JPH0725255B2

JPH0725255B2 - 自動車用空調機

Info

Publication number: JPH0725255B2
Application number: JP62148078A
Authority: JP
Inventors: 庸雄鹿子幡; 敏勝伊藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-06-16
Filing date: 1987-06-16
Publication date: 1995-03-22
Anticipated expiration: 2010-03-22
Also published as: JPS63312221A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は自動車用空調機、特に空調導入空気中の車外空
気と車室内空気との占有比率を連続制御して空調を行な
う自動車用空調機に関するものである。

＜従来の技術＞従来の自動車用空調機では、車外空気或は車室内空気を
空調導入空気として空気導入口から選択導入し、空気導
入口から選択導入される空調導入空気を用いて車室の空
調を行なつている。

この場合、自動車用空調機では比較的狭い車室に対して
空調を行なうので、車室内空気を空調導入空気として使
用すると、空調効果を向上させることは出来るが換気の
点で問題がある。

そこで、自動車用空調機では原則として車外空気を空気
導入口から導入して空調を行ない、空調効果が不充分の
場合或は急速な空調が必要な場合にのみ、すでに空調さ
れている車室内空気を循環導入して空調を行なうように
している。

この場合、例えば特開昭58−16916号公報において開示
されているように、空気導入口に車外空気と車室内空気
とを空調導入空気として選択導入するインテークドアが
設けられ、このインテークドアの切換回動によつて、車
外空気の導入と車室内空気の導入の二段階切換、必要に
応じてはこれに車外空気と車室内空気の半々の導入を加
えた三段階切換が行なわれる。

このようにして、従来の自動車用空調機によると、車室
の目標設定温度、実際の車室温度、車外温度、車両の熱
負荷量、吹出空気量、エアミクスドアの開度など各種の
設定条件下で、車室内温度を目標設定温度に近づける空
調動作が行なわれる。

＜発明が解決しようとする問題点＞前述の従来の自動車空調機では、車外空気と車室内空気
の導入の切換が段階的に不連続に行なわれるので、切換
による熱負荷の変動が急激となり、動作が不安定で制御
のための切換が頻繁に行なわれることがある。

例えば空気導入口に車室内空気が導入され、車室内空気
を空調導入空気として冷房動作が行なわれている状態か
ら、車外空気を空調導入空気として冷房動作が行なわれ
る状態に切換が行なわれると、空気導入口の吸込温度が
上昇するため空調機の吹出温度が上昇する。このため、
車室内温度が目標設定温度を越えるので、再度車室内空
気を空調導入空気として冷房動作を行なう状態に切換が
行なわれ、動作が安定するまでに制御のための切換が頻
繁に行なれることがある。

また、空気導入口に対する車室内空気の導入と車外空気
の導入の切換時において、空調機の吹出温度が大きく変
化するために乗員に不快感を与えることがある。

同時に、空気導入口部分における車外空気と車室内空気
との通路が異なるために、前述の切換時に風切音が原因
で生じる吸込空気騒音が大きく変化して、乗員に不快感
を与えることがある。

特に、車室内空気を空気導入口から選択導入する切換が
行なわれる場合には、最大空調能力が必要とされており
風量も多くなつているので、前述の吸込空気騒音変化が
大きくなつて、乗員に与える不快感が大きくなる。

前述した各問題点を解決するためには、空調導入空気中
の車外空気と車室内空気との占有比率を連続的に制御す
ることが効果的であることになるが、構造が複雑となり
製造コストが上昇したのでは工業上の利用面で問題が残
ることになる。

本発明は、前述したようなこの種の自動車用空調機の現
状に鑑みてなされたものであり、その目的は制御が円滑
に行なわれて安定な動作が行なわれ、空調機の吹出温度
の大幅な変化や吸込空気騒音の変化による不快感を乗員
に与えることがなく、さらに構造が簡単で製造コストの
増大もない自動車用空調機を提供することにある。

