JP5092964B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、エアミックスドアにて冷風と温風との風量割合を調整して車室内吹出空気温度を調整するエアミックス方式の車両用空調装置に関する。

従来、この種の車両用空調装置では、フェイス吹出口とフット吹出口の両方から空調風を吹き出すバイレベルモード時に、フェイス吹出温度をフット吹出温度よりも低くすることで、乗員の空調フィーリングが良好な頭寒足熱型の上下吹出温度差（車室内温度分布）の実現を図っている。ところが、実際にバイレベルモードとした場合には、冷風と温風とがエアミックス空間で充分に混合されないうちに冷風がフェイス吹出口へ、温風はフット吹出口へと流出し、上下吹出温度差が必要以上に拡大してしまうという問題がある。

このバイレベルモード時の上下吹出温度差を適正化するための手段が、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１では、空調ユニットにおける暖房用熱交換器の空気流れ下流側の内面に空気混合促進部材としてリブを突出させ、温風の流れ方向を強制的に変えることで、冷風と温風との混合性を促進させている。
特開２００１−１７４３号公報

しかしながら、特許文献１のように、空気混合促進部材としてリブを突出させ、温風の流れ方向を強制的に変える場合、リブ自体が通風抵抗となって圧力損失が増大することから、各吹出口から吹き出す空調風の風量が低下する等の問題が発生する。

本発明は、上記点に鑑み、空調ユニット内を流れる空気の通風抵抗の増加を抑制するとともに、冷風と温風との混合性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１または２に記載の発明では、車室内へ向かって空気が流れる空気通路を形成する空調ケース（１１）と、空調ケース（１１）内に配置され、空気を加熱する暖房用熱交換器（１３）と、空調ケース（１１）内にて暖房用熱交換器（１３）を通過して温風が流れる温風通路（１８）と、空調ケース（１１）内にて暖房用熱交換器（１３）をバイパスして冷風が流れる冷風通路（１５）と、温風通路（１８）を通過する温風と冷風通路（１５）を通過する冷風との風量割合を調整するエアミックスドア（１６）と、エアミックスドア（１６）により温度調整された空気を、乗員の頭部側に吹き出すフェイス開口部（２２）、および乗員の足元側に吹き出すフット開口部（２３）を含んで構成される吹出開口部とを備える車両用空調装置において、冷風通路（１５）および温風通路（１８）の空気流れ下流側に冷風通路（１５）の冷風と温風通路（１８）の温風とを混合するエアミックス空間（１９）が形成され、エアミックス空間（１９）の空気流れ上流側には、空気通路内の空気流れに縦渦を発生させるための縦渦発生部材（３０）が配置され、縦渦発生部材（３０）は、一対の稜線部（３１ａ）を持つ三角形状のデルタ翼（３１）を複数有して構成され、複数のデルタ翼（３１）は、それぞれデルタ翼（３１）の底辺部（３１ｃ）が空気流れに直交する方向に沿って同軸上に並ぶように配置され、かつ、エアミックスドア（１６）を最大冷房位置と最大暖房位置の中間位置に操作したエアミックス状態にて、それぞれ稜線部（３１ａ）が空気流れ方向に向かって傾斜する前傾状態となるように設けられていることを特徴としている。

これによると、エアミックスドア（１６）を最大冷房位置と最大暖房位置の中間位置に操作したエアミックス状態にて、縦渦発生部材（３０）で空気の流れに縦渦を発生させた後、発生した縦渦をエアミックス空間（１９）に発生する冷風と温風の温度境界層（冷風と温風の界面）に衝突させることで、エアミックス空間（１９）に発生する冷風と温風の温度境界層を拡大させることができる。つまり、縦渦発生部材（３０）で発生させた縦渦により、エアミックス空間（１９）における冷風と温風の混合を促進させることができる。これにより、エアミックス空間（１９）における冷風と温風の混合性を向上させることができ、フェイス吹出口とフット吹出口から吹き出す空調風の上下吹出温度差の拡大を抑制することができる。

しかも、縦渦発生部材（３０）は、従来のリブ等のように空気の流れを強制的に変えるものと異なり、三角形状のデルタ翼（３１）によって空気の流れに沿って縦渦を発生させるものである。そのため、縦渦発生部材（３０）では、従来の空気混合促進部材よりも空調ケース（１１）内部（空調ユニット部（１０）内）における空気流れの通風抵抗の増加を抑制することができる。

従って、空調ユニット部（１０）内を流れる空気の通風抵抗の増加を抑制するとともに、冷風と温風との混合性を向上させることができる。なお、「縦渦」とは、空気流れに対して並行な方向を渦軸（中心軸）とする螺旋状の渦をいい、エアミックス空間（１９）の空気流れ上流側を流れる空気が、デルタ翼（３１）の一対の稜線部（３１ａ）を乗り越える際に発生する。

ところで、従来までのエアミックス空間（１９）等に空気混合促進部材を配置するような構成では、エアミックス空間（１９）に空気混合促進部材を配置する空間等を確保する必要があるため、車両用空調装置における空調ユニット部（１０）の体格を小型化することが困難であった。本発明では、縦渦発生部材（３０）の複数のデルタ翼（３１）で空気の流れに縦渦を発生させた後、エアミックス空間（１９）の冷風と温風の温度境界層に衝突させる構成としている。そのため、エアミックス空間（１９）等に空気混合促進部材を配置するような構成に比べて、エアミックス空間（１９）が狭い場合であっても冷風と温風の混合性を向上させることが可能となる。

