JP4016832B2

JP4016832B2 - Vehicle heating system

Info

Publication number: JP4016832B2
Application number: JP2002376877A
Authority: JP
Inventors: 彰夫松岡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: JP2004203306A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用暖房装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用暖房装置では、エンジン冷却水を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するヒータのエンジン冷却水流れ上流側に燃焼式ヒータ等の加熱器を設けるとともに、ヒータに流入する冷却水を加熱器にて加熱することにより暖房能力を加熱器にて補完して急速暖房能力を高めている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２９１３４８４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に記載の発明では、車両に搭載された熱機関であるエンジンとヒータとの間でエンジン冷却水を循環させる温水回路に加熱器を設けているので、加熱器からエンジン冷却水に与えられた熱がエンジンに吸熱されてしまうおそれが高い。
【０００５】
しかも、エンジンの熱容量は非常に大きいので、加熱器からエンジン冷却水に与えられた熱の多くがエンジンに吸熱されてしまい、ヒータに流入するエンジン冷却水の温度を短時間で暖房を行うに十分な温度まで上昇させることは難しい。
【０００６】
したがって、特許文献１に記載の発明では、急速暖房能力を効果的に高めことが難しいと言う問題を有している。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な車両用暖房装置を提供し、第２には、急速暖房能力を確実に高めことを目的とする。
【０００８】
【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、請求項１に記載の発明では、車両に搭載された熱機関（２）で発生した熱を回収した冷却液を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するヒータ（１）と、ヒータ（１）を流出した冷却液を熱機関（２）を迂回させてヒータ（１）に導くバイパス通路（３）と、熱機関（２）から流出してヒータ（１）側に供給される冷却液通路を開閉する弁であって、バイパス通路（３）及びヒータ（１）からなる冷却液の閉回路を構成するための制御バルブ（４）と、閉回路のうちヒータ（１）の冷却液入口側に設けられ、冷却液を加熱する加熱器（５）と、閉回路のうちバイパス通路（３）に設けられ、冷却液を循環させるポンプ（６）と、閉回路のうちバイパス通路（３）に設けられ、制御バルブ（４）を開いて閉回路を開いたときに熱機関（２）から流出した冷却液がヒータ（１）を迂回して循環することを防止する逆止弁（７）と、熱機関（２）から流出した冷却液と室外空気とを熱交換して冷却液を冷却する放熱器（８）と、放熱器（８）に循環させる冷却液量と放熱器（８）を迂回させる冷却液量とを調節する流量制御弁（９）と、熱機関（２）から動力を得て冷却液を循環させるポンプ（１０）とを備え、制御バルブ（４）は、熱機関（２）と閉回路との間に設けられており、熱機関（２）、放熱器（８）、流量制御弁（９）及びポンプ（１０）からなる冷却液回路から閉回路を独立させるように構成されており、熱機関（２）から流出する冷却液の温度が所定温度以下の場合には、閉回路を構成した状態で加熱器（５）及びポンプ（６）を稼動させることを特徴とする。
【０００９】
これにより、加熱器（５）で発生した熱が、熱容量が非常に大きい熱機関（２）に吸熱されてしまうことを防止できるので、ヒータ（１）に流入する冷却液の温度を短時間で暖房を行うに十分な温度まで上昇させることができ、急速暖房能力を効果的に高めことができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、熱機関（２）から流出する冷却液の温度が、所定温度より高く、かつ、所定温度より高い第２の所定温度以下の場合には、制御バルブ（４）を作動させて加熱器（５）にて加熱された冷却液が熱機関（２）内を循環し得る状態として加熱器（５）を稼動させることを特徴とする。
【００１１】
