JPH06255347A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サブエンジンの駆動により運転されるヒート
ポンプを暖房用の熱源とする車両用空調装置において、
暖房運転の立上りを早める。 【構成】 温水ヒータ８は、メインエンジン１の冷却水
の供給により加熱される。ヒートポンプ１４は、サブエ
ンジン２３の始動に応じて車室内側熱交換器１８及び車
室外側熱交換器２０を通じて冷媒を循環する。この場
合、暖房運転が設定されたときは、コンプレッサ１６か
らの圧縮冷媒は車室内側熱交換器１８に供給されると共
に、サブエンジン２３の冷却水により冷媒加熱器２１が
加熱される。制御回路３３は、メインエンジン１の冷却
水が設定温度よりも低いときは、サブエンジン２３を始
動してヒートポンプ１４を運転すると共に、サブエンジ
ン２３の冷却水が設定温度よりも低いときは、絞り装置
２８によりサブエンジン２３の排気管２７を絞って冷却
水を迅速に昇温する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、暖房運転が設定された
ときは、車両駆動用のメインエンジンの冷却水を暖房用
の熱源とすると共に、メインエンジンの冷却水の温度が
低いときは空調用のサブエンジンにより駆動されるヒー
トポンプを暖房用の熱源とする車両用空調装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えばバスのような大型車両
においては、車両駆動用エンジンの冷却水の一部を温水
ヒータに供給して加熱すると共に、その加熱された温水
ヒータを通じて車室内に送風することにより車室内を暖
めるようにしている。

【０００３】ところで、大型車両のエンジンの排気量は
１００００ｃｃ以上と極めて大きく、エンジン全体の熱
容量が大きいと共に冷却水自体も多量であるので、エン
ジンの始動状態で暖房運転が設定されるにしても、エン
ジンの冷却水の温度が昇温するのに長時間を要する。こ
のため、暖房運転が設定されたときは、エンジンの始動
状態にかかわらず車室内に冷風が送風されて、乗員は寒
い思いをしなければならなかった。

【０００４】そこで、エンジンの冷却水を早急に昇温さ
せることにより暖房特性を改善したものとして、実公平
４−２４１１３号公報のものがある。このものは、車両
駆動用エンジンの水温と外気温とを検知し、それらの検
知状態に基づいてエンジンの排気を絞って負荷を高める
ことにより冷却水の温度を迅速に上昇させるものであ
る。

【０００５】ところが、上記構成のものでは、エンジン
で発生する熱量がエンジン自体或いは冷却水の昇温に使
用されるので、エンジンの熱容量が極めて大きい大型車
両にあっては、エンジンの冷却水が上昇するまでの燃料
消費が大きくなってエネルギ効率が悪いという欠点があ
る。

【０００６】上述の欠点を解決するために、サブエンジ
ンにより駆動されるヒートポンプサイクルを設け、その
ヒートポンプサイクルを暖房用の熱源とすることが考え
られている。つまり、ヒートポンプサイクルに車室内側
熱交換器及び車室外側熱交換器を設け、冷暖房運転に応
じて車室内側熱交換器若しくは車室外側熱交換器に対す
る冷媒の循環方向を切替えるもので、暖房運転時は車室
内側熱交換器を凝縮器（放熱器）と機能させ、冷房運転
時は車室内側熱交換器を蒸発器（吸熱器）として機能さ
せるものである。この場合、暖房運転時においては、メ
インエンジンの冷却水の温度が上昇するまではヒートポ
ンプを運転し、メインエンジンの冷却水の温度が十分に
上昇したところでヒートポンプの運転を停止してメイン
エンジンの冷却水を温水ヒータに導いて暖房用の熱源と
して利用する。また、斯様な構成のヒートポンプでは、
冷媒循環路にサブエンジンの冷却水が供給される冷媒加
熱器を設け、暖房運転時は、サブエンジンの冷却水によ
り冷媒加熱器を加熱することにより車室内側熱交換器に
供給される冷媒を加熱し、以て暖房効率を高めるように
構成するのが一般的である。

