JP5102667B2 - 車両用暖機システム - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関や変速機などの早期暖機あるいは車内の即効暖房を行うことができる蓄熱装置を備えた車両用暖機システムに関する。
従来、例えば特許文献１、２に示すように、蓄熱により内燃機関（以下、「エンジン」という）や自動変速機の暖機を行う蓄熱装置を備えた車両用暖機システムがある。特許文献１に記載の蓄熱装置（蓄熱タンク）は、エンジンの冷却水を蓄熱媒体として用い、該蓄熱媒体を断熱性の高い容器に収容したものである。また、特許文献２に記載の蓄熱装置は、自動変速機の作動油が流通する流路を、セラミックや酸化マグネシウムなどの高熱容量材からなる蓄熱材層で被覆した構造である。このような蓄熱装置を備えた暖機システムを利用すれば、車両の始動時におけるエンジンや自動変速機の早期暖機、あるいは車内の即効暖房を効果的に行うことが可能となる。
特開平１０−７１８３７号公報 特開２００２−３９３３５号公報
ところで、特許文献１に記載の暖機システムでは、上記の蓄熱装置の他に、自動変速機の作動油とエンジンの冷却水との間で熱交換を行ういわゆる駆動系暖機用の熱交換器と、車内暖房装置のヒータコアとを別個に設けているので、暖機システム全体の部品点数が多くなり、構造が複雑化、大型化し、コスト高につながるという問題があった。それにより、車両のコンパクト化や軽量化の妨げにもなっていた。
また、特許文献１に記載の蓄熱装置は、エンジンの冷却水を蓄熱媒体として用いている。しかしながら、冷却水は温度が低下すると蓄熱を保持できず、外部に放出してしまう。そのため、装置外に蓄熱が逃げることを防止するために、蓄熱媒体を収容する容器に高い断熱性を持たせることが必要となる。ところが、それにより、蓄熱装置の構造が複雑化して装置が大掛かりになってしまい、コスト高や重量増につながるおそれがあった。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、構造の簡素化、小型化、軽量化を図りながらも、暖機対象機関の早期暖機や車内の即効暖房を効果的に行える車両用暖機システムを提供することにある。
上記課題を解決するため本発明にかかる車両用暖機システムは、蓄熱要素（２０）を有してなる蓄熱装置（１０）と、内燃機関（３０）の冷却水を蓄熱装置（１０）へ循環させる冷却水循環路（３１）と、変速機（４０）の作動油を蓄熱装置（１０）へ循環させる作動油循環路（３１）と、を備え、蓄熱装置（１０）は、冷却水循環路（３１）に連通する第一室（１５）と、蓄熱要素（２０）を配設した第二室（１６）と、作動油循環路（４１）に連通する第三室（１７）とを有し、第一室（１５）の冷却水と第二室（１６）の蓄熱要素（２０）と第三室（１７）の作動油の間で熱交換を行えるようにしたことを特徴とする。なお、ここでの括弧内の符号は、後述する実施形態の対応する構成要素の符号を本発明の一例として示したものである。
本発明にかかる車両用暖機システムによれば、冷却水循環路に連通する第一室と、蓄熱要素を配設した第二室と、作動油循環路に連通する第三室との３室を有する蓄熱装置を備えたので、従来は別個に設けていた蓄熱装置と熱交換器の両方を兼ね備えた１個の装置にまとめることができる。これにより、暖機システムの部品点数を削減でき、該暖機システムの簡素化・小型化が図れる。また、車両のコンパクト化・軽量化を実現できる。また、１個の蓄熱装置で、蓄熱を利用した暖機、および冷却水と作動油間の熱交換を利用した暖機の両方が行えるようになる。したがって、暖機対象機関の早期暖機が効率的に行えるようになる。
また、上記の車両用暖機システムでは、蓄熱装置は、第二室と第三室とが隣接し、かつ、第三室と第一室とが隣接してよい。これによれば、蓄熱要素と作動油との間で直接的に熱交換を行え、かつ、作動油と冷却水との間でも直接的に熱交換を行える。したがって、蓄熱要素で発生した熱だけでなく、内燃機関で発生した熱も駆動系の暖機に効率良く利用することが可能となる。
あるいは、蓄熱装置は、第一室と第二室とが隣接し、かつ、第二室と第三室とが隣接してもよい。これによれば、蓄熱要素と冷却水の間で直接的に熱交換を行え、かつ、蓄熱要素と作動油の間でも直接的に熱交換を行える。したがって、蓄熱要素で発生した熱を冷却水と作動油の両方へ効率的に供給することが可能となるので、内燃機関や変速機の早期暖機が効果的に行えるようになる。
また、冷却水循環路における蓄熱装置の下流側に、冷却水の熱を利用して車内を暖房する暖房装置を配設してもよい。これによれば、蓄熱要素の蓄熱で加熱した冷却水を利用した車内の暖房が可能となる。また、この暖機システムによれば、蓄熱装置から出た冷却水を冷却水循環路で暖房装置に送ることができると共に、蓄熱装置から出た作動油を作動油循環路で変速機に送ることができるので、蓄熱要素の蓄熱を利用した車内暖房と変速機の暖機とが同時に行えるようになる。
あるいは、蓄熱装置は、車内を暖房する暖房装置のヒータコアと一体に構成されてもよい。これによれば、蓄熱装置と暖房装置のヒータコアを一体化することで、部品点数の削減、装置の小型化、軽量化が可能となる。また、蓄熱要素の蓄熱を利用することで、冷却水の温度に依存せずに車内暖房を行うことが可能となる。したがって、内燃機関の始動前や始動直後であっても車内の即効暖房を行うことが可能となる。
