JP2013095267A - 車両用空調制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行用モータと発電用エンジンとを備える車両において、燃料消費量の低減を図る。
【解決手段】走行用モータとしてのＭＧ２と発電用のエンジン１０とを備える車両では、ヒータコア１８と電気式ヒータとしてのＰＴＣヒータ３３との発熱により車室内の暖房が実施される。ＥＣＵ６０は、車室内暖房の実施に際して当該暖房の要求量を算出し、その算出した要求量に基づいて、電気式ヒータの発熱により車室内の暖房を実施する。また、電気式ヒータを発熱させた場合にその発熱により要求量を満足できるか否かを判定し、該要求量を満足できると判定される場合に、ヒータコア１８を加熱するためのエンジン１０の運転を実施せず、電気式ヒータを発熱させても要求量を満足できないと判定される場合に、エンジン１０を運転させてヒータコア１８を加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空調制御装置に関するものである。

近年、車両としては、エンジンと車両走行用のモータとを備えるハイブリッド車両が種々提案され、実用化に至っている。その一つとして、エンジンによって発電機を駆動してバッテリを充電するとともに、バッテリから走行用モータに電力を供給して走行用モータで駆動輪を駆動する電気自動車（シリーズハイブリッド車両、レンジエクステンダ車両とも言う。）が知られている。この車両では、エンジンは発電専用で使用され、エンジンから発生された動力が機械的には駆動輪に伝達されない構成となっている。

一般に、車室内の暖房は、エンジンから冷却水に廃棄される熱を利用して行われる。ここで、レンジエクステンダ車両では、エンジンは発電専用であるためエンジンの運転頻度が少なく、エンジンの排熱だけでは暖房に必要な熱量を確保できない。そこで、レンジエクステンダ車両において、エンジン以外の発熱装置として電気式ヒータや燃焼式ヒータを搭載し、ヒータの発熱とエンジン排熱とを利用して車室内の暖房を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、エンジンを暖房用には使用せず、暖房については燃焼器（燃焼式ヒータ）によって行うことが開示されている。

特開平０９−１１７３１号公報

しかしながら、上記特許文献１の車両では、短距離走行を行う場合や、外気温度がさほど低くない場合にも燃焼式ヒータで燃料を消費して暖房用の熱量を確保する必要があり、暖房のために使用する燃料の消費量が多くなってしまう。また、如何なる寒冷状況下でもヒータのみで暖房熱を賄おうとすると、ヒータとして、極寒の状況下をも想定した大きな暖房能力を有するものを搭載する必要があり、コストが高くなることが懸念される。特に、燃焼式ヒータを使用する構成では、電気式ヒータを使用する場合に比べて大掛かりでコストも増大するといった問題が生じやすい。

本発明は、走行用モータと発電用エンジンとを備える車両において燃料消費量の低減を図り、しかも安価なヒータを用いてこれを実現することができる車両用空調制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明は、バッテリからの給電により駆動される走行用モータと、前記バッテリの充電のために駆動される発電用エンジンとを備える車両において、前記バッテリからの給電により発熱する電気式ヒータと、前記発電用エンジンの排熱により加熱されて発熱するヒータコアとを有し、これら電気式ヒータ及びヒータコアの発熱により車室内の暖房を実施する車両用空調システムに適用される車両用空調制御装置に関する。また、請求項１に記載の発明は、車室内暖房の実施に際して当該暖房の要求量を算出する要求量算出手段と、前記算出した車室内暖房の要求量に基づいて、前記電気式ヒータの発熱により車室内の暖房を実施する第１制御手段と、前記電気式ヒータを発熱させた場合にその発熱により前記要求量を満足できるか否かを判定するヒータ発熱判定手段と、前記ヒータ発熱判定手段において前記電気式ヒータの発熱により前記要求量を満足できると判定される場合に、前記ヒータコアを加熱するための前記発電用エンジンの運転を実施せず、前記ヒータ発熱判定手段において前記電気式ヒータを発熱させても前記要求量を満足できないと判定される場合に、前記発電用エンジンを運転させて前記ヒータコアを加熱する第２制御手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成では、車室内を暖房する場合において、電気式ヒータの発熱により車室内暖房の要求量を満足できるか否かに応じて暖房制御の内容を相違させており、電気式ヒータの発熱により要求量を満足できる場合には、ヒータコアを加熱する目的での発電用エンジンの運転を実施せず、例えば発電用エンジンを停止させたままにしておく。この場合、発電用エンジンを停止させたまま暖房を実施でき、エンジンを停止状態にしておくことにより燃料の消費を抑えることができる。そして、電気式ヒータを発熱させても要求量を満足できない場合には、発電用エンジンが運転されてエンジン排熱によりヒータコアが加熱され、そのヒータコアの発熱により車室内が暖房される。このとき、暖房（排熱利用）のために発電用エンジンが運転されるのは、例えば極寒の状況下であるなど、当初の想定よりも寒冷となる場合にのみ限られるため、その燃料消費量は限られたものとなり、燃料消費量の低減を図ることができる。

また、上記構成では、如何なる寒冷状況下でも電気式ヒータのみで暖房を賄えるようにしているのではなく、必要に応じて発電用エンジンの排熱を利用する構成としている。そのため、電気式ヒータとして、極寒の状態をも想定した大きな暖房能力を有するものを用いる必要がなく、比較的安価なヒータを用いて暖房要求を満たすことができる。

なお、電気式ヒータの発熱により要求量を満足できるか否かを判定する手法としては、例えば、電気式ヒータで生じさせることのできる最大熱量をあらかじめ定めておき、算出した車室内暖房の要求量が電気式ヒータの最大熱量よりも大きい場合に、該電気式ヒータの発熱により前記要求量を満足できないと判定するとよい。

請求項２に記載の発明では、前記発電用エンジンは水冷式エンジンであって、エンジン冷却水により前記ヒータコアが加熱される構成であり、前記エンジン冷却水の温度が、前記ヒータコアによる車室内の暖房が可能な所定の温度域にあるか否かを判定する水温判定手段を備え、前記第２制御手段は、前記ヒータ発熱判定手段において前記電気式ヒータを発熱させても前記要求量を満足できないと判定される場合に、前記水温判定手段においてエンジン冷却水の温度が前記所定の温度域にないと判定されることを条件に、前記発電用エンジンを運転させて前記ヒータコアを加熱する。

