JP2009090721A - 車両用空調装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】加熱器に蓄冷して冷凍サイクルの作動停止状態でも冷房運転を可能とする車両用空調装置において、冷房運転可能時間を延長可能とするとともに、過冷房防止による快適性向上を図ること。
【解決手段】冷房時に加熱器4に蓄冷し、冷凍サイクル30の作動停止時に、冷却器3と加熱器4との蓄冷エネルギを放出して冷房可能とした車両用空調装置において、送風通路13における送風の経路を、冷却器3と加熱器4とに直列に通過させる直列モードと、冷却器3から加熱器迂回路15へ冷却器3のみを通過させる冷却器単独モードと、冷却器迂回路14から加熱器4のみを通過させる加熱器単独モードと、に切り換えることが可能な第1迂回路ドア71,第2迂回路ドア72,第1中間ドア73,第2中間ドア74を設けたことを特徴とする車両用空調装置とした。
【選択図】図1
【解決手段】冷房時に加熱器4に蓄冷し、冷凍サイクル30の作動停止時に、冷却器3と加熱器4との蓄冷エネルギを放出して冷房可能とした車両用空調装置において、送風通路13における送風の経路を、冷却器3と加熱器4とに直列に通過させる直列モードと、冷却器3から加熱器迂回路15へ冷却器3のみを通過させる冷却器単独モードと、冷却器迂回路14から加熱器4のみを通過させる加熱器単独モードと、に切り換えることが可能な第1迂回路ドア71,第2迂回路ドア72,第1中間ドア73,第2中間ドア74を設けたことを特徴とする車両用空調装置とした。
【選択図】図1
Description
本発明は、車両用空調装置に関し、特に、コンプレッサ停止状態において蓄冷エネルギを用いて冷房運転を実行する車両用空調装置に関する。
近年、車両の低燃費化が進み、アイドル時にエンジン停止を行ういわゆるアイドリングストップが行われる場合がある。
このアイドリングストップ時には、エンジンにより駆動されるコンプレッサも停止されるため、このような冷凍サイクルの停止状態でも、できる限り冷房運転が可能な車両用空調装置が求められている。
このような冷凍サイクルの停止時に冷房運転を可能とする車両用空調装置として、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。
この特許文献1に記載の車両用空調装置は、コンプレッサが駆動する冷房時に、加熱器への加熱冷媒の供給を停止させ、この加熱器の冷媒に蓄冷しておき、コンプレッサ停止時に、加熱器の蓄冷エネルギを用いて冷房運転を続行可能としている。
すなわち、コンプレッサ停止時に、冷却器と加熱器とに直列に送風させ、冷却器の残留蓄冷エネルギと加熱器の蓄冷エネルギとを利用して冷房運転を続行可能としている。
特開2004−142596号公報
しかしながら、上述の従来技術では、空調ユニットの送風の全てが冷却器を通過する構造であり、コンプレッサ停止時には、送風が、常時冷却器と加熱器とを直列に通過するため、蓄冷エネルギによる冷房の初期には、大きな蓄冷エネルギが得られるものの、熱交換が進むに連れ、冷却器と加熱器との蓄冷エネルギが同時に失われ、冷房運転が可能な時間が十分ではなかった。
加えて、上述のように、冷却器の蓄冷エネルギと加熱器の蓄冷エネルギとを直列に放冷するため、蓄冷エネルギによる冷房初期には、過冷却となって乗員に不快感を与えるおそれもあった。
本発明は、上述のような従来の問題に着目して成されたもので、加熱器に蓄冷してコンプレッサの停止状態でも冷房運転を可能とする車両用空調装置において、冷房運転可能時間を延長可能とするとともに、過冷房防止による快適性向上を図ることを目的とする。
上述の目的を達成するために請求項1に記載の発明は、送風機により車室に連通された吸入口から車室に連通された吹出口へ向かう送風が形成される送風通路と、前記送風通路に配置され、冷凍サイクルを形成する冷媒との熱交換により送風を冷却する冷却器と、前記送風通路において、前記冷却器の送風下流に配置され、エンジンから循環されるエンジン冷却水との熱交換により送風を加熱する加熱器と、前記送風通路に形成され、前記冷却器を通過した送風を、前記加熱器を迂回させて前記加熱器の送風下流のエアミックス部に導く加熱器迂回路と、前記エンジンからのエンジン冷却水の循環を絶ち、前記加熱器内にエンジン冷却水を閉じ込める遮断バルブと、を備え、冷房時に前記加熱器に蓄冷し、前記冷凍サイクルの作動停止時に、前記冷却器と加熱器との蓄冷エネルギを放出して冷房可能とした車両用空調装置であって、前記送風通路に形成され、前記送風を、前記冷却器を迂回させて前記加熱器に導く冷却器迂回路と、前記送風の経路を、前記冷却器と前記加熱器とに直列に通過させる直列モードと、前記冷却器から前記加熱器迂回路を通過させる冷却器単独モードと、前記冷却器迂回路から前記加熱器を通過させる加熱器単独モードと、に切り換えることが可能な送風切換ドアと、を備えていることを特徴とする車両用空調装置とした。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の車両用空調装置において、前記送風切換ドアが、前記送風を、前記冷却器から前記加熱器迂回路を通過させて前記冷却器を通過させる経路と、前記冷却器迂回路から前記加熱器を通過させる経路とを経て、前記加熱器の下流のエアミックス部で合流させる並列モードを形成可能であることを特徴とする車両用空調装置とした。
