JP4385505B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湿度検出手段にて検出した車室内の湿度に基づいて、車室内の快適性や防曇性を確保できるように空調制御する車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような車両用空調装置としては、湿度センサに車室内空気を常に当てることによって湿度センサの応答性を確保するため、湿度センサを、車室内空気の温度を検出する内気温度センサと同位置、すなわち、強制的に車室内空気を導入するアスピレータ内に設置することが一般的な考え方である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車両側のスペース上、アスピレータをあまり大きくできず、湿度センサをアスピレータ内に設けることができない場合や、内気温度センサのかわりに乗員の表面温度を検出する表面温度センサを用いるのでアスピレータ自体がない場合には、上記のような考え方はできない。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑み、湿度検出手段をアスピレータ内に設けなくても湿度検出手段の応答性を確保できる車両用空調装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決する手段】
本発明者等は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。
【０００６】
すなわち、請求項１記載の発明は、送風手段（６）の作動時に空調ケース（２）を介して車室内に向かって吹出される空気の空調状態を調節する空調手段（７、１９）を備え、湿度検出手段（１６）にて検出した車室内の湿度に基づいて空調手段（７、１９）を制御する車両用空調装置において、空調ケース（２）内に車室内空気を導入する内気通路（３）内に湿度検出手段（１６）を設け、外気モード時、内外気切替手段（５）に内気通路（３）を所定開度だけ強制的に開口させる強制内気開口手段（１７、Ｓ１４０）を備え、この強制内気開口手段（Ｓ１４０）は、外気モード時、内気通路（３）が所定時間毎で間欠的に開閉するように内外気切替手段（５）を制御することを特徴としている。なお、本発明における「所定開度」とは、湿度検出手段（１６）の応答性を確保できる風量を得ることが可能な開度である。
【０００７】
上記技術的手段によると、湿度検出手段（１６）を内気通路（３）内に設けたことによって、内気モード時に送風手段（６）が作動して車室内空気が内気通路（３）および空調ケース（２）を介して車室内へ向かう循環路が形成されると、車室内空気を湿度検出手段（１６）に当てることができる。また、外気モード時に内外気切替手段（５）が内気通路（３）を強制的に開口することによって、外気モード時にも上記循環路を形成し、車室内空気を湿度検出手段（１６）に当てることができる。その結果として、湿度検出手段（１６）を上記アスピレータ内に設けなくても常に湿度検出手段（１６）の応答性を確保できる。
【０００９】
また、請求項１における「所定時間」とは、湿度検出手段（１６）の応答性を確保するために、この時間毎で内気通路（３）を開口する必要がある時間である。
【００１０】
上記請求項１記載の発明によると、外気モード時に内外気切替手段（５）が内気通路（３）を所定時間毎で間欠的に開閉するので、湿度検出手段（１６）の応答性を確保するにあたって、所定時間毎で内気通路（３）を全閉して車室外空気だけを空調ケース（２）内に導入することができる。
【００１１】
【発明の実施形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を自動車用空調装置に適用した第１実施形態について、図１〜８を用いて説明する。
【００１２】
まず、空調ユニット１の構成について図１〜４を用いて説明する。
【００１３】
図１に示すように、空調ユニット１は車室内に空気を導く空気通路をなす空調ケース２を備える。
【００１４】
空調ケース２には、車室内空気を導入する内気吸込口３、車室外空気を導入する外気吸込口４、両吸込口３、４を選択的に開閉する内外気切替ドア５、空気流を発生する送風手段としてのファン６、冷却用熱交換器としてのエバポレータ７、加熱用熱交換器としてのヒータコア８、温度調節手段としてのエアミックスドア９、車室内乗員の上半身に向かって空気を吹出すフェイス開口部１０、車室内乗員の足元に向かって空気を吹出すフット開口部１１、車両フロントガラスＧ内面に向かって空気を吹出すデフロスタ開口部１２、フェイス開口部１０を開閉するフェイスドア１３、フット開口部１１を開閉するフットドア１４、およびデフロスタ開口部１２を開閉するデフロスタドア１５がそれぞれ設けられている。
【００１５】