エンジン冷却水の温度がある程度高温であり所定の温度域（例えば４５℃以上）にあれば、発電用エンジンを運転状態にしなくてもヒータコアによる車室内の暖房が可能となる。この点を鑑み、車室内暖房の要求量が比較的大きく、電気式ヒータを発熱させても車室内暖房の要求量を満足できない場合において、エンジン冷却水の温度に基づいて、発電用エンジンの運転によるヒータコアの加熱を行う構成としている。この場合、不要なエンジン運転を無くすことができ、燃料消費量を一層低減できる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明における第１制御手段は、前記エンジン冷却水の温度に基づいて、前記電気式ヒータの発熱量を調整する構成としている。

エンジン冷却水の温度が比較的高く、ヒータコアによる車室内の暖房が可能になっている場合には、電気式ヒータの発熱による暖房に並行して、ヒータコアの発熱による暖房を実施できる。この場合、エンジン冷却水の熱を暖房に利用することで、電気式ヒータによる暖房の負担分を減らすことができる。これにより、電気式ヒータによる電力消費量を低減でき、エネルギコストの低減を図ることができる。

請求項４に記載の発明では、前記車両は、前記バッテリの電気残存量を算出するとともに、該算出した電気残存量が所定以下となった場合に前記発電用エンジンを運転させて前記バッテリを充電する充電機能を備えており、車室内暖房の実施に際し、前記バッテリの充電を実施する場合に前記電気式ヒータの駆動を制限するヒータ駆動制限手段を備える構成としている。

上記構成によれば、バッテリの電気残存量の低下時において、電気式ヒータの駆動が制限されるようになっており、バッテリ充電が優先して実施される。そのため、基本的に電気式ヒータの発熱による車室内暖房が実施される上記構成にあっても、バッテリの電気残存量の低下に伴い走行用モータの駆動等に支障が生じる、といった不都合を抑制できる。なお、電気式ヒータの駆動制限としては、例えばヒータ駆動を禁止する、又はヒータ駆動量（通電量）を微少量とすることが考えられる。また、バッテリ充電時には、発電用エンジンの運転によりその排熱量（例えばエンジン水温）が上昇する。そのため、電気式ヒータの発熱による暖房に代えて、エンジン排熱による暖房（ヒータコアによる暖房）が実施されることとなる。

請求項５に記載の発明では、前記第２制御手段において前記発電用エンジンを第１運転モードで運転させる一方、前記バッテリの充電時に前記発電用エンジンを第２運転モードで運転させる構成であり、前記第１運転モードでは、前記第２運転モードに比べてエンジン出力が低出力となるエンジン運転状態で前記発電用エンジンを運転させる構成を有している。

上記構成によれば、電気式ヒータを発熱させても前記要求量を満足できない場合に、第１運転モードで発電用エンジンが運転される。この場合、第１運転モードは、バッテリ充電時のエンジン運転状態である第２運転モードに比べて、エンジン出力が低出力となるエンジン運転状態であるため、発電量（バッテリ充電能力）が少量となるものの、排熱によりヒータコアを加熱することができ、ヒータコアによる暖房を促すことができる。なお、第１運転モードでの発電量としては、少なくとも電気式ヒータの駆動に要する発電量が得られるものであるとよい。

請求項６に記載の発明では、車室内暖房の実施時において、前記発電用エンジンを運転させてバッテリ充電を開始した後に、前記電気残存量が第１しきい値まで上昇したら前記発電用エンジンの運転を停止させる一方、車室内暖房の非実施時において、前記発電用エンジンを運転させてバッテリ充電を開始した後に、前記電気残存量が第２しきい値まで上昇したら前記発電用エンジンの運転を停止させる構成であり、前記第１しきい値を、前記第２しきい値よりも小さくしている。

上記構成によれば、発電用エンジンを運転させてバッテリ充電を開始した後に発電用エンジンの運転を停止させるためのしきい値が、車室内暖房の実施時と非実施時とで異なっており、車室内暖房の実施時における「第１しきい値」が、車室内暖房の非実施時における「第２しきい値」よりも小さくなっている。これにより、車室内暖房の実施時には、車室内暖房の非実施時（通常時）に比べて、バッテリ充電が早い段階で終了されることとなる。この場合、車室内暖房の実施時において、バッテリ充電を優先することで電気式ヒータの駆動が制限されるといった期間が減ることになり、車室内暖房を効率良く実施する上では有利となる。

発明の実施形態における車両空調用制御システムの概略を示す構成図。 車室内暖房時における発熱及び充電の制御処理を示すフローチャート。 暖房制御処理を示すフローチャート。 車室内暖房時における発熱及び充電の制御処理を示すタイムチャート。 他の実施形態における車室内暖房時の残存容量の制御範囲を示す図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、動力源としてのモータと、発電専用のエンジンとを備えるハイブリッド車両（レンジエクステンダ車両）の車両用空調システムの制御装置に具体化している。当該システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢としてモータやエンジンを制御するとともに車室内の空調を制御する。本システムの全体概略構成図を図１に示す。

図１において、エンジン１０は、火花点火式の多気筒ガソリンエンジンであり、スロットルバルブ、吸気バルブ、排気バルブ、燃料噴射弁、点火装置等を備えている。エンジン１０の排気通路１１には、排気中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための触媒１２が設けられており、触媒１２よりも下流側において、排気に含まれる熱エネルギ（排気熱）を回収する熱回収装置１３が設けられている。熱回収装置１３は、排気が有する熱をエンジン冷却水に伝えることで回収し、例えば車室内の暖房を実施する場合の熱源として利用されるものとなっている。

