(57)【要約】【課題】エンジンが高負荷状態になったときでも車室内温度の上昇による乗員の不快感を低減させるようにした車両用空調装置を提供すること。【解決手段】空調状態検出手段１が安定して快適な定常空調状態を検出しているときに、アクセル開度によって登坂走行、発進加速または中間加速走行に入ったことを運転状態検出手段２が検出すると、省動力運転モード判断手段３が省動力運転モードに入ったと判断する。この省動力運転モードでは、冷凍能力制御手段４が冷凍能力を低減させてエンジンの負荷を軽減させ、これによって、車両の走行性能を向上させるとともに、吹出方向制御手段５が吹出方向可変装置６を制御して空調風を直接乗員に当てるように吹き出しの方向を変更し、冷凍能力の低下により車室内温度が上昇しても乗員が不快に感じることを低減させる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍能力を自由に可変できる車両用空調装置において、
車室内が安定して快適な温度を維持している定常空調状態を検出する空調状態検出手段と、
車両のアクセル開度に基づいてエンジンの負荷が大きい高負荷運転状態を検出する運転状態検出手段と、
車室内が前記定常空調状態にあるときに前記運転状態検出手段が前記高負荷運転状態を検出することにより省動力運転モードになったと判断する省動力運転モード判断手段と、
前記省動力運転モードの場合に前記冷凍能力を低減するよう制御する冷凍能力制御手段と、
前記省動力運転モードの場合に車室内に吹き出される空調風の吹き出し方向を乗員に向けるように変更する吹出方向制御手段と、
を備えていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記空調状態検出手段は、車室内の温度と設定温度との温度差が所定の範囲内にあることを以って、前記定常空調状態を検出したとすることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記空調状態検出手段は、起動時から所定時間経過したことを以って、前記定常空調状態を検出したとすることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記冷凍能力制御手段は、前記省動力運転モードの間、前記冷凍能力を一旦ゼロにした後、前記定常空調状態を維持していた冷凍能力より低い所定値にまで徐々に復帰させるよう制御することを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記吹出方向制御手段は、空調風の吹き出し方向を車室内の空調範囲で変化させる拡散吹き出しモードと前記省動力運転モードのときに空調風の吹き出し方向を乗員に向けて固定させる集中吹き出しモードとの間で吹き出し方向を可変させるように制御することを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項６】
助手席の乗員の存在を検出する乗員検出手段を備え、前記省動力運転モードのときに助手席の乗員不在を検出した場合、助手席側の空調風吹出口に連通する通路を遮断するようにしたことを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記省動力運転モードのときに乗員によって設定された空調風の吹き出し方向を記憶する吹出方向記憶手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項８】
冷凍能力を自由に可変できる車両用空調装置の制御方法において、
車室内温度が安定して維持されている定常空調状態にあるかどうかを判断し、
前記定常空調状態にある場合にアクセル開度が所定値以上あるかどうかを判断し、
前記アクセル開度が所定値以上ある場合にコンプレッサの冷凍能力を瞬時に低減させ、
前記冷力が低減されている間、車室内に吹き出される空調風の吹き出し方向を乗員に向けるように変更し、
前記アクセル開度が所定値より小さくなった場合、前記コンプレッサの冷凍能力および前記空調風の吹き出し方向を元に復帰させる、
ようにしたことを特徴とする車両用空調装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用空調装置に関し、特に空調が安定して維持されているときに車両が登坂走行、発進加速または中間加速する場合のようなエンジン負荷が高くなっても走行性が損なわれることがなく、同時に空調の快適性も維持することができるようにした車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用空調装置は、空調風を車室内に吹き出して、車室内の全体の温度が乗員によって設定された温度に保たれるように制御している。ところが、夏季の場合には、駐車していた車両は車室内が非常に高温になっていることがある。これは、車両用空調装置としては熱負荷が非常に高い状態にあるため、車両用空調装置が１００％の冷凍能力で運転をしても、車室内全体が乗員にとって快適になるように空調されるまでには、相当の時間を必要とする。
