説明

車両用空調装置

【課題】内燃機関の廃熱で室外熱交換器の除霜を確実に行うことを目的とする。
【解決手段】ハイブリッド自動車に搭載され、室外熱交換器、コンプレッサ、及び室内コンデンサによるヒートポンプ機能によって暖房を行う車両用空調装置において、エンジンを停止して暖房している際に、室外熱交換器の着霜が検出された場合に(104)、エンジンオン要求を行うことによってエンジンを始動して(106)、ラジエタ冷却用の電動ファンを逆回転させる(110)と共に、ラジエタの車両前方側に設けたラジエタシャッタを閉じて(112)、エンジン及びラジエタの廃熱で室外熱交換器を除霜する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両用空調装置にかかり、特に、ヒートポンプ機能を備えて暖房を行う車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【0002】
モータとエンジンを備えたハイブリッド自動車の車両用空調装置において暖房を行う場合には、エンジンを停止してモータで走行する際に、暖房の熱源となるエンジン冷却水の温度が低下して暖房能力が低下してしまう。そこで、家庭用エアコンのように、ヒートポンプ機能を備えて暖房を行う車両用ヒートポンプ空調装置が提案されている。
【0003】
例えば、特許文献1に記載の技術では、エンジン、ファン、及びラジエタの車両前側に室外熱交換器を配置すると共に、室外熱交換器の車両前方側にシャッタを設けて車両前方からの走行風がラジエタや室外熱交換器にあたるのを防止するようにして、ヒートポンプの室外熱交換器に着霜がある場合に、ラジエタシャッタを閉じてラジエタ冷却用のファンを逆回転させることによってエンジン廃熱で除霜することが提案されている。
【特許文献1】特開2002−240548号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、ハイブリッド自動車では、エンジンを停止して走行する、所謂エコラン走行において、特許文献1に記載の技術のように、ラジエタシャッタを閉じてラジエタ冷却用のファンを逆回転させることによってエンジン廃熱で除霜しようとしても、エンジンが停止しているため廃熱が少なく除霜を十分にできないことがある。
【0005】
本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、エンジン等の内燃機関の廃熱で室外熱交換器の除霜を確実に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、車室外の熱を冷媒に吸熱させる室外熱交換器と、電力によって駆動され、前記室外熱交換器によって吸熱された冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒の熱を車室内に放熱する室内熱交換器と、前記室外熱交換器の着霜を検出する検出手段と、走行源の内燃機関の始動要求を行う要求手段と、前記内燃機関を停止して前記室外熱交換器、前記圧縮機、及び前記室内熱交換器の冷媒の熱交換サイクルによって車室内を暖房している際に、前記検出手段によって前記室外熱交換器の着霜が検出された場合に、前記内燃機関の始動要求を行うように前記要求手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。
【0007】
請求項1に記載の発明によれば、室外熱交換器によって車室外の熱が冷媒に吸熱され、圧縮によって圧縮される。そして、室内熱交換器によって冷媒の熱が車室内に放熱される。すなわち、室外熱交換器、圧縮機、及び室内熱交換器がヒートポンプとして機能して車室内を暖房することができる。
【0008】
ヒートポンプでは、室外熱交換器に着霜が発生することがあるため、検出手段によって着霜が検出される。例えば、検出手段は、家庭用エアコン等で用いられる一般的な着霜検出方法を適用することができ、一例としては温度が所定温度以下の場合に室外熱交換器が着霜していると判断して着霜を検出することが可能である。
【0009】
一方、要求手段では、走行源の内燃機関の始動要求が行われる。そして、走行源の内燃機関を停止して上述のヒートポンプの機能によって車室内を暖房している際に、検出手段によって室外熱交換器の着霜が検出された場合に、内燃機関の始動要求を行うように要求手段が制御手段によって制御されることによって、内燃機関が始動される。このように、室外熱交換器に着霜が発生した場合に、内燃機関を始動するように制御することで、内燃機関の廃熱で室外熱交換器を確実に除霜することができる。
【0010】
また、電力によって駆動され、内燃機関の熱を放熱するラジエタに送風する電動ファンを更に備える場合には、制御手段は、請求項2に記載の発明のように、要求手段を制御する際に、ラジエタを介して室外熱交換器方向へ送風するように電動ファンを更に制御するようにしてもよい。これによって、内燃機関の廃熱を室外熱交換器へ送風することができ、室外熱交換器を確実に除霜することが可能となる。
【0011】
