JP2008013115A - Vehicular air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、PTCヒータを備えた車両用空調装置に関する。 The present invention relates to a vehicle air conditioner provided with a PTC heater.
従来、空調ユニット内にPTCヒータを設け、PTCヒータの発熱によって加熱した空気を車内に送風するようにした空調装置が知られている(例えば特許文献1参照)。この特許文献1記載の装置は、空調ユニット内に2個のPTCヒータを設け、DC−DCコンバータの電流容量に応じてPTCヒータをオンする個数を決定している。 2. Description of the Related Art Conventionally, an air conditioner in which a PTC heater is provided in an air conditioning unit and air heated by heat generated by the PTC heater is blown into the vehicle is known (see, for example, Patent Document 1). In the apparatus described in Patent Document 1, two PTC heaters are provided in the air conditioning unit, and the number of PTC heaters to be turned on is determined according to the current capacity of the DC-DC converter.
ところで、PTCヒータは、温度上昇に伴い電気抵抗値が増大し、消費電力が低下するという特性を有する。しかしながら、上記特許文献1記載の装置は、この特性を考慮せずにPTCヒータをオンする個数を決定しているため、車両の余剰電力を効率的に利用することができず、乗員にとって十分な暖房感が得られないおそれがある。 By the way, the PTC heater has a characteristic that an electrical resistance value increases with an increase in temperature and power consumption decreases. However, since the device described in Patent Document 1 determines the number of PTC heaters to be turned on without considering this characteristic, the surplus power of the vehicle cannot be used efficiently, which is sufficient for the passenger. There is a possibility that a feeling of heating cannot be obtained.
本発明による車両用空調装置は、PTCヒータを内蔵し、PTCヒータで加熱した空気を車内に送風する空調ユニットと、PTCヒータに供給可能な車両の余剰電力を求める余剰電力取得手段と、PTCヒータ素子の温度に応じて変化するPTCヒータの消費電力を求める消費電力取得手段と、余剰電力取得手段で求めた余剰電力と消費電力取得手段で求めた消費電力とに基づいてPTCヒータを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。 An air conditioner for a vehicle according to the present invention includes a PTC heater, an air conditioning unit that blows air heated by the PTC heater into the vehicle, surplus power acquisition means for obtaining surplus power of the vehicle that can be supplied to the PTC heater, and a PTC heater. Control for controlling the PTC heater based on the power consumption acquisition means for obtaining the power consumption of the PTC heater that changes according to the temperature of the element, the surplus power obtained by the surplus power acquisition means, and the power consumption obtained by the power consumption acquisition means Means.
本発明によれば、車両の余剰電力を効率よく利用してPTCヒータを作動することができ、乗員の暖房感を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the PTC heater can be operated using the surplus electric power of a vehicle efficiently, and a passenger | crew's feeling of heating can be improved.
以下、図1〜図3を参照して本発明による車両用空調装置の実施の形態について説明する。
図1は、本実施の形態に係る車両用空調装置を構成する空調ユニットの外観を示す斜視図である。この空調ユニット1は、車内のインストルメントパネルの下方に配設され、図示しないブロアファンの回転により内外気切換ドアを介して吸い込まれた内気または外気は、空気取入口11を介して空調ユニット1内に送風される。空調ユニット1に送風された空気は、エバポレータ12を通過して冷却された後、エアミックスドアの開度に応じた割合でヒータコア13を通過またはバイパスし、所定温度の空調風が生成される。
