JP2004230988A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却器５（冷媒蒸発器）の最低温度部位を精度良く検出できること。
【解決手段】冷却器５を通過した直後の空気温度（エバ後温度Ｔｅ）を検出する冷却空気温度検出手段３１は、冷却器５を複数に分割した領域を想定した場合に、それぞれの領域毎に空気温度を検出する複数の温度サーミスタにより構成される。エアコンＥＣＵ２は、エバ後温度Ｔｅに基づいて冷媒圧縮機の制御状態（ＯＮ／ＯＦＦ状態） を決定する際に、複数の温度サーミスタで検出される各々の空気温度を比較演算して、最も低い空気温度をエバ後温度Ｔｅとして処理する。
これにより、冷却器５の最低温度に相当する空気温度を精度良く検出できるので、制御上の安全係数を小さく取ることが可能である。また、冷却器５のフロストを早期に且つ精度良く検出でき、冷却器５のフロストに伴う液戻りを低減できるので、冷媒圧縮機の故障率が低下する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒蒸発器の温度または冷媒蒸発器で冷却された直後の空気温度に基づいて冷媒圧縮機の作動を制御する車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用空調装置は、冷媒蒸発器のフロストに伴う液戻りを防止（冷媒圧縮機の液圧縮防止）するために、冷媒蒸発器の空気下流側に温度サーミスタを配置し、この温度サーミスタで検出された空気温度（冷媒蒸発器の最低温度）に基づいて冷媒圧縮機の作動をＯＮ／ＯＦＦ制御している（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７６９０７３ 号公報（図１０）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術（特許文献１）では、使用される温度サーミスタが１個であるため、冷媒蒸発器のフロストを早期に検出するために、冷媒蒸発器の最低温度部位に対応して温度サーミスタを配置する必要がある。ところが、冷媒蒸発器の最低温度部位は、使用される冷媒蒸発器の種類等によって異なる（車種毎に異なる）ため、温度サーミスタの取付け位置を車種毎に多くの適合試験を行って決める必要があった。
【０００５】
また、適合試験によって温度サーミスタの取付け位置を決定しても、その取付け位置が必ずしも冷媒蒸発器の最低温度部位に対応している保証がない。このため、温度や湿度等の条件が広範囲であり、しかも冷媒圧縮機の吐出流量が常に変動する車両用空調装置においては、制御上の安全係数を大きく設定する必要があり、冷房性能が不足する虞があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、冷媒蒸発器の最低温度部位を精度良く検出でき、制御上の安全係数を小さくできる車両用空調装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明の車両用空調装置は、車室内へ送風される空気を冷却する冷媒蒸発器と、この冷媒蒸発器で空気との熱交換により蒸発したガス冷媒を吸入し、圧縮して吐出する冷媒圧縮機と、冷媒蒸発器から放射される放射エネルギ量から冷媒蒸発器の表面温度を検出できる放射温度計とを備え、この放射温度計で検出される冷媒蒸発器の最低温度に基づいて冷媒圧縮機の作動を制御することを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、放射温度計により、冷媒蒸発器から放射される放射エネルギ（赤外線）の量を計測することで冷媒蒸発器の最低温度を検出できる。この場合、放射温度計の位置を車種毎に適合試験を行って決める必要がないので、適合工数を大幅に削減できる。
