JP3906582B2 - 車両用暖房装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を燃焼することにより車室内を暖房を行う燃焼機を有する車両用暖房装置に関するもので、ディーゼルエンジン等の廃熱が小さい内燃機関を搭載する車両に適用して有効である。
【0002】
【従来の技術】
本発明は、燃料を燃焼することにより車室内を暖房を行う燃焼機を有する車両用暖房装置に関するもので、ディーゼルエンジン等の廃熱が小さい内燃機関を搭載する車両に適用して有効である。
【0003】
【従来の技術】
内燃機関(以下、エンジンと略す。)の廃熱を熱源として車室内の暖房を図っている車両において、エンジン始動直後のいわゆるコールドスタート時、又は廃熱量が小さいディーゼルエンジンでは、十分な暖房能力を発揮することができないので、出願人は、既に燃焼機により暖房能力不足を補う車両用暖房装置(特願平10−161024)を既に出願している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、燃焼機の排気圧はエンジンの排気圧に比べて小さいため、燃焼機の排気側とエンジンの排気側とを単純に連結すると、エンジンの稼働時においては、エンジンの排気が燃焼機に逆流してしまので、燃焼機を安定的に燃焼させることが難しい。
【0005】
そこで、上記出願では、体積(容積)型の送風機(エアポンプ)を用いて燃焼機に空気を圧送することにより燃焼機を安定的に燃焼させているものの、体積型の送風機を必要とするため、車両用暖房装置の製造原価上昇を招いてしまうという問題がある。
また、燃焼機の排気を大気中に放出するための配管を必要とするため、排気系レイアウトが複雑になるという問題もある。
【0006】
本発明は、上記点に鑑み、車両用暖房装置の製造原価上昇を抑制しつつ、燃焼機を安定的に燃焼させることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。すなわち、燃焼機(22)の吸気側と絞り弁(13)より空気流れ上流側とを連通させる燃焼機用吸気管(28)と、燃焼機(22)の排気側とEGRバルブ(31)より吸気管(11)側とを連通させる燃焼機用排気管(32)とを備え、排気再循環管(30)は、絞り弁(13)より空気流れ下流側と排気管(14)とを連通させている。
【0008】
そして、燃焼機(22)の稼働時において、内燃機関(10)の停止時にはEGRバルブ(31)を開くとともに、絞り弁(13)を閉じることで燃焼機(22)の排気は排気管(14)に排出され、燃焼機(22)の稼働時において、内燃機関(10)の稼働時には絞り弁(13)を開くことで燃焼機(22)の排気は吸気管(11)に排出されることを特徴とする。これにより、内燃機関(10)の停止時においては、燃焼機(22)の排気は内燃機関(10)の排気管(14)から大気中に放出される。
【0009】
また、内燃機関(10)の稼働時においては、燃焼機22の排気は、内燃機関(10)に吸入されるので、体積(容積)型の送風機を用いることなく、燃焼機(22)の排気を排出することができ、燃焼機(22)を安定的に燃焼させることができる。
以上に述べたように、本発明に係る車両用暖房装置では、製造原価上昇を抑制しつつ、燃焼機(22)を安定的に燃焼させることができるとともに、燃焼機(22)の排気系のレイアウトを簡素化することができ、燃焼機(22)の車両搭載性を向上させることができる。
【0010】
また、既存のEGRバルブ(31)及び絞り弁(13)を用いているので、新たな部品を設けること無く、燃焼機(22)の排気を内燃機関(10)の排気管(14)側に排出するか、又は内燃機関(10)の吸入側に排出するかを制御することができる。
したがって、車両用暖房装置の製造原価上昇を抑制しつつ、燃焼機(22)を有する車両用暖房装置の車両への搭載性を向上させることができる。
【0011】
燃焼機(22)の稼働時において、内燃機関(10)の稼働時における具体的なEGRバルブ(31)および絞り弁(13)の開閉制御については、例えば、以下の制御を採用できる。
すなわち、燃焼機(22)の稼働時において、内燃機関(10)の稼働時には、EGRバルブ(31)を開くか否かの判定手段(S160)によって、EGRバルブ(31)を開くと判定されたときには、EGRバルブ(31)および絞り弁(13)を開くことで燃焼機(22)の排気は吸気管(11)に排出され、EGRバルブ(31)を開くか否かの判定手段(S160)によって、EGRバルブ(31)を閉じると判定されたときには、EGRバルブ(31)を閉じるとともに絞り弁(13)を開くことで燃焼機(22)の排気は内燃機関(10)の排気と共に吸気管(11)に排出される。
