JP2010105505A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータの出力を急に減少させる必要がある場合であっても、水温の変動を抑制することができるヒータ回路を有する車両用空調装置を提供する。
【解決手段】車両用空調装置１は、電気ヒータ１５を備えるヒータ回路３を有する。エアコンＥＣＵ２５は、ブロアレベルが低下すると、電気ヒータ１５の出力を必要能力下限値となるように制御する。これによってブロアレベルが低下してヒータコア１３の放熱量を急激に減少させる場合であっても、実水温の下降速度を小さくすることができる。実水温の下降速度が小さいので、実水温を目標水温にゆっくりと到達させることができ、実水温を目標水温で安定させることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、車室内の空調に用いられるヒータを制御する車両用空調装置に関する。

従来技術の車両用空調装置として、水が循環するヒータ回路を備え、循環する水を電気ヒータによって加熱し、暖房時の熱源とする装置が知られている。電気ヒータは、バッテリからの電力にて駆動される。電気ヒータの出力は、ヒータ回路を循環する水が目標水温となるように、エアコンＥＣＵによってＰＩ制御される（たとえば特許文献１参照）。
特開２００２−２６４６２９号公報

図８は、従来技術におけるヒータ回路の水温の変化を示すグラフである。グラフの縦軸は水温を示し、横軸は時間を示す。前述の従来技術では、電気ヒータの水温制御に関して、電気ヒータの出力の変化に対して水温変化の遅れが大きい。したがって図８に示すように、水温が時刻ｔ０１までは目標水温Ｔ０１に維持されている状態で、時刻ｔ０１に送風機の送風量がＨｉレベルからＬｏレベルになると、送風量が低下するので水温が急上昇する。そして時刻ｔ０１から、新たな目標水温Ｔ０２を満足させようＰＩ制御するため、ヒータを一度停止して水温を下げて、目標水温Ｔ０２を下回ったあとに、ヒータを起動するので、目標水温Ｔ０２に対してオーバーシュート量またはアンダーシュート量が大きくなる。したがって図８に示すように、時刻ｔ０１から時刻ｔ０２まで水温の安定性が悪い。このように送風機の急な送風量の変化に水温制御が対応することができないので、空調風の吹き出し温度に変動が生じ、乗員のフィーリングが悪化するという問題がある。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、ヒータの出力を急に減少させる必要がある場合であっても、水温の変動を抑制することができるヒータ回路を有する車両用空調装置を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、空気を送風する送風機（１１）と、
送風機によって送風される空気が流れる空気通路（９）を形成する空調ケース（６）と、
水が循環する循環流路を構成するヒータ回路（３）と、
ヒータ回路に設けられ、ヒータ回路を循環する水を加熱するヒータ（１５）と、
ヒータ回路に設けられ、循環する水を熱源として、送風機によって送風される空気を加熱する加熱用熱交換器（１３）と、
車室内の空調要求に基づいて、ヒータの出力を制御する制御手段（２５）と、を含み、
制御手段は、空調要求を満足するために要求される加熱用熱交換器の放熱量が単位時間あたり予め定める変化量を超えて減少した場合、ヒータの出力を減少前よりも低減した一定の値である制限値で動作させるように制御することを特徴とする車両用空調装置である。

請求項１に記載の発明に従えば、加熱用熱交換器の放熱量が単位時間あたり変化量を超えて減少すると、減少前より低減した一定の値の制限値となるように、制御手段によってヒータの出力を制御する。これによってたとえば暖房負荷が急激に減少して、放熱量を急激に減少させる必要があったとしても、実水温の下降速度を小さくすることができる。実水温の下降速度が小さいので、実水温を目標水温にゆっくりと到達させることができ、実水温を目標水温で安定させることができる。このように本発明では、放熱量が急に減少した場合であっても、実水温の変動を抑制することができる。したがって吹出温度の変動を抑制することができる。

また請求項２に記載の発明では、制御手段は、空調要求を満足するために必要な熱量を演算し、演算した熱量が得られるように制限値を設定することを特徴とする。

請求項２に記載の発明に従えば、制御手段によって空調要求を満足するために必要な熱量が演算される。これによって必要な熱量を用いて循環する水を加熱することができるので、実水温が目標水温を下回ることを抑制し、目標水温に近づけることができる。

