JP6398548B2 - 車両用空調装置 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、即暖性能を向上できる車両用空調装置を提供することにある。
図1は実施例1の車両用空調装置における冷却水回路1の構成図、図2は実施例1の車両用空調装置における冷媒回路2の構成図である。実施例1の車両用空調装置は、冷却水回路1および冷媒回路2を備える。
まず、冷却水回路1の構成について説明する。
実施例1の冷却水回路1には、エンジン3の冷却水が封入されている。冷却水回路1は、エンジン3とラジエータ4との間に設けられたメイン循環配管5と、エンジン3とヒータコア6との間に設けられたサブ循環配管7とを有する。
ヒータコア6は、図外のエアコン吹き出し口付近に配置され、車室内へ導入される空調風に熱を与える。ヒータコア6内を流れる冷却水の流量は、コントローラ(空調制御手段)15により制御される。
メイン循環配管5およびサブ循環配管7には、エンジン3により駆動され、冷却水を圧送するメインポンプ8が設けられている。
サブ循環配管7において、エンジン側バイパス流路9は、ヒータコア6を迂回するように設けられ、ヒータコア側バイパス流路10は、エンジン3を迂回するように設けられている。
エンジン側バイパス流路9には、冷媒回路2の水冷式エバポレータ(水冷式蒸発器)11が設けられている。水冷式エバポレータ11は、エンジン側バイパス流路9を通過する冷却水と冷媒回路2の冷媒との間で熱交換を行う。
サブ循環配管7とエンジン側バイパス流路9との接続部分には、三方向弁(熱源切り替えバルブ)14が設けられている。三方向弁14は、サブ循環配管7において、三方向弁14よりもエンジン3側の配管7aとの接続を、三方向弁14よりもヒータコア6側の配管7bと、エンジン側バイパス流路9とで選択的に切り替える。三方向弁14は、コントローラ15により制御される。
実施例1の冷媒回路2は、ヒートポンプであって、冷媒が封入されている。冷媒回路2は、上述した水冷式エバポレータ11および水冷式コンデンサ12に加え、コンプレッサ(圧縮機)16、空冷式コンデンサ(空冷式凝縮器)17、膨張弁18および空冷式エバポレータ(空冷式蒸発器)19を備える。
コンプレッサ16は、エンジン3により駆動され、吸入した比較的低温低圧の冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒として吐出する。コンプレッサ16とエンジン3とは、図外のマグネットクラッチの解放/締結により断接可能に接続されている。マグネットクラッチの解放/締結、すなわちコンプレッサ16の停止/駆動は、コントローラ15により制御される。
膨張弁18は、水冷式コンデンサ12または空冷式コンデンサ17を通過した冷媒を膨張(減圧)させて低温低圧のガスとして水冷式エバポレータ11または空冷式エバポレータ19へと送出する。
空冷式エバポレータ19は、水冷式エバポレータ11と並列に設けられている。空冷式エバポレータ19は、エアコン吹き出し口付近に配置され、車室内へ導入される空調風から熱を奪う。空冷式エバポレータ19は、空調風に対しヒータコア6よりも上流側に配置されている。
三方向弁(蒸発器切り替えバルブ)21は、冷媒を通過させるエバポレータを、水冷式エバポレータ11と空冷式エバポレータ19とで選択的に切り替える。三方向弁21は、コントローラ15により制御される。
[冷房要求時、除湿暖房時]
コントローラ15は、乗員からの冷房要求時、または、除湿暖房要求時には、図3に示すように、冷却水回路1において、サブポンプ13を停止し、配管7aと配管7bとが接続されるように三方向弁14を切り替える。さらに、空調風が設定温度となるようにヒータコア6内を流れる冷却水の流量を制御する。また、コントローラ15は、図4に示すように、冷媒回路2において、コンプレッサ16を駆動(エンジン3とコンプレッサ16とを断接するマグネットクラッチを締結)し、冷媒が通過するコンデンサおよびエバポレータが空冷式コンデンサ17および空冷式エバポレータ19となるように2つの三方向弁20,21を切り替える。
