JP5853918B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、内気側と外気側の流路が分かれている内外気２層空調ユニットにおいて、ヒータコアの代わりに、もしくは追加で室内熱交換器（凝縮器）を用いた車両用空調装置に関する。

車両用空調装置で暖房を行う際、車室内空気（内気）を吸い込んでヒータコアで加熱し再度車室内に吹き出すという内気循環運転を行うと、車室内の湿度の高い空気が循環されるため窓ガラスが曇ることがある。このため、車室内の換気及び曇りの除去と快適温度確保の両立を狙って、特許文献１などに見られるような、内気側と外気側の流路が分かれている内外気２層空調ユニット（空調ユニットのことをＨＶＡＣともいう）が知られている。すなわち、湿度の低い外気を導入して曇り除去に使用するためデフロスタ吹出し口（「ＤＥＦ吹出し口」ともいう）や、フェイス吹出し口（「ＦＡＣＥ吹出し口」ともいう）から車室内上層に流し、車室内の下層（足元）には、フット吹出し口（「ＦＯＯＴ吹出し口」ともいう）から比較的温度の高い内気を循環させて暖房性能を確保しようとするものである。

特に、外気温度が下がるほど内外気温度差は広がることになる。例えば、外気０℃だと温度差は２５℃程度だが、外気が−２０℃だと温度差が４５℃に広がってしまう。このように、外気温度が下がるなどして、内外気２層空調ユニットの外気側の吸込み温度が低くなって、内気側と外気側の吹き出し温度に大きな差が生じる場合、特許文献１などの従来技術では、エンジン冷却水の水温、流量を上げると共にヒータコア通過風量を制御することで、この状態を回避することができる。

しかし、暖房熱源であるエンジンの無い電気自動車（ＥＶ）や、運転条件によってエンジン熱が不足するハイブリッド自動車（ＨＶ、ＰＨＶ）の車両用空調装置では、水温を上げることができないことがあって、暖房能力を維持したまま、内外気の温度差を制御することができないという問題が生じていた。内外気の温度差を制御することができないと、顔や脚部への吹出しに温度差が発生して不快感を与えることになってしまう。この上下の温度差は一般的に１０℃程度で不快だとされており、上下の温度差が逆転する場合などは一層の不快感につながるものである。

特開２０００−０１６０５０号公報

本発明は、上記問題に鑑み、内外気２層空調ユニットとヒートポンプを組み合わせることで内気側と外気側の能力アップと調整を可能にした車両用空調装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、圧縮機（２２）、室内凝縮器（１２）、絞り（２６ａ、２６ｂ、２７）、室外熱交換器（２４）、及び、室内蒸発器（１１）を少なくとも具備する冷凍サイクル装置と、外気側通路と内気側通路の２層に分離された内外気２層空調ユニット（１）であって、送風機（７）、前記室内凝縮器（１２）、及び、前記室内蒸発器（１１）は、前記外気側通路と前記内気側通路にまたがって配置され、前記外気側通路と前記内気側通路には、それぞれ、前記室内凝縮器（１２）を通過させる風量とバイパス通路（３５ａ、３５ｂ）を通過させる風量との風量割合を調整できる外気側、内気側エアミックスドア（１６ａ、１６ｂ）を有する内外気２層空調ユニット（１）と、を具備する車両用空調装置において、前記圧縮機（２２）の回転数（Ｎｃ）が最大回転数（Ｎｃｍａｘ）に達した後、内気側エアミックスドア（１６ｂ）の制御１回当たりの変動量を、外気側エアミックスドア（１６ａ）の制御１回当たりの変動量より大きくして、前記内外気２層空調ユニット（１）の内気側、外気側吹出し温度を両温度差が許容温度内に収まるようにしつつ上昇させるように制御したことを特徴とする。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

本発明の第１実施形態のシステム構成図である。 本発明の第１実施形態のエアミックスドア（Ａ／Ｍドア）制御の説明図である。 本発明の第１実施形態の暖房運転モードのモリエル線図である。 本発明の第１実施形態の冷房運転モード、除湿暖房運転モードのモリエル線図である。 本発明の第１実施形態のエアミックスドア（Ａ／Ｍドア）制御の説明図である。 本発明の第１実施形態の暖房運転モードのモリエル線図である。 内外気２層空調ユニットのＡ／Ｍドアと吹出し温度との関係を示す特性図である。 本発明の第１実施形態の内外気２層空調ユニットの内外気Ａ／Ｍドアの同時制御実験結果を示すグラフである。 図８の制御実験結果における内外気Ａ／Ｍドア開度の関係を示す図である。 本発明の第１実施形態の制御フローチャートの一例である。 本発明の第１実施形態の内外気Ａ／Ｍドア開度制御のフローチャートである。 本発明の第２実施形態のシステム構成図である。 本発明の第２実施形態の暖房運転モードのモリエル線図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

