JP6481633B2 - 車両の空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の動力源であるエンジンの冷却水を加熱するヒートポンプ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、エンジン出力に基づいて、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

冷却水温が高いほどヒートポンプの発熱効率（例えば消費エネルギに対する冷却水加熱量の割合）が低下するため、冷却水温が高いほどヒートポンプの出力を小さくすれば、ヒートポンプの消費電力を抑制して燃費を向上させることができる。しかし、単に冷却水温が高いほどヒートポンプの出力を小さくするだけでは、冷却水加熱量が不足して目標暖房熱量を確保できなくなる可能性がある。また、上記特許文献１の技術では、冷却水温やエンジン出力に応じてヒートポンプの出力を設定し、冷却水温やエンジン出力が高いほどヒートポンプのコンプレッサの回転速度を低くしてヒートポンプの出力を小さくするようにしている。このため、エンジン出力によっては、冷却水温が高くてもヒートポンプの出力をあまり小さくすることができず、燃費を効果的に向上させることができない可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、エンジンの冷却水を加熱するヒートポンプを備えたシステムにおいて目標暖房熱量を確保しながら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を加熱するヒートポンプ（２６）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を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ（３１）と、前記水温センサで検出した冷却水の温度（以下「冷却水温」という）に応じて前記ヒートポンプの出力と前記エンジンの出力を設定して所定の目標暖房熱量を実現する暖房熱量制御を実行する出力制御部（３９）とを備えた構成としたものである。

この構成では、冷却水温に応じてヒートポンプの出力とエンジンの出力を設定して目標暖房熱量を実現する暖房熱量制御を実行することができる。この暖房熱量制御では、冷却水温に応じてヒートポンプの発熱効率が変化するのに対応して、ヒートポンプの出力とエンジンの出力を変化させることができる。これにより、ヒートポンプの発熱効率が低い水温領域で、ヒートポンプの出力を減少させて燃費を向上させながら、エンジンの出力を増加させることでエンジンの冷却水加熱量を増加させて目標暖房熱量を確保することができる。

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はエンジン出口水温とヒートポンプの発熱効率との関係を示す図である。 図３はエンジン加熱増加量のマップの一例を概念的に示す図である。 図４は実施例１の暖房熱量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５は実施例２の暖房熱量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は不足熱量の算出方法を説明する図である。 図７はヒートポンプ出力の算出方法を説明する図である。 図８はエンジン加熱増加量の算出方法を説明する図である。 図９は実施例３の暖房熱量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１０はヒートポンプの発熱効率の特性の一例を示す図である。 図１１はエンジンの発電効率の特性の一例を示す図である。 図１２はヒートポンプ出力とエンジン加熱増加量の算出方法を説明する図である。 図１３はエンジン出力増加量のマップの一例を概念的に示す図である。 図１４は実施例３の暖房熱量制御の実行例を示すタイムチャートである。

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には、冷却水を加熱する熱源として、エンジン１１以外にヒートポンプ２６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の下流側にヒータコア２５が配置されている。

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→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。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。

暖房用冷却水回路２３には、暖房用冷却水回路２３を流れる冷却水の温度を検出する水温センサとして、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が配置されている。

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、図２に示すように、エンジン出口水温が高いほどヒートポンプ入口水温（つまりヒートポンプ２６に流入する冷却水の温度）が高くなってヒートポンプ２６の発熱効率（例えばヒートポンプ２６の消費エネルギに対する冷却水加熱量の割合）が低下する。このため、エンジン出口水温が高いほどヒートポンプ２６の出力を小さくすれば、ヒートポンプ２６の消費電力を抑制して燃費を向上させることができる。しかし、単にエンジン出口水温が高いほどヒートポンプ２６の出力を小さくするだけでは、冷却水加熱量が不足して目標暖房熱量を確保できなくなる可能性がある。