(エンジン排熱モード)
コントローラ15は、乗員からの暖房要求時であって、温度センサ22により検出された冷却水の水温が所定水温を超えている場合には、図3に示したように、メイン循環配管5およびサブ循環配管7に冷却水を循環させ、冷却水によってヒータコア6を加熱する。さらに、空調風が設定温度となるようにヒータコア6内を流れる冷却水の流量を制御する。また、コントローラ15は、図6に示すように、冷媒回路2において、冷媒が通過するコンデンサおよびエバポレータが水冷式コンデンサ12および水冷式エバポレータ11となるように2つの三方向弁20,21を切り替える。
これにより、冷却水回路1では、エンジン3とヒータコア6との間で冷却水を循環させ、エンジン3の排熱でヒータコア6を加熱する「エンジン排熱モード」により暖房が行われる。
コントローラ15は、乗員からの暖房要求時であって、温度センサ22により検出された冷却水の水温が所定水温以下である場合には、図5に示すように、冷却水回路1において、サブポンプ13を駆動し、配管7aとエンジン側バイパス流路9とが接続されるように三方向弁14を切り替える。このとき、冷却水の温度上昇を促進するために、ラジエータ4への冷却水の供給を禁止する。また、コントローラ15は、図6に示したように、冷媒回路2において、冷媒が通過するコンデンサおよびエバポレータが水冷式コンデンサ12および水冷式エバポレータ11となるように2つの三方向弁20,21を切り替えると共に、コンプレッサ16を駆動する。
コントローラ15は、ヒートポンプモードの実施中、冷却水の水温が所定水温を超えた場合は、ヒートポンプモードからエンジン排熱モードに移行する。冷却水の水温が高くなるとエンジン3の排熱から十分な暖房熱量が得られるため、エンジン排熱モードに切り替えることで、エンジン3の排熱を利用した効率的な暖房を実現できる。また、エンジン排熱モードでは、コンプレッサ16を駆動しないため、ヒートポンプモードと比較してエンジン負荷を小さくでき、燃費効率の低下を抑制できる。
コントローラ15は、暖房要求がなされていない場合であっても、温度センサ22により検出された冷却水の水温が所定水温以下であって、温度センサ23により検出された外気温の温度が所定温度以下である場合には、冷却水回路1および冷媒回路2をヒートポンプモードとする。外気温が低い場合、暖房要求がなされる可能性が高いため、ヒートポンプモードによって第2の水回路25を循環する冷却水の水温を高めておく(蓄熱しておく)ことにより、暖房要求がなされたときの即暖性能をより向上できる。
コントローラ15は、暖房要求時、車両が減速中であって、エンジン3の燃料カットが行われている場合には、温度センサ22により検出された冷却水の水温にかかわらず、冷却水回路1および冷媒回路2をヒートポンプモードとする。冷却水の水温が高い場合、暖房の立ち上がり性能はエンジン排熱モードで足りるため、ヒートポンプモードは不要である。また、冷媒回路2のコンプレッサ16は、エンジン3から動力を供給されて駆動する。つまり、コンプレッサ16を駆動すると、エンジン負荷が大きくなる。このため、冷却水の水温が十分に高く、かつ、エンジン3に燃料が供給されている状態でコンプレッサ16を駆動すると、エンジン負荷が増大し、かえってエンジン3の燃費効率が低下することで非効率的な暖房となる。これに対し、実施例1では、冷却水の水温が十分に高く、かつ、車両が減速中であって、エンジン3の燃料カットが行われている場合には、コンプレッサ16を減速エネルギによって駆動できるため、エンジン3の燃費効率に影響を及ぼすことなく効率的な暖房を実現できる。
