JP3334446B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスインジョクシ
ョンサイクルを有する車両用空調装置に関し、特には寒
冷地向け電気自動車の空調用ヒートポンプシステムとし
て好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスインジェクションサイクルを有する
装置として、特開平１−１１４６６８号公報に開示され
たものがある。この従来技術の冷凍サイクルは、図１３
に示すように、圧縮機１０１、凝縮器１０２、第１電気
式膨張弁１０３、気液分離器１０４、第２電気式膨張弁
１０５、および蒸発器１０６がそれぞれ冷媒配管１０７
で順次接続されるとともに、上記気液分離器１０４にて
分離されたガス冷媒が、ガスインジェクション用通路１
０８を介して圧縮機１０１にインジェクションされるよ
うに構成されている。

【０００３】そして、制御部１０９が、凝縮器１０２の
過冷却度が所定値よりも小さくなるように第１電気式膨
張弁１０３を制御している。これによって、圧縮機１０
１へのガスインジェクション量を最適な状態に維持し、
ひいては凝縮器１０２における暖房能力を十分にとれる
ようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術の場合、常に凝縮器１０２の過冷却度が上記所定値よ
りも小さくなるように第１電気式膨張弁１０３を制御し
ているので、凝縮器１０２における暖房能力を十分にと
れる反面、冷凍サイクルの効率が悪化してしまうことが
ある。そうかといって、上記所定値を、冷凍サイクルの
効率を優先して設定すると、今度は必要な暖房能力が得
られず、暖房能力不足となってしまうことがある。

【０００５】そこで、本発明は上記問題に鑑み、ガスイ
ンジョクションサイクルを有する車両用空調装置におい
て、冷凍サイクルの効率を良くしながら、必要なときに
は大きな暖房能力を発揮できるような車両用空調装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【発明の概要】上記目的を達成するために、請求項１〜
６記載の発明では、冷凍サイクル（２１）として、圧縮
機（２２）、凝縮器（１２）、電気的に絞り量が調節さ
れる第１減圧手段（２６）、気液分離器（２５）、第２
減圧手段（２７）、蒸発器（２４）、ガスインジェクシ
ョン用通路（２２ｄ）を備える、いわゆるガスインジェ
クションサイクルを用い、さらに上記凝縮器（１２）を
空気通路（２）内に設け、制御装置（４０）にて、凝縮
器（１２）における暖房能力が所定能力となるように圧
縮機（２２）の回転数を制御し、凝縮器（１２）内の液
冷媒の過冷却度が所定の過冷却度となるように第１減圧
手段（２６）の絞り量を制御するようにした車両用空調
装置において、暖房能力判定手段（ステップ２３０）に
て、凝縮器（１２）における暖房能力が所定能力に達し
ているか否かを判定し、達していないと判定されたとき
は、能力不足時絞り量制御手段（ステップ２４０）に
て、第１減圧手段（２６）の絞りを開くように制御する
ことを特徴としている。

【０００７】これによると、暖房能力が所定能力に達し
ているときには、凝縮器（１２）における暖房能力が所
定能力となるように圧縮機（２２）の回転数が制御され
るとともに、凝縮器（１２）内の液冷媒の過冷却度が所
定の過冷却度となるように第１減圧手段（２６）の絞り
量が制御される。従って、上記所定の過冷却度を、例え
ば冷凍サイクル（２１）の効率が最大となるような過冷
却度とすれば、この冷凍サイクル（２１）の効率を常に
最大とすることができる。

【０００８】一方、暖房能力が所定能力に達していない
ときには、第１減圧手段（２６）の絞りが開くので、ガ
スインジェクション用通路（２２ｄ）を介して圧縮機
（２２）にガスインジェクションされる量が増える。従
って、圧縮機（２２）は、吸入ポート（２２ｂ）から吸
入する冷媒循環量に、上記ガスインジェクションされる
冷媒量が加わって、圧縮仕事をすることになる。これに
より、圧縮仕事量が増加し、凝縮器（１２）での冷媒放
熱量が増加するので、暖房能力が増加する。

【０００９】このように本発明では、暖房能力が上記所
定能力に達しているときは、冷凍サイクル（２１）の効
率を優先して制御することができ、その上で、例えば車
室内の急速暖房を行う初期のように、暖房能力が上記所
定能力に達していないときには、暖房能力を向上させる
ことができるので、冷凍サイクル（２１）の効率向上と
暖房能力の確保とを両立することができる。

【００１０】特に、請求項４記載の発明では、圧縮機負
荷検出手段（４８）が検出した圧縮機（２２）の負荷が
所定負荷以上か否かを圧縮機負荷判定手段（ステップ２
５０）にて判定し、所定負荷以上であると判定されたと
きに、圧縮機高負荷時絞り量制御手段（ステップ２６
０）にて、第１減圧手段（２６）の絞りを閉じるように
制御することを特徴としている。

【００１１】これによると、上記能力不足時絞り量制御
手段（ステップ２４０）の制御によって、第１減圧手段
（２６）の絞りが開いていき、その結果、圧縮機（２
２）の負荷が上記所定負荷以上となったときには、第１
減圧手段（２６）の絞りが閉じて、圧縮機（２２）の負
荷上昇が抑えられるので、圧縮機（２２）が過負荷にな
らないようにすることができる。

