JP2000280726A

JP2000280726A - 車両暖房装置

Info

Publication number: JP2000280726A
Application number: JP11059255A
Authority: JP
Inventors: Sadahisa Onimaru; 貞久鬼丸; Mitsuo Inagaki; 稲垣　　光夫; Masaru Kadokawa; 優角川; Hirohito Matsui; 啓仁松井; Hajime Ito; 肇伊藤; Toshio Morikawa; 敏夫森川; Toshinao Aoki; 俊直青木
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2000-10-10
Also published as: US6260766B1; DE19915393A1

Abstract

(57)【要約】【課題】人間が手動操作にて操作レバーを操作するこ
となく、絞り制御を行う。【解決手段】冷却水の温度が所定温度以下となる暖房
能力不足のときには、冷却水を循環させるウォータポン
プ２１０の吐出側に設けた絞り弁１４０の開度を小さく
する。これにより、絞り弁１４０およびウォータポンプ
２１０で発熱するので、人間が手動操作にて操作レバー
を操作することなく、暖房能力不足を補うことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用暖房装置に
関するもので、エンジンから廃熱量が小さい、ディーゼ
ルエンジン車両や希薄燃焼型エンジン車両等に適用して
有効である。

【０００２】

【従来の技術】車両用暖房装置の多くは、周知のごと
く、冷却水に回収されたエンジン廃熱を熱源として車室
内の暖房を行っている。しかし、ディーゼルエンジン車
両や希薄燃焼型エンジン車両等では、エンジンから廃熱
量が小さいため、十分な暖房能力を得ることができな
い。

【０００３】そこで、例えば実開昭６３−５０７１３号
公報に記載の発明では、車輪と連動して駆動するポンプ
機構（５）と、ループ状の流体通路（１４）と、発熱用
の絞り要素（１８）と、この絞り要素（１８）の絞り状
態を切り替える操作レバー（２２）とを設けた鉄道用暖
房装置において、操作レバー（２２）をＯＮの位置に切
り替えて絞り要素（１８）を絞ることによって、流体の
温度を上昇させて、暖房能力の向上させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載の発明では、人間が手動操作にて操作レバーを操作し
なければならないという煩わしいと言う第１の問題があ
った。また、上記公報に記載の発明では、絞り要素の絞
り状態を切り替えることにより流体の温度を上昇させる
ことができるものの、流路を絞ることにより流量が低下
するので、暖房能力を良好に向上させることができない
という第２の問題があった。

【０００５】本発明は、上記点に鑑み、第１、２の問題
を解決することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１〜１３に記載の発明では、冷却
液の温度を上昇させる必要があるのか下降させる必要が
あるのかを判定する判定手段（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）
と、この判定手段（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）にて冷却液の
温度を上昇させる必要があると判定されたときに、循環
サイクルの流路面積を小さくするように絞り手段（１４
０）を制御する流路面積制御手段（Ｓ１５０）とを備え
ることを特徴とする。

【０００７】これにより、人間が手動操作にて操作レバ
ーを操作することなく、暖房能力不足を補うことができ
る。また、請求項５に記載の発明では、ポンプ（２１
０、１００）は、駆動源（２００）により駆動される主
ポンプ（２１０）と、この主ポンプ（２１０）とは別に
設けられた補助ポンプ（１００）とを備えることを特徴
とする。

【０００８】これにより、補助ポンプ（１００）により
流量不足を補うことができるので、流量が大きく低下す
ることを防止でき、暖房能力を良好に向上させることが
できる。因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述す
る実施形態記載の具体的手段との対応関係の例を示す一
例である。

【０００９】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は本発明の
第１実施形態に係る車両用暖房装置の模式図である。そ
して、２００は走行用の水冷エンジン（水冷内燃機関）
であり、２１０は冷却水（冷却液）を循環させるウォー
タポンプ（以下、ポンプと略す。）である。

【００１０】なお、ポンプ２１０は体積型ポンプの一種
であるベーン型ポンプであり、このポンプ２１０は、図
２に示すように、Ｖベルト２１１及びプーリ２１２を介
して水冷エンジン（以下、エンジンと略す。）２００に
より回転駆動されるロータ２１３、及びロータ２１３の
回転に伴ってロータ２１３から出没するベーン２１４等
からなる作動室Ｖ_Cの体積を拡大縮小することによっ
て、冷却水を吸入圧送するものである。

【００１１】また、２１５は後述するラジエータ及びヒ
ータコアの流出口側に接続される吸入口であり、２１６
は吸入口２１６と作動室Ｖ_Cと連通させる吸入ポートで
ある。そして、２１７はエンジン２００内のウォータジ
ャケット（冷却水通路）２０１（図１参照）側に接続さ
れる吐出口であり、２１８は吐出口２１７と作動室Ｖ _C
と連通させる吐出ポートである。

【００１２】ところで、図１中、２２０は冷却水を冷却
するラジエータであり、２２１は冷却水温度に応じてラ
ジエータ２２０に向けて流通する冷却水流量を調節する
サーモスタットである。また、１１０はポンプ２１０か
ら圧送された冷却水を熱源として、車室内を暖房するヒ
ータコア（暖房用熱交換器）であり、ヒータコア１１０
の冷却水流れ上流側には、ヒータコア１１０に流入する
冷却水の温度を検出する水温センサ（温度検出手段）１
２０が配設されている。

【００１３】また、１３０はポンプ２１０の吐出圧を検
出する圧力センサ（圧力検出手段）であり、この圧力セ
ンサ１３０の冷却水流れ下流側には、冷却水通路の開度
（絞り度）を可変制御する絞り弁（エネルギ変換手段）
１４０が配設されている。そして、この絞り弁１３０の
開度は、サーボモータ等の駆動手段１４１を介して電子
制御装置（ＥＣＵ）１５０により可変制御される。

【００１４】なお、１５２はヒータコア１１０に向けて
空気を送風する送風機であり、この送風機１５２を駆動
する電動モータ１５１の印加電圧を示す信号、両センサ
１２０、１３０からの信号、及びポンプ２１０の回転数
を検出する回転センサ（回転数検出手段）１６０がＥＣ
Ｕ１５０に入力されている。次に、本実施形態に係る車
両用暖房装置の作動について述べる。

