JP6831239B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents
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Description
ヒートポンプコントローラ32により(オートモード)或いは空調操作部53へのマニュアル操作(マニュアルモード)により暖房モードが選択されると、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁21(暖房用)を開放し、電磁弁17(冷房用)を閉じる。また、電磁弁30(リヒート用)を開放し、電磁弁40(バイパス用)を閉じる。そして、圧縮機2を運転する。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は、基本的には室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全て空気を暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風する状態とするが、風量を調整してもよい。
次に、除湿暖房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21を閉じる。また、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開放すると共に、室外膨張弁6の弁開度は全閉とする。そして、圧縮機2を運転する。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は、基本的には室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全て空気を暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風する状態とするが、風量の調整も行う。
次に、除湿冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21を閉じる。また、電磁弁30を開放し、電磁弁40を閉じる。そして、圧縮機2を運転する。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は、基本的には室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全て空気を暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風する状態とするが、風量の調整も行う。
次に、冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は上記除湿冷房モードの状態において室外膨張弁6の弁開度を全開とする。そして、圧縮機2を運転する。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は、室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の空気が、暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風される割合を調整する状態とする。
次に、最大冷房モードとしてのMAX冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21を閉じる。また、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開放すると共に、室外膨張弁6の弁開度は全閉とする。そして、圧縮機2を運転する。空調コントローラ20は、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から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の空気が、暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風される割合を調整する状態とする。
尚、実施例の制御装置11は室外熱交換器7に過着霜が生じた場合などに、冷媒回路Rの圧縮機2と室外送風機15を停止し、補助ヒータ23に通電してこの補助ヒータ23のみで車室内を暖房する補助ヒータ単独モードを有している。この場合にも、ヒートポンプコントローラ32は補助ヒータ温度センサ50が検出する補助ヒータ温度Tptcと前述した目標ヒータ温度TCOに基づいて補助ヒータ23の通電(発熱)を制御する。
空調コントローラ20は、下記式(I)から前述した目標吹出温度TAOを算出する。この目標吹出温度TAOは、車室内に吹き出される空気の温度の目標値である。
TAO=(Tset−Tin)×K+Tbal(f(Tset、SUN、Tam))
・・(I)
ここで、Tsetは空調操作部53で設定された車室内の設定温度、Tinは内気温度センサ37が検出する室内温度、Kは係数、Tbalは設定温度Tsetや、日射センサ51が検出する日射量SUN、外気温度センサ33が検出する外気温度Tamから算出されるバランス値である。そして、一般的に、この目標吹出温度TAOは外気温度Tamが低い程高く、外気温度Tamが上昇するに伴って低下する。
次に、図4を用いて前述した暖房モードにおける圧縮機2の制御について詳述する。図4は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を決定するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ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による風量割合SWと、放熱器4の出口における過冷却度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前述した目標ヒータ温度TCO(空調コントローラ20から送信される)と、放熱器4の圧力の目標値である目標放熱器圧力PCO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。
TH=(INTL×TH0+Tau×THz)/(Tau+INTL) ・・(II)
