JPH0635713Y2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は車両用空調装置、特に車内気と車外気の空気取
入れ口を自動的に切り替えることのできる車両用空調装
置に関する。

［従来の技術］ 車室内温度を設定された温度となるように自動的に調整
できるようにした車両用空調装置として、通風ダクトの
一端に形成された空気吹出口からの目標吹出し温度に応
じて、通風ダクトの車内気取入れ口と車外気取入れ口を
自動的に切り替えるものが開発され実用化されている。

例えば、目標吹出し温度が低いとき（冷房負荷が大きい
とき）には車内気取入れ口が選択され、目標吹出し温度
が高いとき（冷房負荷が小さいとき）には車外気取入れ
口が選択され、更に目標吹出し温度が中間状態のときに
は車外気と車内気とを同時に取り入れる内外気混合モー
ドが選択されるようになっている。

従って、車内気取入れ口の状態にある時に、冷房負荷が
小さくなって目標吹出し温度が高くなると、内外気混合
モードに切替え設定され、その後更に、冷房負荷が小さ
くなって目標吹出し温度が高くなると、車外気取入れ口
に自動的に切替え設定される。

しかしながら、車内気取入れ状態から内外気混合モー
ド、あるいは内外気混合モードから車外気取入れ状態に
切り替わった直後に、冷房機器の冷房能力不足により車
室内温度が上昇すると、目標吹出し温度が低くなり、再
び内外気混合モードあるいは車内気取入れ状態に切り替
わることがあり、場合によっては頻繁に取入れ口の切替
が行われることとなる。

そして、空気取入れ口が頻繁に切り替えられると、これ
に伴ない送風ファンの騒音レベルが繰返し変化し、乗員
に不快感を与えることとなる。すなわち、空気の取り入
れを車内気取入れ口から行っている場合と、車外気取入
れ口から行っている場合とでは送風ファンの騒音が異な
るからである。

このように、空気取入れ状態で騒音が異なるのは、車外
気取入れ口が選択された場合には車外気取入れ口通路の
通風抵抗と車室内圧の上昇によって、車内気取入れ口が
選択された場合に比べて通風抵抗が大きく、このため送
風ファンの回転数が同じであっっても車外気取入れ口が
選択された場合には、車内気取入れ口の場合よりも送風
量が少ないのでファン騒音も小さくなる理由に基づく。
この場合において、車外気取入れ口からの空気取入れで
あっても目標吹出し温度に維持できるのであれば、車外
気取入れ口に切り替えたほうが車内空気が換気されるの
でその方が望ましい。

以上のような空気気取入れ口の頻繁な切替えを防止する
ため、冷媒の圧力を検出して車内気取入れ口と車外気取
入れ口とを選択的に切り替えるようにしたものが本件出
願人により提案されている（実開昭58−107916号公
報）。

この従来技術によれば、空気冷却用のエバポレータを通
過した冷媒の圧力を圧力センサにより検出し、車内気取
入れ口からの空気取入れ状態で冷房負荷が小さくなり目
標吹出し温度が所定値以上となっても、前記圧力センサ
が検出した冷媒圧力が所定値以上（冷房能力に余裕ない
状態）であるときには、車外気取入れ口に切り替えるこ
とを禁止し、前記圧力センサが検出した冷媒圧力が所定
値以下（冷房能力に余裕ある状態）であるときに、車外
気取入れ口に切り替えることを許容するようにしたもの
である。

［考案が解決しようとする問題点］ 従来の問題点 しかしながら、前述した従来技術においても、車内気取
入れ口の状態で冷房能力に余裕があるか否かを判定して
いるのみで、車外気取入れ口に切り替えたときに冷房能
力に余裕が有るか否かの判定は行っていなかったため、
車両環境条件によっては、車内気取入れ口から車外気取
入れ口に切り替わった直後に、再び車内気取入れ口に切
り替わる場合があり、送風ファンの騒音レベルが変化し
て乗員に不快感を与える恐れがあるという問題があっ
た。

