JP6278214B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの車両の空調装置に係る。

車両の空調装置は、車室内へ空気を送給するためのダクト、ダクト内に配置され車室へ向かう空気流を生じさせる送風機（ブロワ）、及びダクト内を通過する空気を冷却する冷却装置を有している。更に、空調装置は、ヒータコア、エアミックスダンパ、ウォータバルブ及び空調制御装置を有している。空調制御装置は、冷却装置、エアミックスダンパ及びウォータバルブなどを制御する。

ヒータコアは、冷却装置の蒸発器（エバポレータ）に対し空気流の下流側にてダクト内に配置され、冷却水循環系により供給されるエンジン冷却水を熱源として、通過する空気を加熱する。エアミックスダンパは、ダクト内にてヒータコアに対し空気流の上流側に配置され、開度を変化することによりヒータコアを通過する空気量とヒータコアを迂回する空気量との割合を変化させる。ウォータバルブは、エンジン冷却水の流れで見てヒータコアよりも上流側にて冷却水循環系に設けられ、必要に応じて開弁量を低減することによりヒータコアへ供給される冷却水の流量を低減し、或いは冷却水の流れを停止させる。

ヒータコアへ至る空気流がエアミックスダンパによって遮断されると、ヒータコアと空気流との間における熱交換が行われなくなるので、エンジン冷却水によるヒータコアへの熱エネルギーの供給は不要になる。よって、例えば、下記の特許文献１の要約には、最大冷房時などにおいてヒータコアへ至る空気流がエアミックスダンパによって遮断されると、ウォータバルブを閉弁することにより、ヒータコアへのエンジン冷却水の循環供給を停止することが記載されている。

特開平６−１７１３３９号公報

〔発明が解決しようとする課題〕
ウォータバルブが閉弁されることにより、ヒータコアへのエンジン冷却水の循環供給が停止されると、エンジン冷却水からヒータコアへ熱エネルギーが供給されなくなるので、結果的にダクト内に流れる空気流に対する冷却装置の冷却能力が過大になる。即ち、ウォータバルブが閉弁されている場合にも、ウォータバルブが開弁されている場合と同様に冷却装置が作動されると、空気流が過剰に冷却されるだけでなく、冷却装置の作動により不必要にエネルギーが消費され、燃費が悪化する。

しかるに、上記公開公報には、ウォータバルブが閉弁された場合に冷却装置を如何に制御すべきかについては、記載されていない。また、上記公開公報には、ウォータバルブの開弁量が低減され、エンジン冷却水からヒータコアへの熱エネルギーの供給量が低減されている場合に、冷却装置を如何に制御すべきかについても、記載されていない。

本発明の主要な課題は、車両の空調装置において、ウォータバルブの開弁量が低減されている場合には、ウォータバルブの開弁量が低減されていない場合に比して、冷却装置の作動により消費されるエネルギーを節減し、車両の燃費を向上させることである。

〔課題を解決するための手段及び発明の効果〕
本発明によれば、車室内へ空気を送給するためのダクトと、ダクト内に配置され車室へ向かう空気流を生じさせる送風機と、ダクト内を通過する空気を冷却する冷却装置と、冷却装置に対し空気流の下流側にてダクト内に配置され、冷却水循環系により供給されるエンジン冷却水を熱源として、通過する空気を加熱するヒータコアと、ヒータコアを通過する空気量とヒータコアを迂回する空気量との割合を変化させるエアミックスダンパと、ヒータコアよりも上流側にて冷却水循環系に設けられ、開弁量を変化可能なウォータバルブと、送風機、冷却装置、エアミックスダンパ及びウォータバルブを制御する制御装置と、を有し、制御装置は所定の冷房モード時にはウォータバルブの開弁量を低減する車両用空調装置が提供される。

制御装置は、ウォータバルブの開弁量を低減しているときにはウォータバルブの開弁量を低減していないときに比して、冷却装置の冷却能力を低下させる。

後に詳細に説明するように、冷却装置は、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機（コンプレッサ）、電動圧縮機により吸入される冷媒を蒸発させる蒸発器（エバボレータ）、及び蒸発器により蒸発された冷媒を凝縮させる凝縮器などを含んでいる。蒸発器は、送風機に対し空気流の下流側にてダクト内に配置されている。蒸発器は、圧縮機により圧縮された後に膨張弁によって膨張させられた冷媒を蒸発させ、気化熱により温度低下した冷媒と蒸発器を通過する空気との間にて熱交換を行わせることにより空気を冷却する。よって、冷却装置における冷媒の循環流量の低下によって冷却装置の冷却能力を低下させることができる。

上記の構成によれば、ウォータバルブの開弁量を低減しているときにはウォータバルブの開弁量を低減していないときに比して、冷却装置の冷却能力が低下されるので、冷却装置における冷媒の循環流量を低下させることができる。冷媒の循環流量の低下は圧縮機の負荷を低減するので、圧縮機の作動により消費されるエネルギーを節減し、車両の燃費を向上させることができる。

なお、ウォータバルブの開弁量が低減されるのは、所定の冷房モード時であり、所定の冷房モード時以外の状況においては、ウォータバルブの開弁量は低減されず、ウォータバルブの開弁量が不必要に低減されることはない。よって、空調装置の空調性能を低下させることなく、消費エネルギーの節減及び燃費の向上を図ることができる。更に、冷却装置の冷却能力の低下量は、ウォータバルブの開弁量の低減量に対応していることが好ましい。

〔発明の態様〕
本発明の一つの態様においては、冷却装置は、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機と、送風機に対し空気流の下流側にてダクト内に配置され、電動圧縮機により吸入される冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器により蒸発された冷媒を凝縮させる凝縮器とを有し、制御装置は、蒸発器の温度が目標温度になるように電動圧縮機及び送風機を制御し、制御装置は、ウォータバルブの開弁量を低減しているときには、目標温度を上昇させること及び電動圧縮機の上限回転速度を低下させることの少なくとも一方により冷却装置の冷却能力を低下させる。

