JP5603404B2 - 車両用昇温装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの廃熱および加熱手段を用いて媒体を昇温する車両用昇温装置に関するものである。

車両に設けられている車両用昇温装置は、エンジンの廃熱（排熱）で温められた冷却水（媒体）をヒータコアに導くことによりヒータコアを熱し、その熱せられたヒータコアに風を通すことによって温風を得ている。

また、エンジンの廃熱だけでなく、電気ヒータで冷却水を加熱するように構成された車両用昇温装置も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用昇温装置では、暖房要求があったときに、暖房要求に応じた要求熱量を算出する。そして、算出した要求熱量に対してエンジンの廃熱量では不足する熱量を補うために、電気ヒータで冷却水を加熱する。

特開２０１０−２３６３３号公報

上述したように、特許文献１に記載されている車両用昇温装置によれば、暖房要求に応じた要求熱量をエンジンの廃熱量で賄い、その廃熱量では足りない熱量を電気ヒータで補うように構成している。このような構成の場合、暖房しているときにエンジンが稼動している時間が長くなってしまい、エミッション（排気ガスなどの大気中に排出される大気汚染物質）を増加させてしまうおそれがあるとともに、エンジンの燃費を低下させてしまうおそれもある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、エミッションを低減させるとともに、エンジンの燃費を向上させる車両用昇温装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。

本発明に係る車両用昇温装置は、エンジン（１）と、熱を伝達する媒体を加熱する加熱手段（８）と、媒体を所定の要求温度まで昇温するための要求熱量を算出する要求熱量算出手段（１０）と、該要求熱量算出手段（１０）により算出された要求熱量を加熱手段（８）による熱量のみで満たせるか否かを判定する熱量判定手段（１０）と、該熱量判定手段（１０）により要求熱量を加熱手段（８）による熱量のみで満たせると判定された場合は、加熱手段（８）のみで媒体を加熱する第１加熱制御を実行し、熱量判定手段（１０）により要求熱量を加熱手段（８）による熱量のみで満たせないと判定された場合は、加熱手段（８）およびエンジン（１）の廃熱で媒体を加熱する第２加熱制御を実行する加熱制御手段（１０）と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、要求熱量を加熱手段による熱量のみで満たせる場合は、第１加熱制御として加熱手段のみで媒体を加熱するので、媒体を加熱（昇温）している場合におけるエンジンの稼働時間を短くすることができる。したがって、エミッションを低減することができるとともに、エンジンの燃費を向上させることができる。

また、上記の車両用昇温装置では、車両の要求駆動力に応じてエンジン（１）を駆動する駆動制御手段（１０）と、エンジン（１）の駆動に基づいて発生する廃熱量を算出する廃熱量算出手段（１０）と、を備え、加熱制御手段（１０）は、第２加熱制御を実行する場合、要求熱量に対して廃熱量算出手段（１０）により算出された廃熱量で不足する熱量を加熱手段（８）による熱量で補うように構成されていてもよい。このような構成によれば、第２加熱制御としてエンジンの廃熱と加熱手段を用いて媒体を加熱するので、エンジンの燃焼エネルギーを効率良く利用して媒体の昇温を行うことができる。

また、上記の車両用昇温装置では、駆動制御手段（１０）は、所定の変数に基づいて正味燃料消費率（ＢＳＦＣ）を推定し、推定した正味燃料消費率が最適な値となる最適駆動力をエンジン（１）の駆動力として設定するように構成されていてもよい。このような構成によれば、媒体を昇温しているときにおいても正味燃料消費率の最適化を図ることができ、エンジンの燃費効率の向上を図ることができる。

また、上記の車両用昇温装置では、エンジン（１）の駆動力を補助すると共にエンジン（１）の駆動力による発電が可能な電動機（４）と、電動機（４）と電力の授受を行う蓄電器（７）と、を備え、加熱手段（８）は、蓄電器（７）からの電力によって媒体を加熱し、駆動制御手段（１０）は、最適駆動力が要求駆動力よりも大きい場合、最適駆動力と要求駆動力との差の駆動力に応じて電動機（４）による発電を行い、当該発電による電力を蓄電器（７）に充電し、最適駆動力が要求駆動力よりも小さい場合、要求駆動力と最適駆動力との差の駆動力を電動機（４）の駆動力により補助するように構成されていてもよい。このような構成によれば、発電電力を効率良く利用するための蓄電器の充放電制御の中に、加熱手段の使用電力の供給制御が統合されることになる。その結果、効率の良い発電電力の利用が可能となる。

また、上記の車両用昇温装置では、要求駆動力に基づいてエンジン（１）を駆動させるか否かを決定する駆動源決定手段（１０）と、エンジン（１）が駆動しているか否かを判定するエンジン駆動判定手段（１０）と、を備え、加熱制御手段（１０）は、エンジン駆動判定手段（１０）によりエンジン（１）が駆動していると判定されたときは、熱量判定手段（１０）の判定結果にかかわらず、第２加熱制御を実行するように構成されていてもよい。このような構成によれば、エンジンが駆動している場合は、加熱手段の使用電力を抑制することができ、より一層、効率の良い発電電力の利用が可能となる。

