JP3983564B2

JP3983564B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP3983564B2
Application number: JP2002041785A
Authority: JP
Inventors: 政人坪井; 敦雄井上
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: JP2003237341A

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、とくに車室内の湿度をより適切に制御できるようにした車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な車両用空調装置においては、通風ダクト内に冷却器としての冷媒の蒸発器が設けられており、この蒸発器を、圧縮機を備えた冷媒回路に接続してクーラーサイクルが構成され、蒸発器の下流側に、エンジン冷却水等を利用した加熱器としてのヒータが設けられている。
【０００３】
このような車両用空調装置において除湿空調制御を行う場合には、クーラーの蒸発器温度制御は、蒸発器が着霜しない下限温度で動作させ、温度調節上必要な温度は、ダクト内の蒸発器下流に設置される加熱器の能力制御によって実施していた。また、省動力を必要とする場合には、蒸発器温度を、車室内温度制御上必要な要求ダクト吹き出し温度の相関値に制御していた。しかし、このような制御においては、除湿時には蒸発器を着霜しない限界まで冷却するため、車室内を必要以上に除湿してしまい、圧縮機の動力を必要以上に消費することがあるという問題があった。また、省動力制御の場合には、外気温度が車室内温度以下でとくに外気湿度が高いとき、乗員からの水分蒸発により窓ガラスが曇ることがあるという問題があった。
【０００４】
そこで先に本出願人により、必要以上の除湿を防止して省動力化をはかるとともに、そのときの条件に応じて最適な除湿を行い、窓ガラスの曇りを適切に防止できるようにした車両用空調装置が提案されている（特開平１１−１１５４４７号公報）。すなわち、窓ガラスを曇らせない程度の除湿（運転時の安全確保）と、圧縮機消費動力の低減（燃費向上）との両方を達成するために、蒸発器の温度を従来のように着霜しない限界まで下げるのではなく、外気温度などを参考にしながら圧縮機の容量制御を実施して、蒸発器出口空気温度を高めに制御するようにしている。
【０００５】
しかし、この先に提案した制御においては、狙いの車室内湿度を得るために、必要な蒸発器温度を推定し調節するようにしていたが、直接車室内湿度を検知してはいないので、高い制御精度が得られにくいという問題が残されていた。
【０００６】
そこで先に本出願人によりもう一つの提案が行われている（特願平１１−２９７４６１号）。この提案による制御は、上記特開平１１−１１５４４７号公報による提案に、さらに温熱快適性を考慮した制御であり、従来の温度制御・調節の他に、車室内相対湿度または車室内湿度、露点温度を推定、検知、演算等を行って、車室内湿度をたとえば５０〜８０％となるように、圧縮機の容量制御を実施し、蒸発器出口空気温度、除湿能力を制御するようにしている。
【０００７】
しかしながら、この制御においては、とくに、乗員が少人数の場合等、車室内蒸気発生量が少ない場合、または、外気の絶対湿度が低い場合は、除湿の必要が無いにもかかわらず、無駄な冷房能力を発生し消費動力が大きくなるおそれがあるという問題が残されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、本出願人により先に提案した制御（特開平１１−１１５４４７号公報および特願平１１−２９７４６１号）に鑑み、車室内湿度を直接検知し、フィードバック制御することで、車室内湿度の目標値への制御精度を高めることが可能な車両用空調装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の別の課題は、冷媒回路の圧縮機容量調節の制御演算式に、制御する蒸発器温度から安定車室内湿度を予測する項（フィードフォワード項）と目標湿度と現在検知湿度の差の項（フィードバック項）を持つことで、車室内湿度制御の安定性と応答性の両立を図ることのできる車両用空調装置を提供することにある。