【００１５】図３は絞り弁１４０の制御作動（以下、こ
の制御作動を絞り制御と呼ぶ。）を示すフローチャート
であり、図４は絞り制御にて必要な目標圧力Ｐ_Cを演算
するためのフローチャートである（以下、このフローチ
ャートを目標圧力演算フローと呼ぶ。）。先ず、絞り制
御から説明する（図３参照）。

【００１６】エンジン２００の始動後、車両用暖房装置
の稼働させる暖房スイッチ（図示せず）が投入される
と、水温センサ１２０の検出温度（以下、この検出温度
を水温Ｔ_Wと記す。）を読み込み（Ｓ１００）、水温Ｔ
_Wと所定水温Ｔ_W0（本実施形態では約８０℃）とを比較
する（Ｓ１１０）。そして、水温Ｔ_Wが所定水温Ｔ_W0以
上であるときには、Ｓ１００に戻り、水温Ｔ_Wが所定水
温Ｔ_W0未満であるときには、目標圧力演算フロー（図４
参照）にて演算された目標圧力Ｐ_C及び圧力センサ１３
０の検出圧力（以下、この検出圧力を現圧力Ｐ_Wと呼
ぶ。）が読み込まれる（Ｓ１２０、Ｓ１３０）。

【００１７】次に、目標圧力Ｐ_Cと現圧力Ｐ_Wとを比較
し（Ｓ１４０）、現圧力Ｐ_Wが目標圧力Ｐ_C以上である
ときには、絞り弁１４０の開度を所定量だけ開いてポン
プ２１０の吐出圧を降下させ（Ｓ１５０）、一方、現圧
力Ｐ_Wが目標圧力Ｐ_C未満であるときには、絞り弁１４
０の開度を所定量だけ閉じてポンプ２１０の吐出圧を上
昇させる（Ｓ１６０）。なお、Ｓ１５０において、絞り
弁１４０が既に全開状態であるときは、その開度を維持
する。

【００１８】そして、絞り制御が開始した時からの時間
ｔが所定時間ｔ₀を経過するまでの間は、現圧力Ｐ_Wが
目標圧力Ｐ_CとなるようにＳ１４０〜Ｓ１７０を繰り返
し、時間ｔが所定時間ｔ₀を経過したときには、Ｓ１０
０に戻る。なお、所定時間ｔ₀のみＳ１４０〜Ｓ１７０
を繰り返す理由は、現圧力Ｐ_Wが目標圧力Ｐ_Cとなるよ
うに絞り制御をしている間に水温Ｔ_Wが変化するため、
実際の水温Ｔ_Wと大きく異なる水温Ｔ_Wに基づいて目標
圧力Ｐ_Cが演算されることを防止するためである。

【００１９】因みに、暖房スイッチが切られたときに
は、絞り弁１４０の開度を全開状態にして絞り制御を終
了する。次に、目標圧力演算フロー（図４参照）につい
て述べる。水温Ｔ_W、電動モータ１５１の印加電圧によ
って決定される送風量Ｖ及び回転センサ１６０の検出値
（以下、この検出値を回転数Ｎと呼ぶ。）を読み込み
（Ｓ２００）、予め記憶されたマップ（図示せず）に基
づいて水温Ｔ_W及び送風量Ｖからヒータコア１１０通過
後の吹出空気温度Ｔ_aを演算する（Ｓ２１０）。

【００２０】次に、予め記憶された所定吹出空気温度Ｔ
_a0（本実施形態では約５０℃）と吹出空気温度Ｔ_aとの
差から、予め記憶されたマップ（図示せず）に基づいて
必要暖房熱量Ｑを演算するとともに、Ｐ_C0＝ｋ・Ｑ／Ｎ
に基づいて仮目標圧力Ｐ_C0を演算する（Ｓ２２０、Ｓ２
３０）。ここで、ｋは予め試験等により求めた定数であ
り、エンジンの冷却損失増加分による発生熱量も考慮さ
れた値である。

【００２１】そして、仮目標圧力Ｐ_C0と予め設定された
最大目標圧力Ｐ_maxとを比較し（Ｓ２４０）、仮目標圧
力Ｐ_C0が最大目標圧力Ｐ_max以下のときは、仮目標圧力
Ｐ_C0を目標圧力Ｐ_Cとし（Ｓ２５０）、仮目標圧力Ｐ_C0
が最大目標圧力Ｐ_maxより大きいときには、最大目標圧
力Ｐ_maxを目標圧力Ｐ_Cとする（Ｓ２６０）。なお、最
大目標圧力Ｐ_maxは、ポンプ２１０を保護すべく、ポン
プ２１０の吐出圧が過度に上昇しない程度の値である。

【００２２】次に、本実施形態の特徴を述べる。絞り弁
１４０の開度が小さくなるほど、ポンプ２１０の吐出圧
が上昇して（図５参照）絞り弁１４０における圧力損失
ΔＰが大きくなりるので、絞り弁１４０にて消費される
（熱に変換される）ポンプ２１０のポンプ仕事量（ポン
プ水動力）Ｗ_Pも大きくなる（図６参照）。因みに、絞
り弁１４０にて消費される（熱に変換される）ポンプ仕
事量Ｗ_Pは絞り弁１４０を流通する流量Ｑ_Wと圧力損失
ΔＰとの積で表される。

【００２３】したがって、前述の作動説明のごとく、必
要暖房熱量Ｑが大きくなるほど、目標圧力Ｐ_Cを大きく
して絞り弁１４０の開度を小さくすれば、ポンプ仕事量
Ｗ_Pが大きくなり、絞り弁１４０にて熱に変換される熱
量が増大して水温Ｔ_Wが上昇するので、水温Ｔ_Wが低い
ときであっても十分な暖房能力を発揮することができ
る。

