CN117774596A - 车辆用空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆用空调系统。在格栅风门上部(20A)或格栅风门下部(20B)以开放状态固定且除霜功能为开启状态的第一条件成立时，后空调操作部(121)能够执行向车厢后方的风量限制。

Description

车辆用空调系统

相关申请的交叉引用

本申请要求基于2022年9月28日提出申请的日本专利申请第2022-154320号的优先权，并通过引用将其包括说明书、权利要求书、附图及摘要在内的全文并入本文。

技术领域

在本说明书中，公开了一种车辆用空调系统。

背景技术

在车辆搭载有空调(空气调节)系统。例如，在搭载有旋转电机来代替内燃机作为驱动源的电动汽车(BEV)中，由于无法得到从内燃机产生的热，因此作为供暖设备，搭载有PTC(正温度系数、Positive Temperature Coefficient)加热器等电加热器。

例如，电加热器具备通过电力供给而发热的热源(例如PTC元件)。通过使制冷剂液流过该电加热器而使制冷剂液升温。升温后的制冷剂液通过配管在前侧鼓风机、后侧鼓风机之前流动。在从鼓风机送出的风通过配管时，通过与制冷剂液进行热交换而成为暖风。该暖风被供给到车厢前侧空间、后侧空间。

另外，以往搭载于车辆的热交换型的空调系统具备热交换器。该热交换器搭载于发动机舱。在发动机舱的前表面、即车辆前表面设置前格栅。从前格栅导入到发动机舱内的外部气体与热交换器进行热交换。

在此，若将热交换型的空调系统的布局应用于电加热器系统，则例如代替热交换器而将电加热器搭载于电动汽车的电动机舱。此外，发动机舱及电动机舱两者均为设置有驱动源的隔舱，因此，将这些舱统一记载为发动机室。

为了实现发动机室内的设备的迅速升温(预热)，例如在日本特开2021-131051号公报中，在前格栅的后方设置有格栅风门。通过格栅风门的开度调整，能够调整从前格栅导入发动机室的车外气体量。

然而，有时格栅风门的叶片会开固定。所谓开固定，是指开放状态的叶片即使接受闭指令也不关闭而保持开放状态而固定的状态。例如，由于在打开状态下相邻的叶片之间夹有雪块等异物、或者使叶片转动的致动器的不良情况等，可能产生叶片的开固定。

由于叶片的开固定，外部气体进入内燃机室内。由此，电加热器内的热源被夺走温度，有可能抑制升温功能。特别是在执行作为挡风玻璃的防雾功能的除霜功能时，需要利用电加热器使制冷剂液充分升温。

因此，在本说明书中，公开了一种车辆用空调系统，在空调系统的热源搭载于发动机室的情况下，在格栅风门的叶片的开固定时，能够可靠地进行由除霜器进行的防雾。

发明内容

本说明书中公开的车辆用空调系统具备格栅风门、热源、循环配管、前鼓风机、后鼓风机、前空调操作部及后空调操作部。格栅风门设置于设在车辆前方且设置有驱动源的发动机室的前表面，能够调整向该发动机室内导入的外部气体量。热源设置于发动机室。循环配管是供制冷剂液流动的配管，具备经由热源的升温区间。而且循环配管在从升温区间分支为车厢前方区间和车厢后方区间之后汇合而返回升温区间。前鼓风机与在车厢前方区间流动的制冷剂液进行热交换而向车厢前方输送暖风。后鼓风机与在车厢后方区间流动的制冷剂液进行热交换而向车厢后方输送暖风。前空调操作部能够进行包括除霜功能的开启/关闭在内的向车厢前方的风量操作。后空调操作部能够进行向车厢后方的风量操作。而且，在格栅风门以开放状态固定且除霜功能为开启状态的第一条件成立时，后空调操作部能够执行向车厢后方的风量限制。

