JP6073653B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の車室内を空調するヒートポンプ方式の空気調和装置、特にハイブリッド自動車や電気自動車に適用可能な空気調和装置に関するものである。

近年の環境問題の顕在化から、ハイブリッド自動車や電気自動車が普及するに至っている。そして、このような車両に適用することができる空気調和装置として、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、車室内側に設けられて冷媒を放熱させる放熱器と、車室内側に設けられて冷媒を吸熱させる吸熱器と、車室外側に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させる室外熱交換器を備え、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器において放熱させ、この放熱器において放熱した冷媒を室外熱交換器において吸熱させる暖房運転と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器において放熱させ、放熱器において放熱した冷媒を吸熱器のみ、又は、この吸熱器と室外熱交換器において吸熱させる除湿暖房運転と、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器において放熱させ、吸熱器において吸熱させる冷房運転と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器及び室外熱交換器において放熱させ、吸熱器において吸熱させる除湿冷房運転とを切り換え可能としたものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１７６６５９号公報

ここで、放熱器から出て室外熱交換器に流入する冷媒を減圧する室外膨張弁の弁開度により、放熱器の出口側では冷媒が過冷却される。この場合の冷媒過冷却度ＳＣは図１０に示すように放熱器内の冷媒の飽和温度から出口での冷媒の温度が低下した差分としてとらえられる。尚、ＳＨは放熱器の入口における冷媒の過熱度を示している。

また、圧縮機の回転数が一定の場合、図１１に示すように放熱器の上記冷媒過冷却度ＳＣが高くなると放熱器の温度（暖房能力）が部分的に上がる特性がある（Ｐｄは高圧圧力）。しかしながら、放熱器の冷媒過冷却度が高くなる程、放熱器は部分によって温度にばらつきが発生するため（図１０参照）、車室内への空気吹出位置によって温度が変わってしまうなど、快適性が悪化する欠点がある。

そこで、この種車両用空気調和装置では従来より図１２に示すように、暖房運転における起動時のヒートアップ時には放熱器の冷媒過冷却度ＳＣの目標値を高く設定し、能力を優先する。そして、その後車室内温度がある程度上昇したところで冷媒過冷却度ＳＣの目標値を下げて快適性を優先する制御を行っている。

上記のような理由で放熱器における冷媒過冷却度は変更されていたが、図１３に示すように放熱器の冷媒過熱度ＳＣが高くなる程、同じ高圧圧力Ｐｄでは放熱器の平均温度が低下してしまう。即ち、冷媒過冷却度ＳＣが高くなる方向に制御された場合、同じ放熱器温度を実現するためには、高圧圧力Ｐｄの目標値（高圧目標値）を高くしなければ、暖房運転において所望の吹出温度が得られなくなると云う問題があった。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、放熱器の冷媒過冷却度が変化しても所望の吹出温度を実現することができる車両用空気調和装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明の車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、この空気流通路に設けられて冷媒を放熱させる放熱器と、車室外に設けられて冷媒を吸熱させる室外熱交換器と、制御手段とを備え、この制御手段により、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させて車室内を暖房するものであって、制御手段は、高圧目標値に基づいて圧縮機を制御し、放熱器の冷媒過冷却度が大きくなる程、高圧目標値が高くなるように補正し、車速が低い程、高圧目標値がより高くなるように補正することを特徴とする。

請求項２の発明の車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、この空気流通路に設けられて冷媒を放熱させる放熱器と、空気流通路に設けられて冷媒を吸熱させる吸熱器と、車室外に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させる室外熱交換器と、室外熱交換器に流入する冷媒を減圧させる膨張弁と、制御手段とを備え、この制御手段により少なくとも、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる冷房モードとを切り換えて実行するものであって、制御手段は、暖房モードにおいて、膨張弁により放熱器の冷媒過冷却度を制御すると共に、高圧目標値に基づいて圧縮機を制御し、放熱器の冷媒過冷却度が大きくなる程、高圧目標値が高くなるように補正し、車速が低い程、高圧目標値がより高くなるように補正することを特徴とする。

請求項３の発明の車両用空気調和装置は、上記発明において制御手段は、室外熱交換器に通風される空気の温度、放熱器の通過風量、車室内に吹き出される空気の温度、放熱器の温度、及び、冷媒循環量を示す指標のうちの何れか一つ、若しくは、それらの組み合わせに基づいて放熱器の冷媒過冷却度を制御することを特徴とする。

請求項４の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において制御手段は、放熱器の通過風量が大きい程、高圧目標値がより高くなるように補正することを特徴とする。

請求項１及び請求項２の発明によれば、制御手段が、車室内を暖房する際に、高圧目標値に基づいて圧縮機を制御すると共に、膨張弁等により制御される放熱器の冷媒過冷却度に基づき、高圧目標値を補正するようにしたので、能力調整のために例えば請求項３の発明の如く室外熱交換器に通風される空気の温度、放熱器の通過風量、車室内に吹き出される空気の温度、放熱器の温度、及び、冷媒循環量を示す指標のうちの何れか一つ、若しくは、それらの組み合わせに基づいて放熱器の冷媒過冷却度を制御したときにも、この冷媒過冷却度に基づいて高圧目標値を補正するので、必要な放熱器の温度を確保することができるようになる。