さらに請求項３に記載の発明では、制御手段は、演算された熱量に、予め定める補正量を減じた熱量が得られるように制限値を設定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明に従えば、演算された熱量に、補正量を減じた熱量が得られるように、ヒータの出力が制御される。したがって実水温を目標水温よりもやや下回らせるようにヒータ出力を補正することができるので、短時間で目標水温に近づけることができる。

さらに請求項４に記載の発明では、空調ケース内に設けられ、送風機によって送風される空気を冷却する冷却用熱交換器（１２）と、
冷却用熱交換器を通過した空気の温度を検出する温度検出手段（３２）と、をさらに含み、
制御手段は、空調要求を満足するために必要な熱量を、空調要求を満足するための目標吹出温度と温度検出手段によって検出された空気温度とを用いて演算することを特徴とする。

請求項４に記載の発明に従えば、必要な熱量を、目標吹出温度と空気温度とを用いて演算するので、高精度に必要な熱量を演算することができる。

さらに請求項５に記載の発明では、ヒータ回路を循環する水の温度であって、加熱用熱交換器の出口における温度を検出する水温検出手段（３０）をさらに含み、
制御手段は、空調要求を満足するために必要な熱量を、空調要求を満足するための目標水温と水温検出手段によって検出された実水温とを用いて演算することを特徴とする。

請求項５に記載の発明に従えば、必要な熱量を、目標水温と実水温とを用いて演算するので、高精度に必要な熱量を演算することができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図７を用いて説明する。図１は、第１実施形態の車両用空調装置１の全体構成を示す模式図である。車両用空調装置１は、走行用電動モータ（図示せず）を走行用の駆動源とする車両に搭載される。車両用空調装置１は、冷凍サイクル２、ヒータ回路３、室内ユニット４および制御装置５を含む。車両用空調装置１は、たとえば車両の車室内前部の計器盤下部に設置される。

室内ユニット４を構成する空調ケース６は、一端側に空気の吸入口７，８を有し、他端側に車室内への吹出口（図示せず）を有し、吸入口７，８から吹出口へ空調空気を導く空調空気通路９を構成している。空調ケース６の一端側には内気を吸入する内気吸入口７、および外気を吸入する外気吸入口８が設けられている。内気吸入口７と外気吸入口８は内外気切替ドア１０により切替および開閉される。

吸入口７，８に隣接して、空調ケース６内に空気を送風する送風機１１が設置される。送風機１１は、遠心ファン１１ａとその駆動用のブロアモータ１１ｂとを含む。ブロアモータ１１ｂに印加されるブロア電圧は、制御装置５によって制御される。

空調ケース６の他端側には車室内へ通ずる複数の吹出口（図示せず）が形成されている。これらの吹出口は吹出モード切替ドア（図示せず）によりそれぞれ切替および開閉され、たとえばフェイス、バイレベル、フット、およびデフロスタ等の吹出モードが設定される。

送風機１１より空気下流側における空調ケース６内には冷凍サイクル２の室内器１２が設けられている。室内器１２は、冷凍サイクル２の低圧冷媒が空気から吸熱して、空気を冷却するものである。室内器１２より空気下流側にはヒータ回路３のヒータコア１３が設けられている。ヒータコア１３は、温水を加熱源として自身を流通する空調空気を加熱する熱交換器である。室内器１２およびヒータコア１３によって温度調節された空調空気は、選択された吹出口から車室内に吹出される。

ヒータ回路３は、温水（水）が循環する循環流路を構成する。ヒータ回路３には、温水を循環させる電動式のウォーターポンプ１４、温水を加熱する電気ヒータ１５、循環する温水の温度を検出する水温センサ３０，３１、およびヒータコア１３が設けられる。したがって電気ヒータ１５は、車室内に送風される空気を加熱して空調風を提供するときに、熱源として用いられる。ヒータコア１３は、電気ヒータ１５によって加熱された温水が、内部に流通するように構成される。

水温センサ３０，３１は、ヒータ回路３を循環する水の温度を検出する水温検出手段である。水温センサ３０，３１は、電気ヒータ１５を通過後、ヒータコア１３に流入前の温水の温度を検出する入口水温センサ３１と、ヒータコア１３を通過後、電気ヒータ１５を通過する前の温水の温度を検出する出口水温センサ３０とが設けられる。水温センサ３０，３１は、検出した温度情報を、制御装置５を構成するエアコンＥＣＵ２５に与える。

電気ヒータ１５には、車載のバッテリ１７から得た直流電力が、制御装置５を構成するインバータ部１８によって個別にデューティ制御されて供給される。電気ヒータ１５は、電力が供給されている状態での消費電力は一定であり、たとえばニクロム線を利用したシーズヒータである。

