JP4516570B2 - 車両用の空調機構と、空調機構を運転するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調機構であって、空気流を発生するための１つの送風機と送風機の下流側に配置されて空気流を流通させる１つの蒸発器と蒸発器の下流側に配置される１つの分配室とを有し、この分配室内で空気流が制御ドアによって第１流れ通路と第２流れ通路とに分配可能であり、これにより第１、第２部分空気流が発生可能であり、第１流れ通路が１つの混合室に注ぎ込み、第２部分空気流を加熱するための１つの熱交換器が第２流れ通路中に配置され、第２流れ通路が熱交換器の下流側で混合室に注ぎ、混合室内で第１、第２部分空気流から混合空気流が発生可能であり、混合室から空気流出通路が車室内のさまざまな領域に通じており、混合室側で空気流出通路に切換ドアが付設されており、これらの切換ドアが、付設された空気流出通路内での混合室からの空気流出流を制御し、空気流出通路の少なくとも１つがデフロスト通路であり、このデフロスト通路が、特に車両フロントガラス等の車両ガラスの内面で直接に空気流を発生するのに役立ち、車両ガラスに付設されるデフロストノズルで流出し、この空気流出通路中に少なくとも１つのバイパス通路が配置されており、このバイパス通路が熱交換器の下流側で、第２流れ通路からはじめて混合室の上流側で分岐し、デフロスト通路に直接注ぎ、暖空気流を流通させることができる空調機構、および１つの空調機構と１つの流れ通路中に配置される１つのバイパス通路とを有する車両の空調機構を運転するための方法に関する。

前述のような空調機構は車両について公知である。空調機構の目的は、車室内で好ましいと認識される温度成層を発生して維持し、同時に交通上安全な車両走行を可能とすることである。発生されるべき空気成層は、温度曲線の方から、車両乗員の頭部領域が足元空間よりも低い温度となるように選択しなければならない。他方で、特に運転者のフロントガラスの曇りを防止するためにガラス内側が比較的暖かい空気流に曝されているのが望ましい。というのも、この空気流はガラスの車両内側を暖め、同時に湿気を一層吸収できるからである。これにより、ガラス内側に水分沈殿の現れることが防止されもしくはごく迅速に除去される。その際特に空調装置の制御範囲内で、つまり制御設定からの偏差がごく僅かな場合に、曇り傾向は現れることがある。

このような温度成層を達成し、同時にフロントガラス領域で暖空気流を達成するために、空調機構内にバイパス通路を設けることが公知であり、このバイパス通路は熱交換器の下流側で分岐し、こうして暖められた空気流を、暖空気部分流を冷空気部分流と混合する混合室の脇からデフロスト通路に送る。その際、デフロスト通路は１つの車両ガラスに付設されたデフロストノズル内に空気流を導くのに役立つ。混合室は、それ自体、そのなかで確かに両方の部分空気流の混合が行われるが、しかし冷空気流の割合が高い領域が存在する一方、別の領域では暖空気流の割合が高くなるように造形されている。それにもかかわらず、車室内を換気する空気流出通路をいずれの領域で分岐するのかに応じて空気流出通路内でさまざまな混合空気温度が可能であり、これは車室内で温度成層の発生を可能とする。車両内でさらに上側で注ぐ空気流出通路は足元空間内で注ぐ混合空気温度よりも低い混合空気温度を有する。

このような空調機構の欠点として、バイパス通路を介して一定した暖空気流がデフロストノズルへと絶えず送られ、この暖空気流が有する空気成分は熱交換器の直接下流側で分岐され、従って高温を有する。しかし車両ガラスに沿って上方に送られるこの空気流は、車両乗員の頭部領域に低い空気温度を予定する車両内に発生すべき温度成層に対抗して働く。

