JP3269358B2 - 車両用ヒートポンプ式冷暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンプレッサの駆
動により冷媒を車室外熱交換器及び車室内熱交換器に循
環させる蒸気圧縮サイクルを備えた車両用ヒートポンプ
式冷暖房装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置と
しては、特開平２−２９０４７５号公報や実開平２−１
３０８０８号公報などに開示されているように、四方弁
で冷媒の流れを暖房運転時と冷房運転時とで逆転させ、
暖房運転時には、車室外熱交換器を吸熱器として使用す
ると共に、車室内熱交換器を放熱器として使用し、冷房
運転時には、車室外熱交換器を放熱器として使用すると
共に、車室内熱交換器を吸熱器として使用するようにし
たものが知られている。

【０００３】具体的には、前記特開平２−２９０４７５
号公報に開示された冷暖房装置を、図１３に図示して説
明する。つまり、暖房運転時には、四方弁２が実線で示
すように切り換えられ、冷媒がコンプレッサ１→四方弁
２→第１の室内熱交換器３→加熱用熱交換器４→第２車
室内熱交換器５→膨張弁６→車室外熱交換器７→四方弁
２→レシーバ８→コンプレッサ１と循環し、第１車室内
熱交換器３がコンプレッサ１から吐出された高温なる冷
媒の熱をブロワファン９で導入された空気に放熱して車
室内暖房用の温風を作り、加熱用熱交換器４がエンジン
１０からの廃熱を冷媒に吸熱し、この冷媒の熱を第２車
室内熱交換器５がブロワファン１１で導入された空気に
放熱して車室内暖房用の温風を作り、車室外熱交換器７
がファン１２で導入された外気の熱を冷媒に吸熱する。
冷房運転時には、四方弁２が点線で示すように切り換え
られ、冷媒がコンプレッサ１→車室外熱交換器７→膨張
弁６→第２車室内熱交換器５→第１車室内熱交換器３→
四方弁２→レシーバ８→コンプレッサ１と循環し、車室
外熱交換器７がコンプレッサ１から吐出された高温なる
冷媒の熱を外気に放熱し、第１、第２車室内熱交換器
３、５がブロワファン９、１１で導入された空気の熱を
冷媒に放熱して車室内冷房用の冷風を作る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来例にあっては、四方弁２で冷媒の流れを暖房運
転時と冷房運転時とで逆転させ、暖房運転時には、車室
外熱交換器７を吸熱器として使用すると共に、車室内熱
交換器３、５を放熱器として使用して車室内暖房用の温
風を作り、冷房運転時には、車室外熱交換器７を放熱器
として使用すると共に、車室内熱交換器３、５を吸熱器
として使用して車室内冷房用の冷風を作るようになって
いるので、外気温が低い時や走行時あるいは降雨時、さ
らに降雪時などのような気候条件において、暖房運転を
行うと、車室外熱交換器７での吸熱量が減少する。そし
て、コンプレッサ１の仕事量が一定であると仮定する
と、車室外熱交換器７からの吸熱量とコンプレッサ１の
仕事量との合計熱量を放熱する車室内熱交換器３、５で
の放熱量が減少し、暖房能力が低下する。しかも、上記
気候条件では、着霜現象が生じ易く、デフロスト運転の
回数が増加して安定した暖房運転が得られなくなる恐れ
がある。

【０００５】また、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の
流れ方向が変わるため、車室外熱交換器７側、車室内熱
交換器３、５側のいずれの配管も高温、高圧に耐えられ
るようにする必要があった。

【０００６】また、暖房運転時には、エンジン１０から
の廃熱を吸熱して車室内暖房用の温風を作るため、ソー
ラカーや電気自動車のように大きな熱源を持たない車両
には不向きであった。

【０００７】これに対し、本願出願人は、特願平３−３
４５９５０号公報に開示されているような新たな車両用
冷暖房装置を提案している。この装置は、車室内に吸熱
用車室内熱交換器の他に放熱用車室内熱交換器を設け、
冷房運転と暖房運転とで冷媒流れを切り換えるようにし
たものである。かかる装置によれば、車室外の気候条件
に左右されず安定した制御で冷暖房能力を向上すること
ができ、大幅な設計変更を必要とせず、電気自動車など
にも適し、しかも除湿暖房を行なうことができる。

【０００８】冷媒流れを切り換える手段として四方弁を
用いた場合のサイクル構成を図１４に示す。

【０００９】図１４において暖房運転時には四方弁７３
が実線で示すように切り換えられ、冷媒がコンプレッサ
３１→四方弁７３→逆止弁７１→放熱用車室内熱交換器
３３→液タンク３６→膨張弁３４→吸熱用車室内熱交換
器３５→コンプレッサ３１と循環し、ブロアファンで導
入された空気は吸熱用車室内熱交換器３５での熱交換器
により冷やされ、冷却除湿された後、放熱用車室内熱交
換器３３での熱交換により温められ、車室内暖房用の温
風が作られる。

【００１０】また、冷房運転時には四方弁７３が点線で
示すように切り換えられ、冷媒がコンプレッサ３１→四
方弁７３→車室外熱交換器３８→逆止弁７０→放熱用車
室内熱交換器３３→液タンク３６→膨張弁３４→吸熱用
車室内熱交換器３５→コンプレッサ３１と循環し、車室
外熱交換器３８がコンプレッサ３１から吐出された高温
な冷媒の熱を外気に放熱し、ブロアファンで導入された
空気が吸熱用車室内熱交換器３５で熱交換されて冷やさ
れ、車室内冷房用の冷風が作られる。

【００１１】このような冷暖房装置では、暖房運転時に
車室外熱交換器３８を回避して冷媒が流れるため、外気
温が５℃を下回るような場合であっても車室外熱交換器
３８の凍結の影響を受けずに冷暖房装置を作動させるこ
とができる。