また、冷媒蒸発器の最低温度を精度良く検出できるので、その最低温度に基づいて冷媒圧縮機の作動を制御することにより、安全係数を小さく設定でき、冷房性能を向上できる。更に、冷媒蒸発器のフロストを早期に且つ精度良く検出できるので、冷媒蒸発器のフロストに伴う冷媒圧縮機の故障率を低下できる。
【０００８】
（請求項２の発明）
本発明の車両用空調装置は、車室内へ送風される空気を冷却する冷媒蒸発器と、この冷媒蒸発器で空気との熱交換により蒸発したガス冷媒を吸入し、圧縮して吐出する冷媒圧縮機と、人工網膜チップを使用して冷媒蒸発器の表面温度を検出できる人工眼センサとを備え、この人工眼センサにて検出される冷媒蒸発器の最低温度に基づいて冷媒圧縮機の作動を制御することを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、人工眼センサにより、冷媒蒸発器の表面温度から冷媒蒸発器の最低温度を検出できる。この場合、人工眼センサの位置を車種毎に適合試験を行って決める必要がないので、適合工数を大幅に削減できる。
また、冷媒蒸発器の最低温度を精度良く検出できるので、その最低温度に基づいて冷媒圧縮機の作動を制御することにより、安全係数を小さく設定でき、冷房性能を向上できる。更に、冷媒蒸発器のフロストを早期に且つ精度良く検出できるので、冷媒蒸発器のフロストに伴う冷媒圧縮機の故障率を低下できる。
【００１０】
（請求項３の発明）
本発明の車両用空調装置は、車室内へ送風される空気を冷却する冷媒蒸発器と、この冷媒蒸発器で空気との熱交換により蒸発したガス冷媒を吸入し、圧縮して吐出する冷媒圧縮機と、冷媒蒸発器で冷却された直後の空気温度を検出する冷却空気温度検出手段とを備え、この冷却空気温度検出手段で検出された空気温度に基づいて冷媒圧縮機の作動を制御する。
冷却空気温度検出手段は、冷媒蒸発器を複数に分割した領域を想定し、それぞれの領域毎に空気温度を検出する複数の温度検出器を有していることを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、冷媒蒸発器を複数に分割した領域毎に空気温度を検出するので、検出された複数箇所の空気温度を比較演算することにより、冷媒蒸発器の最低温度に相当する空気温度を検出できる。この場合、分割する領域が多くなる程、冷媒蒸発器の最低温度に相当する空気温度を精度良く検出できるので、個々の温度検出器（例えば温度サーミスタ）の取付け位置を、車種毎に適合試験を行って決める必要がないので、適合工数を大幅に削減できる。
【００１２】
（請求項４の発明）
請求項３に記載した車両用空調装置において、
複数の温度検出器にて検出されたそれぞれの空気温度から最低温度を算出し、その最低温度に基づいて冷媒圧縮機の作動を制御することを特徴とする。
この構成によれば、算出された最低温度に基づいて冷媒圧縮機の作動を制御することにより、安全係数を小さく設定でき、冷房性能を向上できる。更に、冷媒蒸発器のフロストを早期に且つ精度良く検出できるので、冷媒蒸発器のフロストに伴う冷媒圧縮機の故障率を低下できる。
【００１３】
（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れかの車両用空調装置において、
冷媒圧縮機は、可変容量タイプであることを特徴とする。
可変容量タイプの圧縮機を使用した場合は、ＯＮ／ＯＦＦタイプの圧縮機よりも冷媒流量の変動幅が大きいため、安全係数をより大きく取る必要がる。これに対し、本発明では、冷媒蒸発器の最低温度に基づいて冷媒圧縮機の作動を制御できるので、可変容量タイプの圧縮機であっても安全係数を小さくできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は車両用空調装置の構成を模式的に示したシステム図である。
