JP4325350B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調装置に関するものである。

従来、送風機の下流側に熱交換器を配置し、熱交換器で熱交換された空気の一部を、送風機の上流側に循環させ、再度熱交換器で熱交換することで車両用空調装置の性能を向上させるというものが知られている（例えば特許文献１）。

図６は特許文献１に記載の車両用空調装置の構成を示す模式図である。空調ユニット１００には、一端が冷却用熱交換器１０１及び加熱用熱交換器１０２の下流側に開口し、他端が内外気切替箱１０６の内気導入口１０７の直上流に開口する循環ダクト１０９が接続されている。この循環ダクト１０９は、冷却用熱交換器１０１および加熱用熱交換器１０２を通過することによって熱交換された空気の一部を、送風機１０３の上流側に循環させる循環路１０４を形成している。

この循環路１０４の循環路出口１０５、即ち循環ダクト１０９の他端は、内外気切替箱１０６に設けられた内気導入口１０７の直上流に開口しており、車両用空調装置が内気導入モードであるときには、送風機１０３の吸入圧によって循環路１０４介して空調ユニット１００内を流れる熱交換された空気を送風機１０３の上流側に循環させるものである。尚、内外気切替箱１０６は、車室内へと通じる内気導入口１０７と、車室外へと通じる外気導入口１０８とを有しており、内外気切替箱１０６内に配された切替ドア１１０が両導入口をそれそれ開閉することによって内気導入モード、外気導入モードに切り替えるものである。

ここで、内気導入モードだけでなく、外気導入モードの場合でも空調ユニット１００内を流れる空気の一部を送風機１０３の上流側に循環させることで、車両用空調装置の空調性能を高めたいというニーズがある。外気導入モードで空調ユニット１００内の空気の一部を循環させる場合、図６に示される車両用空調装置では、循環路出口１０５が内気導入口１０７の直上流に開口しているため、切替ドア１１０が循環路出口１０５を閉鎖してしまうことになる。従って、外気導入モードにおいても空調空気を送風機１０３の上流側に循環させるためには、循環路出口１０５を内気導入口１０５の下流側、即ち図６中（Ａ）で示す位置に開口させる必要がある。

このような構成において、外気導入モードに設定すると、車両の走行速度が速い時に外気導入口１０８から導入される外気の圧力（以下、ラム圧）が高くなる。このような場合に、ラム圧よりも送風機１０３の吸入圧が低くなることがあり、上記（Ａ）で示す位置に循環路出口１０５を設けると、外気が循環路出口１０５に流れ込み、循環路１０４を循環ダクト１０９の一端側に向けて逆流してしまうという問題が発生する。
特開２００３−１０４０３３号公報

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、外気導入モードでも空調ユニット内の空気を送風機の上流側に循環させることが可能な循環路を備えた車両用空調装置において、外気が循環路を逆流することを未然に防ぐことができる車両用空調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するにあたり、請求項１に記載の発明は、循環路（３０）を開閉する循環路開閉手段（１４）と、第１の開口部（８）から流入する空気の圧力を測定する流入空気圧測定手段と、送風機（５）の吸入圧力を測定する送風機吸入圧測定手段と、送風機（５）の上流側のケース（４）に開口し、車室内へと通じる第３の開口部（９）と、第３の開口部（９）を開閉する内気混入路開閉手段（１３）と、車室内の湿度を測定する湿度測定手段とを備えており、
流入空気圧測定手段によって測定された第１の開口部（８）から流入する空気の圧力が、送風機吸入圧測定手段によって測定された吸入圧力よりも高い場合に循環路開閉手段（１４）によって循環路（３０）を閉じ、吸入圧力より低い場合に、循環路（３０）を開くと共に、
第１の開口部（８）から流入する空気の圧力が、吸入圧力よりも低く、かつ湿度測定手段によって測定された車室内の湿度が、所定の湿度（Ｈ）よりも低い場合、内気混入路開閉手段（１３）によって第３の開口部（９）を開き、
湿度測定手段によって測定された車室内の湿度が、所定の湿度（Ｈ）よりも高い場合、内気混入路開閉手段（１３）によって第３の開口部（９）を閉じるようにしており、
循環路開閉手段（１４）と、内気混入路開閉手段（１３）とが共通のバタフライドア（３２）であることを特徴とする。