また、上記の蓄熱装置が備える蓄熱要素は、過冷却状態で蓄熱が可能な潜熱蓄熱材からなるものが望ましい。これによれば、液状の蓄熱材が凝固点以下になっても固化せず、蓄熱を保持したまま過冷却状態をとり得る。したがって、外気温が低下しても蓄熱を保持でき、かつ、長期間放置しても蓄熱を安定的に保持できるので、蓄熱材容器の断熱構造を簡素化できる。また、解除手段による過冷却状態の解除により、所望のタイミングで蓄熱材を発熱させることができるので、対象機関の早期暖機や車内の即効暖房をより効果的に行えるようになる。また、上記の蓄熱装置が備える蓄熱要素は、化学変化による熱の吸収・放出が可能な化学蓄熱材からなるものでもよい。
本発明にかかる車両用暖機システムによれば、蓄熱装置の構造の簡素化、小型化、軽量化を図りながらも、暖機対象機関の早期暖機や車内の即効暖房を効果的に行えるようになる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態にかかる蓄熱装置を備えた車両用暖機システムの構成例を示す概略図である。車両用暖機システム１は、蓄熱材２０を有してなる蓄熱装置１０と、エンジン３０の冷却水（ＬＬＣ）を蓄熱装置１０および車内暖房装置４４のヒータコア４５へ循環させる冷却水循環路３１と、自動変速機（ＡＴ）４０の作動油（ＡＴＦ）を蓄熱装置１０へ循環させる作動油循環路４１とを備えている。冷却水循環路３１は、エンジン３０に形成された水ジャケット（図示せず）から導出され、蓄熱装置１０に連通し、蓄熱装置１０の下流側でヒータコア４５を通り、エンジン３０の水ジャケットに再度導入されている。エンジン３０に導入される直前位置には、冷却水ポンプ３２が介装されている。冷却水ポンプ３２は、エンジン３０のクランク軸（図示せず）の回転に連動して駆動するようになっている。また、作動油循環路４１には、作動油を流通させる作動油ポンプ（電動ポンプ）４２と、作動油の温度を検出する油温センサ４３が設置されている。蓄熱装置１０は、詳細な構成は後述するが、冷却水循環路３１に連通する第一室１５と、蓄熱材２０を配設した第二室１６と、作動油循環路４１に連通する第三室１７とを備えている。
ヒータコア４５は、詳細な図示は省略するが、車内に臨む空気導入ダクト内に設置されている。空気導入ダクト内には、ヒータコア４５に風を送るための送風ファン４６が組み込まれている。送風ファン４６は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという。）５０によって作動を制御されるようになっている。ヒータコア４５の送風下流側には、車内に連通する送風ダクトが設けられている。
また、車内のコントロールパネル（図示せず）には、車内暖房用の暖房スイッチ５１、及びデフロスタ吹出口から温風を吹き出すためのデフロスタスイッチ５５が設けられている。暖房スイッチ５１およびデフロスタスイッチ５５のオン／オフ信号は、ＥＣＵ５０に出力されるようになっている。したがって、送風ファン４６は、暖房スイッチ５１やデフロスタスイッチ５５のオン信号に応じて作動し、空気導入ダクトを介して吸い込んだ車内の空気を、ヒータコア４５を通して送風ダクトから再び車内に吹き込むようになっている。また、暖機システム１は、外気温を検出する外気温センサ５４を備えている。外気温センサ５４の検出信号は、ＥＣＵ５０に出力されるようになっている。また、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧスイッチという。）５６の操作信号は、ＥＣＵ５０に送られるようになっている。
冷却水循環路３１における蓄熱装置１０とヒータコア４５の間には、冷却水循環路３１の開閉を切り替える切替バルブ（開閉弁）３３が設置されている。切替バルブ３３は、ＥＣＵ５０からの信号で開閉が制御されるようになっている。以下では、切替バルブ３３がオフであるというときは、切替バルブ３３が開かれて、蓄熱装置１０及びヒータコア４５の冷却水が流通する状態を示し、切替バルブ３３がオンであるというときは、切替バルブ３３が閉じられて、蓄熱装置１０及びヒータコア４５の冷却水が流通しない状態を示す。
また、エンジン３０の冷却水をラジエター４７へ循環させるラジエター用循環路３５が設けられている。ラジエター用循環路３５は、エンジン３０の水ジャケットから出て、冷却水循環路３１における冷却水ポンプ３２の上流側に合流している。ラジエター用循環路３５には、ラジエター４７に連通する主流路３５ａとラジエター４７をバイパスするバイパス流路３５ｂが設けられている。ラジエター４７の下流側におけるバイパス流路３５ｂの合流部には、電子制御サーモスタット弁（三方弁）３７が介装されている。電子制御サーモスタット弁３７は、ＥＣＵ５０からの信号で開閉方向が制御されるようになっている。また、ラジエター用循環路３５には、冷却水の水温を検出する水温センサ３８が組み込まれている。水温センサ３８の検出信号は、ＥＣＵ５０に出力されるようになっている。
図２は、電子制御サーモスタット弁３７の構成例を示す図である。以下では、電子制御サーモスタット弁３７がオフであるというときは、同図（ａ）に示す状態、すなわち、主流路３５ａを開いてバイパス流路３５ｂを閉じた状態を指し、電子制御サーモスタット弁３７がオンであるというときは、同図（ｂ）に示す状態、すなわち、主流路３５ａを閉じてバイパス流路３５ｂを開いた状態を指すものとする。
ＥＣＵ５０は、水温センサ３８で検出した冷却水温が所定温度（例えば１００℃）未満の場合、電子制御サーモスタット弁３７をオンにすることで、冷却水がラジエター４７へ流れないように制御する。一方、冷却水温が所定温度（例えば１１０℃）以上になった場合、電子制御サーモスタット弁３７をオフにすることで、冷却水をラジエター４７へ導くように制御する。
