JP3578143B2 - 自動車用空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、暖房用熱交換器に供給される温水流量を制御する流量制御弁を備え、暖房用熱交換器として、温水の入口側タンクから温水の出口側タンクに向かって一方向のみに温水が流れる一方向流れタイプを用いた自動車用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用空調装置の吹出空気の温度制御方式として、暖房用熱交換器への温水流量を制御して、吹出空気温度を制御する方式のものが知られている。この温水流量制御方式は、冷風と温風の混合割合をエアミックスダンパにより制御して、吹出空気温度を制御するエアミックス方式に比して、次のごとき利点を有している。
【０００３】
すなわち、温水流量制御方式では、エアミックス方式における冷風と温風を混合するための混合空間を必要としないので、その分通風ダクト系の容積を小型化でき、また同時に混合空間の廃止により通風抵抗を低減して、送風機電力及び送風騒音の低減を図ることができる等の利点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、暖房用熱交換器として、温水の入口側タンクから温水の出口側タンクに向かって一方向のみに温水が流れる一方向流れタイプを用いた場合、その吹出空気温度の分布は、図２の温度幅領域Ｔに示すように、暖房用熱交換器の入口側が最も高温となり、出口側へ行くにつれて吹出温度が低下する分布となる。
【０００５】
従って、暖房用熱交換器の下流側において、上記入口側から出口側へ複数の吹出口を順次配置した場合、複数の吹出口から同時に空調風を吹き出すときには、複数の吹出口からの吹出空気の温度差が過度に大きくなりすぎてしまうという問題が発生する。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑み、暖房用熱交換器として、温水の入口側タンクから温水の出口側タンクに向かって一方向のみに温水が流れる一方向流れタイプを用いたとしても、吹出空気の温度差が過度に大きくなりすぎることを防止できる自動車用空調装置の実現を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
すなわち、請求項１記載の発明では、温水供給源（１）から暖房用熱交換器（３）に供給される温水流量を制御するための流量制御弁（４）と、暖房用熱交換器（３）を通過して温度制御された空調風を、車室内の複数部位に向けて吹き出す複数の吹出口（９、１１、１２）とを備え、暖房用熱交換器（３）は、温水の入口側タンク（３ａ）から温水の出口側タンク（３ｂ）への一方向のみに温水が流れる一方向流れタイプとして構成されており、複数の吹出口（９、１１、１２）は、暖房用熱交換器（３）の下流側において、上記入口側から上記出口側へ順次配置されており、入口側タンク（３ａ）と通風ダクト（８）との間に形成され、暖房用熱交換器（３）をバイパスする空気が流れるバイパス風路（８ａ）と、バイパス風路（８ａ）を開閉するダンパ（８ｂ）とを備え、複数の吹出口（９、１１、１２）から同時に空調風を吹き出すときに、ダンパ（８ａ）を開くことを特徴としている。
【０００９】
このような構成によると、複数の吹出口（９、１１、１２）から同時に空調風を吹き出すときにおいても、ダンパ（８ｂ）を開くことにより、冷風を暖房用熱交換器（３）の上記入口側に直接流入させ、その結果として、複数の吹出口（９、１１、１２）からの吹出空気の温度差が過度に大きくなりすぎることを防止できる。
【００１０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１〜図１１は本発明の第１実施形態を示すものである。１は自動車走行用の水冷式エンジン、２はエンジン１により駆動されるウオータポンプで、エンジン１の冷却水回路（温水回路）に水を循環させるものである。３はエンジン１から供給される温水と送風空気とを熱交換して、送風空気を加熱する暖房用熱交換器（ヒータコア）、４は本発明による流量制御弁で、温水出入口を３つ有する三方弁タイプのものであり、その詳細構造は後述する。
【００１３】
５は暖房用熱交換器３と並列に設けられたバイパス路、６は定差圧弁（圧力応動弁）であり、その前後の差圧が予め定めた所定値に達すると開弁するものであって、エンジン１の回転数変動によりウオータポンプ２の吐出圧が変動しても、暖房用熱交換器３の前後圧を一定に近づける役割を果たすものである。７は温度センサで、熱交換器３が設置される自動車用空調装置の通風ダクト（ヒータケース）８（図２参照）内において、熱交換器３の空気下流側で、かつ車室内への各種吹出口９〜１２の分岐点直前の部位に設置される。この温度センサ７は、サーミスタよりなり、車室内に吹き出す温風温度を検出するものである。
【００１４】
図２において、吹出口９は車室内の乗員顔部に向けて空気を吹き出す上方（フェイス）吹出口であり、吹出口１０は自動車前面窓ガラスに空気を吹き出して窓ガラスの曇りを除去するデフロスタ吹出口であり、吹出口１１は前席乗員の足元に空気を吹き出す前席用足元吹出口であり、吹出口１２は後席乗員の足元に空気を吹き出す後席用足元吹出口である。
【００１５】
１３は車室内温度制御の目標温度（乗員の希望温度）を設定するための温度設定器で、乗員により手動操作可能なスイッチ、あるいは可変抵抗器等よりなる。１４は外気温度、温水温度、日射量等の車室内温度制御に関係する環境因子の物理量を検出するセンサ群である。１５はこれらのセンサ７、１４及び温度設定器１３等からの入力信号に基づいて温度制御信号を出力する空調制御装置で、マイクロコンピュータ等よりなる。
【００１６】
