WO2017110214A1 - 車両の空調装置 - Google Patents

Abstract

車両の空調装置は、暖房用冷却水回路（２３）と、加熱装置（２６，４４，４７，４８，４９）と、を備えている。暖房用冷却水回路は、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。加熱装置は、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。これによれば、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を有する車両の燃費を向上させることができる。

Description

車両の空調装置 関連出願の相互参照

　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１５年１２月２１日に出願された日本特許出願２０１５－２４９０４１号を基にしている。

　本開示は、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ものである。

　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は、例えば、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ている。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している。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している。

特開２００７－２８３８３０号公報

　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では、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可能性がある。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する可能性がある。その結果、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、本開示は、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を有し、車両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を目的とする。

　本開示に係る車両の空調装置は、暖房用冷却水回路と加熱装置を備える。暖房用冷却水回路において、車両の動力源であるエンジン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との間で冷却水が循環する。加熱装置は、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。

　本開示の構成では、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る。その結果、無駄になる熱量を減少させて、車両の燃費を向上させることができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
第１実施形態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。 第１実施形態の暖房用冷却水回路の概略構成を示す図である。 第１実施形態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。 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。 第２実施形態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。 第３実施形態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。 第４実施形態の暖房用冷却水回路の概略構成を示す図である。 第５実施形態の暖房用冷却水回路の概略構成を示す図である。 第６実施形態の暖房用冷却水回路の概略構成を示す図である。 第７実施形態の暖房用冷却水回路の概略構成を示す図である。 第８実施形態の暖房用冷却水回路の概略構成を示す図である。

　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の実施形態を説明する。各実施形態において先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

　（第１実施形態）
　第１実施形態を図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との間に、動力伝達を停止あるいは実行するためのクラッチを設けても良い。あるいは、ＭＧ１２と変速機１３との間に、クラッチを設けても良い。

　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、本開示に係る車両の空調装置は、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）と接続された暖房用冷却水回路２３を有している。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の上流側には、冷却水を加熱する加熱装置が配置されている。第１実施形態では、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、第１実施形態では、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。具体的には、ヒートポンプ２６は、ヒートポンプ２６に流入する冷却水の温度（入口水温）が低いほど効率が良くなるため、エンジン１１に近い位置、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、排気熱回収器４４に流入する冷却水の温度（入口水温）が低いほど効率が良くなる。しかしながら、排出ガスの温度が高いため、排気熱回収器４４の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は有料の熱を使う。有料の熱とは、つまり電力を消費して生成する熱である。したがって、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。暖房用冷却水回路２３には更に、ＥＨＲ入口水温センサ４５とＥＨＲ出口水温センサ４６とが設けられている。ＥＨＲ入口水温センサ４５は、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。ＨＲ出口水温センサ４６は、排気熱回収器４４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。

　また、アクセルセンサ３４によってアクセル開度が検出される。アクセル開度とは、つまりアクセルペダルの操作量である。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が検出される。あるいは、ブレーキセンサによってブレーキ操作量が検出されてもよい。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を制御する制御装置である。温水暖房装置２２は、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を有している。

　ハイブリッドＥＣＵ３９は、各ＥＣＵ４０，４１，４２との間で制御信号やデータ信号等を送受信することによって、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。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。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。このＥＶ走行は、例えば、エンジン出口水温がエンジンを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、車両を制動する際に、走行モードを回生発電モードに切り換える。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ３９は、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、車両の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、第１実施形態では、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。

　ハイブリッドＥＣＵ３９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。そして、ハイブリッドＥＣＵ３９は、排気熱回収器４４の出力に応じて、ヒートポンプ２６、電気ヒータ４７、および燃焼式ヒータ４９のうちの少なくとも一つの出力を調整する。本実施形態では、加熱装置として排気熱回収器４４とヒートポンプ２６が配置されている。従って、排気熱回収器４４の出力に応じてヒートポンプ２６の出力が調整される。

　以下、第１実施形態でハイブリッド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、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、セクション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しても良い。

　セクション１０１の次はセクション１０２において、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Ｆ１により算出する。
　ＥＨＲ加熱量＝ＥＨＲ出入口水温差×比熱×流量　・・・（Ｆ１）

　式Ｆ１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。

　セクション１０２の次はセクション１０３において、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。

　セクション１０３の次はセクション１０４において、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。

　セクション１０４の次はセクション１０５において、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Ｆ２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。式Ｆ２における冷却水の流量は現在値を用いる。
　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　・・・（Ｆ２）

　セクション１０５の次はセクション１０６において、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。第１実施形態では、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、セクション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、セクション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。

　セクション１０６の次はセクション１０７において、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、エンジン入口水温を低下させる。エンジン入口水温とは、つまりエンジン１１に流入する冷却水の温度である。セクション１０７の処理等が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Ｆ３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　・・・（Ｆ３）
　式Ｆ３から明らかなように、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。また、ヒータコア２５の下流側には加熱装置がない。換言すれば、ヒータコア２５とエンジン１１との間には加熱装置がない。従って、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。その結果、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。