＜問題点を解決するための手段＞前述した目的を達成するために、本発明では車室内空気
と車外空気とを空調導入空気として空気導入口から導入
し、導入された空調導入空気を用いて車室内の空調を行
なう自動車用空調機において、前記空調導入空気中の前
記車室内空気と前記車外空気との占有比率を、車室内の
目標吹出温度と吹出温度との検知温度差に対応して連続
的に制御する制御手段が具備された構成となつている。

＜作用＞本発明では、空気導入口から導入される空調導入空気中
の車室内空気と車外空気との占有比率を連続的に制御す
る制御手段が具備されているので、必要に応じて車室内
空気の占有比率を増加させることにより、空調効率を向
上させることが出来る。

制御手段による占有比率の制御は連続的に行なわれるの
で、その制御は円滑且つ安定に行なわれ、制御によつて
空調機の吹出温度の大幅な変化や、吸込空気騒音の変化
が生じることがなく、乗員に不快感を与えることのない
制御が行なわれる。

また、車室内空気と車外空気との占有比率を、車室内の
目標吹出温度と吹出温度との検知温度差に対応して制御
しているため、空調能力の不足分に対応させた分だけ、
空調導入空気中の車室内空気の占有比率を設定すること
ができ、逆に言えば、空調能力に余裕がある場合、その
余裕分に対応させた分だけ、空調導入空気中の車外空気
の占有比率を設定することができので、換気条件を良好
に維持して効果的に車室内の空調を行なうことが出来
る。

＜実施例＞以下、本発明の実施例を第１図乃至第６図を使用して詳
細に説明する。

ここで、第１図は本発明の第１の実施例の要部の構成を
示す模式図、第２図は本発明の第１の実施例の制御手順
を示す問題解析図、第３図は本発明の第１の実施例にお
けるインテークドア開度特性図、第４図は本発明の第２
の実施例の要部の構成を示す模式図、第５図は本発明の
第２の実施例におけるインテークドア開度特性図、第６
図は本発明の第３の実施例の要部の構成を示す模式図で
ある。

第１図に示すように、ほぼ筒状のケース１の一端に空気
導入口２が設けられ、この空気導入口２はほぼ30゜の角
度で交差する車外空気導入口2aと、車室内空気導入口2b
とに分岐されている。

この空気導入口２にインテークドア３が、一端を軸3aに
軸支して、他端が空気導入口２の両端部P₁点及びP₂点間
にわたつて回動自在に取り付けられている。インテーク
ドア３の他端がP₁点に位置する回動状態では、インテー
クドア３によつて車外空気導入口2aが閉じられ、インテ
ークドア３の他端がP₂点に位置する回動状態では、イン
テークドア３によつて車室内空気導入口2bが閉じられる
ようになつている。

前述のケース１の他端には、デフ吹出口9a、ベント吹出
口9b及びフロア吹出口9cが設けられ、軸8cに回動自在に
軸支されているモードドア8a及び軸8dに回動自在に軸支
されているモードドア8bによつて、デフ吹出口9a、ベン
ト吹出口9b及びフロア吹出口9cが開放或は閉鎖可能な構
成となつている。

前述のケース１の一端から他端にわたつて、ケース１内
には空気導入口２からの空調導入空気を送り込むための
フアン４、エバポレータ５、吹出空気温度を連続制御す
るエアミクスドア６及びヒータコア７が配設されてい
る。

このような構成のケース１が車室内に配設され、このケ
ース１の近傍において制御回路16が車室内に配設されて
いる。

この制御回路16にそれぞれ制御信号線20及び21を介し
て、インテークドア３を開閉制御するアクチユエータ14
及びエアミクスドア６を開閉制御するアクチユエータ15
が接続されている。

さらに、ベント吹出口9bからの空気吹出温度を検出する
ダクトセンサ10が、ベント吹出口9b近傍に配されてお
り、このダクトセンサ10で検出される吹出温度信号Tdが
制御回路16に入力されている。

また、車室内の所定位置において車室温度を検出するル
ームセンサ11が配設され、このルームセンサ11が検出す
る車室温度信号Trが制御回路16に入力されている。同様
にして、車外の空気温度を検出する外気センサ12が、車
体の所定位置に配設され、この外気センサ12が検出する
外気温度信号Taが制御回路16に入力されている。

