JP2004276857A

JP2004276857A - 車両用窓ガラス防曇装置

Info

Publication number: JP2004276857A
Application number: JP2003074102A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Ki; 由典逵; Masahiko Sugaya; 雅彦菅谷; Nobukazu Kuribayashi; 信和栗林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】電気ヒータ９２から窓ガラス９１に与える熱量を制御する新規の自動車用防曇装置を提供する
【解決手段】自動車の窓ガラス９１に沿うように装着される電気ヒータ９２と、窓ガラス９１の防曇に必要な加熱量を算出するＥＣＵ２６を有し、ＥＣＵ２６は、この算出された加熱量を基に、窓ガラス９１を加熱させるように電気ヒータ９２を制御する。これにより、車室内の空調状態を乱すことなく、窓ガラス９１の状態に応じて、電気ヒータ９２から窓ガラス９１に与える熱量を制御して、窓ガラス９１の防曇を行うことができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用窓ガラスを加熱する車両用窓ガラス防曇装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空調装置のエバポレータの冷却能力を調整することによりエバポレータから吹き出される送風空気の乾燥度合いを調整しこの調整された乾燥空気を窓ガラスに向け吹き出す車両用窓ガラス防曇装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１３７６２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この防曇装置では、乾燥空気を吹き出すための送風機から騒音が発生したり、窓ガラスに吹き出された乾燥空気が窓ガラスにより反射されて乗員頭部に当たったり、乾燥空気が車室内の空調状態を乱したり、するといったデメリットがある。
【０００５】
そこで、近年、上述のデメリットを回避するために、電気ヒータを窓ガラスに装着して窓ガラスを直接加熱するように構成されている電熱ガラスが提案されている。
【０００６】
しかし、この電気ヒータで窓ガラスの防曇を行うには、エバポレータの冷却能力を調整するための従来の制御手法を用いることができず、窓ガラスの状態に応じて電気ヒータから窓ガラスに与える熱量を制御するための新規の制御手法が必要になると考えられる。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、窓ガラスの状態に応じて、電気ヒータから窓ガラスに与える熱量を制御するための新規の車両用窓ガラス防曇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】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、自動車の窓ガラスを直接的に加熱する電気ヒータ（９２）と、窓ガラスの防曇に必要な加熱量を算出する算出手段（Ｓ１１０）と、算出された加熱量を基に、窓ガラスを加熱させるように電気ヒータを制御する制御手段（Ｓ１３０、Ｓ１４０）と、を有することを特徴とする。
【０００９】
これにより、窓ガラスの状態に応じて、電気ヒータから窓ガラスに与える熱量を制御するための新規の車両用窓ガラス防曇装置を提供することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のように、算出手段により必要な加熱量を算出するのに、内気温度センサ（２８）により検出される車室内温度、および、外気温度センサ（２９）により検出される車室外温度を用いることが好ましい。
【００１１】
ここで、請求項４に記載の発明のように、算出手段が、車室内温度、車室外温度、および車両の速度センサ（４２）により検出される移動速度を基に、必要な加熱量を算出すれば、車両の移動速度を考慮して必要な加熱量を算出することができるので、この必要な加熱量としては正確に算出することができる。
【００１２】
なお、請求項５に記載の発明のように、電気ヒータは、窓ガラスに沿うように膜状に生成されたものを用いることが好ましい。
【００１３】