これにより、第１の開口部（８）から流入する空気が循環路（３０）を逆流することを未然に防ぐことができる。
また、第１の開口部（８）から流入する空気が第３の開口部（９）を通じて車室内に逆流することを未然に防ぎ、かつ車室内の湿度が所定の湿度よりも低い時には、第３の開口部（９）から車室内の空気を導入することができる。
そして、循環路開閉手段（１４）と内気混入路開閉手段とを別体で設ける必要がなく、部品点数を低減することができる。

尚、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図１から図３を用いて説明する。

（本実施形態構成）
図１は本実施形態の構成を示す模式図である。

車両用空調装置１は送風機ユニット２と空調ユニット３と図示しない吹き出しモード切替ユニットとから構成されている。

送風機ユニット２は、内外気切替箱４と、ブロワファン５を収納したブロワケース６から構成されている。

内外気切替箱４には、内気導入口７と、外気導入口８と、一部内気混入口９と、循環路出口１０と、ブロワケース６へ通じる開口部１１とが開口しており、内外気切替ドア１２と、一部内気混入ドア１３と、循環制御ドア１４とが内部に設けられている。

内気導入口７および一部内気混入口９は図示しない車室内に通じ、車室内の空気を内外気切替箱４へと導入するものである。

外気導入口８は、図示しない車室外に通じ、車室外の空気を内外気切替箱４へと導入するものである。

循環路出口１０は、後述する循環路３０を通じて空調ユニット３に通じており、ブロワファン５の吸入圧によって、空調ユニット３内を流れる空気を内外気切替箱４へと導入するものである。

内外気切替ドア１２は、内外気切替ドア回転軸１９を中心にサーボモータにより駆動し、内気導入口７または外気導入口８のいずれか一方を開き、他方を閉じるものである。

一部内気混入ドア１３は、内気混入ドア回転軸２０を中心にサーボモータにより駆動し、後述するＥＣＵ３１によって演算された外気のラム圧とブロワファン５の吸入圧、および車室内の湿度に基づいて一部内気混入口９を開閉するものである。

循環制御ドア１４は、循環制御ドア回転軸を中心にサーボモータにより駆動し、後述するＥＣＵ３１によって演算された外気のラム圧とブロワファン５の吸入圧に基づいて循環路出口１０を開閉するものである。

ブロワケース６は、空気吸い込み口１５と、空調ユニットケース１６へと通じる開口部１７が開口しており、ブロワモータ１８によって駆動し、空気吸い込み口１５から吸い込んだ空気を、開口部１７から空調ユニットケース１６側へと圧送するブロワファン５が内部に設けられている。

空気吸い込み口１５は、内外気切替箱４の開口部１１に接続されており、ブロワファン５はこの空気吸い込み口１５から空気を吸い込み、送風機ユニットケース１６へと通じる開口部１７から空気を圧送するものである。

ブロワファン５は、ＥＣＵ３１によって制御されたブロワモータ１８によって駆動する周知の遠心式のファンであり、ブロワファン５の吸込圧はブロワモータ１８の回転数によって決まる。

空調ユニット３は、上流側開口部２１と、循環路入口２２と、下流側開口部２３とが開口した送風機ユニットケース１６と、この送風機ユニットケース１６内に配置されたエバポレータ２４と、エアミックスドア２５と、ヒータコア２６と、送風機ユニットケース１６内に形成された冷風バイパス流路２８と、エアミックスチャンバ２９とから構成されている。

上流側開口部２１は、ブロワケース６に設けられた開口部１７に接続されており、送風機ユニット２から圧送されてくる空気を空調ユニット３に導入するものである。

循環路入口２２は、後述する循環路３０を介して空調ユニット３内の空気を、ブロファファン５の上流の内外気切替箱４に導くものである。

下流側開口部２３は、図示しない吹き出しモード切替ユニットへと通じ、空調ユニット３で空調された空気を吹き出しモード切替ユニットへと導くものである。

エバポレータ２４は、周知の冷凍サイクルを構成するものであり、エバポレータ２４を通過する空気を、内部を流れる冷媒と熱交換することにより冷却するものである。

エアミックスドア２５は、エアミックスドア回転軸２７を中心にサーボモータにより駆動し、エバポレータ２５を通過した空気をヒータコア２６と冷風バイパス流路２８に振り分け、エアミックスチャンバ２９で混合することにより、後述するＥＣＵ３１によって決定された目標吹き出し温度となるようにするためのドアである。