【００１２】電気自動車においては、車両停止時は主モ
ータが停止し、エアコンのコンプレッサは主モータの回
転数に依存することなく、独自に運転周波数（回転数）
を変化させることができるので、エンジン車以上にコン
プレッサの騒音や振動が車室内に伝達しやすい。そのた
め、暖房運転時に暖房負荷が高くない場合には、乗員が
ブロワを４速に設定すれば通常よりも高い周波数で暖房
運転を行なうウォームアップ運転となり、ブロワを１速
に設定すれば通常の周波数で暖房運転する暖房安定運転
となるような、きめ細かな設定が望まれる。

【００１３】また、ウォームアップ運転を行なう場合に
も、サイクルが暖房安定運転を行なえる状態に達したと
判断される時には、速やかにウォームアップ運転を終了
して高い周波数で運転する時間を短くすることが望まれ
る。

【００１４】また、外気導入量を少なくしてウォームア
ップ運転を行なう場合には、室温が設定室温に近づくと
車室内に吹き出された高温の空調風の内、そのままブロ
ワに吸い込まれる空調風の割合が増加し、サイクルは厳
しい状態で運転しているにもかかわらず、室温の上昇
（目標吹出温の低下）が鈍くなることがある。こうした
状態で運転している時には、室温や目標吹出温に基づい
てウォームアップ運転を終了するのではなく、もっと適
切な条件でウォームアップ運転を終了することが望まれ
る。

【００１５】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、暖房運転開始時にきめ細かなウォ
ームアップ運転の開始が判断でき、サイクルにとっても
乗員にとっても最適な状態でウォームアップ運転を短時
間で終了することができるヒートポンプ式冷暖房装置を
提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、冷媒に仕事量を加えるコンプレッサと、
冷媒と外気とで熱交換する車室外熱交換器と、冷媒の熱
を送風手段によって導入された空気に放熱して温風を作
る放熱用車室内熱交換器と、冷媒を断熱膨張させる膨張
手段と、前記送風手段によって導入された空気の熱を冷
媒に吸熱して冷風を作る吸熱用車室内熱交換器と、冷房
設定時には前記コンプレッサが前記吸熱用車室内熱交換
器から冷媒を吸入して前記車室外熱交換器に吐出し、暖
房設定時には前記コンプレッサが少なくとも前記吸熱用
車室内熱交換器から冷媒を吸入して前記放熱用車室内熱
交換器に吐出するように冷媒流れを切り換える冷媒流路
切換手段とを備え、暖房運転開始を検出する暖房運転開
始検出手段と、車両の熱負荷から目標吹出温を演算する
手段と、暖房運転時における前記吸熱用車室内熱交換器
の目標冷却温度を演算する手段と、前記コンプレッサの
目標運転周波数を予測する目標運転周波数予測手段と、
前記送風手段の設定に応じて前記目標運転周波数を補正
する手段と、前記吸熱用車室内熱交換器の目標吸込空気
温度を予測する目標吸込空気温度予測手段と、前記送風
手段の設定に応じて前記目標吸込空気温度を補正する手
段と、前記目標運転周波数よりも高い周波数で暖房運転
を行なうウォームアップモードと、前記暖房運転開始検
出手段によって暖房運転開始が検出された時に、補正さ
れた目標運転周波数と目標吸込空気温度の少なくとも一
つに基づく所定の条件が満足されていれば前記ウォーム
アップモードを選択する手段と、暖房運転開始時に前記
ウォームアップモードが選択された場合に、前記吸熱用
車室内熱交換器の吸込空気状態、前記吸熱用車室内熱交
換器の冷却空気状態、前記放熱用車室内熱交換器の吹出
空気状態の少なくとも一つが所定の状態に達すると前記
ウォームアップモードを終了する手段とを備える。

【００１７】

【作用】第１の発明では、目標運転周波数予測手段と目
標吸込空気温度予測手段で、安定して暖房運転を行なう
ための目標運転周波数と吸熱用車室内熱交換器の目標吸
込空気温度を予測し、目標運転周波数と目標吸込空気温
度は送風手段の設定に応じて補正される。そして、暖房
運転開始時に、補正された目標運転周波数と目標吸込空
気温度の少なくとも一つに基づく所定の条件が満足され
ていればウォームアップモードで暖房運転を開始し、吸
熱用車室内熱交換器の吸込空気状態、吸熱用車室内熱交
換器の冷却空気状態、放熱用車室内熱交換器の吹出空気
状態の少なくとも一つが所定の状態に達したと判断され
る時にウォームアップモードを終了する。

【００１８】第２項の発明では、目標運転周波数と目標
吸込空気温度が、暖房運転時のエアコンサイクルの特性
に基づいて、放熱用車室内熱交換器の吹出空気温度が目
標吹出温、吸熱用車室内熱交換器の冷却温度が目標冷却
温度となる状態でエアコンサイクルが暖房運転すること
を条件として設定される。

【００１９】第３項の発明では、暖房運転開始が検出さ
れた時に、補正された目標運転周波数が予め設定された
周波数よりも大きい、補正された目標吸込空気温度が予
め設定された温度よりも高い、補正された目標吸込空気
温度が車室内の暖房負荷に応じて設定された温度よりも
高いという条件の中で、少なくとも一つの条件が満足さ
れていればウォームアップモードで暖房運転を開始す
る。

【００２０】第４項の発明では、吸熱用車室内熱交換器
の吸込空気温度が目標吸込空気温度に基づく温度よりも
高くなった場合に、前記吸熱用車室内熱交換器の吸込空
気状態が所定の状態に達したと判断してウォームアップ
モードを終了する。

