JP5625878B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷却用熱交換器を備える車両用空調装置に関する。
従来、特許文献1に、車室内へ送風される送風空気を冷却する冷却用熱交換器としての冷凍サイクルの蒸発器を備え、この蒸発器にて送風空気に悪臭が発生してしまうことの抑制を狙った車両用空調装置が開示されている。
ここで、この種の悪臭の発生原因は、蒸発器にて送風空気を露点温度以下まで冷却して凝縮させてしまうと、悪臭を発生させる原因物質が蒸発器の外表面に付着してしまうことにある。さらに、送風空気の悪臭は、原因物質が付着した蒸発器の外表面が乾燥する際あるいは湿潤する際に強くなることが知られている。
そこで、特許文献1の車両用空調装置では、蒸発器における冷媒蒸発温度が蒸発器へ流入する送風空気の露点温度よりも所定温度だけ高くあるいは低くなるように、冷凍サイクルの圧縮機の冷媒吐出能力を制御している。これにより、蒸発器の外表面の乾燥と湿潤が頻繁に繰り返されないようにして送風空気の悪臭の発生を抑制している。
国際公開第00/07836号パンフレット
ところで、特許文献1の車両用空調装置を用いて、例えば、車室内の除湿を行う場合は、蒸発器における冷媒蒸発温度を蒸発器へ流入する送風空気の露点温度よりも低くすればよい。これにより、車室内の除湿が可能となるだけでなく、蒸発器の外表面を常に湿潤した状態に維持して、送風空気に悪臭が発生してしまうことを抑制できる。
ところが、車室内空気を蒸発器に流入させる内気モードでは、蒸発器における冷媒蒸発温度を蒸発器へ流入する送風空気の露点温度よりも低くすると、蒸発器から吹き出される送風空気が、車室内の目標設定温度に対して冷え過ぎてしまう。すなわち、内気モードでは、蒸発器で除湿された空気が再び蒸発器へ流入する(車室内空気が循環する)ことになり、蒸発器へ流入する度に送風空気の露点温度が低下して、蒸発器における冷媒蒸発温度が低下し、蒸発器から吹き出される送風空気が徐々に低下することになる。
このように、送風空気を不必要に冷やすことは、圧縮機の消費動力の増加を招き、車両用空調装置全体としてのエネルギ消費量を増大させてしまうといった問題がある。
本発明は、上記点に鑑み、エネルギ消費量の増大を抑制しつつ、車室内へ送風される送風空気に悪臭が発生することを抑制可能な車両用空調装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、車室内に送風される送風空気の空気通路を形成するケース(1)と、ケース(1)内へ車室内空気を流入させる内気モードおよびケース(1)内へ車室外空気を流入させる外気モードを切り替える内外気モード切替手段(5)と、ケース(1)内に配置されて送風空気を冷却する冷却用熱交換器(9)と、冷却用熱交換器(9)にて冷却された送風空気の冷却温度(Te)を調整する冷却温度調整手段(11)と、冷却用熱交換器(9)へ流入する流入空気の露点温度(Tdew)に相関を有する物理量を検出する露点温度検出手段(36)と、冷却用熱交換器(9)の目標値である目標冷却温度(TEO)を決定する目標温度決定手段(S9)と、冷却温度(Te)が目標冷却温度(TEO)に近づくように冷却温度調整手段(11)を制御する冷却温度制御手段(30a)と、内外気モード切替手段(5)の作動を制御する内外気切替制御手段(30b)と、を備え、
目標温度決定手段(S9)は、内外気モード切替手段(5)により内気モードに切り替えられた場合において、内気モードに切り替えられてから流入空気の露点温度(Tdew)が安定するまでの時間を基準時間としたときに、
内気モードに切り替えられてから基準時間経過するまでは、目標冷却温度(TEO)を流入空気の露点温度(Tdew)に応じて露点温度(Tdew)よりも低い目標温度に決定し、内気モードに切り替えられてから基準時間経過した後は、目標冷却温度(TEO)を内気モードに切り替えられてから基準時間経過したときの目標温度が維持されるように決定することを特徴とする。
このように、内気モードに切り替えられてから基準時間経過した後は、当該基準時間経過したときの露点温度(Tdew)を基準として目標冷却温度(TEO)を一定に維持する構成とすることで、冷却用熱交換器(9)にて除湿された空気が循環することによる流入空気の露点温度(Tdew)の低下を抑制することができる。
これにより、内気モード時において、冷却用熱交換器(9)にて冷却される送風空気の温度が不必要に冷え過ぎてしまうことを抑制して、送風空気を冷却するためのエネルギ消費量の増大を抑制することができる。
また、冷却用熱交換器(9)に流入する流入空気の露点温度(Tdew)の低下が抑制されることで、目標冷却温度(TEO)が露点温度(Tdew)より低い温度に維持可能となるので、冷却用熱交換器(9)の外表面を湿潤させた状態に維持することができる。
従って、車両用空調装置全体としてのエネルギ消費量の増大を抑制しつつ、車室内へ送風される送風空気に悪臭が発生することを抑制することができる。
ところで、内気モード時においても、例えば、車両の乗降ドアや窓が開放されるによって、車室内に車室外空気が流入し、車室内空気の湿度が変動してしまうことがある。この場合、内気モード時において、車室内の空調を開始してから所定時間経過した際の露点温度(Tdew)を基準として目標冷却温度(TEO)を一定に維持すると、車両用空調装置のエネルギ消費量の増大、あるいは送風空気に悪臭が発生してしまう可能性がある。
そこで、請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の車両用空調装置において、内外気モード切替手段(5)により内気モードに切り替えられた場合に、車室内に車室外空気が流入し得る状態であるか否かを判定する外気流入判定手段(S910)を備え、目標温度決定手段(S9)は、内外気モード切替手段(5)により内気モードに切り替えられた場合において、外気流入判定手段(S910)により車室内に車室外空気が流入し得る状態であると判定されたときは、内気モードへの切替後における基準時間経過の如何にかかわらず、目標冷却温度(TEO)を流入空気の露点温度(Tdew)に応じて露点温度(Tdew)よりも低い目標温度に決定することを特徴とする。
これによると、内気モード時において車室内に車室外空気が流入し得る状態である場合には、冷却用熱交換器(9)に流入する流入空気の露点温度(Tdew)に応じて目標冷却温度(TEO)を決定することで、内気モード時に車室内に車室外空気が流入することに起因する車両用空調装置のエネルギ消費量の増大、あるいは送風空気に悪臭が発生することを抑制することができる。
