JP7363721B2

JP7363721B2 - 車両用空調制御装置

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Publication number: JP7363721B2
Application number: JP2020145161A
Authority: JP
Inventors: 優星野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2023-10-18
Anticipated expiration: 2040-08-31
Also published as: JP2022040438A; CN114103585A

Description

本発明は、車室内空調用の空調装置を制御する車両用空調制御装置に関する。

特開２０１８－０９９９３７号公報は、粉塵除去モード時に、車室内の粉塵を低減するため、ブロアを制御して車室内に吹き出される風量を最大値に上昇させる技術を開示している。

上記公報開示の技術によれば、風量を大にするほうがエアコンフィルタで単位時間あたりに捕集できる粉塵量が多くなるため、粉塵を効果的に低減できる。

しかし、上記公報開示の技術には、つぎの問題点がある。
風量が多くなると、単位時間あたりに車室内に吹き出される空気の熱容量が増加するため、冷房又は暖房の使用中に吹出温が変動してしまう。具体的には、冷房使用中は吹出温が上昇し、暖房使用中は吹出温が低下してしまう。その結果、空調装置による快適性が悪化するおそれがある。

上記問題点を詳しく説明する。
熱容量は、「物体（この場合は風）の温度を１℃上げる／下げるために与え／奪わなければいけない熱量」であり、物性値である比熱と質量の積で決まる。そのため、風量が増加するということは、質量が増加するので、熱容量も増加する。よって、冷房の場合には、風量が増加すると、風の温度を下げるために奪わなければいけない熱量が増加するため、風から奪う熱量が一定だと吹出温が上がってしまう。また、暖房の場合には、風量が増加すると、風の温度を上げるために与えなければいけない熱量が増加するため、風に与える熱量が一定だと吹出温が下がってしまう。

特開２０１８－０９９９３７号公報

本発明の目的は、冷房又は暖房の使用中における粉塵除去モード時（車室内に吹き出される風量を上昇させる時）に吹出温が変動してしまうことを抑制できる、車両用空調制御装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）空調ユニットケース、該空調ユニットケース内を流れる空気に含まれる粉塵を捕集するエアコンフィルタ、前記空調ユニットケース内から車室内に吹き出される風量を調整するブロア、前記空調ユニットケース内を流れる空気を冷却するエバポレータ、前記空調ユニットケース内を流れる空気を加熱する室内コンデンサまたはヒータコアからなる加熱部、を有する車室内空調用の空調装置を制御する、車両用空調制御装置であって、
粉塵除去モード時に車室内に吹き出される風量を増加するように前記ブロアを制御しており、
前記粉塵除去モードが実行されると、車室内に吹き出される風量の増加に応じて、冷房時は前記エバポレータの目標温度を下げ、暖房時は前記加熱部にて前記空調ユニットケース内を流れる空気と熱交換する媒体の目標温度を上げることを特徴とする、車両用空調制御装置。
（２）前記粉塵除去モードが実行されると、車室内に吹き出される風量の増加に応じて、冷房時は前記エバポレータの目標温度を線形的に下げ、暖房時は前記加熱部にて前記空調ユニットケース内を流れる空気と熱交換する媒体の目標温度を線形的に上げる、（１）記載の車両用空調制御装置。

上記（１）の車両用空調制御装置によれば、つぎの効果を得ることができる。
（ａ）冷房時、粉塵除去モードが実行されて風量が増加すると、風の温度を下げるために奪わなければいけない熱量が増加する。ここで、本発明では、風量の増加に応じてエバポレータの目標温度を下げるため、風量の増加に応じて風から奪う熱量を増加させることができる。よって、吹出温の上昇を抑制することができる。
（ｂ）一方、暖房時には、粉塵除去モードが実行されて風量が増加すると、風の温度を上げるために与えなければいけない熱量が増加する。ここで、本発明では、風量の増加に応じて加熱部にて熱交換する媒体の目標温度を上げるため、風量の増加に応じて風に与える熱量を増加させることができる。よって、吹出温の低下を抑制することができる。
以上（ａ）、（ｂ）より、冷房又は暖房の使用中における粉塵除去モード時に、風量の増加に応じて吹出温が変動してしまうことを抑制できる。よって、空調装置による乗員の快適性を良好に保つことができる。

