CN104640725A - 车辆用空气调节装置 - Google Patents

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CN104640725A CN201380048387.1A CN201380048387A CN104640725A CN 104640725 A CN104640725 A CN 104640725A CN 201380048387 A CN201380048387 A CN 201380048387A CN 104640725 A CN104640725 A CN 104640725A
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远藤义治
横尾康弘
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Abstract

本发明提供一种车辆用空气调节装置。电子控制装置(50)进行如下控制：在供暖运转中，当冷媒温度传感器(65)的检测温度小于阈值时，作为室外热交换器(16)结霜而在(S110)中判断为是，在该情况下，在(S120)中减小从电动送风机(32)吹出的风量。因此，通过加热用热交换器(13)而从开口部(37a、37b、37c)吹出的风量减小。因此，当室外热交换器结霜时，在加热用热交换器借助高温高压冷媒对内部空气进行加热的状态下，能够减小通过加热用热交换器的风量。因而，能够抑制从加热用热交换器吹出的空气温度的降低。

Description

车辆用空气调节装置
相关申请的相互参照
本申请基于在2012年9月18日申请的日本专利申请2012-204518而主张优先权，通过参考而将其公开内容引入本申请。
技术领域
本发明涉及车辆用空气调节装置。
背景技术
以往，在车辆用空气调节装置中，具有使冷媒与室外空气(外部空气)进行热交换的室外热交换器以及使冷媒与室内空气(内部空气)进行热交换的室内热交换器。此外，还具备蒸汽压缩式的制冷循环系统，其构成使在室外热交换器吸收的热量在室内热交换器放热以加热送风空气的循环系统。在室外热交换器结霜的情况下，以下述方式使制冷循环系统动作：使在室内热交换器吸收的热量在室外热交换器放热而进行室外热交换器的除霜运转(例如，参照专利文献1)。
另外，在电动机动车的空气调节装置中，构成为能够通过四通阀在如下两者之间切换：其一是，使冷媒按照压缩机、四通阀、室内热交换器、膨胀阀、室外热交换器的顺序循环的供暖循环；其二是，使冷媒按照压缩机、四通阀、室外热交换器、膨胀阀、室内热交换器的顺序循环的制冷循环。在实施供暖循环时，在室外热交换器结霜时，通过四通阀从供暖循环切换至制冷循环而在室外热交换器放热以进行除霜运转(例如，参照专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-17474号公报
专利文献2：日本实开平6-69670号公报
根据本申请发明人的研究，在上述专利文献1、2的空气调节装置中，在室外热交换器结霜的情况下，虽然能够进行室外热交换器的除霜运转，但在实施除霜运转时，供暖能力降低，朝向乘坐人员吹出的空气调节风的温度降低。
发明内容
本发明是鉴于上述点而完成的，其目的在于提供一种车辆用空气调节装置，其在室外热交换器结霜时，也能够抑制因向车室内吹出的空气而导致乘坐人员感觉到的体感温度降低。
为了实现上述目的，本发明的车辆用空气调节装置具备压缩机、室内热交换器、减压器、室外热交换器及送风机。所述压缩机用于压缩冷媒。室内热交换器利用由压缩机排出的高温高压冷媒来加热朝向车室内流动的空气。减压器对从室内热交换器流出的冷媒进行减压。室外热交换器利用被减压器减压的冷媒来冷却外部空气。送风机产生通过室内热交换器的空气流动。车辆用空气调节装置为了利用通过室内热交换器后的空气来对车室进行供暖，还具备结霜判断单元和风量控制单元。结霜判断单元对室外热交换器是否结霜进行判断。风量控制单元在结霜判断单元判断为室外热交换器结霜时以减小通过室内热交换器的风量的方式控制送风机。
