JP3772434B2

JP3772434B2 - 車両用空調装置

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Publication number: JP3772434B2
Application number: JP02908397A
Authority: JP
Inventors: 勝也草野; 晃伊佐治; 静男土屋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2017-02-13
Also published as: JPH10226222A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置において、特に燃焼式ヒータにて空調風の加熱を行う燃焼暖房モードと、ヒートポンプ冷凍サイクルの凝縮熱にて空調風の加熱を行うヒートポンプ暖房モードとが切換可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記燃焼暖房モードとヒートポンプ暖房モードとが切換可能な車両用空調装置として、特開平８−１９７９３７号公報に記載されているものがある。そして、このものでは、２つの暖房モードの使用条件は、例えば外気温が非常に低いときには（−１０℃以下）、上記燃焼暖房モードを使用することが記載されている。さらにこのように外気温が非常に低くて、車室内を急速に暖房する場合は、燃焼暖房モードとヒートポンプ暖房モードとを併用する併用モードを使用することが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来装置では、上記燃焼暖房モードから上記ヒートポンプ暖房モードに、または上記ヒートポンプ暖房モードから燃焼暖房モードに切り換わるのであるが、本発明者らがこのモードの切り換わりを検討した結果、以下の問題が発生することが分かった。
【０００４】
▲１▼ ヒートポンプ暖房モードから燃焼暖房モードに切り換える場合。
この場合において、単にヒートポンプ暖房モードから燃焼暖房単独モードに切り換えると、燃焼式ヒータは理想的な燃焼状態を得るために急激に燃料を増量して暖房能力を上げることができないので、直ぐには十分な暖房能力が発揮できない。従って、このようにヒートポンプ暖房モードから燃焼暖房モードに切り換えると、空調風の温度が低下してしまうという問題が発生する。
【０００５】
▲２▼ 燃焼暖房モードからヒートポンプ暖房モードに切り換える場合。
この場合でも、単に燃焼暖房モードからヒートポンプ暖房モードに切り換えたとしても、ヒートポンプ暖房モードを行うためにコンプレッサを駆動してもコンプレッサが冷えきっていると熱容量等によって直ぐには十分な暖房能力が発揮できない。従って、この場合においても空調風の温度が低下してしまうという問題が発生する。
【０００６】
そこで、本発明は燃焼暖房モードとヒートポンプ暖房モードとの間で暖房運転が切り換わるときに、空調風の温度の低下を抑制することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために本発明では、以下の技術的手段を採用する。
請求項１記載の発明では、燃焼式ヒータ暖房モードとヒートポンプ暖房モードとの切り換わり時には、所定時間両モードを併用することを特徴としている。
これにより、燃焼式ヒータ暖房モードとヒートポンプ暖房モードとの切り換わり時には、所定時間両モードを併用するので、切り換わり後の暖房モードにて十分な暖房能力が発揮できるまで、切り換わり前の暖房モードにて暖房能力を使用することができる。この結果、燃焼式ヒータ暖房モードとヒートポンプ暖房モードとの切り換わり時に、空調風の温度の低下を抑制できる。
【０００８】
また、請求項１記載の発明では、少なくとも前記車室内温度および前記設定温度とに基づいて前記温水の目標水温（ＴＷＯ）を算出する目標水温算出手段（２５１、２５４）と、温水温度（ＴＷ）が目標水温（ＴＷＯ）となるように圧縮機（２０）の回転速度を制御する制御手段（３０、１００）とを有し、
制御手段（３０、１００）は、ヒートポンプ暖房モードから前記燃焼式ヒータ暖房モードに切り換わるときに、温水温度と目標水温との偏差（ΔＴＷ）が小さくなるにつれて、圧縮機（２０）を回転速度が徐々に低下するようにして停止させることを特徴としている。
【０００９】
これにより、ヒートポンプ暖房モードから前記燃焼式ヒータ暖房モードに切り換わると、温水が燃焼式ヒータによって加熱されるので、温水温度と目標水温との偏差（ΔＴＷ）が小さくなっていく。従って、制御手段によって自動的に圧縮機の回転数速度が低下していき、速やかに圧縮機を停止させることができるとともに、燃焼暖房モードに切り換えることができる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明では、送風制御手段（１００）は、燃焼式ヒータ暖房モードとヒートポンプ暖房モードとの切り換わり時には、送風手段（３）の送風量を低下させることを特徴としている。これにより、ある暖房モードに切り換えたときにそれほど暖房能力が無くとも、送風量を低下させるので、空調風の温度の低下を抑制できる。
【００１１】
また、請求項３記載の発明では、少なくとも車室内温度および設定温度とに基づいて温水の目標水温（ＴＷＯ）を算出し、送風制御手段（１００）は、温水温度（ＴＷ）と前記目標水温（ＴＷＯ）との偏差（ΔＴＷ）が大きくなるほど、送風手段（３）の送風量を低下させることを特徴としている。
【００１２】
これにより、温水温度（ＴＷ）と前記目標水温（ＴＷＯ）との偏差（ΔＴＷ）が大きくほど、暖房能力が不足しているので、空調風の温度が下がり易い。従って、上記偏差が大きくなるほど、送風量を低下させることで空調風の温度の低下を良好に抑制できる。
【００１３】
