JP4675229B2 - 車両用空調システム - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調システムに関する。

車両用空調システムは、車室前方のインストルメントパネル内に配置された空調ユニットを備え、空調ユニットのハウジングの内部には、車室に調和空気を吹出させるための風路の一部が規定されている。
より詳しくは、空調ユニットハウジングには、その空気取入口から空気送出口に向かう空気流を生成するブロワ及び空気流を冷却するための蒸発器が収容されている。また、空調ユニットハウジング内には、ブロワの上流に位置してフィルタが配置され、フィルタは、空気流中の塵や埃を除去する
各空気送出口からは、エアダクトが延び、これらエアダクトは車室に開口した吹出口として、例えば、フロントガラスに向けて開口したデフロスト用吹出口、乗員の上半身に向けて開口したフェース用吹出口又は乗員の足元に向けて開口したフット用吹出口を有する。

なお、各空気送出口の近傍には複数のドアが設けられ、これらドアによってエアダクトが開閉される。すなわち、ドアの開閉位置に対応して、特定の吹出口から車室内に調和空気が吹出し、フェース用吹出口からのみ吹出すモードは、フェースモードと称される。そして、フット用吹出口からのみ吹出すモードはフットモードと、フェース用吹出口及びフット用吹出口の２つの吹出口からのみ吹出すモードはバイレベルモードとそれぞれ称される。

また、車両用空調システムは、フィルタの目詰まり量を検知する検知手段を備え、フィルタが目詰まりした場合、乗員にフィルタの交換を促すことにより、その空調能力の低下が防止されている。
例えば、特許文献１が開示する車両用空調装置は、フィルタの目詰まり検知手段として、ブロワとフィルタとの間に圧力センサを備えている。また、室内用ではあるが、特許文献２が開示する空気調和機の制御装置は、ブロワのモータに供給する電流値を測定する電流検出計を備えている。これらの文献によれば、ブロワとフィルタとの間の空間の圧力又はブロワのモータに供給する電流値の変化に基づいて、フィルタの目詰まり量を検知することができるものと考えられる。
特許第3588887号明細書 特開昭61-259043号公報

ところで、特許文献１の車両用空調装置においては、フェースモード又はバイレベルモードでも目詰まり量が判断されるけれども、これらの吹き出しモードの場合、目詰まり量を正確に検知することは困難である。理由は以下の通りである。
一般に、フェース用吹出口には、乗員が風向や風量を自由に変えられるよう、可動ルーバーが取付けられており、可動ルーバーの開度は、フィルタの目詰まり量の変化と同様に、風路での通気抵抗の変化をもたらす。このため、可動ルーバーの開度も、ブロワモータの電流値変化や、フィルタとブロワとの間での圧力変化をもたらし、このような変化要因が加わる結果として、フェースモード及びバイレベルモードでは、フィルタの目詰まり量を正確に検知することは困難になる。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、フィルタの目詰まりが確実に検知される車両用空調システムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、空気取入口及び複数の空気送出口を有する空調ユニットハウジングと、前記空調ユニットハウジングに蒸発器とともに収容され、前記空気取入口から前記蒸発器を経て前記空気送出口に向かう空気流を生成するためのブロワと、前記空気取入口と前記ブロワとの間に配置され、前記空気流を浄化するフィルタと、前記各空気送出口から延び、車両のフロントガラスを向くように開口した吹出口を有するデフロスト用ダクトと、乗員の足元を向くように開口したフット吹出口を有するフット用ダクトと、乗員の上半身を向くように開口したフェース吹出口を有するフェース用ダクトとからなる複数のエアダクトと、前記各空気送出口の近傍に設けられ、前記エアダクトを開閉するための複数のドアと、前記フェース用ダクトのフェース吹出口に取り付けられた可動ルーバーと、前記ドアのうち前記可動ルーバー付きのフェース用ダクトを開閉するドアが閉位置にあるときのみ、前記フィルタの目詰まりを判断する目詰まり検知装置とを備え、前記目詰まり検知装置は、前記フェース用ダクトが閉じられ且つ前記デフロスト用ダクト及びフット用ダクトのうち少なくとも一方が開いているときのみ、前記フィルタの目詰まりを判断することを特徴とする車両用空調システムが提供される（請求項１）。

