(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロントガラスを有する車両の乗員室用の空気調和システムであって、
乗員室の外部に配置可能な第１の熱交換器と、
乗員室の内部に配置可能な第２の熱交換器と、
前記第１及び第２の熱交換器の間に接続された第１の流体通路と、
前記第１及び第２の熱交換器の間に接続された第２の流体通路と、
前記第１の流体通路内に配置された膨張器と、
前記第１の熱交換器、前記膨張器及び前記第２の熱交換器の順に流体が通過する第１の方向、或いは、前記第２の熱交換器、前記膨張器及び前記第１の熱交換器の順に流体が通過する第２の方向のいずれかの方向で、流体を前記第２の流体通路内に送り出すための電気制御の可変ストロークコンプレッサと、
流体の流れ方向を制御するため前記第２の流体通路内に設けられた反転流れ手段と、
前記第２の熱交換器から出た空気の露点温度を示す第１の出力信号を提供する第１の検出手段と、
前記フロントガラスの温度を示す第２の出力信号を提供する第２の検出手段と、
前記第１及び第２の検出手段並びに前記コンプレッサに電気的に接続されており、前記第１及び第２の出力信号を受け取り、前記第１の出力信号に応じて前記第２の熱交換器から出た空気に対する露点温度を決定し、前記第２の出力信号から前記フロントガラスの温度を決定し、決定された前記露点温度を決定された前記フロントガラスの温度と比較し、前記第２の方向に流体が流れる間に、該露点温度を前記フロントガラスの温度以下に維持するため前記コンプレッサのストロークを制御する、制御手段と、
を含む、空気調和システム。
【請求項２】
前記第２の検出手段は、前記フロントガラスの温度の直接的な測定値を提供する温度センサである、請求項１に記載の空気調和システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１及び第２の検出手段と電気的に接続されたマイクロプロセッサと、前記コンプレッサに接続され、且つ、該コンプレッサのストロークを制御するため前記マイクロプロセッサにより作動される制御弁と、を含む、請求項１又は２に記載の空気調和システム。
【請求項４】
前記第１の検出手段は、前記第１の出力信号を共同して提供する、前記第２の熱交換器から出た空気用の温度センサ及び湿度センサを含み、前記制御手段は、これらのセンサからの前記第１の出力信号に基づいて前記露点温度を決定する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の空気調和システム。
【請求項５】
前記制御手段に電気的に接続され、且つ、該制御手段に出力信号を提供する、手動操作可能な制御装置を更に含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の空気調和システム。
【請求項６】
前記反転流れ手段は、反転弁を含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の空気調和システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の空気調和システムを作動させる方法であって、
前記第２の熱交換器から出た空気の露点温度を決定し、
前記フロントガラスの温度を決定し、
決定された前記露点温度を決定された前記フロントガラスの温度と比較し、
前記露点温度を前記フロントガラスの温度以下に維持するように前記コンプレッサのストロークを制御する、各工程を含む、前記方法。
【請求項８】
前記第２の検出手段が温度センサである場合、前記フロントガラスの温度は、該温度センサを用いて該フロントガラスの温度を測定することによって決定される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記露点温度は、前記第２の熱交換器から出た空気の温度を測定し、該第２の熱交換器から出た空気の湿度を測定し、測定された温度及び湿度から前記露点温度を計算することによって決定される請求項７又は８の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の乗員室のための空気調和システムに係り、より詳しくは、乗員室のため暖房及び冷房の両方を提供することができる空気調和システム、並びに、そのような空気調和システムを作動させる方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