【００２４】また、絞り弁１４０の開度が小さくなり圧
力損失ΔＰが大きくなると、ポンプ２１０から見た負荷
が大きくなるので、図６に示すように、ポンプ内損失Ｗ
_Lが大きくなる。したがって、このポンプ内損失Ｗ_L分
のエネルギが、ポンプ仕事量Ｗ_Pに加えて冷却水に熱エ
ネルギとして与えられるので、水温Ｔ_Wが低いときであ
っても確実に十分な暖房能力を発揮することができる。

【００２５】なお、ポンプ仕事量Ｗ_P及びポンプ内損失
Ｗ_Lは、各々独立に制御できるものではなく、図６、１
０に示すように、ポンプ２１０の形式に依らず、絞り弁
１４０の開度を小さくしてポンプ仕事量Ｗ_P大きくすれ
ば、これに連動してポンプ内損失Ｗ_Lも大きくなるもの
である。また、ポンプ仕事量Ｗ_Pが増加が増加した分、
エンジン２００の発生動力（熱量）も増加するので、こ
れに伴ってエンジン冷却水の温度も上昇するため、この
熱量も暖房能力不足を補うことに利用される。因みに、
通常、エンジン２００の発生動力は、ポンプ仕事量Ｗ_P
の増加分と同程度である。

【００２６】以上に述べたように、本実施形態に係る車
両用暖房装置では、暖房能力不足を補うにあたって、車
両に搭載されたポンプ２１０を利用しているので、車両
用暖房装置の車両への搭載性を向上させつつ、絞り弁１
４０の開度を制御するといった簡便な手段で暖房能力不
足を補うことができる。また、絞り弁１４０の開度を調
節することによって、絞り弁１４０での圧力損失ΔＰ及
びポンプ仕事量Ｗ_Pを容易に連続制御できるので、暖房
能力（暖房熱量）を木目細かく制御することができる。

【００２７】また、冷却水の温度が所定温度以下となる
暖房能力不足のときには、冷却水を循環させるウォータ
ポンプ２１０の吐出側に設けた絞り弁１４０の開度を小
さくするので、人間が手動操作にて操作レバーを操作す
ることなく、暖房能力不足を補うことができる。（第２実施形態）本実施形態は、ポンプ２１０として、
図７、８に示すように、渦巻き遠心式ポンプ（以下、遠
心式ポンプと略す。）を用いるとともに、圧力センサ１
３０を廃止したものである。

【００２８】ところで、遠心式ポンプは、周知のごと
く、インペラ２１９の略中心から流入した流体（本実施
形態では冷却水）を遠心力により径外方側に吹き出すも
のであるから（図８参照）、ポンプ回転数に比例した吐
出流量が得られる体積型ポンプと異なり、ポンプ回転数
が一定の場合にポンプ２１０の吐出側の圧力損失ΔＰが
大きくなると、吐出流量が減少していく。

【００２９】このため、遠心式ポンプにおいて、吐出流
量を一定に維持するためには、絞り弁１４０の開度を小
さくして圧力損失ΔＰを大きくするほど、ポンプ回転数
を上昇させていく必要がある。また、遠心式ポンプで
は、前述のごとく、ポンプ２１０の吐出側の圧力損失Δ
Ｐが大きくなると吐出流量が減少していくので、図１
０、６に示すように、総発熱量に占めるポンプ内損失Ｗ
_Lによる発熱量がポンプ仕事量Ｗ_Pにより発熱量より大
きく大きくなる。

【００３０】そこで、本実施形態では、後述するよう
に、必要暖房熱量Ｑに基づいて、ポンプ絞り弁１４０の
開度、及び絞り弁１４０を通過する冷却水流量、すなわ
ちポンプ２１０の吐出流量（ポンプ回転数）を制御する
ことにより暖房能力を制御している。以下、本実施形態
の作動を図１１に示すフローチャートに基づいて述べ
る。

【００３１】エンジン２００の始動後、暖房スイッチが
投入されると、水温Ｔ_Wを読み込むとともに、水温Ｔ_W
と所定水温Ｔ_W0とを比較する（Ｓ３００、Ｓ３１０）。
そして、水温Ｔ_Wが所定水温Ｔ_W0以上であるときには、
Ｓ３００に戻り、水温Ｔ_Wが所定水温Ｔ_W0未満であると
きには、送風量Ｖ及び回転数Ｎを読み込み（Ｓ３２
０）、吹出空気温度Ｔ_aを演算する（Ｓ３３０）。

【００３２】次に、吹出空気温度Ｔ_aと所定吹出空気温
度Ｔ_a0との差から必要暖房熱量Ｑを演算し（Ｓ３４
０）、必要暖房熱量Ｑに基づいて図９、１０からポンプ
回転数（以下、この回転数を仮目標回転数Ｎ_cmと呼
ぶ。）及び絞り弁１４０の開度（以下、この開度を目標
開度Ｘ_cを演算する（Ｓ３５０）。そして、仮目標回転
数Ｎ_cmと回転数Ｎとの回転差ΔＮが、予め設定された所
定回転差ΔＮ_max以下であるか否かを判定し（Ｓ３６
０）、回転差ΔＮが所定回転差ΔＮ_max以下であるとき
は、目標回転数Ｎ_cを仮目標回転数Ｎ_cmとし（Ｓ３７
０）、一方、回転差ΔＮがΔＮ_maxより大きいときに
は、目標回転数Ｎ_cを回転数Ｎと所定回転差ΔＮ_maxと
の和とする（Ｓ３８０）。その後、絞り弁１４０の開度
が目標開度Ｘ_cとなるように駆動手段１４１を制御する
とともに、ポンプ２１０の回転数Ｎが目標回転数Ｎ_cと
なるようにエンジン２００のスロットル弁（図示せず）
の開度を調節する（Ｓ３８０）。

【００３３】なお、所定回転差ΔＮ_maxは、ポンプ２１
０の吐出圧及びエンジン２００の回転数が過度に上昇し
ない程度の値である。また、水温Ｔ_Wが所定水温Ｔ_W0未
満であるときとは、一般的に、アイドリング時などのエ
ンジン２００の回転数が低いときであるので、回転差Δ
Ｎが負（マイナス）となることはない。（第３実施形態）本実施形態は、図１２に示すように、
ポンプ２１０を遠心式ポンプとするとともに、このポン
プ２１０をインバータ１７１にて回転制御される電動モ
ータ１７０で駆動し、かつ、電動モータ１７０で発生す
るジュール損等の廃熱を冷却液に回収させるウォータジ
ャケット１７２（廃熱回収手段）を設けたものである。

