JP2008137415A - 車両用空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の温度又は圧縮機で圧縮された冷媒の温度が閾値以上になったときでも、簡単な構成にて、冷房能力がある程度確保されながら圧縮機の焼付きが防止される車両用空調システムを提供する。
【解決手段】車両用空調システムは、空調ユニットハウジング42の内気入口46a及び外気入口46bの近傍に配置され、内気入口46aを開き且つ外気入口46bを閉じる内気循環位置及び内気入口46aを閉じ且つ外気入口46bを開く外気導入位置とを有する内外気切換ダンパ66と、圧縮機22の温度及び圧縮機で圧縮された冷媒の温度のうち一方を検知する温度センサ82と、温度センサ82によって検知された温度が閾値以上になったとき、内外気切換ダンパ66を内気循環位置に位置付ける制御装置76とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空調システムに関する。

車両用空調システムは、冷媒が循環する循環路を備え、循環路には、圧縮機、放熱器、膨張器及び蒸発器が順次介挿される。圧縮機は、冷媒の吸入、圧縮及び吐出工程からなる一連のプロセスを実行し、そのために圧縮機には、例えば電磁クラッチを介してエンジンから動力が供給される。
冷媒の循環量が不足しているときやエバポレータにかかる熱負荷が大きいときには、圧縮機が吸入する冷媒の温度が上昇し、圧縮機で圧縮された冷媒の温度（吐出温度）も上昇する。吐出温度の上昇は、圧縮機の焼付きにつながる虞があることから、焼付きを防止するための種々の技術が開発されている。

例えば、特許文献１の車両用空気調和装置では、圧縮機の焼付きの兆候を検知したとき、圧縮機の稼働率が低下させられる。具体的には、圧縮機の温度又は圧縮機の冷媒の温度が所定温度を超えたとき、電磁クラッチをオフ作動させて圧縮機の稼働率を低下させる。これにより、冷媒循環量不足時やエバポレータの過負荷時に圧縮機の焼付きが防止されるものと考えられる。
特開昭59-206688号公報

しかしながら、電磁クラッチのオン−オフ作動の繰り返しは、車両の操縦性の悪化や車室に吹き出す空気流の温度上昇等を招き、乗員に不快感をもたらす。
また、クラッチレスコンプレッサの場合には、クラッチをオフ作動させて焼付きを防止することができない。
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、圧縮機の温度又は圧縮機で圧縮された冷媒の温度が閾値以上になったときでも、簡単な構成にて、冷房能力がある程度確保されながら圧縮機の焼付きが防止される車両用空調システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、冷媒が循環する循環路に順次介挿された圧縮機、放熱器、膨張器及び蒸発器と、車室内に配置され、前記蒸発器を含む前記循環路の一部を収容するとともに、前記車室内の空気を取り入れるための内気入口、前記車室外の空気を取り入れるための外気入口及び前記蒸発器を通過した空気を前記車室に送出するための調和空気出口を有する空調ユニットハウジングと、前記空調ユニットハウジング内に収容され、前記内気入口及び前記外気入口から前記調和空気出口に向かう空気流を生成するためのブロワと、前記内気入口及び前記外気入口の近傍に配置され、前記内気入口を開き且つ前記外気入口を閉じる内気循環位置及び前記内気入口を閉じ且つ前記外気入口を開く外気導入位置とを有する内外気切換ダンパと、前記圧縮機の温度及び前記圧縮機で圧縮された前記冷媒の温度のうち一方を検知する温度センサと、前記温度センサによって検知された温度が閾値以上になったとき、前記内外気切換ダンパを前記内気循環位置に位置付ける制御装置とを備えることを特徴とする車両用空調システムが提供される（請求項１）。

好ましくは、前記制御装置は、前記温度センサによって検知された温度が閾値以上であり且つ前記内外気切換ダンパが前記内気循環位置に位置しているとき、前記ブロワの風量を減少させる（請求項２）。
好ましくは、前記ブロワの風量は段階的に可変であり、前記制御装置は、前記ブロワの風量を１段階ずつ減少させる（請求項３）。
好ましくは、前記圧縮機は、エンジンからの動力を受け取る電磁クラッチを有し、前記制御装置は、前記温度センサによって検知された温度が閾値以上であり、前記内外気切換ダンパが前記内気循環位置に位置し、且つ、前記ブロワの風量が最小であるとき、前記電磁クラッチをオフ作動させる（請求項４）。

