JP2015124789A - 電動車両用加熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両において空調ユニットの暖房及び変速機の暖機を簡素な構成で効率的に行える加熱システムを提供する。【解決手段】暖房要求に応じて車内を暖房する空調ユニット８０を備えるとともに変速機用の作動油を加熱可能な電動車両用の加熱システム１００において、温調対象物を温度調節する冷媒が流れる冷媒流路１０と、冷媒を循環させる循環ポンプ２０Ｂと、冷媒を加熱する電気ヒータ３０と、冷媒と空調ユニット８０内の空気との間で熱交換を行う空調用熱交換器と、変速機に供給される作動油を貯留する作動油貯留部と、作動油又は作動油貯留部に接触し作動油と冷媒との間で熱交換を行う熱交換部６０と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両用加熱システムに関する。

低温下における冷間始動時には、車内の温度が低いため乗員の快適性を確保するための暖房要求と、変速機の構成部品同士の馴染みを促し動作性を良くするための暖機要求と、を両立することが必要となる。また、ハイブリッド車両などの電動車両の場合には、燃料消費（燃費）性能や電力消費（電費）性能を高める必要もある。

特許文献１には、排気熱を利用した加熱器によって加熱した冷却水をＡＴＦウォーマに供給し、ＡＴＦウォーマを介して変速機の作動油を温める車両用加熱システムが開示されている。加熱された作動油は、ＡＴＦポンプによって変速機へと供給される。

特許文献２には、変速機を収容するケースのオイルパン内に作動油を加熱する加熱器を備える車両用加熱システムが開示されている。特許文献２に記載の加熱システムでは、オイルパン内に設けられた加熱器により作動油が直接加熱される。

特開２０１０−２４９２５２号公報 特開２００９−２５０３０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の車両用加熱システムによると、ＡＴＦウォーマを介して加熱した作動油を変速機まで導くためのＡＴＦ循環回路や、作動油を循環させるＡＴＦポンプを別途設けなければならず、装置構成が複雑となる。

一方で、変速機用の作動油を加熱する構成として、引用文献２のように加熱器をオイルパン内に配置することも考えられる。しかしながら、この場合には、空調ユニット用の熱源とは別に変速機専用の加熱器が必要となるため費用がかかる。

このように、一つの加熱器で暖房性能と変速機の暖機性能とを効率的に高める加熱システムは検討されていない。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電動車両において空調ユニットの暖房及び変速機の暖機を簡素な構成で効率的に行える加熱システムを提供することを目的とする。

本発明は、暖房要求に応じて車内を暖房する空調ユニットを備えるとともに変速機用の作動油を加熱可能な電動車両用の加熱システムにおいて、温調対象物を温度調節する冷媒が流れる冷媒流路と、冷媒を循環させる循環ポンプと、冷媒を加熱する電気ヒータと、冷媒と空調ユニット内の空気との間で熱交換を行う空調用熱交換器と、変速機に供給される作動油を貯留する作動油貯留部と、作動油又は作動油貯留部に接触し作動油と冷媒との間で熱交換を行う熱交換部と、を備えることを特徴とする。

本発明の加熱システムによれば、電気ヒータにより暖めた冷媒を空調用熱交換器と熱交換部に供給するよう構成されているため、一つの電気ヒータで暖房及び暖機が可能である。また、熱交換部は作動油又は作動油貯留部と接触するように構成されているため、加熱システムは効率的に変速機を暖機でき、さらにＡＴＦ循環回路やＡＴＦポンプ等が不要な簡素な構成となっている。よって、電動車両において空調ユニットの暖房及び変速機の暖機を簡素な装置構成で効率的に行うことができる。

図１は、本発明の第１実施形態による車両用の加熱システムの概略構成図である。 図２Ａは、内部に熱交換部を設けた場合における、オイルパンの一部断面図である。 図２Ｂは、外部に熱交換部を設けた場合における、オイルパンの一部断面図である。 図３は、暖房要求がある場合において、コントローラが実行する加熱制御を示すフローチャートである。 図４Ａは、第1実施形態による加熱システムのＣＶＴ暖機優先モードにおける不凍液の流れを示す図である。 図４Ｂは、第1実施形態による加熱システムの暖房優先モードにおける不凍液の流れを示す図である。 図４Ｃは、第1実施形態による加熱システムのエンジン熱利用モードにおける不凍液の流れを示す図である。 図５は、第２実施形態による車両用の加熱システムの概略構成図である。 図６Ａは、第２実施形態による加熱システムのＣＶＴ暖機優先モードにおける不凍液の流れを示す図である。 図６Ｂは、第２実施形態による加熱システムの暖房優先モードにおける不凍液の流れを示す図である。 図６Ｃは、第２実施形態による加熱システムのエンジン熱利用モードにおける不凍液の流れを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態による車両用の加熱システム１００の概略構成図であり、図２Ａ及び図２Ｂは変速機を収容するケース５０の下部を構成するオイルパン５２の一部断面図である。

