本発明は、輻射熱を利用して暖房する車両用暖房装置及び車両用暖房装置駆動プログラムに関する。

一般的な車両用暖房装置は、車室内に設けた熱交換器にエンジンの冷却水を循環させることによって車室内を暖房する。近年では、ハイブリッド自動車や電気自動車等の普及に伴って、電気ヒータ等の輻射熱を利用した暖房を併用して車室内を暖房するものが知られている。

例えば、特許文献1には、車室内外の環境情報と車両運転情報に応じて空調ユニットの必要吹出温度を算出して車室内空調を制御する車室内空調装置であって、前記空調ユニットの足元吹出し風量が、調整可能である車室内空調装置と、乗員の足元雰囲気を暖房する輻射熱暖房装置とを具備する車両用暖房装置において、前記足元吹出し風量が保有する足元吹出し熱量と、輻射熱暖房装置の投入電力との相互の割合が、乗員の足において同一温感となるように、前記車室内空調装置と前記輻射熱暖房装置を制御することが提案されている。

特開2012−192829号公報

しかしながら、特許文献1の技術では、輻射熱を利用した車両用暖房装置の周辺への熱害までは考慮していないので改善の余地がある。

また、輻射熱を利用した暖房装置に防護格子等の防護部を設けても、防護部自体の表面温度が上昇して周辺へ熱害を与えることが考えられる。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、防護部の加熱による周辺への熱害を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、輻射熱を利用して暖房する輻射熱発生部と、前記輻射熱発生部への接触を防止するための防護部の表面温度を推定し、推定結果に基づいて、前記防護部の表面温度が周辺への熱害を防止できる所定温度以下になるように、前記輻射熱発生部の駆動を制御する制御部と、を備えている。

請求項1に記載の発明によれば、輻射熱発生部では輻射熱を発生して車室内が暖房される。

制御部では、輻射熱発生部への接触を防止するための防護部の表面温度が推定され、推定結果に基づいて、防護部の表面温度が周辺への熱害を防止できる所定温度以下になるように、輻射熱発生部の駆動が制御される。

すなわち、防護部の加熱による周辺へ熱害が懸念されるが、防護部の温度を推定して所定温度以下になるように輻射熱発生部の駆動を制御するので、防護部の加熱による周辺への熱害を確実に防止することができる。

なお、制御部は、請求項2に記載の発明のように、車室内温度に基づいて防護部の表面温度を推定することができる。この場合、制御部は、請求項3に記載の発明のように、車室内を空調する空調装置の目標吹き出し温度、前記空調装置の設定温度、又は外気温に対応して予め定めた快適性で決まる前記輻射熱発生部の目標温度、及び推定した前記表面温度のうち低い方の温度になるように、前記輻射熱発生部の駆動を制御するようにしてもよい。これによって、快適性と周辺への熱害防止とを両立することができる。

また、本発明はは、請求項4に記載の発明のように、防護部の輻射熱発生部側に設けられ、輻射熱を反射する反射層を更に備えるようにしてもよい。すなわち、反射層によって輻射熱が反射されるので、防護部の加熱が抑制される。

なお、本発明は、請求項5に記載の発明のように、コンピュータを、請求項1〜4の何れか1項に記載の制御部として機能させるための車両用暖房装置駆動プログラムとしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、防護部の加熱による周辺への熱害を防止することができる、という効果がある。

本発明の実施の形態に係る車両用暖房装置の概略車両搭載位置を示す図である。

(A)は輻射熱発生装置の概略構成を示す斜視図であり、(B)は(A)の点線部分の断面図である。

本発明の実施の形態に係る車両用暖房装置の概略構成を示すブロック図である。

(A)は空調装置の目標吹き出し温度TAOに対する快適性で決まる輻射熱発生部14Aの温度Ttaoをマップ化した例を示す図であり、(B)は防護格子の表面温度が周辺への熱害防止のための上限温度以下になるよう車室内温度TRから推定した輻射熱発生部の上限温度(出力)Tbをマップ化した例を示す図である。

本発明の実施の形態に係る車両用暖房装置の輻射熱暖房コントローラで行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

目標温度T0処理の流れの一例を示すフローチャートである。

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。図1は、本発明の実施の形態に係る車両用暖房装置の概略車両搭載位置を示す図である。

本実施の形態に係る車両用暖房装置10は、図1に示すように、輻射熱暖房コントローラ12、及び輻射熱発生装置14を備えている。

輻射熱発生装置14は、放熱側となる乗員側に防護格子14Bが設けられている。また、輻射熱発生装置14は、輻射熱暖房コントローラ12によって輻射熱発生部14Aが制御される。