車両の乗員室のための空気調和システムが周知されている。そのようなシステムは、車両のフロントガラスの内側表面に沿って空気を流すための構成を備えている。一般には、これらのシステムは、（乗員室内に配置されている）内部熱交換器と、（乗員室外部に配置されている）外部熱交換器と、を備える。一対の流体通路がこれらの熱交換器を接続し、該熱交換器を通る流体の循環を可能にしている。膨張器がこれらの流体通路のうちの一方に配置されている。コンプレッサ及びアキュームレータ／ドライヤーが他方の流体通路に配置されている。コンプレッサによって、流体が外部熱交換器、膨張器、内部熱交換器及びアキュームレータ／ドライヤーの順に流される場合、内部熱交換器を通過する空気は、該空気が乗員室内にフロントガラスに沿って流れ込むとき冷却される。流体が、逆方向に、内部熱交換器、膨張器、外部熱交換器及びアキュームレータ／ドライヤーの順に流される場合、内部熱交換器を通過する空気は、該空気が乗員室内にフロントガラスに沿って流れ込むとき暖められる。流体のため要求された流れ方向を提供するため、反転弁を他方の流体通路に配置することができる。
【０００３】
冷房サイクルの間、内部熱交換器を通過する空気は除湿される。これによって、内部熱交換器上で結露の成長が促される。引き続く暖房サイクルの間、この結露した水は蒸発され得る。このことは、フロントガラスの内側が曇るという危険性を増加させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の潜在的な問題点は、暖房サイクルの時間を制限することによって、或いは、暖房サイクルの間に第２の内部熱交換器を（第１の内部熱交換器は冷房サイクルの間だけ使用された状態で）使用することによって、回避することができる。しかしながら、これらの可能な解は、幾つかの制限を有する。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を克服することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る、フロントガラスを有する車両の乗員室用の空気調和システムは、乗員室の外部に配置可能な第１の熱交換器と、乗員室の内部に配置可能な第２の熱交換器と、第１及び第２の熱交換器の間に接続された第１の流体通路と、第１及び第２の熱交換器の間に接続された第２の流体通路と、第１の流体通路内に配置された膨張器と、第１の熱交換器、膨張器及び第２の熱交換器の順に流体が通過する第１の方向、或いは、第２の熱交換器、膨張器及び第１の熱交換器の順に流体が通過する第２の方向のいずれかの方向で、流体を第２の流体通路内に送り出すための電気制御の可変ストロークコンプレッサと、流体の流れ方向を制御するため第２の流体通路内に設けられた反転流れ手段と、第２の熱交換器から出た空気の露点温度を示す第１の出力信号を提供する第１の検出手段と、フロントガラスの温度を示す第２の出力信号を提供する第２の検出手段と、第１及び第２の検出手段並びにコンプレッサに電気的に接続されており、第１及び第２の出力信号を受け取り、第１の出力信号に応じて第２の熱交換器から出た空気に対する露点温度を決定し、第２の出力信号からフロントガラスの温度を決定し、決定された露点温度を決定されたフロントガラスの温度と比較し、第２の方向に流体が流れる間に、該露点温度をフロントガラスの温度以下に維持するためコンプレッサのストロークを制御する、制御手段と、を含む。
【０００７】
本発明によれば、電気制御される可変ストロークのコンプレッサを使用するようにしたので、空気調和システムが乗員室を暖房するときコンプレッサの吐出容積のより正確な制御が可能となる。本発明は、フロントガラス内側が曇るという危険性を、暖房サイクルの作動時間を制限することなく、また、乗員室内に別の熱交換器を設置する必要なしに減少させるように、検出された状態に応じて作動する空気調和システムを提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態の一例を説明する。
図１に示された本発明に係る空気調和システム１０は、車両の乗員室（図示せず）を暖房又は冷房するため車両内で使用される。この空気調和システムは、車両のフロントガラス（図示せず）の内側表面に沿って空気を流す機能も備えている。該空気調和システム１０は、コンプレッサ１２、外部熱交換器１４、オリフィスチューブ又はそれ以外の膨張器１６（例えば熱膨張弁など）、内部熱交換器１８、及び、アキュームレータ／ドライヤー２０といった通常の構成部品を備える。第１の流体通路２２が膨張器１６を介して外部熱交換器１４と内部熱交換器１８とを流体で接続する。第２の流体通路２４が反転弁３２を介して外部熱交換器１４と内部熱交換器１８とを流体で接続する。コンプレッサ１２とアキュームレータ／ドライヤー２０とが反転弁３２を介して第２の流体通路２４で接続される。
【０００９】
空気調和システム１０の通常の作動（冷房）の間、反転弁３２は、流体がＸ方向に流れることができるようにセットされ、これによって内部熱交換器１８を通過する空気は該空気調和システムが乗員室を冷房するべく作動するように冷却される。
【００１０】
乗員室において、初期、増補、或いは延長の暖房が要求された場合、反転弁３２は、冷媒の流れを反転させ、内部熱交換器１８、オリフィスチューブ１６及び外部熱交換器１４を通過するように作動される。このモードでは、空気調和システム１０は熱ポンプのように作動し、これによって内部熱交換器１８を通過する空気は、該空気調和システムが乗員室を暖房するべく作動するように加熱される。