この欠点が影響を及ぼすのは、特に、デフロストノズルを通して送られる空気流が少なく、つまりデフロスト機能が排除され、また車室内に目標温度成層を発生するために大量の体積流が必要でないときである。その場合、デフロスト通路の空気流全体に占める暖空気流の割合が高く、十分にその温度を決定する。デフロストノズルから流出する暖空気流はその温度がガラスを確実に曇りのないようにするのに必要な温度よりも高く、車室内の冷房に対抗して働き、車室内で求める温度成層を乱す。

本発明の課題は、従来の空調機構を改良し、曇りのないガラスを維持することによって車室内で希望する温度成層の乱されることが極力少なくなるようにすることである。

この課題は、本発明によれば、空調機構について、バイパス通路内の暖空気流を制御するための１つの混合ドアが各バイパス通路に付設されており、混合ドアと制御ドアが共通する揺動軸に配置されており、バイパス通路の延びている領域内に混合ドアが延設される一方、残りの領域には制御ドアが構成されており、混合ドア及び制御ドアが共通する揺動軸の軸線方向に沿って延設され、横断面で見て湾曲しており、混合ドアが１つのバイパス通路に付設されていてドアが凸面湾曲されており、制御ドアが空気流を第１、第２部分空気流に分割するのに役立ち凹面湾曲されていることによって解決される。

本発明の解決手段を例示すると、各請求項に記載のとおりである。

発明の実施形態

空調機構は空気流を発生するために１つの送風機を有する。この送風機の下流側に１つの蒸発器が配置されており、この蒸発器に続く分配室内で空気流は制御ドアによって第１流れ通路と第２流れ通路とに分配可能であり、これにより第１、第２部分空気流が発生可能である。第１流れ通路が１つの混合室に注ぎ込む一方、第２部分空気流を暖めるための１つの熱交換器は第２流れ通路中に配置され、熱交換器の下流側ではじめて混合室に注ぐ。

混合室内で第１、第２部分空気流から混合空気流が発生可能であり、混合室から空気流出通路が車室内のさまざまな領域に通じている。混合室側で空気流出通路に切換ドアが付設されており、これらの切換ドアは付設された空気流出通路内での混合室からの空気流出流を制御する。空気流出通路の少なくとも１つがデフロスト通路であり、このデフロスト通路は車両の車両ガラスの内面に直接沿って空気流を発生するのに役立ち、車両ガラスに付設される１つのデフロストノズルで流出している。１つのデフロスト通路に少なくとも１つのバイパス通路が付設されており、このバイパス通路は熱交換器の下流側で、第２流れ通路からはじめて混合室の上流側で分岐し、デフロスト通路に直接注ぎ、暖空気流を流通させることができる。

本発明によれば、バイパス通路内の暖空気流を制御するための１つの混合ドアが各バイパス通路に付設されている。

この措置によって、バイパス通路内の暖空気の体積流が制御可能であることが達成される。それとともに、バイパス通路に由来するデフロストノズル内の空気流の割合は空調装置の運転状態に適合可能となる。これにより、車室内の上側領域に吐き出すノズルから流出する空気流に比べてデフロスト通路内の空気流を高めることが可能になり、この高められた温度は同時に、車室内で希望する温度成層の発生に不必要に対抗して働くことはない。

本発明の有利な１構成によれば、混合ドアの位置が、空気流を第１、第２部分空気流に分配する制御ドアの位置に連結されている。この連結によって、混合室から到来するデフロスト通路内の空気流に対するバイパス通路内の空気流の適切な比が持続的に発生される。この比は混合室内で暖空気と冷空気とからなる温度成層に、従って空気流出通路内の温度に連結されている。同時に、混合ドアの目標位置を算出するために付加的測定量を検出しかつこれらの測定量を１つの制御装置内で処理する必要はない。これは、機能性を制限することなく、１つの混合ドアの組付けと結び付いた付加的支出および費用の低減を引き起こす。