本実施の形態では、輻射熱暖房コントローラ12には、輻射熱発生部14Aが接続されていると共に、車室内を空調する空調装置20が接続されており、輻射熱暖房コントローラ12が、空調装置20から輻射熱発生部14Aの駆動を制御するために車室内温度の検出結果を取得して、輻射熱発生部14Aを制御するようになっている。

輻射熱発生部14Aは、例えば、図1に示すように、インストルメントパネルの下方の乗員の足下付近に設けられ、乗員の足下を輻射熱により暖房する。輻射熱発生部14Aは、例えば、電気ヒータ線やPTC特性のある抵抗等の各種発熱体を適用することができる。

図2(A)は、輻射熱発生装置14の概略構成を示す斜視図であり、図2(B)は、図2(A)の点線部分の断面図である。

輻射熱発生装置14は、輻射熱発生部14Aの放熱側となる前面側(乗員側)に防護格子14Bが設けられており、輻射熱発生部14Aに乗員が直接触れることができないように構成されている。

また、防護格子14Bの輻射熱発生部14A側には、図2(B)に示すように、反射層14Cが設けられており、輻射熱の伝熱が該反射層14Cによって抑制される。すなわち、輻射熱発生部14Aから防護格子14Bへの輻射伝熱や、周辺の対流による対流伝熱、が熱伝導によって防護格子14Bへ伝導されるが、反射層14Cによって一部が反射されることにより、防護格子14Bの発熱が抑制される。これにより、輻射熱発生装置14の周辺への熱害が抑制される。

図3は、本発明の実施の形態に係る車両用暖房装置10の概略構成を示すブロック図である。

車両用暖房装置10は、上述のように、輻射熱暖房コントローラ12及び輻射熱発生装置14を備えている。また、車両用暖房装置10には、輻射熱発生部14Aによる輻射熱の発生をオンオフするための輻射熱暖房スイッチ16が設けられており、輻射熱暖房コントローラ12に接続されている。

一方、輻射熱暖房コントローラ12に接続された空調装置20は、一般的な冷媒サイクルを備えている。図3では、一般的な冷媒サイクルを備えた空調装置20の一例を示す

すなわち、空調装置20は、コンプレッサ21、コンデンサ23、エキスパンションバルブ18、及びエバポレータ27を含む冷媒の循環路によって冷凍サイクルが構成されている。

コンプレッサ21は、冷媒を圧縮して循環路を循環させる。なお、コンプレッサ21は、車両の動力を利用して機械的に駆動するようにしてもよいし、電動コンプレッサを適用して車両の動力なしで駆動可能なようにしてもよい。機械的に駆動する場合には動力の伝達有無を行う電磁クラッチによってコンプレッサ21のオンオフを制御することができる。また、機械的に駆動するコンプレッサを適用する場合には、エンジン等の内燃機関の動力で走行する車両や、エンジンとモータを備えたハイブリッド車両等に空調装置20を搭載することができ、電動コンプレッサを適用する場合には、上記に加えて電気自動車等に空調装置20を搭載することが可能となる。

エバポレータ27は、圧縮されて液化している冷媒を気化することにより、このエバポレータ27を通過する空気(以下、エバポレータ後の空気という)を冷却する。この時、エバポレータ27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27後の空気が除湿される。

エバポレータ27の上流側に設けられているエキスパンションバルブ18は、液化している冷媒を急激に減圧することにより、冷媒を霧状にしてエバポレータへ供給するようになっており、これによってエバポレータ27での冷媒の気化効率を向上させている。

空調装置20のエバポレータ27は、空調ダクト38の内部に設けられている。この空調ダクト38は、両端が開口しており、一方の開口端には、空気取入口40、42が形成されている。また他方の開口端には、車室内へ向けて開口された複数の空気吹出口44(本実施の形態では一例として44A、44B、44Cを図示)が形成されている。なお、空気吹き出し口44としては、例えば、ガラスへ向けて吹き出す吹出し口(DEF)、乗員へ向けて吹き出す吹出し口(FACE)、足下へ向けて吹き出す吹出し口(FOOT)等がある。

空気取入口42は、車両外部と連通し、空調ダクト38内に外気を導入可能となっている。また、空気取入口40は、車室内と連通しており車室内の空気(内気)を空調ダクト38内に導入可能となっている。なお、空気吹出し口44は、一例としてウインドシールドガラスへ向けて空気を吹き出すデフロスタ吹出し口44A、サイド及びセンタレジスタ吹出し口44B、足下吹出し口44Cとなっている。

