JPS5918008A - 水冷エンジン搭載車の暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水冷エンジン搭載車の暖房装置に関する。

車両、特に自動車において、冬期運行する際の居住性を
良好にするためには車室内の暖房が不ｉｊＪ欠である。

現在この暖房用の装置としては、自動車が水冷エンジン
搭載車の場合には、エンジン冷却水の熱を利用する温水
式のものが用いられている。しかし、従来の温水式暖房
装置にあっては、特にエンジンの冷機時に冷却水６Ｗ度
が十分に高くならず、従って暖房も十分ては効かない。

そこで、実開昭Ｊ′！−／！３１．０１号においては、
ある程度エンジン（シリンダ）で加熱された冷却水を、
排気ガスのもつ熱を利用して更に加熱し、この更に加熱
された冷却水を暖房用に用いる自動車用暖房装置が提案
されている。

この公開実用新案公報に記載された暖房装置は、エンジ
ン（シリンダ）で加熱された冷却水を、史に排気ガスで
加熱し、この更に加熱された冷却水を暖房用として用い
ているので、十分な暖房幅度を得ることができる利点を
有している。本発明はこのように排気通路に熱交換器を
備えた構成にお（・て、該熱交換器を暖房以外、例えば
排気カス湿度のコントロールやエンジン冷却水湿度のコ
ントロール等に有効に使用しりろ水冷エンジン搭載車の
暖房装置を提供することを目的とするものである。

本発明による水冷エンジン搭載車の暖房装置は、エンジ
ン本体の冷却水套から冷却水を取り出し、排気通路に設
けられ、排気ガスとの熱交換により、該冷却水を加熱す
る熱交換器および車室内暖房用ヒータコアを経て、該冷
却水を前記冷却水套に戻すヒータ用冷却水循環経路と、
前記排気通路に設けられ、前記熱交換器をバイパスする
バイパス通路と、特定状態、例えば、熱交換器Ｆ流の触
媒等排気浄化装置の異常高温時やエンジン冷却水の低温
時等を検出して、該特定状態を示す信号を発生する異常
状態検出装置を、前記排気通路とバイパス通路の分岐点
に設けしれ、暖房装置の不作動時は前記バイパス通路を
開き、前記特定状態検出装置から前記信号を受けたとき
、前記バイパス通路を閉じるように作用する切換バルブ
とを備えたことを特徴とするものである。

以上の構造の本発明の水冷エンジン搭載車の暖記特定状
態検出装置によつ−〔触媒コンバータの温度が異常に高
いことを検出して、上記切換パルプを、排気ガスを上記
熱交換器に導びくために排気通路を開くように設定し、
これによって排気ガスを熱交換器において冷却水との熱
交換によって冷却し、かくして排気カスが異常に高温と
なったときに生ずる可能性が））る熱交換器の破損を防
市できる。更にまた、冷却水畠が特定湯度より低い状態
での暖機運転時、ずなわち低温暖機運転時に、上記した
ようにこの状態を特定状態検出装置によって検出（、て
、切換パルプを」１記と同様に設定すれば、排気ガスに
より冷却水が加熱され、従ってエンジンの暖機が効率よ
く促進される。

以下添付図面を参照しつつ本発明による水冷エンジン搭
載車の暖房装置について説明する３、第１図は、本発明
の第１の実施例による水冷エンジン搭載車の暖房装置の
概略図である。

第１図において、符号Ｅは、自動車（図不ぜず）に搭載
される水冷式エンジンを示し、このエンジンＥの燃焼室
の外側には、冷却水套１が設け゛られている。この冷却
水套１は、仕切壁Ｐにより上下に分けられて、シリンダ
ヘッド部水套１ａ、シリンダブロック部水套１ｂを構成
している。

シリンダーベッド部水套１ａには、冷却水の流入［］２
および流出口３が形成されている。この流入口２および
流出口３とは、暖房用冷却水循環経路４によって連通さ
れており、この循環経路４には、車室内暖房用熱交換器
であるヒータコア５が介設されている。このヒータコア
５は、ブロワ６によって送られてくる空気を、該ヒータ
コア５内を通る加熱された冷却水との熱交換によって加
熱するものである。この加熱された空気が、暖房用とし
て車室内に導入される。上記ブロワ６は、例えばＯＦＦ
、ＬＯＷ、Ｈｉ　　のレンジを有する手動のブロワスイ
ッチ７によって操作される。

