JPH1134643A - ヒートポンプ式自動車用空気調和装置 - Google Patents

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、吹出し温度の調整を可能とする。 【解決手段】 コンプレッサ吐出圧力が所望の暖房能力
に応じてあらかじめ設定された制御値となるようにウォ
ータバルブのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を調整する。
例えば、暖房時の初期設定では、コンプレッサ吐出圧力
の制御値を高く設定して吹出し温度を高くする。また、
温調時には、コンプレッサ吐出圧力の制御値を下げて吹
出し温度を抑える。

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）により加熱された冷媒を利用して車室内の暖房
を行う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、本願出願人は、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】なお、暖房不足といった上記の事情は、デ
ュアルカーエアコンの場合に限られるわけではなく、一
つのユニットのみを持った通常のシングルタイプのヒー
トポンプ式カーエアコンにも当てはまるため、サブエバ
ポレータを備えたシングルタイプのヒートポンプ式自動
車用空気調和装置についても現在開発されているところ
である。

【０００７】

【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
ル圧力が十分に上昇すると、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。

【０００８】ところが、このような従来のシステムにあ
っては、最大暖房能力を向上させるという点に主眼があ
って、制御の点、例えば暖房運転安定時など最大暖房能
力を必要としないときには吹出し温度の調整（いわゆる
温調）を行うといった点については、いまだ十分に開発
されていなかった。

【０００９】例えば、サブコンデンサの下流側にヒータ
コアを設けたシステムの場合、最終的にヒータコアを流
れるエンジン冷却水温はサブコンデンサを流れる冷媒温
度よりも高くなるため、ヒータコア前面のエアミックス
ドアの開度をどのように制御したとしても、車室内への
吹出し温度をサブコンデンサ通過後の空気温度以下に下
げることはできない。なお、最終的にヒータコアを流れ
るエンジン冷却水温がサブコンデンサを流れる冷媒温度
よりも高くなるのは、コンプレッサ吐出圧力によるサブ
エバポレータ用ウォータバルブのＯＮ／ＯＦＦ制御によ
りサイクル温度の上昇が抑制されるからである。

【００１０】本発明は、本願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、吹出し温度の調整が可能な
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。

【００１１】

【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に記載の発明は、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、前記室外エバポレータにエンジン冷
却水を導入するための通路を開閉する開閉手段と、前記
コンプレッサから吐出される冷媒の圧力を検出する吐出
圧力検出手段と、前記吐出圧力検出手段の出力が所望の
暖房能力に応じてあらかじめ設定された制御値となるよ
うに前記開閉手段のＯＮとＯＦＦの時間比を調整する制
御手段とを有することを特徴とする。

【００１２】本発明の構成によると、制御手段は、吐出
圧力検出手段の出力（コンプレッサ吐出圧力）が所望の
暖房能力に応じてあらかじめ設定された制御値となるよ
うに開閉手段のＯＮとＯＦＦの時間比、つまりデューテ
ィ比を調整する。ヒートポンプシステムによる吹出し温
度はコンプレッサ吐出圧力に関係するため、開閉手段の
ＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を調整して室外エバポレー
タにおける吸熱量を調整し、サイクル圧力・温度、特に
コンプレッサ吐出圧力を制御することで、吹出し温度の
調整が可能となる。例えば、暖房初期時など最大暖房能
力を必要とする場合にはコンプレッサ吐出圧力の制御値
を高く設定して吹出し温度を高くし、温調時など最大暖
房能力を必要としない場合にはコンプレッサ吐出圧力の
制御値を下げて吹出し温度を抑える。

【００１３】請求項２に記載の発明は、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、前記室外エバポレータにエ
ンジン冷却水を導入するための通路を開閉する開閉手段
と、前記コンプレッサから吐出される冷媒の圧力を検出
する吐出圧力検出手段と、前記吐出圧力検出手段の出力
により所望の暖房能力に応じてあらかじめ設定された制
御範囲で前記開閉手段をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御手段
とを有することを特徴とする。

