JPH05139141A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 環境変化等に対応して過剰な温度変化がなく
速やかに送風温度を変更できるとともに、安定した動作
と確実な目標温度とを得る。 【構成】 目標吹出し温度の温度変化を検出し、温度変
化が基準温度差より小さい場合には、吹出し温度センサ
１６により検知される吹出し温度と目標吹出し温度との
偏差に基づいたフィードバック制御によりエアミックス
ダンパ６を制御し、温度変化が基準温度差より大きい場
合には、その温度変化に対応した移動量に応じてエアミ
ックスダンパ６を駆動する。目標吹出し温度が大きく変
化しても、速やかに吹出し空気の温度を変更でき、その
後、確実に目標吹出し温度に近づけることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷却手段によって冷却
された空気と加熱手段によって加熱された空気との混合
割合をダンパによって自動的に調節する空調装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車用の空調装置として、車
室内への送風量や吹出し温度を設定温度に応じて自動的
に調節する所謂オートエアコンでは、エバポレータによ
って一旦冷却除湿した空気をヒータコアによって加熱
し、このとき、ヒータコアを通過する空気量の割合がダ
ンパで調節される。特に、自動車においては、車室内の
温度は、外気温度、日射量の変化、ドアの開閉等の影響
を受けやすいため、車室内へ送られる空気の目標吹出し
温度は、設定温度、車室内温度、車外温度、日射量に基
づいて決定され、ダンパは、この目標吹出し温度が得ら
れる位置に駆動され、車室内へ送られる空気の温度を調
節している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、エバポレータ
あるいはヒータコアによって変化する温度は、ばらつき
等のために必ずしも一定ではないため、ダンパの位置を
目標吹出し温度に応じて制御するだけでは、実際の吹出
し温度を目標吹出し温度に一致させることはできない。
このため、車室内へ吹き出される空気の温度を温度セン
サによって検知して、この検知温度が目標吹出し温度と
一致するように、フィードバック制御によってダンパの
位置を制御することが考えられる。ところが、自動車の
場合には、上述のとおり、環境変化を受けやすく、それ
に伴う目標吹出し温度の急激な変化がある。これに対応
して、速やかにダンパ位置を変更して吹出し温度を変更
させるように応答の速さに重点を置くと、オーバーシュ
ート等の行き過ぎ量が大きくなり、安定性が不十分にな
りやすいとともに、その過剰な温度変化が乗員に不快感
を与えやすく、逆に、応答の速さを緩やかにして安定性
に重点を置くと、目標吹出し温度の変化に速やかに対応
することができず、実際の吹出し温度が目標吹出し温度
になかなか近づかず、車室内温度を快適な温度に維持で
きないという問題を生じる。

【０００４】本発明は、通常は吹出し温度変化の少ない
安定した動作が得られるとともに、環境変化等に対応し
て吹出し温度を大きく変更する必要がある場合には、過
剰な温度変化をすることなく速やかに吹出し温度を目標
の温度に近づけることができる空調装置を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、室内へ向かう
送風ダクト内に冷却手段と加熱手段とを配するととも
に、前記冷却手段によって冷却された空気と前記加熱手
段によって加熱された空気との混合割合を調節するダン
パと該ダンパの位置に応じて混合される混合空気の温度
を検知する温度検知手段とを設け、前記混合空気の目標
温度を決定する目標温度決定手段の目標温度と前記温度
検知手段の検知温度とに基づいて前記ダンパを制御する
空調装置において、前記目標温度の変化量を検出する温
度変化検出手段と、前記変化量に応じた前記ダンパの変
位量情報を有する変位量情報手段とを備え、前記変化量
が所定量以下の場合には、前記目標温度と前記検知温度
との偏差に応じて前記ダンパを移動させるフィードバッ
ク制御を行い、前記変化量が所定量を越える場合には、
該変化量に応じた前記変位量情報手段の変位量情報に応
じて前記ダンパを移動させるフィードフォワード制御を
行うことを技術的手段とする。

