JP2595508B2 - 自動車用温水式暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、暖房用熱交換器を通過する温水流量を調節
して、この暖房用熱交換器を通過する空気温度を調節す
る自動車用温水式暖房装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、自動車のエンジンの冷却を果す冷却水を温水と
して利用し、空気を加熱する暖房装置あるいは空気調和
装置が一般に知られている。このエンジンの冷却水は一
般にエンジンによって駆動されるポンプによって流され
るため、エンジン回転数によって、この冷却水の流量は
変動を受ける。そこで、エンジンの冷却水流路と並列に
暖房用熱交換器を設け、さらにこれと直列に直流モータ
によって駆動されるポンプと流量調節弁とを設けて暖房
用熱交換器に流通する温水流量を制御するものが一般に
知られている。また、流量制御弁を設けず、直流モータ
で駆動されるポンプの流量を調節して暖房用熱交換器に
流通する温水流量を制御するものも一般に知られてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の自動車用温水式暖房装置においては、暖房用熱
交換器に温水を流すポンプの流量は、最大暖房時の量に
設定してあり、流量調節弁によって流量を絞っている。
また、この流量調節弁を設けず、直流モータで駆動され
るポンプの流量を調節するものにあっては、直流モータ
の回転数によって、流量を調節している。このようなも
のでは、流量を少なく調節することが非常に困難であ
る。流量調節弁は、全閉状態と最小開度状態との差が大
きく、しかもポンプは最大の流量となっており、流量を
少なく調節するのは難しい。また、直流モータで駆動さ
れるポンプは、回転数０の状態と最小回転数状態との間
に差が大きく、回転数を小さく制御することは難しい。
このため、温水流量が少ない領域では、流量調節弁の開
度変化あるいは直流モータの回転数変化に対する流量の
変化は大きく、温水流量が多い領域では流量調節弁の開
度変化あるいは直流モータの回転数変化に対する流量の
変化は小さい。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、暖房用熱交換器に流
入する温水流量が少ない領域においても、温水流量を正
確に調節することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前述の目的を達成するために、自動車のエ
ンジンにより加熱された温水を導入し、通過空気を加熱
する暖房用熱交換器と、 この暖房用熱交換器に温水を供給する温水流路に設け
られ、温水流路の流量を調節する流量調節弁と、 前記温水流路に設けられ、その回転数に応じて吐出流
量が可変なる流量制御ポンプと、 入暖房負荷に応じて前記流量調節弁の目標弁開度を算
出する目標弁開度算出手段と、 前記流量調節弁の目標弁開度が所定値より小さい所定
範囲では、前記流量制御ポンプの回転数を一定値以下に
保つように制御すると共に、前記流量調節弁の実際の弁
開度を調節して前記暖房用熱交換器に流通する温水流量
を調節し、 前記流量調節弁の目標弁開度が前記所定値より大きい
所定範囲では、前記流量調節弁の実際の弁開度を一定値
以上に保たれるように調節し、前記流量制御ポンプの回
転数を調節して前記暖房用熱交換器に流通する温水流量
を調節する制御装置とを備えることを技術的手段として
採用する。

〔作用および効果〕

以上に述べた発明の構成によると、暖房用熱交換器
は、それを通過する温水と空気との間で熱交換をなし、
空気を加熱する。この空気の温度を調節するために、暖
房用熱交換器に温水流量を流量調節弁と流量制御ポンプ
で調節する。これら、流量制御ポンプおよび流量調節弁
の制御状態は、制御装置によって制御される。

制御装置は、流量調節弁の目標弁開度が所定値より小
さい範囲では、流量制御ポンプの回転数を一定値以下に
保つように制御すると共に、流量調節弁の実際の弁開度
を調節して暖房用熱交換器に流通する温水流量を調節す
る。つまり、暖房用熱交換器にてあまり空気を加熱する
必要がないときには、弁開度を小さくするのであある
が、弁開度が小さい範囲では、弁開度の少しの動きで変
動流量が大となる。さらに、この際流量制御ポンプの回
転数が大では、この変動流量を大きくし、暖房用熱交換
器からの吹出温度の変動も大きくなる。そこで、流量制
御ポンプの回転数を一定値以下の低い値として必要以上
に回転数を上げないで経済的な運転を行うことができ
る。また、弁開度を調節することで吹出温度の変動を小
さくでき、この結果、正確で容易な温度調節が可能とな
る。