【０００３】
そこで、車室内が冷やされて快適な温度に空調されるまで、乗員に空調された冷風を直接当てるようにすることによって、車室内が冷やされるまでの間、乗員の暑さによる不快感を少しでも低減させるようにすることが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。この車両用空調装置では、車室内全体が冷えたならば、吹き出し口に設けられたルーバをスイングさせて、空調風が車室内全体に行き渡るようにしている。
【０００４】
ところで、車両用空調装置を構成しているコンプレッサは、一般にエンジンを動力源として利用している。このため、エンジンにとっては、車両用空調装置のコンプレッサが大きな負荷になっている。したがって、たとえば車両が加速するときのようにエンジンが高負荷状態になったときには、コンプレッサをエンジンから一時的に切り離してエンジンの負荷を低減させ、これによって車両の加速性能を向上させることも行われている（たとえば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１４２０８１号公報（段落番号〔００５６〕〜〔００５７〕，図１０）
【特許文献２】
特開２０００−３３５２３２号公報（段落番号〔００３７〕，図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジンが高負荷状態になったときなどにおいてコンプレッサをエンジンから切り離すことは、車両用空調装置は冷房を行うことができないことを意味し、たとえば長い登坂走行を行っているときのようにコンプレッサをエンジンから切り離している期間が長くなると、車室内の温度が上がり、乗員が不快を感じてしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、エンジンが高負荷状態になったときでも車室内温度の上昇による乗員の不快感を低減させるようにした車両用空調装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、冷凍能力を自由に可変できる車両用空調装置において、車室内が安定して快適な温度を維持している定常空調状態を検出する空調状態検出手段と、車両のアクセル開度に基づいてエンジンの負荷が大きい高負荷運転状態を検出する運転状態検出手段と、車室内が前記定常空調状態にあるときに前記運転状態検出手段が前記高負荷運転状態を検出することにより省動力運転モードになったと判断する省動力運転モード判断手段と、前記省動力運転モードの場合に前記冷凍能力を低減するよう制御する冷凍能力制御手段と、前記省動力運転モードの場合に車室内に吹き出される空調風の吹き出し方向を乗員に向けるように変更する吹出方向制御手段と、を備えていることを特徴とする車両用空調装置が提供される。
【０００９】
このような車両用空調装置によれば、車室内が安定して快適な温度を維持しているときにエンジンが高負荷状態になると、省動力運転モードに入り、この省動力運転モードでは冷凍能力を低減させてエンジンの負荷を軽減させ、これによって、車両の走行性能を向上させるとともに、低減された冷凍能力による空調風を直接乗員に当てるように吹き出しの方向を変更し、これによって冷凍能力の低下により車室内温度が上昇しても乗員が不快に感じることを少なくする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明による車両用空調装置の概要を示すシステム図である。
【００１１】
本発明による車両用空調装置は、車室内の空調状態を監視している空調状態検出手段１と、車両の運転状態を監視する運転状態検出手段２と、空調状態検出手段１および運転状態検出手段２の検出結果から省動力運転モードにすべきかどうかを判断する省動力運転モード判断手段３と、省動力運転モード時に冷凍能力を落とすよう制御する冷凍能力制御手段４と、省動力運転モード時に空調風を乗員に集中して当てるように吹き出し方向を制御する吹出方向制御手段５とを備えている。冷凍能力制御手段４は、冷凍能力を自由に可変することができるコンプレッサに接続され、吹出方向制御手段５は、車室内に空調風吹き出し口に設けられて吹き出し方向を自由に変更することができる吹出方向可変装置６に接続されている。
【００１２】
空調状態検出手段１は、車両用空調装置が起動していて車室内の全体が乗員にとって概ね快適な室内温度を安定して維持しているかどうかを判断するためのもので、本発明による車両用空調装置がその起動直後ではなく、車室内が概ね快適な温度に制御された定常空調状態にあるときにだけ作動させるための条件を検出している。運転状態検出手段２は、車両のアクセル開度および車速に基づいて車両がたとえば登坂走行時、発進加速時または中間加速時のようにエンジンの負荷が大きい高負荷運転状態にあることを検出する。省動力運転モード判断手段３は、空調状態検出手段１が定常空調状態を検出していて、運転状態検出手段２が高負荷運転状態を検出したときに省動力運転モードにすべきと判断する。冷凍能力制御手段４は、省動力運転モードの場合に冷凍能力を低減するようコンプレッサを制御する。そして、吹出方向制御手段５は、車室内に設けられた吹出方向可変装置６を制御し、省動力運転モードの場合に車室内に吹き出される空調風の吹き出し方向を乗員に向け、それ以外の通常運転モードのときには、吹き出し方向を可変して車室内全体が空調されるようにする。
