JP2017114179A - 車両の空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの冷却水の熱で空気を加熱するヒータコアを備えたシステムの燃費を向上させる。【解決手段】エンジン１１に接続された暖房用冷却水回路２３にヒータコア２５が設けられている。この暖房用冷却水回路２３のうちエンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に、冷却水を加熱する加熱装置として、ヒートポンプ２６と排気熱回収器４４が設けられている。エンジン１１の下流側にヒートポンプ２６が配置され、このヒートポンプ２６の下流側に排気熱回収器４４が配置され、この排気熱回収器４４の下流側にヒータコア２５が配置されている。入口水温センサ４５で検出した排気熱回収器４４の入口水温と出口水温センサ４６で検出した排気熱回収器４４の出口水温とに基づいて排気熱回収器４４の出力を算出し、この排気熱回収器４４の出力に応じてヒートポンプ２６の出力を調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の動力源であるエンジンの冷却水の熱で空気を加熱するヒータコアを備えた車両の空調装置に関する発明である。

近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請から車両の動力源としてエンジンとモータとを搭載したハイブリッド車が注目されている。このようなハイブリッド車においては、エンジンを停止してモータの動力で走行するＥＶ走行を行うことで燃費を向上させるようにしたものがある。しかし、冬季等に暖房用の熱量（つまりエンジンの冷却水の熱量）を確保するためにエンジンを稼働する時間が長くなると、燃費が悪化する傾向がある。

そこで、特許文献１に記載されているように、エンジン以外に冷却水を加熱する加熱装置を搭載するようにしたものがある。このものは、冷却水を加熱する加熱装置としてヒートポンプや排気熱回収器を設け、冷却水の温度、排出ガスの温度、エンジン負荷に基づいて、ヒートポンプのコンプレッサの回転速度を制御することで、ヒートポンプの消費電力を抑制するようにしている。

特開２００７−２８３８３０号公報

上記特許文献１には、冷却水が循環する冷却水回路におけるエンジンとヒータコアと加熱装置の配置の順番は明記されていない。例えば、エンジンの暖機の観点からは、エンジンの下流側にヒータコアを配置し、このヒータコアの下流側に加熱装置を配置して、加熱装置で加熱された冷却水をエンジンに流入させることが考えられる。しかし、このようなシステム（つまりエンジンの下流側にヒータコアを配置し、このヒータコアの下流側に加熱装置を配置したシステム）では、次のような問題が発生する可能性がある。加熱装置で加熱された冷却水がエンジンに流入するため、エンジン入口水温が比較的高くなる。このため、エンジンの暖機は促進されるが、エンジンから冷却水に伝熱される熱量が減少して、暖機が促進されたエンジンから大気へ放熱される熱量が増加し、その分、無駄になる熱量が増加して、燃費が悪化する可能性がある。また、エンジン出口水温をヒータコア入口水温の要求値まで高める必要があるため、エンジン停止可能な暖機完了水温を比較的高くする必要がある。このため、ＥＶ走行可能な車両の場合、エンジンを停止してモータの動力で走行するＥＶ走行の許可が遅くなって、ＥＶ走行による燃費向上効果が低減する可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、エンジンの冷却水の熱で空気を加熱するヒータコアを備えたシステムの燃費を向上させることができる車両の空調装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、車両の動力源であるエンジン（１１）と該エンジンの冷却水の熱で空気を加熱するヒータコア（２５）との間で冷却水が循環する暖房用冷却水回路（２３）を備えた車両の空調装置において、暖房用冷却水回路のうちエンジンの下流側で且つヒータコアの上流側に配置されて冷却水を加熱する加熱装置（２６，４４，４７，４８，４９）を備えた構成としたものである。

この構成（つまりエンジンの下流側に加熱装置を配置し、この加熱装置の下流側にヒータコアを配置した構成）では、エンジンから流出する冷却水を加熱装置で加熱することができ、加熱装置で加熱された冷却水をヒータコアに流入させることができる。このため、エンジン出口水温をヒータコア入口水温の要求値まで高める必要がなく、エンジン停止可能な暖機完了水温を比較的低くすることができる。これにより、ＥＶ走行可能な車両の場合、エンジンを停止してモータの動力で走行するＥＶ走行の許可を早くすることができ、ＥＶ走行による燃費向上効果を高めることができる。また、加熱装置で加熱された後にヒータコアで放熱した冷却水がエンジンに流入するため、エンジン入口水温を比較的低くすることができる。これにより、エンジンから冷却水に伝熱される熱量の減少を抑制して、エンジンから大気へ放熱される熱量の増加を抑制することができ、その分、無駄になる熱量を減少させることができ、燃費を向上させることができる。

図１は本発明の実施例１におけるハイブリッド車の制御システムの概略構成を示す図である。 図２は実施例１の暖房用冷却水回路の概略構成を示す図である。 図３は実施例１の加熱制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図４は目標冷却水流量のマップの一例を概念的に示す図である。 図５は実施例２の加熱制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図６は実施例３の加熱制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図７は実施例４の暖房用冷却水回路の概略構成を示す図である。 図８は実施例５の暖房用冷却水回路の概略構成を示す図である。 図９は実施例６の暖房用冷却水回路の概略構成を示す図である。 図１０は実施例７の暖房用冷却水回路の概略構成を示す図である。 図１１は実施例８の暖房用冷却水回路の概略構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてハイブリッド車の制御システムの概略構成を説明する。
車両の動力源として内燃機関であるエンジン１１とモータジェネレータ（以下「ＭＧ」と表記する）１２とが搭載されている。エンジン１１の出力軸（つまりクランク軸）の動力がＭＧ１２を介して変速機１３に伝達される。この変速機１３の出力軸の動力がデファレンシャルギヤ機構１４や車軸１５等を介して車輪１６（つまり駆動輪）に伝達される。変速機１３は、複数段の変速段の中から変速段を段階的に切り換える有段変速機であっても良いし、無段階に変速する無段変速機（いわゆるＣＶＴ）であっても良い。

