車両の熱管理装置
【課題】より効果的に燃費を改善可能な車両の熱管理装置を提供する。
【解決手段】エンジン３の排気より回収した熱を車載された熱機器に供給する熱ループの設けられた車両において、熱交換器であるヒーターコア５、ウォーターウォーマー６及びオイルウォーマー７への熱供給による燃費の向上代と、熱電発電器９への熱供給による燃費の向上代とを比較し、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器を熱ループの熱の供給先として選択するようにした。
【解決手段】エンジン３の排気より回収した熱を車載された熱機器に供給する熱ループの設けられた車両において、熱交換器であるヒーターコア５、ウォーターウォーマー６及びオイルウォーマー７への熱供給による燃費の向上代と、熱電発電器９への熱供給による燃費の向上代とを比較し、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器を熱ループの熱の供給先として選択するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部を循環される熱搬送媒体を介して車載された熱機器に熱を供給する熱ループが設けられるとともに、熱搬送媒体を一方の対象として熱交換を行う１つ以上の熱交換器と、熱ループを通じて供給される熱で発電を行う熱電発電器とを熱機器として備える車両の熱管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを搭載する車両において、エンジンの廃熱を回収して再利用することが考えられている。従来、そうした車両の熱管理装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。同特許文献１に記載の車両の熱管理装置では、廃熱回収器に複数の熱ループを設けるようにしている。そして回収したエンジンの廃熱を、ランキンサイクル機関に供給して熱を動力に変換したり、エンジンに供給してその暖機を促進したりするようにしている。また従来においては、例えば特許文献２に記載のように、エンジンの廃熱を回収し、その回収した熱で発電することが考えられてもいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９１６２４号公報
【特許文献２】特開２００８−０６２９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうしたエンジンの廃熱の再利用によれば、車両の燃費性能等を改善することができる。しかしながら、これら従来の車両の熱管理装置においては、回収した廃熱の利用効率が最適化されているとは言い難く、未だ改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、より効果的に燃費を改善可能な車両の熱管理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願請求項１に記載の発明は、内部を循環される熱搬送媒体を介して車載された熱機器に熱を供給する熱ループが設けられるとともに、熱搬送媒体を一方の対象として熱交換を行う１つ以上の熱交換器と、熱ループを通じて供給される熱で発電を行う熱電発電器とを熱機器として備える車両の熱管理装置をその前提としている。そして上記課題を解決するため、本願請求項１に記載の発明は、熱交換器への熱供給による燃費の向上代と、熱電発電器への熱供給による燃費の向上代とを比較し、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器を熱ループの熱の供給先として選択する選択手段と、を備えるようにしている。
【０００７】
上記構成では、熱交換器に熱を供給する場合と、熱電発電器に熱を供給する場合とのそれぞれにおける燃費の向上代が求められる。そして、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器が、熱ループの熱の供給先として選択されるようになる。すなわち、上記構成では、熱ループの供給する熱エネルギーをそのまま利用して媒体の加熱に用いる場合と、その熱エネルギーを電気エネルギーに変換して利用する場合とのそれぞれにおける熱供給の効果を、燃費の向上代という同一の尺度でそれぞれ評価するようにしている。そして燃費の向上代が最も高くなる熱機器を、熱の供給先として選択するようにしている。そのため、上記構成では、燃費が最善となるように、熱ループの熱の供給先を選択することが可能となる。したがって、上記構成によれば、より効果的に燃費を改善可能となる。
【０００８】
なお、燃費の向上代を表すパラメーターとしては、熱ループからの熱供給を通じて軽減されるエンジンのエネルギー（仕事率）を用いることができる。例えば熱電発電器への熱供給を行って発電を行う場合には、その発電量分の発電をエンジン動力で行うために必要なエンジンのエネルギー（仕事率）を、燃費の向上代の指標値として用いることができる。また熱ループからの熱供給によりエンジンやトランスミッションの暖機を行う場合には、その暖機によるエンジン／トランスミッションのフリクショントルクの減少分に応じたエンジンのエネルギー（仕事率）を、燃費の向上代の指標値として用いることができる。更に熱ループを通じて供給される熱を車室内の暖房に使用する場合には、電気エネルギーを用いて同等の暖房を行うときに必要な電力をエンジン動力により発電するために必要なエンジンのエネルギー（仕事率）を、燃費の向上代の指標値として用いることができる。
【０００９】
ちなみに、上記の熱ループとしては、エンジン冷却水の循環ループを用いることも可能ではあるが、そうした場合には、冷却水全体の熱容量が大きいこと、冷却水の温度に制限があることなどから、熱の搬送効率をあまり高くすることができないことになる。そこで請求項２によるように、エンジン冷却水の循環ループとは、独立した熱ループとして熱ループを構成すれば、熱搬送媒体としてより熱容量の小さいものを使用したり、熱ループの作動温度を高くしたりしてより効率良く熱の搬送を行うことが可能となる。なお、そうした場合の熱ループの熱搬送媒体としては、粘性及び比熱の低いシリコンオイルや蒸気化された水などを用いることが考えられる。
【００１０】
なお上記の熱交換器としては、請求項３によるように、エンジン冷却水と熱搬送媒体との間で熱交換を行うウォーターウォーマーや、トランスミッションオイルと熱搬送媒体との間で熱交換を行うオイルウォーマー、車室内に送風される空気と熱搬送媒体との間で熱交換を行うヒーターコアなどが考えられる。
【００１１】
また請求項４によるように、熱ループを介して、車載された熱源（エンジンなど）の廃熱を回収したものを車両各部の熱機器に供給するように構成すれば、廃熱を燃費の改善に有効利用することができるようになる。
【００１２】
なお熱機関と電動機との２つの駆動源を備えるハイブリッド車両では、通常のエンジン車に比して熱機関の稼動率が低くて発熱量が小さいため、車室内の暖房やエンジン、トランスミッションの暖機等に使用する熱が不足しがちとなる。そのため、請求項５によるように、そうしたハイブリッド車両に本発明の熱管理装置を適用すれば、より顕著な効果が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る車両の熱管理装置の一実施形態についてその全体構造を模式的に示す略図。
【図２】同実施形態に採用される熱管理制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の車両の熱管理装置を具体化した一実施形態を、図１及び図２を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態の熱管理装置は、熱機関であるエンジンと電動機との２つの駆動源を備えるハイブリッド車両に搭載されるものとなっている。
【００１５】
図１は、本実施の形態の熱管理装置の適用される車両に設置される熱ループの構成を示している。この熱ループは、エンジン冷却水の循環ループとは、独立した熱ループとして構成されている。なお本実施の形態では、熱ループには、粘性及び比熱の低いシリコンオイルが熱搬送媒体として循環されている。
【００１６】
同図に示すように、この熱ループには、同ループに熱搬送媒体を循環させるポンプ１と、廃熱回収器２とが設けられている。熱源であるエンジン３の排気通路４に設置された廃熱回収器２は、排気通路４を流れる排気の熱をエンジン３の廃熱として回収するとともに、その回収した熱で熱ループの熱搬送媒体を加熱する。