また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の車両用空調装置において、前記送風切換ドアは、前記冷却器迂回路の開放状態と遮断状態とを形成可能な第1迂回路ドアと、前記加熱器迂回路の開放状態と遮断状態とを形成可能な第2迂回路ドアと、前記冷却器迂回路を遮断した迂回路遮断位置と、前記冷却器と加熱器との間に延在された中間遮断位置と、に移動可能に取り付けられ第1中間ドアと、前記加熱器迂回路を遮断する迂回路遮断位置と、前記冷却器と加熱器との間に延在されて、前記中間遮断位置の第1中間ドアと連続して配置されることで、前記冷却器と加熱器との間を遮断する中間遮断位置と、に移動可能に取り付けられた第2中間ドアと、を備えていることを特徴とする車両用空調装置とした。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の車両用空調装置において、前記送風切換ドアのモード切換と前記遮断バルブの開閉を制御する制御装置を備え、この制御装置は、前記冷凍サイクルの作動状態で冷房を行う通常冷房処理と、前記冷凍サイクルの作動停止状態で冷房を行う蓄冷冷房処理と、を実行し、さらに、前記通常冷房処理時に、あらかじめ設定された条件が成立している間、前記遮断バルブを遮断状態として前記加熱器にエンジン冷却水を閉じ込めた状態で、前記送風切換ドアを前記直列モードとして前記加熱器に蓄冷を行う蓄冷処理を実行し、かつ、前記蓄冷冷房処理において、前記送風切換ドアを冷却器単独モードとして冷却器の蓄冷エネルギにより放冷する冷却器単独放冷処理と、送風切換ドアを加熱器単独モードとして加熱器の蓄冷エネルギにより放冷する加熱器単独放冷処理と、を選択的に実行することを特徴とする車両用空調装置とした。
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の車両用空調装置において、前記送風切換ドアとして、請求項2または請求項3に記載の並列モードを形成可能なものが用いられており、前記制御装置は、前記吹出口の送風温度である吹出口温度を検出する吹出口温度センサからの信号と、前記冷却器の通過直後の送風温度である冷却器吹出温度を検出する冷却器吹出温度センサからの信号と、前記冷凍サイクルの作動状態を示す信号と、が入力され、かつ、前記蓄冷冷房処理では、まず、前記冷却器吹出温度が第1設定値未満の間、前記冷却器単独放冷処理を実行し、その後、前記冷却器吹出温度が前記第1設定値を超えると、前記吹出口温度が第2設定値を超えるまで間、前記送風切換ドアを、並列モードとして、前記冷却器の放冷と前記加熱器の放冷とを並列に実行させる並列放冷処理を実行し、その後、前記吹出口温度が第2設定値を超えると、前記加熱器単独放冷処理を実行することを特徴とする車両用空調装置とした。
本発明の車両用空調装置では、冷房運転中に、冷却器と加熱器とに蓄冷し、この蓄冷エネルギを利用して、冷凍サイクルの停止状態でも、冷房運転を続行することができる。この場合、冷却器では、冷凍サイクルの作動時に供給された冷媒により蓄冷できる。一方、加熱器では、遮断バルブによりエンジン冷却水を加熱器に閉じ込め、この状態で、送風切換ドアを直列モードとして、冷却器を通過した冷風を加熱器に送り、加熱器に蓄冷することができる。
そして、冷凍サイクルの停止状態において、冷却器と加熱器との蓄冷エネルギの放冷による冷房時に、本発明では、送風切換ドアのモード切り換えにより、従来のように冷却器と加熱器とを直列に通過する経路以外に、冷却器単独モードとして、送風が冷却器のみを通過する経路と、加熱器単独モードとして、送風が加熱器のみを通過する経路と、を形成できる。
したがって、冷却器単独モードや加熱器単独モードの送風経路を用いることにより、直列モードのみの送風経路で放冷を行うのと比較して、単位時間当たりの蓄冷エネルギの放出量を抑えることができ、蓄冷エネルギを用いた冷房時間の延長を図ることができるとともに、過冷却を防止して快適性を向上することができる。
加えて、両単独モードでは、直列モードと比較して、送風抵抗を軽減でき、効率の良い冷房が可能となる。
さらに、請求項2に記載の発明では、送風切換ドアが、送風を、冷却器のみを通過する経路と、加熱器のみを通過する経路と、に分岐させた後、エアミックス部で合流させる並列モードを形成可能とした。
したがって、冷却器単独モードによる冷房と加熱器単独モードによる冷房との間に並列モードによる冷房を加えることで、冷却器と加熱器との一方の蓄冷エネルギが、それ単独では冷風の温度を低く保つことのできない量となったときに、冷却風の温度を低く保ちながらも、蓄冷エネルギの放冷を行うことができ、冷房効率を向上させて、蓄冷エネルギを用いた冷房時間の延長を図ることができる。
また、請求項3に記載の発明では、切換ドアとして、第1迂回路ドアと第2迂回路ドアと第1中間ドアと第2中間ドアとの4枚のドアを用いて、上述の直列モード、冷却器単独モード、加熱器単独モード、並列モードの4モードの送風切換を可能とできる。
すなわち、直列モードでは、第1迂回路ドアと第1中間ドアとの少なくとも一方を遮断状態として冷却器迂回路を遮断し、第2迂回路ドアを遮断状態として加熱器迂回路を遮断し、第1中間ドアおよび第2中間ドアを、中間遮断位置以外の位置に配置して冷却器と加熱器との間を開く。これにより、送風は、冷却器と加熱器とに直列に通過する。
冷却器単独モードでは、第1迂回路ドアを遮断状態として冷却器迂回路を遮断し、第2迂回路ドアを開放状態として加熱器迂回路を開放し、第1中間ドアおよび第2中間ドアを中間遮断位置に配置して、冷却器と加熱器との間を遮断した状態とする。 これにより、送風は、冷却器から加熱器を通ることなく加熱器迂回路を通過する。
加熱器単独モードでは、第1迂回路ドアを開放状態として冷却器迂回路を開放し、第2迂回路ドアを遮断状態として加熱器迂回路を遮断し、第1中間ドアおよび第2中間ドアを中間遮断位置に配置して冷却器と加熱器との間を遮断させる。
この場合、送風は、冷却器を通ることなく冷却器迂回路を経由して加熱器を通過する。
並列モードでは、第1迂回路ドアを開放状態として、冷却器迂回路を開放し、第2迂回路ドアを開放して、加熱器迂回路を開放し、第1中間ドアおよび第2中間ドアは、中間遮断位置として冷却器と加熱器との間を遮断する。
この場合、送風は、冷却器を通過して加熱器迂回路を通る経路と、冷却器迂回路から加熱器を通る経路と、の2経路に独立して分岐される。