目標温度を上昇させることにより、蒸発器の温度を目標温度にするために必要な電動圧縮機の回転速度を低下させることができる。また、電動圧縮機の上限回転速度を低下させることにより、電動圧縮機の最大回転速度を低下させることができる。上記態様によれば、ウォータバルブの開弁量が低減されているときには、目標温度を上昇させること及び電動圧縮機の上限回転速度を低下させることの少なくとも一方により冷却装置の冷却能力が低下される。よって、目標温度を上昇させること及び電動圧縮機の上限回転速度を低下させることの何れも行われない場合に比して、圧縮機の作動により消費されるエネルギーを節減し、車両の燃費を向上させることができる。

本発明の実施形態にかかる車両用空調装置を示す概略構成図である。 実施形態の制御系を示すブロック図である。 実施形態の空調制御のメインルーチンを示すフローチャートである。 ウォータバルブの開弁量の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図３に示されたフローチャートのステップ９において実行される圧縮機の目標回転数決定ルーチンを示すフローチャートである。 図３に示されたフローチャートのステップ１３において実行される目標蒸発器温度算出ルーチンを示すフローチャートである。 目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、修正後の圧縮機の基本回転数Ｎcに対する第一の補正量ΔＮvaを演算するためのマップである。 ヒータコアに対する熱供給量Ｑに基づいて、修正後の圧縮機の基本回転数Ｎcに対する第二の補正量ΔＮvbを演算するためのマップである。 目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、蒸発器温度ＴＥの基本目標蒸発器温度ＴＥＯbを演算するためのマップである。 目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、基本目標蒸発器温度ＴＥＯbに対する補正量ΔＴＥＯに対する補正量ΔＴＥＯを演算するためのマップである。 修正例において、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて目標蒸発器温度ＴＥＯを演算するためのマップである。

以下に添付の図を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかる車両用空調装置１０を示す概略構成図である。空調装置１０は、車室内へ空気を送給するためのダクト１２と、ダクト内１２に配置され車室１３へ向かう空気流を生じさせる送風機（ブロワ）１４と、ダクト１２内を通過する空気を冷却する冷却装置１６と、を有している。更に、空調装置１０は、ヒータコア１８、エアミックスダンパ２０、ウォータバルブ２２及び空調制御装置２４（図２）を有している。空調制御装置２４は、後に詳細に説明するように、送風機１４、冷却装置１６、エアミックスダンパ２０及びウォータバルブ２２などを制御する。

ヒータコア１８は、冷却装置１６の蒸発器（エバポレータ）４８に対し空気流の下流側にてダクト１２内に配置され、冷却水循環系２６により供給されるエンジン冷却水を熱源として、通過する空気を加熱する。エアミックスダンパ２０は、ダクト１２内にてヒータコア１８に対し空気流の上流側に配置され、開度を変化することによりヒータコア１８を通過する空気量とヒータコア１８を迂回する空気量との割合を変化させる。ウォータバルブ２２は、図１において実線の矢印にて示された冷却水の流れで見てヒータコア１８よりも上流側にて冷却水循環系２６に設けられ、必要に応じて開弁量を低減することによりヒータコア１８へ供給される冷却水の流量を低減し、或いは冷却水の流れを停止させる。

ダクト１２は、送風機１４に対し空気流の上流側に、ダクト１２内へ導入する空気を内気（車室１３内の空気）と外気（車室１３外の空気）とに切替える内外気切替箱２８を有している。内外気切替箱２８には、ダクト１２内へ内気を導入する内気導入口３０及び外気を導入する外気導入口３２が設けられている。更に、内外気切替箱２８の内部には、内気導入口３０及び外気導入口３２の開口面積を同時に連続的に調整して、内気導入口３０及び外気導入口３２からダクト１２内導入される空気全体に対する外気の風量割合である外気導入率を変化させる内外気切替ドア３４が配置されている。内外気切替ドア３４は電動アクチュエータ３６によって駆動され、電動アクチュエータ３６は空調制御装置２４により制御される。

内外気切替箱２８による内外気の導入モードは、吸込口モードとも呼ばれる。吸込口モードには、内気モード、外気モード及び半内気モードがある。内気モードにおいては、内気導入口３０が全開されると共に外気導入口３２が全閉され、ダクト１２内へ内気が導入される。外気モードにおいては、内気導入口３０が全閉されると共に外気導入口３２が全開され、ダクト１２内へ外気が導入される。更に、半内気モードにおいては、内気導入口３０及び外気導入口３２の開口面積がほぼ同一にされ、外気及び内気がほぼ同一の風量割合にてダクト１２内へ導入される。

送風機１４は、ブロワモータ３８と遠心多翼ファン（シロッコファン）４０とを有し、遠心多翼ファン４０がブロワモータ３８にて駆動される電動式の送風装置である。送風機１４は、ダクト１２に形成された空気吹出口４２〜４４から、温度調整された空調空気を車室１３内へ吹き出させる。ブロワモータ３８の回転速度、従って送風量は、空調制御装置２４により制御される。

冷却装置１６は、蒸発器４８、圧縮機（コンプレッサ）５０、凝縮器５２、気液分離器５４及び膨張弁５６などを含んでいる。蒸発器４８は、送風機１４に対し空気流の下流側に配置されている。蒸発器４８は、圧縮機５０により圧縮された後に膨張弁５６によって膨張させられた冷媒を蒸発させ、気化熱により温度低下した冷媒と蒸発器４８を通過する空気との間にて熱交換を行わせることにより空気を冷却する。なお、図１において、一点鎖線の矢印は液体の冷媒の流れを示し、二点鎖線の矢印は気体の冷媒の流れを示している。

圧縮機５０は、図には示されていないエンジンルーム内に配置されており、気体の冷媒を吸入して圧縮し、高圧の冷媒を吐出する。圧縮機５０は、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機構５０ａが電動モータ５０ｂにより駆動される電動圧縮機であってよい。電動モータ５０ｂは、インバータ５８（図２参照）から出力される交流電圧によって回転速度が制御される交流モータであり、インバータ５８は空調制御装置２４により制御される。

凝縮器５２も、エンジンルーム内に配置されており、内部を流通する冷媒と、室外送風機としての送風ファン６０により送風される外気との間にて熱交換を行わせることにより、圧縮された冷媒を凝縮により液化させる。送風ファン６０は、空調制御装置２４から出力される制御電圧によって稼働率、即ち回転速度（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

