(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサから吐出させた冷媒を、車外側熱交換器内を超臨界圧力で通過させ、車内側熱交換器からコンプレッサに戻して循環可能とする冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、
前記車外側熱交換器の出口側に圧力制御弁及び温度検出手段を設け、
冷房運転時、前記温度検出手段での検出温度に基づいて、サイクル効率を最大とする、前記車外側熱交換器の出口側に於ける冷媒の目標圧力値を、前記車内側熱交換器の外部を通過する空気流量に基づいて補正し、
補正後の目標圧力値に基づいて前記圧力制御弁の開度を制御することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
コンプレッサから吐出させた冷媒を車外側熱交換器内を超臨界圧力で通過させ、車内側熱交換器からコンプレッサに戻して循環可能とする冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、
前記車外側熱交換器の出口側に圧力制御弁及び温度検出手段を設け、
冷房運転時、前記温度検出手段での検出温度に基づいて、サイクル効率を最大とする、前記車外側熱交換器の出口側に於ける冷媒の目標圧力値を、前記コンプレッサの駆動回転数に基づいて補正し、
補正後の目標圧力値に基づいて前記圧力制御弁の開度を制御することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項３】
前記目標圧力値は、内気循環モードの場合、外気導入モードの場合に比べて上方修正することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記目標圧力値は、前記圧力制御弁に代えて、前記コンプレッサからの吐出容量の増減により調整することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記コンプレッサを駆動制御して前記冷凍サイクルのサイクル効率が最大となるように冷媒を循環させると共に、前記ミックスダンパによりヒータコアへの空気流れを遮断することにより、送風温度が設定温度以下となる場合、前記コンプレッサの駆動を抑制して車内側熱交換器の冷房能力を低下させることにより送風温度を設定温度に維持し、その後、前記ミックスドアの開度を変更してヒータコアへの空気流量を増大させるようにしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
フロントガラスの曇りを除去するためのデフスイッチが操作されれば、前記車内側熱交換器の出口側圧力を上昇させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷媒が車外側熱交換器内を超臨界圧力で通過して循環する冷凍サイクルを備えた車両用空調装置では、最もサイクル効率ＣＯＰが高くなるように、車内側熱交換器の出口圧力を調整している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記車両用空調装置では、サイクル効率に注目するあまり、冷房運転の開始初期等の送風量が大きいときや、内気循環モードに切り替わるときに冷房能力が不足するという問題がある。
【０００４】
また、必要とされる送風温度に対して車内側熱交換器の冷房能力が過剰となり、ヒータコアによる再加熱が必要である。つまり、エンジンによるコンプレッサの駆動を、サイクル効率が最適となるように維持しなければならず、燃費が悪化するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、状況に応じて適切に車内側熱交換器の冷房能力を発揮させ、又、サイクル効率を高めることのできる車両用空調装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
コンプレッサから吐出させた冷媒を、車外側熱交換器内を超臨界圧力で通過させ、車内側熱交換器からコンプレッサに戻して循環可能とする冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、