この請求項3に記載の発明では、冷却器と加熱器との間を遮断するドアを第1中間ドアと第2中間ドアの2枚で構成することで、1枚のドアを用いるのと比較して、ドアの移動に要するスペースを小さくでき、装置の小型化を図ることができる。
また、第1中間ドアと第2中間ドアとにより、冷却器と加熱器との間の流量を調節可能であるから、通常冷房時にエアミックスドアとして機能させることができ、別途、エアミックスドアを設けた場合よりも、ドアの数を減らすことが可能で、構成の簡略化を図ってコストダウン、重量軽減、小型化を図ることが可能である。
請求項4に記載の発明では、制御装置は、冷房運転中に、あらかじめ設定された条件の成立で、加熱器に閉じ込めたエンジン冷却水を利用して蓄冷する蓄冷処理を実行し、その後、アイドリングストップなどに伴う冷凍サイクルの作動停止時には、制御装置は、冷却器と加熱器との蓄冷エネルギを用いて冷房を続行する蓄冷冷房処理を実行する。
この蓄冷冷房処理では、制御装置は、送風切換ドアを冷却器単独モードとして冷却器の蓄冷エネルギを放冷する冷却器単独放冷処理と、送風切換ドアを加熱器単独モードとして加熱器の蓄冷エネルギを放冷する加熱器単独放冷処理と、を選択的に実行する。
したがって、送風経路が冷却器と加熱器とを直列に通過するのみのものと比較して、冷房時間の延長と、過冷房防止による快適性向上とを図ることができる。
請求項5に記載の発明では、蓄冷冷房処理の実行時には、まず、冷却器吹出温度が第1設定値を超えるまで冷却器単独放冷処理を実行し、冷却器単独モードで冷却器の蓄冷エネルギの放冷を行う。
したがって、冷却器の蓄冷エネルギの放冷がある程度行われるまで、加熱器の蓄冷エネルギは保持されるとともに、過冷房を防止して快適な冷房が行われる。
その後、冷却器の蓄冷エネルギがある程度放出されて冷却器吹出温度が第1設定値を超えると、制御装置は、吹出口温度が第2設定値を超えるまで並列放冷処理を実行し、並列モードで冷却器の蓄冷エネルギと加熱器の蓄冷エネルギの放冷を行う。
この場合、冷却器単独放冷処理により冷却器の蓄冷エネルギが低くなっていて、それ単独では冷風の温度を低く保つことができないが、まだ放冷を行うことができるという状態において、加熱器の放冷により冷却風の温度を低く保ちながらも、冷却器が放冷可能な間蓄冷エネルギを放出でき、冷房効率を向上させて、蓄冷エネルギを用いた冷房時間の延長を図ることができる。
その後、吹出温度が第2設定値を超えると、制御装置は、加熱器単独放冷処理を実行し、加熱器単独モードで加熱器の蓄冷エネルギの放冷を行う。
この場合、送風が、蓄冷エネルギを放出し終えた冷却器を通過しないため、加熱器で冷却されて車室内に吹き出された空気が、再び吸い込まれた際に、この蓄冷エネルギを放出した冷却器で加熱されることが無くなり、冷却器に送風を通過させる場合よりも、吹出口温度を低下させることができる。よって、冷房時間の延長を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この実施の形態の車両用空調装置は、送風機(2)により車室に連通された吸入口(11)から車室に連通された吹出口(12)へ向かう送風が形成される送風通路(13)と、前記送風通路(13)に配置され、冷凍サイクル(30)を形成する冷媒との熱交換により送風を冷却する冷却器(3)と、前記送風通路(13)において、前記冷却器(3)の送風下流に配置され、エンジン(EG)から循環されるエンジン冷却水との熱交換により送風を加熱する加熱器(4)と、前記送風通路(13)に形成され、前記冷却器(3)を通過した送風を、前記加熱器(4)を迂回させて前記加熱器(4)の送風下流のエアミックス部(16)に導く加熱器迂回路(15)と、前記エンジン(EG)からのエンジン冷却水の循環を絶ち、前記加熱器(4)内にエンジン冷却水を閉じ込める遮断バルブ(6)と、を備え、冷房時に前記加熱器(4)に蓄冷し、前記冷凍サイクル(30)の作動停止時に、前記冷却器(3)と加熱器(4)との蓄冷エネルギを放出して冷房可能とした車両用空調装置であって、前記送風通路(13)に形成され、前記送風を、前記冷却器(3)を迂回させて前記加熱器(4)に導く冷却器迂回路(14)と、前記送風の経路を、前記冷却器(3)と前記加熱器(4)とに直列に通過させる直列モードと、前記冷却器(3)から前記加熱器迂回路(15)を通過させる冷却器単独モードと、前記冷却器迂回路(14)から前記加熱器(4)を通過させる加熱器単独モードと、に切り換えることが可能な送風切換ドア(71,72,73,74)と、を備えていることを特徴とする車両用空調装置である。
以下に、図1〜図7に基づいて、この発明の最良の実施の形態の実施例1の車両用空調装置Aについて説明する。
図1は車両用空調装置Aの構成の概略を示す全体概略図であって、この車両用空調装置Aは、図示を省略したインストルメントパネル内に設置される空調ユニットAUを備えている。
この空調ユニットAUは、内外気を選択的に取入可能な吸入口11から、車室内に繋がる図示を省略した各種ダクトが接続される吹出口12に至る送風通路13を形成したユニットケース1を備えている。
このユニットケース1の送風通路13には、送風上流側から順に、ブロワファン2、冷却器3、加熱器4が設置されている。
ブロワファン2は、ユニットケース1において、吸入口11から吹出口12へ向かう送風Wを形成する。なお、ブロワファン2は、ファンコントローラ20からの駆動制御信号により駆動される。
冷却器3は、周知の冷媒を循環する冷凍サイクル30の構成要素の一つである。なお、この周知の冷凍サイクル30は、走行用のエンジンEGによって駆動されて冷媒を圧縮するコンプレッサ31と、高圧ガス状の冷媒を冷却して飽和液とする凝縮器32と、冷媒を低温低圧の蒸気とする膨張弁33と、冷媒の気液分離を行うリキッドタンク34と、を備えている。
また、冷却器3は、図示のように、送風通路13の送風が通過する際に、熱交換可能に、送風方向に対して略直交して設置されている。
