JP2018099989A - 電子制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電子制御装置において、送風機の送風量を適切に制御する。
【解決手段】電子制御装置は、推定吹出温度TAVに基づいて、送風機32の目標送風量の候補値を決め、車室内の空気温度を設定温度Tsetに維持するためにケーシング31から室内に吹き出すことが必要となる空気温度である必要吹出し空気温度TAOを求める。電子制御装置は、ウォームアップの中途であると判定したとき、必要吹出し空気温度TAOと推定吹出温度TAVとの偏差に基づいて送風機32の目標送風量の候補値を決め、ウォームアップが完了したと判定したとき所定値を送風機32の目標送風量の候補値として決める。電子制御装置は、第3ステップにより決定される候補値と第4ステップにより決定される候補値とを用いて送風機32の目標送風量を決める。
【選択図】図1

Description

本発明は、空調装置に適用される電子制御装置に関するものである。
従来、走行用エンジンの冷却水を熱媒体とする車両用空調装置において、快適な吹き出し温感を得るために、エンジン冷却水の水温に応じて送風機から吹出口を通して車室内へ吹き出す送風量の目標風量を自動制御する風量制御が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この車両用空調装置では、送風機の目標風量は、第1風量マップと第2風量マップとを用いて決められる。
第1風量マップは、送風機の送風量V1と吹出口の吹出温度TAHとが1対1で対応づけられている風量マップである。第2風量マップは、送風機の送風量V2と必要吹出し温度TAOとが1対1で対応づけられている風量マップである。吹出温度TAHは、吹出口から吹き出される空気温度である。
第1風量マップにおいて吹出温度TAHに対応する送風量V1と、第2風量マップにおいて必要吹出し温度TAOに対応する送風量V2とを求める。このように算出された送風量V1、V2のうち小さい送風量を送風量の目標風量とする。
特開平5−58142号公報
しかし、電動圧縮機等から吐出される冷媒により空気流を加熱するヒートポンプの如く、走行用エンジンとは特性が違う冷媒をエンジン冷却水に代えて用いる空調装置においては、上記特許文献1の風量制御だけでは、車室内に吹き出す風量を最適に調整することができず、快適性を損なう場合がある。
具体的には、上記ヒートポンプを用いた空調装置では、上記特許文献1の様な、走行用エンジンの冷却水を加熱源とする車両用空調装置とは異なり、電動圧縮機を制御することにより冷媒温度を制御して、送風空気を加熱する加熱能力を状況に応じて調整することができる。このため、例えば車室内の空調負荷が小さい場合、送風空気の加熱能力を低く抑えて車室内への吹出し温度を低く抑える、といった吹出温度制御が可能である。
しかし、この様な吹出空気温度制御の手法を、上記特許文献1における送風機の目標風量の算出手法に組合わせた場合には、次のような問題が生じる。
車室内の空気負荷が小さい場合において、冷媒温度を上昇させて目標温度に近づけるウォームアップが中途状態であるとき、吹出温度TAHは小さい値になる。このため、第1風量マップと吹出温度TAHとによって決められる送風量V1は、極めて小さい風量に設定されて、送風量V2の最低値よりも低くなる。このため、送風量の目標風量として、送風量V1が選択されて、送風量の目標風量が極めて小さい値になり、送風機の送風量は実質的に零になる。
しかし、車室内の空気負荷が小さい場合には、冷媒温度が目標温度に到達してウォームアップが完了しても、必要吹出し温度TAOが低くなり(例えば、TAO=30℃)、推定吹出温度TAVは小さい値になる。このため、送風量V1は、引き続き、極めて低い風量に設定されて、送風量V2よりも低くなる。
すなわち、車室内の空気負荷が小さい場合には、ウォームアップが完了しても、ウォームアップの中途における送風量の目標風量が継続されて、送風機の送風量が実質的に零となる状態が継続される。このため、送風機の送風量が車室内の空調負荷に応じた値にならない。よって、送風量を適切に制御することができなく、快適性を損なうといった課題がある。
本発明は上記点に鑑みて、送風機の送風量を適切に制御することを可能にした電子制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、熱媒体を加熱する加熱部(11)と、室内に向けて空気流を流通させるケーシング(31)と、ケーシング内の空気流を発生させる送風機(32)と、ケーシングに配置されて加熱部により加熱された熱媒体と空気流との間の熱交換により空気流を加熱する熱交換器(12)とを備える空調装置に適用される電子制御装置であって、
熱交換器により加熱された空気流の温度の推定値である推定吹出温度(TAV)を求める温度算出部(S20)と、
推定吹出温度に基づいて、送風機の目標送風量の候補値を決める第1決定部(S21)と、
室内の空気温度を設定温度に近づけるためにケーシングから室内に吹き出すことが必要となる空気温度である必要吹出し空気温度(TAO)を求める温度算出部(S4)と、
加熱部を制御して熱媒体の温度を上昇させて目標温度に到達させるウォームアップを実施する制御部(S7、S10)と、
ウォームアップが中途状態であるか否かについて、推定吹出温度と必要吹出し空気温度とに基づいて判定する判定部(S22)と、
ウォームアップが中途状態であると判定部が判定したとき、必要吹出し空気温度と推定吹出温度とに基づいて送風機の目標送風量の候補値を決め、ウォームアップが完了したと判定部が判定したとき送風機の目標送風量の候補値を所定値とする第2決定部(S22)と、
第1決定部により決定される候補値と第2決定部により決定される候補値とを用いて送風機の目標送風量を決める第3決定部(S23、S23A)と、を備える。
以上により、送風機の送風量を適切に制御することを可能にした電子制御装置を提供することができる。但し、所定値としては、零よりも大きな送風量が設定される。
具体的には、請求項2に記載の発明では、第3決定部は、第1決定部により決定される候補値、および第2決定部により決定される候補値のうち最も大きい候補値を用いて送風機の目標送風量を決める。
請求項7に記載の発明では、推定吹出温度が第3上側基準値よりも大きいとき、目標送風量の候補値が最大値となり、かつ推定吹出温度が第3上側基準値未満である第3下側基準値未満であるとき、目標送風量の候補値が最小値となり、さらに推定吹出温度が第3下側基準値と3上側基準値との間の間の値であるとき、推定吹出温度が大きくなるほど目標送風量の候補値が大きくなるように設定されて候補値と推定吹出温度とが1対1で対応づけられている第3風量マップ(Ha)を記憶する第2記憶部(40)を備え、第1決定部は、推定吹出温度と第3風量マップとに基づいて目標送風量の候補値を決める。
さらに、請求項8に記載の発明では、所定値は、第3風量マップにおける目標送風量の候補値の最小値よりも、大きい。
したがって、車室内の空気負荷が小さい場合において、ウォームアップが完了したとき、請求項2に記載の発明では、第3決定部は、第1決定部により決定される候補値、および第2決定部により決定される候補値のうち最も大きい候補値として、前記所定値を選択することができる。
このため、前記所定値を送風機の目標送風量とした場合には、ウォームアップが完了したときには、室内の空気負荷が小さいときでも、送風機の送風量として必要最低限の送風量を確保することができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
本発明の第1実施形態におけるヒートポンプサイクルの全体構成を示す図である。 図1のヒートポンプサイクルの電気的構成を示す図である。 図2の電子制御装置の制御処理の一部を示すフローチャートである。 図2の電子制御装置の制御処理の一部を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態におけるヒートポンプサイクルの全体構成を示す図である。 第2実施形態における電子制御装置の制御処理の一部を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1により、本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態では、本発明のヒートポンプサイクル10を走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る電気自動車やハブリット自動車の車両用空調装置1に適用している。このヒートポンプサイクル10は、車両用空調装置1において、本発明の室内である車室内へ送風される車室内送風空気を冷却あるいは加熱する機能を果たす。
したがって、本実施形態のヒートポンプサイクル10は、車室内を暖房する暖房モードの冷媒回路、車室内を冷房する冷房モードの冷媒回路、或いは、車室内を除湿して暖房する除湿・暖房モードの冷媒回路を切替可能に構成されている。なお、図1では、極太矢印が暖房モードにおける冷媒の流れを示している。
