JP2013253537A - 車両用蓄熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの冷間始動時における暖房性能を向上させる。
【解決手段】エンジン１１と、エンジン１１の冷却水の熱を車室内への送風空気に伝達させるヒータコア１３と、冷却水を貯留することで冷却水の熱を蓄熱する蓄熱器１４と、の間を冷却水が循環する車両用蓄熱システム１００は、エンジン１１を迂回して冷却水を流すエンジン迂回通路１７と、冷却水をエンジン１１又はエンジン迂回通路１７へ選択的に流すエンジン流路切換手段１８と、エンジン流路切換手段１８によって冷却水がエンジン迂回通路１７へ流れている場合にエンジン迂回通路１７の冷却水を圧送するウォータポンプ１９と、を備え、エンジン１１が冷間始動した後にエンジン１１の暖機より車室内の暖房を優先する場合、エンジン流路切換手段１８は冷却水をエンジン迂回通路１７へ流す。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用蓄熱システムに関する。

エンジンの冷却水通路に設けられ、冷却水の熱を蓄熱可能な蓄熱器が知られている。特許文献１には、エンジンの運転中に高温の冷却水を蓄熱器に貯留しておき、エンジンの冷間始動時に貯留しておいた冷却水を冷却水通路へ排出することで、エンジンの暖機時間の短縮及びヒータコアにおける暖房性能の向上を図ることが記載されている。

特開２００２−４８５５号公報

上記従来の技術では、エンジンの運転中に蓄熱器内の冷却水を全てヒータコア側へ流す流路を形成することができないので、エンジンの冷間始動時に十分に暖房性能を向上させることができない。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、エンジンの冷間始動時における暖房性能を向上させることが可能な車両用蓄熱システムを提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、エンジンと、エンジンの冷却水の熱を車室内への送風空気に伝達させるヒータコアと、冷却水を貯留することで冷却水の熱を蓄熱する蓄熱器と、の間を冷却水が循環する車両用蓄熱システムであって、エンジンを迂回して冷却水を流すエンジン迂回通路と、冷却水をエンジン又はエンジン迂回通路へ選択的に流すエンジン流路切換手段と、エンジン流路切換手段によって冷却水がエンジン迂回通路へ流れている場合にエンジン迂回通路の冷却水を圧送するウォータポンプと、を備え、エンジンが冷間始動した後にエンジンの暖機より車室内の暖房を優先する場合、エンジン流路切換手段は冷却水をエンジン迂回通路へ流す、ことを特徴とする車両用蓄熱システムが提供される。

上記態様によれば、エンジンが冷間始動した後にエンジンの暖機より車室内の暖房を優先する場合には冷却水をエンジン迂回通路へ流すので、蓄熱器に貯留されている高温の冷却水がすべてヒータコアへと流れ、ヒータコアにおける暖房性能の立ち上がりを向上させることができる。よって、エンジンの冷間始動時における暖房性能を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る車両用蓄熱システムの全体構成を示している。 コントローラが行う処理内容を示すフローチャートである。 暖機優先モード時における車両用蓄熱システムの作動について説明した図である。 暖房優先モード時における車両用蓄熱システムの作動について説明した図である。 通常運転時における車両用蓄熱システムの作動について説明した図である。 蓄熱器内の冷却水入れ替え時における車両用蓄熱システムの作動について説明した図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における車両用蓄熱システム１００の全体構成を示している。

車両用蓄熱システム１００は、車両に搭載されたエンジン１１の冷却水通路１０と、冷却水通路１０と並列に設けられるラジエータ通路３０と、ラジエータ通路３０と並列に設けられるバイパス通路４０と、を備える。なお、すべての通路は、エンジン１１の冷却水、例えばＬＬＣで満たされている。

冷却水通路１０は、ウォータポンプ１２と、エンジン１１と、ヒータコア１３と、蓄熱器１４と、をこの順に直列に接続し、冷却水を循環させる通路である。

ウォータポンプ１２は、エンジン１１の図示しないクランクシャフトプーリにベルトを介して連結されており、エンジン１１の駆動力によって回転駆動される。ウォータポンプ１２が回転すると、冷却水通路１０内の冷却水がエンジン１１へ圧送される。

ヒータコア１３は、冷却水の熱を車室内への送風空気へ伝達する熱交換器であり、車両の空調ユニット内に設けられる。つまり、車両の暖房性能は、ヒータコア１３を通過する冷却水の温度が高いほど向上する。