気液分離器５４は、凝縮により液化された冷媒を気液分離して液体の冷媒のみを膨張弁５６へ流す。膨張弁５６は、液体の冷媒を減圧して膨張させる減圧装置であり、減圧され膨張された冷媒を蒸発器４８へ供給する。

ダクト１２内には、蒸発器４８に対し空気流の下流側に、蒸発器４８を通過した空気を流す加熱用通路６２及び冷風バイパス通路６４と、これらの通路を通過した空気を混合させる混合空間６６とが形成されている。加熱用通路６２には、蒸発器４８を通過した空気、即ち蒸発器４８により冷却された空気を加熱する加熱装置としてのヒータコア１８及びＰＴＣヒータ６８が、空気の流れ方向に沿ってこの順に配置されている。

ヒータコア１８は、車両走行用の駆動力を出力するエンジンＥＧの冷却水（温水）と蒸発器４８を通過した空気との間にて熱交換を行わせることにより、蒸発器４８を通過した空気を加熱する加熱用熱交換器である。具体的には、供給用の冷却水流路７０ａ及び戻し用の冷却水流路７０ｂが、ヒータコア１８及びエンジンＥＧを相互に接続しており、供給用の冷却水流路７０ａには電動ウォータポンプ７２及びウォータバルブ２２が設けられている。冷却水流路７０ａ及び７０ｂ、電動ウォータポンプ７２及びウォータバルブ２２は、図には示されていないエンジンＥＧ内の冷却水通路などと共働して、ヒータコア１８及びエンジンＥＧに冷却水を循環させる冷却水循環系２６を形成している。

電動ウォータポンプ７２は、空調制御装置２４から出力される制御電圧によって回転速度（冷却水の循環流量）が制御される電動式の水ポンプである。ウォータバルブ２２は、通常時には開弁状態を維持する電磁弁であり、空調制御装置２４から出力される制御電流によって開弁量が制御される。ウォータバルブ２２の開弁量が低減されると、ヒータコア１８へ至る冷却水の流量が低減されるので、ヒータコア１８へ供給される熱エネルギーが低減される。なお、電動ウォータポンプ７２が駆動されている状況においてウォータバルブ２２が閉弁される場合には、ウォータバルブ２２が閉弁される際に電動ウォータポンプ７２が停止される。

また、ＰＴＣヒータ６８は、複数のＰＴＣ素子（正特性サーミスタ素子）を有し、ＰＴＣ素子に電力が供給されることによって発熱し、ヒータコア１８を通過する空気を加熱する補助加熱手段として機能する電気ヒータである。空調制御装置２４は、スイッチ切替え等により、通電するＰＴＣ素子の個数を変化させ、ＰＴＣヒータ６８全体としての加熱能力を制御する。

上述の冷風バイパス通路６４は、蒸発器４８を通過した空気がヒータコア１８及びＰＴＣヒータ６８を通過することなく混合空間６６へ至るように空気を導く空気通路である。従って、混合空間６６にて混合された空気の温度は、加熱用通路６２を通過する空気及び冷風バイパス通路６４を通過する空気の風量割合によって変化する。

エアミックスダンパ２０は、加熱用通路６２及び冷風バイパス通路６４の入口側に設けられており、加熱用通路６２及び冷風バイパス通路６４へ流入させる冷風の風量割合を連続的に変化させる。エアミックスダンパ２０は、図１には示されていない電動アクチュエータによって駆動され、この電動アクチュエータは、空調制御装置２４から出力される制御信号によって制御される。エアミックスダンパ２０は、混合空間６６内の空気の温度（車室１３へ供給される送風空気の温度）を調整する温度調整装置として機能する。

空気吹出口４２〜４４は、ダクト１２内を流れる空気流の最下流部に位置し、混合空間６６から空調対象空間である車室１３へ温度調整された送風空気を吹き出す。空気吹出口４２は、車室１３内の乗員（図示せず）の上半身へ向けて空調空気を吹き出すフェイス吹出口である。空気吹出口４３は、乗員の足元へ向けて空調空気を吹き出すフット吹出口である。空気吹出口４４は、フロントガラス７６の内面７６ａへ向けて空調空気を吹き出すデフロスタ吹出口である。

空気吹出口４２〜４４に対し空気流の上流側には、それぞれ空気吹出口４２の開口面積を調整するフェイスドア４２ａ、空気吹出口４３の開口面積を調整するフットドア４３ａ、空気吹出口４４の開口面積を調整するデフロスタドア４４ａが配置されている。フェイスドア４２ａ、フットドア４３ａ及びデフロスタドア４４ａは、図示されていないリンク機構を介して、ドア駆動用の電動アクチュエータ７８に連結され、互いに連動して枢動するよう駆動される。電動アクチュエータ７８も、空調制御装置２４から出力される制御信号によって制御される。空気吹出口４２〜４４及び電動アクチュエータ７８は、各空気吹出口４２〜４４の開口面積をそれぞれ調整する吹出口調整装置として機能する。

空気吹出口４２〜４４の設定により、種々の吹出口モードを設定することができる。設定可能な吹出口モードとして、フェイスモード（ＦＡＣＥ）、バイレベルモード（Ｂ／Ｌ）、フットモード（ＦＯＯＴ）、デフロスタモード（ＤＥＦ）及びフット／デフロスタモード（Ｆ／Ｄ）がある。

フェイスモードは、フェイス吹出口４２を全開してフェイス吹出口４２から車室１３内の乗員の上半身へ向けて空気を吹き出すモードである。バイレベルモードは、フェイス吹出口４２とフット吹出口４３の両方を開口して車室１３内の乗員の上半身と足元へ向けて空気を吹き出すモードである。フットモードは、フット吹出口４３を全開すると共にデフロスタ吹出口４４を小開度だけ開口し、主にフット吹出口４３から空気を吹き出すモードである。デフロスタモードは、デフロスタ吹出口４４を全開してデフロスタ吹出口４４から空気を吹き出すモードである。フット／デフロスタモードは、フット吹出口４３及びデフロスタ吹出口４４を同程度開口し、フット吹出口４３及びデフロスタ吹出口４４の双方から空気を吹き出すモードである。