【００３４】これにより、絞り弁１４０及びポンプ２１
０で発生する熱量に加えて電動モータ１７０の廃熱が冷
却水に与えれるので、さらに確実に暖房能力不足を補う
ことができる。因みに、図１３は本実施形態に係る車両
用暖房装置の作動を示すフローチャートであり、以下
に、図１３に示すフローチャートを説明する。

【００３５】エンジン２００の始動後、暖房スイッチが
投入されると、水温Ｔ_Wを読み込むとともに、水温Ｔ_W
と所定水温Ｔ_W0とを比較する（Ｓ４００、Ｓ４１０）。
そして、水温Ｔ_Wが所定水温Ｔ_W0以上であるときには、
Ｓ４００に戻り、水温Ｔ_Wが所定水温Ｔ_W0未満であると
きには、送風量Ｖ及び回転数Ｎを読み込み（Ｓ４２
０）、吹出空気温度Ｔ_aを演算する（Ｓ４３０）。

【００３６】次に、吹出空気温度Ｔ_aと所定吹出空気温
度Ｔ_a0との差から必要暖房熱量Ｑを演算し（Ｓ４４
０）、必要暖房熱量Ｑに基づいて図９、１０からポンプ
回転数（以下、この回転数を仮目標回転数Ｎ_cmと呼
ぶ。）及び絞り弁１４０の開度（以下、この開度を目標
開度Ｘ_cを演算する（Ｓ４５０）。そして、仮目標回転
数Ｎ_cmと回転数Ｎとの回転差ΔＮが、予め設定された所
定回転差ΔＮ_max以下であるか否かを判定し（Ｓ４６
０）、回転差ΔＮが所定回転差ΔＮ_max以下であるとき
は、目標回転数Ｎ_cを仮目標回転数Ｎ_cmとし（Ｓ４７
０）、一方、回転差ΔＮがΔＮ_maxより大きいときに
は、目標回転数Ｎ_cを回転数Ｎと所定回転差ΔＮ_maxと
の和とする（Ｓ４８０）。その後、絞り弁１４０の開度
が目標開度Ｘ_cとなるように駆動手段１４１を制御する
とともに、ポンプ２１０の回転数Ｎが目標回転数Ｎ_cと
なるように電動モータ１７０を制御とする（Ｓ４８
０）。

【００３７】（第４実施形態）図１４は本実施形態に係
る車両用暖房装置の模式図であり、２１０は、第１実施
形態と同様にエンジン２００から駆動力を得てエンジン
２００の冷却水（冷却液）を循環させる第１ウォータポ
ンプ（以下、第１ポンプと略す。）であり、この第１ポ
ンプ２１０は渦巻き式（遠心式）のポンプである。

【００３８】１００は、駆動力を断続可能に伝達する電
磁クラッチ（動力伝達機構）１０１を介してエンジン２
００により駆動される第２ウォータポンプ（補助ポン
プ）であり、この第２ウォータポンプ１００（以下、第
２ポンプ１００と略す。）は渦流（ウエスコ式）ポンプ
である。また、２２０は、冷却水と大気との間で熱交換
を行い冷却水を冷却するラジエータであり、２２１は冷
却水温度に応じてラジエータ２２０に向けて流通する冷
却水流量を調節するサーモスタットである。

【００３９】１１０は第１、２ポンプ２１０、１００か
ら圧送された冷却水を熱源として、車室内を暖房するヒ
ータコアであり、１２０はエンジン２００から流出する
冷却水の温度を検出する水温センサである。１３０は第
２ポンプ１００の吐出圧を検出する圧力センサ（圧力検
出手段）であり、この圧力センサ１３０の冷却水流れ下
流側のヒータコア１１０に至る冷却水通路には、冷却水
通路の開度（絞り開度）を可変制御する絞り弁１４０が
配設されている。

【００４０】ところで、１７０は、エンジン２００から
流出した冷却水を第２ポンプ１００の吸入側に流通させ
る場合と、第２ポンプ１００及び絞り弁１４０を迂回さ
せてラジエータ２００及びヒータコア１１０の冷却水入
り口側に流通させる場合とを切り換える切替弁（通路切
替手段）であり、この切替弁１７０及び電磁クラッチ１
０１もＥＣＵ１５０により制御されている。

【００４１】なお、本実施形態に係る車両用暖房装置に
おける絞り制御及び目標圧力演算フローは、第１実施形
態と同じであるので省略する。次に、切替弁１７０及び
電磁クラッチ１０１の作動について述べる。１．第１モード（図１５参照）このモードは、冬場等の外気温が低いとき（本実施形態
ではＴ_w1＞Ｔ_w）又は暖房スイッチが投入されたとき等
の暖房運転を行う場合であって、エンジン２００の回転
数が所定回転数（本実施形態では、アイドリング回転
数）以下のときに実行されるモードである。

【００４２】そして、この第１モードでは、電磁クラッ
チ１０１を繋いで第２ポンプ１００を稼働させるととも
に絞り制御を行い、かつ、切替弁１７０を作動させてエ
ンジン２００から流出した冷却水を第２ポンプ１００の
吸入側に流通させる。なお、第１モードでは、外気温が
低いため、サーモスタット２２１が閉じているため、エ
ンジン２００から流出した冷却水の多くは、ラジエータ
２２０側に流通せず、ヒータコア１１０側に流通する。

【００４３】２．第２モード（図１６参照）このモードは、冬場等の外気温が低いとき（本実施形態
ではＴ_w1＞Ｔ_w）又は暖房スイッチが投入されたとき等
の暖房運転を行う場合であって、エンジン２００の回転
数が所定回転数より高いとき（本実施形態では、車両走
行時）に実行されるモードである。