図１に示す加熱システム１００は、ハイブリッド車両に搭載され、車室内の暖房及び変速機の暖機を行う電動車両用の加熱システムである。ハイブリッド車両は、運転状況に応じて、充電したバッテリ電力を用いてＥＶ走行を行ったり、エンジン１２を用いて通常走行を行ったりする。加熱システム１００は、エンジン１２等を温度調節する冷媒としての不凍液が流れる冷媒流路１０と、冷媒流路１０上に設けられる循環ポンプ２０Ｂと、を備える。さらに、加熱システム１００は、暖房時等に不凍液を加熱する電気ヒータ３０と、空調ユニット８０内の空気と不凍液との間で熱交換を行うヒータコア４０と、図示しない変速機を収容するケース５０内の作動油と不凍液との間で熱交換を行う熱交換部６０と、加熱システム１００を統括的に制御するコントローラ７０とを備える。

不凍液は、温調対象物であるエンジン１２を温度調節する流体であって、例えばＬＬＣ（ロングライフクーラント）等が用いられる。この不凍液は、空調ユニット８０による暖房や変速機の暖機にも利用される。

冷媒流路１０は、エンジン１２を温度調節するための不凍液が流れる閉回路として構成されている。冷媒流路１０上には、電気ヒータ３０、ヒータコア４０、熱交換部６０、エンジン１２、及びラジエータ１３が不凍液と熱交換を行えるように配置される。冷媒流路１０は、エンジン１２とラジエータ１３との間で不凍液が循環するラジエータ循環流路１０Ａと、暖房時や変速機の暖機時に不凍液が循環する加熱用循環流路１０Ｂと、を備える。

ラジエータ循環流路１０Ａ内の不凍液は、エンジン１２に設けられる循環ポンプ２０Ａによって循環する。ラジエータ１３は、不凍液を介してエンジン１２の熱を放出する放熱器である。ラジエータ１３よりも下流側のラジエータ循環流路１０Ａには、サーモスタット２１が設けられている。サーモスタット２１は不凍液の温度に応じて自動的にサーモスタット２１前後のラジエータ循環流路１０Ａを開閉制御する。その結果、例えば不凍液が一定の温度まで加熱された際にサーモスタット２１が開かれて、不凍液がラジエータ１３に導かれる。

加熱用循環流路１０Ｂは、エンジン１２の下流側のラジエータ循環流路１０Ａの分岐部Ａから分岐し、エンジン１２の上流側のラジエータ循環流路１０Ａの合流部Ｂに合流する流路である。加熱用循環流路１０Ｂには、エンジン１２よりも下流側に配置される電気ヒータ３０と、電気ヒータ３０よりも下流側に配置されるヒータコア４０と、ヒータコア４０よりも下流側に配置される熱交換部６０と、が設けられる。加熱用循環流路１０Ｂ内の不凍液は循環ポンプ２０Ｂによって循環される。

循環ポンプ２０Ａはエンジン１２の回転に同期して駆動されるポンプであり、循環ポンプ２０Ｂは電動ポンプである。

ヒータコア４０は、加熱用循環流路１０Ｂの一部に取付けられるとともに、空調ユニット８０の一部を構成する空調用熱交換器である。ヒータコア４０は、通過する不凍液と空調ユニット８０内の空気との間で熱交換を行う。これにより、電気ヒータ３０やエンジン１２の熱を、不凍液を介して放熱し、車室内の暖房をする。

空調ユニット８０は、車室内の温度を適温に調節するための装置である。空調ユニット８０は、ブロアファン８２により供給される空気を一定方向に流すための空調ユニットケース８３を備える。また、空調ユニット８０は、空気冷却用のエバポレータ８４と、空気加熱用のヒータコア４０と、ヒータコア４０への風量を調整するミックスドア８１と、を備える。エバポレータ８４には、図示しないコンプレッサ等との間で不凍液とは異なる冷媒を流通させる流路８５が設けられている。

電気ヒータ３０は、バッテリ電力等を消費して不凍液を加熱するヒータである。冷間始動直後における不凍液の温度は低いため、不凍液を暖房や変速機の暖機に利用することができない。そこで、加熱システム１００では、不凍液を加熱するために電気ヒータ３０を備えている。

図示しない変速機は、エンジン１２の駆動力を出力軸等へ伝達する装置である。例えば、変速機には、無段変速機（ＣＶＴ）が用いられる。ＣＶＴには、潤滑用の作動油が供給される。作動油は、温度によって粘性が変化し、低温下（例えば−１０℃）においては粘性が高くなるため流動性が低下する。したがって、低温下での冷間始動時の場合、暖機後の状態と比べて、作動油の流体抵抗は大きくなる。そこで、加熱システム１００では、熱交換部６０を通過する不凍液の熱を利用して、作動油を加熱する。

図２Ａに示すように、熱交換部６０は、ＣＶＴを収容するケース５０内に配置される。ケース５０は、ケース５０の下部を構成するオイルパン５２と、オイルパン５２に溜まっている作動油を吸い込む吸込通路５３と、を備える。吸込通路５３には、図示しないＣＶＴ用の電動ポンプが設けられており、電動ポンプによって吸い上げられた作動油はＣＶＴに供給される。

熱交換部６０は、加熱用循環流路１０Ｂに設けられており、オイルパン５２内に配置される。図２Ａに示すように、熱交換部６０はオイルパン５２内に貯留された作動油と接触するように配置され、熱交換部６０を介して作動油が温められる。なお、熱交換部６０の下面はオイルパン５２の底部５２Ａと接触するように配置してもよい。また、図２Ｂに示すように、オイルパン５２の外部に熱交換部６０を配置してもよい。この場合には、熱交換部６０はオイルパン５２の外側部５２Ｂと接触するように設けられ、熱交換部６０及び外側部５２Ｂを介して作動油が温められる。