本発明の請求項１の車両用空調システムでは、制御装置が、温度センサによって検知された温度が閾値以上になったとき、内外気切換ダンパを内気循環位置に位置付ける。この場合、車室内の空気の温度は、車室外の空気の温度よりも低いため、蒸発器に加わる熱負荷が小さくなり、圧縮機に吸入される冷媒の温度が低下する。この結果として、圧縮機の温度及び圧縮機で圧縮された冷媒の温度が低下し、圧縮機の焼付きが防止される。

また、内外気切換ダンパの位置を切り換えても、車両の操縦性や車室に吹き出す空気流の温度が上昇することはなく、乗員の快適性も確保される。
請求項２の車両用空調システムでは、制御装置が、温度センサによって検知された温度が閾値以上であり且つ内外気切換ダンパが内気循環位置に位置しているとき、ブロワの風量を減少させる。この場合、蒸発器の内側の冷媒と外側の空気流との間での熱交換量が減少するため、圧縮機に吸入される冷媒の温度が低下する。この結果として、圧縮機の温度及び圧縮機で圧縮された冷媒の温度が低下し、圧縮機の焼付きがより確実に防止される。

また、ブロワの風量を減少させても、車両の操縦性や車室に吹き出す空気流の温度が上昇することはなく、乗員の快適性も確保される。
請求項３の車両用空調システムでは、制御装置が、ブロワの風量を１段階ずつ減少させることで、車室に吹き出す空気流の風量の変化が抑制され、乗員の快適性が確保される。
請求項４の車両用空調システムでは、内外気切換ダンパが内気循環位置に位置し且つブロワの風量が最小であるときに、電磁クラッチをオフ作動させるので、圧縮機の焼付きが確実に防止される。

図１は、本発明の一実施形態の車両用空調システムの概略を示し、空調システムは冷凍回路10を備える。
冷凍回路10は、冷媒が循環する循環路12を有し、循環路12は、エンジンルーム14から隔壁15を超えて機器室16に渡る。機器室16は、車室18の前方部分をインストルメントパネル20によって囲むことにより区画される。エンジンルーム14内を延びる循環路12の部分には、圧縮機22、放熱器（凝縮器）24及びレシーバ26が順次介挿され、機器室16内を延びる循環路12の部分に膨張器28及び蒸発器30が順次介挿されている。

圧縮機22はエンジン32の近傍に配置され、圧縮機22の主軸には電磁クラッチ34のドリブン側ユニットが固定される。電磁クラッチ34は、ドライブ側ユニットを構成するロータを有し、電磁クラッチ34のロータとエンジン32のプーリにはベルト36が架け回される。圧縮機22は、ベルト36及び電磁クラッチ34を介して供給されるエンジン32からの動力により作動する。

放熱器24は、エンジンルーム14の前方側に配置され、放熱器24の近傍にはファン38が配置される。車両の前方からの風又はファン38が起こした風によって、放熱器24内を通過する冷媒が冷却される。
レシーバ26は、流入した冷媒のうち、液冷媒のみを流出させる。
膨張器28は、自身を通過する冷媒を膨張させる。膨張器28は、例えば自動温度膨張弁であり、蒸発器30の出口での冷媒の過熱度が適当な値になるよう、膨張器28の流路断面積が自動的に増減される。

また、車両用空調システムは空調ユニット40を備える。
空調ユニット40はユニットハウジング42を有し、ユニットハウジング42の内部には、車室18に調和空気を吹出させるための風路の一部が規定される。
より詳しくは、ユニットハウジング42の一端部には、内気循環用の内気入口46aと外気導入用の外気入口46bが開口している。内気及び外気入口46a,bには、車室18に開口した内気導入口48aを有する内気用エアダクト50a、又は、車外に開口した外気導入口48bを有する外気用エアダクト50bが接続されている。

ユニットハウジング42の他端部には３つの調和空気出口52a,b,cが開口している。調和空気出口52a,b,cには、デフロスト用エアダクト54a、フェース用エアダクト54b、又は、フット用エアダクト54cが接続されている。これらデフロスト用、フェース用及びフット用エアダクト54a,b,cは、車室18の異なる位置に開口したデフロスト用吹出口56a、フェース用吹出口56b又はフット用吹出口56cを有する。

ユニットハウジング42内にはブロワ60が配置され、ブロワ60は、ユニットハウジングの一端側に位置している。ブロワ60は、ブロワモータ62により回転駆動されることで、内気及び外気入口46a,bから調和空気出口52に向かう空気流を生成する。
また、ユニットハウジング42内には冷凍回路10の蒸発器30も配置され、蒸発器30は空調ユニット40の一部も構成する。蒸発器30は、空気流の流動方向でみてブロワ60の下流に配置され、ブロワ60によって生成された全ての空気流が蒸発器30の隙間（熱交換部）を通過する。