ヒートポンプサイクル10では、冷媒としてHFC系冷媒(具体的には、R134a)を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、HFO系冷媒(例えば、R1234yf)等を採用してもよい。この冷媒には、圧縮機11の圧縮機構や軸受け等の部品を潤滑するための冷凍機油としての潤滑油が混入されており、潤滑油は冷媒とともに冷媒回路を循環している。
ヒートポンプサイクル10の構成機器のうち、圧縮機11は、車両のボンネット内に配置され、ヒートポンプサイクル10において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。この圧縮機11は、その外殻を形成するハウジングの内部に、固定容量型の圧縮機構からなる低段側圧縮機構と高段側圧縮機構との2つの圧縮機構、および、双方の圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成された二段昇圧式の電動圧縮機である。
圧縮機11のハウジングには、ハウジングの外部から低段側圧縮機構へ低圧冷媒を吸入させる吸入ポート11a、ハウジングの外部からハウジングの内部へ中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧ポート11b、および、高段側圧縮機構から吐出された高圧冷媒をハウジングの外部へ吐出させる吐出ポート11cが設けられている。ここで、中間圧ポート11bは、低段側圧縮機構の冷媒吐出口側(すなわち、高段側圧縮機構の冷媒吸入口側)に接続されている。
換言すれば、圧縮機11は、吸入ポート11aを介して吸入した冷媒を高圧冷媒よりも低い中間圧力の冷媒(すなわち、圧縮過程の冷媒)まで圧縮して、この圧縮した冷媒と中間圧ポート11bを介して吸入した冷媒とを合流させて高圧冷媒まで圧縮する。
なお、低段側圧縮機構および高段側圧縮機は、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構、ローリングピストン型圧縮機構等の各種形式のものを採用することができる。
電動モータは、後述する電子制御装置40から出力される制御信号によって、その作動(回転数)が制御されるもので、例えば、交流同期型モータを採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機11の冷媒吐出容量が変更される。
なお、本実施形態では、2つの圧縮機構を1つのハウジング内に収容した圧縮機11を採用しているが、圧縮機の形式はこれに限定されない。つまり、中間圧ポート11bから中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させることが可能であれば、ハウジングの内部に、1つの固定容量型の圧縮機構およびこの圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成された電動圧縮機であってもよい。
圧縮機11の吐出ポート11cには、室内凝縮器(第1熱交換器)12の入口12a側が接続されている。室内凝縮器12は、後述する車両用空調装置1の室内空調ユニット30のケーシング31内に配置され、圧縮機11(具体的には、高段側圧縮機構)から吐出された高圧冷媒を放熱させて、後述する室内蒸発器23を通過した車室内送風空気を加熱する放熱器である。
室内凝縮器12の出口12b側には、室内凝縮器12から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧可能な高段側減圧手段としての高段側膨脹弁13の入口側が接続されている。
この高段側膨脹弁13は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなるアクチュエータとを有して構成される電気式の可変絞り機構である。絞り開度とは、室内凝縮器12の出口および気液分離器14の入口の間の冷媒流路の開度である。
高段側膨脹弁13は、冷媒の減圧作用を発揮する絞り状態と冷媒の減圧作用を発揮しない全開状態とに設定可能に構成されている。高段側膨脹弁13は、室内凝縮器12の出口および気液分離器14の入口の間の冷媒流路を全閉する全閉状態にすることも可能に構成されている。なお、高段側膨脹弁13は、電子制御装置40から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
高段側膨脹弁13の出口側には、室内凝縮器12から流出して高段側膨脹弁13にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離する分離器としての気液分離器14の冷媒流入ポートが接続されている。
本実施形態の気液分離器14は、冷媒流入ポートから吸入された冷媒を「潤滑油を除いた気相冷媒」と「潤滑油を含む残りの冷媒」とに遠心力の作用によって分離する遠心分離方式のものである。なお、気液分離器14としては、遠心分離方式以外のタイプのものを用いてもよい。
ここで、気液分離器14には、潤滑油を除いた気相冷媒を流出する気相冷媒流出ポート14aが設けられている。気相冷媒流出ポート14aには、中間圧冷媒通路15を介して、圧縮機11の中間圧ポート11bが接続されている。この中間圧冷媒通路15には、中間圧側開閉弁16aが配置されている。この中間圧側開閉弁16aは、中間圧冷媒通路15を開閉する電磁弁であり、電子制御装置40から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
なお、中間圧側開閉弁16aは、中間圧冷媒通路15を開けた際に気液分離器14の気相冷媒流出ポート14aから圧縮機11の中間圧ポート11b側へ冷媒が流れることのみを許容する逆止弁としての機能を兼ね備えている。これにより、中間圧側開閉弁16aが中間圧冷媒通路15を開けた際に、圧縮機11側から気液分離器14へ冷媒が逆流することが防止される。中間圧側開閉弁16aは、中間圧冷媒通路15を開閉することによって、サイクル構成(冷媒流路)を切り替える機能を果たす。
一方、気液分離器14には、上記潤滑油を含む残りの冷媒液相冷媒を流出する液相冷媒流出ポート14cが設けられている。気液分離器14の液相冷媒流出ポート14cには、上記潤滑油を含む残りの冷媒液相冷媒を減圧可能な低段側減圧手段の入口側が接続され、低段側減圧手段の出口側には、室外熱交換器20の入口側が接続されている。
本実施形態の低段側減圧手段は、低段側固定絞り17、固定絞り迂回用通路18、および低圧側開閉弁16bを有して構成されている。低段側固定絞り17は、気液分離器14の液相冷媒流出ポート14cから流れ出る冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる。固定絞り迂回用通路18は、気液分離器14の液相冷媒流出ポート14cから流れ出る冷媒を低段側固定絞り17を迂回させて室外熱交換器20側へ導く。低圧側開閉弁16bは、固定絞り迂回用通路18を開閉する通路開閉弁である。
なお、低圧側開閉弁16bの基本的構成は、中間圧側開閉弁16aと同等であり、電子制御装置40から出力される制御信号によって、その開閉作動が制御される電磁弁である。
ここで、冷媒が低圧側開閉弁16bを通過する際に生じる圧力損失は、低段側固定絞り17を通過する際に生じる圧力損失に対して極めて小さい。したがって、室内凝縮器12から流出した冷媒は、低圧側開閉弁16bが開いている場合には、固定絞り迂回用通路18側を介して室外熱交換器20へ流入し、低圧側開閉弁16bが閉じている場合には低段側固定絞り17を介して室外熱交換器20へ流入する。
これにより、低段側減圧手段は、低圧側開閉弁16bの開閉により、減圧作用を発揮する絞り状態と、減圧作用を発揮しない全開状態とに変更することが可能となっている。
なお、低圧側開閉弁16bを、気液分離器14の液相冷媒流出ポート14c出口側と低段側固定絞り17入口側とを接続する冷媒回路および液相冷媒流出ポート14c出口側と固定絞り迂回用通路18入口側とを接続する冷媒回路を切り替える電気式の三方弁等を採用してもよい。低段側固定絞り17としては、絞り開度が固定されたノズル、オリフィスを採用することができる。
室外熱交換器20は、自動車の機関室(すなわち、エンジンルーム)内に配置されて、内部を流通する低圧冷媒と送風ファン21から送風された外気とを熱交換させるものである。この室外熱交換器20は、後述する暖房モードの実施時には、低圧冷媒を蒸発させて外気から吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能し、冷房モードには、高圧冷媒を外気に放熱させる放熱器として機能する熱交換器である。
室外熱交換器20の出口側には、逆止弁9を介して冷房用膨脹弁22の入口側が接続されている。冷房用膨脹弁22は、冷房モードの実施時に、室外熱交換器20の出口から室内蒸発器23の入口へ流入する冷媒を減圧させるものである。この冷房用膨脹弁22は、高段側膨脹弁13と同様に構成されている電気式の可変絞り機構である。
冷房用膨脹弁22は、冷媒の減圧作用を発揮する絞り状態、冷媒の減圧作用を発揮しない全開状態、および絞り開度を全閉する全閉状態に設定可能に構成されている。絞り開度とは、室外熱交換器20の出口および室内蒸発器23の入口の間の冷媒流路の開度である。冷房用膨脹弁22は、電子制御装置40から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