根据上述结构，在格栅风门开固定时，通过限制向车厢后方的暖风量，从而抑制制冷剂液的热交换(即温度降低)。其结果，充分升温的暖风能够用于除霜器。

另外，在上述结构中，也可以是，在第一条件成立时且车外气温达到阈值温度以下的第二条件成立时，后空调操作部能够执行向车厢后方的风量限制。

根据上述结构，在车外气温超过阈值温度的情况下，能够避免向车厢后方的风量限制，能够抑制后部座席的舒适性下降。

另外，在上述结构中，也可以是，在第一条件及第二条件成立时且车速达到阈值速度以上的第三条件成立时，后空调操作部执行向车厢后方的风量限制。

根据上述结构，在车速小于阈值速度的情况下，能够避免向车厢后方的风量限制，能够抑制后部座席的舒适性下降。

根据本说明书的车辆用空调系统，在空调系统的热源搭载于发动机室的情况下，在格栅风门的叶片的开固定时，能够可靠地进行由除霜器进行的防雾。

附图说明

图1是例示车辆的发动机室内的结构的图。

图2是对空调系统的特别是循环配管进行说明的图。

图3是例示车厢前方部分的结构的图。

图4是例示车厢后方部分的结构的图。

图5是例示本实施方式的车辆用空调系统的整体结构的图。

图6是例示空调ECU的硬件结构的图。

图7是对车外气温的阈值温度To_th的设定进行说明的图。

图8是对车速的阈值速度V_th的设定进行说明的图。

图9是例示由本实施方式的车辆用空调系统执行的后风量限制判定流程的图。

具体实施方式

以下，使用附图对实施方式的车辆用空调系统进行说明。以下说明的形状、材料、个数以及数值是用于说明的例示，能够根据车辆用空调系统的规格适当变更。另外，以下在所有附图中对相同的要素标注相同的附图标记。

另外，在图1-图4中，为了表示各结构的位置、方向，使用由FR轴、RW轴以及UP轴构成的正交坐标系。FR轴是以车辆前方为正方向的车辆前后方向轴。RW轴是以车辆右侧为正方向的车宽方向轴。UP轴是以上方为正方向的车辆上下方向轴。

＜整体结构＞

图5中例示了本实施方式的车辆用空调系统的整体概况。即，该空调系统具备电加热器30、循环配管40、前鼓风机80A以及后鼓风机80B，作为供给暖风的机构。另外，空调系统具备前空调操作面板50、后空调操作面板60、前操作控制部70、后操作控制部71以及空调ECU100，作为对暖风的风量、喷出目的地进行控制的机构。而且，空调系统具备格栅风门上部20A以及格栅风门下部20B，作为调整被取入到设置有电加热器30的发动机室12(参照图1)的车外气体的流量(以下适当记载为车外气体量)的机构。

若对前空调操作面板50的除霜按钮58A(参照图3)进行开启操作，则空调ECU100判定格栅风门上部20A及格栅风门下部20B中的至少一方是否开固定。

然后，在除霜功能为开启状态且格栅风门上部20A以及格栅风门下部20B中的至少一方开固定的情况下(第一条件成立时)，后操作控制部71能够执行向车厢后方的风量限制。

＜发动机室＞

图1例示了设置于车辆10的发动机室12的设备。车辆10例如是以旋转电机110为驱动源的电动汽车(BEV)。作为设置该旋转电机110的隔舱，车辆10具备发动机室12。发动机室12也被称为电动机舱。另外，发动机室12设置于车辆10的前方。例如，参照图2，发动机室12设置在比车厢16靠前方。

参照图1，在发动机室12的前表面设置有前格栅。如上所述，由于发动机室12设置于车辆10的前方，因此设置于该发动机室12的前表面的前格栅配置于车辆10的前面。

例如在图1的示例中，前格栅被分为上下层。即，在发动机室12的前表面设置有作为上层格栅的前格栅上部14A和作为下层格栅的前格栅下部14B。前格栅上部14A及前格栅下部14B在车辆前表面沿车宽方向延伸设置。

在前格栅上部14A以及前格栅下部14B的后方设置有散热器上部15A及散热器下部15B。散热器上部15A以及散热器下部15B为了对车辆10的电气设备进行冷却而设置于发动机室12。例如，冷却旋转电机110的制冷剂流入散热器上部15A，与车外气体进行热交换。另外，对逆变器、DC/DC转换器等所谓强电系统电子设备进行冷却的制冷剂流入散热器下部15B，与车外气体进行热交换。

在发动机室12的前表面，在前格栅上部14A和前格栅下部14B与散热器上部15A和散热器下部15B之间设置有格栅风门上部20A和格栅风门下部20B。格栅风门上部20A和格栅风门下部20B具备控制器22A、22B、致动器24A、24B以及叶片25A、25B。