ヒータコア２６は、図示しない車両走行用エンジンの冷却水が内部を流れる周知の温水式熱交換器であり、ヒータコア２６を通過する空気を内部を流れるエンジン冷却水と熱交換することにより加熱するものである。

冷風バイパス流路２８は、ヒータコア２６を迂回する空気通路で、ヒータコア２６を迂回することで空気を加熱せずにエアミックスチャンバ２９へ送るものである。

エアミックスチャンバ２９は、ヒータコア２６を通過し、加熱された空気と、冷風バイパス通路２８を通過して加熱されずに流れてきた空気とを混合し、後述するＥＣＵ３１によって決定された目標吹き出し温度の空気にするための空間である。

図示しない吹き出しモード切替ユニットは、いずれも図示しないＦＡＣＥ開口部、ＦＯＯＴ開口部、ＤＥＦ開口部、及びこれらの開口部を開閉する図示しないモード切替ドアから構成されている。

ＦＡＣＥ開口部は、車室内に設置され乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すＦＡＣＥ吹出口へと通ずる開口部である。ＦＯＯＴ開口部は車室内に設置され、乗員の足元へ向けて空調風を吹き出すＦＯＯＴ吹出口へと通ずる開口部である。ＤＥＦ開口部は車室内に設置され、図示しないフロントガラスにむけて空調風を吹き出し、フロントガラスの曇り止めを行なうＤＥＦ吹出口へと通ずる開口部である。

そして、モード切替ドアは、ＥＣＵ３１によって制御されたサーボモータにより回動し、その位置によりＦＡＣＥ吹出口から空調風を吹き出すＦＡＣＥモード、ＦＯＯＴ吹出口から空調風を吹き出すフットモード、ＤＥＦ吹出口から空調風を吹き出すＤＥＦモード、ＦＡＣＥ吹出口とＦＯＯＴ吹出口の両方から空調風を吹き出すＢ／Ｌモード、ＦＯＯＴ吹出口とＤＥＦ吹出口の両方から空調風を吹き出すＦ／Ｄモードのうちいずれかを選択し、切り替えるものである。

また、図示しないインストルメントパネルに設けられた操作部には、車両用空調装置１をオートで制御させるオートエアコンスイッチ、内気導入モードまたは外気導入モードを乗員が設定する内外気切替スイッチ、及び車室内の目標温度を乗員が設定する温度設定器、吹出口からの吹き出し風量を設定する風量設定スイッチ、吹き出しモードを乗員が設定する吹き出しモード切替スイッチ等、各種設定手段が配置されている。

ＥＣＵ３１は、上記内外気切替スイッチ、温度設定器、風量設定スイッチ、吹き出しモード切替スイッチ等の各種設定手段からの設定信号が入力される。
またＥＣＵ３１には、車両の速度を検出する車速センサ、車室内の温度を検出する内気温度センサ、車室内に照射される日射量を検出する日射センサ、外気温度を検出する外気温度センサ、及び車室内の湿度を検出する湿度センサ等、各種検出手段からの検出信号が入力される。

そしてＥＣＵ３１は、上記各種設定信号及び各種検出信号に基づいて内外気切替ドア１２、一部内気混入ドア１３、循環制御ドア１４、エアミックスドア２５、及び図示しない吹き出しモード切替ユニット内のモード切替ドアを回動させる各サーボモータと、ブロワファン５を駆動するブロワモータ１８、エバポレータ２４と共に冷凍サイクルを構成する図示しないコンプレッサ等を制御するものである。

