排気熱回収装置及び車両用空調装置
【課題】排気熱によってエンジン冷却液を加熱するときに、専用の温度センサを設けることなく、エンジン冷却液の温度を適正に把握する。
【解決手段】エンジン６４の駆動を制御するエンジンＥＣＵ６６では、エンジン回転数Ｎｅ、エンジントルクＴ、吸気空気量Ｖiaから、排気ガスエネルギーを算出し、排気ガスエネルギー及び冷却水の流量Ｖｗから得られる排気熱回収器７８での排気熱回収熱量と流量Ｖｗから冷却水の温度上昇分となる水温ΔＴｗを算出する。エアコンＥＣＵ５０では、エンジンＥＣＵが算出した水温ΔＴと水温センサ６８によって検出する水温Ｔｗから、ヒータコア２６へ供給される冷却水の水温Ｔｗinを算出し、この水温Ｔｗinに基づいてエアミックスダンパの開度を制御する。
【解決手段】エンジン６４の駆動を制御するエンジンＥＣＵ６６では、エンジン回転数Ｎｅ、エンジントルクＴ、吸気空気量Ｖiaから、排気ガスエネルギーを算出し、排気ガスエネルギー及び冷却水の流量Ｖｗから得られる排気熱回収器７８での排気熱回収熱量と流量Ｖｗから冷却水の温度上昇分となる水温ΔＴｗを算出する。エアコンＥＣＵ５０では、エンジンＥＣＵが算出した水温ΔＴと水温センサ６８によって検出する水温Ｔｗから、ヒータコア２６へ供給される冷却水の水温Ｔｗinを算出し、この水温Ｔｗinに基づいてエアミックスダンパの開度を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンによって走行する車両に設けられて、エンジンの排気熱を回収する排気熱回収装置及び、排気熱を用いて車室内の暖房を行う車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両では、排気熱回収装置によってエンジンの排気熱を回収し、車室内の暖房や、エンジン始動時の暖機に用いるようにしたものがある。このような排気熱回収装置では、例えば、エンジン冷却液を伝熱媒体として、このエンジン冷却液と排気熱との間で熱交換を行うことにより、エンジンの排気熱によってエンジン冷却液を加熱することにより、エンジン始動時の温度上昇の促進や、暖房能力の向上を図るようにしている。
【０００３】
一方、車両に設けられて車室内を暖房する空調装置（以下、エアコンとする）では、ヒータコアとエンジンとの間で循環される冷却液によって、ヒータコアを通過する空気を加熱して空調風を生成し、生成した空調風を車室内へ吹き出すことにより車室内を暖房するようにしている。
【０００４】
また、このエアコンでは、エアミックスダンパによってヒータコアを通過する空気量とヒータコアをバイパスする空気量を制御することにより、所望の温度の空調風を生成するようにしている。
【０００５】
ところで、エンジンの排気熱は、エンジン負荷が大きいと増加するが、エンジンがアイドル状態などで負荷が小さいと低下する。このために、排気熱を車室内の暖房に用いるときに、外気温度が低く暖房負荷が大きい時に、エンジンがアイドル状態となると十分な暖房能力が得られなくなってしまう。
【０００６】
ここから、例えば、特許文献１では、排気熱回収器とエアコンのヒータコアとの間で、エンジン冷却液（エンジン冷却水）の水温を検出する水温センサを設け、水温センサによって検出したエンジン冷却水の水温に基づいて暖房条件を設定する提案がなされている。
【特許文献１】特開２００４−１６９５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般にエンジンには、エンジン冷却水の温度を検出する温度センサを備えており、前記提案では、排気熱回収機とヒータコアの間に、既存の温度センサとは別に温度センサを設ける必要があり、これにより、部品数の増加と、これに伴う装置重量の増加などが生じてしまう。
【０００８】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、新たに水温センサなどの部品を追加すること無く、排気熱の回収量を把握可能とする排気熱回収装置及びは域熱を用いて車室内を効率的に暖房可能とする車両用空調装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の排気熱回収装置は、エンジンの排気とエンジンから送り出されたエンジン冷却液との間で熱交換を行う排気熱回収器と、前記エンジンと前記排気熱回収器との間で前記エンジン冷却液が循環されると共に排気熱回収器で熱交換が行われたエンジン冷却液によって被加熱媒体を加熱する冷却液回路と、前記排気熱回収器から送り出されて前記被加熱媒体の加熱に用いられる前記エンジン冷却液の液温を、前記エンジンと排気熱回収器との間に設けた温度検出手段による検出温度及び排気熱回収器によって前記排気から回収する回収熱量から算出する算出手段と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、排気熱回収器でエンジンの排気（排気ガス）とエンジン冷却液との間で熱交換を行うことにより、エンジン冷却液をエンジンの排気熱によって加熱し、加熱したエンジン冷却液によって被加熱媒体を加熱する。
【００１１】
ここで、算出手段は、排気熱回収器での回収熱量を算出すると共に、被加熱媒体の加熱に用いるエンジン冷却液の液温を、液温検出手段によって検出される加熱前の液温と回収熱量から算出する。
【００１２】
すなわち、一般に、エンジンには、エンジンから送り出すエンジン冷却液の液温を検出する液温センサが設けられており、この液温センサを液温検出手段として用い、排気熱回収器での回収熱量から被加熱媒体を加熱するときのエンジン冷却液の温度を算出する。
【００１３】
これにより、排気熱回収器で加熱された後のエンジン冷却液の液温を得るときに、新たに設ける液温センサなどの検出手段を設ける必要がなく、部品数の増加及び部品数の増加に伴う重量、コストの増加を抑えることができる。
【００１４】
なお、被加熱媒体としては、暖機運転時のエンジンであっても良く、また、ヒータコアなどを加熱手段として空調風を被加熱媒体とするなど、任意の被加熱媒体を適用することができ、被加熱媒体に応じてエンジン冷却液を用いて被加熱媒体を加熱するための加熱手段を設けるようにしても良い。
【００１５】
このような本発明の排気熱回収装置では、前記回収熱量を、前記排気熱回収器を通過する前記エンジン冷却液の流量及び、前記エンジンの排気から回収される回収熱量に基づいて算出することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、排気熱回収器でのエンジン冷却液の温度上昇分は、排気熱回収器で排気から回収される回収熱量と、エンジン冷却液の流量によって定まる。これと、液温検出手段によって検出する排気熱回収前のエンジン冷却液の液温から容易に、被加熱媒体へ送られるエンジン冷却液の液温が得られる。
【００１７】
また、本発明の車両用空調装置は、エンジン冷却液によって空調風を加熱するヒータコアを備えた車両用空調装置であって、エンジンの排気とエンジンから送り出されたエンジン冷却液との間で熱交換を行う排気熱回収器と、前記エンジンから送り出されたエンジン冷却液が前記排気熱回収器及び前記ヒータコアを順に経てエンジンに戻されるように循環される冷却液回路と、前記冷却液回路を前記排気熱回収器から前記ヒータコアへ送られる前記エンジン冷却液の液温を、前記エンジンと排気熱回収器との間に設けた温度検出手段による検出温度及び排気熱回収器によって前記排気から回収する回収熱量から算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された前記冷却液の液温に基づいて暖房能力を制御する空調制御手段と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、排気熱回収器によって加熱したエンジン冷却液を用いて、ヒータコアで空調風を加熱する。このときの暖房能力の制御を、排気熱回収器での加熱前の液温と排気熱回収器での回収熱量から算出する。
【００１９】
これにより、排気熱回収器で加熱されたエンジン冷却液の液温を検出するための専用の液温センサを新たに設けること無く、高精度の暖房能力制御が可能となる。
