JPH1120461A - ヒートポンプ式自動車用空気調和装置 - Google Patents

ヒートポンプ式自動車用空気調和装置

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JPH1120461A
JPH1120461A JP9174465A JP17446597A JPH1120461A JP H1120461 A JPH1120461 A JP H1120461A JP 9174465 A JP9174465 A JP 9174465A JP 17446597 A JP17446597 A JP 17446597A JP H1120461 A JPH1120461 A JP H1120461A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サブエバポレータを備え冷媒と温水を利用し
て車室内を暖房するヒートポンプ式自動車用空気調和装
置において、信頼性と性能を向上させる。 【解決手段】 エンジン回転数に応じてヒータコア流量
調整弁３１の開度を制御してサブエバポレータ８への温
水流量を制限する。具体的には、アイドリング時または
それに相当する車速時には流量制限せず、高回転域で流
量制限を行う。あるいは、エンジン冷却水温に応じてヒ
ータコア流量調整弁３１の開度を制御してサブエバポレ
ータ８への温水流量を制限する。具体的には、エンジン
冷却水温が低いときには流量制限せず、高水温域で流量
制限を行う。高水温域での流量制限に際しては、エアミ
ックスドア１６を開き、サブコンデンサ１３で加熱され
た空気をヒータコア１２で再度加熱させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン冷却水
（温水）と冷媒とを用いて自動車の車室内を冷暖房する
ようにしたヒートポンプ式自動車用空気調和装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば、最近の一部の高級車や比較的車
室内空間が大きいワンボックスカーなどには、室内全体
について快適な空調状態が得られるよう、車室内の前方
領域（例えば、前席部分）はフロントユニットにより、
後方領域（例えば、第２席、第３席などの後席部分）は
リヤユニットによりそれぞれ独立に空気調和するデュア
ルカーエアコンと通称される自動車用空気調和装置が搭
載されている。
【０００３】この種の自動車用空気調和装置として、例
えば、暖房運転時において、フロントユニットは、ヒー
タコアを設けて、エンジン冷却水を熱源として利用する
が、リヤユニットは、サブコンデンサと称する室内熱交
換器を設けて、コンプレッサにより圧縮された高温高圧
の冷媒を熱源として利用するようにしたシステムがあ
る。なお、この種の装置は、冷媒の循環過程（冷凍サイ
クル）において低温の外部空気から熱を汲み上げて車室
内を暖房することから、ヒートポンプ式の自動車用空気
調和装置と称されている。
【０００４】ところが、この種の装置で暖房運転をする
場合、例えば、冬季の朝のように外気温度が低いときに
は、起動時にエンジン冷却水の温度（エンジン冷却水
温）が低く、また、冷媒の温度の上昇速度も俊敏でない
ため、運転開始と同時に暖かい空気が吹き出されるよう
な状態になりにくく、いわゆる即暖性が不十分となり、
また、暖房性能も不足気味となるおそれがある。特に、
ディーゼルエンジンを搭載した車室内空間の大きいワン
ボックスカーでは、通常のガソリンエンジン車と比べて
エンジン冷却水の温度上昇が遅く、しかも広い空間を暖
房しなければならないことから、即暖性、暖房性能とも
に不足する傾向がある。さらに、最近では、排気ガス対
策および省エネルギー対策として効率の良い直噴エンジ
ン（ガソリン、ディーゼル）が開発中で、すでに一部は
実用化されているところであるが、このような直噴エン
ジン搭載車の場合には、放熱量の低下に伴うエンジン冷
却水の温度の低下（低水温化）によって、慢性的に暖房
不足を来すおそれがある。
【０００５】そこで、本出願人は、サブエバポレータと
称する室外熱交換器を設け、このサブエバポレータにお
いてエンジン冷却水の熱を利用してコンプレッサへの帰
還冷媒を加熱し、エンタルピーが増加したより高温の冷
媒を用いて、より高い暖房性能を発揮するようにしたヒ
ートポンプ式自動車用空気調和装置を提案した（例え
ば、特願平７−２７１６２１号参照）。さらに、この技
術を前提として、エンジンの直噴化による低水温化に対
応すべく、前後席ともヒートポンプシステムとした自動
車用空気調和装置を提案した（例えば、特願平９−９０
８５４号参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このようなサブエバポ
レータを備えたヒートポンプ式自動車用空気調和装置に
おいては、暖房運転安定時あるいは車両走行時にサイク
ル圧力が十分上昇すると、サブエバポレータへの温水流
量を制御して、冷凍サイクルの保護を図るとともに吹出
し温度を一定に維持するようにしている。このとき、コ
ンプレッサの能力（仕事量）やエンジン冷却水の温度が
上昇し過ぎると、コンプレッサ吐出圧力が上昇したり、
また、単体として見た場合にヒータコアからの吹出し温
度のほうがサブコンデンサからの吹出し温度よりも高く
なることがあり、信頼性および性能の面からこれらを防
止する必要がある。
【０００７】すなわち、コンプレッサ吐出圧力が上昇し
たときには、冷凍サイクル（特にコンプレッサ）を保護
するため、その吐出圧力に応じてコンプレッサをＯＮ−
ＯＦＦする制御（ＯＮ−ＯＦＦ制御）が一般的に行われ
ているところであり、上記したヒートポンプ式自動車用
空気調和装置においても、吐出圧力上昇時のコンプレッ
サ保護の方策を講じておくべきであることは当然であ
る。
【０００８】そこで、この点につき、本出願人は、従来