空調ユニット１は、図２に示すように、車室内インストルメントパネル内に設けられている。
【００１６】
また、後述するように内気吸込口３が開口した状態でファン６が作動すると、図２の白抜き矢印に示すように、車室内空気が車室内助手席乗員の足元から内気吸込口３を介して空調ケース２内に導入される。換言すれば、車室内空気が内気吸込口３および空調ケース２を介して車室内へと流れる循環路が形成される。なお、本実施形態では、請求項１における内気通路を、内気吸込口３と内外気切替ドア５の図１中一点鎖線位置との間の空気通路にて構成している。
【００１７】
内気吸込口３は、複数の開口部が格子状に開口することによって構成されており、図３に示すように、内気吸込口３の縁部には、車室内の相対湿度を検出する湿度検出手段としての湿度センサ１６が設けられている。なお、湿度センサ１６は、車室内の相対湿度の変化に比例して電圧が変化するようになっており、この電圧変化によって車室内の相対湿度を検出するようになっている。
【００１８】
外気吸込口４は、車室外所定部位（本実施形態では車両フロントガラスＧと車両ボンネットとの間）と外気ダクト（図示しない）を介して連通しており、後述するように外気吸込口４が開口した状態でファン６が作動すると、上記外気ダクトおよび外気吸込口４を介して空調ケース２内に車室外空気を導入するようになっている。なお、本実施形態では、請求項１における外気通路を、上記外気ダクト、および外気吸込口４と内外気切替ドア５の図１中実線位置との間の空気通路にて構成している。
【００１９】
内外気切替ドア５は、その駆動手段としてのサーボモータ５ａが駆動することにより、内気吸込口３と外気吸込口４とを選択的に開閉し、周知の内気モードあるいは外気モードを選択するようになっている。
【００２０】
ここで、図３、４に示すように、内気吸込口３の縁部には、ケース内側に向かって突出した突出部１７が形成されている。
【００２１】
これにより、上記外気モード時には、内外気切替ドア５が図３の位置で突出部に当接し、内気吸込口３を所定開度だけ開口した状態で強制的に停止するため、外気モード時においても約０．５〜０．６ｍ／ｓの風速で車室内空気が空調ケース２内に導入されるようになっている。これにより、内気吸込口３には常に空気流れが生じており、車室内空気が湿度センサ１６に当ってセンサ応答性が確保できるようになっている。従って、本実施形態では、請求項１における強制内気開口手段を、この突出部１７にて構成している。
【００２２】
ファン６は、その駆動手段としてのブロアモータ６ａにより駆動される。なお、ブロアモータ６ａは、ブロア駆動回路１８を介して制御信号を受取ることによって、所定の回転数で駆動するようになっている。
【００２３】
また、エバポレータ７は冷媒を圧縮するコンプレッサ１９、冷媒を凝縮するコンデンサ２０、気液分離器としてのレシーバ２１、冷媒を減圧する膨張弁２２とともに冷凍サイクル２３を構成する冷却用熱交換器である。なお、コンプレッサ１９は、コンプレッサ駆動回路２４を介して、電磁クラッチ（図示しない）が通電されるとエンジン（図示しない）の駆動力が伝わり、駆動するようになっている。
【００２４】
また、ヒータコア８は、上記エンジンの冷却水を熱源とする加熱用熱交換器である。
【００２５】
また、エアミックスドア９は、エバポレータ７を通過した空気のうち、ヒータコア８をバイパスする空気量と、ヒータコア８を通過する空気量との割合を調節することによって、車室内への吹出温度を調節する温度調節手段である。なお、エアミックスドア９は、その駆動手段としてのサーボモータ９ａによって駆動される。
【００２６】
また、フェイスドア１３、フットドア１４、デフロスタドア１５はそれぞれその駆動手段としてのサーボモータ１３ａ、１４ａ、１５ａにより駆動される。
【００２７】
次に、本実施形態の制御系について図１を用いて説明する。
【００２８】
制御装置２５の内部には、図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータや、Ａ／Ｄ変換回路等が設けられている。
【００２９】
制御装置２５は、イグニッションスイッチ（図示しない）がオンになると、バッテリー（図示しない）から電力が供給されて作動状態となる。
【００３０】
そして、制御装置２５の入力端子には、上記湿度センサ１６、車室外空気の温度を検出する外気温度センサ２６、車室内乗員の表面温度を検出する表面温度センサ２７、エバポレータ７の通過後の空気温度を検出するエバポレータ通過後センサ２８、上記エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２９、乗員が車室内温度を設定する温度設定スイッチ３０、乗員が吹出口モードをデフロスタモードに設定するデフロスタスイッチ３１等からの各信号が入力されるようになっている。
【００３１】
