JP6390364B2

JP6390364B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP6390364B2
Application number: JP2014228888A
Authority: JP
Inventors: 博文小松
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2034-11-11
Also published as: JP2016088463A

Description

本発明は、乗員が設定した所望の車室内設定温度に応じて車室内の空調状態を自動で制御する、いわゆるオートエアコンの車両用空調装置に関するものである。

従来、この種の車両用空調装置として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された車両用空調装置は、温度設定手段で設定された設定温度と車両の環境情報に基づいて目標吹出温度を求め、その目標吹出温度に基づいて送風機の送風量を決定するようになっている。具体的には、目標吹出温度に基づいて送風機の電動機（ブロワモータ）に印加する電圧を決定するようになっている。

特開２００２−３７０５２２号公報

しかしながら、目標吹出温度に基づいて送風機の送風量が最小に設定されたときでも、車両熱負荷が低い場合（例えば、外気温度が設定温度に近い場合、夜間、曇り等）には、送風量が過剰な場合もある。

そして、送風量が過剰な場合、圧縮機の稼動率上昇により消費動力が増加し、また、送風機用電動機の使用電力増加によりオルタネータの負荷が増加するため、結果的に車両の燃費が悪化してしまう。

本発明は上記点に鑑みて、乗員の快適感を維持しつつ、車両の燃費向上を図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、車室内に向けて送風する送風機（７）と、送風空気と熱交換する冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機の運転可否を乗員が選択する圧縮機オンオフ設定手段（２８）と、所望の車室内温度を乗員が設定する温度設定手段（２２）と、車室内に侵入する日射量を検出する日射センサ（２５）と、温度設定手段で設定された車室内目標温度及び前記日射センサで検出した日射量を含む車両の環境情報に基づいて、車室内に吹き出す空気の目標吹出温度（ＴＡＯ）を演算する目標吹出温度算出手段（Ｓ４）と、目標吹出温度に基づいて送風機の送風量を求める送風量算出手段（Ｓ５６）と、吹出モードとして、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、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、および、他の吹き出しモードを設定可能な吹出モード設定手段（Ｓ７）と、圧縮機オンオフ設定手段にて圧縮機の運転が許可され、目標吹出温度が、送風量算出手段にて送風機の送風量を求めた場合に送風機の送風量が最小となる所定範囲にあり、吹出モード設定手段にてフェイスモードおよびバイレベルモードのいずれかが設定され、且つ、日射センサで検出した日射量が所定値以下のときに、送風量算出手段にて送風機の送風量を求めた場合の最小送風量よりも低風量に送風量を設定する低送風量設定手段（Ｓ５１〜５５、５７、５８）とを備えることを特徴とする、
これによると、日射量が少ないときにはドラフト感は要求されないため、日射量が少ない等の条件が成立したときに送風量を減少させることにより、乗員の快適感を維持しつつ、車両の燃費向上を図ることができる。

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。

本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の構成を示す図である。図１の空調制御装置が実行する制御処理のフローチャートである。図２のブロワ制御処理の詳細なフローチャートである。ブロワ電圧の制御特性を示す図である。本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置における空調制御装置が実行する制御処理のフローチャートである。本発明の第３実施形態に係る車両用空調装置における空調制御装置が実行する制御処理のフローチャートである。

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実施形態について説明する。

図１に示すように、車両用空調装置１は、内部に空気流路を形成する空調ケース２を備えている。この空調ケース２の空気流れ上流部位には、車室内気を吸入するための内気吸入口３と外気を吸入するための外気吸入口４とが形成されると共に、これらの吸入口３、４を選択的に開閉する吸入口切換ドア５が設けられている。また、この吸入口切換ドア５は、サーボモータ６等の駆動手段によって駆動される。

この吸入口切換ドア５の空気流れ下流側部位には、空気流を発生させる送風機（ブロワ）７が配設されており、この送風機７により両吸入口３、４から吸入された空気が、後述する各吹出口１４、１５、１６から車室内に向けて吹き出される。

この送風機７は、遠心多翼ファンをブロワモータ（図示せず）にて駆動する電動送風機であって、後述する空調制御装置２１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。

