JP5003639B2 - 車両用冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、冷却性能および暖機性能の向上を図る車両用冷却システムに関する。

従来の車両用冷却システムにおいては、高温水の冷却水回路と低温水の冷却水回路とを有し、冷却効率の向上を図るものが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の従来のシステムは、高温水回路と低温水回路を有し、バルブによって高温水と低温水を混合させる流量比を調節することにより、エンジンへ戻す冷却水の温度を目標値に制御している。
独国特許出願公開第１０２００６０５３３３１Ａ１号明細書

上記従来の技術は、エンジンの暖機後には冷却効率の向上および冷却水の温度制御が可能であるが、例えば、車両の各構成部品の温度が低い冷寒始動時には、各部温度が上昇するまでは所望の性能向上が得られず、さらなるシステムの性能向上が図れないという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は冷却性能向上および暖機性能向上の両立を図る車両用冷却システムを提供することにある。

上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。請求項１に記載の車両用冷却システムの発明は、車両のエンジン（６０）に接続されてエンジンを冷却する冷却水が流通する第１冷却水回路（２）と、第１冷却水回路に設けられ、当該冷却水と熱交換する空気が通過する第１空気流路を有する第１ラジエータ（７）と、エンジンに接続されて第１冷却水回路に設けられるヒータコア（８）と、第１空気流路の上流側に位置する第２空気流路を有し、空気が第２空気流路を通った後、第１空気流路を流れるように設けられた第２ラジエータ（１１）と、第２ラジエータを有し、第１冷却水回路とは独立した通路で構成される回路であって、第２ラジエータを流通する冷却水が循環する第２冷却水回路（１０）と、車両を駆動するために使用される車両駆動用流体が流れる流路（１７，２１，２２）を有し、車両駆動用流体と第２冷却水回路を流通する冷却水とを熱交換する複数の熱交換手段（１６，１９，２０）と、第２冷却水回路を流通する冷却水を排気ガスの排熱を使用して加熱する加熱手段（２５，４８）と、を備え、複数の熱交換手段には、水冷インタークーラ（２０）が含まれ、水冷インタークーラは、複数の熱交換手段の中で、第２ラジエータから流出した冷却水及び加熱手段で加熱された冷却水が最初に流通するように配され、加熱手段による加熱によって車両駆動用流体が暖められる構成としたことを特徴とする。

この発明によれば、加熱手段によって第２冷却水回路を流通する冷却水が加熱されると、当該冷却水と車両駆動用流体とが熱交換手段において熱交換して車両駆動用流体を暖めることができる。これにより、車両駆動用流体が低温であり、所望の働きを十分に発揮できない場合には、機能を発揮できる温度になるように制御することができる。したがって、第２冷却水回路について、第１冷却水回路よりも低温の冷却水が循環する回路としての冷却機能を発揮させるとともに、暖機時等の冷寒始動時に加熱手段で第２冷却水回路を加熱することにより暖機性能を発揮させるため、冷却性能向上および暖機性能向上の両立を図る車両用冷却システムが得られる。

また、従来に比べて冷却効率の向上が図れるため、小型化しやすい水冷式のインタークーラを採用でき、搭載スペースを低減できる。また、第２冷却水回路を流通する冷却水を排気ガスの排熱を使用して加熱する加熱手段であることによれば、エンジン起動時に排ガスの熱によって第２冷却水回路を流通する冷却水が加熱されると、当該冷却水と車両駆動用流体とが熱交換して車両駆動用流体を暖めることができる。これにより、エンジン起動時の低温の車両駆動用流体を、機能を発揮できる温度に迅速に暖めることができる。したがって、第２冷却水回路について、従来の冷却機能とともに、暖機時の冷寒始動時に排ガス熱を活用した暖機性能をもたせることにより、より効果的な暖機運転が得られる。

また、請求項２に記載の発明では、冷却水が第２ラジエータに流れず、熱交換手段および加熱手段に流れるように第２冷却水回路の流路を切り替える切替弁（１４）を備え、加熱手段による冷却水の加熱および切替弁による流路の切り替えは、車両駆動用流体が所定温度未満である場合に行われることを特徴とする。

この発明によれば、加熱手段により暖められた第２冷却水回路の冷却水が第２ラジエータで空気と熱交換されることなく、冷却されない。これにより、加熱手段による加熱効果を損失することなく、優れた暖機性能が得られる。

また、請求項３に記載の発明では、水冷インタークーラを除く他の熱交換手段は、ＡＴＦクーラ（１６）およびＥＧＲクーラ（１９）の少なくとも一つであることを特徴とする。この発明によれば、車両駆動用流体として、自動変速オイル、エンジン吸込みガス等を採用することができ、動力消費効率の向上が得られる。