上記（２）の車両用空調制御装置によれば、つぎの効果を得ることができる。
冷房時、風量の増加に応じてエバポレータの目標温度を線形的に下げるため、風量が徐々に増加していくときにエバポレータの目標温度を徐々に下げることができる。よって、風量が徐々に増加していくときに吹出温が上昇することを抑制できる。
一方、暖房時、風量の増加に応じて加熱部にて熱交換する媒体の目標温度を線形的に上げるため、風量が徐々に増加していくときに加熱部にて熱交換する媒体の目標温度を徐々に上げることができる。よって、風量が徐々に増加していくときに吹出温が低下することを抑制できる。
以上より、冷房又は暖房の使用中における粉塵除去モード時に、風量が徐々に増加していくときに吹出温が変動してしまうことを抑制できる。よって、空調装置による乗員の快適性を良好に保つことができる。

本発明実施例１の車両用空調制御装置と該制御装置によって制御される空調装置を示すブロック図である。ただし、本図は、本発明実施例２にも適用可能である。本発明実施例１の車両用空調制御装置によって制御される空調装置の概略構成図である。本発明実施例１の車両用空調制御装置の制御ルーチンを示すフローチャートである。本発明実施例１の車両用空調制御装置における、冷房時の制御を示す図である。ただし、本図は、本発明実施例２にも適用可能である。本発明実施例１の車両用空調制御装置における、暖房時の制御を示す図である。ただし、本図は、本発明実施例２にも適用可能である。本発明実施例２の車両用空調制御装置によって制御される空調装置の概略構成図である。本発明実施例２の車両用空調制御装置の制御ルーチンを示すフローチャートである。

図１～図５は、本発明実施例１の車両用空調制御装置と該制御装置によって制御される空調装置を示しており、図６、図７は、本発明実施例２の車両用空調制御装置と該制御装置によって制御される空調装置を示している。ただし、図１、図４、図５は、本発明実施例２にも適用可能である。本発明全実施例に共通する部分には、本発明全実施例にわたって同じ符号を付してある。

まず、本発明全実施例にわたって共通する部分を説明する。
本発明実施例の車両用空調制御装置（以下、単に制御装置ともいう）１０によって制御される空調装置２０は、車室内空調用の空調装置である。空調装置２０は、図２または図６に示すように、空調ユニットケース２１と、エアコンフィルタ２２と、ブロア２３と、エバポレータ２４と、加熱部２５と、エアミックスドア２６と、を有する。

空調ユニットケース２１は、空調ダクトといってもよい。空調ユニットケース２１は、内部に、車室内を空調するための空調用空気が流れる通風路２１ａを有する。空調ユニットケース２１は、ケース２１の外部から通風路２１ａに車室外の空気を取り込む外気吸込口（図示略）と車室内の空気を取り込む内気吸込口（図示略）を有するとともに、通風路２１ａの空気を車室内に吹き出す吹出口２１ｂを有する。

外気吸込口と内気吸込口は、空調ユニットケース２１に設けられる切替ドア２１ｃにて開閉可能とされている。切替ドア２１ｃが内気吸込口を閉塞する際には、外気吸込口が開放されて外気吸込口から空気が通風路２１ａに取り込まれる。切替ドア２１ｃが外気吸込口を閉塞する際には、内気吸込口が開放されて内気吸込口から空気が通風路２１ａに取り込まれる。

エアコンフィルタ２２は、空調ユニットケース２１内で切替ドア２１ｃの空気流れ方向下流側に配置されている。通風路２１ａに取り込まれる空気がエアコンフィルタ２２を通過する。これにより、通風路２１ａに取り込まれる空気に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matters）等の粉塵が除去される。

ブロア（送風機）２３は、空調ユニットケース２１内でエアコンフィルタ２２の空気流れ方向下流側に配置されている。ブロア２３は、電力の供給を受けて作動し、通風路２１ａの空気流れを発生させる。ブロア２３の作動量により、通風路２１ａを流れる空気量（風量）を調整可能である。

