(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調ユニット内に、エンジンを冷却するためのエンジン冷却水が流動するヒータコアを備えた車両用空調装置において、
前記空調ユニット内に設けたブロアによる送風量を検出するブロア風量検出手段と、
前記エンジン冷却水の温度を検出する水温検出手段と、
前記エンジンからの動力をコンプレッサに伝達又は遮断するクラッチと、
前記コンプレッサ、該コンプレッサから吐出される熱交換媒体の流量を調整する流量調整手段、該流量調整手段を通過した熱交換媒体と前記空調ユニット内を通過する空気とを熱交換させる熱交換器を環状に接続し、前記流量調整手段及び熱交換器に減圧手段を並列接続してなる熱交換媒体回路と、
前記ブロア風量検出手段からの検出風量に基づいてエンジン冷却水の水温制御値を決定し、前記水温検出手段での検出温度が水温制御値よりも小さく、前記ヒータコアのみでは暖房が不十分であると判断すれば、前記クラッチを接続してコンプレッサを駆動させる一方、検出温度が水温制御値以上で、前記ヒータコアのみで暖房が十分であると判断すれば、前記クラッチを遮断する制御手段とを備え、
前記制御手段は、ブロア風量検出手段により検出される送風量が所定量以下の場合、前記水温制御値を下方修正することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
さらに、ブロア風量を手動で設定するための手動設定手段を備え、
前記制御手段は、車内外諸条件に基づいてブロア風量を算出し、該算出風量と、前記手動設定手段で設定された設定風量とを比較し、設定風量が算出風量よりも小さい場合、前記水温制御値を下方修正しないことを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記ブロア風量検出手段は、ブロアモータへの印加電圧を検出するブロア電圧検出手段で構成した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】
前記制御手段は、内気循環時に比べて外気導入時の水温制御値を相対的に大きく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】
前記制御手段は、熱交換器での熱交換媒体の流量が所定値以下の場合、ブロア風量を下方修正する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。
【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、車両用空調装置では、エンジン冷却水を車内側の空調ユニット内に配設したヒータコアに供給することにより、車内を暖房できるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の高効率ディーゼルエンジン等では、エンジン自体の温度上昇を抑える構成となっているため、エンジン冷却水の温度上昇もそれ程望めない。このため、前記ヒータコアでは、特にエンジン始動直後に車内を迅速に暖房することができず、早期に快適な空調状態を得ることが困難である。
【０００４】
そこで、本発明は、高効率ディーゼルエンジン等を搭載した車両であっても、車内を迅速に暖房す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。
【０００５】
【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、
空調ユニット内に、エンジンを冷却するためのエンジン冷却水が流動するヒータコアを備えた車両用空調装置において、
前記空調ユニット内に設けたブロアによる送風量を検出するブロア風量検出手段と、
前記エンジン冷却水の温度を検出する水温検出手段と、
前記エンジンからの動力をコンプレッサに伝達又は遮断するクラッチと、
前記コンプレッサ、該コンプレッサから吐出される熱交換媒体の流量を調整する流量調整手段、該流量調整手段を通過した熱交換媒体と前記空調ユニット内を通過する空気とを熱交換させる熱交換器を環状に接続し、前記流量調整手段及び熱交換器に減圧手段を並列接続してなる熱交換媒体回路と、
前記ブロア風量検出手段からの検出風量に基づいてエンジン冷却水の水温制御値を決定し、前記水温検出手段での検出温度が水温制御値よりも小さく、前記ヒータコアのみでは暖房が不十分であると判断すれば、前記クラッチを接続してコンプレッサを駆動させる一方、検出温度が水温制御値以上で、前記ヒータコアのみで暖房が十分であると判断すれば、前記クラッチを遮断する制御手段とを備え、
前記制御手段は、ブロア風量検出手段により検出される送風量が所定量以下の場合、前記水温制御値を下方修正するものである。
【０００６】