【００１７】
また熱ループには、ヒーターコア５、ウォーターウォーマー６及びオイルウォーマー７の３つの熱交換器と、熱搬送媒体の熱を蓄える蓄熱器８と、熱搬送媒体の熱で発電を行う熱電発電器９との５つの熱機器が設けられている。ヒーターコア５は、車室内に送風される空気と熱搬送媒体との間で熱交換を行う熱交換器となっている。またウォーターウォーマー６は、エンジン冷却水と熱搬送媒体との間で熱交換を行う熱交換器であって、熱搬送媒体の熱でエンジン３を暖機するものとなっている。更にオイルウォーマー７は、トランスミッション１０のオイル（トランスミッションオイル）と熱搬送媒体との間で熱交換を行う熱交換器であって、熱搬送媒体の熱でトランスミッション１０を暖機するものとなっている。
【００１８】
一方、熱ループには、５つのバルブ１１〜１５が設けられている。バルブ１１は、ヒーターコア５に熱ループの熱搬送媒体を流すか否かを切り替える切替弁として、バルブ１２は、ウォーターウォーマー６に熱ループの熱搬送媒体を流すか否かを切り替える切替弁として、それぞれ設置されている。またバルブ１３は、オイルウォーマー７に熱ループの熱搬送媒体を流すか否かを切り替える切替弁として、バルブ１４は、蓄熱器８に熱ループの熱搬送媒体を流すか否かを切り替える切替弁として、それぞれ設置されている。更にバルブ１５は、熱電発電器９に熱ループの熱搬送媒体を流すか否かを切り替える切替弁として設置されている。
【００１９】
これらのバルブ１１〜１５は、機関制御を司る電子制御ユニット１６により制御されている。電子制御ユニット１６は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えている。ここでＣＰＵは、機関制御に係る各種演算処理を実施し、ＲＯＭは、機関制御用のプログラムやデータを記憶する。またＲＡＭは、ＣＰＵの演算結果や車両各部に設けられた各種センサーの検出結果等を一時的に記憶する。
【００２０】
こうした電子制御ユニット１６の入力ポートには、エンジン冷却水温Ｔe を検出する水温センサー１７、トランスミッション１０のオイル温度Ｔtmを検出する油温センサー１８、外気温Ｔair を検出する外気温センサー１９の検出信号が入力されている。また同入力ポートには、熱ループの熱搬送媒体の温度（媒体温度Ｔm ）を検出する媒体温度センサー２２、蓄熱器８の蓄熱媒体の温度（蓄熱温度Ｔc ）を検出する蓄熱温度センサー２３の検出信号も入力されている。
【００２１】
なお、こうした熱管理装置を搭載する車両には、車室内に送風される空気を加温する手段として、上記ヒーターコア５に加え、ＰＴＣヒーター２０を備えている。ＰＴＣヒーター２０は、電気エネルギーを熱に変換して、車室内に送風される空気を加温する加温装置となっている。またこの車両には、発電器として、上記の熱電発電器９の他に、エンジン３の動力を用いて発電を行うオルタネーター２１が設けられてもいる。
【００２２】
以上のように構成された本実施の形態の車両の熱管理装置では、ヒーターコア５、ウォーターウォーマー６、オイルウォーマー７、蓄熱器８及び熱電発電器９の各熱機器の中から、廃熱回収器２の回収した熱の供給先を任意に選択することができるようになっている。こうした本実施の形態において電子制御ユニット１６は、各熱機器に熱を供給したときの燃費の向上代をそれぞれ求めるとともに、燃費の向上代が最大となる熱機器を選択して熱供給を行うようにしている。
【００２３】
以下、各熱機器に熱を供給したときの燃費の向上代の推定ロジックを説明する。
１．ヒーターコアへの熱供給による燃費の向上代の推定
まず、ヒーターコア５への熱供給による燃費の向上代の推定ロジックを説明する。この推定に際しては、まず、要求された暖房能力を確保する上で、ＰＴＣヒーター２０のみでは賄い切ることのできない熱量が、絶対必要ヒーター分配熱量ΔＱm_heat_must として、下式（１）により算出される。なお下式（１）において「ΔＱheat」は、ヒーター要求熱量を、「ΔＱptc_max 」は、ＰＴＣヒーター２０の最大発生熱量をそれぞれ示している。
【数１】
【００２４】
ここで絶対必要ヒーター分配熱量ΔＱm_heat_must が「０」よりも大きければ、すなわちＰＴＣヒーター２０のみでは、必要な暖房能力を確保できないときには、最低でも不足分の熱量を熱ループからの熱供給で補うこととする。そしてこの場合には、このときの熱供給による熱搬送媒体の温度低下量ΔＴm_heat_must が、下式（２）により算出される。なお下式（２）において「Ｍm 」は、熱搬送媒体の熱容量を、「Ｇm 」は、熱ループにおける熱搬送媒体の流量を、それぞれ示している。
【数２】
【００２５】
次に、熱搬送媒体の温度（媒体温度Ｔm ）の初期値、すなわち初期媒体温度Ｔm_pre として、現在の媒体温度を設定した上で（Ｔm_pre ＝Ｔm ）、温度低下量ΔＴm_heat_must を媒体温度Ｔm に反映させる。すなわち、下式（３）により媒体温度Ｔm の値が更新される。
【数３】
【００２６】
続いて、現状のヒーター要求熱量ΔＱheatの値を初期ヒーター要求熱量ΔＱheat_preに代入した上で（ΔＱheat_pre＝ΔＱheat）、上記絶対必要ヒーター分配熱量ΔＱm_heat_must 分の確定された分配熱量を除いた残りの要求熱量に、ヒーター要求熱量ΔＱheatの値が更新される。すなわち、ヒーター要求熱量ΔＱheatの値が、下式（４）により更新される。なお、更新後のヒーター要求熱量ΔＱheatの値は、ＰＴＣヒーター２０の最大発生熱量ΔＱptc_max と一致する。
【数４】
【００２７】
（燃費の向上代の推定）
続いて、上記更新後のヒーター要求熱量ΔＱheatの値の熱量を、熱ループからの熱供給により賄うとしたときの燃費の向上代の推定について説明する。この推定に際しては、まず、熱ループからヒーターコア５に供給可能な熱量の最大値が、ヒーター熱分配供給限界熱量ΔＱm_heatとして、下式（５）により算出される。なお、下式（５）において「Ｔair 」は、外気温度を示している。
【数５】
【００２８】
ここで、ヒーター熱分配供給限界熱量ΔＱm_heatがヒーター要求熱量ΔＱheatを上回っているのであれば（ΔＱm_heat＞ΔＱheat）、ヒーター要求熱量ΔＱheat分の熱量が熱ループからの熱供給にて賄われることになる。そこでこの場合には、その熱量をＰＴＣヒーター２０に発生させたときの電力分に相当する利得が生じることになる。この電力分の利得ΔＱf_heatは、下式（６）により求めることができる。なお下式の「ηele 」は、オルタネーター２１の発電効率を指している。
【数６】
【００２９】
またこの場合には、ヒーター要求熱量ΔＱheat分の熱量の供給による媒体温度の低下量ΔＴheatが下式（７）により算出される。
【数７】
【００３０】
そして現状の媒体温度Ｔm の値を初期媒体温度Ｔm_pre に代入した上で（Ｔm_pre ＝Ｔm ）、媒体温度の低下量ΔＴheatを媒体温度Ｔm に反映させる。すなわち、下式（８）により媒体温度Ｔm の値を更新する。
【数８】
【００３１】
なお、この場合には、ヒーター要求熱量ΔＱheat分の熱量を供給しても、供給可能な熱量が熱ループの熱搬送媒体に残ることになる。そこでこの場合には、余剰した熱量をウォーターウォーマー６やオイルウォーマー７等に供給するようにしている。そしてこのときの熱ループからの熱供給による燃費の向上代は、すなわちヒーターコア５等への熱供給により削減可能なエネルギーの量（ヒーター分配改善エネルギー変化ΔＱfh）は、下式（９）の通りとなる。なお下式（９）における「ΔＱfe」は、熱ループからの熱供給でエンジン３の暖機を行うことによるフリクショントルクの低下を通じて改善される仕事率である、エンジン改善フリクション仕事率を示している。また下式（９）における「ΔＱftm 」は、熱ループからの熱供給でトランスミッション１０の暖機を行うことによるフリクショントルクの低下を通じて改善される仕事率である、トランスミッション改善フリクション仕事率を示している。なお、ΔＱfe及びΔＱftm の推定ロジックは、後述する。
【数９】
【００３２】