因みに、上記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一例である。
【0012】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1は本実施形態に係る車両用暖房装置の模式図であり、10は車両走行用の水冷式ディーゼルエンジン(液冷式内燃機関)である。
そして、11は、エアクリーナ12にて塵埃が除去された(浄化された)空気を水冷式ディーゼルエンジン(以下、エンジンと略す。)の各気筒に導く吸気管であり、この吸気管11の集合部11aとエアクリーナ12との間には、吸入空気(以下、吸気と略す。)を絞る絞り弁13が設けられている。
【0013】
14は各気筒から排出される排気を集合させて、後述する触媒15に導く排気管であり、15は排気中の炭化水素や窒素酸化などの酸化還元反応を促進することにより排気を浄化する三元触媒(以下、触媒と略す。)である。そして、この触媒15の排気流れ下流側には、触媒15から流出する排気の騒音(排気音)を低減するマフラー(消音器)16が配設されている。
【0014】
また、17はエンジン10内を循環する冷却水(冷却液)を冷却するラジエータであり、18はエンジン10から駆動力を得て冷却水を循環させるウォータポンプである。19はエンジン10から流出した冷却水を、ラジエータ17を迂回させてエンジン10に還流させるパイパス通路であり、20は冷却水温度に応じてエンジン10から流出した冷却水をラジエータ17に流通させる場合と、バイパス通路19に流通させる場合とを切り換える周知のサーモスタットである。
【0015】
因みに、ウォータポンプ18及びバイパス通路19は、通常、エンジン10内に内蔵されている。
21は冷却水を熱源として車室内に吹き出す空気を加熱することにより、車室内を暖房するヒータコア(暖房手段)であり、22はヒータコア21より冷却水流れ上流側に配設されてヒータコア21に流入する冷却水を加熱する燃焼機である。
【0016】
なお、燃焼機22の燃焼状態(停止または燃焼機22の発熱量)、燃焼機22に燃料を圧送する燃料ポンプ(F/P)23、及び電動ウォータポンプ24は、乗員が操作するタイマスイッチ(図示せず)又はリモートコントロール装置(図示せず)等の設定値及び水温センサ25aの検出信号(検出温度)に基づいて電子制御装置(ECU)25により制御される。
【0017】
因みに、水温センサ25a(温度検出手段)は、エンジン10から流出する冷却水温度を検出するものである。
また、26はエンジン10から流出した冷却水を、電動ウォータポンプ24を迂回させて燃焼機22に導くバイパス通路であり、このバイパス通路26には、電動ウォータポンプ24から吐出した冷却水がバイパス通路26を流通して電動ウォータポンプ24の吸入側に還流することを防止する逆止弁27が配設されている。
【0018】
28はエアクリーナ12にて浄化された空気を燃焼機22に導く燃焼機用吸気管であり、この燃焼機用吸気管28は、吸気管11のうち絞り弁13より吸気流れ上流側の部位と燃焼機22の吸気側とを連通させている。
また、燃焼機用吸気管28には、燃焼機22に吸気を送風する電動送風機(以下、送風機と略す。)29が配設されており、本実施形態では、ターボ送風機を採用している。なお、ターボ送風機とは、羽根車の回転運動によって気体に運動エネルギを与える機械を言い、具他的には遠心式送風機、斜流送風機及び軸流送風機等を言う(JIS B 0132)。
【0019】
30はエンジン10の排気を吸気管11に還流させる排気再循環管であり、この排気再循環管30は、吸気管11のうち絞り弁13(集合部11a)より吸気流れ下流側と排気管14のうち触媒15より排気流れ上流側とを連通させるように、吸気管11及び排気管14に接続されている。
31は排気再循環管30を開閉するEGRバルブ(排気再循環バルブ)であり、このEGRバルブ31及び排気再循環管30等により、エンジン10の排気中に含まれる窒素酸化物を低減する、周知の排気再循環装置(EGR)を構成している。なお、EGRバルブ31は、絞り弁13及び燃焼機22等と共にECU25により制御されている。
【0020】
そして、32は、燃焼機22の排気を排気再循環管30のうちEGRバルブ31より吸気管11側に導く燃焼機用排気管32であり、燃焼機22の排気は、後述するように、EGRバルブ31の開閉状態に応じて吸気管11側に排出される場合と、排気管14側に排出される場合とに制御される。
次に、本実施形態に係る車両用暖房装置の作動を図2に示すフローチャートに基づいて述べる。
【0021】