【００２０】
このような発明の車両用空調装置は、前記空調制御手段が、前記ヒータコアを通過する空調風の空気量を増減するエアミックスダンパの開度を制御する構成を適用することができる。
【００２１】
また、本発明の車両用空調装置は、前記回収熱量を、前記排気熱回収器を通過する前記エンジン冷却液の流量及び、前記エンジンの排気から回収される回収熱量に基づいて算出する構成を適用することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、排気熱回収器によって加熱されたエンジンン冷却液の液温を検出するための液温センサなどを新たに設けることなく、排気熱によって加熱したエンジン冷却液の温度を適切に把握することができるという優れた効果が得られる。
【００２３】
また、本発明の車両用空調装置では、排気熱回収器を用いて暖房能力の向上を図るときに、排気熱回収器によって加熱されたエンジン冷却液の温度を検出するための専用の温度センサを設けることなく、適正な空調風の温度制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図２には、本実施の形態に係る車両用空調装置（以下、エアコン１０とする）の概略構成を示している。
【００２５】
エアコン１０には、コンプレッサ１２、コンデンサ１４、エキスパンションバルブ１６及びエバポレータ１８によって冷媒を循環する冷凍サイクルが形成されている。
【００２６】
コンプレッサ１２は、回転駆動されることにより冷媒を圧縮して、高温、高圧の冷媒を送り出す。コンデンサ１４は、この冷媒を冷却することにより液化し、エバポレータ１８では、液化された冷媒が気化され、エバポレータ１８を通過する空気を冷却すると共に、空気中の水分がエバポレータ１８に結露することにより除湿が行なわれる。なお、エキスパンションバルブ１６は、液化された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１８へ供給するようにして、エバポレータ１８での冷媒の気化を促進する。
【００２７】
また、エアコン１０は、ブロワユニット２０及びエアコンユニット２２を備えている。ブロワユニット２０には、ブロワファン２４が設けられ、エアコンユニット２２には、エバポレータ１８及びヒータコア２６が配設されている。
【００２８】
ブロワユニット２０には、車室内へ開口された内気導入口２８と、車外に開口された外気導入口３０が形成され、内気導入口２８又は外気導入口３０を選択的に開放する内外気切換ダンパ３２が設けられている。
【００２９】
エアコン１０は、空調風の生成に用いる空気の導入モードとして内気循環モードと外気導入モードの選択が可能となっており、内気循環モードが選択されると、内外気切換ダンパ３２によって内気導入口２８が開かれると共に外気導入口３０が閉じられ、外気導入モードが選択されると、内外気切換ダンパ３２によって内気導入口２８が閉じられる共に外気導入口３０が開かれる。
【００３０】
これにより、エアコン１０では、ブロワモータ３４が作動してブロワファン２４が回転駆動されることにより、導入モードに応じて内気又は外気が導入されて、エアコンユニット２２へ送り込まれる。
【００３１】
エアコンユニット２２には、エバポレータ１８及びヒータコア２６を通過する空気の流路が形成されている。このヒータコア２６には、エンジン冷却水が循環されるようになっており、エアコン１０では、ヒータコア２６を通過する空気とエンジン冷却水との間で熱交換を行うことにより、空気を加熱する。なお、ヒータコア２６へのエンジン冷却水の循環は後述する。
【００３２】
エアコンユニット２２内には、エバポレータ１８とヒータコア２６の間に、エアミックスダンパ３６が設けられ、エアミックスダンパ３６の開度Ｓによってヒータコア２６を通過する空気量とヒータコア２６をバイパスする空気量が制御される。
【００３３】
エアコン１０では、ヒータコア２６によって加熱された空気と、ヒータコア２６をバイパスした空気（エバポレータ１８を通過したときのままの温度の空気）を混合して空調風を生成する。このときに、エアコン１０では、エアミックスダンパ３６の開度Ｓが制御されることにより、所定温度の空調風が生成されるようにしている。なお、エアミックスダンパ３２の全閉状態（開度Ｓ＝０°）では、エバポレータ１８を通過した空気がヒータコア２６をバイパスされ（MAX COOL）、エアミックスダンパ３２が全開状態では、殆どの空気がヒータコア２６を通過される（MAX HOOT）。
【００３４】
エアコンユニット２２には、この空調風の吹出し口として、ウインドガラスへ向けて開口されたセンタデフロスタ吹出し口、サイドデフロスタ吹出し口などのデフロスタ吹出し口３８、車室内の乗員へ向けて開口されたセンタレジスタ吹出し口、サイドデフロスタ吹出し口などのレジスタ吹出し口４０及び、前席と後席の乗員の足元に向けて開口された足元吹出し口４２が形成され、デフロスタ吹出し口３８、レジスタ吹出し口４０及び足元吹出し口４２のそれぞれを開閉するモード切換ダンパ４４が設けられている。
【００３５】
エアコン１０では、吹出しモードに応じてデフロスタ吹出し口３８、レジスタ吹出し口４０ないし足元吹出し口４２を開いて、空調風を吹き出すことにより車室内を空調する。
【００３６】
一方、図３に示されるように、エアコン１０は、空調運転を制御するエアコンＥＣＵ５０を備えている。エアコンＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどがバスによって接続されたマイクロコンピュータと、入出力用のインターフェイス及び各種のドライバ回路を含む一般的構成となっている。
【００３７】
エアコンＥＣＵ５０には、例えば、コンプレッサモータ５２が接続され、このコンプレッサモータ５２のオン／オフ及び回転数を制御することにより、エバポレータ１８を通過する空気の温度、すなわち、冷房能力を制御している。なお、コンプレッサ１２はエンジンによって駆動されるものであっても良く、このときには、エンジン駆動力を断続する電磁クラッチを設け、また、コンプレッサ１２の圧縮能力が制御される構成であれば良い。
【００３８】
また、エアコンＥＣＵ５０には、ブロワモータ３４及び、内外気切換ダンパ３２、エアミックスダンパ３６、モード切換ダンパ４４を駆動するアクチュエータ５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃが接続されている。
【００３９】
エアコンＥＣＵ５０は、ブロワモータ３４のオン／オフ及び回転数を制御することにより、吹出し口から吹き出される空調風の風量（ブロワ風量）を制御し、アクチュエータ５４Ａ〜５４Ｃによって導入モードの切り換え、エアミックスダンパ３６の開度Ｓの制御及び、吹き出しモードの切り換えを行う。
【００４０】
また、エアコンＥＣＵ５０には、室内温度を検出する室温センサ５６、外気温度を検出する外気温センサ５８、日射量を検出する日射センサ６０、エバポレータ１８を通過した空気の温度（エバポレータ後温度）を検出するエバポレータ後温度センサ６２などの各種のセンサが接続されている。
【００４１】
エアコンＥＣＵ５０では、図示しない操作パネルのスイッチ操作によって設定される設定温度などの運転条件と、各種のセンサによって検出する環境条件に基づいて、室内を設定温度とするための目標吹出し温度を演算する。
【００４２】
この目標吹出し温度の演算は、設定温度、室温センサ５６によって検出する室温、外気温センサ５８によって検出する外気温、日射センサ６０によって検出する日射量から一般的演算式に基づいて得られる。
【００４３】
また、エアコンＥＣＵ５０は、オートモードに設定されていると、目標吹出し温度に基づいて、エアミックスダンパ３６の開度Ｓ、吹出しモードの設定及びブロワ風量の設定などを行い、これらの設定ないし操作パネル上の設定に基づいて空調運転を行う。
【００４４】
これにより、エアコン１０は、車室内が設定温度となるように空調運転が行われる。なお、このようなエアコン１０の基本的動作は、公知の構成を適用でき、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４５】
