
前記帰還管路(5)と前記供給管路(4)との間にバイパス管路(6)を接続して、前記室内側熱交換器(2)から前記帰還管路(5)に流出したエンジン冷却水をエンジン側に戻すことなく前記供給管路(4)にバイパスさせる閉流路を形成し、
冷房サイクル(R）を構成する冷却器(15)内に、前記閉流路の前記供給管路(4)に形成された熱交換部(16)を配置し、
前記供給管路(4)の前記冷却器(15)と前記エンジン冷却水流出口(1a)との間に、前記室内側熱交換器(2)に供給するエンジン冷却水の流量を制御する流量制御手段(P,8)を設け、
当該流量制御手段(P,8)を制御し、前記室内側熱交換器(2)内に供給されるエンジン冷却水の流量を可変にして車室(PR)内の暖房と冷房とを行なうようにしたことを特徴とする自動車用空気調和装置。
【請求項２】
前記流量制御手段(P,8)は、前記エンジン冷却水を循環させる循環ポンプ(P)と、前記エンジン冷却水流出口(1a)と前記閉流路とを連通する前記供給管路(4)に設けた流量制御弁(8)とを有し、前記室内側熱交換器(2)に供給されるエンジン冷却水の流量を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の自動車用空気調和装置。
【請求項３】
エンジン冷却水流出口(1a)とエンジン冷却水流入口(1b)との間にリターン管路(7)を設け、このリターン管路(7)内を流れるエンジン冷却水により駆動される駆動部(T)を前記循環ポンプ(P)に連結し、前記駆動部(T)により前記循環ポンプ(P)を駆動するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の自動車用空気調和装置。
【請求項４】
前記流量調整弁(8)は、制御手段(20)により制御されて前記供給管路(4)を開閉し、エンジン冷却水を前記供給管路(4)から前記室内側熱交換器(2)に供給した後に前記帰還管路(5)を経てエンジン(1)側に戻す暖房モードと、バイパス管路(6)を介して前記室内側熱交換器内(2)のエンジン冷却水をエンジン(1)側に戻すことなく前記閉流路内を循環させる冷房モードとを切換るようにしたことを特徴とする請求項２に記載の自動車用空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車室内に吹き出される空気の加熱と冷却とを１つの熱交換器により行ない、車室内の温度を所望の温度に制御するようにした自動車用空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用空気調和装置は、空気を冷却するエバポレータ（クーラ）と、高温のエンジン冷却水が流通するヒータコア（ヒータ）とを有しており、制御の方式によってヒータ／クーラ独立方式、ヒータ／クーラ切換方式、セミ・エアコン方式、フル・エアコン方式、そしてリヒート方式などがある。
【０００３】
ヒータ／クーラ独立方式は、エバポレータとヒータコアとがそれぞれ独立して配置され、配風時にエバポレータ又はヒータコアだけを使用するタイプである。
【０００４】
ヒータ／クーラ切換方式は、機能的にはヒータ／クーラ独立式と同様であるが、吹き出し口に設けられた切換ドアによってエバポレータを使うかヒータコアを使うかを選択するようにしたタイプである。
【０００５】
セミ・エアコン方式は、空気をすべてエバポレータに案内し、冷房時はヒータコアを通さずにそのまま吹き出し、暖房時にはエバポレータで冷却除湿された空気を、ヒータコア（内部を流れる温水の流量が調節されるようになっている）により暖めるようにしたタイプである。
【０００６】
フル・エアコン方式は、エアミックス方式とも呼ばれ、エバポレータを通過した空気をヒータコアに入る空気と入らない空気とに分岐し、吹き出し口の手前で両方の空気を混合するようにしたタイプである。
【０００７】
リヒート方式は、エバポレータを通った空気を全てヒータコア（内部を流れる温水の流量が調節されるようになっている）に通して再度加熱してから各吹き出し口から車室内に供給するようにしたタイプである。
