JP3552297B2

JP3552297B2 - 燃料温度制御システム

Info

Publication number: JP3552297B2
Application number: JP22541194A
Authority: JP
Inventors: 保利山中; 竜雄杉本; 美光井上; 伊藤　　公一
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: JPH0893579A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車用内燃機関の燃料温度を制御する燃料温度制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車のエンジンに供給する燃料を冷却するための燃料冷却装置が提案されている（実開昭６２−２３号、特開平３−４３６５３号参照）。この燃料冷却装置は、車両用エアコンの冷凍サイクルを循環する低圧側の冷媒によってエンジンに供給される燃料を冷却するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の燃料冷却装置では、燃料を冷却することによって冷媒圧縮機へ還流する冷媒の温度上昇が大きくなるため、冷媒圧縮機に使用されるシール材等の機能低下に伴って、冷媒圧縮機の耐久寿命が低下するという不具合を生じる。また、冷媒圧縮機に還流する冷媒温度の上昇によってエアコンの冷房能力が低下するため、冷媒圧縮機の容量増加および冷媒凝縮器の大型化が必要となり、その結果、エンジンの損失動力を増加させるという問題が生じる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、冷媒圧縮機の耐久寿命の低下およびエアコンの冷房能力低下を招くことなく燃料温度を制御することのできる燃料温度制御システムの提供にある。
【０００４】
【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では、水冷式エンジンの冷却水が循環可能に設けられた温水回路と、この温水回路に介在されるとともに、車室内へ空気を導くダクト内に配されて、前記エンジンより供給された冷却水を熱源として、通過する空気を加熱するヒータコアと、このヒータコアより下流の前記温水回路と前記エンジンへ燃料を供給する燃料通路との間で、前記ヒータコアより前記エンジンへ還流する冷却水と前記エンジンへ供給される燃料との熱交換を行なう熱交換器と、前記ヒータコアより上流の前記温水回路に設けられて、前記エンジンより前記ヒータコアへ供給される冷却水流量を調節する流量調節手段とを備えた技術的手段を採用する。
【０００５】
請求項２では、請求項１に記載された燃料温度制御システムにおいて、
前記温水回路は、前記エンジンを流出した冷却水が前記ヒータコアおよび前記熱交換器を迂回して前記エンジンへ還流する還流水路を有し、前記流量調節手段は、前記還流水路を循環する冷却水流量と前記ヒータコアへ流れる冷却水流量との割合を調節することを特徴とする。
【０００６】
請求項３では、請求項１または２に記載された燃料温度制御システムにおいて、前記温水回路は、前記エンジンとラジエータとを連絡する冷却水回路に接続されて、この冷却水回路に設けられたウォータポンプの作動によって冷却水が循環することを特徴とする。
【０００７】
請求項４では、請求項１〜３に記載された何れかの燃料温度制御システムにおいて、前記ダクト内に配されて、通過する空気を冷却する冷却手段を備え、前記ヒータコアは、前記ダクト内で前記冷却手段の風下に配されたことを特徴とする。
【０００８】
請求項５では、請求項４に記載された燃料温度制御システムにおいて、
前記冷却手段は、冷凍サイクルの冷媒蒸発器であることを特徴とする。
【０００９】
【作用および発明の効果】
上記構成より成る本発明の燃料温度制御システムは、ヒータコアより下流の温水回路とエンジンへ燃料を供給する燃料通路とに介在された熱交換器で、ヒータコアよりエンジンへ還流する冷却水とエンジンへ供給される燃料との熱交換が行なわれる。この熱交換器で燃料と熱交換される冷却水の温度は、ヒータコアを流れる冷却水流量に応じて変動する。つまり、ヒータコアを流れる冷却水流量が多い時は、ヒータコアを通過する空気との熱交換による温度低下が小さいことから、熱交換器を流れる冷却水の温度は高くなる。また、ヒータコアを流れる冷却水流量が少ない時は、ヒータコアを通過する空気との熱交換による温度低下が大きいことから、熱交換器を流れる冷却水の温度は低くなる。
【００１０】
