車両システム
【課題】この発明は、車両システムに関し、エアコンプレッサを用いないで空調機能を実現する車両システムを提供することを目的とする。
【解決手段】車両に搭載される内燃機関１０と、吸収式ヒートポンプを有するエアコンディショナとを備え、前記吸収式ヒートポンプは、前記内燃機関の排気ガスが流れる排気通過部２８を熱源として備える。排気通過部２８により隣接する冷媒通過部２６を加熱させる。これにより、冷媒通過部２６の内部に流通する冷媒を吸収式ヒートポンプに循環させて冷却サイクルを実現し、エアコンディショナ機能を発揮させる。
【解決手段】車両に搭載される内燃機関１０と、吸収式ヒートポンプを有するエアコンディショナとを備え、前記吸収式ヒートポンプは、前記内燃機関の排気ガスが流れる排気通過部２８を熱源として備える。排気通過部２８により隣接する冷媒通過部２６を加熱させる。これにより、冷媒通過部２６の内部に流通する冷媒を吸収式ヒートポンプに循環させて冷却サイクルを実現し、エアコンディショナ機能を発揮させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両システムに係り、特にエアコンディショナを備えた車両システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されているように、機関動力を駆動源とするエアコンプレッサが知られている。また、本公報には、エアコンプレッサ負荷に基づいて、内燃機関が出力すべき目標トルクを補正し、その目標トルクからスロットル弁の目標開度を算出する内燃機関が開示されている。このシステムによれば、エアコンプレッサ負荷を推定することにより、目標トルクを補正することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２９１４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エアコンプレッサ負荷は運転状況により変動する。そのため、上記従来の内燃機関において、目標トルクを精度良く補正するためには、運転状況に応じたエアコンプレッサ負荷を推定する必要がある。しかしながら、すべての運転状況に対応してエアコンプレッサ負荷を推定することは容易ではない。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エアコンプレッサを用いないで空調機能を実現した車両システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、車両システムであって、
車両に搭載される内燃機関と、
吸収式ヒートポンプを有するエアコンディショナとを備え、
前記吸収式ヒートポンプは、冷媒を加熱する発生器を有し、
前記発生器は、前記内燃機関の排気熱によって前記冷媒を加熱する第１排気熱熱交換器を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記発生器は、前記冷媒を加熱する電気式ヒータを備え、
前記発生器により加熱された前記冷媒の到達温度と相関を有する到達温度相関値を取得する到達温度取得手段と、
前記到達温度相関値が判定値よりも小さいか否かを判定するヒータ加熱判定手段と、
前記到達温度相関値が前記判定値よりも小さい場合に、前記電気式ヒータによって前記冷媒を加熱するヒータ加熱制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明又は第３の発明において、
前記吸収式ヒートポンプは、前記冷媒を放熱させる放熱器を備え、
前記内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流又は近傍に配置された第２排気熱熱交換器と、
前記発生器で加熱された前記冷媒を前記第２排気熱熱交換器に流すための加熱通路と、
前記放熱器で放熱された前記冷媒を前記第２排気熱熱交換器に流すための冷却通路と、
前記触媒の床温と相関を有する床温相関値を取得する床温相関値取得手段と、
前記床温相関値に基づいて、前記発生器で加熱された前記冷媒を前記加熱通路に流す状態と、前記放熱器で放熱された前記冷媒を前記冷却通路に流す状態とを切り換える切換手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記床温相関値が下限温度よりも低いか否かを判定する触媒加熱判定手段と、
前記床温相関値が前記下限温度よりも低い場合に、前記発生器で加熱された前記冷媒を前記加熱通路に流す触媒加熱手段と、を備えること特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第３の発明又は第４の発明において、
前記床温相関値が上限温度よりも高いか否かを判定する触媒冷却判定手段と、
前記床温相関値が前記上限温度よりも高い場合に、前記放熱器で放熱された前記冷媒を前記冷却通路に流す触媒冷却手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第３の発明において、
前記触媒の硫黄被毒回復が必要か否かを判定する回復判定手段と、
前記硫黄被毒回復が必要な場合に、前記発生器で加熱された前記冷媒を前記加熱通路に流す硫黄被毒回復手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明のいずれかにおいて、
前記吸収式ヒートポンプは、前記冷媒を放熱させる放熱器を備え、
エンジン冷却水の水温と相関を有する水温相関値を取得する水温取得手段と、
前記水温相関値が暖気判定値よりも小さいか否かを判定する暖気判定手段と、
前記水温相関値が前記暖気判定値よりも小さい場合に、前記放熱器に前記エンジン冷却水を流してエンジン冷却水を加熱するエンジン冷却水加熱手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第８の発明は、第１乃至第７の発明のいずれかにおいて、
前記吸収式ヒートポンプは、空気を冷却する冷却器を備え、
前記触媒下流の排気熱により、空気を加熱する触媒下流熱交換器と、
室内に送風する空気が目標温度となるように、前記冷却器で冷却された空気と、前記触媒下流熱交換器で加熱された空気とを混合する温度調節手段と、
前記混合した空気を室内に送風する送風手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、内燃機関の排気熱を熱源とした吸収式ヒートポンプの冷却サイクルにより、エアコンディショナ機能を実現することができる。このため、本発明によれば、機関動力を駆動源とするエアコンプレッサを要することなくエアコンディショナ機能を実現することができる。
【００１５】
第２の発明によれば、電気式ヒータにより吸収式ヒートポンプの発生器を加熱することができる。そのため、排気熱が少ない状況下においても、吸収式ヒートポンプを機能させることができる。このため、本発明によれば、排気熱が少ない状況下においても、エアコンディショナ機能を実現することができる。
【００１６】
第３の発明によれば、触媒温度に基づいて、触媒の近傍に配置された第２排気熱熱交換器に、加熱・冷却された冷媒を切り替えて流通させることができる。加熱・冷却された冷媒を第２排気熱熱交換器に流通させることで、触媒を加熱・冷却させることができる。
【００１７】
第４の発明によれば、触媒温度が適温よりも低い場合に、加熱された冷媒を触媒の近傍に流すことができる。加熱された冷媒により触媒を加熱することができる。触媒を加熱することで、触媒の暖気が促進され排気エミッションを低減させることができる。
【００１８】
第５の発明によれば、触媒温度が適温よりも高い場合に、放熱された冷媒を触媒の近傍に流すことができる。放熱された冷媒により触媒を冷却することができる。触媒を冷却することで、触媒の劣化・故障を抑制することができる。
【００１９】
第６の発明によれば、触媒の硫黄被毒回復が必要な場合に、加熱された冷媒を触媒の近傍に流すことができる。加熱された冷媒により触媒を加熱することができる。触媒を加熱することで、硫黄被毒の回復を図ることができる。
【００２０】
第７の発明によれば、エンジン冷却水の水温相関値が暖気判定値よりも低い場合に、発生器で加熱された冷媒をエンジン冷却水に放熱させることができる。この放熱によりエンジン冷却水が加熱され、エンジン冷却水を早期に適温とすることができる。このため、本発明によれば、内燃機関の暖気性能を向上させることができる。
【００２１】
第８の発明によれば、触媒下流の排気熱を利用して空気を加熱することができる。また、室内に送風する空気が目標温度となるように、排気熱で加熱された空気と、冷却器で冷却された空気とを混合することができる。そして、混合された空気を室内に送風することができる。このため、本発明によれば、触媒下流の排気熱を利用して温度調整できるエアコンディショナ機能を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には排気通路１２（図示略）が接続されている。排気通路１２の上流には、排気熱取込部１４が設けられている。排気熱取込部１４の下流には、触媒１６が設けられている。触媒１６の近傍には触媒温度センサ１７（図示略）が配置されている。また、触媒１６の直上流には排気冷却／加熱ユニット部１８が設けられている。
【００２３】
排気熱取込部１４は、熱交換用の冷媒２２（図示略）を吸収した吸収液２４（図示略）を流すための冷媒通過部２６を備えている。冷媒２２として例えばアンモニア、吸収液２４として例えば水が用いられる。冷媒通過部２６の近傍には、冷媒通過部２６を加熱するための排気通過部２８と電機式ヒータ３０とが設けられている。電気式ヒータ３０の材質として例えばセラミックが用いられる。