一方、制御装置は、流量調節弁の目標弁開度が所定値
より大きい範囲では、流量調節弁の実際の弁開度を一定
値以上に保たれるように調節し、流量制御ポンプの回転
数を調節して暖房用熱交換器に流通する温水流量を調節
する。つまり、暖房用熱交換器にて空気をある程度加熱
する必要があるときは、流量調節弁の弁開度を一定値以
上の大きな値とし、温水回路内の流路抵抗を小さくする
ことができる。これにより、流路制御ポンプの回転数を
必要以上あげないで、経済的な運転が行える。また、流
量制御ポンプの回転数を、暖房用熱交換器の必要暖房能
力に応じた値とすることで、正確で容易な温度調節がで
きる。

〔実施例〕

第１図は本発明による自動車用空気調和装置の一実施
例の構成であってリヒート方式のものを示している。

第１図において、空気調和装置（エアコン）１の空気
通路２と、外気取入通路３及び内気取入通路４との連結
部に内外気切り換えダンパ５が設けられており、該内外
気切り換えダンパ５により選択されて取り込まれた空気
はブロワ６により、その流量が選択され、次に、エバポ
レータ７により冷却され、次にヒータコア８により暖め
られ、吹出切り換えダンパ９により選択された吹出口を
介して車室10内に噴出される。ここで上記エバポレータ
７にはエンジン11の駆動力がクラッチ12を介して供給・
遮断されるコンプレッサ13を含む冷凍サイクル14より冷
媒が供給され、又、上記ヒータコア８にはエンジン11の
冷却水がウォータバルブ15を介して供給されるようにさ
れ、それぞれ空気を冷却及び加熱する。なお、エンジン
11からの冷却水取り出し部a,bの管内圧力は略等しいも
のとする。

ウォータバルブ15は第２図に図示する如き構成をと
り、ダイアフラム式のアクチュエータ16の負圧変化に伴
い一体となって図面上下方向に移動する往路側バルブ17
及び復路側バルブ18の各位置に応じて、エンジン11側か
らヒータコア８側に供給される温水の流量と、ヒータコ
ア８内を流れる間に冷却され再びヒータコア８側に供給
される冷水の流量との混合比が決定され、ヒータコア８
に供給されるエンジン冷却水の全体としての温度を決定
する。

再び第１図において、アクチュエータ16の空気取り入
れ通路には、図示しないエンジン吸気管側との連通路を
開閉制御するホットバルブ19と、大気との連通路を開閉
制御するクールバルブ20とが配設されている。又、往路
側バルブ17からヒータコア８に通ずる通路にモータポン
プ21が設けられている。このモータポンプ21は、制御回
路32の指令により、回転数を自在に設定でき、その流量
が可変である。ウォータバルブ駆動手段37は、ホットバ
ルブ19とクールバルブ20とを開閉するものであり、電磁
石式のアクチュエータなどである。ウォータポンプ駆動
手段40は、直流モータとこの直流モータに印加される電
圧を調節する回路とから成り、例えばレジスタによって
直流モータに印加される電圧を調節するものや、印加す
る電圧をパルス電圧とし、トランジスタ回路などによっ
て、このパルス電圧の実効値を変化させるものなどであ
る。

