JP3298151B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用空気調和装置、特
に冷却手段と加熱手段を用いて吹き出し空気の温度を調
節し、車室内温度を制御する空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用空気調和装置は、室内や室外ある
いは両方の空気を取り込み、冷却機や加熱器により取り
込まれた空気の温度や湿度を調節し、この空気を車室内
の送風し、車室内温度・湿度を制御するものである。前
記冷却機は冷媒ガスの気化熱を利用したいわゆる冷却サ
イクルを利用したものであるが、従来この冷却サイクル
に用いられる圧縮機はその吐出容量が一定であった。こ
のような吐出容量一定の圧縮機を車両用空気調和装置に
使用した場合、冷却能力の調整はできず、圧縮機は全負
荷で最大冷却する一方で、一旦冷却した空気をその後加
熱器で必要な温度まで加熱して温度を制御するか、ある
いは全負荷と無負荷の繰り返しである圧縮機のオン・オ
フで室内温度を制御することになる。

【０００３】前者の場合は必要以上に冷却して加熱する
というエネルギを無駄に使うことで圧縮機の動力を必要
以上に増加させている。後者の場合は、圧縮機のオン・
オフの繰り返しのため、室内温度は設定温度を中心に上
昇・下降を繰り返し乗員に不快感を与える。

【０００４】この問題を解決するために、吐出容量を変
化させることのできる可変容量型圧縮機が開発されてお
り、これを用いた空気調和装置が特公平１−３３３６４
号公報に示されている。この空気調和装置では、車室内
温度を設定値にするために要求される吹出し空気の温度
である目標温度に応じて、圧縮機の容量を変化させるこ
とにより冷却機の能力を調整し、また加熱器の加熱能力
も調整し、所望の温度に制御する。つまり、目標温度が
低い場合は冷却機の能力を大きくし、目標温度が上昇す
るにつれて冷却機の能力を低くし、加熱器の能力を上昇
させ、温度制御を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に開
示されるものでは、気温が低い場合冷却機の能力を低く
制御され、冷媒温度が高くなり除湿作用が減退する。気
温が低くかつ湿度が高い場合は前述のように除湿作用が
減退するために、車室内の湿度が低下せず窓ガラスなど
に結露する可能性がある。このような気温が低く湿度が
高い状態は雨天時に発生しやすい。そして、雨天時にお
いては雨滴の吹き込みを防ぐために窓も閉められている
ことが多く、これもまた車室内湿度の上昇の要因とな
る。

【０００６】このように従来装置によれば、要求される
冷却能力は低く、かつ要求される除湿作用が高い雨天時
などの場合、十分な除湿が行われず窓ガラスが曇る場合
が生じてしまうという問題があった。

【０００７】本発明は上記のような問題を解消するため
になされたもので、乗員の不快感の解消はもとより雨天
時などの要求される冷却能力が低い時にも、十分な除湿
作用を維持し、窓ガラスが曇らないうえ必要以上の冷却
を押さえることで省エネルギを図るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明にかかる車両用空気調和装置は、加熱能力
を制御可能な加熱手段と、冷却能力を制御可能な冷却手
段と、外気温度センサと車室内温度センサと日射センサ
のうち少なくともひとつのセンサからの情報に基づき、
予め設定された設定温度に車室内温度を制御すべく吹出
し空気温度の目標値を算出する目標温度算出手段と、前
記外気温度センサと前記車室内温度センサとから窓ガラ
スの温度を推定するガラス面温度算出手段と、前記推定
されたガラス面温度を露点とする湿度に基づき要求され
る吹出し空気の湿度を算出し、この算出された湿度の空
気の露点温度を算出する吹出し空気要求温度算出手段
と、前記吹出し空気の目標温度と要求温度を比較して、
低い方の温度を制御温度とする制御温度算出手段と、前
記制御温度に基づき前記冷却能力の制御を行う冷却制御
手段と、前記制御温度と前記目標温度に基づき前記加熱
能力の制御を行う加熱制御手段と有している。

【０００９】

【作用】本発明の車両用空気調和装置においては、各種
のセンサにより窓ガラスの表面温度を推定し、このガラ
ス表面温度で結露しない車室内湿度になるような吹出し
空気の湿度を算出する。この算出された湿度を示す空気
における露点温度を算出する。車室内温度を設定温度に
制御するために必要な吹出し空気の目標温度と前述の露
点温度との低い方を冷却機の制御温度として冷却機の制
御を行い、それ以下の温度までは冷却することはない。

【００１０】前述の露点温度は、言い換えれば窓ガラス
が曇らないだけの除湿能力を得るための目標温度の上限
であり、これを越えた目標温度で冷却機を運転した場合
十分な除湿能力が得られない。たとえば、吹き出し空気
の目標温度が前記の露点温度以上であった場合、この空
気の飽和時の絶対湿度は露点温度の空気の絶対湿度より
高く、したがってこれら各々の条件の吹き出し空気によ
り制御された車室内湿度も露点温度より高い目標温度で
制御された場合のほうが高くなり、窓ガラス表面では飽
和量を越えてしまう。吹き出し空気が常に飽和水蒸気圧
に近いとは限らないので、露点温度以上の目標温度に基
づき制御を行っても常に窓ガラスが曇るとは限らない
が、少なくとも露点温度以下の目標温度で制御されれば
結露は起こらない。しかも、圧縮機は全負荷よりも小さ
い能力で作動する。