【０００７】上記構成のものによれば、ヒートポンプ運
転により車室内側熱交換器に高温の冷媒が供給されて直
ちに加熱されるので、メインエンジンの冷却水のみを熱
源とした構成のものに比べて、車室内を短時間で暖める
ことが可能となる。また、サブエンジンとして２０００
ｃｃ程度の比較的小形のものを使用できるので、燃料消
費を抑制することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヒート
ポンプを暖房用の熱源として利用したものでは、暖房運
転時は車室外側熱交換器を蒸発器として機能させるの
で、外気温度が低い場合には、車室外側熱交換器におい
て冷媒が十分に高温状態に気化せず、車室内側熱交換器
を暖房の熱源として十分に昇温できない虞がある。この
場合、ヒートポンプの冷媒循環路に設けられた冷媒加熱
器にはサブエンジンの冷却水が供給されて冷媒を加熱す
るものの、サブエンジンの始動当初は、サブエンジンの
冷却水の温度が低いことから、冷媒循環路の冷媒を十分
に加熱するには至らず、結局、車室内に暖気を送風する
ことはできないという欠点がある。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、暖房運転が設定されたときは、車両駆
動用のメインエンジンの冷却水を暖房用の熱源として利
用すると共に、メインエンジンの冷却水の温度が低いと
きはサブエンジンにより運転されるヒートポンプを暖房
用の熱源として利用するものにおいて、エネルギ効率の
向上を図ることができると共に外気温が低い場合であっ
ても車室内を迅速に暖めることができる車両用空調装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、車両駆動用の
メインエンジンの冷却水が供給されると共にその冷却水
を熱源として車室内を暖房する温水ヒータを設け、コン
プレッサの駆動に応じて冷媒が車室内側熱交換器及び車
室外側熱交換器を介して循環する冷媒循環路を有し暖房
運転が設定されたときは上記コンプレッサからの圧縮冷
媒を上記車室内側熱交換器に供給するヒートポンプを設
け、このヒートポンプのコンプレッサを駆動するための
空調用のサブエンジンを設け、前記ヒートポンプの冷媒
循環路に前記サブエンジンの冷却水により加熱される冷
媒加熱器を設け、前記メインエンジンの冷却水の温度を
検出する第１の検出手段を設け、前記サブエンジンの冷
却水の温度を検出する第２の検出手段を設け、前記サブ
エンジンの負荷を高める負荷増大手段を設け、暖房運転
が設定されたときに、前記第１の検出手段による検出温
度が設定温度以上であったときは前記温水ヒータによる
通常暖房運転を実行し、当該検出温度が前記設定温度よ
りも低いときは前記サブエンジンを始動してヒートポン
プ運転を実行すると共に、このヒートポンプ運転時に前
記第２の検出手段による検出温度が設定温度よりも低い
ときは前記負荷増大手段を駆動する制御手段を設けたも
のである。

【００１１】

【作用】車両を運転するためにメインエンジンの始動状
態で暖房運転を設定すると、制御手段は、第１の検出手
段によりメインエンジンの冷却水の温度を検出する。こ
のとき、メインエンジンの冷却水の水温が設定温度より
も低かったときは、制御手段は、サブエンジンを始動す
ることによりヒートポンプを運転する。これにより、ヒ
ートポンプの冷媒循環路に設けられた車室内側熱交換器
は凝縮器として機能するので、車室内側熱交換器は加熱
されて暖房用の熱源として利用される。この場合、制御
手段は、冷媒循環路に設けられた冷媒加熱器にサブエン
ジンの冷却水を供給するので、冷媒循環路を通過する冷
媒は冷媒加熱器による加熱状態で車室内側熱交換器に供
給される。

