(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、放熱器と、エンジンによって駆動され放熱器に加熱媒体を循環させるポンプと、放熱器に向けて空気を送風するブロワと、放熱器出口空気温度の目標値を演算する目標出口空気温度演算手段と、放熱器出口空気温度または放熱器内加熱媒体温度を検知する放熱器温度センサと、加熱媒体循環回路内に設けられ、放熱器への加熱媒体の流量を調節する弁手段と、を有する車両用空気調和装置において、
（ａ）前記弁手段の弁開度の予測演算を行う弁開度予測演算手段と、
（ｂ）前記目標出口空気温度演算手段により演算された目標出口空気温度と前記放熱器温度センサにより検知された放熱器温度との偏差の項を含むフィードバック演算式により弁開度を演算する弁開度フィードバック演算手段と、
を有し、前記弁開度予測演算手段による演算結果と前記弁開度フィードバック演算手段による演算結果とから制御すべき弁開度を演算する弁開度演算手段を備え、
該弁開度演算手段からの信号に基づいて前記弁手段の弁開度を制御するようにしたことを特徴とする車両用空気調和装置。
【請求項２】
前記弁開度予測演算手段における演算が、少なくとも前記目標出口空気温度演算手段による目標出口空気温度の情報とエンジン回転数情報に基づいて行われる、請求項１の車両用空気調和装置。
【請求項３】
前記ブロワの電圧検知手段が設けられ、前記弁開度予測演算手段における演算が、少なくとも前記ブロワ電圧検知手段からの情報と前記出口空気温度演算手段による目標出口空気温度の情報に基づいて行われる、請求項１または２の車両用空気調和装置。
【請求項４】
前記放熱器の入口側に入口空気温度検知手段が設けられ、前記弁開度予測演算手段における演算が、少なくとも前記目標出口空気温度演算手段による目標出口空気温度の情報と前記入口空気温度検知手段からの情報に基づいて行われる、請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用空気調和装置。
【請求項５】
前記放熱器に対し入口加熱媒体温度検知手段が設けられ、前記弁開度予測演算手段における演算が、少なくとも前記目標出口空気温度演算手段による目標出口空気温度の情報と前記入口加熱媒体温度検知手段からの情報に基づいて行われる、請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用空気調和装置。
【請求項６】
前記弁開度予測演算手段における演算が、少なくとも下記演算式を含んでいる、請求項１ないし５のいずれかに記載の車両用空気調和装置。
ＦＦ＝（ａ・Ｎ＋ｂ）・Ｘ＋ｃ
但し、Ｘは（ＴＳ−ＴＩＮ）／（ＴＷ−ＴＩＮ）の項を含む式で表される基準温度差である。
ここで、
ＦＦ  ：予測弁開度
Ｎ    ：エンジン回転数
ＴＳ  ：目標出口空気温度
ＴＩＮ：放熱器入口空気温度
ＴＷ  ：放熱器入口加熱媒体温度
ａ〜ｃ：係数
である。
【請求項７】
前記演算式において、エンジン回転数Ｎおよび／または放熱器入口空気温度ＴＩＮおよび／または放熱器入口加熱媒体温度ＴＷの値を、それぞれの検知手段を設けずに、代替入力値とすることを特徴とする、請求項６の車両用空気調和装置。
【請求項８】
前記フィードバック演算式が、ＰＩまたはＰＩＤ制御演算式である、請求項１ないし７のいずれかに記載の車両用空気調和装置。
【請求項９】
前記目標吹出温度の設定器が設けられ、前記目標出口空気温度演算手段における演算が、少なくとも設定器からの情報に基づいて行われる、請求項１ないし８のいずれかに記載の車両用空気調和装置。
【請求項１０】