実施例1では、極低外気温時に通常実施されるエンジンの暖機促進制御を廃止している。エンジンの暖機促進制御は、エンジン回転数のリミット変更や自動変速機の低効率運転等によって暖房を行うことなく冷却水を加熱し、エンジンの暖機を促進するものである。実施例1では、極低外気温時にはヒートポンプモードによる暖房を行っている。このため、ヒートポンプモード中にエンジン3の暖機促進運転を行うと、第1の水回路24の冷却水のみならず、第2の水回路25の冷却水も加熱される。このとき、第2の水回路25は第1の水回路24と比較して熱容量が小さいため、ヒートポンプモード中に第2の水回路25を循環する冷却水が蒸発(沸騰)し、暖房効率が低下するおそれがある。そこで、実施例1では、エンジン3の暖機促進運転を廃止することにより、暖房効率の低下を抑制している。なお、エンジン3の暖機は、ラジエータ4への冷却水の供給禁止のみで十分に達成できる。
一方、極低外気温時には自動変速機の暖機促進制御は実施する必要がある。極低外気温時には自動変速機の作動油(ATF)の粘度が高く、スムーズな変速が困難となって変速ショックが発生しやすくなるからである。実施例1では、冷却水の水温が低い場合、自動変速機の暖機促進制御として、トルクコンバータをロックアップ状態とし、自動変速機の回転数を高くする。これにより、エンジン回転数を不要に上昇させることなく自動変速機内のフリクションを増大させることができ、自動変速機の暖機を促進できる。
(1) エンジン3を冷却する第1の水回路24と、第1の水回路24から熱を受け取る冷媒回路2と、冷媒回路2から熱を受け取り車室内へ導入される空調風に熱を与える第2の水回路25と、を備えた。
よって、第2の水回路25は熱容量の大きなエンジン3とは独立した回路であるため、熱容量を小さくでき、即暖性能を向上できる。
よって、即暖性能に優れたヒートポンプモードと効率的な暖房を実現できるエンジン排熱モードとを状況に応じて適宜選択できる。
よって、エンジン排熱モードとし、空冷式エバポレータ19で冷却した空調風をヒータコア6で再加熱することにより、通常のリヒート方式による冷房や除湿暖房を実現できる。
よって、冷却水の水温が低い場合にはヒートポンプモードによって即暖性能を向上させつつ、冷却水の水温が冷却水の温度が高くなったらエンジン排熱モードによってエンジン3の排熱を利用した効率的な暖房を行うことができる。
よって、暖房要求がなされる前に第2の水回路25を循環する冷却水に蓄熱しておくことで、暖房要求がなされたときの即暖性能をより向上できる。
よって、減速エネルギを利用してコンプレッサ16を駆動できるため、エンジン3の燃費効率に影響を及ぼすことなく効率的な暖房を実現できる。
よって、冷媒の寝込みによる冷房能力の低下やコンプレッサ16が高負荷となるのを抑制できる。
よって、第2の水回路25を循環する冷却水が沸騰して暖房効率が低下するのを抑制できる。
よって、第2の水回路25を循環する冷却水の過熱を抑制しつつ、自動変速機の暖機を促進できる。
以上、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、実施例では、リヒート方式として、空冷式エバポレータで冷やされた空調風の全てをヒータコアで加熱し、ヒータコア内を流れる冷却水の流量を制御することで設定温度を実現するフルリヒート方式を例に示したが、空冷式エバポレータで冷やされた空調風のうち、ヒータコアをバイパスする空調風の割合を調整することで設定温度を実現するリヒート方式としてもよい。
実施例では、ヒートポンプモード中はエンジンの暖機促進制御を廃止する例を示したが、エンジンの暖機促進制御を抑制する構成としてもよい。
2 冷媒回路(ヒートポンプ)
3 エンジン
4 ラジエータ
5 メイン循環配管
6 ヒータコア
7 サブ循環配管
8 メインポンプ(ポンプ)
9 エンジン側バイパス流路
