JPH08156567A - 自動車用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吹出風温度制御を高精度で行いうる温水流量
制御方式の「自動車用空気調和装置」を提供する。 【構成】 温水流量とエンジン回転数とオンオフ信号の
デューティ比との関係を示すデータマップをＲＯＭ３１
に記憶しておき、オートアンプ２４で、各種センサ２５
〜２８と温度設定器２９からの信号により算出された目
標吹出温度から必要温水流量を求め、求めた温水流量と
エンジン回転数とに基づいて、前記データマップを参照
して、オンオフ信号のデューティ比を演算し、結果をデ
ューティ制御回路３０に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒータコアへの温水流
量を制御することによって吹出風温度を調節する自動車
用空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用空気調和装置における吹
出風温度制御方式として、エアミックス方式や温水流量
制御方式などが知られている。エアミックス方式は、エ
バポレータで冷却された冷風とその冷風の一部をヒータ
コアで加熱して得られた温風との混合割合をエアミック
スドアによって制御する方式である。また、温水流量制
御方式は、エバポレータで冷却された冷風をすべてヒー
タコアを通過させて加熱する際に、ヒータコアに流れる
温水の流量を弁によって制御することにより、ヒータコ
アに供給される単位時間当たりの熱量を制御する方式で
ある。

【０００３】この温水流量制御方式としては、ヒータコ
アへの温水流量を弁の開度をアナログ的に制御する方式
のものがある。この場合、弁の開度のアナログ制御は、
弁に供給する電流の値を変えることによって行われてい
る。たとえば、図５に示されるような弁１４を用いたと
き、あるエンジン回転数の下における電流と流量との関
係は図６に示されるようになる。なお、上記の弁１４
は、電流を加えない時に全開位置（図５中のＣ位置）と
なるように構成されている。図５中のＤ位置は全閉位置
を表わしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のアナログ制御にあっては、図６に示されているよ
うに、弁１４の開閉方向、つまり制御の方向性（弁１４
に供給する電流の増減方向）によってヒータコア１１に
流れる流量が異なるというヒステリシス的な特性が見ら
れる。同図中の曲線ａは電流を増加させて弁１４を閉じ
るときの特性曲線であり、曲線ｂは電流を減少させて弁
１４を開けるときの特性曲線である。このように電流の
増減方向によってヒータコア１１に流れる流量が異なる
のは、弁１４を閉じる際（曲線ａ）には、弁１４が閉ま
る方向に水圧がかかるためその分弁１４の駆動力は小さ
くて済むのに対し、弁１４を開ける際（曲線ｂ）には、
水圧は逆方向、つまり弁１４を閉じる方向にかかってい
るためその水圧分だけ余計に大きな駆動力を必要とする
からであると考えられる。

【０００５】したがって、図６に示されるような特性の
下では、所望の温水流量を得るための電流値（弁開度）
を求め、求めた値の電流を実際に弁に供給したとして
も、現在の制御の方向性、つまり電流の増減の方向性に
よって実際にヒータコア１１に流れる温水の流量が異な
るため、吹出風温度制御の精度の点で問題がある。

【０００６】また、吹出風温度制御の精度の点に関連し
て、従来は、エンジン回転数によってもヒータコア１１
に流れる流量は変化するにもかかわらず、エンジン回転
数を考慮した温水流量の制御は行われていなかった。こ
の点からも、従来の制御精度には問題があった。

【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、吹出風温度制御を高精度で
行いうる温水流量制御方式の自動車用空気調和装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、エンジンの冷却水を利用してヒータコアへ
の温水の流量を制御することによって車室内に吹き出さ
れる空気の温度を調節する自動車用空気調和装置におい
て、ヒータコアへの温水の流量をオンオフ制御する制御
弁と、前記制御弁を駆動する周期的なオンオフ信号を発
生するオンオフ信号発生手段と、エンジンの回転数を検
出するエンジン回転数検出手段と、温水流量とエンジン
回転数と前記オンオフ信号のデューティ比との関係を示
すデータマップを記憶する記憶手段と、各種センサと温
度設定器からの信号により算出された目標吹出温度から
必要温水流量を求め、求めた温水流量とエンジン回転数
とに基づいて、前記データマップを参照して、前記オン
オフ信号のデューティ比を演算し、結果を前記オンオフ
信号発生手段に出力する演算手段とを有して構成されて
いる。