また、上記の車両用昇温装置では、媒体は、エンジン（１）を冷却する媒体であり、加熱手段（８）のみ経由して媒体が循環する第１の循環経路（５２、５３、５４、５５）と、エンジン（１）および加熱手段（８）を経由して媒体が循環する第２の循環経路（５１、５２、５３、５４、５６）と、第１の循環経路（５２、５３、５４、５５）と第２の循環経路（５１、５２、５３、５４、５６）を切り替える切替手段（４１）と、を備え、加熱制御手段（１０）は、要求熱量を加熱手段（８）による熱量のみで満たせると判定された場合は、切替手段（４１）を第１の循環経路（５２、５３、５４、５５）に切り替えて第１加熱制御を実行し、要求熱量を加熱手段（８）による熱量のみで満たせないと判定された場合は、切替手段（４１）を第２の循環経路（５１、５２、５３、５４、５６）に切り替えて第２加熱制御を実行するように構成されていてもよい。このような構成によれば、加熱制御手段による加熱制御に応じて循環経路を切り替えるので、循環経路を循環する媒体の加熱効率を向上させることができる。
なお、上記の括弧内の符号は、後述する実施形態における構成要素の符号を本発明の一例として示したものである。

本発明にかかる車両用昇温装置によれば、媒体を加熱（昇温）しているときのエンジンの稼働時間が短くなる。したがって、エミッションを低減することができるとともに、エンジンの燃費を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の内部構成を示すブロック図である。 車両用昇温装置の一部の構成を示すブロック図である。 車両用昇温装置の暖房要求時の動作を説明するためのフローチャートである。 バッテリ残容量に応じた運転モードを示す図である。 ヒータからエンジン廃熱への熱源の切り替え時の条件を示すタイムチャートである。 ヒータ・エンジン協調制御の概略を説明するための波形図である。 ヒータ・エンジン協調制御の具体例を説明するためのタイムチャートである。 ヒータ・エンジン協調制御の具体例を説明するためのタイムチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の内部構成を示すブロック図である。この実施の形態における車両は、駆動源としてのエンジン１を備えるとともに、発電を行うジェネレータ（発電機）２および駆動源としての電動機（以下、「モータ」と記す）４を備えたハイブリッド自動車の車両である。ジェネレータ２には、当該ジェネレータ２の駆動を制御するためのＰＤＵ（Power Drive Unit）３が一体化して配置され、電動機４にも、当該電動機４の駆動を制御するためのＰＤＵ５が一体化して配置されている。エンジン１とモータ４の回転駆動力は、動力の伝達を断続するためのクラッチや複数の歯車及び回転軸を備えた動力伝達機構１１を介して駆動輪６に伝達される。

この実施の形態における車両は、さらに、バッテリ７と、水加熱ヒータ８と、ＤＣ−ＤＣコンバータ９とを備える。ここで、バッテリ７は、ジェネレータ２が発電した電力を蓄電する蓄電器でありキャパシタを含む。また、水加熱ヒータ（ＨＴＲ）８は、バッテリ７から供給される電力に基づいて発熱し、エンジン１の冷却水を加熱する電気ヒータである。ＤＣ−ＤＣコンバータ９は、バッテリ７の電圧を変換し、変換した電圧を電子制御ユニット１０、ランプ（図示せず）などの車両の補機負荷に対して供給する電圧変換装置である。

また、この実施の形態の車両は、車両の各部（エンジン１、ＰＤＵ３，４、バッテリ７、水加熱ヒータ８、エアコンディショナーユニット（Ａ／Ｃ）(以下、「エアコンユニット」と記す）２０などを制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０を備える。電子制御ユニット１０は、各種の運転条件に応じて、モータ４のみを動力源とするモータ単独走行（ＥＶ走行）をするように制御したり、エンジン１のみを動力源とするエンジン単独走行をするように制御したり、エンジン１とモータ４の両方を動力源として併用する協働走行（ＨＥＶ走行）をするように制御する。また、電子制御ユニット１０は、各種の制御パラメータに従って、後述する車両用昇温装置の暖房要求時の制御や、その他の各種の運転に必要な制御を行う。

また、電子制御ユニット１０には、制御パラメータとして、各種センサ３１〜３７からの信号が入力される。具体的には、電子制御ユニット１０には、車両の速度を検出する速度センサ３１からの速度を示す信号、エンジン１を冷却する冷却水の温度を測定するエンジン水温センサ３２からの測定温度を示す信号、ヒータコア２０Ａ（図２参照）入口の冷却水の温度を測定するヒータコア入口水温センサ３３からの測定温度を示す信号、ヒータコア２０Ａ出口の冷却水の温度を測定するヒータコア出口センサ３４からの測定温度を示す信号が入力される。また、電子制御ユニット１０には、車両の室温（室内の温度）を測定する室温センサ３５からの測定温度を示す信号、外気温（車両の外の温度）を測定する外気温センサ３６からの測定温度を示す信号、燃料の消費量を検出する燃料消費量センサ３７からの検出信号も入力される。なお、図１には示していないが、上記のセンサ３１〜３７以外にも、車両の走行に必要な制御パラメータを検出・測定するセンサも設けられている。