ところで、図１に示されるように、エアコン１０が設けられる車両には、内燃機関であるエンジン６４及びエンジンＥＣＵ６６が設けられており、エンジンＥＣＵ６６によって制御されて駆動されるエンジン６４の駆動力によって走行する。
【００４６】
エンジンＥＣＵ６６には、イグニッションスイッチ、点火プラグ、燃料噴射弁、デリバリパイプ内の燃料圧力を検出する燃圧センサ、スロットルバルブを開閉駆動するスロットルモータ、スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサ、ブレーキペダルの踏み込みの有無及びパーキングブレーキの操作を検出するブレーキスイッチ、アクセルペダルの踏み込みの有無及び踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ、クランクシャフトの回転数などからエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ、車速を検出する車速センサ、吸入空気量を検出するエアフローメータ、排気の空燃比を検出する空燃比センサ等が接続されている（何れも図示省略）。
【００４７】
エアコンＥＣＵ６６では、接続されている各種のセンサ等の検出結果に基づいて、スロットルモータを駆動してスロットルバルブの開度を調整する。また、エンジンＥＣＵ６６では、燃料噴射弁からの燃料噴射量を調整して、給気工程時に燃料室に燃料を噴射することにより均質燃焼を実行し、圧縮工程末期に燃焼室内に燃料を噴射することにより成層燃焼を実行するなどしてエンジン６６を駆動する。
【００４８】
また、エンジン６４には、図示しないラジエータとの間でエンジン冷却液（以下、冷却水とする）が循環されるようになっており、これにより、エンジン６４が駆動されるときの温度上昇が抑えられている。
【００４９】
また、エンジン６４には、冷却水の温度（水温）を検出する水温センサ６８が設けられており、この水温センサ６８が、エンジンＥＣＵ６６に接続されている。これにより、エンジンＥＣＵ６６では、エンジン６４を冷却した冷却水の水温の検出が可能となっている。
【００５０】
なお、エンジン６４及びエンジンＥＣＵ６６によるエンジン６４の駆動制御は、公知の一般的構成を適用することができ、ここでは詳細な説明を省略する。また、本実施の形態では、エンジン６４によって駆動される車両を例に説明するが、これに限らず、走行用の駆動源としてエンジン４６に加えて電気モータが設けられた所謂ハイブリッド車であっても良い。
【００５１】
一方、エンジン６４には、排気ガスを導出する排気管７０が接続されており、エンジン６４から排出される排気ガスが、排気管７０を介して大気中に放出される。なお、排気ガスの排気経路には、触媒及びマフラ（何れも図示省略）が設けられて、排気ガスが浄化され、大気中に放出されるときに消音される一般的構成となっている。
【００５２】
また、この車両には、エンジン６４の排気ガスから排気熱を回収する排気熱回収装置７２が形成されており、この排気熱回収装置７２によって回収した排気熱を車室内の暖房及び、エンジン６４を始動するときの暖機促進を図るようにしている。
【００５３】
エンジン６４には、エアコン１０のヒータコア２６との間で冷却水を循環する冷却水回路７４が形成されている。この冷却水回路７４には、エンジン６４の駆動力によって回転駆動されるウォータポンプ７６が設けられており、エンジン６４が駆動することにより、エンジン６４の回転数に応じた回転数でウォータポンプ７６が駆動される。
【００５４】
冷却水回路７４では、ウォータポンプ７６が駆動されることにより回転数に応じた流量の冷却水がエンジン６４からヒータコア２６へ送られ、ヒータコア２６を通過した冷却水がエンジン６４に戻される。
【００５５】
排気熱回収装置７２は、排気ガスから排気熱を回収するときの熱交換器となる排気熱回収器７８を備えており、この排気熱回収器７８が排気管７０に設けられている。これにより、エンジン６４の排気ガスが排気熱回収器７８を通過するようになっている。
【００５６】
この排気熱回収器７８内には、冷却水が通過する流路（図示省略）が形成されており、冷却水の導入口８０Ａが冷却水回路７４のエンジン６４側に接続され、冷却水の導出口８０Ｂが冷却水回路７４のヒータコア２６側に接続されている。すなわち、冷却水回路７４には、エンジン６４、排気熱回収器７８、ヒータコア２６が直列接続されている。
【００５７】
排気熱回収器７８は、導入口８０Ａから導入された冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行うことにより、排気ガス中の排気熱によって冷却水を加熱し、加熱された冷却水が、導出口８０Ｂからヒータコア２６へ送り出されるようにしている。これにより、ヒータコア２６には、エンジン６４の排気熱によって加熱された冷却水が供給されるようになっている。
【００５８】
一方、図２に示されるように、エアコン１０では、エアミックスダンパ３６が設けされ、このエアミックスダンパ３６によってヒータコア２６へ案内される空気とヒータコア２６をバイパスする空気に分割される。また、エアコン１０では、ヒータコア２６を通過した空気と、ヒータコア２６をバイパスした空気を混合して、目標吹出し温度となる空調風が生成されるようになっており、エアコンＥＣＵ５０は、ヒータコア２６を通過する空気の風量（流量）及びヒータコア２６をバイパスする空気の風量（流量）を、エアミックスダンパ３６の開度Ｓによって制御する。
【００５９】
エアミックスダンパ３６の開度Ｓは、ヒータコア２６を通過する空気とヒータコア２６をバイパスする空気の混合比から得られ、このときの混合比ｒは、一般に、目標吹出し温度ＴＡＯ、エバポレータ１８を通過した空気の温度（エバポレータ後温度Ｔｅ）、ヒータコア３６を通過した空気の温度（ヒータコア後温度Ｔｈ）から得られる。
【００６０】
ｒ＝（ＴＡＯ−Ｔｅ）／（Ｔｈ−Ｔｅ）
このときに、エアミックスダンパ３６の開度Ｓは、混合比ｒが増えれば増加する増加関数として求められる。
【００６１】
ここで、エバポレータ後温度Ｔｅは、エバポレータ後温度センサ６２によって検出することができる。また、ヒータコア後温度Ｔｈは、ヒータコア２６を流れる冷却水の水温ＴＷ、冷却水の流量及びヒータコア２６の熱効率ηから得ることができ、このときの熱効率ηは、ヒータコア２６によって定まり、予め設定した定数とすることができる。
【００６２】
すなわち、ヒータコア後温度Ｔｈは、ヒータコア２６に供給される冷却水の水温Ｔｗinと冷却水の流量から算出することができ、エアコンＥＣＵ５０は、このヒータコア後温度Ｔｈと、目標吹出し温度ＴＡＯ及びエバポレータ後温度Ｔｅを用いて、エアミックスダンパ３６の開度Ｓを設定し、設定した開度Ｓが得られるようにアクチュエータ５４Ｂを駆動する。
【００６３】
図１に示されるように、エアコンＥＣＵ５０は、エンジンＥＣＵ６６に接続されており、エアコンＥＣＵ５０は、エンジンＥＣＵ６６から、冷却水の水温Ｔｗ及び冷却水の流量を取得するようにしている。
【００６４】
冷却水回路７４を循環される冷却水の流量は、ウォータポンプ７６の回転数によって定まり、ウォータポンプ７６がエンジン６４によって駆動されることから、エンジン回転数によってヒータコア２６を流れる冷却水の流量が得られる。
【００６５】
エンジンＥＣＵ５０は、エンジンＥＣＵ６６から冷却水の水温、冷却水の流量を取得すると、目標吹出し温度の空調風が得られるようにエアミックスダンパ３６の開度Ｓを制御する。
【００６６】
一方、ヒータコア２６に供給される冷却水は、エンジン６４から送り出された後、排気熱回収器７８を通過することにより加熱されるために、水温センサ６８で検出する冷却水の水温Ｔｗより高くなっている。
【００６７】
ここから、エンジンＥＣＵ６６では、排気熱回収器７８で回収される熱量からヒータコア２６へ送り込まれる冷却水の水温Ｔｗinを算出し、エアコンＥＣＵ５０へ出力し、エアコンＥＣＵ５０では、この水温Ｔwinに基づいてエアミックスダンパ３６の開度Ｓを制御するようにしている。
【００６８】