さらに、請求項１または３に記載の発明では、複数のデルタ翼（３１）は、それぞれデルタ翼（３１）の底辺部（３１ｃ）が空気流れに直交する方向に延びる回転軸（３０ａ）に連結され、回転軸（３０ａ）を回転させる角度可変機構によって、デルタ翼（３１）と空気流れ方向とのなす傾斜角度（θ）が可変可能となっていることを特徴としている。

縦渦発生部材（３０）で発生させる縦渦は、デルタ翼（３１）と空気流れ方向とのなす傾斜角度（θ）によってその挙動が変化し、エアミックス空間（１９）における冷風と温風との混合性が変化する。そのため、角度可変機構によってデルタ翼（３１）と空気流れ方向とのなす傾斜角度（θ）を可変させることで、エアミックス空間（１９）における冷風と温風との混合性を調整することができる。

さらに、請求項４に記載の発明では、請求項１または３に記載の車両用空調装置において、デルタ翼（３１）と空気流れ方向とのなす傾斜角度（θ）を周期的に可変させるように角度可変機構を制御する制御手段（４０）を備えることを特徴としている。

制御手段（４０）により、デルタ翼（３１）と空気流れ方向とのなす傾斜角度（θ）を周期的に可変させるように角度可変機構を制御することで、縦渦発生部材３０により発生させる縦渦の発生位置を周期的にずらすことができるため、冷風と温風の混合性をより向上させることができる。

さらにまた、請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載の車両用空調装置において、制御手段（４０）によって、デルタ翼（３１）と空気流れ方向とのなす傾斜角度（θ）を複数のデルタ翼（３１）毎に変化させるようにしてもよい。

また、請求項２に記載の発明では、デルタ翼（３１）をデルタ翼（３１）と空気流れ方向とのなす傾斜角度（θ）が１０°〜６０°の範囲内となるように設けることを特徴としている。

これは、本発明者らが実験を行なった結果、デルタ翼（３１）と空気流れ方向とのなす傾斜角度（θ）を１０°〜６０°の範囲内となるように設けることが、冷風と温風の混合性にとって有効であったことによる。

また、請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、デルタ翼（３１）を、一対の稜線部（３１ａ）の長さが同じ二等辺三角形状とすること特徴としている。これによれば、各稜線部（３１ａ）を通過する際に発生する一対の縦渦が合体し易くなるため、より強い縦渦に成長させることが期待できる。

ところで、デルタ翼（３１）における一対の稜線部（３１ａ）間の頂部（３１ｂ）の形状を鋭く尖った形状とすると、空気が流れる際にデルタ翼（３１）の頂部（３１ｂ）が自励振動し、異音発生に繋がる可能性がある。

そこで、請求項７に記載の発明のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、デルタ翼（３１）における一対の稜線部（３１ａ）間の頂部（３１ｂ）の形状をＲ形状、若しくは平坦形状にすることで、空気の流れによるデルタ翼３１の頂部３１ｂの自励振動を抑制することができるため、異音の発生も抑制することができる。

また、請求項８に記載の発明のように、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、エアミックスドア（１６）を平板状の板ドアで形成し、縦渦発生部材（３０）を、エアミックスドア（１６）の冷風通路（１５）側の板面に配置してもよい。

また、請求項９に記載の発明のように、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、縦渦発生部材（３０）を、エアミックス空間（１９）の空気流れ上流側の冷風通路（１５）若しくは温風通路（１８）の内壁面に配置してもよい。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜４を用いて詳細に説明する。図１は、車両用空調装置における空調ユニット部１０の縦断面図であり、図１の前後上下方向の各矢印は車両搭載状態での方向を示す。車両左右（幅）方向は、図１の紙面垂直方向である。

本実施形態の車両用空調装置の室内ユニットは、大別して図１に示す空調ユニット部１０と、この空調ユニット部１０に空気を送風する送風機ユニット部（図示せず）との２つの部分に分かれている。

送風機ユニット部は、車室内前部の計器盤（図示せず）内側のうち、中央部から助手席側へオフセットして配置されており、これに対し、空調ユニット部１０は車室内前部の計器盤（図示せず）内側のうち、車両左右（幅）方向の略中央部に配置されている。

送風機ユニット部は周知のごとく外気（車室外空気）と内気（車室内空気）を切替導入する内外気切替箱と、この内外気切替箱を通して吸入した空気を送風する遠心式の送風機とを有している。

内外気切替箱は、内気を導入する内気導入口と、外気を導入する外気導入口と、この両導入口を切換開閉する内外気切換ドアと、この内外気切換ドアを駆動する駆動機構などから構成されている。また、送風機は、送風機を収納するスクロールケースの中心部に配置した遠心多翼ファン（シロッコファン）を電動モータで回転駆動する構成となっている。

次に、空調ユニット部１０は、１つの共通の空調ケース（ケース）１１内に、エバポレータ（冷房用熱交換器）１２とヒータコア（暖房用熱交換器）１３とを両方とも一体的に内蔵するタイプのものである。空調ケース１１は、ポリプロピレンのような、ある程度弾性を有し、強度的にも優れた樹脂の成形品から成り、車両の左右方向への分割面を有する左右２分割のケースから成る。

この左右２分割の空調ケース１１は、上記のエバポレータ１２、ヒータコア１３および後述のドア１６、２１、２４などの機器を収納した後に、金属バネクリップやネジなどの締結手段によって一体に結合される。

空調ケース１１の最前部には、図示しないケース壁と、空気流入部１４とが形成されている。この空気流入部１４には、送風機ユニット部の送風空気が流入する。この空気流入部１４は、助手席前方の部位に配置される送風機ユニット部の空気出口部に接続するため、空調ケース１１のうち、助手席側の側面に開口している。