この構成により、エンジン冷却水温度の上昇に伴うヒータコアの加熱能力の変化だけでなく、送風量を考慮することにより供給総熱量を適切な値として車内暖房を行うことができる。
【０００８】
さらに、ブロア風量を手動で設定するための手動設定手段を備え、
前記制御手段は、車内外諸条件に基づいてブロア風量を算出し、該算出風量と、前記手動設定手段で設定された設定風量とを比較し、設定風量が算出風量よりも小さい場合、前記水温制御値を下方修正しないようにすると、車内への供給放熱量を維持しつつ、ブロア風量を小さく抑えて静かな車内空調を実現できる。
【０００９】
前記ブロア風量検出手段は、ブロアモータへの印加電圧を検出するブロア電圧検出手段で構成すればよい。
【００１０】
前記制御手段により、内気循環時に比べて外気導入時の水温制御値を相対的に大きくすると、外気温度と内気温度との温度差を考慮して車内暖房を行うことができる点で好ましい。
【００１１】
前記制御手段により、熱交換器での熱交換媒体の流量が所定値以下の場合、ブロア風量を下方修正するようにしてもよい。これにより、熱交換器による加熱が不十分な状態で、車内への送風を抑制することにより、送風温度の低下を防止することが可能となる。
【００１２】
【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。
図１は、本実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。この車両用空調装置では、車内側の空調ユニット１内に、空気流れの上流側から順に、ブロア２、車内側熱交換器３及びヒータコア４が配設されている。
【００１３】
ブロア２は、ブロアモータ５の駆動により回転駆動し、内外気切替ダンパ６によって選択された内気又は外気を空調ユニット１内に導入する。ブロアモータ５への印加電圧は、電圧検出センサ７によって検出される。
【００１４】
ヒータコア４は、エンジン１０の冷却水をラジエータ８で冷却する冷却水回路Ａより分岐した回路に接続され、内部をエンジン冷却水が流動する。ラジエータ８には、バイパス通路ａが並列接続されている。ラジエータ８への冷却水の流動は、三方弁９によって許容又は遮断される。また、エンジン１０側から流出する冷却水の温度は、水温検出センサ１１によって検出される。
【００１５】
車内側熱交換器３は、コンプレッサ１２の駆動により熱交換媒体が循環する熱交換媒体回路Ｂの途中に接続されている。コンプレッサ１２は、前記エンジン１０によって駆動し、その駆動力はクラッチ１３により接続又は遮断可能である。また、コンプレッサ１２の吐出口と車内側熱交換器３の吸込口との間には流量調整バルブ１４及びマフラー１５が接続されている。そして、コンプレッサ１２の吐出口の近傍には、圧力検出センサ１６が設けられ、コンプレッサ１２から吐出される熱交換媒体の圧力が検出される。前記マフラー１５は、流量調整バルブ１４を通過した熱交換媒体が車内側熱交換器３内で異音を発生するのを防止する。前記流量調整バルブ１４、マフラー１５及び車内側熱交換器３には、減圧手段であるキャピラリーチューブ１７が並列接続されている。なお、１８及び１９は、第１逆止弁及び第２逆止弁であり、２０は、コンプレッサ１２に液体が流入することを防止するためのアキュムレータである。
【００１６】
前記コンプレッサ１２を駆動及び停止させるためのクラッチ１３の接続及び遮断、三方弁９の切替え、流量調整バルブ１４の開度の調整、内外気切替ダンパ６の駆動等は、前記水温検出センサ１１での検出温度ｔ、圧力検出センサ１６での検出圧力ｐ、ブロアモータ５への印加電圧に基づいて制御装置２１によって行われる。なお、制御装置２１には、送風量を手動設定するためのマニュアルスイッチ２２からの信号も入力され、後述する風量制御も行われる。
【００１７】
次に、前記制御装置２１による車両用空調装置の駆動制御について図２ないし図４のフローチャートに従って説明する。
【００１８】
エンジン１０が始動され、車両用空調装置による暖房が開始されれば（ステップＳ１）、水温検出センサ１１での検出温度ｔを読み込む（ステップＳ２）。そして、この検出温度ｔが第１設定温度Ｔ１よりも高いか否かを判断する（ステップＳ３）。第１設定温度Ｔ１は、冷却水をラジエータ８で放熱して冷却する必要がない最大値（例えば、８０℃）としている。
【００１９】
検出温度ｔが第１設定温度Ｔ１よりも高ければ、エンジン冷却水が高くなり過ぎていると判断し、三方弁９を切り替えることにより、ラジエータ８に通水させて冷却する（ステップＳ４）。この場合、クラッチ１３を遮断し、コンプレッサ１２の駆動を停止する（ステップＳ５）。
【００２０】
一方、検出温度ｔが第１設定温度Ｔ１以下であれば、冷却水がラジエータ８に通水しないように三方弁９を切り替え（ステップＳ６）、さらに、検出温度ｔが第２設定温度Ｔ２よりも高いか否かを判断する（ステップＳ７）。第２設定温度Ｔ２は、ヒータコア２による空調ユニット１内を通過する空気の加熱が十分に行える最小値としている。