また、請求項４に記載の発明では、水冷インタークーラを除く他の熱交換手段には、ＡＴＦクーラ（１６）およびＥＧＲクーラ（１９）が含まれ、加熱手段による冷却水の加熱は、当該各クーラを流れる車両駆動用流体のうち、少なくともいずれかの車両駆動用流体が所定温度未満である場合に行われることを特徴とする。

この発明によれば、各クーラを流れる車両駆動用流体のうち、暖機が必要とされる条件を満たす流体があれば、加熱手段により第２冷却水回路が暖められるため、当該流体の中で暖機優先順位が低い車両駆動用流体であっても確実に暖機することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態である第１実施形態の車両用冷却システム１について説明する。図１は、本実施形態の車両用冷却システム１を模式的に示す構成図である。図２は、車両用冷却システム１の制御に係る構成を示すブロック図である。

図１に示すように、車両用冷却システム１は、内燃系のエンジンによって駆動される自動車に搭載される冷却システムの一例である。車両用冷却システム１は、エンジン６０を冷却する冷却水（例えば、エチレングリコールを含有する冷却水）が流通する第１冷却水回路２と、第１冷却水回路２を流通する冷却水よりも低温の冷却水が流れる第２冷却水回路１０と、を備えている。第１冷却水回路２には、冷却水と熱交換する空気が通過する第１空気流路を有する第１ラジエータ７と、エンジン６０に接続されるヒータコア８と、が設けられる。

エンジン６０は、水冷式の内燃機関であり、ポンプ５によってエンジン６０のウォータジャケットへ送られる冷却水によって冷却される。第１冷却水回路２は、エンジン６０のウォータジャケットを流れる高温の冷却水が循環する高温水回路であり、第１ラジエータ７とエンジン６０を接続するラジエータ側通路３と、ヒータコア８とエンジン６０を接続するヒータ側通路４と、を備えている。第１ラジエータ７は、高温の冷却水を冷却する高温側ラジエータであり、ポンプ５によってラジエータ側通路３を流れる冷却水を外気との熱交換により冷却する。

ラジエータ側通路３には、エンジン６０を流出した冷却水が第１ラジエータ７を迂回してエンジン６０に戻ってくるバイパス通路９が接続されている。バイパス通路９とラジエータ側通路３の接続部には、サーモスタット６が設けられ、サーモスタット６によって第１ラジエータ７を流通する冷却水量とバイパス通路９を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。特に暖機時においては、バイパス通路９側の冷却水量が増加して暖機が促進されることになる。つまり、第１ラジエータ７による冷却水の過冷却が防止されることになる。ラジエータ側通路３を構成する配管は、他の通路を構成する配管よりもその管内径が大きくなっており、多量の冷却水が流れることになる。

ラジエータ側通路３と連通しているヒータ側通路４には、ポンプ５によって冷却水が循環される。ヒータコア８は、第１冷却水回路２の冷却水が流通する冷却水通路と空気通路とを備えており、車両用空調装置の空調ユニットケース（図示せず）内に配設され、送風機（図示せず）によって送風される空調空気を冷却水との熱交換により加熱する。

第２冷却水回路１０は、低温水回路であり、この低温水回路を流れる冷却水を冷却するための第２ラジエータ１１と、車両駆動のために使用される車両駆動用流体が流れる流路を有し、車両駆動用流体と第２冷却水回路１０を流通する冷却水とを熱交換する熱交換手段と、を備える。この熱交換手段は、車両駆動用流体を冷却することができる従来の各種クーラであり、この各種クーラは従来の冷却装置としての機能に加え、第２冷却水回路１０の冷却水の熱を受熱して車両駆動用流体を暖める加熱装置としての機能を有する。各種クーラは、第２ラジエータ１１で冷却される第２冷却水回路１０の冷却水によって車両駆動用流体が冷却されることで冷却装置として機能することができる。

第２ラジエータ１１は、第１空気流路の上流側に位置する第２空気流路を有し、空気が第２空気流路を通った後、第１空気流路を流れるように設けられている。すなわち、図１の空気流れ３２は、第２空気流路、第１空気流路の順に流れ、第２ラジエータ１１、第１ラジエータ７の順に各ラジエータを流れる冷却水を冷却している。第２ラジエータ１１は、低温の冷却水を冷却する低温側ラジエータであり、第１ラジエータ７よりも低い温度で作動し、ポンプ１２によって第２冷却水回路１０を循環する冷却水を外気との熱交換により冷却する。また、第２ラジエータ１１、第１ラジエータ７は、この順に車両前部（例えば、エンジンルームの前部）に並んで配置されており、第２ラジエータ１１の前方には、車両用空調に使用される冷凍サイクルの構成部品の一つである凝縮器４３を配置してもよい。