次に、エンジン１０の冷却系の構成について説明する。

エンジン１０のシリンダブロックやシリンダヘッドの内部にはウォータジャケット１４が形成されており、ウォータジャケット１４に冷却水が循環供給されることでエンジン１０の冷却が行われるようになっている。ウォータジャケット１４内の冷却水の温度（冷却水温）は水温センサ１５により検出される。ウォータジャケット１４には冷却水配管等からなる循環経路１６が接続されており、その循環経路１６には、冷却水を循環させるためのウォータポンプ１７が設けられている。ウォータポンプ１７は、例えばエンジン１０の回転に伴い駆動される機械式ポンプであるが、電動式ポンプであってもよい。また、ウォータポンプ１７により冷却水量が調整できる構成であってもよい。

循環経路１６は、エンジン１０（ウォータジャケット１４）の出口側において、熱交換部としてのヒータコア１８に向けて延び、熱回収装置１３を経由して再びエンジン１０に戻るようにして設けられている。また、循環経路１６は、ヒータコア１８の上流側で二方に分岐され、その一方の循環経路１６Ａに大気放熱部としてのラジエータ２１が設けられている。ラジエータ２１の近傍には、ＤＣモータ等によって回転駆動されるラジエータファン２３が設けられており、ラジエータファン２３の駆動によってラジエータ２１付近に空気の流れが形成されるようになっている。また、循環経路１６の分岐部には、冷却水温度に応じて作動することで冷却水の流路を変更するサーモスタット２２が設けられている。冷却水が低温（サーモスタット作動温度未満）である場合には、ラジエータ２１側への冷却水の流入がサーモスタット２２により阻止され、冷却水はラジエータ２１で放熱されることなく循環経路１６内を循環する。例えば、エンジン１０の暖機完了前（暖機運転時）にはラジエータ２１での冷却水の冷却（放熱）が抑制される。一方、冷却水が高温（サーモスタット作動温度以上）になると、ラジエータ２１側への冷却水の流入がサーモスタット２２により許容され、冷却水はラジエータ２１で放熱されつつ循環経路１６内を循環する。これにより、エンジン運転状態下において冷却水が適温（例えば８０℃程度）で維持される。

次に、空調装置３０の構成について説明する。空調装置３０は、例えば車室内最前部に配置されており、ケーシング３１内に、ブロアファン１９、エバポレータ（蒸発器）３２、ヒータコア１８、ＰＴＣヒータ３３等が収容されて構成されている。

ケーシング３１は、車室内に送風される空気（空調風）の通路３８を形成しており、そのケーシング３１の最上流部に、車外又は車内から空気を導入する空気導入口（図示略）が形成されている。また、ケーシング３１内において、空気導入口の下流側にはブロアファン１９が配置されている。ブロアファン１９は、電動モータによって駆動される電動送風機であり、本実施形態ではモータ回転速度によって送風量が調整可能になっている。

ケーシング３１内において、ブロアファン１９の下流側にはエバポレータ３２が配置されている。エバポレータ３２は、その内部を流通する冷媒と、ブロアファン１９から送り込まれた空調風との熱交換を行う熱交換器である。エバポレータ３２は、冷媒配管３４を介してコンプレッサ（圧縮機）３５及びコンデンサ（凝縮器）３６に接続されており、コンプレッサ３５及びコンデンサ３６とともに冷凍サイクルを構成している。

コンプレッサ３５は、冷媒を吸入・圧縮し、これをエバポレータ３２に向けて吐出するものであり、本実施形態では電動式となっている。コンデンサ３６は、その内部を流通する冷媒と、ＤＣモータ等によって回転駆動されるファン（図示略）から送風される空気との熱交換により、エバポレータ３２から吐出される冷媒を凝縮させるものである。コンデンサ３６から流出した冷媒は、図示しないレシーバによって気液分離される。また、分離された液冷媒は、膨張弁３７によって急激に膨張され霧状とされた後、エバポレータ３２に供給される。エバポレータ３２では、通路３８を流れる空調風と霧状の冷媒との熱交換により冷媒が気化され、これにより、通路３８を流れる空調風が冷却される。

ケーシング３１内において、エバポレータ３２の下流側の通路は、加熱用通路３９と冷風用通路４１とに分岐されている。このうち、加熱用通路３９には、ヒータコア１８及びＰＴＣヒータ３３が配置されており、ヒータコア１８からの受熱（エンジン排熱）及びＰＴＣヒータ３３の発熱により、加熱用通路３９を通過する空調風が加熱されるようになっている。

ＰＴＣヒータ３３は、ＰＴＣ素子（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で発熱する電気式ヒータである。より具体的には、ＰＴＣヒータ３３は、複数（本実施形態では３本）の発熱体３３ａ、３３ｂ、３３ｃから構成されている。また、各々の発熱体３３ａ、３３ｂ、３３ｃには図示しないスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３が接続されており、各スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のオン／オフを個別に切り替え可能になっている。これにより、通電されるＰＴＣヒータ３３の作動本数、つまりＰＴＣヒータ３３の加熱能力を変更可能になっている。

加熱用通路３９及び冷風用通路４１の通路入口側には、ダンパドアモータ５４によって開度調節されるダンパドア４２が配置されている。このダンパドア４２の開度（ダンパ開度）が調整されることにより、加熱用通路３９に流れる空気量と、冷風用通路４１を流れる空気量との風量割合を調整可能になっている。

ケーシング３１内において、加熱用通路３９及び冷風用通路４１の通路出口側には、加熱用通路３９に流れる空気と、冷風用通路４１を流れる空気とが混合される混合空間４３が形成されている。また、ケーシング３１の最下流部には、混合空間４３内の空気を車室内に吹き出す吹き出し口４４、４５、４６が配置されている。本実施形態において、吹き出し口４４、４５、４６としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス吹き出し口４４、４６や、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹き出し口４５などが設けられている。また、吹き出し口４４、４５、４６の各々には風量調整用ドア４４ａ、４５ａ、４６ａが設けられており、風量調整用ドア４４ａ、４５ａ、４６ａの開度が調整されることにより、各吹き出し口４４、４５、４６から車室内に吹き出される風量を調整可能になっている。