好適な態様として、前記目詰まり検知装置は、前記ブロワのモータに供給される電流値、前記フィルタの下流側における圧力及び前記フィルタ近傍での前記空気流の風速のうち少なくとも一つを測定し、得られた測定結果に基づいて前記フィルタの目詰まりを判断する（請求項２）。
好適な態様として、前記検知装置は、前記測定を繰り返し行い、得られた測定結果における初期値からの変化量が所定値を超えたときに、前記フィルタにおいて目詰まりが発生したと判断する（請求項３）。

本発明の請求項１の車両用空調システムでは、目詰まり検知装置は、可動ルーバー付きのフェース用ダクトが閉じられ且つデフロスト用ダクト及びフット用ダクトのうち少なくとも一方が開いているときのみフィルタの目詰まりを判断する。このため、目詰まり判断時に風路の通気抵抗が可動ルーバーの開度によって変化することはなく、目詰まり検知装置によって、フィルタの目詰まりが確実に検知される。
請求項２の車両用空調システムでは、目詰まり検知装置が、ブロワを駆動するブロワモータに供給される電流値、フィルタの下流側における圧力及びフィルタ近傍での空気流の風速のうち少なくとも一つを測定し、得られた測定結果に基づいてフィルタの目詰まりを判断する。これらの測定値は、可動ルーバー付のフェース用ダクトが開いているときには、可動ルーバーの開度によって増減してしまうが、この車両用空調システムでは、目詰まり検知装置が、可動ルーバー付のフェース用ダクトが閉じているときに目詰まりを判断するので、可動ルーバーの開度によって測定値が増減することはなく、フィルタの目詰まりが確実に検知される。

請求項３の車両用空調システムでは、目詰まり検知装置が測定を繰り返し行い、得られた測定結果における初期値からの変化量が所定値を超えたときに、フィルタにおいて目詰まりが発生したと判断する。この車両用空調システムでは、繰り返される全ての測定が、可動ルーバー付のフェース用ダクトが閉じているときに行われるので、初期値を含む全ての測定値が正確に測定され、この結果として、フィルタの目詰まりが確実に検知される。

図１は、本発明の第１実施形態の車両用空調システムの概略を示し、空調システムは空調ユニット２を備えている。
具体的には、車両のエンジンルーム４と車室６との間は隔壁８によって区画され、車室６の前方部分には、隔壁８とインストルメントパネル１０との間に機器室１２が確保されている。この機器室１２に空調ユニット２は配置されている。

空調ユニット２はハウジング１４を有し、ハウジング１４の内部には、車室６に調和空気を吹出させるための風路の一部が規定されている。
より詳しくは、ハウジング１４の一端部には、外気導入用及び内気循環用の２つの空気取入口１６ａ,ｂが開口し、空気取入口１６ａ,ｂには、車外に開口した外気導入口１７ａを有する外気用エアダクト１８ａ、又は、車室６に開口した内気導入口１７ｂを有する内気用エアダクト１８ｂが接続されている。

ハウジング１４の他端部には３つの空気送出口２０ａ,ｂ,ｃが開口し、空気送出口２０ａ,ｂ,ｃには、デフロスト用エアダクト２２ａ、フェース用エアダクト２２ｂ、又は、フット用エアダクト２２ｃが接続されている。これらデフロスト用、フェース用、フット用エアダクト２２ａ,ｂ,ｃは、車室６の異なる位置に開口した吹出口を有し、デフロスト用エアダクト２２ａの吹出口（デフロスト用吹出口）２４ａは、図２に示したように、フロントガラス２６に向けて開口している。フェース用エアダクト２２ｂの吹出口（フェース用吹出口）２４ｂは４つあるけれども、いずれも運転席側又は助手席側の乗員の上半身に向かうよう開口し、フット用エアダクト２２ｃの吹出口２４ｃは、乗員の足元に向かうよう開口している。