ＥＣＵ５０には、無線により外部機器と交信が可能な受信装置５２が接続されている。これにより、ＥＣＵ５０は、エンジンスタートキー５３に設けたウォームアップスイッチ５３ａのオン／オフ信号を遠隔受信できるようになっている。したがって、乗員が車外でエンジンスタートキー５３のウォームアップスイッチ５３ａを操作した場合、ＥＣＵ５０でその信号が受信され、ＥＣＵ５０は暖機システム１にウォームアップ指令を発することができる。
図３は、蓄熱装置１０の詳細構成を示す図で、（ａ）は、分解斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。蓄熱装置１０は、長手状の筒状体からなる筐体１１と、筐体１１の内部に設置された該筐体１１よりも若干小径の筒状体からなる中間部材１２と、中間部材１２の内部に設置された仕切部材１３とを備えた三重構造になっている。仕切部材１３は複数のフィン１３ａを有している。フィン１３ａは、筐体１１の長手方向に沿って延びる板状で、多数が横方向（短手方向）に所定間隔で配列されている。フィン１３ａの内部には、同図（ｂ）に示すように、仕切部材１３の外側に通じる隙間１３ｂが設けられている。筐体１１と中間部材１２の間は、エンジン３０の冷却水が導入される第一室１５になっており、フィン１３ａの隙間１３ｂを含む中間部材１２と仕切部材１３の間は、自動変速機４０の作動油が導入される第三室１７になっており、仕切部材１３の内側は、蓄熱材２０が密封状態で充填される第二室１６になっている。
筐体１１の上下端の開口には、蓋部材１４ａ，１４ｂが取り付けられている。下側の蓋部材１４ａには、第三室１７に作動油を導入する作動油入口１７ａが設けられており、上側の蓋部材１４ｂには、作動油を導出する作動油出口１７ｂが設けられている。また、筐体１１の上端近傍と下端近傍の側面には、それぞれ第一室１５に冷却水を導入する冷却水入口１５ａと、冷却水を導出する冷却水出口１５ｂとが設けられている。
この蓄熱装置１０では、第二室１６と第三室１７とが隣接して配置され、かつ、第三室１７と第一室１５とが隣接して配置されている。したがって、第二室１６の蓄熱材２０と第三室１７の作動油との間で直接的に熱交換を行え、かつ、第三室１７の作動油と第一室１５の冷却水との間で直接的に熱交換を行える。なお、第一室１５の作動油と第二室１６の蓄熱材２０との間でも、第三室１７の作動油を介して間接的に熱交換が行える。
図４は、蓄熱装置１０の他の構成例を示す概念図である。同図に示す蓄熱装置１０は、第一室１５と第二室１６とが隣接して配置され、かつ、第二室１６と第三室１７とが隣接して配置されている。蓄熱装置１０は、このような構成とすることも可能であり、これによれば、冷却水と蓄熱材２０の間で直接的に熱交換を行え、かつ、作動油と蓄熱材２０の間で直接的に熱交換を行える。したがって、蓄熱材２０の蓄熱により、作動油と冷却水の両方を直接的に加熱することが可能となる。なお、この場合も、第一室１５の冷却水と第三室１７の作動油との間では、第三室１７の蓄熱材２０を介して間接的に熱交換を行うことができる。
筐体１１は、冷却水に対する防錆性などの耐久性があり、且つ断熱性の良好な材料、例えば、銅、アルミニウム、ステンレスなどの金属材料で構成されている。この筐体１１は、図示は省略するが、断熱性を高めるため、内部に真空の断熱層を形成してもよい。また、中間部材１２および仕切部材１３は、冷却水、作動油、蓄熱材２０に対する耐久性があり、且つ比較的熱伝導性の高い材料、例えば、ステンレスなどの金属材料で構成するとよい。
蓄熱材２０は、過冷却状態で蓄熱が可能な潜熱蓄熱材であり、凝固点以下になっても液状のままで固化しない性質を有している。このような蓄熱材２０として、例えば、酢酸ナトリウム水和物からなる蓄熱材が挙げられる。酢酸ナトリウム水和物は、後述する解除手段による過冷却状態の解除によって、平衡状態に戻って固化する際に発熱し、温度の低い他の媒体を加熱することができる。
そして、第二室１６の蓄熱材２０中には、蓄熱材２０の過冷却状態を解除する解除手段（以下、発核装置という。）２５が設置されている。図５は、発核装置２５を示す概略側面図である。発核装置２５は、蓄熱材２０中に設置された円形平板状の金属バネ部材２６と、金属バネ部材２６に打撃を与えるソレノイド２７とを備えている。ソレノイド２７は、ＥＣＵ５０の指令に応じて動作する。金属バネ部材２６は、同図（ａ）に示す状態において、ソレノイド２７による打撃で中央部２６ａが押圧されると、同図（ｂ）に示すように、該中央部２６ａが反転するようになっている。これにより、蓄熱材２０中に核が生成（発核）され、蓄熱材２０の過冷却状態が解除されて固化が始まる。なお、解除手段としては、蓄熱材２０中に核を生成可能な手段であれば、何れの手段でもよく、上記以外にも、例えば、蓄熱材２０中で金属摩擦あるいは電圧印加などを施す手段であってもよい。
ここでは、過冷却状態で蓄熱が可能な潜熱蓄熱材の代表例として酢酸ナトリウム水和物を挙げたが、他にも、水和塩化合物（化学式としてＭｘ・ｎＨ2Ｏ（ｎ：整数）で表わされるもの）を挙げることができ、Ｎａ2ＳＯ4・１０Ｈ2Ｏ，ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏを例示することができる。