一方、ヒーター熱分配供給限界熱量ΔＱm_heatがヒーター要求熱量ΔＱheatを下回っているのであれば（ΔＱm_heat＜ΔＱheat）、熱ループから供給可能な熱量の全てをヒーターコア５に供給することになる。このときのＰＴＣヒーター２０の電力分の利得ΔＱf_heatは、下式（１０）により求められる。
【数１０】
【００３３】
またこのときのヒーター分配改善エネルギー変化ΔＱfhは、下式（１１）により算出される。
【数１１】
【００３４】
２．ロックアップを可能とすることによる燃費の向上代の推定
ところで、本実施の形態の適用される車両には、エンジン３とトランスミッション１０とを直結（ロックアップ）するロックアップクラッチが設けられている。ロックアップを行えば、エンジン３、トランスミッション１０間の動力伝達効率が高まって燃費が改善されるようになる。ただし、こうしたロックアップは、トランスミッション１０のオイル温度Ｔtmが、既定のロックアップ許可温度Ｔ_L/Uに達するまでは、禁止されている。そこで、ロックアップが禁止されているとき（Ｔtm＜Ｔ_L/U）には、熱ループからの熱供給でトランスミッション１０の暖機を行い、ロックアップの許可を早めることで燃費の改善を図ることができる。以下、そうした場合の燃費の向上代の推定ロジックを説明する。
【００３５】
このときの推定に際しては、まず、ロックアップ許可温度Ｔ_L/Uまでオイル温度Ｔtmを加熱するために必要な熱ループの供給熱量ΔＱtm_L/Uが、下式（１２）により算出される。下式（１２）において「Ｍtm」は、トランスミッション１０の暖機部分の熱容量を指している。
【数１２】
【００３６】
続いてロックアップを可能としたことによる、車両動力伝達系のフリクショントルクの変化量ΔＴftm_L/U が、下式（１３）により算出される。なお、下式（１３）の「MAP_Ｔftm_L/Uless （Ｎe ，Ｔtm）」は、ロックアップを行わない状態での車両動力伝達系のフリクショントルクを示しており、その値は、既定の演算マップを用いてエンジン回転速度Ｎe とトランスミッション１０のオイル温度Ｔtmとから算出されるようになっている。また下式（１３）の「MAP_Ｔftm （Ｎe ，Ｔ_L/U）」は、ロックアップを行った状態での車両動力伝達系のフリクショントルクを示しており、その値は、既定の演算マップを用いてエンジン回転速度Ｎe とロックアップ許可温度Ｔ_L/Uとから算出されるようになっている。
【数１３】
【００３７】
このときの燃費の向上代は、すなわちトランスミッション改善フリクション仕事率ΔＱftm は、下式（１４）に示される通りとなる。
【数１４】
【００３８】
次に、ロックアップを可能とするための熱量ΔＱtm_L/Uをエンジン３に供給する場合を考える。このときのエンジン冷却水の温度変化ΔＴe_L/U は、下式（１４）より求められる。下式（１５）において「Ｍe 」は、エンジン３の暖機部分の熱容量を指している。
【数１５】
【００３９】
そして、このときのエンジンフリンクショントルクの低下量ΔＴfe_L/Uは、下式（１６）より求められる。下式（１６）において「MAP_Ｔfe（ｎｅ，ｔｅ）」は、エンジン回転速度が「ｎｅ」、エンジン冷却水温度が「ｔｅ」のときのエンジンフリクショントルクを求めるための関数となっている。したがって、「MAP_Ｔfe（Ｎe ，Ｔe ）」は、熱ループからの熱供給によるエンジン３の暖機を行わなかったときの、「MAP_Ｔfe（Ｎe ，Ｔe ＋ΔＴe_L/U ）」は、熱ループからの熱供給によるエンジン３の暖機を行ったときの、エンジンフリクショントルクの大きさをそれぞれ示すことになる。
【数１６】
【００４０】
このときの燃費の向上代は、すなわちエンジン改善フリクション仕事率ΔＱfeは、下式（１７）に示される通りとなる。
【数１７】
【００４１】
３．エンジン３への熱供給による燃費の向上代の推定
次に、熱ループからの熱供給でエンジン３の暖機を行ったときの燃費向上代の推定ロジックを説明する。この推定は、ロックアップが許可されているとき（Ｔtm＜Ｔ_L/U）に行われるものとなっている。
【００４２】
この推定に際しては、まず、熱ループからエンジン３に供給可能な熱量の最大値、すなわちエンジン供給可能熱量ΔＱm_e が下式（１８）より算出される。
【数１８】
【００４３】
続いて、下式（１９）に示されるように、エンジン供給可能熱量ΔＱm_e をエンジン３の暖機部分の熱容量Ｍe で除算することで、熱ループからの熱供給によるエンジン冷却水温Ｔe の変化量ΔＴe が算出される。
【数１９】
【００４４】
このときのエンジン３のフリクショントルクの変化量ΔＴfeは、下式（２０）に示される通りとなる。
【数２０】
【００４５】
そしてこのときの燃費の向上代、すなわちエンジン改善フリクション仕事率ΔＱfeは、下式（２１）に示される通りとなる。
【数２１】
【００４６】
４．トランスミッション１０への熱供給による燃費の向上代の推定
次に、熱ループからの熱供給でトランスミッション１０の暖機を行ったときの燃費向上代の推定ロジックを説明する。この推定も、ロックアップが許可されているとき（Ｔtm＜Ｔ_L/U）に行われるものとなっている。
【００４７】
この推定に際しては、まず、熱ループからトランスミッション１０に供給可能な熱量の最大値、すなわちトランスミッション供給可能熱量ΔＱm_tmが下式（２２）より算出される。
【数２２】
【００４８】
続いて、下式（２３）に示されるように、トランスミッション供給可能熱量ΔＱm_tmをトランスミッション１０の暖機部分の熱容量Ｍtmで除算することで、熱ループからの熱供給によるトランスミッション１０のオイル温度Ｔtmの変化量ΔＴtmが算出される。
【数２３】
【００４９】
このときのトランスミッション１０のフリクショントルクの変化量ΔＴftm は、下式（２４）に示される通りとなる。
【数２４】
【００５０】
そしてこのときの燃費の向上代、すなわちトランスミッション改善フリクション仕事率ΔＱftm は、下式（２５）に示される通りとなる。
【数２５】
【００５１】
５．熱電発電器９への熱供給による燃費の向上代の推定
続いて、熱ループから熱電発電器９への熱供給によって、発電を行ったときの燃費向上代の推定ロジックを説明する。
【００５２】
この推定に際しては、まず、下式（２６）に示されるように、熱ループから熱電発電器９への熱供給によって発電される電気エネルギー（発電量Ｑm_eg）が、既定の演算マップを用いて推定される。なお、この演算マップは、熱ループの熱搬送媒体の温度（媒体温度Ｔm ）、その流量Ｇm 、及び外気温Ｔair と、熱電発電器９の発電する電気エネルギーとの関係を示すものとなっている。
【数２６】
【００５３】
次に、下式（２７）に示すように、発電量Ｑm_egをオルタネーター２１の発電効率ηele で除算することで、エンジン３の発電負荷の減少により削減可能なエネルギーの量（発電負荷エネルギー変化量ΔＱeg）が算出される。
【数２７】
【００５４】
６．熱供給先の決定
熱ループの熱供給先の決定は、以上により算出されたΔＱfe、ΔＱftm 、ΔＱeg及びΔＱfhの比較を通じて行われる。すなわち、熱ループからの熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器が、熱ループの熱供給先として決定されるようになる。
【００５５】
図２は、こうした本実施の形態に採用される熱管理制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、エンジン３の始動時より電子制御ユニット１６により実行されるものとなっている。
【００５６】
さてエンジン３が始動して本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、車両各部の温度計測が行われる。具体的には、このときには、エンジン冷却水温Ｔe 、オイル温度Ｔtm、外気温Ｔair 、媒体温度Ｔm 、及び蓄熱温度Ｔc の計測が行われる。
【００５７】
次のステップＳ１０１では、エンジン３及びトランスミッション１０の暖機が完了しているか否かの判定が行われる。具体的には、定数として設定された暖機判定水温をエンジン冷却水温Ｔe が超えており、且つ定数として設定された暖機判定油温をオイル温度Ｔtmが超えていることを条件に暖機が完了したと判定されるようになっている。ここで暖機が完了していれば（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０６に処理が進められる。一方、暖機が未完了であれば、ステップＳ１０２に処理が進められる。
