(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、圧力制御弁、車内側熱交換器、及びアキュムレータを介してコンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、
前記冷凍サイクルの車内側熱交換器とアキュムレータとの間に接続され、冷媒とエンジン冷却水との間で熱交換させる温水熱交換器と、
前記コンプレッサからの冷媒を、車外側熱交換器をバイパスして車内側熱交換器に導くバイパス流路と、
前記コンプレッサからの冷媒を、前記車外側熱交換器及び前記車内側熱交換器をバイパスして前記温水熱交換器に導く、減圧弁を備えた補助バイパス流路と、
前記冷凍サイクル、前記バイパス流路、又は、前記補助バイパス流路に流路を切り替える流路切替手段と、
暖房運転開始から、前記車内側熱交換器により所望の送風温度で車内に送風可能な暖房条件を満足するまで、前記温水熱交換器にエンジン冷却水を流動させると共に、前記流路切替手段により、流路をバイパス流路に切り替え、前記温水熱交換器にエンジン冷却水を流動させることにより、前記車内側熱交換器による加熱を開始させ、流路を前記バイパス流路に切り替えることによっても、前記暖房条件を満足しない場合、さらに冷媒が前記補助バイパス流路にも流動可能となるように減圧弁を開放することにより、前記車内側熱交換器をバイパスする冷媒量を増大させる制御手段と、
を設けたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記制御手段は、設定温度と内気温度との差から決定された前記車内側熱交換器の目標暖房能力に基づいて、前記温水熱交換器でのエンジン冷却水の流動量を制御する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】
暖房運転開始初期に前記コンプレッサの駆動回転数を増大させ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】
前記コンプレッサを電動式とすることにより、前記エンジンの停止時であっても駆動可能としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記エンジンと前記温水熱交換器との間でエンジン冷却水を循環させる電動ポンプを設け、前記エンジンの停止時であっても前記電動ポンプを駆動させることにより、エンジン冷却水の循環を可能としたことを特徴とする請求項３又は４に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記コンプレッサから吐出される冷媒圧力に基づいて前記電動ポンプを駆動制御することを特徴とする請求項５に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記エンジンと前記温水熱交換器とを結ぶ温水流路の途中には、前記車内側熱交換器を通過後の空気を加熱するヒータコアを接続したことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【請求項８】
前記温水熱交換器を流動するエンジン冷却水と冷媒とが対向流となっていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【請求項９】
前記冷媒はＣＯ２であることを特徴とする請求項１から８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、車両用空調装置として、冷凍サイクル途中に設けた車内側熱交換器を、通過する空気の冷却のみならず、冷媒の循環方向を逆転させることにより加熱にも利用可能としたものがある。これによれば、エンジン冷却水が流動するヒータコアのみならず、車内側熱交換器によっても車内に送風する空気を加熱することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の車両用空調装置では、外気温度が非常に低い場合等、車内側熱交換器による暖房を可能としただけでは、迅速に車内暖房を開始できないことがある。
【０００４】
そこで、本発明は、暖房運転開始直後であっても迅速に送風温度を上昇させ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、
コンプレッサから吐出させた冷媒を、車外側熱交換器、圧力制御弁、車内側熱交換器、及びアキュムレータを介してコンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、
前記冷凍サイクルの車内側熱交換器とアキュムレータとの間に接続され、冷媒とエンジン冷却水との間で熱交換させる温水熱交換器と、
前記コンプレッサからの冷媒を、車外側熱交換器をバイパスして車内側熱交換器に導くバイパス流路と、
前記コンプレッサからの冷媒を、前記車外側熱交換器及び前記車内側熱交換器をバイパスして前記温水熱交換器に導く、減圧弁を備えた補助バイパス流路と、
前記冷凍サイクル、前記バイパス流路、又は、前記補助バイパス流路に流路を切り替える流路切替手段と、