此外，在本发明的车辆用空气调节装置中，当室外热交换器结霜时，在室内热交换器利用高温高压冷媒来加热内部空气的状态下，能够减小通过室内热交换器的风量。由此，能够抑制通过室内热交换器后的空气的温度的降低。因而，能够抑制乘坐人员感觉到的体感温度(即，通过室内热交换器后的空气的温感)降低。
在此基础上，减小通过室内热交换器的风量，由此使通过室内热交换器的高压侧冷媒压力上升。伴随于此，通过室外热交换器的低压侧冷媒压力上升。因此，通过室外热交换器的低压侧冷媒温度上升。由此，能够延缓室外热交换器的结霜的进展。
附图说明
图1是示出一实施方式中的车辆用空气调节装置的整体结构的图。
图2是示出上述实施方式中的车辆用空气调节装置的电气结构的图。
图3是示出图2的电子控制装置的控制处理的流程图。
图4是在图2的电子控制装置的控制处理中使用的控制映射。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
图1示出本发明的一实施方式所涉及的车辆用空气调节装置1的简要结构。车辆用空气调节装置1应用于电动机动车等，具备用于对车室进行制冷供暖的制冷循环装置10。
在制冷循环装置10中设有压缩机(例如电动压缩机)11。电动压缩机11配置在发动机罩(发动机室)内。电动压缩机11具备压缩器11a以及电动马达11b。电动马达11b用于驱动压缩器11a。压缩器11a在从电动马达11b输出的旋转力的作用下压缩冷媒并将该冷媒排出。作为本实施方式的压缩器11a，例如使用涡旋型压缩器或旋转型压缩器。
在制冷循环装置10上设有加热用热交换器13。加热用热交换器13是利用从电动压缩机11排出的高温高压冷媒来加热通过冷却用热交换器18后的空气的室内热交换器。
在制冷循环装置10上设有膨胀阀14。膨胀阀14是对从加热用热交换器13流出的高压冷媒进行减压的减压器。
在膨胀阀14的入口以及出口之间设有冷媒旁通通路21，该冷媒旁通通路21绕过膨胀阀14而供从加热用热交换器13流出的高压冷媒流通。在冷媒旁通通路21的中间部设有旁通阀21a。旁通阀21a是利用电动致动器来对冷媒旁通通路21进行开闭的电动式的阀。
在制冷循环装置10中设有室外热交换器16。室外热交换器16配置在发动机罩(发动机室)内，在通过膨胀阀14(或旁通阀21a)后的冷媒与从电动送风机16a吹出的车室外的空气(外部空气)之间进行热交换。电动送风机16a朝向室外热交换器16进行送风。
在制冷循环装置10中设有膨胀阀17、储蓄器19以及三通阀20。
三通阀20是使膨胀阀17以及储蓄器19中的一方与室外热交换器16之间开放且使膨胀阀17以及储蓄器19中的另一方与室外热交换器16之间关闭的电动式的阀。
膨胀阀17是使通过三通阀20后的冷媒膨胀的减压器。储蓄器19对通过三通阀20(或冷却用热交换器18)后的冷媒进行气液分离。
在车辆用空气调节装置1中设有室内空气调节单元30。在室内空气调节单元30中设有空气调节壳体31，该空气调节壳体31形成有使通过内外部空气切换单元33的空气朝向车室内流通的流通路。
内外部空气切换单元33利用内外部空气切换门来调节从内部空气导入口导入到空气调节壳体31的内部空气与从外部空气导入口导入到空气调节壳体31的外部空气之间的风量比例。
在空气调节壳体31中的、内外部空气切换单元33的空气流动下游侧设有送风机(例如电动送风机)32。电动送风机32在空气调节壳体31内产生朝向车室内流动的空气流。
在空气调节壳体31中的、电动送风机32的空气流动下游侧设有冷却用热交换器18。冷却用热交换器18是利用通过膨胀阀17后的冷媒来冷却从电动送风机32吹出的空气的冷却用热交换器。
在空气调节壳体31中的、冷却用热交换器18的空气流动下游侧配置有加热用热交换器13。加热用热交换器13利用冷媒来加热通过冷却用热交换器18后的空气。
在空气调节壳体31中的、加热用热交换器13的侧方配置有旁通通路30a。旁通通路30a是使通过冷却用热交换器18后的空气绕过加热用热交换器13而流向车室内侧的通路。
