JP2008221997A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の廃熱で室外熱交換器の除霜を確実に行うことを目的とする。
【解決手段】ハイブリッド自動車に搭載され、室外熱交換器、コンプレッサ、及び室内コンデンサによるヒートポンプ機能によって暖房を行う車両用空調装置において、エンジンを停止して暖房している際に、室外熱交換器の着霜が検出された場合に（１０４）、エンジンオン要求を行うことによってエンジンを始動して（１０６）、ラジエタ冷却用の電動ファンを逆回転させる（１１０）と共に、ラジエタの車両前方側に設けたラジエタシャッタを閉じて（１１２）、エンジン及びラジエタの廃熱で室外熱交換器を除霜する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両用空調装置にかかり、特に、ヒートポンプ機能を備えて暖房を行う車両用空調装置に関する。

モータとエンジンを備えたハイブリッド自動車の車両用空調装置において暖房を行う場合には、エンジンを停止してモータで走行する際に、暖房の熱源となるエンジン冷却水の温度が低下して暖房能力が低下してしまう。そこで、家庭用エアコンのように、ヒートポンプ機能を備えて暖房を行う車両用ヒートポンプ空調装置が提案されている。

例えば、特許文献１に記載の技術では、エンジン、ファン、及びラジエタの車両前側に室外熱交換器を配置すると共に、室外熱交換器の車両前方側にシャッタを設けて車両前方からの走行風がラジエタや室外熱交換器にあたるのを防止するようにして、ヒートポンプの室外熱交換器に着霜がある場合に、ラジエタシャッタを閉じてラジエタ冷却用のファンを逆回転させることによってエンジン廃熱で除霜することが提案されている。
特開２００２−２４０５４８号公報

しかしながら、ハイブリッド自動車では、エンジンを停止して走行する、所謂エコラン走行において、特許文献１に記載の技術のように、ラジエタシャッタを閉じてラジエタ冷却用のファンを逆回転させることによってエンジン廃熱で除霜しようとしても、エンジンが停止しているため廃熱が少なく除霜を十分にできないことがある。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、エンジン等の内燃機関の廃熱で室外熱交換器の除霜を確実に行うことを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、車室外の熱を冷媒に吸熱させる室外熱交換器と、電力によって駆動され、前記室外熱交換器によって吸熱された冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒の熱を車室内に放熱する室内熱交換器と、前記室外熱交換器の着霜を検出する検出手段と、走行源の内燃機関の始動要求を行う要求手段と、前記内燃機関を停止して前記室外熱交換器、前記圧縮機、及び前記室内熱交換器の冷媒の熱交換サイクルによって車室内を暖房している際に、前記検出手段によって前記室外熱交換器の着霜が検出された場合に、前記内燃機関の始動要求を行うように前記要求手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、室外熱交換器によって車室外の熱が冷媒に吸熱され、圧縮によって圧縮される。そして、室内熱交換器によって冷媒の熱が車室内に放熱される。すなわち、室外熱交換器、圧縮機、及び室内熱交換器がヒートポンプとして機能して車室内を暖房することができる。

ヒートポンプでは、室外熱交換器に着霜が発生することがあるため、検出手段によって着霜が検出される。例えば、検出手段は、家庭用エアコン等で用いられる一般的な着霜検出方法を適用することができ、一例としては温度が所定温度以下の場合に室外熱交換器が着霜していると判断して着霜を検出することが可能である。

一方、要求手段では、走行源の内燃機関の始動要求が行われる。そして、走行源の内燃機関を停止して上述のヒートポンプの機能によって車室内を暖房している際に、検出手段によって室外熱交換器の着霜が検出された場合に、内燃機関の始動要求を行うように要求手段が制御手段によって制御されることによって、内燃機関が始動される。このように、室外熱交換器に着霜が発生した場合に、内燃機関を始動するように制御することで、内燃機関の廃熱で室外熱交換器を確実に除霜することができる。