１６はこの空調制御装置１５からの温度制御信号により制御されるサーボモータで、流量制御弁４の弁体１７を回転駆動するための弁体作動手段を構成する。ここで、弁体作動手段としては、サーボモータ１６のような電気的アクチュエータに限らず、周知のレバー、ワイヤ等を用いた手動操作機構であってもよい。図３は流量制御弁４を示すもので、上記弁体１７は本例では樹脂材料にて円柱状形状に成形され、やはり樹脂にて円筒状に成形された弁ハウジング１８内に回動可能に配置され、収納されている。従って、弁体１７は回動可能なロータである。
【００１７】
上記弁ハウジング１８には、エンジン１からの温水が流入する温水入口パイプ１９、この温水入口パイプ１９から流入した温水を熱交換器３に向けて流出させる温水出口パイプ２０、及び熱交換器３のバイパス回路５に向けて温水を流出させるバイパス出口パイプ２１が一体成形されている。円柱状の弁体１７には、上記各パイプ１９、２０、２１の開口面積を後述の所定の相関関係を持って調整する制御流路１７ａ、１７ｂが形成されている。２２は弁体１７を回動操作するためのシャフトで、弁体１７に一体に結合されている。このシャフト２２は弁ハウジング１８の外部に突出するようになっており、そして前記したサーボモータ１６のような電気的アクチュエータ、またはレバー、ワイヤ等を用いた手動操作機構に連結され、これらの機器により弁体１７を回動操作できるようにしてある。
【００１８】
２３、２４はゴム等の弾性材からなるシール部材で、その全体形状は中央部に開口を有する矩形状になっており、弁体１７の外周面と弁ハウジング１８の内周面との間に配置されている。このシール部材２３、２４は弁体１７の制御流路１７ａ、１７ｂを介することなく、直接パイプ１９、２０、２１間で温水が流通してしまうことを防ぐためのものであり、本例では温水入口パイプ１９及び温水出口パイプ２０に対応して２箇所設けているが、バイパス出口パイプ２１にも対応して設けてもよい。
【００１９】
本発明では、上記弁体１７の開度（弁体回転角）に応じて、制御流路１７ａ、１７ｂにより図４に示す所定の相関関係を持って各パイプ１９、２０、２１の開口面積を制御するように構成してある。この図４に示す相関関係を実現するために、上記弁体１７の制御流路１７ａ、１７ｂの具体的形状は図６（ｂ）の展開図に示す形状に形成されている。
【００２０】
なお、図６（ｂ）の展開図において、制御流路１７ａのうち、温水入口パイプ１９と対向しない部分１７ａ′及び制御流路１７ｂのうち、バイパス出口パイプ２１と常に対向したままとなる部分１７ｂ′は弁体１７の樹脂成形上の理由から設けているだけのものであって、弁体１７の機能上必要なものではない。図４において、留意すべき特徴事項としては、次の点がある。
【００２１】
▲１▼非暖房時（自動車用空調装置に冷房機能が装備されているときは、最大冷房時となる）に温水入口パイプ１９を全閉とせず、φ２丸穴相当の最小開口を設定して、温水入口パイプ１９からバイパス出口パイプ２１への温水の流れを継続するようにしているので、温水の流れの急遮断によるウオータハンマ現象の音の発生を防止できるとともに、φ２丸穴相当の開口面積の確保により流水音の発生も防止できる。
【００２２】
また、温水回路中の鋳砂は通常、φ１以下の微小物であるので、上記大きさの最小開口を設定することにより、鋳砂等の異物による流量制御弁流路の閉塞を十分防止できる。
【００２３】
▲２▼微少能力時（弁開度１０°以下、本例では弁開度は最大６０°に設定）には、温水入口パイプ１９の開口面積及び温水出口パイプ２０の開口面積を双方とも絞っている２段絞りの状態（図１の微少能力時はその２段絞りの状態を模式的に示す）になっており、かつ温水入口パイプ１９と温水出口パイプ２０の絞り部の中間（図１のア部）は全開状態にあるバイパス出口パイプ２１によって十分大きな開口面積でバイパス回路５に連通しているので、暖房用熱交換器３前後の差圧を十分小さくできる。
【００２４】
その結果、弁開度（弁体回転角）の変化に対する温水流量の変化（最終的には車室内への吹出空気温度の変化）を、特別小さな開口面積を必要とせずに、緩やかすることができる。このことが制御ゲインの低減である。この制御ゲインの低減により、車室内への吹出空気温度をきめ細かく制御できるとともに、鋳砂等の異物による流量制御弁流路の閉塞を十分防止できる。
【００２５】
また、温水入口パイプ１９の絞り部開口面積を温水出口パイプ２０の絞り部開口面積の２倍程度に設定することにより、温水入口パイプ１９からバイパス出口パイプ２１へと流れるバイパス流の流量を増大させて、鋳砂等の異物がバイパス出口パイプ２１へ流れやすくすることができ、これにより鋳砂等の異物による流路の閉塞をより一層効果的に防止できる。
【００２６】
▲３▼微少能力〜大能力時においても、上記２段絞りにより、同様に制御ゲインを低減して、車室内への吹出空気温度をきめ細かく制御できる。また、絞り部開口面積の増加により、鋳砂等の異物による流路閉塞の恐れがなくなるので、この状態では、温水入口パイプ１９の絞り部開口面積と温水出口パイプ２０の絞り部開口面積は同等に設定してある。
【００２７】
図７はバイパス回路５に設置される定差圧弁（圧力応動弁）６の具体例を示すもので、２つの樹脂製ハウジング２５、２６をねじ等により一体に結合するとともに、両者の間に樹脂製座板２７をＯリング（シール材）２８を介して水密的に固定してある。この座板２７には十分大きな開口面積の複数の通水穴２９を開けて、座板２７による通水抵抗が小さくなるようにしてある。
【００２８】
３０は樹脂製の円錐状弁体で、これと一体になっている軸部３１により座板２７の中心穴部に軸方向に移動可能に嵌合している。弁体３０は座板２７との間にコイルスプリング（ばね手段）３２が介在されており、このスプリング３２により弁体３０は常に図の左方側（閉弁方向）に押圧され、ハウジング２５の内周に形成された弁座３３に当接するようになっている。
【００２９】