【００４４】そして、この第２モードでは、第１ポンプ
２１０のみで十分な流量を確保することができるととも
に、冷却水の温度も暖房運転を行うに十分な温度に到達
しているので、電磁クラッチ１０１を切って第２ポンプ
１００を停止させるとともに絞り弁１４０を全開として
絞り制御を停止し、かつ、切替弁１７０を作動させてエ
ンジン２００から流出した冷却水を第２ポンプ１００及
び絞り弁１４０を迂回させて流通させる。

【００４５】なお、第２モードでは、第１モードと同様
に、エンジン２００から流出した冷却水の多くは、ラジ
エータ２２０側に流通せず、ヒータコア１１０側に流通
する。３．第３モード（図１７参照）このモードは、夏場等の外気温が高いとき（本実施形態
ではＴ_w≧Ｔ_w1）又は暖房スイッチが切られているとき
等の暖房運転を行わない場合であって、エンジン２００
の回転数が所定回転数以下のときに実行されるモードで
ある。

【００４６】そして、この第３モードでは、電磁クラッ
チ１０１を繋いで第２ポンプ１００を稼働させるととも
に絞り弁１４０を全開とし、かつ、切替弁１７０を作動
させてエンジン２００から流出した冷却水を第２ポンプ
１００の吸入側に流通させる。なお、第３モードでは、
外気温が高くなりサーモスタット２２１が開くことに加
えて、ヒータコア１１０側の冷却水通路に設けらたウォ
ータバルブ（図示せず）が閉じるため、エンジン２００
から流出した冷却水の多くは、ラジエータ２２０側に流
通する。

【００４７】４．第４モード（図１８参照）このモードは、夏場等の外気温が高いとき（本実施形態
ではＴ_w≧Ｔ_w1）又は暖房スイッチが切られているとき
等の暖房運転を行わない場合であって、エンジン２００
の回転数が所定回転数より高いときに実行されるモード
である。そして、この第４モードでは、第１ポンプ２１
０のみで十分な流量を確保できるので、電磁クラッチ１
０１を切って第２ポンプ１００を停止させるとともに絞
り弁１４を全開として絞り制御を停止し、かつ、切替弁
１７０を作動させてエンジン２００から流出した冷却水
を第２ポンプ１００及び絞り弁１４０を迂回させて流通
させる。

【００４８】なお、第４モードでは、第３モードと同様
に、エンジン２００から流出した冷却水の多くは、ラジ
エータ２２０側に流通する。次に、本実施形態の特徴を
述べる。第２ポンプ１００により流量不足を補うことが
できるので、絞り弁１４０により冷却水の流路を絞って
も流量が大きく低下することを防止でき、暖房能力を良
好に向上させることができる。

【００４９】ところで、前述のごとく、遠心式ポンプや
渦流ポンプにおいて、吐出流量を一定に維持するために
は、ポンプ負荷（吐出側の圧力損失ΔＰ）の増減に応じ
て、ポンプ回転数又は吐出圧を増減させる必要がある
が、発熱量を増大させるべく、絞り開度を小さくする
と、ポンプ負荷が大きくなるため、エンジン２００の回
転数が上昇しない限り、冷却水の循環水量が減少してし
まう。

【００５０】これに対して、本実施形態では、第２ポン
プ１００により冷却水の吐出圧を上昇させているので、
暖房熱源不足を補いつつ、目標とする循環水量を確保で
きる。因みに、本実施形態では、夏場においては、ラジ
エータ２２０側で２５Ｌ／ｍｉｎ以上の流量を確保し、
一般地又はリア用ヒータコアにおいては、ヒータコア１
１０側で１０Ｌ／ｍｉｎ以上の流量を確保し、寒冷地お
いては、ヒータコア１１０側で５〜８Ｌ／ｍｉｎ以上の
流量を確保することが可能である（図１９参照）。

【００５１】そして、第２ポンプ１００は、暖房運転時
には暖房能力不足を補う補助熱源として機能し、非暖房
運転時には、第１ポンプ２１０を補助して冷却水を循環
させる補助ポンプとして機能するので、燃焼式ヒータと
異なり、冷却水通路の通水抵抗（圧力損失）を増大させ
ることなく、夏・冬を問わず年間を通じて有効に第２ポ
ンプ１００を活用することができる。

【００５２】以上に述べたように、本実施形態に係る車
両用暖房装置では、暖房能力不足を補いつつ、ヒータコ
ア１１０又はラジエータ２２０への流量が減少してしま
うことを防止しながら、コストパフォーマンスを向上さ
せることができる。また、エンジン２００の回転数が高
く、冷却水の流量及び温度が高いときには第２ポンプ２
００を停止させるので、エンジン２００に不必要な仕事
をさせることを防止できる。

【００５３】（第５実施形態）本実施形態は、図２０に
示すように、電磁クラッチ１０１を廃止して第２ポンプ
１００を電動モータ１８０にて駆動するようにしたもの
である。なお、エンジン２００の稼働時における電動モ
ータ１８０のＯＮ−ＯＦＦ制御は、第４実施形態におけ
る電磁クラッチ１０１のＯＮ−ＯＦＦと同じである。

【００５４】ところで、本実施形態において、エンジン
２００の停止時においても電動モータ１８０を稼働させ
れば、デットソーク（高速走行直後等の冷却水温度が高
いときにエンジンを停止させた時、冷却水温度が過度に
高くなること）を防止できるとともに、エンジン２００
の停止中においても暖房運転を継続することができる。

【００５５】なお、本実施形態では、電動モータ１８０
により第２ポンプ１００を稼働させているので、絞り弁
１４０及び第２ポンプ１００回転数（吐出流量）を制御
することにより、又は第２ポンプ１００回転数のみを制
御することによりポンプ仕事量Ｗｐ（発熱量）を調節し
てもよい。（第６実施形態）本実施形態は、第４実施形態に係る車
両用暖房装置を図２１に示す制御フローにて制御するも
のである。以下、図２１に基づいて本実施形態の作動を
述べる。

