JP2000219023A - 車両用空調装置 - Google Patents

車両用空調装置

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JP2000219023A
JP2000219023A JP11022025A JP2202599A JP2000219023A JP 2000219023 A JP2000219023 A JP 2000219023A JP 11022025 A JP11022025 A JP 11022025A JP 2202599 A JP2202599 A JP 2202599A JP 2000219023 A JP2000219023 A JP 2000219023A
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JP
Japan
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air
vehicle
blower
temperature
air conditioner
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JP11022025A
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English (en)
Inventor
Satoshi Kamei
聡 亀井
Atsuo Inoue
敦雄 井上
Hirotaka Sakurai
弘孝 桜井
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Sanden Corp
Original Assignee
Sanden Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 条件に応じて送風機の稼働を停止または制限
できるようにし、不都合を生じることなく、省電力化を
達成できるとともに、とくに冷房時における快適性を向
上できる車両用空調装置を提供する。 【解決手段】 車室内に開口する通風ダクト内に空気を
送風する送風機と、通風ダクト内にあって空気と熱交換
することにより空気を冷却する冷却器および、空気を加
熱する加熱器と、該加熱器による加熱度合により通風ダ
クト出口空気温度を調節する出口空気温度調節手段と、
前記冷却器へ冷媒を循環させる冷却回路に設けられた可
変容量型圧縮機と、前記送風機の送風量を調節する風量
調節手段を備えた車両用空調装置において、圧縮機運転
中における送風機の稼働停止も含めた送風機の運転条件
を制御する手段を有することを特徴とする車両用空調装
置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両用空調装置に
関し、とくに省電力化、快適性の向上をはかった車両用
空調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の車両用空調装置は、たとえば図1
0に示すように構成されている。図10において、10
1は、車両用空調装置の機械的な構成部分全体を示して
おり、通風ダクト102の入口側には、内気導入口10
3側からの空気吸入量(導入量)と外気導入口104側
からの空気吸入量(導入量)との割合を制御する内外気
切替ダンパ105が設けられている。吸入された空気
は、モータ106により駆動される送風機107によっ
てダクト102内に吸引、圧送される。モータ106の
制御により、送風機107の送風量が制御される。
【0003】送風機107の下流側には、冷却器として
の蒸発器108が設けられており、その下流側には加熱
器としての温水ヒータ109が設けられている。温水ヒ
ータ109には、エンジン冷却水110が循環され、吸
入された空気を加熱するようになっている。
【0004】蒸発器108には、冷却回路111内を循
環される冷媒が供給される。冷媒は、たとえば可変容量
型の圧縮機112で圧縮され、凝縮器113で凝縮され
た後、レシーバタンク114、膨張弁115を介して蒸
発器108に送られ、蒸発器108から圧縮機112に
吸入される。この圧縮機112の稼働は、クラッチコン
トローラ116によって任意に制御できるようになって
いる。
【0005】温水ヒータ109の直下流側には、エアミ