【００１１】
コンプレッサ１２は、電気可変型コンプレッサであり、その作動は電気容積制御弁２６によって制御される。適切なコンプレッサ１２及び制御弁２６の一例が図２に示されている。図２に示されたコンプレッサ１２は、ウォブルプレート型のコンプレッサである。その代わりとして、スワッシュプレート型のコンプレッサを使用することもできる。
【００１２】
コンプレッサ１２は、回転可能なシャフト８２に接続され、且つ、ベルト８４によって駆動されるプーリー８０を備える。ウォブルプレート８６がシャフト８２に取り付けられている。ウォブルプレート８６は、１つ又はそれ以上のピストン８８に接続されている。クランクケースチャンバー９０が、ウォブルプレート８６がクランクケースチャンバー内に配置された状態で、ピストン８８の一方の側に配置されている。出口チャンバー９２及び入口チャンバー９４がピストンの他方の側に配置されている。入口チャンバー９４は、アキュームレータ２０に流体で接続されている。出口チャンバー９２は、反転弁３２に流体で接続されている。空気調和システム１０の他の構成部品は、図１に示されたように接続されている。流体はチャンバー９０、９２、９４を通って流れ、よって、これらのチャンバー内の流体圧力は制御弁２６によって制御される。
【００１３】
制御弁２６は、出口チャンバー９２に流体で接続された第１のポート９６、クランクチャンバー９０に流体で接続されて該クランクケースチャンバーへの入口として機能する第２のポート９８、クランクチャンバー９０に流体で接続されて該クランクケースチャンバーからの出口として機能する第３のポート１００、及び、入口チャンバー９４に流体で接続された第４のポート１０２を有する。制御弁２６は、好ましくはマイクロプロセッサ又は他のコンピュータ制御ユニットである制御ユニット３０にライン２８を介して電気的に接続されている。この制御ユニット３０は、内部熱交換器１８から出た空気の温度を監視する温度センサ３６にライン３４（図１）を介して電気的に接続され、内部熱交換器から出た空気の湿度を監視する空気湿度センサ即ち露点センサ４０にライン３８を介して電気的に接続され、フロントガラスの温度を監視するセンサ５３にライン５１を介して電気的に接続されている。その代わりに、ライン５１及びセンサ５３を、ライン４２、４５及び４７を介して制御ユニット３０に各々接続された、周囲温度を監視する温度センサ４４、乗員室内部の温度を監視する温度センサ４６、及び、車両速度を監視するセンサ４８で置き換えたり、或いは、更にこれらを増設したりすることができる。制御ユニット３０は、乗員室の内部に配置された手動制御装置５２にライン５０を介して電気的に接続することもできる。この手動制御装置は、乗員室の内部に必要とされた温度を選択するため車両内の乗員によって操作可能である。
【００１４】
コンプレッサ１２のストローク（即ち、より正確には、ピストン８８の容積即ちストローク）は、制御弁２６の作動によって制御される。制御弁２６のデューティサイクルは、クランクケースチャンバー９０内のクランクケース流体圧力Ｐｃ、入口チャンバー９４内の入口吸引流体圧力Ｐｓ、及び、出口チャンバー９２内の吐出流体圧力Ｐｏを調整するため作動される。クランクケース流体圧力Ｐｃが入口吸引流体圧力Ｐｓと実質的に同じ場合、コンプレッサ１２のストロークは最大となる。クランクケース流体圧力Ｐｃが入口吸引流体圧力Ｐｓより大きい場合、コンプレッサ１２のストロークは最大ストロークより減少される。制御弁２６の適切な制御によって、コンプレッサ１２のストロークを制御することができる。
【００１５】
代替構成においては、コンプレッサ１２のストロークは、出口チャンバー９２からクランクケースチャンバー９４への流体流量を計測し、クランクケースチャンバーから入口チャンバー９４への一定の押し出し量（bleed）を使用する電気制御弁によって制御されるようにしてもよい。更なる代替例では、反転構成を使用することができる。即ち、クランクケースチャンバー９０から入口チャンバー９４まで流体流量を計測し、及び、出口チャンバー９２からクランクケースチャンバーまでの一定の押し出し量を使用することになる。上述したデューティサイクル構成に関しては、これらの代替構成も、クランクケースチャンバー９０内の圧力及びピストン８８を横切る圧力バランスを働かせることによってコンプレッサ１２のストロークを制御する。
【００１６】
本発明によれば、制御ユニット３０は、センサ３６及び４０と、センサ５３（及び／又はセンサ４４、４６、４８）と、制御装置５２とからの信号を監視しており、検出された信号に応じて、制御弁２６の作動ひいてはコンプレッサ１２の作動を制御する。そのような構成は、フロントガラス内側の曇りを実質的に防止するため乗員室が暖房されているとき、空気調和システム１０の暖房サイクルの間、コンプレッサ１２の吐出容量のより正確な制御を提供する。
【００１７】