次に、図２を参照して、実施形態の制御系について説明する。空調制御装置２４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなど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、ＲＯＭ内に記憶された後述の空調制御プログラムに基づいて各種の演算及び処理を行い、出力側に接続された各種機器の作動を制御する。

図２に示されているように、空調制御装置２４の出力側には、送風機１４、圧縮機５０の電動モータ５０ｂ用のインバータ５８、室外ファンとしての送風ファン６０、内外気切替ドア３４用の電動アクチュエータ３６、吹出口モードを切替えるためのドア（吹出口ドア）４２ａ、４３ａ、４４ａ用の電動アクチュエータ７８、ＰＴＣヒータ６８、電動ウォータポンプ７２及びウォータバルブ２２などが接続されている。

空調制御装置２４の入力側には、車室１３内の温度である車室内温度Ｔｒを検出する内気温センサ８０、外気温Ｔａｍを検出する外気温センサ８２及び車室１３内の日射量Ｔｓを検出する日射センサ８４が接続されている。また、空調制御装置２４の入力側には、圧縮機５０の吐出冷媒圧力Ｐｃを検出する吐出圧力センサ８６及び蒸発器４８からの吹出空気温度（蒸発器温度）ＴＥを検出する蒸発器温度センサ８７などのセンサ群が接続されている。

また、空調制御装置２４の入力側には、図２に示されたセンサ群の他に、圧縮機５０の吐出冷媒温度Ｔｃを検出する吐出温度センサ、圧縮機５０に吸入される冷媒の温度Ｔｓｉを検出する吸入温度センサ、及びエンジンＥＧから流出したエンジン冷却水の冷却水温度Ｔｗを検出する冷却水温度センサなどのセンサ群も接続されている。なお、上記蒸発器温度センサ８７は、具体的には蒸発器４８の熱交換フィン温度を検出するようになっているが、蒸発器４８の他の部位の温度を検出するようになっていてもよく、蒸発器４８を通過する冷媒自体の温度を直接検出するようになっていてもよい。

更に、空調制御装置２４の入力側には、車室１３内の前部のインストルメントパネル（図示せず）付近に配置された操作パネル８８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、各種空調操作スイッチは乗員によって操作される。

具体的には、操作パネル８８には、各種空調操作スイッチとして、空調装置１０の作動スイッチ（図示せず）、エアコンのオン・オフ（具体的には圧縮機５０のオン・オフ）を切り替えるエアコンスイッチ８８ａ、オートスイッチ８８ｂ、運転モードの切替スイッチ（図示せず）が設けられている。更に、操作パネル８８には、吸込口モードを切り替える吸込口モードスイッチ８８ｃ、吹出口モードを切り替える吹出口モードスイッチ（図示せず）、送風機１４の風量設定スイッチ（図示せず）、車室１３内の目標温度Ｔｓｅｔを設定する車室内温度設定スイッチ（図示せず）などが設けられている。オートスイッチ８８ｂは、空調装置１０の自動制御を設定或いは解除するためのスイッチである。

図２に示されているように、操作パネル８８には、空調装置１０の作動状態を表示する表示部８８ｄが設けられており、表示部８８ｄは、吸込口モードスイッチ８８ｃの操作により選択された吸込口モードなどが表示される。

更に、図２に示されているように、空調制御装置２４は、エンジンＥＧの作動を制御するエンジンコンピュータであるエンジン制御装置９０と電気的に通信可能に接続されており、空調制御装置５０及びエンジン制御装置９０は相互に必要な情報の授受を行う。よって、一方の制御装置に入力された検出信号或いは操作信号に基づいて、他方の制御装置がその出力側に接続された各種機器の作動を制御することができる。

例えば、エンジン制御装置９０がヒータコア１８に対する冷却水の循環供給量の低減又は冷却水の停止が必要であると判定すると、空調制御装置２４にはエンジン制御装置９０からウォータバルブ２２の開弁量の低減又はウォータバルブ２２の閉弁を要求する信号が入力される。空調制御装置２４は、ウォータバルブ２２の開弁量の低減を要求する信号を受信すると、ウォータバルブ２２の開弁量を低減し、ウォータバルブ２２の閉弁を要求する信号を受信すると、ウォータバルブ２２を閉弁させる。また、空調制御装置２４がエンジン制御装置９０へエンジンＥＧの作動要求信号を出力することによって、エンジンＥＧの作動を変化させることができる。更に、空調のためにエンジンＥＧが作動している場合には、空調制御装置２４がエンジンＥＧの作動要求信号を出力しないことによって、必要に応じてエンジンＥＧを停止させることができる。

＜空調制御のメインルーチン＞
次に、図３に示されたフローチャートを参照して、空調制御装置２４による空調制御のメインルーチンについて説明する。なお、図３に示されたフローチャートによる制御は、図には示されていないイグニッションスイッチがオンであるときに所定の時間毎に繰返し実行される。

ステップＳ１においては、空調制御装置２４内のマイクロコンピュータに内蔵されたデータ処理用メモリの記憶内容などが初期化され、ステップＳ２においては、操作パネル８８の操作信号（スイッチ信号）が読み込まれ、それらの信号により示される値がデータ処理用メモリに書き込まれる。具体的には、車室内温度設定スイッチにより設定された車室内目標温度Ｔｓｅｔを示す信号、オートスイッチ８８ｂの設定位置を示す信号、吸込口モードスイッチ８８ｃの設定位置を示す信号などの信号が読み込まれる。

ステップＳ３においては、各種センサから検出値を示す信号が読み込まれ、各検出値がデータ処理用メモリに書き込まれる。具体的には、内気温センサ８０が検出する内気温度（車室内温度）Ｔｒ、外気センサ８２が検出する外気温度Ｔａｍ、日射センサ８４が検出する日射量Ｔｓ、蒸発器後温度センサ８７が検出する蒸発器後温度ＴＥ、及び冷却水温センサが検出するエンジン冷却水温Ｔｗが読み込まれる。