ここで、表面温度センサ２７は、被検出範囲の温度変化に伴う赤外線量の変化に比例して電圧が変化するサーモパイル型検出素子を用いた赤外線センサであって、車室内乗員を被検出範囲とするような位置（本実施形態では車室内天井部のうち、最前方部に位置するとともに左右方向の中央部に位置する部位）に設けられている。そして、この電圧変化によって車室内乗員の表面温度を非接触で検出するようになっている。
【００３２】
各センサ１６、２６〜２９、各スイッチ３０、３１等からの信号は、上記Ａ／Ｄ変換回路にてＡ／Ｄ変換された後、上記マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。このマイクロコンピュータは、所定のプログラムに基づいて上記各信号に対する演算処理を行うように構成されている。
【００３３】
そして、制御装置２５の出力端子からは、この演算処理結果に対応したブロアモータ６ａ、サーボモータ５ａ、９ａ、１３ａ〜１５ａ、上記電磁クラッチ等への各制御信号が出力されるように構成されている。
【００３４】
次に、上記マイクロコンピュータが行う制御処理について図５のフローチャートを用いて説明する。
【００３５】
図５のルーチンが起動すると、まず、ステップＳ１００にて初期化を行い、次のステップＳ１１０にて各センサ１６、２６〜２９、各スイッチ３０、３１等からの入力信号を読込む。
【００３６】
次のステップＳ１２０では、上記ＲＯＭに予め記憶された下記数式１に基づいて、車室内乗員に吹出す目標吹出温度ＴＡＯを算出する。
【００３７】
【数１】
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｉ×Ｔｉ＋Ｃ（℃）
ここで、Ｔｓｅｔは温度設定スイッチ３０を用いて乗員が設定した設定温度、Ｔａｍは外気温センサ２６が検出した車室外空気の温度、およびＴｉは表面温度センサ２７検出した車室内乗員の表面温度である。また、Ｋｓｅｔ、Ｋａｍ、Ｋｉはそれぞれゲインであり、Ｃは定数である。
【００３８】
次のステップＳ１３０では、図６のマップに基づいて上記ＴＡＯに対応した目標エバポレータ通過後温度ＴＥＯを決定する。
【００３９】
次のステップＳ１４０では、図７のマップに基づいて上記目標吹出温度ＴＡＯに対応した内外気モードを決定する。
【００４０】
次のステップＳ１５０では、図示しないマップに基づいて上記目標吹出温度ＴＡＯに対応したブロアモータ６ａへの印加電圧を決定する。
【００４１】
次のステップＳ１６０では、上記ＲＯＭに予め記憶された下記数式２に基づいてエアミックスドア９の開度ＳＷを算出する。
【００４２】
【数２】
ＳＷ＝（ＴＡＯ−Ｔｅ）×１００／（Ｔｗ−Ｔｅ） （％）
ここで、Ｔｅはエバポレータ通過後センサ２８にて検出されたエバポレータ通過後の空気温度、Ｔｗは水温センサ２９にて検出されたエンジン冷却水の温度である。
【００４３】
次のステップＳ１７０では、図示しないマップに基づいて上記目標吹出温度ＴＡＯに対応した吹出口モードを決定する。すなわち、吹出口モードをフェイスモード、バイレベルモード、フットモード、フットデフロスタモードのいずれか１つに決定する。但し、デフロスタスイッチ３１がＯＮされているときはデフロスタモードとする。
【００４４】
次のステップＳ１８０では、コンプレッサ１９のＯＮ／ＯＦＦを決定する。
【００４５】
以下、このステップＳ１８０での制御処理を図８のフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００４６】
図８のサブルーチンが起動すると、まずステップＳ２００にて湿度センサ１６にて検出した車室内の相対湿度ＲＨが第１所定値Ａ以上か否かを判定し、ＹＥＳと判定されるとステップＳ２１０にてコンプレッサ１９をＯＮし、ＮＯと判定されるとステップＳ２２０に移る。なお、第１所定値Ａは、これ以上車室内の相対湿度が上昇すると、車室内乗員が不快感を感じ得る値であって、設計者によって適宜設定される値である。
【００４７】
ステップＳ２２０では、湿度センサ１６にて検出した車室内の相対湿度ＲＨが第２所定値Ｂ以上か否かを判定し、ＹＥＳと判定されるとステップＳ２１０にてコンプレッサ１９をＯＮし、ＮＯと判定されるとステップＳ２３０に移る。なお、第２所定値Ｂは、これ以上車室内の相対湿度が上昇すると、窓曇りが発生し得る値であって、外気温度センサ２６が検出した外気温度に基づいて算出される。
【００４８】
ステップＳ２３０では、エバポレータ通過後センサ２８が検出したエバポレータ通過後温度Ｔｅが、上記ステップＳ１３０にて決定された目標エバポレータ通過後温度ＴＥＯに１を足し合わせた値（ＴＥＯ＋１）以上か否かを判定し、ＹＥＳと判定されるとステップＳ２１０にてコンプレッサ１９をＯＮし、ＮＯと判定されるとステップＳ２４０にてコンプレッサ１９をＯＦＦする。
【００４９】
