(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサによって圧縮された冷媒を用いて、車室内を空調する際の暖房の熱源となるエンジンの冷却水を加熱するヒートポンプと、
エンジンから排出される排気ガスの熱によって前記冷却水を加熱する排気熱回収装置と、
前記冷却水の温度を検出する温度検出手段、エンジン負荷を検出する負荷検出手段、及びエンジンから排出される排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段の各検出結果を取得する取得手段と、
前記取得手段の取得結果に基づいて、前記冷却水の温度が高くなるに従って低下し、かつ前記エンジン負荷が高くなるに従って低下し、かつ前記排気温度が高くなるに従って低下するように、前記コンプレッサの回転数を制御する制御手段と、
を備えた車両用空調装置。
【請求項２】
コンプレッサによって圧縮された冷媒を用いて、車室内を空調する際の暖房の熱源となるエンジンの冷却水を加熱するヒートポンプと、
エンジンから排出される排気ガスの熱によって前記冷却水を加熱する排気熱回収装置と、
前記冷却水の温度を検出する温度検出手段及びエンジンから排出される排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段の各検出結果を取得する取得手段と、
前記取得手段の取得結果に基づいて、前記冷却水の温度が高くなるに従って低下し、かつ前記排気温度が高くなるに従って低下するように前記コンプレッサの回転数を制御する制御手段と、
を備えた車両用空調装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記取得手段によって取得した各検出手段の検出結果の各々に対応させて前記コンプレッサの回転数をそれぞれ求め、求めた各コンプレッサの回転数の平均回転数となるように、前記コンプレッサの回転数を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調装置にかかり、特に、冷却水を加熱するヒートポンプによって車室内を暖房する車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの冷却水を加熱するヒートポンプを備えて車室内を空調する技術として特許文献１に記載の技術が提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載の技術では、車両駆動用エンジンの冷却水で加熱される温水ヒータに加えて、ヒートポンプを設け、このヒートポンプの冷媒循環回路に排熱回収用熱交換器と冷却水熱回収用熱交換器とを設けて、低温時の暖房立ち上がりの際には、車両駆動用エンジンの冷却水の循環回路を、放熱量の多い温水ヒータ側から冷却水熱回収用熱交換器側へ切り換えて、冷却水の放熱を少なくしながら、その放熱を冷媒に回収させると共に、ヒートポンプを駆動する空調用エンジンの負荷を排気絞り装置により一時的に高めて、空調用エンジンの排熱温度を高め、その排熱を排熱回収用熱交換器により冷媒に回収させることが提案されている。これによって特許文献１に記載の技術では、低温時の暖房の立ち上がりを速くすることができると共に、エンジン暖気を速くすることができる。
【特許文献１】特開平５−２３１７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ヒートポンプを用いてエンジン冷却水の放熱を少なくして暖気を促進することが可能であるが、ヒートポンプのコンプレッサの回転数を水温の温度のみによって決定しているため、他に熱源がある場合などでは、無駄にコンプレッサの回転数を高く設定してしまうことがあり、ヒートポンプの消費電力が大きくなってしまい、ヒートポンプの制御に改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、ヒートポンプの消費電力を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、コンプレッサによって圧縮された冷媒を用いて、車室内を空調する際の暖房の熱源となるエンジンの冷却水を加熱するヒートポンプと、エンジンから排出される排気ガスの熱によって前記冷却水を加熱する排気熱回収装置と、前記冷却水の温度を検出する温度検出手段、エンジン負荷を検出する負荷検出手段、及びエンジンから排出される排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段の各検出結果を取得する取得手段と、前記取得手段の取得結果に基づいて、前記冷却水の温度が高くなるに従って低下し、かつ前記エンジン負荷が高くなるに従って低下し、かつ前記排気温度が高くなるに従って低下するように、前記コンプレッサの回転数を制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、ヒートポンプでは、コンプレッサによって圧縮された冷媒を用いることで、暖房の熱源となるエンジンの冷却水が加熱される。すなわち、ヒートポンプのコンプレッサを作動することによって車室内を暖房することができる。また、排気熱回収装置では、エンジンから排出される排出ガスの熱によって冷却するが加熱される。