ところで、エバポレータ後方の空気温度が目標吹出し温
度よりも高い場合には、実際の吹出し温度も目標吹出し
温度より高くなり、車室内温度は設定温度より高くなる
ことが明らかである。反対にエバポレータ後方の空気温
度が目標吹出し温度よりも低ければ、その後ヒータコア
で一部加熱することにより実際の吹出し温度を目標吹出
し温度にすることができ、車室内温度を設定温度に保つ
ことができることとなる。

考案の目的 この考案は係る問題点を解決するためになされもので、
空気取入口の切替後のエバポレータ後方の空気温度を予
測演算し、この予測温度が目標吹出し温度以下のときの
み空気取入口の変更を許容して、空気取入れ口の頻繁な
切替えによる騒音レベルの変動を防止するようにした車
両用空調装置の提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段及び作用］ 前記目的を達成するために、本考案は、車室内温度を設
定する温度設定器と、外気温度を検出する外気温度セン
サと、車室内温度を検出する車室内温度センサと、日射
量を検出する日射センサと、前記各センサからのデータ
に基づき車室内温度を設定温度にするために必要な目標
吹出し温度を演算する演算部と、一端に複数の空気取入
口及び他端に空気吹出し口が形成され内部にエバポレー
タとヒータコアを有する通風ダクトと、空気取入口を選
択的に開閉する切替えダンパとを備えた車両用空調装置
において、前記演算部は通風ダクト内への空気取入口が
変更される前に、変更された後のエバポレータ後方の空
気温度を予測演算するとともに、この予測温度と目標吹
出し温度とを比較し、予測温度が目標吹出し温度以下の
ときにのみ空気取入口を変更するようにしたことを特徴
とする。

本考案は、このように構成したことにより、空気取入れ
状態変更後のエバポレータ後方の空気温度を予測し、予
測温度を目標吹出し温度と比較して、この予測した空気
温度が目標吹出し温度以下のときにのみ空気取入れ状態
の変更を許すようにし、これによって空気取入れ状態変
更後の車室内温度を設定温度に維持できるようにし、変
更直後再び取入口の切替が行われることを防止すること
としている。

すなわち、車内気取入口から車内気取入口に切り替える
際に、演算部において車外気のエンタルピと車両の使用
環境条件とからエバポレータ後方の空気温度を予測演算
し、この予測した温度を目標吹出し温度と比較して、こ
の予測温度が目標吹出し温度よりも低ければ、その後ヒ
ータコアで一部加熱することにより実際の吹出し温度を
目標吹出し温度することができる。従って、車外気取入
口に切り替えた直後に再び車内気取入口に切り替えられ
ることはなくなり、空気取入れ状態の頻繁な変更による
ファン騒音レベルの変化はなく、乗員に不快感を与える
ことはないという利点を有する。

［実施例］ 以下、図面に基づき本考案の好適な実施例を説明する。

第１図には本考案に係る車両用空調装置の概略構成が示
されている。

同図において、本実施例装置は、車室内温度を目標温度
に設定するための温度設定器48と、外気温度を検出する
外気温度センサ54と、車室内温度を検出する車室内温度
センサ50と、日射量を検出する日射センサ52と、前記各
センサからのデータに基づき車室内温度を目標設定温度
にするために必要な温度を演算する演算部46とを含んで
おり、更に、一端に車内気取入口12と車外気取入口14が
形成され他端にヒータ吹出し口18、ベンチレータ吹出し
口20、及びデフロスタ吹出し口22が形成された通風ダク
ト10の内部に空気冷却用のエバポレータ（冷房用熱交換
器）32と、空気加熱用ヒータコア（暖房用熱交換器）34
を有するとともに、実際の吹出し温度を目標吹出し温度
に調整するために、前記空気取入口12,14を選択的に開
閉する切替えダンパ16を備えている。