また、内気モード時に車室内に車室外空気が流入する場合に限らず、例えば、乗員の発汗、吐息や車室内に設けられた加湿器等によって、車室内の湿度が変動してしまうことが考えられる。
このため、請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の車両用空調装置において、目標温度決定手段(S9)は、内外気モード切替手段(5)により内気モードに切り替えられた場合において、流入空気の露点温度(Tdew)の温度変化率が基準値を上回ったときは、内気モードへの切替後における基準時間経過の如何にかかわらず、目標冷却温度(TEO)を流入空気の露点温度(Tdew)に応じて露点温度(Tdew)よりも低い目標温度に決定することを特徴とする。
これによると、内気モード時において冷却用熱交換器(9)に流入する流入空気の露点温度(Tdew)の変化が大きい場合には、冷却用熱交換器(9)に流入する流入空気の露点温度(Tdew)に応じて目標冷却温度(TEO)を決定することで、車両用空調装置のエネルギ消費量の増大、あるいは送風空気に悪臭が発生することを抑制することができる。
具体的には、請求項4に記載の発明のように、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の車両用空調装置において、内外気モード切替手段(5)により外気モードに切替えられたときは、目標温度決定手段(S9)にて、目標冷却温度(TEO)を流入空気の露点温度(Tdew)に応じて当該露点温度(Tdew)よりも低い目標温度に決定するようにすればよい。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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実施形態に係る車両用空調装置の全体構成図である。 第1実施形態に係る車両用空調装置の制御処理を示すフローチャートである。 第1実施形態に係る車両用空調装置の制御処理の要部を示すフローチャートである。 第1実施形態に係る車両用空調装置の空調開始からの目標冷却温度と送風空気の冷却温度との関係を示す図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図1〜図4に基づいて説明する。図1は、本実施形態の車両用空調装置100の全体構成図である。本実施形態の車両用空調装置100は、エンジン(内燃機関)および走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る、いわゆるハイブリッド車両に搭載されている。
このハイブリッド車両は、車両の走行負荷等に応じてエンジンを作動あるいは停止させて、エンジンおよび走行用電動モータの双方から駆動力を得て走行する走行状態や、エンジンを停止させて走行用電動モータのみから駆動力を得て走行する走行状態等を切り替えることができる。これにより、ハイブリッド車両では、車両走行用の駆動力をエンジンのみから得る通常の車両に対して、車両燃費を向上させることができる。
本実施形態の車両用空調装置100は、図1に示すように、室内空調ユニット1、冷凍サイクル10、空調制御装置30等を備えている。まず、室内空調ユニット1は、車室内最前部の計器盤(インストルメントパネル)の内側に配置されて、その外殻を形成するケース2内に送風機8、蒸発器9、ヒータコア15等を収容したものである。
ケース2は、車室内に送風される送風空気の空気通路を形成しており、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂(例えば、ポリプロピレン)にて成形されている。このケース2内の送風空気流れ最上流側には、ケース2内の空気通路に車室外空気(外気)を流入させる通風経路、および、ケース2内の空気通路に車室内空気(内気)を流入させる通風経路を切り替える内外気切替箱5が配置されている。
より具体的には、内外気切替箱5には、ケース2内の空気通路に内気を導入させる内気導入口3および外気を導入させる外気導入口4が形成されている。そして、内外気切替箱5の内部には、内気導入口3および外気導入口4の開口面積を連続的に調整して、ケース2内へ導入させる内気の風量と外気の風量との風量割合を変化させる内外気切替ドア6が配置されている。
従って、内外気切替ドア6は、ケース2内の空気通路に導入される内気の風量と外気の風量との風量割合を変化させて吸込口モードを切り替える機能を果たす。なお、内外気切替ドア6は、内外気切替ドア6用のサーボモータ7によって駆動され、このサーボモータ7は、後述する空調制御装置30から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
また、吸込口モードとしては、内気導入口3を全開とするとともに外気導入口4を全閉としてケース2内へ内気を導入する内気モード、内気導入口3を全閉とするとともに外気導入口4を全開としてケース2内へ外気を導入する外気モード、さらに、内気導入口3および外気導入口4を同時に開く内外気混入モードがある。なお、内外気切替箱5は、ケース2内の空気通路に車室外空気(外気)を流入させる外気モード、およびケース2内の空気通路に車室内空気(内気)を流入させる内気モードを切り替える内外気モード切替手段を構成している。
内外気切替箱5の空気流れ下流側には、内外気切替箱5を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風手段である送風機8が配置されている。この送風機8は、遠心多翼ファン(シロッコファン)8aを電動モータ8bにて駆動する電動送風機であって、空調制御装置30から出力される制御電圧によって回転数(送風量)が制御される。従って、この電動モータ8bは、送風機8の送風能力変更手段を構成している。
送風機8の空気流れ下流側には、蒸発器9が配置されている。蒸発器9は、その内部を流通する冷媒と送風機8から車室内へ向けて送風される送風空気とを熱交換させて、送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。具体的には、蒸発器9は、圧縮機11、凝縮器12、受液器13および膨張弁14等とともに、蒸気圧縮式の冷凍サイクル10を構成している。