ックスダンパ117が設けられており、エアミックスダ
ンパアクチュエータ118によって作動されるエアミッ
クスダンパ117の開度調整により、ヒータ109を通
過し加熱された空気の量とバイパスする空気の量との割
合を制御できるようになっている。
【0006】温調された空気は、各吹出口119、12
0、121(たとえば、DEF、VENT、FOOT吹
出口)を介して車室内に吹き出される。各吹出口11
9、120、121には、それぞれダンパ122、12
3、124が設けられている。ダンパ122、123、
124によって吹出口が選択される。
【0007】上記送風機107のモータ106の電圧
(回転数)、エアミックスダンパアクチュエータ11
8、圧縮機112のクラッチコントローラ116は、メ
インコントローラ(制御装置)125からの信号に基づ
いて制御されるようになっている。
【0008】メインコントローラ125には、たとえば
図11にも示すように、車内温度設定器126によって
設定された目標車内温度Trs、外気温度センサ128
によって検知された外気温度AMB、日射センサ129
によって検知された日射量RAD、車内温度センサ12
7によって検知された車室内温度TRがそれぞれ入力さ
れる。これら入力信号に基づいて、目標吹出温度TOs
が演算される。
【0009】目標吹出温度TOsに基づいて、送風機電
圧BLVがたとえば、 BLV=f(TOs) によって演算される。また、目標吹出温度TOsと外気
温度AMBに基づいて、冷却器出口空気温度の目標値T
Vが演算される。演算されたTVと適当なセンサによっ
て検知された冷却器出口空気温度Teとに基づいて、圧
縮機112のクラッチのオン、オフが制御される。たと
えば、図12に示すようにTVに対し±1℃のヒステリ
シスをもたせ、 Te>TV+1 のときクラッチオンとし、 Te<TV−1 のときクラッチオフにする。
【0010】さらに、エアミックスダンパ117の開度
AMDが、たとえば、 AMD=f(TOs,TW,TV) によって演算される。TWは、加熱器入口温水温度であ
る。
【0011】メインコントローラ125から、送風機電
圧信号、エアミックスダンパ位置信号、クラッチ制御信
号がそれぞれ、送風機電圧コントローラ、エアミックス
ダンパアクチュエータ118、クラッチコントローラ1
16に送られる。
【0012】上記のように構成された従来の車両用空調
装置においては、通常、 (1)送風機の運転を停止させた場合、冷却回路(クー
ラーサイクル)中の圧縮機の運転も停止される。 (2)また、車室内空気の冷房/除湿が必要なときにお
いては、クーラーサイクル中の圧縮機耐久性保持のた
め、送風機を必ず運転するようにしている。また、車室
内空気温度を自動制御する空調装置においては、室内空
調は常に送風機を運転させることを前提としている。 (3)更に、最低起動電圧以下の送風機の運転はできな
いようになっている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来装置においては、以下のような不具合を招くこ
とがある。
【0014】(1)まず、送風機の運転を停止すると、
圧縮機を必ず停止するようにしていたので、このときに
は車室内の冷房/除湿が不可能となる。また、特に固定
容積型圧縮機を用いた空調装置では、もし送風機停止中
に圧縮機を使用すると、吸入圧力が異常に低下し、冷媒
循環量が極度に少なくなるので、圧縮機の性能低下、破
損や、蒸発器の着霜を招く。 (2)また、送風機は実際には常時運転されるので、該
常時運転による電力消費を低減することは困難である。 (3)さらに、とくに車室内の冷房時において、吹出口
がVENTの場合、最低風量時でも風が不快と感じられ
ることがあり、これを改善することにより快適性を向上
させることが困難であった。
【0015】そこで本発明の課題は、上記のような従来
装置における問題点に着目し、条件に応じて送風機の稼
働を停止または制限できるようにし、不都合を生じるこ
となく、省電力化を達成できるとともに、とくに冷房時
における快適性を向上できる車両用空調装置を提供する
ことにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の車両用空調装置は、車室内に開口する通風
ダクト内に空気を送風する送風機と、通風ダクト内にあ