【００１２】ここで、制御手段は、上述のようなヒート
ポンプ運転時に第２の検出手段によりサブエンジンの冷
却水の温度を検出し、その検出温度が設定温度よりも低
かったときは、負荷増大手段を駆動してサブエンジンの
負荷を増大する。これにより、サブエンジンの冷却水の
温度が急速に上昇し、それに伴って冷媒加熱器が短時間
で加熱されるので、車室内側熱交換器を暖房用として迅
速に使用することができる。

【００１３】そして、メインエンジンの始動により冷却
水の温度が設定温度以上となると、制御手段は、ヒート
ポンプの運転を停止してメインエンジンの冷却水が供給
される温水ヒータを暖房用の熱源として利用する通常暖
房運転を実行する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明をバス車両に適用した一実施例
を図面を参照して説明する。図１は空調装置の全体構成
を概略的に示している。この図１において、まず、車両
駆動用のメインエンジンの冷却水を暖房用の熱源として
利用する空調系について説明する。即ち、車両駆動用の
メインエンジン１には冷却水循環路２，３が連結されて
いる。この場合、冷却水循環路２は放熱用のラジエータ
４を通じて冷却水が循環する経路であり、冷却水循環路
３はウォータポンプ５，デフロスタ６，電磁弁７及び温
水ヒータ８を通じて冷却水が循環する経路である。

【００１５】上記冷却水循環路３にはメインエンジン１
を迂回して流通するバイパス通路９が連結されており、
そのバイパス通路９に電磁弁１０が介在して設けられて
いる。また、冷却水循環路３においてデフロスタ６と電
磁弁７との間には電磁弁１１を介して冷却水加熱用熱交
換器１２が接続されており、この冷却水加熱用熱交換器
１２を通じて循環可能な経路が形成されている。そし
て、メインエンジン１への冷却水循環路の出入口には冷
却水の温度を検出する第１の検出手段たる水温センサ１
３が取付けられている。

【００１６】次にヒートポンプを冷暖房用として利用す
る空調系について説明する。即ち、ヒートポンプ１４
は、冷媒循環路１５に、コンプレッサ１６，四方弁１
７，車室内側熱交換器１８，上記冷却水加熱用熱交換器
１２，膨張弁１９，車室外側熱交換器２０，冷媒加熱器
２１及びアキュムレータ２２を順に介在するように配設
して成る。このヒートポンプ１４は、四方弁１７の流路
の切替状態に応じてコンプレッサ１６からの冷媒を車室
内側熱交換器１８若しくは車室外側熱交換器２０に選択
的に吐出するようになっている。この場合、暖房運転が
設定されたときは、コンプレッサ１６からの圧縮冷媒は
車室内側熱交換器１８に供給されるように四方弁１７の
流路が切替えられるようになっており、この場合、車室
内側熱交換器１８は凝縮器として機能すると共に車室外
側熱交換器２０は蒸発器として機能する。また、冷房運
転が設定されたときは、コンプレッサ１６からの圧縮冷
媒は車室外側熱交換器２０に供給されるように四方弁１
７の流路が切替えられるようになっており、この場合、
車室内側熱交換器１８は蒸発器として機能すると共に車
室外側熱交換器２０は凝縮器として機能する。

【００１７】上記ヒートポンプ１４のコンプレッサ１６
は空調用のサブエンジン２３で駆動されるようになって
いる。このサブエンジン２３は冷房運転が設定されたと
きに始動されると共に暖房運転が設定されたときは後述
する条件に応じて始動されるようになっており、その始
動状態でヒートポンプ１４のコンプレッサ１６を駆動す
ると共に室外ファン２４を回転駆動するようになってい
る。このサブエンジン２３に設けられた冷却水循環路２
５には、上記冷媒加熱器２１及びラジエータ２６が連結
されており、図示しない電磁弁により冷媒加熱器２１若
しくはラジエータ２６への流路が選択的に切替えられる
ようになっている。この場合、上記室外ファン２４は、
ラジエータ２６及び車室外側熱交換器２０を通じて送風
されるようになっている。

