以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態の車両用空調装置1の全体構成図である。図2は、車両用空調装置1の電気制御部の構成を示すブロック図である。本実施形態では、車両用空調装置1は、エンジンEG(換言すると内燃機関)および走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得るハイブリッド車両に適用されている。
本実施形態のハイブリッド車両は、車両停車時に外部電源(換言すると商用電源)から供給された電力を、車両に搭載されたバッテリ81に充電可能なプラグインハイブリッド車両として構成されている。
このプラグインハイブリッド車両は、車両走行開始前の車両停車時に外部電源から供給された電力をバッテリ81に充電しておくことによって、走行開始時のようにバッテリ81の蓄電残量SOCが予め定めた走行用基準残量以上になっているときには、主に走行用電動モータの駆動力によって走行する運転モードとなる。以下、この運転モードをEV運転モードという。
一方、車両走行中にバッテリ81の蓄電残量SOCが走行用基準残量よりも低くなっているときには、主にエンジンEGの駆動力によって走行する運転モードとなる。以下、この運転モードをHV運転モードという。
より詳細には、EV運転モードは、主に走行用電動モータが出力する駆動力によって車両を走行させる運転モードであるが、車両走行負荷が高負荷となった際にはエンジンEGを作動させて走行用電動モータを補助する。つまり、走行用電動モータから出力される走行用の駆動力がエンジンEGから出力される走行用の駆動力よりも大きくなる運転モードである。
換言すると、EV運転モードは、内燃機関側駆動力に対するモータ側駆動力の駆動力比(すなわちモータ側駆動力/内燃機関側駆動力)が、少なくとも0.5より大きくなっている運転モードである。
一方、HV運転モードは、主にエンジンEGが出力する駆動力によって車両を走行させる運転モードであるが、車両走行負荷が高負荷となった際には走行用電動モータを作動させてエンジンEGを補助する。つまり、HV運転モードは、内燃機関側駆動力がモータ側駆動力よりも大きくなる運転モードである。換言すると、HV運転モードは、上記の駆動力比が、少なくとも0.5より小さくなっている運転モードである。
本実施形態のプラグインハイブリッド車両では、このようにEV運転モードとHV運転モードとを切り替えることによって、車両走行用の駆動力をエンジンEGのみから得る通常の車両に対してエンジンEGの燃料消費量を抑制して、車両燃費を向上させている。また、このようなEV運転モードとHV運転モードとの切り替え、および、駆動力比の制御は、図2に示す駆動力制御装置70によって制御される。
さらに、エンジンEGから出力される駆動力は、車両走行用として用いられるのみならず、発電機80を作動させるためにも用いられる。そして、発電機80にて発電された電力および外部電源から供給された電力は、バッテリ81に蓄えることができる。バッテリ81に蓄えられた電力は、走行用電動モータのみならず、車両用空調装置1を構成する電動式構成機器をはじめとする各種車載機器に供給できる。
次に、本実施形態の車両用空調装置1の詳細構成を説明する。この車両用空調装置1は、バッテリ81から供給される電力による車室内の空調に加えて、車両走行前の車両停車時に外部電源から供給される電力によって車室内の空調(例えば、プレ空調)を実行可能に構成されている。
本実施形態の車両用空調装置1は、図1に示す冷凍サイクル10、室内空調ユニット30、および図2に示す空調制御装置50等を備えている。
室内空調ユニット30は、車室内最前部の計器盤(すなわちインストルメントパネル)の内側に配置されている。ケーシング31は、室内空調ユニット30の外殻を形成している。ケーシング31内には、送風機32、蒸発器15、ヒータコア36、PTCヒータ37等が収容されている。
ケーシング31は、車室内に送風される空気の空気通路を形成しており、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂(例えば、ポリプロピレン)にて成形されている。
ケーシング31内の送風空気流れ最上流側には、内外気切替箱20が配置されている。内外気切替箱20は、内気(すなわち車室内空気)と外気(すなわち車室外空気)とを切替導入する内外気切替部である。
内外気切替箱20には、内気導入口21および外気導入口22が形成されている。内気導入口21は、ケーシング31内に内気を導入させる。外気導入口22は、ケーシング31内に外気を導入させる。
内外気切替箱20の内部には、内外気切替ドア23が配置されている。内外気切替ドア23は、吸込口モードを切り替える吸込口モード切替部であり、内気導入口21および外気導入口22の開口面積を連続的に調整する。
内外気切替ドア23は、ケーシング31内に導入される内気の風量と外気の風量との風量割合を変更する風量割合変更部(換言すると内外気切替部)である。換言すると、内外気切替ドア23は、ケーシング31内の空気通路に導入される内気および外気に対する外気の比率(以下、外気率と言う。)を調整する外気率調整部である。
内外気切替ドア23は、電動アクチュエータ62によって駆動される。この電動アクチュエータ62は、空調制御装置50から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
吸込口モードとしては、全内気モード、全外気モードおよび内外気混入モードがある。全内気モードでは、内気導入口21を全開とするとともに外気導入口22を全閉としてケーシング31内の空気通路へ内気を導入する。全外気モードでは、内気導入口21を全閉とするとともに外気導入口22を全開としてケーシング31内の空気通路へ外気を導入する。
内外気混入モードでは、全内気モードと全外気モードとの間で、内気導入口21および外気導入口22の開口面積を連続的に調整することにより、ケーシング31内の空気通路への内気と外気の導入比率を連続的に変化させる。
内外気切替箱20の空気流れ下流側には、送風機32(換言するとブロア)が配置されている。送風機32は、内外気切替箱20を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風部である。
送風機32は、ファンを電動モータにて駆動する電動送風機である。送風機32の回転数(換言すると送風能力)は、空調制御装置50から出力される制御電圧によって制御される。送風機32の電動モータは、送風機32の送風能力変更部を構成している。
送風機32のファンは、遠心多翼ファン(例えばシロッコファン)である。ファンは、空気通路に配置されており、内気導入口21からの内気、および外気導入口22からの外気を空気通路に送風する。
送風機32の空気流れ下流側には、蒸発器15が配置されている。蒸発器15は、空気通路の全域に亘って配置されている。蒸発器15は、その内部を流通する冷媒と、送風機32から送風された送風空気とを熱交換させて、送風空気を冷却する冷却部(換言すると熱交換部)である。
蒸発器15は、圧縮機11、凝縮器12、気液分離器13および膨張弁14等とともに、蒸気圧縮式の冷凍サイクル10を構成している。
冷凍サイクル10の主要な構成を説明する。圧縮機11は、車両のエンジンルーム内に配置されている。圧縮機11は、冷凍サイクル10において冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。圧縮機11は、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機構11aを電動モータ11bにて駆動する電動圧縮機である。電動モータ11bは、インバータ61から出力される交流電圧によって、その回転数が制御される交流モータである。
インバータ61は、空調制御装置50から出力される制御信号に応じた周波数の交流電圧を出力する。電動モータ11bの回転数制御によって、圧縮機11の冷媒吐出能力が変更される。電動モータ11bは、圧縮機11の吐出能力変更部である。
凝縮器12は、エンジンルーム内に配置されている。凝縮器12は、内部を流通する冷媒と、室外送風機としての送風ファン12aから送風された外気とを熱交換させることにより、圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させて凝縮させる室外熱交換器(換言すると放熱器)である。送風ファン12aは、空調制御装置50から出力される制御電圧によって回転数(換言すると送風空気量)が制御される電動式送風機である。
気液分離器13は、凝縮器12にて凝縮された冷媒を気液分離して余剰冷媒を蓄えるとともに、液相冷媒のみを下流側に流すレシーバである。膨張弁14は、気液分離器13から流出した液相冷媒を減圧膨張させる減圧部である。蒸発器15は、膨張弁14にて減圧膨張された冷媒を蒸発させて、冷媒に吸熱作用を発揮させる室内熱交換器である。これにより、蒸発器15は、送風空気を冷却除湿する冷却用熱交換器として機能する。
