JPH075015B2 - 車両用暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、車両の車室内を暖房する暖房装置に関し、詳
しくはエンジンの冷却水を用いる暖房方式とエアポンプ
を用いる暖房方式とを備えたものに関する。

（従来の技術） 一般に、車両用暖房装置としては、エンジンの冷却水で
ヒータを作動して車室内を暖房する，いわゆる冷却水暖
房方式のものが広く採用されている。しかし、この方式
では、暖房を必要とする冷寒時におけるエンジン始動時
にはエンジンの暖機運転完了まで、つまりエンジン冷却
水の昇温までに時間がかかるので、その間は暖房効果が
得られず、冷風が車室内に吹き込んで来るという不快感
が生じるなど、暖房立上り性能が極めて悪いものであっ
た。

そのため、従来、実開昭57−84109号公報に示されるよ
うに、エンジンによって駆動されるエアポンプを備え
て、該エアポンプによって加圧されたエアをボルテック
スチューブにより暖気と冷気とに分離し、この暖気を車
室内に導入して車室内の暖房を行うことにより、冷寒時
のエンジン始動時においても直ちに暖房効果が得られる
ようにして、暖房立上り性能の向上を図った，いわゆる
エアポンプ暖房方式のものが提案されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、車両に上記冷却水暖房方式とエアポンプ暖房
方式とを備えて車室の暖房を行う場合、エアポンプ方式
は暖房立上り性能に優れているものの、エンジンによっ
て駆動される関係上その駆動損失が大きいこと、および
冷却水方式は暖房立上り性能に劣るものの、エンジンか
らの放出熱を有効利用するので省エネルギーの面で好ま
しいことから、いたずらに両方式を同時に作動させて併
用することは、暖房効果の面からは勿論のこと、エネル
ギーの面からは不利であり、両者をうまく使い分けるこ
とが望ましい。

このため、上記の冷却水暖房方式とエアポンプ暖房方式
とを、冷却水温度つまりエンジン温度に応じて使い分
け、エンジン温度が低いときにはエアポンプ暖房方式
を、エンジン温度が高くなると冷却水暖房方式を用いる
ことにより、省エネルギー化を図りつつ、効果的な暖房
を得ることが考えられる。

しかるに、上記エアポンプ暖房方式のものにおいても、
エンジン始動によるエアポンプ始動初期には、エアポン
プによるエアの圧縮，加圧が十分に行われず、吐出され
た加圧エアの温度が十分に昇温しないため、車室内に冷
たい空気が吹き込んで来るというコールドドラフトが生
じ、不快感を与える。このことは、外気温が極めて低い
ときに特に顕著である。

本発明の目的は、かかる点に鑑み、冷却水暖房方式とエ
アポンプ暖房方式とをエンジン温度に応じて使い分ける
とともに、エアポンプ始動初期、エアポンプから吐出さ
れた加圧エアの温度が低いときにはこの加圧エアを車室
内に送らずにエアポンプの吸入側に戻すことにより、省
エネルギー化を図りながら効果的な暖房を行うととも
に、エアポンプ始動初期のコールドドラフトを防止しか
つ加圧エアのエアポンプによる再圧縮によりその昇温を
促進して、暖房立上り性能の一層の向上を図ることにあ
る。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、エン
ジンの冷却水でヒータを作動して車室内を暖房する冷却
水方式の暖房装置と、エンジンにより駆動されるエアポ
ンプによって車室内を暖房するエアポンプ方式の暖房装
置と、エンジン温度を支配する各種要素によってエンジ
ン温度が所定値以下に低下した条件のもとでは上記エア
ポンプ方式暖房装置を作動させ、エンジン温度が所定値
以上に上昇した条件下では上記冷却水方式暖房装置を作
動させる暖房方式切換制御手段とを備えた車両用暖房装
置とする。さらに、上記エアポンプによって加圧された
エアを車室内に導くエア通路と、該エア通路から分岐し
上記エアポンプの吸入側に連通するリターン通路と、上
記エア通路のエアポンプ側に対する上記エア通路の車室
側と上記リターン通路との連通を選択的に切換える切換
手段と、上記エア通路の加圧エアの温度を検出する加圧
エア温度検出手段と、該加圧エア温度検出手段の出力を
受け、上記エア通路の加圧エアの温度が所定値以下のと
きには上記エア通路のエアポンプ側とリターン通路とを
連通せしめてエア通路の加圧エアを上記リターン通路を
介して上記エアポンプの吸入側に戻す一方、上記エア通
路の加圧エアの温度が所定値より高いときには上記エア
通路のエアポンプ側と車室側とを連通せしめてエア通路
の加圧エアを車室側へ導くよう上記切換手段を制御する
加圧エア切換制御手段とを備えたものとする。