そして、乗員が車室内の目標設定温度を設定するための
温度設定器13で設定された目標設定温度信号Tsが、制御
回路16に入力されている。

この制御回路16は、前述の車室温度信号Tr、目標設定温
度信号Ts及び外気温度信号Taが入力されると、これらの
信号に基づいてK₁,K₂及びK₃を定数として次式によつ
て、車室温度を目標設定温度に制御するために必要な目
標吹出温度信号Tdoを演算可能な構成となつている。

Tdo＝K₁（Ts−Tr）−K₂・Ta＋K₃ ……（１）また、制御回路16は後述するように、熱負荷状態を定量
的に演算して、空気導入口２から車室内空気を導入する
制御を行なうか否かの判定をも行ない得るような構成と
なつている。

さらに、制御回路16は前述の吹出温度信号Td、車室温度
信号Tr、外気温度信号Ta及び目標設定温度信号Tsに基づ
いて、インテークドア３及びエアミクスドア６を、それ
ぞれ所定角度回動させるための回動信号をアクチユエー
タ14及び15に出力するような構成となつている。

以上に説明した本発明の第１の実施例において、インテ
ークドア３と回動制御装置としてのアクチユエータ14と
が、制御手段を構成している。

このような構成の本発明の第１の実施例について、その
動作を次に説明する。

第２図のステツプＳ−１において、ダクトセンサ10から
の吹出温度信号Td、ルームセンサ11からの車室温度信号
Tr、外気センサ12からの外気温度信号Ta及び温度設定器
13からの目標設定温度信号Tsがマイクロコンピユータで
構成された制御回路16に取り込まれる。

次に、ステツプＳ−２において、取り込まれた信号に基
づいて、車室温度を目標設定温度に一致させるために必
要な目標吹出温度に対応する目標吹出温度信号Tdoが、
前述した（１）式に基づいて演算される。

このようにして演算された目標吹出温度に、ベント吹出
口9bからの空気吹出温度が一致するように空調機が駆動
されることになる。

次いで、ステツプＳ−３において、空調機の熱負荷状態
が定量的に判断されて、車室内空気を空調導入空気とし
て空気導入口２から導入する必要があるか否かの判定が
行なわれる。

この場合、第１の実施例においては制御回路16におい
て、外気センサ12からの外気温度信号Ta及び温度設定器
13からの目標設定温度信号Tsに基づいて、外気温度taと
目標設定温度tsとの間に10℃以上の温度差があるか否か
が演算される。

この演算の結果、外気温度taと目標設定温度tsの間に10
℃以上の温度差がないと判定されると、ステツプＳ−５
に進んで制御信号線20を介してアクチユエータ14に制御
信号が出力され、インテークドア３はアクチユエータ14
によつて軸3aを中心に、他端がP₂点に位置するように車
外空気導入方向に全開角度回動する。

このインテークドア３の回動によつて、車外空気導入口
2aが全開となり、車室内空気導入口2bは閉鎖されて空調
動作が行なわれる。

前述のステツプＳ−３での判定で、外気温度taと目標設
定温度tsの間に10℃以上の温度差があると判定される
と、ステツプＳ−４に進んで制御信号線20を介してアク
チユエータ14に制御信号が与えられ、インテークドア３
は軸3aを中心として他端がP₁点方向に回動される。

即ち、冷房動作の場合について説明すれば、外気温度ta
と目標設定温度tsがta＞ts＋10となつて、外気温度taが
目標設定温度tsよりも10℃以上高い場合に、ステツプＳ
−４に進んで制御回路16で、冷房不足度を示す検知温度
差Δtdが演算されその結果に基づいて、制御信号線20を
通してアクチユエータ14に制御信号が与えられる。

この場合、検知温度差Δtdは車室温度を目標設定温度ts
に制御するために必要な目標吹出温度tdoと、実際の吹
出温度tdとにより次式で演算される。

Δtd＝tdo−td ……（２）（２）式の演算の結果、検知温度差Δtdが−８℃以下の
場合には、冷房不足度を補正するためにステツプＳ−４
の縦軸で与えられる回動角度だけ、インテークドア３が
第１図のP₁点方向に回動され、車室内空気導入口2bがイ
ンテークドア３の回動角に対応して開かれる。