更に、ユニットハウジング42内にはヒータコア64が配置され、ヒータコア64は、空気流の流動方向でみて蒸発器30よりも下流に配置されている。蒸発器30側のヒータコア64の前面は、蒸発器30を通過した空気流の一部のみがヒータコア64の隙間（熱交換部）を通過するよう、ヒータコア64が設置されたユニットハウジング42の部位の横断面積よりも小さい面積を有する。

なお、ヒータコア64は、図示しないけれども、エンジンルーム14から機器室16に渡るエンジン冷却水の分流路に温水バルブとともに介挿され、分流路は、エンジン32とラジエータとの間を循環するエンジン冷却水の循環流路に、ヒータコア64とラジエータとが並列になるよう接続されている。エンジン冷却水が循環流路を循環しているときに温水バルブが開かれると、エンジン32で加熱された冷却水（温水）が分流路に流入し、ヒータコア64が温水によって加熱される。加熱されたヒータコア64の隙間を空気流が流れると、空気流は加熱される。

また、ユニットハウジング42内には、風路、即ち、ブロワ60により生成される空気流の流路を切り換えるための複数のダンパ（ドア）が配置されている。
より詳しくは、内気及び外気入口46a,b近傍には、内気及び外気入口46a,bを開閉する内外気切換ダンパ66が設置されている。内外気切換ダンパ66は、サーボモータ67の回転軸に連結され、サーボモータ67を作動させることにより、内気入口46aを開いて外気入口46bを閉じる内気循環位置、又は、内気入口46aを閉じて外気入口46bを開く外気導入位置に位置付けられる。

調和空気出口52a,b,cの近傍には、調和空気出口52a,b,c即ちデフロスト用、フェース用又はフット用エアダクト54a,b,cを開閉するデフロスト用、フェース用又はフット用ダンパ68a,b,cが設置されている。ヒータコア64の前面近傍には、ヒータコア用ダンパ70が設置され、ヒータコア用ダンパ70は、その開度によってヒータコア64を通過する空気流の流量を調整する。

更に、ユニットハウジング42内には、内気及び外気入口46a,bとブロワ60との間に位置してフィルタ72が配置される。
一方、機器室16内には、車両用空調システムの制御装置76も配置され、制御装置76は、例えばマイクロコンピュータにより構成される。制御装置76の入力回路には、乗員が指示を入力するための操作パネル80のほか、車室18の温度、外気温度、日射量、蒸発器30下流での空気流の温度及びエンジン冷却水の温度を測定するための複数の温度センサ（図示せず）が電気的に接続されている。

また、制御装置76の入力回路には、圧縮機22で圧縮された冷媒の温度（吐出温度）Tdを測定するための温度センサ82が電気的に接続されている。具体的には、温度センサ82は、圧縮機22の出口から放熱器24の入口までの循環路12の部位に取り付けられている。
制御装置76の出力回路には、ブロワモータ62、温水バルブ（図示せず）、圧縮機22の電磁クラッチ34、サーボモータ67及びファン38のモータが電気的に接続されている。なお、ファン38のモータと制御装置76との間の配線は、作図上の都合により省略した。

以下、上述した車両用空調システムの使用方法について、制御装置76が実行するプログラムを中心に説明する。
図２に示したように、乗員が操作パネル80中の主電源（A/C SW）をオンにすると（S10）、制御装置76は、車両用空調システムを通常運転する（S12）。
具体的には、制御装置76は、車室18の温度、外気温度、日射量及び蒸発器30下流での空気流の温度等に基づいて、乗員が操作パネル80によって設定した目標温度に車室18の温度が近づくよう、電磁クラッチ34をオン作動させて圧縮機22を作動させるとともに、ブロワモータ62及びファン38のモータを作動させてブロワ62及びファン38を回転させる。

また、制御装置76は、内外気モードの切り換えを行う。すなわち、内気循環モード及び外気導入モードのうち、乗員が操作パネル80によって選択したモードになるよう、サーボモータ67を作動させる。これにより内外気切換ダンパ66が内気循環位置又は外気導入位置に位置付けられる。
更に、制御装置76は、吹き出しモードの切り換えを行う。すなわち、デフロスト用、フェース用及びフット用吹出口54a,b,cのうち、乗員が操作パネル80によって選択した吹出口から空気流が車室18に吹き出すよう、デフロスト用、フェース用又はフット用ダンパ68a,b,cを開閉作動させる。