送風機７の空気流れ下流側には、エバポレータ８が配設されており、送風機７により送風された空気は全てこのエバポレータ８を通過する。エバポレータ８は、冷媒を圧縮する圧縮機（図示せず）等とともに、周知の冷凍サイクルを構成している。エバポレータ８は、冷凍サイクルにおいて圧縮機での圧縮後に膨張弁（図示せず）によって膨張させられた冷媒を蒸発させ、その冷媒と送風空気とを熱交換させることにより送風空気を冷却する。

なお、圧縮機は、図示しない水冷式のエンジンにて駆動されるとともに、図示しない電磁クラッチによってエンジンからの駆動力が断続されるようになっている。

エバポレータ８の空気流れ下流側には、ヒータコア１０が配設されており、このヒータコア１０は、エンジンの冷却水を熱源として送風空気を加熱する。

空調ケース２には、ヒータコア１０をバイパスするバイパス通路１１が形成されており、ヒータコア１０の空気流れ上流側には、ヒータコア１０を通る空気とバイパス通路１１を通る空気との風量割合を調節するエアミックスドア１２が配設されている。そして、サーボモータ１３等の駆動手段にてこのエアミックスドア１２の開度を調節して、風量割合を調節するようになっている。

空調ケース２の空気流れ最下流側部位には、車室内乗員の上半身に空調空気を吹き出すためのフェイス吹出口１４と、車室内乗員の足元に空気を吹き出すためのフット吹出口１５と、フロントガラスの内面に向かって空気を吹き出すためのデフロスタ吹出口１６とが形成されている。

そして、上記各吹出口１４、１５、１６の空気流れ上流側部位には、フェイスドア１８、フットドア１９、デフロスタドア２０が配設されていて、これらのドアをサーボモータ１７等の駆動手段によって連動させながらそれぞれの吹出口を開閉することにより、吹出モードが切り換えられる。

空調制御装置（ＥＣＵ）２１は、サーボモータ６、１３、１７等の駆動手段及び送風機７を制御するであり、中央演算装置（ＣＰＵ）、随時読み込み書き込み可能な記憶装置（ＲＡＭ）、および読み込み専用の記憶装置（ＲＯＭ）等からなる周知のマイクロコンピュータである。

この空調制御装置２１には、所望の車室内温度を乗員が設定する温度設定手段としての室温設定スイッチ２２、車室内の温度を検出する内気温センサ２３、外気の温度を検出する外気温センサ２４、車室内に侵入する日射量を検出する日射センサ２５、エバポレータ８通過後の空気の温度を検出する出口温センサ２６、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２７、および圧縮機の運転可否を乗員が選択する圧縮機オンオフ設定手段としての圧縮機オンオフスイッチ２８が、接続されている。

空調制御装置２１は、これらセンサ・スイッチ群２２〜２８からの入力信号に基づいて後述の手順により、送風機７を駆動するモータコントローラ（図示せず）や、エアミックスドア１２を駆動するサーボモータ１３や、吸入口切替ドア５を駆動するサーボモータ６や、モード切替ドア１８、１９、２０を駆動するサーボモータ１７に制御信号を出力する。

次に、この空調制御装置２１による制御について、図２〜４に基づいて説明する。

空調制御装置２１は、当該車両のイグニッションスイッチ（図示せず）がオンされてバッテリ（図示せず）から給電されると作動状態になり、空調装置１の作動を開始させるオートエアコンスイッチ（図示せず）のオン時に空調制御装置２１内に記憶されたコンピュータプログラムの実行を開始する。

図２に示すように、空調装置１の自動制御処理を開始すると、まずステップＳ１で記憶している数値の初期化の処理を行なう。

ステップＳ２では、センサ・スイッチ群２２〜２８の操作信号やセンサ信号を読み込み、それらのデータを記憶装置に記憶させる。

なお、操作信号としては、室温設定スイッチ２２によって設定される車室内目標温度Ｔｓｅｔの設定信号、圧縮機オンオフスイッチ２８の操作信号等がある。

また、センサ信号としては、例えば、内気温センサ２３が検知する内気温度（車室内温度）Ｔｒ、外気温センサ２４が検知する外気温度Ｔａｍ、日射センサ２５が検知する日射量Ｔｓ、出口温センサ２６が検知するエバポレータ後温度Ｔｅ、および水温センサ２７が検知するエンジン冷却水温ＴＷがある。