また、請求項４記載の発明では、燃焼式ヒータ（５２）は、その作動を停止させるときには、燃料供給手段（５６）から供給される燃料を所定量にまで減少させることで、燃焼室（１０４）内に残留する残留燃料を燃やしきる消火制御が行われるようになっており、
前記圧縮機（２０）は、前記燃焼式ヒータ暖房モードから前記ヒートポンプ暖房モードに切り換わるときに、前記消火制御が開始されると、所定の低回転速度にて所定時間予備運転が行われることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の車両用空気調和装置を電気自動車用空気調和装置に適用した複数の実施形態に基づいて説明する。
図１は電気自動車用空気調和装置の全体構成図である。
電気自動車用空気調和装置１は、車室内への空気通路をなす空調ケース２、この空調ケース２内に車室内への送風空気を発生させる送風機３、冷媒が循環する冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）４、温水が循環する温水サイクル（温水回路）５、および図示しない車載電源の電力により作動し各空調機器をコントロールする電子制御装置（以下ＥＣＵと呼ぶ）１００等から構成されている。
【００１５】
空調ケース２は、電気自動車の車室内の前方側に配設されている。その空調ケース２の最も風上側は、内外気切替箱を構成する部分で、内気導入口７および外気導入口８を有している。さらに、内気導入口７および外気導入口８の内側には、内外気切替ダンパ９が回動自在に取り付けられている。この内外気切替ダンパ９は、サーボモータ等のアクチュエータ（図示せず）により駆動される。
【００１６】
また、空調ケース２の風下側には、デフ吹出通路１１、フェイス吹出通路１２、フット吹出通路１３が設けられている。さらに、それぞれの吹出口の内側にはモード切替ダンパ１４〜１６が回動自在に取り付けられている。それらのモード切替ダンパ１４〜１６は、サーボモータ等のアクチュエータ（図示せず）によりそれぞれ駆動される。
【００１７】
送風機３は、空調ケース２の風上側を構成するスクロールケーシング内に設置されている。この送風機３は、ファン１７と、このファン１７を駆動するブロワモータ１８とからなる。そして、送風機３は、ブロアモータ１８によって回転速度が制御されるもので、内気導入口７または外気導入口８のいずれか開かれた導入口から車室内空気（以下内気と略す）または車室外空気（以下外気と略す）を吸引して車室内へ送風する。
【００１８】
冷凍サイクル４は、いわゆるアキュームレータサイクルであって、冷媒圧縮機２０、冷媒水熱交換器２１、第１減圧手段２２、室外熱交換器２３、第２減圧手段２４、冷媒蒸発器２５、アキュームレータ２６、冷媒流路切替弁３１〜３３およびこれらを接続する冷媒配管等から構成されている。
冷媒圧縮機２０は、電動式の冷媒圧縮機であって、吸入口より内部に吸入したガス冷媒を圧縮して高温、高圧のガス冷媒を吐出口より吐出する圧縮部と、この圧縮部を駆動する駆動部としての電動モータ（図示せず）とからなる。この冷媒圧縮機２０は、ＥＣＵ１００の出力信号に基づいて冷媒圧縮機２０の回転速度を制御する回転速度制御手段としてのエアコン用インバータ３０を備えている。
【００１９】
そして、上記電動モータは、エアコン用インバータ３０によって上記車載電源から印加される電力が連続的あるいは段階的に可変制御される。したがって、冷媒圧縮機２０は、印加電力の変化による電動モータの回転速度の変化によって、冷媒吐出容量を変化させて冷凍サイクル４内を循環する冷媒の流量を調節することにより冷媒水熱交換器２１の加熱能力や冷媒蒸発器２５の冷房能力を制御する。
【００２０】
冷媒水熱交換器２１は、冷媒圧縮機２０の吐出口より吐出された高温、高圧のガス冷媒と温水サイクル５内を循環する温水とを熱交換させて温水を加熱する熱交換器である。
第１減圧手段２２は、キャピラリチューブ、オリフィス、膨張弁等よりなり、後述のヒートポンプ温水暖房モード時に内部を冷媒が流れる。この第１減圧手段２２は、内部を流れる冷媒を減圧して気液二相状態の冷媒にするものである。
【００２１】
室外熱交換器２３は、車室外で電気自動車の走行風を受け易い場所に設置されている。この室外熱交換器２３は、上記ヒートポンプ暖房モード時に第１減圧手段２２で減圧された低温、低圧の気液二相状態の冷媒と電動ファンにより吹き付けられる外気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる蒸発器として働く。また、室外熱交換器２３は、後述の冷房モード時に冷媒水熱交換器２１より流入した高圧の冷媒と上記電動ファンにより吹き付けられる外気とを熱交換させて冷媒を凝縮させる凝縮器として働く。
【００２２】
第２減圧手段２４は、キャピラリチューブ、オリフィス、膨張弁等よりなり、冷房モード時に内部を冷媒が流れる。この第２減圧手段２４は、内部を流れる冷媒を減圧して気液二相状態の冷媒にする。
冷媒蒸発器２５は、冷房モード時に第２減圧手段２４で減圧された低温、低圧の気液二相状態の冷媒と送風機３の作用により通過する空気とを熱交換させて空気を冷却すると共に冷媒を蒸発気化させる。
【００２３】
アキュームレータ２６は、内部に流入した冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離してガス冷媒のみ冷媒圧縮機２０に供給する気液分離器として働く。なお、気液分離器として、レシーバを使用しても良い。このレシーバの設置場所は、冷媒水熱交換器２１と第１減圧手段２２との間に接続し、室外熱交換器２３と第２減圧手段２４との間に接続するようにすると良い。
【００２４】
冷媒流路切替弁３１〜３３は、冷凍サイクル４内の冷媒の流れ方向を切り替える電磁式の冷媒流路切替手段であって、通電されると開弁し、通電が停止されると閉弁する。