空調ダクト38内には、エバポレータ27と空気取入口40、42との間に、空調するための風を送風するためのブロワファン46が設けられている。また、空気取入口40、42の近傍には、モード切換ダンパ48が設けられている。モード切換ダンパ48は、モード切換ダンパ用モータ24等のアクチュエータの作動によって、空気取入口40、42の開閉を行う。

ブロワファン46は、ブロワモータ22の駆動によって回転して、空気取入口40乃至空気取入口42から空調ダクト38内に吸引し、さらにこの空気をエバポレータ27へ向けて送出する。この時、モード切換ダンパ48による空気取入口40、42の開閉状態に応じて、空調ダクト38内に外気又は内気が導入されるようになっている。すなわち、モード切換ダンパ48によって内気循環モードと外気導入モードが切換えられる。

エバポレータ27の下流には、エアミックスダンパ50及びヒータコア52が設けられている。エアミックスダンパ50は、エアミックスダンパ用モータ36の駆動によって回動してエバポレータ27後の空気の、ヒータコア52を通過する量とヒータコア52をバイパスする量を調整する。ヒータコア52は、エンジン冷却水が循環し、該エンジン冷却水によってエアミックスダンパ50によって案内された空気を加熱する。

エバポレータ27後の空気は、エアミックスダンパ50の開度に応じてヒータコア52へ案内されて加熱され、さらに、ヒータコア52によって加熱されていない空気と混合された後に、空気吹出し口44へ向けて送出される。空調装置20では、エアミックスダンパ50をコントロールしてヒータコア52により加熱される空気の量を調節することで、空気吹出し口44から車室内へ向けて吹き出す空気の温度調整を行う。

各空気吹出し口44の近傍には、それぞれに対応して吹出し口切換ダンパ54が設けられている。空調装置20では、これらの吹出し口切換ダンパ54によって空気吹出し口44A、44B、44Cを開閉することにより、温度調整した空気を所望の位置から車室内へ吹き出すことができる。

また、空調装置20は、空調装置20の各種制御を行うためのエアコンECU(Electronic Control Unit)11を備えている。エアコンECU11には、上述のブロワモータ22、モード切換ダンパ用モータ24、エアミックスダンパ用モータ36、吹出し口切換ダンパ用モータ34、コンプレッサ21、外気温センサ32、内気温センサ30、日射センサ28、ガラス湿度センサ13、及びガラス温度センサ15が接続されていると共に、空調装置20の温度設定や吹出し口の選択等の空調装置20の各種操作を行うための操作部19が接続されており、外気温センサ32、内気温センサ30、日射センサ28、ガラス湿度センサ13、及びガラス温度センサ15の検出値がエアコンECU11に入力され、各センサの検出結果に基づいて操作部19の設定等に応じて車室内の空調制御を行うようになっている。なお、ガラス湿度センサ13及びガラス温度センサ15は、それぞれガラスに設けられており、ガラス湿度センサ13は車室内(特にガラス付近)の湿度を検出し、ガラス温度センサ15は、ガラス雰囲気温度を検出する。また、ガラス湿度センサ13及びガラス温度センサ15は別々に示すが一体構成としてもよい。また、ガラス湿度センサ13及びガラス温度センサ15は省略した構成としてもよい。

さらに、エアコンECU11には、エンジンの動作を制御するエンジンECU25が接続されている。本実施の形態では、エンジンECU25に入力されるエンジン冷却水の水温を検出する水温センサ17の検出値がエアコンECU11に入力されるようになっている。なお、本実施の形態では、エンジンECU25を介して水温センサ17の検出値がエアコンECU11に入力される例を示すが、エアコンECU11に水温センサ17を直接接続するようにしてもよい。

エアコンECU11は、各センサの検出値に基づいて、ブロワモータ22、コンプレッサ21、モード切換ダンパ用モータ24、エアミックスダンパ用モータ36、及び吹き出し口切換ダンパ用モータ34等を制御することにより、車室内の空調を行うようになっている。

エアコンECU11が行う各種制御の一例としては、例えば、イグニッションスイッチがオンの際に、各センサの検出結果及び操作部19の設定内容等に基づいて目標吹出し温度を以下の(1)によって求めて、目標吹出し温度になるように空調制御を行う。

Tao=k1・Tset−k2・Ta−k3・Tr−k4・ST+C・・・(1)

