JP2022157151A - 車両空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンからの廃熱を利用できる場合において、水加熱ヒータによる加熱しすぎを防止する。
【解決手段】
冷却水を水加熱ヒータ１２、ヒータコア１４を介し、エンジン１０に循環し、ヒータコア１４により車室内の暖房を行う。制御部３０は、エンジン１０の作動時におけるエンジン１０の廃熱量に応じた冷却水受熱量を算出する受熱量算出部を含む。また、エンジンへ循環する冷却水量を検出する冷却水量検出部（流量計２８）が設けられている。そして、水加熱ヒータ１２作動中に、エンジン１０が作動している場合には、算出した前記冷却水受熱量と、検出した前記冷却水量とに基づき、水加熱ヒータ１２の出力を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却水を水加熱ヒータ、ヒータコアを介し、エンジンに循環し、前記ヒータコアにより車室内の暖房を行う車両空調装置に関する。

従来、車両の暖房には、エンジンの廃熱が利用されている。特許文献１では、ハイブリッド車において、エンジンの廃熱と、冷却水の加熱の両方を利用して暖房を行う。すなわち、ハイブリッド車が、エンジンを駆動しながら走行している場合には、エンジンの廃熱によって冷却水を加熱し、エンジン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電気ヒータによって補うことが示されている。

特開２０１４－１２９０５４号公報

ここで、電気ヒータによる加熱を行うと、そのエネルギーはバッテリから出力されるため、その消費電力分だけバッテリが消費され電気自動車としての走行可能距離が短くなる。このため、電気ヒータによる電力消費をできるたけ小さくしたいという要求がある。

本発明は、冷却水を水加熱ヒータ、ヒータコアを介し、エンジンに循環し、前記ヒータコアにより車室内の暖房を行う車両空調装置であって、前記エンジンの作動時におけるエンジンの廃熱量に応じた冷却水受熱量を算出する受熱量算出部と、前記エンジンへ循環する冷却水量を検出する冷却水量検出部と、を含み、前記水加熱ヒータ作動中に、エンジンが作動している場合には、算出した前記冷却水受熱量と、検出した前記冷却水量とに基づき、前記水加熱ヒータの出力を制御する。

空調要求により前記水加熱ヒータを作動し、前記水加熱ヒータによる熱量が不足する場合に前記空調要求に応じて前記エンジンを作動し、前記空調要求以外で前記エンジンが作動している場合には、算出した前記冷却水受熱量と、検出した前記冷却水量とに基づく前記水加熱ヒータの出力制御を行い、空調要求でエンジンが作動している場合には、算出した前記冷却水受熱量と、検出した前記冷却水量とに基づく前記水加熱ヒータの出力制御は行わない、ようにするとよい。

本発明によれば、冷却水量に応じて、水加熱ヒータの出力を制御する。従って、冷却水量が大きく、エンジンからの冷却水受熱量が大きい場合に水加熱ヒータ出力が大きくなりすぎるのを防止することができる。

実施形態に係る車両空調装置の構成を示すブロック図である。 制御部における暖房の制御の一例を示すフローチャートである。 冷却水受熱量と水加熱ヒータ目標出力Ａの関係を示す図である。 冷却水量と水加熱ヒータ出力調整量の関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

「全体構成」
図１は、実施形態に係る車両空調装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る車両空調装置は、エンジンと、モータを搭載し、これらの駆動力によって走行するハイブリッド車に搭載される。このハイブリッド車は、モータのみの駆動力を利用して走行するモードや、エンジンの駆動力を利用して走行するモードや、エンジンとモータの両方の駆動力を併用して走行するモードや、エンジンによる発電を行いながらモータを駆動して走行するモードなど各種のモードを有する。さらに、暖房のために、エンジンを駆動することもできる。

そして、本実施形態に係る車両空調装置では、エンジン冷却水の熱を用いて暖房を行う。

エンジン１０は、ガソリン、軽油、ＬＰＧなどを燃焼させて動力を出力する内燃機関であり、その出力は、車両の走行の駆動力や、発電機による発電に利用される。エンジン１０には、冷却水が循環されており、これによってエンジン１０が冷却され、高温になることが抑制されている。

エンジン１０における熱交換によって、温度が上昇した冷却水は水加熱ヒータ１２を介し、ヒータコア１４に供給される。水加熱ヒータ１２は、電気ヒータを有し、この電気ヒータへの電力供給によってここを通過する冷却水を加熱する。ヒータコア１４は、冷却水と空気流の熱交換により、温風を発生するものであり、発生した温風によって車室内を暖房する。そして、ヒータコア１４を出た冷却水がエンジン１０に循環する。