温水サイクル５は、前述の冷媒水熱交換器２１、温水ヒータコア５１、燃焼式ヒータ５２、ウォータポンプ５３、およびこれらを接続する温水配管等から構成されている。この実施例では、温水として不凍液（例えばエチレングリコール水溶液）を利用している。
【００２５】
温水ヒータコア５２は、空調ケース２内において冷媒蒸発器２５より風下側に設置され、すなわち、空調ケース２の吹出口切替箱を構成するヒータユニットケース内に設置されている。この温水ヒータコア５２は、高温に加熱された温水と空調ケース２内を流れる空気とを熱交換させて空気を加熱する。
この温水ヒータコア５２の空気の入口部および出口部には、温水ヒータコア５２を通過する空気量と温水ヒータコア５２を迂回する空気量とを調節して車室内へ吹き出す吹出空気の温度を調整するためのエアミックスダンパ５４、５５が回動自在に取り付けられている。これらエアミックスダンパ５４、５５は、駆動手段としてサーボモータ等のアクチュエータ（図示せず）によりそれぞれ駆動される。
【００２６】
ここで、本実施形態における冷凍サイクル４の冷媒の流れ方について簡単に説明する。また、以下の２つの運転モードは外気温等によって自動的に切り換わるようになっている。
▲１▼冷房モード（図１中矢印Ｃで示す）
冷房モードでは、冷媒圧縮機２０にて圧縮された冷媒は、冷媒水熱交換器２１を通過したのち、室外熱交換器２３に流入し、室外熱交換器２３にて冷媒が凝縮液化される。なお、この冷房モードではエアミックスドア５４、５５は、温水ヒータコア５１に空気が通過しないような作動位置となり、ウォーターポンプ５３も停止している。従って、冷媒水熱交換器２１では冷媒はほとんど凝縮しない。そして、室外熱交換器２３を通過した冷媒は、第２減圧手段２４にて減圧されたのち、冷媒蒸発器２５に流入する。冷媒蒸発器２５では、比較的高温の空気が通過することで、冷媒が蒸発気化され、その後アキュムレータ２６に流入したのち、冷媒圧縮機２０に還流する。
【００２７】
▲２▼ヒートポンプ暖房モード（以下、暖房モード、図１中矢印Ｈで示す）
暖房モードでは、冷媒圧縮機２０にて圧縮された冷媒は、冷媒水熱交換器２１を通過して、この冷媒水熱交換器２１にて冷媒と温水とが熱交換されて、温水が加熱される。なお、暖房モードではウォーターポンプ５３が駆動される。その後、冷媒水熱交換器２１にて凝縮液化された冷媒は、第１減圧手段２１に流入して減圧されたのち、室外熱交換器２３に流入して蒸発気化される。なお、この暖房モードではエアミックスドア５４、５５は、空調ケース２内の空気が全て温水ヒータコア５１を通過するような作動位置となる。そして、室外熱交換器２３を通過した冷媒は、アキュムレータ２６に流入したのち、冷媒圧縮機２０に還流する。
【００２８】
図２は燃焼式ヒータ５２の具体的構造を示すもので、燃焼式ヒータ５２は、燃焼ガスと上記温水とを熱交換器１０２において熱交換して、温水を加熱するものである。そして、この加熱された温水をウォータポンプ５３により温水ヒータコア５１へ導かれる。なお、図３は燃焼式ヒータ５２の全体構成を示すブロック図である。
【００２９】
燃焼式ヒータ５２は、大別して、上記熱交換器１０２、燃焼室１０４、着火装置１０５および燃焼空気用送風機１０６から構成されている。
以下、上記構成要素について具体的に説明する。
燃焼室１０４は略円筒形状のもので、燃焼空気と燃料蒸発成分との混合気を形成する混合筒１４１と、この混合筒１４１の下流側に接続された燃焼筒１４２とを有している。混合筒１４１の中心部には燃焼空気を供給する空気供給パイプ１４３が同心状に配設されている。そして、混合筒１４１には、その円周方向に複数の空気供給孔１４１ａが開けられている。
【００３０】
着火装置１０５は、燃焼室１０４の混合筒１４１部分の上方に設けられ、燃焼室１０４内の混合気を着火する。この着火装置１０５は、燃料着火用のグロープラグ１５１を有している。このグロープラグ１５１は、円筒状のグロープラグボス部１５２にビス止めされた取付板１５３のネジ孔１５３ａにネジ止め固定されている。このグロープラグ１５１は、円柱形状の中心支持棒１５１ａと、この中心支持棒１５１ａの外周に沿って巻回されたコイル状の電気ヒータ１５１ｂとから構成されている。
【００３１】
この電気ヒータ１５１ｂの表面はセラミック製の耐熱部材で覆われており、この電気ヒータ１５１ｂはグロープラグボス部１５２内に配置されている。グロープラグボス部１５２の内周面には、略円筒状の鋳込ヒータ１０７が配設され、さらにこの鋳込ヒータ１０７の内周面には、略円筒状の燃料吸収体（ウィック）１０８が配設されている。
【００３２】
この鋳込ヒータ１０７は、耐熱性、熱伝導性に優れた金属材料（銅合金等）からなる円筒形状の筒状加熱部１７２に、コイル状の電気ヒータ１７１を内蔵したものからなる。これは、円筒状の所定鋳型にコイル状の電気ヒータ１７１を挿入し、この鋳型に、溶かした上記金属材料を流し込み、これを固めて形成される。そして、燃料吸収体１０８は、耐熱金属材料（ステンレス等）からなる平板状金網を略円筒状に変形させて、鋳込ヒータ１０７の内周面に沿って挿嵌させている。こうすることにより、燃料吸収体１０８の弾性力により鋳込ヒータ１０７の内周面に密接する。
【００３３】
そして、この鋳込ヒータ１０７により、燃料吸収体１０８に吸収、滞留させた液体燃料（軽油、灯油等）を加熱して、この液体燃料の蒸発をさらに促進させている。また、燃焼室１０４の混合筒１４１の内壁面にも、上述の燃料吸収体１０８と同じ構造の燃料吸収体１０８’が配設されている。
そして、グロープラグボス部１５２において、グロープラグ１５１の根元部に位置する部分には、燃料吸収体１０８側に液体燃料を導入するための燃料パイプ１５４が形成されており、この燃料パイプ１５４には、燃料タンク１５５から燃料ポンプ１５６により液体燃料が導入されるようになっている。また、鋳込ヒータ１０７の筒状加熱部１７２において、燃料パイプ１５４に位置する部分には、燃料吸収体１０８に液体燃料を導入するための燃料通路孔１７２ａが形成されている。