エンジン１１の動力を車輪１６に伝達する動力伝達経路のうちのエンジン１１と変速機１３との間に、ＭＧ１２の回転軸が動力伝達可能に連結されている。尚、エンジン１１とＭＧ１２との間（又はＭＧ１２と変速機１３との間）に、動力伝達を断続するためのクラッチを設けるようにしても良い。

エンジン１１の動力で駆動される発電機１７の発電電力が高圧バッテリ１８に充電される。また、ＭＧ１２を駆動するインバータ１９が高圧バッテリ１８に接続され、ＭＧ１２がインバータ１９を介して高圧バッテリ１８と電力を授受する。発電機１７には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を介して低圧バッテリ２１が接続されている。

高圧バッテリ１８と低圧バッテリ２１は、いずれも充放電可能なバッテリであり、高圧バッテリ１８と低圧バッテリ２１との間に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０が接続されている。更に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０には、高圧バッテリ１８からＤＣ−ＤＣコンバータ２０を介して供給される電力又は低圧バッテリ２１から供給される電力を消費する低圧負荷が接続されている。

また、車室内を暖房するための暖房装置として、エンジン１１の冷却水の熱を利用する温水暖房装置２２が搭載されている。この温水暖房装置２２は、エンジン１１の冷却水通路（いわゆるウォータジャケット）に、暖房用冷却水回路２３が接続されている。この暖房用冷却水回路２３には、電動ウォータポンプ２４と暖房用のヒータコア２５が設けられている。

更に、暖房用冷却水回路２３のうちエンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に、冷却水を加熱する加熱装置が配置されている。本実施例１では、加熱装置として、ヒートポンプ２６と排気熱回収器４４が設けられている。図１及び図２に示すように、エンジン１１の下流側にヒートポンプ２６が配置されている。このヒートポンプ２６の下流側に排気熱回収器４４が配置されている。この排気熱回収器４４の下流側にヒータコア２５が配置されている。

図１に示すように、電動ウォータポンプ２４は、低圧バッテリ２１の電力で駆動される。この電動ウォータポンプ２４により冷却水が暖房用冷却水回路２３を循環して流れる。この際、本実施例１では、冷却水が、エンジン１１→ヒートポンプ２６→排気熱回収器４４→ヒータコア２５→エンジン１１の順で循環して流れる。

ヒートポンプ２６は、電動コンプレッサ２７で低温低圧のガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒にした後、加熱器２８で高温高圧のガス冷媒から熱を放出させて高圧の液状冷媒にする。この後、膨張弁２９で高圧の液状冷媒を減圧膨張させて低温低圧の液状冷媒にした後、室外熱交換器３０で低温低圧の液状冷媒に熱を吸収させて低温低圧のガス冷媒にする。

ヒートポンプ２６の加熱器２８は、冷媒と冷却水との間で熱交換して冷媒の熱で冷却水を加熱する。また、排気熱回収器４４は、エンジン１１の排出ガスと冷却水との間で熱交換して排出ガスの熱で冷却水を加熱する。一方、ヒータコア２５は、冷却水と空気との間で熱交換して冷却水の熱で空気を加熱する。

ヒートポンプ２６と排気熱回収器４４は、暖房システム全体の熱生成効率が高くなるように順番を決めて配置されている。つまり、ヒートポンプ２６は、入口水温（つまり流入する冷却水の温度）が低いほど効率が良くなるため、エンジン１１に近い方（つまり排気熱回収器４４の上流側）に配置されている。排気熱回収器４４も、入口水温が低いほど効率が良くなるが、排出ガスの温度が高いため、入口水温による効率低下の度合がヒートポンプ２６よりも小さい。また、排気熱回収器４４は無料の熱（つまり排出ガスの熱）を利用するのに対してヒートポンプ２６は有料の熱（つまり電力を消費して生成する熱）を使うため、燃費の観点でヒートポンプ２６の効率を重視して、排気熱回収器４４がヒートポンプ２６の下流側に配置されている。

暖房用冷却水回路２３には、エンジン１１から流出する冷却水の温度であるエンジン出口水温を検出するエンジン出口水温センサ３１が設けられている。また、ヒータコア２５の近傍には、温風を発生させるブロアファン３２が配置されている。更に、排気熱回収器４４に流入する冷却水の温度であるＥＨＲ入口水温を検出するＥＨＲ入口水温センサ４５と、排気熱回収器４５から流出する冷却水の温度であるＥＨＲ出口水温を検出するＥＨＲ出口水温センサ４６とが設けられている。

また、アクセルセンサ３４によってアクセル開度（つまりアクセルペダルの操作量）が検出される。シフトスイッチ３５によってシフトレバーの操作位置が検出される。ブレーキスイッチ３６によってブレーキ操作（又はブレーキセンサによってブレーキ操作量）が検出される。車速センサ３７によって車速が検出される。加速度センサ３８によって加速度が検出される。

ハイブリッドＥＣＵ３９は、車両全体を総合的に制御する制御装置であり、上述した各種のセンサやスイッチの出力信号を読み込んで、車両の運転状態を検出する。このハイブリッドＥＣＵ３９は、エンジンＥＣＵ４０とＭＧ−ＥＣＵ４１とエアコンＥＣＵ４２との間で制御信号やデータ信号等を送受信する。

