JP3292716B2 - 車両用空調装置 - 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、車両用空調装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用空調装置では、エンジン冷
却水を車内側の空調ユニット内に配設したヒータコアに
供給することにより、車内を暖房できるようにしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
高効率ディーゼルエンジン等では、エンジン自体の温度
上昇を抑える構成となっているため、エンジン冷却水の
温度上昇もそれ程望めない。このため、前記ヒータコア
では、特にエンジン始動直後に車内を迅速に暖房するこ
とができず、早期に快適な空調状態を得ることが困難で
ある。

【０００４】そこで、本発明は、高効率ディーゼルエン
ジン等を搭載した車両であっても、車内を迅速に暖房す
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、空調ユニット内に、エンジン
の冷却水が流動するヒータコアを備えた車両用空調装置
において、前記エンジンの冷却水温度を検出する水温検
出手段と、前記エンジンからの動力をコンプレッサに伝
達又は遮断するクラッチと、前記コンプレッサ、該コン
プレッサから吐出された熱交換媒体を減圧する第１減圧
手段、該第１減圧手段で減圧された熱交換媒体流量を調
整する流量調整手段、該流量調整手段を通過した熱交換
媒体と周囲の空気とで熱交換する車内側熱交換器を環状
に接続し、前記第１減圧手段、流量調整手段及び車内側
熱交換器に第２減圧手段を並列接続してなる熱交換媒体
回路と、前記コンプレッサから吐出される熱交換媒体の
圧力を検出する吐出圧力検出手段、前記コンプレッサに
吸入される熱交換媒体の圧力を検出する吸入圧力検出手
段、又は、前記コンプレッサから吐出される熱交換媒体
の温度を検出する吐出温度検出手段のうち、少なくとも
いずれか１つと、前記水温検出手段で検出されるエンジ
ンの冷却水温度に基づいて、前記ヒータコアのみでは暖
房が不十分であると判断すれば、前記クラッチを接続し
てコンプレッサを駆動させると共に、前記いずれかの検
出手段からの検出信号に基づいて、前記流量調整手段に
よりエンジンの冷却水温度の違いに応じて流量を調整す
る一方、十分であると判断すれば、前記クラッチを遮断
し、前記流量調整手段による流量調整を行っているにも
拘わらず、コンプレッサの作動条件を満足せずにクラッ
チが遮断される場合、前記流量調整手段の開度を上方修
正する制御手段とを備えたものである。

【０００６】この構成により、水温検出手段での検出温
度が低く、ヒータコアのみでは暖房が不十分である場
合、クラッチを接続してコンプレッサを駆動する。これ
により、コンプレッサから吐出された熱交換媒体は、第
１減圧手段で減圧された後、流量調整手段を介して所定
流量で車内側熱交換器に流入する。したがって、車内側
熱交換器にはそれ程大きな耐圧強度は必要とされない。
また、流量調整手段により熱交換媒体の流量を調整する
ので、クラッチが遮断されて熱交換器による加熱が中断
しにくく、安定した状態でヒータコアによる加熱を補助
可能となる。また、クラッチが遮断されて熱交換器によ
る加熱が中断されても、流量調整手段の開度を上方修正
するので、車内側熱交換器への熱交換媒体の流入量が増
大して外部を通過する空気に放熱することにより、早期
にコンプレッサが駆動可能な条件に復帰する。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】また、車内から手動操作可能にコンプレッ
サの駆動要求信号の入力手段を設け、前記制御手段によ
り、前記入力手段からの駆動要求信号が入力され、か
つ、前記水温検出手段で検出されるエンジン冷却水温度
に基づいてヒータコアのみでは暖房が不十分であると判
断された場合、前記クラッチを接続してコンプレッサを
駆動させるようにしてもよい。

【００１２】この構成により、車内への送風温度に拘わ
らず、入力手段を操作するだけで、乗員の感覚に応じた
自由な設定に変更することができる。

【００１３】この場合、前記制御手段により、エアミッ
クスダンパをフルホット位置に回動させている場合にの
み、入力手段から入力されるコンプレッサの駆動要求信
号を受け付けるようにすればよい。

【００１４】

【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。

【００１５】図１は、本実施形態に係る車両用空調装置
の概略図である。この車両用空調装置では、車内側の空
調ユニット１内に、ヒータコア２及び車内側熱交換器３
が配設されている。