図において符号８は、排気マニホルドを示し、この排気
マニホルド８には排気通路９が接続されている。この排
気通路９の途中であつ“Ｃ１循環経路４の流出１」３と
ヒータコ′ア５の間には熱交換器１０が設けられており
、循環経路４を通ってヒータコア５に送られる冷却水は
、この熱交換器１０において排気ガスによって加熱され
る。排気油路９には、熱交換器１０が設けられた部分を
バイパスするバイパス通路１１が形成されている。この
バイパス通路１１は、流出口３かも循環経路４内に流入
して来る冷却水の湿度が十分に高く、冷却水を熱交換器
１０によって加熱する心安がないときに、排気ガスを流
すためのものである。このため、排気通路９かものバイ
パス通路１１の分岐部に切換パルプ１２を設けて、排気
ガスを、熱交換器１０が設けられている排気通路９と、
バイパス通路１１の間で調節し、て流すようになってい
る。

循環１曲路４のヒータコーア５の上流側に開閉バルブ１
３が設けられており、この開閉バルブ１３は暖房温度を
得ることができる。

工。ンジンＥの暖機かすすみ、シリンダヘッド水套１ａ
内の冷却水の温度が所定高度以上３ヒなったことを水温
センサ２７が検知すると、制御回路２４は、切換スイッ
チ１２をバイパス通路１１を開き、排気通路９の熱交換
器１０側を閉じるように設定する。かくして、熱交換器
１０での排気ガスによる冷却水の加熱を停止し、冷却水
およびエンジンの過熱を防市する。このとき、上記した
ように冷却水温度が高くな−っているので、切換バルブ
１６も制御回路２ヰにより除々に冷却水をバイパス通路
１４側に通すように設足されろ。バイパス通路１４側に
流された冷却水は、ラジエータ１５において冷却され、
循環経路４を通る冷却水と合流し、冷却水全体の温度を
ドげる。かくして、この点からも冷却水およびエンジン
Ｅのシリンダ・＼ラド部出口１８とは、ラジェータ用冷
却水循環経路２０によって連通されており、この循環経
路２０には、ラジェータ２１が設けられている。上記暖
房用の循環経路４とこのラジェータ用の循環経路２０は
、それぞれ独立したものとなっている。

従って、循環経路４には第１のウォータポンプ２２が、
循環経路２０には第２のウォータポンプ２３が、それぞ
れ別個に設けられている。第１のウォータポンプ２２は
マイクロコンピュータからなる制御回路２４によって連
動制御され、一方第２のウォータポンプ２３はエンジン
Ｅによって駆動されるものである。

循環経路２０には、ラジエ・−夕２１をバイパスするバ
・イハス通路２５が設けられている。このバイパス通路
２５は、エンジンの冷機状態等において冷却水をラジェ
ータ２１を通さずに環流させて、エンジンの暖機を助け
るためのものである。このため、循環通路２０とバイパ
ス通路２５の分岐部にサーモスタットバルブ２６を設け
て、エンジンが十分な暖機状態となるまで、冷却水をバ
イパス通路２５に流すようにしている。

排気通路９には、この通路９を流れる排気ガスの浄化を
行なうための触媒コンパ・−タＣＡ　　が設ケられてい
る。この触媒コンバータＣＡ　　は、触媒ノ作用により
排気ガスの浄化を行なうもので、この浄化作用を十分に
効率よく行なわしめるためには、触媒の湿度あるいは排
気ガスの温度がｒ９［定ｒｇ度以上であることが重安で
ある。また、この触媒コンバータは、その温度が危険温
度以−にになると破損するおそれがあるので、該危険温
度以上にならないように注意する必要がある。

シリンダヘッド水套１ａには、この部分の冷却水の温度
を検出する水温センサ２７が、触媒コンバータＣＡ　　
には、その内部の１’７＊Ａ度を検出する温度センナ２
８が、それぞれ設けられている。上記水温センサ２７お
よび温［隻センサ２８の出力端は、それぞれ上記制御回
路２４０入力端に接続されている。この制御回路２４の
他の入力端には、プロワスイッチ７が接続されており、
該制御回路２４は、プロワスイッチ７からのヒータのＯ
Ｎ　、　ＯＦＦを示す信号Ｓｌ、水温センサ２７からの
冷却水温を示す信号Ｓ２、および温度センサ２８からの
触媒コンバータＣＡ　　の温度を示す信号Ｓ３を受けて
、上記切換バルブ１２．１６および開閉バルブ１３を制
御する。

