JPS5918009A - 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。

車輌特に自動車において、冬期運行する隙の居住性を良
好にするためには車室内の暖房が不可欠である。現在こ
の暖房用の装−°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温度が十分に高くならず、従って暖
房も十分には効かない。

そこで、実開昭！；ｊ？−７！；、！；乙０ｇ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、更に排気ガスで
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、十分な暖房温度を得ることができるが、こ
のように冷却水を刊気ガスで更に加熱すると排気ガスの
温度が下がりすぎ、特に触媒コンバータを用いて排気ガ
スを浄化している場合は、触媒コンバータによる十分な
浄化作用が得られない等の異常状態が発生するおそれが
あった。

そこで本発明は、従来の暖房装置の上記欠点に鑑み、上
記したような異常状態の発生全防止することのできる水
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
却水全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、前記熱交換器をパイ・ぐスす
るバイパス通路と、異常状態を検出して、該異常状態を
示す信号全発生する異常状態検出装置と、前記排気通路
とパイ・ぐス通路の分岐点に設けられ、通常は前記バイ
パス通路を閉じ、前記異常状態検出装置から前記信号を
受けたとき、前記排気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。上記異
常状態検出装置によって検出される異常状態としては、
例えば、触媒温度が低いこと、熱交換器に冷却水が供給
されていないこと、冷却水の温度が異常に商いこと、あ
るいは排気ガス温度が低く、逆に冷却水が冷却されてし
まうこと等が挙げられる。なお、排気ガス温１ｗが特に
低くなる原因としては、減速時の燃料カット等が考えら
れる。

本発明の暖房装置によれば、例えばエンノンが触媒コン
バータ金偏えている場合は、該触媒コンバータの温度が
所定の温度よシ低くなったこと全検出して、上記切換バ
ルブをして、排気ガス全バイパス通路に流し、熱交換器
が設けられた排気通路側には流さないようにしたので、
排気ガスが冷却水との熱交換により冷却されず、高温状
態が保たれたまま触媒コンバータに供給され、従って正
常な状態で触媒コンバータにおいて排気ガスの浄化が行
なわれる。また、冷却水の異常商温状態を検出すること
によって本発明の上記制御全行なえば、エンジンのオー
バーヒートヲ防止することができ、寸だ排気ガスの異常
低温音検出して上記制御全行なえば、冷却水が逆に冷却
されてしまうという事態等を防止することができる。

以下添伺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。

第１図は、本発明の第１の実施例による水冷エンノン搭
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（図示せず）に搭載さ
れる水冷式エンノンを示し、このエンノン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ば、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、シリンタブロック部水ｙｉ　ｂ’ｌ構成
している。

シリンダヘッド都水套１ａには、冷却水の流入口２およ
び流出口３が形成されている。この渾入口２および流出
口３とは、暖房用冷却水循ＥＪｉ４路４によって連通さ
れておシ、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ば、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、例えは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ば、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の途中であって、循環経路４の流出口３とヒー
タコア５の間には熱交換器１０が設けられておシ、循環
経路４全通ってヒータコア５に送られる冷却水は、この
熱交換器１゜において排気ガスによって加熱される。排
気通路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がら循壌柱路４内に流入して来
る冷却水の温度が十分に高く、冷却水金熱交換器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からのバイパス通
路１１の分岐部に切換バルブ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。

循環通路４のヒータコア５の上流側に開閉バルブ１３が
設けられており、この開閉バルブ１３は暖房装置が不要
のとき閉じて冷却水がヒータコア５に送られないように
するためのものである。

循環経路４には、ヒータコア５および熱変換器１０をバ
イパスする通路１４が設けられている。

このパイｉ？ス通路１４には、該バイパス通路１４を流
れる冷却水を冷却するラジェータ１５が設けられている
。このバイパス通路１４は、暖房を行なわないときに冷
却水を熱変換器１０およびヒータコア５側の循環経路４
に流さないようにするためのものである。このため、循
３ＪＭ路４とバイノぞス通路１４の分岐部に切換バルブ
１６を設けて、冷却水を、熱ｙ換器１０等が設けられて
いる循環経路４と、パイＡ’ス通路１４の間で調節して
流すようになっている。