本実施例の車両用空調装置は、車室内へ空調空気を供給する空調ユニット１と、空調機能を自動制御するエアコンＥＣＵ２とを備える。
空調ユニット１は、送風機３と、送風通路を形成するダクト４、このダクト４内に配置される冷却器５と加熱器６、吹出空気の温度調節を行うエアミックスドア７等より構成される。
【００１５】
送風機３は、空気導入口（内気導入口８と外気導入口９）を有するブロワケース３ａと、このブロワケース３ａに収容されるファン３ｂ、及びこのファン３ｂを回転駆動するモータ３ｃとで構成される。ブロワケース３ａには、吸込口モードに応じて内気導入口８と外気導入口９とを選択的に開閉できる内外気切替ドア１０が設けられている。
ダクト４の下流端には、吹出口モードに応じて車室内に送風空気を吹き出す吹出口（ＤＥＦ 吹出口１１、ＦＡＣＥ吹出口１２、ＦＯＯＴ吹出口１３）が形成され、それぞれ吹出口切替ドア１４、１５、１６によって開閉される。
【００１６】
冷却器５は、冷凍サイクルの冷媒蒸発器であり、冷却器５の内部を流れる低温冷媒が周囲の空気から潜熱を奪って蒸発することにより、冷却器５を通過する空気を冷却する。
冷凍サイクルは、自動車用エアコンに用いられる極めて周知なシステムであり、図２に示す様に、冷媒圧縮機１７、冷媒凝縮器１８、レシーバ１９、膨張弁２０、及び冷却器５（冷媒蒸発器）等から構成される。なお、冷媒圧縮機１７は、電磁クラッチ２１を介して車両エンジン（図示せず）により回転駆動される。
【００１７】
加熱器６は、冷却器５の空気下流側に配置され、冷却器５で冷却された空気が加熱器６を通過する際に、加熱器６の内部を流れる温水（例えばエンジン冷却水）との熱交換によって加熱される。なお、ダクト４の内部には、冷却器５で冷却された空気が加熱器６を迂回できるバイパス通路が設けられている。
エアミックスドア７は、加熱器６の空気入口を全閉するＭＡＸ−ＣＯＯＬ位置（図１に示す実線位置）と、バイパス通路を全閉するＭＡＸ−ＨＯＴ 位置（図１に示す一点鎖線位置）との間で回動可能に設けられ、加熱器６を通過する空気量と加熱器６を迂回する空気量との割合を調節する。
【００１８】
エアコンＥＣＵ２は、マイクロコンピュータを内蔵する電子制御ユニットであり、エアコン操作パネル２２にて操作される各種スイッチの操作信号、及び各種センサ類（後述する）で検出されるセンサ情報（センサ信号）などを読み込み、これらの信号に基づいて、空調制御（吹出空気の温度制御、吸込口モードの制御、吹出口モードの制御、送風機３の風量制御、冷媒圧縮機１７のＯＮ／ＯＦＦ制御など）を行う。
【００１９】
エアコン操作パネル２２には、エアコンＥＣＵ２に対して空調制御の実行を指令するＡＵＴＯスイッチ２３、車室内の空調温度を設定する温度設定レバー２４、送風機３の風量レベルを段階的（または連続的）に設定する風量設定スイッチ２５、吸込口モードを選択する吸込口切替スイッチ２６、および吹出口モードを選択する吹出口切替スイッチ２７等が設けられている。
【００２０】
センサ類としては、車室内の温度（内気温度Ｔｒ）を検出する内気温センサ２８、車室外の温度（外気温度Ｔａｍ ）を検出する外気温センサ２９、日射量Ｔｓを検出する日射センサ３０、冷却器５を通過した直後の空気温度（エバ後温度Ｔｅ）を検出する冷却空気温度検出手段３１、エンジン冷却水の温度（冷却水温Ｔｗ）を検出する水温センサ３２、エアミックスドア７の開度を検出するポテンショメータ３３等が設けられている。
但し、上記の冷却空気温度検出手段３１は、図３に示す様に、冷却器５を複数に分割した領域を想定した場合に、それぞれの領域毎に空気温度（冷却器５で冷却された直後の空気温度）を検出する複数の温度サーミスタ３１ａにより構成される。
【００２１】
次に、ＡＵＴＯスイッチ２３がＯＮされた時の空調制御を実行するエアコンＥＣＵ２の制御手順を図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