上記弁体３０の円錐状部の外周にはリング状の溝部が形成されており、この溝部にはゴム等の弾性材からなるシール材３４を配設し、弁体３０の閉弁時のシール効果を高めるようにしてある。そして、ハウジンク２５に形成した入口３５と、ハウジンク２６に形成した出口３６との圧力差が所定値に達すると、スプリング３２の力に抗して弁体３０が図の右方へ移動して、弁体３０が開弁するようになっている。なお、エンジン１のアイドル時（エンジン回転数が最も低いとき）にも最大暖房能力確保のために必要な温水流量が十分得られる場合には、弁体３０の円錐状部に複数の貫通穴（バイパス穴）３７を設けて、閉弁時にもこの穴３７を通して温水が流通するようにしてもよい。
【００３０】
前述した図２において、暖房用熱交換器３は、その下方部に温水の入口側タンク３ａを有し、その上方部に温水の出口側タンク３ｂを有しており、そしてこの上下の両タンク３ａ、３ｂの間に、多数の並列設置された偏平チューブとコルゲートフィンとからなるコアー部３ｃが形成されている。ここで、コアー部３ｃは入口側タンク３ａから出口側タンク３ｂへの一方向のみに温水が流れる一方向流れタイプとして構成されている。
【００３１】
従って、その吹出口空気温度の分布は、図２の温度幅領域Ｔに示すように熱交換器下方部が最も高温となり、上方部へ行くにつれて吹出温度が低下する分布となる。具体的には、最下方部で４５°Ｃ、最上方部で２５°Ｃ程度の吹出温度幅が生じる。上記吹出口空気温度の分布に従って、高温の吹出空気温度が必要な後席用足元吹出口１２を最も下方に配置し、上方へ順次、前席用足元吹出口１１、デフロスタ吹出口１０、上方吹出口９を配置している。熱交換器３の入口側タンク３ａと通風ダクト８との間にはバイパス風路８ａを形成し、この風路８ａにはダンパ８ｂを設置し、上下の両吹出口９と１１、１２から同時に空調風を吹き出すバイレベルモード時にダンパ８ａを開き、冷風を熱交換器３の下方側に直接流入させることにより、上下の吹出空気の温度差が過度に大きくなりすぎるのを防ぐようにしている。
【００３２】
なお、図示は省略するが、本発明による流量制御弁４、定差圧弁６及びサーボモータ１６を熱交換器３に予め一体化しておいて、その後にこれらの一体構造物を通風ダクト（ヒータケース）８に対して組み付けるようにして、組付性の向上、熱交換器部分の形状の小型化を図ってもよい。次に、上記構成において本実施例の作動を説明する。最大暖房能力時には、流量制御弁４の弁体１７がサーボモータ１６または手動操作機構により最大開度の位置（具体的には図６の弁開度：６０°の位置）まで回動される。
【００３３】
これにより、弁体１７の制御流路１７ａ、１７ｂがそれぞれ弁ハウジング１８の温水入口パイプ１９、温水出口パイプ２０と最大面積で重畳し、この両パイプ１９、２０を全開する。一方、バイパス出口パイプ２１には制御流路１７ｂが僅かに開口するのみで、ほとんど全閉に近い状態となる。その結果、エンジン１からの温水はほとんど熱交換器３側に流入して、バイパス回路５には僅少量の温水が流れるのみである。これにより、熱交換器３は最大暖房能力を発揮できる。このとき、温水入口パイプ１９と温水出口パイプ２０ととの間を最大の開口面積でもって連通しているので、鋳砂等の異物による流路閉塞、あるいは急絞りによる流水音等が発生する恐れはない。
【００３４】
また、上記のごとくバイパス回路５をほとんど全閉状態とすることにより、エンジン１の放熱用ラジェータ（図示せず）への循環流量を確保できる。次に、非暖房時（自動車用空調装置に冷房機能が装備されているときは、最大冷房時となる）には、流量制御弁４の弁体１７がサーボモータ１６または手動操作機構により開度零の位置（具体的には図６の弁開度：０°の位置）まで回動される。この開度零の位置では、弁体１７の制御流路１７ｂがバイパス出口パイプ２１に重畳してこのパイプ２１を全開し、温水出口パイプ２０を全閉する。
【００３５】
一方、制御流路１７ａは図６（ｂ）の最上部に示すように、その右端部の突出部のみが温水入口パイプ１９と重畳して、温水入口パイプ１９を全閉とせず、φ２丸穴相当の最小開口面積を設定する。上記の弁体位置により、温水入口パイプ１９からバイパス出口パイプ２１への温水の流れを継続できるので、温水の流れの急遮断によるウオータハンマ現象の音の発生を防止できるとともに、φ２丸穴相当以上の開口面積の確保により流水音の発生も防止できる。
【００３６】
また、温水回路中の鋳砂は通常、φ１以下の微小物であるので、上記大きさの最小開口を設定することにより、鋳砂等の異物による流量制御弁流路の閉塞を十分防止できる。また、上記のごとく温水入口パイプ１９の開口面積を、φ２丸穴相当の最小開口面積に設定することにより、エンジン１の放熱用ラジェータ（図示せず）への循環流量を確保できる。
【００３７】
次に、微少能力時には、弁体１７が図６の弁開度１０°以下の位置に回動されるので、制御流路１７ａ、１７ｂが温水入口パイプ１９及び温水出口パイプ２０の双方に対して小面積で重畳し、温水入口パイプ１９の開口面積及び温水出口パイプ２０の開口面積を双方とも絞っている２段絞りの状態（図１の微少能力時はその２段絞りの状態を模式的に示す）となり、かつ温水入口パイプ１９と温水出口パイプ２０の絞り部の中間部（図１のア部）は全開状態にあるバイパス出口パイプ２１によって十分大きな開口面積でバイパス回路５に連通しているので、この中間部アの圧力を下げることができる。
【００３８】
その結果、暖房用熱交換器３前後の差圧を十分小さくできるので、弁開度（弁体回転角）の変化に対する温水流量の変化（最終的には車室内への吹出空気温度の変化）を、特別小さな開口面積を必要とせずに、緩やかすることができる。すなわち、吹出空気温度の制御ゲインを低減できる。この制御ゲインの低減により、車室内への吹出空気温度をきめ細かく制御できるとともに、温水入口パイプ１９及び温水出口パイプ２０の開口面積を特別小さな開口面積に設定する必要がなくなるため、鋳砂等の異物による流量制御弁流路の閉塞を十分防止できる。
【００３９】