室内空調ユニット30のケーシング31内の空気通路において、蒸発器15の空気流れ下流側には、蒸発器15通過後の空気が流れる加熱用冷風通路33および冷風バイパス通路34が並列に形成されている。加熱用冷風通路33には、蒸発器15通過後の空気を加熱するためのヒータコア36およびPTCヒータ37が、空気流れ方向に向かってこの順に配置されている。
空気通路において、加熱用冷風通路33および冷風バイパス通路34の空気流れ下流側には、混合空間35が形成されている。混合空間35では、加熱用冷風通路33から流出した空気と、冷風バイパス通路34から流出した空気とが混合される。
ヒータコア36は、エンジンEGを冷却するエンジン冷却水(以下、単に冷却水という。)を熱媒体として蒸発器15通過後の送風空気を加熱する加熱用熱交換器(換言すると空気加熱部)である。エンジンEGは、冷却水を加熱する冷却水加熱部(換言すると熱媒体加熱部)である。
具体的には、ヒータコア36とエンジンEGは、冷却水配管によって接続されて、ヒータコア36とエンジンEGとの間を冷却水が循環する冷却水回路40が構成されている。そして、この冷却水回路40には、冷却水を循環させるための冷却水ポンプ40aが配置されている。この冷却水ポンプ40aは、空調制御装置50から出力される制御電圧によって回転数(換言すると冷却水循環流量)が制御される電動式の水ポンプである。冷却水ポンプ40aは、ヒータコア36に対する冷却水の供給と遮断とを切り替える切替部である。
PTCヒータ37は、PTC素子(換言すると正特性サーミスタ)を有し、このPTC素子に電力が供給されることによって発熱して、ヒータコア36通過後の空気を加熱する補助加熱部としての電気ヒータである。PTCヒータ37を作動させるために必要な消費電力は、冷凍サイクル10の圧縮機11を作動させるために必要な消費電力よりも少ない。
PTCヒータ37は、複数(本実施形態では、3本)のPTC素子37a、37b、37cを有している。各PTC素子37a、37b、37cの正極側はバッテリ81側に接続され、負極側はスイッチ素子を介して、グランド側へ接続されている。スイッチ素子は各PTC素子の通電状態(換言するとON状態)と非通電状態(換言するとOFF状態)とを切り替える。スイッチ素子の作動は、空調制御装置50から出力される制御信号によって制御される。
空調制御装置50は、各PTC素子37a、37b、37cの通電状態と非通電状態とを独立に切り替えるようにスイッチ素子の作動を制御することによって、通電状態となり加熱能力を発揮するPTC素子の本数を切り替えて、PTCヒータ37全体としての加熱能力を変化させることができる。
冷風バイパス通路34は、蒸発器15通過後の空気を、ヒータコア36およびPTCヒータ37を通過させることなく、混合空間35に導くための空気通路である。従って、混合空間35にて混合された送風空気の温度は、加熱用冷風通路33を通過する空気および冷風バイパス通路34を通過する空気の風量割合によって変化する。
空気通路における蒸発器15の空気流れ下流側であって、加熱用冷風通路33および冷風バイパス通路34の入口側には、エアミックスドア39が配置されている。エアミックスドア39は、加熱用冷風通路33および冷風バイパス通路34へ流入させる冷風の風量割合を連続的に変化させる。
エアミックスドア39は、混合空間35内の空気温度(換言すると、車室内へ送風される送風空気の温度)を調整する温度調整部である。
エアミックスドア39は、共通の電動アクチュエータ63によって駆動される共通の回転軸と、その共通の回転軸に連結された板状のドア本体部を有する片持ちドアである。エアミックスドア用の電動アクチュエータ63の作動は、空調制御装置50から出力される制御信号によって制御される。
ケーシング31の送風空気流れ最下流部には吹出口24〜26が配置されている。吹出口24〜26は、混合空間35から空調対象空間である車室内へ温度調整された送風空気を吹き出す。
吹出口24〜26は、フェイス吹出口24、フット吹出口25およびデフロスタ吹出口26である。
フェイス吹出口24は、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出す上半身側吹出口である。フット吹出口25は、乗員の足元に向けて空調風を吹き出す足元側吹出口である。デフロスタ吹出口26は、車両前面窓ガラスWの内側面に向けて空調風を吹き出す窓ガラス側吹出口である。
フェイス吹出口24、フット吹出口25およびデフロスタ吹出口26の空気流れ上流側には、それぞれフェイスドア24a、フットドア25aおよびデフロスタ吹出口26が配置されている。フェイスドア24aは、フェイス吹出口24の開口面積を調整する。フットドア25aは、フット吹出口25の開口面積を調整する。デフロスタドア26aは、デフロスタ吹出口26の開口面積を調整する。
フェイスドア24a、フットドア25a、デフロスタドア26aは、吹出口モードを切り替える吹出口モードドア(換言すると吹出口モード切替部)である。フェイスドア24a、フットドア25a、デフロスタドア26aは、図示しないリンク機構を介して、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータ64に連結されて連動して回転操作される。吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータ64の作動は、空調制御装置50から出力される制御信号によって制御される。
吹出口モードとしては、フェイスモード、バイレベルモード、フットモードおよびフットデフロスタモードがある。図面では、フェイスモードをFACEと略記し、フットモードをFOOTと略記し、バイレベルモードをB/Lと略記し、フットデフロスタモードをF/Dと略記する。
フェイスモードでは、フェイス吹出口24を全開してフェイス吹出口24から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出す。バイレベルモードでは、フェイス吹出口24とフット吹出口25の両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出す。
フットモードとしては、通常のフットモードと、デフロスタ吹出無しのフットモードとがある。通常のフットモードでは、フット吹出口25を全開するとともにデフロスタ吹出口26を小開度だけ開口して、フット吹出口25から主に空気を吹き出す。デフロスタ吹出無しのフットモードでは、デフロスタ吹出口26を閉じてデフロスタ吹出口26から空気を吹き出さず、フット吹出口25を全開してフット吹出口25から空気を吹き出す。
フットデフロスタモードでは、フット吹出口25およびデフロスタ吹出口26を同程度開口して、フット吹出口25およびデフロスタ吹出口26の双方から空気を吹き出す。
乗員が、図2に示す操作パネル60のデフロスタスイッチ60cをマニュアル操作することによって、デフロスタモードとすることもできる。デフロスタモードでは、デフロスタ吹出口26を全開してデフロスタ吹出口26から車両フロント窓ガラス内面に空気を吹き出す。図面では、デフロスタモードをDEFと略記する。
本実施形態の車両用空調装置1は、図示しない電熱デフォッガを備えている。電熱デフォッガは、車室内窓ガラスの内部あるいは表面に配置された電熱線であって、窓ガラスを加熱することで防曇あるいは窓曇り解消を行う窓ガラス加熱部である。電熱デフォッガの作動は、空調制御装置50から出力される制御信号によって制御される。
車両用空調装置1は、図2に示すシート空調装置90を備えている。シート空調装置90は、乗員が着座する座席の表面温度を上昇させる補助加熱部である。シート空調装置90は、座席表面に埋め込まれた電熱線を有している。シート空調装置90は、電力を供給されることによって発熱するシート加熱部である。
室内空調ユニット10の各吹出口24〜26から吹き出される空調風によって車室内の暖房が不十分となり得る際にシート空調装置90を作動させて乗員の暖房感を補う。シート空調装置90の作動は、空調制御装置50から出力される制御信号によって制御される。シート空調装置90は、座席の表面温度が約40℃程度まで上昇するように制御される。
車両用空調装置1は、シート送風装置、ステアリングヒータ、膝輻射ヒータを備えていてもよい。シート送風装置は、座席の内側から乗員に向けて空気を送風する送風部である。ステアリングヒータは、電気ヒータでステアリングを加熱するステアリング加熱部である。膝輻射ヒータは、輻射熱の熱源となる熱源光を乗員の膝に向けて照射する暖房部である。シート送風装置、ステアリングヒータ、膝輻射ヒータの作動は、空調制御装置50から出力される制御信号によって制御される。
次に、図2により、本実施形態の電気制御部について説明する。空調制御装置50(換言すると空調制御部)、駆動力制御装置70(換言すると駆動力制御部)および電力制御装置71(換言すると電力制御部)は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのROM内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種機器の作動を制御する。