って空気と熱交換することにより空気を冷却する冷却器
および、空気を加熱する加熱器と、該加熱器による加熱
度合により通風ダクト出口空気温度を調節する出口空気
温度調節手段と、前記冷却器へ冷媒を循環させる冷却回
路に設けられた可変容量型圧縮機と、前記送風機の送風
量を調節する風量調節手段を備えた車両用空調装置にお
いて、圧縮機運転中における送風機の稼働停止も含めた
送風機の運転条件を制御する手段を有することを特徴と
するものからなる。
【0017】上記車両用空調装置においては、上記制御
手段は、車室内の熱負荷または/および通風ダクトの外
気導入口へ導入される外気の風速または風量に応じて、
送風機の送風量および稼働/非稼働を制御することがで
きる。この導入される外気の風速または風量に対応する
値として、車速を用いることができる。
【0018】また、送風機を断続運転するとともにその
稼働率を制御するようにすることもできる。
【0019】送風機非稼働時において冷房または除湿を
必要としないときには、圧縮機の容量を最小にすること
が好ましい。
【0020】また、上記車両用空調装置が、さらに、外
気温度を検知する外気温度検出手段と、冷却器温度を検
知する冷却器温度検出手段を備え、前記冷却器内を流れ
る冷媒の蒸発温度Tを Tice<T、かつTOs>T、かつAMB>T を満足するように制御することが好ましい。ここで、T
ice:冷却器着霜限界温度、TOs:目標吹出温度、
AMB :外気温度、である。
【0021】さらに、車両前面のガラスの曇りや霜を除
去するために、ガラスの内面に風を当てるデフロスタ吹
出口を備えている場合、デフロスタモードが選択された
とき、送風機を停止させないで所定の電圧以上で稼働さ
せるようにすることが好ましい。
【0022】上記のような本発明に係る車両用空調装置
においては、圧縮機運転中に、送風機の運転停止も含め
て送風機の風量を制御する手段が設けられる。すなわ
ち、車両走行時においては、車室外から流入する自然換
気分の風量が発生する。この自然換気分の風量で冷房/
除湿用の風量を賄えるときは、圧縮機を稼働のまま、送
風機を停止、あるいは稼働を制限することが可能とな
り、送風機の停止あるいは稼働制限により、送風機に要
する電力が節減される。
【0023】送風機の停止または稼働制限により、VE
NT吹出口が選択されている場合にも、乗員に当たる風
の量を従来の最低風量時よりも小さく抑えることが可能
になり、快適性が向上する。
【0024】また、送風機停止中の圧縮機容量制限は、
冷房/除湿が必要なときは、冷房/除湿に適切な容量で
運転し、必要の無いときは、最小容量で運転することが
できる。圧縮機を最小容量で運転することにより、省電
力化を一層助長できる。
【0025】さらに、デフロスタ(DEF)モード選択
時には送風機は所定の風量をDEF吹出口に送るように
すれば、ガラスの曇りや霜の除去性能は良好に確保され
る。
【0026】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一
実施態様に係る車両用空調装置の機器系統図を示してい
る。図1において、1は、車両用空調装置の機械的な構
成部分全体を示しており、通風ダクト2の入口側には、
内気導入口3側からの空気吸入量(導入量)と外気導入
口4側からの空気吸入量(導入量)との割合を制御する
内外気切替ダンパ5が設けられている。吸入された空気
は、モータ6により駆動される送風機7によってダクト
2内を吸引、圧送される。モータ6の制御により、送風
機7の送風量が制御される。また、送風機7には、スイ
ッチ(図示略)が設けられており、稼働/非稼働を手動
でも選ぶことができるようになっている。
【0027】送風機7の下流側には、冷却器としての蒸
発器8が設けられており、その下流側には加熱器として
の温水ヒータ9が設けられている。温水ヒータ9には、
エンジン冷却水10が循環され、吸引された空気を加熱
するようになっている。
【0028】蒸発器8には、冷却回路(クーラサイク
ル)11内を循環される冷媒が供給される。冷媒は、た
とえば可変容量型の圧縮機(コンプレッサ)12で圧縮
され、凝縮器13で凝縮された後、レシーバタンク1
4、膨張弁15を介して蒸発器8に送られ、蒸発器8か
ら圧縮機12に吸入される。この吸入圧力は、吸入圧力
