JP2006137271A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】湿度センサ等を設けることなく、省動力化と悪臭防止とを両立させる。
【解決手段】冷媒を圧送する圧縮機２、車内に吹き出される空気から吸熱し、冷媒を蒸発させる蒸発器５、前記蒸発器５の通風方向上流側の吸入空気温度を検出する第１の温度センサ２０、蒸発器温度を検出する第２の温度センサ２１、前記吸入空気温度、及び前記蒸発器５の凍結を防止するために設定された前記蒸発器の下限温度に基づいて湿球温度を算出する湿球温度算出手段、前記蒸発器温度が前記下限温度以上、且つ前記湿球温度よりも低くなるように、前記圧縮機を制御する圧縮機制御手段を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等に搭載される車両用空調装置に関し、特に蒸発器から発生する悪臭を防止するための制御に関するものである。

車両用空調装置において、省動力化を達成するためには、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動力をできるだけ小さくすることが必要であり、このため蒸発器の目標温度を冷房又は除湿性能を損なわない範囲でできる限り高く設定し、この設定値が得られるように圧縮機を制御することが有効である。一方、蒸発器の目標温度を高く設定し過ぎると、吹出空気から悪臭が発生する場合がある。この悪臭は、蒸発器に付着した凝縮水が乾ききる時に発生することがわかっており、このため悪臭を防止するためには、蒸発器の表面に付着した凝縮水が完全には乾かないようすることが有効である。従って、凝縮水が乾ききらない範囲でできるだけ高く蒸発器の上限温度を設定しこの上限温度を超えないように圧縮機を駆動することにより、省動力化と悪臭防止とを両立させることができる。

このことを考慮した発明として、次のような車両用空調装置が開示されている（特許文献１参照）。この車両用空調装置は、目標蒸発器温度が蒸発器から臭いの発生する条件に該当するときには、目標蒸発器温度を蒸発器吸い込み空気の湿球温度以下で、かつ、同吸い込み空気の露点温度より高い温度に設定する手段を有するものであり、これにより蒸発器に付着した凝縮水が乾ききる前に蒸発器温度を再び低下させ、蒸発器表面を濡れた状態に維持することができるとされている。
特開２００２−１１４０２６号公報（請求項１、段落番号００２０、請求項１２、段落番号００１４，００８６参照）

上記特許文献１に開示される従来発明においては、蒸発器の通風方向上流側の吸い込み空気の湿球温度を蒸発器の上限温度としている。蒸発器温度がこの湿球温度を超えた状態が続くと、蒸発器表面に付着した凝縮水は完全に蒸発してしまうためである。しかしながら、同従来発明においては、吸い込み空気の温度（乾球温度）と相対湿度とに基づいて湿球温度を算出するために、高価な湿度センサが必須の構成要件となっている。

そこで、本発明は、湿度センサを設けることなく、省動力化と悪臭防止とを両立させることができる車両用空調装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、冷媒を圧送する圧縮機、車内に吹き出される空気から吸熱し、冷媒を蒸発させる蒸発器、前記蒸発器の通風方向上流側の吸入空気温度を検出する第１の温度センサ、蒸発器温度を検出する第２の温度センサ、前記吸入空気温度、及び前記蒸発器の凍結を防止するために設定された前記蒸発器の下限温度に基づいて湿球温度を算出する湿球温度算出手段、前記蒸発器温度が前記下限温度以上、且つ前記湿球温度よりも低くなるように、前記圧縮機を制御する圧縮機制御手段を具備することを特徴とするものである（請求項１）。

本構成においては、蒸発器の凍結防止のために設定される下限温度、及び吸入空気温度を、湿り空気線図等に基づいて得られる計算式にあてはめることにより、蒸発器の目標温度の上限値となる湿球温度が算出される。このように、湿球温度を算出するのに相対湿度を用いないため、高価な湿度センサを設置する必要がなく、低コストで悪臭の発生を抑制することができる。そして、蒸発器温度が前記下限温度から前記上限温度（湿球温度）の間で維持されるように、圧縮機の駆動状態が制御されることにより、悪臭防止と省動力化とを両立させることができる。尚、前記下限温度は、蒸発器に着霜等の不具合が発生しない程度の低温として、通常の車両用空調装置においては予め設定、若しくは状況に応じて算出されるものであり、一般的には３℃前後に設定されるものである。