ステップＳ３では、ステップＳ２で読み込んだ圧縮機オンオフスイッチ２８の信号およびエバポレータ後温度Ｔｅに基づいて、圧縮機の作動が制御される。具体的には、圧縮機オンオフスイッチ２８がオンのとき、すなわち、乗員が圧縮機の運転を許可しているときには、必要に応じて圧縮機が運転されるように電磁クラッチが制御がされる。一方、圧縮機オンオフスイッチ２８がオフのとき、すなわち、乗員が圧縮機の運転を許可していないときには、圧縮機が運転されないように電磁クラッチが制御がされる。

目標吹出温度算出手段としてのステップＳ４では、ステップＳ２で読み込んだ、車室内目標温度Ｔｓｅｔ、内気温度Ｔｒ、外気温度Ｔａｍ、および日射量Ｔｓに基づいて、車室内に吹き出す空気の目標吹出温度ＴＡＯを演算する。

具体的には、記憶装置に予め記憶している下記の数式Ｆ１に入力データを代入して目標吹出温度ＴＡＯを演算する。ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ …（Ｆ１）
ここで、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、およびＫｓは各ゲインであり、Ｃは全体にかかる補正用の定数である。

なお、内気温度Ｔｒ、外気温度Ｔａｍ、および日射量Ｔｓは、本発明の車両の環境情報に相当する。

ステップＳ５では、ステップＳ４で算出された目標吹出温度ＴＡＯ等に基づいて、送風機７の送風量が制御される。なお、ステップＳ５の詳細については後述する。

ステップＳ６では、ステップＳ４で算出された目標吹出温度ＴＡＯと、ステップＳ２で読み込んだセンサ群２３〜２７の信号とに基づき、目標吹出温度ＴＡＯとするために必要なエアミックスドア１２の開度が数式に従って決定され、サーボモータ１３が制御される。

吹出モード設定手段としてのステップＳ７では、目標吹出温度ＴＡＯと車室内へ吹き出す空気の吹出モードとの関係を表わす吹出モードパターンデータに基づき、ステップＳ４で算出された目標吹出温度ＴＡＯから吹出モードが決定され、サーボモータ１７が制御される。

なお、吹出モードとして、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、車室内乗員の足元に向けて空気を吹き出すフットモード、および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が設定可能である。また、吹出モードパターンデータは、記憶装置に予め記憶されている。

上記ステップＳ２〜Ｓ７のループ処理は、所定の制御周期（例えば１秒）毎に繰り返し実行される。

次に、ブロワ制御（ステップＳ５）の詳細を、図３に基づいて説明する。

図３に示すように、まずステップＳ５１では、ステップＳ７で決定された吹出モードが、フェイスモードまたはバイレベルモードであるか否かを判定する。

そして、フェイスモードまたはバイレベルモードでない場合、すなわち、冷房モードでない場合は、ステップＳ５１で否定判定されてステップＳ５６に進む。

ステップＳ５１で否定判定されてステップＳ５６に進むと、ステップＳ５６では、ステップＳ４で算出された目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、目標吹出温度ＴＡＯとブロワ電圧（すなわち、ブロワモータに対する印加電圧）との関係を定めたブロワ電圧制御特性マップ（図４参照）から、例えば４ボルトから１２ボルトの範囲内でブロワ電圧を決定する。そして、決定したブロワ電圧にてブロワモータを作動させることにより、送風機７の送風量を制御する。なお、ブロワ電圧制御特性マップは、記憶装置に予め記憶されている。また、ステップＳ５６は、本発明の送風量算出手段に相当する。

一方、ステップＳ５１において、フェイスモードまたはバイレベルモードである場合、すなわち、冷房モードである場合は、ステップＳ５１で肯定判定されてステップＳ５２に進む。

ステップＳ５２では、ステップＳ４で算出された目標吹出温度ＴＡＯが所定範囲（例えば、２０〜２９℃）であるか否かを判定する。なお、所定範囲の値は、記憶装置に予め記憶されている。

