JP3500795B2 - 車両の空調制御装置 - 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、ヒ−トポンプ式の
空調装置を利用した車両の空調制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】車両においては、車室内の暖房を、エン
ジン冷却水の温度を利用して行なうのが一般的であり、
このため冷却水を熱源とするヒ−タが空調空気の通路中
に配設される。また、車室内の冷房を行なうため、空調
空気を冷却するためのエバポレ−タが空調空気の通路中
に配設され、除湿を行なうことや無駄に冷房作動を防止
するために、空調空気の車室内への吹出口に近い側から
順にヒ−タおよびエバポレ−タが配設されるのが一般的
である。そして、通常は、エバポレ−タは、空調空気の
冷却つまり冷房専用とされている。

【０００３】また、空調装置をヒ−トポンプ式として、
ヒ−トポンプのエバポレ−タを空調空気の通路中に配設
して、エバポレ−タに対する作動媒体の流れ方向を切換
えることにより、冷房と暖房との切換えを行なうことが
提案されている（特開昭６４−１６４２３号公報参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジン冷
却水を熱源としたのみでは十分な暖房が得られない場合
がある。例えば、直噴式のディ−ゼルエンジンや直噴式
のガソリンエンジンでは、冷却水温度が十分に上昇しな
いものとなる。このため、ヒ−トポンプ式の空調装置を
別途設けて、ヒ−トポンプの可逆性を利用して、暖房時
にはヒ−トポンプのエバポレ−タにより空調空気の加温
を行ない、冷房時にはヒ−トポンプのエバポレ−タで空
調空気の冷却を行なうことが考えられる。

【０００５】一方、暖房時においては、エンジン始動直
後は従来から、エバポレ−タを通過した後の空調空気の
全量がヒ−タを通過するように設定されている。この場
合、エバポレ−タが冷房専用のものである場合は、暖房
時にはエバポレ−タが休止しているので、エバポレ−タ
を通過することによって空調空気の温度度変化は事実上
生じないものとなり、空調空気の全量がヒ−タを通過す
ることに何等問題は生じないものである。

【０００６】しかしながら、エバポレ−タがヒ−トポン
プ用であって、暖房時にエバポレ−タによって空調空気
を加温する場合は、エンジン始動直後であってエンジン
冷却水が十分上昇していないと、エバポレ−タで加温さ
れた空調空気がヒ−タを通過することにより冷却されて
しまい、暖房効果が十分得られないものとなってしま
う。

【０００７】本発明は以上のような事情を勘案してなさ
れたもので、その目的は、暖房のための空調空気の加温
を、エンジン冷却水を熱源とするヒ−タと、ヒ−トポン
プにおけるエバポレ−タとを利用して行なう場合を前提
として、冷却水温度が低いときの暖房効果をより十分得
られるようにした車両の空調制御装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明（請求項１に係る発明）にあっては、空調空
気の通路中に、車室内への吹出口から近い順に、エンジ
ン冷却水を熱源とするヒ−タ、ヒ−トポンプにおけるエ
バポレ−タが配設され、前記エバポレ−タに対する作動
媒体の循環方向が逆転可能とされて、前記エバポレ−タ
により空調空気の冷却と加温とが切換えられるように設
定され、前記ヒ−トポンプに、エンジンの冷却水を通過
させて該冷却水と前記作動媒体との間で熱交換を行わせ
る加熱器と、該加熱器に対する前記冷却水の供給量を調
整して前記エバポレ−タ内の作動媒体の圧力を一定圧力
とする調整手段と、が備えられ、前記エバポレ−タによ
り空調空気を加温する暖房時に、エンジン冷却水の温度
が所定温度よりも低いときは該所定温度よりも高いとき
に比して、前記ヒ−タを通過する空調空気の量が少なく
なるように空調空気の流れを制御する制御手段が備えら
れている、ことを特徴とする車両の空調制御装置とした
構成としてある。上記構成を前提とした好ましい構成
は、特許請求の範囲における請求項２、請求項３、請求
項５、請求項６に記載したとおりである。

