JP2007131170A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＴＣヒータをオフ状態に切換えたことにに起因する急激な吹出し温度変動を防止することができる空調装置を提供することである。
【解決手段】エアコンＥＣＵ３０は、ＰＴＣヒータ２０がオン状態であるときにエアミックスドア１９の実開度ＳＷが１００％（基準位置）からＰＴＣヒータ２０の暖房能力に対応する開度幅ΔＳＷを差し引いた「１００−ΔＳＷ」％（相殺開度位置）に到達したことを条件として、ＰＴＣヒータ２０をオフするとともに、実開度ＳＷを１００％（基準位置）に復帰させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、補助熱源として定温発熱体を備えたエアミックス方式の車両用空調装置に関し、特に、定温発熱体の動作切換に起因する急激な吹出し温度変動を防止したものに関する。

定温発熱体であるＰＴＣヒータを補助熱源として備えたエアミックス方式の車両用空調装置として、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。このＰＴＣヒータは、ハイブリッド車やディーゼル車、またはガソリン車でも高効率などでエンジン水温の上がりにくい車両や、寒冷地仕様車などに備えられており、即効性を有していることから暖房開始時の補助熱源としては好適である。

暖房開始時には、乗員により設定された車室内温度と現実の車室内温度とに大きな隔たりが生じ易く、これに起因して主熱源であるヒータコア（暖房用熱交換器）の暖房能力を超える暖房能力が必要とされるため、このような場合には、エアミックスドアの開度位置を吹出し温度が最高となる最大暖房位置とした状態でＰＴＣヒータをオンすることとなる。これにより、ヒータコアに加えてＰＴＣヒータによる熱交換が行われ、車室内温度を可及的速やかに設定した温度に近づけることができる。
特開２００３−３４１１４号公報

ところで、この種の装置では、必要とする暖房能力がヒータコアのみで補えるようになった場合には、暖房能力を下げるために、ＰＴＣヒータの動作を停止させた後、必要に応じてエアミックスドアの開度位置を変更して、車室内に吹き出される空気の吹出し温度を調整するということが考えられる。

しかしながら、ＰＴＣヒータをオフ状態に切換えると、その暖房能力分だけ急激に吹出し温度が低下することとなるため、吹出される空気に対して乗員が違和感を覚える。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＰＴＣの動作切換に起因する急激な吹出し温度変動を防止することができる車両用空調装置を提供することである。

空調ケース内に吸入した空気を加熱する暖房用熱交換器と、通電状態がオン状態ときに吸入した空気を補助的に加熱する定温発熱体と、暖房用熱交換器及び前記定温発熱体が配置された加熱通路と、暖房用熱交換器及び定温発熱体をバイパスするバイパス通路と、吸入した空気を加熱通路を通過する空気と前記バイパス通路を通過する空気に配分するエアミックスドアとを設け、加熱通路を通過した空気と前記バイパス通路を通過した空気とを混合した混合空気が設定された車室内温度に応じた吹出し温度となるようにエアミックスドアの開度位置及び定温発熱体のオン・オフ切換を制御する制御手段を備えた車両用空調装置において、制御手段は、定温発熱体がオン状態であるときにエアミックスドアの開度位置が基準位置から前記エアミックスドアの開度により定温発熱体の暖房能力分を相殺した相殺開度位置に到達したことを条件として、定温発熱体をオフすると同時に、開度位置を基準位置に復帰させることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、定温発熱体がオン状態のときにエアミックスドアの開度位置が基準位置から相殺開度位置に到達したことを条件として、定温発熱体をオフすると同時にエアミックスドアの開度位置を基準位置に復帰させるようにしているから、吹出し温度は定温発熱体をオフする直前とオフした直後とで略同一となる。この相殺開度位置は、定温発熱体がオン状態とされているときの混合空気の吹出し温度と、定温発熱体がオフ状態で且つエアミックスドアが基準位置のときの混合空気の吹出し温度とが略同一になる開度位置のことである。このようにすることで、定温発熱体をオフ状態に切換えたことに起因する吹出し温度の急激な変化が防止されるため、乗員に対して自然な空調感覚を与えることができる。