【００１６】ヒータコア２は、エンジン４の冷却水をラ
ジエータ５で冷却する冷却水回路Ａより分岐した回路に
接続され、内部をエンジン冷却水が流動するようになっ
ている。ラジエータ５には、バイパス通路ａが並列接続
されている。ラジエータ５への冷却水の流動は、三方弁
６によって許容又は遮断される。また、エンジン４側か
ら流出する冷却水の温度は、水温検出センサ７によって
検出される。

【００１７】車内側熱交換器３は、コンプレッサ８の駆
動により熱交換媒体が循環する熱交換媒体回路Ｂの途中
に接続されている。コンプレッサ８は、前記エンジン４
によって駆動し、その駆動力はクラッチ９により接続又
は遮断可能である。また、コンプレッサ８の吐出口と車
内側熱交換器３の吸込口との間には、第１減圧手段であ
る第１キャピラリーチューブ１３ａ、流量調整バルブ１
０及びマフラー１１が接続されている。また、コンプレ
ッサ８の吐出口の近傍には、圧力検出センサ１２が設け
られ、コンプレッサ８から吐出される熱交換媒体の圧力
が検出される。前記マフラー１１は、流量調整バルブ１
０を通過した熱交換媒体が車内側熱交換器３内での異音
の発生を防止する。前記流量調整バルブ１０、マフラー
１１及び車内側熱交換器３には、第２減圧手段である第
２キャピラリーチューブ１３ｂが並列接続されている。
なお、１４及び１５は、第１逆止弁及び第２逆止弁であ
り、１６は、コンプレッサ８に液体が流入することを防
止するためのアキュムレータである。

【００１８】前記コンプレッサ８の駆動及び停止させる
ためのクラッチ９の接続及び遮断、三方弁６の切替え、
流量調整バルブ１０の開度の調整等は、前記水温検出セ
ンサ７での検出温度ｔや、圧力検出センサ１２での検出
圧力ｐに基づいて制御装置１７によって行われる。

【００１９】次に、前記制御装置１７による車両用空調
装置の駆動制御について図２のフローチャートに従って
説明する。

【００２０】エンジン４が始動され、車両用空調装置に
よる暖房が開始されれば（ステップＳ１）、水温検出セ
ンサ７での検出温度ｔを読み込む（ステップＳ２）。そ
して、この検出温度ｔが第１設定温度Ｔ１よりも低いか
否かを判断する（ステップＳ３）。第１設定温度Ｔ１
は、冷却水をラジエータ５で放熱して冷却する必要がな
い最大値（例えば、８０℃）としている。

【００２１】検出温度ｔが第１設定温度Ｔ１以上であれ
ば、エンジン冷却水を冷却する必要があるので、三方弁
６を切り替えることにより（ステップＳ１３）、ラジエ
ータ５に通水させて冷却する。

【００２２】一方、検出温度ｔが第１設定温度Ｔ１より
も低ければ、冷却水がラジエータ５に通水しないように
三方弁６を切り替え（ステップＳ４）、さらに、検出温
度ｔが第２設定温度Ｔ２よりも低いか否かを判断する
（ステップＳ５）。第２設定温度Ｔ２は、ヒータコア２
による空調ユニット１内を通過する空気の加熱が十分に
行える最小値としている。

【００２３】検出温度ｔが第２設定温度Ｔ２以上であれ
ば、ヒータコア２のみによって十分に車内暖房が行える
と判断し、前記同様、クラッチ９を遮断してコンプレッ
サ８の駆動を停止する（ステップＳ１４）。一方、検出
温度ｔが第２設定温度Ｔ２よりも低ければ、ヒータコア
２のみによっては十分に車内を暖房できないため、クラ
ッチ９を接続してコンプレッサ８の駆動を開始する（ス
テップＳ６）。

【００２４】コンプレッサ８を駆動する場合、流量調整
バルブ１０の開度を前記圧力検出センサ１２での検出圧
力ｐに応じて調整する。

【００２５】ここでは、まず、圧力検出センサ１２での
検出圧力ｐを読み込む（ステップＳ７）。そして、検出
圧力ｐが第１設定圧力Ｐ１（例えば、１８ｋｇｆ／ｃｍ
²Ｇ）よりも高いか否かを判断する（ステップＳ８）。
検出圧力ｐが第１設定圧力Ｐ１よりも高ければ、流量調
整バルブ１０を開放することにより、車内側熱交換器３
による補助暖房を開始する（ステップＳ９）。これによ
り、車内側熱交換器３による加熱が開始され、ヒータコ
ア２による加熱が補助される。したがって、空調ユニッ
ト１内を通過する空気を早期に加熱することが可能とな
る。