制御装置76は、通常運転（S12）の開始後、温度センサ82によって、吐出温度Tdを検知し（S14）、検知した吐出温度Tdが、予め設定された第１の閾値Td1よりも大きいか否かを判定する（S16）。なお、吐出温度Tdが第１の閾値Td1を超える場合としては、循環路12を循環する冷媒の流量が少ないときや、蒸発器30にかかる熱負荷が大きいとき等がある。
ステップS16の判定の結果、吐出温度Tdが第１の閾値Td1以下の場合、制御装置76は通常運転S12を続行する。一方、吐出温度Tdが第１の閾値Td1を超えている場合、制御装置76は、内外気モードを判定する（S18）。

ステップS18の判定の結果、内外気モードが外気循環モードの場合、制御装置76は、内気循環モードに切り換えるべく、サーボモータ67を作動させて内外気切換ダンパ66を内気循環位置に位置付ける（S20）。この後、制御装置76はステップS14に戻り、外気導入モードから内気循環モードに切り換えたことにより、吐出温度Tdが第１の閾値Td1以下になったか否かを判断する。

一方、内外気モードが内気循環モードの場合、制御装置76は、図３に示したように、ブロワ60の風量が最小風量Loよりも多いか否かを判定する（S22）。ブロワ60の風量は、ブロワモータ62に印加している電圧によって決定されるため、実際には、ブロワモータ62に印加している電圧が最小電圧よりも高いか否かを判定する。
ステップS22の判定の結果、ブロワ60の風量が最小よりも多い場合、制御装置76は、ブロワモータ62に印加する電圧を低下させて、ブロワ60の風量（回転数）を減少させる（S24）。なお、ブロワ60の風量が段階的に可変である場合、ブロワ60の風量が最小風量Loに比べて２段階以上高くても、制御装置76は、ブロワ60の風量、即ちブロワモータ62の電圧を一段階のみ低下させるのが好ましい。ステップS24の後、制御装置76はステップS14に戻り、ブロワ60の風量を減少させたことにより、吐出温度Tdが第１の閾値Td1以下になったか否かを判断する。

一方、ブロワ60の風量が最小である場合、制御装置76は、電磁クラッチ34をオフ作動させて圧縮機22を停止する（S26）。それから、吐出温度Tdを検知し（S28）、吐出温度Tdが予め設定された第２の閾値Td2よりも低いか否かを判定する（S30）。
ステップS30の判定の結果、吐出温度Tdが第２の閾値Td2よりも低い場合、制御装置76は、電磁クラッチ34をオン作動させる（S32）。この後、制御装置76は、ステップS14に戻り、圧縮機22を作動させても、吐出温度Tdが第１の閾値Td1よりも小さいか否かを判定する。なお、第１の閾値Td1は、圧縮機22の焼付きが防止されるように決定される温度であり、第２の閾値Td2は第１の閾値Td1よりも低く設定される（Td1＞Td2）。

制御装置76は、主電源がオフにされるまで、上述したプログラムを実行する。
上述の車両用空調システムでは、制御装置76が、温度センサ82によって検知された吐出温度Tdが第１の閾値Td1以上になったとき、内外気切換ダンパ66を内気循環位置に位置付ける。車室18内の空気の温度は、車室18外の空気の温度よりも低いため、蒸発器30に加わる熱負荷が小さくなり、圧縮機22に吸入される冷媒の温度が低下する。この結果として、圧縮機22の温度及び吐出温度Tdが低下し、圧縮機22の焼付きが防止される。

そして、内外気切換ダンパ66の位置を切り換えても、車両の操縦性や車室18に吹き出す空気流の温度が上昇することはなく、乗員の快適性も確保される。
また、上述の車両用空調システムでは、制御装置76が、吐出温度Tdが第１の閾値Td1以上であり且つ内外気切換ダンパ66が内気循環位置に位置しているとき、ブロワ60の風量を減少させる。これにより、蒸発器30の内側の冷媒と外側の空気流との間での熱交換量が減少するため、圧縮機22に吸入される冷媒の温度が低下する。この結果として、圧縮機22の温度及び吐出温度Tdが低下し、圧縮機22の焼付きがより確実に防止される。

そして、ブロワ60の風量を減少させても、車両の操縦性や車室18に吹き出す空気流の温度が上昇することはなく、乗員の快適性も確保される。
更に、上述の車両用空調システムでは、制御装置76が、ブロワ60の風量を１段階ずつ減少させることで、車室18に吹き出す空気流の風量の変化が抑制され、乗員の快適性が確保される。