【０００８】
また、取得手段では、冷却水の温度を検出する温度検出手段、エンジン負荷を検出する負荷検出手段、及びエンジンから排出される排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段の各検出結果が取得される。
【０００９】
そして、制御手段では、取得手段によって取得した各検出手段の検出結果に基づいて、冷却水の温度が高くなるに従って低下し、かつエンジン負荷が高くなるに従って低下し、かつ排気温度が高くなるに従って低下するように、ヒートポンプのコンプレッサの回転数が制御される。すなわち、冷却水の温度だけではなく、エンジン負荷が高い場合や排気温度が高い場合には冷却水の温度が上昇する可能性があり、この場合にはヒートポンプ能力を抑える必要があるため、冷却水の温度だけではなく、エンジン負荷や排気温度を考慮してヒートポンプのコンプレッサの回転数を制御することによってヒートポンプの消費電力を抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、コンプレッサによって圧縮された冷媒を用いて、車室内を空調する際の暖房の熱源となるエンジンの冷却水を加熱するヒートポンプと、エンジンから排出される排気ガスの熱によって前記冷却水を加熱する排気熱回収装置と、前記冷却水の温度を検出する温度検出手段及びエンジンから排出される排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段の各検出結果を取得する取得手段と、前記取得手段の取得結果に基づいて、前記冷却水の温度が高くなるに従って低下し、かつ前記排気温度が高くなるに従って低下するように前記コンプレッサの回転数を制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、ヒートポンプでは、コンプレッサによって圧縮された冷媒を用いることで、暖房の熱源となるエンジンの冷却水が加熱される。すなわち、ヒートポンプのコンプレッサを作動することによって車室内を暖房することができる。
【００１３】
排気熱回収装置では、エンジンから排出される排気ガスの熱によって冷却水が加熱される。すなわち、排ガスの熱によっても車室内を暖房することができる。
【００１４】
また、取得手段では、冷却水の温度を検出する温度検出手段、及びエンジンから排出される排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段の各検出結果が取得される。
【００１５】
そして、制御手段では、取得手段によって取得した各検出手段の検出結果に基づいて、冷却水の温度が高くなるに従って低下し、かつ排気温度が高くなるに従って低下するように、ヒートポンプのコンプレッサの回転数が制御される。すなわち、冷却水の温度だけではなく、排気熱回収装置によって冷却水の温度が上昇する可能性があり、この場合にはヒートポンプ能力を抑える必要があるため、冷却水の温度だけではなく、排気ガスの温度を考慮してヒートポンプのコンプレッサの回転数を制御することによってヒートポンプの消費電力を抑制することができる。
【００１６】
なお、制御手段は、請求項３に記載の発明のように、取得手段によって取得した各検出手段の検出結果の各々に対応させてコンプレッサの回転数をそれぞれ求め、求めた各コンプレッサの回転数の平均回転数となるように、コンプレッサの回転数を制御するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、エンジンの冷却水の温度だけではなく、エンジン負荷や排気ガスの温度等を考慮してヒートポンプのコンプレッサの回転数を制御することによって、冷却水が温度上昇する可能性が高い場合にヒートポンプ能力を抑えることができるので、ヒートポンプの消費電力を抑制することができる、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態に係わる車両用空調装置１０は、エンジン１２とモータジェネレータを走行駆動源としたハイブリッド車に搭載することができる。
【００２０】
本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置１０は、エンジン１２を冷却水によって冷却する冷却水サイクル１６、及び冷媒を循環する冷媒サイクル２６を備えている。
【００２１】
エンジン１２を冷却水によって冷却する冷却水サイクル１６中には、排気熱回収器１８、水冷媒熱交換器２０、ウォーターポンプ２２、及びヒータコア２４が設けられており、冷却水はウォーターポンプ２２によって冷却水が循環される。なお、ウォーターポンプ２２は、エンジン１２が停止していても冷却水を循環させることができるように電動で駆動するものを適用するようにしてもよい。
【００２２】
排気熱回収器１８は、エンジンの排気ガスを排出する排気管に設けられ、熱を電力変換するものであり、冷却水サイクル１６中の冷却水によって冷却される。すなわち、排気管と冷却水との間で熱交換し、排気管の熱によって冷却水を加熱することができる。