以上説明した制御処理によると、ステップＳ１５０にて決定された風量でファン６が作動すると、ステップＳ１４０にて決定された内外気モードに応じた吸込口３、４から空調ケース２内に車室内空気あるいは車室外空気が導入される。このとき、湿度センサ１６の検出した車室内の相対湿度が第１所定値Ａ以上あるいは第２所定値Ｂ以上となると、ステップＳ２１０にてコンプレッサ１９がＯＮされ、内外気モードに応じた吸込口３、４からの吸込空気をエバポレータ７が除湿冷却する（車室内への吹出空気の除湿能力あるいは窓曇り除去能力を大きくする）ので、車室内の快適性や防曇性が確保される。なお、本実施形態では、請求項１における空調手段、空調制御手段を、それぞれエバポレータ７およびコンプレッサ１９、ステップＳ２００〜Ｓ２２０にて構成している。
【００５０】
ここで、本実施形態では、内気温度センサのかわりに、表面温度センサ２７を用いており、このため、一般的に内気温度センサおよび湿度センサ１６を内蔵して強制的に車室内空気を導入するアスピレータが設けられていない。
【００５１】
そこで、本実施形態では、内気吸込口３に湿度センサ１６を設けることによって、内気モード時には車室内空気が内気吸込口３および空調ケース２を介して車室内へ流れる循環路が形成されるので、車室内空気を湿度センサ１６に当てることができる。また、内気吸込口３の縁部に突出部１７を形成することによって、外気モード時においても、内気吸込口３を所定開度だけ強制的に開口させて上記循環路を形成し、車室内空気を湿度センサ１６に当てることができる。
【００５２】
その結果として、湿度センサ１６をアスピレータ内に設けなくても常に湿度センサ１６の応答性を確保できる。
【００５３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお、本実施形態は、上記第１実施形態に対して、請求項１における強制内気開口手段の構成が異なるものであり、以下、その相違点について図５、９を用いて説明する。また、上記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付した。
【００５４】
本実施形態では、図９に示すように、上記第１実施形態で説明したような突出部１７が形成されていない。
【００５５】
そこで、本実施形態では、図５のステップＳ１４０において外気モードが選択された時には、内外気切替ドア５を、内気吸込口３が上記所定開度だけ開口する位置（図９の実線位置）と、内気吸込口３が全閉する位置（図９の破線位置）とに、所定時間毎で（本実施形態では１０秒毎で）間欠的に作動させる（図９の白抜き矢印に示すように作動させる）ことによって、外気モード時にも車室内空気を湿度センサ１６に当てている。従って、本実施形態では、請求項１における強制内気開口手段を、ステップＳ１４０にて構成している。
【００５６】
本実施形態によると、外気モード時には、内外気切替ドア５を、内気吸込口３が上記所定開度だけ開口する位置と内気吸込口３が全閉する位置とに間欠的に作動させるので、外気モード時に所定時間毎で内気吸込口３を全閉し、車室外空気だけを空調ケース２内に導入することができる。
【００５７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を説明する。なお、本実施形態は、上記第１、２実施形態に対して、若干構成が異なるものであり、以下、その相違点について図２、５、１０を用いて説明する。また、上記第１、２実施形態と同様の構成については同一の符号を用いる。
【００５８】
ここで、フット開口部１１には乗員の足元に空気を導くフットダクト３２（図２参照）が接続されており、図２に示すように、フットダクト３２下流端に形成されたフット吹出口３３から乗員の足元に空気を吹出すようになっている。なお、図２では、図面の都合上、助手席側のフットダクト３２およびフット吹出口３３しか図示していないが、実際には運転席側にも設けられている。
【００５９】
また、本実施形態では、図１０に示すように、上記第２実施形態と同じく、上記第１実施形態のような突出部１７が形成されていない。また、上述した助手席側のフット吹出口３３は、助手席乗員の足元に位置しているため、このフット吹出口３３と内気吸込口３とは非常に近い位置に形成されている。
【００６０】
そこで本実施形態では、図５のステップＳ１４０にて外気モードが選択された時には、図１０に示すように、内気吸込口３を上記所定開度だけ強制的に開口させる位置に内外気切替ドア５が制御される。
【００６１】
更に、ステップＳ１７０にて、吹出口モードがフェイスモード、デフロスタモードに選択された時には、フット開口部１１が若干量だけ強制的に開口するようにフットドア１４を制御する。すなわち、全ての吹出口モードにおいてフット吹出口３３から空気が吹出されるようにフットドア１４を制御する。
【００６２】