【００１１】窓ガラスが曇りうる条件の下では、演算さ
れたガラス面温度から求められた吹出空気の露点温度の
演算値まで冷却してウィンドウの曇りを防止するが、従
来のように、圧縮機の全負荷まで冷却することはなく、
圧縮機の負荷を低減する。この場合、冷却した空気は一
部加熱器で加熱して室温を設定温度にすることができ
る。これにより窓ガラスは曇らず、省エネルギを達成す
ることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図に基づいて
説明する。図１は、本実施例の車両用空気調和装置のブ
ロック図である。本実施例は特に内燃機関により動力を
得る自動車に用いられた例であり、加熱手段として内燃
機関の冷却水を利用した加熱器が、また冷却手段として
はエンジンにより駆動される可変容量型コンプレッサに
より冷媒を圧縮し、これを膨脹・気化させることにより
冷凍サイクルを行う冷却機が用いられている。

【００１３】本実施例の車両用空気調和装置は、通風ダ
クト１０と、ファン１１と、電動機１２と、内外気切り
替えダンパ１３，１４と、アクチュエータ１５，１６
と、吹出口切り替えダンパ１７，１８と、車室内空気取
入れ口２１，２２と、外気取入れ口２３，２４と、ベン
ト吹出口２５と、ヒータ吹出口２６と、デフロスタ吹出
口２７と、ヒータコア３０と、エアミックスダンパ３１
と、エバポレータ３２と、コンデンサ３３と、可変容量
コンプレッサ３４と、エキスパンションバルブ３５と、
ファン速度制御装置３６と、エアミックスダンパ・アク
チュエータ３７と、制御装置４０と、外気温度センサ４
１と、車室内温度センサ４２と、日射センサ４３と、コ
ンデンサ圧センサ４５と、エバポレータ圧センサ４６
と、コンプレッサ吸入温度センサ４７と、回転センサ４
８と、温度設定装置４９とから構成されている。

【００１４】次に動作について説明する。上記の通り構
成される車両用空気調和装置において、通風ダクト１０
は一端に空気取入れ口２１，２２，２３，２４を有し、
前記空気取入れ口２１，２２，２３，２４の直後にはフ
ァン１１が配置され、他端の空気吹き出し口２５，２
６，２７に向けて送風している。ファン１１は電動機１
２によって回転させられ、電動機１２は制御装置４０か
ら指令を受けたファン速度制御装置３６により回転速度
が制御される。この場合、ファン速度制御装置３６はト
ランジスタで構成してもよく、その時においてはファン
速度はデューティ制御となる。

【００１５】前記空気取入れ口２１，２２，２３，２４
は車室内の空気を取り入れる車室内空気取入れ口２１，
２２と、外気を取り入れる外気取入れ口２３，２４とに
分類され、空気取入れ口２１，２２と、２３，２４とは
内外気切り替えダンパ１３，１４によって切り替えるこ
とによって、車室内空気取入あるいは外気取入にするこ
とができる。また、空気取入れ口２１，２２，２３，２
４は内外気切り替えダンパ１３が空気取入れ口２１を開
き、空気取入れ口２３を閉じ、かつ内外気切り替えダン
パ１４が空気取入れ口２４を開き、空気取入れ口２２を
閉じることで車室内気と外気の両方を取り入れることが
できる。すなわち、内外気混合ができるようになってい
る。

【００１６】内外気切り替えダンパ１３，１４は制御装
置４０の指令に基づきアクチュエータ１５，１６によっ
て動かされる。また、ファン１１の下流には冷却用熱交
換器であるエバポレータ３２が通風ダクト１０の横断面
の全面にわたって配置され、通過した空気を冷却する。
さらに、下流には加熱用熱交換器であるヒータコア３０
が通風ダクト１０の横断面の一部を占めるように配置さ
れ、ヒータコア３０の一端にはエアミックスダンパ３１
の回転軸が配置され、エアミックスダンパ３１の回転角
度を変えることで通風ダクト１０を流れる空気について
ヒータコア３０を通過する空気とこれをバイパスする空
気の割合を０〜１００パーセントまで変えることができ
る。エアミックスダンパ３１の最大回転角度に対する現
在の角度をエアミックスダンパ３１の開度と呼ぶ（ヒー
タコア３０を全閉した場合を開度０という）。この開度
を変えることでも吹出空気温度を変えることができる。
エアミックスダンパ３１は制御装置４０からの指令に基
づき、エアミックスダンパ・アクチュエータ３７によっ
て動作させられる。

【００１７】さらにその下流側ではベント吹出口２５
と、ヒータ吹出口２６と、デフロスタ吹出口２７とを有
し、ベント吹出口２５は主に乗員の上半身に向けて吹き
出し、ヒータ吹出口２６は主に乗員の足元に向けて吹き
出し、デフロスタ吹出口２７はフロントウインドウに向
けて吹き出す。ベント吹出口２５とデフロスタ吹出口２
７は切り替えダンパ１７によって切り替えられ、ヒータ
吹出口２６は切り替えダンパ１８によって切り替えられ
る。そして、エバポレータ３２と、コンデンサ３３と、
コンプレッサ３４と、エキスパンションバルブ３５によ
って冷凍サイクルが構成される。なお、コンプレッサ３
４は可変容量コンプレッサである。