そして、前述したヒータ吹出し口18とベンチレータ吹出
し口20とは単一な切替ダンパ24により選択的に開閉さ
れ、デフロスタ吹出し口22は切替ダンパ26により開閉さ
れるようになっている。更に、前記通風ダクト10の車内
気取入れ口12と車外気取入れ口14との近傍には送風ファ
ン28が配置され、この送風ファン28は、通風ダクト10の
一端に形成された空気取入れ口12,14から空気を通風ダ
クト10内に取り入れ、通風ダクト10の他端に形成された
空気吹出し口（ヒータ吹出し口18,ベンチレータ吹出し
口20,デフロスタ吹出し口22）に空気を送るよう電動機3
0により回転駆動される。

前記エバポレータ32は、送風ファン28より下流の通風ダ
クト10内に、該通風ダクト10の全ての断面を遮断するよ
うに配置されていて、図示しないコンプレッサ，コンデ
ンサ、エキスパンションバルブ等とともに冷凍サイクル
を構成し、通風ダクト10内に取り入れられた空気を冷却
する機能を有する。

また、ヒータコア34とエアミックスダンパ36はエバポレ
ータ32よりも下流の通風ダクト10内に配置され、ヒータ
コア34とエアミックスダンパ36とによりエアミックス式
の温度調節機構を構成している。このヒータコア34は、
通風ダクト10の一部の断面を遮断するように配置され、
一方、エアミックスダンパ36は通風ダクト10内を流れる
空気流をヒータコア34を通って流れる第１の空気流と、
ヒータコア34をバイパスして流れる第２の空気流とに分
けるように配置されていて、エアミックスダンパ36の開
度を制御し、前記第１の空気流と第２の空気流との分配
比を調節することにより、吹出し空気の温度を調節する
ようになっている。

そして、前記エアミックスダンパ36が第１図の実線で示
される位置にあるときには、通風ダクト10を通って流れ
る空気流は全てヒータコア34を通過するため吹出し空気
温度は高くなり、これに対してエアミックスダンパ36が
第１図の仮想線で示される全閉位置にあるときには、通
風ダクト10を通って流れる空気流は全てヒータコア34を
バイパスして流れるため、吹出し空気温度は低くなる。

前述した切替えダンパ16,24,26及びエアミックスダンパ
36は、それぞれアクチュエータ38,40,42,44と連携さ
れ、演算部46からの指令信号に基づき駆動制御されるよ
うになっている。これらのアクチュエータは公知のダイ
アフラムやモータが用いられる。

前記演算部46は、マイクロコンピュータを中心として構
成されており、この演算部には乗員によって操作される
温度設定器48から設定温度信号が入力されるようになっ
ていて、また車室内温度センサ50から車室内温度信号
が、更に日射センサ52から日射量が入力され、車室内温
度を設定温度にするために必要な目標吹出し温度t_AOを
次式により演算する。

t_AO＝K₁・t_set−K₂・t₀−K₃・t_r−K₄・st＋Ｃ …（１） ここで、t_setは設定温度、t₀は外気温度、t_rは車室内温
度、stは日射量、K₁，K₂，K₃，K₄,Cは定数である。

この演算結果を基に、演算部46は実際の吹出し温度が目
標吹出し温度t_AOとなるようにアクチュエータ44に指令
信号を出力し、エアミックスダンパ36の回動を調節して
車室内温度を設定温度に調整する。

従来、目標吹出し温度t_AOが所定値よりも低いとき、す
なわち、車両の冷房負荷が大きいときには車内気取入れ
口12を開いて車室内空気を取入れ、目標吹出し温度t_AO
が比較的高く（車両の冷房負荷が小さく）なると車外気
取入れ口14に切り替えられていたが、このとき車外の空
気のエンタルピが高い場合には、車外気取入れ口14に切
り替えた後、エバポレータ32後方の空気温度が上昇し、
エアミックスダンパ36を全閉にしても実際の吹出し温度
を目標吹出し温度に保てなくなるという不具合が生じて
いた。