本実施形態では、上記のステップＳ１４０にて外気モード時に内気吸込口３を上記所定開度だけ強制的に開口させることによって、外気モード時にも上記循環路を形成して湿度センサ１６に車室内空気を当てることができるので、常に湿度センサ１６の応答性を確保できる。
【００６３】
更に、上記のステップＳ１７０の制御処理によって、常に助手席側のフット吹出口３３から内気吸込口３に近い助手席乗員の足元へ空気が流れ、その結果として、上記循環路における車室内から内気吸込口３への空気流れを促進させることができ、より効果的に湿度センサ１６の応答性を確保できる。
【００６４】
（他の実施形態）
上記第１〜３実施形態では、湿度センサ１６の設置位置を、内気吸込口３の縁部としたが、これに限らず、例えば、内気吸込口３の上流側にダクトを接続したものでは、このダクト内に設けても良い。また、内気吸込口３と内外気切替ドア５の図１中一点鎖線位置との間に設けても良い。要は、車室内空気を空調ケース２内に導入する空気通路（請求項１における内気通路）内に設ければ良い。
【００６５】
また、上記各実施形態では、本発明を、アスピレータおよび内気温度センサをもたない（内気温度センサのかわりに表面温度センサ２７を用いる）自動車用空調装置に適用した形態について説明したが、これに限らず、アスピレータおよび内気温度センサを有したものでも良い。
【００６６】
また、上記各実施形態では、請求項１における「湿度検出手段にて検出した湿度に基づいて空調手段を調節する」という形態として、湿度センサ１６にて検出した相対湿度が所定以上のときに、コンプレッサ１９をＯＮしてエバポレータ７にて除湿冷却するように説明したが、これに限らず、例えば、湿度センサ１６にて検出した相対湿度に基づいて風量、吹出温度、内外気モード、吹出口モード等を調節しても良い。
【００６７】
また、上記各実施形態では、図５のステップＳ１４０にて内外気モードを内気モードと外気モードとの２つのモードを選択的に切替えているが、これら２つのモードに周知の半内気モードを加え、これら３つのモードを選択的に切替えるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１〜３実施形態における自動車用空調装置の全体構成図である。
【図２】上記第１〜３実施形態において空調ユニット１の車両搭載状態を示す斜視図である。
【図３】上記第１実施形態の要部を示す側断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】上記第１〜３実施形態においてマイクロコンピュータが行う制御処理を示すフローチャートである。
【図６】図５のステップＳ１２０にて目標エバポレータ通過後温度ＴＥＯを決定するときに用いるマップである。
【図７】図５のステップＳ１４０にて内外気モードを決定するときに用いるマップである。
【図８】図５のステップＳ１８０における詳細な制御処理を示すフローチャートである。
【図９】上記第２実施形態における図３相当図である。
【図１０】上記第３実施形態における図３相当図である。
【符号の説明】
２…空調ケース、
３…内気吸込口（内気通路）、
４…外気吸込口（外気通路）、
５…内外気切替ドア（内外気切替手段）、
６…ファン（送風手段）、
７…エバポレータ（空調手段）、
１６…湿度センサ（湿度検出手段）、
１７…突出部（強制内気開口手段）、
１９…コンプレッサ（空調手段）。

Claims (1)

1. 車室内への空気通路をなす空調ケース（２）、
   前記空調ケース（２）内に車室内空気を導入する内気通路（３）、
   前記空調ケース（２）内に車室外空気を導入する外気通路（４）、
   前記内気通路（３）と前記外気通路（４）とを選択的に開閉する内外気切替手段（５）、
   前記内外気切替手段（５）にて選択された前記通路（３、４）から前記空調ケース（２）内への空気流れを発生させる送風手段（６）、
   前記車室内の湿度を検出する湿度検出手段（１６）、
   前記空調ケース（２）を介して車室内に向かって吹出される空気の空調状態を調節する空調手段（７、１９）、
   前記湿度検出手段（１６）が検出した車室内の湿度に基づいて前記空調手段（７、１９）を制御する空調制御手段（Ｓ２００、Ｓ２１０、Ｓ２２０）を備えた車両用空調装置において、
   前記湿度検出手段（１６）を前記内気通路（３）内に設け、
   外気モード時、前記内外気切替手段（５）に前記内気通路（３）を所定開度だけ強制的に開口させる強制内気開口手段（１７、Ｓ１４０）を備え、
   前記強制内気開口手段（Ｓ１４０）は、前記外気モード時、前記内気通路（３）が所定時間毎で間欠的に開閉するように前記内外気切替手段（５）を制御することを特徴とする車両用空調装置。

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