(57)【要約】【課題】煩雑な調整作業をすることなく冷房用熱交換器への着霜を防止することが可能な車両用空調装置を提供すること。【解決手段】電子制御ユニット７は、外気温センサ２の検出値より、通風ダクト２０内に所定温度の外気が所定時間導入されたと判断した場合には、エバポレータ１２から流出する空気の目標温度を所定温度上昇し、冷却後温度センサ５２が検出する空気の温度が上昇した目標温度となるように、圧縮機５１を作動制御する。これにより、着霜が予想されるときにはエバポレータ１２の表面温度を上昇し着霜を防止することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内に空気を送るための通風ダクト（２０）と、
前記通風ダクト（２０）内に設けられ、前記通風ダクト（２０）内を流れる空気を冷却する冷房用熱交換器（１２）と、
前記冷房用熱交換器（１２）への着霜が発生しているか否かを判定する着霜判定手段（Ｓ７１０）と、
前記着霜判定手段（Ｓ７１０）が前記冷房用熱交換器（１２）への着霜が発生していると判定したときには、前記冷房用熱交換器（１２）の温度を所定温度上昇させる温度上昇手段（Ｓ７２０）とを備えることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記着霜判定手段（Ｓ７１０）は、前記冷房用熱交換器（１２）に所定状態の前記空気が所定時間以上流入した場合に、前記冷房用熱交換器（１２）への着霜が発生していると判定することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記冷房用熱交換器（１２）から流出する前記空気の温度を検出する温度検出手段（５２）と、
前記温度検出手段（５２）が検出する前記空気の温度が目標温度となるように前記冷房用熱交換器（１２）の冷房能力を制御する冷房能力制御手段（Ｓ７２０、Ｓ７４０）とを備え、
前記温度上昇手段（Ｓ７２０）は、前記着霜判定手段（Ｓ７１０）が前記冷房用熱交換器（１２）への着霜が発生していると判定したときには、前記目標温度を上昇することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記冷房用熱交換器（１２）は、冷凍サイクル中を循環する冷媒を蒸発する冷媒蒸発器（１２）であり、
前記冷房能力制御手段（Ｓ７２０、Ｓ７４０）は、圧縮機（５１）による前記冷媒の循環状態を制御することで前記冷房用熱交換器（１２）の冷房能力を制御することを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車室内に送る空気を冷却する冷房用熱交換器を備える車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車室内に送る空気を冷却する冷房用熱交換器を備える車両用空調装置において、冷房用熱交換器の空気側表面温度が氷点下となると着霜が発生するため、冷房用熱交換器の冷房能力を制御して着霜を防止するものが知られている。
【０００３】
例えば、冷房用熱交換器が冷凍サイクル中の冷媒を蒸発する冷媒蒸発器（エバポレータ）である場合には、この冷凍サイクル中の冷媒を圧縮する圧縮機をオンオフ制御して、冷房用熱交換器の冷房能力を制御するものがある。具体的には、冷媒蒸発器下流の空気温度を温度検出手段であるサーミスタで検出し、検出温度が３℃まで低下したら圧縮機を停止し、４℃まで上昇したら再起動することで着霜を防止するようになっているものがある。
【０００４】
冷媒蒸発器から流出する空気の目標温度（ＴＥＯ）は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、外気温や車室内へ吹き出す空気の目標吹出温度に応じた設定値のうち低い方が選択される。そして、圧縮機の作動制御は、図８に示すように、サーミスタの検出温度が上記目標温度（ＴＥＯ）となるとオフされ、目標温度（ＴＥＯ）＋１℃となるとオンされるようになっている。
【０００５】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、冷媒蒸発器から流出する空気の目標温度（ＴＥＯ）を３℃以上に設定しているので、上述のように、サーミスタの検出温度が３℃まで低下したら圧縮機を停止し、４℃まで上昇したら再起動する着霜防止制御が行なわれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の車両用空調装置では、上記のような制御を行なっているにも係わらず、冷房用熱交換器に着霜が発生する場合がある。