本発明は、主に、内外気２層空調ユニットにおいて、内気モード、外気モード、内外気２層モードあるうちの内外気２層モードの場合で、外気が低温（たとえば−２０℃程度）の暖房運転モードに好適に適用されるものであって、圧縮機の回転数Ｎｃが最大回転数Ｎｃｍａｘに達しても、暖房能力が不足した場合に特に有効である。本発明は、内外気２層空調ユニットにエアミックスドア（Ａ／Ｍドア）高圧制御を適用して能力アップを行うものである。Ａ／Ｍドア高圧制御とは、Ａ／Ｍドアの開度を変えることで、室内凝縮器の通過風量を減らして暖房能力を上げる制御のことであり、詳しくは後述する。

ここで、図２を参照して、Ａ／Ｍドアの開度は、室内凝縮器１２の通過風量（Ｇ２）とバイパス通路の通過風量（Ｇ１）との割合（％）で表し、バイパス通路が全閉鎖されて、全風量が室内凝縮器１２を通過する場合（Ｇ１＝０）を１００％とし、室内凝縮器１２が全閉鎖（Ｇ２＝０）されて、全風量がバイパス通路を通過する場合を０％とする。Ａ／Ｍドアはスライド式や回動式であっても良いが、制御上は特性を風量割合に変換して制御することになる。Ａ／Ｍドアの開度は風量割合（％）を指すものとして以下説明する。したがって、開度５０％とは、Ｇ１＝Ｇ２の場合とする。以上、外気側で説明したが、内気側でも同様である。

（第１実施形態）
Ａ／Ｍドア高圧制御を詳説する前に、まず図１を参照して、本発明の第１実施形態の車両用空調装置の全体構成を説明する。本実施形態は、車両用空調装置に適用したものであって、ヒートポンプサイクル１０と、車室内に空調風を送風する室内空調ユニット１から構成されている。本実施形態においては、室内空調ユニット（ＨＶＡＣ）１が内外気２層空調ユニットになっている。

室内空調ユニット１は、車室内最前部の内側に配置される。室内空調ユニット１は、内部に車室内に送風される送風空気の空気通路を形成する空調ケース１’を有している。この空気通路に送風機７、室内凝縮器１２、室内蒸発器１１等が収容されている。空調ケース１’の空気流れ最上流側には、車室内空気（ＲＥＣ：内気）と外気（ＦＲＳ）を切替導入する内外気切替装置３３（吸込口モードとして、内気モード、外気モード、内外気２層モードが可能）が配置されている。内外気切替装置３３の空気流れ下流側には、内外気切替装置３３を介して吸入した空気を送風する送風機７が配置され、空調制御装置（制御用ＥＣＵ）４０から出力される制御電圧によって回転数（送風量）が制御される。送風機７は、外気側と内気側で独自に送風量が駆動制御できるようにしても良い。

空気通路は、外気側通路（図１の右側）と内気側通路（図１の左側）の２層に分離されている。外気側通路は、デフロスタ吹出し口３７ａ、フェイス吹出し口３７ｂにつながり、内気側通路は、フット吹出し口３７ｃにつながっている。内外気切替装置３３によって、内気モード、外気モード、内外気２層モードに切替えることができる。なお、内外気２層空調ユニットは、この図１の実施形態のみに限定されるものではなく、周知の内外気２層空調ユニットに本実施形態は適用可能である。

送風機７の空気流れ下流側には、室内蒸発器１１および室内凝縮器１２が、送風空気の流れ方向に対して、室内蒸発器１１、室内凝縮器１２の順に配置されている。ケーシング１’内には、室内蒸発器１１通過後の送風空気を、室内凝縮器１２を迂回して流すバイパス通路３５（外気側３５ａ、内気側３５ｂ）が設けられており、室内蒸発器１１の空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器１２の空気流れ上流側には、エアミックスドア（Ａ／Ｍドア）１６（外気側１６ａ、内気側１６ｂ）が配置されている。エアミックスドア１６は、室内蒸発器１１通過後の送風空気のうち、室内凝縮器１２側を通過する送風空気の風量とバイパス通路３５を通過させる風量との風量割合を調整することによって、室内凝縮器１２へ流入する送風空気の流量（風量）を調整する流量調整手段であって、合流空間３６（外気側３６ａ、内気側３６ｂ）での温度調整手段としても機能する。

室内凝縮器１２およびバイパス通路３５の空気流れ下流側には、室内凝縮器１２にて冷媒と熱交換して加熱された送風空気とバイパス通路３５を通過して加熱されていない送風空気が合流する合流空間３６が設けられている。ケーシング１’の空気流れ最下流部には、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出し口３７ａ、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス吹出し口３７ｂ、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出し口３７ｃが設けられている。

エアミックスドア１６は、室内凝縮器１２を通過させる風量とバイパス通路を通過させる風量との各々の風量割合を調整することによって、合流空間３６内の送風空気の温度を調整する。デフロスタ吹出し口３７ａ、フェイス吹出し口３７ｂ、フット吹出し口３７ｃには、それぞれ、開口面積を調整するデフロスタドア３８ａ、フェイスドア３８ｂ、フットドア３８ｃが配置されている。これらのドアは、空調制御装置４０から出力される制御信号によってその作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動され、それらの下流側に、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられた各吹出し開口に接続している。圧縮機２２は、バッテリ３１からの電力でインバータ３０介して駆動されている。通常のオートエアコン制御の場合には、目標吹出温度ＴＡＯは、車室内設定温度Ｔｓｅｔ、内気センサによって検出された車室内温度（内気温）Ｔｒ、外気センサによって検出された外気温Ｔａｍ、日射センサによって検出された日射量Ｔｓを用いて算出される。４１は、これらのセンサ、及び、図１の圧力センサ４１ａ、温度センサ４１ｂ、温度センサ４２ａ、４２ｂなどのセンサ群を示している。温度センサ４２ａ、４２ｂは、吹出し温度を検出する。

