JP2007153055A

JP2007153055A - 車両用空調システム

Info

Publication number: JP2007153055A
Application number: JP2005349134A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tomaru; 敬一外丸
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-06-21

Abstract

【課題】より快適な車両用空調システムを提供する。
【解決手段】車両用空調システムは、蒸発器２０を通過してから車室１０に流入する空気流を生成するブロワファン４４と、ブロワファン４４を制御して空気流の流量を調整するコントローラ６２と、蒸発器２０内の冷媒の圧力を検知する冷媒圧力センサ６０ｆとを備える。コントローラ６２は、冷媒圧力センサ６０ｆにより検知された冷媒の圧力が所定の上限値を超えたとき、空気流の流量を減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空調システムに関する。

車両用空調システムの冷凍回路は、冷媒が循環する循環流路を備え、循環流路には蒸発器が介挿される。蒸発器は、車室のインストルメントパネル内に配置された空調ユニットハウジングに収容され、このユニットハウジングにはブロワファンも収容されている（例えば、特許文献１参照）。ブロワファンは、蒸発器を通過してから車室に流入する空気流を生成するが、空気流の流量は、車両用空調システムのコントローラによって制御される。具体的には、コントローラは、車室に吹出す空気流の目標吹出し温度を演算した後、目標吹出し温度と車室の実際の温度との間の偏差が大きいほど流量を大きく設定し、この逆に、偏差が小さいほど流量を小さく設定する。
特開2003-306022号公報

ところで、車両用空調システムへの熱負荷が高くなる夏場に、車両が渋滞に巻き込まれたり或いは駐停車していると、凝縮器を冷却するための風量が少ないため、凝縮器での冷媒の圧力が上昇し易い。凝縮器での冷媒圧力の上昇は、蒸発器での冷媒の圧力及び温度の上昇をもたらし、蒸発器を通過した空気流が十分に冷却されなくなってしまう。この結果として、車室の乗員は冷風を感じることができなくなり、車室の快適性が損なわれる。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、より快適な車両用空調システムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、蒸発器を通過してから車室に流入する空気流を生成するファンと、前記ファンを制御して前記空気流の流量を調整するコントローラと、前記蒸発器内の前記冷媒の状態量を検知するセンサとを備えた車両用空調システムであって、前記コントローラは、前記センサにより検知された前記冷媒の状態量が所定の上限値を超えたとき、前記空気流の流量を減少させることを特徴とする車両用空調システムが提供される（請求項１）。

好適な態様として、前記センサは、圧力センサ及び温度センサのうち一方であり、且つ、前記蒸発器に取り付けられている（請求項２）。
好適な態様として、前記センサは、温度センサであり、且つ、前記空気流の流動方向でみて前記蒸発器の直下流に配置されている（請求項３）。

本発明の請求項１の車両用空調システムでは、例えば夏場の渋滞時や駐停車時、凝縮器で冷媒が十分に冷却されず、蒸発器での冷媒の状態量が所定の上限値を超えて増大すると、コントローラは、ブロワファンを制御して空気流の流量を減少させ、蒸発器での冷媒の状態量を低下させる。この結果として、このシステムによれば、蒸発器を通過するときに空気流が十分に冷却され、乗員は冷風を感じることができ、車室の快適性が確保される。

請求項２の車両用空調システムでは、蒸発器に取付けられた圧力センサ又は温度センサによって蒸発器での冷媒の状態量が直接的に測定される。従って、このシステムでは、蒸発器での冷媒の状態量の増加が確実に検知され、車室の快適性が確保される。
請求項３の車両用空調システムでは、蒸発器の直下流に配置された温度センサによって蒸発器での冷媒の状態量が間接的に測定される。すなわち、温度センサは、蒸発器を通過した空気流の温度を検知し、検知した空気流の温度に基づき、蒸発器での冷媒の状態量が推定される。このシステムによれば、蒸発器に温度センサを直接取付ける必要がなく、簡単な構成によって車室の快適性が確保される。

図１は、本発明の一実施形態の車両用空調システムの概略を示し、空調システムは冷凍回路２を備えている。
冷凍回路２は、冷媒として例えばＨＦＣ系のＲ１３４ａが循環する冷媒循環流路４を有し、冷媒循環流路４は、ダッシュパネル６を貫通してエンジンルーム８から車室１０に渡る。冷媒循環流路４には、冷媒の流動方向でみて、圧縮機１２、凝縮器１４、レシーバ１６、膨張弁１８及び蒸発器２０が順次介挿されている。

