JP3843499B2 - Cooling water circuit for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水冷式内燃機関(以下、エンジンと呼ぶ。)の熱を蓄える蓄熱タンクを有し、この蓄熱タンクに蓄えられた熱を利用してエンジンの暖機促進あるいは即効暖房を図る内燃機関の冷却水回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の冷却水回路は、上述のように、蓄熱タンクに蓄えられた熱を利用してエンジンの暖機促進あるいは即効暖房を図るものであるので、エンジン始動前に蓄熱タンク内に高温の冷却水を注入しておく必要がある。
この必要性に対して、特開平7−257154号公報では、蓄熱タンクとエンジンとを接続して、エンジンから吐出する冷却水温度が所定値以上となったときに、エンジンからの冷却水が蓄熱タンク内に導かれるように構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載のものでは、エンジンから駆動力を得て回転するウォータポンプにて冷却水を循環させているので、エンジン回転数によって循環する冷却水量が変動する。このため、冷却水温度が所定値以上にまで上昇しているときであっても、エンジン回転数が低いときには、十分な量の冷却水を蓄熱タンクに注水することができない。
【0004】
本発明は、上記点に鑑み、高温の冷却水をエンジンの回転数に影響されずに蓄熱タンクに蓄え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、以下の技術的手段を用いる。請求項1に記載の発明では、冷却水温度が第1所定温度以上に上昇したときに、冷却水制御弁(26)を開口流路(45)の開口状態に操作して水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水を蓄熱タンク(4)内に流入させる第1の蓄熱モードを設定し、
冷却水温度が、第1所定温度よりも高い温度であって、感温作動弁(13)が開き始める冷却水温度に対応する第2所定温度以上に上昇したときは、冷却水制御弁(26)を開口流路(45)の開口状態に操作するとともに、電動ポンプ(15)を作動させて、水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水を電動ポンプ(15)により蓄熱タンク(4)に向けて圧送させる第2の蓄熱モードを設定することを特徴とする。
【0006】
これにより、冷却水温度が最も高くなる感温作動弁(13)が開き始める時に、電動ポンプにより冷却水が蓄熱タンク(4)に向けて圧送させるので、高温の冷却水を水冷式内燃機関(1)の回転数に影響されることなく、素早く蓄熱タンク(4)内に蓄えることができる。
請求項2に記載の発明では、第1に、水冷式内燃機関(1)の負荷の減少に応じて、感温作動部(13a)に与えられる熱量を減少させることにより、感温作動弁(13)が開き始める冷却水温度を上昇させる負荷応答制御手段(18、23、26)を感温水路(101)に配設する。第2に、水冷式内燃機関(1)の負荷が所定値以下の状態で感温作動弁(13)が開き始める冷却水温度に達した時に、電動ポンプ(15)を作動させて水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水を蓄熱タンク(4)に向けて圧送させることを特徴とする。
【0007】
第1に、水冷式内燃機関(1)の負荷の減少に応じて、感温作動部(13a)に与えられる熱量を減少させることにより、冷却水温度が高い温度に維持される。第2に、高い温度に冷却水温度が維持されているときに、電動ポンプ(15)によって冷却水が素早く蓄熱タンク(4)内に蓄えられるので、より高温の冷却水を蓄熱タンク(4)内に蓄えることができる。
【0008】
請求項3に記載の発明では、電動ポンプ(15)により蓄熱タンク(4)に向けて圧送された冷却水量が、蓄熱タンク(4)の容積を越えた時に、電動ポンプを停止させることを特徴とする。
なお、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を示すものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施の形態について説明する。
(実施形態)
図1は、車両用の水冷式内燃機関(以下、エンジンと呼ぶ。)1の冷却水回路、およびエンジン1の冷却水を熱源として車室内を暖房する空調装置の暖房用冷却水回路を示している。2はエンジン1から流出した冷却水を冷却するラジエータであり、3はエンジン1から駆動力を得てエンジン1から流出した冷却水を吸引してエンジン1に圧送するウォータポンプ(機械式ポンプ)である。
【0010】
4は二重タンク構造を有し、冷却水を保温貯蔵する蓄熱タンクである(詳細構造は後述する)。5は冷却水を熱源として空気を加熱するヒータコアであり、このヒータコア5は車室内に吹き出す空気の流路をなす空調ケーシング6内に配設されている。そして、空調ケーシング6の空気上流側には送風機7が配設されており、この送風機7とヒータコア5との間には、空気冷却手段をなす周知のエバポレータ(蒸発器)8が配設されている。なお、本実施形態では、ヒータコア5内を流通する流量および送風量等によって車室内に吹き出す空気の温度を調節する、いわゆるリヒート式の空調装置を採用している。
【0011】
9はエンジン1に吸入される空気と冷却水との間で熱交換を行う吸気熱交換器であり、この吸気熱交換器9は、吸入空気の脈動を取り除くサージタンク10内に配設されている。11はエンジン1から流出した冷却水とオートマチックトランスミッション(車両自動変速機)のミッションオイルとの間で熱交換を行うA/T熱交換器であり、12はエンジン1から流出した冷却水とエンジンオイルとの間で熱交換を行うE/O熱交換器である。
【0012】
