JP4436361B2 - 自動車のキャビンを加熱する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は自動車のキャビン（cabin:室）を加熱する方法及び装置に関する。

自動車においては、エンジンは、エンジンを冷却しまたキャビンを加熱するために使用される冷却流体を循環させるための回路を有する。この目的のため、回路は特に、ポンプと空気ヒータユニットとを有し、キャビンを加熱する目的で冷却流体中に蓄えられた熱を取り出すために、空気が空気ヒータユニットを通して流される。しかし、ある状況においては、特に、車両の作動の最初の数分中又は気候が特に寒い場合、このようなヒータ装置は不十分である。

迅速なキャビンの加熱を改善するために、いくつかの技術が現在使用されている。これらの技術の１つは、時には水回路であるがもっと一般的には空気回路内で、電気的な抵抗素子を使用することである。別の技術はバーナーを使用することである。しかし、これらの技術は配置の問題を生じさせ、車両のコストを増大させる。更に、これらの技術はエネルギの過剰な消費及び無視できない浪費を招き、バーナーを使用する場合は、これらの技術はまた異臭及び煤煙を発生させる。

更に別の技術は汚染除去ユニットから上流側で車両の排気装置内に熱交換器を配置することであり、この熱交換器はエンジンの冷却流体循環回路内に組み込まれる。このようにして排気ガスから回収された熱は、間接的に車両のキャビンを加熱するために使用することができる。

この配備は、汚染除去組立体がその最適な作動温度に迅速に到達するのを保証するために、エンジンの温度が上昇している間即ち始動時に、触媒により構成された汚染除去組立体を通して排気ガスをゆっくり流れさせる必要があるという事実に主として起因する欠点を呈する。その結果、始動段階中は、キャビンを加熱するための付加的な熱エネルギは回収されない。

本発明の目的はこれらの問題を解決し、キャビン加熱性能を改善することである。

従って、本発明は、ポンプと、空気ヒータユニットと、汚染除去組立体をも具備する排気装置内に位置する熱交換器とを有する、エンジンを冷却する冷却流体を循環させる回路により、自動車のキャビンを加熱する方法を提供する。この方法の特徴とするところは、汚染除去組立体から下流側の排気装置内の排気ガスが、エンジン作動条件、外部温度、キャビン内に要求される加熱温度及びエンジン冷却流体の温度の関数として、熱交換器の方へ又はバイパスダクトの方へ導かれることである。

本発明はまた、ポンプと、空気ヒータユニットと、汚染除去組立体を具備する排気装置内に位置する熱交換器とを有する、エンジンを冷却する冷却流体を循環させる回路を備えた形式の、自動車のキャビンを加熱するための装置を提供する。この装置の特徴とするところは、熱交換器が排気ガス流れ方向において汚染除去組立体から下流側で排気装置内に位置し、装置が熱交換器の方へ又はバイパスダクトの方へ排気ガスを導くためのフラップを有し、フラップが、エンジン作動条件、外部温度、キャビン内に要求される加熱温度及びエンジン冷却流体の温度の関数として、制御手段により作動されることである。

本発明は、例として与えられ、添付図面を参照して行われる以下の説明を読むことにより良好に理解できる。図１は、高圧ポンプ１３を備えた回路１２により燃料を供給されるインゼクタ１１を普通の方法で有するエンジン１０例えば直接噴射式のディーゼルエンジンを示す線図である。インゼクタ１１によるエンジン１０のシリンダ内への燃料の噴射は電気回路２を介して各インゼクタ１１に接続されたコントローラ１により制御される。

エンジン１０はまた、例えば触媒及び粒子フィルタにより構成された汚染除去組立体１６を具備する、符号１５で全体を示す排気装置を有する。排気装置１５内の矢印Ｆで示すように、排気ガス流れ方向において汚染除去組立体１６の下流側には、排気ガスのための第１及び第２の通路１７、１８が設けてある。

図１に示すように、排気装置１５内の第１の通路１７は、空気ヒータユニット２２及び水ポンプ２３をも含む、エンジン１０のための冷却流体を循環させる回路２０に対して熱交換を行う熱交換器２１を備える。普通の方法で、空気の流れは、回路２０を循環する冷却流体内に蓄えられた熱を回収するように空気ヒータユニット２２を通過し、自動車のキャビンを加熱するようになっている。

排気ガスはフラップ２５の制御の下で第１の通路１７又は第２の通路１８を通って流され、このフラップは、例えば電気モータにより構成されるアクチュエータ２６により、すべての排気ガスが第１の通路１７に沿って熱交換器２１を通って流れるような、図１に示す如き、第２の通路１８を閉じる第１の位置と、フラップが第１の通路１７を閉じ、すべての排気ガスがバイパスダクトを構成する第２の通路１８を通って流れるのを許容する第２の位置との間で、移動することができる。