ここで、冷凍サイクル10について説明する。圧縮機11は、エンジンルーム内に配置され、冷凍サイクル10において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものであり、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機構11aを電動モータ11bにて駆動する電動圧縮機として構成されている。電動モータ11bは、インバータ40から出力される交流電流によって、その作動(回転数)が制御される交流モータである。
また、インバータ40は、空調制御装置30から出力される制御信号に応じた周波数の交流電流を出力する。そして、この周波数制御によって圧縮機11の回転数が制御され、圧縮機11の冷媒吐出能力が変更される。従って、電動モータ11bは、圧縮機11の吐出能力変更手段を構成している。
凝縮器12は、エンジンルーム内に配置されて、内部を流通する冷媒と、室外送風機としての冷却ファン12aから送風された車室外空気(外気)とを熱交換させることにより、圧縮機11吐出冷媒を凝縮させるものである。
冷却ファン12aは、軸流ファン12bを電動モータ12cにて駆動する電動送風機であって、空調制御装置30から出力される制御電圧によって稼働率、すなわち、回転数(送風量)が制御される。従って、この電動モータ12cは、冷却ファン12aの送風能力変更手段を構成している。
受液器13は、凝縮器12にて凝縮された冷媒を気液分離して余剰冷媒を蓄えるとともに、液相冷媒のみを下流側に流す気液分離器である。膨張弁14は、受液器13から流出した液相冷媒を減圧膨張させる減圧手段である。この膨張弁14は、温度式膨張弁で構成されており、蒸発器9出口側冷媒の過熱度が予め定めた範囲となるように下流側に流出させる冷媒流量を調整する。
このような温度式膨張弁としては、蒸発器9出口側の冷媒通路に配置された感温部を有し、蒸発器9出口側冷媒の温度と圧力とに基づいて蒸発器9出口側冷媒の過熱度を検知し、蒸発器9出口側冷媒の過熱度が予め設定された所定値となるように機械的機構により弁開度(冷媒流量)を調整するものを採用できる。
蒸発器9は、膨張弁14にて減圧膨張された冷媒を蒸発させて、冷媒に吸熱作用を発揮させるものである。これにより、蒸発器9は、送風空気を冷却する冷却用熱交換器として機能する。ここで、蒸発器9における送風空気の冷却温度Teは、蒸発器9における冷媒蒸発温度(冷媒蒸発圧力)によって決定される。
さらに、本実施形態の如く、減圧手段として機械的機構により弁開度を調整する温度式膨張弁を採用する構成では、蒸発器9における冷媒蒸発圧力は、圧縮機11の回転数(冷媒吐出能力)によって決定することができる。従って、本実施形態の圧縮機11は、蒸発器9における送風空気の冷却温度を調整する冷却温度調整手段を構成している。
また、ケース2内において、蒸発器9の空気流れ下流側にはケース2内を流れる空気を加熱するヒータコア15が配置されている。このヒータコア15はエンジンを冷却するためのエンジン冷却水を熱源として、蒸発器9通過後の空気(冷風)を加熱する加熱用熱交換器である。
さらに、ヒータコア15の側方には、蒸発器9通過後の冷風を、ヒータコア15を通過させることなく下流側に流すバイパス通路16が形成されている。従って、ヒータコア15およびバイパス通路16の空気流れ下流側で混合される送風空気の温度は、ヒータコア15およびバイパス通路16を通過する送風空気の風量割合によって変化する。
そこで、本実施形態では、蒸発器9の空気流れ下流側であって、ヒータコア15およびバイパス通路16の上流側に、ヒータコア15およびバイパス通路16へ流入させる送風空気の風量割合を連続的に変化させるエアミックスドア17を配置している。従って、エアミックスドア17は、ヒータコア15およびバイパス通路16の空気流れ下流側で混合される送風空気の温度を調整する温度調整手段を構成している。
なお、エアミックスドア17は、エアミックスドア17用のサーボモータ18によって駆動され、このサーボモータ18は、空調制御装置30から出力される制御信号によってその作動が制御される。
ケース2の送風空気流れ最下流部には、空調対象空間である車室内へ温度調整された送風空気を吹き出す吹出口19〜21が設けられている。この吹出口19〜21としては、具体的に、車両前面窓ガラスW内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口19、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス吹出口20、および乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口21が設けられている。
また、デフロスタ吹出口19、フェイス吹出口20、およびフット吹出口21の空気流れ上流側には、それぞれ、デフロスタ吹出口19の開口面積を調整するデフロスタドア22、フェイス吹出口20の開口面積を調整するフェイスドア23、およびフット吹出口21の開口面積を調整するフットドア24が配置されている。
これらのデフロスタドア22、フェイスドア23、フットドア24、は、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替手段を構成するものであって、図示しないリンク機構を介して、吹出口モードドア駆動用のサーボモータ25に連結されて連動して回転操作される。なお、このサーボモータ25も、空調制御装置30から出力される制御信号によってその作動が制御される。
また、吹出口モードとしては、フェイス吹出口20を全開してフェイス吹出口20から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出すフェイスモード、フェイス吹出口20とフット吹出口21の両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出すバイレベルモード、フット吹出口21を全開するとともにデフロスタ吹出口19を小開度だけ開口して、フット吹出口21から主に空気を吹き出すフットモード、およびフット吹出口21およびデフロスタ吹出口19を同程度開口して、フット吹出口21およびデフロスタ吹出口19の双方から空気を吹き出すフットデフロスタモードがある。
さらに、乗員が後述する操作パネル50のスイッチをマニュアル操作することによって、デフロスタ吹出口19を全開にしてデフロスタ吹出口19から車両フロント窓ガラス内面に空気を吹き出すデフロスタモードとすることもできる。