混合ドアと制御ドアが共通する揺動軸上に配置されていることは他の有利な１構成に相当する。この措置は、制御ドアの横に１つの混合ドアを付加的に用意するのに必要な構造支出を減らし、特に壁内の貫通個所の数を減らす。貫通個所は空調機構内の騒音発生に関しても問題となることがあり、それゆえに特別の注意を必要とする。

本発明の有利な１構成によれば、少なくとも１つの混合ドアと制御ドアは共通する調節器によって駆動される。この措置はやはり、混合ドアの組付けと結び付いた付加的支出の減少を引き起こす。

本発明の他の有利な１構成によれば、混合ドアと制御ドアは共通する調節器によって駆動され、混合ドアの角運動が制御ドアの角運動に対して所定の固定関係にあるように混合ドアと制御ドアとの間に１つの伝動歯車装置が配置されている。この措置は、少なくとも１つの混合ドアの運動を制御ドアの運動に連結させることを可能とし、両方の調節行程が不可避的に同じ大きさである必要はない。特に、混合ドアの配置されている少なくとも１つのバイパス通路の流通および寸法に対する適合が可能になる。これはバイパス通路および付設される混合ドアの造形および寸法設計における大きな柔軟性を許容し、混合ドア用に個別の調節器を同時に必要とすることはない。

第１流れ通路が第２流れ通路に関して溢流通路として構成され、第１、第２流れ通路の始端領域に配置される制御ドアを介して第１部分空気流と第２部分空気流との比が決定可能であることは、本発明の有利な１構成に相当する。その際、有利な展開によれば、各バイパス通路は第１流れ通路を貫通するように案内されており、第１流れ通路は特に制御ドアの領域内でバイパス通路を貫通させる。この配置は、特に混合ドアと制御ドアを互いに直接隣接させて配置することを可能にする。これが必要であるのは、特に、制御ドアと混合ドアが共通する揺動軸上に配置されておりおよび／または共通する調節器によって駆動されるときである。

本発明の他の有利な１構成によれば、混合ドアと制御ドアは共通する揺動軸上に配置されており、バイパス通路の延びている領域内に混合ドアが延設される一方、残りの領域には制御ドアが構成されている。これは空調機構の安価な構造上の造形を求める要求に合致している。その際さらに有利な構成によれば、ドアが共通する揺動軸の軸線方向に延設され、このため横断面で湾曲しているようにすることができる。制御ドアおよび少なくとも１つの混合ドアの表面湾曲は、ドアの造形の有利な構造特性を、同時に空気流の案内向上と密封面の位置もしくは整列と調和させることを可能にする。その際、切片状に拡開し主に縁側にも配置される揺動腕を介して、ドアが揺動軸に枢着されていることは、有利な１構成に相当する。別の有利な１展開では、混合ドアとして役立ちかつ１つのバイパス通路に付設されたドアが凸面湾曲されている。制御ドアとして役立ちかつ空気流を第１、第２部分空気流に分割するのに役立つドアは本発明の諸構成によれば凹面湾曲させておくことができる。

特に本発明に係る車両空調機構を運転するための本発明に係る方法では、１つのバイパス通路に流入する空気流が１つの空気ドアによって制御されており、バイパス通路は１つの流れ通路内に配置されている。その際、有利な構成によれば、空気ドアの位置は空気流を第１、第２部分空気流に分配する制御ドアの位置に連結されており、連結は特に機械式に構成されており、調節運動は有利には共通する調節器を介して引き起こされる。

以下では図面に示す実施例を基に本発明が詳しく説明される。

図１ａと図１ｂ、図２ａと図２ｂ、図３ａと図３ｂの３つは、対として、本発明に係る空調機構の断面図をそれぞれ示す。その際、符号ａとされる図が１つのバイパス通路の外側領域の断面を常に示す一方、符号ｂとされた図はバイパス通路領域の断面を示しており、同じ図のドア位置は互いに一致する。空調機構内でバイパス通路の位置は選択可能である。２つ以上のバイパス通路を設けておくこともでき、その場合各バイパス通路が１つの混合ドアを有する。その際バイパス通路は特に片側または両側で空調機構の横に、または中心に構成しておくことができる。