これにより、暖房能力を加熱器（５）にて補完しつつ、加熱器（５）で発生した熱を冷却液を介して熱機関（２）に与えることができるので、急速暖房を行いながら、熱機関（２）の暖機運転を促進することができる。延いては、暖機運転時間を短縮することができるので、冷間始動時（コールドスタート時）に排出ガスと共に排出される有害物質を低減することができる。
【００１２】
また、本発明では、熱機関（２）で発生した熱を回収した冷却液を加熱器（５）で更に加熱することにより、熱機関（２）で発生した熱を有効利用して加熱器（５）の消費エネルギが増大することを抑制しながら暖房能力を補完することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、熱機関（２）から流出する冷却液の温度が第２の所定温度より高い場合には加熱器（５）を停止させることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、熱機関（２）内を循環する冷却液の温度が閉回路内を循環する冷却液の温度以上となったときに、制御バルブ（４）を作動させて熱機関（２）内を循環した冷却液がヒータ（１）に循環し得る状態とすることを特徴とする。
【００１５】
これにより、ヒータ（１）に流れる込む冷却液の温度が急激に低下するように変化してしまうことを未然に防止できるので、空調感が大きく悪化してしまうことを防止でき得る。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、車両に搭載された熱機関（２）で発生した熱を回収した冷却液を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するヒータ（１）と、ヒータ（１）を流出した冷却液を熱機関（２）を迂回させてヒータ（１）に導くバイパス通路（３）と、熱機関（２）から流出してヒータ（１）側に供給される冷却液通路を開閉する弁であって、バイパス通路（３）及びヒータ（１）からなる冷却液の閉回路を構成するための制御バルブ（４）と、閉回路のうちヒータ（１）の冷却液入口側に設けられ、冷却液を加熱する加熱器（５）と、閉回路のうちバイパス通路（３）に設けられ、冷却液を循環させるポンプ（６）と、閉回路のうちバイパス通路（３）に設けられ、制御バルブ（４）を開いて閉回路を開いたときに熱機関（２）から流出した冷却液がヒータ（１）を迂回して循環することを防止する逆止弁（７）と、熱機関（２）から流出した冷却液と室外空気とを熱交換して冷却液を冷却する放熱器（８）と、放熱器（８）に循環させる冷却液量と放熱器（８）を迂回させる冷却液量とを調節する流量制御弁（９）と、熱機関（２）から動力を得て冷却液を循環させるポンプ（１０）とを備え、制御バルブ（４）は、熱機関（２）と閉回路との間に設けられており、熱機関（２）、放熱器（８）、流量制御弁（９）及びポンプ（１０）からなる冷却液回路から閉回路を独立させるように構成されており、熱機関（２）が始動する前に室内の暖房を行うプレヒート時には、閉回路を構成した状態で加熱器（５）及びポンプ（６）を稼動させることを特徴とする。
【００１７】
これにより、加熱器（５）で発生した熱が、熱容量が非常に大きい熱機関（２）に吸熱されてしまうことを防止できるので、ヒータ（１）に流入する冷却液の温度を短時間で暖房を行うに十分な温度まで上昇させることができ、プレヒート時における急速暖房能力を効果的に高めことができる。
【００１８】
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。
【００１９】
【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温水回路（エンジン冷却水回路）を示す模式図であり、図２は燃焼式ヒータの構造を示す模式図である。
【００２０】
図１中、ヒータ１は、走行用のエンジン２で発生した熱を回収するエンジン冷却水を熱源として室内に吹き出す空気を加熱する暖房用熱交換器であり、バイパス通路３は、ヒータ１を流出したエンジン冷却水をエンジン２を迂回させてヒータ１に導く冷却液通路である。
【００２１】
開閉弁４はエンジン２から流出してヒータ１側に供給されるエンジン冷却水通路を開閉することにより、バイパス通路３とヒータ１との間で温水（エンジン冷却水）を循環させる閉回路を構成するための制御バルブである。
【００２２】
そして、この閉回路のうちヒータ１のエンジン冷却水入口側には、エンジン冷却水を加熱する加熱器をなす燃焼式ヒータ５が設けられ、閉回路のうちバイパス通路３には、エンジン冷却水を循環させる電動式のポンプ６、及び開閉弁４を開いて閉回路を開いたときにエンジン２から流出したエンジン冷却水がヒータ１を迂回して循環することを防止する逆止弁７が設けられている。なお、燃焼式ヒータ５の構造は後述する。