また、温水入口パイプ１９の絞り部開口面積を温水出口パイプ２０の絞り部開口面積の２倍程度に設定することにより、温水入口パイプ１９からバイパス出口パイプ２１へと流れるバイパス流の流量を増大させて、鋳砂等の異物がバイパス出口パイプ２１へ流れやすくすることができ、これにより温水出口パイプ２０の絞り部を形成する制御流路１７ｂに滞留しようとする異物も上記バイパス流で洗い流すことができ、鋳砂等の異物による流路の閉塞をより一層効果的に防止できる。
【００４０】
次に、微少能力〜大能力時においては、弁体１７が図６の弁開度１０°を越える回動位置から６０°未満の回動位置にわたって、回動されることになるが、このような弁体回動位置においても、上記２段絞りにより、同様に制御ゲインを低減して、車室内への吹出空気温度をきめ細かく制御できる。また、絞り部開口面積の増加により、鋳砂等の異物による流路閉塞の恐れがなくなるので、この状態では、温水入口パイプ１９の絞り部開口面積と温水出口パイプ２０の絞り部開口面積を同等に設定してある。
【００４１】
ところで、自動車用空調装置の温水供給源をなすエンジン１は、自動車の走行条件の変化に伴って回転数が大幅に変化するので、エンジン１からの温水供給圧は走行条件の変化により大幅に変化し、これが流量制御弁４による温水流量制御、ひいては吹出空気温度制御に対する大きな外乱要素となるが、本発明にあっては、エンジン１からの温水供給圧の変化による温水流量の変動をバイパス回路５への定差圧弁６の設置により良好に解消している。
【００４２】
すなわち、定差圧弁６においては、エンジン１からの温水供給圧が上昇して、弁体３０前後の差圧がスプリング３２により定まる所定圧より高くなると、弁体３０が図７の右方へ移動して開弁し、弁体３０と弁座３３との間の隙間が上記差圧に応じて変動することより、定差圧弁６はその出入口３５、３６間の圧力差を一定値に維持するように作用する。
【００４３】
これにより、熱交換器４に加わる温水圧力を、エンジン１からの温水供給圧の変動にかかわらず、一定値に維持でき、エンジン１からの温水供給圧の変化による温水流量の変動を防止できる。
【００４４】
次に、上記第１実施例に基づく実験結果について説明すると、図８は縦軸に開口面積（ｍｍ^２）及び丸穴相当面積をとり、横軸に弁体開度をとったもので、Ａ１は温水入口パイプ１９の絞り開口面積で、Ａ２は温水出口パイプ２０の絞り開口面積で、Ａ３はバイパス出口パイプ２１の絞り開口面積である。
【００４５】
次に、図９は本発明による温度制御の制御ゲイン低減効果を示すもので、縦軸は熱交換器３の吹出空気温度をとり、横軸は温水出口パイプ（熱交換器入口への流路）の絞り部の開口面積Ａ２をとったものである。
【００４６】
この図９において、Ｔ１は温水出口パイプ２０への流路のみを絞る１段絞りの流量制御弁を使用した場合の特性で、Ｔ２は温水入口パイプ１９への流路と温水出口パイプ２０への流路の双方を絞る２段絞りの流量制御弁を使用した場合の特性で、Ｔ３は温水出口パイプ２０への流路のみを絞る１段絞りとバイパス回路とを組み合わせた流量制御弁を使用した場合の特性で、Ｔ４は温水入口パイプ１９への流路と温水出口パイプ２０への流路の双方を絞る２段絞りとバイパス回路とを組み合わせた本発明の流量制御弁を使用した場合の特性である。
【００４７】
図９からわかるように、本発明によれば、制御ゲインをＴ４の特性のように低減できるので、熱交換器３の吹出空気温度が１５°Ｃのとき、開口面積Ａ２を２８．８ｍｍ^２（φ６丸穴相当）まで拡大できる。因みに、通常の自動車用空調装置で採用されている１段絞りの流量制御弁では開口面積Ａ２が３ｍｍ^２（φ１．９丸穴相当）という小面積となってしまい、弁体開度の調整による制御可能な最小温度幅（温度制御の分解能）が大きくなるので、きめ細かい温度制御が不能となる。
【００４８】
また、吹出空気温度が７°Ｃのときでも、本発明では、開口面積Ａ２を４．２ｍｍ^２（φ２．３丸穴相当）の大きさを確保できる。因みに、通常の１段絞りの流量制御弁では開口面積Ａ２が１ｍｍ^２（φ１．９丸穴相当）という小面積となってしまい、鋳砂等の異物による流路閉塞が発生しやすい。また、１段絞りとバイパス回路とを組合せた場合の特性（Ｔ３）と比較しても、本発明のものは温度制御の制御ゲインを十分低減できる。
【００４９】
以上のように本発明では、温度制御の制御ゲインを十分低減できることから、きめ細かい温度制御と鋳砂等の異物による流路閉塞防止の両立を良好に達成できるのである。
【００５０】
図１０は流量制御弁で発生する流水音の聴感フィーリングの実験結果を示すもので、縦軸は聴感フィーリングの判定レベルをとり、横軸は流量制御弁の種類Ｔ１〜Ｔ４をとっている。ここで、流量制御弁の種類Ｔ１〜Ｔ４は前記図９のＴ１〜Ｔ４と同じであり、Ｔ４は本発明品である。
【００５１】
また、図１０の流水音聴感フィーリングの実験はサンプル人員４名で、聴感フィーリングの判定レベルは、以下のように設定した。
【００５２】
すなわち、１：流水音が非常に大きく、非常に気になる。
【００５３】
２：流水音が大きく、気になる。
【００５４】
３：流水音が小さく、若干気になる。
【００５５】
４：流水音が非常に小さく、気にならない。
【００５６】
５：流水音無く、気にならない。
【００５７】
そして、エンジン回転数がアイドル回転数のときと、４０００ｒｐｍのときの両方において、聴感フィーリングの官能評価の実験を行った。図１０の黒丸は４０００ｒｐｍのとき、また白丸はアイドル回転数のときの聴感フィーリングを示している。
【００５８】
図１０では、判定レベル４以上を許容レベルとしており、本発明品（Ｔ４）では、アイドル回転数のときと、４０００ｒｐｍのときの両方において、聴感フィーリングが許容レベル以上であることがわかる。図１１はエンジン回転数変動（エンジン１からの温水供給圧変動）による吹出空気温度変動の低減効果を示すもので、流量制御弁の弁体開度を吹出空気温度２５°Ｃ設定の位置に操作した場合に、エンジン回転数Ｎｅを１０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍの範囲で変動させて、熱交換器吹出空気温度の変動幅を測定したものである。