駆動力制御装置70の出力側には、エンジンEGを構成する各種エンジン構成機器および走行用電動モータへ交流電流を供給する走行用インバータ等が接続されている。各種エンジン構成機器としては、エンジンEGを始動させるスタータ、エンジンEGに燃料を供給する燃料噴射弁(換言するとインジェクタ)の駆動回路(いずれも図示せず)等が接続されている。
駆動力制御装置70の入力側には、バッテリ81の端子間電圧VBを検出する電圧計、バッテリ81へ流れ込む電流ABinあるいはバッテリ81から流れる電流ABoutを検出する電流計、アクセル開度Accを検出するアクセル開度センサ、エンジン回転数Neを検出するエンジン回転数センサ、車速Vvを検出する車速センサ(いずれも図示せず)等の種々のエンジン制御用のセンサ群が接続されている。
空調制御装置50の出力側には、送風機32、圧縮機11の電動モータ11b用のインバータ61、送風ファン12a、各種電動アクチュエータ62、63、64、PTCヒータ37、冷却水ポンプ40a、シート空調装置90等が接続されている。
空調制御装置50の入力側には、内気センサ51、外気センサ52、日射センサ53、吐出温度センサ54、吐出圧力センサ55、蒸発器温度センサ56、冷却水温度センサ58、および窓表面湿度センサ59等の種々の空調制御用のセンサ群が接続されている。
内気センサ51は、車室内温度Trを検出する内気温度検出部である。外気センサ52は、外気温Tamを検出する外気温度検出部である。日射センサ53は、車室内の日射量Tsを検出する日射量検出部である。
吐出温度センサ54は、圧縮機11吐出冷媒温度Tdを検出する吐出温度検出部である。吐出圧力センサ55は、圧縮機11吐出冷媒圧力Pdを検出する吐出圧力検出部である。
蒸発器温度センサ56は、蒸発器15からの吹出空気温度TE(以下、蒸発器温度と言う。)を検出する蒸発器温度検出部である。冷却水温度センサ58は、エンジンEGから流出した冷却水の冷却水温度Twを検出する冷却水温度検出部である。
蒸発器温度センサ56は、蒸発器15の熱交換フィン温度を検出する。蒸発器温度センサ56は、蒸発器15のその他の部位の温度を検出してもよい。蒸発器温度センサ56は、蒸発器15を流通する冷媒自体の温度を直接検出してもよい。
窓表面湿度センサ59は、窓近傍湿度RHを検出する湿度検出部である。窓近傍湿度RHは、窓ガラス近傍における車室内空気の湿度である。
空調制御装置50の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル60に設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。操作パネル60に設けられた各種空調操作スイッチは、空調ユニット30の作動を手動設定するための手動操作部である。
操作パネル60に設けられた各種空調操作スイッチとしては、具体的に、エアコンスイッチ60a、オートスイッチ60b、吸込口モードの切替スイッチ、吹出口モードの切替スイッチ、デフロスタスイッチ60c、風量設定スイッチ、車室内温度設定スイッチ60d、エコノミースイッチ、現在の車両用空調装置1の作動状態等を表示する表示部等が設けられている。
エアコンスイッチ60aは、乗員の操作によって圧縮機11の起動および停止を切り替える圧縮機作動設定部である。エアコンスイッチ60aには、エアコンスイッチ60aの操作状況に応じて点灯・消灯するエアコンインジケータが設けられている。
オートスイッチ60bは、乗員の操作によって車両用空調装置1の自動制御を設定あるいは解除する自動制御設定部である。
吹出口モード切替スイッチは、フェイスモード、バイレベルモード、フットモードおよびフットデフロスタモードを切り替える吹出口モード切替部である。デフロスタスイッチ60cは、乗員の操作によってデフロスタモードを設定するデフロスタモード設定部である。
フットデフロスタモードおよびデフロスタモードでは、残余の吹出口モードに比べて窓の防曇性が高くなる。吹出口モード切替スイッチおよびデフロスタスイッチ60cは、空調ユニット30による窓の防曇性を向上させる指令を空調制御装置50に出力するための防曇操作部である。
風量設定スイッチは、送風機32の送風量を手動設定するための風量設定部である。車室内温度設定スイッチ60dは、乗員の操作によって車室内目標温度Tsetを設定する目標温度設定部である。
エコノミースイッチは、環境への負荷の低減を優先させるスイッチである。エコノミースイッチを投入することにより、車両用空調装置1の作動モードが、空調の省動力化を優先させるエコノミーモードに設定される。したがって、エコノミースイッチを省動力優先モード設定部と表現することもできる。
また、エコノミースイッチを投入することにより、EV運転モード時に、走行用電動モータを補助するために作動させるエンジンEGの作動頻度を低下させる信号が駆動力制御装置70に出力される。
また、空調制御装置50および駆動力制御装置70は、電気的に接続されて通信可能に構成されている。これにより、一方の制御装置に入力された検出信号あるいは操作信号に基づいて、他方の制御装置が出力側に接続された各種機器の作動を制御することもできる。例えば、空調制御装置50が駆動力制御装置70へエンジンEGの要求信号を出力することによって、エンジンEGの作動を要求することが可能となっている。なお、駆動力制御装置70では、空調制御装置50からのエンジンEGの作動を要求する要求信号を受信すると、エンジンEGの作動の要否を判定し、その判定結果に応じてエンジンEGの作動を制御する。
さらに、空調制御装置50は、車両外部の電源から供給される電力やバッテリ81に蓄えられた電力に応じて、車両における各種電気機器に配分する電力の決定等を行う電力制御装置71が電気的に接続されている。本実施形態の空調制御装置50には、電力制御装置71から出力される出力信号(例えば、空調用に使用を許可する空調使用許可電力を示すデータ等)が入力される。
ここで、空調制御装置50および駆動力制御装置70は、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御部が一体に構成されたものであるが、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成(例えば、ハードウェアおよびソフトウェア)が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御部を構成している。
例えば、空調制御装置50のうち、送風部である送風機32の作動を制御して、送風機32の送風能力を制御する構成が送風能力制御部50aを構成している。空調制御装置50のうち、圧縮機11の電動モータ11bに接続されたインバータ61から出力される交流電圧の周波数を制御して、圧縮機11の冷媒吐出能力を制御する構成が圧縮機制御部50bを構成している。
空調制御装置50のうち、吸込口モードの切り替えを制御する構成が吸込口モード切替部を構成している。空調制御装置50のうち、吹出口モードの切り替えを制御する構成が吹出口モード切替部50cを構成している。
空調制御装置50における駆動力制御装置70と制御信号の送受信を行う構成が、要求信号出力部50dを構成している。駆動力制御装置70における空調制御装置50と制御信号の送受信を行うと共に、要求信号出力部50d等からの出力信号に応じてエンジンEGの作動の要否を決定する構成(換言すると作動要否決定部)が、信号通信部を構成している。
次に、図3〜図9により、上記構成における本実施形態の車両用空調装置1の作動を説明する。図3は、本実施形態の車両用空調装置1のメインルーチンとしての制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、車両用空調装置1を構成する電動式構成機器をはじめとする各種車載機器にバッテリ81や外部電源等から電力が供給された状態で、車両用空調装置1の作動スイッチが投入されるとスタートする。なお、図3〜図9中の各制御ステップは、空調制御装置50が有する各種の機能実現部を構成している。
まず、ステップS1では、フラグ、タイマ等の初期化、および上述した電動アクチュエータを構成するステッピングモータの初期位置合わせ等のイニシャライズが行われる。なお、このイニシャライズでは、フラグや演算値のうち、前回の車両用空調装置1の作動終了時に記憶された値が維持されるものもある。
次に、ステップS2では、操作パネル60の操作信号等を読み込んでステップS3へ進む。具体的な操作信号としては、車室内温度設定スイッチによって設定される車室内目標温度Tset、吸込口モードスイッチの設定信号等がある。
次に、ステップS3では、空調制御に用いられる車両環境状態の信号、すなわち上述のセンサ群51〜59の検出信号や、外部電源からの電力の供給状態を示す電力状態信号等を読み込む。なお、電力状態信号が、外部電源から車両に電力を供給可能な状態(換言するとプラグイン状態)を示す場合には、外部電源フラグがONされ、外部電源から車両に電力を供給できない状態(換言するとプラグアウト状態)を示す場合には、外部電源フラグがOFFされる。