【００１３】
以上の構成の車両用空調装置において、吹出方向可変装置６が空調風の吹き出し方向を角度θ１の空調範囲で変化させる拡散吹き出しモードで動作しているとする。そのときに、空調状態検出手段１が定常空調状態を検出し、運転状態検出手段２が高負荷運転状態を検出すると、省動力運転モード判断手段３は、通常運転モードから省動力運転モードに入ったと判断する。この省動力運転モードでは、冷凍能力制御手段４がコンプレッサの冷凍能力を下げ、その分、エンジンの動力を車両の走行用の動力に振り分けることができるので、車両の走行性能を向上させることができる。また、同時に、吹出方向制御手段５が吹出方向可変装置６を制御して、空調風の吹き出し方向を乗員に向けて固定させ、これによって角度θ２の狭い空調範囲に空調風を集中させて乗員に直接当てる集中吹き出しモードにモード切り換えを行う。乗員を局所的に冷やすことにより、冷凍能力の低下による車室内温度の上昇に対して乗員が不快を感じる程度を軽減させる。
【００１４】
運転状態検出手段２が高負荷運転状態を検出しなくなった場合には、冷凍能力制御手段４がコンプレッサの冷凍能力を元の冷凍能力に復帰させ、吹出方向制御手段５が通常運転モードのときの吹き出し方向に復帰させる。
【００１５】
図２は車両用空調装置の構成を示すブロック図である。
車両用空調装置は、空調制御部１１を備え、この空調制御部１１は、中央処理装置（ＣＰＵ）１２、読取専用メモリ（ＲＯＭ）１３、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１４、インタフェース部１５などを有している。インタフェース部１５には、アクセル開度を表すスロットルセンサの信号、車速信号、室内温度を表す内気センサの信号、車室内の設定温度を表す信号、助手席の乗員を検出するシートスイッチの信号などが入力されている。また、インタフェース部１５は、冷凍能力を制御するためのコンプレッサ容量制御弁の制御信号、吹き出し口における空調風の吹き出し方向を変更する上下方向ルーバ可変用のモータ１６を制御する制御信号、左右方向ルーバ可変用のモータ１７を制御する制御信号、助手席側の空調風吹き出し口に連通したダクトを開閉するシャッタ駆動用のモータ１８を制御する制御信号を出力するとともに、ルーバ可変用のモータ１６，１７に設けられてルーバの揺動位置を検出するポテンショメータ１９，２０の出力を入力するよう構成されている。これらのポテンショメータ１９，２０は、省動力運転モード時にモータ１６，１７によってルーバが駆動されるときの揺動位置を空調制御部１１にフィードバックする機能と、ルーバが所定の位置に駆動された後、乗員によって吹き出し方向が変更された場合のルーバの揺動位置を検出する機能を有している。
【００１６】
なお、この実施の形態では、助手席の乗員を検出する手段としてシートスイッチを用いたが、赤外線センサ、シートベルト装着信号などを用いて自動的に助手席の着座状態を判断するようにしたり、乗員による指示によって設定される手動の設定スイッチを用いてもよい。また、空調制御部１１のランダムアクセスメモリ１４は、乗員によって設定された空調風の吹き出し方向を記憶する吹出方向記憶手段としても利用するようにしてあるが、その場合は、車両用空調装置の電源が切られていてもバッテリによりバックアップされる構成にするが、専用の不揮発メモリを有するようにしてもよい。
【００１７】
空調制御部１１において、中央処理装置１２は、読取専用メモリ１３からランダムアクセスメモリ１４にロードされた空調制御用のプログラムを実行し、インタフェース部１５を介して入力された信号を演算して、コンプレッサ容量制御弁およびモータ１６〜１８を制御する信号を出力する。
【００１８】
図３は空調制御部の制御の全体の流れを示すフローチャートである。
空調制御部１１は、車両用空調装置の電源が投入されると動作し、まず、内気センサから入力された室温Ｔｒと乗員によって設定された設定温度Ｔｓｅｔとを比較し、その差が所定の温度Ｔｐより小さいかどうかを判断する（ステップＳ１）。室温Ｔｒと設定温度Ｔｓｅｔとの差が所定の温度Ｔｐより小さい場合は、車室内温度が安定している定常空調状態にあると判断され、そうでない場合は、たとえば最大冷力で空調している途中の過渡空調状態にあると判断される。定常空調状態にある場合は、スロットルセンサから入力されたアクセル開度が所定の開度Ａｐより大きいかどうかが判断される（ステップＳ２）。アクセル開度が所定の開度Ａｐより小さい場合は、エンジンが低負荷運転状態にあると判断され、アクセル開度が所定の開度Ａｐより大きい場合は、発進時、加速時、登坂時のようにエンジンが高負荷運転状態にあると判断される。以上のように、車室内温度が定常空調状態にあってエンジンが高負荷運転状態にあると判断された場合、車両用空調装置の運転モードは、省動力運転モードとなり、それ以外は通常運転モードとなる。