また、車載バッテリの残容量が少ないときに電気ヒータを動作させると、この電気ヒータの動作に伴い車載バッテリの残容量が不足して、バッテリ上がりを招く可能性がある。
【００１４】
そこで、請求項２に記載の発明のように、窓ガラスに向け空調風を吹き出すための空調手段（６、７、８、２０、２１）を有し、車載バッテリ（Ｂ）の残容量を検出して、この検出される車載バッテリの残容量が、所定レベル未満であると判定されたとき、制御手段は、算出された加熱量を基に、窓ガラスを加熱させるように電気ヒータを制御するとともに、窓ガラスに向け空調風を吹き出させるように空調手段を制御するように構成することが好適である。
【００１５】
因みに、上記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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の車両用防曇装置が適用された自動車用空調装置の本実施形態に係る模式図であり、自動車用空調装置は、空調ユニット１を備え、この空調ユニット１は、自動車の車室内に吹き出す空気の通路を構成する空調ケーシング２を備えている。
【００１７】
そして、空調ケーシング２の空気上流側部位には、車室内空気を吸入するための内気吸入口３と車室外空気を吸入するための外気吸入口４とが形成されているとともに、これらの吸入口３、４を選択的に開閉する吸入口切換ドア５が設けられている。なお、この吸入口切換ドア５は、サーボモータ（駆動手段）６によって開閉される。
【００１８】
この吸入口切換ドア５の下流側部位には送風機７が配設されており、この送風機７により両吸入口３、４から吸入された空気が、後述する各吹出口１３、１４、１５に向けて送風される。
【００１９】
そして、送風機７の空気下流側には、送風機７により送風された空気を冷却する蒸発器（空気冷却手段）８が配設されており、蒸発器８の空気下流側には、走行用エンジン（図示せず。）の廃熱を熱源として蒸発器８を通過した空気を加熱するヒータコア（空気加熱手段）９が配設されている。
【００２０】
なお、蒸発器８は、フロン等の冷媒を蒸発させることにより冷凍能力（冷房能力）を発揮する蒸気圧縮式冷凍サイクルの低圧側の熱交換器であり、２２はエンジンから動力を得て冷媒を吸入圧縮する圧縮機であり、２３は圧縮機２２から吐出した冷媒を冷却（凝縮）する放熱器（凝縮器）であり、２４は放熱器２３から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を流出するとともに、余剰冷媒を蓄えるレシーバ（気液分離手段）であり、２５はレシーバ２４から流出した冷媒を減圧する減圧器である。
【００２１】
また、空調ケーシング２には、蒸発器８を通過した空気をヒータコア９を迂回させて下流側に流すバイパス通路１０が形成されており、ヒータコア９の空気上流側には、ヒータコア９を通過する風量とバイパス通路１０を通過する風量との風量割合を調節するエアミックスドア１１が配設されている。
【００２２】
そして、本実施形態では、蒸発器８、ヒータコア９、バイパス通路１０及びエアミックスドア１１により車室内に吹き出す空気の温度を調節する温度調節手段が構成されている。
【００２３】
また、空調ケーシング２の最下流側部位には、車室内乗員の上半身に空調空気を吹き出すためのフェイス吹出口１２と、車室内乗員の足元に空気を吹き出すためのフット吹出口１３と、フロント側の電気ヒータ内蔵型ウインドシールド９の内面に向かって空気を吹き出すためのデフロスタ吹出口１４と、が形成されている。このウインドシールド９の構成については後述する。
【００２４】
そして、上記各吹出口１２〜１４の空気上流側部位それぞれには、吹出モード切換ドア１５〜１７が配設されており、これら吹出モード切換ドア１５〜１７及びエアミックスドア１１は、サーボモータ（駆動手段）１８〜２１よって開閉される。なお、サーボモータ６、２０、２１、送風機７および蒸発器８は、請求項に記載の空調手段を構成している。
【００２５】
また、符号２６は、サーボモータ６、１８〜２１、送風機７及びエンジンからの動力を断続可能に圧縮機に伝達する電磁クラッチ２２ａ等を制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵという）である。このＥＣＵ２６には、蒸発器８を通過した直後の空気温度（以下、この温度を蒸発器吹出温度Ｔｅと呼ぶ。）を検出する温度センサ２７、車室内の空気温度を検出する内気温度センサ２８、車室外の空気温度を検出する外気温度センサ２９、及び車両に降り注がれる日射量を検出する日射センサ３０、車室内の湿度を検出する湿度センサ４０、フロント側の電気ヒータ内蔵型ウインドシールド９の内表面の温度を検出する温度センサ４１等の空調センサ３１の検出値、車速センサ４２により検出される自動車の移動速度、並びに乗員の手動操作により乗員（人員）が希望する車室内温度（希望室内温度）を設定（入力）する温度設定器（温度設定手段）３２の設定温度Ｔｓｅｔが入力されている。