ステップＳ４においては、予め記憶されている下記の式（１）にデータが代入されることにより、目標吹出温度ＴＡＯが算出される。なお、下記の式（１）において、Ｔｓｅｔは温度設定スイッチにて設定された設定温度であり、Ｔｒは内気温度であり、Ｔａｍは外気温度であり、Ｔｓは日射量である。また、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ及びＫｓは上記各パラメータのゲインであり、Ｃは補正用の定数である。
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ …（１）

ステップＳ５においては、目標吹出温度ＴＡＯ及び上記各種センサの検出値に基づいて、エアミックスドア２０のアクチュエータの制御値及び電動ウォータポンプ７２の回転数の制御値などが、当技術分野において公知の要領にて算出される。

ステップＳ６においては、目標吹出温度ＴＡＯ、上記各種センサからの信号及び操作パネル８８からの信号に基づいて、ブロワ電圧、即ち送風機１４のブロワモータ３８に印加される電圧が決定される。送風機１４の吹出風量は、ブロワ電圧に応じて変化する。ブロワ電圧の決定は、例えば特開２０１３−１６６４６８号公報及び特開２０１４−２８５３２号公報に記載された要領にて行われてよい。

ステップＳ７においては、目標吹出温度ＴＡＯ、上記各種センサからの信号及び操作パネル８８からの信号に基づいて、吸込口モードが決定される。吸込口モードの決定は、例えば特開２０１５−１９６４５０号公報に記載された要領にて行われてよい。

ステップＳ８においては、目標吹出温度ＴＡＯ及び操作パネル８８からの信号に基づいて、吹出口モードが決定されることにより、車室へ空調風を吹き出す吹出口が決定される。例えば、操作パネル８８のオートスイッチ８８ｂがオンの場合には、予め記憶された制御マップに従って、目標吹出温度ＴＡＯに応じて、吹出口モードがＦＡＣＥ、Ｂ／Ｌ、ＦＯＯＴの何れかに決定される。

ステップＳ９においては、後に詳細に説明するように、図５に示された圧縮機の目標回転数決定ルーチンに従って、圧縮機５０の目標回転数Ｎct（単位時間当りの回転数）が算出される。

ステップＳ１０においては、電気ヒータを構成するＰＴＣヒータ６８のＰＴＣ素子を作動させる個数が決定される。例えば特開２０１３−１６６４６８号公報及び特開２０１４−２８５３２号公報に記載された要領と同様に、ＰＴＣ素子の作動個数は、エンジン冷却水温Ｔｗが低いほど多くなるよう、予め記憶された制御マップに従って決定される。

ステップＳ１１においては、例えば特開２０１３−１６６４６８号公報及び特開２０１４−２８５３２号公報に記載された要領と同様に、エンジン冷却水を暖房及び防曇などの熱源にすべく、目標吹出温度ＴＡＯなどに基づいて、エンジン冷却水の要求水温が決定される。更に、エンジン冷却水の要求水温に基づいて、エンジン制御装置９０に対してエンジンＥＧの始動を要求するエンジンオン要求の要否が決定される。

ステップＳ１２においては、例えば特開２０１３−１６６４６８号公報及び特開２０１４−２８５３２号公報に記載された要領と同様に、エンジン冷却水温Ｔｗなどに基づいて、電動ウォータポンプ７２のオン、オフが決定される。

ステップＳ１３においては、後に詳細に説明するように、図６に示された目標蒸発器温度算出ルーチンに従って、蒸発器温度ＴＥの目標値である目標蒸発器温度ＴＥＯが算出される。

ステップＳ１４においては、上述のステップＳ４〜Ｓ１３において算出又は決定された各制御状態が得られるように、対応するアクチュエータ及びエンジン制御装置９０などに対し制御信号が出力される。また、操作パネル８８に対し制御信号が出力され、操作パネル８８の表示部８８ｄの表示が切り替えられる。

ステップＳ１５においては、制御周期Ｔが経過したか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはステップＳ１５が繰り返し実行され、肯定判別が行われたときには制御がステップＳ２へ戻る。なお、図２に示された制御の周期Ｔは例えば２５０ｍｓであってよい。この比較的長い周期は、エンジン制御などと比較して空調制御が長い制御周期にて実行されても、その制御性に悪影響が与えられないからである。よって、空調制御のための通信量を抑制して、エンジン制御などのように高速制御を行う必要のある制御系の通信量を十分に確保することができる。

＜ウォータバルブの開弁量の制御ルーチン＞
次に、図４に示されたフローチャートを参照して、ウォータバルブ２２の開弁量の制御ルーチンについて説明する。なお、図４に示されたフローチャートによる制御は、所定の時間毎に図３に示されたフローチャートによる制御に対し割り込みにより実行される。以下の説明においては、図４に示されたフローチャートによる制御を、開弁量の制御と指称する。

まず、ステップＳ２１においては、エアコンスイッチ８８ａがオンであるか否かの判別が行われる。否定判別が行われたときには開弁量の制御はステップＳ２６へ進み、肯定判別が行われたときには開弁量の制御はステップＳ２２へ進む。

ステップＳ２２においては、車室内温度設定スイッチ（図示せず）が冷房の最低温度（MAX COOL）に設定されているか否かの判別が行われる。否定判別が行われたときには開弁量の制御はステップＳ２６へ進み、肯定判別が行われたときには開弁量の制御はステップＳ２３へ進む。なお、この判別が行われるのは、車室内温度設定スイッチが冷房の最低温度以外に設定されている場合には、ヒータコア１８による空気の加熱が必要であることによる。

ステップＳ２３においては、吹出口モードスイッチ（図示せず）により設定された吹出口モードがデフロスタモード（DEFモード）以外のモードであるか否かの判別が行われる。否定判別が行われたときには開弁量の制御はステップＳ２６へ進み、肯定判別が行われたときには開弁量の制御はステップＳ２４へ進む。なお、この判別が行われるのは、吹出口モードがデフロスタモードである場合には、温かい空気流によってフロントガラス７６の曇りを取るために、ヒータコア１８による空気の加熱が必要であることによる。