また、電力によって駆動され、内燃機関の熱を放熱するラジエタに送風する電動ファンを更に備える場合には、制御手段は、請求項２に記載の発明のように、要求手段を制御する際に、ラジエタを介して室外熱交換器方向へ送風するように電動ファンを更に制御するようにしてもよい。これによって、内燃機関の廃熱を室外熱交換器へ送風することができ、室外熱交換器を確実に除霜することが可能となる。

なお、車両前方に向かって、内燃機関、電動ファン、ラジエタ、及び室外熱交換器の順に配置される場合には、請求項３に記載の発明のように、車両前方から室外熱交換器へ向かう走行風を遮断可能に室外熱交換器の車両前方側に設けられた遮断手段を更に備えて、制御手段が、電動ファンを制御する際に、走行風を遮断するように遮断手段を更に制御するようにしてもよい。すなわち、電動ファンによって車両前方側に向かって送風されるが、走行風によって車両前方側への送風効率が低下するので、遮断手段によって車両前方からの走行風を遮断することによって、内燃機関の廃熱を室外熱交換器へ効率的に送風することができ、除霜を確実に行うことが可能となる。

また、遮断手段を備える場合には、請求項４に記載の発明のように、遮断手段と室外熱交換器間に設けられ、電動ファンによる車両後方からの空気を車幅方向へ通気する通気部を更に設けるようにしてもよい。これによって、電動ファンから室外熱交換器へ送風した空気を通気部から通気して逃がすことができ、電動ファンによる送風空気をスムーズに流すことができ、室外熱交換器の除霜効率を向上することが可能となる。

以上説明したように本発明によれば、内燃機関を停止して、冷媒の熱交換サイクルによって車室内を暖房している際に、室外熱交換器の着霜が検出された場合に、内燃機関の始動要求を行うように制御することで、内燃機関の廃熱で室外熱交換器の除霜を確実に行うことができる、という効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置の構成を示す図である。なお、本実施の形態では、ハイブリッド自動車に搭載した車両用空調装置として説明する。

本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置１０の冷媒の循環サイクルは、コンプレッサ１２、室内コンデンサ７２、３方弁７４、室外熱交換器７６、逆止弁７８、電磁弁８０、８２、エバポレータ１８、膨張弁８４、タンク８６、及びコンプレッサ１２を含む構成とされており、３方弁７４及び２つの電磁弁８０、８２の切換によって冷凍サイクルとヒートポンプサイクルを切り換えるようになっている。

冷凍サイクルの場合には、３方弁７４を室外熱交換器７６側に切り換えると共に、電磁弁８２をオフして電磁弁８０をオンする。すなわち、コンプレッサ１２によって圧縮された冷媒は、室内コンデンサ７２、３方弁７４、室外熱交換器７６、電磁弁８０、膨張弁８４、エバポレータ１８の順に通過してタンク８６に戻ってくる。

冷凍サイクルでは、コンプレッサ１２によって圧縮された高温高圧の冷媒が室外熱交換器７６で放熱されて高圧低温の冷媒となって膨張弁８４で減圧されることによって、液化している冷媒が気化されることにより、エバポレータ１８を通過する空気が冷却される。この時、エバポレータ１８では、通過する空気を冷却することにより、空気中の水分を結露させるようになっており、これにより、エバポレータ１８後の空気が除湿される。

また、ヒートポンプサイクルの場合には、３方弁７４を逆止弁７８側に切り換えると共に、電磁弁８２をオンして電磁弁８０をオフする。すなわち、コンプレッサ１２によって圧縮された冷媒は、室内コンデンサ７２、３方弁７４、逆止弁７８、室外熱交換器７６、電磁弁８２を通ってタンク８６に戻ってくる。

ヒートポンプサイクルでは、高温高圧の冷媒が逆止弁７８で減圧されて室外熱交換器７６で吸熱される。そして、タンク８６に戻ってからコンプレッサ１２で圧縮され、高温高圧の冷媒とされて室内コンデンサ７２で放熱される。

