JP6414471B2 - 車両空調制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両空調制御装置に関するものである。
例えば走行用のエンジンとモータとを有する車両において、電気加熱装置でエンジン冷却水を加熱することで、暖房のための水温要求によるエンジンONの水温しきい値を下げ、これによりエンジン停止頻度を上げることで燃費改善することが知られている。
また、特許文献1に記載の技術では、エンジンを熱源とする第1暖房システムと、バッテリの電気エネルギを熱源とする第2暖房システムとを有するハイブリッド車において、走行要求及び暖房要求に基づいて、消費エネルギ(燃料消費量)が最小となるように、第1暖房システムと第2暖房システムとのいずれかを選択して暖房を行うこととしている。
特許第4893475号公報
しかしながら、近年では、エンジン軸効率やEV走行能力の進化により、暖房熱不足がより深刻になっており、従来技術のように現在の走行要求と暖房要求とから最適な暖房方法を選択するだけでは不十分になることが懸念される。
要するに、電気エネルギを用いる電気暖房は、それ自体は燃料を消費して暖房熱を生じさせるものではないが、電気エネルギを生成するには燃料を消費する。そのため、走行要求及び暖房要求だけでは最適な暖房を選択することが困難なものとなる。また、燃料消費量を最小にするにはエンジン本体や、熱媒体であるエンジン冷却水における蓄熱状態を考慮する必要があると考えられる。この点、技術的な改善の余地があると考えられる。
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、車室の暖房を効率良く実施することができる車両空調制御装置を提供することにある。
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。
本発明の車両空調制御装置(33)は、エンジン(11)と、前記エンジンにより駆動され発電する発電機(17)と、前記発電機による発電電力により充電される蓄電装置(18)とを備え、前記エンジンを含む経路で熱媒体を循環させ前記エンジンの廃熱により前記熱媒体を加熱して車室の暖房を実施する一方、前記蓄電装置の電力により加熱手段(40)での加熱を行わせて車室の暖房を実施する車両(10)に適用され、当該車両における空調に関する制御を実施する。そして、前記エンジンの本体温度を取得する本体温度取得手段と、前記本体温度取得手段により取得した本体温度に基づいて、前記エンジンの廃熱による暖房と前記加熱手段による暖房とのいずれを実施するかを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果に基づいて、前記エンジンの廃熱による暖房と前記加熱手段による暖房とを選択的に実施する暖房制御手段と、を備えることを特徴とする。
エンジンの本体温度が変わると、エンジンの廃熱量(冷却損失)が増加側又は減少側に変化する。具体的には、本体温度が高いほど廃熱量が増加する。すなわち、エンジン本体から熱媒体に伝達される熱量が増え、エンジン廃熱を利用する上では有利な状況となる。また、エンジン本体は、熱容量が比較的大きい(例えば冷却水等の熱媒体に比べて大きい)ことに加え、現在だけでなく過去の運転で生じた熱も回収し蓄積できる。この場合、エンジンの本体温度に基づいてエンジンの廃熱量を把握し、その廃熱量を考慮して、エンジンの廃熱による暖房と電気式の加熱手段による暖房とを選択的に実施することで、エンジンの廃熱を車室の暖房に適正に利用できる。これにより、車室の暖房を効率良く実施できる。
ハイブリッド車の制御システムの概略を示す構成図。 車両空調制御の処理手順を示すフローチャート。 エンジン出力と車速と温度ベース値との関係を示す図。 エンジン本体温度と外気温と昇温率との関係を示す図。 (a)は冷却水加熱率と発電効率とCOP相当値との関係を示す図、(b)はエンジン本体温度と冷却水加熱率との関係を示す図。 図2のサブルーチンを示すフローチャート。 水温とエンジン本体温度と温水放熱量との関係を示す図。 暖房要求出力と冷却水流量との関係を示す図。 暖房要求出力と冷却水流量とブロワ風量との関係を示す図。 空調制御処理をより具体的に説明するためのタイムチャート。 第2実施形態においてEVモードでの廃熱暖房処理の手順を示すフローチャート。 第3実施形態においてEVモードでの廃熱暖房処理の手順を示すフローチャート。 第4実施形態においてEVモードでの廃熱暖房処理の手順を示すフローチャート。 第5実施形態においてEVモードでの廃熱暖房処理の手順を示すフローチャート。 別の形態においてハイブリッド車の制御システムの概略を示す構成図。 別の形態においてハイブリッド車の制御システムの概略を示す構成図。
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車両走行の動力源としてエンジン(内燃機関)とモータ(電動機)とを備えるハイブリッド車において、エンジン及びモータの一方又は両方による車両走行時に各種制御を実施する制御システムとして具体化するものとしている。
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10には、動力源としてエンジン11とモータジェネレータ(以下、MGという)12とが搭載されている。エンジン11の出力軸の動力がMG12を介して変速機13に伝達され、この変速機13の出力軸の動力がデファレンシャルギア機構14や車軸15等を介して車輪16に伝達される。エンジン11はガソリンエンジン又はディーゼルエンジンである。MG12は走行用モータや発電機として機能する。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よいし、無段階に変速するCVT(無段変速機)であってもよい。
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。なお、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(図示せず)を設けるようにしてもよい。