吹出ロモードとしては、フェイス吹出し口３７ｂを全開してフェイス吹出口から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出すフェイスモード、フェイス吹出し口３７ｂとフット吹出し口３７ｃの両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出すバイレベルモード、フット吹出し口３７ｃを全開するとともにデフロスタ吹出し口３７ａを小開度だけ開口して、フット吹出口から主に空気を吹き出すフットモード等がある。

次に、本実施形態のヒートポンプサイクル（冷凍サイクル装置）１０について述べる。図１に示すように、ヒートポンプサイクル１０は、圧縮機２２、室内凝縮器１２、室外熱交換器２４、室内蒸発器１１からなり、第１絞り２６ａ、第２絞り２６ｂ、第３絞り２７、気液分離器５０、アキュムレータ２５が、図１のように冷媒回路に挿入されている。２９、２３、２８は、それぞれ中間圧側シャット弁、バイパス弁、シャット弁である。これらのシャット弁は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

圧縮機２２は、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構との２つの圧縮機構から構成された二段昇圧式の電動圧縮機である。圧縮機２２は、外部から低段側圧縮機構へ吸入させる吸入ポート２２ｂ、中間圧冷媒を流入させて低圧から高圧への圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧ポート２２ｃ、および、高段側圧縮機構から吐出させる吐出ポート２２ａが設けられている。圧縮機構は、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構、ローリングピストン型圧縮機構等の各種形式のものを採用することができる。２つの圧縮機を直列に接続した場合であっても良い。本発明は、後述するように１段圧縮サイクルであっても適用可能である。

圧縮機２２の吐出ポート２２ａには、室内凝縮器１２の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器１２は、室内空調ユニット１の空調ケース１’内に配置されており、放熱器として機能して、室内蒸発器１１を通過した送風空気を加熱する。室内凝縮器１２の冷媒出口側には、室内凝縮器１２から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる第１絞り２６ａ（全開機能付電気式膨張弁、冷房運転モードでは全開）の入口側が接続されている。この第１絞り２６ａは、可変絞り機構である。第１絞り２６ａの出口側には、室内凝縮器１２から流出して第１絞り２６ａにて滅圧された中間圧冷媒の気液を分離する気液分離手段としての気液分離器５０の冷媒流入ポート５０ａが接続されている。気液分離器５０は、この中間圧冷媒を流入させる冷媒流入ポート５０ａ、分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出ポート５０ｃ、および、分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出ポート５０ｂを有している。

本実施形態の気液分離器５０の内容積は、サイクルに封入される冷媒量を液相に換算した際の封入冷媒体積から、サイクルが最大能力を発揮するために必要な冷媒量を液相に換算した際の必要最大冷媒体積を減算した余剰冷媒体積よりも小さく設定されている。このため、本実施形態の気液分離器５０の内容積は、サイクルに負荷変動が生じてサイクルを循環する冷媒循環流量が変動しても、実質的に余剰冷媒を溜めることができない程度の容積になっている。図１の拡大図に示すように、冷媒流入ポート５０ａから流入した冷媒は、円筒状内壁面に沿って旋回して流れ、この旋回流によって生じる遠心力の作用によって冷媒の気液が分離される。分離された液相冷媒が、重力の作用によって下方側に落下して液相冷媒流出ポート５０ｂから流出し、分離された気相冷媒は気相冷媒流出ポート５０ｃから流出する。

気液分離器５０の気相冷媒流出ポート５０ｃには、図１に示すように、中間圧冷媒通路１５を介して、圧縮機２２の中間圧ポート２２ｃが接続されている。この中間圧冷媒通路１５には、中間圧側シャット弁２９が配置されている。この中間圧側シャット弁２９は中間圧冷媒通路１５を開閉する電磁弁である。中間圧側シャット弁２９は、中間圧冷媒通路１５を開いた際に気液分離器５０の気相冷媒出口から圧縮機２２の中間圧ポート２２ｃ側へ冷媒が流れることのみを許容する逆止弁としての機能を兼ね備えている。また、中間圧側シャット弁２９は、中間圧冷媒通路１５を開閉することによって、サイクル構成（冷媒流路）を切り替える機能を果たす。

気液分離器５０の液相冷媒流出ポート５０ｂには、気液分離器５０にて分離された液相冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる第２絞り２６ｂの入口側が接続され、第２絞り２６ｂの出口側には、室外熱交換器２４の冷媒入口側に接続されている。この第２絞り２６ｂとしては、絞り開度が固定されたノズル、オリフイスを採用できる。第２絞り２６ｂはもちろん可変絞りであっても良い。