【００２６】
ここで、温度センサ３１としては、サーミスタ等のセンサが用いられ、電気ヒータ内蔵型ウインドシールド（ＥＨＷ）９の内側窓ガラス９１の内表面の温度を検出する。車速センサ４２としては、自動車の駆動輪を回転数を基に移動速度を検出するセンサが用いられる。
【００２７】
なお、３３は室内空気を導入する内気モードと室外空気を導入する外気モードとを切り替える内外気切替えスイッチであり、３４はデフモードを選択するデフスイッチであり、３５は蒸発器吹出温度Ｔｅを略３℃程度に維持するように蒸発器８で発生する冷房能力（電磁クラッチ２２ａ）を制御するＡ／Ｃモードと、蒸発器吹出温度を略１２℃以下となるように蒸発器８で発生する冷房能力（電磁クラッチ２２ａ）を制御するＥＣＯ（エコノミー）モードと切り替えるＥＣＯ（エコノミー）スイッチであり、これらのスイッチ３３〜３５からの信号もＥＣＵ２６に入力されている。
【００２８】
ここで、フロント側の電気ヒータ内蔵型ウインドシールド９の構成について図２を用いて説明すると、電気ヒータ内蔵型ウインドシールド９は、板状の窓ガラス部材９０、９１の間に電気ヒータ９２および補強用樹脂膜９３を挟んで構成されている。そして、電気ヒータ９２としては、外側窓ガラス部材９０に沿うように膜状に成形されている導電性発熱膜が用いられ、この発熱膜は、ＥＣＵ２６から電力が供給されて発熱する。
【００２９】
次に、本実施形態の作動について説明する。ＥＣＵ２６は、図３のフローチャートにしたがって、防曇処理を実行する。この防曇処理は、デフスイッチ３４が手動操作により投入されたとき、繰り返し実行される。
【００３０】
先ず、デフスイッチ３４が手動操作により投入されたとき、センサ２７〜３０、４０〜４２から出力される各センサ検出値、および温度設定器３２から出力される設定温度Ｔｓｅｔをそれぞれ取得する（Ｓ１００）。これに伴い、電気ヒータ内蔵型ウインドシールド９の防曇に必要な熱量Ｑｄｍを次式１に基づき算出する（Ｓ１１０）。
【００３１】
【数式１】
Ｑｄｍ＝Ｑｇｌａｓｓ＋Ｑｏｕｔｅｒ＋Ｑｉｎｎｅｒ
ここで、Ｑｇｌａｓｓは、車室外にへの放熱を考慮しない場合において、現在の窓ガラス９１の温度から防曇目標温度「ＴＡＯ（＝露点＋一定温度：α（℃））」まで窓ガラス９１を加熱するのに必要な熱量である。そして、この熱量Ｑｇｌａｓｓは、次式２で算出される。
【００３２】
【数式２】
Ｑｇｌａｓｓ＝Ｔｇ・ａ１＋Ｔｒ・ａ２＋ａ３
ここで、Ｔｇは、温度センサ３１により検出される窓ガラス９１の内表面温度、Ｔｒは露点を示すものであって、内表面温度Ｔｇと、湿度センサ４０により検出される車室内湿度とに基づき算出される。なお、ａ１、ａ２は係数であり、ａ３は補正定数である。
【００３３】
また、数式１中のＱｏｕｔｅｒは、内蔵型ウインドシールド９から車室外に放熱される熱量を示し、この熱量は、次式３で算出される。
【００３４】
【数式３】
Ｑｏｕｔｅｒ＝Ｔｇ・ｂ１＋Ｔａｍ・ｂ２＋Ｓｏ・ｂ３＋ｂ４
ここで、Ｔａｍは外気温度センサ２９により検出される室外空気温度、Ｓｏは車速センサ４２により検出される自動車の移動速度である。ｂ１、ｂ２、ｂ３は、それぞれ係数であり、ｂ４は補正定数である。
【００３５】
また、数式１中のＱｉｎｎｅｒは、内蔵型ウインドシールド９から車室内に放熱される熱量を示し、この熱量は、次式４で算出される。
【００３６】
【数式４】
Ｑｉｎｎｅｒ＝Ｔｇ・ｃ１＋Ｔｒ・ｃ２＋ｃ３
ここで、Ｔｒは内気温度センサ２８で検出された車室内の空気温度であり、ｃ１、ｃ２は係数を示し、ｃ３は補正定数を示す。
【００３７】
以上のように算出された必要熱量Ｑｄｍを基に、内蔵型ウインドシールド９への防曇が必要か否かを判定する（Ｓ１１０ａ）。必要熱量Ｑｄｍが零より小さいならば（Ｑｄｍ≦０）、内蔵型ウインドシールド９への防曇が必要が無いとして、ＮＯと判定する。そして、必要熱量Ｑｄｍが零より大きいときには（Ｑｄｍ＞０）、内蔵型ウインドシールド９への防曇が必要であるとして、ＹＥＳと判定する。
【００３８】