図は空調機構１０を横断面図で示している。送風機ハウジング１１の内部に図示しない１つの送風機、切断面に垂直に空気を吸い込む１つのラジアルファンが配置されている。

ラジアルファンによって移送される空気はまず空気フィルタ１２を流通し、次に蒸発器１３を流通し、蒸発器内で空気は冷やされる。蒸発器１３の下流側で分配室１４が続いている。１つのバイパス通路３０の延設されている領域内でバイパス通路２０の１つの壁３１は混合ドア３３が挿通される１つの条溝３２に至るまで第１流れ通路１５を閉鎖し、ガイドは漏れ流れを防止するために流体密とすることができる。バイパス通路の横の領域で第１流れ通路１５は混合室１８に直接通じている。

第２流れ通路１６は分配室１４から熱交換器１７を介して混合室１８に通じている。３つの図に異なる位置、両方の端位置と１つの中間位置とで示された切換ドア３４はその位置において第１流れ通路１５から第２流れ通路１６に至る開口流れ横断面との比を決定し、それとともに蒸発器１３から熱交換器１７を経由することなく到来する体積流の割合を決定する。混合室１８内に生じる混合空気の生じる温度はこうして制御もしくは調節される。

混合室１８から複数の空気流出通路１９が引き出され、これらの通路のそれぞれに１つの切換ドア２０が付設されており、この切換ドアによって相応する空気流出通路１９内の空気流の量が制御可能または調節可能である。車両内で温度成層を達成するために空気流出通路１９は第１、第２流れ通路１５、１６からの空気間の異なる混合比を有する個所で分岐し、こうして混合流の異なる温度が与えられている。

空気流出通路の１つはいわゆるデフロスト通路２１である。これがデフロストノズルへと通じており、これらのデフロストノズルは車両のガラス、特にフロントガラスの領域内に直接配置され、ガラスを迅速に加熱しもしくは凝縮する水蒸気による曇りをガラスから除去するのに役立つ。その際、デフロスト通路２１が分岐する個所は第１流れ通路からの空気の割合が高く、従って比較的冷えている。これは加熱・曇り防止機能にとって障害であるが、しかし構造に起因してもいる。それゆえにバイパス通路３０が設けられており、これは第２流れ通路１６中で分岐し、相応する切換ドア２１の直前でデフロスト通路２１に注ぐ。これによりデフロスト通路２１内の空気流に、高められた暖空気成分が供給される。その際、自由流れ横断面が混合ドア位置に依存しているので、デフロスト通路２１内の体積流は混合ドア３３の位置を介して変更可能である。その際、デフロスト通路２１に付設された切換ドア２０はデフロスト通路２１内の体積流の量を制御するが、しかしそのなかのバイパス通路３０からの体積流の割合を制御するのではない。

その際、図示実施形態において混合ドア３３と切換ドア３４は共通する揺動軸３５上に配置されており、ドアは湾曲表面３７を有し、半径方向で拡開された揺動腕３６を介して揺動軸３５に当接している。揺動腕３６はその際少なくとも、部分的に閉じた１つの側面を有し、この側面はバイパス通路３０と第１流れ通路１５との間の分離機能を有する。それとともに混合ドア３３の位置は切換ドア３４の位置に直接連結されており、これらは１つの調節器３８によって揺動軸をハウジングに対して一緒に回動させることによって、図１〜図３に示したように位置変更可能である。

図１に示したように第１流れ通路１５が閉じていると、空気流れ全体が熱交換器１７を介して送られ、そこで暖められる。その場合バイパス通路３０は最大に開口しており、高い体積流割合の暖空気がデフロスト通路２１に供給される。そのことからデフロスト通路２１内の空気温度が比較的高くなり、付属するウインドガラスもしくはフロントガラスが極力迅速に加温され、従って曇りや氷結のないガラスが得られる。