絞り通路面積が急縮小あるいは急拡大する固定絞りでは、上流側と下流側との圧力差（出入口間差圧）の変化に伴って、第２絞り２６ｂを通過する冷媒の流量および第２絞り２６ｂ上流側冷媒の乾き度を自己調整（バランス）することができる。圧力差が比較的大きい場合には、サイクルを循環させる必要のある必要循環冷媒流量が減少するに伴って、固定絞り上流側冷媒の乾き度が大きくなるようにバランスする。一方、圧力差が比較的小さい場合には、必要循環冷媒流量が増加するに伴って、固定絞り上流側冷媒の乾き度が小さくなるようにバランスする。ところが、第２絞り２６ｂ上流側冷媒の乾き度が大きくなってしまうと、室外熱交換器２４が冷媒に吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能する際に、室外熱交換器２４における冷媒の吸熱量（冷凍能力）が減ってサイクルの成績係数（ＣＯＰ）が悪化してしまう。

そこで、暖房運転モード時にサイクルの負荷変動によって必要循環冷媒流量が変化しても、第２絞り２６ｂ上流側冷媒の乾き度が０．１以下となる第２絞り２６ｂを採用し、ＣＯＰの悪化を抑制している。つまり、本実施形態の第２絞り２６ｂでは、ヒートポンプサイクル１０に負荷変動が生じた際に想定される範囲で、冷媒循環流量および第２絞り２６ｂの出入口間差圧が変化しても、第２絞り２６ｂ上流側冷媒の乾き度が０．１以下に調整される。

気液分離器５０の液相冷媒流出ポート５０ｂには、気液分離器５０にて分離された液相冷媒を第２絞り２６ｂを迂回させて室外熱交換器２４側へ導く第２絞り迂回用通路１８が接続されている。この第２絞り迂回用通路１８には、第２絞り迂回用通路１８を開閉するバイパス弁２３が配置されている。バイパス弁２３の基本的構成は、中間圧側シャット弁２９と同等であり、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって、その開閉作動が制御される電磁弁である。室内凝縮器１２から流出した冷媒は、バイパス弁２３が開いている場合には、第２絞り迂回用通路１８側を介して室外熱交換器２４へ流入し、バイパス弁２３が閉じている場合には、第２絞り２６ｂを介して室外熱交換器２４へ流入する。バイパス弁２３は、ヒートポンプサイクル１０の冷媒流路を切り替えることができる。

室外熱交換器２４は、暖房運転モード時には、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能し、冷房運転モード時等には、高圧冷媒を放熱させる放熱器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２４の冷媒出口側には、第３絞り２７の冷媒入口側が接続されている。第３絞り２７は、冷房運転モード時等に室外熱交換器２４から流出し、室内蒸発器１１へ流入する冷媒を減圧させるものである。この第３絞り２７も、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

第３絞り２７の出口側には、室内蒸発器１１の冷媒入口側が接続されている。室内蒸発器１１は、室内空調ユニット１の空調ケース１’内のうち、室内凝縮器１２の送風空気流れ上流側に配置され、冷房運転モード時、除湿暖房運転モード等にその内部を流通する冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることにより送風空気を冷却する蒸発器である。室内蒸発器１１の出口側には、アキュムレータ２５の入口側が接続されている。アキュムレータ２５の気相冷媒出口には、圧縮機２２の吸入ポート２２ｂが接続されている。室外熱交換器２４の冷媒出口側には、室外熱交換器２４から流出した冷媒を第３絞り２７および室内蒸発器１１を迂回させてアキュムレータ２５の入口側へ導く室内蒸発器迂回用通路１９が接続されている。

この室内蒸発器迂回用通路１９には、室内蒸発器迂回用通路１９を開閉するシャット弁２８が配置されている。シャット弁２８の基本的構成は、バイパス弁２３と同様であり、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって、その開閉作動が制御される。室外熱交換器２４から流出した冷媒は、シャット弁２８が開いている場合には膨張弁迂回用通路２５を介してアキュムレータ２５へ流入する。この際、第３絞り２７の絞り開度を全閉としてもよい。シャット弁２８が閉じている場合には第３絞り２７を介して室内蒸発器１１へ流入する。シャット弁２８は、ヒートポンプサイクル１０の冷媒流路を切り替えるものである。

図１の車両用空調装置は、暖房運転モード、冷房運転モード、除湿暖房運転モードを行うことができる。ここでは、本実施形態において関連する暖房運転モードについて、簡単に説明する。暖房運転モードの冷媒の流れは、図１の矢印で示されている。すなわち、第１絞り２６ａを減圧膨張弁として機能させ、第３絞り２７を全閉、中間圧側シャット弁を開、バイパス弁２３を閉、シャット弁２８を開とする。このときのモリエル線図での挙動を、模式的に示したものが、図３である。圧縮機２２には中間圧で中間圧ポート２２ｃから、中間圧でインジェクションされている（なお、圧縮工程は模式的に直線で示してあるが、本来は段差が生じている。）。

