JP5098948B2 - Air conditioner for vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、車室内の空調に用いられるヒータを制御する車両用空調装置に関する。 The present invention relates to a vehicle air conditioner that controls a heater used for air conditioning in a passenger compartment.
従来技術の車両用空調装置として、水が循環するヒータ回路を備え、循環する水を電気ヒータによって加熱し、暖房時の熱源とする装置が知られている。電気ヒータは、バッテリからの電力にて駆動される。電気ヒータの出力は、ヒータ回路を循環する水が目標水温となるように、エアコンECUによってPI制御される(たとえば特許文献1参照)。
図6は、従来技術におけるヒータ回路の水温の変化を示すグラフである。グラフの縦軸は水温を示し、横軸は時間を示す。前述の従来技術では、電気ヒータの水温制御に関して、電気ヒータの出力上昇に対して水温上昇の遅れが大きいので、早期の水温上昇を満足させようとすると、目標水温に対して、オーバーシュート量またはアンダーシュート量が大きくなり、図6に示すように、水温の安定性が悪い。したがって空調風の吹き出し温度の変動が生じ、乗員のフィーリングが悪化するという問題がある。 FIG. 6 is a graph showing changes in the water temperature of the heater circuit in the prior art. The vertical axis of the graph indicates the water temperature, and the horizontal axis indicates time. In the above-described prior art, the water temperature control of the electric heater has a large delay in the water temperature rise with respect to the output increase of the electric heater. Therefore, if an attempt is made to satisfy the early water temperature rise, the overshoot amount or The amount of undershoot increases and the stability of the water temperature is poor as shown in FIG. Accordingly, there is a problem that the temperature of the air-conditioning wind blown out and the occupant's feeling deteriorates.
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、水温の早期上昇と水温の安定性を両立させることができるヒータ回路を有する車両用空調装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a vehicle air conditioner having a heater circuit that can achieve both an early rise in water temperature and stability of the water temperature.
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。 The present invention employs the following technical means in order to achieve the aforementioned object.
請求項1に記載の発明では、空気を送風する送風機(11)と、
送風機によって送風される空気が流れる空気通路(9)を形成する空調ケース(6)と、
水が循環する循環流路を構成するヒータ回路(3)と、
ヒータ回路に設けられ、ヒータ回路を循環する水を加熱するヒータ(15)と、
ヒータ回路に設けられ、循環する水を熱源として、送風機によって送風される空気を加熱する加熱用熱交換器(13)と、
ヒータ回路を循環する水の温度を検出する水温検出手段(30,31)と、
空調ケース内に設けられ、送風機によって送風される空気を冷却する冷却用熱交換器(12)と、
冷却用熱交換器を通過した空気の温度を検出する温度検出手段(32)と、
車室内の空調要求に応じて、ヒータの出力を制御する制御手段(25)と、を含み、
制御手段は、空調要求を満足するための目標水温よりも水温検出手段によって検出された実水温が小さい場合であって、目標水温と前記実水温との水温差が予め定める設定値よりも小さいとき、ヒータの出力を最大値よりも小さく一定の値である制限値に制御し、
制御手段は、空調要求を満足するために必要な熱量を、目標吹出温度と温度検出手段によって検出された空気温度とを用いて演算し、演算した熱量が得られるように制限値を設定することを特徴とする車両用空調装置である。
In invention of
An air conditioning case (6) forming an air passage (9) through which air blown by a blower flows;
A heater circuit (3) constituting a circulation passage through which water circulates;
A heater (15) provided in the heater circuit for heating water circulating in the heater circuit;
A heating heat exchanger (13) that is provided in the heater circuit and heats the air blown by the blower using the circulating water as a heat source;
Water temperature detecting means (30, 31) for detecting the temperature of the water circulating in the heater circuit;
A cooling heat exchanger (12) that is provided in the air conditioning case and cools the air blown by the blower;
Temperature detection means (32) for detecting the temperature of the air that has passed through the cooling heat exchanger;
Control means (25) for controlling the output of the heater according to the air conditioning requirements in the passenger compartment,
The control means is a case where the actual water temperature detected by the water temperature detection means is smaller than the target water temperature for satisfying the air conditioning request, and the water temperature difference between the target water temperature and the actual water temperature is smaller than a predetermined set value. The heater output is controlled to a limit value that is a constant value smaller than the maximum value ,
The control means calculates the amount of heat necessary to satisfy the air conditioning request using the target blowing temperature and the air temperature detected by the temperature detection means, and sets a limit value so that the calculated amount of heat is obtained. It is the vehicle air conditioner characterized by these.