請求項２の発明では、基準位置は、吸入した空気をすべて加熱通路に配分する開度位置である最大暖房位置とされていることを特徴としている。

請求項２の発明によれば、最大暖房位置を基準位置としているため、定温発熱体がオン状態であり、且つ、開度位置が最大暖房位置と相殺開度位置との間に設定されているときには、暖房用熱交換器の最大暖房能力以上の暖房能力を発揮することができる。従って、空調装置始動時等の多大な暖房能力を必要とする場合には好適な構成である。

請求項３の発明では、制御手段は、車室外気温に応じて相殺開度位置を補正することを特徴としている。また、請求項４の発明では、制御手段は、車室内に吹き出される空気風量に応じて相殺開度位置を補正することを特徴としている。また、請求項５の発明では、制御手段は、吹出し温度に応じて前記相殺開度位置を補正することを特徴としている。

これによれば、外気温、吹出し風量、又は吹出し温度の変化によりＰＴＣヒータ２０の暖房能力が変化したとしても、相殺開度位置は定温発熱体の暖房能力の変動に応じて補正されるから、吹出し温度制御を一層確実に行うことができる。

＜第１の実施形態＞
本発明に係る車両用空調装置の一実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。図１に示すように、空調ケース１の一端部には、内外気切替ドア１１の切り替えにより外気導入口１２および内気導入口１３に連通する空気導入口１４が設けられており、この空気導入口１４に連通するようにブロワモータ１５により駆動される遠心多翼ファンなどのブロワファン１６が配設されている。さらに、空調ケース１の内部には、空気流の下流側に向かって、ブロワファン１６の他に、吸入した空気を熱交換して冷風にするエバポレータ１７、同じく吸入した空気を加熱することで温風にする温水式ヒータのヒータコア１８が順次配置されている。

ヒータコア１８の上流側には、ブロワファン１６により空調ケース１の内部に吸入した空気を、このヒータコア１８（暖房用熱交換器）が配置された加熱通路Ｐｈと、ヒータコア１８をバイパスするバイパス通路Ｐｂとに配分するエアミックスドア１９が配設されている。このエアミックスドア１９は、後述するエアコンＥＣＵ３０の指令に基づいて動作する駆動手段３４により、吸入した空気をすべて加熱通路Ｐｈへ配分する最大暖房位置Ｓａと、吸入した空気をすべてバイパス通路Ｐｂへ配分する最大冷房位置Ｓｂとの間でその開度位置が変更される。尚、以下の説明において、エアミックスドア１９が最大暖房位置Ｓａにあるときの開度を１００％とし、最大冷房位置Ｓｂにあるときの開度を０％とする。

加熱通路Ｐｈのうちヒータコア１８の下流側には、補助熱源であるＰＴＣヒータ２０（定温発熱体）が配置されており、ヒータコア１８を通過した空気を補助的に加熱するものである。このＰＴＣヒータ２０は、補助ヒータとして備えられ、即効性を有していることから特に暖房開始時の補助熱源として使用される。また、ＰＴＣヒータ２０は電気ヒータであり、後述するエアコンＥＣＵ３０からの制御信号に基づいてＰＴＣヒータ２０への通電状態がオン状態又はオフ状態に切換えられるようになっており、オン状態のときは、一定の熱量で空気を加熱する。

ＰＴＣヒータ２０の下流側には、冷風と温風とを混合して所定の温度にするエアミックス部Ｍが構成され、その下流側に位置する空調ケース１の他端部にはデフロスタ吹出口２１、フェイス吹出口２２およびフット吹出口２３が形成されている。そして、デフロスタ吹出口２１にはデフロスタドア２１ａ、フェイス吹出口２２にはフェイスドア２２ａ、フット吹出口２３にはフットドア２３ａがそれぞれ配置されている。

また、エバポレータ１７の下流側には、当該エバポレータ１７を通過した空気の温度（エバポレータ温度Ｔｅ）を検出するエバ後センサ２４が配置されており、ヒータコア１８にはその内部を流動するエンジン冷却水の温度（ヒータコア温度Ｔｈ）を検出する水温センサ２５が取り付けられている。一方、車両各部には、車室内温度Ｔｒを検出する内気温センサ３１、車室外気温Ｔａｍ（外気温Ｔａｍ）を検出する外気温センサ３２、及び日射量Ｔｓを検出する日射センサ３３が配置されており、各センサ２４，２５，３１〜３３は検出状態に応じた検出信号を出力する。また、車室内の所定位置には、設定温度Ｔｓｅｔ、風量、吹出し口等を設定するための操作パネル４０が配置されており、乗員の設定操作に応じた設定信号が出力されるようになっている。