ここで、ヒータコア２６へ送り込まれる冷却水の水温Tｗinの算出を説明する。
【００６９】
ヒータコア２６へ送り込まれる冷却水の水温Ｔｗinは、水温センサ６８によって検出される冷却水の水温Ｔｗに、排気熱回収器７８での温度上昇分となり、この温度を水温ΔＴｗとすると、
Ｔwin＝Ｔｗ＋ΔＴｗ
となる。
【００７０】
一般に、エンジン６４から排出される排気熱である排気ガスエネルギーＱex（ｋｗ）は、エンジン回転数Ｎｅ（rpm）、エンジントルクＴ（Ｎｍ）及びエンジン６４の吸入空気量Ｖia（ｇ／sec）から求められる。すなわち、排気ガスエネルギーＱexは、エンジン回転数Ｎｅ、エンジントルクＴ及び吸入空気量Ｖiaの関数として算出することができる。
【００７１】
Qex＝Ｆ（Ｎｅ、Ｔ、Ｖia）
このとき、エンジン回転数Ｎｅはエンジン回転数センサによって検出でき、吸入空気量Ｖiaはエアロフローメータによって検出することができると共に、エンジントルクＴはエンジン回転数Ｎｅから求めることができる。
【００７２】
一方、排気熱回収器７８で回収される排気熱回収熱量Ｑrex（ｋｗ）は、排気熱回収器７８の熱効率ηexと、冷却水の流量Ｖｗ（ｌ／min）に応じて変化する。このとき、熱効率ηexは、排気熱回収器７８によって定まる定数であることから、排気熱回収熱量Qexは、図４に示されるように、冷却水の流量Ｖｗをパラメータとして、排気ガスエネルギーＱexに比例する。
【００７３】
すなわち、排気ガスエネルギーQexが同じであれば、冷却水の流量Ｖｗが低い（例えば、流量Ｖｗmin）と排気熱回収熱量Ｑrexも少なくなるが、冷却水の流量Ｖｗが多い（例えば、流量Ｖｗmax）と、排気熱回収熱量Ｑrexも多くなる。
なお、図４では、一例として最低流量の流量Ｖｗminから最大流量Ｖｗmaxの間で複数段階分の流量Ｖｗを例示している。
【００７４】
ここで、冷却水の流量Ｖｗは、ウォータポンプ７６の吐出能力と回転数によって変化し、このウォータポンプ７６の回転数がエンジン回転数Ｎｅによって定まることから、エンジン回転数Ｎｅから求めることができる。
【００７５】
さらに、排気熱回収器７８での冷却水の上昇温度である水温ΔＴｗは、排気熱回収器７６での排気熱回収熱量Ｑrexと冷却水の流量Ｖｗから得られる。すなわち、
ΔＴｗ＝Ｑrex／（Ｃｐ・γ・Ｖｗ）
として算出することができる。ここで、Cpは冷却水の比熱、γは冷却水の比重であり、これにより、水温ΔＴｗは、排気熱回収熱量Ｑrexと冷却水の流量Ｖｗから求められる。
【００７６】
エンジンＥＣＵ６６では、エンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量Ｖiaに基づいて、排気熱回収器７８での冷却水の温度上昇分である水温ΔＴｗを算出すると、水温センサ６８によって検出される冷却水の水温Ｔｗと、排気熱回収器７８での冷却水の温度上昇分である水温ΔＴｗをエアコンＥＣＵ５０へ出力する。
【００７７】
エアコンＥＣＵ５０では、ヒータコア２６に供給される冷却水の水温Ｔwinを、水温Ｔｗと水温ΔＴｗから設定し（Ｔwin＝Ｔｗ＋ΔＴｗ）、エアミックスダンパ３６の開度Ｓを制御する。
【００７８】
これにより、エアコン１０では、目標吹出し温度ＴＡＯの空調風が生成され、この空調風を車室内へ吹き出すことにより車室内の空調を行う。
【００７９】
ここで、水温Ｔwinとして、水温センサ６８によって検出する水温Ｔｗを用いた場合、実際の温度よりも低い温度となり、この温度に基づいてエアミックスダンパ３６の開度Ｓを制御すると、車室内の空調風の温度が目標吹出し温度ＴＡＯより高くなり、乗員に暖房の効き過ぎ感を生じさせてしまう。
【００８０】
これに対して、排気熱回収器７８での排気熱回収熱量Ｑrexを算出すると共に、この排気熱回収熱量Ｑrexと冷却水の流量Ｖｗに基づいて、冷却水の温度上昇分となる水温ΔＴｗを算出し、水温Ｔｗと水温ΔＴｗに基づいてエアミックスダンパ３６の開度Ｓを制御することにより、高精度の開度制御が可能となり、排気熱回収を行って車室内の暖房を行う時の効率化を図るときに、乗員に暖房の効き過ぎ感を生じさせてしまうのを確実に防止することができる。
【００８１】
このときに、排気熱回収器７８で加熱された冷却水の温度を検出するための温度センサを用いることがないので、温度センサを設けることによる部品数の増加、部品数の増加に伴う重量やコストの上昇を生じさせてしまうことがない。
【００８２】
なお、以上説明した本実施の形態は、本発明の構成を限定するものではない。例えば、本実施の形態では、エンジンＥＣＵ６６で水温ΔＴｗの算出を行うようにしたが、本発明は、これに限らず、エンジンＥＣＵ５０で排気ガスエネルギーＱexの算出から、水温ΔＴｗの算出までも行うようにしても良く、これにより、エンジンＥＣＵ６６の処理負荷の低減を図ることができる。
【００８３】
また、本実施の形態では、エアコン１０を例に説明したが、本発明が適用される車両用空調装置は、ヒータコアに循環されるエンジン冷却液を用いて空調風を加熱する任意の構成の車両用空調装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本実施の形態に係る排気熱回収装置の概略構成図である。
【図２】エアコンの概略構成図である。
【図３】エアコンの制御部の概略構成図である。
【図４】排気熱回収器における排気ガスエネルギーに対する排気熱回収熱量の概略を示す線図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０ エアコン（車両用空調装置）
１２ コンプレッサ
１８ エバポレータ
２６ ヒータコア
３６ エアミックスダンパ
５０ エアコンＥＣＵ（算出手段、空調制御手段）
５４Ｂ アクチュエータ
６４ エンジン
６６ エンジンＥＣＵ（算出手段）
６８ 水温センサ（液温検出手段）
７０ 排気管
７２ 排気熱回収装置
７４ 冷却水回路（冷却液回路）
７６ ウォータポンプ
７８ 排気熱回収器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンによって走行する車両に設けられて、エンジンの排気熱を回収する排気熱回収装置及び、排気熱を用いて車室内の暖房を行う車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両では、排気熱回収装置によってエンジンの排気熱を回収し、車室内の暖房や、エンジン始動時の暖機に用いるようにしたものがある。このような排気熱回収装置では、例えば、エンジン冷却液を伝熱媒体として、このエンジン冷却液と排気熱との間で熱交換を行うことにより、エンジンの排気熱によってエンジン冷却液を加熱することにより、エンジン始動時の温度上昇の促進や、暖房能力の向上を図るようにしている。
【０００３】
一方、車両に設けられて車室内を暖房する空調装置（以下、エアコンとする）では、ヒータコアとエンジンとの間で循環される冷却液によって、ヒータコアを通過する空気を加熱して空調風を生成し、生成した空調風を車室内へ吹き出すことにより車室内を暖房するようにしている。
【０００４】
また、このエアコンでは、エアミックスダンパによってヒータコアを通過する空気量とヒータコアをバイパスする空気量を制御することにより、所望の温度の空調風を生成するようにしている。
【０００５】
ところで、エンジンの排気熱は、エンジン負荷が大きいと増加するが、エンジンがアイドル状態などで負荷が小さいと低下する。このために、排気熱を車室内の暖房に用いるときに、外気温度が低く暖房負荷が大きい時に、エンジンがアイドル状態となると十分な暖房能力が得られなくなってしまう。
【０００６】
ここから、例えば、特許文献１では、排気熱回収器とエアコンのヒータコアとの間で、エンジン冷却液（エンジン冷却水）の水温を検出する水温センサを設け、水温センサによって検出したエンジン冷却水の水温に基づいて暖房条件を設定する提案がなされている。
【特許文献１】特開２００４−１６９５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般にエンジンには、エンジン冷却水の温度を検出する温度センサを備えており、前記提案では、排気熱回収機とヒータコアの間に、既存の温度センサとは別に温度センサを設ける必要があり、これにより、部品数の増加と、これに伴う装置重量の増加などが生じてしまう。