図１に示すように、加熱用循環流路１０Ｂは、熱交換部６０を通過した不凍液がエンジン１２を通過しないようにバイパスさせる第１バイパス流路１０Ｃと、循環ポンプ２０Ｂを通過した不凍液が熱交換部６０で熱を奪われることを回避するための第２バイパス流路１０Ｄと、を有している。

第１バイパス流路１０Ｃは、加熱用循環流路１０Ｂからエンジン１２への流路を分離し、循環ポンプ２０Ｂによって排出された不凍液を電気ヒータ３０、ヒータコア４０、及び熱交換部６０の間で循環させるための流路である。

第２バイパス流路１０Ｄは、加熱用循環流路１０Ｂから熱交換部６０への流路を分離し、循環ポンプ２０Ｂによって排出された不凍液を電気ヒータ３０及びヒータコア４０の間で循環させるための流路である。

加熱用循環流路１０Ｂには、不凍液の流れをエンジン１２側への流路又は第１バイパス流路１０Ｃに切り換える切換弁９０Ａと、不凍液の流れを熱交換部６０側への流路又は第２バイパス流路１０Ｄに切り換える切換弁９０Ｂと、が設けられている。

加熱システム１００は当該システムを統括的に制御するコントローラ７０を有しており、コントローラ７０は、電気ヒータ３０への通電制御、空調ユニット８０による暖房制御、及びＣＶＴの暖機制御等を実行する。コントローラ７０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インターフェイス（Ｉ／Ｏインターフェイス）を備えたマイクロコンピュータで構成される。

コントローラ７０には、オイルパン５２内の作動油の温度Ｔｏを検出する油温センサ７１からの検出信号が入力される。そして、コントローラ７０は、油温センサ７１からの検出信号やその他の車両状態情報等に基づいて、暖房制御や暖機制御を含む加熱制御を実行する。例えば、暖房制御におけるコントローラ７０は、目標吹出し温度Ｘｍ（後述）に基づいて電気ヒータ３０をオン又はオフする。また、暖房制御におけるコントローラ７０は、ブロアファン８２の風量を制御したり、ミックスドア８１の開度を制御して、ヒータコア４０での熱交換量を調整する。

次に、図３及び図４Ａ−図４Ｃを参照して、加熱システム１００におけるコントローラ７０が実行する加熱制御について説明する。

図３は、車室内の暖房要求がある場合において、コントローラ７０が実行する加熱制御を示すフローチャートである。この制御は、車両のイグニッションスイッチのオン後、車室内の暖房が要求された場合に開始される。

ステップＳ１０１（Ｓ１０１）では、コントローラ７０は、空調ユニット８０の出口部分の空気温度の目標値である目標吹出し温度Ｘｍを算出する。目標吹出し温度Ｘｍは、車室内温度と空調設定温度との差に応じて決まる値である。車室内温度と空調設定温度との差が大きい場合には、目標吹出し温度Ｘｍは高い値に設定される。一方で、車室内温度と空調設定温度との差が小さい場合には、目標吹出し温度Ｘｍは低い値に設定される。

Ｓ１０２では、コントローラ７０は、エンジン１２の稼働の有無を判定する。

Ｓ１０２の処理で、エンジン１２が稼働していると判定された場合、コントローラ７０はＳ１０９の処理においてエンジン熱利用モードを実行する。他方で、エンジン１２が稼働していないと判定された場合、すなわちＳＯＣ判断によるＥＶ走行状態や充電状態である場合、コントローラ７０はＳ１０３の処理を実行する。

Ｓ１０３では、コントローラ７０は、ＣＶＴを潤滑する作動油の温度Ｔｏを取得する。作動油温度Ｔｏは、油温センサ７１からの検出信号に基づいて算出される。その後、コントローラ７０は、ＣＶＴ暖機優先の必要性を判定するため、Ｓ１０４の処理を実行する。

Ｓ１０４では、コントローラ７０は、Ｓ１０３で取得した作動油温度Ｔｏが、第１設定温度以下であるか否かを判定する。第１設定温度は、作動油の粘性抵抗に起因してＣＶＴ用の電動ポンプの動作性が低下する温度（例えば、−１０℃）として設定される。

作動油温度Ｔｏが第１設定温度以下であると判定された場合、コントローラ７０は、Ｓ１０５においてＣＶＴの暖機を優先すべくＣＶＴ暖機優先モードを実行する。

Ｓ１０５のＣＶＴ暖機優先モードでは、コントローラ７０は、循環ポンプ２０Ｂをオンにするとともに、電気ヒータ３０をオンにする。また、コントローラ７０は、循環ポンプ２０Ｂから排出された不凍液が熱交換部６０を通過するように切換弁９０Ｂを制御し、熱交換部６０を通過した不凍液が第１バイパス流路１０Ｃを通過するように切換弁９０Ａを制御する。この時、不凍液の温度はＣＶＴ暖機優先モード用の所定温度となるように調節され、空調ユニット８０による暖房制御はＣＶＴの暖機が優先されるように制限される。

一方で、Ｓ１０４の処理で、作動油温度Ｔｏが第１設定温度より高い場合、コントローラ７０は、作動油温度Ｔｏと暖房要求の高さに応じて、ＣＶＴ暖機優先の必要性を判定するＳ１０６とＳ１０７の処理を実行する。

