JP2829024B2 - 自動車用空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車用空気調和装置に係り、特に、外気温
度が低いときに自動車室内の除湿を良好に行うに好適な
自動車用空気調和装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図に、可変容量コンプレッサ６を備えたリヒート
エアミックス形空気調和装置の従来例を示す。

この従来例は、外気導入と内気循環とを切り換えるエ
アインテークドア１とブロア２とを内蔵したエアインテ
ークボックスＩと冷房時に冷媒を蒸発させるエバポレー
タ３を備えたクーリングユニットＣと、エンジンで加熱
された冷却水を熱源として循環させるヒータコア５を備
えかつ上記ヒータコアへの配風量を制御するエアミック
スドア４を備えてなるヒータユニットＨとで構成されて
いる。

前記エバポレータ３は、コンプレッサ6,コンデンサ7,
膨脹弁９に接続されて冷凍サイクルを構成している。８
はコンデンサ７を空冷するファンである。

制御装置21は、図示しない操作手段によって温度，湿
度の目標値が設定されたとき、膨脹弁9,制御弁10,電磁
クラッチ19を制御し、温度，湿度が目標値となるように
制御する。

前記エバポレータ３には、エバポレータ温度センサ20
が設けられていて、その検出信号出力を制御装置21に入
力する。該制御装置21はエバポレータ３の凍結を防止す
るため、該エバポレータ３の温度が凍結設定温度以下に
なった場合に電磁クラッチ19の通電を遮断して冷凍サイ
クルの運転を休止させる。

この種の空気調和装置に関しては、特開昭57−74204
号公報「車両用空気調和装置」、特開昭58−43340号公
報「冷凍サイクル制御方法」、及び特開昭62−166108号
公報「自動車用空気調和装置の制御方法及び装置」が公
知である。

前記特開昭57−74204号公報に係る従来技術は、エバ
ポレータのみによる温度制御を可能にして不必要なエバ
ポレータの作動を排除し、エバポレータの駆動用動力消
費の節減を図ったものである。

また特開昭58−43340号公報に係る従来技術は、エバ
ポレータ直後の空気温度等および室温を検出し、これら
の検出信号値に基づいてコンプレッサ容量を段階的に制
御するとともに該コンプレッサの運転停止を制御して、
冷凍サイクルをその時点における負荷に応じた最適能力
で作動させ、消費動力の節減と過冷房の防止とを図るも
のである。

また特開昭62−166108号公報に係る従来技術は、冷媒
流量を制御する制御弁を設けると共に、車内の温度，湿
度に応じて上記制御弁を電気制御し、これによりコンプ
レッサの吐出容量を制御してエバポレータの冷却能力を
調節して過除湿を防止するとともに、リヒート方式空気
調和の効率改善を図るものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記の各公知技術は、いずれも、外気温度が０℃付近
の場合において除湿に関する特別の問題点については考
慮していなかった。

