JPH0736809Y2 - 車両用空気加熱装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は車両用空気加熱装置に関する。

〔従来の技術〕

排気ターボチャージャにより昇温昇圧された吸入空気の
一部を常時車室内に導いてこの昇温昇圧された空気によ
り車室内を暖房するようにした暖房装置が公知である
（実開昭58-12010号公報参照）。しかしながら排気ター
ボチャージャは本来的に機関高速高負荷運転時における
機関への吸入空気の過給のために設けられており、従っ
て機関の暖機完了前のようにアイドリング運転或いは低
速運転が行われるときには十分な過給作用を行うことが
できない。従ってこの暖房装置では暖機完了前における
吸入空気の昇圧昇温作用が十分ではないために機関の暖
機完了前には車室内を十分に暖房することができないと
いう問題がある。

このような問題を解決するために機関アイドリング運転
時或いは機関低速運転時に最も効率よく作動するターボ
ヒータを用いた空気加熱装置が本出願人により既に提案
されている（特願昭63-25757号および実願昭63-15753号
参照）。これらの空気加熱装置では機関始動後暫くの間
閉弁せしめられる制御弁が排気通路内に設けられ、制御
弁上流の排気通路からバイパス通路を分岐してこのバイ
パス通路を制御弁下流の排気通路内に連結し、ターボヒ
ータの排気タービンをバイパス通路内に配置すると共に
ターボヒータのブロワ吐出側を機関吸気通路又は車室に
連結し、機関始動後暫くの間ターボヒータを回転駆動せ
しめることによってターボヒータにより昇温された空気
を機関シリンダ内又は車室内に送り込むようにしてい
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところでターボヒータの駆動のために排気エネルギを有
効に利用するためには機関から排出された直後の排気ガ
スをターボヒータの排気タービンに導く必要があり、従
って上述の空気加熱装置では排気マニホルドの出口にバ
イパス通路の排気ガス入流口を開口させ、この排気ガス
流入口近傍のバイパス通路内にターボヒータの排気ター
ビンを配置するようにしている。更にこの空気加熱装置
ではバイパス通路の排気ガス流入口の下流近傍に制御弁
が配置され、制御弁下流近傍の排気通路内にバイパス通
路の排気ガス流出口が開口せしめられている。即ち、こ
の空気加熱装置では排気マニホルドの出口近傍に制御弁
が配置されている。しかしながらこのように制御弁を排
気マニホルドの出口近傍に配置すると制御弁および制御
弁を駆動するためのアクチュエータが高熱を受けるため
にこれら制御弁およびアクチュエータを高価な耐熱材料
から形成しなければならず、更にこれら制御弁およびア
クチュエータをスペースの狭いエンジンルーム内に配置
しなければならないという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本考案によれば、排気ター
ビンおよび空気昇温用ブロワからなるターボヒータと、
排気マニホルドに連結された排気管と、排気管内に配置
されたマフラと、マフラ近傍の排気管内に配置されて機
関始動後暫くの間閉弁せしめられる制御弁と、排気マニ
ホルドから分岐されて制御弁下流の排気管内に接続され
たバイパス通路とを具備し、ターボヒータの排気タービ
ンをバイパス通路内に配置すると共にターボヒータのブ
ロワ吐出側を機関吸気通路又は車室に連結している。

〔作用〕

バイパス通路を排気マニホルドから分岐することによっ
て高エネルギの排気ガスがターボヒータの排気タービン
に送り込まれ、制御弁をマフラ近傍の排気管内に配置す
ることによって温度低下した排気ガスが制御弁に接触す
ることになるので制御弁が高熱にさらされない。

〔実施例〕

第１図を参照すると、１はディゼル機関本体、２は吸気
通路、３は排気マニホルド、４は排気マニホルド３の出
口に接続された排気管、５は排気管４に接続されたサブ
マフラ、６はサブマフラ５の出口に接続された排気管、
７は排気管６に接続されたメインマフラ、８はメインマ
フラ７の出口に接続された排気管、９はターボヒータを
夫々示し、吸気通路２の入口部にはエアクリーナ10が取
付けられる。ターボヒータ９は回転軸11を介して互いに
連結された排気タービン12とブロワ13からなり、サブマ
フラ５下流の排気管６内には制御弁Ａが配置される。排
気マニホルド３からはバイパス通路14が分岐される。こ
のバイパス通路14は第１図および第２図に示されるよう
に排気管４およびサブマフラ５に沿って延びて制御弁Ａ
下流の排気管６内に接続される。バイパス通路14の排気
ガス流入口15近傍のバイパス通路14内にはターボヒータ
９の排気タービン12が配置され、この排気タービン12は
バイパス通路９内を流れる排気ガスによって回転駆動せ
しめられる。第２図に示されるようにターボヒータ９は
排気マニホルド３に取付けられる。一方、ターボヒータ
９のブロワ13の空気吸込通路16は排気マニホルド３を包
囲するように配置された副吸気通路17を介してエアクリ
ーナ10に連結され、ブロワ13の吐出通路18は温風通路19
を介して車室20内に連結される。このターボヒータ９は
一般的に使用されている過給用のターボチャージャと比
較してかなり小型であり、機関アイドリング運転時或い
は機関低速運転時に最も効率よく作動するように設定さ
れている。また、このターボヒータ９は過給よりもむし
ろ空気温度を上昇させることを目的としており、従って
一般的な過給用ターボチャージャのインペラよりも効率
のよくないブロワ13を使用している。従ってこのブロワ
13を通過した空気の圧力上昇はさぼど大きくなく、温度
上昇がかなり大きくなる。

