JP3918306B2

JP3918306B2 - 車両用暖房装置

Info

Publication number: JP3918306B2
Application number: JP16102498A
Authority: JP
Inventors: 肇伊藤; 敏夫森川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JPH11348541A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水冷式エンジン等の液冷式内燃機関を有する車両の暖房装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水冷式エンジン（以下、エンジンと略す。）を搭載した車両の暖房装置では、一般的に、冷却水に吸熱された廃熱を熱源として車室内の暖房を図っている。このため、エンジン始動直後などのいわゆるコールドスタート時においては、冷却水温度が低いため、十分な暖房能力を発揮することができない。
【０００３】
そこで、燃焼式ヒータ等の冷却水を加熱する燃焼機を設けるとともに、コールドスタート時などの冷却水温度が低く十分な暖房能力が得られないときに、燃焼機により暖房能力を補う車両用暖房装置（図６参照）が既に実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃焼機もエンジンと同様に、排気を浄化する触媒または排気音を低減するマフラー（消音器）を必要とする。
しかし、エンジンルーム内は、既にエンジン等の機器が多くの空間を占めているので、新たに燃焼機用の触媒やマフラーを配設する空間が殆どなない。このため、燃焼機を有する車両用暖房装置の車両搭載性が著しく悪いという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、燃焼機を有する車両用暖房装置の車両への搭載性を向上させることを目的とする。
【０００６】
【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、触媒（１２）およびマフラー（１３）を有する車両に適用され、液冷式内燃機関（１０）内を循環する冷却液を熱源として車室内を暖房する車両暖房装置において、
冷却液と車室内に吹き出す空気とを熱交換するヒータコア（２０）と、
ヒータコア（２０）に流入する冷却液を加熱する燃焼機（２１）と、
燃焼機（２１）の排気を前記触媒（１２）に導く排気管（２８）と、
燃焼機（２１）に空気を送風する送風機（２７）と、
燃焼機（２１）の吸気側の圧力と排気側の圧力との圧力差を検出する圧力差検出手段（Ｓ１４０）と、
圧力差検出手段（Ｓ１４０）により検出された検出圧力差（ΔＰ）が、燃焼機（２１）を安定的に燃焼させることができる目標圧力差（ΔＰ o ）となるように送風機（２７）の送風量を制御する送風機制御手段（Ｓ１５０）とを有することを特徴とする。
【０００７】
これにより、燃焼機２１用の触媒やマフラーを新たに設けることなく、燃焼機（２１）の排気の浄化および排気の騒音低減を図ることができるので、燃焼機（２１）を有する車両用暖房装置の車両への搭載性を向上させることができる。
また、触媒（１２）には、液冷式内燃機関（１０）の排気に加えて燃焼機（２１）の排気が導かれるので、液冷式内燃機関（１０）の排気のみによって触媒（１２）の温度上昇させる場合より速やかに触媒（１２）の温度を上昇させることができる。したがって、コールドスタート時であっても、速やかに触媒（１２）を活性化させることができるので、コールドスタート時の排気を効率良く浄化することができる。
【０００８】
また、暖房能力を補助する燃焼機（２１）の廃熱を利用して触媒（１２）を速やかに活性化させているので、例えば電気ヒータ等の専用の加熱手段を新たに設けて触媒（１２）を加熱する手段に比べて、消費電力を小さくすることができるとともに、車両の製造原価低減を図ることができる。
請求項２に記載の発明では、触媒（１２）を有する車両に適用され、液冷式内燃機関（１０）内を循環する冷却液を熱源として車室内を暖房する車両暖房装置において、
冷却液を加熱する燃焼機（２１）と、
燃焼機（２１）の排気を前記触媒（１２）に導く排気管（２８）と、
燃焼機（２１）に空気を送風する送風機（２７）と、
燃焼機（２１）の吸気側の圧力と排気側の圧力との圧力差を検出する圧力差検出手段（Ｓ１４０）と、
圧力差検出手段（Ｓ１４０）により検出された検出圧力差（ΔＰ）が、燃焼機（２１）を安定的に燃焼させることができる目標圧力差（ΔＰ o ）となるように送風機（２７）の送風量を制御する送風機制御手段（Ｓ１５０）とを有することを特徴とする。
【０００９】