請求項1に記載の発明に従えば、水温差が設定値よりも小さい場合は、最大値よりも小さい一定の値の制限値となるように、制御手段によってヒータの出力を制御する。水温差が設定値以上の場合、ヒータの出力が最大値であっても、短時間で実水温が上昇して目標水温よりも大きくなる可能性が小さい。水温差が設定値よりも小さい場合には、ヒータの出力が最大値であると実水温が短時間で上昇して目標水温よりも大幅に大きくなる可能性がある。本発明では、水温差が設定値よりも小さい場合、制限値に制御されるので実水温の上昇速度を小さくすることができる。実水温の上昇速度が小さいので、実水温を目標水温にゆっくりと到達させることができ、実水温を目標水温で安定させることができる。また水温差が設定値になるまでは従来と同様の制御をすることによって、実水温を短時間で上昇させることができるので、短時間で目標水温に近づけることができる。このように本発明では、水温の早期上昇と水温の安定性を両立させることができる車両用空調装置を実現することができる。
また、水温差が設定値よりも小さい場合、制御手段によって空調要求を満足するために必要な熱量が演算される。これによって必要な熱量を用いて循環する水を加熱することができるので、実水温が目標水温をおおきく上回ることなく、目標水温に近づけることができる。さらに、必要な熱量を、目標吹出温度と空気温度とを用いて演算するので、高精度に必要な熱量を演算することができる。
According to the first aspect of the present invention, when the water temperature difference is smaller than the set value, the output of the heater is controlled by the control means so that the limit value is a constant value smaller than the maximum value. When the water temperature difference is equal to or larger than the set value, even if the output of the heater is the maximum value, the possibility that the actual water temperature rises in a short time and becomes higher than the target water temperature is small. When the water temperature difference is smaller than the set value, if the heater output is the maximum value, the actual water temperature may rise in a short time and may be significantly higher than the target water temperature. In the present invention, when the water temperature difference is smaller than the set value, it is controlled to the limit value, so that the rate of increase of the actual water temperature can be reduced. Since the increase rate of the actual water temperature is small, the actual water temperature can be slowly reached the target water temperature, and the actual water temperature can be stabilized at the target water temperature. Further, by performing the same control as before until the water temperature difference reaches the set value, the actual water temperature can be raised in a short time, so that the water temperature can be brought close to the target water temperature in a short time. Thus, according to the present invention, it is possible to realize a vehicle air conditioner that can achieve both an early rise in water temperature and stability of water temperature.
When the water temperature difference is smaller than the set value, the control unit calculates the amount of heat necessary to satisfy the air conditioning request. As a result, the circulating water can be heated using a necessary amount of heat, so that the actual water temperature can be brought close to the target water temperature without significantly exceeding the target water temperature. Furthermore, since the necessary amount of heat is calculated using the target blowing temperature and the air temperature, the necessary amount of heat can be calculated with high accuracy.
また請求項2に記載の発明では、制御手段は、演算された熱量に、予め定める余裕量を加えた熱量が得られるように、制限値を設定することを特徴とする。
Further, the invention according to
請求項2に記載の発明に従えば、演算された熱量に余裕量を加えた熱量が得られるように、ヒータの出力が制御される。したがって実水温が目標水温をやや上回らせるヒータ出力となるので、短時間で目標水温に近づけることができる。 According to the second aspect of the present invention, the output of the heater is controlled so as to obtain a heat quantity obtained by adding a margin to the calculated heat quantity. Therefore, since the actual water temperature becomes a heater output that slightly exceeds the target water temperature, it can be brought close to the target water temperature in a short time.
また請求項3に記載の発明では、制御手段は、目標水温よりも実水温が小さい場合であって、水温差が設定値以上のとき、ヒータの出力が最大となるように制御することを特徴とする。 In the invention according to claim 3, the control means controls the heater output to be maximized when the actual water temperature is lower than the target water temperature and the water temperature difference is equal to or greater than a set value. And
請求項3に記載の発明に従えば、水温差が設定値以上の場合、ヒータの出力が最大となるように制御手段によって制御される。水温差が設定値以上の場合は、前述したように、水温差が大きいので、ヒータの出力が最大値であっても、短時間で実水温が上昇して目標水温よりも大きくなる可能性が小さい。このような場合に、ヒータの出力を最大にすることによって、実水温を目標水温にさらに短時間で近づけることができる。またその後、水温差が設定値未満になると、前述のようにヒータの出力が制限値に制御されるので、短期間で、かつ安定した状態で目標水温に近づけることができる。 According to the third aspect of the present invention, when the water temperature difference is greater than or equal to the set value, the heater is controlled so that the output of the heater is maximized. If the water temperature difference is greater than or equal to the set value, as described above, the water temperature difference is large, so even if the heater output is the maximum value, the actual water temperature may rise in a short time and become higher than the target water temperature. small. In such a case, the actual water temperature can be brought closer to the target water temperature in a shorter time by maximizing the output of the heater. After that, when the water temperature difference becomes less than the set value, the output of the heater is controlled to the limit value as described above, so that it can be brought close to the target water temperature in a short time and in a stable state .
なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each above-mentioned means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。 Hereinafter, a plurality of embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Portions corresponding to the matters described in the preceding forms in each embodiment are denoted by the same reference numerals, and overlapping description may be omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as those described in the preceding section. Not only the combination of the parts specifically described in each embodiment, but also the embodiments can be partially combined as long as the combination does not hinder.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に関して、図1〜図4を用いて説明する。図1は、第1実施形態の車両用空調装置1の全体構成を示す模式図である。車両用空調装置1は、走行用電動モータ(図示せず)を走行用の駆動源とする車両に搭載される。車両用空調装置1は、冷凍サイクル2、ヒータ回路3、室内ユニット4および制御装置5を含む。車両用空調装置1は、たとえば車両の車室内前部の計器盤下部に設置される。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a
室内ユニット4を構成する空調ケース6は、一端側に空気の吸入口7,8を有し、他端側に車室内への吹出口(図示せず)を有し、吸入口7,8から吹出口へ空調空気を導く空調空気通路9を構成している。空調ケース6の一端側には内気を吸入する内気吸入口7、および外気を吸入する外気吸入口8が設けられている。内気吸入口7と外気吸入口8は内外気切替ドア10により切替および開閉される。吸入口7,8に隣接して、空調ケース6内に空気を送風する送風機11が設置される。空調ケース6の他端側には車室内へ通ずる複数の吹出口(図示せず)が形成されている。これらの吹出口は吹出モード切替ドア(図示せず)によりそれぞれ切替および開閉され、たとえばフェイス、バイレベル、フット、およびデフロスタ等の吹出モードが設定される。
The
送風機11より空気下流側における空調ケース6内には冷凍サイクル2の室内器12が設けられている。室内器12は、冷凍サイクル2の低圧冷媒が空気から吸熱して、空気を冷却するものである。室内器12より空気下流側にはヒータ回路3のヒータコア13が設けられている。ヒータコア13は、温水を加熱源として自身を流通する空調空気を加熱する熱交換器である。室内器12およびヒータコア13によって温度調節された空調空気は、選択された吹出口から車室内に吹出される。
An
ヒータ回路3は、温水(水)が循環する循環流路を構成する。ヒータ回路3には、温水を循環させる電動式のウォーターポンプ14、温水を加熱する電気ヒータ15、循環する温水の温度を検出する水温センサ30,31、およびヒータコア13が設けられる。したがって電気ヒータ15は、車室内に送風される空気を加熱して空調風を提供するときに、熱源として用いられる。ヒータコア13は、電気ヒータ15によって加熱された温水が、内部に流通するように構成される。
The heater circuit 3 constitutes a circulation channel through which hot water (water) circulates. The heater circuit 3 includes an
水温センサ30,31は、ヒータ回路3を循環する水の温度を検出する水温検出手段である。水温センサ30,31は、電気ヒータ15を通過後、ヒータコア13に流入前の温水の温度を検出する入口水温センサ31と、ヒータコア13を通過後、電気ヒータ15を通過する前の温水の温度を検出する出口水温センサ30とが設けられる。水温センサ30,31は、検出した温度情報を、制御装置5を構成するエアコンECU25に与える。
The
電気ヒータ15には、車載のバッテリ17から得た直流電力が、制御装置5を構成するインバータ部18によって個別にデューティ制御されて供給される。電気ヒータ15は、電力が供給されている状態での消費電力は一定であり、たとえばニクロム線を利用したシーズヒータである。
The
冷凍サイクル2は、電動圧縮機19、膨張弁20、室外器21および室内器12が環状のサイクル流路22に順次接続される。冷凍サイクル2内を循環する冷媒としては、二酸化炭素(CO2)を用いており、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力よりも高い状態で使用される場合を有している。
In the
電動圧縮機19は、交流モータ(図示せず)によって駆動されて、空気を冷却して空調風を提供するときに用いられる冷媒を高温高圧に圧縮して室外器21へ吐出する流体機械である。電動圧縮機19は、作動回転数によって冷媒の吐出量を可変可能としている。電動圧縮機19は、制御装置5によってその作動および冷媒吐出量が制御される。電動圧縮機19の交流モータには、車載のバッテリ17(本実施形態では定格電圧300Vの直流電源)から得た直流電力がインバータ部18によって交流電力に変換されて供給される。電動圧縮機19の吐出側であって、たとえば電動圧縮機19と室外器21との間には、冷媒の状態量を検出する冷媒状態検出手段(図示せず)が設けられる。冷媒状態検出手段は、吐出された冷媒の温度を検出する温度センサおよび冷媒の圧力を検出する圧力センサによって実現される。各センサは、検出した温度情報および圧力情報を制御装置5に与える。
The