【００１０】
さらに、本発明の別の課題は、とくに乗員が少人数の場合等、車室内蒸気発生量が少ない、または、外気の絶対湿度が低く除湿の必要が無い場合に、無駄な冷房能力を発生させずにより適切に省動力運転を可能とする車両用空調装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の車両用空調装置は、車室内への通風ダクト内に設けられ通風ダクトを通過する空気を冷却および除湿する冷却器と、冷却器の冷却および除湿能力を調節する冷却器能力調節手段と、車室内に設けられ車室内の空気湿度を検出する車室内空気湿度認識手段と、外気の空気温度を検出する外気空気温度認識手段と、冷却器の温度を検出する冷却器温度認識手段とを有し、
前記外気空気温度認識手段により検出された外気空気温度から第１の車室内空気湿度目標値を算出する第１の車室内空気湿度目標値演算手段を有するとともに、該第１の車室内空気湿度目標値演算手段により算出された第１の車室内空気湿度目標値と前記車室内空気湿度認識手段により検出された車室内空気湿度認識値との差の項を有する計算式により、該第１の車室内空気湿度目標値に該車室内空気湿度認識値が近づくように、冷却器出口空気温度または冷却器温度の第１の目標値を算出する第１の冷却器温度目標値演算手段を有し、
予め定められた所定値である第２の車室内空気湿度目標値と前記車室内空気湿度認識手段により検出された車室内空気湿度認識値との差の項を有する計算式により、該第２の車室内空気湿度目標値に該車室内空気湿度認識値が近づくように、冷却器出口空気温度または冷却器温度の第２の目標値を算出する第２の冷却器温度目標値演算手段を有し、
前記第１の冷却器温度目標値と第２の冷却器温度目標値のうち低い方の値を冷却器温度目標値として採用し、その採用された冷却器温度目標値に前記冷却器温度認識手段によって検出された冷却器温度認識値が近づくように、前記冷却器能力調節手段を調節することを特徴とするものからなる。
【００１７】
制御の具体的な方法については後述するが、前記車室内空気湿度認識手段により検出された車室内空気湿度認識値と前記車室内空気湿度目標値演算手段により算出された車室内空気湿度目標値とを比較して、前者の方が小さい状態に維持された場合には、冷却器の能力を零とする制御を行うことができる。これによって除湿の必要が無い場合に、無駄な冷房能力を発生させずに省動力運転が可能となる。
【００１８】
前記冷却器としては、冷媒回路に設けられた圧縮機から供給される冷媒の蒸発器から構成でき、前記冷却器能力調節手段としては、圧縮機の吐出容量を調節する手段から構成することができる。
【００１９】
このように構成された本発明に係る車両用空調装置においては、車室内空気湿度認識手段により車室内空気湿度が直接検知されるので、検知された値を用いてフィードバック制御することにより、湿度に関する制御精度が大幅に高められる。
【００２０】
また、冷却器（蒸発器）の能力調節の制御演算式に、制御する蒸発器湿度から安定車室内湿度を予測する項（フィードフォワード項）と、目標湿度と現在検知湿度の差の項（フィードバック項）を持つことで、車室内湿度制御が安定するとともに、制御の応答性が高められ、安定性と応答性向上の両立が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の車両用空調装置の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の機器系統図を示している。図１において、１は、車両用空調装置の機械的な構成部分全体を示しており、通風ダクト２の入口側には、内気導入口３側からの空気吸入量と外気導入口４側からの空気吸入量との割合を制御する内外気切替ダンパ５が設けられている。吸入された空気は、モータ６により駆動される送風機７によってダクト２内を吸引、圧送される。