【００１８】すなわち、ドライブシャフトにワッブルプ
レートを設け、このワッブルプレートの傾き角度を自由
に変化させることによりピストンストロークを変えて吐
出量を制御する構造をとればよい。もちろん、これと別
の構造のものを使用してもよい。

【００１９】次に、制御装置４０は、外気温度センサ４
１が検出した外気温度Ｔｏと、車室内温度センサ４２が
検出した車室内温度Ｔｒと、日射センサ４３が検出した
日射量ＳＴと、温度設定装置４９からの設定温度Ｔｓｅ
ｔとを入力し、それらの情報から車室内温度を設定温度
Ｔｓｅｔにするために必要な目標吹出空気温度Ｔａｏを
式（１）で求める。

【００２０】 Ｔａｏ＝ｋ1 ・Ｔｓｅｔ−ｋ2 ・Ｔｒ−ｋ3 ・Ｔｏ−ｋ4 ・ＳＴ＋ｃ1 …(1) ここで、Ｔｓｅｔ・・・温度設定装置４９からの設定温
度 Ｔｒ・・・・・車室内温度センサ４２が検出した車室内
温度 Ｔｏ・・・・・外気温度センサ４１が検出した外気温度 ＳＴ・・・・・日射センサ４３が検出した日射量 ｋ1 ，ｋ2 ，ｋ3 ，ｋ4 ，ｃ1 は定数である。

【００２１】次に、窓ガラスのガラス面温度をＴｇを式
（２）で算出する。

【００２２】 Ｔｇ＝ｋ5 ・Ｔｏ＋ｋ6 ・Ｔｒ＋ｋ7 ・ＳＴ …（２） ｋ5 ，ｋ6 ，ｋ7 は定数 もしくは、窓ガラスの曇りが問題となるのは雨天時など
日射が弱い時であるからＴｇを式（２´）にて算出して
もよい。

【００２３】 Ｔｇ＝ｋ5'・Ｔｏ＋ｋ6'・Ｔｒ …（２´） ｋ5'，ｋ6'は定数 なお、各定数は車室の容積、吹出し口の配置、冷却機お
よび加熱器の能力などの違いにより、車種ごとに設定さ
れることが望ましい。また、車速や吹出し空気の風速に
より変化させてもよい。すなわち車速や吹出し空気の風
速の関数として変化させてもよい。

【００２４】算出されたガラス面温度Ｔｇを露点とする
絶対湿度Ｘｇを式（３）で求める。車室内の絶対湿度が
Ｘｇより小さければガラス面は曇らないので余裕を持た
せてＸｇ−ΔＸｇを車室内の目標湿度とすると、車室内
をこの目標湿度Ｘｇ−ΔＸｇにするための目標吹出空気
湿度（絶対湿度）Ｘａｏは式（４）で求めることができ
る。式（４）は車室内湿度センサを設置して車室内湿度
でフィードバックをかけた場合に適用される算出式であ
るが、車室内湿度センサがなくフィードバックをかける
ことができない場合は、目標吹出空気湿度Ｘａｏは式
（５）で求める。 Ｘｇ ＝Ｆ1 （Ｔｇ） …（３） ここで、Ｆ（ｘ）は関数である。 Ｘａｏ＝ｋh1・Ｘｒｓｅｔ−ｋh2（Ｘｒ−Ｘｒｓｅｔ）＋ｃ2 …（４） ここで、Ｘｒｓｅｔ・・・車室内目標湿度 Ｘｒ・・・・・・車室内湿度センサが検出した車室内湿
度 ｋh1，ｋh2，ｃ2 は定数である。 Ｘａｏ＝ｋh1・Ｘｒｓｅｔ＋ｃ3 …（５） ここで、ｋh1，ｃ3 は定数である。

【００２５】なお、目標吹出空気湿度Ｘａｏの算出につ
いては式（４），（５）のいずれを用いても良いが、式
（４）を用いれば制御精度はよくなるが車室内湿度セン
サが必要となり、また逆に式（５）を用いれば制御精度
は悪くなるが車室内湿度センサが不要となる利点があ
る。

【００２６】次に、絶対湿度Ｘｇから求められた目標吹
出空気湿度Ｘａｏの空気の露点温度Ｔｄを式（６）で求
める。そして、露点温度Ｔｄと、目標吹出空気温度Ｔａ
ｏを比較し、小さい方をエバポレータ通過後の空気とす
ればウインドウは曇らない。すなわち、エバポレータ通
過後の空気の温度をＴｅａとすれば，Ｔｅａを式（７）
で求めるのである。

【００２７】すなわち、エバポレータ通過後の空気温度
をＴｅａ以下とするように冷却機を運転すれば、目標吹
出し湿度をＸａｏとするに十分な除湿能力を得られる。
よって、室内の湿度はＸｒｓｅｔ以下となりガラスが曇
ることがない。

【００２８】次に、エバポレータ通過後の空気温度がＴ
ｅａとなるエバポレータ冷媒温度Ｔｅｒを式（８）によ
り求める。そして、エバポレータの冷媒温度がＴｅｒと
なるエバポレータの冷媒圧力Ｐｅｓｅｔを式（９）によ
り求める。これが、エバポレータ目標冷媒圧力Ｐｅｓｅ
ｔである。式（１０）において、関数Ｆ2 （ｘ）は冷媒
の圧力と蒸発温度の関係から求まる。