次に、以上説明した構造の暖房装置の作動について説明
する。

まずエンジンＥが冷機運転状態にあるときの暖房装置の
作動について説明する。暖房装置のプロワスイッチ７が
ＯＦＦからＯＮ状態であるＬＯＷまたは１Ｈのレンジに
移動され、それをろくす信号Ｓｌ、および水温センサ２
７かもの信号Ｓｌが制御装置２４に入力されると、この
制御回路２４は、切換バルブ１２をバイパス通路１１を
閉じる位置に設定し、開閉バルブ１３を開く。切換バル
ブ１６は、プロワスイッチ７がＯＮとなり、冷却水の温
度が低（・ので、該冷却水を循環経路４側に流すよ５Ｖ
Ｃ開いている。一方、サーモスタットバルブ２Ｇは、冷
却水湿度が低いので、該冷却水をバイパス通路２５に流
すように開いている。

また、制御回路２４は、プロワスイッチ７かりの信号Ｓ
１によって第１のウォータポンプ２２を駆動して、冷却
水を錨環経路４内に循環させイ）。

この循環経路４内に循ＬｖＪさせられろ冷却水は、シリ
ンダヘッド水套１ａにおいてエンジンＥのシリンダヘッ
ドによって加熱される。このシリンダヘッドで加熱され
た冷却水は、流出１−１３から循環経路４内に流入し、
熱交換器１０において排気：Ｉｆｉ路９を流れる排気ガ
スによって史に加熱される。この更に加熱された冷却水
かヒータコア５ｖこ送られる。ヒータコ゛ア５は、ブロ
ワ６がも送られて来る空気を加熱して車室内に送り、車
室内を暖房する。

ヒータコア５を通った冷却水は、ウォータポンプ２２に
よって再び流入口２がもシリンダヘッド水套１ａへ戻さ
れる。このように、冷却水は、比較的高渦のシリンダヘ
ッド部と熱交換器１０によって十分に加熱されるので、
エンジンＥの低温時にも十分な暖房温度を得ることがで
きる。

エンジンＥの回転数が序々に上昇し、シリンダヘッド水
套１ａ内の冷却水の高度が所定湯度以上となったことを
水温センサ２７が検知すると、制御回路２４は、切換ス
イッチ１２をバイパス通路１１を開き、排気通路９の熱
交換器１０１１１１を閉じろように設定する。かくして
、熱交換器１ｏでの排気ガスによる冷却水の加熱を停止
１−１冷却水およびエンジンの過熱を防止する。このと
き、上記したように冷却水湿度が高くなっているので、
切換バルブ１６も制御回路２４により徐々に冷却水をバ
イパス通路１４側に通すように設定される。

バイパス通路１４側に流された冷却水は、ラジェータ１
５において冷却され、循環経路４を通る冷却水と合流し
、冷却水全体の温度を下げる。かくして、この点からも
冷却水およびエンジンＥのシリンダヘッド部の過熱が防
止される。

一方、第１のウォータポンプ２３は、エンジンＥＫよっ
て駆動されて冷却水を循環経路２０Ｖｃ循環させるが、
上記１〜たようにエンジンＥの冷機時においてはサーモ
スタットバルブ２６が冷却水をバイパス通路２５に流す
ように設定されているので、冷却水はラジェータ２１を
介しては流れず、従って熱を放熱せず、かくしてエンジ
ンＥの暖機を促進する。エンジンＥの暖機がすすみ、循
環経路２０内を循環する冷却水の招１度が所定渦度以」
二となると、サーモスタットバルブ２６は序々にラジェ
ータ２１にも冷却水を流すように開き、かくして冷却水
はラジェータ２１において冷却され、冷却水およびエン
ジンＥのシリンダブロック都の過熱を防１にする。

また、制御回路２４は、瀞１及センサ２８がらの信号Ｓ
３により、触媒コンバータＣＡ　　の湿度が、該コンバ
ータＣＡ　　の効率よく排気ガスの浄化を行なえる最低
温度より低くなったことを検知［７たとぎ、他の制御系
に優先して切換弁１２を、排気ガスをバイパス通路１１
側に流すように設定する。

かくして、排気ガスは冷却水との熱交換によって熱を損
失することなく、高温のままで触媒コンバータＣＡｖｃ
供給され、従って触媒コンバータＧＡの浄化性能が維持
される。

以」二の暖房装置に、ｌｄいて、第１のウォータポンプ
２２は、基本的には暖房装置作動時には一定の高速回転
速度で回転させ早期暖房を図り、暖房装置を使用しない
ときは水流センサ２７で検出される冷却水の温度、エン
ジン負荷または回転速度等に応じて回転を設定し２、あ
るいはクランキング時には該ウォータポンプ２２を停止
させてもよい。