エアコン１には運転状態及び雰囲気状態を検出するた
めの各種センサ類、及び運転条件を指示するための条件
指示手段が設けられており、これらの入力手段群は制御
回路32による温度制御のためのデータを提供する。即
ち、外気温センサ22による外気温情報、内気温センサ27
による内気温情報、日射センサ28による日射情報及び温
度設定器30からの目標温度情報は、後述する如き必要吹
出温度を計算するためのデータとして用いれられ、又、
ダクトセンサ23によるエバ後温度情報及び水温センサ26
によるエンジン冷却水温度情報は算出された必要吹出温
度データと共にアクチュエータ16の目標ストローク量
（目標位置）を計算するために使用され、又、ポジショ
ンセンサ24によるアクチュエータ16の実位置情報は算出
された目標位置データと共にアクチュエータに対する制
御量を計算するために用いられる。

又、条件指示手段の１つであるスイッチパネル29は、
各種の運転モード、例えば、自動運転モード、手動運転
モードなどを指示するための使用される。

制御回路32はイグニッションスイッチ33がオン操作さ
れ、電源回路34により定電圧が印加されると、上記スイ
ッチパネル29、温度設定器30により設定された条件のも
とで上記センサ類からの検出信号に基づいて所定の演算
処理を行い、各種の駆動手段を制御する。ここでこの駆
動手段には、内外気切り換えダンパ５を駆動する内外気
切り換えダンパ駆動手段35、ブロワ６を駆動するブロワ
駆動手段36、ホットバルブ19及びクールバルブ20を駆動
するウォータバルブ駆動手段37、吹出切り換えダンパ９
を駆動する吹出切り換えダンパ駆動手段38、モータポン
プ21を駆動するポンプモータ駆動手段40、及び上述した
如きエンジン11からコンプレッサ13への駆動力伝達を断
・続するクラッチ12がある。

次に制御回路32による処理動作の主要部分を第３図の
フローチャートを参照しつつ説明する。

イグニッションスイッチ33をオンすると、制御回路32
は処理を開始する。そして処理が進行しステップ101に
到達すると、ステップ101を実行し上記各種センサ類即
ち入力手段群からの入力信号を順次取り込む。

次にステップ102を実行し、上記ステップ101にて取り
込まれた各種データを基に必要吹出し温度Taoを算出す
る。この温度Tao算出に当っては、次の式即ち Tao＝Ks・Ts−Kr・Tr−Kam・Tam−Ksun・Tsun−Ｃ （但し、Ks、Kr、Kam、Ksun、Ｃはそれぞれ定数、Tsは
設定温度即ち目標温度、Trは車室内温度、Tamは車室外
温度、Tsunは日射の強さを表す。）を用いる。又、ステ
ップ102において、上記の如く算出した必要吹出温度Ta
o、ダクトセンサ23によるエバ後温度情報及び水温セン
サ26によるエンジン冷却水温情報に基づいてアクチュエ
ータ16の目標ストローク量SWを算出する。

次にステップ103を実行し、上記ステップ102にて算出
された目標ストローク量SWから、アクチュエータ16の補
正目標ストローク量SW′を算出する。

次のステップ104は、実際のウォータバルブ開度がS
W′と一致するように、バルブ駆動回路37へ信号を出力
する処理を行なうステップである。

次のステップ105は、目標ストロークSWからポンプモ
ータ印加電圧VWを算出するステップである。

ステップ106は、ステップ105で算出したVWをポンプモ
ータ駆動回路40へ信号として出力する。

第４図に、目標ストロークSWに対する吹出温度（第４
図（ａ））、補正目標ストロークSW′によるウォータバ
ルブ15の開度（第４図（ｂ））、およびポンプモータ印
加電圧VWによるモータポンプ回転数21の回転数（第４図
（ｃ））のそれぞれの変化を図示する。破線は、従来の
技術によるものを示し、モータポンプ21の回転数を最大
で一定としたときのウォータバルブ15の開度と吹出温度
の変化とを示す。