【０００８】
なお、現在では、これらの方式のうち、フル・エアコン方式が多用されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述したフル・エアコン方式の自動車用空気調和装置にあっては、エバポレータは、クーラユニットに、そしてヒータコアは、ヒータユニットにそれぞれ組み込まれ、インテークユニット内のファンにより取り入れられた空気は、除湿を行なうために、まず、エバポレータにより冷却された後にヒータコアにより加熱されるようになっている。
【００１０】
フル・エアコン方式では、エバポレータを通過した空気をヒータコアに入る空気と入らない空気との割合を調整するためにエアミックスドアが必要となるが、リヒート方式ではそのようなドアが不要となる利点がある。しかしながら、リヒート方式では、車室内を暖房する時の温度調節をヒータコアに流れるエンジン冷却水の量を調節することにより行なっているので、中間期などのように暖房能力を高める必要がないときには、ヒータコアに供給されるエンジン冷却水を絞る必要があり、ヒータコア内でのエンジン冷却水の温度分布にばらつきが発生することになる。
【００１１】
このため、車室内への各吹き出し口の温度差が発生して、温度制御特性を向上させることができないという問題がある。
【００１２】
また、多くの自動車用空気調和装置は、インテークユニットとクーラユニットとヒータユニットとが、この順に、車両の車幅方向に直列的に接続されているので、大きな設置スペースが必要となり、しかも３つのユニットケースが別個に必要となるため、部品点数が多く、コストの低減を図ることも難しい。
【００１３】
本発明は、１つの熱交換器により車室内に吹き出される空気の温度を制御して車室内の暖房と冷房とを行なうことにより、車室内の温調特性に優れた自動車用空気調和装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、車室内に吹き出される空気の温度を制御する室内側熱交換器の流入口とエンジン冷却水流出口との間に、エンジンにより加熱されたエンジン冷却水を前記室内側熱交換器に供給する供給管路を接続し、前記室内側熱交換器の流出口とエンジン冷却水流入口との間に、前記室内側熱交換器から流出するエンジン冷却水をエンジン側に戻す帰還管路を接続し、前記帰還管路と前記供給管路との間にバイパス管路を接続して、前記室内側熱交換器から前記帰還管路に流出したエンジン冷却水をエンジン側に戻すことなく前記供給管路にバイパスさせる閉流路を形成し、冷房サイクルを構成する冷却器内に、前記閉流路の前記供給管路に形成された熱交換部を配置し、前記供給管路の前記冷却器と前記エンジン冷却水流出口との間に、室内側熱交換器に供給するエンジン冷却水の流量を制御する流量制御手段を設け、当該流量制御手段を制御し、前記室内側熱交換器(2)内に供給されるエンジン冷却水の温度を可変にして車室内の暖房と冷房とを行なうようにしたことを特徴とする。
【００１５】
このようにすれば、１つの室内側熱交換器によって車室内に吹き出される空気の温度を制御して車室内の暖房と冷房とを行なうことができるので、自動車用空気調和装置を構成する機器の車内への設置スペースを大幅に減少させることができる。また、車室とエンジンルームとに渡る冷媒配管をなくすこともできる。これにより、安価な熱交換器とすることができ、システム全体がコンパクトになる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、前記流量制御手段が、前記エンジン冷却水を循環させる循環ポンプと、前記エンジン冷却水流出口と前記閉流路とを連通する前記供給管路に設けた流量制御弁とを有し、前記室内側熱交換器に供給されるエンジン冷却水の流量を制御するようにしたことを特徴とする。