Ｓ１０６では、コントローラ７０は、油温センサ７１で検出した作動油温度Ｔｏが第２設定温度以下であるかを判定する。ここで、第２設定温度は、第１設定温度より高い温度に設定され、例えば２０℃に設定される。

Ｓ１０６の処理で、作動油温度Ｔｏが第２設定温度以下であると判定された場合、コントローラ７０は、Ｓ１０１で算出した目標吹出し温度Ｘｍが所定値未満であるか否かを判定するＳ１０７の処理を実行する。所定値とは、暖房要求が高いか否かを判定する閾値温度を指し、例えば４０℃に設定される。

目標吹出し温度Ｘｍが所定値未満である場合、コントローラ７０は、暖機が不十分であり、かつ暖房要求が低いと判定し、Ｓ１０５においてＣＶＴ暖機優先モードを実行する。

一方、目標吹出し温度Ｘｍが所定値以上である場合、コントローラ７０は、暖房要求が高いと判定し、Ｓ１０８において暖房優先モードを実行する。また、Ｓ１０６の処理で、作動油温度Ｔｏが第２設定温度を超えていると判定された場合には、暖機は十分であるため、コントローラ７０は、Ｓ１０８の処理を実行する。

Ｓ１０８の暖房優先モードでは、コントローラ７０は、循環ポンプ２０Ｂをオンにするとともに、電気ヒータ３０をオンにする。また、コントローラ７０は、循環ポンプ２０Ｂから排出された不凍液が、第２バイパス流路１０Ｄを通過して電気ヒータ３０とヒータコア４０との間のみを循環するように切換弁９０Ｂを制御する。この時、不凍液の温度は、暖房要求に基づく目標吹出し温度Ｘｍとなるように調節される。

Ｓ１０２の処理でエンジン１２が稼働していると判定された場合、コントローラ７０はＳ１０９の処理においてエンジン熱利用モードを実行する。

Ｓ１０９のエンジン熱利用モードでは、コントローラ７０は、加熱用循環流路１０Ｂ内の不凍液がエンジン１２を通過し、エンジン１２通過後の不凍液が電気ヒータ３０、ヒータコア４０及び熱交換部６０を通過するように切換弁９０Ａ及び９０Ｂを制御する。この時、不凍液の温度は、暖房要求に基づく目標吹出し温度Ｘｍとなるように調節される。

図４Ａ−図４Ｃを参照して、コントローラ７０が実行する加熱制御による作用効果について説明する。図４ＡはＣＶＴ暖機優先モードの、図４Ｂは暖房優先モードの、図４Ｃはエンジン熱利用モードの不凍液の流れをそれぞれ示す。

図４Ａに示すように、ＣＶＴ暖機優先モードでは、循環ポンプ２０Ｂから排出された不凍液は、熱交換部６０、第１バイパス流路１０Ｃ、電気ヒータ３０及びヒータコア４０を順番に通過し、加熱用循環流路１０Ｂ内を循環する。電気ヒータ３０によって加熱された不凍液は、ヒータコア４０を介して空調ユニット８０内の空気と熱交換を行うとともに、熱交換部６０を介してケース５０内の作動油と熱交換を行うので、車室内を暖房しつつ、ＣＶＴの作動油を暖めることができる。電気ヒータ３０によって加熱された不凍液は、エンジン１２で熱を奪われることがないので、作動油を効率的に暖機することができる。

ＣＶＴ暖機優先モードでは、ＣＶＴの暖機を優先するため、暖房制御を制限する。すなわち、コントローラ７０は、ヒータコア４０を通過する空気の風量を減少するように空調ユニット８０内のミックスドア８１及びブロアファン８２の少なくとも一方を制御することで、不凍液がヒータコア４０を介して空調ユニット８０内の空気に熱を奪われることを制限する。つまり、ミックスドア８１の開度を目標開度よりも小さくしたり、ブロアファン８２のファン回転速度を目標回転速度よりも低くしたりする。これにより、ヒータコア４０での不凍液の熱交換が制限されるため、不凍液は熱交換部６０を介して作動油との間で優先的に熱交換が行えることとなる。その結果、ＣＶＴの暖機を効率的に行うことが可能となる。この際、電気ヒータ３０は、暖房要求の高さに関わらずＣＶＴを早く暖機する必要があるため、出力を高くして不凍液の加熱を行う。

なお、ＣＶＴ暖機優先モードにおいて、不凍液の一部を温調対象物であるエンジン１２に供給して、エンジン１２を暖機してもよい。

ＣＶＴ暖機優先モードは、作動油温度Ｔｏが第１設定温度以下の場合や、作動油温度Ｔｏが第２設定温度以下で目標吹出し温度Ｘｍが所定値未満の場合に実行される。ここで、電費性能の観点から、第１設定温度は、電気ヒータ３０をオンにした状態でＣＶＴを作動させて作動油温度Ｔｏが第１設定温度に到達するまでの電気ヒータ３０の電力消費量及びＣＶＴの作動に起因する電力損失量の和が、電気ヒータ３０をオフにした状態でＣＶＴを作動させて作動油温度Ｔｏが第１設定温度に到達するまでのＣＶＴの作動に起因する電力損失量よりも小さくなるような温度に設定される。