エバポレータ（蒸発器）２４は、空調ユニットケース２１内でブロア２３の空気流れ方向下流側に配置されている。エバポレータ２４は、その内部を流れる媒体（冷媒）と通風路２１ａの空気との間で熱交換することによって通風路２１ａの空気から熱を奪う（冷却する）。エバポレータ２４の内部および／または出口等には、温度センサＴ１が設けられており、エバポレータ２４の温度を検知可能となっている。

加熱部２５は、空調ユニットケース２１内でエバポレータ２４の空気流れ方向下流側に配置されている。加熱部２５は、その内部を流れる媒体（冷媒またはエンジン冷却水）と通風路２１ａの空気との間で熱交換することによって、通風路２１ａの空気に熱を与える（加熱する）。加熱部２５の内部および／または出口等には、温度センサＴ２が設けられており、加熱部２５を流れる媒体の温度を検知可能となっている。

エアミックスドア２６は、空調ユニットケース２１内でエバポレータ２４の空気流れ方向下流側で加熱部２５の空気流れ方向上流側に配置されている。エアミックスドア２６は、冷房時の位置である全閉位置２６ａと、暖房時の位置である全開位置２６ｂとの間で移動可能である。エアミックスドア２６により、加熱部２５を流れる空気量（風量）と、加熱部２５を迂回する空気量（風量）との割合を変更可能である。

図１に示すように、制御装置（エアコンＥＣＵ）１０は、空調装置２０を制御する。制御装置１０は、空調装置２０、粉塵センサ６０および粉塵除去指示ボタン６１と電気的に接続されている。

粉塵センサ６０は、空調ユニットケース２１内に配置されており、空調ユニットケース２１内の粉塵濃度を検知可能である。粉塵センサ６０からの信号（情報）は、制御装置１０に入力される。また、粉塵センサ６０に基づく粉塵濃度は、車両のインストルメントパネル部位等に設けられる粉塵濃度計６２に表示されるようになっている。

粉塵除去指示ボタン６１は、車両の乗員により操作される。このボタン６１が操作されると、その信号（情報）が制御装置１０に入力される。

制御装置１０は、粉塵除去指示ボタン６１が操作されたとき、粉塵除去モードが実行されたと判断し、空調装置２０から車室内に吹き出される風量を増加するようにブロア２３を制御する（ブロア２３のレベルを嵩上げする）。

制御装置１０は、粉塵除去モードが実行されると、車室内に吹き出される風量の増加に応じて、冷房時はエバポレータ２４の目標温度を下げ、暖房時は加熱部２５にて通風路２１ａの空気と熱交換する媒体の目標温度を上げる。より詳しくは、冷房時に粉塵除去モードが実行されると、制御装置１０は、図４に示すように、風量を増加させるために嵩上げされたブロア２３のレベルに応じて、エバポレータ２４の目標温度を線形的に下げるように制御する。なお、図４では、ブロア２３のレベルがＸＡからＸＢに嵩上げされるときに、エバポレータ２４の目標温度を線形的にＹＡからＹＢに下げる場合を示している。また、暖房時に粉塵除去モードが実行されると、制御装置１０は、図５に示すように、風量を増加させるために嵩上げされたブロア２３のレベルに応じて、加熱部２５を流れる媒体の目標温度を線形的に上げるように制御する。なお、図５では、ブロア２３のレベルがＸＡからＸＢに嵩上げされるときに、加熱部２５を流れる媒体の目標温度を線形的にＹＣからＹＤに上げる場合を示している。

つぎに、本発明全実施例にわたって共通する部分の作用、効果を説明する。
（Ａ）（ａ）冷房時、粉塵除去モードが実行されて風量が増加すると、風の温度を下げるために奪わなければいけない熱量が増加する。ここで、本発明実施例では、風量の増加に応じてエバポレータ２４の目標温度を下げるため、風量の増加に応じて風から奪う熱量を増加させることができる。よって、吹出温の上昇を抑制することができる。
（ｂ）一方、暖房時には、粉塵除去モードが実行されて風量が増加すると、風の温度を上げるために与えなければいけない熱量が増加する。ここで、本発明実施例では、風量の増加に応じて加熱部２５にて空気と熱交換する媒体の目標温度を上げるため、風量の増加に応じて風に与える熱量を増加させることができる。よって、吹出温の低下を抑制することができる。
以上（ａ）、（ｂ）より、冷房又は暖房の使用中における粉塵除去モード時に、風量の増加に応じて吹出温が変動してしまうことを抑制できる。よって、空調装置２０による乗員の快適性を良好に保つことができる。

