JP3716655B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、暖房に際していわゆる低水温起動を行う車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
コンプレッサやエバポレータ等を含むエアコンサイクルと、ブロアファンと、エンジン冷却水を用いて空気を加熱するヒータコアとを有する車両用空調装置が知られている。ブロアファンによって発生する空調風は、エバポレータを通過する際に冷媒との熱交換を行って冷却され、その一部がヒータコアでリヒートされて車室内に吹き出される。暖房時にはヒータコアを通過する空気量を増加して吹出空気温度を上昇させるが、エンジン始動直後は冷却水の温度が低いため暖房性能は低く、このときブロアファンが駆動されると冷風が車室内に吹き出されてしまう。この冷風吹き出しを最小限に抑制するために、従来からいわゆる低水温起動制御が行われている。
【０００３】
図６は従来の低水温起動制御を示すタイムチャートである。
エンジン始動直後の時点ｔ１１でブロアファンを最低速で起動し、次いでエンジンの動力をコンプレッサに伝達してコンプレッサを起動する。所定時間後、エンジン冷却水温がある程度上昇した時点ｔ１２からブロアファン風量を徐々に増加し、最終的に最高速で駆動する。
【０００４】
図６の制御において、エンジン始動直後にコンプレッサを起動するのは以下の理由による。
車両を長時間放置しておくと液冷媒がコンプレッサに滞留し、この状態で高速回転しているエンジンの動力をコンプレッサに伝達すると、コンプレッサが高速起動されるため液圧縮によるコンプレッサのダメージが大きい。そこで、エンジン始動直後の低回転時（アイドル時）にエンジンの動力をコンプレッサに伝達し、コンプレッサを低速起動することにより液圧縮を防止する。また、コンプレッサの作動時に長時間ブロアファンが作動していないと、空気と冷媒との熱交換が行われずエアコンサイクルに支障が生ずるため、ブロアファンもエンジン始動直後から駆動せざるを得ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の低水温起動制御では、コンプレッサをエンジン低回転時に起動する必要性からブロアファンもエンジン始動直後、すなわち冷却水温が低い状態で駆動しなければならない。このときのファン速度は最低速とはいえ、冷風の吹き出しを完全に抑えることはできず、乗員が不快感を感ずるおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、コンプレッサの液圧縮による不具合がなく、かつ低水温時の冷風の吹き出しを完全に防止し得る車両用空調装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、エンジンにより駆動されて冷媒を圧送するコンプレッサと、前記冷媒と空気との熱交換を行って空気を冷却する熱交換器と、前記冷却された空気をエンジン冷却水を用いて加熱するヒータ手段とを備えた車両用空調装置において、 エンジン始動直後に前記冷却水の水温が所定温度未満の場合には、所定の条件が成立するまでの待機時間中はブロアファンの駆動を禁止し、該待機時間が過ぎると前記ブロアファンの駆動を許容するブロアファン制御手段と、前記待機時間中は、エンジンの始動が検出された後、エンジンの回転が安定する時間として予め設定された期間が経過するまでは前記コンプレッサの駆動を停止し、前記期間が経過した後に所定時間だけ前記コンプレッサを作動するとともに、前記待機時間経過後に前記コンプレッサを駆動するコンプレッサ制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項 1 記載の車両用空調装置において、前記所定時間は、コンプレッサ内に滞留されていた液冷媒を全量排出する時間として予め定められた時間であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項 1 