【００１２】また、請求項５記載の発明では、圧縮機温
度検出手段（４６）が検出した圧縮機（２２）の温度が
所定温度以上か否かを圧縮機温度判定手段（ステップ２
７０）にて判定し、所定温度以上であると判定されたと
きに、圧縮機高温時絞り量制御手段（ステップ２８０）
にて、第１減圧手段（２６）の絞りを開くように制御す
ることを特徴としている。

【００１３】これによると、圧縮機（２２）の温度が上
記所定温度以上となったときには、第１減圧手段（２
６）の絞りが開くことによって、ガスインジェクション
量が増えて、圧縮機（２２）の温度上昇が抑えられるの
で、圧縮機（２２）が所定温度以上にならないようにす
ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を電気自動車用空調
装置に適用した一実施形態について、図１〜１２を用い
て説明する。まず、本実施形態の全体構成について図１
を用いて説明する。空調ユニット１は電気自動車の車室
内に設置されるもので，その空調ダクト２は、車室内に
空調空気を導く空気通路を構成するものである。この空
調ダクト２の一端側に内外気を吸入する吸入口３、４、
５が設けられている。このうち内気吸入口４と外気吸入
口５は、内外気切換ドア６により選択的に開閉され、こ
の内外気切換ドア６は図示しないサーボモータによって
駆動される。

【００１５】また、空調ダクト２内には、上記吸入口３
〜５に隣接して、空調ダクト２内に空気流を発生する送
風機７が設置されている。この送風機７は、ファンモー
タ７ａと、このファンモータ７ａにより駆動される遠心
ファン７ｂ、７ｂとから構成されている。一方、空調ダ
クト２の他端側には、車室内乗員の足元部に向かって空
調空気を吹き出すフット吹出口８、車室内乗員の上半身
に向かって空調空気を吹き出すフェイス吹出口９、およ
び車両フロントガラスの内面に向かって空調空気を吹き
出すデフロスタ吹出口１０が形成されている。

【００１６】また、送風機７よりも空気下流側における
空調ダクト２内には、冷房用室内熱交換器１１が設けら
れている。この冷房用室内熱交換器１１は、後述する冷
凍サイクル２１の一部を構成する熱交換器であり、後述
する冷房運転モード時および除湿運転モード時に、内部
を流れる冷媒の吸熱作用によって、空調ダクト２内の空
気を除湿、冷却する蒸発器として機能する。なお、後述
する暖房運転モード時には、この冷房用室内熱交換器１
１内には冷媒は流れない。

【００１７】また、冷房用室内熱交換器１１よりも空気
下流側における空調ダクト２内には暖房用室内熱交換器
１２が設けられている。この暖房用室内熱交換器１２
は、後述する冷凍サイクル２１の一部を構成する熱交換
器であり、後述する暖房運転モード時および除湿運転モ
ード時に、内部を流れる冷媒の放熱作用によって、空調
ダクト２内の空気を加熱する凝縮器として機能する。な
お、後述する冷房運転モード時には、この暖房用室内熱
交換器１２内には冷媒は流れない。

【００１８】また、空調ダクト２内の空気流路は、仕切
り壁１３によりフット吹出口８側の第１空気流路１４
と、フェイス吹出口９およびデフロスタ吹出口１０側の
第２空気流路１５とに分離されている。このように、空
調ダクト２内の空気流路を第１空気流路１４と第２空気
流路１５とに２分割したのは、冬季に、第１空気流路１
４内に内気吸入口３から高温の内気を吸入して足元へ温
風を吹き出すことによって、暖房負荷を軽減すると同時
に、第２空気流路１５内に外気吸入口５から低湿度の外
気を吸入して、フロントガラスの曇りを確実に防止する
ためである。

【００１９】また、ドア１６は第２空気流路１５を開閉
するもので、ドア１７は第１、第２空気流路１４、１５
間の仕切り部分を開閉するものであり、ドア１８〜２０
は各吹出口８、９、１０の空気流路を開閉するドアであ
る。また、上記各ドア１６〜２０は、それぞれに接続さ
れた図示しないサーボモータによって駆動される。とこ
ろで、上記冷凍サイクル２１は、冷房用室内熱交換器１
１と暖房用室内熱交換器１２とで車室内の冷房および暖
房を行うヒートポンプ式冷凍サイクルであり、上記両室
内熱交換器１１、１２の他に以下の機器を備えている。

【００２０】すなわち、冷媒を吸入、圧縮、吐出する圧
縮機２２、冷媒の流れを切り換える電磁式四方弁２３、
室外熱交換器２４、冷媒を気液分離するとともに液冷媒
を溜める気液分離器２５、冷凍サイクル２１の高圧側冷
媒を中間圧（例えば４〜１５ｋｇ／ｃｍ² 程度）に減圧
する電気式膨張弁２６、気液分離器２５からの液冷媒を
低圧に減圧する温度作動式膨張弁２７、電磁弁２８ａ、
２８ｂ、および逆止弁２９ａ〜２９ｅがさらに冷凍サイ
クル２１に備えられている。