エアコンユニット（Ａ／Ｃ）２０は、車内の温度や湿度を調整する装置（冷暖房装置）である。エアコンユニット２０における冷房システムは、既存の冷房システムと同様に、コンプレッサが冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒をコンデンサが凝縮し、凝縮した冷媒を減圧装置が減圧し、減圧した冷媒をエバポレータ（冷房用熱交換器）が蒸発気化させるシステムである。なお、エアコンユニット２０におけるコンプレッサは、バッテリ７から供給される電力によって作動する電動コンプレッサとされている。したがって、コンプレッサは、エンジン１が停止しているときにも作動することが可能である。また、エアコンユニット２０における暖房システムは、エンジン１の廃熱と水加熱ヒータ８による熱を利用して冷却水を昇温し、昇温した冷却水をヒータコア（暖房用熱交換器）に導くことによりヒータコアを熱し、その熱せられたヒータコアに送風機からの風を送ることにより温風を得る暖房システムである。

エンジン１は、燃料を空気と混合して燃焼することにより車両を走行させるための駆動力を発生する内燃機関エンジンである。モータ４は、エンジン１とモータ４との協働走行やモータ４のみのＥＶ走行の際には、バッテリ７の電気エネルギーを利用して車両を走行させるための駆動力を発生するモータとして機能する。ジェネレータ２は、車両の減速時に回生により電力を発電する発電機として機能する。ジェネレータ２の回生時には、バッテリ７は、ジェネレータ２により発電された電力（回生エネルギー）により充電される。

図２は、本発明の実施の形態に係る車両用昇温装置の一部の構成を示すブロック図である。なお、車両用昇温装置は、図２に示す構成の他に、電子制御ユニット１０などの構成も含む。図２に示す車両用昇温装置は、エンジン１、電動三方弁４１、電動ポンプ４２、水加熱ヒータ８、およびヒータコア２０Ａが循環経路（配管）５１〜５６でそれぞれ接続され、循環経路５１〜５６を通じて冷却水が循環される。具体的には、図２に示すように、エンジン１には、エンジン１内の冷却水を循環させるウォーターポンプ（以下、「Ｗ／Ｐ」と記す）１ａが設けられている。また、エンジン１と電動三方弁４１とが循環経路５１で接続され、電動三方弁４１と水加熱ヒータ８とが循環経路５２で接続されている。また、電動三方弁４１と水加熱ヒータ８の間には、循環経路５１〜５６内の冷却水を循環させる電動ポンプ４２が設けられている。また、水加熱ヒータ８とヒータコア２０Ａとが循環経路５３で接続され、ヒータコア２０Ａと電動三方弁４１とが循環経路５４および循環経路５５で接続され、ヒータコア２０Ａとエンジン１とが循環経路５４および循環経路５６で接続されている。

電動三方弁４１は、循環経路５１から循環経路５２への冷却水の循環を可能とし、循環経路５５から循環経路５２への冷却水の循環を不可能とする状態（これを開状態という。）と、循環経路５５から循環経路５２への冷却水の循環を可能とし、循環経路５１から循環経路５２への冷却水の循環を不可能とする状態（これを閉状態という。）とに切り替える。図２に示すように、電動三方弁４１が閉状態のときは、循環経路５２〜５５からなる水路（１）が形成され、電動三方弁４１が開状態のときは、循環経路５１〜５４，５６からなる水路（２）が形成される。電動三方弁４１は、電子制御ユニット１０からの指令信号に基づいて、開状態と閉状態とを切り替える制御を行う。この実施の形態では、水路（１）はエンジン１を経由しない分、水路（２）よりも循環経路の長さが短くなり、効率よく冷却水を循環させることができるとともに、冷却水の加熱効率も高い。

次に、上記車両用昇温装置の動作について説明する。

図３は、本発明の実施の形態に係る車両用昇温装置の暖房要求時の動作を説明するためのフローチャートである。図３に示す各処理は、ユーザによるエアコンユニット２０のスイッチ操作などに応じたエアコンユニット２０からの暖房要求（昇温要求）に基づいて、電子制御ユニット１０により実行される。エアコンユニット２０から電子制御ユニット１０に対する暖房要求には、ユーザからの要求温度（例えば、車内温度２８℃）を示す情報が含まれている。電子制御ユニット１０は、ユーザからの要求温度を示す情報を受けた場合は、室温センサ３５からの信号に基づいて現在の車内温度を確認し、現在の車内温度やユーザからの要求温度などに基づいて、要求温度まで昇温するために必要なヒータ要求熱量を算出する（ステップＳ１）。なお、エアコンユニット２０が、ユーザからの要求温度に対応した要求熱量を算出し、算出した要求熱量を示す情報を暖房要求とともに電子制御ユニット１０に出力するようにしてもよい。