空調ケース１１内において、空気流入部１４の直後の部位には、エバポレータ１２が空気通路の全域を横切るように配置されている。このエバポレータ１２は周知の如く、冷凍サイクルの低圧冷媒の蒸発潜熱を送風空気から吸収して、送風空気を冷却するものである。

ここで、エバポレータ１２は、周知の積層型のものであり、アルミニウムなどの金属薄板を２枚張り合わせて構成した偏平チューブ間にコルゲートフィンを介在させて多数積層配置し、一体的にろう付けしたものである。

そして、エバポレータ１２の空気流れ下流側（車両後方側）に、所定の間隔を開けてヒータコア１３が隣接配置されている。このヒータコア１３は、エバポレータ１２を通過した後の冷風を加熱するものであり、その内部に高温のエンジン冷却水（温水）が流れ、この冷却水を熱源として空気を加熱するものである。

ヒータコア１３は周知のごとく、アルミニウムなどの金属薄板を溶接などにより断面偏平状に接合して成る偏平チューブ間にコルゲートフィンを介在させ、多数積層配置して一体的にろう付けしたものである。

また、空調ケース１１内で、ヒータコア１３の車両上方側部位には、このヒータコア１３をバイパスして冷風が流れる冷風バイパス通路（冷風通路）１５が形成されている。また、空調ケース１１内で、ヒータコア１３とエバポレータ１２との間には、ヒータコア１３で加熱される温風と、冷風バイパス通路１５を流れてヒータコア１３をバイパスする冷風との風量割合を調整する平板状のエアミックスドア１６が配置されている。

エアミックスドア１６は、車両左右（幅）方向（紙面垂直方向）に延びるように配置されたシャフト部（回転軸）１６ａと、このシャフト部１６ａと一体に形成された基板部１６ｂとにより構成されている。そして、シャフト部１６ａの回転により、基板部１６ｂが車両上下方向に回動可能となっている。

そして、基板部１６ｂの冷風バイパス通路１５側の板面には、冷風バイパス通路１５内の空気流れ（冷風流れ）に縦渦を発生させる縦渦発生部材３０が設けられている。この縦渦発生部材３０の詳細については後述する。

エアミックスドア１６のシャフト部１６ａは、空調ケース１１に回動自在に支持され、かつ、シャフト部１６ａの一端部は空調ケース１１の外部に突出して図示しないリンク機構に結合され、サーボモータ等のアクチュエータ５１（図４参照）により回動操作されるようになっている。

具体的には、図１において、エアミックスドア１６が２点鎖線位置Ａの位置に操作されると、ヒータコア１３の送風空気の入口側を全閉して冷風バイパス通路１５を全開する最大冷房位置となり、エバポレータ１２を通過した冷風の全風量が冷風バイパス通路１５側へ流れる。また、２点鎖線位置Ｂの位置に操作されると、ヒータコア１３の送風空気の入口側を全開して冷風バイパス通路１５を全閉する最大暖房位置となり、エバポレータ１２を通過した冷風の全風量がヒータコア１３を通過して再加熱される。

そして、２点鎖線位置Ａ、Ｂの間に示す実線位置Ｃは中間位置であり、エアミックスドア１６を任意の中間位置に回転操作されると、ヒータコア１３と冷風バイパス通路１５を通過する空気の風量割合が調整される。なお、エアミックスドア１６は、風量割合の調整によって吹出空気温度を調整する温度調整手段を成している。

空調ケース１１内において、ヒータコア１３の温風流れ下流側（車両後方側の部位）には、ヒータコア１３との間に所定間隔を開けて車両上下方向に延びる温風ガイド壁１７が空調ケース１１に一体成形されている。この温風ガイド壁１７により、ヒータコア１３の直後から上方へ向かう温風通路１８が形成される。

この温風通路１８の温風流れ下流側（上方側）は、ヒータコア１３の上方部において冷風バイパス通路１５と合流し、冷風と温風との混合を行うエアミックス空間（混合空間）１９を形成している。

ここで、温風通路１８出口部において下流側エッジ部１１ｂの下流側で空気流の剥離が生じているのを抑制するために、下流側エッジ部１１ｂの角を落としてＲ形状としている。なお、下流側エッジ部１１ｂの角はＲ形状に限らず、Ｃ面取りとしてもよい。

このように、温風通路１８からの温風流れが屈曲しながら冷風流れと合流する時に内側となる下流側エッジ部１１ｂを、鋭いエッジ部から角を落として滑らかなエッジ部とすることで、下流側エッジ部１１ｂ下流側での空気流の剥離が抑制され、エアミックス空間１９において滑らかな冷温風の混合を図っている。

また、空調ケース１１の上面部には、車両前方側の部位にはデフロスタ開口部２０が形成されている。このデフロスタ開口部２０は、エアミックス空間１９から温度制御された空調空気が流入するものであり、デフロスタ開口部２０はデフロスタドア２１によって開閉される。

デフロスタドア２１は、空調ケース１１に回動可能に支持されたシャフト部２１ａと、このシャフト部２１ａと一体に形成された基板部２１ｂとによって構成される。そしてデフロスタ開口部２０は、図示しないデフロスタダクトを介してデフロスタ吹出口に接続され、この吹出口から、車両前面窓ガラスの内面に向けて主に温風を吹き出す。

また、空調ケース１１の車両後方側には、フェイス開口部２２と入口穴２３ａとが形成されている。また、入口穴２３ａの下流側にはフット開口部２３が設けられている。ここで、フェイス開口部２２は、冷風バイパス通路１５側に設けられ、フット開口部２３は、温風通路１８側に設けられている。そのため、冷風バイパス通路１５を流れる冷風がフェイス開口部２２に流れ易く、温風通路１８を流れる温風がフット開口部２３に流れ易くなっている。