これにより、請求項１に記載の発明と同様に、燃焼機（２１）用の触媒を新たに設ける必要がないので、燃焼機（２１）を有する車両用暖房装置の車両への搭載性を向上させることができるとともに、触媒（１２）を速やかに活性化させることができる。
請求項３に記載の発明では、マフラー（１３）を有する車両に適用され、液冷式内燃機関（１０）内を循環する冷却液を熱源として車室内を暖房する車両暖房装置において、
冷却液を加熱する燃焼機（２１）と、
燃焼機（２１）の排気をマフラー（１１）に導く排気管（２８）と、
燃焼機（２１）に空気を送風する送風機（２７）と、
燃焼機（２１）の吸気側の圧力と排気側の圧力との圧力差を検出する圧力差検出手段（Ｓ１４０）と、
圧力差検出手段（Ｓ１４０）により検出された検出圧力差（ΔＰ）が、燃焼機（２１）を安定的に燃焼させることができる目標圧力差（ΔＰ o ）となるように送風機（２７）の送風量を制御する送風機制御手段（Ｓ１５０）とを有することを特徴とする。
【００１０】
これにより、請求項１に記載の発明と同様に、燃焼機（２１）用のマフラーを新たに設ける必要がないので、燃焼機（２１）を有する車両用暖房装置の車両への搭載性を向上させることができる。
そして、請求項１〜３に記載の発明では、燃焼機（２１）の吸気側の圧力と排気側の圧力との圧力差（ΔＰ）が、燃焼機（２１）を安定的に燃焼させることができる目標圧力差（ΔＰo）となるように送風機（２２）の送風量を制御する。
【００１１】
これにより、燃焼機（２１）を安定的に燃焼させることができるので、安定的に車室内を暖房することができる。
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。
【００１２】
【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暖房装置の模式図であり、１０は車両走行用の水冷式エンジン（液冷式内燃機関）であり、１１は水冷式エンジン（以下、エンジンと略す。）の各気筒から排出される排気を集合させて、後述する触媒１２に導く排気管である。
【００１３】
１２は排気中の炭化水素や窒素酸化などの酸化還元反応を促進することにより排気を浄化する三元触媒（以下、触媒と略す。）であり、この触媒１２の排気流れ下流側には、触媒１２から流出する排気の騒音（排気音）を低減するマフラー（消音器）１３が配設されている。
また、１４はエンジン１０内を循環する冷却水（冷却液）を冷却するラジエータであり、１５はエンジン１０から駆動力を得て冷却水を循環させるウォータポンプである。１６はエンジン１０から流出した冷却水を、ラジエータ１４を迂回させてエンジン１０に還流させるパイパス通路であり、１７は冷却水温度に応じてエンジン１０から流出した冷却水をラジエータ１４に流通させる場合と、バイパス通路１６に流通させる場合とを切り換える周知のサーモスタットである。因みに、ウォータポンプ１５およびバイパス通路１６は、通常、エンジン１０内に内蔵されている。
【００１４】
２０は冷却水を熱源として車室内に吹き出す空気を加熱することにより、車室内を暖房するヒータコアであり、２１はヒータコア２０より冷却水流れ上流側に配設されてヒータコア２０に流入する冷却水を加熱する燃焼機である。
なお、燃焼機２１の燃焼状態（停止または燃焼機２１の発熱量）、燃焼機２１に燃料を圧送する燃料ポンプ（Ｆ／Ｐ）２２、および電動ウォータポンプ２３は、乗員が操作するタイマスイッチ（図示せず）またはリモートコントロール装置（図示せず）等の設定値に基づいて電子制御装置（ＥＣＵ）２４により制御される。
【００１５】
因みに、２４ａは、エンジン１０から流出する冷却水温度を検出する水温センサ（温度検出手段）であり、水温センサ２４ａの検出信号（検出温度）はＥＣＵ２４に入力されている。
また、２５はエンジン１０から流出した冷却水を、電動ウォータポンプ２３を迂回させて燃焼機２１に導くバイパス通路であり、このバイパス通路２５には、電動ウォータポンプ２３から吐出した冷却水がバイパス通路２５を流通して電動ウォータポンプ２３の吸入側に還流することを防止する逆止弁２６が配設されている。
【００１６】
２７は燃焼機２１に空気を送風する電動送風機（以下、送風機と略す。）であり、本実施形態では、体積型の送風機（エアポンプ）を採用している。そして、２８は燃焼機２１から排出される排気を触媒１２に導く排気ダクト（排気管）であり、この排気ダクト２８は触媒１２より排気流れ上流側の排気管１１に接続されている。
【００１７】
次に、本実施形態に係る車両用暖房装置の作動を述べる。
１．エンジン１０の停止時における暖機運転または暖房運転
タイマスイッチまたはリモートコントロール装置からの信号により、燃料ポンプ２２、電動ウォータポンプ２３および送風機２７が稼働し、燃焼機２１が着火（稼働）する。