エンジンＥＣＵ４０は、エンジン１１の運転を制御する制御装置である。ＭＧ−ＥＣＵ４１は、インバータ１９を制御してＭＧ１２を制御すると共に発電機１７やＤＣ−ＤＣコンバータ２０を制御する制御装置である。エアコンＥＣＵ４２は、温水暖房装置２２（例えば電動ウォータポンプ２４、電動コンプレッサ２７、ブロアファン３２等）を制御する制御装置である。

ハイブリッドＥＣＵ３９は、各ＥＣＵ４０〜４２によって車両の運転状態に応じて、エンジン１１、ＭＧ１２、発電機１７、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０、温水暖房装置２２等を制御する。更に、ハイブリッドＥＣＵ３９は、高圧バッテリ１８を監視する電源ＥＣＵ４３との間でも制御信号やデータ信号等を送受信する。

その際、ハイブリッドＥＣＵ３９は、走行モードを、例えば、エンジン走行モードとアシスト走行モードとＥＶ走行モードとの間で切り換える。エンジン走行モードでは、エンジン１１の動力のみで車輪１６を駆動して車両を走行させるエンジン走行を行う。アシスト走行モードでは、エンジン１１の動力とＭＧ１２の動力の両方で車輪１６を駆動して車両を走行させるアシスト走行を行う。ＥＶ走行モードでは、ＭＧ１２の動力のみで車輪１６を駆動して車両を走行させるＥＶ走行を行う。このＥＶ走行は、例えば、エンジン出口水温がエンジン停止可能な暖機完了水温以上になったときに許可される。

また、ハイブリッドＥＣＵ３９は、車両を制動する際（例えばアクセルオフ時やブレーキオン時に制動力を発生させる際）に、走行モードを回生発電モードに切り換える。この回生発電モードでは、車輪１６の動力でＭＧ１２を駆動することで、車両の運動エネルギをＭＧ１２で電気エネルギに変換する回生発電を行い、その発電電力である回生電力を高圧バッテリ１８に充電する。これにより、アシスト走行やＥＶ走行の実施可能時間を長くして燃費を向上させることができる。

ところで、排気熱回収器４４の出力（つまり冷却水加熱量）は、エンジン１１の運転状態等に応じて変化する。そこで、本実施例１では、ハイブリッドＥＣＵ３９により後述する図３の加熱制御ルーチンを実行することで、次のような制御を行う。ＥＨＲ入口水温センサ４５で検出したＥＨＲ入口水温とＥＨＲ出口水温センサ４６で検出したＥＨＲ出口水温とに基づいて排気熱回収器４４の出力を算出する。そして、この排気熱回収器４４の出力に応じてヒートポンプ２６の出力を調整する。

以下、本実施例１でハイブリッドＥＣＵ３９が実行する図３の加熱制御ルーチンの処理内容を説明する。
図３に示す加熱制御ルーチンは、ハイブリッドＥＣＵ３９の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう出力制御部としての役割を果たす。

本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、ＥＨＲ入口水温センサ４５で検出したＥＨＲ入口水温の現在値をＥＨＲ入口水温として取得し、ＥＨＲ出口水温センサ４６で検出したＥＨＲ出口水温の現在値をＥＨＲ出口水温として取得する。或は、ＥＨＲ入口水温センサ４５で検出したＥＨＲ入口水温の所定期間前からの移動平均値をＥＨＲ入口水温として取得し、ＥＨＲ出口水温センサ４６で検出したＥＨＲ出口水温の所定期間前からの移動平均値をＥＨＲ出口水温として取得するようにしても良い。

この後、ステップ１０２に進み、ＥＨＲ出口水温とＥＨＲ入口水温とに基づいて排気熱回収器４４の出力（つまり冷却水加熱量）であるＥＨＲ加熱量[kW]を算出する。具体的には、ＥＨＲ出口水温とＥＨＲ入口水温との差をＥＨＲ出入口水温差として求め、このＥＨＲ出入口水温差と冷却水の比熱と流量とを用いてＥＨＲ加熱量を下記の式により算出する。
ＥＨＲ加熱量＝ＥＨＲ出入口水温差×比熱×流量

上記の式における冷却水の流量は、ＥＨＲ出口水温及びＥＨＲ入口水温が現在値の場合には冷却水の流量の現在値を用い、ＥＨＲ出口水温及びＥＨＲ入口水温が移動平均値の場合には冷却水の流量の移動平均値を用いる。
この後、ステップ１０３に進み、エンジン出口水温センサ３１で検出したエンジン出口水温の現在値をエンジン出口水温として取得する。

この後、ステップ１０４に進み、外気温、車室内温度、目標車室内温度等に基づいて目標ヒータコア入口水温（つまり目標暖房水温）をマップ又は数式等により算出する。この目標ヒータコア入口水温は、ヒータコア２５に流入する冷却水の温度であるヒータコア入口水温の目標値である。

この後、ステップ１０５に進み、目標ヒータコア入口水温とエンジン出口水温と冷却水の比熱と流量とＥＨＲ加熱量とを用いてエンジン１１及び排気熱回収器４４以外の加熱源の総熱量[kW]を下記の式により算出する。この総熱量は、ヒータコア入口水温を目標ヒータコア入口水温にするのに必要な熱量である。
総熱量＝（目標ヒータコア入口水温−エンジン出口水温）×比熱×流量−ＥＨＲ加熱量
上記の式における冷却水の流量は現在値を用いる。

