JP3339040B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調装置に関するもの
で、特に車両に搭載される車両用空調装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機、コンデンサ、減圧装置およびエ
バポレータを接続した冷凍サイクルを有する空調装置に
おいては、一般に、圧縮機の運転を停止するとき停止音
が発生する。このため、例えば特開平３−１９５８６４
号公報に開示される空調装置においては、圧縮機の停止
直前に圧縮機の吸込圧力を低下することによって最大圧
縮トルク値を小さくした後、圧縮機を停止させ、車両用
空調装置の停止音を低減している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の車両
に搭載される車両用空調装置としては、車両走行用の内
燃機関の冷却温水のもつ排熱を利用した温水ヒータが用
いられ、例えば図６に示すように、内燃機関１の冷却温
水を配管２により温水ヒータ３のヒータコア３ａに導入
し、ヒータコア３ａで放熱した冷却温水を配管４により
内燃機関１に戻すようにしている。この温水ヒータ３
は、車室内に導く空気の流れに対し、冷房装置を構成す
る熱交換器１４の下流側に設けられている。

【０００４】しかし、車両走行用の内燃機関の冷却温水
のもつ排熱を熱源に利用した暖房装置は、内燃機関の低
温始動時に冷却水温度が低いことから、この冷却水を熱
源にする温水ヒータの立ち上がりが悪い。そこで、本出
願人は、このような問題点を解決するために、温水ヒー
タ等の主暖房装置に加え、冷凍サイクル中の高温高圧ガ
ス冷媒（ホットガス）を用いることで、暖房能力を向上
した簡易な車両用空調装置を先に特許出願した。

【０００５】ところが、このようなホットガスを用いた
暖房装置においては、車両走行用の内燃機関を圧縮機の
駆動源にしているため、圧縮機の停止時には、大きなト
ルク変動が生じるため、圧縮機を駆動から停止へ切替え
る時に車両が雪道などを走行していた場合には大きなト
ルク変動によりスリップ等が起こりやすく安全性が損な
われるという問題がある。

【０００６】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、圧縮機の駆動状態から停止状態への
切替時トルク変動を小さくし、車両走行時における雪道
などでのスリップを防止するようにした安全性の高い車
両用車両用空調装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明による車両用空調装置は、主暖房装置を備えた
車両用空調装置であって、冷媒を圧送する圧縮機と、こ
の圧縮機の吐出側に接続されるコンデンサと、前記圧縮
機の吸入側に接続される熱交換器であって、この熱交換
器を流通する空気流路と前記主暖房装置で加熱される空
気流路とが少なくとも一部一致するように前記主暖房装
置に対し直列に設けられる熱交換器と、前記圧縮機と前
記コンデンサとを結ぶ経路に設けられる開閉弁と、前記
コンデンサを迂回して前記開閉弁の入口側から前記コン
デンサと前記熱交換器とを結ぶ経路に接続されるバイパ
ス管と、前記バイパス管に設けられる減圧装置と、前記
圧縮機の停止要求進号を発生する停止要求信号発生手段
と、 前記圧縮機から圧送される冷媒を前記バイパス管に
流し、前記減圧装置、前記熱交換器を通して前記圧縮機
へ戻すホットガスサイクルで運転しているときに前記停
止要求信号発生手段が前記停止要求信号を発生した場
合、前記圧縮機の停止直前に前記開閉弁を開き前記圧縮
機の吸込圧力を低下したのち前記圧縮機を停止させる圧
縮機停止制御手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の車両用空調装置によると、例えば内燃
機関の低温始動の際の暖房時、例えば図２に示すよう
に、車両用空調装置の圧縮機のなす圧縮仕事が熱仕事と
なって減圧装置を経て熱交換器で放熱される。したがっ
て、車両用空調装置のエバポレータの放熱量が温水ヒー
タの放熱量に加えられるので、発熱量が増大し、暖房能
力がアップする。また、圧縮機に仕事を与える内燃機関
は、その排熱が内燃機関の冷却温水に伝達されるから、
その冷却温水の流れるヒータコアからの放熱量が増加す
る。このため、急速暖房が可能になり、暖房能力がアッ
プする。