そこで、ハイブリッドＥＣＵ３９は、エンジン出口水温に応じてヒートポンプ２６の出力とエンジン１１の出力を設定して目標暖房熱量を実現する暖房熱量制御を実行する。この暖房熱量制御では、エンジン出口水温に応じてヒートポンプ２６の発熱効率が変化するのに対応して、ヒートポンプ２６の出力とエンジン１１の出力を変化させることができる。これにより、ヒートポンプ２６の発熱効率が低い水温領域で、ヒートポンプ２６の出力を減少させて燃費を向上させながら、エンジン１１の出力を増加させることでエンジン１１の冷却水加熱量を増加させて目標暖房熱量を確保することができる。更に、ハイブリッドＥＣＵ３９は、暖房熱量制御によるエンジン１１の出力増加分だけ発電機１７の発電量を増加させる。ただし、車両の駆動力を変動させても良いと判断した場合には、暖房熱量制御によるエンジン１１の出力増加によって発電量だけでなく車両の駆動力も増加させても良い。

本実施例１では、ハイブリッドＥＣＵ３９により後述する図４の暖房熱量制御ルーチンを実行することで次のような暖房熱量制御を行う。本実施例１の暖房熱量制御では、エンジン出口水温が高くなるほどヒートポンプ２６の出力を減少させると共にエンジン１１の出力を増加させて目標暖房熱量を実現する制御を行う。

以下、本実施例１でハイブリッドＥＣＵ３９が実行する図４の暖房熱量制御ルーチンの処理内容を説明する。
図４に示す暖房熱量制御ルーチンは、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、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を取得する。
この後、ステップ１０２に進み、高圧バッテリ１８の残容量を表すＳＯＣを取得する。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１０３に進み、目標暖房水温等に基づいて目標暖房熱量（つまり要求暖房負荷）を設定する。ここで、目標暖房熱量は、例えば、ヒータコア２５の単位時間当りの冷却水放熱量（つまり空気加熱量）の目標値である。また、目標暖房水温は、例えば、ヒータコア入口水温（つまりヒータコア２５に流入する冷却水の温度）の目標値であり、外気温、車室内温度、目標車室内温度等に基づいて設定される。

この後、ステップ１０４に進み、要求走行負荷と要求発電負荷とに応じて基本エンジン加熱量をマップ又は数式等により算出する。ここで、基本エンジン加熱量は、要求走行負荷と要求発電負荷とに応じて設定されるエンジン１１の基本出力におけるエンジン１１の単位時間当りの冷却水加熱量である。また、要求走行負荷は、例えばアクセル開度等に基づいて設定される要求走行出力である。要求発電負荷は、例えば高圧バッテリ１８のＳＯＣ等に基づいて設定される要求発電量である。

この後、ステップ１０５に進み、エンジン出口水温に応じてエンジン加熱増加量（つまりエンジン１１の単位時間当りの冷却水加熱量の増加量）をマップ又は数式等により算出する。図３に示すように、エンジン加熱増加量のマップ又は数式等は、エンジン出口水温が高いほどエンジン加熱増加量が大きくなるように設定されている。

この後、ステップ１０６に進み、基本エンジン加熱量にエンジン加熱増加量を加算して総エンジン加熱量を求める。
総エンジン加熱量＝基本エンジン加熱量＋エンジン加熱増加量

この後、ステップ１０７に進み、目標暖房熱量から総エンジン加熱量を減算してヒートポンプ２６の出力（つまりヒートポンプ２６の単位時間当りの冷却水加熱量）を求める。
ヒートポンプ出力＝目標暖房熱量−総エンジン加熱量

この後、ステップ１０８に進み、エンジン加熱増加量に応じてエンジン１１の出力増加量をマップ又は数式等により算出する。このエンジン１１の出力増加量をエンジン１１の基本出力に加算してエンジン１１の出力を求める。

この後、ステップ１０９に進み、高圧バッテリ１８のＳＯＣが所定値以下か否かを判定する。ここで、所定値は、例えば、高圧バッテリ１８のＳＯＣの上限値よりも少し小さい値に設定されている。

このステップ１０９で、高圧バッテリ１８のＳＯＣが所定値以下と判定された場合には、ステップ１１０に進み、上記ステップ１０７で設定したヒートポンプ２６の出力と上記ステップ１０８で設定したエンジン１１の出力をそのまま採用する（つまり補正しない）。