この後、ステップ１０６に進み、エンジン１１及び排気熱回収器４４以外の加熱源の出力を設定する。本実施例１では、エンジン１１及び排気熱回収器４４以外の加熱源としてヒートポンプ２６のみが設けられているため、上記ステップ１０５で算出した総熱量をそのままヒートポンプ２６の出力（つまり冷却水加熱量）として割り当てる。このようにして、排気熱回収器４４の出力に応じてヒートポンプ２６の出力を調整する。尚、エンジン１１及び排気熱回収器４４以外の加熱源が複数ある場合には、効率が最大（例えば燃料消費量が最小）となるように上記ステップ１０５で算出した総熱量を各加熱源に配分して各加熱源の出力を設定する。

この後、ステップ１０７に進み、エンジン出口水温に応じて目標冷却水流量をマップ又は数式等により算出する。図４に示すように、目標冷却水流量のマップ又は数式等は、エンジン出口水温が低いほど目標冷却水流量が少なくなるように設定されている。ハイブリッドＥＣＵ３９は、目標冷却水流量を実現するように電動ウォータポンプ２４を制御する。これにより、エンジン出口水温が低いほど暖房用冷却水回路２３を循環する冷却水の流量を少なくしてエンジン入口水温（つまりエンジン１１に流入する冷却水の温度）を低下させる。このステップ１０７の処理等が特許請求の範囲でいう流量制御部としての役割を果たす。

ここで、ヒータコア出口水温（つまりヒータコア２５から流出する冷却水の温度）は、下記の式で表すことができる。
ヒータコア出口水温＝ヒータコア入口水温−ヒータコア出力／比熱／流量

上記の式より、ヒータコア出力とヒータコア入口水温が一定のとき、冷却水の流量を少なくすれば、ヒータコア出口水温が低くなる。ヒータコア２５の下流側（つまりヒータコア２５とエンジン１１との間）には加熱装置がないため、エンジン入口水温は、ヒータコア出口水温とほぼ同じかヒータコア出口水温よりも低くなる。従って、冷却水の流量を少なくすることでエンジン入口水温を低下させることができる。

以上説明した本実施例１では、暖房用冷却水回路２３のうちエンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に、冷却水を加熱する加熱装置が配置された構成としている。具体的には、加熱装置として、ヒートポンプ２６と排気熱回収器４４とを備えている。そして、エンジン１１の下流側にヒートポンプ２６が配置され、このヒートポンプ２６の下流側に排気熱回収器４４が配置され、この排気熱回収器４４の下流側にヒータコア２５が配置されている。

この構成では、エンジン１１から流出する冷却水を加熱装置（つまりヒートポンプ２６と排気熱回収器４４）で加熱することができ、加熱装置で加熱された冷却水（つまりエンジン出口水温より高い温度の冷却水）をヒータコア２５に流入させることができる。このため、エンジン出口水温をヒータコア入口水温の要求値（つまり目標ヒータコア入口水温）まで高める必要がなく、エンジン停止可能な暖機完了水温を比較的低くする（つまり目標ヒータコア入口水温よりも低くする）ことができる。これにより、ＥＶ走行可能な車両の場合、エンジン１１を停止してＭＧ１２の動力で走行するＥＶ走行の許可を早くすることができ、ＥＶ走行による燃費向上効果を高めることができる。また、加熱装置で加熱された後にヒータコア２５で放熱した冷却水がエンジン１１に流入するため、エンジン入口水温を比較的低くすることができる。これにより、エンジン１１から冷却水に伝熱される熱量の減少を抑制して、エンジン１１から大気へ放熱される熱量の増加を抑制することができ、その分、無駄になる熱量を減少させることができ、燃費を向上させることができる。

また、本実施例１では、排気熱回収器４４の出力に応じてヒートポンプ２６の出力を調整するようにしている。これにより、エンジン１１の運転状態等に応じて排気熱回収器４４の出力が変化しても、それに応じてヒートポンプ２６の出力を調整して、ヒータコア入口水温の変動を抑制することができると共に、ヒートポンプ２６による無駄な加熱を抑制することができる。つまり、暖房負荷をエンジン由来の熱（つまり排出ガスの熱）で極力賄って、不足分だけをヒートポンプ２６で補うようにすることができ、燃費向上効果を高めることができる。

更に、本実施例１では、ＥＨＲ入口水温センサ４５で検出したＥＨＲ入口水温とＥＨＲ出口水温センサ４６で検出したＥＨＲ出口水温とに基づいて排気熱回収器４４の出力を算出するようにしている。これにより、水温センサ４５，４６で検出した実際の水温に基づいて排気熱回収器４４の出力を精度良く求めることができる。

また、本実施例１では、エンジン出口水温が低いほど暖房用冷却水回路２３を循環する冷却水の流量を少なくしてエンジン入口水温を低下させるようにしている。これにより、エンジン１１から冷却水に伝熱される熱量を増加させて、エンジン１１や冷却水配管等からの放熱を小さくすることができ、その分、無駄になる熱量を減少させて、燃費を向上させることができる。

次に、図５を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一又は類似部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例２では、前記実施例１で説明した図１のシステム構成においてＥＨＲ入口水温センサ４５とＥＨＲ出口水温センサ４６のうちの一方又は両方が省略されている。また、本実施例２では、ハイブリッドＥＣＵ３９により後述する図５の加熱制御ルーチンを実行することで、エンジン１１の出力に基づいて排気熱回収器４４の出力（つまり冷却水加熱量）を推定するようにしている。

本実施例２で実行する図５のルーチンは、前記実施例１で説明した図３のルーチンのステップ１０１の処理を省略すると共にステップ１０２の処理をステップ１０２ａの処理に変更したものであり、それ以外の各ステップの処理は図３と同じである。

以下、本実施例２でハイブリッドＥＣＵ３９が実行する図５の加熱制御ルーチンの処理内容を説明する。この図５のルーチンも特許請求の範囲でいう出力制御部としての役割を果たす。