室外器21は、凝縮器であって、電動圧縮機19から吐出された冷媒とエンジンルーム内に流入する外気との間で熱交換する熱交換器である。室外器21は、車両のエンジンルームの前方、たとえばグリルの後方に配置される。室外器21の冷媒流出側であって、たとえば室外器21と膨張弁20との間には室外器21から流出される冷媒の温度を検出する温度センサ(図示せず)が設けられる。温度センサは、検出した温度情報を制御装置5に与える。
The
膨張弁20は、室外器21から流出される冷媒を減圧する(低温低圧にする)減圧手段である。膨張弁20には感温部(図示せず)およびキャピラリ(図示せず)が接続されており、室外器21から流出される冷媒の温度に応じて膨張弁20の弁開度が調節される機械式膨張弁としている。具体的には、感温部での冷媒温度が高いと弁開度が小さい側に可変されて室外器21における冷媒圧力が高い側に維持され、逆に感温部での冷媒温度が低くなると弁開度が大きい側に可変されて室外器21における冷媒圧力が低い側に維持される。
The
室内器12は、室内ユニット4の空調ケース6内で空調空気通路9全体を横断するように配設される。室内器12は、蒸発器であって、膨張弁20で減圧された冷媒と空調ケース6内を流通する空調空気との間で熱交換して、空調空気を冷却する熱交換器である。室内器12から流出された冷媒は、電動圧縮機19に与えられる。室内器12の空調空気流れの下流側には、冷却された空気温度(エバ後空気温度)を検出する室内器温度センサ32が設けられる。室内器温度センサ32は、検出した温度情報をエアコンECU25に与える。
The
空調ケース6内には、室内器12に加えて、暖房器としてのヒータコア13が配設されている。ヒータコア13は、室内器12に対して空調空気流れ下流側に配置されている。ヒータコア13と空調ケース6との間にはヒータコア13をバイパスして空調空気が流通するバイパス流路23が形成されている。
In the
ヒータコア13の近傍には通過する空調空気量を調節するエアミックスドア24が設けられている。エアミックスドア24は、ヒータコア13の空調空気流通部を開閉する回動式のドアである。エアミックスドア24の開度に応じて、ヒータコア13を流通する加熱空気とバイパス流路23を流通する冷却空気との流量割合が調節されて、ヒータコア13の下流側の空調空気温度が調節される。エアミックスドア24の開度は、制御装置5によって制御される。
In the vicinity of the
制御装置5は、エアコン電子制御装置(Electronic Control Unit:略称ECU)25とインバータ部18を含む。エアコンECU25は、マイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。エアコンECU25には、前述したセンサの他に、外気温を検出する外気温度センサ33、内気温度を検出する内気温度センサ34および日射量を検出する日射センサ35からの情報が与えられる。エアコンECU25は、予め設定されたプログラムに従って各種センサから与えられる情報および操作パネル(図示せず)で乗員が設定する設定情報に対する演算処理を行う。エアコンECU25は、空調要求および空調負荷に基づいて、たとえばエアミックスドア24、電動圧縮機19、および電気ヒータ15などを制御する。
The
インバータ部18は、エアコンECU25からの指令によって電動圧縮機19および電気ヒータ15の作動を制御する。したがってインバータ部18とエアコンECU25は、電気負荷である電動圧縮機19および電気ヒータ15への電力の供給を制御する制御手段を構成する。インバータ部18には、バッテリ17の直流電力がヒューズ29を介して供給されている。バッテリ17は、電源であって、たとえば水素と酸素との化学反応を利用して電力を発生する燃料電池(図示せず)にて充電される蓄電手段である。インバータ部18は、電気ヒータ用インバータ26および電動圧縮機用インバータ28を含む。各インバータ26,28は、バッテリ17およびヒューズ29に対して並列に接続される。
The inverter unit 18 controls the operation of the
ヒューズ29は、ヒューズ許容電流が予め設定され、ヒューズ許容電流以上となるとヒューズ29が断線し、過電流がバッテリ17から電気負荷に流れないように動作する。ヒューズ29の許容電流は、負荷の起動電流と定格電流とに基づいて設定され、負荷の定格電流がヒューズ29の許容電流以上になるとヒューズ29が断線する。
The
電動圧縮機用インバータ28は、直流電力をスイッチングして可変周波数の交流出力(交流電力)を作りだし、その交流出力によって電動圧縮機19の回転数を可変制御する。電気ヒータ用インバータ26は、直流電力をスイッチングして、電気ヒータ15に供給される電力をデューティ制御する。デューティ制御は、電気ヒータなどの負荷への通電を短い周期で繰り返しオン/オフさせ、1周期当たりのオン時間(通電パルスの幅)の比率(デューティ比)を制御することで、負荷電流や負荷電圧を制御することである。このデューティ制御によって、電気ヒータ15にはバッテリ17の電圧と等しい電圧が電気ヒータ用インバータ26を介して印加される。各インバータ26,28のスイッチング素子としては、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタが用いられる。
The
次に、エアコンECU25の電気ヒータ用インバータ26の制御処理に関して説明する。図2は、エアコンECU25における電気ヒータ用インバータ26のデューティ比の決定手順を示すフローチャートである。エアコンECU25は、図2の制御処理が実行される以前に電動圧縮機19の動作状態、たとえば運転および停止を決定している。またエアコンECU25は、図2に示す処理を短時間に繰返す。
Next, control processing of the
ステップa1では、ヒータ回路を循環する温水の目標水温を決定し、ステップa2に移る。目標水温は、たとえば次式(1)によって演算される。 In step a1, the target water temperature of the hot water circulating through the heater circuit is determined, and the process proceeds to step a2. The target water temperature is calculated by the following equation (1), for example.