この後、ステップ１１２に進み、上記ステップ１０８で設定したエンジン１１の出力増加量に相当する分だけ発電機１７の発電量を増加させる（つまり要求発電量に対して上乗せする）。

一方、上記ステップ１０９で、高圧バッテリ１８のＳＯＣが所定値よりも大きいと判定された場合には、ステップ１１１に進む。このステップ１１１では、上記ステップ１０８で設定したエンジン１１の出力増加量を減量補正してエンジン１１の出力を減量補正し、上記ステップ１０７で設定したヒートポンプ２６の出力を増量補正する。この場合、例えば、高圧バッテリ１８のＳＯＣに応じた出力補正量をマップ又は数式等により算出する。出力補正量のマップ又は数式等は、例えば、高圧バッテリ１８のＳＯＣが大きいほど出力補正量が大きくなるように設定されている。この出力補正量を用いて、上記ステップ１０８で設定したエンジン１１の出力増加量を減量補正してエンジン１１の出力を減量補正する。更に、上記ステップ１０７で設定したヒートポンプ２６の出力を、エンジン１１の出力の減量補正分（例えば減量補正による冷却水加熱量の減少量に相当する分）だけ増量補正する。

この後、ステップ１１２に進み、上記ステップ１１１で減量補正したエンジン１１の出力増加量に相当する分だけ発電機１７の発電量を増加させる（つまり要求発電量に対して上乗せする）。

以上説明した本実施例１では、暖房熱量制御の際に、エンジン出口水温が高くなるほどヒートポンプ２６の出力を減少させると共にエンジン１１の出力を増加させて目標暖房熱量を実現するようにしている。このようにすれば、エンジン出口水温が高くなるほどヒートポンプ２６の発熱効率が低くなるのに対応して、ヒートポンプ２６の出力を減少させて燃費を向上させながら、エンジン１１の出力を増加させて目標暖房熱量を確保することができる。これにより、ヒートポンプ２６とエンジン１１を協調させて燃費を向上させながら目標暖房熱量を確保することができる。

更に、本実施例１では、暖房熱量制御によるエンジン１１の出力増加分だけ発電機１７の発電量を増加させるようにしている。これにより、暖房熱量制御によるエンジン１１の出力増加によって車両の駆動力が増加することを防止して、暖房熱量制御によるドライバビリティの悪化を防止することができる。ただし、車両の駆動力増加によるドライバビリティ悪化が問題無いと判断した場合は、駆動力を増加させても良い。

ところで、高圧バッテリ１８のＳＯＣが上限値に達すると、発電機１７の発電電力を高圧バッテリ１８に充電できなくなる。そこで、本実施例１では、暖房熱量制御の実行中に高圧バッテリ１８のＳＯＣに応じてヒートポンプ２６の出力とエンジン１１の出力を補正するようにしている。具体的には、高圧バッテリ１８のＳＯＣが所定値よりも大きいときに、エンジン１１の出力を減量補正し、ヒートポンプ２６の出力を増量補正するようにしている。このようにすれば、高圧バッテリ１８のＳＯＣが上限値に近付いたときに、エンジン１１の出力を減量補正することで発電機１７の発電量を減少させて高圧バッテリ１８のＳＯＣが上限値に到達することを抑制することができる。更に、エンジン１１の出力の減量補正分（例えば減量補正による冷却水加熱量の減少量に相当する分）だけヒートポンプ２６の出力を増量補正することで目標暖房熱量を確保することができる。

次に、図５乃至図８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。

ヒートポンプ２６は、出力（例えば電動コンプレッサ２７の回転速度）によっても発熱効率が変化し、エンジン出口水温に応じて発熱効率が高くなる出力の範囲が変化する。このような特性を考慮して、本実施例２では、ハイブリッドＥＣＵ３９により後述する図５の暖房熱量制御ルーチンを実行することで次のような暖房熱量制御を行う。本実施例２の暖房熱量制御では、ヒートポンプ２６の出力をエンジン出口水温に応じて設定された所定範囲内の値に設定し、その設定したヒートポンプ２６の出力において目標暖房熱量を実現するようにエンジン１１の出力を設定する制御を行う。