暖房運転開始から、前記車内側熱交換器により所望の送風温度で車内に送風可能な暖房条件を満足するまで、前記温水熱交換器にエンジン冷却水を流動させると共に、前記流路切替手段により、流路をバイパス流路に切り替え、前記温水熱交換器にエンジン冷却水を流動させることにより、前記車内側熱交換器による加熱を開始させ、流路を前記バイパス流路に切り替えることによっても、前記暖房条件を満足しない場合、さらに冷媒が前記補助バイパス流路にも流動可能となるように減圧弁を開放することにより、前記車内側熱交換器をバイパスする冷媒量を増大させる制御手段と、
を設けたものである。
【０００６】
この構成により、流路切替手段によりバイパス流路に切り替えて車内側熱交換器により加熱できるだけでなく、エンジン冷却水によって冷媒を暖めることが可能となる。したがって、エンジン冷却水が十分に上昇する前であっても、車内側熱交換器による加熱を迅速かつ効果的に開始させることができ、車内への送風温度を即座に上昇させることが可能となる上、加熱能力を安定させた状態で車内側熱交換器による加熱を開始することが可能となる。
【００１１】
前記制御手段は、設定温度と内気温度との差から決定された前記車内側熱交換器の目標暖房能力に基づいて、前記温水熱交換器でのエンジン冷却水の流動量を制御すると、冷媒が必要以上に圧力上昇することを防止することができ、消費動力を低減することが可能となる点で好ましい。
【００１３】
暖房運転開始初期に前記コンプレッサの駆動回転数を増大させると、より一層車内への送風温度の上昇を早めることが可能となる点で好ましい。
【００１４】
前記コンプレッサを電動式とすることにより、前記エンジンの停止時であっても駆動可能とすると、車内暖房を継続することができる点で好ましい。
【００１５】
前記エンジンと前記温水熱交換器との間でエンジン冷却水を循環させる電動ポンプを設け、前記エンジンの停止時であっても前記電動ポンプを駆動させることにより、エンジン冷却水の循環を可能とすると、温水熱交換器を介してエンジンの余熱を冷媒に供給することができ、さらに車内暖房を継続することができる点で好ましい。
【００１６】
前記制御手段は、前記コンプレッサから吐出される冷媒圧力に基づいて前記電動ポンプを駆動制御すると、必要時にのみ電動ポンプを駆動することができ、消費電力を抑制可能となる点で好ましい。
【００１７】
前記エンジンと前記温水熱交換器とを結ぶ温水流路の途中には、前記車内側熱交換器を通過後の空気を加熱するヒータコアを接続すればよい。
【００１８】
前記温水熱交換器を流動するエンジン冷却水と冷媒とが対向流となっているのが好ましい。
【００１９】
なお、前記冷媒にはＣＯ２を使用することができる。
【００２０】
【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。
【００２１】
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、ヒータコア５、及び、補助ヒータ６を順次配設したものである。
【００２２】
ブロア２は、ブロアモータ７の駆動により回転し、内外気切替ダンパ８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。
【００２３】
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９から吐出された冷媒が、車外側熱交換器１０、圧力制御弁１１、逆止弁１２、前記車内側熱交換器３、温水熱交換器１３、及び、アキュムレータ１４を介してコンプレッサ９に戻って循環するようになっている。前記冷凍サイクルＣには、車外側熱交換器１０、圧力制御弁１１及び逆止弁１２をバイパスするバイパス路Ｂ１が接続され、第１三方弁１５を切り替えることにより、コンプレッサ９から吐出された冷媒が、直接、車内側熱交換器３に流入可能となっている。また、バイパス路Ｂ１には、前記車内側熱交換器３をバイパスする補助バイパス路Ｂ２が接続されている。補助バイパス路Ｂ２の途中には減圧弁１６が接続されている。この減圧弁１６は、後述する制御装置２５からの制御信号に基づいて開度を調整可能となっており、車内側熱交換器３をバイパスする冷媒流量を調整する。なお、前記冷媒にはＣＯ２が使用されている。
【００２４】
コンプレッサ９には、エンジン１７の動力が図示しないクラッチを介して伝達される。コンプレッサ９の駆動回転数は、クラッチ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９の駆動回転数は、通常、冷媒が車外側熱交換器１０を超臨界圧力で流動可能な値に設定されている。車外側熱交換器１０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１１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。車内側熱交換器３から流出する冷媒の温度は温度センサ１８によって検出され、コンプレッサ９から吐出される冷媒の圧力は圧力センサ１９によって検出されている。アキュムレータ１４は、冷媒を確実に気化させた状態でコンプレッサ９に戻すために設けられている。