次に、本実施形態の電気制御部について説明する。空調制御装置30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、そのROM内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種機器の作動を制御する。
空調制御装置30の出力側には、各種サーボモータ7、18、25、送風機8の電動モータ8b、圧縮機11の電動モータ11b用のインバータ40、冷却ファン12aの電動モータ12c等が接続されている。
一方、空調制御装置30の入力側には、外気温Tamを検出する外気センサ31、車室内温度Trを検出する内気センサ32、車室内の日射量Tsを検出する日射センサ33、蒸発器9からの吹出空気温度(送風空気の冷却温度)Teを検出する蒸発器温度センサ34(冷却温度検出手段)、エンジンから流出した冷却水の冷却水温度Twを検出する冷却水温度センサ35、蒸発器9へ流入する送風空気の露点温度Tdewを検出する露点温度検出手段としての露点計36等の種々の空調制御用のセンサ群が接続されている。
なお、本実施形態の蒸発器温度センサ34は、具体的に蒸発器9の熱交換フィン温度を検出している。もちろん、蒸発器温度センサ34として、蒸発器9のその他の部位の温度を検出する温度検出手段を採用してもよいし、蒸発器9を流通する冷媒自体の温度を直接検出する温度検出手段を採用してもよい。さらに、蒸発器9から流出した直後の送風空気の温度を検出する温度検出手段を採用してもよい。
また、本実施形態の露点計36は、蒸発器9へ流入する流入空気の相対湿度Reinを検出する湿度検出手段としての湿度センサ、および、蒸発器9へ流入する流入空気の温度Teinを検出する温度検出手段としての温度センサを有し、これらのセンサが一体的に構成されて、蒸発器9へ流入する流入空気の相対湿度Rein、温度Teinおよび露点温度Tdewを出力するものである。
つまり、蒸発器9へ流入する流入空気の相対湿度Reinおよび温度Teinは、蒸発器9へ流入する流入空気の露点温度Tdewに相関を有する物理量である。また、露点計36を廃止して、それぞれ別体で構成された湿度センサおよび温度センサを採用し、これらの湿度センサおよび温度センサの検出値に基づいて、空調制御装置30が露点温度Tdewを算出するようにしてもよい。
さらに、空調制御装置30の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル50が接続されており、この操作パネル50に設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。
操作パネル50に設けられた各種空調操作スイッチとしては、具体的に、圧縮機11の作動指令信号を出すエアコンスイッチ51、車室内温度Tsetを設定する温度設定手段をなす温度設定スイッチ52、吹出口モードドア22〜24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口モードスイッチ53、内外気切替ドア6による内気モードと外気モードをマニュアル設定する内外気切替スイッチ54、送風機8の風量切替をマニュアル設定する送風機作動スイッチ55、車両用空調装置100の自動制御を設定あるいは解除するオートスイッチ56等が設けられている。
また、空調制御装置30の入力側には、内外気切替箱5以外に車室内へ車室外空気が流入し得る空気経路()の開閉状態を検出するスイッチ群60として、例えば、乗員が乗り降りするための乗降ドアの開閉状態を検知するドアスイッチ61、乗降ドアに設けられた開閉窓やサンルーフ(天窓)の開閉を制御するウィンドスイッチ62等が接続されており、各スイッチ61、62から出力された信号が入力される。
また、空調制御装置30は、上述した各種空調制御機器を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、特に、冷却温度調整手段としての圧縮機11の電動モータ11b(具体的には、インバータ40)の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)を冷却温度制御手段30aとし、内外気モード切替手段を構成する内外気切替ドア6用のサーボモータ7の制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)を内外気切替制御手段30bとする。
次に、図2、図3のフローチャートを用いて、車両用空調装置100の作動を説明する。図2は、本実施形態の空調制御装置30が実行する制御処理を示すフローチャートであり、図3は、図2の制御処理の要部を示すフローチャートである。なお、図2、3中の各制御ステップは、空調制御装置30が有する各種の機能実現手段を構成するものである。また、この制御処理は、操作パネル50のエアコンスイッチ51が投入(ON)された状態でオートスイッチ56が投入(ON)されると開始する。
まず、ステップS1ではフラグ、タイマ等の初期化(イニシャライズ)がなされる。このイニシャライズでは、フラグや各種演算値のうち、前回の車両用空調装置100の作動終了時に記憶された値が維持されるものもある。
次のステップS2では、操作パネル50の操作信号を読み込み、続くステップS3では、車両環境状態の信号、すなわち、センサ群31〜36や内外気切替箱5以外に車室内へ車室外空気が流入し得る空気経路の開閉状態を検出するスイッチ群60等により検出された検出信号を読み込む。
ここで、ステップS3では、スイッチ群60のうち少なくとも1つスイッチからの信号が開状態を示す信号である場合、内外気切替箱5以外に車室内へ車室外空気が流入し得る状態であることを示す外気流入フラグがONされる。なお、スイッチ群60のうち全てのスイッチからの信号が閉状態の信号である場合、外気流入フラグがOFFされる。
次のステップS4では、車室内吹出空気の目標吹出温度TAOを算出する。目標吹出温度TAOは、下記数式F1により算出される。
TAO=Kset×Tset−Kr×Tr−Kam×Tam−Ks×Ts+C…(F1)
ここで、Tsetは温度設定スイッチ52によって設定された車室内設定温度、Trは内気センサ32によって検出された車室内温度(内気温)、Tamは外気センサ31によって検出された外気温(車室外気温)、Tsは日射センサ33によって検出された日射量である。Kset、Kr、Kam、Ksは制御ゲインであり、Cは補正用の定数である。