エアコンＥＣＵ３０は、各センサ２４，２５，３１〜３３の検出信号及び操作パネル４０からの設定信号に基づいて以下の制御を行う。即ち、駆動手段３５を駆動して内外気切換ドア１１を切換えることにより内気導入又は外気導入を選択する吸い込み口制御と、ブロワモータ１５の動作を制御して吹出し口２１〜２３から吹き出される空気量を調整する風量制御と、駆動手段３６を駆動して吹出し口２１〜２３を開閉する吹出し口制御と、吹出し口２１〜２３から吹き出される空気の温度を調整する吹出し温度制御を実行する。

このうち、吹出し温度制御は、車室内温度Ｔｒを設定温度Ｔｓｅｔにするために必要な目標吹出温度ＴＡＯを、エアミックスドア１９の開度位置制御及びＰＴＣヒータ２０のオン・オフ状態の切換により調整するものである。この目標吹出温度ＴＡＯは外気温Ｔａｍ、車室内温度Ｔｒ、日射量Ｔｓ、及び設定温度Ｔｓｅｔに基づいて決定される。また、エアミックスドア１９の開度は目標吹出温度ＴＡＯ、エバポレータ温度Ｔｅ、及びヒータコア温度Ｔｈにより決定される。

以下、エアミックスドア１９の開度位置制御について説明する。図２に示すように、初めに、各センサ２４，２５，３１〜３３の検出信号及び操作パネル４０の設定信号に基づいてエアミックスドア１９の仮の設定開度ＳＷＡ（仮開度ＳＷＡ）を下記の数式１に基づいて算出する（ステップＳ１０）。

（数１）
ＳＷＡ＝｛（ＴＡＯ−Ｔｅ）／（Ｔｈ−Ｔｅ）｝×１００（％）
尚、上述した仮開度ＳＷＡは、冷却水温度Ｔｅが十分に昇温されておらず、この冷却水温度Ｔｈが目標吹出温度ＴＡＯよりも低い場合には、１００％以上の値となる。ただし、エアミックスドア１９の開度は１００％が上限であるため、後述する処理において実際に設定される真の設定開度ＳＷ（実開度ＳＷ）（０（％）≦ＳＷ≦１００（％））を算出するようにしている。このため、上記数式にて算出される開度を仮開度ＳＷＡとしている。

続いて、ＰＴＣヒータ２０の暖房能力に対応するエアミックスドアの開度幅ΔＳＷを算出する（ステップＳ２０）。ＰＴＣヒータ２０の暖房能力は所定の算出式により算出されるもので、当該ＰＴＣヒータ２０により加熱通路Ｐｈを通過する空気に対して交換可能な熱量のことである。

そして、この暖房能力に対応するエアミックスドア１９の開度幅ΔＳＷは、ＰＴＣヒータ２０をオフ状態としたときの吹出し温度と、ＰＴＣヒータ２０をオン状態としたときの吹出し温度とが略同一となるように、それぞれの場合において設定されるエアミックスドア１９の開度の差から求められる。

ここで、ＰＴＣヒータ２０をオン状態としたときには、その暖房能力分が上乗せされることとなるため、このときに設定されるエアミックスドア１９の開度は、ＰＴＣヒータ２０をオフ状態としたときに設定されるエアミックスドア１９の開度から当該暖房能力に対応する開度幅ΔＳＷを差し引いた開度に設定される。

即ち、ＰＴＣヒータ２０がオン状態であるときに設定されるエアミックスドア１９の開度は、ＰＴＣヒータ２０をオフ状態としたときに設定されるエアミックスドア１９の開度（基準位置）からこのＰＴＣヒータ２０の暖房能力分を相殺した開度（相殺開度位置）となるのである。本実施形態においては、実開度ＳＷが１００％を基準位置としており、「１００−ΔＳＷ」％を相殺開度位置としている。

また、ＰＴＣヒータ２０の暖房能力は外気温Ｔａｍにより変動するため、開度幅ΔＳＷを外気温度Ｔａｍに基づいて補正するようにしても良い。即ち、図４に示すように、外気温度Ｔａｍの上昇に伴って開度幅ΔＳＷを小さく補正するのである。