【００２４】
冷媒通過部２６は、気化冷媒を流す通路により冷媒気／液セパレイタ３２に接続している。冷媒気／液セパレイタ３２は、吸収液を流す通路により吸収器３４に接続している。また、冷媒気／液セパレイタ３２は、気化冷媒を流す通路により、放熱用冷却水を備えた冷媒用放熱器３６に接続している。冷媒用放熱器３６は、流量制御弁２を備えた通路によりエアコンディショナ回路３８に接続している。エアコンディショナ回路３８の近傍には、エアコンディショナ回路３８で冷やされた空気を温度調整して室内に送風するためのエアコンディショナ温度コントローラ３９が設けられている。また、エアコンディショナ回路３８は、流量制御弁３を備えた通路により吸収器３４に接続している。吸収器３４は、冷媒通過部２６に接続している。
【００２５】
排気冷却／加熱ユニット部１８は、排気通過部４０を備えている。排気通過部４０の近傍には、排気通過部４０を加熱・冷却するための冷媒通過部４２が設けられている。冷媒通過部４２は、流量制御弁６と流量制御弁４を備えた通路によって冷媒用放熱器３６に接続している。この通路は、流量制御弁６と流量制御弁４との間で上記流量制御弁３を備えた通路と連結している。また、冷媒通過部４２は、放熱前の気化冷媒を流すための流量制御弁５を備えた通路によって冷媒用放熱器３６の近傍に接続している。なお、冷媒通過部４２は、冷媒２２を還流するための通路によって吸収器３４に接続している。
【００２６】
本実施の形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０（図示略）を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には、流量制御弁１〜６、エアコンディショナ温度コントローラ３９が接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、触媒温度センサ１７が接続されている。
【００２７】
［動作モード１］
以下、本実施の形態のシステムにおいて実施される３つの動作モードについて説明する。まず、エアコンディショナを機能させるための基本制御である、動作モード１について概要を説明する。
【００２８】
図２は、動作モード１において冷媒が流れる冷媒経路図である。動作モード１では、図２の実線で示す経路に冷媒２２が流される。
図３は、図２に示す経路に冷媒２２を流すことで実現される冷却サイクルの概略図である。まず、内燃機関１０の排気ガスが排気通過部２８に流される。排気ガスの排気熱により、排気通過部２８は加熱される。排気通過部２８が加熱されることにより、隣接する冷媒通過部２６が加熱される。冷媒通過部２６が加熱されることにより、その内部に流れる冷媒２２と吸収液２４が気化する。気化した冷媒２２と吸収液２４は、冷媒気／液セパレイタ３２に流れ込む。冷媒気／液セパレイタ３２は、吸収液２４を液化させて、気化冷媒２２と分離させる。ここで、液化した吸収液２４は吸収器３４に流される。一方、気化冷媒２２は、放熱用冷却水が流通する冷媒用放熱器３６に流れ込む。冷媒用放熱器３６において、気化冷媒２２は放熱用冷却水に熱を奪われて液化する。液化により減圧した冷媒２２は気化し易い状態となる。この液化冷媒２２はエアコンディショナ回路３８に流れ込む。エアコンディショナ回路３８では、液化冷媒２２の気化熱により室内に送風するための空気が冷やされる。その後、気化冷媒２２は吸収器３４に流れ込む。吸収器３４は気化冷媒２２を吸収液２４に吸収する。冷媒２２を吸収した吸収液２４は冷媒通過部２６に還流する。このように、動作モード１では、内燃機関の排気熱を熱源として冷媒２２を循環させ冷却サイクルを実現する。
【００２９】
図４は、本実施の形態のシステムにおいて、エアコンディショナを機能させる動作モード１を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、エアコンディショナ作動要求があるか否かを判断する（ステップ１００）。具体的には、ＥＣＵ５０は、他のルーチンにおいて設定されるエアコンディショナ作動要求フラグがＯＮの場合に、エアコンディショナ作動要求ありと判断する。
【００３０】
エアコンディショナ作動要求ありと判断された場合は、流量制御弁２と３を開き、流量制御弁６を閉じる（ステップ１１０）。一方、エアコンディショナ作動要求なしと判断された場合は、流量制御弁２を閉じ、流量制御弁３と６を開く（ステップ１２０）。
【００３１】
以上説明した通り、図４に示すルーチンによれば、エアコンディショナの作動要求がある場合に、流量制御弁を開閉して図２に実線で示す経路を構成することができる。この経路を構成すれば、冷媒用放熱器３６で放熱された液化冷媒２２を、エアコンディショナ回路３８に供給することができる。エアコンディショナ回路３８は、液化冷媒２２の気化熱によって、室内に送風するための空気を冷やすことができる。さらに、他のルーチンにおいて、エアコンディショナ温度コントローラ３９に、この空気の温度調整と室内への送風をさせることで、エアコンディショナ機能を実現することができる。このように、動作モード１では、機関動力を駆動源とするエアコンプレッサを要することなく、エアコンディショナ機能を実現することができる。
一方、エアコンディショナの作動要求がない場合には、冷媒用放熱器３６で放熱された液化冷媒２２を、エアコンディショナ回路３８に流すことなく吸収器３４に戻すことができる。このため、動作モード１では、作動要求に応じてエアコンディショナ機能を始動・停止させることができる。
【００３２】
なお、本実施形態のシステムに、トルク推定機能を加えてもよい。上述したように、本実施の形態のシステムでは、機関動力を駆動源とするエアコンプレッサを用いない。エアコンプレッサを用いなければ、エアコンプレッサ負荷は生じない。そのため、本実施形態のシステムでは、トルク推定に際して、運転状況により変動するエアコンプレッサ負荷を推定して補正する必要がない。エアコンプレッサ負荷を推定して補正することを要しないため、トルク推定の精度を向上させることができる。
さらに、機関動力を駆動源とする補機について、パワーステアリングを電動化してパワーステアリングポンプを排除し、オルタネータのみの構成としてもよい。トルク補正量を推定しやすいオルタネータのみの構成とすることで、トルク推定の精度を向上させることができる。
【００３３】
［動作モード２］
次に、図５〜図７を参照して、実施の形態１のシステムにおいて、触媒温度に応じて、触媒１６を加熱・冷却させることができる動作モード２について説明する。
【００３４】
図５は、動作モード２において触媒１６を冷却する場合の冷媒経路図である。図５の実線で示すように、冷媒用放熱器３６で放熱された冷媒２２が、排気冷却／加熱ユニット部１８に流される。詳細には、冷媒用放熱器３６で放熱された冷媒２２は冷媒通過部４２に流され、隣接する排気通過部４０が冷却される。排気通過部４０が冷却されることで、排気通過部４０を流通する排気ガスは冷却される。冷却された排気ガスにより、触媒１６が冷却される。
また、図６は、動作モード２において触媒１６を加熱する場合の冷媒経路図である。図６の実線で示すように、冷媒通過部２６で加熱された冷媒２２が排気冷却／加熱ユニット部１８に流される。詳細には、冷媒通過部２６で加熱された冷媒２２は冷媒通過部４２に流され、隣接する排気通過部４０が加熱される。排気通過部４０が加熱されることで、排気通過部４０を流通する排気ガスは加熱される。加熱された排気ガスにより、触媒１６が加熱される。
【００３５】
図７は、動作モード２を実現するためにＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は触媒温度センサ１７から触媒１６の床温を取得する（ステップ２００）。次に、ＥＣＵ５０は、床温が上限温度よりも高いか否かを判断する（ステップ２１０）。この上限温度は、触媒の還元能力が最適に保たれる範囲の温度であり、例えば５００度である。床温が上限温度よりも高いと判断された場合には、流量制御弁４と６を開き流量制御弁３と５を閉じる（ステップ２２０）。
【００３６】
一方、床温が上限温度よりも低いと判断された場合には、ＥＣＵ５０は、床温が下限温度よりも低いか否かを判断する（ステップ２３０）。ここで、下限温度は、触媒の還元能力が最適に保たれる範囲の温度であり、例えば４００度である。床温が下限温度よりも低いと判断された場合には、流量制御弁５を開き、流量制御弁４を閉じる（ステップ２４０）。一方、床温が下限温度以上と判断された場合は、本ルーチンを終了する。
【００３７】
以上説明した通り、図７に示すルーチンによれば、触媒１６の床温が適温の範囲よりも高いと判断された場合に、流量制御弁を開閉して図５に実線で示す経路を構成することができる。そのため、冷媒用放熱器３６で放熱された冷媒２２を、排気冷却／加熱ユニット部１８に供給することができる。これにより、触媒１６を冷却することができる。
一方、触媒１６の床温が適温の範囲よりも低いと判断された場合には、流量制御弁を開閉して図６に実線で示す経路を構成することができる。そのため、冷媒通過部２６で加熱された冷媒２２を、排気冷却／加熱ユニット部１８に供給することができる。これにより、触媒１６を加熱することができる。
このように、動作モード２によれば、触媒温度に応じて、冷媒２２の流通経路を切り替えて触媒を加熱・冷却することができる。これにより、触媒温度を最適な範囲に維持することができる。
【００３８】
ところで、上述した動作モード２においては、上限温度を、触媒の還元能力が最適に保たれる温度とし、例えば５００度に設定しているが、この上限温度は、これに限定されるものではない。触媒の劣化・故障を防止しうる温度とし、例えば９００度に設定してもよい。なお、この点は動作モード３でも同様である。