続くステップS5〜S10では、空調制御装置30に接続された各種機器の制御状態が決定される。まず、ステップS5では、エアミックスドア17の目標開度SW(具体的には、エアミックスドア17用のサーボモータ18に出力する制御信号)を、目標吹出温度TAO、蒸発器温度センサ34によって検出された吹出空気温度Te、および冷却水温度センサ35によって検出された冷却水温度Twに基づいて、以下数式F2により算出する。
SW=〔(TAO−Te)/(Tw−Te)〕×100(%)…(F2)
なお、SW=0(%)は、エアミックスドア17の最大冷房位置であり、バイパス通路16を全開し、ヒータコア15側の通風路を全閉する。これに対し、SW=100(%)は、エアミックスドア17の最大暖房位置であり、バイパス通路16を全閉し、ヒータコア15側の通風路を全開する。
次に、ステップS6にて、送風機8により送風される送風空気量(具体的には、電動モータ8bに出力する制御電圧)を決定する。この制御電圧については、目標吹出温度TAOに基づいて予め空調制御装置30に記憶された制御マップを参照して、目標吹出温度TAOが高温時および低温時に中間温度時よりも高くなるように決定される。
次に、ステップS7にて、吹出口モードを決定する。この吹出モードも、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置30に記憶された制御マップを参照して決定する。本実施形態では、TAOが低温域から高温域へと上昇するにつれて吹出モードをフットモード→バイレベル(B/L)モード→フェイスモードへと順次切り替える。
次に、ステップS8では、吸込口モード、すなわち内外気切替箱5の切替状態を決定する。この吸込口モードもTAOに基づいて、予め空調制御装置30に記憶された制御マップを参照して決定する。本実施形態では、基本的に外気を導入する外気モードが優先されるが、TAOが極低温域となって高い冷房性能を得たい場合等に内気を導入する内気モードが選択される。
ここで、ステップS8では、内気モードに切り替えられたときに、内気モードの開始を示す内気モード開始フラグがONされる。なお、内気モードに切り替えられてから2回目以降の処理である場合には、内気モード開始フラグをONしない。
次に、ステップS9にて、蒸発器9から吹き出される送風空気の目標冷却温度TEOを決定する。本実施形態の制御ステップS9は、送風空気の冷却温度Teの目標値である目標冷却温度TEOを決定する目標温度決定手段を構成している。
ステップS9の詳細については、図3のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップS905では、ステップS8で決定された吸込口モードが外気モードであるか否かを判定する。この結果、吸込口モードが外気モードでないと判定された場合には、ステップS910に移行し、吸込口モードが外気モードであると判定された場合には、後述するステップS955に移行する。なお、吸込口モードが内外気混合モードに決定された場合には、外気モードと同様に、ステップS955に移行する。
ステップS910では、内外気切替箱5以外に車室内へ車室外空気が流入し得る状態であるか否かを判定する。本実施形態の制御ステップS910は、内気モード時において車室内に車室外空気が流入し得る状態であるか否かを判定する外気流入判定手段を構成している。具体的には、ステップS910では、ステップS3にて設定された外気流入フラグがONされているか否かを判定する。
ステップS910の判定処理の結果、外気流入フラグがONされていない(外気流入フラグ=OFF)と判定された場合には、ステップS915に移行し、外気流入フラグがONされていると判定された場合には、後述するステップS960に移行する。
次に、ステップS915では、内気モードに切り替わった直後(内気モードの開始タイミング)であるか否かを判定する。具体的には、内気モードに切り替えられてから1回目の処理であることを示す内気モード開始フラグがONされているか否かを判定する。
ステップS915の判定処理の結果、内気モード開始フラグがONされていると判定された場合、ステップS920に移行する。ステップS920では、露点計36が配置された周囲の湿度の偏在が解消され、露点計36が配置された周囲の湿度が、車室内の平均湿度となるまでに要する待機時間β(内気モードに切り替えられてから露点温度Tdewが安定するまでの時間)を算出する。
具体的には、待機時間βは、車室内空間の容積および送風空気の送風空気量に基づいて、車室内空間の容積、送風空気の送風空気量、および待機時間の関係を定めた制御マップを参照して算出することができる。なお、当該制御マップは、車室内空間の容積が大きく、送風空気量が小さい程、待機時間が長くなるように設定されている。
そして、ステップS925にて空調制御装置30に設けられたタイマ(カウンタ)により内気モードに切り替えられてからの経過時間の計時を開始し、次のステップS930にて内気モード開始フラグをOFFして、ステップS935に移行する。
一方、ステップS915の判定処理の結果、内気モード開始フラグがONされていないと判定された場合、ステップS920〜ステップS930の処理をスキップして、ステップS935に移行する。
ステップS935では、内気モードに切り替えられてから待機時間を経過したか否かを判定する。具体的には、ステップS925で開始したタイマによる計時時間が待機時間を経過したか否かを判定する。この結果、内気モードに切り替えられてから待機時間を経過していないと判定された場合には、ステップS940に移行する。
ステップS940では、蒸発器9から吹き出される送風空気の目標冷却温度TEOを、露点温度Tdewから基準温度α低い目標温度に決定する。具体的には、目標冷却温度TEOを、露点計36によって検出された露点温度Tdewから予め定めた基準温度αを減算した温度(=Tdew−α)に決定する。なお、基準温度αは、露点計36の誤差の余裕代であり、例えば2℃に設定される。
次に、ステップS945にて、今回ステップS940で算出した目標冷却温度TEOをTEOaとして空調制御装置30の記憶手段(ROM)に記憶して、ステップS10に移行する。なお、TEOaは、ステップS940で新たな目標冷却温度TEOが算出される度に更新される。