100はエンジン1から流出した冷却水をラジエータ2を経てエンジン1に還流させるラジエータ水路であり、101はエンジン1から流出した冷却水をラジエータ2を迂回させてエンジン1に還流させるバイパス水路(感温水路)である。このバイパス水路101は、ラジエータ水路100のうちラジエータ2の冷却水出口側でラジエータ水路100に合流しており、この合流部位100aには、冷却水温度に応じて弁体を開閉作動させる周知のサーモスタット(感温作動弁)13が配設されている。
【0013】
そして、バイパス水路101は、合流部位100aのうちバイパス水路101を流通してきた冷却水がサーモスタット13の感温作動部(ワックス材が充填されているワックスボックス)13a(図4参照)に導かれるように合流部位100aに接続されている。なお、サーモスタット13は、合流部位100aよりラジエータ2側に位置にサーモスタット13の弁体部を配設してラジエータ水路100を開閉しているので、サーモスタット13が閉じた状態であっても、バイパス水路101は連通可能である。
【0014】
また、図1中、104は蓄熱タンク4から流出した冷却水をヒータコア5、吸気熱交換器9、A/T熱交換器11およびE/O熱交換器12を経てエンジン1に還流させるヒータ水路であり、105は、蓄熱タンク4から流出した冷却水をヒータコア5および吸気熱交換器9を迂回させてA/T熱交換器11の流入口側に導くヒータバイパス水路である。
【0015】
102は蓄熱タンク4内の冷却水をエンジン1に導くタンク流出水路であり、103はラジエータ水路100から分岐して蓄熱タンク4に冷却水を導くタンク流入水路である。そして、タンク流入水路103には、蓄熱タンク4の流入側からラジエータ水路100とタンク流入水路103との分岐部位側に冷却水が流れることを防止する逆止弁14が配設されているとともに、この逆止弁14を迂回して冷却水を蓄熱タンク4に導く冷却水路(符号なし)には、バッテリー(図示せず)から電力を得て駆動する電動ポンプ15が配設されている。
【0016】
また、ヒータ水路104とヒータバイパス水路105との分岐部位には、ヒータコア5に流通させる冷却水量を制御する流量制御弁16が配設されており、この流量制御弁16は、サーボモータ等のアクチュエータ17によって駆動されている。
そして、アクチュエータ17、電動ポンプ15および後述する冷却水制御弁26のアクチュエータ25は、図2に示すように、制御装置18によって制御されるようになっている。この制御装置18には、エンジン1に還流する冷却水の温度を検出する水温センサ19、ヒータ水路104を流通する冷却水の温度を検出する水温センサ20、エンジン流出直後の冷却水温度(またはエンジン1内の冷却水温度)を検出する水温センサ21、車室外温度センサや車室内温度センサ等の空調装置を制御するに必要な情報を検出する空調センサ22、エンジン1の吸入負圧を電気的に検出する圧力センサ23、およびエンジン1の稼動状態を検出するためのイグニッションスイッチ24からの信号が入力されている。
【0017】
なお、水温センサ19、20、21は、応答性に優れた(時定数が1〜2秒程度)のサーミスタ式のものである。
因みに、25は、エンジン1始動直後等の冷却水温度が低く、暖房運転を行うことができないときに、蓄熱タンク4内の高温の冷却水をヒータコア5に導いて暖房を行う即効暖房スイッチであり、この即効暖房スイッチ25は、乗員の手動操作により投入されるものである。
【0018】
また、図1中、26は冷却水温度およびエンジン1の稼動状態に応じて冷却水路を切り換えるとともに、バイパス水路101に流通する冷却水量を調節する冷却水制御弁であり、この冷却水制御弁26は、サーボモータ等のアクチュエータ25によって駆動されている。
図3は冷却水制御弁26を蓄熱タンク4に組付けた状態を示す断面図である。蓄熱タンク4は、ステンレス等の耐食性に優れた材料からなる内側タンク41と外側タンク42とから構成されており、両タンク42、42との間は、断熱性を向上させるべく略真空の断熱層43が形成されている。なお、図3では、内側タンク41および外側タンク42の肉厚が薄いため、断面を示すハッチングを省略した。
【0019】
また、蓄熱タンク4の重力方向下方には、重力方向下方に向けて突出する管状突出部44が形成されており、この管状突出部44の先端部位には、冷却水が流出入する開口流路45が形成されている。
そして、開口流路45内には、蓄熱タンク4内のうち重力方向上方側の部位で開口する取水口(図示せず)を有して、蓄熱タンク4内の冷却水を蓄熱タンク4外に導く取水管46が開口流路45と同心状に配設されており、この取水管46と開口流路45との間の空間が、エンジン1から吐出した冷却水を蓄熱タンク4内に導く流入路47を形成している。
【0020】
また、261は冷却水制御弁26のハウジングであり、このハウジング261は、ナイロン66等の成形性および断熱性に優れた樹脂にて成形されている。そして、ハウジング261は、蓄熱タンク4の管状突出部44全体を外側から覆って管状突出部44からの放熱を防止している。
262は、開口流路45の近傍に位置して開口流路45および各冷却水路101、102、103の切り換え開閉、およびバイパス水路101の流量調節を行う冷却水制御弁26のロータリ式の制御弁体であり、この制御弁体262は略円柱状に形成されて、図3に示すように、その円柱軸を開口流路45の中心をと一致させて回転可能に配設されている。そして、制御弁体262は、図4に示すように、アクチュエータ25からウォーム251、ウォームホイール252、平歯車253および扇状の歯車254からなる減速機構を介して回転駆動されている。
【0021】
因みに、263は制御弁体262とハウジング261との隙間を密閉するフッ化樹脂製のシール部材であり、264はニトリルゴムからなるOリングである。また、48は蓄熱タンク4内に流入する冷却水と蓄熱タンク4内に滞留している冷却水との混合を抑制する円盤状の混合防止板であり、この混合防止板48には冷却水を流通させる多数個の貫通穴48aが形成されている。
【0022】
次に、本実施形態の作動を述べる。
1.冷却水保温モード(エンジン1停止中)
イグニッションスイッチ24からの信号により、エンジン1が停止したと判定されたときには、開口流路45を閉じる。これにより、蓄熱タンク4内外が遮断されるので、蓄熱タンク4内に蓄えられた冷却水が蓄熱タンク4内に保持される(図1、4参照)。