（Ｂ）冷房時、風量の増加に応じてエバポレータ２４の目標温度を線形的に下げるため、風量が徐々に増加していくときにエバポレータ２４の目標温度を徐々に下げることができる。よって、風量が徐々に増加していくときに吹出温が上昇することを抑制できる。
一方、暖房時、風量の増加に応じて加熱部２５にて空気と熱交換する媒体の目標温度を線形的に上げるため、風量が徐々に増加していくときに加熱部２５にて空気と熱交換する媒体の目標温度を徐々に上げることができる。よって、風量が徐々に増加していくときに吹出温が低下することを抑制できる。
以上より、冷房又は暖房の使用中における粉塵除去モード時に、風量が徐々に増加していくときに吹出温が変動してしまうことを抑制できる。よって、空調装置２０による乗員の快適性を良好に保つことができる。

つぎに、本発明の各実施例に特有な部分を説明する。
〔実施例１〕（図１～図５）
本発明実施例１では、図２に示すように、空調装置２０のエバポレータ２４と加熱部２５が、ヒートポンプエアコンシステム（ヒートポンプエアコンサイクル）３０の一部を構成している。そして、加熱部２５が室内コンデンサ２５ａからなっている。ヒートポンプエアコンシステム３０は、空調装置２０の構成要素である。

ヒートポンプエアコンシステム３０は、特に限定されるものではないが、エンジン（内燃機関）を搭載していない車両、すなわち、ＥＶ（Electric Vehicle），ＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle）をはじめとする電動車両（電動車）に主に搭載される。

ヒートポンプエアコンシステム３０は、エバポレータ２４と加熱部２５（室内コンデンサ２５ａ）の他に、冷媒（媒体）を圧縮するコンプレッサ３１と、室外コンデンサ３２と、第１、第２の電磁弁３３、３４と、第１、第２の膨張弁３５，３６と、を有する。

コンプレッサ３１は、冷媒を圧縮させる。室外コンデンサ３２は、冷媒と、車室外空気（外気）との間で熱交換する。室外コンデンサ３２において、冷媒の温度が車室外空気温度よりも高い場合、冷媒は室外コンデンサ３２にて車室外へ放熱し、冷媒の温度が車室外空気温度よりも低い場合、冷媒は室外コンデンサ３２にて車室外から吸熱する。

第１の電磁弁３３は、冷媒の流れ方向でコンプレッサ３１より下流側で室外コンデンサ３２より上流側に配置される。より具体的には、第１の電磁弁３３は、加熱部２５（室内コンデンサ２５ａ）より下流側で室外コンデンサ３２より上流側に配置される。第１の電磁弁３３は、冷房運転時に開状態にあり、暖房運転時に閉状態にある。

第２の電磁弁３４は、冷媒の流れ方向で室外コンデンサ３２より下流側でコンプレッサ３１より上流側に配置される。第２の電磁弁３４は、冷房運転時に閉状態にあり、暖房運転時に開状態にある。

第１の膨張弁３５は、冷媒の流れ方向で加熱部２５（室内コンデンサ２５ａ）より下流側で室外コンデンサ３２より上流側に配置される。第１の膨張弁３５には、第１の電磁弁３３が開状態にあるとき（冷房運転時）には冷媒が通過せず、第１の電磁弁３３が閉状態にあるとき（暖房運転時）に冷媒が通過する。

第２の膨張弁３６は、冷媒の流れ方向で室外コンデンサ３２より下流側でエバポレータ２４より上流側に配置される。第２の膨張弁３６には、第２の電磁弁３４が開状態にあるとき（暖房運転時）には冷媒が通過せず、第２の電磁弁３４が閉状態にあるとき（冷房運転時）に冷媒が通過する。