【００５８】
ステップＳ１０２に処理が進められると、そのステップＳ１０２において、各熱機器に熱ループの熱供給を行ったときの燃費の向上代の算出が、すなわちΔＱfe、ΔＱftm 、ΔＱeg及びΔＱfhの算出が行われる。そして続くステップＳ１０３において、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器が熱ループの熱の供給先として決定される。
【００５９】
続くステップＳ１０４では、熱ループの熱が暖機に利用され、すなわち熱ループの熱の供給先としてウォーターウォーマー６及びオイルウォーマー７のいずれかが選択され、且つ蓄熱温度Ｔc がエンジン冷却水温Ｔe 又はオイル温度Ｔtmよりも高いか否かが判定される。すなわち、ここでは、蓄熱器８に蓄えられた熱によるエンジン３又はトランスミッション１０の暖機が可能であるか否かの判定が行われる。そして、このステップＳ１０４において否定判定されれば（ＮＯ）、処理がステップＳ１０６に進められ、肯定判定されれば（ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０５に進められる。
【００６０】
処理がステップＳ１０５に進められると、そのステップＳ１０５において、蓄熱器８に蓄えられた熱が、ステップＳ１０３において選択された熱の供給先に供給される。そしてその後、処理はステップＳ１０６に進められる。
【００６１】
処理がステップＳ１０６に進められると、そのステップＳ１０６において、蓄熱器８の蓄熱が完了しているか否かの判定が行われる。具体的には、定数として設定された蓄熱判定値を蓄熱温度Ｔc が超えていることを条件に蓄熱完了との判定がなされるようになる。ここで蓄熱が完了していると判定されれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、処理がそのままステップＳ１０３に戻される。また蓄熱が未完了との判定がなされれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０７において蓄熱器８への蓄熱を実施した上で、処理がステップＳ１０３に戻される。
【００６２】
なお、こうした本実施の形態では、電子制御ユニット１６が「選択手段」に相当する構成となっている。また本実施の形態では、エンジン３が「車載された熱源」及び「熱機関」に相当する構成となっている。
【００６３】
以上説明した本実施の形態の車両の熱管理装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、電子制御ユニット１６は、熱交換器であるヒーターコア５、ウォーターウォーマー６及びオイルウォーマー７への熱供給による燃費の向上代と、熱電発電器９への熱供給による燃費の向上代とを比較し、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器を熱ループの熱の供給先として選択するようにしている。すなわち、本実施の形態では、熱ループの供給する熱エネルギーをそのまま利用して媒体の加熱に用いる場合と、その熱エネルギーを電気エネルギーに変換して利用する場合とのそれぞれにおける熱供給の効果を、燃費の向上代という同一の尺度でそれぞれ評価するようにしている。そして燃費の向上代が最も高くなる熱機器を、熱の供給先として選択するようにしている。こうした本実施の形態では、燃費が最善となるように熱ループの熱の供給先を選択可能となる。したがって本実施の形態によれば、より効果的に燃費を改善することができるようになる。
【００６４】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、熱ループに設けられる熱交換器として、ヒーターコア５、ウォーターウォーマー６及びオイルウォーマー７の３つの熱交換器を備える構成となっていたが、熱ループに設けられる熱交換器の数や種類はこれに限らず、適宜変更することもできる。その場合にも、そうした熱交換器への熱供給による燃費の向上代と、熱電発電器９への熱供給による燃費の向上代とを比較し、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器を熱ループの熱の供給先として選択するようにすれば、より効果的に燃費を改善可能となる。
【００６５】
・上記実施の形態では、エンジン３の排気から同エンジン３の廃熱を回収するように廃熱回収器２を構成していたが、排気以外の媒体からエンジン３の廃熱を回収するようにしても良い。
【００６６】
・上記実施の形態では、エンジン３の廃熱を回収するようにしていたが、車載されたエンジン３以外の熱源、例えば電動機やインバーター等の廃熱を回収するようにしても良い。
【００６７】
・上記実施の形態では、車載された熱源の廃熱を回収して車両各部の熱機器に熱を供給するように熱ループを構成していたが、熱源の廃熱以外の熱を供給するように熱ループが構成された車両にも、本発明の熱管理装置は適用可能である。例えば蓄熱器８に蓄えられた熱を車両各部の熱機器に供給するように構成された熱ループを備える車両においても、熱交換器への熱供給による燃費の向上代と、熱電発電器への熱供給による燃費の向上代とを比較し、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器を熱の供給先として選択するようにすれば、より効果的に燃費を改善可能となる。
【００６８】
・上記実施の形態では、熱ループに、熱搬送媒体としてシリコンオイルを循環させるようにしていたが、熱ループの熱搬送媒体としてそれ以外の流体を用いることも可能である。例えば蒸気化した水を熱搬送媒体として熱ループを循環させるようにしても、高い熱搬送効率を得ることができる。
【００６９】
・上記実施の形態では、熱ループをエンジン冷却水の循環ループとは、独立した熱ループとして構成していたが、内部を循環される熱搬送媒体を介して車載された熱機器に熱を供給する熱ループとして、エンジン冷却水の循環ループを利用することも可能である。
【００７０】
上記実施の形態では、熱機関と電動機との２つの駆動源を備えるハイブリッド車両に本発明を適用した場合を説明したが、本発明の熱管理装置は、ハイブリッド車両以外の車両にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１…ポンプ、２…廃熱回収器、３…エンジン、４…排気通路、５…ヒーターコア、６…ウォーターウォーマー、７…オイルウォーマー、８…蓄熱器、９…熱電発電器、１０…トランスミッション、１１〜１５…バルブ、１６…電子制御ユニット（選択手段）、１７…水温センサー、１８…油温センサー、１９…、外気温センサー、２０…ＰＴＣヒーター、２１…オルタネーター、２２…媒体温度センサー、２３…蓄熱温度センサー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部を循環される熱搬送媒体を介して車載された熱機器に熱を供給する熱ループが設けられるとともに、熱搬送媒体を一方の対象として熱交換を行う１つ以上の熱交換器と、熱ループを通じて供給される熱で発電を行う熱電発電器とを熱機器として備える車両の熱管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを搭載する車両において、エンジンの廃熱を回収して再利用することが考えられている。従来、そうした車両の熱管理装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。同特許文献１に記載の車両の熱管理装置では、廃熱回収器に複数の熱ループを設けるようにしている。そして回収したエンジンの廃熱を、ランキンサイクル機関に供給して熱を動力に変換したり、エンジンに供給してその暖機を促進したりするようにしている。また従来においては、例えば特許文献２に記載のように、エンジンの廃熱を回収し、その回収した熱で発電することが考えられてもいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９１６２４号公報