【００１４】本発明の構成によると、制御手段は、吐出
圧力検出手段の出力（コンプレッサ吐出圧力）により所
望の暖房能力に応じてあらかじめ設定された制御範囲で
開閉手段をＯＮ／ＯＦＦ制御する。上記のようにヒート
ポンプシステムによる吹出し温度はコンプレッサ吐出圧
力に関係するため、開閉手段のＯＮ／ＯＦＦのタイミン
グを調整して室外エバポレータにおける吸熱量を調整
し、サイクル圧力・温度、特にコンプレッサ吐出圧力を
制御することで、吹出し温度の調整が可能となる。例え
ば、暖房初期時など最大暖房能力を必要とする場合には
コンプレッサ吐出圧力の制御範囲を高く設定して吹出し
温度を高くし、温調時など最大暖房能力を必要としない
場合にはコンプレッサ吐出圧力の制御範囲を下げて吹出
し温度を抑える。

【００１５】請求項３に記載の発明は、上記請求項１ま
たは２に記載のヒートポンプ式自動車用空気調和装置に
おいて、前記冷凍サイクルに設けられ冷媒との熱交換に
より取入空気を加熱する室内コンデンサと、前記室内コ
ンデンサを通過して加熱された空気の温度を検出する吹
出温度検出手段とを有し、前記制御手段は、前記開閉手
段により前記室外エバポレータへのエンジン冷却水の導
入を阻止した場合において前記吹出温度検出手段の出力
が所定値以上であるとき、前記コンプレッサをＯＦＦす
ることを特徴とする。

【００１６】本発明の構成によると、制御手段は、第一
段階の制御として開閉手段により室外エバポレータへの
エンジン冷却水の導入を阻止した場合において吹出温度
検出手段の出力（室内コンデンサ通過後の空気温度）が
所定値以上であるとき、第二段階の制御としてコンプレ
ッサをＯＦＦする。これにより、サイクル圧力・温度が
低下して室内コンデンサを流れる冷媒の温度が低くなる
ため吹出し温度が下がる。すなわち、室外エバポレータ
への温水流量をゼロにしても吹出し温度が所定値以上の
ときにはコンプレッサをＯＦＦして吹出し温度を下げ
る。

【００１７】

【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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】さらに、フロントサブコンデンサ１３の下
流側には、冷房運転時におけるエバポレータ１４の凍結
保護のため、エバポレータ１４通過後の空気温度を検出
するための吸込温度センサ１７が設けられている。この
吸込温度センサ１７は、暖房運転時においてフロントサ
ブコンデンサ１３を通過して加熱された空気温度を検出
する吹出温度検出手段としても機能する。エアミックス
ドア１６が全閉位置Ａにある場合には、フロントサブコ
ンデンサ１３を通過した温風が車室内に吹き出されるか
らである。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】暖房運転時、コンプレッサ２から吐出され
た冷媒は、通常、次の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１６、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１４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。

【００２９】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、次の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。

【００３０】ヒータコア１２の温水入口には、電磁操作
式の温水バルブ３１が設けられ、この温水バルブ３１を
開くことによって、エンジン１から流出した温水がヒー
タコア１２へ導入されるようになっている。

【００３１】また、サブエバポレータ８の温水入口に
は、開閉手段として機能する電磁操作式のウォータバル
ブ３２が設けられている。暖房運転時において、このウ
ォータバルブ３２を開くことによって、エンジン１から
流出した温水がサブエバポレータ８に導入され、サブエ
バポレータ８が作動して上記した所定の機能を発揮する
ようになっている。

【００３２】また、上記構成の冷媒回路の高圧側には、
図１には示していないが、コンプレッサ２の吐出圧力
（Ｐｄ）を検出する吐出圧力検出手段としての吐出圧力
センサ５３が設けられている（図２参照）。コンプレッ
サ２の吐出圧力が上昇すると、コンプレッサ２を保護す
るため、その吐出圧力に応じてコンプレッサ２をＯＮ／
ＯＦＦする制御が行われるようになっている。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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、温水バルブ３１をＯ
ＦＦ状態、流量制御アクチュエータ３２を全開状態、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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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、
後述する制御方法によりウォータバルブ３２をＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御して、サブエバポレータ８への温水流量を制御
する。

【００４１】すなわち、エンジン冷却水温がある程度上
昇したときには、サブエバポレータ８に温水が導入され
ると、時間の経過に伴ってコンプレッサ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に温
水が流れると、温水からの吸熱量が次第に増加して冷媒
との熱交換量が増えるため、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への温水の
流入を阻止すると、吸熱量が次第に減少して冷媒との熱
交換量が減るため、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（より具体的には、
適当なタイミングでＯＮ／ＯＦＦ制御する）ことによ
り、吹出し温度の調整（温調）を行うことができるはず
である。