前記車外側熱交換器の出口側に圧力制御弁及び温度検出手段を設け、
冷房運転時、前記温度検出手段での検出温度に基づいて、サイクル効率を最大とする、前記車外側熱交換器の出口側に於ける冷媒の目標圧力値を、前記車内側熱交換器の外部を通過する空気流量に基づいて補正し、
補正後の目標圧力値に基づいて前記圧力制御弁の開度を制御するようにしたものである。
【０００７】
以上の構成により、ブロア風量の増減に基づいて、乗員が希望する車内の冷房状態を推測することにより、車内の急速冷房が必要であると推測される場合には、圧力制御弁の開度を小さくして車内側熱交換器の冷房能力を増大させる一方、車内の冷房があまり必要とされない場合には、圧力制御弁の開度を大きくして車内側熱交換器の冷房能力を低下させて消費動力を抑制することができる。
【０００８】
また、本発明は、前記課題を解決するための手段として、
コンプレッサから吐出させた冷媒を車外側熱交換器内を超臨界圧力で通過させ、車内側熱交換器からコンプレッサに戻して循環可能とする冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、
前記車外側熱交換器の出口側に圧力制御弁及び温度検出手段を設け、
冷房運転時、前記温度検出手段での検出温度に基づいて、サイクル効率を最大とする、前記車外側熱交換器の出口側に於ける冷媒の目標圧力値を、前記コンプレッサの駆動回転数に基づいて補正し、
補正後の目標圧力値に基づいて前記圧力制御弁の開度を制御するようにしたものである。
【０００９】
以上の構成により、コンプレッサの駆動回転数の変化により、車内側熱交換器内を流動する冷媒量が増減する場合には、圧力制御弁の開度を調整することにより、車内側熱交換器の冷房能力を適切に維持することが可能となる。
【００１０】
また、前記目標圧力値は、前記圧力制御弁に代えて、前記コンプレッサからの吐出容量の増減により調整するようにしてもよい。
【００１１】
また、前記コンプレッサを駆動制御して前記冷凍サイクルのサイクル効率が最大となるように冷媒を循環させると共に、前記ミックスダンパによりヒータコアへの空気流れを遮断することにより、送風温度が設定温度以下となる場合、前記コンプレッサの駆動を抑制して車内側熱交換器の冷房能力を低下させることにより送風温度を設定温度に維持し、その後、前記ミックスドアの開度を変更してヒータコアへの空気流量を増大させるようすると、得られる送風温度と設定温度との関係に基づいて、冷凍サイクルのサイクル効率を最大としつつ冷房を行い、送風温度が設定温度以下となる場合には、まず、コンプレッサの無駄な駆動を抑えることが可能となる点で好ましい。
【００１２】
なお、フロントガラスの曇りを除去するためのデフスイッチが操作されれば、前記車内側熱交換器の出口側圧力を強制的に上昇させればよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る車両用空調装置を示す。この車両用空調装置は、車内前方部の空調ユニット１内に、上流側からブロア２、車内側熱交換器３、ミックスダンパ４、及びヒータコア５を順次配設したものである。
【００１５】
ブロア２は、ブロアモータ２ａの駆動により回転し、内外気切替ダンパ２ｂによって選択された内気又は外気を空調ユニット１内へと導く。
【００１６】
車内側熱交換器３は、冷凍サイクルＣの１つの機器を構成している。冷凍サイクルＣでは、コンプレッサ６から吐出された冷媒が、車外側熱交換器７、圧力制御弁８、車内側熱交換器３、及びアキュムレータ９を介してコンプレッサ６に戻って循環するようになっている。ここでは、冷媒にＣＯ２を使用している。
【００１７】
コンプレッサ６には、エンジン１０の動力がクラッチ１１を介して伝達される。コンプレッサ６の駆動回転数は、クラッチ１１を切り替えることにより複数段階（無段階でもよい。）に切替可能である。コンプレッサ６の駆動回転数は、通常、冷媒を超臨界圧力で循環可能な値に設定されている。車外側熱交換器７は車両前方部に配設され、冷媒を外気に放熱させる。圧力制御弁８は、冷媒を減圧し、気化しやすい状態として車内側熱交換器３に供給すると共に、後述するように、その圧力を調整する役割を果たす。車内側熱交換器３は、内部を流動する冷媒により、外部を通過する内気又は外気から吸熱する。車外側熱交換器７から流出する冷媒の温度は温度センサ１２ａ、圧力は圧力センサ１２ｂによってそれぞれ検出されている。アキュムレータ９は、冷媒を確実に気化させた状態でコンプレッサ６に戻すために設けられている。
