(57)【要約】【課題】乗員の暖房感を向上する。【解決手段】ＰＴＣヒータ２１を内蔵し、ＰＴＣヒータ２１で加熱した空気を車内に送風するた空調ユニット１と、ＰＴＣヒータ２１に供給可能な車両の余剰電力Ｐｏを求める余剰電力取得手段２０と、ＰＴＣヒータ素子の温度に応じて変化するＰＴＣヒータ２１の消費電力Ｐptcを求める消費電力取得手段１０と、余剰電力取得手段１０で求めた余剰電力Ｐｏと消費電力取得手段１０で求めた消費電力Ｐptcとに基づいてＰＴＣヒータ２１を制御する制御手段１０とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＴＣヒータを内蔵し、ＰＴＣヒータで加熱した空気を車内に送風する空調ユニットと、
ＰＴＣヒータに供給可能な車両の余剰電力を求める余剰電力取得手段と、
ＰＴＣヒータ素子の温度に応じて変化するＰＴＣヒータの消費電力を求める消費電力取得手段と、
前記余剰電力取得手段で求めた余剰電力と前記消費電力取得手段で求めた消費電力とに基づいてＰＴＣヒータを制御する制御手段とを備えることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用空調装置において、
前記消費電力取得手段は、
ＰＴＣヒータにより加熱される空気の温度と送風量、およびＰＴＣヒータの作動時間に基づいて消費電力を求めることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用空調装置において、
前記消費電力取得手段は、前記空気温度、送風量、および作動時間をパラメータとして予め記憶された消費電力の特性により消費電力を求めることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用空調装置において、
前記空調ユニット内に複数のＰＴＣヒータが設けられ、
前記消費電力取得手段は、予め記憶されたＰＴＣヒータの作動個数毎の消費電力の特性により消費電力を求め、
前記制御手段は、前記余剰電力取得手段で求めた余剰電力と前記消費電力取得手段で求めた費電力とに基づいてＰＴＣヒータの作動個数を制御することを特徴とする車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＣヒータを備えた車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空調ユニット内にＰＴＣヒータを設け、ＰＴＣヒータの発熱によって加熱した空気を車内に送風するようにした空調装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置は、空調ユニット内に２個のＰＴＣヒータを設け、ＤＣ−ＤＣコンバータの電流容量に応じてＰＴＣヒータをオンする個数を決定している。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１１５４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＰＴＣヒータは、温度上昇に伴い電気抵抗値が増大し、消費電力が低下するという特性を有する。しかしながら、上記特許文献１記載の装置は、この特性を考慮せずにＰＴＣヒータをオンする個数を決定しているため、車両の余剰電力を効率的に利用することができず、乗員にとって十分な暖房感が得られないおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による車両用空調装置は、ＰＴＣヒータを内蔵し、ＰＴＣヒータで加熱した空気を車内に送風する空調ユニットと、ＰＴＣヒータに供給可能な車両の余剰電力を求める余剰電力取得手段と、ＰＴＣヒータ素子の温度に応じて変化するＰＴＣヒータの消費電力を求める消費電力取得手段と、余剰電力取得手段で求めた余剰電力と消費電力取得手段で求めた消費電力とに基づいてＰＴＣヒータを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、車両の余剰電力を効率よく利用してＰＴＣヒータを作動することができ、乗員の暖房感を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図３を参照して本発明による車両用空調装置の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る車両用空調装置を構成する空調ユニットの外観を示す斜視図である。この空調ユニット１は、車内のインストルメントパネルの下方に配設され、図示しないブロアファンの回転により内外気切換ドアを介して吸い込まれた内気または外気は、空気取入口１１を介して空調ユニット１内に送風される。空調ユニット１に送風された空気は、エバポレータ１２を通過して冷却された後、エアミックスドアの開度に応じた割合でヒータコア１３を通過またはバイパスし、所定温度の空調風が生成される。