図３に示したように第１流れ通路１５が開口されていると、空気流れ全体は第１流れ通路１５を介して、従って熱交換器１７の脇を送られる。その場合バイパス通路３０が閉鎖されており、バイパス通路３０からの暖空気がデフロスト通路２１に供給されることはない。そのことからデフロスト通路２１内の空気温度が比較的低くなり、室内が迅速に冷却され、車室内で好ましい空気成層の発生が促進される。

図２に示す中間位置のときそれぞれ部分流が発生される。従ってバイパス３０を介して僅かな暖空気体積流がデフロスト通路２１に送られ、このデフロスト通路は確かに本来そこを流通する空気に比べて高い温度を有するが、しかしこの温度はバイパス通路が自由に流通可能であろう場合ほどに強くは高まっていない。これにより、デフロスト通路２１に付属したガラスの領域では暖空気が供給されるが、それにもかかわらずこの空気は車両内の温度成層を不必要に強く乱すことがない。加温の程度は希望する温度変化の強さによって影響され、この強さから切換ドア３４の位置が決定される。

図４が斜視図で示すドア要素は混合ドア３３と切換ドア３４とを統合したものである。その際、混合ドア切片３３が凸面湾曲している一方、切換ドア切片３４は凹面湾曲している。切換ドア切片３４と混合ドア切片３３との間の楕円形レンズが１つの壁３１を形成し、このレンズはバイパス通路３０の条溝３１も延びているこの領域内で、バイパス通路３０と第１流れ通路１５との間に流体分離ももたらす。その際この壁は半径方向外方に広がる揺動腕３６の一部とすることもできる。しかし図示実施形態において揺動腕３６はそれとは分離構成される腹部として実施されている。その際、図４は横方向に配置される２つのバイパス通路３１を示しており、バイパス通路は各１つの混合ドア３３を有し、その間に延設される第１流れ通路１６はそのなかに配置される２つの切換ドア３４によって閉鎖可能である。ドアの調節運動を発生するのを引き受ける調節器３８がこの図では破線で示唆されている。調節器３８はその際相応する制御ユニットによって制御され、この制御ユニットによって本発明に係る方法も実行される。

制御ドアによって第１流れ通路を閉鎖した場合の１つのバイパス通路の横の領域もしくはバイパス通路領域における本発明に係る空調機構の横断面図である。 制御ドアによって第１流れ通路を閉鎖した場合の１つのバイパス通路の横の領域もしくはバイパス通路領域における本発明に係る空調機構の横断面図である。 制御ドアによって第１流れ通路を一部開口した場合の１つのバイパス通路の横の領域もしくはバイパス通路領域における本発明に係る空調機構の横断面図である。 制御ドアによって第１流れ通路を一部開口した場合の１つのバイパス通路の横の領域もしくはバイパス通路領域における本発明に係る空調機構の横断面図である。 制御ドアによって第２流れ通路を閉鎖した場合の１つのバイパス通路の横の領域もしくはバイパス通路領域における本発明に係る空調機構の横断面図である。 制御ドアによって第２流れ通路を閉鎖した場合の１つのバイパス通路の横の領域もしくはバイパス通路領域における本発明に係る空調機構の横断面図である。 混合ドアも制御ドアも含むドア要素および付設されたバイパス通路を略斜視図で示す。

符号の説明

１０ 空調機構
１１ 送風機ハウジング
１２ 空気フィルタ
１３ 蒸発器
１４ 分配室
１５ 第１流れ通路
１６ 第２流れ通路
１７ 熱交換器
１８ 混合室
１９ 空気流出通路
２０ バイパス通路、切換ドア
２１ デフロスト通路、切換ドア
３０ バイパス通路
３１ 壁
３２ 条溝
３３ 混合ドア
３４ 切換ドア
３５ 揺動軸
３６ 揺動腕
３７ 湾曲表面
３８ 調節器