これにより、車室内を暖房するための放熱器による所要の暖房能力を確保し、放熱器からの放熱による快適な車室内空調を実現することが可能となる。

この場合、制御手段は、放熱器の冷媒過冷却度が大きくなる程、高圧目標値が高くなるように補正するので、放熱器の冷媒過冷却度の拡大で低下してしまう放熱器の温度を、高圧目標値を高くすることで効果的に補完することができるようになる。

更に、制御手段は、車速が低い程、高圧目標値がより高くなるように補正するので、車速の低下に伴う室外熱交換器の吸熱能力の低下も効果的に補完し、車速の変化に関わらず常に快適な車室内空調を実現することが可能となるものである。

また、請求項４の発明の如く制御手段が、放熱器の通過風量が大きい程、高圧目標値がより高くなるように補正するようにすれば、吹出風量の増加に伴って低下する体感温度や温度効率も効果的に補完し、快適な車室内空調を実現することが可能となる。

本発明を適用した一実施形態の車両用空気調和装置の構成図である。 図１の車両用空気調和装置のコントローラの電気回路のブロック図である。 図２のコントローラによる目標放熱器圧力（高圧目標値）の補正制御を含む、圧縮機制御に関する制御ブロック図である。 図２のコントローラの圧縮機制御に関するもう一つの制御ブロック図である。 図２のコントローラの室外膨張弁制御に関する制御ブロック図である。 図２のコントローラの運転モードの切換制御を説明する図である。 図２のコントローラによる放熱器の目標過冷却度の決定制御を説明する図である。 図２のコントローラによる目標放熱器圧力（高圧目標値）のもう一つの補正制御を説明する制御ブロック図である。 図２のコントローラによる目標放熱器圧力（高圧目標値）の更にもう一つの補正制御を説明する制御ブロック図である。 放熱器における冷媒過冷却度を説明する図である。 放熱器の冷媒過冷却度と放熱器温度との関係を示す図である。 放熱器の冷媒過冷却度の目標値を変更する様子を説明する図である。 放熱器の冷媒過冷却度を変更したときの放熱器の平均温度と高圧圧力の関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例の車両用空気調和装置１の構成図を示している。この場合、本発明を適用する実施例の車両は、エンジン（内燃機関）を有さない電気自動車（ＥＶ）であって、バッテリに充電された電力で走行用の電動モータを駆動して走行するものであり（何れも図示せず）、本発明の車両用空気調和装置１も、バッテリの電力で駆動されるものとする。

即ち、実施例の車両用空気調和装置１は、エンジン廃熱による暖房ができない電気自動車において、冷媒回路を用いたヒートポンプ運転により暖房を行い、更に、除湿暖房や冷房除湿、冷房等の各運転モードを選択的に実行するものである。尚、車両として電気自動車に限らず、エンジンと走行用の電動モータを供用する所謂ハイブリッド自動車にも本発明は有効であり、更には、エンジンで走行する通常の自動車にも適用可能である。

実施例の車両用空気調和装置１は、電気自動車の車室内の空調（暖房、冷房、除湿、及び、換気）を行うものであり、冷媒を圧縮して昇圧する電動式の圧縮機２と、車室内空気が通気循環されるＨＶＡＣユニット１０の空気流通路３内に設けられて圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒を車室内に放熱させる放熱器４と、暖房時に冷媒を減圧膨張させる電動弁から成る室外膨張弁６と、冷房時には放熱器として機能し、暖房時には蒸発器として機能すべく冷媒と外気との間で熱交換を行わせる室外熱交換器７と、冷媒を減圧膨張させる電動弁から成る室内膨張弁８と、空気流通路３内に設けられて冷房時及び除湿暖房時に車室内外から冷媒に吸熱させる吸熱器９と、吸熱器９における蒸発能力を調整する蒸発能力制御弁１１と、アキュムレータ１２等が冷媒配管１３により順次接続され、冷媒回路Ｒが構成されている。尚、室外熱交換器７には、車両の停止時に外気と冷媒とを熱交換させるための室外送風機１５が設けられている。

また、室外熱交換器７は冷媒下流側にヘッダー部１４と過冷却部１６を順次有し、室外熱交換器７から出た冷媒配管１３Ａは冷房時に開放される電磁弁（開閉弁）１７を介してヘッダー部１４に接続され、過冷却部１６の出口が逆止弁１８を介して室内膨張弁８に接続されている。尚、ヘッダー部１４及び過冷却部１６は構造的に室外熱交換器７の一部を構成しており、逆止弁１８は室内膨張弁８側が順方向とされている。

また、逆止弁１８と室内膨張弁８間の冷媒配管１３Ｂは、吸熱器９の出口側に位置する蒸発能力制御弁１１を出た冷媒配管１３Ｃと熱交換関係に設けられ、両者で内部熱交換器１９を構成している。これにより、冷媒配管１３Ｂを経て室内膨張弁８に流入する冷媒は、吸熱器９を出て蒸発能力制御弁１１を経た低温の冷媒により冷却（過冷却）される構成とされている。

また、室外熱交換器７から出た冷媒配管１３Ａは分岐しており、この分岐した冷媒配管１３Ｄは、暖房時に開放される電磁弁（開閉弁）２１を介して内部熱交換器１９の下流側における冷媒配管１３Ｃに連通接続されている。更に、放熱器４の出口側の冷媒配管１３Ｅは室外膨張弁６の手前で分岐しており、この分岐した冷媒配管１３Ｆは除湿時に開放される電磁弁（開閉弁）２２を介して逆止弁１８の下流側の冷媒配管１３Ｂに連通接続されている。