温風通路19内には制御弁Ｂが配置され、制御弁Ｂ上流の
温風通路19は連通路21を介して吸気通路２に連結され
る。この連通路21と吸気通路２との連結部には制御弁Ｃ
が配置される。この制御弁Ｃは第２図において破線で示
すように吸気通路２を遮断しかつ温風通路19を制御弁Ｃ
下流の吸気通路２に連通する第１の位置と、第２図にお
いて実線で示すように吸気通路２を開通させかつ温風通
路19と吸気通路２の連通を遮断する第２の位置とのいず
れかの位置をとるように制御される。各制御弁A,B,Cは
夫々対応する負圧ダイアフラム装置22,23,24に連結さ
れ、各負圧ダイアフラム装置22,23,24の負圧室25,26,27
は夫々大気に連通可能な電磁切換弁A_O,B_O,C_Oを介して負
圧タンク28に連結される。電磁切換弁A_Oの切換作用によ
って負圧室25が大気に開放されると制御弁Ａは閉弁し、
負圧室25が負圧タンク28に接続されると制御弁Ａは全開
する。同様に電磁切換弁B_Oの切換作用によって負圧室26
が大気に開放されると制御弁Ｂは閉弁し、負圧室26が負
圧タンク28に接続されると制御弁Ｂは全開する。また、
電磁切換弁C_Oの切換作用によって負圧室27が大気に開放
されると制御弁Ｃは実線で示す第２の位置をとり、負圧
室27が負圧タンク28に接続されると制御弁Ｃは破線で示
す第１の位置をとる。

第１図に示されるように車室20内には機関発熱利用ヒー
タ29が配置される。この機関発熱利用ヒータ29への機関
本体１内で昇温された冷却水が冷却水供給導管30を介し
て供給され、車室20内に熱を放出して温度低下した冷却
水は冷却水返戻導管31を介して機関本体１に返戻され
る。なお、機関本体１には冷却水温を検出するための温
度センサ32が取付けられる。

第３図に各電磁切換弁A_O,B_O,C_Oを制御するための電子制
御ユニット40を示す。第３図を参照すると電子制御ユニ
ット40はディジタルコンピュータからなり、双方向性バ
ス41によって相互に接続されたROM（リードオンリメモ
リ）42、RAM（ランダムアクセスメモリ）43、CPU（マイ
クロプロセッサ）44、入力ポート45および出力ポート46
を具備する。入力ポート45にはスタータモータを駆動す
るためのスタータスイッチ47が接続され、更に入力ポー
ト45には水温センサ32がAD変換器48を介して接続され
る。一方、出力ポート36は対応する駆動回路49を介して
各電磁切換弁A_O,B_O,C_Oに接続される。

次に第４図に示すフローチャートを参照しつつ暖機暖房
制御について説明する。

第４図を参照するとまず初めにステップ50においてスタ
ータスイッチ47がオンであるか否かが判別される。スタ
ータスイッチ47がオンであればステップ51に進んでタイ
マが作動せしめられる。次いでステップ52では各電磁切
換弁A_O,B_O,C_Oに制御信号が送られて制御弁Ａおよび制御
弁Ｂが閉弁せしめられ、制御弁Ｃが第１図において破線
で示す第１の位置に回動せしめられる。次いでステップ
53ではタイマに基いてスタータスイッチ47がオンとなっ
てからの経過時間ｔが予め定められた設定時間t_Oを越え
たか否かが判別され、ｔ＜t_Oであれば再びステップ52に
戻る。従って機関始動後一定時間は制御弁A,Bが閉弁状
態に保持され、制御弁Ｃが第１の位置に保持される。

このようにスタータスイッチ47がオンにされると制御弁
Ａが閉弁せしめられるので機関から排出された全てのガ
スがバイパス通路14内に送り込まれる。その結果、機関
がスタータモータによって回転せしめられるとただちに
ターボヒータ９が回転駆動せしめられる。ターボヒータ
９が回転を開始するとブロワ13の吐出通路18にはブロワ
13によって昇温された高温の空気がただちに排出され
る。一方、このとき制御弁Ｂは閉弁しており、制御弁Ｃ
は第１図において破線で示す第１の位置にあるのでブロ
ワ13から吐出された高温の空気は連通路21および吸気通
路２を介して機関シリンダ内に供給される。このように
機関が回転し始めるとただちに高温の空気が機関シリン
ダ内に供給されるので機関回転数はただちに立上り、早
期に機関が暖機せしめられることになる。機関が始動す
ると副吸気通路17内の空気は排気ガスによって次第に加
熱され、従って機関シリンダ内に供給される空気の温度
が次第に上昇する。