【0023】
なお、冷却水温度および即効暖房スイッチ23の投入の如何を問わず、エンジン1が停止すると、制御装置18は冷却水制御弁26を冷却水保温モードに切り換える。
2.エンジン暖機促進モード
エンジン1の始動とともに、開口流路45を開いてエンジン1から流出した低温の冷却水を蓄熱タンク4内に流入させるとともに、蓄熱タンク4内に蓄えられた高温の冷却水をタンク水路102を経てエンジン1に導く。これにより、蓄熱タンク4内に蓄えられた高温の冷却水が、エンジン1内を循環してエンジン1の暖機運転の促進を図る(図5、6参照)。
【0024】
3.即効暖房モード
エンジン1始動後、即効暖房スイッチ23が投入されたときには、制御装置18は、冷却水制御弁26をエンジン暖機促進モードに切り換える。これにより、蓄熱タンク4内に蓄えられた高温の冷却水が、ヒータ水路104を流通してヒータコア5に流れ、即効暖房を図る(図7、8参照)。
【0025】
4.冷水保持モード
エンジン暖機促進モード時に、蓄熱タンク4から流出する冷却水の温度TW 1 (水温センサ19の検出値)が第1所定温度を下回ったときは、バイパス水路101および開口流路45を閉じてエンジン1から流出した冷却水を蓄熱タンク4を迂回させて直接エンジン1に還流させる(図9、10参照)。
【0026】
なお、第1所定温度は、蓄熱タンク4の保温能力および最低外気温度等に基づいて適宜決定されるものであり、本実施形態では、約30℃とした。
5.蓄熱モードA
冷水保持モード時にエンジン1から流出する冷却水の温度Tw2(水温センサ21の検出値)が第2所定温度(本実施形態では、約80℃)に達しときに、暖機運転が終了したものとみなして開口流路45を開く。
さらに、エンジン1の吸入負圧Pinの絶対値が35mmHgを越えているときには、バイパス水路101(101a)を流通する冷却水量を絞る(図11、12参照)。
【0027】
これにより、エンジン1から流出した冷却水は、バイパス水路101、ヒータコア5および蓄熱タンク4を流通する。したがって、蓄熱タンク4内には、高温の冷却水が蓄えられる。一方、バイパス水路101には、少量の冷却水が流通するので、サーモスタット13の感温作動部13aの感温作動に鈍くなり、冷却水温度が約100℃に維持される。
【0028】
6.蓄熱モードB
冷水保持モード時にエンジン1から流出する冷却水の温度TW 2 が第2所定温度に達しときには、暖機運転が終了したものとみなして開口流路45を開く。さらに、エンジン1の吸入負圧Pinの絶対値が35mmHg以下のきは、バイパス水路101(101a)を流通する冷却水量を最大とする(図13、14参照)。
【0029】
これにより、エンジン1から流出した冷却水は、バイパス水路101、ヒータコア5および蓄熱タンク4を流通する。したがって、蓄熱タンク4内には、高温の冷却水が蓄えられる。一方、バイパス水路101には、多量の冷却水が流通するので、感温作動部13aの感温作動に素早くなり、冷却水温度が約80℃に維持される。
【0030】
以上に述べた蓄熱モードA、Bの作動説明からも明らかなように、制御装置18、圧力センサ23および冷却水制御弁26により、サーモスタット13が開き始める冷却水温度を制御する負荷応答制御手段を構成している。
なお、蓄熱モードAとするか蓄熱モードBとするかの敷居値である35mmHg(吸入負圧Pinの絶対値)は、周知の如く、エンジン負荷の大きさを示す指標であるので、35mmHgに限定されるものでなく、エンジン排気量やエンジン1の出力特性等によって適宜決定されるものである。
【0031】
7.蓄熱モードC
蓄熱モードAのときに、エンジン1から吐出する冷却水の温度Tw3(水温センサ21の検出値)が第3所定温度に達した時に、サーモスタット13が開き始めたものとみなして、冷却水制御弁26をエンジン暖機促進モードの状態に切り換えるとともに電動ポンプ15を作動させる。
これにより、蓄熱モードCが設定され、冷却水が電動ポンプ15により蓄熱タンク4内に圧送されるので、エンジン1から吐出した高温の冷却水が素早く蓄熱タンク4内に蓄えられる。
【0032】
そして、電動ポンプ15が作動してから所定時間t1 経過した時に、電動ポンプ15により蓄熱タンク4に向けて圧送された冷却水量が、蓄熱タンク4の容積(本実施形態では、約3000cc)を越えたものとみなして、冷却水制御弁26を蓄熱モードAに切り換えるとともに電動ポンプ15を停止させる。これにより、エンジン1から吐出した冷却水が、再びラジエータ2に流通可能となるので、エンジン1(冷却水)の温度が過度に上昇してエンジン1が焼き付くこと防止される。
【0033】
なお、第3所定温度は、上述のごとく、サーモスタット13が開き始める冷却水温度に対応するものであるので、サーモスタット13の応答速度、およびサーモスタット13の配設されている部位と水温センサ21の配設されている部位等によって適宜決定されるものであり、本実施形態では、約105℃である。
また、所定時間t1 蓄熱タンク4の容積および電動ポンプ15の能力等によって適宜決定されるものであり、本実施形態では、約30秒である。
【0034】
因みに、バイパス水路101が開かれるのは、蓄熱モードA、B、Cのみであり、冷却水保温モード、エンジン暖機促進モード(即効暖房モード)および冷水保持モードでは、バイパス水路101は閉じられている。
図15、16は、上記各モードに対応した冷却水制御弁26および電動ポンプ15の作動を示すフローチャートであり、以下にフローチャートについて述べる。
【0035】
イグニッションスイッチ24よりエンジン1が稼動中であるか否かを判定し(ステップ100)、稼動中であると判定されたときは、水温センサ21によって検出されたエンジン流出直後の冷却水の温度Tw0が80℃以上であるか否かを判定し(ステップ105)、一方、ステップ100でエンジン1が停止中であると判定されたときは、冷却水保温モードとする(ステップ310)。
【0036】