次に、循環路３０について説明する。この循環路３０は循環ダクト４０によって形成され、循環路入口２２は、熱交換器であるエバポレータ２４とヒータコア２６下流側の空調ユニットケース１６の内壁に開口し、エアミックスチャンパ２９で混合された空気の一部が循環路３０に導入される。そして、循環路出口１０は、内外気切替箱４の内壁に開口し、ブロワファン５の吸入圧によって空調ユニット３内を流れる空気を循環路３０を介して送風機ユニット２へと導入するものである。

（本実施の形態の作動）
次に本実施形態の作動について図２および図３を用いて説明する。

図２はオートエアコンスイッチがＯＮされてからＥＣＵ３１が順に行なう制御を示すフローチャートである。

オートエアコンスイッチがＯＮされると、ステップＳ１において、上記内外気切替スイッチ、温度設定器、風量設定スイッチ、吹き出しモード切替スイッチ等からの各種設定信号と、上記車速センサ、内気温度センサ、外気温度センサ、日射センサ、湿度センサ等からの各種検出信号を読み込み、ステップＳ２へ進む。
ステップＳ２では、ステップＳ１で読み込んだ設定温度、内気温度、日射量、外気温度とに基づいて目標吹出温度ＴＡＯを演算し、ステップＳ３へと進む。

ステップＳ３では、ステップＳ２で演算した目標吹出温度ＴＡＯに基づいてブロワファン５が送り出す最適な風量を演算し、ステップＳ４へと進む。

ステップＳ４では、ステップＳ２で演算した目標吹出温度ＴＡＯに基づいて最適な吹出モードを決定し、ステップＳ５へと進む。

ステップＳ５では、ステップＳ２で演算した目標吹出温度ＴＡＯに基づいて車室内へ吹き出す空調風の温度が目標吹出温度ＴＡＯとなるように、エアミックスドア２５の開度を決定し、ステップＳ６へと進む。

ステップＳ６では、ステップＳ１で読込んだ外気温度および内気温度と、ステップＳ２で演算した目標吹出温度ＴＡＯとに基づいて車両用空調装置１を内気導入モードで運転するか、または外気導入モードで運転するかを決定し、内外気切替ドア１２の開度を決定し、内外気切替ドア１２を駆動させるサーボモータを制御し、ステップＳ７へと進む。

ステップＳ７では、ステップＳ３で演算された風量となるようにブロワモータ１８へ加える電圧を制御し、ステップＳ８へと進む。

ステップＳ８では、エアミックスドア２５がステップＳ５で演算された開度となるようにエアミックスドア２５を駆動させるサーボモータを制御し、ステップＳ９へと進む。

ステップＳ９では、ステップＳ４で決定した吹出モードとなるように、図示しない吹き出しモード切替ユニットのモード切替ドアを駆動するサーボモータを制御する。そして、ステップＳ１０へと進む。

ステップＳ１０では、ステップＳ３で演算したブロワファン５の風量と、ステップＳ１で読込んだ車両の速度とに基づいて循環制御ドア１４を駆動させるサーボモータを制御すると共に、ブロワファン５の風量と、車両の速度と、ステップＳ１で読込んだ車室内の湿度とに基づいて一部内気混入ドア１３を駆動させるサーボモータを制御し、ステップＳ１へと戻る。

このように車両用空調装置１は、上記のフローチャートを繰り返すことにより制御されている。

次に、ステップＳ１０について図３を用いてより詳しく説明する。

ステップＳ１０−１では、まずステップＳ６で外気導入モードが選択されているかどうかを判定する。外気導入モードが選択されている場合は、ステップＳ１０−２へと進み、内気モードが選択されている場合は、ステップＳ１０−７へと進む。

ステップＳ１０−２では、ステップＳ１で読込んだ車両の速度に基づいて外気導入口８から流入する外気の圧力（ラム圧）を算出し、ステップＳ１０−３へと進む。

ステップＳ１０−３では、ステップＳ３で演算したブロワファン５の風量に基づいてブロワファン５の吸入圧を算出し、ステップＳ１０−４へと進む。

ステップＳ１０−４では、上記ラム圧と、吸入圧とを比較し、ラム圧の方が大きいかどうかを判定する。ラム圧の方が大きい場合は、ステップＳ１０−５へ進み、吸入圧の方が大きい場合はステップＳ１０−７へと進む。

