JP3873769B2

JP3873769B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP3873769B2
Application number: JP2002041705A
Authority: JP
Inventors: 岩間　　伸治; 幸哉佐々; 誠坂巻
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: JP2003237340A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用空調装置に関し、特に外気中の排気ガス濃度を検出するセンサ素子と、このセンサ素子を加熱するヒータ素子とを備え、これらセンサ素子とヒータ素子を同一の筐体内に配置し、このヒータ素子に基づいて外気温度を検出し、検出結果に基づき空調の温度制御を行う車両用空調装置、及び外気温度の検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の外気温度を測定する外気温度センサ及び外気温度のガス濃度（汚染度）を検出する排気ガスセンサは、既に広く知られており車両の空調システムに利用されている。
【０００３】
例えば、特開平６−２９７９３２号公報（車両用空調装置）には、外気中の所定のガス濃度に応じて内気循環と外気導入との切替制御を行うに際して、ガスセンサのセンサ部の周囲温度のばらつきに影響されずに常に適正な内外気切替制御を行うことを目的として、適正な内外気切替制御の方法として、ガスセンサのセンサ部の検出値を、外気温度（センサ部の周囲温度）に基づいて補正し、補正した検出値に基づいて内外気の切替制御を行うようにした車両用空調装置を開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の技術では、上記の外気温度はガスセンサの周囲温度として検出されるのみであり、この周囲温度を直接的に空調制御に使用する点の開示はない。
【０００５】
また、外気温度センサがガス濃度センサに接近して別個に存在するので、その分取り付けスペースや配線（ハーネス）を用意する必要がある。
【０００６】
さらに、ガス濃度検出値の補正を、ガスセンサの周囲温度のみで行っているが、車両等によって決まる前面の風速や日射等による輻射エネルギーが考慮されていない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、外気中の排気ガス濃度を検出するセンサ素子と、このセンサ素子を加熱するヒータ素子とを同一の筐体内に配置し、このヒータ素子の出力を受ける空調コントローラ内の抵抗体の両端電圧の変化に基づいて外気温度を検出し、検出された外気温度に基づいて空調制御を行う車両用空調装置を提供することにある。
【０００８】
これにより、外気温度センサを不要とし、同一筐体内にセンサ素子とヒータ素子を配置することで、従来に比べて取り付けスペースを大幅に節約することができ、かつハーネスを１本化することができるので、部品点数の削減、ハーネスの一本化による工数の削減、等によりコストダウンと省スペースを図ることができる。
【０００９】
また、このヒータ素子への外気風を遮蔽する遮蔽部材を備えることで、同一筐体内にセンサ素子とヒータ素子を配置してもヒータ素子の発熱を安定化することができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜３の発明は、外気中の排気ガス濃度を検出するセンサ素子と、このセンサ素子を加熱するヒータ素子とを同一の筐体内に配置し、このヒータ素子の出力を受ける空調コントローラ内の抵抗体の両端電圧の変化に基づいて外気温度を検出し、検出された外気温度に基づいて空調制御を行うもので、ヒータ素子の発熱量Ｗと熱伝導率αからセンサモジュールの温度上昇ΔＴを求め、ヒータ素子の熱伝導率αを気体速度Ｖｅの平方根との比例関係により推定する。