在空气调节壳体31中的、加热用热交换器13的上游侧设有空气混合门34。空气混合门34相对于空气调节壳体31被支承成能够旋转。空气混合门34借助其旋转来改变从冷却用热交换器18流向加热用热交换器13的空气量与从冷却用热交换器18流向旁通通路30a的空气量之间的比率，由此来调节向车室内吹出的空气的温度。空气混合门34由伺服马达35(参照图2)驱动。
在空气调节壳体31的最下游侧设有将通过加热用热交换器13后的空气与通过旁通通路30a后的空气混合并将空气向车室内吹出的面部开口部37a、脚部开口部37b、以及除霜开口部37c。
面部开口部37a朝向乘坐人员上半身吹出空气调节风。脚部开口部37b朝向乘坐人员下半身吹出空气调节风。除霜开口部37c朝向前窗玻璃的内表面吹出空气调节风。
在空气调节壳体31上设有被支承为可开闭面部开口部37a的面部空气门38a。在空气调节壳体31上设有被支承为可开闭脚部开口部37b的脚部空气门38b。在空气调节壳体31上设有被支承为可开闭除霜开口部37c的除霜空气门38c。
在此，面部空气门38a、脚部空气门38b以及除霜空气门38c经由连杆机构而由伺服马达40(参照图2)驱动，且分别独立地进行开闭。
接下来，参照图2对本实施方式的车辆用空气调节装置1的电气结构进行说明。
车辆用空气调节装置1具备电子控制装置50。电子控制装置50是由微型计算机、存储器等构成的公知的电子控制装置。
电子控制装置50执行用于对车室内进行空气调节的空气调节控制处理。电子控制装置50在执行空气调节控制处理时，基于内部空气传感器60、外部空气传感器61、日照量传感器62、冷媒压力传感器63、热交换器温度传感器64、冷媒温度传感器65、冷媒压力传感器66、车速传感器67以及温度设定器70各自的输出信号，而分别控制电动压缩机11、电动送风机16a、三通阀20、旁通阀21a以及伺服马达35、40。
内部空气传感器60用于检测车室内的空气温度(内部空气温度)。外部空气传感器61用于检测车室外的空气温度(外部空气温度)。日照量传感器62用于检测车室内的日照量。冷媒压力传感器63用于检测通过加热用热交换器13后的冷媒压力。热交换器温度传感器64用于检测室外热交换器16的温度。冷媒温度传感器65用于检测通过室外热交换器16后的冷媒温度。冷媒压力传感器66用于检测从电动压缩机11排出的冷媒压力(高压侧冷媒压力)Ph。冷媒压力传感器66配置在电动压缩机11的冷媒出口与加热用热交换器13的冷媒入口之间。车速传感器67用于检测该机动车的车速。温度设定器70是用于设定车室内的空气温度的设定值Tset的开关。
接下来，对本实施方式的车辆用空气调节装置1的动作进行说明。
首先，电子控制装置50基于内部空气传感器60检测出的检测内部空气温度Tr、外部空气传感器61检测出的检测外部空气温度Tam、日照量传感器62检测出的检测日照量Ts、由温度设定器70设定的设定温度Tset来计算目标空气温度TAO。目标空气温度TAO是为了使检测内部空气温度Tr维持为设定温度Tset而需要从开口部37a、37b、37c吹出的空气的目标温度。
在此基础上，电子控制装置50基于目标空气温度TAO而实施制冷模式或供暖模式。电子控制装置50在行驶用蓄电池的充电中(或空气预调节的实施中)等，在检测外部空气温度Tam为阈值以下时执行除霜模式。空气预调节是指，在乘坐人员乘车之前对车室内进行空气调节。以下，分别对制冷模式、供暖模式以及除霜模式进行说明。
(制冷模式)
首先，电子控制装置50利用旁通阀21a来打开冷媒旁通通路21。利用三通阀20来将膨胀阀17与室外热交换器16之间打开，并且将储蓄器19与室外热交换器16之间关闭。在此基础上，利用电动压缩机11压缩冷媒并将该冷媒排出。该排出的冷媒如在图1中点划线箭头所示那样进行循环。
具体地说，从电动压缩机11排出的高温高压冷媒通过加热用热交换器13、冷媒旁通通路21、室外热交换器16以及三通阀20，该通过后的冷媒被膨胀阀17减压。该减压后的冷媒在冷却用热交换器18中从自电动送风机32吹出的空气温度中吸热。该吸热后的冷媒在储蓄器19中被分离成气相冷媒和液相冷媒，该分离出的气相冷媒被吸入到电动压缩机11中。
