JP3008137B2 - 車両用空調装置の補助ヒータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ヒートポンプ式空調
装置を使用した車両用空調装置において、暖房運転時の
補助として設けられた補助ヒータの補助ヒータ制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のヒートポンプ式空調装置の補助電
源器の運転制御において、特開昭５７−９２６４２号公
報には、室内温度検出回路、吹出温度検出回路、マイク
ロコンピュータ、出力制御回路、補助電熱器、及びコン
プレッサによって構成され、このコンプレッサが運転し
ていて、かつ、吹出温度が所定の温度以下の時のみ補助
電熱器を運転し、コンプレッサの運転開始及び補助電熱
器の停止時、所定ａ時間内は補助電熱器の運転を禁止す
るものが開示されており、ヒートポンプの能力が充分で
あるか否かを吹出温度によって判定して、ヒートポンプ
の能力が不十分なときのみ補助電熱器を使用して省電力
制御を達成するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の引例に
おいては、コンプレッサ稼動時において補助電熱器を吹
出温度のみにより制御しているために、吹出温度が所定
値よりも低い場合には、コンプレッサに余力があるにも
関わらず補助電熱器がオンしてしまい電力の消費が大き
くなるという欠点があった。これは、ヒートポンプ式空
調装置が電気自動車に使用される場合に、走行距離等に
大きな影響を与えるものである。

【０００４】このためにこの発明は、補助電熱器（補助
ヒータ）の使用を吹出温度のみならず、コンプレッサ回
転数によっても制限し、補助ヒータの電力消費を低減し
た車両用空調装置の補助ヒータ制御装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】しかして、この発明を図
１により説明すると、少なくとも２つの熱交換器、膨張
弁、コンプレッサ、及び冷媒の移動方向を換える四方弁
とによって構成される熱交換サイクルの一方の熱交換器
と、補助ヒータ８を空調ダクト内に有し、前記四方弁を
切り換えることによって暖房又は冷房を行う車両用空調
装置において、前記空調ダクト内に配された一方の熱交
換器の吹出温度を検出する吹出温度検出手段１００と、
空調レベルを設定するレベル設定手段１１０と、前記吹
出温度検出手段１００によって検出された吹出温度及び
前記レベル設定手段によって設定された空調レベルに基
づきコンプレッサの回転数を演算するコンプレッサ回転
数演算手段１２０と、空調装置の運転が暖房モードであ
り、前記吹出温度が所定値以下で、前記コンプレッサ回
転数演算手段によって演算されたコンプレッサ回転数が
所定値以上である場合に補助ヒータの稼動を決定する補
助ヒータ稼動判定手段１３０と、この補助ヒータ稼動判
定手段１３０によって補助ヒータ８の稼動が決定された
場合に、補助ヒータ８へ通電する補助ヒータ制御手段１
４０とを具備することにある。

【０００６】

【作用】したがってこの発明においては、吹出温度検出
手段１００によって検出された吹出温度と、前記吹出温
度及びレベル設定手段１１０によって設定された空調レ
ベルによって演算されたコンプレッサ回転数とによっ
て、補助ヒータ稼動判定手段１３０において、空調装置
が暖房モードであり、吹出温度が所定値以下で、コンプ
レッサ回転数が所定値以上であると判定された場合、コ
ンプレッサ能力が最大で稼動しているにも関わらず、吹
出温度が低いと判定されるために、補助ヒータ８へ通電
することによってダクト内に配された一方に熱交換器の
加熱不足を補うことができ、また空調装置が暖房モード
で前記吹出温度が所定値以下であっても、コンプレッサ
回転数が所定値以下である場合にはコンプレッサ能力に
余力があると判定して補助ヒータへの通電を停止するた
めに、上記課題が達成できるものである。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の実施例について図面により
説明する。

【０００８】図２において示されるヒートポンプ式空調
装置１は、空調ダクト２の最上流に内気導入口３及び外
気導入口４を有しており、これら内気導入口３及び外気
導入口４は、内外気切換ドア５によって開閉されるもの
である。

【０００９】この下流側には、送風機６が設けられ、こ
の送風機６の下流側には、温調手段として下記する熱交
換サイクルの一部を構成するダクト内熱交換器７、電熱
器からなる補助ヒータ８、補助ヒータ８の上流側を開閉
するエアミックスドア９、及び補助ヒータ８の下流側を
開閉するサブドア１０が設けられている。

【００１０】空調ダクト２の最下流には、ベント吹出口
１１、デフ吹出口１２、及びフット吹出口１３が開口し
ており、モードドア１５により適宜開閉されて各々のダ
クト１６，１７，１８を介して図示しない車室内に吹き
出して車室内を温調するものである。