【０００９】前記目的を達成するため、本発明（請求項
４に係る発明）にあっては、空調空気の通路中に、車室
内への吹出口から近い順に、エンジン冷却水を熱源とす
るヒ−タ、ヒ−トポンプにおけるエバポレ−タが配設さ
れ、前記エバポレ−タに対する作動媒体の循環方向が逆
転可能とされて、前記エバポレ−タにより空調空気の冷
却と加温とが切換えられるように設定され、前記ヒ−ト
ポンプに、エンジンの冷却水を通過させて該冷却水と前
記作動媒体との間で熱交換を行わせる加熱器と、該加熱
器に対する前記冷却水の供給量を調整して前記エバポレ
−タ内の作動媒体の圧力を一定圧力とする調整手段と、
が備えられ、前記エバポレ−タにより空調空気を加温す
る暖房時に、エンジン始動後所定時間内は該所定時間経
過後に比して、前記ヒ−タを通過する空調空気の流量が
小さくなるように空調空気の流れを制御する制御手段が
備えられている、ことを特徴とする車両の空調制御装置
とした構成としてある。上記構成を前提とした好ましい
構成は、特許請求の範囲における請求項５、請求項６に
記載したとおりである。

【００１０】

【発明の効果】請求項１に記載された発明によれば、エ
ンジン冷却水の温度が低くてヒ−タによる空調空気の加
温が十分得られない場合は、エバポレ−タで加温された
後の空調空気がヒ−タを通過する量が少なくなるように
してあるので、ヒ−タによる空調空気の温度低下作用が
防止あるいは低減されて、エバポレ−タによる空調空気
の加温を十分生かした効果的な暖房を行なうことができ
る。また、加熱器を通過するエンジンの冷却水の量を調
整してエバポレータ内の作動媒体の圧力を一定にするこ
とから、コンプレッサの頻繁なＯＮ，ＯＦＦの切換に基
づくエバポレータ内における作動媒体の圧力変動を生じ
させることなく、エバポレータの熱交換能力を一定に維
持できることになる。

【００１１】請求項２に記載したような構成とすること
により、ヒ−タでの加温能力の度合を冷却水温度検出手
段での温度検出を利用して精度よくみて、請求項１に対
応した効果を十分発揮させる上で好ましいものとなる。

【００１２】請求項３に記載したような構成とすること
により、ヒ−タで空調空気を加温できる時期を適切に判
断して、エバポレ−タで不必要に空調空気を加温する事
態を防止する上で好ましいものとなる。

【００１３】請求項４に記載した発明によれば、エンジ
ン冷却水温度が所定温度まで上昇したか否かを、エンジ
ン始動後からの経過時間によって見込み的に判断して、
制御を簡単にしつつ請求項１に対応した効果を得ること
ができる。

【００１４】請求項５に記載したような構成とすること
により、制御手段の具体的な構成が提供される。特に、
バイパス通路と流量割合変更手段とは、エバポレ−タが
冷房専用のものとされた従来一般的な空調装置でも同様
に有しており、従来からの空調用通路の構成を変更する
必要がないという点において好ましいものとなる。

【００１５】請求項６に記載したような構成とすること
により、ヒ−タによって空調空気が冷却されてしまう事
態を完全に防止する上で好ましいものとなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を添付した図
面に基づいて説明する。図１において、１はエンジンで
あり、このエンジン１は、直噴式ディ−ゼルエンジン
や、直噴式ガソリンエンジンのように、エンジン冷却水
の温度が十分上昇しない型式のエンジンとされている。

【００１７】図１中２は、車室内空調用の通路であり、
この空調用通路２は、図中左方側が車室内への吹出口と
されて、空調空気は図１中右方側から左方側へと流れる
ようになっている。空調用通路２には、その吹出口に近
い側に熱交換器としてのヒ−タ３が配設され、吹出口か
ら遠い側つまり空調空気の流れ方向においてヒ−タ３の
上流側において、熱交換器としてのエバポレ−タ４が配
設されている。