この場合、車室内温度が上昇するとともに、前述した
（１）式の目標吹出し温度t_AOも車室内温度の上昇に伴
ない低くなり、空気取入れ口が再び車内気取入れ口12に
切り替えられることになる。

このように、空気取入れ口が車内気取入れ口12と車外気
取入れ口14とに頻繁に切り替えられると、送風ファン28
からの騒音レベルが変化し乗員に不快感を与えるという
不具合が生じる。

そこで、本考案においては、前記演算部は通風ダクト内
への空気取入口が変更される前に、変更された後のエバ
ポレータ後方の空気温度を予測演算するとともに、この
予測温度と目標吹出し温度とを比較し、予測温度が目標
吹出し温度以下のときにのみ空気取入口を変更するよう
にしたことを特徴とする。

すなわち、本実施例において、演算部46によって車内気
取入れ口12から車外気取入れ口14に切り替えられる際
に、予め車外気取入れ口14にした場合のエバポレータ32
後方の空気温度が次の式に基づき演算される。

t_eF＝f₁（i_F,V,t₀）…（２） ここで、iFは車外空気のエンタルピであり、次式で求め
る。

i_F＝C_P・t₀＋ｘ（ｒ＋C_PV・t₀）…（３） ここで、C_Pは乾燥空気の定圧比熱、t₀は外気温度センサ
が検出した外気温度、ｒは水の蒸発潜熱、ｘは外気湿度
センサ56が検出した車外気の絶対湿度、C_PVは水蒸気の
定圧比熱、、Ｖは車速センサ58が検出した車速、f
₁（ｘ）は関数である。

なお、本実施例のように外気湿度センサ56を設けない
で、相対湿度τ＝一定（例えば60％）として、 ｘ＝f₂（τ・t₀）…（４） ［f₂（x,y）は関数］として求めてもよい。

次に、前述した（２）式で求めたエバポレータ32後方の
空気温度t_eFと（１）式で求めた目標吹出し温度t_AOとを
比較し、エバポレータ32後方の空気温度が目標吹出し温
度以下のとき、空気取入れ口を車内気取入れ口12から車
外気取入れ口14に切り替えるようにする。

これは、車内気取入れ口12から車外気取入れ口14に切り
替わっても、エバポレータ32後方の空気温度t_eFは目標
吹出し温度t_AO以下になっているので、エアミックスダ
ンパ36の開度を調節して一部ヒータコア34で加熱するこ
とにより、実際の吹出し温度を目標吹出し温度にするこ
とができるからである。これによって、車室内温度を目
標設定温度に保つことができ、空気取入れ口を車外気取
入れ口14に切り替えた直後に再び車内気取入れ口12に切
り替わることがなく、送風ファン28の騒音レベルが頻繁
に変わることはない。

この実施例では、エバポレータ32後方の空気温度t_eFと
目標吹出し温度t_AOとを比較したが、余裕をみてエバポ
レータ32後方の空気温度に定数をかけた値K_s・t_eF（K_s
は安全率で１以上の定数）と目標吹出し温度t_AOとを比
較してもよい。すなわち、K_s・t_eF≦t_AOのとき、空気取
入れ口を車内気取入れ口12から車外気取入口14に切り替
えるようにしてもよい。

一方、エバポレータ32後方の空気温度t_eFが目標吹出し
温度t_AOよりも高い場合（t_eF＞t_AOのとき）、空気取入
口を車内気取入れ口12から車外気取入口14に切り替える
と、エアミックスダンパ36が全閉でも実際の吹出し温度
は目標吹出し温度t_AOよりも高くなり、車室内温度の上
昇にともない目標吹出し温度t_AOが低くなり、空気取入
口空気取入口は再び車内気取入口12に切り替わるように
なるので空気取入れ口を車内気取入口12のままにしてお
く。