（作用） このことにより、エンジン温度が所定値以下に低下した
条件下つまりエンジンの冷機時ないし暖機運転時にはエ
アポンプ暖房方式によって暖房立上り性良く暖房を行う
一方、エンジン温度が所定値以上に上昇した条件下つま
りエンジンの暖機運転時ないし暖機運転完了後には冷却
水暖房方式によって暖房立上り遅れを生ずることなく暖
房を行うようにしたものである。

ここで、上記エアポンプ方式暖房装置と冷却水方式暖房
装置とは所定のエンジン温度条件でON−OFF的に切換作
動させてもよく、また所定のエンジン温度条件下（例え
ば暖機運転完了付近）で両者を併用してもよい。

さらに、上記エアポンプ方式で暖房を行う際、エアポン
プからの加圧エアの温度が低いエアポンプ始動初期に
は、エアポンプから吐出された加圧エアを車室内を送ら
ずにエアポンプ吸入側に戻して循環させることによっ
て、車室内へ冷風が吹出さないようにするとともに加圧
エアの昇温を促進するようにしたものである。

（発明の効果） したがって、本発明の車両用暖房装置によれば、冷却水
暖房方式とエアポンプ暖房方式とを備えて、エンジン温
度が低下している条件下ではエアポンプ方式で暖房し、
エンジン温度が上昇している条件下では冷却水方式で暖
房したので、暖房立上り性良くかつ省エネルギー化を図
りながら、エンジン温度に応じた効果的な暖房を得るこ
とができる。

さらに、上記エアポンプ暖房方式による場合において
は、エアポンプから吐出された加圧エアの温度が低いと
きには、この加圧エアをエアポンプ吸入側に戻して再圧
縮するようにしたので、エンジン始動直後（エアポンプ
始動初期）でのコールドドラフトなくし、車室内に冷た
い空気が吹き込んで来る不快感を防止することができる
とともに、加圧エアの昇温を効率よく促進できて、暖房
立上り性能を著しく向上させることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の実施例に係る車両用の暖房装置を示
す。同図において、１は車両に搭載されたエンジン、２
はベーンポンプ等よりなるエアポンプである。該エアポ
ンプ２は、上記エンジン１とは、エンジン１のクランク
軸1aに設けたドライブプーリ3aとエアポンプ２の駆動軸
2aに設けたドリブンプーリ3bと両プーリ3a,3b間に巻掛
けられたベルト3cとからなるベルト伝動機構３を介して
連結されていて、エンジン１によって駆動される。上記
エアポンプ２の駆動軸2aには後述のコントロールユニッ
ト23によってON−OFF制御される電磁クラッチ４が介設
されている。

上記エアポンプ２の吸入口2bには吸入エア通路５が接続
され、該吸入エア通路５の上流端はエアクリーナ６を介
して大気に開口している。一方、エアポンプ２の吐出口
2cには吐出エア通路７が接続され、該吐出エア通路７の
下流端はメインダクト８に開口し、該メインダクト８を
介して車室９に連通している。上記エアポンプ２により
エアクリーナ６を介して吸入エア通路５より吸入したエ
ア（外気）を圧縮，加圧したのち、この加圧エアを吐出
エア通路７を介してメインダクト８から車室９内に導入
し、よってエンジン１により駆動されるエアポンプ２に
よって車室９内を暖房するようにしたエアポンプ方式の
暖房装置Ａが構成されている。

上記吐出エア通路７の途中には、該エア通路７の通路面
積を可変にする加圧エア温度調整用の絞弁10が配設さ
れ、該絞弁10には後述のコントロールユニット23によっ
て作動制御されるステップモータ11が連結されていて、
該ステップモータ11により絞弁10は吐出エア通路７の通
路面積を変化させるよう開閉制御される。

