JP5640536B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の空調装置に関する。

従来、車室内に所定温度の空気を吹き出す空調装置として特許文献１に記載の技術が知られている。この公報には、車室内の空気を循環させる内気循環モードと、車室外の空気を導入する外気導入モードとを、車室内の湿度に基づいて切り替えることで、ウインドシールドの窓曇りを防止するものである。

特開２００８−１００５７８号公報

ここで、暖房効率に着目した場合、暖められた車室内の空気を内気循環モードによって循環させるほうが、冷たい車室外の空気を導入するよりも暖房効率が高いといえる。よって、走行時はガラスが曇らない範囲で内気循環モードを多用することが好ましい。しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、走行終了時点より前において外気導入モードが選択されている場合、外気導入モードのまま走行を終了する場合があり、内気循環モードの使用頻度の低下によって暖房効率が低下するという問題があった。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、暖房効率を向上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、本発明では、内気循環モードと外気導入モードとを切り替えながら暖房する車両の空調装置において、車両の走行が終了する時点である走行終了時点までの走行時間を取得し、ウインドシールドの曇りを防止可能な所定時点から走行終了時点までの間、内気循環モードに切り替えることとした。具体的には、ウインドシールド近傍の露点温度を取得し、ウインドシールド車室内側の表面温度を取得し、走行時間が短いほど高い下限温度閾値を設定し、露点温度が上限温度閾値を上回ったときは内気循環モードから外気導入モードに切り替え、下限温度閾値を下回ったときは外気導入モードから内気循環モードに切り替えることとした。

よって、予測された走行終了時点までの間における窓曇りを防ぎつつ、内気循環モードの選択時間が長くなるため、走行パターンによらず内気循環モードの割合を高くすることができ、暖房効率の向上を図ることができる。

実施例１の車両用空調装置を表す概略図である。 実施例１の車両用空調装置のモード切替制御の構成を表す制御ブロック図である。 実施例１のモード切替制御処理を表すフローチャートである。 実施例１のモード切替制御処理を表すマップである。 実施例１の露点温度変化特性を表す特性図である。 実施例１のモード切替制御処理を表すタイムチャートである。 実施例２の車両用空調装置のモード切替制御の構成を表す制御ブロック図である。 実施例２のモード切替制御処理を表すフローチャートである。 実施例２のモード切替制御処理を表すマップである。 実施例２の保水量変化特性を表す特性図である。 実施例２のモード切替制御処理を表すタイムチャートである。

図１は実施例１の車両用空調装置を表す概略図である。この車両用空調装置は内燃機関であるエンジンを備えた車両に搭載されるシステムである。空調ユニット４の入口部には車室内と連通する内気導入口４ａ及び車室外と連通する外気導入口４ｂが開口されている。内気導入口４ａと外気導入口４ｂは制御信号に応じて作動する内外気切替ドア３により一方が開放、他方が閉鎖され、内外気切替ドア３の回動により吸入口モードが切り替わる（空気導入手段に相当）。具体的には、内気導入口４ａが開放され外気導入口４ｂが閉鎖された状態が内気循環モード（ＲＥＣとも記載する。）であり、内気導入口４ａが閉鎖され外気導入口４ｂが開放された状態が外気導入モード（ＦＲＥとも記載する。）である。尚、内気と外気を適宜混合して導入するように構成してもよい。

ブロアモータ１の駆動によりブロアファン２が回転すると、吸入口モードに応じて空調ユニット４内に内気又は外気が吸入される。すなわち内気循環モード時には内気導入口４ａを介して内気が吸い込まれ、外気導入モード時には外気導入口４ｂを介して外気が吸い込まれる。吸い込まれた空気はエバポレータ５を通過して冷却され、エアミックスドア６の開度に応じてヒータコア７を通過して加熱又は冷却空気のままヒータコア７をバイパスする（暖房手段に相当）。図１ではエアミックスドア６の開度が最小であり、エバポレータ５を通過した空気の全量がヒータコア７をバイパスするが、暖房要求時には全量がヒータコア７を通過する。尚、ヒータコア７はエンジンにより加熱された温水を循環させることで発熱する周知の構成である。