ステップＳ２４においては、冷却水温Ｔｗがα（正の定数）℃以下であり、且つエンジンＥＧの吸気温Ｔａがβ（正の定数）℃以下であるか否かの判別が行われる。吸気温Ｔａを示す信号は、エンジン制御装置９０から空調制御装置２４へ入力される。否定判別が行われたときには開弁量の制御はステップＳ２６へ進み、肯定判別が行われたときには開弁量の制御はステップＳ２５へ進む。

なお、冷却水温Ｔｗが基準冷却水温以下であり且つエンジンＥＧの吸気温Ｔａが基準吸気温以下であるときに、エンジン制御装置９０からウォータバルブ２２の開弁量の低減又はウォータバルブ２２の閉弁を要求する信号が入力される。よって、この判定は後述のステップＳ２５における判定が妥当であることを確認する意義がある。

ステップＳ２５においては、エンジン制御装置９０からウォータバルブ２２の開弁量の低減又はウォータバルブ２２の閉弁を要求する信号が入力されているか否かの判別が行われる。肯定判別が行われたときには開弁量の制御はステップ２８へ進み、否定判別が行われたときには開弁量の制御はステップＳ２６へ進む。

ステップＳ２６においては、フラグＦが０にリセットされ、ステップＳ２７においては、ウォータバルブ２２の開弁量が最大値に制御される。即ち、ウォータバルブ２２が全開状態に設定される。

ステップＳ２８においては、フラグＦが１にセットされ、ステップＳ２９においては、エンジン制御装置９０から入力される要求に応じてウォータバルブ２２の開弁量が低減される（閉弁を含む）。なお、フラグＦが１であることは、ウォータバルブ２２の開弁量が低減されていることを示す。

＜圧縮機の目標回転数の算出ルーチン＞
次に、図５に示されたフローチャートを参照して、上記ステップＳ９において実行される圧縮機５０の目標回転数Ｎctの算出ルーチンについて説明する。なお、以下の説明においては、図５に示されたフローチャートによる制御を、圧縮機目標回転数の算出制御と指称する。

まず、ステップＳ９１においては、前回のステップ１３において演算された目標蒸発器温度ＴＥＯと、吹出空気温度ＴＥとの偏差Ｅｎ（＝ＴＥＯ−ＴＥ）などに応じて、圧縮機５０の基本目標回転数Ｎcが算出される。なお、基本目標回転数Ｎcbの算出は、例えば特開２０１３−１６６４６８号公報に記載された目標回転数の算出と同様の要領にて行われてよい。

ステップＳ９２においては、フラグＦが１であるか否かの判別、即ちウォータバルブ２２の開弁量の低減が行われているか否かの判別が行われる。肯定判別が行われたときには圧縮機目標回転数の算出制御はステップＳ９５へ進み、否定判別が行われたときには圧縮機目標回転数の算出制御はステップＳ９３へ進む。

ステップＳ９３においては、外気温度Ｔａｍ及び空調装置１０の熱負荷により決定される圧縮機５０の目標回転数Ｎcb1、送風機１４により送風される空気の流量により決定される圧縮機５０の目標回転数Ｎcb2、及び圧縮機５０の諸元により決定される目標回転数Ｎcb3のうちの最小値が圧縮機５０の第一の上限回転数Ｎcm1として算出される。ステップＳ９４においては、圧縮機５０の第二の上限回転数Ｎcm2が０に設定される。

ステップＳ９５においては、ステップＳ４において算出された目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、図７に示されたマップが参照されることにより、圧縮機５０の目標吹出温度ＴＡＯに基づく上限回転数Ｎcmtaoが算出される。図７に示されているように、上限回転数Ｎcmtaoは目標吹出温度ＴＡＯが低いほど小さくなる正の値に算出される。また、目標吹出温度ＴＡＯが低いときには、上限回転数Ｎcmtaoは目標回転数Ｎcb1〜Ｎcb3の何れよりも小さい値に算出される。

ステップＳ９６においては、外気温度Ｔａｍ及び空調装置１０の熱負荷により決定される圧縮機５０の目標回転数Ｎcb1、送風機１４により送風される空気の流量により決定される圧縮機５０の目標回転数Ｎcb2、圧縮機５０の諸元により決定される目標回転数Ｎcb3、及び目標吹出温度ＴＡＯに基づく上限回転数Ｎcmtaoのうちの最小値が圧縮機５０の第一の上限回転数Ｎcm1として算出される。目標吹出温度ＴＡＯが低いときには、上限回転数Ｎcm1は上限回転数Ｎcmtaoになり、よってステップＳ９３において算出される値よりも低くなる。

ステップＳ９７においては、冷却水温度Ｔｗ、電動ウォータポンプ７２のオン、オフ及びウォータバルブ２２の開弁量に基づいて、ヒータコア１８に対する熱供給量Ｑ（W/sec）が算出される。更に、熱供給量Ｑに基づいて図８に示されたマップが参照されることにより、圧縮機５０の第二の上限回転数Ｎcm2が算出される。図８に示されているように、第二の上限回転数Ｎcm2は熱供給量Ｑが高いほど大きくなる正の値に算出される。

ステップＳ９８においては、予め設定された圧縮機５０の下限ガード回転数をＮcmin（正の定数）として、第一の上限回転数Ｎcm1及び下限ガード回転数Ｎcminのうちの大きい方の値が、修正後の第一の上限回転数Ｎcm1aとして算出される。

ステップＳ９９においては、下記の式（２）に従って、圧縮機５０の上限回転数Ｎcmが修正後の第一の上限回転数Ｎcm1aと第二の上限回転数Ｎcm2との和として算出される。
Ｎcm＝Ｎcm1a＋Ｎcm2 …（２）

ステップＳ１００においては、ステップＳ９１において演算された圧縮機５０の基本目標回転数Ｎcが上限回転数Ｎcmを越えているか否かの判別が行われる。否定判別が行われたときには、ステップＳ１０１において圧縮機５０の目標回転数Ｎctが基本目標回転数Ｎcに設定され、肯定判別が行われたときには、ステップＳ１０２において圧縮機５０の目標回転数Ｎctが上限回転数Ｎcmに設定される。ステップＳ１０１又は１０２が完了すると、圧縮機目標回転数の算出制御はステップＳ１０へ進む。