また、上記請求項１記載の構成において、前記圧縮機は、外部からの制御信号に基づいて冷媒の圧縮率を変化させる外部可変機構を有するものであることが好ましい（請求項２）。

圧縮率の調節が可能な外部可変機構を有する圧縮機を用いることにより、例えばクラッチ機構等によるＯＮ／ＯＦＦ制御による場合よりも効率的な制御が可能となる。尚、外部可変機構の具体的構成については、各車両用空調装置において適宜選択されるべきであるが、例えばクランク室内に配置され該クランク室内の圧力に応じて揺動角度が変化する斜板、該クランク室を冷凍サイクルの高圧ライン及び低圧ラインと連通させ電磁弁等によりその連通状態を制御する手段等を具備して構成されるもの等が挙げられる。

また、上記請求項１又は２記載の構成において、前記下限温度は、当該車両用空調装置の運転時において所定時間内で最も低く設定された前記蒸発器の目標温度であってもよい（請求項３）。

急冷後の安定時、春秋期等の小さな冷却力で足りる状況においては、制御手段により蒸発器の目標温度が比較的高く（１０℃前後）設定され続ける場合があるが、上記構成によれば、このような状況に応じて前記下限温度が高めに設定されるので、更なる圧縮機の省動力化を図ることができる。

また、上記請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、前記吸入空気温度は、外気導入モード時においては外気温度、内気循環モード時においては車室内温度、内外気混合時においては外気又は内気の温度いずれか低い方、若しくは混合割合を考慮した温度であってもよい（請求項４）。

それぞれの吸入モードに応じて、吸入空気温度を上記したように代用することも可能である。

本発明によれば、吸入空気の相対湿度を検出するための高価な湿度センサを用いることなく、悪臭の発生を抑えうる蒸発器の上限温度を設定することができる。そして、蒸発器温度が前記下限温度から前記上限温度（湿球温度）の間で維持されるように、圧縮機の駆動状態が制御されることにより、悪臭防止と省動力化とを両立させることができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１において、本発明に係る車両用空調装置１の全体構成が示されている。本車両用空調装置１は、冷媒を圧送する圧縮機２、圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒を外気に放熱させ凝縮させる凝縮器３、凝縮器３により凝縮された冷媒を減圧する膨張弁４、膨張弁４により減圧された冷媒を車室内に吹き出される吹出空気からの吸熱により蒸発させる蒸発器５、エンジン冷却水が流通し該冷却水を放熱させる放熱器６、車両用空調装置１を制御する空調制御部７を具備して構成される。

蒸発器５及び放熱器６は、空調ユニットケース内に画成され車室内に吹き出される吹出空気が流通する通風路８内に配置され、また放熱器６の上流側の箇所には放熱器６への通風量を変化させるエアミックスドア９が配置されている。また、通風路７の上流端には、車外と連通する外気導入口１０、車室内と連通する内気導入口１１、内外気切換ドア１２、送風機１３を具備してなるインテーク部が設けられ、下流端には、デフ連通口１４、ベント連通口１５、フット連通口１６が形成されると共にデフ／ベント切換ドア１７、ベント／フット切換ドア１８が設けられている。

更に、通風路８内において、蒸発器５の上流側には、インテーク部により取り込まれ蒸発器５入口部分に達した空気（吸入空気）の温度を検出する第１の温度センサ２０が設置され、また蒸発器５の下流側には、蒸発器５の表面温度を検出する第２の温度センサ２１が設置されている。第１の温度センサ２０は、蒸発器５の近傍で蒸発器５と接触しない箇所に設置され、第２の温度センサ２１は、蒸発器５と接触する箇所若しくは極めて近い位置に設置される。