【００２６】この場合、コンプレッサ８から吐出された
熱交換媒体は、第１キャピラリーチューブ１３ａによっ
て減圧された後、流量調整バルブ１０で流量を調整され
て車内側熱交換器３に流入する。このため、車内側熱交
換器３に特別な耐圧構造は不要であり、冷却用として使
用する一般的な構成の熱交換器を使用できる。

【００２７】一方、検出圧力ｐが第１設定圧力Ｐ１以下
であれば、車内側熱交換器３による補助暖房は十分に行
えないものと判断し、流量調整バルブ１０を閉塞する
（ステップＳ１０）。

【００２８】ところで、前記補助暖房では、熱交換媒体
が車内側熱交換器３で冷却されるので、コンプレッサ８
からの吐出圧力が低下し、このコンプレッサ８が異常停
止又は故障に至る第２設定圧力Ｐ２（例えば、８ｋｇｆ
／ｃｍ²Ｇ）よりも低い値まで低下することがある。そ
こで、検出圧力ｐが、第２設定圧力Ｐ２よりも低いか否
かを判断し（ステップＳ１１）、検出圧力ｐが第２設定
圧力Ｐ２よりも低くなれば、流量調整バルブ１０を閉塞
し（ステップＳ１０）、補助暖房を停止する。これによ
り、車内側熱交換器３への流入が阻止され、第２キャピ
ラリーチューブ１３ｂを通過してコンプレッサ８に還流
する流量が増大する。この結果、コンプレッサ８の作動
条件が満たされ、異常停止や故障等が防止される。

【００２９】また、これら一連の補助暖房の開始及び停
止中、前記検出圧力ｐが第三設定圧力Ｐ３（例えば、２
０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）よりも高いか否かを判断する（ス
テップＳ１３）。検出圧力ｐが第三設定圧力Ｐ３よりも
高ければ、コンプレッサ８内の駆動を続行すると、故障
に至る恐れがあると判断し、クラッチ９によりエンジン
４からの動力を遮断し、コンプレッサ８を停止する（ス
テップＳ１４）。これにより、エンジン４に無理な負荷
がかからず、又、消費燃料の抑制が可能となる。

【００３０】このとき、流量調整バルブ１０の開度を上
方修正（又は全開）することにより、熱交換媒体の冷却
を促進させる。すなわち、熱交換媒体は、車内側熱交換
器３側に比べてコンプレッサ８側の方が圧力（温度）が
高い状態にあるため、コンプレッサ８側から車内側熱交
換器３側に流入する。また、車内側熱交換器３の外部に
は、車内空調を行っている限り空気の流れがある。した
がって、流量調整バルブ１０の開度を上方修正（又は全
開）すると、熱交換媒体の放熱が促進され、早期に、そ
の温度及び圧力を降下させ、コンプレッサ８を作動条件
を満足する状態まで復帰させることが可能となる。例え
ば、流量調整バルブ１０として電磁開閉弁を使用し、コ
ンプレッサ８の停止後、この電磁開閉弁を閉状態とした
場合と開状態とした場合とで熱交換媒体の圧力及び温度
の変化を比較した。その結果は、図３（ａ）のグラフに
示す通り、電磁開閉弁を開状態とすることにより、コン
プレッサ８の停止時間を短くすることができた。また、
図３（ｂ）のグラフに示す通り、コンプレッサ８の駆動
時間が長くなるため、早期に吹出温度を上昇させること
が可能となった。

【００３１】その後、エンジン４の駆動が続行される
と、それ自身の温度が上昇し、前記水温検出センサ７で
の検出温度ｔも上昇してくるので、前述のように、前記
ステップＳ３で、自動的に三方弁６が切り替えられ、エ
ンジン冷却水がラジエータ５で冷却される（ステップＳ
１３）。

【００３２】なお、前記実施形態では、三方弁６によっ
て流路を切り替えるようにしたが、適宜開閉弁等を設け
ることにより、ラジエータ５のみならず、ヒータコア２
への流水の停止を行うようにしてもよい。

【００３３】また、前記流量調整バルブ１０では、開又
は閉状態のいずれか一方に切り替えるようにしたが、検
出される吐出圧力に応じて開度を、段階的あるいは連続
的に変化させるようにしてもよい。これにより、車内側
熱交換器３による加熱をコンプレッサ８が停止しない条
件下で最大限に行わせることが可能となる。

