JP2000211350A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 迅速な冷暖房を可能とする。 【解決手段】 冷却水用バイパス水路２４と、コンプレ
ッサ１３、車外側熱交換器１４及び車内側熱交換器１５
を備えた熱交換媒体流路とに、冷却水用バイパス水路２
４を流動するエンジン冷却水と、熱交換媒体流路を流動
する熱交換媒体とを熱交換する補助熱交換器１２を設け
る。そして、水温検出手段４１での検出温度が設定温度
よりも低ければ、エンジン回転数を上方修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用空調装置、特
に補助暖房機能を備えた車両用空調装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両用空調装置では、エンジン
冷却水をヒータコアに供給して車内暖房に利用し、コン
プレッサから吐出させた熱交換媒体を車外側熱交換器で
放熱させた後、車内側熱交換器で吸熱させて冷房及び除
湿に利用するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
近年の高効率ディーゼルエンジン等では、エンジンの温
度自体が上昇せず、従ってエンジン冷却水の温度上昇も
それ程望めないため、ヒータコアでは車内を迅速に暖房
することは難しい。

【０００４】この場合、熱交換媒体の循環方向を逆転さ
せて車内側熱交換器を暖房に利用するものもあるが、熱
交換媒体の温度が低いと、コンプレッサへの吸引圧力が
低くなり、熱交換媒体と共に吐出されてしまうオイルの
回収量が減少するという問題がある。したがって、コン
プレッサ内のオイル量が減少し、場合によっては焼損に
至る恐れもある。

【０００５】また、前記従来の車両用空調装置では、車
内を冷房する場合、車内側熱交換器で吸熱しているが、
外気温度が高ければ、車外側熱交換器による放熱がスム
ーズに行かず、迅速な冷房が困難である。

【０００６】そこで、本発明は、コンプレッサの焼損を
防止しつつ、迅速な冷暖房を可能とする車両用空調装置
を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、熱交換媒体流路に、コンプレ
ッサ、車外側熱交換器及び車内側熱交換器を備えた冷暖
房サイクルと、ラジエータを有するラジエータ流路に並
列接続されるヒータコア流路に設けたヒータコアとから
なる車両用空調装置において、前記ヒータコアと並列に
ヒータコアバイパス流路を接続し、前記熱交換媒体流路
と冷却水用バイパス水路とに、熱交換媒体流路を流動す
る熱交換媒体と、冷却水用バイパス水路を流動するエン
ジン冷却水とで熱交換させる補助熱交換器を設け、前記
エンジン冷却水の温度を検出する水温検出手段を設け、
該水温検出手段での検出温度が設定温度よりも低けれ
ば、エンジン回転数を上方修正するようにしたものであ
る。

【０００８】前記構成により、車内を暖房する場合、補
助熱交換器で熱交換媒体にエンジン冷却水から吸熱さ
せ、暖房能力を向上させることができる。この場合、エ
ンジン冷却水温度が低ければ、エンジン回転数を上方修
正することにより、早期に温度上昇させることができ、
補助熱交換器により熱交換媒体を急速に加熱することが
可能となる。この結果、車内側熱交換器の暖房能力を迅
速に向上させることができる。

【０００９】また、本発明は、前記課題を解決するため
の手段として、熱交換媒体流路に、コンプレッサ、車外
側熱交換器及び車内側熱交換器を備えた冷暖房サイクル
と、ラジエータを有するラジエータ流路に並列接続され
るヒータコア流路に設けたヒータコアとからなる車両用
空調装置において、前記ヒータコアと並列にヒータコア
バイパス流路を接続し、前記熱交換媒体流路と冷却水用
バイパス水路とに、熱交換媒体流路を流動する熱交換媒
体と、冷却水用バイパス水路を流動するエンジン冷却水
とで熱交換させる補助熱交換器を設け、コンプレッサへ
の熱交換媒体の吸引圧力を検出する吸引圧力検出手段を
設け、該吸引圧力検出手段での検出圧力に基づいてコン
プレッサ内のオイル量を推測し、オイルが不足している
と判断すれば、エンジン回転数を上方修正するようにし
たものである。