【特許文献２】特開２００８−０６２９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうしたエンジンの廃熱の再利用によれば、車両の燃費性能等を改善することができる。しかしながら、これら従来の車両の熱管理装置においては、回収した廃熱の利用効率が最適化されているとは言い難く、未だ改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、より効果的に燃費を改善可能な車両の熱管理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願請求項１に記載の発明は、内部を循環される熱搬送媒体を介して車載された熱機器に熱を供給する熱ループが設けられるとともに、熱搬送媒体を一方の対象として熱交換を行う１つ以上の熱交換器と、熱ループを通じて供給される熱で発電を行う熱電発電器とを熱機器として備える車両の熱管理装置をその前提としている。そして上記課題を解決するため、本願請求項１に記載の発明は、熱交換器への熱供給による燃費の向上代と、熱電発電器への熱供給による燃費の向上代とを比較し、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器を熱ループの熱の供給先として選択する選択手段と、を備えるようにしている。
【０００７】
上記構成では、熱交換器に熱を供給する場合と、熱電発電器に熱を供給する場合とのそれぞれにおける燃費の向上代が求められる。そして、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器が、熱ループの熱の供給先として選択されるようになる。すなわち、上記構成では、熱ループの供給する熱エネルギーをそのまま利用して媒体の加熱に用いる場合と、その熱エネルギーを電気エネルギーに変換して利用する場合とのそれぞれにおける熱供給の効果を、燃費の向上代という同一の尺度でそれぞれ評価するようにしている。そして燃費の向上代が最も高くなる熱機器を、熱の供給先として選択するようにしている。そのため、上記構成では、燃費が最善となるように、熱ループの熱の供給先を選択することが可能となる。したがって、上記構成によれば、より効果的に燃費を改善可能となる。
【０００８】
なお、燃費の向上代を表すパラメーターとしては、熱ループからの熱供給を通じて軽減されるエンジンのエネルギー（仕事率）を用いることができる。例えば熱電発電器への熱供給を行って発電を行う場合には、その発電量分の発電をエンジン動力で行うために必要なエンジンのエネルギー（仕事率）を、燃費の向上代の指標値として用いることができる。また熱ループからの熱供給によりエンジンやトランスミッションの暖機を行う場合には、その暖機によるエンジン／トランスミッションのフリクショントルクの減少分に応じたエンジンのエネルギー（仕事率）を、燃費の向上代の指標値として用いることができる。更に熱ループを通じて供給される熱を車室内の暖房に使用する場合には、電気エネルギーを用いて同等の暖房を行うときに必要な電力をエンジン動力により発電するために必要なエンジンのエネルギー（仕事率）を、燃費の向上代の指標値として用いることができる。
【０００９】
ちなみに、上記の熱ループとしては、エンジン冷却水の循環ループを用いることも可能ではあるが、そうした場合には、冷却水全体の熱容量が大きいこと、冷却水の温度に制限があることなどから、熱の搬送効率をあまり高くすることができないことになる。そこで請求項２によるように、エンジン冷却水の循環ループとは、独立した熱ループとして熱ループを構成すれば、熱搬送媒体としてより熱容量の小さいものを使用したり、熱ループの作動温度を高くしたりしてより効率良く熱の搬送を行うことが可能となる。なお、そうした場合の熱ループの熱搬送媒体としては、粘性及び比熱の低いシリコンオイルや蒸気化された水などを用いることが考えられる。
【００１０】
なお上記の熱交換器としては、請求項３によるように、エンジン冷却水と熱搬送媒体との間で熱交換を行うウォーターウォーマーや、トランスミッションオイルと熱搬送媒体との間で熱交換を行うオイルウォーマー、車室内に送風される空気と熱搬送媒体との間で熱交換を行うヒーターコアなどが考えられる。
【００１１】
また請求項４によるように、熱ループを介して、車載された熱源（エンジンなど）の廃熱を回収したものを車両各部の熱機器に供給するように構成すれば、廃熱を燃費の改善に有効利用することができるようになる。
【００１２】
なお熱機関と電動機との２つの駆動源を備えるハイブリッド車両では、通常のエンジン車に比して熱機関の稼動率が低くて発熱量が小さいため、車室内の暖房やエンジン、トランスミッションの暖機等に使用する熱が不足しがちとなる。そのため、請求項５によるように、そうしたハイブリッド車両に本発明の熱管理装置を適用すれば、より顕著な効果が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る車両の熱管理装置の一実施形態についてその全体構造を模式的に示す略図。
【図２】同実施形態に採用される熱管理制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の車両の熱管理装置を具体化した一実施形態を、図１及び図２を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態の熱管理装置は、熱機関であるエンジンと電動機との２つの駆動源を備えるハイブリッド車両に搭載されるものとなっている。
【００１５】
図１は、本実施の形態の熱管理装置の適用される車両に設置される熱ループの構成を示している。この熱ループは、エンジン冷却水の循環ループとは、独立した熱ループとして構成されている。なお本実施の形態では、熱ループには、粘性及び比熱の低いシリコンオイルが熱搬送媒体として循環されている。
【００１６】
同図に示すように、この熱ループには、同ループに熱搬送媒体を循環させるポンプ１と、廃熱回収器２とが設けられている。熱源であるエンジン３の排気通路４に設置された廃熱回収器２は、排気通路４を流れる排気の熱をエンジン３の廃熱として回収するとともに、その回収した熱で熱ループの熱搬送媒体を加熱する。
【００１７】
また熱ループには、ヒーターコア５、ウォーターウォーマー６及びオイルウォーマー７の３つの熱交換器と、熱搬送媒体の熱を蓄える蓄熱器８と、熱搬送媒体の熱で発電を行う熱電発電器９との５つの熱機器が設けられている。ヒーターコア５は、車室内に送風される空気と熱搬送媒体との間で熱交換を行う熱交換器となっている。またウォーターウォーマー６は、エンジン冷却水と熱搬送媒体との間で熱交換を行う熱交換器であって、熱搬送媒体の熱でエンジン３を暖機するものとなっている。更にオイルウォーマー７は、トランスミッション１０のオイル（トランスミッションオイル）と熱搬送媒体との間で熱交換を行う熱交換器であって、熱搬送媒体の熱でトランスミッション１０を暖機するものとなっている。
【００１８】
一方、熱ループには、５つのバルブ１１〜１５が設けられている。バルブ１１は、ヒーターコア５に熱ループの熱搬送媒体を流すか否かを切り替える切替弁として、バルブ１２は、ウォーターウォーマー６に熱ループの熱搬送媒体を流すか否かを切り替える切替弁として、それぞれ設置されている。またバルブ１３は、オイルウォーマー７に熱ループの熱搬送媒体を流すか否かを切り替える切替弁として、バルブ１４は、蓄熱器８に熱ループの熱搬送媒体を流すか否かを切り替える切替弁として、それぞれ設置されている。更にバルブ１５は、熱電発電器９に熱ループの熱搬送媒体を流すか否かを切り替える切替弁として設置されている。
【００１９】
これらのバルブ１１〜１５は、機関制御を司る電子制御ユニット１６により制御されている。電子制御ユニット１６は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えている。ここでＣＰＵは、機関制御に係る各種演算処理を実施し、ＲＯＭは、機関制御用のプログラムやデータを記憶する。またＲＡＭは、ＣＰＵの演算結果や車両各部に設けられた各種センサーの検出結果等を一時的に記憶する。
【００２０】
こうした電子制御ユニット１６の入力ポートには、エンジン冷却水温Ｔe を検出する水温センサー１７、トランスミッション１０のオイル温度Ｔtmを検出する油温センサー１８、外気温Ｔair を検出する外気温センサー１９の検出信号が入力されている。また同入力ポートには、熱ループの熱搬送媒体の温度（媒体温度Ｔm ）を検出する媒体温度センサー２２、蓄熱器８の蓄熱媒体の温度（蓄熱温度Ｔc ）を検出する蓄熱温度センサー２３の検出信号も入力されている。
【００２１】
