JPH0585142A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、特に熱交換後目標温度を上昇設定
した場合において、吹出し空気温度がオーバシュートす
ることなく良好な空調フィーリングで制御される車両用
空調装置を提供することを目的とする。 【構成】ステップ101 、102 、103 で熱交換後目標温度
TEO が上昇され、且つ熱交換後目標温度TEO の変化幅Δ
TEO が設定値Ｃo より大きいと判定されたときは、まず
ステップ104 で通常の計算式“SW＝ｆ(TE)”でＡ／Ｍド
ア23の目標開度SWを計算する。そして、ステップ105 で
目標温度TEO の変更後はじめてＡ／Ｍドアが閉じると判
定されたときに、特定される時間範囲でステップ107 に
より熱交換後目標温度TEO に関連する計算式“SW＝ｆ(T
EO) ”によってＡ／Ｍドアの目標開度SWを計算する。こ
の様にＡ／Ｍドアの開度の制御によって、特に温度上昇
制御に際して、オーバシュートすることなく吹出し空気
温度の制御が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧縮容量を可変制御
する冷媒圧縮機と共に、車室内吹出し空気温度を制御す
るエアミックスドアを備えた車両用空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両空調装置にあっては、冷媒圧縮機で
圧縮された冷媒が循環される熱交換器（エバポレータ）
を備え、さらにこのエバポレータからの冷却された出力
空気通路に、エンジン冷却水の循環されるヒータを設置
している。そして、エバポレータで冷却された空気とヒ
ータにおいて加熱された空気との混合割合を、エアミッ
クスドアによって可変調節し、車室内吹出し空気温度を
調整している。

【０００３】この様な空調装置において、空気温度を目
標温度状態に可変制御するには、基本的に圧縮機の容量
を制御することによって行われる。この冷媒圧縮機の容
量制御は、実際のエバポレータの出口部分の熱交換後空
気温度と、この熱交換後の目標温度に基づいてＰＩＤ制
御式により実行される。この冷媒圧縮機の容量は、容量
可変機構に供給される制御電流によって行われるもの
で、この電流値がＰＩＤ制御式に基づき算出される。

【０００４】一般に、ＰＩＤ制御の比例ゲイン、積分時
間、さらに微分時間は、限界感度法等によって決定され
るもので、安定性と定常偏差が両立されるように決定さ
れている。

【０００５】しかし、冷房動作を行う空調装置にあって
は、この様な定数設定のみでは特にクールダウン特性等
の過渡時と定常時の安定性の両立を図ることが困難であ
る。例えば、エバポレータ後の空気温度を下げる場合の
応答性を速くするように比例ゲインを設定すると、逆に
温度を上昇させようとした場合に、エバポレータ後の空
気温度が目標値を大きく越えてからハンチングしながら
目標安定値に向かう。この様なエバポレータ後の空気温
度のオーバシュートが、車室内への吹出し空気温度に大
きく影響し、車室内の乗員に対して不快感を与える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、可変容量型の冷媒圧縮機を
用い、この圧縮機の容量を可変制御することによって温
度制御するようにした空調装置において、特に吹出し空
気温度を上昇制御する場合において、車室内吹出し空気
温度が乗員に不快感を与えることなく円滑に制御できる
ようにした車両用空調装置を提供しようとするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る車両用空
調装置にあっては、容量可変型の冷媒圧縮機からの冷媒
が循環される熱交換手段の後方にヒータを設置すると共
に、熱交換手段からの冷却空気とヒータで加熱された空
気との混合割合をエアミックスドアで制御するようにし
ているもので、特に目標温度を上昇制御する場合に、熱
交換後目標温度に基づいてエアミックスドアを制御し、
車室内吹出し空気温度が適性に制御されるようにする。