圧縮機１２は、エンジンルーム８のエンジン２２近傍に配置され、エンジン２２からの動力を断続的に受取るための電磁クラッチ２４を有する。エンジン２２からの動力によって作動した圧縮機１２は、冷媒循環流路４を通じて蒸発器２０から気相状態の冷媒を吸入する。そして、圧縮機１２は、吸入した冷媒を圧縮した後、圧縮した冷媒を冷媒循環流路４を通じて凝縮器１４に向けて吐出する。

凝縮器１４は、エンジンルーム８の前方側に配置され、フロントグリルを通過した風や、凝縮器１４近傍のコンデンサファン（図示せず）からの風により空冷される。この空冷によって、圧縮機１２から吐出された冷媒は、凝縮器１４の内部を通過する間に凝縮する。
レシーバ１６は、エンジンルーム８の凝縮器１４近傍に配置され、凝縮器１４を通過した冷媒のうち、液相成分のみを膨張弁１８に向けて通過させる。

膨張弁１８は、エンジンルーム８のダッシュパネル６側に配置され、その内部を通過する冷媒を膨張させる。冷媒の温度及び圧力は膨張により低下し、冷媒は気液混合状態になる。
蒸発器２０は、車室１０内に配置され、蒸発器２０の内部で気液混合状態の冷媒の液相成分が蒸発する。

より詳しくは、車室１０の前方側の部分は、インストルメントパネル２６によって区画され、ダッシュパネル６とインストルメントパネル２６との間に、空調ユニットハウジング２８が収容されている。冷媒循環流路４の一部分は空調ユニットハウジング２８内を延び、この冷媒循環流路４の一部分に蒸発器２０が介挿されている。
また、車両用空調システムは、暖房回路３０を備えている。暖房回路３０は、バイパス流路３２を有し、バイパス流路３２の上流端は、エンジン２２で加熱された冷却水（温水）が流れる冷却水循環流路３４の流域に、温水バルブ３６を介して接続されている。温水バルブ３６は例えば電磁開閉弁により構成され、温水の一部をバイパス流路３２に断続的に流入させる。

バイパス流路３２の下流端はポンプ３８に接続され、ポンプ３８は、ラジエータ４０で放熱した冷却水が流れる冷却水循環流路３４の流域に介挿されている。ポンプ３８は、矢印Ａで示したように冷却水循環流路で冷却水を流動させるのみならず、温水バルブ３６が開状態にあるときには、矢印Ｂで示したようにバイパス流路３２で温水を流動させる。
バイパス流路３２の中間部には、ヒータコア４２が介挿され、ヒータコア４２も空調ユニットハウジング２８内に配置されている。

更に、車両用空調システムは、送風手段として、空調ユニットハウジング２８内に配置されたブロワファン４４を備えている。
より詳しくは、図２に示したように、空調ユニットハウジング２８は車幅方向に長く、ユニットハウジング２８の一端部に、外気導入用及び内気循環用の２つの吸入ダクト４６ａ，４６ｂが開口し、ブロワファン４４は、吸入ダクト４６の開口端近傍に配置されている。また、ユニットハウジング２８の他端部には、デフ用、フェース用、フット用の３つの吹出しダクト４８ａ，４８ｂ，４８ｃがそれぞれ開口し、ブロワファン４４は、吸入ダクト４６の開口端から吹出しダクト４８の開口端に向かう空気流を生成する。

蒸発器２０は、空気流の流動方向でみてブロワファン４４の下流に配置され、ブロワファン４４側の蒸発器２０の前面は、全ての空気流が蒸発器２０の隙間（熱交換部）を通過するよう、蒸発器２０が設置された空調ユニットハウジング２８の部位の横断面積に略等しい面積を有する。
ヒータコア４２は、空気流の流動方向でみて蒸発器２０よりも下流に配置され、蒸発器２０側のヒータコア４２の前面は、蒸発器２０を通過した空気流の一部のみがヒータコア４２の隙間（熱交換部）を通過するよう、ヒータコア４２が設置された空調ユニットハウジング２８の部位の横断面積よりも小さい面積を有する。

また、送風手段は、空調ユニットハウジング２８内に、ブロワファン４４により生成される空気流の流路を変えるための複数のダンパを有する。
より詳しくは、吸入ダクト４６の開口端近傍には、これらの開口端を開閉する内気／外気切換ダンパ５０が設置され、各吹出しダクト４８の開口端近傍には、これらの開口端をそれぞれ開閉する風向切換ダンパ５２ａ,５２ｂ,５２ｃが設置されている。ヒータコア４２の前面近傍には、ヒータコア用ダンパ５４が設置され、ヒータコア用ダンパ５４は、その開度によってヒータコア４２を通過する空気流の流量を調整する。図１を再び参照すると、これらダンパは、リンク５６ａ,５６ｂ,５６ｃを介してサーボモータ５８ａ,５８ｂ,５８ｃによりそれぞれ駆動される。