Claims (10)

1. 車両用の空調機構であって、
   ・空気流を発生するための１つの送風機と
   ・送風機の下流側に配置されて空気流を流通させる１つの蒸発器と
   ・蒸発器の下流側に配置される１つの分配室とを有し、
   ・この分配室内で空気流が制御ドアによって第１流れ通路と第２流れ通路とに分配可能であることにより第１、第２部分空気流が発生可能であり、
   ・第１流れ通路が１つの混合室に注ぎ込み、
   ・第２部分空気流を加熱するための１つの熱交換器が第２流れ通路中に配置され、第２流れ通路が熱交換器の下流側で混合室に注ぎ、
   ・混合室内で第１、第２部分空気流から混合空気流が発生可能であり、混合室から空気流出通路が車室内のさまざまな領域に通じており、混合室側で空気流出通路に切換ドアが付設されており、これらの切換ドアが、付設された空気流出通路内での混合室からの空気流出流を制御し、
   ・空気流出通路の少なくとも１つがデフロスト通路であり、このデフロスト通路が、特に車両フロントガラス等の車両ガラスの内面で直接に空気流を発生するのに役立ち、車両ガラスに付設されるデフロストノズルで流出しており、
   ・この空気流出通路中に少なくとも１つのバイパス通路が配置されており、このバイパス通路が熱交換器の下流側で、第２流れ通路からはじめて混合室の上流側で分岐し、デフロスト通路に直接注ぎ、暖空気流を流通させることができ、
   バイパス通路内の暖空気流を制御するための１つの混合ドアが各バイパス通路に付設されており、
   混合ドアと制御ドアが共通する揺動軸に配置されており、バイパス通路の延びている領域内に混合ドアが延設される一方、残りの領域には制御ドアが構成されており、
   混合ドア及び制御ドアが共通する揺動軸の軸線方向に沿って延設され、横断面で見て湾曲しており、
   混合ドアが１つのバイパス通路に設けられていてドアが凸面湾曲されており、
   制御ドアが空気流を第１、第２部分空気流に分割するのに役立ち凹面湾曲されていることを特徴とする空調機構。
2. 混合ドアの位置が、空気流を第１、第２部分空気流に分配する制御ドアの位置に連結されていることを特徴とする、請求項１記載の空調機構。
3. 混合ドアと制御ドアが共通する調節器によって駆動されることを特徴とする、請求項１又は２記載の空調機構。
4. 混合ドアと制御ドアが共通する調節器によって駆動され、混合ドアの角運動が制御ドアの角運動に対して固定関係にあるように混合ドアと制御ドアとの間に１つの伝動歯車装置が配置されていることを特徴とする、請求項３記載の空調機構。
5. 第１流れ通路が第２流れ通路に関して溢流通路として構成され、その溢流通路内に制御ドアが配置されており、第１、第２流れ通路の始端領域に配置される制御ドアを介して第１部分空気流と第２部分空気流との比が決定可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の空調機構。
6. 各バイパス通路が、第１流れ通路を貫通するように案内されており、第１流れ通路が特に制御ドアの領域内でバイパス通路を貫通させることを特徴とする、請求項５記載の空調機構。
7. 拡開して配置される揺動腕を介して、ドアが揺動軸に枢着されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載の空調機構。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の１つの空調機構と１つの流れ通路中に配置される１つのバイパス通路とを有する車両の空調機構を運転するための方法において、１つのバイパス通路に流入する空気流が１つの空気ドアによって制御されることを特徴とする方法。
9. １つのバイパス通路の空気ドアの位置が第１、第２部分空気流を分配する制御ドアの位置に連結されており、連結が特に機械式に構成されていることを特徴とする、請求項８記載の方法。
10. 空気ドアの調節運動が制御ドアの調節器によって一緒に引き起こされることを特徴とする、請求項９記載の方法。

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