叶片25A、25B例如在前格栅上部14A及前格栅下部14B的格栅开口的整个宽度(RW方向全长)上延伸设置。控制器22A、22B从空调ECU100(参照图5)接受驱动指令而使致动器24A、24B驱动。例如，驱动指令包括打开指令和关闭指令。基于控制器22A、22B的驱动控制，致动器24A、24B使叶片25A、25B开闭。能够根据叶片25A、25B的开闭来调整向发动机室12内导入的车外气体量。

＜空调系统＞

参照图1、图2，车辆10具备车厢16用的空调系统(空气调节系统)。作为该空调系统的供暖功能，在车辆10设置有电加热器30、循环配管40、泵41、前鼓风机80A以及后鼓风机80B。此外，为了简化图示，在图2中省略了管道、管道内门等导风单元的图示。

电加热器30具备作为热源的PTC元件32A-32D。PTC元件32A-32D是通过电力供给而发热的发热体，已知其电阻值根据温度而可变。

例如，当向PTC元件32A-32D供给电力时，温度上升，当该温度超过规定的阈值温度时，电阻值急剧增加。其结果，在同一电压下供给到PTC元件32A-32D的电流被缩小，升温被抑制。通过使用以阈值温度为目标温度的PTC元件32A-32D，在达到目标温度后电流被缩小而抑制目标温度以上的升温。

例如，电加热器30具备多个PTC元件32A-32D作为热源。并且，在电加热器30设置有切换电流的供给/切断的开关面板35(参照图5)。如后所述，空调ECU100根据对制冷剂液的升温要求来选择电流供给对象的PTC元件32A-32D。

电加热器30具备收容PTC元件32A-32D的壳体31。壳体31例如由铝等金属材料构成。在壳体31内，作为循环配管40的一部分，设置有经由热源的升温区间42。例如与作为热源的PTC元件32A-32D接触的配管设置于壳体31内。该配管的延伸区间成为升温区间42。

另外，电加热器30设置于发动机室12。因此，由从前格栅上部14A和前格栅下部14B导入的车外气体而从电加热器30和作为热源的PTC元件32A-32D夺走热量，其结果，制冷剂液的升温速度有可能钝化。特别是，当格栅风门上部20A和格栅风门下部20B中的至少一方发生了开固定时，车外气体量的调整变得困难，相应地，电加热器30有可能暴露于大量的车外气体。

因此，如后所述，在格栅风门上部20A以及格栅风门下部20B中的至少一方发生开固定，并且对于空调系统除霜功能为开启状态的情况下，能够执行向车厢16后方的风量限制。通过这样的风量限制，能够抑制制冷剂液的热交换(即温度降低)。其结果，充分升温的暖风能够用于除霜器。

成为制冷剂液的流路的循环配管40具备升温区间42、车厢前方区间44以及车厢后方区间46。如上所述，升温区间42设置在电加热器30内。通过升温区间42而升温后的制冷剂液被分支到车厢前方区间44及车厢后方区间46。车厢前方区间44横穿前鼓风机80A的送风口近前，车厢后方区间46横穿后鼓风机80B的送风口近前。之后，车厢前方区间44以及车厢后方区间46在下游汇合而返回至升温区间42。

在循环配管40中流动的制冷剂液的流量由泵41控制。参照图5，泵41与泵马达43连接。泵马达43被泵逆变器45控制旋转。

例如，从空调ECU100的设备控制部106输出PWM信号。根据该PWM信号驱动泵逆变器45的开关元件。然后，与PWM信号的占空比相应的电压被施加于泵马达43，与该施加电压相应的驱动力被输入泵41。

参照图2，前鼓风机80A例如收容于车厢16前方的仪表板115(参照图3)。而且，循环配管40的车厢前方区间44也收容于仪表板115。

从前鼓风机80A送出的空气在通过车厢前方区间44时与制冷剂液进行热交换而成为暖风。该暖风从设置于仪表板115的通风装置(未图示)等的喷出口向车厢前方送风。

另外，在仪表板115的前端部分设置有朝向挡风玻璃11(参照图3)送出来自前鼓风机80A的风的吹出口13。例如，若对前空调操作面板50的除霜按钮58A进行开启操作，则仪表板115内的管道门(未图示)开闭，从吹出口13吹出暖风。