【０００８】
この空調風は、吹出モードに応じて開閉する吹出口ドアを介して空調ユニット１から流出し、ダクトを通って車内に送風される。すなわちベントモード時には、ベント口１４介し、ベントダクトを通ってベント吹出口から乗員に向けて送風される。デフロストモード時には、デフ口１５を介し、デフダクトを通ってデフ吹出口からウインドの内側に向けて送風される。フットモード時には、フット口１６を介し、フットダクトを通ってフット吹出口から乗員の足元に向けて送風される。なお、フット口１６は左右一対設けられており、右側のフット口１６は運転席用フットダクトに接続され、左側のフット口１６は助手席用フットダクトに接続される。
【０００９】
空調ユニット内では、フット口１６に至る送風通路が途中で分岐して左右のフット口１６に連通しており、この分岐部の上流側には、２個のＰＴＣヒータ２１が配設されている。ＰＴＣヒータ２１は、外気温が低く、かつエンジン冷却水温が低い場合等、ヒータコア１３で空調風を十分に加熱できない場合に、暖房能力の不足を補うために用いられる補助的なヒータであり、フット口１６からはＰＴＣヒータ２１により加熱された空気が送風可能である。ＰＴＣヒータ２１は、ヒータ素子の温度上昇に伴い電気抵抗値が増加して消費電力が減少する、いわゆるＰＴＣ特性を有し、後述のように動作が制御される。
【００１０】
図２は、本発明の実施の形態に係る車両用空調装置の構成を示すブロック図である。コントローラ２０には、空調指令を入力する操作パネル２２と、空調制御に必要な各種物理量（外気温、日射量、内気温、エバポレータ通過空気温度、エンジン冷却水温等）を検出するセンサ群２３と、他のコントロールユニットと通信を行うＣＡＮ通信線２４とが接続されている。
【００１１】
コントローラ２０は、これらかの信号に基づき内外気切換ドア駆動用アクチュエータ、吹出口ドア駆動用アクチュエータ、エアミックスドア駆動用アクチュエータ、およびブロアファン駆動用モータ等の空調用アクチュエータ２５にそれぞれ制御信号を出力し、吸気モード、吹出口モード、エアミックスドア開度、および送風量等を制御する。さらに以下のようにＰＴＣヒータ２１を制御する。
【００１２】
図３は、コントローラ２０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、例えば操作パネル２２のオートエアコンスイッチのオンによりスタートする。ステップＳ１では、回転数センサにより検出されたエンジン回転数をＣＡＮ通信線２４を介して読み込む。
【００１３】
ステップＳ２では、エンジンにより駆動されるオルタネータの発電量Ｐをエンジン回転数から予測する。例えば、予め図示のようなエンジン回転数とオルタネータ発電量との関係を記憶し、この関係を用いてオルタネータ発電量Ｐを予測する。
【００１４】
ステップＳ３では、ＰＴＣヒータ２１以外の電装品で消費されている電力Ｐｅを算出する。この消費電力Ｐｅは、ヘッドライトのオンによる電力、コンプレッサのオンによる電力、リヤウインドに装備された電熱ヒータのオンによる電力等を加算した電力であり、ＣＡＮ通信線２４を介して取り込んだ信号により各電装品のオンオフを判定し、消費電力Ｐｅを算出する。
【００１５】
ステップＳ４では、オルタネータ発電量Ｐから消費電力Ｐｅを減算する。ここで求めた電力Ｐｏは、ＰＴＣヒータ２１に利用可能な車両の余剰電力に相当する。なお、オルタネータの発電量だけでなくバッテリの充電量を考慮して余剰電力Ｐｏを算出してもよい。
【００１６】
ステップＳ５では、ＰＴＣヒータ２１の作動の要否を判定する。例えばセンサ群２３により検出された外気温が所定値以下で、かつ、エンジン冷却水温が所定値以下の状態で、フットモードが設定されているとき、フット口１６からの吹出空気をヒータコア１３により加熱しただけでは、暖房能力が不足し、乗員に対し十分な暖房感を与えることができない場合がある。この場合には、ＰＴＣヒータ２１の作動が必要と判定する。
【００１７】
ステップＳ５では、併せてＰＴＣヒータ２１の作動個数を判定する。例えば外気温とエンジン冷却水温により推定される暖房能力の不足レベルが一定以下のときは、乗員に与える不快感はそれほど大きくないため、ＰＴＣヒータ２１の作動個数を１個と判定する。これに対し、暖房能力の不足レベルが一定以上のときは、乗員にとっての不快感も大きいため、ＰＴＣヒータ２１の作動個数を２個と判定する。