図５の加熱制御ルーチンでは、まず、ステップ１０２ａで、エンジン１１の出力に基づいて排気熱回収器４４の出力（つまり冷却水加熱量）であるＥＨＲ加熱量[kW]を推定する。具体的には、エンジン出力Ｐe （例えばエンジン１１の始動時からの出力の時間平均）に応じてＥＨＲ暖機係数ｇ（Ｐe ）をマップ又は数式等により算出する。

更に、エンジン回転速度Ｎe とエンジントルクＴe とエンジン出口水温Ｋe とに応じて排出ガス熱量ｆ（Ｎe ，Ｔe ，Ｋe ）をマップ又は数式等により算出する。この排出ガス熱量ｆ（Ｎe ，Ｔe ，Ｋe ）とＥＨＲ暖機係数ｇ（Ｐe ）とを用いてＥＨＲ加熱量を下記の式により算出する。
ＥＨＲ加熱量＝ｆ（Ｎe ，Ｔe ，Ｋe ）×ｇ（Ｐe ）

この後、ステップ１０３に進み、エンジン出口水温センサ３１で検出したエンジン出口水温の現在値をエンジン出口水温として取得する。この後、ステップ１０４に進み、外気温、車室内温度、目標車室内温度等に基づいて目標ヒータコア入口水温をマップ又は数式等により算出する。

この後、ステップ１０５に進み、目標ヒータコア入口水温とエンジン出口水温と冷却水の比熱と流量とＥＨＲ加熱量とを用いてエンジン１１と排気熱回収器４４以外の加熱源の総熱量を算出する。この後、ステップ１０６に進み、エンジン１１と排気熱回収器４４以外の加熱源の出力を設定する。
この後、ステップ１０７に進み、エンジン出口水温に応じて目標冷却水流量をマップ又は数式等により算出する。

以上説明した本実施例２では、エンジン１１の出力に基づいて排気熱回収器４４の出力（つまり冷却水加熱量）を推定するようにしている。このようにすれば、ＥＨＲ入口水温センサ４５とＥＨＲ出口水温センサ４６のうちの一方又は両方を省略することができ、システムを低コスト化することができる。

次に、図６を用いて本発明の実施例３を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一又は類似部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例３では、ハイブリッドＥＣＵ３９により後述する図６の加熱制御ルーチンを実行することで、排気熱回収器４４の出力（つまり冷却水加熱量）に応じてエンジン１１の運転と停止を切り換えるようにしている。

以下、本実施例３でハイブリッドＥＣＵ３９が実行する図６の加熱制御ルーチンの処理内容を説明する。この図６のルーチンも特許請求の範囲でいう出力制御部としての役割を果たす。

図６の加熱制御ルーチンでは、まず、ステップ２０１で、ＥＨＲ入口水温とＥＨＲ出口水温を取得する。このステップ２０１の処理は、前記図３のステップ１０１の処理と同じである。

この後、ステップ２０２に進み、ＥＨＲ出口水温とＥＨＲ入口水温とに基づいてＥＨＲ加熱量を算出する。このステップ２０２の処理は、前記図３のステップ１０２の処理と同じである。
この後、ステップ２０３に進み、外気温、車室内温度、目標車室内温度等に基づいて目標ヒータコア出力熱量[kW]をマップ又は数式等により算出する。

この後、ステップ２０４に進み、目標ヒータコア出力熱量とＥＨＲ加熱量とを用いて排気熱回収器４４以外の加熱源の総熱量[kW]を下記の式により算出する。
総熱量＝目標ヒータコア出力熱量−ＥＨＲ加熱量

この後、ステップ２０５に進み、高圧バッテリ１８の残容量を表すＳＯＣを検出する。このＳＯＣは、例えば、次式により定義される。
ＳＯＣ＝残容量／満充電容量×１００

この後、ステップ２０６に進み、ＥＨＲ加熱量が判定値以下か否かを判定する。この判定値は、車速と高圧バッテリ１８のＳＯＣとに応じてマップ又は数式等により算出する。判定値のマップ又は数式等は、車速が低いほど且つ高圧バッテリ１８のＳＯＣが高いほど判定値が大きくなるように設定されている。

このステップ２０６で、ＥＨＲ加熱量が判定値以下と判定された場合には、ステップ２０７に進み、エンジン１１の停止から運転に切り換える又は運転を継続する。一方、上記ステップ２０６で、ＥＨＲ加熱量が判定値よりも大きいと判定された場合には、ステップ２０８に進み、エンジン１１の運転から停止に切り換える又は停止を継続する。これらのステップ２０６〜２０８の処理等が特許請求の範囲でいう切換制御部としての役割を果たす。

この後、ステップ２０９に進み、排気熱回収器４４以外の加熱源の出力を設定する。本実施例３では、排気熱回収器４４以外の加熱源としてエンジン１１とヒートポンプ２６が設けられている。このため、エンジン運転中の場合には、上記ステップ２０４で算出した総熱量をエンジン１１とヒートポンプ２６に配分してエンジン１１の出力（つまり冷却水加熱量）とヒートポンプ２６の出力（つまり冷却水加熱量）を設定する。この際、高圧バッテリ１８のＳＯＣに応じて配分比率をマップ又は数式等により算出し、この配分率で総熱量をエンジン１１とヒートポンプ２６に配分してエンジン１１の出力とヒートポンプ２６の出力を設定する。配分比率のマップ又は数式等は、高圧バッテリ１８のＳＯＣが高いほどヒートポンプ２６の出力の比率が大きくなる（つまり高圧バッテリ１８のＳＯＣが低いほどエンジン１１の出力の比率が大きくなる）ように設定されている。このようにして、高圧バッテリ１８のＳＯＣに応じてエンジン１１の出力とヒートポンプ２６の出力を調整する。一方、エンジン停止中の場合には、上記ステップ２０４で算出した総熱量をそのままヒートポンプ２６の出力（つまり冷却水加熱量）として割り当てる。このステップ２０９の処理等が特許請求の範囲でいう出力調整部としての役割を果たす。
この後、ステップ２１０に進み、エンジン出口水温に応じて目標冷却水流量を算出する。このステップ２１０の処理は、前記図３のステップ１０７の処理と同じである。