【００２３】
ラジエータ８はエンジン２から流出したエンジン冷却水と室外空気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する放熱器であり、サーモスタット９は、ラジエータ８に循環させるエンジン冷却水量とラジエータ８を迂回させるエンジン冷却水量とを調節することによりエンジン２の温度を所定温度に保つための流量制御弁である。
【００２４】
ポンプ１０はエンジン２から動力を得てエンジン冷却水を循環させる渦巻きポンプ等の遠心ポンプである。なお、ポンプ１０はエンジン２から動力を得て稼動するので、エンジン回転数に比例してポンプ回転数が変化し、その稼動状態は制御することができない。一方、ポンプ６は電動式であるので、エンジン２の稼動状態に影響されることなく、その稼動状態を制御することができる。
【００２５】
なお、図示しない電子制御装置には、エンジン２から流出するエンジン冷却水の温度、燃焼式ヒータ５から流出するエンジン冷却水の温度（後述する水温センサ５ｔの検出温度）、並びに室内空気温度や室外空気温度及び乗員が設定入力した希望温度等が入力されており、電子制御装置はこれらの検出値に基づいて予め設定されたプログラムに従って開閉弁４、燃焼式ヒータ５及びポンプ６等を制御する。
【００２６】
次に、燃焼式ヒータ５について述べる。
【００２７】
図２中、第１燃焼筒５ａは燃料を着火燃焼させる第１燃焼室５ｂを構成するコップ状のものであり、この第１燃焼筒５ａの開口側には、第１燃焼筒５ａにて発生した火炎を拡大燃焼させる第１燃焼室５ｃを構成する円筒状の第２燃焼筒５ｄが溶接されている。
【００２８】
因みに、本実施形態では、第１燃焼室５ｂと第２燃焼室５ｃとを連通させるオリフィス５ｅの直径を、第１燃焼室５ｂの直径、及び第２燃焼室５ｃの直径より小さくすることで、第１燃焼室５ｂ内の火炎が吹き消えて失火してしまうことを防止している。
【００２９】
また、第１燃焼筒５ａの円筒部には、第１燃焼室５ｂ内に燃焼用空気を導入する複数個の空気導入口５ｆ、及び第１燃焼室５ｂ内のうち燃料が濃い領域に空気を吹き出す複数個の吹出口５ｇが設けられている。
【００３０】
ここで、空気導入口５ｆは、図３（ａ）に示すように、第１燃焼筒５ａの軸方向と直交する方向、すなわち第１燃焼筒５ａの中心軸側に向けて開口し、一方、吹出口５ｇは、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、空気導入口５ｆと同一方向に開口した空気穴５ｈと対向する位置に所定間隔を有して配置された衝突板５ｉにより、その空気吹出方向が第１燃焼筒５ａの内周面に沿った周方向となるように開口している。
【００３１】
したがって、空気導入口５ｆから第１燃焼室５ｂ内に流入した空気は、図４に示すように、第１燃焼筒５ａの径方向中心側、すなわち第１燃焼筒５ａの中心軸側に向けて吹き出し、吹出口５ｇから吹き出す空気は、衝突板５ｉにより第１燃焼筒５ａの内周面に沿った周方向両側（図４の右回り及び左回り）に吹き出す。
【００３２】
また、吹出口５ｇは、２個１組、つまり衝突板１個につき両側に吹出口５ｇが形成されて第１燃焼筒５ａの周方向に４組並んで設けられ、各衝突板５ｉには、第１燃焼筒５ａの軸方向と直交する方向、つまり第１燃焼筒５ａの中心軸側に向けて開口した空気穴５ｊが設けられている。
【００３３】
また、第１燃焼筒５ａの軸方向一端側には、図３（ａ）に示すように、燃料を保持する略円盤状のウィック５ｋが配設されており、このウィック５ｋは金属メッシュ製のもので、その空隙に燃料を一時的に保持することにより燃料の気化を促すものである。なお、ウィック押さえ５ｍはウィック５ｋを第１燃焼筒５ａに固定するリング状に形成されたものである。
【００３４】
また、グロープラグ５ｎは通電することによりウィック５ｋに保持された燃料を加熱着火させるものであり、このグロープラグ５ｎは、その長手方向が第１燃焼室５ｂの軸方向と直交する方向に延びて第１燃焼筒５ａ内外を貫通した状態で、グロープラグ５ｎの長手方向とウィック５ｋとが略平行となるように第１燃焼筒５ａに固定されている。
【００３５】
また、図２中、冷却水通路５ｐは第２燃焼筒５ｄ周りに形成された円筒状の排気通路５ｑを覆うように形成された、一種のウォータジャケットであり、この冷却水通路５ｐを流通する冷却水と排気通路５ｑを流通する燃焼ガスとを熱交換することより燃焼により発生した熱をエンジン冷却水に取り込む熱交換器が構成されている。
【００３６】