冷凍サイクル２は、電動圧縮機１９、膨張弁２０、室外器２１および室内器１２が環状のサイクル流路２２に順次接続される。冷凍サイクル２内を循環する冷媒としては、二酸化炭素（ＣＯ２）を用いており、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力よりも高い状態で使用される場合を有している。

電動圧縮機１９は、交流モータ（図示せず）によって駆動されて、空気を冷却して空調風を提供するときに用いられる冷媒を高温高圧に圧縮して室外器２１へ吐出する流体機械である。電動圧縮機１９は、作動回転数によって冷媒の吐出量を可変可能としている。電動圧縮機１９は、制御装置５によってその作動および冷媒吐出量が制御される。電動圧縮機１９の交流モータには、車載のバッテリ１７（本実施形態では定格電圧３００Ｖの直流電源）から得た直流電力がインバータ部１８によって交流電力に変換されて供給される。電動圧縮機１９の吐出側であって、たとえば電動圧縮機１９と室外器２１との間には、冷媒の状態量を検出する冷媒状態検出手段（図示せず）が設けられる。冷媒状態検出手段は、吐出された冷媒の温度を検出する温度センサおよび冷媒の圧力を検出する圧力センサによって実現される。各センサは、検出した温度情報および圧力情報を制御装置５に与える。

室外器２１は、凝縮器であって、電動圧縮機１９から吐出された冷媒とエンジンルーム内に流入する外気との間で熱交換する熱交換器である。室外器２１は、車両のエンジンルームの前方、たとえばグリルの後方に配置される。室外器２１の冷媒流出側であって、たとえば室外器２１と膨張弁２０との間には室外器２１から流出される冷媒の温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられる。温度センサは、検出した温度情報を制御装置５に与える。

膨張弁２０は、室外器２１から流出される冷媒を減圧する（低温低圧にする）減圧手段である。膨張弁２０には感温部（図示せず）およびキャピラリ（図示せず）が接続されており、室外器２１から流出される冷媒の温度に応じて膨張弁２０の弁開度が調節される機械式膨張弁としている。具体的には、感温部での冷媒温度が高いと弁開度が小さい側に可変されて室外器２１における冷媒圧力が高い側に維持され、逆に感温部での冷媒温度が低くなると弁開度が大きい側に可変されて室外器２１における冷媒圧力が低い側に維持される。

室内器１２は、室内ユニット４の空調ケース６内で空調空気通路９全体を横断するように配設される。室内器１２は、蒸発器であって、膨張弁２０で減圧された冷媒と空調ケース６内を流通する空調空気との間で熱交換して、空調空気を冷却する熱交換器である。室内器１２から流出された冷媒は、電動圧縮機１９に与えられる。室内器１２の空調空気流れの下流側には、冷却された空気温度（エバ後空気温度）を検出する室内器温度センサ３２が設けられる。室内器温度センサ３２は、検出した温度情報をエアコンＥＣＵ２５に与える。

空調ケース６内には、室内器１２に加えて、暖房器としてのヒータコア１３が配設されている。ヒータコア１３は、室内器１２に対して空調空気流れ下流側に配置されている。ヒータコア１３と空調ケース６との間にはヒータコア１３をバイパスして空調空気が流通するバイパス流路２３が形成されている。

ヒータコア１３の近傍には通過する空調空気量を調節するエアミックスドア２４が設けられている。エアミックスドア２４は、ヒータコア１３の空調空気流通部を開閉する回動式のドアである。エアミックスドア２４の開度に応じて、ヒータコア１３を流通する加熱空気とバイパス流路２３を流通する冷却空気との流量割合が調節されて、ヒータコア１３の下流側の空調空気温度が調節される。エアミックスドア２４の開度は、制御装置５によって制御される。

制御装置５は、エアコン電子制御装置（Electronic Control Unit：略称ＥＣＵ）２５とインバータ部１８を含む。エアコンＥＣＵ２５は、マイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。エアコンＥＣＵ２５には、前述したセンサの他に、外気温を検出する外気温度センサ３３、内気温度を検出する内気温度センサ３４および日射量を検出する日射センサ３５からの情報が与えられる。エアコンＥＣＵ２５は、予め設定されたプログラムに従って各種センサから与えられる情報および操作パネル（図示せず）で乗員が設定する設定情報に対する演算処理を行う。エアコンＥＣＵ２５は、空調要求に基づいて、たとえばエアミックスドア２４、電動圧縮機１９、電気ヒータ１５およびブロアモータ１１ｂなどを制御する。したがってエアコンＥＣＵ２５は、ブロアモータ１１ｂのブロア電圧が既知であるので、ブロアモータ１１ｂのブロア電圧を検出する手段としての機能を有する。