一方、上述したステップS935の判定処理の結果、内気モードに切り替えられてから待機時間を経過したと判定された場合、ステップS950に移行する。ステップS950では、目標冷却温度TEOを内気モードに切り替えられてから待機時間経過したときの目標冷却温度に決定して、ステップS10に移行する。
具体的には、空調制御装置30の記憶手段に記憶されたTEOa(ステップS940で前回算出された目標冷却温度TEO)を、今回の目標冷却温度TEOに設定する。つまり、ステップS950では、内気モードに切り替えられてから待機時間を経過したときに算出した算出値(固定値)を目標冷却温度TEOに決定する。
これにより、内気モードに切り替えられてから待機時間経過した後は、基本的に露点温度Tdewの変動によらず、内気モードに切り替えられてから待機時間経過したときの目標冷却温度TEOに維持される。
また、ステップS905の判定処理の結果、吸込口モードが外気モードであると判定された場合、ステップS955に移行して、ステップ925で内気モードに切り替えられてからの経過時間を計時するタイマをリセットする。
ステップS955でタイマをリセットした後、およびステップS910の判定処理の結果、外気流入フラグがONされていると判定された場合、ステップS960に移行して、ステップS940と同様に、蒸発器9から吹き出される送風空気の目標冷却温度TEOを、露点温度Tdewから基準温度α低い温度に決定する。
次に、ステップS965にて、今回ステップS960で算出した目標冷却温度TEOをTEOaとして空調制御装置30の記憶手段(ROM)に記憶して、ステップS10に移行する。なお、TEOaは、ステップS960で新たな目標冷却温度TEOが算出される度に更新される。
ここで、例えば、外気流入フラグがOFFの状態で内気モードに切り替えられてから待機時間経過した後、外気流入フラグがOFFに切り替わると、ステップS910→ステップS915→ステップS935→ステップS950の順に制御処理が行われる。この際、ステップS950では、外気流入フラグがONからOFFに切り替わる直前にステップS965にて記憶されたTEOaを今回の目標冷却温度TEOに決定する。すなわち、内気モード時において外気流入フラグがOFF→ON→OFFといったように変化した場合、外気流入フラグが最後にOFFされたときの目標冷却温度は、外気流入フラグがONからOFFに切り替わる直前に決定された目標冷却温度TEOに維持される。
次に、ステップS10にて、圧縮機11の回転数、すなわち冷媒吐出能力(具体的には、インバータ40から圧縮機11の電動モータ11bに出力される制御電流)を決定する。このステップS10では、吹出空気温度TeとステップS9で決定された目標冷却温度TEOとの偏差En(Te−TEO)を算出し、この偏差Enに基づいて、吹出空気温度Teが目標冷却温度TEOに近づくように比例積分制御(PI制御)によるフィードバック制御手法によって、インバータ40から出力される制御電流を決定する。
つまり、本実施形態の車両用空調装置100では、空調制御装置30の冷却温度制御手段30aが、吹出空気温度Te(送風空気の冷却温度)を目標冷却温度TEOに近づけるように、圧縮機11の作動を制御する。なお、本実施形態では、目標冷却温度TEOの最低値を0℃以上(具体的には1℃)に設定して、蒸発器9の着霜を防止している。
次に、ステップS11は、上述のステップS5〜S10で決定された制御状態が得られるように、空調制御装置30より各種空調制御機器7、8b、12a、18、25、40に対して制御信号等が出力される。続くステップS12では、操作パネル50から車両用空調装置のシステム停止信号が出力されているか否かを判定する。
そして、ステップS12にて、システム停止信号が出力されていると判定された場合には、システムを停止させ、システム停止信号が出力されていると判定された場合には、制御周期τ(具体的には、250ms程度)の間待機し、制御周期τの経過を判定するとステップS2に戻るようになっている。
本実施形態の車両用空調装置100は、以上の如く作動するので、送風機8から送風された送風空気が、蒸発器9にて冷媒が蒸発する際に吸熱されて冷却される。そして、蒸発器9にて冷却された冷風は、エアミックスドア17の開度に応じて、ヒータコア15側およびバイパス通路16側へ流入する。
ヒータコア15側へ流入した冷風はヒータコア15にて再加熱され、バイパス通路16を通過した冷風と混合されて温度調整される。そして、温度調整された空調風が各吹出口19〜21を介して車室内に吹き出される。これにより、車室内の内気温Trが外気温Tamより低く冷やされる場合には、車室内の冷房が実現され、一方、内気温Trが外気温Tamより高く加熱される場合には、車室内の暖房が実現されることになる。
この際、本実施形態の車両用空調装置100では、図4に示すように、目標温度決定手段を構成する制御ステップS9にて、内気モードに切り替えられてから所定の待機時間経過(基準時間経過)した後は、当該待機時間を経過したときの露点温度Tdewを基準として目標冷却温度TEOが一定に維持される。なお、図4は、本実施形態の車両用空調装置100を作動させたときの目標冷却温度TEOと蒸発器9で冷却された送風空気の冷却温度Teとの関係を示す図である。
このように本実施形態の構成によれば、内気モードに切り替えられてから所定の待機時間経過(基準時間経過)した後は、目標冷却温度TEOが一定に維持されるので、蒸発器9にて除湿された空気が循環することによる蒸発器9に流入する流入空気の露点温度Tdewの低下を抑制することができる。これにより、内気モード時において、蒸発器9にて冷却される送風空気の温度が不必要に冷え過ぎてしまうことを抑制することができ、送風空気を冷却するためのエネルギ消費量(本実施形態では圧縮機11の消費動力)の増大を抑制することができる。
また、蒸発器9に流入する流入空気の露点温度Tdewの低下が抑制されるので、目標冷却温度TEOが露点温度Tdewよりも低い温度に維持可能となり、目標冷却温度TEOを一定に維持したとしても蒸発器9の外表面を湿潤させた状態に維持することができる。
従って、車両用空調装置全体としてのエネルギ消費量の増大を抑制しつつ、車室内へ送風される送風空気に悪臭が発生することを抑制することができる。
ここで、内気モード時においても、例えば、車両の乗降ドアや窓等が開放されることによって、車室内に外気(車室外空気)が流入して、内気(車室内空気)の湿度が変動してしまうことがある。