エンジンよりヒータコアへ供給される冷却水流量は、ヒータコアより上流の温水回路に設けられた流量調節手段によって調節することができるため、例えば、夏場等で燃料温度を下げる必要がある場合は、エンジンからヒータコアへ供給される冷却水流量を少なくし、冬場等で燃料温度を上げる必要がある場合は、エンジンからヒータコアへ供給される冷却水流量を多くする。
【００１１】
このように、流量調節手段でヒータコアへ供給される冷却水流量を調節することにより、熱交換器を流れる冷却水の温度を調節して、エンジンへ供給される燃料の温度を制御することができる。この燃料温度制御システムは、従来の冷凍サイクルを用いたシステムとは異なり、ヒータコアからエンジンへ還流する冷却水の廃熱を利用してエンジンへ供給される燃料を冷却または加熱することができるため、冷媒圧縮機の耐久寿命低下およびエアコンの冷房能力低下を招くことがない。その結果、エンジンの損失動力が増加することもなく、従来システムと比較して燃費向上を図ることができる。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明の燃料温度制御システムの一実施例を図１〜７に基づいて説明する。図１は燃料温度制御システムの全体構成図である。
本実施例の燃料温度制御システムＳは、エアコンＡ／Ｃを搭載する車両において、暖房用熱源としてエンジン冷却水を利用するヒータコア１を備え、このヒータコア１よりエンジンＥ／Ｇへ還流する冷却水によってエンジンＥ／Ｇへ供給される燃料を冷却または加熱するシステムである。
【００１３】
エアコンＡ／Ｃは、車室内へ空気を導くダクト２、このダクト２内に空気を導入して車室内へ送風する送風機３、冷房手段としての冷凍サイクル（後述する）、暖房手段としてのヒータコア１、およびエアコン操作パネル４での各種操作に基づいて空調制御を行なう制御装置５（図３参照）を備える。
【００１４】
冷凍サイクルは、ダクト２内に冷媒蒸発器６が配されて、図示しない冷媒圧縮機の作動に伴って供給された低温低圧の冷媒との熱交換により冷媒蒸発器６を通過する空気を冷却する周知の構成を成すものである。なお、冷媒蒸発器６は、ダクト２内で冷媒蒸発器６を迂回する迂回路７が形成されるように配置されている。
【００１５】
ヒータコア１は、エンジンＥ／Ｇの冷却水回路（後述する）に接続された温水回路（後述する）に介在されて、ダクト２内で冷媒蒸発器６の風下に配置され、エンジンＥ／Ｇより供給された冷却水を熱源としてヒータコア１を通過する空気を加熱する。なお、ヒータコア１は、ダクト２内で冷媒蒸発器６の迂回路７側に位置して、ヒータコア１を迂回する迂回路８が形成されるように配置されている。そして、この迂回路８には、温度調節を行なうために迂回路８を開閉する開閉ドア９が設置されている。
【００１６】
エンジンＥ／Ｇの冷却水回路は、エンジンＥ／Ｇのウォータジャケット（図示しない）とラジエータ１０とを環状に接続する環状水路１１と、ラジエータ１０を迂回するバイパス水路１２とから成る。なお、エンジンＥ／Ｇより流出する冷却水は、アウトレットパイプ１３を介して三方に分岐して流れるように構成されている。
【００１７】
この冷却水回路には、エンジンＥ／Ｇによって駆動されるウォータポンプ１４と、ラジエータ１０への冷却水流量を調節するサーモスタット１５が配置されている。ラジエータ１０は、前面に配置されたクーリングファン（図示しない）の送風を受けてラジエータ１０内を流れる冷却水の放熱を行なう。なお、ラジエータ１０の車両前方側（図１の上側）には、冷凍サイクルの冷媒凝縮器１６が配置されている。
【００１８】
また、冷却水回路には、エンジンＥ／Ｇの吸気通路１７に設けられたスロットルボディ１８での凍結を防止するアイシング防止回路１９が接続されている。このアイシング防止回路１９は、エンジンＥ／Ｇより流出した高温の冷却水がアウトレットパイプ１３を介して導かれ、スロットルボディ１８に設けられた通路（図示しない）を流れた後、エンジンＥ／Ｇへ還流するように構成されている。
なお、吸気通路１７には、吸入空気をろ過するエアクリーナ２０が配置されている。
【００１９】
サーモスタット１５は、冷却水温度に応じて環状水路１１側の開度とバイパス水路１２側の開度とを相対的に可変するもので、環状水路１１側の開度が大きくなる（つまりバイパス水路１２側の開度が小さくなる）に連れてラジエータ１０への冷却水流量が増加する。なお、サーモスタット１５の開度（環状水路１１側の開度）は、エンジン出口水温が例えば８０℃以下の時に全閉となり、以後、冷却水の温度上昇に応じて開度が大きくなり、エンジン出口水温が例えば約９０℃以上の時に全開となる。
【００２０】