ここで、この実施の形態では、ハイブリッド車両の運転モードとして、ＣＤモード（Charge Depleting Mode：電池使用走行モードともいう）とＣＳモード（Charge Sustaining Mode：充電維持走行モードやハイブリッド走行モードともいう）が設けられている。ＣＤモードは、主にＥＶ走行が行われる運転モードであり、ＣＳモードは、ＨＥＶ走行（またはエンジン単独走行）が行われる運転モードである。運転モードは、バッテリ３０の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）や要求駆動力に応じて切り替えられる。

まず、電子制御ユニット１０は、エアコンユニット２０からの暖房要求があった場合、現在の運転モードがＣＤモードであるか否かを判定する（ステップＳ２）。

図４は、バッテリ３０の残容量に応じた運転モードを示す図である。図４に示すように、ハイブリッド車両では、バッテリ３０の残容量が多い場合は、燃費を向上させるためにＣＤモードに設定され、主にＥＶ走行が行われる。一方、バッテリ３０の残容量が少ない場合は、バッテリ３０の充電を行うためにＣＳモードに設定され、ＨＥＶ走行（またはエンジン単独走行）が行われる。

また、ハイブリッド車両では、アクセルの踏込量などに応じた要求駆動力が小さい場合（例えば、運転開始時など）は、モータ４の駆動力だけで要求駆動力を満足させることができるので、ＣＤモードに設定され、主にＥＶ走行が行われる。一方、要求駆動力が大きい場合は、モータ４の駆動力だけで要求駆動力を満足させることができないので、ＣＳモードに設定され、ＨＥＶ走行（またはエンジン単独走行）が行われる。

このように、各種の運転条件に応じて、運転モードがＣＤモードまたはＣＳモードに切り替えられる。この実施の形態では、原則として、運転モードがＣＤモードに設定されてＥＶ走行が行われている場合は、エンジン１が稼働していないので、バッテリ７から供給される電力によって発熱する水加熱ヒータ８によって冷却水を加熱する制御を実行する。また、原則として、運転モードがＣＳモードに設定されてＨＥＶ走行（またはエンジン単独走行）が行われている場合は、エンジン１の廃熱によって冷却水を加熱する制御を実行し、エンジン１の廃熱だけで要求熱量を満足させることができないときは、その不足分の熱量を水加熱ヒータ８によって補うヒータ・エンジン協調制御を実行する。

運転モードがＣＤモードであると判定されたときは（ステップＳ２のＹｅｓ）、電子制御ユニット１０は、ヒータ要求熱量よりも水加熱ヒータ８の最大出力熱量が低いか否かを判定する（ステップＳ３）。ヒータ要求熱量よりも水加熱ヒータ８の最大出力熱量が低くない場合（高い場合）は（ステップＳ３のＮｏ）、電子制御ユニット１０は、水加熱ヒータ８のみを用いて、冷却水を所定の要求温度、例えば、ユーザからの車内の要求温度（一例として２８℃）に対応する冷却水の温度（一例として６０℃）まで昇温させるように冷却水を加熱する制御を実行する（ステップＳ４）。

一方、ヒータ要求熱量よりも水加熱ヒータ８の最大出力熱量が低い場合は（ステップＳ３のＹｅｓ）、水加熱ヒータ８の出力熱量だけではヒータ要求熱量を満足させることができないので、電子制御ユニット１０は、エンジン１の始動を開始させるとともに（ステップＳ５）、ＣＤモード中に水加熱ヒータ８を停止させるための条件であるヒータ停止指示条件を満足するか否かを判定する（ステップＳ６）。

ヒータ停止指示条件を満足していないと判定したときは（ステップＳ６のＮｏ）、電子制御ユニット１０は、水加熱ヒータ８とエンジン１の廃熱を併用して冷却水を加熱するための条件である併用条件を満足するか否かを判定する（ステップＳ７）。併用条件を満足しないと判定されたときは（ステップＳ７のＮｏ）、電子制御ユニット１０は、ステップＳ５において始動されたエンジン１が温められるまで、水加熱ヒータ８のみを用いて、冷却水を加熱する制御を実行する（ステップＳ８）。

また、併用条件を満足すると判定されたときは（ステップＳ７のＹｅｓ）、電子制御ユニット１０は、水加熱ヒータ８とエンジン１の廃熱を併用して、冷却水を加熱するヒータ・エンジン協調制御を実行する（ステップＳ９）。また、ヒータ停止指示条件を満足すると判定されたときは（ステップＳ６のＹｅｓ）、電子制御ユニット１０は、エンジン１の廃熱のみを用いて冷却水を加熱する制御を実行する（ステップＳ１０）。