ヒータコア７を通過した空気と、バイパスした空気は、ヒータコア７の下流でエアミックスされた後、吹き出し口モードに応じてベント吹き出し口８ａやフット吹き出し口８ｂ，デフロスタ吹き出し口８ｃなどから吹き出される。例えばベントモード時にベント吹き出し口８ａから乗員の上半身に向けて空調風が吹き出され、フットモード時にフット吹き出し口８ｂから乗員の足元に向けて空調風が吹き出され、デフロストモード時にデフロスタ吹き出し口８ｃからウインドシールドＷＳに向けて空調風が吹き出される。

実施例１に係る車両用空調装置は、吸い込み口モード，吹き出し口モード，ブロアファン２の吹き出し風量，エアミックスドア６の開度などを設定温度に応じて制御し、車室内温度を自動制御可能なオートエアコンに適用する。

図２は実施例１の車両用空調装置のモード切替制御の構成を表す制御ブロック図である。露点温度取得手段１０は、ウインドシールドＷＳの車室内側に設置され、ウインドシールドＷＳの表面付近空気の温度と相対湿度から露点温度を取得する。尚、露点温度とは、水蒸気を含む空気を冷却したときに結露が始まる温度をいう。具体的には、温度と相対湿度から水蒸気圧を求め、この水蒸気圧を飽和水蒸気圧とする温度を露点温度として求める。相対湿度とは、ある温度で大気中に含まれる水蒸気の量を、その温度の飽和水蒸気量で割ったものであり、相対湿度１００％で大気中の水蒸気量が飽和し、結露を生じる。言い換えると、相対湿度１００％となる温度を露点温度という。

ガラス温度取得手段１１はウインドシールドＷＳの車室内側に設置され、ウインドシールドＷＳの車室内側表面におけるガラス温度を取得する。走行時間取得手段１２は、ナビゲーションシステムによって設定された目的地までの予測走行時間に基づいて到着予測時刻（走行終了時点）及び現在地から目的地に到着するまでの時間（走行終了時点までの走行時間）を取得する。尚、予め運転者によって入力された走行時間や、普段の運転パターンから予測される走行時間を基に算出させてもよい。

次に、閾値設定手段１３について説明する。基本的に、内気循環モードを選択しているときは、既に暖められた車室内の空気を循環するため暖房効率が高い。一方、外気導入モードを選択しているときは、冷たい外気を暖める必要があるから暖房効率が低い。しかし、内気循環モードでは車室内の人員から放出される水蒸気（呼気や汗等）が含まれるため、相対湿度の上昇に伴って露点温度も上昇する。一方、外気導入モードは含まれる水蒸気が少ないから相対湿度の低下に伴って露点温度も低下する。

ここで、一般的に露点温度がガラス温度を超えた場合、ウインドシールドＷＳに窓曇りが発生する。よって、上限温度閾値αはガラス温度または余裕を見て若干低い値を用いる。一方、下限温度閾値βは、例えば外気の露点温度又は余裕を見て若干高い値を用い、走行時間によって補正する。

ここで、走行時間による閾値の補正の詳細を説明する。まず、走行時間と「内気循環モードにしても窓曇りが発生しない露点温度」との関係を算出する。例えば、乗車人数に一人当たりの水分放出量を乗算し、ある露点温度からガラス温度に達するまでの時間を算出し、グラフ化する。図５は実施例１の露点温度変化特性を表す特性図である。その結果を基に、目的地までの残りの走行時間から算出した露点温度を閾値設定手段１３で用いる閾値の下限、すなわち下限温度閾値βとする。ただし、算出した露点温度が外気の露点温度より低い場合は、外気の露点温度を下限温度閾値βとして設定する。これにより、走行終了時に窓が曇る寸前の状態まで内気循環モードを維持することができ、換気損失を低減できる。

内外気切替手段１４は、閾値設定手段１３により設定された上限温度閾値α及び下限温度閾値βと、取得された露点温度に基づいて内外気切替ドア３の切替を行い、内気循環モードと外気導入モードとを適宜選択する。以下、内外気切替手段１４における制御処理について説明する。