【００１０】この構成により、エンジン始動初期等で、
熱交換媒体の吸引圧力が低く、コンプレッサ内のオイル
量が不足すると判断すれば、エンジン回転数を上方修正
することにより、エンジン冷却水温度を上昇させ、エン
ジン冷却水から熱交換媒体への熱伝達を促進させること
ができる。これにより、熱交換媒体が早期に温度上昇
し、コンプレッサ内のオイル不足を解消することが可能
となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。

【００１２】図１に示す車両用空調装置は、冷暖房サイ
クルＡと、エンジン冷却サイクルＢの途中に配設された
ヒータコア１１と、冷暖房サイクルＡとエンジン冷却サ
イクルＢの両方に設けられた補助熱交換器１２とを備え
ている。

【００１３】冷暖房サイクルＡでは、熱交換媒体流路ａ
の途中に、コンプレッサ１３、車外側熱交換器１４及び
車内側熱交換器１５を設け、四方弁１６を介して２方向
に熱交換媒体が循環するようになっている。車外側熱交
換器１４と四方弁１６との間には前記補助熱交換器１２
が設けられている。この補助熱交換器１２は、二重管
式、シェルアンドコイル式、プレート式等のいずれの方
式を採用してもよく、要は冷暖房サイクルＡを循環する
熱交換媒体と、下記するエンジン冷却サイクルＢを循環
するエンジン冷却水との間で熱交換できるものであれば
よい。

【００１４】また、熱交換媒体流路ａの途中には、車外
側熱交換器１４と並列にバイパス流路ａ１が設けられて
いる。車外側熱交換器１４から延びる流路ａ２及びａ３
には、第１電磁開閉弁１７及び逆止弁１８がそれぞれ設
けられ、補助熱交換器１２から車外側熱交換器１４への
熱交換媒体の流入を阻止可能となっている。また、バイ
パス流路ａ１には、車内側熱交換器１５から補助熱交換
器１２へのみ熱交換媒体を流動可能とする逆止弁１９が
設けられている。また、コンプレッサ１３から吐出され
た熱交換媒体の圧力は圧力検出センサ２０によって検出
されるようになっている。

【００１５】なお、２１は熱交換媒体の膨張手段で、キ
ャピラリーチューブ、温度膨張弁、伝導膨張弁等のいず
れの方式を採用してもよく、通過する熱交換媒体を気化
しやすい状態とする。また、２２は気液分離用のアキュ
ムレータである。

【００１６】エンジン冷却サイクルＢでは、エンジン２
３から延びるエンジン冷却水路ｂの途中に、ラジエータ
２４を有するラジエータ流路ｂ１と、ヒータコア１１を
有するヒータコア流路ｂ２とが並列に設けられている。

【００１７】前記ラジエータ２４には、水路切替部材２
５を介して第１冷却水用バイパス流路ｂ３が並列接続さ
れている。また、ヒータコア１１には、第２冷却水用バ
イパス流路ｂ４が並列接続されている。第２冷却水用バ
イパス流路ｂ２の途中には、エンジン冷却水の温度を検
出する水温検出センサ４１と、前記補助熱交換器１２と
が設けられている。水路切替部材２５は、エンジン冷却
水の温度が第１設定温度（本実施形態では８０℃）を越
えるまでは、ラジエータ２４へのエンジン冷却水の供給
を遮断し、越えた後は許容するように切り替わるように
なっている。また、ヒータコア１１と補助熱交換器１２
の上流側には第２電磁開閉弁２６と第３電磁開閉弁２７
がそれぞれ設けられている。

【００１８】前記車内側熱交換器１５及びヒータコア１
１は、図２に示すように、車内前方部に設けた送風ユニ
ット２８内に配設されている。送風ユニット２８内に
は、上流側から順にブロア２９、前記車内側熱交換器１
５、エアミックスダンパ３０が設けられ、エアミックス
ダンパ３０によって分割された流路の一方に前記ヒータ
コア１１が配設されている。

【００１９】前記圧力検出センサ２０、水温検出センサ
４１での検出信号は、制御装置３１に入力されるように
なっている。制御装置３１は、これらの検出信号に基づ
いて、後述するようにして第１、第２及び第３電磁開閉
弁１７、２６及び２７等を駆動制御するようになってい
る。