先ず、タイマスイッチ又はリモートコントロール装置からの信号がECU25に読み込まれ(S100)、その信号が燃焼機22を着火(稼働)する(ON信号)か否か(OFF信号か)が判定される(S110)。
そして、信号がOFF信号であると判定された場合には、燃焼機22を停止させる(S120)。なお、既に燃焼機22が停止している場合には、停止状態(OFF状態)を維持する。
【0022】
また、S110にて信号がON信号であると判定された場合には、エンジン10の点火コイル(図示せず)へのイグニッション信号に基づいてエンジン10が稼働中(ON)であるか否(OFF)かを判定し(S130)、エンジン10が停止している場合には、絞り弁13を閉じ、かつ、EGRバルブ31を開いた状態として(S140)、燃料ポンプ23、電動ウォータポンプ24及び送風機29を稼働させて燃焼機22を稼働(着火)させる(S150)。なお、既に燃焼機22が稼働している場合には、稼働状態(ON状態)を維持する。
【0023】
これにより、燃焼機22の排気は、排気再循環管30を流通して触媒15及びマフラー16を通過して大気中に放出される(図1参照)。このとき、絞り弁13が閉じられているので、燃焼機22の排気が再び燃焼機22に吸入されることなく、新気が燃焼機22に吸入される。
一方、エンジン10が稼働中であるときは、エンジン10の燃焼状態(燃焼温度)、エンジン負荷、エンジン回転数及び冷却水温度等に基づいてEGRバルブ31を開く(ON)か否か(OFF)を判定する(S160)。
【0024】
そして、EGRバルブ31を開くと判定されたときには、EGRバルブ31及び絞り弁13を開いて燃焼機22を稼働させる(S170、S150)。これにより、燃焼機22の排気は、エンジン10の排気圧の影響を受けることなく、排気再循環管30を流通してエンジン10に吸入される(図3参照)。
一方、EGRバルブ31を閉じると判定されたときは、EGRバルブ31を閉じるとともに絞り弁13を開いて燃焼機22を稼働させる(S180、S150)。これにより、燃焼機22の排気は、排気再循環管30を流通して吸気管11に向かって流通するエンジン10の排気と共にエンジン10内に吸入される(図4参照)。
【0025】
なお、燃焼機22の稼働時にエンジン10が稼働したときには、エンジン10は、吸入空気と共に燃焼機22の排気を吸入して燃焼(爆発)することとなるので、エンジン10の燃料噴射装置(図示せず)は、燃焼機22の排気が吸入空気中に混入したことによる、吸入空気中の酸素量の低下を考慮して燃料噴射する必要がある。
【0026】
また、本来、絞り弁13は、その開度を調節することにより、絞り弁13より吸気流れ下流側に接続された排気再循環管30の排気出口側の圧力を調整して再循環させるエンジン10の排気を調節するものであるので、絞り弁13の開度は、燃焼機22の停止時においては、エンジン10の燃焼状態(燃焼温度)、エンジン負荷及びエンジン回転数等に基づいて、EGRバルブ31と連動して制御される。
【0027】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
エンジン10の停止時においては、燃焼機22の排気は、排気再循環管30を流通して触媒15に導かれて触媒15にて浄化された後に、マフラー16にて騒音が低減された後に大気中に放出されるので、燃焼機22用の触媒やマフラーを新たに設けることなく、燃焼機22の排気を浄化することができる。
【0028】
また、エンジン10の稼働時においては、燃焼機22の排気は、前述のごとく、EGRバルブ31の開閉状態によらず、エンジン10に吸入されるので、体積(容積)型の送風機を用いることなく、燃焼機22の排気を排出することができ、燃焼機22を安定的に燃焼させることができる。
したがって、本実施形態に係る車両用暖房装置では、製造原価上昇を抑制しつつ、燃焼機22を安定的に燃焼させることができる。
【0029】
また、既存のEGRバルブ31及び絞り弁13を用いているので、新たな部品を設けること無く、燃焼機22の排気を触媒15側に排出するか、又はエンジン10の吸入側に排出するかを制御することができる。したがって、車両用暖房装置の製造原価上昇を抑制しつつ、燃焼機22を有する車両用暖房装置の車両への搭載性を向上させることができる。
【0030】
また、燃焼機22用の触媒やマフラーを新たに設けることなく、燃焼機22の排気を浄化することができるので、燃焼機22を有する車両用暖房装置の車両への搭載性を向上させることができる。
また、燃焼機22の排気も車両の排気管14を経由して大気中に放出されるので、燃焼機22の排気系のレイアウトを簡素化することができ、燃焼機22の車両搭載性を向上させることができる。
【0031】