【００３４】
燃焼空気用送風機１０６は、燃焼室１０４の燃焼筒１４２部分の下方に配設されており、送風ファン１０６ａを有している。この送風機１０６は、空気取入口１６１からの空気を送風ファン１０６ａにより、前述した空気供給パイプ１４３の入口部側へ送風するものである。また、送風機１０６により供給された燃焼空気の一部は、空気通路１６３を通って、混合筒１４１に開けられた空気孔１４１ａより、直接、混合筒１４１内へ流入するようになっている。
【００３５】
また、この送風機１０６により供給された燃焼空気の一部は、空気通路１６２を通って、グロープラグボス部１５２に開けられた複数の空気通路孔１５２ｂおよび鋳込ヒータ１０７の空気通路孔１７２ｂを通ってグロープラグ１５１側へ流入するようになっている。
そして、燃焼室１０４の燃焼筒１４２を通過した燃焼ガスは、燃焼筒１４２の下流端でＵターンして、燃焼筒１４２の外周面側に円筒状に形成された排気通路１４５を通って排気口１４４から外部へ排出されるようになっている。
【００３６】
燃焼ガスと水とを熱交換する熱交換器１０２は、上記円筒状の排気通路１４５のさらに外周側に円筒状に形成されており、図２に示すウォータポンプ５３の作動により、１３２から温水を吸入し、熱交換器１０２の温水入口部１２１に温水を供給する。
熱交換器１０２内の温水通路１２２は図２の右側端部の温水入口部１２１から温水が流入し、温水が図２の右側から左側へ螺旋状に流れるようになっている。熱交換器１０２において、図１左側端部の上方に温水出口１２３が配設されており、この温水出口１２３から流出する温水が、温水ヒータコア５１に循環するようになっている。また、１０９は混合筒１４１における炎の有無を検知するフレームセンサで、フォトダイオードよりなる。
【００３７】
次に、上記構成における作動を図４に基づいて説明する。
燃焼式ヒータ５２がオンされると、上記電気制御装置１００によりグロープラグ１５１（電気ヒータ１５１ｂ）、鋳込ヒータ１０７（電気ヒータ１７１）に通電される。なお、この際、ウォータポンプ５３は作動している。また、グロープラグ１５１および鋳込ヒータ１０７が発熱を開始し、燃焼室１０４内および燃料吸収体１０８の予熱を行う（以下、予熱制御）。
【００３８】
ここで、燃料吸収体１０８の外周に密接して鋳込ヒータ１０７が設けられているため、この鋳込ヒータ１０７の電気ヒータ１７１の発生する熱は、比較的熱伝導性に劣る空気をほとんど介さないで、熱伝導性に優れた金属材料からなる筒状加熱部１７２全体に伝えられて、金属製（比較的熱伝導性に優れている）の燃料吸収体１０８の外周面全面を均一に加熱することができる。これに加えて、グロープラグ１５１からの熱が燃料吸収体１０８の内周面に伝えられる。このようにして、燃料吸収体１０８に滞留している液体燃料を効率よく加熱し、効率よく蒸発させている。
【００３９】
また、本実施形態では、燃焼式ヒータ５２の最大能力は、６０００Ｋｃａｌ／ｈとなっている。そして、所定時間ｔ₁（例えば、６０秒程度）の経過後、燃料ポンプ１５６および燃焼空気用送風機１０６に通電され、液体燃料および空気の供給を開始する。
これにより、燃料タンク１５５の液体燃料が、燃料パイプ１５４、燃料通路孔１７２ａを通って、グロープラグボス部１５２内の燃料吸収体１０８に供給される。また、同時に、送風機１０６の送風空気が、燃焼室１０４に導入され、かつ、空気通路１６２、空気通路孔１５２ｂおよび鋳込ヒータ１０７の空気通路孔１７２ｂを通って、グロープラグボス部１５２内に導入される。すると、予熱された燃料吸収体１０８により、液体燃料が効率よく加熱されて蒸発する。
【００４０】
そして、燃焼室１０４の混合筒１４１内にて、上記燃料蒸発成分と、送風機１０６から送られる空気との混合気が形成され、グロープラグ１５１により、この混合気の着火、燃焼を開始する。着火と同時に、フレームセンサ１０９が燃焼の炎を検知し、グロープラグ１５１への通電を遮断する。また、このフレームセンサ９が燃焼の炎を検知してから所定時間ｔ₂（例えば、２０〜３０秒程度）経過後に鋳込ヒータ７への通電を遮断し、これ以後、定常燃焼状態に入る。
【００４１】
ここで、上記炎の検知後、鋳込ヒータ１０７への通電を所定時間ｔ₂続けることにより、混合気の燃焼の勢いが急速に低下することを防止している。こうすることにより、燃料の蒸発量が急速に低下することを防止し、燃焼の炎が消えてしまう恐れを防止している。
次に、燃焼式ヒータ５２をオフする場合には、消火制御行う。ここで、この消火制御では、鋳込ヒータ１０７への通電を開始し、先ず所定時間ｔ₃（例えば、１２０秒程度）の間、鋳込ヒータ７の作動を継続して燃料吸収体１０８の加熱を行い、その後に鋳込ヒータ１０７の作動を停止する。また、所定時間ｔ₄（例えば、５０秒程度）の間、燃料ポンプ５６の作動を継続してグロープラグボス部１５２内への燃料供給を行い、その後に燃料ポンプ５６の作動を停止する。
【００４２】
なお、この所定時間ｔ₄では燃料ポンプ５６から燃焼室１０４に供給される燃料は、燃焼式ヒータ５２の暖房能力が最大能力の約４０％（２４００Ｋｃａｌ／ｈ）となるように減量される。
そして、所定時間ｔ₅（例えば、３００秒程度）の間、燃焼空気用送風機６およびウォータポンプ３の作動を継続して掃気運転（パージ運転）を行い、その後に燃焼空気用送風機７およびウォータポンプ３の作動を停止する。
【００４３】
なお、燃焼式ヒータ５２は、燃料ポンプ１５６から圧送される燃料量が多いときに燃焼量が大きくなり温水に与える熱量も大きくなり、燃料量が少ないときに燃焼量が小さくなり温水に与える熱量も小さくなる。また、本実施形態では、燃焼式ヒータ５２が着火されても、暖房能力を毎秒５０Ｋｃａｌでしか上げることができない。この理由は、暖房能力を急激に上げるために供給される燃料を急激に増量しても、良好な燃焼状態とならずに有害ガスを多大に発生するからである。
