JP2008265382A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギーの観点および前部席の乗員への不快感付与防止の観点から、車室内への乗員の乗車状態に応じて最適に車室内吹き出し風量、温度を制御できるようにしたオートエアコン制御技術を提供する。
【解決手段】車室内へ空調風を送風するためのブロワファンと、ブロワファンの風量を制御する風量制御手段と、車室内へ吹き出す空気の温度を制御する吹き出し空気温度制御手段と、車室内の目標温度を乗員が設定する手段としての設定温度操作手段を有するエアコンシステムにおいて、車室内の前部席の領域に限定して、乗員の設定した目標温度となるよう、ブロワファンの風量と吹き出し空気温度が制御されるように、あらかじめ構築されている制御モードとしての省エネモードを有することを特徴とする車両用空調装置。
【選択図】図９

Description

本発明は、車両用空調装置に関し、とくに、省エネルギーの観点から、車室内への乗員の乗車状態に応じて最適に車室内吹き出し風量、温度を制御できるようにしたオートエアコン制御技術に関する。

従来、オートエアコン条件における車室内への吹き出し風量の制御は、車室内全体が目標温度となるように制御されていた（例えば、特許文献１）。また、オートエアコンにおいて、学習機能により、乗員の好みの風量となるよう補正できるようにした制御も知られている（例えば、特許文献２）。
特開平６−６４４４２号公報 特開２００３−１４６０４６号公報

しかしながら、上記のような従来の制御には以下の問題点がある。
通常のオートエアコンでは、車室内全体が目標温度となるよう制御しているが、後部席に乗員がいない場合には、乗員が存在しない場所まで空調することになるため、余分なエネルギーを消費していることとなっている。つまり、車室内への吹き出し風量が大きいために、必要となる冷房能力が大となり、冷凍回路内の圧縮機における消費エネルギーと、空調装置におけるブロワファンの消費エネルギーが大きくなる。

また、オートエアコン制御時には、車室内への吹き出し風量の最小値が後部席まで充分空調されるような大きい値に設定されるため、空調装置の消費動力が大きくなる。さらに、車室内への吹き出し風量が大きいと、特に前部席に乗員が乗車した場合に、その乗員が気流による不快感を感じるおそれがある。

また、特許文献２に記載されているような学習機能を備えている場合、乗員の操作により補正量が異なるため、必ずしも上記問題点が解決されるような補正がなされるとは限らない。

そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、とくに省エネルギーの観点および前部席の乗員への不快感付与防止の観点から、車室内への乗員の乗車状態に応じて最適に車室内吹き出し風量、温度を制御できるようにしたオートエアコン制御技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、車室内へ空調風を送風するためのブロワファンと、該ブロワファンの風量を制御する風量制御手段と、車室内へ吹き出す空気の温度を制御する吹き出し空気温度制御手段と、車室内の目標温度を乗員が設定する手段としての設定温度操作手段を有する車両用空調装置において、車室内の前部席の領域に限定して、乗員の設定した目標温度となるよう、ブロワファンの風量と吹き出し空気温度が制御されるように、あらかじめ構築されている制御モードとしての省エネモードを有することを特徴とするものからなる。

このような本発明に係る車両用空調装置においては、省エネモードとすることで、車室内の前部席の領域のみをより最適な空調状態となるように制御することが可能になり、後部席まで空調するような大風量が不要とされて、省エネルギー化が達成される。また、後部席まで充分に空調するようにブロワ風量を設定すると、吹き出し口から近い前部席の乗員にとっては、風量が過大となり、気流による不快感を生じるおそれがあるが、省エネモードとすることで、風量が低減され、気流による不快感を低減できる。

また、本発明に係る車両用空調装置においては、乗員が任意に上記省エネモードを選択するための操作手段を有することが好ましい。例えば、上記のような気流には個人の好みがあるため、このような操作手段を設けることで、大風量を好む人は通常モード、小風量を好む人は省エネモードというように、乗員の好みに応じた風量を任意に選択できるようになる。

上記省エネモードを選択するための操作手段には、乗員が前部席のみに乗車している際に選択することを表現する図柄や文字が表示されていることが好ましい。このようにすれば、乗員は、間違うことなく極めて容易にこの操作手段を操作できるようになる。

また、本発明に係る車両用空調装置においては、前部席以外に乗員が乗車していることを検知する乗員検知手段を有することが好ましい。乗員検知手段は、例えば、乗員から放射される赤外線を検知することにより、または、乗員の重みを検知することにより乗員の有無を検知する手段からなる。この乗員検知手段による検知に基づいて、次のような便利なオートエアコン制御が可能になる。