ここで、INTLは演算周期(定数)、Tauは一次遅れの時定数、TH0は一次遅れ演算前の定常状態における加熱温度THの定常値、THzは加熱温度THの前回値である。このように加熱温度THを推定することで、格別な温度センサを設ける必要がなくなる。
一方、図5は前記除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、及び、MAX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を決定するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F操作量演算部63は外気温度Tamと、空気流通路3に流入した空気の体積風量Gaと、放熱器4の圧力(放熱器圧力PCI)の目標値である目標放熱器圧力PCOと、吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)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、図6は除湿暖房モードにおける補助ヒータ23の補助ヒータ要求能力TGQPTCを決定するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32の減算器73には目標ヒータ温度TCOと補助ヒータ温度Tptcが入力され、目標ヒータ温度TCOと補助ヒータ温度Tptcの偏差(TCO−Tptc)が算出される。この偏差(TCO−Tptc)はF/B制御部74に入力され、このF/B制御部74は偏差(TCO−Tptc)を無くして補助ヒータ温度Tptcが目標ヒータ温度TCOとなるように補助ヒータ要求能力F/B操作量を演算する。
次に、図3を参照しながら空調コントローラ20によるエアミックスダンパ28の制御について説明する。図3においてGaは前述した空気流通路3に流入した空気の体積風量、Teは吸熱器温度、THは前述した加熱温度(放熱器4の風下側の空気の温度)である。
SW=(TAO−Te)/(TH−Te) ・・(III)
ここで、ヒートポンプコントローラ32は圧縮機2を保護するための回転数制限制御を行う。以下に実施例の回転数制限制御について説明する。ヒートポンプコントローラ32は、前述した圧縮機2の吐出冷媒圧力Pd及び吐出冷媒温度Tdを常時監視しており、吐出冷媒圧力Pdが上昇して所定の制限閾値PdHに到達した場合、又は、吐出冷媒温度Tdが上昇して所定の制限閾値TdHに到達した場合、ヒートポンプコントローラ32は回転数制限制御を開始し、図4及び図5における圧縮機目標回転数TGNCh及びTGNCcを所定ステップ低下させ、圧縮機2の回転数NCを下げる。以降、吐出冷媒圧力Pd又は吐出冷媒温度Tdが各制限閾値PdH又はTdH以上である間、所定の周期で圧縮機目標回転数TGNCh及びTGNCcを所定ステップずつ低下させていく。
このように、ヒートポンプコントローラ32は吐出冷媒圧力Pd及び吐出冷媒温度Tdに基づいて圧縮機2の回転数NCを制限する回転数制限制御を行っているが、冷房モードでは前述した如く圧縮機2から吐出された冷媒が放熱器4から室外膨張弁6を通過するため、比較的狭い径の管路を冷媒が通過することになり、高負荷の条件下では吐出冷媒圧力Pdや吐出冷媒温度Tdが高くなり、回転数制限制御に入り易くなる。しかしながら、回転数制限制御が行われると、圧縮機2の回転数NCが低下することによって吸熱器温度Teが目標吸熱器温度TEOに到達できなくなる問題が生じる。
また、前述した如く空調コントローラ20は吸込切換ダンパ26により、空気流通路3に外気導入する外気導入モードと車室内の空気を導入する内気循環モードをマニュアル操作により切り換え、或いは、オート切換モードによって自動的に切り換えるものであるが、外気温度Tamが高い状況で冷房モードにおいてマニュアルで外気導入モードとされた場合は、温度が高い外気が導入されるため、吐出冷媒圧力Pdや吐出冷媒温度Tdが高くなって回転数制限制御に入り易くなる。
ここで、前述した実施例1の(13)の切換制御では、外気温度Tamが高い状況ではMAX冷房モードから冷房モードに切り換えた後に、圧縮機2の吐出冷媒圧力Pdや吐出冷媒温度Tdが直ぐに制限閾値に上昇し、MAX冷房モードに戻ってしまう可能性がある。そこで、実施例の車両用空気調和装置1では補助ヒータ23が設けられているので、この補助ヒータ23を用いてリヒートを行うようにしてもよい。
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
10 HVACユニット
11 制御装置
20 空調コントローラ
23 補助ヒータ(補助加熱装置)
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 ヒートポンプコントローラ
33 外気温度センサ
42 吐出圧力センサ
43 吐出温度センサ
45 バイパス装置
65 車両通信バス
R 冷媒回路
Claims (9)
- 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、
冷媒を放熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、
冷媒を吸熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
車室外に設けられて冷媒を吸熱させるための室外熱交換器と、
該室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、
前記吸熱器に流入する冷媒を減圧するための室内膨張弁と、
制御装置とを備え、
該制御装置により、前記室外膨張弁を全開とし、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器及び前記室外膨張弁を経て前記室外熱交換器に流し、該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を前記室内膨張弁で減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる冷房モードを実行する車両用空気調和装置において、
前記放熱器及び前記室外膨張弁をバイパスして前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器に直接流入させるためのバイパス装置を備え、