　第１実施形態では、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、の２つの加熱源を備えている。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をヒータコア２５に流入させることができる。加熱装置で加熱された冷却水とは、エンジン出口水温より高い温度の冷却水である。

　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ことができる。つまり、暖機完了水温を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走行を早く許可することができ、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る。その結果、無駄になる熱量を減少させることができ、車両の燃費を向上させることができる。

　また、第１実施形態では、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、排気熱回収器４４の出力の変化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。さらに、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で補うことができる。その結果、燃費向上効果を高めることができる。

　更に、第１実施形態では、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、第１実施形態では、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。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る。その結果、無駄になる熱量を減少させて、車両の燃費を向上させることができる。

　（第２実施形態）
　次に、図５を用いて第２実施形態を説明する。第２実施形態では、主として第１実施形態と異なる部分について説明する。

　第２実施形態では、第１実施形態で説明した図１のシステム構成から、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、第２実施形態では、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。

　第２実施形態で実行する図５のルーチンは、第１実施形態で説明した図３のルーチンのセクション１０１の処理を省略すると共にセクション１０２の処理をセクション１０２ａの処理に変更している。第２実施形態のそれ以外の各セクションの処理は、図３に示す第１実施形態の各セクションの処理と同じである。

　以下、第２実施形態でハイブリッド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、セクション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。エンジン出力Ｐｅとは、例えば、エンジン１１の始動時からの出力の時間平均である。

　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Ｆ４により算出する。
　ＥＨＲ加熱量＝ｆ（Ｎｅ，Ｔｅ，Ｋｅ）×ｇ（Ｐｅ）　・・・（Ｆ４）

　セクション１０２ａの次はセクション１０３において、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。セクション１０３の次はセクション１０４において、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。

　セクション１０４の次はセクション１０５において、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。セクション１０５の次はセクション１０６において、エンジン１１の出力と、排気熱回収器４４以外の加熱源の出力と、を設定する。

　セクション１０６の次はセクション１０７において、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。

　第２実施形態では、エンジン１１の出力に基づいて排気熱回収器４４の出力を推定する。これにより、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。

　（第３実施形態）
　次に、図６を用いて第３実施形態を説明する。第３実施形態では、主として第１実施形態と異なる部分について説明する。

　第３実施形態では、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。

　以下、第３実施形態でハイブリッド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、セクション２０１で、ＥＨＲ入口水温とＥＨＲ出口水温を取得する。このセクション２０１の処理は、図３のセクション１０１の処理と同じである。

　セクション２０１の次はセクション２０２において、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。セクション２０２の処理は、図３のセクション１０２の処理と同じである。

　セクション２０２の次はセクション２０３において、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。

　セクション２０３の次はセクション２０４において、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Ｆ５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　・・・（Ｆ５）

　セクション２０４の次はセクション２０５において、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、下記の式Ｆ６により定義される。
　ＳＯＣ＝残容量／満充電容量×１００　・・・（Ｆ６）

　セクション２０５の次はセクション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。

　セクション２０６においてＥＨＲ加熱量が判定値以下であると判定された場合には、セクション２０７に進み、エンジン１１を停止から運転に切り換えるか、あるいはエンジン１１の運転を継続する。一方、セクション２０６においてＥＨＲ加熱量が判定値よりも大きいと判定された場合には、セクション２０８においてエンジン１１の運転から停止に切り換えるか、あるいはエンジン１１の停止を継続する。これらのセクション２０６～２０８の処理等が切換制御部としての役割を果たす。

　セクション２０８の次はセクション２０９において、排気熱回収器４４以外の加熱源の出力を設定する。排気熱回収器４４以外の加熱源としては、エンジン１１とヒートポンプ２６が設けられている。

　エンジン運転中の場合には、セクション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ように、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、セクション２０４で算出した総熱量をそのままヒートポンプ２６の出力として割り当てる。このセクション２０９の処理等が出力調整部としての役割を果たす。

　セクション２０９の次はセクション２１０において、エンジン出口水温に応じて目標冷却水流量を算出する。セクション２１０の処理は、図３のセクション１０７の処理と同じである。

　第３実施形態では、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。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。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の出力が低下したときに、エンジン１１を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、第３実施形態では、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の運転を継続させる。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を運転に切り換えて、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。これにより、ＥＶ走行で消費した電力を回復して、エンジン１１を強制的に運転させること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の出力を低減させることができる。その結果、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を有する場合と比較して、車両の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を運転に切り換えるための排気熱回収器４４の出力の判定値を小さくしている。但し、高圧バッテリ１８を充電できない状態、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している。

　また、第３実施形態では、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。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の出力の比率を大きくしている。換言すれば、高圧バッテリ１８のＳＯＣが低いほどエンジン１１の出力の比率を大きくしている。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、第３実施形態では、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。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の出力を推定しても良い。

　また、上述した第１実施形態から第３実施形態では、ヒートポンプ２６の下流側に排気熱回収器４４を配置している。しかしながら、排気熱回収器４４の下流側にヒートポンプ２６を配置しても良い。