インバータ部１８は、エアコンＥＣＵ２５からの指令によって電動圧縮機１９および電気ヒータ１５の作動を制御する。したがってインバータ部１８とエアコンＥＣＵ２５は、電気負荷である電動圧縮機１９および電気ヒータ１５への電力の供給を制御する制御手段を構成する。インバータ部１８には、バッテリ１７の直流電力がヒューズ２９を介して供給されている。バッテリ１７は、電源であって、たとえば水素と酸素との化学反応を利用して電力を発生する燃料電池（図示せず）にて充電される蓄電手段である。インバータ部１８は、電気ヒータ用インバータ２６および電動圧縮機用インバータ２８を含む。各インバータ２６，２８は、バッテリ１７およびヒューズ２９に対して並列に接続される。

ヒューズ２９は、ヒューズ許容電流が予め設定され、ヒューズ許容電流以上となるとヒューズ２９が断線し、過電流がバッテリ１７から電気負荷に流れないように動作する。ヒューズ２９の許容電流は、負荷の起動電流と定格電流とに基づいて設定され、負荷の定格電流がヒューズ２９の許容電流以上になるとヒューズ２９が断線する。

電動圧縮機用インバータ２８は、直流電力をスイッチングして可変周波数の交流出力（交流電力）を作りだし、その交流出力によって電動圧縮機１９の回転数を可変制御する。電気ヒータ用インバータ２６は、直流電力をスイッチングして、電気ヒータ１５に供給される電力をデューティ制御する。デューティ制御は、電気ヒータなどの負荷への通電を短い周期で繰り返しオン／オフさせ、１周期当たりのオン時間（通電パルスの幅）の比率（デューティ比）を制御することで、負荷電流や負荷電圧を制御することである。このデューティ制御によって、電気ヒータ１５にはバッテリ１７の電圧と等しい電圧が電気ヒータ用インバータ２６を介して印加される。各インバータ２６，２８のスイッチング素子としては、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタが用いられる。

次に、エアコンＥＣＵ２５の電気ヒータ用インバータ２６の制御処理に関して説明する。図２は、エアコンＥＣＵ２５における電気ヒータ用インバータ２６のデューティ比の決定手順を示すフローチャートである。エアコンＥＣＵ２５は、図２の制御処理が実行される以前に電動圧縮機１９の動作状態、たとえば運転および停止を決定している。またエアコンＥＣＵ２５は、図２に示す処理を短時間に繰返す。

ステップａ１では、ヒータ回路を循環する温水の目標水温を決定し、ステップａ２に移る。目標水温は、たとえば次式（１）によって演算される。

ＴＷＯ（ｎ）＝｛ＴＡＯ（ｎ）−ＴＥ（ｎ）｝／φ＋ＴＥ（ｎ） …（１）
ここで、ｎは本フローの処理回数を示し、ＴＷＯ（ｎ）は目標水温を示し、ＴＥ（ｎ）は室内器１２を通過した空気の温度を示し、ＴＡＯ（ｎ）は目標吹出温度を示し、φはヒータコア１３の温度効率を示す。このように式（１）では、目標吹出温度ＴＷＯ（ｎ）とエバ後温度ＴＥ（ｎ）との温度差からヒータコア１３にて必要な熱量を演算して、目標水温ＴＷＯ（ｎ）を求めている。

ステップａ２では、電気ヒータ１５の出力を決定し、ステップａ３に移る。電気ヒータ１５の出力は、たとえば次式（２）および式（３）によって演算される。

Ｅ（ｎ）＝ＴＷ（ｎ）−ＴＷＯ（ｎ） …（２）
Ｗ（ｎ）＝Ｗ（ｎ−１）＋Ｋｐ｛Ｅ（ｎ）−Ｅ（ｎ−１）｝＋（θ／Ｔｉ）×Ｅ（ｎ）
…（３）
ここで、Ｗ（ｎ）は電気ヒータ１５の出力を示し、ＴＷは現在の水温（実水温）を示し、
Ｗ（ｎ−１）が電気ヒータ１５の出力の前回値を示し、Ｋｐは比例定数を示し、θはサンプリング周期を示し、Ｔｉは積分定数を示す。式（３）に示すように、電気ヒータ１５の出力がＰＩ制御によって決定される。