【０００７】
本発明者らは、この原因について鋭意検討を行なったところ、冷房用熱交換器に対するサーミスタの位置や、サーミスタの検出特性のばらつきによっては、制御切換え時のオーバーシュートが大きくなり、冷房用熱交換器の表面温度が、例えば−１〜７℃の間で変動する場合があることを見出した。そして、氷点下の出現時間が増加すると着霜が発生する。
【０００８】
これを対策するためには、サーミスタの取り付け位置を再設定したり、サーミスタを検出特性により選別したりする煩雑な調整作業が必要となるという問題がある。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであって、煩雑な調整作業をすることなく冷房用熱交換器への着霜を防止することが可能な車両用空調装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
車室内に空気を送るための通風ダクト（２０）と、
通風ダクト（２０）内に設けられ、通風ダクト（２０）内を流れる空気を冷却する冷房用熱交換器（１２）と、
冷房用熱交換器（１２）への着霜が発生しているか否かを判定する着霜判定手段（Ｓ７１０）と、
着霜判定手段（Ｓ７１０）が冷房用熱交換器（１２）への着霜が発生していると判定したときには、冷房用熱交換器（１２）の温度を所定温度上昇させる温度上昇手段（Ｓ７２０）とを備えることを特徴としている。
【００１１】
これによると、冷房用熱交換器（１２）に着霜が発生したときには、温度上昇手段（Ｓ７２０）は冷房用熱交換器（１２）の温度を所定温度上昇させる。したがって、煩雑な調整作業等を行なうことなく冷房用熱交換器（１２）への着霜を防止することが可能である。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、着霜判定手段（Ｓ７１０）は、冷房用熱交換器（１２）に所定状態の空気が所定時間以上流入した場合に、冷房用熱交換器（１２）への着霜が発生していると判定することを特徴としている。
【００１３】
これによると、冷房用熱交換器（１２）への空気の流入状態により、冷房用熱交換器（１２）への着霜の判定を行なうことが可能である。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明では、
冷房用熱交換器（１２）から流出する空気の温度を検出する温度検出手段（５２）と、
温度検出手段（５２）が検出する空気の温度が目標温度となるように冷房用熱交換器（１２）の冷房能力を制御する冷房能力制御手段（Ｓ７２０、Ｓ７４０）とを備え、
温度上昇手段（Ｓ７２０）は、着霜判定手段（Ｓ７１０）が冷房用熱交換器（１２）への着霜が発生していると判定したときには、目標温度を上昇することを特徴としている。
【００１５】
これによると、冷房用熱交換器（１２）に着霜が発生したときには、前記目標温度を上昇することで、冷房能力制御手段（Ｓ７２０、Ｓ７４０）により冷房用熱交換器（１２）の温度を所定温度上昇させることができる。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明では、冷房用熱交換器（１２）は、冷凍サイクル中を循環する冷媒を蒸発する冷媒蒸発器（１２）であり、冷房能力制御手段（Ｓ７２０、Ｓ７４０）は、圧縮機（５１）による冷媒の循環状態を制御することで冷房用熱交換器（１２）の冷房能力を制御することを特徴としている。
【００１７】
これによると、冷房用熱交換器（１２）に着霜が発生したときには、圧縮機（５１）による冷媒の循環状態を制御することで冷房用熱交換器（１２）の温度を上昇させ、冷房用熱交換器（１２）への着霜を防止することが可能である。
【００１８】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明を適用した車両用空調装置の構成を概略的に示す模式構成図である。
【００２１】
図１に示すように、車室内に空気を送るための通風ダクト２０内には、この通風ダクト２０内に空気流を発生させるブロワモータ１１によって駆動されるブロワ１９が配設されている。ここでブロワモータ１１とブロワ１９とで送風機を構成している。ブロワ１９の下流部には、通風ダクト２０を塞ぐように冷房用熱交換器であるエバポレータ１２が配設され、エバポレータ１２はブロワ１９が吹き出す空気流を冷却する。
【００２２】
エバポレータ１２は、圧縮機５１や図示しない凝縮機、減圧手段等とともに冷凍サイクルを構成しており、エバポレータ１２は、圧縮機５１から吐出され、凝縮、減圧された後の冷凍サイクル内の液相冷媒を蒸発する冷媒蒸発器である。