TWO(n)={TAO(n)−TE(n)}/φ+TE(n) …(1)
ここで、nは本フローの処理回数を示し、TWO(n)は目標水温を示し、TE(n)は室内器12を通過した空気の温度を示し、TAO(n)は目標吹出温度を示し、φはヒータコア13の温度効率を示す。このように式(1)では、目標吹出温度TWO(n)とエバ後温度TE(n)との温度差からヒータコア13にて必要な熱量を演算して、目標水温TWO(n)を求めている。
TWO (n) = {TAO (n) −TE (n)} / φ + TE (n) (1)
Here, n indicates the number of times this flow is processed, TWO (n) indicates the target water temperature, TE (n) indicates the temperature of the air that has passed through the
ステップa2では、電気ヒータ15の出力を決定し、ステップa3に移る。電気ヒータ15の出力は、たとえば次式(2)および式(3)によって演算される。
In step a2, the output of the
E(n)=TW(n)−TWO(n) …(2)
W(n)=W(n−1)+Kp{E(n)−E(n−1)}+(θ/Ti)×E(n)
…(3)
ここで、W(n)は電気ヒータ15の出力を示し、TWは現在の水温(実水温)を示し、
W(n−1)が電気ヒータ15の出力の前回値を示し、Kpは比例定数を示し、θはサンプリング周期を示し、Tiは積分定数を示す。式(3)に示すように、電気ヒータ15の出力がPI制御によって決定される。
E (n) = TW (n) -TWO (n) (2)
W (n) = W (n−1) + Kp {E (n) −E (n−1)} + (θ / Ti) × E (n)
... (3)
Here, W (n) indicates the output of the
W (n-1) represents the previous value of the output of the
ステップa3では、ヒータ出力の決定処理を実行し、ステップa4に移る。ヒータ出力の決定処理は、目標水温と実水温との差が小さい場合に、電気ヒータ15の出力を最大値(最大能力値)よりも小さく、一定の値の制限値に決定し、小さくない場合には、前述のステップa2で演算したヒータ出力に決定する処理である。
In step a3, a heater output determination process is executed, and the process proceeds to step a4. In the heater output determination process, when the difference between the target water temperature and the actual water temperature is small, the output of the
ステップa4では、ステップa2およびステップa3で決定されたヒータ出力と電気ヒータ最大出力(Wmax)から、電気ヒータ15のデューティ比(Duty)は、次式(4)によって演算される。
In step a4, the duty ratio (Duty) of the
Duty=W(n)/Wmax …(4)
ステップa5では、ステップa4にて算出されたデューティ比(Duty)を電気ヒータ用インバータ26へ出力し、本フローを終了する。これによってデューティ比が与えられた電気ヒータ用インバータ26は、電気ヒータ15を与えられたデューティ比でデューティ制御する。
Duty = W (n) / Wmax (4)
In step a5, the duty ratio (Duty) calculated in step a4 is output to the
このようにエアコンECU25は、ステップa2にて目標水温に基づいて電気ヒータ15の出力を仮決定する。エアコンECU25は、ステップa2にて仮決定した電気ヒータ15の出力が大きすぎて目標水温を上回るような場合は、ステップa3にて出力を小さくするように制御し、最終的なヒータ出力を決定する。
As described above, the
次に、ステップa3のヒータ出力の決定処理に関してさらに説明する。図3は、エアコンECU25におけるヒータ出力の決定処理を示すフローチャートである。エアコンECU25は、図2のステップa2の処理がなされると、本フローを開始する。
Next, the heater output determination process in step a3 will be further described. FIG. 3 is a flowchart showing heater output determination processing in the
ステップb1では、目標水温TWOと実水温TWとの水温差が、予め定める設定値(たとえば5度)よりも小さいか否かを判断し、小さい場合、ステップb2に移り、大きい場合、本フローを終了する。 In step b1, it is determined whether or not the water temperature difference between the target water temperature TWO and the actual water temperature TW is smaller than a predetermined set value (for example, 5 degrees). finish.