【００４２】図２はかかる温調制御システムのブロック
図である。

【００４３】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センサ５３、およびサ
ブコンデンサ１３通過後の空気温度を検出する吸込温度
センサ１７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）およびサブエバポレータ８用
のウォータバルブ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。
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、温調制御のためのコンプレッサ２およびウォータバ
ルブ３２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。

【００４４】まず、第１の制御方法について説明する。

【００４５】ここでは、第一段階の制御として、吹出し
温調制御をコンプレッサ吐出圧力によるウォータバルブ
３２のＯＮ／ＯＦＦ制御で行う。このとき、ウォータバ
ルブ３２の開閉（ＯＮ／ＯＦＦ）は、デューティ制御に
よって行う。その後、ウォータバルブ３２を閉じてサブ
エバポレータ８への温水流量をゼロ（０）にしても吹出
し温度が所定の温度以上である場合には、第二段階の制
御として、コンプレッサ２をＯＦＦにして吹出し温度を
下げる。

【００４６】第一段階の制御の詳細は、次のとおりであ
る。ここでは、サブエバポレータ８用のウォータバルブ
３２のＯＮとＯＦＦの時間比、つまりデューティ比を変
更することによりサブエバポレータ８における吸熱量を
調整して、コンプレッサ吐出圧力（Ｐｄ）を制御し、こ
れによって吹出し温度を制御する。より具体的には、コ
ンプレッサ吐出圧力（Ｐｄ）が所望の暖房能力に応じて
あらかじめ設定された制御値となるようにウォータバル
ブ３２のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を調整する。

【００４７】図３に示すように、ウォータバルブ３２を
開くと（ＯＮ）、サブエバポレータ８に温水が導入され
るためサブエバポレータ８の吸熱量が時間と共に増加
し、これによりコンプレッサ吐出圧力も上昇するが、逆
に、ウォータバルブ３２を閉じると（ＯＦＦ）、サブエ
バポレータ８に温水が導入されないためサブエバポレー
タ８の吸熱量は時間と共に減少し、これによりコンプレ
ッサ吐出圧力も低下することになる。したがって、ウォ
ータバルブ３２のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を適当に
設定することで、サブエバポレータ８の吸熱量、ひいて
はコンプレッサ吐出圧力（Ｐｄ）、吹出し温度を一定の
レベル（範囲）に調整することが可能となる。このと
き、ウォータバルブ３２のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比
の調整方法としては、例えば、図４に示すように、ＯＮ
時間を１秒に固定しておいて、ＯＦＦ時間を１秒単位で
変更する。ＯＦＦ時間を長くすればするほど、吸熱量の
レベルが低下し、コンプレッサ吐出圧力および吹出し温
度が低下する。

【００４８】制御の具体例は、次のとおりである。ま
ず、図５に示すように、初期暖房時など最大暖房能力を
必要とする場合、つまり暖房時の初期設定では、コンプ
レッサ吐出圧力の制御値を高く設定して吹出し温度を高
くする。例えば、コンプレッサ吐出圧力（Ｐｄ）が２０
kg/cm2G になるようにウォータバルブ３２のＯＮ／ＯＦ
Ｆのデューティ比を調整する。このとき、吹出し温度は
約５５℃となる。次に、温調時（暖房運転安定時）など
最大暖房能力を必要としない場合には、コンプレッサ吐
出圧力の制御値を下げて吹出し温度を抑える。例えば、
コンプレッサ吐出圧力（Ｐｄ）が１５kg/cm2G になるよ
うにウォータバルブ３２のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比
を変更する。このとき、吹出し温度は約４５℃となる。
なお、温調時においては、適宜、所望の吹出し温度に対
応するコンプレッサ吐出圧力となるようにデューティ比
を調整すればよい。

【００４９】このようなウォータバルブ３２のデューテ
ィ制御において、ウォータバルブ３２を閉じて（ＯＦ
Ｆ）サブエバポレータ８への温水流量をゼロ（０）にし
ても、その時の吹出し温度が目標とする所望の温度以上
である場合には、第二段階の制御として、コンプレッサ
２をＯＦＦにして吹出し温度を下げることは前述のとお
りである。