そして、送風通路13には、冷却器3を、その上方に迂回する冷却器迂回路14が形成されている。
加熱器4は、周知のエンジン冷却水が導かれて送風を加熱するもので、冷却器3の送風下流方向の位置において、送風通路13の送風が通過する際に熱交換可能に、送風方向に対して略直交して設置されている。
そして、送風通路13には、加熱器4を、その下方に迂回する加熱器迂回路15が形成されているとともに、加熱器4の送風方向下流には、加熱器4を通過した送風(通常は温風)と、加熱器迂回路15を通過した冷風とを混合させるエアミックス部16が形成されている。
また、本実施例1では、加熱器4へ供給されるエンジン冷却水を遮断し、加熱器4にエンジン冷却水を閉じ込めることを可能とする遮断バルブ6が設けられている。そして、この遮断バルブ6の開閉は、バルブアクチュエータ60の駆動により行われる。
さらに、空調ユニットAUには、送風通路13の送風の流れを切り換える送風切換ドアとして、第1迂回路ドア71、第2迂回路ドア72、第1中間ドア73、第4中間ドア74の4枚のドアが設けられている。
第1迂回路ドア71は、冷却器迂回路14の送風方向上流側の端部位置で、ユニットケース1に回動可能に支持され、図2に示すように、ユニットケース1の上面に沿って配置されて、冷却器迂回路14を開放状態とする位置と、図3に示すように、その先端を冷却器3に当接させて、冷却器迂回路14を遮断状態とする位置と、の範囲で上下方向に回動可能に支持されている。
第2迂回路ドア72は、加熱器迂回路15の送風方向上流端部位置でユニットケース1に回動可能に設置され、図3に示すように、ユニットケース1の下面に沿って配置されて、加熱器迂回路15を開放状態とする位置と、図4に示すように、先端が、加熱器4の下端の第2中間ドア74の回動中心近傍に接し、加熱器迂回路15を遮断状態とする位置と、の範囲で、上下方向に回動可能に支持されている。
第1中間ドア73と第2中間ドア74は、冷却器3と加熱器4との間を遮断可能とするとともに、冷却器3を通過した送風が加熱器4に向かう量を調節可能とするドアであり、 第1中間ドア73は、冷却器3の送風方向下流面の上端部に回動可能に取り付けられており、第2中間ドア74は、加熱器4の送風方向上流面の下端部に回動可能に取り付けられている。
そして、第1中間ドア73は、図2に示すように、先端がユニットケース1の上面に当接して冷却器迂回路14を、その下流側端部で遮断する位置と、図3に示すように、先端を斜め下方に向けて第2中間ドア74の先端に当接し、第2中間ドア74と共に冷却器3と加熱器4との間を遮断する位置と、の範囲で上下方向に回動可能に支持されている。
第2中間ドア74は、図3示すように、先端を斜め上方に向けて第1中間ドア73の先端に当接し、第1中間ドア73と共に冷却器3と加熱器4との間を遮断する位置と、図2に示すように、先端をユニットケース1の下面に当接させて、加熱器迂回路15を遮断する位置と、の間で上下方向に回動可能に支持されている。
上述の第1迂回路ドア71、第2迂回路ドア72、第1中間ドア73、第2中間ドア74により、ユニットケース1内の送風Wを、直列モード、並列モード、冷却器単独モード、加熱器単独モードの4通りの送風経路を形成することができる。
すなわち、直列モードは、図2に示すように、送風Wを冷却器3と加熱器4とを直列に導くモードである。この場合、第1迂回路ドア71を、冷却器迂回路14を開放する位置(これは遮断する位置でもよい)に配置させ、第1中間ドア73を、冷却器迂回路14を遮断する位置に配置させ、第2中間ドア74を、加熱器迂回路15を遮断する位置に配置し、第2迂回路ドア72を、加熱器迂回路15を開放する位置に配置させる。
したがって、この直列モードでは、送風Wは、矢印CWに示すように、冷却器3と加熱器4とを直列に流れる。
並列モードは、図5に示すように、送風Wを、冷却器3を通過するものと、加熱器4とを通過するものとに、独立して分岐させるモードである。この場合、第1迂回路ドア71を、冷却器迂回路14を開放する位置に配置させ、第1中間ドア73および第2中間ドア74を、冷却器3と加熱器4との間を遮断する位置に配置させ、第2迂回路ドア72を、加熱器迂回路15を開放する位置に配置させる。
したがって、この並列モードでは、送風Wは、冷却器3を通過する送風と、冷却器3を迂回する送風とに分岐され、冷却器3を通過した送風は、加熱器迂回路15を通って加熱器4を迂回してエアミックス部16に向う。一方、冷却器3を迂回した送風は、冷却器迂回路14を通り、加熱器4を通過した後、エアミックス部16に向かう。
冷却器単独モードは、図3に示すように、送風Wを冷却器3のみ通過させるモードである。この場合、第1迂回路ドア71を、冷却器迂回路14を遮断する位置に配置させ、第1中間ドア73および第2中間ドア74を、冷却器3と加熱器4との間を遮断する位置に配置させ、第2迂回路ドア72を、加熱器迂回路15を開放する位置に配置させる。
したがって、この冷却器単独モードでは、送風Wは、全量が冷却器3を通過した後、加熱器迂回路15を通って、エアミックス部16を経由して吹出口12に向かう。
加熱器単独モードは、図4に示すように、送風Wを加熱器4のみ通過させるモードである。この場合、第1迂回路ドア71を、冷却器迂回路14を開放する位置に配置させ、第1中間ドア73および第2中間ドア74を、冷却器3と加熱器4との間を遮断する位置に配置させ、第2迂回路ドア72を、加熱器迂回路15を遮断する位置に配置させる。
したがって、この加熱器単独モードでは、送風Wは、全量が冷却器3を迂回して冷却器迂回路14を進んだ後、加熱器4を通過し、エアミックス部16を経て吹出口12に向かう。
なお、第1中間ドア73および第2中間ドア74は、周知のエアミックスドアの機能を有する。すなわち、第1迂回路ドア71が冷却器迂回路14を遮断し、第2迂回路ドア72が加熱器迂回路15を開放した状態とした上で、第1中間ドア73と第2中間ドア74との先端どうしの間隔、すなわち、開度を調整することにより、冷却器3を通過して冷却された送風が加熱器4へ進む量を調節でき、加熱器4で加熱された温風と、加熱器4を迂回して進む冷風と、がエアミックス部16で混合する割合、すなわち、吹出口温度を調整することができる。