【００２１】
検出温度ｔが第２設定温度Ｔ２よりも高ければ、ヒータコア２のみによって十分に車内暖房が行えると判断し、前記同様、クラッチ９を遮断してコンプレッサ８の駆動を停止する（ステップＳ８）。一方、検出温度ｔが第２設定温度Ｔ２以下であれば、次のようにしてコンプレッサ１２を駆動するか否かを決定する。
【００２２】
まず、内外気切替ダンパ６の回動位置から外気導入モードであるか内気循環モードであるかを判断する（ステップＳ９）。外気導入モードであれば、図５のグラフの実線に従って水温制御値Ｔｃを算出し（ステップＳ１０）、内気循環モードであれば、図５のグラフの点線に従って水温制御値Ｔｃを算出する（ステップＳ１１）。これは、内気循環モードであれば、外気よりも高い温度の内気が循環するため、その温度差を考慮したものである。なお、水温制御値Ｔｃは、内気センサ及び外気センサでの検出温度から得られる温度差に応じて変更するようにしてもよい。
【００２３】
続いて、電圧検出センサ７での検出電圧ｖｂを読み込み（ステップＳ１２）、この検出電圧ｖｂが設定電圧ｖｓ以下か否かを判断する（ステップＳ１３）。そして、検出電圧ｖｂが設定電圧ｖｓ以下であれば、算出した水温制御値Ｔｃを所定値Ｋだけ下方修正する（ステップＳ１４）。これは、検出電圧ｖｂが小さく、送風量が少ない場合であれば、エンジン冷却水温度が低くても、所望の送風温度を得るためには、それ程、車内側熱交換器３で加熱する必要がないと判断されるからである。
【００２４】
ここで、送風量の設定が自動か手動かを判断し（ステップＳ１５）、自動であれば、前記ステップＳ１１又はＳ１４で決定した水温制御値Ｔｃをそのまま使用する。一方、手動であれば、内気温度、外気温度、日射量等の車内外諸条件に基づき、従来周知の方法によりブロアモータ５への印加電圧を算出し、この算出電圧ｖに基づいて水温制御値Ｔｃを算出する（ステップＳ１６）。そして、手動で設定された送風量の違いに拘わらず、水温制御値Ｔｃが、マニュアルスイッチ２２で設定された電圧（設定電圧）によって決定される水温制御値Ｔｃ（一例を図５の１点鎖線で示す。）よりも小さくならないようにする（ステップＳ１７）。これにより、水温制御値Ｔｃを、少なくとも手動設定された送風量に対応した値に維持して暖房運転を続行することができる。
【００２５】
その後、水温検出センサ１１での検出温度ｔが前述のようにして得られた水温制御値Ｔｃよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ１８）。検出温度ｔが水温制御値Ｔｃよりも小さければ、コンプレッサ１２をオンとし（ステップＳ１９）、車内側熱交換器３による補助暖房を開始する（ステップＳ２０）。一方、検出温度ｔが水温制御値Ｔｃよりも小さくなければオフする（ステップＳ２１）。
【００２６】
ところで、前記補助暖房では、流量調整バルブ１４の開度を前記圧力検出センサ１６での検出圧力ｐに応じて調整する。
【００２７】
ここでは、まず、圧力検出センサ１６での検出圧力ｐを読み込む（ステップＳ２２）。そして、検出圧力ｐが第１設定圧力Ｐ１（例えば、１８ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ）よりも高いか否かを判断する（ステップＳ２３）。検出圧力ｐが第１設定圧力よりも高ければ、コンプレッサ１２の駆動状態が良好であると判断し、流量調整バルブ１４を開放することにより、車内側熱交換器３による補助暖房を開始する（ステップＳ２４）。このとき、ブロア２による送風量を増大させることにより、車内側熱交換器３による加熱能力の変化に迅速に対応する（ステップＳ２５）。これにより、ヒータコア４による加熱が補助され車内側への送風温度を早期に上昇させることができる。また、検出圧力ｐが第１設定圧力Ｐ１以下であれば、車内側熱交換器３による補助暖房は十分に行えないものと判断し、流量調整バルブ１４の開度を小さくすると共に（ステップＳ２６）、ブロア風量を下方修正する（ステップＳ２７）。この場合、流量調整バルブ１４の開度及びブロア風量は検出圧力ｐの値に応じたものとするのが好ましい。
【００２８】
また、前記補助暖房では、熱交換媒体が車内側熱交換器３で冷却されるので、コンプレッサ１２からの吐出圧力が低下し、このコンプレッサ１２が異常停止又は故障に至る第２設定圧力Ｐ２（例えば、８ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ）よりも低い値まで低下することがある。そこで、検出圧力ｐが、第２設定圧力よりも低いか否かを判断し（ステップＳ２８）、検出圧力ｐが第２設定圧力よりも低くなれば、流量調整バルブ１４を閉塞する（ステップＳ２９）。これにより、車内側熱交換器３への流入が阻止され、キャピラリーチューブ１７を通過してコンプレッサ１２に還流する流量が増大する。この結果、コンプレッサ１２の作動条件が満たされ、異常停止や故障等が防止される。