【０００９】冷凍サイクルの高温ガス冷媒を用いた暖房
を継続する必要が無くなった時、圧縮機から圧送される
冷媒をコンデンサ側へも所定時間流し、かつ圧縮機の作
動を所定時間継続した状態に保持するため、圧縮機のト
ルク変動が低減し、車両走行用の内燃機関から駆動系に
与えるトルクの影響を緩やかに低下させる。このため、
車両が雪道等を走行している場合、スリップが起こりに
くく、安全性が高い。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。車両用車両用空調装置に本発明を適用した第１
実施例の冷媒回路を図１に示す。車両に搭載した内燃機
関１のウォータジャケット内に連通する冷却水配管２
は、温水ヒータ３のヒータコア３ａのチューブ内に連通
し、このヒータコア３ａのチューブは冷却水戻し配管４
によって内燃機関１のウォータジャケットに連通する。
このウォータージャケットには水温を検出する水温セン
サ１０２が設けられ、冷却水配管２には開閉弁５が設け
られている。

【００１１】一方、車両用空調装置６の冷媒回路は、内
燃機関１により駆動される圧縮機１０、コンデンサ１
１、レシーバ１２、第１の減圧装置１３、熱交換器１
４、アキュームレータ１５が配管１６により順に接続さ
れている。そして圧縮機１０とコンデンサ１１の間に設
けられる第１の開閉弁１８ａと圧縮機１０との間には、
送風ファン３５による風が通過可能なコンデンサ１１を
迂回するバイパス管２０の一端２０ａが接続され、バイ
パス管２０の他端２０ｂは第１の減圧装置１３と熱交換
器１４の間の配管１６に連通する。バイパス管２０に
は、第２の減圧装置２２が設けられている。第２の減圧
装置２２とバイパス管の一端２０ａの間には第２の開閉
弁１８ｂが設けられている。

【００１２】この第２の減圧装置２２により制御される
ガス冷媒の適正な圧力は、第２の減圧装置２２の高圧側
で１５ｋｇ／ｃｍ² 以上、低圧側で２〜４ｋｇ／ｃｍ²
である。これは、外気温が低い場合、低圧側の温度も低
いため十分な暖房能力を得るために高圧側の圧力を高く
保持し、図２に示すように、圧縮機１０の負荷増大によ
る圧縮仕事を大きくする必要があるからであり、そのた
めには第２の減圧装置２２の高圧側の圧力は１５ｋｇ／
ｃｍ² 以上が望ましい。

【００１３】レシーバ１２と第１の減圧装置１３との間
の配管１６には逆止弁２４が設けられている。逆止弁２
４は冷媒がコンデンサ１１に逆流し冷媒不足となるのを
防止する。またアキュームレータ１５は、冷媒が過剰に
なった場合の冷媒を溜め圧縮機１０への液戻りを防止
し、冷媒回路内に常に熱ガス冷媒が循環するようにして
いる。

【００１４】そして、熱交換器１４の空気出口近傍には
空気温度を検出するサーミスタ１０３が設けられ、圧縮
機１０とバイパス管２０の一端２０ａとの間の配管には
配管中の冷媒圧力を検出する圧力センサ１０４が取り付
けられる。入力装置１０１は冷房の駆動及び停止、暖房
の駆動及び停止を入力する装置である。水温センサ１０
２とサーミスタ１０３と圧力センサ１０４と入力装置１
０１の出力は制御装置１００に受けられており、制御装
置１００の出力は、圧縮機１０、第１の開閉弁１８ａ、
第２の開閉弁１８ｂおよび送風ファン２８、３５を制御
する。入力装置１０１において暖房の駆動及び停止を入
力する暖房スイッチ、水温検出手段としての水温センサ
１０２、および冷媒圧力検出手段としての圧力センサ１
０４は、特許請求の範囲に記載した停止要求信号発生手
段を構成している。停止要求信号発生手段は、さらに設
定温度を入力する温度設定手段を備えている。