すなわち、上記乗員検知手段により前部席以外への乗車が検知され、かつ上記省エネモードが選択されている場合には、車室内全体が目標温度となるよう、ブロワファンの風量と吹き出し空気温度が制御されるように、あらかじめ構築されている制御モードとしての通常モードへ移行するようにすることができる。これにより、必要に応じて自動的に車室内全体が最適な温度に制御されるようになる。一方、上記乗員検知手段により前部席以外への乗車が検知されない場合には、自動的に省エネモードが選択されるようにすることができる。これにより、本発明で目標とする車室内空調における省エネルギー化が自動的に達成される。

また、本発明に係る車両用空調装置においては、省エネモード時におけるブロワファンの風量の最小値は、通常モードよりも小さい値に設定されていることが好ましい。最小風量が通常モードよりも低く設定されることにより、例えばリヒート（空調装置の蒸発器出口空気の一部を、ヒータコアにより再加熱すること）領域におけるブロワ風量が小さくなり、リヒート量も小さくなる。したがって、リヒートにより失われるエネルギー損失を低減でき、一層の省エネルギー化に寄与できる。

また、省エネモード時におけるブロワファンの風量の最大値は、通常モードよりも小さい値に設定されていることが好ましい。最大風量が通常モードよりも低く設定されることにより、例えば高熱負荷時のエアコン起動直後に大風量が設定されるのを避けることができる。したがって、起動時エアコン消費動力を低減でき、一層の省エネルギー化に寄与できる。

さらに、本発明に係る車両用空調装置においては、後述のフローチャートに示すように、省エネモード時には、上記吹き出し空気温度の目標値が通常モード時よりも高い値となるように演算し、演算された目標吹き出し空気温度に基づいて、ブロワファンの風量を通常モード時よりも低い値となるように演算、制御するようにすることもできる。

本発明に係る車両用空調装置によれば、あらかじめ構築されている制御モードとしての省エネモードを有することで、車室内の前部席の領域のみをより最適な空調状態となるように制御することが可能になり、後部席まで空調するような大風量が不要とされて、省エネルギー化が達成されるとともに、吹き出し口から近い前部席への吹き出し風量を抑えて気流による不快感の発生を防止することが可能になる。

また、省エネモードを選択するための操作手段を設けることにより、乗員の好みに応じた風量を任意に選択できるようになる。この操作手段に図柄や文字が表示されていれば、極めて容易にこの操作手段を操作できるようになる。

また、前部席以外に乗員が乗車していることを検知する乗員検知手段を設けることにより、前部席以外への乗車が検知され、かつ省エネモードが選択されている場合には、車室内全体が目標温度となるように通常モードへの自動的な移行が可能になり、前部席以外への乗車が検知されない場合には、自動的な省エネモードの選択が可能になって、省エネルギー化と必要に応じた車室内全体の快適な空調とを、自動的に両立させることが可能になる。

また、省エネモードでの最大風量を通常モードよりも低く設定することにより、起動時エアコン消費動力を低減でき、最小風量を通常モードよりも低く設定することにより、リヒートにより失われるエネルギー損失を低減することができる。

さらに、省エネモード時における吹き出し空気温度の目標値や、演算された目標吹き出し空気温度に基づくブロワファンの風量の演算では、設計的に種々の方法を採用可能であり、より最適な制御を容易に目指すことができる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置における制御の前提となるエアコンシステムの基本構成を示しており、１はエアコンシステム全体、２は車室内に空調風を送る通風ダクトを示している。内外気切替ダンパ３によって調整された吸気が通風ダクト２の吸入口４から導入され、ブロワアンプ５を介してブロワモータ６によって駆動されるブロワファン７により、車室内へと空調風が送風される。ブロワファン７の下流側には蒸発器８が配置されており、その下流側には、流量制御弁９によって流量が制御された、例えばエンジン冷却水が通水されるヒータコア１０が配置されている。ヒータコア１０を通過する空気量と、それをバイパスして通過する空気量との割合が、エアミックスダンパ１１によって制御できるようになっており、ヒータコア１０は、蒸発器８で冷却された空気を再加熱（リヒート）できるようになっている。温度が制御された空調風は、ダンパ１２、１３等で吹き出し空気量が調節されつつ、吹き出しポート１４、１５、１６（例えば、ＤＥＦモード吹き出しポート、ＶＥＮＴモード吹き出しポート、ＦＯＯＴモード吹き出しポート）から車室内へと吹き出される。

