JP5135469B2 - 湿度センサ付きフィルタエレメントを具備した車載空調装置、ならびにその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念（所謂おいて書き部分、プリアンブル部分）に記載の車載空調装置、ならびに請求項８の上位概念に記載の車載空調装置の運転方法に関する。

そのような車載空調装置は、特許文献１から知られている。さらに特許文献２〜７も、当該従来技術に数えられる。
ほかにも先行公開されてはいない特許文献８に車載空調装置の制御方法が説明されるが、そこでは車載空調装置の新鮮空気吸入ポートのところで吸入される水量を表わす尺度が、センサ信号に従属して算出される。センサ信号としては、例えばウィンドシールドのミラーまわりに配置される雨滴センサの信号が使用される。言うまでもなくこの雨滴センサは、確かにウィンドシールドのセンサまわりの水量を測定するようにはなっているが、空調装置の吸入領域の水量ないしは湿気がこれによって正確に計測されることはない。空調装置は、この雨滴センサにより算出された水量に従属して新鮮空気吸入口を通過する吸気量が低減されるように、制御される。

特許文献９には、湿度センサを内蔵したチップを配設したエアフィルタエレメントが説明される。
特許文献１０には、自動車のキャビン用フィルタの化学吸着質量の効率を維持する方法が説明されるが、そこでは湿度センサを表面に配置したフィルタエレメントが使用される。この湿度センサから送出される信号に従属して、ヒータのスイッチがオンオフされる。

特許文献１１からは、フィルタエレメントの収容部に湿度センサを配置したフィルタ配列が知られている。この湿度センサは、フィルタエレメントを通過して流れる流体の湿度を測定する。

特許文献１２には、フィルタエレメントの湿度負荷率を測定することができる光センサ配列が説明される。
特許文献１３には、フィルタに配置されるセンサを具備したフィルタ配列が説明されるが、このセンサを利用して、フィルタを通過して流れる空気の湿度を測定することで、フィルタエレメントの負荷率を間接的に測定できるようにしている。

大半の車両において、暖房／空調装置の新鮮空気吸入は、ほぼエンジンフードとウィンドシールド間の間隙だけを介して行われるようになっている。大雨のときや、トンネル型連続洗車装置を通過する際には、車載空調装置が新鮮空気を吸入する領域の内部にかなりの水量が浸入することがある。適切な技術対策を講じることにより、浸入した水が空調装置から車室内に入り込むことを防止することができる。

ドイツ特許出願公開第１０２００５０４２４０６号明細書 ドイツ特許出願公開第３６２４１７１号明細書 米国再審査特許第６，８４０，０５１号証明書 ドイツ特許出願公開第４０００１６４号明細書 国際特許出願公開第２００００３２２９８号明細書 欧州特許出願公開第１８０６２４９号明細書 米国登録特許第６，０５２，９９８号明細書 ドイツ特許第１０２００７０５６３５６号明細書 欧州特許発明第１２４６６７９号明細書 ドイツ特許第３５１７４８１号明細書 ドイツ特許出願公開第２００７０２８４６１号明細書 ドイツ特許出願公開第１０２４５９１１号明細書 ドイツ特許出願公開第１０１４０５１０号明細書

本発明の課題は、吸気に含まれる湿気ないしは車載空調装置の吸気ダクト内の湿気に従属して、車載空調装置を可能な限り正確に開ループないしは閉ループ制御することができる、車載空調装置を提示することにある。

この課題は、請求項１ないしは８の各特徴により解決される。本発明の有利な構成形態および展開構成例は従属請求項から察知することができる。
例えば冒頭で既に言及した、本件出願時には公開されていなかった先行出願である特許文献８は、本発明の出発点となるべくものであるが、そこでは空調装置により吸入される（新鮮な）空気量が、空調装置により吸入される空気の湿度負荷率と少なくともある程度は良好な相関関係にあるセンサ信号に従属して、閉ループ制御されるようになっている。ここに明言しておくが、この特許文献８の開示内容は全て本件出願の対象ともなっている。出願人は、本件出願の詳細な説明、特許請求の範囲、または図面に、必要に応じて特許文献８の開示内容から個々の特徴を字句どおりに、または意味に即して借用することを差し控える。