また、圧縮機２の吐出側の冷媒配管１３Ｇは分岐し、この分岐した冷媒配管１３Ｈは室外熱交換器７の除霜時に開放されて圧縮機２から吐出された高温冷媒（ホットガス）を直接室外熱交換器７に流入させるための電磁弁（開閉弁）２３及び逆止弁２４を介して室外膨張弁６と室外熱交換器７間の冷媒配管１３Ｉに連通接続されている。尚、逆止弁２４は冷媒配管１３Ｉ方向を順方向とされている。

また、吸熱器９の空気上流側における空気流通路３には、内気吸込口と外気吸込口の各吸込口（図１では代表して吸込口２５で示す）が形成されており、この吸込口２５には空気流通路３内に導入する空気を車室内の空気である内気（内気循環モード）と、車室外の空気である外気（外気導入モード）とに切り換える吸込切換ダンパ２６が設けられている。更に、この吸込切換ダンパ２６の空気下流側には、導入した内気や外気を空気流通路３に送給するための室内送風機（ブロワファン）２７が設けられている。

また、放熱器４の空気上流側における空気流通路３内には、内気や外気の放熱器４への流通度合いを調整するエアミックスダンパ２８が設けられている。更に、放熱器４の空気下流側における空気流通路３には、フット、ベント、デフの各吹出口（図１では代表して吹出口２９で示す）が形成されており、この吹出口２９には上記各吹出口から空気の吹き出しを切換制御する吹出口切換ダンパ３１が設けられている。

次に、図２において３２はマイクロコンピュータから構成された制御手段としてのコントローラ（ＥＣＵ）であり、このコントローラ３２の入力には車両の外気温度を検出する外気温度センサ３３と、外気湿度を検出する外気湿度センサ３４と、吸込口２５から空気流通路３に吸い込まれる温度を検出するＨＶＡＣ吸込温度センサ３６と、車室内の空気（内気）の温度を検出する内気温度センサ３７と、車室内の空気の湿度を検出する内気湿度センサ３８と、車室内の二酸化炭素濃度を検出する室内ＣＯ₂濃度センサ３９と、吹出口２９から車室内に吹き出される空気の温度を検出する吹出温度センサ４１と、圧縮機２の吐出冷媒圧力を検出する吐出圧力センサ４２と、圧縮機２の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサ４３と、圧縮機２の吸込冷媒圧力を検出する吸込圧力センサ４４と、放熱器４の温度（放熱器４自体の温度、又は、放熱器４にて加熱された空気の温度）を検出する放熱器温度センサ４６と、放熱器４の冷媒圧力（放熱器４内、又は、放熱器４を出た冷媒の圧力）を検出する放熱器圧力センサ４７と、吸熱器９の温度（吸熱器９自体、又は、吸熱器９にて冷却された空気の温度）を検出する吸熱器温度センサ４８と、吸熱器９の冷媒圧力（吸熱器９内、又は、吸熱器９を出た冷媒の圧力）を検出する吸熱器圧力センサ４９と、車室内への日射量を検出するための例えばフォトセンサ式の日射センサ５１と、車両の移動速度（車速）を検出するための車速センサ５２と、温度や運転モードの切り換えを設定するための操作部５３と、室外熱交換器７の温度を検出する室外熱交換器温度センサ５４と、室外熱交換器７の冷媒圧力を検出する室外熱交換器圧力センサ５６の各出力が接続されている。

コントローラ３２の出力には、前記圧縮機２と、室外送風機１５と、室内送風機（ブロワファン）２７と、吸込切換ダンパ２６と、エアミックスダンパ２８と、吹出口切換ダンパ３１と、室外膨張弁６、室内膨張弁８と、各電磁弁２３、２２、１７、２１と、蒸発能力制御弁１１が接続されている。また、コントローラ３２の出力には、放熱器４による暖房を補完するために放熱器４の空気下流側における空気流通路３に設けられた電気ヒータ５７も接続され、コントローラ３２は各センサの出力と操作部５３にて入力された設定に基づいてこれらを制御する。

以上の構成で、次に実施例の車両用空気調和装置１の動作を説明する。コントローラ３２は実施例では大きく分けて暖房モードと、除湿暖房モードと、内部サイクルモードと、除湿冷房モードと、冷房モードの各運転モードを切り換えて実行する。先ず、各運転モードにおける冷媒の流れについて説明する。

（１）暖房モード
コントローラ３２により或いは操作部５３へのマニュアル操作により暖房モードが選択されると、コントローラ３２は電磁弁２１を開放し、電磁弁１７、電磁弁２２及び電磁弁２３を閉じる。そして、圧縮機２、及び、各送風機１５、２７を運転し、エアミックスダンパ２８は室内送風機２７から吹き出された空気が放熱器４に通風される状態とする。これにより、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器４に流入する。放熱器４には空気流通路３内の空気が通風されるので、空気流通路３内の空気は放熱器４内の高温冷媒により加熱され、一方、放熱器４内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化する。

放熱器４内で液化した冷媒は冷媒配管１３Ｅを経て室外膨張弁６に至り、そこで減圧された後、室外熱交換器７に流入する。室外熱交換器７に流入した冷媒は蒸発し、走行により、或いは、室外送風機１５にて通風される外気中から熱を汲み上げる（ヒートポンプ）。そして、室外熱交換器７を出た低温の冷媒は冷媒配管１３Ｄ及び電磁弁２１を経て冷媒配管１３Ｃからアキュムレータ１２に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。放熱器４にて加熱された空気は吹出口２９から吹き出されるので、これにより車室内の暖房が行われることになる。