【００２１】上記圧縮機２２は、電動式圧縮機であっ
て、図示しない電動モータによって駆動されたときに冷
媒の吸入、圧縮、吐出を行う。この電動モータは、圧縮
機２２と一体的に密封ケース内に配置されており、イン
バータ３０に制御されることによって回転速度が連続的
に可変する。このインバータ３０は、車載バッテリー３
１と接続され、制御装置４０（図２）によって通電制御
される。

【００２２】この圧縮機２２には、圧縮した冷媒を吐出
する吐出ポート２２ａ、サイクル低圧側の冷媒を吸入す
る吸入ポート２２ｂ、および気液分離器２５で分離され
た中間圧のガス冷媒がインジェクションされるガスイン
ジェクションポート２２ｃが備えられている。このガス
インジェクションポート２２ｃは、逆止弁２９ｅを有す
るガスインジェクション通路２２ｄを介して気液分離器
２５上部のガス冷媒出口２５ａに連通している。

【００２３】上記吸入ポート２２ｂに接続されている冷
媒吸入通路２２ｅには、温度作動式膨張弁２７の感温筒
２７ａが設置され、この膨張弁２７の開度（絞り量）は
吸入通路２２ｅ内の冷媒の過熱度が所定値となるように
調整される。また、上記室外熱交換器２４は、車室外に
設置されており、電動室外ファン２４ａが制御装置４０
（図２）によって通電制御されると、この室外ファン２
４ａから送風される外気と熱交換するようになってい
る。

【００２４】また、上記電気式膨張弁２６は、制御装置
４０（図２）によって通電制御されることによって、そ
の弁の開度（絞り量）が調節される。ところで、上記制
御装置４０には、図２に示すように、外気温度を検出す
る外気温センサ４１、冷房用室内熱交換器１１の吸込側
空気温度を検出する吸込温度センサ４２、冷房用室内熱
交換器１１を通過した直後の空気温度を検出する蒸発器
後温度センサ４３、暖房用室内熱交換器１２を出た直後
の冷媒温度を検出する室内熱交換器出口温センサ４４、
および室外熱交換器２４を出た直後の冷媒温度を検出す
る室外熱交換器出口温センサ４５からの各検出値が入力
される。

【００２５】また、上記制御装置４０には、圧縮機２２
が吐出した冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ４
６、電気式膨張弁２６の入口冷媒圧力を検出する高圧セ
ンサ４７、インバータ３０の線電流を検出する線電流セ
ンサ４８からの各検出値が入力されるとともに、車室内
前面に設けられたコントロールパネル５０の各レバー、
スイッチからの信号が入力される。

【００２６】このコントロールパネル５０には、図３に
示すように、乗員によって手動操作される以下の部材５
１〜５５が設けられている。ここで、５１は、車室内へ
の吹出空気温度の目標値を設定する温度設定レバー、５
２は、送風機７による送風量を切り換える風量切換レバ
ー、５３は、圧縮機２２の運転を断続させるエアコンス
イッチ、５４は、吹出モードの設定を切り換える吹出モ
ード切換レバー、および５５は、内外気切換モードを切
り換える内外気切換レバーである。

【００２７】このうち、上記温度設定レバー５１は、車
室内への吹出空気温度の目標値を設定するレバーであ
り、制御装置４０は、このレバー５１の設定位置に応じ
て、後述する冷房運転モード時には、冷房用室内熱交換
器１１における空気冷却度合い（具体的には、この熱交
換器１１を通過した直後の空気温度）の目標値を図４に
示すように決定し、後述する除湿運転モード時および暖
房運転モード時には、暖房用室内熱交換器１２における
空気加熱度合い（具体的には、圧縮機２２の吐出冷媒圧
力）の目標値を図５、６に示すように決定する。

【００２８】また、この温度設定レバー５１は、冷凍サ
イクル２１の運転モードを決定するレバーとしても機能
し、制御装置４０は、図７に示すように、このレバー５
１の設定位置に応じて、冷凍サイクル２１の運転モード
を切り換える。すなわち制御装置４０は、レバー５１が
図３左端から右端に移動するに伴って、冷凍サイクル２
１の運転モードが冷房運転モード、除湿運転モード、暖
房運転モードとなるように、四方弁２３、電磁弁２８
ａ、２８ｂを制御する。

【００２９】そして、上記制御装置４０の内部には、図
示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイ
クロコンピュータが設けられ、上記各センサ４１〜４８
およびコントロールパネル５０からの各信号は、制御装
置４０内の図示しない入力回路を経て、上記マイクロコ
ンピュータへ入力される。そして、このマイクロコンピ
ュータが後述する所定の処理を実行し、その結果に基づ
いて、ファンモータ７ａ、電磁式四方弁２３、電動室外
ファン２４ａ、２４ａ、電気式膨張弁２６、電磁弁２８
ａ、２８ｂ、およびインバータ３０を制御する。なお、
制御装置４０は、自動車の図示しないキースイッチがオ
ンされたとき、上記バッテリー３１から電源が供給され
る。