温水回路は、エンジンＥ／Ｇとヒータコア１とを環状に結ぶ循環水路２１と、エンジンＥ／Ｇより流出した冷却水がヒータコア１側へ流れることなくエンジンＥ／Ｇへ還流する還流水路２２とから成る。この温水回路には、循環水路２１と還流水路２２との分岐点に流量調節バルブ２３（本発明の流量調節手段）が配されている。
【００２１】
この流量調節バルブ２３は、図示しないアクチュエータ（例えばサーボモータ）により駆動されて、ヒータコア１へ流れる冷却水流量と還流水路２２を流れる冷却水流量との割合を調節する。具体的には、冷房運転時に開度を小さくしてヒータコア１へ供給される冷却水流量を少なくし、最大冷房時には全閉する。また、暖房運転時に開度を大きくしてヒータコア１へ供給される冷却水流量を多くし、最大暖房時には全開する。なお、上記説明における流量調節バルブ２３の開度とは、ヒータコア１側の開口割合のことを言う。
【００２２】
ヒータコア１より下流の温水回路には、燃料噴射を行なうインジェクタ（図示しない）へ燃料を供給するデリバリパイプ２５（本発明の燃料通路）との間で、冷却水と燃料との熱交換を行なう熱交換器２４が設けられている。この熱交換器２４は、図２に示すように、デリバリパイプ２５の外周に、温水回路の配管２１ａを螺旋状に巻回して構成されている。これにより、デリバリパイプ２５を通過する燃料とヒータコア１よりエンジンＥ／Ｇへ還流する冷却水との間で熱交換が行なわれる。
【００２３】
エアコンＡ／Ｃの制御装置５は、空調制御に係わる制御プログラムや各種演算式等が記憶されたマイクロコンピュータ（図示しない）を内蔵するもので、図３に示すように、エアコン操作パネル４より出力される操作信号、および各種センサ２６（内気センサ、外気センサ、日射センサ等）からの検出信号に基づいて、各空調機器（冷媒圧縮機、送風機３、内外気切替ドア、開閉ドア９、吹出口切替ドア等）および流量調節バルブ２３を制御する。
【００２４】
次に、本実施例の作動を説明する。
エンジンＥ／Ｇより供給されてヒータコア１を流れる冷却水は、ダクト２内でヒータコア１を通過する空気と熱交換された後、さらに熱交換器２４でデリバリパイプ２５を流れる燃料と熱交換されてエンジンＥ／Ｇへ還流する。
ヒータコア１へ供給される冷却水流量は、流量調節バルブ２３によって調節されるが、冷房運転を行なう夏場は冷却水流量が少なく、暖房運転を行なう冬場は冷却水流量が多くなるようにコントロールされる。
【００２５】
ヒータコア１へ供給される冷却水流量が少なくなると、ヒータコア１を通過する空気との熱交換による温度低下が大きくなることから、ヒータコア１出口の冷却水温度は低くなる。また、ヒータコア１へ供給される冷却水流量が多くなると、ヒータコア１を通過する空気との熱交換による温度低下が小さいことから、ヒータコア１出口の冷却水温度が高くなる。このヒータコア１を流れる冷却水流量に対するヒータコア１出口の冷却水温度およびヒータコア１出口の吹出口空気温度の関係をグラフ化して図４に示す。
【００２６】
つまり、ヒータコア１より流出する冷却水の温度は、流量調節バルブ２３によってヒータコア１へ供給される冷却水流量を調節することにより、１０℃以下〜６０℃以上の範囲で変動することになる。従って、燃料温度が上昇する夏場（例えば、燃料温度：約６０℃）では、ヒータコア１より流出する冷却水（即ち熱交換器２４を流れる冷却水）の方がエンジンＥ／Ｇへ供給される燃料より温度が低くなる。また、燃料温度が低下する冬場（例えば、燃料温度：１０℃）では、ヒータコア１より流出する冷却水（即ち熱交換器２４を流れる冷却水）の方がエンジンＥ／Ｇへ供給される燃料より温度が高くなる。
【００２７】
具体的に、車室内温度を２５℃に設定してエアコンＡ／Ｃを起動した場合を説明する。
イ）夏場の冷房運転（図５参照）
エアコンＡ／Ｃの起動時には、流量調節バルブ２３を全閉にしてマックスクール（最大冷房運転）となる。従って、この場合、エンジンＥ／Ｇより供給された冷却水は、全て還流水路２２を流れてエンジンＥ／Ｇへ還流し、ヒータコア１へは流れない。なお、温水回路を流れる冷却水の温度は、外気温の高い夏場で約９０〜１００℃に調節される。
【００２８】
その後、車室内の温度低下に伴って流量調節バルブ２３が開かれる（但し開度：小）。この時、ヒータコア１へ流れる冷却水流量を毎分０．５リットル程度とすると、ヒータコア１出口の冷却水温度は約２０℃となる。一方、燃料温度は、エンジンＥ／Ｇ始動後、約６０℃まで上昇する。
【００２９】
従って、エンジンＥ／Ｇへ供給される燃料（燃料温度：６０℃）は、デリバリパイプ２５を通過する際に、デリバリパイプ２５の外周に巻回された温水回路の配管２１ａを流れる冷却水（冷却水温度：２０℃）との熱交換により冷却されて、約５０℃まで温度低下する（図７参照）。