【００１５】ここに、サーミスタ１０３は、冷房時、熱
交換器１４後の空気温度を検知する。制御装置１００
は、サーミスタ１０３が検知した空気温度により熱交換
器１４の凍結を判定し、凍結と判定した場合、圧縮機１
０を停止させる。その後、サーミスタ１０３が検知する
空気温度が上昇し、凍結の心配がなくなると、圧縮機１
０の運転を再開する。暖房時は圧縮機１０の運転を停止
しない。

【００１６】圧力センサ１０４は、冷媒サイクルの冷媒
圧力を検出する。冷房時、制御装置１００は、圧力セン
サ１０４が検知した圧力が機器の保護上所定の圧力範囲
以上でも以下でも異常と判定し、圧縮機１０を停止させ
る。その後、圧力センサ１０４が検知する圧力が所定の
範囲になれば圧縮機１０の運転を再開する。暖房時は、
所定の圧力範囲以下でも異常と判定しない。

【００１７】水温センサ１０２は、内燃機関１の冷却水
温を検知する。冷却水を流す図示しないラジエ−タが放
熱しているか否かは、ラジエータに温水が流れている
か、あるいはラジエータをバイパスするバイパス管に温
水が流れてラジエータに流れていないかによって判定す
る。制御装置１００がラジエータの状態が放熱であると
判定した場合、圧縮機１０を停止させる。その後、水温
センサ１０２が検知した冷却水温が低下し、放熱しなく
なったら圧縮機１０の運転を再開する。水温センサ１０
２による制御は暖房時のみ行なう。

【００１８】そして主暖房装置を構成するヒータコア３
ａと暖房時に補助暖房装置として機能する熱交換器１４
とは通風ダクト２６内に直列に配置され、送風ファン２
８により通風ダクト２６内に取り入れた空気を熱交換器
１４およびヒータコア３ａを経由して図示しない吹出口
から車室内に送風する。冷房時、第１の開閉弁１８ａは
開、第２の開閉弁１８ｂは閉となり、圧縮機１０からの
冷媒をコンデンサ１１側にのみ流し、圧縮機１０からの
冷媒を、コンデンサ１１、レシーバ１２、第１の減圧装
置１３、熱交換器１４、アキュームレータ１５、圧縮機
１０の順に循環する。熱交換器１４では、送風ファン２
８から熱交換器１４内に送られた空気が冷媒に熱を奪わ
れて冷風となり通風ダクト２６から図示矢印方向に流
れ、ヒータコア３ａを通過し車室内に吹き出される。

【００１９】暖房時、第１の開閉弁１８ａは閉、第２の
開閉弁１８ｂは開となり、圧縮機１０からの冷媒をバイ
パス管２０側にのみ流し、圧縮機１０からの冷媒を第２
の減圧装置２２、熱交換器１４、アキュームレータ１
５、圧縮機１０の順に循環する。圧縮機１０により吹出
される高温高圧の冷媒ガスは、第２の減圧装置２２によ
り減圧され、高温低圧のガス冷媒に状態変化する。

【００２０】第２の減圧装置２２を通る高温低圧の熱ガ
ス冷媒が熱交換器１４に導入されると、この高温ガスか
ら熱を奪った空気が加熱され、さらに図示矢印方向の下
流側の温水ヒータ３のヒータコア３ａ中の温水から熱を
奪ってさらに空気が加熱され、この加熱された温風が図
示しない吹出口から車室内に吹き出される。冷媒の変化
をモリエル線図上に示すと図２に示すようになる。すな
わち、第１の開閉弁１８ａが閉、第２の開閉弁１８ｂが
開になっているとき、圧縮機１０で圧縮された高温高圧
のガス冷媒は、低圧Ｐ_L から高圧Ｐ_H になり、第２の減
圧装置２２を通ると、そのガス圧が高圧Ｐ_H から低圧Ｐ
_L に降下し、熱交換器１４に入り次いでアキュームレー
タ１５を経て圧縮機１０の入口側に導入される。

