JP6221678B2 - 空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、空調装置に関し、詳しくは、車両に搭載される空調装置に関する。

一般に、空調装置の吹出し口としては、フロントウインドガラスの車室内側に向けて開口されたデフロスタ吹出し口と、運転席及び助手席に向けて開口されたベント吹出し口と、運転席及び助手席に着座した乗員の足元に向けて開口された足元吹出し口とがあり、各吹出し口から吹出される空調風の量は、コントロールパネルの操作に応じて調整される。

これら空調装置の吹出し口のなかで、ベント吹出し口には、乗員が手動で操作できるルーバ等の閉鎖体が設けられている。ここで、ベント吹出し口のみから空調風が吹出されるように調整された状態で、ベント吹出し口が閉鎖体によって閉鎖されている場合には、空調装置から空調風が吹出されなくなる。このため、乗員がコントロールパネル又は閉鎖体を操作するまで、空調装置は、空調の効果を発揮することができず、無駄に作動している状態となる。

このような状態を解消するものとして、特許文献１には、ベント吹出し口を流通する空気の温度を検出する温度センサを備え、温度センサによって検出された温度の変化状態に異常があった場合には、空調装置をオフにするものが提案されている。

特開２０１１−２５８９８号公報

しかしながら、特許文献１で提案されたものは、空調装置が無駄に作動していることを検出した場合には、空調装置をオフにするため、空調の効果を確実に発揮することができないといった課題があった。

そこで、本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、従来のものと比較して、確実に空調の効果を発揮することができる空調装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、乗員が手動で操作できる閉鎖体が設けられた第１吹出し口と、閉鎖体が設けられていない第２吹出し口と、が形成され、第１吹出し口のみから空調風を吹出させる第１空調モードと、少なくとも第２吹出し口から空調風を吹出させる第２空調モードとの間で空調モードを選択させることができる車両の空調装置であって、第１空調モードが選択されている状態で、空調装置の効率が所定効率より低いことを条件として、第２空調モードを選択する空調モード選択部と、外部電源から供給される電力によって充電される二次電池と、備え、空調モード選択部は、二次電池が充電されているときに空調装置を作動させるプレ空調が実行されていることを更に条件として、第２空調モードを選択することを特徴とするものである。

このように、上記の一態様は、空調装置の効率に基づいて第１吹出し口が閉鎖され
ていると判断される場合には、閉鎖されることがない第２吹出し口から空調風を吹出させ
るため、従来のものと比較して、確実に空調の効果を発揮することができる。

上記の一態様は、プレ空調を確実に実行させることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る空調装置を搭載した車両の要部を示す構成図である。 図２は、本発明の実施形態に係る空調装置の構成図である。 図３は、本発明の実施形態に係る空調装置によって参照される駆動電流マップを示す概念図である。 図４は、本発明の実施形態に係る空調装置による空調モード切換動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る空調装置を搭載した車両１は、外部電源から供給される電力によって充電される二次電池の電力を駆動力とする電気自動車を構成する。車両１は、充電コネクタ２と、充電回路３と、二次電池４と、駆動回路５と、駆動モータ６と、空調ユニット７と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８とを含んで構成される。

充電コネクタ２は、外部電源から電力が供給されるようになっている。充電回路３は、充電コネクタ２に接続され、充電コネクタ２に供給された交流電力を直流電力に変換するコンバータ及び直流電力を昇圧する昇圧回路を含んで構成される。
二次電池４は、充電回路３と並列に接続されている。二次電池４は、充電回路３から供給される電力によって充電される一方で、駆動回路５及び空調ユニット７等に電力を供給するようになっている。

駆動回路５は、充電回路３及び二次電池４と並列に接続されている。駆動回路５は、ＥＣＵ８によって制御されるインバータを有している。駆動回路５は、ＥＣＵ８による制御に基づいて直流電力と三相交流電力とを相互に変換するようになっている。これにより、駆動回路５は、二次電池４と駆動モータ６との間で電力をやりとりさせ、二次電池４を充放電させるようになっている。
駆動モータ６は、回転磁界を形成するステータと、ステータの内部に配置され、複数の永久磁石が埋め込まれているロータとを備えている。ステータは、ステータコアおよびステータコアに巻き掛けられた三相コイルを備えている。