コントローラ16によって任意に制御できるようになっ
ている。
【0029】温水ヒータ9の直下流側には、エアミック
スダンパ17が設けられており、エアミックスダンパア
クチュエータ18によって作動されるエアミックスダン
パ17の開度調整により、ヒータ9を通過し加熱された
空気の量とバイパスする空気の量との割合を制御できる
ようになっている。
【0030】温調された空気は、各吹出口19、20、
21(たとえば、DEF、VENT、FOOT吹出口)
を介して車室内に吹き出される。各吹出口19、20、
21には、それぞれダンパ22、23、24が設けられ
ている。ダンパ22、23、24によって吹出口が選択
される。
【0031】上記送風機7のモータ6の電圧(回転
数)、エアミックスダンパアクチュエータ18、圧縮機
12の吸入圧力コントローラ16は、メインコントロー
ラ(制御装置)25からの信号に基づいて制御されるよ
うになっている。
【0032】メインコントローラ25には、たとえば図
2に示すように、車内温度設定器26によって設定され
た目標車室内温度Trs、外気温度センサ28によって
検知された外気温度AMB、日射センサ29によって検
知された日射量RAD、車内温度センサ27によって検
知された車内温度TR、および冷却器出口空気温度セン
サ30によって検知された冷却器出口空気温度Teがそ
れぞれ入力される。これら入力信号に基づいて、目標吹
出温度TOs等が演算される。
【0033】そして図2に示すように、とくに送風機電
圧(BLV)の演算のために、吹出口の選択モードの信
号31と、通風ダクト2の外気導入口4に導入される外
気の風速または風量に対応する値として、車速信号32
が入力されている。
【0034】図2に示すように、目標吹出温度TOs
は、車内温度設定器26によって設定された目標車内温
度Trs、外気温度センサ28によって検知された外気
温度AMB、日射センサ29によって検知された日射量
RAD、車内温度センサ27によって検知された車内温
度TRに基づいて、 TOs=Kp1(TR−Trs)+f(AMB,RA
D,Trs) によって演算される。Kp1は予め定められた定数であ
る。このTOsを用いて、送風機電圧BLV、エアミッ
クスダンパ開度AMD、冷却器出口空気温度の目標値T
Vが演算される。
【0035】送風機電圧BLVは、 BLV=f(TOs) によって演算される。このBLVは、図3に示すよう
に、ある目標吹出温度の領域(エコノミー領域a区間)
において、車速によって変更される。また本実施態様で
は、併せて、送風機電圧変更制御時に、送風機の稼働率
も制限制御される。
【0036】たとえば、図3に示すように、目標吹出温
度が20℃以下の場合および40℃以上の場合には、従
来の制御同様の特性(実線)で制御し、20℃〜40℃
の領域にあっても、車速が0の場合には従来の特性(実
線)に沿って制御する。
【0037】車速が上昇し、たとえぱ16km/hにな
ると、点線の特性で示すように、送風機電圧(ブロワ電
圧)を低下(たとえば5Vから3Vに低下)させ、送風
機の稼働率は100%のまま維持する。車速が28km
/hになると、送風機電圧は3Vのままとし、送風機の
稼働率を50%に低下させると結果的にブロワ平均電圧
は1.5Vに低下する。送風機の稼働率は、送風機のオ
ン、オフを断続的にくり返し、そのオン時間の割合を稼
働率として制御できる。さらに車速が40km/h以上
になると、稼働率を0まで低下させ、つまり送風機の稼
働を停止する。したがって、平均電圧も0となる。この
ような点線で示した車速に応じた送風機の稼働制御を、
車速の上昇度に応じて連続的に、あるいは、予め定めた
一定の車速毎に段階的に変更制御する。
【0038】図3に示した制御特性を、別の方法で表せ
ば図4のようになる。すなわち、車速が16km/h以
下の場合には電圧制御主体となり、車速が16km/h
以上になると、電圧制御に加えて稼働率の制限制御が入
ってくる。そして車速が40km/h以上になると、送
風機の稼働が停止される。
【0039】このように、送風機の運転条件を、車速に
応じて、稼働停止も含めて制御することにより、送風機
に消費される電力が大幅に節減される。すなわち本発明
では、車速に応じて、自然に外気導入口4に導入されて
くる外気が、送風機の送風量として有効に活用され、外
気導入で賄える分については送風機の動力を節約するの