【００３０】ところで、エアコンスイッチ５３がオンさ
れると、その信号が制御装置４０に入力され、圧縮機２
２が起動される。そして、温度コントロールレバー５１
によって冷房運転モードが設定されると、冷媒は図１の
矢印Ｃに示す経路で流れる。すなわち、圧縮機２２が吐
出した高温高圧冷媒は、四方弁２３、逆止弁２９ｂを通
って、室外熱交換器２４に流入し、ここで室外ファン２
４ａにより送風される外気と熱交換してガス冷媒が凝縮
する。次に、室外熱交換器２４から流出した冷媒は、電
磁弁２８ａが閉じているため、逆止弁２９ｄを通って、
電気式膨張弁２６で減圧され、中間圧の気液２相状態と
なる。

【００３１】この中間圧の気液２相冷媒は気液分離器２
５内に流入し、ここで冷媒は飽和ガス冷媒と飽和液冷媒
とに分離される。ガス冷媒は気液分離器２５上部のガス
冷媒出口２５ａからガスインジェクション通路２２ｄ、
逆止弁２９ｅを通って、ガスインジェクションポート２
２ｃに至り、このポート２２ｃから圧縮機２２の圧縮過
程途中の部位に中間圧のガス冷媒がインジェクションさ
れる。

【００３２】一方、気液分離器２５内の液冷媒は、気液
分離器２５の底部近くに開口している液冷媒出口２５ｂ
より流出して温度作動式膨張弁２７で減圧され、電磁弁
２８ｂを通過した後に、冷房用室内熱交換器１１に流入
する。そして、この熱交換器１１内の冷媒は、送風機７
の送風空気から吸熱して蒸発する。この熱交換器１１で
吸熱されて冷却された冷風は、通常、フェイス吹出口９
から車室内へ吹き出され、これによって車室内冷房が行
われる。

【００３３】冷房用室内熱交換器１１で蒸発したガス冷
媒は、冷媒吸入通路２２ｅから圧縮機２２の吸入ポート
２２ｂに吸入される。このとき、冷媒吸入通路２２ｅに
設置された感温筒２７ａにより圧縮機吸入冷媒の温度が
感知され、膨張弁２７に伝達されるので、膨張弁２７
は、圧縮機吸入冷媒が所定の過熱度を持つように、熱交
換１１への流入冷媒の流量を調整する。

【００３４】次に、温度コントロールレバー５１によっ
て除湿運転モードが設定されると、冷媒は図１の矢印Ｄ
に示す経路で流れる。すなわち、圧縮機２２が吐出した
ガス冷媒は、四方弁２３を通って、暖房用室内熱交換器
１２に流入し、ここで送風機７により送風される空気と
熱交換してガス冷媒が凝縮する。そして、この熱交換器
１２から流出した冷媒は、逆止弁２９ｃを通って、電気
式膨張弁２６で減圧され、中間圧の気液２相状態とな
る。

【００３５】この中間圧の気液２相冷媒は気液分離器２
５内に流入し、ここで分離されたガス冷媒は気液分離器
２５上部のガス冷媒出口２５ａからガスインジェクショ
ン通路２２ｄ、逆止弁２９ｅを通って、ガスインジェク
ションポート２２ｃに吸入される。一方、気液分離器２
５内の液冷媒は、液冷媒出口２５ｂより流出して温度作
動式膨張弁２７で減圧された後、開弁している電磁弁２
８ｂを通って、冷房用室内熱交換器１１に流入する。そ
して、この熱交換器１１内の冷媒は、送風機７の送風空
気から吸熱して蒸発する。このとき、電磁弁２８ａが閉
弁しているので、熱交換器１１を出た冷媒は、室外熱交
換器２４側へは流れず、圧縮機２２に吸入される。

【００３６】上述したように、除湿運転モードでは、室
内空調ユニット１内に設置された冷房用室内熱交換器１
１および暖房用室内熱交換器１２の両方に冷媒が流れる
ので、送風機７からの送風空気は、まず冷房用室内熱交
換器１１で冷却、除湿され、その後に暖房用室内熱交換
器１２にて再加熱される。ここで、暖房用室内熱交換器
１２での冷媒放熱量は、冷房用室内熱交換器１１での吸
熱量に圧縮機２２での仕事量を加えたものであるため、
車室内への吹出空気温度は、吸入口３、４、５からの吸
入空気温度より高くなる。従って、除湿を行いながら、
暖房を行うことが可能となる。

【００３７】次に、温度コントロールレバー５１によっ
て暖房運転モードが設定されると、冷媒は図１の矢印Ｈ
に示す経路で流れる。すなわち、圧縮機２２が吐出した
ガス冷媒は、四方弁２３を通って、暖房用室内熱交換器
１２に流入し、ここで送風機７により送風される空気と
熱交換してガス冷媒が凝縮する。ガス冷媒の放熱により
加熱された温風は、主にフット吹出口８から車室内へ吹
き出され、これによって車室内暖房が行われる。

【００３８】そして、暖房用室内熱交換器１２を出た冷
媒は、逆止弁２９ｃを通って、電気式膨張弁２６で減圧
され、中間圧の気液２相状態となる。この中間圧の気液
２相冷媒は気液分離器２５内に流入し、ここで分離され
たガス冷媒は気液分離器２５上部のガス冷媒出口２５ａ
からガスインジェクション通路２２ｄ、逆止弁２９ｅを
通って、ガスインジェクションポート２２ｃに吸入され
る。