図３は実施例１のモード切替制御処理を表すフローチャート、図４は実施例１のモード切替制御処理を表すマップである。図３及び図４は基本的に同じ内容を示す。
ステップＳ１では、現時点において選択されているモードが外気導入モードか内気循環モードか否かを判断し、外気導入モードのときはステップＳ２に進み、内気循環モードのときはステップＳ５に進む。

ステップＳ２では、露点温度が下限温度閾値β以上か否かを判断し、下限温度閾値β以上のときはステップＳ４に進んで外気導入モードを選択する。一方、下限温度閾値β未満のときはステップＳ３に進み、内気循環モードに切り替える。
ステップＳ５では、露点温度が上限温度閾値α（＞β）以上か否かを判断し、上限温度閾値α以上のときはステップＳ７に進んで外気導入モードを選択する。一方、上限温度閾値α未満のときはステップＳ６に進み、内気循環モードに切り替える。

図６は実施例１のモード切替制御処理を表すタイムチャートである。図６の時刻ｔ６は到着予測時刻すなわち走行終了時点を表す。
時刻ｔ１において、露点温度は下限温度閾値βより高く上限温度閾値αより低いため、内気循環モードが選択されている状態である。このときは、まだ走行終了時点までの時間が長く、下限温度閾値βは外気の露点温度に設定されているため一定値である。
時刻ｔ２において、露点温度が上限温度閾値αを越えると外気導入モードに切り替えられ、これにより露点温度は低下していく。
時刻ｔ３になるまでは下限温度閾値βは一定値であるため、露点温度が上限温度閾値αと下限温度閾値βの範囲に収まるように内気循環モードと外気導入モードとが切り替えられる。

時刻ｔ３において、走行終了時点までの時間が短くなってくると、下限温度閾値βは高くなるように設定され始める。時刻ｔ４において露点温度が上限温度閾値αを越えたため外気導入モードが選択される。
そして、時刻ｔ５において、下限温度閾値βは走行終了時点までの時間が短いことから高めに設定されており、この時点で外気導入モードから内気循環モードに切り替えられる。仮に、下限温度閾値βを一定値としていると、外気導入モードのまま走行終了時点を迎えてしまうため、内気循環モードが選択される割合が低くなり、暖房効率の低下を招く。これに対し、実施例１では走行終了時点までの時間に応じて下限温度閾値βを高く設定するため、走行終了前に内気循環モードを選択することができる。また、この温度閾値βはガラス温度よりも低めの値に設定されているから結露によって窓曇りが発生することもない。

時刻ｔ６において、走行終了時点を迎えると、露点温度が上限温度閾値αに到達するように制御される。すなわち、下限温度閾値βは、走行終了時点までの残り時間と露点温度との関係に基づいて設定されている値であることから、時刻ｔ５以降は図４に示す特性と同じ特性で露点温度も変化する。よって、走行終了時点において露点温度が上限温度閾値αに到達するため、効率的に内気循環モードを設定することができる。

以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果を得ることができる。
（１）内気循環モードと外気導入モードとを切替可能な内外気切替ドア３（空気導入手段）と、導入された空気を所望の温度となるように制御するヒータコア７（暖房手段）と、車両の走行が終了する時点である走行終了時点までの走行時間を取得する走行時間取得手段１２と、ウインドシールドＷＳの曇りを防止可能な所定時点から走行終了時点までの間、内気循環モードに切り替える内外気切替手段１４と、を備えた。

すなわち、予測された走行終了時点までの間における窓曇りを防ぎつつ、内気循環モードの選択時間が長くなるため、走行パターンによらず内気循環モードの割合を高くすることができ、暖房効率の向上を図ることができる。

（２）ウインドシールドＷＳ近傍の露点温度を取得する露点温度取得手段１０と、ウインドシールドＷＳ車室内側の表面温度を取得するガラス温度取得手段１１と、走行時間が短いほど高い下限温度閾値βを設定する閾値設定手段１３と、を設け、内外気切替手段１４は、露点温度が上限温度閾値αを上回ったときは内気循環モードから外気導入モードに切り替え、下限温度閾値βを下回ったときは外気導入モードから内気循環モードに切り替える。