即ち、外気温が０℃付近の場合に除湿が過度であると
エバポレータが急速に凍結し、一方、除湿不足であると
窓曇りが発生するという問題が有る。

上記のエバポレータ凍結防止と窓曇り防止とを外気温
が０℃付近の状態で完全に両立させることは、現段階で
は不可能である。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、窓曇
りを防止しえる最低限程度の除湿を行いつつエバポレー
タの完全凍結に至る時間を最大限に引き延ばす自動車用
空気調和装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、循環する冷媒により空気を冷却するエバ
ポレータと、該エバポレータの冷媒入口側に設けられた
電磁式の膨張弁と、該膨張弁の前段に設けられ循環する
冷媒を空冷する放熱両調節装置付きのコンデンサと、電
磁クラッチON時にエンジン動力で駆動され前記エバポレ
ータから排出される冷媒を吸い込み圧縮して前記コンデ
ンサに排出する吐出容量調節装置付きのコンプレッサ
と、前記エバポレータに流入する空気の温度を検出する
第１温度センサと、前記エバポレータから流出する空気
の温度を検出する第２温度センサと、前記放熱量調節装
置を制御すると共に前記第１温度センサの検出温度に基
づき目標温度を決定し前記第２温度センサの検出温度が
該目標温度となるように前記吐出容量調節装置を制御す
る制御装置とを備える自動車用空気調和装置において、
前記第１温度センサの検出温度が設定値より低い場合に
は該設定値より低いエバポレータ凍結限界温度以下で且
つ該凍結限界温度近傍値を目標値として決定する手段
と、前記第２温度センサの検出温度が該目標値となるよ
うに前記吐出容量調節装置の吐出制御量を求め該吐出容
量調節装置を制御する手段と、該吐出制御量に基づき前
記膨張弁の絞り制御量を求め該膨張弁を制御する手段
と、エンジンが加速状態にあるか否かを判定する手段
と、エンジン加速状態にあると判定されたとき前記吐出
制御量を所定量と比較して前記コンプレッサの熱負荷が
大であるか小であるかを判定する手段と、該手段が熱負
荷大と判定したときは前記吐出容量調節装置の前記吐出
制御量を調節して前記コンプレッサの吐出容量を減少さ
せ熱負荷小と判定したときは前記電磁クラッチをOFFと
する手段とを前記制御装置に設けることで、達成され
る。

上述した凍結限界温度としては、空気中の水分がエバ
ポレータに着霜する虞のある上限温度状態を選択する。
具体的数値で言えば、例えば摂氏０度〜摂氏５度の範囲
内とするのが好適である。摂氏０度より低い値にする
と、凍結が速やかに進んでしまい、実用的でない。ま
た、摂氏５度より高いと、冷房能力を阻害することにな
り、急速冷房ができないという弊害を誘発することにな
る。更に、前記設定値としては、エバポレータの出口側
空気温度が上記凍結限界温度のとき窓を曇らせない程度
の外気温度を選択する。この設定値は、上記凍結限界温
度＋α℃となり、本発明者の実験によれば、摂氏5.5度
〜摂氏10.5度の範囲から選ぶことが適当である。

〔作用〕

外気温度が低くなりエバポレータが凍結する状態にな
ったとき、冷媒循環量や冷媒の放熱量を制御してエバポ
レータの出口側温度を凍結限界温度以下の近傍値に維持
すると、エバポレータへの着霜が徐々に進行し、窓ガラ
スの曇りを防止し得る程度の除湿の時間が長くなる。ま
た、このときの凍結限界温度の近傍値をエバポレータの
入口温度に依存させた温度にすると、エバポレータの出
口側温度が常に外気温度より低くなるようにすることが
でき、凍結が進まないつまり除湿ができないという事態
も回避できる。

本発明では、吐出容量制御と膨張弁制御の両方を併用
するため、きめ細かな制御が可能となり、凍結限界温度
よりわずかに低い所定温度に制御できる。更に、エンジ
ン加速時に熱負荷の大きさにおり吐出容量を減少させる
か電磁クラッチOFFとするかを決めるため、加速性を犠
牲にすることなく、しかも除湿を行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る自動車用空気調和
装置の要部構成図である。インテークドア1,ブロワ2,エ
バポレータ3,エアミックスドア4,ヒータコア5,コンプレ
ッサ6,ファン８は第３図で説明した従来装置と同様ある
いは類似のものである。

コンプレッサ６は、エバポレータ３で蒸発した冷媒を
圧縮するものであり、このコンプレッサ６の入口に設け
た制御弁10は該コンプレッサ６の本実施例における吐出
容量調節装置であって、冷媒流路の絞り量を変えてコン
プレッサ６の入口冷媒圧力（Ps）を所定値以上に保つ。