また、このステップS3では、駆動力制御装置70の入力側に接続されたセンサ群の検出信号、および駆動力制御装置70から出力される制御信号等の一部も、駆動力制御装置70から読み込んでいる。
次に、ステップS4では、車室内吹出空気の目標吹出温度TAOを算出する。従って、ステップS4は目標吹出温度決定部を構成している。
目標吹出温度TAOは、以下の数式F1により算出される。
TAO=Kset×Tset−Kr×Tr−Kam×Tam−Ks×Ts+C…(F1)
ここで、Tsetは車室内温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度、Trは内気センサ51によって検出された車室内温度(換言すると内気温)、Tamは外気センサ52によって検出された外気温、Tsは日射センサ53によって検出された日射量である。Kset、Kr、Kam、Ksは制御ゲインであり、Cは補正用の定数である。
なお、目標吹出温度TAOは、車室内を所望の温度に保つために車両用空調装置1が生じさせる必要のある熱量に相当するもので、車両用空調装置1に要求される空調負荷(換言すると空調熱負荷)として捉えることができる。
続くステップS5〜S13では、空調制御装置50に接続された各種機器の制御状態が決定される。まず、ステップS5では、エアミックスドア39の目標開度SWを目標吹出温度TAO、蒸発器温度センサ56によって検出された吹出空気温度TE、冷却水温度Twに基づいて算出する。
具体的には、まず、次の数式F2により仮のエアミックス開度SWddを算出する。
SWdd=[{TAO−(TE+2)}/{MAX(10,Tw−(TE+2))}]×100(%)…(F2)
なお、数式F2の{MAX(10,Tw−(TE+2))}とは、10およびTw−(TE+2)のうち大きい方の値を意味している。
次に、仮のエアミックス開度SWddに基づいて、予め空調制御装置50に記憶された制御マップを参照して、エアミックス開度SWを決定する。この制御マップでは、仮のエアミックス開度SWddにほぼ比例するようにエアミックス開度SWを決定する。
次のステップS6では、送風機32の送風能力(具体的には、電動モータに印加する電圧)を決定する。このステップS6の詳細については、図4のフローチャートを用いて説明する。
図4に示すように、まず、ステップS611では、操作パネル60のオートスイッチ60bが投入されているか否かを判定する。この結果、オートスイッチ60bが投入されていないと判定された場合は、ステップS612で、操作パネル60の風量設定スイッチによってマニュアル設定された乗員の所望の風量となるブロワ電圧が決定されて、ステップS7に進む。
具体的には、本実施形態の風量設定スイッチは、Lo→M1→M2→M3→Hiの5段階の風量を設定することができ、それぞれ4V→6V→8V→10V→12Vの順にブロワ電圧が高くなるように決定される。
一方、ステップS611にて、オートスイッチ60bが投入されていると判定された場合は、ステップS613へ進み、蒸発器15の保水量を推定する。すなわち、ステップS613では、蒸発器15の表面に付着した凝縮水の量が多いか少ないかを推定する。
具体的には、前回の除湿が終了してからの時間と外気温とに基づいて蒸発器15の保水判定を行う。例えば、外気温が低く且つ前回の除湿が終了してからの時間が長い場合、蒸発器15の保水量が少ないと推定する。外気温が高く且つ前回の除湿が終了してからの時間が短い場合、蒸発器15の保水量が多いと推定する。
続くステップS614では、ステップS613で推定した蒸発器15の保水量が少ないか否かを判定する。蒸発器15の保水量が多いと判定した場合、ステップS615へ進み、通常のブロワ制御を行う。具体的には、次の数式F3によりブロワ電圧を算出する。
ブロワ電圧=MIN(f(TAO),f(水温))…(F3)
ブロワ電圧は、送風機32の電動モータに印加する送風機電圧である。数式F3のMIN(f(TAO),f(水温))とは、f(TAO)およびf(水温)のうち小さい方の値を意味している。
数式F3のf(TAO)は、空調熱負荷に応じて決定される仮ブロワ電圧である。数式F3のf(水温)は、冷却水温度に基づいて決定される暖機時上限ブロワ電圧である。
仮ブロワ電圧f(TAO)および暖機時上限ブロワ電圧f(水温)は、最終的に決定されるブロワ電圧の候補値として用いられる。
仮ブロワ電圧f(TAO)は、ステップS4にて決定されたTAOに基づいて予め空調制御装置50に記憶された制御マップを参照して決定される。
本実施形態における仮ブロワ電圧f(TAO)を決定する制御マップは、TAOに対する仮ブロワ電圧f(TAO)の値がバスタブ状の曲線を描くように構成されている。
すなわち、図4のステップS615に示すように、TAOの極低温域(本実施形態では、−20℃以下)および極高温域(本実施形態では、80℃以上)では、送風機32の風量が最大風量付近となるように仮ブロワ電圧f(TAO)を高レベルに上昇させる。
また、TAOが極低温域から中間温度域に向かって上昇すると、TAOの上昇に応じて送風機32の送風量が減少するように、仮ブロワ電圧f(TAO)を減少させる。さらに、TAOが極高温域から中間温度域に向かって低下すると、TAOの低下に応じて、送風機32の風量が減少するように仮ブロワ電圧f(TAO)を減少させる。
そして、TAOが所定の中間温度域内(本実施形態では、10℃〜38℃)に入ると、送風機32の風量が低風量となるように仮ブロワ電圧f(TAO)を低レベルに低下させる。これにより、空調熱負荷に応じた基本ブロワ電圧が算出される。
すなわち、仮ブロワ電圧f(TAO)は、TAOに基づいて決定される値である。換言すると、仮ブロワ電圧f(TAO)は、車室内設定温度Tset、内気温Tr、外気温Tam、日射量Tsに基づいて決定される値に基づいて決定されている。
暖機時上限ブロワ電圧f(水温)は、冷却水温度センサ58が検出した冷却水温度Twに基づいて予め空調制御装置50に記憶された制御マップを参照して決定される。暖機時上限ブロワ電圧f(水温)は、エンジンEGの暖機時(すなわち冷却水温度Twが低温の時)におけるブロワ電圧の上限値である。
具体的には、図4のステップS615に示すように、冷却水温度Twが低温域から高温域へと上昇するにつれて暖機時上限ブロワ電圧f(水温)を0以上11以下の範囲で上昇させる。
本実施形態では、冷却水温度Twが40℃以下である場合、暖機時上限ブロワ電圧f(水温)を0℃に決定し、冷却水温度Twが65℃以上である場合、暖機時上限ブロワ電圧f(水温)を11℃に決定し、冷却水温度Twが40℃から65℃まで上昇するにつれて暖機時上限ブロワ電圧f(水温)を0℃から11℃に上昇させる。
これにより、送風機32の送風能力が目標吹出温度TAOおよび冷却水温度Twに応じて適切に調整される。冷却水温度Twが十分に上昇しておらずヒータコア36で空気を十分に加熱できない状態のときに吹出風量が高くなって乗員が寒気を感じることを防止できる。また、蒸発器15の保水量が多い場合、通常のブロワ制御を行うことによって、蒸発器15に付着した水分を速やかに放出できる。
一方、ステップS614にて蒸発器15の保水量が少ないと判定した場合、ステップS616へ進み、除湿が停止中であるか否かを判定する。すなわち、圧縮機11が停止中であるか否かを判定する。除湿が停止中でないと判定した場合、ステップS615へ進み、通常のブロワ制御を行う。
一方、除湿が停止中であると判定した場合、ステップS617へ進み、除湿停止が開始されてから所定時間が経過しているか否かを判定する。図4の例では、所定時間は10秒である。
除湿停止が開始されてから所定時間が経過していないと判定した場合、ステップS618へ進み、室内空調ユニット30内の湿気を排出する制御を行う。具体的には、ブロワ電圧を低電圧に決定する。図4の例では、ブロワ電圧を2Vに決定する。これにより、送風機32の送風能力が低くされるので、室内空調ユニット30内の湿気が低風量で排出される。
一方、除湿停止が開始されてから所定時間が経過していると判定した場合、ステップS619へ進み、冷却水温度Twが所定温度未満であるか否かを判定する。すなわち、エンジン暖機中であるか否かを判定する。図4の例では、所定温度は40℃である。
冷却水温度Twが所定温度未満でないと判定した場合、エンジン暖機中ではないと判断してステップS615へ進み、通常のブロワ制御を行う。一方、冷却水温度Twが所定温度未満であると判定した場合、エンジン暖機中であると判断してステップS620へ進み、エンジン暖機中かつ除湿停止中の防曇制御を行う。具体的には、次の数式F4によりブロワ電圧を算出する。
ブロワ電圧=f(外気温)+f(外気率)…(F4)
数式F4のf(外気温)は、外気温に応じて決定される仮ブロワ電圧である。数式F4のf(外気率)は、外気率に基づいて決定される仮ブロワ電圧である。