在此，在室内空气调节单元30中，电动送风机32从内外部空气切换单元33吸入并吹出内部空气(或外部空气)。该吹出的空气在冷却用热交换器18中被冷媒冷却。通过冷却用热交换器18后的空气由空气混合门34分流成流向旁通通路30a的空气和流向加热用热交换器13的空气。
在加热用热交换器13中流动的空气在加热用热交换器13中被冷媒加热。该加热后的空气与在旁通通路30a中流动的空气混合，并从开口部37a、37b、37c向车室内吹出。
电子控制装置50以使由冷媒压力传感器66检测出的检测压力Ph接近目标冷媒压力的方式控制电动压缩机10的转速。检测压力Ph与通过冷却用热交换器18的冷媒温度为相互对应的关系。因此，以使通过冷却用热交换器18后的空气温度Te接近目标空气温度TEO的方式控制从电动压缩机10排出的冷媒量。目标空气温度TEO是通过冷却用热交换器18后的空气的目标温度。
电子控制装置50借助伺服马达35而控制空气混合门34的开度，使从开口部37a、37b、37c吹出的空气温度接近空气温度TAO。
(除霜模式)
首先，电子控制装置50利用旁通阀21a而打开冷媒旁通通路21。利用三通阀20而将膨胀阀17与室外热交换器16之间关闭，并且将储蓄器19与室外热交换器16之间打开。在此基础上，利用电动压缩机11来压缩冷媒并将该冷媒排出。该排出的冷媒如在图1中双划线箭头所示那样进行循环。
具体地说，从电动压缩机11排出的高温高压冷媒通过加热用热交换器13、冷媒旁通通路21、室外热交换器16以及三通阀20，该通过后的冷媒在储蓄器19中被分离为气相冷媒和液相冷媒，该分离出的气相冷媒被吸入电动压缩机11中。
在此，当冷媒通过室外热交换器16时，室外热交换器16被冷媒加热。因此，附着于室外热交换器16上的霜融化。因此，能够在室外热交换器16中进行除霜。
(供暖模式)
首先，电子控制装置50利用旁通阀21a而关闭冷媒旁通通路21。利用三通阀20而将膨胀阀17与室外热交换器16之间关闭，并且将储蓄器19与室外热交换器16之间打开。在此基础上，利用电动压缩机11来压缩冷媒并将该冷媒排出。该排出的冷媒如在图1中实线箭头所示那样进行循环。
具体地说，从电动压缩机11排出的高温高压冷媒通过加热用热交换器13，该通过后的冷媒被膨胀阀14减压。该减压后的冷媒流向室外热交换器16。在该室外热交换器16中，冷媒从自电动送风机16a吹出的外部空气中吸热。该吸热后的冷媒在通过了三通阀20之后，在储蓄器19中被分离为气相冷媒和液相冷媒，该分离出的气相冷媒被吸入电动压缩机11中。
在此，在室内空气调节单元30中，电动送风机32吸入并吹出从内外部空气切换单元33吸入的内部空气(或外部空气)。该吹出的空气通过冷却用热交换器18。
电子控制装置50借助伺服马达35而控制空气混合门34，完全关闭旁通通路30a的入口，并且完全打开加热用热交换器13的入口。
因此，通过冷却用热交换器18后的所有的空气被加热用热交换器13加热，并从开口部37a、37b、37c吹出。
电子控制装置50以使通过加热用热交换器13后的空气的温度(实际温度)Tv接近目标空气温度TVO的方式控制电动压缩机10的转速。
在此，通过加热用热交换器13后的空气的空气温度Tv基于冷媒压力传感器63检测出的检测压力来计算。换句话说，空气温度Tv与检测压力为对应关系。作为目标空气温度TVO，可以使用与目标空气温度TAO相同的值，也可以使用对目标空气温度TAO进行修正后的值。
在如此执行供暖模式中，为了防止因在室外热交换器16结霜时向车室内吹出的空气而导致乘坐人员的体感温度降低，电子控制装置50实施减小从电动送风机32吹出的风量的供暖风量控制处理。以下，使用图3对供暖风量控制处理进行说明。
电子控制装置50根据图3所示的流程图来执行供暖风量控制处理。
首先，在S100中，对是在实施制冷还是在实施供暖进行判断。