から一般的に行われているコンプレッサのＯＮ−ＯＦＦ
制御に加えて、このコンプレッサＯＮ−ＯＦＦ制御を行
う前段階において、サブエバポレータ用のウォータバル
ブのＯＮ−ＯＦＦ制御を行う技術を提案した（特願平８
−２３６６３７号参照）。これにより、コンプレッサの
ＯＮ−ＯＦＦ頻度が減少してドライバビリティーの向上
と快適性の維持（吹出し温度の変化の抑制）とを図りつ
つ圧力上昇からコンプレッサを保護することが可能とな
る。
【０００９】しかしながら、実験の結果、このようにサ
ブエバポレータへの温水流量調整をウォータバルブのＯ
Ｎ−ＯＦＦのみの制御で行う場合には、サイクル圧力や
サイクル温度の上昇が急激であり、瞬間的に所定の制御
値そのものを超えてしまう場合（オーバーシュート状
態）があることがわかった（図８、図１１の流量制限な
しの領域参照）。したがって、信頼性のより一層の向上
を図るためには、サイクル圧力やサイクル温度の上昇代
を緩和してオーバーシュートをなくし、制御値を超えな
いようにすることが望まれる。
【００１０】また、図１２はエンジン冷却水温と吹出し
温度（吹出温）との関係を通常のヒータコアシステムと
サブエバポレータを用いたヒートポンプシステムとにつ
いて示した特性図であるが、同図に示すように、ヒータ
コアシステムでは、エンジン冷却水温の上昇に伴って吹
出し温度がほぼ直線的に上昇するが（曲線ａ）、上記ヒ
ートポンプシステムでは、上記したコンプレッサ吐出圧
力によるウォータバルブのＯＮ−ＯＦＦ制御により、実
際には、曲線ｂに示すような特性となる。
【００１１】同図から明らかなように、エンジン冷却水
温が所定値（ここでは、例えば、７０℃）より低いとき
には上記ヒートポンプシステムのほうが吹出し温度が高
く、エンジン冷却水温が所定値（７０℃）より高くなる
と、逆に、ヒータコアシステムのほうが吹出し温度が高
くなる。したがって、上記ヒートポンプシステムにおい
て、信頼性の向上を図りつつ吹出し温度（最大暖房性
能）のさらなる向上を図ることが望まれるところであ
る。
【００１２】本発明は、本出願人が現在開発中のヒート
ポンプ式自動車用空気調和装置における上記課題に着目
してなされたものであり、信頼性と性能のより一層の向
上を図ることができるヒートポンプ式自動車用空気調和
装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、冷凍サイクル内を状態変化
しながら循環する冷媒の熱とエンジンの冷却水の熱とを
利用して車室内の暖房を行うもので、前記冷凍サイクル
にエンジン冷却水との熱交換によりコンプレッサに帰還
する冷媒を加熱する室外エバポレータを設けてなるヒー
トポンプ式自動車用空気調和装置において、エンジン冷
却水を利用して取り入れ空気を加熱するヒータコアを流
れるエンジン冷却水の流量を無段階に調整する流量調整
手段と、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検
出手段と、前記エンジン回転数検出手段の出力に応じて
前記流量調整手段の開度を制御して前記室外エバポレー
タを流れるエンジン冷却水の流量を制限する制御手段と
を有することを特徴とする。
【００１４】この発明にあっては、エンジン回転数検出
手段はエンジンの回転数を検出し、制御手段は、エンジ
ン回転数検出手段の出力（エンジン回転数）に応じて流
量調整手段の開度を制御して、室外エバポレータを流れ
るエンジン冷却水（温水）の流量を制限する。つまり、
エンジン回転数に応じて流量調整手段の開度を制御する
ことで、ヒータコアを流れる温水流量が無段階に調整さ
れ、その結果、温水系がヒータコアと並列に接続されて
いる室外エバポレータへの温水流量が低減（制限）され
る。例えば、エンジン回転数が上がってコンプレッサの
仕事量が増大しサイクル圧力などが上昇すると、エンジ
ン回転数に応じて流量調整手段の開度が変化し、高回転
域では室外エバポレータへの温水流量が減少することに
なる。そして、室外エバポレータへの温水流量が少なく
なると冷媒の温水からの吸熱量が減少し、サイクル圧
力、サイクル温度の上昇が緩やかになるため、室外エバ
ポレータ用の流量制御弁のＯＮ−ＯＦＦ制御によるオー
バーシュートが防止され、サイクル圧力などが制御値を
超えないようになる。
【００１５】請求項２記載の発明は、冷凍サイクル内を
状態変化しながら循環する冷媒の熱とエンジンの冷却水
の熱とを利用して車室内の暖房を行うもので、前記冷凍
サイクルにエンジン冷却水との熱交換によりコンプレッ
サに帰還する冷媒を加熱する室外エバポレータを設けて
なるヒートポンプ式自動車用空気調和装置において、エ
ンジン冷却水を利用して取り入れ空気を加熱するヒータ
コアを流れるエンジン冷却水の流量を無段階に調整する
流量調整手段と、エンジン冷却水の温度を検出する水温
検出手段と、前記水温検出手段の出力に応じて前記流量
調整手段の開度を制御して前記室外エバポレータを流れ
るエンジン冷却水の流量を制限する制御手段とを有する
ことを特徴とする。
【００１６】この発明にあっては、水温検出手段はエン
ジン冷却水（温水）の温度を検出し、制御手段は、水温
検出手段の出力（エンジン冷却水温）に応じて流量調整
手段の開度を制御して、室外エバポレータを流れるエン
ジン冷却水の流量を制限する。つまり、エンジン冷却水
温に応じて流量調整手段の開度を制御することで、ヒー
タコアを流れる温水流量が無段階に調整され、その結
果、温水系がヒータコアと並列に接続されている室外エ
バポレータへの温水流量が低減（制限）される。例え
ば、エンジン冷却水の温度が上がって室外エバポレータ
での吸熱量が増大しサイクル圧力などが上昇すると、エ
ンジン冷却水温に応じて流量調整手段の開度が変化し、
高水温域では室外エバポレータへの温水流量が減少する
ことになる。そして、室外エバポレータへの温水流量が
少なくなると冷媒の温水からの吸熱量が減少し、サイク
