CN100384650C - 车辆用空调装置 - Google Patents

Abstract

在包括冷却吹出到车室内的空气的冷却器，冷却器能力调节机构，加热吹出到车室内的空气的加热器，加热器能力调节机构，和车室内温度检测机构的车辆用空调装置上，配备根据来自车室内温度检测机构的信息通过由冷却器能力调节机构控制冷却能力的调节量从而自动控制车室内温度的车室内温度自动控制机构，并且，将该车室内温度自动控制机构进行的冷却器冷却能力的调节量的自动控制区域限定在与加热器能力调节机构的操作量相对应的特定的区域。根据此装置，不会产生车室内湿度上升的问题，与以往的手动空调装置相比，可节省压缩机的动力，有助于提高车辆的燃料消耗率。

Description

车辆用空调装置

技术领域

本发明涉及车辆用空调装置，特别是涉及使用车辆空调时，可以节省设在冷冻回路上的压缩机的动力，有助于提高车辆燃料消耗率的车辆用空调装置。

背景技术

在车辆用空调装置上，以往一般的手动空调装置上的蒸发器(冷却器)的蒸发温度控制(冷却器温度控制)通常是在蒸发器不着霜的温度的下限使蒸发器动作，温度调节上必要的温度通过设置在通风管道内的蒸发器下游的加热器的能力控制实施。在像这样的控制形式中，实质上常常为了将蒸发器冷却到不着霜的界限，向蒸发器供给制冷剂的压缩机的动力就必须有较大的消耗。换言之，在蒸发器设置场所一端下降到下限温度(避免着霜的界限温度)，在其下游侧通过加热器加热到目标温度，故从控制目标空气温度的观点考虑，有时白白浪费了消耗的能量。因此，像这样的以往的手动空调装置的控制方法，由于必须消耗较多的压缩机的动力，故车辆的发动机负荷增大，成为使燃料消耗率恶化的原因。

另一方面，已知基本上不会将蒸发器的温度降到避免着霜的界限温度，与各种条件相对应控制到最适当的温度的汽车空调系统。这种汽车空调系统中，由其目标吹出空气温度运算最适当的蒸发器温度(蒸发器出口空气温度)，控制压缩机以达到其目标温度，故可以谋求节省压缩机的动力。

以往的汽车空调系统由于通常具有多个热负荷检测部及各种温度调节控制器驱动部，并多使用复杂的控制体统和运算式，故存在为了构成控制系统需要很长时间和成本的问题。但是对于这样的问题，本申请人曾提出了既保持和以往的汽车空调同等的性能，又将控制系统大幅简易化的适用于车辆用空调装置的廉价的控制装置(例如，特愿2001-397484号、特开2003-191741号公报)。在这个提案中，提供这样一种车辆用空调装置，包括设定车室内温度的车室内温度设定机构，检测车室内温度的车室内温度检测机构，控制车室内温度达到设定温度的车室内温度控制机构，计算并指定车室内温度达到设定温度的过渡状态下的目标响应的车室内温度目标响应算出机构，和运算其目标响应时车室内目标温度与由上述车室内温度检测机构检测到的车室内温度的偏差的车室内反馈运算机构，其特征在于：具有预测通过上述车室内温度目标响应算出机构为实现目标响应的过渡特性而必要的前馈控制输入的前馈控制输入预测机构，将该前馈控制输入和通过上述车室内温度反馈运算机构算出的反馈控制输入之和作为上述车室内温度控制机构的控制输入控制车室内温度。

发明内容

本发明的课题是提供这样一种车辆用空调装置，不产生上述以往的手动空调装置的压缩机的动力超过必要的消耗的问题，与以往的手动空调装置相比，可以节省压缩机的动力，有助于提高车辆的燃料消耗率。

为了解决上述课题，本发明的车辆用空调装置包括：冷却吹出到车室内的空气的冷却器，调节该冷却器的冷却能力的冷却器能力调节机构，加热吹出到车室内的空气的加热器，调节该加热器的加热能力的加热器能力调节机构，和检测车室内温度的车室内温度检测机构，其特征在于，配备根据来自上述车室内温度检测机构的信息、通过由上述冷却器能力调节机构控制冷却能力的调节量从而自动控制车室内温度的车室内温度自动控制机构，并且，将该车室内温度自动控制机构进行的冷却器冷却能力的调节量的自动控制区域限定在与上述加热器能力调节机构的操作量相对应的区域。即，根据加热器能力调节机构的操作量决定是否进行车室内温度自动控制机构的自动控制。