【０００８】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、新たに水温センサなどの部品を追加すること無く、排気熱の回収量を把握可能とする排気熱回収装置及びは域熱を用いて車室内を効率的に暖房可能とする車両用空調装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の排気熱回収装置は、エンジンの排気とエンジンから送り出されたエンジン冷却液との間で熱交換を行う排気熱回収器と、前記エンジンと前記排気熱回収器との間で前記エンジン冷却液が循環されると共に排気熱回収器で熱交換が行われたエンジン冷却液によって被加熱媒体を加熱する冷却液回路と、前記排気熱回収器から送り出されて前記被加熱媒体の加熱に用いられる前記エンジン冷却液の液温を、前記エンジンと排気熱回収器との間に設けた温度検出手段による検出温度及び排気熱回収器によって前記排気から回収する回収熱量から算出する算出手段と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、排気熱回収器でエンジンの排気（排気ガス）とエンジン冷却液との間で熱交換を行うことにより、エンジン冷却液をエンジンの排気熱によって加熱し、加熱したエンジン冷却液によって被加熱媒体を加熱する。
【００１１】
ここで、算出手段は、排気熱回収器での回収熱量を算出すると共に、被加熱媒体の加熱に用いるエンジン冷却液の液温を、液温検出手段によって検出される加熱前の液温と回収熱量から算出する。
【００１２】
すなわち、一般に、エンジンには、エンジンから送り出すエンジン冷却液の液温を検出する液温センサが設けられており、この液温センサを液温検出手段として用い、排気熱回収器での回収熱量から被加熱媒体を加熱するときのエンジン冷却液の温度を算出する。
【００１３】
これにより、排気熱回収器で加熱された後のエンジン冷却液の液温を得るときに、新たに設ける液温センサなどの検出手段を設ける必要がなく、部品数の増加及び部品数の増加に伴う重量、コストの増加を抑えることができる。
【００１４】
なお、被加熱媒体としては、暖機運転時のエンジンであっても良く、また、ヒータコアなどを加熱手段として空調風を被加熱媒体とするなど、任意の被加熱媒体を適用することができ、被加熱媒体に応じてエンジン冷却液を用いて被加熱媒体を加熱するための加熱手段を設けるようにしても良い。
【００１５】
このような本発明の排気熱回収装置では、前記回収熱量を、前記排気熱回収器を通過する前記エンジン冷却液の流量及び、前記エンジンの排気から回収される回収熱量に基づいて算出することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、排気熱回収器でのエンジン冷却液の温度上昇分は、排気熱回収器で排気から回収される回収熱量と、エンジン冷却液の流量によって定まる。これと、液温検出手段によって検出する排気熱回収前のエンジン冷却液の液温から容易に、被加熱媒体へ送られるエンジン冷却液の液温が得られる。
【００１７】
また、本発明の車両用空調装置は、エンジン冷却液によって空調風を加熱するヒータコアを備えた車両用空調装置であって、エンジンの排気とエンジンから送り出されたエンジン冷却液との間で熱交換を行う排気熱回収器と、前記エンジンから送り出されたエンジン冷却液が前記排気熱回収器及び前記ヒータコアを順に経てエンジンに戻されるように循環される冷却液回路と、前記冷却液回路を前記排気熱回収器から前記ヒータコアへ送られる前記エンジン冷却液の液温を、前記エンジンと排気熱回収器との間に設けた温度検出手段による検出温度及び排気熱回収器によって前記排気から回収する回収熱量から算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された前記冷却液の液温に基づいて暖房能力を制御する空調制御手段と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、排気熱回収器によって加熱したエンジン冷却液を用いて、ヒータコアで空調風を加熱する。このときの暖房能力の制御を、排気熱回収器での加熱前の液温と排気熱回収器での回収熱量から算出する。
【００１９】
これにより、排気熱回収器で加熱されたエンジン冷却液の液温を検出するための専用の液温センサを新たに設けること無く、高精度の暖房能力制御が可能となる。
【００２０】
このような発明の車両用空調装置は、前記空調制御手段が、前記ヒータコアを通過する空調風の空気量を増減するエアミックスダンパの開度を制御する構成を適用することができる。
【００２１】
また、本発明の車両用空調装置は、前記回収熱量を、前記排気熱回収器を通過する前記エンジン冷却液の流量及び、前記エンジンの排気から回収される回収熱量に基づいて算出する構成を適用することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、排気熱回収器によって加熱されたエンジンン冷却液の液温を検出するための液温センサなどを新たに設けることなく、排気熱によって加熱したエンジン冷却液の温度を適切に把握することができるという優れた効果が得られる。
【００２３】
また、本発明の車両用空調装置では、排気熱回収器を用いて暖房能力の向上を図るときに、排気熱回収器によって加熱されたエンジン冷却液の温度を検出するための専用の温度センサを設けることなく、適正な空調風の温度制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図２には、本実施の形態に係る車両用空調装置（以下、エアコン１０とする）の概略構成を示している。
【００２５】
エアコン１０には、コンプレッサ１２、コンデンサ１４、エキスパンションバルブ１６及びエバポレータ１８によって冷媒を循環する冷凍サイクルが形成されている。
【００２６】
コンプレッサ１２は、回転駆動されることにより冷媒を圧縮して、高温、高圧の冷媒を送り出す。コンデンサ１４は、この冷媒を冷却することにより液化し、エバポレータ１８では、液化された冷媒が気化され、エバポレータ１８を通過する空気を冷却すると共に、空気中の水分がエバポレータ１８に結露することにより除湿が行なわれる。なお、エキスパンションバルブ１６は、液化された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１８へ供給するようにして、エバポレータ１８での冷媒の気化を促進する。
【００２７】
また、エアコン１０は、ブロワユニット２０及びエアコンユニット２２を備えている。ブロワユニット２０には、ブロワファン２４が設けられ、エアコンユニット２２には、エバポレータ１８及びヒータコア２６が配設されている。
【００２８】
ブロワユニット２０には、車室内へ開口された内気導入口２８と、車外に開口された外気導入口３０が形成され、内気導入口２８又は外気導入口３０を選択的に開放する内外気切換ダンパ３２が設けられている。
【００２９】
エアコン１０は、空調風の生成に用いる空気の導入モードとして内気循環モードと外気導入モードの選択が可能となっており、内気循環モードが選択されると、内外気切換ダンパ３２によって内気導入口２８が開かれると共に外気導入口３０が閉じられ、外気導入モードが選択されると、内外気切換ダンパ３２によって内気導入口２８が閉じられる共に外気導入口３０が開かれる。
【００３０】
これにより、エアコン１０では、ブロワモータ３４が作動してブロワファン２４が回転駆動されることにより、導入モードに応じて内気又は外気が導入されて、エアコンユニット２２へ送り込まれる。
【００３１】
エアコンユニット２２には、エバポレータ１８及びヒータコア２６を通過する空気の流路が形成されている。このヒータコア２６には、エンジン冷却水が循環されるようになっており、エアコン１０では、ヒータコア２６を通過する空気とエンジン冷却水との間で熱交換を行うことにより、空気を加熱する。なお、ヒータコア２６へのエンジン冷却水の循環は後述する。