乗員室の暖房中、コンプレッサ１２の作動に対して制御ユニット３０によって実行される制御シーケンスが、図３に示されている。このシーケンスは、ステップ５４で乗員室の暖房に対する初期の要求から開始する。ステップ５６では、制御ユニット３０は、コンプレッサ１２に対して最小作動ストロークを提供するように制御弁２６を作動させる。次に、ステップ５８で、制御ユニット３０は、任意の遅延基準が合致されたかを判定する。合致しない場合、制御ユニットはステップ５６に制御を戻す。合致した場合、制御ユニット３０は、ステップ６０に移行し、コンプレッサ１２のストロークを増加させるように制御弁２６を作動させる。次に、ステップ６２では、制御ユニット３０は、センサ４６から読み込んだ温度を監視し、ステップ６４でこの読み込んだ温度を所定の最大値レベルと比較する。センサ４６から読み込んだ温度が所定の最大値と同じか又は高い場合、制御ユニット３０はコンプレッサ１２を停止させる（ステップ６６）。センサ４６から読み込んだ温度が所定の最大値より低い場合、制御ユニット３０は、ステップ６８で、センサ４０から読み込んだ湿度及びセンサ３６から読み込んだ温度を監視する。次に、ステップ７０では、制御ユニット３０は、センサ４０及び３６からの読み込んだ測定値に基づいて、内部熱交換器１８から出た空気の露点温度ＴDEWを決定する。ＴDEWの値は、内部熱交換器１８から出た空気の温度値及び該内部熱交換器から出た空気の湿度値から計算することができる。ステップ７２では、制御ユニット３０は、センサ５３から読み込んだ温度を監視することによってフロントガラスの温度ＴWINDを決定する。その代わりに、制御ユニット３０は、センサ４４及び４６から読み込んだ温度の測定値、並びに、センサ４８から読み込んだ車両速度値を使用した計算によってフロントガラスの温度ＴWINDを決定してもよい。次に、ステップ７４では、制御ユニット３０は、ステップ７２で決定されたＴWINDの値をステップ７０で決定されたＴDEWの値と比較する。ＴDEWがＴWINDより高い場合、制御ユニット３０は、ステップ７６でコンプレッサ１２のストロークを減少させるように制御弁２６を作動させる。ＴDEWがＴWINDより低い場合、制御ユニット３０は、ステップ７７でコンプレッサ１２のストロークを増加させるように制御弁２６を作動させる。ＴDEWがＴWINDと同じ値の場合、制御ユニット３０は、ステップ７８でコンプレッサ１２のストロークを維持させるように制御弁２６を変化させない状態にしておく。ステップ７６、ステップ７７、或いは、ステップ７８に続いて、制御弁３０はステップ６２に戻り、引き続くシーケンスを繰り返す。或いは、乗員室の暖房がこれ以上必要とされない場合は、ステップ６６に移行する。
【００１８】
以上より、本発明は、測定パラメータに基づいてコンプレッサ１２の作動の閉ループ制御を提供する。内部熱交換器１８から出た空気の露点温度ＴDEWを、フロントガラスの温度ＴWIND以下に維持することによって、フロントガラスの内側が曇るという危険性は、かなり減少される。
【００１９】
代替構成では、（センサ３６からの）温度及び（センサ４０からの）湿度の測定値から露点温度ＴDEWを計算せず、適切なセンサによって、直接、露点温度ＴDEWを測定してもよい。この場合には、センサ３６及び４０を省略することができる。
【００２０】
反転弁３２の代替となる反転流れ手段を、本発明に係る空気調和システム内に設けることができる。制御ユニット３０は、反転弁の作動を制御するため反転弁３２に接続してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和システムの概略構成図である。
【図２】図１の空気調和システムで使用するためのコンプレッサ及び制御弁の断面図である。
【図３】図１に示す空気調和システムのコンプレッサの制御の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０    空気調和システム
１２    電気制御可変ストロークコンプレッサ
１４    第１の熱交換機
１６    膨張器
１８    第２の熱交換器
２０    アキュームレータ／ドライヤー
２２    第１の流体通路
２４    第２の流体通路
２６    電気容積制御弁
２８    ライン
３０    制御ユニット
３２    反転弁
３４    ライン
３６    第２の熱交換器から出た空気の温度センサ（第１の検出手段）
３８    ライン
４０    露点センサ（第１の検出手段）
４２    ライン
４４    周囲温度センサ（第２の検出手段）
４５    ライン
４６    乗員室内空気の温度センサ（第２の検出手段）
４７    ライン
４８    車両速度センサ（第２の検出手段）
５０    ライン
５１    ライン
５２    手動制御装置
５３    フロントガラスの温度センサ（第２の検出手段）
【図１】
0003676968.tif 000002
【図２】
0003676968.tif 000003
【図３】
0003676968.tif 000004