【００１８】
ヒータコア５は、ミックスダンパ４によって分流された一方の流路に配設されており、暖房サイクルＨの１つの機器を構成している。暖房サイクルＨでは、エンジン冷却水を、三方弁１３の切替えにより、車両前方部に配設したラジエータ１４とは別回路で循環させ、その回路途中のヒータコア５で放熱させている。
【００１９】
前記圧力制御弁８の開度は、前記ブロアモータ２ａ及び前記コンプレッサ６の駆動回転数、前記内外気切替ダンパ２ｂの回動位置等に基づいて制御装置１８によって制御されている。制御装置１８は、内気センサ１５、外気センサ１６、日射センサ１７等から得られる車内外諸条件に基づいて、前記ブロアモータ２ａ及び前記コンプレッサ６の駆動回転数、ミックスダンパ４の開度等を制御する。
【００２０】
なお、デフスイッチ１９は、操作することにより送風モードを、フロントガラスに直接送風して曇りを除去するモードに切り替える場合に使用される。省エネスイッチ２０は、コンプレッサ６の駆動回転数を抑制することにより、そこでの消費動力を低減する場合に使用される。
【００２１】
次に、前記構成の車両用空調装置の動作について、図２のフローチャートに従って説明する。
【００２２】
まず、内気センサ１５で検出される内気温度、外気センサ１６で検出される外気温度、日射センサ１７で検出される日射量等の車内外諸条件を読み込む（ステップＳ１）。そして、読み込んだ車内外諸条件に基づいてコンプレッサ６の駆動回転数及びミックスダンパ４の開度を決定する（ステップＳ２）。外気温度が高く、内気温度が目標温度よりも大幅に高い場合等、車内を急速に冷房する必要があれば（ステップＳ３）、コンプレッサ６の駆動回転数を、前記冷凍サイクルＣのサイクル効率が最大となるように冷媒を循環可能な値とする（ステップＳ４）。また、ミックスダンパ４を回動させてヒータコア５への空気流れを遮断する（ステップＳ５）。
【００２３】
また、前記ステップＳ１で読み込んだ車内外諸条件に基づいてブロア風量を決定する（ステップＳ６）。そして、決定したブロア風量の違いを考慮して、車外側熱交換器７から流出する冷媒の温度からその目標圧力値Ｐを数１すなわち表１（図４参照）に従って算出する（ステップＳ７）。
【００２４】
【数１】
Ｐ＝ａＴ−ｂ
Ｔ    ：車外側熱交換器７の出口側冷媒温度
ａ，ｂ：ブロア風量の違いに応じて決定する定数
【００２５】
【表１】
0004601188.tif 000002
【００２６】
このように、ブロア風量の違いに応じて目標圧力値Ｐを算出するようにしたのは次の理由による。すなわち、通常、ＣＯ２を用いたサイクルでは、サイクル効率を最大とする、車外側熱交換器７の出口側冷媒圧力が得られるように、コンプレッサ６の駆動回転数を調整している。ところが、例えば、ブロア風量が大きい場合、車内の急速な冷房が要求されていると推定される。したがって、サイクル効率よりも冷房能力を重視し、目標圧力値Ｐを上方修正する。また、ブロア風量が小さい場合、車内の冷房に対する要求は低下しているものと推定される。したがって、サイクル効率よりも消費動力を重視し、目標圧力値Ｐを下方修正する。
【００２７】
続いて、内気循環モードが選択されているか否かを判断する（ステップＳ８）。内気循環モードが選択されている場合、前記ステップＳ７で算出した目標圧力値Ｐを補正する（ステップＳ９）。ここでは、目標圧力値Ｐを１０％上方修正する補正を行っている。これは、内気循環モードが選定されている場合は、より急速冷房の要求が高いと推定されるからである。一方、内気循環モードが選択されていない場合、すなわち外気導入モードが選択されている場合、ステップＳ７で算出した目標圧力値Ｐをそのまま使用する。
【００２８】
次いで、コンプレッサ６の駆動回転数を読み込み（ステップＳ１０）、読み込んだ駆動回転数に基づいて目標圧力値Ｐを補正する（ステップＳ１１）。ここでは、目標圧力値Ｐを図５のグラフに従って補正する。すなわち、コンプレッサ６の駆動回転数が大きい程、車内側熱交換器３の冷房能力が増大するので、両者の相関関係を考慮する。例えば、コンプレッサ６の駆動回転数が3000rpmとなれば、目標圧力値Ｐを１０％マイナス補正する。
【００２９】