本発明の基本原理は、車載空調装置を開ループないしは閉ループ制御するためのエレクトロニクス（電子装置）と湿度センサを具備した車載空調装置にあるが、そこではこの湿度センサが、特許文献８とは異なり、エアフィルタの上流側の表面に、配置されている。フィルタ表面に湿度センサが固定されると、センサ用の補助的なホルダが省略されるとともに、センサを気流の中央部に有利に配置することができるために、好都合である。フィルタの間近では、表面積が広いせいで流速が比較的僅かとなるために、気流中に配置されるセンサによる望まざる音響効果を十二分に回避することができる。

エアフィルタは、車載空調装置のエアダクトの内部にはめ込まれると好適である。湿度センサにより、エアフィルタを通過して流れる空気の湿度負荷率、ないしはエアフィルタの湿度負荷率を直接測定することができる。このセンサは、従来技術から知られているセンサとは異なり、主に液体の形態で吸入される水分を検知するために利用されるようになっている。

湿度センサは、エアフィルタに関して上流側に配置される。「上流側」とは、エアフィルタの「圧力側」、すなわち、ブロアにより送られる気流が当たる方のエアフィルタの側を意味する。例えば特許文献１に言及されるような「下流側」への湿度フィルタの配置は、液体の形態で気流中に含まれている水分がエアフィルタによって少なくとも部分的に引き止められることになるために、どちらかというと不利であると看做される。これに対して湿度センサの上流側への配置は、ともすれば吸い込まれる水滴が、一旦ブロアにより吸入された後、そこで支配的となっている高い剪断力および乱流の結果、霧状に飛散されることによって、ブロアから来る空気が、局所的だけではなく、エアダクト、ひいてはエアフィルタの流れ幅のほぼ全体にわたり衝撃的に加湿されるという長所を有している。

湿度負荷率が臨界であると看做される値を上回ると、空調装置により車室内に送り込まれる空気を介して車室内に導入される湿気が制限ないしは減少されるように、車載空調装置の一つまたは複数の作動パラメータがエレクロニクスにより開ループないしは閉ループ制御されるとよい。例えば湿度センサから送出される信号に従属して、新鮮空気吸入量が開ループないしは閉ループ制御されるとよい。湿度センサにおいて高い湿度値が測定された場合は、吸入される新鮮空気の体積流量が低減されるようにするとよい。

湿度センサから送出される湿度信号を利用して、エレクトロニクスにより、吸気の露点が決定されるとよい。算出された露点に従属して、車室のガラスの結露が回避されるように、車載空調装置がエレクトロニクスにより開ループないしは閉ループ制御されるとよい。それにより、従来の車載空調装置にそのために備えられる「結露センサ」を廃止することができる。

本発明の重要な長所は、比較的簡単でしかも低コストの「設計構造上の対策」により、車載空調装置のエアダクト系の内部への「浸水」を、非常に高い信頼度で急速に検知可能である点にも見出すことができる。本発明のさらにもう一つの長所は、この非常に簡単な設計構造上の対策により、微小な流れ抵抗を達成可能である点に見出すことができるが、それにより、予め設定されているブロア出力で、空気体積流量の増大が達成され、ひいては効率向上が達成されることになる。

例えば土砂降りの間やトンネル型連続洗車装置を通過する際に、例えば極端に大量の湿気ないしは水分が感知される場合などのように、湿度センサのところの湿気が所定の限界値を上回るときには正に、吸入される新鮮空気体積流量が低減されることが好ましい。この限界値は、必ずしも固定値として設定される必要はない。むしろこの限界値は、エレクトロニクスにより、限界値関数から、ないしは特性マップから、算出されるようにするとよく、またこの限界値関数ないしは特性マップも、例えば外気温や車両速度などの多数のパラメータに従属したものであるとよい。

湿度センサは、フィルタを通過して流れる空気の水分負荷率ないしはフィルタの水分負荷率を直接測定するセンサであるとよい。このセンサは、例えば電気抵抗ないしは導電率が（空気中の）湿度に従属して変化する電気センサであるとよい。

このセンサは、好適には、センサのところに存在する湿度に従属して静電容量が変化することに依拠した、静電容量型センサであるとよい。そのようなセンサの「核」は、湿度負荷率に従属してコンデンサの容量を変化させるようになっている、例えば薄片の形態をとるセラミック素子から成るとよい誘電体を有している「コンデンサ」であるとよい。このセラミック素子は、加熱装置、例えば電気式の加熱装置により加熱可能であるとよい。そのような加熱装置により、湿度センサを狙い通りに乾燥させることができるが、これには、湿度センサを、湿気を吸収した後に、比較的急速に再び使用可能な状態に復帰させることができるという長所がある。