【００２９】 Ｔｄ＝ｇ（Ｘａｏ） …（６） ここで、ｇ（ｘ）は関数で、ｇ（ｘ）＝Ｆ1 ^-1（ｘ）で
ある。Ｆ1 ^-1（ｘ）は逆関数である。ｋh1，ｋh2，ｃ2
は定数である。 Ｔａｏ≧Ｔｄ ならば Ｔｅａ＝Ｔｄ …（７） Ｔａｏ＜Ｔｄ ならば Ｔｅａ＝Ｔａｏ Ｔｅｒ＝Ｔｅａ−Δｔｅａ …（８） ここで、Δｔｅａは一定値である。 Ｐｅｓｅｔ＝Ｆ2 （Ｔｅｒ） …（９） 次に、冷媒圧力とエンタルピの関係を示す図２のＰ−ｉ
線図よりIV点のエンタルピｉ4 を求める。IV点のエンタ
ルピｉ4 はIII 点のエンタルピに等しいから式（１０）
により求まる。

【００３０】 ｉ4 ＝ＦL （Ｐｃ）−Ｃ・ΔＴｃ …（１０） ここで、Ｐｃ・・コンデンサ圧センサ４５が検出したコ
ンデンサ圧 ＦL （ｘ）・・飽和液線のエンタルピと圧力の関係式 ｃ・・・・・・冷媒液の比熱 ΔＴｃ・・・・サブクールであり、例えば５℃（一定） 次に、コンプレッサ吸入冷媒（Ｐ−ｉ線図のＩ点）のエ
ンタルピｉ1 を式（１１）により求める。式（１１）に
おいて、エバポレータ冷媒温度Ｔｅｒは前記（８）式よ
り求まる。あるいは、式（１２）により求めてもよい。

【００３１】 ｉ1 ＝ＦV （Ｐｅｓｅｔ）＋Ｃｐｒ・Δｔｅｒ …（１１） ここで、 Δｔｅｒ＝Ｔｅ−Ｔｅｒである。 また、 Ｔｅ・・・・・コンプレッサ吸入冷媒温度セン
サが検出したコンプレッサ吸入冷媒温度 ＦV （ｘ）・・飽和蒸気線のエンタルピと圧力の関係式 Ｃｐｒ・・・・冷媒の定圧比熱 Δｔｅｒ・・・コンプレッサ吸入冷媒の過熱度 Ｔｅｒ＝Ｇ2 （Ｐｅｓｅｔ） …（１２） ここで、Ｇ2 （ｘ）＝Ｆ2 ^-1（ｘ）である。Ｇ2 （ｘ）
は関数で、冷媒の圧力と蒸発温度の関係式Ｆ2 ^-1（ｘ）
は前記Ｆ2 （ｘ）の逆関数である。従って、冷媒側から
みた冷房能力は式（１３）で示される。 Ｑｒ＝Ｇ（ｉ1 −ｉ4 ） …（１３） ここで、Ｇは冷媒吐出量である。

【００３２】これに対し空気側からみた冷房能力は次の
ように求める。すなわち、まず吸入空気のエンタルピを
求めることになるが、この場合空気取入れが外気取入れ
口の場合は外気のエンタルピ、車室内空気取入れ口の場
合は車室内空気のエンタルピを求め、内外気混合の場合
は内外気混合割合から求める。従って、車室外空気のエ
ンタルピは式（１４）により求め、車室内空気のエンタ
ルピは式（１５）により求めることができる。式（１
４），（１５）においてＸｏ（外気の絶対湿度）、Ｘｒ
（車室内の絶対湿度）は車室内、車室外に湿度センサを
設置して求めてもよいし、車室内、車室外の相対湿度を
一定、例えば５０% として、そのときの絶対湿度を求め
てもよい。内外気混合の場合のエンタルピは式（１６）
により求める。

【００３３】 ｉｆ＝Ｃｐａ・Ｔｏ＋（Ｃｗｖ・Ｔｏ＋Ｌ）・Ｘｏ …（１４） ｉｒ＝Ｃｐａ・Ｔｒ＋（Ｃｗｖ・Ｔｒ＋Ｌ）・Ｘｒ …（１５） ここで、Ｌ・・・・・・水の蒸発潜熱 Ｘｏ・・・・・外気の絶対湿度 Ｘｒ・・・・・車室内の絶対湿度 Ｃｐａ・・・・空気の定圧比熱 Ｃｗｖ・・・・水蒸気の定圧比熱 ｉｆｒ＝ｉｒ×Ｒｍ／１００＋ｉｆ×（１００−Ｒｍ）／１００ …（１６） ここで、Ｒｍは車室内空気の混合率である。

【００３４】次に、エバポレータ通過後の空気のエンタ
ルピｉｅａを式（１７）により求める。式（１７）にお
いてエバポレータ通過後の空気の温度Ｔｅａは前記の通
り、式（１８）により求める。式（１７）においてエバ
ポレータ通過後の空気の絶対湿度Ｘｅａは式（１９）に
より求まる。式（１９）において目標吹出空気温度Ｔａ
ｏを露点とする絶対湿度Ｘｄは、Ｘｄ＝Ｆ1 （Ｔａｏ）
により求まり、吸入空気の絶対湿度をＸｓとしてエバポ
レータ通過後の空気の絶対湿度Ｘｅａを求めている。

