JP2001047850A - 自動車用暖房装置 - Google Patents

自動車用暖房装置

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JP2001047850A
JP2001047850A JP11220048A JP22004899A JP2001047850A JP 2001047850 A JP2001047850 A JP 2001047850A JP 11220048 A JP11220048 A JP 11220048A JP 22004899 A JP22004899 A JP 22004899A JP 2001047850 A JP2001047850 A JP 2001047850A
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internal combustion
combustion engine
heater
cooling water
key switch
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Yasushi Kamikura
泰 上倉
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Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関を運転している場合にも、停止してい
る場合にも有効な安価な車両用暖房装置を提供するとと
もに、車両用キースイッチおよび燃焼式ヒータを操作す
るヒータスイッチの状態に応じて適正な制御を行う。 【解決手段】内燃機関の冷却水の分岐通路に電動ポンプ
(8)と、この分岐通路を通過する冷却水を燃料を燃焼
させて加温する燃焼式ヒータ(9)とを設け、車両の状
態、外気温などと関連させてこの燃焼式ヒータを簡便か
つ適正に制御する制御回路(14)を設ける。 【効果】運転者がキースイッチと関連させて適正に操作
することができる自動車用暖房装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の冷却水
を分流して熱交換器に与え、この熱交換器から得る熱を
運転室内に温風として供給する自動車用暖房装置であっ
て、内燃機関が運転を停止している状態でも、燃焼式ヒ
ータを作動させて暖房を有効に作用させるための改良に
関する。本発明は、とくに燃焼式ヒータの電気系の制御
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から内燃機関の冷却水を分流して熱
交換器に導き、その熱交換器から温風を運転室内に供給
する暖房装置が広く知られている。これは本来ラジエタ
により放散する熱を有効に利用する優れた装置である。
しかしこのような暖房装置は、内燃機関が運転中は有効
であるが、内燃機関が停止した状態では使うことができ
ない。また内燃機関の冷却水温度が低い状態では十分な
熱を暖房用に供給することができない。
【0003】このため別に内燃機関用の燃料を分岐し
て、これをバーナで燃焼させる燃焼式ヒータを設け、こ
の燃焼式ヒータから発生する熱を上述の冷却水から得る
熱に加えて、室内に温風として送風する構造のものが知
られている。これは多くの車両仕様では「寒冷地用」と
して、寒冷地を走行することが多い車両に、ユーザの選
択により採用されるようにして普及している。しかし寒
冷地用の仕様は一般の車両よりかなり高価になることは
止むを得ない現状である。
【0004】近年、内燃機関の性能が改良向上し、回転
エネルギとして利用することができる熱効率がきわめて
良くなった。このため冷却水により放熱される熱量は小
さくなり、冷却水を室内暖房用の熱源とするだけでは熱
量が不足することになった。
【0005】さらに、環境改善のために停車中は短い時
間でも内燃機関の運転を停止するような設計が広く普及
しようとしている。例えば路上で信号待ちをする短い時
間にも、自動的に内燃機関の回転を停止させ、クラッチ
ペダルを踏むだけで内燃機関が再始動する装置が利用さ
れるようになった。このような装置はアイドリング停止
装置などと呼ばれ、市内を運行する定期バスでは、停留
所での乗客の乗り降りの時間にも自動的に内燃機関の回
転を停止するようにして運行されている。