本実施形態では、車両用空調装置１０のコンプレッサ１２は、電動式のコンプレッサを適用し、車両の動力（例えば、エンジン１６やモータ等）を動作しない場合でもモータ２０によって冷媒の循環が可能なように構成されている。なお、車両の動力が作動している時には、車両の動力によってコンプレッサ１２を駆動するようにしてもよい。

空調ダクト２２内のエバポレータ１８の下流に、エアミックスダンパ３６が設けられ、エアミックスダンパ３６の下流にヒータコア３８、及び室内コンデンサ７２が順に設けられている。すなわち、エバポレータ１８後の空気は、ヒータコア３８、及び室内コンデンサ７２の少なくとも一方によって温められるようになっており、エアミックスダンパ３６がエアミックスダンパ用アクチュエータ４０の駆動によって回動してエバポレータ１８の空気の、ヒータコア３８や室内コンデンサ７２を通過する量とヒータコア３８や室内コンデンサ７２をバイパスする量を調整する。ヒータコア３８は、エンジン冷却水が循環しており、エンジン１６によって加熱されたエンジン冷却水の熱を用いてエアミックスダンパ３６によって案内された空気を加熱する。

エバポレータ１８後の空気は、エアミックスダンパ３６の開度に応じてヒータコア３８や室内コンデンサ７２へ案内されて加熱され、さらに、ヒータコア３８や室内コンデンサ７２によって加熱されていない空気と混合された後に、図示しない空気吹出し口へ向けて送出される。車両用空調装置１０では、エアミックスダンパ３６をコントロールして、エバポレータ１８後の冷風と、ヒータコア３８や室内コンデンサ７２によって加熱された温風の混合状態を調節することで、空気吹出し口から車室内へ向けて吹き出す空気の温度調整を行う。

空気吹出し口の近傍には、吹出し口切換ダンパが設けられている。車両用空調装置１０では、これらの吹出し口切換ダンパによって空気吹出し口を開閉することにより、温度調整した空気を所望の位置から車室内へ吹き出すことができる。なお、この吹出し口切換ダンパの作動は、車両用空調装置１０が設定された運転モードに応じて吹出し口切換ダンパ用アクチュエータ４４を駆動することによって行われる。

また、本実施形態に係わる車両用空調装置１０は、車両用空調装置１０の各種制御を行うためのエアコンＥＣＵ（Electronic Control Unit）１４を備えている。エアコンＥＣＵ１４には、ブロアファンの回転速度を制御するブロアファン速度制御装置４８、吸い込み口切換ダンパ用アクチュエータ３２、エアミックスダンパ用アクチュエータ４０、吹出し口切換ダンパ用アクチュエータ４４、コンプレッサ１２のモータ２０、外気温センサ５２、車室内温度センサ５４、日射センサ５６、及びエバポレータ後温度センサ６０が接続されていると共に、車両用空調装置１０の温度設定や吹出し口の選択等を行うための温度設定装置５８等が接続されており、外気温センサ５２、車室内温度センサ５４、日射センサ５６、エバポレータ後温度センサ６０の検出値がエアコンＥＣＵ１４に入力され、各センサの検出値に基づいて温度設定装置５８の設定等に応じた各種制御を行うようになっている。

さらに、エアコンＥＣＵ１４には、室外熱交換器７６の着霜状態を検出する着霜状態検出センサ２４、エンジンＥＣＵ６２、電動ファン３４、エンジン冷却水の水路に設けられラジエタへ流入する冷却水を制御するサーモ開閉部２６、エンジン冷却水を循環させる電動ウオータポンプ（Ｗ／Ｐ）２８及び後述するラジエタシャッタ３０が接続されている。