【００１１】熱交換サイクルは、前記ダクト内熱交換器
７、膨張弁１９、ダクト外熱交換器２０、四方弁２１、
コンプレッサ２２、アキュムレータ２３が直列に配管結
合されて構成されており、四方弁２１の切換によってコ
ンプレッサ２２、四方弁２１、ダクト内熱交換器７、膨
張弁１９、ダクト外熱交換器２０、四方弁２１、及びア
キュムレータ２３を経てコンデンサ２２に回帰する暖房
用熱交換サイクルと、コンプレッサ２２、四方弁２１、
ダクト外熱交換器２０、膨張弁１９、ダクト内熱交換器
７、四方弁２１、及びアキュムレータ２３を経てコンプ
レッサ２２に回帰する冷房用熱交換サイクルが形成され
るものである。尚、２４は、コンプレッサ２２を回転さ
せるための電動モータである。

【００１２】前記暖房用熱交換サイクルにおいて、コン
プレッサ２２によって圧縮された高温高圧の気体冷媒
は、四方弁２１を経てダクト内熱交換器７に至る。この
ダクト内熱交換器７は、この場合凝縮器（コンデンサ）
の役目をするもので、このダクト内熱交換器７を通過す
る空気に放熱することによって冷媒を低温高圧の液体冷
媒に凝縮するものである。この低温高圧の液体冷媒は、
膨張弁１９を通過することによって霧状の低圧低温の冷
媒となり、ダクト外熱交換器２０に至る。このダクト外
熱交換器２０は、この場合蒸発器（エバポレータ）の役
目をするもので、ダクト外熱交換器２０を通過する空気
の熱を吸収することによって気化し、高温低圧の気体冷
媒になり、四方弁２１を介してアキュムレータ２３に至
り、ここで気液分離が成されてコンプレッサ２２に回帰
するものである。これによって、空調ダクト２内を通過
する空気は、加熱されるものである。

【００１３】前記冷房用熱交換サイクルにおいて、四方
弁２１が切り替わることによって、ダクト内熱交換器
７、膨張弁１９、ダクト外熱交換器２０を通過する冷媒
の流れが逆になり、これによってダクト内熱交換器７が
エバポレータに、ダクト外熱交換器２０がコンデンサの
役目をすることによって、空調ダクト２内を通過する空
気は冷却されるものである。

【００１４】以上の構成の空調装置１において、内外気
切換ドア５によって選択された内気導入口３又は外気導
入口４から、送風機６の駆動によって吸入された内気又
は外気は、ダクト内熱交換器７を通過することによって
加熱又は冷却され、モードドア１５によって選択された
吹出口１１，１２，１３からダクトを介して車室内に吹
き込み、車室内を温調するものである。また、暖房の場
合に、ダクト内熱交換器７による加熱能力の不足を補う
ために、補助ヒータ８への通電が制御回路２５を介して
行われ、エアミックスドア９及びサブドア１０が開放す
ることによって、ダクト内熱交換器７を通過して加熱さ
れた空気をさらに加熱することができるものである。ま
た、冷房時には、エアミックスドア９及びサブドア１０
を閉鎖し、補助ヒータ８の熱影響及び空気抵抗の増加を
抑制するものである。

【００１５】この空調装置１を制御するために、マイク
ロコンピュータ２６が設けられ、ダクト内熱交換器７の
吹出位置に設けられた温度センサ２７からの信号をＡ／
Ｄ変換器２８を介して入力し、さらに下記する操作パネ
ル２９からの信号が入力され、所定のプログラムに従っ
て処理して制御信号を出力するものである。このマイク
ロコンピュータ２６は、図示しない中央演算処理装置
（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出
専用メモリ（ＲＯＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）等から
なるそれ自体公知のものである。

【００１６】操作パネル２９は、送風機６の稼動をオン
オフするＯＮスイッチ３１、暖房モード、冷房モード、
オフモードの切換をするＡ／Ｃスイッチ３１、吸入空気
モードを内気循環モード（ＲＥＣ）に設定するＲＥＣス
イッチ３２、吸入空気モードを外気導入モード（ＦＲ
Ｅ）に設定するＦＲＥスイッチ３３、吹出モードをデフ
吹出モードに設定するＤＥＦスイッチ３４、吹出モード
をデフフットモードに設定するＦ／Ｄスイッチ３５、吹
出モードをフット吹出モードに設定するＦＯＯＴスイッ
チ３６、吹出モードをバイレベルモードに設定するＢ／
Ｌスイッチ３７、吹出モードをベント吹出モードに設定
するＶＥＮＴスイッチ３８、送風機６の風量を設定する
ＦＡＮスイッチ３９、及び空調レベルをフルホット（Ｆ
／Ｈ）からフルクール（Ｆ／Ｃ）にリニアに変化させる
スライドスイッチからなる空調レベル設定器４０によっ
て構成されている。