少なくとも目標とする車内温度を設定する車内温度設定器、および／または車内温度を検知する車内温度センサ、および／または外気温度を検知する外気温度センサ、および／または日射量を検知する日射センサが設けられ、前記目標出口空気温度演算手段における演算が、少なくとも車内温度設定器、および／または車内温度センサ、および／または外気温度センサ、および／または日射量を検知する日射センサからの情報に基づいて行われる、請求項１ないし８のいずれかに記載の車両用空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空気調和装置に関し、とくにエンジンの排熱を熱源とする放熱器を備えた車両用空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排熱を利用し、加熱媒体をポンプによって放熱器に循環させ、少なくとも暖房を行えるようにした車両用空気調和装置が知られている。この種車両用空気調和装置においては、設定温度に応じた吹出温度とする、いわゆるマニュアルエアコンディショニング、または、設定温度に応じて車内温度がそれに速やかに到達するように吹出温度を演算、制御する、いわゆるオートエアコンディショニングによる吹出温度調節が行われている。
【０００３】
たとえば図４に示すように、空調ダクト１０１内にエバポレータ１０２と放熱器１０３とを備えた空調装置において、エンジン１０４によってポンプ１０５が駆動されるとともに、エンジン１０４の排熱を利用して加熱媒体循環回路１０６中の加熱媒体が加熱され、加熱媒体が流量調節弁１０７を介して放熱器１０３に送られる。加熱媒体は、必要に応じてラジエータ１０８で冷却され、循環回路１０６中を循環される。吸気ダンパ１０９により内気吸入口１１０からの内気および外気吸入口１１１からの外気の吸入量が制御され、ブロワ１１２により空調ダクト１０１内をエバポレータ１０２、放熱器１０３へと送られ、温調された空気が各吹出口１１３、１１４へと送られる。
【０００４】
吹出空気温度は、流量調節弁１０７の弁開度の制御によって行われる。放熱器出口空気温度ＴＯを検知するセンサ１１５が設けられ、放熱器出口空気温度の目標値を設定する手段１１６により設定された温度ＴＳの信号と、検知された上記放熱器出口空気温度ＴＯの信号がコントローラ１１７に入力され、たとえば図５に示すようなフィードバック演算式により弁開度ＦＢが演算され、それに基づいて弁開度が調節される。
【０００５】
なお、図５におけるフィードバック演算項１１８において、ｑ、ｒは係数を示している。また、設定温度ＴＳは、マニュアルエアコンディショナーの場合には温度設定器１１６により設定され、オートエアコンディショナーの場合には、温度設定器１１６と、車内温度、外気温度、日射量等により吹出温度の目標値を演算し、これを設定温度とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の制御では、弁開度の予測演算は行われず、フードバック制御（ＰＩまたはＰＩＤ制御）だけで吹出温度の制御を行うため、エンジン回転数変化に伴う加熱媒体流量変化、ブロワ１１２の回転数変化に伴うブロワ風量変化、内外気の切換またはミックス度合の変更に伴う放熱器１０３の入口空気温度の変動、エバポレータ１０２へと通じるコンプレッサ（図示略）のオン、オフ、外気温度の変化等による放熱器１０３の入口空気温度の変動等により、つまり、各種の外乱により、放熱器１０３の出口空気温度が変動する。このような放熱器１０３からの吹出温度の変動が大きくなると乗員に不快感を与えることになる。また、このような吹出温度の変動を抑えるために前述の制御演算上の係数を調整すると、ハンチングが生じ、制御が不安定になる。
【０００７】
たとえば図６に制御特性の一例を示すように、吸気ダンパ１０９の切換による放熱器入口空気温度の変動１２１、エンジン回転数の変動１２２、ブロワ電圧の変動１２３、設定温度の変更１２４等により、放熱器出口空気温度が大きく変動する。また、それに対応して弁開度の制御の安定度も低い。とくに、設定温度を変更した場合、放熱器出口空気温度が設定温度に到達するのに長時間を要するとともに、放熱器出口空気温度がゆるやかにしか設定温度に近づいていかないため、実際の車内温度が設定温度に到達するにはさらに長時間を要することになる。