仮ブロワ電圧f(外気温)および仮ブロワ電圧f(外気率)は、最終的に決定されるブロワ電圧の候補値として用いられる。仮ブロワ電圧f(外気温)は、外気センサ52が検出した外気温Tamに基づいて予め空調制御装置50に記憶された制御マップを参照して決定される。
具体的には、図4のステップS620に示すように、外気温Tamが低温域から高温域へと上昇するにつれて仮ブロワ電圧f(外気温)を1Vから0Vへと低下させる。本実施形態では、外気温Tamが5℃以下である場合、仮ブロワ電圧f(外気温)を1Vに決定し、外気温Tamが20℃以上である場合、仮ブロワ電圧f(外気温)を0Vに決定し、外気温Tamが5℃から20℃まで上昇するにつれて仮ブロワ電圧f(外気温)を1Vから0Vに低下させる。
仮ブロワ電圧f(外気率)は、外気率に基づいて予め空調制御装置50に記憶された制御マップを参照して決定される。
具体的には、図4のステップS620に示すように、外気率が上昇するにつれて仮ブロワ電圧f(外気率)を1Vから0Vへと低下させる。本実施形態では、外気率が0%以下である場合、仮ブロワ電圧f(外気率)を1Vに決定し、外気率が100%以上である場合、仮ブロワ電圧f(外気率)を0Vに決定し、外気率が0%から100%まで上昇するにつれて仮ブロワ電圧f(外気率)を1Vから0Vに低下させる。
これにより、車室内へ空気が少風量で吹き出されるので、冷却水温度Twが十分に上昇しておらずヒータコア36で空気を十分に加熱できない状態であっても、十分に加熱されていない吹出空気によって乗員が寒気を感じることを抑制できる。
外気温Tamが低いほど吹出風量を増やすので、外気温Tamが低くて窓曇りが発生しやすいときに吹出風量を増やして窓曇りを抑制できる。外気率が低いほど吹出風量を増やすので、外気率が低くて窓曇りが発生しやすいときに吹出風量を増やして窓曇りを抑制できる。
外気温Tamが高く且つ外気率が高いときにブロワ電圧が0Vに決定されるので、窓曇りが発生する可能性が低いときに送風機32を停止させて省電力化を図ることができる。
次のステップS7では、吸込口モード、すなわち内外気切替箱20の切替状態を決定する。このステップS7の詳細については、図5のフローチャートを用いて説明する。図5に示すように、まず、ステップS701では、操作パネル60のオートスイッチ60bが投入されているか否かを判定する。この結果、オートスイッチ60bが投入されていないと判定された場合は、ステップS702〜S704で、マニュアルモードに応じた外気導入率を決定してステップS8へ進む。
具体的には、マニュアル吸込口モードが全内気モード(いわゆるRECモード)の場合、ステップS703で外気率を0%に決定し、マニュアル吸込口モードが全外気モード(いわゆるFRSモード)の場合、ステップS704で外気率を100%に決定する。外気率は、内外気切替箱20からケーシング31内に導入される導入空気(すなわち外気および内気)に対して外気が占める比率である。
一方、ステップS701にて、オートスイッチ60bが投入されていると判定された場合は、ステップS705へ進み、ステップS4で算出した目標吹出温度TAOに基づいて、空調運転状態が冷房運転か暖房運転かを判定する。図5の例では、目標吹出温度TAOが25℃を上回っている場合、暖房運転と判定し、それ以外の場合、冷房運転と判定する。
冷房運転と判定した場合、ステップS706へ進み、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置50に記憶された制御マップを参照して、外気率を決定してステップS8へ進む。
具体的には、TAOが低いときは外気率を小さくし、TAOが高いときは外気率を大きくする。図5の例では、TAO≦0℃であれば外気率を0%とし、TAO≧15℃であれば外気率を100%とし、0℃<TAO<15℃であればTAOが高いほど外気率を0〜100%の範囲で大きくする。
決定された外気率に応じて内外気切替ドア23の開度が変更される。具体的には、外気率が0%に設定された場合、吸込口モードが全内気モードとなるように内外気切替ドア23の開度が制御される。外気率が100%に設定された場合、吸込口モードが全外気モードとなるように内外気切替ドア23の開度が制御される。外気率が0%超100%未満に設定された場合、吸込口モードが内外気混入モードとなるように内外気切替ドア23の開度が制御される。
これにより、冷房負荷が高いほど内気の導入率を高くして冷房効率を高めることができる。
一方、ステップS705にて、暖房運転と判定された場合、ステップS707へ進み、除湿が停止中であるか否かを判定する。すなわち、圧縮機11が停止中であるか否かを判定する。除湿が停止中でないと判定した場合、ステップS708へ進み、外気率を100%に設定する。
一方、除湿が停止中であると判定した場合、ステップS709へ進み、窓表面湿度センサ59で検出した窓近傍湿度RHに基づいて、予め空調制御装置50に記憶された制御マップを参照して、外気率を決定してステップS8へ進む。
具体的には、窓近傍湿度RHが低いときは外気率を小さくし、窓近傍湿度RHが高いときは外気率を大きくする。図5の例では、窓近傍湿度RH≦70%であれば外気率を50%とし、窓近傍湿度RH≧85%であれば外気率を100%とし、50%<窓近傍湿度RH<85%であれば窓近傍湿度RHが高いほど外気率を50〜100%の範囲で大きくする。
これにより、窓近傍湿度RHが高いほど外気の導入率を高くして車室内空間の湿度を低下させ、ひいては窓曇りを抑制する。
次のステップS8では、吹出口モード、すなわちフェイスドア24a、フットドア25a、デフロスタドア26aの切替状態を決定する。このステップS8の詳細については、図6のフローチャートを用いて説明する。
図6に示すように、まず、ステップS801では、操作パネル60のオートスイッチ60bが投入されているか否かを判定する。この結果、オートスイッチ60bが投入されていないと判定された場合は、ステップS802で、マニュアルモードに応じた吹出口モードを決定してステップS9へ進む。
具体的には、マニュアル吹出口モードがフェイスモードの場合、フェイスモードに決定し、マニュアル吸込口モードがバイレベルモードの場合、バイレベルモードに決定し、マニュアル吸込口モードがフットモードの場合、フットモードに決定し、マニュアル吸込口モードがフットデフロスタモードの場合、フットデフロスタモードに決定し、マニュアル吸込口モードがデフロスタモードの場合、デフロスタモードに決定する。
一方、ステップS801にて、オートスイッチ60bが投入されていると判定された場合は、ステップS803へ進み、ステップS613で推定した蒸発器15の保水量が少ないか否かを判定する。蒸発器15の保水量が多いと判定した場合、ステップS804へ進み、通常の吹出口モード制御を行う。具体的には、ステップS4で算出した目標吹出温度TAOに基づいて予め空調制御装置50に記憶された制御マップを参照して仮吹出口モードを決定する。
本実施形態では、図6のステップS804に示すように、TAOが低温域から高温域へと上昇するにつれて仮吹出口モードf1(TAO)をフェイスモード→バイレベルモード→フットモードへと順次切り替える。従って、夏季は主にフェイスモード、春秋季は主にバイレベルモード、そして冬季は主にフットモードが選択され易くなる。なお、図6のステップS804に示す制御マップでは、制御ハンチング防止のためのヒステリシス幅が設定されている。
一方、ステップS803にて蒸発器15の保水量が少ないと判定した場合、ステップS805へ進み、除湿が停止中であるか否かを判定する。すなわち、圧縮機11が停止中であるか否かを判定する。除湿が停止中でないと判定した場合、ステップS804へ進み、通常の吹出口モード制御を行う。
一方、除湿が停止中であると判定した場合、ステップS806へ進み、除湿停止が開始されてから所定時間が経過しているか否かを判定する。図6の例では、所定時間は10秒である。
除湿停止が開始されてから所定時間が経過していないと判定した場合、ステップS807へ進み、室内空調ユニット30内の湿気を排出する制御を行う。具体的には、乗員の足元に向けて空気を吹き出す吹出口モードに決定する。図6の例では、デフロスタ吹出無しのフットモードに決定する。
デフロスタ吹出無しのフットモードでは、デフロスタ吹出口26を閉じてデフロスタ吹出口26から空気を吹き出さず、フット吹出口25を全開してフット吹出口25から空気を吹き出す。図6では、デフロスタ吹出無しのフットモードをDEF0−FOOTと記載している。
これにより、湿気を含む空気が乗員の足元に向けて空気が吹き出され、車両前面窓ガラスWに向けて吹き出されないので、窓曇りを抑制しつつ室内空調ユニット30内の湿気を排出できる。
一方、除湿停止が開始されてから所定時間が経過していると判定した場合、ステップS808へ進み、冷却水温度Twが所定温度未満であるか否かを判定する。図6の例では、所定温度は40℃である。