【００１１】
これにより、外気温度センサを不要とし、同一筐体内にセンサ素子とヒータ素子を配置することで、従来に比べて取り付けスペースを大幅に節約することができ、かつハーネスを１本化することができるので、部品点数の削減、ハーネスの一本化による工数の削減、等によりコストダウンと省スペースを図ることができる。また、このヒータ素子への外気風を遮蔽する遮蔽部材を備えることで、同一筐体内にセンサ素子とヒータ素子を配置してもヒータ素子の発熱を安定化することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の前提となる技術の構成図である。図中、１は外気温度センサ、２は排気ガスセンサ、３はこれらセンサの収容する筐体、４は空調用コントローラである。図示のように外気温度センサ１と排気ガスセンサ２を同一筐体３内に配置し、各々の検出出力を空調用コントローラ４に入力している。このように同一筐体３内に配置することで、取り付けスペースの節約を図ることができる。
【００１３】
図２は図１に示す構成の作動のフローチャートである。図１のように外気温度センサ１と排気ガスセンサ２を同一筐体３内に配置した場合には、外気温度に応じて排気ガスセンサからの出力の取り込みの開始を待機する必要がある。これは、排気ガス濃度の検出に際して外気温度の影響をできるだけ低減するためである。また図３は外気温度と準備時間との関係を示すテーブルである。
【００１４】
図２において、まず外気温度センサ１に給電し（Ｓ１）、次に排気ガスセンサ２に給電する（Ｓ２）。コントローラ４は、外気温度センサ１により検出された外気温度に基づいて、排気ガスセンサからの出力の取り込みを待機する時間（「準備時間」ともいう）Ｔを決定する。外気温度と準備時間との関係は、予め図３のテーブルにしてメモリ（図示せず）に格納されている。図３に示すように、例えば、外気温度が、−１０°〜＋２０°Ｃの間は、準備時間Ｔを３０分に設定する。次にコントローラ４はテーブルを参照して（Ｓ３）、排気ガスセンサ２に給電後の時間を監視し、準備時間Ｔが経過したか否か判定する（Ｓ４）。T分経過していれば、図３のテーブルを参照して排気ガスセンサ２の出力をコントローラ４に取り込む（Ｓ５）。
【００１５】
図４は図１構成をより詳細に説明する構成図である。図中、２ａは排気ガスセンサを加熱するためのヒータ素子、２ｂは排気ガスセンサのセンサ素子である。また外気温度センサ１は基本的にはサーミスタであり、そのアナログ出力をコントローラ４の外気温度出力検出手段（例えば、図示しないブリッジ回路）で検出する。また、センサ素子２ｂもコントローラ４の排気ガス温度検出手段にて検出される。この場合、ヒータ素子２ａ及びセンサ素子２ｂへはＤＣ１２Ｖが供給されている。
【００１６】
ところで、外気温度センサ１として、例えば発熱サーミスタを用いる場合、その検出温度ＴＥＭＰは、例えば、以下の関係式で表すことができる。
【００１７】
ＴＥＭＰ＝（外気温度）＋Ｋ／（センサ前面風速）^0.5
但し、Ｋは定数、前面風速が５ｍ／sec以上の場合
ＴＥＭＰ＝（外気温度）＋ＫO
但し、Ｋは定数、前面風速が５ｍ／sec以下の場合
このように、外気温度センサと排気ガスセンサを同一筐体内に配置した場合には、外気温度はセンサ素子前面の風速に大きく依存する。
【００１８】
図５は図４において外気温度センサ１に発熱サーミスタを用いた場合の作動を説明するフローチャートである。また図６は外気温度と積算係数の関係を示すテーブルである。このテーブルは予めメモリ（図示せず）に格納されている。
【００１９】
