JP2004224199A - 暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼器の消費エネルギを低減する。
【解決手段】エコノミスイッチ４１ｂが投入されてエコノミモードに移行したときには、検出水温Ｔｗに対する目標発熱能力が低くなるように制御マップを変更する。これにより、エコノミモードに移行すると、エコノミスイッチ４１ｂを投入される前に比べて燃焼器３０の発熱量が早期に低下するので、燃焼器３０の消費燃料量を削減することができる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、暖房装置に関するもので、燃焼器等の発熱器を用いた車両用補助暖房装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
燃焼器を備える車両用暖房装置は、一般的に、車室内を暖房するヒータコアを流通するエンジン冷却水（温水）の温度に応じて、燃焼器の発熱量を制御することにより、暖房能力を調整、つまり温水の熱量不足を補完するものである。
【０００３】
しかし、ヒータコアは、冷却水に吸熱されたエンジンの廃熱を熱源として車室内を暖房するのに対して、燃焼器は燃料を燃焼させて車室内を暖房するものであるので、必要以上に燃焼器を稼働させることは、燃料消費率を悪化させるとともに、二酸化炭素等の排気の排出量を増大させることとなる。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な暖房装置を提供し、第２には、暖房装置において、発熱器を適切に制御することにより発熱器の消費エネルギを低減することを目的とする。
【０００５】
【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に記載の発明では、室内に吹き出す空気を加熱する熱源をなす発熱器（３０）と、発熱器（３０）で発生した熱により加熱された空気の温度に関するパラメータ（Ｔｗ）の値に基づいて決定される目標発熱能力となるように発熱器（３０）の発熱能力を制御する発熱量制御手段と、パラメータ（Ｔｗ）の値に対する目標発熱能力を変更する目標能力変更手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
これにより、発熱器（３０）の消費エネルギの増大を抑制できるので、発熱器の消費エネルギを低減することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、発熱量制御手段は、パラメータ（Ｔｗ）の値に応じて目標発熱能力を段階的に決定することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、目標能力変更手段は、目標発熱能力の制御段数を変更することにより、パラメータ（Ｔｗ）の値に対する目標発熱能力を変更することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、目標能力変更手段は、手動操作されるＯＮ−ＯＦＦスイッチに基づいて作動することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、目標能力変更手段は、手動操作量に応じて目標発熱能力の変更量を変化させることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、目標能力変更手段は、室外空気の温度に基づいて自動的に作動することを特徴とする。
【００１２】
これにより、発熱器の消費エネルギを効率よく低減することができる。
【００１３】
請求項７に記載の発明では、目標能力変更手段は、室外空気の温度に基づいて自動的に目標発熱能力の変更量を変化させることを特徴とする。
【００１４】
これにより、発熱器の消費エネルギを効率よく低減することができる。
【００１５】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は本実施形態に係る車両用補助暖房装置の模式図であり、図２は燃焼器の模式図である。
【００１７】
図１中、エンジン１０は走行用動力源をなすディーゼル式の内燃機関であり、吸気管１１はエンジン１０に燃焼用空気を供給するものであり、この吸気管１１の最上流側には、エンジン１０に吸入される空気中の塵埃を除去するエアクリーナ１２が設けられ、エアクリーナ１２の下流側には吸気管１１内を流れる空気量を制御する吸気絞り弁１３が設けられている。
【００１８】
排気管１４はエンジン１０から排出される排気を流すための管であり、排気管１４には排気を浄化するための三元触媒１５及び排気音を低減する消音器１６が設けられている。
【００１９】
ポンプ１７はエンジン用の冷却水を循環させる電動式のポンプ手段であり、ラジエータ１８は冷却水と外気とを熱交換させて冷却水を冷却する熱交換器である。
【００２０】
なお、図１では、ラジエータ１８を迂回させて冷却水を流すバイパス回路及びラジエータ１８を流れる冷却水量を調節するサーモスタット等の流量制御弁は、省略されている。
【００２１】