【０００８】

【作用】この様に構成される車両用空調装置において、
熱交換後温度を大きく上昇させる場合、まず必要吹出し
温度と熱交換後温度との差に基づいてエアミックスドア
によって吹出し温度が上昇制御されるようにすると共
に、この制御によって設定されるエアミックスドアが閉
じると判定されたときに、特定される時間幅で必要吹出
し温度と熱交換後温度の目標値との差に基づいてエアミ
ックスドアの制御を行わせるようにする。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は車両に搭載される空調装置の構成を示
すもので、この車両に搭載されたエンジン11によって冷
媒圧縮機12が駆動される。この圧縮機12は容量可変機構
121 を備えて、外部からの指令によりその吐出容量が可
変制御されるように構成されている。この容量可変機構
121 は例えば電磁弁機構によって構成され、供給された
制御電流によって圧縮機12の吐出容量が可変設定され
る。

【００１０】ここで、冷媒圧縮機12の容量と容量可変機
構121 に供給される制御電流との関係は、例えば図２で
示すようになるもので、制御電流が小さくなる程圧縮機
12の容量が大となり、この容量の増大と共に冷媒吐出流
量が増大される。

【００１１】冷媒圧縮機12からの吐出された圧縮冷媒
は、コンデンサ13およびレシーバ14を介して膨脹弁15に
送られ、この膨脹弁15からの低温冷媒がエバポレータ
（熱交換器）16に供給される。そして、このエバポレー
タ16からの出力冷媒は、圧縮機12に帰還される。

【００１２】エバポレータ16は空気通路17内に設定さ
れ、この空気通路17に設定したファン18により通路17に
空気流が発生される。このファン18で発生されエバポレ
ータ16を通過して冷却された空気流は空気通路17を介し
て車室内に吹出されるもので、エバポレータ16の後方の
エバポレータ16を通過した冷却空気が当たる部分に、熱
交換後温度TEを測定するサーミスタ等で構成された温度
センサ19が設定されている。

【００１３】温度センサ19で計測された熱交換後温度TE
の情報は、マイクロコンピュータ等によって構成される
制御回路20に供給されるもので、この制御回路20にはさ
らにマニュアル等で設定されるようにした熱交換後温度
設定器21からの設定温度情報TEO が供給されている。

【００１４】この制御回路20では、検出された熱交換後
温度TEと温度設定器21で設定された熱交換後目標温度TE
O とに基づいて、ＰＩＤ制御式によって圧縮機12の容量
可変機構121 に供給される制御電流値を演算し、この演
算結果に対応した制御電流を容量可変機構121 に供給す
る。そして、温度センサ19で検出された温度TEが設定目
標温度TEO に近い値に維持されるように、冷媒流量を可
変制御する。

【００１５】空気通路17のエバポレータ16の下流側に
は、この通路17の一部を塞ぐようにしてヒータ22が設定
されている。このヒータ22には例えばエンジン11の冷却
水が供給されているもので、このヒータ22部を通過する
空気を加熱している。

【００１６】そして、このヒータ22部分に対応して、エ
アミックス（Ａ／Ｍ）ドア23が設けられ、エバポレータ
16を通過して冷却された空気が直接下流側に送られる量
と、ヒータ22を通過して加熱される空気量との割合を制
御し、その下流側に送られて車室内に吹出される空気温
度を制御するようにしている。

【００１７】この様な空調装置の設定される車両に対し
ては、車室内温度を測定する内気センサ24、車室外の温
度を測定する外気センサ25、さらに日射の状態を測定す
る日射センサ26が設定され、内気センサ24からの温度情
報Ｔr 、外気センサ25からの温度情報Ｔam、および日射
センサ26からの測定情報Ｔsun は、制御回路20に供給さ
れる。そして、さらに車室内温度を設定する温度設定器
27からの設定温度情報Ｔset が制御回路20に供給されて
いる。

【００１８】制御回路20においては、エバポレータ16の
後方に温度センサ19で計測される温度TEが温度設定器21
で設定された熱交換後目標温度TEO となるように、冷媒
圧縮機12の容量を制御する。

【００１９】すなわち、エバポレータ16の出力側の空気
温度が目標温度とされるようにフィードバック制御され
るもので、車室内に吹出される空調空気温度が適正目標
温度とされるように制御される。

【００２０】制御回路20においては、圧縮機12の容量可
変機構121 に供給される制御電流を演算する、次のよう
に式に基づくＰＩＤ制御を実行する。

【００２１】

【数１】

【００２２】ここで、TE：熱交換後空気温度、TEO ：熱
交換後目標温度、Ｉ：制御電流、Ｋp ：比例ゲイン、Ｔ
i ：積分時間、θサンプリング間隔、ｎは現在であり、
ｎ−１は１回前の計算値を示す。