【００５０】したがって、この第１の制御方法によれ
ば、吹出し温度の調整（温調）が可能になるとともに、
ウォータバルブ３２のデューティ制御により吸熱量やサ
イクル圧力・温度の変動を一定の範囲内に収めることが
できるため、温調時、吹出し温度のハンチングを小さく
することができる。

【００５１】次に、第２の制御方法について説明する。

【００５２】ここでは、第一段階の制御として、吹出し
温調制御をコンプレッサ吐出圧力によるウォータバルブ
３２のＯＮ／ＯＦＦ制御で行う。このとき、ウォータバ
ルブ３２の開閉（ＯＮ／ＯＦＦ）は、コンプレッサ吐出
圧力に関する上限値と下限値とからなる制御範囲で行
う。その後、ウォータバルブ３２を閉じてサブエバポレ
ータ８への温水流量をゼロ（０）にしても吹出し温度が
所定の温度以上である場合には、第二段階の制御とし
て、コンプレッサ２をＯＦＦにして吹出し温度を下げ
る。

【００５３】第一段階の制御の詳細は、次のとおりであ
る。ここでは、サブエバポレータ８用のウォータバルブ
３２のＯＮとＯＦＦの切換えのタイミングを変更するこ
とによりサブエバポレータ８における吸熱量を調整し
て、コンプレッサ吐出圧力（Ｐｄ）を制御し、これによ
って吹出し温度を制御する。より具体的には、コンプレ
ッサ吐出圧力（Ｐｄ）について所望の暖房能力に応じて
あらかじめ設定された制御範囲でウォータバルブ３２の
ＯＮ／ＯＦＦを行う。

【００５４】例えば、図６に示すように、ウォータバル
ブ３２をＯＮした状態においてコンプレッサ吐出圧力が
上限値Ｐd1以上になるとウォータバルブ３２を閉じ（Ｏ
ＦＦ）、ＯＦＦした状態において下限値Ｐd2以下になる
とウォータバルブ３２を開く（ＯＮ）。ウォータバルブ
３２を開くと（ＯＮ）、サブエバポレータ８に温水が導
入されるためサブエバポレータ８の吸熱量が時間と共に
増加し、これによりコンプレッサ吐出圧力も上昇する
が、ウォータバルブ３２を閉じると（ＯＦＦ）、サブエ
バポレータ８に温水が導入されないためサブエバポレー
タ８の吸熱量は時間と共に減少し、これによりコンプレ
ッサ吐出圧力も低下することになる。したがって、ウォ
ータバルブ３２のＯＮ／ＯＦＦの切換えのタイミングを
適当に設定することで、サブエバポレータ８の吸熱量、
ひいてはコンプレッサ吐出圧力（Ｐｄ）、吹出し温度を
一定のレベル（範囲）に調整することが可能となる。

【００５５】制御の具体例は、次のとおりである。ま
ず、図７および図８に示すように、初期暖房時など最大
暖房能力を必要とする場合、つまり暖房時の初期設定で
は、コンプレッサ吐出圧力の上下限の制御値（Ｐd1、Ｐ
d2）を高く設定して吹出し温度を高くする。例えば、コ
ンプレッサ吐出圧力（Ｐｄ）の制御範囲を１７〜２０kg
/cm2G として、この制御範囲でウォータバルブ３２をＯ
Ｎ／ＯＦＦさせる。このとき、吹出し温度は約５５℃と
なる。次に、温調時（暖房運転安定時）など最大暖房能
力を必要としない場合には、コンプレッサ吐出圧力の上
下限の制御値（Ｐd1、Ｐd2）を下げて吹出し温度を抑え
る。例えば、コンプレッサ吐出圧力（Ｐｄ）の制御範囲
を１５〜１７kg/cm2G に下げて、この範囲でウォータバ
ルブ３２をＯＮ／ＯＦＦさせる。このとき、吹出し温度
は約４５℃となる。なお、温調時においては、適宜、所
望の吹出し温度に対応するコンプレッサ吐出圧力となる
ように前記制御範囲を変更すればよい。

【００５６】このようなウォータバルブ３２のＯＮ／Ｏ
ＦＦの切換え制御において、ウォータバルブ３２を閉じ
て（ＯＦＦ）サブエバポレータ８への温水流量をゼロ
（０）にしても、その時の吹出し温度が目標とする所望
の温度以上である場合には、第二段階の制御として、コ
ンプレッサ２をＯＦＦにして吹出し温度を下げることは
前述のとおりである。