【０００６】

【作用】本発明では、目標温度の変化が小さい場合、あ
るいは変化しない場合には、目標温度と温度検知手段の
検知温度との偏差によるフィードバック制御によってダ
ンパが移動し、目標温度の変化が大きい場合には、その
変化量に応じた変位量情報に応じてダンパが移動する。
従って、フィードバック制御系を目標温度の急激な変化
に対応させる必要がないため、ダンパ移動の応答の速さ
を遅く設定しておくことができる。この結果、目標温度
の変化があまりない場合には、行き過ぎ量が小さくで
き、混合空気の温度変化が少ない安定した温度で送風を
行うことができるとともに、目標温度に確実に近づける
ことができる。また、環境の変化等で目標温度が大きく
変化した場合には、変位量情報に応じてダンパを移動さ
せることができるため、フィードバック制御の応答の速
さが遅くても、それに関係なくダンパを目標温度の変化
量に応じた変位量だけ速やかに移動させることができ
る。ここで、目標温度の変化量に対応した変位量は、例
えば、フィードバック制御においてダンパが位置すると
予想される位置よりも手前側で停止するように、試験等
において得られるデータを基にしてやや小さめの変位量
を設定しておくことによって、行き過ぎ量を確実になく
すことができる。この結果、目標温度が急激に変化して
も、混合空気の温度を新たな目標温度に速やかに近づけ
ることができ、その後は、フィードバック制御によっ
て、混合空気の温度を確実に目標温度に近づけることが
できる。

【０００７】

【発明の効果】本発明では、フィードバック制御の応答
の速さを遅く設定しておくことによって、目標温度が大
きく変化しない状態では、フィードバック制御による温
度変化の少ない安定した動作によって混合空気の温度を
目標温度に確実に近づけることができる。また、環境変
化等によって室内へ送られる混合空気の温度を速やかに
変更する必要が生じた場合には、フィードフォワード制
御によって混合空気の温度が速やかに変更されて目標温
度にある程度近づけられ、このとき目標温度の変化量に
応じたダンパの変位量情報を試験等によって適切に設定
しておくことによって、オーバーシュート等の行き過ぎ
量を無くすことができ、その後は、フィードバック制御
の安定した動作によって目標温度にさらに確実に近づけ
ることができる。

【０００８】

【実施例】次に本発明を自動車用の空調装置１の実施例
に基づいて説明する。図１に示す自動車用の空調装置１
は、車室１０へ送風を行うための送風ダクト２内にブロ
ワ３、エバポレータ４、ヒータコア５を順に配し、ヒー
タコア５のすぐ上流には、ヒータコア５を通過する空気
量を調節するためのエアミックスダンパ６が設けられて
いる。エバポレータ４は、車両搭載のエンジンに駆動さ
れる冷媒圧縮機、その他によって構成された図示しない
冷凍サイクルにおいて冷媒を気化させて、送風ダクト２
を通過する空気の冷却を行う。ヒータコア５は、エンジ
ンのウォータジャケットと接続されており、エンジンの
冷却水が必要に応じて循環されて、送風ダクト２を通過
する空気を加熱する。エアミックスダンパ６は、エバポ
レータ４によって冷却された空気のうちヒータコア５を
通過する空気量を調節して、車室１０へ送られる空気の
温度を目標吹出し温度Ｔｏに応じて調節するためのもの
で、その駆動のためにサーボモータ７が備えられてい
る。

【０００９】送風ダクト２の上流端には、外気と内気と
の切替えを行うための内外気切替えダンパ８が設けられ
ている。また、送風ダクト２の下流側には、車室１０内
の各所にそれぞれ吹出し口を有する複数の吹出しダクト
１１〜１４が送風ダクト２と連通して接続されていて、
各吹出しダクト１１〜１４内には、各吹出し口からの吹
出しを制御するためにそれぞれサーボモータによって駆
動されあるいは手動によって操作される開閉ダンパが備
えられている。

【００１０】以上の構成からなる空調装置１は、マイコ
ンを中心として構成された制御回路２０によって制御さ
れ、その制御のために、送風ダクト２内のエバポレータ
４にはフィン温度を検知するエバポレータセンサ１５
が、送風ダクト２内の吹出しダクト１１〜１４との接続
部付近には、エアミックスダンパ６により混合されて吹
出しダクト１１〜１４を介して車室１０内へ吹き出され
る吹出し空気の温度を検知する吹出し温度センサ１６が
備えられている。