【００１９】
運転モードが省動力運転モードとなると、空調制御部１１は、冷凍能力の制御を行う（ステップＳ３）とともに、空調風の吹き出し方向の制御を行う（ステップＳ４）。
【００２０】
冷凍能力の制御では、まず、アクセル開度を表す信号と車速信号とを基に車両の運転状態を演算により判断する。すなわち、車速がゼロまたはほぼゼロのときに大きなアクセル開度を表す信号が入力された場合は、発進加速状態にあると判断され、ある巡航速度で走行しているときに登り坂に入ったり、追い越しをしようとしてアクセルペダルを踏み込んだときのように、大きなアクセル開度を表す信号が入力された場合には、登坂走行状態または中間加速状態にあると判断される。
【００２１】
図４は発進加速状態にあるときの冷凍能力の制御を示す図、図５は中間加速状態にあるときの冷凍能力の制御を示す図である。
たとえば時刻ｔ０にて省動力運転モードに入り、車両の運転状態が発進加速時の場合は、図４に示したように、コンプレッサの軸動力Ｃｐを瞬時にゼロまで落とす。加速が終了してアクセル開度が所定の開度Ａｐより小さくなった時刻ｔ１にて省動力モードが終了すると、コンプレッサの軸動力Ｃｐをある値まで戻し、そこから復帰のショックを低減するために、コンプレッサの軸動力Ｃｐを徐々に戻すように制御する。
【００２２】
ここで、コンプレッサの軸動力Ｃｐについて説明する。コンプレッサの軸動力Ｃｐはコンプレッサの駆動エネルギを表し、その駆動エネルギは、コンプレッサの回転数Ｎｃとコンプレッサの軸トルクＴｃとの積に比例し、また、冷凍サイクルを循環する冷媒の流量Ｇｆと冷凍サイクルの吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）との積に比例することが知られている。すなわち、これらの関係は次式のように表される。
【００２３】
【数１】
Ｃｐ∝Ｎｃ＊Ｔｃ∝Ｇｆ＊（Ｐｄ−Ｐｓ）・・・（１）
この式から、コンプレッサの駆動エネルギは、吐出圧力Ｐｄ、吸入圧力Ｐｓ、冷媒の流量Ｇｆから推定することができ、流量Ｇｆまたは差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を可変することにより制御できることがわかる。また、コンプレッサの回転数Ｎｃはエンジンの回転数から求められるので、流量Ｇｆおよび差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が分かればコンプレッサの軸トルクＴｃを推定できることになる。したがって、コンプレッサの軸トルクＴｃを推定すれば、コンプレッサの駆動エネルギ、つまりコンプレッサの軸動力Ｃｐを求めることができ、冷凍サイクルの冷凍能力が分かることになる。ここで、流量Ｇｆまたは差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を制御すれば、コンプレッサの軸トルクＴｃを制御でき、このことはコンプレッサの軸動力Ｃｐを制御でき、さらには冷凍サイクルの冷凍能力を制御できることを意味する。
【００２４】
したがって、図４に示したように、コンプレッサの軸動力Ｃｐをゼロにするには、流量Ｇｆまたは差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）をゼロに制御することで実現され、コンプレッサの軸動力Ｃｐをある値まで戻すには、流量Ｇｆまたは差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）をある値に制御することで実現される。
【００２５】
具体的には、たとえば流量制御式のコンプレッサは、たとえば吐出側の冷媒通路に介挿されて外部信号により流路断面積を自由に変化させることができる電磁制御弁と、その電磁制御弁の前後差圧を一定に保つようにクランク室内の圧力を制御する差圧弁とからなる容量制御弁を備えている。このような流量制御式のコンプレッサでは、電磁制御弁のリフト量を外部信号によって瞬時にゼロに、つまり全閉にすることができるので、コンプレッサの軸動力Ｃｐを瞬時にゼロまで落とすことができるのである。また、外部信号を適当な値に制御することによってコンプレッサの軸動力Ｃｐをある値に制御することができる。
【００２６】
一方、ある巡航速度で走行していて登坂走行や追い越し走行に移行しようとしてたとえば時刻ｔ０にてアクセルが大きく踏み込まれると、省動力運転モードに入る。この場合、図５に示したように、まず、コンプレッサの軸動力Ｃｐを瞬時にゼロまで落とし、所定時間後、ある値まで戻し、そこから徐々に戻すように制御される。このとき、省動力運転モードに入る前のコンプレッサの軸動力Ｃｐを「１」とした場合、加速走行中はコンプレッサの軸動力Ｃｐをたとえば「０．５」程度まで復帰させて維持するようにする。そして、加速が終了してアクセル開度が所定の開度Ａｐより小さくなった時刻ｔ１にて省動力モードが終了すると、コンプレッサの軸動力Ｃｐを「１」まで徐々に戻すように制御する。