因みに、流入口５ｒは冷却水の流入部であり、流出口５ｓは冷却水の流出部であり、水温センサ５ｔは冷却水通路５ｐ内（流出口５ｓ近傍）の冷却水温度を検出する温度検出手段である。
【００３７】
また、冷却水側伝熱フィン５ｕは冷却水との伝熱面積を増大させるものであり、燃焼ガス側伝熱フィン５ｖは燃焼ガスとの伝熱面積を増大させるものであり、これらのフィン５ｕ、５ｖにより熱交換器３の熱交換効率の向上を図っている。
【００３８】
また、第１排気口５ｗは熱交換を終えて流出する燃焼ガスを燃焼式ヒータ５外に排出する通路であり、この排気口５ｗ近傍には、電気抵抗値の変化を利用して燃焼ガスの温度を検出することにより着火又は失火を検出するフレームセンサ５ｘが配設され、燃料ポンプから送られてくる燃料は、燃料パイプ５ｙを介してウィック５ｋに供給され、エアポンプ５ｏは吸入口５ｚから空気を吸入する。
【００３９】
なお、図２ではエアポンプ５ｏは、軸流ポンプのごとく記載されているが、本実施形態では、エアポンプ５ｏとして、ウェスコ（渦流）式のエアポンプを採用している。
【００４０】
次に、本実施形態に係る車両用暖房装置の特徴的作動及びその効果を述べる。
【００４１】
１．エンジン冷却水の温度が第１所定温度以下のとき（図５参照）
エンジン冷却水の温度が第１所定温度以下のときには、開閉弁４を閉じて前記閉回路を構成した状態で燃焼式ヒータ５及びポンプ６を稼動させる。
【００４２】
これにより、燃焼式ヒータ５にて加熱されたエンジン冷却水（温水）は、エンジン２内を循環することなく、燃焼式ヒータ５→ヒータ１→ポンプ６→逆止弁７→燃焼式ヒータ５の順で閉回路内を循環する。
【００４３】
したがって、燃焼式ヒータ５で発生した熱が熱容量が非常に大きいエンジン２に吸熱されてしまうことを防止できるので、ヒータ１に流入するエンジン冷却水の温度を短時間で暖房を行うに十分な温度まで上昇させることができ、急速暖房能力を効果的に高めことができる。
【００４４】
なお、第１所定温度は室内に吹き出す空気を十分に加熱することができる程度の温度に設定する必要があり、本実施形態では、第１所定温度を約６０℃としている。
【００４５】
２．エンジン冷却水の温度が第１所定温度より高く、かつ、第２所定温度以下のとき（図６参照）
開閉弁４を開いて燃焼式ヒータ５にて加熱されたエンジン冷却水がエンジン２内を循環し得るオープン状態として燃焼式ヒータ５を稼動し続ける。
【００４６】
なお、ポンプ１０にてエンジン冷却水をヒータ１にも循環させることができるので、ポンプ６は停止させることが望ましいが、燃焼式ヒータ５が停止するまで稼動させ続けてもよい。
【００４７】
これにより、暖房能力を燃焼式ヒータ５にて補完しつつ、燃焼式ヒータ５で発生した熱をエンジン冷却水を介してエンジン２に与えることができるので、急速暖房を行いながら、エンジン２の暖機運転を促進することができる。延いては、暖機運転時間を短縮することができるので、冷間始動時（コールドスタート時）に排出ガスと共に排出される有害物質を低減することができる。
【００４８】
なお、第２所定温度は、第１所定温度より高い温度であって、エンジン２側のエンジン冷却水がヒータ１側に流入しても暖房装置から室内に吹き出す空気の温度が大きく低下して乗員に対して違和感を与えない程度の温度に設定する必要があり、本実施形態では第２所定温度を約８０℃としている。
【００４９】
３．エンジン冷却水の温度が第２所定温度より高いとき
オープン状態としたまま燃焼式ヒータ５を停止させて、エンジン２から流出するエンジン冷却水を燃焼式ヒータ５にて加熱することなくヒータ１に循環させる。
【００５０】
これにより、エンジン２の廃熱のみで暖房を行うこととなるので、暖房のために必要な燃料を低減することができる。
【００５１】
なお、本実施形態では、第２所定温度より高い温度であって、エンジン２から流出するエンジン冷却水のみで十分に暖房ができる温度（例えば、８５℃）となったときに燃焼式ヒータ５を停止させている。
【００５２】
（第２実施形態）
第１実施形態では、エンジン冷却水の温度が第１所定温度より高くなったときに、一気に開閉弁４を開けたが、本実施形態では、エンジン冷却水の温度が第１所定温度より高くなったときに、所定の時間を費やして徐々に閉回路状態からオープン状態に移行するものである。
【００５３】
これにより、エンジン冷却水の温度が第１所定温度より高くなったときに、ヒータ１に流れる込むエンジン冷却水の温度が急激に低下するように変化してしまうことを未然に防止できるので、乗員に対して大きな違和感を与えてしまうことを防止でき得る。
【００５４】
（第３実施形態）