10 ヒータコア側バイパス流路
11 水冷式エバポレータ(水冷式蒸発器)
12 水冷式コンデンサ(水冷式凝縮器)
13 サブポンプ(補助ポンプ)
14 三方向弁(熱源切り替えバルブ)
15 コントローラ(空調制御手段)
16 コンプレッサ(圧縮機)
17 空冷式コンデンサ(空冷式凝縮器)
18 膨張弁
19 空冷式エバポレータ(空冷式蒸発器)
20 三方向弁(凝縮器切り替えバルブ)
21 三方向弁(蒸発器切り替えバルブ)
22 温度センサ
23 温度センサ
24 第1の水回路
25 第2の水回路
Claims (6)
- エンジンを冷却する第1の水回路と、
前記第1の水回路から熱を受け取るヒートポンプと、
前記ヒートポンプから熱を受け取り車室内へ導入される空調風に熱を与える第2の水回路と、
前記空調風に熱を与えるヒータコアと、
前記エンジンと前記ヒータコアとの間で冷却水が循環する冷却水回路と、
前記エンジンにより駆動され、前記冷却水回路の冷却水を圧送するポンプと、
前記冷却水回路に接続され、前記ヒータコアを迂回するエンジン側バイパス流路と、
前記冷却水回路に接続され、前記エンジンを迂回するヒータコア側バイパス流路と、
前記ヒータコアを循環する冷却水の経路を前記エンジンと前記ヒータコア側バイパス流路とで選択的に切り替える熱源切り替えバルブと、
前記ヒータコア側バイパス流路の冷却水を圧送する補助ポンプと、
前記ヒータコアを循環する冷却水の経路が前記エンジン側となるように前記熱源切り替えバルブを制御し、前記エンジンと前記ヒータコアとの間で冷却水を循環させるエンジン排熱モードと、前記ヒータコアを循環する冷却水の経路が前記ヒータコア側バイパス流路側となるように前記熱源切り替えバルブを制御して前記第1の水回路および前記第2の水回路を形成すると共に、前記補助ポンプおよび前記ヒートポンプの圧縮機を駆動し、前記第1の水回路および前記第2の水回路でそれぞれ独立に冷却水を循環させるヒートポンプモードと、を切り替える空調制御手段と、
を備え、
前記ヒートポンプは、
前記エンジン側バイパス流路を通過する冷却水から熱を受け取る水冷式蒸発器と、
前記ヒータコア側バイパス流路を通過する冷却水へ熱を与える水冷式凝縮器と、
前記水冷式蒸発器と並列に設けられ、車室内へ導入される空調風から熱を受ける空冷式蒸発器と、
前記水冷式凝縮器と並列に設けられ、外気に熱を与える空冷式凝縮器と、
前記冷媒を通過させる蒸発器を前記水冷式蒸発器と前記空冷式蒸発器とで選択的に切り替える蒸発器切り替えバルブと、
前記冷媒を通過させる凝縮器を前記水冷式凝縮器と前記空冷式凝縮器とで選択的に切り替える凝縮器切り替えバルブと、
を有し、
前記空調制御手段は、前記冷媒が通過する蒸発器および凝縮器が、前記エンジン排熱モード時には前記空冷式蒸発器および前記空冷式凝縮器となるように前記蒸発器切り替えバルブおよび前記凝縮器切り替えバルブを制御し、前記ヒートポンプモード時には前記水冷式蒸発器および前記水冷式凝縮器となるように前記蒸発器切り替えバルブおよび前記凝縮器切り替えバルブを制御し、暖房要求時、前記第1の水回路の水温が所定水温以下の場合は前記ヒートポンプモードとし、前記水温が前記所定水温を超えた場合は前記エンジン排熱モードとすることを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項1に記載の車両用空調装置において、
前記空調制御手段は、外気温が所定温度以下の場合は前記ヒートポンプモードとすることを特徴とする車両用空調装置。 - エンジンを冷却する第1の水回路と、
前記第1の水回路から熱を受け取るヒートポンプと、
前記ヒートポンプから熱を受け取り車室内へ導入される空調風に熱を与える第2の水回路と、
前記空調風に熱を与えるヒータコアと、
前記エンジンと前記ヒータコアとの間で冷却水が循環する冷却水回路と、
前記エンジンにより駆動され、前記冷却水回路の冷却水を圧送するポンプと、