【００２３】この(1) 式において、比例ゲインＫp の大
きい状態では、図３の（Ａ）で示すように目標温度TEO
を小さな状態から大きな値に変換した場合、実際の熱交
換後温度TEは一旦オーバシュートした後、安定に向か
う。これに対して、比例ゲインＫp を小さく設定する
と、温度TEがオーバシュートすることはないが、この温
度TEが目標温度TEO に達するために多くの時間を必要と
し、応答性の悪い状態とされる。

【００２４】この様なエバポレータ16の出力側の熱交換
後温度TEのオーバシュートは、これまでの制御ではＡ／
Ｍドア23によって補正しても吸収しきれず、逆にエバポ
レータ16後の温度上昇と、目標温度を上昇させる制御に
対応したＡ／Ｍドア23が開くことが互いに相乗効果を持
ち、エバポレータ16の後方の熱交換後温度が、例えば
２．５℃のオーバシュートであっても、車室内への吹出
し温度では４〜６℃に拡大される。

【００２５】図４は実際に測定した例を示すもので、
（Ａ）は熱交換後の空気温度の変化状態と、車室内に吹
き出される吹き出し空気温度の変化状態を示すもので、
熱交換後温度が２．５℃の上昇に対して、吹き出し空気
温度は６℃上昇する。（Ｂ）図はこの時にＡ／Ｍドアの
開度の状態を示している。

【００２６】ＰＩＤ制御式の比例ゲインＫp を中間的な
値に設定すると、ある程度の応答の速さを確保すること
ができるが、熱交換後温度を上昇させる場合には、オー
バシュートがやはり発生する。

【００２７】この実施例で示した空調装置にあっては、
Ａ／Ｍドア23を従来よりも速く動作させ、最終目標開度
とすることによって吹出し空気温度のオーパシュートを
防ぐようにするもので、熱交換後目標温度TEO の上昇時
における車室内のフィーリングの向上を実現させるよう
にする。

【００２８】図５は制御回路20における制御の流れを示
すもので、まずスタート後にステップ101 で、エバポレ
ータ16の後方の熱交換後目標温度TEO の変更の有無を判
定する。このステップ101 で目標温度TEO の変更有りと
判定されたならば、ステップ102 で熱交換後目標温度TE
O が上昇させるのかあるいは下降させるのかを判定す
る。

【００２９】目標温度TEO を上昇させる場合は、次のス
テップ103において熱交換後目標空気温度TEO の変化幅
ΔTEO が、設定された一定の温度幅Ｃo （℃）より大き
いか否かを判定する。このステップ103 で変化幅ΔTEO
が温度幅Ｃo より大きいと判定されたときは、次のステ
ップ104 に進む。

【００３０】このステップ104 では、熱交換後空気温度
TEの変更後しばらくは通常のＡ／Ｍドア23による制御を
行なわせる。この通常のＡ／Ｍドア23の制御において
は、Ａ／Ｍドア23の目標開度SWを次の式に基づいて算出
する。

【００３１】

【数２】

【００３２】この(2) 式の中でTWはヒータ22に供給され
る冷却水の温度であり、図１で示した水温センサ28で得
られる。また、TAO （目標吹出し温度）は、図１で示し
た内気センサ24、外気センサ25、日射センサ26、温度設
定器27それぞれからの信号を取り込んだ制御回路20にお
いて、次の式に基づいて演算される。

【００３３】

【数３】

【００３４】ステップ105 においては、Ａ／Ｍドア23の
目標開度SWが、熱交換後目標空気温度TEO の変更後はじ
めて実際のＡ／Ｍドア23の開度SPより小さくなったと
き、すなわち熱交換後目標空気温度TEO の変更後はじめ
てＡ／Ｍドア23が閉じると判定されたときを判定し、そ
の判定時にステップ106 に進む。このステップ106では
Ａ／Ｍドア23の目標開度SWの算出式を、ステップ104 で
示した通常の算出式の戻すときに使用するタイマーをセ
ットする。