以上のようにした目標圧力値Ｐが算出されれば、その結果に基づいて圧力制御弁の開度を調整する（ステップＳ１２）。これにより、車内を急速に冷房することが可能となる。
【００３０】
その後、ヒータコア５による加熱なしに冷房運転を続行すると、内気温度の低下等に伴って車内側熱交換器３での冷房能力が必要能力を超える。そこで、車内側熱交換器３での冷房能力が予め設定した必要能力を超えたか否かを判断する。この判断は、圧力センサ１２ｂにより、車外側熱交換器７から流出する冷媒の圧力を検出し（ステップＳ１３）、この検出圧力ｐを予め設定した設定圧力Ｐと比較することにより行う（ステップＳ１４）。すなわち、車外側熱交換器７から流出する冷媒の圧力は、車内側熱交換器３の冷房能力と相関関係があるため、例えば、検出圧力ｐが予め設定した圧力領域のいずれに属するのかに応じて車内側熱交換器３の冷房能力を推測すればよい。そして、検出圧力ｐが設定圧力Ｐを超えればコンプレッサ６の駆動回転数を抑制し、車内側熱交換器３の冷房能力を徐々に低下させる（ステップＳ１５）。
【００３１】
検出圧力が許容最低値まで低下すれば（ステップＳ１６）、車内側熱交換器３による冷房能力をこれ以上低下させることができないものと判断し、ステップＳ１に戻って、今度はミックスダンパ４の開度を調整する。これにより、車内側熱交換器３で冷却・除湿した空気をミックスダンパ４で分流し、その一方をヒータコア５にて加熱することができ、加熱しない冷風と混合して所望温度とした後、車内に送風することが可能となる。
【００３２】
このように、前記車両用空調装置によれば、冷房能力が過剰となった場合、ミックスダンパ４の開度を調整してヒータコア５により再加熱する前に、車内側熱交換器３の冷房能力を低下させる。つまり、車内側熱交換器３の冷房能力を低下させるために、コンプレッサ６の駆動を抑制するので、このコンプレッサ６を駆動するためのエンジン１０への負担を軽減し、燃料が無駄に消費されることを防止することが可能となる。
【００３３】
ところで、コンプレッサ６の駆動回転数を抑制して車内側熱交換器３の冷房能力を低下させると、同時に除湿能力も低下する。このため、車内環境によっては、窓ガラスに曇りが発生することも想定される。そこで、フロントガラスの曇りを除去するためのデフスイッチ１９が操作されれば、たとえコンプレッサ６の駆動制御中であっても、コンプレッサ６の駆動回転数を、冷凍サイクルＣのサイクル効率が最大となるように冷媒が循環可能な値に復帰する。そして、ミックスダンパ４の開度を調整することにより所望の送風温度を得る。これにより、所望の車内空調を達成しつつ、フロントガラスの曇りを適切に除去することが可能となる。
【００３４】
なお、前記実施形態では、コンプレッサ６の駆動回転数をクラッチ１１を切り替えることにより調整したが、このクラッチ１１に代えて、コンプレッサ６に可変容量タイプのものを使用するようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、車内側熱交換器の外部を通過する空気流量等に基づいて車内側熱交換器の出口側での冷媒の目標圧力値を決定するようにしたので、車内側熱交換器の冷房能力を適切な値に維持して所望の車内空調を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。
【図２】  図１の制御装置による空調制御を示すフローチャートである。
【図３】  図１の制御装置による空調制御を示すフローチャートである。
【図４】  図１のコンプレッサの出口側冷媒温度と目標圧力値の関係を示すグラフである。
【図５】  図１のコンプレッサの駆動回転数と圧力変化率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…空調ユニット
２…ブロア
３…車内側熱交換器
４…ミックスダンパ
５…ヒータコア
６…コンプレッサ
７…車外側熱交換器
８…圧力制御弁
１０…エンジン
１１…クラッチ
１２ａ…温度センサ
１２ｂ…圧力センサ
【図１】
0004601188.tif 000003
【図２】
0004601188.tif 000004
【図３】
0004601188.tif 000005
【図４】
0004601188.tif 000006
【図５】
0004601188.tif 000007