JP6011227B2

JP6011227B2 - 水循環装置

Info

Publication number: JP6011227B2
Application number: JP2012225372A
Authority: JP
Inventors: 恒吏高橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: JP2014077394A

Description

本発明は、水循環回路に発熱源と熱交換器とウォータポンプが配置された水循環装置に関するものである。

従来、車両に搭載される水冷式の内燃機関においては、内燃機関冷却水を冷却水循環回路内で循環させるウォータポンプを、内燃機関により駆動している。このため、ハイブリッド車やアイドリングストップを行う車両で、且つ、内燃機関冷却水を熱源とする暖房装置を備える車両では、内燃機関が停止した状態では暖房用熱交換器に内燃機関冷却水が循環しないため暖房ができなくなる。

そこで、特許文献１に記載された発明では、冷却水循環回路に電動ウォータポンプを設け、内燃機関が停止して内燃機関駆動のウォータポンプが停止した際、この電動ウォータポンプを駆動させることで暖房性能を確保している。

また、暖房が不要なとき（例えば、空調停止時や最大冷房時）にはウォータバルブにより冷却水循環回路を閉じて暖房用熱交換器に内燃機関冷却水が循環しないようにし、これにより燃費向上や空調性能向上を図るようにしている。この場合、一般的には、サーボモータ等の電動アクチュエータを用いて、ウォータバルブの開度をコントロールする。

特許第３４７８１４０号公報

しかしながら、ハイブリッド車やアイドリングストップを行う車両で内燃機関停止時にヒータコアに内燃機関冷却水を循環させて暖房性能を確保し、且つ、暖房が不要なときには冷却水循環回路を閉じて空調性能等の向上を図るためには、ウォータポンプ駆動用の電動モータとウォータバルブ駆動用の電動アクチュエータ（例えば、電動モータや電磁弁）の両方が必要となってしまう。

本発明は上記点に鑑みて、熱交換器への水の循環を制御する弁を駆動する電動アクチュエータを、不要にすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、水を循環させる水循環回路（２）と、水循環回路に配置された発熱源（１）と、水循環回路に配置されて水と外部流体との間で熱交換を行う熱交換器（５）と、水循環回路に配置されて水流を発生させる第１ウォータポンプ（３）と、水循環回路に配置され、電動モータを駆動源として水流を発生させる第２ウォータポンプ（６）と、第２ウォータポンプの前後差圧に応動して水循環回路を開閉することにより、熱交換器への水の循環を制御する差圧弁（８）とを備え、差圧弁は、第２ウォータポンプが作動中は開弁し、第２ウォータポンプの停止中は閉弁するように構成されていることを特徴とする。

これによると、第２ウォータポンプの前後差圧を利用して差圧弁を作動させるため、差圧弁を駆動する専用の電動アクチュエータを不要にすることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。

本発明の第１実施形態に係る水循環装置を示す図である。図１の差圧弁の開弁状態を示す図である。図１の差圧弁の閉弁状態を示す図である。本発明の第２実施形態に係る水循環装置に用いる差圧弁の開弁状態を示す図である。図４の差圧弁の閉弁状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、車両の走行駆動源として内燃機関と電動モータの両方を備えているハイブリッド車、または、アイドリングストップを行う車両に、本発明の水循環装置を適用した例である。

図１に示すように、車両の走行駆動源である水冷式の内燃機関１には、冷却水を循環させる水循環回路２が接続され、この水循環回路２には、内燃機関１により図示しないベルトを介して駆動されて水流を発生させる第１ウォータポンプ３が配置されている。なお、図１中の矢印は、冷却水の流れ方向を示している。また、内燃機関１は、本発明の発熱源に相当する。

水循環回路２は、第１ウォータポンプ３の吐出側で第１〜第３水循環回路２１〜２３に分岐され、また、第１〜第３水循環回路２１〜２３はそれらの下流側で集合されて第１ウォータポンプ３の吸入側に接続されている。

第１水循環回路２１には、冷却水と走行風との熱交換により冷却水を冷却するラジエータ４が配置されている。そして、ラジエータ４にて冷却された冷却水により内燃機関１が冷却される。

第２水循環回路２２には、外部流体としての空調用空気と冷却水（温水）との熱交換により空調用空気を加熱する暖房用熱交換器５が配置されている。そして、暖房用熱交換器５で加熱された空調用空気を車室内に吹き出して車室内を暖房する。

また、内燃機関１の停止時（すなわち、第１ウォータポンプ３の停止時）にも暖房用熱交換器５に温水を循環して、車室内の暖房を実行できるようにするため、電動モータを駆動源として水流を発生させる第２ウォータポンプ６が第２水循環回路２２に配置されている。より詳細には、第２ウォータポンプ６は、第１ウォータポンプ３の吐出側と暖房用熱交換器５との間に配置されている。