以上説明した第1迂回路ドア71、第2迂回路ドア72、第1中間ドア73、第2中間ドア74の開閉は、それぞれのドア71〜74の回動軸を駆動させるドア駆動装置70により行われる。
そして、このドア駆動装置70、および前述のファンコントローラ20、バルブアクチュエータ60の作動は、空調コントロールユニット100により制御される。
この空調コントロールユニット100は、後述する設定温度、外気温度、車室内温度、日射量などに基づいて、吹出空気の温度や送風量を制御する周知の空調制御を実行する。
すなわち、空調コントロールユニット100は、外気センサ101、内気センサ102、日射センサ103、設定装置104、冷却器吹出温度センサ105、加熱器吹出温度センサ106、吹出口温度センサ107、エンジンコントロールユニット200から入力される信号に基づいて、ドア駆動装置70、ファンコントローラ20、バルブアクチュエータ60の作動を制御する。
外気センサ101は、車外に設置されて外気温度を検出する。
内気センサ102は、車室内に設置されて室内温度を検出する。
日射センサ103は、車室内に設置されて、日射量や日射の方向を検出する。
設定装置104は、車室内に設置され、乗員の操作により設定された室温、吹出モード、風量などの信号を出力する。
加熱器吹出温度センサ106は、加熱器4の直後、すなわち送風方向下流に設置され、加熱器4の通過直後の送風温度である加熱器吹出温度Thoを検出する。
冷却器吹出温度センサ105は、冷却器3の直後、すなわち送風方向下流に設置され、冷却器3の通過直後の送風温度である冷却器吹出温度Tevを検出する。
吹出口温度センサ107は、吹出口12に設置され、吹出口12の送風温度である吹出口温度Toutを検出する。
エンジンコントロールユニット200は、エンジンEGの駆動を制御するもので、周知のアイドリングストップ制御によりエンジンEGを停止させた信号が空調コントロールユニット100に入力される。なお、アイドリングストップ制御は、車両のアイドリング停車時に、自動的にエンジンEGを停止させ、また、アクセルペダルの踏み込みなどの発進操作により、自動的にエンジンEGを再始動させる制御である。
空調コントロールユニット100は、これらの入力に基づいて、周知の空調制御を実行するのに加え、本願発明の特徴である冷房制御を実行する。
この冷房制御として、空調コントロールユニット100は、通常冷房処理と、蓄冷冷房処理とを実行する。
通常冷房処理は、従来から行われている冷房処理であって、設定装置104の設定に基づいて吹出温度を決定して冷房運転を行うもので、この通常冷房処理は、エンジンEGが駆動されて冷凍サイクル30が作動していることを前提条件としている。なお、この通常冷房処理の際には、各ドア71〜74は、図3に示す冷却器単独モードとされて、冷却器3を通過した送風は、加熱器4を迂回して吹出口12に導かれている。また、このとき前述のエアミックスが必要なときには第1中間ドア73と第2中間ドア74との開度を調整することにより、設定温度に応じた吹出口温度に制御する。
蓄冷冷房処理は、本実施例1の特徴とする制御であって、エンジンコントロールユニット200がアイドリングストップ制御を行ってエンジンEGを停止させ、冷凍サイクル30の非作動状態で冷房運転を行うための処理である。
以下、この蓄冷冷房処理における処理の流れを、図6のフローチャートに基づいて説明する。なお、このフローチャートのステップS1〜S3の処理は、蓄冷冷房処理の実行を開始する前の通常制御中に行われる処理である。
ステップS1では、室温が安定しているか否かを判定し、室温安定時には次のステップS2に進み、非室温安定時には、このステップS1の判断を繰り返す。なお、この室温が安定しているとは、内気センサ102が検出する室温と、設定装置104の設定温度との差が、設定温度以内に近づいた状態を指し、急速冷房を行ういわゆるフルクール状態を過ぎたことを判定する。
ステップS2では、加熱器4への蓄冷処理を実行する。この蓄冷処理は、冷却器3で冷却された冷風により加熱器4に蓄冷エネルギを溜める処理であり、ドア駆動装置70に対して、各ドア71〜74を、図2に示す直列モードに切り換える出力を行う。
なお、本実施例1では、冷房運転の開始時点で、空調コントロールユニット100は、バルブアクチュエータ60に、遮断バルブ6を閉状態として、加熱器4へのエンジン冷却水の供給を遮断し、エンジン冷却水を、加熱器4を含む経路内に閉じ込める処理を実行しているものとする。なお、この遮断バルブ6を閉状態とする処理は、ステップS2の蓄冷処理の開始時点で行ってもよい。
また、加熱器4として、エンジン冷却水の貯留部を、加熱器4それ自体あるいは、遮断バルブ6と加熱器4との間に備えているものを用いるのが好ましい。
次のステップS3では、エンジンコントロールユニット200からの入力に基づいて、アイドリングストップ制御が実行されているか否か判定し、アイドリングストップ制御の実行時には、ステップS4に進み、非実行時にはステップS1に戻る。
ステップS4では、冷却器単独放冷処理を実行する。この冷却器単独放冷処理は、コンプレッサ31の停止直前に冷却器3に送られた冷媒により冷却器3に蓄えられている蓄冷エネルギを用いて送風Wを冷却する処理であり、ドア駆動装置70に、各ドア71〜74を、図3に示す冷却器単独モードに切り換える信号を出力する。
次のステップS5では、冷却器吹出温度センサ105の検出値に基づいて冷却器吹出温度Tevが、あらかじめ設定された冷却基準温度Tr以上であるか否か判定し、冷却器吹出温度Tevが冷却基準温度Tr未満であれば、ステップS4の冷却器単独放冷処理を続行し、冷却器吹出温度Tevが冷却基準温度Tr以上となると、次のステップS6に進んで並列放冷処理を実行する。