まず外気温度センサに給電し（Ｓ１１）、次に排気ガスセンサに給電し（Ｓ１２）、そのときの積算係数をｔｘ＝０とする（Ｓ１３）。コントローラ４は、図６のテーブルを参照して、外気温度センサ１により検出された外気温度に基づいて、積算係数ｔを決定する（Ｓ１４）。例えば、外気温度が、−１０°〜＋２０°Ｃの間は、積算係数ｔを１／３０秒に設定する。次にコントローラ４は排気ガスセンサ２に給電後の時間を監視し、例えば１分経過したか否か判定する（Ｓ１５）。経過していれば、積算係数ｔｘは（ｔｘ＋ｔ）となり、ｔｘが「１」より大きければ、コントローラ４は排気ガスセンサの出力の取り込みを開始する。
【００２０】
上述の図１のように同一筐体内に配置することにより、外気温度センサ又は排気ガスセンサのうち、一方、例えば外気温度センサ自体の筐体を削除することができるため、具体的には、例えば、φ３０×１０ｍｍ程度の取り付けスペースを車両の前方部分で節約することができる。
【００２１】
また、配線上でハーネスが共通化できる（ＧＮＤ線１本で間に合う）ので、その分、配線スペースの確保が不要となる。
【００２２】
図７は本発明による車両用空調装置に適用するセンサ構造の一実施形態としての要部構成図である。図示のように、図１及び図４の外気温度センサ１を不要とし、外気中のガス濃度を検出するセンサ素子２ｂと、このセンサ素子を加熱するヒータ素子２ａとを備え、このセンサ素子とヒータ素子を同一の筐体３内に配置し、コントローラ４ではヒータ素子２ａに基づいて外気温度を検出し、検出された外気温度に基づいて空調制御を行う。
【００２３】
この場合、４ａはヒータ電力投入及び外気温度出力検出手段であり、具体的には、ヒータ２ａよりインピーダンスの十分に小さい抵抗体で構成されている。本実施形態では、ヒータ２aのインピーダンスが外気温度により変化するのを、抵抗体４ａの両端電圧により検出する。
【００２４】
この構成によれば、外気温度センサ１を配置しないので発熱サーミスタも不要となり、部品のコストダウンを図ることができる。
【００２５】
図８はヒータの抵抗値の温度特性を示すグラフである。本実施形態では、ヒータの材質は、チタン酸バリウム(BaTi03)等を主成分とした酸化物半導体セラミックスを使用する。特性は図示のようなＰＴＣ素子の特性を利用する。本発明では、図示のようにヒータの抵抗値が温度に対して１次的に増加する特性を利用する。
【００２６】
後述するように、ヒータはヒータへの外気風を遮蔽するように車速の影響を受け難い場所、例えば、ブロワ風の導入口に設置することで、ヒータでは外気温度のみを検出することができる。また、センサ素子をブロワ風の導入口に設置することで、ブロワ電圧でほぼ規定可能となり、外気温度はヒータへの投入電力と温度により一意的に決めることができる。
【００２７】
図９は本発明のセンサモジュールに当たる前面風を遮るカバーを付与した要部構成図である。図中、１１はカバー、１２はセンサモジュール、１３はブラケット、１４はハーネス、１５はブラケットを取り付ける車両バンパー・リンホース、である。本実施形態において、紙面奥行き側（矢印方向）が車両前方となるが、カバー１１によって、内部のセンサモジュール１２に当たる前面風速は基本的にゼロとなり、その結果、センサモジュール１２の放熱量はほぼ一定とすることができる。
【００２８】
このとき、センサモジュール１２のヒータは、センサモジュール１２内部の排気ガスセンサの駆動に寄与するとともに外気温度を検出する。即ち、センサモジュール１２のヒータの抵抗値が温度に対して１次的に増加する（図８参照）のを、例えば定電流回路（図示せず）等により検出することで温度を特定（測定）することができる。
【００２９】
即ち、センサモジュール１２の中のヒータ抵抗値Ｒは、定電流Ｉにより、発熱Ｗを発生させるが、この抵抗値Ｒは一般的な抵抗体（カーボン抵抗、金属抵抗、ＮＴＣサーミスタ等）において、温度が上昇すると大きくなる傾向にあるため、外気温度が高くなると抵抗値Ｒは大きくなり、さらに抵抗値Ｒが大きくなると、発熱Ｗが大きくなるため、さらに抵抗値Ｒが大きくなる現象を示す。従って、外気温度に対して抵抗値Ｒは単調な増加となり、同様に抵抗の両端の電圧Ｖ＝ＲＩも単調な増加となるため、外気温度に対して一意的に電圧Ｖが決定され、この値を見ることにより外気温度を推定することができる。