コントローラ３２は吐出圧力センサ４２又は放熱器圧力センサ４７が検出する冷媒回路Ｒの高圧圧力に基づいて圧縮機２の回転数を制御すると共に、放熱器温度センサ４６が検出する放熱器４の温度及び放熱器圧力センサ４７が検出する放熱器４の冷媒圧力に基づいて室外膨張弁６の弁開度を制御し、放熱器４の出口における冷媒の過冷却度を制御する。

（２）除湿暖房モード
次に、除湿暖房モードでは、コントローラ３２は上記暖房モードの状態において電磁弁２２を開放する。これにより、放熱器４を経て冷媒配管１３Ｅを流れる凝縮冷媒の一部が分流され、電磁弁２２を経て冷媒配管１３Ｆ及び１３Ｂより内部熱交換器１９を経て室内膨張弁８に至るようになる。室内膨張弁８にて冷媒は減圧された後、吸熱器９に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機２７から吹き出された空気中の水分が吸熱器９に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。

吸熱器９で蒸発した冷媒は蒸発能力制御弁１１、内部熱交換器１９を経て冷媒配管１３Ｃにて冷媒配管１３Ｄからの冷媒と合流した後、アキュムレータ１２を経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器９にて除湿された空気は放熱器４を通過する過程で再加熱されるので、これにより車室内の除湿暖房が行われることになる。

コントローラ３２は吐出圧力センサ４２又は放熱器圧力センサ４７が検出する冷媒回路Ｒの高圧圧力に基づいて圧縮機２の回転数を制御すると共に、吸熱器温度センサ４８が検出する吸熱器９の温度に基づいて室外膨張弁６の弁開度を制御する。

（３）内部サイクルモード
次に、内部サイクルモードでは、コントローラ３２は上記除湿暖房モードの状態において室外膨張弁６を全閉とする（全閉位置）と共に、電磁弁２１も閉じる。この室外膨張弁６と電磁弁２１が閉じられることにより、室外熱交換器７への冷媒の流入、及び、室外熱交換器７からの冷媒の流出は阻止されることになるので、放熱器４を経て冷媒配管１３Ｅを流れる凝縮冷媒は電磁弁２２を経て冷媒配管１３Ｆに全て流れるようになる。そして、冷媒配管１３Ｆを流れる冷媒は冷媒配管１３Ｂより内部熱交換器１９を経て室内膨張弁８に至る。室内膨張弁８にて冷媒は減圧された後、吸熱器９に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機２７から吹き出された空気中の水分が吸熱器９に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。

吸熱器９で蒸発した冷媒は蒸発能力制御弁１１、内部熱交換器１９を経て冷媒配管１３Ｃを流れ、アキュムレータ１２を経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器９にて除湿された空気は放熱器４を通過する過程で再加熱されるので、これにより車室内の除湿暖房が行われることになるが、この内部サイクルモードでは室内側の空気流通路３内にある放熱器４（放熱）と吸熱器９（吸熱）の間で冷媒が循環されることになるので、外気からの熱の汲み上げは行われず、圧縮機２の消費動力分の暖房能力が発揮される。除湿作用を発揮する吸熱器９には冷媒の全量が流れるので、上記除湿暖房モードに比較すると除湿能力は高いが、暖房能力は低くなる。

コントローラ３２は吸熱器９の温度、又は、前述した冷媒回路Ｒの高圧圧力に基づいて圧縮機２の回転数を制御する。このとき、コントローラ３２は後述する如く吸熱器９の温度によるか高圧圧力によるか、何れかの演算から得られる圧縮機目標回転数の低い方を選択して圧縮機２を制御する。

（４）除湿冷房モード
次に、除湿冷房モードでは、コントローラ３２は電磁弁１７を開放し、電磁弁２１、電磁弁２２、及び、電磁弁２３を閉じる。そして、圧縮機２、及び、各送風機１５、２７を運転し、エアミックスダンパ２８は室内送風機２７から吹き出された空気が放熱器４に通風される状態とする。これにより、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器４に流入する。放熱器４には空気流通路３内の空気が通風されるので、空気流通路３内の空気は放熱器４内の高温冷媒により加熱され、一方、放熱器４内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化していく。

放熱器４を出た冷媒は冷媒配管１３Ｅを経て室外膨張弁６に至り、開き気味で制御される室外膨張弁６を経て室外熱交換器７に流入する。室外熱交換器７に流入した冷媒はそこで走行により、或いは、室外送風機１５にて通風される外気により空冷され、凝縮する。室外熱交換器７を出た冷媒は冷媒配管１３Ａから電磁弁１７を経てヘッダー部１４、過冷却部１６と順次流入する。ここで冷媒は過冷却される。

室外熱交換器７の過冷却部１６を出た冷媒は逆止弁１８を経て冷媒配管１３Ｂに入り、内部熱交換器１９を経て室内膨張弁８に至る。室内膨張弁８にて冷媒は減圧された後、吸熱器９に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機２７から吹き出された空気中の水分が吸熱器９に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。

吸熱器９で蒸発した冷媒は蒸発能力制御弁１１、内部熱交換器１９を経て冷媒配管１３Ｃを介し、アキュムレータ１２に至り、そこを経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器９にて冷却され、除湿された空気は放熱器４を通過する過程で再加熱（暖房時よりも放熱能力は低い）されるので、これにより車室内の除湿冷房が行われることになる。