図５は、本発明の実施の形態によるヒータ（水加熱ヒータ８）からエンジン廃熱への熱源の切り替え時の条件（ヒータ停止指示条件、併用条件）を示すタイムチャートである。図５に示すように、ＣＤモード中は、当初、暖房の熱源として水加熱ヒータ８のみが用いられる（ステップＳ４参照）。このとき、電動三方弁４１は閉状態であり、水路（１）が形成された状態である。そして、ヒータコア２０Ａの入口における冷却水の水温（以下、「ヒータコア入口水温」という。）が徐々に上昇するとともに、ヒータコア２０Ａの出口における冷却水の水温（以下、「ヒータコア出口水温」という。）も徐々に上昇していく。なお、ヒータコア入口水温およびヒータコア出口水温は、それぞれ、ヒータコア入口水温センサ３３およびヒータコア出口水温センサ３４で測定される。

運転中に、冷却水の温度などによって変化する水加熱ヒータ８の最大出力熱量（ヒータ最大出力推定値）がヒータ要求熱量（単位時間当たりのヒータ要求熱量Ｑａ）よりも下回ると（ステップＳ３のＹｅｓ参照）、エンジン始動指示フラグがオンとなり、電子制御ユニット１０によってエンジン１の始動指示が行われて、エンジン１が始動する（ステップＳ５参照）。ただしこのときは、まだエンジン１が温まっておらず、エンジン１の廃熱を利用して冷却水を加熱できないので、水加熱ヒータ８のみを用いて冷却水の加熱が行われている（ステップＳ８参照）。

エンジン１が始動して、エンジン１の回転数（ＮＥ）が上がっていくと、エンジン１内の冷却水の水温（エンジン水温）も上昇していく。なお、エンジン水温がヒータコア出口水温よりも高くなったとき、エンジン１の廃熱を利用して冷却水を加熱できる状態となったため、電動三方弁４１が閉状態から開状態に制御されて、水路（２）が形成された状態となる。エンジン水温がヒータコア出口水温よりも高くなったことが上記の併用条件である。この併用条件が満足すると、電子制御ユニット１０は、電動三方弁４１を閉状態から開状態に制御し、暖房熱源として水加熱ヒータ８とエンジン１の廃熱を併用して、冷却水を加熱するヒータ・エンジン協調制御を実行する（ステップＳ９参照）。

その後、ヒータコア入口水温が要求温度（ヒータコア目標水温）に達したら、ヒータ停止指示フラグがオンとなり、電子制御ユニット１０は、水加熱ヒータ８を停止させる。すなわち、エンジン１の廃熱のみを用いて、冷却水を加熱する制御を実行する（ステップＳ１０参照）。この実施の形態では、運転モードがＣＤモードであること、電動三方弁４１が開状態であること、およびヒータコア入口水温がヒータコア目標水温を超えたこと、がヒータ停止指示条件である。

ステップＳ２において、電子制御ユニット１０は、運転モードがＣＤモードでなくＣＳモードであると判定した場合は（ステップＳ２のＮｏ）、ヒータ要求熱量よりもエンジン１の供給熱量（エンジン１の廃熱によって冷却水に供給される熱量。以下、「エンジン供給熱量」という。）が低いか否かを判定する（ステップＳ１１）。ヒータ要求熱量よりもエンジン供給熱量が高い場合（ステップＳ１１のＮｏ）は、電子制御ユニット１０は、エンジン１の廃熱のみを用いて、冷却水を所定の要求温度、例えば、ユーザからの車内の要求温度（一例として２８℃）に対応する冷却水の温度（一例として６０℃）まで昇温させるように冷却水を加熱する制御を実行する（ステップＳ１２）。

一方、ヒータ要求熱量よりもエンジン供給熱量が低い場合は（ステップＳ１１のＹｅｓ）、電子制御ユニット１０は、水加熱ヒータ８とエンジン１の廃熱を併用して、冷却水を加熱するヒータ・エンジン協調制御を実行する（ステップＳ１３）。

図６は、本発明の実施の形態によるヒータ・エンジン協調制御（ステップＳ９，Ｓ１３）の概略を説明するためのグラフ（波形図）である。図６に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸は熱量を示している。図６において、エンジン供給熱量αは、時間の経過とともに変化する。図６に示す例では、時間ｔ３までは、エンジン供給熱量αは、ヒータ要求熱量γよりも低い値となっている。そして、時間ｔ３を経過してから所定時間経過後に、エンジン供給熱量αは、ヒータ要求熱量γよりも高い値となり、時間ｔ６を経過してから所定時間経過後に、エンジン供給熱量αは、再びヒータ要求熱量γよりも低い値となっている。

この実施の形態では、電子制御ユニット１０は、図３のステップＳ１においてヒータ要求熱量γを算出するとともに、エンジン１を稼働しているときは、燃料消費量、車両の速度（車速）、外気温などに基づいてエンジン供給熱量（推定値）αを算出（推定）する。エンジン供給熱量αは、以下の計算式（１）（２）より求められる。

