JP4484334B2

JP4484334B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP4484334B2
Application number: JP2000235646A
Authority: JP
Inventors: 浩濱本; 肇山本
Original assignee: Japan Climate Systems Corp
Current assignee: Japan Climate Systems Corp
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: JP2002046459A

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を減圧する、流路抵抗を変更可能な第１減圧手段、前記コンプレッサからの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てなる第１経路、及び、前記第１減圧手段、流量調整手段及び車内側熱交換器に、常時冷媒が流動可能なキャピラリーチューブからなる第２減圧手段を並列接続してなり、前記第１経路に比べて流路抵抗の大きい第２経路から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一方、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たものである。
【０００６】
この構成により、流量調整手段により熱交換媒体の流動が遮断されると、熱交換媒体は第１減圧手段に比べて流路抵抗の大きな第２減圧手段を流動する。このため、コンプレッサからの吐出圧力を大きくでき、車内側熱交換器への熱交換媒体の供給を早期に実現可能となる。また、流量調整手段により、熱交換媒体を第１減圧手段側に流動可能とすると、流路抵抗が小さくなり、コンプレッサの吐出圧力の上昇を抑えて異常停止に至ることを防止することができる。
【０００７】
前記制御手段により、前記第１又は第２減圧手段の少なくともいずれか一方を、外気温度の違い、エンジン冷却水温度の違い、あるいは、コンプレッサの駆動回転数の違いに応じて駆動制御することにより、第１経路と第２経路の流路抵抗比を補正すると、コンプレッサの駆動に影響する諸条件を考慮して熱交換媒体の流動状態を適切に維持することができる。
【０００８】
なお、第１経路と第２経路の流路抵抗比は、コンプレッサの駆動回転数を最大とした場合であっても、車内側熱交換器の内圧が車内側熱交換器が破損しない所定の圧力以下となる値とする必要がある。
【０００９】
【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、ヒータコア２及び車内側熱交換器３が配設されている。
【００１０】
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。
【００１１】
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。ここでは、熱交換媒体が流動する扁平チューブと蛇行させた放熱フィンとを交互に積層した、いわゆる積層タイプの熱交換器が使用されている（但し、熱交換器は、この積層タイプのものに限定されるものではない。）。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、熱交換媒体回路Ｂは、コンプレッサ８から吐出された熱交換媒体が、流路抵抗を変更可能なモータバルブ１０（第１減圧手段）、流量調整バルブ１１、マフラー１２、及び、車内側熱交換器３を介して循環する第１経路ｂ１と、キャピラリーチューブ１３（第２減圧手段）を介して循環する第２経路ｂ２とで構成されている。そして、第１経路ｂ１に比べて第２経路ｂ２の流路抵抗が大きくなるように形成されている。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１４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１２は、流量調整バルブ１１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。なお、１５及び１６は、第１逆止弁及び第２逆止弁であり、１７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。
【００１２】
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１１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１４での検出圧力ｐに基づいて制御装置１８によって行われるようになっている。
【００１３】
次に、前記制御装置１８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。
【００１４】
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。
【００１５】
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）。
【００１６】
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。
【００１７】
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）。
【００１８】
補助暖房では、図４のグラフに従って外気温度に基づいて前記モータバルブ１０の開度を制御することにより、第１経路と第２経路の流路抵抗比を変更する（ステップＳ１０）。すなわち、エンジン４の始動直後に補助暖房を開始した場合、外気温度が低ければ、モータバルブ１０の開度を小さくし、流路抵抗を増大させる。これにより、コンプレッサ８からの吐出圧力が早期に上昇し、熱交換媒体が車内側熱交換器３を流動する際、短時間で所望の放熱量を得ることが可能となる。一方、外気温度が高い程、コンプレッサ８による昇圧が容易となるので、モータバルブ１０の開度を大きくする。これにより、車内側熱交換器３への熱交換媒体の流入量を増大させ、所望の放熱量を得ることが可能となる。
【００１９】
この間、図５のグラフに従って、圧力検出センサ１４で検出されるコンプレッサ８からの吐出圧力に基づいて、外気温度の違いを考慮しつつ、車内側熱交換器３での内圧を推測し、この内圧を図６のグラフに従ってモータバルブ１０の開度に応じて補正する（ステップＳ１１）。そして、得られた車内側熱交換器３での内圧Ｐが第１設定圧力Ｐ１を越えているか否かを判断する（ステップＳ１２）。ここで、第１設定圧力Ｐ１には、車内側熱交換器３を損傷させることのない最大圧力を使用する。したがって、内圧Ｐが第１設定圧力Ｐ１を越えていれば、クラッチ９を遮断してコンプレッサ８の駆動を停止することにより、車内側熱交換器３の損傷を防止する（ステップＳ１３）。