这种车辆用空调装置中，可以是配备车室内温度目标值设定机构，该车室内温度目标值设定机构的设定量和上述加热器能力调节机构的操作量相互关联的结构。这种情况下，可以是车室内温度目标值设定机构和上述加热器能力调节机构兼用一个操作机构调节的结构，也可以是车室内温度目标值设定机构和上述加热器能力调节机构分别作为各自的操作机构的结构，两操作机构互相连动。

还有，本发明的车辆用空调装置中，可以是配备冷却器温度目标值设定机构，在上述冷却器冷却能力的调节量的自动控制区域，上述冷却器温度目标值设定机构实现的冷却器温度目标值具有上限值的结构。这种情况下，既可以在上述自动控制区域以外的、不自动控制冷却器冷却能力的调节的区域，将上述冷却器温度目标值设定机构实现的冷却器温度目标值的下限值作为上述自动控制区域的冷却器温度目标值的上限值，与上述加热器能力调节机构的操作量相对应地以和该操作量相关的形式控制冷却器温度目标值，也可以在上述自动控制区域以外的、不自动控制上述冷却器冷却能力的调节的区域，将上述冷却器温度目标值设定机构实现的冷却器温度目标值作为上述冷却器温度目标值的上限值，和上述加热器能力调节机构的操作量无关地将冷却器温度目标值控制在其一定值。

上述冷却器能力调节机构备有设在使制冷剂在上述冷却器中循环的冷冻回路中的压缩机的容量控制机构，通过控制压缩机的容量调节冷却器能力。

作为上述压缩机的容量控制机构，可以由以压缩机的运转/非运转的间断运行控制压缩机的容量的机构、通过外部信号可以任意地控制压缩机的容量的机构、以压缩机的转速控制压缩机的容量的机构中的任意一个构成。

在上述那样构成的本发明的车辆用空调装置中，与加热器能力调节机构的操作量相对应，仅在实际上不需要向加热器通风的区域，由车室内温度自动控制机构自动控制冷却器冷却能力的调节量，在这个区域中，冷却器冷却能力被自动控制成在着霜界限温度和某设定温度(第1设定温度)之间进行最佳效率的运转，在此区域可以节省压缩机的动力，而且，在其它的区域、即在基本上要求或多或少地调节加热器能力的区域中，可以进行接近于手动空调系统的调节。但是，并不是像以往的手动空调系统那样将冷却器冷却能力下降到着霜界限温度，用加热器将其加热到目标温度，而是将冷却器能力调剂到和上述第1设定温度相同或比其高的温度(即，调节到远远高于以往的着霜界限温度的高温)，在这种前提条件下加上加热器的加热动作而控制在目标温度。因此，与以往的下降到着霜界限温度再用加热器对其加热的情况相比，为了控制在目标温度的能量，即由于加热器消耗的动力，特别是冷却器一侧的压缩机消耗的动力大幅降低。因此，达到节省压缩机的动力，由此提高车辆的燃料消耗率。

像这样，根据本发明的车辆用空调装置，不会产生车室内湿度上升的问题，而且与以往的手动空调系统相比，可以达到节省压缩机的动力，有助于提高车辆的燃料消耗率。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的车辆用空调装置的概略构成图。

图2是图1的装置的控制方框图。

图3是表示图1的装置的车室内温度调节器、空气混合挡板、冷却器出口空气温度目标值的操作/控制特性的概略构成图。

图4是表示图3的变形例的车室内温度调节器、空气混合挡板、冷却器出口空气温度目标值的操作/控制特性的概略构成图。

图5是表示在图1的装置的自动控制区域的前馈控制的基本构成的方框图。

图6是表示图5的控制形式的概念的特性图。

图7是表示离合器控制例的特性图。

图8是表示加热器能力调节机构和车室内温度目标值设定机构兼用例的正面图。

图9是表示加热器能力调节机构和车室内温度目标值设定机构分别构成、连动例的概略正面图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的优选实施方式。