上記制御弁10は、図示しないソレノイド駆動手段を内
蔵していて、該ソレノイド駆動手段に印加される電圧
（Vs）が上昇すると冷媒を絞り、前記入口冷媒圧力（P
s）を上昇させるように作用する。

コンデンサ７は、コンプレッサ６で圧縮された高温高
圧の冷媒が有している顕熱を、ファン８で送られる冷却
空気中に逃して、高温高圧冷媒を液冷媒に変化させる。

膨張弁９は、エバポレータ３に供給する液冷媒の流量
を制御する。

エバポレータ３の出口空気温度（Te）は、該エバポレ
ータ３内における冷媒蒸発温度とほぼ等しくなるが、該
冷媒蒸発温度よりも若干高目になる。

前記エバポレータ３の冷媒圧力（Pe）と、前記コンプ
レッサ６の入口冷媒圧力（Ps）との間には、その間の配
管圧力損失分の冷媒圧力差（Pe−Ps）を生じる。

前記のコンデンサ７とファン８との間にシャッタ11を
設ける。このシャッタ11が上記コンデンサ７の放熱量を
制限的に調節する本実施例における放熱量調節装置であ
る。

上記シャッタ11の駆動装置12は、パルスが加えられる
と、パルス数Nmに比例して回動し、コンデンサ７の通風
量を加減する。

コンデンサ７の通風が妨げられると該コンデンサの放
熱量が減少、コンプレッサ６の出口冷媒圧力（Pd）が上
昇する。

前記の膨張弁９はソレノイド駆動手段を内蔵してい
て、該ソレノイド駆動手段に印加される電圧（Ve）が上
昇すると該膨張弁９が絞られて、エバポレータ３に供給
される液冷媒量が減少する。

エバポレータ３の空気入口側には入口温度センサ16
が、空気出口側には出口空気温度センサ17が、それぞれ
設けられていて、これらセンサの出力信号は制御回路13
に入力される。本実施例では、両センサ16,17と制御回
路13とで自動車用空気調和装置の制御装置が構成され
る。

制御回路13は、後述するテーブル値を格納した記憶手
段を有するマイクロチップでなるマイクロコンピュータ
14および増幅回路15から成り、該増幅回路15はマイクロ
コンピュータ14の指令を受けて、前記の制御弁10,コン
プレッサ６の電磁クラッチ19,膨張弁9,及びシャッタ駆
動装置12を制御する。

前記マイクロコンピュータ14は、アナログ電圧をディ
ジタル２進数に変換するA/D機能、及び、一定時間間隔
でプログラムを起動させるタイマ機能を有している。

次に、上記マイクロコンピュータ14の動作について、
第２図に示したフロー図と前記の第１図とを参照しつつ
説明する。

このフローは、マイクロコンピュータ14のタイマ機能
により、所定時間間隔（本例においては100msec）毎に
実行される。

ステップ100では、入口空気温度センサ16の検出信号T
iを制御回路13に入力し、マイクロコンピュータ14はこ
の検出信号TiをA/S変換して取り込む。

ステップ101では、マイクロコンピュータ14に記憶さ
せてあるテーブルに従い、前記の値Tiを用いてエバポレ
ータ出口の目標空気温度Teoを決定する。本例において
は、第１の設定値を7.5℃とし、これに対応する第２の
設定値を２℃としている。

先に述べたように、第２の設定値はエバポレータの凍
結限界温度に基づいて定める。

従って、本発明を実施する際、適用車両や適用空調機
の仕様によって第２の設定値を変える。

この第２の設定値が低すぎるとエバポレータの凍結が
急速に進行し、高すぎると急速冷房ができないという問
題を生じるので、通常の条件においては０℃〜５℃の範
囲内の値とすることが望ましい（本例においては２
℃）。

本例における第１の設定値は次の如く算定した。

第２の設定値＋５℃＋0.5℃ …（１） ＝２℃＋５℃＋0.5℃＝7.5℃ 上記（１）式の第２項の５℃は、吸入された外気が入
口温度センサ16まで流れる間に、エンジンの熱で温めら
れて昇温する温度差である。

