(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排熱を熱媒体により循環させる第１循環路と、
前記第１循環路に並列に接続され、車室内を暖房するヒータコアと前記エンジンとは別の熱発生源であるヒートポンプ又は電熱ヒータの熱を前記熱媒体に伝達する熱交換器とに前記熱媒体を循環させる第２循環路と、
前記第１循環路と前記第２循環路との接続と非接続とを切替える切替部と、
前記第１循環路に循環される前記熱媒体の第１温度を検出する第１検出部と、
前記第２循環路に循環される前記熱媒体の第２温度を検出する第２検出部と、
前記第１温度が前記エンジンを暖機する温度よりも高い温度に設定されたヒータ間欠許可温度に満たない場合に、前記第１循環路と前記第２循環路とを非接続とし、前記第１温度が前記ヒータ間欠許可温度以上、かつ、前記第２温度以上の場合に、前記第１循環路と前記第２循環路とを接続する切替えを前記切替部に実行させるコントローラと、
を備え、
前記ヒータ間欠許可温度は、前記ヒータコアを介して前記車室内へ送風される空気温度を目標値に到達させるために、前記第２循環路に循環される前記熱媒体に必要とされる温度である、車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、車両用空調装置が開示されている。この車両用空調装置では、車室内の暖房の熱源として、エンジンの排熱と冷凍サイクル（ヒートポンプ）による加熱との双方が使用されている。エンジンの排熱の使用量は、エンジンの暖機に影響を与えない程度に制限されている。一方、車室内温度の調整に不足分の熱量は、ヒートポンプを駆動することにより補われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７３６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジン及び走行用電動モータから走行駆動力を得るハイブリッド車両は、走行速度がゼロの場合にエンジンを停止させ、燃料消費を抑えて燃費を向上させている。ハイブリッド車両でも、車両用空調装置は車室内の暖房にエンジンの排熱を利用している。しかしながら、車両用空調装置では、エンジン冷却水の水温やヒータ水温が低い場合に、走行速度がゼロであっても暖房のためにエンジンが駆動されるので、燃費向上の点において改善の余地があった。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、暖房のためのエンジンの駆動時間を短くし、車両の燃費を向上させることができる車両用空調装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載された発明に係る車両用空調装置は、エンジンの排熱を熱媒体により循環させる第１循環路と、前記第１循環路に並列に接続され、車室内を暖房するヒータコアと前記エンジンとは別の熱発生源であるヒートポンプ又は電熱ヒータの熱を前記熱媒体に伝達する熱交換器とに前記熱媒体を循環させる第２循環路と、第１循環路と第２循環路との接続と非接続とを切替える切替部と、第１循環路に循環される熱媒体の第１温度を検出する第１検出部と、第２循環路に循環される熱媒体の第２温度を検出する第２検出部と、第１温度がエンジンを暖機する温度よりも高い温度に設定されたヒータ間欠許可温度に満たない場合に、第１循環路と第２循環路とを非接続とし、第１温度がヒータ間欠許可温度以上、かつ、第２温度以上の場合に、第１循環路と第２循環路とを接続する切替えを切替部に実行させるコントローラと、を備え、前記ヒータ間欠許可温度は、前記ヒータコアを介して前記車室内へ送風される空気温度を目標値に到達させるために、前記第２循環路に循環される前記熱媒体に必要とされる温度である。
【０００７】