冷房運転時、第１の電磁弁３３が開状態にあり第２の電磁弁３４が閉状態にある。そのため、図２の黒矢印にて示すように、冷媒は、コンプレッサ３１、加熱部２５（室内コンデンサ２５ａ）、第１の電磁弁３３、室外コンデンサ３２、第２の膨張弁３６、エバポレータ２４の順に流れ、コンプレッサ３１に戻る。一方、暖房運転時、第１の電磁弁３３が閉状態にあり第２の電磁弁３４が開状態にある。そのため、図２の白矢印にて示すように、冷媒は、コンプレッサ３１、加熱部２５（室内コンデンサ２５ａ）、第１の膨張弁３５、室外コンデンサ３２、第２の電磁弁３４の順に流れ、コンプレッサ３１に戻る。

図３は、本発明実施例１の制御装置１０の制御ルーチンを示すフローチャートである。図３に示す制御ルーチンは、空調装置２０の作動中（冷房又は暖房の使用中）に所定時間間隔で行われる。

まず、ステップＳ１１で粉塵除去指示ボタン６１の操作が行われたか否かを判定する。ステップＳ１１で粉塵除去指示ボタン６１の操作が行われていないと判定した場合には、そのままエンドステップに進む。一方、ステップＳ１１で粉塵除去指示ボタン６１の操作が行われたと判定した場合には、粉塵除去モードが実行されたと判定してステップＳ１２に進み、車室内に吹き出される風量を増加するようにブロア２３を制御する信号を空調装置２０に出力してステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、空調装置２０が冷房運転中であるのか暖房運転中であるのか、が判定される。ステップＳ１３で空調装置２０が冷房運転中であると判定すると、ステップＳ１４に進み、嵩上げされたブロア２３のレベル、すなわち車室内に吹き出される風量の増加に応じて、エバポレータ２４の目標温度を下げるように制御する信号を空調装置２０に出力してエンドステップに進む。なお、エバポレータ２４の目標温度の変更は、たとえばコンプレッサ３１の出力を上げることにより実行可能である。

一方、ステップＳ１３で空調装置２０が暖房運転中であると判定すると、ステップＳ１５に進み、嵩上げされたブロア２３のレベル、すなわち車室内に吹き出される風量の増加に応じて、加熱部２５（室内コンデンサ２５ａ）を流れる冷媒（媒体）の目標温度を上げるように制御する信号を空調装置２０に出力してエンドステップに進む。なお、室内コンデンサ２５ａを流れる冷媒（媒体）の目標温度の変更は、たとえばコンプレッサ３１の出力を上げることにより実行可能である。

本発明実施例１によれば、空調装置２０のエバポレータ２４と加熱部２５がヒートポンプエアコンシステム３０の一部を構成している場合であっても、本発明全実施例にわたって共通する部分の作用、効果を得ることができる。

〔実施例２〕（図６、図７）
本発明実施例２では、図６に示すように、空調装置２０のエバポレータ２４と加熱部２５は、ヒートポンプエアコンシステムの一部を構成していない。そして、加熱部２５がヒータコア２５ｂからなっている。

ヒートポンプエアコンシステムを搭載していない車両は、特に限定されるものではないが、エンジン（内燃機関）を搭載している車両、すなわち、ガソリン車やＨＶ（Hybrid Vehicle）車である。

エバポレータ２４は、冷凍サイクル４０の構成要素である。冷凍サイクル４０は、空調装置２０の構成要素である。冷凍サイクル４０は、エバポレータ２４に加えて、冷媒（媒体）を圧縮するコンプレッサ４１と、コンデンサ４２と、膨張弁４３と、を有する。

コンデンサ４２は、冷媒（媒体）の流れ方向で、コンプレッサ４１の下流側に配置されている。コンデンサ４２は、コンプレッサ４１で高温、高圧になった冷媒と車室外空気（外気）との間で熱交換し、冷媒を冷却させる。膨張弁４３は、冷媒の流れ方向で、コンデンサ４２の下流側でエバポレータ２４の上流側に配置されている。冷房運転時、図６の黒矢印にて示すように、冷媒は、コンプレッサ４１、コンデンサ４２、膨張弁４３、エバポレータ２４の順に流れ、コンプレッサ４１に戻る。

加熱部２５は、エンジン冷却水経路５０の一部に配置されるヒータコア２５ｂからなる。エンジン冷却水経路５０は、空調装置２０の構成要素である。エンジン冷却水経路５０を流れるエンジン冷却水（媒体）は、エンジン５１と加熱部２５（ヒータコア２５ｂ）との間を循環している。加熱部２５（ヒータコア２５ｂ）は、内部を流れるエンジン冷却水を熱源として、通風路２１ａを流れる空気を加熱する。