【００２３】
またエバポレータ１２の下流部には、通風ダクト２０を約半分塞ぐように暖房用熱交換器であるヒータコア１３が配設され、ヒータコア１３はエバポレータ１２を通過した冷風を再加熱する。
【００２４】
また、ヒータコア１３の上流部には、ヒータコア１３を通る空気の割合を切り替えて車室内へ吹き出す空気の温度を調節するエアミックスダンパ２１が配設されている。ここでエバポレータ１２とヒータコア１３とエアミックスダンパ２１とで温度調節手段を構成している。
【００２５】
通風ダクト２０の最下流には、エバポレータ１２およびヒータコア１３によって温度調節された空気を、フロントガラスへ向かって吹き出すデフロスタ吹出口３０、乗員の上半身へ向かって吹き出すフェイス吹出口３１、および乗員の足元へ向かって吹き出すフット吹出口３２がそれぞれ設けられている。そしてこれらの各吹出口から吹き出される吹出風量は、デフロスタダンパ３３、フェイスダンパ３４およびフットダンパ３５によってそれぞれ調節される。
【００２６】
また、ブロワ１９の上流部には、内気と外気との取り込む割合を切り替える内外気切替ダンパ６が配設されている。
【００２７】
１は車室内温度（内気温）を検出する車室温検出手段である車室温センサ、２は外気温を検出する外気温検出手段である外気温センサ、３はヒータコア１３に流入する冷却水の温度を検出する冷却水温検出手段である水温センサ、４は日射量を検出する日射センサ、５２はエバポレータ１２から流出する空気の温度を検出する温度検出手段である冷却後温度センサ、および１０は車室内の目標設定温度を設定する車室温設定手段である温度設定器である。そして、上記各センサおよび温度設定器の出力信号は電子制御ユニット７へ出力される。
【００２８】
また、コントロールパネル１００には、マニュアル操作でオートモードを含め吹出口を切り替える吹出口切替スイッチ１０１、およびマニュアル操作でオートモードを含めブロワ１９が吹き出す空気流の強さを切り替えるブロワスイッチ１０２が設けられている。そして、上記各スイッチ１０１、１０２の出力信号も電子制御ユニット７へ出力される。
【００２９】
電子制御ユニット７は中央演算処理装置、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および入出力インターフェイスを備えた周知のマイクロコンピュータから構成されている。そして、上記の各センサ１、２、３、４、５２と温度設定器１０とからの信号およびコントロールパネル１００に設けられた各スイッチ１０１、１０２からの信号に基づいて、あらかじめ定められたプログラムおよびマップに従って演算処理し、各アクチュエータを制御する信号を出力する。
【００３０】
電子制御ユニット７は上記の演算処理後、その演算結果に基づいて内外気サーボモータ５、エアミックスサーボモータ１４、および吹出モードサーボモータ１８へ制御信号を出力し、内外気サーボモータ５は内外気切替ダンパ６を、エアミックスサーボモータ１４はエアミックスダンパ２１を、吹出モードサーボモータ１８はデフロスタダンパ３３、フェイスダンパ３４およびフットダンパ３５をそれぞれ駆動する。
【００３１】
また、電子制御ユニット７はブロワモータ１１および圧縮機５１の図示しないクラッチ機構へも制御信号を出力する。そして、ブロワモータ１１の回転数を制御し、ブロワ１９が吹き出す空気流の強さを制御するとともに、圧縮機５１を作動制御し、冷凍サイクル中の冷媒の循環状態を制御する。
【００３２】
次に、上記構成に基づき車両用空調装置の作動について説明する。
【００３３】
ここで、図２は電子制御ユニット７の制御の概略の流れを示すフローチャートであり、図３は図２中のステップＳ７００における制御の流れを示すフローチャートである。
【００３４】
図２に示すように、電子制御ユニット７は、車両のイグニッションスイッチのオンとともにステップＳ１００にて制御を開始し、ステップＳ１１０に進み、各種変換、フラグ等の初期値を設定する。ステップＳ１５０で、車室温センサ１、外気温センサ２、水温センサ３、日射センサ４、冷却後温度センサ５２等からのセンサ信号を入力し、温度設定器１０やコントロールパネル１００の各スイッチの状態を入力する。
【００３５】
次にステップＳ２００に進み、ステップＳ１５０における入力信号のうち、各種環境条件等より、車室内に吹き出す空気（空調風）の目標吹出温度ＴＡＯ（以下、ＴＡＯ）を下記数式１に従って演算する。
【００３６】
【数１】