【0006】このような車両では、内燃機関の運転時間
が短くなり、内燃機関の冷却水を分流して得られる熱量
はますます小さくなり、寒冷地でなくとも十分な室内暖
房を行うことができなくなった。このため、少し寒い日
には、運転者は内燃機関の自動停止装置のスイッチを切
って、内燃機関が自動的に停止することがないようにし
て運転するなどの矛盾が生じている。
【0007】また、客待ちあるいは積載貨物の荷扱い待
ちなどの時間や、長距離運転の場合の仮眠時間などに、
暖房装置が効かないと室内が寒くなってしまうことか
ら、内燃機関を回転させたままの状態に維持するような
運転操作が行われている。これは燃料の無駄を招くとと
もに、二酸化炭素の発生を少なくする環境改善のために
も不都合なことである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】これらの状況から上述
の「寒冷地用」の仕様を求めるユーザが多くなったが、
寒冷地用の暖房装置はいまなお高価である。すなわち、
内燃機関が回転を停止しているときにも有効な室内暖房
が得られる暖房装置の価格をさらに安価にして、このよ
うな装置が広く普及するようにユーザからも要望されて
いる。
【0009】この要望に応えるために、内燃機関の冷却
水を分岐通路に分流し、この分岐通路の冷却水を熱交換
器に通し、この熱交換器から室内に温風を送風する効率
のよい暖房装置に燃焼式ヒータを付加して、内燃機関が
運転を停止しているときにも、冷却水を利用した温風暖
房を行うことができる安価な装置を発明し、この特許出
願とは別に特許出願した。
【0010】このような暖房装置は、燃焼式ヒータを作
動させるために操作するヒータスイッチ(およびまたは
温度制御スイッチ)を配備することが必要であり、また
燃焼式ヒータを内燃機関が運転されているときにも、運
転されていないときにも、使用することができるように
するには、この操作スイッチと車両のキースイッチとの
関連が複雑になる。さらに、内燃機関が運転されていな
いときに燃焼式ヒータを作動させると、分岐通路の冷却
水を循環させるための電動ポンプに数十ワットの電力を
供給しなければならない。内燃機関の運転が停止されバ
ッテリに充電が行われない状態で、この電力を継続的に
利用すると内燃機関を再始動させようとするときに、バ
ッテリの充電量が不足して始動できないことも起こり得
る。
【0011】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、内燃機関が停止した状態でも有効な室内暖房装
置を安価に提供するとともに、その暖房装置の電気制御
系を車両のキースイッチおよび暖房装置のオンオフ操作
を行うためのヒータスイッチと矛盾することなく関連さ
せる制御回路を提供することを目的とする。本発明は、
暖房装置が内燃機関を停止したまま継続的に使用され、
内燃機関の再始動を行うことができなくなるような事態
を招くことのない制御回路を提供することを目的とす
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関
(1)の冷却水を分岐通路(6)に分流する手段と、こ
の分岐通路(6)に設けられ通過する冷却水の熱を室内
に供給する温風に転換する熱交換器(7)とを備えた自
動車用暖房装置において、この分岐通路(6)を通過す
る冷却水を加圧するために設けられ内燃機関が停止され
た状態でも作動する電動ポンプ(8)と、前記分岐通路
を通過する冷却水を加温する燃焼式ヒータ(9)と、こ
の電動ポンプ(8)およびこの燃焼式ヒータ(9)への
電源供給を制御する制御回路(14)とを備え、この制
御回路(14)は、運転席に設けた操作スイッチである
ヒータスイッチ(15)および車両のキースイッチ(1
6)と連結され、このヒータスイッチ(15)が「O
N」位置にあり、そのキースイッチ(16)が「ON」
位置または「ACC」位置にあるときに前記電動ポンプ
(8)および前記燃焼式ヒータ(9)への電源供給を可
能にする回路を含むことを特徴とする。上記括弧内の数
字は実施例図面の参照数字であり、構成を理解しやすく
するために付記するものである。
【0013】すなわち、内燃機関(1)の運転停止中に
は、キースイッチ(16)が「ACC」位置にあるとき
に限り、ヒータスイッチ(15)の操作が有効になると