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に接続されており、MG12がインバータ19を介して高圧バッテリ18と電力を授受するようになっている。発電機17は、DC−DCコンバータ20を介して低圧バッテリ21に接続されている。高圧バッテリ18と低圧バッテリ21とは、いずれも充放電可能(充電や放電が可能)なバッテリである。
車両10は、走行モードとして、EVモード、エンジンモード、HVモード等を有する。EVモードは、エンジン11の動力を使わずMG12の動力のみで車両走行を行わせるモードであり、エンジンモードは、エンジン11の動力のみで車両走行を行わせるモードであり、HVモードは、エンジン11の動力をMG12によりアシストしながら車両走行を行わせるモードである。
エンジン11はシリンダブロックやシリンダヘッド等からなるエンジン本体を有し、そのエンジン本体には、熱媒体としての冷却水を流通させる冷却水通路としてのウォータジャケット11aが形成されている。ウォータジャケット11aには、冷却水配管等よりなる冷却水回路23が接続されている。冷却水回路23には、暖房装置としてのヒータコア24と、電動ウォータポンプ25と、後述するヒートポンプ装置40のコンデンサ42とが設けられている。電動ウォータポンプ25は低圧バッテリ21の電力で駆動され、この電動ウォータポンプ25によりエンジン11とヒータコア24との間で冷却水(温水)が循環されるようになっている。ヒータコア24の近傍には、温風又は冷風を発生させるブロアファン26が配置されており、ブロアファン26の駆動によりヒータコア24の暖房熱が車室に供給されるようになっている。冷却水回路23には、冷却水の温度を検出する水温センサ27が設けられている。なお、熱媒体として冷却水以外の流体、例えば冷却油を用いることも可能である。
また、車両10には空調装置として電気式のヒートポンプ装置40が設けられている。ヒートポンプ装置40は、低温低圧のガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒にする電動コンプレッサ41と、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コンデンサ42(凝縮器)と、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する膨張弁43と、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エバポレータ44(蒸発器)とを備えており、これらが冷媒経路45により接続されて構成されている。電動コンプレッサ41は、高圧バッテリ18からの電力供給により駆動される。
また、ヒートポンプ装置40はエアコンECU46を有しており、空調の要求が生じると、エアコンECU46は、図示しないコンプレッサ用のインバータを制御して電動コンプレッサ41を駆動する。
ヒートポンプ装置40が駆動される場合、すなわち電動コンプレッサ41の駆動により冷媒経路45を冷媒が循環する場合、コンデンサ42から放出される熱により、冷却水回路23を流れる冷却水の加熱が可能となっている。この場合、コンデンサ42により冷却水が加熱されることで、ヒータコア24による車室の暖房が可能となっている。
ここで、冷却水回路23を流れる冷却水は、エンジン本体からの熱、すなわちエンジン11の燃焼に伴う廃熱により加熱されるとともに、ヒートポンプ装置40の駆動によっても加熱されるようになっている。したがって、車室の暖房が要求され、かつ冷却水の蓄熱量が暖房要求を満たさない場合には、エンジン廃熱による冷却水の加熱、又はヒートポンプ装置40による冷却水の加熱の少なくともいずれかが実施されるようになっている。
アクセルセンサ28によってアクセル開度(アクセルペダルの操作量)が検出され、シフトスイッチ29によってシフトレバーの操作位置が検出される。さらに、ブレーキスイッチ30によってブレーキ操作の有無(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、車速センサ31によって車速が検出される。
ハイブリッドECU33は、車両全体を総合的に制御する統括制御装置であり、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。ハイブリッドECU33は、エンジンECU34や、MG−ECU35、エアコンECU46といった他のECUに対してCAN等の通信手段を介して接続されており、各ECUでは、相互に制御信号やデータ信号等の各種情報の共有が可能となっている。これらの各ECUは、CPU、ROM、RAM等よりなるマイクロコンピュータ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各種制御を実施する。
エンジンECU34は、エンジン11の運転状態を制御する制御装置であり、燃料噴射量の制御等を実施する。MG−ECU35は、インバータ19を制御してMG12を制御するとともに発電機17を制御する制御装置である。また、MG−ECU35は、例えば、電流センサで計測した高圧バッテリ18の充放電電流の計測値とあらかじめ定められた高圧バッテリ18の最大容量とに基づいて、高圧バッテリ18の蓄電状態を示すSOC(State of Charge)を算出する。具体的には、電流センサの計測値を逐次積算しながら、バッテリの最大容量に対する比としてSOCを算出する。また、エアコンECU46は、冷暖房用の空調装置(電動ウォータポンプ25やブロアファン26、電動コンプレッサ41)を制御する制御装置である。
ハイブリッドECU33は、車両10の運転状態に応じて、他の各ECUに対してエンジン11、MG12、発電機17、冷暖房用の空調装置(電動ウォータポンプ25やブロアファン26、電動コンプレッサ41)等を制御するための指令信号等を出力する。ハイブリッドECU33は、車両の走行及びエネルギを管理するために、エンジンECU34及びMG−ECU35に対してトルク指令値や回転速度指令値を出力したり、エアコンECU46に対して暖房要求を出力したりする。