ステップb2では、水温差が設定値よりも小さいので、電気ヒータ15の出力の制限値である必要能力上限値(Wupper)を演算し、ステップb3に移る。必要能力上限値は、たとえば次式(5)によって演算される。
In step b2, since the water temperature difference is smaller than the set value, a necessary capacity upper limit value (Wupper) that is a limit value of the output of the
Wupper={TAO(n)−TE(n)}×C×ρ×Va+α …(5)
ここでCは空気比熱を示し、ρは空気密度を示し、Vaは風量を示し、αは余裕量を示す。このように式(5)では、目標吹出温度TAOとエバ後空気温度TEとの差に、単位時間当たりの空気通過量を乗算して目標吹出温度TAOに必要な熱量を演算し、この必要な熱量に余裕量αを加算した値が必要能力上限値Wupperとして演算される。したがって必要能力上限値は、空調要求(目標吹出温度)を満足するために必要な熱量である。また必要能力上限値は、式(5)に示すように、実水温に依存しないので、目標水温TAO(n)が変化しない限り、一定の値となる。
Wupper = {TAO (n) −TE (n)} × C × ρ × Va + α (5)
Here, C indicates air specific heat, ρ indicates air density, Va indicates air volume, and α indicates margin. Thus, in the equation (5), the difference between the target blowing temperature TAO and the post-evacuation air temperature TE is multiplied by the air passing amount per unit time to calculate the amount of heat necessary for the target blowing temperature TAO. A value obtained by adding the surplus amount α to the heat amount is calculated as the necessary capacity upper limit value Wupper. Therefore, the necessary capacity upper limit value is the amount of heat necessary to satisfy the air conditioning requirement (target blowout temperature). Moreover, since the required capacity upper limit value does not depend on the actual water temperature as shown in the equation (5), it is a constant value as long as the target water temperature TAO (n) does not change.
ステップb3では、ステップa2にて演算した出力W(n)と、ステップb2にて演算した必要能力上限値Wupperとを比較し、出力W(n)が大きい場合、ステップb4に移り、大きくない場合、本フローを終了する。ステップb4では、出力W(n)が必要能力上限値Wupperよりも大きいので、出力W(n)を必要能力上限値Wupperに値を書き換え、本フローを終了する。 In step b3, the output W (n) calculated in step a2 is compared with the necessary capacity upper limit value Wupper calculated in step b2. If the output W (n) is large, the process proceeds to step b4, and is not large. This flow is finished. In step b4, since the output W (n) is larger than the necessary capacity upper limit value Wupper, the value of the output W (n) is rewritten to the necessary capacity upper limit value Wupper, and this flow is finished.
このようにエアコンECU25は、ステップb2にて必要能力上限値を演算する。必要能力上限値は、前述したように目標吹出温度を達成するためにヒータ回路3によって確保すべき熱量に、余裕量を加算したものである。余裕量によって、実水温が目標水温に無限に近づくことを防止することができる。
In this way, the
次に、図3に示す決定処理を実行することによる効果に関して説明する。図4は、ヒータ回路3を循環する水の水温の変化を示すグラフである。図5は、電気ヒータ15の出力の変化を示すグラフである。図4の縦軸は水温を示し、横軸は時間を示す。また図5の縦軸は電気ヒータ15の出力を示し、横軸は時間を示す。また図4および図5では、エアコンECU25の処理の波形を実線で示し、従来技術の制御部の処理(以下、単に「従来制御」ということがある)の波形を破線で示す。従来制御は、図2のステップa3を除いた、ステップa1、ステップa2、ステップa4、およびステップa5を順次実行する処理である。
Next, the effect of executing the determination process shown in FIG. 3 will be described. FIG. 4 is a graph showing changes in the temperature of water circulating in the heater circuit 3. FIG. 5 is a graph showing changes in the output of the
図4に示すように、時刻t0から時刻t1までは、実水温と目標水温との水温差は設定値ΔT(たとえば5度)よりも大きいので、エアコンECU25のステップb1の判断処理にてステップa4に移る。したがってエアコンECU25の処理と従来制御とは、同様の処理となる。これによって時刻t0から水温差が設定値ΔTよりも小さくなる時刻t1までの波形は、互いに等しい。