【００５９】
図１１のイは本発明において、バイパス回路５に定差圧弁６を設けない場合で、上記変動幅は１４．７°Ｃとなるが、バイパス回路５に定差圧弁６を設けることにより、ロに示すように上記変動幅を４．２°Ｃという僅少値に抑制できる。このように、本発明において、定差圧弁６の付加によりエンジン回転数変動による吹出空気温度の変動を効果的に低減できることがわかる。
【００６０】
本発明は上記第１実施形態に限定されることなく、請求項記載の技術的思想の趣旨に従って種々変形可能なものであり、以下他の例について述べる。
【００６１】
（第２実施形態）
図１２に示すように、温水入口、出口パイプ１９、２０を同一水平面上に設置するに対して、バイパス出口パイプ２１を上記水平面の直角方向に配設するようにしたものである。弁体１７には、バイパス出口パイプ２１への流路開口面積制御のための制御流路１７ｃを追加形成してある。
【００６２】
（第３実施形態）
第２実施形態をさらに変形したもので、バイパス出口パイプ２１を、弁ハウジング１８において温水出口パイプ２０と同じ側で、かつ温水出口パイプ２０の下方側に配設するようにしたものである。
【００６３】
（第４実施形態）
上述の第１〜第３実施形態は弁体１７を回動操作する回転式のロータとして構成しているが、第４実施形態は図１４に示すように、弁体１７を往復動するタイプに構成しても、本発明は実施できる。
【００６４】
すなわち、図１４において、弁ハウジング１８に対して３つのパイプ１９、２０、２１は図１２と同じ配置で設けてあり、そして弁体１７はハウジング１８内に上下方向に往復動可能に収容されている。サーボモータ１６を用いた弁体駆動機構が弁ハウジング１８に一体化されており、サーボモータ１６の回転はその回転軸に形成されたウォーム１６ａにより平歯車４０に伝達される。ここで、平歯車４０は駆動機構ケース４１内に回転可能に配設されているが、弁体１７の軸方向には移動しないように配設されている。
【００６５】
また、平歯車４０はその内周部には雌ねじ４０ａが形成されており、この雌ねじ４０ａに弁体１７のシャフト２２に形成した雄ねじ２２ａがかみ合っている。従って、サーボモータ１６の回転により、ウォーム１６ａ、平歯車４０、雌ねじ４０ａ、雄ねじ２２ａのかみ合い機構を介して、弁体１７が上下方向に往復動して、各パイプ１９、２０、２１への流路開口面積を制御できる。
【００６６】
（第５〜第９実施形態）
図１５は温水回路の変形に関する第５〜第９実施形態を示すもので、（ａ）は図１のバイパス回路５から定差圧弁６を廃止した第５実施形態である。
【００６７】
（ｂ）は流量制御弁４により開閉制御される第１のバイパス回路５の他に、流量制御弁４により開閉制御されない第２のバイパス回路５ａを追加し、この第２のバイパス回路５ａは常にエンジン１に並列に接続しておき、この第２のバイパス回路５ａに定差圧弁６を設置するようにした第６実施形態である。
【００６８】
（ｃ）は定差圧弁６を設置した第１のバイパス回路５の他に、流量制御弁４により開閉制御されない第２のバイパス回路５ａを追加し、この第２のバイパス回路５ａは常にエンジン１に並列に接続するようにした第７実施形態である。
【００６９】
（ｄ）は定差圧弁６を設置した第１のバイパス回路５の他に、流量制御弁４により開閉制御されない第２のバイパス回路５ａを追加し、この第２のバイパス回路５ａにも定差圧弁６ａを設置するようにした第８実施形態である。
【００７０】
（ｅ）は流量制御弁４を熱交換器３の温水出口側に設置した第９実施形態で、図３の温水入口パイプ１９が熱交換器３の温水出口側に接続され、温水出口パイプ２０はエンジン１のウォータポンプ２の吸入側に接続され、そしてバイパス出口パイプ２１は本例ではバイパス入口パイプとなり、このバイパス入口パイプ２１がバイパス回路５の出口側に接続される。
【００７１】
この第９実施形態では、非暖房時に、温水入口パイプ１９を全閉するとともに、温水出口パイプ２０を最少開口面積で開口し、そしてバイパス入口パイプ２１を全開するようにすれば、第１実施形態と同様の作用効果を発揮できる。
【００７２】
上記図１５（ａ）〜（ｅ）に示す種々の温水回路においても、本発明の特徴とする温度制御のゲイン低減効果と、鋳砂等の異物による弁流路の閉塞防止効果を良好に発揮できる。
【００７３】
（第１０実施形態）
図１６は前述した図８と同様の弁体１７の開度特性を示すグラフであって、この第１０実施形態では温水入口パイプ１９の開口面積Ａ１を、弁体開度が零から所定期間（例えば０°〜８°の期間）の間、最少開口面積（例えば、１４ｍｍ^２）の一定値に維持したままにしたものである。このように、本発明では、弁体開度の変化に対して、各部開口面積Ａ１、Ａ２、Ａ３を連続的に変化させずに、弁体開度の所定期間において一定値のまま維持するようにしても実施できる。
【００７４】
（第１１実施形態）
図１７は流量制御弁４のバイパス出口パイプ２１に接続されたバイパス回路５に定差圧弁（均圧弁）６を持つバイパス回路５ｃを設けるとともに、このバイパス回路５Ｃと並列に常時開放のバイパス回路５ｄを設けたものである。上記定差圧弁６は、前述の図７に示す定差圧弁６においてバイパス穴３７を廃止したもので、他の点は図７のものと同じである。
【００７５】
定差圧弁６を持つバイパス回路５ｃは、エンジン回転数変動による温水流量変動に基づく熱交換器３の吹出空気温度の変動を吸収するためのものであり、一方常時開放のバイパス回路５ｄは、流量制御弁４による吹出空気温度制御の制御ゲインを低減するためのものである。ここで、定差圧弁６を持つバイパス回路５ｃは上記目的のために定差圧弁６の全開時には、その通水抵抗がバイパス回路５ｄの通水抵抗より小となるように設定してある。
【００７６】