【００２１】第５項の発明では、コンプレッサの運転周
波数の変化量と吸熱用車室内熱交換器の吸込空気温度の
変化量から、放熱用車室内熱交換器の吹出空気温度の変
化量と吸熱用車室内熱交換器の冷却空気温度の変化量を
推定し、ウォームアップ運転中のコンプレッサの運転周
波数を目標運転周波数に基づく周波数まで下げた時の放
熱用車室内熱交換器の吹出空気温度の変化量および吸熱
用車室内熱交換器の冷却空気温度の変化量を推定し、吸
熱用車室内熱交換器の冷却空気状態と放熱用車室内熱交
換器の吹出空気状態の少なくとも一つが所定の状態に達
するか否かを判断してウォームアップモードを終了す
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００２３】図１は、本発明の車両用ヒートポンプ式冷
暖房装置の一実施の形態を示した図である。

【００２４】図１において、コンプレッサ３１は、エン
ジンルームのような車室外に設けられ、電動式コンプレ
ッサや油圧駆動式コンプレッサのように、入力値が直接
可変可能になっている。このコンプレッサ３１の吐出側
には、車室外熱交換器３８と放熱用車室内熱交換器３３
とコンプレッサ３１の吸入側が流路切換手段としての四
方弁７３及び逆止弁７０、７１を介して接続されてい
る。車室外熱交換器３８は車室外に設けられ、コンプレ
ッサ３１から吐出される冷媒の熱を外気に放熱する車室
外コンデンサになっている。放熱用車室内熱交換器３３
は、インストルメントパネルの裏側のような車室内前部
に配置された装置本体としてのダクト３９内に設けら
れ、コンプレッサ３１から吐出される冷媒の熱を送風手
段としてのブロワファン３７によって導入された空気に
放熱する放熱タイプの車室内コンデンサになっている。
四方弁７３は、暖房設定時には、実線で示すような流路
切り換え状態となり、コンプレッサ３１の吐出側を逆止
弁７１を介して放熱用車室内熱交換器３３の冷媒流入側
に接続する一方、冷房設定時には、点線で示すような流
路切り換え状態となり、コンプレッサ３１の吐出側を車
室外熱交換器３８及び逆止弁７０を介して放熱用車室内
熱交換器３３の冷媒流入側に接続している。逆止弁７０
は、車室外熱交換器３８側から放熱用車室内熱交換器３
３側への冷媒の流れを許容し、放熱用車室内熱交換器３
３側から車室外熱交換器３８への冷媒の流れを阻止する
ようになっている。逆止弁７１は、四方弁７３側から放
熱用車室内熱交換器３３側への冷媒の流れを許容し、放
熱用車室内熱交換器３３側から四方弁７３への冷媒の流
れを阻止するようになっている。放熱用車室内熱交換器
３３の冷媒流出側には、ダクト３９内の上流側に設けら
れた吸熱用車室内熱交換器３５の冷媒流入側が、液タン
ク３６及び膨張手段として液体冷媒を断熱膨張して霧状
にする膨張弁３４を介して接続されている。吸熱用車室
内熱交換器３５は、ブロワファン３７によって導入され
た空気の熱を、車室外熱交換器３８および放熱用車室内
熱交換器３３の少なくとも一方から膨張弁３４を通して
供給された冷媒に吸熱して冷風を作る吸熱タイプのエバ
ポレータになっている。吸熱用車室内熱交換器３５の冷
媒流出側は、コンプレッサ３１の冷媒吸入側に接続され
ている。

【００２５】ダクト３９の吸熱用車室内熱交換器３５よ
りも上流側には、車室内空気を導入する内気導入口４０
と、走行風圧を受けて外気を導入する外気導入口４１と
が設けられている。この内気導入口４０と外気導入口４
１とが分岐する部分には、内気導入口４０と外気導入口
４１とを任意の比率で開閉するインテークドア４２が設
けられている。内気導入口４０と外気導入口４１との空
気導入側（空気流の下流側）と吸熱用車室内熱交換器３
５との間には、前記ブロアファン３７が配置され、制御
装置４３で駆動されるブロアファンモータ４４で回転駆
動されるようになっている。

【００２６】放熱用車室内熱交換器３３の上流側には、
エアミックスドア４６が設けられている。このエアミッ
クスドア４６は、制御装置４３で駆動されるエアミック
スドアアクチュエータ（図示せず）により、吸熱用車室
内熱交換器３５を通過して冷えている空気が放熱用車室
内熱交換器３３を迂回して冷えたままの冷風と、吸熱用
車室内熱交換器３５を通過して冷えている空気が放熱用
車室内熱交換器３３を通過して暖められた温風との割合
（冷風と温風との風量配分）を調節するように開閉す
る。エアミックスドア４６の開度たるエアミックスドア
開度Ｘdsc は、エアミックスドア４６が一点鎖線で示す
位置となり、冷風と温風との風量配分が冷風１００％と
なるときを、エアミックスドア開度Ｘdsc ＝０％（全
閉、ＦｕｌｌＣＯＯＬ）と設定し、エアミックスドア４
６が二点鎖線で示す位置となり、冷風と温風との風量配
分が温風１００％となるときを、エアミックスドア開度
Ｘdsc ＝１００％（全開、Ｆｕｌｌ ＨＯＴ）と設定し
てある。

【００２７】ダクト３９の放熱用車室内熱交換器３３よ
りも下流側には、上記冷風と温風との混合を良くするこ
とにより、温度調節された空調風を作る部屋としてのエ
アミックスチャンバ４７が設けられている。エアミック
スチャンバ４７には、対象乗員の上半身（図示せず）に
向けて空調風を吹き出すベンチレータ吹出口５１と、対
象乗員の足元（図示せず）に向けて空調風を吹き出すフ
ット吹出口５２と、フロントウインドガラス（図示せ
ず）に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口５３と
が連設されている。エアミックスチャンバ４７内には、
ベンチレータドア５５とフットドア５６とデフロスタド
ア５７とが設けられている。ベンチレータドア５５は、
制御装置４３で駆動されるベンチレータドアアクチュエ
ータ（図示せず）により、ベンチレータ吹出口５１を開
閉する。フットドア５６は、制御装置４３で駆動される
フットドアアクチュエータ（図示せず）により、フット
吹出口５２を開閉する。デフロスタドア５７は、制御装
置４３で駆動されるデフロスタドアアクチュエータ（図
示せず）により、デフロスタ吹出口５３を開閉する。