ところで、エンジン11の本体温度が変わると、エンジン11の廃熱量(冷却損失)が増加側又は減少側に変化する。具体的には、エンジン本体温度が高いほど廃熱量が増加する。すなわち、エンジン本体から冷却水に伝達される熱量が増え、エンジン廃熱を利用して車室の暖房を実施しようとする場合には有利な状況となる。また、エンジン本体は、熱容量が比較的大きい(エンジン熱マスが冷却水熱マよりも大きい)ことに加え、現在だけでなく過去の運転で生じた熱も回収し蓄積できる。
かかる事項に着目し、本実施形態では、エンジン本体における熱のストレージ量を示すエンジン本体温度に基づいてエンジン11の廃熱量を把握し、その廃熱量を考慮して、エンジン11の廃熱による暖房とヒートポンプ装置40による暖房とを選択的に実施することとしている。なお、本実施形態では、ハイブリッドECU33が本体温度取得手段、判定手段及び暖房制御手段に相当する。
図2は、車両空調制御の処理手順を示すフローチャートであり、本処理は、ハイブリッドECU33により所定周期で繰り返し実施される。本処理では、暖房の要求が生じていることを前提に、各ステップが適宜実施されるものとしている。
図2において、ステップS11では、水温Twとエンジン本体温度Tengとを取得し、続くステップS12では、高圧バッテリ18のSOCを取得する。このとき、水温Twは水温センサ27により検出される検出値である。エンジン本体温度Tengは、シリンダブロック等よりなるエンジン本体の温度であり、車両やエンジンの運転履歴に基づいて算出される。例えば、エンジン始動時からのエンジン出力や車速の変化、外気温等に基づいてエンジン本体温度Tengが算出されるとよい。より具体的には、図3の関係を用い、エンジン出力と車速と外気温とに基づいて、エンジン本体温度のベース値を算出するとともに、図4の関係を用い、エンジン本体温度と外気温とに基づいて、昇温率を算出する。そして、
Teng(t+1) = Teng (t) + 温度ベース値 × 昇温率
の関係式を用いて、エンジン本体温度Tengを算出する。
なお、エンジン11の冷却損失率やエンジン11による冷却水の加熱率を算出し、それらからエンジン本体温度Tengを算出することも可能である。また、エンジン本体に温度センサを取り付けておき、その温度センサにより検出されたエンジン本体温度Tengを取得する構成であってもよい。
その後、ステップS13では、走行負荷とSOCとに基づいて、車両10がEV走行可能な状態であるか否か、すなわち車両10の走行モードがEVモードであるか否かを判定する。このとき、アクセル開度等から求められる走行負荷が所定値以上であるか、又はSOCが所定値未満であれば(ステップS13がNOであれば)、EVモードでないと判定してステップS14に進む。また、走行負荷が所定値未満であり、かつ高圧バッテリ18のSOCが所定値以上であれば(ステップS13がYESであれば)、EVモードであると判定してステップS17に進む。ステップS13がNOであることは、エンジン11を運転させて車両10を走行させる状態であることを意味し、ステップS13がYESであることは、エンジン11の運転を停止した状態で、MG12の駆動により車両10を走行させる状態であることを意味する。
ステップS14では、水温Twが所定の閾値TH1以上であるか否かを判定する。閾値TH1は固定値であり、例えばTH1=40℃である。そして、ステップS14がYESの場合(Tw≧TH1の場合)、ステップS15に進み、暖房熱を確保するための処理として、エンジン11を運転状態(オン)にするとともに、ヒートポンプ装置40による電気暖房をオフにすることを決定する。このとき、エンジン廃熱暖房のみが用いられることになる。
また、ステップS14がNOの場合(Tw<TH1の場合)、ステップS16に進み、暖房熱を確保するための処理として、エンジン11を運転状態(オン)にするとともに、ヒートポンプ装置40を電動駆動することを決定する。このとき、エンジン廃熱暖房とヒートポンプ装置40による電気暖房とが併用されることになる。
一方、ステップS17では、エンジン11の廃熱による暖房(エンジン廃熱暖房)と、ヒートポンプ装置40による暖房(電気暖房)とのいずれが高効率であるかを判定するための閾値TH2を設定する。続くステップS18では、エンジン本体温度Tengが閾値TH2以上であるか否かを判定する。
Teng≧TH2であれば、廃熱暖房の方が有利であるとみなしてステップS19に進む。ステップS19では、暖房熱を確保するための処理として、EVモードでありながらエンジン11をオンにしてエンジン廃熱暖房を実施することを決定する。
ここで、ステップS17〜S19を詳しく説明する。まずステップS17では、エンジン本体温度Tengとエンジン廃熱による冷却水加熱率とが所定の相関を有することを用い、ヒートポンプ装置40による電気暖房を想定した場合と同等レベルの冷却水加熱率に基づいて、閾値TH2を可変に設定する。具体的には、電動コンプレッサ41の回転速度や、コンデンサ42の入口温度、コンデンサ42の入口流量等、外気温等に基づいてヒートポンプ装置40のCOP(Coefficient of Performance)を算出するとともに、そのCOPと同等となるエンジン廃熱利用時のCOP相当値を算出する。そして、COP相当値Xとエンジン廃熱による冷却水加熱率Yと発電効率Zとが、「X=Y/Z」の関係にあることを用い、COP算出値と発電効率とに基づいて、エンジン廃熱による冷却水加熱率を算出する。なお、発電効率は、例えばエンジン効率、発電機効率、インバータ効率を乗算することで算出される。また、エンジン廃熱による冷却水加熱率に基づいて、エンジン本体温度の閾値TH2を算出する。