Hereinafter, an embodiment of a vehicle air conditioner according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of an air conditioning unit constituting the vehicle air conditioner according to the present embodiment. The air conditioning unit 1 is disposed below the instrument panel in the vehicle, and the inside air or the outside air sucked through the inside / outside air switching door by the rotation of a blower fan (not shown) is passed through the
この空調風は、吹出モードに応じて開閉する吹出口ドアを介して空調ユニット1から流出し、ダクトを通って車内に送風される。すなわちベントモード時には、ベント口14介し、ベントダクトを通ってベント吹出口から乗員に向けて送風される。デフロストモード時には、デフ口15を介し、デフダクトを通ってデフ吹出口からウインドの内側に向けて送風される。フットモード時には、フット口16を介し、フットダクトを通ってフット吹出口から乗員の足元に向けて送風される。なお、フット口16は左右一対設けられており、右側のフット口16は運転席用フットダクトに接続され、左側のフット口16は助手席用フットダクトに接続される。
The conditioned air flows out of the air conditioning unit 1 through an outlet door that opens and closes according to the blowing mode, and is blown into the vehicle through the duct. That is, in the vent mode, the air is blown from the vent outlet to the occupant through the
空調ユニット内では、フット口16に至る送風通路が途中で分岐して左右のフット口16に連通しており、この分岐部の上流側には、2個のPTCヒータ21が配設されている。PTCヒータ21は、外気温が低く、かつエンジン冷却水温が低い場合等、ヒータコア13で空調風を十分に加熱できない場合に、暖房能力の不足を補うために用いられる補助的なヒータであり、フット口16からはPTCヒータ21により加熱された空気が送風可能である。PTCヒータ21は、ヒータ素子の温度上昇に伴い電気抵抗値が増加して消費電力が減少する、いわゆるPTC特性を有し、後述のように動作が制御される。
In the air conditioning unit, the air passage leading to the
図2は、本発明の実施の形態に係る車両用空調装置の構成を示すブロック図である。コントローラ20には、空調指令を入力する操作パネル22と、空調制御に必要な各種物理量(外気温、日射量、内気温、エバポレータ通過空気温度、エンジン冷却水温等)を検出するセンサ群23と、他のコントロールユニットと通信を行うCAN通信線24とが接続されている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the vehicle air conditioner according to the embodiment of the present invention. The
コントローラ20は、これらかの信号に基づき内外気切換ドア駆動用アクチュエータ、吹出口ドア駆動用アクチュエータ、エアミックスドア駆動用アクチュエータ、およびブロアファン駆動用モータ等の空調用アクチュエータ25にそれぞれ制御信号を出力し、吸気モード、吹出口モード、エアミックスドア開度、および送風量等を制御する。さらに以下のようにPTCヒータ21を制御する。
Based on these signals, the
図3は、コントローラ20で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、例えば操作パネル22のオートエアコンスイッチのオンによりスタートする。ステップS1では、回転数センサにより検出されたエンジン回転数をCAN通信線24を介して読み込む。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of processing executed by the
ステップS2では、エンジンにより駆動されるオルタネータの発電量Pをエンジン回転数から予測する。例えば、予め図示のようなエンジン回転数とオルタネータ発電量との関係を記憶し、この関係を用いてオルタネータ発電量Pを予測する。 In step S2, the power generation amount P of the alternator driven by the engine is predicted from the engine speed. For example, the relationship between the engine speed and the alternator power generation amount as shown in the figure is stored in advance, and the alternator power generation amount P is predicted using this relationship.
ステップS3では、PTCヒータ21以外の電装品で消費されている電力Peを算出する。この消費電力Peは、ヘッドライトのオンによる電力、コンプレッサのオンによる電力、リヤウインドに装備された電熱ヒータのオンによる電力等を加算した電力であり、CAN通信線24を介して取り込んだ信号により各電装品のオンオフを判定し、消費電力Peを算出する。
In step S3, the electric power Pe consumed by electrical components other than the
ステップS4では、オルタネータ発電量Pから消費電力Peを減算する。ここで求めた電力Poは、PTCヒータ21に利用可能な車両の余剰電力に相当する。なお、オルタネータの発電量だけでなくバッテリの充電量を考慮して余剰電力Poを算出してもよい。
In step S4, the power consumption Pe is subtracted from the alternator power generation amount P. The electric power Po obtained here corresponds to the surplus electric power of the vehicle that can be used for the