蓄熱器１４は、冷却水を貯留するタンクであり、真空断熱材などの断熱性の高い部材によって外周が覆われた保温容器である。

ラジエータ通路３０は、ウォータポンプ１２と、エンジン１１と、サーモスタット３１と、ラジエータ３２と、をこの順に接続している。

サーモスタット３１は、冷却水の温度が予め設定された設定温度（例えば８０℃）に達するまではラジエータ通路３０を閉塞し、冷却水の温度が設定温度に達するとラジエータ通路３０を開放するように作動する開閉バルブである。したがって、サーモスタット３１が閉じている場合、ウォータポンプ１２から供給された冷却水はラジエータ通路３０には流れず、サーモスタット３１が開いた場合、冷却水がラジエータ通路３０に流れる。

ラジエータ３２は、冷却水の熱を外気へ放熱する熱交換器である。ラジエータ３２は、車両の前方に設けられ、車両の走行風及びラジエータ３２の近傍に設けられた図示しない電動ファンによって生成された風、の少なくとも一方によって冷却される。

バイパス通路４０は、エンジン１１内の冷却水通路１０の入口と出口とを接続している。したがって、ウォータポンプ１２が作動している場合、すなわちエンジン１１が運転中は、常にバイパス通路４０内に冷却水が流れている。

車両用蓄熱システム１００はさらに、蓄熱器１４を迂回して冷却水を流す蓄熱器迂回通路１５と、蓄熱器迂回通路１５の上流端に設けられる蓄熱器流路切換バルブ１６と、エンジン１１を迂回して冷却水を流すエンジン迂回通路１７と、エンジン迂回通路１７の上流端に設けられるエンジン流路切換バルブ１８と、エンジン迂回通路１７に設けられる電動ウォータポンプ１９と、を備える。

蓄熱器流路切換バルブ１６は、冷却水の流れを蓄熱器１４側又は蓄熱器迂回通路１５側へと選択的に切り換えることが可能な三方弁である。エンジン流路切換バルブ１８は、冷却水の流れをエンジン１１側又はエンジン迂回通路１７側へと選択的に切り換えることが可能な三方弁である。電動ウォータポンプ１９は、エンジン迂回通路１７に冷却水が流れている場合にエンジン迂回通路１７の冷却水を圧送する。

車両用蓄熱システム１００はさらに、コントローラ５０と、蓄熱器１４内の冷却水の温度を検出する蓄熱器温度センサ５１と、エンジン１１のウォータジャケット内の冷却水の温度を検出するエンジン温度センサ５２と、を備える。

コントローラ５０は、蓄熱器温度センサ５１及びエンジン温度センサ５２から受信した検出値に基づいて、蓄熱器流路切換バルブ１６及びエンジン流路切換バルブ１８を切り換え制御するとともに電動ウォータポンプ１９の作動を制御する。

次に、コントローラ５０で行う処理内容について図２を参照しながら説明する。

ステップＳ１においてコントローラ５０は、エンジン１１が始動されたか否かを判定する。エンジン１１が始動されたと判定されると処理がステップＳ２へ進み、エンジン１１が始動されたと判定されない場合は処理が再度実行される。エンジン１１が始動されたことは、エンジン１１を制御する図示しないＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）からの信号に基づいて判定される。

ステップＳ２においてコントローラ５０は、暖機優先モードであるか暖房優先モードであるかを判定する。暖機優先モードであると判定されると処理がステップＳ３へ進み、暖房優先モードであると判定されると処理がステップＳ５へ進む。

エンジン１１の冷間始動時、冷却水は外気温とほぼ同一温度であるので、より迅速に冷却水温度を上昇させることで、エンジン１１の暖機が早期に終了して省燃費効果を得ることができる。また、空調ユニットの暖房性能はヒータコア１３を通過する冷却水の温度に依存しているので、より迅速に冷却水温度を上昇させることで、空調ユニットの即暖性を向上させることができる。

そこで、コントローラ５０は、外気温や空調ユニットの設定温度などに基づいて、暖機優先モードであるか暖房優先モードであるかを判定する。なお、当該判定はコントローラ５０ではなく運転者が操作スイッチなどによって行ってもよい。

ステップＳ３においてコントローラ５０は、蓄熱器流路切換バルブ１６を冷却水が蓄熱器１４側へ流れるように切り換え、エンジン流路切換バルブ１８を冷却水がエンジン１１側へ流れるように切り換える。本ステップにおける切り換え制御によって実現される冷却水の流れについて図３を参照して説明する。