【００２９】
また、前記補助暖房中、前記検出圧力ｐが第３設定圧力Ｐ３（例えば、２０ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ）よりも高いか否かを判断する（ステップＳ３０）。検出圧力ｐが第３設定圧力よりも高ければ、コンプレッサ１２内の駆動を続行すると、故障に至る恐れがあると判断し、クラッチ１３によりエンジン１０からの動力を遮断し、コンプレッサ１２を停止する（ステップＳ３１）。これにより、エンジン１０に無理な負荷がかからず、又、消費燃料の抑制が可能となる。
【００３０】
このとき、流量調整バルブ１４の開度を上方修正（又は全開）することにより、熱交換媒体の冷却を促進させる。すなわち、熱交換媒体は、車内側熱交換器３側に比べてコンプレッサ８側の方が圧力（温度）が高い状態にあるため、コンプレッサ８側から車内側熱交換器３側に流入する。また、車内側熱交換器３の外部には、車内空調を行っている限り空気の流れがある。したがって、流量調整バルブ１４の開度を上方修正（又は全開）すると、熱交換媒体の放熱が促進され、早期に、その温度及び圧力を降下させ、コンプレッサ１２を作動条件を満足するまで復帰させることが可能となる。例えば、流量調整バルブ１４として電磁開閉弁を使用し、コンプレッサ１２の停止後、この電磁開閉弁を閉状態とした場合と開状態とした場合とで熱交換媒体の圧力及び温度の変化を比較した。その結果は、図６（ａ）のグラフに示す通り、電磁開閉弁を開状態とすることにより、コンプレッサ１２の停止時間を短くすることができた。また、図６（ｂ）のグラフに示す通り、コンプレッサ１２の駆動時間が長くなるため、早期に送風温度を上昇させることが可能となった。
【００３１】
その後、エンジン１０の駆動が続行されると、それ自身の温度が上昇し、前記水温検出センサ１１での検出温度ｔも上昇してくるので、前述のように、前記ステップで、自動的に三方弁９が切り替えられ、エンジン冷却水がラジエータ８で冷却される（ステップＳ４）。
【００３２】
なお、前記実施形態では、三方弁９によって流路を切り替えるようにしたが、適宜開閉弁等を設けることにより、ラジエータ８のみならず、ヒータコア４への流水の停止を行うようにしてもよい。
【００３３】
【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、流量調整手段及び熱交換器に減圧手段を並列接続してなる熱交換媒体回路を設けるようにしたので、エンジン冷却水温度が十分に上昇していない場合、コンプレッサを駆動してエンジンの駆動負荷を上昇させ、冷却水温度を強制的に早期に上昇させることができる。これにより、エンジン始動初期の段階からヒータコアによる加熱が可能となり、車内を適切に暖房することができる。特に、検出温度が水温制御値よりも小さいか否かでクラッチを接続するか遮断するかを決定するようにしたので、車内への供給総熱量を適切な値として、良好な車内暖房を行うことができる。
【００３４】
送風量が所定値以下の場合、水温制御値を下方修正するようにしたので、無駄なコンプレッサの駆動を抑えて燃費を向上させることができる。
【００３５】
設定風量が算出風量よりも小さい場合、水温制御値を下方修正しないので、車内への供給総熱量を維持しつつ、低風量化が可能となり、静かな車内暖房を実現することができる。
【００３６】
外気導入時に比べて内気循環時の水温制御値を相対的に大きくしたので、暖房運転の開始により徐々に温度上昇する内気温度を考慮して適切な車内暖房を行うことができる。
【００３７】
熱交換器での熱交換媒体の流量が所定値以下の場合、ブロア風量を下方修正するようにしたので、車内側熱交換器による加熱が不十分な状態で、車内への送風により乗員が不快感を受けることを防止することができる。
【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５】  ブロア電圧と水温制御値との関係を示すグラフである。
【図６】  図１の流量調整バルブを開状態又は閉状態とした場合で比較した熱交換媒体の圧力の変化（ａ）及び温度の変化（ｂ）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…ヒータコア
５…ブロアモータ
６…内外気切替ダンパ
７…電圧検出センサ
８…ラジエータ
９…三方弁
１０…エンジン
１１…水温検出センサ
１２…コンプレッサ
１３…クラッチ
１４…流量調整バルブ
１６…圧力検出センサ
１７…キャピラリーチューブ
１８…第１逆止弁
１９…第２逆止弁
２０…アキュムレータ
２１…制御装置
【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】
0004451971.tif 000006
【図６】
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