従って、冷却水が、エンジン１０、水加熱ヒータ１２で熱を吸収し、吸収した熱をヒータコア１４で放出することで、暖房が行われる。

ここで、ヒータコア１４における暖房に必要な熱が、エンジン１０で得られる場合には、水加熱ヒータ１２における加熱は不要となる。また、エンジン１０の冷却がさらに必要な場合には、冷却水を他に設けたラジエータに循環してここで熱を放出する。また、冷却水への加熱の必要性に応じ、水加熱ヒータ１２、ヒータコア１４を適宜バイパスするようにしてもよい。なお、通常の場合、車両にはヒートポンプを利用した空調装置も設けられており、これによる冷暖房も行われる。

エンジン１０からの冷却水の排出路には、水ポンプ２０が設けられ、この水ポンプ２０によって、冷却水が循環する。なお、水ポンプ２０は、冷却水の循環経路の他の場所に設けてもよい。

また、循環経路には、エンジン１０から排出された冷却水の温度を計測する温度計２２、ヒータコア１４に流入する冷却水の温度を計測する温度計２４、エンジン１０に流入する冷却水の温度を計測する温度計２６が設けられ、これらの検出結果が制御部３０に供給される。また、水ポンプ２０から吐出される冷却水の水量を計測する流量計２８（冷却水量検出部として機能する）が設けられており、この検出値も制御部３０に供給される。

制御部３０には、空調要求が供給される。この場合の空調要求は、暖房要求であり、乗員が車室内の温度設定をして空調をオンし、ヒータコア１４からの温風吹き出しが必要になった場合に発生される。なお、車両が走行を開始する場合に、温度設定や空調の開始などを自動的に行うようにすることもできる。

制御部３０は、温度計２２，２４，２６からの信号により冷却水の温度を検出するとともに、流量計２８からの信号により冷却水量を検出する。そして、制御部３０は、空調要求に応じ必要な熱量（要求熱量）を計算するとともに、エンジン１０から冷却水が受け取る冷却水受熱量を算出し（冷却水受熱量算出部として機能する）、これらに基づいて水ポンプ２０、水加熱ヒータ１２などを制御して、要求熱量に応じた暖房を行う。

図２は、制御部３０における暖房の制御（エンジン１０と水加熱ヒータ１２の協調制御）の一例を説明するフローチャートである。

まず、空調要求（暖房要求）に基づいて、ヒータコア１４において放出が要求される要求熱量を算出する（Ｓ１１）。この要求熱量は、車室内温度、設定温度を考慮して算出され、車室容積、ヒータコア１４の能力なども考慮することができる。

次に、水加熱ヒータ１２がオン（作動中）かを判定する（Ｓ１２）。この判定でＮＯの場合には、水加熱ヒータ１２の発熱量を計算する必要はないため、別処理とする。

次に、エンジン１０がオンかを判定する（Ｓ１３）。この判定でＮＯの場合には、水加熱ヒータ１２により要求熱量を賄う必要があり、別処理とする。この場合の別処理では、要求熱量をそのまま水加熱ヒータ出力とすればよい。

Ｓ１３の判定でＹＥＳの場合、次にエンジン１０が空調要求によりオンしたかどうかを判定する（Ｓ１４）。Ｓ１４の判定でＹＥＳの場合、水加熱ヒータ１２をフル稼働しても、要求熱量を賄えない状態であり、エンジン１０の廃熱と水加熱ヒータ１２の発熱を小さくすることはできないため別処理とする。なお、エンジン１０が空調要求によりオンしている場合でも、エンジン１０により発電を行うことで、エンジン１０の出力を比較的大きくすることもでき、この場合にはエンジン１０の廃熱に余裕が生じるため、エンジン１０と水加熱ヒータ１２との協調制御が行える。そのような場合には、Ｓ１４判定でＮＯであっても、Ｓ１５に進むことができる。

Ｓ１４の判定でＮＯの場合には、エンジン１０の廃熱量を算出し、これに基づいて水加熱ヒータ１２の水加熱ヒータ目標出力Ａを算出する（Ｓ１５）。

ここで、エンジン１０は、その回転数、出力トルクに応じて、燃料の消費量が決定され、燃料消費量に応じて消費エネルギー（燃焼エネルギー）が決定される。そして、消費エネルギーに動力効率を乗算したものがエンジン１０の出力エネルギーであり、残り、すなわち消費エネルギーにエンジンの廃熱係数（１－動力効率）を乗算したものが廃熱量になる。