【００２２】
送風機７の下流側には、冷却器としての蒸発器８が設けられており、その下流側には加熱器としての温水ヒータ９が設けられている。温水ヒータ９には、エンジンからのエンジン冷却水１０が循環され、それによって加熱されるようになっている。この蒸発器８の能力制御により、送風空気の除湿制御も行われる。
【００２３】
蒸発器８には、冷媒回路１１内を循環される冷媒が供給される。冷媒は、容量を可変制御できる可変容量式圧縮機（コンプレッサ）１２で圧縮され、凝縮器１３で凝縮された後、受液器１４、膨張弁１５を介して蒸発器８に送られ、蒸発器８から圧縮機１２に吸入される。圧縮機１２の運転は、本実施例では、クラッチコントローラ１６の制御を介して、空調運転時には、常に圧縮機１２が稼動するようになっている。
【００２４】
温水ヒータ９の直下流側には、エアミックスダンパ１７が設けられており、エアミックスダンパアクチュエータ１８によって作動されるエアミックスダンパ１７の開度調整により、ヒータ９を通過する空気の量とバイパスする空気の量との割合を制御できるようになっている。
【００２５】
温調された空気は、各吹出口１９、２０、２１（たとえば、ＤＥＦ、ＶＥＮＴ、ＦＯＯＴ吹出口）を介して車室内に吹き出される。各吹出口１９、２０、２１には、それぞれダンパ２２、２３、２４が設けられている。
【００２６】
上記送風機７のモータ６の電圧（回転数）を制御する送風機電圧コントローラ２５、エアミックスダンパアクチュエータ１８、圧縮機１２の容量可変機構は、メインコントローラ２６からの信号に基づいて制御されるようになっている。メインコントローラ２６には、車室内温度や目標温熱感などを設定できる温熱感設定器２７からの設定信号が入力され、車室内温度センサ２８、車室内空気湿度認識手段としての車室内湿度センサ２９、日射センサ３０、外気温度センサ３１からの検知信号、および、冷却器温度センサまたは冷却器出口空気温度センサ３２からの検知信号がそれぞれ入力される。
【００２７】
本実施態様では、メインコントローラ２６で図２に示すような制御が行われる。
【００２８】
温熱感設定器２７による目標温熱感Ｔｐ、外気温度センサ３１によって検知された外気温度ＡＭＢおよび日射センサ３０によって検知された日射量ＲＡＤの信号および車内平均湿度予想値ＲＨＳｒ、送風機電圧ＢＬＶの信号から、温熱感設定値に対応した車室内温度の目標値が演算により次式によって推測される。
Ｔｓｅｔ＝ｆ（Ｔｐ，ＲＡＤ，ＡＭＤ，ＢＬＶ，ＲＨＳｒ）
【００２９】
ここで車内平均湿度予想値ＲＨＳｒは、車室内湿度センサ２９の湿度検出値ＲＨＳに基づいて決められるが、ＲＨＳｒを求める演算式は吹出口により異なる。
ＶＥＮＴ時には、
ＲＨＳｒ＝ｆ₁（ＲＨＳ、ＢＬＶ）
バイレベル時（Ｂ／Ｌ時）には、
ＲＨＳｒ＝ｆ₂（ＲＨＳ，ＢＬＶ）
ＦＯＯＴ時には、
ＲＨＳｒ＝ｆ₃（ＲＨＳ，ＢＬＶ）
とされる。
【００３０】
上記車室内温度目標値Ｔｓｅｔと、車室内温度センサ２８により検出された車内温度Ｔｉｎ、日射量ＲＡＤ、外気温度ＡＭＢの信号から、目標吹き出し温度Ｔｏｃが次のように演算される。
Ｔｏｃ＝ｋｐ１（Ｔｓｅｔ−Ｔｉｎ）＋ｆ（ＡＭＢ，ＲＡＤ，Ｔｓｅｔ）
ここでｋｐ１は係数である。
【００３１】
上記目標吹き出し温度演算結果を用いて、送風機電圧ＢＬＶが次式によって演算される。
ＢＬＶ＝ｆ（Ｔｏｃ）
この演算結果に基づいて送風機電圧コントローラ２５が制御される。
【００３２】
また、エアミックスダンパ１７の開度ＡＭＤは、次式によって演算される。
ＡＭＤ＝ｆ（Ｔｏｃ，ＴＷ，Ｔｅ）