また、エンジン10の停止時においては、燃焼機22により加熱された冷却水がヒータコア20及びエンジン10を循環するので、車室内に加えて、エンジン10が温められる(暖機される)ので、次回のエンジン始動時において、エンジン10の暖機運転時間を短縮することができる。
また、エンジン10の停止時においては、燃焼機22の排気が触媒14に導かれるので、触媒14の温度を上昇させることができる。したがって、次回のエンジン始動時において、触媒14を所定温度まで上昇させる(触媒14を活性化させる)のに必要な時間を短縮することができるので、エンジン10の排気を速やかに浄化することができる。
【0032】
また、燃焼機22は、エンジン10に比べて燃料がゆっくりと燃焼するため、燃料が完全燃焼し易く、燃焼機22の排気には、エンジン10の排気に比べて酸素量が少ない。このため、エンジン10の排気をエンジン10の吸入側に還流させる、いわゆる通常の排気再循環装置に比べて、排気中の酸素の酸化(燃焼)によってエンジン10の燃焼室内温度が上昇することを抑制することができる。したがって、通常の排気再循環装置に比べて、より確実に窒素酸化物を低減することができる。
【0033】
(第2実施形態)
上述の実施形態では、エンジン10が稼働中であるときは、エンジン10の燃焼状態(燃焼温度)、エンジン負荷、エンジン回転数及び冷却水温度等に基づいてEGRバルブ31を開くか否かを判定する制御ステップ(S160)を設けていたが、本実施形態は、図5に示すように、エンジン10が稼働中であるときは、常に、EGRバルブ31を閉じるとともに、絞り弁13を開くようにしたものである(S260)。
【0034】
なお、図5のS200〜S250は、上述の実施形態(図2)のS100〜S150と同様な制御ステップであるので、本実施形態では、S200〜S250の説明を省略する。
ところで、上述の実施形態では、燃焼機21の熱を冷却水に与えて車室内を暖房したが、燃焼機22にて直接に車室内を加熱暖房してもよい。
【0035】
また、本発明に係る車両用暖房装置は、ディーゼルエンジンを車両に限定されるものではなく、吸気管11に絞り弁13を有するものであれば、ガソリンエンジンにも適用することができる。
また、本発明に係る車両用暖房装置は、エンジン10の排気が有するエネルギにてエンジン10の吸気を過給するターボチャージャ付きエンジンにも適用することができる。
【0036】
なお、この場合は、燃焼機21の吸気側及び排気側は、共にターボチャージャより吸気流れ上流側又は下流側に接続して燃焼機21の吸気側と排気側との圧力差を小さくする必要がある。また、燃焼機22の吸気側と排気側との間にターボチャージャがある場合には、燃焼機22の稼働中はターボチャージャを停止する等して燃焼機22の吸気側と排気側との圧力差を小さくする必要がある。
【0037】
さらに、エンジン10の吸気管11に吸気を冷却するインタークーラが設けられている場合であって、燃焼機22の排気が、吸気管11のうちインタクーラより吸気流れ上流側に排出される場合には、インタクーラに凝縮水を排出するドレン口を設けることが望ましい。
これは、燃焼機21の排気には、水蒸気が多く含まれているため、インタクーラにて燃焼機22の排気が冷却されると、凝縮水が発生するからである。
【0038】
また、上述の実施形態では、イグニッション信号に基づいてエンジン10が稼働中であるか否を判定したか、エンジン10と機械的に連動して稼働するオルタネータ(ジェネレータ)からの信号に基づいてエンジン10が稼働中であるか否かを判定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る車両用暖房装置、及びエンジン停止時における燃焼機の排気流れを示す模式図である。
【図2】第1実施形態に係る車両用暖房装置の制御フローを示すフローチャートである。
【図3】第1実施形態に係る車両用暖房装置、及びエンジン稼働時における燃焼機の排気流れを示す模式図である。
【図4】第1実施形態に係る車両用暖房装置、及びエンジン稼働時における燃焼機の排気流れを示す模式図である。
【図5】第2実施形態に係る車両用暖房装置の制御フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
10…水冷式エンジン(液冷式エンジン)、11…吸気管、
12…エアクリーナ、13…絞り弁、14…排気管、15…三元触媒、
16…マフラー、21…ヒータコア(暖房手段)、22…燃焼機、
29…送風機、30…排気再循環管、31…EGRバルブ、
32…燃焼機用排気管。
Claims (6)
- 内燃機関(10)の吸気管(11)に配設された絞り弁(13)と、
前記内燃機関(10)の排気を大気中に放出する排気管(14)と、