【００２０】次に、前記車両用空調装置の動作を説明す
る。

【００２１】まず、エンジン冷却サイクルＢでの動作を
説明する。

【００２２】エンジン２３を始動すると、エンジン冷却
水がエンジン冷却水路ｂを流動する。このとき、エンジ
ン冷却水の温度が８０℃を越えていなければ、冷却の必
要がないと判断し、水路切替部材２５を切り替えてラジ
エータ２４への通水を阻止する。これにより、エンジン
冷却水がエンジン始動直後等でそれ程暖まっていない場
合に、ラジエータ２４で冷却されることはない。

【００２３】一方、エンジン冷却水の温度が８０℃を越
えていれば、水路切替部材２５が切り替わり、第１冷却
水用バイパス流路ｂ３への通水が阻止される。これによ
り、エンジン冷却水はラジエータ２４を流動して外気に
放熱される。

【００２４】なお、第２及び第３電磁開閉弁２６及び２
７の駆動制御については、以下の冷暖房サイクルＡの動
作の説明で言及する。

【００２５】次に、冷暖房サイクルＡの動作について説
明する。

【００２６】暖房の場合、すなわち、図示しないヒート
ポンプスイッチが操作された場合、四方弁１６は実線で
示すように切り替わり、いわゆるヒートポンプサイクル
が形成される。このとき、第１電磁開閉弁１７により車
外側熱交換器１４への熱交換媒体の流入が阻止される。
これにより、コンプレッサ１３から吐出された熱交換媒
体は、車内側熱交換器１５、膨張弁２１、補助熱交換器
１２及びアキュムレータ１８からコンプレッサ１３に戻
って循環する。この場合、熱交換媒体が補助熱交換器１
２を通過することにより流動抵抗が増大することになる
が、前記第１電磁開閉弁１７の閉動作により、熱交換媒
体が車外側熱交換器１４を循環しないので、コンプレッ
サ１３への負荷が増大することはない。熱交換媒体はコ
ンプレッサ１３で高温・高圧とされて車内側熱交換器１
５に流入し、送風ユニット２５内を通過する空気を加熱
する。そして、補助熱交換器１２でエンジン冷却水から
吸熱する。

【００２７】この場合、例えば、エンジン１９の始動直
後で、エンジン冷却水温度が十分に上昇していない状態
では、前記補助熱交換器１２での熱交換媒体への熱伝達
が不十分となる。そこで、エンジン冷却水温度を検出す
る水温検出センサ４１での検出温度が設定温度（本実施
形態では、４０℃）以下であれば、エンジン回転数を上
方修正する。ここでは、アイドリング状態でのエンジン
回転数８００rpmを９００rpmに上方修正している。これ
により、エンジン冷却水が早期に温度上昇し、補助熱交
換機１２による熱交換が促進される。この結果、熱交換
媒体は熱容量を増大させた状態でコンプレッサ１３に戻
ってくる。このため、本実施形態では、コンプレッサ１
３での吐出圧力を約２.６MPa、凝縮温度を約８０℃とす
ることができ、非常に高い暖房能力を発揮させることが
可能となる。

【００２８】このようにして車内側熱交換器１５による
暖房性能を向上させて行くと、逆に熱交換媒体の温度が
上昇し過ぎる結果、コンプレッサ１３に於ける熱交換媒
体の吸入及び吐出圧力が増大し、駆動条件を満足しなく
なることがある。この場合、前記圧力検出センサ２０で
の検出圧力に基づいて、コンプレッサ１３が損傷する前
に強制的にその駆動を停止していたのでは、車内暖房に
寄与していた車内側熱交換器１３による加熱が突然停止
されることになり、送風温度が大きく変動するため好ま
しくない。そこで、本実施形態では、前記圧力検出セン
サ２０での検出圧力がコンプレッサ１３の駆動を停止さ
せる値に至る前に、前記エンジン冷却サイクルＢの第３
電磁開閉弁２７を徐々に閉じ、補助熱交換器１２でのエ
ンジン冷却水の流量を減少させている。これにより、エ
ンジン冷却水から熱交換媒体に伝達される熱量が減少
し、コンプレッサ１３での熱交換媒体の吸入及び吐出圧
力が抑制されるので、コンプレッサ１３が停止に至るこ
とはない。