これを図5(a)、(b)を用いて説明すると、ヒートポンプ装置40のCOPと同等となるCOP相当値として図5(a)の「A」を算出し、その「A」と発電効率とから、エンジン廃熱による冷却水加熱率として図5(a)の「B」を算出する。そして、図5(b)の関係を用い、「B」から、エンジン本体温度の閾値TH2として「C」を算出する。かかる場合、エンジン廃熱による冷却水加熱率が大きいほど、換言すればヒートポンプ装置40のCOPが大きいほど、閾値TH2が高い温度値として設定されるようになっている。なお、閾値TH2は、冷却水加熱率Bを達成できるエンジン本体温度に相当する。
そして、ステップS18において、Teng≧TH2であれば、電気暖房よりもエンジン廃熱暖房の方が高効率であると判定し、ステップS19に進む。
ステップS19の詳細については図6に示すサブルーチンに従い説明する。図6に示すサブルーチンでは、EVモードでありながらエンジン廃熱暖房のためにエンジン11をオンにする場合において、EV走行(MG駆動)を実施した上でエンジン廃熱暖房のためにエンジン11の運転を実施するか、EV走行(MG駆動)を停止した上でエンジン廃熱暖房のためにエンジン11の運転を実施するかを選択するものとなっている。
図6のステップS31では、エンジン本体温度Tengが所定の閾値TH3以上であるか否かを判定する。閾値TH3は、図2のステップS18における閾値TH2よりも高温の値である。そして、Teng≧TH3であれば、ステップS32に進み、EV走行を実施した上で、エンジン廃熱暖房のためにエンジン運転を実施することを決定する。このとき、ハイブリッドECU33は、エンジンECU34に対して、エンジン11を所定の高効率条件の一定状態で運転させる指令を出力する。例えば、エンジン11をアイドル状態又は一定の発電状態で運転させる指令を出力する。
また、Teng<TH3であれば、ステップS33に進み、EV走行を停止した上で、エンジン走行及び廃熱暖房のためにエンジン運転を実施することを決定する。このとき、ハイブリッドECU33は、エンジンECU34に対して、エンジン11を都度の走行負荷に応じた動力を生じさせる状態で運転させる指令を出力する。
なお、ステップS32が第1制御手段に相当し、ステップS33が第2制御手段に相当する。また、ステップS31は、エンジン本体温度Tengに基づいて、ステップS32による冷却水加熱の効率とステップS33による冷却水加熱の効率とを比較するものであり、このステップS31が切替手段に相当する。
図2の説明に戻り、ステップS18においてTeng<TH2であれば、エンジン廃熱暖房よりも電気暖房の方が有利であるとみなしてステップS20に進む。ステップS20では、暖房熱を確保するための処理として、エンジン11の運転をオフにするとともに、ヒートポンプ装置40による電気暖房をオンにすることを決定する。このとき、ヒートポンプ装置40による電気暖房のみが用いられることになる。
ステップS15,S16,S19,S20のいずれかが実施された後は、ステップS21に進む。ステップS21では、エンジン11及びヒートポンプ装置40の指令出力を算出する。
このとき、エンジン廃熱暖房とヒートポンプ装置40による電気暖房とのうちエンジン廃熱暖房のみが実施されるのであれば、都度の走行要求出力と発電要求出力とに基づいてエンジン指令出力を算出する(エンジン指令出力=走行要求出力+発電要求出力)。また、ヒートポンプ装置40による電気暖房のみが実施されるのであれば、暖房要求出力と冷却水回路23による放熱量とに基づいてヒートポンプ指令出力を算出する(ヒートポンプ指令出力=暖房要求出力−温水放熱量)。なお、温水放熱量は、ウォータポンプ駆動により発生可能な熱量に相当し、例えば図7の関係に基づいて算出される。エンジン廃熱暖房とヒートポンプ装置40による電気暖房との両方が実施される場合には、暖房要求出力と冷却水回路23による放熱量とエンジン発熱量とに基づいてヒートポンプ指令出力を算出する(ヒートポンプ指令出力=暖房要求出力−温水放熱量−エンジン発熱量)。
その後、ステップS22では、所望の暖房要求出力を実現できるように、電動ウォータポンプ25による冷却水流量とブロアファン26によるブロワ風量とを決定する。具体的には、図8の関係を用いて冷却水流量を算出し、図9の関係を用いてブロワ風量を算出する。
なお、図2において、ステップS18がYESとなる場合に以下の処理を実施するようにしてもよい。ウォータポンプ駆動による冷却水回路23の放熱のみで暖房可能となる暖房要求水温を定めておき、水温Twが暖房要求水温以上であるか否かを判定する処理と、水温Twが暖房要求水温以上である場合に、エンジン11及びヒートポンプ装置40をいずれもオフにする処理とを実施する。また、水温Twが所定の低温判定値(例えば40℃)未満であるか否かを判定する処理と、水温Twが低温判定値未満である場合に、エンジン11及びヒートポンプ装置40をいずれもオンにする処理とを実施する。
図10は、上記の空調制御処理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10では、図示の期間を通じて暖房要求が生じており、電動ウォータポンプ25が駆動状態であることを想定している。また、高圧バッテリ18のSOCが比較的大きい状態であることを想定している。走行負荷の増減はアクセル開度や車速の増減に相当する。
図10において、タイミングt1以前は、走行負荷が比較的小さく、車両10がEVモードで走行している。このとき、エンジン本体温度Tengが閾値TH2未満であり、エンジン11がOFFされた状態で、ヒートポンプ装置40による電気暖房が実施されている。
そして、走行負荷の増加に伴い、タイミングt1で車両走行モードがEVモード以外のモード(例えばエンジンモード)に移行する。この場合、MG12の駆動が停止され、車両10の走行動力源としてエンジン11の運転が開始される。タイミングt1以降、エンジン本体温度Tengと水温Twとが上昇する。タイミングt1以降において、タイミングt2以前は水温Twが閾値TH1未満であるため、エンジンON、電気暖房ONの状態とされ、水温Twが閾値TH1以上となるタイミングt2以降は、エンジンON、電気暖房OFFの状態とされる。