ル圧力、サイクル温度の上昇が緩やかになるため、室外
エバポレータ用の流量制御弁のＯＮ−ＯＦＦ制御による
オーバーシュートが防止され、サイクル圧力などが制御
値を超えないようになる。
【００１７】請求項３記載の発明は、上記請求項２記載
のヒートポンプ式自動車用空気調和装置において、前記
ヒータコアの上流側に冷媒を利用して取り入れ空気を加
熱する室内コンデンサが設けられ、前記制御手段は、前
記室外エバポレータを流れるエンジン冷却水の流量を制
限する際に、前記ヒータコアの上流側に設けられたエア
ミックスドアを開状態に設定することを特徴とする。
【００１８】この発明にあっては、エンジン冷却水の温
度が上昇して室外エバポレータを流れるエンジン冷却水
の流量制限が行われる際には、エアミックスドアが開状
態に設定されるため、ヒートポンプシステムを構成する
室内コンデンサで加熱された取り入れ空気は、高温のエ
ンジン冷却水が流れるヒータコアで再度加熱されること
になり、ヒートポンプシステムのみの場合よりも高い吹
出し温度が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を使って、本発明の実
施の形態を説明する。
【００２０】図１は本発明の一実施の形態に係るヒート
ポンプ式自動車用空気調和装置を示す概略構成図であ
る。なお、ここでは、サブエバポレータと称する室外熱
交換器を備えたヒートポンプ式のデュアルカーエアコン
のうち、前後席ともに冷媒を利用して暖房を行うヒート
ポンプシステムを採用し（ただし、後席側については暖
房のみ（除湿なし））、かつ、前席側についてはエンジ
ン冷却水（温水）による暖房をも行いうるシステムを例
示している。
【００２１】この自動車用空気調和装置は、送風機（ブ
ロア）により選択的に取り入れた車室内外の空気（内外
気）を調和して車室内の前席および後席に向かってそれ
ぞれ吹き出すフロントユニット１０とリヤユニット２０
とを有する。
【００２２】フロントユニット１０は、そのケーシング
内に通風路１１が形成され、この通風路１１内には、白
抜き矢印で示す空気の流れ方向の下流側から順に、エン
ジン１の冷却水（温水）を利用して取り入れ空気を加熱
するヒータコア１２と、後述する冷凍サイクルを構成す
る室内コンデンサとしてのフロントサブコンデンサ１３
と、同じく冷凍サイクルを構成する通常のエバポレータ
１４と、前記送風機１５とが配設されている。なお、図
示しないが、より詳細には、フロントユニット１０は、
上流側から順に、インテークユニット、クーリングユニ
ット、およびヒータユニットからなり、インテークユニ
ットにはインテークドアと送風機１５が配置され、クー
リングユニットにはエバポレータ１４が配置され、ヒー
タユニットにはフロントサブコンデンサ１３とエアミッ
クスドア１６とヒータコア１２が配置されている。エア
ミックスドア１６は、ヒータコア１２の前面に回動自在
に設けられ、ヒータコア１２を通過する空気とこれを迂
回する空気との割合を調節してヒータコア１２の下流域
で所望温度の空気を作ったり、あるいはヒータコア１２
に空気が流通しないようにしている。また、ヒータユニ
ットのヒータコア１２下流側には、エアミックス後の温
度調節された空気を車室内の前席に向かって吹き出すた
めの各種吹出口が形成されている。
【００２３】一方、リヤユニット２０は、そのケーシン
グ内に通風路２１が形成され、この通風路２１内には、
白抜き矢印で示す空気の流れ方向の下流側から順に、冷
凍サイクルを構成するリヤサブコンデンサ２２と、前記
送風機２３とが配設されている。リヤサブコンデンサ２
２は、当該冷凍サイクルの回路において、直列に接続さ
れたフロントサブコンデンサ１３およびエバポレータ１
４と並列に接続されている。なお、図示しないが、より
詳細には、リヤユニット２０は、上流側から順に、イン
テークユニットおよびヒータユニットからなり、インテ
ークユニットにはインテークドアと送風機２３が配置さ
れ、ヒータユニットにはリヤサブコンデンサ２２が配置
されている。ヒータユニットのサブコンデンサ２２下流
側には、加熱された空気を車室内の後席に向かって吹き
出すための所定の吹出口が形成されている。本実施の形
態では、リヤユニット２０は前述のごとく暖房のみ（除
湿なし）のシステムであるため、エバポレータやエアミ
ックスドアは削除されている。
【００２４】これら両ユニット１０、２０の外部には、
エンジン１により図示しないベルトを介して回転駆動さ
れるコンプレッサ２と、メインコンデンサ３とが配設さ
れている。冷凍サイクルは、これらコンプレッサ２とメ
インコンデンサ３、ならびに上記のフロントサブコンデ
ンサ１３、エバポレータ１４、およびリヤサブコンデン
サ２２を、配管により、フロント用のオリフィス付き電
磁弁１６、ならびにリヤ用のリキッドタンク２４および
オリフィス付き電磁弁２５と連結し、その中に冷媒を封
入して構成されている。オリフィス付き電磁弁１６、２
５は、開閉弁としての電磁弁に冷媒膨脹用のオリフィス
（例えば、 φ１.４５）を内蔵したものである。
【００２５】メインコンデンサ３の入口側には回路切換
弁としての四方弁４が設けられている。この四方弁４
は、密閉ケースに一つの入口ポートと三つの出口ポート
を設けるとともに、同ケース内に前記三つの出口ポート
のうち二つの出口ポートを連通するスライド部材を設
け、このスライド部材によって選択された出口ポート以
外の出口ポートが入口ポートと連通するように構成され
ている。したがって、スライド部材の位置によって入口
ポートと連通される出口ポートが選択されることにな
る。ここでは、四方弁４の入口ポートはコンプレッサ２
の吐出側と接続され、四方弁４の三つの出力ポートは、
それぞれ、メインコンデンサ３の入口、コンプレッサ２
の吸入側（冷媒回収通路５）、メインコンデンサ３の出
口（バイパス通路６）と接続されている。この四方弁４
により、フロント側に関しては、コンプレッサ２から吐