また、同式の第３項の0.5℃は曇り防止のための余裕
である。

本例における第１の設定値の算出方法からも理解でき
るように、第１の設定値の算出については当該空調装置
を設備した自動車の運転条件も加味される。本発明を実
施する場合は、実験データに基づいて標準的な運転条
件、並びにその変動範囲を想定して該第１の設定値を定
めると良い。

第２のステップ101に示した、Ti−Teo関係テーブルは
次のようにして定めた。

（ａ）Teo＜２℃の領域（Ti＜7.5℃の領域） エバポレータ３が完全に凍結してしまうまでに２時間
の余裕時間が得られるように目標空気温度Teoを定め
た。

（ｂ）Teo＞２℃の領域（Ti＞7.5℃の領域） （ｂ−１）7.5℃＜Ti＜20℃の領域 窓が曇らない程度の最小限の除湿が出来るように目標
空気温度Teoを定めた。

（ｂ−２）Ti＞20℃の領域 快適な吹出温度が得られるように目標空気温度Teoを
定めた。

ステップ102で、出口空気温度センサ17の検出信号Te
を制御回路13に入力し、A/D変換して取り込む。

ステップ103では、前記Teo（目標温度）とTe（実測温
度）との温度差Teo−Teを算出して係数Ａを乗じ、前記
制御弁10のソレノイドに印加する電圧を、どれだけ増減
すべきか計算する。そして、現時点まで印加していた電
圧Vsをベースに、新たな印加電圧Vs′を算出する。

ステップ104では、上記新たな印加電圧Vs′が制御可
能範囲に入るよう、最大電圧及び最小電圧を制限し、前
記制御弁10のソレノイド駆動手段に印加する電圧Vsとす
る。

ステップ105では、第１図に示したエンジン制御回路1
8が加速時に発生する信号（例えばスロットル弁開度増
加信号）の有無により加速状態の判定を行う。

加速状態であると判定されたときはステップ106で、
前記Vsを最大電圧Vsmとし、コンプレッサの吐出容量を
減少させ、ステップ107に進む。

ステップ107では、ソレノイド印加電圧Vs′が所定値V
soよりも小さく、熱負荷が大きいか否かを判断する。

熱負荷が小さい場合は、コンプレッサ６の吐出容量が
小さく、その動力消費が少ない状態である。該消費動力
を更に低減してエンジンの加速性を良くするため、ステ
ップ108で、コンプレッサ６の電磁クラッチ19の通電を
遮断してクラッチOFFとする。

一方、熱負荷が大きいときはコンプレッサ６の吐出容
量が大きく、その動力消費が大きい状態である。この場
合はステップ106に示した制御だけでコンプレッサ６の
動力消費が軽減され、エンジンの加速性が向上するの
で、ステップ109に進んで電磁クラッチ19に通電してク
ラッチONとする。

ステップ110では、マイクロコンピュータに記憶させ
てあるVs−Ve特性により、前記のVs（制御弁10の印加電
圧）に基づいてVe（膨張弁９の印加電圧）を求める。

この動作は、制御弁10の印加電圧Vsが高くて冷媒が絞
られ、エバポレータ３内の冷媒圧力（Pe）が高い場合、
該エバポレータ３に供給する液冷媒を、それに合わせて
絞るものである。

このようにして、Vsに相当する電圧が制御弁10のソレ
ノイド駆動手段に、Veに相当する電圧が膨張弁９のソレ
ノイド駆動手段に、それぞれ印加される。

外気温が低い場合は、ファン８によって低温の冷却風
を吹きつけられるので、コンデンサ７の放熱量が大きく
なる。このため、コンプレッサ６の出口冷媒圧力（Pd）
が低下する。