図１〜図３に示すように、第２水循環回路２２における第２ウォータポンプ６の吸入側と吐出側は、圧力伝達回路７によって接続されている。

第２水循環回路２２における第２ウォータポンプ６の吐出側部位と圧力伝達回路７との接続部には、第２ウォータポンプ６の吐出側にて第２水循環回路２２を開閉することにより暖房用熱交換器５への冷却水の循環を制御する差圧弁８が配置されている。

差圧弁８は、第２ウォータポンプ６の吸入側の圧力と吐出側の圧力との差（以下、第２ウォータポンプ６の前後差圧という）に応動する弁体８１を備えている。

弁体８１における第２水循環回路２２側に弁体第１シート部８１１が形成されている。この弁体第１シート部８１１は、第２水循環回路２２に形成された水循環回路シート部２４に接離して第２水循環回路２２を開閉するようになっている。また、弁体第１シート部８１１には、第２ウォータポンプ６の吐出側の圧力が作用し、この圧力により弁体８１は第２水循環回路２２を開く向きに付勢される。

弁体８１における圧力伝達回路７側に弁体第２シート部８１２が形成されている。この弁体第２シート部８１２は、圧力伝達回路７に形成された圧力伝達回路第１シート部７１および圧力伝達回路第２シート部７２に接離して圧力伝達回路７を開閉するようになっている。また、弁体第２シート部８１２には、圧力伝達回路７を介して導かれる第２ウォータポンプ６の吸入側の圧力が作用し、この圧力により弁体８１は第２水循環回路２２を閉じる向きに付勢される。

差圧弁８は、第２水循環回路２２を閉じる向きに弁体８１を付勢するバネ８２を備えている。なお、バネ８２は圧縮バネである。

次に、上記構成になる水循環装置の作動を説明する。

本実施形態の水循環装置は、以下詳述するように、内燃機関１の作動状態（すなわち、第１ウォータポンプ３の作動状態）に関わらず、第２ウォータポンプ６の作動状態に応じて差圧弁８が作動する。

すなわち、車室内を暖房する際には、第２ウォータポンプ６を作動させる。これにより、図２に示すように、第２ウォータポンプ６の吸入側の圧力よりも吐出側の圧力が高くなるため、第２ウォータポンプ６の前後差圧により弁体８１は第２水循環回路２２を開く向き（すなわち、開弁向き）に付勢される。

そして、第２ウォータポンプ６の前後差圧により弁体８１はバネ８２に抗して移動され、弁体第１シート部８１１が水循環回路シート部２４から離れて第２水循環回路２２が開かれ、暖房用熱交換器５に冷却水が供給される。

また、弁体第２シート部８１２が圧力伝達回路第１シート部７１に当接して圧力伝達回路７が閉じられ、圧力伝達回路７を介して（すなわち、第２ウォータポンプ６をバイパスして）冷却水が流れないようになっている。

一方、内燃機関１の暖機運転中や、最大冷房中には、第２ウォータポンプ６を停止させる。これにより、図３に示すように、第２ウォータポンプ６の吸入側の圧力と吐出側の圧力が略等しくなるため、弁体８１はバネ８２により移動され、弁体第１シート部８１１が水循環回路シート部２４に当接して第２水循環回路２２が閉じられ、暖房用熱交換器５に冷却水が流れなくなる。

また、弁体第２シート部８１２が圧力伝達回路第２シート部７２に当接して圧力伝達回路７が閉じられ、圧力伝達回路７を介して（すなわち、第２ウォータポンプ６をバイパスして）冷却水が流れないようになっている。

なお、第２水循環回路２２が閉じられ、且つ第１ウォータポンプ３が作動している場合、冷却水は主に第３水循環回路２３を介して循環するため、第１ウォータポンプ３の締め切り圧が第２ウォータポンプ６に直接掛かることはない。

本実施形態では、第２ウォータポンプ６の前後差圧を利用して差圧弁８を作動させるため、差圧弁８を駆動する専用の電動アクチュエータを不要にすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、差圧弁８の構成および位置を変更したもので、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図４、図５に示すように、差圧弁８は、第２水循環回路２２における第２ウォータポンプ６の吸入側部位と圧力伝達回路７との接続部に配置され、第２ウォータポンプ６の吸入側にて第２水循環回路２２を開閉するようになっている。

弁体８１には、弁体８１が所定位置に移動した際に第２水循環回路２２を連通させる弁体孔８１３が形成されている。

弁体第１シート部８１１には、第２ウォータポンプ６の吸入側の圧力が作用し、この圧力により弁体８１は第２水循環回路２２を閉じる向きに付勢される。

弁体第２シート部８１２には、圧力伝達回路７を介して導かれる第２ウォータポンプ６の吐出側の圧力が作用し、この圧力により弁体８１は第２水循環回路２２を開く向きに付勢される。