【０００９】

【作用】このように構成した本発明にあっては、演算手
段は、各種センサと温度設定器からの信号により算出さ
れた目標吹出温度から必要温水流量を求め、求めた温水
流量とエンジン回転数検出手段によって検出されたエン
ジン回転数とに基づいて、記憶手段に記憶されているデ
ータマップを参照して、オンオフ信号のデューティ比を
演算し、結果をオンオフ信号発生手段に出力する。オン
オフ信号発生手段は、演算手段の結果に従って、演算さ
れたデューティ比の周期的なオンオフ信号を発生し、制
御弁に出力する。これにより、制御弁はヒータコアへの
温水の流量をオンオフ制御する。よって、ヒータコアに
は、上記オンオフ信号のデューティ比に相当する流量が
平均的に流れることになる。このとき、制御弁は常にオ
ンオフを繰り返すのみで中間位置はとらないので、温水
の流れの影響を受けて制御にヒステリシス的な特性が生
じるということはない。したがって、エンジン回転数を
も考慮して温水流量を制御するようにしたことと相俟っ
て、吹出風温度制御の精度が向上する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明の一実施例による自動車用空
気調和装置の概略構成図である。この自動車用空気調和
装置は、ヒータコアへの温水流量を制御することによっ
て吹出風温度を調節する温水流量制御方式のものであっ
て、通常の温水流量制御方式の自動車用空気調和装置と
同様に、内気または外気を選択的に取り入れるインテー
クユニット１と、取り入れた空気を冷却するクーリング
ユニット２と、取り入れた空気を加熱して温調した後こ
の空気を車室内に吹き出すヒータユニット３とで構成さ
れている。

【００１１】インテークユニット１には、内気または外
気を選択するためのインテークドア４が回動自在に設け
られており、このインテークドア４は電動アクチュエー
タなどのインテークドアアクチュエータ５によって回動
される。インテークドア４の位置は、たとえば、外気の
みを取り入れる外気モード、内気のみを取り入れる内気
モード、所定％の内気を含む半外気モードの三つのポジ
ションに設定される。また、インテークユニット１はモ
ータ６によって回転するファン７を有し、このファン７
の回転速度を変えることによって車室内に吹き出される
風量が調節される。ファン７の回転速度は、ファンコン
トロール回路８によりモータ６への印加電圧を変えるこ
とによって可変される。

【００１２】クーリングユニット２には、冷房サイクル
を構成するエバポレータ９が内設されており、同じく冷
房サイクルを構成するコンプレッサをオンすることによ
ってエバポレータ９に冷媒が供給され、この冷媒との熱
交換によって取り入れ空気が冷却される。

【００１３】ヒータユニット３には、温水としてのエン
ジン冷却水が循環されるヒータコア１１が内設されてお
り、エバポレータ９で冷却された冷風はすべてヒータコ
ア１１を通過するようになっている。ヒータコア１１に
は、エンジン１２を冷却するためのエンジン冷却水（温
水）をヒータコア１１に導く温水管１３ａ、１３ｂが接
続されている。入口側の温水管１３ａにはヒータコア１
１への温水流量をオンオフ制御する制御弁１４が設けら
れている。制御弁１４は、たとえば電磁弁などからな
り、後述するデューティ制御回路からのオンオフ信号を
入力してオン状態（通過状態）またはオフ状態（遮断状
態）をとるようになっている。出口側の温水管１３ｂの
他端は、エンジン冷却水を循環させるウォータポンプ１
５に接続されている。なお、エンジン１２には、エンジ
ン回転数を検出するためのクランク角センサ１６がエン
ジン回転数検出手段として取り付けられている。また、
制御弁１４の構造は、従来と同様、図５に示されるよう
なものであってもよい。

【００１４】よって、ヒータコア１１を通過した取り入
れ空気は、ヒータコア１１を循環する温水との熱交換に
よって加熱され、その加熱の程度は、ヒータコア１１に
流れる平均的な温水流量を制御弁１４によって制御する
ことにより、ヒータコア１１に供給される単位時間当た
りの熱量を制御することによって決定される。このよう
にして所望の温度に調節された取り入れ空気は、デフ吹
出口１７、ベント吹出口１８、フット吹出口１９のいず
れかの吹出口から車室内に供給される。ここで、デフ吹
出口１７は温風をフロントガラス内面に導いてガラスの
曇りを除去するための吹出口であり、ベント吹出口１８
は温調された空気を乗員の上半身に吹き出して車室内の
温調を司るための吹出口であり、フット吹出口１９は主
に温風を乗員の足元に導いて乗員の暖房感を高めるため
の吹出口である。これらの吹出口１７〜１９には、それ
ぞれ、デフドア２０、ベントドア２１、フットドア２２
が回動自在に設けられており、たとえばリンク機構を介
して電動アクチュエータなどのモードドアアクチュエー
タ２３によって回動される。吹出口モードは、上記吹出
口１７〜１９の開閉の組み合わせによって決定される。
吹出口モードには、たとえば、ベントドア２１のみを開
放するベントモード、フットドア２２とデフドア２０を
それぞれ半開するデフフットモード、ベントドア２１と
フットドア２２をそれぞれ半開するバイレベルモードな
どがある。