そして、冷却水の温度TW 0 が80℃以上であると判定されたときは、蓄熱モードとし(ステップ200)、冷却水の温度TW 0 が80℃未満であると判定されたときは、エンジン暖機促進モードとする(ステップ110)。
次に、即効暖房スイッチ23が投入されているか否かを判定し(ステップ120)、即効暖房スイッチ23が投入されていると判定されたときは、即効暖房モードとする(ステップ130)。一方、即効暖房スイッチ23が投入されていないと判定されたときは、冷却水の温度TW 1 が30℃以上であるか否かを判定し(ステップ140)、冷却水の温度TW 1 が30℃未満であると判定されたときは、冷水保持モードとする(ステップ150)。一方、冷却水の温度TW 1 が30℃以上であると判定されたときは、冷却水の温度TW 1 が30℃未満となるまでエンジン暖機促進モードとする(ステップ160、170)。
【0037】
そして、冷却水の温度TW 1 が30℃未満であると判定されたときは、冷却水の温度TW 2 が80℃以上となるまで冷却水保持モードとし(ステップ180、190)、冷却水の温度TW 2 が80℃以上となったときに、エンジン1の吸入負圧Pinの絶対値が35mmHgより大きいか否かを判定する(ステップ200)。
【0038】
次に、吸入負圧Pinの絶対値が35mmHg未満であると判定されたときは蓄熱モードBとし(ステップ210)、吸入負圧Pinの絶対値が35mmHgより大きいと判定されたときは蓄熱モードAとする(ステップ220)。そして、冷却水の温度TW 3 が105℃以上であるか否かを判定し(ステップ230)、冷却水の温度TW 3 が105℃以上であると判定されたときは、所定時間t1 経過するまで蓄熱モードCとする(ステップ240〜290)。
【0039】
次に、エンジン1が停止するまで蓄熱モードA、蓄熱モードBまたは蓄熱モードCを維持し(ステップ300)、エンジン1の停止とともに冷却水保温モードとする(ステップ310)。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態によれば、エンジン1が停止したときは、開口流路45を閉じて蓄熱タンク4内外が遮断されるので、蓄熱タンク4内に蓄えられた冷却水が蓄熱タンク4内に保持される。これにより、エンジン1の停止中に、蓄熱タンク4以外の部分(例えば、蓄熱タンク4に接続された配管等)の冷却水と蓄熱タンク4の冷却水との対流を防止することができる。したがって、蓄熱タンク4以外の部分の冷却水と蓄熱タンク4の冷却水との混合を防止できるので、蓄熱タンク4の保温能力の向上を図ることができる。
【0040】
また、開口流路45を閉じる制御弁体262は、蓄熱タンク4の開口流路45の近傍に位置しているので、蓄熱タンク4以外の部分の冷却水と蓄熱タンク4の冷却水との混合をより確実に防止できる。延いては、蓄熱タンク4の保温能力のより向上させることができる。
ところで、エンジン暖機促進モード時には、エンジン1の始動とともにエンジン1内に滞留していた低温の冷却水が蓄熱タンク4に流入し、蓄熱タンク4内に蓄えられていた高温の冷却水がエンジン1に流れ込む。しかし、蓄熱タンク4内に蓄えられていた高温の冷却水が全て流出してしまうと、エンジン始動直後にエンジン1から吐出した低温の冷却水がエンジン1に還流してしまい、エンジン1内の冷却水温度が低下し、却って、暖機運転が遅延してしまう。
【0041】
これに対して、本実施形態では、蓄熱タンク4から流出する冷却水の温度TW 1 が第1所定温度を下回ったときに、エンジン1から流出した冷却水を蓄熱タンク4を迂回させて直接エンジン1に還流させるので、エンジン始動直後にエンジン1から吐出した低温の冷却水を蓄熱タンク4内に保持し、エンジン1に還流することを防止することができる。
【0042】
したがって、暖機運転の遅延を防止することができるので、暖機運転時に大気中に放出される有害物質(排気エミッション)の量を低減することができるとともに、燃費の向上を図ることができる。
また、エンジン暖機促進モード時には、バイパス水路101が閉じられているので、エンジン始動直後にエンジン1から吐出した低温の冷却水がエンジン1に還流することを防止することができる。したがって、蓄熱タンク4内に蓄えられた高温の冷却水によりエンジン1の暖機運転の促進を十分に図ることができる。
【0043】
また、開口流路45および各冷却水路101、102、103の切り換え開閉やバイパス水路101の流量調節を1つの制御弁体262で行っているので、切換弁機構と流量制御弁機構とをそれぞれ独立の弁手段にて行うものに比べて、部品点数の減少に伴って小型化を図ることができるとともに、本実施形態に係る冷却水回路の車両へ搭載性(組付け性)の向上を図ることができる。
【0044】
また、エンジン暖機促進モード、即効暖房モードおよび冷水保持モード時にバイパス水路101を閉じることにより、暖機運転中はバイパス水路101が閉じることとなるので、暖機運転中にエンジン1の負荷が高まり(吸入負圧Pinの絶対値が小さくなり)、吸入負圧により機械的にバイパス水路101を流通する冷却水量を制御するものと異なり、エンジン1から吐出した低温の冷却水がバイパス水路101を流通して多量にエンジン1に還流することを防止することができる。したがって、エンジン1の暖機運転の促進をより一層図ることができる。
ところで、冷却水温度はサーモスタット13が開き始める時が最も高くなる。そして、本実施形態によれば、エンジン1から吐出する冷却水の温度TW 3 が105℃に達した時に、サーモスタット13が開き始めたものとみなして、冷却水制御弁26をエンジン暖機促進モードに切り換えて電動ポンプ15を作動させるので、エンジン1の回転数に影響されることなく、高温の冷却水を素早く蓄熱タンク4内に蓄えることができる。したがって、次回のエンジン始動時に有効にエンジンの暖機促進または即効暖房を図ることができる。
【0045】
ところで、本実施形態では、上述のごとく、エンジン1の負荷が小さいとき(エンジン1の吸入負圧Pinの絶対値が35mmHgを越えているとき)の冷却水温度は約100℃に維持され、エンジン1の負荷が大きいとき(エンジン1の吸入負圧Pinの絶対値が35mmHg以下のとき)の冷却水温度は約80℃に維持されている。そして、本実施形態では、エンジン1の負荷が小さく冷却水温度が高いときに、電動ポンプ15を作動させて積極的に冷却水を蓄熱タンク4内に蓄えているので、より高い温度の冷却水を蓄熱タンク4に蓄えることができる。