图1表示本发明的一实施方式的车辆用空调装置的机器系统图。在图1上，符号1表示车辆用空调装置的机械构成部分全体，设置有通风回路和冷冻回路。在通风通道2的入口侧设置控制来自内部气体导入口3的空气吸入量和来自外部气体导入口4的空气吸入量的比例的内外气体转换挡板5。吸入的气体通过由马达6驱动的送风机7被吸入、压送到通风通道2内。在通风通道2内，事先设置作为冷却器的蒸发器8和配置在其下游侧的作为加热器的热水加热器9，来自发动机的发动机冷却水10在热水加热器9中循环，由此被逐渐加热。

在作为冷却器而设置的蒸发器8内供给在冷冻回路11内循环的制冷剂。制冷剂用通过离合器调节能够可变地控制容量的固定容量式压缩机(compressor)12压缩，在冷凝器13内被冷凝后，通过储液器14、膨胀阀15送到蒸发器8，从蒸发器8被吸入压缩机12。压缩机12的运转在本实施例中是通过离合器控制器16的控制而控制，由此可以调节作为冷却器的蒸发器8冷却能力。

在热水加热器9的正下游侧设置空气混合挡板17，可调节上述送风机7的送风量，且通过调节空气混合挡板17的开度可调节吹出温度。空气混合挡板17通过钢丝绳18(钢丝连接)用机械的方法驱动。具体地说，就是乘务员通过车室内温度调节器19(温度调节杆)手动设定。即，车室内温度调节器19的操作量(调节量)和空气混合挡板17的开度实质上是对应的。在空气混合挡板17的轴上安装转动式电位器20(可变电阻)，总控制器21接收电阻值的变化产生的电气信号，确认挡板开度。

被调温的空气通过各吹出口22、23、24(例如，DEF、VENT、FOOT吹出口)吹出到车室内。在各吹出口22、23、24上设置有各自的挡板25、26、27。

上述压缩机12的离合器控制器16根据来自总控制器21的信号被控制。来自车室内温度传感器28的检测信号被输入到总控制器21。在冷却器8的出口侧设置冷却器出口空气温度传感器29，其检测信号被输入到总控制器21。

控制如图2、图3所示那样进行，与车室内温度调节器19的操作量(空气混合挡板17的开度)相对应，在分成本发明的车室内温度自动控制机构进行的冷却器冷却能力的调节量的自动控制区域和其他区域的形式下进行。

如图2、图3所示，当与车室内温度调节器19的操作相对应，空气混合挡板17的开度(AMD)设定在MAX COOL附近(开度为0或其附近)时，通过加热器9的空气被阻断，而在此特定的限定区域(图3的斜线区域)，用后述的前馈控制方法，由车室内温度TR(车室内温度传感器28的检测温度)、车室内温度目标值Tset计算出目标吹出温度Toc，通过离合器控制器16，自动控制冷却器出口空气温度目标值TV，并且根据被自动控制的冷却器能力的调节量控制车室内温度。但是，车室内温度目标值由事先与温度调节杆位置对应地设定的Tset1、Tset2决定。而且，为了防止温度调节杆上升时吹出温度下降，冷却器温度目标值的控制范围为着霜界限温度～第1温度设定值。此第1温度设定值是在此自动控制区域的冷却器温度目标值控制范围(冷却器冷却能力控制范围)的上限值。

在空气混合挡板的开度是在MAX COOL附近以外，即利用加热器能力控制车室内温度的情况下，与空气混合挡板开度相对应，一边将控制冷却器出口温度目标值控制在与上述第1温度设定值相同、或比其高的温度，降低加热器9的再加热量，一边控制车室内温度。在图3表示的控制形式中，温度调节杆的位置根据挡板开度与冷却器出口空气温度目标值成比例地从MAX COOL上升到空气混合挡板开度约为50％的位置，但挡板开度在50％以后，以第2温度设定值控制冷却器出口温度目标值(此区域预计作为暖气使用)。

