JPH0127889B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車車室内の空気の温度調節機能を
有する自動車用空調装置（カーエアコン）に関す
る。

自動車は、普通乗用車のように空調すべき居住
空間＝車室が狭い場合においても、乗員の好み
や、日射の影響などのために、各座席付近（空調
ゾーン）で要求される快適温度の値あるいは現実
の温度値が大きく異なることが知られている。こ
のため、各座席における空調の効果を独立に変化
させたり、あるいは片寄らせたりする装置が提案
されている。

最も簡単な例の１つは、１つの空調ユニツト内
で空調された空気を車室内の各部分に臨んで配置
した複数の空気吹出口へ導く通風ダクト内に、分
配弁を設け、各空気吹出口から車室内の各部分に
吹出させる空気の配分を片寄らせるものである。

しかるにこの方法によると、車室の各部分での
空気流量の大小が、各部分の温度の差をもたらす
とは言え、乗員が感じる空調フイーリングは空気
流量によつても変わるためめ、空気流量を大幅に
片寄らせることは好ましくない、従つて各部分の
温度を均一にし、または充分に大きい温度差をも
たらすことは困難である。分配弁の代わりに、各
空気吹出口に電動送風機を配置し、それらの空気
導出能力を加減する場合、あるいは各空気吹出口
に吹出方向調整フインを設け、フインの角度を変
化する場合も同様で、乗員の空調フイーリングを
損うことなく良好な温度調節をすることは困難で
ある。

こうした空気流量の分配を変えるものと異なつ
て、車室内の各部分に対応して各々温度調節ユニ
ツトを設けることも知られている。最もよく知ら
れた例は、車室の前部に配置され、主に前席周辺
に対して空調を行なうメイン空調ユニツトと、車
室の後部に配置され主に後席周辺に対して空調を
行なうリヤ空調ユニツトとを備えた、いわゆるデ
ユアル・エアコンである。

しかし、このようにすると送風機や熱交換器な
どの構成部品が別に必要となり、構造の複雑化と
価格の上昇を招く。

本発明は上記点に鑑み、車室の複数部分に対し
て異なつた温度の吹出空気を供給できる一体型の
自動車用空気調和装置を提供することを目的とす
る。

以上本発明を図面に示す実施例に基づいて説明
する。第１図は曲型的な４人乗り自動車における
空調ゾーンの配置を示すもので、前席右席の周辺
を第１の空調ゾーンＺ１とし、前席右席の周辺を
第２の空調ゾーンＺ２としてある。また、後席の
右側周辺を第３の空調ゾーンＺ３とし、後席の左
側周辺を第４の空調ゾーンＺ４としてある。

第２図は本発明になる自動車用空調装置の構成
を示すもので、符号１０は最終的に一体に組み付
けられた空調装置の通風ユニツトを示し、この通
風ユニツトは、空気の取入部、空気圧送部、空気
温度調節部、および車室への空気吹出の分配部を
一体として有する。ユニツトの最上流端１１は、
図示してないが公知の内外気取入選択箱に接続し
てあり、乗員の手動操作によつて車室外空気の導
入または車室内空気の循環取入が選択される。

ユニツト内には空気圧送用の電動式の送風フア
ン１２が設けられ、図示してないが公知の電流切
り換え回路部と電気的に接続してあり、乗員の手
動操作によつてユニツト１０内を車室に向かつて
流れる空気流量を調節可能としてある。この空気
の温度を調節するための空気温度調節部は、冷却
用熱交換器としてのエバポレータ１３、加熱用熱
交換器（加熱器）としての温水ヒータ１４および
温度調節ダンパ１５から構成される。エバポレー
タ１３は車載エンジンによつて駆動される公知の
冷媒循環型冷凍サイクルの一要素として使用され
ており、ユニツト内への取入空気をここで一旦冷
却する。

温水ヒータ１４は、車載エンジンの冷却水をウ
オータポンプによつて循環する配管の経路に設け
てあり、エバポレータ１３によつて一旦冷均され
た空気をここで再加熱する。