ステップＳ１０−５では、循環制御ドア１４を駆動させるサーボモータを制御し、循環路３０の循環路出口１０を閉じ、ステップＳ１０−６へと進む。
ステップＳ１０−６では、図２中のステップＳ１へと戻る。

ステップＳ１０−７では、循環制御ドア１４を駆動させるサーボモータを制御し、循環路３０の循環路出口１０を開き、ステップＳ１０−８へと進む。

ステップＳ１０−８では、ステップＳ１で読込んだ車室内の湿度が所定の湿度Ｈよりも低いかどうかを判定する。所定の湿度Ｈよりも低い場合は、ステップＳ１０−９へと進み、所定の湿度Ｈよりも高い場合はステップＳ１０−１０へと進む。

ステップＳ１０−９では、一部内気混入ドア１３を駆動させるサーボモータを制御し、一部内気混入口９を開き、ステップＳ１０−６へと進む。

ステップＳ１０−１０では、一部内気混入ドア１３を駆動させるサーボモータを制御し、一部内気混入口９を閉じ、ステップＳ１０−６へと進む。

（本実施形態の効果）
以上のように、本実施形態では、車速センサによって検出された車速に基づいてＥＣＵ３１によって演算された外気のラム圧が、ブロワモータ１８の回転数に基づいてＥＣＵ３１によって演算されたブロワファン５の吸入圧よりも大きい場合に、循環制御ドア１４を用いて循環路出口１０を閉じ、ラム圧が吸入圧よりも小さい場合に循環路出口１０を開く。

これにより、外気のラム圧がブロワファン５の吸入圧よりも大きい場合でも外気が循環路３０を逆流することを未然に防止できる。

また、本実施形態では、ラム圧が吸入圧よりも小さく、かつ湿度センサによって検出した車室内の湿度が所定の湿度Ｈよりも低い場合に、一部内気混入ドア１３を制御し、一部内気混入口９を開く。

これにより、外気が一部内気混入口９を通じて車室内に逆流することを未然に防ぎ、かつ車室内の湿度が所定の湿度Ｈよりも低い時には、一部内気混入口９から車室内の空気を導入することができる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を図４および図５を用いて説明する。

（本実施形態の構成）
図４は本実施形態の構成を示す模式図である。第１の実施形態では、一部内気混入口９を循環路出口１０に対面する位置に設けたが、本実施形態では、循環路出口１０に隣接する位置に設けている。

さらに、第１の実施形態では、循環制御ドア１４と、一部内気混入ドア１３を別々に設けたが、本実施形態では、循環制御ドア１４と一部内気混入ドア１３の機能を併せ持つバタフライドア３２を設けている。

図５は図４の拡大図であり、バタフライドア３２の作動を示す図である。

車速センサによって検出された車速に基づいてＥＣＵ３１によって演算された外気のラム圧が、ブロワモータ１８の回転数に基づいてＥＣＵ３１によって演算されたブロワファン５の吸入圧よりも大きい場合、バタフライドア３２を図中の （Ｂ）で示す位置に静止させる。

これにより、循環路出口１０および一部内気混入口９はバタフライドア下端３４およびバタフライドア上端３３によって閉じられている。

そして、ラム圧が吸入圧よりも小さく、かつ湿度センサによって検出した車室内の湿度が所定の湿度Ｈよりも高い場合、バタフライドア３２を図中の（Ｂ）で示す位置から時計回りに少し回転した図中（Ｃ）で示す位置まで回動させる。

これにより、バタフライドア下端３４が循環路出口１０から離れるので、循環路出口１０のみが開く。このとき、一部内気混入口９は、バタフライドア上端３３が凹部３５に沿って回動するため、閉じられたままとなっている。

そして、ラム圧が吸入圧よりも小さく、かつ湿度センサによって検出した車室内の湿度が所定の湿度Ｈよりも低い場合、バタフライドア３２を図中の（Ｃ）で示す位置から更に時計回りに少し回転した図中（Ｄ）で示す位置まで回動させる。