一方、シリンダブロック部水套１ｂにも、冷却水の流入
口１７と流出口１日が形成されている。

この流入口１７と流出口１８とは、ラノｘ　−ｐ　用の
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とこのラノエータ用の循環経路
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
２ｏには第コのウォータポンプ２３が、それぞれ別個に
設けらＪしている。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によって駆動制御
され、一方第コのウォータポンプ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、ラジェータ２１をバイパスするバイ
パス通路２５が設けられている。このパイＡ？ス通路２
５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全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バータＣＡが設けられている。こ
の触媒コンバータＣＡは、触媒の作用によシ排気ガスの
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、触媒の温度あるいは排気ガスの温
度が所定温度以上であることが重要である。

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
、その内部の温度を検出する温度センサ２８が、それぞ
れ設けられている。上記水温センサ２７および温度セン
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１回路２
４は、プロワスイッチ７からのヒータのＯＮ、ＯＦＦを
示す信号Ｓ□、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Ｃ
Ａ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Ｈｌのレンジに
移動され、それを示す信号Ｓ□、および水温センサ２７
がらの信号Ｓ２が割病１装置２４に入力されると、この
制御１回路２４は、切換バルブ１２をパイｉ９ス通路１
１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ば、プロワスイッチ７がＯＮとなシ、冷却水
の温度が低いので、該冷却水を循環経路４側に流すよう
に開いている。一方、サーモスタットバルブ２６は、冷
却水温圧が低いので、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からの信号Ｓ工
によって第／のウォータポンプ２２を駆動して、冷却水
を循環経路４内に循環させる。この循環経路４内に循環
させられる冷却水は、ンリンダヘッド水套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、流出口３から循
環経路４内に流入し、熱交換器１０において排気通路９
を流れる排気ガスによって更に加熱される。この更に加
熱された冷却水がヒータコア５に送られる。

ヒータコア５は、ブロワ６がら送られて来る空気を加熱
して車室内に送り、車室内全暖房する。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ＩＷ
、入口２からシリンダヘッド水套１ａへ戻される。この
ように、冷却水は、比較的高温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、エンノンＥ
の低温時にも十分な暖房温度を得ることかで°きる。

エンジンＥの暖機がすすみシリンダヘッド水套１ａ内の
冷却水の温度が庖゛足ＹｌｒＡ度以上となったこと全水
温センサ２７が検知すると、制御回路２４ば、切換スイ
ッチ１２全バイノぐス通路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全防止する。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２４によシ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、第ユのウォータポンプ０２３ば、エンジンＥによ
って駆動されて冷却水を循環経路２０に循環させるが、
上記したようにエン・ノンＥの冷機時においてはサーモ
スタットバルブ２６が冷却水をパイ・ぐス通路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、従って熱全放熱せず、かくしてエン
ノンＥの暖機を促進する。エンジンＥの暖機がすすみ１
ｊ目堀経路２０内を循環する冷却水の温度が所定温度以
十となると、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
ノンＥのシリンダブロック部の過熱を防止する。

また、制御回路２４ば、温度センサ２８からの信号Ｓ３
によシ、触媒コンバータＣＡの温度が、該コンバータＣ
Ａ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したとき、他の制御系に優先して切
換弁１２を、排気ガス＞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ｉｔで触媒コンバータＣＡに供給
され、従って触媒コンバータＣＡの浄化性能が維持さＪ
する。

以上の暖房装置において、第／のウォータポンプ０２２
は、基本的には暖房装置作動時には一定の関連回転速度
で回転させ早期暖機を図り、暖房装置を使用しないとき
は水温センサ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、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
うに水温センサ２７で検出される冷却水の温度が第１の
所定温度１□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で、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、あるいはエンノ
ンＥが局所的に過熱されるのを防止し、次いで冷却水の
温度が十分な温度Ｔ２になる捷で、冷却水の温度上昇に
応じてウォータポンプ２２の回転数ヲートげろようにな
してエンジンの過熱を防止し、その後は一定回転数で運
転させる。以上、冷却水温１！３１に応じてウォータポ
ンプ２２の運転を制御する場合について説明したが、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、上ｉ己とはソ同様にして負荷の増大に
応じてウォータポンプ２２の回転数全制御することが望
ましい。また、エンシン始動時、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ドＶこ
よる始動性悪化防止のため、上記したようにウォータポ
ンプ２２の作動を一時的に停止させるのが望マ２シい。