また更に、上述の車両用空調システムでは、内外気切換ダンパ66が内気循環位置に位置し且つブロワ60の風量が最小であるときに、電磁クラッチ34をオフ作動させるので、圧縮機22の焼付きが確実に防止される。
本発明は、上記した一実施形態に限定されることはなく、種々変形が可能であり、例えば、１つの内外気切換ダンパ66により内気入口46a及び外気入口46bを開閉するのではなく、２つの内外気切換ダンパ66によって内気入口46a及び外気入口46bを開閉してもよい。また、内外気切換ダンパ66は、内気入口46a及び外気入口46bの双方を開く位置を更に有していてもよい。

一実施形態の車両用空調システムでは、冷凍回路10の冷媒は特に限定されない。ただし、このシステムは、圧縮機22の焼付きを防止したことにより、冷媒の過熱も防止されるため、CF₃I（R13I1）を含む熱的に不安定な冷媒に適する。
一実施形態の車両用空調システムでは、圧縮機22に取り付けた温度センサ82によって、吐出温度Tdを検知したけれども、温度センサ82に代えて、又は、温度センサ82とともに、圧縮機22の温度（圧縮機温度）Tcを検知する温度センサ90を圧縮機22の外表面等に取り付けてもよい。この場合、制御装置76では、図２及び図３中、吐出温度Td、第１の閾値Td1及び第２の閾値Td2を圧縮機温度Tc、第１の閾値Tc1及び第２の閾値Tc2でそれぞれ置き換えたプログラムを実行する。なお、この場合も、第１の閾値Tc1は、圧縮機22の焼付きが防止されるように決定される温度であり、第２の閾値Tc2は第１の閾値Tc1よりも低く設定される（Tc1＞Tc2）。

一実施形態の車両用空調システムでは、圧縮機22が電磁クラッチ34を有していたけれども、圧縮機は、クラッチレスの圧縮機であってもよい。この場合、電磁クラッチをオフ作動させることはできないが、内気循環モードへの切換えやブロワ60の風量の減少により、ある程度は圧縮機の焼付きが防止される。

一実施形態の車両用空調システムの概略構成図である。 図１の車両用空調システムに適用された制御装置が実行するプログラムの概略を示すフローチャートの一部である。 図２のフローチャートの残部である。

符号の説明

22 圧縮機
42 （空調）ユニットハウジング
46a 内気入口
46b 外気入口
66 内外気切換ダンパ
76 制御装置
82 温度センサ

Claims (4)

1. 冷媒が循環する循環路に順次介挿された圧縮機、放熱器、膨張器及び蒸発器と、
   車室内に配置され、前記蒸発器を含む前記循環路の一部を収容するとともに、前記車室内の空気を取り入れるための内気入口、前記車室外の空気を取り入れるための外気入口及び前記蒸発器を通過した空気を前記車室に送出するための調和空気出口を有する空調ユニットハウジングと、
   前記空調ユニットハウジング内に収容され、前記内気入口及び前記外気入口から前記調和空気出口に向かう空気流を生成するためのブロワと、
   前記内気入口及び前記外気入口の近傍に配置され、前記内気入口を開き且つ前記外気入口を閉じる内気循環位置及び前記内気入口を閉じ且つ前記外気入口を開く外気導入位置とを有する内外気切換ダンパと、
   前記圧縮機の温度及び前記圧縮機で圧縮された前記冷媒の温度のうち一方を検知する温度センサと、
   前記温度センサによって検知された温度が閾値以上になったとき、前記内外気切換ダンパを前記内気循環位置に位置付ける制御装置と
   を備えることを特徴とする車両用空調システム。
2. 前記制御装置は、前記温度センサによって検知された温度が閾値以上であり且つ前記内外気切換ダンパが前記内気循環位置に位置しているとき、前記ブロワの風量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調システム。
3. 前記ブロワの風量は段階的に可変であり、
   前記制御装置は、前記ブロワの風量を１段階ずつ減少させる
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両用空調システム。
4. 前記圧縮機は、エンジンからの動力を受け取る電磁クラッチを有し、
   前記制御装置は、前記温度センサによって検知された温度が閾値以上であり、前記内外気切換ダンパが前記内気循環位置に位置し、且つ、前記ブロワの風量が最小であるとき、前記電磁クラッチをオフ作動させる
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両用空調システム。

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