請求項１に係る車両用空調装置は、熱媒体を循環させる第１循環路及び第２循環路を備える。第１循環路は、エンジンの排熱を熱媒体により循環させて、例えばエンジンを暖機する。第２循環路は、第１循環路に並列に接続され、車室内を暖房するヒータコア及び熱発生源の熱を熱媒体に伝達する熱交換器に熱媒体を循環させる。
【０００８】
ここで、請求項１に係る車両用空調装置は、切替部、第１検出部、第２検出部及びコントローラを備える。第１検出部では第１循環路に循環される熱媒体の第１温度が検出される。コントローラは、第１温度がヒータ間欠許可温度に満たない場合に、切替部の切替えを実行し、第１循環路と第２循環路とを非接続とする。このため、第１循環路及び第２循環路ではそれぞれ独立に熱媒体を循環させることができる。これにより、第１循環路ではエンジンの排熱を有効に利用してエンジンの暖機が行われ、第２循環路では、熱発生源から熱交換器を介して熱媒体に熱が伝達され、この熱媒体をヒータコアに循環させて車室内の暖房が行われる。従って、第２循環路に循環される熱媒体を加熱するためにエンジンが駆動されないので、暖房のためのエンジンの駆動時間がなくなる。
【０００９】
一方、コントローラは、第１温度がヒータ間欠許可温度以上、かつ、第２温度以上の場合に、切替部の切替えを実行し、第１循環路と第２循環路とを接続する。このため、第１循環路の熱媒体が第２循環路へ流れ、エンジンの排熱が伝達された熱媒体がヒータコアを循環するので、車室内を暖房することができる。そして、第１温度が第２温度以上とされているので、暖房のためのエンジンの駆動時間が短くなる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載された車両用空調装置は、暖房のためのエンジンの駆動時間を短くし、車両の燃費を向上させることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施の形態に係る車両用空調装置のシステム構成を説明するブロック図である。
【図２】図１に示される車両用空調装置の動作方法を説明するフローチャートである。
【図３】複数系統の循環路がそれぞれ独立に動作状態にある車両用空調装置の図１に対応するブロック図である。
【図４】複数系統の循環路が１系統として動作状態にある車両用空調装置の図１に対応するブロック図である。
【図５】一実施の形態に係る車両用空調装置における熱媒体の温度とエンジン回転数と時間との関係を示す図である。
【図６】比較例に係る車両用空調装置における熱媒体の温度とエンジン回転数と時間との関係を示す図５に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（車両用空調装置の構成）
図１〜図６を用いて、本発明の一実施の形態に係る車両用空調装置について、図示省略のハイブリッド車両に適用した例を説明する。
【００１３】
図１に示されるように、本実施の形態に係る車両用空調装置１０は、第１循環路２０及び第２循環路３０を含む複数の循環路を備えている。第１循環路２０は、内燃機関としてのエンジン２２が含まれる閉ループ状とされている。第１循環路２０は、エンジン２２の駆動により生じた熱を排熱として循環させる構成とされている。第１循環路２０は、主にエンジン２２の冷却に使用されるが、エンジン２２の始動時等には排熱を利用してエンジン２２の暖機に使用されている。詳しく説明すると、第１循環路２０は、熱媒体として例えばエンジン冷却水を循環させる循環パイプ２４と、循環パイプ２４の上流側に設けられてエンジン冷却水を強制的に循環させる第１循環ポンプ２６とを備えている。循環パイプ２４の上流側端は、エンジン冷却水が流出されるエンジン２２の流出口２２Ａに接続されている。循環パイプ２４の下流側端は、循環して帰還されたエンジン冷却水が流入されるエンジン２２の流入口２２Ｂに接続されている。
【００１４】
第１循環路２０は、エンジン２２の流出口２２Ａと第１循環ポンプ２６との間に第１検出部２８を備えている。第１検出部２８として、循環開始直後に第１循環路２０に循環されるエンジン冷却水の温度（第１温度）を検出する水温センサが使用されている。