なお、吹出口２４のうち、デフロスト用吹出口２４ａには、固定ルーバー、即ち、複数の羽根板２８が固定した状態で取付けられており、また、フェース用吹出口２４ｂには、可動ルーバー３０、即ち、複数の縦横の羽根板３０ａ,ｂが可動状態で取付けられている。
再び図１を参照すると、ハウジング１４内にはブロワ３２が配置され、ブロワ３２は空気取入口１６側に位置している。ブロワ３２は、ブロワモータ３４により回転駆動されることで、空気取入口１６から空気送出口２０に向かう空気流を生成する。

ハウジング１４内には、空気取入口１６とブロワ３２との間に位置してフィルタ３５が配置され、フィルタ３５の面積は、フィルタ３５が取付けられたハウジング１４の部位の横断面積に略等しい。このため、ブロワ３２によって生成される空気流はフィルタ３５を必ず通過し、この際、空気流中の塵や埃がフィルタ３５に付着し、空気流が浄化される。つまり、フィルタ３５はダストフィルタである。

また、ハウジング１４内には蒸発器３６が配置され、蒸発器３６は、空気流の流動方向でみてブロワ３２の下流に配置されている。ブロワ３２側の蒸発器３６の前面は、全ての空気流が蒸発器３６の隙間（熱交換部）を通過するよう、蒸発器３６が設置されたハウジング１４の部位の横断面積に略等しい面積を有する。
なお、蒸発器３６は、図示しないけれども、エンジンルーム４から機器室１２に渡る冷媒の循環流路に介挿され、冷媒循環流路には、圧縮機、凝縮器、レシーバ及び膨張弁も介挿されている。エンジンから電磁クラッチを介して圧縮機に動力が伝達されると、圧縮機は冷媒循環流路内で冷媒を循環させ、冷媒は蒸発器で気化する。冷媒が気化しているときに蒸発器の隙間を空気流が通過すると、空気流は気化熱を奪われて冷却される。

更に、ハウジング１４内にはヒータコア３８が配置され、ヒータコア３８は、空気流の流動方向でみて蒸発器３６よりも下流に配置されている。蒸発器３６側のヒータコア３８の前面は、蒸発器３６を通過した空気流の一部のみがヒータコア３８の隙間（熱交換部）を通過するよう、ヒータコア３８が設置されたハウジング１４の部位の横断面積よりも小さい面積を有する。

なお、ヒータコア３８は、図示しないけれども、エンジンルーム４から機器室１２に渡るエンジン冷却水の分流路に温水バルブとともに介挿され、分流路は、エンジンとラジエータとの間を循環するエンジン冷却水の循環流路に、ヒータコア３８とラジエータとが並列になるよう接続されている。エンジン冷却水が循環流路を循環しているときに温水バルブが開かれると、エンジンで加熱された冷却水（温水）が分流路に流入し、ヒータコア３８が温水によって加熱される。加熱されたヒータコア３８の隙間を空気流が流れると、空気流は加熱される。

また、ハウジング１４内には、風路、即ち、ブロワ３２により生成される空気流の流路を切り換えるための複数のダンパ（ドア）が配置されている。
より詳しくは、空気取入口１６近傍には、空気取入口１６即ち外気用及び内気用エアダクト１８ａ,ｂを開閉する内気／外気切換ダンパ４０が設置され、空気送出口２０近傍には、空気送出口２０即ちデフロスト用、フェース用及びフット用エアダクト２２ａ,ｂ,ｃをそれぞれ開閉するデフロスト用、フェース用及びフット用ダンパ４２ａ,４２ｂ,４２ｃが設置されている。ヒータコア３８の前面近傍には、ヒータコア用ダンパ４４が設置され、ヒータコア用ダンパ４４は、その開度によってヒータコア３８を通過する空気流の流量を調整する。

一方、機器室１２内には、車両用空調システムの制御装置５０も配置され、制御装置５０は、例えばマイクロコンピュータにより構成される。制御装置５０は、図３に示したように、ＣＰＵ（中央演算装置）５２、入力回路５４、出力回路５６及びメモリ５８を含み、入力回路５４には、車室６に面した操作スイッチ６０及びセンサ群６２が接続されている。なお、センサ群６２には、車室温度、外気温度、日射量、蒸発器下流での空気流の温度及びエンジン冷却水の温度を測定するための複数のセンサが含まれている。