外気温Ｔａｍの他には、吹出し風量（ブロワモータ１５の動作状態）、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて暖房能力ΔＳＷを補正するようにしても良い。吹出し風量に基づく開度幅ΔＳＷの補正については、その風量が増大するにつれて開度幅ΔＳＷが減少するように補正する。目標吹出温度ＴＡＯに基づく開度幅ΔＳＷの補正については、その目標吹出し温度が上昇するにつれて開度幅ΔＳＷが減少するように補正する。

次に、算出された仮開度ＳＷＡが１００％よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３０）。仮開度ＳＷＡが１００％よりも大きい場合には（ステップＳ３０でＹｅｓ）、必要とされる暖房能力がヒータコア１８の暖房能力以上とされているから、補助熱源であるＰＴＣヒータ２０をオン状態とする。また、ＰＴＣヒータ２０がオン状態とされることによって暖房能力分が上乗せされるため、仮開度ＳＷＡからこのＰＴＣヒータ２０の暖房能力に対応する開度幅ΔＳＷを差し引いた開度を実開度ＳＷとする（ステップＳ４０）。

尚、仮開度ＳＷＡから開度幅ΔＳＷを差し引いた実開度ＳＷが、１００％よりも大きい値となることがあるが、エアミックスドア１９の実開度ＳＷは１００％が上限であるため、仮開度ＳＷＡから開度幅ΔＳＷを差し引いた実開度ＳＷが１００％よりも大きい場合には、その実開度ＳＷを一律１００％に設定するようにしている。

逆に、仮開度ＳＷＡが１００％以下である場合には（ステップＳ３０でＮｏ）、必要とする暖房能力がヒータコア１８のみで補えるため、ＰＴＣヒータ２０をオフして、仮開度ＳＷＡをそのまま実開度ＳＷとして設定する（ステップＳ５０）。

従って、乗員により設定された設定温度Ｔｓｅｔと現実の車室内温度Ｔｒとに大きな隔たりが生じ、これに起因して主熱源であるヒータコア１８の暖房能力を超える暖房能力が必要となる場合、即ち、仮開度ＳＷＡが１００％よりも大きい場合には（ステップＳ３０でＹｅｓ）、ＰＴＣヒータ２０がオン状態とされ、エアミックスドア１９の実開度ＳＷが１００％（基準位置）と、１００％からＰＴＣヒータ２０の暖房能力ΔＳＷに対応する開度幅ΔＳＷを差し引いた「１００−ΔＳＷ」％（相殺開度位置）との間に設定される（ステップＳ４０）。

一方、必要とする暖房能力が減少し、その暖房能力がヒータコア１８のみで補えるようになる場合には、以下のようにして実開度ＳＷ及びＰＴＣヒータ２０のオン・オフ状態の切換が制御される。まず、仮開度ＳＷＡが１００％よりも大きい場合には（ステップＳ３０でＹｅｓが続く場合）、ＰＴＣヒータ２０をオン状態としたまま必要とする暖房能力の減少に応じてエアミックスドア１９の実開度ＳＷを減少させる（ステップＳ４０を連続的に実行）。そして、仮開度ＳＷＡが１００％となったとき、即ち、必要とする暖房能力がヒータコア１８のみで補えるようになったときには（ステップＳ３０でＮｏ）、ＰＴＣヒータ２０をオフするとともに（ステップＳ５０）、エアミックスドア１９の実開度ＳＷを「１００−ΔＳＷ」％（相殺開度位置）から１００％（基準位置）に復帰させる（ステップＳ４０を実行後、ステップＳ５０を実行）。この後、ＰＴＣヒータ２０をオフ状態としたままで必要とする暖房能力の減少に応じてエアミックスドア１９の実開度ＳＷを減少させる（ステップＳ５０）。

上述したように、ＰＴＣヒータ２０がオフ状態に切換えられる瞬間に、エアミックスドアの実開度ＳＷが「１００−ΔＳＷ」％（相殺開度位置）から１００％（基準位置）に復帰するから、ＰＴＣヒータ２０をオフする直前の吹出し温度と、ＰＴＣヒータ２０をオフした直後の吹出し温度とが略同一となる。これにより、ＰＴＣヒータ２０をオフ状態に切換えたことによる吹出し温度の変動がなくなり、その吹出し温度がリニアに下降することとなる（図３参照）。