【００１７】前記マイクロコンピュータ２６から出力さ
れた制御信号は、各出力回路４２ａ〜４２ｇに入力さ
れ、これによって内外気切換ドア５を駆動するアクチュ
エータ４３ａ、送風機６、コンプレッサを駆動するモー
タ２４、四方弁２１、補助ヒータ２５を制御する制御回
路２５、エアミックスドア９及びサブドア１０を駆動す
るアクチュエータ４３ｂ、及びモードドア１５を駆動す
るアクチュエータ４３ｃが制御されるものである。

【００１８】図３及び図４に前記マイクロコンピュータ
２６によって実行されるコンプレッサ制御及び補助ヒー
タ制御のプログラムのフローチャートを示し、以下この
フローチャートに従って説明する。

【００１９】図示しないイグニッションスイッチの投入
によって開始される空調制御の一部を構成するコンプレ
ッサ制御は、ステップ２００において空調制御のメイン
ルーチンから、タイマ割り込み若しくはジャップ命令等
によって定期的に開始されるもので、ステップ２１０に
おいて異常が発生したか否か、ステップ２２０において
送風機（ＢＬＯ）６の駆動が停止状態にあるか否かの判
定がなされる。この判定において、異常の発生がなくＯ
Ｎスイッチ３０の投入によって送風機６が駆動している
状態であると判定された場合にはステップ２３０に進ん
でＡ／Ｃスイッチ３１に判定を行い、異常が発生してい
る場合若しくは送風機６が停止状態にある場合にはステ
ップ４１０に進むものである。

【００２０】ステップ２３０の判定において、Ａ／Ｃス
イッチ３１がヒート（ＨＥＡＴ）モード（暖房モード）
に設定されている場合にはステップ２４０に進んで暖房
制御を実行し、クール（ＣＯＯＬ）モード（冷房モー
ド）に設定されている場合にはステップ３１０に進んで
冷房制御を実行し、ＯＦＦに設定されている場合にはス
テップ４１０に進むものである。

【００２１】ステップ２４０から開始される暖房制御に
おいて、ステップ２４０においてコンプレッサの一次設
定回転数Ｎ１の演算が成される。この演算は、図５に示
す空調レベル設定器４０のレバー位置とコンプレッサ回
転数の特性線図に従って設定されるもので、レバーがフ
ルホット（Ｆ／Ｈ）位置にある場合には暖房要求が高い
ためにコンプレッサ回転数を５７５０〔ｒｐｍ〕とし、
フルクール（Ｆ／Ｃ）位置にある場合には暖房要求が低
いためにコンプレッサ回転数を２０００〔ｒｐｍ〕とし
て、その間をレバー位置によってリニアに変化させて設
定するものである。

【００２２】このステップ２４０によって一次設定回転
数Ｎ１が演算された後、ステップ２５０において、ダク
ト内熱交換器７の吹出温度Ｔｅが４５℃以下であるか否
かの判定が成される。この判定において、吹出温度Ｔｅ
が４５℃以下であると判定された場合には、ステップ２
６０において一次設定回転数Ｎ１をそのまま２次設定回
転数Ｎ２とし、吹出温度Ｔｅが４５℃以上の場合ステッ
プ２７０において下記する数式１によって補正するもの
である。

【００２３】

【数１】Ｎ２＝Ｎ１＋１５０（４５−Ｔｅ）

【００２４】これによって、吹出温度Ｔｅが４５℃以上
の場合には、その温度差分コンプレッサ回転数を低下さ
せて適切な温調を行うようにするものである。

【００２５】ステップ２８０において、２次設定回転数
Ｎ２が暖房を維持しうる最低回転数である２０００〔ｒ
ｐｍ〕以下であるか否かの判定がなされ、上記数式１に
よる演算によって２次設定回転数Ｎ２が２０００〔ｒｐ
ｍ〕以下の場合は、ステップ２９０において２次設定回
転数を２０００〔ｒｐｍ〕に維持するものである。