その後、走行負荷の減少に伴い、タイミングt3で車両走行モードが再びEVモードとなる。このとき、タイミングt3では、エンジン本体温度Tengが閾値TH3以上であるため、EV走行(MG駆動)を実施した上で、エンジン廃熱暖房のためにエンジン運転が実施される。つまり、エンジン廃熱暖房が実施されるため、ヒートポンプ装置40による電気暖房は実施されない。
タイミングt3以降、エンジン11の運転の状況等に応じてエンジン本体温度Tengと水温Twとが徐々に低下する。ただしこのとき、エンジン本体と冷却水回路23との熱マス(熱容量)の違いから、温度低下の際にはエンジン本体温度Tengに比べて水温Twが早めに低下する。
その後、タイミングt4では、エンジン本体温度Tengが閾値TH3未満となる。そのため、EVモード下ではあるが、EV走行を停止した上でエンジン運転が実施される。このとき、エンジン駆動により、車両10の走行と車室暖房とが実施されることになる。
その後、タイミングt5では、エンジン本体温度Tengが閾値TH2未満となる。そのため、車両10の走行動力源がエンジン11からMG12に切り替えられる。タイミングt5以降においては、エンジン廃熱暖房に代えて電気暖房が実施される。
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。
エンジン11においては、本体温度が高いほど廃熱量(冷却損失)が増加し、エンジン廃熱を利用する上では有利な状況となる。この点、エンジン本体温度に基づいてエンジン廃熱量を把握し、その廃熱量を考慮して、エンジン廃熱暖房と電気暖房とを選択的に実施することで、エンジン11の廃熱を車室の暖房に適正に利用できる。つまり、エンジン本体の蓄熱を無駄に大気に放出することなく、車室暖房に有効に用いることができる。これにより、有料の熱源であるヒートポンプ装置40(電気式の加熱手段)の出力を最小限に抑えることができる。その結果、車室の暖房を効率良く実施できる。
エンジン本体温度Tengとエンジン廃熱による冷却水加熱率とが所定の相関(図5(b)の関係)を有することを用い、ヒートポンプ装置40による電気暖房を想定した場合と同等レベルの冷却水加熱率に基づいて、エンジン廃熱暖房とヒートポンプ装置40による電気暖房とのいずれが高効率であるかを判定するための閾値TH2(第1閾値)を設定する構成とした。この場合、ヒートポンプ装置40での効率(COP)を加味しつつ、適正に閾値TH2を設定でき、ひいてはエンジン廃熱暖房を実施するか否かの判定を適正に実施できることとなる。
またこの場合、ヒートポンプ装置40のCOPと同等となるようにしてエンジン廃熱利用時のCOP相当値を算出し、そのCOP算出値を用いて、エンジン廃熱による冷却水加熱率を算出する構成にした。そのため、指標を合わせた上でエンジン廃熱暖房と電気暖房との損得を比較でき、エンジン廃熱暖房と電気暖房との適正な切り替えを実現することができる。
車両走行モードがEVモードである場合(低中走行負荷、かつ高SOCである場合)であっても、エンジン本体温度によっては敢えてエンジン11を運転状態にする方が燃費が向上する、すなわちエンジン廃熱暖房を実施する方が燃費が向上することがあると考えられる。この点を考慮することで、エンジン本体の蓄熱状態(熱のストレージ)を加味して燃費向上を図ることができる。
車両走行モードがEVモードでありながら、エンジン11を運転状態にしてエンジン廃熱暖房を実施する場合において、EV走行(MG駆動)の状態にしてエンジン廃熱暖房を実施するか、EV走行(MG駆動)を停止してエンジン廃熱暖房を実施するかを切り替える構成とした。特に、エンジン本体温度Tengが閾値TH3(第2閾値)以上であれば、EV走行の状態にしてエンジン廃熱暖房を実施することとし、エンジン本体温度Tengが閾値TH3未満であれば、EV走行を停止してエンジン廃熱暖房を実施することとした。この場合、エンジン廃熱の必要量に応じて、上記2つの状態のエンジン廃熱暖房を適宜実施することができる。
EV走行の状態にしてエンジン廃熱暖房を実施する場合には、エンジン11を所定の高効率条件の一定状態(例えばアイドル状態)で運転させ、EV走行を停止してエンジン廃熱暖房を実施する場合には、エンジン11を都度の走行負荷に応じた動力を生じさせる状態で運転させる構成とした。これにより、前者の場合には、必要最小限の廃熱を生じさせてエンジン廃熱暖房を実施することができる。また、後者の場合には、エンジン11の運転により車両走行と廃熱暖房とを行うことで、燃料消費をエンジン11のみに統合できる。いずれにしても、燃料消費量の低減を図ることができる。
車両10がEV走行可能な状態であり、EVモードである場合には、エンジン本体温度Tengに基づいてエンジン廃熱暖房と電気暖房とを選択的に実施し、EVモードでない場合には、エンジン廃熱暖房を実施した上で、水温Twに基づいて電気暖房を実施するかしないかを切り替える構成とした。この場合、車両10がいずれのモードで走行していても、適正な車室暖房を実施できる。
以下に、上記第1実施形態の一部を変更した別の実施形態を説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付すとともに説明を簡略化する。
(第2実施形態)
本実施形態では、エンジン廃熱暖房を実施する場合において、エンジン本体温度Tengが第2閾値(TH3)よりも高温であることに加え、水温Twが所定の第3閾値(TH4)よりも高温である場合に、EV走行(MG駆動)を実施した上でエンジン廃熱暖房のためにエンジン11の運転を実施することとしている。
図11は、EVモード下での廃熱暖房処理の手順を示すフローチャートであり、本処理は、上述の図6の処理に置き換えてハイブリッドECU33により実施される。つまり、図11は、図2において車両走行モードがEVモードであり、かつエンジン本体温度TengがTH2以上であると判定された場合(ステップS13,S18が共にYESの場合)に実施される処理である。