なお、車両前方に向かって、内燃機関、電動ファン、ラジエタ、及び室外熱交換器の順に配置される場合には、請求項3に記載の発明のように、車両前方から室外熱交換器へ向かう走行風を遮断可能に室外熱交換器の車両前方側に設けられた遮断手段を更に備えて、制御手段が、電動ファンを制御する際に、走行風を遮断するように遮断手段を更に制御するようにしてもよい。すなわち、電動ファンによって車両前方側に向かって送風されるが、走行風によって車両前方側への送風効率が低下するので、遮断手段によって車両前方からの走行風を遮断することによって、内燃機関の廃熱を室外熱交換器へ効率的に送風することができ、除霜を確実に行うことが可能となる。
【0012】
また、遮断手段を備える場合には、請求項4に記載の発明のように、遮断手段と室外熱交換器間に設けられ、電動ファンによる車両後方からの空気を車幅方向へ通気する通気部を更に設けるようにしてもよい。これによって、電動ファンから室外熱交換器へ送風した空気を通気部から通気して逃がすことができ、電動ファンによる送風空気をスムーズに流すことができ、室外熱交換器の除霜効率を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【0013】
以上説明したように本発明によれば、内燃機関を停止して、冷媒の熱交換サイクルによって車室内を暖房している際に、室外熱交換器の着霜が検出された場合に、内燃機関の始動要求を行うように制御することで、内燃機関の廃熱で室外熱交換器の除霜を確実に行うことができる、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置の構成を示す図である。なお、本実施の形態では、ハイブリッド自動車に搭載した車両用空調装置として説明する。
【0015】
本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置10の冷媒の循環サイクルは、コンプレッサ12、室内コンデンサ72、3方弁74、室外熱交換器76、逆止弁78、電磁弁80、82、エバポレータ18、膨張弁84、タンク86、及びコンプレッサ12を含む構成とされており、3方弁74及び2つの電磁弁80、82の切換によって冷凍サイクルとヒートポンプサイクルを切り換えるようになっている。
【0016】
冷凍サイクルの場合には、3方弁74を室外熱交換器76側に切り換えると共に、電磁弁82をオフして電磁弁80をオンする。すなわち、コンプレッサ12によって圧縮された冷媒は、室内コンデンサ72、3方弁74、室外熱交換器76、電磁弁80、膨張弁84、エバポレータ18の順に通過してタンク86に戻ってくる。
【0017】
冷凍サイクルでは、コンプレッサ12によって圧縮された高温高圧の冷媒が室外熱交換器76で放熱されて高圧低温の冷媒となって膨張弁84で減圧されることによって、液化している冷媒が気化されることにより、エバポレータ18を通過する空気が冷却される。この時、エバポレータ18では、通過する空気を冷却することにより、空気中の水分を結露させるようになっており、これにより、エバポレータ18後の空気が除湿される。
【0018】
また、ヒートポンプサイクルの場合には、3方弁74を逆止弁78側に切り換えると共に、電磁弁82をオンして電磁弁80をオフする。すなわち、コンプレッサ12によって圧縮された冷媒は、室内コンデンサ72、3方弁74、逆止弁78、室外熱交換器76、電磁弁82を通ってタンク86に戻ってくる。
【0019】
ヒートポンプサイクルでは、高温高圧の冷媒が逆止弁78で減圧されて室外熱交換器76で吸熱される。そして、タンク86に戻ってからコンプレッサ12で圧縮され、高温高圧の冷媒とされて室内コンデンサ72で放熱される。
【0020】
本実施形態では、車両用空調装置10のコンプレッサ12は、電動式のコンプレッサを適用し、車両の動力(例えば、エンジン16やモータ等)を動作しない場合でもモータ20によって冷媒の循環が可能なように構成されている。なお、車両の動力が作動している時には、車両の動力によってコンプレッサ12を駆動するようにしてもよい。
【0021】
空調ダクト22内のエバポレータ18の下流に、エアミックスダンパ36が設けられ、エアミックスダンパ36の下流にヒータコア38、及び室内コンデンサ72が順に設けられている。すなわち、エバポレータ18後の空気は、ヒータコア38、及び室内コンデンサ72の少なくとも一方によって温められるようになっており、エアミックスダンパ36がエアミックスダンパ用アクチュエータ40の駆動によって回動してエバポレータ18の空気の、ヒータコア38や室内コンデンサ72を通過する量とヒータコア38や室内コンデンサ72をバイパスする量を調整する。ヒータコア38は、エンジン冷却水が循環しており、エンジン16によって加熱されたエンジン冷却水の熱を用いてエアミックスダンパ36によって案内された空気を加熱する。
【0022】