コントローラ３２は吸熱器温度センサ４８が検出する吸熱器９の温度に基づいて圧縮機２の回転数を制御すると共に、前述した冷媒回路Ｒの高圧圧力に基づいて室外膨張弁６の弁開度を制御し、放熱器４の冷媒圧力（後述する放熱器圧力ＰＣＩ）を制御する。

（５）冷房モード
次に、冷房モードでは、コントローラ３２は上記除湿冷房モードの状態において室外膨張弁６を全開（弁開度を制御上限）とし、エアミックスダンパ２８は放熱器４に空気が通風されない状態とする。これにより、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は放熱器４に流入する。放熱器４には空気流通路３内の空気は通風されないので、ここは通過するのみとなり、放熱器４を出た冷媒は冷媒配管１３Ｅを経て室外膨張弁６に至る。

このとき室外膨張弁６は全開であるので冷媒はそのまま室外熱交換器７に流入し、そこで走行により、或いは、室外送風機１５にて通風される外気により空冷され、凝縮液化する。室外熱交換器７を出た冷媒は冷媒配管１３Ａから電磁弁１７を経てヘッダー部１４、過冷却部１６と順次流入する。ここで冷媒は過冷却される。

室外熱交換器７の過冷却部１６を出た冷媒は逆止弁１８を経て冷媒配管１３Ｂに入り、内部熱交換器１９を経て室内膨張弁８に至る。室内膨張弁８にて冷媒は減圧された後、吸熱器９に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機２７から吹き出された空気中の水分が吸熱器９に凝結して付着するので、空気は冷却される。

吸熱器９で蒸発した冷媒は蒸発能力制御弁１１、内部熱交換器１９を経て冷媒配管１３Ｃを介し、アキュムレータ１２に至り、そこを経て圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器９にて冷却され、除湿された空気は放熱器４を通過すること無く吹出口２９から車室内に吹き出されるので、これにより車室内の冷房が行われることになる。

この冷房モードにおいては、コントローラ３２は吸熱器温度センサ４８が検出する吸熱器９の温度に基づいて圧縮機２の回転数を制御するが、次に、図３乃至図５に上述した各運転モードにおけるコントローラ３２による圧縮機２と室外膨張弁６の制御ブロック図を示す。図３は前記暖房モードと除湿暖房モード用の圧縮機２の目標回転数（圧縮機目標回転数）ＴＧＮＣｈを決定するコントローラ３２の制御ブロック図である。コントローラ３２のＦ／Ｆ（フィードフォワード）操作量演算部５８は外気温度センサ３３から得られる外気温度Ｔａｍと、室内送風機２７のブロワ電圧ＢＬＶと、ＳＷ＝（ＴＡＯ−Ｔｅ）／（ＴＨ−Ｔｅ）で得られるエアミックスダンパ２８のエアミックスダンパ開度ＳＷと、放熱器４の出口における冷媒過冷却度ＳＣの目標値である目標過冷却度ＴＧＳＣと、放熱器４の温度の目標値である目標放熱器温度ＴＣＯと、放熱器４の圧力の目標値である目標放熱器圧力ＰＣＯ（本発明における高圧目標値）に基づいて圧縮機目標回転数のＦ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｈｆｆを演算する。

尚、ＴＡＯは吹出口２９からの空気温度の目標値である目標吹出温度、ＴＨは放熱器温度センサ４６から得られる放熱器４の温度（放熱器温度）、Ｔｅは吸熱器温度センサ４８から得られる吸熱器９の温度（吸熱器温度）であり、エアミックスダンパ開度ＳＷは０≦ＳＷ≦１の範囲で変化し、０で放熱器４への通風をしないエアミックス全閉状態、１で空気流通路３内の全ての空気を放熱器４に通風するエアミックス全開状態となる。

前記目標放熱器圧力ＰＣＯは上記目標過冷却度ＴＧＳＣと目標放熱器温度ＴＣＯに基づいて目標値演算部５９が演算する。更に、Ｆ／Ｂ（フィードバック）操作量演算部６０はこの目標放熱器圧力ＰＣＯと放熱器４の冷媒圧力である放熱器圧力ＰＣＩに基づいて圧縮機目標回転数のＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｈｆｂを演算する。そして、Ｆ／Ｆ操作量演算部５８が演算したＦ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｎｆｆとＦ／Ｂ操作量演算部６０が演算したＴＧＮＣｈｆｂは加算器６１で加算され、リミット設定部６２で制御上限値と制御下限値のリミットが付けられた後、圧縮機目標回転数ＴＧＮＣｈとして決定される。前記暖房モードと除湿暖房モードにおいては、コントローラ３２はこの圧縮機目標回転数ＴＧＮＣｈに基づいて圧縮機２の回転数を制御する。

このように、暖房モードや除湿暖房モード、後述する如き内部サイクルモードのような放熱器４に放熱させて車室内を暖房するモードにおいては、目標放熱器圧力ＰＣＯ（高圧目標値）に基づいて圧縮機２の圧縮機目標回転数ＴＧＮＣｈを決定するものであるが、本発明では前述した目標値演算部５９が目標過冷却度ＴＧＳＣに基づいて目標放熱器圧力ＰＣＯを補正する。これについては後に詳述する。