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋ＣただしＫｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは係数、Ｃは定数であり、Ｔｓｅｔは設定温度、Ｔｒは内気温度、Ｔａｍは外気温度、Ｔｓは日射量である。
【００３７】
ステップＳ２００を実行したら、次に、ステップＳ３００では、予め電子制御ユニット７内に記憶されたエアミックスダンパ２１の開度制御特性から、ＴＡＯに対応するエアミックスダンパ２１の開度が算出され、この開度となる様にエアミックスサーボモータ１４を制御し、各吹出し口から車室内へ吹き出される空気（空調風）の温度をコントロールする。
【００３８】
ステップＳ３００のエアミックス制御を実行したら、次にステップＳ４００に進み、予め記憶された印加電圧特性からＴＡＯ等に対応するブロワモータ１１への印加電圧を演算し、電圧を図示しない駆動回路を介して印加してブロワモータ１１を駆動させ、ブロワ１９により車両室内へ吹き出される送風量を制御する。
【００３９】
次にステップＳ５００に進み、予め記憶された内外気モード制御特性から、ＴＡＯ等に対応する内外気モードが演算され、内外気切替ダンパ６を駆動する内外気サーボモータ５を駆動制御する。
【００４０】
次にステップＳ６００に進み、予めに記憶された吹出しモード制御特性から、ＴＡＯ等に対応する吹出しモードが演算され、デフロスタダンパ３３、フェイスダンパ３４、およびフットダンパ３５を駆動する吹出モードサーボモータ１８を駆動制御する。
【００４１】
なお、ステップＳ４００、Ｓ５００、Ｓ６００では、送風量や各モードがコントロールパネル１００の吹出口切替スイッチ１０１、ブロワスイッチ１０２等により手動選択されている場合は、選択された送風量やモードになるようにブロワモータ１１、内外気サーボモータ５および吹出モードサーボモータ１８は制御される。
【００４２】
次にステップＳ７００に進み、圧縮機（コンプレッサ）５１の制御を行なう。ステップＳ７００の処理後、ステップＳ１５０に戻って再び各種信号を読み込み、ステップＳ１５０〜ステップＳ７００により空調の制御が繰り返される。
【００４３】
ここで、ステップＳ７００のコンプレッサ制御について、図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００４４】
まず、ステップＳ７１０で、エバポレータ１２に着霜（フロスト）が発生しているか否か（着霜が発生する可能性があるか否か）判断する。着霜の判定は、外気温センサ２が検出する外気温と空調装置（冷凍サイクル）の稼働時間とにより行ない、両者の組み合わせが図４に示すマップ中の実線より上方側のフロスト領域にある場合に着霜が発生していると判断する。
【００４５】
これは、通風ダクト２０内に外気が導入されている場合であって、所定状態の空気（この場合は所定温度の外気）が、所定時間以上エバポレータ１２に流入した場合には、着霜ありと判断するものである。したがって、通風ダクト２０内に内気が導入される場合には、車室温センサ１が検出する内気温に対するフロスト領域マップ（図示せず）より、着霜があるか否かを判定する。
【００４６】
ステップＳ７１０において、着霜が発生していないと判断した場合には、ステップＳ７４０へ進み、圧縮機５１を通常制御する。通常制御とは、図７および図８に基づいて説明した従来技術と同様の制御である。図７に示すように、外気温もしくはＴＡＯに応じて、エバポレータ１２から流出する空気の目標温度ＴＥＯ（以下、ＴＥＯ）が設定されている。そして、図８に示すように、冷却後温度センサ５２が検出する空気の温度が、ＴＥＯとなると圧縮機５１がオフされ、ＴＥＯ＋１℃となると圧縮機５２がオンされるように制御される。
【００４７】
一方、ステップＳ７１０において、着霜が発生していると判断した場合には、ステップＳ７２０へ進み、ＴＥＯを所定温度上昇させる。具体的には、従来技術と同様に、図７の関係から求めたＴＥＯに対し、図５に示す外気温と温度との関係Ｆ（ｘ）分を加算した値を新たなＴＥＯとする。図５に示すように、外気温と上昇温度との関係Ｆ（ｘ）は、着霜が発生しやすい外気低温時の方が上昇温度が大きくなっている。
【００４８】
そして、Ｆ（ｘ）加算後の新たなＴＥＯを用いて、通常制御と同様に、図８に示す圧縮機５１のオンオフ制御を行なう。なお、ステップＳ７１０において、内気導入時の着霜判定を行なった場合には、内気温に応じた上昇温度分（図示せず）をＴＥＯに加算し、新たなＴＥＯとする。
【００４９】
新たなＴＥＯによる制御を開始し所定時間（本例では５分間）経過したら（ステップＳ７３０）、ステップＳ７４０の通常制御に復帰する。すなわち、ＴＥＯの加算分Ｆ（ｘ）をキャンセルした制御に戻る。その後、ステップＳ７１０にリターンする。ステップＳ７１０〜ステップＳ７４０により、コンプレッサ制御が行なわれる。