逆止弁9は、冷房用膨脹弁22の入口側から室外熱交換器20の出口側に冷媒が流れることを防止する。
冷房用膨脹弁22の出口側には、室内蒸発器23の入口23a側が接続されている。室内蒸発器23は、室内空調ユニット30のケーシング31内のうち、室内凝縮器12の車室内送風空気流れ上流側に配置され、冷房モード時、第1、第2除湿モード時にその内部を流通する冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることにより車室内送風空気を冷却する蒸発器である。
室内蒸発器23の出口23b側には、固定絞り弁8、冷媒流路51を介してアキュムレータ24の入口側が接続されている。固定絞り弁8は、室内蒸発器23の出口23bから冷媒流路51を介してアキュムレータ24の入口側に流れる冷媒を減圧する。
アキュムレータ24は、その内部に流入した冷媒の気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を余剰冷媒として蓄える。さらに、アキュムレータ24の気相冷媒出口には、圧縮機11の吸入ポート11aが接続されている。したがって、アキュムレータ24は、気相冷媒を圧縮機11の吸入ポート11a側へ流出させるように接続されている。
さらに、室外熱交換器20の出口側には、室外熱交換器20から流出した冷媒を冷房用膨脹弁22および室内蒸発器23を迂回させてアキュムレータ24の入口側へ導く膨脹弁迂回用通路25が接続されている。膨脹弁迂回用通路25の出口25aは、冷媒流路51に接続されている。膨脹弁迂回用通路25には、膨脹弁迂回用通路25を開閉する冷房用開閉弁16cが配置されている。冷媒流路51は、室内蒸発器23の出口23bおよびアキュムレータ24の入口の間を接続する冷媒流路である。
冷房用開閉弁16cの基本的構成は、中間圧側開閉弁16aと同等であり、電子制御装置40から出力される制御信号によって、その開閉作動が制御される電磁弁である。また、冷媒が冷房用開閉弁16cを通過する際に生じる圧力損失は、冷房用膨脹弁22を通過する際に生じる圧力損失に対して極めて小さい。したがって、室外熱交換器20から流出した冷媒は、冷房用開閉弁16cが開いている場合には膨脹弁迂回用通路25を介してアキュムレータ24へ流入する。
本実施形態では、高段側膨脹弁13、低段側固定絞り17、固定絞り迂回用通路18、低圧側開閉弁16b、室外熱交換器20を迂回して、冷房用膨脹弁22の入口と室内凝縮器12の出口側12bとの間を接続するバイパス通路50が設けられている。
具体的には、バイパス通路50の入口50aは、室内凝縮器12の出口12bおよび高段側膨脹弁13bの入口の間に接続されている。バイパス通路50の出口50bは、逆止弁9の出口および冷房用膨脹弁22の入口の間に接続されている。
バイパス通路50のうち入口50aおよび出口50bの間には、バイパス開閉弁60が配置されている。このバイパス開閉弁60は、バイパス通路50を開閉する電磁弁であり、電子制御装置40から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
冷媒流路51のうち膨脹弁迂回用通路25の出口25aと室内蒸発器23の出口23bとの間には、固定絞り弁8が接続されている。固定絞り弁8は、室内蒸発器23の出口23bからアキュムレータ24の入口に流れる冷媒を減圧する。
次に、室内空調ユニット30について図1を参照して説明する。
まず、室内空調ユニット30は、車室内最前部の計器盤(インストルメントパネル)の内側に配置されて、室内空調ユニット30の外殻を形成するとともに、その内部に車室内に送風される車室内送風空気の空気通路を形成するケーシング31を有している。そして、この空気通路に送風機32、前述の室内凝縮器12、室内蒸発器23等が収容されている。
ケーシング31の空気流れ最上流側には、内外気切替装置33が配置されている。内外気切替装置33は、車室内空気をケーシング31内に導入する内気導入口33aと外気をケーシング31内に導入する外気導入口33bと、導入口33a、33bを回転により開閉する内外気切替ドア33cとを備える。この内外気切替装置33は、内気導入口33aの開口面積と外気導入口33bの開口面積とを、内外気切替ドア33cによって連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を連続的に変化させるものである。内外気切替ドア33cは、サーボモータ33dにより駆動されて、回転させる。
内外気切替装置33の空気流れ下流側には、内外気切替装置33を介して吸入した空気を車室内へ向けて矢印Kの如く送風する送風機32が配置されている。この送風機32は、遠心多翼ファン(例えば、シロッコファン)を電動モータにて駆動する電動送風機であって、電子制御装置40から出力される制御信号によって回転数(送風量)が制御される。
送風機32の空気流れ下流側には、前述の室内蒸発器23および室内凝縮器12が、車室内送風空気の流れに対して、室内蒸発器23→室内凝縮器12の順に配置されている。換言すると、室内蒸発器23は、室内凝縮器12に対して、空気流れ上流側に配置されている。
また、ケーシング31内には、室内蒸発器23通過後の送風空気を、室内凝縮器12を迂回して流すバイパス通路35が設けられており、室内蒸発器23の空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器12の空気流れ上流側には、エアミックスドア34が配置されている。
このエアミックスドア34は、その回転により、室内蒸発器23通過後の送風空気のうち、室内凝縮器12を通過させる風量とバイパス通路35を通過させる風量との風量割合を調整して、室内凝縮器12の熱交換能力を調整する。なお、エアミックスドア34は、電子制御装置40から出力される制御信号によって作動が制御されるサーボモータ34aによって駆動される。
また、室内凝縮器12およびバイパス通路35の空気流れ下流側には、室内凝縮器12にて冷媒と熱交換して加熱された車室内送風空気とバイパス通路35を通過して加熱されていない車室内送風空気が合流する合流空間が設けられている。
ケーシング31の空気流れ最下流部には、この合流空間にて合流した送風空気を、空調対象空間である車室内へ吹き出す開口部が配置されている。具体的には、この開口部としては、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ開口部37a、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口部37b、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口部37cが設けられている。
したがって、エアミックスドア34が室内凝縮器12を通過させる風量とバイパス通路を通過させる風量との風量割合を調整することによって、合流空間36内の送風空気の温度が調整される。
さらに、デフロスタ開口部37a、フェイス開口部37bおよびフット開口部37cの空気流れ上流側には、それぞれ、デフロスタ開口部37aの開口面積を調整するデフロスタドア38a、フェイス開口部37bの開口面積を調整するフェイスドア38b、フット開口部37cの開口面積を調整するフットドア38cが配置されている。
これらのデフロスタドア38a、フェイスドア38bおよびフットドア38cは、開口部モードを切り替える開口部モード切替手段を構成するものであって、リンク機構等を介して、電子制御装置40から出力される制御信号によってその作動が制御される図示しないサーボモータ38dによって駆動される。
また、デフロスタ開口部37a、フェイス開口部37bおよびフット開口部37cの空気流れ下流側は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたフェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口に接続されている。
次に、本実施形態の電気制御部について図2を参照して説明する。
電子制御装置40は、CPU、ROM、およびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのROM(第1〜第3記憶部)内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種空調制御機器(圧縮機11、高段側膨脹弁13、中間圧側開閉弁16a、低圧側開閉弁16b、冷房用開閉弁16c、冷房用膨脹弁22、バイパス開閉弁60、送風機32、サーボモータ34a、33d等)の作動を制御する。
また、電子制御装置40の入力側には、空調制御用のセンサ郡41が接続されている。センサ郡41は、内気センサ41a、外気センサ41b、日射センサ41j、蒸発器温度センサ41d、冷媒圧力センサ41f、41h、および冷媒温度センサ41c、41e、41g、41i等からなる。
内気センサ41aは、車室内温度を検出する。外気センサ41bは、外気温を検出する。日射センサ41jは、車室内の日射量を検出する。蒸発器温度センサ41dは、室内蒸発器23から吹出される空気温度検出する。