実際には、制御回路16からの制御信号によつて、アクチ
ユエータ14が所定方向に前述の回動角に対応した時間だ
け回動されて、インテークドア３が所定回動角だけ開放
される。

この動作はフイードバツク制御であり、吹出温度tdが充
分に低くないと、（２）式でΔtdは負値で大きな値を取
り、インテークドア３の車室内空気導入側への回動角度
は大きくなる。しかし、インテークドア３の回動が進む
に従つて、空調導入空気中の車室内空気の占有比率が大
となり、冷房効果が上がり吹出温度tdが低下する。

このため、（２）式でΔtdは負値でその値が小さくな
り、インテークドア３に要求される回動角度も小さくな
る。このようにして、インテークドア３は、吹出温度td
が目標吹出温度tdoに一致する冷房条件の平衡点におい
て、所定の回動角を保持して停止することになり、フイ
ードバツク制御が行なわれる。

また、（２）式の演算の結果、検知温度差Δtdが−２℃
以上であることが確認されると、冷房不足度はないと見
倣し、インテークドア３は第１図のP₂点方向に回動され
て車外空気導入口2aが開放される。

この場合は、前述したステツプＳ−５の場合と同様の動
作が行なわれ、インテークドア３の現在開度に無関係
に、全開度変化に必要な時間だけアクチユエータ14が所
定方向に駆動され、車室内空気導入口2bが閉じられて車
外空気導入口2aが全開状態となる。

なお、第１の実施例においては第３図に示すように、イ
ンテークドア３の全開度を30゜とし、インテークドア３
の回動範囲におけるトルクがほぼ一定に設定されてい
る。このため、前述のようにアクチユエータ14の駆動時
間とインテークドア３の開度変化量を比例させることが
出来る。

また、（２）式の演算の結果、検知温度差Δtdが−２＞
Δtd＞−８なる領域にある時は、車室内の換気を優先し
冷房不足度が僅かであると判定して、インテークドア３
の回動操作は行なわない。

この領域は、インテークドア３の動作上の不感帯域とな
る。この領域がない場合、インテークドア３は、常に何
れかの方向に移動を繰り返すことになるが、本発明の実
施例では、この領域を設けることにより、空調動作が良
好な状態でインテークドアを安定に停止させておくこと
ができる。

前述で説明したインテークドアの制御状態が、図２のス
テツプＳ−４にΔtdとインテークドアの回動角度との特
性図として示されている。この特性図から判るように、
（２）式により算出された検知温度差Δtdが、Δtd≧−
２である場合、冷房不足の状態ではないとして、Δtdの
上昇に伴って、インテークドア３は、その回動角が車外
空気導入側に大きくなるように制御される。そして、Δ
tdが零の場合、すなわち、冷房不足度合いが零の場合、
インテークドア３は、車外空気導入量と車内空気導入量
とが同量となる位置から、５度だけ車外空気導入口が大
きく開く位置に制御されることになる。

そして、検知温度差Δtdが、−２＞Δtd＞−８である場
合、前述ですでに説明したように、インテークドア３
は、車外空気導入量と車内空気導入量とが同量となる位
置で不感帯域として静止状態とされる。さらに、Δtd≦
−８の場合、冷房不足の状態にあるとして、Δtdの低下
に伴って、インテークドア３は、その回動角が車内空気
導入側に大きくなるように制御される。

本発明の実施例は、前述したように、冷房不足度合いが
零の付近で、前記インテークドアを外気導入口が内気導
入口より大きく開く位置に回動制御するようにしている
ので、車外空気の導入を優先させて、換気を優先させた
空調を行うことができ、車内空気の清浄性を保持した良
好な空調を行うことができる。

一方、空調動作が行なわれている状態で、インテークド
ア３の開度変化が行なわれて、この開度変化が室際の吹
出温度tdの変化として現われるまでには、熱交換器であ
るエバポレータ５の熱容量などの影響によつて通常数秒
から数10秒の時間遅れが存在する。