以上説明した本実施例３では、排気熱回収器４４の出力（つまり冷却水加熱量）に応じてエンジン１１の運転と停止を切り換えるようにしている。具体的には、排気熱回収器４４の出力として求めたＥＨＲ加熱量が判定値以下と判定された場合にエンジン１１を運転し、ＥＨＲ加熱量が判定値よりも大きいと判定された場合にエンジン１１を停止するようにしている。これにより、渋滞時等のエンジン１１の停止中に排気熱回収器４４の出力が低下してきたときに、エンジン１１の運転に切り換えて排気熱回収器４４の出力を大きくすることで、ヒートポンプ２６の出力の増大を抑制することができる。

例えば、渋滞でＥＶ走行を長時間継続する場合、エンジン１１の排気管が冷えてしまって排気熱回収器４４が放熱器と化してしまい、逆にヒートポンプ２６の仕事が増える事態が想定される。そこで、本実施例３では、排気熱回収器４４の熱量を所定値以上に保つためにエンジン１１の運転と停止を操作する。渋滞等の低負荷の場合、従来は高圧バッテリ１８のＳＯＣが許容下限値に到達するまでＥＶ走行を継続し、その後、高圧バッテリ１８のＳＯＣが所定値に回復するまで強制的にエンジン１１を運転し続けるようにしたものがある。このような動作では排気管が冷えてしまうため、排気熱回収器４４の出力に応じてエンジン１１の運転と停止を切り換える。

排気熱回収器４４の出力が低下したときに、エンジン１１の運転に切り換えて、エンジン１１の動力で駆動される発電機１７で積極的に発電することで、ＥＶ走行で消費した電力を回復して、強制エンジン運転による低効率運転の回避と発生熱量の増大によるヒートポンプ２６の出力の低減に貢献できる。このため、ヒータコア２５の下流側に排気熱回収器４４を配置するシステムよりも燃費を向上させることができる。

停車中はエンジン１１を運転して発電しても低効率である上、車速風がなく排気管が冷えにくいので、できるだけ走行中にエンジン１１を運転したい。そのため、走行中はエンジン１１の運転に切り換える排気熱回収器４４の出力の判定値を小さくするようにしている。但し、高圧バッテリ１８が充電できない状況（つまり高圧バッテリ１８のＳＯＣが上限値に近い状態）ではエンジン１１を運転しないように判定値を大きくするようにしている。

また、本実施例３では、高圧バッテリ１８のＳＯＣに応じてエンジン１１の出力とヒートポンプ２６の出力を調整するようにしている。具体的には、高圧バッテリ１８のＳＯＣが高いほどヒートポンプ２６の出力の比率が大きくなる（つまり高圧バッテリ１８のＳＯＣが低いほどエンジン１１の出力の比率が大きくなる）ようにしている。このようにすれば、高圧バッテリ１８のＳＯＣが低い場合には、エンジン１１の出力を増加させてエンジン１１の動力で駆動される発電機１７の発電量を増加させると共にエンジン１１の熱生成量を多くすることができる。これにより、高圧バッテリ１８のＳＯＣを上昇させながら、ヒートポンプ２６の出力を低減することができる。一方、高圧バッテリ１８のＳＯＣが高い場合には、エンジン１１の出力をあまり上げずにヒートポンプ２６の出力を高めにすることができる。その結果、少ない燃料で暖房用熱量を賄うことができる。

尚、上記実施例３では、ＥＨＲ入口水温センサ４５で検出したＥＨＲ入口水温とＥＨＲ出口水温センサ４６で検出したＥＨＲ出口水温とに基づいて排気熱回収器４４の出力を算出するようにしている。しかし、これに限定されず、エンジン１１の出力に基づいて排気熱回収器４４の出力を推定するようにしても良い。

また、上記各実施例１〜３では、ヒートポンプ２６の下流側に排気熱回収器４４を配置した構成としたが、これに限定されず、排気熱回収器４４の下流側にヒートポンプ２６を配置した構成としても良い。

次に、図７を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一又は類似部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例４では、図７に示すように、エンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に、加熱装置として、ヒートポンプ２６と排気熱回収器４４と電気ヒータ４７が設けられている。電気ヒータ４７は、例えば、ＰＴＣヒータ、カーボンヒータ、シーズヒータ等で冷却水を加熱するものである。エンジン１１の下流側にヒートポンプ２６が配置されている。このヒートポンプ２６の下流側に排気熱回収器４４が配置されている。この排気熱回収器４４の下流側に電気ヒータ４７が配置さている。この電気ヒータ４７の下流側にヒータコア２５が配置されている。つまり、前記実施例１の構成に電気ヒータ４７を加えた構成としている。この場合、冷却水が、エンジン１１→ヒートポンプ２６→排気熱回収器４４→電気ヒータ４７→ヒータコア２５→エンジン１１の順で循環して流れる。

電気ヒータ４７は、効率が入口水温にあまり依存しないので、ヒータコア入口水温を制御しやすい。このため、必要最小限の出力で目標ヒータコア入口水温を実現できるように電気ヒータ４７がヒータコア２５の直前に配置されている。