また、上記絞弁10下流の吐出エア通路７からはリターン
通路12が分岐され、該リターン通路12の耐端は吸入エア
通路５に連通されているとともに、上記吐出エア通路７
のスクリーン通路12との分岐部には後述のコントロール
ユニット23によってON−OFF制御される切換手段として
の三方切換弁13が介設されている。該三方切換弁13は、
通常のON作動時は吐出エア通路７のエアポンプ２側と車
室９側とを連通し、リターン通路12側を閉塞して、該吐
出エア通路７の加圧エアを車室９側へ導いている一方、
OFF作動時には吐出エア通路７のエアポンプ２側とリタ
ーン通路12側とを連通し、吐出エア通路７の車室９側を
閉塞して、該吐出エア通路７の加圧エアをリターン通路
12を介してエアポンプ２の吸入側に戻すようにしてい
る。

一方、上記メインダクト８の吐出エア通路７開口部より
も上流側には温水ヒータ14が配設されている。該温水ヒ
ータ14は、エンジン１とは、該エンジン１を冷却する冷
却水が流通する冷却水通路15を介して循環接続されてい
て、エンジン１を冷却した後の冷却水（温水）が循環供
給される。該メインダクト８の温水ヒータ14上流側に
は、温水ヒータ14に近接してブロア16および後述のコン
トロールユニット23によってON−OFF制御され該ブロア1
6を駆動するためのブロア用モータ17が設けられてい
る。上記ブロア16によりメインダクト８の上流端から取
入れたエアを温水ヒータ14で熱交換させて温風としたの
ち、メインダクト８を介して車室９内に導入し、よって
冷却水で温水ヒータ14を作動して車室９内を暖房するよ
うにした冷却水方式の暖房装置Ｂが構成されている。

さらに、上記メインダクト８の温水ヒータ14下流側には
メインダクト８と吐出エア通路７とを選択的に開閉する
シャッタ板18が設けられており、該シャッタ板18にはリ
ンク機構19を介して、後述のコントロールユニット23に
よってON−OFF制御されるソレノイド20が駆動連結され
ている。そして、ブロア用モータ17およびソレノイド20
のOFF作動時には温水ヒータ14によるエアとの熱交換は
行わず、またシャッタ板18によりメインダクト８を閉
じ、吐出エア通路７を開くことにより、エアポンプ２か
らの加圧エアを車室９に導入する，つまりエアポンプ方
式暖房装置Ａを作動させる一方、ブロア用モータ17およ
びソレノイド20のON作動時にはシャッタ板18により吐出
エア通路７を閉じ、メインダクト８を開くことにより、
上記温水ヒータ14で熱交換された温風を車室９に導く，
つまり冷却水方式暖房装置Ｂを作動させるように構成さ
れている。

また、21は、車室９内に配置されて車室９内の温度を検
出する車室内温度センサ、22は、吐出エア通路７のエア
ポンプ２と絞弁10との間に配置されて、エアポンプ２か
ら吐出された加圧エアの温度を検出する加圧エア温度検
出手段としての加圧エア温度センサである。これら各セ
ンサ21,22の出力（車室内温度信号S₁および加圧エア温
度信号S₂）は、エンジン温度信号としてのエンジン冷却
水温信号S₃およびエンジン回転数信号としてのイグニッ
ションパルス信号S₄と共に、コントロールユニット23に
入力されており、該コントロールユニット23により上記
電磁クラッチ４、ステップモータ11、三方切換弁13、ブ
ロア用モータ17およびソレノイド20が制御される。

次に、上記コントロールユニット23の内部構成は、第２
図に示すように、エアポンプ駆動制御回路Ｃ、三方切換
弁制御回路Ｄ、絞弁開度制御回路Ｅ、絞弁全開制御回路
Ｆおよび暖房方式切換制御回路Ｇを備えており、それぞ
れ暖房スイッチ24を介して電源25に接続されている。