【０００８】
本発明の課題は、このような実情に鑑み、フィードバック制御だけでなく弁開度の予測演算を導入することにより、各種外乱に対し放熱器出口空気温度の変動を小さく抑え、かつ、設定温度変更に対し、放熱器出口空気温度および実際の車内温度の高速応答を達成することにある。
【０００９】
なお、本発明に関連して、従来のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）にエンジン回転数に関する予測演算を加えた制御も知られているが（たとえば、特開平５−２４６２３０号公報）、本発明におけるような弁開度の予測演算を加えた制御は知られていない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の車両用空気調和装置は、少なくとも、放熱器と、エンジンによって駆動され放熱器に加熱媒体を循環させるポンプと、放熱器に向けて空気を送風するブロワと、放熱器出口空気温度の目標値を演算する目標出口空気温度演算手段と、放熱器出口空気温度または放熱器内加熱媒体温度を検知する放熱器温度センサと、加熱媒体循環回路内に設けられ、放熱器への加熱媒体の流量を調節する弁手段と、を有する車両用空気調和装置において、
（ａ）前記弁手段の弁開度の予測演算を行う弁開度予測演算手段と、
（ｂ）前記目標出口空気温度演算手段により演算された目標出口空気温度と前記放熱器温度センサにより検知された放熱器温度との偏差の項を含むフィードバック演算式により弁開度を演算する弁開度フィードバック演算手段と、
を有し、前記弁開度予測演算手段による演算結果と前記弁開度フィードバック演算手段による演算結果とから制御すべき弁開度を演算する弁開度演算手段を備え、
該弁開度演算手段からの信号に基づいて前記弁手段の弁開度を制御するようにしたことを特徴とするものからなる。
【００１１】
すなわち、本発明に係る制御においては、弁開度予測演算手段により演算された予測弁開度の項と、弁開度フィードバック演算手段により演算された弁開度の項とを含む演算式により、実際に制御すべき弁開度が決められる。
【００１２】
上記演算は、各種態様を採り得る。たとえば、上記弁開度予測演算手段における演算は、少なくとも前記目標出口空気温度演算手段による目標出口空気温度の情報とエンジン回転数情報に基づいて行われる。
【００１３】
また、前記ブロワの電圧検知手段が設けられ、前記弁開度予測演算手段における演算が、少なくとも前記ブロワ電圧検知手段からの情報と前記出口空気温度演算手段による目標出口空気温度の情報に基づいて行われる。
【００１４】
また、前記放熱器の入口側に入口空気温度検知手段が設けられ、前記弁開度予測演算手段における演算が、少なくとも前記目標出口空気温度演算手段による目標出口空気温度の情報と前記入口空気温度検知手段からの情報に基づいて行われる。
【００１５】
さらに、前記放熱器に対し入口加熱媒体温度検知手段が設けられ、前記弁開度予測演算手段における演算が、少なくとも前記目標出口空気温度演算手段による目標出口空気温度の情報と前記入口加熱媒体温度検知手段からの情報に基づいて行われる。
【００１６】
また、前記弁開度予測演算手段における演算が、少なくとも下記演算式を含んでいることが好ましい。
ＦＦ＝（ａ・Ｎ＋ｂ）・Ｘ＋ｃ
但し、Ｘは（ＴＳ−ＴＩＮ）／（ＴＷ−ＴＩＮ）の項を含む式で表される基準温度差である。
ここで、
ＦＦ  ：予測弁開度
Ｎ    ：エンジン回転数
ＴＳ  ：目標出口空気温度
ＴＩＮ：放熱器入口空気温度
ＴＷ  ：放熱器入口加熱媒体温度
ａ〜ｃ：係数
である。
【００１７】
上記演算式においては、エンジン回転数Ｎおよび／または放熱器入口空気温度ＴＩＮおよび／または放熱器入口加熱媒体温度ＴＷの値を、それぞれの検知手段を設けずに、代替入力値とすることもできる。
【００１８】