によって演算される。ここで、Ｔｅは蒸発器（冷却器）出口空気温度センサ３２によって検知される蒸発器出口空気温度の信号であり、ＴＷはヒータ９の入口水温（たとえば、固定値として与えられている。）である。エアミックスダンパ開度演算結果に基づいてエアミックスダンパアクチュエータ１８が制御される。
【００３３】
車内湿度目標値ＲＴＩ（第１の湿度目標値）は外気温度ＡＭＢを用いて次のように演算される。
ＲＴＩ＝ｆ（ＡＭＢ）
また、所定の固定値として与えられる空気湿度量ＲＨから、第２の湿度目標値ＲＴＩＩが、
ＲＴＩＩ＝ＲＨ
として与えられる。
【００３４】
上記車内湿度目標値ＲＴＩ、ＲＴＩＩと、車内温度Ｔｉｎ、送風機電圧ＢＬＶ、目標吹き出し温度Ｔｏｃ、車内湿度ＲＨＳ、車内温度目標値Ｔｓｅｔ、外気温度ＡＭＢの信号を用いて、冷却器温度の目標値ＴＶが次のように演算される。
【００３５】
まず、防曇を考慮した冷却器出口空気温度目標値ＴＶＩは、防曇を考慮した湿度目標値ＲＴＩを用いて、
ＴＶＩ＝ｆ（ＲＴＩ，ＢＬＶ）＋Ｐ＋Ｉ_n
で演算される。ここで、
ｐ＝ｋｐ３（ＲＴＩ−ＲＴＳｗ）・・・比例項
Ｉ_n＝Ｉ_n-1＋ｋｐ３・ｋｉ２（ＲＴＩ−ＲＴＳｗ）・・・積分項
である。Ｉ_n-1はＩ_nの前回値であり、ｋｐ３、ｋｉ２は係数である。但し、
ＲＴＳｗ＝ｆ（ＲＨＳ，Ｔｉｎ）
であり、ＲＴＳｗはフロントウィンドウ近傍湿度予想値である。このＲＴＳｗの演算式は吹出口により次のように異なる。
ＶＥＮＴ時には、
ＲＴＳｗ＝ｆ₄（ＲＨＳ，Ｔｉｎ）
Ｂ／Ｌ時には、
ＲＴＳｗ＝ｆｓ（ＲＨＳ，Ｔｉｎ）
ＦＯＯＴ時には、
ＲＴＳｗ＝ｆ₆（ＲＨＳ，Ｔｉｎ）
とされる。つまり、この演算においては、車内湿度目標値ＲＴＩとフロントウィンドウ近傍湿度ＲＴＳｗの差が小さくなるように冷却器出口空気温度目標値ＴＶＩが算出される。
【００３６】
また、温熱快適性を考慮した冷却器出口空気温度目標値ＴＶＩＩは、快適性を考慮した湿度目標値ＲＴＩＩを用いて、
ＴＶＩＩ＝ｆ（ＲＴＩＩ，Ｔｓｅｔ）＋Ｐ＋Ｉ_n
で演算される。ここで、
ｐ＝ｋｐ４（ＲＴＩＩ−ＲＨＳｒ）・・・比例項
Ｉ_n＝Ｉ_n-1＋ｋｐ４・ｋｉ３（ＲＴＩＩ−ＲＨＳｒ）・・・積分項
である。Ｉ_n-1はＩ_nの前回値であり、ｋｐ４、ｋｉ３は係数である。つまり、この演算では、車内湿度目標値ＲＴＩＩと車内湿度予想値ＲＨＳｒの差が小さくなるように冷却器出口空気温度目標値ＴＶＩＩが算出される。
【００３７】
さらに、室温維持を考慮した冷却器出口空気温度目標値ＴＶＩＩＩは、目標吹き出し温度Ｔｏｃを用いて演算される。
ＴＶＩＩＩ＝ｆ（Ｔｏｃ）
【００３８】
上記のように算出された各冷却器出口空気温度目標値ＴＶＩ、ＴＶＩＩ、ＴＶＩＩＩの中で最も低いものが採用され、採用された冷却器出口空気温度目標値ＴＶと冷却器（蒸発器）出口空気温度Ｔｅの差が小さくなるように圧縮機容量制御信号Ｐｓが算出され、それに基づいて圧縮機に内蔵されている圧縮機容量コントローラにて圧縮機容量が調節される。
Ｐｓ＝ｆ（ＴＶ）
または、
Ｐｓ＝Ｐ＋Ｉ_n
Ｐ＝ｋｐ２（ＴＶ−Ｔｅ）
Ｉ_n＝Ｉ_n＋ｋｐ２・ｋｉ（ＴＶ−Ｔｅ）
【００３９】
このように圧縮機容量が調節されることで蒸発器（冷却器）の能力が調節され、ひいては車室内空気湿度の除湿量が調節される。
【００４０】
図３は、本発明の別の実施態様に係る車両用空調装置の機器系統図を示しており、図４はその制御ブロック図を示している。本実施態様では、圧縮機として固定容積式圧縮器（コンプレッサ）４１を使用している。したがって、図４に示す制御においては、クラッチコントローラ１６へのクラッチオン、オフ信号が演算、制御されている。
【００４１】
すなわち、圧縮機容量制御信号演算に相当する演算においては、
Ｔｅ＞ＴＶ＋Ａ
の場合にクラッチオンとされ、
ＴＶ＞Ｔｅ