蒸発器８には冷凍回路１７内を循環される冷媒が流通され、蒸発器８を通過する空気が冷却される。冷凍回路１７には冷媒を吸入圧縮する圧縮機１８と、圧縮機１８からの冷媒を放熱、凝縮する凝縮器１９と、凝縮器１９からの冷媒を気液分離し液冷媒を貯留するとともに気冷媒（気液二相冷媒を含む）を流出させるレシーバ２０と、レシーバ２０からの冷媒を膨張、減圧する膨張弁２１が設けられており、膨張弁２１で膨張、減圧された冷媒が蒸発器８に導入され、蒸発器８からの冷媒は再び圧縮機１８に吸入され圧縮される。

２２は、上記のような車両用空調装置を制御するためのエアコンコントローラを示しており、エアコンコントローラ２２は、本発明で言う、ブロワファン７の風量を制御する風量制御手段と、車室内へ吹き出す空気の温度を制御する吹き出し空気温度制御手段と、車室内の目標温度を乗員が設定する手段としての設定温度操作手段を有するとともに、このエアコンコントローラ２２内に、通常の空調制御モード（車室内全体が目標温度となるように制御するモード）とともに、車室内の前部席の領域に限定して、乗員の設定した目標温度となるよう、ブロワファン７の風量と吹き出し空気温度が制御されるように、あらかじめ構築されている制御モードとしての省エネモードが組み込まれている。

エアコンコントローラ２２では、車室内の目標温度Trset を設定できるようになっている。また、エアコンコントローラ２２には、目標とする空調制御のために、蒸発器８の出口に設けられた蒸発器出口空気温度センサ２３からの信号Teva、外気温度センサ２４からの信号Tamb、車室内温度センサ２５からの信号Tr、ヒータコア１０に送られるエンジン冷却水の温度（ヒータコア温水温度）を検知する温水温度センサ２６からの信号Tw、日射センサ２７からの信号Sun が送られ、エアコンコントローラ２２からは、ブロワファン７の風量を制御するためのブロワモータ６の電圧信号BLV がブロワアンプ５に送られ、エアコンコントローラ２２で演算された目標吹き出し空気温度となるように圧縮機１８の駆動制御信号Ccont が、圧縮機１８の駆動制御手段２８（例えば、電磁クラッチや電動モータ）に送られる。

＜目標吹き出し空気温度TOCの演算方法＞
オートエアコンでは、乗員の設定する目標車室内温度を実現するよう、目標吹き出し空気温度TOCを演算し、車室内への吹き出し空気温度とブロワ風量を制御する。目標吹き出し空気温度TOCは、熱負荷情報と目標室温Trsetに対する現在の室温Trのフィードバック演算により得られ、次式で算出される。
TOC=f(Trset,Tr,Tamb,Sun,BLV) ・・・式１

目標吹き出し空気温度TOCを実現するために、蒸発器８で冷却された空気の一部をヒータコア１０にて再加熱し、目標の吹き出し空気温度とする。ヒータコア１０を通過する風量は、エアミクスダンパ１１の開度SWにより変更される。ここで、エアミクスダンパ１１の開度SWは次式で算出できる。
SW = f ( TOC, Teva, Tw ) ・・・式２

＜通常モード＞
通常モードでは、車室内全体（前部席と後部席）が、乗員にとって快適な温度となるように、吹き出し空気温度とブロワ風量が制御される。上記式１の係数は、車室内全体が乗員の意図する温度となるよう定める。またブロワ風量は、図２（Ａ）に示すように、目標吹き出し空気温度TOCから決定される。ここで、ブロワ風量の最小値は、後部席まで充分空調されるように設定されている。また、ブロワ風量の最大値は、後部席でもすばやく車室内が目標の温度へ到達するように、大風量が設定されている。

＜省エネモード＞
省エネモードでは、前部席の領域に限定して、乗員にとって快適な温度となるように、吹き出し空気温度とブロワ風量が制御される。省エネモードでは、前部席の領域に限定した制御であるため、後部席へ空調風を到達させることを考慮する必要がない。したがって、ブロワ風量は、通常モードより低い値に設定される（ただし、少なくとも前部席へ空調風が到達するよう設定）。この場合、図２（Ｂ）に示すように通常モードに対して最大値と最小値を低く設定、または図２（Ｃ）に示すように全ての目標吹き出し空気温度TOCにおいて一律に風量を低減するよう設定、または図２（Ｄ）に示すように最大値と最小値のみならず、TOCに対するブロワ風量変化の勾配も変更するように設定、のいずれの設定方法でもよい。