そして、フェイス開口部２２と入口穴２３ａとは、フェイス−フット切換ドア２４によって開口割合が調節される。このフェイス−フット切換ドア２４は、空調ケース１１に回動可能に支持されたシャフト部２４ａと、このシャフト部２４ａと一体に形成された基板部２４ｂとによって構成されている。

デフロスタドア２１とフェイス−フット切換ドア２４は、吹出モード切換用の吹出モードドアであり、図示しないリンク機構に連結されて、サーボモータ等のアクチュエータ５２（図４参照）により連動操作されるようになっている。フェイス開口部２２は、図示しないフェイスダクトを介してインストルメントパネルの中央部上方側に配置されているフェイス吹出口に接続され、この吹出口から車室内の乗員上半身に向けて主に冷風を吹き出す。

またフット開口部２３は、図示しないフットダクトを介してフット吹出口に接続され、このフット吹出口から乗員足元に向けて主に温風を吹き出す。尚、上述した各ドア１６、２１、２４は、いずれも各シャフト部１６ａ、２１ａおよび２４ａおよび各基板部１６ｂ、２１ｂおよび２４ｂを有し、各シャフト部１６ａ、２１ａおよび２４ａは長さが略同一である。また各基板部１６ｂ、２１ｂおよび２４ｂは、主に樹脂製のドア基板を有し、この基板の表裏面に弾性シール部を構成した構造である。

次に、縦渦発生部材３０の詳細について図２〜図４に基づいて説明する。ここで、図２（ａ）は、エアミックスドア１６の斜視図であり、図２（ｂ）はエアミックスドア１６のシャフト部１６ａ近傍の拡大断面図である。また、図３は、縦渦発生部材３０の正面図であり、図４は、縦渦発生部材３０によって縦渦を発生させた場合のエアミックスドア付近の模式図である。

図２に示すように、縦渦発生部材３０は、エアミックスドア１６の基板部１６ｂの冷風バイパス通路１５側の板面において、シャフト部１６ａの外側端から所定距離Ｌ１だけ離れた位置に埋設されている。つまり、縦渦発生部材３０は、エアミックス空間１９の空気流れ上流側に配置されている。ここで、本実施形態では、縦渦発生部材３０で発生させる縦渦をより強い渦に成長させるために、上述の所定距離Ｌは、例えば５ｍｍ以上となるように設定されている。

縦渦発生部材３０は、図３に示すように、三角形状の板材からなるデルタ翼３１を複数有して構成されている。ここで、本実施形態では、同形状のデルタ翼３１を５つ有する構成としている。なお、デルタ翼３１の数は５つに限定されるものではなく、適宜変更することができる。

デルタ翼３１は、それぞれ一対の稜線部３１ａ（同等な長さの２辺）、一対の稜線部３１ａ間の頂部（一対の稜線部３１ａが交差する角部）３１ｂ、および一対の稜線部３１ａ以外の辺である底辺部３１ｃとからなる。なお、本実施形態のデルタ翼３１は、底辺部３１ｃの長さＡ（例えば、１８ｍｍ）が、デルタ翼３１の高さＨと同等となるようにしている。

本実施形態のデルタ翼３１は、デルタ翼３１の形状を一対の稜線部３１ａの長さが同じ二等辺三角形状としている。これは、デルタ翼３１を二等辺三角形状とすることで、各稜線部３１ａを通過する際に発生する一対の縦渦が合体し易くなり、より強い縦渦に成長させることが期待できるためである。なお、デルタ翼３１の形状は、二等辺三角形状に限定されるものではなく、その他の三角形状としてもよい。

また、デルタ翼３１は、それぞれ底辺部３１ｃが同軸上に並ぶように連結されている。そして、底辺部３１ｃが連結された複数のデルタ翼３１は、エアミックスドア１６の基板部１６ｂ上にて、空気流れに直交する方向に沿って配置されている。

また、複数のデルタ翼３１は、エアミックスドア１６が最大冷房位置と最大暖房位置の中間位置に操作されるエアミックス状態にて、それぞれ稜線部３１ａが空気流れ方向に向かって傾斜する前傾状態となるように設けられている。つまり、デルタ翼３１は、デルタ翼３１の板面と空気流れ方向とのなす傾斜角度（迎角）θが鋭角となるように設けられている。

ここで、縦渦発生部材３０の近傍においては、冷風がエアミックスドア１６の板面に沿って流れるため、デルタ翼３１と空気流れ方向とのなす傾斜角度θをデルタ翼３１とエアミックスドア１６の板面とのなす傾斜角度としてもよい。なお、説明の都合上、以下、デルタ翼３１の板面と空気流れ方向とのなす傾斜角度θを縦渦発生部材３０の傾斜角度θともいう。

このように、本実施形態の縦渦発生部材３０は、二等辺三角形状のデルタ翼３１が空気流れ方向となす傾斜角度θが鋭角となるように設けられている。そのため、図４に示すように、縦渦発生部材３０により、エバポレータ１２で冷却されてエアミックスドア１６の基板部１６ｂの冷風バイパス通路１５側に沿って流れる冷風に縦渦を発生させることができる。

なお、縦渦は、空気流れ上流側から流れる冷風が１つのデルタ翼３１の一対の稜線部３１ａを乗り越える際に発生する。そのため、本実施形態のように複数のデルタ翼３１を有する構成では、縦渦発生部材３０の空気流れ下流側に複数の縦渦が発生することとなる。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を図５により説明する。空調制御装置（制御手段）４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。この空調制御装置４０は、そのＲＯＭ内に空調装置制御プログラムを記憶しており、その空調装置制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。