なお、ステップS4の冷却器単独放冷処理に戻る際には、ステップS11のアイドリングストップ処理が継続中か否か判断し、継続中でない場合には、ステップS1に戻る。
また、冷却基準温度Trは、車室の冷却に有効な温度であり、例えば、10〜15℃程度の範囲内の温度であり、本実施例1では、12℃とする。
ステップS6による並列放冷処理は、冷却器3と加熱器4とで並列に冷房を行う処理であり、ドア駆動装置70に、各ドア71〜74を、図5に示す並列モードに切り換える信号を出力する。
次のステップS7では、空調ユニットAUの吹出口12の吹出口温度Toutが、冷却基準温度Tr以上であるか否か判定し、吹出口温度Toutが冷却基準温度Tr未満の場合は、ステップS6の並列放冷処理を続行し、吹出口温度Toutが冷却基準温度Tr以上の場合は、次のステップS8に進む。
なお、ステップS6の並列放冷処理に戻る際には、ステップS12のアイドリングストップ処理が継続中か否か判断し、継続中でない場合には、ステップS1に戻る。
ステップS8では、加熱器単独放冷処理を実行する。この加熱器単独放冷処理は、加熱器4のみの蓄冷エネルギを用いて送風の冷却を行うモードであり、ドア駆動装置70に各ドア71〜74を、図4に示す加熱器単独モードに切り換える。
続くステップS9では、加熱器吹出温度センサ106の検出値に基づいて、加熱器吹出温度Thoが冷却基準温度Tr以上か判定し、加熱器吹出温度Thoが冷却基準温度Tr未満の場合は、ステップS8の加熱器単独放冷処理を続行し、加熱器吹出温度Thoが冷却基準温度Tr以上となると、ステップS10に進んで、エンジン始動処理を実行し、エンジンコントロールユニット200へ、エンジン始動の指令を出力する。
なお、ステップS8の加熱器単独放冷処理に戻る際には、ステップS13のアイドリングストップ処理が継続中か否か判断し、継続中でない場合には、ステップS1に戻る。
次に、実施例1の作用について説明する。
(冷房時)
冷房運転時には、遮断バルブ6が閉じられ、エンジン冷却水が、加熱器4に閉じ込められ、高温のエンジン冷却水が加熱器4に供給されない状態となる。
冷房運転時には、遮断バルブ6が閉じられ、エンジン冷却水が、加熱器4に閉じ込められ、高温のエンジン冷却水が加熱器4に供給されない状態となる。
ここで、室温が設定温度に近くなり、室温が安定すると、空調コントロールユニット100が、ステップS1→ステップS2の処理に基づいて、蓄冷処理を実行する。
したがって、各ドア71〜74は、図2に示す直列モードとされ、冷却器3で冷却された冷風CWが、加熱器4に導かれ、加熱器4に閉じ込められたエンジン冷却水が冷却されることで、加熱器4に蓄冷される。
(アイドルリングストップ時)
アドリング停車に伴い、エンジンコントロールユニット200がエンジンEGを停止させると、空調コントロールユニット100は、冷却器3および加熱器4の蓄冷エネルギを用いた蓄冷冷房処理を実行する。
アドリング停車に伴い、エンジンコントロールユニット200がエンジンEGを停止させると、空調コントロールユニット100は、冷却器3および加熱器4の蓄冷エネルギを用いた蓄冷冷房処理を実行する。
この蓄冷冷房処理の開始直後は、冷却器3において、蒸発冷媒が供給されており、蓄冷エネルギが大きいため、まず、空調コントロールユニット100は、ステップS3→ステップS4の処理に基づいて、冷却器単独放冷処理を実行する。
この場合、各ドア71〜74は、図3に示す冷却器単独モードに切り換えられ、送風通路13の送風Wは、全て、冷却器3を通過し、冷却器3の蓄冷エネルギで冷却された冷風CW3が、吹出口12へ導かれる。この場合、冷却器吹出温度Tevが、冷却基準温度Tr以下に保たれ、室温を十分に冷房できるとともに、過冷房を回避できる。
この冷却器単独放冷処理が実行されることで、時間経過と共に、冷却器3の蓄冷エネルギが放出されると、冷却器3の温度が上昇する。
そこで、冷却器吹出温度センサ105が検出する冷却器吹出温度Tevが、あらかじめ設定された冷却基準温度Trを超えると、空調コントロールユニット100は、ステップS5→S6の処理に基づいて、並列放冷処理を実行する。
この並列放冷処理により、各ドア71〜74は、図5に示す並列モードに切り換えられ、送風通路13の送風は、まず、冷却器3へ進むものと、冷却器3を迂回して冷却器迂回路14を通って加熱器4へ進むものとに分岐される。
そして、冷却器3で冷却された冷風CW51と、加熱器4の蓄冷エネルギで冷却された冷風CW52とがエアミックス部16で混合されて吹出口12から吹き出される。
この時点では、冷却器3は、既に放冷を行って、冷却器吹出温度Tevは、冷却基準温度Trを越えているが、ある程度の送風Wの冷却は可能であり、一方、加熱器4は、十分に蓄冷エネルギを有しており、加熱器4による冷却性能は十分に高い。
したがって、吹出口12からの送風温度は、低く保ちながらも、冷却器3の蓄冷エネルギを、有効に放出できる。
この並列冷却処理による冷房時間の経過に伴い、最初に単独で放冷を行った冷却器3の蓄冷エネルギが低下する。
そこで、吹出口12からの吹出口温度Toutが、冷却基準温度Trを超えると、空調コントロールユニット100は、ステップS7→ステップS8の処理に基づいて、加熱器単独放冷処理を実行する。
この加熱器単独放冷処理により、各ドア71〜74は、図4に示す加熱器単独モードに切り換えられ、送風通路13の送風は、冷却器3を迂回して加熱器4で冷却された冷風CW4が、吹出口12へ導かれる。
この場合、送風が、蓄冷エネルギを放出した冷却器3を通過することなく、蓄冷エネルギが残った加熱器4のみで冷却するため、冷却器3と直列に送風するものと比較して、吹出口温度Toutを下げて、確実に冷却することができる。