または２記載の車両用空調装置において、前記コンプレッサ制御手段は、所定の暖房開始指令に応答してコンプレッサ作動信号を出力するとともに、エンジンの始動が検出されてから予め決められた第１の時間が経過するとコンプレッサ作動信号の出力を停止する第１の信号出力手段と、エンジンの始動が検出された後、前記期間である第２の時間（＜第１の時間）が経過した後に作動許容信号を出力する第２の信号出力手段と、前記作動許容信号と前記コンプレッサ作動信号が共に出力されている間だけ前記コンプレッサを作動させるコンプレッサ作動指示手段とを含み、前記待機時間中は、前記第２の時間が経過して前記作動許容信号が出力されるまでは前記コンプレッサの作動を禁止し、前記作動許容信号が出力されてから、前記第１の時間が経過して前記コンプレッサ作動信号の出力が停止されるまでの前記所定時間は前記コンプレッサを作動させることを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、低水温起動制御の待機時間中はブロアファンの駆動を禁止するようにしたので、乗員が冷風吹き出しによる寒さを感ずることがなくなる。また、エンジン始動直後であり、かつ上記待機時間中に、予め決められた所定時間だけコンプレッサを作動せしめるようにしたので、後のエンジン高回転時にコンプレッサを起動しても液圧縮による不都合を防止できる。さらに待機時間中でコンプレッサが作動するのは上記所定時間のみでありそれ以外の時間はコンプレッサが非作動状態に保持されるので、待機時間全体にわたってブロアファンを停止してもエアコンサイクル等に悪影響を及ぼすことはない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図５により本発明の一実施の形態を説明する。
図１は本発明に係る車両用空調装置の構成を示す概略図である。この空調装置は、エンジンにより駆動されるコンプレッサ１，熱交換器としてのエバポレータ２，不図示のコンデンサ，リキッドタンクおよび膨張弁を備えたエアコンサイクルを有し、コンプレッサ１によって圧送される冷媒は、コンデンサ，リキッドタンク，膨張弁およびエバポレータ２を順に介してコンプレッサ１に戻る。ブロアファン３による送風空気は、エバポレータ２で冷却された後、エアミックスドア４の開度に応じた量の空気がヒータコア５を通過してリヒートされ、ヒータコア５の通過空気とヒータコア５をバイパスした空気との混合空気が不図示の吹出口（ベント吹出口，足下吹出口およびデフロスタ吹出口）から車室内に吹き出される。車室内への空気の吹出温度はエアミックスドア４の開度に依存する。ヒータコア５は、エンジン冷却水の熱によって空気を加熱するタイプのものである。
【００１０】
図２は空調装置の制御系を示し、ＣＰＵ１１には、外気温センサ１２，室内温度センサ１３，日射センサ１４およびエンジン冷却水温を検出する水温センサ１５等のセンサ類と、エアコンスイッチやエコノミースイッチ等を含むスイッチ群１６とが接続されている。エアコンスイッチがオンの場合には通常の空調制御が、エコノミースイッチがオンの場合は通所よりもコンプレッサ１の稼働時間が少ない省燃費空調制御が行われる。またＣＰＵ１１には、ブロアファンモータ３ａのモータ駆動回路１７、吹出口設定用のモードドアアクチュエータ１８、およびエンジンコンピュータ２０も接続される。エンジンコンピュータ２０は、エンジン回転数を制御するとともに、ＣＰＵ１１からのＡ／Ｃ信号やその他の条件に応じて電磁クラッチ２１をオン・オフし、コンプレッサ１の作動／停止を制御する。
【００１１】
以上のように構成された車両用空調装置において、ＣＰＵ１１は、外気温センサ１２，室内温度センサ１３，日射センサ１４および乗員により設定される設定温度（室内温度の目標値）に基づいて目標吹出温度を演算し、この目標吹出温度に基づいてコンプレッサ１，ブロアファン風量，エアミックスドア開度，吹出口などを制御する。吹出口モードとしては、ベント吹出口から空気を吹き出すベントモード（冷房時）、足下吹出口から空気を吹き出すフットモード（暖房時）、デフロスタ吹出口から空気を吹き出すデフロスタモードなどがある。暖房時において、エンジン始動直後はエンジン冷却水温が低いために暖房効果が低く、空気の吹き出しによって却って乗員が寒さを感ずることになるため、これを防止すべく低水温起動制御を行う。
【００１２】
図３を参照して本実施の形態における低水温起動制御について説明する。
