JP4484332B2

JP4484332B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP4484332B2
Application number: JP2000233082A
Authority: JP
Inventors: 浩濱本; 肇山本
Original assignee: Japan Climate Systems Corp
Current assignee: Japan Climate Systems Corp
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: JP2002046457A

Description

【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、常時冷媒が流動可能なキャピラリーチューブからなる減圧手段を並列接続してなる熱交換媒体回路と、
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、コンプレッサの始動から所定時間経過するまではコンプレッサの吐出容量を上方修正する一方、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たものである。
【０００６】
この構成により、コンプレッサの始動直後で、エンジン冷却水温度が低い状態であっても、車内側熱交換器に十分な量の熱交換媒体を供給して早期に車内暖房を開始することができる。
【０００７】
前記制御手段により、コンプレッサの始動から所定時間経過するまでのコンプレッサの吐出容量を、コンプレッサの始動からのエンジン冷却水温度の変化や、コンプレッサの始動からの経過時間に応じた値に上方修正すると、早期に車内暖房を開始できるだけでなく、ヒータコアによる暖房能力に応じて無駄なコンプレッサの駆動を抑えることができる点で好ましい。
【０００８】
この場合、前記コンプレッサの吐出容量を上方修正する値を、さらに外気温度に応じて補正すると、より一層、無駄なコンプレッサの駆動を抑えることができる点で好ましい。
【０００９】
また、前記制御手段により、コンプレッサの始動から所定時間経過するまでのコンプレッサの吐出容量を、コンプレッサの始動から車内側熱交換器に流入する熱交換媒体の流量に応じた値に上方修正するようにしても、同様に無駄なコンプレッサの駆動を抑えることが可能となる。
【００１０】
さらに、前記コンプレッサの吐出圧力、吸入圧力、吐出温度のうち、少なくともいずれか１つを検出する検出手段を備え、前記制御手段は、該検出手段からの検出信号に基づいて前記コンプレッサの吐出容量を制御すると、コンプレッサの駆動状態を安定させ、車内側熱交換器の内圧が異常に上昇することを防止することができる点で好ましい。
【００１１】
なお、コンプレッサの駆動状態の安定を優先する場合、前記制御手段により、吸入圧力又は吐出温度のうち、少なくともいずれか一方を、吐出圧力よりも優先してコンプレッサの駆動制御に利用すればよい。
また、前記制御手段により、前記コンプレッサの駆動回転数に基づいて吐出容量を制御するようにすればよい。
【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。
（第１実施形態）
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。
【００１３】
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ようになっている。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ようになっている。
【００１４】
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によって駆動するようになっており、その駆動力はクラッチ９により接続又は遮断可能となっている。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が接続されている。そして、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を検出できるようになっている。前記マフラー１１は、流量調整バルブ１０を通過した熱交換媒体が車内側熱交換器３内で異音を発生させないようにするためのものである。前記第１キャピラリーチューブ１３ａ、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、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。
【００１５】
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、コンプレッサ８からの熱交換媒体の吐出容量制御、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によって行われるようになっている。
【００１６】
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及び図３のフローチャートに従って説明する。
【００１７】
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。
【００１８】
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、ラジエータ５に通水させて冷却する（ステップＳ４）。そして、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Ｓ５）。
【００１９】
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５に通水しないように三方弁６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。
【００２０】
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、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、コンプレッサ８を駆動して補助暖房を開始する（ステップＳ９）。
【００２１】
補助暖房では、コンプレッサ８の始動からタイマーによるカウントを開始し（ステップＳ１０）、このカウントがコンプレッサ８の始動から所定時間（ここでは、１５分）経過するまでの間、図４のグラフに示すように、コンプレッサ８の吐出容量（ここでは、駆動回転数）を、外気温度の違いに応じて設定される、エンジン冷却水温度に応じた値に上方修正する（ステップＳ１１及びＳ１２）。すなわち、コンプレッサ８の吐出容量を、外気温度が低い程大きく、かつ、エンジン冷却水温度が高い程小さい値となるように上方修正する。これにより、外気温度が低くてエンジン冷却水温度を早期に上昇させることができないと想定される条件下であれば、コンプレッサ８の吐出容量を上方修正して熱交換媒体の流量を増大させることができる。したがって、車内側熱交換器３による補助暖房を、外気温度及びエンジン冷却水温度を考慮して迅速かつ的確に行うことが可能となる。
【００２２】
また、前記補助暖房では、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。
【００２３】
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Ｓ１３）。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Ｓ１４）。検出圧力ｐが第１設定圧力Ｐ１よりも高ければ、コンプレッサ８の駆動状態が良好であると判断し、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Ｓ１５）。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。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１０の開度を小さくする（ステップＳ１６）。この場合、流量調整バルブ１０の開度は検出圧力ｐの値に応じたものとするのが好ましい。
【００２４】
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Ｓ１７）、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を閉塞する（ステップＳ１８）。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１３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。
【００２５】
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Ｓ１９）。検出圧力ｐが第３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Ｓ２０）。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。
【００２６】
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５（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５（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、早期に送風温度を上昇させることが可能となった。
【００２７】
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Ｓ４）。
【００２８】
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への流水を停止するようにしてもよい。
【００２９】
（第２実施形態）
第２実施形態では、前記第１実施形態とは、コンプレッサ８の始動から所定時間経過するまでのコンプレッサ８の吐出容量を、コンプレッサ８の始動からの経過時間に応じた値に上方修正する点で相違する。すなわち、コンプレッサ８の吐出容量は、その始動から所定時間は上方修正するが、その上方修正値（熱交換媒体の吐出容量増分）を、図６に示すように、エンジン４の駆動時間（運転時間）が長くなる程小さくする。またこのとき、外気温度が低い程、コンプレッサ８の吐出容量を上方修正する時間を長くする（ここでは、外気温度が−２０℃と−１０℃の場合を図示している。）。このように、第２実施形態では、コンプレッサ８の始動からの経過時間に従って上方修正値を決定するので、簡単な制御で燃費を向上させることができ、かつ、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が可能となる。
【００３０】
（第３実施形態）
第３実施形態では、前記第１実施形態とは、コンプレッサ８の始動から所定時間経過するまでのコンプレッサ８の吐出容量を、コンプレッサ８の始動から車内側熱交換器３に流入する熱交換媒体の流量に応じた値に上方修正する点で相違する。すなわち、図７に示すように、流量調整バルブ１０が開放されている場合、コンプレッサ８の吐出容量の上方修正値（熱交換媒体の吐出容量増分）を２５％とし、閉鎖されている場合、０％とする。このように、第３実施形態では、流量調整バルブ１０の開度によって上方修正値を決定するので、車内側熱交換器３に熱交換媒体による過剰な圧力が作用して損傷に至ることを防止可能である。
【００３１】
（第４実施形態）
第４実施形態では、前記第１実施形態とは、コンプレッサ８の吐出圧力、吸入圧力、吐出温度のうち、少なくともいずれか１つを検出し、その検出結果に基づいてコンプレッサ８の吐出容量を制御する点で相違する。例えば、コンプレッサ８の吐出容量を、その吐出圧力に基づいて制御する場合、吐出圧力が基準圧力よりも低ければ、コンプレッサ８の吐出容量の上方修正値（熱交換媒体の吐出容量増分）を大きくすればよい。
【００３２】
また、前記コンプレッサ８の吐出圧力のほかに、吸入圧力又は吐出温度のうち、いずれか一方の検出結果を利用する場合、吸入圧力又は吐出温度のうち、少なくともいずれか一方を、吐出圧力に優先させて利用するのが好ましい。これによれば、コンプレッサ８への熱交換媒体の環流を適切に管理することができ、その動作特性の信頼性を高めることが可能となる。
【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、コンプレッサの始動から所定時間経過するまではコンプレッサの吐出容量を上方修正するようにしたので、早期に車内暖房を開始することができる。
【００３４】
コンプレッサの始動から所定時間経過するまでのコンプレッサの吐出容量を種々の方法により制御するようにしたので、早期に車内暖房を開始すると共に、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】
特に、コンプレッサの吐出容量を上方修正する値を、さらに外気温度に応じて補正するようにしたので、より一層燃費を向上させることが可能となる。
【００３６】
コンプレッサの吐出圧力、吸入圧力、吐出温度のうち、少なくともいずれか１つに基づいてコンプレッサの吐出容量を制御するので、コンプレッサの駆動状態を安定させて信頼性を向上させることができると共に、車内側熱交換器の破損を的確に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】エンジン冷却水温度とコンプレッサからの吐出容量の増分との関係を示すグラフである。
【図５】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。
【図６】コンプレッサの運転時間と、そこからの吐出容量の増分との関係を示すグラフである。
【図７】流量調整バルブの開閉とコンプレッサからの吐出容量の増分との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…空調ユニット
２…ヒータコア
３…車内側熱交換器
４…エンジン
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
１４…第１逆止弁
１５…第２逆止弁