【００３２】
エアコンユニット２２内には、エバポレータ１８とヒータコア２６の間に、エアミックスダンパ３６が設けられ、エアミックスダンパ３６の開度Ｓによってヒータコア２６を通過する空気量とヒータコア２６をバイパスする空気量が制御される。
【００３３】
エアコン１０では、ヒータコア２６によって加熱された空気と、ヒータコア２６をバイパスした空気（エバポレータ１８を通過したときのままの温度の空気）を混合して空調風を生成する。このときに、エアコン１０では、エアミックスダンパ３６の開度Ｓが制御されることにより、所定温度の空調風が生成されるようにしている。なお、エアミックスダンパ３２の全閉状態（開度Ｓ＝０°）では、エバポレータ１８を通過した空気がヒータコア２６をバイパスされ（MAX COOL）、エアミックスダンパ３２が全開状態では、殆どの空気がヒータコア２６を通過される（MAX HOOT）。
【００３４】
エアコンユニット２２には、この空調風の吹出し口として、ウインドガラスへ向けて開口されたセンタデフロスタ吹出し口、サイドデフロスタ吹出し口などのデフロスタ吹出し口３８、車室内の乗員へ向けて開口されたセンタレジスタ吹出し口、サイドデフロスタ吹出し口などのレジスタ吹出し口４０及び、前席と後席の乗員の足元に向けて開口された足元吹出し口４２が形成され、デフロスタ吹出し口３８、レジスタ吹出し口４０及び足元吹出し口４２のそれぞれを開閉するモード切換ダンパ４４が設けられている。
【００３５】
エアコン１０では、吹出しモードに応じてデフロスタ吹出し口３８、レジスタ吹出し口４０ないし足元吹出し口４２を開いて、空調風を吹き出すことにより車室内を空調する。
【００３６】
一方、図３に示されるように、エアコン１０は、空調運転を制御するエアコンＥＣＵ５０を備えている。エアコンＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどがバスによって接続されたマイクロコンピュータと、入出力用のインターフェイス及び各種のドライバ回路を含む一般的構成となっている。
【００３７】
エアコンＥＣＵ５０には、例えば、コンプレッサモータ５２が接続され、このコンプレッサモータ５２のオン／オフ及び回転数を制御することにより、エバポレータ１８を通過する空気の温度、すなわち、冷房能力を制御している。なお、コンプレッサ１２はエンジンによって駆動されるものであっても良く、このときには、エンジン駆動力を断続する電磁クラッチを設け、また、コンプレッサ１２の圧縮能力が制御される構成であれば良い。
【００３８】
また、エアコンＥＣＵ５０には、ブロワモータ３４及び、内外気切換ダンパ３２、エアミックスダンパ３６、モード切換ダンパ４４を駆動するアクチュエータ５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃが接続されている。
【００３９】
エアコンＥＣＵ５０は、ブロワモータ３４のオン／オフ及び回転数を制御することにより、吹出し口から吹き出される空調風の風量（ブロワ風量）を制御し、アクチュエータ５４Ａ〜５４Ｃによって導入モードの切り換え、エアミックスダンパ３６の開度Ｓの制御及び、吹き出しモードの切り換えを行う。
【００４０】
また、エアコンＥＣＵ５０には、室内温度を検出する室温センサ５６、外気温度を検出する外気温センサ５８、日射量を検出する日射センサ６０、エバポレータ１８を通過した空気の温度（エバポレータ後温度）を検出するエバポレータ後温度センサ６２などの各種のセンサが接続されている。
【００４１】
エアコンＥＣＵ５０では、図示しない操作パネルのスイッチ操作によって設定される設定温度などの運転条件と、各種のセンサによって検出する環境条件に基づいて、室内を設定温度とするための目標吹出し温度を演算する。
【００４２】
この目標吹出し温度の演算は、設定温度、室温センサ５６によって検出する室温、外気温センサ５８によって検出する外気温、日射センサ６０によって検出する日射量から一般的演算式に基づいて得られる。
【００４３】
また、エアコンＥＣＵ５０は、オートモードに設定されていると、目標吹出し温度に基づいて、エアミックスダンパ３６の開度Ｓ、吹出しモードの設定及びブロワ風量の設定などを行い、これらの設定ないし操作パネル上の設定に基づいて空調運転を行う。
【００４４】
これにより、エアコン１０は、車室内が設定温度となるように空調運転が行われる。なお、このようなエアコン１０の基本的動作は、公知の構成を適用でき、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４５】
ところで、図１に示されるように、エアコン１０が設けられる車両には、内燃機関であるエンジン６４及びエンジンＥＣＵ６６が設けられており、エンジンＥＣＵ６６によって制御されて駆動されるエンジン６４の駆動力によって走行する。
【００４６】
エンジンＥＣＵ６６には、イグニッションスイッチ、点火プラグ、燃料噴射弁、デリバリパイプ内の燃料圧力を検出する燃圧センサ、スロットルバルブを開閉駆動するスロットルモータ、スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサ、ブレーキペダルの踏み込みの有無及びパーキングブレーキの操作を検出するブレーキスイッチ、アクセルペダルの踏み込みの有無及び踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ、クランクシャフトの回転数などからエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ、車速を検出する車速センサ、吸入空気量を検出するエアフローメータ、排気の空燃比を検出する空燃比センサ等が接続されている（何れも図示省略）。
【００４７】
エアコンＥＣＵ６６では、接続されている各種のセンサ等の検出結果に基づいて、スロットルモータを駆動してスロットルバルブの開度を調整する。また、エンジンＥＣＵ６６では、燃料噴射弁からの燃料噴射量を調整して、給気工程時に燃料室に燃料を噴射することにより均質燃焼を実行し、圧縮工程末期に燃焼室内に燃料を噴射することにより成層燃焼を実行するなどしてエンジン６６を駆動する。
【００４８】
また、エンジン６４には、図示しないラジエータとの間でエンジン冷却液（以下、冷却水とする）が循環されるようになっており、これにより、エンジン６４が駆動されるときの温度上昇が抑えられている。
【００４９】
また、エンジン６４には、冷却水の温度（水温）を検出する水温センサ６８が設けられており、この水温センサ６８が、エンジンＥＣＵ６６に接続されている。これにより、エンジンＥＣＵ６６では、エンジン６４を冷却した冷却水の水温の検出が可能となっている。
【００５０】
なお、エンジン６４及びエンジンＥＣＵ６６によるエンジン６４の駆動制御は、公知の一般的構成を適用することができ、ここでは詳細な説明を省略する。また、本実施の形態では、エンジン６４によって駆動される車両を例に説明するが、これに限らず、走行用の駆動源としてエンジン４６に加えて電気モータが設けられた所謂ハイブリッド車であっても良い。
【００５１】
一方、エンジン６４には、排気ガスを導出する排気管７０が接続されており、エンジン６４から排出される排気ガスが、排気管７０を介して大気中に放出される。なお、排気ガスの排気経路には、触媒及びマフラ（何れも図示省略）が設けられて、排気ガスが浄化され、大気中に放出されるときに消音される一般的構成となっている。
【００５２】
また、この車両には、エンジン６４の排気ガスから排気熱を回収する排気熱回収装置７２が形成されており、この排気熱回収装置７２によって回収した排気熱を車室内の暖房及び、エンジン６４を始動するときの暖機促進を図るようにしている。
【００５３】
エンジン６４には、エアコン１０のヒータコア２６との間で冷却水を循環する冷却水回路７４が形成されている。この冷却水回路７４には、エンジン６４の駆動力によって回転駆動されるウォータポンプ７６が設けられており、エンジン６４が駆動することにより、エンジン６４の回転数に応じた回転数でウォータポンプ７６が駆動される。
【００５４】