例えば、暖房装置を使用しない時冷却水の温度に応じて
ウォータポンプ２２を制御する場合は、第２図に示すよ
うに水温セ／す２７で検出されろ冷却水の温度が第１の
所定湯度Ｔ１になるまでは、ウォータポンプ２２を一定
の低速回転で運転して、循環される冷却水がエンジンＥ
によって、十分に加熱されるようになし、あるいはエン
ジンＥが局所的に過熱されるのを防止し、次いで冷却水
の湿度が十分な湿度Ｔ２になるまで、冷却水の温度上昇
に応じてウォータポンプ２２０回転数を）−げろように
なしてエンジンの過熱を防止し、その後は一定回転数で
運転させろ。以」−１冷却水温度て応じてウォータポン
プ２２の運転を制御ずイ）場合Ｖこついて説明したが、
負荷が増大する場合もエンジンＥの局部的過熱が発生す
る場合があるので、１−記とほぼ同様にして負荷の増大
に応じ−（ウォータポンプ２２０回転数を制御すること
が望」１し７い。

また、エンジン始動時、すなわちクランキング時には、
ウォータポンプ２２の作動による電圧低１・による始動
性悪化防止のため、上記Ｌ〜たようにウォータポンプ２
２の作動を一時的に停止にさせるのが望ましい。以−１
−の制御を行なうためには、水蒲１センザ２７の能に、
エンジン負荷センザ、エンジン回転数センサ、クランキ
ングセンザを設け、これらのセンサの出力信号を上記制
御回路に入力するようになすことが必要である。

以」二の実施例においては、ウォータポンプ２２の作動
の制御をマイクロコンピュータを用いた制？Ｍ１回路２
４によって行なうものを説明したが、この制御は第３図
に示すような電気回路で行なってもよい。

第３図に示す電気回路３０は、ウォータポンプ２２の駆
動制御回路であって、差動増幅器３１およびこの差動増
幅器３１の出力端にベースが接続された駆動用トランジ
スタ３２を備えている。差動増幅器３１の一方の入力端
には、水温センサ２７が接続されており、他方の入力端
には、定電圧ｖｒ　　を発生する定電圧発生器３３が接
続されている。差動増幅器３１は、上記定電圧Ｖｒ　　
と、水温センサ２７がシリンダヘッド用水套１ａ内の冷
却水の温度を検知して出力する信号Ｓ２と比較して差信
号Ｓｄ　　を出力する。トランジスタ３２は、冷却水温
が１７以上のとき、その差イ菖号Ｓｄ２に応じた電流で
ウォータポンプ５１を第２図に示すように作動制御する
。上記したように、ポンプ２２は、冷却水が第１の所定
温度Ｔ、になるまで、一定の低速で回転していることが
望ましいので、該ポンプ２２は一定の低電圧を発生する
電源３４にも接続されている。また、トランジスタ３２
のベースには上記プロワスイッチ７と連動する接点７′
が介設されており、この接点７′が投入されたとき、す
なわち暖房装置作動時にはポンプ２２は水７晶センザ２
１の出力に関係なく一定の高回転で回転させられる。以
上により、ポンプ２２は暖房装置を使用しないときは全
体として第２図に示されているようＶＣ駆動されるが、
クランギング時、すなわちエンジンの始動時には、スタ
ータＳｊ　　に多く電流を供給するため、第３図のよう
にポンプノ２０手前に、スタータｓｔ　　のＯＮ時にポ
ンプ２２の作動回路を断つリレー３５を設けて７ト＜こ
とが望ましい。なお、差動３１６幅器３１は、−１−記
のある所定湿度Ｔ、　　となるまでは差信号Ｓｄ　　を
出力せず、ポンプは一定の低床回転を行なう構成とてる
。

以上暖房装置がＯＮのときの制御回路２４、熱交換器１
０等の作用について説明したが、この制御回路２４、熱
交換器１０等は、暖房装置がＯＦＦのときにも使用する
ことができる。なお、ウォータポンプ２２は、冷却水に
よ−ってエンジンを冷却するため、暖房装置がＯＦＦの
とぎにも冷却水温が１２以上のときは一定回転で運転し
ているようにする。

例えば、暖房装置のＯＦＦ時に、温度センサ２８からの
信号Ｓ３に基づき、制御回路２ヰが触媒コンバークＣＡ
　　の温度が破損の危険性のある危険高温となったこと
を検知したとき、該制御回路２４によって切換バルブ１
２を、排気通路９の熱交換器１０が設けられた部分を閉
じ、バイパス通路１１を開（通常位置から、その逆の上
記排気通路９０部分を開き、バイパス通路１１を閉じる
位置に切換え、排気ガスを熱交換器１０において冷却水
との熱交換によって冷却し、この冷却された排気ガスを
触媒コンバータＣＡ　　に供給して、該触媒コンバータ
の湿度を下げ、上記危険状態を回避することができる。