このようにすれば、車室内に吹き出される空気の温度を任意の温度に設定することができる。また、室内側熱交換器内の温度分布のばらつきの発生を防止し、各吹き出し口から車室内に吹き出される空気の温度差の発生を防止することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、エンジン冷却水流出口とエンジン冷却水流入口との間にリターン管路を設け、このリターン管路内を流れるエンジン冷却水により駆動される駆動部を前記循環ポンプに連結し、前記駆動部により前記循環ポンプを駆動するようにしたことを特徴とする。
このようにすれば、エンジン冷却水流出口とエンジン冷却水流入口との間にリターン管路内を流れるエンジン冷却水により駆動される駆動部により循環ポンプを駆動するので、特段の駆動機構が不要となり、構造が簡単でコンパクトな空気調和装置が得られる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記流量調整弁は、制御手段により制御されて前記供給管路を開閉し、エンジン冷却水を前記供給管路から前記室内側熱交換器に供給した後に前記帰還管路を経てエンジン側に戻す暖房モードと、バイパス管路を介して前記室内側熱交換器内のエンジン冷却水をエンジン側に戻すことなく前記閉流路内を循環させる冷房モードとを切換るようにしたことを特徴とする。
このようにすれば、エンジン冷却水を供給管路から熱交換器に供給した後に帰還管路を経てエンジン側に戻す暖房モードと、バイパス管路を介して前記熱交換器内のエンジン冷却水をエンジン側に戻すことなく前記閉流路内を循環させる冷房モードとの切換制御を、供給管路に設けられた流量調整弁が制御手段により制御されて供給管路を開閉して行うので、自動的に暖房モードか冷房モードに切り換わり、乗員が設定した所定の温度に車室内を保持することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施の形態である自動車用空気調和装置を示す概略図である。この自動車用空気調和装置は、エンジンにより加熱された高温のエンジン冷却水が循環ポンプＰにより循環されるエンジン冷却水サイクルＥと、冷媒が循環する冷房サイクルＲとを有している。
【００２４】
まず、冷却水サイクルＥは、エンジン１側の流出口１ａと室内側熱交換器２の入口２ａとの間を供給管路４により、室内側熱交換器２の流出口２ｂとエンジン１側の流入口１ｂとの間を帰還管路５により連結されている。したがって、車室ＰＲ内には、室内側熱交換器２と冷却水が流通する配管のみが存在し、他の大部分の機器はエンジンルームＥＲ内に存在することになっており、従来から存在している自動車用空気調和装置のように冷媒配管が車室ＰＲ内に存在していない点に特徴を有している。
【００２５】
この冷却水サイクルＥにおいては、連結部４ａと連結部５ａとの間にバイパス管路６が接続され、このバイパス管路６によって、室内側熱交換器２から流出したエンジン冷却水をエンジン１側に戻すことなく供給管路４を介して室内側熱交換器２に戻すようにしている。
【００２６】
また、前記連結部５ａよりもエンジン１側に設けられた連結部５ｂと連結部４ｂとの間には、リターン管路７が接続されており、このリターン管路７によって、エンジン１側から吐出したエンジン冷却水を室内側熱交換器２に案内することなく、再度エンジン側に戻すようにしている。
【００２７】
供給管路４には、両接続部４ａ，４ｂの間に流量調整弁８が設けられ、供給管路４を流れて室内側熱交換器２に流入するエンジン冷却水の流量を制御している。この供給管路４には、流量調整弁８に加えて、室内側熱交換器２に流入するエンジン冷却水の流量を制御するために、循環ポンプＰが供給管路４に設けられているが、循環ポンプＰのみにより、流量を制御するようにしても良い。
【００２８】
一方、冷房サイクルＲは、通常の冷房サイクルと同様に、エンジン１により駆動されるコンプレッサ１１、エンジンルームＥＲ内に配置され、ファン１３等により冷却されるコンデンサ１２、膨張弁１４及び冷却器１５を有している。
【００２９】
なお、ここで使用するコンプレッサ１１としては、固定容量式コンプレッサを用いても良く、可変容量式コンプレッサを用いても良い。