【００５６】水温Ｔ_W1が所定温度Ｔ_w1以上であるか否か
又は暖房スイッチが投入されたか否かによって暖房モー
ドであるか否かを判定し（Ｓ５００）、暖房モードであ
るときには、エンジン２００の回転数は所定回転数（本
実施形態では、アイドリング回転数）以上であるか否か
を判定する（Ｓ５１０）。そして、エンジン２００の回
転数が所定回転数より低いと判定されたときには、絞り
制御を行うとともに（Ｓ５２０）、第２ポンプ１００を
稼働させ（Ｓ５３０）、かつ、切替弁１７０の状態を第
１モード（図１５参照）と同様にする（Ｓ５４０）。な
お、以下、この切替弁１７０状態を切替弁制御第１位置
と呼ぶ。

【００５７】一方、Ｓ５１０にてエンジン２００の回転
数が所定回転数以上であると判定されたときには、絞り
弁１４０を全開として絞り制御を停止するとともに（Ｓ
５５０）、第２ポンプ１００を停止させ（Ｓ５６０）、
かつ、切替弁１７０の状態を第２モード（図１６参照）
と同様にする（Ｓ５７０）。なお、以下、この切替弁１
７０状態を切替弁制御第２位置と呼ぶ。

【００５８】また、Ｓ５００にて非暖房モードであると
判定されたときには、エンジン２００の回転数は所定回
転数（本実施形態では、アイドリング回転数）以上であ
るか否かを判定する（Ｓ５８０）。そして、エンジン２
００の回転数が所定回転数より低いと判定されたときに
は、絞り弁１４０を全開とするとともに（Ｓ５９０）、
第２ポンプ１００を稼働させ（Ｓ６００）、かつ、切替
弁１７０を切替弁制御第１位置とする（Ｓ６１０）。

【００５９】一方、Ｓ５８０にてエンジン２００の回転
数が所定回転数以上であると判定されたときには、絞り
弁１４０を全開として絞り制御を停止するとともに（Ｓ
６２０）、第２ポンプ１００を停止させ（Ｓ６３０）、
かつ、切替弁１７０を切替弁制御第２位置とする（Ｓ６
４０）。（第７実施家形態）第４〜６実施形態では、第２ポンプ
１００から流出する冷却水の分岐部より第２ポンプ１０
０側に絞り弁１４０が設けられていたが、本実施形態
は、図２２に示すように、絞り弁１４０を分岐部Ｔより
ヒータコア１１０側に設けたものである。

【００６０】（第８実施形態）本実施形態は、第１ポン
プ２１０又は第２ポンプ１００を渦流ポンプとした場合
におけるポンプ機構に関するものである。図２３は、本
実施形態に係る渦流ポンプ３００を第１ポンプ２１０に
適用した場合の渦流ポンプ３００の断面図であり、３０
１はエンジン２００から駆動力を得て回転するシャフト
である。

【００６１】３０２はシャフト３０１と一体的に回転す
る円盤状のインペラ（羽根車）であり、このインペラ３
０２の径外方側には、シャフト３０１の長手方向側に向
けて略椀状（略半球状）に窪んだ羽根溝３０３が、円周
外縁部に沿って多数個形成されている。なお、本実施形
態に係る渦流ポンプ３００では、インペラ３０２の両盤
面に羽根溝３０３が形成されている。

【００６２】また、３０４はインペラ３０２を収納する
ポンプハウジングであり、このポンプハウジング３０４
のうち羽根溝３０３と対向する部位には、シャフト３０
１の長手方向側に向けて窪むとともに、シャフト３０１
周りにリング状の流体通路（リング溝）３０５が形成さ
れている。そして、流体通路３０５の断面形状は、円弧
部３０５ａと２つの直線部３０５ｂとからなる半長円形
状となっているため、流体通路３０５と羽根溝３０３と
によって形成される空間３０６は、そのシャフト３０１
の長手方向と平行な部位の寸法Ｌ₁が、シャフト３０１
の長手方向に対して直交する方向と平行な部位の寸法Ｌ
₂より大きくなるように楕円形状（長円形状）となって
いる。

【００６３】なお、３０７はシャフト３０１を回転可能
に支持する転がり軸受であり、３０８はシャフト３０１
とポンプハウジング３０４との隙間から冷却水が外部に
漏れ出すことを防止する軸シールである。次に、渦流ポ
ンプ３００の作動及び特徴を述べる。渦流ポンプ３００
のインペラ３０２を回転すると、羽根溝３０３内に存在
する冷却水は、遠心力により羽根溝３０３の円弧状底部
に沿ってインペラ３０２の内径側から外形側に向けて流
動する（図２３のａ矢印）。

【００６４】そして、羽根溝３０３の円弧状底部に沿っ
てインペラ３０２の外形側まで到達した冷却水は、その
動圧（勢い）により流体通路３０５に進入して流体通路
３０５の内壁に沿って径外方側から径内方側に向けて流
通した後（図２３のｂ矢印）、再び羽根溝３０３内に進
入する。つまり、冷却水は、インペラ３０２から与えら
れる遠心力により空間３０６の内壁に沿って渦を巻くよ
うに旋回する。

【００６５】そしてさらに、冷却水は、遠心力に加え
て、インペラ３０２の回転方向の力も受けるので、空間
３０６の内壁に沿って旋回を繰り返すことにより静圧を
上昇させながら、インペラ３０２の旋回の向きに移動し
ていき、最終的に吐出口（図示せず）から吐出する。こ
のとき、空間３０６は、そのシャフト３０１の長手方向
と平行な部位の寸法Ｌ₁が、シャフト３０１の長手方向
に対して直交する方向と平行な部位の寸法Ｌ ₂より大き
くなるように楕円形状（長円形状）となっているので、
渦流ポンプ３００の径方向（シャフト３０１と直交する
方向）を拡大することなく、空間３０６断面積を拡大す
ることができる。したがって、渦流ポンプ３００の径方
向を拡大することなく、渦流ポンプ３００の吐出流量を
増大させることができる。

【００６６】（第９実施形態）第８実施形態では、流体
通路３０５側を半球状から半長円状に拡大する（羽根溝
３０３の窪み寸法ｄ₁を流体通路３０５の窪み寸法ｄ₂
より大きくする）ことにより空間３０６の断面積を拡大
したが、本実施形態は、図２４に示すように、羽根溝３
０３を半球状から半長円状に拡大する（流体通路３０５
の窪み寸法ｄ₂を羽根溝３０３の窪み寸法ｄ₁より大き
くする）ことにより空間３０６の断面積をさらに拡大し
たものである。