【００３４】このように、前記車両用空調装置によれ
ば、エンジン４の冷却水温度がそれ程上昇していなけれ
ば、コンプレッサ８を駆動することによりエンジン４の
駆動負荷を上昇させ、コンプレッサ８を駆動しない場合
に比べて冷却水の加熱を促進させることができる。した
がって、ヒータコア２により通過空気に与える熱量を増
大させることが可能となる。

【００３５】また、前記車内側熱交換器３による加熱も
開始されるので、車内暖房をより一層迅速に行うことが
可能となる。すなわち、コンプレッサ８で高温・高圧状
態とされた熱交換媒体は、流量調整バルブ１０及びマフ
ラー１１を介して車内側熱交換器３に流入し、外部の空
調ユニット１内を通過する空気を加熱し、ヒータコア２
のみでは不十分となる空気の加熱を補助する。

【００３６】また、前記コンプレッサ８の作動条件は、
吐出熱交換媒体圧力のみに基づいて判断したが、吸入熱
交換媒体圧力又は吐出熱交換媒体温度、あるいは、これ
ら３条件のいずれかの組み合わせにより判断するように
してもよい。例えば、吸入熱交換媒体圧力に基づいて判
断する場合、図４に示すように、吸入熱交換媒体圧力が
０．５８ＭＰａを超えることにより、クラッチ９を接続
してコンプレッサ８をオフ状態とし、吸入熱交換媒体圧
力が０．５ＭＰａよりも小さくなることによりクラッチ
９を遮断してコンプレッサ８をオン状態とすればよい。

【００３７】図５は、他の実施形態に係る車両用空調装
置の概略図である。

【００３８】この車両用空調装置では、前記第２逆止弁
１５の代わりに流量調整バルブ２０が使用され、第１キ
ャピラリーチューブ１３ａ、流量調整バルブ１０及びマ
フラー１１に、流量調整バルブ２１、車外側熱交換器２
２、第３キャピラリーチューブ２３及び第３逆止弁２４
が並列接続されている。また、空調ユニット内は、車内
側熱交換器３の下流側にエアミックスダンパ２５が設け
られ、分流された一方の通路にヒータコア２が配設され
ている。

【００３９】そして、車内を暖房する場合、コンプレッ
サ８から吐出された熱交換媒体が、直接、車内側熱交換
器３に流入するように、流量調整バルブ２１を閉じ、流
量調整バルブ１０，２０を開放する。また、車内を冷房
する場合、コンプレッサ８から吐出された熱交換媒体
が、車外側熱交換器１８からキャピラリーチューブ２３
を介して車内側熱交換器３を通過した後、コンプレッサ
８に還流するように、流量調整バルブ１０，２０を閉
じ、流量調整バルブ２１を開放する。

【００４０】なお、前記各実施形態では、２つの減圧手
段を設けるようにしたが、これらを単一の減圧手段で構
成してもよい。例えば、キャピラリーチューブの一端部
を車内側熱交換器３側に接続し、中間部を迂回路に接続
することにより、減圧手段を１つにすることができ、構
成を簡略化することが可能となる。

【００４１】また、前記各実施形態では、圧力検出セン
サ１２等からの入力信号に基づいて自動的にクラッチ等
を駆動制御するようにしたが、さらに、入力手段として
スイッチ等を設けることにより、乗員が自己の感覚に基
づいて手動操作により調整できるようにしてもよい。す
なわち、補助暖房が行われていない場合であっても、乗
員が寒いと感じるようであれば、前記入力手段を操作す
ることにより、コンプレッサ８の駆動要求信号を出力
し、クラッチ９を接続させてコンプレッサ８をオン状態
とし、車内側熱交換器３による補助暖房を開始できるよ
うにしてもよい。これにより、乗員の好みに応じて簡単
に送風温度を上方修正することが可能となる。