出された冷媒をメインコンデンサ３に導く冷房運転用冷
媒回路（以下単に「冷房用回路」という）と、コンプレ
ッサ２から吐出された冷媒をメインコンデンサ３のバイ
パス通路６に導く暖房運転用冷媒回路（以下単に「暖房
用回路」という）とが切り換えられる。なお、図１で
は、暖房運転時の四方弁４の状態を示している。
【００２６】また、前記両ユニット１０、２０の外部に
は、ヒートポンプによる暖房性能を高めるため、コンプ
レッサ２の吸入側と、フロント側とリヤ側との合流点７
との間の低圧側冷媒通路に、室外エバポレータ（室外熱
交換器）として機能するサブエバポレータ８を設けてい
る。このサブエバポレータ８は、内部を流通する冷媒を
エンジン冷却水（温水）との熱交換により加熱する機能
を有しており、いわば温水−冷媒熱交換器ともいうべき
ものである。
【００２７】このようなサブエバポレータ８を設けるこ
とで、たとえ低温のため空気と熱交換してもただちに暖
房用として使用できないエンジン冷却水であっても、当
該サブエバポレータ８において流入した冷媒と熱交換さ
せることにより、その冷媒はエンジン冷却水が保有する
熱を有効に取り込んで加熱された（つまり、エンタルピ
ーが増加した）後、コンプレッサ２に帰還し、再度コン
プレッサ２で圧縮、加圧されることになるので、コンプ
レッサ２から吐出される冷媒はより高温の冷媒となっ
て、サブコンデンサ１３、２２に供給されることにな
る。その結果、サブコンデンサ１３、２２の放熱性能が
高まり、そこで熱交換された空気はより高温となるた
め、より高い暖房性能が発揮され、即暖性も向上するこ
とになる。
【００２８】また、サブエバポレータ８とコンプレッサ
２との間には、上記のごとく通常の温度式膨脹弁に代え
て冷媒流量調整機能を持たないオリフィス付き電磁弁１
６を採用した関係で、余剰冷媒の貯溜と気液の分離を行
いガス冷媒のみをコンプレッサ２に戻すためのアキュム
レータ９が設けられている。アキュムレータ９は、冷媒
を貯溜する比較的容量のある容器であるため、仮に冷媒
が液状態で帰還してきても、これを気化してコンプレッ
サ２に戻すことができ、液圧縮によるコンプレッサ２の
破損を防止することができる。
【００２９】暖房運転時、コンプレッサ２から吐出され
た冷媒は、通常、後述する回路（暖房用回路）を通って
フロントユニット１０側とリヤユニット２０側の双方に
流れる。このとき、フロントユニット１０側とリヤユニ
ット２０側にそれぞれ冷媒を導くための二つの電磁弁１
６、２５はどちらも開いた状態にある。すなわち、暖房
運転時、コンプレッサ２から出た冷媒は、四方弁４→バ
イパス通路６と流れてここからフロントユニット１０側
とリヤユニット２０側とに分岐して流れた後、サブエバ
ポレータ８の入口（合流点７）で合流して、コンプレッ
サ２に帰還する。より具体的には、前者においては、バ
イパス通路６を流れた冷媒は、フロントサブコンデンサ
１３→オリフィス（付き電磁弁）１６→エバポレータ１
４と流れた後、サブエバポレータ８→アキュムレータ９
と流れて、コンプレッサ２に帰還する。また、後者にお
いては、バイパス通路６を流れた冷媒は、リヤサブコン
デンサ２２→リキッドタンク２４→オリフィス（付き電
磁弁）２５と流れた後、サブエバポレータ８→アキュム
レータ９と流れて、コンプレッサ２に帰還する。なお、
後席を暖房しない場合には、電磁弁２５は閉じておく。
【００３０】一方、冷房運転時、コンプレッサ２から吐
出された冷媒は、通常、後述する回路（冷房用回路）を
通ってフロントユニット１０側のみに流れる。このと
き、リヤユニット２０側の電磁弁２５は閉じた状態にあ
る。すなわち、冷房運転時、コンプレッサ２から出た冷
媒は、四方弁４→メインコンデンサ３→フロントサブコ
ンデンサ１３→オリフィス（付き電磁弁）１６→エバポ
レータ１４→サブエバポレータ８→アキュムレータ９と
流れて、コンプレッサ２に帰還する。
【００３１】また、エンジン冷却水が循環する温水回路
については、図２にも示すように、ヒータコア１２とサ
ブエバポレータ８とは並列に接続されており、ヒータコ
ア１２の温水入口には流量調整手段として機能するヒー
タコア流量調整弁３１が設けられ、サブエバポレータ８
の温水入口にはサブエバポレータ流量調整弁３２（以下
「サブエバ流量調整弁」と略称する）が設けられてい
る。ヒータコア流量調整弁３１は、例えば、アクチュエ
ータなどにより開度調節可能なウォータバルブであっ
て、ヒータコア１２を流れる温水流量を無段階に調整し
うるものである。また、サブエバ流量調整弁３２は、例
えば、ＯＮ−ＯＦＦ制御可能なウォータバルブである。
暖房運転時においてサブエバポレータ８を作動させる場
合には、サブエバ流量調整弁３２を開いて（ＯＮ）、エ
ンジン１から流出した温水をサブエバポレータ８に導入
する。その際、サブエバポレータ８を流れる温水流量
は、ヒータコア流量調整弁３１の開度を制御してヒータ
コア１２を流れる温水流量を調整することによって調整
される。
【００３２】図３はサブエバポレータ８を流れる温水流
量の制御特性図である。温水回路を循環する温水流量は
一定であるため、サブエバ流量調整弁３２がＯＮ状態に
あるとき、同図に示すように、ヒータコア流量調整弁３
１の開度を大きくするにつれてヒータコア１２を流れる
温水流量は増大し、その結果、サブエバポレータ８を流
れる温水流量は減少する。つまり、ヒータコア流量調整
弁３１が全閉状態（ヒータコア１２へのバイパスなし）
にあるとき、サブエバポレータ８を流れる温水流量は最
大となり、逆に、ヒータコア流量調整弁３１が全開状態
（ヒータコア１２へのバイパスあり）にあるとき、サブ
エバポレータ８を流れる温水流量は最小となる。後述す
るように、本発明では、暖房運転安定時において、サブ
エバポレータ８を流れる温水流量を、エンジン回転数ま
たはエンジン冷却水温に応じてヒータコア流量調整弁３
１の開度を制御することにより、制限するようにしてい