【００２３】
水冷媒熱交換器２０は、車両用空調装置の冷媒サイクル２６を利用して、エンジン１２の冷却水を加熱する、所謂ヒートポンプとして機能する。
【００２４】
ヒータコア２４は、車両用空調装置１０によって車室内を暖房する際の熱源として機能する。すなわち、エンジン１２からの放熱によって加熱された冷却水がヒータコア２４で放熱されることにより、車室内を暖房することができる。
【００２５】
また、冷媒サイクル２６は、電動コンプレッサ２８、水冷媒熱交換器２０、コンデンサ３０、膨張弁３２、及びエバポレータ３４によって構成され、電動コンプレッサ２８によって冷媒が圧縮循環される。この時、冷媒サイクル２６は水冷媒熱交換器２０をヒートポンプとしても機能することが可能とされている。なお、エバポレータ３４は、水冷媒熱交換器２０をヒートポンプとして機能させるためのバイパス通路を有しており、ヒートポンプとして機能させる場合には冷媒をエバポレータ３４を通過せずにバイパスする。
【００２６】
冷媒サイクル２６は、車両用空調装置１０を冷房として機能する際には、電動コンプレッサ２８によって冷媒を圧縮することによって高温高圧の気化した冷媒とし、コンデンサ３０で高温高圧の冷媒を液化して放熱し、膨張弁３２によって液化している冷媒を急激に減圧することにより、霧状にしてエバポレータ３４で気化することにより、このエバポレータ３４を通過する空気を冷却する。この時、エバポレータ３４では、通過する空気を冷却することにより、空気中の水分を結露させるようになっており、これにより、エバポレータ３４後の空気が除湿される。
【００２７】
また、冷媒サイクル２６は、水冷媒熱交換器２０をヒートポンプとして機能させる場合には、コンプレッサ２８で冷媒を圧縮することによって高温高圧の気化した冷媒とし、この冷媒の熱を水冷媒熱交換器２０を通過する冷却水サイクル１６の冷却水に放熱することによって冷却水を加熱する。また、水冷媒熱交換器２０を通過して液化した冷媒を、図示しない膨張弁（例えば、水冷媒熱交換器２０に内蔵）によって減圧してコンデンサ３０で吸熱させて、エバポレータ３４をバイパスして電動コンプレッサ２８に冷媒を供給する。このサイクルを繰り返すことによって水冷媒熱交換器２０がヒートポンプとして機能し、冷却水を加熱することができる。なお、水冷媒熱交換器２０の発熱を車室内に放熱して暖房として機能させるようにしてもよい。
【００２８】
また、本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置１０は、電動コンプレッサ２８が接続された制御ユニット１４が設けられており、制御ユニット１４によって電動コンプレッサ２８の回転数が制御される。
【００２９】
本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置１０では、車室内を暖房する際には、加熱された冷却水が通過するヒータコア２４からの放熱によって車室内を暖房するが、ヒータコア２４を流れる冷却水は、エンジン１２を冷却することによる加熱、排気熱回収器で排気ガスの熱を回収することによる加熱、及び水冷媒熱交換器２０による加熱が可能であるので、制御ユニット１４が各熱源の確保状況に応じて電動コンプレッサ２８の回転数を制御することで水冷媒熱交換器２０による加熱量を制御し、電動コンプレッサ２８の消費電力を低減しながら、車室内を暖房することができる。
【００３０】
制御ユニット１４には、各熱源の確保状況を検出するために、冷却水の温度を検出する水温センサ３６や排気ガス温度を検出する排気温センサ３８等のセンサが接続されたエンジンＥＣＵ４０が接続されており、制御ユニット１４は、水温センサ３６及び排気温センサ３８の各センサの検出結果をエンジンＥＣＵ４０から取得すると共に、エンジン負荷としてエンジン出力をエンジンＥＣＵ４０から取得し、電動コンプレッサ２８の回転数を制御する。なお、制御ユニット１４がエンジンＥＣＵ４０から取得するエンジン出力としては、例えば、エンジン１２の回転数を取得する。
【００３１】
詳細には、制御ユニット１４は、取得した冷却水の温度、排気ガス温度、及びエンジン出力に基づいて、冷却水の温度が高くなるに従って低下し、排気ガス温度が高くなるに従って低下し、かつエンジン出力が高くなるに従って低下するように、電動コンプレッサ２８の回転数を制御する。更に具体的には、制御ユニット１４には、水温（Ｔｗ）毎に予め定められた電動コンプレッサ２８回転数のマップ（図２（Ａ））、エンジン出力毎に予め定められた電動コンプレッサ２８回転数のマップ（図２（Ｂ））、及び排気温（ＴＧ）毎に予め定められた電動コンプレッサ２８回転数のマップ（図２（Ｃ））が記憶されており、エンジンＥＣＵ４０から取得した冷却水の温度、エンジン出力、及び排気ガス温度に基づいて、図２のマップからそれぞれに対応する電動コンプレッサ２８の回転数を求める。そして、本実施の形態では、電動コンプレッサ２８の消費電力を低減するために、各マップから読み出した電動コンプレッサ２８の回転数の平均値を算出して、算出した値を電動コンプレッサ２８回転数として設定するようになっている。これによって、エンジン冷却水の温度だけではなく、他の熱源を考慮して電動コンプレッサ２８の回転数を設定することができ、電動コンプレッサ２８の消費電力を抑制することができる。