第２冷却水回路１０を流通する冷却水は加熱手段としての排気熱回収装置２５で加熱されるようになっている。排気熱回収装置２５は、第２冷却水回路１０の一部を構成する低温水側通路１５を流れる冷却水を排気ガスの排熱を使用して加熱する構成を有する。そして、第２冷却水回路１０には、冷却水が第２ラジエータ１１に流れずに、各種クーラおよび排気熱回収装置２５内部の低温水側通路１５に流れるように流路を切り替えることが可能な切替弁１４が設けられている。切替弁１４は、冷却水が流れる経路を、第２ラジエータ１１を通る場合と通らない場合とに切り替え可能に構成された弁である。

そして、第２ラジエータ１１を通らない経路に切り替えられた場合には、冷却水は切替弁１４と第２ラジエータ１１の出口側流路を接続するバイパス通路１３を通ることになり、切替弁１４、バイパス通路１３、ポンプ１２、排気熱回収装置２５内部の低温水側通路１５、各種クーラを接続して構成される回路（以下、加熱用回路ともいう）を循環し（図１に示す矢印参照）、各種クーラにおいて排ガスの排熱によって加熱される。一方、第２ラジエータ１１を通る経路である場合には、冷却水はバイパス通路１３を通ることなく、切替弁１４、第２ラジエータ１１、ポンプ１２、排気熱回収装置２５内部の低温水側通路１５、各種クーラを接続して構成される通常の回路を循環し、第２ラジエータ１１において冷却される。

車両駆動用流体は、車両を駆動させるために使用される各種流体であるオイル、空気等であり、例えば、ＥＧＲガス（排気再循環ガス）、ターボチャージャー、スーパーチャージャー等の過給器で吸入された空気、燃料、ＡＴＦ（オートマチック・トランスミッション・フルード）、エンジンオイルといった各種オイル等である。本実施形態では各種クーラとして、ＡＴＦクーラ１６、ＥＧＲクーラ１９、水冷インタークーラ２０を採用している。これら各種クーラ１６，１９，２０は、第２冷却水回路１０において直列に接続されて配置されている。

ＡＴＦクーラは、ＡＴＦを冷却する装置であり、本実施形態のＡＴＦクーラ１６は、冷却水が流れる低温水通路と、低温水通路に隣接して配置され、冷却水と熱交換されるＡＴＦが流れるオイル通路１７と、を備えている。この構成により、オイル通路１７を流れるＡＴＦは、排気熱回収装置２５で加熱された冷却水から吸熱して暖められるようになっている。ＡＴＦクーラ１６出口におけるオイル通路１７には温度センサ１８が設けられ、温度センサ１８によってＡＴＦクーラ１６出口におけるオイルの温度を検出することができる。

ＥＧＲクーラは、再度燃焼室に導入される内燃機関の排ガスの一部（ＥＧＲガスという）を冷却する装置であり、ＥＧＲガスを予め冷却して温度降下させてからエンジン６０の吸気側に戻すことでＮＯｘ低減効果を高めることができる。本実施形態のＥＧＲクーラ１９は、冷却水が流れる低温水通路と、低温水通路に隣接して配置され、冷却水と熱交換されるＥＧＲガスが流れるＥＧＲガス通路２１と、を備えている。この構成により、ＥＧＲガス通路２１を流れるＥＧＲガスは、排気熱回収装置２５で加熱された冷却水から吸熱して暖められるようになっている。ＥＧＲクーラ１９出口におけるエンジン吸気側通路２３には温度センサ２４が設けられている。

水冷インタークーラは、上記過給器で過給された空気を冷却する装置であり、吸気温度の上昇による酸素不足を改善して、内燃機関の効率を高めて燃費の悪化および内燃機関の出力低下を抑制することができる。本実施形態の水冷インタークーラ２０は、冷却水が流れる低温水通路と、低温水通路に隣接して配置され冷却水と熱交換される過給空気が流れる過給空気通路２２と、を備えている。この構成により、過給空気通路２２を流れる過給空気は、排気熱回収装置２５で加熱された冷却水から吸熱して暖められるようになっている。水冷インタークーラ２０出口は、エンジン吸気側通路２３に接続されており、過給空気はＥＧＲガスと合流するようになる。この合流後のガスの温度は、温度センサ２４によって検出することができる。