る。なお、サブエバポレータ８を流れる温水流量をゼロ
にする（つまり、サブエバポレータ８の作動を停止させ
る）には、サブエバ流量調整弁３２を閉じればよい（Ｏ
ＦＦ）。
【００３３】また、上記構成の冷媒回路の高圧側には、
コンプレッサ２の吐出圧力（Ｐd ）と吐出温度（Ｔd ）
を検出するための図示しない吐出圧力検出手段と吐出温
度検出手段がそれぞれ設けられている。吐出圧力検出手
段は、例えば、ダイヤフラムを内蔵した圧力スイッチ、
または、検出した圧力を電圧値に変換する圧力トランス
デューサ（圧力センサ）で構成され、吐出温度検出手段
は、検出した温度を電圧値に変換する温度センサなどで
構成されている。後述するように、コンプレッサ２の吐
出圧力Ｐd または吐出温度Ｔd が上昇すると、コンプレ
ッサ２を保護するため、各検出値に応じて、コンプレッ
サ２の吐出圧力や吐出温度を下げるための各種制御が行
われるようになっている。
【００３４】なお、上記したように四方弁４の出口側
（出口ポートの１つ）とコンプレッサ２の吸入側との間
には冷媒回収通路５が設けられているが、この冷媒回収
通路５は、外気温度が低く、エンジン冷却水をただちに
暖房用熱源として使用できない場合に、メインコンデン
サ３などに滞留しているいわゆる寝込み冷媒をコンプレ
ッサ２に戻し、多量の冷媒を用いて性能の高い暖房がで
きるようにするためのものである。
【００３５】また、図１中、４０はメインコンデンサ３
を冷却するための電動ファンであり、４１、４２、４
３、４４、４５はそれぞれ反対方向の流れを阻止するた
めの逆止弁である。
【００３６】次に、作用を説明する。なお、ここでは、
本発明が適用される暖房運転時の作用についてのみ説明
する。
【００３７】暖房運転初期 暖房運転開始時に外気温度が低い場合には、エンジン冷
却水の温度も低く、これをただちに暖房用として使用す
ることはできない（ヒータコア１２の場合）。また、冷
媒もメインコンデンサ３などの内部に寝込んでおり、コ
ンプレッサ２にはあまり存在していない。この状態で前
後席を暖房する場合には、例えば、ヒータコア流量調整
弁３１を全閉状態、サブエバ流量調整弁３２をＯＮ状
態、二つの電磁弁１６、２５をともに開状態、四方弁４
を図１に示す状態にそれぞれ設定する。また、エアミッ
クスドア１６は、空気がヒータコア１２を通過しないよ
う、全閉位置Ａに設定する。
【００３８】この状態でコンプレッサ２をＯＮすると、
主としてメインコンデンサ３の内部に寝込んでいる冷媒
が、四方弁４および冷媒回収通路５を通ってコンプレッ
サ２の吸入側に導かれ、回収される。
【００３９】これにより、コンプレッサ２は多量の冷媒
を吐出しうる運転状態となり、コンプレッサ２から吐出
された高温高圧の冷媒は、四方弁４→バイパス通路６と
流れた後、分岐して、一部はフロントサブコンデンサ１
３→オリフィス（付き電磁弁）１６→エバポレータ１４
とフロントユニット１０側を流れ、一部はリヤサブコン
デンサ２２→リキッドタンク２４→オリフィス（付き電
磁弁）２５とリヤユニット２０側を流れて、合流点７で
合流して、サブエバポレータ８→アキュムレータ９と流
れて、コンプレッサ２に帰還する。この循環過程におい
て、サブエバポレータ８に流入した低温低圧の冷媒は、
エンジン冷却水との熱交換により加熱され、より高温と
なってコンプレッサ２に吸入され、再度圧縮される。こ
れにより、コンプレッサ２に帰還し再度圧縮された冷媒
は、エンタルピーが増加して（つまり、サイクルバラン
スが上昇して）より高温高圧となって吐出されることに
なる。サブコンデンサ１３、２２の暖房能力（放熱性
能）は冷媒の温度に関係するため、このように吐出冷媒
の温度が上昇することで、より高い暖房性能が発揮され
ることになる。また、このような傾向は時間の経過につ
れて増幅されることから、このようにエンジン冷却水か
らの熱の回収をいわばトリガーとすることで冷媒温度の
迅速かつ効率的な上昇が可能となり、いわゆる即暖性も
大幅に向上することになる。
【００４０】このとき、フロントユニット１０内に取り
込まれた空気は、エバポレータ１４で除湿（冷房）さ
れ、さらにフロントサブコンデンサ１３で加熱された
後、流下し、所定の吹出口から車室内に吹き出される。
これにより、除湿した空気を加熱する除湿暖房が実現さ
れる。また、リヤユニット２０内に取り込まれた空気
は、リヤサブコンデンサ２２で加熱された後、流下し、
所定の吹出口から車室内に吹き出され、暖房（除湿な
し）が実現される。
【００４１】なお、暖房運転初期においても、例えば、
急加速時などにアクセルを踏み込むなどしてエンジン１
の回数数、したがってコンプレッサ２の回転数が急激に
増大し、コンプレッサ１の吐出圧力が急上昇することが
ありうるので、コンプレッサ２保護のため、コンプレッ
サ２の吐出圧力を下げるための制御を行う必要がある
が、このことは安定時においても同様であるため、次で
まとめて説明することにする。
【００４２】暖房運転安定時 エンジン冷却水の温度がある程度上昇し、車室内の温度
もある程度上昇すると、吹出し温度を一定に保つよう、
サブエバポレータ８への温水流量を制御する。本案で
は、上記のように、ヒータコア流量調整弁３１の開度を
制御することで、サブエバポレータ８を流れる温水流量
を制御する。
【００４３】すなわち、温水安定時には、サブエバポレ
ータ８を流れる温水流量が増大すると、コンプレッサ２
の吐出圧力・温度が上昇して、吹出し温度が高くなる。
この原理はすでに説明したとおりであって、サブエバポ
レータ８に流れる温水流量が増大すると、冷媒との熱交
換量が増加するため、サブエバポレータ８出口の冷媒温
度が上昇して、コンプレッサ２に吸入される冷媒温度が
上昇し、この吸入冷媒温度の上昇に伴ってコンプレッサ
２の吐出圧力・温度が増大する。これにより、サブコン
デンサ１３、２２での放熱能力が高まり、吹出し温度が
上昇する。逆に、サブエバポレータ８を流れる温水流量