【００５７】したがって、この第２の制御方法によって
も、吹出し温度の調整（温調）が可能になる。

【００５８】また、第１および第２の制御方法によれ
ば、どちらもオートアンプ５０による制御であるため、
温調に関する新規の部品はなく、コストアップを避ける
ことができる。

【００５９】なお、上記した実施の形態では、後席側に
ついて暖房のみ（除湿なし）としたシステムを示した
が、これに限定されるわけではなく、フロントユニット
１０と同様リヤユニット２０内にもエバポレータを設け
て除湿暖房を可能としたシステムでもよい。

【００６０】また、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
気調和装置であれば、シングルタイプのヒートポンプシ
ステムを含むどのようなタイプのものにでも適用可能で
ある。したがって、上記した実施の形態のように一つの
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
アの両方を備えることは、必ずしも必要ではない。

【００６１】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１に記載の発
明によれば、コンプレッサ吐出圧力が所望の暖房能力に
応じた所定の制御値となるように開閉手段のＯＮ／ＯＦ
Ｆのデューティ比を調整するので、室外エバポレータに
おける吸熱量が調整され、吹出し温度の調整が可能とな
る。

【００６２】請求項２に記載の発明によれば、コンプレ
ッサ吐出圧力により所望の暖房能力に応じた所定の制御
範囲で開閉手段をＯＮ／ＯＦＦさせるので、室外エバポ
レータにおける吸熱量が調整され、吹出し温度の調整が
可能となる。

【００６３】請求項３に記載の発明によれば、上記請求
項１または２に記載の発明の効果に加え、室外エバポレ
ータへの温水流量をゼロにしても吹出し温度が所定値以
上のときにはコンプレッサをＯＦＦするので、確実に吹
出し温度を下げることができ、温調性能が向上する。

【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】 図１の装置における温調制御システムのブロ
ック図である。

【図３】 ウォータバルブのＯＮ／ＯＦＦと吸熱量との
関係を示すグラフである。

【図４】 ウォータバルブのＯＮ／ＯＦＦ時間比の変更
の仕方を説明するための図表である。

【図５】 第１の制御方法を適用した具体例を示すグラ
フである。

【図６】 ウォータバルブのＯＮ／ＯＦＦの制御特性図
である。

【図７】 第２の制御方法の説明図である。

【図８】 同方法を適用した具体例を示すグラフであ
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 １７…吸込温度センサ（吹出温度検出手段） ２０…リヤユニット ２２…リヤサブコンデンサ ３２…ウォータバルブ（開閉手段） ５０…オートアンプ（制御手段） ５３…吐出圧力センサ（吐出圧力検出手段）

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、 前記室外エバポレータ(8) にエンジン冷却水を導入する
   ための通路を開閉する開閉手段(32)と、 前記コンプレッサ(2) から吐出される冷媒の圧力を検出
   する吐出圧力検出手段(53)と、 前記吐出圧力検出手段(53)の出力が所望の暖房能力に応
   じてあらかじめ設定された制御値となるように前記開閉
   手段(32)のＯＮとＯＦＦの時間比を調整する制御手段(5
   0)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、 前記室外エバポレータ(8) にエンジン冷却水を導入する
   ための通路を開閉する開閉手段(32)と、 前記コンプレッサ(2) から吐出される冷媒の圧力を検出
   する吐出圧力検出手段(53)と、 前記吐出圧力検出手段(53)の出力により所望の暖房能力
   に応じてあらかじめ設定された制御範囲で前記開閉手段
   (32)をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御手段(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。
3. 【請求項３】 前記冷凍サイクルに設けられ冷媒との熱
   交換により取入空気を加熱する室内コンデンサ(13)と、
   前記室内コンデンサ(13)を通過して加熱された空気の温
   度を検出する吹出温度検出手段(17)とを有し、前記制御
   手段(50)は、前記開閉手段(32)により前記室外エバポレ
   ータ(8) へのエンジン冷却水の導入を阻止した場合にお
   いて前記吹出温度検出手段(17)の出力が所定値以上であ
   るとき、前記コンプレッサ(2) をＯＦＦすることを特徴
   とする請求項１または２に記載のヒートポンプ式自動車
   用空気調和装置。