像这样，只在被限定的特定区域自动控制冷却器出口空气温度目标值TV，在其它区域，在第1温度设定值(即，远远高于着霜界限温度的温度)以上，控制成冷却器出口空气温度目标值TV，故与以往的手动空调装置相比，大幅降低了为了控制在目标吹出温度而消耗的能量，特别是压缩机的动力。上述自动控制区域限定在实质上不需要加热动作的低温区域。

在图3表示的控制形式中，使在自动控制之外区域的冷却器出口空气温度目标值TV与温度调节杆位置(空气混合挡板开度)相对应地变化，例如如图4所示，可以在此区域和空气混合挡板开度无关地将冷却器出口空气温度控制在第1温度设定值(自动控制区域的上限值)，在此情况下也可以大幅降低加热器的再加热量，从而控制车室内温度。

在图2所表示的自动控制区域的控制，为了谋求控制的简易化，采用了以前馈为主体的控制形式。如上所述，根据与温度调节杆位置(空气混合挡板开度)相对应地设定的车室内温度设定值Tset，例如像在图5表示的基本概念那样，与设定温度31相对应，从事先设定的初始值(例如，常温25℃)到到达其设定温度目标值的目标值响应模型通过车室内温度目标响应运算机构32作为F(S)运算。根据此运算结果，目标吹出温度的控制对象模型通过前馈控制输入预测机构33作为1/P′(S)的前馈控制输入运算。

在该前馈控制输入预测信号上加上来自车室内温度传感器28的车室内温度检测信号34的反馈。即，对作为上述预测控制量的目标值响应模型F(S)、和反馈的车室内温度检测信号34的偏差进行PID运算。然后，上述前馈信号1/P′(S)和上述PID运算的修正信号(反馈信号)相加，这就是目标吹出温度的控制信号，即，在本实施方式中，作为冷却器出口空气温度控制的基本信号被输出。此冷却器出口空气温度控制的基本信号作为传送给离合器控制器16的离合器信号36由冷却器出口空气温度目标值运算机构35运算、输出。通过此离合器信号36，实际上控制离合器控制器16，控制冷却器出口空气温度达到为上述目标值，控制车室内温度为目标值。

即，如图6所示，对于设定温度，通过从开始控制时的包含过渡特性的目标响应确切地算出并指定，然后预测前馈控制量，实际的车室内检测温度和目标响应值的差分反馈到其前馈控制量上，其前馈控制输入和反馈之和构成实际的控制量的基本信号。即，作为基本的可以简单地构成控制系统的前馈控制系统，在其上反馈根据唯一的车室内检测温度的信号，前馈控制输入被修正成更适当的信号量，从而进行实际的控制。

作为更具体的控制方框图表示的图2的控制是根据图5表示的基本控制。即，根据作为Tset被设定的车室内温度目标值，车室内温度响应模型的目标值Tf按下面的一次滞后近似差分方程式运算。

Tf＝(TL×Tset+Tc×Tf(前次值))/(Tc+TL)

其中，

TL：控制周期

Tc：车室内温度响应性指定参数

在运算目标吹出温度Toc的时候，对应车室内温度响应目标值Tf算出目标吹出温度的前馈预测运算值Toc1。此运算项是具有考虑了控制对象的车室内温度的响应变化的动特性模型，将其动特性模型用静特性式Tff1和近似一次滞后的差分方程式Tff2近似的。本来，将车室内温度响应模型输出Tf向控制对象的车室内温度动特性模型输入时成为Toc1输出，但实际上，由于和使车室内温度响应模型和控制对象的动特性模型结合的形式是相同的，故采用此结合形式，结果，作为输入值而成为Tset。

然后，由车室内温度响应目标值Tf和实际检测的车室内温度TR算出目标吹出温度的反馈运算值Toc2。

由这些目标吹出温度的前馈预测运算值Toc1和反馈运算值Toc2之和算出目标吹出温度Toc。

Toc＝Toc1+Toc2

参照目标吹出温度Toc，算出冷却器出口空气温度目标运算值TV，考虑到检测出的冷却器出口空气温度Te，发出离合器信号，通过离合器控制器16控制冷却器出口空气温度，控制在上述自动控制区域内的车室内温度。