【００２１】圧縮機１０による圧縮仕事は、図３に示す
ように、圧縮機１０の出口側の圧力が高圧Ｐ_H となり、
この高圧Ｐ_H が１５ｋｇ／ｃｍ² 以上になるのが望まし
い。圧縮機１０の吸入圧力が１〜５ｋｇ／ｃｍ² の範囲
で圧縮機出口側の吹出圧力（高圧Ｐ_H ）が１５ｋｇ／ｃ
ｍ² 以上であると圧縮動力がより大きくなるからであ
る。

【００２２】本実施例によると、圧縮機１０を内燃機関
１により駆動するため、内燃機関１の負荷が増大し、内
燃機関で発生する熱が冷却温水に伝達され、この冷却温
水のもつ熱がヒータコア３ａで送風温度を上昇させ、ヒ
ータコア３ａの暖房能力も増大する。従って、熱交換器
１４での高温低圧の熱ガス冷媒により空気が加熱され、
この加熱された空気はさらにヒータコア３ａで内燃機関
冷却温水から熱を奪ってさらに高温に加熱される。従っ
て、車両用空調装置６による暖房能力はかなり増大し、
暖房能力の増大および急速暖房が可能となる。

【００２３】停止時、開閉弁１８ａ、開閉弁１８ｂは、
冷房及び暖房時ともに暖房側にバイパス管２０が開くよ
うに切替えて停止する。その理由は、暖房時、コンデン
サ１１とレシーバ１２は密閉された状態になるため、こ
の部分に大量に冷媒が存在すると暖房時にサイクルが冷
媒不足になる可能性があるためである。停止時、第１の
開閉弁１８ａ、第２の開閉弁１８ｂを暖房側に切替えて
コンデンサ１１とレシーバ１２を密閉しておけば、他の
部分からコンデンサ１１、レシーバ１２に冷媒が流入す
ることなく、暖房時に必要な冷媒を確保できるからであ
る。

【００２４】また本実施例では、補助暖房であるホット
ガスサイクルを停止する場合、圧縮機を直ちにオフに切
替えない。この理由は、ホットガスサイクルを停止する
要求信号が制御装置に入力された場合、圧縮機を直ちに
オフに切替える比較例と、圧縮機を直ちにオフに切替え
ない本実施例についてトルク変動を対比すると明らかで
ある。

【００２５】例えば図４に示すように、比較例では、圧
縮機のオンからオフへの切替直後トルクが急減する。こ
の結果、車両駆動系のトルク変動が大になり、その時車
両が雪道を走行していれば、車輪が路面とスリップを起
こしやすい。これに対し、本実施例では、制御装置に圧
縮機のオフ要求信号が入力されたとき第１の開閉弁１８
ａを開にし、圧縮機１０から圧送される冷媒をコンデン
サ１１側にも流すことでトルクを緩やかに低下させ、圧
縮機１０の吸込側の冷媒圧力が所定値以下になったとき
第１の開閉弁１８ａを閉にする。これにより、圧縮機１
０の吸込側の冷媒圧力が十分に低い値になったとき圧縮
機１０をオフにするので、トルクの急変動がなくなり、
走行駆動系のスリップが防止されるとともに運転性を阻
害しない。

【００２６】本発明の暖房時の制御は図５に示す制御フ
ローの通りである。ステップ２０１において送風ファン
２８、３５がオンかを判定し、送風ファン２８、３５が
オンのとき、ステップ２０２にてエアコンスイッチがオ
ンかを判定し、エアコンスイッチがオンのとき、ステッ
プ２０３にて入力装置１０１の暖房スイッチがオンかを
判定する。暖房スイッチがオンのとき、ステップ２０４
にて圧力センサ１０４で検出した冷媒圧力が所定圧力以
下かを判定する。これは、冷媒圧力が所定圧力より高い
ときは圧縮機１０に負荷がかかり過ぎるので、圧縮機１
０の作動を停止するためである。冷媒圧力が所定値以下
のとき、ステップ２０５に進み、水温センサ１０２で検
出した内燃機関の水温が所定温度以上か以下かを判定す
る。水温が所定温度以上であれば、主暖房装置のヒータ
コア３ａでの熱交換により暖房能力が充分に高いので、
補助暖房装置の作動を停止する。これは、水温が所定温
度を超えていれば補助暖房装置は作動させる必要はない
からである。水温が所定温度以下であれば、ステップ２
０６にて温度設定手段の温度設定が最大温度であるか否
かを判定する。これは、最大温度設定時には暖房能力ア
ップの要求が特に大きいため補助暖房装置を作動するの
が良く、また温度設定が最大でなければ補助暖房装置を
停止するのが省エネルギーの観点から望ましいからであ
る。そして前記ステップ２０１〜２０６での条件が満足
されたとき、ステップ２０７にて圧縮機１０をオンにす
る。