冷媒温度センサ41cは、室内蒸発器23から流れ出る冷媒温度を検出する。冷媒温度センサ41eは、圧縮機11の吐出ポート11cと室内凝縮器12の入口12aとの間を流れる高圧冷媒の温度を検出する。
冷媒圧力センサ41fは、室内凝縮器12の出口12bと高段側膨脹弁13の入口との間を流れる冷媒の圧力を検出する。冷媒圧力センサ41hは、室外熱交換器20の出口から膨脹弁迂回用通路25(或いは、冷房用膨脹弁22)に流れる冷媒の圧力を検出する。
冷媒温度センサ41gは、室内凝縮器12の出口12bと高段側膨脹弁13の入口との間を流れる冷媒の温度を検出する。冷媒温度センサ41iは、室外熱交換器20の出口から膨脹弁迂回用通路25(或いは、冷房用膨脹弁22)に流れる冷媒の温度を検出する。
さらに、電子制御装置40の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル42が接続され、この操作パネル42に設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置1のスタートスイッチ、車室内温度の目標温度としての設定温度Testを設定する車室内温度設定スイッチ、冷房モード、暖房モード、除湿モード等を選択する運転選択スイッチ等が設けられている。
なお、電子制御装置40は、その出力側に接続された各種空調制御機器の作動を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御手段を構成している。
例えば、本実施形態では、圧縮機11の電動モータの作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が吐出能力制御手段を構成し、冷媒流路切替手段16a〜16cの作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が冷媒流路制御手段を構成している。もちろん、吐出能力制御手段および冷媒流路制御手段を電子制御装置40に対して別体の制御装置として構成してもよい。
次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置1の作動について説明する。図3は、電子制御装置40の空調制御処理を示すフローチャートである。電子制御装置40は、図3のフローチャートにしたがって、空調制御処理を実行する。
まず、電子制御装置40は、外気センサ41bの検出温度、設定温度Tes等に基づいて、冷房モード、暖房モード、および、第1、第2除湿暖房モードのうち実行すべき運転モードを決定し、この決定した運転モードを実行する。
以下、冷房モード、暖房モード、および、第1、第2除湿暖房モードについてそれぞれの概略を説明する。
(冷房モード)
冷房モードでは、電子制御装置40が、高段側膨脹弁13を減圧作用が発揮しない全開状態とし、冷房用膨脹弁22を減圧作用を発揮する絞り状態とし、冷房用開閉弁16cを閉弁状態とする。
さらに、電子制御装置40が、低圧側開閉弁16bを開弁状態として低段側減圧手段を減圧作用を発揮しない全開状態とし、低圧側開閉弁16bの状態に連動して中間圧側開閉弁16aを閉弁状態とし、バイパス開閉弁60を閉弁状態としてバイパス通路50を全閉する。
したがって、冷房モードのヒートポンプサイクル10では、圧縮機11の吐出ポート11cから吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。この際、エアミックスドア34が室内凝縮器12の空気通路を閉塞しているので、室内凝縮器12へ流入した冷媒は殆ど車室内送風空気へ放熱することなく、室内凝縮器12を流出していく。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、高段側膨脹弁13→気液分離器14→低圧側開閉弁16bの順に流れて室外熱交換器20へ流入する。室外熱交換器20へ流入した気相冷媒は、送風ファン21から送風された外気と熱交換して放熱する。
室外熱交換器20から流出した冷媒は、冷房用開閉弁16cが閉弁状態となっているので、逆止弁9を通して冷房用膨脹弁22へ流入する。このため、室外熱交換器20から流れ出る冷媒は、冷房用膨脹弁22によって、低圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される。そして、冷房用膨脹弁22にて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器23へ流入し、送風機32から送風された室内送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、車室内送風空気が冷却される。
室内蒸発器23から流出した冷媒は、固定絞り弁8を通して、アキュムレータ24へ流入してアキュムレータ24で気相冷媒と液相冷媒とに分離される。そして、分離された気相冷媒が圧縮機11の吸入ポート11aから吸入されて低段側圧縮機構→高段側圧縮機構の順に再び圧縮される。一方、分離された液相冷媒はサイクルが要求されている冷凍能力を発揮するために必要としていない余剰冷媒としてアキュムレータ24内に蓄えられる。
(第1除湿暖房モード)
次に、第1除湿暖房について説明する。
電子制御装置40は、第1除湿暖房を実行する際に、冷房モードと同様に、高段側膨脹弁13、冷房用膨脹弁22、中間圧側開閉弁16a、冷房用開閉弁16c、低圧側開閉弁16b、およびバイパス開閉弁60を制御する。
このため、冷房モードと同様に、圧縮機11→室内凝縮器12→高段側膨脹弁13→気液分離器14→低圧側開閉弁16b→室外熱交換器20→逆止弁9→冷房用膨脹弁22→固定絞り弁8→アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒が流れる。
この際に、エアミックスドア34の開度によって室内蒸発器23から送風される冷風のうち室内凝縮器12に流れる風量とバイパス通路35に流れる風量との比率を調整して、開口部37a、37b、37cから室内に吹き出される空気温度を調整する。
(第2除湿暖房モード)
第2除湿暖房モードでは、電子制御装置40が、高段側膨脹弁13を全閉状態とし、冷房用膨脹弁22を減圧作用を発揮する絞り状態とする。
したがって、第2除湿暖房モードのヒートポンプサイクル10では、圧縮機11の吐出ポート11cから吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。この際、室内凝縮器12へ流入した冷媒は車室内送風空気へ放熱して、室内凝縮器12を流出していく。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、バイパス通路50、およびバイパス開閉弁60を通して冷房用膨脹弁22に流れる。冷媒は、この冷房用膨脹弁22で減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器23へ流入し、送風機32から送風された室内送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、車室内送風空気が冷却される。
室内蒸発器23から流出した冷媒は、固定絞り弁8を通して、アキュムレータ24へ流入してアキュムレータ24で気相冷媒と液相冷媒とに分離される。そして、分離された気相冷媒が圧縮機11の吸入ポート11aから吸入されて低段側圧縮機構→高段側圧縮機構の順に再び圧縮される。
この際に、エアミックスドア34の開度によって室内蒸発器23から送風される冷風のうち室内凝縮器12に流れる風量とバイパス通路35に流れる風量との比率を調整して、開口部37a、37b、37cから室内に吹き出される空気温度を調整する。
(暖房モード)
次に、暖房モードについてを参照して説明する。
電子制御装置40は、必要吹出し温度TAOに基づいて圧縮機11の電動モータの回転数Na(すなわち、圧縮機11の冷媒吐出容量)を制御する。
例えば、推定吹出温度TAVと必要吹出し温度TAOとの偏差に基づいて、フィードバック制御により推定吹出温度TAVが必要吹出し温度TAOに近づくように、圧縮機11の電動モータを制御する制御信号が決定される。
推定吹出温度TAVは、室内凝縮器12から吹き出される空気温度の推定値である。推定吹出温度TAVは、蒸発器温度センサ41dの検出値である蒸発器温度Teと、送風機32の送風量と、冷媒温度センサ41gの検出温度とによって求められる。
電子制御装置40が、高段側膨脹弁13において絞り開度を制御して、高段側膨脹弁13を冷媒の減圧作用を発揮させる絞り状態とする。高段側膨脹弁13の絞り開度は、室内凝縮器12から高段側膨脹弁13へ流入する冷媒の過冷却度が、COPを略最大値に近づくように予め決定された目標過冷却度に近づくように決定される。
このことにより、室内凝縮器12において冷媒が車室内送風空気を加熱する暖房能力を発揮させることができる。
ここで、過冷却度は、冷媒圧力センサ41fの検出圧力、および冷媒温度センサ41gの検出温度に基づいて算出される。
電子制御装置40は、バイパス開閉弁60を全閉状態にしてバイパス通路50を閉じて、冷房用膨脹弁22を全閉状態とし、冷房用開閉弁16cを開弁状態とし、低圧側開閉弁16bを閉弁状態として低段側減圧手段を減圧作用を発揮する絞り状態とする。