【0046】
ところで、上述の実施形態では、冷却水制御弁26にエンジン1の負荷に応じてバイパス水路101を流通する冷却水量を制御する機構を設けていたが、この機構を廃止しても本発明を実施することができる。但し、この場合、冷却水温度は約80℃に維持されるので、冷却水の温度TW 3 は約90℃とすることが望ましい。
【0047】
また、上述の実施形態では、蓄熱タンク4内に高温の冷却水を蓄えることにより冷却水の熱を蓄えたが、CH3 COONa、Ba(OH)2 −8H2 O等の潜熱蓄熱材からなる蓄熱タンクを用いてもよい。
また、上述の実施形態では、リヒート式の空調装置を有する車両に適用しが、本発明は、ヒータコア5を流通する風量とヒータコア5を迂回する風量との割合を調節することにより、車室内に吹き出す空気の温度を調節する、いわゆるエアミックス方式の空調装置を有する車両にも適用することができる。
【0048】
また、本発明は、エンジン1と走行用電動モータとを併用して走行する、いわゆるハイブリット車にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る冷却水回路図(冷却水保温モード)である。
【図2】本実施形態に係る制御系のブロック図である。
【図3】冷却水制御弁を蓄熱タンクに組付けた状態を示す断面図である。
【図4】図1のA−A断面図(冷却水保温モード)である。
【図5】エンジン暖機促進モード時の冷却水流れを示す冷却水回路図である。
【図6】エンジン暖機促進モードを示す図1のA−A断面図である。
【図7】即効暖房モード時の冷却水流れを示す冷却水回路図である。
【図8】即効暖房モードを示す図1のA−A断面図である。
【図9】冷水保持モード時の冷却水流れを示す冷却水回路図である。
【図10】冷水保持モードを示す図1のA−A断面図である。
【図11】蓄熱モードA時の冷却水流れを示す冷却水回路図である。
【図12】蓄熱モードAを示す図1のA−A断面図である。
【図13】蓄熱モードB時の冷却水流れを示す冷却水回路図である。
【図14】蓄熱モードBを示す図1のA−A断面図である。
【図15】各モードに対応した冷却水制御弁の作動を示すフローチャートである(ステップ100〜190)。
【図16】各モードに対応した冷却水制御弁の作動を示すフローチャートである(ステップ200〜310)。
【符号の説明】
1…エンジン(水冷式内燃機関)、2…ラジエータ、
3…ウォータポンプ、4…蓄熱タンク、5…ヒータコア、
9…吸気熱交換器、11…A/T熱交換器、12…E/O熱交換器、
13…サーモスタット(感温作動弁)、14…逆止弁、15…電動ポンプ、
100…ラジエータ水路、101…バイパス水路(感温水路)、
261…ハウジング、262…制御弁体。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention has a heat storage tank that stores heat of a water-cooled internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine), and uses the heat stored in the heat storage tank to promote warm-up of the engine or instant heating. This relates to the cooling water circuit.
[0002]
[Prior art]
As described above, the cooling water circuit of the internal combustion engine uses the heat stored in the heat storage tank to promote engine warm-up or quick-acting heating. It is necessary to inject water.
In response to this need, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-257154 discloses that when a heat storage tank and an engine are connected and the cooling water temperature discharged from the engine exceeds a predetermined value, the cooling water from the engine stores heat. It is configured to be guided into the tank.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the thing of the said gazette, since cooling water is circulated with the water pump which obtains driving force from an engine and rotates, the amount of cooling water to circulate changes with engine rotation speeds. For this reason, even when the cooling water temperature rises to a predetermined value or higher, when the engine speed is low, a sufficient amount of cooling water cannot be poured into the heat storage tank.