上記第１１実施形態による効果を図１８に基づいて説明すると、図１８の縦軸、横軸は前述の図９と同じであり、エンジン回転数が１５００ｒｐｍのときの実験データである。
【００７７】
図１８において、Ｓ１は図１の温水回路からバイパス回路５をなくした比較例の制御特性である。Ｓ２は図１の温水回路（第１実施形態）の制御特性で、定差圧弁６がほとんど閉弁状態に近い状態にあるときの特性を示す。Ｓ３は本第１１実施形態の制御特性で、定差圧弁６がやはりほとんど閉弁状態に近い状態にあるときの特性を示す。Ｓ４は図１の温水回路のバイパス回路５から定差圧弁６を除去し、バイパス回路５を常時開放のままとした場合の制御特性である。なお、Ｓ４のような温水回路も本発明ではその実施形態の１つとして含む。
【００７８】
温度制御の制御ゲインを低減するという目的のみからみると、Ｓ４の特性が最も優れていることになるが、Ｓ４の場合には、バイパス回路５に定差圧弁６を設けていないため、エンジン回転数の変動に対しては、前述の図１１に示す吹出空気温度特性がイの特性となってしまい、吹出空気温度の変動が大きくなる。これに対し、本第１１実施形態によるＳ３の場合には、図１１においてロの特性となり、エンジン回転数の変動に対する吹出空気温度の変動を僅少値に抑制できるという特徴がある。
【００７９】
つまり、本第１１実施形態によれば、温度制御の制御ゲインを低減することと、エンジン回転数の変動に対する吹出空気温度の変動を抑制することの両方を良好に両立させることができる。
【００８０】
（第１２実施形態）
図１９は第１１実施形態を変形した第１２実施形態を示すもので、図１７の常時開放のバイパス回路５ｄの機能を定差圧弁６の内部に一体に設けたものである。すなわち、円錐状弁体３０と弁座３３とをバイパスする複数の連通穴（バイパス穴、バイパス連通手段）３８をハウジング２５に形成したものである。
【００８１】
（第１３実施形態）
図２０は図１９をさらに変形した第１３実施形態を示すもので、弁座３３の円周方向に複数のスリット３９（バイパス連通手段）を形成して、バイパス回路５ｄの機能を得るようにしたものである。また、図７の定差圧弁６のように、弁体３０の円錐状部に複数の貫通穴（バイパス穴）３７を設けて、バイパス回路５ｄの機能を得るようにしてもよい。
【００８２】
（第１４実施形態）
図２１、図２２は第１４実施形態を示すもので、弁体１７の作動範囲（弁開度）を図６、８の６０°から９０°に拡大するとともに、弁体１７の制御流路１７ａ、１７ｂの形状（弁体１７の円周面における開口形状）を、それぞれ半円状部分１７ａ−１、１７ｂ−１と、この半円状部分１７ａ−１、１７ｂ−１の弦の中心部に結合された細長部分１７ａ−２、１７ｂ−２とから構成される形状にしている。
【００８３】
この細長部分１７ａ−２、１７ｂ−２は、その先端側（図示右側）になるに従って細くなる（開口面積が小となる）ように形成されている。
【００８４】
図２３は、図２２に示す開口形状を持った制御流路１７ａ、１７ｂを有する弁体１７の開度特性を示すもので、前述の図８、１６に対応するものである。
【００８５】
図２４は、上記図２１、２２に示す弁体１７を用いた第１４実施形態の温度制御特性を示すもので、本発明者らが実際に実験し、測定したものである。
【００８６】
図２４の縦軸は各部の温度（°Ｃ）をとり、横軸は弁体１７の開度（°）をとったものである。
【００８７】
そして、図２４における温水入口温度は、図２５に示す暖房用熱交換器３の温水入口側タンク３ａに流入する温水の温度であり、温水出口温度は暖房用熱交換器３の温水出口側タンク３ｂから流出する温水の温度である。また、Ｈ／Ｃ入口側吹出空気温度は暖房用熱交換器３のコアー部３ｃにおいて温水入口側部位（図２５の上半部）の吹出空気温度であり、Ｈ／Ｃ出口側吹出空気温度は暖房用熱交換器３のコアー部３ｃにおいて温水出口側部位（図２５の下半部）の吹出空気温度である。
【００８８】
また、図２４の吸込空気温度は暖房用熱交換器３への吸込空気の温度である。図２４の実験結果から理解されるように、第１４実施形態のものでは、自動車用空調装置において実際によく使用される１５°Ｃ〜５０°Ｃの温度制御域の吹出空気温度特性が比較的急に立った特性となっている。このように、実際によく使用される温度制御域の特性が立った特性になってしまうと、実際の使用時に、弁体の開度変化に対する吹出空気温度の変化量が大となり、車室温度の制御がしにくくなるという問題を生じる。
【００８９】
上記第１４実施形態において、実際によく使用される温度制御域の制御特性が立った特性になる理由は、本発明者らの実験、研究によれば、弁体１７が開度零の状態から開度が増大にするにつれて、温水入口パイプ１９の絞り開口面積Ａ１および温水出口パイプ２０の絞り開口面積Ａ２がともに連続的に増大し（図２３参照）、その結果熱交換器３への流入温水量が連続的に増加するためであることが判明した。
【００９０】
（第１５実施形態）
図２６〜図２９は第１５実施形態を示すもので、この第１５実施形態は上記第１４実施形態の温度制御特性を改善するための具体例を示すものであって、弁体１７の制御流路１７ａ、１７ｂを構成する穴形状を工夫したものである。
【００９１】
図２６、２７に示すように、本実施形態では、温水入口パイプ１９に対向する、弁体１７の制御流路１７ａのうち、細長部分１７ａ−２の長さを上記第１４実施例より短くしている。具体的には、弁体１７の開度が０°から２０°の所定角度（開度）範囲では、この細長部分１７ａ−２が温水入口パイプ１９に開口しない程度まで短くしてある。
【００９２】
その代わりに、φ２程度の小さな円形の小穴１７ａ−３を設け、弁体１７の開度が零から所定の範囲（図２７の例では０°〜２０°の範囲）では、制御流路１７ａのうち小穴１７ａ−３のみが温水入口パイプ１９に開口するようにしてある。従って、この所定の範囲の間は小穴１７ａ−３による一定の開口面積が維持されることになる。
【００９３】