【００４４】
次に上記ＥＣＵ１００について図１に基づいて説明する。
上記ＥＣＵ１００は、中央演算処理装置（以下ＣＰＵと言う）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、インターフェイス等を持ち、それ自体は周知のものである。また、ＥＣＵ１００は、上記車載電源より電力が供給されて作動する。
ＥＣＵ１００は、内気温センサ１１１、外気温センサ１１２、日射センサ１１３、冷媒圧力センサ１１４、エバ後温度センサ１１５、水温センサ１１６、１１７、吹出温センサ１１９および操作パネル２００より入力される入力信号と予めインプットされた制御プログラムに基づいて、各空調機器を制御する。
【００４５】
すなわち、ＥＣＵ１００は、各センサの検出値（検出信号）および操作パネル２００の操作値（操作信号）などの入力信号と予めインプットされた制御プログラムに基づいて、内外気切替ダンパ９、モード切替ダンパ１４〜１６、送風機３のブロワモータ１８、冷媒圧縮機２０のエアコン用インバータ３０、冷媒流路切替弁３１〜３３、燃焼式ヒータ５５、ウォータポンプ５６、エアミックスダンパ５４、５５および燃料ポンプ１５６の運転状態を制御する。
【００４６】
内気温センサ１１１は、例えばサーミスタ等の感温素子よりなり、車室内の温度（内気温）を検出し、この検出値を内気温信号としてＥＣＵ１００へ出力する内気温検出手段である。外気温センサ１１２は、例えばサーミスタ等の感温素子よりなり、車室外の温度（外気温）を検出し、この検出値を外気温信号としてＥＣＵ１００へ出力する外気温検出手段である。
【００４７】
日射センサ１１３は、車室内への日射量を検出し、この検出値を日射量信号としてＥＣＵ１００へ出力する日射量検出手段である。冷媒圧力センサ１１４は、冷媒圧縮機２０の吐出圧力である冷凍サイクル４の高圧圧力（凝縮圧力）を検出し、この検出値を冷媒圧力信号としてＥＣＵ１００へ出力する冷媒圧力検出手段である。
【００４８】
エバ後温度センサ１１５は、例えばサーミスタ等の感温素子よりなり、冷媒蒸発器２５の空気出口温度を検出し、この検出値をエバ後温度信号としてＥＣＵ１００へ出力するエバ後温度検出手段、温水ヒータコア５１の吸込温度検出手段である。水温センサ１１７は、例えばサーミスタ等の感温素子よりなり、燃焼式ヒータ５２の下流側に設置され、燃焼式ヒータ５２の出口水温（温水温度）を検出し、この検出値を温水温度信号としてＥＣＵ１００へ出力する温水温度検出手段、燃焼式ヒータ出口水温検出手段である。
【００４９】
水温センサ１１６は、例えばサーミスタ等の感温素子よりなり、温水ヒータコア５２の出口に設置され、温水ヒータコア５１の出口水温（温水温度）を検出し、この検出値を温水温度信号としてＥＣＵ１００へ出力する温水温度検出手段である。吹出温センサ１１９は、例えばサーミスタ等の感温素子よりなり、空調ケース２より車室内へ吹き出す空気の吹出温度を検出し、この検出値を吹出温度信号としてＥＣＵ１００へ出力する吹出温度検出手段である。
【００５０】
ここで、ＥＣＵ１００による燃焼式ヒータ５２の制御の一例を説明する。ＥＣＵ１００は、上記水温センサ１１７が上限設定温度（例えば８５℃）以上に上昇すると、燃料ポンプ１５６の駆動周波数を小さくして燃料の供給量を減少させる。
また、ＥＣＵ１００は、温水の水温が上限設定温度より高い過熱温度（例えば８５℃）以上に上昇すると、図示しない運転灯等の報知手段を点滅させ、燃料ポンプ１５６の駆動を停止し、上記パージ運転を開始する。このとき、ウォータポンプ５３を運転して温水サイクル５に温水を循環させる。また、水温センサ１１７が上限設定温度より低い下限設定温度（例えば７０℃）以下に低下すると、再び燃焼式ヒータ５２の運転を再開する。
【００５１】
図５は操作パネルの一例を示した図である。操作パネル２００には、空調風の吹出方向を切り替える吹出口モード切替スイッチ群２０１、車室内の設定温度を設定する温度設定レバー２０２、内外気をマニュアル操作にて切り替える内外気切替スイッチ２０３、空調風の吹出風量を手動により切り替えるブロワスイッチ２０４、および上記センサ等の値によって車室内を自動的に空調制御するオートスイッチ２６２、空調を停止する停止スイッチ２６１、および燃焼式ヒータ５２を手動にて停止させる燃焼式ヒータオフスイッチ２６３が配置されている。
【００５２】
吹出口モード切替スイッチ群２０１は、モード切替ダンパ１４〜１６を開閉制御することによって、乗員の頭胸部に送風するためのフェイスモード、乗員の頭胸部と足元の双方に送風するためのバイレベルモード、乗員の足元に送風するためのフットモード、乗員の足元と窓ガラスの双方に送風するためのフットデフモード、窓ガラスに送風するためのデフモードに各々切り替えるものであり、複数のスイッチ２１１〜２１５から構成されている。
【００５３】
温度調整レバー２０２は、設定位置に応じて各空調モードにおける冷媒圧縮機２０の回転速度の設定、またはエアミックスダンパ５４、５５の開度設定を行う吹出温度設定手段、温度設定手段である。温度調整レバー２０２は、ストローク量に応じた複数の設定ゾーンに分割され、選択された空調モードと設定ゾーンに応じて冷媒圧縮機２０を駆動するエアコン用インバータ３０の周波数を設定し回転速度制御が行われる。
【００５４】
内外気切替スイッチ２０３は、内外気切替ダンパ９を開閉制御することによって内気導入口７から内気を導入する内気循環モード、外気導入口８から外気を導入する外気導入モードに切り替えるものである。
ここで、本実施形態では、上記ＥＣＵ１００によって暖房運転モードとして、上記暖房モードと燃焼暖房モードとが切換可能となっている。ここで、燃焼暖房モードとは冷媒圧縮機２０を停止し、ウォーターポンプ５３を駆動するとともに燃焼式ヒータ５２にて温水を加熱するモードである。
