JP4451971B2 - 車両用空調装置 - Google Patents
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Description
【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、エンジンを冷却するためのエンジン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、
前記空調ユニット内に設けたブロアによる送風量を検出するブロア風量検出手段と、
前記エンジン冷却水の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る熱交換媒体の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前記空調ユニット内を通過する空気とを熱交換させる熱交換器を環状に接続し、前記流量調整手段及び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と、
前記ブロア風量検出手段からの検出風量に基づいてエンジン冷却水の水温制御値を決定し、前記水温検出手段での検出温度が水温制御値よりも小さく、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一方、検出温度が水温制御値以上で、前記ヒータコアのみで暖房が十分であると判断すれば、前記クラッチを遮断する制御手段とを備え、
前記制御手段は、ブロア風量検出手段により検出される送風量が所定量以下の場合、前記水温制御値を下方修正するものである。
【0006】
この構成により、エンジン冷却水温度の上昇に伴うヒータコアの加熱能力の変化だけでなく、送風量を考慮することにより供給総熱量を適切な値として車内暖房を行うことができる。
【0008】
さらに、ブロア風量を手動で設定するための手動設定手段を備え、
前記制御手段は、車内外諸条件に基づいてブロア風量を算出し、該算出風量と、前記手動設定手段で設定された設定風量とを比較し、設定風量が算出風量よりも小さい場合、前記水温制御値を下方修正しないようにすると、車内への供給放熱量を維持しつつ、ブロア風量を小さく抑えて静かな車内空調を実現できる。
【0009】
前記ブロア風量検出手段は、ブロアモータへの印加電圧を検出するブロア電圧検出手段で構成すればよい。
【0010】
前記制御手段により、内気循環時に比べて外気導入時の水温制御値を相対的に大きくすると、外気温度と内気温度との温度差を考慮して車内暖房を行うことができる点で好ましい。
【0011】
前記制御手段により、熱交換器での熱交換媒体の流量が所定値以下の場合、ブロア風量を下方修正するようにしてもよい。これにより、熱交換器による加熱が不十分な状態で、車内への送風を抑制することにより、送風温度の低下を防止することが可能となる。
【0012】
【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。
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、空気流れの上流側から順に、ブロア2、車内側熱交換器3及びヒータコア4が配設されている。
【0013】
ブロア2は、ブロアモータ5の駆動により回転駆動し、内外気切替ダンパ6によって選択された内気又は外気を空調ユニット1内に導入する。ブロアモータ5への印加電圧は、電圧検出センサ7によって検出される。
【0014】
ヒータコア4は、エンジン10の冷却水をラジエータ8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。ラジエータ8には、バイパス通路aが並列接続されている。ラジエータ8への冷却水の流動は、三方弁9によって許容又は遮断される。また、エンジン10側から流出する冷却水の温度は、水温検出センサ11によって検出される。
【0015】
車内側熱交換器3は、コンプレッサ12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12は、前記エンジン10によって駆動し、その駆動力はクラッチ13により接続又は遮断可能である。また、コンプレッサ12の吐出口と車内側熱交換器3の吸込口との間には流量調整バルブ14及びマフラー15が接続されている。そして、コンプレッサ12の吐出口の近傍には、圧力検出センサ16が設けられ、コンプレッサ12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15は、流量調整バルブ14を通過した熱交換媒体が車内側熱交換器3内で異音を発生するのを防止する。前記流量調整バルブ14、マフラー15及び車内側熱交換器3には、減圧手段であるキャピラリーチューブ17が並列接続されている。なお、18及び19は、第1逆止弁及び第2逆止弁であり、20は、コンプレッサ12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。
【0016】
前記コンプレッサ12を駆動及び停止させるためのクラッチ13の接続及び遮断、三方弁9の切替え、流量調整バルブ14の開度の調整、内外気切替ダンパ6の駆動等は、前記水温検出センサ11での検出温度t、圧力検出センサ16での検出圧力p、ブロアモータ5への印加電圧に基づいて制御装置21によって行われる。なお、制御装置21には、送風量を手動設定するためのマニュアルスイッチ22からの信号も入力され、後述する風量制御も行われる。
【0017】
次に、前記制御装置21による車両用空調装置の駆動制御について図2ないし図4のフローチャートに従って説明する。
【0018】
エンジン10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11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よりも高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8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。