エバポレータ18後の空気は、エアミックスダンパ36の開度に応じてヒータコア38や室内コンデンサ72へ案内されて加熱され、さらに、ヒータコア38や室内コンデンサ72によって加熱されていない空気と混合された後に、図示しない空気吹出し口へ向けて送出される。車両用空調装置10では、エアミックスダンパ36をコントロールして、エバポレータ18後の冷風と、ヒータコア38や室内コンデンサ72によって加熱された温風の混合状態を調節することで、空気吹出し口から車室内へ向けて吹き出す空気の温度調整を行う。
【0023】
空気吹出し口の近傍には、吹出し口切換ダンパが設けられている。車両用空調装置10では、これらの吹出し口切換ダンパによって空気吹出し口を開閉することにより、温度調整した空気を所望の位置から車室内へ吹き出すことができる。なお、この吹出し口切換ダンパの作動は、車両用空調装置10が設定された運転モードに応じて吹出し口切換ダンパ用アクチュエータ44を駆動することによって行われる。
【0024】
また、本実施形態に係わる車両用空調装置10は、車両用空調装置10の各種制御を行うためのエアコンECU(Electronic Control Unit)14を備えている。エアコンECU14には、ブロアファンの回転速度を制御するブロアファン速度制御装置48、吸い込み口切換ダンパ用アクチュエータ32、エアミックスダンパ用アクチュエータ40、吹出し口切換ダンパ用アクチュエータ44、コンプレッサ12のモータ20、外気温センサ52、車室内温度センサ54、日射センサ56、及びエバポレータ後温度センサ60が接続されていると共に、車両用空調装置10の温度設定や吹出し口の選択等を行うための温度設定装置58等が接続されており、外気温センサ52、車室内温度センサ54、日射センサ56、エバポレータ後温度センサ60の検出値がエアコンECU14に入力され、各センサの検出値に基づいて温度設定装置58の設定等に応じた各種制御を行うようになっている。
【0025】
さらに、エアコンECU14には、室外熱交換器76の着霜状態を検出する着霜状態検出センサ24、エンジンECU62、電動ファン34、エンジン冷却水の水路に設けられラジエタへ流入する冷却水を制御するサーモ開閉部26、エンジン冷却水を循環させる電動ウオータポンプ(W/P)28及び後述するラジエタシャッタ30が接続されている。
【0026】
エアコンECU14は、着霜状態検出センサ24の検出結果から室外熱交換器76の着霜が検出された場合に、電動ファン34、サーモ開閉部26、W/P28、及びラジエタシャッタ30を制御して除霜する。
【0027】
なお、図1では、電動ファン34、W/P28及びサーモ開閉部26はエアコンECU14に直接接続された例を示すが、エンジンECU62がエンジン冷却水温度に応じてサーモ開閉部26、W/P28、電動ファン34等を制御する必要があるためエンジンECU62に接続するようにしてもよい。また、ラジエタシャッタ30についても同様にエンジンECU62に接続するようにしてもよい。また、着霜状態検出センサ24は、家庭用エアコン等に用いるセンサを適用することができ、例えば、サーミスタ等によって温度検出するセンサを適用することができる。また、着霜状態検出センサ24は着霜状態として温度を検出してエアコンECU14が室外熱交換器76の着霜を検出するようにしてもよいし、着霜状態検出センサ24が着霜となる温度等を検出した場合に信号をエアコンECU14に出力することで室外熱交換器76の着霜を検出するようにしてもよい。
【0028】
ラジエタシャッタ30は、モータ等によって開閉可能とされ、ラジエタシャッタ30の開閉によってラジエタへの走行風があたるか否かが制御される。また、ラジエタシャッタ30は、図2に示すように、車両全端部付近に設けられており、ラジエタシャッタ30の車両後方側には、室外熱交換器76、ラジエタ70、電動ファン34、エンジン16の順に配置されている。また、ラジエタシュラウド42の車両左右側のラジエタシャッタ30と室外熱交換器76間には、ラジエタシュラウド42内の圧力によって開閉する開閉シャッタ46が設けられており、開閉シャッタ46は、車両内側方向に付勢するスプリング等によって付勢され、ラジエタシュラウド42内の圧力が所定値以上になった場合に、車両外側方向に開放されるようになっている。
【0029】
すなわち、エアコンECU14は、着霜状態検出センサ24の検出結果から室外熱交換器76の着霜が検出されない場合には、図3(A)に示すように、ラジエタシャッタ30を開放して、室外熱交換器76及びラジエタ70に走行風があたるように制御する。また、この時、エンジンECU62の制御によってエンジン冷却水温度が所定温度以上の場合に電動ファン34が駆動されて、エンジン冷却水の温度があがり過ぎないように制御される。
【0030】
そして、エアコンECU14は、着霜状態検出センサ24の検出結果から室外熱交換器76の着霜が検出された場合には、図3(B)に示すように、ラジエタシャッタ30を閉じて、走行風が室外熱交換器76にあたらないように制御し、エンジンECU62に電動ファン34を駆動する指示を出力することにより電動ファン34を通常(空気を車両に引き込む方向)とは逆方向(車室外へ空気を吹き出す方向)に回転させることによって、ラジエタ70やエンジン16の廃熱を利用して除霜する。この時、エンジン16を停止してモータ等で走行している場合には、ラジエタ70やエンジン16の廃熱温度が低いため、エンジン始動要求を行うと共に、サーモを開放してW/P28を駆動することによって効率的に除霜する。