熱収支の式：
Ｅｉｎ×η＝ＣＥ（ｄＴｗ（ｔ）／ｄｔ＋ＫＥ（Ｔｗ（ｔ）−Ｔａｍ））＋Ｑｈｔｒ・・・（１）

式（１）から、
Ｑｔｈｒ＝Ｅｉｎ×η−ＣＥ（ｄＴｗ（ｔ）／ｄｔ＋ＫＥ（Ｔｗ（ｔ）−Ｔａｍ））・・・（２）

ここで、Ｑｔｈｒは、エンジン廃熱による有効空調熱量（単位はＪ／ｓ）を示し、Ｅｉｎは、エンジン燃焼熱量（単位はＪ／ｓ）を示し、ηは、エンジン廃熱係数を示し、ＣＥは、エンジン熱容量（単位はＪ／Ｋ）を示し、ＫＥは、エンジン放熱量係数（速度、外気温などに応じた係数、単位はＪ／Ｋｓ）を示し、Ｔａｍは、外気温（単位は℃）を示し、Ｔｗ（ｔ）は、エンジン水温（単位は℃）を示す。ただし、熱量は単位時間あたりの熱量を示している。なお、車両の速度は、速度センサ３１で測定し、エンジン水温は、エンジン水温センサ３２で測定し、外気温は、外気温センサ３６で測定する。

電子制御ユニット１０は、ヒータ・エンジン協調制御の実行中、エンジン供給熱量αがヒータ要求熱量γよりも低い値であるか高い値であるかを常に監視している。そして、電子制御ユニット１０は、エンジン供給熱量αがヒータ要求熱量γよりも低い値となっている場合に、所定時間間隔（つまり、時間ｔ１からｔ２の間隔、ｔ２からｔ３の間隔、ｔ３からｔ４の間隔・・・、例えば１０ｓｅｃ）においてヒータ要求熱量γに対してエンジン供給熱量αで不足している熱量（すなわち、ヒータ要求熱量γからエンジン供給熱量αを引いた熱量：図６中のβ１，β２）を算出し、その不足分の熱量β１，β２を、次の所定時間間隔において水加熱ヒータ８を作動させることにより補充する。具体的には、図６に示す例のように、時間ｔ０からｔ１の間隔において不足分の熱量（斜線で示す範囲の熱量：（１））に対応する熱量が時間ｔ１からｔ２において補充され、時間ｔ１からｔ２の間隔において不足分の熱量（斜線で示す範囲の熱量：（２））に対応する熱量が時間ｔ２からｔ３において補充され、時間ｔ２からｔ３の間隔において不足分の熱量（斜線で示す範囲の熱量：（３））に対応する熱量が時間ｔ３からｔ４において補充され、時間ｔ３からｔ４の間隔において不足分の熱量（斜線で示す範囲の熱量：（４））に対応する熱量が時間ｔ４からｔ５において補充される。

なお、上記の所定時間間隔は、水加熱ヒータ８の出力応答特性や、エンジン１の出力変動によるドライバビリティ（運転のしやすさ、運転の快適性）などを考慮して設定される。

図７は、本発明の実施の形態によるヒータ・エンジン協調制御（ステップＳ９，Ｓ１３）の具体例を説明するためのタイムチャートである。図７（Ａ）は、エアコンユニット２０からの暖房要求と同時にエンジン１が始動した場合の具体例、すなわち、ＣＳモードまたはＣＤモードかつ水加熱ヒータ８の出力不足と判定された場合の具体例を示している。図７（Ｂ）は、水加熱ヒータ８の稼働中に、途中でエンジン１が始動した場合の具体例、すなわち、ＣＤモードの途中で水加熱ヒータ８の出力不足と判定された場合の具体例を示している。

図７（Ａ）において、電子制御ユニット１０は、エアコンユニット２０から暖房要求があったときに、図３のステップＳ９またはステップＳ１３を実行する条件が成立した場合すなわち、エンジン１の始動が開始され（ステップＳ５参照）、かつ電動三方弁４１が開状態に制御される場合は、ヒータ・エンジン協調制御を実行する。このとき（時間Ｔ１）、電子制御ユニット１０は、ヒータ・エンジン協調制御の実行中であることを示す協調制御フラグをオンとし、初回定期間隔であることを示す初回定間隔中フラグをオンとする。そして、電子制御ユニット１０は、燃料消費量センサ３７からの信号およびエンジン水温センサ３２からの信号を入力することにより、燃焼消費量Ｍおよびエンジン冷却水温（エンジン１の冷却水の水温）Ｔｅを監視する。なお、電子制御ユニット１０は、燃料消費量センサ３７およびエンジン水温センサ３２以外のセンサからの信号も常に入力し、その測定値を監視している。

電子制御ユニット１０は、時間Ｔ２になると、初回定間隔中フラグをオフとする。この初回定間隔中フラグがオンのときは、水加熱ヒータ８による出力は実行されない。

電子制御ユニット１０は、定期的（例えば１００ｍｓ毎）にオンとなる協調制御データセットトリガがオンとなったタイミングで、燃焼消費量Ｍおよびエンジン水温Ｔｅの各データ（さらに、その他のセンサのデータ）を更新する（なお、定間隔中は前回データ値を保持する）。また、電子制御ユニット１０は、各データに基づいて、ヒータ要求熱量（図７における単位時間当たりの要求熱量Ａ１）を算出し、その算出値からヒータ要求熱量定間隔セット値Ａ２を算出する。また、電子制御ユニット１０は、各データに基づいて、エンジン供給熱量セット値Ａ３を算出する。さらに、電子制御ユニット１０は、ヒータ要求熱量定間隔セット値Ａ２に対してエンジン供給熱量セット値Ａ３で不足する熱量を算出する。