【0019】
検出温度tが第1設定温度T1よりも高ければ、エンジン冷却水が高くなり過ぎていると判断し、三方弁9を切り替えることにより、ラジエータ8に通水させて冷却する(ステップS4)。この場合、クラッチ13を遮断し、コンプレッサ12の駆動を停止する(ステップS5)。
【0020】
一方、検出温度tが第1設定温度T1以下であれば、冷却水がラジエータ8に通水しないように三方弁9を切り替え(ステップS6)、さらに、検出温度tが第2設定温度T2よりも高いか否かを判断する(ステップS7)。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。
【0021】
検出温度tが第2設定温度T2よりも高ければ、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S8)。一方、検出温度tが第2設定温度T2以下であれば、次のようにしてコンプレッサ12を駆動するか否かを決定する。
【0022】
まず、内外気切替ダンパ6の回動位置から外気導入モードであるか内気循環モードであるかを判断する(ステップS9)。外気導入モードであれば、図5のグラフの実線に従って水温制御値Tcを算出し(ステップS10)、内気循環モードであれば、図5のグラフの点線に従って水温制御値Tcを算出する(ステップS11)。これは、内気循環モードであれば、外気よりも高い温度の内気が循環するため、その温度差を考慮したものである。なお、水温制御値Tcは、内気センサ及び外気センサでの検出温度から得られる温度差に応じて変更するようにしてもよい。
【0023】
続いて、電圧検出センサ7での検出電圧vbを読み込み(ステップS12)、この検出電圧vbが設定電圧vs以下か否かを判断する(ステップS13)。そして、検出電圧vbが設定電圧vs以下であれば、算出した水温制御値Tcを所定値Kだけ下方修正する(ステップS14)。これは、検出電圧vbが小さく、送風量が少ない場合であれば、エンジン冷却水温度が低くても、所望の送風温度を得るためには、それ程、車内側熱交換器3で加熱する必要がないと判断されるからである。
【0024】
ここで、送風量の設定が自動か手動かを判断し(ステップS15)、自動であれば、前記ステップS11又はS14で決定した水温制御値Tcをそのまま使用する。一方、手動であれば、内気温度、外気温度、日射量等の車内外諸条件に基づき、従来周知の方法によりブロアモータ5への印加電圧を算出し、この算出電圧vに基づいて水温制御値Tcを算出する(ステップS16)。そして、手動で設定された送風量の違いに拘わらず、水温制御値Tcが、マニュアルスイッチ22で設定された電圧(設定電圧)によって決定される水温制御値Tc(一例を図5の1点鎖線で示す。)よりも小さくならないようにする(ステップS17)。これにより、水温制御値Tcを、少なくとも手動設定された送風量に対応した値に維持して暖房運転を続行することができる。
【0025】
その後、水温検出センサ11での検出温度tが前述のようにして得られた水温制御値Tcよりも小さいか否かを判断する(ステップS18)。検出温度tが水温制御値Tcよりも小さければ、コンプレッサ12をオンとし(ステップS19)、車内側熱交換器3による補助暖房を開始する(ステップS20)。一方、検出温度tが水温制御値Tcよりも小さくなければオフする(ステップS21)。
【0026】
ところで、前記補助暖房では、流量調整バルブ14の開度を前記圧力検出センサ16での検出圧力pに応じて調整する。
【0027】
ここでは、まず、圧力検出センサ16での検出圧力pを読み込む(ステップS22)。そして、検出圧力pが第1設定圧力P1(例えば、18kgf/cm2G)よりも高いか否かを判断する(ステップS23)。検出圧力pが第1設定圧力よりも高ければ、コンプレッサ12の駆動状態が良好であると判断し、流量調整バルブ14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S24)。このとき、ブロア2による送風量を増大させることにより、車内側熱交換器3による加熱能力の変化に迅速に対応する(ステップS25)。これにより、ヒータコア4による加熱が補助され車内側への送風温度を早期に上昇させることができる。また、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14の開度を小さくすると共に(ステップS26)、ブロア風量を下方修正する(ステップS27)。この場合、流量調整バルブ14の開度及びブロア風量は検出圧力pの値に応じたものとするのが好ましい。
【0028】
また、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12からの吐出圧力が低下し、このコンプレッサ12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設定圧力よりも低いか否かを判断し(ステップS28)、検出圧力pが第2設定圧力よりも低くなれば、流量調整バルブ14を閉塞する(ステップS29)。これにより、車内側熱交換器3への流入が阻止され、キャピラリーチューブ17を通過してコンプレッサ12に還流する流量が増大する。この結果、コンプレッサ12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、前記補助暖房中、前記検出圧力pが第3設定圧力P3(例えば、20kgf/cm2G)よりも高いか否かを判断する(ステップS30)。検出圧力pが第3設定圧力よりも高ければ、コンプレッサ12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13によりエンジン10からの動力を遮断し、コンプレッサ12を停止する(ステップS31)。