【００３５】ステップ107 では、Ａ／Ｍドア23の目標開
度SWの算出式を次の式(4) にしたがって計算する。

【００３６】

【数４】

【００３７】すなわち、このステップ107 では通常制御
の計算式“SW＝ｆ(TE)”から、熱交換後の目標空気温度
TEO に関係した目標開度SWの計算式“SW＝ｆ(TEO) ”に
変更することにより、目標温度TEO の変更後の最終的な
Ａ／Ｍドア23の開度を算出する。そして、ステップ108
でこの計算値を出力し、Ａ／Ｍドア23を制御する。

【００３８】ステップ109 では熱交換後目標温度TEO の
変更後において、熱交換後空気温度TEが安定したか否か
を判定する。このステップ109 における判定手段は、図
６で示すように特定される時間間隔Δｔにおける熱交換
後空気温度TEの変化の積分値に基づいて行われるもの
で、その判定処理の流れは図７で示される。

【００３９】すなわち、ステップ201 において時間間隔
Δｔにおける熱交換後目標温度TEの積分値Ｓn を(5) 式
にしたがって計算し、さらに次のステップ202 で過去数
回分の積分値の和ΣＳを式(6) で示す計算式に基づき計
算する。

【００４０】

【数５】

【００４１】ステップ203 では積分値の和ΣＳと、予め
設定した定数Ｃ1 とを比較し、“ΣＳ＜Ｃ1 ”ならば、
熱交換後空気温度TEが安定していると判定する。安定の
場合はステップ111 へ進む。安定していないと判定され
たならば、ステップ204に進んで積分値Ｓn を更新して
ステップ110 に進む。

【００４２】この様にステップ109 において、熱交換後
空気温度TEの安定が確認されず、熱交換後空気温度TEが
変動中と判定されたときは、ステップ110 に進んでステ
ップ106 でセットされたタイマーの計数値を設定値TMと
比較し、まだ時間TMが経過していないと判定されたとき
はステップ107 に戻り、“SW＝ｆ(TEO) ”の制御を繰り
返し実行させる。

【００４３】ステップ109 で熱交換後空気温度TEが安定
していると判定されたとき、およびステップ110 でタイ
マーの計数時間がTMを越えたと判断されたときには、ス
テップ111 に進む。このステップ111 では通常の目標開
度SWの計算式に基づいて、Ａ／Ｍドア23の目標開度SWを
計算する。

【００４４】ステップ101 で熱交換後目標温度TEO の変
更がないと判定され、ステップ102で熱交換後目標温度T
EO を下げると判定され、さらにステップ103 で熱交換
後目標温度の変化幅ΔTEOが設定値Ｃo より小さいと判
定されたときは、それぞれステップ112 に進み、通常の
計算式によってＡ／Ｍドア23の目標開度SWを計算する。

【００４５】ここで、(2) 式で示した通常のＡ／Ｍドア
23の目標開度を計算する計算式による吹出し温度の挙動
を見ると、例えば熱交換後目標温度TEO を３℃から１０
℃に変更した場合、熱交換後空気温度TEはオーバシュー
トした後ハンチングしながら目標に達する。この場合、
吹出し温度では５℃もオーバシュートした後、ハンチン
グしながら安定に向かう。

【００４６】これに対して実施例にあっては、熱交換後
空気温度TEを上昇させる方向に変化させ、且つ熱交換後
目標温度TEO の変化幅ΔTEOが所定値Ｃo より大きい状
態のときに、一定時間範囲で“SW＝ｆ(TEO) ”の(4) 式
で示す計算式によってＡ／Ｍドア23の目標開度が計算さ
れる。この様な状態の制御を行った場合には、目標温度
の上昇制御に際して、オーパシュートはほぼ“０”℃に
抑えることができ、良好な空調フィーリングが得られる
ことが確認された。

【００４７】図４で示した従来例のＡ／Ｍドアの算出式
による吹き出し温度の挙動においては、熱交換後目標温
度TEO を３℃から１０℃に変更した場合、熱交換後温度
TEはオーバシュートした後ハンチングしながら目標値に
達するように設定している。この場合、目標温度では６
℃もオーバシュートした後、ハンチングしながら安定に
向かう。