离合器控制器16进行的离合器控制的条件也如图7所示，例如，最好是Te＞TV+1时为离合器接通的条件，Te＜TV-1时为离合器断开的条件。

在上述实施方式中通过由离合器控制器16控制离合器的工作/不工作从而进行压缩机的容量控制，但是也可以用其它的方法进行压缩机的容量控制。例如，也可以使用可变容量压缩机，根据外部信号任意地控制容量，也可以通过控制压缩机的转速控制容量。

在本发明中，车室内温度目标值设定机构和加热器能力调节机构可以兼用一个操作机构调节。例如如图8所示，上述车室内温度调节器19既可以作为车室内温度目标值设定机构发挥作用，也可以作为加热器能力调节机构的空气混合挡板开度调节机构发挥作用，而且还可以是在该车室内温度调节器19中实质上设定了图3和图4表示的Tset1及Tset2的结构。

或者，例如图9所示，在车室内温度目标值设定机构41和加热器能力调节机构42作为分别的操作机构构成的情况下，也可以成为两操作机构41、42互相连动的结构。连动机构43可以由例如连线或钢丝绳等机械手段容易地构成。在图9表示的例子中，加热器能力调节机构42的杆的位置在0的时候车室内温度目标值设定机构41的容积位置为Tset1，加热器能力调节机构42的杆的位置在1的时候车室内温度目标值设定机构41的容积位置为Tset2。

Claims (11)

1.一种车辆用空调装置，包括：冷却吹出到车室内的空气的冷却器，调节该冷却器的冷却能力的冷却器能力调节机构，加热吹出到车室内的空气的加热器，调节该加热器的加热能力的加热器能力调节机构，和检测车室内温度的车室内温度检测机构，其特征在于，配备根据来自上述车室内温度检测机构的信息、通过由上述冷却器能力调节机构控制冷却能力的调节量从而自动控制车室内温度的车室内温度自动控制机构，并且，将该车室内温度自动控制机构进行的冷却器冷却能力的调节量的自动控制区域限定在与上述加热器能力调节机构的操作量相对应的区域。

2.权利要求1的车辆用空调装置，其特征在于，配备车室内温度目标值设定机构，该车室内温度目标值设定机构的设定量和上述加热器能力调节机构的操作量相互关联。

3.权利要求2的车辆用空调装置，其特征在于，上述车室内温度目标值设定机构和上述加热器能力调节机构可以兼用一个操作机构调节。

4.权利要求2的车辆用空调装置，其特征在于，上述车室内温度目标值设定机构和上述加热器能力调节机构分别作为各自的操作机构而构成，两操作机构互相连动。

5.权利要求1的车辆用空调装置，其特征在于，配备冷却器温度目标值设定机构，在上述冷却器冷却能力的调节量的自动控制区域，上述冷却器温度目标值设定机构实现的冷却器温度目标值具有上限值。

6.权利要求5的车辆用空调装置，其特征在于，在上述自动控制区域以外的、不自动控制上述冷却器冷却能力的调节的区域，将上述冷却器温度目标值设定机构实现的冷却器温度目标值的下限值作为上述自动控制区域的冷却器温度目标值的上限值，与上述加热器能力调节机构的操作量相对应地以和该操作量相关的形式控制冷却器温度目标值。

7.权利要求5的车辆用空调装置，其特征在于，在上述自动控制区域以外的、不自动控制上述冷却器冷却能力的调节的区域，将上述冷却器温度目标值设定机构实现的冷却器温度目标值作为上述冷却器温度目标值的上限值，和上述加热器能力调节机构的操作量无关地将冷却器温度目标值控制在一定值。

8.权利要求1的车辆用空调装置，其特征在于，上述冷却器能力调节机构备有设在使制冷剂在上述冷却器中循环的冷冻回路中的压缩机的容量控制机构。

9.权利要求8的车辆用空调装置，其特征在于，上述压缩机的容量控制机构由以压缩机的运转/非运转的间断运行控制压缩机的容量的机构构成。

10.权利要求8的车辆用空调装置，其特征在于，上述压缩机的容量控制机构由通过外部信号可以任意地控制压缩机的容量的机构构成。

11.权利要求8的车辆用空调装置，其特征在于，上述压缩机的容量控制机构由以压缩机的转速控制压缩机的容量的机构构成。

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