【００１８】空調用通路２は、ヒ−タ３部分において、
当該ヒ−タ３をバイパスするバイパス通路２Ａを有す
る。つまり、空調空気は、エバポレ−タ４に対してはそ
の全量が通過するように設定されているが、エバポレ−
タ４を通過した後には、互いに並列なヒ−タ３とバイパ
ス通路２Ａとに対して通過可能とされている。

【００１９】ヒ−タ３とバイパス通路２Ａとを通過する
空調空気の流量割合を変更するために、ヒ−タ３の直上
流位置にダンパ５が設けられている。すなわち、ダンパ
５は回動式とされて、図１中実線で示す位置のときにヒ
−タ３への空調空気の流入が零とされ（バイパス通路２
Ａを通過する空調空気の流量割合が１００％）、また図
１一点鎖線で示すようにダンパ５の位置が変更されたと
きに、ヒ−タ３に対して流入される空調空気が１００％
とされる（バイパス通路２Ａを通過する空調空気の流量
割合が０％）。そして、ダンパ５を、図１実線と一点鎖
線との間の範囲で変化させることにより、ヒ−タ３とバ
イパス通路２Ａとを通過する空調空気の流量割合が任意
に変更される。このようなダンパ５は、電磁式のアクチ
ュエ−タ６によって駆動される。

【００２０】ヒ−タ３は、エンジン１の冷却水を熱源と
するもので、このため、ヒ−タ３には、エンジン冷却水
の供給通路１１と戻り通路１２とが接続されて、ヒ−タ
３内を冷却水が循環するように構成されている。

【００２１】エバポレ−タ４は、ヒ−トポンプ用とされ
て、その作動媒体（冷媒）の循環方向を変更することに
より、空調空気の加温用として、あるいは空調空気の冷
却用として使用される。このヒ−トポンプを構成するた
め、エンジン１によって駆動されるコンプレッサ２１が
装備される。すなわち、エンジン１のクランク軸１ａの
回転が、プ−リ２２、ベルト２３、プ−リ２４を介して
コンプレッサ２１に伝達されるようになっており、プ−
リ２４には電磁式のクラッチ２５が内蔵されて、エンジ
ン１との機械的連係を断続し得るようになっている。

【００２２】コンプレッサ２１から伸びる高圧配管２６
が、エバポレ−タ４に接続されている。また、コンプレ
ッサ２１から伸びる低圧配管２７が、エバポレ−タ４に
接続されている。低圧配管２７には、コンプレッサ２１
側からエバポレ−タ４側へ順次、アキュムレ−タ２８、
熱交換器としての加熱器２９、膨張弁としてのオリフィ
ス３０が接続されている。加熱器２９は、エンジン冷却
水とヒ−トポンプの作動媒体との間で熱交換するもの
で、コンプレッサ２１の仕事量を低減するために設けら
れている。

【００２３】エバポレ−タ４が空調空気を加温する暖房
時での作動媒体の流れは、図１実線矢印で示すように、
コンプレッサ２１から、高圧配管２６、エバポレ−タ
４、低圧配管２７へと流れる状態である。エバポレ−タ
４が空調空気を冷却する冷房時での作動媒体の流れは、
図１破線矢印で示すように、コンプレッサ２１から、低
圧配管２７、エバポレ−タ４、高圧配管２６へと流れる
状態である。

【００２４】高圧配管２６のコンプレッサ２１への接続
部分には、高圧配管２６が所定圧力以上になったとき作
動する高圧スイッチ３２が設けられ、この高圧スイッチ
３２が作動したときに電磁クラッチ２５が切断されて、
高圧配管２６つまりエバポレ−タ４の破損が防止され
る。また、低圧配管２７のコンプレッサ２１への接続部
分には、低圧配管２７が所定圧力以下にまで低下したと
きに作動する低圧スイッチ３１が設けられ、この低圧ス
イッチ３１が作動したときに電磁クラッチ２５が切断さ
れて、エバポレ−タ４の霜取り状態とされる。

【００２５】図１中Ｕは、マイクロコンピュ−タを利用
して構成された制御ユニットである。この制御ユニット
Ｕには、各種スイッチＭＳＷ、ＩＧＳＷあるいはセンサ
Ｓ１、Ｓ２からの信号が入力される一方、制御ユニット
Ｕからは前記アクチュエ−タ６に対して出力される。