【００２９】また、エンジン冷却水の温度上昇度合いに
応じて第2電磁開閉弁２６を徐々に開放し、ヒータコア
１１への通水量を増大させる。これにより、補助熱交換
器１２での交換熱量の抑制に伴う車内側熱交換器１５で
の暖房能力の低下を補うように、徐々にヒータコア１１
による暖房能力が増大する。そして、エンジン冷却水温
度が十分に上昇し（本実施形態では、約７０℃）、ヒー
タコア１１のみによって車内暖房を十分に行える状態と
なれば、コンプレッサ１３の駆動を停止し、エンジン２
３への負荷を軽減する。また、第３電磁開閉弁２７によ
り、エンジン冷却水の補助熱交換器１２への通水を遮断
し、ヒータコア１１へのエンジン冷却水の通水量を増大
させる。このように、エンジン冷却水の温度上昇度合い
に応じて、車内側熱交換器１５による暖房から、ヒータ
コア１１による暖房にスムーズに切り替えることができ
るので、送風温度の変動が抑えられ、乗員が不快感を受
けることもない。

【００３０】図３は、前記第１実施形態と従来例におけ
る暖房時の送風温度の比較結果をグラフで表したもので
ある。このグラフからも明らかなように、第１実施形態
に係る車両用空調装置によれば、暖房開始の初期段階で
送風温度を迅速に上昇させることが可能である。

【００３１】また、このように、エンジン冷却水からも
吸熱可能な前記ヒートポンプサイクルを利用することに
より、ヒータコア１１に比べて大容量の車内側熱交換器
１５で送風温度を上昇させることができる。このため、
所望の送風量を確保しつつ所望温度の空気を車内に供給
可能となる。しかも、エンジン冷却水の温度が高温（本
実施形態では７０℃以上）となれば、補助熱交換器１２
への通水が遮断されるので、熱交換媒体が必要以上に加
熱されてヒートポンプサイクル内の熱交換媒体が異常に
高圧となることもない。

【００３２】冷房の場合、すなわち、図示しないエアコ
ン（Ａ／Ｃ）スイッチが操作された場合、四方弁１６
は、点線で示すように切り替わり、いわゆる冷凍サイク
ルが形成される。そして、コンプレッサ１３から吐出さ
れた熱交換媒体は、補助熱交換器１２、車外側熱交換器
１４、膨張手段２１、車内側熱交換器１５及びアキュム
レータ１８からコンプレッサ１３に戻って循環する。熱
交換媒体は、高温・高圧のガス状態で補助熱交換器１２
を通過する。このとき、エンジン冷却水の温度が７０℃
未満であれば、前述のように、第３電磁開閉弁２７によ
りエンジン冷却水は補助熱交換器１２を通過するので、
熱交換媒体からエンジン冷却水に放熱可能となる。ま
た、熱交換媒体は、車外側熱交換器１４でも外気に放熱
される。したがって、膨張手段２１を通過して減圧さ
れ、車内側熱交換器１５で気化する熱交換媒体の量が増
大し、送風ユニット２５内を通過する空気を効果的に冷
却することが可能となる。

【００３３】図４は、前記第１実施形態と従来例におけ
る冷房時の送風温度の比較結果をグラフで表したもので
ある。このグラフからも明らかなように、第１実施形態
に係る車両用空調装置によれば、冷房開始の初期段階で
送風温度を迅速に降下させることが可能である。

【００３４】なお、前記実施形態では、エンジン回転数
の上方修正は、水温検出センサ４１での検出温度に基づ
いて行うようにしたが、コンプレッサ１３の吸引側に圧
力検出センサ（図示せず）を設けることにより、この吸
引圧力に基づいて行うようにしてもよい。

【００３５】すなわち、吸引圧力が低い場合、コンプレ
ッサ１３の駆動を続行すると、焼損に至る恐れがあるた
め、前記同様、エンジン回転数を上方修正することによ
り、補助熱交換器１２での熱伝達量を増大させ、強制的
に熱交換媒体温度を上昇させる。

【００３６】これにより、車内側熱交換器１５による暖
房性能を向上させることができるばかりでなく、コンプ
レッサ１３に還流するオイル量が増大し、良好な駆動状
態を得ることが可能となる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る車両用空調装置によれば、エンジン冷却水と、熱
交換媒体流路を流動する熱交換媒体とで熱交換させる補
助熱交換器を設けるようにしたので、暖房時の熱交換媒
体の加熱及び冷房時の熱交換媒体の冷却を効果的に行う
ことができ、冷暖房の速効性に優れた効果を発揮する。