電子制御装置40は、低圧側開閉弁16bの状態に連動して中間圧側開閉弁16aを開弁状態とする。電子制御装置40は、バイパス開閉弁60を制御してバイパス通路50を閉じる。これにより、ヒートポンプサイクル10は、図1の極太矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。
また、エアミックスドア34のサーボモータを制御する制御信号については、エアミックスドア34がバイパス通路35を閉塞し、室内蒸発器23通過後の送風空気の全流量が室内凝縮器12を通過するように決定される。
したがって、暖房モードのヒートポンプサイクル10では、圧縮機11の吐出ポート11cから吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。室内凝縮器12へ流入した冷媒は、送風機32から送風されて室内蒸発器23を通過した車室内送風空気と熱交換して放熱する。これにより、車室内送風空気が加熱される。
ここで、室内凝縮器12から流出した冷媒は、絞り状態となっている高段側膨脹弁13にて中間圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される。そして、高段側膨脹弁13にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器14において、潤滑油が除かれた気相冷媒と潤滑油を含む液相冷媒とに分離される。
気液分離器14で分離された気相冷媒(すなわち、潤滑油が除かれた気相冷媒)は、中間圧側開閉弁16aが開弁状態となっているので、中間圧冷媒通路15を介して、圧縮機11の中間圧ポート11bへ流入し、低段側圧縮機構吐出冷媒と合流して、高段側圧縮機構へ吸入される。
一方、気液分離器14にて分離された前記潤滑油を含む液相冷媒は、低段側減圧手段が絞り状態となっているので、低段側減圧手段にて低圧冷媒となるまで減圧されて流出し、室外熱交換器20へ流入する。つまり、低段側減圧手段では、低圧側開閉弁16bが閉弁状態となっているので、低段側固定絞り17へ流入して低圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される。低段側固定絞り17から流出した冷媒は、室外熱交換器20へ流入して、送風ファン21から送風された外気と熱交換して吸熱する。
室外熱交換器20から流出した冷媒は、冷房用開閉弁16cが開弁状態となっているので、膨脹弁迂回用通路25を介して、アキュムレータ24へ流入して気液分離される。そして、分離された気相冷媒が圧縮機11の吸入ポート11aから吸入されて再び圧縮される。一方、分離された液相冷媒はサイクルが要求されている冷凍能力を発揮するために必要としていない余剰冷媒としてアキュムレータ24内に蓄えられる。
以上の如く、暖房モードでは、室内凝縮器12にて圧縮機11から吐出された冷媒の有する熱を車室内送風空気に放熱させて、加熱された室内送風空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の暖房を実現することができる。
さらに、暖房モードでは、低段側固定絞り17にて減圧された低圧冷媒を圧縮機11の吸入ポート11aから吸入させ、高段側膨脹弁13にて減圧された中間圧冷媒を中間圧ポート11bへ流入させて昇圧過程の冷媒と合流させる、ガスインジェクションサイクル(エコノマイザ式冷凍サイクル)を構成することができる。
したがって、高段側圧縮機構に、温度の低い混合冷媒を吸入させることによって、高段側圧縮機構の圧縮効率を向上させることができるとともに、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構の双方の吸入冷媒圧力と吐出冷媒圧力との圧力差を縮小させて、双方の圧縮機構の圧縮効率を向上させることができる。その結果、ヒートポンプサイクル10全体としてのCOPを向上させることができる。
また、上記の説明から明らかなように、暖房モードでは、室内凝縮器12から流出した冷媒を、絞り状態とした高段側膨脹弁13→気液分離器14→絞り状態とした低段側減圧手段→室外熱交換器20→冷房用開閉弁16c→アキュムレータ24→圧縮機11→室内凝縮器12の順に流す冷媒回路を構成している。冷媒回路では、気液分離器14にて分離された気相冷媒を中間圧冷媒通路15→圧縮機11の中間圧ポート11bへ流入させている。
次に、本実施形態の特徴である暖房モード時の作動について説明する。図3は電子制御装置40の空調制御処理を示すフローチャートである。電子制御装置40は、図3のフローチャートにしたがって、空調制御処理に実行する。空調制御処理の実行はイグニッションスイッチIGがオン(ON)されたときに開始される。
先ず、ステップ1において、タイマを初期化して、タイマによる計時を開始させる。このタイマは、次のステップ2の処理を開始してから経過した時間を計るためのタイマである。
次のステップ2では、操作パネル42の各空調操作スイッチの空調操作信号を読み込む。次のステップ3で、センサ41a、41b、41c、41d、41e、41f、41h、41g、41iからそれぞれ出力される検出信号を読み込む。
続いて、ステップ4(第2温度算出部)にて、車室内へ吹き出される空調風の必要吹出し温度TAOを算出する。この必要吹出し温度TAOは車室内の温度を車室内温度設定スイッチの設定温度Tsetに維持するために必要な吹出温度であり、下記数式1に基づいて算出される。
TAO=Kset×Tset−Kr×Tr
−Kam×Tam−Ks×Ts+C・・・・・(数1)
但し、Tr:内気センサ41aにより検出される内気温
Tam:外気センサ41bにより検出される外気温
Ts:日射センサ41jにより検出される日射量
Kset、Kr、Kam、Ks:制御ゲイン
C:補正用の定数
次に、ステップ5にて送風機32により送風される送風量の目標値(すなわち、目標送風量)、具体的には送風機駆動用のモータ6bに対する印加電圧であるブロワ電圧Veを必要吹出し温度TAOに基づいて決定する。送風機32の目標送風量の決定方法は、後述する。
次に、ステップ6にて内外気モードを決定する。例えば、必要吹出し温度TAOが低温側から高温側へ上昇するにつれて、内気モード→内外気混入モード→外気モードと切替決定する。このように決定される内外気モードを実施するために、サーボモータ5を制御して内外気切替ドア4を駆動する。
次に、ステップ7にて、推定吹出温度TAVと必要吹出し温度TAOとの偏差に基づいて、フィードバック制御により推定吹出温度TAVが必要吹出し温度TAOに近づくように、圧縮機11の電動モータを制御する制御信号が決定される。
次に、ステップ8にて、エアミックスドア34の目標開度SWを算出する。暖房モード時においては、エアミックスドア34の目標開度SWは、バイパス通路35を全開し、かつ室内凝縮器12の空気入口を全開する最大暖房位置に設定される。
次に、ステップ9において、吹出モードを必要吹出し温度TAOに応じて決定する。吹出モードは、必要吹出し温度TAOが低温側から高温側へ上昇するにつれてフェイスモード→バイレベルモード→フットモードと切替設定される。
次に、ステップ10(制御部)において、このように決定されるブロワ電圧Ve、内外気モード、圧縮機11の回転数Na、エアミックスドア34の目標開度SW、および吹出モードを示す制御信号を圧縮機11の電動モータ、送風機32、サーボモータ34a、33dのうち対応する電動アクチュエータに出力する。
次のステップ11で、上記タイマにより測定される時間(以下、タイマの測定時間という)が一定時間τに到達したか否かを判定する。一定時間τは、ステップ2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10の処理を実施する制御周期を示す時間である。そして、タイマの測定時間が一定時間τよりも短いときには、上記ステップ11でNOと判定して、ステップ11の判定を実施する。
このため、タイマの測定時間が一定時間τに到達するまで、ステップ10の判定を繰り返すことになる。その後、タイマの測定時間が一定時間τに到達すると、ステップ11でYESと判定してステップS1に戻り、タイマを初期化して、タイマによる計時を開始させる。
これにより、電子制御装置40は、フィードバック制御により推定吹出温度TAVが必要吹出し温度TAOに近づくように、圧縮機11の電動モータの回転数Naを制御する。すなわち、電子制御装置40は、圧縮機11の電動モータの回転数Naを制御して圧縮機11から吐出される高圧冷媒の温度を上昇させて目標温度に到達させるウォームアップを実施する。高圧冷媒の温度の目標温度は、必要吹出し温度TAOによって定まる。
電子制御装置40は、送風機32を制御して送風機32から送風される送風量を目標送風量に近づける。電子制御装置40は、上記ステップ6に決定された内外気モードを実施させるようにサーボモータ33dを介して内外気切替ドア33cを制御する。
電子制御装置40は、エアミックスドア34の実際の開度を目標開度SWに近づけるようにサーボモータ34aを制御する。
次に、本実施形態における送風機32の送風量の目標値の算出処理(ステップ5)の詳細について図4を参照して説明する。