【００３５】 ｉｅａ＝Ｃｐａ・Ｔｅａ＋（Ｃｗｖ・Ｔｅａ＋Ｌ）・Ｘｅａ …（１７） Ｔａｏ≧Ｔｄ ならば Ｔｅａ＝Ｔｄ …（１８） Ｔａｏ＜Ｔｄ ならば Ｔｅａ＝Ｔａｏ Ｔａｏ≧Ｔｄ ならば Ｘｅａ＝Ｘａｏ …（１９） Ｔａｏ＜Ｔｄ において Ｘｓ≧Ｘｄ ならば Ｘｅａ＝Ｘｄ Ｘｓ＜Ｘｄ ならば Ｘｅａ＝Ｘｓ ここで、Ｘｓは空気取入れ口が車室内空気取入れ口なら
Ｘｓ＝Ｘｒ 外気取入れ口ならＸｓ＝Ｘｏ 内外気混合なら Ｘｓ＝（Ｘｒ×Ｒｍ）／１００＋｛Ｘｏ×（１００−Ｒｍ）／１００｝ 次に、空気調和装置の風量すなわちエバポレータを通過
する風量を求める。空気調和装置の風量は多くの場合ブ
ロワモータに印加する電圧を目標吹出空気温度Ｔａｏで
一義的に決めている。一例として、この第一実施例の場
合について説明する。まず、目標吹出空気温度Ｔａｏと
印加電圧の対応関係は図３に示される。また印加電圧と
空気調和装置の風量の対応関係は図４に示される。従っ
て、図３から目標吹出空気温度Ｔａｏの特定の値に対す
る印加電圧の値を求め、その印加電圧の値に対応する空
気調和装置の風量の値を図４から求めることによって空
気調和装置の風量を決定するのである。

【００３６】これにより空気側からみた冷房能力が求め
られる。これを式（２０）に示す。空気側からみた冷房
能力と冷媒側からみた冷房能力は等しいから式（２１）
が成立し、式（２１）より式（２２）が導かれる。式
（２３）のｉ1 ，ｉ4 に式（１０）（１１）を代入し、
式（２３）を得る。式（２３）により得られる冷媒吐出
量Ｇに基づいて、可変容量コンプレッサ容量Ｖｃを式
（２４）により求めることができる。式（２４）におい
て、Ｖ１１は冷媒のコンプレッサ吸い込み時における比
体積であり、式（２５）により求めることができる。ま
た、式（２４）におけるηｖは体積効率であり式（２
６）により求めることができる。式（２６）においてｎ
ｃはコンプレッサ回転数であり、回転センサをコンプレ
ッサに付加することにより検出してもよいし、エンジン
の回転数より求めてもよい。

【００３７】 （ｉｓ−ｉｅａ）×Ｖ×Υａ …（２０） ここで、ｉｓ・・・吸入空気のエンタルピ 車室内空気ならｉｓ＝ｉｒ、外気ならｉｓ＝ｉｆ、内外
気混合ならｉｓ＝ｉｆｒである。 Ｖ・・・・風量 車室内空気ならＶｒ、外気ならＶｆ、内外気混合ならＶ
ｆｒである。（図４を参照） Υａ・・・空気の比重量 Ｇ（ｉ1 −ｉ4 ）＝（ｉｓ−ｉｅａ）×Ｖ×Υａ …（２１） Ｇ＝｛（ｉｓ−ｉｅａ）・Ｖ・Υａ｝／（ｉ1 −ｉ4 ） …（２２） Ｇ＝｛（ｉｓ−ｉｅａ）・Ｖ・Υａ｝／ ［ＦV （Ｐｅｓｅｔ）＋Ｃｐ・Δｔｅ−｛ＦL （Ｐｃ）−Ｃ・ΔＴｃ｝］ …（２３） Ｖｃ＝Ｇ／（ηｖ×ｎｃ×ｖ１1 ） …（２４） Ｖ１１＝Ｒ・Ｔｅ／Ｐｅｓｅｔ …（２５） ここで、Ｒ・・・・・冷媒のガス定数 Ｔ・・・・・２７３＋Ｔｅ Ｔｅ・・・・コンプレッサ吸入温度センサが検出したコ
ンプレッサ吸入冷媒温度 ηｖ＝ｆ1 （ｎｃ，Ｐｃ／Ｐｅｓｅｔ） …（２６） ここで、ｆ1 （ｘ）は関数である。

【００３８】次に、可変容量コンプレッサの容量Ｖｃを
求める式（２４）において、コンプレッサ容量制御が目
標値からずれた時のフィードバックのためのフィードバ
ック項と、誤差を考慮した誤差項を加味して式（２７）
により可変容量コンプレッサの容量Ｖｃを求めるように
する。

【００３９】 Ｖｃ＝｛Ｇ／（ηｖ×ｎｃ×ｖ１1 ）｝ −Ｋ（Ｐｅｓｅｔ−Ｐｅ）＋Ｃ …（２７） ここで、Ｐｅ・・・・エバポレータ圧センサ４６が検出
したエバポレータ冷媒圧 次に、エバポレータ通過後の空気の温度Ｔｅａが目標吹
出空気温度Ｔａｏと等しい場合、すなわちＴａｏ＜Ｔｄ
となる場合は、コンプレッサ容量を式（２４）により制
御してエアミックスダンパ３１を全閉して通風ダクト１
０を流れる空気をすべてヒータコア３０をバイパスする
ように流す。