同様に、第２設定温度は、電気ヒータ３０をオンにした状態でＣＶＴを作動させて作動油温度Ｔｏが第２設定温度に到達するまでの電気ヒータ３０の電力消費量及びＣＶＴの作動に起因する電力損失量の和が、電気ヒータ３０をオフにした状態でＣＶＴを作動させて作動油温度Ｔｏが第２設定温度に到達するまでのＣＶＴの作動に起因する電力損失量よりも小さくなるような温度に設定される。

なお、ＣＶＴの作動に起因する電力損失量は、作動油の粘性抵抗によるＣＶＴ用の電動ポンプでの電力損失量や、ＣＶＴのフリクションに基づく車両駆動用電動機での電力損失量等である。

このような構成とすることで、第１設定温度又は第２設定温度まで作動油温度Ｔｏを昇温させる場合に、電費性能を悪化させることがない。

図４Ｂに示すように、暖房優先モードでは、循環ポンプ２０Ｂから排出された不凍液は、第２バイパス流路１０Ｄ、電気ヒータ３０及びヒータコア４０を順番に通過し、加熱用循環流路１０Ｂ内を循環する。このように不凍液を循環させることによって、電気ヒータ３０によって加熱された不凍液は、ＣＶＴの作動油等に熱を奪われることなく、ヒータコア４０を介して空調ユニット８０内の空気と熱交換を行えるため、空調ユニット８０の暖房効率を高くすることができる。この際、目標吹出し温度Ｘｍが得られるようにするため、電気ヒータ３０の出力が調節される。

図４Ｃに示すように、エンジン熱利用モードでは、循環ポンプ２０Ａから排出された不凍液は、エンジン１２、電気ヒータ３０、ヒータコア４０、循環ポンプ２０Ｂ及び熱交換部６０を順番に通過し、加熱用循環流路１０Ｂ内を循環する。このように不凍液を循環させることによって、エンジン１２の排熱により加熱された不凍液は、熱交換部６０及びヒータコア４０を介して、ケース５０内の作動油及び空調ユニット８０内の空気と熱交換が可能となる。このため、エンジン１２の排熱を利用して暖機と暖房の両立を図ることができる。また、空調ユニット８０のミックスドア８１の開度は目標開度に設定され、ブロアファン８２の回転速度は目標速度に設定される。

なお、エンジン１２からの排熱を利用するとともに電気ヒータ３０をオンとすることによって、不凍液を加熱する熱源が２つになるため、暖機と暖房を急速に行うことも可能となる。また、暖機完了後は、不凍液がラジエータ循環流路１０Ａのラジエータ１３を通過するようにサーモスタット２１が開かれ、不凍液の温度が適温に調節される。

また、第１実施形態における技術思想は、ハイブリッド車両だけでなく、電動機のみを走行用駆動源とする車両にも適用可能である。電動車両は、走行用駆動源として電動機を備える車両を含む概念である。上記実施形態では、不凍液はエンジン１２を温度調節するものとしたが、電動車両においては電動機やバッテリなどの温調対象物を温度調節するものとしてもよい。

上記した第１実施形態による電動車両用の加熱システム１００によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態による加熱システム１００は、エンジン１２を温度調節する不凍液が流れる冷媒流路１０と、不凍液を循環させる循環ポンプ２０Ｂと、不凍液を加熱する電気ヒータ３０と、不凍液と空調ユニット８０内の空気との間で熱交換を行うヒータコア４０と、ＣＶＴ（変速機）を収容するケース５０のオイルパン５２と、作動油又はオイルパン５２と接触するよう設けられ作動油と不凍液との間で熱交換を行う熱交換部６０と、を備える。このような構成とすることで、従来のような暖機のためのＡＴＦウォーマ、ＡＴＦ循環回路及びＡＴＦポンプを設ける構成と比べて簡素な装置構成を実現でき、一つの電気ヒータ３０で車室内の暖房とＣＶＴの暖機を行うことができる。また、熱交換部６０が、作動油又はオイルパン５２と接触するように構成されているため、効率的にＣＶＴを暖機することができる。

本実施形態による加熱システム１００によれば、作動油の粘性が高い低温下において冷間始動するときでも効率的な暖機が可能となるため、ＣＶＴ用の電動ポンプを問題なく駆動させることができる。

また、本実施形態による加熱システム１００は、熱交換部６０をＣＶＴのケース５０に配置し、電気ヒータ３０をケース５０外の加熱用循環流路１０Ｂ中に配置するため、従来のようにケース５０内に電気ヒータ３０を直接配置する場合よりも、ケース５０のサイズ制限を受けずに熱容量の大きなヒータを用いることができる。そのため、より早く車室内の暖房及びＣＶＴの暖機を行うことが可能となる。さらに、電気ヒータ３０がケース５０の外部に設置されているため、故障時の交換作業にはオイルパン５２中の作動油除去等の作業が不要であり、交換容易である。

加熱システム１００は、加熱制御を実行するコントローラ７０を備えており、コントローラ７０は、冷間始動時の作動油温度Ｔｏが第１設定温度以下の場合には、空調ユニット８０内の空気の昇温よりもＣＶＴ暖機を優先する。このような構成とすることで、低温下での冷間始動時において作動油温度Ｔｏを早く昇温させたい場合でも対応可能となる。また、ＣＶＴ暖機優先時には、ミックスドア８１やブロアファン８２等が制御される。つまり、ミックスドア８１の開度を目標開度よりも小さくしたり、ブロアファン８２のファン回転数を目標回転数よりも低くしたりする。このようにすることで、ヒータコア４０を通過する不凍液と空調ユニット８０内の空気との熱交換を制限でき、ＣＶＴ暖機を優先することができる。