【0031】
続いて、上述のように構成された本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置10のエアコンECU14で行われる処理について説明する。
【0032】
本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置10は、上述したようにヒートポンプによる暖房が可能となっている。また、本実施の形態では、ハイブリッド自動車に搭載されるため、所謂エコラン等によってエンジン16を停止して走行する場合があるが、この場合には、室外熱交換器に着霜して暖房できなくなってしまう。そこで、本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置10のエアコンECU14は、除霜処理を行うようになっている。
【0033】
ここで、本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置10のエアコンECU14で行われる除霜処理について説明する。図4は、本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置10のエアコンECU14で行われる除霜処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図4のフローチャートは、車両用空調装置10による車室内の暖房中に、エコラン等によってエンジン16を停止した場合に開始するものとして説明する。この時エンジン16の停止の検出は、例えば、エアコンECU14がエンジンECU62からエンジン停止情報を取得することで検出することが可能である。
【0034】
まず始めにステップ100では、暖房中か否かエアコンECU14によって判定される。該判定は、温度設定装置58等によって暖房が指示されているか否かや暖房が必要な温度設定か否か等を判定することによって行われ、該判定が否定された場合にはそのまま処理を終了し、肯定された場合にはステップ102へ移行する。
【0035】
ステップ102では、着霜状態検出センサ24の検出結果がエアコンECU14によって取得されてステップ104へ移行する。
【0036】
ステップ104では、着霜状態検出センサ24の検出結果から室外熱交換器76に着霜が発生しているか否かエアコンECU14によって判定され、該判定が否定された場合にはステップ126へ移行し、肯定された場合にはステップ106へ移行する。
【0037】
ステップ106では、エアコンECU14からエンジンECU62に対してエンジン始動要求が出力されてステップ108へ移行する。すなわち、エコラン等により停止していたエンジン16が再始動される。
【0038】
ステップ108では、エアコンECU14によってW/P28が作動されると共にサーモ開閉部26が開放されてステップ110へ移行する。すなわち、サーモ開閉部26が開放されてW/P28が作動されることによって、エンジン16によって加熱されたエンジン冷却水がラジエタ70に循環する。
【0039】
ステップ110では、エアコンECU14からエンジンECU62に対して電動ファン34の作動要求が行われることによって、電動ファン34が逆回転で作動されてステップ112へ移行する。
【0040】
ステップ112では、エアコンECU14によってラジエタシャッタ30が閉じられてステップ114へ移行する。すなわち、図3(B)に示すよう、電動ファン34の逆回転作動によって、エンジン16及びラジエタ70の廃熱が室外熱交換器76に送風されて除霜される。この時、ラジエタシャッタ30が閉じられているので、車両前方からの走行風が遮断されるので、エンジン16やラジエタ70の廃熱を室外熱交換器76へ効率的に送風することができ、除霜を確実に行うことができる。さらにこの時、ラジエタシュラウド42の内圧が高くなるため、ラジエタシュラウド42の開閉シャッタ46が開放されて電動ファン34による送風がラジエタシュラウド42の外へ排出される。これによって、電動ファン34から室外熱交換器76へ送風した空気を開閉シャッタ46から逃がすことができ、スムーズに空気循環が行われ、室外熱交換器76を効率的に除霜することができる。なお、本実施の形態では、車両の走行状態に拘わらずラジエタシャッタ30を閉じて除霜を行うようにしたが、これに限るものではなく、停止中の場合には、電動ファン34による送風が車両前方へ抜けるため、ラジエタシャッタ30を開いたままの状態にしてもよい。
【0041】
次にステップ114では、着霜状態検出センサ24の検出結果がエアコンECU14によって取得されてステップ116へ移行して、エアコンECU14によって室外熱交換器76が着霜しているか否か再び判定され、該判定が否定された場合には、ステップ114に戻って判定が肯定されるまで当該処理が繰り返され、判定が肯定されたところでステップ118へ移行する。