このように構成された駆動モータ６において、ステータの三相コイルに三相交流電力が供給されると、ステータによって回転磁界が形成され、この回転磁界にロータに埋め込まれた永久磁石が引かれることにより、ロータが回転駆動される。このように、駆動モータ６は、電動機、すなわち、車両１の駆動源として機能するようになっている。
また、ロータに埋め込まれた永久磁石が回転すると、回転磁界が形成され、この回転磁界によりステータの三相コイルに誘導電流が流れることにより、三相コイルの両端に電力が発生する。このように、駆動モータ６は、発電機としても機能するようになっている。

空調ユニット７は、充電回路３、二次電池４及び駆動回路５と並列に接続されている。すなわち、空調ユニット７は、充電回路３、二次電池４及び駆動回路５から供給される電力によって駆動するようになっている。空調ユニット７は、ＥＣＵ８と一体に空調装置９を構成する。
図２に示すように、空調ユニット７には、車室内に吹出される空気の導入口として、空調ユニット７内を車室外に連通する外気導入口１０ａと、空調ユニット７内を車室内に連通する内気導入口１０ｂとが形成されている。
外気導入口１０ａは、車室外の空気を空調ユニット７内に導入する導入口である。内気導入口１０ｂは、車室内の空気を空調ユニット７内に導入する導入口、すなわち車室内で循環する空気を導入させるための導入口である。

空調ユニット７内には、車室内に吹出される空気の導入口を外気導入口１０ａと内気導入口１０ｂとの間で切り換える導入口切換ドア１１が設けられている。導入口切換ドア１１は、外気導入口１０ａを完全に閉じて内気導入口１０ｂを完全に開く位置と、内気導入口１０ｂを完全に閉じて外気導入口１０ａを完全に開く位置との間を移動できるように、空調ユニット７内に回転自在に取り付けられている。

導入口切換ドア１１には、導入口切換ドア１１を駆動するためのアクチュエータ１２が設けられている。アクチュエータ１２は、ＥＣＵ８による制御に応じて、導入口切換ドア１１の位置を制御するようになっている。

また、空調ユニット７には、車室内に吹出される空気の排出口として、フロントウインドガラスの車室内側に向けて開口されたデフロスタ吹出し口１３ａに連通されたデフロスタ排出口１４ａと、運転席及び助手席に向けて開口されたベント吹出し口１３ｂに連通されたベント排出口１４ｂと、運転席及び助手席に着座した乗員の足元に向けて開口された足元吹出し口１３ｃに連通された足元排出口１４ｃとが形成されている。

ベント吹出し口１３ｂには、ベント吹出し口１３ｂを閉鎖することができる閉鎖体を構成するルーバ１５が設けられている。例えば、ルーバ１５は、乗員が操作できる操作レバーの位置に応じて、ベント吹出し口１３ｂを開放する状態と閉鎖する状態との間でベント吹出し口１３ｂの開放状態を変更するようになっている。
すなわち、本実施の形態において、ベント吹出し口１３ｂは、乗員が手動で操作できるルーバ１５が設けられた第１吹出し口に該当し、デフロスタ吹出し口１３ａ及び足元排出口１４ｃは、ルーバ１５が設けられていない第２吹出し口に該当する。

空調ユニット７内には、デフロスタ排出口１４ａを開閉する吹出口切換ドア１６ａと、ベント排出口１４ｂ及び足元排出口１４ｃを開閉する吹出口切換ドア１６ｂとが設けられている。
吹出口切換ドア１６ａは、デフロスタ排出口１４ａを完全に開く位置と、デフロスタ排出口１４ａを完全に閉じる位置との間を移動できるように、空調ユニット７内に回転自在に取り付けられている。
吹出口切換ドア１６ａには、吹出口切換ドア１６ａを駆動するためのアクチュエータ１７ａが設けられている。アクチュエータ１７ａは、ＥＣＵ８による制御に応じて、吹出口切換ドア１６ａの位置を制御するようになっている。

吹出口切換ドア１６ｂは、ベント排出口１４ｂを完全に閉じて足元排出口１４ｃを完全に開く位置と、足元排出口１４ｃを完全に閉じてベント排出口１４ｂを完全に開く位置との間を移動できるように、空調ユニット７内に回転自在に取り付けられている。
吹出口切換ドア１６ｂには、吹出口切換ドア１６ｂを駆動するためのアクチュエータ１７ｂが設けられている。アクチュエータ１７ｂは、ＥＣＵ８による制御に応じて、吹出口切換ドア１６ｂの位置を制御するようになっている。