[0004]
In view of the above points, an object of the present invention is to store high-temperature cooling water in a heat storage tank without being affected by the engine speed.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention uses the following technical means. Claim1In the invention described inWhen the cooling water temperature rises to the first predetermined temperature or higher, the cooling water control valve (26) is operated to the open state of the opening flow path (45) to store the cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1). Set the first heat storage mode to flow into the tank (4),
When the cooling water temperature is higher than the first predetermined temperature and rises to a second predetermined temperature or higher corresponding to the cooling water temperature at which the temperature sensing valve (13) starts to open, the cooling water control valve (26 ) To the open state of the open channel (45),The cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1) is operated by operating the electric pump (15).By electric pump (15)Pump toward the heat storage tank (4)Set the second heat storage modeIt is characterized by that.
[0006]
Thus, when the temperature sensing valve (13) at which the cooling water temperature becomes the highest starts to open, the cooling water is pumped toward the heat storage tank (4) by the electric pump, so that the high-temperature cooling water is supplied to the water-cooled internal combustion engine ( It can be quickly stored in the heat storage tank (4) without being affected by the rotational speed of 1).
In the second aspect of the present invention, first, the amount of heat given to the temperature-sensing operation part (13a) is decreased in accordance with the decrease in the load of the water-cooled internal combustion engine (1), thereby the temperature-sensing operation valve ( 13) A load response control means (18, 23, 26) for increasing the cooling water temperature at which the opening of the cooling water starts is disposed in the temperature sensitive water channel (101). Second, when the temperature sensing valve (13) reaches a cooling water temperature at which the load of the water-cooled internal combustion engine (1) is less than a predetermined value, the electric pump (15) is operated to activate the water-cooled internal combustion engine. The cooling water discharged from the engine (1) is pumped toward the heat storage tank (4).
[0007]
First, the cooling water temperature is maintained at a high temperature by reducing the amount of heat given to the temperature sensitive operation part (13a) in accordance with a decrease in the load of the water-cooled internal combustion engine (1). Second, when the cooling water temperature is maintained at a high temperature, the cooling water is quickly stored in the heat storage tank (4) by the electric pump (15), so that the higher temperature cooling water is stored in the heat storage tank (4). Can be stored inside.
[0008]
In invention of
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of embodiment description later mentioned.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention shown in the drawings will be described.
(Embodiment)
FIG. 1 shows a cooling water circuit of a water-cooled internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 1 for a vehicle, and a heating cooling water circuit of an air conditioner that heats the interior of a vehicle by using the cooling water of the
[0010]
4 is a heat storage tank which has a double tank structure and keeps the cooling water stored warm (detailed structure will be described later). Reference numeral 5 denotes a heater core that heats air by using cooling water as a heat source. The heater core 5 is disposed in an air conditioning casing 6 that forms a flow path of air that is blown into the passenger compartment. A
[0011]
Reference numeral 9 denotes an intake heat exchanger that exchanges heat between air sucked into the
[0012]
[0013]
In the
[0014]
In FIG. 1,
[0015]
[0016]
Also,Heater channelA flow
And the
[0017]
The
Incidentally, 25 is an immediate effect heating switch that conducts heating by guiding the high-temperature cooling water in the
[0018]
In FIG. 1,
FIG. 3 is a sectional view showing a state in which the cooling
[0019]
Further, a
And in the opening flow path 45, the water intake (not shown) opened in the site | part of the gravity direction upper side among the thermal storage tanks 4TheA
[0020]
262 is a rotary control valve of the cooling
[0021]
Incidentally, 263 is a fluororesin sealing member that seals the gap between the
[0022]
Next, the operation of this embodiment will be described.
1. Cooling water insulation mode (when
When it is determined by the signal from the
[0023]
When the
2. Engine warm-up promotion mode
When the
[0024]
3. Instant heating mode
When the
[0025]
4). Cold water retention mode
The temperature T of the cooling water flowing out of the
[0026]
The first predetermined temperature is appropriately determined based on the heat retention capacity of the
5). Thermal storage mode A
Temperature T of cooling water flowing out from the
Furthermore, when the absolute value of the suction negative pressure Pin of the
[0027]
Thereby, the cooling water flowing out from the
[0028]
6). Thermal storage mode B
Temperature T of cooling water flowing out from the
[0029]
Thereby, the cooling water flowing out from the
[0030]
As apparent from the description of the operation of the heat storage modes A and B described above, load response control means for controlling the cooling water temperature at which the
In addition, 35 mmHg (suction negative pressure P) which is a threshold value for setting the heat storage mode A or the heat storage mode BinAs is well known, it is an index indicating the magnitude of the engine load, and is not limited to 35 mmHg, but is appropriately determined according to the engine displacement, the output characteristics of the
[0031]
7). Thermal storage mode C
The temperature T of the cooling water discharged from the
ThisThermal storage mode C is set,Since the cooling water is pumped into the
[0032]
A predetermined time t after the
[0033]
Since the third predetermined temperature corresponds to the cooling water temperature at which the
In addition, the predetermined time t1This is appropriately determined depending on the volume of the
[0034]
Incidentally, the
FIGS. 15 and 16 are flowcharts showing the operation of the cooling
[0035]
Ignition switch24It is determined whether or not the
[0036]
And the temperature T of the cooling waterW 0Is determined to be 80 ° C. or higher, the heat storage mode is set (step 200), and the cooling water temperature TW 0Is determined to be less than 80 ° C., the engine warm-up promotion mode is set (step 110).