第１実施形態では、エンジン冷却水の温度が第１所定温度より高くなったときに開閉弁４を開けたが、本実施形態では、エンジン２内を循環するエンジン冷却水の温度が前記閉回路内を循環するエンジン冷却水の温度以上となったときに、開閉弁４を開いて閉回路をオープン状態とするものである。
【００５５】
これにより、ヒータ１に流れる込むエンジン冷却水の温度が急激に低下するように変化してしまうことを未然に防止できるので、乗員に対して大きな違和感を与えてしまうことを防止でき得る。
【００５６】
（第４実施形態）
本実施形態は、エンジン２を始動させる前に室内の暖房を行うプレーヒート運転に本発明を適用したものである。
【００５７】
具体的には、プレーヒート運転時には、図７に示すように、開閉弁４を閉じて閉回路を構成した状態で燃焼式ヒータ５及びポンプ６を稼動させるものである。
【００５８】
これにより、燃焼式ヒータ５で発生した熱が熱容量が非常に大きいエンジン２に吸熱されてしまうことを防止できるので、ヒータ１に流入するエンジン冷却水の温度を短時間で暖房を行うに十分な温度まで上昇させることができ、急速暖房能力を効果的に高めことができる。
【００５９】
なお、エンジン２が停止しているときには、エンジン２内の通水抵抗が非常に大きいので、開閉弁４を開いてもエンジン２側に殆どエンジン冷却水が流れない。したがって、開閉弁４を開いた状態で燃焼式ヒータ５及びポンプ６を稼動させても本実施形態を実施することができる。
【００６０】
（第５実施形態）
上述の実施形態では、開閉弁４を燃焼式ヒータ５のエンジン冷却水入口側に設けたが、本実施形態は、図８に示すように、バイパス通路３とヒータ１のエンジン冷却水出口側との合流部よりエンジン２側に開閉弁４を配置したものである。
【００６１】
（第６実施形態）
上述の実施形態では、二方弁である開閉弁４にて閉回路状態とオープン状態とを切り替えたが、本実施形態は、図９に示すように、三方弁４ａにて閉回路状態とオープン状態とを切り替える制御バルブを構成したものである。
【００６２】
なお、本実施形態では、閉回路状態において、エンジン２から流出した冷却水は、三方弁４ａにより切り替えられたバイパス通路３ａを流れるので、閉回路状態におけるエンジン２側の通水抵抗が小さくなる。したがって、ポンプ１０の負荷が小さくなるので、ポンプ１０の消費動力が小さくなり、車両燃費が向上する。
【００６３】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、ヒータ１内を循環するエンジン冷却水を加熱する加熱器として燃焼式ヒータを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば電気ヒータを用いてもよい。
【００６４】
また、上述の実施形態では第１所定温度を６０℃としたが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、第１所定温度を低く設定すれば、暖機運転時間をより短縮することができ得る。
【００６５】
また、上述の熱機関として内燃機関であるエンジンを採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用暖房装置の温水回路（エンジン冷却水回路）を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る燃焼式ヒータの構造を示す模式図である。
【図３】（ａ）は図２の一部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る燃焼器の第２燃焼筒の径方向断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る車両用暖房装置の温水回路の温水流れを示す模式図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る車両用暖房装置の温水回路の温水流れを示す模式図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る車両用暖房装置の温水回路の温水流れを示す模式図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る車両用暖房装置の温水回路（エンジン冷却水回路）を示す模式図である。
【図９】本発明の第６実施形態に係る車両用暖房装置の温水回路（エンジン冷却水回路）を示す模式図である。
【符号の説明】
１…ヒータ、２…エンジン、３…バイパス通路、４…開閉弁、
５…燃焼式ヒータ、６…電動ポンプ、７…逆止弁、８…ラジエータ、
９…サーモスタット、１０…メカポンプ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle heating device.