此时，在判断为在实施制冷时，作为制冷而继续通常的运转(S101)。另一方面，在判断为在实施供暖时，在S110(结霜判断部)中，对室外热交换器16是否结霜进行判断。具体地说，通过对由冷媒温度传感器65检测出的冷媒温度是否小于阈值进行判断，来判断室外热交换器16是否结霜。
此时，在冷媒温度传感器65的检测温度为阈值以上时，作为室外热交换器16未结霜，在S110中判断为否，作为供暖而继续通常的运转(S111)。
在此，在作为制冷或供暖而实施通常运转时，基于目标空气温度TAO来确定电动送风机32的送风量。例如，当目标空气温度TAO为中等温度区域时，使电动送风机32的送风量为最低量，当目标空气温度TAO为高温区域(或低温区域)时，使电动送风机32的送风量为最大量。
另一方面，在上述S110中，当冷媒温度传感器65的检测温度小于阈值时，作为室外热交换器16结霜，判断为是。在该情况下，在S120(风量控制部)中，减少从电动送风机32吹出的风量。由此，通过加热用热交换器13而从开口部37a、37b、37c吹出的风量降低。具体地说，以确保朝向乘坐人员吹出的空气的温度为人体肌肤温度以上(例如40℃以上)的方式控制风量。
接下来，在S130(转速控制判断部)中，对是否实施限制电动压缩机11的转速的压缩机转速限制控制进行判断。
压缩机转速限制控制是如下所述的控制处理：当车速传感器67的检测速度低于一定速度时，将电动压缩机11的转速限制为低于规定转速。压缩机转速限制控制是为了避免因电动压缩机11的驱动音而给乘坐人员等带来不适感而实施的。
在上述S130中，在作为实施了压缩机转速限制控制而判断为是时，在S131中，使减小从电动送风机32吹出的风量的状态继续。
在上述S130中，当作为未实施压缩机转速限制控制而判断为否时，在S140(温度判断部)中，对通过加热用热交换器13后的空气的空气温度(实际温度)Tv是否低于目标空气温度TVO进行判断。作为目标空气温度TVO，使用乘坐人员能够感到温热的温度。因此，对是否因通过加热用热交换器13后的空气使乘坐人员能够感到温热进行判断。
在本实施方式中，考虑空气温度Tv的风量控制的振荡，如图4的控制映射所示，对上述S140的判断设定有滞后(hysteresis)特性。因此，在上述S140中，作为目标空气温度TVO而使用第一目标空气温度、第二目标空气温度。第一目标空气温度设定为低于第二目标空气温度的值。例如，在图4的控制映射中，第一目标空气温度设定为45℃，第二目标空气温度设定为50℃。
对此，在上述S140中，当空气温度Tv变得低于第一目标空气温度时，进入到S131(控制继续判断部)，使减小从电动送风机32吹出的风量的状态继续。
另一方面，在上述S140中，当空气温度Tv上升而成为第二目标空气温度以上的温度时，进入到S150，增大从电动送风机32吹出的风量。
根据以上说明过的本实施方式，电子控制装置50在供暖运转中，当冷媒温度传感器65的检测温度小于阈值时，作为室外热交换器16结霜而在S110中判断为是，此时，在S120中减小从电动送风机32吹出的风量。由此，通过室外热交换器16而从开口部37a、37b、37c吹出的风量降低。
因此，当室外热交换器16结霜时，在加热用热交换器(室内热交换器)13利用高温高压冷媒来加热内部空气的状态下，能够减小通过加热用热交换器13的风量。
在此，在上述专利文献2中，当在室外热交换器16结霜时，实施如下所述的除霜运转：利用四通阀从供暖循环切换至制冷循环，并且控制车室内的送风机以调节从送风机通过加热用热交换器13而向车室内吹出的送风量。
与此相对地，在本实施方式中，当室外热交换器16结霜时，在加热用热交换器13利用高温高压冷媒来加热内部空气的状态下，能够减小通过加热用热交换器13的风量。由此，能够在不实施除霜运转的情况下减小通过室外热交换器13的风量。因而，能够抑制空气温度Tv的降低。因此，能够抑制乘坐人员的体感温度(即，基于通过加热用热交换器13后的空气的体感温度)降低。