【００１８】
ステップＳ５で、ＰＴＣヒータ２１の作動が不要と判定されるとステップＳ６に進み、ヒータリレーをオフしてＰＴＣヒータ２１への通電を停止する。ステップＳ５で、ＰＴＣヒータの作動個数が１個と判定されるとステップＳ７に進み、２個と判定されるとステップＳ１０に進む。
【００１９】
ステップＳ７では、ＰＴＣヒータ２１を１個作動させたときのＰＴＣヒータ２１の予想消費電力Ｐptcを算出する。コントローラ２０の記憶部２０ａには、予め図示のように１個のＰＴＣヒータ２１をオンしてからの経過時間に対する予想消費電力Ｐptcの特性Ｐ１１〜Ｐ１３が記憶されている。この特性Ｐ１１〜Ｐ１３によれば、ＰＴＣヒータオン後の時間の経過に伴い予想消費電力Ｐptcが徐々に小さくなっている。すなわちＰＴＣヒータ２１のオンによりヒータ素子の温度が徐々に上昇し、電気抵抗値が増大するため、予想消費電力Ｐptcは徐々に減少する。
【００２０】
ここで、各特性Ｐ１１〜Ｐ１３は、それぞれファン風量とエバポレータ通過後の空気温度に応じて設定されている。すなわちファン風量が多く、エバポレータ通過後の空気温度が低いほど、ＰＴＣヒータ２１にとっての熱負荷が大きくなり、ヒータ素子の温度上昇の割合が小さくなって、消費電力が大きくなる。そこで、予想消費電力Ｐptcを求めるための複数の特性Ｐ１１〜Ｐ１３を設定しておき、その中からファン風量とエバポレータ通過後の空気温度に応じた１つの特性を選択し、この特性によりＰＴＣヒータ２１のオン時間に対応した予想消費電力Ｐptcを算出する。
【００２１】
ステップＳ８では、ステップＳ４の余剰電力ＰｏがステップＳ７の予想消費電力Ｐptcを上回っているか否か、つまり１個のＰＴＣヒータ２１を作動できる分の余剰電力Ｐｏがあるか否かを判定する。ステップＳ８が肯定されるとステップＳ９に進み、ヒータリレーをオンして１個のＰＴＣヒータ２１に通電し、ＰＴＣヒータ２１を１個だけ作動（オン）する。一方、ステップＳ８が否定されるとステップＳ６に進み、ＰＴＣヒータ２１への通電を停止（オフ）する。
【００２２】
ステップＳ１０では、ＰＴＣヒータ２１を２個作動させたときのＰＴＣヒータ２１の予想消費電力Ｐptcを算出する。コントローラ２０の記憶部２０ａには、予め図示のように２個のＰＴＣヒータ２１をオンしてからの経過時間に対する予想消費電力Ｐptcの特性Ｐ２１〜Ｐ２３が記憶されている。ここで、特性Ｐ２１〜Ｐ２３は、ステップＳ７の特性Ｐ１１〜Ｐ１３と同様、それぞれファン風量とエバポレータ通過後の空気温度に応じて設定され、その中からファン風量とエバポレータ通過後の空気温度に応じた特性を選択し、この特性によりＰＴＣヒータ２１のオン時間に対応した予想消費電力Ｐptcを算出する。この場合、各特性Ｐ２１〜Ｐ２３とも、ＰＴＣヒータオン後の時間経過に伴い予想消費電力Ｐptcが徐々に小さくなっているが、特性Ｐ１１〜Ｐ１３と比べると予想消費電力Ｐptcが大きい。
【００２３】
ステップＳ１１では、ステップＳ４の余剰電力ＰｏがステップＳ１０の予想消費電力Ｐptcを上回っているか否か、つまり２個のＰＴＣヒータ２１を作動できるか否かを判定する。ステップＳ１１が肯定されるとステップＳ１２に進み、ヒータリレーをオンして２個のＰＴＣヒータ２１に通電し、ＰＴＣヒータ２１を２個同時に作動（オン）する。一方、ステップＳ１１が否定されるとステップＳ７に進み、ＰＴＣヒータ２１を１個だけ作動する場合の予想消費電力Ｐptcを算出する。
【００２４】
本実施の形態に係る車両用空調装置の動作をまとめると次のようになる。
外気温とエンジン冷却水温とからＰＴＣヒータ２１の作動の要否を判定する。ＰＴＣヒータ２１を作動させる必要があると判定されると、予め定めた特性Ｐ１１〜Ｐ１３またはＰ２１〜Ｐ２３を用いて、ヒータ素子の温度変化に対応したＰＴＣヒータ２１の予想消費電力Ｐptcを算出する（ステップＳ７，ステップＳ１０）。そして、予想消費電力Ｐptcが余剰電力Ｐｏよりも小さいときに、１個または２個のＰＴＣヒータ２１を作動する（ステップＳ９，ステップＳ１２）。
【００２５】
ＰＴＣヒータ２１を２個作動させる必要があると判定されたときに、余剰電力Ｐｏが予想消費電力Ｐptc以下であれば、ＰＴＣヒータ２１を１個作動させた場合の予想消費電力Ｐptcと余剰電力Ｐｏとを比較する。そして、この場合の予想消費電力Ｐptcが余剰電力Ｐｏより小さければ、ＰＴＣヒータ２１を１個だけ作動する（ステップＳ１１→ステップＳ７）。
【００２６】