なお、こうした熱管理装置を搭載する車両には、車室内に送風される空気を加温する手段として、上記ヒーターコア５に加え、ＰＴＣヒーター２０を備えている。ＰＴＣヒーター２０は、電気エネルギーを熱に変換して、車室内に送風される空気を加温する加温装置となっている。またこの車両には、発電器として、上記の熱電発電器９の他に、エンジン３の動力を用いて発電を行うオルタネーター２１が設けられてもいる。
【００２２】
以上のように構成された本実施の形態の車両の熱管理装置では、ヒーターコア５、ウォーターウォーマー６、オイルウォーマー７、蓄熱器８及び熱電発電器９の各熱機器の中から、廃熱回収器２の回収した熱の供給先を任意に選択することができるようになっている。こうした本実施の形態において電子制御ユニット１６は、各熱機器に熱を供給したときの燃費の向上代をそれぞれ求めるとともに、燃費の向上代が最大となる熱機器を選択して熱供給を行うようにしている。
【００２３】
以下、各熱機器に熱を供給したときの燃費の向上代の推定ロジックを説明する。
１．ヒーターコアへの熱供給による燃費の向上代の推定
まず、ヒーターコア５への熱供給による燃費の向上代の推定ロジックを説明する。この推定に際しては、まず、要求された暖房能力を確保する上で、ＰＴＣヒーター２０のみでは賄い切ることのできない熱量が、絶対必要ヒーター分配熱量ΔＱm_heat_must として、下式（１）により算出される。なお下式（１）において「ΔＱheat」は、ヒーター要求熱量を、「ΔＱptc_max 」は、ＰＴＣヒーター２０の最大発生熱量をそれぞれ示している。
【数１】
【００２４】
ここで絶対必要ヒーター分配熱量ΔＱm_heat_must が「０」よりも大きければ、すなわちＰＴＣヒーター２０のみでは、必要な暖房能力を確保できないときには、最低でも不足分の熱量を熱ループからの熱供給で補うこととする。そしてこの場合には、このときの熱供給による熱搬送媒体の温度低下量ΔＴm_heat_must が、下式（２）により算出される。なお下式（２）において「Ｍm 」は、熱搬送媒体の熱容量を、「Ｇm 」は、熱ループにおける熱搬送媒体の流量を、それぞれ示している。
【数２】
【００２５】
次に、熱搬送媒体の温度（媒体温度Ｔm ）の初期値、すなわち初期媒体温度Ｔm_pre として、現在の媒体温度を設定した上で（Ｔm_pre ＝Ｔm ）、温度低下量ΔＴm_heat_must を媒体温度Ｔm に反映させる。すなわち、下式（３）により媒体温度Ｔm の値が更新される。
【数３】
【００２６】
続いて、現状のヒーター要求熱量ΔＱheatの値を初期ヒーター要求熱量ΔＱheat_preに代入した上で（ΔＱheat_pre＝ΔＱheat）、上記絶対必要ヒーター分配熱量ΔＱm_heat_must 分の確定された分配熱量を除いた残りの要求熱量に、ヒーター要求熱量ΔＱheatの値が更新される。すなわち、ヒーター要求熱量ΔＱheatの値が、下式（４）により更新される。なお、更新後のヒーター要求熱量ΔＱheatの値は、ＰＴＣヒーター２０の最大発生熱量ΔＱptc_max と一致する。
【数４】
【００２７】
（燃費の向上代の推定）
続いて、上記更新後のヒーター要求熱量ΔＱheatの値の熱量を、熱ループからの熱供給により賄うとしたときの燃費の向上代の推定について説明する。この推定に際しては、まず、熱ループからヒーターコア５に供給可能な熱量の最大値が、ヒーター熱分配供給限界熱量ΔＱm_heatとして、下式（５）により算出される。なお、下式（５）において「Ｔair 」は、外気温度を示している。
【数５】
【００２８】
ここで、ヒーター熱分配供給限界熱量ΔＱm_heatがヒーター要求熱量ΔＱheatを上回っているのであれば（ΔＱm_heat＞ΔＱheat）、ヒーター要求熱量ΔＱheat分の熱量が熱ループからの熱供給にて賄われることになる。そこでこの場合には、その熱量をＰＴＣヒーター２０に発生させたときの電力分に相当する利得が生じることになる。この電力分の利得ΔＱf_heatは、下式（６）により求めることができる。なお下式の「ηele 」は、オルタネーター２１の発電効率を指している。
【数６】
【００２９】
またこの場合には、ヒーター要求熱量ΔＱheat分の熱量の供給による媒体温度の低下量ΔＴheatが下式（７）により算出される。
【数７】
【００３０】
そして現状の媒体温度Ｔm の値を初期媒体温度Ｔm_pre に代入した上で（Ｔm_pre ＝Ｔm ）、媒体温度の低下量ΔＴheatを媒体温度Ｔm に反映させる。すなわち、下式（８）により媒体温度Ｔm の値を更新する。
【数８】
【００３１】
なお、この場合には、ヒーター要求熱量ΔＱheat分の熱量を供給しても、供給可能な熱量が熱ループの熱搬送媒体に残ることになる。そこでこの場合には、余剰した熱量をウォーターウォーマー６やオイルウォーマー７等に供給するようにしている。そしてこのときの熱ループからの熱供給による燃費の向上代は、すなわちヒーターコア５等への熱供給により削減可能なエネルギーの量（ヒーター分配改善エネルギー変化ΔＱfh）は、下式（９）の通りとなる。なお下式（９）における「ΔＱfe」は、熱ループからの熱供給でエンジン３の暖機を行うことによるフリクショントルクの低下を通じて改善される仕事率である、エンジン改善フリクション仕事率を示している。また下式（９）における「ΔＱftm 」は、熱ループからの熱供給でトランスミッション１０の暖機を行うことによるフリクショントルクの低下を通じて改善される仕事率である、トランスミッション改善フリクション仕事率を示している。なお、ΔＱfe及びΔＱftm の推定ロジックは、後述する。
【数９】
【００３２】
一方、ヒーター熱分配供給限界熱量ΔＱm_heatがヒーター要求熱量ΔＱheatを下回っているのであれば（ΔＱm_heat＜ΔＱheat）、熱ループから供給可能な熱量の全てをヒーターコア５に供給することになる。このときのＰＴＣヒーター２０の電力分の利得ΔＱf_heatは、下式（１０）により求められる。
【数１０】
【００３３】
またこのときのヒーター分配改善エネルギー変化ΔＱfhは、下式（１１）により算出される。
【数１１】
【００３４】
２．ロックアップを可能とすることによる燃費の向上代の推定
ところで、本実施の形態の適用される車両には、エンジン３とトランスミッション１０とを直結（ロックアップ）するロックアップクラッチが設けられている。ロックアップを行えば、エンジン３、トランスミッション１０間の動力伝達効率が高まって燃費が改善されるようになる。ただし、こうしたロックアップは、トランスミッション１０のオイル温度Ｔtmが、既定のロックアップ許可温度Ｔ_L/Uに達するまでは、禁止されている。そこで、ロックアップが禁止されているとき（Ｔtm＜Ｔ_L/U）には、熱ループからの熱供給でトランスミッション１０の暖機を行い、ロックアップの許可を早めることで燃費の改善を図ることができる。以下、そうした場合の燃費の向上代の推定ロジックを説明する。
【００３５】
このときの推定に際しては、まず、ロックアップ許可温度Ｔ_L/Uまでオイル温度Ｔtmを加熱するために必要な熱ループの供給熱量ΔＱtm_L/Uが、下式（１２）により算出される。下式（１２）において「Ｍtm」は、トランスミッション１０の暖機部分の熱容量を指している。
【数１２】
【００３６】
続いてロックアップを可能としたことによる、車両動力伝達系のフリクショントルクの変化量ΔＴftm_L/U が、下式（１３）により算出される。なお、下式（１３）の「MAP_Ｔftm_L/Uless （Ｎe ，Ｔtm）」は、ロックアップを行わない状態での車両動力伝達系のフリクショントルクを示しており、その値は、既定の演算マップを用いてエンジン回転速度Ｎe とトランスミッション１０のオイル温度Ｔtmとから算出されるようになっている。また下式（１３）の「MAP_Ｔftm （Ｎe ，Ｔ_L/U）」は、ロックアップを行った状態での車両動力伝達系のフリクショントルクを示しており、その値は、既定の演算マップを用いてエンジン回転速度Ｎe とロックアップ許可温度Ｔ_L/Uとから算出されるようになっている。
【数１３】
【００３７】
このときの燃費の向上代は、すなわちトランスミッション改善フリクション仕事率ΔＱftm は、下式（１４）に示される通りとなる。
【数１４】
【００３８】
次に、ロックアップを可能とするための熱量ΔＱtm_L/Uをエンジン３に供給する場合を考える。このときのエンジン冷却水の温度変化ΔＴe_L/U は、下式（１４）より求められる。下式（１５）において「Ｍe 」は、エンジン３の暖機部分の熱容量を指している。