また更に、車両用空調システムは、種々の情報を収集するための手段として、図１に示したように複数のセンサを有する。
より詳しくは、車室１０内には、車室１０の温度を検知する車室温度センサ６０ａ、日射量を検知する日射量センサ６０ｂが配置され、エンジンルーム８内には、エンジン２２の直下流の冷却水循環流路３４の部分に、温水の温度を検知する温水温度センサ６０ｃが配置され、エンジンルーム８のフロントグリル近傍に、外気温度を検知する外気温度センサ６０ｄが配置されている。

また、空調ユニットハウジング２８内には、空気流の流動方向でみて、蒸発器２０の直下流に空気流温度センサ６０ｅが配置され、空気流温度センサ６０ｅは、蒸発器２０を通過した直後の空気流の温度を検知する。蒸発器２０には、冷媒圧力センサ６０ｆが気密に取付けられ、冷媒圧力センサ６０ｆは、蒸発器２０内の冷媒の圧力を検知する。
その上更に、この車両用空調システムは、冷凍回路２、暖房回路３０及び送風手段を制御する制御回路を備え、制御回路はコントローラ（電子コントローラ）６２を有する。

コントローラ６２の入力部には、各センサ６０、インストルメントパネル２６に嵌め込まれた操作パネル６４及びメモリ６６が電気的に接続されている。また、コントローラ６２の出力部には、圧縮機１２の電磁クラッチ２４、ブロワファン４４を駆動するブロワモータ６８、温水バルブ３６及びサーボモータ５８がそれぞれ電気的に接続されている。従って、コントローラ６２は、操作パネル６４を介した乗員からの指示、各センサ６０から得た情報及びメモリ６６に格納されたデータに基づき車両用空調システム全体の動作を制御可能である。

より詳しくは、コントローラ６２は、車室１０を冷房すべく電源を入れると、冷凍回路２を作動させる。すなわち、コントローラ６２は、電磁クラッチ２４を連結作動させ、圧縮機１２を駆動させるとともに、コンデンサファンに電力を供給し、凝縮器１４を空冷する。ただし、コントローラ６２は、システムの電源が入っていても、空気流温度センサ６０ｅによって得られた蒸発器２０の直下流での空気流の温度が所定の下限値より小さくなると、蒸発器２０のフロストを防止すべく、電磁クラッチ２４の連結を解除する。

冷凍回路２の作動後、コントローラ６２は、図４に示したように、吹出しダクト４８から車室１０内に吹出す空気流の目標温度（目標吹出し温度）を設定する（Ｓ１０）。すなわち、乗員により指示された車室１０の設定温度、車室温度センサ６０ａ、日射量センサ６０ｂ及び外気温度センサ６０ｄにより得られた車室１０の実際の温度、日射量及び外気温度、並びに、メモリ６６のデータに基づき、目標吹出し温度を演算する。

それから、コントローラ６２は、必要に応じて、温水バルブ３６を開閉させるとともにヒータコア用ダンパ５４の開度を設定する。これにより、蒸発器２０を通過した風の一部がヒータコア４２によって加熱され、加熱された空気流とヒータコア４２を通過しなかった空気流とがヒータコア４２の下流で合流し、車室１０に実際に吹出す空気流の温度が目標吹出し温度に近付く。

なお、コントローラ６２は、目標吹出し温度、内気／外気切換ダンパ５０の開閉位置によって車室１０の実際の温度若しくは外気温度、温水温度センサ６０ｃにより得られた温水温度、空気流温度センサ６０ｅにより得られた蒸発器２０の直下流での空気流の温度、及び、メモリ６６のデータに基づいて、ヒータコア用ダンパ５４の目標開度を演算する。そして、コントローラ６２は、ヒータコア用ダンパ５４の実際の開度が目標開度になるよう、サーボモータ５８ｃを駆動する。

一方、コントローラ６２は、ヒータコア用ダンパ５４の開度を設定するのと同時か若しくはその前後に、吹出しダクト４８から車室１０に吹出す空気流の目標流量（目標吹出し風量）を設定する（Ｓ１２）。
より詳しくは、図５に示したように、目標吹出し風量を決定するには、まず、冷媒圧力センサ６０ｆによって蒸発器２０内の冷媒圧力（低圧側圧力）が検知される（Ｓ２０）。検知された冷媒圧力は、上限値としての542kPaよりも大きいか否かが判断され（Ｓ２２）、冷媒圧力が542kPa以下の場合、ノーマル設定モードにより目標吹出し風量が設定される（Ｓ２４）。