しかし基本的には、例えば光センサなど、それ以外の種類のセンサも適している。
本発明の展開構成例においては、フィルタエレメントが「コード化」されている。「コード化」とは、この関係では、組み付けられているエアフィルタのタイプをエレクトロニクスにより検出可能であり、それによりエレクトロニクスが、ちょうどそのときにパティキュレートフィルタ、コンビネーションフィルタ、微粒ダストフィルタ、または別のタイプのフィルタが組み付けられているかどうかを検出できることを意味している。

フィルタタイプは、エレクトロニクスにより多種多様な方法で「検知」されるようにするとよい。例えばフィルタタイプは、エレクトロニクスにより光電方式で確定されるようにするとよい。例えば光センサを利用して、エアフィルタに備えられたバーコード、またはフィルタエレメントの幾何形状ないしは幾何形状の所定の部分領域をスキャンすることも考えられる。

あるいはその代わりに、エアフィルタの表面ないしは側面に配置された湿度センサの導電抵抗ないしはコンダクタンスを測定して、それによりフィルタタイプを検知するようにしてもよいかもしれない。例えばパティキュレートフィルタには導電抵抗がｘオーム（例えば１００オーム）程度の湿度センサが、コンビネーションフィルタには導電抵抗がｙオーム（例えば２００オーム）程度の湿度センサが、微粒ダストフィルタには導電抵抗がｚオーム（例えば３００オーム）程度の湿度センサが備えられるとよいかもしれない。

湿度の変動の結果として、湿度センサの抵抗が例えば５０オームの帯域幅の中で変動し得ると想定すると、エレクトロニクスは「湿度センサ回路」の全抵抗の大きさの順位から、フィルタタイプを検出することができる。

空調装置内の「浸水」は、湿度センサから送出される信号の比較的激しい短時間の変化となって表面化する。湿度の通常の変動と浸水とを区別できるようにするためには、湿度センサから送出される信号の絶対値に追加して、信号勾配、すなわち信号の時間導関数、ないしは近似信号勾配、すなわち信号が単位時間当たりどの程度激しく上昇ないしは低下するかが、エレクトロニクスにより監視されるようにするとよい。

本発明の展開構成例においては、エアダクト系が、エアダクト系の内部に組み込まれる、ないしはその内部に配置される「ブロア」、例えば送風用羽根車を有している。エアフィルタは、「上流側」、すなわち気流の向きで見てブロアの前方に配置されても、下流側、すなわち気流の向きで見てブロアの後方に配置されてもかまわない。エアフィルタが下流側に配置される場合は、エアダクト系の内部に浸入する水滴が、ブロアにより、極めて微細な水滴となって霧状に飛散されるが、これには、湿度センサがほぼ遅延時間なしでエアダクト系内への湿気の浸入を記録できるという長所がある。エアフィルタがブロアの前方に配置される場合は、浸入した水滴が、まずもって湿度センサに当たることになろうが、これは、浸水が記録されるまでのある程度の「不感時間」と抱き合わせになることがある。

湿度センサを具現するための、非常に簡単でしかも低コストの可能性の一つとして、金属線または扁平な金属条片を、例えばフィルタエレメントのフレームの表面に沿って配置するという方法がある。あるいはその代わりに、金属線をフィルタエレメントのフレームの内部、またはフィルタ材料の内部に直接組み込んでもよいかもしれない。この金属線ないしは条片の製造に用いられる材料は、例えば銅、または異種金属から成る合金であるとよい。湿度センサを形成する導電体は、例えば複数の電気接点を利用して、または一つのコネクタを利用して、車載バッテリ電源網ないしはエレクトロニクスに接続されるとよい。