エンジン６０において燃料が燃焼した後の排気ガスは、エンジン６０と連通する排気管３１内を通り、排気熱回収装置２５で排気ガスの排熱が回収されるとともに、触媒コンバータ（図示せず）などにより浄化されて屋外に排出される。排気熱回収装置２５は、封入された作動液を蒸発部２７のパイプ部２８内で沸騰させ、凝縮部２６で凝縮させて低温水側通路１５の冷却水に熱回収する構成であり、ヒートパイプ式沸騰熱伝達を用いた熱回収方式を採用している。触媒コンバータが設けられている部位よりも下流に位置する排気管３１内の排ガス通路３０には排気熱回収装置２５のパイプ部２８が設けられており、パイプ部２８と排ガス通路３０によって作動液が蒸発する蒸発部２７を構成している。蒸発部２７を構成するパイプ部２８は、蒸発した作動液が凝縮される凝縮部２６と連通しており、蒸発部２７と凝縮部２６が連通することによって閉回路（ループ状）のヒートパイプ式熱回収装置が構成される。凝縮部２６で凝縮された作動液は、凝縮部２６に隣接された低温水側通路１５の冷却水と熱交換することにより、作動液の熱が第２冷却水回路１０を流通する冷却水に回収される。

蒸発部２７のパイプ部２８と凝縮部２６とを連絡する通路には、凝縮部２６から蒸発部２７に流入する作動液の流入量を調節するバルブ２９が設けられている。バルブ２９は、上記車両駆動用流体が低温である冷寒条件が成立する場合には、開状態に制御されて閉回路内で蒸発および凝縮が進行し、排熱回収が行われる。冷寒条件が成立しない場合には、バルブ２９は閉状態に制御されて作動液の蒸発部２７への流入が遮断されるため蒸発および凝縮の連鎖が断ち切られ、排熱回収は行われない。バルブ２９は、例えば、作動液の圧力に応じて開閉作動する内圧作動式バルブで構成する。作動液は、例えば、水、アルコール、フロロカーボン、フロン、各種オイル等である。

制御装置５０は、第２冷却水回路１０を加熱手段によって加熱する制御を司る電子制御ユニットであり、例えば、車室内の空調を制御する電子制御ユニットや、エンジン６０の冷却を制御する電子制御ユニット等に当該制御を担当させる構成としてもよい。制御装置５０は、マイクロコンピュータと、エンジン６０の起動信号、温度センサ１８，２４等からのセンサ信号が入力される入力回路と、各種アクチュエータに出力信号を送る出力回路と、を備えている。マイクロコンピュータは、ＲＯＭ（読み込み専用記憶装置）、ＲＡＭ（読み込み書き込み可能記憶装置）等のメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）等から構成されており、各種演算に使用される各種プログラムを有している。制御装置５０は、各種プログラムにより演算された結果に基づいて、ポンプ１２、切替弁１４、バルブ２９の各作動を制御する。

上記構成における車両用冷却システム１の作動について説明する。まず、第１冷却水回路２における冷却水の流れについて説明する。冷却水の流れ方は、その温度によって変わるものである。エンジン６０の始動直後などの冷却水温度が比較的低いときは、サーモスタット６は第１ラジエータ７側の通路を閉じるため、ポンプ５の吸い込みによりエンジン６０から流れ出た冷却水は、第１ラジエータ７には流れずにバイパス通路９を通ってエンジン６０に戻るとともに、ヒータ側通路４を通ってヒータコア８に流れた後エンジン６０に戻る。一方、冷却水温度が比較的高温になると、サーモスタット６は開いて、エンジン６０から流れ出た冷却水は、第１ラジエータ７に流れて冷却された後、エンジン６０に戻る。例えば、サーモスタット６は、水温が予め定めた温度を超えると流路を開くように構成されており、例えば８０℃を超えると流路を開き、８５℃以上で全開になる。

次に、第２冷却水回路１０における冷却水の流れについて図３にしたがって説明する。図３は、第２冷却水回路１０を加熱する制御の流れを示すフローチャートである。図３に示す制御は、制御装置５０により実行される。

まず、エンジン６０が起動すると、制御装置５０は、冷寒条件が成立しているか否かを判定する（ステップ１０）。冷寒条件が成立する場合とは、上記車両駆動用流体がその機能を十分に発揮することができない低温度状態の場合であり、暖機を必要としている状態である。冷寒条件は、例えば、車両用駆動流体が予め定められた、機能を十分に発揮できる下限温度未満であることであり、この下限温度は、当該流体固有の温度であったり、当該流体が使用される車両機器の特性に応じた温度であったりする。本制御フローのステップ１０では、ＡＴＦ、エンジン吸いこみ空気等の被加熱対象流体について、予め定められた温度（所定温度）未満であるか否かが判定される。ステップ１０で、所定温度以上であると判定された場合は、被加熱対象流体を加熱する必要はないため、本制御は終了する。