バネ８２は、引っ張りバネであり、第２水循環回路２２を閉じる向きに弁体８１を付勢している。

次に、上記構成になる水循環装置の作動を説明する。

本実施形態の水循環装置においても、内燃機関１の作動状態（すなわち、第１ウォータポンプ３の作動状態）に関わらず、第２ウォータポンプ６の作動状態に応じて差圧弁８が作動する。

すなわち、図４に示すように、第２ウォータポンプ６を作動させると、第２ウォータポンプ６の吸入側の圧力よりも吐出側の圧力が高くなり、第２ウォータポンプ６の前後差圧により弁体８１はバネ８２に抗して移動される。

そして、弁体第２シート部８１２が圧力伝達回路第１シート部７１に当接する位置まで弁体８１が移動することにより、圧力伝達回路７が閉じられるとともに、弁体孔８１３を介して第２水循環回路２２が連通状態になり、暖房用熱交換器５に冷却水が供給される。

一方、図５に示すように、第２ウォータポンプ６を停止させると、第２ウォータポンプ６の吸入側の圧力と吐出側の圧力が略等しくなるため、弁体８１はバネ８２により移動され、弁体第１シート部８１１が水循環回路シート部２４に当接して第２水循環回路２２が閉じられ、暖房用熱交換器５に冷却水が流れなくなる。

また、第２ウォータポンプ６の吸入側にて第２水循環回路２２を開閉するため、第２水循環回路２２が閉じられたときには、第１ウォータポンプ３の締め切り圧が第２ウォータポンプ６に掛からない。したがって、第２ウォータポンプ６などの圧力設計が有利になる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、内燃機関１の冷却水を暖房用熱交換器５に供給するようにしたが、フューエルセルを発熱源として用い、フューエルセルの冷却水を暖房用熱交換器５に供給するようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、内燃機関１の冷却水を暖房用熱交換器５に供給するようにしたが、内燃機関１の排気ガスと冷却水との間で熱交換を行う排熱回収用の熱交換器を備えるものにあっては、第２水循環回路２２に排熱回収用の熱交換器を配置し、デッドソーク時に第２ウォータポンプ６を作動させて排熱回収用の熱交換器に冷却水を循環させることにより、冷却水温度の過上昇を抑制するようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、第１ウォータポンプ３を内燃機関１により駆動するようにしたが、第１ウォータポンプ３を電動モータにより駆動するようにしてもよい。

また、第２ウォータポンプ６、差圧弁８、および第２水循環回路２２の筐体を一体化することにより、小型化を図ることができるとともに、ボデーやブラケットの共用化が可能になる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１内燃機関（発熱源）
２水循環回路
３第１ウォータポンプ
５熱交換器
６第２ウォータポンプ
８差圧弁

Claims

水を循環させる水循環回路（２）と、
前記水循環回路に配置された発熱源（１）と、
前記水循環回路に配置されて前記水と外部流体との間で熱交換を行う熱交換器（５）と、
前記水循環回路に配置されて水流を発生させる第１ウォータポンプ（３）と、
前記水循環回路に配置され、電動モータを駆動源として水流を発生させる第２ウォータポンプ（６）と、
前記第２ウォータポンプの前後差圧に応動して前記水循環回路を開閉することにより、前記熱交換器への前記水の循環を制御する差圧弁（８）とを備え、
前記差圧弁は、前記第２ウォータポンプが作動中は前記水循環回路を開き、前記第２ウォータポンプの停止中は前記水循環回路を閉じて前記熱交換器への前記水の循環を停止させるように構成されていることを特徴とする水循環装置。
前記水循環回路における前記第２ウォータポンプの吸入側と吐出側とを接続し、前記第２ウォータポンプの吸入側の圧力および前記第２ウォータポンプの吐出側の圧力のうち一方を前記差圧弁に導く圧力伝達回路（７）を備え、
前記差圧弁は、前記第２ウォータポンプが作動中は前記第２ウォータポンプの前後差圧により開弁向きに付勢される弁体（８１）と、前記弁体を閉弁向きに付勢するバネ（８２）とを備えることを特徴とする請求項１に記載の水循環装置。
前記圧力伝達回路は、前記水循環回路に対して並列に設けられて前記第２ウォータポンプの吸入側と吐出側とを接続しており、
前記差圧弁は、前記水循環回路を開いている状態および閉じている状態のいずれの状態においても、前記圧力伝達回路を閉じるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の水循環装置。
前記差圧弁は、前記第２ウォータポンプの吐出側にて前記水循環回路を開閉することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の水循環装置。
前記差圧弁は、前記第２ウォータポンプの吸入側にて前記水循環回路を開閉することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の水循環装置。
前記熱交換器は、前記水と空調用空気との間で熱交換を行って前記空調用空気を加熱することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の水循環装置。