上記コンプレッサ６は可変容量形であって、冷媒圧力
に応じて吐出容量が変化する。このため、前記のTeo
（エバポレータ出口の目標空気温度）が得られるよう
に、前記のシャッタ11を閉じてコンデンサ７の放熱量を
制限する。このため、ステップ111で、マイクロコンピ
ュータに記憶させてあるTeo−Nm特性に基づいて、シャ
ッタ駆動装置12に加えるパルス数Nmを算出し、出力す
る。

以上の処理が終了したら、前述したタイマ機能によっ
て同様の動作が再実行されるまで、100msecのうちの残
り時間を待機する。

以上に説明した実施例によれば、外気温が低い場合に
おいても、エバポレータの凍結進行を徐々ならしめて、
完全凍結までに２時間の余裕を得、かつ、この間、窓の
曇りを防止して良好な視界が確保される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、外気温が低くてエバポレータ凍結及
び窓曇り発生の虞が有る場合、エバポレータ出口の空気
温度が凍結限界よりも若干低くなるように制御すること
により、エバポレータの凍結を徐々に進行せしめつつ、
窓曇りを防止し得る程度の除湿を行い、視界を良好に保
つことが出来る。

また、コンデンサの放熱量を制限すると、コンプレッ
サ出口の冷媒圧力の過度の低下を防止して、可変容量形
コンプレッサの作動を安定させると共に、除湿量の制御
範囲を広くすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る自動車用空気調和装置
の要部構成図、第２図は第１図に示す制御装置が実行す
る制御手順を示すフローチャート、第３図は従来の自動
車用空気調和装置の要部構成図である。 １……エアーインテークドア、２……ブロワ、３……エ
バポレータ、４……エアミックスドア、５……ヒータコ
ア、６……コンプレッサ、８……ファン、９……膨脹
弁、10……制御弁、11……シャッタ、12……シャッタ駆
動装置、16……入口空気温度センサ、17……出口空気温
度センサ、19……電磁クラッチ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】循環する冷媒により空気を冷却するエバポ
   レータと、該エバポレータの冷媒入口側に設けられた電
   磁式の膨張弁と、該膨張弁の前段に設けられ循環する冷
   媒を空冷する放熱量調節装置付きのコンデンサと、電磁
   クラッチON時にエンジン動力で駆動され前記エバポレー
   タから排出される冷媒を吸い込み圧縮して前記コンデン
   サに排出する吐出容量調節装置付きのコンプレッサと、
   前記エバポレータに流入する空気の温度を検出する第１
   温度センサと、前記エバポレータから流出する空気の温
   度を検出する第２温度センサと、前記放熱量調節装置を
   制御すると共に前記第１温度センサの検出温度に基づき
   目標温度を決定し前記第２温度センサの検出温度が該目
   標温度となるように前記吐出容量調節装置を制御する制
   御装置とを備える自動車用空気調和装置において、前記
   第１温度センサの検出温度が設定値より低い場合には該
   設定値より低いエバポレータ凍結限界温度以下で且つ該
   凍結限界温度近傍値を目標値として決定する手段と、前
   記第２温度センサの検出温度が該目標値となるように前
   記吐出容量調節装置の吐出制御量を求め該吐出容量調節
   装置を制御する手段と、該吐出制御量に基づき前記膨張
   弁の絞り制御量を求め該膨張弁を制御する手段と、エン
   ジンが加速状態にあるか否かを判定する手段と、エンジ
   ン加速状態にあると判定されたとき前記吐出制御量を所
   定量と比較して前記コンプレッサの熱負荷が大であるか
   小であるかを判定する手段と、該手段が熱負荷大と判定
   したときは前記吐出容量調節装置の前記吐出制御量を調
   節して前記コンプレッサの吐出容量を減少させ熱負荷小
   と判定したときは前記電磁クラッチをOFFとする手段と
   を前記制御装置に設けたことを特徴とする自動車用空気
   調和装置。