JP2005199911A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車載電気機器の電源電圧を安定に保つ。
【解決手段】 暖房開始時にエンジン冷却水温が所定値未満の場合には、電源回路ＢＡＴ、２１、２２により電気式ヒーター１７に電源を供給して作動させ、所定時間後にブロアファン１４を起動する。あるいはまた、暖房開始時にエンジン冷却水温が所定値未満の場合には、電源回路ＢＡＴ、２１、２２により電気式ヒーター１７に電源を供給して作動させ、電気式ヒーター１７に流れる電流がピーク値に達したことが検出されたときにブロアファン１４を起動する。
【選択図】 図２

Description

本発明は車両用空調装置に関し、特に、低水温時の暖房性能を改善したものである。

エンジンを備えた車両では、エンジンの冷却水を車室内空調ダクトのヒーターコアに導いて熱交換を行い、車室内の暖房を行う。ところが、エンジン始動直後には冷却水温が低いため、ブロアファンにより送風を行うと車室内へ冷風が吹き出し、乗員に不快感を与える。
そこで、エンジン始動直後に、短時間だけコンプレッサーを運転してコンプレッサーに滞留している液冷媒を排出し、液圧縮による不具合を防止するとともに、ブロアファンによる送風開始を所定時間だけ待機させるようにした車両用空調装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開２０００−２２５８３７号公報

ところで、近年、エンジンの高効率化が進むにつれて運転時の冷却水温が低くなり、暖房能力が不足する傾向がある。このため、従来のエンジン冷却水を導入するヒーターコアに加え、電気式ヒーターを暖房用の熱源として併用することが考えられる。

電気式ヒーターの発熱体には、正の温度係数を有するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスターが適している。このＰＴＣサーミスターは、低温時には電流が流れて自己発熱し、所定温度を超えると抵抗値が急激に増加して電流が流れなくなるという特性を有している。

しかしながら、ＰＴＣサーミスターには起動直後の低温時に大きな突入電流（起動電流）が流れ、周囲温度が低いほど、また通過風量が多いほど起動電流が大きくなるため、ブロアファンモーターとＰＴＣサーミスターとを同時に起動すると、バッテリーの放電電流が非常に大きくなってバッテリー電圧が大きく低下するという問題がある。

暖房開始時にエンジン冷却水温が所定値未満の場合には、電源回路により電気式ヒーターに電源を供給して作動させ、所定時間後にブロアファンを起動する。
また、暖房開始時にエンジン冷却水温が所定値未満の場合には、電源回路により電気式ヒーターに電源を供給して作動させ、電気式ヒーターに流れる電流がピーク値に達したことが検出されたときにブロアファンを起動する。

本発明によれば、電気式ヒーターへの起動電流とブロアファンモーターへの起動電流とが同時に発生することがなく、車載バッテリーとオルターネーターの急激な電源電圧低下が避けられ、車載電気機器の電源電圧を安定に保つことができる。

図１は一実施の形態の電気機器の構成を示すブロック図、図２は一実施の形態の空調ユニットの断面図である。まず図２において、空調ユニット１０の上流には外気吸入口１１と内気吸入口１２が設けられ、インテークドア１３によって吸入する空気の外気と内気の割合が調節される。もちろん、インテークドア１３により外気吸入口１１を全閉にして内気吸入口１２からのみ内気を吸入したり、内気吸入口１２を全閉にして外気吸入口１１からのみ外気を吸入することもできる。外気吸入口１１と内気吸入口１２から吸入された空気はブロアファン１４により空調ユニット１０の下流へ送風され、まずエバポレーター１５で熱交換が行なわれて冷風となる。

エバポレーター１５の下流では空調風の流路が２つに分れる。一方はヒーターコア１６と電気式ヒーター１７とを通過する流路１８であり、この流路１８を通過する空気はヒーターコア１６と電気式ヒーター１７により暖められて温風となる。他方はヒーターコア１６と電気式ヒーター１７をバイパスする流路１９であり、この流路１９を通過する空気はエバポレーター１５を通過したままの冷風である。これら２つの流路１８、１９の分岐点にはエアーミックスドア２０が設けられ、このエアーミックスドア２０の開度を制御して両流路１８、１９を通過する空気の割合が調節され、空調風の温度、すなわち吹き出し風の温度が決定される。