【００２８】制御装置４３は、吸熱用車室内熱交換器吸
込風温センサ５８と吸熱用車室内熱交換器吹出風温セン
サ５９とベンチレータ吹出口風温センサ６０と日射量セ
ンサ６１と外気温センサ６２と室温センサ６３と室温設
定器６４と吹出口モードスイッチ６５とブロアファンス
イッチ６６と放熱用車室内熱交換器吹出風温センサ６８
と吸熱用車室内熱交換器入口冷媒温度センサ６７などの
熱環境情報入力手段からの吸熱用車室内熱交換器３５の
吸い込み空気温度Ｔsuc と吸熱用車室内熱交換器３５の
吹き出し空気温度Ｔout と放熱用車室内熱交換器３３の
吹き出し空気温度Ｔv とベンチレータ吹出口５１の吹き
出し空気温度Ｔventと車両の日射量Ｑsun と車室外の外
気温度Ｔamb と車室内の検出温度（車室内温度）Ｔroom
と車室内の設定温度Ｔptc などの熱環境情報により、エ
アミックスドア開度Ｘdsc とコンプレッサ３１の入力値
Ｗcompと吸熱用車室内熱交換器３５を通過する通過風量
Ｖeva と目標空調風温度Ｔofなどの目標冷暖房条件を演
算し、車室内の冷暖房条件が上記演算された目標冷暖房
条件を維持するように、コンプレッサ３１とブロアファ
ンモータ４４とエアミックスドアアクチュエータとベン
チレータドアアクチュエータとフットドアアクチュエー
タとデフロスタドアアクチュエータなどを駆動する。

【００２９】本実施の形態のエアコンサイクルは、暖房
運転時に車室外熱交換器３８を使用しないので、運転周
波数、吸熱用車室内熱交換器３５の吸込空気温度Ｔsuc
、吸熱用車室内熱交換器３５の冷却空気温度Ｔout 、
放熱用車室内熱交換器３３の吹出空気温度Ｔv の間に、
車室内熱交換器３３、３５やコンプレッサ３１の性能か
ら決まるエアコンサイクルに固有な特性が得られる。ま
た、暖房運転時の吸熱用車室内熱交換器３５の冷却空気
温度Ｔout に対しては、窓曇り防止のための温度（Ｔfi
ne）と、放熱用車室内熱交換器３３を冷却する吸熱用車
室内熱交換器冷却空気の温度上昇を抑制して安定した暖
房運転を行なうための温度とから、目標冷却温度（Ｔof
out ）を設定する必要がある。

【００３０】図７は、ブロワ電圧と吸熱用車室内熱交換
器３５の吸込空気温度Ｔsuc を固定し、コンプレッサ３
１の運転周波数を変化させて暖房安定運転を行なった時
の放熱用車室内熱交換器３３の吹出空気温度Ｔv と吸熱
用車室内熱交換器３５の冷却空気温度Ｔout の変化を示
している。

【００３１】ここで、図７の結果において、上述した吸
熱用車室内熱交換器３５の目標冷却温度を考慮すると、
例えば、吸熱用車室内熱交換器３５の吸込空気温度Ｔsu
c が２０℃の時に吸熱用車室内熱交換器３５の冷却空気
温度Ｔout の目標温度がＴout.２０ならば、運転周波数
Ｈｚ．２０、放熱用車室内熱交換器３５の吹出空気温度
Ｔv.２０の状態で運転すれば安定した暖房運転が行なえ
ることがわかる。

【００３２】このようにして吸熱用車室内熱交換器３５
の目標冷却空気温度が与えられた時に安定して暖房運転
するための運転周波数と放熱用車室内熱交換器３３の吹
出空気温度Ｔv の関係を抜き出すと図８のようになり、
これから目標吹出温に対する目標周波数（Ｈｚof）を求
めることができる。なお、図８の結果はブロワ電圧に依
存し、ブロワ電圧が異なると図８の結果も異なる。

【００３３】同様に、吸熱用車室内熱交換器３５の目標
冷却空気温度が与えられた時に安定して暖房運転するた
めの吸熱用車室内熱交換器３５の吸込空気温度Ｔsuc と
放熱用車室内熱交換器３３の吹出空気温度Ｔv の関係を
抜き出すと図９のようになり、これから目標吹出温に対
する吸熱用車室内熱交換器３５の目標吸込空気温度（Ｔ
ofsuc ）を求めることができる。なお、図９の結果もブ
ロワ電圧に依存し、ブロワ電圧が異なると図９の結果も
異なる。

【００３４】図１０は、ブロワ電圧と運転周波数を固定
し、吸熱用車室内熱交換器３５の吸込空気温度Ｔsuc を
変化させて暖房安定運転を行なった時の放熱用車室内熱
交換器３３の吹出空気温度Ｔv と吸熱用車室内熱交換器
３５の冷却空気温度Ｔout の変化を示している。図７お
よび図１０の結果から、Ｔv の変化量ΔＴv とＴoutの
変化量ΔＴout が、運転周波数Ｈｚの変化量ΔＨｚとＴ
suc の変化量ΔＴsucを用いて、次式で表されることが
わかる。

【００３５】

【数１】

【００３６】本実施の形態では、以上のような暖房安定
運転時の特性を利用して、ウォームアップ運転を行なう
か否かの判定やウォームアップ運転を終了するか否かの
判定を行なう。