この所定範囲は、ステップＳ４で算出された目標吹出温度ＴＡＯに基づいてブロワ電圧制御特性マップからブロワ電圧を求めた場合に、ブロワ電圧が最低（すなわち、４ボルト）、換言すると送風機７の送風量が最小となる、目標吹出温度ＴＡＯの温度範囲である。
換言すると、この所定範囲は、仮にステップＳ５６にてブロワ電圧（すなわち、送風量）を求めた場合にブロワ電圧が最低（すなわち、送風量が最小）となる、目標吹出温度ＴＡＯの温度範囲である。

そして、ステップＳ４で算出された目標吹出温度ＴＡＯが所定範囲である場合は、ステップＳ５２で肯定判定されてステップＳ５３に進む。

ステップＳ５３では、ステップＳ２で読み込んだ日射量Ｔｓが所定値（例えば、１００Ｗ／ｍ^２）以下であるか否かを判定する。なお、所定値は、記憶装置に予め記憶されている。

そして、ステップＳ２で読み込んだ日射量Ｔｓが所定値以下であれば、すなわち、日射量が少ない場合は、ステップＳ５３で肯定判定されてステップＳ５４に進む。

ステップＳ５４では、ステップＳ２で読み込んだ圧縮機オンオフスイッチ２８の信号がオン状態であるか否かを判定する。

そして、ステップＳ２で読み込んだ圧縮機オンオフスイッチ２８の信号がオン状態、すなわち、乗員が圧縮機の運転を許可し、圧縮機の運転が自動制御されている状況下では、ステップＳ５４で肯定判定されてステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５では、ブロワ電圧を、ブロワ電圧制御特性マップの最低ブロワ電圧（すなわち、４ボルト）よりも低い値（例えば、３ボルト）に決定する。これにより、送風機７の送風量を、ブロワ電圧制御特性マップの最低ブロワ電圧にてブロワモータを作動させたときの送風量（以下、通常制御の最小送風量という）よりもさらに低風量に制御する。なお、ステップＳ５１〜５５は、本発明の低送風量設定手段を構成している。

上記のように、ステップＳ５１〜５４で全て肯定判定された場合に、ステップＳ５５に進む。そして、ステップＳ５１、５２、５４で全て肯定判定された場合の、車両用空調装置１の作動状態は、フェイスモードまたはバイレベルモード（すなわち、冷房モード）であり、仮にステップＳ５６にてブロワ電圧を求めた場合（すなわち、仮にブロワ電圧制御特性マップからブロワ電圧を求めた場合）には送風機７の送風量が最小となるような目標吹出温度ＴＡＯの温度範囲であり、圧縮機は運転が許可されて自動制御されている状態である。

このような状況下で且つ日射量が少ないときにはドラフト感は要求されないため、通常制御の最小送風量よりもさらに低風量に制御しても、乗員の快適感は維持される。

また、通常制御の最小送風量よりもさらに低風量に制御することにより、圧縮機の稼動率が低下して消費動力が減少するとともに、ブロワモータの使用電力が減少してオルタネータの負荷も減少するため、結果的に車両の燃費が向上する。

因みに、ブロワ電圧制御特性マップの最低ブロワ電圧を４ボルト、ステップＳ５５でのブロワ電圧を３ボルトに設定し、一般的な走行条件にて実車評価を行ったところ、官能評価にて乗員の快適感が維持されることが確認されるとともに、車両の燃費が１％向上することが確認された。

なお、ステップＳ５１〜５４のいずれかで否定判定された場合は、ステップＳ５６に進んでブロワ電圧を決定する。

本実施形態によると、日射量が少ない等の条件が成立したときに送風量を減少させることにより、乗員の快適感を維持しつつ、車両の燃費向上を図ることができる。

なお、上記実施形態においては、ステップＳ５５で決定されるブロワ電圧を一定値（例えば３ボルト）に固定したが、このときのブロワ電圧は、例えば日射量に応じて異ならせてもよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、本実施形態では、ブロワ制御（ステップＳ５）にステップＳ５７を追加している。なお、ステップＳ５７は、本発明のライト点灯検出手段に相当するとともに、ステップＳ５１〜５５とともに本発明の低送風量設定手段を構成している。