ステップ１０で所定温度未満であると判定された場合は、冷却水の加熱制御を実行する。具体的には、ステップ２０でポンプ１２を起動し、ステップ３０で冷却水が第２ラジエータ１１を通らない加熱用回路を形成するように切替弁１４を切り替える。これらの処理により、第２冷却水回路１０の冷却水は、バイパス通路１３を通ることになり、切替弁１４、バイパス通路１３、ポンプ１２、排気熱回収装置２５内部の低温水側通路１５、各種クーラを順に流れてこの加熱用回路を循環する。これにより、暖められた冷却水が第２ラジエータ１１で冷却されないため、加熱手段による加熱効果を損失することない。そして、排ガスが排ガス通路３０を流れ、開放されたバルブ２９によって、排気熱回収装置２５の閉回路内で作動液の蒸発および凝縮が連続的に進行し、排熱回収が行われる。したがって、冷却水は各種クーラにおいて排ガスの排熱により加熱された作動液から吸熱して加熱される。加熱された冷却水は、各種クーラ１６，１９，２０において放熱して被加熱対象流体を暖め、暖機運転が行われる。

この冷却水の加熱制御は、ステップ４０の終了条件が成立するまで継続される。終了条件が成立する場合とは、被加熱対象流体がその機能を十分に発揮できる程度の温度に上昇した場合であり、暖機を必要としない状態である。終了条件は、例えば、上記冷寒条件で用いた下限温度以上に回復することであってもよい。ステップ４０の終了条件が成立したと判定されると、冷却水の加熱制御を停止し、冷却水が通常の第２ラジエータ１１を流れる回路となるように各部の作動を制御する。具体的には、ステップ５０で冷却水が第２ラジエータ１１を通る通常の回路を形成するように切替弁１４を元に戻し、ステップ６０で排気熱側のバルブ２９を閉じ、本制御を終了する。これらの処理により、排気熱は断熱されて冷却水側に伝達されず、冷却水は第２ラジエータ１１で冷却され、第２冷却水回路１０は通常の低温水回路として作動するようになる。

以下に、本実施形態の車両用冷却システム１がもたらす作用効果を述べる。車両用冷却システム１における第２冷却水回路１０は、第１ラジエータ７における第１空気流路の上流側に位置する第２空気流路を有し、第２空気流路を通った後の空気が第１空気流路を流れるように設けられた第２ラジエータ１１と、車両駆動用流体が流れる流路を有し、車両駆動用流体と第２冷却水回路１０の冷却水とを熱交換する熱交換手段、を備える。低温回路としての第２冷却水回路１０を流れる冷却水は、加熱手段である排気熱回収装置２５によって排ガス熱を使用して加熱され、加熱された冷却水は熱交換手段で車両駆動用流体を暖め、暖機運転が実行される。

この構成によれば、第２冷却水回路１０を、第１冷却水回路２よりも低温の冷却水が循環する回路とし、冷却機能を発揮させるとともに、冷寒始動時に加熱手段で第２冷却水回路１０を加熱することにより暖機性能を発揮させることができる。したがって、冷却性能向上および暖機性能向上の両立を図る車両用冷却システム１を提供できる。また、エンジン起動時の低温の車両駆動用流体を排ガスの熱により迅速に暖めることができる。

また、熱交換手段としてＡＴＦクーラ１６、ＥＧＲクーラ１９および水冷インタークーラ２０の少なくともいずれか一つを備えることが好ましい。この構成によれば、車両駆動用流体として、自動変速オイル、エンジン吸込み空気等を採用することができるため、動力消費効率の向上が図れる。

車両において各機器は、暖機優先順位に差があり、また、暖機を必要とする温度にも差があるため、当該温度は車両の環境条件、車両の運転状態等によってばらつくようになる。そこで、複数個の熱交換手段を有し、複数の車両駆動用流体を被加熱対象流体とする場合には、少なくとものいずれかの車両駆動用流体が予め定められた温度未満であるときに、上記ステップ１０の冷寒条件が成立したと判定してもよい。つまり、ＡＴＦクーラ１６、ＥＧＲクーラ１９および水冷インタークーラ２０を有し、ＡＴＦとエンジン吸込み空気を被加熱対象流体とする場合には、いずれかの流体が暖機を必要とするときは冷寒条件が成立したと判定し、冷却水の加熱制御を実行するようにする。これにより、暖機の優先順位が異なるすべての機器について、各流体の温度がばらついている状態であっても暖機運転を確実に実行することができる。