圧縮機２は、空調制御部７からの制御信号により冷媒の圧縮率を変化させる外部可変機構２５を具備する。この外部可変機構２５の具体的構成は、製造条件に応じて適宜選択されるべきものであるが、公知の外部可変型の揺動斜板式圧縮機において適用されているような、エンジンの駆動力を受けて揺動回転すると共にクランク室２６内の圧力に応じて揺動角度が変化する斜板２７、クランク室２６内と高圧ラインＨ及び低圧ラインＬとを連通させる調圧用配管２８、調圧用配管２８の分岐部に配置され外部から出力される制御信号により調圧用配管２８の連通状態を変化させる電磁弁２９等を有して構成されるものが好例として挙げられる。

空調制御部７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロコンピュータ、Ｉ／Ｏポート、ＲＯＭ又はＲＡＭに記憶されるプログラム及びデータ等により構成されるものである。空調制御装置７は、車室内に設置されたコントロールパネル（Ｃ／Ｐ）４０への入力情報、車室内温度、外気温度、日照等を検出する各種センサ群４１からの検出信号、またそれぞれの状況に応じて適用される制御用プログラム３１群及び制御用データ群３２等に基づいて、圧縮機２、エアミックスドア９、内外気切換ドア１２、デフ／ベント切換ドア１７、ベント／フット切換ドア１８を制御する。

本実施例に係る空調制御部７の演算部３０は、上記従来の機能に加えて、第１の温度センサ２０により検出された吸入空気温度Ｔa、ＲＯＭ又はＲＡＭに記憶された蒸発器５の下限温度Ｔmin、湿り空気線図（ＮＣ線図）に基づいて作成されたＮＣ線図データ３３に基づいて、湿球温度Ｔrを算出し、この湿球温度Ｔrを蒸発器５の上限温度Ｔmaxとする。そして、弁制御信号出力部３４は、第２の温度センサ２１により検出された蒸発器温度Ｔevaが、Ｔmin≦Ｔeva＜Ｔmaxの範囲内を維持するように、圧縮機２の外部可変機構２５の電磁弁２９を制御する。

一般的には、下限温度Ｔminは３℃前後に固定された値であるが、状況に応じて算出され変動するものであってもよい。例えば、車両用空調装置１の運転時において所定時間内で空調制御部７によって最も低く設定された蒸発器５の目標温度を下限温度Ｔminとしてもよい。急冷後の安定時、春秋期等の小さな冷却力で足りる状況下においては、蒸発器５の目標温度が比較的高く（１０℃前後）設定され続ける場合があるが、この構成によれば、このような状況に応じて下限温度Ｔminが高めに設定されるので、更なる圧縮機２の省動力化を図ることができる。

図２において、ＮＣ線図の簡略化したものが示されており、同図において、吸入空気温度（乾球温度）Ｔaが２０℃、下限温度Ｔminが３℃である場合の湿球温度Ｔrの算出法を説明する。乾球温度線５０上のＴminから延ばした等乾球温度線５１と飽和湿り空気線５２との接点をＡ、接点Ａを通る等絶対湿度線５３と乾球温度線５０上のＴaから延ばした等乾球温度線５４との接点をＢ、接点Ｂを通る等エンタルピ線５５と飽和湿り空気線５２との接点をＣとする時、湿球温度Ｔrは、接点Ｃを通る等乾球温度線５６を乾球温度線５０上に下ろした点Ｄとなる。即ち、本発明においては、下限温度Ｔminにおける飽和状態の空気の絶対湿度Ｘminを、吸入空気の相対湿度と見立てて湿球温度Ｔrを求めている。通常の使用条件においては、このように算出された吸入空気の相対湿度が実際の吸入空気の相対湿度よりも高くなることはないので、蒸発器の上限温度が実際の湿球温度よりも高く設定されてしまうことはない。従って、凝縮水の気化を確実に抑制することができる。