である。また、VENTモードが選択されている場合
に、風が乗員に強く当たりすぎるのが防止され、快適性
が向上する。
【0040】冷却器出口空気温度の目標値TVは、その
ときのモードに応じて演算される。たとえば、図2に示
すように、DEF(デフロスタ)モードが選択されてい
る場合には、 TV=C とされる。ここでCは予め定められた、比較的低い値で
あり、ガラスの曇りや霜を効率よく除去できるように定
められた値である。通常モードの場合には、 TV=D とされる。ここでDはCよりも低い、予め定められた値
である。さらに前述のエコノミーモードの場合には、 TV=f(TOs,AMB) によって演算される。
【0041】また、本実施態様では、たとえば図5に示
すように、DEFモードのみ、他のモード選択時に比べ
て高い送風機電圧に制御され、送風機の送風量が増大さ
れる。この制御により、DEFモード選択時には、一層
効率よく、ガラスの曇りや霜が除去される。なお、デフ
ロスタ吹出の場合、圧縮機は常に容量制御を行う。
【0042】上記のように演算されたTVが、前記TO
sとともに、エアミックスダンパ開度AMDの演算に用
いられ、AMDは、 AMD=f(TOs,TW,TV) によって演算される。ここで、TWは、適当なセンサに
よって検知された加熱器(温水ヒータ)入口温水温度で
ある。
【0043】また、上記演算されたTVは、圧縮機(コ
ンプレッサ)の制御信号PSの演算に用いられ、PS
は、 PS=f(TV,BLV,AMB) によって演算される。
【0044】上記のように、演算された送風機電圧信号
BLV,エアミックスダンパ開度信号(エアミックスダ
ンパ位置信号)AMD、圧縮機制御信号(吸入圧力制御
信号)PSが、それぞれ、送風機電圧コントローラ、エ
アミックスダンパアクチュエータ、圧縮機の吸入圧力コ
ントローラに送られる。
【0045】また、本実施態様においては、「エコノミ
ーモード」と「通常モード」と呼ばれる、2つのモード
を有する。エコノミーモードにおいては図中、蒸発温度
TがA−B−C−Dと制御され、C−D区間においては
コンプレッサ容量が強制的に最小容量にて運転される。
一方、通常モードにおける蒸発温度Tは、A−B−E−
F−G−Dと制御され、F−G区間においては、送風機
のスイッチがオフ時に限って、コンプレッサ容量は最小
にて運転される。また、G−D区間においては、エコノ
ミーモードのC−D区間と同様に、コンプレッサ容量は
強制的に最小容量にて運転される。
【0046】ただし、除湿、快適性、省動力の重要視す
る度合いによっては、必ずしも蒸発温度制御を、本実施
態様通りに依らなくてもよい。すなわち、図6の三角形
のCGHCに囲まれる範囲、つまり蒸発温度Tが、 Tice<T、かつTOs>T、かつAMB>T を満足するように制御させればよい。ここで、Tice
は冷却器着霜限界温度を示す。
【0047】なお、送風機の稼働/非稼働にかかわら
ず、空調装置からの吹出温度は圧縮機容量のフィードフ
ォワード(予測)制御によって行われる。
【0048】上記のように構成された本実施態様に係る
車両用空調装置における制御実施例は、たとえば図7に
示すようになる。とくに送風機平均電圧(ブロワ平均電
圧)に着目するに、実線で示された従来特性に比べ、本
実施例では斜線で示された領域分、電力が節減される。
また、このエコノミー領域では、車室内への吹出風量が
小さく抑えられるから、乗員に風が強く当たりすぎるこ
ともなく、快適性が向上される。
【0049】このような本発明に係る制御は、とくに日
射を受けないときの冷房/除湿時に効果がある。たとえ
ば図8と図9に日射有りと日射無しの場合を比較して示
すように、日射有りの場合に比べ日射無しの場合には、
エコノミー区間の制御実施領域が大幅に拡大され、その
分電力節減効果は大きい。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の車両用空
調装置によれば、圧縮機運転中に、送風機の運転条件を
稼働停止も含めた制限状態に制御できるようにしたの
で、省電力化を達成できるとともに、VENTモード選
択時等に乗員に風が強く当たりすぎないようにでき、快
適性を向上できるという効果が得られる。本発明はとく
に、日射を受けないときの冷房/除湿時に効果が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の機