ともに、ヒータスイッチ(15)が「ON」状態になっ
たままキースイッチ(16)の「OFF」位置あるいは
「START」位置から「ON」位置または「ACC」
位置に移行したときに、ヒータスイッチ(15)の「O
N」が有効になる。
【0014】制御回路(14)は、積算タイマ手段を含
み、前記「ACC」位置で作動するときに起動するこの
積算タイマ手段が積算を開始する。積算タイマ手段と
は、所定の論理によりリセットされるまで、燃焼式ヒー
タの運転時間を積算し、その積算値が設定値に達したと
きに、ヒータスイッチが「ON」状態であっても燃焼式
ヒータの作動を停止させる電気回路である。この構成に
より、内燃機関が停止した状態で長く燃焼式ヒータを作
動させて、バッテリの充電容量が不用意に小さくなり、
内燃機関の再始動が不可能になるような事態を回避する
ことができる。積算タイマ手段がリセットされる上記所
定の論理とは、例示すると、内燃機関がある時間にわた
り継続して運転された状態に達したときであり、あるい
はバッテリの端子電圧が所定値を回復したときである。
【0015】ヒータスイッチ(15)は自動復帰形のス
イッチであり、操作により「ON」および「OFF」を
転換することができる構成とすることが望ましい。
【0016】この制御回路は、キースイッチが「ON」
位置にあるとき新たに燃焼式ヒータのスイッチが「O
N」状態に操作されたときには、内燃機関の回転状態を
検出する信号との論理積で有効になるように構成するこ
とが望ましい。これにより、キースイッチが「ON」状
態にあって内燃機関が何らかの事情により回転を停止し
ているような状態にあるまま、燃焼式ヒータが作動する
ような不都合を避けることができる。
【0017】この制御回路は、キースイッチが「AC
C」位置にあるとき新たにヒータスイッチが「OFF」
から「ON」に操作されたときには、外気温の低温信号
との論理積で起動する手段を含む構成とすることが望ま
しい。これにより、気温が高く暖房が不要である状態
で、内燃機関による充電がなく燃焼式ヒータが作動する
ような不都合を回避することができる。
【発明の実施の形態】図1は本発明実施例装置のブロッ
ク構成図である。はじめにこの自動車暖房装置の全体構
成を説明する。この装置は、内燃機関1の冷却水をラジ
エタ2に循環させる水ポンプ3と、冷却水が低温であり
ラジエタ2を通過させる必要がないときに冷却水が通過
するバイパス4と、冷却水が低温であるとき冷却水を前
記バイパスに導くサーモスタット5と、このサーモスタ
ット5の出口側から冷却水を分岐通路6に分流する手段
と、この分岐通路6に設けられ通過する冷却水の熱を室
内に供給する温風に転換する熱交換器7とを備える。そ
してこの装置は、内燃機関に付属する前記水ポンプ3と
は別に、分岐通路6を通過する冷却水を加圧するために
設けられ内燃機関が停止された状態でも操作により作動
する電動ポンプ8と、この分岐通路6を通過する冷却水
を加温する燃焼式ヒータ9とを備えたことを特徴とす
る。
【0018】内燃機関1が運転を停止し水ポンプ3の水
車が回転していないときには、分岐通路6からの水流が
バイパス4に連通し、バイパス4を図示する矢印のよう
に逆流し、サーモスタット5の低温時に導通する通路
(L)を経由して、バイパス4から逆流する水流が分岐
通路から電動ポンプ8に流れる構造である。これをさら
に説明すると、水ポンプ3は内燃機関1と機械的に連結
されていて、内燃機関1が回転するときには水ポンプ3
の水車が回転する。この水ポンプ3の水車の前室は、分
岐通路6、ラジエタ2、およびバイパス4と連通してい
て、この水車が回転していないときには、分岐通路6か
らの水流はバイパス4に流れる。この水流はラジエタ2
にも流れるが、ラジエタ2は抵抗が大きいから大部分は
バイパス4に流れることになる。この分岐通路6からの
水流は水ポンプ3の水車の間を通り抜けて内燃機関1の
冷却水にも流れるがこれも少量である。
【0019】一方、サーモスタット5は内燃機関1の回
転時に水温に応じて開閉作動する。水温が低いときに
は、内燃機関1の冷却水は矢印Lのようにバイパス4と
導通し、ラジエタ2とは導通しない。水温が高いときに
は冷却水は矢印Hのようにラジエタ2に流れてバイパス
4とは導通しない。内燃機関1が回転を停止するとサー
モスタット5は低温の位置に戻る。分岐通路6には、水