【００２６】上記スイッチＭＳＷは、運転者によりマニ
ュアル操作される空調操作スイッチ群となるもので、従
来既知のように、空調制御をオ−トモ−ドで行なうか否
かの選択スイッチ、冷暖房の切換選択、空調空気の吹出
口選択、室内温度選択、風量選択等の各種スイッチが含
まれる。そして、このスイッチＭＳＷ群には、ヒ−トポ
ンプによる暖房を行なうか否かの選択スイッチも含まれ
る。スイッチＩＧＳＷは、イグニッションスイッチであ
る。センサＳ１は、ヒ−タ３付近での冷却水温度を検出
する冷却水温度検出手段としのて第１温度センサであ
る。センサＳ２は、エバポレ−タ４直下流の空調空気の
温度を検出するエバポ温度検出手段としての第２温度セ
ンサである。なお、図１では、図示を略してあるが、オ
−トモ−ドでの空調制御のために、室内温度センサ、室
外温度センサ、日射量センサ等の信号も入力されるよう
になっている。

【００２７】次に、制御ユニットＵの制御内容につい
て、オ−トモ−ドでの空調制御時であることを前提に図
２のフロ−チャ−トを参照しつつ説明するが、実施例で
は、エバポレ−タ４を利用した暖房は、マニュアル選択
されていることを前提に行なわれるようになっている。
なお、以下の説明でＱはステップである。

【００２８】以上のことを前提として、図２の制御は、
イグニッションスイッチＩＧＳＷがＯＮとなった時点で
スタ−トされる。先ず、Ｑ１において、エバポレ−タ４
つまりヒ−トポンプを利用した暖房を行なうことが選択
されているか否かが判別される。このＱ１の判別でＹＥ
Ｓのときは、Ｑ２において、冷却水温度ＴＷと、エバポ
温度つまりエバポレ−タ４を通過した直後の空調空気の
温度ＴＥとが読込まれる。

【００２９】Ｑ２の後Ｑ３において、冷却水温度ＴＷが
エバポ温度ＴＥ以上であるか否かが判別される。このＱ
３の判別でＮＯのときは、ダンパ５が、図１実線で示す
位置とされて、ヒ−タ３を通過する空調空気の流量割合
が零とされる。すなわち、Ｑ３の判別でＮＯのときは、
ヒ−タ３によって空調空気が冷却されてしまう状態なの
で、このときはエバポレ−タ４で加温された後の空調空
気を全量バイパス通路へ流すことにより、空調空気がヒ
−タ３によって冷却されてしまう事態を防止する。

【００３０】Ｑ４の後、Ｑ２へ戻るが、エンジンの運転
継続に伴って徐々に冷却水温度ＴＷが上昇し、やがてＱ
３の判別でＹＥＳとなる。このときは、Ｑ５に移行し
て、通常のオ−トモ−ドでの空調制御が行なわれる。す
なわち、ダンパ５の位置が、室外（外気）温度、室内温
度、日射量に応じた最適位置へ可変制御されて、室内温
度が運転者の所望温度となるように制御される。前記Ｑ
１の判別でＮＯのときもＱ５へ移行するが、このとき
は、エバポレ−タ４を利用した暖房は行なわれないこと
になる。

【００３１】なお、Ｑ１からＱ５へ移行するときは、エ
ンジン始動直後から空調空気の全量がヒ−タ３を通るよ
うにダンパ５が位置設定されて、冷却水温度が運転者の
所望温度付近になった時点から、ダンパ５の位置が可変
制御される。

【００３２】図３は、前記Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を経た後、
最終的にＱ５へ移行するまでの温度の変化状態を示すも
のであり、空調用通路２の吹出口の温度は、図中矢印で
示すように、当初はエバポレ−タ出口温度となり、冷却
水温度ＴＷとエバポレ−タ出口温度ＴＥとが一致したα
時点以後は、ヒ−タ３によりエバポレ−タ出口温度ＴＥ
より高温とされ、その後は運転者の選択した所望室内温
度に維持される。