【００３７】図２は本実施の形態の全体の制御を示すフ
ローチャートである。

【００３８】図２において、ステップＳ２０１でエアコ
ン運転を開始すると、ステップＳ２０２で各アクチュエ
ータを初期設定する。

【００３９】ステップＳ２０３では、ブロワスイッチが
ＯＮであるか否かを検出し、ＯＮの場合はステップＳ２
０６以降に進み、ＯＦＦの場合はステップＳ２０４に進
む。

【００４０】ステップＳ２０４では、エアコン停止モー
ドの制御として、コンプレッサ３１やブロワ３７がＯＮ
の場合には、これらを停止する制御を行ない、ステップ
Ｓ２０５に進んで、エアコンを停止状態にする。

【００４１】ステップＳ２０６では、温度センサや日射
センサや各アクチュエータの出力を検出する。

【００４２】ステップＳ２０７では、ステップＳ２０６
で検出した出力値から、目標吹出温（Ｔof）を演算す
る。

【００４３】ステップＳ２０８では、吹出モードを選択
する。本実施の形態では、乗員がプッシュボタンで選択
した吹出モードにする。

【００４４】ステップＳ２０９では、コンプレッサスイ
ッチがＯＮされているか否かを検出し、ＯＮの場合には
ステップＳ２１０に進み、ＯＦＦの場合にはステップＳ
２１３に進む。

【００４５】ステップＳ２１０では、目標吹出温（Ｔo
f）と吸熱用車室内熱交換器３５の吸込空気温度Ｔsuc
の温度差から運転モードの選択を行ない、冷房モードが
選択された場合にはステップＳ２１１に進んで冷房モー
ドの制御を行なった後にステップＳ２０３に戻り、暖房
モードが選択された場合にはステップＳ２１２に進んで
暖房モードの制御を行なった後にステップＳ２０３に戻
り、送風モードが選択された場合にはステップＳ２１３
に進む。

【００４６】ステップＳ２１３では、冷房運転や暖房運
転を行なっている途中でコンプレッサスイッチがＯＦＦ
となった場合には、コンプレッサ停止モードの制御を行
なってコンプレッサを停止させる。

【００４７】ステップＳ２１４では、送風モードの制御
を行ない、ステップＳ２０３に戻る。

【００４８】図３〜５は、図２のステップＳ２１２の暖
房モードの制御を示すフローチャートである。

【００４９】図３において、ステップＳ３０１で暖房モ
ードの制御を開始すると、ステップＳ３０２でブロワ設
定がＡＵＴＯか否かを検出し、ブロワがＡＵＴＯの設定
の場合には、ステップＳ３０３に進み、ＡＵＴＯ以外の
マニュアル設定の場合にはステップＳ３０４に進む。

【００５０】ステップＳ３０３では、目標吹出温度Ｔof
に応じて、暖房安定運転を行なう場合のブロワ電圧Ｖfa
n.s を算出する。

【００５１】ステップＳ３０４では、１〜４速のブロワ
設定に応じて、暖房安定運転を行なう場合のブロワ電圧
Ｖfan.s を選択する。

【００５２】本実施の形態では、予めＶfan １とＶfan
２の異なる基準ブロワ電圧に対して、図７〜９の説明で
詳述した方法で、目標吹出温Ｔofと目標運転周波数Ｈｚ
of、目標吹出温Ｔofと吸熱用車室内熱交換器３５の目標
吸込空気温Ｔofsuc の関係を求めておく。

【００５３】ステップＳ３０５では、ブロワ電圧がＶfa
n １である場合に吹出温を目標吹出温Ｔofとするための
目標運転周波数Ｈｚof１を演算する。

【００５４】ステップＳ３０６では、ブロワ電圧がＶfa
n ２である場合に吹出温を目標吹出温Ｔofとするための
目標運転周波数Ｈｚof２を演算する。

【００５５】ステップＳ３０７では、ステップＳ３０５
とＳ３０６の結果を用いて、ブロワ電圧がステップＳ３
０３またはＳ３０４で得られたＶfan.s である場合の目
標運転周波数Ｈｚofを演算する。なお、ここで算出され
たＨｚofは暖房安定運転を行なう場合の目標運転周波数
である。

【００５６】ステップＳ３１１では、ブロア電圧がＶfa
n １である場合に吹出温を目標吹出温Ｔofとするための
目標吸込空気温度Ｔofsuc １を演算する。

【００５７】ステップＳ３１２では、ブロア電圧がＶfa
n ２である場合に吹出温を目標吹出温Ｔofとするための
目標吸込空気温度Ｔofsuc ２を演算する。

【００５８】ステップＳ３１３では、ステップＳ３１１
とＳ３１２の結果を用いて、ブロワ電圧がステップＳ３
０３またはＳ３０４で得られたＶfan.s である場合の目
標吸込空気温度Ｔofsuc を演算する。

【００５９】図４において、ステップＳ３１４では、ブ
ロワスイッチがＯＮ直後か否かを判断し、ＯＮ直後の場
合には、ステップＳ３０８に進み、そうでない場合には
ステップＳ３１５に進む。

【００６０】ステップＳ３１５では、コンプレッサスイ
ッチがＯＮ直後か否かを判断し、ＯＮ直後の場合には、
ステップＳ３０８に進み、そうでない場合にはステップ
Ｓ３１６に進む。

【００６１】ステップＳ３０８では、ブロワ設定が１速
であるか否かを検出する。乗員がマニュアル設定でブロ
ワ１速を選択する時は、「極力低い周波数で運転を行な
って車室内の騒音や振動のレベルを下げたい」と希望し
ていることが多いので、ステップＳ３０９に進んで目標
吹出温Ｔofに応じた補正係数ｋを演算し、ステップＳ３
１０において、ステップＳ３０５〜Ｓ３０７で算出され
た目標運転周波数Ｈｚofを補正する。ここで、補正係数
ｋは、目標吹出温Ｔofが小さく、暖房負荷が大きくない
と判断される場合には、それに応じてＨｚofが小さくな
るように設定する。