温度調節ダンパ１５は図示しないが各々適当な
リンク機構を介して車室の操作レバーと連結して
あり、乗員の手動操作によつて任意の位置を調節
可能としてある。従つて、通風ユニツト１０にお
いて、温調された空気があつまるエアミツクスチ
ヤンバー１６では、その空気温度が温度調節ダン
パ１５の位置によつて決定される。エアミツクス
チヤンバー１６の下流には、温調された空気をい
わゆるベント吹出部１７、ヒータ吹出部１８へ分
岐する第１の吹出口モード切換ダンパ１９が設け
てある。ヒータ吹出部１８は更に足元吹出口２
０、前部窓（テフロスタ）吹出口２１へ分岐させ
られるべく、第２の吹出口モード切換ダンパ２２
を有する。ベント吹出部１７は第１図に示した４
つの空調ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４に通じる
空気吹出口２３，２４，２５，２６に分岐されて
いる。更にこれら空気吹出口２３〜２６には、冷
却器１３と温度調節ダンパ１５との間の通風ユニ
ツト１０から分岐された温度制御補助ダクト２７
から、それぞれ分岐された分岐ダクト２８，２
９，３０，３１が連通されており、かつその連通
を制御するための分配弁３２，３３，３４，３５
が分岐ダクト２８〜３１と併設されている。

分配弁３２〜３５は、図示しないが各々適当な
リンク機構を介して車室の操作レバーと連結して
あり、乗員の手動操作によつて図示する実線、ま
たは破線の位置を個別に選択可能としてある。

上述した構成になる自動車用空調装置の全体的
な作用について次に説明する。

通風ユニツト１０における送風フアン１２、冷
却器１３、加熱器１４および温度調節ダンパ１
５、吹出口モード切換ダンパ１６，２２は従来の
ものと同じである。従来と異なる点は、ベント吹
出口１７を４つの空調ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３，
Ｚ４を制御する吹出口２３，２４，２５，２６に
分岐し、かつ各吹出口から、エアミツクスチヤン
バ１６にて制御された温度よりも低い温度の空気
をその時の走行条件、乗員の好みなどによつて４
つのゾーンに全く独立に吹出させるようにしたこ
とである。たとえば、いま運転席の乗員のみがや
や暑さを感じ、その時の空調状態よりもやや低目
の空気がほしい時には、分配弁２８を実線に示す
如く開放することにより、冷却器１３で得られた
冷風の一部を吹出口２３へ、送風させることによ
り運転席であるＺ１ゾーンのみ他の３つのゾーン
にくらべてやや低目の温度に温度制御が可能とな
る。Ｚ１ゾーン以外の他の空調ゾーンについても
このことが可能である。

なお、分配弁３２〜３５に開度を連続調節でき
るものを採用すれば、各空気吹出口において微量
温度調節が可能である。

次に上記構成より成る空調装置の制御を自動的
に行なえるようにした制御方法について第３図以
降に説明する。

第３図はこれまで述べた空調装置のうち本発明
の目的とするゾーンＺ１〜Ｚ４を独立して自動温
調するに必要な電気装置のみについて、その内容
を示したもので空調ユニツト１０は第２図にくら
べて図示を一部省略した。

ダンパ１５，１９および分配弁３２，３３，３
４，３５にはそれぞれの位置を電気信号で移動さ
せるため、電気−機械変換器４０，４１，４２，
４３，４４，４５が設けてある。この電気−機械
変換器４０〜４５はサーボモータや負圧作動器な
どの動力部と機械的リンク機構とから構成され
る。