従つて、この時間遅れ期間内にインテークドア３の制御
を行なうと、オーバシユートを生じる可能性があるの
で、第２図のステツプＳ−６において、吹出温度応答時
間待ちが行なわれ、次の処理の実行が保留される。

その後は、再度ステツプＳ−１からの判定及び処理が実
行されて、インテークドア３の連続開度制御によつて空
調導入空気中の車室内空気と車外空気との占有比率が連
続的に制御された、空調動作が行なわれる。

このようにして、第１の実施例によると常に車室内の換
気が優先され、目標設定温度tsが外気温度taに対して10
℃以上の温度差がある場合のみ、空調導入空気として車
室内空気が使用されるので、車室内の換気は常に良好な
状態に保持されて空調が行なわれる。

その空調動作は目標吹出温度tdoと実際の吹出温度tdと
の検知温度差Δtdに対応して、インテークドア３が回動
制御されるフイードバツク制御なので、インテークドア
３は自動的に平衡点に連続的に且つ円滑に回動される。

従つて、インテークドア３の回動制御に伴つて吹出温度
tdが急激に変化したり、吸込空気騒音が急激に変化して
乗員に不快感を与えることもない。

また、インテークドア３の回動域に検知温度差Δtdの変
化に対して作動しない不感帯域が設けられているため、
インテークドア３の回動制御は安定に行なわれる。

さらに、構造的にも検知温度差Δtdに対応したフイード
バツク制御が行なわれるために、インテークドア３の開
度の検知機構が不用で、部品点数を削減して装置の製造
コストを低減することが出来る。

第４図に示すのは、本発明の第２の実施例の要部の構成
であり、この第２の実施例ではインテークドア３の開度
を検知するポテンシヨメータ17が設けられている。

従つて、第２の実施例においては第５図に示すように、
（２）式に基づいて目標吹出温度tdoと実際の吹出温度t
dから演算される検知温度差Δtdに対応して、インテー
クドア３の目標開度θioが求められている。次いで、得
られた目標開度θioとポテンシヨメータ17により読み取
られた実際のインテークドア３の開度θｉとが比較さ
れ、開度θｉが第５図の特性線より上側に存在する場合
には、アクチユエータ14によつてインテークドア３が軸
3aを中心に点P₁方向に回動され、車室内空気導入口2bか
ら導入される車室内空気が増大する。

また、実際のインテークドア３の開度θｉが第５図の特
性線より下側に存在する場合には、アクチユエータ14に
よつてインテークドア３が軸3aを中心に点P₂方向に回動
され、車室内空気導入口2bから導入される車室内空気が
減少する。

この第２の実施例においては、アクチユエータ14の動作
に伴つてインテークドア３のポテンシヨメータ17が即座
に応答するので、ポテンシヨメータ17の出力信号を繰返
し監視し、実際の開度θｉが第５図の斜線領域に入つた
時点でアクチユエータ14の動作を停止させる。

このような演算制御を繰返すことにより、インテークド
ア３の開度を前述した検知温度差Δtdに対応した開度に
制御することが出来る。

なお、第５図における斜線領域は不感帯域はヒステリシ
ス帯であり、第１の実施例ですでに述べたように、イン
テークドア３の安定化制御のために必要とされる領域で
ある。

この第２の実施例は、第１の実施例において第２図のス
テツプＳ−６で必要とされる吹出温度応答待ち時間が不
用で、インテークドア３の応答性において優れていると
いう特長がある。

第６図は本発明の第３の実施例の要部の構成を示すもの
で、この第３の実施例はインテークドア３の駆動手段と
して、負圧アクチユエータ18と戻しばね19が使用されて
いる。

この第３の実施例においては、負圧アクチユエータ18に
負圧を導入するとインテークドア３は軸3aを中心に点P₂
方向に回動され、車室内空気導入口2bから導入される車
室内空気が減少する。

また、負圧アクチユエータ18を大気圧に開放すると、イ
ンテークドア３は軸3aを中心に点P₁方向に回動され、車
室内空気導入口2bから導入される車室内空気が増大す
る。