空調制御装置４０の入力側には空調用センサ群４１〜４５からセンサ検出信号が入力され、また、車室内前部の計器盤付近に配置される空調操作パネル４６に設けられた各種空調操作スイッチから操作信号が入力される。

空調用センサ群としては、具体的には、外気温Ｔａｍを検出する外気センサ４１、内気温Ｔｒを検出する内気センサ４２、車室内に入射する日射量Ｔｓを検出する日射センサ４３、エバポレータ１２の空気吹出部に配置されて吹出空気温度Ｔｅを検出する蒸発器温度センサ４４、ヒータコア１３に流入するエンジン冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ４５等が設けられる。

また、空調操作パネル４６には各種空調操作スイッチとして、吹出モードドア２１、２４により切り替わる吹出モードをマニュアル設定する吹出モードスイッチ４７、冷凍サイクル用の圧縮機の作動指令信号を出すエアコンスイッチ４８、空調自動制御状態の指令信号を出すオートスイッチ４９、および車室内温度を設定する温度設定手段をなす温度設定スイッチ５０等が設けられる。

空調制御装置４０の出力側には、エアミックスドア１６を回転させるアクチュエータ５１や吹出モードドア２１、２４を回転させるアクチュエータ５２等が接続され、これらの機器の作動が空調制御装置４０の出力信号により制御される。

次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。図示しない車両エンジンのスタートスイッチ（イグニッションスイッチ）の投入状態においてオートスイッチ４９が投入されると空調制御装置４０がＲＯＭに記憶している空調装置制御プログラムが実行される。

空調装置制御プログラムが実行されると、空調操作パネル４６の操作信号やセンサ群４１〜４５により検出された検出信号が読込まれる。そして、これらの信号に基づいて、車室内吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。

そして、空調制御装置４０は目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、送風機により送風される空気の目標送風量、内外気モード、吹出モード、エアミックスドア１６の目標開度、圧縮機の作動等を決定し、決定した制御状態が得られるように各種アクチュエータに制御信号を出力する。そして、再び、操作信号および検出信号の読込み→ＴＡＯの算出→新たな制御状態の決定→制御信号の出力といったルーチンを繰り返す。

ここで、吹出モードについて説明すると、例えば、吹出モードスイッチ３７が手動操作された場合、操作信号に応じて、フェイスモード、バイレベルモード、フットモード等に切り替えられる。

以下、バイレベルモードにおける車両用空調装置の作動について説明する。バイレベルモードは、フェイス吹出口から乗員の上半身側に向けて空調風を吹出し、同時に、フット吹出口から乗員の足元側に向けて空調風を吹出すモードである。

このバイレベルモードでは、図１に示すように、デフロスタドア２１は、デフロスタ開口部２０を全閉し、フェイス−フット切替ドア２４は、フェイス開口部２２およびフット開口部２３の双方を同程度に開放する開度位置に回転操作される。なお、バイレベルモードでは、乗員の好みに応じた温度の空調風をフェイス吹出口およびフット吹出口から吹出すために、エアミックスドア１６の位置は中間位置Ｃとなる。

このバイレベルモードでは、送風機ユニット部からの送風空気が空気流入部１４より空調ユニット部１０内に流入し、エバポレータ１２にて冷却されて冷風となる。そして、この冷風がエアミックスドア１６により冷風バイパス通路１５を流れる風とヒータコア１３で加熱される風とに振り分けられる。

そして、ヒータコア１３で加熱された温風は温風通路１８を上昇した後に、エアミックス空間１９へ向かう。エアミックス空間１９では、冷風バイパス通路１５からの冷風と、温風通路１８からの温風とが衝突して混合が成される。

ここで、エアミックスドア１６に縦渦発生部材３０を設けていない場合における冷風と温風との混合状態について図６に基づいて説明する。図６は、エアミックスドア１６に縦渦発生部材３０を設けていない場合における冷風バイパス通路１５の冷風流れ方向から見たエアミックス空間１９内の温度分布を示している。但し、図６の温度分布は、冷風バイパス通路１５を流れる冷風と温風通路１８を流れる温風との風量割合が、冷風：温風＝２：１とした場合の結果である。

なお、図６における縦軸が車両上下方向、横軸が車両左右（幅）方向を示している。また、図６における数字（０．１〜０．９）は、冷風と温風の温度変化を無次元化した無次元温度Ｔ＊を示すためのものであり下記数式Ｇ１により算出される。
Ｔ＊＝（Ｔ−Ｔｍｉｎ）／（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）…（Ｇ１）
ここで、Ｔがエアミックス空間１９の上下左右方向の各位置における空気温度を示し、Ｔｍａｘはエアミックス空間１９内における空気温度の最高温度を示し、Ｔｍｉｎがエアミックス空間１９内における空気温度の最低温度を示している。なお、無次元温度Ｔ＊の数値が高い領域が高温領域を示し、無次元温度Ｔ＊の数値が低い領域が低温領域を示している。

これによれば、無次元温度Ｔ＊（０．１〜０．９を示す線）が上下方向の中央部のやや下方側に密集する状態となることが分かる。すなわち、エアミックス空間１９における冷風と温風との充分な混合がなされていない状態であることが分かる。従って、冷風と温風とを単純に衝突させるだけでは、エアミックス空間１９における冷風と温風との充分な混合が得られないことが分かる。

本実施形態では、縦渦発生部材３０によって、冷風バイパス通路１５を通過する冷風のうち、エアミックスドア１６の基板部１６ｂの冷風バイパス通路１５側に沿って流れる冷風に縦渦を発生させるようにしている。そして、縦渦発生部材３０により発生させた縦渦を、エアミックス空間１９にて、冷風と温風の温度境界層に衝突させることで冷風と温風の混合の促進を図っている。