また、蓄熱材は、化学反応を利用して熱の吸収・放出を行うことができる化学蓄熱材からなるものであってもよい。このような化学蓄熱材として、例えば、ゼオライトからなる蓄熱材がある。図６は、ゼオライトからなる蓄熱材２１を備えた蓄熱装置１０の構成例を示す図である。この場合、蓄熱装置１０は、ゼオライトからなる蓄熱材２１に反応媒体である水２２を供給して化学反応を生じさせる反応媒体供給部２３を備えて構成される。この蓄熱装置１０では、エンジン３０の運転時に、冷却水や作動油との熱交換でゼオライト２１を加熱して脱水させ、これにより、蓄熱材２１に蓄熱する。一方、エンジン３０の始動時には、反応媒体供給部２３から蓄熱材２１に水２２を供給して吸着させることで、蓄熱材２１に吸着熱を発生させて冷却水や作動油を加熱する。化学蓄熱材としては、ゼオライトの他にも、例えば、シリカゲル・活性炭・生石灰などがあり、化学反応を生じさせる反応媒体としては、水の他にも、エタノール・メタノール・エチレングリコール系不凍液・塩化カルシウム系不凍液などがある。また、化学蓄熱材の例としては、他にも水素吸蔵合金を用いた蓄熱材などが挙げられる。
図７は、上記構成の暖機システム１における運転モードのタイムチャートを示すグラフである。同図に示すように、暖機システム１の運転モードは、モード０からモード３までの４段階に切り替わる。モード０は、エンジン３０が停止している間のモードである。モード１は、ＩＧスイッチ５６がオンされてエンジン３０が始動してから、冷却水温度が所定温度に達するまでのモードであり、この間、自動変速機４０の作動油が蓄熱材２０によって加熱される。また、エンジン３０は自己暖機する。モード２は、冷却水温度が前記の所定温度に達した後、作動油の油温が所定温度に達したことで自動変速機４０の暖機が完了したと判断されるまでのモードであり、この間、自動変速機４０の作動油がエンジン３０の冷却水によって加熱される。また、エンジン３０の冷却水は、電子制御サーモスタット弁３７の開閉制御によって、所定の温度範囲を維持するように制御（ＤＵＴＹ制御）される。モード３は、自動変速機４０の暖機が完了したと判断された後のモードであり、この間、自動変速機４０の作動油がエンジン３０の冷却水によって冷却される。また、エンジン３０の冷却水は、モード２と同様、電子制御サーモスタット弁３７の開閉制御によって、所定の温度範囲を維持するように制御される。
図８は、暖機システム１の制御手順を示すメインフローである。この制御手順では、まず、後述するモード切替のサブルーチンを実行する（ステップＳＴ１）。その結果に基づき、モード０であるか否かを判定する（ステップＳＴ２）。モード０であれば（Ｙ）、モード０のサブルーチンを実行し（ステップＳＴ３）、モード０でなければ（Ｎ）、モード１か否かを判定する（ステップＳＴ４）。その結果、モード１であれば（Ｙ）、モード１のサブルーチンを実行し（ステップＳＴ５）、モード１でなければ（Ｎ）、モード２か否かを判定する（ステップＳＴ６）。その結果、モード２であれば（Ｙ）、モード２のサブルーチンを実行し（ステップＳＴ７）、モード２でなければ（Ｎ）、モード３のサブルーチンを実行する（ステップＳＴ８）。
図９は、モード切替手順を説明するためのフローチャートである。モード切替では、まず、ＩＧスイッチ５６がオンであるか否かを判定する（ステップＳＴ１０）。その結果、ＩＧスイッチ５６がオンでなければ（Ｎ）、モード０をセットする（ステップＳＴ１１）。ＩＧスイッチ５６がオンであれば（Ｙ）、モード２以上か否かを判定し（ステップＳＴ１２）、モード２以上でなければ（Ｎ）、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｌより低いか否かを判定し（ステップＳＴ１３）、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｌより低ければ（Ｙ）、モード１をセットする（ステップＳＴ１４）。♯ＴＷ１Ｌの具体例は、１００℃である。また、先のステップＳＴ１２でモード２以上である場合（Ｙ）は、続けてモード２か否かを判定し（ステップＳＴ１５）、モード２である場合（Ｙ）、あるいは先のステップＳＴ１３で冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｌ以上である場合（Ｎ）は、作動油温ＴＡＴＦが♯ＴＡＴＦ１Ｌより低いか否かを判定する（ステップＳＴ１６）。♯ＴＡＴＦ１Ｌの具体例は、１００℃である。その結果、作動油温ＴＡＴＦが♯ＴＡＴＦ１Ｌより低ければ（Ｙ）、モード２をセットし（ステップＳＴ１７）、作動油温ＴＡＴＦが♯ＴＡＴＦ１Ｌ以上であれば（Ｎ）、モード３をセットする（ステップＳＴ１８）。また、先のステップＳＴ１５でモード２でない場合（Ｎ）は、モード３をセットする（ステップＳＴ１８）。
図１０は、モード０の手順を説明するためのフローチャートである。モード０では、まず、ウォームアップ信号の入力の有無を判定する（ステップＳＴ０−１）。この結果、ウォームアップ信号の入力が無い場合（Ｎ）は、発核装置２５をオフする（ステップＳＴ０−２）。一方、ウォームアップ信号の入力が有る場合（Ｙ）は、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ３より低いか否かを判定する（ステップＳＴ０−３）。♯ＴＷ３の具体例は、６０℃である。その結果、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ３以上であれば（Ｎ）、発核装置２５をオフする（ステップＳＴ０−２）。つまり、始動時に冷却水温が十分に高い場合は、蓄熱装置１０によるエンジン３０や自動変速機４０の暖機は不要であると判断して、蓄熱材２０を発核させず、蓄熱装置１０の自己暖機は行わない。一方、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ３より低ければ（Ｙ）、発核装置２５がオンであるか否かを判定する（ステップＳＴ０−４）。その結果、発核装置２５がオフであれば（Ｎ）、発核装置２５をオンする（ステップＳＴ０−５）。発核装置２５がオンであれば（Ｙ）、発核装置２５がオンしてから所定時間以内か否かを判定する（ステップＳＴ０−６）。その結果、所定時間以内でなければ（Ｎ）、すなわち発核装置２５がオンしてから所定時間以上が経過していれば、発核装置２５をオフする（ステップＳＴ０−２）。また、このモード０では、切替バルブ３３はオフにしておき（ステップＳＴ０−７）、電子制御サーモスタット弁３７はオフにしておく（ステップＳＴ０−８）。その後、モード０の手順を終了してメインフローに戻る。