ステップａ３では、ヒータ出力の決定処理を実行し、ステップａ４に移る。ヒータ出力の決定処理は、ブロア電圧がＨｉレベルからＬｏレベルになった場合に、ヒータコア１３に要求される放熱量が単位時間あたり予め定める変化量を超えて減少したときと判断して、電気ヒータ１５の出力をＨｉレベルのときよりも低減した一定の値の制限値に決定する処理である。またＨｉレベルまたはＬｏレベルが維持されている場合には、前述のステップａ２で演算したヒータ出力に決定する処理である。ブロア電圧がＨｉレベルからＬｏレベルになる原因として、たとえば乗員が手動操作によって風量を低下させた場合、および乗員が設定温度を大幅に変更した場合がある。

ステップａ４では、ステップａ２およびステップａ３で決定されたヒータ出力と電気ヒータ最大出力（Ｗｍａｘ）から、電気ヒータ１５のデューティ比（Ｄｕｔｙ）は、次式（４）によって演算される。

Ｄｕｔｙ＝Ｗ（ｎ）／Ｗｍａｘ …（４）
ステップａ５では、ステップａ４にて算出されたデューティ比（Ｄｕｔｙ）を電気ヒータ用インバータ２６へ出力し、本フローを終了する。これによってデューティ比が与えられた電気ヒータ用インバータ２６は、電気ヒータ１５を与えられたデューティ比でデューティ制御する。

このようにエアコンＥＣＵ２５は、ステップａ２にて目標水温に基づいて電気ヒータ１５の出力を仮決定する。エアコンＥＣＵ２５は、ステップａ２にて仮決定した電気ヒータ１５の出力が大きすぎて目標水温を上回るような場合は、ステップａ３にて出力を小さくするように制御し、最終的なヒータ出力を決定する。

次に、ステップａ３のヒータ出力の決定処理に関してさらに説明する。図３は、エアコンＥＣＵ２５におけるヒータ出力の決定処理を示すフローチャートである。エアコンＥＣＵ２５は、図２のステップａ２の処理がなされると、本フローを開始する。

ステップｂ１では、送風機１１のブロア電圧がＨｉレベルからＬｏレベルに低下したか否かを判断し、低下した場合、ステップｂ２に移り、低下していない場合、本フローを終了する。

ステップｂ２では、ブロア電圧が低下して風量が低下したので、電気ヒータ１５の出力の制限値である必要能力下限値（Ｗｌｏｗｅｒ）を演算し、ステップｂ３に移る。必要能力下限値は、たとえば次式（５）によって演算される。

Ｗｌｏｗｅｒ＝｛ＴＡＯ（ｎ）−ＴＥ（ｎ）｝×Ｃ×ρ×Ｖａ−α …（５）
ここでＣは空気比熱を示し、ρは空気密度を示し、Ｖａは風量を示し、αは補正量を示す。またＶａは、ブロア電圧と吹出モードとに依存する値である。このように式（５）では、目標吹出温度ＴＡＯとエバ後空気温度ＴＥとの差に、単位時間当たりの空気通過量を乗算して目標吹出温度ＴＡＯに必要な熱量を演算し、この必要な熱量に補正量αを減じた値が必要能力下限値Ｗｌｏｗｅｒとして演算される。したがって必要能力下限値は、空調要求（目標吹出温度）を満足するために必要な熱量である。また必要能力下限値は、式（５）に示すように、実水温に依存しないので、目標吹出温度ＴＡＯ（ｎ）が変化しない限り、一定の値となる。

ステップｂ３では、ステップａ２にて演算した出力Ｗ（ｎ）と、ステップｂ２にて演算した必要能力下限値Ｗｌｏｗｅｒとを比較し、出力Ｗ（ｎ）が小さい場合、ステップｂ４に移り、小さくない場合、本フローを終了する。ステップｂ４では、出力Ｗ（ｎ）が必要能力下限値Ｗｌｏｗｅｒよりも小さいので、出力Ｗ（ｎ）を必要能力下限値Ｗｌｏｗｅｒに値を書き換え、本フローを終了する。