アクチュエータ２６はコントローラ１に接続される。フラップ２５は排気装置１５内のガスの流れ方向において２つの位置間で傾斜する。図１に示すように、フラップ２５は好ましくは排気装置１５内のガスの流れ方向に関して熱交換器１から下流側に位置する。

更に、エンジン１０は、燃料の付加的な燃焼を生じさせ、特に熱交換器２１を通って流れる排気ガスの温度を上昇させるように、その中への燃料の主要な噴射後及びシリンダのサイクルの膨張行程中に、エンジンの少なくとも一部のシリンダ内へ付加的な量の燃料を噴射するための手段を有する。

コントローラは、始動段階中に、キャビンを加熱するために使用できる加熱パワーが不十分な場合に、エンジンの壁に伝達されるエネルギの量を増大させて、冷却流体を循環させるための回路２０へ伝達されるエネルギを増大させると共に、排気装置１５内を流れる即ち汚染除去組立体１６及び熱交換器２１を通って流れるガスへ伝達されるエネルギを増大させるように、消費される燃料のエネルギ予算量が割り当てられる方法を変更するために、インゼクタ１１を制御する手順を調整するように、エンジン１０のための冷却流体の温度、外部温度、キャビン内で要求される加熱レベル、エンジン回転数及び（又は）エンジン上の負荷のような種々のパラメータに応答することができる。

車両のキャビンを加熱する装置は一般に、外部空気温度が１０℃以下の場合に、作動させられる。本発明の方法において考慮されるエンジンの作動条件はエンジンのトルク及び（又は）回転速度である。本発明の方法においては、単独で又はエンジン１０のシリンダの少なくとも一部への付加的な燃料の噴射（ＰＩ）と組み合わさって排気（ＲＴＥ）から熱エネルギを回収するためのいくつかの手順を工夫することができる。

一般に、排気ガスは、毎分２５００回転（ｒｐｍ）ないし３５００ｒｐｍの範囲内にある決められた最大回転速度のために及び（又は）１００ニュートンメートル（Ｎｍ）ないし２００Ｎｍの範囲内にある決められた最大トルクよりも小さなトルクのためにシリンダの一部内への付加的な燃料噴射（ＰＩ）を伴わずに、排気（ＲＴＥ）から熱エネルギを吸収するために、熱交換器２１へ導かれる。同様に、排気ガスは、外部温度が５℃ないし１５℃の範囲内にある温度よりも低く好ましくは１０℃よりも低い間に、冷却流体の温度が７０℃ないし８５℃の範囲内にある温度よりも低く好ましくは８０℃よりも低い場合には、燃料の付加的な噴射を伴わずに、熱交換器２１の方へ導かれる。

更に、排気ガスは、２５００ｒｐｍないし３５００ｒｐｍの範囲内にある決められた最大回転速度のために及びエンジン１０の回転速度の関数である最大トルクと最小トルクとの間の決められたトルクのためにエンジンのシリンダの一部内へ付加的な燃料（ＰＩ）を同時に噴射しながら、排気（ＲＴＥ）から熱エネルギを回収するために、熱交換器２１へ導かれる。

同様に、排気ガスは、外部温度が５℃ないし１５℃の範囲内にある温度よりも低く好ましくは１０℃程度である間に、エンジン１０のための冷却流体の温度が−５℃ないし＋５℃の範囲内にあり好ましくは０℃程度である最小温度と７０℃ないし８５℃の範囲内にあり好ましくは８０℃程度の最大温度との間にある場合には、シリンダの一部内へ付加的な燃料を同時に噴射しながら、熱交換器２１へ導かれる。

図２を参照して、本発明の方法のための作動手順の一例を説明する。例として、外部空気の温度が１０℃よりも低い場合に、車両キャビン加熱装置が作動する。外部の空気温度が１０℃よりも低い状態で、車両が冷えた状態で始動した場合、キャビンを心地よくするために、回路２０内の冷却流体の温度が０℃以下である間、コントローラは排気（ＲＴＥ）からの熱エネルギの回収を自力で開始させる。

熱エネルギが排気から回収されている間、アクチュエータ２６はバイパスダクト１８を閉じる位置へフラップ２５を移動させ、その結果、すべての排気ガスは第１の通路１７を通って流れ、続いて、熱交換器２１を通って流れ、回路２１内を循環している冷却流体の温度を増大させる。

図２に示すように、エンジン１０のための冷却流体の温度が０℃ないし７８℃の範囲内にあるとき、コントローラ１は、熱交換器２１を通してすべての排気ガスを通過させることにより、排気からの熱エネルギの回収を作動させ、また、エンジン１０のシリンダの少なくとも一部内へ付加的な量の燃料を噴射させ、それによって、熱交換器２１を通って流れる排気ガスの温度を増大させ、自動車のキャビンを加熱する付加的な熱を提供する。