【００３８】また、エンジン始動初期等で熱交換媒体の
温度が低い場合、エンジン回転数を上方修正することに
より、強制的にエンジン冷却水温度を上昇させることが
できる。これにより、補助熱交換器を介して熱交換媒体
に吸熱させることが可能となり、コンプレッサのオイル
不足による焼損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態に係る車両用空調装置の概略図
である。

【図２】 図１の車内側熱交換器とヒータコアとを配設
する送風ユニットの断面図である。

【図３】 図１の車両用空調装置と従来例に係るものと
で、暖房時の送風温度を比較したグラフである。

【図４】 図１の車両用空調装置と従来例に係るものと
で、冷房時の送風温度を比較したグラフである。

【符号の説明】

１１…ヒータコア １２…補助熱交換器 １３…コンプレッサ １４…車外側熱交換器 １５…車内側熱交換器 ２３…エンジン ４１…水温検出センサ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年２月２４日（１９９９．２．２
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】なお、２１は熱交換媒体の膨張手段で、キ
ャピラリーチューブ、温度膨張弁、電動膨張弁等のいず
れの方式を採用してもよく、通過する熱交換媒体を気化
しやすい状態とする。また、２２は気液分離用のアキュ
ムレータである。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】暖房の場合、すなわち、図示しないヒート
ポンプスイッチが操作された場合、四方弁１６は実線で
示すように切り替わり、いわゆるヒートポンプサイクル
が形成される。このとき、第１電磁開閉弁１７により車
外側熱交換器１４への熱交換媒体の流入が阻止される。
これにより、コンプレッサ１３から吐出された熱交換媒
体は、車内側熱交換器１５、膨張手段２１、補助熱交換
器１２及びアキュムレータ１８からコンプレッサ１３に
戻って循環する。この場合、熱交換媒体が補助熱交換器
１２を通過することにより流動抵抗が増大することにな
るが、前記第１電磁開閉弁１７の閉動作により、熱交換
媒体が車外側熱交換器１４を循環しないので、コンプレ
ッサ１３への負荷が増大することはない。熱交換媒体は
コンプレッサ１３で高温・高圧とされて車内側熱交換器
１５に流入し、送風ユニット２５内を通過する空気を加
熱する。そして、補助熱交換器１２でエンジン冷却水か
ら吸熱する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換媒体流路に、コンプレッサ、車外
   側熱交換器及び車内側熱交換器を備えた冷暖房サイクル
   と、 ラジエータを有するラジエータ流路に並列接続されるヒ
   ータコア流路に設けたヒータコアとからなる車両用空調
   装置において、 前記ヒータコアと並列にヒータコアバイパス流路を接続
   し、 前記熱交換媒体流路と冷却水用バイパス水路とに、熱交
   換媒体流路を流動する熱交換媒体と、冷却水用バイパス
   水路を流動するエンジン冷却水とで熱交換させる補助熱
   交換器を設け、 前記エンジン冷却水の温度を検出する水温検出手段を設
   け、 該水温検出手段での検出温度が設定温度よりも低けれ
   ば、エンジン回転数を上方修正するようにしたことを特
   徴とする車両用空調装置。
2. 【請求項２】 熱交換媒体流路に、コンプレッサ、車外
   側熱交換器及び車内側熱交換器を備えた冷暖房サイクル
   と、 ラジエータを有するラジエータ流路に並列接続されるヒ
   ータコア流路に設けたヒータコアとからなる車両用空調
   装置において、 前記ヒータコアと並列にヒータコアバイパス流路を接続
   し、 前記熱交換媒体流路と冷却水用バイパス水路とに、熱交
   換媒体流路を流動する熱交換媒体と、冷却水用バイパス
   水路を流動するエンジン冷却水とで熱交換させる補助熱
   交換器を設け、 コンプレッサへの熱交換媒体の吸引圧力を検出する吸引
   圧力検出手段を設け、 該吸引圧力検出手段での検出圧力に基づいてコンプレッ
   サ内のオイル量を推測し、オイルが不足していると判断
   すれば、エンジン回転数を上方修正するようにしたこと
   を特徴とする車両用空調装置。