一方、図４は前記冷房モードと除湿冷房モード用の圧縮機２の目標回転数（圧縮機目標回転数）ＴＧＮＣｃを決定するコントローラ３２の制御ブロック図である。コントローラ３２のＦ／Ｆ操作量演算部６３は外気温度Ｔａｍと、ブロワ電圧ＢＬＶと、吸熱器９の温度の目標値である目標吸熱器温度ＴＥＯに基づいて圧縮機目標回転数のＦ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｃｆｆを演算する。

また、Ｆ／Ｂ操作量演算部６４は目標吸熱器温度ＴＥＯと吸熱器温度Ｔｅに基づいて圧縮機目標回転数のＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｃｆｂを演算する。そして、Ｆ／Ｆ操作量演算部６３が演算したＦ／Ｆ操作量ＴＧＮＣｃｆｆとＦ／Ｂ操作量演算部６４が演算したＦ／Ｂ操作量ＴＧＮＣｃｆｂは加算器６６で加算され、リミット設定部６７で制御上限値と制御下限値のリミットが付けられた後、圧縮機目標回転数ＴＧＮＣｃとして決定される。冷房モードと除湿冷房モードにおいては、コントローラ３２はこの圧縮機目標回転数ＴＧＮＣｃに基づいて圧縮機２の回転数を制御する。

尚、前記内部サイクルモードにおいては、コントローラ３２は前述した如く暖房モードと除湿暖房モード用に演算された圧縮機目標回転数ＴＧＮＣｈと冷房モードと除湿冷房モード用に演算された圧縮機目標回転数ＴＧＮＣｃのうちの小さい方の操作量を用いて圧縮機２の回転数を制御する。

次に、図５は除湿冷房モードにおける室外膨張弁６の目標開度（室外膨張弁目標開度）ＴＧＥＣＣＶｐｃを決定するコントローラ３２の制御ブロック図である。コントローラ３２のＦ／Ｆ操作量演算部６８は外気温度Ｔａｍと、ブロワ電圧ＢＬＶと、目標放熱器温度ＴＣＯと、目標放熱器圧力ＰＣＯに基づいて室外膨張弁目標開度のＦ／Ｆ操作量ＴＧＥＣＣＶｐｃｆｆを演算する。

また、Ｆ／Ｂ操作量演算部６９は目標放熱器圧力ＰＣＯと放熱器圧力ＰＣＩに基づいて室外膨張弁目標開度のＦ／Ｂ操作量ＴＧＥＣＣＶｐｃｆｂを演算する。そして、Ｆ／Ｆ操作量演算部６８が演算したＦ／Ｆ操作量ＴＧＥＣＣＶｐｃｆｆとＦ／Ｂ操作量演算部６９が演算したＦ／Ｂ操作量ＴＧＥＣＣＶｐｃｆｂは加算器７１で加算され、リミット設定部７２で制御上限値と制御下限値のリミットが付けられた後、室外膨張弁目標開度ＴＧＥＣＣＶｐｃとして決定される。除湿冷房モードにおいては、コントローラ３２はこの室外膨張弁目標開度ＴＧＥＣＣＶｐｃに基づいて室外膨張弁６の弁開度を制御する。

空気流通路３内を流通される空気は上記各運転モードにおいて吸熱器９からの冷却や放熱器４からの加熱作用（エアミックスダンパ２８で調整）を受けて吹出口２９から車室内に吹き出される。コントローラ３２は外気温度センサ３３が検出する外気温度Ｔａｍ、内気温度センサ３７が検出する車室内の温度、前記ブロワ電圧、日射センサ５１が検出する日射量等と、操作部５３にて設定された車室内の目標車室内温度（設定温度）とに基づいて目標吹出温度ＴＡＯを算出し、後述する如く各運転モードを切り換えて吹出口２９から吹き出される空気の温度をこの目標吹出温度ＴＡＯに制御するものである。

（６）運転モードの切換制御
次に、図６を参照しながらコントローラ３２による上記各運転モードの切換制御について説明する。コントローラ３２は起動時に図６に示すように運転モードを選択する。即ち、この実施例でコントローラ３２は、外気温度センサ３３が検出する外気温度Ｔａｍと目標吹出温度ＴＡＯとに基づいて運転モードを選択する。この図６において破線Ｌ１は目標吹出温度ＴＡＯ＝外気温度Ｔａｍの線であり、実線Ｌ２は目標吹出温度ＴＡＯ＝ＨＶＡＣ吸込温度（吸込口２５から空気流通路３に吸い込まれる温度）の線である。また、破線Ｌ３はそれより所定値（３ｄｅｇ）上に設定したヒステリシスの線である。

図６の外気温度Ｔａｍが０℃以下の場合、コントローラ３２は暖房モードを選択する。また、外気温度Ｔａｍが０℃より高く、目標吹出温度ＴＡＯがＨＶＡＣ吸込温度以下の場合、冷房モードを選択する。更に、外気温度Ｔａｍが０℃より高く所定値（例えば２０℃等）以下の場合であって、目標吹出温度ＴＡＯがＨＶＡＣ吸込温度より高い場合、除湿暖房モードとし、更に外気温度Ｔａｍが所定値より高い場合には除湿冷房モードとする。尚、除湿暖房モードを選択する条件で、外気湿度センサ３４が検出する外気湿度が所定値（例えば５０％等）以下の場合は暖房モードを選択する。