エンジン１０の出力軸であるクランク軸４７には、補機電動機としてのモータＭＧ１が接続されている。モータＭＧ１は、発電機としても電動機としても機能する周知の同期発電電動機であり、クランク軸４７の回転エネルギによって発電し、その発電した電力でバッテリ４８を充電する。また、エンジン始動に際しては、モータＭＧ１は電動機として機能し、バッテリ４８からの電力供給を受けて駆動されることでクランク軸４７に初期回転を付与する（モータリングする）。モータＭＧ１とバッテリ４８との間にはインバータＩＮＶ１が設けられており、インバータＩＮＶ１を制御することによりモータＭＧ１の回転速度を制御可能になっている。バッテリ４８は、プラグＰＧを介して外部電源によって充電可能になっている。なお、バッテリ４８は、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して低圧バッテリ（例えば１２Ｖの補機バッテリ、図示略）に接続されており、バッテリ４８からの電力によって低圧バッテリが充電されるようになっている。

バッテリ４８には、インバータＩＮＶ２を介して、主機電動機としてのモータＭＧ２が接続されている。モータＭＧ２は、発電機としても電動機としても機能する周知の同期発電電動機である。このモータＭＧ２には、減速機構４９等を介して車輪（駆動輪）５１が接続されており、モータＭＧ２の動力が駆動輪５１に伝達されるようになっている。なお、モータＭＧ２は、車両の減速時に回生発電する機能を有しており、発電した電力でバッテリ４８を充電する。

その他、本システムには、エンジン１０の所定クランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ５２、バッテリ４８の充放電電流を検出するバッテリセンサ５３、車室内温度Ｔｒを検出する室内温度センサ５５、外気温Ｔａｍを検出する外気温センサ５６、エバポレータ３２を通過直後の空調風の温度Ｔｅを検出するエバポ温度センサ５７の他、図示は省略するが、モータＭＧ１及びモータＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ、操作者がブロアファン１９の作動のオン／オフを切り替えるためのブロアスイッチ、操作者が車室内温度を設定・入力するための温度設定スイッチ等といったセンサやスイッチが各種設けられている。なお、エバポ温度センサ５７としては、エバポレータ通過直後の空調風の温度を検出する構成に代えて、例えばエバポレータ３２の熱交換フィンの温度を検出する構成であってもよいし、エバポレータ３２内を流通する冷媒自体の温度を直接検出する構成であってもよい。

ＥＣＵ６０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコン６１という）を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン１０の各種制御や、モータＭＧ１及びモータＭＧ２の駆動制御等を実施する。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２及びエンジン１０のそれぞれは、実際には各別の電子制御ユニットにより制御されるが、ここではこれら電子制御ユニットをＥＣＵ６０と表記している。

本実施形態において、エンジン１０は発電専用であり、ＥＣＵ６０のマイコン６１は、バッテリ４８の充電要求があった場合に、エンジン１０の燃料噴射弁や点火装置の駆動を開始してエンジン１０を運転停止状態から運転状態に切り替え、バッテリ４８を充電する。バッテリ４８の充電要求は、例えばユーザによるスイッチ操作や、バッテリセンサ５３の検出値に基づき算出されるバッテリ４８の残存容量ＳＯＣに基づいてその有無が判断される。

ところで、レンジエクステンダ車両では、エンジン１０は発電専用で用いられるため、暖房要求時においてエンジン１０が運転停止状態である頻度が高い。かかる場合に、暖房要求の都度、エンジン１０を運転停止状態から運転状態に切り替えエンジン排熱を使って暖房を行うものとすると、エンジン１０の燃料消費量が多くなってしまい、燃費低減の観点において好ましくない。一方、ＰＴＣヒータ３３のみで暖房の要求量を賄おうとすると、ヒータとして極寒時をも想定した大きな暖房能力を有するものを搭載する必要が生じ、コストアップが懸念される。

そこで、本実施形態では、車室内を暖房する場合において、ＰＴＣヒータ３３の発熱により車室内暖房の要求量を満足できるか否かに応じて暖房制御の内容を相違させることとしている。具体的には、ＰＴＣヒータ３３の発熱により車室内暖房の要求量を満足できる場合には、ヒータコア１８を加熱する目的でのエンジン１０の運転を実施せず、エンジン１０を運転停止状態のままにしておく。一方、ＰＴＣヒータ３３の発熱のみでは車室内暖房の要求量を満足できない場合には、エンジン１０を運転停止状態から運転状態に切り替え、ヒータコア１８とＰＴＣヒータ３３との発熱を使って車室内暖房を行う。

図２は、車室内暖房時における発熱及び充電の制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＥＣＵ６０のマイコン６１により所定周期で繰り返し実行される。

図２において、まずステップＳ１０１では、暖房実施の要求があり、かつブロアファン１９が送風状態になっているか否かを判定する。この場合、ステップＳ１０１が否定されれば、後続の暖房処理が不要であるとみなしてそのまま本処理を終了し、ステップＳ１０１が肯定されれば、後続の暖房処理を実施すべくステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、充電フラグが０であるか否かを判定する。充電フラグは、モータＭＧ１によるバッテリ充電が実施されているか否かを示すフラグであり、充電フラグ＝０はバッテリ充電が実施されていないことを、充電フラグ＝１はバッテリ充電が実施されていることを示す。なお、車両のＩＧキーのオン時など、初期化処理が実施される際に充電フラグが０クリアされている。

充電フラグ＝０の場合（ステップＳ１０２がＹＥＳの場合）、ステップＳ１０３に進み、バッテリ４８の残存容量ＳＯＣが所定の判定値Ｌｏ１未満であるか否かを判定する。判定値Ｌｏ１は、バッテリ充電の開始を判定するためのしきい値であり、例えば２０％である。そして、ＳＯＣ≧Ｌｏ１であれば、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、ＰＴＣヒータ３３の発熱とエンジン排熱とを用いた暖房制御を実施する。以下、図３により、ステップＳ１０４の暖房制御処理を説明する。