【００１５】
一方、第２循環路３０は、車室内を暖房するヒータコア３２と熱交換器（ここでは水冷媒熱交換器）３４とが含まれる閉ループ状とされている。ヒータコア３２は、図示省略の送風機と車室内吹出口とを接続する送風ダクト内に配設され、送風機から送られる空気を暖める構成とされている。暖められた空気が車室内吹出口から車室内へ吹出されると、車室内は暖房される。熱交換器３４は、図示省略の熱発生源に接続され、熱発生源によって発生された熱を第２循環路３０に循環される熱媒体へ熱交換により伝達する構成とされている。ここで、熱発生源としては、ヒートポンプ、電熱ヒータ等が使用されている。
【００１６】
第２循環路３０は、熱交換器３４を通って熱が伝達された熱媒体をヒータコア３２に循環させ、このヒータコア３２により車室内へ送風される空気を暖める構成とされている。詳しく説明すると、第２循環路３０は、熱媒体としての例えばエンジン冷却水を循環させる循環パイプ３６と、循環パイプ３６のヒータコア３２から見て上流側に設けられてエンジン冷却水を強制的に循環させる第２循環ポンプ３８とを備えている。循環パイプ３６の上流側端は、エンジン冷却水が流出されるヒータコア３２の流出口３２Ａに接続されている。循環パイプ３６の下流側端は、循環して帰還されたエンジン冷却水が流入されるヒータコア３２の流入口３２Ｂに接続されている。また、熱交換器３４は、循環パイプ３６の中間部に配設されている。エンジン冷却水が流入される熱交換器３４の流入口３４Ａには循環パイプ３６の上流側が接続され、エンジン冷却水が流出される熱交換器３４の流出口３４Ｂには循環パイプ３６の下流側が接続されている。また、第２循環ポンプ３８は、第２循環路３０の上流側において、ヒータコア３２と熱交換器３４との間に設けられている。
【００１７】
第２循環路３０は、熱交換器３４の流出口３４Ｂとヒータコア３２の流入口３２Ｂとの間であって、流出口３４Ｂの近傍に第２検出部４０を備えている。第２検出部４０として、熱交換直後に第２循環路３０に循環されるエンジン冷却水の温度（第２温度）を検出する水温センサが使用されている。
【００１８】
第２循環路３０は第１循環路２０に並列に接続されている。詳しく説明すると、第２循環路３０の上流側は第１切替部４２を介して第１循環路２０の上流側に接続されている。さらに詳しく説明すると、エンジン２２の流出口２２Ａに接続された循環パイプ２４は、第１検出部２８及び第１循環ポンプ２６を介して第１切替部４２に接続されている。そして、第１切替部４２は、循環パイプ３６を介してヒータコア３２の流出口３２Ａに接続されると共に、循環パイプ３６及び第２循環ポンプ３８を介して熱交換器３４の流入口３４Ａに接続されている。
【００１９】
一方、第２循環路３０の下流側は第２切替部４４を介して第１循環路２０の下流側に接続されている。さらに詳しく説明すると、エンジン２２の流入口２２Ｂに接続された循環パイプ２４は、第２切替部４４に接続されている。そして、第２切替部４４は、循環パイプ３６を介してヒータコア３２の流入口３２Ｂに接続されると共に、循環パイプ３６及び第２検出部４０を介して熱交換器３４の流出口３４Ｂに接続されている。
【００２０】
本実施の形態において、第１切替部４２、第２切替部４４として、いずれも、例えば３方向弁が使用されている。３方向弁は、第１循環路２０と第２循環路３０とに跨って設けられている。なお、第１切替部４２、第２切替部４４のいずれか一方、又は双方に２方向弁が使用されてもよい。双方に２方向弁が使用される場合、第１切替部４２及び第２切替部４４は第２循環路３０に設けられる。
【００２１】