【００２５】
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、第２三方弁２０の切替により、車両前方部に配設したラジエータ２１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。また、暖房サイクルＨの途中には前記温水熱交換器１３が設けられ、第３三方弁２２の切替により、前記冷凍サイクルＣを流動する冷媒と、暖房サイクルＨを流動するエンジン冷却水との間の熱交換を行うことが可能となっている。温水熱交換器１３内では、冷媒とエンジン冷却水が対向流となるように構成され、熱交換性能の向上が図られている。また、暖房サイクルＨの途中には電動ポンプ２３と水温検出センサ２４とが設けられている。電動ポンプ２３は、エンジン１７停止時にバッテリーからの供給電力によって駆動可能である。水温検出センサ２４は、エンジン冷却水の温度を検出する。検出温度は、電動ポンプ２３を駆動して温水熱交換器１３にエンジン冷却水を供給するか否かの判断に利用される。
【００２６】
補助ヒータ６は、エンジン１７の停止時に図示しないバッテリーからの供給電力によってヒータコア５の加熱を補助する。
【００２７】
前記圧力制御弁１１の開度は、前記ブロアモータ７及び前記コンプレッサ９の駆動回転数、前記内外気切替ダンパ８の回動位置等に基づいて制御装置２５によって制御されている。制御装置２５は、内気センサ２６、外気センサ２７、日射センサ２８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７及び前記コンプレッサ９の駆動回転数、ミックスダンパ４の開度、第１三方弁１５及び第２三方弁２０の切替、減圧弁１６の開度等を制御する。また、制御装置２５は、水温センサ２４での検出温度に基づいて第３三方弁２２及び電動弁２３を制御する。
【００２８】
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。以下の説明では、本発明の特徴部分である暖房運転を行う場合についてのみ記載する。
【００２９】
まず、内気センサ２６で検出される内気温度、外気センサ２７で検出される外気温度、日射センサ２８で検出される日射量、車内での設定温度等の車内外諸条件を読み込み（ステップＳ１）、この車内外諸条件に基づいてコンプレッサ９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）。この場合、冷凍サイクルＣでは、冷媒が、コンプレッサ９から車外側熱交換器１０、圧力制御弁１１、車内側熱交換器３、温水熱交換器１３、及びアキュムレータ１４を介してコンプレッサ９に戻る冷房モードで循環するように第１三方弁１５が切り替えられる。
【００３０】
ここで、水温検出センサ２４での検出信号に基づいてエンジン冷却水の温度ＴＥを読み込む（ステップＳ３）。そして、読み込んだエンジン冷却水の温度ＴＥが設定温度ＴＳよりも低いか否かを判断する（ステップＳ４）。設定温度ＴＳには、その温度のエンジン冷却水をヒータコア５に通水したとしても、所望の暖房能力を得られない値を使用する。
【００３１】
エンジン冷却水の温度ＴＥが設定温度ＴＳ以上である場合、ヒータコア５の加熱により十分な暖房能力を発揮させることができるので、ヒータコア５のみによる通常暖房を行う。また、第１三方弁１５は冷媒が冷房モードで循環するように切り替えられ、車内側熱交換器３による除湿が行われる。但し、エンジン冷却水の温度ＴＥが設定温度ＴＳからそれ程上昇していない段階であれば、車内側熱交換器３による除湿運転により通過する空気の温度が下がることにより、ヒータコア５の暖房能力不足となる恐れがあるので、そのような場合にはコンプレッサ９の駆動を停止する。
【００３２】
一方、エンジン冷却水の温度ＴＥが設定温度ＴＳ未満である場合、第２三方弁２０を切り替えてエンジン冷却水がラジエータ２１で放熱されないようにする（ステップＳ５）。また、ヒータコア５による加熱では不十分であるので、コンプレッサ９から吐出された冷媒が、車外側熱交換器１０をバイパスして車内側熱交換器３に直接流入するように第１三方弁１５を切り替える（ステップＳ６）。このとき、圧力センサ１９により検出される冷媒の圧力ＰＶが設定圧力ＰＳよりも低いか否かを判断する（ステップＳ７）。設定圧力ＰＳには、この圧力以下で冷媒を車内側熱交換器３に流入させ、空調ユニット１内を通過する空気に放熱させると、液相の割合が多くなり過ぎて車内側熱交換器３で十分に昇温できない値を使用する。
【００３３】
圧力センサ１９により検出される冷媒の圧力ＰＶが設定圧力ＰＳ以上である場合、減圧弁１６は閉鎖状態（開度０）とし、車内側熱交換器３で冷媒から空調ユニット１内を流動する空気に放熱させる（ステップＳ８）。
【００３４】
一方、圧力センサ１９により検出される冷媒の圧力ＰＶが設定圧力ＰＳ未満である場合、車内側熱交換器３の暖房性能を十分に発揮させることができない状態であると判断し、減圧弁１６の開度を大きくする（ステップＳ９）。この場合、減圧弁１６の開度は、冷媒の圧力ＰＶの違いに応じて段階的に変更してもよいし、開閉のいずれか一方とするようにしてもよい。これにより、車内側熱交換器３をバイパスする冷媒流量が増大し、早期に冷媒を高温・高圧状態として車内側熱交換器３の暖房性能を十分に発揮させることが可能となる。