本実施形態の図１の冷凍サイクルにおいては、冷房運転モードを設定することができる。この冷房運転モード（モリエル線では、図４の最上段）では、第１絞り２６ａを全開とし、第３絞り２７を減圧膨張弁として機能させ、中間圧側シャット弁を閉、バイパス弁２３を開、シャット弁２８を閉とする。このとき、エアミックスドア１６ａ、１６ｂは、室内凝縮器１２への通路を閉鎖して、開度０％となっている。また、除湿暖房運転モードとしては、上記冷房運転モードと同じ冷凍サイクルであって、エアミックスドア１６ａ、１６ｂの開度を０％以上にした第１除湿暖房運転モード（モリエル線では、図４の最上段）を設定することができる。

その他、第２〜４除湿暖房運転モードを設定することができる。第２除湿暖房運転モードとしては、第１絞り２６ａを絞り状態とし、第３絞り２７の絞り開度を第１除湿暖房運転モードよりも増加させた絞り状態とする（図４の上から２段目のモリエル線図に示すように変化）。第３除湿暖房運転モードとしては、第１絞り２６ａの絞り開度を、第２除湿暖房運転モードよりも縮小させた絞り状態とし、第３絞り２７の絞り開度を、第２除湿暖房運転モードよりも増加させた絞り状態とする（図４の上から３段目のモリエル線図に示すように変化）。第４除湿暖房運転モードとしては、第１絞り２６ａの絞り開度を、第３除湿暖房運転モードよりも縮小させた絞り状態とし、第３絞り２７の絞り開度を、全開状態とする（図４の最下段目のモリエル線図に示すように変化）。

（エアミックスドア高圧制御）
エアミックスドア（Ａ／Ｍドア）高圧制御とは、内外気２層空調ユニットの内外気２層モードにおいて、外気が低温（たとえば、−１０℃〜−２０℃程度）の暖房運転モードの場合に、圧縮機の回転数が最大回転数Ｎｍａｘに達しても、暖房能力が不足した場合に特に有効である。内外気２層モードの場合には、外気温度が下がるほど内外気温度差は開き、必要な暖房能力は大きくなり、一般的に外気温度が−１０℃以下程度の条件では、暖房能力が厳しくなって電気自動車（ＥＶ）などでは対処が難しくなる。このような場合に、エアミックスドア（Ａ／Ｍドア）高圧制御を適用すればさらに能力アップを行うことができる。

Ａ／Ｍドアの開度を変えることで、室内凝縮器の通過風量を減らして暖房能力を上げることができるかについて、図３、５を参照して説明する。
従来技術のように、ヒータコアと内外気２層空調ユニットを組み合わせた場合には、ヒータコアを通過する風量を減らしても冷凍サイクルには影響がないので、暖房能力は風量が減少する分小さくなる。それに対して、本実施形態のようなヒートポンプサイクルの室内凝縮器１２と内外気２層空調ユニットを組み合わせた場合には、図３に見られるＡ／Ｍドア高圧制御前のサイクルＣ１から制御後のサイクルＣ２に移行するように、室内凝縮器１２を通過する風量を減らすとサイクルＣ２の高圧が上がり、圧縮機２２の動力はΔW分増加し、室内凝縮器通過空気との温度差を取るようにバランスする。このようにして圧縮機の回転数が最大回転数Ｎｍａｘに達しても、暖房能力を上げることができる。

図５は、例示的に分かりやすく、Ａ／Ｍドア高圧制御により最終的な吹き出し温度が上がることを示した説明図である。図５の（２）では、Ａ／Ｍドアの開度を５０％に設定すると、モリエル線図で高圧が１．２Ｍｐａから２．２ＭＰａに上がってエンタルピが増加し、冷媒温度が上がることを示している。これにより、最終的な吹き出し温度が上がっている状況が例示されている。以上説明のために、模式的にＡ／Ｍドア高圧制御の前後で中間圧一定として説明したが、実際の制御では、図６に示すように室内凝縮器１２の通過風量が減ると高圧が上がり、高圧が上がることで中間圧も上がり、中間圧での圧縮機２２へのインジェクション流量が増加する。このため、圧縮機２２の仕事量が増加して、より大きな暖房能力が出ることが実験によって確認されている。

以上のように、Ａ／Ｍドア高圧制御は、より大きな暖房能力を得る上で効果的であるが、ヒートポンプサイクルの室内凝縮器１２と内外気２層空調ユニットを組み合わせた場合には、以下のような問題が生じる。例えば、内気側のＡ／Ｍドアを開いて一部の空気をバイパスさせた場合、室内凝縮器１２を通過する総風量は減っているので室内凝縮器１２での冷媒温度が上がる。それにより、通過空気と冷媒との温度差が大きくなるので外気側の暖房能力は上がるが、内気側は一部の空気をパイパスさせているため室内凝縮器１２の通過風量が減って暖房能力が下がることがある。

すなわち、内外気２層空調ユニットの場合には、内気側流路と外気側流路にそれぞれＡ／Ｍドアがあるので、内気側流路と外気側流路の空気に温度差がある場合は、それぞれのドアを動かした場合の吹出し温度（内気側では、ＦＯＯＴ、外気側ではＦＡＣＥとＤＥＦの吹出し温度）への影響が異なる。図７は、内外気２層空調ユニットのＡ／Ｍドアと吹出し温度との関係を示す特性図である。図７の上段は、外気側Ａ／Ｍドアのみを動かした場合の特性図であって、外気側Ａ／Ｍドア開度（１００％→０％）が小さくなるにつれ、内気側の吹出し温度（ＦＯＯＴ）が上昇し、外気側の吹出し温度（ＦＡＣＥ、ＤＥＦ）との温度差が拡大してしまうことが、実験で分かっている。外気側Ａ／Ｍドア開度が小さくなるにつれ、顔（ＦＡＣＥ、ＤＥＦ）や脚部（ＦＯＯＴ）への吹出しに非常に大きい温度差が発生して、不快感を与えるものである。