また、複数個の熱交換手段を有し、複数の車両駆動用流体を被加熱対象流体とする場合には、上記ステップ４０の終了条件は、すべての車両駆動用流体が予め定められた温度以上になったときに成立したと判定してもよい。これによれば、暖機優先順位が低い機器の暖機温度が所望の温度に満たずに暖機が不十分な状態で加熱制御が終了されてしまうことを回避することができる。

また、上記ステップ４０の終了条件は、いずれかの車両駆動用流体が予め定められた温度以上になったときに成立したと判定してもよい。つまり、最初に所定温度以上に到達した車両駆動用流体を認識したときに終了条件が成立したと判定する。これによれば、暖機の優先順位が高い機器について暖機運転の有無を判定でき、余分な暖機運転を抑制できる。

（参考形態）
参考形態では、第１実施形態の車両用冷却システム１の変形例である車両用冷却システム１Ａおよびその作動について図４〜図６にしたがって説明する。図４は車両用冷却システム１Ａを模式的に示す構成図である。図５は車両用冷却システム１Ａの制御に係る構成を示すブロック図である。図６は第２冷却水回路１０を加熱する制御の流れを示すフローチャートである。図４、図５および図６において同一符号を付した構成部品やステップは、第１実施形態と同一であり、同様の作用効果を奏する。

図４に示すように、車両用冷却システム１Ａは、車両用冷却システム１に対して、第２冷却水回路１０の冷却水を加熱する加熱手段が異なるシステムであり、その他の構成は同様である。すなわち、車両用冷却システム１Ａは、冷却水を加熱する加熱手段として、車室内空調等に用いられる冷凍サイクル４０を流動する冷媒の熱を使用して、当該冷却水を加熱する水・冷媒熱交換器４８を備えている。冷凍サイクル４０は、本発明の冷凍サイクル装置の一例であり、圧縮機４１と、電子制御式膨張弁４２と、凝縮器４３と、減圧装置である膨張弁４５と、蒸発器４６と、アキュムレータ４７と、を備え、これらを環状に接続した冷媒回路により構成されている。

さらに、凝縮器４３の出口側と膨張弁４５の入口側との間の流路には切替弁４４が設けられており、切替弁４４は、凝縮器４３を流出した冷媒を、膨張弁４５および蒸発器４６を迂回してアキュムレータ４７に流入させるように流路を切り替えることが可能である。水・冷媒熱交換器４８は、その配置場所を特に限定するものではないが、圧縮機４１の吐出側流路を冷媒流通路とし、第２冷却水回路１０の一部を水流通路として有し、冷凍サイクルの高圧冷媒と冷却水とを熱交換させる構成であることが好ましい。すなわち、水・冷媒熱交換器４８の冷媒流通路は、冷媒回路の高圧側流路に配置されることが好ましい。

上記構成において、前述の冷寒条件が成立していない場合に、通常の空調運転を実施するときには、冷凍サイクル４０は通常の冷媒流れを形成し、車室内に空調風を提供する。第２冷却水回路１０の冷却水は、第２ラジエータ１１を流れる通常の流れを形成して冷却されるため、車両駆動用流体は加熱されない。

すなわち、圧縮機４１で吸入、圧縮された冷媒は、高圧冷媒となって水・冷媒熱交換器４８の冷媒流通路および全開状態の電子制御式膨張弁４２を通過し、凝縮器４３で凝縮され周囲空気に放熱し冷却される。そして、蒸発器４６の入口側流路を開放するように制御された切替弁４４を通過し、膨張弁４５で減圧され、蒸発器４６に流入して蒸発して周囲空気から吸熱する。蒸発器４６は、車両用空調装置の空調ユニットケース内に配設されるため、送風機によって送風される空調空気を冷却し、冷却空気が車室内に向けて送風される。さらに蒸発器４６を流出した冷媒は、アキュムレータ４７で気相冷媒と液相冷媒に分離される。気相冷媒は圧縮機４１に吸入される。

一方、前述の冷寒条件が成立する場合に冷却水の加熱を実施するときには、冷凍サイクル４０は切換弁４４の切り替えにより、蒸発器４６を迂回する冷媒流れを形成するため（図４に示す実線の矢印参照）、車室内に冷房風を提供しない。第２冷却水回路１０は、前述のように、冷却水が第２ラジエータ１１を通らない加熱用回路に切り替えられるため（図４に示す破線の矢印参照）、各種クーラにおいて高圧冷媒の放熱によって加熱されることになる。