また、空調ユニット７内には、空気の導入口から排出口に向けて、ブロワファン２０と、エバポレータコア２１と、エアミックスドア２２と、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ２３とが設けられている。

ブロワファン２０は、車室内に吹出させる空気を送風するようになっている。ブロワファン２０には、ブロワファン２０を回転させるブロワファンモータ２４が設けられている。ブロワファン２０は、ブロワファンモータ２４によって回転させられることにより、導入口から導入された空気を排出口に向けて送風するようになっている。ブロワファンモータ２４は、ＥＣＵ８による制御に応じて、その回転力が変化し、ブロワファン２０の送風量を変化させるようになっている。

エバポレータコア２１は、エバポレータコア２１を通過する空気と、エバポレータコア２１内を通過する冷媒との間で熱交換を行わせることによって、エバポレータコア２１を通過する空気を冷却及び除湿するようになっている。エバポレータコア２１には、電動コンプレッサ２５及び室外コンデンサ２６が設けられ、空調ユニット７は、冷房装置を構成する。

エアミックスドア２２は、ＰＴＣヒータ２３を通過する空気の流量を調整するようになっている。具体的には、エアミックスドア２２は、エバポレータコア２１を通過した空気がＰＴＣヒータ２３を通過する位置と、エバポレータコア２１を通過した空気がＰＴＣヒータ２３を通過しない位置との間を移動できるように、空調ユニット７内に回転自在に取り付けられている。
エアミックスドア２２には、エアミックスドア２２を駆動するためのアクチュエータ２７が設けられている。アクチュエータ２７は、ＥＣＵ８による制御に応じて、エアミックスドア２２の位置を制御するようになっている。

ＰＴＣヒータ２３は、車室内に吹出させる空気を暖める熱源として機能する。したがって、ブロワファン２０が回転させられ、車室内に吹出させる空気がＰＴＣヒータ２３を通過するようにエアミックスドア２２の位置が制御されることにより、空調ユニット７は、暖房装置を構成する。

ＥＣＵ８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
ＥＣＵ８のＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ８として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＥＣＵ８において、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ８として機能する。

本実施の形態において、ＥＣＵ８の入力ポートには、車室内の温度を検出する車室内温度センサ５１と、外気の温度を検出する外気温度センサ５２と、二次電池４の放電電流値を検出する電流センサ５３とを含む各種センサ類と、コントロールパネル５４を含む各種コントローラとが接続されている。

コントロールパネル５４には、空調ユニット７のオン／オフが切り換えられる空調スイッチと、車室内に吹出させる空気の導入口が外気導入口１０ａと内気導入口１０ｂとの間で選択される空気導入モード選択スイッチと、デフロスタ吹出し口１３ａ、ベント吹出し口１３ｂ及び足元吹出し口１３ｃから吹出される空調風の流量の比率の組合せからなる空調モードが選択される空調モード選択スイッチと、これら吹出し口から吹出される空調風の流量（以下、単に「吹出し量」ともいう）が設定される風量調節スイッチと、設定温度が設定される温度設定スイッチとを含む各種スイッチが設けられている。

空調モード選択スイッチは、例えば、ベントモード、フットモード、Ｂ／Ｌ（バイレベル）モード及びＤ／Ｆ（デフ／フット）モードのなかから１つの空調モードが選択されるようになっている。
ベントモードは、ベント吹出し口１３ｂから空調風を吹出させるモードである。フットモードは、足元吹出し口１３ｃから空調風を吹出させるモードである。Ｂ／Ｌモードは、ベント吹出し口１３ｂ及び足元吹出し口１３ｃから空調風を吹出させるモードである。Ｄ／Ｆモードは、デフロスタ吹出し口１３ａ及び足元吹出し口１３ｃから空調風を吹出させるモードである。
本実施の形態において、ベントモードは、第１吹出し口のみから空調風を吹出させる第１空調モードに該当し、Ｂ／Ｌモードは、少なくとも第２吹出し口から空調風を吹出させる第２空調モードに該当する。なお、フットモード又はＤ／Ｆモードが、第２空調モードに該当することとしてもよい。