また、図７の中段は、内気側Ａ／Ｍドアのみを動かした場合の特性図であって、内気側Ａ／Ｍドア開度（１００％→０％）が小さくなるにつれ、外気側の吹出し温度（ＦＡＣＥ、ＤＥＦ）が上昇し、内気側の吹出し温度（ＦＯＯＴ）と逆転してしまうことが、実験で分かっている。このような上下の温度差が逆転する場合は、乗員に顔の火照りなどといわれる不快感を与えるものである。

本実施形態は、このような問題を解決するものであって、鋭意研究の結果、内気側Ａ／Ｍドア開度と外気側Ａ／Ｍドア開度の変動量を独立して変えると、内外気吹出し温度差が大きくなることがなく、所定の許容範囲内（例えば、１０℃など）の温度差に押さえ込むできることがわかったものである。このような実験結果の一例（外気：−２０℃程度、内気：通常車室温度）を示すものが、図８の制御実験結果である。図８の制御実験結果は、図９のように内外気Ａ／Ｍドア開度（内気Ａ／Ｍドア変動量：外気Ａ／Ｍドア変動量＝２：１）を動かした場合の内気・外気吹出し温度と、吐出圧力（室内凝縮器圧力）が示されている。

図８の制御実験結果の例では、内気側の吹出し温度と外気側の吹き出し温度とが、所定の温度差を保って、外気側Ａ／Ｍドア開度の減少につれ単調増加している。この時、圧縮機２２の吐出圧力（高圧側冷媒圧力Ｐｄ）も、同様に、外気側Ａ／Ｍドア開度の減少につれ単調増加している。外気側Ａ／Ｍドア開度の１００％近傍を除外すれば、内気側Ａ／Ｍドア開度の制御１回当たりの変動量を、外気側Ａ／Ｍドア開度の制御１回当たりの変動量の２倍にして、それぞれのドア開度を減少させると、吐出圧力が増加していることが分かる。
ここで制御１回当たりの変動量とは、一度の制御で動かす量をさす。制御１回とは例えば、後述の図１０のフローチャートのステップＳ１３にみられる制御周期（τ）の１回分を示している。

したがって、圧力センサ４１ａで検出された高圧側冷媒圧力Ｐｄが、目標高圧ＴＰより小さければ、それぞれのドア開度を一定比率で減少させると目標高圧ＴＰに近づくことになる。このとき、内気側の吹出し温度と外気側の吹き出し温度とが、所定の温度差を保って、内外気側Ａ／Ｍドア開度の減少につれ上昇する。本実施形態では、圧縮機の回転数Ｎｃが最大回転数Ｎｃｍａｘに達しても、暖房能力が不足した場合なので、内気側の吹出し温度と外気側の吹き出し温度の両者が所定の温度差を保って上昇させる制御で充分な効果が得られるものである。ここで、内気側と外気側で独立に目標温度を決めるのではなく、例えば、ＦＯＯＴで目標温度を定めてＤＥＦが許容温度差内に収まるようにするとよい。

外気側Ａ／Ｍドア開度単位時間当たりの変動量に対して、内気側Ａ／Ｍドア開度の単位時間当たりの変動量を、一定比率又は所定比率以内で減少させて、所定の許容範囲内（例えば、１０℃など）の温度差に押さえ込みながら、それぞれの吹出し温度を上昇させる。これにより、顔や脚部への吹出しにおいて、非常に大きい温度差や逆転が発生して、不快感を与えるようなことがなく、圧縮機の回転数Ｎｃが最大回転数Ｎｃｍａｘに達しても、なお暖房能力をアップさせることができる。

通常アキュムレータサイクルでは、成績係数（ＣＯＰ）が最大になるように、室内凝縮器流出後の高圧の過冷却度を目標過冷却度になるように制御するが、本実施形態においても、第１絞り２６ａの弁開度が調整可能範囲にあるときにはこの制御を実施する。また、圧縮機の回転数Ｎｃが最大回転数Ｎｃｍａｘに達していても、第１絞り２６ａの弁開度が調整可能範囲にあるときには、第１絞り２６ａの弁開度を増加させて第１絞り２６ａ通過後の冷媒の乾き度を増加させ（モリエル線図上では図６と同様な挙動）、圧縮機２２の中間圧ガスインジェクション量を増加させても良い（これを乾き度制御という）。本実施形態では、第１絞り２６ａの弁開度が調整可能範囲にあるときには、圧縮機２２の回転数Ｎｃが最大回転数Ｎｃｍａｘに達した後に、この乾き度制御を行っても良い。もちろん達する前に乾き度制御を行っても良い。