エアコンＥＣＵ１４は、着霜状態検出センサ２４の検出結果から室外熱交換器７６の着霜が検出された場合に、電動ファン３４、サーモ開閉部２６、Ｗ／Ｐ２８、及びラジエタシャッタ３０を制御して除霜する。

なお、図１では、電動ファン３４、Ｗ／Ｐ２８及びサーモ開閉部２６はエアコンＥＣＵ１４に直接接続された例を示すが、エンジンＥＣＵ６２がエンジン冷却水温度に応じてサーモ開閉部２６、Ｗ／Ｐ２８、電動ファン３４等を制御する必要があるためエンジンＥＣＵ６２に接続するようにしてもよい。また、ラジエタシャッタ３０についても同様にエンジンＥＣＵ６２に接続するようにしてもよい。また、着霜状態検出センサ２４は、家庭用エアコン等に用いるセンサを適用することができ、例えば、サーミスタ等によって温度検出するセンサを適用することができる。また、着霜状態検出センサ２４は着霜状態として温度を検出してエアコンＥＣＵ１４が室外熱交換器７６の着霜を検出するようにしてもよいし、着霜状態検出センサ２４が着霜となる温度等を検出した場合に信号をエアコンＥＣＵ１４に出力することで室外熱交換器７６の着霜を検出するようにしてもよい。

ラジエタシャッタ３０は、モータ等によって開閉可能とされ、ラジエタシャッタ３０の開閉によってラジエタへの走行風があたるか否かが制御される。また、ラジエタシャッタ３０は、図２に示すように、車両全端部付近に設けられており、ラジエタシャッタ３０の車両後方側には、室外熱交換器７６、ラジエタ７０、電動ファン３４、エンジン１６の順に配置されている。また、ラジエタシュラウド４２の車両左右側のラジエタシャッタ３０と室外熱交換器７６間には、ラジエタシュラウド４２内の圧力によって開閉する開閉シャッタ４６が設けられており、開閉シャッタ４６は、車両内側方向に付勢するスプリング等によって付勢され、ラジエタシュラウド４２内の圧力が所定値以上になった場合に、車両外側方向に開放されるようになっている。

すなわち、エアコンＥＣＵ１４は、着霜状態検出センサ２４の検出結果から室外熱交換器７６の着霜が検出されない場合には、図３（Ａ）に示すように、ラジエタシャッタ３０を開放して、室外熱交換器７６及びラジエタ７０に走行風があたるように制御する。また、この時、エンジンＥＣＵ６２の制御によってエンジン冷却水温度が所定温度以上の場合に電動ファン３４が駆動されて、エンジン冷却水の温度があがり過ぎないように制御される。

そして、エアコンＥＣＵ１４は、着霜状態検出センサ２４の検出結果から室外熱交換器７６の着霜が検出された場合には、図３（Ｂ）に示すように、ラジエタシャッタ３０を閉じて、走行風が室外熱交換器７６にあたらないように制御し、エンジンＥＣＵ６２に電動ファン３４を駆動する指示を出力することにより電動ファン３４を通常（空気を車両に引き込む方向）とは逆方向（車室外へ空気を吹き出す方向）に回転させることによって、ラジエタ７０やエンジン１６の廃熱を利用して除霜する。この時、エンジン１６を停止してモータ等で走行している場合には、ラジエタ７０やエンジン１６の廃熱温度が低いため、エンジン始動要求を行うと共に、サーモを開放してＷ／Ｐ２８を駆動することによって効率的に除霜する。

続いて、上述のように構成された本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置１０のエアコンＥＣＵ１４で行われる処理について説明する。

本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置１０は、上述したようにヒートポンプによる暖房が可能となっている。また、本実施の形態では、ハイブリッド自動車に搭載されるため、所謂エコラン等によってエンジン１６を停止して走行する場合があるが、この場合には、室外熱交換器に着霜して暖房できなくなってしまう。そこで、本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置１０のエアコンＥＣＵ１４は、除霜処理を行うようになっている。