Next, it is determined whether or not the
[0037]
And the temperature T of the cooling waterW 1Is determined to be less than 30 ° C., the cooling water temperature TW 2Until the temperature reaches 80 ° C. or higher (
[0038]
Next, suction negative pressure PinIs determined to be less than 35 mmHg, the heat storage mode B is set (step 210), and the suction negative pressure PinIs determined to be greater than 35 mmHg, the heat storage mode A is set (step 220). And the temperature T of the cooling waterW 3Is determined to be equal to or higher than 105 ° C. (step 230), and the cooling water temperature TW 3Is determined to be 105 ° C. or higher, the predetermined time t1It is set as the heat storage mode C until it passes (steps 240-290).
[0039]
Next, the heat storage mode A, the heat storage mode B, or the heat storage mode C is maintained until the
Next, features of the present embodiment will be described.
According to the present embodiment, when the
[0040]
Further, since the
By the way, in the engine warm-up promotion mode, the low-temperature cooling water staying in the
[0041]
On the other hand, in this embodiment, the temperature T of the cooling water flowing out of the
[0042]
Therefore, since the delay of the warm-up operation can be prevented, the amount of harmful substances (exhaust emissions) released into the atmosphere during the warm-up operation can be reduced, and the fuel consumption can be improved.
Further, since the
[0043]
In addition, the switching valve mechanism and the flow rate control valve mechanism are independent of each other because the switching flow opening and closing of the opening flow channel 45 and the
[0044]
Further, by closing the
By the way, the cooling water temperature is highest when the
[0045]
By the way, in the present embodiment, as described above, when the load of the
[0046]
Incidentally, in the above-described embodiment, the cooling
[0047]
In the above-described embodiment, the heat of the cooling water is stored by storing the high-temperature cooling water in the heat storage tank 4.ThreeCOONa, Ba (OH)2-8H2A heat storage tank made of a latent heat storage material such as O may be used.
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a vehicle having a reheat type air conditioner. However, the present invention adjusts the ratio of the air volume flowing through the heater core 5 and the air volume bypassing the heater core 5 to adjust the ratio between the air volume inside the vehicle interior. The present invention can also be applied to a vehicle having a so-called air mix type air conditioner that adjusts the temperature of blown air.
[0048]
The present invention can also be applied to a so-called hybrid vehicle that travels using both the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cooling water circuit diagram (cooling water heat retention mode) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a control system according to the present embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a cooling water control valve is assembled to a heat storage tank.
4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (cooling water heat retention mode).
FIG. 5 is a cooling water circuit diagram showing a cooling water flow in an engine warm-up promotion mode.
6 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 showing an engine warm-up promotion mode.
FIG. 7 is a cooling water circuit diagram showing a cooling water flow in an immediate heating mode.
8 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 showing an immediate effect heating mode.
FIG. 9 is a cooling water circuit diagram showing a cooling water flow in a cold water holding mode.
10 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 showing a cold water holding mode.
FIG. 11 is a cooling water circuit diagram showing a cooling water flow in a heat storage mode A.
12 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
13 is a cooling water circuit diagram showing a cooling water flow in a heat storage mode B. FIG.
14 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 15 is a flowchart showing the operation of a cooling water control valve corresponding to each mode (
FIG. 16 is a flowchart showing the operation of the cooling water control valve corresponding to each mode (
[Explanation of symbols]
1 ... Engine (water-cooled internal combustion engine), 2 ... Radiator,
3 ... Water pump, 4 ... Thermal storage tank, 5 ... Heater core,
9 ... Intake heat exchanger, 11 ... A / T heat exchanger, 12 ... E / O heat exchanger,
13 ... Thermostat (temperature sensing valve), 14 ... Check valve, 15 ... Electric pump,
100 ... Radiator channel, 101 ... Bypass channel (temperature sensitive channel),
261: housing, 262: control valve body.