すなわち、走行終了時点に近づくと残りの走行時間は短くなる。このとき、温度閾値βを高くするため、露点温度が通常より高めであったとしても、早めに内気循環モードに切り替えられる。これが上記（１）のウインドシールドＷＳの曇りを防止可能な所定時点に相当する。これにより、内気循環モードの割合を高くすることができ、暖房効率の向上を図ることができる。また、露点温度に基づいて内気循環モードに切り替えるため、精度の高い切替タイミングを得ることができる。

（３）内外気切替手段１４は、走行終了時点において露点温度が上限温度閾値αに達するように制御する。具体的には、下限温度閾値βが走行終了時点において上限温度閾値αと一致するように高くする。これにより、露点温度は下限温度閾値βに伴って上昇していくことから、走行終了時点に露点温度が上限温度閾値αに到達するまで内気循環モードを維持することができ、走行パターンによらず、内気循環の比率を最大化でき、暖房効率の向上を図ることができる。

次に、実施例２について説明する。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。図７は実施例２の車両用空調装置のモード切替制御の構成を表す制御ブロック図である。露点温度取得手段１０，ガラス温度取得手段１１，走行時間取得手段１２及び内外気切替手段１４は実施例１と同じであるため、説明を省略する。

実施例２のウインドシールドＷＳ１は防曇ガラスであり、ガラス内面に樹脂膜がコーティングされて、この樹脂膜が水分を吸収することによって窓曇りを防止する。
保水量取得手段１３０は、ガラス温度取得手段１１により取得されたガラス温度及び露点温度取得手段１０により取得された露点温度から樹脂膜における結露状態を推定し、ガラス（樹脂膜）が吸収して保水している水分量を算出する。

次に、閾値設定手段１３１について説明する。窓曇りの発生する条件をガラスの保水量から求める。防曇ガラスでは、樹脂膜の保水量がある一定のレベルを超えた場合に窓曇りが発生する。よって上限保水量閾値α'は曇り始める保水量又は余裕を見て若干低い値を用いる。例えば１００％以上は保水できないため、１００％に設定した場合は曇り始める限界まで保水させることができ、９０％程度に設定した場合には窓曇りをより回避可能となる。一方、下限保水量閾値β'は、例えば保水量が外気導入により到達する最下限又は余裕を見てそれより若干高い値を用い、かつ、取得された走行時間によって補正する。

ここで、走行時間による閾値の補正の詳細を説明する。まず、ガラス温度と露点温度を比較し、保水量推移を予測することで、乗車時間と必要な保水量をグラフ化する。図１０は実施例２の保水量変化特性を表す特性図である。その結果を基に、目的地までの残り時間から算出した保水量を閾値設定手段で用いる閾値の下限、すなわち下限保水量閾値β'とする。ただし、算出した保水量が外気導入時の保水量より小さい場合は外気導入時の保水量ａ％を閾値の下限とする。これにより、走行終了時に窓が曇る寸前の状態まで内気循環を維持することができ、換気損失を低減できる。

内外気切替手段１４は、閾値設定手段１３１により設定された上限保水量閾値α'及び下限保水量閾値β'と、取得された保水量に基づいて内外気切替ドア３の切替を行い、内気循環モードと外気導入モードとを適宜選択する。以下、内外気切替手段１４における制御処理について説明する。

図８は実施例２のモード切替制御処理を表すフローチャート、図９は実施例２のモード切替制御処理を表すマップである。図８及び図９は基本的に同じ内容を示す。
ステップＳ１では、現時点において選択されているモードが外気導入モードか内気循環モードか否かを判断し、外気導入モードのときはステップＳ２'に進み、内気循環モードのときはステップＳ５'に進む。