＜目標蒸発器温度算出ルーチン＞
次に、図６に示されたフローチャートを参照して、上記ステップＳ１３において実行される目標蒸発器温度ＴＥＯ算出ルーチンについて説明する。なお、以下の説明においては、図６に示されたフローチャートによる制御を、目標蒸発器温度算出制御と指称する。

まず、ステップＳ１３１においては、ステップＳ４において算出された目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、図９に示されたマップが参照されることにより、蒸発器温度ＴＥの基本目標蒸発器温度ＴＥＯbが算出される。図９に示されているように、基本目標蒸発器温度ＴＥＯbは、ＴＡＯの極低温域及び極高温域においては、それぞれ低温及び高温に算出され、ＴＡＯの中間温度域においては、ＴＡＯが高いほど高くなるよう算出される。なお、図９に示されたマップの基本目標蒸発器温度ＴＥＯbは、蒸発器４８に流入する空気の露点温度以下の温度になるように設定されている。

ステップＳ１３２においては、フラグＦが１であるか否かの判別、即ちウォータバルブ２２の開弁量の低減が行われているか否かの判別が行われる。肯定判別が行われたときには目標蒸発器温度算出制御はステップＳ１３４へ進み、否定判別が行われたときにはステップ１３３において後述の基本目標蒸発器温度ＴＥＯbに対する補正量ΔＴＥＯが０に設定された後、目標蒸発器温度算出制御はステップ１３５へ進む。

ステップＳ１３４においては、ステップＳ４において算出された目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、図１０に示されたマップが参照されることにより、基本目標蒸発器温度ＴＥＯbに対する補正量ΔＴＥＯが算出される。図１０に示されているように、補正量ΔＴＥＯは目標吹出温度ＴＡＯが高いほど大きくなる正の値に算出される。

ステップＳ１３５においては、下記の式（３）に従って、目標蒸発器温度ＴＥＯが基本目標蒸発器温度ＴＥＯbと補正量ΔＴＥＯとの和として算出され、その後圧縮機目標回転数の算出制御はステップ１４へ進む。
ＴＥＯ＝ＴＥＯb＋ΔＴＥＯ …（３）

以上の説明より解るように、実施形態によれば、図３に示されたフローチャートのステップＳ２〜Ｓ１４により空調制御が実行され、図４に示されたフローチャートのステップＳ２１〜Ｓ２９によりウォータバルブ２２の開弁量（全閉を含む）が制御される。

特に、ステップＳ２１〜２５において肯定判別が行われたときに、即ち下記の条件ａ〜ｅが成立するときに、ステップＳ２８においてフラグＦが１にセットされ、ステップＳ２９においてウォータバルブ２２の開弁量が低減される。
ａ．エアコンスイッチ８８ａがオンである（ステップＳ２１）。
ｂ．車室内温度設定スイッチが冷房の最低温度に設定されている（ステップＳ２２）。
ｃ．吹出口モードがデフロスタモード以外のモードである（ステップＳ２３）。
ｄ．冷却水温Ｔｗがα℃以下であり、且つエンジンＥＧの吸気温Ｔａがβ℃以下である（ステップＳ２４）。
ｅ．エンジン制御装置９０からウォータバルブ２２の開弁量の低減又はウォータバルブ２２の閉弁を要求する信号が入力されている（ステップＳ２５）。

フラグＦが１にセットされると、図５に示されたフローチャートのステップＳ９２において肯定判別が行われる。ステップＳ９５において、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、目標吹出温度ＴＡＯに基づく上限回転数Ｎcmtaoが算出され、ステップＳ９６において、目標回転数Ｎcb1〜Ｎcb3及び上限回転数Ｎcmtaoのうちの最小値が第一の上限回転数Ｎcm1として算出される。この場合、上限回転数Ｎcmtaoは目標回転数Ｎcb1〜Ｎcb3の少なくとも一つよりも小さい値に算出される。

そして、ステップＳ９７において、ヒータコア１８に対する熱供給量Ｑに基づいて第二の上限回転数Ｎcm2が算出され、ステップＳ９８において、第一の上限回転数Ｎcm1及び下限ガード回転数Ｎcminのうちの大きい方の値が、修正後の第一の上限回転数Ｎcm1aとして算出される。更に、ステップＳ９９において、圧縮機５０の上限回転数Ｎcmが修正後の第一の上限回転数Ｎcm1aと第二の上限回転数Ｎcm2との和として算出される。

よって、上限回転数Ｎcmtaoが考慮されることなく第一の上限回転数Ｎcm1が算出される場合に比して、第一の上限回転数Ｎcm1は小さい値になるので、上限回転数Ｎcmは小さい値になる。従って、吹出口４２〜４４から吹き出される空気の温度を目標吹出温度ＴＡＯにするための圧縮機５０の回転数の上限値を低くすることができるので、圧縮機５０の作動により消費されるエネルギーを節減し、車両の燃費を向上させることができる。

特に、上限回転数Ｎcmtaoは、目標吹出温度ＴＡＯが低いほど小さくなる正の値として算出されるので、目標吹出温度ＴＡＯが低いほど、換言すれば冷却装置１６に要求される冷却能力が低いほど、圧縮機５０の目標回転数Ｎctを小さくすることができる。よって、上限回転数Ｎcmtaoが目標吹出温度ＴＡＯに関係なく一定の値である場合に比して、冷却装置１６に要求される冷却能力に応じて最適に圧縮機５０の回転数を低くすることができる。従って、空調装置１０の空調性能を低下させることなく、消費エネルギーの節減及び燃費の向上を図ることができる。

また、フラグＦが１にセットされると、図６に示されたフローチャートのステップＳ１３２において肯定判別が行われる。ステップＳ１３４において、目標吹出温度ＴＡＯが高いほど大きくなる正の値として、基本目標蒸発器温度ＴＥＯbに対する補正量ΔＴＥＯが算出される。そして、ステップＳ１３５において、基本目標蒸発器温度ＴＥＯbに補正量ΔＴＥＯが加算された値として、目標蒸発器温度ＴＥＯが算出される。