エアコンスイッチがオンの状態で乗員がエンジン始動操作を行うべくイグニションキーを回すと、まずＡＣＣ（アクセサリ）スイッチがオンし（ｔ１）、次いでＩＧＮ（イグニション）スイッチがオンする（ｔ２）。ＣＰＵ１１は、ＩＧＮスイッチのオン（暖房開始指令）に伴って空調制御を開始し、エンジンコンピュータ２０にＡ／Ｃ信号（コンプレッサ作動信号）を出力する。また、暖房時でかつ水温センサ１５の検出値が所定温度（例えば、５６℃）以下であれば、低水温起動制御を行うべく目標吹出温度に基づいてファンオフ時間Ｔoffを求め、ＩＧＮスイッチのオンからファンオフ時間Ｔoffが経過するまで（ｔ２〜ｔ７）はブロアファン印加電圧をゼロにしてブロアファン３を停止状態に保持する。
【００１３】
時点ｔ１でオンしたＡＣＣスイッチは、セルモータの作動中（ｔ３〜ｔ４）はオフし、エンジンが始動して乗員が始動操作を解除すると再びオンする（ｔ４）。このＡＣＣスイッチのオンへの切換えをもってエンジンコンピュータ２０はエンジンが始動したと判断する。このとき既にＣＰＵ１１からＡ／Ｃ信号が出力されているが、エンジンコンピュータ２０は、ＡＣＣスイッチのオン（ｔ４）、すなわちエンジンの始動検出からエンジンの回転が安定する時間（例えば、３秒）が経過するまではコンプレッサ１を停止状態に保持し、時間経過後の時点ｔ５でコンプレッサ１を作動させる。一方、ＣＰＵ１１は、ＡＣＣスイッチのオンから所定時間（例えば、６秒）が経過するとＡ／Ｃ信号を断ち（ｔ６）、これに応答してエンジンコンピュータ２０はコンプレッサ１を停止させる。その結果、コンプレッサ１は、ｔ５〜ｔ６までの時間（例えば、３秒）だけ作動し、その後は上記ファンオフ時間Ｔoffが満了するまではオフ状態を保持する。
【００１４】
このように本実施の形態では、エンジン始動後、エンジンの回転が安定するのに伴ってコンプレッサ１が起動されるので、アイドル状態でコンプレッサ１を起動でき、液圧縮による不都合は発生しない。また、コンプレッサ１の作動時間は３秒程度であるから、この間ブロアファン３を駆動しなくてもエアコンサイクルに悪影響を与えることはない。そして、エンジン冷却水温が暖まるまでブロアファン３の駆動を禁止することにより冷風の吹き出しを完全に防止できる。
【００１５】
ファンオフ時間Ｔoffが満了すると、ＣＰＵ１１はエンジン冷却水温がある程度上昇したと判断し、ｔ７においてブロアファン３を駆動するとともに、Ａ／Ｃ信号を再度出力してコンプレッサ１を作動せしめる。このとき、エンジンは高速で回転している可能性がありコンプレッサ１は高速起動されるかも知れないが、上記コンプレッサ１の３秒間の作動によりコンプレッサ１内に滞留していた液冷媒が全て排出されているので、液圧縮が生じることは悪影響は全くない。
その後、ブロアファン風量を時間の経過に従って（冷却水温の上昇に従って）徐々に増加させ、最終的に最高風量に設定する。
【００１６】
図４および図５は上述の動作を実現するためのフローチャートである。
図４はブロアファン風量制御を、図５はコンプレッサ制御をそれぞれ示すサブルーチンフローチャートであり、いずれも空調装置の稼働中に不図示のメインルーチンから周期的にコールされるものである。
風量制御を示す図４において、ステップＳ１では吹出口モードがデフロスタモードか否かを、ステップＳ２では同様にベントモードであるか否かを判定している。そのいずれでもない場合、つまり足下吹出口から空気を吹き出すモードが設定されているとき（暖房が要求されている場合））にはステップＳ３に進み、ヒータの熱源であるエンジン冷却水温が５６℃を超えるか否かを水温センサ１５の出力から判定する。５６℃未満の場合には、まだ十分な暖房効果が得られないと判断してステップＳ４に進み、不図示のルーチンで演算された目標吹出温度Ｘｍを判定する。目標吹出温度Ｘｍが所定温度Ｊ以上の場合には、強力な暖房が要求されていると判断し、低水温起動制御を行うべくステップＳ５に進む。
【００１７】
ステップＳ５ではブロアファン印加電圧Ｖを０Ｖに設定して車室内への空気の吹き出しを禁止し、ステップＳ６では目標吹出温度に基づいて上記ファンオフ時間Ｔoffを演算する。ファンオフ時間Ｔoffは目標吹出温度Ｘｍが高いほど長くなるが、１５０秒以上の場合には１５０秒未満に制限する。ステップＳ７では、図示の特性に基づいてブロアファン印加電圧Ｖを制御する。具体的にはファンオフ時間Ｔoffが経過するまでは印加電圧Ｖを０Ｖに保持し、経過すると４Ｖとし、その後は例えば０．３４Ｖ／秒で印加電圧Ｖを増加させる。ブロアファン３は印加電圧Ｖに応じた速度（風量）で駆動される。