前記制御装置は、前記圧縮機の吐出冷媒圧力Pd、又は、吐出冷媒温度Tdが所定の制限閾値以上となった場合に前記圧縮機の回転数を制限する回転数制限制御を実行すると共に、
前記冷房モードで運転中に前記回転数制限制御となり、且つ、前記吸熱器の温度である吸熱器温度Teが上昇した場合、前記室外膨張弁を全閉とし、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流すこと無く、前記バイパス装置により前記室外熱交換器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を前記室内膨張弁で減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる最大冷房モードに切り換えることを特徴とする車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記冷房モードで運転中に前記回転数制限制御となり、且つ、前記吸熱器温度Teが、その目標値である目標吸熱器温度TEOより高い状態が所定時間継続した場合、前記最大冷房モードに切り換えることを特徴とする請求項1に記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記最大冷房モードに切り換えた後、前記回転数制限制御では無くなり、且つ、前記放熱器の温度の目標値である目標ヒータ温度TCOを達成できない場合、又は、前記回転数制限制御では無くなり、且つ、前記放熱器によるリヒート要求がある場合、前記冷房モードに切り換え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。
- 前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための補助加熱装置を備え、
前記制御装置は、前記最大冷房モードに切り換えた後、前記回転数制限制御では無くなり、且つ、前記放熱器の温度の目標値である目標ヒータ温度TCOを達成できない場合、又は、前記回転数制限制御では無くなり、且つ、前記放熱器によるリヒート要求がある場合、前記補助加熱装置を発熱させ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。 - 前記制御装置は、前記最大冷房モードに切り換えた後、前記回転数制限制御では無くなり、且つ、前記目標ヒータ温度TCOを達成できない場合、又は、前記回転数制限制御では無くなり、且つ、前記放熱器によるリヒート要求がある場合、外気温度が高い状況で前記補助加熱装置を発熱させ、外気温度が低い状況では前記冷房モードに切り換えることを特徴とする請求項4に記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記放熱器の風下側の空気の温度である加熱温度THが前記目標ヒータ温度TCOより低い状態が所定時間継続した場合、前記目標ヒータ温度TCOを達成できないと判断することを特徴とする請求項3乃至請求項5のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
- 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、
冷媒を放熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、
冷媒を吸熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
車室外に設けられて冷媒を吸熱させるための室外熱交換器と、
該室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、
前記吸熱器に流入する冷媒を減圧するための室内膨張弁と、
少なくとも前記空気流通路に外気を導入する外気導入モードと前記空気流通路に前記車室内の空気を導入する内気循環モードとを切り換えるための吸込切換ダンパと、
制御装置とを備え、
該制御装置により、前記室外膨張弁を全開とし、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器及び前記室外膨張弁を経て前記室外熱交換器に流し、該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を前記室内膨張弁で減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる冷房モードを実行する車両用空気調和装置において、
前記放熱器及び前記室外膨張弁をバイパスして前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器に直接流入させるためのバイパス装置を備え、
前記制御装置は、前記圧縮機の吐出冷媒圧力Pd、又は、吐出冷媒温度Tdが所定の制限閾値以上となった場合に前記圧縮機の回転数を制限する回転数制限制御を実行すると共に、
前記冷房モードで運転中に前記外気導入モードとされた場合、前記室外膨張弁を全閉とし、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流すこと無く、前記バイパス装置により前記室外熱交換器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を前記室内膨張弁で減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる最大冷房モードに切り換えることを特徴とする車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、外気温度が高い状況において、前記冷房モードで運転中に前記外気導入モードとされた場合、前記最大冷房モードに切り換えることを特徴とする請求項7に記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記最大冷房モードに切り換えた後、外気温度が低くなった場合、又は、前記外気導入モード以外の状態とされた場合、前記冷房モードに切り換えることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の車両用空気調和装置。
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