図１０を参照して、本実施形態の制御フローチャートの一例を説明するが、本実施形態の制御はこれに限定されるものではない。
図１０のメインルーチンにおいて、ステップＳｌでは、フラグ、タイマ等の初期化、および、各種アクチュエータの初期位置合わせ等のイニシャライズが行われてステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、車室内温度設定スイッチによって設定された車室内の設定温度Ｔｓｅｔ、モード選択スイッチによって選択された運転モード等の操作パネルの操作信号等を読み込んでステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、空調制御に用いられる車両環境状態の信号、すなわち、空調制御用のセンサ群４１の検出信号を読み込んでステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、各種吹出口から車室内へ吹き出される送風空気の目標吹出温度（目標温度）ＴＡＯを算出してステップＳ５へ進む。

具体的には、ステップＳ４では、本実施形態の目標吹出温度ＴＡＯは、車室内設定温度Ｔｓｅｔ、内気センサによって検出された車室内温度（内気温）Ｔｒ、外気センサによって検出された外気温Ｔａｍ、日射センサによって検出された日射量Ｔｓを用いて算出される。ステップＳ５では、予め空調制御装置４０に記憶された制御マップを参照して、送風機３２の送風量（具体的には、電動モータに印加するブロワモータ電圧）を決定してステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、吸込ロモード（内気モード、外気モード、内外気２層モード）、すなわち内外気切替装置３３の切替状態が決定されてステップＳ７へ進む。

ステップＳ７では、操作パネルのモード選択スイッチの操作信号に基づいて、運転モード、すなわち、冷房運転モード、除湿暖房運転モード、暖房運転モードが決定され、それぞれステップＳ８〜１０に進み、各運転モードの制御処理（絞りや開閉弁の作動状態、目標高圧ＴＰｄ、圧縮機の回転数Ｎｃなど決定）が実行され、ステップ８、９では、ステップＳ１１に進む。暖房運転モードが選択されている際には、ステップＳ１０へ進み、暖房運転モードの制御処理が実行され、その後、ステップＳ１００で、Ａ／Ｍ開度決定がなされステップＳ１１に進む。ステップＳ１００のＡ／Ｍ開度決定のサブルーチンは、図１１に示されており、後述する。

ステップＳ１１では、ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置４０に記憶された制御マップを参照して吹出ロモード（フットモード、バイレベルモード、フェイスモード）を決定する。ステップＳ１２では、上述のステップにて決定された制御状態が得られるように、空調制御装置４０から出力側に接続された各種制御対象機器に対して、制御信号および制御電圧が出力される。続くステップＳ１３では、制御周期τの間待機し、制御周期τの経過を判定するとステップＳ２に戻るようになっている。

ステップＳ１００のＡ／Ｍ開度決定のサブルーチンを、図１１を参照して説明する。ステップＳ１０１においては、圧縮機の回転数Ｎｃが最大回転数Ｎｃｍａｘに達しているか否か判別する。達していなければ、ステップＳ１１に進み、図１０メインルーチンに復帰する。ステップＳ１００で、圧縮機の回転数Ｎｃが最大回転数Ｎｃｍａｘに達していると、ステップＳ１０２で、吸込口モードが内外気２層モードか否か判別され、Ｎｏならば、内外気２層モード以外の場合で、ステップＳ１０４で外気側Ａ／Ｍドアの変動量Ａ、内気側Ａ／Ｍドア変動量Ｂに同じ値Ｚを設定してステップＳ１０５に進む。この場合には外気側及び内気側Ａ／Ｍドアを同じ変動量で動かす。ステップＳ１０２で、吸込口モードが内外気２層モードであれば、ステップＳ１０３で、外気側Ａ／Ｍドアの変動量Ａに値Ｘを設定し、内気側Ａ／Ｍドア変動量Ｂに値Ｙを設定してステップＳ１０５に進む。この場合、値Ｘ、Ｙは異なる値に設定する。Ｘ、Ｙは、時間τあたりの変動量に相当し、Ｙ＞Ｘである。Ｙ＝２Ｘとした場合が一例として図８に示されている。

次に、ステップＳ１０５で、現在の高圧側冷媒圧力Ｐｄが、ステップＳ１０にて決定された目標高圧ＴＰｄより高くなっているか否かが判定される。ステップＳ１０５にて、現在の高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧ＴＰｄ以上と判定された場合には、ステップ１０９に進み、現在の高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧ＴＰｄ未満と判定された場合には、ステップＳ１０６、Ｓ１０７へ進み、現在の外気側、内気側Ａ／Ｍドア開度が最小開度より大か否かが判定される。

ステップＳ１０６、Ｓ１０７でいずれもＹｅｓの場合、ステップＳ１０８で、外気側Ａ／Ｍドア開度をＡだけ減少させ、内気側Ａ／Ｍドア開度をＢだけ減少させる。Ａ、Ｂは、内外気２層モードの場合には、それぞれ、Ｘ、Ｙであり、それ以外のモードの場合には、Ａ、ＢともＺに設定されている。ステップＳ１０５でＮｏの場合には、ステップ１０９では、外気側Ａ／Ｍドア開度をＡだけ増加させ、内気側Ａ／Ｍドア開度をＢだけ増加させる。その後、メインルーチンのステップＳ１１に戻る。