図１１は、モード１の手順を説明するためのフローチャートである。モード１では、まず、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ３より低いか否かを判定する（ステップＳＴ１−１）。その結果、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ３以上であれば（Ｎ）、発核装置２５をオフする（ステップＳＴ１−２）。つまり、始動時に冷却水温が十分に高い場合は、蓄熱装置１０によるエンジン３０や自動変速機４０の暖機は不要であると判断し、蓄熱材２０を発核させず、蓄熱材２０による冷却水や作動油の加熱を行わない。一方、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ３より低ければ（Ｙ）、発核装置２５がオンであるか否かを判定する（ステップＳＴ１−３）。その結果、発核装置２５がオンで無ければ（Ｎ）、発核装置２５をオンする（ステップＳＴ１−４）。発核装置２５がオンであれば（Ｙ）、発核装置２５がオンしてから所定時間以内か否かを判定する（ステップＳＴ１−５）。その結果、所定時間以内でなければ（Ｎ）、すなわち発核装置２５がオンしてから所定時間以上が経過していれば、発核装置２５をオフする（ステップＳＴ１−２）。続けて、外気温が所定温度以上であり、かつデフロスタスイッチ５５がオフであるか否かを判定する（ステップＳＴ１−６）。その結果、外気温が所定温度以下、またはデフロスタスイッチ５５がオンである場合（Ｎ）は、切替バルブ３３をオフすることで（ステップＳＴ１−７）、蓄熱装置１０から出た冷却水をヒータコア４５に流通させる。つまりこの場合は、蓄熱装置１０による自動変速機４０の暖機を行いながら、蓄熱装置１０による車内暖房も行う。一方、外気温が所定温度以上であり、かつデフロスタスイッチ５５がオフである場合（Ｙ）は、切替バルブ３３をオンすることで（ステップＳＴ１−８）、蓄熱装置１０から出た冷却水をヒータコア４５には流通させない。つまりこの場合は、蓄熱装置１０による自動変速機４０の暖機を優先的に行い、車内暖房は行わない。また、モード１では、電子制御サーモスタット弁３７をオンしておき（ステップＳＴ１−９）、ラジエター４７には冷却水を流通させず、冷却水が早期に温まるようにする。その後、モード１の手順を終了してメインフローに戻る。
図１２は、モード２の手順を説明するためのフローチャートである。モード２では、発核装置２５をオフする（ステップＳＴ２−１）。さらに、切替バルブ３３をオフすることで（ステップＳＴ２−２）、蓄熱装置１０からの冷却水をヒータコア４５に流通させる。そして、電子制御サーモスタット弁３７がオンであるか否かを判定する（ステップＳＴ２−３）。その結果、オンであれば（Ｙ）、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｈより低いか否かを判定する（ステップＳＴ２−４）。♯ＴＷ１Ｈの具体例は、１０５℃である。その結果、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｈ以上である場合（Ｎ）は、電子制御サーモスタット弁３７をオフすることで（ステップＳＴ２−６）、ラジエターに冷却水を流通させる。一方、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｈより低い場合（Ｙ）は、電子制御サーモスタット弁３７をオンのままとし（ステップＳＴ２−７）、ラジエター４７に冷却水を流通させない。また、先のステップＳＴ２−３で電子制御サーモスタット弁３７がオフである場合（Ｎ）は、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｌより高いか否かを判定する（ステップＳＴ２−５）。その結果、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｌより高ければ（Ｙ）、電子制御サーモスタット弁３７をオフのままとし（ステップＳＴ２−６）、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｌ以下であれば（Ｎ）、電子制御サーモスタット弁３７をオンする（ステップＳＴ２−７）。その後、スタートに戻り上記の手順を反復する。つまり、モード２では、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｈ以上に上昇した場合は、ラジエター４７による冷却を行い、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｌ以下に低下した場合は、ラジエター４７による冷却を停止する。これにより、図７に示すように、冷却水温ＴＷが常に♯ＴＷ１Ｌと♯ＴＷ１Ｈの間の範囲内に収まるように制御する。