上記エアポンプ駆動制御回路Ｃは、イグニッションパル
ス信号S₄を積分する積分回路26と、該積分回路26からの
出力電圧を基準電圧設定回路27から出力された基準電圧
と比較して該基準電圧よりも大きいときにON信号を出力
する比較回路28と、該比較回路28からのON信号を受けて
ON作動する常開のリレー29と、該リレー29のON信号を受
けて所定時間（例えば15秒）経過後にON信号を後述の常
閉リレー32を介して電磁クラッチ４に出力して該電磁ク
ラッチ４をON作動させるタイマ30とを備えてなる。そし
て、エンジン１の始動後エンジン回転数が所定回転数に
達すると，つまりエンジン１が完爆すると、比較回路28
からのON信号によりコントロールユニット23の電源回路
を閉成するとともに、タイマ30でエンジン１の回転が安
定するまでの所定時間を経過させたのち電磁クラッチ４
をON作動させることにより、エンジン１とエアポンプ２
とを駆動連結して、該エアポンプ２をエンジン１により
駆動させるようにし、よってエンジン始動時の負荷を軽
減してエンジン１の冷間始動性を向上させるようにして
いる。

また、上記三方切換弁制御回路Ｄは、加圧エア温度セン
サ22からの加圧エア温度信号S₂を受けて、加圧エア温度
が所定値（例えば20℃）よりも低いときにはOFF作動し
て三方切換弁13をOFF作動させる一方、所定値よりも高
いときにはON作動して三方切換弁13をON作動せる加圧エ
ア温度スイッチ31を備えてなる。そして、エアポンプ２
から吐出された，絞弁10上流の加圧エアの温度が所定値
（例えば20℃）よりも低いときには三方切換弁13のOFF
作動により吐出エア通路７のエアポンプ２側とリターン
通路12とを連通させて、吐出エア通路７の加圧エアをリ
ターン通路12を介してエアポンプ２の吸入側に戻す一
方、上記加圧エア温度が所定値よりも高いときは三方切
換弁13のON作動によりリターン通路12を閉塞し、吐出エ
ア通路７のエアポンプ２側と車室９側とを連通させて、
エアポンプ２からの加圧エアを車室９内を導入し、よっ
てエアポンプ２の始動初期に寒冷下の車室９内に冷風が
吹き込んでくるのを防止するようにした加圧エア切換制
御手段を構成している。

さらに、上記絞弁開度制御回路Ｅは、車室内温度センサ
21からの車室内温度信号S₁を受け、車室内温度に応じた
パルス信号を発生して、後述の補正回路36を介してステ
ップモータ11を作動制御するパルス発生回路32を備えて
なる。そして、車室内温度に応じてステップモータ11に
より絞弁10を開閉制御し、車室内温度が低いときには絞
弁10をその開度が小さくなるように閉作動させて、吐出
エア通路７の通路面積を減少させることにより、エアポ
ンプ２から吐出された加圧エアの温度を上昇させる一
方、車室内温度が高いときには絞弁10をその開度が大き
くなるように開作動させて、吐出エア通路７の通路面積
を増大させることにより、エアポンプ２から吐出された
加圧エアの温度を低下させ、よって絞弁10の開度に応じ
て加圧エア温度を制御して、意図した暖房が得られるよ
うにしている。今、具体的に、エアポンプ２と絞弁10と
の間の吐出エア通路７の圧力Paが0kg/cm²G（絞弁10の全
開）、0.5kg/cm²G、1.0kg/cm²Gの場合において、エアポ
ンプ２の吸入エア温度が30℃のときでのエアポンプ回転
数に対する絞弁10下流の加圧エア温度を測定した結果を
第３図に示す。同図により、絞弁10下流の加圧エア温度
はエアポンプ２の回転数の増大に従って増大するととも
に、絞弁10の開度を制御することにより任意の温度に制
御できることが判る。なお、第３図は上記のように吸入
エア温度が30℃のときのデータであるが、吸入エア温度
が暖房を必要とするような低温時、たとえば０℃のとき
の加圧エア温度は計算の結果、同図の特性線図より30℃
低い状態でそれぞれの特性線図に平行した特性になる。