次に制御条件信号の入力から上記に各電気−機
械変換器に対する制御出力信号の出力までを自動
的に行う電気制御装置について説明する。まず入
力要素は、４つの空調ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３，
Ｚ４の温度を独立して検出するために各空調ゾー
ンに設置した、温度検出器５０−１，５０−２，
５０−３，５０−４を含む。第１の空調ゾーンＺ
１および第２の空調ゾーンＺ２に各々設置する温
度検出器５０−１，５０−２は、車両ダツシユパ
ネルの直射日光を受け難い場所に配置され、第３
の空調ゾーンＺ３および第４の空調ゾーンＺ４に
各々設置する温度検出器５０−３，５０−４は、
前席シートの背面の直射日光を受け難い場所に配
置される。各温度検出器は雰囲気温度に依存した
抵抗値を示す感温抵抗素子が使用され、これに所
定の電流を流してその端子に生じる信号電圧を検
出信号とするものである。

また、入力要素は、４つの空調ゾーンＺ１，Ｚ
２，Ｚ３，Ｚ４の温度を独立して設定するために
各空調ゾーンに設置した、温度設定器６０−１，
６０−２，６０−３，６０−４を含む。各温度検
出器は各々上記温度検出器の近傍に配置される。
これら温度設定器は乗員の意志に従つて、出力さ
れる信号電圧が変化されるものでよく、例えば可
変抵抗器を使用し、これに所定の電流を流してそ
の端子に生じる信号電圧を設定信号とするもので
ある。

車室の熱負荷に影響を及ぼす外乱信号を検出す
るため、入力要素として車室外温度検出器４６、
および日射検出器４７がさらに設けられる。車室
外温度検出器４６は雰囲気温度に依存した抵抗値
を示す感温抵抗素子が使用され、また日射検出器
４７は雰囲気温度に依存した抵抗値を示す感温抵
抗素子が使用されるが、特に車室内の直射日光を
受ける位置（車両ダツシユパネルやリヤトレイの
上面など）に設置される。各空調ゾーンの温度制
御制度を一層高めるためには、各空調ゾーン毎に
及ぼす日射の熱影響を個別に直接に検出すること
が望ましいが、この実施例では各空調ゾーン毎の
現実の温度を各々温度検出器で検出することで、
多少の応答遅れは有するが日射の熱影響に個別に
応答することができるようにしている。なお、日
射検出器４７として、車両ダツシユパネルおよび
リヤトレイの各上面に各々１つの感温抵抗素子を
設置して、それらを直列接続して用いることがで
きる。

以上の入力要素５０，６０，４６，４７から発
生される個々の信号電圧はデジタル処理に供する
ため、アナログ−デジタル変換回路４８で逐次２
進コードに変換される。このアナログ−デジタル
変換回路４８は外部端子に印加される制御信号に
応答して動作するものが使用され、複数の入力要
素、５０，６０，４６，４７から個別入力端子に
付与される信号の中から１つを選択的にゲートす
るマルチプレクサと、ゲートされた１つの（アナ
ログ）信号電圧を２進コードに変換する変換部と
を備えたものである。

乗員によつて装置の動作を指令するための入力
要素として、複数個のスイツチ素子を配列したス
イツチパネル４９が設けてある。複数個のスイツ
チ素子の中には、装置を自動モードで作動させる
命令信号を発生するスイツチ素子、および前記の
各分配弁の位置を動かすための電気−機械変換器
４１，４２，４３，４４，４５に対して、各々選
択し得る位置を指令する命令信号を発生するスイ
ツチ素子群、および前記温度調節ダンパ１５の位
置をスイツチ操作時間だけ任意の方向（冷房側ま
たは暖房側）に移動し続けさせる命令信号を発生
するスイツチ素子群を含む。

従つて、前者のスイツチ素子を操作しない場合
においては、後２者のスイツチ素子群を操作する
ことにより、第１の実施例（第２図参照）で説明
したのと同様に、装置を手動で任意の状態に作動
させることができる。