ステップS5では、PTCヒータ21の作動の要否を判定する。例えばセンサ群23により検出された外気温が所定値以下で、かつ、エンジン冷却水温が所定値以下の状態で、フットモードが設定されているとき、フット口16からの吹出空気をヒータコア13により加熱しただけでは、暖房能力が不足し、乗員に対し十分な暖房感を与えることができない場合がある。この場合には、PTCヒータ21の作動が必要と判定する。
In step S5, it is determined whether or not the
ステップS5では、併せてPTCヒータ21の作動個数を判定する。例えば外気温とエンジン冷却水温により推定される暖房能力の不足レベルが一定以下のときは、乗員に与える不快感はそれほど大きくないため、PTCヒータ21の作動個数を1個と判定する。これに対し、暖房能力の不足レベルが一定以上のときは、乗員にとっての不快感も大きいため、PTCヒータ21の作動個数を2個と判定する。
In step S5, the number of operating
ステップS5で、PTCヒータ21の作動が不要と判定されるとステップS6に進み、ヒータリレーをオフしてPTCヒータ21への通電を停止する。ステップS5で、PTCヒータの作動個数が1個と判定されるとステップS7に進み、2個と判定されるとステップS10に進む。
If it is determined in step S5 that the operation of the
ステップS7では、PTCヒータ21を1個作動させたときのPTCヒータ21の予想消費電力Pptcを算出する。コントローラ20の記憶部20aには、予め図示のように1個のPTCヒータ21をオンしてからの経過時間に対する予想消費電力Pptcの特性P11〜P13が記憶されている。この特性P11〜P13によれば、PTCヒータオン後の時間の経過に伴い予想消費電力Pptcが徐々に小さくなっている。すなわちPTCヒータ21のオンによりヒータ素子の温度が徐々に上昇し、電気抵抗値が増大するため、予想消費電力Pptcは徐々に減少する。
In step S7, an expected power consumption Pptc of the
ここで、各特性P11〜P13は、それぞれファン風量とエバポレータ通過後の空気温度に応じて設定されている。すなわちファン風量が多く、エバポレータ通過後の空気温度が低いほど、PTCヒータ21にとっての熱負荷が大きくなり、ヒータ素子の温度上昇の割合が小さくなって、消費電力が大きくなる。そこで、予想消費電力Pptcを求めるための複数の特性P11〜P13を設定しておき、その中からファン風量とエバポレータ通過後の空気温度に応じた1つの特性を選択し、この特性によりPTCヒータ21のオン時間に対応した予想消費電力Pptcを算出する。
Here, the characteristics P11 to P13 are set according to the fan air volume and the air temperature after passing through the evaporator, respectively. That is, the greater the fan air volume and the lower the air temperature after passing through the evaporator, the greater the heat load on the
ステップS8では、ステップS4の余剰電力PoがステップS7の予想消費電力Pptcを上回っているか否か、つまり1個のPTCヒータ21を作動できる分の余剰電力Poがあるか否かを判定する。ステップS8が肯定されるとステップS9に進み、ヒータリレーをオンして1個のPTCヒータ21に通電し、PTCヒータ21を1個だけ作動(オン)する。一方、ステップS8が否定されるとステップS6に進み、PTCヒータ21への通電を停止(オフ)する。
In Step S8, it is determined whether or not the surplus power Po in Step S4 exceeds the predicted power consumption Pptc in Step S7, that is, whether or not there is surplus power Po that can operate one
ステップS10では、PTCヒータ21を2個作動させたときのPTCヒータ21の予想消費電力Pptcを算出する。コントローラ20の記憶部20aには、予め図示のように2個のPTCヒータ21をオンしてからの経過時間に対する予想消費電力Pptcの特性P21〜P23が記憶されている。ここで、特性P21〜P23は、ステップS7の特性P11〜P13と同様、それぞれファン風量とエバポレータ通過後の空気温度に応じて設定され、その中からファン風量とエバポレータ通過後の空気温度に応じた特性を選択し、この特性によりPTCヒータ21のオン時間に対応した予想消費電力Pptcを算出する。この場合、各特性P21〜P23とも、PTCヒータオン後の時間経過に伴い予想消費電力Pptcが徐々に小さくなっているが、特性P11〜P13と比べると予想消費電力Pptcが大きい。
In step S10, an expected power consumption Pptc of the
ステップS11では、ステップS4の余剰電力PoがステップS10の予想消費電力Pptcを上回っているか否か、つまり2個のPTCヒータ21を作動できるか否かを判定する。ステップS11が肯定されるとステップS12に進み、ヒータリレーをオンして2個のPTCヒータ21に通電し、PTCヒータ21を2個同時に作動(オン)する。一方、ステップS11が否定されるとステップS7に進み、PTCヒータ21を1個だけ作動する場合の予想消費電力Pptcを算出する。
In step S11, it is determined whether or not the surplus power Po in step S4 exceeds the expected power consumption Pptc in step S10, that is, whether or not the two
本実施の形態に係る車両用空調装置の動作をまとめると次のようになる。
外気温とエンジン冷却水温とからPTCヒータ21の作動の要否を判定する。PTCヒータ21を作動させる必要があると判定されると、予め定めた特性P11〜P13またはP21〜P23を用いて、ヒータ素子の温度変化に対応したPTCヒータ21の予想消費電力Pptcを算出する(ステップS7,ステップS10)。そして、予想消費電力Pptcが余剰電力Poよりも小さいときに、1個または2個のPTCヒータ21を作動する(ステップS9,ステップS12)。
The operation of the vehicle air conditioner according to the present embodiment is summarized as follows.