上記のような通常モードと省エネモードにおける、ヒータコア１０によるリヒートとの関係は、例えば図３に示すように設定されればよい。

＜通常モードと省エネモードの気流の違い＞
図４に車室内気流３１のイメージを示す。通常モード（Ｂ）では後部席まで空調風が届くようブロワ風量が設定される。省エネモード（Ａ）では、通常モードよりもブロワ風量が小さくなり、主に、前部席の領域内で気流が循環する程度の低いブロワ風量が設定され、結果的には局所空調となり、前部席の乗員の周辺だけを空調する。よって効率のよいエアコンシステムの運転が可能となる。ここで、吹き出し口は車室の天井方向へ向いていることが望ましい。天井方向へ向けることで、乗員を包み込む気流が実現される。

＜乗員検知手段＞
省エネモードに自動的に切り替えるためには、前部席以外に乗員が乗車していることを検知する乗員検知手段が設けられていることが好ましい。例えば図５に示すように、前部席、後部席に対し、乗員検知手段としての赤外線センサ３２ａ、３２ｂを設けておけば、省エネモード（Ａ）の対象としての前部席のみに乗員が乗車している状態、通常モード（Ｂ）の対象としての前部席および後部席に乗員が乗車している状態、をそれぞれ自動検知できる。この乗員検知手段は、乗員の重みを検知するセンサであってもよい。

＜省エネモードを選択、設定するための操作手段＞
図６に省エネモードを選択、設定するための操作ボタンの一例を示す。操作ボタン３３には、前部席のみに乗車した場合に省エネモードとすることを促すような図柄や文字が表示されていることが好ましい。操作ボタン３３を押すことで、省エネモードと通常モードとが切り替わる。省エネモードを選択中に、乗員検知手段により後部席への乗車が検知された場合、省エネモードは自動的に解除され、通常モードへと切り替わる。後部席への乗車が検知されている状態においても省エネモードを選択したい場合には、乗員検知手段により後部席への乗車が検知されている状態において、省エネモードを設定する操作ボタン３３を操作することにより、省エネモードを設定することができる。これは後部席に乗員ではなく荷物等が置かれた場合などに実施するとよい。

＜エアコン操作パネル＞
図７、図８に、上記のような省エネモードを選択、設定するための操作ボタン３３を組み込んだエアコンシステムの操作パネル３４ａ、３４ｂを例示する。乗員によりAUTOボタン３５が選択されると、オートエアコンがONとなる。この際、省エネモードボタン３３が選択されていない場合は、通常モードが選択される。また、エアコンOFF時に、省エネモード操作ボタン３３が押されれば、省エネモードとしてオートエアコンがONとなるようにしてもよい。設定温度操作は、ダイアルまたはボタンにより実施すればよい。現在の設定温度がパネルに表示されることが好ましい。

＜乗員検知手段による省エネモードの自動設定＞
上記において、省エネモードを設定するための操作手段（操作ボタン３３）を設けない形態もあり得る。この場合、省エネモードの選択は、乗員検知手段の検知量により行う。乗員検知手段により後部席への乗車が検知されない場合には、自動的に通常モードが選択されるるようにすればよい。後部席への乗車が検知された場合には、通常モードが選択されればよい。

＜乗員検知手段がない形態＞
また、乗員検知手段がない形態もあり得る。この場合、上記省エネモードを設定するための操作ボタン３３のみにより、通常モードと省エネモードとを切り替えるようにしてもよい。

このようにあらかじめ構築されている制御モードとしての省エネモードを有する車両用空調装置における制御例を、図９、図１０にフローチャートにて示す。図９に示す制御においては、通常モードと省エネモードとで、ブロワ風量の算出式（ｆ₁ ，ｆ₂ ）が異なる。算出式ｆ₁ とｆ₂ の違いは図２に示した違いを実現できるように決められる。

図１０に示す制御においては、通常モードと省エネモードとで、目標吹き出し空気温度TOCの算出式（ｆ₃ ，ｆ₄ ）とともにブロワ風量の算出式（ｆ₁ ，ｆ₅ ）が異なる。算出式ｆ₃ とｆ₄ の違いは、前述の式１における係数が異なる。通常モードの係数は、車室内全体が乗員の意図する温度となるよう定める。省エネモードの係数は、前部席の領域に限定し、乗員の意図する温度となるよう定める。省エネモードでは、算出式ｆ₄ で算出された目標吹き出し空気温度TOCに基づいて、算出式ｆ₅ でブロワ風量が算出される。なお、図１０に示す制御においては、ブロワ風量BLV の算出式を通常モードと省エネモードとで同一の算出式とし、目標吹き出し空気温度TOCの算出式のみ通常モードと省エネモードとで異ならせることも可能である（図１０に２点鎖線で示す）。