ここで、本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置１０のエアコンＥＣＵ１４で行われる除霜処理について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置１０のエアコンＥＣＵ１４で行われる除霜処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図４のフローチャートは、車両用空調装置１０による車室内の暖房中に、エコラン等によってエンジン１６を停止した場合に開始するものとして説明する。この時エンジン１６の停止の検出は、例えば、エアコンＥＣＵ１４がエンジンＥＣＵ６２からエンジン停止情報を取得することで検出することが可能である。

まず始めにステップ１００では、暖房中か否かエアコンＥＣＵ１４によって判定される。該判定は、温度設定装置５８等によって暖房が指示されているか否かや暖房が必要な温度設定か否か等を判定することによって行われ、該判定が否定された場合にはそのまま処理を終了し、肯定された場合にはステップ１０２へ移行する。

ステップ１０２では、着霜状態検出センサ２４の検出結果がエアコンＥＣＵ１４によって取得されてステップ１０４へ移行する。

ステップ１０４では、着霜状態検出センサ２４の検出結果から室外熱交換器７６に着霜が発生しているか否かエアコンＥＣＵ１４によって判定され、該判定が否定された場合にはステップ１２６へ移行し、肯定された場合にはステップ１０６へ移行する。

ステップ１０６では、エアコンＥＣＵ１４からエンジンＥＣＵ６２に対してエンジン始動要求が出力されてステップ１０８へ移行する。すなわち、エコラン等により停止していたエンジン１６が再始動される。

ステップ１０８では、エアコンＥＣＵ１４によってＷ／Ｐ２８が作動されると共にサーモ開閉部２６が開放されてステップ１１０へ移行する。すなわち、サーモ開閉部２６が開放されてＷ／Ｐ２８が作動されることによって、エンジン１６によって加熱されたエンジン冷却水がラジエタ７０に循環する。

ステップ１１０では、エアコンＥＣＵ１４からエンジンＥＣＵ６２に対して電動ファン３４の作動要求が行われることによって、電動ファン３４が逆回転で作動されてステップ１１２へ移行する。

ステップ１１２では、エアコンＥＣＵ１４によってラジエタシャッタ３０が閉じられてステップ１１４へ移行する。すなわち、図３（Ｂ）に示すよう、電動ファン３４の逆回転作動によって、エンジン１６及びラジエタ７０の廃熱が室外熱交換器７６に送風されて除霜される。この時、ラジエタシャッタ３０が閉じられているので、車両前方からの走行風が遮断されるので、エンジン１６やラジエタ７０の廃熱を室外熱交換器７６へ効率的に送風することができ、除霜を確実に行うことができる。さらにこの時、ラジエタシュラウド４２の内圧が高くなるため、ラジエタシュラウド４２の開閉シャッタ４６が開放されて電動ファン３４による送風がラジエタシュラウド４２の外へ排出される。これによって、電動ファン３４から室外熱交換器７６へ送風した空気を開閉シャッタ４６から逃がすことができ、スムーズに空気循環が行われ、室外熱交換器７６を効率的に除霜することができる。なお、本実施の形態では、車両の走行状態に拘わらずラジエタシャッタ３０を閉じて除霜を行うようにしたが、これに限るものではなく、停止中の場合には、電動ファン３４による送風が車両前方へ抜けるため、ラジエタシャッタ３０を開いたままの状態にしてもよい。

次にステップ１１４では、着霜状態検出センサ２４の検出結果がエアコンＥＣＵ１４によって取得されてステップ１１６へ移行して、エアコンＥＣＵ１４によって室外熱交換器７６が着霜しているか否か再び判定され、該判定が否定された場合には、ステップ１１４に戻って判定が肯定されるまで当該処理が繰り返され、判定が肯定されたところでステップ１１８へ移行する。