【００１８】ここで、上記サブエンジン２３の排気管２
７には負荷増大手段たる絞り装置２８が設けられてお
り、この絞り装置２８はアクチュエータ２９により駆動
されるようになっている。そして、サブエンジン２３へ
の冷却水循環路２５の出入口には冷却水の温度を検出す
る第２の検出手段たる水温センサ３０が取付けられてい
る。

【００１９】また、温水ヒータ８及び車室内側熱交換器
１８に対向して室内ファン３１が配設されており、この
室内ファン３１はファンモータ３２により回転駆動され
て温水ヒータ８及び車室内側熱交換器１８を通じて車室
内に送風するようになっている。

【００２０】制御手段たる制御回路３３は、後述するプ
ログラムに従って動作するようになっており、基本的に
は、メインエンジン１及びサブエンジン２３の冷却水の
水温を検出する各水温センサ１３，３０からの温度信号
に基づいてサブエンジン２３，四方弁１７，電磁弁７，
１０，１１，ファンモータ３２及びアクチュエータ２９
を所定タイミングで駆動制御するようになっている。

【００２１】次に上記構成の作用について説明する。制
御回路３３は、図２に示すフローチャートに従って制御
を開始する。つまり、制御回路３３は、メインエンジン
１への冷却水循環路に設けられた水温センサ１３から温
度信号を入力し、その温度信号に基づいてメインエンジ
ン１の冷却水の温度を検出すると共に（ステップＳ
1）、その検出温度が設定温度Ｔw 以上か否かを判定す
る（ステップＳ2 ）。この場合、設定温度Ｔw として
は、メインエンジン１の冷却水の温度が暖房用の熱源と
して十分に高温であるような温度に設定されている。こ
の際、暖房運転は外気温が低いときに設定されるのが通
常であるので、メインエンジン１の停止時或いはアイド
リング状態であるときは、メインエンジン１の冷却水は
設定温度Ｔw よりも低くなっている。これにより、制御
回路３３は、サブエンジン２３の冷却水循環路２５に設
けられた水温センサ３０から温度信号を入力し（ステッ
プＳ3 ）、その温度信号に基づいて冷却水が設定温度Ｔ
0 以上か否かを判定する（ステップＳ４）。この場合、
設定温度Ｔ0 としては、サブエンジン２３の冷却水の温
度がヒートポンプ１４の冷媒循環路１５内の冷媒を暖房
用の熱源として十分に加熱できる程高温であるような温
度に設定されている。

【００２２】さて、サブエンジン２３の冷却水が設定温
度Ｔ0 よりも低いときは、制御回路３３は、アクチュエ
ータ２９を作動させてサブエンジン２３の排気管２７に
設けられた絞り装置２８を絞った後に（ステップＳ5
）、ヒートポンプ運転を実行する（ステップＳ7 ）。
つまり、制御回路３３は、四方弁１７を図１に実線で示
す流路に切替えた状態でサブエンジン２３を始動するこ
とによりコンプレッサ１６を駆動する。これにより、冷
媒循環路１５中の冷媒は、コンプレッサ１６により圧縮
された状態で四方弁１７を通じて車室内側熱交換器１８
に供給されてから、冷却水加熱用熱交換器１２，膨張弁
１９，車室外側熱交換器２０，冷媒加熱器２１，アキュ
ムレータ２２を通過して再びコンプレッサ１６に戻る経
路で循環する。このとき、車室内側熱交換器１８は凝縮
器として機能し、車室外側熱交換器２０は蒸発器として
機能する。

【００２３】ところで、制御回路３３は、暖房運転が設
定されたときにメインエンジン１及びサブエンジン２３
の冷却水の温度が設定温度よりも低かったときは、ステ
ップＳ5 において絞り装置２８によりサブエンジン２３
の排気管２７を絞るので、サブエンジン２３は高負荷状
態で始動されることになる。これにより、サブエンジン
２３の冷却水は燃焼により早急に昇温し、それに伴って
冷媒循環路１５に設けられた冷媒加熱器２１がサブエン
ジン２３の冷却水により加熱されるので、冷媒循環路１
５中の冷媒は加熱される。この結果、車室内側熱交換器
１８は十分に高温となった冷媒の供給を受けて加熱され
るので、サブエンジン２３の始動から短時間で車室内に
暖気が送風され、以て車室内を迅速に暖めることができ
る。