コントローラ７０は、作動油温度Ｔｏが第２設定温度以下であり、かつ、空調ユニット８０内から排出される空気の目標吹出し温度Ｘｍが所定値未満の場合には、暖房よりもＣＶＴ暖機を優先する。このような構成とすることで、車室内の暖房要求が低いときには、ＣＶＴ暖機を優先することができるようになる。また、暖房要求がある場合においてＣＶＴ暖機の必要がないときは、電気を無駄に使うことがないように空調優先モードとすることができる。したがって、ＥＶ走行中において、ＣＶＴ暖機が要求される場合にのみＣＶＴを暖機することができ、燃費性能や電費性能を高めることができる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態による車両用の加熱システム１００の概略構成図である。

第２実施形態による加熱システム１００は、冷媒流路及び切換弁等の構成及び配置が第１実施形態とは相違する。なお、以下の実施形態では第１実施形態と同じ機能を果たす構成には同一の符号を用い、重複する記載を適宜省略して説明する。

図５に示すように、第２実施形態による加熱システム１００は、エンジン１２を温度調節する不凍液が流れる冷媒流路１１と、不凍液を循環させる循環ポンプ２０Ｂと、不凍液を加熱する電気ヒータ３０と、不凍液と空調ユニット８０内の空気との間で熱交換を行うヒータコア４０と、ＣＶＴ（変速機）を収容するケース５０のオイルパン５２と、作動油又はオイルパン５２と接触するよう設けられ作動油と不凍液との間で熱交換を行う熱交換部６０と、を備える。

冷媒流路１１は、流れを制御するマルチ弁９１と、エンジン１２とラジエータ１３との間で不凍液が循環するラジエータ循環流路１１Ａと、暖房やＣＶＴの暖機時に不凍液が循環する加熱用循環流路１１Ｂと、を備える。

加熱用循環流路１１Ｂは、ラジエータ循環流路１１Ａの分岐部Ａから分岐してマルチ弁９１の端部に接続する。加熱用循環流路１１Ｂは、エンジン１２をバイパスして不凍液を流すためのバイパス流路１１Ｃと、熱交換部６０に不凍液を流すための熱交換流路１１Ｄと、を備える。バイパス流路１１Ｃは一端が加熱用循環流路１１Ｂに接続され、他端がマルチ弁９１に接続される。熱交換流路１１Ｄは一端が加熱用循環流路１１Ｂに接続され、他端がマルチ弁９１に接続される。また、バイパス流路１１Ｃと熱交換流路１１Ｄとの間の加熱用循環流路１１Ｂには、循環ポンプ２０Ｂ及び電気ヒータ３０が直列に配置されている。さらに、加熱用循環流路１１Ｂには、空調ユニット８０の一部を構成するヒータコア４０が設けられている。

マルチ弁９１は、エンジン１２とマルチ弁９１との接続状態を調整するための切換弁９１Ａと、ヒータコア４０とマルチ弁９１との接続状態を調整するための切換弁９１Ｂと、バイパス流路１１Ｃ路とマルチ弁９１との接続状態を調整するための切換弁９１Ｃと、熱交換部６０とマルチ弁９１との接続状態を調整するための切換弁９１Ｄと、を備える。

コントローラ７０は、電気ヒータ３０への通電制御、空調ユニット８０による暖房制御及びＣＶＴの暖機制御を行う。つまり、コントローラ７０は、図３のフローチャートに従って加熱制御（ＣＶＴ暖機優先モード、暖房優先モード、エンジン熱利用モード）を実行する。

次に、図６Ａ−図６Ｃを参照して、コントローラ７０が実行する加熱制御による作用効果について説明する。図６ＡはＣＶＴ暖機優先モードの、図６Ｂは暖房優先モードの、図６Ｃはエンジン熱利用モードの不凍液の流れをそれぞれ示す。

図６Ａに示すように、ＣＶＴ暖機優先モード（Ｓ１０５の処理）では、コントローラ７０は、循環ポンプ２０Ｂをオンにするとともに、電気ヒータ３０をオンにする。また、コントローラ７０は、循環ポンプ２０Ｂから排出された不凍液が熱交換部６０を通過するように切換弁９１Ｄを開制御し、熱交換部６０を通過した不凍液がバイパス流路１１Ｃを通過するように切換弁９１Ｃを開制御する。また、コントローラ７０は、切換弁９１Ａ及び９１Ｂを閉制御する。これらの開閉制御により、循環ポンプ２０Ｂから排出された不凍液は、電気ヒータ３０、熱交換部６０及びマルチ弁９１を順番に通過し、加熱用循環流路１１Ｂ内を循環する。電気ヒータ３０によって加熱された不凍液は、エンジン１２及びヒータコア４０での熱交換が禁止されることとなるため、ＣＶＴの作動油を最優先して効率的に暖めることできる。この時、不凍液の温度はＣＶＴ暖機優先モード用の所定温度となるように調節され、空調ユニット８０による暖房制御はＣＶＴの暖機が優先されるように禁止される。