本実施例の場合、目標ストロークSWがMAX COOLとMAX
HOTとの中間、すなわち50（％）を境にして、50
（％）以下ではモータポンプ21の回転数は最低の回転数
に保たれており、ウォータバルブ15の開度のみによって
吹出温度が調節される。しかも、目標ストロークSWが50
（％）では、ウォータバルブ15の開度は全開となる。目
標ストロークSWが50（％）以上では、ウォータバルブ15
の開度は変化せず、全開に保たれ、モータポンプ21の回
転数を上昇させて温水流量を増加させ吹出温度を調節す
る。

第４図（ａ）に示されるように、目標ストロークSWに
対する吹出温度の変化は、略直線的になり、目標ストロ
ークSWがMAX COOLに近い範囲においても、吹出温度の
変化量は略一定で、目標ストロークSWによく比例してい
る。これにより目標ストロークSWが比較的小さい範囲で
も吹出温度を正確に調節することができる。

本実施例では、目標ストロークSWが50（％）を境にし
て50（％）以下ではモータポンプ回転数一定でウォータ
バルブ開度のみ変化させ、50（％）以上ではウォータバ
ルブ開度一定でモータポンプ回転数のみ変化させて、吹
出温度を調節するようにしたが、第５図（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に示すように、ウォータバルブ開度とモ
ータポンプ回転数との両方が変化する領域を設けてもよ
い。

また、第６図のように往路側のウォータバルブ17のみ
を設け、このウォータバルブ17を駆動手段41によって駆
動するようにしてもよい。

この第６図の実施例では、第１図の実施例のフローチ
ャートを示す第３図のステップ102とステップ103にあた
る作動は、往路側のウォータバルブ17の開度を演算する
ことであり、ステップ104にあたる作動は、制御装置32
の指令により、駆動手段41がウォータバルブ17の開度を
調節することである。

このように本発明を自動車用空調装置に適用すると、
目標ストロークSWに対する吹出温度の変化が直線的にな
るため、従来のものに比べてより正確で容易な温度調節
が可能となる。

さらに、以上に述べた実施例では冷房機能を有する自
動車用空調装置についてのみ述べたが、本発明は暖房機
能のみ備える自動車用暖房装置についても適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した一実施例である自動車用空気
調和装置の構成図、第２図は第１図に示すウォータバル
ブの概略構成図、第３図は本発明による処理の主要部を
示すフローチャート、第４図は第１図に示す一実施例
の、目標ストロークSWに対する吹出温度、ウォータバル
ブ開度、およびモータポンプ回転数の変化を示す特性
図、第５図は他の実施例による目標ストロークSWに対す
る吹出温度、ウォータバルブ開度、およびモータポンプ
回転数の変化を示す特性図、第６図は他の実施例である
自動車用空調装置の構成図である。 １……自動車用空気調和装置,7……エバポレータ,8……
ヒータコア,10……車室内,11……エンジン,15……ウォ
ータバルブ,21……モータポンプ,32……制御回路。

フロントページの続き (72)発明者 岩田 知己 刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電装株 式会社内 (72)発明者 梶野 祐一 刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電装株 式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−145617（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車のエンジンにより加熱された温水を
   導入し、通過空気を加熱する暖房用熱交換器と、 この暖房用熱交換器に温水を供給する温水流路に設けら
   れ、温水流路の流量を調節する流量調節弁と、 前記温水流路に設けられ、その回転数に応じて吐出流量
   が可変なる流量制御ポンプと、 暖房負荷に応じて前記流量調節弁の目標弁開度を算出す
   る目標弁開度算出手段と、 前記流量調節弁の目標弁開度が所定値より小さい所定範
   囲では、前記流量制御ポンプの回転数を一定値以下に保
   つように制御すると共に、前記流量調節弁の実際の弁開
   度を調節して前記暖房用熱交換器に流通する温水流量を
   調節し、 前記流量調節弁の目標弁開度が前記所定値より大きい所
   定範囲では、前記流量調節弁の実際の弁開度を一定値以
   上に保たれるように調節し、前記流量制御ポンプの回転
   数を調節して前記暖房用熱交換器に流通する温水流量を
   調節する制御装置とを備えることを特徴とする自動車用
   温水式暖房装置。