なお、前記フィードバック演算式は、ＰＩまたはＰＩＤ制御演算式とすればよい。
【００１９】
このような本発明に係る車両用空気調和装置においては、加熱媒体の流量を調節する弁手段の弁開度が、予測演算およびフィードバック演算の両方に基づいて制御されるので、制御精度および応答性が極めて高くなる。その結果、各種外乱に対する放熱器出口空気温度の変動が小さく抑えられ、かつ、設定温度変更に対しても高速応答が可能となり、実際の車内温度が、変動の少ない状態にて迅速に目標値に制御される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の車両用空気調和装置の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空気調和装置を示している。図において、１は車両搭載の空調ダクトを示しており、空調ダクト１内には、エバポレータ２と放熱器３とが配置されている。エンジン４により、たとえばベルトによる駆動力伝達手段５によってポンプ６が直接駆動され、該ポンプ６により、エンジン４の排熱を利用して加熱された加熱媒体（エチレングリコール水溶液等）が加熱媒体循環回路７を循環される。加熱媒体は、弁手段としての流量調節弁８によって流量調節され、放熱器３へと送られる。したがって、放熱器３における加熱媒体の放熱量は、流量調節弁８の弁開度によって調節される。放熱器３で空調ダクト１内の空気と熱交換された後の加熱媒体は、循環回路７中を循環される。なお、循環する過熱媒体は必要に応じてラジエータ９で冷却される。
【００２１】
内気吸入口１０から導入される内気および外気吸入口１１から導入される外気の切換または割合が、吸気ダンパ１２の開度によって制御され、吸入された空気がブロワ１３により空調ダクト１内をエバポレータ２、放熱器３へと送られる。温調された空気は、各吹出口１４、１５へと送られ、車室内へと送られる。
【００２２】
放熱器３の入口側には、放熱器入口空気温度（ＴＩＮ）を検知するセンサ１６が、出口側には、放熱器出口空気温度ＴＯを検知するセンサ１７（放熱器温度センサ）が、それぞれ設けられており、ＴＩＮおよびＴＯの信号がコントローラ１８に入力される。また、加熱媒体循環回路７の放熱器３への入口部には、放熱器入口加熱媒体温度ＴＷを検知するセンサ１９が設けられており、該ＴＷの信号がコントローラ１８に入力される。
【００２３】
また、放熱器出口空気温度の目標値を設定する目標出口空気温度設定手段としての温度設定器２０が設けられており、該温度設定器２０により設定された、あるいは演算、設定された設定温度ＴＳの信号がコントローラ１８に入力される。さらに、エンジン回転数Ｎの信号、および、ブロワ（モータ）電圧ＢＬＶの信号もコントローラ１８に入力される。
【００２４】
上記入力信号に基づいて、コントローラ１８内では図２に示すような演算が行われる。
コントローラ１８は、流量調節弁８の弁開度の予測演算を行う弁開度予測演算手段２１（演算部）と、フィードバック演算式により弁開度を演算する弁開度フィードバック演算手段２２（演算部）とを有しており、予測演算された弁開度ＦＦとフィードバック演算された弁開度ＦＢの和信号に基づいて、実際の弁開度が制御される。
【００２５】
予測（フィードフォワード）演算項においては、次の演算式によって弁開度ＦＦが予測演算される。
ＦＦ＝（ａ・Ｎ＋ｂ）・Ｘ＋ｃ
但し、Ｘ＝ｄ・（ＴＳ−ＴＩＮ）／（ＴＷ−ＴＩＮ）＋ｅ・ＢＬＶ＋ｆ
【００２６】
ここで、ａ〜ｆは係数であり、係数ａ〜ｆは空調装置の各設計仕様によって定められる。設計仕様と各係数との関係は、たとえば下記表１の通りである。
【００２７】
【表１】
0003769364.tif 000002
【００２８】
上記予測演算において、ブロワ電圧ＢＬＶ、エンジン回転数Ｎ、放熱器入口温度ＴＩＮ、放熱器入口加熱媒体温度ＴＷの入力は、それぞれの外乱に対する安定性を必要としない場合には、省略が可能であり、入力した項目に対する安定性のみが確保される。入力を省略する場合には、たとえば下記表２に示す代替値を図に示した式に代入すればよい。