このようにエアコンＥＣＵ２５は、ステップｂ２にて必要能力下限値を演算する。必要能力下限値は、前述したように目標吹出温度を達成するためにヒータ回路３によって確保すべき熱量に、補正量を減算したものである。補正量によって、実水温が目標温度に無限に近づくことを防止することができる。このようにエアコンＥＣＵ２５は、ブロア電圧が急に減少した場合、電気ヒータ１５の出力を必要能力下限値に制御する。

次に、図３に示す決定処理を実行することによる効果に関して説明する。図４は、ブロアレベルの変化を示すグラフである。図４の縦軸はブロアレベルを示し、横軸は時間を示す。図５は、ヒータ回路３を循環する水の水温の変化を示すグラフである。図５の縦軸は水温を示し、横軸は時間を示す。図６は、電気ヒータ１５の出力の変化を示すグラフである。図６の縦軸は電気ヒータ１５の出力を示し、横軸は時間を示す。図７は、吹出温度の変化を示すグラフである。図７の縦軸は吹出温度を示し、横軸は時間を示す。また図５〜図７では、エアコンＥＣＵ２５の処理による波形を実線で示し、従来技術の制御部による処理（以下、単に「従来制御」ということがある）の波形を破線で示す。従来制御は、図２のステップａ３を除いた、ステップａ１、ステップａ２、ステップａ４、およびステップａ５を順次実行する処理である。

図４に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、ブロアレベルはＨｉレベルであり、時刻ｔ１以降にＬｏレベルとなる。ブロアレベルがＨｉレベルの場合は、ブロア電圧が高く（たとえば１１Ｖ）、風量が多い。またブロアレベルがＬｏレベルの場合は、ブロア電圧が低く（たとえば４Ｖ）、風量が少ない。このようにブロアレベルが２段階であるので、時刻ｔ１にブロアレベルがＨｉレベルからＬｏレベルになると、送風機１１によって送風される風量が突然、低下する。これによってヒータコア１３に要求される放熱量を急激に小さくする必要がある。したがって電気ヒータ１５の出力を小さくする必要がある。換言すると、送風機１１のブロアレベルの低下を検出することによって、ヒータコア１３の放熱量が、単位時間あたり予め定める変化量を超えて減少した場合を検出したこととなる。送風機１１のブロアレベルは、ＨｉレベルとＬｏレベルで段階的に変化する値であるので、そのＨｉレベルからＬｏレベルへの変化時間における変化量は、単位時間あたり予め定める変化量を超えて減少したものであると判断される。

図５〜図７に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、ブロアレベルはＨｉレベルで一定であるので、実水温ＴＷが第１の目標水温ＴＷＯ１で維持されている状態である。したがって時刻ｔ０から時刻ｔ１までのエアコンＥＣＵ２５の処理では、ステップｂ１の判断処理にてブロア電圧が安定しているので、ステップａ４に移る。このように時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、エアコンＥＣＵ２５の処理と従来制御とは、同様の処理となる。これによって時刻ｔ０からブロアレベルが低下する時刻ｔ１までの波形（実線と破線）は、互いに等しい。

ブロアレベルが低下することによって、目標水温が時刻ｔ１まで第１の目標水温ＴＷＯ１より低い、第２の目標水温ＴＷＯ２にステップａ１にて設定されている。そして時刻ｔ１では、前述したようにブロアレベルが低下するので、エアコンＥＣＵ２５のステップｂ１の判断処理にてステップｂ２に移る。またステップｂ２にて、ＰＩ制御のヒータ出力Ｗ（ｎ）では、電気ヒータ１５を停止し、出力Ｗ（ｎ）は必要能力下限値Ｗｌｏｗｅｒより小さいので、ステップｂ３からステップｂ４に移り、ステップｂ４にて、ヒータ出力が必要能力下限値に決定される。したがって図６に示すように、時刻ｔ２にてヒータ出力が現在の値から必要能力下限値まで下げられる。これに対して従来制御では、前述の式（３）に基づくＰＩ制御によってヒータ出力が停止するので、図５に示すように、時刻ｔ３にて目標水温を達し、その後、ヒータ出力を上昇させるが、水温の低下がすぐに止まらないので、目標水温を大きく下回る。