まず、ステップ20(第1温度算出部)において、蒸発器温度センサ41dの検出値および冷媒温度センサ41gの検出温度、および現在の送風機32の送風量(すなわち、ブロワ電圧Ve)に基づいて推定吹出温度TAVを求める。
ここで、蒸発器温度センサ41dの検出温度は、室内蒸発器23を通過した車室内送風空気の温度を示すものであり、冷媒温度センサ41gの検出温度は、室内凝縮器12を通過した車室内送風空気の温度を示すものである。
次に、ステップ21(第1決定部)において、風量マップHaと推定吹出温度TAVとに基づいて送風機32の送風量の目標値(以下、目標送風量という)の候補値f(TAV)を求める。
風量マップHaは、横軸を推定吹出温度TAVとし、縦軸を候補値f(TAV)とし、推定吹出温度TAVと候補値f(TAV)とが1対1で特定されるグラフである。
風量マップHaでは、推定吹出温度TAVが下側基準値(29、40)よりも小さいときには、候補値f(TAV)が最小値である零となる。推定吹出温度TAVが上側基準値(56、60)よりも大きいときには、候補値f(TAV)が最大値である31になる。
推定吹出温度TAVが下側基準値(29、40)および上側基準値(56、60)の間であるときには、推定吹出温度TAVが下側基準値(29、40)から上側基準値(56、60)に向かうほど候補値f(TAV)が徐々に大きくなる。
風量マップHaでは、推定吹出温度TAVが小さくなる際に、推定吹出温度TAVが36〜29の範囲内に入っているときには、候補値f(TAV)が1になり、推定吹出温度TAVが下側基準値29以下になると候補値f(TAV)が最小値(零)になる。一方、推定吹出温度TAVが大きくなる際に、推定吹出温度TAVが下側基準値40以上になると候補値f(TAV)が最小値(零)よりも大きくなるヒステリシス特性が設定されている。
風量マップHaでは、推定吹出温度TAVが小さくなる際に、推定吹出温度TAVが上側基準値60以下になると候補値f(TAV)が最大値(31)よりも小さくなり、推定吹出温度TAVが大きくなる際に、推定吹出温度TAVが上側基準値56以上になると候補値f(TAV)が最大値(31)になるヒステリシス特性が設定されている。
このように構成される風量マップHaにおいて、推定吹出温度TAVに対して1対1で特定される候補値f(TAV)が決められる。
次に、ステップ22(判定部、第2決定部、第3決定部)において、風量マップHbと偏差(TAO−TAV)とに基づいて送風機32の目標送風量の候補値f(TAO−TAV)を求める。
風量マップHbは、横軸を偏差(TAO−TAV)とし、縦軸を候補値f(TAO−TAV)とし、偏差(TAO−TAV)と候補値f(TAO−TAV)とが1対1で特定されるグラフである。
風量マップHbでは、偏差(TAO−TAV)が上側基準値(5、100)よりも大きいときには、候補値f(TAO−TAV)が最小値である零となる。偏差(TAO−TAV)が、零以上で、かつ上側基準値1よりも小さいときには、候補値f(TAO−TAV)が最大値である4(所定値)になる。
偏差(TAO−TAV)が下側基準値(1)および上側基準値(5、100)の間であるときには、偏差(TAO−TAV)が下側基準値(1)から上側基準値(5、100)に向かうほど候補値f(TAO−TAV)が徐々に小さくなる。
風量マップHbでは、偏差(TAO−TAV)が大きくなる際に、偏差(TAO−TAV)が5〜100の範囲内に入っているとき、候補値f(TAO−TAV)が1になる。偏差(TAO−TAV)が上側基準値100以上になると候補値f(TAO−TAV)が最小値(零)になり、かつ偏差(TAO−TAV)が小さくなる際に、推定吹出温度TAVが上側基準値5以上になると候補値f(TAV)が最小値(零)よりも大きくなるヒステリシス特性が設定されている。
このように構成される風量マップHbにおいて、偏差(TAO−TAV)に対して1対1で特定される候補値f(TAO−TAV)が決められる。
ここで、電子制御装置40が圧縮機11を制御して冷媒温度を上昇させて目標温度に到達させるウォームアップが中途状態であるか否かについて、推定吹出温度TAVと必要吹出し空気温度TAOとの偏差(TAO−TAV)に基づいて判定する。
偏差(TAO−TAV)が零よりも大きいときには、電子制御装置40がウォームアップが中途状態であると判定して、風量マップHbにおいて偏差(TAO−TAV)に対して1対1で特定される候補値f(TAO−TAV)が決められる。
一方、偏差(TAO−TAV)が零になると、電子制御装置40がウォームアップが完了したと判定される。この場合、電子制御装置40は、候補値f(TAO−TAV)としては最大値(4)である所定値が決める。
ここで、風量マップHbの候補f(TAO−TAV)の最大値(4)は、風量マップHaの候補f(TAV)の最大値(31)よりも小さいレベルの値が設定されている。
次に、ステップ23において、上記ステップ21で決められる候補値f(TAV)、および上記ステップ22で決められる候補値f(TAO−TAV)のうち大きい候補値(=Max(f(TAV)、f(TAO−TAV))を送風量の上限値Vaとする。
次に、ステップ24において、上記ステップ23で決められた送風量の上限値Vaと、風量マップHa、Hb以外の他の要件により決められた送風量の上限値とを調停して目標送風量を求める。
このように送風機32の目標送風量は、候補値f(TAO−TAV)、f(TAV)を用いて決められる。
なお、図4中の風量マップHaの候補値f(TAV)と風量マップHbの候補値f(TAO−TAV)の単位はレベルである。レベルは、送風機32への印加電圧(すなわち、送風機32の送風量)と対応関係にあるもので、レベルが大きくなるほど、送風機32の送風量が大きくなる関係にある。
以上説明した本実施形態の電子制御装置40は、冷媒を加熱する圧縮機11と、車室内に向けて空気流を流通させるケーシング31と、ケーシング31内の空気流を発生させる送風機32と、ケーシング31に配置されて圧縮機11により加熱された冷媒と空気流との間で熱交換により空気流を加熱する室内凝縮器12とを備える車両用空調装置1に適用される。
電子制御装置40は、室内凝縮器12により加熱された空気流の温度の推定値である推定吹出温度TAVを求めるステップ20と、推定吹出温度TAVに基づいて、送風機32の目標送風量の候補値を決めるステップ21と、車室内の空気温度を設定温度Tsetに維持するためにケーシング31から室内に吹き出すことが必要となる空気温度である必要吹出し空気温度TAOを求めるステップ4とを備える。
電子制御装置40は、圧縮機11を制御して冷媒の温度を上昇させて目標温度に到達させるウォームアップを実施するステップ7、10と、ウォームアップが中途状態であるか否かについて、必要吹出し空気温度TAOと推定吹出温度TAVとの偏差とに基づいて判定するステップ22と、ウォームアップが中途状態であると判定したとき、必要吹出し空気温度TAOと推定吹出温度TAVとの偏差(TAO−TAV)に基づいて、送風機32の目標送風量の候補値f(TAO−TAV)を決める一方、ウォームアップが完了したと判定したとき所定値(4)を送風機32の目標送風量の候補値f(TAO−TAV)として決めるステップ22とを備える。
電子制御装置40は、ステップ22により決定される候補値f(TAO−TAV)とステップ21により決定される候補値f(TAV)のうち大きい方の候補値とを用いて送風機32の目標送風量を決めるステップ23、24を備える。
以上により、送風機32の目標送風量を適切に決めることができる。
例えば、車室内の空調負荷が小さい場合において、ウォームアップが完了したときには、偏差(TAO−TAV)が零となるため、風量マップHbに基づいて候補値f(TAO−TAV)としては最大値(4)が決められる。
このため、候補値f(TAV)、および候補値f(TAO−TAV)のうち大きい候補値として、候補値f(TAO−TAV)が選択される。
したがって、候補値f(TAO−TAV)と、他の要件により決められる候補値とを調停して、送風機32の目標送風量として候補値f(TAO−TAV)が決められると、ウォームアップが完了したときには、車室内の空調負荷が小さいときでも、送風機32の送風量として必要最低限の送風量を確保することができる。
また、車室内の空調負荷が大きい場合において、ウォームアップが中途状態であれば、偏差(TAO−TAV)が、大きくなり(例えば、25℃)、候補値f(TAO−TAV)としては、0レベルが選択される。
この場合、推定吹出温度TAVが、例えば、45℃迄上昇した場合、候補値f(TAV)は、8.5レベルの値となる。
このため、候補値f(TAV)および候補値f(TAO−TAV)のうち大きい候補値MAXfとして、候補値f(TAV)が選択される。
したがって、候補値f(TAV)と他の要件により決められた候補値とを調停して、送風機32の目標送風量として候補値f(TAV)が決められると、車室内の空調負荷が大きいときでも、送風機32の送風量を低めに抑えることができ、冷風をフット開口部37cから車室内に吹き出すことを抑えることができる。
(第2実施形態)
本第2実施形態では、上記第1実施形態の車両用空調装置1において、エンジン冷却水を熱源とするヒータユニット72を追加した例について説明する。
図5に本実施形態の車両用空調装置1の全体構成を示す。図5において、図1と同一の符号は同一のものを示し、その説明を省略する。