制御装置５０の出力回路５６には、ブロワモータ３４、温水バルブ６４、圧縮機の電磁クラッチ６６、サーボモータ６８及びファンモータ７０が接続されている。
更に、車両用空調システムは、塵や埃によるフィルタ３５の目詰まりを検知するための目詰まり検知手段（装置）を備え、目詰まり検知手段は、目詰まり検知センサとしての電流計７２を有する。電流計７２は、制御装置５０の出力回路５６とブロワモータ３４との間を接続する給電線に介挿され、ブロワモータ３４へ供給される電流値を測定可能である。電流計７２の信号出力端子は入力回路５４に接続され、電流計７２で測定された電流値は入力回路５４に入力される。

また、目詰まり検知手段は、制御装置５０のＣＰＵ５２に内蔵されたタイマ７４及び割り込みコントローラ７６を有し、タイマ７４及び割り込みコントローラ７６は、メモリ５８に格納された目詰まり検知のための割り込みルーチンをＣＰＵ５２に定期的に実行させる。
更に、目詰まり検知手段は、フィルタ３５の目詰まりを乗員に知らせるための出力手段として、目詰まり警告灯７８を有する。目詰まり警告灯７８は、車室６に面するようインストルメントパネル１０上に配置され、目詰まり警告灯７８は、割り込みルーチンにおいてフィルタ３５が目詰まりしていると判断されると点灯される。また、目詰まり検知手段は、機器室１２内に配置されたリセットスイッチ８０を有し、リセットスイッチ８０は、制御装置５０の入力回路５４に接続されている。リセットスイッチ８０は、フィルタ３５の交換直後に、例えば交換作業者によってＯＮ状態にされる。

上述した車両用空調システムにおいては、その制御装置５０が、操作スイッチ６０を介した乗員からの指示、センサ群６２から得た情報、並びに、メモリ５８に格納されたメインプログラム及びデータに基づき、ブロワモータ３４、温水バルブ６４、圧縮機の電磁クラッチ６６、サーボモータ６８及びファンモータ７０を必要に応じて駆動し、車室６の空調制御を行う。

一方、制御装置５０では、定期的にメインプログラムの実行が中断され、フィルタ３５の目詰まり検知のための割り込みルーチンが実行される。
より詳しくは、図４に示したように、割り込みルーチンでは、まず、フェース用ダンパ４２ｂの開閉位置が判断される（ステップ１０）。この判断の結果、フェース用ダンパ４２ｂが開位置にあってフェース用エアダクト２２ｂが開かれているときには、割り込みルーチンは終了し、メインプログラムに戻る。一方、フェース用ダンパ４２ｂが閉位置にあってフェース用エアダクト２２ｂが閉じられているときには、電流計７２によって測定された電流値Ｉｘが、入力回路５４を介してＣＰＵ５２に読み込まれる（ステップ２０）。

電流値Ｉｘが読み込まれた後、リセットスイッチ８０の状態が判断され（ステップ３０）、リセットスイッチ８０がＯＮ状態の場合、電流値Ｉｘは初期値Ｉｏに代入される（ステップ４０）。この後、目詰まり警告灯７８は消灯され（ステップ５０）、割り込みルーチンが終了する。
ステップ３０でリセットスイッチ８０がＯＦＦ状態の場合、初期値Ｉｏからの電流値Ｉｘの変化量が所定値を超えているか否かが判断される（ステップ６０）。この判断の結果、変化量が所定値以下であれば、割り込みルーチンはステップ５０を経て終了する。一方、変化量が所定値を超えている場合、目詰まり警告灯７８が点灯された後（ステップ７０）、割り込みルーチンが終了する。