【００３９】一方、気液分離器２５内の液冷媒は、液冷
媒出口２５ｂより流出して温度作動式膨張弁２７で減圧
され、逆止弁２９ａを通過した後に、室外熱交換器２４
に流入する。そして、この室外熱交換器２４内の冷媒
は、室外ファン２４ａの送風空気（外気）から吸熱して
蒸発する。室外熱交換器２４で蒸発したガス冷媒は、電
磁弁２８ａを通って、冷媒吸入通路２２ｅから圧縮機２
２の吸入ポート２２ｂに吸入される。

【００４０】次に、制御装置４０のマイクロコンピュー
タによる、電気式膨張弁２６およびインバータ３０につ
いての制御処理について、図８のフローチャートを用い
て説明する。キースイッチがオンされて制御装置４０に
電源が供給されると、図８のルーチンが起動される。そ
して、まずステップ１００にて、上記各センサ４１〜４
８およびコントロールパネル５０からの各信号を読み込
む。そして、次のステップ１１０にて、温度設定レバー
５１の設定位置に応じて、図７に示すように冷凍サイク
ル２１の運転モードを決定する。

【００４１】そして、次のステップ１２０では、上記ス
テップ１１０で決定した運転モードがいずれのモードで
あるかを判定する。そして、冷房運転モードであると判
定されたときはステップ１３０〜１７０の処理を行い、
暖房運転モードであると判定されたときはステップ１８
０〜２８０の処理を行い、除湿運転モードであると判定
されたときはステップ２９０〜３３０の処理を行う。

【００４２】まず、ステップ１２０にて冷房運転モード
であると判定されたときについて説明する。ステップ１
３０では、温度設定レバー５１の設定位置に応じた目標
吹出温度ＴＥＯを、ＲＯＭに記憶された図４に示すマッ
プからサーチすることによって決定する。そして、次の
ステップ１４０にて、蒸発器後温度センサ４３が検出し
た温度（冷房用室内熱交換器１１を通過した直後の空気
温度）が上記ＴＥＯとなるように、インバータ３０を制
御する。

【００４３】そして、次のステップ１５０では、室外熱
交換器２４における凝縮液冷媒の過冷却度（ＳＣ）を、
下記数式１に基づいて算出する。

【００４４】

【数１】ＳＣ＝Ｔ（Ｐh ）−Ｔos ここで、Ｔosは室外熱交換器出口温センサ４５の検出値
である。また、Ｔ（Ｐh ）は、高圧センサ４７の検出値
から算出される冷媒凝縮温度である。すなわち、高圧セ
ンサ４７の検出値は冷媒凝縮圧力に相当するので、本実
施形態では、冷媒凝縮圧力と冷媒凝縮温度との相関関係
を示す図示しないマップをＲＯＭに記憶しておき、高圧
センサ４７の検出値に対応する凝縮温度を、このマップ
からサーチすることによって算出する。

【００４５】そして、次のステップ１６０では、外気温
センサ４１が検出した外気温度に対応する目標過冷却度
（ＳＣＯ）を、ＲＯＭに記憶された図９のマップからサ
ーチすることによって算出する。図９のマップから目標
過冷却度ＳＣＯを算出することにより、室外熱交換器２
４における放熱能力Ｑを最適としながら、冷凍サイクル
２１の冷房ＣＯＰ（＝上記放熱能力Ｑ／圧縮機２２の動
力Ｗ）を最大とすることができる。

【００４６】すなわち、一般的に外気温度が高い夏場で
は、外気温度が高くなる程、車室内を冷房するために圧
縮機２２を働かせて冷房能力を確保する。従って、この
ときには高圧圧力が高くなり、室外熱交換器２４の冷媒
温度も高くなるので、結果的に、この冷媒温度と外気温
度との温度差が大きくなる。すなわち、室外熱交換器２
４における放熱能力Ｑが大きくなる。

【００４７】従って、目標過冷却度ＳＣＯを大きな値と
して算出して、その結果、圧縮機２２の動力Ｗが大きく
なっても、それ以上に能力Ｑが大きくなって冷房ＣＯＰ
が大きくなるので、外気温度が高いときには、目標過冷
却度ＳＣＯを大きな値として算出する。そして、次のス
テップ１７０では、ステップ１５０で算出した過冷却度
ＳＣがステップ１６０で算出した目標過冷却度ＳＣＯと
なるように、電気式膨張弁２６の開度を制御する。具体
的には、まず上記ＳＣとＳＣＯとの偏差（ΔＳＣ）を算
出し、その後、この偏差ΔＳＣに対応する電気式膨張弁
２６の増減開度ΔＥＶＣを、ＲＯＭに記憶された図示し
ないマップから算出する。そして、現在の電気式膨張弁
２６の開度に上記増減開度ΔＥＶＣだけ増減させる。

【００４８】次に、上記ステップ１２０にて除湿運転モ
ードであると判定されたときについて説明する。ステッ
プ２９０では、温度設定レバー５１の設定位置に応じた
目標高圧圧力ＰＣＯを、ＲＯＭに記憶された図５に示す
マップからサーチすることによって決定する。そして、
次のステップ３００にて、高圧センサ４７が検出した高
圧圧力が上記ＰＣＯとなるように、インバータ３０を制
御する。