そして、弁体１７の開度が２０°を越えると、制御流路７ａの細長部分１７ａ−２が温水入口パイプ１９に開口し、さらに弁体開度が増大すると、半円状部分１７ａ−１が温水入口パイプ１９に開口して開口面積が急増するようにしてある。
【００９４】
一方、制御流路１７ｂは上記第１４実施形態と同一形状であって、半円状部分１７ｂ−１と、この半円状部分１７ｂ−１の弦の中心部に結合された細長部分１７ｂ−２とから構成されている。
【００９５】
上記の両細長部分１７ａ−２、１７ｂ−２は、その先端側（図示右側）になるに従って細くなる（開口面積が小となる）ように形成されている。
【００９６】
そして、制御流路１７ｂは、弁体１７が開度零の状態から僅少量（図２７の例では開度１０°）作動したとき、温水出口パイプ２０に開口し、その後弁体１７の開度の増大につれて、温水出口パイプ２０との開口面積が増大するように構成されている。
【００９７】
また、制御流路１７ｂは、弁体１７が開度零の状態では最大の開口面積でバイパス出口パイプ２１に開口し、その後弁体１７の開度が増大するつれてバイパス出口パイプ２１への開口面積が次第に減少し、弁体１７の開度が最大開度（図２７の例では９０°）になると、換言すれば弁体１７が最大暖房位置に操作されると、制御流路１７ｂとバイパス出口パイプ２１との開口面積が零となり、バイパス回路５側への温水流出を防止する。これと同時に、制御流路１７ａおよび制御流路１７ｂがそれぞれ温水入口パイプ１９、温水出口パイプ２０に最大の開口面積が開口するので、最大暖房能力を良好に確保できる。
【００９８】
図２８は、制御流路１７ａと温水入口パイプ１９との開口面積Ａ１、制御流路１７ｂと温水出口パイプ２０との開口面積Ａ２、および制御流路１７ｂとバイパス出口パイプ２１との開口面積Ａ３が弁体開度により変化する状況を示すもので、前述の図８、１６、２３に対応する図である。
【００９９】
図２９は、上記第１５実施形態による温度制御特性を示すもので、上述したように、温水入口パイプ１９と、弁体１７の制御流路１７ａとの開口面積Ａ１を、弁体１７の開度が零から所定の範囲では、小穴１７ａ−３による一定の開口面積が維持されるようにして、熱交換器３への流入温水量の増加を抑制しているため、実用上、よく使用される１５°Ｃ〜５０°Ｃの温度領域において、吹出空気温度の制御特性を、図２６の特性より大幅に傾きの小さい（寝かせた）特性にすることができた。
【０１００】
そのため、弁体開度に対する吹出空気温度の変化割合が著しく減少し、吹出空気温度の調整が容易となる。
【０１０１】
（第１６実施形態）
図３０、３１は、第１６実施形態を示すもので、本実施形態は上記第１５実施形態と同じ傾きの小さい（寝かせた）特性の温度制御特性を別のやり方で得るようにしたものである。本実施形態では、弁体１７の円周面の側方に、温水入口パイプ１９とシール材２４を配置するとともに、この温水入口パイプ１９とシール材２４に対して１８０°対称の位置にバイパス出口パイプ２１を配置する。
【０１０２】
そして、弁体１７の底面側に温水出口パイプ２０とシール材２３を配置する。弁体１７に形成した制御流路１７ａに半円状部分１７ａ−１と細長部分１７ａ−２の他に、小穴１７ａ−３を設けることにより、エンジン１からの温水が流入する温水入口パイプ１９の開口面積Ａ１は、上記第１５実施例と同様に、弁体１７の開度が零から所定の範囲では、小穴１７ａ−３による一定の開口面積が維持されるようにしてある。これにより、弁体開度が小さいときにおける熱交換器３への流入温水量の増加を抑制できる。
【０１０３】
一方、弁体１７の底面側に配置した温水出口パイプ２０（熱交換器３の入口に接続）の開口面積Ａ２は、図３１（ａ）に示すように、弁体１７の底面に形成した制御流路１７ｂと弁ハウジング８側のシール材２３に形成した絞り穴部２３ａとにより、上記第１５実施例と同様の変化を示すようになっている。
【０１０４】
すなわち、弁体１７の開度が零のときは、温水出口パイプ２０の開口面積Ａ２は零となり、そして弁体１７が開度零の状態から僅少量（図３１の例では開度１０°）作動したとき、温水出口パイプ２０が開口し、その後弁体１７の開度の増大につれて、温水出口パイプ２０の開口面積Ａ２が増大するように構成されている。
【０１０５】
図３１（ａ）の例では、弁体１７の底面に形成した制御流路１７ｂは２つの略勾玉形状の穴から構成されており、またシール材２３の絞り穴部２３ａは中央部の幅を狭くした略長方形の穴から構成されている。
【０１０６】
また、弁体１７の制御流路１７ａの左側方には、制御流路１７ｃが連続して形成されており、この制御流路１７ｃによりバイパス出口パイプ２１の開口面積Ａ３は弁体開度に対して上記第１５実施例と同様の変化（図２８参照）を示すようになっている。
【０１０７】
本第１６実施形態は、上記構成を有することにより、上記第１５実施形態と同様の、図２９に示す良好な温度制御特性が得られる。
【０１０８】
（第１７実施形態）
図３２、３３は第１７実施形態を示すもので、前記第１５実施形態における小穴１７ａ−３を廃止し、その代わりに制御流路１７ａの細長部分１７ａ−２を、一定の開口幅で、かつ所定値以上の長さを持つ形状に形成してある。
【０１０９】
これにより、図３３（ｂ）に示すように、弁体１７の開度が３０°に到達するまでの間は、温水入口パイプ１９の開口面積Ａ１が上記細長部分１７ａ−２により一定に維持されるようにしたものである。
【０１１０】
他の点は第１５実施形態と同じである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す温水回路図である。
【図２】暖房用熱交換器の空調装置通風ダクト内への配置形態を示す断面図である。
【図３】流量制御弁の断面図である。