なお、ＣＶＴ暖機優先モードでは循環ポンプ２０Ｂから排出された不凍液の一部をヒータコア４０に供給してもよい。この場合には、コントローラ７０は、切換弁９１Ｂを半開等に制御してヒータコア４０への不凍液の流量を熱交換部６０への不凍液の流量よりも少なくしたり、開制御してミックスドア８１やブロアファン８２によりヒータコア４０を通過する空気の風量を減少させたりして、ヒータコア４０での熱交換を制限させる。このようにすることで、ＣＶＴの暖機を優先しつつ、車室内を暖房することができる。

図６Ｂに示すように、暖房優先モード（Ｓ１０８の処理）では、コントローラ７０は、循環ポンプ２０Ｂをオンにするとともに、電気ヒータ３０をオンにする。また、コントローラ７０は、循環ポンプ２０Ｂから排出された不凍液がヒータコア４０を通過するように切換弁９１Ｂを開制御し、ヒータコア４０を通過した不凍液がバイパス流路１１Ｃを通過するように切換弁９１Ｃを開制御する。また、コントローラ７０は、切換弁９１Ａ及び９１Ｄを閉制御する。これらの開閉制御により、循環ポンプ２０Ｂから排出された不凍液は、電気ヒータ３０、ヒータコア４０及びマルチ弁９１を順番に通過し、加熱用循環流路１１Ｂ内を循環する。電気ヒータ３０によって加熱された不凍液は、エンジン１２及び熱交換部６０に熱を奪われることがないので、車室内を効率的に暖房することができる。この時、不凍液の温度は、暖房要求に基づく目標吹出し温度Ｘｍとなるように調節される。また、空調ユニット８０のミックスドア８１の開度は目標開度に設定され、ブロアファン８２の回転速度は目標速度に設定される。

なお、暖房優先モードでは、切換弁９１Ｄを半開等に制御して少量の不凍液を熱交換部６０に供給することで、ＣＶＴを暖機してもよい。

図６Ｃに示すように、エンジン熱利用モード（Ｓ１０９の処理）では、コントローラ７０は、循環ポンプ２０Ａから排出された不凍液が、エンジン１２を通過し、エンジン１２通過後の不凍液が電気ヒータ３０、ヒータコア４０及び熱交換部６０を通過するように切換弁９１Ａ、９１Ｂ及び９１Ｄを開制御する。また、コントローラ７０は、切換弁９１Ｃを閉制御する。これらの開閉制御により、循環ポンプ２０Ａから排出された不凍液は、エンジン１２、及び電気ヒータ３０を順番に通過した後に、流れを分岐させて熱交換部６０及びヒータコア４０を通過する。その後、分岐した不凍液は、マルチ弁９１にて合流して、加熱用循環流路１１Ｂ内を循環する。このように不凍液を循環させることによって、エンジン１２の排熱により加熱された不凍液は、熱交換部６０を介して、ケース５０内の作動油と熱交換し、ヒータコア４０を介して空調ユニット８０内の空気と熱交換する。このため、エンジン１２の排熱を利用して暖機と暖房の両立を図ることができる。また、この時、不凍液の温度は暖房要求に基づく目標吹出し温度Ｘｍとなるように調節される。空調ユニット８０のミックスドア８１の開度は目標開度に設定され、ブロアファン８２の回転速度は目標速度に設定される。

なお、エンジン熱利用モードでは、暖機と暖房の優先度に応じて、切換弁９１Ｄ及び９１Ｂを半開等に制御して、ヒータコア４０及び熱交換部６０への不凍液の流れを適宜調整してもよい。また、切換弁９１Ｂを開制御にして、ヒータコア４０を通過する空気の風量を減少するようにミックスドア８１やブロアファン８２を制御することで、ヒータコア４０での熱交換を制限させてもよい。このようにすることで暖機と暖房の優先度に応じて、不凍液の熱をＣＶＴの作動油と空調ユニット８０内の空気とに振り分けることが可能となる。

エンジン１２の暖機完了後は、不凍液がラジエータ循環流路１１Ａのラジエータ１３を通過するようにサーモスタット２１が開かれ、不凍液の温度が適温に調節される。

また、ＣＶＴ暖機優先モードと暖房優先モードとを周期的に切り換えることで、暖機と暖房の優先度に応じて、不凍液の熱をＣＶＴの作動油と空調ユニット８０内の空気とに振り分けてもよい。この場合には、コントローラ７０は、切換弁９１Ｄと９１Ｂの開閉制御を間欠的に行う。

なお、第２実施形態における技術思想は、ハイブリッド車両だけでなく、電動機のみを走行用駆動源とする車両にも適用可能である。電動車両は、走行用駆動源として電動機を備える車両を含む概念である。上記実施形態では、不凍液はエンジン１２を温度調節するものとしたが、電動車両においては電動機やバッテリなどの温調対象物を温度調節するものとしてもよい。

上記した第２実施形態による電動車両用の加熱システム１００によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態による加熱システム１００は、エンジン１２を温度調節する不凍液が流れる冷媒流路１１と、不凍液を循環させる循環ポンプ２０Ｂと、不凍液を加熱する電気ヒータ３０と、不凍液と空調ユニット８０内の空気との間で熱交換を行うヒータコア４０と、ＣＶＴ（変速機）を収容するケース５０のオイルパン５２と、作動油又はオイルパン５２と接触するよう設けられ作動油と不凍液との間で熱交換を行う熱交換部６０と、を備える。このような構成とすることで、従来のような暖機のためのＡＴＦウォーマ、ＡＴＦ循環回路及びＡＴＦポンプを設ける構成と比べて簡素な装置構成を実現でき、一つの電気ヒータ３０で車室内の暖房とＣＶＴの暖機を行うことができる。また、熱交換部６０が、作動油又はオイルパン５２と接触するように構成されているため、効率的にＣＶＴを暖機することができる。このように第２実施形態による加熱システム１００によれば、第１実施形態による加熱システムと同様の効果を得ることができる。