前記内燃機関(10)の排気を前記吸気管(11)に還流させる排気再循環管(30)、及び前記排気再循環管(30)を開閉するEGRバルブ(31)からなる排気再循環装置とを有する車両に適用される車両用暖房装置であって、
前記内燃機関(10)の廃熱を熱源として車室内を暖房する暖房手段(21)と、
燃料を燃焼することにより車室内を暖房する燃焼機(22)と、
前記燃焼機(22)の吸気側と、前記内燃機関(10)の吸気管(11)のうち前記絞り弁(13)より空気流れ上流側とを連通させる燃焼機用吸気管(28)と、
前記燃焼機(22)の排気側と、前記排気再循環管(30)のうち前記EGRバルブ(31)より前記吸気管(11)側とを連通させる燃焼機用排気管(32)とを備え、
前記排気再循環管(30)は、前記吸気管(11)のうち前記絞り弁(13)より空気流れ下流側と前記排気管(14)とを連通させ、
前記燃焼機(22)の稼働時において、前記内燃機関(10)の停止時には前記EGRバルブ(31)を開くとともに、前記絞り弁(13)を閉じることで前記燃焼機(22)の排気は前記排気管(14)に排出され、さらに、前記燃焼機(22)の稼働時において、前記内燃機関(10)の稼働時には前記絞り弁(13)を開くことで前記燃焼機(22)の排気は前記吸気管(11)に排出されることを特徴とする車両用暖房装置。 - 液冷式の内燃機関(10)の吸気管(11)に配設された絞り弁(13)と、
前記内燃機関(10)の排気を大気中に放出する排気管(14)と、
前記内燃機関(10)の排気を前記吸気管(11)に還流させる排気再循環管(30)、及び前記排気再循環管(30)を開閉するEGRバルブ(31)からなる排気再循環装置とを有する車両に適用される車両用暖房装置であって、
前記内燃機関(10)の冷却液を熱源として車室内を暖房するヒータコア(21)と、
燃料を燃焼することにより、前記ヒータコア(21)に流入する冷却液を加熱する燃焼機(22)と、
前記燃焼機(22)の吸気側と、前記内燃機関(10)の吸気管(11)のうち前記絞り弁(13)より空気流れ上流側とを連通させる燃焼機用吸気管(28)と、
前記燃焼機(22)の排気側と、前記排気再循環管(30)のうち前記EGRバルブ(31)より前記吸気管(11)側とを連通させる燃焼機用排気管(32)とを備え、
前記排気再循環管(30)は、前記吸気管(11)のうち前記絞り弁(13)より空気流れ下流側と前記排気管(14)とを連通させ、
前記燃焼機(22)の稼働時において、前記内燃機関(10)の停止時には前記EGRバルブ(31)を開くとともに、前記絞り弁(13)を閉じることで前記燃焼機(22)の排気は前記排気管(14)に排出され、さらに、前記燃焼機(22)の稼働時において、前記内燃機関(10)の稼働時には前記絞り弁(13)を開くことで前記燃焼機(22)の排気は前記吸気管(11)に排出されることを特徴とする車両用暖房装置。 - 前記燃焼機(22)の稼働時において、前記内燃機関(10)の稼働時には、前記EGRバルブ(31)を開くか否かの判定手段(S160)によって、前記EGRバルブ(31)を開くと判定されたときには、前記EGRバルブ(31)および絞り弁(13)を開くことで前記燃焼機(22)の排気は前記吸気管(11)に排出され、前記EGRバルブ(31)を開くか否かの判定手段(S160)によって、前記EGRバルブ(31)を閉じると判定されたときには、前記EGRバルブ(31)を閉じるとともに前記絞り弁(13)を開くことで前記燃焼機(22)の排気は前記内燃機関(10)の排気と共に前記吸気管(11)に排出されることを特徴とする請求項1または2に記載の車両用暖房装置。
- 前記燃焼機(22)の稼働時において、前記内燃機関(10)の稼働時には、前記EGRバルブ(31)を閉じることを特徴とする請求項1または2に記載の車両用暖房装置。
- 前記排気管(14)には、前記内燃機関(10)の排気を浄化する触媒(15)が配設され、前記排気再循環管(30)は、前記排気管(14)のうち前記触媒(15)より排気流れ上流側と連通していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の車両用暖房装置。
- さらに、前記EGRバルブ(31)および絞り弁(13)を制御する電子制御装置(25)を備えることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の車両用暖房装置。
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JP2000094938A (ja) | 2000-04-04 |
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