図１３は、モード３の手順を説明するためのフローチャートである。モード３では、まず、発核装置２５はオフである（ステップＳＴ３−１）。また、切替バルブ３３はオフであり（ステップＳＴ３−２）、蓄熱装置１０から出た冷却水がヒータコア４５に流通している。そして、作動油温ＴＡＴＦが♯ＴＡＴＦ１Ｈよりも低いか否かを判定する（ステップＳＴ３−３）。♯ＴＡＴＦ１Ｈの具体例は、１１０℃である。その結果、作動油温ＴＡＴＦが♯ＴＡＴＦ１Ｈよりも低ければ（Ｙ）、電子制御サーモスタット弁３７がオンであるか否かを判定する（ステップＳＴ３−４）。オンであれば（Ｙ）、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｈより低いか否かを判定する（ステップＳＴ３−５）。冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｈ以上であれば（Ｎ）、電子制御サーモスタット弁３７をオフし（ステップＳＴ３−７）、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｌより低ければ（Ｙ）、電子制御サーモスタット弁３７をオンする（ステップＳＴ３−８）。一方、先のステップＳＴ３−４で電子制御サーモスタット弁３７がオンでない場合（Ｎ）は、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｌより高いか否かを判定する（ステップＳＴ３−６）。その結果、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｌより高ければ（Ｙ）、電子制御サーモスタット弁３７をオフし（ステップＳＴ３−７）、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ１Ｌ以下であれば（Ｎ）、電子制御サーモスタット弁３７をオンする（ステップＳＴ３−８）。つまり、自動変速機４０の作動油温が狙い範囲（ＴＡＴＦ＜♯ＴＡＴＦ１Ｈ：１１０℃）にある場合は、冷却水温をそれ以上低くする必要がないため、該冷却水温を燃費優先のいわゆる燃費狙い値（♯ＴＷ１Ｌ：１００℃＜ＴＷ＜♯ＴＷ１Ｈ：１０５℃）になるように制御する。
一方、先のステップＳＴ３−３において、作動油温ＴＡＴＦが♯ＴＡＴＦ１Ｈ以上である場合（Ｎ）は、電子制御サーモスタット弁３７が既にオンしているか否かを判定し（ステップＳＴ３−９）、オンしていれば（Ｙ）、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ２Ｈより低いか否かを判定する（ステップＳＴ３−１０）。♯ＴＷ２Ｈの具体例は、８５℃である。冷却水温ＴＷが♯ＴＷ２Ｈ以上である場合（Ｎ）は、電子制御サーモスタット弁３７をオフし（ステップＳＴ３−１２）、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ２Ｈより低い場合（Ｙ）は、電子制御サーモスタット弁３７をオンする（ステップＳＴ３−８）。一方、先のステップＳＴ３−９で電子制御サーモスタット弁３７がオンでない場合（Ｎ）は、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ２Ｌより高いか否かを判定する（ステップＳＴ３−１１）。♯ＴＷ２Ｌの具体例は、８０℃である。その結果、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ２Ｌより高ければ（Ｙ）、電子制御サーモスタット弁３７をオフし（ステップＳＴ３−１２）、冷却水温ＴＷが♯ＴＷ２Ｌ以下であれば（Ｎ）、電子制御サーモスタット弁３７をオンする（ステップＳＴ３−８）。つまり、自動変速機４０の作動油温が狙い範囲（ＴＡＴＦ＜♯ＴＡＴＦ１Ｈ：１１０℃）と比べて高すぎる場合は、エンジン３０の冷却水温を低く抑える必要があるため、該冷却水温を作動油の冷却を優先する温度（♯ＴＷ２Ｌ：８０℃＜ＴＷ＜♯ＴＷ２Ｈ：８５℃）となるように制御する。
以上説明したように、本実施形態の車両用暖機システム１によれば、冷却水循環路３１に連通する第一室１５と、蓄熱材２０を配設した第二室１６と、作動油循環路４１に連通する第三室１７とを有してなる蓄熱装置１０を備えたので、従来は別個に設けていた蓄熱材を配設した蓄熱装置と、エンジン３０や自動変速機４０を暖機するための熱交換器との両方を兼ね備えた１個の装置にまとめることができる。したがって、エンジン３０や自動変速機４０の早期暖機や車内の即効暖房を可能としながらも、暖機システム１の構成を簡素化して部品点数を削減でき、小型化、低コスト化を図ることができる。これにより、車両のコンパクト化、軽量化、低コスト化も実現できる。
また、図１の蓄熱装置１０では、第二室１６と第三室１７とが隣接し、かつ、第三室１７と第一室１５とが隣接している。したがって、蓄熱材２０と作動油との間で直接的に熱交換を行え、かつ、作動油と冷却水との間でも直接的に熱交換を行える。また、図４の蓄熱装置１０では、第一室１５と第二室１６とが隣接し、かつ、第二室１６と第三室１７とが隣接している。したがって、冷却水と蓄熱材２０の間で直接的に熱交換を行え、かつ、蓄熱材２０と作動油との間でも直接的に熱交換を行える。これらの構成によれば、蓄熱材２０の蓄熱を利用してエンジン３０や自動変速機４０の暖機が効果的に行えるのみならず、エンジン３０や自動変速機４０で発生した熱を互いに利用することで、対象機関の暖機をさらに効率良く行うことが可能となり、車両で発生する熱エネルギーを有効に活用できる。