【００１５】この自動車用空気調和装置の制御装置は、
マイコンを内蔵した演算手段としてのオートアンプ２４
によって実行される。このオートアンプ２４には、クラ
ンク角センサ１６のほか、各種センサとして、たとえ
ば、車室内の温度を検出する内気センサ２５、車室外の
気温を検出する外気センサ２６、日射量を検出する日射
センサ２７、エバポレータ９通過後の空気温度（吸い込
み空気温度）を検出する吸込温度センサ２８がそれぞれ
接続されている。また、オートアンプ２４は各スイッチ
および表示部と一体になっており、車室内を希望の温度
に設定する温度設定器２９のほか、図示しない他の各ス
イッチ（たとえば、エアコンスイッチ、ファンスイッ
チ、吹出口モードスイッチ、デフスイッチなど）がそれ
ぞれ接続されている。さらに、上記したインテークドア
アクチュエータ５、ファンコントロール回路８、コンプ
レッサ１０、モードドアアクチュエータ２３のほか、制
御弁１４を駆動する周期的なオンオフ信号を発生するオ
ンオフ信号発生手段としてのデューティ制御回路３０も
またオートアンプ２４に接続されている。オートアンプ
２４は、上記した各スイッチやセンサ類からの入力信号
を演算処理して、インテークドアアクチュエータ５、フ
ァンコントロール回路８、モードドアアクチュエータ２
３、コンプレッサ１０、デューティ制御回路３０を総合
的に制御する（それぞれ順に吸入口制御、風量制御、吹
出口制御、コンプレッサ制御、吹出風温度制御）。な
お、本実施例では、クランク角センサ１６からのエンジ
ン回転信号を直接オートアンプ２４に入力するようにし
ているが、これに限られるわけではなく、図示しないエ
ンジンコントロールユニットからエンジン回転数信号を
入力するようにしてもよい。

【００１６】デューティ制御回路３０は、上記のよう
に、制御弁１４を駆動する周期的なオンオフ信号を発生
する回路であって、たとえば、周知の方形波デューティ
発振回路によって構成されている。図２は、デューティ
制御回路３０で発生されるオンオフ信号の波形図であ
る。制御弁１４は、このオンオフ信号の高レベル（オ
ン）の期間、遮断状態（オフ状態）となり（たとえば、
図５中のＤ位置参照）、オンオフ信号の低レベル（オ
フ）の期間、通過状態（オン状態）となる（たとえば、
図５中のＣ位置参照）。このオンオフ信号のデューティ
比は、オンオフ信号の１周期Ｔに対する高レベルの期間
Ａの割合によって定義される。このデューティ比は、０
〜１００％の幅で自由に可変することができる。また、
同図中、「Ｂ」はオンオフ信号の低レベルの期間であ
り、「Ｍ」はオンオフ信号の振幅である。なお、本実施
例では、制御をできるだけ簡単にするため、オンオフ信
号の周期Ｔと振幅Ｍはあらかじめ実験などによって適当
な値に設定しておき、オンオフ信号のデューティ比のみ
を可変するようにしている。たとえば、図５に示される
構造の弁１４を用いた場合には、オンオフ信号の振幅Ｍ
は、弁１４を確実に全閉位置Ｄとなしうるよう、十分に
大きな値に設定しておく。

【００１７】オートアンプ２４は、記憶手段としてのＲ
ＯＭ３１を内蔵している。このＲＯＭ３１には、プログ
ラムのほか、図３に示すようなデータマップが格納され
ている。このデータマップは、ヒータコア１１への温水
流量とエンジン回転数と制御弁１４に印加されるオンオ
フ信号のデューティ比との関係を示した特性図であっ
て、あらかじめ実験などによって作成されたものであ
る。各曲線はそれぞれある１つのエンジン回転数に対応
している。データマップ上に設定するエンジン回転数が
増えれば増えるほどよりきめ細かな制御が可能となるの
で、データマップは、エンジン回転数を連続的に変化さ
せて作成することが好ましい。なお、エンジン回転数の
設定は段階的でもよいが、その場合には、たとえば補間
演算を行ってデューティ比を決定する。また、上記デー
タマップにおける各特性曲線の形状は制御弁１４の構造
に依存するので、制御弁１４の構造を改変することによ
ってリニアな特性とすることも可能である。

【００１８】次に、図４のフローチャートを参照してオ
ートアンプ２４による吹出風温度制御の内容を説明す
る。なお、オートアンプ２４による風量制御、吹出口制
御、吸入口制御、およびコンプレッサ制御については従
来と全く同じであるので、それらの説明は省略する。