本実施の形態に係る車両用空調装置１０は、更にコントローラ４６を備えている。コントローラ４６は、図示省略の中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）、記憶ユニット（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤ）、インターフェースを少なくとも備えている。コントローラ４６は、共通バス配線４８を介して、第１検出部２８、第２検出部４０、第１循環ポンプ２６、第２循環ポンプ３８、第１切替部４２、第２切替部４４にそれぞれ接続され、これらの動作制御を司る構成とされている。
【００２２】
なお、本実施の形態では、熱媒体としてエンジン冷却水が使用されており、第１循環路２０は第１水回路、第２循環路３０は第２水回路をそれぞれ構築している。なお、熱媒体としては、エンジン冷却油等が使用可能である。
【００２３】
（車両用空調装置の動作方法）
本実施の形態に係る車両用空調装置１０の動作方法は、図２に示される通りである。まず最初に、図示省略のハイブリッド車両において、図１に示されるエンジン２２が始動され、更に車両用空調装置１０のスイッチが手動又は自動で投入される。
【００２４】
車両用空調装置１０では、第１循環路２０と第２循環路３０とが非接続とされた２系統の循環路（図３参照）であるか、双方が接続とされた１系統の循環路（図４参照）であるかが判断される（Ｓ１０）。判断は、図１に示される第１切替部４２及び第２切替部４４の開閉状態に基づいて、コントローラ４６により実行される。
【００２５】
図３に示される２系統の循環路では、図１に示される第１切替部４２及び第２切替部４４において第１循環路２０と第２循環路３０との間の弁が閉状態にある。このため、第１循環路２０のエンジン冷却水は、第２循環路３０のエンジン冷却水に対して独立に循環する。エンジン冷却水の循環方向は符号Ａを付して矢印を用いて示されている。第１循環路２０のエンジン冷却水が独立に循環されると、エンジン２２の排熱を有効に利用することができ、エンジン２２を効率的に暖機することができる。一方、第２循環路３０のエンジン冷却水は、第１循環路２０のエンジン冷却水に対して独立に循環する。エンジン冷却水の循環方向は符号Ｃを付して矢印を用いて示されている。第２循環路３０のエンジン冷却水が独立に循環されると、図示省略の熱発生源によって発生された熱が熱交換器３４を用いてエンジン冷却水に効率良く伝達され、この熱がヒータコア３２に伝達されるので、車室内を暖房することができる。
【００２６】
また、図４に示される１系統の循環路では、第１切替部４２及び第２切替部４４において第１循環路２０と第２循環路３０との間の弁が開状態にある。このため、第１循環路２０のエンジン冷却水が第２循環路３０にも循環する。第１循環路２０から第２循環路３０への循環方向は符号Ｂを付して矢印を用いて示されている。第１循環路２０のエンジン冷却水が第２循環路３０へ循環されると、エンジン２２の排熱をヒータコア３２に供給して排熱の有効利用が可能となる。ヒータコア３２に排熱が供給されると、熱発生源の動作を停止する、又は発熱量を減少することができるので、電力の消費を抑えることができる。
【００２７】
ステップＳ１０において、２系統の循環路であると判断された場合、第１循環路２０のエンジン冷却水の水温（エンジン水温）が検出され、このエンジン水温が閾値以上であるか否かが判断される（Ｓ１２）。エンジン水温は図１に示される第１検出部２８により検出される。ここで、閾値として、ヒータ間欠許可温度が使用されている。本実施の形態において、ヒータ間欠許可温度は、車両外気温度に基づいて、車室内吹出口から吹出される空気温度の目標値に達するために必要とされる、第２循環路３０に循環されるエンジン冷却水に必要な水温（ヒータ水温）である。判断は、コントローラ４６により実行される。
【００２８】
ステップＳ１２において、エンジン水温がヒータ間欠許可温度以上であると判断された場合、第１循環路２０のエンジン水温が、第２循環路３０のヒータ水温以上であるか否かが判断される（Ｓ１４）。ヒータ水温は図１に示される第２検出部４０により検出される。また、判断はコントローラ４６により実行される。ステップＳ１２において、エンジン水温がヒータ間欠許可温度に満たないと判断された場合、循環路の切替は行わない。