また、この暖機システム１では、冷却水循環路３１における蓄熱装置１０の下流側に、冷却水の熱を利用して車内を暖房する暖房装置４４のヒータコア４５を設置している。これにより、蓄熱材２０で加熱した冷却水を利用して車内の暖房を行える。また、この暖機システム１によれば、蓄熱装置１０から出た冷却水を冷却水循環路３１で暖房装置４４に送ることができると共に、蓄熱装置１０から出た作動油を作動油循環路４１で自動変速機４０に送ることができるので、図７に示すモード１で切替バルブ３３をオフにすれば、蓄熱を利用した車内の暖房と自動変速機４０の暖機とを同時に行えるようになる。
さらに、蓄熱装置１０が備える蓄熱材２０は、過冷却状態で蓄熱が可能な潜熱蓄熱材なので、外気温が低下しても蓄熱を保持でき、かつ、長期間放置しても蓄熱を安定的に保持できる。したがって、蓄熱材２０の容器（筐体１１、中間部材１２、仕切部材１３）の断熱構造を簡素化でき、蓄熱装置１０の構成の簡素化、小型化、軽量化を図ることができる。また、発核装置２５による過冷却状態の解除（発核）により、所望のタイミングで蓄熱材２０を発熱させることができるので、エンジン３０や自動変速機４０の早期暖機、あるいは車内の即効暖房をより効率的に行えるようになる。
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態にかかる車両用暖機システムについて説明する。なお、第２実施形態の説明及び対応する図面においては、第１実施形態と同一又は相当する構成部分には同一の符号を付し、以下ではその部分の詳細な説明は省略する。また、以下で説明する事項以外の事項、及び図示する以外の事項については、第１実施形態と同じである。
図１４は、第２実施形態の車両用暖機システム１−２の構成例を示す概略図である。上記の第１実施形態では、暖房装置４４のヒータコア４５を冷却水循環路３１における蓄熱装置１０の下流側に設置していたのに対し、この第２実施形態では、第１実施形態におけるヒータコア４５と蓄熱装置１０とを組み合わせてなる構造の他の蓄熱装置１０−２を備えている。なお、蓄熱装置１０−２は、後述するように、エンジン３０の冷却水が流通するヒータコア４５内に、自動変速機４０の作動油が流れる作動油流路と蓄熱材２０を配設する蓄熱室とを一体的に設けた構造である。
図１５乃至図１７は、蓄熱装置１０−２の詳細な構成例を示す図で、図１５は、斜視図、図１６は、分解斜視図、図１７（ａ）は、図１６のＣ−Ｃ矢視断面図、図１７（ｂ）は、後述する熱交換蓄熱チューブ７１の部分拡大図である。これらの図に示すように、蓄熱装置１０−２は、冷却水と作動油を流通させる水平方向に延びる流路を備えた一対の熱交換チューブ６１，６２を上部及び下部に設置しており、それらの間には、ヒータコア部６４が設けられている。ヒータコア部６４には、蓄熱材２０が内蔵された熱交換蓄熱チューブ７１が設置されている。図１７に示すように、熱交換蓄熱チューブ７１には、蓄熱材２０が配置された室（第二室）７６が設けられていると共に、該第二室７６を囲む周囲には、エンジン３０の冷却水が流通する流路（第一室）７５と、自動変速機４０の作動油が流通する流路（第三室）７７とが配置されている。第一室７５と第三室７７は、いずれも上下方向に延びる細管からなり、蓄熱材２０の外周に沿って交互に並べて配置されている。さらに、この熱交換蓄熱チューブ７１は、図１５に示すように、複数が横方向に所定間隔で並べて配置されており、隣接する熱交換蓄熱チューブ７１の間には、フィン部７２が設けられている。フィン部７２には、所定間隔で上下方向に並ぶ薄板状のフィン７２ａが多数設置されている。
図１６に示すように、上側の熱交換チューブ６１内の流路６１ａは、左右両端がそれぞれ開口しているが、左端の冷却水導入部６７に連通する開口部と右端の作動油導出部６８に連通する開口部には、蓋部材６３が交互に被せられている。これにより、流路６１ａは、冷却水導入部６７に連通するものと作動油導出部６８に連通するものが交互に配列されている。同様に、下側の熱交換チューブ６２内の流路６２ａも、左右両端がそれぞれ開口しているが、左端の作動油導入部６５に連通する開口部と右端の冷却水導出部６６に連通する開口部には、蓋部材６３が交互に被せられている。これにより、下側の熱交換チューブ６２内の流路６２ａも、作動油導入部６５に連通するものと冷却水導出部６６に連通するものが交互に配列されている。そして、上下の熱交換チューブ６１，６２内の流路６１ａ，６２ａのうち、冷却水が流通する流路は、熱交換蓄熱チューブ７１内の冷却水流路（第一室）７５に連通しており、作動油が流通する流路は、熱交換蓄熱チューブ７１内の作動油流路（第三室）７７に連通している。
これにより、冷却水は、左上の冷却水導入部６７から導入され、上側の熱交換チューブ６１内の流路６１ａを通って右方向へ進み、熱交換蓄熱チューブ７１内の冷却水流路７５を通って下方向に進み、下側の熱交換チューブ６２内の流路６２ａを通って右方向進み、右下の冷却水導出部６６から導出される。一方、作動油は、左下の作動油導入部６５から導入され、下側の熱交換チューブ６２内の流路６２ａを通って右方向へ進み、熱交換蓄熱チューブ７１内の作動油流路７７を上降して進み、上側の熱交換チューブ６１内の流路６１ａを通って右方向進み、右上の作動油導出部６８から導出される。
この蓄熱装置１０−２は、第１実施形態のヒータコア４５と同様、車内に臨む空気導入ダクト（図示せず）内に設置されている。空気導入ダクト内には、蓄熱装置１０−２のヒータコア部６４（熱交換蓄熱チューブ７１およびフィン部７２）に風を送るための送風ファン８０（図示せず）が組み込まれている。蓄熱装置１０−２の送風下流側には、車内に連通する送風ダクト（図１４参照）が設けられている。