図11において、ステップS41では、エンジン本体温度Tengが所定の閾値TH3以上であり、かつ水温Twが所定の閾値TH4以上であるか否かを判定する。そして、ステップS41がYESであればステップS42に進み、NOであればステップS43に進む。ステップS42では、EV走行を実施した上で、エンジン廃熱暖房のためにエンジン運転を実施することを決定する。このとき、エンジン11は、例えばアイドル運転される。
ステップS43では、車両10の走行負荷が所定の閾値TH5よりも大きいか否かを判定する。閾値TH5は、図2のステップS13による負荷判定値よりも小さい値であり、例えば走行負荷が中負荷程度であればステップS43がYESとなり、低負荷程度であればステップS43がNOとなる。
ステップS43がYESの場合、ステップS44に進み、EV走行を停止した上で、エンジン走行及び廃熱暖房のためにエンジン運転を実施することを決定する。このとき、エンジン11は、都度の走行負荷に応じた動力を生じさせる状態で運転される。また、ステップS43がNOの場合、ステップS45に進み、エンジン11の運転を停止するとともに、ヒートポンプ装置40による電気暖房を実施することを決定する。
水温Twが高温である場合、その時点では暖房熱の確保が可能であるが、エンジンOFFのままで冷却水の蓄熱を使いすぎると、エンジン11の強制運転が必要になり、却って燃費の低下を招くことが懸念される。この点、上記構成では、エンジン本体温度Tengが高温である場合(Teng≧TH3の場合)には、水温Twが高温(Tw≧TH4)であっても敢えてエンジン11を運転状態にするようにしたため、エンジン廃熱量を増やすことができる。これにより、電気暖房を用いるよりも少ない燃料量で必要な暖房熱量を供給することが可能となり、燃費の改善を図ることができる。
(第3実施形態)
本実施形態では、EVモード下において、エンジン11を所定の高効率状態で運転させる場合の燃料消費量FC1(第1燃料消費量)と、エンジン11により走行負荷及び廃熱暖房を実施する場合の燃料消費量FC2(第2燃料消費量)とを比較する。そして、燃料消費量FC1の方が小さければ、EV走行(MG駆動)を実施した上でエンジン廃熱暖房のためにエンジン11の運転を実施することとし、燃料消費量FC2の方が小さければ、EV走行(MG駆動)を停止した上でエンジン廃熱暖房のためにエンジン11の運転を実施することとしている。
図12は、EVモード下での廃熱暖房処理の手順を示すフローチャートであり、本処理は、上述の図6の処理に置き換えてハイブリッドECU33により実施される。すなわち、本処理は、EVモード下でありながら、エンジン11を運転状態にしてエンジン廃熱暖房を実施する場合に実施される。
図12においてステップS51では、エンジン廃熱暖房のためにエンジン11のアイドル運転を実施する場合の燃料消費量FC1を算出する。続くステップS52では、エンジン11により走行負荷及び廃熱暖房を実施する場合の燃料消費量FC2を算出する。このとき、燃料消費量FC1は、走行負荷をゼロにした上でアイドル回転速度での動作点の燃料消費量と、EV走行のための電力消費分に相当する燃料消費量とを加算して算出される。また、燃料消費量FC2は、都度の走行負荷と要求回転速度とに応じた動作点の燃料消費量として算出される。
その後、ステップS53では、燃料消費量FC1が燃料消費量FC2よりも小さいか否かを判定する。そして、FC1<FC2であれば、ステップS54に進み、EV走行を実施した上で、エンジン廃熱暖房のためにエンジン運転を実施することを決定する。また、FC1≧FC2であれば、ステップS55に進み、EV走行を停止した上で、エンジン走行及び廃熱暖房のためにエンジン運転を実施することを決定する。
上記構成では、燃料消費量の推定結果に基づいて、EV走行の状態にしてエンジン廃熱暖房を実施するか、EV走行を停止してエンジン廃熱暖房を実施するかを切り替えるようにした。この場合、実際の走行状態に相応する燃料消費を加味して、上記2つの状態のエンジン廃熱暖房を適宜実施することができる。
(第4実施形態)
本実施形態では、上述の燃料消費量FC1,FC2に加えて、ヒートポンプ装置40による電気暖房を実施した場合の消費電力から燃料消費量FC3(第3燃料消費量)を算出し、燃料消費量FC1〜FC3のうち最も小さいのがどれかに応じて、暖房処理を選択的に実施することとしている。
図13は、EVモード下での廃熱暖房処理の手順を示すフローチャートであり、本処理は、上述の図6の処理に置き換えてハイブリッドECU33により実施される。すなわち、本処理は、EVモード下でありながら、エンジン11を運転状態にしてエンジン廃熱暖房を実施する場合に実施される。
図13においてステップS61では、エンジン廃熱暖房のためにエンジン11のアイドル運転を実施する場合の燃料消費量FC1を算出する。続くステップS62では、エンジン11により走行負荷及び廃熱暖房を実施する場合の燃料消費量FC2を算出する。なお、ステップS61,S62の処理は、図12のステップS51,S52の処理に準ずる。
ステップS63では、EV走行の状態を維持した上で電気暖房を実施した場合の燃料消費量FC3を算出する。例えば、燃料消費量FC3〔g〕は、EV走行電力とウォータポンプ消費電力とヒートポンプ消費電力とを合算した合計電力〔J〕を、発電機効率〔%〕と燃料の低位発熱量〔J/g〕とにより除算することで算出される。この場合、要求暖房熱量からウォータポンプ駆動により得られる蓄積熱量を減算して不足熱量を算出し、その不足熱量とヒートポンプ装置40のCOPとに基づいて、ヒートポンプ消費電力を算出するとよい。
その後、ステップS64では、燃料消費量FC1〜FC3のうちFC1が最小であるか否かを判定する。そして、FC1が最小でありステップS64がYESの場合には、ステップS65に進み、EV走行を実施した上で、エンジン廃熱暖房のためにエンジン運転を実施することを決定する。
また、ステップS66では、燃料消費量FC1〜FC3のうちFC2が最も小さいか否かを判定する。そして、FC2が最小でありステップS66がYESの場合には、ステップS67に進み、EV走行を停止した上で、エンジン走行及び廃熱暖房のためにエンジン運転を実施することを決定する。また、FC3が最小でありステップS66がNOの場合には、ステップS68に進み、エンジン11を駆動させずヒートポンプ装置40による電気暖房を実施することを決定する。