流が逆流することはない。逆流を防止するために必要が
あれば分岐通路6に整流弁を設けることもできるが、電
動ポンプ8が実質的に整流弁の作用をして分岐通路6の
水流は一方向に整流される。そして分岐通路6はサーモ
スタット5の入口側(内燃機関側)に接続されている。
【0020】したがって、内燃機関1が回転していると
きには、内燃機関1の冷却水がサーモスタット5の入口
側から分岐通路6に流入する。熱交換器7を経由した分
岐通路6の水流は水ポンプ3から内燃機関1の冷却水に
合流する。
【0021】内燃機関1が回転を停止している状態で
は、水ポンプ3の回転も停止している。このとき電動ポ
ンプ8が作動すると、水ポンプ3の水車前室では分岐通
路6からの水圧により、水流はバイパス4を逆流する方
向に発生し、サーモスタット5の低温時の開口を通過し
て内燃機関1の冷却水に戻り、これは分岐通路6に還流
する。
【0022】この実施例装置では、内燃機関1の回転停
止時に暖房装置を使用すると、そのときに発生する分岐
通路6の水流の一部が内燃機関1の冷却水の中に還流す
る。したがって、内燃機関の運転停止中にこの暖房装置
を使用している限り、内燃機関の温度が外気温と等しく
なるまで下がってしまうようなことがなくなる。これは
外気温がきわめて低いときに内燃機関を再始動するとき
に有利に作用する副次的な効果である。
【0023】燃焼式ヒータ9で利用する燃料は車両用の
燃料タンク10から、燃料ポンプ11により供給され
る。電動ポンプ8、燃焼式ヒータ9、この燃料ポンプ1
1および温風を発生するブロワ12で必要な電源電流
は、車両用電源13から制御回路14を介して供給され
る。燃焼式ヒータ9の燃焼排気ガスはマフラー19から
排気される。この制御回路14は、この暖房装置が内燃
機関の運転停止時にも運転時にも利用することができる
ように、車両のエンジン・キースイッチとの関連制御を
行うものである。またこの制御回路14は、内燃機関を
停止した状態で長時間にわたりこの暖房装置を使用し
て、バッテリの異常な消耗を招くようなことがないよう
に、警報発生などの制御を行い、さらに異常高温などの
危険に対する自動運転停止などの対応を配慮するもので
ある。
【0024】ここで制御回路14についてさらに詳しく
説明すると、図2は車両のキースイッチ16および燃焼
式ヒータを操作によりオン・オフするヒータスイッチ1
5の関連動作を説明する図である。この図は、キースイ
ッチ16の位置およびヒータスイッチ15の状態にした
がって、燃焼式ヒータの動作モードがどのように転位す
るかを示す。キースイッチ16には4つの位置(OF
F,ACC,ON,START)がある。キースイッチ
の構成および作用については従来技術であるので詳しい
説明を省略するが、キースイッチのOFF位置は内燃機
関が停止して車両の電気設備にも給電が行われていない
状態である。キースイッチのACC(アクセサリ)位置
は、内燃機関が停止しているが車両の一部の電気設備に
給電が行われる状態である。キースイッチのON位置は
内燃機関が運転されている状態である。通常の走行状態
ではキースイッチはこのON位置にある。キースイッチ
のSTART位置は内燃機関の始動電動機を回転させて
いる状態である。
【0025】ヒータスイッチ15は運転者が操作する自
動復帰形のスイッチであり、操作により「ON」と「O
FF」を転換することができる。この実施例装置では、
このヒータスイッチの状態およびキースイッチの各位置
に対応して燃焼式ヒータ15には図2に表示するモード
からの6つのモードが設定される。
【0026】モードはキースイッチがOFF位置にあ
るときで、燃焼式ヒータは燃焼停止状態にあり、制御回
路に内蔵されるECU(Electronic Control Unit,制御
用コンピュータ)の電源は切れている。モードはキー
スイッチがSTART位置にあるときで、このときにも
燃焼式ヒータは燃焼停止状態にあり、このときもECU
の電源は切れている。
【0027】キースイッチがACC位置になると、モー
ド)はヒータスイッチがOFF状態にあるとき、モー
ドはヒータスイッチがON状態にあるときの二つのモ
ードがある。すなわちモードは燃焼式ヒータが作動し
ない状態であり、ECUには給電されるがスタンバイモ
ードにある。モードは内燃機関が停止している状態で
燃焼式ヒータを作動させる状態になる。このときECU