図３において、空調制御部７による本発明に係る制御ルーチンの例を示す。先ず、第１のセンサ２０により吸入空気温度Ｔaを検出し（ステップ１００）、ＲＯＭ又はＲＡＭから下限温度Ｔminを読み込み（ステップ１０１）、吸入空気温度Ｔa、下限温度Ｔmin、及びＮＣ線図データに基づいて、図２に示したように湿球温度Ｔr、即ち上限温度Ｔmaxを算出する（ステップ１０２）。次いで、第２の温度センサ２１により検出された蒸発器温度Ｔevaが下限温度Ｔmin以上であるか否かが判定され（ステップ１０３）、蒸発器温度Ｔevaが下限温度Ｔminよりも大きい場合（Ｙ）には、次いで蒸発器温度Ｔevaが上限温度Ｔmaxよりも小さいか否かが判定される（ステップ１０５）。前記ステップ１０３において、蒸発器温度Ｔevaが下限温度Ｔminよりも小さい場合（Ｎ）には、圧縮機２の圧縮率を低下させ（クランク室圧を上げ斜板角度を小さくし）（ステップ１０４）、その後前記ステップ１０５に移行する。前記ステップ１０５において、蒸発器温度Ｔevaが上限温度Ｔmaxよりも小さい場合（Ｙ）には、この制御ルーチンからアウトし、蒸発器温度Ｔevaが上限温度Ｔmax以上である場合（Ｎ）には、圧縮機２の圧縮率を増加させ（クランク室圧を下げ斜板角度を大きくする）（ステップ１０６）、その後この制御ルーチンからアウトする。

以上、本構成によれば、吸入空気の相対湿度を検出するための高価な湿度センサを用いることなく、悪臭の発生を抑えうる蒸発器の上限温度を設定することができる。そして、蒸発器温度が前記下限温度から前記上限温度（湿球温度）の間で維持されるように、圧縮機の駆動状態が制御されることにより、悪臭防止と省動力化とを両立させることができる。

また、上述した構成においては、吸入空気温度Ｔaは、第１の温度センサ２０により検出されたものとしたが、外気導入モード時においては外気温度、内気循環モード時においては車室内温度、内外気混合時においては外気又は内気の温度いずれか低い方、若しくは混合割合を考慮した温度で代用することも可能である。

以上のように、本発明によれば、低コストで悪臭防止と省動力化とが図られた車両用空調装置を提供することができる。

図１は、本発明の全体構成を示す図である。 図２は、本発明における湿球温度の算出法を示す図である。 図３は、本発明に係る制御ルーチンの例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車両用空調装置
２ 圧縮機
５ 蒸発器
２０ 第１の温度センサ
２１ 第２の温度センサ
２５ 外部可変機構

Claims (4)

1. 冷媒を圧送する圧縮機、
   車内に吹き出される空気から吸熱し、冷媒を蒸発させる蒸発器、
   前記蒸発器の通風方向上流側の入口空気温度を検出する第１の温度センサ、
   蒸発器温度を検出する第２の温度センサ、
   前記入口空気温度、及び前記蒸発器の凍結を防止するために設定された前記蒸発器の下限温度に基づいて湿球温度を算出する湿球温度算出手段、
   前記蒸発器温度が、前記下限温度以上、且つ前記湿球温度よりも低くなるように、前記圧縮機を制御する圧縮機制御手段、
   を具備することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記圧縮機は、外部からの制御信号に基づいて冷媒の圧縮率を変化させる外部可変機構を有するものであることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
3. 前記下限温度は、当該車両用空調装置の運転時において所定時間内で最も低く設定された前記蒸発器の目標温度であることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用空調装置。
4. 前記吸入空気温度は、
   外気導入モード時においては外気温度、
   内気循環モード時においては車室内温度、
   内外気混合時においては外気又は内気の温度いずれか低い方、若しくは混合割合を考慮した温度、
   であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用空調装置。

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