本実施形態では、ＰＴＣヒータ２０がオン状態であるときにエアミックスドア１９の実開度ＳＷＡが１００％（基準位置）からＰＴＣヒータ２０の暖房能力分に対応する開度幅ΔＳＷを差し引いた「１００−ΔＳＷ」％（相殺開度位置）に到達したことを条件として、ＰＴＣヒータ２０をオフ状態とするとともに、実開度ＳＷを１００％に復帰させるようにした。これにより、吹出し温度はＰＴＣヒータ２０をオフする直前とオフした直後とで略同一となるため、ＰＴＣヒータ２０がオフされたとしても吹出し温度が急激に変動することが防止され、乗員に対して自然な空調感覚を与えることができる。

また、仮開度ＳＷＡが１００％よりも大きい場合には、ＰＴＣヒータ２０がオン状態とされ、且つ、実開度ＳＷが１００％と「１００−ΔＳＷ」％との間に設定されるため、これによってヒータコア１８の最大暖房能力以上の暖房能力を発揮することができる。従って、装置始動時等の多大な暖房能力を必要とする場合には好適な構成である。

また、本実施形態では、外気温Ｔａｍ、吹出し風量（ファンモータ１５の動作状態）、又は目標吹出温度ＴＡＯの変化に基づいて、ＰＴＣヒータ２０の暖房能力に対応する開度幅ΔＳＷを補正するようにしている。従って、外気温Ｔａｍ、吹出し風量、又は目標吹出温度ＴＡＯの変化によりＰＴＣヒータ２０の暖房能力が変化したとしても、開度幅ΔＳＷは暖房能力に合致したものとなるから、吹出し温度制御を一層確実に行うことができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

上記実施形態では、仮開度ＳＷＡが１００％以上であるときにＰＴＣヒータ２０をオン状態とし、仮開度ＳＷＡが１００％以下であるときにＰＴＣヒータ２０をオフ状態とするようにしていたが、ＰＴＣヒータ２０のオン・オフ状態を切換えるための仮開度ＳＷＡは１００％以外に設定しても良い。

本発明に係る車両用空調装置の全体構成を示した模式図である。 ＰＴＣヒータのオフに伴うエアミックスドアの開度位置制御 ＰＴＣヒータオフ時のエアミックスドア開度及び吹出し温度の変化を示したグラフである。 （Ａ）は外気温に対するＰＴＣヒータの暖房能力の補正値を示したグラフである。（Ｂ）は目標吹出し温度に対するＰＴＣヒータの暖房能力の補正値を示したグラフである。（Ｃ）はブロワファン風量に対するＰＴＣヒータの暖房能力の補正値を示したグラフである。

符号の説明

１…空調ケース
１８…ヒータコア
１９…エアミックスドア
２０…ＰＴＣヒータ
Ｐｈ…加熱通路
Ｐｂ…バイパス通路
ＴＡＯ…目標吹出温度
Ｔｅ…エバポレータ温度
Ｔｈ…ヒータコア温度
Ｔａｍ…外気温
ＳＷＡ…仮開度
ＳＷ…実開度
ΔＳＷ…開度幅

Claims (5)

1. 空調ケース内へ吸入した空気を加熱する暖房用熱交換器と、
   通電状態がオン状態ときに前記吸入した空気を補助的に加熱する定温発熱体と、
   前記暖房用熱交換器及び前記定温発熱体が配置された加熱通路と、
   前記暖房用熱交換器及び前記定温発熱体をバイパスするバイパス通路と、
   吸入した空気を前記加熱通路を通過する空気と前記バイパス通路を通過する空気に配分するエアミックスドアとを設け、
   前記加熱通路を通過した空気と前記バイパス通路を通過した空気とを混合した混合空気が設定された車室内温度に応じた吹出し温度となるように前記エアミックスドアの開度位置及び前記定温発熱体のオン・オフ切換を制御する制御手段を備えた車両用空調装置において、
   前記制御手段は、前記定温発熱体がオン状態であるときに前記エアミックスドアの開度位置が基準位置から前記定温発熱体の暖房能力分を相殺した相殺開度位置に到達したことを条件として、前記定温発熱体をオフすると同時に、前記開度位置を基準位置に復帰させることを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記基準位置は、吸入した空気をすべて前記加熱通路に配分する開度位置である最大暖房位置とされていることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記制御手段は、車室外気温に応じて前記相殺開度位置を補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記制御手段は、前記車室内に吹き出される空気風量に応じて前記相殺開度位置を補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用空調装置。
5. 前記制御手段は、前記吹出し温度に応じて前記相殺開度位置を補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用空調装置。

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