以下、本実施例２でハイブリッドＥＣＵ３９が実行する図５の暖房熱量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の暖房熱量制御ルーチンでは、まず、ステップ２０１で、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を取得する。この後、ステップ２０２に進み、高圧バッテリ１８のＳＯＣを取得する。この後、ステップ２０３に進み、目標暖房水温等に基づいて目標暖房熱量を設定する。この後、ステップ２０４に進み、要求走行負荷と要求発電負荷とに応じて基本エンジン加熱量をマップ又は数式等により算出する。

この後、ステップ２０５に進み、図６に示すように、目標暖房熱量から基本エンジン加熱量を減算して不足熱量を求める。
不足熱量＝目標暖房熱量−基本エンジン加熱量

この後、ステップ２０６に進み、エンジン出口水温、外気温、車速、冷媒圧力等に基づいて、現在のヒートポンプ２６の発熱効率（つまりヒートポンプ２６の消費エネルギに対する冷却水加熱量の割合）の特性を算出する。この場合、図７に示すように、ヒートポンプ２６の発熱効率の特性として、ヒートポンプ２６の出力と発熱効率との関係を求める。尚、エンジン出口水温、外気温、車速、冷媒圧力等に応じたヒートポンプ２６の発熱効率の特性を予めハイブリッドＥＣＵ３９のＲＯＭ等に記憶しておくようにしても良い。

この後、ステップ２０７に進み、図７に示すように、ヒートポンプ２６の発熱効率の特性を用いて、ヒートポンプ２６の出力を所定範囲内の値に設定する。ここで、所定範囲は、ヒートポンプ２６の発熱効率が閾値以上となるヒートポンプ２６の出力範囲であり、閾値は、例えば発熱効率の最大値×０．９等に設定されている。本実施例２では、ヒートポンプ２６の出力をヒートポンプ２６の発熱効率が最も高くなる出力値（つまり発熱効率が最大値となる出力値）に設定する。

このようにしてヒートポンプ２６の出力を設定した後、ステップ２０８に進み、図８に示すように、不足熱量からヒートポンプ２６の出力（つまり冷却水加熱量）を減算してエンジン加熱増加量を求める。
エンジン加熱増加量＝不足熱量−ヒートポンプ出力

この後、ステップ２０９に進み、エンジン加熱増加量に応じてエンジン１１の出力増加量をマップ又は数式等により算出する。このエンジン１１の出力増加量をエンジン１１の基本出力に加算してエンジン１１の出力を求める。

この後、ステップ２１０に進み、高圧バッテリ１８のＳＯＣが所定値以下か否かを判定する。このステップ２１０で、高圧バッテリ１８のＳＯＣが所定値以下と判定された場合には、ステップ２１１に進み、上記ステップ２０７で設定したヒートポンプ２６の出力と上記ステップ２０９で設定したエンジン１１の出力をそのまま採用する（つまり補正しない）。この後、ステップ２１３に進み、上記ステップ２０９で設定したエンジン１１の出力増加量に相当する分だけ発電機１７の発電量を増加させる。

一方、上記ステップ２１０で、高圧バッテリ１８のＳＯＣが所定値よりも大きいと判定された場合には、ステップ２１２に進む。このステップ２１２では、上記ステップ２０９で設定したエンジン１１の出力増加量を減量補正してエンジン１１の出力を減量補正し、上記ステップ２０７で設定したヒートポンプ２６の出力を増量補正する。この後、ステップ２１３に進み、上記ステップ２１２で減量補正したエンジン１１の出力増加量に相当する分だけ発電機１７の発電量を増加させる。