【００３３】以上の実施例において、特許請求の範囲に
おける制御手段が、バイパス通路２と、ダンパ５と、制
御回路としての制御ユニットＵとによって構成される。

【００３４】ここで、前記加熱器２９部分の好ましい設
定例が、図４に示される。この加熱器２９は、ヒ−トポ
ンプの作動媒体（冷媒）を加熱してコンプレッサ２１の
仕事量を低減するものであるが、実施例では、この加熱
器２９に、エバポレ−タ４の熱交換能力の調整機能をも
付与するようにしてある。この点を詳述すると、まず、
エバポレ−タ４の熱交換能力をある一定値に維持しよう
とするには、高圧配管２６の圧力をある一定圧力に維持
すればよいことになる。この高圧配管２６の圧力に応じ
てコンプレッサ２１のＯＮ、ＯＦＦを切換えて、高圧配
管２６の圧力をある一定値に維持しようとした場合は、
図６の２点鎖線で示すように、高圧配管２６の圧力に少
なからず変動を生じてしまい、またコンプレッサ２１を
頻繁にＯＮ、ＯＦＦすることになって好ましくないもの
となる。

【００３５】このため、本実施例では、加熱器２９を通
過する冷却水の量を調整することにより、ヒ−トポンプ
の作動媒体と冷却水との間での熱交換量を調整して、コ
ンプレッサの仕事量を調整つまり高圧配管２６の圧力を
調整するようにしてある。より具体的には、加熱器２９
に対する冷却水の供給通路４１と戻り通路４２とを、加
熱器２９をバイパスするバイパス通路４３で接続して、
このバイパス通路４３に圧力応動型の開度調整弁４４を
接続してある。

【００３６】開度調整弁４４は、バイパス通路４３に配
設された弁部４４ａと、弁部４４ａを駆動するダイヤフ
ラム式の駆動部４４ｂとを有し、駆動部４４ｂに、配管
４５を介して高圧配管２６の圧力を作用させるようにし
てある。このような開度調整弁の開弁特性が図５に示さ
れ、この開度調整弁４４を利用した高圧配管２６の圧力
制御（加熱器２９をバイパスする冷却水のバイパス量の
制御）によれば、図６の実線で示すように、高圧配管２
６の圧力が変動をきたすことなくある一定値に維持され
ることになる。

【００３７】以上実施例について説明したが、本発明は
これに限らず例えば次のような場合をも含むものであ
る。

【００３８】冷却水温度あるいはエバポレ−タ４の出口
温度は、温度センサにより直接的に検出するものに限ら
ず、この温度に関連した値によって関接的に検出するよ
うにすることもできる。例えば、エバポレ−タ出口温度
は、高圧配管２６の圧力により間接的に知ることができ
る。

【００３９】温度検出を行なうことなく、エンジン始動
後所定時間経過するまでは図２におけるＱ４の処理を行
ない、所定時間経過後にＱ５へ移行するようにしてもよ
い。なお、上記所定時間は、例えば図３のα時点となる
までの時間として設定すればよく、このα時点となるま
での時間はあらかじめ実験的に求めておけばよい。

【００４０】冷却水温度ＴＷがエバポレ−タ出口温度Ｔ
Ｅよりも低いときは、ヒ−タ３を通過する空調空気の量
を、零とすることなく空調空気全量の例えば２０％にす
る等、冷却水温度ＴＷがエバポレ−タ出口温度ＴＥより
も高くなった時点での空調空気の通過量よりも制限（抑
制）されたものであればよい。

【００４１】エバポレ−タ４による空調空気の加温作用
は、エンジン始動直後極めて短時間で期待できるもので
あるが、それでもエンジン始動から即座に空調空気を加
温することは難しいものである。このため、エンジン始
動後、短いある所定時間（例えば１０〜２０秒）の間、
つまりエバポレ−タ４による加温作用が期待できる状態
になるまでは、空調空気の送風を停止して、この所定時
間経過後に空調空気の送風を開始するようにしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体系統図。