（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態が中間圧インジェクションを行う冷凍サイクル装置であったが、これを行わない冷凍サイクル装置で内外気２層空調ユニットに空調制御した実施形態である。圧縮機２２の吐出ポート２２には、室内凝縮器１２の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器１２は、室内空調ユニット１の空調ケース１’内に配置されており、放熱器として機能して、室内蒸発器１１を通過した送風空気を加熱する。室内凝縮器１２の冷媒出口側には、室内凝縮器１２から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる第１絞り２６ａの入口側が接続されている。この第１絞り２６ａは、可変絞り機構である。第１絞り２６ａの出口側には、室内凝縮器１２から流出して第１絞り２６ａにて滅圧された冷媒が室外熱交換器２４に流入する。第２絞りはない。その他の冷凍サイクル装置の構成は、第１実施形態と同じである。

第２実施形態の暖房運転モードのモリエル線図（図１３）では、Ａ／Ｍドア高圧制御前のサイクルＣ１から制御後のサイクルＣ２に移行させて、室内凝縮器１２を通過する風量を減らすとサイクルＣ２の高圧が上がり、室内凝縮器通過空気との温度差を取るようにバランスする。吸熱量ダウン分ΔＱがあり、圧縮機２２の動力アップΔＷがあっても、第１実施形態ほどは暖房能力を上げることができない。しかしながら、内外気２層空調ユニットにおいては、外気側Ａ／Ｍドア開度制御１回当たりの変動量に対して、内気側Ａ／Ｍドア開度の制御１回当たりの変動量を、一定比率又は所定比率以内で減少させて、内外気の吹出し温度差を、所定の許容範囲内の温度差に押さえ込むことができる。

１ 内外気２層空調ユニット
７ 送風機
１１ 室内蒸発器
１２ 室内凝縮器
１６ａ、１６ｂ 外気側、内気側エアミックスドア
２２ 圧縮機

Claims (7)

1. 圧縮機（２２）、室内凝縮器（１２）、絞り（２６ａ、２６ｂ、２７）、室外熱交換器（２４）、及び、室内蒸発器（１１）を少なくとも具備する冷凍サイクル装置と、
   外気側通路と内気側通路の２層に分離された内外気２層空調ユニット（１）であって、送風機（７）、前記室内凝縮器（１２）、及び、前記室内蒸発器（１１）は、前記外気側通路と前記内気側通路にまたがって配置され、前記外気側通路と前記内気側通路には、それぞれ、前記室内凝縮器（１２）を通過させる風量とバイパス通路（３５ａ、３５ｂ）を通過させる風量との風量割合を調整できる外気側、内気側エアミックスドア（１６ａ、１６ｂ）を有する内外気２層空調ユニット（１）と、を具備する車両用空調装置において、
   前記圧縮機（２２）の回転数（Ｎｃ）が最大回転数（Ｎｃｍａｘ）に達した後、内気側エアミックスドア（１６ｂ）の制御１回当たりの変動量を、外気側エアミックスドア（１６ａ）の制御１回当たりの変動量より大きくして、前記内外気２層空調ユニット（１）の内気側、外気側吹出し温度を両温度差が許容温度内に収まるようにしつつ上昇させるように制御したことを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記外気側通路は、デフロスタ吹出し口（３７ａ）、フェイス吹出し口（３７ｂ）につながり、前記内気側通路は、フット吹出し口（３７ｃ）につながることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記内外気２層空調ユニット（１）の内気側、外気側吹出し温度が、所定許容範囲内に収まるように、内気側エアミックスドア（１６ｂ）の制御１回当たりの変動量と、外気側エアミックスドア（１６ａ）の制御１回当たりの変動量を制御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。
4. 前記冷凍サイクル装置は、前記圧縮機（２２）、前記室内凝縮器（１２）、第１絞り（２６ａ）、前記室外熱交換器（２４）、アキュムレータ（２５）、前記圧縮機（２２）の順に配置されて冷媒が循環する主冷媒回路、及び、該主冷媒回路に対して、前記室外熱交換器（２４）の下流で分岐して、第３絞り（２７）、前記室内蒸発器（１１）の順に配置されて、前記アキュムレータ（２５）の上流で合流するバイパス回路から構成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
5. 前記主冷媒回路において、前記第１絞り（２６ａ）と前記室外熱交換器（２４）との間に、気液分離器（５０）と第２絞り（２６ｂ）がこの順に挿入され、該気液分離器（５０）から分離された中間圧気相冷媒を、前記圧縮機（２２）にインジェクションしたことを特徴とする請求項４に記載の車両用空調装置。
6. 前記送風機（７）は、前記外気側通路と前記内気側通路毎に独立して駆動することができ、それぞれの送風量が調節可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
7. 前記内外気２層空調ユニット（１）は、外気側通路と内気側通路に外気のみ流す外気モード、内気のみ流す内気モード、外気側通路には外気、内気側通路には内気を流す内外気２層モードに切替可能な内外気切替装置（３３）を具備し、該内外気切替装置（３３）は、外気側通路と内気側通路の吸込み風量を独立して調整できることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用空調装置。

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