７８℃ないし８０℃の範囲内にある冷却流体温度に対しては、コントローラは排気からの熱エネルギ回収を単独で利用する。図２に示すように、エンジンの冷却流体の温度が７８℃以下に低下した場合に、排気からの熱エネルギのこの回収は再開始される。最後に、回路２０内の冷却流体の温度が７６℃以下に低下した場合は、排気からの熱エネルギの回収が、付加的な量の燃料の噴射と一緒に、共に再開始される。上述の種々の手順は純粋に例として提示されたものであり、当然修正を行うことができる。

排気ガスが熱交換器２１を通って流れている間、排気ガスはまた汚染除去組立体１６を通って流れる。従って、始動段階中、熱エネルギが熱交換器２１を介してキャビンを加熱するために排気から回収されている間、排気ガスは汚染除去組立体１６を通って流れ続けて、汚染除去組立体内の温度を迅速に上昇させるのを可能にし、そのため、この温度は極めて短時間でその最適の作動温度に到達する。

本発明に係るキャビンヒータ装置を備えたエンジン及びその排気装置を示す線図である。 エンジン冷却流体の温度の関数及び時間の関数としての排気装置からの熱エネルギ回収をプロットした曲線を示す図である。

Claims (8)

1. エンジン（１０）を冷却する冷却流体を循環させる回路（２０）により自動車のキャビンを加熱する方法であって、
   前記回路（２０）は、ポンプ（２３）と、空気ヒータユニット（２２）と、汚染除去組立体（１６）を具備する排気装置（１５）内に位置する熱交換器（２１）とを含み、
   汚染除去組立体（１６）から下流側の排気装置（１５）内の排気ガスが、エンジン作動条件、外部温度、キャビン内に要求される加熱温度、及びエンジン冷却流体の温度の関数として、熱交換器（２１）の方へ又はバイパスダクト（１８）の方へ流され、
   前記エンジン（１０）のシリンダ内への燃料の主要な噴射の後及びそのサイクルの膨張行程中、付加的な量の燃料が、燃料の付加的な燃焼を生じさせ、かつ、排気装置（１５）に沿って熱交換器（２１）を通って流れるガスの温度を増大させるために、少なくとも一部のシリンダ内へ噴射されることを特徴とする方法。
2. 前記エンジン作動条件はエンジンのトルク及び（又は）回転速度であることを特徴とする請求項１の方法。
3. エンジンの回転速度が２５００ｒｐｍないし３５００ｒｐｍの範囲内にある決められた最大回転速度にあり、エンジンのトルクが最大トルクと最小トルクとの間にある決められたトルクにある間は、付加的な燃料を同時に噴射しながら、排気ガスが熱交換器（２１）の方へ流されることを特徴とする請求項１又は２の方法。
4. 冷却流体が−５℃ないし＋５℃の範囲内にあり好ましくは０℃程度の最小温度と７０℃ないし８５℃の範囲内にあり好ましくは８０℃程度の最大温度との間の温度を有する間において、外部温度が５℃ないし１５℃の範囲内にある温度よりも低く好ましくは１０℃程度の温度である間は、付加的な燃料を同時に噴射しながら、排気ガスが熱交換器（２１）の方へ導かれることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項の方法。
5. エンジン（１０）を冷却する冷却流体を循環させる回路（２０）を備えた形式の、自動車のキャビンを加熱するための装置であって、
   前記回路（２０）は、ポンプ（２３）と、空気ヒータユニット（２２）と、汚染除去組立体（１６）を具備する排気装置（１５）内に位置する熱交換器（２１）とを含み、
   前記熱交換器（２１）は、排気ガス流れ方向において汚染除去組立体（１６）から下流側の排気装置（１５）内に位置し、
   前記装置は、熱交換器（２１）の方へ又はバイパスダクト（１８）の方へ排気ガスを流すためのフラップ（２５）を有し、
   前記フラップ（２５）は、制御手段（２６）により、エンジン作動条件、外部温度、キャビン内に要求される加熱温度及びエンジン冷却流体の温度の関数として作動され、
   前記エンジン（１０）はその中への燃料の主要な噴射の後にエンジンの少なくとも一部のシリンダ内へ付加的な量の燃料を噴射する手段を有し、シリンダのサイクルの膨張行程中に付加的な燃料を噴射して、燃料の付加的な燃焼を生じさせ、かつ、熱交換器（２１）を通って排気装置（１５）内を流れるガスの温度を増大させることを特徴とする装置。
6. 前記エンジン（１０）は直接噴射式のディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項５の装置。
7. 前記フラップ（２５）はバイパスダクト（１８）を閉じるための第１の位置とバイパスダクト（１８）を開くための第２の位置との間で傾斜することができ、第１の位置と第２の位置との間の傾斜が排気装置（１５）に沿って流れるガスの方向において生じることを特徴とする請求項５又は６の装置。
8. 前記フラップ（２５）が排気装置内でのガスの流れ方向に関して熱交換器（２１）から下流側に位置することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項の装置。

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