【００５０】
ステップＳ７１０が、本実施形態における着霜判定手段であり、ステップＳ７２０が、エバポレータ１２に着霜が発生していると判定したときに、エバポレータ１２の温度を所定温度上昇させる本実施形態における温度上昇手段である。また、ステップＳ７２０における圧縮機５１の制御、およびステップＳ７４０における圧縮機５１の制御が、冷凍サイクル中の冷媒の循環状態を制御してエバポレータ１２の冷房能力を制御する本実施形態における冷房能力制御手段である。
【００５１】
上述の構成および作動によれば、電子制御ユニット７は、エバポレータ１２が置かれている環境が制御マップ上のフロスト領域にあると判断した場合には、ＴＥＯを所定温度上昇させ、冷却後温度センサ５２の検出温度が上昇後のＴＥＯとなるように圧縮機５１を作動制御する。したがって、煩雑な冷却後温度センサ５２等の調整作業を行なうことなく、エバポレータ１２への着霜を防止することができる。
【００５２】
また、エバポレータ１２への着霜は、導入空気の状態および時間より推定するものであるので、エバポレータ１２の表面に着霜を直接検出する手段を設ける必要がない。
【００５３】
本発明者らは、上記実施形態の車両用空調装置を外気温が低い状態で連続運転し、オーバーシュート時であってもエバポレータ１２の表面温度は１℃までしか低下せず、着霜の発生がないことを確認している。
【００５４】
（他の実施形態）
上記一実施形態では、通風ダクト２０に導入される空気が外気および内気の場合に、その温度と時間に応じて着霜（フロスト）の判定をするものであったが、外気および内気のいずれかのみについて行なうものであってもよい。また、外気と内気とが混合されて導入されるものにおいては、その混合気の温度と時間に応じて着霜を判定するものであってもよい。
【００５５】
また、通風ダクト２０内に導入される空気の湿度を検出する湿度検出手段を設け、導入空気の温度、湿度および導入時間から着霜の判定を行なうものであってもよい。これによれば、着霜の発生を推定する精度を向上することができる。
【００５６】
また、エバポレータ１２の表面に着霜を直接検出する手段を設けた場合であっても本発明は有効である。
【００５７】
また、上記一実施形態では、ステップＳ７２０において、上昇したＴＥＯによる圧縮機５１制御を開始したら、ステップＳ７３０において所定時間後にこれを解除するものであったが、解除時間は導入空気の温度、湿度等により変化させるものであってもよい。例えば、図６に示すように、外気温により解除時間を変更してもよい。導入空気の状態が着霜を発生しやすい場合ほど、解除時間を長くすることにより、着霜を確実に防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における車両用空調装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】電子制御ユニット７の全体概略制御動作を示すフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ７００におけるコンプレッサ制御動作を示すフローチャートである。
【図４】図３のステップＳ７１０において着霜を判定するためのマップである。
【図５】図３のステップＳ７２０において加算される温度を示すグラフである。
【図６】他の実施形態における昇温制御の解除時間の例を示すグラフである。
【図７】従来の車両用空調装置における冷媒蒸発器から流出する空気の目標温度（ＴＥＯ）の設定値を示すグラフであり、（ａ）は外気温に応じた設定値、（ｂ）は車室内へ吹き出す空気の目標吹出温度に応じた設定値である。
【図８】従来の車両用空調装置における冷媒蒸発器から流出する空気の目標温度（ＴＥＯ）に対する圧縮機の作動制御パターンを示す図である。
【符号の説明】
１  車室温センサ
２  外気温センサ
７  電子制御ユニット
１２  エバポレータ（冷房用熱交換器、冷媒蒸発器）
１３  ヒータコア（暖房用熱交換器）
２０  通風ダクト
５１  圧縮機
５２  冷却後温度センサ（温度検出手段）
Ｓ７１０  着霜判定手段
Ｓ７２０  温度上昇手段、冷房能力制御手段の一部
Ｓ７４０  冷房能力制御手段の一部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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