【図４】流量制御弁の流量制御特性をまとめた表である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は流量制御弁の弁体（ロータ）単体の正面図、Ａ−Ａ断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は流量制御弁の弁体（ロータ）単体の断面図、展開図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は定差圧弁の断面図で、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】流量制御弁の弁体（ロータ）の開度特性を示すグラフである。
【図９】流量制御弁による温度制御のゲイン低減効果を示すグラフである。
【図１０】流量制御弁による流水音聴感フィーリングを示すグラフである。
【図１１】エンジン回転数の変動と吹出し空気温度との関係を示すグラフである。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は本発明流量制御弁の第２実施形態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図１３】本発明流量制御弁の第３実施形態を示す断面図である。
【図１４】（ａ）は本発明流量制御弁の第４実施形態を示す断面図で、（ｂ）は（ａ）の歯車機構部の斜視図である。
【図１５】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第５〜第９実施形態を示す温水回路図である。
【図１６】本発明の第１０実施形態を示すもので、流量制御弁の弁体（ロータ）の開度特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の第１１実施形態を示す温水回路図である。
【図１８】第１１実施形態の温水回路による温度制御のゲイン低減効果を示すグラフである。
【図１９】本発明の第１２実施形態を示す定差圧弁の断面図である。
【図２０】（ａ）、（ｂ）は本発明の第１３実施形態を示す定差圧弁の断面図で、（ａ）は（ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図２１】本発明の第１４実施形態を示すもので、（ａ）は流量制御弁の弁体（ロータ）単体の正面図、（ｂ）は流量制御弁の弁体と弁ハウジングとの概略組付構造図である。
【図２２】（ａ）は第１４実施形態の流量制御弁の弁体の断面図で、図２１（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。（ｂ）は流量制御弁の弁体の展開図である。
【図２３】第１４実施形態の流量制御弁の弁体（ロータ）の開度特性を示すグラフである。
【図２４】第１４実施形態の流量制御弁による吹出空気温度の制御特性を示すグラフである。
【図２５】図２４のグラフに示す各部温度を説明するための熱交換器斜視図である。
【図２６】本発明の第１５実施形態を示すもので、（ａ）は流量制御弁の弁体（ロータ）単体の正面図、（ｂ）は流量制御弁の弁体と弁ハウジングとの概略組付構造図である。
【図２７】（ａ）は第１５実施形態の流量制御弁の弁体の断面図で、図２６（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。（ｂ）は流量制御弁の弁体の展開図である。
【図２８】第１５実施形態の流量制御弁の弁体（ロータ）の開度特性を示すグラフである。
【図２９】第１５実施形態の流量制御弁による吹出空気温度の制御特性を示すグラフである。
【図３０】本発明の第１６実施形態を示すもので、（ａ）、（ｂ）は流量制御弁の弁体と弁ハウジングとの概略組付構造図である。
【図３１】（ａ）は第１６実施形態の流量制御弁の弁体の断面図で、図３０（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。（ｂ）は流量制御弁の弁体の展開図である。
【図３２】本発明の第１７実施形態を示すもので、（ａ）は流量制御弁の弁体（ロータ）単体の正面図、（ｂ）は流量制御弁の弁体と弁ハウジングとの概略組付構造図である。
【図３３】（ａ）は第１７実施形態の流量制御弁の弁体の断面図で、図３２（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。（ｂ）は流量制御弁の弁体の展開図である。
【符号の説明】
１…エンジン、
３…暖房用熱交換器、
４…流量制御弁、
３ａ…入口側タンク、
３ｂ…出口側タンク、
８ａ…バイパス風路、
８ｂ…ダンパ、
９…上方吹出口、
１０…デフロスタ吹出口、
１１…前席用足元吹出口、
１２…後席用足元吹出口。

Claims (1)

1. 空気が流れる通風ダクト（８）と、
   前記通風ダクト（８）内に設けられ、温水供給源（１）から供給される温水と空気とを熱交換して室内の暖房を行う暖房用熱交換器（３）と、
   前記温水供給源（１）から前記暖房用熱交換器（３）に供給される温水流量を制御するための流量制御弁（４）と、
   前記暖房用熱交換器（３）を通過して温度制御された空調風を、車室内の複数部位に向けて吹き出す複数の吹出口（９、１１、１２）とを備え、
   前記暖房用熱交換器（３）は、温水の入口側タンク（３ａ）から温水の出口側タンク（３ｂ）への一方向のみに温水が流れる一方向流れタイプとして構成されており、
   前記複数の吹出口（９、１１、１２）は、前記暖房用熱交換器（３）の下流側において、前記入口側から前記出口側へ順次配置されており、
   前記入口側タンク（３ａ）と前記通風ダクト（８）との間に形成され、前記暖房用熱交換器（３）をバイパスする空気が流れるバイパス風路（８ａ）と、
   前記バイパス風路（８ａ）を開閉するダンパ（８ｂ）とを備え、
   前記複数の吹出口（９、１１、１２）から同時に空調風を吹き出すときに、前記ダンパ（８ａ）を開くことを特徴とする自動車用空調装置。

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