【００４０】一方、Ｔｅａ＝Ｔｄの場合、すなわちＴａ
ｏ≧Ｔｄとなる場合は、吹出空気温度を目標吹出空気温
度Ｔａｏにして車室内温度Ｔｒを車室内設定温度にする
必要がある。従って、エアミックスダンパ３１の開度を
制御して吹出空気温度を目標吹出空気温度Ｔａｏまであ
げる必要がある。この場合、吹出空気温度を目標吹出空
気温度Ｔａｏにするために、エアミックスダンパ３１に
よるヒータコア３０で加熱した温風とヒータコア３０を
バイパスした冷風の混合割合Υａｍを式（２８）により
求める。式（２８）においてＴｈはヒータコア直後の空
気の温度でセンサで検出してもよいし、エンジンの冷却
水温から式（２９）により求めてもよい。但し、エンジ
ンの冷却水温はセンサで検出する必要がある。

【００４１】 Υａｍ＝（Ｔａｏ−Ｔｄ）／（Ｔｈ−Ｔｄ） …（２８） ここで、混合割合Υａｍは全風量中の温風の割合であ
る。 Ｔｈ＝Ａ・Ｔｗ＋（１−Ａ）Ｔｄ …（２９） ここで、Ｔｗ・・・・エンジンの冷却水温 Ａ・・・・・定数（０≦Ａ≦１） 制御装置４０はエアミックスダンパ３１を、混合割合Υ
ａｍが式（２８）で示されるような値になるように制御
することで、吹出空気温度を目標吹出空気温度Ｔａｏに
することができる。

【００４２】上記実施例ではコンプレッサ吸入冷媒の過
熱度ΔＴｅは、コンプレッサ吸入温度センサ４７が検出
した冷媒温度を利用して求めたが、コンプレッサ吸入温
度センサ４７を用いることなく、コンプレッサ吸入冷媒
の過熱度ΔＴｅを一定に、例えば１０゜Ｃに設定するこ
とにしてもよい。コンデンサ圧センサ、エバポレータ圧
センサは温度センサを用いてもよい。冷媒の蒸発温度と
圧力は互いに変換できるからである。

【００４３】また、エバポレータ通過後の空気温度がＴ
ｅａとなるエバポレータ冷媒温度Ｔｅｒを上記実施例で
は式（８）で求めたが式（３０）、あるいは式（３１）
で求めてもよい。

【００４４】 Ｔｅａ−Ｔｅｒ＝Ｋｖ・Ｖ^b …（３０） Ｔｅａ−Ｔｅｒ＝Ｋｔ・Ｖ^d （Ｔｒ−Ｔａｏ） …（３１） ここで、Ｋｖ，b 、Ｋｔ、d は定数である。

【００４５】また、上記実施例において可変容量コンプ
レッサ３４の容量を式（２７）に示すＶｃにする場合、
コンプレッサのピストンストロークと容量は比例関係に
あり、ストロークセンサを用いて、式（２７）のＶｃの
容量にするためのストロークが容易に求められ、そのス
トロークになるようにストロークセンサで検出しながら
ストロークを制御することにより所望の容量とすること
ができるのである。

【００４６】図５及び図６に示すフローチャートに基づ
いて、さらに詳細に説明していく。本発明の第一実施例
の車両用空気調和装置では、制御装置４０は外気温セン
サ４１、車室内温度センサ４２、日射センサ４３等各種
センサから入力を読み込む（ステップ１０１）。次に、
制御装置４０は、各種センサが検出した外気温度Ｔｏ、
車室内温度Ｔｒ、日射量ＳＴ、設定温度Ｔｓｅｔ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空気温
度Ｔａｏを式（１）で求める（ステップ１０２）。

【００４７】また、外気温Ｔｏ、車室内温度Ｔｒ、日射
量ＳＴからウインドウのガラス面温度を式（２）で求め
る（ステップ１０３）。

【００４８】次に、式（２）で算したガラス面温度Ｔｇ
を露点とする絶対湿度Ｘｇを式（３）で求める（ステッ
プ１０４）。

【００４９】次に、車室内の目標湿度Ｘｇ−ΔＸｇを演
算する（ステップ１０５）。次に、車室内を目標湿度Ｘ
ｇ−ΔＸｇにするための目標吹出空気湿度Ｘａｏを式
（４）で求める（ステップ１０６）。次に、絶対湿度Ｘ
ｇから求められた目標吹出空気湿度Ｘａｏの空気の露点
温度Ｔｄを式（６）で求める（ステップ１０７）。

【００５０】次に、露点温度Ｔｄと、目標吹出空気温度
Ｔａｏを比較する（ステップ１０８）。比較の結果、Ｔ
ａｏがＴｄより小さい場合には、ステップ１０９の処理
に移る。ステップ１０９ではエバポレータ通過後の空気
の温度をＴｅａとするエバポレータ冷媒温度Ｔｅｒを式
（８）により求め、さらにエバポレータの冷媒温度がＴ
ｅｒとなるエバポレータの冷媒圧力Ｐｅｓｅｔを式
（９）により求める。

【００５１】次に、エバポレータ入口の冷媒のエンタル
ピｉ4 を式（１０）により求める（ステップ１１０）。
次に、エバポレータ出口の冷媒のエンタルピｉ1 を式
（１１）により求める（ステップ１１１）。次に、吸入
空気のエンタルピｉｓを求める（ステップ１１２）。こ
こで、空気取入れが外気から行なわれる場合には、車室
外空気のエンタルピｉｆを式（１４）により求め、この
ｉｆをｉｓに代入する。一方、空気取入れが外気から行
なわれる場合には、エンタルピｉｒを式（１５）により
求め、このｉｒをｉｓに代入する。また内外気混合の場
合のエンタルピｉｆｒは式（１６）により求め、このｉ
ｆｒをｉｓに代入する。