冷却水温度Twが所定温度未満でないと判定した場合、エンジン暖機中でないと判断してステップS804へ進み、通常の吹出口モード制御を行う。一方、冷却水温度Twが所定温度未満であると判定した場合、エンジン暖機中であると判断してステップS809へ進み、エンジン暖機中かつ除湿停止中の防曇制御を行う。具体的にはデフロスタモードに決定する。
これにより、冷却水温度Twが十分に上昇しておらずヒータコア36で空気を十分に加熱できない状態であっても、デフロスタ吹出口26から車両前面窓ガラスWに向けて空気を吹き出すことによって窓曇りを抑制できる。
すなわち、ステップS805〜S807、S809では、圧縮機停止時吹出口制御を行う。圧縮機停止時吹出口制御では、圧縮機停止制御を開始した場合、フットモード(図6の例ではデフロスタ吹出無しのフットモード)を所定時間実行した後にデフロスタモードになるように吹出口モードドア24a、25a、26aの作動を制御する。ステップS807において、通常のフットモードに決定してもよい。
次のステップS9では、圧縮機11の冷媒吐出能力(具体的には、圧縮機11の回転数)を決定する。なお、ステップS9における圧縮機回転数の決定は、図3のメインルーチンが繰り返される制御周期τ毎に行われるものではなく、所定の制御間隔(本実施形態では1秒)毎に行われる。
このステップS9の詳細については、図7のフローチャートを用いて説明する。図7に示すように、まず、ステップS901では、前回の圧縮機回転数fn−1に対する回転数変化量Δfを求める。
具体的には、ステップS4で決定したTAO等に基づいて、予め空調制御装置50に記憶されている制御マップ(例えば図8)を参照して、室内蒸発器26からの吹出空気温度TEの目標吹出温度TEOを決定する。
そして、この目標吹出温度TEOと吹出空気温度TEの偏差En(TEO−TE)を算出し、今回算出された偏差Enから前回算出された偏差En−1を減算した偏差変化率Edot(En−(En−1))を算出し、偏差Enと偏差変化率Edotとを用いて、予め空調制御装置50に記憶されたメンバシップ関数とルールとに基づいたファジー推論に基づいて、前回の圧縮機回転数fn−1に対する回転数変化量Δfを求める。
続くステップS902〜S908では、圧縮機11の作動モードを圧縮機ONモードおよび圧縮機OFFモードのいずれに決定するかを判定する。圧縮機ONモードは圧縮機11を作動させるモードである。圧縮機OFFモードは圧縮機11を停止させるモードである。換言すると、圧縮機ONモードは蒸発器15で除湿を行う作動モードであり、圧縮機OFFモードは蒸発器15での除湿を停止する作動モードである。
まず、ステップS902では、外気温が15℃未満であるか否かを判定する。外気温が15℃未満であると判定した場合、圧縮機11を停止しても外気を導入すれば蒸発器15の乾燥が遅く臭いが発生しにくいと判断できるので、ステップS903へ進み、ステップS8で決定された吹出口モードがバイレベルモードまたはフェイスモードであるか否かを判定する。
吹出口モードがバイレベルモードおよびフェイスモードのいずれでもでないと判定した場合、すなわちフットモード、フットデフロスタモードまたはデフロスタモードである場合、圧縮機11が停止して蒸発器15から臭いが発生しても臭いを含む空気がフェイス吹出口24から乗員の上半身に向けて吹き出されないので、ステップS904へ進み、イグニッションスイッチをオンしてからの経過時間が所定時間未満であるか否かを判定する。図7の例では、所定時間は20分である。
イグニッションスイッチをオンしてからの経過時間が所定時間未満であると判定した場合、乗員の呼気による車室内湿度上昇が少なく、圧縮機11を停止しても窓ガラスが曇りにくいと判断できるので、ステップS905へ進み、車室内吹出空気の目標吹出温度TAOが25℃を上回っているか否かを判定する。
車室内吹出空気の目標吹出温度TAOが25℃を上回っていると判定した場合、冷房運転が必要ないと判断できるので、ステップS906へ進み、吸込口モードが全内気モード(いわゆるRECモード)であるか否かを判定する。
ステップS906で吸込口モードが全内気モード(いわゆるRECモード)でないと判定した場合、圧縮機11を停止しても外気を導入することによって蒸発器15の乾燥が遅く臭いが発生しにくいと判断できるので、ステップS907へ進み、圧縮機OFFモード(圧縮機停止制御)に決定して、今回の圧縮機回転数を0に決定する。すなわち、圧縮機11を停止させる圧縮機停止制御が決定される。換言すると、蒸発器15での除湿を自動で停止させるオート除湿オフ制御が決定される。
これにより、圧縮機11を自動的に停止させて圧縮機消費電力を減少させることができ、ひいては空調用電力を減少させることができる。すなわち省エネルギー化できる。
圧縮機11が停止することによって、蒸発器15表面の凝縮水が蒸発して臭いが発生する可能性があるが、低温の外気が蒸発器15に導入されるので、蒸発器15表面の凝縮水が蒸発することを抑制でき、ひいては乗員が悪臭を感じることを抑制できる。
一方、吸込口モードが全内気モード(いわゆるRECモード)であると判定した場合、ステップS908へ進み、圧縮機ONモードに決定して、通常の圧縮機制御を行う。すなわち、今回の圧縮機回転数を次の数式F5により算出する。
今回の圧縮機回転数=MIN{(前回の圧縮機回転数+Δf),MAX回転数}…(F5)
なお、数式F5のMIN{(前回の圧縮機回転数+Δf),MAX回転数}とは、前回の圧縮機回転数+ΔfおよびMAX回転数のうち小さい方の値を意味している。図7の例では、MAX回転数は10000である。
これにより、室内蒸発器26からの吹出空気温度TEが目標吹出温度TEOに近づくように圧縮機11の冷媒吐出能力を制御できる。
また、ステップS902で外気温が15℃未満でないと判定した場合、ステップS903で吹出口モードがバイレベルモードまたはフェイスモードであると判定した場合、ステップS904でイグニッションスイッチをオンしてからの経過時間が20分未満でないと判定した場合、またはステップS905で車室内吹出空気の目標吹出温度TAOが25℃を上回っていないと判定した場合、圧縮機11を作動させて蒸発器15で空気を冷却・除湿する必要があると判断できるので、ステップS908へ進み、圧縮機ONモードに決定して、通常の圧縮機制御を行う。すなわち、今回の圧縮機回転数を上述の数式F5により算出する。
次のステップS10では、PTCヒータ37の作動本数および電熱デフォッガの作動状態を決定する。まず、PTCヒータ37の作動本数の決定について説明すると、ステップS10では、外気温Tam、ステップS51にて決定した仮のエアミックス開度SWdd、冷却水温度Twに応じて、PTCヒータ37の作動本数を決定する。
具体的には、外気温が26℃よりも高いと判定された場合は、PTCヒータ37による吹出温アシストは必要無いと判断して、PTCヒータ37の作動本数を0本に決定する。一方、外気温が26℃よりも低いと判定された場合は、仮のエアミックス開度SWddに基づいてPTCヒータ37作動の要否を決定する。
すなわち、仮のエアミックス開度SWddが小さくなることは、加熱用冷風通路33にて送風空気を加熱する必要性が少なくなることを意味していることから、エアミックス開度SWが小さくなるに伴ってPTCヒータ37を作動させる必要性も少なくなる。
そこで、仮のエアミックス開度SWddを予め定めた基準開度と比較して、仮のエアミックス開度SWddが第1基準開度(本実施形態では、100%)以下であれば、PTCヒータ37を作動させる必要は無いものとして、PTCヒータ37の作動本数を0本に決定する。
一方、仮のエアミックス開度SWddが第2基準開度(本実施形態では、110%)以上であれば、PTCヒータ37を作動させる必要があるものとして、冷却水温度Twに応じてPTCヒータ37の作動本数を決定する。
具体的には、ヒータコア36で空気を十分に加熱できる程度に冷却水温度Twが高い場合、PTCヒータ37の作動本数を0本に決定し、冷却水温度Twが低いほどPTCヒータ37の作動本数を増加させる。
電熱デフォッガについては、車室内の湿度および温度から窓ガラスに曇りが発生する可能性が高い場合、あるいは窓ガラスに曇りが発生している場合は、電熱デフォッガを作動させる。
次のステップS11では、空調制御装置50から駆動力制御装置70へ出力される要求信号を決定する。この要求信号としては、エンジンEGの作動要求信号(換言するとエンジンON要求信号)や、EV/HV運転モードの要求信号等がある。
ここで、車両走行用の駆動力をエンジンEGのみから得る通常の車両では、走行時に常時エンジンを作動させているので冷却水も常時高温となる。従って、通常の車両では冷却水をヒータコア36に流通させることで十分な暖房能力を発揮することができる。
これに対して、本実施形態のプラグインハイブリッド車両では、車両走行用の駆動力を走行用電動モータからも得ることができることから、エンジンEGの作動を停止させることがあり、車両用空調装置1にて車室内の暖房を行う際に、冷却水の温度が暖房用の熱源として充分な温度にまで上昇していない場合がある。