【００１１】制御回路２０は、図２に示すとおり、目標
吹出し温度決定部（以下、Ｔｏ決定部という）２１、ブ
ロワ制御部２２、圧縮機制御部２３、温調制御部２４、
その他図示しない吸い込み口制御部、吹出し口制御部等
の各機能部からなり、車室１０内に設けられたコントロ
ールパネルに備えられた温度設定スイッチ３１、その他
の各操作スイッチの操作状態、車室１０内に設けられた
内気温度センサ３２、日射量を検知する日射センサ３
３、車室１０外に設けられた外気温度センサ３４、エン
ジンのウォータジャケットに備えられたエンジン水温セ
ンサ３５の各検知情報に応じて、内外気切替えの制御、
ブロワ３の送風量の制御、吹出し空気の温度の制御およ
び吹出し口の開閉制御を、使用者による細部の設定に応
じて制御するマニュアル制御動作と、温度設定スイッチ
３１による設定温度Ｔｓｅｔのみに応じて自動的に制御
する自動制御動作とのいずれかを行う。ここでは、使用
者により設定された設定温度Ｔｓｅｔのみに基づいて自
動的に制御を行う自動制御動作について説明する。

【００１２】Ｔｏ決定部２１は、温度設定スイッチ３１
による設定温度Ｔｓｅｔと、内気温度センサ３２、日射
センサ３３、外気温度センサ３４からの各検知情報に基
づいて、送風ダクト２から車室１０へ吹き出される空気
の目標吹出し温度Ｔｏをマイコンのプログラムにより与
えられる所定のサンプリング時間（周期θ）毎に繰り返
し決定するための機能部であり、目標吹出し温度Ｔｏ
は、次の数式１で決定される。

【００１３】

【数１】

【００１４】ここで、Ｔｒは内気温度センサ３２により
検知される内気温度、Ｔａｍは外気温度センサ３４によ
って検知される外気温度、Ｔｓは日射センサ３３により
検知される日射量であり、また、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａ
ｍ、Ｋｓはそれぞれ係数であり、Ｃは定数である。

【００１５】ブロワ制御部２２は、Ｔｏ決定部２１で決
定された目標吹出し温度Ｔｏに応じて、ブロワ３を駆動
するブロワモータへの供給電圧を変化させて風量を制御
する。ここでは、図３に示すとおり、目標吹出し温度Ｔ
ｏが、低い場合あるいは高い場合であって、車室１０内
を急速に冷却したりあるいは急速に暖房したりする必要
がある場合ほど、風量が大きくなるように制御する。

【００１６】圧縮機制御部２３は、エバポレータ４を含
む冷凍サイクルにおいて、冷媒を循環させる冷媒圧縮機
へエンジンの駆動力を伝達するための電磁クラッチ１７
の通電を制御するもので、冷媒圧縮機のオン状態とオフ
状態は、目標吹出し温度Ｔｏと外気温度センサ３４に検
知される外気温度Ｔａｍとに基づいて決められる。ま
た、エバポレータセンサ１５に検知される冷却温度Ｔｃ
に基づいて、エバポレータ４の氷結（フロスト）防止の
ための制御も行う。

【００１７】温調制御部２４は、吹出し空気の温度を目
標吹出し温度Ｔｏに応じた吹出し温度にするために、目
標吹出し温度Ｔｏと吹出し温度センサ１６に検知される
吹出し温度Ｔとに基づいて、エアミックスダンパ６を駆
動するサーボモータ７を制御する。ここでは、目標吹出
し温度Ｔｏと吹出し温度Ｔとの偏差Ｅに基づいてエアミ
ックスダンパ６の移動量を決定するＰＩＤ制御部２５に
よるフィードバック制御によって、吹出し空気の温度を
目標吹出し温度Ｔｏに一致させるが、特に、環境変化等
によって目標吹出し温度Ｔｏが大きく変化した場合に
も、吹出し空気の温度を速やかに目標吹出し温度Ｔｏに
近づけるために、マイコン内のプログラムにより与えら
れる所定のサンプリング時間（周期θ）毎に繰り返し決
定される目標吹出し温度Ｔｏの温度変化ΔＴｏ（＝Ｔｏ
new −Ｔｏold ；但し、Ｔｏnew は今回の目標吹出し温
度、Ｔｏold は前回の目標吹出し温度）を検出する温度
変化検出部２６と、吹出し温度センサ１６の吹出し温度
Ｔに関係なく温度変化検出部２６で検出された温度変化
ΔＴｏに応じた変位量だけエアミックスダンパ６を移動
させる追随制御部２７の各機能部が設けられており、検
出された温度変化ΔＴｏの値に応じて、ＰＩＤ制御部２
５と追随制御部２７とが選択的に機能する。