以上説明した本実施例２では、暖房熱量制御の際に、ヒートポンプ２６の出力を、エンジン出口水温に応じて設定されたヒートポンプ２６の発熱効率の特性において発熱効率が閾値以上となる範囲内の出力値に設定する。具体的には、ヒートポンプ２６の出力をヒートポンプ２６の発熱効率が最も高くなる出力値に設定する。その設定したヒートポンプ２６の出力において目標暖房熱量を実現するようにエンジン１１の出力を設定するようにしている。このようにしても、ヒートポンプ２６とエンジン１１を協調させて燃費を向上させながら目標暖房熱量を確保することができる。しかも、ヒートポンプ２６の出力をそのときのエンジン出口水温においてヒートポンプ２６の発熱効率が最も高くなる出力値に設定することができるため、燃費を効果的に向上させることができる。

尚、上記実施例２では、ヒートポンプ２６の出力をヒートポンプ２６の発熱効率が最も高くなる出力値に設定したが、これに限定されず、ヒートポンプ２６の発熱効率が閾値以上となる範囲内であれば、ヒートポンプ２６の出力をヒートポンプ２６の発熱効率が最も高くなる出力値以外の値に設定するようにしても良い。

また、ヒートポンプ２６の出力は、電動コンプレッサ２７の回転速度に応じて変化するため、ヒートポンプ２６の出力の代用情報として、電動コンプレッサ２７の回転速度を用いるようにしても良い。つまり、電動コンプレッサ２７の回転速度を、エンジン出口水温に応じて設定されたヒートポンプ２６の発熱効率の特性において発熱効率が閾値以上となる範囲内の回転速度値に設定するようにしても良い。

次に、図９乃至図１４を用いて本発明の実施例３を説明する。但し、前記実施例１，２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１，２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９の暖房熱量制御ルーチンを実行することで次のような暖房熱量制御を行う。本実施例３の暖房熱量制御では、エンジン出口水温等に基づいてヒートポンプ２６の発熱効率（つまりヒートポンプ２６の消費エネルギに対する冷却水加熱量の割合）の特性を設定する。また、エンジン１１の発電効率（つまりエンジン１１の消費燃料量に対する発電機１７の発電量の割合）の特性を設定する。そして、目標暖房熱量を実現できる条件下でヒートポンプ２６の発熱効率とエンジン１１の発電効率とを合わせた総合効率が最も高くなるようにヒートポンプ２６の出力とエンジン１１の出力を設定する制御を行う。

以下、本実施例３でハイブリッドＥＣＵ３９が実行する図９の暖房熱量制御ルーチンの処理内容を説明する。この図９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９の暖房熱量制御ルーチンでは、まず、ステップ３０１で、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を取得する。この後、ステップ３０２に進み、高圧バッテリ１８のＳＯＣを取得する。この後、ステップ３０３に進み、目標暖房水温等に基づいて目標暖房熱量を設定する。この後、ステップ３０４に進み、要求走行負荷と要求発電負荷とに応じて基本エンジン加熱量をマップ又は数式等により算出する。

この後、ステップ３０５に進み、目標暖房熱量から基本エンジン加熱量を減算して不足熱量を求める。
不足熱量＝目標暖房熱量−基本エンジン加熱量

この後、ステップ３０６に進み、エンジン出口水温、外気温、車速、冷媒圧力等に基づいて、現在のヒートポンプ２６の発熱効率の特性を算出する。この場合、図１０に示すように、ヒートポンプ２６の発熱効率の特性として、ヒートポンプ２６の出力と発熱効率との関係を求める。尚、エンジン出口水温、外気温、車速、冷媒圧力等に応じたヒートポンプ２６の発熱効率の特性を予めハイブリッドＥＣＵ３９のＲＯＭ等に記憶しておくようにしても良い。

この後、ステップ３０７に進み、エンジン出口水温、外気温等に基づいて、現在のエンジン１１の発電効率の特性を算出する。この場合、図１１に示すように、エンジン１１の発電効率の特性として、エンジン１１の出力増加によるエンジン加熱増加量と発電効率との関係を求める。尚、エンジン出口水温、外気温等に応じたエンジン１１の発電効率の特性を予めハイブリッドＥＣＵ３９のＲＯＭ等に記憶しておくようにしても良い。