【００４９】そして、次のステップ３１０では、暖房用
室内熱交換器１２における凝縮液冷媒の過冷却度ＳＣ
を、下記数式２に基づいて算出する。

【００５０】

【数２】ＳＣ＝Ｔ（Ｐh ）−Ｔcs ここで、Ｔcsは室内熱交換器出口温センサ４４の検出値
である。そして、次のステップ３２０では、蒸発器後温
度センサ４３が検出した蒸発器後温度に対応する目標過
冷却度ＳＣＯを、ＲＯＭに記憶された図１０のマップか
らサーチすることによって算出する。図１０のマップか
ら目標過冷却度ＳＣＯを算出することにより、暖房用室
内熱交換器１２における放熱能力Ｑを最適としながら、
冷凍サイクル２１の除湿ＣＯＰ（＝上記放熱能力Ｑ／圧
縮機２２の動力Ｗ）を最大とすることができる。

【００５１】すなわち、蒸発器後温度センサ４３が検出
する蒸発器後温度は、暖房用室内熱交換器１２を通過す
る空気温度に相当する。従って、上記蒸発器後温度が低
いということは、暖房用室内熱交換器１２内の冷媒温度
と、この熱交換器１２を通過する空気温度との温度差が
大きいということである。すなわち、上記放熱能力Ｑが
大きいということである。

【００５２】従って、目標過冷却度ＳＣＯを大きな値と
して算出して、その結果、圧縮機２２の動力Ｗが大きく
なっても、それ以上に能力Ｑが大きくなって除湿ＣＯＰ
が大きくなるので、蒸発器後温度が低いときには、目標
過冷却度ＳＣＯを大きな値として算出する。そして、次
のステップ３３０では、ステップ３１０で算出した過冷
却度ＳＣがステップ３２０で算出した目標過冷却度ＳＣ
Ｏとなるように、電気式膨張弁２６の開度を制御する。
このステップ３３０の具体的な制御方法はステップ１７
０と同じであるため、その説明は省略する。

【００５３】次に、上記ステップ１２０にて暖房運転モ
ードであると判定されたときについて説明する。ステッ
プ１８０では、温度設定レバー５１の設定位置に応じた
目標高圧圧力ＰＣＯを、ＲＯＭに記憶された図６に示す
マップからサーチすることによって決定する。そして、
次のステップ１９０にて、高圧センサ４７が検出した高
圧圧力が上記ＰＣＯとなるように、インバータ３０を制
御する。

【００５４】そして、次のステップ２００では、暖房用
室内熱交換器１２における凝縮液冷媒の過冷却度ＳＣ
を、上記数式２に基づいて算出する。そして、次のステ
ップ２１０では、吸込温度センサ４２が検出した吸込温
度に対応する目標過冷却度ＳＣＯを、ＲＯＭに記憶され
た図１１のマップからサーチすることによって算出す
る。図１１のマップから目標過冷却度ＳＣＯを算出する
ことにより、暖房用室内熱交換器１２における放熱能力
Ｑを最適としながら、冷凍サイクル２１の暖房ＣＯＰ
（＝上記放熱能力Ｑ／圧縮機２２の動力Ｗ）を最大とす
ることができる。

【００５５】すなわち、暖房運転モード時には、冷房用
室内熱交換器１１内に冷媒が流れないので、吸込温度セ
ンサ４２が検出する吸込温度（冷房用室内熱交換器１１
の吸込側空気温度）は、暖房用室内熱交換器１２を通過
する空気温度に相当する。従って、上記吸込温度が低い
ということは、暖房用室内熱交換器１２内の冷媒温度
と、この熱交換器１２を通過する空気温度との温度差が
大きいということである。すなわち、上記放熱能力Ｑが
大きいということである。

【００５６】従って、目標過冷却度ＳＣＯを大きな値と
して算出して、その結果、圧縮機２２の動力Ｗが大きく
なっても、それ以上に能力Ｑが大きくなって暖房ＣＯＰ
が大きくなるので、蒸発器後温度が低いときには、目標
過冷却度ＳＣＯを大きな値として算出する。そして、次
のステップ２２０では、ステップ２００で算出した過冷
却度ＳＣがステップ２１０で算出した目標過冷却度ＳＣ
Ｏとなるように、電気式膨張弁２６の開度を制御する。
このステップ２２０の具体的な制御方法はステップ１７
０と同じであるため、その説明は省略する。

【００５７】上記ステップ１８０〜２２０の制御によっ
て、基本的には、暖房能力は圧縮機回転数で制御され、
冷凍サイクル２１の効率（ＣＯＰ）が最大となるように
電気式膨張弁２６の開度が制御される。しかし、例えば
車室内の急速暖房初期のように、圧縮機回転数が最高回
転でありながら、高圧圧力が上記目標高圧圧力ＰＣＯに
達していない暖房能力不足のときには、多少、冷凍サイ
クル２１の効率を落としてでも、暖房能力を向上させる
ことを優先させなければならない。