そして、起動後は前記外気温度Ｔａｍや目標吹出温度ＴＡＯ等の環境や設定条件の変化に応じて図６における各運転モードを選択し、切り換えていく。この場合、コントローラ３２は基本的には暖房モードから除湿暖房モードへ、或いは、除湿暖房モードから暖房モードへと移行し、除湿暖房モードから除湿冷房モードへ、或いは、除湿冷房モードから除湿暖房モードへと移行し、除湿冷房モードから冷房モードへ、或いは、冷房モードから除湿冷房モードへと移行するものであるが、除湿暖房モードから除湿冷房モードへ移行する際、及び、除湿冷房モードから除湿暖房モードへ移行する際には、前記内部サイクルモードを経由して移行する。また、冷房モードから内部サイクルモードへ、内部サイクルから冷房モードへ移行する場合もある。

（７）目標過冷却度の決定
次に、コントローラ３２は図７に示すように目標過冷却度ＴＧＳＣを設定変更する。この図において横軸は放熱器４の通過風量であり、縦軸は放熱器４の目標過冷却度ＴＧＳＣである。通過風量がＱ１である場合、コントローラ３２は目標過冷却度ＴＧＳＣを低い値であるＴＧＳＣ１に設定する。また、通過風量がＱ２に増加すると、そのときの目標吹出温度ＴＡＯが第１の所定値（例えば８０℃）以下の場合には目標過冷却度ＴＧＳＣをＴＧＳＣ１より高いＴＧＳＣ２に上げ、目標吹出温度ＴＡＯが前記所定値よりも高い第２の所定値（例えば８５℃）以上の場合には目標過冷却度ＴＧＳＣをＴＧＳＣ２より更に高いＴＧＳＣ３に上げるように変更する。尚、第１の所定値と第２の所定値の間は、目標吹出温度ＴＡＯによる線形補間を行う。

尚、図７の実施例では放熱器４の通過風量と目標吹出温度ＴＡＯに基づいて目標過冷却度ＴＧＳＣを決定しているが、それに限らず、室外熱交換器７に通風される空気（外気）の温度や放熱器４の温度Ｔｈ、圧縮機２の回転数などの冷媒回路Ｒ内の冷媒循環量を示す指標、及び、それらの組み合わせ、及び、それらと前記放熱器４の通過風量、目標吹出温度ＴＡＯとの組み合わせに基づいて決定してもよい。

（８−１）目標過冷却度による目標放熱器圧力（高圧目標値）の補正（その１）
次に、コントローラ３２による放熱器４の目標過冷却度ＴＧＳＣに基づく目標放熱器圧力ＰＣＯ（高圧目標値）の補正制御について説明する。図３の下側に破線で示す部分は目標値演算部５９のなかで行われる演算の制御ブロックを示している。コントローラ３２の目標値演算部５９は上述のように決定した目標過冷却度ＴＧＳＣに基づき、目標放熱器圧力ＰＣＯ（高圧目標値）を補正する。尚、本発明において高圧目標値は、圧縮機２の吐出冷媒圧力の目標値でもよい。

先ず、図３における７４はコントローラ３２の目標吹出温度演算部であり、この目標吹出温度演算部７４で前述した如く外気温度Ｔａｍ、車室内の温度、ブロワ電圧、日射量等と、車室内の目標車室内温度（設定温度）とに基づいて目標吹出温度ＴＡＯが算出される。この目標吹出温度ＴＡＯはコントローラ３２の目標放熱器温度演算部７６に入力される。この目標放熱器温度演算部７６では、目標放熱器温度ＴＣＯが演算され、この目標放熱器温度ＴＣＯは次に目標値演算部５９のベース高圧演算部７７に入力される。このベース高圧演算部７７では、目標放熱器温度ＴＣＯに基づき、冷媒の飽和特性から目標放熱器圧力のベース値が算出される。

一方、前述した目標過冷却度ＴＧＳＣは目標値演算部５９の高圧補正値演算部７８に入力される。この高圧補正値演算部７８では、目標過冷却度ＴＧＳＣが大きくなる程、大きくなる方向で高圧補正値が算出される。この高圧補正値はリミット設定部７９で制御上限値と制御下限値のリミットが付けられた後、高圧補正値ＴＧＳＣｈｏｓとして決定される。尚、このリミット設定部７９での上限値は目標過冷却度ＴＧＳＣの最大時に相当する補正値とする。そして、この高圧補正値ＴＧＳＣｈｏｓが加算器８１にて前述した目標放熱器圧力のベース値に加算され、目標放熱器圧力ＰＣＯ（目標高圧）として前述したＦ／Ｆ操作量演算部５８とＦ／Ｂ操作量演算部６０に入力されることになる。

このように本発明では、暖房モードにおいてコントローラ３２が放熱器４の目標過冷却度ＴＧＳＣ（冷媒過冷却度）に基づいて目標放熱器圧力ＰＣＯ（高圧目標値）を補正するようにしたので（高圧補正値ＴＧＳＣｈｏｓ）、必要な放熱器４の温度を確保することができるようになる。これにより、車室内を暖房するための放熱器４による所要の暖房能力を確保し、放熱器４からの放熱による快適な車室内空調を実現することが可能となる。

この場合、コントローラ３２は放熱器４の目標過冷却度ＴＧＳＣ（冷媒過冷却度）が大きくなる程、目標放熱器圧力ＰＣＯ（高圧目標値）が高くなるように補正するので、放熱器４の冷媒過冷却度ＳＣの拡大で低下してしまう放熱器４の温度を、目標放熱器圧力ＰＣＯ（高圧目標値）を高くすることで効果的に補完することができるようになる。