上述した車両用空調システムでは、目詰まり検知手段が、可動ルーバー３０付きのフェース用エアダクト２２ｂを開閉するフェース用ダンパ４２ｂが閉位置にあるときのみフィルタ３５の目詰まりを判断する。換言すれば、目詰まり検知手段は、吹き出しモードが、デフロストモード（デフロスト用ダンパ４２ａのみ開）、フットモード（フット用ダンパ４２ｃのみ開）、又は、フット／デフロストモード（フット用及びデフロスト用ダンパ４２ａ,４２ｃが開）のときのみ、フィルタ３５の目詰まりを判断する。このため、目詰まり判断時の風路の通気抵抗が、乗員によって自由に変えられてしまう可動ルーバー３０の開度によって変化することはなく、目詰まり検知手段によって、フィルタ３５の目詰まりが確実に検知される。

なお、図５のグラフは、フェース用ダンパ４２ｂが開いているとき、可動ルーバー３０の開度によって電流値Ｉｘが変化することを示しており、可動ルーバー３０が閉じられていると、フィルタ３５が目詰まりしていると誤検知される虞のあることがわかる。
より詳しくは、図５中、風路抵抗曲線Ｘａ，Ｘｂは、フェース用ダンパ４２ｂが開いている風路における風量と通気抵抗との関係をそれぞれ示し、風路抵抗曲線Ｘａは、フィルタ３５の目詰まりが少量であるか又は可動ルーバー３０が開いている場合Ａの同関係を示し、風路抵抗曲線Ｘｂは、フィルタ３５の目詰まりが多量であるか又は可動ルーバー３０が閉じている場合Ｂの同関係を示す。

ブロワ３２は、それぞれの場合Ａ,Ｂにおいて、ブロワ特性曲線Ｙと風路抵抗曲線Ｘａ，Ｘｂとの交点で示される風量で作動し、これらの風量を運転電流曲線Ｚにあてはめることで、ブロワモータ３４には電流値Ｉａ，Ｉｂの電流が供給されるのがわかる。つまり、ブロワモータ３４に供給される電流値は、フィルタ３５の目詰まり量のみならず、可動ルーバー３０の開度にも依存し、このため、フェース用ダンパ４２ｂが開いていると、フィルタ３５が目詰まりしていると誤検知される虞が生じるのである。

上述した車両用空調システムでも、目詰まり検知手段が、ブロワモータ３４に供給される電流値Ｉｘに基づいてフィルタ３５の目詰まりを判断するが（ステップ６０）、この車両用空調システムでは、目詰まり検知手段が、可動ルーバー３０付のフェース用エアダクト２２ｂが閉じているときのみ目詰まりを判断するので、可動ルーバー３０の開度によって電流値Ｉｘが増減することはなく、フィルタ３５の目詰まりが確実に検知される。

また、上述した車両用空調システムでは、目詰まり検知手段が測定を定期的に繰り返し行い、得られた測定結果における初期値Ｉｏからの変化量が所定値を超えたときに、フィルタ３５において目詰まりが発生したと判断される。この車両用空調システムでは、繰り返される全ての目詰まり判断（ステップ６０）が、可動ルーバー３０付のフェース用エアダクト２２ｂが閉じているときに行われるので、初期値Ｉｏを含む全ての電流値Ｉｘが正確に測定され、この結果として、フィルタ３５の目詰まりが確実に検知される。

本発明は、上記した第１実施形態に限定されることはなく、種々変形が可能であり、例えば、割り込みルーチンを他の周辺機器からの要求に基づいて不定期に実行するようにしてもよい。
第１実施形態の割り込みルーチンでは、フェース用ダンパ４２ｂが閉位置にあることを判断して分岐したけれども（ステップ１０）、このステップ１０に代えて、サーボモータ６８を駆動してフェース用ダンパ４２ｂを閉位置に積極的に位置づけ、割り込みルーチン実行時に常にフィルタ３５の目詰まりを判断するようにしてもよい。

第１実施形態では、空調のためのメインプログラムを実行する制御装置５０が割り込みルーチンとして目詰まり検知のためのプログラムを実行したけれども、目詰まり検知専用の制御装置を設けてもよい。
また、目詰まりを検知するセンサは電流計７２に限定されず、電流計７２に代えて、図１に示したように、圧力センサ８２をフィルタ３５とブロワ３２との間に配置してもよく、この第２実施形態の場合も、フィルタ３５の目詰まりが確実に検知される。