図３において、ステップＳ２０１では、車室内暖房の実施時における暖房要求熱量ＱとＰＴＣ作動本数Ｎｐｔｃとを算出する（要求量算出手段）。暖房要求熱量Ｑ及びＰＴＣ作動本数Ｎｐｔｃの算出手順は例えば以下のとおりである。

（１）目標吹出温度Ｔａｏを次式により算出する。
Ｔａｏ＝Ｋｔｓｅｔ・Ｔｓｅｔ−Ｋｒ・Ｔｒ−Ｋａｍ・Ｔａｍ＋Ｃ
なお、Ｔｓｅｔは車室内の設定温度、Ｔｒは室内温度、Ｔａｍは外気温度である。また、Ｋｔｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍは上記の各温度に対するゲイン、Ｃは定数である。

（２）仮のダンパ開度ＳＷを次式により算出する。
ＳＷ＝（Ｔａｏ−Ｔｅ）／（Ｔｗ−Ｔｅ）
なお、Ｔｅはエバポレータ後温度、Ｔｗはエンジン水温（＝ヒータコア温度）である。仮のダンパ開度ＳＷは、目標吹出温度Ｔａｏを実現するために必要となる混合比である。このダンパ開度ＳＷが小さいことは、加熱用通路３９での送風空気の加熱（ＰＴＣヒータ３３又はヒータコア１８による加熱）の必要性が小さいことを意味する。

（３）実際のダンパ開度ＳＷ’を算出する。本実施形態では、実際のダンパ開度ＳＷ’を１及び０のいずれかに制御することとしており、仮のダンパ開度ＳＷが所定値αよりも大きければＳＷ’＝１とし、仮のダンパ開度ＳＷが所定値α以下であればＳＷ’＝０とする。こうして実際のダンパ開度ＳＷ’が算出されると、ＥＣＵ６０は、この実際のダンパ開度ＳＷ’に基づいてダンパドアモータ５４を駆動する。

（４）予想吹出温度Ｔａｏｂを次式により算出する。
Ｔａｏｂ＝Ｔｅ＋ＳＷ’（Ｔｗ−Ｔｅ）
（５）ヒータ不足温度Ｔｐｔｃを次式により算出する。
Ｔｐｔｃ＝Ｔａｏ−Ｔａｏｂ
（６）暖房要求熱量ＱとＰＴＣ作動本数Ｎｐｔｃとを次式により算出する。
Ｑ＝Ｇａ・ρａ・Ｃｐ・Ｔｐｔｃ
Ｎｐｔｃ＝Ｑ／Ｋｐｔｃ
なお、Ｇａは空気流量、ρａは空気密度、Ｃｐは定圧比熱、ＫｐｔｃはＰＴＣヒータ３３の各発熱体３３ａ、３３ｂ、３３ｃにおける基準発熱量である。ＰＴＣ作動本数Ｎｐｔｃは、ＰＴＣヒータ３３において発熱体３３ａ、３３ｂ、３３ｃを作動（通電）させる本数であり、本実施形態では、上述のとおり３本の発熱体３３ａ、３３ｂ、３３ｃによりＰＴＣヒータ３３を構成しており、ＰＴＣ作動本数Ｎｐｔｃの上限は「３」である。

上記のとおり暖房要求熱量ＱとＰＴＣ作動本数Ｎｐｔｃとを算出した後、ステップＳ２０２では、ＰＴＣヒータ３３について作動指令を出力する（第１制御手段）。ここで、エンジン水温が高ければ、暖房要求熱量Ｑをエンジン冷却水の熱量で負担させればよいため、本実施形態では、エンジン水温に基づいてＰＴＣヒータ３３の作動指令本数を決定するようにしている。具体的には、上記のＰＴＣ作動本数Ｎｐｔｃを上限として、その上限から都度のエンジン水温に応じて定まる作動停止本数を減じることで、実際に指令出力されるＰＴＣヒータ３３の作動指令本数を決定する。この場合、エンジン水温が高いほど、ＰＴＣヒータ３３の作動本数が少なくなり（すなわちＰＴＣ出力が小さくなり）、エンジン水温が低いほど、ＰＴＣヒータ３３の作動本数が多く（すなわちＰＴＣ出力が大きく）なるように、ＰＴＣヒータ３３の駆動が制御される。

その後、ステップＳ２０３では、ＰＴＣヒータ３３を発熱させた場合にその発熱により暖房要求熱量Ｑを満足できるか否か、すなわち現状下においてＰＴＣヒータ３３を駆動させるだけで暖房要求熱量Ｑを満足できるか否かを判定する（ヒータ発熱判定手段）。具体的には、暖房要求熱量ＱがＰＴＣヒータ３３の最大発熱量ＰＴＣ＿ＭＡＸよりも大きいか否かを判定する。そして、Ｑ≦ＰＴＣ＿ＭＡＸであれば、すなわちＰＴＣヒータ３３の発熱により暖房要求熱量Ｑを満足できるのであれば、ステップＳ２０４に進んで熱生成フラグを０にクリアした後、本処理を終了する。この熱生成フラグは、エンジン１０による熱生成が実施されているか否かを、すなわちエンジン１０が運転状態になっているか否かを示すフラグであり、熱生成フラグ＝０は熱生成が実施されていないことを、熱生成フラグ＝１はエンジン１０による熱生成が実施されていることを示す。

また、Ｑ＞ＰＴＣ＿ＭＡＸであれば、すなわちＰＴＣヒータ３３を発熱させても暖房要求熱量Ｑを満足できないのであれば、ステップＳ２０５に進み、熱生成フラグが０であるか否かを判定する。このとき、エンジン停止状態であって熱生成フラグ＝０であれば、ステップＳ２０６に進み、エンジン水温Ｔｗが第１判定値ＴＷＬ未満であるか否かを判定する（水温判定手段）。第１判定値ＴＷＬは、エンジン冷却水の熱が暖房のための熱エネルギとして利用可能であることを示す下限側の基準温度である。したがって、Ｔｗ≧ＴＷＬであることは、ヒータコア１８による車室内の暖房が可能であることを意味する。本実施形態では、例えばＴＷＬ＝４５℃である。