【００３０】
この冷却器１５内には、供給管路４内を流れるエンジン冷却水と、冷房サイクルＲ内を流れる冷媒とを熱交換させるように熱交換部１６が設けられている。この熱交換部１６は、例えば、図示のように、管路４を蛇行させたものであっても良いが、さらに熱交換効率を高めるには、いわゆるインタークーラのように熱交換器内に熱交換器が設けられたものを使用することが好ましい。ただし、本発明は、これのみでなく他の方式のものでも良い。
【００３１】
また、熱交換部１６を設ける位置に関して、図示する場合には、供給管路４に設けているが、閉流路を形成する部分であれば、バイパス管路６や、帰還管路５のうち流出口２ｂと連結部５ａの間に設けても良い。前記バイパス管路６に関しても、ここの流路を開閉する開閉弁を設けても良い。
【００３２】
次に、作用を説明する。
車室ＰＲ内を暖房する場合には、エンジンとコンプレッサ１１との間に設けられているクラッチ（図示せず）を切り、コンプレッサ１１の作動を停止し、循環ポンプＰを駆動することによりエンジン冷却水を供給配管４から室内側熱交換器２内に供給する。このエンジン冷却水の供給量は、流量調整弁８の開度により制御され、これにより所定量のエンジン冷却水が室内側熱交換器２に導入される。
【００３３】
この室内側熱交換器２においては、ファン３により車室外空気が導入されているので、前記高温のエンジン冷却水と空気が熱交換し、車室ＰＲ内に吹き出される。なお、室内側熱交換器２の出口２ｂから流出したエンジン冷却水は、帰還管路５よりエンジン１側の流入口１ｂを通ってエンジン１に帰還する。
【００３４】
図４は流量調整弁８の開度を暖房時と冷房時とについて示すグラフである。この図４に示すように、前記車室ＰＲ内に吹き出される吹出し空気温度は、流量調整弁８の開度により任意の温度に設定される。暖房能力を最大に設定する場合、つまりフルホット時には、流量調整弁８の開度は全開に制御され、多量のエンジン冷却水が室内側熱交換器２内を流通し、これにより加熱される空気は、フルホットに見合った高温のものとなる。
【００３５】
また、フルホット以外の暖房モードＨにあっては、車室ＰＲ内に設けられているコントローラを乗員が操作することにより設定された温度に応じて流量調整弁８の開度は、自動的に制御され、これにより空気は、設定された温度に見合ったものとなる。なお、流量調整弁８は、中間温度（例えば２５℃程度）の冷房モードＭ時も、後述するより低温の冷房モードＣの際にも閉じられる。
【００３６】
この流量調整弁８を使用することなく、あるいはこれと共に循環ポンプＰの作動を制御する場合には、所定量のエンジン冷却水が確実に室内側熱交換器２内に供給されるように、循環ポンプＰの作動が図４に示すタイミングで制御される。
【００３７】
次に、車室ＰＲ内を冷房する場合には、流量調整弁８が全閉状態となり、流出口１ａから流出したエンジン冷却水は、リターン管路７によってエンジン側に戻されて室内側熱交換器２には供給されない。しかし、循環ポンプＰは、駆動されるので、循環ポンプＰ→熱交換部１６→室内側熱交換器２→帰還管路５→バイパス管路６により形成された閉流路内のエンジン冷却水は、当該閉流路内を熱媒体として流れる。
【００３８】
この状態で、前記クラッチが入り、エンジンによりコンプレッサ１１が駆動されると、周知の冷房サイクルＲが作動し、冷却器１５には低温低圧の冷媒が流通することになる。したがって、この冷却器１５内の熱交換部１６を流れているエンジン冷却水の熱媒体は、前記冷媒により冷却され、低温の熱媒体となって室内側熱交換器２内に供給され、室内空気が冷却される。この熱媒体の温度を制御すれば、車室ＰＲ内に吹き出される空気の温度を任意の温度に制御することができる。
【００３９】