加えて、上記絞弁全開制御回路Ｆは、イグニッションパ
ルス信号S₄を積分する積分回路33と、該積分回路33から
の出力電圧を基準電圧設定回路34から出力された基準電
圧と比較して該基準電圧よりも大きいときに補正信号を
出力する比較回路35と、該比較回路35からの補正信号を
受けてステップモータ11を絞弁10が全開になるように補
正制御する補正回路36とを備えてなる。そして、エンジ
ン１の回転数，つまりエアポンプ２の回転数が設定回転
数以上になると、補正回路36によりステップモータ11を
補正制御して絞弁10を全開にし、よって絞弁10上流の加
圧エアの圧力を低下させてエアポンプ２の負荷を軽減し
その耐久性を向上させるようにしている。

そして、上記暖房方式切換制御回路Ｇは、冷却水温信号
S₃を受けて、エンジン温度を支配する主たる要素として
の冷却水温が所定値（冷えば80℃）よりも低いときには
OFF作動してブロア用モータ17およびソレノイド20をOFF
作動させる一方、冷却水温が所定値以上のときにはON作
動してブロア用モータ17およびソレノイド20をON作動さ
せる水温スイッチ37と、該水温スイッチ37からのON信号
によりOFF作動して電磁クラッチ４をOFF作動させる常閉
リレー38とを備えてなる。そして、冷却水温が所定値
（例えば80℃）以下のとき（エンジン温度が低下してい
る条件下にあるとき）には、ブロア用モータ17およびソ
レノイド20のOFF作動によりエンジン冷却水で温水ヒー
タ14を作動させて暖房する冷却水方式暖房装置Ｂを停止
するとともに、電磁クラッチ４のON作動維持によりエア
ポンプ２を作動させて暖房するエアポンプ方式暖房装置
Ａを作動させ、一方、冷却水温が所定値以上のとき（エ
ンジン温度が上昇している条件下にあるとき）には、逆
に電磁クラッチ４のOFF作動によりエアポンプ方式暖房
装置Ａを停止するとともに、ブロア用モータ17およびソ
レノイド20のON作動により冷却水方式暖房装置Ｂを作動
させるようにした暖房方式切換制御手段39が構成されて
いる。

したがって、上記実施例においては、暖房を必要とする
寒冷下でのエンジン始動時には、エンジン温度つまり冷
却水温が所定値（例えば80℃）よりも低下した条件下に
あるので、エンジン１の完爆後、エアポンプ駆動制御回
路Ｃおよび暖房方式切換制御回路Ｇ（暖房方式切換制御
手段39）により、冷却水方式暖房装置Ｂは停止したまま
でエアポンプ方式暖房装置Ａのみが作動する。すなわ
ち、エアポンプ２がエンジン１によって駆動され、該エ
アポンプ２によって加圧されたエアが吐出エア通路７を
介して車室９内に導入されるとともに、該吐出エア通路
７に設けた絞弁10が絞弁開度制御回路Ｅによって開度制
御されて、該絞弁10下流の加圧エア温度が任意に制御さ
れることにより、車室９内をエアポンプ２からの加圧エ
アによって意図する温度に直ちに暖房することができ
る。よって、エンジン温度が低くても、コールドドラフ
トを生じることがなく暖房立上り性が良好であり、車室
９内を快適に暖房することができる。

その場合、エアポンプ２の始動初期には、エアポンプ２
による圧縮，加圧は十分でなく、該エアポンプ２から吐
出された加圧エアの温度は、たとえ絞弁10の開度制御に
よっても十分に上らない。この際には、この加圧エア温
度を検出する加圧エア温度センサ22からの信号を受けた
三方切換弁制御回路Ｄにより三方切換弁13が吐出エア通
路７のエアポンプ２側とリターン通路12側とを連通する
ように切換わることにより、吐出エア通路７の低温の加
圧エアは、車室９内へ導入されずにリターン通路12を介
して吸入エア通路５に戻され、エアポンプ２に再び吸入
されて再圧縮されることになる。そして、絞弁10上流の
加圧エア温度が所定値（例えば20℃）に達するまで上記
吐出エアのエアポンプ２による再圧縮が繰返される。そ
の結果、エアポンプ始動初期において寒冷下の車室９内
に冷たい空気が吹き込んで来るという不快感を防止する
ことができるとともに、吐出エアの再圧縮によりエアポ
ンプ２からの加圧エアの昇温を促進することができ、加
圧エア温度を所定値に短時間に上昇させることができ、
よって暖房立上り性能を著しく向上させることができ
る。