次に、本考案の制御を第２図の制御フローチャートに基
づき説明する。

ステップ101で温度設定器48からの設定温度を読み取
り、ステップ102で外気温度センサ54、車室内温度セン
サ50、日射センサ52、外気湿度センサ56、車速センサ58
からの入力信号を読み取る。ステップ103では上記各セ
ンサが検出した外気温度、車室内温度、日射量などから
車室内温度を設定温度にするために必要な目標吹出し温
度t_AOを前述した（１）式に基づき演算する。ステップ1
04では、目標吹出し温度t_AOと所定値Ａとを比較し、こ
こでは、目標吹出し温度t_AOが所定値Ａ以上のとき、す
なわち冷房負荷が小さいときは、ステップ105において
前述した（３）式に基づき車外の空気のエンタルピを演
算し、ステップ106では（２）式に基づき車外気取入れ
口14に切り替えた場合のエバポレータ32後方の空気温度
t_eFの予測演算を行い、ステップ107に進む。

ステップ107では、エバポレータ32後方の空気温度t_eFと
目標吹出し温度t_AOとを比較する。そして、t_eF≦t_AOの
ときは前述したように車外気取入れ口14に切り替えても
吹出し温度は上昇しないので、ステップ108において切
替えダンパ16を車外気取入れ口14に切り替える。ステッ
プ107で、t_eF＞t_AOのとき、前述したように車外気取入
れ口14に切り替えると実際の吹出し温度は目標吹出し温
度よりも高くなるので、現在の空気取入れ口として車内
気取入れ口12が選択されてあれば、車外気取入れ口14に
切り替えることなく車内気取入れ口12の状態を維持す
る。

ステップ104で、目標吹出し温度が所定値Ａより小さい
とき、すなわち冷房負荷が小さくないときはステップ10
9に進み、目標吹出し温度t_AOを前記所定値Ａより小さい
所定値Ｂと比較し、目標吹出し温度t_AOが所定値Ｂ以下
のとき、すなわち冷房負荷が大きいときは、ステップ11
0において空気取入れ口を車内気取入れ口12に切り替え
る。

ステップ109で目標吹出し温度t_AOが所定値Ｂより大きい
とき、すなわちＢ＜t_AO＜Ａのときには現在の状態をそ
のまま維持する。すなわち、切替えダンパ16が車外気取
入れ口14の状態にあれば、そのまま車外気取入れ口14の
状態を維持し、車内気取入れ口12が選択されていればそ
のまま車内気取入れ口12の状態を維持する。

前述における所定値Ａ及びＢはヒステリシス制御特性を
得るための定数である。

そして、ステップ111のリセット動作により、ステップ1
00のスタート位置に戻り、それ以後は同じことが繰り返
される。

第３図には、本考案の他の実施例が示されている。

この実施例では、通風ダクト100への空気の取入れ口112
を車内気取入れ口114と車外気取入れ口の外に、車内気
と車外気の両方を取入れる内外気併用モードを有するよ
うにしたものであり、他の構成は前述の第１実施例と同
一なため、同一部分についての説明及び図面は省略す
る。

同図において、空気取入れ口を車外気取入れ口112にす
る場合には、切替えダンパ124、126は２つの車内気取入
れ口112−1,112−２の両方を開き、２つの車外気取入れ
口114−1,114−２を閉じる。空気取入れ口を車外気取入
れ口114にする場合には、切替えダンパ124,126は２つの
車外気取入れ口114−1,114−２を開き、２つの車内気取
入れ口112−1,112−２を閉じる。

更に、内外気併用モードを選択する場合には、切替えダ
ンパ124は１つの車外気取入れ口114−１を開き、同時に
１つの車内気取入れ口112−１を閉じるとともに、切替
えダンパ126は１つの車内気取入れ口112−２を開くと同
時に、１つの車外気取入れ口114−２を閉じる（第４図
の実線の位置にダンパ124,126が位置する）。これによ
り、車外気は車外気取入れ口114−１により、また車内
気は車内気取入れ口112−２より取入れられることにな
る。