図５はエンジン冷却水つまり熱媒体の温度状態を、暖房時と冷房時とについて示すグラフであり、循環ポンプＰの流量を制御することにより、図５において実線で示すように、冷房温度を制御することができる。ここにおいて、エンジン冷却水流出口１ａにおける熱媒体の温度をＥとすると、この温度Ｅを最高温度として流量調整弁８の開度を制御することにより室内側熱交換器２内に流れる熱媒体の温度を任意の温度に設定することができる。なお、エンジン冷却水として、０℃以下でも凍結しない不凍液を使用すれば、熱媒体の温度を０℃以下に設定することもできる。
【００４０】
ただし、吹出し空気の温度の制御は、風量と熱媒体の温度によって変化させることができるので、風量と熱媒体の温度の両者により車室内空気の温度を制御しても良い。つまり、これは、本自動車用空気調和装置が２通りの制御ができることを意味する。
【００４１】
第１の制御方法としては、熱媒体の温度を変化させる方法である。例えば、容量可変式コンプレッサを使用して、コンプレッサからの吐出量を変化させる場合に使用することができるが、図５の実線で示すように、熱媒体の温度が次第に低下するように変化させ、これに応じて風量も次第に低下するように変化させると、車室内空気の温度を所定の値に保持しつつ、車室ＰＲ内に吹き出す風量の制御幅を調節することができる。
【００４２】
また、前記のように閉流路を流れる熱媒体の温度を変動させる場合において、冷房負荷が小さいときに、熱媒体の温度を上げると、吹き出し温度の低下を押さえつつ、風量を確保することができ、車室ＰＲ内の温度分布を良好にすることができる。
【００４３】
第２の制御方法としては、風量を変化させる方法である。例えば、固定容量式のコンプレッサを使用して、コンプレッサからの吐出量を一定とする場合に使用することができるが、図５において破線で示すように、熱媒体の温度を一定に保持する場合には、車室ＰＲ内に吹き出される空気の量を制御することによって温調制御を行うことができる。このように、一定温度の熱媒体を循環させる場合には、冷風の吹き出し温度は、風量により制御され、風量が大きい程冷房能力は高く、小さい程吹き出し温度が低下する傾向となる。
【００４４】
なお、前記第１の方法である熱媒体の温度制御の場合は、冷房サイクルをオンオフ制御することにより熱媒体の温度制御を行う方法でも良いが、コンプレッサ１１から吐出される冷媒量の制御を行なうことができる容量可変式コンプレッサの使用や、電子式の膨張弁により冷房サイクルを流れる冷媒量を制御する方が、より安定性があり、省エネルギが確保できるので好ましい。
【００４５】
図６は自動車用空気調和装置の作動を制御するための制御回路を示すブロック図であり、制御部２０には、室内側熱交換器２内の熱媒体の温度を検出する液温センサ２１、車両に照射される日射量を検出する日射センサ２２、車室ＰＲ内の温度を検出する車室温センサ２３，車外の温度を検出する外気温センサ２４からの検出信号が送られるようになっており、さらに、コントローラに設けられた温度設定部２５を乗員が操作することにより入力された設定温度の信号が制御部２０に送られるようになっている。
【００４６】
制御部２０からは、流量調整弁８及び循環ポンプＰに作動信号が送られるようになっており、さらに、電子式の膨張弁１４の作動を制御する制御信号、ファン３の回転数を制御して車室ＰＲ内に吹き出される風量を制御するための制御信号、およびコンプレッサ１１の作動を制御するための制御信号がそれぞれ制御部２０から送られるようになっている。
【００４７】
コンプレッサ１１として固定容量コンプレッサが使用される場合には、コンプレッサクラッチのオンオフ制御と、車室ＰＲ内に吹き出される風量制御とを行なうことにより、冷房時の車室内温度が制御される。また、可変容量コンプレッサが使用される場合には、電子式の膨張弁１４の制御と、風量制御とによって冷房時の車室内温度が制御される。
【００４８】
図７は図６に示す制御回路によって行なわれる自動車用空気調和装置の作動手順を示すフローチャートである。
【００４９】
まず、自動車用空気調和装置が起動されると、ステップＳ１において制御部２０内のＣＰＵなどで初期設定される。次で、ステップＳ２において液温センサ２１などの各センサからの検出値が読み込まれ、ステップＳ３〜Ｓ７においてそれぞれの補正値が演算されて、室内側熱交換器２内に供給されるべき熱媒体の温度がステップＳ８において設定される。