【００６７】（第１０実施形態）第８、９実施形態で
は、空間３０６の断面形状は、その長径方向がシャフト
３０１の長手方向と平行となるように形成されていた
が、図２５、２６に示すように、空間３０６の長径方向
がシャフト３０１の長手方向と交差するように空間３０
６を形成してもよい。

【００６８】なお、図２５は羽根溝３０３の円弧部の直
径、羽根溝３０３の開口直径、流体通路３０５の円弧部
の直径、及び流体通路３０５の開口幅の全てが等しいも
のであり、図２６は羽根溝３０３の円弧部の直径円弧部
及び流体通路３０５の円弧部の直径と、羽根溝３０３の
開口直径及び及び流体通路３０５の開口幅とが異なるよ
うにしたものである。

【００６９】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、絞り弁１４０の開度を連続的に可変制御したが、絞
り弁１４０の開度を２段階または多段階に制御してもよ
い。また、第１実施形態において、電磁クラッチ１０１
を廃止するとともに、第２ポンプ１００を迂回して絞り
弁１４０に冷却水を導くバイパス回路を設けてもよい。
これにより、電磁クラッチ１０１を廃止しても、第２、
４モード時に実質的に第２ポンプ１００を停止させるこ
とができる。

【００７０】また、第５実施形態において、第１ポンプ
２１０を迂回して冷却水をエンジン２００に導くバイパ
ス通路を設けてもよい。また、エンジン２００の暖気運
転時において、冷却水温度を素早く上昇させたいときに
は、絞り弁１４０を絞ってもよい。また、第４〜７実施
形態において、切替弁１７０を廃止し、冷却水が常に第
２ポンプ１００とバイパス通路１７１（図１４参照）と
を流通し得るようにしてもよい。

【００７１】また、第５実施形態において、電動モータ
１８０の回転数を連続的に可変制御してもよい。また、
第３実施形態では、絞り弁１４０の開度（ポンプ２１０
の吐出圧）を制御することにより水温Ｔ_Wを制御し、ポ
ンプ２１０の回転数Ｎを制御することにより流量を制御
して、水温Ｔ_Wと流量とによって決定する冷却水の熱量
が必要暖房熱量Ｑとなるようにしたものであるが、暖房
能力は、水温Ｔ_W（吹出空気温度Ｔ_a）及び熱量のいず
れか一方または双方で決定されるものであるから、本発
明は、絞り弁１４０の開度のみを制御して水温Ｔ_W（吹
出空気温度Ｔ_a）を制御してもよく、また、ポンプ２１
０の回転数Ｎのみを制御して流量を制御してもよい。

【００７２】因みに、圧力損失ΔＰは流速の約２乗に比
例するので、仮に絞り弁１４０の開度を一定に維持した
ままであっても、流量変化に伴って圧力損失ΔＰも変化
するため、流量のみ制御してもポンプ仕事量Ｗ_Pを制御
することができる。また、ポンプ２１０は、ベーン型ポ
ンプや遠心式ポンプに限定されるものではなく、ピスト
ン型、斜板型、ルーツ型、スクリュー型、渦流型などそ
の他の形式のポンプでもよい。

【００７３】さらに、ポンプ２１０の駆動源は、エンジ
ン２００や電動モータ１７０に限定されるものではな
く、車両走行時に蓄えた圧縮空気、エンジン２００の吸
入負圧、エンジン２００の排気圧等その他のものを駆動
源としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る車両用暖房装置の模式図で
ある。

【図２】（ａ）は第１実施形態に係る車両用暖房装置の
ポンプの断面（図３のＡ−Ａ断面）図であり、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図３】絞り制御のフローチャートである。