ヒータ１９は冷却水を熱源として室内に吹き出す空気を加熱する加熱器であり、流量制御弁２０はヒータ１９側に流れる冷却水量を調節するバルブであり、燃焼器３０は、燃料を燃焼することにより冷却水を加熱して間接的に車室内を暖房するものである。
【００２２】
排気切替弁２１は燃焼器３０から排出される燃焼ガスを吸気管１１に導く場合と排気管１４に導く場合とを切り換える板ドア式のバルブである。なお、燃焼器３０の燃焼用空気は吸気管１１から燃焼器３０に導かれる。
【００２３】
次に、燃焼器３０の概略構造を図２に基づいて延べる。
【００２４】
燃焼部３１は、燃料を着火燃焼させる第１燃焼室３１ａ及び第１燃焼室３１ａにて着火した火炎を成長させる第２燃焼室３１ｂから構成されたもので、第１燃焼室３１ａと第２燃焼室３１ｂとを、両燃焼室３１ａ、３１ｂの断面積より小さな通路断面積を有するオリフィス３１ｃを介して連通させることにより、第１燃焼室３１ａ内の火炎が吹き消えてしまうことを防止している。
【００２５】
また、第１燃焼室３１ａを構成する円筒状の第１燃焼筒３１ｄの円筒部には、第１燃焼室３１ａに燃焼用空気を供給する空気穴３１ｅが設けられており、第１燃焼筒３１ｄの周りには空気溜め室３２が設けられ、空気流入口３２ａはエアポンプ３３の吐出口側に接続されている。
【００２６】
なお、エアポンプ３３は吸気管１１から空気を吸引して燃焼器３０に供給する燃焼用空気を燃焼器３０に供給する電動式のウェスコ（渦流）ポンプであり、本実施形態では、エアポンプ３３と燃焼器３０とは一体化されている。
【００２７】
また、燃焼部３１の外周側には燃焼ガスが流れる排気通路３４が設けられているとともに、この排気通路３４を外側から覆うように冷却水が流れる冷却水通路３５が設けられている。
【００２８】
そして、排気通路３４を流れる燃焼ガスと冷却水通路３５を流れる冷却水とを熱交換することにより燃焼器３０で発生した熱を冷却水に取り込む。なお、排気通路３４及び冷却水通路３５には、燃焼ガスと冷却水との熱交換効率を高めるフィン３４ａ、３５ｃが設けられている。
【００２９】
なお、排気口３４ｂは熱交換を終えた燃焼ガスを排出するためのものであり、流入口３５ａは冷却水を冷却水通路３５に導くものであり、流出口３５ｂは熱交換を終えた冷却水を排出するものである。
【００３０】
ウィック３６は燃料ポンプ４０から燃焼器３０に供給された燃料を一時的に保持することにより燃料の気化を促すもので、本実施形態では、略円盤状の金属メッシュ製で、その空隙に燃料を一時的に保持する。
【００３１】
グロープラグ３７は通電することによりウィック３６に保持された燃料を加熱着火させる加熱手段であり、排気口３４ｂ近傍には、燃焼ガスの温度を検出するフレームセンサ３８が配設されている。なお、フレームセンサ３８は、電気抵抗値の変化を利用して着火及び失火を検出する温度センサの一種である。
【００３２】
水温センサ３９ａは燃焼ガスにて加熱された冷却水の温度を検出する温度検出手段であり、壁温センサ３９ｂは燃焼ガスに直接に晒される燃焼部３１の壁面温度を検出するものである。
【００３３】
そして、各センサ３８、３９ａ、９ｂの検出信号は電子制御装置（ＥＣＵ）４１に入力されており、ＥＣＵ４１は各センサ３８、３９ａ、９ｂの検出信号に加えて、燃焼器３０の始動スイッチ（ヒータスイッチ）４１ａから信号、水温センサ３９ａの検出水温Ｔｗに対する目標発熱能力を変更するエコノミスイッチ４１ｂからの信号、及び室外空気温度を検出する外気温センサ４１ｃの検出外気温度Ｔｏｕｔ等に基づいて予め設定されたプログラムに従って燃焼器３０、つまりエアポンプ３３、グロープラグ３７及び燃料ポンプ４０等を制御する。
【００３４】
次に、本実施形態に係る車両用補助暖房装置の作動を述べる。
【００３５】
１．燃焼器３０の始動
始動スイッチ４１ａが投入されたときには、燃料ポンプ４０及びエアポンプ３３を稼動させるとともに、グロープラグ３７に通電してウィック３６を加熱昇温し、ウィック３６に保持された燃料を蒸発させて着火始動する。
【００３６】
なお、燃焼器３０に供給する燃料及び空気の量は、徐々に増大させ、かつ、始動開始後、所定時間が経過後もフレームセンサ３８の検出温度が所定温度以上まで上昇しない場合には、着火に失敗して不着火状態あるものと見なして、再度、着火を試みる。
【００３７】
着火後、所定時間が経過してフレームセンサ３８の検出温度が安定して定常燃焼状態に移行したものと見なされたときには、グロープラグ３７への通電を停止し、燃料の燃焼に伴って発生する燃焼熱にてウィック３６を加熱し、ウィック３６に保持された燃料を蒸発させて連続燃焼させる通常運転モードに移行する。
【００３８】
なお、燃焼器３０から排出される燃焼ガスは、エンジン１０が稼動しているときには吸気管１１に排出し、エンジン１０が停止しているときには排気管１４に排出する。
【００３９】
２．通常運転モード
この運転モードでは、図３に示すように、検出水温Ｔｗに基づいて決定される目標発熱能力となるように燃焼器３０の発熱能力を制御する。具体的には、発熱能力を、Ｈｉ（最大能力）、Ｌｏ（最小能力）及びＯＦＦ（停止）の３段階制御とするとともに、検出水温Ｔｗに応じてＨｉ、Ｌｏ及びＯＦＦのいずれかから目標発熱能力を選択して燃焼器３０の発熱能力を制御するものである。