　（第４実施形態）
　次に、図７を用いて第４実施形態を説明する。第４実施形態では、主として第１実施形態と異なる部分について説明する。

　第４実施形態では、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、排気熱回収器４４、および電気ヒータ４７が設けられている。ヒートポンプ２６および電気ヒータ４７は電気加熱源である。電気ヒータ４７は、例えば、ＰＴＣヒータ、カーボンヒータ、あるいはシーズヒータであり、冷却水を加熱する。

　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。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。排気熱回収器４４の下流側に電気ヒータ４７が配置されている。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、第１実施形態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。

　第４実施形態においても、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ているため、第１実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

　尚、第４実施形態において、排気熱回収器４４の出力に応じて電気加熱源の出力、つまりヒートポンプ２６及び電気ヒータ４７の出力を調整しても良い。また、高圧バッテリ１８のＳＯＣに応じてエンジン１１の出力と、電気加熱源の出力、つまりヒートポンプ２６及び電気ヒータ４７の出力を調整しても良い。

　（第５実施形態）
　次に、図８を用いて第５実施形態を説明する。第５実施形態では、主として第１実施形態と異なる部分について説明する。

　第５実施形態では、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。排気熱回収器４４の下流側に電気ヒータ４７が配置されている。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、第４実施形態の構成からヒートポンプ２６を省いている。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。

　第５実施形態においても、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ているため、第１実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

　尚、第５実施形態において、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の出力と、を調整しても良い。

　（第６実施形態）
　次に、図９を用いて第６実施形態を説明する。第６実施形態では、主として第１実施形態と異なる部分について説明する。

　第６実施形態では、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、排気熱回収器４４、および電気ヒータ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、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。エンジン１１の下流側に蓄熱装置４８が配置されている。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。排気熱回収器４４の下流側に電気ヒータ４７が配置されている。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、第５実施形態の構成に蓄熱装置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が貯溜した冷却水の温度（蓄熱水温）は低くなることが想定される。従って、蓄熱装置４８の下流側において別の加熱装置で冷却水を加熱できるように、エンジン１１に最も近い位置に蓄熱装置４８が配置されている。

　第６実施形態においても、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ているため、第１実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

　尚、第６実施形態において、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の出力とを調整しても良い。

　（第７実施形態）
　次に、図１０を用いて第７実施形態を説明する。第７実施形態では、主として第１実施形態と異なる部分について説明する。

　第７実施形態では、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。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。排気熱回収器４４の下流側に燃焼式ヒータ４９が配置されている。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。

　第７実施形態においても、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ているため、第１実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

　尚、第７実施形態において、排気熱回収器４４の出力に応じて燃焼式ヒータ４９の出力を調整しても良い。

　また、第４実施形態から第７実施形態において、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ても良い。

　（第８実施形態）
　次に、図１１を用いて第８実施形態を説明する。第８実施形態では、主として第１実施形態と異なる部分について説明する。

　第８実施形態では、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が配置されている。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。

　第８実施形態においても、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ているため、第１実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

　（他の実施形態）
　以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本開示の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本開示の範囲は、本開示における記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

　上述した第４実施形態から第８実施形態において、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、上述した実施形態で説明した範囲に限定されず、適宜変更しても良い。

　また、上述した実施形態では、ハイブリッドＥＣＵ３９で、加熱制御ルーチンを実行する。しかし、これに限定されず、ハイブリッドＥＣＵ３９以外の他のＥＣＵで加熱制御ルーチンを実行しても良い。他のＥＣＵとして、例えば、エンジンＥＣＵ４０、ＭＧ－ＥＣＵ４１、エアコンＥＣＵ４２のうちの少なくとも一つが用いられる。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しても良い。

　また、上述した実施形態において、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、本開示は、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。

Claims (15)

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）と、
   　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）と、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）、排気熱回収器（４４）、電気ヒータ（４７）、蓄熱装置（４８）、および燃焼式ヒータ（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、前記電気ヒータ、および前記燃焼式ヒータのうちの少なくとも一つと、前記排気熱回収器と、
   　前記排気熱回収器の出力に応じて、前記ヒートポンプ、前記電気ヒータ、および前記燃焼式ヒータのうちの前記少なくとも一つの出力を調整する出力制御部（３９）と、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、
   　前記ヒートポンプの下流側に前記排気熱回収器が配置され、
   　前記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、
   　前記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、
   　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、
   　前記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、
    　前記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、
    　前記排気熱回収器の下流側に前記燃焼式ヒータが配置され、
    　前記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、
    　前記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、電気加熱源を備え、
    　前記電気加熱源は、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であり、
    　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。
15. 　動力源としてエンジン（１１）を有する車両において当該車両の空調を行う車両の空調装置であって、
    　前記エンジンが接続されて、内部を冷却水が循環する暖房用冷却水回路（２３）と、
    　前記暖房用冷却水回路に配置されて、前記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、
    　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）と、を備えている車両の空調装置。
    
     

Images