ステップＳ２０６が否定される場合（Ｔｗ≧ＴＷＬの場合）には、そのまま本処理を終了し、ステップＳ２０６が肯定される場合（Ｔｗ＜ＴＷＬの場合）には、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、熱生成フラグに１をセットし、続くステップＳ２０８では、エンジン１０を発熱モードで運転させる（第２制御手段）。この発熱モードは、エンジン１０の排熱利用を目的とするエンジン運転モードであり、エンジン出力自体は、充電モードでのエンジン運転時に比べて小さいものとなっている。具体的には、エンジン回転速度＝２５００ｒｐｍ、スロットル開度＝全開（ＷＯＴ）の条件でエンジン１０が運転され、利用可能熱は５．８ｋＷ、発電電力は３．６ｋＷとなっている。このとき、発電能力としては、少なくともＰＴＣヒータ３３の作動に伴う電力消費分が発電できるものであればよい。なお、発熱モードが第１運転モードに相当し、充電モードが第２運転モードに相当する。そしてその後、本処理を終了する。

また、エンジン１０の運転に伴い熱生成フラグ＝１になると、ステップＳ２０５が否定されてステップＳ２０９に進み、エンジン水温Ｔｗが第２判定値ＴＷＨよりも大きいか否かを判定する。第２判定値ＴＷＨは、第１判定値ＴＷＬ＋αの温度に設定されるものであり、例えばＴＷＨ＝６５℃である。

ステップＳ２０９が否定される場合（Ｔｗ≦ＴＷＨの場合）には、そのまま本処理を終了し、ステップＳ２０９が肯定される場合（Ｔｗ＞ＴＷＨの場合）には、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、熱生成フラグを０にクリアし、続くステップＳ２１１では、エンジン１０について発熱モードでの運転を停止させる。そしてその後、本処理を終了する。

図２の説明に戻り、ステップＳ１０３において、ＳＯＣ＜Ｌｏ１であると判定されれば、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、充電フラグに１をセットし、続くステップＳ１０６では、ＰＴＣヒータ３３の作動を禁止する（ヒータ駆動制限手段）。そしてその後、ステップＳ１０７では、エンジン１０を充電モードで運転させる。この充電モードは、バッテリ４８の充電を目的とするエンジン運転モードであり、上述した発熱モードと比べて高い発電効率でモータＭＧ１の発電が実施されるようになっている。具体的には、エンジン回転速度＝３５００ｒｐｍ、スロットル開度＝全開（ＷＯＴ）の条件でエンジン１０が運転され、利用可能熱は９．６ｋＷ、発電電力は５．３ｋＷとなっている。

また、充電フラグに１がセットされた後は、ステップＳ１０２が否定され、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、バッテリ４８の残存容量ＳＯＣが所定の判定値Ｌｏ２よりも大きいか否かを判定する。判定値Ｌｏ２は、バッテリ充電の終了を判定するためのしきい値であり、例えば３０％である。そして、ＳＯＣ≦Ｌｏ２であれば、そのまま本処理を終了し、ＳＯＣ＞Ｌｏ２であれば、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、充電フラグを０にクリアし、続くステップＳ１１０では、ＰＴＣヒータ３３の作動を許可する。また、ステップＳ１１１では、エンジン１０について充電モードでの運転を停止させる。その後、本処理を終了する。

図４は、車室内暖房時における発熱及び充電の制御処理についてその作用をより具体的に説明するためのタイムチャートである。なお、図４では、図示の全期間を通じて暖房実施の要求があり、かつブロアファン１９が送風状態になっている（ブロアスイッチがオンになっている）状況を想定している。

図４において、タイミングｔ１では、充電フラグが０で、かつバッテリ４８の残存容量ＳＯＣが判定値Ｌｏ１以上となっている。また、エンジン水温が比較的低いため、ＰＴＣヒータ３３がＨｉ出力となっている。ここで、ＰＴＣヒータ３３の出力はＨｉ、Ｍｉｄ、Ｌｏ、Ｏｆｆの４段切替となっており、タイミングｔ１ではそのうち最大出力であるＨｉ出力となっている。また、タイミングｔ１では、ＰＴＣヒータ３３を発熱させてもそれだけでは暖房要求熱量Ｑを満足できない状況になっており、故に発熱モード（エンジン出力＝ＰＷＬ）でエンジン１０が運転されている。その後、発熱モードでのエンジン１０の運転によりエンジン水温が上昇すると、その水温上昇に応じて、ＰＴＣヒータ３３の出力がＨｉ→Ｍｉｄ→Ｌｏ→Ｏｆｆのように順次切り替えられる。

そして、タイミングｔ２でエンジン水温が第２判定値ＴＷＨまで上昇することで、エンジン１０の運転が停止される。タイミングｔ２以降は、エンジン水温が徐々に低下し、それに応じて、ＰＴＣヒータ３３の出力がＯｆｆ→Ｌｏ→Ｍｉｄ→Ｈｉのように順次切り替えられる。その後、タイミングｔ３では、エンジン水温が第１判定値ＴＷＬまで低下することで、発熱モードでのエンジン１０の運転が再開される。タイミングｔ１〜ｔ４の期間は、充電フラグが０で、かつバッテリ４８の残存容量ＳＯＣが判定値Ｌｏ１以上となっている状態が維持されており、同期間では、エンジン水温に応じて発熱モードでのエンジン運転の開始及び終了が繰り返し実施される。

タイミングｔ４でバッテリ４８の残存容量ＳＯＣが判定値Ｌｏ１未満になると、充電フラグがセットされるとともに、充電モードでのエンジン１０の運転が開始される。また、ＰＴＣヒータ３３の作動が停止される。タイミングｔ４以降は、ＰＴＣヒータ３３の作動停止によりバッテリ充電が優先され、暖房はエンジン排熱により実施される。タイミングｔ４以降、残存容量ＳＯＣが徐々に増加し、タイミングｔ５で残存容量ＳＯＣが判定値Ｌｏ２に到達すると、充電モードでのエンジンの運転が停止される。