Ｓｔｅｐ１０…温度設定レバー２４によって設定された設定温度Ｔｓｅｔ、及び各種センサにて検出されるセンサ情報（内気温度Ｔｒ、外気温度Ｔａｍ 、日射量Ｔｓ、エバ後温度Ｔｅ、冷却水温Ｔｗ等）を読み込む。
【００２２】
Ｓｔｅｐ２０…下記の式より車室内に吹き出される空気の目標吹出温度ＴＡＯ を算出する。
ＴＡＯ ＝Ｋｓｅｔ・Ｔｓｅｔ−Ｋｒ・Ｔｒ−Ｋａｍ ・Ｔａｍ −Ｋｓ・Ｔｓ＋Ｃ
Ｋｓｅｔ：温度設定ゲイン、Ｋｒ：内気温度ゲイン、
Ｋａｍ ：外気温度ゲイン、Ｋｓ：日射ゲイン、Ｃ ：補正ゲイン
【００２３】
Ｓｔｅｐ３０…ＴＡＯ に基づいて送風機３の風量を決定する。
Ｓｔｅｐ４０…ＴＡＯ に基づいて吸込口モードを決定する。
Ｓｔｅｐ５０…ＴＡＯ に基づいて吹出口モードを決定する。
Ｓｔｅｐ６０…下記の式よりエアミックスドア７の目標開度ＳＷを算出する。
ＳＷ＝｛（ＴＡＯ−Ｔｅ） ／ （Ｔｗ−Ｔｅ） ｝×１００（％）
【００２４】
Ｓｔｅｐ７０…図５に示す様に、エバ後温度Ｔｅに基づいて冷媒圧縮機１７の制御状態（ＯＮ／ＯＦＦ状態） を決定する。なお、エアコンＥＣＵ２は、複数の温度サーミスタ３１ａで検出される各々の空気温度を比較演算して、最も低い空気温度をエバ後温度Ｔｅとして処理する。
Ｓｔｅｐ８０…Ｓｔｅｐ３０〜７０で求められた制御目標値が達成されるように、それぞれの制御機器（サーボモータや駆動回路など）に対し制御信号を出力する。
Ｓｔｅｐ９０…所定時間ｔが経過するまで待機する。所定時間ｔが経過した後、再びＳｔｅｐ１０以下の処理を繰り返す。
【００２５】
（第１実施例の効果）
本実施例では、冷却器５を複数に分割した領域毎に空気温度を検出するので、検出された複数箇所の空気温度を比較演算することで冷却器５の最低温度に相当する空気温度を検出できる。この場合、分割する領域が多くなる程、冷却器５の最低温度に相当する空気温度を精度良く検出できることは言うまでもない。
この構成によれば、冷却空気温度検出手段３１を構成する個々の温度サーミスタ３１ａを分割した領域毎に配置すれば良いので、温度サーミスタ３１ａの取付け位置を決めるための適合試験を行う必要がなく、適合工数を大幅に削減できる。
【００２６】
また、冷却器５を通過した空気の最低温度を精度良く検出できるので、制御上の安全係数を小さく設定することが可能であり、その分、冷房性能を向上できる。更に、冷却器５のフロストを早期に且つ精度良く検出でき、冷却器５のフロストに伴う液戻りを低減できるので、冷媒圧縮機１７の故障率が低下する。
【００２７】
（第２実施例）
本実施例は、第１実施例に記載した冷却空気温度検出手段３１の代わりに、冷却器５の表面温度（最低温度）を検出する放射温度計３４を使用し、この放射温度計３４の検出温度に基づいて冷媒圧縮機１７の作動を制御する一例である。
放射温度計３４は、例えば図６に示す様に、冷却器５の空気下流側に配置され、冷却器５から放射される赤外線の量を計測して冷却器５の表面温度（特に最低温度）を検出する。
【００２８】
この構成によれば、冷却器５から放出される赤外線を放射温度計３４により計測できれば良いので、放射温度計３４の取付け位置を比較的自由に設定できる。つまり、冷却器５の最低温度を検出するために、冷却器５を通過した直後の空気温度を検出する必要がないので、放射温度計３４の取付け位置を車種毎に適合試験を行って決める必要がなく、適合工数を大幅に削減できる。
【００２９】
また、放射温度計３４により冷却器５の最低温度を精度良く検出できるので、制御上の安全係数を小さく設定することが可能であり、その分、冷房性能を向上できる。更に、冷却器５のフロストを早期に且つ精度良く検出でき、冷却器５のフロストに伴う液戻りを低減できるので、冷媒圧縮機１７の故障率が低下する。