この加熱器単独放冷処理による冷房時間の経過に伴い、加熱器4の蓄冷エネルギが放出されて冷却性能が低下し、加熱器吹出温度Thoが冷却基準温度Trを越えると、空調コントロールユニット100は、ステップS9→ステップS10の処理に基づいて、蓄冷冷房処理を終了し、エンジンEGを始動させる信号をエンジンコントロールユニット200へ出力し、コンプレッサ31を駆動させて、通常冷房処理に復帰する。
すなわち、加熱器吹出温度Thoが冷却基準温度Trを上回った場合、加熱器4の蓄冷エネルギを放出し終えたことを意味するため、これ以上の蓄冷エネルギの放出による冷房は、室内環境を悪化させると判断し、コンプレッサ31を駆動させて冷凍サイクルを作動させ、通常の冷却器3による冷房に復帰する。
なお、蓄冷冷房処理の途中で、運転者が、発進操作を行ってエンジンコントロールユニット200によるアイドリングストップがキャンセルされてエンジンEGが始動された時点でも、別ルーチンで通常冷房処理に復帰され、また、ステップS11,S12,S13のいずれかでのNO判定に基づいて、ステップS1の蓄冷判断に戻る。
以上説明した蓄冷冷房処理によれば、冷却器3の蓄冷エネルギと加熱器4の蓄冷エネルギとを選択的に放冷させるため、常時、冷却器3と加熱器4とを直列に放冷させる場合と比較して、長時間、吹出口温度Toutを冷却基準温度Tr未満の温度に保持することができる。
図7は、従来の加熱器による蓄冷を伴わない冷却器のみの蓄冷エネルギを放冷させた冷房時(T01)と、特許文献1に記載されたように冷却器と加熱器との蓄冷エネルギを直列に放冷させた冷房時(T02)と、本実施例1のアイドリングストップ時冷房(T03)と、により時間経過に伴う吹出口温度Toutの比較例を示す図である。
この図に示すように、冷房開始から各吹出口温度T01,T02,T03が、冷却基準温度Trを越えるまでの時間は、本実施例1のものが最も長く、直列放冷の場合よりも、時間tzだけ延長できたことが分かる。
以上説明してきたように、本実施例1の車両用空調装置Aでは、冷房時において冷凍サイクル30の作動停止中に、冷却器3と加熱器4とに蓄えた蓄冷エネルギを利用して冷房を続行させる蓄冷冷房処理を行うのにあたり、冷却器3と加熱器4とから選択的に放冷することを可能としたため、常時、冷却器3と加熱器4とから直列に放冷するのと比較して、空調ユニットAUからの吹出口温度Toutを長時間低温に保つことができる。
したがって、蓄冷冷房処理による冷房運転の可能な時間を延長することができ、燃費と快適性との両立をより高い次元で達成することができる。
さらに、本実施例1では、蓄冷冷房処理の実行時には、まず、冷却器3の単独放冷を行い、次に、冷却器3の蓄熱エネルギがある程度低下すると、冷却器3の蓄冷エネルギが完全に放冷されるまでは、冷却器3と加熱器4との並列放冷を行って、吹出口温度Toutが高くなるのを抑え、その後、冷却器3により逆に送風が加温されるおそれが生じると、加熱器4の単独放冷を行い、しかも、この加熱器4の単独放冷は、加熱器吹出温度Thoがあらかじめ設定された冷却基準温度Trを越えるまで行うようにした。
したがって、単に、冷却器3の蓄冷エネルギと加熱器4の蓄冷エネルギとを、順番に取り出すのと比較して、吹出口温度Toutを低温に保ちながら、できる限り長時間冷房することができる。
加えて、本実施例1では、冷却器迂回路14の上流側端部と下流側端部とにそれぞれ冷却器迂回路14を遮断可能に第1迂回路ドア71と第1中間ドア73とを設け、第1中間ドア73は、加熱器4の下端に配置した第2中間ドア74と共に冷却器3と加熱器4との間を遮断可能に配置し、また、加熱器迂回路15を遮断可能に第2迂回路ドア72を設けた。
これにより、冷却器3と加熱器4との間を遮断するドアとして1枚のドアを用いるものと比較して、ドアの回動に要するスペースを小さくして、冷却器3と加熱器4との間隔寸法を小さく抑えることができる。
よって、空調ユニットAUの外形寸法を小さく抑えながら、直列モードと並列モードと加熱器単独モードと冷却器単独モードとの4通りの送風経路を形成可能となった。
さらに、第1中間ドア73と第2中間ドア74とは、冷却器3を通過した冷風が、加熱器4を通過する量を調節するエアミックスドアとして機能するようにしたため、別途、エアミックスドアを設置するものよりもドアの数を減らすことが可能で、構成の簡略化を図って、コストダウン、重量軽減、小型化を図ることができる。
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態および実施例1について詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態および実施例1に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば、実施例1では、各ドア71〜74として、軸を中心に回動して流路断面積を変更するドアを用いたが、これらのドアとしては、流路断面積を変更可能なものであれば、スライド式のものなど、他のドアを用いてもよい。
また、実施例1では、冷凍サイクル30のコンプレッサ31として、エンジンEGにより直接駆動させるものを示したが、これに限定されるものではなく、電動式、例えば、エンジンによる発電とバッテリ電源との併用のものなどを用いてもよい。
また、実施例1では、蓄冷冷房処理をアイドリングストップ制御時に実行するものを示したが、これに限定されず、他の制御により冷凍サイクル30の作動停止を行ったときに実行するようにしてもよい。
また、実施例1では、ステップS5の冷却器単独放冷処理の終了判断を、冷却器吹出温度Tevで行ったものを示したが、これに限定されず、例えば、吹出口温度Toutで行ってもよい。すなわち、冷却器3の冷却性能が、吹出口温度Toutを設定温度以下に保てるか否かを判断し、吹出口温度Toutが設定温度を超えると、並列放冷処理に移行するようにしてもよい。