【００２９】
ステップＳ１４において、エンジン水温がヒータ水温以上であると判断された場合、コントローラ４６により第１切替部４２、第２切替部４４の弁が開状態に切替られる。弁が開状態になると、第１循環路２０と第２循環路３０とが接続され、２系統の循環路は１系統の循環路へ切替る（Ｓ１６）。１系統の循環路へ切替ると、エンジン２２の排熱がヒータコア３２において利用される。ステップＳ１６以降はステップＳ１０へ戻り、ステップＳ１０以降の処理が繰返し実行される。また、ステップＳ１４において、エンジン水温がヒータ水温に満たないと判断された場合、循環路の切替は行わない。
【００３０】
前述のステップＳ１０において、１系統の循環路であると判断された場合、エンジン水温がヒータ間欠許可温度に満たないか、ヒータ間欠許可温度以上であるかが判断される（Ｓ２０）。ヒータ間欠許可温度に満たない場合、コントローラ４６により第１切替部４２及び第２切替部４４の弁が閉状態とされる。弁が閉状態になると、第１循環路２０と第２循環路３０とが非接続となり、１系統の循環路は２系統の循環路へ切替る（Ｓ２２）。一方、ヒータ間欠許可温度以上であると判断された場合、循環路の切替は行わない。
【００３１】
（本実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係る車両用空調装置１０は、図１に示されるように、エンジン冷却水を循環させる第１循環路２０及び第２循環路３０を備える。第１循環路２０は、エンジン２２の排熱をエンジン冷却水により循環させる。第２循環路３０は、第１循環路２０に並列に接続され、車室内を暖房するヒータコア３２及び熱発生源の熱を熱交換器３４にエンジン冷却水を循環させる。
【００３２】
ここで、車両用空調装置１０は、第１切替部４２、第２切替部４４、第１検出部２８、第２検出部４０及びコントローラ４６を備える。第１検出部２８では第１循環路２０に循環されるエンジン水温が検出される。コントローラ４６は、エンジン水温がヒータ間欠許可温度に満たない場合には、第１切替部４２及び第２切替部４４を閉状態に切替えて、第１循環路２０と第２循環路３０とを非接続として、図３に示される２系統の循環路とする。このため、第１循環路２０及び第２循環路３０では、それぞれ独立にエンジン冷却水を循環させることができる。第１循環路２０では、エンジン２２の排熱を有効に利用してエンジン２２の暖機が行われる。第２循環路３０では、熱発生源から熱交換器３４を介してエンジン冷却水に熱が伝達され（ヒータ水温を上昇させ）、このエンジン冷却水をヒータコア３２に循環させて車室内の暖房が行われる。
【００３３】
図５には、本実施の形態に係る車両用空調装置１０におけるエンジン水温及びヒータ水温と、エンジン回転数と、エンジン始動からの経過時間との関係が示されている。左側の縦軸は水温（℃）、右側の縦軸はエンジン回転数、横軸は経過時間をそれぞれ示している。例えば、車両外気温度が−１０℃に設定され、車室内温度が自動調整において２５℃に設定され、エンジン回転数が「乗用車等の国際調和燃費・排ガス試験方法（ＷＬＴＰ）」に基づいて設定された場合、エンジン水温及びヒータ水温は図５に示される上昇を示す。水温Ｗ１は、エンジン２２の暖機に必要とされる水温である。水温Ｗ２は、水温Ｗ１よりも高い温度に設定されたヒータ間欠許可温度である。２系統の循環路において、第１循環路２０では、始動直後のエンジン２２は冷えているので、エンジン２２の駆動時間が若干長くなるものの、エンジン水温が水温Ｗ１に達すると、暖機のための水温Ｗ１を維持する程度にエンジン２２が間欠的に駆動される。第２循環路３０では、例えばヒートポンプから熱交換器３４を介してエンジン冷却水が暖められるので、ヒータ水温は時間経過に伴い上昇し、ヒータコア３２により車室内が暖房される。
【００３４】