后鼓风机80B例如与循环配管40的车厢后方区间46一起被设置于前扶手箱117(参照图3)的下部。从后鼓风机80B送出的空气在通过车厢后方区间46时与制冷剂液进行热交换而成为暖风。该暖风从设置于前扶手箱117的背面的吹出口(未图示)向车厢后方送风。

如图5所例示的那样，前鼓风机80A与前马达82A连接。前马达82A由前逆变器84A控制旋转。同样地，后鼓风机80B与后马达82B连接。后马达82B由后逆变器84B控制旋转。

例如，从空调ECU100的设备控制部106输出PWM信号。根据该PWM信号驱动前逆变器84A及后逆变器84B的开关元件。而且，与PWM信号的占空比相应的电压被施加到前电动机82A及后电动机82B，与该施加电压相应的驱动力被输入到前鼓风机80A及后鼓风机80B。

＜空调操作部＞

在图3中，例示了作为本实施方式所涉及的车辆用空调系统的一部分的前空调操作面板50。例如，前空调操作面板50设置于仪表板115。由该前空调操作面板50和前操作控制部70(参照图5)构成前空调操作部120。

前空调操作面板50例如可以是输入部与显示部重合的触摸面板。前空调操作面板50能够进行包括除霜功能的开启/关闭在内的向车厢前方的风量操作。

例如，在前空调操作面板50设置有风量设定按钮51A、51B、温度设定按钮52A、52B、自动按钮53以及鼓风机按钮54。而且，在前空调操作面板50设置有空调按钮55、内外气切换按钮56、显示器57、除霜按钮58A、后除雾器按钮58B以及吹出口选择开关59。这些按钮、开关的功能是已知的，因此在此适当省略说明。

向前空调操作面板50的各种按钮的操作信号由前操作控制部70(参照图5)接收。前操作控制部70例如可以是安装于前空调操作面板50的计算机。例如，前操作控制部70存储从前空调操作面板50的各种按钮输入的操作信号，并且将操作信号向空调ECU100发送。

在图4中，例示了作为本实施方式所涉及的车辆用空调系统的一部分的后空调操作面板60。例如后空调操作面板60设置于后控制台65。例如后控制台65设置在一对后部座席19、19之间。由该后空调操作面板60和后操作控制部71(参照图5)构成后空调操作部121。

后空调操作面板60例如可以是输入部与显示部重合的触摸面板。后空调操作面板60能够进行向车厢后方的风量操作。例如在后空调操作面板60设置有风量设定按钮61A、61B、温度设定按钮62A、62B、自动按钮63以及吹出口选择开关69。这些按钮、开关的功能是已知的，因此在此适当省略说明。

向后空调操作面板60的各种按钮的操作信号由后操作控制部71(参照图5)接收。后操作控制部71例如可以是安装于后空调操作面板60的计算机。该计算机例如具备图6所例示那样的硬件结构。

例如，后操作控制部71存储从后空调操作面板60的各种按钮输入的操作信号，并且将操作信号向空调ECU100发送。

另外，如后所述，后操作控制部71能够执行对后空调、即向车厢后方的暖风量进行限制的风量限制。例如参照图4，在没有施加风量限制的情况下，通过风量设定按钮61A、61B，风量能够设定为0～5，但在风量限制执行时，上限风量被限制为3。换言之，即使乘员想要通过风量设定按钮61A使风量从3增加，后操作控制部71也使这样的操作无效。该风量限制的详细情况将后述。

＜空调ECU＞

空调ECU100是控制车辆用空调系统的电子控制单元。例如，空调ECU100由计算机构成，具备如图6所例示的那样的硬件结构。即，空调ECU100具备输入输出控制器100C、CPU100D、RAM100E、ROM100F以及存储设备100G。这些电子元件通过内部总线100H连接。

参照图5，空调ECU100为了控制电加热器30而与开关面板35、泵逆变器45以及制冷剂温度传感器92连接。另外，空调ECU100为了控制前鼓风机80A及后鼓风机80B而与前室温传感器90A、后室温传感器90B、前逆变器84A及后逆变器84B连接。