【００２４】一方、制御回路３３は、ヒートポンプ１４
を運転したときは、メインエンジン１側の電磁弁７，１
０，１１を制御する（ステップＳ8)。つまり、メインエ
ンジン１の冷却水循環路３に設けられた電磁弁１０，１
１を開状態に、電磁弁７を閉状態に切替える。これによ
り、ウォータポンプ５から吐出された冷却水はデフロス
タ６，電磁弁１１，冷却水加熱用熱交換器１２を通過し
てからバイパス通路９を通過した経路で循環するので、
冷却水循環路３を通過する冷却水は冷却水加熱用熱交換
器１２においてヒートポンプ１４の冷媒循環路を循環す
る高温高圧の冷媒と熱交換を行う。この結果、デフロス
タ６に供給される冷却水が昇温され、以てデフロスタ６
から素早く温風を吹出すことができる。

【００２５】そして、サブエンジン２３の始動に伴って
これの冷却水の温度が上昇して設定温度Ｔ0 以上となる
と、制御回路３３は、アクチュエータ２９を作動して絞
り装置２８を開放する（ステップＳ6 ）。尚、図２には
示さなかったが、制御回路３３は、サブエンジン２３の
冷却水が所定温度以上となったときは、冷却水循環路２
に設けられた図示しない電磁弁を切替えることにより冷
媒加熱器２１への冷却水の循環路をラジエータ２６側に
切替えるようになっている。これは、冷媒循環路１５中
の冷媒が過度に加熱されると、ヒートポンプ１４の構成
部品の故障の原因となるからである。

【００２６】さて、メインエンジン１の始動に伴ってこ
れの冷却水の温度が上昇して設定温度Ｔw に達すると、
制御回路３３は、ヒートポンプ１４の運転を停止すると
共に（ステップＳ9 ）、メインエンジン１側の電磁弁を
制御する（ステップＳ10）。つまり、電磁弁１０，１１
を閉状態、電磁弁７を開状態に切替えた後に、通常の暖
房運転を実行する。この場合、冷却水の温度が設定温度
Ｔw に達しているということは、メインエンジン１の冷
却水の温度が暖房用の熱源として十分に高温に上昇して
おり、ヒートポンプ１４を停止しても暖房運転を十分に
行える状態となっていることを意味する。

【００２７】また、メインエンジン１側の電磁弁７，１
０，１１が上述のように切替えられる結果、冷却水循環
路３の冷却水は、メインエンジン１からウォータポンプ
５，デフロスタ６，電磁弁７，温水ヒータ８を通じて循
環するようになる。この場合、デフロスタ６及び温水ヒ
ータ８に供給された冷却水の温度は十分に高温となって
いるので、デフロスタ機能及び車室内への暖房運転を確
実に実行することができる。

【００２８】一方、上述した通常暖房運転中に、外気温
度が急激に低下するなどしてメインエンジン１の冷却水
が設定温度Ｔw よりも低下したときは、制御回路３３
は、再びヒートポンプ運転を実行することによりデフロ
スタ機能及び暖房運転の性能が低下することを防止する
ようになる。

【００２９】尚、制御回路３３は、冷房運転が設定され
たときは、ヒートポンプ１４の四方弁１７を図１に破線
で示す流路に切替えることによりコンプレッサ１６から
の冷媒を車室外側熱交換器２０に供給する。これによ
り、車室内側熱交換器１８は蒸発器として機能するの
で、車室内が冷却される。