が減少すると、冷媒との熱交換量が減少するため、コン
プレッサ２の吐出圧力・温度が下がり、吹出し温度が低
下する。したがって、サブエバポレータ８への温水流量
を制御することにより、具体的には、吹出し温度が低過
ぎる場合にはサブエバポレータ８への温水流量を増加さ
せ、吹出し温度が高過ぎる場合にはサブエバポレータ８
への温水流量を減少させることにより、吹出し温度を一
定（の範囲内）に維持することができる。
【００４４】また、コンプレッサ２の吐出圧力（温度）
が上昇したときの保護対策として、本案では、コンプレ
ッサ２の吐出圧力・温度に応じてコンプレッサ２のＯＮ
−ＯＦＦ制御とサブエバ流量調整弁３２のＯＮ−ＯＦＦ
制御を行う。
【００４５】コンプレッサ２のＯＮ−ＯＦＦ制御は、例
えば、図４に示す制御特性に基づいて行われる。すなわ
ち、コンプレッサ２は、ＯＮ状態において吐出圧力（Ｐ
d ）が２３kg/cm2Ｇ以上に上昇するか（同図（Ａ）参
照）または吐出温度（Ｔd ）が１２０℃以上に上がると
（同図（Ｂ）参照）ＯＦＦされ、ＯＦＦ状態において吐
出圧力（Ｐd ）が２０kg/cm2Ｇ以下に下降するか（同図
（Ａ）参照）または吐出温度（Ｔd ）が８０℃以下に下
がると（同図（Ｂ）参照）ＯＮ状態に戻る。
【００４６】サブエバ流量調整弁３２のＯＮ−ＯＦＦ制
御は、例えば、図５に示す制御特性に基づいて行われ
る。すなわち、サブエバ流量調整弁３２は、開いた（Ｏ
Ｎ）状態において吐出圧力（Ｐd ）が２０kg/cm2Ｇ以上
に上昇するか（同図（Ａ）参照）または吐出温度（Ｔd
）が１００℃以上に上がると（同図（Ｂ）参照）閉じ
られ（ＯＦＦ）、閉じた（ＯＦＦ）状態において吐出圧
力（Ｐd ）が１７kg/cm2Ｇ以下に下降するか（同図
（Ａ）参照）または吐出温度（Ｔd ）が８０℃以下に下
がると（同図（Ｂ）参照）開いた（ＯＮ）状態に戻る。
サブエバ流量調整弁３２を閉じるとサブエバポレータ８
での熱交換がなくなるため、コンプレッサ２に吸入され
る冷媒の温度が下がり、コンプレッサ２の吐出圧力（Ｐ
d ）と吐出温度（Ｔd ）が低下することになる。なお、
ここでは、サブエバ流量調整弁３２のＯＮ−ＯＦＦ制御
をコンプレッサ２のＯＮ−ＯＦＦ制御を行う前の段階で
するようにしているが、これは、前述のように、コンプ
レッサ２のＯＮ−ＯＦＦの頻度を少なくしてコンプレッ
サ２のＯＮ−ＯＦＦによるドライバビリティーの低下な
どを防止するためである。
【００４７】さらに、本発明では、サブエバ流量調整弁
３２のＯＮ−ＯＦＦ制御に伴う不具合、具体的には、前
述したごとく、サブエバ流量調整弁３２のＯＮ−ＯＦＦ
制御のみではサイクル圧力・温度の上昇が急激であり、
瞬間的に制御値を超えてしまう場合（オーバーシュー
ト）があるという不具合を解消するため、エンジン回転
数またはエンジン冷却水温に応じてサブエバポレータ８
への温水流量を制限するようにしている。
【００４８】まず、エンジン回転数に応じてサブエバポ
レータ８への温水流量制限を行う場合について説明す
る。
【００４９】図６はかかるシステムのブロック図であ
る。なお、ここでは、上記したコンプレッサ２およびサ
ブエバ流量調整弁３２のＯＮ−ＯＦＦ制御の回路も示し
てある。
【００５０】制御手段として機能するオートアンプ５０
はマイコンを内蔵しており、その入力側にはシステムス
イッチ５１、エアコンスイッチ５２、コンプレッサ吐出
圧力（Ｐd ）を検出する吐出圧力検出手段５３、コンプ
レッサ吐出温度（Ｔd ）を検出する吐出温度検出手段５
４、およびエンジン１の回転数（つまり、コンプレッサ
２の回転数）を検出するエンジン回転数検出手段５５が
接続され、その出力側にはコンプレッサ２（のマグネッ
トクラッチ）、ヒータコア流量調整弁３１、およびサブ
エバ流量調整弁３２が接続されている。システムスイッ
チ５１は、サブエバポレータ８を用いた暖房システムを
作動させるための操作スイッチであり、エアコンスイッ
チは、サブエバポレータ８を使用しない通常の冷暖房シ
ステムとして作動させるための操作スイッチである。ま
た、エンジン回転数検出手段５５は、例えば、クランク
角センサで構成されている。エンジン回転数信号は、ク
ランク角センサから直接入力してもよいが、好ましく
は、クランク角センサからの信号を入力するエンジン制
御システムから受け取るのがよい。オートアンプ５０
は、システムスイッチ５１がＯＮでかつエアコンスイッ
チ５２がＯＦＦであるとき、サブエバポレータ８を用い
た暖房システムを作動させ、その中で、コンプレッサ２
およびサブエバ流量調整弁３２のＯＮ−ＯＦＦ制御、な
らびに本発明に係るエンジン回転数によるサブエバポレ
ータ８への温水流量制限を行う。なお、サブエバポレー
タ８を用いた暖房システム、ならびにコンプレッサ２お
よびサブエバ流量調整弁３２のＯＮ−ＯＦＦ制御につい
てはすでに説明してあるので、以下では、エンジン回転
数によるサブエバポレータ８への温水流量制限について
のみ説明する。
【００５１】オートアンプ５０の内蔵メモリ５６には、
例えば、図７に示すような制御特性データが記憶されて
いる。この制御特性データは、エンジン回転数に対する
ヒータコア流量調整弁３１の開度の指令データである。
この場合、エンジン回転数が１２００ｒｐｍ以下のとき
（アイドリング時またはそれに相当する車速時）には、
ヒータコア流量調整弁３１を全閉にしてサブエバポレー
タ８への温水流量を最大にし、３０００ｒｐｍ以上のと
きには、ヒータコア流量調整弁３１を全開にしてサブエ
バポレータ８への温水流量を最小にし、１２００ｒｐｍ
以上３０００ｒｐｍ以下のときには、エンジン回転数に
比例してヒータコア流量調整弁３１の開度を開いていき
サブエバポレータ８への温水流量を徐々に減少させる
（図３参照）。
【００５２】すなわち、アイドリング時またはそれに相
当する車速時にはサブエバポレータ８への温水流量を制
限せず（つまり、最大）、サブエバ流量調整弁３２のＯ