廃熱量のうちで冷却水に移動した熱が冷却水受熱量であり、本実施形態では車両空調装置の効率を乗算することによって冷却水受熱量を決定する。ここで、この車両空調装置の効率は、十分な暖房を行うために比較的低く設定する。そして、この冷却水受熱量を要求熱量から減算し、比較的大きめの水加熱ヒータ目標出力Ａを算出する。具体的には、図３に示すような冷却水受熱量と水加熱ヒータ目標出力Ａの関係（マップ）に基づき、水加熱ヒータ目標出力Ａを求める。

なお、エンジン１０の廃熱量から、外気への放熱、エンジン自体の温度変化を差し引いたものが冷却水の受熱量となる。このため、冷却水受熱量も、外気温度などによって変動するが、本実施形態ではエンジンの動作状態（エンジン回転数および出力トルク）から、上述のようにして比較的大きめの水加熱ヒータ目標出力Ａを求める。

次に、冷却水量に応じた水加熱ヒータ出力調整量Ｂを求める（Ｓ１６）。エンジン１０においては、エンジン１０の廃熱が熱交換によって冷却水に移動する。エンジン１０は、比較的高温で熱容量が大きく熱交換の効率が水量に依存しやすく、また車両におけるエンジンの周囲温度は走行に応じて変化しやすい。さらに、冷却水の循環経路は比較的長いため、エンジン１０での熱収支は、理論的な計算通りになりにくい。従って、冷却水量が大きくなればそれだけ冷却水側に移動する熱量も大きくなる。そこで、本実施形態では、図４に示すような、冷却水量と水加熱ヒータ出力調整量Ｂの関係（マップ）を予め求めておき、これに基づいてその時の冷却水量から水加熱ヒータ出力調整量Ｂを求める。

そして、Ｓ１５で求めた水加熱ヒータ目標出力ＡからＳ１６で求めた水加熱ヒータ出力調整量Ｂを減算して、水加熱ヒータ出力（Ａ－Ｂ）を決定し（Ｓ１７）、得られた水加熱ヒータ出力（Ａ－Ｂ）に応じて水加熱ヒータ１２を制御する。

このように、本実施形態では、冷却水量に応じて水加熱ヒータ出力を調整する。従って、冷却水量に応じて適切な水加熱ヒータ出力を決定することができる。特に、冷却水量が多く、エンジン１０からの冷却水受熱量が大きい場合に水加熱ヒータ出力が大きくなりすぎるのを防止することができる。

また、ヒータコア１４での放熱量を目標とする要求熱量に維持しつつ、エンジン１０、水加熱ヒータ１２、ヒータコア１４のそれぞれの入口、出口の冷却水温度から、各部材における吸熱量、放熱量を計算し、適切な水ポンプ２０による冷却水量と水加熱ヒータ１２の消費エネルギーを決定するとよい。

すなわち、冷却水量により水ポンプ２０での消費エネルギーが決まり、水加熱ヒータ１２の消費電力によりここでの加熱量がきまるので、ヒータコア１４での放熱量が維持することを前提に、冷却水量と、水加熱ヒータ１２の消費エネルギーの最適制御を行うとよい。

１０ エンジン、１２ 水加熱ヒータ、１４ ヒータコア、２０ 水ポンプ、２２，２４，２６ 温度計、２８ 流量計、３０ 制御部。

Claims (2)

1. 冷却水を水加熱ヒータ、ヒータコアを介し、エンジンに循環し、前記ヒータコアにより車室内の暖房を行う車両空調装置であって、
   前記エンジンの作動時における前記エンジンの廃熱量に応じた冷却水受熱量を算出する受熱量算出部と、
   前記エンジンへ循環する冷却水量を検出する冷却水量検出部と、
   を含み、
   前記水加熱ヒータ作動中に、エンジンが作動している場合には、算出した前記冷却水受熱量と、検出した前記冷却水量とに基づき、前記水加熱ヒータの出力を制御する、
   車両空調装置。
2. 請求項１に記載の車両空調装置であって、
   空調要求により前記水加熱ヒータを作動し、前記水加熱ヒータによる熱量が不足する場合に前記空調要求に応じて前記エンジンを作動し、
   前記空調要求以外で前記エンジンが作動している場合には、算出した前記冷却水受熱量と、検出した前記冷却水量とに基づく前記水加熱ヒータの出力制御を行い、
   空調要求で前記エンジンが作動している場合には、算出した前記冷却水受熱量と、検出した前記冷却水量とに基づく前記水加熱ヒータの出力制御は行わない、
   車両空調装置。
   

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