前記冷却水回路に接続され、前記ヒータコアを迂回するエンジン側バイパス流路と、
前記冷却水回路に接続され、前記エンジンを迂回するヒータコア側バイパス流路と、
前記ヒータコアを循環する冷却水の経路を前記エンジンと前記ヒータコア側バイパス流路とで選択的に切り替える熱源切り替えバルブと、
前記ヒータコア側バイパス流路の冷却水を圧送する補助ポンプと、
前記ヒータコアを循環する冷却水の経路が前記エンジン側となるように前記熱源切り替えバルブを制御し、前記エンジンと前記ヒータコアとの間で冷却水を循環させるエンジン排熱モードと、前記ヒータコアを循環する冷却水の経路が前記ヒータコア側バイパス流路側となるように前記熱源切り替えバルブを制御して前記第1の水回路および前記第2の水回路を形成すると共に、前記補助ポンプおよび前記ヒートポンプの圧縮機を駆動し、前記第1の水回路および前記第2の水回路でそれぞれ独立に冷却水を循環させるヒートポンプモードと、を切り替える空調制御手段と、
を備え、
前記ヒートポンプは、
前記エンジン側バイパス流路を通過する冷却水から熱を受け取る水冷式蒸発器と、
前記ヒータコア側バイパス流路を通過する冷却水へ熱を与える水冷式凝縮器と、
前記水冷式蒸発器と並列に設けられ、車室内へ導入される空調風から熱を受ける空冷式蒸発器と、
前記水冷式凝縮器と並列に設けられ、外気に熱を与える空冷式凝縮器と、
前記冷媒を通過させる蒸発器を前記水冷式蒸発器と前記空冷式蒸発器とで選択的に切り替える蒸発器切り替えバルブと、
前記冷媒を通過させる凝縮器を前記水冷式凝縮器と前記空冷式凝縮器とで選択的に切り替える凝縮器切り替えバルブと、
を有し、
前記空調制御手段は、前記冷媒が通過する蒸発器および凝縮器が、前記エンジン排熱モード時には前記空冷式蒸発器および前記空冷式凝縮器となるように前記蒸発器切り替えバルブおよび前記凝縮器切り替えバルブを制御し、前記ヒートポンプモード時には前記水冷式蒸発器および前記水冷式凝縮器となるように前記蒸発器切り替えバルブおよび前記凝縮器切り替えバルブを制御し、暖房要求時、車両が減速中であって、前記エンジンの燃料カットが行われている場合には、前記水温にかかわらず、前記ヒートポンプモードとすることを特徴とする車両用空調装置。 - エンジンを冷却する第1の水回路と、
前記第1の水回路から熱を受け取るヒートポンプと、
前記ヒートポンプから熱を受け取り車室内へ導入される空調風に熱を与える第2の水回路と、
前記空調風に熱を与えるヒータコアと、
前記エンジンと前記ヒータコアとの間で冷却水が循環する冷却水回路と、
前記エンジンにより駆動され、前記冷却水回路の冷却水を圧送するポンプと、
前記冷却水回路に接続され、前記ヒータコアを迂回するエンジン側バイパス流路と、
前記冷却水回路に接続され、前記エンジンを迂回するヒータコア側バイパス流路と、
前記ヒータコアを循環する冷却水の経路を前記エンジンと前記ヒータコア側バイパス流路とで選択的に切り替える熱源切り替えバルブと、
前記ヒータコア側バイパス流路の冷却水を圧送する補助ポンプと、
前記ヒータコアを循環する冷却水の経路が前記エンジン側となるように前記熱源切り替えバルブを制御し、前記エンジンと前記ヒータコアとの間で冷却水を循環させるエンジン排熱モードと、前記ヒータコアを循環する冷却水の経路が前記ヒータコア側バイパス流路側となるように前記熱源切り替えバルブを制御して前記第1の水回路および前記第2の水回路を形成すると共に、前記補助ポンプおよび前記ヒートポンプの圧縮機を駆動し、前記第1の水回路および前記第2の水回路でそれぞれ独立に冷却水を循環させるヒートポンプモードと、を切り替える空調制御手段と、
を備え、
前記ヒートポンプは、
前記エンジン側バイパス流路を通過する冷却水から熱を受け取る水冷式蒸発器と、
前記ヒータコア側バイパス流路を通過する冷却水へ熱を与える水冷式凝縮器と、