そして、電子制御ユニット１０は、水加熱ヒータ８を稼働させることによって、算出した不足分の熱量（図７におけるヒータ出力熱量Ｑｈ）を補充する。なお、図７に示すように、ヒータ出力熱量Ｑｈは、各時間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４・・・において段階的に（急激に）変化させずになめらかに変化するように、レートリミットが設定されている。エンジン１の出力変動などによりドライバビリティを悪化させないようにするためである。

図７（Ｂ）において、電子制御ユニット１０は、エアコンユニット２０から暖房要求があったときに、図３のステップＳ４において水加熱ヒータ８のみで冷却水を加熱している。その後、ヒータ要求熱量Ａ１よりもヒータ最大出力熱量が低くなることにより（ステップＳ３のＹｅｓ参照）、エンジン１の始動が開始され（ステップＳ５参照）、かつ電動三方弁４１が開状態に制御され、ヒータ・エンジン協調制御が実行される（ステップＳ９参照）。その後の処理は、図７（Ａ）に示す処理と同様であるため、説明を省略する。

次に、車両用昇温装置の昇温中におけるエンジン１の駆動制御について説明する。

図３のステップＳ９，Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１３では、エンジン１が駆動される。このとき、電子制御ユニット１０は、エンジン１による回転駆動力とモータ４による回転駆動力の配分を最適な配分となるように制御する。具体的には、ハイブリッド車両の走行中におけるエンジン１の目標トルクは、正味燃料消費率（Brake Specific Fuel Consumption：以下、ＢＳＦＣという。）が最適な値（ＢＳＦＣボトム）となるトルク（駆動力）に設定される。ＢＳＦＣは、エンジンの１サイクルで消費した燃料（燃料噴射量）をエンジン出力（正味馬力）で割ったものである。電子制御ユニット１０は、ＢＳＦＣと相関関係にあるパラメータ（吸入空気量、点火プラグの点火時期、および排気再循環装置（ＥＧＲ装置）による排気再循環率（ＥＧＲ率）など）に基づいて、様々な環境下における個々のエンジン１のＢＳＦＣボトムを推定する。そして、電子制御ユニット１０は、ＢＳＦＣボトムとなるトルクでエンジン１を駆動させ、そのトルクでは要求駆動トルクが足りない場合は、足りないトルクをモータ４のトルクで補助する。また、要求駆動トルクよりもＢＳＦＣボトムのトルクが大きい場合は、その余ったトルクに基づく駆動力によりジェネレータ２のモータを駆動させて発電し、発電電力をバッテリ７に充電する。このように、この実施の形態では、エンジン１の駆動制御において、暖房要求の要求熱量に影響されずに、常に最適なトルク（駆動力）によりエンジン１を駆動させる制御が実行される。

以上のように、この実施の形態によれば、ヒータ要求熱量を水加熱ヒータ８による熱量のみで満足させることができる場合は、水加熱ヒータ８のみで冷却水を加熱し、ヒータ要求熱量を水加熱ヒータ８による熱量のみで満足させることができない場合は、水加熱ヒータ８による熱量およびエンジン１の廃熱量で冷却水を加熱するように構成されているので、冷却水を加熱（昇温）している場合におけるエンジン１の稼働時間を短くすることができる。したがって、エミッションを低減することができるとともに、エンジン１の燃費を向上させることができる。

また、上記の実施の形態によれば、水加熱ヒータ８およびエンジン１の廃熱で冷却水を加熱する場合、ヒータ要求熱量に対してエンジン１の廃熱量で不足する熱量を水加熱ヒータ８による熱量で補うように構成されているので、エンジン１の燃焼エネルギーを効率良く利用して媒体の昇温を行うことができる。

また、上記の実施の形態によれば、電子制御ユニット１０は、所定の変数（パラメータ）に基づいてＢＳＦＣを推定し、推定したＢＳＦＣが最適な値となる最適駆動力をエンジン１の駆動力として設定するように構成されているので、てもよい。冷却水を昇温しているときにおいてもＢＳＦＣの最適化を図ることができ、エンジン１の燃費効率の向上を図ることができる。