【００５８】従って、本実施形態では、次のステップ２
３０にて、圧縮機回転数が最高回転数でありながら、高
圧センサ４７が検出した高圧圧力が上記目標高圧圧力Ｐ
ＣＯに達していないか否かを判定する。ここで、ＹＥＳ
と判定されたときは暖房能力不足とみなし、ステップ２
４０にて、電気式膨張弁２６を所定量開く。なお、圧縮
機回転数は、制御装置４０に入力されるインバータ周波
数に基づいて検出することができる。

【００５９】これによると、例えば、それまで図１２の
実線で示す状態で冷凍サイクル２１が安定しているとき
に、ステップ２４０の処理によって電気式膨張弁２６を
所定量開くと、冷凍サイクル２１は、図１２の一点鎖線
で示す状態で安定するようになる。従って、圧縮機２２
へのガスインジェクション量が増えるため、圧縮機２２
は、吸入ポート２２ｂから吸入する冷媒循環量に、上記
ガスインジェクションされる冷媒量が加わって、圧縮仕
事をすることになる。これにより、圧縮機２２の仕事量
が増えて冷凍サイクル２１の効率は低下するものの、暖
房用室内熱交換器１２での冷媒放熱量が増加するので、
暖房能力は向上する。これによって、上記暖房能力不足
が解消される。

【００６０】また、上記ステップ２４０の処理によって
電気式膨張弁２６を開いていくと、ガスインジェクショ
ン量が増えていき、上記のように圧縮機２２の仕事量
（負荷）が増えていくので、インバータ３０の負荷が大
きくなっていく。そこで、次のステップ２５０にて、線
電流センサ４８が検出したインバータ３０の線電流が所
定電流以上か否かをみることによって、インバータ３０
が過負荷状態か否かを判定する。そして、ＹＥＳと判定
されたときは、次のステップ２６０にて、電気式膨張弁
２６を所定量閉じる。これによって、圧縮機２２へのガ
スインジェクション量が減るので、インバータ３０が過
負荷にならないように抑えることができる。

【００６１】また、次のステップ２７０では、吐出冷媒
温度センサ４６が検出した吐出冷媒温度が所定温度以上
か否かをみることによって、圧縮機２２が許容温度以上
に加熱されているか否かを判定する。そして、ＹＥＳと
判定されたときは、ステップ２８０にて、電気式膨張弁
２６を所定量開く。これによって、ガスインジェクショ
ン量が増え、吐出温度が下がる。

【００６２】以上説明したように、本実施形態では、暖
房運転モード時において、暖房能力が足りているときに
は、冷凍サイクル２１の効率が最大となるように電気式
膨張弁２６の開度を制御し、急速暖房初期のように暖房
能力が不足しているときには、電気式膨張弁２６の開度
を大きくしてガスインジェクション量を増やし、暖房能
力を向上させるようにしているので、冷凍サイクル２１
の効率向上と暖房能力の確保を両立することができる。

【００６３】（他の実施形態）上記実施形態ては、暖房
能力不足を高圧圧力に基づいて判定するようにしたが、
暖房用室内熱交換器１２を通過した直後の空気温度に基
づいて判定するようにしても良い。要は、暖房用室内熱
交換器１２における暖房能力に関連した物理量に基づい
て判定すれば良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施形態の全体構成図である。

【図２】上記実施形態の制御系のブロック図である。

【図３】上記実施形態のコントロールパネル５０の正面
図てある。

【図４】冷房運転モード時における図３の温度設定レバ
ー５１の設定位置に対する目標吹出温度の関係を示すマ
ップである。

【図５】除湿運転モード時における上記温度設定レバー
５１の設定位置に対する目標高圧圧力の関係を示すマッ
プである。

【図６】暖房運転モード時における上記温度設定レバー
５１の設定位置に対する目標高圧圧力の関係を示すマッ
プである。

【図７】上記温度設定レバー５１の全作動領域に対する
冷凍サイクル運転モードの関係を示す図である。

【図８】上記実施形態のマイクロコンピュータによる制
御フローチャートである。

【図９】上記実施形態の外気温度と目標過冷却度ＳＣＯ
との関係を示すマップである。

【図１０】上記実施形態の蒸発器後温度と目標過冷却度
ＳＣＯとの関係を示すマップである。

【図１１】上記実施形態の吸込温度と目標過冷却度ＳＣ
Ｏとの関係を示すマップである。

【図１２】上記実施形態の冷凍サイクル２１のモリエル
線図である。

【図１３】従来のガスインジェクションを有する装置の
全体構成図である。

【符号の説明】

２…空調ダクト（空気通路）、７…送風機、１１…冷房
用室内熱交換器、１２…暖房用室内熱交換器（凝縮
器）、２１…冷凍サイクル、２２…圧縮機、２２ａ…吐
出ポート、２２ｂ…吸入ポート、２２ｃ…ガスインジェ
クションポート、２２ｄ…ガスインジェクション用通
路、２３…四方弁、２４…室外熱交換器、２５…気液分
離器、２６…電気式膨張弁（第１減圧手段）、２７…温
度作動式膨張弁（第２減圧手段）、４０…制御装置、４
６…吐出冷媒温度センサ（圧縮機温度検出手段）、４８
…線電流センサ（圧縮機負荷検出手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鬼丸 貞久 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 尾崎 幸克 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 審査官 佐野 遵 (56)参考文献 特開 昭60−111851（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−59168（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−112165（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−11205（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−229140（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−347129（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−139824（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−151413（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−77863（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−63272（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/22 B60H 1/32 624 F25B 13/00 311