【００１８】温度変化検出部２６では、検出された温度
変化ΔＴｏの絶対値が、基準温度差Ｔｘを越えるか否か
に応じて、ＰＩＤ制御部２５か追随制御部２７の何れか
を選択する。ここでは、目標吹出し温度Ｔｏの急激な変
化に対応して速やかに吹出し空気の温度を変更できるよ
うに、温度変化ΔＴｏの絶対値が、基準温度差Ｔｘを越
えるときには、追随制御部２７が選択されてエアミック
スダンパ６は追随制御部２７によって与えられる移動量
Ｐ２だけ移動され、温度変化ΔＴｏの絶対値が、基準温
度差Ｔｘを越えないときには、ＰＩＤ制御部２５が選択
されてエアミックスダンパ６はＰＩＤ制御部２５による
移動量Ｐ１だけ移動される。

【００１９】ＰＩＤ制御部２５によって移動されるエア
ミックスダンパ６の移動量Ｐ１は、所定のサンプリング
時間（周期θ）毎に得られる目標吹出し温度Ｔｏと吹出
し温度Ｔとの偏差Ｅ（＝Ｔｏ−Ｔ）について、今回の偏
差をＥ（ｎ）、前回の偏差をＥ（ｎ−１）とすると、周
知のとおり次の数式２によって与えられる。

【００２０】

【数２】

【００２１】ここで、Ｋｐは比例ゲイン、Ｔｉは積分時
間、Ｔｄは微分時間、θはサンプリングの周期である。

【００２２】追随制御部２７は、図４に示すとおり、そ
の絶対値が基準温度差Ｔｘを越える温度変化ΔＴｏに対
して、検出された温度変化ΔＴｏに対応したエアミック
スダンパ６を変位させるための移動量Ｐ２を、エバポレ
ータ４の冷却能力とヒータコア５による加熱能力とに基
づいて出力する。この移動量Ｐ２は、図４に示すような
特性を呈して与えられるもので、例えば、マイコン内の
プログラム内に記憶された演算式により、エバポレータ
センサ１５やエンジン水温センサ３５の各検知温度およ
び温度変化ΔＴｏを変数として演算されて与えられた
り、記憶装置内に、エバポレータセンサ１５やエンジン
水温センサ３５の各検知温度および検出された温度変化
ΔＴｏに対応して、図４に示す特性が得られるような複
数個のデータとして記憶されている値を読み出すことに
よって与えられるものである。なお、上述のＰＩＤ制御
部２５における移動量Ｐ１および追随制御部２７におけ
る移動量Ｐ２は、各制御において吹出し空気の温度を目
標吹出し温度Ｔｏに近づけるためのエアミックスダンパ
６の変位量を直接示すものではなく、その変位量に相当
するサーボモータ７の駆動時間として与えられるもので
ある。

【００２３】温調制御部２４では、その他に、目標吹出
し温度Ｔｏに応じて、ヒータコア５とエンジンのウォー
タジャケットとを接続する管路に設けられたウォータバ
ルブ９の開閉制御を行い、エバポレータ４により冷却さ
れた空気の温度上昇を防止する場合等に、ウォータバル
ブ９を閉じる。

【００２４】次に、以上の構成からなる制御回路２０に
おける自動制御動作を、図５に基づいて説明する。コン
トロールパネルにおいて、自動制御動作が指示される
と、目標吹出し温度Ｔｏの決定に必要なデータおよびそ
の他の各制御に必要なデータの読み込みが行われる（ス
テップＳ１）。読み込まれたデータに基づいて、数式１
により目標吹出し温度Ｔｏが算出、決定される（ステッ
プＳ２）。その目標吹出し温度Ｔｏに基づいて、ブロワ
３の風量が図３に示したとおり決定され（ステップＳ
３）、続けて、前回の目標吹出し温度Ｔｏold と今回の
目標吹出し温度Ｔｏnew とから温度変化ΔＴｏが算出さ
れる（ステップＳ４）。