【００１９】電源が投入されてプログラムがスタートす
ると、オートアンプ２４は、各種センサ（内気センサ２
５、外気センサ２６、日射センサ２７、吸込温度センサ
２８）と温度設定器２９から、それぞれ、現在の車室内
温度、外気温度、日射量、吸い込み空気温度、設定温度
を入力し（ステップＳ１）、これらの入力データに基づ
いて、周知の所定の演算式に従って車室内への目標吹出
温度を算出する（ステップＳ２）。

【００２０】それから、ステップＳ２で算出した目標吹
出温度を得るのに必要な単位時間当たりの熱量を供給す
る温水流量を、所定の熱量計算によって求めた（ステッ
プＳ３）後、クランク角センサ１６からのエンジン回転
信号を入力して現在のエンジン回転数を検出する（ステ
ップＳ４）。それから、ステップＳ３で求めた温水流量
とステップＳ４で検出したエンジン回転数とに基づい
て、ＲＯＭ３１に記憶されているデータマップ（図３参
照）をルックアップして、オンオフ信号（図２参照）の
デューティ比を演算し（ステップＳ５）、求めたデュー
ティ比のオンオフ信号を発生させる指令信号をデューテ
ィ制御回路３０に出力する（ステップＳ６）。

【００２１】ステップＳ６で出力された指令信号を受け
たデューティ制御回路３０は、ステップＳ５で演算され
たデューティ比を持った周期的なオンオフ信号を発生
し、制御弁１４に出力する。これにより、制御弁１４は
ヒータコア１１への温水の流量をオンオフ制御し、ヒー
タコアには、上記オンオフ信号のデューティ比に相当す
る流量が平均的に流れることになる。この平均流量は、
ステップＳ３で求めた温水流量であり、さらには、ステ
ップＳ２で算出した目標吹出温度を得るのに必要な温水
流量であるため、インテークユニット１で取り入れられ
た空気は、エバポレータ９で冷却された（コンプレッサ
１０がオンされた場合）後、ヒータコア１１において温
水との熱交換により目標吹出温度にまで加熱され、設定
された吹出口モードに応じて車室内に吹き出される。

【００２２】したがって、本実施例によれば、温水流量
とエンジン回転数とオンオフ信号のデューティ比との関
係を示すデータマップをあらかじめ作成しておき、エン
ジン回転数を考慮して制御弁１４のオンオフデューティ
比を変化させることによってヒータコア１１に供給され
る温水流量を制御するようにしたので、制御弁１４は常
にオンオフを繰り返すのみで中間位置はとらなくなる。
したがって、従来のように温水の流れの影響を受けて制
御にヒステリシス的な特性が生じるということはなくな
り、エンジン回転数をも考慮して温水流量を制御するよ
うにしたことと相俟って、吹出風温度制御の精度が向上
する。

【００２３】なお、本実施例では、デューティ比を決定
するファクタとしてエンジン回転数を用いているが、代
わりにウォータポンプ１５の回転数を用いるようにして
もよい。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、エン
ジン回転数により制御弁のオンオフデューティ比を変化
させることによってヒータコアへの温水流量を制御する
ようにしたので、吹出風温度制御の精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による自動車用空気調和装
置の概略構成図

【図２】 オンオフ信号の波形図

【図３】 データマップの一例を示す特性図

【図４】 オートアンプにおける吹出風温度制御の動作
を示すフローチャート

【図５】 弁の構造の一例を示す模式図

【図６】 従来のアナログ制御における電流と流量の関
係を示す特性図

【符号の説明】

１１…ヒータコア、 １２…エンジン、
１４…制御弁、１６…クランク角センサ（エンジン回転
数検出手段）、２４…オートアンプ（演算手段）、 ３
１…ＲＯＭ（記憶手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン（１２）の冷却水を利用してヒ
   ータコア（１１）への温水の流量を制御することによっ
   て車室内に吹き出される空気の温度を調節する自動車用
   空気調和装置において、 ヒータコア（１１）への温水の流量をオンオフ制御する
   制御弁（１４）と、 前記制御弁（１４）を駆動する周期的なオンオフ信号を
   発生するオンオフ信号発生手段（３０）と、 エンジン（１２）の回転数を検出するエンジン回転数検
   出手段（１６）と、 温水流量とエンジン回転数と前記オンオフ信号のデュー
   ティ比との関係を示すデータマップを記憶する記憶手段
   （３１）と、 各種センサ（２５〜２８）と温度設定器（２９）からの
   信号により算出された目標吹出温度から必要温水流量を
   求め、求めた温水流量とエンジン回転数とに基づいて、
   前記データマップを参照して、前記オンオフ信号のデュ
   ーティ比を演算し、結果を前記オンオフ信号発生手段
   （３０）に出力する演算手段（２４）と、 を有することを特徴とする自動車用空気調和装置。