Whether or not the
PTCヒータ21を2個作動させる必要があると判定されたときに、余剰電力Poが予想消費電力Pptc以下であれば、PTCヒータ21を1個作動させた場合の予想消費電力Pptcと余剰電力Poとを比較する。そして、この場合の予想消費電力Pptcが余剰電力Poより小さければ、PTCヒータ21を1個だけ作動する(ステップS11→ステップS7)。
If it is determined that two
このようにヒータ素子の温度に応じて変化する予想消費電力Pptcと余剰電力Poとを比較することで、オルタネータの発電量が小さい場合にもPTCヒータ21を作動することが可能となり、余剰電力Poを効率よく利用できる。この場合、ファン風量とエバポレータ通過後の空気温度に応じて設定された特性P11〜P13,P21〜P23により、ヒータ素子の温度を推定し、消費電力Pptcを算出するので、消費電力Pptcを精度よく算出できる。外気温とエンジン冷却水温からPTCヒータ21の作動個数を判定するので、PTCヒータ21により必要十分な暖房感が得られる。余剰電力Poの不足によりPTCヒータ21を2個作動できない場合、1個だけでも作動できるか否かを判定し、PTCヒータ21を作動するので、この点でも余剰電力Poを効率よく利用できる。
Thus, by comparing the predicted power consumption Pptc that changes according to the temperature of the heater element and the surplus power Po, the
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)予め記憶された特性P11〜P13,P21〜P23により、ヒータ素子の温度変化を考慮した予想消費電力Pptcを算出し、余剰電力Poと予想消費電力Pptcとを比較してPTCヒータ21の作動を制御するので、余剰電力Poを効率よく利用することができ、乗員にとって十分な暖房感が得られる。これに対し、例えばPTCヒータ21の定格消費電力と余剰電力Poとを比較する場合には、定格消費電力が余剰電力Poより大きいと、実際の消費電力Pptcが余剰電力Poより小さい場合であってもPTCヒータ21がオンされず、余剰電力Pptcを効率よく利用できない。
According to the present embodiment, the following operational effects can be achieved.
(1) The predicted power consumption Pptc considering the temperature change of the heater element is calculated from the characteristics P11 to P13 and P21 to P23 stored in advance, and the surplus power Po and the predicted power consumption Pptc are compared with each other. Since the operation is controlled, the surplus power Po can be used efficiently, and a feeling of heating sufficient for the passenger can be obtained. On the other hand, for example, when comparing the rated power consumption of the
(2)PTCヒータ21により加熱される空気温度と送風量、およびPTCヒータ21の作動時間に基づいて消費電力Pptcを算出するので、PTCヒータ21の消費電力を算出するために新たなセンサを設ける必要がなく、コストを低減できる。
(3)予め記憶された特性P11〜P13,P21〜P23により消費電力Pptcを算出するので、構成を簡素化できる。
(4)PTCヒータ21をオンする個数に応じて異なる特性P11〜P13,P21〜P23を記憶するので、PTCヒータ21の消費電力Pptcを精度よく算出できる。
(2) Since the power consumption Pptc is calculated based on the air temperature heated by the
(3) Since the power consumption Pptc is calculated from the characteristics P11 to P13 and P21 to P23 stored in advance, the configuration can be simplified.