【００２５】算出された温度変化ΔＴｏの絶対値が、基
準温度差Ｔｘを越えるか否かが判別され、基準温度差Ｔ
ｘを越えず基準温度差ΔＴｘ以内である場合には（ステ
ップＳ５においてＮＯ）、ＰＩＤ制御部２５のフィード
バック制御によってエアミックスダンパ６の移動量Ｐ１
が算出され（ステップＳ６）、その移動量Ｐ１に相当す
る時間だけサーボモータ７が駆動される（ステップＳ
７）。

【００２６】一方、基準温度差ΔＴｘを越える場合には
（ステップＳ５においてＹＥＳ）、温度変化ΔＴｏに対
応した移動量Ｐ２が追随制御部２７により与えられ（ス
テップＳ８）、その移動量Ｐ１に相当する時間だけサー
ボモータ７が駆動される（ステップＳ８）。従って、変
化した目標吹出し温度Ｔｏに対応してエアミックスダン
パ６を大きく移動させることができ、車室１０内へ吹き
出される空気の温度を、速やかに変更することができ
る。

【００２７】サーボモータ７が移動量に応じて駆動され
た後は、今回の目標吹出し温度Ｔｏnew の値が、前回の
目標吹出し温度Ｔｏold に置き換えられて、新たな目標
吹出し温度Ｔｏold とされ（ステップＳ９）、ステップ
Ｓ１へ移行して、次回の制御において用いられる。

【００２８】以上の制御動作を行うことにより、目標吹
出し温度Ｔｏが大きく変化しない状態では、ＰＩＤ制御
部２５によるフィードバック制御によって検知された吹
出し温度Ｔが目標吹出し温度Ｔｏに近づけられ、この場
合、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄを適切に設定しておく
ことにより、吹出し空気の温度変化が少ない安定性の優
れた送風を行うことができる。また、日射量の変化や、
ドアの開閉等に伴って、車室１０内外の環境が急激に変
化した場合には、それらの変化に伴って目標吹出し温度
Ｔｏが大きく変化するが、こうしたときには、追随制御
部２７のフィードフォワード制御によってエアミックス
ダンパ６が制御されるため、吹出し空気の温度を速やか
に目標吹出し温度Ｔｏに近づけることができ、このとき
エアミックスダンパ６が過剰に移動することがないた
め、吹出し空気の温度が、設定温度Ｔｓｅｔに対して著
しく離れた温度になることがなく、乗員等の使用者に対
して、不快感を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の自動車用の空調装置を示す概
略構成図である。

【図２】本発明の実施例の自動車用の空調装置の制御回
路を示す機能ブロック図である。

【図３】本発明の実施例の制御回路の自動制御動作にお
けるブロワの制御特性を示す特性図である。

【図４】本発明の実施例の制御回路の追随制御部におけ
るエアミックスダンパの移動量を示す特性図である。

【図５】本発明の実施例の制御回路による自動制御動作
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 空調装置 ２ 送風ダクト ４ エバポレータ（冷却手段） ５ ヒータコア（加熱手段） ６ エアミックスダンパ（ダンパ） １０ 車室（室内） １６ 吹出し温度センサ（温度検知手段） ２１ 目標吹出し温度決定部（目標温度決定手段） ２６ 温度変化検出部（温度変化検出手段） ２７ 追随制御部（変位量情報手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 裕次 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 伊藤 裕司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 寒川 克彦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 室内へ向かう送風ダクト内に冷却手段と
   加熱手段とを配するとともに、前記冷却手段によって冷
   却された空気と前記加熱手段によって加熱された空気と
   の混合割合を調節するダンパと該ダンパの位置に応じて
   混合される混合空気の温度を検知する温度検知手段とを
   設け、前記混合空気の目標温度を決定する目標温度決定
   手段の目標温度と前記温度検知手段の検知温度とに基づ
   いて前記ダンパを制御する空調装置において、 前記目標温度の変化量を検出する温度変化検出手段と、
   前記変化量に応じた前記ダンパの変位量情報を有する変
   位量情報手段とを備え、前記変化量が所定量以下の場合
   には、前記目標温度と前記検知温度との偏差に応じて前
   記ダンパを移動させるフィードバック制御を行い、前記
   変化量が所定量を越える場合には、該変化量に応じた前
   記変位量情報手段の変位量情報に応じて前記ダンパを移
   動させるフィードフォワード制御を行うことを特徴とす
   る空調装置。