KR0118107B1

KR0118107B1 - 차량용 공조장치

Info

Publication number: KR0118107B1
Application number: KR1019930020418A
Authority: KR
Inventors: 시게도시 도이; 에이지 우끼다; 히로시 아소우; 야스히로 엔노; 다까시 우찌다; 사찌오 하다
Original assignee: 와다 요시히로; 마쓰다 가부시끼가이샤; 사찌오 하다; 나르데크 가부시끼가이샤
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 1997-09-30
Also published as: DE4333411C2; DE4333411A1; JP3186248B2; US5433266A; KR940006822A; JPH06135217A

Abstract

쾌적도지수를 바탕으로 취출온도 및 취출풍량의 쌍방을 설정하도록 구성된 차량용공조장치에 있어서, 승무원의 감각적인 쾌적성의 상위를 반영할 수 있는 차량용공조장치를 제공한다.

차량용공조장치의 제어장치(22)는 쾌적도지수를 구하는 쾌적도지수결정수단(41)과 쾌적도지수가 목표값에 일치 혹은 근하하도록 목표취출온도 및 목표송풍량의 쌍방을 설정하는 온도 및 풍량결정수단(42)와 승무원이 희망의 실온을 임의로 설정하기 위한 온도설정수단(23b)와 온도설정수단에 의해 설정된 희망온도 TSET에 관련해서 쾌적도지수의 목표값을 가변설정하는 목표값설정수단을 가진다.

Description

차량용 공조장치

제1도는 본 발명의 실시예에 관련된 차량용공조장치의 구조를 나타낸 전체구성도.

제2도는 공조장치의 제어장치 개략 전체구성도.

제3도는 공조장치의 제어장치구성을 기능적으로 나타낸 개략구성도.

제4도는 제어장치에 의한 공조장치의 기본흐름을 나타낸 흐름도.

제5도는 벤트모드에서 취출공기온도 To, 취출송풍량 Va 및 공조취출모드의 설정루틴을 나타낸 흐름도.

제6도는 B/L 모드(1)에서 취출공0기온도 To, 취출송풍량 Va 및 공조취출모드의 설정루틴을 나타낸 흐름도.

제7도는 B/L 모드(11)에서 취출공기온도 To, 취출송풍량 Va 및 공조취출모드의 설정루틴을 나타낸 흐름도.

제8도는 B/L 모드(11)에서 취출공기온도 To, 취출송풍량 Va 및 공조취출모드의 설정루틴을 나타낸 흐름도.

제9도는 히타모드에서 취출공기온도 To, 취출송풍량 Va 및 공조취출모드의 설정루틴을 나타낸 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 송풍덕트 11 : 송풍기

12 : 냉각용열교환기 13 : 에어믹스댐퍼

14 : 가열용열교환기 22 : 제어장치

40 : 제1연산수단 41 : 제2연산수단

42 : 선택수단 43 : 작동제어수단

Va : 취출송풍량 Ta : 외기온도

Tr : 차실내온도 To : 취출공기온도

F : 쾌적도지수 K1~K5 : 정수

본 발명은 차량용공조장치에 관한 것이며, 보다 자세히는 공기조화용 공기를 가열 및 냉각하여 취출공기의 취출온도를 목표취출온도로 조절하는 온도조절장치와 상기한 공기조화용기를 상기한 온도조절장치를 통해서 차실내로 송풍하는 송풍장치와 상기와 온도조절장치를 통해서 차실내로 송풍하는 송풍장치와 상기와 온도조절장치의 목표취출온도와 상기한 송풍장치의 목표송풍량을 제어하는 제어장치를 갖춘 차량용공조장치에 관한 것이다.

자동온도조절수단을 갖춘 차량용공조장치는 일반적으로 차량의 차실내온도를 원하는 쾌적한 온도로 유지하기 위해 공조장치의 열교환능력과 열부하와의 열평형을 제어하고 실온을 적정온도로 유지하도록 구성하고 있다.

예를들면 공조장치의 열교환능력을 Qa, 바깥기온과 실내온도와의 온도차에 의한 전(傳) 열부하를 Qu, 일사에 의한 열부하를 Qs, 승무원의 인체발열에 의한 열부하를 Qm, 엔진등의 차량기기류로부터 발생하는 열부하를 Qe, 로하며, 냉방운전시의 열수지를 다음식에 의해 정의할 수가 있다.

Qa=Qu-Qs-Qm-Qe.....(1)

여기서

Qa=Cp·γ·Va(To-Tr)

Qu=K·A(Tr-Ta)

Qs=Ks .Ts

이며, 윗식에서

Va : 취출송풍량(송풍기의 송풍량)

To : 공조장치의 취출공기온도

Tr : 차실온도(통풍덕트의 흡입공기온도)

Ta : 외기온도

Ts : 일사량의 온도환산값

Cp : 공기정압비열

γ : 공기의 비중

K : 열통과율

A : 전(傳)열면적

Ks : 일사-온도환산계수이다.

상기 식(1)에서 Qm, Qe는 근사적인 일정값이라고 간주하고 Qm·Qe=C(정수)라고 가정하면, 상기식(1)을 아래식에 의해 표현하는 것이 가능하게 된다.

Cp·γ·Va(To-Tr)=K·A(Tr-TA)-Ks·Ts-C.....(2)

차실온도 Tr과 수동설정된 설정온도 TSET이 실질적으로 일치할 때, 상기한 (2)식을 아래식(3)으로 표현된다.