この縦渦発生部材３０による冷風と温風の混合の効果を図７に基づいて説明する。図７は、エアミックスドア１６に縦渦発生部材３０を設けている場合における、冷風バイパス通路１５の冷風流れ方向から見たエアミックス空間１９内の温度分布を示している。

ここで、図７（ａ）〜図７（ｇ）は、縦渦発生部材３０の傾斜角度θを１０°〜７０°まで１０°ずつ増加させた場合の温度分布を示している。なお、図７における三角形状の点線が車両左右方向におけるデルタ翼３１の位置を示している。図７における縦軸、横軸、無次元温度Ｔ＊等の内容は、図６と同様であるため説明を省略する。また、図７においては無次元温度Ｔ＊の数字を０．１および０．９のみを表示し、０．２〜０．８については省略しているが、下側の線から順に０．９→０．８→…→０．２→０．１となっている。

図７（ａ）〜図７（ｇ）に示すように、図６の縦渦発生部材３０を設けない場合に比べて、無次元温度Ｔ＊（０．１〜０．９を示す線）が上下方向に拡大するとともに、無次元温度Ｔ＊を示す線が上下方向に凹凸となる鋸歯状の曲線となっていることが分かる。すなわち、縦渦発生部材３０を設けない場合に比べて、エアミックス空間１９における冷風と温風との充分な混合がなされている状態であることが分かる。

このように、縦渦発生部材３０で発生した縦渦を、エアミックス空間１９の冷風と温風の温度境界層に衝突させることで、エアミックス空間１９内における冷風と温風の混合性を向上させることができる。

また、図７（ａ）〜図７（ｆ）に示すように、縦渦発生部材３０の傾斜角度θを１０°〜６０°の範囲では傾斜角度θを増加させるほど、無次元温度Ｔ＊（０．１〜０．９を示す線）が上下方向に拡大することが分かる。そのため、縦渦発生部材３０の傾斜角度θを調整することで、バイレベルモード時の、フェイス吹出口とフット吹出口から吹き出す空調風の上下吹出温度差の調整をすることが可能となる。

ここで、本発明者らの検討によれば、縦渦発生部材３０の傾斜角度θは、１０°〜６０°の範囲に設定する方が好ましいことが分かった。縦渦発生部材３０の傾斜角度θを１０°より小さくすると、縦渦発生部材３０で発生する縦渦の大きさが小さくなり、エアミックス空間１９における温度境界層の拡散効果が少なくなる場合があるためである。また、縦渦発生部材３０の傾斜角度θを６０°より大きくしても、エアミックス空間１９における温度境界層の拡散効果の変化が現れ難くなるためである。

以上説明したように、エアミックスドア１６を最大冷房位置と最大暖房位置の中間位置に操作したエアミックス状態にて、縦渦発生部材３０で空気の流れに縦渦を発生させた後、発生した縦渦をエアミックス空間１９に発生する冷風と温風の温度境界層に衝突させることで、冷風と温風の混合を促進させることができる。そのため、エアミックス空間１９における冷風と温風の混合性を向上させることができ、フェイス吹出口２２とフット吹出口２３から吹き出す空調風の上下吹出温度差の拡大を抑制することができる。

しかも、縦渦発生部材３０は、従来のリブ等のように空気の流れを強制的に変えるものと異なり、三角形状のデルタ翼３１によって空気の流れに沿って縦渦を発生させるものである。そのため、縦渦発生部材３０を用いた場合のほうが、従来の空気混合促進部材よりも空調ケース１１内部における空気流れの通風抵抗の増加を抑制することができる。

従って、室内空調ユニット内を流れる空気の通風抵抗の増加を抑制するとともに、冷風と温風との混合性を向上させることができる。

さらに、縦渦発生部材３０の複数のデルタ翼３１で空気の流れに縦渦を発生させた後、エアミックス空間１９の冷風と温風の温度境界層に衝突させる構成としている。そのため、エアミックス空間１９等に空気混合促進部材を配置するような構成に比べて、エアミックス空間１９が狭い場合であっても冷風と温風の混合性を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態では、縦渦発生部材３０の傾斜角度θの最小値θｍｉｎを１０°と規定したが、これに限定されるものではない。デルタ翼３１を前傾状態にした場合におけるデルタ翼３１の頂部３１ｂとエアミックスドア１６の板面との距離（エアミックスドア１６の板面に直交する方向の距離）が速度境界層厚さ（壁面せん断力により速度が急減する厚さ）を越えていれば縦渦が発生する。そのため、縦渦発生部材３０の傾斜角度θの最小値θｍｉｎは、下記数式Ｇ２を満たす範囲で設定しても良い。
Ｈ×ｓｉｎθｍｉｎ＞δ すなわち、θｍｉｎ＞ｓｉｎ−１（δ／Ｈ）…（Ｇ２）
ここで、Ｈがデルタ翼高さを示し、δが速度境界層厚さを示している。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図８に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様または均等な部分について同一の符号を付し、その説明を省略する。ここで、図８（ａ）は、エアミックスドア１６の斜視図であり、図８（ｂ）は、エアミックスドア１６のシャフト部１６ａ近傍の拡大断面図である。

第２実施形態では、図８に示すように、縦渦発生部材３０の構成を複数のデルタ翼３１と、複数のデルタ翼３１を回動可能に支持するシャフト部（回転軸）３０ａとで構成している。なお、縦渦発生部材３０のシャフト部３０ａは、縦渦発生部材３０をエアミックスドア１６の基板部１６ｂの冷風バイパス通路１５側の板面に配設している。