Claims

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、常時冷媒が流動可能なキャピラリーチューブからなる減圧手段を並列接続してなる熱交換媒体回路と、
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、コンプレッサの始動から所定時間経過するまではコンプレッサの吐出容量を上方修正する一方、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たことを特徴とする車両用空調装置。
前記制御手段は、コンプレッサの始動から所定時間経過するまでのコンプレッサの吐出容量を、コンプレッサの始動からのエンジン冷却水温度の変化に応じた値に上方修正することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記制御手段は、コンプレッサの始動から所定時間経過するまでのコンプレッサの吐出容量を、コンプレッサの始動からの経過時間に応じた値に上方修正することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記制御手段は、前記コンプレッサの吐出容量を上方修正する値を、さらに外気温度に応じて補正することを特徴とする請求項２又は３に記載の車両用空調装置。
前記制御手段は、コンプレッサの始動から所定時間経過するまでのコンプレッサの吐出容量を、コンプレッサの始動から車内側熱交換器に流入する熱交換媒体の流量に応じた値に上方修正することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記コンプレッサの吐出圧力、吸入圧力、吐出温度のうち、少なくともいずれか１つを検出する検出手段を備え、前記制御手段は、該検出手段からの検出信号に基づいて前記コンプレッサの吐出容量を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記制御手段は、吸入圧力又は吐出温度のうち、少なくともいずれか一方を、吐出圧力に優先することを特徴とする請求項６に記載の車両用空調装置。
前記制御手段は、前記コンプレッサの駆動回転数に基づいて吐出容量を制御することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の車両用空調装置。