Cp·γ·Va(To-TSET)=K·A(TSET-Ta)-Ks·Ts-C.....(3)

이렇게하여, 취출송풍량 Va 및 취출공기온도 To의 각 목표값을 상기한 (3)식으로부터 구하면, 공조장치의 송풍량 Va 및 취출공기온도 To를 각 목표값에 수속(收束)시킴으로서 차실온도 Tr을 실질적으로 설정온도 TSET로 유지할 수 있다.

그렇기 때문에 상기 식(3)에서는 2개의 변수, 즉 취출숭풍량 Va 및 취출공기온도 To가 포함되어 있고, 따라서, 식(3)에 의해 취출송풍량 Va 및 취출공기온도 To의 목표값을 일반적으로 결정하기 곤란하다.

일본국 특공소 62-8327호공보에 개시된 공조장치에서는 외기온도등의 환경조건과 취출송풍량과의 관계를 미리설정하고, 검출된 환경조건을 바탕으로 취출송풍량을 결정하고, 결정된 취출송풍량에 따라서 요소의 취출공기온도를 연산하고, 이렇게해서 결정된 취출공기온도가 얻어지도록 에어믹스댐퍼를 열림정도로써 제어하도록 구성하고 있다.

또한, 일본국 특개소 57-77216호공보에는 설정된 목표차실온도와 측정된 외기온도 및 차실온도를 바탕으로 가장 적절한 공조장치의 취출공기온도를 결정하도록 구성된 차량용공조장치가 개시되고 있다.

상기한 일본국 특공소 62-8327호공보에 개시된 공조장치에 의하면 의도된 적당한 취출송풍량은 얻어지지만 적당한 취출공기온도는 얻어지지 않는다.

한편, 상기한 일본국 특개소 57-77216호 공보에 개시된 공조장치에 의하면 의도된 적당한 취출공기온도는 얻어지지만, 적당한 취출송풍량은 얻어지지 않는다.

특히, 취출구에 비교적 가까운 위치에 승무원이 탑승하는 차량용공조장치에서는 지나치게 높거나 낮은 취출공기온도나 과대하거나 과소한 취출송풍량은 승무원에게 불쾌감을 주며, 혹은 공기조화에 대한 승무원의 요구를 만족시킬 수가 없다.

또한, 승무원이 실제로 체감하는 온도는 취출송풍량 및 취출공기온도 쌍방에 관련되며, 한쪽을 우선적으로 결정하고, 다른쪽을 진행할 경우 승무원이 실제로 체감하는 온도가 바라는 온도로부터 벗어나 버릴수도 있다.

본 출원인은 이같은 단점을 해소하도록 취출공기온도 및 취출송풍량뿐만 아니라 외기온도, 차실내온도 및 일사량등의 환경조건을 포함한 공조조건의 지표로서, 쾌적도지수를 기안하고, 쾌적도지수를 바탕으로 공조조건을 설정하도록 구성된 차량용공조장치를 제안하고 있다.(일본국 특워평 3-170015호)

이 공조장치에서는 각종 공조조건을 종합적으로 고려한 뒤에 설정된 쾌적지수가 소정의 값으로 일치 혹은 근사하도록 취출온도 및 취출온도 및 취출송풍량의 쌍방이 결정되며, 결정된 취출온도 및 취출송풍량을 설정하도록 공조장치의 송풍기 및 믹싱댐퍼가 제어된다.

그렇기 때문에 이 형식의 차량용공조장치에서는 쾌적도지수의 목표값이 미리 결정된 소정값으로 설정되어 있으며, 이 때문에 승무원의 개인차나 기후풍토의 다름 등에 의한 승무원의 감감적인 쾌적상의 상위를 반영할 수가 없으며, 개선의 여지가 남아있다.

본 발명에 관련된 점에 감안해서 구성된 것이며, 그 목적으로 하는 점은 쾌적도지수를 바탕으로 취출온도 및 취출송풍량의 쌍방을 설정하도록 구성된 차량용공조장치에서 승무원의 감각적인 쾌적성의 상위를 반영할 수가 있는 차량용공조장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 공기조화용 공기를 가열 또는 냉각하여 취출공기의 취출온도를 목표취출온도로 조절하는 온도조절장치와 상기한 공기조화용 공기를 상기한 온도조절장치를 통해서 목표송풍량으로 조절하여 차실로 송풍하는 송풍장치와 상기한 온도조절장치의 목표취출온도와 상기한 송풍장치의 목표송풍량을 제어하는 제어장치를 가진 차량용공조장치에 있어서, 상기한 제어장치는 차실내온도를 소정온도로 유지하기 위해 필요한 열평형식을 기초로 하여 얻어지는 적어도 취출공기온도 To 및 취출송풍량 Va의 상관관계로써 나타내는 제1연신수단과 상기한 취출공기온도 To 및 취출송풍량 Va을 포함하는 각종 변수에 의해 산출되는 지수에 있어서 승무원이 체감하는 쾌적성을 표시하는 쾌적도지수 F를 구하는 제2연산수단을 갖춘 쾌적도지수결정수단과, 상기한 쾌적도지수 F가 목표값에 일치 또는 근사하도록 목표취출온도 및 목표송풍량의 쌍방을 설정하는 온도 및 풍량결정수단과, 승무원이 희망하는 온도를 임의로 설정하기 위한 온도설정수단과, 그 온도설정수단에 의해 설정된 희마차실온도에 근거로해서 상기한 쾌적도지수 F의 목표값을 가변설정하는 목표값설정수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 차량용공조장치를 제공한다.