【００６２】なお、本実施の形態ではブロワが１速に設
定された場合のみ目標運転周波数Ｈｚofの補正を行なっ
たが、１〜４速の各ブロワ設定に対してＨｚofの補正を
行なってもよい。

【００６３】図５において、ステップＳ３１８は、エア
コン停止状態から暖房モードで運転を開始する場合か、
送風モードから暖房モードに移行した場合に実施され、
ウォームアップ運転で暖房運転を開始するか否かを判定
する。ここでは、暖房安定運転を行なう場合の目標運転
周波数Ｈｚofが予め設定された周波数Ｈｚ１以上か否か
を判定し、Ｈｚof≧Ｈｚ１の場合には、ウォームアップ
運転を開始するためにステップＳ３２０に進み、Ｈｚof
＜Ｈｚ１の場合には、ステップＳ３１９に進む。なお、
本実施の形態では、目標運転周波数Ｈｚofが設定周波数
以上か否かでウォームアップ運転を選択するか否かを判
断したが、目標吸込空気温度Ｔofsuc が予め設定された
温度よりも高い、目標吸込空気温度Ｔofsuc が室温や吸
熱用車室内熱交換器３５の吸込空気温度等の車室内の暖
房負荷に関する温度を使って表される温度よりも高いと
いった条件が満足される場合に、ウォームアップ運転を
選択するようにしてもよい。

【００６４】ステップＳ３１９では、運転開始直前のコ
ンプレッサの状態を表す物理量として、コンプレッサ吐
出冷媒温度Ｔd を用い、Ｔd ≦Ｔof−αならば、コンプ
レッサを速く昇温させる必要があると判断して、ウォー
ムアップ運転を開始するためにステップＳ３２０に進
み、Ｔd ＞Ｔof−αならば、コンプレッサが暖まった状
態にあると判断して、暖房安定運転を開始するためにス
テップＳ３２１に進む。

【００６５】ステップＳ３２０では、目標ＣＯＭＰ Ｈ
ｚとして、ウォームアップ開始時のコンプレッサ周波数
を演算する。本実施の形態では、目標運転周波数Ｈｚof
に上乗せ分の周波数ΔＨｚ．upを加えた周波数と、コン
プレッサの最大運転周波数ＭＡＸ Ｈｚの小さい方を選
択する。

【００６６】ステップＳ３１６では、ウォームアップ運
転中か否かを判断し、ウォームアップ運転中の場合には
ステップＳ３１７に進み、暖房安定運転中の場合には、
ステップＳ３２１に進む。

【００６７】ステップＳ３１７では、ウォームアップ運
転を終了するか否かを判断する。ウォームアップ運転時
は、暖房安定時の目標周波数Ｈｚofよりも高いコンプレ
ッサ周波数で運転し、吹出温度は目標吹出温Ｔofよりも
高い。こうした状態からコンプレッサの周波数を下げて
暖房安定運転に移行した場合に、エアコンサイクルから
見て暖房運転に適した運転状態が維持できるか否かを判
定基準とする必要がある。本実施の形態では、吸熱用車
室内熱交換器３５の吸込空気温度Ｔsuc がステップＳ３
１３で演算された目標吸込空気温度Ｔofsuc に達したか
否かを判定条件とし、Ｔsuc ＞Ｔofsuc の場合には、ウ
ォームアップ運転を終了してステップＳ３２１に進んで
暖房安定運転時の制御を開始し、Ｔsuc ≦Ｔofsuc の場
合には、ステップＳ３２６に進んでウォームアップ運転
を続ける。このように吸熱用車室内熱交換器３５の吸込
空気温度を判定条件とすることで、車室内に吹き出され
た高温の温調風がそのままブロワに吸い込まれ、サイク
ルとしては厳しい状態で運転しているにもかかわらず、
車室内温度の上昇が鈍い場合にも、適切な状態でウォー
ムアップ運転を終了することができる。

【００６８】ステップＳ３２１では、暖房安定運転であ
ることを記憶する。

【００６９】ステップＳ３２２では、目標ＣＯＭＰ Ｈ
ｚとして、ステップＳ３０５〜Ｓ３１０で演算した目標
運転周波数Ｈｚofを設定する。

【００７０】ステップＳ３２３では、ブロワ電圧とし
て、ステップＳ３０２〜Ｓ３０４で演算したブロワ電圧
Ｖfan.s を設定する。

【００７１】ステップＳ３２４では、ミックスドア開度
を１００％（Ｆｕｌｌ ＨＯＴ）に設定する。

【００７２】ステップＳ３２５では、吸熱用車室内熱交
換器３５の吸込空気温度Ｔsuc がステップＳ３１１〜Ｓ
３１３で演算した目標吸込空気温度Ｔofsuc となるよう
に開閉制御する。

【００７３】ステップＳ３２６では、ウォームアップ運
転であることを記憶する。

【００７４】ステップＳ３２７では、コンプレッサ吐出
冷媒温度Ｔd に応じて、ブロワ電圧を設定する。

【００７５】ステップＳ３２８では、ミックスドア開度
を１００％（Ｆｕｌｌ ＨＯＴ）に設定する。

【００７６】ステップＳ３２９では、インテークドアを
０％（Ｆｕｌｌ ＲＥＣ）に設定する。

【００７７】図６は、Ｔv の変化量ΔＴv とＴout の変
化量ΔＴout が、運転周波数Ｈｚの変化量ΔＨｚとＴsu
c の変化量ΔＴsuc を用いた式で表されることを利用し
て、ウォームアップ運転を終了するか否かの判定を行な
う場合の制御を示すフローチャートであるが、ステップ
Ｓ３１７以外は図５の制御を示すフローチャートと同様
であるので、異なる部分のみ説明する。