そこで、本実施形態の車両用空調装置1は、走行用の駆動力を出力させるためにエンジンEGを作動させる必要がない走行条件であっても、所定条件を満たした場合には、エンジンEGの駆動力を制御する駆動力制御装置70に対してエンジンEGの作動を要求する要求信号を出力して、冷却水温度を暖房用の熱源として充分な温度となるまで上昇させるようにしている。
次に、ステップS12では、冷却水回路40の冷却水ポンプ40aを作動させるか否かを決定する。このステップS12の詳細については、図9のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップS121では、冷却水温度Twが、蒸発器15からの吹出空気温度TEよりも高いか否かを判定する。
ステップS121にて、冷却水温度Twが吹出空気温度TE以下となっている場合は、ステップS124へ進み、冷却水ポンプ40aを停止させることを決定する。その理由は、冷却水温度Twが吹出空気温度TE以下となっている場合に冷却水をヒータコア36へ流すと、ヒータコア36を流れる冷却水が蒸発器15通過後の空気を冷却してしまうことになるため、かえって吹出口からの吹出空気温度を低くしてしまうからである。
一方、ステップS121にて、冷却水温度Twが吹出空気温度TEより高い場合は、ステップS122へ進む。ステップS122では、送風機32が作動しているか否かが判定される。ステップS122にて、送風機32が作動していないと判定された場合は、ステップS124に進み、省動力化のために冷却水ポンプ40aを停止させることを決定する。
一方、ステップS122にて送風機32が作動していると判定された場合は、ステップS123へ進み、冷却水ポンプ40aを作動させることを決定する。これにより、冷却水ポンプ40aが作動して、冷却水が冷却水回路内を循環するので、ヒータコア36を流れる冷却水とヒータコア36を通過する空気とを熱交換させて送風空気を加熱することができる。
次に、ステップS13では、シート空調装置90の作動要否を決定する。シート空調装置90の作動状態は、ステップS5で決定した目標吹出温度TAO、仮のエアミックス開度Sdd、ステップS2で読み込んだ外気温Tamに基づいて、予め空調制御装置50に記憶されている制御マップを参照して決定される。
次に、ステップS14では、上述のステップS5〜S13で決定された制御状態が得られるように、空調制御装置50より各種機器12a、32、37、40a、61、62、63、64、90に対して制御信号および制御電圧が出力される。さらに、要求信号出力部50dから駆動力制御装置70に対して、ステップS11にて決定された要求信号が送信される。
次に、ステップS15では、制御周期τの間待機し、制御周期τの経過を判定するとステップS2に戻るようになっている。なお、本実施形態は制御周期τを250msとしている。これは、車室内の空調制御は、エンジン制御等と比較して遅い制御周期であってもその制御性に悪影響を与えないからである。これにより、車両内における空調制御のための通信量を抑制して、エンジン制御等のように高速制御を行う必要のある制御系の通信量を十分に確保することができる。
本実施形態の車両用空調装置1は、以上の如く作動するので、送風機32から送風された送風空気が、蒸発器15にて冷却される。そして蒸発器15にて冷却された冷風は、エアミックスドア39の開度に応じて、加熱用冷風通路33および冷風バイパス通路34へ流入する。
加熱用冷風通路33へ流入した冷風は、ヒータコア36およびPTCヒータ37を通過する際に加熱されて、混合空間35にて冷風バイパス通路34を通過した冷風と混合される。そして、混合空間35にて温度調整された空調風が、混合空間35から各吹出口を介して車室内に吹き出される。
この車室内に吹き出される空調風によって車室内の内気温Trが外気温Tamより低く冷やされる場合には、車室内の冷房が実現されており、一方、内気温Trが外気温Tamより高く加熱される場合には、車室内の暖房が実現されることになる。
車両用空調装置1は、空調の自動制御が設定されている場合、車両前面窓ガラスWの曇り可能性に応じて防曇性を調整する。具体的には、車室内湿度の検出値に応じて送風機32の送風量(換言すると車室内への吹出風量)、吸込口モード(換言すると外気導入率)、吹出口モード(換言すると車両前面窓ガラスWへの空気吹出割合)、および圧縮機11の回転数(換言すると除湿能力)を調整する。
車両用空調装置1は、吹出口モード切替スイッチまたはデフロスタスイッチ60cが操作されてマニュアルフットデフロスタモードまたはマニュアルデフロスタモードが設定されると、空調の自動制御を解除して防曇性を向上させる。
図10は、本実施形態の制御結果の例を示すタイムチャートである。図10の例では外気温は10℃である。
外気温が15℃未満であり、吹出口モードがバイレベルモードおよびフェイスモードのいずれでもでなく、イグニッションスイッチをオンしてからの経過時間が20分未満であり、車室内吹出空気の目標吹出温度TAOが25℃を上回っており、吸込口モードが全内気モードでない場合、ステップS902〜S907の制御処理によってオート除湿オフ制御が開始される。すなわち、圧縮機停止制御が開始されて圧縮機11が自動的に停止される。
オート除湿オフ制御が開始されてから10秒以内では、ステップS617、S618の制御処理によってブロワ電圧が2Vに決定される。また、オート除湿オフ制御が開始されてから10秒以内では、ステップS806、S807の制御処理によってデフロスタ吹出無しのフットモードに決定される。図10では、デフロスタ吹出無しのフットモードをDEF0−FOOTと記載している。
これにより、室内空調ユニット30内の湿気が低風量で乗員の足元に向けて排出されるので、車両前面窓ガラスWの曇りを抑制しつつ室内空調ユニット30内の湿気を排出できる。
オート除湿オフ制御が開始されてから10秒経過した後では、冷却水温度Twはまだ外気温と同程度であり40℃未満である。すなわち、エンジンEGの暖機中である。
そのため、ステップS619、S620の制御処理によってブロワ電圧が1Vに決定される。また、ステップS808、S809の制御処理によってデフロスタモードに決定される。
これにより、車両前面窓ガラスWに向けて極小風量で送風されるので、車両前面窓ガラスWの曇りを抑制できる。
その後、冷却水温度Twが40℃以上に上昇してエンジンEGの暖機が終了すると、ステップS619、S615の制御処理によって通常のブロワ制御が行われてブロワ電圧が上昇し、ステップS808、S804の制御処理によって通常の吹出口モード制御が行われてフットモードに決定される。これにより、通常の空調制御が行われて車室内が暖房される。
本実施形態では、ステップS904で説明したように、空調制御装置50は、車室内空間の湿度RHに関連する物理量に基づいて窓Wが曇る可能性を判断する。ステップS904の例では、イグニッションスイッチをオンしてからの経過時間に基づいて窓Wが曇る可能性を判断する。
そして、ステップS904、S907で説明したように、空調制御装置50は、圧縮機11を停止させる圧縮機停止制御を、窓Wが曇る可能性が高いと判断されるまで行う。
また、ステップS805〜S807、S809で説明したように、空調制御装置50は、圧縮機停止制御を開始した場合、圧縮機停止時吹出口制御を行う。この圧縮機停止時吹出口制御では、フットモード(図6の例ではデフロスタ吹出無しのフットモード)を所定時間実行した後にデフロスタモードになるように吹出口モード切替部25a、26aの作動を制御する。
これによると、圧縮機停止制御を開始してから所定時間が経過するまではフットモードを実行するので、ケーシング31内に籠もった湿気が乗員の足元に向けて吹き出される。すなわち、ケーシング31内に籠もった湿気が窓Wに向けて吹き出されることを抑制できる。そのため、窓曇りを抑制しながら、ケーシング31内に籠もった湿気を抜くことができる。
そして、フットモード(図6の例ではデフロスタ吹出無しのフットモード)を所定時間実行した後、デフロスタモードにするので、ケーシング31内の湿気を少なくしてから、ケーシング31内の空気を窓Wに向けて吹き出すことができる。すなわち、湿気を多く含んだ空気が窓Wに向けて吹き出されることを抑制できる。そのため、窓曇りを抑制しながら、圧縮機停止制御による省動力化を図ることができる。
本実施形態では、ステップS614、S615で説明したように、空調制御装置50は、蒸発器15表面の凝縮水が多いと推定される場合、上記の圧縮機停止時吹出口制御を禁止する。
これによると、蒸発器15表面の凝縮水が多いときに上記の圧縮機停止時吹出口制御を行うと車室内湿度が増加して窓曇りを招くことから、蒸発器15表面の凝縮水が多いときに上記の圧縮機停止時吹出口制御を行わないようにして窓曇りを抑制する。
本実施形態では、ステップS122、S123で説明したように、空調制御装置50は、上記の圧縮機停止時吹出口制御において送風機32が空気を送風している場合、ヒータコア36に冷却水が供給されるように冷却水ポンプ40aの作動を制御する。
これにより、窓Wに向けて吹き出される空気の温度を高くできるので、窓曇りを確実に抑制できる。