の場合にクラッチオフとされる。但し、Ａは予め設定した固定値である。その他の構成、作用は前述の実施態様と同じである。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両用空調装置によれば、室内湿度をセンサーで直接検知し、フィードバック制御することで、目標とする湿度への制御精度を高めることができる。また、蒸発器能力調節の制御演算式に、制御する蒸発器温度から安定車室内湿度を予測する項（フィードフォワード項）と、目標湿度と現在検知湿度の差の項（フィードバック項）を持つことで、車室内湿度の安定性と応答性の両立を図ることができる。その結果、安定して、そのときの最適な車室内温度、車室内湿度に制御することができる。また、除湿の必要が無いときには、無駄な冷房能力の使用を回避して省動力運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の概略構成図である。
【図２】図１の車両用空調装置の制御の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の別の実施態様に係る車両用空調装置の概略構成図である。
【図４】図３の車両用空調装置の制御の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１空調装置
２通風ダクト
５内外気切替ダンパ
６モータ
７送風機
８冷却器としての蒸発器
９加熱器としての温水ヒータ
１０エンジン冷却水
１１冷媒回路
１２可変容量式圧縮機
１３凝縮器
１４受液器
１５膨張弁
１６クラッチコントローラ
１７エアミックスダンパ
１８エアミックスダンパアクチュエータ
１９、２０、２１吹出口
２２、２３、２４ダンパ
２５送風機電圧コントローラ
２６メインコントローラ
２７温熱感設定器
２８車室内温度センサ
２９車室内空気湿度認識手段としての車室内湿度センサ
３０日射センサ
３１外気温度センサ
３２冷却器出口空気温度センサ
４１固定容積式圧縮機

Claims

車室内への通風ダクト内に設けられ通風ダクトを通過する空気を冷却および除湿する冷却器と、冷却器の冷却および除湿能力を調節する冷却器能力調節手段と、車室内に設けられ車室内の空気湿度を検出する車室内空気湿度認識手段と、外気の空気温度を検出する外気空気温度認識手段と、冷却器の温度を検出する冷却器温度認識手段とを有し、
前記外気空気温度認識手段により検出された外気空気温度から第１の車室内空気湿度目標値を算出する第１の車室内空気湿度目標値演算手段を有するとともに、該第１の車室内空気湿度目標値演算手段により算出された第１の車室内空気湿度目標値と前記車室内空気湿度認識手段により検出された車室内空気湿度認識値との差の項を有する計算式により、該第１の車室内空気湿度目標値に該車室内空気湿度認識値が近づくように、冷却器出口空気温度または冷却器温度の第１の目標値を算出する第１の冷却器温度目標値演算手段を有し、
予め定められた所定値である第２の車室内空気湿度目標値と前記車室内空気湿度認識手段により検出された車室内空気湿度認識値との差の項を有する計算式により、該第２の車室内空気湿度目標値に該車室内空気湿度認識値が近づくように、冷却器出口空気温度または冷却器温度の第２の目標値を算出する第２の冷却器温度目標値演算手段を有し、
前記第１の冷却器温度目標値と第２の冷却器温度目標値のうち低い方の値を冷却器温度目標値として採用し、その採用された冷却器温度目標値に前記冷却器温度認識手段によって検出された冷却器温度認識値が近づくように、前記冷却器能力調節手段を調節することを特徴とする車両用空調装置。
前記車室内空気湿度認識手段により検出された車室内空気湿度認識値と前記車室内空気湿度目標値演算手段により算出された車室内空気湿度目標値とを比較して、前者の方が小さい状態に維持された場合には、冷却器の能力を零とする、請求項１に記載の車両用空調装置。
前記冷却器が、圧縮機から供給される冷媒の蒸発器からなり、前記冷却器能力調節手段が、前記圧縮機の吐出容量を調節する手段からなる、請求項１または２に記載の車両用空調装置。