본 발명이 바람직한 실시형태에서는 상기한 쾌적도지수결정수단은 쾌적도지수 F를 아래식에서 연산하는 연산수단을 가지고,

F=K1·Va+K2·To+K3·Ta+K4·Tr+K5·Ts

상기한 목표값설정수단은 승무원이 원하는 차실온도를 수동설정하기 위한 희망차실 온도설정수단과 수동설정된 차실온도의 관계로서 상기한 목표값을 연산하는 연산수단을 갖추고, 상기한 온도 및 풍량설정수단을 상기한 쾌적도지수가 상기한 목표값에 가장 가깝도록 목표취출온도 및 목표취출송풍량 Va를 결정하는 선택수단을 갖춘다.

상기한 구성의 차량용공조장치에 의하면 쾌적도지수가 가변설정되는 목표값에 부합되도록 온도조절장치의 목표취출온도 및 목표송풍량이 설정되며, 상기한 목표값은 목표값설정수단에 의해 승무원이 설정한 희망 실온에 따라서 가변설정된다.

따라서, 차량용장치는 승무원의 감각적 쾌적성의 상위를 반영할 수가 있다.

[실시예]

이하 본 발명의 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

본실시예에 있어서, 승무원이 체감하는 쾌적도는 공조조건(취출공기온도 To, 취출송풍량 Va) 및 환경조건(외기온도 Ta, 차실내온도 Tr, 일사량 Ts,.)로 부터 수학적으로 산출된 쾌적도지수 F에 의해서 지시된다.

쾌적도지수 F는 평가실험에서 얻어진 다음식에 의해 산출된다.

F=K1·Va+K2·To+K3·Ta+K4·Tr+K5·Ts.....(4)

여기서, K1~K5는 각 요소의 반복계수이며, 냉방운전시에 있어서 공조취출모드와 난방운전시에 있어서 공조취출모드와의 차이가 중시되며, 여름철(냉방 운전시)에 있어서 쾌적도지수 F2의 계수 K1~K5와, 겨울철(난방운전시)에 있어서 쾌적도지수 K1~K5는 서로 다른 값을 설정된다.

또한, 승무원이 한기를 느끼는 쾌적도지수 F는 1로, 승무원이 더위를 느끼는 쾌적도지수 F는 9로 각각 설정되며, 승무원이 쾌적함을 일반적으로 체감하는 쾌적도지수 F는 소정값 예를들면 5로 설정되며, 상기한 계수 K1~K5는 승무원이 가장 쾌적한 공조를 체감하는 쾌적도지수 F가 소정값 5로 산정되도록 실험적으로 구해진다.

이렇게해서 쾌적도지수 F는 쾌적도지수 F가 증대함에 따라서 승무언이 더위를 체감하는 분위기(예를들면, 쾌적도지수 F=7 내지 9)를 지시하고, 쾌적도지수 F가 감소함에 따라서 승무원이 더위를 느끼는 분위기(예를들면, 쾌적도지수 F=1 내지 3)을 지시한다.

본 실시예에 있어서는 상기한 소정값은 승무원의 희망온도에 따라서 변경되도록 미리 결정된 일정한 값이 아니라 승무원이 설정한 설정온도의 관계계수 FTSET로 설정된다.

이하, 본예의 공조장치의 구조 및 기능에 대해서 상세하게 설명한다.

제1도는 본 발명에 관련된 차량용공조장치의 실시예를 나타내는 전체구성도이다.

제1도에 도시한 바와같이 차량용공조장치(이하, 공조장치라 한다)는 통풍덕트(1)을 갖추며, 통풍덕트(1)의 상류측부분에는 외기를 도입하는 외기도입구(2)와 차실내의 공기를 도입하는 내기도입구(3)과 이들 도입구(2),(3)을 선택적으로 개폐제어하는 내외기전환댐퍼(4)가 설치되어 있다.

또한, 통풍덕트(1)의 하류부분에는 벤트취출구(5)와 후트취출구(6)과 디프로스터취출구(7)과 이들 취출구(5),(6),(7)에 취출공기를 선택적으로 도입하는 3개의 모터전환댐퍼(8),(9),(10)이 설정된다.

가변용량식의 송풍기(11)의 통풍덕트(1)의 상류측부분이 설치되며, 공조 장치는 송풍기(11)의 작동에 의해 내기도입구(2) 혹은 외기도입구(3)으로부터 도입된 흡기(吸氣)를 통풍덕트(1) 및 상기한 취출구(5), (6), (7)을 통해서 차실내로 취출하도록 구성된다.

공조장치는 통풍덕트(1)내에 설치된 냉각용열교환기(12) 및 가열용열교환기(14)를 설치하며, 냉각용열교환기(12)는 송풍기(11)의 하류측에 설치되며, 가열용열교환기(14)는 냉각용열교환기(12)의 하류측에 설치된다.

냉각용열교환기(12)는 압축기(15), 컨덴서(16) 및 레시버(17)을 포함한 냉매순화회로 X에 접속되며, 증발기로서 동작한다.

압축기(15)는 전자클러치의 ON/OFF에 의해 엔진(18)의 회전요소에 선택적으로 연결된다.