すなわち、圧縮機４１で吸入、圧縮された冷媒は、高圧冷媒となって水・冷媒熱交換器４８で第２冷却水回路１０を流れる冷却水に対して放熱して凝縮される。そして、水・冷媒熱交換器４８を流出した冷媒は電子制御式膨張弁４２の開度が制御されることにより減圧された後、凝縮器４３に流入して蒸発し周囲空気から吸熱する。凝縮器４３を流出した冷媒は、蒸発器４６を迂回してアキュムレータ４７に流入する。アキュムレータ４７では、気相冷媒と液相冷媒に分離され、気相冷媒は圧縮機４１に吸入される。このように、水・冷媒熱交換器４８は通常の凝縮器の働きをし、凝縮器４３は通常の蒸発器の働きをする。

制御装置５０は、例えば、車室内の空調を制御する機能に加え、第２冷却水回路１０を冷媒によって加熱する制御を司る電子制御ユニットであることが好ましい。制御装置５０は、マイクロコンピュータと、エンジン６０の起動信号、車室内前面に設けられた操作パネル上の各種スイッチからの信号、温度センサ１８，２４等からのセンサ信号等が入力される入力回路と、各種アクチュエータに出力信号を送る出力回路と、を備えている。マイクロコンピュータは、ＲＯＭ（読み込み専用記憶装置）、ＲＡＭ（読み込み書き込み可能記憶装置）等のメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）等から構成されており、操作パネル等から送信された運転命令に基づいた演算に使用される各種プログラムを有している。制御装置５０は、各種プログラムにより演算された結果に基づいて、ポンプ１２、切替弁１４、圧縮機４１、切替弁４４の各作動を制御する。

また、制御装置５０が車室内の空調を制御する機能に備える場合には、制御装置５０はエアコン環境情報、エアコン運転条件情報、および車両環境情報を受信してこれらを演算し、圧縮機４１の設定すべき容量を算出する。そして、制御装置５０はエアコン制御のアンプでもあり、算出された容量に適合する容量制御信号を電流として容量制御弁に出力し、圧縮機４１の容量を制御する。

乗員が操作パネルを操作して空調装置の運転・停止および設定温度などの操作信号等が制御装置５０に入力され、各種センサの検出信号が入力されると、制御装置５０は、各種プログラムにより各機器の作動状態を決定する演算を行い、これに応じて圧縮機４１、電子制御式膨張弁４２、送風機、内外気切替ドア、エアミックスドア等の各機器の運転が制御される。

次に、車両用冷却システム１Ａの作動について図６にしたがって説明する。図６に示す制御は、制御装置５０により実行される。本制御フローは、第１実施形態で説明した図３の制御フローに対して、ステップ３２および３４が追加され、ステップ６０が廃止されたものである。以下に相違点のみを説明する。

制御装置５０は、冷寒条件が成立していると判定した場合は、冷却水の加熱制御を実行する。具体的には、前述のステップ２０およびステップ３０を実行して、冷却水が第２ラジエータ１１を通らない加熱用回路を形成する。さらに、ステップ３２で圧縮機４１を起動し、高圧冷媒を水・冷媒熱交換器４８の冷媒流通路に送るとともに、ステップ３４で、電子制御式膨張弁４２の開度を制御して冷媒を減圧し、蒸発器４６を迂回する冷媒流れを形成するように切替弁４４を制御する。これにより、冷却水は水・冷媒熱交換器４８で高圧冷媒から吸熱し、加熱される。加熱された冷却水は、各種クーラ１６，１９，２０において放熱して被加熱対象流体を暖め、暖機運転が行われる。

この冷却水の加熱制御は、ステップ４０の終了条件が成立するまで継続される。ステップ４０の終了条件が成立したと判定されると、冷却水の加熱制御を停止するため、ステップ５０で冷却水が第２ラジエータ１１を通る通常の回路を形成するように切替弁１４を元に戻すとともに、冷凍サイクル４０の作動を元の状態に戻すか停止し、本制御を終了する。これらの処理により、冷媒の熱は冷却水側に伝達されず、冷却水は第２ラジエータ１１で冷却され、第２冷却水回路１０は通常の低温水回路として作動するようになる。

また、本制御フローにおいて、エンジン６０の起動を前提としているが、これに限定するものではない。例えば、圧縮機４１が蓄電池等から電力の供給を受けて作動する電動圧縮機である場合には、エンジン６０が起動していなくても、冷寒条件が成立する場合には、蓄電池等から電力によって圧縮機を作動させ、冷却水の加熱制御を実行してもよい。

以下に、参考形態の車両用冷却システム１Ａがもたらす作用効果を述べる。車両用冷却システム１Ａは、車室内の空調に用いられる冷凍サイクル４０を備え、加熱手段は、冷凍サイクル４０を流動する冷媒の熱を使用し、第２冷却水回路１０を流通する冷却水を加熱する水・冷媒熱交換器４８で構成されている。