要約すると、本発明により特に次の長所が達成されることになる。
‐エアフィルタの表面ないしは側面に直接配置される湿度センサを利用して、吸気に含まれている湿気ないしは吸気に含まれている水分を直接、またそれ故に極めて高信頼度で、検知することができる。
‐湿度センサは、エアフィルタの表面ないしは側面に直接配置できるために、湿度センサ用の別体のブラケットないしは固定具が一切不要となる。
‐湿度センサ回路を利用した、フィルタタイプのコード化が可能であり、またそれによりエレクロニクスによりフィルタタイプを検出することができる。検知されたフィルタタイプに応じて、エレクトロニクスの内部に記憶されている運転特性マップないしは相応の運転戦略を選択することができる。
‐検知されたフィルタタイプに応じて、サービスインターバルを自動的に適正に設定することができる。
‐したがってエレクトロニクスを利用して、そもそもフィルタが組み付けられているかどうか、ないしは、エレクトロニクスにとり「既知」である湿度センサを一切有しておらず、このため車載空調装置に不具合を来たす怖れがあるフィルタが、ともすれば組み付けられているかどうかについても、検出することができる。フィルタが組み付けられていること、さらには、メーカにより車載空調装置用として指定されたフィルタが組み付けられていることは、実際に適したフィルタでなければ、汚れ、繊維、粒子、またはブロアモータのコレクタの銅の摩耗屑の侵入から空調装置のエバポレータを高信頼度で保護できなくなるために、重要である。「適合」したフィルタによらない限り、エバポレータにおける細菌および／または真菌の生成ないしは集積、ひいては異臭の発生を効果的に防止する、ないしは少なくとも遅らせることは不可能である。それ以外にもエバポレータは、現実に「適正な」フィルタにより、異物粒子の入り込み、およびそれに付随した腐食の怖れから、格段と良好に保護されることになる。しかし、車両メーカにより指定されたエアフィルタが組み付けられることにより、顧客だけではなく車両メーカにとってもメリットがもたらされることになるが、なぜなら、修理ないしは保証費用を可能な限り回避することは双方の利益となるからである。
以下では、図面との関係で本発明を詳しく説明する。

本発明にしたがった車載空調装置のエアフィルタの第１実施例を示す図である。 第２実施例を示す図である。 第２実施例示す図である。 組み付けられているフィルタタイプの検知方法を示す基本原理図である。 湿度センサの上流側への配置方式を明らかにするための略図である。

図１には、エアダクトの内部、特にここには詳細には図示されない車載空調装置の新鮮空気吸入ダクトの内部にはめ込むことができるエアフィルタ１が示されている。このエアフィルタ１は、ここに示される実施例においては、実質的に矩形のプラスチック製フィルタフレーム２およびジグザグ折りに折り畳まれたフィルタフリース３を有している。

ここに示される実施例においては、フィルタフレームを対角に横切るように、すなわちフィルタフレーム２の一つの角から、その対角線上反対側に位置する角まで、「診断ケーブル」４が延びており、これに直列抵抗５および湿度依存型抵抗６が組み込まれている。直列抵抗５は、「抵抗オフセット」、すなわち診断ケーブル４の全抵抗が位置する範囲を定義付けるものである。したがってエレクトロニクスは、この直列抵抗５の大きさに基づいて、または主に直列抵抗５により決定されるこの「診断回路」の全抵抗の大きさに基づいて、現存するフィルタタイプを検出することができるが、これについては図４との関係でさらに詳しく説明する。図１に示される両抵抗５、６の直列接続の場合は、全抵抗が両抵抗の合計から求められる。このため全抵抗は、抵抗６における湿度負荷率に従属する。

図１に示される実施例においては、診断ケーブル４が、これに配置される二つのコネクタ７、８を介して、ここには詳細に図示されていない評価エレクトロニクスに接続されている。
図２、３には、図１の実施例の変形例が示されている。両抵抗５、６により形成される直列回路は、コネクタを介する代わりに、エアフィルタ1の両側部のフレーム２に備えられた接点９、１０を介して、評価エレクトロニクスに接続されている。「診断ケーブル」は、例えばフィルタフレーム２に沿って配置される、またはフィルタフレーム２の内部および／またはフィルタフリース３の内部に組み込まれる、銅フォイルから成るとよい。

図４には、湿度センサ配列の抵抗を利用して、どのように異なるタイプのフィルタをコード化すればよいかが説明される。例えば、第１のフィルタタイプ（例えばパティキュレートフィルタ）では、電気抵抗が、湿度負荷率が微小である場合は１００オーム程度に、湿度負荷率が最大である場合は１５０オーム程度に位置するようにするとよい。評価エレクトロニクスにより１００オームから１５０オームの間の範囲内の全抵抗が検知されるのであれば、そこから、パティキュレートフィルタが組み付けられていると推論することができる。同様に例えばコンビネーションフィルタおよび微粒ダストフィルタは、２００オームから２５０オームまで、ならびに３００オームおよび３５０オームの数値範囲によりコード化されるとよい。

それ以外にも評価エレクトロニクスにより、センサ配列の現在の瞬間全抵抗だけでなく、ほかにもセンサ信号の勾配、すなわち抵抗の時間変化率も測定されるようにするとよい。勾配が急である場合は、そのときに正に「浸水」が生じている、または終了したと推論することができる。