このステップＳ５７では、車両のライト（図示せず）が点灯されているか否かを判定する。そして、車両のライトが点灯している場合は、ステップＳ５７で肯定判定されてステップＳ５５に進む。

すなわち、本実施形態では、ステップＳ５１〜５４で全て肯定判定され、さらに車両のライトが点灯していてステップＳ５７で肯定判定された場合に、ステップＳ５５に進んで、送風機７の送風量を通常制御の最小送風量よりもさらに低風量に制御する。

ここで、車両のライトが点灯している場合は、夜間、曇り、雨等の熱負荷が低いシーンと推定される。このように、ステップＳ５５での低風量制御を熱負荷が低いシーンに限定することにより、ドラフト感不足の発生頻度を低くすることができ、乗員の快適感をより確実に維持することができる。

本実施形態によると、乗員の快適感をより確実に維持しつつ、車両の燃費向上を図ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６に示すように、本実施形態では、ブロワ制御（ステップＳ５）にステップＳ５８を追加している。なお、ステップＳ５８は、本発明の後席着座判定手段に相当するとともに、ステップＳ５１〜５５とともに本発明の低送風量設定手段を構成している。

このステップＳ５８では、後席シートベルトの着用状態を検出するセンサの信号に基づいて、車両の後席に乗員が着座しているか否かを判定する。そして、後席に乗員が着座していない場合は、ステップＳ５８で否定判定されてステップＳ５５に進む。

すなわち、本実施形態では、ステップＳ５１〜５４で全て肯定判定され、さらに後席に乗員が着座していなくてステップＳ５８で否定判定された場合に、ステップＳ５５に進んで、送風機７の送風量を通常制御の最小送風量よりもさらに低風量に制御する。

ここで、後席に乗員が着座している場合は、熱負荷が高くなる。このように、熱負荷が高いシーンでは、ステップＳ５５での低風量制御を行わないことにより、ドラフト感不足の発生頻度を低くすることができ、乗員の快適感をより確実に維持することができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

７送風機
２２室温設定スイッチ（温度設定手段）
２５日射センサ
２８圧縮機オンオフスイッチ（圧縮機オンオフ設定手段）

Claims

車室内に向けて送風する送風機（７）と、
送風空気と熱交換する冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機の運転可否を乗員が選択する圧縮機オンオフ設定手段（２８）と、
所望の車室内温度を乗員が設定する温度設定手段（２２）と、
車室内に侵入する日射量を検出する日射センサ（２５）と、
前記温度設定手段で設定された車室内目標温度及び前記日射センサで検出した日射量を含む車両の環境情報に基づいて、車室内に吹き出す空気の目標吹出温度（ＴＡＯ）を演算する目標吹出温度算出手段（Ｓ４）と、
前記目標吹出温度に基づいて前記送風機の送風量を求める送風量算出手段（Ｓ５６）と、
吹出モードとして、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、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、および、他の吹き出しモードを設定可能な吹出モード設定手段（Ｓ７）と、
前記圧縮機オンオフ設定手段にて前記圧縮機の運転が許可され、前記目標吹出温度が、前記送風量算出手段にて前記送風機の送風量を求めた場合に前記送風機の送風量が最小となる所定範囲にあり、前記吹出モード設定手段にて前記フェイスモードおよび前記バイレベルモードのいずれかが設定され、且つ、前記日射センサで検出した日射量が所定値以下のときに、前記送風量算出手段にて前記送風機の送風量を求めた場合の最小送風量よりも低風量に送風量を設定する低送風量設定手段（Ｓ５１〜５５、５７、５８）とを備えることを特徴とする車両用空調装置。
前記低送風量設定手段は、車両のライトの点灯を検出するライト点灯検出手段（Ｓ５７）を備え、前記ライト点灯検出手段にて前記車両のライトの点灯が検出されたときに、前記送風機の送風量を低風量に設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。
前記低送風量設定手段は、車両の後席に乗員が着座しているか否かを判定する後席着座判定手段（Ｓ５８）を備え、前記後席着座判定手段にて車両の後席に乗員が着座していないと判定されたときに、前記送風機の送風量を低風量に設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。