ヒータユニット72は、ケーシング31のうち室内蒸発器23と室内凝縮器12との間に配置されて、室内蒸発器23を通過した空気流とエンジン冷却水との間の熱交換により空気流を加熱する第2熱交換器である。ヒータユニット72と走行用エンジン71との間にはエンジン冷却水が循環されている。
本実施形態では、ヒータユニット72と走行用エンジン71との間に流れるエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ73が設けられている。
バイパス通路35は、室内蒸発器23を通過した空気流を室内凝縮器12およびヒータユニット72を迂回して流すが通路である。
エアミックスドア34は、その回転により、室内蒸発器23通過後の送風空気のうち、
室内凝縮器12およびヒータユニット72を通過させる風量とバイパス通路35を通過させる風量との風量割合を調整して、室内凝縮器12の熱交換能力を調整する。
次に、本実施形態における送風機32の送風量の目標値の算出処理の詳細について図6を参照して説明する。
図6は、図4のステップ20、21、22に対してステップ25、26、23Aを追加したフローチャートである。図6は、図4のフローチャートと同一符号は、同一ステップを示し、その説明を省略する。
まず、ステップ20において、蒸発器温度センサ41dの検出値および冷媒温度センサ41gの検出温度、および現在の送風機32の送風量(すなわち、ブロワ電圧Ve)に基づいて推定吹出温度TAVを求める。
次に、ステップ25(第5決定部)において、必要吹出し温度TAOに基づいて送風機32の送風量の目標値の候補値f(TAO)を求める。
風量マップHcは、横軸を必要吹出し温度TAOとし、縦軸を候補値f(TAO)とし、必要吹出し温度TAOと候補値f(TAO)が1対1で特定されるグラフである。
風量マップHcでは、必要吹出し温度TAOが下側基準値(−20)よりも小さいときには、候補値f(TAO)が最大値である31となる。必要吹出し温度TAOが上側基準値(80)よりも大きいときには、候補値f(TAO)が最大値である31になる。必要吹出し温度TAOが10以上で40以下の中間範囲(10〜40)内に入っているときには、候補値f(TAO)が最小値である1になる。
必要吹出し温度TAOが中間範囲の上限値40以上で、かつ上側基準値(80)未満であるときには、必要吹出し温度TAOが大きくなるにつれて候補値f(TAO)が大きくなる。
必要吹出し温度TAOが中間範囲の下限値10以下で、かつ下側基準値(−20)以上であるときには、必要吹出し温度TAOが小さくなるにつれて候補値f(TAO)が大きくなる。
このように構成される風量マップHcにおいて、必要吹出し温度TAOに対して1対1で特定される候補値f(TAO)が決められる。
次に、ステップ26(第4決定部)において、風量マップHdと水温センサ73の検出値であるエンジン冷却水温度(以下、冷却水温度TWという)とに基づいて送風機32の送風量の候補値f(TW)を求める。
風量マップHdは、横軸を冷却水温度TWとし、縦軸を候補値f(TW)とし、冷却水温度TWと候補値f(TW)とが1対1で特定されるグラフである。
風量マップHdでは、冷却水温度TWが下側基準値(29、40)よりも小さいときには、候補値f(TW)が最小値である零となる。冷却水温度TWが上側基準値(58、62)よりも大きいときには、候補値f(TW)が最大値である31になる。
冷却水温度TWが下側基準値(29、40)および上側基準値(58、62)の間であるときには、冷却水温度TWが下側基準値(29、40)から上側基準値(58、62)に向かうほど候補値f(TW)が徐々に大きくなる。
風量マップHdでは、冷却水温度TWが小さくなる際に、冷却水温度TWが下側基準値29以下になると候補値f(TW)が最小値(零)になり、冷却水温度TWが大きくなる際に、冷却水温度TWが下側基準値40以上になると候補値f(TW)が最小値(零)よりも大きくなるヒステリシス特性が設定されている。
風量マップHdでは、冷却水温度TWが小さくなる際に、冷却水温度TWが上側基準値58以下になると候補値f(TW)が最大値(31)よりも小さくなり、冷却水温度TWが大きくなる際に、冷却水温度TWが上側基準値62以上になると候補値f(TW)が最大値(31)になるヒステリシス特性が設定されている。
このように構成される風量マップHdにおいて、冷却水温度TWに対して1対1で特定される候補値f(TW)が決められる。
次に、ステップ21において、上記第1実施形態と同様に、風量マップHaと推定吹出温度TAVとに基づいて送風機32の目標送風量の候補値f(TAV)を求める。
次に、ステップ22において、上記第1実施形態と同様に、風量マップHbと偏差(TAO−TAV)とに基づいて送風機32の目標送風量の候補値f(TAO−TAV)を求める。
ここで、風量マップHbの候補値f(TAO−TAV)の最大値(4)は、風量マップHcの候補値f(TAO)の最大値(31)よりも小さく、かつ風量マップHdの候補値f(TW)の最大値(31)よりも小さく、さらに風量マップHaの候補値f(TAV)の最大値(31)よりも小さい。
風量マップHbの候補値f(TAO−TAV)の最大値(4)は、風量マップHcの候補値f(TAO)の最小値(零)よりも大きく、かつ風量マップHdの候補値f(TW)の最小値(零)よりも大きく、さらに風量マップHaの候補値f(TAV)の最小値(零)よりも大きい。
次に、ステップ23Aにおいて、上記ステップ26で決められる候補値f(TW)、上記ステップ21で決められる候補値f(TAV)、および上記ステップ22で決められる候補値f(TAO−TAV)のうち最も大きい候補値Maxf(=Max(f(TW)、f(TAV)、f(TAO−TAV))を選択する。
この選択された候補値Maxfと、上記ステップ25で決められる候補値f(TAO)とのうち、小さい方の候補値を送風量の上限値Va〈=Min{f(TAO)、Max(f(TW)、f(TAV)、f(TAO−TAV)}〉とする。
次に、ステップ24において、このように決められる送風量の上限値Vaと、風量マップHa、Hb、Hc、Hd以外の他の要件により決まる候補と、を調停して目標送風量を求める。
以上説明した本実施形態の電子制御装置40は、冷却水温度TWと風量マップHdとに基づいて送風機32の目標送風量の候補値f(TW)を決めるステップ25を備える。ステップ23Aは、ステップ26により決定される候補値f(TW)、ステップ21により決定される候補値f(TAV)、およびステップ22により決定された候補値f(TAO−TAV)のうち最も大きい候補値MAXfを選択する。この選択された候補値、およびステップ25により決定される候補値f(TAO)のうち小さい候補値を送風量の上限値Vaとする。これにより、送風量の上限値Vaと他の要件との調停により送風量の上限値Vaを目標送風量としてを決めることができる。
以上により、上記第1実施形態と同様に、送風機32の目標送風量を適切に決めることができる。
例えば、ウォームアップが完了した場合において、車室内の空調負荷が小さいときには、推定吹出温度TAVが下側基準値以下になるため、風量マップHaに基づいて候補値f(TAV)としては1以下の値が決められる。
一方、ウォームアップが完了したときに、偏差(TAO−TAV)が零となるため、風量マップHbに基づいて候補値f(TAO−TAV)としては最大値(4)が決められる。
ここで、風量マップHdと冷却水温度Twとによって候補値f(TW)として4よりも大きい値が決められると、候補値MAXfとして候補値f(TW)が決められる。風量マップHdと冷却水温度Twとによって候補値f(TW)として4レベル以下の値が決められると、候補値MAXfとしてTAO−TAV)の最大値(4)が決められる。
さらに、暖房時には必要吹出し温度TAOとしては、40以上の値が算出される。このため、風量マップHcと必要吹出し温度TAOとに基づいて候補値f(TAO)として、最低値(1)よりも大きな値が選択される。これにより、上限値Va(=Min(f(TAO)、Max(f(TW)、f(TAV)、f(TAO−TAV)))としては、少なくとも1よりも大きな値が決められる。
したがって、上限値Vaと他の要件との調停により、送風機32の目標送風量として上限値Vaが決められると、ウォームアップが完了したときに、車室内の空調負荷が小さいときでも、送風機32の送風量として必要最低限の送風量を確保することができる。
また、車室内の空調負荷が大きい場合において、ウォームアップが中途状態であれば、偏差(TAO−TAV)が大きくなり(例えば、25℃)、候補値f(TAO−TAV)は、0レベルの値になる。
この場合、推定吹出温度TAVが一例として45℃まで上昇した場合、候補値f(TAV)は、8.5レベルの値になる。このため、候補値f(TAV)および候補値f(TAO−TAV)のうち大きい候補値MAXfとして、候補値f(TAV)が選択される。
このため、Max(f(TW)、f(TAV)、f(TAO−TAV)}としては、候補値f(TW)或いは候補値f(TAV)が選択される。
ここで、冷却水温度Twが一例として50℃まで上昇した場合、候補値f(TW)は、14レベルの値になる。このとき、必要吹出し温度TAOは、60になると、候補値f(TAO)は、16レベルの値になる。