この場合、内気モード時において、車室内の空調を開始してから所定時間経過した際の露点温度Tdewを基準として目標冷却温度TEOを一定に維持すると、車両用空調装置のエネルギ消費量の増大、あるいは送風空気に悪臭が発生してしまう可能性がある。
例えば、車室内に外気が流入することによって、露点温度Tdewが上昇する場合、露点温度Tdewと目標冷却温度TEOとの温度差が拡大し、車室内の送風空気が不必要に冷却されて、圧縮機11の消費動力が増大してしまう可能性がある。一方、車室内に外気が流入することによって、露点温度Tdewが低下する場合、目標冷却温度TEOが露点温度Tdewを上回り、蒸発器9の外表面が乾燥して、送風空気に悪臭が発生してしまう可能性がある。
これに対して、本実施形態では、内気モード時において車室内に外気が流入し得る状態である場合には、蒸発器9に流入する流入空気の露点温度Tdewに応じて目標冷却温度TEOを決定するようにしている。これにより、内気モード時において、車室内に外気が流入することに起因する車両用空調装置100のエネルギ消費量の増大や送風空気に悪臭が発生することを抑制することができる。
また、本実施形態では、車室内の空調を開始してから露点計36付近の湿度の偏在が縮小された後に、目標冷却温度TEOを一定に維持する構成としているので、露点計36付近の湿度の偏在によって、目標冷却温度TEOが不必要に高いまたは低い温度に維持されることを抑制することができる。
さらに、本実施形態では、内気モード時における蒸発器9に流入する流入空気の露点温度Tdewの低下を抑制することで、内気モード時において、蒸発器9へ流出する空気が過度に除湿されることを抑制することができる。
また、本実施形態のように、蒸発器9にて冷却される送風空気の温度が不必要に冷え過ぎてしまうことを抑制可能な車両用空調装置100は、ハイブリッド車両に適用することが極めて有効である。
その理由は、ハイブリッド車両では、エンジンを停止させた状態で走行する走行状態があるからである。そして、このような走行状態では、ヒータコア15の熱源としての冷却水を充分に放熱することが難しく、冷え過ぎた送風空気を車室内の目標設定温度まで上昇させることが困難となるためである。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に説明する。上述の第1実施形態では、内気モード時において、車室内への外気の流入による車室内空気の湿度変化を考慮して、目標冷却温度TEOを決定している。
しかし、内気モード時に車室内空気の湿度が変化する要因としては、車室内への外気の流入だけでなく、例えば、乗員の吐息、発汗や加湿器の作動等を挙げることができる。なお、内気モード時における車室内空気の湿度が変化すると、蒸発器9に流入する流入空気の露点温度Tdewが変化する。
このように内気モード時に車室内空気の湿度が変化する場合、車室内の空調を開始してから所定時間経過した際の露点温度Tdewを基準として目標冷却温度TEOを一定に維持すると、車両用空調装置のエネルギ消費量の増大、あるいは送風空気に悪臭が発生してしまう可能性がある。
そこで、本実施形態では、内気モード時において、車室内への外気の流入による車室内空気の湿度変化に加え、内気モード時における蒸発器9に流入する流入空気の露点温度Tdewの温度変化率(単位時間当りの温度変化)を考慮して、目標冷却温度TEOを決定する。
具体的には、本実施形態では、内気モード時において、蒸発器9に流入する流入空気の露点温度Tdewを制御周期毎に記憶し、記憶した露点温度Tdewに基づいて、蒸発器9に流入する流入空気の露点温度Tdewの温度変化率を算出する。この温度変化率は、前回の露点温度Tdewと今回の露点温度Tdewとの変化率から求めることができる。なお、温度変化率の算出方法は、これに限定されず、例えば、今回の露点温度Tdewおよび複数回前の露点温度Tdewに基づいて求めてもよい。
そして、内気モード時において、露点温度Tdewの温度変化率が予め定めた基準値を上回った場合には、蒸発器9から吹き出される送風空気の目標冷却温度TEOを、露点温度Tdewから基準温度α低い温度に決定する。なお、基準値としては、乗員の吐息、発汗や加湿器の作動によって露点温度Tdewが急激に変化する際の変化率を示すもので予め実験やシミュレーションにより決定される。
このように、本実施形態では、内気モード時において露点温度Tdewの温度変化率が高い場合には、蒸発器9に流入する流入空気の露点温度Tdewに応じて目標冷却温度TEOを決定するようにしている。これにより、内気モード時において、車室内の湿度が変化することに起因する車両用空調装置100のエネルギ消費量の増大や送風空気に悪臭が発生することを抑制することができる。
また、本実施形態では、車室内の空調を開始してから露点計36付近の湿度の偏在が縮小された後に、目標冷却温度TEOを一定に維持する構成としているので、露点計36付近の湿度の偏在によって、目標冷却温度TEOが必要以上に高いまたは低い温度に維持されることを抑制することができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に説明する。内気モード時においては、乗員の発汗や吐息が車室内の湿度に大きく影響するため、本実施形態では、目標温度決定手段であるステップS9において、蒸発器9に流入する流入空気の露点温度Tdewに加えて、車両に乗車している乗員数を考慮して目標冷却温度TEOを決定する。
具体的には、本実施形態では、ステップS940、ステップS960において、目標冷却温度TEOを、車両に乗車している乗員数に応じて設定される基準温度α´を露点温度Tdewから減算した温度(=Tdew−α´)に決定する。なお、車両に乗車している乗員数は、車両のシートに内蔵された着座センサ(図示略)や、シートベルトの装着の有無を検出するシートベルトセンサ(図示略)等からの信号に基づいて推定することができる。
ここで、基準温度α´は、着座センサやシートベルトセンサ等からの信号に基づいて、予め当該信号と基準温度α´乗員数との関係を定めた制御マップを参照して算出することができる。なお、制御マップは、空調制御装置30のROM等の記憶手段に記憶されている。
また、乗員数の増加に伴って車室内の加湿量が増加するため、基準温度α´は、乗員数が増えるに伴って上昇するように決定される。例えば、乗員数が多い場合(例えば、5人)は、少ない場合(例えば、一人)に比べて、基準温度α´が高めに設定される。このため、乗員数が多い場合は、少ない場合に比べて、目標冷却温度TEOが低めに決定されることとなる。