ここで、k1、k2、k3、k4、Cはそれぞれ定数を表し、Tsetは設定温度、Trは車室内温度、Taは外気温、STは日射量を表す。

また、エアコンECU11は空調制御を行う際には、目標吹出し温度等に応じて、コンプレッサ21のオンオフ制御や、エアミックスダンパ用モータ36の駆動制御、空気吹出し口44の切換制御、空気取入口40、42の切換制御(内気循環モードや外気導入モードのモード切換制御)等の制御(所謂オートエアコン制御)を行う。なお、空気取入口40、42の切換制御は、乗員が操作部19を操作して手動で行うようにしてもよい。

また、エアコンECU11は、ガラス湿度センサ13によって検出された湿度が予め定めた閾値湿度以上になった場合に、コンプレッサ21をオンするように制御して除湿することにより、防曇制御も行うようになっている。

また、エアコンECU11は水温センサ17によって検出された水温が予め定めた閾値水温以下の場合にブロワモータ22の作動を禁止して、冬場の冷風感を防止する制御を行うようになっている。

ところで、上述のように構成された車両用暖房装置10では、防護格子14Bに設けられた反射層14Cによって、上述したように輻射熱発生装置14の周辺への熱害を抑制することができるが、輻射熱発生部14Aを単に駆動し続けてしまうと、周辺への熱害が発生することが考えられる。

そこで、本実施の形態に係る車両用暖房装置10では、輻射熱暖房コントローラ12が周辺への熱害を防止するように輻射熱発生部14Aの駆動を制御する。具体的には、輻射熱暖房コントローラ12が、防護格子14Bの表面温度を推定して、防護格子14Bの表面温度が周辺への熱害を防止できる所定温度以下になるように、輻射熱発生部14Aの駆動を制御するようになっている。

防護格子14Bの表面温度の推定は、具体的には、車室内温度に基づいて防護格子14Bの表面温度に対応する輻射熱発生部14Aの温度を推定する。例えば、図4(B)に示すように、防護格子14Bの表面温度が周辺への熱害防止のための上限温度以下になるよう車室内温度TRから推定した輻射熱発生部14Aの上限温度(出力)Tbをマップ化し、車室内温度TRから輻射熱発生部14Aの上限温度Tbを求めることにより、防護格子14Bの表面温度を推定する。なお、図4(B)のマップは、直線状に限るものではなく、例えば、輻射熱発生部14Aと防護格子14Bの距離や、車種毎の車室内の広さ等を考慮して決定する。

また、本実施の形態では、図4(A)に示すように、空調装置20の目標吹き出し温度TAOに対する快適性で決まる輻射熱発生部14Aの温度Ttaoをマップ化して、目標吹き出し温度から快適性で決まる輻射熱発生部14Aの温度Ttaoを求める。なお、図4(A)のマップについても直線状に限るものではなく、例えば、空調装置20の空調能力等を考慮して決定する。

そして、防護格子14Bの表面温度に対応する、求めた輻射熱発生部14Aの上限温度Tbと、輻快適性から決まる輻射熱発生部14Aの温度Ttaoと、に基づいて、輻射熱発生部14Aの目標温度T0を求める。詳細には、目標温度T0=Min(Ttao,Tb)より求める。すなわち、上限温度Tbと温度Ttaoのうち値が小さい方の温度を目標温度T0として求めて、輻射熱発生部14Aを駆動する。

輻射熱発生部14Aの駆動制御は、例えば、パルス電圧を印加することによって駆動し、目標温度になるように、デューティ比を変更して印加することにより制御する。

なお、防護格子14Bの表面温度を推定するための車室内温度は、本実施の形態では、空調装置20のエアコンECU11から内気温センサ30の検出結果を取得するが、内気温センサ30の検出結果を直接取得するようにしてもよい。

また、快適性で決まる輻射熱発生部14Aの温度Ttaoを求めるための目標吹き出し温度TAOを、本実施の形態では、エアコンECU11から取得するが、目標吹き出し温度TAOの代わりに、外気温や設定温度等を取得して用いるようにしてもよい。すなわち、外気温や空調装置20の設定温度に対する快適性で決まる輻射熱発生部14Aの温度Ttaoをマップ化して、外気温や設定温度から快適性で決まる輻射熱発生部14Aの温度Ttaoを求めるようにしてもよい。例えば、設定温度から快適性で決まる輻射熱発生部14Aの温度Ttaoを求めるように構成することで、上述のオートエアコン制御や防曇制御等の機能を備えていない安価な車両に適用することが可能となる。