次に第弘図を参照して切換バルブ１２を以上の態様で制
御するための電気回路３６に１）いて説明すると、図に
おいて符号３１は電磁的に割出ｊされるアクチュエータ
であり、このアクチュエータ３７により切換バルブ１２
の切り換え？行なう。

このアクチュエータ３７は、触媒コンバータＣＡの温度
か上記した危険温度より−Ｌつだどき閉じる高度スイッ
チ３８によって励磁されるリレーズ・１ツチ３９によっ
て駆動されるようになって（・る。

湿度スイッチ３８は、プロワスイッチ７のＯＦＦの端７
−　［直列に接続されている。以上の構成のｔに気回路
３６に、より、切換バルブ１２は、プロワスイッチ７が
ＯＦＦ状態すなわち暖房装置がＯＦＦ状態で、かつ触媒
コンバータＣＡ　　の温度かト記危険名度より低いとき
バ・イバス通路１１を閉じ、熱交換器１・Ｏｆｉｌｌの
排気通路９を開くようになっている。

また、エンジンの臥温暖機運転中、１１７　Ｊｊｆ装置
のＯＦＦ時に（１）割水のｃ″品度応じて、切換バルブ
１２を制御して熱交換器１０側の排気通路９を開き１．
該熱交換器１０において冷却水な排気ガスによって加熱
（７、これによつ３てエンジンの暖機を促進することが
できる。

なお、以上の実施例においては、第２のウォータポンプ
２３をエンジンで駆動されるタイプのものとして説明し
たが電気的に制御するようにしてもよい。

また、以上の実施例においては、冷却水套１をシリンダ
ヘッド部とシリンダブロック部に分割する仕切壁を完全
仕切タイプのものとしたが、第５図に示すように冷却水
套のンリンダー＼ツド部とシリンダブロック部の間で多
少冷却水の流通ができるように不完全仕切壁Ｐとしても
よ（・。また、以上の実施例においては、暖房用冷却水
循環経路４とラジェータ用冷却水循環経路２０とが完全
に独ヴしたタイプのものを説明したが、第５図に示すよ
うに一部を共用するタイプのものとしてもよい。

この場合は、図に示すように流出ＩＩ　１８をシリンダ
ヘッド部１ａＫ設けるとともに、この流出１」１８に暖
房装置を使用Ｌ７ないときに開くザーモスタットバルブ
４０を、また通路４と２０の分岐部にザーモスタツトバ
ルブ４１を設けろ必要があるが、第１図に示されたラジ
ェータ１６が不安となるとともに、ウォータポンプＷｐ
　　が７つで寸み、構造がシンプルなものとなる。なお
、ウォータポンプＷｐ　はエンジンＥで駆動されろタイ
プのものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例Ｖこよる暖房装置の概
略図、 第１図は、第１のウォータポンプの作動例を示ずグラフ
、 第３図は、第１のウォータポンプを作動する′眠気回路
の一例を示す回路図、 第≠図は、排気通路とそのバイパス通路の分岐点に設け
られた切換バルブを作動する眠気回路の一例を示す回路
図、 第５図は、不発明の第２の実施例による暖房装置の概略
図である。 Ｅ・・・エンジン　　　　　１・・・冷却水套１ａ・・
・シリンダヘッド水套 １ｂ・・シリンダブロック水套 ４・・暖房用冷却水循環経路 ５・・・ヒータコア　　　　９・・・排気通路１０・・
熱交換器　　　　１１　バイパス通路１２・・・切換パ
ルプ ２０・・・ラジェータ用冷却水循環経路２２・・第１の
ウォータポンプ ２３・・第２のウォータポンプ 特許出願人　東洋り業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジン本体の冷却水套から冷却水を取り出し、排気通
   路に設けられ、排気ガスとの熱交換により、該冷却水を
   加熱する熱交換器および車室内暖房用ヒータコアを経て
   、該冷却水を前記冷却水套に戻すヒータ用冷却水循環経
   路訊前記排気通路に設けられ、前記熱交換器をノくイ・
   くスするノくイノくス通路と、特定状態を検出して、該
   特定状態を示す記号を発生する異常状態検出装置と、前
   記排気通路とバイパス通路の分岐点に設け１゛フれ、暖
   房装置の不作動時は前記バイパス通路を開き、前記特定
   状態検出装置か１う前記信号を受けたとき、前記ノくイ
   バス通路を閉じるように作用する切換ノくルブとな備え
   た水冷エンジン搭載車の暖房装置。