この蓄熱装置１０−２では、第１実施形態の蓄熱装置１０の構成とヒータコア４５の構成とを一体化して備えたので、部品点数の削減、装置の小型化・軽量化が可能となる。そして、第一室７５、第二室７６、第三室７７がそれぞれ互いに隣接して配置されているので、蓄熱材２０により冷却水と作動油の両方を直接的に加熱することが可能である。加えて、冷却水と作動油の間でも熱交換を行うことができるので、エンジン３０の熱を利用した自動変速機４０の暖機も効果的に行えるようになる。さらに、送風ファン８０によって熱交換蓄熱チューブ７１に送風することで、冷却水や作動油の熱を利用して車内の暖房を行うことができるだけでなく、蓄熱材２０の熱を直接利用して車内暖房を行うことが可能となる。したがって、冷却水や作動油の温度に依存せず車内暖房が行えるようになるので、エンジン３０の始動前や始動直後において、車内の即効暖房を効果的に行うことが可能となる。
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状・構造・材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
本発明の第１実施形態にかかる車両用暖機システムの構成例を示す概略図である。 電子制御サーモスタット弁の構成例を示す図である。 蓄熱装置の構成例を示す図で、（ａ）は、分解斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。 蓄熱装置の他の構成例を示す概略図である。 発核装置の構成例を示す図である。 化学蓄熱材を備えた蓄熱装置の構成例を示す図である。 暖機システムの運転モードのタイムチャートを示すグラフである。 暖機システムの制御手順を示すメインフローである。 運転モード切替手順を説明するためのフローチャートである。 モード０の手順を説明するためのフローチャートである。 モード１の手順を説明するためのフローチャートである。 モード２の手順を説明するためのフローチャートである。 モード３の手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態にかかる車両用暖機システムの構成例を示す概略図である。 第２実施形態の蓄熱装置の構成例を示す斜視図である。 第２実施形態の蓄熱装置の構成例を示す分解斜視図である。 （ａ）は、図１６のＣ−Ｃ矢視断面図、（ｂ）は、熱交換蓄熱チューブの部分拡大図である。
符号の説明
１，１−２ 車両用暖機システム
１０，１０−２ 蓄熱装置
１１ 筐体
１２ 中間部材
１３ 仕切部材
１５ 第一室
１６ 第二室
１７ 第三室
２０ 蓄熱材（蓄熱要素）
２１ 蓄熱材（化学蓄熱材）
２５ 発核装置（解除手段）
３０ エンジン（内燃機関）
３１ 冷却水循環路
３２ 冷却水ポンプ
３３ 切替バルブ
３５ ラジエター用循環路
３７ 電子制御サーモスタット弁
３８ 水温センサ
４０ 自動変速機
４１ 作動油循環路
４２ 作動油ポンプ
４４ 車内暖房装置
４５ ヒータコア
４６ 送風ファン
４７ ラジエター
５０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５１ 暖房用スイッチ
５５ デフロスタスイッチ
５６ イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）
６１ 熱交換チューブ
６２ 熱交換チューブ
６４ ヒータコア部
７１ 熱交換蓄熱チューブ
７２ フィン部
７５ 第一室
７６ 第二室
７７ 第三室
８０ 送風ファン

Claims (5)

  1. 蓄熱要素を有する蓄熱装置と、内燃機関の冷却水を前記蓄熱装置へ循環させる冷却水循環路と、変速機の作動油を前記蓄熱装置へ循環させる作動油循環路と、を備え、
    前記蓄熱装置は、前記冷却水循環路に連通する第一室と、前記蓄熱要素を配設した第二室と、前記作動油循環路に連通する第三室とを有し、
    前記第二室と前記第三室とが隣接し、かつ、前記第三室と前記第一室とが隣接しており、
    前記第一室の冷却水と前記第二室の蓄熱要素と前記第三室の作動油の間で熱交換を行えるようにしたことを特徴とする車両用暖機システム。
  2. 前記冷却水循環路における前記蓄熱装置の下流側に、前記冷却水の熱を利用して車内を暖房する暖房装置のヒータコアが配設されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用暖機システム。
  3. 前記蓄熱装置は、車内を暖房する暖房装置のヒータコアと一体に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用暖機システム。
  4. 前記蓄熱要素は、過冷却状態で蓄熱が可能な潜熱蓄熱材からなり、
    前記蓄熱装置は、前記蓄熱要素の過冷却状態を解除する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用暖機システム。
  5. 前記蓄熱要素は、化学変化による熱の吸収・放出が可能な化学蓄熱材からなり、
    前記蓄熱装置は、前記蓄熱要素に化学変化を生じさせる手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両用暖機システム。
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