Ｎ−ＯＦＦ制御によってサイクル圧力・温度などを制御
する。そして、この状態からエンジン回転数が上がって
コンプレッサ２の仕事量が増大しサイクル圧力・温度が
上昇すると、エンジン回転数に応じてヒータコア流量調
整弁３１の開度が変化し、高回転域ではサブエバポレー
タ８への温水流量が減少することになる。このようにサ
ブエバポレータ８への温水流量が少なくなると冷媒の温
水からの吸熱量が減少し、図８の流量制限ありの部分に
示すように、サイクル圧力、サイクル温度の上昇が緩や
かになるため、サブエバ流量制御弁３２のＯＮ−ＯＦＦ
制御によるオーバーシュートが防止され、サイクル圧力
などが制御値ｐを超えないようになる。よって、信頼性
が向上する。また、図８の同部分に示すように、サイク
ル圧力・温度の変動が上下の制御値ｐとｑの間に収まる
ようになり、吹出し温度の変動幅（ディファレンシャ
ル）の最適化が可能となる。
【００５３】なお、図８において、例えば、サイクル圧
力をコンプレッサ吐出圧力（Ｐd ）とすれば、上限の制
御値ｐの値は２０kg/cm2Ｇで、下限の制御値ｑの値は１
７kg/cm2Ｇとなる（図５（Ａ）参照）。また、サイクル
温度をコンプレッサ吐出温度（Ｔd ）とすれば、上限の
制御値ｐの値は１００℃で、下限の制御値ｑの値は８０
℃となる（図５（Ｂ）参照）。また、これら以外に、サ
イクル温度としてコンプレッサ２入口での過熱度（スー
パーヒート）などを考慮することも可能である。
【００５４】次に、エンジン冷却水温に応じてサブエバ
ポレータ８への温水流量制限を行う場合について説明す
る。
【００５５】図９はかかるシステムのブロック図であ
る。なお、ここでは、図６と同様、上記したコンプレッ
サ２およびサブエバ流量調整弁３２のＯＮ−ＯＦＦ制御
の回路も示してある。また、図６と共通する部分には同
一の符号を付し、その説明を一部省略する。
【００５６】制御手段として機能するオートアンプ５０
ａはマイコンを内蔵しており、その入力側にはシステム
スイッチ５１、エアコンスイッチ５２、吐出圧力検出手
段５３、吐出温度検出手段５４、およびエンジン冷却水
の温度を検出する水温検出手段としての水温センサ５７
が接続され、その出力側にはコンプレッサ２（のマグネ
ットクラッチ）、ヒータコア流量調整弁３１、サブエバ
流量調整弁３２、エアミックスドア１６を駆動するエア
ミックスドアアクチュエータ５８が接続されている。水
温信号は、本案のように水温センサ５７から直接入力し
てもよいが、水温センサ５７からの信号を入力するエン
ジン制御システムから受け取るようにしてもよい。オー
トアンプ５０ａは、システムスイッチ５１がＯＮでかつ
エアコンスイッチ５２がＯＦＦであるとき、サブエバポ
レータ８を用いた暖房システムを作動させ、その中で、
コンプレッサ２およびサブエバ流量調整弁３２のＯＮ−
ＯＦＦ制御、ならびに本発明に係るエンジン冷却水温に
よるサブエバポレータ８への温水流量制限を行う。な
お、ここでも、以下では、エンジン冷却水温によるサブ
エバポレータ８への温水流量制限についてのみ説明す
る。
【００５７】オートアンプ５０ａの内蔵メモリ５６に
は、例えば、図１０に示すような制御特性データが記憶
されている。この制御特性データは、エンジン冷却水温
に対するヒータコア流量調整弁３１の開度の指令データ
である。この場合、エンジン冷却水温が６０℃以下のと
きには、ヒータコア流量調整弁３１を全閉にしてサブエ
バポレータ８への温水流量を最大にし、７０℃以上のと
きには、ヒータコア流量調整弁３１を全開にしてサブエ
バポレータ８への温水流量を最小にし、６０℃以上７０
℃以下のときには、エンジン冷却水温に比例してヒータ
コア流量調整弁３１の開度を開いていきサブエバポレー
タ８への温水流量を徐々に減少させる（図３参照）。な
お、数値はあくまで一例であって、車種や仕様に応じて
適宜最適な数値を選択すればよいことは、他の特性図の
場合と同様である。
【００５８】すなわち、エンジン冷却水温が低いときに
はサブエバポレータ８への温水流量を制限せず（つま
り、最大）、サブエバ流量調整弁３２のＯＮ−ＯＦＦ制
御によってサイクル圧力・温度を制御する。そして、こ
の状態からエンジン冷却水の温度が上がってサブエバポ
レータ８での吸熱量が増大しサイクル圧力・温度が上昇
すると、エンジン冷却水温に応じてヒータコア流量調整
弁３１の開度が変化し、高水温域ではサブエバポレータ
８への温水流量が減少することになる。このようにサブ
エバポレータ８への温水流量が少なくなると冷媒の温水
からの吸熱量が減少し、図１１の流量制限ありの部分に
示すように、サイクル圧力、サイクル温度の上昇が緩や
かになるため、サブエバ流量制御弁３２のＯＮ−ＯＦＦ
制御によるオーバーシュートが防止され、サイクル圧力
・温度が制御値ｐを超えないようになる。よって、信頼
性が向上する。また、図１１の同部分に示すように、サ
イクル圧力・温度の変動が上下の制御値ｐとｑの間に収
まるようになり、吹出し温度の変動幅（ディファレンシ
ャル）の最適化が可能となる。なお、図１１におけるサ
イクル圧力および温度の具体例については、図８の場合
と同様であるから、その説明は省略する。
【００５９】さらに、この場合には、エンジン冷却水温
が一定値（６０℃）以上になって上記のようなサブエバ
ポレータ８への温水流量制限が始まると、この流量制限
とともに、オートアンプ５０は、エアミックスドア１６
を開く制御を行う。このようにエアミックスドア１６を
開くことにより、フロントユニット１０においては、サ
ブコンデンサ１３で加熱された取り入れ空気を、高温の
エンジン冷却水が流れるヒータコア１２で再度加熱し
て、車室内に吹き出すことになり、図１１に示すよう
に、吹出し温度が効率良く向上し、ヒートポンプシステ
ムのみの場合（流量制限なしの部分参照）よりも高い吹
出し温度が得られる。
【００６０】なお、上記した実施の形態では、前後席を