【００５０】
この設定温度に応じて車室ＰＲ内を暖房するか、あるいは冷房するかが、ステップＳ９により判断される。このステップＳ９で冷房モードであると判断された場合には、冷房モードとなり、ステップＳ１０において流量調整弁８が閉じられて、コンプレッサ１１などの冷房サイクルを構成する機器が作動される。
【００５１】
一方、暖房すると判断された場合には、コンプレッサ１１の作動は停止され、ステップＳ１１において流量調整弁８の開度が制御される。
【００５２】
図２は本発明の他の実施の形態である自動車用空気調和装置を示す図であり、この場合には、リターン管路７にこの中を流れるエンジン冷却水により回転駆動されるインペラなどからなる駆動部Ｔが設けられており、この駆動部Ｔの回転により循環ポンプＰを駆動するようにしている。したがって、この場合には、循環ポンプＰを駆動するための駆動源として、リターン管路７を流れる液体が使用されるので、外部に駆動手段を設けることなく、循環ポンプＰを駆動することができ、ポンプの構造を軽量コンパクトにし、故障しにくく耐久性に優れた循環ポンプが得られる。
【００５３】
図３は本発明のさらに他の実施の形態である自動車用空気調和装置を示す図であり、この場合には、帰還管路５に室内側熱交換器２の流出口２ｂからエンジン１側の流入口１ｂに向かう流れを許容し、逆方向の流れを阻止するための逆止弁９が設けられている。この逆止弁９を図２に示す場合にも設けるようにしても良い。
【００５４】
図２および図３において、図１に示された部材と共通する部材には同一の符号が付されている。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、１つの熱交換器を車室内に配置することによって車室内の暖房と冷房とを行なうことができるので、自動車用空気調和装置の占有スペースを有効に利用することができる。
【００５６】
１つの熱交換器によって車室内の暖房と冷房とを行なうことができ、自動車用空気調和装置の構成機器の部品点数を低減し、車室内の占有スペースを少なくすることができる。これにより、安価な熱交換器とすることができ、システム全体がコンパクトになる。熱交換器に供給される熱媒体の温度を制御することにより、熱交換器内における熱媒体の温度分布のばらつきの発生を防止することができ、車室内への各吹き出し口からの温度差の発生を防止することがきる。
【００５７】
さらに、車室内への冷媒配管がなくなるので、組立てが容易となり、メンテナンス的にも優れたものとなり製品品質、サービス性等が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態を示す概略図である。
【図２】  本発明の他の実施の形態を示す概略図である。
【図３】  本発明の更に他の実施の形態を示す概略図である。
【図４】  暖房時及び冷房時の流量調整弁の開度を示すグラフである。
【図５】  暖房時及び冷房時の熱媒体の温度を示すグラフである。
【図６】  本発明の実施の形態における制御回路を示すブロック図である。
【図７】  同実施の形態の制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…エンジン、
１ａ…エンジン冷却水流出口、
１ｂ…エンジン冷却水流入口、
２…室内側熱交換器、
２ａ…流入口、
２ｂ…流出口、
４…供給管路、
５…帰還管路、
６…バイパス管路、
７…リターン管路、
８…流量調整弁、
９…逆止弁、
１１…コンプレッサ、
１２…コンデンサ、
１４…膨張弁、
２０…制御部、
ＥＲ…エンジンルーム、
ＰＲ…車室、
Ｒ…冷房サイクル。
【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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