【００３９】
また、上述した動作モード２においては、触媒を冷却する場合に、冷媒用放熱器３６で放熱された冷媒２２を排気冷却／加熱ユニット部１８に供給することとしているが、これに加えて、エアコンディショナの作動要求がある場合には、合わせて流量制御弁２を開き、放熱された冷媒２２をエアコンディショナ回路３８に供給することとしてもよい。
同様に、上述した動作モード２においては、触媒を加熱する場合に、冷媒通過部２６で加熱された冷媒２２を排気冷却／加熱ユニット部１８に供給することとしているが、これに加えて、エアコンディショナの作動要求がある場合には、合わせて流量制御弁２を開き、放熱された冷媒２２をエアコンディショナ回路３８に供給することとしてもよい。なお、これらの点は動作モード３でも同様である。
【００４０】
［動作モード３］
次に、図８を参照して、実施の形態１のシステムにおいて、触媒１６の硫黄被毒を回復することができる動作モード３の制御について説明する。
【００４１】
図８は、動作モード３を実現するためにＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンでは、図７に示すステップ２００〜２４０と同様の処理を含むため、共通するステップについてはその説明を省略する。
【００４２】
図８に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、硫黄被毒回復が必要か否かを判断する（ステップ３００）。例えば、累積運転時間が予め定めた被毒判定時間に達した場合に、硫黄被毒回復が必要であると判断される。
【００４３】
硫黄被毒回復が必要であると判断された場合は、ＥＣＵ５０は、流量制御弁５を開き、流量制御弁４を閉じる（ステップ３１０）。さらに、ＥＣＵ５０は、内燃機関１０における空燃比をリーンとする（ステップ３２０）。一方、硫黄被毒回復が必要でないと判断された場合には、図７に示すステップ２００〜２４０と同様の処理を行う。
【００４４】
以上説明した通り、図８に示すルーチンによれば、硫黄被毒回復が必要と判断された場合に、流量制御弁を開閉して図６に実線で示す経路を構成することができる。そのため、冷媒通過部２６で加熱された冷媒２２を、排気冷却／加熱ユニット部１８に供給することができる。これにより、触媒１６を加熱することができる。
動作モード３によれば、内燃機関の排気熱に加えて、冷媒２２により触媒１６を加熱することができる。このように、触媒１６の床温を、硫黄被毒回復に必要な床温（約９００度）まで加熱促進させることができる。
【００４５】
ところで、上述した実施の形態１における動作モード１〜３では、冷媒２２を、内燃機関の排気熱により加熱することとしているが、冷媒２２の加熱手段はこれに限定されるものではない。これに加え、冷媒２２の温度がエアコンディショナを機能させる温度に達していない場合には、電気式ヒータ３０を併用することとしてもよい。具体的には、内燃機関１０の始動後、既定の暖気時間を経過するまでは、電気式ヒータ３０を併用して冷媒２２を加熱することとしてもよい。
【００４６】
また、上述した実施の形態１では、冷媒２２としてアンモニア、吸収液２４として水を用いているが、冷媒２２として水、吸収液２４として臭化リチウムを用いることとしてもよい。
【００４７】
尚、上述した実施の形態１においては、冷媒通過部２６を含む排気熱取込部１４が前記第１の発明における「発生器」に、排気通過部２８が前記第１の発明における「第１排気熱熱交換器」に、電気式ヒータ３０が前記第２の発明における「電気式ヒータ」に、冷媒用放熱器３６が前記第３の発明における「放熱器」に、排気冷却／加熱ユニット部１８が前記第３の発明における「第２排気熱熱交換器」に、流量制御弁５を備えた通路が前記第３の発明における「加熱通路」に、流量制御弁６と流量制御弁４を備えた通路が前記第３の発明における「冷却通路」に、触媒温度センサ１７が前記第３の発明における「床温相関値取得手段」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２１０〜２４０の処理を実行することにより前記第３の発明における「切替手段」が、上記ステップ２３０の処理を実行することにより前記第４の発明における「触媒加熱判定手段」が、上記ステップ２４０の処理を実行することにより前記第４の発明における「触媒加熱手段」が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより前記第５の発明における「触媒冷却判定手段」が、上記ステップ２２０の処理を実行することにより前記第５の発明における「触媒冷却手段」が、上記ステップ３００の処理を実行することにより前記第６の発明における「回復判定手段」が、上記ステップ３１０〜３２０の処理を実行することにより前記第６の発明における「硫黄被毒回復手段」が、それぞれ実現されている。さらに、実施の形態１においては、暖気時間が前記第２の発明における「到達温度相関値」に、それぞれ対応している。
【００４８】
実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に図９〜図１１を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成に加え、図９に示す構成を備える。そして、ＥＣＵ５０に、後述する図１１のルーチンを実施させることにより実現することができる。
【００４９】
図９は、上述した図１の冷媒用放熱器３６周辺の構成を示す図である。図９に示すように、冷媒用放熱器３６には、放熱用冷却水を流すための放熱用冷却水通路６０が接続されている。また、上述した内燃機関１０は、冷却水ラジエータ６２を備えている。冷却水ラジエータ６２には、エンジン冷却水を流すためのエンジン冷却水通路６４が接続されている。エンジン冷却水通路６４と冷媒用放熱器３６は、流量制御弁１を備えた還流通路６６によりエンジン冷却水が還流するように接続している。なお、内燃機関１０には水温センサ６８（図示略）が配置されている。
【００５０】
図１０は、冷媒用放熱器３６の位置を示した図である。図１０に示すように、冷媒用放熱器３６は冷却水ラジエータ６２の近傍に配置され、走行風により冷却される。
【００５１】
［実施の形態２における特徴的制御］
上述した実施の形態１のシステムにおいて、冷間始動時にはエンジン冷却水の水温は低い状態である。そのため、燃焼状態を安定させるために所定の暖気時間を要する。この暖気時間は短いことが好ましい。そこで、本実施の形態では、機関冷間時にエンジン冷却水を冷媒用放熱器３６に流すことで、加熱された冷媒２２との熱交換によりエンジン冷却水を加熱することとした。
【００５２】
図１１は、上述の制御を実現するためにＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図１１に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、水温センサ６８からエンジン冷却水の水温を取得する（ステップ４００）。次に、取得した水温が適温判定値よりも低いか否かを判断する（ステップ４１０）。適温は例えば８０度である。水温が適温判定値以下と判断された場合には、ＥＣＵ５０は、流量制御弁１を開く（ステップ４２０）。流量制御弁１を開けば、エンジン冷却水は冷媒用放熱器３６に流れる。一方、水温が適温判定値以上と判断された場合には、流量制御弁１を閉じる（ステップ４３０）。流量制御弁１を閉じれば、エンジン冷却水は冷媒用放熱器３６に流れない。
【００５３】
以上説明した通り、図１１に示すルーチンによれば、エンジン冷却水の水温が適温よりも低い場合に、冷媒用放熱器３６にエンジン冷却水を流すことができる。エンジン冷却水により冷媒２２を放熱させることで、エンジン冷却水を加熱することができる。このため、本実施の形態においては、エンジン冷却水を早期に適温とすることができる。
【００５４】
ところで、上述した実施の形態２では、エンジン冷却水を加熱する判断指標を、水温センサ６８により取得された水温としているが、その判断指標は、これに限定されるものではない。例えば、既定の暖気時間が経過しているか否かを判断指標としてもよい。
【００５５】
尚、上述した実施の形態２においては、冷媒用放熱器３６が前記第７の発明における「放熱器」に、水温センサ６８が前記第７の発明における「水温取得手段」に、それぞれ相当している。また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ４１０の処理を実行することにより前記第７の発明における「暖気判定手段」が、上記ステップ４２０の処理を実行することで前記第７の発明における「エンジン冷却水加熱手段」が、其々実現されている。
【００５６】
実施の形態３．
［実施の形態３のシステム構成］
次に、図１２〜図１３を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは、図１に示すエアコンディショナ温度コントローラ３９及びその周辺に図１２に示す構成を備える。そして、ＥＣＵ５０に、後述する図１３のルーチンを実施させることにより実現することができる。
【００５７】
図１２は、エアコンディショナの温度調整を行うための構成を示す図である。エアコンディショナ回路３８は、冷風側熱交換器７０を備えている。冷風側熱交換器７０は、エアコンディショナ温度コントローラ３９の冷風通路７２に接続されている。冷風通路７２の上流には、冷風側ブロワー７４が設けられている。冷風側ブロワー７４の下流には、冷風調整弁７６が設けられている。冷風通路７２の下流端は、運転室内に繋がる送風通路７８に接続している。送風通路には送風温度センサ７９（図示略）が配置されている。