【００３５】
その後、車内側熱交換器３（冷媒・空気間）の熱交換効率が分かっているので、前記ステップＳ１で読み込んだ設定温度と内気温度の温度差に基づいて目標送風温度と目標送風量を算出する（ステップＳ１０）。そして、算出された目標送風温度と目標送風量に基づいて車内側熱交換器３による目標凝縮能力（目標凝縮圧力又は目標凝縮温度）が決まるので、この目標凝縮能力が得られるように温水熱交換器１３に流入させるエンジン冷却水の水量を、電動ポンプ２３の駆動回転数を制御することにより調整する（ステップＳ１１）。これにより、温水熱交換器１３でエンジン冷却水から冷媒に吸熱させ、その後の車内側熱交換器３での加熱を適切に行わせることが可能となる。
【００３６】
このように、コンプレッサ９で高温・高圧状態となった冷媒を、車内側熱交換器３に流入させることができるので、ヒータコア５の暖房能力の不足を、車内側熱交換器３によって補うことができる。したがって、エンジン冷却水の温度が上昇する前であっても、所望の送風温度での車内暖房が早期に実現される。
【００３７】
なお、車内側熱交換器３をバイパスして冷媒を流動させる場合、車内側熱交換器３による補助暖房はできなくなるので、バッテリーから補助ヒータ６に通電し、この補助ヒータ６によってヒータコア５の暖房能力不足を補う（ステップＳ１２）。
【００３８】
以上のように、前記実施形態に係る車両用空調装置によれば、エンジン１７の始動直後で、エンジン冷却水の温度が十分に上昇していなくても、車内側熱交換器３を補助暖房として使用することができる。しかも、温水熱交換器１３によって冷媒を昇温させるだけでなく、冷媒が十分に温まっていない段階では、車内側熱交換器３をもバイパスさせるようにしている。その上、車内側熱交換器３を使用できない間は、補助ヒータ６を使用可能である。
【００３９】
なお、前記実施形態では、第１三方弁１５の切替方向を変更するための暖房条件として、コンプレッサ９から吐出される冷媒の圧力ＰＶを使用したが、コンプレッサ９から吐出される冷媒の温度、温水熱交換器１３の入口側に於けるエンジン冷却水の温度、あるいは、外気温度等を使用しても構わない。要するに、車内側熱交換器３によって十分な暖房能力が得られるか否かを判断できるパラメータであれば、何でも暖房条件として使用することができる。なお、暖房条件に外気温度を使用するのは、外気導入モードを選択している場合に限られる。
【００４０】
また、前記実施形態では、コンプレッサ９をエンジン１７の動力に基づいて駆動するようにしたが、バッテリーからの供給電力により駆動可能な電動式としても構わない。これによれば、エンジン１７の停止時であっても冷媒を循環させて車内側熱交換器３による冷暖房が可能となる。
【００４１】
また、前記実施形態では、車内側熱交換器３で冷房又は暖房のいずれか一方のみを行うことができるように構成したが、例えば、図３に示すように、空調ユニット内の空気流れの上下流方向に分割した２つの熱交換部２９ａ，２９ｂで構成するようにしてもよい。下流側熱交換部２９ａと上流側熱交換部２９ｂとの間には膨張弁３０及び開閉バルブ３１が並列接続されている。車内側熱交換器３を通常通り冷房用として使用する場合には、開閉バルブ３１を全開とし、上下流いずれの熱交換部２９ａ，２９ｂでも通過する空気を冷却できる。また、車内側熱交換器３を暖房用として使用する場合には、開閉バルブ３１を全開とすれば、上下流いずれの熱交換部２９ａ，２９ｂでも通過する空気を加熱できる。また、開閉バルブ３１を全閉とし、上流側熱交換部２９ｂで通過する空気を除湿し、下流側熱交換部２９ａで除湿後の空気を加熱することができる。
【００４２】
【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、流路切替手段によりバイパス流路に流路を切り替え、温水熱交換器にエンジン冷却水を流動させることにより、車内側熱交換器による加熱を開始させるようにしたので、暖房運転開始直後であっても、車内への送風温度を即座に上昇させ、早期に車内を暖房することが可能となる。
【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の内容を示すフローチャートである。
【図３】  図１の車内側熱交換器に採用可能な他の例を示す概略図である。
【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…補助ヒータ
７…ブロアモータ
９…コンプレッサ
１０…車外側熱交換器
１１…圧力制御弁
１３…温水熱交換器
１５…第１三方弁
１６…減圧弁
１７…エンジン
１８…温度センサ
１９…圧力センサ
２０…第２三方弁
２２…第３三方弁
２３…電動ポンプ
２５…制御装置
【図１】
0003993760.tif 000002
【図２】
0003993760.tif 000003
【図３】
0003993760.tif 000004