【００５５】
続いて、本発明の要部である上記２つの暖房モードの切換について図６のフローチャート（上記ＥＣＵ１００の処理内容）に基づいて説明する。なお、このフローチャートは、ＥＣＵ１００に電力が供給されているときに、上記オートスイッチがオンされたときに実行されるようになっている。
先ず、ステップＳ２１０では、各種情報読み込みとして、上記センサ１１１〜１１９のセンサ値および操作パネル２００からの信号をデータとして読み込み記憶する。
【００５６】
次にステップＳ２２０にて、暖房モードの設定を行う。ここで、本実施形態では、図６に示すようなヒステリシスを持った特性図から、暖房運転モードの設定が行われ、具体的にはステップＳ２１０にて読み込まれた外気温センサ１１２が検出した外気温Ｔamが、２℃より低い場合は燃焼暖房モードとなり、外気温Ｔamが３℃より高い場合には、上記暖房モードとなるように設定される。また、始めてこのフローチャートが実行されたときには、図６中上記特性図のの○で示した側の特性線にて暖房運転モードが設定される。
【００５７】
続いて、ステップＳ２３０では、上記ステップＳ２１０にて読み込まれたデータに基づいて、車室内に吹き出す空調風の目標吹出温度ＴＡＯ（以下、ＴＡＯ）を以下の数式にて算出する。
【００５８】
【数１】
ＴＡＯ＝Ａ×Ｔset −Ｂ×Ｔr −Ｃ×Ｔam−Ｄ×Ｔs −Ｅ
ここで、Ｔset は温度設定レバー２０２にて設定された設定温度、Ｔr は内気温センサ１１１が検出した内気温、Ｔamは外気温センサ１１２が検出した外気温、Ｔs は日射センサ１１３が検出した日射量、Ａ〜Ｄはゲイン、Ｅは定数である。
【００５９】
そして、ステップＳ２４０に進んで、送風機３の送風量（ブロアレベル）の設定を行う。この送風量の設定は、図７に示す特性図から決定され、具体的には上記ステップＳ２３０にて算出されたＴＡＯが大きくなるほど、送風量が大きく決定される。
ここで、図７に示すように上記燃焼暖房モードと上記暖房モードとでは、最低の送風量が異なっており、同じＴＡＯであっても燃焼暖房モードにおける送風量は、暖房モードのそれより小さくなっている。このようにした理由は、燃焼暖房モードにおいて送風量をこれ以上小さくすると、水温が上記上限温度（８５℃）に達してしまい、燃焼式ヒータ５２が自動的にオフとなってしまうからである。
【００６０】
続いて、ステップＳ２５０では、暖房水温制御として温水サイクル５内の温水温度を暖房負荷に応じて制御する。以下、この暖房水温制御について詳しく説明する。なお、この暖房水温制御は、上記燃焼暖房モードと上記暖房モードとで若干制御内容が異なる。
▲１▼燃焼暖房モード（図８参照、以下の内容を燃焼制御という）
先ず、ステップＳ２５１では、温水回路５の温水の目標水温ＴＷＯを以下の数式２にて算出する。
【００６１】
【数２】
ＴＷＯ＝（ＴＡＯ−ＴＥ）／φ＋ＴＥ
ここで、ＴＥは、上記エバ後温度センサ１１５で検出した吸込温度、φは、予め設定されたステップＳ２４０で決定された送風量（温水ヒータコア５１を通過する風量）に基づいて決定された温度効率である。
次にステップＳ２５２にて、以下の数式３にて温度偏差Ｅｎを算出する。
【００６２】
【数３】
Ｅｎ＝ＴＷＯ−ＴＷ
つまり、温度偏差Ｅｎは、上記目標水温ＴＷＯと、水温センサ１１７が検出する温水ヒータコア５１の出口温度との偏差である。
続いて、ステップＳ２５３では、上記温度偏差Ｅｎに応じて燃焼式ヒータ５２での燃焼能力（暖房能力）を制御する。具体的には温度偏差Ｅｎが大きくなるほど、燃料ポンプ１５６から供給される燃料が大きくなるように制御する。
【００６３】
▲２▼暖房モード（図９参照、以下の制御内容をヒートポンプ制御という）
この内容は特開平８−１９７９３７号公報に記載されているものと同様であるので、さらに簡単に説明する。
ステップＳ２５４、２５５は、上記ステップＳ２５１、２５２と同様であるので説明は省略する。
【００６４】
続いて、ステップＳ２５６では、以下の数式４から偏差変化率Ｅｄｏｔを算出する。
【００６５】
【数４】
Ｅｄｏｔ＝Ｅｎ−Ｅｎ_-1
ここで、Ｅｎは例えば４秒毎に更新されるため、Ｅｎ_-1 はＥｎに対して４秒前の値となる。
そして、ステップＳ２５７にて上記Ｅｄｏｔ、Ｅｎを用いて４秒前の冷媒圧縮機２０の回転速度ｆn-1 （ｒｐｍ）に対して増減する増減回転速度Δｆをファジー理論によって求める。
【００６６】
次にステップＳ２５８にて以下の数式５にて冷媒圧縮機２０の目標回転速度ｆｎを算出する。
【００６７】
【数５】
ｆn ＝ｆn-1 ＋Δｆ
以上のように冷媒圧縮機２０の実際の回転速度が、上記目標回転速度ｆｎとなるようにエアコン用インバータ３０を通電制御する。
次に本発明の要部である図６に示すステップＳ２６０における暖房モード切換制御の内容について説明する。
【００６８】
先ず、本実施形態では、上述したように外気温Ｔamによって自動的に燃焼暖房モードと暖房モードとが切り換わる。そして、単に燃焼暖房モードと暖房モードとの間で切り換えると、発明が解決する課題にて述べたように空調風の温度が低下するという問題がある。そこで、本実施形態では以下のようにこの問題に対処している。
【００６９】
先ず、暖房モードから燃焼暖房モードに切り換わる場合（外気温Ｔamが３℃以上から２℃以下になったとき）について図１０に基づいて説明する。
この場合、図１０に示すように燃焼式ヒータ５２は上記グロー予熱が開始されるともに、このグロー予熱が行われる６０秒間では燃焼式ヒータ５２は燃焼していないので暖房能力は０である。従って、この間暖房能力を維持するために、冷媒圧縮機２０は上記ヒートポンプ制御にて制御されている。そして、６０秒後上記グロー予熱が停止されて、燃焼式ヒータ５２が着火される。
【００７０】