또한, 가열용열교환기(14)는 엔진(18)의 냉각수가 통수된 히터코아로서 구성되며, 가열용열교환기(14)에 통수된 냉각수량은 에어믹스댐퍼(13)과 관련해서 제어되는 개폐제어밸브(도시하지 않음)에 의해 제어된다.

에어믹스댐퍼(13)이 가열용열교환기(14)의 상류측에 배치되며, 에어믹스댐퍼(13)의 열림정도에 의해 가열용열교환기(14)의 통풍량이 제어되고, 이것에 의해 가열용열교환기(14)에서 온도가 상승된 공기와 열교환기(14)를 우회하는 공기의 혼합비가 조절된다.

에어믹스댐퍼(13)의 열림정도 θ는 전(全)송풍량이 가열용열교환기(14)를 통하는 경우, 즉 가열용열교환기(14)의 통풍비율이 100%의 때 [1]로써 표시되며, 전(全)송풍량이 가열용열교환기(14)를 우회하는 경우, 즉, 가열용열교환기(14)의 통풍비율이 0%일 때 [0]으로 지시된다.

취출공기온도 To는 상기한 비율에 의해 결정되며, 열림정도 θ=1에서 얻어진 최고온도와 열림정도 θ=0에서 얻어진 최저온도와의 사이에서 무단계로 조절된다.

상기한 에어믹스댐퍼(13)의 열림정도 θ는 다음식에 의해 주어진다.

θ=(To-Te)/(Kw·Tw-Te).....(5)

여기서, Te : 냉각용열교환기(12)의 출구온도

Tw : 엔진냉각수온도

Kw : 엔진냉각수온도를 가열용열교환기(14)의 출구온도로 환산하기 위한계수

공조장치는 각종 댐퍼의 구동장치로서 내외기전환댐퍼(4)를 구동하기 위한 전동모터(19), 모터전환댐퍼(8), (9), (10)을 구동하기 위한 구동모터(20) 및 에어믹스댐퍼(13)을 구동하기 위한 서보모터(21)을 가지며, 또한 이들의 구동 장치의 제어수단으로서 상기한 모터(19), (20), (21) 및 송풍기(11)의 송풍량을 제어하는 제어수단(22)와 공조조건을 수동설정하기 위한 조작반(23)을 갖추고 있다.

조작반(23)은 승무원이 조작가능한 각종스위치류, 예를들면, 공조의 자동 제어 혹은 수동제어를 선택하기 위한 자동스위치(23a), 희망하는 차실온도 TSET를 수동으로 설정하기 위한 차실내온도 설정스위치(23b), 내외기의 도입 비율을 수동설정하기 위한 내외기전환스위치(23c), 취출모드를 선택하기 위한 취출모드전환스위치(23d), 그리고 디프로스터취출구(7)의 열림정도를 수동설정하기 위한 디프로스터스위치(23e)등을 갖추고 있다.

제2도는 제어장치(22)의 전체구성을 나타낸 개략구성도이다.

본예의 제어장치(22)는 CPU RAM(도시하지 않음)등을 갖춘 마이크로컴퓨터로서 구성된다.

제어장치(22)는 안정화지원(32)에 접속되며, 조작반(23)에 표시데이타를 출력하는 마이크로프로세서(이하 CPU라 한다.)(30)을 가지고, CPU(30)은 드라이버(35)~(37)을 통해서 상기한 모터(19), (20), (21)을 구동함과 동시에 압축기(15)와 엔진(18)의 사이에 설치된 전자클러치(31)의 체결 혹은 해방을 드라이버(38)을 통해서 제어한다.

모터(19), (20)의 제어에 의해 공조장치의 공조모드가 전환되며, 또한, 서보 모터(21)의 제어에 의해 에어믹스댐퍼(13)의 열림정도 θ가 조절된다.

제어장치(22)는 또한, D/A변환기(33) 및 드라이버(34)를 통해서 송풍모터(11a)를 구동하고, 송풍모터(11a)에 대한 인가압력의제어에 의해 취출송풍량 Va에 실질적으로 상당하는 송풍기(11)의 송풍량을 제어한다.

공조장치는 더욱이, 환경조건을 검출하기 위한 각종 센서류를 갖추며, 송풍덕트(1)에 흡입된 내기의 온도를 차실내온도 Tr로서 검출하는 실온센서(24), 외기온도 Ta를 검출하는 외기온도센서(25), 일사량을 검출하는 일사센서(26), 냉각용열교환기(12)의 출구온도 Te를 검출하는 덕트센서(27), 엔진냉각수의 온도를 검출하는 수온센서(28), 및 에어믹스댐퍼(23)의 열림정도를 검출하는 포텐셔미터(29)를 가진다.

제3도는 제어장치(22)의 구성을 기능적으로 나타낸 개략구성도이다.

제어장치(22)에서는 상기한 각종 센서류(24)~(29)의 검출신호 및 조작반(23)의 각종스위치류(23a)~(23e)의 스위치신호가 입력된 제1연산수단(40)이 설치되며, 제1연산(40)은 차실내온도 Tr을 설정온도 TSET로 유지하기 위한 기본조건, 즉, 취출공기온도 To와 취출송풍량 Va와의 상관계수를 구한다.

취출공기온도 To와 취출송풍량 Va와의 상관계수는 전술한 열평형식(3) [Cp·γ·Va(To-TSET)=K·A(TSET-Ta)-Ks·Ts-C]에 의해 설정된다.