図５には、車載空調装置の流路１１の断面図が示されている。この流路配列の内部にはブロア１２が配置されているが、これは、空気、特に雰囲気空気を吸入して、同じくこの流路配列の内部に配置されているエアフィルタ１に向けて吹き付ける、ないしは供給するようになっている。エアフィルタ１は、「上流側」１３と「下流側」１４を有している。湿度センサ６はエアフィルタ１の上流側１３に、すなわちエアフィルタ１の「圧力側」またはブロア１２と対向した側に配置されている。

１ エアフィルタ
２ フィルタフレーム
３ フィルタフリース
４ 診断ケーブル
５ 直列抵抗
６ 抵抗／湿度センサ
７ コネクタ
８ コネクタ
９ 接点
１０ 接点
１１ 流路
１２ ブロア
１３ 上流側
１４ 下流側

Claims (8)

1. エアフィルタ（１）、前記エアフィルタ（１）の表面に配置される湿度センサ（６）、車載空調装置の開ループないしは閉ループ制御用に構成されたエレクトロニクスを有する、車載空調装置であって、前記エレクトロニクスに、前記湿度センサ（６）から送出される信号が供給される、車載空調装置において、
   前記エアフィルタ（１）が、車載空調装置の新鮮空気吸入ダクトの内部にはめ込まれること、
   車載空調装置がブロアを有し、前記エアフィルタ（１）が、前記ブロアの下流側に配置されていること、
   前記湿度センサ（６）が前記エアフィルタ（１）のすぐ上流側に配置されていること、
   前記湿度センサ（６）が、静電容量型センサ（６）であること、及び
   前記エレクトロニクスが、前記湿度センサ（６）を配置する回路内で、電気抵抗を測定し、これを前記エレクトロニクスの内部に記憶されている検出基準と比較して、そこから空調装置に組み付けられたエアフィルタ（１）のタイプを確定すること
   を特徴とする、車載空調装置。
2. 請求項１に記載の車載空調装置において、前記湿度センサ（６）が、前記エアフィルタ（１）の湿度負荷率と相関関係にある信号を送出することを特徴とする、車載空調装置。
3. 請求項１または２に記載の車載空調装置において、車載空調装置の少なくとも一つの作動パラメータが、前記湿度センサ（６）から送出される前記信号に従属して、開ループないしは閉ループ制御されることを特徴とする、車載空調装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の車載空調装置において、前記エレクトロニクスが、少なくとも車載空調装置の多くの運転状態において、車載空調装置により吸入される新鮮空気の体積流量を、前記湿度センサ（６）から送出される前記信号に従属して開ループないしは閉ループ制御することを特徴とする、車載空調装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の車載空調装置において、前記湿度センサ（６）が、前記エアフィルタ（１）の湿度負荷率とともに変化する電気抵抗ないしはコンダクタンスを有する抵抗センサであることを特徴とする、車載空調装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の車載空調装置において、前記湿度センサ（６）が、前記エアフィルタ（１）の湿度負荷率とともに変化する静電容量を有する静電容量型センサであることを特徴とする、車載空調装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の車載空調装置において、前記エレクトロニクスが、車載空調装置の少なくとも一つの作動パラメータを、前記湿度センサ（６）から送出される前記信号の時間変化率に従属して、特に前記湿度センサ（６）から送出される前記信号の勾配に従属して、開ループないしは閉ループ制御することを特徴とする、車載空調装置。
8. フィルタ表面に配置される湿度センサ（６）を具備したエアフィルタ（１）を有しており、前記湿度センサ（６）が湿度信号を発生して、これをエレクトロニクスに供給するようになっている車載空調装置の運転方法において、
   前記エアフィルタ（１）が車載空調装置の新鮮空気吸入ダクトの内部にはめ込まれること、
   前記エアフィルタ（１）が車載空調装置のブロアの下流側に配置されていること、
   前記湿度センサ（６）が前記エアフィルタ（１）のすぐ上流側に配置されていること、
   前記エレクトロニクスが、前記湿度センサ（６）を配置する回路の電気抵抗の規模によって、空調装置に組み付けられたエアフィルタ（１）のタイプを確定すること、および
   前記エレクトロニクスが、前記湿度信号の時間変化率を監視して、これに依存して、かつ空調装置に組み付けられた前記エアフィルタ（１）の確定されたタイプに依存して、前記車載空調装置の少なくとも一つの作動パラメータを開ループないしは閉ループ制御すること
   を特徴とする、方法。

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