ここで、図６の圧力曲線Ｗａ，Ｗｂは、フェース用ダンパ４２ｂが開位置にある場合における、フィルタ３５とブロワ３２との間の空間での圧力Ｐと目詰まり量との関係を示し、圧力曲線Ｗａは、可動ルーバー３０が開いている場合Ａの同関係を示し、圧力曲線Ｗｂは、可動ルーバー３０が閉じている場合Ｂの同関係を示している。
図６からわかるように、フェース用ダンパ４２ｂが開位置にある場合、フィルタ３５の目詰まり量が同一であっても、圧力Ｐは、可動ルーバー３０が開いているときのほうが、閉じているときよりも低くなる（Ｐａ＜Ｐｂ）。しかし、この第２実施形態の場合も、目詰まり検知手段が、可動ルーバー３０付のフェース用エアダクト２２ｂが閉じているときのみ目詰まりを判断するので、可動ルーバー３０の開度によって圧力センサ８２により測定される圧力Ｐが増減することはなく、フィルタ３５の目詰まりが確実に検知される。

なお、図６は、圧力曲線Ｗａ，Ｗｂは、ブロワモータ３４に供給する電流の電流値を同一にして得られた曲線である。
更に、電流計７２に代えて、風速センサをフィルタ３５とブロワ３２との間に配置してもよく、この第３実施形態の場合も、目詰まり検知手段が、可動ルーバー３０付のフェース用エアダクト２２ｂが閉じているときのみ目詰まりを判断するので、フィルタ３５の目詰まりが確実に検知される。

第１実施形態の車両用空調システムの概略構成図である。 図１の車両用空調システムを適用した車両における車室のインストルメントパネル周辺を示す概略図である。 図１の車両用空調システムに適用された制御回路の概略構成を示すブロック図である。 図３の制御装置が実行する割り込みルーチンのフローチャートである。 図１の車両用空調システムにおける、風路特性曲線、ブロワ特性曲線、及び、運転電流曲線を示すグラフである。 第２実施形態の車両用空調システムにおける、圧力曲線を示すグラフである。

符号の説明

２２ｂ フェース用エアダクト
３２ ブロワ
３４ ブロワモータ
３５ フィルタ
４２ フェース用ダンパ
５０ 制御装置
７２ 電流計

Claims (3)

1. 空気取入口及び複数の空気送出口を有する空調ユニットハウジングと、
   前記空調ユニットハウジングに蒸発器とともに収容され、前記空気取入口から前記蒸発器を経て前記空気送出口に向かう空気流を生成するためのブロワと、
   前記空気取入口と前記ブロワとの間に配置され、前記空気流を浄化するフィルタと、
   前記各空気送出口から延び、車両のフロントガラスを向くように開口した吹出口を有するデフロスト用ダクトと、乗員の足元を向くように開口したフット吹出口を有するフット用ダクトと、乗員の上半身を向くように開口したフェース吹出口を有するフェース用ダクトとからなる複数のエアダクトと、
   前記各空気送出口の近傍に設けられ、前記エアダクトを開閉するための複数のドアと、
   前記フェース用ダクトのフェース吹出口に取り付けられた可動ルーバーと、
   前記ドアのうち前記可動ルーバー付きのフェース用ダクトを開閉するドアが閉位置にあるときのみ、前記フィルタの目詰まりを判断する目詰まり検知装置とを備え、
   前記目詰まり検知装置は、前記フェース用ダクトが閉じられ且つ前記デフロスト用ダクト及びフット用ダクトのうち少なくとも一方が開いているときのみ、前記フィルタの目詰まりを判断することを特徴とする車両用空調システム。
2. 前記目詰まり検知装置は、前記ブロワのモータに供給される電流値、前記フィルタの下流側における圧力及び前記フィルタ近傍での前記空気流の風速のうち少なくとも一つを測定し、得られた測定結果に基づいて前記フィルタの目詰まりを判断することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調システム。
3. 前記検知装置は、前記測定を繰り返し行い、得られた測定結果における初期値からの変化量が所定値を超えたときに、前記フィルタにおいて目詰まりが発生したと判断することを特徴とする請求項２に記載の車両用空調システム。

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