【００１８】
これにより、燃焼機２１により加熱された冷却水がヒータコア２０およびエンジン１０を循環するので、車室内が暖房されるとともに、エンジン１０が温められる（暖機される）。
一方、燃焼機２１の排気は、排気ダクト２８を流通して触媒１２に導かれて触媒１２にて浄化された後に、マフラー１３にて騒音が低減された後に大気中に放出される。
【００１９】
２．エンジン１０の稼働中における暖房運転
エンジン１０の始動と共にウォータポンプ１５が稼働するので、電動ウォータポンプ２３を停止させる。そして、冷却水温度（水温センサ２４ａの検出温度）Ｔ_Wに応じて燃焼機２１の燃焼状態を制御する。
具体的には、冷却水温度Ｔ_Wが所定温度（例えば８０℃）Ｔ以上の場合には燃焼機２１を停止させ、冷却水温度Ｔ_Wが所定温度Ｔ未満のときには、冷却水温度Ｔ_Wの低下に応じて燃焼機２１での発熱量を増大させるように燃焼機２１等を制御する。
【００２０】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態によれば、燃焼機２１の排気は、排気ダクト２８を介してエンジン１０の排気管１１に導かれているので、エンジン１０の触媒１２およびマフラー１３にて燃焼機２１の排気の浄化および排気音の低減を図ることができる。
したがって、燃焼機２１用の触媒やマフラーを新たに設ける必要がないので、燃焼機２１を有する車両用暖房装置の車両への搭載性を向上させることができる。
【００２１】
また、燃焼機２１の排気が触媒１２に導かれるので、燃焼機２１の排気により触媒１２の温度を上昇させる（触媒１２を活性化させる）ことができる。このため、例えば、上述のごとく、エンジン１０の始動前に燃焼機２１を稼働させて暖房運転（プレ暖房運転）をしたときには、エンジン１０の始動前に触媒１２およびエンジン１０の温度を上昇させることができる。
【００２２】
したがって、エンジン１０の始動時には、エンジン１０および触媒１２の温度が上昇しているので、エンジン１０の始動直後においてもエンジン１０の排気を効率良く浄化することができる。
また、エンジン１０の始動前に暖房運転を行うことなく、エンジン１０の始動と共に暖房運転を開始した場合であっても、触媒１２には、エンジン１０の排気に加えて燃焼機２１の排気が導かれるので、エンジン１０の排気のみによって触媒１２の温度上昇させる場合より速やかに触媒１２の温度を上昇させることができる。したがって、コールドスタート時であっても、速やかに触媒１２を活性化させて排気を浄化させることができる。
【００２３】
また、暖房能力を補助する燃焼機２１の廃熱を利用して触媒１２を速やかに活性化させているので、例えば電気ヒータ等の専用の加熱手段を新たに設けて触媒１２を加熱する手段に比べて、消費電力を小さくすることができるとともに、車両の製造原価低減を図ることができる。
（第２実施形態）
本実施形態は、燃焼機２１において必要とされる熱量を安定的に発生することができるようにしたものである。
【００２４】
すなわち、図２に示すように、燃焼機２１の吸気側の圧力（吸気圧）検出する吸気圧センサ（吸気圧力検出手段）２９、及び燃焼機２１の排気側の圧力（排気圧）を検出する排気圧センサ（排気圧検出手段）３０を設けるとともに、両圧力センサ２９、３０によって検出された圧力の検出圧力差ΔＰに基づいて送風機２７を制御するように構成したものである。
【００２５】
以下、図３に示すフローチャートに基づいて本実施形態の作動を述べる。
車両のイグニッションスイッチ（図示せず）が投入されると、先ず、水温センサ２４ａ及び両圧力センサ２９、３０の検出値を読み込む（Ｓ１００）。
次に、燃焼機２１が稼動しているか否か（ＯＮかＯＦＦか）を判定し（Ｓ１１０）、燃焼機２１が停止しているときには（ＯＦＦのときには）、Ｓ１００に戻る。
【００２６】
一方、燃焼機２１が稼動しているときには（ＯＮのときには）、冷却水温度Ｔ_Wが所定温度（例えば８０℃）Ｔo 未満であるか否かを判定し（Ｓ１２０）、冷却水温度Ｔ_Wが所定温度Ｔo 以上であるときは、燃焼機２１を停止させた後（Ｓ１７０）、Ｓ１００に戻る。また、冷却水温度Ｔ_Wが所定温度Ｔo 未満であるときは、ＲＯＭ等の記憶手段に予め記憶されたマップ（図４参照）に基づいて冷却水温度Ｔ_Wに対応する目標圧力差ΔＰo を決定（算出）する（Ｓ１３０）。
【００２７】
ここで、目標圧力差ΔＰo とは、目標とする吸気圧と排気圧との差圧であり、具体的には、燃焼機２１の運転状態に応じて燃焼機２１に供給する目標空気量を示すものである。