ＥＣＵ８の出力ポートには、アクチュエータ１２、１７ａ、１７ｂ及び２７、ＰＴＣヒータ２３、ブロワファンモータ２４並びに電動コンプレッサ２５等の各種制御対象類が接続されている。ＥＣＵ８は、各種センサ類、各種コントローラ及び各種スイッチから得られる情報に基づいて、各種制御対象類を制御するようになっている。
例えば、ＥＣＵ８、コントロールパネル５４の空調スイッチによって空調ユニット７がオン状態にあるときに、車室内温度センサ５１によって検出された車室内の温度と、コントロールパネル５４の温度設定スイッチによって設定された温度とが等しくなるように、アクチュエータ２７、ＰＴＣヒータ２３及び電動コンプレッサ２５を適宜制御するようになっている。

また、ＥＣＵ８のＲＯＭには、図３に示すように、空調モードと吹出し量とに対して、ブロワファンモータ２４の駆動電流値（以下、単に「基本電流値」という）が対応付けられている駆動電流マップが予め格納されている。
ＥＣＵ８は、コントロールパネル５４で選択された空調モードと、風量調節スイッチによって選択された吹出し量とに基づいて、ブロワファンモータ２４の駆動電流を設定するようになっている。
ここで、風量調節スイッチは、例えば、０から１０毎に１００までの１１の段数のなかから吹出し量が選択されるようになっている。すなわち、ＥＣＵ８は、コントロールパネル５４で選択された空調モードと、風量調節スイッチによって選択された吹出し量とに応じて、ブロワファンモータ２４の回転速度（以下、単に「目標速度」という）を決定するようになっている。

図１において、ＥＣＵ８は、下記の式１によって、ブロワファンモータ２４の駆動電流値Ｉｃを算出するようになっている。
Ｉｃ＝二次電池４の放電電流値−各電気負荷の駆動電流値（ブロワファンモータ２４を除く）・・・（式１）
ここで、二次電池４の放電電流値は、電流センサ５３の検出値である。また、各電気負荷の駆動電流値は、各種コントローラから取得される。
なお、ブロアファンモータ２４が、ブラシレスモータによって構成されている場合には、ＥＣＵ８は、駆動電流マップに基づいてブロワファンモータ２４の駆動電流を設定した後、モータ回転速度センサによって検出された回転速度（以下、単に「検出速度」という）と、目標速度とが異なる場合には、検出速度が目標速度となるように、ブロワファンモータ２４の駆動電流を調整するようにしてもよい。この調整されたブロワファンモータ２４の駆動電流値が、ブロワファンモータ２４の駆動電流値Ｉｃとなる。

ＥＣＵ８は、第１空調モードが選択されている状態で、空調ユニット７の効率ηが所定効率ＴＨηより低いことを条件として、第２空調モードを選択する空調モード選択部７０を構成する。すなわち、ＥＣＵ８は、ベントモードが選択されている状態で、空調ユニット７の効率ηが所定効率ＴＨηより低いことを条件として、Ｂ／Ｌモードを選択するようになっている。
具体的には、ＥＣＵ８は、タイマを有し、検出速度が目標速度となるように調整したブロワファンモータ２４の駆動電流の値（以下、単に「実駆動電流値」という）Ｉｃが基本電流値Ｉｒを超えている時間Ｔが所定時間ＴＨｔより長い場合には、空調ユニット７の効率ηが所定効率ＴＨηより低いと判断するようになっている。

ここで、空調モードがベントモードである状態で、空調ユニット７の効率ηが所定効率ＴＨηより低いときには、ベント吹出し口１３ｂがルーバ１５によって閉鎖されていることにより、ブロワファンモータ２４に負荷がかかっていると判断することができる。
このため、ＥＣＵ８は、空調モードがベントモードである状態で、空調ユニット７の効率ηが所定効率ＴＨηより低いことを条件として、空調モードをベントモードからＢ／Ｌモードに切り換えるようにアクチュエータ１７ｂを制御するようになっている。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る空調装置９による空調モード切換動作について図４を参照して説明する。なお、以下に説明する空調モード切換動作は、空調ユニット７がオン状態にあるときに、繰り返し実行される。また、ＥＣＵ８は、空調ユニット７がオン状態になった時に、タイマの計測時間を０にリセットする。