【００４０】
なお、本実施形態では、発熱能力を変化させるしきい値をなす検出水温Ｔｗを、検出水温Ｔｗが上昇過程にあるときと検出水温Ｔｗが下降過程にあるときとで相違させて所定のヒステリシスを設けている。
【００４１】
そして、エコノミスイッチ４１ｂが投入されたときには、検出水温Ｔｗに対する目標発熱能力を変更する。具体的には、図４に示すように、発熱能力を変化させるしきい値をなす検出水温Ｔｗを、エコノミスイッチ４１ｂが投入される前に比べて所定温度ΔＴ（本実施形態では、１０℃）を下げるものである。以下、しきい値をなす検出水温Ｔｗを低下させて燃焼器３０を制御する運転モードをエコノミモードと呼び、しきい値をなす検出水温Ｔｗを低下させないで燃焼器３０を制御する運転モードをフルモードと呼ぶ。
【００４２】
なお、図５は通常運転モード時における燃焼器３０の制御フローを示すフローチャートであり、エコノミスイッチ４１ｂが投入されると、検出水温Ｔｗに対する目標発熱能力が低くなるように制御マップを変更する。
【００４３】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００４４】
本実施形態では、エコノミスイッチ４１ｂが投入されると、検出水温Ｔｗに対する目標発熱能力が低くなるように制御マップを変更するので、エコノミスイッチ４１ｂが投入されると、エコノミスイッチ４１ｂを投入される前に比べて燃焼器３０の発熱量が早期に低下する。
【００４５】
したがって、エコノミスイッチ４１ｂを投入されると、図６に示すように、検出水温Ｔｗの上昇速度は、エコノミスイッチ４１ｂを投入される前に比べて低下するものの、燃焼器３０の消費燃料量を、図７に示すように削減することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、手動操作されるエコノミスイッチ４１ｂに基づいてフルモードとエコノミモードとを切り替えたが、本実施形態は、外気温度Ｔｏｕｔに基づいて自動的にフルモードとエコノミモードとを切り替えることができるようにしたものである。
【００４７】
具体的には、自動的にフルモードとエコノミモードとを切り替えるか否かを設定する自動スイッチが手動操作にて投入された場合には、外気温度Ｔｏｕｔが所定温度以上となったときには、フルモードからエコノミモードに移行するとともに、エコノミモードに移行した後は、外気温度Ｔｏｕｔが高くなるほど、しきい値の低下量、つまり所定温度ΔＴが大きくなるように変化させるものである。因みに、図８は本実施形態に係る補助暖房装置の特徴的作動を示す図表である。
【００４８】
なお、本実施形態では、所定温度ΔＴを外気温度Ｔｏｕｔに応じて段階的に変化させるが、所定温度ΔＴを外気温度Ｔｏｕｔに応じて連続的に変化させてもよい。
【００４９】
また、所定温度ΔＴと外気温度Ｔｏｕｔとの対応関係において、所定のヒステリシスを設けてもよい。
【００５０】
また、本実施形態では、自動的にフルモードとエコノミモードとを切り替えるか否かを設定する自動スイッチが手動操作にて投入された場合に自動的にフルモードとエコノミモードとを切り替えたが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば補助暖房装置が稼動し始めると同時、つまり始動スイッチ４１ａが投入されると同時に自動制御に移行してもよい。
【００５１】
（第３実施形態）
本実施形態は、図９に示すように、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせたものである。
【００５２】
具体的には、自動制御によりエコノミモードに移行する外気温度Ｔｏｕｔ以下であっても、エコノミスイッチ４１ｂが投入された場合には、エコノミモードに移行するとともに、所定温度ΔＴを外気温度Ｔｏｕｔに基づいて変更し、逆に、自動制御によりエコノミモードに移行した後であっても、エコノミスイッチ４１ｂが遮断された場合には、フルモードに移行するものである。
【００５３】
なお、図１０は本実施形態に係る補助暖房装置の制御を示すフローチャートである。因みに、図１０ではＳ２４〜Ｓ２６を恒常的に実行しているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば所定時間毎に実行してもよい。
【００５４】
（第４実施形態）
第１、３実施形態では、エコノミスイッチ４１ｂは単純なＯＮ−ＯＦＦスイッチであったが、本実施形態は、図１１に示すように、エコノミスイッチ４１ｂを手動操作量に応じた信号を出力する可変出力スイッチ（例えば、ダイヤルスイッチ）とするとともに、エコノミスイッチ４１ｂを手動操作量に基づいてしきい値の低下量、つまり所定温度ΔＴが大きくなるように変化させるものである。
【００５５】
なお、図１１では、第３実施形態と同様に、エコノミスイッチ４１ｂにより手動制御と外気温度Ｔｏｕｔに基づく自動制御とを組み合わせたものであったが、エコノミスイッチ４１ｂにより手動制御のみとしてもよいこよは言うまでもない。
【００５６】
（第５実施形態）