【００３０】上記構成のものによれば、暖房運転が設定
されたときに、車両駆動用のメインエンジン１の冷却水
の水温が設定温度よりも低いときは、サブエンジン２３
の始動により運転されるヒートポンプ１４を暖房用の熱
源として利用すると共に、サブエンジン２３の冷却水に
よりヒートポンプ１４の冷媒循環路１５を加熱するよう
に構成した上で、サブエンジン２３の冷却水の温度が設
定温度よりも低かったときは絞り装置２８によりサブエ
ンジン２３の排気管２７を絞ってこれの冷却水を短時間
で昇温させるようにしたので、大形の車両駆動用のエン
ジンの冷却水のみを暖房の熱源として利用する従来例の
ものと違って、ヒートポンプ１４を暖房用の熱源として
迅速に利用することができる。

【００３１】また、上述のようにヒートポンプ１４によ
る暖房運転時にこのヒートポンプ１４を駆動するための
サブエンジン２３の冷却水の温度が十分に上昇したとき
は、サブエンジン２３の排気管２７を開放して低負荷状
態で運転するようにしたので、燃料消費を軽減すること
ができる。

【００３２】尚、サブエンジン２３の負荷を高める手段
としては、サブエンジン２３に供給する燃料を増大する
ようにしてもよい。また、室内ファン３１はファンモー
タ３２に代えて、サブエンジン２３で直接駆動してもよ
い。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の車両用空調装置によれば、暖房運転が設定されたとき
に、メインエンジンの冷却水が設定温度よりも低かった
ときは、サブエンジンの始動によりヒートポンプを運転
すると共に、ヒートポンプの冷媒循環路をサブエンジン
の冷却水で加熱するように構成した上で、ヒートポンプ
運転時にサブエンジンの冷却水が設定温度よりも低かっ
たときは、負荷増大手段によりサブエンジンの負荷を高
めるようにしたので、暖房運転が設定されたときは、車
両駆動用のメインエンジンの冷却水を暖房用の熱源とし
て利用すると共に、メインエンジンの冷却水の温度が低
いときはサブエンジンにより運転されるヒートポンプを
暖房用の熱源として利用するものにおいて、エネルギ効
率の向上を図ることができると共に外気温が低い場合で
あっても車室内を迅速に暖めることができるという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体の概略図

【図２】制御回路の動作を示すフローチャート

【符号の説明】

１はメインエンジン、８は温水ヒータ、１３は水温セン
サ（第１の検出手段）、１４はヒートポンプ、１５は冷
媒循環路、１６はコンプレッサ、１８は車室内側熱交換
器、２０は車室外側熱交換器、２１は冷媒加熱器、２３
はサブエンジン、２８は絞り装置（負荷増大手段）、３
０は水温センサ（第２の検出手段）、３３は制御回路
（制御手段）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両駆動用のメインエンジンの冷却水が
   供給されるように設けられその冷却水を熱源として車室
   内を暖房する温水ヒータと、 コンプレッサの駆動に応じて冷媒が車室内側熱交換器及
   び車室外側熱交換器を介して循環する冷媒循環路を有し
   暖房運転が設定されたときは上記コンプレッサからの圧
   縮冷媒を上記車室内側熱交換器に供給するヒートポンプ
   と、 前記コンプレッサを駆動するための空調用のサブエンジ
   ンと、 前記ヒートポンプの冷媒循環路に設けられ前記サブエン
   ジンの冷却水により加熱される冷媒加熱器と、 前記メインエンジンの冷却水の温度を検出する第１の検
   出手段と、 前記サブエンジンの冷却水の温度を検出する第２の検出
   手段と、 前記サブエンジンの負荷を高める負荷増大手段と、 暖房運転が設定されたときに、前記第１の検出手段によ
   る検出温度が設定温度以上であったときは前記温水ヒー
   タによる通常暖房運転を実行し、当該検出温度が前記設
   定温度よりも低いときは前記サブエンジンを始動してヒ
   ートポンプ運転を実行すると共に、このヒートポンプ運
   転時に前記第２の検出手段による検出温度が設定温度よ
   りも低いときは前記負荷増大手段を駆動する制御手段と
   を備えたことを特徴とする車両用空調装置。