図３に示すように、ウォータポンプ１２によって圧送された冷却水は、エンジン１１、ヒータコア１３、及び蓄熱器流路切換バルブ１６を介して蓄熱器１４へと流れ込む。すると、蓄熱器１４に貯留されている高温の冷却水が排出され、エンジン流路切換バルブ１８を介してウォータポンプ１２へと還流する。これにより、エンジン１１に高温の冷却水が流れ込むのでエンジン１１の暖機を促進することができる。

また、本ステップの処理が実行されるのはエンジン１１の始動直後であるから、冷却水の温度はまだサーモスタット３１の設定温度より低く、サーモスタット３１は閉じている。よって、冷却水はラジエータ通路３０には流れずバイパス通路４０に流れる。

図２に戻って、ステップＳ４においてコントローラ５０は、エンジン温度センサ５２の検出値Ｔｅが蓄熱器温度センサ５１の検出値Ｔｈと等しいか否かを判定する。等しいと判定されると処理がステップＳ７へ進み、等しいと判定されない場合は処理がステップＳ３へ戻る。本ステップでは、ステップＳ３において排出された蓄熱器１４内の高温の冷却水が冷却水通路１０内に十分に行き渡り、冷却水通路１０内の冷却水の温度が少なくとも冷間時でない温度に達したことを判定している。

一方、ステップＳ２において暖房優先モードであると判定された場合、ステップＳ５においてコントローラ５０は、蓄熱器流路切換バルブ１６を冷却水が蓄熱器１４側へ流れるように切り換え、エンジン流路切換バルブ１８を冷却水がエンジン迂回通路１７側へ流れるように切り換える。本ステップにおける切り換え制御によって実現される冷却水の流れについて図４を参照して説明する。

図４に示すように、冷却水通路１０はエンジン１１を迂回するように接続され、電動ウォータポンプ１９が作動して冷却水が循環する。電動ウォータポンプ１９によって圧送された冷却水は、ヒータコア１３及び蓄熱器流路切換バルブ１６を介して蓄熱器１４へと流れ込む。すると、蓄熱器１４に貯留されている高温の冷却水が排出され、エンジン流路切換バルブ１８を介して電動ウォータポンプ１９へと還流する。これにより、高温の冷却水はエンジン１１を経由することなくヒータコア１３へと流れ込むので、空調ユニットの即暖性を向上させることができる。

また、本ステップの処理が実行されるのはエンジン１１の始動直後であるから、冷却水の温度はまだサーモスタット３１の設定温度より低く、サーモスタット３１は閉じている。よって、ウォータポンプ１２によって圧送される冷却水はラジエータ通路３０には流れず、エンジン１１内の冷却水通路１０とバイパス通路４０との間を循環する。

図２に戻って、ステップＳ６においてコントローラ５０は、エンジン温度センサ５２の検出値Ｔｅが蓄熱器温度センサ５１の検出値Ｔｈと等しいか否かを判定する。等しいと判定されると処理がステップＳ７へ進み、等しいと判定されない場合は処理がステップＳ５へ戻る。本ステップでは、エンジン１１及びバイパス通路４０間を循環する冷却水が、ヒータコア１３及び蓄熱器１４間を循環する冷却水と等しい温度、すなわち冷間時でない温度、まで上昇したか否かを判定している。

これにより、エンジン流路切換バルブ１８を切り換えた場合にヒータコア１３を通過する冷却水の温度が低下することによる暖房性能の低下を防止することができる。

ステップＳ７においてコントローラ５０は、蓄熱器流路切換バルブ１６を冷却水が蓄熱器迂回通路１５側へ流れるように切り換え、エンジン流路切換バルブ１８を冷却水がエンジン１１側へ流れるように切り換える。本ステップにおける切り換え制御によって実現される冷却水の流れについて図５を参照して説明する。

図５に示すように、ウォータポンプ１２によって圧送された冷却水は、エンジン１１、ヒータコア１３、及び蓄熱器流路切換バルブ１６、蓄熱器迂回通路１５、及びエンジン流路切換バルブ１８を介してウォータポンプ１２へと還流する。さらに、冷却水の温度がサーモスタット３１の設定温度を上回ると、サーモスタット３１が開弁し、冷却水がバイパス通路４０に加えてラジエータ通路３０にも流れる。

図２に戻って、ステップＳ８においてコントローラ５０は、エンジン温度センサ５２の検出値Ｔｅがエンジン暖機温度より高いか否かを判定する。エンジン温度センサ５２の検出値Ｔｅがエンジン暖機温度より高いと判定されると処理がステップＳ９へ進み、エンジン暖機温度より高いと判定されない場合には、処理がステップＳ７へ戻る。エンジン暖機温度は、エンジン１１が暖機したと判断できる程度の値であり、例えば８０℃に予め設定される。