【００５２】次に、エバポレータ通過後の空気のエンタ
ルピｉｅａを式（１７）により求める（ステップ１１
３）。ここでこの場合のエバポレータ通過後の空気の温
度Ｔｅａは目標吹出空気温度Ｔａｏであり、また、エバ
ポレータ通過後の空気のエンタルピｉｅａは目標吹出空
気温度Ｔａｏの空気のエンタルピｉａｏとなるので、エ
ンタルピｉｅａは式（１７）により求めることができ
る。なお、この場合においてエバポレータ通過後の空気
の絶対湿度Ｘｅａは、式（１９）により求まり、式（１
９）における目標吹出空気温度Ｔａｏを露点とする絶対
湿度Ｘｄは、Ｘｄ＝Ｆ1 （Ｔａｏ）より求まる。

【００５３】次に、空気調和装置の風量、すなわちエバ
ポレータを通過する風量を求める（ステップ１１４）。
この場合においては、図３から目標吹出空気温度Ｔａｏ
の特定の値に対する印加電圧の値を求め、その印加電圧
の値に対応する空気調和装置の風量の値を図４から求め
ることによって空気調和装置の風量を決定する。そし
て、これにより空気側からみた冷房能力を式（２０）に
より求める（ステップ１１５）。次に、冷媒吐出量Ｇを
式（２３）により求め（ステップ１１６）、式（２３）
により求められた冷媒吐出量Ｇにから可変容量コンプレ
ッサ容量Ｖｃを求める（ステップ１１７）。なお、可変
容量コンプレッサ容量Ｖｃは式（２７）により求めるこ
とができる。

【００５４】次に、上記可変容量コンプレッサ容量Ｖｃ
をコンプレッサ可変容量機構へ出力する（ステップ１１
８）。

【００５５】ここでは、エバポレータ通過後の空気の温
度Ｔｅａが目標吹出空気温度Ｔａｏと等しい場合、すな
わちＴａｏ＜Ｔｄとなる場合であり、コンプレッサ容量
を式（２７）により制御してエアミックスダンパ３１を
全閉して通風ダクト１０を流れる空気をすべてヒータコ
ア３０をバイパスするように流す（ステップ１１９）。
一方、ステップ１０７の比較においてＴｅａ＝Ｔｄの場
合、すなわちＴａｏ≧Ｔｄとなる場合は、エバポレータ
通過後の空気の温度を露点温度Ｔｄとするエバポレータ
目標冷媒圧力Ｐｅｓｅｔを求める（ステップ１２０）。
この場合エバポレータ通過後の空気の温度Ｔｅａに露点
温度Ｔｄを代入し（Ｔｅａ＝Ｔｄ）、式（９）の演算を
行う。すなわち、エバポレータ通過後の空気の温度Ｔｅ
ａが露点温度Ｔｄとなるエバポレータ冷媒温度Ｔｅｒを
式（８）により求め、さらにエバポレータの冷媒温度が
Ｔｅｒとなるエバポレータの冷媒圧力Ｐｅｓｅｔを式
（９）により求める。

【００５６】次に、エバポレータ入口の冷媒のエンタル
ピｉ4 を式（１０）により求める（ステップ１２１）。
次に、エバポレータ出口の冷媒のエンタルピｉ1 を式
（１１）により求める（ステップ１２２）。次に、吸入
空気のエンタルピｉｓを求める（ステップ１２３）。こ
のときに、空気取入れが外気取入れの場合には車室外空
気のエンタルピｉｆを式（１４）により求め、ここで得
られたｉｆをｉｓに代入する。一方、車室内空気の場合
には車室内空気のエンタルピｉｒを式（１５）により求
め、このｉｒをｉｓに代入する。内外気混合の場合のエ
ンタルピｉｆｒは式（１６）により求め、このｉｆｒを
ｉｓに代入する。

【００５７】次に、エバポレータ通過後の空気のエンタ
ルピｉｅａを式（１７）により求める（ステップ１２
４）。この場合、エバポレータ通過後の空気の温度Ｔｅ
ａは露点温度Ｔｄであり、また、エバポレータ通過後の
空気のエンタルピｉｅａは露点温度Ｔｄの空気のエンタ
ルピｉｔｄとなるのでエバポレ−タ通過後空気のエンタ
ルピｉｅａは（１７）により求めることができる。この
場合においてエバポレータ通過後の空気の絶対湿度Ｘｅ
ａは式（１９）により求まり、この場合においててＴａ
ｏ≧Ｔｄであるので、エバポレータ通過後の空気の絶対
湿度Ｘｅａ＝Ｘａｏである。