(4) Since different characteristics P11 to P13 and P21 to P23 are stored according to the number of turning on the
なお、上記実施の形態では、空調ユニット内の送風通路を左右のフット口16にかけて分岐し、この分岐部の上流側に2個のPTCヒータ21を配置したが、分岐部の下流側にそれぞれ1つづつPTCヒータ21を配置し、運転席側と助手席側の空調指令に応じて各PTCヒータ21を独立に制御するようにしてもよい。この場合もPTCヒータ21の予想消費電力Pptcを算出し、余剰電力Poと比較することで、余剰電力Poの効率的な利用が可能である。空調ユニット内にPTCヒータ21を2個設けたが、PTCヒータ21は1個でもよく、3個以上でもよい。
In the above-described embodiment, the air passage in the air conditioning unit is branched to the left and
コントローラ20が、オルタネータの発電量PからPTCヒータ以外の電装品の消費電力Peを減算して、PTCヒータ21に供給可能な余剰電力Poを算出したが、他の手法により余剰電力Poを検出または推定してもよく、余剰電力取得手段の構成は上述したものに限らない。コントローラ20が、予め定めた特性P11〜P13,P21〜P23によりPTCヒータ21の消費電力Pptcを算出したが、センサにより消費電力を検出し、あるいは演算式等により消費電力を推定してもよく、消費電力取得手段の構成は上述したものに限らない。コントローラ20によりPTCヒータ21をオンする個数を決定したが、余剰電力Poと消費電力Pptcとに基づいてPTCヒータ21を制御するのであれば、制御手段の構成はこれに限らない。
The
本発明は、PTCヒータ21を内蔵した空調ユニットを有する車両であれば、ガソリン車、ハイブリッド車、電気自動車等、種々の車両に適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の車両用空調装置に限定されない。
The present invention can be applied to various vehicles such as a gasoline vehicle, a hybrid vehicle, and an electric vehicle as long as the vehicle has an air conditioning unit with a built-in
1 空調ユニット
20 コントローラ
21 PTCヒータ
Po 余剰電力
Pptc 消費電力
1 Air-
Claims (4)
PTCヒータに供給可能な車両の余剰電力を求める余剰電力取得手段と、
PTCヒータ素子の温度に応じて変化するPTCヒータの消費電力を求める消費電力取得手段と、
前記余剰電力取得手段で求めた余剰電力と前記消費電力取得手段で求めた消費電力とに基づいてPTCヒータを制御する制御手段とを備えることを特徴とする車両用空調装置。 An air conditioning unit that incorporates a PTC heater and blows air heated by the PTC heater into the vehicle;
Surplus power acquisition means for obtaining surplus power of the vehicle that can be supplied to the PTC heater;
Power consumption acquisition means for determining the power consumption of the PTC heater that changes according to the temperature of the PTC heater element;
A vehicle air conditioner comprising: control means for controlling a PTC heater based on surplus power obtained by the surplus power obtaining means and power consumption obtained by the power consumption obtaining means.
前記消費電力取得手段は、
PTCヒータにより加熱される空気の温度と送風量、およびPTCヒータの作動時間に基づいて消費電力を求めることを特徴とする車両用空調装置。 In the vehicle air conditioner according to claim 1,
The power consumption acquisition means includes
A vehicle air conditioner characterized in that power consumption is obtained based on the temperature and air flow rate of air heated by a PTC heater and the operating time of the PTC heater.
前記消費電力取得手段は、前記空気温度、送風量、および作動時間をパラメータとして予め記憶された消費電力の特性により消費電力を求めることを特徴とする車両用空調装置。 In the vehicle air conditioner according to claim 2,
The vehicle air conditioner is characterized in that the power consumption acquisition means obtains power consumption based on characteristics of power consumption stored in advance using the air temperature, the amount of air blown, and the operation time as parameters.
前記空調ユニット内に複数のPTCヒータが設けられ、
前記消費電力取得手段は、予め記憶されたPTCヒータの作動個数毎の消費電力の特性により消費電力を求め、
前記制御手段は、前記余剰電力取得手段で求めた余剰電力と前記消費電力取得手段で求めた費電力とに基づいてPTCヒータの作動個数を制御することを特徴とする車両用空調装置。 The vehicle air conditioner according to claim 3,
A plurality of PTC heaters are provided in the air conditioning unit,
The power consumption acquisition means obtains power consumption according to power consumption characteristics stored for each number of PTC heaters stored in advance,
The control unit controls the number of operating PTC heaters based on the surplus power obtained by the surplus power obtaining unit and the power consumption obtained by the power consumption obtaining unit.
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