ともに暖房しうるデュアルカーエアコンを例にとって説
明したが、これに限定されるわけではなく、本発明は、
サブエバポレータを備えたヒートポンプ式の自動車用空
気調和装置で、一つのユニット内に暖房熱源としてサブ
コンデンサとヒータコアを備えたシステムであれば、ど
のようなタイプのものにでも適用可能である。
【００６１】
【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の発明
によれば、エンジン回転数が高くなると室外エバポレー
タへの温水流量を制限するので、サイクル圧力、サイク
ル温度の上昇が緩やかになり、オーバーシュートをしな
くなるため、サイクル圧力などが制御値を超えないよう
になり、信頼性が向上する。
【００６２】請求項２記載の発明によれば、エンジン冷
却水温が高くなると室外エバポレータへの温水流量を制
限するので、サイクル圧力、サイクル温度の上昇が緩や
かになり、オーバーシュートをしなくなるため、サイク
ル圧力などが制御値を超えないようになり、信頼性が向
上する。
【００６３】請求項３記載の発明によれば、上記請求項
２記載の発明の効果に加え、エンジン冷却水温が上昇し
て室外エバポレータへの温水流量制限を行う際にはエア
ミックスドアを開くので、室内コンデンサで加熱された
空気は高温の温水が流れるヒータコアで再加熱されるこ
とになり、吹出し温度が効率良く向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係るヒートポンプ式
自動車用空気調和装置を示す概略構成図である。
【図２】 温水回路の概略構成図である。
【図３】 サブエバポレータを流れる温水流量の制御特
性図である。
【図４】 コンプレッサＯＮ−ＯＦＦ制御の制御特性図
である。
【図５】 サブエバ流量調整弁ＯＮ−ＯＦＦ制御の制御
特性図である。
【図６】 エンジン回転数に応じてサブエバポレータへ
の温水流量制限を行うシステムの制御ブロック図であ
る。
【図７】 図６のシステムにおけるヒータコア流量調整
弁の制御特性図である。
【図８】 図６のシステムの作用効果の説明に供する図
である。
【図９】 エンジン冷却水温に応じてサブエバポレータ
への温水流量制限を行うシステムの制御ブロック図であ
る。
【図１０】 図９のシステムにおけるヒータコア流量調
整弁の制御特性図である。
【図１１】 図９のシステムの作用効果の説明に供する
図である。
【図１２】 エンジン冷却水温と吹出し温度との関係を
ヒータコアシステムとサブエバポレータを用いたヒート
ポンプシステムとについて示した特性図である。
【符号の説明】
１…エンジン ２…コンプレッサ ８…サブエバポレータ（室外エバポレータ） １０…フロントユニット １２…ヒータコア １３…フロントサブコンデンサ（室内コンデンサ） １４…エバポレータ １６…エアミックスドア ２０…リヤユニット ２２…リヤサブコンデンサ ３１…ヒータコア流量調整弁（流量調整手段） ３２…サブエバ流量調整弁 ５０、５０ａ…オートアンプ（制御手段） ５５…エンジン回転数検出手段 ５７…水温センサ（水温検出手段）
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年７月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冷凍サイクル内を状態変化しながら循環
    する冷媒の熱とエンジン(1) の冷却水の熱とを利用して
    車室内の暖房を行うもので、前記冷凍サイクルにエンジ
    ン冷却水との熱交換によりコンプレッサ(2) に帰還する
    冷媒を加熱する室外エバポレータ(8) を設けてなるヒー
    トポンプ式自動車用空気調和装置において、 エンジン冷却水を利用して取り入れ空気を加熱するヒー
    タコア(12)を流れるエンジン冷却水の流量を無段階に調
    整する流量調整手段(31)と、 エンジン(1) の回転数を検出するエンジン回転数検出手
    段(55)と、 前記エンジン回転数検出手段(55)の出力に応じて前記流
    量調整手段(31)の開度を制御して前記室外エバポレータ
    (8) を流れるエンジン冷却水の流量を制限する制御手段
    (50)と、 を有することを特徴とするヒートポンプ式自動車用空気
    調和装置。
  2. 【請求項２】 冷凍サイクル内を状態変化しながら循環
    する冷媒の熱とエンジン(1) の冷却水の熱とを利用して
    車室内の暖房を行うもので、前記冷凍サイクルにエンジ
    ン冷却水との熱交換によりコンプレッサ(2) に帰還する
    冷媒を加熱する室外エバポレータ(8) を設けてなるヒー
    トポンプ式自動車用空気調和装置において、 エンジン冷却水を利用して取り入れ空気を加熱するヒー
    タコア(12)を流れるエンジン冷却水の流量を無段階に調
    整する流量調整手段(31)と、 エンジン冷却水の温度を検出する水温検出手段(57)と、 前記水温検出手段(57)の出力に応じて前記流量調整手段
    (31)の開度を制御して前記室外エバポレータ(8) を流れ
    るエンジン冷却水の流量を制限する制御手段(50a) と、 を有することを特徴とするヒートポンプ式自動車用空気
    調和装置。
  3. 【請求項３】 前記ヒータコア(12)の上流側に冷媒を利
    用して取り入れ空気を加熱する室内コンデンサ(13)が設
    けられ、前記制御手段(50a) は、前記室外エバポレータ
    (8) を流れるエンジン冷却水の流量を制限する際に、前
    記ヒータコア(12)の前面に設けられたエアミックスドア
    (16)を開状態に設定することを特徴とする請求項２記載
    のヒートポンプ式自動車用空気調和装置。
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