ステップＳ２では、保水量が下限保水量閾値β'以上か否かを判断し、下限保水量閾値β'以上のときはステップＳ４に進んで外気導入モードを選択する。一方、下限保水量閾値β'未満のときはステップＳ３に進み、内気循環モードに切り替える。
ステップＳ５'では、保水量が上限保水量閾値α'（＞β'）以上か否かを判断し、上限保水量閾値α'以上のときはステップＳ７に進んで外気導入モードを選択する。一方、上限保水量閾値α'未満のときはステップＳ６に進み、内気循環モードに切り替える。

図１１は実施例２のモード切替制御処理を表すタイムチャートである。図１１の時刻ｔ６は到着予測時刻すなわち走行終了時点を表す。
時刻ｔ１において、保水量は下限保水量閾値β'より高く上限保水量閾値α'より低いため、内気循環モードが選択されている状態である。このときは、まだ走行終了時点までの時間が長く、下限保水量閾値β'は外気の露点温度に設定されているため一定値である。
時刻ｔ２において、保水量が上限保水量閾値α'を越えると外気導入モードに切り替えられ、これにより保水量は低下していく。時刻ｔ３になるまでは下限保水量閾値β'は一定値であるため、保水量が上限保水量閾値α'と下限保水量閾値β'の範囲に収まるように内気循環モードと外気導入モードとが切り替えられる。

時刻ｔ３において、走行終了時点までの時間が短くなってくると、下限保水量閾値β'は高くなるように設定され始める。時刻ｔ４において露点温度が上限保水量閾値α'を越えたため外気導入モードが選択される。
そして、時刻ｔ５において、下限保水量閾値β'は走行終了時点までの時間が短いことから高めに設定されており、この時点で外気導入モードから内気循環モードに切り替えられる。仮に、下限保水量閾値β'を一定値としていると、外気導入モードのまま走行終了時点を迎えてしまうため、内気循環モードが選択される割合が低くなり、暖房効率の低下を招く。これに対し、実施例１では走行終了時点までの時間に応じて下限保水量閾値β'を高く設定するため、走行終了前に内気循環モードを選択することができる。また、この下限保水量閾値β'は保水量１００％よりも低めの値に設定されているから結露によって窓曇りが発生することもない。

時刻ｔ６において、走行終了時点を迎えると、保水量が上限保水量閾値α'に到達するように制御される。すなわち、下限保水量閾値β'は、走行終了時点までの残り時間と保水量との関係に基づいて設定されている値であることから、時刻ｔ５以降は図１０に示す特性と同じ特性で保水量も変化する。よって、走行終了時点において保水量が上限保水量閾値α'に到達するため、効率的に内気循環モードを設定することができる。

以上説明したように、実施例２にあっては実施例１の（１）に加えて、下記に列挙する作用効果を得ることができる。
（４）ウインドシールドＷＳ１は車室内側内面に吸水膜をコーティングした防曇ガラスであり、ウインドシールドＷＳ１近傍の露点温度を取得する露点温度取得手段１０と、ウインドシールドＷＳ１車室内側の表面温度を取得するガラス温度取得手段１１と、露点温度とガラス表面温度からウインドシールドＷＳ１の保水量を取得する保水量取得手段１３０と、走行時間が短いほど高い下限保水量閾値βを設定する閾値設定手段１３１と、を設け、内外気切替手段１４は、保水量が上限保水量閾値α'を上回ったときは内気循環モードから外気導入モードに切り替え、下限保水量閾値β'を下回ったときは外気導入モードから内気循環モードに切り替える。

すなわち、走行終了時点に近づくと残りの走行時間は短くなる。このとき、下限保水量閾値β'を高くするため、保水量が通常より高めであったとしても、早めに内気循環モードに切り替えられる。これが上記（１）のウインドシールドＷＳの曇りを防止可能な所定時点に相当する。これにより、内気循環モードの割合を高くすることができ、暖房効率の向上を図ることができる。また、保水量に基づいて内気循環モードに切り替えるため、精度の高い切替タイミングを得ることができる。