【００２７】
図６は吹出方向制御の流れを示すフローチャートである。
運転モードが省動力運転モードに入ると、まず、メモリに記憶しておいた上下方向および左右方向ルーバの位置情報を読み出す（ステップＳ１１）。次に、助手席に乗員が乗っているかどうかをシートスイッチからの信号により判断する（ステップＳ１２）。ここで、助手席に乗員が乗っている場合は、運転席側および助手席側の吹き出し口に設けられた上下方向のルーバをメモリから読み出した位置まで揺動し（ステップＳ１３）、同様に、左右方向のルーバをメモリから読み出した位置まで揺動して（ステップＳ１４）、冷風の吹き出し方向をそれぞれの乗員に向ける。次に、運転モードが省動力運転モードかどうかを判断する（ステップＳ１５）。運転モードが省動力運転モードから通常の運転モードに復帰したときには、各ポテンショメータ１９，２０からルーバの位置情報を読み取って（ステップＳ１６）、メモリのルーバ位置情報を更新する（ステップＳ１７）。この処理は、省動力運転モードの間に乗員がルーバ羽根を直接操作して空調風を自分の好みの部位に当てるように吹き出し方向を変更していた場合に、その新たなルーバの揺動位置を次の省動力運転モードでも再現されるようにしておくためのものである。そして、上下方向および左右方向のルーバを元の動作モードに戻す（ステップＳ１８）。たとえば省動力運転モードに入る前が空調風の吹き出し方向を車室内の空調範囲で変化させる拡散吹き出しモードにしていた場合には、空調風の吹き出し方向を乗員に向けて固定させる集中吹き出しモードから拡散吹き出しモードへとモード切り換えを行う。
【００２８】
ステップＳ１２の判断にて、助手席に乗員が乗っていないときには、助手席側の吹出方向可変装置６に連通したダクトに設けられたシャッタを閉じて、空調風が吹き出し口から出ないようにし（ステップＳ１９）、運転席側の吹き出し口に設けられた上下方向のルーバをメモリから読み出した位置まで揺動し（ステップＳ２０）、同様に、左右方向のルーバをメモリから読み出した位置まで揺動して（ステップＳ２１）、冷風の吹き出しを運転席側のみとし、冷風の吹き出し方向を運転席側の乗員に向ける。次に、運転モードが省動力運転モードかどうかを判断し（ステップＳ２２）、通常の運転モードに復帰したときには、シャッタを開いて助手席側からも空調風が出るようにして（ステップＳ２３）、ステップＳ１６に進む。
【００２９】
以上のように、運転モードが省動力運転モードに入った場合は、車室内全体の空調を行う分散モードから乗員に直接当てる集中モードに切り換えることによって省動力運転モードに入ることによる冷力の低下を乗員に感じさせないようにすることができる。また、省動力運転モードの間に乗員によって吹き出し方向が変えられた場合は、その吹き出し方向を記憶させておいて、次の省動力運転モードのときの吹出方向制御に備えるようにしている。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、空調状態検出手段１が車室内の定常空調状態を検出し、同時に運転状態検出手段２がエンジンの高負荷運転状態を検出して省動力運転モード判断手段３が省動力運転モードになったと判断した場合に、冷凍能力制御手段４が冷凍能力を落とし、吹出方向制御手段５が車室内に吹き出される空調風の吹き出し方向を乗員に向けるような構成にした。これにより、省動力運転モードになった場合に、冷凍能力を落とすことによりエンジンの負荷を低減して車両の走行性能を向上させ、冷凍能力が低下することにより冷えが悪くなって車室内の温度が上がっても、車室内全体の空調から乗員への局所的な空調に切り換えることで、快適性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用空調装置の概要を示すシステム図である。
【図２】車両用空調装置の構成を示すブロック図である。
【図３】空調制御部の制御の全体の流れを示すフローチャートである。
【図４】発進加速状態にあるときの冷凍能力の制御を示す図である。
【図５】中間加速状態にあるときの冷凍能力の制御を示す図である。
【図６】吹出方向制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　空調状態検出手段
２　運転状態検出手段
３　省動力運転モード判断手段
４　冷凍能力制御手段
５　吹出方向制御手段
６　吹出方向可変装置
１１　空調制御部
１２　中央処理装置
１３　読取専用メモリ
１４　ランダムアクセスメモリ
１５　インタフェース部
１６〜１８　　モータ
１９，２０　　ポテンショメータ
【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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