まず、ＥＣＵ８は、空調モードがベントモードであるか否かを判断する（ステップＳ１）。ここで、空調モードがベントモードでないと判断した場合には、ＥＣＵ８は、タイマの計測時間を０にリセットし（ステップＳ２）、空調モード切換動作を終了する。
一方、空調モードがベントモードであると判断した場合には、ＥＣＵ８は、駆動電流マップに基づいたブロワファンモータ２４の基本電流値Ｉｒを実駆動電流値Ｉｃが超えているか否かを判断する（ステップＳ３）。

ここで、実駆動電流値Ｉｃが基本電流値Ｉｒを超えていないと判断した場合には、ＥＣＵ８は、タイマの計測時間を０にリセットし（ステップＳ２）、空調モード切換動作を終了する。
一方、実駆動電流値Ｉｃが基本電流値Ｉｒを超えていると判断した場合には、タイマの計測時間が所定時間ＴＨｔより長いか否かを判断する（ステップＳ４）。ここで、タイマの計測時間が所定時間ＴＨｔより長くないと判断した場合には、ＥＣＵ８は、空調モード切換動作を終了する。
一方、タイマの計測時間が所定時間ＴＨｔより長いと判断した場合には、ＥＣＵ８は、空調モードをベントモードからＢ／Ｌモードに切り換えるようにアクチュエータ１７ｂを制御し（ステップＳ５）、空調モード切換動作を終了する。

以上のように、本実施の形態は、空調モードがベントモードである状態で、空調装置９の効率ηに基づいてベント出し口１３ｂがルーバ１５によって閉鎖されていると判断される場合には、閉鎖されることがない足元吹出し口１３ｃからも空調風を吹出させるため、従来のものと比較して、確実に空調の効果を発揮することができる。

なお、本実施の形態においては、本発明に係る空調装置を電気自動車に搭載した例について説明した。しかしながら、本発明に係る空調装置は、内燃機関を駆動源とする車両、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車及び燃料電池車などの様々な車両に搭載することができる。

特に、本発明に係る空調装置は、電気自動車又はプラグインハイブリッド車等のように、外部電源によって二次電池が充電されている状態で、乗員が乗車する前に、外部電源の電力によって空調装置を作動させておくプレ空調といわれる機能を備えた車両に搭載すると有効である。
すなわち、プレ空調が実行されている場合には、通常、車室内に乗員がいない。このため、空調モードがベントモードである状態で、ルーバ１５が完全に閉じられている場合には、空調モードの切り換え又はルーバ１５の開放が乗員によって行われることが期待できず、プレ空調が有効に機能しない。このため、プレ空調を実行できる車両に本発明に係る空調装置を搭載することにより、本発明に係る空調装置は、プレ空調を確実に実行させることができる。

逆に、プレ空調が実行されていない場合には、空調モードの切り換え又はルーバ１５の開放が乗員によって行われることが期待できるため、プレ空調が実行されていない場合には、上述した空調モード切換動作を実行しないようにしてもよい。すなわち、空調モード選択部７０は、プレ空調が実行されていることを更に条件として、第２空調モードを選択するようにしてもよい。

以上、本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が特許請求の範囲に記載された請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
４ 二次電池
８ ＥＣＵ（空調モード選択部）
９ 空調装置
１３ａ デフロスタ吹出し口（第２吹出し口）
１３ｂ ベント吹出し口（第１吹出し口）
１３ｃ 足元吹出し口（第２吹出し口）
１５ ルーバ（閉鎖体）
７０ 空調モード選択部

Claims (1)

1. 乗員が手動で操作できる閉鎖体が設けられた第１吹出し口と、
   前記閉鎖体が設けられていない第２吹出し口と、が形成され、
   前記第１吹出し口のみから空調風を吹出させる第１空調モードと、少なくとも第２吹出し口から前記空調風を吹出させる第２空調モードとの間で空調モードを選択させることができる車両の空調装置であって、
   前記第１空調モードが選択されている状態で、前記空調装置の効率が所定効率より低いことを条件として、前記第２空調モードを選択する空調モード選択部と、
   外部電源から供給される電力によって充電される二次電池と、備え、
   前記空調モード選択部は、前記二次電池が充電されているときに前記空調装置を作動させるプレ空調が実行されていることを更に条件として、前記第２空調モードを選択することを特徴とする空調装置。

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