ステップＳ９においてコントローラ５０は、エンジン温度センサ５２の検出値Ｔｅから蓄熱器温度センサ５１の検出値Ｔｈを減算した値（Ｔｅ−Ｔｈ）が、冷却水入れ替え判定値より大きいか否かを判定する。値（Ｔｅ−Ｔｈ）が冷却水入れ替え判定値より大きいと判定されると処理がステップＳ１０へ進み、冷却水入れ替え判定値より大きいと判定されない場合には、処理がステップＳ７へ戻る。冷却水入れ替え判定値は、蓄熱器１４内の冷却水をより高温の冷却水に入れ替えることができると判断できる程度の値であり、例えば５℃に予め設定される。

ステップＳ１０においてコントローラ５０は、蓄熱器流路切換バルブ１６を冷却水が蓄熱器１４側へ流れるように切り換え、エンジン流路切換バルブ１８を冷却水がエンジン１１側へ流れるように切り換える。本ステップにおける切り換え制御によって実現される冷却水の流れについて図６を参照して説明する。

図６に示すように、ウォータポンプ１２によって圧送された冷却水は、エンジン１１、ヒータコア１３、及び蓄熱器流路切換バルブ１６、蓄熱器１４、及びエンジン流路切換バルブ１８を介してウォータポンプ１２へと還流する。さらに、本ステップの処理実行時にはサーモスタット３１が開弁しているので、冷却水がバイパス通路４０に加えてラジエータ通路３０にも流れる。

これにより、蓄熱器１４内の冷却水が冷却水通路１０内の冷却水によって入れ替えられ、より高温の冷却水が蓄熱器１４に貯留される。

図２に戻って、ステップＳ１１においてコントローラ５０は、エンジン温度センサ５２の検出値Ｔｅが蓄熱器温度センサ５１の検出値Ｔｈと等しいか否かを判定する。エンジン温度センサ５２の検出値Ｔｅが蓄熱器温度センサ５１の検出値Ｔｈと等しいと判定されると処理がステップＳ７へ戻り、蓄熱器温度センサ５１の検出値Ｔｈと等しいと判定されない場合には処理がステップＳ１０へ戻る。本ステップにより、蓄熱器１４内の冷却水が冷却水通路１０内のより高温の冷却水に入れ替えられたことを判定することができる。

以上の制御をまとめると、コントローラ５０は、エンジン運転中、より高温の冷却水を蓄熱器１４に貯留するように蓄熱器流路切換バルブ１６を切り換え制御する（Ｓ７〜Ｓ１１）。エンジン停止後も蓄熱器１４は継続して冷却水を保温する。エンジン１１の冷間始動時、暖機優先モードの場合は蓄熱器１４内の高温の冷却水をエンジン１１へと流すようにエンジン流路切換バルブ１８を切り換え制御し（Ｓ３）、暖房優先モードの場合は蓄熱器１４内の高温の冷却水を、エンジン１１を経由せずにヒータコア１３へと流すようにエンジン流路切換バルブ１８を切り換え制御する（Ｓ５）。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

エンジン１１が冷間始動した場合であってエンジン１１の暖機より車室内の暖房を優先する暖房優先モードであると判定された場合には、エンジン流路切換バルブ１８を切り換え制御して冷却水をエンジン迂回通路１７へ流すので、蓄熱器１４に貯留されている高温の冷却水がすべてエンジン１１を経由することなくヒータコア１３へと流れる。これにより、ヒータコア１３を通過する冷却水の温度が迅速に上昇するので、エンジン１１の冷間始動時における空調ユニットの暖房性能の立ち上がりを向上させることができる。

さらに、エンジン１１が冷間始動した場合であって車室内の暖房よりエンジン１１の暖機を優先する暖機優先モードであると判定された場合には、エンジン流路切換バルブ１８を切り換え制御して冷却水をエンジン１１へ流すので、蓄熱器１４に貯留されている高温の冷却水がすべてエンジン１１へと流れる。これにより、エンジン１１の暖機に要する時間を短縮することができ、エンジン暖機中の燃料増量補正による燃費の悪化を抑制することができる。