この後、ステップ３０８に進み、目標暖房熱量を確保できる条件下でヒートポンプ２６の発熱効率とエンジン１１の発電効率とを合わせた総合効率が最も高くなるようにヒートポンプ２６の出力とエンジン加熱増加量を算出する。

例えば、ヒートポンプ２６の発熱効率Ｋh とエンジン１１の発電効率Ｋe とを掛け合わせた効率を総合効率Ｋとする。
総合効率Ｋ＝ヒートポンプ発熱効率Ｋh ×エンジン発電効率Ｋe

また、目標暖房熱量を確保するには、ヒートポンプ２６の出力（つまり冷却水加熱量）とエンジン加熱増加量が下記（Ａ）式を満たす必要がある。
不足熱量＝ヒートポンプ出力＋エンジン加熱増加量 …（Ａ）

図１２に示すように、現在のヒートポンプ２６の発熱効率の特性と現在のエンジン１１の発電効率の特性とを用いて、上記（Ａ）式を満たすヒートポンプ２６の出力とエンジン加熱増加量の組み合わせの中で総合効率Ｋが最も高くなるヒートポンプ２６の出力とエンジン加熱増加量の組み合わせを探索する。これにより、目標暖房熱量を確保できる条件下で総合効率Ｋが最も高くなるヒートポンプ２６の出力とエンジン加熱増加量を求める。

この後、ステップ３０９に進み、エンジン加熱増加量に応じてエンジン１１の出力増加量をマップ又は数式等により算出する。図１３に示すように、エンジン１１の出力増加量のマップ又は数式等は、エンジン加熱増加量が大きいほどエンジン１１の出力増加量が大きくなるように設定されている。このエンジン１１の出力増加量をエンジン１１の基本出力に加算してエンジン１１の出力を求める。このようにして、目標暖房熱量を確保できる条件下で総合効率Ｋが最も高くなるヒートポンプ２６の出力とエンジン１１の出力を求める。

この後、ステップ３１０に進み、高圧バッテリ１８のＳＯＣが所定値以下か否かを判定する。このステップ３１０で、高圧バッテリ１８のＳＯＣが所定値以下と判定された場合には、ステップ３１１に進み、上記ステップ３０８で設定したヒートポンプ２６の出力と上記ステップ３０９で設定したエンジン１１の出力をそのまま採用する（つまり補正しない）。この後、ステップ３１３に進み、上記ステップ３０９で設定したエンジン１１の出力増加量に相当する分だけ発電機１７の発電量を増加させる。

一方、上記ステップ３１０で、高圧バッテリ１８のＳＯＣが所定値よりも大きいと判定された場合には、ステップ３１２に進む。このステップ３１２では、上記ステップ３０９で設定したエンジン１１の出力増加量を減量補正してエンジン１１の出力を減量補正し、上記ステップ３０８で設定したヒートポンプ２６の出力を増量補正する。この後、ステップ３１３に進み、上記ステップ３１２で減量補正したエンジン１１の出力増加量に相当する分だけ発電機１７の発電量を増加させる。

以上説明した本実施例３では、暖房熱量制御の際に、エンジン出口水温等に基づいてヒートポンプ２６の発熱効率の特性とエンジン１１の発電効率の特性を設定する。そして、ヒートポンプ２６の発熱効率の特性とエンジン１１の発電効率の特性とに基づいて、目標暖房熱量を実現できる条件下で総合効率Ｋが最も高くなるようにヒートポンプ２６の出力とエンジン１１の出力を設定するようにしている。このようにしても、ヒートポンプ２６とエンジン１１を協調させて燃費を向上させながら目標暖房熱量を確保することができる。しかも、ヒートポンプ２６の発熱効率とエンジン１１の発電効率とを合わせた総合効率を最も高くすることができるため、燃費をより効果的に向上させることができる。

図１４を用いて、本実施例３の暖房熱量制御の実行例を説明する。尚、図１４は、要求暖房負荷が一定で、要求走行負荷＋要求発電負荷が一定の場合を示している。また、図１４中のエンジン出口水温は、暖房熱量制御によるエンジン１１の出力増加を実施しない場合（つまりエンジン加熱増加量を含まない場合）の水温を示している。