ヒーターコア１６には熱源としてエンジン冷却水が導かれる。一方、電気式ヒーター１７には、オルターネーター２１と車載バッテリーＢＡＴからリレー２２と電流センサー２３を介して電力が供給される。リレー２２がオン（閉路）すると電気式ヒーター１７の発熱体、すなわちＰＴＣサーミスター（不図示）に電流が流れ、発熱する。なお、オルターネーター２１はエンジンにより駆動される。また、リレー２２は後述するコントローラーにより開閉され、電気式ヒーター１７の運転と停止を行う。電流センサー２３は、電気式ヒーター１７に流れる電流を検出することによって電気式ヒーター１７の作動状態を監視する。

エアーミックスドア２０により吹き出し風温度が調節された空調風は、ベンチレーター２４、デフロスター２５およびフット吹き出し口２６からそれぞれ車室内に吹き出される。これらの吹き出し口２４、２５、２６にはそれぞれベントドア２４ｄ、デフドア２５ｄ、フットドア２６ｄが設けられ、空調風の吹き出し口が選択される。

図１において、車両のインストルメントパネルには空調装置の操作部３１が設けられる。この操作部３１には、エアコンスイッチ、ファンスイッチ、デフロストスイッチ、吸い込み口スイッチ（内気外気切り換えスイッチ）、吹き出し口スイッチ、表示装置などが設けられる。室温設定器３２は車室内温度を設定する設定器である。車両には各部の空気温度を検出するためのセンサーが設置される。外気温センサー３３は外気温度を検出し、内気温センサー３４は車室内温度を検出する。また、日射センサー３５は日射量を検出し、吸込温センサー３６はエバポレーター１５を通過した空気温度を検出する。さらに、冷媒温センサー３７はエバポレーター１５の入口冷媒温度を検出し、水温センサー３８はエンジン冷却水温度を検出する。開度センサー３９はエアーミックスドア１９の開度を検出する。

コントローラー４２は、ＣＰＵ４２ａとＲＯＭ４２ｂ、ＲＡＭ４２ｃ、Ａ／Ｄコンバーター４２ｄなどの周辺部品から構成され、操作部３１からの各種操作情報、室温設定器３２により設定された車室内設定温度、センサー３３〜３９、２３により検出された外気温度、車室内温度、日射量、吸い込み空気温度、冷媒温度、冷却水温度、エアーミックスドア開度、電気式ヒーター１７の作動状態などに基づいて、コンプレッサー４３、インテークドア・アクチュエータ１３ｍ、エアーミックスドア・アクチュエータ１９ｍ、ベントドア・アクチュエータ２４ｍ、デフドア・アクチュエータ２５ｍ、フットドア・アクチュエータ２６ｍ、ブロアファンモーター１４ｍ、リレーコイル２２ｃなどを制御する。

一実施の形態の車両用空調装置は、エンジンにより駆動されるコンプレッサー４３と冷房用車室内熱交換器としてのエバポレーター１５の他に、不図示の車室外熱交換器としてのコンデンサー、冷媒の気液分離と液状冷媒を蓄えるリキッドタンク、液状冷媒を気化するエキスパンション・バルブなどを備えている。

図３は一実施の形態の暖房起動時の制御を示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。コントローラー４２は、車室内温度設定値や車室内温度検出値などに基づいて暖房運転の必要性を判断し、暖房運転が必要と判断した場合には図３に示す暖房起動制御を行う。

ステップ１において水温センサー３８により検出したエンジン冷却水温が所定値α（例えば５６℃）より高いか否かを確認する。エンジン冷却水温が所定値αより高い場合は、エンジン冷却水を熱源とするヒーターコア１６のみにより暖房を開始しても十分であると判断し、ステップ２でリレーコイル２２ｃをオフしてリレー２２を開路し、電気式ヒーター１７を停止する。そして、続くステップ３でモーター１４ｍを起動してブロアファン１４の運転を開始する。

一方、エンジン冷却水温が所定値α以下の場合は、エンジン冷却水を熱源とするヒーターコア１６のみでは暖房能力が不足していると判断し、ステップ４でリレーコイル２２ｃをオンしてリレー２２を閉路し、電気式ヒーター１７の運転を開始する。

リレー２２を閉路して電気式ヒーター１７の運転を開始した後のステップ５において、電流センサー２３によりヒーター１７に流れる電流がピークに達したか否かを確認する。ここで、電流センサー２３によりヒーター電流を所定時間、例えば１００ｍsecごとに検出し、上昇を続けてきたヒーター電流が飽和状態、例えば前回値と今回値の差が所定値以内になったらヒーター電流がピーク値に達したと判断する。あるいは、ヒーター１７の両端電圧を電圧センサーを用いて所定時間、例えば１００ｍsecごとに検出し、上昇を続けてきた両端電圧が飽和状態、例えば前回値と今回値の差が所定値以内になったらヒーター電流がピーク値に達したと判断する。