以上説明した本実施例４においても、エンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に加熱装置が配置された構成としているため、前記実施例１とほぼ同様の効果を得ることができる。

尚、上記実施例４において、排気熱回収器４４の出力に応じてヒートポンプ２６及び電気ヒータ４７の出力を調整するようにしても良い。また、高圧バッテリ１８のＳＯＣに応じてエンジン１１の出力とヒートポンプ２６及び電気ヒータ４７の出力を調整するようにしても良い。

次に、図８を用いて本発明の実施例５を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一又は類似部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例５では、図８に示すように、エンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に、加熱装置として、排気熱回収器４４と電気ヒータ４７が設けられている。エンジン１１の下流側に排気熱回収器４４が配置されている。この排気熱回収器４４の下流側に電気ヒータ４７が配置さている。この電気ヒータ４７の下流側にヒータコア２５が配置されている。つまり、前記実施例４の構成からヒートポンプ２６を省いた構成としている。この場合、冷却水が、エンジン１１→排気熱回収器４４→電気ヒータ４７→ヒータコア２５→エンジン１１の順で循環して流れる。

以上説明した本実施例５においても、エンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に加熱装置が配置された構成としているため、前記実施例１とほぼ同様の効果を得ることができる。

尚、上記実施例５において、排気熱回収器４４の出力に応じて電気ヒータ４７の出力を調整するようにしても良い。また、高圧バッテリ１８のＳＯＣに応じてエンジン１１の出力と電気ヒータ４７の出力を調整するようにしても良い。

次に、図９を用いて本発明の実施例６を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一又は類似部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例６では、図９に示すように、エンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に、加熱装置として、蓄熱装置４８と排気熱回収器４４と電気ヒータ４７が設けられている。蓄熱装置４８は、例えば、エンジン１１で温められた冷却水を保温状態で貯溜しておき、エンジン出口水温が低いときに蓄熱装置４８内の冷却水（つまり温水）を暖房用冷却水回路２３に供給して冷却水を加熱するものである。エンジン１１の下流側に蓄熱装置４８が配置されている。この蓄熱装置４８の下流側に排気熱回収器４４が配置されている。この排気熱回収器４４の下流側に電気ヒータ４７が配置さている。この電気ヒータ４７の下流側にヒータコア２５が配置されている。つまり、前記実施例５の構成に蓄熱装置４８を加えた構成としている。この場合、冷却水が、エンジン１１→蓄熱装置４８→排気熱回収器４４→電気ヒータ４７→ヒータコア２５→エンジン１１の順で循環して流れる。

蓄熱装置４８は、蓄熱水温（つまり貯溜した冷却水の温度）が低くなることが想定されるため、その下流側で別の加熱装置で加熱できるようにエンジン１１に最も近い位置に配置されている。

以上説明した本実施例６においても、エンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に加熱装置が配置された構成としているため、前記実施例１とほぼ同様の効果を得ることができる。

尚、上記実施例６において、排気熱回収器４４の出力に応じて電気ヒータ４７の出力を調整するようにしても良い。また、高圧バッテリ１８のＳＯＣに応じてエンジン１１の出力と電気ヒータ４７の出力を調整するようにしても良い。

次に、図１０を用いて本発明の実施例７を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一又は類似部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例７では、図１０に示すように、エンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に、加熱装置として、排気熱回収器４４と燃焼式ヒータ４９が設けられている。燃焼式ヒータ４９は、例えば、エンジン１１の燃料を燃焼させ、その燃焼熱で冷却水を加熱するものである。エンジン１１の下流側に排気熱回収器４４が配置されている。この排気熱回収器４４の下流側に燃焼式ヒータ４９が配置さている。この燃焼式ヒータ４９の下流側にヒータコア２５が配置されている。この場合、冷却水が、エンジン１１→排気熱回収器４４→燃焼式ヒータ４９→ヒータコア２５→エンジン１１の順で循環して流れる。

燃焼式ヒータ４９は、効率が入口水温にあまり依存しないので、ヒータコア入口水温を制御しやすい。このため、必要最小限の出力で目標ヒータコア入口水温を実現できるように燃焼式ヒータ４９がヒータコア２５の直前に配置されている。

以上説明した本実施例７においても、エンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に加熱装置が配置された構成としているため、前記実施例１とほぼ同様の効果を得ることができる。
尚、上記実施例７において、排気熱回収器４４の出力に応じて燃焼式ヒータ４９の出力を調整するようにしても良い。

また、上記各実施例４〜７において、ＥＨＲ入口水温センサ４５で検出したＥＨＲ入口水温とＥＨＲ出口水温センサ４６で検出したＥＨＲ出口水温とに基づいて排気熱回収器４４の出力を算出するようにしても良い。或は、エンジン１１の出力に基づいて排気熱回収器４４の出力を推定するようにしても良い。また、排気熱回収器４４の出力に応じてエンジン１１の運転と停止を切り換えるようにしても良い。

次に、図１１を用いて本発明の実施例８を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一又は類似部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例８では、図１１に示すように、エンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に、加熱装置として、燃焼式ヒータ４９が設けられている。エンジン１１の下流側に燃焼式ヒータ４９が配置さている。この燃焼式ヒータ４９の下流側にヒータコア２５が配置されている。この場合、冷却水が、エンジン１１→燃焼式ヒータ４９→ヒータコア２５→エンジン１１の順で循環して流れる。

以上説明した本実施例８においても、エンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に加熱装置が配置された構成としているため、前記実施例１とほぼ同様の効果を得ることができる。

尚、上記各実施例４〜８において、エンジン出口水温が低いほど暖房用冷却水回路２３を循環する冷却水の流量を少なくしてエンジン入口水温を低下させるようにしても良い。
また、エンジン１１の下流側で且つヒータコア２５の上流側に配置する加熱装置の種類や順序や数は、上記実施例で説明した範囲に限定されず、適宜変更しても良い。