なお、切替ダンパ124,126は、上述した第１の実施例と
同様に公知のアクチュエータ138−1,138−２により開閉
駆動される。そして、内外気併用モードから車外気取入
れ口114−1,114−２のモードに切り替える場合には、前
述の第１の実施例と同様に演算部146は回路はt_eF≧t_AO
（K_s・t_eF≦t_AOのときでもよい）のとき内外気併用モー
ドから車外気取入れ口への切替を許容し、またt_eF＞t_AO
のときは内外気併用モードから車外気取入れ口への切替
を禁止するようにしている。

更に車内気取入れ口112−1,112−２から内外気併用モー
ドに切り替える場合には、前述した場合と同様に、まず
車外気と車内気との混合空気のエンタルピを次式により
求める。

i_c＝K_c｛C_P・t₀＋ｘ（ｒ＋C_pu・t₀｝＋（１−K_c）｛C_P
・t_r＋x_r（ｒ＋C_pr・tr）｝ …（５） ここで、x_rは車室内空気の絶対湿度であり、図示しない
車室内湿度センサにより検出する。また、K_cは１以下の
定数であり、その他の記号は前述の第１の実施例と同じ
である。

次に、前述した（５）式のエンタルピを前述の（２）式
に代入し、内外気併用モードに切り替えた場合のエバポ
レータ132の後方の空気温度t_ecを演算する。すなわち、 t_ec＝f₁（i_c,V,t₀）…（９） 次にこのt_ecと目標吹出し温度t_AOとを比較し、t_ec≦t_AO
（K_s・t_ec≦t_AOであってもよい）のとき車内気取入口か
ら内外気併用モードに切り替わることを許容し、またt
_ec＞t_AOのとき車内気取入口から内外気併用モードに切
り替わることを禁止する。これにより、車内気取入口あ
るいは内外気併用モードから内外気併用モード或いは外
気取入口に切り替わった直後に再び車内気取入口あるい
は内外気併用モードに切り替わるというような頻繁な切
替えを防止することができ、送風ファンの騒音レベルの
変動を防止することができる。

［考案の効果］ この考案は以上説明した通り、空気取入れ状態が変更さ
れる前にエバポレータ後方の空気温度を予測演算し、こ
の予測温演算値が目標吹出し温度以下のときは空気取入
れ状態の変化を許容し、目標吹出し温度よりも大きい場
合は空気取入れ状態の変更を禁止するようにしたことに
より、空気取入れ状態が変更された直後に再び変更前の
状態に切り替えられるというような頻繁な変更を防止す
ることができ、送風ファンからファン騒音の変動を防止
し乗員の不快感を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る車両用空調装置の概略構成説明
図、 第２図は本考案の実施例に用いられた制御フローチャー
ト図、 第３図は他の実施例を示す構成説明図である。 10,100…通風ダクト 12,112…車内気取入口 14,114…車外気取り入れ口 16,24,124,26,126…切替えダンパ 32,132…エバポレータ 34…ヒータコア 36…エアミックスダンパ 46,146…演算部 48…温度設定器 50…車室内温度センサ 52…日射センサ 54…外気温センサ 56…外気湿度センサ 58…車速センサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】車室内温度を設定する温度設定器と、外気
   温度を検出する外気温度センサと、車室内温度を検出す
   る車室内温度センサと、日射量を検出する日射センサ
   と、前記各センサからのデータに基づき車室内温度を設
   定温度にするために必要な目標吹出し温度を演算する演
   算部と、一端に複数の空気取入れ口及び他端に空気吹出
   し口が形成され内部にエバポレータとヒータコアを有す
   る通風ダクトと、空気取入れ口を選択的に開閉する切替
   えダンパとを備えた車両用空調装置において、前記演算
   部は通風ダクト内への空気取入れ口が変更される前に、
   変更された後のエバポレータ後方の空気温度を予測演算
   するとともに、この予測温度と目標吹出し温度とを比較
   し、予測温度が目標吹出し温度以下のときにのみ空気取
   入れ口を変更するようにしたことを特徴とする車両用空
   調装置。