デジタルコンピユータ５０が入力要素と通風ユ
ニツト１０内の各稼動部材との作用的結合をなす
ため用意されている。デジタルコンピユータ５０
は、予め設定した制御プログラムを記憶している
内蔵プログラムメモリ（ROM）よりその制御プ
ログラムを単位命令毎に遂次読み出して演算処理
部（CPU）がその単位命令を実行してゆくよう
に構成された、いわゆるマイクロコンピユータが
適用される。このコンピユータ５０は演算処理過
程でデータの一時保持をする読み出し書き込み可
能メモリ（RAM）や外部装置とのデータの授受
をするための入出力制御回路（Ｉ／Ｏ）、さらに
各内部素子間の作動調整並びにデータの授受を行
なうための付帯回路を一体的にもつている。

デジタルコンピユータ５０は制御プログラムに
従つて各入力要素からの信号を順次受け取つて一
時メモリ（RAM）に一旦記憶する。引き続きこ
の一時記憶データに関する所要の演算処理をな
し、その結果得られる結果信号を複数の外部出力
端子のうちプログラムによつて指定する端子に生
じる。一連の処理サイクルを終えると再び処理サ
イクルをくり返す。

デジタルコンピユータ５０の外部端子に生じる
信号は前記の各電気−機械変換器４０，４１，４
２，４３，４４，４５の各々の制御出力信号を意
味する。この制御出力信号には、温度調節ダンパ
１５の位置を制御する第１の信号Ａと、空気通路
選択のための分配弁３２，３３，３４，３５の位
置を制御する第２の信号群Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとが含
まれ、また他の分配ダンパ１９の位置を制御する
ための信号Ｆが含まれている。さらに温度調節ダ
ンパ１５に対する温度調節指令に伴つて送風フア
ン１２の送風能力を変化させるための制御信号Ｇ
が含まれる。

コンピユータ５０から発生された各出力信号Ａ
〜Ｆは各々変換装置５１ａ〜５１ｆに与えられ、
この変換装置より各々の電気−機械変換器に駆動
電気信号が印加される。

これらの電気−機械変換装置はコンピユータ５
０からの位置決めのためのデジタル値信号として
与えられる制御信号Ａ〜Ｆをアナログ信号に変換
するＤ／Ａ変換回路とその変換出力で動作するサ
ーボ増幅回路とから構成される。後者の変換装置
においては、電気−機械変換器の出力ロツドの位
置を検出するフイードバツク用位置センサを必要
に応じて備えてもよい。

第４図はデジタルコンピユータ５０に予め設定
された制御プログラムの流れを示すものであつ
て、この自動装置の作動の過程を意味している。
制御プログラムをその要点毎に符号を付して以下
に説明する。

デジタルコンピユータ５０は主スイツチの投入
時に制御プログラムを初期番地命令から実行開始
し、はじめにスイツチパネル４９の各スイツチ素
子の操作状態をチエツクし、装置を自動モードで
作動させる第１のスイツチ素子が操作されるか、
または装置の各要素を手動モードで作動させる他
のスイツチ素子群が操作されてないときは、第４
図に示す制御プログラムを一定の時間間隔でステ
ツプ100から実行する。

デジタルコンピユータ５０はまず、信号入力ス
テツプ101において、各入力要素からの信号を受
取り一時記憶メモリに記憶する。この段階におい
て、デジタルコンピユータ５０はアナログ−デジ
タル変換回路４８に対し入力要素の信号電圧の１
つを選択する命令、およびその信号電圧をデジタ
ル値（２進コード信号）に変換させる命令を発生
して、変換後のデジタル値信号を受け取る。ここ
で、各空調ゾーンに配置された温度検出器５０−
１〜５０−４から得る温度データをTr₁，Tr₂，
Tr₃，Tr₄とし、同じく温度設定器６０−１〜６
０−４から得る設定温度データをTset1、Tset2、
Tset3、Tset4とし、車室外温度検出器４６から
得る外気温度データをTamとし、日射検出器４
７から得る日射データをTsとして各々一時記憶
メモリの所定割当番地に記憶する。なお、詳述は
しないが、これら各データの安定性を確保するた
め、各データについて常に最新数回分の平均値を
計算しておくことが望ましい。