【数１５】
【００３９】
そして、このときのエンジンフリンクショントルクの低下量ΔＴfe_L/Uは、下式（１６）より求められる。下式（１６）において「MAP_Ｔfe（ｎｅ，ｔｅ）」は、エンジン回転速度が「ｎｅ」、エンジン冷却水温度が「ｔｅ」のときのエンジンフリクショントルクを求めるための関数となっている。したがって、「MAP_Ｔfe（Ｎe ，Ｔe ）」は、熱ループからの熱供給によるエンジン３の暖機を行わなかったときの、「MAP_Ｔfe（Ｎe ，Ｔe ＋ΔＴe_L/U ）」は、熱ループからの熱供給によるエンジン３の暖機を行ったときの、エンジンフリクショントルクの大きさをそれぞれ示すことになる。
【数１６】
【００４０】
このときの燃費の向上代は、すなわちエンジン改善フリクション仕事率ΔＱfeは、下式（１７）に示される通りとなる。
【数１７】
【００４１】
３．エンジン３への熱供給による燃費の向上代の推定
次に、熱ループからの熱供給でエンジン３の暖機を行ったときの燃費向上代の推定ロジックを説明する。この推定は、ロックアップが許可されているとき（Ｔtm＜Ｔ_L/U）に行われるものとなっている。
【００４２】
この推定に際しては、まず、熱ループからエンジン３に供給可能な熱量の最大値、すなわちエンジン供給可能熱量ΔＱm_e が下式（１８）より算出される。
【数１８】
【００４３】
続いて、下式（１９）に示されるように、エンジン供給可能熱量ΔＱm_e をエンジン３の暖機部分の熱容量Ｍe で除算することで、熱ループからの熱供給によるエンジン冷却水温Ｔe の変化量ΔＴe が算出される。
【数１９】
【００４４】
このときのエンジン３のフリクショントルクの変化量ΔＴfeは、下式（２０）に示される通りとなる。
【数２０】
【００４５】
そしてこのときの燃費の向上代、すなわちエンジン改善フリクション仕事率ΔＱfeは、下式（２１）に示される通りとなる。
【数２１】
【００４６】
４．トランスミッション１０への熱供給による燃費の向上代の推定
次に、熱ループからの熱供給でトランスミッション１０の暖機を行ったときの燃費向上代の推定ロジックを説明する。この推定も、ロックアップが許可されているとき（Ｔtm＜Ｔ_L/U）に行われるものとなっている。
【００４７】
この推定に際しては、まず、熱ループからトランスミッション１０に供給可能な熱量の最大値、すなわちトランスミッション供給可能熱量ΔＱm_tmが下式（２２）より算出される。
【数２２】
【００４８】
続いて、下式（２３）に示されるように、トランスミッション供給可能熱量ΔＱm_tmをトランスミッション１０の暖機部分の熱容量Ｍtmで除算することで、熱ループからの熱供給によるトランスミッション１０のオイル温度Ｔtmの変化量ΔＴtmが算出される。
【数２３】
【００４９】
このときのトランスミッション１０のフリクショントルクの変化量ΔＴftm は、下式（２４）に示される通りとなる。
【数２４】
【００５０】
そしてこのときの燃費の向上代、すなわちトランスミッション改善フリクション仕事率ΔＱftm は、下式（２５）に示される通りとなる。
【数２５】
【００５１】
５．熱電発電器９への熱供給による燃費の向上代の推定
続いて、熱ループから熱電発電器９への熱供給によって、発電を行ったときの燃費向上代の推定ロジックを説明する。
【００５２】
この推定に際しては、まず、下式（２６）に示されるように、熱ループから熱電発電器９への熱供給によって発電される電気エネルギー（発電量Ｑm_eg）が、既定の演算マップを用いて推定される。なお、この演算マップは、熱ループの熱搬送媒体の温度（媒体温度Ｔm ）、その流量Ｇm 、及び外気温Ｔair と、熱電発電器９の発電する電気エネルギーとの関係を示すものとなっている。
【数２６】
【００５３】
次に、下式（２７）に示すように、発電量Ｑm_egをオルタネーター２１の発電効率ηele で除算することで、エンジン３の発電負荷の減少により削減可能なエネルギーの量（発電負荷エネルギー変化量ΔＱeg）が算出される。
【数２７】
【００５４】
６．熱供給先の決定
熱ループの熱供給先の決定は、以上により算出されたΔＱfe、ΔＱftm 、ΔＱeg及びΔＱfhの比較を通じて行われる。すなわち、熱ループからの熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器が、熱ループの熱供給先として決定されるようになる。
【００５５】
図２は、こうした本実施の形態に採用される熱管理制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、エンジン３の始動時より電子制御ユニット１６により実行されるものとなっている。
【００５６】
さてエンジン３が始動して本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、車両各部の温度計測が行われる。具体的には、このときには、エンジン冷却水温Ｔe 、オイル温度Ｔtm、外気温Ｔair 、媒体温度Ｔm 、及び蓄熱温度Ｔc の計測が行われる。
【００５７】
次のステップＳ１０１では、エンジン３及びトランスミッション１０の暖機が完了しているか否かの判定が行われる。具体的には、定数として設定された暖機判定水温をエンジン冷却水温Ｔe が超えており、且つ定数として設定された暖機判定油温をオイル温度Ｔtmが超えていることを条件に暖機が完了したと判定されるようになっている。ここで暖機が完了していれば（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０６に処理が進められる。一方、暖機が未完了であれば、ステップＳ１０２に処理が進められる。
【００５８】
ステップＳ１０２に処理が進められると、そのステップＳ１０２において、各熱機器に熱ループの熱供給を行ったときの燃費の向上代の算出が、すなわちΔＱfe、ΔＱftm 、ΔＱeg及びΔＱfhの算出が行われる。そして続くステップＳ１０３において、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器が熱ループの熱の供給先として決定される。
【００５９】
続くステップＳ１０４では、熱ループの熱が暖機に利用され、すなわち熱ループの熱の供給先としてウォーターウォーマー６及びオイルウォーマー７のいずれかが選択され、且つ蓄熱温度Ｔc がエンジン冷却水温Ｔe 又はオイル温度Ｔtmよりも高いか否かが判定される。すなわち、ここでは、蓄熱器８に蓄えられた熱によるエンジン３又はトランスミッション１０の暖機が可能であるか否かの判定が行われる。そして、このステップＳ１０４において否定判定されれば（ＮＯ）、処理がステップＳ１０６に進められ、肯定判定されれば（ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０５に進められる。
【００６０】
処理がステップＳ１０５に進められると、そのステップＳ１０５において、蓄熱器８に蓄えられた熱が、ステップＳ１０３において選択された熱の供給先に供給される。そしてその後、処理はステップＳ１０６に進められる。
【００６１】
処理がステップＳ１０６に進められると、そのステップＳ１０６において、蓄熱器８の蓄熱が完了しているか否かの判定が行われる。具体的には、定数として設定された蓄熱判定値を蓄熱温度Ｔc が超えていることを条件に蓄熱完了との判定がなされるようになる。ここで蓄熱が完了していると判定されれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、処理がそのままステップＳ１０３に戻される。また蓄熱が未完了との判定がなされれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０７において蓄熱器８への蓄熱を実施した上で、処理がステップＳ１０３に戻される。
【００６２】
なお、こうした本実施の形態では、電子制御ユニット１６が「選択手段」に相当する構成となっている。また本実施の形態では、エンジン３が「車載された熱源」及び「熱機関」に相当する構成となっている。
【００６３】