タイミングｔ５以降、再びＰＴＣヒータ３３の発熱とエンジン排熱とを用いた暖房制御が開始される。なお、タイミングｔ５の時点ではエンジン水温が十分に高いため、ＰＴＣヒータ３３の作動は直ぐには開始されず、エンジン水温がある程度低下した時点でＰＴＣヒータ３３の作動が開始される。その後の動作は、タイミングｔ１〜ｔ４の期間の動作と同様である。

その後、タイミングｔ６では、タイミングｔ４と同様、バッテリ４８の残存容量ＳＯＣが判定値Ｌｏ１未満になることに伴い、充電フラグがセットされるとともに、充電モードでのエンジン１０の運転が開始される。また、ＰＴＣヒータ３３の作動が停止される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

車室内の暖房時において、ＰＴＣヒータ３３の発熱により暖房要求熱量Ｑを満足できる場合、例えば外気温が０℃（又は±３℃程度）以下に下がるまでは、ヒータコア１８を加熱する目的でのエンジン１０の運転を実施せず、ＰＴＣヒータ３３の発熱だけで暖房を実施する構成とした。この構成によれば、エンジン１０を運転停止したまま暖房を実施でき、エンジン１０を運転停止状態にしておくことにより燃料の消費を抑えることができる。また、車室内暖房の実施時においてエンジン１０の運転を極力少なくできるため、ＣＯ2の排出量を減らすこともできる。

その一方で、車室内の暖房時において、ＰＴＣヒータ３３の発熱により暖房要求熱量Ｑを満足できない場合には、エンジン１０を運転状態に切り替えてエンジン排熱により車室内の暖房を実施する構成とした。この構成では、暖房のためにエンジン１０が運転されるのは、例えば極寒の状況下であるなど限られた状況のみであるため、暖房のための燃料の消費を少なくすることができる。

また、如何なる寒冷状況下でもＰＴＣヒータ３３のみで暖房を賄えるようにしているのではなく、必要に応じてエンジン１０の排熱を利用する構成としているため、暖房用のヒータとして極寒の状態をも想定した大きな暖房能力を有するものを用いる必要がない。したがって、安価なヒータを用いて暖房要求を満たすことができる。

車室内の暖房時において、ＰＴＣヒータ３３の発熱により暖房要求熱量Ｑを満足できないと判定された場合において、エンジン冷却水の温度が、ヒータコア１８による車室内の暖房が可能な所定の温度域にないと判定されたことを条件にエンジン１０を運転させてヒータコア１８を加熱する構成とした。この構成によれば、不要なエンジン運転を無くすことができ、燃料消費量の一層の低減を図ることができる。

一方、エンジン冷却水の温度が、ヒータコア１８による車室内の暖房が可能な所定の温度域にある場合には、ＰＴＣヒータ３３の発熱による暖房に並行して、ヒータコア１８の発熱による暖房を実施できる。この点を鑑み、本実施形態では、エンジン冷却水の温度に基づいてＰＴＣヒータ３３の発熱量を調整する構成とした。エンジン冷却水の熱を暖房に利用することで、ＰＴＣヒータ３３による暖房の負担分を減らすことができ、ＰＴＣヒータ３３による電力消費量を低減できる。

車室内暖房の実施に際し、バッテリ４８の充電を実施する場合にＰＴＣヒータ３３の駆動を制限する構成、具体的には、暖房要求があった場合において、バッテリ４８の残存容量ＳＯＣが、バッテリ充電の開始を判定するためのしきい値である所定の判定値Ｌｏ１未満の場合にＰＴＣヒータ３３の作動を禁止する構成とした。したがって、基本的にＰＴＣヒータ３３の発熱による車室内暖房が実施される本構成にあっても、バッテリ４８の電気残存量の低下に伴いモータ走行に支障が生じる、といった不都合を抑制できる。

ＰＴＣヒータ３３の発熱のみでは暖房要求熱量Ｑを満足できずエンジン１０を運転状態にする場合、バッテリ充電時のエンジン運転状態に比べて、エンジン出力が低出力となるエンジン運転状態にする構成とした。この場合、発電量（バッテリ充電能力）が少量となるものの、エンジン排熱によりヒータコア１８を加熱することができ、ヒータコア１８による暖房を促すことができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・上記実施形態では、充電フラグが０で、かつバッテリ４８の残存容量ＳＯＣが判定値Ｌｏ１以上となっている状態で車室内暖房を実施する場合（例えば図４のｔ１〜ｔ４の期間）において、エンジン水温が第２判定値ＴＷＨまで上昇すると、エンジン１０の運転を停止したが（図４のｔ２〜ｔ３の期間）、これを変更してもよい。例えば、エンジン水温が第２判定値ＴＷＨまで上昇した後、エンジン１０をアイドル運転状態としてエンジン運転を継続させる構成としてもよい。要は、エンジン水温が第２判定値ＴＷＨまで上昇した後は、エンジン排熱はさほど大きくなくてもよく、エンジン１０の燃料消費量が比較的小さい状態に移行させればよい。

・上記実施形態では、充電モードでのエンジン１０の運転時（例えば図４のｔ４〜ｔ５の期間）において、ＰＴＣヒータ３３の作動を停止させる構成としたが、これに代えて、充電モードでのエンジン１０の運転時において、ＰＴＣヒータ３３の発熱量（換言すればＰＴＣヒータ３３による電力消費量）を所定の微少量に制限する構成としてもよい。

・上記実施形態では、ＰＴＣヒータ３３について作動指令を出力する場合に、ＰＴＣ作動本数Ｎｐｔｃを上限として、その上限から都度のエンジン水温に応じて定まる作動停止本数を減じることで、ＰＴＣヒータ３３の作動指令本数を増減させる構成としたが（図３のステップＳ２０２）、これを変更してもよい。例えば、ステップＳ２０１で算出したＰＴＣ作動本数Ｎｐｔｃをそのまま用いて、すなわちエンジン水温に応じて増減させることなく、ＰＴＣヒータ３３による加熱を行う構成としてもよい。