【００３２】
続いて、上述のように構成された本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置１０の作用について説明する。
【００３３】
図３は、本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置１０の制御ユニット１４で行われる電動コンプレッサ２８の回転数設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【００３４】
車両用空調装置１０の暖房が指示されると、まずステップ１００では、水温センサ３６の検出結果がエンジンＥＣＵ４０から取得されてステップ１０２へ移行する。
【００３５】
ステップ１０２では、水温センサ３６の検出結果に対応する電動コンプレッサ２８の回転数ｆ１（Ｔｗ）が求められる。すなわち、制御ユニット１４に記憶されたマップ（図２（Ａ））から検出水温に対応する電動コンプレッサ２８の回転数を求める。
【００３６】
次にステップ１０４では、エンジンＥＣＵ４０からエンジン回転数を取得することによって、エンジン出力が検出されてステップ１０６へ移行する。
【００３７】
ステップ１０６では、エンジン出力に対応する電動コンプレッサ２８の回転数ｆ２（Ｅ／Ｇ）が求められる。すなわち、制御ユニット１４に記憶されたマップ（図２（Ｂ））からエンジン出力に対応する電動コンプレッサ２８の回転数を求める。
【００３８】
続いてステップ１０８では、排気温センサ３８の検出結果がエンジンＥＣＵ４０から取得されてステップ１１０へ移行する。
【００３９】
ステップ１１０では、排気温センサ３８の検出結果に対応する電動コンプレッサ２８の回転数ｆ３（ＴＧ）が求められる。すなわち、制御ユニット１４に記憶されたマップ（図２（Ｃ））から検出排気温に対応する電動コンプレッサ２８の回転数を求める。
【００４０】
そして、ステップ１１２では、各コンプレッサ回転数の平均［＝ＡＶＥ（ｆ１（Ｔｗ）＋ｆ２（Ｅ／Ｇ）＋ｆ３（ＴＧ））］が算出されて、算出した平均値が電動コンプレッサ２８の回転数として設定されることによって、電動コンプレッサ２８の回転が制御されて、ステップ１００に戻って上述の処理が繰り返される。
【００４１】
このように本実施の形態に係わる車両用空調装置１０では、冷媒サイクル２６の水冷媒熱交換器２０をヒートポンプとして機能させて暖房を行う際には、エンジン冷却水の温度を検出するだけではなく、冷却水を加熱する熱源（本実施の形態では、エンジン１２や排気熱回収器１８）による熱の確保状況を考慮して、電動コンプレッサ２８の回転数を設定するので、必要以上に高い回転数で電動コンプレッサ２８を回転することなく、車室内を空調することができ、電動コンプレッサ２８の消費電力を抑制することができる。
【００４２】
なお、上記の実施の形態では、エンジン冷却水の温度、エンジン出力、及び排気温度に基づいて、電動コンプレッサ２８の回転数を設定するようにしたが、これに限るものではなく、エンジン冷却水の温度と、エンジン出力または排気温度に基づいて、電動コンプレッサ２８の回転数を設定するようにしてもよい。例えば、排気熱回収器１８を備えていない場合には、エンジン冷却水の温度とエンジン出力に基づいて、電動コンプレッサ２８の回転数を設定するようにしてもよい。
【００４３】
また、上記の実施の形態では、冷却水の温度から求めた電動コンプレッサ２８の回転数、エンジン出力から求めた電動コンプレッサ２８の回転数、及び排気温度から求めた電動コンプレッサ２８の回転数の平均値を算出することによって、電動コンプレッサ２８の回転数を設定するようにしたが、これに限るものではなく、それぞれ求めた電動コンプレッサ２８の回転数に対して重み付けを適宜行って、電動コンプレッサ２８の回転数を設定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は水温毎に予め定められた電動コンプレッサ回転数のマップを示すグラフであり、（Ｂ）はエンジン出力毎に予め定められた電動コンプレッサ回転数のマップを示すグラフであり、（Ｃ）は排気温毎に予め定められた電動コンプレッサ２８回転数のマップを示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置の制御ユニットで行われる電動コンプレッサの回転数設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１０    車両用空調装置
１２    エンジン
１４    制御ユニット
１６    冷却水サイクル
２０    水冷媒熱交換器
２６    冷媒サイクル
２８    電動コンプレッサ
３６    水温センサ
３８    排気温センサ
４０    エンジンＥＣＵ
【図１】
0004770562.tif 000002
【図２】
0004770562.tif 000003
【図３】
0004770562.tif 000004