このため、上限値Va〈=Min{f(TAO)、Max(f(TW)、f(TAV)、f(TAO−TAV)}〉としては、14レベル(=候補値f(TW))の値が選択される。
したがって、候補値f(TW)と他の要件により決まる候補値との調停により、送風機32の目標送風量として候補値f(TW)が決められると、車室内の空調負荷が大きいときでも、送風機32の送風量を低めに抑えることができ、フット開口部37cから冷風を車室内に吹き出すことを抑えることができる。
(他の実施形態)
(1)上記第1、第2実施形態では、本発明に係る空調装置を車両用空調装置1とした例について説明したが、これに代えて、本発明に係る空調装置を車両用空調装置1以外の各種の空調装置としてもよい。
(2)上記第1実施形態では、上記ステップ23で決められる送風量の上限値Va(=Max(f(TAV)、f(TAO−TAV))と他の要件により決められた送風量の上限値とを調停して目標送風量を求める例について説明したが、これに限らず、当該調停を廃止して、上限値Va(=Max(f(TAV)、f(TAO−TAV))を目標送風量としてもよい。
さらに、上記第1実施形態と上記第2実施形態とを組み合わせて、上記ステップ23で決められる送風量の上限値Va(=Max(f(TAV)、f(TAO−TAV))と、風量マップHcで選択される候補値f(TAO)とのうち小さい候補値を選択し、この候補値と他の要件で決められる候補値とを調停して目標送風量を決めてもよい。
或いは、上記ステップ23で決められる送風量の上限値Vaと風量マップHcで選択される候補値f(TAO)とのうち小さい候補値を選択し、この候補値を目標送風量としてもよい。
(3)上記第2実施形態では、上記ステップ23Aで決められる送風量の上限値Vaと他の要件により決められた送風量の上限値とを調停して目標送風量を求める例について説明したが、これに限らず、当該調停を廃止して、上限値Vaを目標送風量としてもよい。
(4)上記第1、第2実施形態では、推定吹出温度TAVは、蒸発器温度センサ41dの検出値である蒸発器温度Teと、送風機32の送風量と、冷媒温度センサ41gの検出温度とによって求めた例について説明したが、これに代えて、室内凝縮器12から吹き出される空気温度を検出する温度センサを採用し、この温度センサの検出値を推定吹出温度TAVとしてもよい。
或いは、冷媒圧力センサ41fの検出圧力に基づいて推定吹出温度TAVを求めてもよい。具体的には、推定吹出温度TAVは、蒸発器温度センサ41dの検出値である蒸発器温度Teと、送風機32の送風量と、冷媒圧力センサ41fの検出圧力とに基づいて算出してもよい。
(5)本発明の実施にあたり、上記第1、第2実施形態において、ケーシング31内の
空気通路を外気通路と内気通路とに分ける構成にした室内空調ユニット30を採用しもよい。
(6)なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
1 車両用空調装置
10 ヒートポンプサイクル
11 圧縮機
12 室内凝縮器
30 室内空調ユニット
31 ケーシング
32 送風機
40 電子制御装置
72 ヒータユニット

Claims (9)

  1. 熱媒体を加熱する加熱部(11)と、室内に向けて空気流を流通させるケーシング(31)と、前記ケーシング内の前記空気流を発生させる送風機(32)と、前記ケーシングに配置されて前記加熱部により加熱された熱媒体と前記空気流との間の熱交換により前記空気流を加熱する熱交換器(12)とを備える空調装置に適用される電子制御装置であって、
    前記熱交換器により加熱された空気流の温度の推定値である推定吹出温度(TAV)を求める第1温度算出部(S20)と、
    前記推定吹出温度に基づいて、前記送風機の目標送風量の候補値を決める第1決定部(S21)と、
    前記室内の空気温度を設定温度に近づけるために前記ケーシングから前記室内に吹き出すことが必要となる空気温度である必要吹出し空気温度(TAO)を求める第2温度算出部(S4)と、
    前記加熱部を制御して前記熱媒体の温度を上昇させて目標温度に到達させるウォームアップを実施する制御部(S7、S10)と、
    前記ウォームアップが中途状態であるか否かについて、前記推定吹出温度と前記必要吹出し空気温度とに基づいて判定する判定部(S22)と、
    前記ウォームアップが中途状態であると前記判定部が判定したとき、前記必要吹出し空気温度と前記推定吹出温度とに基づいて前記送風機の目標送風量の候補値を決め、前記ウォームアップが完了したと前記判定部が判定したとき前記送風機の目標送風量の候補値を所定値とする第2決定部(S22)と、
    前記第1決定部により決定される候補値と前記第2決定部により決定される候補値とを用いて前記送風機の目標送風量を決める第3決定部(S23、S23A)と、
    を備える電子制御装置。
  2. 前記第3決定部は、前記第1決定部により決定される候補値、および前記第2決定部により決定される候補値のうち最も大きい候補値を用いて前記送風機の目標送風量を決める請求項1に記載の電子制御装置。
  3. 前記空調装置は、走行用エンジンを備える車両に適用されており、
    前記熱交換器は、第1熱交換器であり、
    前記ケーシング内には、前記走行用エンジンの冷却水と前記空気流との間の熱交換により前記空気流を加熱する第2熱交換器(72)が配置されており、
    前記冷却水の温度に基づいて前記送風機の目標送風量の候補値を決める第4決定部(S26)を備え、
    前記第3決定部は、前記第1決定部により決定される候補値、前記第2決定部により決定される候補値、および前記第4決定部により決定された前記候補値のうち最も大きい候補値を用いて前記送風機の目標送風量を決める請求項1に記載の電子制御装置。
  4. 前記必要吹出し空気温度に基づいて前記目標送風量の候補値を決める第5決定部(S25)を備え、
    前記第3決定部は、前記第1決定部により決定される候補値、前記第2決定部により決定される候補値、および前記第4決定部により決定された前記候補値のうち最も大きい候補値を選択し、この選択された候補値と前記第5決定部により決定される候補値とのうち小さい候補値を用いて前記送風機の目標送風量を決める請求項3に記載の電子制御装置。
  5. 前記冷却水の温度が上側基準値よりも大きいとき、前記目標送風量の候補値が最大値となり、かつ前記前記冷却水の温度が前記上側基準値未満である下側基準値未満であるとき、前記目標送風量の候補値が最小値となり、さらに前記冷却水の温度が前記下側基準値と前記上側基準値との間の間の値であるとき、前記冷却水の温度が大きくなるほど前記目標送風量の候補値が大きくなるように設定されて前記冷却水の温度と候補値とが1対1で対応づけられている風量マップ(Hd)を記憶する記憶部(40)を備え、
    前記第4決定部は、前記冷却水の温度と前記風量マップとに基づいて前記送風機の目標送風量の候補値を決める請求項4に記載の電子制御装置。
  6. 前記風量マップは、第1風量マップであり、
    前記記憶部は、第1記憶部であり、
    前記上側基準値は、第1上側基準値であり、
    前記下側基準値は、第1下側基準値であり、
    前記推定吹出温度と前記必要吹出し空気温度との偏差が第2上側基準値よりも大きいとき、前記送風機の目標送風量の候補値が最小値となり、かつ前記偏差が前記第2上側基準値よりも小さい第2下側基準値より小さいとき、前記目標送風量の候補値が最大値となり、さらに前記偏差が前記第2下側基準値と前記第2上側基準値との間の値であるとき、前記偏差が大きくなるほど前記目標送風量の候補値が小さくなるように設定されて前記候補値と前記偏差とが1対1で対応づけられている第2風量マップ(Hb)を記憶する第2記憶部(40)を備え、
    前記ウォームアップの中途である前記判定部が判定したとき、前記第2決定部は、前記偏差と前記第2風量マップとに基づいて前記目標送風量の候補値を決める請求項5に記載の電子制御装置。
  7. 前記推定吹出温度が第3上側基準値よりも大きいとき、前記目標送風量の候補値が最大値となり、かつ前記推定吹出温度が前記第3上側基準値未満である第3下側基準値未満であるとき、前記目標送風量の候補値が最小値となり、さらに前記推定吹出温度が前記第3下側基準値と前記3上側基準値との間の間の値であるとき、前記推定吹出温度が大きくなるほど前記目標送風量の候補値が大きくなるように設定されて前記候補値と前記推定吹出温度とが1対1で対応づけられている第3風量マップ(Ha)を記憶する第3記憶部(40)を備え、
    前記第1決定部は、前記推定吹出温度と前記第3風量マップとに基づいて前記目標送風量の候補値を決める請求項6に記載の電子制御装置。
  8. 前記所定値は、前記第3風量マップにおける前記目標送風量の候補値の前記最小値よりも、大きい請求項7に記載の電子制御装置。
  9. 前記判定部は、前記推定吹出温度と前記必要吹出し空気温度との偏差に基づいて、前記ウォームアップが中途状態であるか否かを判定する請求項1ないし8のいずれか1つに記載の電子制御装置。
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