【００２６】前記ステップ２８０において、２次設定回
転数Ｎ２が２０００〔ｒｐｍ〕以上である場合、前記ス
テップ２９０において２次設定回転数Ｎ２が２０００
〔ｒｐｍ〕に設定された後は、ステップ３００に進ん
で、コンプレッサ２２の回転数Ｎが図７に示す特性線図
により演算されるものである。尚、この特性線図には５
００〔ｒｐｍ〕のヒステリシスが設けられており、コン
プレッサ回転数の下降時又は上昇時における温度の急激
な変化を抑制するように、下降時の回転数が上昇時の回
転数よりも高くなるように設定したものである。

【００２７】前記ステップ３１０から開始される冷房制
御において、ステップ３１０において１時設定回転数Ｎ
１が演算される。この演算は、図６に示す空調レベル設
定器４０のレバー位置とコンプレッサ回転数の特性線図
に従って設定されるもので、レバーがフルクール（Ｆ／
Ｃ）位置にある場合には冷房要求が高いためにコンプレ
ッサ回転数を４５００〔ｒｐｍ〕とし、フルホット（Ｆ
／Ｈ）位置にある場合には冷房要求が低いためにコンプ
レッサ回転数を１５００〔ｒｐｍ〕として、その間をレ
バー位置によってリニアに変化させて設定するものであ
る。尚、暖房時の最大及び最小回転数と数値が異なるの
は、暖房時に比べて冷房時の方が熱交換効率が良いため
である。

【００２８】ステップ３２０において吹出温度Ｔｅが６
℃以上か否かの判定がなされ、６℃以上の場合にはステ
ップ３３０において１次設定回転数Ｎ１をそのまま２次
設定回転数Ｎ２とし、６℃以下の場合にはステップ３４
０において下記する数式２により補正するものである。

【００２９】

【数２】Ｎ２＝Ｎ１−５００（Ｔｅ−６）

【００３０】これによって吹出温度Ｔｅが６℃以下の場
合には、コンプレッサ回転数を低減して冷えすぎを抑制
するように制御するものである。

【００３１】ステップ３５０においてはステップ３４０
において演算された２次設定回転数Ｎ２が冷房を維持し
うる最低回転数１５００〔ｒｐｍ〕以下であるか否かの
判定が行われ、１５００〔ｒｐｍ〕以下の場合にはステ
ップ３６０において２次設定回転数Ｎ２を１５００〔ｒ
ｐｍ〕に設定するものである。

【００３２】これによって２次設定回転数Ｎ２が設定さ
れた後、ステップ３７０において吹出温度Ｔｅが２℃以
上であるか否かの判定を行う。この判定において２℃以
下であると判定された場合にはステップ３９０において
タイマがセットされ、ステップ４００においてこのタイ
マが２分経過したか否かの判定を行われるものである。
この判定は室内用熱交換器７の凍結を防止する制御であ
り、吹出温度Ｔｅが２℃以下で２分経過した場合にはス
テップ４１０に進んで２次設定回転数Ｎ２を零に設定す
ることによりコンプレッサ２２を停止させて凍結を防止
するものである。尚、２分経過していない場合には、ス
テップ３００に進んで通常の制御を行うものである。

【００３３】前記ステップ３７０において吹出温度Ｔｅ
が２℃以上であると判定された場合には、ステップ３８
０においてタイマをリセットし、ステップ３００におい
て２次設定回転数Ｎ２よりコンプレッサ２２の回転数Ｎ
を演算し、ステップ４２０からメインルーチンに回帰す
るものである。

【００３４】尚、前記ステップ２１０の判定において異
常の発生があった場合、前記ステップ２２０の判定にお
いて送風機６の稼動が停止している場合、若しくはステ
ップ２３０においてＡ／Ｃスイッチ３１によってＯＦＦ
が設定されている場合には、ステップ４１０において２
次設定回転数Ｎ２を零にすることによってコンプレッサ
２２の稼動を停止するものである。

【００３５】図４に示されるステップ５００から開始さ
れる補助ヒータ制御は、前記コンプレッサ制御と同様
に、空調制御のメインルーチンから定期的に開始される
もので、ステップ５１０において異常発生か否かの判定
が行われ、異常が発生した場合にはステップ５７０へ進
んで補助ヒータ８がオフされ、異常が発生していない場
合にはステップ５２０に進んで送風機６の駆動が判定さ
れる。この判定において送風機６の停止している場合に
は前述のステップ５７０に進み、稼動している場合には
ステップ５３０に進むものである。