【００４８】図８は実施例で示した装置の実験例を示す
もので、（Ａ）図で示すように安定したときの吹き出し
温度に対して、オーバシュートは“０℃”に抑制するこ
とができ、良好な車室内温度制御が実行されることが確
認された。

【００４９】これまで説明した実施例においては、エバ
ポレータ16の下流側の空気温度（熱交換後空気温度）TE
を制御するように説明した。しかし、これはエバポレー
タ16の冷媒低圧圧力を制御するようにしても同様に実施
できるものであり、またこの冷媒低圧圧力と熱交換後空
気温度の条件を組み合わせて制御するようにしてもよ
い。

【００５０】この様な制御を実行する場合には、温度セ
ンサ19に代わって圧力センサ等を設置し、この圧力セン
サによってエバポレータ16の冷媒圧力を検出させるよう
にする。この場合、基準値は温度から圧力に変更するも
のであり、あるいは温度と圧力を組み合わせた値に変更
する。

【００５１】さらに実施例では、目標温度を熱交換後温
度目標設定器21で、例えば温度制御用ボリュームによっ
て設定されるような状態で示したが、これはオートエア
コンと組み合わせて、内気センサ24、外気センサ25、さ
らに日射センサ26等の空調装置関連のセンサ類からの検
出信号に基づいて熱交換後目標温度を算出し、制御に用
いるようにしてもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る車両用空調
装置によれば、例えば目標温度を大きく上昇させる制御
を行った場合に、特に車室内吹出し空気温度においてオ
ーパシュートするような温度変化を確実に抑制できるも
のであり、乗員に対する空調フィーリングが良好に安定
して確保されるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る車両用空調装置を説
明する構成図。

【図２】この空調装置に使用される冷媒圧縮機の容量と
制御電流との関係を説明する図。

【図３】熱交換後目標温度に基づくＰＩＤ制御における
比例ゲインＫp に対応する熱交換後空気温度の変化状態
を示す図。

【図４】（Ａ）は従来の制御による吹き出し温度の変化
状態を示し、（Ｂ）は同じくＡ／Ｍドアの開度状態を示
す図。

【図５】上記実施例の制御回路における制御の流れを説
明するフローチャート。

【図６】熱交換後温度の安定状態を判定する手段を説明
する図。

【図７】同じく安定判定処理の流れを説明するフローチ
ャート。

【図８】（Ａ）は実施例装置の吹き出し温度の変化状態
を示し、（Ｂ）は同じくＡ／Ｍドアの開度状態を示す
図。

【符号の説明】

11…エンジン、12…冷媒圧縮機、121 …容量可変機構、
16…エバポレータ（熱交換手段）、18…ファン、19…温
度センサ（熱交換後）、20…制御回路、21…熱交換後目
標温度設定器、22…ヒータ、23…エアミックス（Ａ／
Ｍ）ドア、24…内気センサ、25…外気センサ、26…日射
センサ、27…温度設定器、28…水温センサ。

フロントページの続き (72)発明者 杉 光 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】 冷媒圧縮機の容量を外部から可変制御す
   る容量可変手段と、 前記冷媒圧縮から吐出された冷媒が供給される熱交換手
   段と、 この熱交換手段で温度制御された空気の通路に設定され
   たヒータと、 このヒータ部を通過する空気と通過しない空気との割合
   を可変制御し、車室内吹出し空気温度を制御するエアミ
   ックスドアと、 前記熱交換手段によって温度制御される空気温度を測定
   する熱交換後空気温度検出手段と、 この温度検出手段で検出された熱交換後空気温度と熱交
   換後目標温度に基づき、前記容量可変手段の制御値を算
   出して前記冷媒圧縮機の容量を制御する比例・積分制御
   式による制御手段とを具備し、 この制御手段では、前記検出された温度と前記目標温度
   との差に対応した値を検出すると共に、前記目標温度の
   上昇変更を検出した状態で、前記エアミックスドアの開
   度を前記目標温度に対応して補正する制御を実行させる
   ようにしたことを特徴とする車両用空調装置。