제어장치(22)는 더욱이 상기한 쾌적도지수 F=K1·Va+K2·To+K3·Ta+K4·Tr+K5·Ts을 연산하는 제2연산수단(41)과 제2연산수단(41)에의해 구해진 쾌적도지수 F가 최적값(예를들면, F=5)에 적어도 근사되도록 취출공기온도 To 및 취출송풍량 Va를 바탕으로 에어믹스댐퍼(13)의 열림정도 θ 및 송풍기(11)의 인가전압을 제어하는 작동제어수단(43)을 갖추고 있다.

제4도 내지 제9도에 나타난 흐름도를 참조해서, 본 실시예의 및 차량용공조장치에 있어서, 제어형태에 대해서 설명한다.

제4도는 제어장치(22)에 의한 공조제어의 기본흐름을 나타낸 흐름도이다.

제어장치(22)는 초기설정을 행한 후 (ST1), 각종 센서류(24)~(29)검출 결과등을 판독한다.(ST2)

제어장치(22)는 또한, 차실내온도설정스위치(23b)에 의해 승무원이 설정한 설정차실온도 TSET으로 쾌적도지수 F의 목표값 FTSET을 연산한다.(ST3, ST4)

목표값 FTSET는 아래식에 의해 구해진다.

FTSET=5+(TSET-25)/3.....(4)

윗식(6)에서 설정차실온도 TSET가 25oC일 때, FTSET의 값이 종래 설정된 소정값(5)에 일치하는 것을 알수가 있다.

제어장치(22)는 이렇게해서, 결정된 목표값 FTSET에 쾌적도지수 F가 일치 혹은 근사하도록 취출공기온도 To 및 취출송풍량 Va를 설정함과 동시에, 환경조건에 적당한 공조취출모드를 설정하고(ST5), 에어믹스댐퍼(13)의 열림정도 θ 및 송풍기(11)의 인가전압을 제어한다.(ST6)

제5도는 벤트모드에서 취출공기온도 To, 취출송풍량 Va 및 공조취출모드의 설정루틴을 나타낸 흐름도이다.

우선, 차실의 열부하 Q[=K·A(Tr-Ta)Ks·Ts-C]의 정부판정이 행해진다(S1).

열부하 판정식에 의해 분명해진 바와같이, Q0이라 판정된 경우, 냉방운전이 필요한 환경조건이 성립되고, Q0이라고 판정된 경우, 난방운전이 필요한 환경조건이 성립되고 있다.

제어장치(22)는 Q0이라고 판정된 경우, 모드전환댐퍼(8)만을 개방하는 벤트모드를 가정허고(S2), 차실내온도 Tr을 설정온도 TSET로 하기 위한 요소의 열교환능력 Qa[=K·A(TSET-Ta]-Ks·Ts-C+Ki(TSET-Tr)]을 연산한다.

여기서, Ki는 차체의 열용량이다.

그런후, S4~S14 단계에서 취출송풍량 Va는 최저풍량 Val로부터 최고풍량 Vah까지 소정의 가산풍량Va마다 단계적으로 증대되며, 각 단계에서 설정된 각 취출송풍량 Va를 바탕으로 냉방운전에서의 쾌적도지수 F2, (F2-FTSET),｜F2-FTSET｜ 취출공기온도 To 및 에어믹스댐퍼의 열림정도 θ가 연산된다(S4~S14).

취출소풍량 Va의 단계적인 설정(S5,S14), 취출공기온도 To[=Qa/Cp·γ·Va)+Tr]의 연산(S6) 또는, 에어믹스댐퍼의 열림정도 θ[=(To-Te)/(Kw·Tw-Te)]의 연산(S7)은 제어장치(22)의 제1연산수단(40)에 의해 구성된다.

또한, 제1연산수단(40)은 상기한 에어믹스댐퍼의 열림정도 θ의 연산(S7)에 의해 θ0(가열용열교환기(14)의 통풍량=0%)로 판정된 경우(S8), 취출공기온도 To를 냉각용열교환기(12)의 출구온도 Te로 설정하고(S9), 한편, θ0(즉, 가열용열교환기(14)의 통풍량0%)로 판정한 경우(S8), To,를 S6단계에서 연산된 취출공기온도 To로 설정한다(S10).

제어장치(22)는 이와같이 해서 연산된 각 취출송풍량 Va 및 취출공기온도 To, 외기온도센서(25)에 의해 검출된 외기온도 Ta, 실온센서(24)에 의해 검출된 차실내온도 Tr, 또한 일사센서(26)에 의해 검출된 일사량의 온도환산값 Ts를 바탕으로 해서, 각 단계의 취출송풍량 Va와 관련된 쾌적도지수 F2(=K1·Va+K2·To+K3·Ta+K4·Tr+K5·Ts), (F2-TTSET) 및 ｜F2-TTSET｜을 연산한다(S11,S12,S13).

어떤 쾌적도지수 F2, (FTSET) 및 ｜F2-FTSET｜의 연산은 제2연산수단(41)에 의해 이루어진다.

이렇게해서 얻어진 연산결과는 제어회로(22)에 내장된 RAM에서 각각 판독된다.

제어장치(22)는 또한, ｜F2-TTSET｜가 최소인 취출송풍량 Va 및 취출공기온도 To의 조합(Va0,To0)를 선택수단(42)에 의해 선택된다.(S15)

그런후, 제어장치(22)는 모드선택의 적부를 판단하고, 선택된 조합(Va0,To0)이 얻어지도록 송풍기(11)의 송풍량 및 에어믹스댐퍼의 열림정도 θ를 조절한다(S16~S18).