冷却水回路７４では、ウォータポンプ７６が駆動されることにより回転数に応じた流量の冷却水がエンジン６４からヒータコア２６へ送られ、ヒータコア２６を通過した冷却水がエンジン６４に戻される。
【００５５】
排気熱回収装置７２は、排気ガスから排気熱を回収するときの熱交換器となる排気熱回収器７８を備えており、この排気熱回収器７８が排気管７０に設けられている。これにより、エンジン６４の排気ガスが排気熱回収器７８を通過するようになっている。
【００５６】
この排気熱回収器７８内には、冷却水が通過する流路（図示省略）が形成されており、冷却水の導入口８０Ａが冷却水回路７４のエンジン６４側に接続され、冷却水の導出口８０Ｂが冷却水回路７４のヒータコア２６側に接続されている。すなわち、冷却水回路７４には、エンジン６４、排気熱回収器７８、ヒータコア２６が直列接続されている。
【００５７】
排気熱回収器７８は、導入口８０Ａから導入された冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行うことにより、排気ガス中の排気熱によって冷却水を加熱し、加熱された冷却水が、導出口８０Ｂからヒータコア２６へ送り出されるようにしている。これにより、ヒータコア２６には、エンジン６４の排気熱によって加熱された冷却水が供給されるようになっている。
【００５８】
一方、図２に示されるように、エアコン１０では、エアミックスダンパ３６が設けされ、このエアミックスダンパ３６によってヒータコア２６へ案内される空気とヒータコア２６をバイパスする空気に分割される。また、エアコン１０では、ヒータコア２６を通過した空気と、ヒータコア２６をバイパスした空気を混合して、目標吹出し温度となる空調風が生成されるようになっており、エアコンＥＣＵ５０は、ヒータコア２６を通過する空気の風量（流量）及びヒータコア２６をバイパスする空気の風量（流量）を、エアミックスダンパ３６の開度Ｓによって制御する。
【００５９】
エアミックスダンパ３６の開度Ｓは、ヒータコア２６を通過する空気とヒータコア２６をバイパスする空気の混合比から得られ、このときの混合比ｒは、一般に、目標吹出し温度ＴＡＯ、エバポレータ１８を通過した空気の温度（エバポレータ後温度Ｔｅ）、ヒータコア３６を通過した空気の温度（ヒータコア後温度Ｔｈ）から得られる。
【００６０】
ｒ＝（ＴＡＯ−Ｔｅ）／（Ｔｈ−Ｔｅ）
このときに、エアミックスダンパ３６の開度Ｓは、混合比ｒが増えれば増加する増加関数として求められる。
【００６１】
ここで、エバポレータ後温度Ｔｅは、エバポレータ後温度センサ６２によって検出することができる。また、ヒータコア後温度Ｔｈは、ヒータコア２６を流れる冷却水の水温ＴＷ、冷却水の流量及びヒータコア２６の熱効率ηから得ることができ、このときの熱効率ηは、ヒータコア２６によって定まり、予め設定した定数とすることができる。
【００６２】
すなわち、ヒータコア後温度Ｔｈは、ヒータコア２６に供給される冷却水の水温Ｔｗinと冷却水の流量から算出することができ、エアコンＥＣＵ５０は、このヒータコア後温度Ｔｈと、目標吹出し温度ＴＡＯ及びエバポレータ後温度Ｔｅを用いて、エアミックスダンパ３６の開度Ｓを設定し、設定した開度Ｓが得られるようにアクチュエータ５４Ｂを駆動する。
【００６３】
図１に示されるように、エアコンＥＣＵ５０は、エンジンＥＣＵ６６に接続されており、エアコンＥＣＵ５０は、エンジンＥＣＵ６６から、冷却水の水温Ｔｗ及び冷却水の流量を取得するようにしている。
【００６４】
冷却水回路７４を循環される冷却水の流量は、ウォータポンプ７６の回転数によって定まり、ウォータポンプ７６がエンジン６４によって駆動されることから、エンジン回転数によってヒータコア２６を流れる冷却水の流量が得られる。
【００６５】
エンジンＥＣＵ５０は、エンジンＥＣＵ６６から冷却水の水温、冷却水の流量を取得すると、目標吹出し温度の空調風が得られるようにエアミックスダンパ３６の開度Ｓを制御する。
【００６６】
一方、ヒータコア２６に供給される冷却水は、エンジン６４から送り出された後、排気熱回収器７８を通過することにより加熱されるために、水温センサ６８で検出する冷却水の水温Ｔｗより高くなっている。
【００６７】
ここから、エンジンＥＣＵ６６では、排気熱回収器７８で回収される熱量からヒータコア２６へ送り込まれる冷却水の水温Ｔｗinを算出し、エアコンＥＣＵ５０へ出力し、エアコンＥＣＵ５０では、この水温Ｔwinに基づいてエアミックスダンパ３６の開度Ｓを制御するようにしている。
【００６８】
ここで、ヒータコア２６へ送り込まれる冷却水の水温Tｗinの算出を説明する。
【００６９】
ヒータコア２６へ送り込まれる冷却水の水温Ｔｗinは、水温センサ６８によって検出される冷却水の水温Ｔｗに、排気熱回収器７８での温度上昇分となり、この温度を水温ΔＴｗとすると、
Ｔwin＝Ｔｗ＋ΔＴｗ
となる。
【００７０】
一般に、エンジン６４から排出される排気熱である排気ガスエネルギーＱex（ｋｗ）は、エンジン回転数Ｎｅ（rpm）、エンジントルクＴ（Ｎｍ）及びエンジン６４の吸入空気量Ｖia（ｇ／sec）から求められる。すなわち、排気ガスエネルギーＱexは、エンジン回転数Ｎｅ、エンジントルクＴ及び吸入空気量Ｖiaの関数として算出することができる。
【００７１】
Qex＝Ｆ（Ｎｅ、Ｔ、Ｖia）
このとき、エンジン回転数Ｎｅはエンジン回転数センサによって検出でき、吸入空気量Ｖiaはエアロフローメータによって検出することができると共に、エンジントルクＴはエンジン回転数Ｎｅから求めることができる。
【００７２】
一方、排気熱回収器７８で回収される排気熱回収熱量Ｑrex（ｋｗ）は、排気熱回収器７８の熱効率ηexと、冷却水の流量Ｖｗ（ｌ／min）に応じて変化する。このとき、熱効率ηexは、排気熱回収器７８によって定まる定数であることから、排気熱回収熱量Qexは、図４に示されるように、冷却水の流量Ｖｗをパラメータとして、排気ガスエネルギーＱexに比例する。
【００７３】
すなわち、排気ガスエネルギーQexが同じであれば、冷却水の流量Ｖｗが低い（例えば、流量Ｖｗmin）と排気熱回収熱量Ｑrexも少なくなるが、冷却水の流量Ｖｗが多い（例えば、流量Ｖｗmax）と、排気熱回収熱量Ｑrexも多くなる。
なお、図４では、一例として最低流量の流量Ｖｗminから最大流量Ｖｗmaxの間で複数段階分の流量Ｖｗを例示している。
【００７４】
ここで、冷却水の流量Ｖｗは、ウォータポンプ７６の吐出能力と回転数によって変化し、このウォータポンプ７６の回転数がエンジン回転数Ｎｅによって定まることから、エンジン回転数Ｎｅから求めることができる。
【００７５】
さらに、排気熱回収器７８での冷却水の上昇温度である水温ΔＴｗは、排気熱回収器７６での排気熱回収熱量Ｑrexと冷却水の流量Ｖｗから得られる。すなわち、
ΔＴｗ＝Ｑrex／（Ｃｐ・γ・Ｖｗ）
として算出することができる。ここで、Cpは冷却水の比熱、γは冷却水の比重であり、これにより、水温ΔＴｗは、排気熱回収熱量Ｑrexと冷却水の流量Ｖｗから求められる。
【００７６】
エンジンＥＣＵ６６では、エンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量Ｖiaに基づいて、排気熱回収器７８での冷却水の温度上昇分である水温ΔＴｗを算出すると、水温センサ６８によって検出される冷却水の水温Ｔｗと、排気熱回収器７８での冷却水の温度上昇分である水温ΔＴｗをエアコンＥＣＵ５０へ出力する。
【００７７】
エアコンＥＣＵ５０では、ヒータコア２６に供給される冷却水の水温Ｔwinを、水温Ｔｗと水温ΔＴｗから設定し（Ｔwin＝Ｔｗ＋ΔＴｗ）、エアミックスダンパ３６の開度Ｓを制御する。
【００７８】
これにより、エアコン１０では、目標吹出し温度ＴＡＯの空調風が生成され、この空調風を車室内へ吹き出すことにより車室内の空調を行う。
【００７９】
ここで、水温Ｔwinとして、水温センサ６８によって検出する水温Ｔｗを用いた場合、実際の温度よりも低い温度となり、この温度に基づいてエアミックスダンパ３６の開度Ｓを制御すると、車室内の空調風の温度が目標吹出し温度ＴＡＯより高くなり、乗員に暖房の効き過ぎ感を生じさせてしまう。