第４図のステップ53においてｔt_Oであると判別される
とステップ54に進んで制御弁Ａは閉弁状態に保持され、
制御弁Ｂは開弁せしめられ、制御弁Ｃが第１図において
実線で示す第２の位置へ回動せしめられる。従ってこの
ときブロワ13から吐出された高温の空気は温風通路19を
介して車室20内に送り込まれる。このとき機関冷却水温
はまだ低いので機関発熱利用ヒータ29による暖房作用は
ほとんど行われておらず、従ってこのときには温風通路
19から車室20内に供給される高温の空気によって車室20
内の暖房が行われる。従って機関始動後の早い時期から
車室20内が暖房されることになる。第４図のステップ55
では水温センサ32の出力信号から冷却水温Ｔが予め定め
られた設定温度T_Oよりも高くなったか否かが判別され、
T_O＞Ｔであればステップ54に戻る。

次いでＴT_Oになるとステップ56に進んで制御弁Ａが開
弁せしめられ、制御弁Ｂが閉弁せしめられ、制御弁Ｃが
第２の位置に保持される。制御弁Ａが開弁するともはや
バイパス通路14内には排気ガスが供給されず、しかも吐
出通路18は制御弁B,Cにより閉塞されるのでターボヒー
タ９は停止することになる。冷却水温Ｔが設定温度T_O以
上になれば機関発熱利用ヒータ29により車室20内は十分
に暖房されるので上述のように温風通路19からの高温の
空気の供給が停止せしめられる。なお、温風通路19と吸
気通路２とを連通路21によって互いに連結することなく
吐出通路18を温風通路19のみに接続することもできる
し、また温風通路19を設けることなく吐出通路18を吸気
通路２のみに連結することもできる。

また、第１図および第２図に示されるようにターボヒー
タ９の排気タービン12は排気マニホルド３内に開口する
バイパス通路排気ガス流入口15近傍のバイパス通路14内
に配置されているので高エネルギの排気ガスが排気ター
ビン12に供給され、斯くして排気ガスをターボヒータ９
の駆動のために有効に利用することができる。一方、第
１図および第２図に示すようにこの実施例では制御弁
Ａ、負圧ダイアフラム装置22および電磁切換弁A_Oは機関
本体１からなり離れた車室20の下方に配置される。この
ように制御弁Ａ、負圧ダイアフラム装置22および電磁切
換弁A_Oは機関本体１から離れているので機関の熱がこれ
ら制御弁Ａ等に伝わることがなく、しかも排気ガスが制
御弁Ａに達するまでには排気ガス温はかなり低下してい
る。従って制御弁Ａ等は高温にさらされることがないの
で制御弁Ａ等を高価な耐熱性材料から形成する必要がな
く、例えば負圧ダイアフラム装置22において廉価なゴム
ダイアフラムを使用することができるので製造コストを
低減することができる。また、制御弁Ａが高熱にさらさ
れないので制御弁Ａ閉弁時の密閉性を上げることがで
き、斯くしてターボヒータ９の出力を向上せしめること
ができる。また、負圧ダイアフラム装置22および電磁切
換弁A_Oをスペースが広い車室20の下方に配置することが
できるのでこれら負圧ダイアフラム装置22等の取付けが
容易となる。

〔考案の効果〕

制御弁が高熱にさらされることがないので制御弁を廉価
な材料から形成することができ、更に制御弁閉弁時の密
封性を上げることができるのでターボヒータの出力を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は空気加熱装置の全体図、第２図は図解的に示し
た車両の斜視図、第３図は電子制御ユニットのブロック
回路図、第４図は暖機暖房制御を実行するためのフロー
チャートである。 ２……吸気通路、３……排気マニホルド、4,6,8……排
気管、５……サブマフラ、７……メインマフラ、９……
ターボヒータ、12……排気タービン、13……ブロワ、14
……バイパス通路、16……空気吸込通路、18……吐出通
路、19……温風通路、20……車室、21……連通路、29…
…機関発熱利用ヒータ、A,B,C……制御弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】排気タービンおよび空気昇温用ブロワから
   なるターボヒータと、排気マニホルドに連結された排気
   管と、排気管内に配置されたマフラと、マフラ近傍の排
   気管内に配置されて機関始動後暫くの間閉弁せしめられ
   る制御弁と、排気マニホルドから分岐されて該制御弁下
   流の排気管内に接続されたバイパス通路とを具備し、上
   記ターボヒータの排気タービンを該バイパス通路内に配
   置すると共に上記ターボヒータのブロワ吐出側を機関吸
   気通路又は車室に連結した車両用空気加熱装置。