Claims (3)
前記水冷式内燃機関(1)から駆動力を得て冷却水を循環させる機械式ポンプ(3)と、
前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水が導かれ、冷却水の熱を蓄える蓄熱タンク(4)と、
前記蓄熱タンク(4)に対して冷却水を流出入させる開口流路(45)を少なくとも開閉する冷却水制御弁(26)と、
前記水冷式内燃機関(1)と前記蓄熱タンク(4)とを接続する冷却水路(103)に配設され、電力によって駆動される電動ポンプ(15)と、
前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水の熱を放熱するラジエータ(2)と、
前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水を前記ラジエータ(2)を経て前記水冷式内燃機関(1)に還流させるラジエータ水路(100)と、
前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水の温度に応じて体積変化する感温作動部(13a)を有し、この感温作動部(13a)の体積変化により前記ラジエータ水路(100)を開閉する感温作動弁(13)と、
前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水の温度を検出する温度検出手段(21)と、
前記温度検出手段(21)によって検出された冷却水温度に基づいて、前記冷却水制御弁(26)および前記電動ポンプ(15)の作動を制御する制御装置(18)とを有し、
前記制御装置(18)は、前記冷却水温度が第1所定温度以上に上昇したときに、前記冷却水制御弁(26)を前記開口流路(45)の開口状態に操作して前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水を前記蓄熱タンク(4)内に流入させる第1の蓄熱モードを設定し、
前記冷却水温度が、前記第1所定温度よりも高い温度であって、前記感温作動弁(13)が開き始める冷却水温度に対応する第2所定温度以上に上昇したときは、前記冷却水制御弁(26)を前記開口流路(45)の開口状態に操作するとともに、前記電動ポンプ(15)を作動させて、前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水を前記電動ポンプ(15)により前記蓄熱タンク(4)に向けて圧送させる第2の蓄熱モードを設定することを特徴とする内燃機関の冷却水回路。A water-cooled internal combustion engine (1);
A mechanical pump (3) for obtaining driving force from the water-cooled internal combustion engine (1) and circulating the cooling water;
A heat storage tank (4) in which cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1) is guided to store heat of the cooling water;
A cooling water control valve (26) for opening and closing at least an opening channel (45) for flowing cooling water into and out of the heat storage tank (4);
An electric pump (15) disposed in a cooling water passage ( 103 ) connecting the water-cooled internal combustion engine (1) and the heat storage tank (4) and driven by electric power;
A radiator (2) for radiating heat of cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1);
A radiator water channel (100) for returning cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1) to the water-cooled internal combustion engine (1) through the radiator (2);
It has a temperature sensing operation part (13a) whose volume changes in accordance with the temperature of the cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1), and the radiator water channel (100) due to the volume change of the temperature sensing operation part (13a). A temperature sensing valve (13) that opens and closes;
Temperature detecting means (21) for detecting the temperature of cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1);
A control device (18) for controlling the operation of the cooling water control valve (26) and the electric pump (15) based on the cooling water temperature detected by the temperature detection means (21);
The control device (18) operates the cooling water control valve (26) to the open state of the opening flow path (45) when the cooling water temperature rises to a first predetermined temperature or higher, thereby the water cooling type. Setting a first heat storage mode in which cooling water discharged from the internal combustion engine (1) flows into the heat storage tank (4);
When the cooling water temperature is higher than the first predetermined temperature and rises above a second predetermined temperature corresponding to the cooling water temperature at which the temperature sensing valve (13) starts to open, the cooling water The control valve (26) is operated to the open state of the open flow path (45), and the electric pump (15) is operated to supply cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1) to the electric pump ( A cooling water circuit for an internal combustion engine, wherein a second heat storage mode for pumping toward the heat storage tank (4) is set according to 15) .
前記水冷式内燃機関(1)から駆動力を得て冷却水を循環させる機械式ポンプ(3)と、
前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水が導かれ、冷却水の熱を蓄える蓄熱タンク(4)と、
前記水冷式内燃機関(1)と前記蓄熱タンク(4)とを接続する冷却水路(103)に配設され、電力によって駆動される電動ポンプ(15)と、
前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水の熱を放熱するラジエータ(2)と、
前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水を前記ラジエータ(2)を経て前記水冷式内燃機関(1)に還流させるラジエータ水路(100)と、
前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水の温度に応じて体積変化する感温作動部(13a)を有し、この感温作動部(13a)の体積変化により前記ラジエータ水路(100)を開閉する感温作動弁(13)と、
前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水の温度を検出する温度検出手段(21)と、
前記温度検出手段(21)によって検出された冷却水温度に基づいて、前記電動ポンプ(15)の作動を制御する制御装置(18)と、
前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水を前記感温作動部(13a)に導く感温水路(101)と、
前記感温水路(101)に配設され、前記水冷式内燃機関(1)の負荷の減少に応じて、前記感温作動部(13a)に与えられる熱量を減少させることにより、前記感温作動弁(13)が開き始める冷却水温度を上昇させる負荷応答制御手段(18、23、26)とを有し、
前記制御装置(18)は、前記水冷式内燃機関(1)の負荷が所定値以下の状態で前記感温作動弁(13)が開き始める冷却水温度に達した時に、前記電動ポンプ(15)を作動させて前記水冷式内燃機関(1)から吐出する冷却水を前記蓄熱タンク(4)に向けて圧送させることを特徴とする内燃機関の冷却水回路。 A water-cooled internal combustion engine (1);
A mechanical pump (3) for obtaining driving force from the water-cooled internal combustion engine (1) and circulating the cooling water;
A heat storage tank (4) in which cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1) is guided to store heat of the cooling water;
An electric pump (15) disposed in a cooling water passage (103) connecting the water-cooled internal combustion engine (1) and the heat storage tank (4) and driven by electric power;
A radiator (2) for radiating heat of cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1);
A radiator water channel (100) for returning cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1) to the water-cooled internal combustion engine (1) through the radiator (2);
It has a temperature sensing operation part (13a) whose volume changes in accordance with the temperature of the cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1), and the radiator water channel (100) due to the volume change of the temperature sensing operation part (13a). A temperature sensing valve (13) that opens and closes;
Temperature detecting means (21) for detecting the temperature of cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1);
A control device (18) for controlling the operation of the electric pump (15) based on the coolant temperature detected by the temperature detection means (21);
A temperature-sensitive water channel (101) for guiding cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1) to the temperature-sensitive operation unit (13a);
The temperature-sensitive operation is performed by reducing the amount of heat provided to the temperature-sensitive operation unit (13a) in response to a decrease in the load of the water-cooled internal combustion engine (1) disposed in the temperature-sensitive water channel (101). Load response control means (18, 23, 26) for increasing the cooling water temperature at which the valve (13) starts to open;
When the load of the water-cooled internal combustion engine (1) reaches a cooling water temperature at which the temperature-sensitive operation valve (13) starts to open with the load of the water-cooled internal combustion engine (1) below a predetermined value, the control device (18) A cooling water circuit for an internal combustion engine, wherein the cooling water discharged from the water-cooled internal combustion engine (1) is pumped toward the heat storage tank (4).
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