これに対してエアコンＥＣＵ２５は、ヒータ出力を早めの段階（時刻ｔ２）で必要能力下限値に制御しているので、一端、実水温が上昇するが、その後ゆるかか下降し、時刻ｔ４にて第２の目標水温ＴＷＯ２に達する。実水温が第２の目標水温ＴＷＯ２に達した時刻ｔ４以降は、ステップｂ３における判断で、ステップａ４に移るので、前述の式（３）に基づくＰＩ制御に再び戻り、目標水温が維持される。したがって図５に示すように、従来制御では水温の温度変化の波形が大きく波打っているが、エアコンＥＣＵ２５による処理では、ゆるやかな曲線で目標水温に達して、維持される。また図７に示すように、吹出温度は水温と同様に変化するので、従来制御では吹出温度の温度変化の波形が大きく波打っているが、エアコンＥＣＵ２５による処理では、ゆるやかな曲線で目標水温に達して、維持される。また目標水温に達するまでの時間は、従来制御と大きくかわらないので、短時間で目標水温にすることができる。

以上説明したように本実施の形態のエアコンＥＣＵ２５は、ブロアレベルが低下すると、電気ヒータ１５の出力を必要能力下限値となるように制御する（図６参照）。これによってブロアレベルが低下して、ヒータコア１３の放熱量を急激に減少させる必要がある場合であっても、実水温の下降速度を小さくすることができる。実水温の下降速度が小さいので、実水温を目標水温にゆっくりと到達させることができ、実水温を目標水温で安定させることができる。このように本実施形態では、電気ヒータ１５の出力を急に減少させる必要がある場合であっても、水温の変動を抑制することができる。したがって乗員のフィーリングが悪化することなく、快適な空調空間を提供することができる。

また本実施の形態では、ブロアレベルが低下すると、エアコンＥＣＵ２５によって空調要求を満足するために必要な熱量が式（５）によって演算される。これによって必要な熱量を用いて循環する水を加熱することができるので、実水温が目標水温を下回ることを抑制し、目標水温に近づけることができる。

さらに本実施の形態では、式（５）では補正量αが減算されているので、実水温が目標水温をやや下回らせるようにヒータ出力を補正することができる。したがって短時間で目標水温に近づけることができる。また補正量αが小さすぎると、実水温が無限に目標水温に近づくような制御となるので、補正量αは確実に目標水温に達することができる値に設定される。このように補正量αは、必要な熱量を補正する効果も有する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して説明する。前述の第１実施形態では熱量の演算は式（５）を用いていたが、本実施の形態では、次式（６）によって演算される点に特徴を有する。

Ｗｌｏｗｅｒ＝｛ＴＡＯ（ｎ）−ＴＷｏｕｔ（ｎ）｝×Ｃｗ×ρｗ×Ｇｗ−α …（６）
ここでＴＷｏｕｔ（ｎ）は出口水温センサ３０によって検出される出口水温を示し、Ｃｗはヒータ回路３を循環する温水の比熱を示し、ρｗは温水の密度を示し、Ｇｗは温水の流量を示し、αは補正量を示す。このように式（６）では、目標吹出温度ＴＡＯと出口水温ＴＷｏｕｔとの差に、単位時間当たりの流量を乗算して目標吹出温度に必要な熱量を演算し、この必要な熱量に補正量αを減算した値が必要能力下限値として演算している。したがって必要能力下限値は、空調要求（目標吹出温度）を満足するために必要な熱量となる。このように前述の式（５）に換えて式（６）を用いても、前述の第１実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

前述の第１実施形態では、放熱量が急激に低下する場合は、ブロアレベルがＨｉレベルからＬｏレベルに低下した場合であったが、このような場合に限ることはなく、放熱量が急激に低下する場合として、たとえば外気温が急激に上昇した場合、日射量が急激に上昇した場合であってもよい。したがって放熱量の変化を検出する手段は、ブロアレベルの状態を検出する手段に限ることはなく、外気温を検出する外気温度センサ、日射量を検出する日射センサなどであってもよい。たとえば外気温度が単位時間として数秒の間に、予め定める変化量として５度上昇した場合に、単位時間あたり予め定める変化量を超えて放熱量を減少させる必要がある場合と判断する。またたとえば日射量が単位時間として数秒の間に、予め定める変化量として１．５倍以上上昇した場合に、単位時間あたりに予め定める変化量を超えて放熱量を減少させる必要がある場合と判断する。換言すると、ヒータコア１３の放熱量が急激に減少して、電気ヒータ１５を従来制御では急遽出力を大幅に低下させる必要がある場合に、必要能力下限値によって、電気ヒータ１５の出力を制御することによって、前述の第１実施形態と同様の効果を達成することができる。