平均値計算ステツプ102では、各空調ゾーンの
実測温度および設定温度の各平均値を算出し、車
室内の平均室温を示すデータTr、平均設定温度
を示すデータTsetとして各々一時記憶メモリの
所定割当番地に記憶する。

調節温度計算ステツプ103では、車室内各空調
ゾーンの平均温度Trを空調ゾーンの平均設定温
度を示すデータTsetに接近させ、維持するのに
必要な通風ユニツト１０からの平均吹出空気温度
Taを、計算する。計算は車両、空調ユニツトな
どの構成によつて決まる定数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ
に基づく関数式にしたがつてなされる。

また、送風フアン１２の送風能力を温度調節に
連動して変えるために、算出した平均吹出空気温
度Taのデータと平均室温のデータTrとの差に対
応した関数式で送風フアン１２に与える電圧を示
すデータVaを計算する。このデータVaは、第５
図に図式化したように、差データ（Ta−Tr）に
対応して所定の関数式あるいはプログラムメモリ
を用いたマツプ参照方式を用いることによつて得
られる。

次にステツプ104において、各空調ゾーンＺ１
〜Ｚ４において、各々設定温度Tseti（ｉは１、
２、３、４）を得るために各々第１〜第４の空気
吹出口２３〜２６から放出すべき空気温度Tai
を、個別に計算する。こうして算出された各必要
吹出空気温度の４つのデータをTa１〜Ta４を用
いて次のステツプ105では平均吹出空気温度Taと
各必要吹出空気温度Taiとの差αiを各々計算す
る。

ステツプ106において、まず第１ゾーンでの値
α₁と、あらかじめ定めた値δ（たとえば３℃）と
の大小を判定し、α₁が小さい時はステツプ107、
大きい時はステツプ108へすすむ。ステツプ107で
は、α₁がδより小さい、即ちゾーンＺ１の必要吹
出空気温度Ta₁と平均吹出空気温度Taとの差が
小さいので、つまり温度補正する必要がないので
分配弁３２を閉とすべく、変換装置４２に閉信号
を与える。しかしてα₁がδより大きい時は、温度
補正の必要があるので、分配弁３２を閉とすべく
変換装置４２に開信号を与える。

次に、ステツプ109にて第２ゾーンの判定を行
ない以下、順次、第３ゾーン、第４ゾーンのそれ
ぞれ判定と信号指令を行なう。

いま装置のこの作動を理解し易くするために、
車室の右斜め前方から日射が射し込んでおり、各
空調ゾーンの設定温度が同一値である場合につい
て説明する。この日射の各空調ゾーンに及ぼす熱
的影響のために、各空調ゾーンにおいては、各現
実の温度Tr１〜Tr４を目標設定温度に調節する
ための必要吹出空気温度Ta１〜Ta４の値も異な
つてくる。

今たとえばそれらの値がTa1〜４＝20、26、
27、27とすると、平均値Ta＝25のため、αiのう
ちα₁のみδ（＝３）より大きくなる。即ち分配弁
３２のみ開、分配弁３３，３４，３５は閉とな
る。こうして第１ゾーンＺ１のみ温度が補正され
ることにより、車室内の各空調ゾーンの温度は、
外部からの熱負荷の影響が異なる場合であつて
も、所望された設定温度に接近し維持されるよう
に遂次調節される。

日射方向が変化したり、乗員の好みがかわり設
定温度がかわる場合においても、この装置は、各
設定温度を満足していくように吹出空気通路の選
択と温度調節とを関連して制御するのである。

以上、本発明の詳細な実施例ならびにその周辺
技術について説明したが、本発明はそのことのみ
に限定されるものではなく、以下に掲げるような
変形実施をも可とするものである。

(1) 上部吹出口（VENT）を４つのゾーン制御
用としてそれぞれ異なつた温度を得るようにし
たが、足元吹出口２０を４つに分割して同様の
制御を行なわせてもよい。この場合第６図図示
のごとく、上部吹出口と足元吹出口を共に４つ
に分割させるような装置としてもよい。