【0042】
ステップ118では、エアコンECU14からエンジンECU62に対してエンジンオフ要求が出力されてステップ120へ移行する。すなわち、室外熱交換器76の着霜が解消されたところで再びモータによる走行へ移行する。
【0043】
ステップ120では、エアコンECU14によってW/P28が停止されると共にサーモ開閉部26が閉じられてステップ122へ移行する。
【0044】
ステップ122では、エアコンECU14からの作動要求による電動ファン34の作動が停止されてステップ124へ移行する。
【0045】
ステップ124では、エアコンECU14によってラジエタシャッタ30が開放されてステップ126へ移行する。
【0046】
そして、ステップ126では、暖房停止か否かエアコンECU14によって判定される。該判定は、温度設定装置58等によって暖房の停止指示がなされたか否か、或いは所定の温度以下の空調指示が行われたか否か等を判定し、該判定が否定された場合にはステップ102に戻って上述の処理が繰り返され、判定が肯定されたところで一連の処理を終了する。
【0047】
このようにエアコンECU14が除霜処理を行うことによって、ハイブリッド自動車においてエンジン16を停止して走行している場合でも、エンジン廃熱で室外熱交換器76の除霜を確実に行うことができる。
【0048】
なお、上記の実施の形態における除諸処理のステップ106〜112の順序は、これに限るものではなく、他の順序で処理を行うようにしてもよい。また、ステップ118〜124の順序も同様にこれに限るものではなく、他の順序で処理を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置の構成を示す図である。
【図2】ラジエタシャッタ、室外熱交換器、ラジエタ、電動ファン、及びエンジンの位置関係を示す図である。
【図3】(A)はラジエタシャッタを開放した場合の空気の流れを示す図であり、(B)はラジエタシャッタを閉じて電動ファンを逆回転させた場合の空気の流れを示す図である。
【図4】本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置のエアコンECUで行われる除霜処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【0050】
10 車両用空調装置
12 コンプレッサ
14 エアコンECU
16 エンジン
20 モータ
24 着霜状態検出センサ
30 ラジエタシャッタ
34 電動ファン
46 開閉シャッタ
62 エンジンECU
70 ラジエタ
72 室内コンデンサ
76 室外熱交換器

【特許請求の範囲】
【請求項1】
車室外の熱を冷媒に吸熱させる室外熱交換器と、
電力によって駆動され、前記室外熱交換器によって吸熱された冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮された冷媒の熱を車室内に放熱する室内熱交換器と、
前記室外熱交換器の着霜を検出する検出手段と、
走行源の内燃機関の始動要求を行う要求手段と、
前記内燃機関を停止して前記室外熱交換器、前記圧縮機、及び前記室内熱交換器の冷媒の熱交換サイクルによって車室内を暖房している際に、前記検出手段によって前記室外熱交換器の着霜が検出された場合に、前記内燃機関の始動要求を行うように前記要求手段を制御する制御手段と、
を備えた車両用空調装置。
【請求項2】
電力によって駆動され、前記内燃機関の冷却水の熱を放熱するラジエタに送風する電動ファンを更に備え、前記制御手段が、前記要求手段を制御する際に、前記ラジエタを介して前記室外熱交換器方向へ送風するように前記電動ファンを更に制御することを特徴とする請求項1に記載の車両用空調装置。
【請求項3】
車両前方に向かって、前記内燃機関、前記電動ファン、前記ラジエタ、及び前記室外熱交換器の順に配置され、車両前方から前記室外熱交換器へ向かう走行風を遮断可能に前記室外熱交換器の車両前方側に設けられた遮断手段を更に備え、前記制御手段が、前記電動ファンを制御する際に、前記走行風を遮断するように前記遮断手段を更に制御することを特徴とする請求項2に記載の車両用空調装置。
【請求項4】
前記遮断手段と前記室外熱交換器間に設けられ、前記電動ファンによる車両後方からの空気を車幅方向へ通気する通気部を更に備えることを特徴とする請求項3に記載の車両用空調装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2008−221997(P2008−221997A)
【公開日】平成20年9月25日(2008.9.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−62362(P2007−62362)
【出願日】平成19年3月12日(2007.3.12)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】