【００３０】
なお、風量補正については、図９のカバー１１により、ヒータへの外気風を遮蔽するように車速の影響を受け難い場所に配置するので風量の補正は考慮していない。また図１１のステップ２５及びステップ２６で説明のように、ブロア風に車速の影響を加算している。
【００３１】
図１０は本発明のセンサモジュールを空調ユニット（送風機を含む要部を示す）又は送風機の外気導入口に取り付けた構成図である。図中、２２は内外気ドア、２３はブロアファン、２４は空調ユニットのコントローラ、２５は外気導入ダクト、２６は空調ユニットの送風機、２７は車速センサである。
【００３２】
本例は、センサモジュールを空調ユニット（送風機）又は送風機の外気導入口に配置した例である。図中、２１ａはセンサモジュールを外気導入ダクトに配置した場合であり、２１ｂはセンサモジュールを空調ユニットの送風機の外気導入口に配置した場合である。本発明の実施形態では、２１ａの配置でも、２１ｂの配置でもどちらか一方であれば良い。なお、本実施形態の制御では、基本的にこれらの間で変化点はないので、代表例として２１ａの場合について以下に説明する。
【００３３】
本発明では、センサモジュール２１ａによって排気ガス濃度及び外気温度を検出するが、ヒータ素子により外気温度を検出する方法を以下に説明する。
【００３４】
センサモジュール２１ａの外気温度Ｔａｍと、センサモジュール２１ａの温度Ｔｓｍは、センサモジュール２１ａに通電したことによる温度上昇ΔＴにより、以下の式、
Ｔａｍ＝Ｔｓｍ − ΔＴ・・・・（１）
により求められるが、ここで、Ｔｓｍは、センサモジュール２１ａに一定電流Ｉを流すことにより得られた両端電圧Ｖによりヒータ抵抗値Ｒは、以下の式、
Ｒ＝Ｖ／Ｉ・・・・（２）
により求められることで、温度−抵抗値の特性により求められる。
【００３５】
また、温度上昇ΔＴは、抵抗体の発熱量Ｗ及び熱伝達率αによって、以下の式、
ΔＴ＝Ｗ／ α ・・・・（３）
により求められ、抵抗体の発熱量Ｗは、一定値である電流Ｉと計測可能な電圧Ｖにより、以下の式、
Ｗ＝Ｖ × Ｉ・・・・（４）
により求め、かつαを推定する。ここで熱伝達率αは気流温度・輻射・湿度等により影響を受けるが、特に気流速度ｖｅに支配的に影響され、以下の式、
α ∝ ｖｅ^{（１／２）} ・・・・（５）
により求められる。従って、この気流速度ｖｅを、空調ユニット２４のコントローラのブロア作動指示、及び空調ユニット２４のコントローラが、車速センサ２７から得る車両速度により推定することでαを推定することができる。
【００３６】
但し、内外気ドア２２が内気モードになっている場合、外気導入ダクト及び空調ユニット（送風機）２６の外気導入口へは送風が行われない状態になっているので、熱伝導率αを自然対流としてある一定値αｓとする。
【００３７】
この時、一定値αｓは、例えば、以下の式、
αｓ＝０．２（Ｗ／Ｋ） × Ｓ・・・・（６）
但し、Ｓはセンサモジュールの表面積である。
【００３８】
図１１は上記の制御をフローチャートで示したものである。
【００３９】
まず、センサモジュール２１ａに一定電流値Ｉを通電し（Ｓ２１）、次にセンサモジュールの両端電圧Ｖを計測する（Ｓ２２）。次に内外気ドアは内気モードか否か判定し（Ｓ２３）、外気モードであれば（Ｎｏ）、車速センサからの車速を入力し（Ｓ２４）。一方、内気モードであれば（Ｙｅｓ）、熱伝導率αを一定値にして（Ｓ３０）、温度上昇ΔＴを推定する。
【００４０】
次に、ブロア風速（ブロア入力から推定）に車速の影響を加算（例えば、ブロア風速に車速の１／１０を単純加算）し（Ｓ２５）、車速で補正したブロア風速ｖｅにより熱伝導率αを推定する（Ｓ２６）。