の積算タイマが起動し、積算タイマの計数値が所定値
(例えば4時間)になったときに、燃焼式ヒータへの電
流供給は自動的に停止される。キースイッチがACC位
置にあるときは、ヒータスイッチをONからOFFにす
ることによりモードはモードに遷移する。これを図
2に太い矢印により示す。モードでヒータスイッチを
OFFからONに切り替えたときには、温度が高いとき
にはモードからモードに移行し燃焼式ヒータが起動
する。モードからモードへの移行は、エンジンルー
ムの温度(またはバッテリ温度)の温度検出信号にある
基準温度以上(この実施例では−15°C以上)がなけ
れば行われない。これは内燃機関が停止していてバッテ
リの充電が行われない状態で、あらたに燃焼式ヒータを
起動しようとするものであり、きわめて低い温度下でこ
れを行うと、バッテリの能力が小さい状態でバッテリを
消耗させてしまい、そのあと内燃機関の再始動が困難に
なることを回避するためのものである。きわめて低い温
度下で室内暖房装置を新たに起動するには、いったん内
燃機関を始動させてから行うことになる。したがって、
キースイッチのACC位置で(モード)あらたにヒー
タスイッチ15がONに操作されたとき、温度検出信号
が基準温度を下回るときには内燃機関の始動を促すよう
に運転席に表示を行う。この表示の具体例については図
3により後から説明する。
【0028】キースイッチのON位置では、モードは
燃焼式ヒータが停止している状態であり、モードは燃
焼式ヒータが燃焼し作動している状態である。モード
からモードへはヒータスイッチをONからOFFに切
換えることにより転移するが、モードからモードへ
は、内燃機関の回転信号がなければ転移できない。これ
はキースイッチがON位置にあって内燃機関が回転して
いない状態は、キースイッチのトランジエントにある一
時的な状態か、あるいは何らかの異常な状態であり、こ
のときに燃焼式ヒータを作動させることはバッテリの消
耗その他から適当ではない。内燃機関の回転信号は、た
とえばオルタネータの中点電位であり、あるいは別の例
では内燃機関の油圧センサ出力である。
【0029】キースイッチがACC位置にあり、燃焼式
ヒータが燃焼中に(モード)、内燃機関を始動しよう
とするときには、キースイッチが転換されてON位置に
変化すると、動作モードはモードからに変化する。
すなわちいったん燃焼式ヒータの燃焼は停止され、キー
スイッチがSTART位置に変位し、モードとなり、
内燃機関が起動するとモードになる。つまり暖房装置
は燃焼式ヒータを停止させて、冷却水の循環により駆動
されることになる。内燃機関が回転をはじめ、なお冷却
水の水温が十分でなく、暖房装置が有効に作用しないと
きには、ヒータスイッチをあらためてONにしないと燃
焼式ヒータは作動しない。
【0030】内燃機関の運転中に燃焼式ヒータが作動し
ている状態(モード)にあるときに、キースイッチが
ACC位置に転換されると、あらためてヒータスイッチ
を操作しなくとも燃焼式ヒータは作動を継続する(モー
ド)。そしてこのときも積算タイマが起動する。
【0031】図2の最下段は、燃焼式ヒータ9、電動ポ
ンプ8および制御回路14が車両のどの電源ラインから
給電されるかを示す動作図である。キースイッチがAC
C位置にあるときにはアクセサリラインから給電され、
キースイッチがON位置またはSTART位置にあると
き(厳密にはSTART位置からON位置に移行すると
き)には、オンラインから給電されることを示す。キー
スイッチのON位置で二つの給電ラインが表示されてい
るのは、キースイッチがON位置にあるときに給電ライ
ンの切換えに伴い給電が一時的に遮断されることがない
ことを表す。
【0032】図3は運転席に設けられる本発明に係わる
表示の実施例である。この表示は4個のLED(発光ダ
イオード)を備え、それぞれ4H(4時間)、2H、1
H、E−HT(エコロジー・ヒータ)と表示される。こ
れは燃焼式ヒータの動作状態を表示するものであり、運
転者が燃焼式ヒータを正しく操作するために利用され
る。図2に示す動作モードと対応してこの点灯状態を説
明すると、モード、、、にあるとき、すなわち
ヒータスイッチが操作されないときにはいずれのLED
も点灯しない。モードではE−HTが連続的に点灯し
て、燃焼式ヒータが作動していることを表示する。モー
ドではE−HTが点灯するとともに、燃焼式ヒータが