【００２９】
【表２】
0003769364.tif 000003
【００３０】
フィードバック演算項においては、次の演算式によって弁開度ＦＢがフィードバック演算される。フィードバック制御は、ＰＩまたはＰＩＤ制御によればよい。
ＦＢ＝ｈ・（ＴＳ−ＴＯ）＋Ｉｎ
但し、Ｉｎ＝Ｉｎ−１＋ｐ（ＴＳ−ＴＯ）
ここで、ｈ、ｐは係数である。
【００３１】
なお、上記演算に用いる設定温度ＴＳは次のように決定される。すなわち、設定温温度（ＴＳ）は、マニュアルエアコンディショナーの場合、温度設定器により決定される。オートコンディショナーの場合は、温度設定器と、車内温度、外気温度、日射量等により吹出温度の目標値を演算しこれを設定温度とする。
【００３２】
上記のような予測演算された弁開度ＦＦとフィードバック演算された弁開度ＦＢとに基づいて、実際に制御すべき弁開度が調節される（ＦＦ＋ＦＢ）。
【００３３】
この制御による結果の一例を、前述の従来特性を表わした図６に対応する特性として、図３に示す。
図３に示すように、吸気ダンパ１２を切り換えて放熱器入口空気温度を強制的に変化させた場合（３１）、エンジン回転数を変化させた場合（３２）ブロワ電圧を変化させた場合（３３）のいずれの外乱に対しても、放熱器出口空気温度の変動は小さく抑えられ、極めて安定した制御状態が得られる。また、設定温度を変更した場合（３４）、放熱器出口空気温度は短時間のうちに目標値（設定温度）に到達し、応答性が高い。なお、とくに設定温度変更直後に放熱器出口空気温度がオーバシュート気味に立ち上がっているが、これは意図的に敢えてこのような制御特性をもたせたものである。すなわち、車内温度は急激には立ち上がらないので、設定温度変更時に放熱器出口空気温度をオーバシュート気味に立ち上げることによって、実際の車内温度を極力迅速に設定温度に近づけるように配慮したものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両用空気調和装置によれば、制御上の各種外乱が生じても、放熱器出口空気温度の変動を小さく抑えることができ、ハンチングの極めて小さい安定した制御状態を得ることができる。また、設定温度の変更に対しても、実際の車内温度を考慮した速い応答を示すことができる。この結果、快適で、かつ、車内温度変更にも素速く対応できる理想的な空調制御状態を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る車両用空気調和装置の概略構成図である。
【図２】図１の装置の制御ブロック図である。
【図３】図１の装置の制御特性図である。
【図４】従来の車両用空気調和装置の概略構成図である。
【図５】図４の装置の制御ブロック図である。
【図６】図４の装置の制御特性図である。
【符号の説明】
１  空調ダクト
２  エバポレータ
３  放熱器
４  エンジン
５  駆動力伝達手段
６  ポンプ
７  加熱媒体循環回路
８  弁手段としての流量調節弁
９  ラジエータ
１０  内気吸入口
１１  外気吸入口
１２  吸気ダンパ
１３  ブロワ
１４、１５  吹出口
１６  放熱器入口空気温度検知センサ
１７  放熱器出口空気温度検知センサ（放熱器温度センサ）
１８  コントローラ
１９  放熱器入口加熱媒体温度検知センサ
２０  目標出口空気温度設定手段としての温度設定器
２１  弁開度予測演算手段
２２  弁開度フィードバック演算手段
【図１】
0003769364.tif 000004
【図２】
0003769364.tif 000005
【図３】
0003769364.tif 000006
【図４】
0003769364.tif 000007
【図５】
0003769364.tif 000008
【図６】
0003769364.tif 000009