さらに、エンジン１１が冷間始動した後にエンジン温度センサ５２の検出値Ｔｅが蓄熱器温度センサ５１の検出値Ｔｈに達した場合には、蓄熱器流路切換バルブ１６を切り換え制御して冷却水を蓄熱器迂回通路１５へ流し、エンジン流路切換バルブ１８を切り換え制御して冷却水をエンジン１１へ流すので、蓄熱器１４内の冷却水を冷却水通路１０に供給する必要がなくなった場合に蓄熱器１４を冷却水通路１０から分離することができる。また、暖房優先モードであった場合には、エンジン流路切換バルブ１８の切り換えによってエンジン１１側の冷却水がヒータコア１３へと流れ込むことになるが、エンジン１１を流れる冷却水の温度が蓄熱器１４を流れる冷却水の温度に達した後であればヒータコア１３を流れる冷却水の温度が大きく低下することはないので、空調ユニットの暖房性能を維持することができる。

さらに、エンジン温度センサ５２の検出値Ｔｅがエンジン暖機温度より高く、エンジン温度センサ５２の検出値Ｔｅから蓄熱器温度センサ５１の検出値Ｔｈを減算した値（Ｔｅ−Ｔｈ）が、冷却水入れ替え判定値より大きい場合、エンジン温度センサ５２の検出値Ｔｅが蓄熱器温度センサ５１の検出値Ｔｈと等しくなるまで蓄熱器流路切換バルブ１６を切り換え制御して冷却水を蓄熱器１４へと流すので、蓄熱器１４内の冷却水の温度をより高温の冷却水に入れ替えることができる。これにより、蓄熱器１４内の冷却水の温度を高温状態に保持することができるので、次回のエンジン始動時における暖房性能の向上及びエンジン暖機時間の短縮をより促進することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例を示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、コントローラ５０は、ステップＳ４、Ｓ６及びＳ１１において、エンジン温度センサ５２の検出値Ｔｅが蓄熱器温度センサ５１の検出値Ｔｈと等しいか否かを判定しているが、判定条件は必ずしもＴｅとＴｈとが一致する場合に限定する必要はなく、エンジン１１の冷却水温度と蓄熱器１４内の冷却水温度とが同程度の温度になったことを判定できればよい。

１１ エンジン
１３ ヒータコア
１４ 蓄熱器
１５ 蓄熱器迂回通路
１６ 蓄熱器流路切換バルブ（蓄熱器流路切換手段）
１７ エンジン迂回通路
１８ エンジン流路切換バルブ（エンジン流路切換手段）
１９ 電動ウォータポンプ（ウォータポンプ）
１００ 車両用蓄熱システム

Claims (4)

1. エンジンと、前記エンジンの冷却水の熱を車室内への送風空気に伝達させるヒータコアと、冷却水を貯留することで冷却水の熱を蓄熱する蓄熱器と、の間を冷却水が循環する車両用蓄熱システムであって、
   前記エンジンを迂回して冷却水を流すエンジン迂回通路と、
   冷却水を前記エンジン又は前記エンジン迂回通路へ選択的に流すエンジン流路切換手段と、
   前記エンジン流路切換手段によって冷却水が前記エンジン迂回通路へ流れている場合に前記エンジン迂回通路の冷却水を圧送するウォータポンプと、
   を備え、
   前記エンジンが冷間始動した場合であって前記エンジンの暖機より車室内の暖房を優先する場合、前記エンジン流路切換手段は冷却水を前記エンジン迂回通路へ流す、
   ことを特徴とする車両用蓄熱システム。
2. 請求項１に記載の車両用蓄熱システムであって、
   前記エンジンが冷間始動した場合であって車室内の暖房より前記エンジンの暖機を優先する場合、前記エンジン流路切換手段は冷却水を前記エンジンへ流す、
   ことを特徴とする車両用蓄熱システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両用蓄熱システムであって、
   前記蓄熱器を迂回して冷却水を流す蓄熱器迂回通路と、
   冷却水を前記蓄熱器又は前記蓄熱器迂回通路へ選択的に流す蓄熱器流路切換手段と、
   をさらに備え、
   前記エンジンを流れる冷却水の温度が前記蓄熱器を流れる冷却水の温度に達した場合、前記蓄熱器流路切換手段は冷却水を前記蓄熱器迂回通路へ流し、前記エンジン流路切換手段は冷却水を前記エンジンへ流す、
   ことを特徴とする車両用蓄熱システム。
4. 請求項３に記載の車両用蓄熱システムであって、
   前記蓄熱器流路切換手段が冷却水を前記蓄熱器迂回通路へ流している場合であって冷却水の温度が前記蓄熱器に貯留されている冷却水の温度より高い場合、前記蓄熱器流路切換手段は前記蓄熱器内の冷却水が入れ替わるまで冷却水を前記蓄熱器へ流す、
   ことを特徴とする車両用蓄熱システム。
   
   

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