この結果、ガソリン（燃料）のベーパ発生量を大幅に減少させることができ、ベーパロックを防止するのに有効である。
【００３０】
ロ）冬場の暖房運転（図６参照）
エアコンＡ／Ｃの起動とともに流量調節バルブ２３を全開とする。この時、ヒータコア１へ流れる冷却水流量を毎分１０リットル程度とすると、ヒータコア１出口の冷却水温度は約６０℃となる。なお、温水回路を流れる冷却水の温度は、外気温の低い冬場で約８０〜９０℃に調節される。一方、燃料温度は、エンジンＥ／Ｇ始動後、約１５℃となる。
【００３１】
従って、エンジンＥ／Ｇへ供給される燃料（燃料温度：１５℃）は、デリバリパイプ２５を通過する際に、デリバリパイプ２５の外周に巻回された温水回路の配管２１ａを流れる冷却水（冷却水温度：約６０℃）との熱交換により加熱されて、約２５℃まで温度上昇する（図７参照）。
この結果、燃料の霧化が促進されて、エンジンＥ／Ｇの始動性が良くなるとともに、燃費向上を図ることができる。
【００３２】
このように、本実施例の燃料温度制御システムＳでは、ヒータコア１よりエンジンＥ／Ｇへ還流する冷却水の廃熱を利用してエンジンＥ／Ｇへ供給される燃料の温度を制御（冷却または加熱）することができる。このため、冷凍サイクルを循環する低圧側の冷媒によって燃料を冷却する従来システムのように、冷媒温度の上昇により冷媒圧縮機の耐久寿命が低下するようなことはない。また、エアコンＡ／Ｃの冷房能力が低下することもなく、冷媒圧縮機の容量増加および冷媒凝縮器１６の大型化が不要であることから、エンジンＥ／Ｇの損失動力が増加することもない。
【００３３】
〔変形例〕
本実施例では、冷却水と燃料との熱交換を行なう熱交換器２４としてデリバリパイプ２５の外周に温水回路の配管２１ａを巻回して構成したが、デリバリパイプ２５に限定する必要はなく、燃料配管のどこに設けても良い。または、燃料タンク内に温水回路の配管２１ａを引き入れて、燃料タンク内の燃料と配管２１ａを流れる冷却水との間で熱交換を行なうように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料温度制御システムの全体構成図である。
【図２】熱交換器の模式図である。
【図３】本実施例の制御系に係わるブロック図である。
【図４】冷却水流量とヒータコア出口水温および吹出空気温度との関係を示すグラフ。
【図５】冷房運転時の制御例を示す説明図である。
【図６】暖房運転時の制御例を示す説明図である。
【図７】燃料温度の変動を示すグラフである。
【符号の説明】
１ヒータコア
２ダクト
６冷媒蒸発器（冷却手段）
１０ラジエータ
１１環状水路（冷却水回路）
１２バイパス水路（冷却水回路）
１４ウォータポンプ
２１循環水路（温水回路）
２２還流水路（温水回路）
２３流量調節バルブ（流量調節手段）
２４熱交換器
２５デリバリパイプ（燃料通路）
Ｅ／Ｇ水冷式エンジン
Ｓ燃料温度制御システム

Claims

ａ）水冷式エンジンの冷却水が循環可能に設けられた温水回路と、
ｂ）この温水回路に介在されるとともに、車室内へ空気を導くダクト内に配されて、前記エンジンより供給された冷却水を熱源として、通過する空気を加熱するヒータコアと、
ｃ）このヒータコアより下流の前記温水回路と前記エンジンへ燃料を供給する燃料通路との間で、前記ヒータコアより前記エンジンへ還流する冷却水と前記エンジンへ供給される燃料との熱交換を行なう熱交換器と、
ｄ）前記ヒータコアより上流の前記温水回路に設けられて、前記エンジンより前記ヒータコアへ供給される冷却水流量を調節する流量調節手段と
を備えた燃料温度制御システム。
前記温水回路は、前記エンジンを流出した冷却水が前記ヒータコアおよび前記熱交換器を迂回して前記エンジンへ還流する還流水路を有し、
前記流量調節手段は、前記還流水路を循環する冷却水流量と前記ヒータコアへ流れる冷却水流量との割合を調節することを特徴とする請求項１に記載された燃料温度制御システム。
前記温水回路は、前記エンジンとラジエータとを連絡する冷却水回路に接続されて、この冷却水回路に設けられたウォータポンプの作動によって冷却水が循環することを特徴とする請求項１または２に記載された燃料温度制御システム。
前記ダクト内に配されて、通過する空気を冷却する冷却手段を備え、
前記ヒータコアは、前記ダクト内で前記冷却手段の風下に配されたことを特徴とする請求項１〜３に記載された何れかの燃料温度制御システム。
前記冷却手段は、冷凍サイクルの冷媒蒸発器であることを特徴とする請求項４に記載された燃料温度制御システム。