【図４】目標圧力演算絞りのフローチャートである。

【図５】絞り弁の開度、吐出圧及びポンプ回転数との関
係を示すグラフである。

【図６】絞り弁の開度及びポンプの仕事率（発熱量）と
の関係を示すグラフである。

【図７】第１実施形態に係る車両用暖房装置の模式図で
ある。

【図８】第２実施形態に係る車両用暖房装置のポンプの
断面図である。

【図９】絞り弁の開度、吐出圧及びポンプ回転数との関
係を示すグラフである。

【図１０】絞り弁の開度及びポンプの仕事率（発熱量）
との関係を示すグラフである。

【図１１】第２実施形態に係る車両用暖房装置の作動を
示すフローチャートである。

【図１２】第３実施形態に係る車両用暖房装置のポンプ
の断面図である。

【図１３】第３実施形態に係る車両用暖房装置の作動を
示すフローチャートである。

【図１４】第４実施形態に係る車両用暖房装置の模式図
である。

【図１５】第１モード時の冷却水流れを示す模式図であ
る。

【図１６】第２モード時の冷却水流れを示す模式図であ
る。

【図１７】第３モード時の冷却水流れを示す模式図であ
る。

【図１８】第４モード時の冷却水流れを示す模式図であ
る。

【図１９】絞り弁の開度と、ポンプの仕事率（発熱量）
及び流量との関係を示すグラフである。

【図２０】第５実施形態に係る車両用暖房装置の模式図
である。

【図２１】第６実施形態に係る車両用暖房装置の制御フ
ローチャートである。

【図２２】第７実施形態に係る車両用暖房装置の模式図
である。

【図２３】第８実施形態に係る渦流ポンプの断面図であ
る。

【図２４】第９実施形態に係る渦流ポンプの断面図であ
る。

【図２５】第１０実施形態に係る渦流ポンプの断面図で
ある。

【図２６】第１０実施形態に係る渦流ポンプの断面図で
ある。

【符号の説明】

１１０…ヒータコア（暖房用熱交換器）、１２０…水温
センサ、１３０…圧力センサ、１４０…絞り弁（絞り手
段）、２００…水冷エンジン（駆動手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者稲垣光夫愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者角川優愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者松井啓仁愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者伊藤肇愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者森川敏夫愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者青木俊直愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両を駆動する駆動源（２００）、この
駆動源（２００）を冷却する冷却液を熱源として車室内
暖房を行う暖房用熱交換器（１１０）、前記駆動源（２
００）と前記暖房用熱交換器（１１０）との間で前記冷
却液を循環させる循環サイクル、及び前記循環サイクル
に前記冷却液を循環させるポンプ（２１０、１００）を
有する車両に適用される車両用暖房装置において、前記循環サイクルの途中部位に設けられ、前記循環サイ
クルの流路面積を調節する絞り手段（１４０）と、前記冷却液の温度を上昇させる必要があるのか下降させ
る必要があるのかを判定する判定手段（Ｓ１１０〜Ｓ１
４０）と、この判定手段（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）にて前記冷却液の
温度を上昇させる必要があると判定されたときに、前記
循環サイクルの流路面積を小さくするように前記絞り手
段（１４０）を制御する流路面積制御手段（Ｓ１５０）
と、を備えることを特徴とする車両用暖房装置。
【請求項２】前記絞り手段（１４０）の上流側におけ
る前記循環サイクル内圧力を検出する圧力検出手段（１
３０）と、前記絞り手段（１４０）の上流側における前記循環サイ
クル内圧力の目標圧力を算出する目標圧力検出手段（Ｓ
１２０）とを備え、前記判定手段（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）は、前記圧力検出
手段（１３０）が検出した圧力に対して前記目標圧力検
出手段（Ｓ１２０）が算出した目標圧力の方が高いとき
に、前記冷却液の温度を上昇させる必要があると判定す
ることを特徴とする請求項１に記載の車両用暖房装置。
【請求項３】前記流路面積制御手段（Ｓ１５０）は、
前記判定手段（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）にて前記冷却液の
温度を下降させる必要があると判定されたときに、前記
循環サイクルの流路断面積を大きくするように前記絞り
手段（１４０）を制御することを特徴とする請求項１又
は２に記載の車両用暖房装置。
【請求項４】前記絞り手段（１４０）は、前記ポンプ
（２１０、１００）の吐出側に設けられたことを特徴と
する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用暖
房装置。
【請求項５】前記ポンプ（２１０、１００）は、前記
駆動源（２００）により駆動される主ポンプ（２１０）
と、この主ポンプ（２１０）とは別に設けられた補助ポ
ンプ（１００）とを備えることを特徴とする請求項１な
いし４のいずれか１つに記載の車両用暖房装置。
【請求項６】前記駆動源（２００）の動力を前記補助
ポンプ（１００）に断続可能に伝達する動力伝達機構
（１０１）を備え、前記補助ポンプ（１００）は、前記動力伝達機構（１０
１）によって前記駆動源（２００）の動力が前記補助ポ
ンプ（１００）に伝達されたときに駆動することを特徴
とする請求項５に記載の車両用暖房装置。
【請求項７】車両に搭載されたバッテリからの電力に
よって駆動する電動モータ（１８０）を備え、前記補助ポンプ（１００）は、前記電動モータ（１８
０）によって駆動されることを特徴とする請求項５に記
載の車両用暖房装置。
【請求項８】暖房時に前記補助ポンプ（１００）を作
動させる補助ポンプ制御手段を有することを特徴とする
請求項５ないし７のいずれか１つに記載の車両用暖房装
置。
【請求項９】前記補助ポンプ制御手段は、暖房時でか
つ前記駆動源（２００）の動力が所定以下の時に前記補
助ポンプ（１００）を作動させることを特徴とする請求
項８に記載の車両用暖房装置。
【請求項１０】前記循環サイクルは、前記補助ポンプ
をバイパスして冷却液を流すバイパス通路（１７１）を
有することを特徴とする請求項５ないし９のいずれか１
つに記載の車両用暖房装置。
【請求項１１】前記循環サイクルは、前記補助ポンプ
（１００）をバイパスして冷却液を流すバイパス通路
（１７１）と、このバイパス通路（１７１）を開閉する
バイパス通路開閉手段（１７０）とを有し、暖房時に、前記バイパス通路（１７１）を開くように前
記バイパス通路開閉手段（１７０）を制御するバイパス
通路開閉手段（１７０）を備えることを特徴とする請求
項８に記載の車両用暖房装置。
【請求項１２】前記バイパス通路開閉手段は、暖房時
でかつ前記駆動源（２００）の動力が所定以下のとき
に、前記バイパス通路（１７１）を開くように前記バイ
パス通路開閉手段（１７０）を制御することを特徴とす
る請求項１１に記載の車両用暖房装置。
【請求項１３】前記駆動源（２００）は、液冷エンジ
ンであることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれ
か１つに記載の車両用暖房装置。
【請求項１４】請求項１ないし１２のいずれか１つに
記載の車両用暖房装置に適用される渦流ポンプであっ
て、回転するシャフト（３０１）と、前記シャフト（３０１）と一体的に回転するとともに、
前記シャフト（３０１）の長手方向側に向けて略椀状に
窪んだ多数個の羽根溝（３０３）が形成されたインペラ
（３０２）と、前記インペラ（３０２）を収納するとともに、前記羽根
溝（３０３）と対向する部位にて前記シャフト（３０
１）の長手方向側に向けて窪んだリング状の流体通路
（３０５）が形成されたポンプハウジング（３０４）と
を備え、前記羽根溝（３０３）及び前記流体通路（３０５）によ
って形成される空間（３０６）のうち、前記シャフト
（３０１）の長手方向と平行な部位の寸法（Ｌ₁）が、
前記シャフト（３０１）の長手方向に対して直交する方
向と平行な部位（Ｌ₂）の寸法より大きくなるように選
定されていることを特徴とする渦流ポンプ。
【請求項１５】前記羽根溝（３０３）の窪み寸法（ｄ
₁）を前記流体通路（３０５）の窪み寸法（ｄ₂）より
大きくしたことを特徴とする請求項１４に記載の渦流ポ
ンプ。
【請求項１６】前記流体通路（３０５）の窪み寸法
（ｄ₂）を前記羽根溝（３０３）の窪み寸法（ｄ₁）よ
り大きくしたことを特徴とする請求項１４に記載の渦流
ポンプ。