【００４２】この場合、図５に示す車両用空調装置につ
いて説明すると、エアミックスダンパ２５がフルホット
位置（図５中、点線にて表示）にある場合にのみ、コン
プレッサ８の駆動要求信号を受け付け可能とすればよ
い。すなわち、ヒータコア２による加熱のみで、車内暖
房を十分に行えるようであれば、コンプレッサ８を駆動
しなくても、エアミックスダンパ２５の回動位置を変更
することにより、送風温度を上方修正可能であるので、
コンプレッサ８の駆動要求信号は受け付けないようにす
る。一方、エアミックスダンパ２５がフルホット位置に
ある場合には、それ以上送風温度を高くすることは不可
能であるので、コンプレッサ８の駆動要求信号を受け付
け可能とする。これにより、エンジン４に無駄な負荷が
かかって燃料が無駄に消費されることもない。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る車両用空調装置によれば、流量調整手段及び車内
側熱交換器に減圧手段を並列接続してなる熱交換媒体回
路を設けるようにしたので、エンジン冷却水温度が十分
に上昇していない場合、コンプレッサを駆動してエンジ
ンの駆動負荷を上昇させ、冷却水温度を強制的に早期に
上昇させることができる。これにより、エンジン始動初
期の段階からヒータコアによる加熱が可能となり、車内
を適切に暖房することができる。特に、熱交換媒体が車
内側熱交換器に流入する前に減圧手段を通過するように
したので、車内側熱交換器をヒータコアの補助暖房とし
て使用する場合であっても、耐圧構造を採用する必要が
なく、安価に製作することができる。

【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を示すフロー
チャートである。

【図３】 図１の流量調整バルブを閉状態又は開状態と
した場合で比較した熱交換媒体の圧力の変化（ａ）及び
温度の変化（ｂ）を示すグラフである。

【図４】 図１のコンプレッサへの吸入熱交換媒体圧力
に対するクラッチの接続及び遮断の時期を示すグラフで
ある。

【図５】 他の実施形態に係る車両用空調装置の概略図
である。

【符号の説明】

２…ヒータコア ３…車内側熱交換器 ４…エンジン ５…ラジエータ ６…三方弁 ７…水温検出センサ ８…コンプレッサ ９…クラッチ １０…流量調整バルブ １２…圧力検出センサ １３ａ…第１キャプラリーチューブ（第１減圧手段） １３ｂ…第２キャプラリーチューブ（第２減圧手段） １７…制御装置 ２２…車外側熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 洋一 広島県東広島市八本松町大字吉川5658番 株式会社日本クライメイトシステムズ 内 (56)参考文献 特開 平５−223357（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/03

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調ユニット内に、エンジンの冷却水が
   流動するヒータコアを備えた車両用空調装置において、 前記エンジンの冷却水温度を検出する水温検出手段と、 前記エンジンからの動力をコンプレッサに伝達又は遮断
   するクラッチと、 前記コンプレッサ、該コンプレッサから吐出された熱交
   換媒体を減圧する第１減圧手段、該第１減圧手段で減圧
   された熱交換媒体流量を調整する流量調整手段、該流量
   調整手段を通過した熱交換媒体と周囲の空気とで熱交換
   する車内側熱交換器を環状に接続し、前記第１減圧手
   段、流量調整手段及び車内側熱交換器に第２減圧手段を
   並列接続してなる熱交換媒体回路と、 前記コンプレッサから吐出される熱交換媒体の圧力を検
   出する吐出圧力検出手段、前記コンプレッサに吸入され
   る熱交換媒体の圧力を検出する吸入圧力検出手段、又
   は、前記コンプレッサから吐出される熱交換媒体の温度
   を検出する吐出温度検出手段のうち、少なくともいずれ
   か１つと、 前記水温検出手段で検出されるエンジンの冷却水温度に
   基づいて、前記ヒータコアのみでは暖房が不十分である
   と判断すれば、前記クラッチを接続してコンプレッサを
   駆動させると共に、前記いずれかの検出手段からの検出
   信号に基づいて、前記流量調整手段によりエンジンの冷
   却水温度の違いに応じて流量を調整する一方、十分であ
   ると判断すれば、前記クラッチを遮断し、前記流量調整
   手段による流量調整を行っているにも拘わらず、コンプ
   レッサの作動条件を満足せずにクラッチが遮断される場
   合、前記流量調整手段の開度を上方修正する制御手段と
   を備えたことを特徴とする車両用空調装置。
2. 【請求項２】 車内から手動操作可能にコンプレッサの
   駆動要求信号の入力手段を設け、 前記制御手段は、前記入力手段からの駆動要求信号が入
   力され、かつ、前記水温検出手段で検出されるエンジン
   冷却水温度に基づいてヒータコアのみでは暖房が不十分
   であると判断された場合、前記クラッチを接続してコン
   プレッサを駆動させ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. 【請求項３】 前記制御手段は、エアミックスダンパを
   フルホット位置に回動させている場合にのみ、入力手段
   から入力されるコンプレッサの駆動要求信号を受け付け
   ることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。