上記構成では、燃料消費量の推定結果に基づいて、EV走行の状態にしてエンジン廃熱暖房を実施するか、EV走行を停止してエンジン廃熱暖房を実施するか、エンジン11を駆動させずヒートポンプ装置40による電気暖房を実施するかを切り替えるようにした。この場合、実際の走行状態に相応する燃料消費を加味して、上記3つの状態の暖房を適宜実施することができる。
(第5実施形態)
本実施形態では、エンジン廃熱暖房を実施する場合において、エンジン本体温度Tengが第4閾値(TH6)よりも高温である場合に、エンジンOFFの状態で電動ウォータポンプ25による冷却水の循環を行わせ、エンジン本体温度Tengが第4閾値よりも低温である場合に、エンジンONの状態で電動ウォータポンプ25による冷却水の循環を行わせることとしている。
図14は、EVモード下での廃熱暖房処理の手順を示すフローチャートであり、本処理は、上述の図6の処理に置き換えてハイブリッドECU33により実施される。すなわち、本処理は、EVモード下でありながら、エンジン11を運転状態にしてエンジン廃熱暖房を実施する場合に実施される。
図14においてステップS71では、エンジン本体温度Tengが所定の閾値TH6以上であるか否かを判定する。閾値TH6は、図2のステップS18における閾値TH2よりも高温の値である。そして、Teng≧TH6であれば、ステップS72に進み、エンジンOFFの状態で電動ウォータポンプ25による冷却水の循環を行わせることを決定する。また、Teng<TH6であれば、ステップS73に進み、エンジンONの状態で電動ウォータポンプ25による冷却水の循環を行わせることを決定する。なお、ステップS73では例えばエンジン11をアイドル運転させる。
エンジン本体温度Tengが高温(TH2以上)である場合にはエンジン廃熱暖房を実施することが有効であり、その中でも特に高温域にあれば、エンジン11を停止状態にしたまま電動ウォータポンプ25の駆動により冷却水を循環させることでヒータコア24による暖房が可能になる。ただし、エンジン本体の蓄熱を使いすぎると、エンジン11及びヒートポンプ装置40の強制運転が必要になり、却って燃費の低下を招くことが懸念される。この点、上記構成では、エンジン本体温度TengがTH2以上である場合において、さらにエンジン本体温度TengがTH6以上であれば、エンジン11を停止状態にして電動ウォータポンプ25による冷却水の循環を行わせ、エンジン本体温度TengがTH6未満であれば、エンジン11を運転状態にして電動ウォータポンプ25による冷却水の循環を行わせるようにしたため、エンジン本体が高温状態にある場合において一層適正に燃費向上を図ることができる。
なお、電動ウォータポンプ25の駆動時には電力を消費するが、ヒートポンプ装置40での電力消費に比べると非常に小さい。エンジン本体温度Tengが高温である場合には、ウォータポンプ駆動のための小電力(100〜300W)で数kWの熱を得ることが可能となる。これは高COPの状態であることに相当する。
(他の実施形態)
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
・車両10の暖房システムを図15や図16に示す構成としてもよい。図15及び図16について、図1との相違点のみを説明する。
図15では、ヒートポンプ装置40のコンデンサ42の熱により加熱される熱媒体(例えばエンジン冷却水)を循環させる循環回路51が設けられ、その循環回路51には、暖房装置としてのヒータコア52が設けられている。ヒータコア52は、冷却水回路23のヒータコア24に隣接する位置に配置されている。ブロアファン26の駆動により、ヒータコア24,52の暖房熱が車室に供給されるようになっている。なお、循環回路51には図示しない電動ポンプが設けられているとよい。電動コンプレッサ41の駆動によりコンデンサ42を介して循環回路51内の水が加熱されると、それに伴いヒータコア52の放熱による暖房が可能となっている。
また、図16では、ヒートポンプ装置40のコンデンサ42が冷却水回路23のヒータコア24に隣接する位置に配置されており、コンデンサ42が暖房装置として機能する。なお、図16には、電動コンプレッサ41とエバポレータ44との間に、エバポレータ44で蒸発されなかった液状冷媒を分離して電動コンプレッサ41にガス冷媒のみを供給するアキュムレータ53が設けられている。電動コンプレッサ41を駆動することにより、コンデンサ42の放熱による暖房が可能となっている。
・上記実施形態では、ハイブリッドECU33により上述の車両空調制御を実施する構成としたが、これに限定されず、他のECU、例えばエアコンECU46により上述の車両空調制御を実施する構成としてもよい。
・電気式の加熱手段としてPTCヒータ等のヒータ装置を用い、このヒータ装置により電気暖房を実施することも可能である。この場合、PTCヒータにより冷却水を加熱し冷却水の暖房熱により車室内を暖房する、又はPTCヒータの暖房熱により車室内を直接暖房するとよい。
・本発明をハイブリッド車以外の車両に適用することも可能である。例えば、車両走行用のモータと発電用のエンジンとを備える、いわゆるレンジエクステンダタイプの電気自動車への適用が可能である。かかる場合、電動機の動力のみを用いるEV走行時において、エンジン本体温度に基づいて、エンジン廃熱暖房と電気暖房とを選択的に実施するとよい。
10…車両、11…エンジン、33…ハイブリッドECU(本体温度取得手段、判定手段、暖房制御手段)、40…ヒートポンプ装置(加熱手段)。

Claims (11)

  1. エンジン(11)と、前記エンジンにより駆動され発電する発電機(17)と、前記発電機による発電電力により充電される蓄電装置(18)とを備え、前記エンジンを含む経路で熱媒体を循環させ前記エンジンの廃熱により前記熱媒体を加熱して車室の暖房を実施する一方、前記蓄電装置の電力により加熱手段(40)での加熱を行わせて車室の暖房を実施する車両(10)に適用され、当該車両における空調に関する制御を実施する車両空調制御装置(33)であって、