【００７８】図６において、ウォームアップ運転中であ
ると判定された場合に、ステップＳ６０１に進む。

【００７９】ステップＳ６０１では、実際のコンプレッ
サ周波数と目標運転周波数Ｈｚofの差ΔＨｚを計算す
る。

【００８０】ステップＳ６０２では、ΔＴsuc ＝０とし
て、コンプレッサ周波数をΔＨｚ低下させた時に、放熱
用車室内熱交換器３３の吹出温度の変化量ΔＴv と、吸
熱用車室内熱交換器３５の冷却温度の変化量ΔＴout が
どれだけ変化するかを計算する。

【００８１】ステップＳ６０３では、現時点の放熱用車
室内熱交換器３３の吹出温度とステップＳ６０２で求め
たΔＴv とから、コンプレッサ周波数を下げた時の放熱
用車室内熱交換器３２の吹出温度Ｔv.s を予測する。

【００８２】ステップＳ６０４では、現時点の吸熱用車
室内熱交換器３５の冷却温度とステップＳ６０２で求め
たΔＴout とから、コンプレッサ周波数を下げた時の吸
熱用車室内熱交換器３５の冷却温度Ｔout.s を予測す
る。

【００８３】ステップＳ６０５では、ステップＳ６０３
で得られたＴv.s が目標吹出温Ｔofよりも高く、かつ、
ステップＳ６０４で得られたＴout.s が予め設定された
冷却温度Ｔout.１よりも高い場合には、ウォームアップ
運転を終了して暖房安定運転を開始し、それ以外の場合
には、ステップＳ６０６に進む。ここで、Ｔout.１は吸
熱用車室内熱交換器３５が凍結しないように設定された
温度である。

【００８４】ステップＳ６０６では、ステップＳ６０４
で得られたＴout.s が予め設定された冷却温度Ｔout.２
よりも高い場合には、ウォームアップ運転を終了して暖
房安定運転を開始し、それ以外の場合には、ウォームア
ップ運転を続ける。ここで、Ｔout.２はサイクルが圧力
上昇を招くことなく安定して暖房運転するために設定さ
れた冷却温度で、Ｔout.２＞Ｔout.１である。

【００８５】以上のように、本実施の形態は、コンプレ
ッサ周波数を下げて暖房安定運転に移行した場合のサイ
クルの作動状態を予測し、サイクルに適した状態で暖房
安定運転が行なえると判断される時にウォームアップ運
転を終了することで、ウォームアップ運転時間を必要最
小限に抑えることができる。

【００８６】本発明の実験結果の一例を図１１と図１２
に示す。

【００８７】図１１は外気温１０℃、日射なしの環境条
件で、室内設定温度を２５℃とした時の乗員の温冷感と
快適感の時間変化を示している。温冷感が「丁度いい」
に達してから数分後にウォームアップ運転が終了し、サ
イクルだけでなく乗員にとっても最適な状態でウォーム
アップ運転が終了していることがわかる。

【００８８】同様に、図１２は外気温０℃、日射なしの
環境条件で、室内設定温度を２５℃とした時の乗員の温
冷感と快適感の時間変化を示している。この場合も、温
冷感が「丁度いい」に達してから数分後にウォームアッ
プ運転が終了し、サイクルだけでなく乗員にとっても最
適な状態でウォームアップ運転が終了していることがわ
かる。

【００８９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の車両
用ヒートポンプ式冷暖房装置によれば、暖房運転開始時
に、きめ細かにウォームアップ運転の開始を判断でき、
最適な状態でウォームアップ運転を終了することができ
る。

【００９０】また、暖房安定運転時の特性を利用して、
サイクルの応答性を高め、コンプレッサの運転周波数を
任意で制御可能なシステムによりオーバーシュートやハ
ンチング等を防止できる。

【００９１】また、無駄に高い周波数で暖房運転を開始
することが無くなり、運転周波数を下げた時にサイクル
の作動状態が所定の暖房運転状態を維持できるか否かを
確実に判断できる。

【００９２】さらに、高い運転周波数で暖房運転を行な
うウォームアップ運転時間を必要最小限に抑えることが
でき、省エネ性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において、車両用ヒートポンプ式冷暖房
装置を示す概略図である。