器系統図である。
【図2】図1のメインコントローラにおける制御ブロッ
ク図である。
【図3】図2の制御における車速に応じた送風機平均電
圧の制御例を示す特性図である。
【図4】図3の制御における車速と送風機平均電圧との
関係図である。
【図5】DEFモード選択時の制御例を示す送風機平均
電圧の特性図である。
【図6】制御領域制限の一例を示す特性図である。
【図7】実際の走行時における制御例を示す特性図であ
る。
【図8】日射有りの場合の制御特性図である。
【図9】日射無しの場合の制御特性図である。
【図10】従来の車両用空調装置の機器系統図である。
【図11】図10のメインコントローラにおける制御ブ
ロック図である。
【図12】図10の装置のクラッチの制御特性図であ
る。
【符号の説明】
1 空調装置 2 通風ダクト 3 内気導入口 4 外気導入口 5 内外気切替ダンパ 6 モータ 7 送風機 8 冷却器としての蒸発器 9 加熱器としての温水ヒータ 10 エンジン冷却水 11 冷却回路(クーラサイクル) 12 可変容量圧縮機 13 凝縮器 16 吸入圧力コントローラ 17 エアミックスダンパ 18 エアミックスダンパアクチュエータ 19、20、21 吹出口 22、23、24 ダンパ 25 メインコントローラ(制御手段) 26 車内温度設定器 27 車室内温度センサ 28 外気温度センサ 29 日射センサ 30 冷却器出口空気温度センサ(冷却器温度検出手
段) 31 吹出口の選択モード信号 32 車速信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桜井 弘孝 群馬県伊勢崎市寿町20番地 サンデン株式 会社内 Fターム(参考) 3L011 AU01 AW02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車室内に開口する通風ダクト内に空気を
    送風する送風機と、通風ダクト内にあって空気と熱交換
    することにより空気を冷却する冷却器および、空気を加
    熱する加熱器と、該加熱器による加熱度合により通風ダ
    クト出口空気温度を調節する出口空気温度調節手段と、
    前記冷却器へ冷媒を循環させる冷却回路に設けられた可
    変容量型圧縮機と、前記送風機の送風量を調節する風量
    調節手段を備えた車両用空調装置において、圧縮機運転
    中における送風機の稼働停止も含めた送風機の運転条件
    を制御する手段を有することを特徴とする車両用空調装
    置。
  2. 【請求項2】 前記制御手段は、車室内の熱負荷または
    /および前記通風ダクトの外気導入口へ導入される外気
    の風速または風量に応じて、前記送風機の送風量および
    稼働/非稼働を制御する、請求項1の車両用空調装置。
  3. 【請求項3】 前記導入される外気の風速または風量に
    対応する値として車速を用いる、請求項2の車両用空調
    装置。
  4. 【請求項4】 送風機を断続運転するとともにその稼働
    率を制御する、請求項2または3の車両用空調装置。
  5. 【請求項5】 送風機非稼働時において冷房または除湿
    を必要としないときには、前記圧縮機の容量を最小にす
    る、請求項1ないし4のいずれかに記載の車両用空調装
    置。
  6. 【請求項6】 さらに、外気温度を検知する外気温度検
    出手段と、冷却器温度を検知する冷却器温度検出手段を
    備え、前記冷却器内を流れる冷媒の蒸発温度Tを、 Tice<T、かつTOs>T、かつAMB>T を満足するように制御する、請求項1ないし5のいずれ
    かに記載の車両用空調装置。ここで、Tice:冷却器
    着霜限界温度、TOs:目標吹出温度、AMB :外気
    温度、である。
  7. 【請求項7】 車両前面のガラスの曇りや霜を除去する
    ために、ガラスの内面に風を当てるデフロスタ吹出口を
    備えており、デフロスタモードが選択されたとき、送風
    機を停止させないで所定の電圧以上で稼働させる、請求
    項1ないし6のいずれかに記載の車両用空調装置。
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