以上説明した本実施の形態の車両の熱管理装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、電子制御ユニット１６は、熱交換器であるヒーターコア５、ウォーターウォーマー６及びオイルウォーマー７への熱供給による燃費の向上代と、熱電発電器９への熱供給による燃費の向上代とを比較し、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器を熱ループの熱の供給先として選択するようにしている。すなわち、本実施の形態では、熱ループの供給する熱エネルギーをそのまま利用して媒体の加熱に用いる場合と、その熱エネルギーを電気エネルギーに変換して利用する場合とのそれぞれにおける熱供給の効果を、燃費の向上代という同一の尺度でそれぞれ評価するようにしている。そして燃費の向上代が最も高くなる熱機器を、熱の供給先として選択するようにしている。こうした本実施の形態では、燃費が最善となるように熱ループの熱の供給先を選択可能となる。したがって本実施の形態によれば、より効果的に燃費を改善することができるようになる。
【００６４】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、熱ループに設けられる熱交換器として、ヒーターコア５、ウォーターウォーマー６及びオイルウォーマー７の３つの熱交換器を備える構成となっていたが、熱ループに設けられる熱交換器の数や種類はこれに限らず、適宜変更することもできる。その場合にも、そうした熱交換器への熱供給による燃費の向上代と、熱電発電器９への熱供給による燃費の向上代とを比較し、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器を熱ループの熱の供給先として選択するようにすれば、より効果的に燃費を改善可能となる。
【００６５】
・上記実施の形態では、エンジン３の排気から同エンジン３の廃熱を回収するように廃熱回収器２を構成していたが、排気以外の媒体からエンジン３の廃熱を回収するようにしても良い。
【００６６】
・上記実施の形態では、エンジン３の廃熱を回収するようにしていたが、車載されたエンジン３以外の熱源、例えば電動機やインバーター等の廃熱を回収するようにしても良い。
【００６７】
・上記実施の形態では、車載された熱源の廃熱を回収して車両各部の熱機器に熱を供給するように熱ループを構成していたが、熱源の廃熱以外の熱を供給するように熱ループが構成された車両にも、本発明の熱管理装置は適用可能である。例えば蓄熱器８に蓄えられた熱を車両各部の熱機器に供給するように構成された熱ループを備える車両においても、熱交換器への熱供給による燃費の向上代と、熱電発電器への熱供給による燃費の向上代とを比較し、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器を熱の供給先として選択するようにすれば、より効果的に燃費を改善可能となる。
【００６８】
・上記実施の形態では、熱ループに、熱搬送媒体としてシリコンオイルを循環させるようにしていたが、熱ループの熱搬送媒体としてそれ以外の流体を用いることも可能である。例えば蒸気化した水を熱搬送媒体として熱ループを循環させるようにしても、高い熱搬送効率を得ることができる。
【００６９】
・上記実施の形態では、熱ループをエンジン冷却水の循環ループとは、独立した熱ループとして構成していたが、内部を循環される熱搬送媒体を介して車載された熱機器に熱を供給する熱ループとして、エンジン冷却水の循環ループを利用することも可能である。
【００７０】
上記実施の形態では、熱機関と電動機との２つの駆動源を備えるハイブリッド車両に本発明を適用した場合を説明したが、本発明の熱管理装置は、ハイブリッド車両以外の車両にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１…ポンプ、２…廃熱回収器、３…エンジン、４…排気通路、５…ヒーターコア、６…ウォーターウォーマー、７…オイルウォーマー、８…蓄熱器、９…熱電発電器、１０…トランスミッション、１１〜１５…バルブ、１６…電子制御ユニット（選択手段）、１７…水温センサー、１８…油温センサー、１９…、外気温センサー、２０…ＰＴＣヒーター、２１…オルタネーター、２２…媒体温度センサー、２３…蓄熱温度センサー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を循環される熱搬送媒体を介して車載された熱機器に熱を供給する熱ループが設けられるとともに、前記熱搬送媒体を一方の対象として熱交換を行う１つ以上の熱交換器と、前記熱ループを通じて供給される熱で発電を行う熱電発電器とを熱機器として備える車両の熱管理装置において、
前記熱交換器への熱供給による燃費の向上代と、前記熱電発電器への熱供給による燃費の向上代とを比較し、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器を前記熱ループの熱の供給先として選択する選択手段を備える
ことを特徴とする車両の熱管理装置。
【請求項２】
前記熱ループは、エンジン冷却水の循環ループとは、独立した熱ループとして構成される
請求項１に記載の車両の熱管理装置。
【請求項３】
前記熱交換器として、エンジン冷却水と前記熱搬送媒体との間で熱交換を行うウォーターウォーマー、トランスミッションオイルと前記熱搬送媒体との間で熱交換を行うオイルウォーマー、及び車室内に送風される空気と前記熱搬送媒体との間で熱交換を行うヒーターコアの少なくとも１つを備える
請求項１又は２に記載の車両の熱管理装置。
【請求項４】
前記熱ループは、車載された熱源の廃熱を回収したものを前記熱機器に供給する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の熱管理装置。
【請求項５】
前記車両は、熱機関と電動機との２つの駆動源を備えるハイブリッド車両として構成されてなる
請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の熱管理装置。
【請求項１】
内部を循環される熱搬送媒体を介して車載された熱機器に熱を供給する熱ループが設けられるとともに、前記熱搬送媒体を一方の対象として熱交換を行う１つ以上の熱交換器と、前記熱ループを通じて供給される熱で発電を行う熱電発電器とを熱機器として備える車両の熱管理装置において、
前記熱交換器への熱供給による燃費の向上代と、前記熱電発電器への熱供給による燃費の向上代とを比較し、熱供給による燃費の向上代が最大となる熱機器を前記熱ループの熱の供給先として選択する選択手段を備える
ことを特徴とする車両の熱管理装置。
【請求項２】
前記熱ループは、エンジン冷却水の循環ループとは、独立した熱ループとして構成される
請求項１に記載の車両の熱管理装置。
【請求項３】
前記熱交換器として、エンジン冷却水と前記熱搬送媒体との間で熱交換を行うウォーターウォーマー、トランスミッションオイルと前記熱搬送媒体との間で熱交換を行うオイルウォーマー、及び車室内に送風される空気と前記熱搬送媒体との間で熱交換を行うヒーターコアの少なくとも１つを備える
請求項１又は２に記載の車両の熱管理装置。
【請求項４】
前記熱ループは、車載された熱源の廃熱を回収したものを前記熱機器に供給する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の熱管理装置。
【請求項５】
前記車両は、熱機関と電動機との２つの駆動源を備えるハイブリッド車両として構成されてなる
請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の熱管理装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１９０７５０（Ｐ２０１１−１９０７５０Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５７６９０（Ｐ２０１０−５７６９０）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【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２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【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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