（８−２）目標過冷却度による目標放熱器圧力（高圧目標値）の補正（その２）
次に、図８は目標過冷却度ＴＧＳＣによる目標放熱器圧力ＰＣＯの補正に関するもう一つの制御例を示している。この図において、図３と同一符号で示す部分は同一若しくは同様の機能を奏するものとする。この場合、目標値演算部５９の高圧補正値演算部７８には、目標過冷却度ＴＧＳＣに加えて、ブロワ風量と車速センサ５２から得られる車速が入力される。そして、目標過冷却度ＴＧＳＣによる補正に加え、ブロワ風量が増えて放熱器４の通過風量が大きくなる程、高圧補正値ＴＧＳＣｈｏｓが大きくなる方向で、また、車速が低い程、高圧補正値ＴＧＳＣｈｏｓが大きくなる方向で高圧補正値ＴＧＳＣｈｏｓに更に補正を加える。

ここで、ブロワ風量が増えれば放熱器４の通過風量も増えるので、吹出温度が下がったように感じられる。従って、ブロワ風量が大きくなる程、高圧補正値ＴＧＳＣｈｏｓがより大きくなる方向で高圧補正値ＴＧＳＣｈｏｓに更に補正を加えることで、体感温度の低下も効果的に補完し、快適な車室内空調を実現することが可能となる。

また、車速が低いときは室外熱交換器７での吸熱も減少するので、車速が低い程、高圧補正値ＴＧＳＣｈｏｓがより大きくなる方向で高圧補正値ＴＧＳＣｈｏｓに更に補正を加えることで、車速の低下に伴う室外熱交換器７の吸熱能力の低下も効果的に補完し、車速の変化に関わらず常に快適な車室内空調を実現することが可能となる。

（８−３）目標過冷却度による目標放熱器圧力（高圧目標値）の補正（その３）
次に、図９は目標過冷却度ＴＧＳＣによる目標放熱器圧力ＰＣＯの補正に関するもう一つの制御例を示している。この図において、図３と同一符号で示す部分は同一の機能を奏するものとする。この場合、目標値演算部５９の高圧補正値演算部７８の高段に、温度効率補正値演算部８２が介在する。この温度効率補正値演算部８２は、ブロワ風量が増える程、高圧補正値ＴＧＳＣｈｏｓがより大きくなるように、温度効率補正値を増大させる。

ブロワ風量が増えて放熱器４への通過風量が増えると、放熱器４における熱交換効率が低下するので、ブロワ風量が増えて放熱器４の通過風量が大きくなる程、温度効率補正値を大きくし、高圧補正値ＴＧＳＣｈｏｓがより大きくなる方向で高圧補正値ＴＧＳＣｈｏｓに更に補正を加えることにより、温度効率の低下を効果的に補完し、快適な車室内空調を実現することが可能となる。

尚、上記実施例では暖房モードの他、除湿暖房、内部サイクル、除湿冷房、冷房の各運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置に本発明を適用したが、請求項１の発明ではそれに限らず、暖房モードのみを実行するものにも本発明は有効である。また、上記実施例で説明した冷媒回路Ｒの構成や各数値はそれに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能であることは云うまでもない。

１ 車両用空気調和装置
２ 圧縮機
３ 空気流通路
４ 放熱器
６ 室外膨張弁
７ 室外熱交換器
８ 室内膨張弁
９ 吸熱器
１１ 蒸発能力制御弁
１７、２１、２２、２３ 電磁弁
２６ 吸込切換ダンパ
２７ 室内送風機（ブロワファン）
２８ エアミックスダンパ
３２ コントローラ（制御手段）
５７ 電気ヒータ
Ｒ 冷媒回路

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、
   該空気流通路に設けられて冷媒を放熱させる放熱器と、
   前記車室外に設けられて冷媒を吸熱させる室外熱交換器と、
   制御手段とを備え、
   該制御手段により、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記室外熱交換器にて吸熱させて車室内を暖房する車両用空気調和装置において、
   前記制御手段は、高圧目標値に基づいて前記圧縮機を制御し、前記放熱器の冷媒過冷却度が大きくなる程、前記高圧目標値が高くなるように補正し、車速が低い程、前記高圧目標値がより高くなるように補正することを特徴とする車両用空気調和装置。
2. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、
   該空気流通路に設けられて冷媒を放熱させる放熱器と、
   前記空気流通路に設けられて冷媒を吸熱させる吸熱器と、
   前記車室外に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させる室外熱交換器と、
   前記室外熱交換器に流入する冷媒を減圧させる膨張弁と、
   制御手段とを備え、
   該制御手段により少なくとも、
   前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードと、
   前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、
   前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる冷房モードとを切り換えて実行する車両用空気調和装置において、
   前記制御手段は、前記暖房モードにおいて、
   前記膨張弁により前記放熱器の冷媒過冷却度を制御すると共に、高圧目標値に基づいて前記圧縮機を制御し、前記放熱器の冷媒過冷却度が大きくなる程、前記高圧目標値が高くなるように補正し、車速が低い程、前記高圧目標値がより高くなるように補正することを特徴とする車両用空気調和装置。
3. 前記制御手段は、前記室外熱交換器に通風される空気の温度、前記放熱器の通過風量、車室内に吹き出される空気の温度、前記放熱器の温度、及び、冷媒循環量を示す指標のうちの何れか一つ、若しくは、それらの組み合わせに基づいて前記放熱器の冷媒過冷却度を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用空気調和装置。
4. 前記制御手段は、前記放熱器の通過風量が大きい程、前記高圧目標値がより高くなるように補正することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
   

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