【００５８】次に、空気調和装置の風量すなわちエバポ
レータを通過する風量を求める（ステップ１２５）。こ
の場合、図３から目標吹出空気温度Ｔａｏの特定の値に
対する印加電圧の値を求め、その印加電圧の値に対応す
る空気調和装置の風量の値を図４から求めることによっ
て空気調和装置の風量を決定する。ここで空気取入れが
外気取入れの場合はＶＦを求め、車室内空気の場合はＶ
Ｒを求め、内外気混合の場合はＶＦ，Ｒを図４により求
める。そして、これらを基にして空気側からみた冷房能
力を式（２０）により求め（ステップ１２６）、次に、
冷媒吐出量Ｇを式（２３）により求める（ステップ１２
７）。そして式（２３）により求められた冷媒吐出量Ｇ
により、可変容量コンプレッサ容量Ｖｃを求める（ステ
ップ１２８）。なお、可変容量コンプレッサ容量Ｖｃ
は、式（２７）から求めることができる。

【００５９】次に、上記可変容量コンプレッサ容量Ｖｃ
をコンプレッサ可変容量機構へ出力し（ステップ１２
９）、ここで、次に、Ｔｅａ＝Ｔｄの場合、すなわちＴ
ａｏ≧Ｔｄとなる場合は、吹出空気温度を目標吹出空気
温度Ｔａｏにして車室内温度Ｔｒを車室内設定温度にす
る必要がある。従って、エアミックスダンパ３１の開度
を制御して吹出空気温度を目標吹出空気温度Ｔａｏまで
あげる必要がある。この場合、吹出空気温度を目標吹出
空気温度Ｔａｏにするために、エアミックスダンパ３１
によるヒータコア３０で加熱した温風とヒータコア３０
をバイパスした冷風の混合割合Υａｍを式（２８）によ
り求める（ステップ１３０）。

【００６０】なお、制御装置４０は、エアミックスダン
パ３１を混合割合Υａｍが式（２８）で示されるような
値になるように制御することで吹出空気温度を目標吹出
空気温度Ｔａｏにすることができる（ステップ１３
１）。その後、ステップ１３２に進み、ステップ１００
からの処理を繰り返す。

【００６１】なお、本実施例においては、冷却機は、可
変容量型圧縮機の容量変更によりその冷却能力を変更し
たが、これに限らず、実施例に示した加熱器のようにエ
アミックスダンパー等により、エバポレータを通過する
空気の割合を変化させることにより能力変更をすること
あるいはコンプレッサとエンジンの連結を切り離してモ
ータ等により別駆動とし、コンプレッサ回転数を制御し
て冷却能力を変えることも可能である。

【００６２】さらに加熱器についても、ヒータコアに流
す温水の温度を制御して、加熱能力を変更することも可
能である。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の車両用空
気調和装置によれば、圧縮機をオン・オフすることはな
く乗員の不快感を解消することはもとより窓ガラスが曇
りうる条件の下でも演算されたガラス面温度から求めら
れた吹出空気の露点温度の演算値まで冷却して、ウィン
ドウの曇りを防止するが、従来のように、圧縮機の全負
荷まで冷却することなく、圧縮機の負荷を低減する。

【００６４】また、窓ガラス面の温度は、車室内温度、
外気温度、日射量から推定算出しているため新たなセン
サを設ける必要がなく、既存の装置のソフト変更のみで
本発明を実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる実施例を示す車両用空気調和装
置のブロック図である。

【図２】冷媒圧力とエンタルピの関係を示すＰ−ｉ線図
である。

【図３】目標吹出空気温度Ｔａｏと印加電圧の対応関係
を示す図である。

【図４】印加電圧と空気調和装置の風量の対応関係を示
す図である。

【図５】本実施例の車両用空気調和装置の制御内容（前
半）を示すフローチャートである。

【図６】本実施例の車両用空気調和装置の制御内容（後
半）を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ 通風ダクト １１ ファン １２ 電動機 １３，１４ 内外気切り替えダンパ １５，１６ アクチュエータ １７，１８ 吹出口切り替えダンパ ２１，２２ 車室内空気取入れ口 ２３，２４ 外気取入れ口 ２５ ベント吹出口 ２６ ヒータ吹出口 ２７ デフロスタ吹出口 ３０ ヒータコア ３１ エアミックスダンパ ３２ エバポレータ ３３ コンデンサ ３４ 可変容量コンプレッサ ３５ エキスパンションバルブ ３６ ファン速度制御装置 ３７ エアミックスダンパ・アクチュエータ ４０ 制御装置 ４１ 外気温度センサ ４２ 車室内温度センサ ４３ 日射センサ ４５ コンデンサ圧センサ ４６ エバポレータ圧センサ ４７ コンプレッサ吸入温度センサ ４８ 回転センサ ４９ 温度設定装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 3/00 B60H 1/00 101

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱能力を制御可能な加熱手段と、 冷却能力を制御可能な冷却手段と、 外気温度センサと車室内温度センサと日射センサのうち
   少なくともひとつのセンサからの情報に基づき、予め設
   定された設定温度に車室内温度を制御すべく吹出し空気
   温度の目標値を算出する目標温度算出手段と、 前記外気温度センサと前記車室内温度センサとから窓ガ
   ラスの温度を推定するガラス面温度算出手段と、 前記推定されたガラス面温度を露点とする湿度に基づき
   要求される吹出し空気の湿度を算出し、この算出された
   湿度の空気の露点温度を算出する吹出し空気要求温度算
   出手段と、 前記吹出し空気の目標温度と要求温度を比較して、低い
   方の温度を制御温度とする制御温度算出手段と、 前記制御温度に基づき前記冷却能力の制御を行う冷却制
   御手段と、 前記制御温度と前記目標温度に基づき前記加熱能力の制
   御を行う加熱制御手段と、を有することを特徴とする車
   両用空気調和装置。