【００４１】
次に熱伝導率αから温度上昇ΔＴを推定し（Ｓ２７）、両端電圧Ｖよりセンサモジュールの温度Ｔｓｍを推定し（Ｓ２８）、さらに、ＴｓｍとΔＴより外気温度Ｔａｍを推定する（Ｓ２０）。
【００４２】
なお、内気モードでは外気の導入は行わないので、ブロア風速をカバー付近の自然対流として捉え、抵抗体の発熱量Ｗとセンサモジュールの表面積Ｓとから、式（６）の関係により熱伝導率αｓを求め、求めた熱伝導率αｓによりセンサモジュール２１ａの温度上昇ΔＴを推定する（Ｓ２７参照）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる技術の構成図である。
【図２】図１に示す構成の作動のフローチャートである。
【図３】外気温度と準備時間との関係を示すテーブルである。
【図４】図１構成をより詳細に説明する構成図である。
【図５】図４において外気温度センサ１に発熱サーミスタを用いた場合の作動を説明するフローチャートである。
【図６】外気温度と積算係数の関係を示すテーブルである。
【図７】本発明による車両用空調装置に適用するセンサ構造の一実施形態としての要部構成図である。
【図８】ヒータの抵抗値の温度特性を示すグラフである。
【図９】本発明のセンサモジュールに当たる前面風を遮るカバーを付与した要部構成図である。
【図１０】本発明のセンサモジュールを空調ユニット（送風機を含む要部を示す）又は送風機の外気導入口に取り付けた構成図である。
【図１１】上記の制御をフローチャートで示したものである。
【符号の説明】
１…外気温度センサ
２…排気ガスセンサ
２ａ…ヒータ素子
２ｂ…センサ素子
３…筐体
４…空調用コントローラ
１１…カバー
１２…センサモジュール
１３…ブラケット
１４…ハーネス
１５…車両バンパー・リンホース
２２…内外気ドア
２３…ブロアファン
２４…空調ユニットのコントローラ
２５…外気導入ダクト
２６…空調ユニットの送風機
２７…車速センサ

Claims

外気中の排気ガス濃度を検出するセンサ素子と、
前記センサ素子を加熱するヒータ素子とを備え、
前記センサ素子と前記ヒータ素子を同一の筐体内に配置し、
前記ヒータ素子に基づいて外気温度を検出し、検出された外気温度に基づいて空調制御を行う車両用空調装置であって、
前記ヒータ素子の発熱量Ｗと熱伝導率αからセンサモジュールの温度上昇ΔＴを求め、前記ヒータ素子の熱伝導率αを気体速度Ｖｅの平方根との比例関係により推定する車両用空調装置。
外気中の排気ガス濃度を検出するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータ素子とを備え、前記センサ素子と前記ヒータ素子を同一の筐体内に配置し、かつ外気導入ダクトの所定の位置に配置し、前記ヒータ素子に基づいて外気温度を検出し、検出された外気温度に基づいて空調制御を行う車両用空調装置において、前記空調装置を制御する空調コントローラにおける外気温度検出方法であって、
前記センナ素子とヒータ素子を含むセンサモジュールに一定電流値Ｉを通電し、
前記センサモジュールの両端電圧Ｖを計測し、
空調モードが内気モードか外気モードか判定し、
外気モードのときは、車速センサからの車速を入力し、ブロア風速Ｖｅに車速の影響を加算し、
車速で補正したブロア風速ｖｅによりヒータの熱伝導率αを推定し、
熱伝導率αからセンサモジュールの温度上昇ΔＴを推定し、
ヒータの両端電圧Ｖよりセンサモジュールの温度Ｔｓｍを推定し、
前記センサモジュールの温度とその温度上昇ΔＴより外気温度Ｔａｍを推定する、
ことを特徴とする前記空調装置を制御する空調コントローラにおける外気温度検出方法。
上記段階において、内気モードのときは、熱伝導率αを一定値αｓにし、前記ヒータ素子の発熱量Ｗとセンサモジュールの表面積Ｓから温度上昇ΔＴを推定する請求項２に記載の外気温度検出方法。