そして、ＹＥＳと判定された場合には、車載バッテリＢの正極端子の電圧（以下、バッテリ電圧という）をサンプリングして、このサンプリングされるバッテリ電圧を基に、内蔵型ウインドシールド９への防曇を行うのに、電気ヒータ９２だけを用いるか、或いは、電気ヒータ９２に加えてデフロスタ吹出口１４から空調風をウインドシールド９に吹き出させるかを決定する。
【００３９】
具体的には、予めメモリに記憶された特性表に基づき、バッテリ電圧を基に、車載バッテリＢの通電可能最大電力Ｑを算出される。特性表は、図４に示すように、バッテリ電圧、バッテリ残容量、通電可能最大電力がそれぞれ、１：１：１で特定されるように、バッテリ電圧、バッテリ残容量、通電可能最大電力の各データを含んで構成されている。
【００４０】
このように特性表及びバッテリ電圧を基に通電可能最大電力Ｑｅｈｗを算出すると、この通電可能最大電力Ｑｅｈｗと必要熱量Ｑｄｍとを比較し、通電可能最大電力Ｑｅｈｗの方が必要熱量Ｑｄｍに比べて大きいとき（０＜Ｑｄｍ＜Ｑｅｈｗ）、内蔵型ウインドシールド９への防曇を行うのに、電気ヒータ９２だけを用いるべきであると判定する。これに伴い、車載バッテリＢからの給電に基づき、電気ヒータ９２への通電を開始して電気ヒータ９２から窓ガラス９１、９２への加熱を開始する。その後、必要熱量Ｑｄｍが零より小さく（Ｑｄｍ≦０）、防曇の必要がないと判定されるまで、ステップＳ１００〜Ｓ１３０の処理が繰り返される。
【００４１】
また、通電可能最大電力Ｑｅｈｗの方が必要熱量Ｑｄｍに比べて小さいとき（Ｑｄｍ≧Ｑｅｈｗ）、内蔵型ウインドシールド９への防曇を行うのに、電気ヒータ９２による加熱に加えて空調風を用いるべきであると判定する。
【００４２】
この場合、車載バッテリＢからの給電に基づき、電気ヒータ９２への通電を開始して電気ヒータ９２から窓ガラス９１、９２への加熱を開始するとともに、次のように、サーボモータ６、２０、２１などを駆動して、空調ユニット１からデフロスタ吹出口１４を通して空調風をウインドシールド９の内表面に向けて吹き出させる。
【００４３】
すなわち、サーボモータ６により吸入口切換ドア５を回転させて、内気吸入口３を開けるとともに、外気吸入口４を閉じる。さらに、上述の露点Ｔｒに一定温度αを加算した防曇目標温度ＴＡＯに基づいて、エアミックスドア１１の開度ＳＷを決定する。そして、サーボモータ２１によりエアミックスドア１１を回転させてこのドアの開度を上述の決定された開度ＳＷに近づけるようにする。また、蒸発器吹出温度が一定温度に近づけるように電磁クラッチ２２ａ（つまり、圧縮機２２の稼働率）を制御する。さらに、送風機７の電動モータに一定電圧を出力する。
【００４４】
なお、エアミックスドア１１の開度ＳＷは、次式５に基づいて決定する。
【００４５】
【数５】
ＳＷ（％）＝（ＴＡＯ−Ｔｅ）／（Ｔｗ−Ｔｅ）×１００
Ｔｅ：蒸発器吹出温度（センサ２７の検出温度）
Ｔｗ：ヒータコア９に流入する温水の温度
以上のようにサーボモータ６、２０、２１などを駆動すると、送風機７により車室内から内気吸入口３を通して空気が吸入される。そして、この空気が蒸発器８により除湿されて、この除湿された空気流がエアミックスドア１１により、バイパス通路１０に流入される空気流とヒータコア９に流入されるの空気流とに分けられる。さらに、双方の空気流は混合されて空調風としてデフロスタ吹出口１４からフロント側の電気ヒータ内蔵型ウインドシールド９の内面に向かって空気を吹き出される。これにより、電気ヒータ９２による加熱に加えて空調風を用いてウインドシールド９の防曇を実行することになる。
【００４６】
次に、本実施形態の作用効果を示す。すなわち、自動車の窓ガラス９１に沿うように装着される電気ヒータ９２と、窓ガラス９１の防曇に必要な加熱量を算出するＥＣＵ２６を有し、ＥＣＵ２６は、この算出された加熱量を基に、窓ガラス９１を加熱させるように電気ヒータ９２を制御する。これにより、車室内の空調状態を乱すことなく、窓ガラス９１の状態に応じて、電気ヒータ９２から窓ガラス９１に与える熱量を制御するための新規の装置を提供することができる。
【００４７】
ここで、フロントウインドシールド９から車室外に放熱される熱量は、車両の移動速度に応じて大きく変化するものの、本実施形態では、ＥＣＵ２６が、車室内温度、車室外温度、および車両の移動速度を基に、必要な加熱量を算出したので、この必要な加熱量としては正確に算出することができる。これにより、電気ヒータ９２から窓ガラス９１に与える熱量を精度良く制御することができる。
【００４８】