続いて、上述のように構成された車両用暖房装置10の輻射熱暖房コントローラ12で行われる具体的な処理について説明する。図5は、本発明の実施の形態に係る車両用暖房装置10の輻射熱暖房コントローラ12で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

図示しないイグニッションスイッチがオンされて輻射熱暖房コントローラ12が起動されると、ステップ100では、輻射熱暖房スイッチ16がオンか否か判定され、該判定が肯定されるまで待機してステップ102へ移行する。

ステップ102では、目標温度T0算出処理が行われてされてステップ104へ移行する。ここで、図6を参照して目標温度T0算出処理について説明する。図6は、目標温度T0処理の流れの一例を示すフローチャートである。

目標温度算出処理へ移行すると、ステップ200では、空調装置20のエアコンECU11から内気温センサ30の検出結果が取得されてステップ202へ移行する。

ステップ202では、防護格子14Bの表面温度に対応する輻射熱発生部14Aの上限温度Tbが推定されてステップ204へ移行する。すなわち、図4(B)に示すようなマップを用いて車室内温度から輻射熱発生部14Aの上限温度Tbを推定する。

ステップ204では、目標吹き出し温度TAOが空調装置20のエアコンECU11から取得されてステップ206へ移行する。

ステップ206では、目標吹き出し温度TAOから快適性で決まる輻射熱発生部14Aの温度Ttaoが算出されてステップ208へ移行する。すなわち、図4(A)に示すようなマップを用いて目標吹き出し温度TAOから輻射熱発生部14Aの温度Ttaoを算出する。

ステップ208では、防護格子14Bの表面温度に対応する、求めた輻射熱発生部14Aの上限温度Tbと、快適性から決まる輻射熱発生部14Aの温度Ttaoと、に基づいて、目標温度T0=Min(Ttao,Tb)より輻射熱発生部14Aの目標温度T0が算出されて、目標温度T0算出処理を終了する。

目標温度T0算出処理が終了すると、ステップ104では、輻射熱発生部14Aの駆動パルスのデューティが補正されてステップ106へ移行する。すなわち、目標温度T0になるようにデューティ比を補正する。例えば、デューティ比と輻射熱発生部14Aの温度との対応関係を予め求めておくことにより、目標温度T0に対応するデューティ比に補正して輻射熱発生部14Aを駆動する。

ステップ106では、再び上述の目標温度T0算出処理が行われてステップ108へ移行する。すなわち、本実施の形態では、設定温度や、内気温度、日射量等の変化に合わせて、目標温度T0を常に更新するようになっている。

ステップ108では、輻射熱暖房スイッチ16がオフされたか否か判定され、該判定が肯定された場合にはステップ100に戻って上述の処理が繰り返され、判定が否定された場合にはステップ110へ移行する。

ステップ110では、輻射熱発生部14Aの表面温度が算出した目標温度T0か否か判定される。例えば、現在のデューティ比から輻射熱発生部14Aの表面温度を推定し、推定した表面温度が目標温度T0になっているか否か、或いは、目標温度Toの所定範囲内にあるか否か等を判定し、該判定が否定された場合にはステップ104に戻って上述の処理が繰り返され、判定が肯定された場合にはステップ106に戻って上述の処理が繰り返される。

すなわち、本実施の形態に係る車両用暖房装置10では、防護格子14Bの表面温度を推定して、表面温度が周辺への熱害を防止する温度になるように、輻射熱発生部14Aの駆動を上記処理にように制御するので、周辺への熱害を確実に防止することができる。

また、防護格子14Bの表面温度を検出するセンサを設けることなく、既存の内気温センサ30を用いて上記制御を行うので、安価な構成とすることができる。

なお、上記の実施の形態では、周辺への熱害防止のための上限温度以下になるよう車室内温度TRから推定した輻射熱発生部14Aの上限温度Tbと、快適性で決まる輻射熱発生部14Aの温度Ttaoのうち何れか値が小さい方の温度を目標温度T0として求めて、輻射熱発生部14Aが目標温度T0になるように駆動を制御するようにしたが、周辺への熱害防止のための上限温度以下になるよう車室内温度TRから推定した輻射熱発生部14Aの上限温度Tbを目標温度T0として、目標温度T0になるように駆動を制御するようにしてもよい。

また、上記の各実施形態における輻射熱暖房コントローラ12で行われる処理は、プログラムとして記憶媒体等に記憶して流通するようにしてもよい。

10 車両用暖房装置 12 輻射熱暖房コントローラ(制御部) 14 輻射熱発生装置 14A 輻射熱発生部 14B 防護格子(防護部) 14C 反射層 30 内気温センサ