これによれば、内気モードにおいて、蒸発器9に流入する流入空気の露点温度Tdewに加えて車室内における湿度の変化を考慮した基準温度α´に基づいて目標冷却温度TEOを決定することができるので、車室内が過度に除湿されることを抑制することができる。
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
(1)上述の各実施形態では、湿度センサおよび温度センサを有する露点計36により蒸発器9へ流入する流入空気の相対湿度Rein、および蒸発器9へ流入する流入空気の温度Teinを検出する構成としているが、これに限定されない。例えば、露点計36を廃止して、それぞれ別体で構成された湿度センサおよび温度センサを採用し、これらの湿度センサおよび温度センサの検出値に基づいて、空調制御装置30が露点温度Tdewを算出するようにしてもよい。この場合、湿度センサを内気用センサおよび外気用センサで構成し、吸込モードに応じて両センサを使い分けるようにしてもよい。
(2)上述の第2実施形態では、内気モード時において、車室内への外気の流入による車室内空気の湿度変化、および蒸発器9に流入する流入空気の露点温度Tdewの温度変化率(単位時間当りの温度変化)を考慮して、目標冷却温度TEOを決定するようにしているが、これに限定されない。内気モード時において、車室内への外気の流入による車室内空気の湿度変化を考慮せず、蒸発器9に流入する流入空気の露点温度Tdewの温度変化率(単位時間当りの温度変化)だけを考慮して、目標冷却温度TEOを決定するようにしてもよい。
(3)上述の各実施形態では、冷却温度調整手段として圧縮機11を採用した例を説明したが、冷却温度調整手段はこれに限定されない。上述の各実施形態のように、冷却用熱交換器として冷凍サイクル10の蒸発器9を採用する場合、冷凍サイクル10の減圧手段としての可変絞り機構を冷却温度調整手段として採用することもできる。この場合、可変絞り機構の絞り開度を調整することによって、蒸発器9の冷媒蒸発温度、すなわち冷却温度を調整することができる。
(4)上述の各実施形態では、冷却用熱交換器として冷凍サイクル10の蒸発器9を採用した例を説明したが、冷却用熱交換器はこれに限定されない。例えば、吸着式冷凍機あるいは吸収式冷凍機にて冷媒(熱媒体)を蒸発させる蒸発器、ペルチェ効果によって冷却能力を発揮するペルチェモジュールを有する熱交換器等を冷却用熱交換器として採用してもよい。
5 内外気切替箱(内外気モード切替手段)
9 蒸発器(冷却用熱交換器)
11 圧縮機(冷媒温度調整手段)
30a 冷媒温度制御手段
30b 内外気切替制御手段
36 露点計(露点温度検出手段)
S9 目標温度決定手段
S910 外気流入判定手段
Te 吹出空気温度(送風空気の冷却温度)
Tdew 露点温度
TEO 目標冷却温度

Claims (4)

  1. 車室内に送風される送風空気の空気通路を形成するケース(1)と、
    前記ケース(1)内へ車室内空気を流入させる内気モードおよび前記ケース(1)内へ車室外空気を流入させる外気モードを切り替える内外気モード切替手段(5)と、
    前記ケース(1)内に配置されて前記送風空気を冷却する冷却用熱交換器(9)と、
    前記冷却用熱交換器(9)にて冷却された前記送風空気の冷却温度(Te)を調整する冷却温度調整手段(11)と、
    前記冷却用熱交換器(9)へ流入する流入空気の露点温度(Tdew)に相関を有する物理量を検出する露点温度検出手段(36)と、
    前記冷却用熱交換器(9)の目標値である目標冷却温度(TEO)を決定する目標温度決定手段(S9)と、
    前記冷却温度(Te)が前記目標冷却温度(TEO)に近づくように前記冷却温度調整手段(11)を制御する冷却温度制御手段(30a)と、
    前記内外気モード切替手段(5)の作動を制御する内外気切替制御手段(30b)と、を備え、
    前記目標温度決定手段(S9)は、
    前記内外気モード切替手段(5)により前記内気モードに切り替えられた場合において、前記内気モードに切り替えられてから前記流入空気の露点温度(Tdew)が安定するまでの時間を基準時間としたときに、
    前記内気モードに切り替えられてから前記基準時間経過するまでは、前記目標冷却温度(TEO)を前記流入空気の露点温度(Tdew)に応じて前記露点温度(Tdew)よりも低い目標温度に決定し、
    前記内気モードに切り替えられてから前記基準時間経過した後は、前記目標冷却温度(TEO)を前記内気モードに切り替えられてから前記基準時間経過したときの前記目標温度が維持されるように決定することを特徴とする車両用空調装置。
  2. 前記内外気モード切替手段(5)により前記内気モードに切り替えられた場合に、前記車室内に前記車室外空気が流入し得る状態であるか否かを判定する外気流入判定手段(S910)を備え、
    前記目標温度決定手段(S9)は、前記内外気モード切替手段(5)により前記内気モードに切り替えられた場合において、前記外気流入判定手段(S910)により前記車室内に前記車室外空気が流入し得る状態であると判定されたときは、前記内気モードへの切替後における前記基準時間経過の如何にかかわらず、前記目標冷却温度(TEO)を前記流入空気の露点温度(Tdew)に応じて前記露点温度(Tdew)よりも低い目標温度に決定することを特徴とする請求項1に記載の車両用空調装置。
  3. 前記目標温度決定手段(S9)は、前記内外気モード切替手段(5)により前記内気モードに切り替えられた場合において、前記流入空気の露点温度(Tdew)の温度変化率が基準値を上回ったときは、前記内気モードへの切替後における前記基準時間経過の如何にかかわらず、前記目標冷却温度(TEO)を前記流入空気の露点温度(Tdew)に応じて前記露点温度(Tdew)よりも低い目標温度に決定することを特徴とする請求項1または2に記載の車両用空調装置。
  4. 前記目標温度決定手段(S9)は、前記内外気モード切替手段(5)により前記外気モードに切り替えられたときは、前記目標冷却温度(TEO)を前記流入空気の露点温度(Tdew)に応じて前記露点温度(Tdew)よりも低い目標温度に決定することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
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