本実施形態は、図１２に示すように、目標発熱能力の制御段数を変更することにより、検出水温Ｔｗに対する目標発熱能力を変更するものである。具体的には、フルモード時にはＨｉ（最大能力）、Ｌｏ（最小能力）及びＯＦＦ（停止）の３段階制御とし、エコノミモード時にはＨｉ及びＯＦＦの２段階制御とするとともに、発熱能力を低下させるしきい値をフルモード時より低くするものである。
【００５７】
これにより、エコノミモードに移行すると、図１３に示すように、検出水温Ｔｗの上昇速度は、フルモード時に比べて低下するものの、燃焼器３０の消費燃料量を、図１４に示すように削減することができる。
【００５８】
なお、フルモードとエコノミモードとの切り替えは、第１〜４実施形態に示されたいずれの方法であってもよい。
【００５９】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、車両用補助暖房装置に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
【００６０】
また、上述の実施形態では、発熱器として燃焼器３０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば電気ヒータ等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用補助暖房装置の模式図である。
【図２】燃焼器の模式図である。
【図３】フルモード時における制御パターンを示す図である。
【図４】エコノミモード時における制御パターンを示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る車両用補助暖房装置の制御を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態に係る車両用補助暖房装置の検出水温Ｔｗ変化を示すグラフである。
【図７】本発明の第１実施形態に係る車両用補助暖房装置の効果を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る車両用補助暖房装置の制御を示す図表である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る車両用補助暖房装置の制御を示す図表である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る車両用補助暖房装置の制御を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る車両用補助暖房装置の制御を示す図表である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る車両用補助暖房装置の制御パターンを示す図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る車両用補助暖房装置の検出水温Ｔｗ変化を示すグラフである。
【図１４】本発明の第５実施形態に係る車両用補助暖房装置の効果を示す図である。
【符号の説明】
３０…燃焼器、３３…エアポンプ、４０…燃料ポンプ、
４１…電子制御装置、４１ａ…ヒータスイッチ、
４１ｂ…エコノミスイッチ、４１ｃ…外気温度センサ。

Claims (7)

1. 室内に吹き出す空気を加熱する熱源をなす発熱器（３０）と、
   前記発熱器（３０）で発生した熱により加熱された空気の温度に関するパラメータ（Ｔｗ）の値に基づいて決定される目標発熱能力となるように前記発熱器（３０）の発熱能力を制御する発熱量制御手段と、
   前記パラメータ（Ｔｗ）の値に対する前記目標発熱能力を変更する目標能力変更手段とを備えることを特徴とする暖房装置。
2. 前記発熱量制御手段は、前記パラメータ（Ｔｗ）の値に応じて前記目標発熱能力を段階的に決定することを特徴とする請求項１に記載の暖房装置。
3. 前記目標能力変更手段は、前記目標発熱能力の制御段数を変更することにより、前記パラメータ（Ｔｗ）の値に対する前記目標発熱能力を変更することを特徴とする請求項２に記載の暖房装置。
4. 前記目標能力変更手段は、手動操作されるＯＮ−ＯＦＦスイッチに基づいて作動することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の暖房装置。
5. 前記目標能力変更手段は、手動操作量に応じて前記目標発熱能力の変更量を変化させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の暖房装置。
6. 前記目標能力変更手段は、室外空気の温度に基づいて自動的に作動することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の暖房装置。
7. 前記目標能力変更手段は、室外空気の温度に基づいて自動的に前記目標発熱能力の変更量を変化させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の暖房装置。

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