    前記エンジンの本体温度を取得する本体温度取得手段と、
    前記本体温度取得手段により取得した本体温度に基づいて、前記エンジンの廃熱による暖房と前記加熱手段による暖房とのいずれを実施するかを判定する判定手段と、
    前記判定手段による判定結果に基づいて、前記エンジンの廃熱による暖房と前記加熱手段による暖房とを選択的に実施する暖房制御手段と、
    を備えることを特徴とする車両空調制御装置。
  2. 前記判定手段は、前記本体温度取得手段により取得した本体温度が所定の第1閾値よりも高温である場合に、前記エンジンの廃熱による暖房を実施する旨を判定するものであり、
    前記エンジンの本体温度と前記エンジンの廃熱による前記熱媒体の加熱率との関係を用い、前記加熱手段による暖房を想定した場合と同等レベルの前記加熱率に基づいて、前記第1閾値を設定する設定手段を備える請求項1に記載の車両空調制御装置。
  3. 前記車両は、走行動力源として前記蓄電装置の電力により駆動される電動機(12)を備えており、前記電動機の動力のみを用いるEVモードでの走行が可能であり、
    前記判定手段は、前記EVモードでの車両走行時において、前記本体温度に基づいて、前記エンジンの廃熱による暖房と前記加熱手段による暖房とのいずれを実施するかを判定する請求項1又は2に記載の車両空調制御装置。
  4. 前記車両は、走行動力源として前記エンジンと前記蓄電装置の電力により駆動される電動機(12)とを備えており、前記車両の走行負荷と前記蓄電装置の蓄電状態とに基づいて、前記エンジンの動力を使わず前記電動機の動力を使って車両走行を行わせるEVモードと、前記エンジンの動力を使って車両走行を行わせる別モードとの切り替えを実施するハイブリッド車であり、
    前記判定手段は、前記EVモードでの車両走行時において、前記本体温度に基づいて、前記エンジンの廃熱による暖房と前記加熱手段による暖房とのいずれを実施するかを判定する請求項1又は2に記載の車両空調制御装置。
  5. 前記暖房制御手段は、
    前記EVモードでの車両走行時において前記エンジンの廃熱による暖房を実施する旨が判定された場合に、前記電動機を駆動状態にして前記エンジンの廃熱による暖房を実施する第1制御手段と、
    同じく前記EVモードでの車両走行時において前記エンジンの廃熱による暖房を実施する旨が判定された場合に、前記電動機を駆動停止の状態にして前記エンジンの廃熱による暖房を実施する第2制御手段と、
    前記第1制御手段の熱媒体加熱の効率と前記第2制御手段の熱媒体加熱の効率との比較により、前記第1制御手段と前記第2制御手段とのいずれの制御を行うかを切り替える切替手段と、
    を有する請求項3又は4に記載の車両空調制御装置。
  6. 前記切替手段は、前記本体温度取得手段により取得した本体温度が所定の第2閾値よりも高温である場合に、前記第1制御手段の制御を実施し、前記本体温度が前記第2閾値よりも低温である場合に、前記第2制御手段の制御を実施する請求項5に記載の車両空調制御装置。
  7. 前記熱媒体の温度である媒体温度を取得する媒体温度取得手段を備え、
    前記切替手段は、前記本体温度取得手段により取得した本体温度が前記第2閾値よりも高温であることに加え、前記媒体温度取得手段により取得した媒体温度が所定の第3閾値よりも高温である場合に、前記第1制御手段の制御を実施する請求項6に記載の車両空調制御装置。
  8. 前記第1制御手段は、前記エンジンを所定の高効率条件の一定状態で運転させ、
    前記第2制御手段は、前記エンジンを走行負荷に応じた動力を生じさせる状態で運転させる請求項5乃至7のいずれか1項に記載の車両空調制御装置。
  9. 前記EVモードでの車両走行時において、前記エンジンを所定の高効率状態で運転させる場合の燃料消費量である第1燃料消費量と、前記電動機を停止状態とし前記エンジンにより走行負荷及び廃熱暖房を実施する場合の燃料消費量である第2燃料消費量とを算出する算出手段を備え、
    前記切替手段は、前記第1燃料消費量と前記第2燃料消費量との比較において、前記第1燃料消費量の方が小さければ、前記第1制御手段の制御を実施し、前記第2燃料消費量の方が小さければ、前記第2制御手段の制御を実施する請求項5に記載の車両空調制御装置。
  10. 前記EVモードでの車両走行時において、前記エンジンを所定の高効率状態で運転させる場合の燃料消費量である第1燃料消費量と、前記電動機を停止状態とし前記エンジンにより走行負荷及び廃熱暖房を実施する場合の燃料消費量である第2燃料消費量と、前記エンジンを停止状態にして前記加熱手段を駆動した場合の消費電力から求まる燃料消費量である第3燃料消費量とを算出する算出手段を備え、
    前記切替手段は、前記第1燃料消費量と前記第2燃料消費量と前記第3燃料消費量との比較において、前記第1燃料消費量が最も小さければ、前記第1制御手段の制御を実施し、前記第2燃料消費量が最も小さければ、前記第2制御手段の制御を実施し、前記第3燃料消費量が最も小さければ、前記エンジンを駆動させず前記加熱手段による暖房を実施する請求項5に記載の車両空調制御装置。
  11. 前記熱媒体を電動ポンプ(25)の駆動により循環させる循環回路(23)を有する車両に適用され、
    前記暖房制御手段は、前記エンジンの排熱による暖房を実施する場合において、前記本体温度取得手段により取得した本体温度が所定の第4閾値よりも高温である場合に、前記エンジンを運転停止にした状態で前記電動ポンプによる前記熱媒体の循環を行わせ、前記本体温度が前記第4閾値よりも低温である場合に、前記エンジンを運転させた状態で前記電動ポンプによる前記熱媒体の循環を行わせる手段を備える請求項1乃至4のいずれか1項に記載の車両空調制御装置。
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