作動する残り時間を表示するために、4H、2H、1H
のいずれか1個が点灯する。モードまたはが指示さ
れているのに、何らかの異常が検出されて燃焼式ヒータ
の燃焼を停止させたときには、E−HTが点滅を繰り返
す。この点滅状態は、ヒータスイッチ15をOFFに操
作することにより滅灯状態とすることができる。モード
(内燃機関停止で燃焼式ヒータ作動)が指示されたと
きに、外気温が低く燃焼式ヒータを作動させない状態で
あるときには、残り時間を表示する三つのLEDを同時
に5回点滅させた後に滅灯する。モードが指示された
が、内燃機関の回転信号がないときにも、残り時間を表
示する三つのLEDを同時に5回点滅させた後に滅灯
し、燃焼式ヒータが起動しないことを表示する。
【0033】図4は本発明実施例装置の車両への配置を
示す一部破断の構造斜視図である。これはキャブオーバ
車に本発明を実施した場合の各部材の配置を示す図であ
る。この図に示す各部材には、図1と同一の符号が付し
てあり、詳しい説明を省略するが、上記説明および図1
に示すブロック構成図と対応させることにより、本発明
実施例装置の各部材の車両での配置を図4により理解す
ることができる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により内燃
機関が停止した状態でも有効な室内暖房装置を安価に提
供するとともに、その暖房装置の電気制御系を車両のキ
ースイッチおよび暖房装置のオンオフ操作を行うための
ヒータスイッチと矛盾することなく関連させる制御回路
が得られる。本発明により、暖房装置が内燃機関を停止
したまま継続的に使用され、あるいはきわめて温度の低
い状態で使用され、内燃機関の再始動を行うことができ
なくなるような事態を招くことはなくなり、運転者がキ
ースイッチと関連させて適正に操作することができる自
動車用暖房装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例装置のブロック構成図。
【図2】本発明実施例装置の動作モードを説明する図。
【図3】本発明実施例装置の動作表示を説明する図。
【図4】本発明実施例装置のキャブオーバ車における各
部材の配置図。
【符号の説明】
1 内燃機関 2 ラジエタ 3 水ポンプ(内燃機関に連動する) 4 バイパス 5 サーモスタット 6 分岐通路 7 熱交換器 8 電動ポンプ 9 燃焼式ヒータ 10 燃料タンク 11 燃料ポンプ 12 ブロワ 13 電源 14 制御回路 15 ヒータスイッチ 16 キースイッチ 19 マフラー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の冷却水を分岐通路に分流する手
    段と、この分岐通路に設けられ通過する冷却水の熱を室
    内に供給する温風に転換する熱交換器とを備えた自動車
    用暖房装置において、 前記分岐通路を通過する冷却水を加圧するために設けら
    れ内燃機関が停止された状態でも作動する電動ポンプ
    と、前記分岐通路を通過する冷却水を加温する燃焼式ヒ
    ータと、この電動ポンプおよびこの燃焼式ヒータへの電
    源供給を制御する制御回路とを備え、 前記制御回路は、運転席に設けた操作スイッチである燃
    焼式ヒータのスイッチおよび車両のキースイッチと連結
    され、燃焼式ヒータのスイッチが「ON」位置にあり、
    車両のキースイッチが「ON」位置または「ACC」位
    置にあるときに前記電動ポンプおよび前記燃焼式ヒータ
    への電源供給を可能にする回路を含むことを特徴とする
    自動車用暖房装置。
  2. 【請求項2】前記制御回路は、前記キースイッチが「O
    N」位置にあり新たに燃焼式ヒータのスイッチが投入さ
    れたときには、内燃機関の回転状態を検出する信号との
    論理積で起動する手段を含む請求項1記載の自動車用暖
    房装置。
  3. 【請求項3】前記制御回路は、前記キースイッチが「A
    CC」位置にあり新たに燃焼式ヒータのスイッチが投入
    されたときには、外気温の低温信号との論理積で起動す
    る手段を含む請求項1記載の自動車用暖房装置。
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