在此基础上，减小通过加热用热交换器13的风量，由此制冷循环装置10的高压侧冷媒压力上升。伴随于此，制冷循环装置10的低压侧冷媒压力上升。因此，通过室外热交换器16的低压侧冷媒温度上升。由此，能够延缓室外热交换器16的结霜的进展。
在本实施方式中，使用由冷媒温度传感器65检测出的冷媒温度(通过室外热交换器16后的冷媒的温度)，对室外热交换器16是否结霜进行判断，但并不局限于此，也可以通过对热交换器温度传感器64的检测温度(室外热交换器16的温度)是否低于阈值进行判断，由此来判断室外热交换器16是否结霜。如上所述，热交换器温度传感器64是检测室外热交换器16的温度的温度传感器。
在上述实施方式中，对将车辆用空气调节装置1应用于电动机动车等的例子进行了说明，但也可以在混合动力机动车中应用车辆用空气调节装置1。
例如，在具备行驶用发动机的混合动力机动车的情况下，当室外热交换器16结霜时，也可以在使行驶用发动机运转之前，在图3的S120中减小从电动送风机32吹出的风量，由此降低通过加热用热交换器13而从开口部37a、37b、37c吹出的风量。由此，能够不使用行驶用发动机的冷却水而抑制因在室外热交换器16结霜时向车室内送风的空气而导致的乘坐人员的体感温度的降低。
另外，并不局限于在电动机动车、混合动力机动车等机动车中应用本发明的车辆用空气调节装置1的情况，也可以在电车、火车等中应用本发明的车辆用空气调节装置1。
在上述实施方式中，虽然对基于冷媒压力传感器63的检测压力来计算空气温度Tv的例子进行了说明，但也可以代替该情况，使用用于检测空气温度Tv的温度传感器来求出空气温度Tv。
在上述实施方式中，在图3的S120中，在减小了从电动送风机32吹出的风量的情况下，也可以使方向盘加热器、座椅加热器或控制中心加热器那样的加热身体的一部分的辅助热源自动地运转(ON)。由此，使用者能够得到温暖的感觉。
在上述实施方式中，其构成要素(也包括各种判断部等在内)除了特别明示的情况以及被认为原理上显然是必须的情况等以外，并非是必须的构成要素这一点是不言而喻的。

Claims (4)

1.一种车辆用空气调节装置，其中，具备：
压缩机(11)，其压缩冷媒；
室内热交换器(13)，其利用由所述压缩机排出的高温高压冷媒来加热朝向车室内流动的空气；
减压器(14)，其对从所述室内热交换器流出的冷媒进行减压；
室外热交换器(16)，其利用被所述减压器减压后的冷媒来冷却车室外空气；以及
送风机(32)，其产生通过所述室内热交换器的空气流动，
所述车辆用空气调节装置还具备：
结霜判断单元(S110)，其利用通过所述室内热交换器后的空气对车室内进行供暖，判断所述室外热交换器是否结霜；以及
风量控制单元(S120)，其在所述结霜判断单元判断为所述室外热交换器结霜时，以减小通过所述室内热交换器的风量的方式控制所述送风机。
2.根据权利要求1所述的车辆用空气调节装置，其中，
所述压缩机是具备压缩器(11a)的电动压缩机，该压缩器(11a)借助从电动马达(11b)输出的旋转力来压缩所述冷媒。
3.根据权利要求1或2所述的车辆用空气调节装置，其中，具备：
转速控制判断部(S130)，其对是否在实施使所述压缩机的马达的转速降低的转速控制进行判断；以及
控制继续判断部(S131)，其在所述风量控制部以减小通过所述室内热交换器的风量的方式控制所述送风机之后，在所述转速控制判断部判断为在实施所述转速控制时，以使减小了通过所述室内热交换器的风量的状态继续的方式控制所述送风机。
4.根据权利要求2或3所述的车辆用空气调节装置，其中，
具备温度判断部(S140)，该温度判断部(S140)对通过所述室内热交换器后的空气温度是否为目标空气温度(TVO)以上进行判断，
在所述风量控制部以减小通过所述室内热交换器的风量的方式控制所述送风机之后，在所述转速控制判断部判断为未实施所述转速控制且所述温度判断部判断为通过所述室内热交换器后的空气温度低于目标空气温度时，所述控制继续判断部以使减小了通过所述室内热交换器的风量的状态继续的方式控制所述送风机。
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