なお、放射温度計３４は、空気温度を検出するのではなく、冷却器５の表面温度を検出するので、必ずしも冷却器５の空気下流側に配置する必要はなく、冷却器５の空気上流側に配置しても良い。
【００３０】
（第３実施例）
第２実施例に記載した放射温度計３４の代わりに、人工網膜チップを有する人工眼センサ（図示しない）を使用しても良い。この場合、人工網膜チップによって冷却器５の表面温度（最低温度）を検出し、その最低温度に基づいて冷媒圧縮機１７の作動を制御することにより、第２実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
（変形例）
上記の第１実施例では、電磁クラッチ２１を介して冷媒圧縮機１７をＯＮ／ＯＦＦ制御する例を記載したが、本発明の構成を可変容量型圧縮機の作動制御に適用しても良い。可変容量型圧縮機は、ＯＮ／ＯＦＦタイプの冷媒圧縮機１７よりも冷媒流量の変動幅が大きいため、安全係数をより大きく取る必要がる。これに対し、本発明では、冷却器５の最低温度を精度良く検出できるので、可変容量タイプの圧縮機であっても安全係数を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用空調装置の構成を模式的に示したシステム図である。
【図２】冷凍サイクル図である。
【図３】エバ後温度のセンシング方法を示す概略図である。
【図４】エアコンＥＣＵの制御手順を示すフローチャートである。
【図５】冷媒圧縮機の制御マップである。
【図６】放射温度計の使用例を示す斜視図である（第２実施例）。
【符号の説明】
１ 空調ユニット
２ エアコンＥＣＵ
５ 冷却器（冷媒蒸発器）
１７ 冷媒圧縮機
３１ 冷却空気温度検出手段
３１ａ 温度サーミスタ（温度検出器）
３４ 放射温度計

Claims (5)

1. 車室内へ送風される空気を冷却する冷媒蒸発器と、
   この冷媒蒸発器で空気との熱交換により蒸発したガス冷媒を吸入し、圧縮して吐出する冷媒圧縮機と、
   前記冷媒蒸発器から放射される放射エネルギ量から前記冷媒蒸発器の表面温度を検出できる放射温度計とを備え、
   この放射温度計で検出される前記冷媒蒸発器の最低温度に基づいて前記冷媒圧縮機の作動を制御することを特徴とする車両用空調装置。
2. 車室内へ送風される空気を冷却する冷媒蒸発器と、
   この冷媒蒸発器で空気との熱交換により蒸発したガス冷媒を吸入し、圧縮して吐出する冷媒圧縮機と、
   人工網膜チップを使用して前記冷媒蒸発器の表面温度を検出できる人工眼センサとを備え、
   この人工眼センサにて検出される前記冷媒蒸発器の最低温度に基づいて前記冷媒圧縮機の作動を制御することを特徴とする車両用空調装置。
3. 車室内へ送風される空気を冷却する冷媒蒸発器と、
   この冷媒蒸発器で空気との熱交換により蒸発したガス冷媒を吸入し、圧縮して吐出する冷媒圧縮機と、
   前記冷媒蒸発器で冷却された直後の空気温度を検出する冷却空気温度検出手段とを備え、
   この冷却空気温度検出手段で検出された空気温度に基づいて前記冷媒圧縮機の作動を制御する車両用空調装置において、
   前記冷却空気温度検出手段は、前記冷媒蒸発器を複数に分割した領域を想定し、それぞれの領域毎に空気温度を検出する複数の温度検出器を有していることを特徴とする車両用空調装置。
4. 請求項３に記載した車両用空調装置において、
   前記複数の温度検出器にて検出されたそれぞれの空気温度から最低温度を算出し、その最低温度に基づいて前記冷媒圧縮機の作動を制御することを特徴とする車両用空調装置。
5. 請求項１〜４に記載した何れかの車両用空調装置において、
   前記冷媒圧縮機は、可変容量タイプであることを特徴とする車両用空調装置。

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