より詳しくは、ノーマル設定モードＳ２４では、車室１０の実際の温度と目標吹出し温度との間の偏差が大きいほど、目標吹出し風量は大きく設定され、この逆に、偏差が小さいほど、目標吹出し風量は小さく設定される。
一方、冷媒圧力が542kPaよりも大の場合、車室１０の実際の温度と目標吹出し温度との間の偏差に関係なく、目標吹出し風量は最小に設定される（Ｓ２６）。

目標吹出し風量が設定されると、コントローラ６２は、実際の吹出し風量が目標吹出し風量になるよう、ブロワモータ６８への電力供給量を増減し、ブロワファン４４の回転数を調整する。
上述した車両用空調システムにあっては、例えば夏場のように熱負荷が高い時であっても、フロントグリルを通過した風及びコンデンサファンからの風により凝縮器１４で冷媒が十分に空冷されるので、蒸発器２０での冷媒圧力は上限値としての542kPaを超えることはない。このため、車両が通常の走行状態にあれば、蒸発器２０を通過する際に十分に冷却された空気流が、コントローラ６２のノーマル設定モードＳ２４によって設定された目標吹出し流量に基づき、車室１０に十分に供給される。

しかし、熱負荷が高い時に、フロントグリルからの風が少なくなると、凝縮器１４で冷媒が十分に冷却されず、蒸発器２０での冷媒の圧力が542kPaを超えて増大する。この場合、コントローラ６２は、ブロワファン４４のブロワモータ６８を制御して空気流の流量を最小に設定することで（Ｓ２６）、蒸発器２０での冷媒の圧力、すなわち冷媒の温度を低下させる。この結果として、このシステムによれば、例えば夏場の渋滞時や駐停車時であっても、蒸発器２０を通過するときに空気流が十分に冷却され、乗員は、冷風を感じることができ、車室１０の快適性が確保される。

また、空気流の流量を最小に設定することにより、蒸発器２０での冷媒の圧力が542kPa以下に保たれる。この結果として、圧縮機１２への負荷が低下し、圧縮機１２の信頼性及び寿命が向上する。
なお、空気流の流量を最小に設定したことで、蒸発器２０での冷媒の圧力が542kPa以下になると、コントローラ６２はノーマル設定モードＳ２４によって目標吹出し風量を設定するようになる。

本発明は、上記した一実施形態に限定されることはなく、種々変形が可能であり、例えば、冷媒の種類は、Ｒ１３４ａに限定されることはない。
一実施形態では、蒸発器２０での冷媒の圧力の上限値は542kPaに設定されていたが、上限値は適宜選択可能である。
一実施形態では、蒸発器２０に取付けた冷媒圧力センサ６０ｆによって、冷媒の状態量としての圧力を検知したけれども、冷媒圧力センサ６０ｆに代えて、冷媒の状態量として温度を検知すべく、サーミスタ等の温度センサを蒸発器２０に取付けてもよい。また、蒸発器２０での冷媒の状態量を、冷媒圧力センサ６０ｆに代えて、空気流温度センサ６０ｅによって検知してもよい。この場合、冷媒の状態量を間接的に検知することになるが、システムの構成が簡単になる。

一実施形態では、コントローラ６２は、蒸発器２０での冷媒の圧力が上限値としての542kPaを超えたときにブロワファン４４の風量を最小に設定したが、必ずしも最小に設定する必要はなく、少なくとも、冷媒の圧力が上限値を超えた時点での風量よりも小さく設定すればよい。ただし、蒸発器２０での冷媒の温度をより早く低下させるには、最小に設定するのが好ましい。

一実施形態の車両用空調システムの概略構成図である。図１の車両用空調システムにおける空調ユニットハウジング近傍の概略構成図である。図１の車両用空調システムの制御回路の概略構成を示すブロック図である。図３の制御回路のコントローラが実行するメインルーチンを概略的に示すフローチャートである。図４のメインルーチンにおける目標吹出し風量設定ルーチンを概略的に示すフローチャートである。

符号の説明

１０車室
２０蒸発器
４４ブロワファン
６２コントローラ
６０ｆ冷媒圧力センサ

Claims

蒸発器を通過してから車室に流入する空気流を生成するファンと、
前記ファンを制御して前記空気流の流量を調整するコントローラと、
前記蒸発器内の前記冷媒の状態量を検知するセンサと、
を備えた車両用空調システムであって、
前記コントローラは、前記センサにより検知された前記冷媒の状態量が所定の上限値を超えたとき、前記空気流の流量を減少させる
ことを特徴とする車両用空調システム。
前記センサは、圧力センサ及び温度センサのうち一方であり、且つ、前記蒸発器に取り付けら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システム。
前記センサは、温度センサであり、且つ、前記空気流の流動方向でみて前記蒸発器の直下流に配置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システム。