エンジン冷却水経路５０には、加熱部２５（ヒータコア２５ｂ）、エンジン５１の他に、ウォータポンプ５２と、エンジン冷却水の熱を放熱するラジエータ５３と、サーモスタット５４と、が配置されている。

サーモスタット５４は、エンジン冷却水経路５０を流れるエンジン冷却水の温度に応じて、エンジン冷却水の経路を切り替える。具体的には、エンジン冷却水の温度が比較的高い場合、サーモスタット５４が開となり、エンジン冷却水がラジエータ５３を通る。一方、エンジン冷却水の温度が比較的低い場合、サーモスタット５４が閉となり、エンジン冷却水がラジエータ５３を通らないようになる。

図７は、本発明実施例２の制御装置１０の制御ルーチンを示すフローチャートである。図７に示す制御ルーチンは、空調装置２０の作動中（冷房又は暖房の使用中）に所定時間間隔で行われる。

まず、ステップＳ２１で粉塵除去指示ボタン６１の操作が行われたか否かを判定する。ステップＳ２１で粉塵除去指示ボタン６１の操作が行われていないと判定した場合には、そのままエンドステップに進む。一方、ステップＳ２１で粉塵除去指示ボタン６１の操作が行われたと判定した場合には、粉塵除去モードが実行されたと判定してステップＳ２２に進み、車室内に吹き出される風量を増加するようにブロア２３を制御する信号を空調装置２０に出力してステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、空調装置２０が冷房運転中であるのか暖房運転中であるのか、が判定される。ステップＳ２３で空調装置２０が冷房運転中であると判定すると、ステップＳ２４に進み、嵩上げされたブロア２３のレベル、すなわち車室内に吹き出される風量の増加に応じて、エバポレータ２４の目標温度を下げるように制御する信号を空調装置２０に出力してエンドステップに進む。なお、エバポレータ２４の目標温度の変更は、たとえばコンプレッサ３１の出力を上げることにより実行可能である。

一方、ステップＳ２３で空調装置２０が暖房運転中であると判定すると、ステップＳ２５に進み、嵩上げされたブロア２３のレベル、すなわち車室内に吹き出される風量の増加に応じて、加熱部（ヒータコア２５ｂ）を流れるエンジン冷却水（媒体）の目標温度を上げるように制御する信号を空調装置２０に出力してエンドステップに進む。なお、ヒータコア２５ｂを流れるエンジン冷却水（冷媒）の目標温度の変更は、たとえばサーモスタット５４の開閉の温度閾値を変更することにより実行可能である。

本発明実施例２によれば、空調装置２０のエバポレータ２４と加熱部２５がヒートポンプエアコンシステムの一部を構成していない場合であっても、本発明全実施例にわたって共通する部分の作用、効果を得ることができる。

１０車両用空調制御装置
２０空調装置
２１空調ユニットケース
２１ａ通風路
２２エアコンフィルタ
２３ブロア
２４エバポレータ
２５加熱部
２５ａ室内コンデンサ
２５ｂヒータコア
２６エアミックスドア
３０ヒートポンプエアコンシステム
４０冷凍サイクル
５０エンジン冷却水経路
６０粉塵センサ
６１粉塵除去指示ボタン
６２粉塵濃度計
Ｔ１，Ｔ２温度センサ

Claims

空調ユニットケース、該空調ユニットケース内を流れる空気に含まれる粉塵を捕集するエアコンフィルタ、前記空調ユニットケース内から車室内に吹き出される風量を調整するブロア、前記空調ユニットケース内を流れる空気を冷却するエバポレータ、前記空調ユニットケース内を流れる空気を加熱する室内コンデンサまたはヒータコアからなる加熱部、を有する車室内空調用の空調装置を制御する、車両用空調制御装置であって、
粉塵除去モード時に車室内に吹き出される風量を増加するように前記ブロアを制御しており、
前記粉塵除去モードが実行されると、車室内に吹き出される風量の増加に応じて、冷房時は前記エバポレータの目標温度を線形的に下げることを特徴とする、車両用空調制御装置。