具体的には、縦渦発生部材３０のシャフト部３０ａは、エアミックスドア１６の基板部１６ｂの冷風バイパス通路１５側の板面上に、車両左右方向に並行に延びるように配置されている。ここで、縦渦発生部材３０のシャフト部３０ａは、エアミックスドア１６のシャフト部１６ａと図示しないリンク機構（角度可変機構）を介して連結し、エアミックスドア１６の開度位置と連動操作されるようにしている。

エアミックス空間１９における冷風と温風の温度境界層の状態は、エアミックスドア１６の開度によって変化するため、エアミックスドア１６と対応させて縦渦発生部材３０の傾斜角度θを可変させることで冷風と温風の混合性を調整することが可能となる。

また、エアミックスドア１６の開度が最大冷房位置や最大暖房位置に設定された場合には、冷風と温風が混合させないため、縦渦発生部材３０をエアミックスドア１６の板面方向に並行となるようにすることができる。これによれば、縦渦発生部材３０を、冷風バイパス通路１５を通過する冷風および温風通路１８を通過する温風の抵抗ならないようにすることができる。

なお、縦渦発生部材３０のシャフト部３０ａは、エアミックスドア１６との連動に限らず、単独で駆動制御できるように構成してもよい。縦渦発生部材３０のシャフト部３０ａを単独で制御できる構成であれば、バイレベルモード時の、フェイス吹出口とフット吹出口から吹き出す空調風の上下吹出温度差の調整をすることが可能となる。

さらに、縦渦発生部材３０の傾斜角度θを周期的に可変させ、縦渦発生部材３０を揺動させてもよい。これによれば、上下方向における縦渦の発生位置を周期的にずらすことができるため、冷風と温風の混合性をより向上させることができる。

さらにまた、縦渦発生部材３０の傾斜角度θをデルタ翼３１毎に可変させる構成であってもよい。これによっても、上下方向における縦渦の発生位置を周期的にずらすことができるため、冷風と温風の混合性をより向上させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、縦渦発生部材３０をエアミックスドア１６の基板部１６ｂの冷風バイパス通路１５側の板面上に設ける構成について説明したが、これに限定されるものではない。縦渦発生部材３０の配置位置は、縦渦発生部材３０で発生させた縦渦を、エアミックス空間１９の冷風と温風の温度境界層に衝突させることが可能な位置であれば、冷風と温風の混合性を向上させることが可能である。

そのため、例えば、縦渦発生部材３０をエアミックス空間１９の空気流れ上流側の冷風バイパス通路１５の内壁面に設ける構成としてもよく、縦渦発生部材３０をエアミックス空間１９の空気流れ上流側の温風通路１８に設ける構成としてもよい。この場合、エアミックス空間１９の上流側の冷風バイパス通路１５、若しくは温風通路１８の位置で発生させた縦渦が、空気の流れに沿って下流側のエアミックス空間１９に流れ、エアミックス空間１９内の冷風と温風の温度境界層に衝突させることができる。

（２）また、上述の実施形態では、デルタ翼３１の底辺部３１ｃの長さが、デルタ翼３１の高さＨと同等となるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、デルタ翼３１の底辺部３１ｃの長さに対してデルタ翼３１の高さを高くしてもよい。

（３）また、上述の実施形態では、図３に示すようにデルタ翼３１の頂部３１ｂの形状を、鋭く尖った形状としているが、デルタ翼３１の頂部３１ｂを鋭く尖った形状とすると、空気の流れによりデルタ翼３１の頂部３１ｂが自励振動し、異音発生に繋がる可能性がある。

そのため、例えば、デルタ翼３１の頂部３１ｂを、図９（ａ）に示すようにＲ形状、若しくは、図９（ｂ）に示すように平坦形状にしてもよい。これによれば、空気の流れによるデルタ翼３１の頂部３１ｂの自励振動を抑制することができるため、異音の発生も抑制することができる。なお、図９は、縦渦発生部材３０の正面図である。

（４）また、上述の実施形態では、本発明を空調ユニット部１０にエバポレータ１２を配設している車両用空調装置に適用しているが、エバポレータ１２を配設しない暖房のみのタイプの車両用空調装置に適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る空調ユニット部の縦断面図である。 （ａ）は第１実施形態に係るエアミックスドアの斜視図であり、（ｂ）は第１実施形態に係るエアミックスドアのシャフト部近傍の拡大断面図である。 縦渦発生部材のデルタ翼の正面図である。 縦渦発生部材による縦渦を発生させた場合のエアミックスドア付近の模式図である。 第１実施形態に係る電気制御部の概略ブロック図である。 縦渦発生部材を設けていない場合の冷風バイパス通路の冷風流れ方向から見たエアミックス空間内の温度分布図である。 縦渦発生部材を設けている場合の冷風バイパス通路の冷風流れ方向から見たエアミックス空間内の温度分布図である。 （ａ）は第２実施形態に係るエアミックスドアの斜視図であり、（ｂ）は第２実施形態に係るエアミックスドアのシャフト部近傍の拡大断面図である。 他の実施形態に係る縦渦発生部材の正面図である。

符号の説明

１１ 空調ケース
１３ ヒータコア（暖房用熱交換器）
１５ 冷風バイパス通路（冷風通路）
１６ エアミックスドア
１８ 温風通路
１９ エアミックス空間
２２ フェイス開口部
２３ フット開口部
３０ 縦渦発生部材
３１ デルタ翼
３１ａ 稜線部
３１ｂ 頂部
３１ｃ 底辺部

Claims (9)

