JP3906582B2 - 車両用暖房装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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