また、ステップS7の並列放冷処理の終了判断を、吹出口温度Toutで行う例を示したが、冷却器吹出温度Tevで行ってもよい。すなわち、冷却器吹出温度Tevが、設定温度を超えると、蓄冷エネルギを放出し終えたと判断して、並列放冷処理を終了して、次の加熱器単独放冷処理へ移行するようにしてもよい。
さらに、実施例1では、ステップS5の冷却器単独放冷の終了判断、ステップS7の並列放冷処理の終了判断、ステップS9の加熱器単独放冷の終了判断を、それぞれ、共通の冷却基準温度Tr以上であるか否かで判定する例を示したが、これらの判定値は、個別に異なる温度に設定してもよい。
2 ブロワファン(送風機)
3 冷却器
4 加熱器
6 遮断バルブ
11 吸入口
12 吹出口
13 送風通路
14 冷却器迂回路
15 加熱器迂回路
16 エアミックス部
30 冷凍サイクル
31 コンプレッサ
71 第1迂回路ドア(送風切換ドア)
72 第2迂回路ドア(送風切換ドア)
73 第1中間ドア(送風切換ドア)
74 第2中間ドア(送風切換ドア)
100 空調コントロールユニット(制御装置)
105 冷却器吹出温度センサ
106 加熱器吹出温度センサ
107 吹出口温度センサ
A 車両用空調装置
EG エンジン
3 冷却器
4 加熱器
6 遮断バルブ
11 吸入口
12 吹出口
13 送風通路
14 冷却器迂回路
15 加熱器迂回路
16 エアミックス部
30 冷凍サイクル
31 コンプレッサ
71 第1迂回路ドア(送風切換ドア)
72 第2迂回路ドア(送風切換ドア)
73 第1中間ドア(送風切換ドア)
74 第2中間ドア(送風切換ドア)
100 空調コントロールユニット(制御装置)
105 冷却器吹出温度センサ
106 加熱器吹出温度センサ
107 吹出口温度センサ
A 車両用空調装置
EG エンジン
Claims (5)
- 送風機により車室に連通された吸入口から車室に連通された吹出口へ向かう送風が形成される送風通路と、
前記送風通路に配置され、冷凍サイクルを形成する冷媒との熱交換により送風を冷却する冷却器と、
前記送風通路において、前記冷却器の送風下流に配置され、エンジンから循環されるエンジン冷却水との熱交換により送風を加熱する加熱器と、
前記送風通路に形成され、前記冷却器を通過した送風を、前記加熱器を迂回させて前記加熱器の送風下流のエアミックス部に導く加熱器迂回路と、
前記エンジンからのエンジン冷却水の循環を絶ち、前記加熱器内にエンジン冷却水を閉じ込める遮断バルブと、
を備え、冷房時に前記加熱器に蓄冷し、前記冷凍サイクルの作動停止時に、前記冷却器と加熱器との蓄冷エネルギを放出して冷房可能とした車両用空調装置であって、
前記送風通路に形成され、前記送風を、前記冷却器を迂回させて前記加熱器に導く冷却器迂回路と、
前記送風の経路を、前記冷却器と前記加熱器とに直列に通過させる直列モードと、前記冷却器から前記加熱器迂回路を通過させる冷却器単独モードと、前記冷却器迂回路から前記加熱器を通過させる加熱器単独モードと、に切り換えることが可能な送風切換ドアと、
を備えていることを特徴とする車両用空調装置。 - 前記送風切換ドアが、前記送風を、前記冷却器から前記加熱器迂回路を通過させて前記冷却器を通過させる経路と、前記冷却器迂回路から前記加熱器を通過させる経路とを経て、前記加熱器の下流のエアミックス部で合流させる並列モードを形成可能であることを特徴とする請求項1に記載の車両用空調装置。
- 前記送風切換ドアは、
前記冷却器迂回路の開放状態と遮断状態とを形成可能な第1迂回路ドアと、
前記加熱器迂回路の開放状態と遮断状態とを形成可能な第2迂回路ドアと、
前記冷却器迂回路を遮断した迂回路遮断位置と、前記冷却器と加熱器との間に延在された中間遮断位置と、に移動可能に取り付けられ第1中間ドアと、
前記加熱器迂回路を遮断する迂回路遮断位置と、前記冷却器と加熱器との間に延在されて、前記中間遮断位置の第1中間ドアと連続して配置されることで、前記冷却器と加熱器との間を遮断する中間遮断位置と、に移動可能に取り付けられた第2中間ドアと、
を備えていることを特徴とする請求項2に記載の車両用空調装置。 - 前記送風切換ドアのモード切換と前記遮断バルブの開閉を制御する制御装置を備え、
この制御装置は、前記冷凍サイクルの作動状態で冷房を行う通常冷房処理と、前記冷凍サイクルの作動停止状態で冷房を行う蓄冷冷房処理と、を実行し、
さらに、前記通常冷房処理時に、あらかじめ設定された条件が成立している間、前記遮断バルブを遮断状態として前記加熱器にエンジン冷却水を閉じ込めた状態で、前記送風切換ドアを前記直列モードとして前記加熱器に蓄冷を行う蓄冷処理を実行し、
かつ、前記蓄冷冷房処理において、前記送風切換ドアを冷却器単独モードとして冷却器の蓄冷エネルギにより放冷する冷却器単独放冷処理と、送風切換ドアを加熱器単独モードとして加熱器の蓄冷エネルギにより放冷する加熱器単独放冷処理と、を選択的に実行することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の車両用空調装置。 - 請求項4に記載の車両用空調装置において、
前記送風切換ドアとして、請求項2または請求項3に記載の並列モードを形成可能なものが用いられており、
前記制御装置は、前記吹出口の送風温度である吹出口温度を検出する吹出口温度センサからの信号と、前記冷却器の通過直後の送風温度である冷却器吹出温度を検出する冷却器吹出温度センサからの信号と、前記冷凍サイクルの作動状態を示す信号と、が入力され、
かつ、前記蓄冷冷房処理では、まず、前記冷却器吹出温度が第1設定値未満の間、前記冷却器単独放冷処理を実行し、その後、前記冷却器吹出温度が前記第1設定値を超えると、前記吹出口温度が第2設定値を超えるまで間、前記送風切換ドアを、並列モードとして、前記冷却器の放冷と前記加熱器の放冷とを並列に実行させる並列放冷処理を実行し、その後、前記吹出口温度が第2設定値を超えると、前記加熱器単独放冷処理を実行することを特徴とする車両用空調装置。
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