なお図６において、低水温起動以外の制御は従来と同様であるので図示を省略する。
【００１８】
次に図５のコンプレッサ制御について説明する。
ステップＳ１１ではブロアファン３が作動しているか否かを判定し、非作動であればステップＳ１２に進む。上述したファンオフ時間の計時中はブロアファン３は作動していないので、ステップＳ１１は否定されることになる。ステップＳ１２では、熱風防止のためのファン停止か否かを判定する。すなわち、例えば炎天下で車両を長時間放置した場合、コンプレッサ１の起動とともにブロアファンを駆動すると、熱風が車室内に吹き出されるおそれがある。これを防止するため、冷房時にはコンプレッサ１が起動されても３秒程度はブロアファン３の駆動を禁止する制御を行っている。上記ステップＳ１２ではこの制御が行われているか否かを判定し、肯定されるとステップＳ１８に進む。
【００１９】
ステップＳ１２が否定されるとステップＳ１３に進み、低水温起動制御中であるか否か、つまりファンオフ時間Ｔoffの計時中であるか否かを判定する。低水温起動中でなければステップＳ２９に進んでＡ／Ｃ信号（コンプレッサ作動信号）を解除し、低水温起動制御中であればステップＳ１４でフラグFCOMPを判定する。FCOMPは上述したブロアファン制御で設定されるものであるが、本実施の形態では低水温起動制御中でもFCOMPはオンに設定されている。FCOMPがオフであればステップＳ２９でＡ／Ｃ信号を解除し、オンであればステップＳ１５でＡＣＣスイッチのオン・オフを判定する。
【００２０】
ＡＣＣスイッチがオフであるうちはステップＳ１６でタイマをクリアしてスタートさせ、ステップＳ２９でＡ／Ｃ信号を解除する。ＡＣＣスイッチがオフということは、上述したようにセルモータの作動中（図３のｔ３〜ｔ４）であることを示している。ＡＣＣスイッチがオンと判定されると、セルモータの始動前（ｔ１〜ｔ３）か、またはエンジンが始動してキーがＡＣＣ位置まで戻された（ｔ４以降）と判断し、ステップＳ１７で上記タイマスタートから６秒が経過したか否かを判定する。まだ６秒経過していない場合、およびまだタイマがスタートしていない場合にはステップＳ３０に進んでＡ／Ｃ信号を出力し、６秒経過していればステップＳ２９に進んでＡ／Ｃ信号を解除する。このステップＳ１５〜Ｓ１７の制御により、図３のｔ４〜ｔ６の間だけＡ／Ｃ信号が出力されることになるが、上述の如くｔ４〜ｔ５の間はエンジンコンピュータ２０がコンプレッサ１を停止状態に保持しているので、実際にコンプレッサ１が作動するのはｔ５からｔ６までである。
【００２１】
その後、ファンオフ時間Ｔoffが経過（ｔ７）するとブロアファン３が作動し、ステップＳ１１が肯定されてステップＳ１８に進む。ステップＳ１８以降は従来から行われている通常のコンプレッサオン・オフ制御を示し、ステップＳ１８ではデフロスタモードが設定されているか否かを、ステップＳ１９，Ｓ２０ではエアコンフラグ，エコノミーフラグの設定の有無をそれぞれ判定している。これらのフラグは、エアコンスイッチ，エコノミースイッチのオンに連動してそれぞれオンするものである。デフロスタモードでなく、かつエアコンフラグおよびエコノミーフラグのいずれもがオフの場合にはステップＳ２９でＡ／Ｃ信号を解除し、それ以外の場合はステップＳ２１に進む。
【００２２】
ステップＳ２１では、外気温度Ｔamに基づいて変数ＣＦを１，２，３のいずれかに設定し、ステップＳ２２ではそのＣＦを判定する。ＣＦ＝１、すなわち外気温度がかなり低い場合にはステップＳ２９でＡ／Ｃ信号を解除し、それ以外の場合にはステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、エコノミーフラグがオフか否かを判定し、オフの場合、つまりエアコンフラグがオンの場合はステップＳ３０でＡ／Ｃ信号を出力する。エコノミーフラグがオンの場合には、ステップＳ２４でＲＥＣスイッチ（内気循環設定スイッチ）の状態を判定する。ＲＥＣスイッチがオンの場合、つまり内気循環が設定されているときにはステップＳ３０でＡ／Ｃ信号を出力し、オフの場合はステップＳ２５で外気導入か否かを判定する。内気と外気の双方を導入する状態の時にはステップＳ３０でＡ／Ｃ信号を出力し、完全に外気導入の場合にはステップＳ２６で目標吹出温度Ｘmを演算し、ステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では目標吹出温度Ｘmと外気温度Ｔamとの差からＯＮ・ＯＦＦのいずれかを設定し、ステップＳ２８ではその判定結果によりＡ／Ｃ信号の有無を決定する。すなわち、ＯＦＦ状態であればＡ／Ｃ信号を解除し、ＯＮ状態であればＡ／Ｃ信号を出力する。