상기한 모드선택의 적부에서 제어장치(22)는 (F2-TTSET)소정값-α(예를들면, α=0.9)로 판정하고(S16), 게다가 (F2-TTSET)0로 판정된 경우(S17), 혹은 To0소정값 α0 (예를들면, α030oC라고 판정할 경우(S18), 벤트모드의 선택이 적절한 것이라고 판단해서 작동제어수단(43)을 통해서 공조장치의 취출송풍량 Va 및 취출공기온도 To을 상기한 취출송풍량 Vao 및 취출공기온도 To0로 설정하도록 송풍기(11)의 송풍량 및 에어믹스댐퍼의 열림정도 θ를 조절함과 동시에 공조취출모드를 벤트모드로 설정하도록, 모드전환댐퍼(8), (9), (10)을 소정의 개폐위치로 전환하고, 그 개폐위치를 유지한다(S19).

한편, (F2-TTSET)소정값-α(예를들면, α=0.9)로 판정된 경우(S16) 혹은 (F2-TTSET)0 또한 To0소정값 a0이라고 판정된 경우(S17, S18), 승무원이 상반신에 추위를 느끼던지 혹은 취출온도가 과도하게 높아 승무원이 상반신에 더위를 느낀다고 가정되며, 따라서, 벤트모드의 선택은 부적당한 상태이다.

이 때문에 제어장치(22)는 제6도에 도시한 B/L 모드 설정루틴으로 이행된다(S16, S18).

제6도 내지 제8도는 B/L모드(I)에서의 취출공기온도 To, 취출송풍량 Va 및 공조취출모드의 설정루틴을 나타낸 흐름도이다.

B/S모드는 벤트취출구(5) 및 풋트취출구(6)의 양쪽으로부터 공조공기를 취출하는 취출모드이며, 벤트취출구(5) 및 풋트취출구(6)의 추출송풍량 비율이 다른 3개의 모드 즉, B/L모드(I), B/L모드(II) 및 B/L모드(III)로 구분되어 있다.

각 B/L모드등에서의 취출송풍량의 비율은 다음과 같다.

B/L모드(I) : 벤트취출구(5)=75%, 풋트취출구(6)=25%

B/L모드(II) : 벤트취출구(5)=60%, 풋트취출구(6)=40%

B/L모드(III) : 벤트취출구(5)=45%, 풋트취출구(6)=55%

제어장치(22)는 B/L모드(I)를 가정하고(S20), 열교환능력 Qa를 연산하고, 열교환능력 Qa[=K·A(TSET-Ta)-KsTs-C+Ki(TSET-Tr)]의 연산(S20)과, 최저풍량 Val로 부터 최고 풍량 Vah까지 취출송풍량 Va의 단계적설정(S21~S32)를 행한다.

제어장치(22)는 단계적으로 설정되는 각 취출송풍량(Va)에 상응하는 가장 적절한 취출공기온도 To 및 에어믹스댐퍼의 열림정도, θ, 취출공기온도 To에 상응하는 벤트취출구(5)의 취출공기온도 Tov와 풋트취출구(6)의 취출공기온도 Tof, 그리고 벤트취출구(5)의 취출송풍량 Vav(=0.75×Va)로 풋트취출구(6)의 취출송풍량 V of(=0.75×Va)를 연산한다.(S24~S27)

취출송풍량(Va)의 단계적설정, 취출공기온도 To, 에어믹스댐퍼의 열림정도 θ, 취출공기온도 VovTof및 취출송풍량 Vav,Vaf의 연산은 제1연산수단(40)에 의해 이루어진다.

제어장치(22)는 또한, 제2연산수단(41)에 의해 취출공기온도 Vov, Vof, 취출송풍량 Vav, Vaf, 외기온도 Ta, 차실내온도 Tr 및 일사량의 온도환산값 Ts을 바탕으로 각 단계의 취출송풍량 Vav, Vaf 와 관련되는 2개의 쾌적도지수 F2,F4를 각각 연산하고, (S28), (F2-TTSET),(F4-TTSET) 및 ｜F2-TTSET｜, ｜F4-TTSET｜를 각각 연산한다.(S28~S30)

또한, 쾌적도지수 F2는 벤트모드에서의 쾌적도지수 F2와 실질적으로 동일히며, 벨트취출구(5)로부터 공조공기의 취출을 기준으로 해서 설정된 반복계수 K1~K5, 취출공기온도 Vov 및 취출송풍량 Vav를 사용해서 산정되며, 한편, 쾌적도지수 F4는 풋트취출구(6)으로부터의 공조공기의 취출을 기준으로 해서 설정된 반복계수 K1~K5, 취출공기온도 Tof 및 취출송풍량 Vaf를 사용해서 산정된다.