【００５８】
また、排気通路１２に配置された触媒１６の下流には、温風側熱交換器８０が設けられている。温風側熱交換器８０は、エアコンディショナ温度コントローラ３９の温風通路８２に接続されている。温風通路８２の上流には、温風側ブロワー８４が設けられている。温風側ブロワー８４の下流には、温風調整弁８６が設けられている。温風通路の下流端は、送風通路７８に接続されている。
【００５９】
ＥＣＵ５０の出力側には、冷風側ブロワー７４、冷風調整弁７６、温風側ブロワー８４、温風調整弁８６が接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、送風温度センサ７９が接続されている。
【００６０】
［実施の形態３における特徴的制御］
上述した実施の形態１のシステムでは、エアコンディショナ回路３８において室内に送風するための空気が冷やされる。そして、冷やされた空気は、エアコンディショナ温度コントローラ３９によって加熱調整する必要がある。そこで、本実施の形態では、触媒下流の排気熱を再利用して、室内に送風する空気の温度を調整することとした。
【００６１】
図１３は、本実施の形態のシステムにおいて、空調の温度をコントロールするためにＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図１３に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、室内に送風される空気の実温度を取得する（ステップ５００）。さらに、室内に送風される空気の目標温度を取得する（ステップ５１０）。次に、ＥＣＵ５０は、上記実温度が目標温度よりも小さいか否かを判断する（ステップ５２０）。実温度が目標温度よりも小さいと判断された場合には、冷風側調整弁７６の開度を小さくする（ステップ５３０）。加えて、温風側調整弁８６の開度を大きくする（ステップ５４０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、目標温度と両調整弁の開度の関係を定めた調整弁開度マップを有している。
【００６２】
一方、実温度が目標温度よりも大きいと判断された場合には、ＥＣＵ５０は、冷風側調整弁７６の開度を大きくする（ステップ５５０）。加えて、温風側調整弁８６の開度を小さくする（ステップ５６０）。
【００６３】
以上説明した通り、本実施の形態のシステム構成では、触媒下流の排気熱を利用して温風側熱交換器８０を加熱することができる。そして、図１３に示すルーチンによれば、エアコンディショナの目標温度に応じて、冷風側調整弁７６と温風側調整弁８０の開閉することができる。両調整弁の開閉により、エアコンディショナ回路３８で冷やされた空気と、温風側熱交換器８０で加熱された空気を混合され、室内に送風される空気の温度を目標温度とすることができる。このように、本実施形態のシステムによれば、触媒下流の排気熱を利用して、エアコンディショナの温度調節機能を実現することができる。
【００６４】
ところで、上述した実施の形態３では、温風側熱交換器８０を、触媒下流の排気熱のみにより加熱しているが、その加熱方法はこれに限定されるものではない。例えば、エンジン冷却水による加熱を併用することとしてもよい。
【００６５】
また、上述した実施の形態３では、温度調整を、冷風側制御弁７６と温風側制御弁８６の開度を制御することで実現しているが、その温度調節方法はこれに限定されるものではない。例えば、冷風側ブロワー７４と温風側ブロワー８４による風量制御を併用して実現することとしてもよい。
【００６６】
尚、上述した実施の形態３においては、エアコンディショナ回路３８が前記第８の発明における「冷却器」に、温風側熱交換器８０が前記第８の発明における「触媒下流熱交換器」に、冷風側ブロワー７４と温風側ブロワー８４と送風通路７８とが前記第８の発明における「送風手段」に、また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ５００〜５６０の処理を実行することにより前記第８の発明における「温度調節手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】動作モード１において冷媒が流れる経路図である。
【図３】動作モード１において実現される冷却サイクルの概略図である。
【図４】動作モード１において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】動作モード２において触媒を冷却する場合の冷媒経路図である。
【図６】動作モード２において触媒を加熱する場合の冷媒経路図である。
【図７】動作モード２において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図８】動作モード３において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図９】冷媒用放熱器３６周辺の構成を示す図である。
【図１０】冷媒用放熱器３６の位置を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態２において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図１２】エアコンディショナの温度調整を行うための構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１、２、３、４、５、６ 流量制御弁
１０ 内燃機関
１４ 排気熱取込部
１６ 触媒
１８ 排気冷却／加熱ユニット部
２６ 冷媒通過部
２８ 排気通過部
３０ 電気式ヒータ
３６ 冷媒用放熱器
３８ エアコンディショナ回路
３９ エアコンディショナ温度コントローラ
４０ 排気通過部
４２ 冷媒通過部
６２ 冷却水ラジエータ
６６ 還流通路
７０、８０ 冷風側熱交換器、温風側熱交換器
７４、８４ 冷風側ブロワー、温風側ブロワー
７６、８６ 冷風調整弁、温風調整弁
７８ 送風通路
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両システムに係り、特にエアコンディショナを備えた車両システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されているように、機関動力を駆動源とするエアコンプレッサが知られている。また、本公報には、エアコンプレッサ負荷に基づいて、内燃機関が出力すべき目標トルクを補正し、その目標トルクからスロットル弁の目標開度を算出する内燃機関が開示されている。このシステムによれば、エアコンプレッサ負荷を推定することにより、目標トルクを補正することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２９１４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エアコンプレッサ負荷は運転状況により変動する。そのため、上記従来の内燃機関において、目標トルクを精度良く補正するためには、運転状況に応じたエアコンプレッサ負荷を推定する必要がある。しかしながら、すべての運転状況に対応してエアコンプレッサ負荷を推定することは容易ではない。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エアコンプレッサを用いないで空調機能を実現した車両システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、車両システムであって、
車両に搭載される内燃機関と、
吸収式ヒートポンプを有するエアコンディショナとを備え、
前記吸収式ヒートポンプは、冷媒を加熱する発生器を有し、
前記発生器は、前記内燃機関の排気熱によって前記冷媒を加熱する第１排気熱熱交換器を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記発生器は、前記冷媒を加熱する電気式ヒータを備え、
前記発生器により加熱された前記冷媒の到達温度と相関を有する到達温度相関値を取得する到達温度取得手段と、
前記到達温度相関値が判定値よりも小さいか否かを判定するヒータ加熱判定手段と、
前記到達温度相関値が前記判定値よりも小さい場合に、前記電気式ヒータによって前記冷媒を加熱するヒータ加熱制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明又は第３の発明において、
前記吸収式ヒートポンプは、前記冷媒を放熱させる放熱器を備え、
前記内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流又は近傍に配置された第２排気熱熱交換器と、
前記発生器で加熱された前記冷媒を前記第２排気熱熱交換器に流すための加熱通路と、
前記放熱器で放熱された前記冷媒を前記第２排気熱熱交換器に流すための冷却通路と、
前記触媒の床温と相関を有する床温相関値を取得する床温相関値取得手段と、
前記床温相関値に基づいて、前記発生器で加熱された前記冷媒を前記加熱通路に流す状態と、前記放熱器で放熱された前記冷媒を前記冷却通路に流す状態とを切り換える切換手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記床温相関値が下限温度よりも低いか否かを判定する触媒加熱判定手段と、
前記床温相関値が前記下限温度よりも低い場合に、前記発生器で加熱された前記冷媒を前記加熱通路に流す触媒加熱手段と、を備えること特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第３の発明又は第４の発明において、