(2) 冷却器を配置したものについて説明したが、
本発明は補助ダクト２７を用いた複数空調ゾー
ンに対する温度調節を第１の特徴とするもので
あり、冷却器なしに温度調節を行なう場合にも
本発明を適用できる。

(3) 乗員の着座をたとえばシートスイツチにより
検出し、乗員のいない空調ゾーンへの送風を停
止すべく各吹出口に吹出制御弁をもうけてもよ
い。

(4) 加熱器１４とエアミツクスダンパ１５との組
合せからなる温度調節装置の代わりに、通路を
横断配置した加熱器とその温水流量を連続調節
する調節弁との組合せを用いることができる。

(5) 自動制御装置において、温度設定器６０−１
〜６０−４は各空調ゾーン毎に独立して温度を
与える１つの温度設定器だけ配置してもよい。
この場合、装置は先に説明したように、各空調
ゾーンに異なつた大きさの熱外乱が影響して
も、各空調ゾーンの温度を共通の設定温度に維
持するべく、各空調ゾーンへの吹出空気の温度
を自動調節する。

(6) 各空調ゾーンへの各熱外乱に対してより忠実
に（精度よく、速やかに）設定温度を維持する
ためには、各空調ゾーンにおける日射の大きさ
を別々に検出することが望ましく、各空調ゾー
ンの要求吹出空気温度の算出に際しそれぞれの
日射データを使用するとよい。

(7) 逆に忠実性をそれほど必要としない場合は、
日射センサを設けないか、各温度検出器５０−
１〜５０−４を日射が若干作用する位置に取り
付けることだけでもよい。

以上述べたように本発明によると、温度調節手
段より上流の空気を複数の補助ダクトによつて複
数の吹出装置に導入し、この補助ダクトからの空
気と温度調節手段からの空気との混合比を混合手
段によつて調節するという簡単な空調ユニツトを
用いて、複数の吹出装置から吹出される空気の温
度を各々所望の温度にすることができ、吹出装置
毎の温度差調節を行うことができる。このため、
ヒータコアとエアミツクスダンパとからなるエア
ミツクスユニツトを複数設けることなく、簡単な
装置で車室内の各所に温度差を与えることがで
き、車室内各所のそれぞれを快適な空調フイーリ
ングにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明に供する空調ゾーンの配
置図、第２図は本発明の実施例を示す空調ユニツ
トの構成図、第３図は自動制御装置として構成し
た本発明の実施例を一部を電気ブロツク線図で示
す構成図、第４図は第３図中デジタルコンピユー
タ５０の制御を説明するフローチヤート、第５図
はデジタルコンピユータ５０による送風フアン制
御を説明する特性図、第６図は本発明の別の実施
例を示す空調ユニツトの構成図をそれぞれ示す。 １２……送風機、１３……冷却器、１４……加
熱器、１５……温度調節ダンパ、２７……温度制
御補助ダクト、２８，２９，３０，３１……分岐
ダクト、３２，３３，３４，３５……分配弁、５
０……デジタルコンピユータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下流が車室に連通する通風ダクトと、 前記通風ダクトに配設され、通風空気を加熱器
   により温度調節する温度調節手段と、 該温度調節手段により温度調節された空気を車
   室内の各所に分配して吹出す複数の吹出装置と、 前記温度調節手段より上流の空気を前記複数の
   吹出装置に導入する複数の補助ダクトと、 前記複数の補助ダクトに設けられ、前記温度調
   節手段を経て前記吹出装置に導入される空気と、
   前記補助ダクトを経て前記吹出装置に導入される
   空気との混合比を調節する混合手段と、 前記複数の吹出装置の各々から吹出される空気
   の目標温度を決定する決定手段と、 この決定手段で決定された目標温度と前記温度
   調節手段で温度調節された空気の温度との差に基
   づいて、前記混合手段の混合比を制御する制御手
   段と、 を備えることを特徴とする自動車用空気調和装
   置。