このようにヒータ素子の温度に応じて変化する予想消費電力Ｐptcと余剰電力Ｐoとを比較することで、オルタネータの発電量が小さい場合にもＰＴＣヒータ２１を作動することが可能となり、余剰電力Ｐｏを効率よく利用できる。この場合、ファン風量とエバポレータ通過後の空気温度に応じて設定された特性Ｐ１１〜Ｐ１３，Ｐ２１〜Ｐ２３により、ヒータ素子の温度を推定し、消費電力Ｐptcを算出するので、消費電力Ｐptcを精度よく算出できる。外気温とエンジン冷却水温からＰＴＣヒータ２１の作動個数を判定するので、ＰＴＣヒータ２１により必要十分な暖房感が得られる。余剰電力Ｐｏの不足によりＰＴＣヒータ２１を２個作動できない場合、１個だけでも作動できるか否かを判定し、ＰＴＣヒータ２１を作動するので、この点でも余剰電力Ｐｏを効率よく利用できる。
【００２７】
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）予め記憶された特性Ｐ１１〜Ｐ１３，Ｐ２１〜Ｐ２３により、ヒータ素子の温度変化を考慮した予想消費電力Ｐptcを算出し、余剰電力Ｐｏと予想消費電力Ｐptcとを比較してＰＴＣヒータ２１の作動を制御するので、余剰電力Ｐｏを効率よく利用することができ、乗員にとって十分な暖房感が得られる。これに対し、例えばＰＴＣヒータ２１の定格消費電力と余剰電力Ｐｏとを比較する場合には、定格消費電力が余剰電力Ｐｏより大きいと、実際の消費電力Ｐptcが余剰電力Ｐｏより小さい場合であってもＰＴＣヒータ２１がオンされず、余剰電力Ｐptcを効率よく利用できない。
【００２８】
（２）ＰＴＣヒータ２１により加熱される空気温度と送風量、およびＰＴＣヒータ２１の作動時間に基づいて消費電力Ｐptcを算出するので、ＰＴＣヒータ２１の消費電力を算出するために新たなセンサを設ける必要がなく、コストを低減できる。
（３）予め記憶された特性Ｐ１１〜Ｐ１３，Ｐ２１〜Ｐ２３により消費電力Ｐptcを算出するので、構成を簡素化できる。
（４）ＰＴＣヒータ２１をオンする個数に応じて異なる特性Ｐ１１〜Ｐ１３，Ｐ２１〜Ｐ２３を記憶するので、ＰＴＣヒータ２１の消費電力Ｐptcを精度よく算出できる。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、空調ユニット内の送風通路を左右のフット口１６にかけて分岐し、この分岐部の上流側に２個のＰＴＣヒータ２１を配置したが、分岐部の下流側にそれぞれ１つづつＰＴＣヒータ２１を配置し、運転席側と助手席側の空調指令に応じて各ＰＴＣヒータ２１を独立に制御するようにしてもよい。この場合もＰＴＣヒータ２１の予想消費電力Ｐptcを算出し、余剰電力Ｐｏと比較することで、余剰電力Ｐｏの効率的な利用が可能である。空調ユニット内にＰＴＣヒータ２１を２個設けたが、ＰＴＣヒータ２１は１個でもよく、３個以上でもよい。
【００３０】
コントローラ２０が、オルタネータの発電量ＰからＰＴＣヒータ以外の電装品の消費電力Ｐｅを減算して、ＰＴＣヒータ２１に供給可能な余剰電力Ｐｏを算出したが、他の手法により余剰電力Ｐｏを検出または推定してもよく、余剰電力取得手段の構成は上述したものに限らない。コントローラ２０が、予め定めた特性Ｐ１１〜Ｐ１３，Ｐ２１〜Ｐ２３によりＰＴＣヒータ２１の消費電力Ｐptcを算出したが、センサにより消費電力を検出し、あるいは演算式等により消費電力を推定してもよく、消費電力取得手段の構成は上述したものに限らない。コントローラ２０によりＰＴＣヒータ２１をオンする個数を決定したが、余剰電力Ｐｏと消費電力Ｐptcとに基づいてＰＴＣヒータ２１を制御するのであれば、制御手段の構成はこれに限らない。
【００３１】
本発明は、ＰＴＣヒータ２１を内蔵した空調ユニットを有する車両であれば、ガソリン車、ハイブリッド車、電気自動車等、種々の車両に適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の車両用空調装置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係る車両用空調装置を構成する空調ユニットの外観構成を示す斜視図。
【図２】本発明の実施の形態に係る車両用空調装置の構成を示すブロック図。
【図３】図２のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３３】
１  空調ユニット
２０  コントローラ
２１  ＰＴＣヒータ
Ｐｏ  余剰電力
Ｐptc  消費電力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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