・バッテリ充電制御の実施時における残存容量ＳＯＣの制御範囲（下限値〜上限値の範囲）を、車室内暖房の実施時と非実施時とで異ならせるようにしてもよい。この場合、車室内暖房の実施時には、残存容量ＳＯＣの制御範囲を、車室内暖房の非実施時に比べて低ＳＯＣ側の範囲に定め、これによりＰＴＣヒータ３３を積極的に用いた車室内暖房を行うようにする。

具体的には、図５に示すように、バッテリ充電制御のための各しきい値を可変に設定するとよい。図５では、タイミングｔ１１以前が暖房の非実施期間となっており、その非実施期間では、上限値をＴｈ１、下限値をＴｈ２としてバッテリ充電制御が実施される。すなわち、残存容量ＳＯＣがＴｈ２まで低下したらエンジン１０の運転により充電を行わせ、その後、残存容量ＳＯＣがＴｈ１まで上昇したらエンジン１０の運転による充電を停止させる。また、タイミングｔ１１以降が暖房の実施期間となっており、その実施期間では、上限値をＴｈ３、下限値をＴｈ４としてバッテリ充電制御が実施される。すなわち、残存容量ＳＯＣがＴｈ４まで低下したらエンジン１０の運転により充電を行わせ、その後、残存容量ＳＯＣがＴｈ３まで上昇したらエンジン１０の運転による充電を停止させる。このとき、Ｔｈ３＜Ｔｈ１、Ｔｈ４＜Ｔｈ２であり、車室内暖房の実施時には、バッテリ４８の残存容量ＳＯＣを高ＳＯＣ域で維持することよりも優先して、ＰＴＣヒータ３３を積極的に用いた車室内暖房が実施される。上記構成によれば、車室内暖房の実施時において、バッテリ充電を優先することでＰＴＣヒータ３３の駆動が制限されるといった期間が減ることになり、車室内暖房を効率良く実施する上では有利となる。

・上記実施形態では、電気式ヒータとしてＰＴＣヒータ３３を採用した場合について説明したが、バッテリ４８からの給電により発熱するものであればこれに限定せず、例えば抵抗加熱方式や誘導加熱方式等のヒータを採用することができる。

１０…エンジン（発電用エンジン）、１３…熱回収装置、１４…ウォータジャケット、１８…ヒータコア、１９…ブロアファン、２１…ラジエータ、３０…空調装置、３２…エバポレータ、３３…ＰＴＣヒータ（電気式ヒータ）、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ…発熱体、３５…コンプレッサ、３６…コンデンサ、３９…加熱用通路、４２…ダンパドア、４７…クランク軸、６０…ＥＣＵ（要求量算出手段、第１制御手段、ヒータ発熱判定手段、第２制御手段、水温判定手段、ヒータ駆動制限手段）、６１…マイコン、ＭＧ１…モータ、ＭＧ２…モータ（走行用モータ）。

Claims (6)

1. バッテリからの給電により駆動される走行用モータと、前記バッテリの充電のために駆動される発電用エンジンとを備える車両において、前記バッテリからの給電により発熱する電気式ヒータと、前記発電用エンジンの排熱により加熱されて発熱するヒータコアとを有し、これら電気式ヒータ及びヒータコアの発熱により車室内の暖房を実施する車両用空調システムに適用される車両用空調制御装置であって、
   車室内暖房の実施に際して当該暖房の要求量を算出する要求量算出手段と、
   前記算出した車室内暖房の要求量に基づいて、前記電気式ヒータの発熱により車室内の暖房を実施する第１制御手段と、
   前記電気式ヒータを発熱させた場合にその発熱により前記要求量を満足できるか否かを判定するヒータ発熱判定手段と、
   前記ヒータ発熱判定手段において前記電気式ヒータの発熱により前記要求量を満足できると判定される場合に、前記ヒータコアを加熱するための前記発電用エンジンの運転を実施せず、前記ヒータ発熱判定手段において前記電気式ヒータを発熱させても前記要求量を満足できないと判定される場合に、前記発電用エンジンを運転させて前記ヒータコアを加熱する第２制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用空調制御装置。
2. 前記発電用エンジンは水冷式エンジンであって、エンジン冷却水により前記ヒータコアが加熱される構成であり、
   前記エンジン冷却水の温度が、前記ヒータコアによる車室内の暖房が可能な所定の温度域にあるか否かを判定する水温判定手段を備え、
   前記第２制御手段は、前記ヒータ発熱判定手段において前記電気式ヒータを発熱させても前記要求量を満足できないと判定される場合に、前記水温判定手段においてエンジン冷却水の温度が前記所定の温度域にないと判定されることを条件に、前記発電用エンジンを運転させて前記ヒータコアを加熱する請求項１に記載の車両用空調制御装置。
3. 前記第１制御手段は、前記エンジン冷却水の温度に基づいて、前記電気式ヒータの発熱量を調整する請求項２に記載の車両用空調制御装置。
4. 前記車両は、前記バッテリの電気残存量を算出するとともに、該算出した電気残存量が所定以下となった場合に前記発電用エンジンを運転させて前記バッテリを充電する充電機能を備えており、
   車室内暖房の実施に際し、前記バッテリの充電を実施する場合に前記電気式ヒータの駆動を制限するヒータ駆動制限手段を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両用空調制御装置。
5. 前記第２制御手段において前記発電用エンジンを第１運転モードで運転させる一方、前記バッテリの充電時に前記発電用エンジンを第２運転モードで運転させる構成であり、
   前記第１運転モードでは、前記第２運転モードに比べてエンジン出力が低出力となるエンジン運転状態で前記発電用エンジンを運転させる請求項４に記載の車両用空調制御装置。
6. 車室内暖房の実施時において、前記発電用エンジンを運転させてバッテリ充電を開始した後に、前記電気残存量が第１しきい値まで上昇したら前記発電用エンジンの運転を停止させる一方、
   車室内暖房の非実施時において、前記発電用エンジンを運転させてバッテリ充電を開始した後に、前記電気残存量が第２しきい値まで上昇したら前記発電用エンジンの運転を停止させる構成であり、
   前記第１しきい値を、前記第２しきい値よりも小さくした請求項４又は５に記載の車両用空調制御装置。

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