以上の制御を行なうためには、水温センサ２７の他に、
エンジン負荷センサ、エンジン回転数センサ、クランキ
ングセンサを設け、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。

以上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御回路２４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２
１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全出力する
。トランジスタ３２は、冷却水温がＴよ以上のとき、こ
の差信号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、ボン
７°２２は、冷却水が第／の所定温度Ｔ０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３２０ペースには上記プロワ
スイッチＩと連動する接点７′が介設されておシ、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は水温センサ２７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１図に示されて
いるように駆動されるが、クランキング時、すなわちエ
ンノンの始動時には、スタータＳｔに多く電流を供給す
るため、第３図のようにポンプ２２の手前に、スターク
ＳｔのＯＮ時に７」？ンゾ２２の作動回路を断つリレー
３５ｆｆ：設けておくことが望ましい。なお差動増幅器
３１は、上記のある所定温度■　となるまでは差信号Ｓ
ｄを出力せずポンプｔｉ一定の低速回転を行なう構成と
する。

次に第７図を参照して切換・クルシブ１２を電気的に制
御するための電気回路３６について説明すると、図にお
いて符号３７は電磁的に制御されるアクチュエータであ
シ、このアクチュエータ３１により切換バルブ１２の切
り換えを行なう。このアクチュエータ３７ば、触媒コン
ノ９−タＣＡの温度が上記した所定温度より下ったとき
閉じる温度スイッチ３８によって励磁されるリレースイ
ッチ３９によって駆動されるようになっている。温度ス
イッチ３８は、プロワスイッチｒＶＣｉｌ１Ｍ列に接続
されている。以上の構成の電気１ｉ、＋ｌ路３６に工り
、ＩＪＪ　１％バルブ１２は、プロワスイッチ７がＬｏ
ｗｔたはＨｌのＯＮ状態すなわち暖房装置がＯＮ状態で
、かつ触媒コンバータＣＡの温度が上記１９［定温度よ
り低いとき・笥・ぐス通路１１を開くように切り換えら
れるようになっている。

なお、以上の実施例においては、第２σ）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１−る仕切壁を完
全仕切タイプのものとしたが、第Ｓ図に示すように冷却
水套のシリンダヘッ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
もよい。また、以上の実施例においては、暖房用冷却水
循環経路４とラジェータ用冷割水循環紅路２０とが完全
に独立したタイプのものを説明したが、第Ｓ図にンｊ＜
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ロ１８ケノリングヘッド
部１ａに設けるとともに、この加１出口１８に冷却水が
所定温度以上となったときにｌ：ｊｌくサーモスタット
ノＺルブ４０を、また通路４と２０の分岐部にサーモス
タット・Ｚ）レブ４１を設置する心安があるが、第７図
に不されたラノエータ１６が不−安となるとともに、ウ
ォータポンプＷｐが７つですみ、構造が゛シンゾルなも
のとなる。なお、ウォータポンプＷｐはエンジンＥで駆
動されるタイプのものとする。

【図面の簡単な説明】

第７図は、本発明の第１の実施例による暖房装置の概略
図、 第２図は、第１のウォータポンプの作動例を示すグラフ
、 第３図は、第１のウォータポンプ全作動する電気回路の
一例を示す回路図、 第７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電気回路の一例を示す回路
図、 第Ｓ図は、水元−明の第コの実施例による暖房装置の概
略図である。 Ｅ・・・エンノン、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
・・・暖房用冷却水循環通路、５・・・ヒータコア、９
・・・排気通路、１０・・・熱交換器、１１・・・パイ
・ぐス通路、１２・・・切換バルブ、２０・・・ラジェ
ータ用冷割水循。 環通路、２２・・・第／のウォータポンプ、２３・・・
第ノのウォータポンプ。 特許出願人　　東洋工業株式会社

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ょシ、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、異常状態を検出して、該異常状
   態を示す信号を発生する異常状態検出装−′と、前記排
   気通路とバイパス通路の分岐点に設けられ、通常は前記
   バイパス通路を閉じ、前記異常状態検出装置から前記信
   号を受けたとき、前記排気通路を閉じるように作用する
   切換バルブとを備えた水冷エンジン搭載車の暖房装置。