（５）内外気切替手段１４は、走行終了時点において保水量が上限保水量閾値α'に達するように制御する。具体的には、下限保水量閾値β'が走行終了時点において上限保水量閾値α'と一致するように高くする。これにより、保水量は下限保水量閾値β'に伴って上昇していくことから、走行終了時点に保水量が上限保水量閾値α'に到達するまで内気循環モードを維持することができ、走行パターンによらず、内気循環の比率を最大化でき、暖房効率の向上を図ることができる。

以上、本発明を実施例１，２に基づいて説明したが、本発明は上記構成に限られない。例えば、実施例では内燃機関であるエンジンを備え、エンジンの熱を利用したヒータコアを暖房手段として使用したが、エンジンを備えていない電気自動車に本願発明を適用してもよい。この場合、エンジンの発熱を利用できないことから、ヒータコアに熱を供給ために動力源としてのバッテリから発熱電力を取り出す必要がある。電気自動車の場合、バッテリ電力と走行距離とは密接な関係があることから、暖房効率を向上することによって発熱電力を抑制することで走行距離を確保することができ、特に有益である。

実施例では、内気循環モードと外気導入モードとを切り替える構成を示したが、窓曇りを発生しない範囲で暖められた内気の混入率が高くなるように制御する構成であれば本願発明に含まれる。例えば、内気循環モードに代えて、内気と外気を所定割合で混合した半内気循環モード等を備え、このモードによって走行終了時点を迎えることとしてもよい。

３ 内外気切替ドア（空気導入手段）
４ 空調ユニット
４ａ 内気導入口
４ｂ 外気導入口
７ ヒータコア（暖房手段）
１０ 露点温度取得手段
１１ ガラス温度取得手段
１２ 走行時間取得手段
１３ 閾値設定手段
１４ 内外気切替手段
ＷＳ ウインドシールド
ＷＳ１ ウインドシールド（樹脂膜付き）

Claims (4)

1. 内気循環モードと外気導入モードとを切替可能な空気導入手段と、
   導入された空気を所望の温度となるように制御する暖房手段と、
   車両の走行が終了する時点である走行終了時点までの走行時間を取得する走行時間取得手段と、
   ウインドシールドの曇りを防止可能な所定時点から前記走行終了時点までの間、内気循環モードに切り替える内外気切替手段と、
   前記ウインドシールド近傍の露点温度を取得する露点温度取得手段と、
   前記ウインドシールド車室内側の表面温度を取得するガラス温度取得手段と、
   前記走行時間が短いほど高い下限温度閾値を設定する閾値設定手段と、
   を設け、
   前記内外気切替手段は、前記露点温度が上限温度閾値を上回ったときは内気循環モードから外気導入モードに切り替え、前記下限温度閾値を下回ったときは外気導入モードから内気循環モードに切り替えること
   を特徴とする車両用空調装置。
2. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   前記内外気切替手段は、前記走行終了時点において前記露点温度が前記上限温度閾値に達するように制御することを特徴とする車両用空調装置。
3. 内気循環モードと外気導入モードとを切替可能な空気導入手段と、
   導入された空気を所望の温度となるように制御する暖房手段と、
   車両の走行が終了する時点である走行終了時点までの走行時間を取得する走行時間取得手段と、
   車両側内面に吸水膜をコーティングした防曇ガラスであるウインドシールドの曇りを防止可能な所定時点から前記走行終了時点までの間、内気循環モードに切り替える内外気切替手段と、
   前記ウインドシールド近傍の露点温度を取得する露点温度取得手段と、
   前記ウインドシールド車室内側の表面温度を取得するガラス温度取得手段と、
   前記露点温度と前記表面温度から前記ウインドシールドの保水量を取得する保水量取得手段と、
   前記走行時間が短いほど高い下限保水量閾値を設定する閾値設定手段と、
   を設け、
   前記内外気切替手段は、前記保水量が上限保水量閾値を上回ったときは内気循環モードから外気導入モードに切り替え、前記下限保水量閾値を下回ったときは外気導入モードから内気循環モードに切り替えること
   を特徴とする車両用空調装置。
4. 請求項３に記載の車両用空調装置において、
   前記内外気切替手段は、前記走行終了時点において前記保水量が前記上限保水量閾値に達するように制御することを特徴とする車両用空調装置。

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