제어수단(22)는 판정값 L을 L2=(F2--52)+(F4-5)2가 되는 관계식에 의해 구하고(S31), 판정값 L이 최소의 값이되는 취출송풍량 Va 및 취출공기 온도 To의 조합(Vao), (Vo0)을 선택수단(42)에 의해서, 선택하고(S33), 더욱이 모드선택의 적부를 판단한다.(S34~S37)

가정된 모드, 즉 B/L모드(I)가 적정하다고 판정된 경우, 공조취출모드를 B/L(I)으로 설정하도록 모드전환댐퍼(8), (9), (10)을 소정의 개폐위치로 전환하고, 그 개폐위치를 유지함과 동시에, 상기한 바와같이 선택된 취출송풍량 Va, 취출공기 온도 To의 조합(Vao), (To0)가 얻어지도록 송풍기(11)의 송풍량 및 에어믹스댐퍼의 열림정도 θ를 조절한다.(S38)

한편, B/L모드(I)의 선택이 부적절하다라고 판정된 경우, 전술한 벤트모드에서의 설정루틴(제5도) 혹은 B/L모드(II)에서의 설정루틴(제7도)로 이행(移行)한다.

제7도는 B/L(II)에서의 취출공기온도 To, 취출송풍량 Va 및 공조취출모드의 설정루틴을 나타낸 흐름도이며, 이 루틴에서는 벤트취출구(5) 및 풋트취출구(6)의 취출송풍량의 비율이 60%, 40%에 각각 설정하고, 따라서, 벤트취출구(5)를 산정식 Vav=0.60×Va에 의해 구하며, 풋트취출구(6)을 취출송풍량 Vaf=0.25×V에 의해 구한다.

그외의 제어는 B/L모드(I)과 실질적으로 같은 구성을 가지므로, 설명을 생략한다.

또한, B/L모드(II)에 있어서의 설정루틴에서 B/L(II)의 선택이 부적절하다라고 판정된 경우, 전술한 B/L목드(I)에서의 설정루틴(제6도) 또는 B/L모드(III)에 있어서의 설정루틴(제8도)로 이행한다.

제8도는 B/L모드(III)에 있어서의 취출공기온도(To), 취출송풍량(Va) 및 공조취출모드의 설정루틴을 나타내는 흐름도이고, 이 루틴에서는 벤트취출구(5) 및 풋트취출구(6)의 취출송풍량의 비율이 45%, 55%로 각각 설정되고, 따라서, 벤트취출구(5)를 산정식 Vav=0.45×Va로부터 구하며, 풋트취출구(6)을 취출송풍량 Vaf=0.55×V에 의해 구한다.

그 외의 제어는 B/L모드(I) 및 B/L모드(II)와 실질적으로 같은 구성을 가지므로, 설명을 생략한다. 또, B/L모드(III)에 있어서의 설정루틴에 B/L모드(III)의 선택이 부적절하다고 판단된 경우, 전술한 B/L모드(II)에 있어서의 설정루틴(제7도) 또는, 히터모드에 있어서의 설정루틴(제9도)에 이행된다.

제9도는 히타모드에 있어서의, 취출공기온도 To, 취출송풍량 Va 및 공조 취출모드의 설정루틴을 나타낸 흐름도이다.

히타모드의 설정루틴은 B/L(III)의 설정루틴(제7도)로부터 이행되는 경우뿐만아니라, 벤트모드의 설정루틴(제5도)에서 차실의 열부하 Q가 Q0으로 판정되며(S1), 난방운전이 필요한 환경조건이 성립된 경우에도 또한 실행된다.

제어장치(22)는 풋트취출구(6)으로 부터 75%의 취출송풍량을 취출하면서 디프로스터취출구(7)로부터 25%의 취출송풍량을 취출하는 히터모드를 가정하고(S77), 차실내온도 Tr를 설정온도 TSET로 하기 위한 요소의 열교환능력 Qa[=K·A(TSET-Ta)-Ks·Ts-C+Ki(TSET-Tr)]을 연산하고(S78), 그런후, 취출송풍량 Va를 최저풍량 Val로부터 최고풍량 Vah까지 소정의 가산풍량 △Va마다 단계적으로 증대시키고, 각 단계에서 설정된 취출송풍량 Va를 바탕으로 난방운전에 있어서 쾌적도지수 F4(F4-TTSET) 및 ｜F4-TTSET｜을 연산하고, 설정된 각 취출송풍량 Va에 상응하는 가장 적당한 취출공기온도 To 및 에어믹스댐퍼의 열림정도 θ를 각각 연산한다.(S80~S90)

취출송풍량 Va의 단계적인 설정(S80), (S90), 취출공기온도 To[=Qa/Cp·γ·Va)＋Tr]의 연산(S81), 또는 에어믹스댐퍼의 열림정도 θ[=(To-Te)/(Kw·Tw-Te)]의 연산(S82)는 제어장치(22)의 제1연산수단(40)에 의해 이루어진다.

또한, 제1연산수단(40)은 상기한 에어믹스댐퍼열림정도 θ의 연산(S82)에 의해, θ1(가열용열교환기(14)의 통풍량100%)라고 판정된 경우(S83), 취출공기온도 To을 냉각용열교환기(12)의 추출온도 To=To(S81에 있어서 산출된 취출공기온도(To)에 설정하고(S85), 한편, To θ1(즉, 가열용열교환기(14)의 통풍량=100%)로 판정한 경우(S83), To=[Kw(Tw-Ta)/Cp·γ·Va]+Ta로 설정하고, 취출공기온도 To을 가열용열교환기(14)의 출구온도로 치환한다.(S84)

제어장치(22)는 또한, 풋트취출구(6)의 취출송풍량비율이 75%이기 때문에, 취출송풍량 Va를 0.75*×Va로 변환하고(S87), 변환된 추출송풍량 Va, 연산된 상기한 취출공기온도 To, 외기온도센서(25)에 의해 검출된 외기온도 Ta, 실온센서(24)에 의해 검출된 차실내온도 Tr, 더욱이 일사센서(26)에 의해 검출된 일사량의 온도환산값 Ts 을 바탕으로 각 단계의 추출송풍량 Va와 관련한 쾌적지수 F4(=K1·Va+K2·To+K3·Ta+K4·Tr+K5·Ts), (F4-FTSET) 및 ｜F4-FTSET｜를 각각 연산한다(S87)(S88)(S89).