而且，空调ECU100作为空调操作系统的连接对象，经由前操作控制部70与前空调操作面板50连接。另外，空调ECU100经由后操作控制部71与后空调操作面板60连接。

另外，为了控制向发动机室12导入的车外气体量，空调ECU100与格栅风门上部20A以及格栅风门下部20B的控制器22A、22B连接。除此之外，空调ECU100与判定叶片25A、25B可否转动的传感器即转速传感器26A、26B连接。

转速传感器26A、26B例如具备霍尔元件。并且，转速传感器26A、26B根据与设置于致动器24A、24B的转子的磁铁(未图示)的相对距离来输出脉冲信号。

另外，空调ECU100为了取得在后述的后空调风量限制的可否判定中参照的值(车速以及车外气温)，而与车速传感器96以及车外气温传感器94连接。

通过CPU100D执行存储于空调ECU100的ROM100F(参照图6)或存储设备100G的控制程序，在空调ECU100构建图5所例示的功能块。另外，这些功能块也可以通过CPU100D读取并执行存储于DVD等非暂时性的计算机可读取的存储介质的控制程序来构建。

空调ECU100具备风门判定部101、车外气温判定部102、车速判定部103、上次值存储部104、空调控制判定部105以及设备控制部106。通过这些功能块，执行以下说明的后空调风量限制判定流程。

＜后空调风量限制判定流程＞

图9中例示了由本实施方式的车辆用空调系统进行的后空调风量限制判定流程。在该流程中，在格栅风门的开固定时，在预想为除霜用的暖风的升温困难的情况下，执行后空调、即向车厢后方的风量限制。此外，该流程如末尾的“返回”所示那样被反复执行。

参照图5、图9，风门判定部101判定格栅风门上部20A是否发生了开固定(S10)。例如，风门判定部101根据从转速传感器26A取得的叶片25A的动作履历来判定叶片25A是否为开放状态。

进而，风门判定部101在叶片25A为开放状态时，对控制器22A发送确认运转用的驱动指令(关闭指令)。接受到驱动指令的控制器22A驱动致动器24A，使叶片25A转动到关闭状态。

叶片25A的转动有无由转速传感器26A检测。风门判定部101在从对控制器22A发送驱动信号的时间点起规定时间以内未从转速传感器26A输出脉冲信号的情况下，判定为格栅风门上部20A处于开固定状态。

当判定为格栅风门上部20A未发生开固定时，接着，风门判定部101判定格栅风门下部20B是否发生了开固定(S12)。在该开固定判定中，执行与对上述的格栅风门上部20A的开固定判定相同内容的处理。

当判定为格栅风门上部20A或者格栅风门下部20B发生了开固定时，空调控制判定部105根据存储于前操作控制部70的操作信号的履历来判定除霜功能是否为开启状态(S14)。例如，空调控制判定部105根据前操作控制部70的操作履历来确认除霜按钮58A(参照图3)是否维持为开启状态。

将格栅风门上部20A或格栅风门下部20B发生开固定(在开放状态下固定)且除霜功能为开启状态的条件设为第一条件。在该第一条件成立时，后操作控制部71能够执行向车厢后方的风量限制。

在图9的流程图中，除了第一条件之外，还设置有与车外气温相关的第二条件(S16)和与车速相关的第三条件(S18)的判定步骤。车外气温判定部102判定从车外气温传感器94取得的车外气温To是否为规定的阈值温度To_th以下(S16)。

在此，阈值温度To_th可以考虑所谓的滞后来设定。图7示出了两种阈值温度To_th1和To_th2。车外气温判定部102参照上次值存储部104，判定上次流程执行时的车外气温To是否超过了阈值温度To_th2。在上次的车外气温To超过了阈值温度To_th2的情况下，在步骤S16中设定阈值温度To_th1作为本次的阈值温度。在上次的车外气温To为阈值温度To_th2以下的情况下，在步骤S16中设定阈值温度To_th2作为本次的阈值温度。

在步骤S16中，在车外气温To超过阈值温度To_th(To_th1或者To_th2)的情况下，即在车外气体适当温暖的情况下，搁置后风量限制的执行。

若将车外气温To为阈值温度To_th以下的条件设为第二条件，则在第一条件(格栅风门开固定&除霜开启)成立时且第二条件成立时，后操作控制部71能够执行向车厢后方的风量限制。此外，在图9的流程图中，除了第一、第二条件之外还设置有与车速相关的第三条件(S18)的判定步骤。