【００２０】
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、前記モータバルブ１０の開度調整によっては、コンプレッサ８からの吐出圧力の低下を防止できず、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よりも高いか否かを判断し（ステップＳ１４）、検出圧力ｐが第２設定圧力Ｐ２以下になれば、流量調整バルブ１１を閉塞する（ステップＳ１５）。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。
【００２１】
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Ｓ１６）。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Ｓ１７）。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。
【００２２】
このとき、流量調整バルブ１１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１１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１１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７（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７（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。
【００２３】
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）。
【００２４】
なお、前記実施形態では、流量調整バルブ１１の開度を外気温度に基づいて調整するようにしたが、図８に示すようにエンジン冷却水温度に基づいて調整したり、図９に示すようにコンプレッサ８の駆動回転数に基づいて調整するようにしてもよい。
【００２５】
また、前記実施形態では、第１流路ｂ１と第２流路ｂ２との流路抵抗比を第１減圧手段であるモータバルブ１０のみによって調整するようにしたが、第２減圧手段であるキャピラリーチューブ１３をモータバルブ等で構成することにより、流路抵抗比を、第２減圧手段のみで調整可能としたり、第１及び第２減圧手段の両方で調整可能としてもよい。
【００２６】
また、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。
【００２７】
【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、第１経路に比べて第２経路の流路抵抗を大きくし、流量調整手段により、各流路を流れる熱交換媒体の流量を調整するようにしたので、車内側熱交換器による補助暖房を適切に行うことができる。
【００２８】
流量調整手段を外気温度の違い、エンジン冷却水温度の違い、あるいは、コンプレッサの駆動回転数の違いに応じて駆動制御することにより、第１経路と第２経路の流路抵抗比を補正するので、コンプレッサを異常停止させることなく、車内側熱交換器による補助暖房を適切に行うことができる。
【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】外気温度と流路抵抗比との関係を示すグラフである。
【図５】コンプレッサからの吐出圧力と車内側熱交換器の内圧との関係を示すグラフである。
【図６】モータバルブの絞り率（開度）と車内側熱交換器の内圧の補正値との関係を示すグラフである。
【図７】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）及び送風温度の変化（ｂ）を示すグラフである。
【図８】エンジン冷却水温度と流路抵抗比との関係を示すグラフである。
【図９】コンプレッサの駆動回転数と流路抵抗比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
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…モータバルブ（第１減圧手段）
１１…流量調整バルブ
１３…キャピラリーチューブ（第２減圧手段）
１４…圧力検出センサ
１８…制御装置

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を減圧する、流路抵抗を変更可能な第１減圧手段、前記コンプレッサからの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てなる第１経路、及び、前記第１減圧手段、流量調整手段及び車内側熱交換器に、常時冷媒が流動可能なキャピラリーチューブからなる第２減圧手段を並列接続してなり、前記第１経路に比べて流路抵抗の大きい第２経路から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一方、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たことを特徴とする車両用空調装置。
前記制御手段は、前記第１又は第２減圧手段の少なくともいずれか一方を外気温度の違いに応じて駆動制御することにより、第１経路と第２経路の流路抵抗比を補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、前記第１又は第２減圧手段の少なくともいずれか一方をエンジン冷却水温度の違いに応じて駆動制御することにより、第１経路と第２経路の流路抵抗比を補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、前記第１又は第２減圧手段の少なくともいずれか一方をコンプレッサの駆動回転数の違いに応じて駆動制御することにより、第１経路と第２経路の流路抵抗比を補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。
第１経路と第２経路の流路抵抗比を、コンプレッサの駆動回転数を最大とした場合であっても、車内側熱交換器の内圧が所定の圧力以下となる値としたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の車内側熱交換器。