【００３６】ステップ５３０においては、Ａ／Ｃスイッ
チ３１が暖房モードに設定されているか否かの判定が行
われ、暖房以外の場合には前述のステップ５７０に進
み、暖房モードに設定されている場合にはステップ５４
０に進んで吹出温度Ｔｅの判定を行う。この判定におい
てステップ５４０のボックス内に示されるように２５℃
と３０℃の間にヒステリシスが形成されており、温度が
上昇する場合には３０℃で制御Ｂから制御Ａに移行し、
温度が下降する場合には２５℃で制御Ａから制御Ｂに移
行するものである。制御Ａの場合には補助ヒータ８の要
求がないとしてステップ５７０に進み、制御Ｂの場合に
はステップ５５０に進んで一次設定回転数Ｎ１の判定を
行う。

【００３７】この判定においてはステップ５５０内の示
されるαとβ（図５中において示される値）の間にヒス
テリシスが形成されており、回転数が上昇している場合
にはα（例えば５５００〔ｒｐｍ〕）において制御Ｄか
ら制御Ｃに移行し、回転数が下降する場合にはβ（例え
ば５０００〔ｒｐｍ〕）において制御Ｃから制御Ｄに移
行するものである。制御Ｄにおいてはステップ５７０に
進み、制御Ｃの場合にはステップ５６０に進んで補助ヒ
ータ８の通電が開始されるものである。この後、ステッ
プ５８０からメインルーチンに回帰するものである。

【００３８】以上のようにステップ５４０，５５０の判
定において、吹出温度Ｔｅが所定値以下（制御Ｂ）であ
り、かつ１次設定回転数Ｎ１が所定値以上（制御Ｃ）で
ある場合にのみ補助ヒータ８へ通電するものである。

【００３９】また、前記ステップ５４０において温度が
所定値以下（制御Ｂ）の場合であっても、１次設定回転
数Ｎ１が所定値以下（制御Ｄ）である場合には、コンプ
レッサ能力に余力があると判定できるために、補助ヒー
タ８への通電を停止し、省電力化を図るものである。

【００４０】以上の実施例においては、１次設定回転数
Ｎ１によってコンプレッサ能力を判定したが、実際のコ
ンプレッサ回転数を演算するために求められる２次設定
回転数Ｎ２によって判定しても、上述と同様の効果を得
ることができるものである。

【００４１】さらに、コンプレッサ２２の実際の回転を
回転検出器等によって検出し、これによって判定するこ
ともできるものである。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
補助ヒータを使用する条件を、吹出温度及びコンプレッ
サの回転数によって決定するために、暖房時に吹出温度
が所定値以下でコンプレッサ回転数が所定値以下の場合
には、補助ヒータへの通電を停止するようにしたために
省電力が達成できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の構成を示した機能ブロック図であ
る。

【図２】この発明の実施例に係る空調装置の構成を示し
た説明図である。

【図３】マイクロコンピュータによって実行されるコン
プレッサ制御のフローチャート図である。

【図４】マイクロコンピュータによって実行される補助
ヒータ制御のフローチャート図である。

【図５】暖房時の空調レベル設定器のレバー位置と１次
設定回転数Ｎ１との関係を示した特性線図である。

【図６】冷房時の空調レベル設定器のレバー位置と１次
設定回転数Ｎ１との関係を示した特性線図である。

【図７】２次設定回転数Ｎ２とコンプレッサ回転数Ｎの
関係を示した特性線図である。

【符号の説明】

８ 補助ヒータ １００ 吹出温度検出手段 １１０ レベル設定手段 １２０ コンプレッサ回転数演算手段 １３０ 補助ヒータ稼動判定手段 １４０ 補助ヒータ制御手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２つの熱交換器、膨張弁、コ
   ンプレッサ、及び冷媒の移動方向を換える四方弁とによ
   って構成される熱交換サイクルの一方の熱交換器と、補
   助ヒータを空調ダクト内に有し、前記四方弁を切り換え
   ることによって暖房又は冷房を行う車両用空調装置にお
   いて、 前記空調ダクト内に配された一方の熱交換器の吹出温度
   を検出する吹出温度検出手段と、 空調レベルを設定するレベル設定手段と、 前記吹出温度検出手段によって検出された吹出温度及び
   前記レベル設定手段によって設定された空調レベルに基
   づきコンプレッサの回転数を演算するコンプレッサ回転
   数演算手段と、 空調装置の運転が暖房モードであり、前記吹出温度が所
   定値以下で、前記コンプレッサ回転数演算手段によって
   演算されたコンプレッサ回転数が所定値以上である場合
   に補助ヒータの稼動を決定する補助ヒータ稼動判定手段
   と、 この補助ヒータ稼動判定手段によって補助ヒータの稼動
   が決定された場合に、補助ヒータへ通電する補助ヒータ
   制御手段とを具備することを特徴とする車両用空調装置
   の補助ヒータ制御装置。