前記床温相関値が上限温度よりも高いか否かを判定する触媒冷却判定手段と、
前記床温相関値が前記上限温度よりも高い場合に、前記放熱器で放熱された前記冷媒を前記冷却通路に流す触媒冷却手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第３の発明において、
前記触媒の硫黄被毒回復が必要か否かを判定する回復判定手段と、
前記硫黄被毒回復が必要な場合に、前記発生器で加熱された前記冷媒を前記加熱通路に流す硫黄被毒回復手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明のいずれかにおいて、
前記吸収式ヒートポンプは、前記冷媒を放熱させる放熱器を備え、
エンジン冷却水の水温と相関を有する水温相関値を取得する水温取得手段と、
前記水温相関値が暖気判定値よりも小さいか否かを判定する暖気判定手段と、
前記水温相関値が前記暖気判定値よりも小さい場合に、前記放熱器に前記エンジン冷却水を流してエンジン冷却水を加熱するエンジン冷却水加熱手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第８の発明は、第１乃至第７の発明のいずれかにおいて、
前記吸収式ヒートポンプは、空気を冷却する冷却器を備え、
前記触媒下流の排気熱により、空気を加熱する触媒下流熱交換器と、
室内に送風する空気が目標温度となるように、前記冷却器で冷却された空気と、前記触媒下流熱交換器で加熱された空気とを混合する温度調節手段と、
前記混合した空気を室内に送風する送風手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、内燃機関の排気熱を熱源とした吸収式ヒートポンプの冷却サイクルにより、エアコンディショナ機能を実現することができる。このため、本発明によれば、機関動力を駆動源とするエアコンプレッサを要することなくエアコンディショナ機能を実現することができる。
【００１５】
第２の発明によれば、電気式ヒータにより吸収式ヒートポンプの発生器を加熱することができる。そのため、排気熱が少ない状況下においても、吸収式ヒートポンプを機能させることができる。このため、本発明によれば、排気熱が少ない状況下においても、エアコンディショナ機能を実現することができる。
【００１６】
第３の発明によれば、触媒温度に基づいて、触媒の近傍に配置された第２排気熱熱交換器に、加熱・冷却された冷媒を切り替えて流通させることができる。加熱・冷却された冷媒を第２排気熱熱交換器に流通させることで、触媒を加熱・冷却させることができる。
【００１７】
第４の発明によれば、触媒温度が適温よりも低い場合に、加熱された冷媒を触媒の近傍に流すことができる。加熱された冷媒により触媒を加熱することができる。触媒を加熱することで、触媒の暖気が促進され排気エミッションを低減させることができる。
【００１８】
第５の発明によれば、触媒温度が適温よりも高い場合に、放熱された冷媒を触媒の近傍に流すことができる。放熱された冷媒により触媒を冷却することができる。触媒を冷却することで、触媒の劣化・故障を抑制することができる。
【００１９】
第６の発明によれば、触媒の硫黄被毒回復が必要な場合に、加熱された冷媒を触媒の近傍に流すことができる。加熱された冷媒により触媒を加熱することができる。触媒を加熱することで、硫黄被毒の回復を図ることができる。
【００２０】
第７の発明によれば、エンジン冷却水の水温相関値が暖気判定値よりも低い場合に、発生器で加熱された冷媒をエンジン冷却水に放熱させることができる。この放熱によりエンジン冷却水が加熱され、エンジン冷却水を早期に適温とすることができる。このため、本発明によれば、内燃機関の暖気性能を向上させることができる。
【００２１】
第８の発明によれば、触媒下流の排気熱を利用して空気を加熱することができる。また、室内に送風する空気が目標温度となるように、排気熱で加熱された空気と、冷却器で冷却された空気とを混合することができる。そして、混合された空気を室内に送風することができる。このため、本発明によれば、触媒下流の排気熱を利用して温度調整できるエアコンディショナ機能を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には排気通路１２（図示略）が接続されている。排気通路１２の上流には、排気熱取込部１４が設けられている。排気熱取込部１４の下流には、触媒１６が設けられている。触媒１６の近傍には触媒温度センサ１７（図示略）が配置されている。また、触媒１６の直上流には排気冷却／加熱ユニット部１８が設けられている。
【００２３】
排気熱取込部１４は、熱交換用の冷媒２２（図示略）を吸収した吸収液２４（図示略）を流すための冷媒通過部２６を備えている。冷媒２２として例えばアンモニア、吸収液２４として例えば水が用いられる。冷媒通過部２６の近傍には、冷媒通過部２６を加熱するための排気通過部２８と電機式ヒータ３０とが設けられている。電気式ヒータ３０の材質として例えばセラミックが用いられる。
【００２４】
冷媒通過部２６は、気化冷媒を流す通路により冷媒気／液セパレイタ３２に接続している。冷媒気／液セパレイタ３２は、吸収液を流す通路により吸収器３４に接続している。また、冷媒気／液セパレイタ３２は、気化冷媒を流す通路により、放熱用冷却水を備えた冷媒用放熱器３６に接続している。冷媒用放熱器３６は、流量制御弁２を備えた通路によりエアコンディショナ回路３８に接続している。エアコンディショナ回路３８の近傍には、エアコンディショナ回路３８で冷やされた空気を温度調整して室内に送風するためのエアコンディショナ温度コントローラ３９が設けられている。また、エアコンディショナ回路３８は、流量制御弁３を備えた通路により吸収器３４に接続している。吸収器３４は、冷媒通過部２６に接続している。
【００２５】
排気冷却／加熱ユニット部１８は、排気通過部４０を備えている。排気通過部４０の近傍には、排気通過部４０を加熱・冷却するための冷媒通過部４２が設けられている。冷媒通過部４２は、流量制御弁６と流量制御弁４を備えた通路によって冷媒用放熱器３６に接続している。この通路は、流量制御弁６と流量制御弁４との間で上記流量制御弁３を備えた通路と連結している。また、冷媒通過部４２は、放熱前の気化冷媒を流すための流量制御弁５を備えた通路によって冷媒用放熱器３６の近傍に接続している。なお、冷媒通過部４２は、冷媒２２を還流するための通路によって吸収器３４に接続している。
【００２６】
本実施の形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０（図示略）を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には、流量制御弁１〜６、エアコンディショナ温度コントローラ３９が接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、触媒温度センサ１７が接続されている。
【００２７】
［動作モード１］
以下、本実施の形態のシステムにおいて実施される３つの動作モードについて説明する。まず、エアコンディショナを機能させるための基本制御である、動作モード１について概要を説明する。
【００２８】
図２は、動作モード１において冷媒が流れる冷媒経路図である。動作モード１では、図２の実線で示す経路に冷媒２２が流される。
図３は、図２に示す経路に冷媒２２を流すことで実現される冷却サイクルの概略図である。まず、内燃機関１０の排気ガスが排気通過部２８に流される。排気ガスの排気熱により、排気通過部２８は加熱される。排気通過部２８が加熱されることにより、隣接する冷媒通過部２６が加熱される。冷媒通過部２６が加熱されることにより、その内部に流れる冷媒２２と吸収液２４が気化する。気化した冷媒２２と吸収液２４は、冷媒気／液セパレイタ３２に流れ込む。冷媒気／液セパレイタ３２は、吸収液２４を液化させて、気化冷媒２２と分離させる。ここで、液化した吸収液２４は吸収器３４に流される。一方、気化冷媒２２は、放熱用冷却水が流通する冷媒用放熱器３６に流れ込む。冷媒用放熱器３６において、気化冷媒２２は放熱用冷却水に熱を奪われて液化する。液化により減圧した冷媒２２は気化し易い状態となる。この液化冷媒２２はエアコンディショナ回路３８に流れ込む。エアコンディショナ回路３８では、液化冷媒２２の気化熱により室内に送風するための空気が冷やされる。その後、気化冷媒２２は吸収器３４に流れ込む。吸収器３４は気化冷媒２２を吸収液２４に吸収する。冷媒２２を吸収した吸収液２４は冷媒通過部２６に還流する。このように、動作モード１では、内燃機関の排気熱を熱源として冷媒２２を循環させ冷却サイクルを実現する。
【００２９】
図４は、本実施の形態のシステムにおいて、エアコンディショナを機能させる動作モード１を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、エアコンディショナ作動要求があるか否かを判断する（ステップ１００）。具体的には、ＥＣＵ５０は、他のルーチンにおいて設定されるエアコンディショナ作動要求フラグがＯＮの場合に、エアコンディショナ作動要求ありと判断する。
【００３０】
エアコンディショナ作動要求ありと判断された場合は、流量制御弁２と３を開き、流量制御弁６を閉じる（ステップ１１０）。一方、エアコンディショナ作動要求なしと判断された場合は、流量制御弁２を閉じ、流量制御弁３と６を開く（ステップ１２０）。
【００３１】