1. 車室内へ向かって空気が流れる空気通路を形成する空調ケース（１１）と、
   前記空調ケース（１１）内に配置され、空気を加熱する暖房用熱交換器（１３）と、
   前記空調ケース（１１）内にて前記暖房用熱交換器（１３）を通過して温風が流れる温風通路（１８）と、
   前記空調ケース（１１）内にて前記暖房用熱交換器（１３）をバイパスして冷風が流れる冷風通路（１５）と、
   前記温風通路（１８）を通過する温風と前記冷風通路（１５）を通過する冷風との風量割合を調整するエアミックスドア（１６）と、
   前記エアミックスドア（１６）により温度調整された空気を、乗員の頭部側に吹き出すフェイス開口部（２２）、および乗員の足元側に吹き出すフット開口部（２３）を含んで構成される吹出開口部とを備える車両用空調装置において、
   前記冷風通路（１５）および前記温風通路（１８）の空気流れ下流側に前記冷風通路（１５）の冷風と前記温風通路（１８）の温風とを混合するエアミックス空間（１９）が形成され、
   前記エアミックス空間（１９）の空気流れ上流側には、前記空気通路内の空気流れに縦渦を発生させるための縦渦発生部材（３０）が配置され、
   前記縦渦発生部材（３０）は、一対の稜線部（３１ａ）を持つ三角形状のデルタ翼（３１）を複数有して構成され、
   前記複数のデルタ翼（３１）は、それぞれ前記デルタ翼（３１）の底辺部（３１ｃ）が空気流れに直交する方向に沿って同軸上に並ぶように配置され、かつ、前記エアミックスドア（１６）を最大冷房位置と最大暖房位置の中間位置に操作したエアミックス状態にて、それぞれ前記稜線部（３１ａ）が空気流れ方向に向かって傾斜する前傾状態となるように設けられ、
   さらに、前記複数のデルタ翼（３１）は、それぞれ前記デルタ翼（３１）の前記底辺部（３１ｃ）が空気流れに直交する方向に延びる回転軸（３０ａ）に連結され、前記回転軸（３０ａ）を回転させる角度可変機構によって、前記デルタ翼（３１）と空気流れ方向とのなす傾斜角度（θ）が可変可能となっていることを特徴とする車両用空調装置。
2. 車室内へ向かって空気が流れる空気通路を形成する空調ケース（１１）と、
   前記空調ケース（１１）内に配置され、空気を加熱する暖房用熱交換器（１３）と、
   前記空調ケース（１１）内にて前記暖房用熱交換器（１３）を通過して温風が流れる温風通路（１８）と、
   前記空調ケース（１１）内にて前記暖房用熱交換器（１３）をバイパスして冷風が流れる冷風通路（１５）と、
   前記温風通路（１８）を通過する温風と前記冷風通路（１５）を通過する冷風との風量割合を調整するエアミックスドア（１６）と、
   前記エアミックスドア（１６）により温度調整された空気を、乗員の頭部側に吹き出すフェイス開口部（２２）、および乗員の足元側に吹き出すフット開口部（２３）を含んで構成される吹出開口部とを備える車両用空調装置において、
   前記冷風通路（１５）および前記温風通路（１８）の空気流れ下流側に前記冷風通路（１５）の冷風と前記温風通路（１８）の温風とを混合するエアミックス空間（１９）が形成され、
   前記エアミックス空間（１９）の空気流れ上流側には、前記空気通路内の空気流れに縦渦を発生させるための縦渦発生部材（３０）が配置され、
   前記縦渦発生部材（３０）は、一対の稜線部（３１ａ）を持つ三角形状のデルタ翼（３１）を複数有して構成され、
   前記複数のデルタ翼（３１）は、それぞれ前記デルタ翼（３１）の底辺部（３１ｃ）が空気流れに直交する方向に沿って同軸上に並ぶように配置され、かつ、前記エアミックスドア（１６）を最大冷房位置と最大暖房位置の中間位置に操作したエアミックス状態にて、それぞれ前記稜線部（３１ａ）が空気流れ方向に向かって傾斜する前傾状態となるように設けられ、
   前記デルタ翼（３１）は、前記デルタ翼（３１）と空気流れ方向とのなす傾斜角度（θ）が１０°〜６０°の範囲内となるように設けられていることを特徴とする車両用空調装置。
3. 前記複数のデルタ翼（３１）は、それぞれ前記デルタ翼（３１）の前記底辺部（３１ｃ）が空気流れに直交する方向に延びる回転軸（３０ａ）に連結され、前記回転軸（３０ａ）を回転させる角度可変機構によって、前記デルタ翼（３１）と空気流れ方向とのなす傾斜角度（θ）が可変可能となっていることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記デルタ翼（３１）と空気流れ方向とのなす傾斜角度（θ）を周期的に可変させるように前記角度可変機構を制御する制御手段（４０）を備えることを特徴とする請求項１または３に記載の車両用空調装置。
5. 前記制御手段（４０）は、前記デルタ翼（３１）と空気流れ方向とのなす傾斜角度（θ）を前記複数のデルタ翼（３１）毎に変化させることを特徴とする請求項４に記載の車両用空調装置。
6. 前記デルタ翼（３１）は、前記一対の稜線部（３１ａ）の長さが同じ二等辺三角形状であること特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
7. 前記デルタ翼（３１）は、前記一対の稜線部（３１ａ）間の頂部（３１ｂ）の形状が、Ｒ形状若しくは平坦形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
8. 前記エアミックスドア（１６）は、平板状の板ドアで形成され、
   前記縦渦発生部材（３０）は、前記エアミックスドア（１６）の前記冷風通路（１５）側の板面に配置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
9. 前記縦渦発生部材（３０）は、前記エアミックス空間（１９）の空気流れ上流側の前記冷風通路（１５）若しくは前記温風通路（１８）の内壁面に配置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の車両用空調装置。

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