车速判定部103判定从车速传感器96取得的车速V是否为规定的阈值速度V_th以上(S18)。在此，与步骤S16同样地，可以考虑滞后来设定阈值速度V_th。图8示出了两种阈值速度V_th1和V_th2。车速判定部103参照上次值存储部104，判定上次执行流程时的车速V是否为阈值速度V_th2以上。在上次的车速V为阈值速度V_th2以上的情况下，在步骤S18中设定阈值速度V_th1作为本次的阈值速度。在上次的车速V小于阈值速度V_th2的情况下，在步骤S18中设定阈值速度V_th2作为本次的阈值速度。

在步骤S18中，在车速V小于阈值速度V_th(V_th1或者V_th2)的情况下，搁置后风量限制的执行。若将车速V为阈值速度V_th以上的条件设为第三条件，则在第一条件(格栅风门开固定&除霜开启)以及第二条件(车外气温To≤To_th)成立时且第三条件成立时，后操作控制部71执行向车厢后方的风量限制。

例如参照图4，在执行风量限制时，后操作控制部71将上限风量限制为3。假设即使乘员想要通过风量设定按钮61A使风量从3增加，后操作控制部71也使这样的操作无效(维持为3)。然后，后操作控制部71不向空调ECU100发送此时的操作信号。此外，后操作控制部71使显示器67(参照图4)显示风量限制下的风量上限为3的意思的消息。

此外，在图9的流程图中，在第一条件(格栅风门开固定&除霜开启)、第二条件(车外气温To≤To_th)以及第三条件(车速V≥V_th)均成立时，执行向车厢后方的风量限制。然而，本实施方式的车辆空调系统并不限定于该实施方式。

例如，后操作控制部71也可以以第一条件成立而执行风量限制。另外，后操作控制部71也可以以第一条件以及第二条件成立而执行风量限制。在任一情况下，在本实施方式的车辆用空调系统中，从确保电加热器30的升温功能的观点出发，判定各种条件是否成立。

在此，假设在设置从制冷剂温度传感器92(参照图5)取得制冷剂温度并根据与阈值温度的比较来判定可否进行风量限制那样的流程的情况下，从制冷剂温度暂时下降到恢复至充分的温度为止花费时间，其间的防雾功能有可能降低。

与此相对，在图9的流程图中，不设置使用制冷剂温度的步骤，而集中于抑制电加热器30的升温的要素来进行风量限制的可否判定。通过这样的判定，能够始终可靠地进行电加热器30对制冷剂液的升温。

本公开不限于上述实施方式，并且包含在不脱离要求保护的范围所限定的本发明的技术范围或本质的情况下的所有变更和修改。

Claims (3)

1.一种车辆用空调系统，具备：

格栅风门，设置于设在车辆前方且设置有驱动源的发动机室的前表面，能够调整向该发动机室内导入的外部气体量；

热源，设置于所述发动机室；

循环配管，该循环配管是供制冷剂液流动的配管，具备经由所述热源的升温区间，并且从所述升温区间分支为车厢前方区间和车厢后方区间之后汇合并返回所述升温区间；

前鼓风机，与在所述车厢前方区间流动的制冷剂液进行热交换而向车厢前方输送暖风；

后鼓风机，与在所述车厢后方区间流动的制冷剂液进行热交换而向车厢后方输送暖风；

前空调操作部，能够进行包括除霜功能的开启/关闭在内的向所述车厢前方的风量操作；及

后空调操作部，能够进行向所述车厢后方的风量操作，

在所述格栅风门以开放状态固定且所述除霜功能为开启状态的第一条件成立时，所述后空调操作部能够执行向所述车厢后方的风量限制。

2.根据权利要求1所述的车辆用空调系统，其中，

在所述第一条件成立时且车外气温达到阈值温度以下的第二条件成立时，所述后空调操作部能够执行向所述车厢后方的风量限制。

3.根据权利要求2所述的车辆用空调系统，其中，

在所述第一条件及所述第二条件成立时且车速达到阈值速度以上的第三条件成立时，所述后空调操作部执行向所述车厢后方的风量限制。