以上説明した通り、図４に示すルーチンによれば、エアコンディショナの作動要求がある場合に、流量制御弁を開閉して図２に実線で示す経路を構成することができる。この経路を構成すれば、冷媒用放熱器３６で放熱された液化冷媒２２を、エアコンディショナ回路３８に供給することができる。エアコンディショナ回路３８は、液化冷媒２２の気化熱によって、室内に送風するための空気を冷やすことができる。さらに、他のルーチンにおいて、エアコンディショナ温度コントローラ３９に、この空気の温度調整と室内への送風をさせることで、エアコンディショナ機能を実現することができる。このように、動作モード１では、機関動力を駆動源とするエアコンプレッサを要することなく、エアコンディショナ機能を実現することができる。
一方、エアコンディショナの作動要求がない場合には、冷媒用放熱器３６で放熱された液化冷媒２２を、エアコンディショナ回路３８に流すことなく吸収器３４に戻すことができる。このため、動作モード１では、作動要求に応じてエアコンディショナ機能を始動・停止させることができる。
【００３２】
なお、本実施形態のシステムに、トルク推定機能を加えてもよい。上述したように、本実施の形態のシステムでは、機関動力を駆動源とするエアコンプレッサを用いない。エアコンプレッサを用いなければ、エアコンプレッサ負荷は生じない。そのため、本実施形態のシステムでは、トルク推定に際して、運転状況により変動するエアコンプレッサ負荷を推定して補正する必要がない。エアコンプレッサ負荷を推定して補正することを要しないため、トルク推定の精度を向上させることができる。
さらに、機関動力を駆動源とする補機について、パワーステアリングを電動化してパワーステアリングポンプを排除し、オルタネータのみの構成としてもよい。トルク補正量を推定しやすいオルタネータのみの構成とすることで、トルク推定の精度を向上させることができる。
【００３３】
［動作モード２］
次に、図５〜図７を参照して、実施の形態１のシステムにおいて、触媒温度に応じて、触媒１６を加熱・冷却させることができる動作モード２について説明する。
【００３４】
図５は、動作モード２において触媒１６を冷却する場合の冷媒経路図である。図５の実線で示すように、冷媒用放熱器３６で放熱された冷媒２２が、排気冷却／加熱ユニット部１８に流される。詳細には、冷媒用放熱器３６で放熱された冷媒２２は冷媒通過部４２に流され、隣接する排気通過部４０が冷却される。排気通過部４０が冷却されることで、排気通過部４０を流通する排気ガスは冷却される。冷却された排気ガスにより、触媒１６が冷却される。
また、図６は、動作モード２において触媒１６を加熱する場合の冷媒経路図である。図６の実線で示すように、冷媒通過部２６で加熱された冷媒２２が排気冷却／加熱ユニット部１８に流される。詳細には、冷媒通過部２６で加熱された冷媒２２は冷媒通過部４２に流され、隣接する排気通過部４０が加熱される。排気通過部４０が加熱されることで、排気通過部４０を流通する排気ガスは加熱される。加熱された排気ガスにより、触媒１６が加熱される。
【００３５】
図７は、動作モード２を実現するためにＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は触媒温度センサ１７から触媒１６の床温を取得する（ステップ２００）。次に、ＥＣＵ５０は、床温が上限温度よりも高いか否かを判断する（ステップ２１０）。この上限温度は、触媒の還元能力が最適に保たれる範囲の温度であり、例えば５００度である。床温が上限温度よりも高いと判断された場合には、流量制御弁４と６を開き流量制御弁３と５を閉じる（ステップ２２０）。
【００３６】
一方、床温が上限温度よりも低いと判断された場合には、ＥＣＵ５０は、床温が下限温度よりも低いか否かを判断する（ステップ２３０）。ここで、下限温度は、触媒の還元能力が最適に保たれる範囲の温度であり、例えば４００度である。床温が下限温度よりも低いと判断された場合には、流量制御弁５を開き、流量制御弁４を閉じる（ステップ２４０）。一方、床温が下限温度以上と判断された場合は、本ルーチンを終了する。
【００３７】
以上説明した通り、図７に示すルーチンによれば、触媒１６の床温が適温の範囲よりも高いと判断された場合に、流量制御弁を開閉して図５に実線で示す経路を構成することができる。そのため、冷媒用放熱器３６で放熱された冷媒２２を、排気冷却／加熱ユニット部１８に供給することができる。これにより、触媒１６を冷却することができる。
一方、触媒１６の床温が適温の範囲よりも低いと判断された場合には、流量制御弁を開閉して図６に実線で示す経路を構成することができる。そのため、冷媒通過部２６で加熱された冷媒２２を、排気冷却／加熱ユニット部１８に供給することができる。これにより、触媒１６を加熱することができる。
このように、動作モード２によれば、触媒温度に応じて、冷媒２２の流通経路を切り替えて触媒を加熱・冷却することができる。これにより、触媒温度を最適な範囲に維持することができる。
【００３８】
ところで、上述した動作モード２においては、上限温度を、触媒の還元能力が最適に保たれる温度とし、例えば５００度に設定しているが、この上限温度は、これに限定されるものではない。触媒の劣化・故障を防止しうる温度とし、例えば９００度に設定してもよい。なお、この点は動作モード３でも同様である。
【００３９】
また、上述した動作モード２においては、触媒を冷却する場合に、冷媒用放熱器３６で放熱された冷媒２２を排気冷却／加熱ユニット部１８に供給することとしているが、これに加えて、エアコンディショナの作動要求がある場合には、合わせて流量制御弁２を開き、放熱された冷媒２２をエアコンディショナ回路３８に供給することとしてもよい。
同様に、上述した動作モード２においては、触媒を加熱する場合に、冷媒通過部２６で加熱された冷媒２２を排気冷却／加熱ユニット部１８に供給することとしているが、これに加えて、エアコンディショナの作動要求がある場合には、合わせて流量制御弁２を開き、放熱された冷媒２２をエアコンディショナ回路３８に供給することとしてもよい。なお、これらの点は動作モード３でも同様である。
【００４０】
［動作モード３］
次に、図８を参照して、実施の形態１のシステムにおいて、触媒１６の硫黄被毒を回復することができる動作モード３の制御について説明する。
【００４１】
図８は、動作モード３を実現するためにＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンでは、図７に示すステップ２００〜２４０と同様の処理を含むため、共通するステップについてはその説明を省略する。
【００４２】
図８に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、硫黄被毒回復が必要か否かを判断する（ステップ３００）。例えば、累積運転時間が予め定めた被毒判定時間に達した場合に、硫黄被毒回復が必要であると判断される。
【００４３】
硫黄被毒回復が必要であると判断された場合は、ＥＣＵ５０は、流量制御弁５を開き、流量制御弁４を閉じる（ステップ３１０）。さらに、ＥＣＵ５０は、内燃機関１０における空燃比をリーンとする（ステップ３２０）。一方、硫黄被毒回復が必要でないと判断された場合には、図７に示すステップ２００〜２４０と同様の処理を行う。
【００４４】
以上説明した通り、図８に示すルーチンによれば、硫黄被毒回復が必要と判断された場合に、流量制御弁を開閉して図６に実線で示す経路を構成することができる。そのため、冷媒通過部２６で加熱された冷媒２２を、排気冷却／加熱ユニット部１８に供給することができる。これにより、触媒１６を加熱することができる。
動作モード３によれば、内燃機関の排気熱に加えて、冷媒２２により触媒１６を加熱することができる。このように、触媒１６の床温を、硫黄被毒回復に必要な床温（約９００度）まで加熱促進させることができる。
【００４５】
ところで、上述した実施の形態１における動作モード１〜３では、冷媒２２を、内燃機関の排気熱により加熱することとしているが、冷媒２２の加熱手段はこれに限定されるものではない。これに加え、冷媒２２の温度がエアコンディショナを機能させる温度に達していない場合には、電気式ヒータ３０を併用することとしてもよい。具体的には、内燃機関１０の始動後、既定の暖気時間を経過するまでは、電気式ヒータ３０を併用して冷媒２２を加熱することとしてもよい。
【００４６】
また、上述した実施の形態１では、冷媒２２としてアンモニア、吸収液２４として水を用いているが、冷媒２２として水、吸収液２４として臭化リチウムを用いることとしてもよい。
【００４７】
尚、上述した実施の形態１においては、冷媒通過部２６を含む排気熱取込部１４が前記第１の発明における「発生器」に、排気通過部２８が前記第１の発明における「第１排気熱熱交換器」に、電気式ヒータ３０が前記第２の発明における「電気式ヒータ」に、冷媒用放熱器３６が前記第３の発明における「放熱器」に、排気冷却／加熱ユニット部１８が前記第３の発明における「第２排気熱熱交換器」に、流量制御弁５を備えた通路が前記第３の発明における「加熱通路」に、流量制御弁６と流量制御弁４を備えた通路が前記第３の発明における「冷却通路」に、触媒温度センサ１７が前記第３の発明における「床温相関値取得手段」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２１０〜２４０の処理を実行することにより前記第３の発明における「切替手段」が、上記ステップ２３０の処理を実行することにより前記第４の発明における「触媒加熱判定手段」が、上記ステップ２４０の処理を実行することにより前記第４の発明における「触媒加熱手段」が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより前記第５の発明における「触媒冷却判定手段」が、上記ステップ２２０の処理を実行することにより前記第５の発明における「触媒冷却手段」が、上記ステップ３００の処理を実行することにより前記第６の発明における「回復判定手段」が、上記ステップ３１０〜３２０の処理を実行することにより前記第６の発明における「硫黄被毒回復手段」が、それぞれ実現されている。さらに、実施の形態１においては、暖気時間が前記第２の発明における「到達温度相関値」に、それぞれ対応している。