本実施形態では、ステップS620で説明したように、空調制御装置50は、上記の圧縮機停止時吹出口制御において内外気切替ドア23がケーシング31の空気通路に外気を導入させている場合、空気通路に空気を送風するように送風部32の作動を制御する。
これによると、外気の導入と、送風機32による送風とによって車室内空間の換気を促進できるので、ケーシング31内に籠もった湿気によって車室内空間の湿度が上昇することを抑制できる。そのため、窓曇りを確実に抑制できる。
本実施形態では、ステップS620で説明したように、空調制御装置50は、上記の圧縮機停止時吹出口制御において、外気率が低いほど空気の風量が多くなるように送風機32の作動を制御する。
これによると、外気率が低いほど窓Wに向けて吹き出される空気の風量を多くするので、外気率が低いために乗員の呼気によって車室内空間の湿度が上昇して窓曇りが発生しやすい場合であっても窓曇りを抑制できる。
本実施形態では、ステップS620で説明したように、空調制御装置50は、上記の圧縮機停止時吹出口制御において、外気の温度が低いほど空気の風量が多くなるように送風機32の作動を制御する。
これによると、外気の温度が低いほど窓Wに向けて吹き出される空気の風量を多くするので、外気の温度が低いために乗員の呼気による窓曇りが発生しやすい場合であっても窓曇りを抑制できる。
(第2実施形態)
本第2実施形態では、図11、図12に示すように、上記第1実施形態に対してステップS621、S810を追加している。また、本第2実施形態では、図13に示すように、上記第1実施形態のステップS904をステップS909に変更している。
以下、本実施形態のうち上記第1実施形態に対する変更点を説明する。図11に示すように、ステップS616にて除湿オフ中と判定された場合、ステップS621へ進み、窓表面湿度センサ59で検出した窓近傍湿度RHが閾値RH1を上回っているか否かを判定する。図11の例では、閾値RH1は70%である。
窓近傍湿度RHが閾値RH1を上回っていないと判定した場合、窓曇りの可能性が少ないと判断してステップS615へ進み、通常のブロワ制御を行う。
一方、窓近傍湿度RHが閾値RH1を上回っていると判定した場合、窓曇りの可能性があると判断して、ステップS619へ進み、除湿オフ開始から10秒以内であるか否かを判定する。ステップS619以降は上記第1実施形態と同様である。
図12に示すように、ステップS803にて蒸発器15の保水量が少ないと判定した場合、ステップS810へ進み、窓表面湿度センサ59で検出した窓近傍湿度RHが閾値RH1を上回っているか否かを判定する。図12の例では、閾値RH1は70%である。
窓近傍湿度RHが閾値RH1を上回っていないと判定した場合、窓曇りの可能性が少ないと判断してステップS804へ進み、通常の吹出口モード制御を行う。
一方、窓近傍湿度RHが閾値RH1を上回っていると判定した場合、窓曇りの可能性があると判断して、ステップS805へ進み、除湿が停止中であるか否かを判定する。ステップS805以降は上記第1実施形態と同様である。
図13に示すように、ステップS903にて吹出口モードがバイレベルモードまたはフェイスモードであると判定した場合、圧縮機11を作動させて蒸発器15で空気を冷却・除湿する必要があると判断できるので、ステップS908へ進み、通常の圧縮機制御を行う。
一方、ステップS903にて吹出口モードがバイレベルモードまたはフェイスモードでないと判定した場合、すなわちフットモード、フットデフロスタモードまたはデフロスタモードである場合、圧縮機11が停止して蒸発器15から臭いが発生しても臭いを含む空気がフェイス吹出口24から乗員の上半身に向けて吹き出されないので、ステップS909へ進み、窓近傍湿度RHが閾値RH2を下回っているか否かを判定する。図13の例では閾値RH2は90%である。
窓近傍湿度RHが閾値RH2を下回っていないと判定した場合、窓曇りの可能性が高く、圧縮機11を作動させて蒸発器15で空気を冷却・除湿する必要があると判断できるので、ステップS908へ進み、通常の圧縮機制御を行う。
窓近傍湿度RHが閾値RH2を下回っていると判定した場合、窓曇りの可能性が高くなく、圧縮機11を停止しても窓ガラスが曇りにくいと判断できるので、ステップS905へ進み、車室内吹出空気の目標吹出温度TAOが25℃を上回っているか否かを判定する。ステップS905以降は上記第1実施形態と同様である。
図14は、本実施形態の制御結果の例を示すタイムチャートである。図14の例では外気温は10℃である。
外気温が15℃未満であり、吹出口モードがバイレベルモードおよびフェイスモードのいずれでもでなく、窓近傍湿度RHが90%を下回っており、車室内吹出空気の目標吹出温度TAOが25℃を上回っており、吸込口モードが全内気モードでない場合、ステップS902〜S907、S909の制御処理によってオート除湿オフ制御が開始される。すなわち、圧縮機11が停止される。
オート除湿オフ制御が開始されてから10秒以内では、ステップS617、S618の制御処理によってブロワ電圧が2Vに決定される。また、オート除湿オフ制御が開始されてから10秒以内では、ステップS806、S807の制御処理によってデフロスタ吹出無しのフットモードに決定される。図12では、デフロスタ吹出無しのフットモードをDEF0−FOOTと記載している。
これにより、室内空調ユニット30内の湿気が低風量で乗員の足元に向けて排出されるので、車両前面窓ガラスWの曇りを抑制しつつ室内空調ユニット30内の湿気を排出できる。
オート除湿オフ制御が開始されてから10秒経過した後では、冷却水温度Twはまだ外気温と同程度であり40℃未満である。すなわち、エンジンEGの暖機中である。このとき、窓近傍湿度RHが70%を上回っており、窓曇りの可能性がある。
そのため、ステップS619〜S621の制御処理によってブロワ電圧が1Vに決定される。また、ステップS808〜S810の制御処理によってデフロスタモードに決定される。
これにより、車両前面窓ガラスWに向けて極小風量で送風されるので、車両前面窓ガラスWの曇りを抑制できる。
その後、冷却水温度Twが40℃以上に上昇してエンジンEGの暖機が終了すると、ステップS619、S615の制御処理によって通常のブロワ制御が行われてブロワ電圧が上昇し、ステップS808、S804の制御処理によって通常の吹出口モード制御が行われてフットモードに決定される。これにより、通常の空調制御が行われて車室内が暖房される。
本実施形態では、ステップS909で説明したように、空調制御装置50は、窓表面湿度センサ59が検出した湿度RHに基づいて窓Wが曇る可能性を判断する。また、ステップS810で説明したように、空調制御装置50は、圧縮機停止制御を開始した場合において、窓表面湿度センサ59が検出した湿度RHが所定湿度RH1よりも高い場合、窓曇りの可能性があると判断して圧縮機停止時吹出口制御を行う。
これにより、窓表面湿度センサ59が検出した湿度RHに基づいて、窓Wが曇る可能性を精度良く判断できる。また、圧縮機停止制御を開始した場合において窓曇りの可能性があると判断できる場合、圧縮機停止時吹出口制御を行なうので、窓曇りを確実に抑制しながら、圧縮機停止制御による省動力化を図ることができる。
(他の実施形態)
上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。
(1)本実施形態では、ヒータコア36は、エンジン冷却水を熱源として蒸発器15通過後の送風空気を加熱するが、冷凍サイクル10は、外気から熱を汲み上げるヒートポンプ装置として構成され、ヒータコア36は、冷凍サイクル10が外気から汲み上げた熱を利用して蒸発器15通過後の送風空気を加熱するようになっていてもよい。
なお、冷凍サイクル10がヒートポンプ装置として構成されている場合、蒸発器15での除湿を停止していてもヒータコア36での空気加熱のために圧縮機11が作動していることがある。
(2)上記実施形態では、ハイブリッド車両の車両走行用の駆動力について詳細を述べていないが、エンジンEGおよび走行用電動モータの双方から直接駆動力を得て走行可能な、いわゆるパラレル型のハイブリッド車両に車両用空調装置1を適用してもよいし、エンジンEGを発電機80の駆動源として用い、発電された電力をバッテリ81に蓄え、さらに、バッテリ81に蓄えられた電力を供給されることによって作動する走行用電動モータから駆動力を得て走行する、いわゆるシリアル型のハイブリッド車両に車両用空調装置1を適用してもよい。
また、車両用空調装置1を、エンジンEGを備えることなく車両走行用の駆動力を走行用電動モータのみから得る電気自動車に適用してもよい。この場合、冷却水を加熱するための冷却水加熱部として、例えばPTCヒータ等の電気ヒータを用いることができる。
また、車両用空調装置1を、走行用電動モータを備えることなく車両走行用の駆動力をエンジンEGのみから得る自動車に適用してもよい。この場合、圧縮機11は、エンジンEGの駆動力によってエンジンベルトで駆動されるベルト駆動式圧縮機を用いることができる。