また、上記実施例では、ハイブリッドＥＣＵ３９で、加熱制御ルーチンを実行するようにしている。しかし、これに限定されず、ハイブリッドＥＣＵ３９以外の他のＥＣＵ（例えばエンジンＥＣＵ４０やＭＧ−ＥＣＵ４１やエアコンＥＣＵ４２等のうちの少なくとも一つ）で加熱制御ルーチンを実行するようにしても良い。或は、ハイブリッドＥＣＵ３９と他のＥＣＵの両方で加熱制御ルーチンを実行するようにしても良い。

また、上記実施例において、ＥＣＵが実行する機能の一部又は全部を、一つ或は複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成しても良い。
その他、本発明は、図１に示す構成の車両に限定されず、車両の動力源であるエンジンと、エンジンの冷却水の熱で空気を加熱するヒータコアとを備えた種々の構成の車両に適用して実施できる。

１１…エンジン、２３…暖房用冷却水回路、２５…ヒータコア、２６…ヒートポンプ、４４…排気熱回収器、４７…電気ヒータ、４８…蓄熱装置、４９…燃焼式ヒータ

Claims (14)

1. 車両の動力源であるエンジン（１１）と該エンジンの冷却水の熱で空気を加熱するヒータコア（２５）との間で冷却水が循環する暖房用冷却水回路（２３）を備えた車両の空調装置において、
   前記暖房用冷却水回路のうち前記エンジンの下流側で且つ前記ヒータコアの上流側に配置されて前記冷却水を加熱する加熱装置（２６，４４，４７，４８，４９）を備えている車両の空調装置。
2. 前記加熱装置として、ヒートポンプ（２６）と排気熱回収器（４４）と電気ヒータ（４７）と蓄熱装置（４８）と燃焼式ヒータ（４９）のうちの少なくとも一つを備えている請求項１に記載の車両の空調装置。
3. 前記加熱装置として、前記ヒートポンプと前記電気ヒータと前記燃焼式ヒータのうちの少なくとも一つ（以下「他の加熱源」と総称する）と前記排気熱回収器とを備え、
   前記排気熱回収器の出力に応じて前記他の加熱源の出力を調整する出力制御部（３９）を備えている請求項２に記載の車両の空調装置。
4. 前記排気熱回収器に流入する冷却水の温度を検出するＥＨＲ入口水温センサ（４５）と、
   前記排気熱回収器から流出する冷却水の温度を検出するＥＨＲ出口水温センサ（４６）とを備え、
   前記出力制御部は、前記ＥＨＲ入口水温センサで検出した冷却水の温度と前記ＥＨＲ出口水温センサで検出した冷却水の温度とに基づいて前記排気熱回収器の出力を算出する請求項３に記載の車両の空調装置。
5. 前記出力制御部は、前記エンジンの出力に基づいて前記排気熱回収器の出力を推定する請求項３に記載の車両の空調装置。
6. 前記排気熱回収器の出力に応じて前記エンジンの運転と停止を切り換える切換制御部（３９）を備えている請求項３乃至５のいずれかに記載の車両の空調装置。
7. 前記加熱装置として、前記ヒートポンプと前記排気熱回収器とを備え、
   前記エンジンの下流側に前記ヒートポンプが配置され、該ヒートポンプの下流側に前記排気熱回収器が配置され、該排気熱回収器の下流側に前記ヒータコアが配置されている請求項２乃至６のいずれかに記載の車両の空調装置。
8. 前記加熱装置として、更に前記電気ヒータを備え、
   前記排気熱回収器の下流側に前記電気ヒータが配置され、該電気ヒータの下流側に前記ヒータコアが配置されている請求項７に記載の車両の空調装置。
9. 前記加熱装置として、前記排気熱回収器と前記電気ヒータとを備え、
   前記エンジンの下流側に前記排気熱回収器が配置され、該排気熱回収器の下流側に前記電気ヒータが配置され、該電気ヒータの下流側に前記ヒータコアが配置されている請求項２乃至６のいずれかに記載の車両の空調装置。
10. 前記加熱装置として、更に前記蓄熱装置を備え、
    前記エンジンの下流側に前記蓄熱装置が配置され、該蓄熱装置の下流側に前記排気熱回収器が配置されている請求項９に記載の車両の空調装置。
11. 前記加熱装置として、前記排気熱回収器と前記燃焼式ヒータとを備え、
    前記エンジンの下流側に前記排気熱回収器が配置され、該排気熱回収器の下流側に前記燃焼式ヒータが配置され、該燃焼式ヒータの下流側に前記ヒータコアが配置されている請求項２乃至６のいずれかに記載の車両の空調装置。
12. 前記加熱装置として、前記燃焼式ヒータを備え、
    前記エンジンの下流側に前記燃焼式ヒータが配置され、該燃焼式ヒータの下流側に前記ヒータコアが配置されている請求項２に記載の車両の空調装置。
13. 前記加熱装置として、前記ヒートポンプと前記電気ヒータのうちの少なくとも一方（以下「電気加熱源」と総称する）を備え、
    前記車両に搭載されたバッテリ（１８）の残容量に応じて前記エンジンの出力と前記電気加熱源の出力を調整する出力調整部（３９）を備えている請求項２に記載の車両の空調装置。
14. 前記エンジンから流出する冷却水の温度が低いほど前記暖房用冷却水回路を循環する冷却水の流量を少なくして前記エンジンに流入する冷却水の温度を低下させる流量制御部（３９）を備えている請求項１乃至１３のいずれかに記載の車両の空調装置。

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