【図２】本発明の制御例を示すフロ−チャ−ト。

【図３】本発明による制御を行なった場合における空調
用通路の吹出口の出口温度が変化する様子を図式的に示
す図。

【図４】ヒ−トポンプ用作動媒体の加熱器部分の好まし
い設定例を示す図。

【図５】図４に示される開度調整弁の開弁特性を示す
図。

【図６】図４に示す例の効果を、コンプレッサをＯＮ、
ＯＦＦ制御する場合と比較して示す図。

【符号の説明】

１：エンジン ２：空調用通路 ２Ａ：バイパス通路 ３：ヒ−タ ４：エバポレ−タ ５：ダンパ ２１：コンプレッサ ２６：高圧配管 ２７：低圧配管 Ｕ：制御ユニット（制御回路） Ｓ１：温度センサ（冷却水） Ｓ２：温度センサ（エバポレ−タ出口）

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調空気の通路中に、車室内への吹出口
   から近い順に、エンジン冷却水を熱源とするヒ−タ、ヒ
   −トポンプにおけるエバポレ−タが配設され、 前記エバポレ−タに対する作動媒体の循環方向が逆転可
   能とされて、前記エバポレ−タにより空調空気の冷却と
   加温とが切換えられるように設定され、前記ヒ−トポンプに、エンジンの冷却水を通過させて該
   冷却水と前記作動媒体との間で熱交換を行わせる加熱器
   と、該加熱器に対する前記冷却水の供給量を調整して前
   記エバポレ−タ内の作動媒体の圧力を一定圧力とする調
   整手段と、が備えられ、 前記エバポレ−タにより空調空気を加温する暖房時に、
   エンジン冷却水の温度が所定温度よりも低いときは該所
   定温度よりも高いときに比して、前記ヒ−タを通過する
   空調空気の量が少なくなるように空調空気の流れを制御
   する制御手段が備えられている、 ことを特徴とする車両の空調制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 エンジン冷却水の温度に関連した値を検出する冷却水温
   度検出手段を備えており、 前記冷却水温度検出手段で検出される温度に応じて前記
   制御手段の制御が行なわれる、ことを特徴とする車両の
   空調制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記エバポレ−タの出口付近の温度に相当する値を検出
   するエバポ温度検出手段を備え、 前記所定温度が、前記冷却水温度検出手段で検出される
   温度と前記エバポ温度検出手段で検出される温度とがほ
   ぼ一致したときの温度として設定されている、 ことを特徴とする車両の空調制御装置。
4. 【請求項４】 空調空気の通路中に、車室内への吹出口
   から近い順に、エンジン冷却水を熱源とするヒ−タ、ヒ
   −トポンプにおけるエバポレ−タが配設され、 前記エバポレ−タに対する作動媒体の循環方向が逆転可
   能とされて、前記エバポレ−タにより空調空気の冷却と
   加温とが切換えられるように設定され、前記ヒ−トポンプに、エンジンの冷却水を通過させて該
   冷却水と前記作動媒体との間で熱交換を行わせる加熱器
   と、該加熱器に対する前記冷却水の供給量を調整して前
   記エバポレ−タ内の作動媒体の圧力を一定圧力とする調
   整手段と、が備えられ、 前記エバポレ−タにより空調空気を加温する暖房時に、
   エンジン始動後所定時間内は該所定時間経過後に比し
   て、前記ヒ−タを通過する空調空気の流量が小さくなる
   ように空調空気の流れを制御する制御手段が備えられて
   いる、 ことを特徴とする車両の空調制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
   において、 前記制御手段が、 前記空調空気の通路の一部を構成すると共に、前記ヒ−
   タをバイパスするバイパス通路と、 前記エバポレ−タを通過した後の空調空気が前記ヒ−タ
   を通過する量と前記バイパス通路を通過する量との流量
   割合を変更する流量割合変更手段と、 前記流量割合変更手段を制御する制御回路と、 を備えていることを特徴とする車両の空調制御装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記ヒ−タを通過する空調空気の量を少なくする制御
   が、前記ヒ−タを通過する空調空気の量を零とすること
   により行なわれる、ことを特徴とする車両の空調制御装
   置。