【００４８】
実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に図９〜図１１を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成に加え、図９に示す構成を備える。そして、ＥＣＵ５０に、後述する図１１のルーチンを実施させることにより実現することができる。
【００４９】
図９は、上述した図１の冷媒用放熱器３６周辺の構成を示す図である。図９に示すように、冷媒用放熱器３６には、放熱用冷却水を流すための放熱用冷却水通路６０が接続されている。また、上述した内燃機関１０は、冷却水ラジエータ６２を備えている。冷却水ラジエータ６２には、エンジン冷却水を流すためのエンジン冷却水通路６４が接続されている。エンジン冷却水通路６４と冷媒用放熱器３６は、流量制御弁１を備えた還流通路６６によりエンジン冷却水が還流するように接続している。なお、内燃機関１０には水温センサ６８（図示略）が配置されている。
【００５０】
図１０は、冷媒用放熱器３６の位置を示した図である。図１０に示すように、冷媒用放熱器３６は冷却水ラジエータ６２の近傍に配置され、走行風により冷却される。
【００５１】
［実施の形態２における特徴的制御］
上述した実施の形態１のシステムにおいて、冷間始動時にはエンジン冷却水の水温は低い状態である。そのため、燃焼状態を安定させるために所定の暖気時間を要する。この暖気時間は短いことが好ましい。そこで、本実施の形態では、機関冷間時にエンジン冷却水を冷媒用放熱器３６に流すことで、加熱された冷媒２２との熱交換によりエンジン冷却水を加熱することとした。
【００５２】
図１１は、上述の制御を実現するためにＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図１１に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、水温センサ６８からエンジン冷却水の水温を取得する（ステップ４００）。次に、取得した水温が適温判定値よりも低いか否かを判断する（ステップ４１０）。適温は例えば８０度である。水温が適温判定値以下と判断された場合には、ＥＣＵ５０は、流量制御弁１を開く（ステップ４２０）。流量制御弁１を開けば、エンジン冷却水は冷媒用放熱器３６に流れる。一方、水温が適温判定値以上と判断された場合には、流量制御弁１を閉じる（ステップ４３０）。流量制御弁１を閉じれば、エンジン冷却水は冷媒用放熱器３６に流れない。
【００５３】
以上説明した通り、図１１に示すルーチンによれば、エンジン冷却水の水温が適温よりも低い場合に、冷媒用放熱器３６にエンジン冷却水を流すことができる。エンジン冷却水により冷媒２２を放熱させることで、エンジン冷却水を加熱することができる。このため、本実施の形態においては、エンジン冷却水を早期に適温とすることができる。
【００５４】
ところで、上述した実施の形態２では、エンジン冷却水を加熱する判断指標を、水温センサ６８により取得された水温としているが、その判断指標は、これに限定されるものではない。例えば、既定の暖気時間が経過しているか否かを判断指標としてもよい。
【００５５】
尚、上述した実施の形態２においては、冷媒用放熱器３６が前記第７の発明における「放熱器」に、水温センサ６８が前記第７の発明における「水温取得手段」に、それぞれ相当している。また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ４１０の処理を実行することにより前記第７の発明における「暖気判定手段」が、上記ステップ４２０の処理を実行することで前記第７の発明における「エンジン冷却水加熱手段」が、其々実現されている。
【００５６】
実施の形態３．
［実施の形態３のシステム構成］
次に、図１２〜図１３を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは、図１に示すエアコンディショナ温度コントローラ３９及びその周辺に図１２に示す構成を備える。そして、ＥＣＵ５０に、後述する図１３のルーチンを実施させることにより実現することができる。
【００５７】
図１２は、エアコンディショナの温度調整を行うための構成を示す図である。エアコンディショナ回路３８は、冷風側熱交換器７０を備えている。冷風側熱交換器７０は、エアコンディショナ温度コントローラ３９の冷風通路７２に接続されている。冷風通路７２の上流には、冷風側ブロワー７４が設けられている。冷風側ブロワー７４の下流には、冷風調整弁７６が設けられている。冷風通路７２の下流端は、運転室内に繋がる送風通路７８に接続している。送風通路には送風温度センサ７９（図示略）が配置されている。
【００５８】
また、排気通路１２に配置された触媒１６の下流には、温風側熱交換器８０が設けられている。温風側熱交換器８０は、エアコンディショナ温度コントローラ３９の温風通路８２に接続されている。温風通路８２の上流には、温風側ブロワー８４が設けられている。温風側ブロワー８４の下流には、温風調整弁８６が設けられている。温風通路の下流端は、送風通路７８に接続されている。
【００５９】
ＥＣＵ５０の出力側には、冷風側ブロワー７４、冷風調整弁７６、温風側ブロワー８４、温風調整弁８６が接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、送風温度センサ７９が接続されている。
【００６０】
［実施の形態３における特徴的制御］
上述した実施の形態１のシステムでは、エアコンディショナ回路３８において室内に送風するための空気が冷やされる。そして、冷やされた空気は、エアコンディショナ温度コントローラ３９によって加熱調整する必要がある。そこで、本実施の形態では、触媒下流の排気熱を再利用して、室内に送風する空気の温度を調整することとした。
【００６１】
図１３は、本実施の形態のシステムにおいて、空調の温度をコントロールするためにＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図１３に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、室内に送風される空気の実温度を取得する（ステップ５００）。さらに、室内に送風される空気の目標温度を取得する（ステップ５１０）。次に、ＥＣＵ５０は、上記実温度が目標温度よりも小さいか否かを判断する（ステップ５２０）。実温度が目標温度よりも小さいと判断された場合には、冷風側調整弁７６の開度を小さくする（ステップ５３０）。加えて、温風側調整弁８６の開度を大きくする（ステップ５４０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、目標温度と両調整弁の開度の関係を定めた調整弁開度マップを有している。
【００６２】
一方、実温度が目標温度よりも大きいと判断された場合には、ＥＣＵ５０は、冷風側調整弁７６の開度を大きくする（ステップ５５０）。加えて、温風側調整弁８６の開度を小さくする（ステップ５６０）。
【００６３】
以上説明した通り、本実施の形態のシステム構成では、触媒下流の排気熱を利用して温風側熱交換器８０を加熱することができる。そして、図１３に示すルーチンによれば、エアコンディショナの目標温度に応じて、冷風側調整弁７６と温風側調整弁８０の開閉することができる。両調整弁の開閉により、エアコンディショナ回路３８で冷やされた空気と、温風側熱交換器８０で加熱された空気を混合され、室内に送風される空気の温度を目標温度とすることができる。このように、本実施形態のシステムによれば、触媒下流の排気熱を利用して、エアコンディショナの温度調節機能を実現することができる。
【００６４】
ところで、上述した実施の形態３では、温風側熱交換器８０を、触媒下流の排気熱のみにより加熱しているが、その加熱方法はこれに限定されるものではない。例えば、エンジン冷却水による加熱を併用することとしてもよい。
【００６５】
また、上述した実施の形態３では、温度調整を、冷風側制御弁７６と温風側制御弁８６の開度を制御することで実現しているが、その温度調節方法はこれに限定されるものではない。例えば、冷風側ブロワー７４と温風側ブロワー８４による風量制御を併用して実現することとしてもよい。
【００６６】
尚、上述した実施の形態３においては、エアコンディショナ回路３８が前記第８の発明における「冷却器」に、温風側熱交換器８０が前記第８の発明における「触媒下流熱交換器」に、冷風側ブロワー７４と温風側ブロワー８４と送風通路７８とが前記第８の発明における「送風手段」に、また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ５００〜５６０の処理を実行することにより前記第８の発明における「温度調節手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】動作モード１において冷媒が流れる経路図である。
【図３】動作モード１において実現される冷却サイクルの概略図である。
【図４】動作モード１において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】動作モード２において触媒を冷却する場合の冷媒経路図である。