이러한 쾌적도지수 F4, (F4-FTSET) 및 ｜F4-FTSET｜의 연산은 제2연산수단(41)에 의해 이루어진다.

이렇게해서 얻어진 연산결과는 제어장치(22)에 내장된 RAM에서 각각 판독된다.

제어장치(22)는 또한, ｜F4-FTSET｜가 최소로 되는 취출송풍량 Va 및 취출공기온도 To의 조합(Vao,To0)을 선택수단(42)에 의해 선택됨과 동시에(S91), 모드 선택의 적부를 판단하고, 공조장치의 취출송풍량 Va 및 취출공기온도 To을 상기한 취출송풍량 Vao 및 취출공기온도 To0로 설정하도록 송풍기(11)의 송풍량 및 에어믹스댐퍼의 열림정도 θ를 조절한다.(S92~S95)

상기한 모드선택의 적부(適否)에 있어서, 제어장치(22)는 (F4-FTSET)소정값 α라고 판정하고(S92), 게다가 (F4-FTSET)0라고 판정된 경우(S93), 혹은 To0소정값 β(예를들면, β=20oC)라고 판정된 경우(S94), 히타모드의 선택이 적절했다고 판단하고, 작동제어수단(43)을 통해서, 송풍기(11)의 송풍량 및 에어믹스댐퍼열림정도 θ를 조절함과 동시에, 공조취출모드를 히타모드로 설정하도록 모드전환댐퍼(8), (9), (10)을 소정의 개폐위치로 전환하고, 그 개폐위치를 유지한다.(S95)

한편, (F4-FTSET)＞소정갑 α(예를들면, α=0.9)라고 판정된 경우(S92) 혹은 To0β라고 판정된 경우(S94), 승무원이 하반신에 더위를 느끼던지 혹은 취출온도가 지나치게 낮아 승무원이 하반신에 추위를 느낀다라고 생각되고, 따라서, 히타모드의 선택은 부적당한 상태가 된다.

이 때문에 제어장치(22)는 제8도에 도시한 B/L모드(III)의 설정루틴으로 이행한다.(S92),(S94)

본 발명의 상기한 구조에 의하면 쾌적도지수를 바탕으로 취출온도 및 취출송풍량 쌍방을 설정하도록 구성된 차량용공조장치에 있어서, 승무원의 감각적인 쾌적성의 차이를 반영할 수 있는 차량용공조장치를 제공하는 것이 가능다.

Claims

공기조화용 공기를 가열 또는 냉각하여 취출공기의 취출온도를 목표취출온도로 조절하는 온도조절장치와 상기한 공기조화용 공기를 상기한 온도조절장치를 통해서 목표송풍량으로 조절하여 차실로 송풍하는 송풍장치와 상기한 온도조절장치의 목표취출온도와 상기한 송풍장치의 목표송풍량을 제어하는 제어장치(22)를 가진 차량용 공조장치에 있어서, 상기한 제어장치(22)는 차실내온도를 소정온도로 유지하기 위해 필요한 열평형식(3)을 기초로하여 얻어지는 적어도 취출공기온도 To 및 취출송풍량 Va의 상관관계로써 나타내는 제1연산수단(40)과 상기한 취출공기온도 To 및 취출송풍량 Va을 포함하는 각종 변수(Ta)(Tr)(Ts)에 의해 산출되는 지수에 있어서 승무원이 체감하는 쾌적성을 표시하는 쾌적도지수 F를 구하는 제2연산수단(41)을 갖춘 쾌적도지수결정수단과, 상기한 쾌적도지수 F가 목표값에 일치 또는 근사하도록 목표취출온도 및 목표송풍량의 쌍방을 설정하는 온도 및 풍량결정수단과, 승무원이 희망하는 온도를 임의로 설정하기 위한 온도설정수단과, 그 온도설정수단에 의해 설정된 희망차실온도 TSET에 근거해서 상기한 쾌적도지수 F의 목표값을 가변설정하는 목표값설정수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
제1항에 있어서, 상기의 온도 및 풍량결정수단은 제1연산수단에 의한 취출공기온도 To 및 취출송풍량 Va의 관계를 유지하면서, 목표값설정수단(FTSET)이 대입된 제2연산수단의 식이 일치 또는 근사하도록 목표취출온도 및 목표송풍량이 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용공조장치.
제1항에 있어서, 제1연산수단은 온도설정수단 및 각종 센서로 부터의 신호를 입력하고 연산식Cp·γ·Va(To-TSET)=K·A(TSET-Ta)-Ks·Ts-C의 관계로 취출공기온도 To 및 취출송풍량 Va의 관계를 설정하고, 제2연산수단은 쾌적도지수가 연산식 F=K1·Va+K2·To+K3·Ta+K4·Tr+K5·Ts에에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용공조장치.
제1항에 있어서, 상기의 목표값설정수단은 희망차실온도 T_SET으로부터 구해지는 목표값 F_TSET로써 연사식 F_TSET=5+(T_SET-25)/3에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용공조장치.