尚、上記エアポンプ２から吐出された加圧エアの温度が
所定値に達した後は、三方切換弁13が吐出エア通路７の
エアポンプ２側と車室９側とを連通させるように切換わ
り、エアポンプ２からの加圧エアはそのまま車室９内に
供給されて、車室９内の快適暖房が行われる。

その後、エンジン１の暖機運転が行われて、エンジン温
度つまり冷却水温が所定値（80℃）以上に上昇した条件
下になると、上記暖房方式切換制御回路Ｇにより、エア
ポンプ方式暖房装置Ａの作動は停止されて冷却水方式暖
房装置Ｂが作動することになる。この場合、エンジン冷
却水は所定値以上に昇温しているので、コールドドラフ
トを生じることがなく、エンジン１の放出熱を有効利用
して上記と同様に車室９を快適に暖房することができ、
よって、エンジン温度に応じた効果的な暖房を得ること
ができる。

尚、上記実施例では、エアポンプ方式暖房装置Ａと冷却
水方式暖房装置Ｂとを所定のエンジン温度（例えば80
℃）に応じてON−OFF的に切換えて作動させるようにし
たが、例えばエンジン温度が80℃になるまではエアポン
プ方式暖房装置Ａを作動させる一方、エンジン温度が60
℃以上になると冷却水方式暖房装置Ｂを作動させ、エン
ジン温度の一部範囲（60〜80℃）で両暖房方式を併用す
るようにしてもよい。要は、エンジン温度が低下した条
件下でエアポンプ方式暖房装置Ａを、エンジン温度が上
昇した条件下で冷却水方式暖房装置Ｂをそれぞれ作動さ
せるようにすればよい。

また、上記実施例ではエンジン温度を支配する要素とし
て冷却水温の場合について述べたが、その他従的に外気
温、負荷等があり、冷却水温にこれらの加味して両暖房
方式をエンジン温度に応じて制御するようにしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体概略構成
図、第２図はコントロールユニットのブロック回路図、
第３図はエアポンプ回転数に対する絞弁下流の加圧エア
温度特性を示す図である。 １……エンジン、２……エアポンプ、７……吐出エア通
路、９……車室、13……三方切換弁、14……温水ヒー
タ、22……加圧エア温度センサ、39……暖房方式切換制
御手段、Ａ……エアポンプ方式暖房装置、Ｂ……冷却水
方式暖房装置、Ｄ……三方切換弁制御回路、Ｇ……暖房
方式切換制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの冷却水でヒータを作動して車室
   内を暖房する冷却水方式の暖房装置と、エンジンにより
   駆動されるエアポンプによって車室内を暖房するエアポ
   ンプ方式の暖房装置と、エンジン温度を支配する各種要
   素によってエンジン温度が所定値以下に低下した条件の
   もとでは上記エアポンプ方式暖房装置を作動させ、エン
   ジン温度が所定値以上に上昇した条件下では上記冷却水
   方式暖房装置を作動させる暖房方式切換制御手段とを備
   えた車両用暖房装置であって、 上記エアポンプによって加圧されたエアを車室内に導く
   エア通路と、 該エア通路から分岐し上記エアポンプの吸入側に連通す
   るリターン通路と、 上記エア通路のエアポンプ側に対する上記エア通路の車
   室側と上記リターン通路との連通を選択的に切換える切
   換手段と、 上記エア通路の加圧エアの温度を検出する加圧エア温度
   検出手段と、 該加圧エア温度検出手段の出力を受け、上記エア通路の
   加圧エアの温度が所定値以下のときには上記エア通路の
   エアポンプ側とリターン通路とを連通せしめてエア通路
   の加圧エアを上記リターン通路を介して上記エアポンプ
   の吸入側に戻す一方、上記エア通路の加圧エアの温度が
   所定値より高いときには上記エア通路のエアポンプ側と
   車室側とを連通せしめてエア通路の加圧エアを車室側へ
   導くよう上記切換手段を制御する加圧エア切換制御手段
   と を備えたことを特徴とする車両用暖房装置。