【００８０】
これに対して、排気熱回収器７８での排気熱回収熱量Ｑrexを算出すると共に、この排気熱回収熱量Ｑrexと冷却水の流量Ｖｗに基づいて、冷却水の温度上昇分となる水温ΔＴｗを算出し、水温Ｔｗと水温ΔＴｗに基づいてエアミックスダンパ３６の開度Ｓを制御することにより、高精度の開度制御が可能となり、排気熱回収を行って車室内の暖房を行う時の効率化を図るときに、乗員に暖房の効き過ぎ感を生じさせてしまうのを確実に防止することができる。
【００８１】
このときに、排気熱回収器７８で加熱された冷却水の温度を検出するための温度センサを用いることがないので、温度センサを設けることによる部品数の増加、部品数の増加に伴う重量やコストの上昇を生じさせてしまうことがない。
【００８２】
なお、以上説明した本実施の形態は、本発明の構成を限定するものではない。例えば、本実施の形態では、エンジンＥＣＵ６６で水温ΔＴｗの算出を行うようにしたが、本発明は、これに限らず、エンジンＥＣＵ５０で排気ガスエネルギーＱexの算出から、水温ΔＴｗの算出までも行うようにしても良く、これにより、エンジンＥＣＵ６６の処理負荷の低減を図ることができる。
【００８３】
また、本実施の形態では、エアコン１０を例に説明したが、本発明が適用される車両用空調装置は、ヒータコアに循環されるエンジン冷却液を用いて空調風を加熱する任意の構成の車両用空調装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本実施の形態に係る排気熱回収装置の概略構成図である。
【図２】エアコンの概略構成図である。
【図３】エアコンの制御部の概略構成図である。
【図４】排気熱回収器における排気ガスエネルギーに対する排気熱回収熱量の概略を示す線図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０ エアコン（車両用空調装置）
１２ コンプレッサ
１８ エバポレータ
２６ ヒータコア
３６ エアミックスダンパ
５０ エアコンＥＣＵ（算出手段、空調制御手段）
５４Ｂ アクチュエータ
６４ エンジン
６６ エンジンＥＣＵ（算出手段）
６８ 水温センサ（液温検出手段）
７０ 排気管
７２ 排気熱回収装置
７４ 冷却水回路（冷却液回路）
７６ ウォータポンプ
７８ 排気熱回収器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気とエンジンから送り出されたエンジン冷却液との間で熱交換を行う排気熱回収器と、
前記エンジンと前記排気熱回収器との間で前記エンジン冷却液が循環されると共に排気熱回収器で熱交換が行われたエンジン冷却液によって被加熱媒体を加熱する冷却液回路と、
前記排気熱回収器から送り出されて前記被加熱媒体の加熱に用いられる前記エンジン冷却液の液温を、前記エンジンと排気熱回収器との間に設けた温度検出手段による検出温度及び排気熱回収器によって前記排気から回収する回収熱量から算出する算出手段と、
を含むことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項２】
前記回収熱量を、前記排気熱回収器を通過する前記エンジン冷却液の流量及び、前記エンジンの排気から回収される回収熱量に基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
【請求項３】
エンジン冷却液によって空調風を加熱するヒータコアを備えた車両用空調装置であって、
エンジンの排気とエンジンから送り出されたエンジン冷却液との間で熱交換を行う排気熱回収器と、
前記エンジンから送り出されたエンジン冷却液が前記排気熱回収器及び前記ヒータコアを順に経てエンジンに戻されるように循環される冷却液回路と、
前記冷却液回路を前記排気熱回収器から前記ヒータコアへ送られる前記エンジン冷却液の液温を、前記エンジンと排気熱回収器との間に設けた温度検出手段による検出温度及び排気熱回収器によって前記排気から回収する回収熱量から算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された前記冷却液の液温に基づいて暖房能力を制御する空調制御手段と、
を含むことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項４】
前記空調制御手段が、前記ヒータコアを通過する空調風の空気量を増減するエアミックスダンパの開度を制御することを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記回収熱量を、前記排気熱回収器を通過する前記エンジン冷却液の流量及び、前記エンジンの排気から回収される回収熱量に基づいて算出することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の車両用空調装置。
【請求項１】
エンジンの排気とエンジンから送り出されたエンジン冷却液との間で熱交換を行う排気熱回収器と、
前記エンジンと前記排気熱回収器との間で前記エンジン冷却液が循環されると共に排気熱回収器で熱交換が行われたエンジン冷却液によって被加熱媒体を加熱する冷却液回路と、
前記排気熱回収器から送り出されて前記被加熱媒体の加熱に用いられる前記エンジン冷却液の液温を、前記エンジンと排気熱回収器との間に設けた温度検出手段による検出温度及び排気熱回収器によって前記排気から回収する回収熱量から算出する算出手段と、
を含むことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項２】
前記回収熱量を、前記排気熱回収器を通過する前記エンジン冷却液の流量及び、前記エンジンの排気から回収される回収熱量に基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
【請求項３】
エンジン冷却液によって空調風を加熱するヒータコアを備えた車両用空調装置であって、
エンジンの排気とエンジンから送り出されたエンジン冷却液との間で熱交換を行う排気熱回収器と、
前記エンジンから送り出されたエンジン冷却液が前記排気熱回収器及び前記ヒータコアを順に経てエンジンに戻されるように循環される冷却液回路と、
前記冷却液回路を前記排気熱回収器から前記ヒータコアへ送られる前記エンジン冷却液の液温を、前記エンジンと排気熱回収器との間に設けた温度検出手段による検出温度及び排気熱回収器によって前記排気から回収する回収熱量から算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された前記冷却液の液温に基づいて暖房能力を制御する空調制御手段と、
を含むことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項４】
前記空調制御手段が、前記ヒータコアを通過する空調風の空気量を増減するエアミックスダンパの開度を制御することを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記回収熱量を、前記排気熱回収器を通過する前記エンジン冷却液の流量及び、前記エンジンの排気から回収される回収熱量に基づいて算出することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の車両用空調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１１１３６５（Ｐ２００８−１１１３６５Ａ）
【公開日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９４３２２（Ｐ２００６−２９４３２２）
【出願日】平成１８年１０月３０日（２００６．１０．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月３０日（２００６．１０．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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