そして、燃焼式ヒータ５２が着火されたのち２秒間は、冷媒圧縮機２０は上記ヒートポンプ制御されている。つまり、燃焼式ヒータ５２のグロー予熱開始後、６２秒間は、水温低下を防止するために継続してヒートポンプ制御される。そして、燃焼式ヒータ５２が着火されると、燃焼式ヒータ５２は、上記燃焼制御にて制御される。
【００７１】
ここで、燃焼式ヒータ５２が着火された後、２秒後、つまりグロー予熱が開始されてから６２秒経過すると、冷媒圧縮機２０の回転速度は、上記ヒートポンプ制御とは異なった切換制御が行われる。つまり、この切換制御では、上述したステップＳ２５５にて説明した温度偏差Ｅｎの算出方法が異なるものであって、以下の数式６にて温度偏差Ｅｎが算出される。
【００７２】
【数６】
Ｅｎ＝（ＴＷＯ−５）−ＴＷ
ここで、この数式６における温度偏差Ｅｎは、数式３における温度偏差Ｅｎから５℃減算されたものである。これにより、実際の水温ＴＷは燃焼制御によって目標水温ＴＷＯに近づき数式６における温度偏差Ｅｎは小さくなるとともに、上記減算によって、冷媒圧縮機２０の回転速度は強制的に次第に低下していく。そして、本実施形態では冷媒圧縮機２０の回転数が例えば１５００回転より小さくなると、速やかに圧縮機を停止させるとともに、燃焼暖房モードに切り換えることができる。この結果、暖房運転モードは暖房モードから燃焼暖房モードとなる。
【００７３】
つまり、本実施形態では、燃焼式ヒータ５２が着火されても暖房能力を毎秒５０Ｋｃａｌでしか上げることができないので、本実施形態ではこの間に燃焼暖房モードと暖房モードとを併用運転し、暖房モードを上記数式６に基づいて冷媒圧縮機２０を制御することで、燃焼式ヒータ５２にて十分な暖房能力が発揮できるまで暖房モードにて暖房能力を使用することができる。
【００７４】
この結果、燃焼暖房モードと暖房モードとの切り換わり時に、空調風の温度の低下を抑制でき、さらに速やかに冷媒圧縮機２１を停止させて、燃焼暖房モードに切り換えることができる。
次に、燃焼暖房モードから暖房モードに切り換わる場合（外気温Ｔamが２℃以下から３℃以上になったとき）について図１１に基づいて説明する。
【００７５】
この場合、図１１に示すように燃焼式ヒータ５２は上記消火制御が開始されるとともに冷媒圧縮機２０が駆動される。ここで冷媒圧縮機２０の回転数は下限値である１５００ｒｐｍに制御される。そして、この下限値は以下のような考え方にて決定されている。
つまり、暖房モードを行うために冷媒圧縮機２０を駆動するのであるが、それ以前燃焼暖房モードにて水温がある程度暖められているので、冷媒水熱交換器２２１を通じて温水の熱によって冷媒の圧力が急激に上昇しやすい。そして、通常の冷凍サイクルでは設計上かならず限界高圧圧力が設定されており、高圧圧力がこの限界高圧圧力より高くなると、冷媒圧縮機２０を停止させるようにしている。
【００７６】
従って、この急激な高圧圧力の上昇によって冷媒圧縮機２０が停止しないようにするために、冷媒圧縮機２０の回転数を低回数である１５００ｒｐｍとしてある。また、冷媒圧縮機２０は車室外に設置されているので、冷媒圧縮機２０は停止中ではかなり低温な状態となっている。これにより、この際、冷媒圧縮機２０を駆動してもその熱容量によって冷媒圧縮機２０の仕事により暖房能力はそれほど大きく無い。この結果、上述の冷媒圧縮機２０の低回転運転は、冷媒圧縮機２０の暖機運転（予備運転）となる。
【００７７】
また、この冷媒圧縮機２０の低回転運転は、燃焼式ヒータ５２の消火制御が開始されてから、所定時間Ｔ（本実施形態では３００秒）行われる。そして、所定時間Ｔ経過すると、冷媒圧縮機２０の回転速度は、上記ヒートポンプ制御にて制御される。
ここで、燃焼式ヒータ５２の消火制御は、暖房能力（燃料供給量）を最大の約４０％（２４００Ｋｃａｌ／ｈ）にまで落とすと述べた。従って、燃焼式ヒータ５２の消火制御が開始されると暖房能力が低下して空調風の温度が低下する。
【００７８】
そこで、本実施形態では燃焼式ヒータ５２の消火制御が開始されると、送風機３の送風量を低下させることで、空調風の温度の低下を抑制する。以下、図１１に基づいてこれを説明する。
送風機２の送風量は、上記ＴＡＯに基づいて上述した図７に示す特性図から決定されているが、本実施形態ではこの送風量を上記目標水温ＴＷＯと実際の水温ＴＷとの差ΔＴＷ（Ｅｎとも言える）に応じて低下させる。具体的には差ΔＴＷの差が大きくなるほど、暖房能力が足りないので送風量の低下レベルを大きく算出する。従って、上記差ΔＴＷが小さいほど、送風機３の送風量は図７の特性にて決定された値に近づくことになる。これにより、燃焼式ヒータ５２の消火制御中で、かつ冷媒圧縮機２０の暖機運転中において、良好に空調風の温度の低下を抑制できる。
【００７９】
また、本実施形態では上記低下レベルは、上記ΔＴＷが１℃に対して２〜１０ｍ³／ｈとしてある。以下、このΔＴＷ１℃に対する低下レベルを１レベルとして説明する。
このように燃焼式ヒータ５２の消火制御が開始されると、送風機３の送風量低下制御が行われ、消火制御開始後５０秒経過すると、燃焼式ヒータ５２は上記パージ運転に切り換わる。そして、消火制御が終了すると、送風機３の送風量増加制御が行われる。以下、この送風量増加制御について説明する。
【００８０】
消火制御が行われた後、上記パージ運転が開始されると、送風機３が駆動しているので水温ＴＷは徐々に低下していく。そして、ＥＣＵ１００はこの間水温センサ１１７の検出温ＴＷの最低値ＴＷｍｉｎを更新しながら記憶するようになっている。そして、一旦水温が低下した後、パージ運転の間でも上述したように冷媒圧縮機２０は１５００ｒｐｍで駆動し続けているので、冷媒水熱交換器２１にて徐々に温水が加熱される。従って、検出温ＴＷは上昇し、本実施形態では上記最低値ＴＷｍｉｎより検出温ＴＷが２℃高くなると、２秒毎に１レベルづつ送風機３の送風量を増加させ、最終的に図７に示す特性図から決定された送風量となるまで増加させる。
【００８１】