従って、車両用空調装置１０では、エンジン水温がヒータ間欠許可温度Ｗ２に満たない場合には、第２循環路３０に循環されるエンジン冷却水を加熱するためにエンジン２２が駆動されないので、暖房のためのエンジン２２の駆動時間がなくなる。
【００３５】
一方、コントローラ４６は、エンジン水温がヒータ間欠許可温度Ｗ２以上、かつ、ヒータ水温以上の場合に、第１切替部４２及び第２切替部４４を開状態に切替えて、第１循環路２０と第２循環路３０とを接続とする。つまり、エンジン２２の暖機が終了すると、エンジン冷却水は徐々に上昇するので、上記条件に達したときに、２系統の循環路から１系統の循環路へ切替えが実行される。このため、第１循環路２０のエンジン冷却水が第２循環路３０へ流れ、エンジン２２の排熱が伝達されたエンジン冷却水がヒータコア３２に循環させるので、車室内が暖房される。
【００３６】
図６には、比較例に係る車両用空調装置におけるエンジン水温及びヒータ水温と、エンジン回転数と、エンジン始動からの経過時間との関係が示されている。縦軸及び横軸は図５に示される縦軸及び横軸に対応している。比較例に係る車両用空調装置では、エンジン水温がヒータ間欠許可温度Ｗ２並びにヒータ水温に満たない段階（エンジン２２の始動から時間Ｔ２経過後）において、２系統の循環路から１系統の循環路へ切替が実行されている。図６に示されるように、１系統の循環路へ切替えた直後に、ヒータ水温はエンジン水温（ここでは水温Ｗ１）まで下降してしまう。排熱を利用してヒータ水温をヒータ間欠許可温度Ｗ２まで上昇させるために、エンジン２２が長く駆動されてしまう。
【００３７】
比較例に係る車両用空調装置に対して、本実施の形態に係る車両用空調装置では、図５に示されるように、エンジン水温がヒータ間欠許可温度Ｗ２以上、かつ、ヒータ水温以上とされている。このため、ヒータ水温の降下は実質的に無く、エンジン２２の始動から時間Ｔ１経過後に既にエンジン水温がヒータ水温以上にされているので、エンジン２２を停止させる頻度（間欠頻度）を高めることができる。つまり、暖房のためのエンジン２２の駆動時間が短くなる。
【００３８】
従って、本実施の形態に係る車両用空調装置１０によれば、エンジン２２の暖機中において、エンジン２２の暖機には排熱が利用され、ヒータコア３２の加熱にはエンジン２２とは別の熱発生源が利用される。そして、エンジン２２の暖機終了後において、ヒータコア３２の加熱にはエンジン２２の排熱が利用される。これにより、熱発生源の電力消費による燃費の低下があったとしても、暖房のためのエンジン２２の駆動時間を全体的に短くすることができるので、ハイブリッド車両の燃費を向上させることができる。
【００３９】
また、本実施の形態に係る車両用空調装置１０では、図６に示されるようなヒータ水温の急激な落込みが、図５に示されるように殆ど無いので、例えば暖房開始直後の車室内吹出口から冷たい空気が吹出されることがない。例えば、車両の搭乗者が車室内温度の変化により不快を感じることがなくなる。
【００４０】
［上記実施の形態の補足説明］
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本発明は、走行速度がゼロになるとエンジンが停止し、アクセルを踏込むとエンジンが始動する機能を有する車両にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  車両用空調装置
２０  第１循環路
２２  エンジン
２８  第１検出部
３０  第２循環路
３２  ヒータコア
４０  第２検出部
４２  第１切替部
４４  第２切替部
４６  コントローラ
【図１】
0006519283.tif 000002
【図２】
0006519283.tif 000003
【図３】
0006519283.tif 000004
【図４】
0006519283.tif 000005
【図５】
0006519283.tif 000006
【図６】
0006519283.tif 000007