ステップ１１８では、エアコンＥＣＵ１４からエンジンＥＣＵ６２に対してエンジンオフ要求が出力されてステップ１２０へ移行する。すなわち、室外熱交換器７６の着霜が解消されたところで再びモータによる走行へ移行する。

ステップ１２０では、エアコンＥＣＵ１４によってＷ／Ｐ２８が停止されると共にサーモ開閉部２６が閉じられてステップ１２２へ移行する。

ステップ１２２では、エアコンＥＣＵ１４からの作動要求による電動ファン３４の作動が停止されてステップ１２４へ移行する。

ステップ１２４では、エアコンＥＣＵ１４によってラジエタシャッタ３０が開放されてステップ１２６へ移行する。

そして、ステップ１２６では、暖房停止か否かエアコンＥＣＵ１４によって判定される。該判定は、温度設定装置５８等によって暖房の停止指示がなされたか否か、或いは所定の温度以下の空調指示が行われたか否か等を判定し、該判定が否定された場合にはステップ１０２に戻って上述の処理が繰り返され、判定が肯定されたところで一連の処理を終了する。

このようにエアコンＥＣＵ１４が除霜処理を行うことによって、ハイブリッド自動車においてエンジン１６を停止して走行している場合でも、エンジン廃熱で室外熱交換器７６の除霜を確実に行うことができる。

なお、上記の実施の形態における除諸処理のステップ１０６〜１１２の順序は、これに限るものではなく、他の順序で処理を行うようにしてもよい。また、ステップ１１８〜１２４の順序も同様にこれに限るものではなく、他の順序で処理を行うようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置の構成を示す図である。 ラジエタシャッタ、室外熱交換器、ラジエタ、電動ファン、及びエンジンの位置関係を示す図である。 （Ａ）はラジエタシャッタを開放した場合の空気の流れを示す図であり、（Ｂ）はラジエタシャッタを閉じて電動ファンを逆回転させた場合の空気の流れを示す図である。 本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置のエアコンＥＣＵで行われる除霜処理の流れの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 車両用空調装置
１２ コンプレッサ
１４ エアコンＥＣＵ
１６ エンジン
２０ モータ
２４ 着霜状態検出センサ
３０ ラジエタシャッタ
３４ 電動ファン
４６ 開閉シャッタ
６２ エンジンＥＣＵ
７０ ラジエタ
７２ 室内コンデンサ
７６ 室外熱交換器

Claims (4)

1. 車室外の熱を冷媒に吸熱させる室外熱交換器と、
   電力によって駆動され、前記室外熱交換器によって吸熱された冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機によって圧縮された冷媒の熱を車室内に放熱する室内熱交換器と、
   前記室外熱交換器の着霜を検出する検出手段と、
   走行源の内燃機関の始動要求を行う要求手段と、
   前記内燃機関を停止して前記室外熱交換器、前記圧縮機、及び前記室内熱交換器の冷媒の熱交換サイクルによって車室内を暖房している際に、前記検出手段によって前記室外熱交換器の着霜が検出された場合に、前記内燃機関の始動要求を行うように前記要求手段を制御する制御手段と、
   を備えた車両用空調装置。
2. 電力によって駆動され、前記内燃機関の冷却水の熱を放熱するラジエタに送風する電動ファンを更に備え、前記制御手段が、前記要求手段を制御する際に、前記ラジエタを介して前記室外熱交換器方向へ送風するように前記電動ファンを更に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。
3. 車両前方に向かって、前記内燃機関、前記電動ファン、前記ラジエタ、及び前記室外熱交換器の順に配置され、車両前方から前記室外熱交換器へ向かう走行風を遮断可能に前記室外熱交換器の車両前方側に設けられた遮断手段を更に備え、前記制御手段が、前記電動ファンを制御する際に、前記走行風を遮断するように前記遮断手段を更に制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記遮断手段と前記室外熱交換器間に設けられ、前記電動ファンによる車両後方からの空気を車幅方向へ通気する通気部を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。

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