この構成によれば、冷寒時に空調用冷凍サイクルの冷媒熱によって第２冷却水回路１０を流通する冷却水が加熱されると、車両駆動用流体を当該冷却水との熱交換により暖めることができる。これにより、冷寒状態の車両駆動用流体を、例えば冷凍サイクルの高圧冷媒等によって機能を発揮できる温度に迅速に暖めることができる。したがって、第２冷却水回路１０に、従来の冷却機能とともに、冷媒熱を活用した暖機性能をもたせることにより、優れた暖機性能が得られる。また、この暖機性能は、冷媒圧力を調節することにより制御することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では熱交換手段として、ＡＴＦクーラ１６、ＥＧＲクーラ１９および水冷インタークーラ２０等の熱交換器を採用しているが、熱交換器はこれらに限定されるものではなく、その他の冷却水により熱交換可能な車両駆動用流体が流通する熱交換器にも適用できることはいうまでもない。

また、上記実施形態における車両用冷却システムは、ガソリン内燃機関、ディーゼル内燃機関等を有する車両、ハイブリッド自動車、または電気自動車に適用することができる。

また、上記実施形態の冷媒は、Ｒ４０４Ａや、フロン系冷媒、ＨＣ系冷媒、二酸化炭素冷媒等を使用することができる。

第１実施形態の車両用冷却システムを模式的に示す構成図である。 第１実施形態の車両用冷却システムの制御に係る構成を示すブロック図である。 第１実施形態において、第２冷却水回路を加熱する制御の流れを示すフローチャートである。 参考形態の車両用冷却システムを模式的に示す構成図である。 参考形態の車両用冷却システムの制御に係る構成を示すブロック図である。 参考形態において、第２冷却水回路を加熱する制御の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

２…第１冷却水回路
７…第１ラジエータ
８…ヒータコア
１０…第２冷却水回路
１１…第２ラジエータ
１４…切替弁
１６…ＡＴＦクーラ
１７…オイル通路（流路）
１９…ＥＧＲクーラ
２０…水冷インタークーラ
２１…ＥＧＲガス通路（流路）
２２…過給空気通路（流路）
２５…排気熱回収装置（加熱手段、熱交換器）
４０…冷凍サイクル
４８…水・冷媒熱交換器（加熱手段、熱交換器）
６０…エンジン

Claims (4)

1. 車両のエンジン（６０）に接続されて前記エンジンを冷却する冷却水が流通する第１冷却水回路（２）と、
   前記第１冷却水回路に設けられ、前記冷却水と熱交換する空気が通過する第１空気流路を有する第１ラジエータ（７）と、
   前記エンジンに接続されて前記第１冷却水回路に設けられるヒータコア（８）と、
   前記第１空気流路の上流側に位置する第２空気流路を有し、前記空気が前記第２空気流路を通った後、前記第１空気流路を流れるように設けられた第２ラジエータ（１１）と、
   前記第２ラジエータを有し、前記第１冷却水回路とは独立した通路で構成される回路であって、前記第２ラジエータを流通する冷却水が循環する第２冷却水回路（１０）と、
   前記車両駆動のために使用される車両駆動用流体が流れる流路（１７，２１，２２）を有し、前記車両駆動用流体と前記第２冷却水回路を流通する冷却水とを熱交換する複数の熱交換手段（１６，１９，２０）と、
   前記第２冷却水回路を流通する冷却水を排気ガスの排熱を使用して加熱する加熱手段（２５）と、
   を備え、
   前記複数の熱交換手段には、水冷インタークーラ（２０）が含まれ、
   前記水冷インタークーラは、前記複数の熱交換手段の中で、前記第２ラジエータから流出した冷却水及び前記加熱手段で加熱された冷却水が最初に流通するように配され、
   前記加熱手段による加熱によって前記車両駆動用流体が暖められる構成としたことを特徴とする車両用冷却システム。
2. 冷却水が前記第２ラジエータに流れず、前記熱交換手段および前記加熱手段に流れるように前記第２冷却水回路の流路を切り替える切替弁（１４）を備え、
   前記加熱手段による冷却水の加熱および前記切替弁による流路の前記切り替えは、前記車両駆動用流体が所定温度未満である場合に行われることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷却システム。
3. 前記水冷インタークーラを除く他の前記熱交換手段は、ＡＴＦクーラ（１６）およびＥＧＲクーラ（１９）の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用冷却システム。
4. 前記水冷インタークーラを除く他の前記熱交換手段には、ＡＴＦクーラ（１６）およびＥＧＲクーラ（１９）が含まれ、
   前記加熱手段による冷却水の加熱は、前記各クーラを流れる車両駆動用流体のうち、少なくともいずれかの車両駆動用流体が所定温度未満である場合に行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用冷却システム。

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