この第３の実施例では、インテークドア３の回動量が負
圧アクチユエータ18への負圧導入或は大気圧開放の時間
にほぼ比例する。このため、第１の実施例での動作時間
制御に対応して、負圧アクチユエータ18への負圧導入域
は大気圧開放時間を制御することにより、同様のインテ
ークドア３の制御を実現することが出来る。

この第３の実施例は、構造が簡単であり安価な負圧アク
チユエータ18が利用可能で、電動式のアクチユエータ14
を使用した第１及び第２の実施例に比して、さらに製造
コストを低減した自動車用空調機が提供される。

＜発明の効果＞以上詳細に説明したように、本発明によると簡単な構造
で空調導入空気中の車外空気と車室内空気との占有比率
を連続的に且つ円滑に制御し、吹出温度や吸込空気騒音
が急激に変化して乗員に不快感を与えることがなく、常
に車室内の換気が優先した快適な空調が行なわれ、その
製造コストをも低減することが可能な自動車用空調機を
提供することが出来る。

また、本発明によれば、冷房不足度合いが零の付近で、
インテークドアを外気導入口が内気導入口より大きく開
く位置に回動制御するようにしているので、車外空気の
導入を優先させて、換気を優先させた空調を行うことが
でき、車内空気の清浄性を保持した良好な空調を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の要部の構成を示す模式
図、第２図は本発明の第１の実施例の制御手順を示す問
題解析図、第３図は本発明の第１の実施例におけるイン
テークドア開度特性図、第４図は本発明の第２の実施例
の要部の構成を示す模式図、第５図は本発明の第２の実
施例におけるインテークドア開度特性図、第６図は本発
明の第３の実施例の要部の構成を示す模式図である。１……ケース、２……空気導入口、2a……車外空気導入
口、2b……車室内空気導入口、３……インテークドア、
４……フアン、５……エバポレータ、６……エアミクス
ドア、７……ヒータコア、8a,8b……モードドア、9a…
…デフ吹出口、9b……ベント吹出口、9c……フロア吹出
口、10……ダクトセンサ、11……ルームセンサ、12……
外気センサ、13……温度設定器、14……アクチユエー
タ、16……制御回路、17……ポテンシヨメータ、18……
負圧アクチユテータ、19……戻しばね、20……制御信号
線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−16916（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−108912（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−39812（ＪＰ，Ｕ) 実公昭57−2167（ＪＰ，Ｙ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車室内空気と車外空気とを空気導入口から
導入し、導入された空気を冷却、加熱して得られた温調
空気を、吹出し口から車室内へ供給することにより、車
室内の空調を行なう自動車用空調機において、前記空気
導入口に回動自在に取り付けられたインテークドアと、
前記吹出し口から車室内に供給される温調空気の温度に
関連して前記インテークドアを回動させ、その開度を制
御する回動制御装置と、前記吹出し口から車室内に供給
する温調空気の目標温度を算出する演算手段とを備え、
該演算手段は、車室内の目標設定温度、車室内温度及
び、外気温度に基づいて前記温調空気の目標温度を算出
し、前記回動制御装置は、車室内へ供給する前記温調空
気の目標温度と実際に車室内へ供給される前記温調空気
の温度との温度差に基づいて空調機の冷房不足度合いを
検出し、この冷房不足度合いが大きくなるほど前記車室
内空気の導入量を連続的に増加するように前記インテー
クドアを回動制御すると共に、前記温度差に基づいて検
出された冷房不足度合いの零近辺で、前記インテークド
アを外気導入口が内気導入口より大きく開く位置に回動
制御し、かつ、前記インテークドアが内気、外気同量導
入位置にあるとき、前記冷房不足度合いの変化の所定の
範囲に対して前記インテークドアを作動させない不感帯
を生じるようにインテークドアを回動制御することを特
徴とする自動車用空調機。
【請求項２】前記回動制御装置が、前記吹出し口から車
室内に供給される温調空気の温度変化に対する応答時間
だけ、前記インテークドアを、回動制御されたその回動
角に保持する保持手段を有することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の自動車用空調機。