よって、補正量ΔＴＥＯが加算されることなく目標蒸発器温度ＴＥＯが基本目標蒸発器温度ＴＥＯbに算出される場合に比して、目標蒸発器温度ＴＥＯは補正量ΔＴＥＯ分高くなることにより、冷却装置１６に要求される冷却能力が低下される。従って、冷却装置１６の蒸発器４８を通過した空気の温度を目標蒸発器温度ＴＥＯにするための圧縮機５０の回転数を低くすることができるので、このことによっても圧縮機５０の作動により消費されるエネルギーを節減し、車両の燃費を向上させることができる。

特に、補正量ΔＴＥＯは、目標吹出温度ＴＡＯが高いほど大きくなる正の値として算出されるので、目標吹出温度ＴＡＯが高いほど、換言すれば冷却装置１６に要求される冷却能力が低いほど、目標蒸発器温度ＴＥＯを高くすることができる。よって、上限回転数Ｎcmtaoが目標吹出温度ＴＡＯに関係なく一定の値である場合に比して、冷却装置１６に要求される冷却能力に応じて最適に圧縮機５０の回転数を低くすることができる。従って、圧縮機５０の回転数についても、空調装置１０の空調性能を低下させることなく、消費エネルギーの節減及び燃費の向上を図ることができる。

更に、上述の実施形態によれば、フラグＦが１にセットされ、ウォータバルブ２２の開弁量が低減されているときには、第一の上限回転数Ｎcm1が小さくされることによって上限回転数Ｎcmが小さくされると共に、目標蒸発器温度ＴＥＯが低くされる。よって、第一の上限回転数Ｎcm1が小さくされること及び目標蒸発器温度ＴＥＯが低くされることの一方しか行われない場合に比して、圧縮機５０の作動により消費されるエネルギーを効果的に節減し、車両の燃費を確実に向上させることができる。

以上においては、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

例えば、上述の実施形態においては、ウォータバルブ２２の開弁量が低減されているときには、ステップ９２〜９９において第一の上限回転数Ｎcm1が小さくされることによって上限回転数Ｎcmが小さくされると共に、ステップ１３１〜１３５において目標蒸発器温度ＴＥＯが低くされる。しかし、上限回転数Ｎcmが小さくされること及び目標蒸発器温度ＴＥＯが低くされることの一方が省略されてもよい。

また、上述の実施形態においては、ステップＳ９６において、外気温度Ｔａｍ及び空調装置１０の熱負荷により決定される圧縮機５０の目標回転数Ｎcb1、送風機１４により送風される空気の流量により決定される圧縮機５０の目標回転数Ｎcb2、圧縮機５０の諸元により決定される目標回転数Ｎcb3、及び上限回転数Ｎcmtaoのうちの最小値が第一の上限回転数Ｎcm1として算出される。しかし、目標回転数Ｎcb1〜Ｎcb3の何れかが省略されてもよく、逆に目標回転数Ｎcb1〜Ｎcb3以外の目標回転数が考慮されてもよい。

また、上述の実施形態においては、図３に示された空調制御装置２４による空調制御のメインルーチンのステップＳ２〜Ｓ１４の順序は例示であり、これらのステップの順序は修正されてもよい。

また、上述の実施形態においては、図３に示されたフローチャートによるウォータバルブの開弁量の制御は、図３に示された空調制御のメインルーチンに対し割り込みにより実行される。しかし、ステップＳ２１〜Ｓ２９がステップＳ３以降でステップＳ９よりも前の任意の段階でメインルーチンの一部として実行されるよう修正されてもよい。

更に、上述の実施形態においては、フラグＦが１にセットされると、ステップＳ１３４において、基本目標蒸発器温度ＴＥＯbに対する補正量ΔＴＥＯが算出され、ステップＳ１３５において、基本目標蒸発器温度ＴＥＯbに補正量ΔＴＥＯが加算された値として、目標蒸発器温度ＴＥＯが算出される。しかし、目標蒸発器温度ＴＥＯは、フラグＦが０であるときには、図１１において実線にて示されたマップより算出され、フラグＦが１であるときには、図１１において破線にて示されたマップより算出されるよう修正されてもよい。

１０…車両用空調装置、１２…ダクト、１４…送風機（ブロワ）、１６…冷却装置、１８…ヒータコア、２０…エアミックスダンパ、２２…ウォータバルブ、２４…空調制御装置、２６…冷却水循環系、４８…蒸発器（エバボレータ）、５０…圧縮機（コンプレッサ）、７２…電動ウォータポンプ

Claims (2)

1. 車室内へ空気を送給するためのダクトと、
   前記ダクト内に配置され車室へ向かう空気流を生じさせる送風機と、
   前記ダクト内を通過する空気を冷却する冷却装置と、
   前記冷却装置に対し空気流の下流側にて前記ダクト内に配置され、冷却水循環系により供給されるエンジン冷却水を熱源として、通過する空気を加熱するヒータコアと、
   前記ヒータコアを通過する空気量と前記ヒータコアを迂回する空気量との割合を変化させるエアミックスダンパと、
   前記ヒータコアよりも上流側にて前記冷却水循環系に設けられ、開弁量を変化可能なウォータバルブと、
   前記送風機、前記冷却装置、前記エアミックスダンパ及び前記ウォータバルブを制御する制御装置と、
   を有し、前記制御装置は所定の冷房モード時には前記ウォータバルブの開弁量を低減する車両用空調装置において、
   前記制御装置は、前記ウォータバルブの開弁量を低減しているときには前記ウォータバルブの開弁量を低減していないときに比して、前記冷却装置の冷却能力を低下させる、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、前記冷却装置は、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機と、前記送風機に対し空気流の下流側にて前記ダクト内に配置され、前記電動圧縮機により吸入される冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器により蒸発された冷媒を凝縮させる凝縮器とを有し、前記制御装置は、前記蒸発器の温度が目標温度になるように前記電動圧縮機及び前記凝縮器を制御し、前記制御装置は、前記ウォータバルブの開弁量を低減しているときには、前記目標温度を上昇させること及び前記電動圧縮機の上限回転速度を低下させることの少なくとも一方により前記冷却装置の冷却能力を低下させる、車両用空調装置。
   
   

Images