前記水冷式蒸発器と並列に設けられ、車室内へ導入される空調風から熱を受ける空冷式蒸発器と、
前記水冷式凝縮器と並列に設けられ、外気に熱を与える空冷式凝縮器と、
前記冷媒を通過させる蒸発器を前記水冷式蒸発器と前記空冷式蒸発器とで選択的に切り替える蒸発器切り替えバルブと、
前記冷媒を通過させる凝縮器を前記水冷式凝縮器と前記空冷式凝縮器とで選択的に切り替える凝縮器切り替えバルブと、
を有し、
前記空調制御手段は、前記冷媒が通過する蒸発器および凝縮器が、前記エンジン排熱モード時には前記空冷式蒸発器および前記空冷式凝縮器となるように前記蒸発器切り替えバルブおよび前記凝縮器切り替えバルブを制御し、前記ヒートポンプモード時には前記水冷式蒸発器および前記水冷式凝縮器となるように前記蒸発器切り替えバルブおよび前記凝縮器切り替えバルブを制御し、冷房要求がなされた場合、前記空冷式凝縮器に滞留する冷媒を回収するための冷媒回収運転を行った後に前記ヒートポンプを駆動することを特徴とする車両用空調装置。 - エンジンを冷却する第1の水回路と、
前記第1の水回路から熱を受け取るヒートポンプと、
前記ヒートポンプから熱を受け取り車室内へ導入される空調風に熱を与える第2の水回路と、
前記空調風に熱を与えるヒータコアと、
前記エンジンと前記ヒータコアとの間で冷却水が循環する冷却水回路と、
前記エンジンにより駆動され、前記冷却水回路の冷却水を圧送するポンプと、
前記冷却水回路に接続され、前記ヒータコアを迂回するエンジン側バイパス流路と、
前記冷却水回路に接続され、前記エンジンを迂回するヒータコア側バイパス流路と、
前記ヒータコアを循環する冷却水の経路を前記エンジンと前記ヒータコア側バイパス流路とで選択的に切り替える熱源切り替えバルブと、
前記ヒータコア側バイパス流路の冷却水を圧送する補助ポンプと、
前記ヒータコアを循環する冷却水の経路が前記エンジン側となるように前記熱源切り替えバルブを制御し、前記エンジンと前記ヒータコアとの間で冷却水を循環させるエンジン排熱モードと、前記ヒータコアを循環する冷却水の経路が前記ヒータコア側バイパス流路側となるように前記熱源切り替えバルブを制御して前記第1の水回路および前記第2の水回路を形成すると共に、前記補助ポンプおよび前記ヒートポンプの圧縮機を駆動し、前記第1の水回路および前記第2の水回路でそれぞれ独立に冷却水を循環させるヒートポンプモードと、を切り替える空調制御手段と、
を備え、
前記ヒートポンプは、
前記エンジン側バイパス流路を通過する冷却水から熱を受け取る水冷式蒸発器と、
前記ヒータコア側バイパス流路を通過する冷却水へ熱を与える水冷式凝縮器と、
前記水冷式蒸発器と並列に設けられ、車室内へ導入される空調風から熱を受ける空冷式蒸発器と、
前記水冷式凝縮器と並列に設けられ、外気に熱を与える空冷式凝縮器と、
前記冷媒を通過させる蒸発器を前記水冷式蒸発器と前記空冷式蒸発器とで選択的に切り替える蒸発器切り替えバルブと、
前記冷媒を通過させる凝縮器を前記水冷式凝縮器と前記空冷式凝縮器とで選択的に切り替える凝縮器切り替えバルブと、
を有し、
前記空調制御手段は、前記冷媒が通過する蒸発器および凝縮器が、前記エンジン排熱モード時には前記空冷式蒸発器および前記空冷式凝縮器となるように前記蒸発器切り替えバルブおよび前記凝縮器切り替えバルブを制御し、前記ヒートポンプモード時には前記水冷式蒸発器および前記水冷式凝縮器となるように前記蒸発器切り替えバルブおよび前記凝縮器切り替えバルブを制御し、前記ヒートポンプモード中は、前記エンジンの暖機促進制御を抑制または廃止することを特徴とする車両用空調装置。 - 請求項5に記載の車両用空調装置において、
前記ヒートポンプモード中は、トルクコンバータをロックアップ状態とすることを特徴とする車両用空調装置。
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