【図６】動作モード２において触媒を加熱する場合の冷媒経路図である。
【図７】動作モード２において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図８】動作モード３において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図９】冷媒用放熱器３６周辺の構成を示す図である。
【図１０】冷媒用放熱器３６の位置を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態２において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図１２】エアコンディショナの温度調整を行うための構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１、２、３、４、５、６ 流量制御弁
１０ 内燃機関
１４ 排気熱取込部
１６ 触媒
１８ 排気冷却／加熱ユニット部
２６ 冷媒通過部
２８ 排気通過部
３０ 電気式ヒータ
３６ 冷媒用放熱器
３８ エアコンディショナ回路
３９ エアコンディショナ温度コントローラ
４０ 排気通過部
４２ 冷媒通過部
６２ 冷却水ラジエータ
６６ 還流通路
７０、８０ 冷風側熱交換器、温風側熱交換器
７４、８４ 冷風側ブロワー、温風側ブロワー
７６、８６ 冷風調整弁、温風調整弁
７８ 送風通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される内燃機関と、
吸収式ヒートポンプを有するエアコンディショナとを備え、
前記吸収式ヒートポンプは、冷媒を加熱する発生器を有し、
前記発生器は、前記内燃機関の排気熱によって前記冷媒を加熱する第１排気熱熱交換器を備えることを特徴とする車両システム。
【請求項２】
前記発生器は、前記冷媒を加熱する電気式ヒータを備え、
前記発生器により加熱された前記冷媒の到達温度と相関を有する到達温度相関値を取得する到達温度取得手段と、
前記到達温度相関値が判定値よりも小さいか否かを判定するヒータ加熱判定手段と、
前記到達温度相関値が前記判定値よりも小さい場合に、前記電気式ヒータによって前記冷媒を加熱するヒータ加熱制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の車両システム。
【請求項３】
前記吸収式ヒートポンプは、前記冷媒を放熱させる放熱器を備え、
前記内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流又は近傍に配置された第２排気熱熱交換器と、
前記発生器で加熱された前記冷媒を前記第２排気熱熱交換器に流すための加熱通路と、
前記放熱器で放熱された前記冷媒を前記第２排気熱熱交換器に流すための冷却通路と、
前記触媒の床温と相関を有する床温相関値を取得する床温相関値取得手段と、
前記床温相関値に基づいて、前記発生器で加熱された前記冷媒を前記加熱通路に流す状態と、前記放熱器で放熱された前記冷媒を前記冷却通路に流す状態とを切り換える切換手段と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の車両システム。
【請求項４】
前記床温相関値が下限温度よりも低いか否かを判定する触媒加熱判定手段と、
前記床温相関値が前記下限温度よりも低い場合に、前記発生器で加熱された前記冷媒を前記加熱通路に流す触媒加熱手段と、
を備えること特徴とする請求項３記載の車両システム。
【請求項５】
前記床温相関値が上限温度よりも高いか否かを判定する触媒冷却判定手段と、
前記床温相関値が前記上限温度よりも高い場合に、前記放熱器で放熱された前記冷媒を前記冷却通路に流す触媒冷却手段と、
を備えることを特徴とする請求項３又は４記載の車両システム。
【請求項６】
前記触媒の硫黄被毒回復が必要か否かを判定する回復判定手段と、
前記硫黄被毒回復が必要な場合に、前記発生器で加熱された前記冷媒を前記加熱通路に流す硫黄被毒回復手段と、
を備えることを特徴とする請求項３記載の車両システム。
【請求項７】
前記吸収式ヒートポンプは、前記冷媒を放熱させる放熱器を備え、
エンジン冷却水の水温と相関を有する水温相関値を取得する水温取得手段と、
前記水温相関値が暖気判定値よりも小さいか否かを判定する暖気判定手段と、
前記水温相関値が前記暖気判定値よりも小さい場合に、前記放熱器に前記エンジン冷却水を流してエンジン冷却水を加熱するエンジン冷却水加熱手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の車両システム。
【請求項８】
前記吸収式ヒートポンプは、空気を冷却する冷却器を備え、
前記触媒下流の排気熱により、空気を加熱する触媒下流熱交換器と、
室内に送風する空気が目標温度となるように、前記冷却器で冷却された空気と、前記触媒下流熱交換器で加熱された空気とを混合する温度調節手段と、
前記混合した空気を室内に送風する送風手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の車両システム。
【請求項１】
車両に搭載される内燃機関と、
吸収式ヒートポンプを有するエアコンディショナとを備え、
前記吸収式ヒートポンプは、冷媒を加熱する発生器を有し、
前記発生器は、前記内燃機関の排気熱によって前記冷媒を加熱する第１排気熱熱交換器を備えることを特徴とする車両システム。
【請求項２】
前記発生器は、前記冷媒を加熱する電気式ヒータを備え、
前記発生器により加熱された前記冷媒の到達温度と相関を有する到達温度相関値を取得する到達温度取得手段と、
前記到達温度相関値が判定値よりも小さいか否かを判定するヒータ加熱判定手段と、
前記到達温度相関値が前記判定値よりも小さい場合に、前記電気式ヒータによって前記冷媒を加熱するヒータ加熱制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の車両システム。
【請求項３】
前記吸収式ヒートポンプは、前記冷媒を放熱させる放熱器を備え、
前記内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流又は近傍に配置された第２排気熱熱交換器と、
前記発生器で加熱された前記冷媒を前記第２排気熱熱交換器に流すための加熱通路と、
前記放熱器で放熱された前記冷媒を前記第２排気熱熱交換器に流すための冷却通路と、
前記触媒の床温と相関を有する床温相関値を取得する床温相関値取得手段と、
前記床温相関値に基づいて、前記発生器で加熱された前記冷媒を前記加熱通路に流す状態と、前記放熱器で放熱された前記冷媒を前記冷却通路に流す状態とを切り換える切換手段と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の車両システム。
【請求項４】
前記床温相関値が下限温度よりも低いか否かを判定する触媒加熱判定手段と、
前記床温相関値が前記下限温度よりも低い場合に、前記発生器で加熱された前記冷媒を前記加熱通路に流す触媒加熱手段と、
を備えること特徴とする請求項３記載の車両システム。
【請求項５】
前記床温相関値が上限温度よりも高いか否かを判定する触媒冷却判定手段と、
前記床温相関値が前記上限温度よりも高い場合に、前記放熱器で放熱された前記冷媒を前記冷却通路に流す触媒冷却手段と、
を備えることを特徴とする請求項３又は４記載の車両システム。
【請求項６】
前記触媒の硫黄被毒回復が必要か否かを判定する回復判定手段と、
前記硫黄被毒回復が必要な場合に、前記発生器で加熱された前記冷媒を前記加熱通路に流す硫黄被毒回復手段と、
を備えることを特徴とする請求項３記載の車両システム。
【請求項７】
前記吸収式ヒートポンプは、前記冷媒を放熱させる放熱器を備え、
エンジン冷却水の水温と相関を有する水温相関値を取得する水温取得手段と、
前記水温相関値が暖気判定値よりも小さいか否かを判定する暖気判定手段と、
前記水温相関値が前記暖気判定値よりも小さい場合に、前記放熱器に前記エンジン冷却水を流してエンジン冷却水を加熱するエンジン冷却水加熱手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の車両システム。
【請求項８】
前記吸収式ヒートポンプは、空気を冷却する冷却器を備え、
前記触媒下流の排気熱により、空気を加熱する触媒下流熱交換器と、
室内に送風する空気が目標温度となるように、前記冷却器で冷却された空気と、前記触媒下流熱交換器で加熱された空気とを混合する温度調節手段と、
前記混合した空気を室内に送風する送風手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の車両システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−２６２８０６（Ｐ２００９−２６２８０６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１５６３０（Ｐ２００８−１１５６３０）
【出願日】平成２０年４月２５日（２００８．４．２５）
【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２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２５日（２００８．４．２５）
【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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