As shown in FIG. 4, since the water temperature difference between the actual water temperature and the target water temperature is larger than the set value ΔT (for example, 5 degrees) from time t0 to time t1, step a4 is performed in the determination process of step b1 of the
時刻t1では、水温差がΔTよりも小さくなるので、エアコンECU25のステップb1の判断処理にてステップb2に移り、実水温が目標水温よりも小さいのでステップb3からステップb4に移り、ステップb4にて、ヒータ出力が必要能力上限値に決定される。したがって図5に示すように、時刻t1にてヒータ出力が最大値から必要能力上限値まで下げられる。これに対して従来制御では、前述の式(3)に基づくPI制御によってヒータ出力は最大値から多少は小さくなるが、図4に示すように、時刻t2にて目標水温を達し、その後、ヒータ出力を低下するが、水温の上昇がすぐに止まらないので、目標水温を大きく上回る。
At time t1, since the water temperature difference becomes smaller than ΔT, the
これに対してエアコンECU25は、ヒータ出力を早めの段階(時刻t1)で必要能力上限値まで低下させているので、ゆるやかに水温が上昇し、時刻t3にて目標水温に達する。実水温が目標水温に達した時刻t3以降は、ステップb3における判断で、ステップa4に移るので、前述の式(3)に基づくPI制御に再び戻り、目標水温が維持される。したがって図4に示すように、従来制御では温度変化の波形が大きく波打っているが、エアコンECU25による処理では、ゆるやかな曲線で目標水温に達して、維持される。また目標水温に達するまでの時間は、従来制御と大きくかわらないので、ヒータ出力が最大値の従来制御と同様に、短時間で目標水温にすることができる。
On the other hand, since the
以上説明したように本実施の形態のエアコンECU25は、水温差が設定値ΔTよりも小さい場合は、電気ヒータ15の出力を最大値よりも小さく一定の値である必要能力上限値となるように制御する(図5参照)。これによって水温差が設定値ΔTよりも小さい場合、実水温の上昇速度を小さくすることができる。実水温の上昇速度が小さいので、実水温を目標水温にゆっくりと到達させることができ、実水温を目標水温で安定させることができる。また設定値ΔTまではPI制御をすることによって、実水温を短時間で上昇させることができるので、短時間で目標水温に近づけることができる。このように本実施形態では、水温の早期上昇と水温の安定性を両立させることができる。したがって乗員のフィーリングが悪化することなく、快適な空調空間を提供することができる。
As described above, when the water temperature difference is smaller than the set value ΔT, the
また本実施の形態では、水温差が設定値ΔT以上(時刻t1まで)の場合、電気ヒータ15の出力が最大となるようにエアコンECU25によって制御される(図5参照)。水温差が設定値ΔT以上の場合は、前述したように、水温差が大きいので、電気ヒータ15の出力が最大値であっても、短時間で実水温が上昇して目標水温よりも大きくなる可能性が小さい。このような場合に、電気ヒータ15の出力を最大にすることによって、実水温を目標水温に短時間で近づけることができる。したがって実水温をさらに短時間で上昇させることができる。
Further, in the present embodiment, when the water temperature difference is equal to or greater than the set value ΔT (until time t1), the
また本実施の形態では、水温差が設定値ΔTよりも小さい場合、エアコンECU25によって空調要求を満足するために必要な熱量が式(5)によって演算される。これによって必要な熱量を用いて循環する水を加熱することができる。
Further, in the present embodiment, when the water temperature difference is smaller than the set value ΔT, the air quantity required for satisfying the air conditioning request is calculated by the
さらに本実施の形態では、式(5)では余裕量αが加算されているので、実水温が目標水温をやや上回るので、短時間で目標水温に近づけることができる。また余裕量αが小さすぎると、実水温が無限に目標水温に近づくような制御となるので、余裕量αは確実に目標水温に達することができる値に設定される。このように余裕量αは、必要な熱量を補正する補正量としての効果も有する。 Further, in the present embodiment, since the margin amount α is added in the equation (5), the actual water temperature is slightly higher than the target water temperature, so that it can be brought close to the target water temperature in a short time. If the margin amount α is too small, control is performed so that the actual water temperature approaches the target water temperature indefinitely, so the margin amount α is set to a value that can reliably reach the target water temperature. As described above, the margin amount α also has an effect as a correction amount for correcting the necessary heat amount.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に関して説明する。前述の第1実施形態では熱量の演算は式(5)を用いていたが、本実施の形態では、次式(6)によって演算される点に特徴を有する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the calculation of the amount of heat uses Expression (5), but this embodiment is characterized in that it is calculated by the following Expression (6).