【図２】本発明において、全体のエアコン制御状態を示
すフローチャートである。

【図３】本発明において、暖房モード時の制御状態を示
すフローチャートである。

【図４】本発明において、暖房モード時の制御状態を示
すフローチャートである。

【図５】本発明において、暖房モード時の制御状態を示
すフローチャートである。

【図６】本発明において、ウォームアップ運転を終了す
るか否かの判定を行なう場合の制御を示すフローチャー
トである。

【図７】本発明において、運転周波数に対する暖房運転
時の特性を示すグラフである。

【図８】本発明において、吹出温に対する目標運転周波
数の変化を示すグラフである。

【図９】本発明において、吹出温に対する目標吸込空気
温度の変化を示すグラフである。

【図１０】本発明において、吸込温度に対する暖房運転
時の特性を示すグラフである。

【図１１】本発明において、一定環境条件下における乗
員の温冷感と快適感の時間変化の実験結果を示したグラ
フである。

【図１２】本発明において、一定環境条件下における乗
員の温冷感と快適感の時間変化の実験結果を示したグラ
フである。

【図１３】従来の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置を示
す図である。

【図１４】従来装置において、冷媒流れを切り換える手
段として四方弁を用いた場合のサイクルを示した図であ
る。

【符号の説明】

３１ コンプレッサ ３３ 放熱用車室内熱交換器 ３４ 膨張弁 ３５ 吸熱用車室内熱交換器 ３６ 液タンク ３７ ブロワファン ３８ 車室外熱交換器 ３９ ダクト ４０ 内気導入口 ４１ 外気導入口 ４２ インテークドア ４３ 制御装置 ４４ ブロアファンモータ ４６ エアミックスドア ４７ エアミックスチャンバ ５１ ベンチレータ吹出口 ５２ フット吹出口 ５３ デフロスタ吹出口 ５５ ベンチレータドア ５６ フットドア ５７ デフロスタドア ５８ 吸熱用車室内熱交換器吸込風温センサ ５９ 吸熱用車室内熱交換器吹出風温センサ ６０ ベンチレータ吹出口風温センサ ６１ 日射量センサ ６２ 外気温センサ ６３ 室温センサ ６４ 室温設定器 ６５ 吹出口モードスイッチ ６６ ブロワファンスイッチ ６７ 放熱用車室内熱交換器出口冷媒温センサ ６８ 吸熱用車室内熱交換器入口冷媒温センサ ７０ 逆止弁 ７１ 逆止弁 ７３ 四方弁

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒に仕事量を加えるコンプレッサと、 冷媒と外気とで熱交換する車室外熱交換器と、 冷媒の熱を送風手段によって導入された空気に放熱して
   温風を作る放熱用車室内熱交換器と、 冷媒を断熱膨張させる膨張手段と、 前記送風手段によって導入された空気の熱を冷媒に吸熱
   して冷風を作る吸熱用車室内熱交換器と、 冷房設定時には前記コンプレッサが前記吸熱用車室内熱
   交換器から冷媒を吸入して前記車室外熱交換器に吐出
   し、暖房設定時には前記コンプレッサが少なくとも前記
   吸熱用車室内熱交換器から冷媒を吸入して前記放熱用車
   室内熱交換器に吐出するように冷媒流れを切り換える冷
   媒流路切換手段と、を備えた車両用ヒートポンプ式冷暖
   房装置において、 暖房運転開始を検出する暖房運転開始検出手段と、 車両の熱負荷から目標吹出温を演算する手段と、 暖房運転時における前記吸熱用車室内熱交換器の目標冷
   却温度を演算する手段と、 前記コンプレッサの目標運転周波数を予測する目標運転
   周波数予測手段と、 前記送風手段の設定に応じて前記目標運転周波数を補正
   する手段と、 前記吸熱用車室内熱交換器の目標吸込空気温度を予測す
   る目標吸込空気温度予測手段と、 前記送風手段の設定に応じて前記目標吸込空気温度を補
   正する手段と、 前記目標運転周波数よりも高い周波数で暖房運転を行な
   うウォームアップモードと、 前記暖房運転開始検出手段によって暖房運転開始が検出
   された時に、補正された目標運転周波数と目標吸込空気
   温度の少なくとも一つに基づく所定の条件が満足されて
   いれば前記ウォームアップモードを選択する手段と、 暖房運転開始時に前記ウォームアップモードが選択され
   た場合に、前記吸熱用車室内熱交換器の吸込空気状態、
   前記吸熱用車室内熱交換器の冷却空気状態、前記放熱用
   車室内熱交換器の吹出空気状態の少なくとも一つが所定
   の状態に達すると前記ウォームアップモードを終了する
   手段と、を備えることを特徴とする車両用ヒートポンプ
   式冷暖房装置。
2. 【請求項２】 前記車両用ヒートポンプ式冷暖房装置に
   おいて、 前記目標運転周波数予測手段と前記目標吸込空気温度予
   測手段は、暖房運転時のエアコンサイクルの特性に基づ
   いて、前記吸熱用車室内熱交換器の冷却温度が前記目標
   冷却温度、前記放熱用車室内熱交換器の吹出温度が前記
   目標吹出温度となる状態でエアコンサイクルが暖房運転
   を行なうことを条件として、目標運転周波数と前記吸熱
   用車室内熱交換器の目標吸込空気温度を予測することを
   特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプ式冷暖
   房装置。
3. 【請求項３】 前記車両用ヒートポンプ式冷暖房装置に
   おいて、 前記ウォームアップモードを選択する手段は、暖房運転
   開始が検出された時に、補正された前記目標運転周波数
   が予め設定された周波数よりも大きい、補正された前記
   目標吸込空気温度が予め設定された温度よりも高い、補
   正された前記目標吸込空気温度が車室内の暖房負荷に応
   じて設定された温度よりも高いという条件の中で、少な
   くとも一つの条件が満足されていれば前記ウォームアッ
   プモードを選択することを特徴とする請求項１に記載の
   車両用ヒートポンプ式冷暖房装置。
4. 【請求項４】 前記車両用ヒートポンプ式冷暖房装置に
   おいて、 前記吸熱用車室内熱交換器の吸込空気温度が前記目標吸
   込空気温度に基づく温度よりも高くなった場合に、前記
   吸熱用車室内熱交換器の吸込空気状態が所定の状態に達
   したと判断して前記ウォームアップモードを終了するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプ式
   冷暖房装置。
5. 【請求項５】 前記車両用ヒートポンプ式冷暖房装置に
   おいて、 前記コンプレッサの運転周波数の変化量と前記吸熱用車
   室内熱交換器の吸込空気温度の変化量から、前記放熱用
   車室内熱交換器の吹出空気温度の変化量と前記吸熱用車
   室内熱交換器の冷却空気温度の変化量を推定する手段を
   備え、 前記ウォームアップ運転中の前記コンプレッサの運転周
   波数を前記目標運転周波数に基づく周波数まで下げた時
   の前記放熱用車室内熱交換器の吹出空気温度の変化量と
   前記吸熱用車室内熱交換器の冷却空気温度の変化量を推
   定することで、前記吸熱用車室内熱交換器の冷却空気状
   態と前記放熱用車室内熱交換器の吹出空気状態の少なく
   とも一つが所定の状態に達するか否かを判断して前記ウ
   ォームアップモードを終了することを特徴とする請求項
   １に記載の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置。