また前述の第１実施形態では、エアコンＥＣＵ２５は、ブロア電圧が低下した場合を、ヒータコア１３に要求される放熱量が、単位時間あたり予め定める変化量を超えて減少した場合として制御しているが、このような単位時間当たりの変化量は空調負荷の種類によって個別に設定される。単位時間あたりの変化量は、必要能力下限値によってヒータ出力を制御しないと、実水温が大きく変動するような値に設定される。したがって、たとえばブロア電圧がＨｉレベルとＬｏレベルの２段階の制御でなく、多段階の制御である場合、単に１段階だけブロア電圧が低下しただけでは、放熱量が大きく変動しないと判断して、従来制御を継続するように制御してもよい。

前述の第１実施形態では、電気ヒータ１５はヒータ回路３に１つだけ設けられていたが、１つに限ることはなく、２つ以上であってもよい。

また空調要求を満足するために必要な熱量は、前述の第１実施形態では式（５）を用いて演算し、前述の第２実施形態では式（６）を用いて演算しているが、この２つの式に限ることはなく、他のパラメータから必要な熱量を演算してもよく、また予め設定される制御マップなどから熱量を決定してもよい。

また前述の第１実施形態では、電気ヒータ１５をデューティ制御しているが、デューティ制御に限ることはなく、デューティ比に依存することなく通電状態と非通電状態を単に切り替えるように制御してもよい。

第１実施形態の車両用空調装置１の全体構成を示す模式図である。図である。 エアコンＥＣＵ２５における電気ヒータ用インバータ２６のデューティ比の決定手順を示すフローチャートである。 エアコンＥＣＵ２５におけるヒータ出力の決定処理を示すフローチャートである。 ブロアレベルの変化を示すグラフである。 ヒータ回路３を循環する水の水温の変化を示すグラフである。 電気ヒータ１５の出力の変化を示すグラフである。 吹出温度の変化を示すグラフである。 従来技術におけるヒータ回路の水温の変化を示すグラフである。

符号の説明

１…車両用空調装置
３…ヒータ回路
５…制御装置（制御手段）
９…空調空気通路（空気通路）
１１…送風機
１２…室内器（冷却用熱交換器）
１３…ヒータコア（加熱用熱交換器）
１５…電気ヒータ（ヒータ）
１７…バッテリ
１８…インバータ部
１９…電動圧縮機
２５…エアコンＥＣＵ（制御手段）
２６…電気ヒータ用インバータ
２８…電動圧縮機用インバータ
２９…ヒューズ
３０…出口水温センサ
３１…入口水温センサ
３２…室内器温度センサ

Claims (5)

1. 空気を送風する送風機（１１）と、
   前記送風機によって送風される空気が流れる空気通路（９）を形成する空調ケース（６）と、
   水が循環する循環流路を構成するヒータ回路（３）と、
   前記ヒータ回路に設けられ、前記ヒータ回路を循環する水を加熱するヒータ（１５）と、
   前記ヒータ回路に設けられ、前記循環する水を熱源として、前記送風機によって送風される空気を加熱する加熱用熱交換器（１３）と、
   車室内の空調要求に基づいて、前記ヒータの出力を制御する制御手段（２５）と、を含み、
   前記制御手段は、前記空調要求を満足するために要求される前記加熱用熱交換器の放熱量が単位時間あたり予め定める変化量を超えて減少した場合、前記ヒータの出力を前記減少前よりも低減した一定の値である制限値で動作させるように制御することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記制御手段は、前記空調要求を満足するために必要な熱量を演算し、前記演算した熱量が得られるように前記制限値を設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。
3. 前記制御手段は、前記演算された熱量に、予め定める補正量を減じた熱量が得られるように前記制限値を設定することを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記空調ケース内に設けられ、前記送風機によって送風される空気を冷却する冷却用熱交換器（１２）と、
   前記冷却用熱交換器を通過した空気の温度を検出する温度検出手段（３２）と、をさらに含み、
   前記制御手段は、前記空調要求を満足するために必要な熱量を、前記空調要求を満足するための目標吹出温度と前記温度検出手段によって検出された空気温度とを用いて演算することを特徴とする請求項２または３に記載の車両用空調装置。
5. 前記ヒータ回路を循環する水の温度であって、前記加熱用熱交換器の出口における温度を検出する水温検出手段（３０）をさらに含み、
   前記制御手段は、前記空調要求を満足するために必要な熱量を、前記空調要求を満足するための目標水温と前記水温検出手段によって検出された実水温とを用いて演算することを特徴とする請求項２または３に記載の車両用空調装置。

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