ヒーター１７に流れる電流がピーク値に達したらステップ６へ進み、モーター１４ｍを起動してブロアファン１４の運転を開始する。

図４は一実施の形態の暖房起動制御結果を示す図である。時刻ｔ１において、暖房運転が必要とされ、かつエンジン冷却水温が所定値α以下の場合には、(ａ)に示すように電気式ヒーター１７の運転が開始され、(ｃ)に示すように電気式ヒーター１７へ大きな突入電流（起動電流）が流れる。時刻ｔ２でヒーター電流がピーク値に達すると、(ｂ)に示すようにブロアファン１４の運転が開始される。

ファンモーター１４ｍにも起動後、突入電流（大きな起動電流）が流れるが、電気式ヒーター１７に流れる起動電流がピーク値に達したときにブロアファン１４を起動するので、ヒーター１７への起動電流とファンモーター１４ｍへの起動電流とが同時に発生することはなく、大きな起動電流による車載バッテリーＢＡＴとオルターネーター２１の急激な電源電圧低下が避けられ、車載電気機器の電源電圧を安定に保つことができる。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、オルターネーター２１、車載バッテリーＢＡＴおよびリレー２２が電源回路を、コントローラー４２が制御回路を、電流センサー２３およびコントローラー４２がピーク検出回路をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

なお、上述した一実施の形態では、電気式ヒーター１７を起動した後、ヒーター電流がピーク値に達したときにブロアファン１４を起動する例を示したが、単に電気式ヒーター１７を起動してから所定時間後にブロアファン１４を起動するようにしてもよい。この場合の所定時間には、電気式ヒーター１７を起動してからヒーター電流がピーク値に達するまでの時間を予め実験などにより求め、その時間あるいは多少余裕を見た時間を設定すればよい。これにより、上述した一実施の形態と同様な効果が得られる。

また、上述した一実施の形態では電気式ヒーター１７の発熱体にＰＴＣサーミスターを用いた例を示したが、温度が上がると抵抗値が上昇する正の温度係数を有する発熱体であればどのような発熱体を用いてもよい。

一実施の形態の電気機器の構成を示すブロック図である。 一実施の形態の空調ユニットの断面図である。 一実施の形態の暖房輝度制御を示すフローチャートである。 一実施の形態の暖房輝度制御結果を示す図である。

符号の説明

１４ ブロアファン
１４ｍ ブロアファンモーター
１５ エバポレーター
１６ ヒーターコア
１７ 電気式ヒーター
１８、１９ 流路
２０ エアーミックスドア
２１ オルターネーター
２２ リレー
２２ｃ リレーコイル
２３ 電流センサー
３１ 操作部
３２ 室温設定器
３３ 外気温センサー
３４ 内気温センサー
３８ 水温センサー
４２ コントローラー
４３ コンプレッサー
ＢＡＴ 車載バッテリー

Claims (2)

1. エンジンの冷却水を用いて空調風を過熱するヒーターコアと、
   温度が上がると抵抗値が上昇する発熱体を有する電気式ヒーターと、
   前記ヒーターコアおよび前記電気式ヒーターとに送風するブロアファンと、
   前記電気式ヒーターに電源を供給する電源回路と、
   エンジン冷却水温を検出する水温センサーと、
   車室内の空調を制御する制御回路とを備えた車両用空調装置であって、
   前記制御回路は、暖房開始時にエンジン冷却水温が所定値未満の場合には、前記電源回路により前記電気式ヒーターに電源を供給して作動させ、所定時間後に前記ブロアファンを起動することを特徴とする車両用空調装置。
2. エンジンの冷却水を用いて空調風を過熱するヒーターコアと、
   温度が上がると抵抗値が上昇する発熱体を有する電気式ヒーターと、
   前記ヒーターコアおよび前記電気式ヒーターとに送風するブロアファンと、
   前記電気式ヒーターに電源を供給する電源回路と、
   エンジン冷却水温を検出する水温センサーと、
   車室内の空調を制御する制御回路とを備えた車両用空調装置であって、
   前記電気式ヒーターに流れる電流がピーク値に達したことを検出するピーク検出回路を備え、
   前記制御回路は、暖房開始時にエンジン冷却水温が所定値未満の場合には、前記電源回路により前記電気式ヒーターに電源を供給して作動させ、前記ピーク検出回路により前記電気式ヒーターに流れる電流がピーク値に達したことが検出されたときに前記ブロアファンを起動することを特徴とする車両用空調装置。

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