次に、圧力センサ２９、３０の値から実際の吸気圧と排気圧との差圧（検出圧力差）ΔＰを算出する（Ｓ１４０）。そして、ＲＯＭ等の記憶手段に予め記憶されたマップ（図５参照）に基づいて、目標圧力差ΔＰo と検出圧力差ΔＰとの差（ΔＰo −ΔＰ）に対応する送風機２７の印加電圧を決定するとともに、その決定した印加電圧を送風機２７に印加する（Ｓ１５０）。その後、燃焼器２１を稼働させる（Ｓ１６０）。
【００２８】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
送風機２７は、検出圧力差ΔＰが目標圧力差ΔＰo となるように制御されるので、燃焼機２１において必要とされる目標空気量を供給することができる。したがって、燃焼機２１を安定的に燃焼させることができるので、車室内を安定的に暖房することができる。
【００２９】
ところで、上述の実施形態では、走行用のエンジン１０のみを有する車両を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、エンジン１０と電動モータとを有して走行する、いわゆるハイブリッド車両にも適用することができる。
また、上述の実施形態では、冷却水温度Ｔ_Wに基づいて燃焼機２１の運転状態を推定したが、この発明はこれに限定されるものではなく、オートエアコンにおける目標吹出温度等のその他の量に基づいて燃焼機２１の運転状態を推定してもよい。
【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暖房装置の模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る車両用暖房装置の模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る車両用暖房装置の作動を示すフローチャートである。
【図４】目標圧力差ΔＰo と冷却水温度Ｔ_Wとの関係を示すマップである。
【図５】目標圧力差ΔＰo と検出圧力差ΔＰとの差と送風機の印加電圧との関係を示すマップである。
【図６】従来の技術に係る車両用暖房装置の模式図である。
【符号の説明】
１０…水冷式エンジン（液冷式エンジン）、１１…排気管、
１２…三元触媒、１３…マフラー、１４…ラジエータ、２０…ヒータコア、
２１…燃焼機、２８…排気ダクト（排気管）。

Claims

液冷式内燃機関（１０）の排気を浄化する触媒（１２）、および前記触媒（１２）から流出する排気の騒音を低減するマフラー（１３）を有する車両に適用され、前記液冷式内燃機関（１０）内を循環する冷却液を熱源として車室内を暖房する車両暖房装置であって、
前記冷却液と車室内に吹き出す空気とを熱交換するヒータコア（２０）と、
前記ヒータコア（２０）に流入する前記冷却液を加熱する燃焼機（２１）と、
前記燃焼機（２１）の排気を前記触媒（１２）に導く排気管（２８）と、
前記燃焼機（２１）に空気を送風する送風機（２７）と、
前記燃焼機（２１）の吸気側の圧力と排気側の圧力との圧力差を検出する圧力差検出手段（Ｓ１４０）と、
前記圧力差検出手段（Ｓ１４０）により検出された検出圧力差（ΔＰ）が、前記燃焼機（２１）を安定的に燃焼させることができる目標圧力差（ΔＰ o ）となるように前記送風機（２７）の送風量を制御する送風機制御手段（Ｓ１５０）とを有することを特徴とする車両暖房装置。
液冷式内燃機関（１０）の排気を浄化する触媒（１２）を有する車両に適用され、前記液冷式内燃機関（１０）内を循環する冷却液を熱源として車室内を暖房する車両暖房装置であって、
前記冷却液を加熱する燃焼機（２１）と、
前記燃焼機（２１）の排気を前記触媒（１２）に導く排気管（２８）と、
前記燃焼機（２１）に空気を送風する送風機（２７）と、
前記燃焼機（２１）の吸気側の圧力と排気側の圧力との圧力差を検出する圧力差検出手段（Ｓ１４０）と、
前記圧力差検出手段（Ｓ１４０）により検出された検出圧力差（ΔＰ）が、前記燃焼機（２１）を安定的に燃焼させることができる目標圧力差（ΔＰ o ）となるように前記送風機（２７）の送風量を制御する送風機制御手段（Ｓ１５０）とを有することを特徴とする車両暖房装置。
液冷式内燃機関（１０）の排気音を低減するマフラー（１３）を有する車両に適用され、前記液冷式内燃機関（１０）の冷却液を熱源として車室内を暖房する車両暖房装置であって、
前記冷却液を加熱する燃焼機（２１）と、
前記燃焼機（２１）の排気を前記マフラー（１３）に導く排気管（２８）と、
前記燃焼機（２１）に空気を送風する送風機（２７）と、
前記燃焼機（２１）の吸気側の圧力と排気側の圧力との圧力差を検出する圧力差検出手段（Ｓ１４０）と、
前記圧力差検出手段（Ｓ１４０）により検出された検出圧力差（ΔＰ）が、前記燃焼機（２１）を安定的に燃焼させることができる目標圧力差（ΔＰ o ）となるように前記送風機（２７）の送風量を制御する送風機制御手段（Ｓ１５０）とを有することを特徴とする車両暖房装置。