【００２７】それ以外の時はステップ２０９にて第１の
開閉弁１８ａを開にし、次にステップ２１０にて冷媒圧
力が所定値以下に低下しているかを判定し、冷媒圧力が
所定値以下であれば圧縮機１０をオフにする。このとき
冷媒圧力が所定値を超えている期間中圧縮機１０の作動
を継続する。これは、圧縮機１０の負荷トルクの急減に
より車両走行駆動系のトルク変動を抑制し、車輪のスリ
ップを防止するためである。

【００２８】なお、冷房時、ステップ２０８にて冷房ス
イッチをオンしているときは、通常の冷房動作を行う。
従って、前記補助暖房の条件下では、圧力センサ１０４
による検出冷媒圧力が低圧のときでも補助暖房装置の作
動を可能とし、また熱交換器１４の凍結が判定されても
補助暖房装置の動作を行なえるような状態にする。暖房
制御時、圧縮機１０の運転を停止後、冷媒圧力および冷
却水温の異常が解消されると圧縮機１０の運転を再開し
ているが、暖房の立ち上がり性能の向上にのみ用いる場
合は圧縮機１０の運転を再開しなくても良い。

【００２９】ステップ２０１から２０３までで、ホット
ガスヒータが作動しているかの判定を行い、ステップ２
０４から２０６までで、ホットガスヒータの停止要求が
あるかの判定を行う。ホットガスヒータの停止要求があ
ると判定した場合、ステップ２０９に移り、第１の開閉
弁１８ａを開とする。この状態では、開閉弁１８ａ、１
８ｂともに開となっているため冷媒はコンデンサ１１側
にも移動し、圧縮機１０の吐出、吸入圧力はともに低下
するためトルクは図４に示すように徐々に減少する。次
にステップ２１０に移り、トルクが十分に低下したこと
を圧縮機吸込側の冷媒圧力により判定し、冷媒圧力が所
定圧力以下であれば、次のステップである２１１に移
り、圧縮機をオフする。このようなステップ２０９、２
１０の制御を加えることで、圧縮機が停止する際のトル
ク変動を少なくすることができ、安全面での問題が解消
できる。

【００３０】前記実施例では、空気の流れに対し熱交換
器１４が温水ヒータ３の上流に設けられているが、温水
ヒータ３の下流に設けてもよい。また、逆止弁２４は開
閉弁でも良いし、第１の減圧装置１３と兼用にしてもよ
い。また、サーミスタ１０３の代わりにサーモスタット
等の他の温度センサを用いても良い。サーミスタの信号
に代えて熱交換器１４の表面温度を検知しても良い。さ
らに圧力センサ１０４の取付位置は、前記第１実施例の
位置に代えて、バイパス配管２０の高圧部分に設けても
良い。この場合、暖房時の専用の圧力センサとすること
も出来る。さらに圧縮機１０の停止を制御装置１００に
よらずスイッチとして直接用いても良い。暖房時、冷房
時のエアコンの低圧カットおよびフロストカットを行な
わず新たに水温カットを行なうこともできる。