【００２３】
以上の実施の形態の構成において、ＣＰＵ１１がブロアファン制御手段を、ＣＰＵ１１およびエンジンコンピュータ２０がコンプレッサ制御手段をそれぞれ構成する。また、特にＣＰＵが第１の信号出力手段を、エンジンコンピュータ２０が第２の信号出力手段を構成する。
【００２４】
なお、低水温起動制御時にコンプレッサを作動させる時間帯は、ファンオフ時間Ｔoff内であり、かつエンジン回転数が低い時間帯であればればいつでもよい。エンジン回転数が低ければ低いほどコンプレッサ１の液圧縮による悪影響は小さい。またその際のコンプレッサ作動時間は３秒に限定されず、コンプレッサ内に滞留した液冷媒がほぼ全て排出可能な時間で、かつファンオフ時間Ｔoff（待機時間）より十分短い時間であればよい。さらにファンオフ時間Ｔoffを最初に求めてブロアファンを制御するようにしたが、例えば冷却水温を逐次モニタし、これが所定の温度未満のときにはブロアファンを停止し、所定温度以上になるとブロアファンを駆動するような制御でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る車両用空調装置の構成を示す概略図。
【図２】上記空調装置の制御系を示すブロック図。
【図３】低水温起動制御の内容を説明するタイムチャート。
【図４】ブロアファン制御を示すフローチャート。
【図５】コンプレッサ制御を示すフローチャート。
【図６】従来の低水温起動制御を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１ コンプレッサ
２ エバポレータ
３ ブロアファン
４ エアミックスドア
５ ヒータコア
１１ ＣＰＵ
１５ 水温センサ
１６ スイッチ群
１７ モータ駆動回路
２０ エンジンコンピュータ
２１ 電磁クラッチ

Claims (3)

1. エンジンにより駆動されて冷媒を圧送するコンプレッサと、前記冷媒と空気との熱交換を行って空気を冷却する熱交換器と、前記冷却された空気をエンジン冷却水を用いて加熱するヒータ手段とを備えた車両用空調装置において、
   エンジン始動直後に前記冷却水の水温が所定温度未満の場合には、所定の条件が成立するまでの待機時間中はブロアファンの駆動を禁止し、該待機時間が過ぎると前記ブロアファンの駆動を許容するブロアファン制御手段と、
   前記待機時間中は、エンジンの始動が検出された後、エンジンの回転が安定する時間として予め設定された期間が経過するまでは前記コンプレッサの駆動を停止し、前記期間が経過した後に所定時間だけ前記コンプレッサを作動するとともに、前記待機時間経過後に前記コンプレッサを駆動するコンプレッサ制御手段とを備えることを特徴とする車両用空調装置。
2. 請求項 1 記載の車両用空調装置において、
   前記所定時間は、コンプレッサ内に滞留されていた液冷媒を全量排出する時間として予め定められた時間であることを特徴とする車両用空調装置。
3. 請求項 1 または２記載の車両用空調装置において、
   前記コンプレッサ制御手段は、所定の暖房開始指令に応答してコンプレッサ作動信号を出力するとともに、エンジンの始動が検出されてから予め決められた第１の時間が経過するとコンプレッサ作動信号の出力を停止する第１の信号出力手段と、エンジンの始動が検出された後、前記期間である第２の時間（＜第１の時間）が経過した後に作動許容信号を出力する第２の信号出力手段と、
   前記作動許容信号と前記コンプレッサ作動信号が共に出力されている間だけ前記コンプレッサを作動させるコンプレッサ作動指示手段とを含み、
   前記待機時間中は、前記第２の時間が経過して前記作動許容信号が出力されるまでは前記コンプレッサの作動を禁止し、前記作動許容信号が出力されてから、前記第１の時間が経過して前記コンプレッサ作動信号の出力が停止されるまでの前記所定時間は前記コンプレッサを作動させることを特徴とする車両用空調装置。

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