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気流を発生する送風機（７）と、 この送風機（７）が発生した空気を車室内に導く空気通
   路（２）と、 冷凍サイクル（２１）の低圧冷媒を自身が吸入するため
   の吸入ポート（２２ｂ）、前記冷凍サイクル（２１）の
   中間圧のガス冷媒を導入するためのガスインジェクショ
   ンポート（２２ｃ）、および自身が圧縮した高圧冷媒を
   吐出するための吐出ポート（２２ａ）を有する圧縮機
   （２２）と、 前記空気通路（２）内に設けられるとともに、前記圧縮
   機（２２）の前記吐出ポート（２２ａ）からの高圧冷媒
   を凝縮させる凝縮器（１２）と、 この凝縮器（１２）からの高圧冷媒を中間圧まで減圧す
   るとともに、絞り量が電気的に調節されるように構成さ
   れた第１減圧手段（２６）と、 この第１減圧手段（２６）からの中間圧冷媒を気液分離
   する気液分離器（２５）と、 この気液分離器（２５）で分離された中間圧の液冷媒を
   低圧まで減圧する第２減圧手段（２７）と、 この第２減圧手段（２７）からの低圧冷媒を蒸発させる
   蒸発器（２４）と、 前記気液分離器（２５）で分離された中間圧のガス冷媒
   を前記圧縮機（２２）のガスインジェクションポート
   （２２ｃ）に導くガスインジェクション用通路（２２
   ｄ）と、 前記凝縮器（１２）における暖房能力が所定能力となる
   ように前記圧縮機（２２）の回転数を制御する圧縮機回
   転数制御手段（ステップ１８０、１９０）、および前記
   凝縮器（１２）内の液冷媒の過冷却度が所定の過冷却度
   となるように前記第１減圧手段（２６）の絞り量を制御
   する絞り量制御手段（ステップ２００〜２２０）を備え
   る制御装置（４０）とを備えた車両用空調装置におい
   て、 前記制御装置（４０）は、 前記凝縮器（１２）における暖房能力が前記所定能力に
   達しているか否かを判定する暖房能力判定手段（ステッ
   プ２３０）と、 この暖房能力判定手段（ステップ２３０）によって、前
   記凝縮器（１２）における暖房能力が前記所定能力に達
   していないと判定されたとき、前記第１減圧手段（２
   ６）の絞りを開くように前記第１減圧手段（２６）を制
   御する能力不足時絞り量制御手段（ステップ２４０）と
   を備えることを特徴とする車両用空調装置。
2. 【請求項２】 前記暖房能力判定手段（ステップ２３
   ０）は、前記圧縮機（２２）が最高回転数でありなが
   ら、前記凝縮器（１２）における暖房能力が前記所定能
   力に達しているか否かを判定するように構成されたこと
   を特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
3. 【請求項３】 前記所定の過冷却度は、前記冷凍サイク
   ル（２１）の成績係数が最大となるような過冷却度であ
   ることを特徴とする請求項１または２記載の車両用空調
   装置。
4. 【請求項４】 前記圧縮機（２２）の負荷を検出する圧
   縮機負荷検出手段（４８）を備え、 前記制御装置（４０）は、 前記圧縮機負荷検出手段（４８）が検出した圧縮機（２
   ２）の負荷が所定負荷以上か否かを判定する圧縮機負荷
   判定手段（ステップ２５０）と、 この圧縮機負荷判定手段（ステップ２５０）によって前
   記圧縮機（２２）の負荷が前記所定負荷以上であると判
   定されたとき、前記第１減圧手段（２６）の絞りを閉じ
   るように前記第１減圧手段（２６）を制御する圧縮機高
   負荷時絞り量制御手段（ステップ２６０）とを備えるこ
   とを特徴とする請求項１ないし３いずれか１つ記載の車
   両用空調装置。
5. 【請求項５】 前記圧縮機（２２）の温度を検出する圧
   縮機温度検出手段（４６）を備え、 前記制御装置（４０）は、 前記圧縮機温度検出手段（４６）が検出した圧縮機（２
   ２）の温度が所定温度以上か否かを判定する圧縮機温度
   判定手段（ステップ２７０）と、 この圧縮機温度判定手段（ステップ２７０）によって前
   記圧縮機（２２）の温度が前記所定温度以上であると判
   定されたとき、前記第１減圧手段（２６）の絞りを開く
   ように前記第１減圧手段（２６）を制御する圧縮機高温
   時絞り量制御手段（ステップ２８０）とを備えることを
   特徴とする請求項１ないし４いずれか１つ記載の車両用
   空調装置。
6. 【請求項６】 前記圧縮機（２２）として、電動モータ
   によって駆動される電動式の圧縮機（２２）を用いたこ
   とを特徴とする請求項１ないし５いずれか１つ記載の車
   両用空調装置。