Wupper={TAO(n)−TWout(n)}×Cw×ρw×Gw+α …(6)
ここでTWout(n)は出口水温センサ30によって検出される出口水温を示し、Cwはヒータ回路3を循環する温水の比熱を示し、ρwは温水の密度を示し、Gwは温水の流量を示し、αは余裕量を示す。このように式(6)では、目標吹出温度TAOと出口水温TWoutとの差に、単位時間当たりの流量を乗算して目標吹出温度に必要な熱量を演算し、この必要な熱量に余裕量αを加算した値が必要能力上限値として演算している。したがって必要能力上限値は、空調要求(目標吹出温度)を満足するために必要な熱量となる。このように前述の式(5)に換えて式(6)を用いても、前述の第1実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。
Wupper = {TAO (n) −TWout (n)} × Cw × ρw × Gw + α (6)
Here, TWout (n) indicates the outlet water temperature detected by the outlet
(その他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
前述の第1実施形態では、電気ヒータ15はヒータ回路3に1つだけ設けられていたが、1つに限ることはなく、2つ以上であってもよい。
In the first embodiment described above, only one
また空調要求を満足するために必要な熱量は、前述の第1実施形態では式(5)を用いて演算し、前述の第2実施形態では式(6)を用いて演算しているが、この2つの式に限ることはなく、他のパラメータから必要な熱量を演算してもよく、また予め設定される制御マップなどから熱量を決定してもよい。 The amount of heat necessary to satisfy the air conditioning requirement is calculated using the equation (5) in the first embodiment, and is calculated using the equation (6) in the second embodiment. It is not limited to these two formulas, the necessary heat quantity may be calculated from other parameters, or the heat quantity may be determined from a preset control map or the like.
また前述の第1実施形態では、電気ヒータ15をデューティ制御しているが、デューティ制御に限ることはなく、デューティ比に依存することなく通電状態と非通電状態を単に切り替えるように制御してもよい。
In the first embodiment described above, the
1…車両用空調装置
3…ヒータ回路
5…制御装置(制御手段)
9…空調空気通路(空気通路)
11…送風機
12…室内器(冷却用熱交換器)
13…ヒータコア(加熱用熱交換器)
15…電気ヒータ(ヒータ)
17…バッテリ
18…インバータ部
19…電動圧縮機
25…エアコンECU(制御手段)
26…電気ヒータ用インバータ
28…電動圧縮機用インバータ
29…ヒューズ
30…出口水温センサ
31…入口水温センサ
32…室内器温度センサ
DESCRIPTION OF
9 ... Air-conditioning air passage (air passage)
11 ...
13 ... Heater core (heat exchanger for heating)
15 ... Electric heater (heater)
DESCRIPTION OF
26 ... Inverter for
Claims (3)
前記送風機によって送風される空気が流れる空気通路(9)を形成する空調ケース(6)と、
水が循環する循環流路を構成するヒータ回路(3)と、
前記ヒータ回路に設けられ、前記ヒータ回路を循環する水を加熱するヒータ(15)と、
前記ヒータ回路に設けられ、前記循環する水を熱源として、前記送風機によって送風される空気を加熱する加熱用熱交換器(13)と、
前記ヒータ回路を循環する水の温度を検出する水温検出手段(30,31)と、
前記空調ケース内に設けられ、前記送風機によって送風される空気を冷却する冷却用熱交換器(12)と、
前記冷却用熱交換器を通過した空気の温度を検出する温度検出手段(32)と、
車室内の空調要求に応じて、前記ヒータの出力を制御する制御手段(25)と、を含み、
前記制御手段は、前記空調要求を満足するための目標水温よりも前記水温検出手段によって検出された実水温が小さい場合であって、前記目標水温と前記実水温との水温差が予め定める設定値よりも小さいとき、前記ヒータの出力を最大値よりも小さく一定の値である制限値に制御し、
前記制御手段は、前記空調要求を満足するために必要な熱量を、目標吹出温度と前記温度検出手段によって検出された空気温度とを用いて演算し、前記演算した熱量が得られるように前記制限値を設定することを特徴とする車両用空調装置。 A blower (11) for blowing air;
An air conditioning case (6) forming an air passage (9) through which air blown by the blower flows;
A heater circuit (3) constituting a circulation passage through which water circulates;
A heater (15) provided in the heater circuit for heating water circulating in the heater circuit;
A heating heat exchanger (13) that is provided in the heater circuit and heats the air blown by the blower using the circulating water as a heat source;
Water temperature detecting means (30, 31) for detecting the temperature of the water circulating in the heater circuit;
A cooling heat exchanger (12) that is provided in the air conditioning case and cools the air blown by the blower;
Temperature detection means (32) for detecting the temperature of the air that has passed through the cooling heat exchanger;
Control means (25) for controlling the output of the heater in response to a request for air conditioning in the passenger compartment,
The control means is a case in which the actual water temperature detected by the water temperature detection means is smaller than the target water temperature for satisfying the air conditioning requirement, and a water temperature difference between the target water temperature and the actual water temperature is set in advance. Less than the maximum value, the heater output is controlled to a limit value that is a constant value ,
The control means calculates the amount of heat necessary to satisfy the air conditioning requirement using a target blowing temperature and the air temperature detected by the temperature detection means, and the restriction is made so that the calculated amount of heat is obtained. A vehicle air conditioner characterized by setting a value .
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