本実施形態の加熱システム１００のＣＶＴ暖機優先モードでは、マルチ弁９１の切換弁９１Ｃ及び９１Ｄのみが開制御されるため、電気ヒータ３０で加熱された不凍液は熱交換部６０にのみ供給される。これにより、他の部材での熱交換が禁止されることとなるため、電気ヒータ３０によって加熱した不凍液の熱を最優先してＣＶＴにのみに伝えることができる。したがって、第１実施形態よりも効率的にＣＶＴの暖機が可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、コントローラ７０は、第１実施形態の切換弁９０Ａ、９０Ｂ及び第２実施形態のマルチ弁９１の開閉制御を段階的又は無段階的に行うことが可能である。このようにすることで、ヒータコア４０、熱交換部６０及びエンジン１２と、不凍液との間で熱交換をする量を、暖房要求や暖機要求に応じて細かく調節することが可能となる。

さらに、上記実施形態では変速機はＣＶＴであるとしたが、有段変速機であってもよい。暖機はＣＶＴの暖機のみに限られず、エンジン１２や電動機及びバッテリも適宜暖機させることができる。

充電中においては、始動時刻を予め設定し又は始動時刻を予測しておくことにより、始動時刻の直前に充電電力を使用して、暖房や暖機を行うことが可能である。

なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

１００ 加熱システム
１０ 冷媒流路
１０Ｂ 加熱用循環流路
１０Ｃ 第１バイパス流路
１０Ｄ 第２バイパス流路
１２ エンジン
２０ 循環ポンプ
３０ 電気ヒータ
４０ ヒータコア
５０ ケース
５２ オイルパン
６０ 熱交換部
７０ コントローラ
８０ 空調ユニット
８１ ミックスドア
８２ ブロアファン
９０Ａ 切換弁
９０Ｂ 切換弁
９１ マルチ弁

Claims (7)

1. 暖房要求に応じて車内を暖房する空調ユニットを備えるとともに、変速機用の作動油を加熱可能な電動車両用の加熱システムにおいて、
   温調対象物を温度調節する冷媒が流れる冷媒流路と、
   前記冷媒を循環させる循環ポンプと、
   前記冷媒を加熱する電気ヒータと、
   前記冷媒と前記空調ユニット内の空気との間で熱交換を行う空調用熱交換器と、
   前記変速機に供給される前記作動油を貯留する作動油貯留部と、
   前記作動油又は前記作動油貯留部に接触し、前記作動油と前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換部と、
   を備えることを特徴とする電動車両用加熱システム。
2. 請求項１に記載の電動車両用加熱システムであって、
   前記空調用熱交換器による熱交換量を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、冷間始動時の前記作動油の温度が第１設定温度以下の場合には、前記空調用熱交換器での熱交換を制限又は禁止することを特徴とする電動車両用加熱システム。
3. 請求項２に記載の電動車両用加熱システムであって、
   前記制御部は、前記空調ユニット内から排出される空気の目標温度が所定温度よりも低く、かつ、前記作動油の温度が前記第１設定温度よりも高く設定された第２設定温度以下の場合には、前記空調用熱交換器での熱交換を制限又は禁止することを特徴とする電動車両用加熱システム。
4. 請求項２又は請求項３に記載の電動車両用加熱システムであって、
   前記第１設定温度は、前記電気ヒータをオンにした状態で前記変速機を作動させて前記作動油の温度が前記第１設定温度に到達するまでの前記電気ヒータの電力消費量及び前記変速機の作動に起因する電力損失量の和が、前記電気ヒータをオフにした状態で前記変速機を作動させて前記作動油の温度が前記第１設定温度に到達するまでの前記変速機の作動に起因する電力損失量よりも小さくなるような温度に設定されることを特徴とする電動車両用加熱システム。
5. 請求項３に記載の電動車両用加熱システムであって、
   前記第２設定温度は、前記電気ヒータをオンにした状態で前記変速機を作動させて前記作動油の温度が前記第２設定温度に到達するまでの前記電気ヒータの電力消費量及び前記変速機の作動に起因する電力損失量の和が、前記電気ヒータをオフにした状態で前記変速機を作動させて前記作動油の温度が前記第２設定温度に到達するまでの前記変速機の作動に起因する電力損失量よりも小さくなるような温度に設定されることを特徴とする電動車両用加熱システム。
6. 請求項２から請求項５のいずれか１つに記載の電動車両用加熱システムであって、
   前記空調ユニットは、ミックスドアをさらに備え、
   前記制御部は、前記空調用熱交換器を通過する空気の風量を減少するように前記ミックスドアを制御することで、前記空調用熱交換器での熱交換を制限することを特徴とする電動車両用加熱システム。
7. 請求項２から請求項６のいずれか１つに記載の電動車両用加熱システムであって、
   前記車内空調ユニットは、ブロアファンをさらに備え、
   前記制御部は、前記空調用熱交換器を通過する空気の風量を減少するよう前記ブロアファンを制御することで、前記空調用熱交換器での熱交換を制限することを特徴とする電動車両用加熱システム。

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