図９、図１０に示したような制御により、通常モードと省エネモードとの切り替えを円滑に行うことができ、とくに、本発明で目標とする前部席の領域に限定した省エネモードの空調制御を適切に行うことが可能となる。

本発明は、省エネルギー化が求められるあらゆる車両用空調装置に適用可能である。

本発明の一実施態様に係る車両用空調装置におけるエアコンシステムの概略機器系統図である。 通常モードと省エネモードのブロワファン風量パターンを示す目標吹き出し空気温度TOCとブロワファン電圧BLV との関係図である。 リヒートとの関係の一例を示す目標吹き出し空気温度TOCとブロワファン電圧BLV との関係図である。 省エネモードと通常モードの気流状態の例を示す概略構成図である。 乗員検知手段の例を示す概略構成図である。 省エネモードを選択するための操作手段の例を示す操作ボタンの正面図である。 エアコンシステムの操作パネルの一例を示す正面図である。 エアコンシステムの操作パネルの別の例を示す正面図である。 本発明に係る車両用空調装置における制御の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る車両用空調装置における制御の別の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エアコンシステム
２ 通風ダクト
３ 内外気切替ダンパ
４ 吸入口
５ ブロワアンプ
６ ブロワモータ
７ ブロワファン
８ 蒸発器
９ 流量制御弁
１０ ヒータコア
１１ エアミックスダンパ
１２、１３ ダンパ
１４、１５、１６ 吹き出しポート
１７ 冷凍回路
１８ 圧縮機
１９ 凝縮器
２０ レシーバ
２１ 膨張弁
２２ エアコンコントローラ
２３ 蒸発器出口空気温度センサ
２４ 外気温度センサ
２５ 車室内温度センサ
２６ 温水温度センサ
２７ 日射センサ
２８ 圧縮機の駆動制御手段
３１ 気流
３２ａ、３２ｂ 乗員検知手段としての赤外線センサ
３３ 省エネモードを選択、設定するための操作ボタン
３４ａ、３４ｂ エアコンシステムの操作パネル
３５ AUTOボタン
Tamb 外気温度
Tr 車室内温度
Trset 車室内目標温度
Teva 蒸発器出口空気温度
Sun 日射量
TOC 目標吹き出し空気温度
BLV ブロワ電圧
Tw ヒータコア温水温度
SW エアミクスダンパ開度
Ccont 圧縮機駆動制御信号

Claims (10)

1. 車室内へ空調風を送風するためのブロワファンと、該ブロワファンの風量を制御する風量制御手段と、車室内へ吹き出す空気の温度を制御する吹き出し空気温度制御手段と、車室内の目標温度を乗員が設定する手段としての設定温度操作手段を有する車両用空調装置において、車室内の前部席の領域に限定して、乗員の設定した目標温度となるよう、ブロワファンの風量と吹き出し空気温度が制御されるように、あらかじめ構築されている制御モードとしての省エネモードを有することを特徴とする車両用空調装置。
2. 乗員が任意に前記省エネモードを選択するための操作手段を有する、請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記省エネモードを選択するための操作手段には、乗員が前部席のみに乗車している際に選択することを表現する図柄や文字が表示されている、請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前部席以外に乗員が乗車していることを検知する乗員検知手段を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の車両用空調装置。
5. 前記乗員検知手段は、乗員から放射される赤外線を検知することにより、または、乗員の重みを検知することにより乗員の有無を検知する手段からなる、請求項４に記載の車両用空調装置。
6. 前記乗員検知手段により前部席以外への乗車が検知され、かつ前記省エネモードが選択されている場合には、車室内全体が目標温度となるよう、ブロワファンの風量と吹き出し空気温度が制御されるように、あらかじめ構築されている制御モードとしての通常モードへ移行する、請求項４または５に記載の車両用空調装置。
7. 前記乗員検知手段により前部席以外への乗車が検知されない場合には、自動的に省エネモードが選択される、請求項４または５に記載の車両用空調装置。
8. 省エネモード時におけるブロワファンの風量の最小値は、通常モードよりも小さい値に設定されている、請求項１〜７のいずれかに記載の車両用空調装置。
9. 省エネモード時におけるブロワファンの風量の最大値は、通常モードよりも小さい値に設定されている、請求項１〜８のいずれかに記載の車両用空調装置。
10. 省エネモード時には、前記吹き出し空気温度の目標値が通常モード時よりも高い値となるように演算し、演算された目標吹き出し空気温度に基づいて、ブロワファンの風量を通常モード時よりも低い値となるように演算、制御する、請求項１〜９のいずれかに記載の車両用空調装置。

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