【００３１】なお、前記実施例は、本発明を車両用車両
用空調装置のカークーラに適用した例であるが、前記実
施例におけるコンデンサ１１、レシーバ１２等の冷房時
にのみ使用する部品を除き、ホットガスサイクルのみと
して補助暖房専用としても良い。また、前記実施例のレ
シーバ１２とアキュームレータ１５は共に冷媒量を調整
する装置であるが、レシーバ１２とアキュームレータ１
５のいずれか一方で冷媒量を調節してもよいし、冷媒充
填量を別途管理可能であればレシーバ１２とアキューム
レータ１５を省略してもよい。さらには、本発明の前記
実施例では、主暖房装置の熱源を内燃機関の冷却温水と
し、補助暖房装置の熱源を冷媒回路に循環される冷媒
（ホットガス）としているが、前記主暖房装置の熱源は
内燃機関の冷却温水に限られず、その他の熱源であって
も良い。また圧縮機の駆動源は内燃機関としたが、これ
に代えて、電圧源を用いてもよい。更に、開閉弁１８
ａ、１８ｂの代わりに、バイパス管の分岐点に配した三
方弁等の他の切替手段を用いても良い。さらには、ホッ
トガスサイクルの停止要求時、第１の開閉弁１８ａを開
状態にする期間を一定時間で定めてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の車両用空
調装置によれば、冷媒回路の高温高圧のガス冷媒を用い
た簡易な暖房装置が構成されるから、この暖房装置を主
暖房装置に加えると暖房能力がアップされるので、急速
暖房が可能になるという効果がある。

【００３３】また、雪道等のスリップしやすい路面を車
両が走行するとき、本発明の車両用空調装置を駆動して
いると、補助暖房の停止の信号が制御装置に入力された
とき、圧縮機の運転をしばらくの期間継続し、かつ、冷
媒回路中の冷媒をコンデンサ側に流すことで、補助暖房
用のバイパス管への冷媒流れを低減し、トルクを緩やか
に低下させる。したがって、内燃機関の駆動系に伝達さ
れるトルク変動が低減し、スリップ等の発生を防止する
ので、車両走行中の安全性が高められるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による車両用空調装置の冷媒回
路を示す回路図である。

【図２】本発明の実施例による冷凍サイクルを示す部分
モリエル線図である。

【図３】本発明の実施例で用いた圧縮機の吸入圧力と圧
縮動力の関係を示す特性図である。

【図４】本発明の実施例と比較例の圧縮機オフ切替時の
トルク変化を対比した比較図である。

【図５】本発明の実施例による制御フローを示すフロー
チャート図である。

【図６】従来の車両用空調装置の冷媒回路を示す回路図
である。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ３ 温水ヒータ（主暖房装置） １０ 圧縮機（冷媒圧縮機） １１ コンデンサ １３ 第１の減圧装置 １４ エバポレータ（熱交換器） １８ａ 第１の開閉弁 １８ｂ 第２の開閉弁 ２０ バイパス管 ２２ 第２の減圧装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−770（ＪＰ，Ａ) 実公 平２−32486（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 1/00 B60H 1/00 - 1/22

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主暖房装置を備えた車両用空調装置であ
   って、 冷媒を圧送する圧縮機と、 この圧縮機の吐出側に接続されるコンデンサと、 前記圧縮機の吸入側に接続される熱交換器であって、こ
   の熱交換器を流通する空気流路と前記主暖房装置で加熱
   される空気流路とが少なくとも一部一致するように前記
   主暖房装置に対し直列に設けられる熱交換器と、 前記圧縮機と前記コンデンサとを結ぶ経路に設けられる
   開閉弁と、 前記コンデンサを迂回して前記開閉弁の入口側から前記
   コンデンサと前記熱交換器とを結ぶ経路に接続されるバ
   イパス管と、 前記バイパス管に設けられる減圧装置と、前記圧縮機の停止要求進号を発生する停止要求信号発生
   手段と、 前記圧縮機から圧送される冷媒を前記バイパス管に流
   し、前記減圧装置、前記熱交換器を通して前記圧縮機へ
   戻すホットガスサイクルで運転しているときに前記停止
   要求信号発生手段が前記停止要求信号を発生した場合、
   前記圧縮機の停止直前に前記開閉弁を開き前記圧縮機の
   吸込圧力を低下したのち前記圧縮機を停止させる圧縮機
   停止制御手段と、 を備えたことを特徴とする車両用空調装置。