本実施例３の暖房熱量制御では、目標暖房熱量を確保できる条件下で総合効率Ｋが最も高くなるヒートポンプ２６の出力とエンジン１１の出力を求める。図１４に示すように、高圧バッテリ１８のＳＯＣが所定値以下のときには、総合効率Ｋが最も高くなるヒートポンプ２６の出力とエンジン１１の出力をそのまま採用する。これにより、燃費を効果的に向上させながら目標暖房熱量を確保する。

その後、高圧バッテリ１８のＳＯＣが所定値を越えた場合には、その時点ｔ1 で、高圧バッテリ１８のＳＯＣに応じた補正を開始して、エンジン１１の出力増加量を減量補正してエンジン１１の出力を減量補正し、ヒートポンプ２６の出力を増量補正する。これにより、発電機１７の発電量を減少させて高圧バッテリ１８のＳＯＣが上限値に到達することを抑制しながら目標暖房熱量を確保する。

尚、上記各実施例では、暖房熱量制御によるエンジン１１の出力増加分だけ発電機１７の発電量を増加させるようにしている。しかし、これに限定されず、暖房熱量制御によるエンジン１１の出力増加分だけＭＧ１２の出力トルクを減少させる（又はＭＧ１２の発電量を増加させる）ようにしても良い。また、暖房熱量制御の実行中に高圧バッテリ１８のＳＯＣに応じてヒートポンプ２６の出力とエンジン１１の出力を補正する処理を省略するようにしても良い。

また、上記実施例では、ハイブリッドＥＣＵ３９で、暖房熱量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）で暖房熱量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の両方で暖房熱量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の冷却水を加熱するヒートポンプ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、２６…ヒートポンプ、３１…エンジン出口水温センサ、３９…ハイブリッドＥＣＵ

Claims (4)

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を加熱するヒートポンプ（２６）との間で前記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を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ（３１）と、
   前記水温センサで検出した冷却水の温度（以下「冷却水温」という）に応じて前記ヒートポンプの出力と前記エンジンの出力を設定して所定の目標暖房熱量を実現する暖房熱量制御を実行する出力制御部（３９）と
   を備え、
   前記出力制御部は、前記暖房熱量制御として、前記ヒートポンプの出力を前記冷却水温に応じて設定された所定範囲内の値に設定し、その設定したヒートポンプの出力において前記目標暖房熱量を実現するように前記エンジンの出力を設定する制御を行う車両の空調装置。
2. 前記エンジンの動力で駆動される発電機（１７）を備え、
   前記出力制御部は、前記暖房熱量制御による前記エンジンの出力増加分だけ前記発電機の発電量を増加させる請求項１に記載の車両の空調装置。
3. 車両の動力源であるエンジン（１１）と該エンジンの冷却水を加熱するヒートポンプ（２６）との間で前記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を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ（３１）と、
   前記水温センサで検出した冷却水の温度（以下「冷却水温」という）に応じて前記ヒートポンプの出力と前記エンジンの出力を設定して所定の目標暖房熱量を実現する暖房熱量制御を実行する出力制御部（３９）と、
   前記エンジンの動力で駆動される発電機（１７）と
   を備え、
   前記出力制御部は、前記暖房熱量制御として、前記冷却水温に基づいて前記ヒートポンプの消費エネルギに対する冷却水加熱量の割合である発熱効率の特性を設定すると共に、前記エンジンの消費燃料量に対する前記発電機の発電量の割合である発電効率の特性を設定し、前記目標暖房熱量を実現できる条件下で前記ヒートポンプの発熱効率と前記エンジンの発電効率とを合わせた総合効率が最も高くなるように前記ヒートポンプの出力と前記エンジンの出力を設定する制御を行う車両の空調装置。
4. 前記発電機の発電電力を充電するバッテリ（１８）を備え、
   前記出力制御部は、前記暖房熱量制御の実行中に前記バッテリの残容量に応じて前記ヒートポンプの出力と前記エンジンの出力を補正する請求項２又は３に記載の車両の空調装置。

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