また、パージ運転の間に上記最低値ＴＷｍｉｎより検出温ＴＷが２℃高くならなくとも、消火制御が開始されて３００秒経過すると、冷媒圧縮機２１の回転速度がヒートポンプ制御にて制御されるので、必ず水温は上昇する。
（他の実施形態）
上記実施形態では、外気温Ｔamに応じて暖房モードと燃焼暖房モードとを切り換えたが、本発明はこれに限らず例えば上記ＴＡＯで行っても良い。
【００８２】
また、上記各実施形態では、燃焼暖房モードから暖房モードに切り換えるときに消火制御を行い、この消火制御中に冷媒圧縮機２０の予備運転を行ったが、燃焼暖房モードにおいて予備運転を行うようにしても良い。
また、上記各実施形態では、温水サイクル５の温水を冷媒水熱交換器２１にて加熱するようにしたが、図１２に示すように温水のような中間媒体を使用せずに冷媒の熱にて空調ケース２内の空気を加熱するようなものでも適用できる。なお、図１２では、上記図１と同様な機能のものは同一の記号を付ける。また、２００は逆止弁、２０１は室内熱交換器（凝縮器）、２０２は四方弁である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における車両用空調装置の全体構成図である。
【図２】上記実施形態における燃焼式ヒータ５２の全体構成図である。
【図３】上記実施形態における燃焼式ヒータ５２のブロック構成図である。
【図４】上記実施形態における燃焼式ヒータ５２の作動を示すタイムチャートである。
【図５】上記実施形態におけるエアコン操作パネルを示す図である。
【図６】上記実施形態におけるＥＣＵ１００の制御内容を示す図である。
【図７】上記実施形態におけるＴＡＯとブロアレベルとの関係を表す特性図である。
【図８】上記実施形態における暖房（ヒートポンプ）モードにおけるＥＣＵ１００の制御内容を示す図である。
【図９】上記実施形態における燃焼暖房モードにおけるＥＣＵ１００の制御内容を示す図である。
【図１０】上記実施形態における暖房（ヒートポンプ）モードから燃焼暖房モードに切り換わるときにおけるＥＣＵ１００の制御内容を示す図である。
【図１１】上記実施形態における燃焼暖房モードから暖房（ヒートポンプ）モードに切り換わるときにおけるＥＣＵ１００の制御内容を示す図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
２…空調ケース、４…冷凍サイクル、２０…圧縮機、２１…冷媒水熱交換器
２５…冷媒蒸発器、５２…燃焼式ヒータ、１００…ＥＣＵ。

Claims

車室内への空気通路をなす空調ケース（２）と、
前記空調ケース（２）内に設けられ、通過する空気を加熱する暖房用熱交換器（５１）と、
この暖房用熱交換器（５１）に温水を循環させる温水回路（５）と、
前記温水回路（５）を循環する温水を燃焼熱により加熱する燃焼式ヒータ（５２）と、
冷媒を高温高圧に圧縮する圧縮機（２０）、この圧縮機（２０）にて圧縮された高温冷媒と前記温水とを熱交換して前記高温冷媒を凝縮するとともに前記温水を加熱する冷媒水熱交換器（２１）、この冷媒水熱交換器（２１）を通過した冷媒を減圧する減圧手段（２２）、およびこの減圧手段（２２）にて減圧された冷媒を蒸発気化する蒸発器（２５）を有する冷凍サイクル（４）と、
車室内温度を検出する内気温度検出手段（１１１）と、
車室内の設定温度を設定する温度設定手段（２０２）と、
前記暖房用熱交換器に循環する温水温度（ＴＷ）を検出する温水温度検出手段（１０６）と、
少なくとも前記車室内温度および前記設定温度に基づいて前記温水の目標水温（ＴＷＯ）を算出する目標水温算出手段（２５１、２５４）と、
前記温水温度（ＴＷ）が前記目標水温（ＴＷＯ）となるように前記圧縮機（２０）の回転速度を制御する制御手段（３０、１００）とを備え、
前記燃焼式ヒータ（５２）にて前記暖房用熱交換器（５１）を通じて前記空調ケース（２）内の空気を加熱する燃焼式ヒータ暖房モードと、前記冷凍サイクル（４）を作動させて前記冷媒水熱交換器（２１）および前記暖房用熱交換器（５１）を通じて前記空調ケース（２）内の空気を加熱するヒートポンプ暖房モードとが切換可能になっており、
前記燃焼式ヒータ暖房モードと前記ヒートポンプ暖房モードとの切り換わり時には、前記両モードを所定時間併用するようになっており、
さらに、前記制御手段（３０、１００）は、前記ヒートポンプ暖房モードから前記燃焼式ヒータ暖房モードに切り換わるときに、前記温水温度と前記目標水温との偏差（Ｅｎ）が小さくなるにつれて、前記圧縮機（２０）を回転速度が徐々に低下するようにして停止させることを特徴とする車両用空調装置。
前記空調ケース（２）内に車室内への送風空気を発生する送風手段（３）と、前記送風手段の送風量を制御する送風制御手段（１００）とを備え、
前記送風制御手段（１００）は、前記燃焼式ヒータ暖房モードと前記ヒートポンプ暖房モードとの切り換わり時には、前記送風手段（３）の送風量を低下させることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記送風制御手段（１００）は、前記温水温度（ＴＷ）と前記目標水温（ＴＷＯ）との偏差（ΔＴＷ）が大きくなるほど、前記送風手段（３）の送風量を低下させることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
前記燃焼式ヒータ（５２）は、その作動を停止させるときには、燃料供給手段（５６）から供給される燃料を所定量にまで減少させることで、燃焼室（１０４）内に残留する残留燃料を燃やしきる消火制御が行われるようになっており、
前記圧縮機（２０）は、前記燃焼式ヒータ暖房モードから前記ヒートポンプ暖房モードに切り換わるときに、前記消火制御が開始されると、所定の低回転速度にて所定時間予備運転が行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用空調装置。