これにより、循環路出口１０と一部内気混入口９が共に開かれる。

以上より、第１の実施形態における、循環制御ドア１４と、一部内気混入ドア１３の機能を併せ持つバタフライドア３２を設けたことで、部品点数を削減することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、エバポレータ２４とヒータコア２６を共に設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、エバポレータ２４とヒータコア２６のどちらか一方のみを設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、エアミックスドア２５を用いてヒータコア２６による空気の加熱量を調節するようにようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヒータコア２６内を流れる温水の流量を制御して空気の過熱量を調整するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、一部内気混入口９を設けるようにようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、一部内気混入口９を設けないものでもよい。

第１実施形態における車両用空調装置の構成を示す模式図である。 オートエアコンスイッチが押されてからＥＣＵ３１によって制御される内容を示すフローチャートである。 図２中のステップＳ１０の制御内容を示すフローチャートである。 第２実施形態における車両用空調装置の構成を示す模式図である。 第２実施形態におけるバタフライドア３２の作動を示す、図４の拡大図である。 従来の車両用空調装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１…車両用空調装置、
２…送風機ユニット、
３…空調ユニット、
４…内外気切替箱、
５…ブロワファン、
６…ブロワケース、
７…内気導入口、
８…外気導入口、
９…一部内気混入口、
１０…循環路出口、
１１…開口部、
１２…内外気切替ドア、
１３…一部内気混入ドア、
１４…循環制御ドア、
１５…空気吸い込み口、
１６…空調ユニットケース、
１７…開口部、
１８…ブロワモータ、
１９…内外気切替ドア回転軸、
２０…内気混入ドア回転軸、
２１…上流側開口部、
２２…循環路入口、
２３…下流側開口部、
２４…エバポレータ、
２５…エアミックスドア、
２６…ヒータコア、
２７…エアミックスドア回転軸、
２８…冷風バイパス流路、
２９…エアミックスチャンバ、
３０…循環路、
３１…ＥＣＵ、
３２…バタフライドア、
３３…バタフライドア上端、
３４…バタフライドア下端、
３５…凹部。

Claims (1)

1. 一端側に車室外に通じる第１の開口部（８）を有し、他端側に車室内へと通じる第２の開口部とを有するケース（４、６、１６）と、
   前記ケース（４、６、１６）内に配置され、前記ケース（４、６、１６）内の一端側から他端側に向けて空気流を発生させる送風機（５）と、
   前記ケース（４、６、１６）内に配置され、前記送風機（５）によって発生した空気流と熱交換をする熱交換器（２４、２６）と、
   前記熱交換器（２４、２６）下流側の空気を、前記送風機（５）上流側へと循環させる循環路（３０）を形成する循環ダクト（４０）と、
   前記循環路（３０）内を開閉する循環路開閉手段（１４）と、
   前記第１の開口部（８）からの流入する空気の圧力を測定する流入空気圧測定手段と、
   前記送風機（５）の吸入圧力を測定する送風機吸入圧測定手段と、
   前記送風機（５）の上流側の前記ケース（４）に開口し、車室内へと通じる第３の開口部（９）と、
   前記第３の開口部（９）を開閉する内気混入路開閉手段（１３）と、
   車室内の湿度を測定する湿度測定手段とを備えており、
   前記流入空気圧測定手段によって測定された前記第１の開口部（８）から流入する空気の圧力が、前記送風機吸入圧測定手段によって測定された前記送風機（５）の吸入圧力よりも高い場合に、前記循環路開閉手段（１４）によって前記循環路（３０）を閉じ、
   前記第１の開口部（８）から流入する空気の圧力が、前記吸入圧力よりも低い場合に、前記循環路（３０）を開くと共に、
   前記第１の開口部（８）から流入する空気の圧力が、前記吸入圧力よりも低く、かつ前記湿度測定手段によって測定された車室内の湿度が、所定の湿度（Ｈ）よりも低い場合、前記内気混入路開閉手段（１３）によって前記第３の開口部（９）を開き、
   前記湿度測定手段によって測定された車室内の湿度が、前記所定の湿度（Ｈ）よりも高い場合、前記内気混入路開閉手段（１３）によって前記第３の開口部（９）を閉じるようにしており、
   前記循環路開閉手段（１４）と、前記内気混入路開閉手段（１３）とが共通のバタフライドア（３２）であることを特徴とする車両用空調装置。

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