また、車載バッテリＢの残容量が少ないときに電気ヒータ９２を動作させると、この電気ヒータ９２の動作に伴い車載バッテリＢの残容量が不足して、バッテリ上がりを招く可能性がある。
【００４９】
そこで、窓ガラスに向け空調風を吹き出す空調ユニット１を有し、車載バッテリ（Ｂ）の残容量を検出して、この検出される車載バッテリの残容量が、所定レベル未満であると判定されたとき、上述のように算出される必要な加熱量を基に、窓ガラス９１を加熱させるように電気ヒータ９２を制御するとともに、窓ガラス９１に向け空調風を吹き出させるようにサーボーモータ６、２０、２１、送風機７の電動モータを制御する。
【００５０】
このことにより、電気ヒータ９２と空調風とにより窓ガラス９１の防曇が行われるので、車載バッテリＢの電力消費量を減らし、バッテリ上がりを未然に防ぐことができる。
【００５１】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、サーミスタなどの温度センサ４１を用いて、フロントウインドシールド９の窓ガラス９１の内表面の温度（以下、ガラス温度という）を検出する例について説明したが、これに代えて、サーミスタなどの温度センサ４１を用いずに、車室内の空気温度、車室外の空気温度、車速、日射量、ＥＣＵ２６から電気ヒー１タ９２への通電量（電流値）、その通電時間およびガラス温度がそれぞれ、１：１：１：１：１：１：１で特定される特性表（データマップ）を記憶しておき、この特性表と車室内空気温度、車室外空気温度、車速、日射量、通電量、通電時間とに基づき、窓ガラス温度を推定するようにしてもよい。
【００５２】
上述の実施形態では、ガラス温度を用いて電気ヒータ９２を制御したが、これに代えて、ガラス温度だけでなく、電気ヒータ９２への通電に伴う窓ガラス９１の内表面の温度変化特性（温度変化速度）を用いて、電気ヒータ９２への通電量（電流値）を制御して、電気ヒータ９２から窓ガラス９１への加熱量を調整して防曇を行うようにしてもよい。
【００５３】
上述の実施形態では、フロント側のウインドシールドに対して、電気ヒータ９２を用いてウインドシールドに直接的に加熱して防曇（解氷）を行う例について説明したが、これに代えて、サイド側ウインドシールド、或いはバック側ウインドシールドに直接的に加熱して防曇（解氷）を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動車用空調装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】図１のウインドシールドの構成を示す断面図である。
【図３】図１のＥＣＵの防曇処理を示すフローチャートである。
【図４】バッテリの通電可能最大能力を算出に必要な特性表を示す図表である。
【符号の説明】
１８〜２１…サーボモータ、２６…ＥＣＵ、
９１…窓ガラス、９２…電気ヒータ。

Claims

自動車の窓ガラスを直接的に加熱する電気ヒータ（９２）と、
前記窓ガラスの防曇に必要な加熱量を算出する算出手段（Ｓ１１０）と、
前記算出された加熱量を基に、前記窓ガラスを加熱させるように前記電気ヒータを制御する制御手段（Ｓ１３０、Ｓ１４０）と、を有することを特徴とする車両用窓ガラス防曇装置。
前記窓ガラスに向け空調風を吹き出すための空調手段（６、７、８、２０、２１）を有し、
車載バッテリ（Ｂ）の残容量を検出して、この検出される車載バッテリの残容量が、所定レベル未満であると判定されたとき、前記制御手段は、前記算出された加熱量を基に、前記窓ガラスを加熱させるように前記電気ヒータを制御するとともに、前記窓ガラスに向け空調風を吹き出させるように前記空調手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用窓ガラス防曇装置。
車室内温度を検出する内気温度センサ（２８）と、
車室外温度を検出する外気温度センサ（２９）と、を有し、
前記算出手段は、前記車室内温度、および車室外温度に基づき、前記必要な加熱量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用窓ガラス防曇装置。
前記算出手段は、前記車室内温度、車室外温度、および車両の速度センサ（４２）により検出される移動速度を基に、前記必要な加熱量を算出することを特徴とする請求項３に記載の車両用窓ガラス防曇装置。
前記電気ヒータは、前記窓ガラスに沿うように膜状に生成されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用窓ガラス防曇装置。