また、上記の実施の形態によれば、エンジン１の廃熱量ではヒータ要求熱量が不足する場合、水加熱ヒータ８を作動させ、かつ、水加熱ヒータ８のエネルギーはエンジン１の駆動力に基づくジェネレータ２の発電電力を用いるので、エンジン１に投入された燃焼エネルギーの利用率を向上させることができる。例えば、エンジン１の廃熱のみを利用して冷却水を加熱する場合は、エンジン１の廃熱のみであるから、エンジン１に投入した燃料の約３０〜４０％のエネルギーであるのに対し、エンジン１の廃熱とジェネレータ２の発電電力による水加熱ヒータ８の発熱を併用した場合は、発電電力分が上乗せされ、エンジン１に投入した燃料の約６０〜７０％のエネルギーを利用することが可能となる。

また、上記の実施の形態によれば、バッテリ７の充放電制御に、水加熱ヒータ８の使用電力制御を統合しているので、ジェネレータ２の発電電力を効率よく利用することができる。

また、上記の実施の形態によれば、エンジン１の廃熱を利用するか否かに応じて、電動三方弁４１によって水路（１）と水路（２）を切り替えるように構成しているので、循環経路を循環する冷却水の加熱効率を向上させることができる。

なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。例えば、上記の実施の形態では、エンジン１を冷却する媒体として冷却水を利用した例を説明していたが、冷却水ではなく空気（空調風）などの気体であってもよい。また、ジェネレータ（発電機）２などが動作する際に生じる熱を回収してその熱を利用して冷却水などの媒体を昇温させる構成としてもよい。

本発明は、例えば、ハイブリッド車両に搭載される車両用昇温装置に適用可能である。

１ エンジン
２ ジェネレータ（発電機）
４ モータ（電動機）
７ バッテリ（蓄電器）
８ 水加熱ヒータ（加熱手段）
１０ 電子制御ユニット
４１ 電動三方弁（切替弁）
５１〜５６ 循環経路

Claims (6)

1. エンジンと、
   熱を伝達する媒体を加熱する加熱手段と、
   前記媒体を所定の要求温度まで昇温するための要求熱量を算出する要求熱量算出手段と、
   該要求熱量算出手段により算出された前記要求熱量を前記加熱手段による熱量のみで満たせるか否かを判定する熱量判定手段と、
   該熱量判定手段により前記要求熱量を前記加熱手段による熱量のみで満たせると判定された場合は、前記加熱手段のみで前記媒体を加熱する第１加熱制御を実行し、前記熱量判定手段により前記要求熱量を前記加熱手段による熱量のみで満たせないと判定された場合は、前記加熱手段および前記エンジンの廃熱で前記媒体を加熱する第２加熱制御を実行する加熱制御手段と、を備える
   ことを特徴とする車両用昇温装置。
2. 車両の要求駆動力に応じて前記エンジンの駆動を制御する駆動制御手段と、
   前記エンジンの駆動に基づいて発生する廃熱量を算出する廃熱量算出手段と、を備え、
   前記加熱制御手段は、前記第２加熱制御を実行する場合、前記要求熱量に対して前記廃熱量算出手段により算出された前記廃熱量で不足する熱量を前記加熱手段による熱量で補う
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用昇温装置。
3. 前記駆動制御手段は、所定の変数に基づいて前記エンジンの正味燃料消費率を推定し、推定した正味燃料消費率が最適な値となる最適駆動力を前記エンジンの駆動力として設定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両用昇温装置。
4. 前記エンジンの駆動力を補助すると共に前記エンジンの駆動力による発電が可能な電動機と、
   前記電動機と電力の授受を行う蓄電器と、を備え、
   前記加熱手段は、前記蓄電器からの電力によって前記媒体を加熱し、
   前記駆動制御手段は、前記最適駆動力が前記要求駆動力よりも大きい場合、前記最適駆動力と前記要求駆動力との差の駆動力に応じて前記電動機による発電を行い、当該発電による電力を前記蓄電器に充電し、前記最適駆動力が前記要求駆動力よりも小さい場合、前記要求駆動力と前記最適駆動力との差の駆動力を前記電動機の駆動力により補助する
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両用昇温装置。
5. 前記要求駆動力に基づいて前記エンジンを駆動させるか否かを決定する駆動源決定手段と、
   前記エンジンが駆動しているか否かを判定するエンジン駆動判定手段と、を備え、
   前記加熱制御手段は、前記エンジン駆動判定手段により前記エンジンが駆動していると判定されたときは、前記熱量判定手段の判定結果にかかわらず、前記第２加熱制御を実行する
   ことを特徴とする請求項４に記載の車両用昇温装置。
6. 前記媒体は、前記エンジンを冷却する媒体であり、
   前記加熱手段のみ経由して前記媒体が循環する第１の循環経路と、
   前記エンジンおよび前記加熱手段を経由して前記媒体が循環する第２の循環経路と、
   前記第１の循環経路と前記第２の循環経路を切り替える切替手段と、を備え、
   前記加熱制御手段は、前記要求熱量を前記加熱手段による熱量のみで満たせると判定された場合は、前記切替手段を前記第１の循環経路に切り替えて前記第１加熱制御を実行し、前記要求熱量を前記加熱手段による熱量のみで満たせないと判定された場合は、前記切替手段を前記第２の循環経路に切り替えて前記第２加熱制御を実行する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の車両用昇温装置。

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