これにより、エンジン10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14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14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12を作動条件を満足する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14として電磁開閉弁を使用し、コンプレッサ12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6(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12の停止時間を短くすることができた。また、図6(b)のグラフに示す通り、コンプレッサ12の駆動時間が長くなるため、早期に送風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10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11での検出温度tも上昇してくるので、前述のように、前記ステップで、自動的に三方弁9が切り替えられ、エンジン冷却水がラジエータ8で冷却される(ステップS4)。
【0032】
なお、前記実施形態では、三方弁9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8のみならず、ヒータコア4への流水の停止を行うようにしてもよい。
【0033】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、流量調整手段及び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、検出温度が水温制御値よりも小さいか否かでクラッチを接続するか遮断するかを決定するようにしたので、車内への供給総熱量を適切な値として、良好な車内暖房を行うことができる。
【0034】
送風量が所定値以下の場合、水温制御値を下方修正するようにしたので、無駄なコンプレッサの駆動を抑えて燃費を向上させることができる。
【0035】
設定風量が算出風量よりも小さい場合、水温制御値を下方修正しないので、車内への供給総熱量を維持しつつ、低風量化が可能となり、静かな車内暖房を実現することができる。
【0036】
外気導入時に比べて内気循環時の水温制御値を相対的に大きくしたので、暖房運転の開始により徐々に温度上昇する内気温度を考慮して適切な車内暖房を行うことができる。
【0037】
熱交換器での熱交換媒体の流量が所定値以下の場合、ブロア風量を下方修正するようにしたので、車内側熱交換器による加熱が不十分な状態で、車内への送風により乗員が不快感を受けることを防止することができる。
【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4】 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5】 ブロア電圧と水温制御値との関係を示すグラフである。
【図6】 図1の流量調整バルブを開状態又は閉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。
【符号の説明】
1…空調ユニット
2…ブロア
3…車内側熱交換器
4…ヒータコア
5…ブロアモータ
6…内外気切替ダンパ
7…電圧検出センサ
8…ラジエータ
9…三方弁
10…エンジン
11…水温検出センサ
12…コンプレッサ
13…クラッチ
14…流量調整バルブ
16…圧力検出センサ
17…キャピラリーチューブ
18…第1逆止弁
19…第2逆止弁
20…アキュムレータ
21…制御装置
Claims (5)
- 空調ユニット内に、エンジンを冷却するためのエンジン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、
前記空調ユニット内に設けたブロアによる送風量を検出するブロア風量検出手段と、
前記エンジン冷却水の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る熱交換媒体の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前記空調ユニット内を通過する空気とを熱交換させる熱交換器を環状に接続し、前記流量調整手段及び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と、
前記ブロア風量検出手段からの検出風量に基づいてエンジン冷却水の水温制御値を決定し、前記水温検出手段での検出温度が水温制御値よりも小さく、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一方、検出温度が水温制御値以上で、前記ヒータコアのみで暖房が十分であると判断すれば、前記クラッチを遮断する制御手段とを備え、
前記制御手段は、ブロア風量検出手段により検出される送風量が所定量以下の場合、前記水温制御値を下方修正することを特徴とする車両用空調装置。 - さらに、ブロア風量を手動で設定するための手動設定手段を備え、
前記制御手段は、車内外諸条件に基づいてブロア風量を算出し、該算出風量と、前記手動設定手段で設定された設定風量とを比較し、設定風量が算出風量よりも小さい場合、前記水温制御値を下方修正しないことを特徴とする請求項1に記載の車両用空調装置。 - 前記ブロア風量検出手段は、ブロアモータへの印加電圧を検出するブロア電圧検出手段で構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用空調装置。
- 前記制御手段は、内気循環時に比べて外気導入時の水温制御値を相対的に大きくすることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の車両用空調装置。
- 前記制御手段は、熱交換器での熱交換媒体の流量が所定値以下の場合、ブロア風量を下方修正することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の車両用空調装置。
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