[0002]
[Prior art]
In a conventional vehicle heating apparatus, a heater such as a combustion heater is provided on the upstream side of the engine cooling water flow of a heater that heats air blown into the room using engine cooling water as a heat source, and the cooling water flowing into the heater is heated by the heater. Heating is supplemented with a heater to increase the rapid heating capacity (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2913484 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the invention described in Patent Document 1, a heater is provided in a hot water circuit that circulates engine cooling water between an engine that is a heat engine mounted on a vehicle and a heater. There is a high possibility that the heat given to the water is absorbed by the engine.
[0005]
Moreover, since the heat capacity of the engine is very large, most of the heat given to the engine cooling water from the heater is absorbed by the engine, so that the temperature of the engine cooling water flowing into the heater is sufficient for heating in a short time. It is difficult to raise the temperature to a certain level.
[0006]
Therefore, the invention described in Patent Document 1 has a problem that it is difficult to effectively increase the rapid heating capacity.
[0007]
In view of the above points, the present invention firstly provides a novel vehicle heating apparatus that is different from the conventional one, and secondly, it is an object of the present invention to reliably increase rapid heating capacity.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in the invention according to the first aspect, air that is blown out indoors is heated by using a coolant that has recovered heat generated by a heat engine (2) mounted on a vehicle as a heat source. The heater (1), a bypass passage (3) for guiding the coolant flowing out of the heater (1) around the heat engine (2) and leading to the heater (1), and outflowing from the heat engine (2) to the heater (1 ) a valve for opening and closing the coolant passage to be supplied to the side, the bypass passage (3) and a heater (control valves for constituting the coolant closed circuit consisting of 1) (4), of the closed circuit A heater (5) provided on the coolant inlet side of the heater (1), a heater ( 5) for heating the coolant, a pump (6) provided in the bypass passage (3) of the closed circuit for circulating the coolant , and closed In the bypass passage (3) of the circuit, open the control valve (4) A check valve (7) that prevents the coolant flowing out of the heat engine (2) from circulating around the heater (1) when the circuit is opened, and the coolant flowing out of the heat engine (2); A radiator (8) that cools the coolant by exchanging heat with outdoor air, and a flow rate control valve that adjusts the amount of coolant circulated through the radiator (8) and the amount of coolant that bypasses the radiator (8) (9) and a pump (10) for obtaining power from the heat engine (2) and circulating the coolant , and the control valve (4) is provided between the heat engine (2) and the closed circuit. The closed circuit is made independent from the coolant circuit composed of the heat engine (2), the radiator (8), the flow control valve (9) and the pump (10 ), and flows out of the heat engine (2). When the temperature of the coolant to be used is lower than the predetermined temperature, the heater (5) and the pump (6) It characterized thereby moving.
[0009]
As a result, the heat generated in the heater (5) can be prevented from being absorbed by the heat engine (2) having a very large heat capacity, so that the temperature of the coolant flowing into the heater (1) can be reduced in a short time. The temperature can be increased to a temperature sufficient for heating, and the rapid heating capacity can be effectively increased.
[0010]
In the invention according to claim 2, when the temperature of the coolant flowing out of the heat engine (2) is higher than the predetermined temperature and not higher than the second predetermined temperature higher than the predetermined temperature, the control valve (4) And the heater (5) is operated so that the coolant heated by the heater (5) can circulate in the heat engine (2).
[0011]
As a result, the heat generated in the heater (5) can be given to the heat engine (2) through the coolant while complementing the heating capacity with the heater (5). The warm-up operation of the heat engine (2) can be promoted. As a result, since the warm-up operation time can be shortened, harmful substances discharged together with the exhaust gas at the cold start (during cold start) can be reduced.
[0012]
Further, in the present invention, the cooling liquid recovered from the heat generated in the heat engine (2) is further heated by the heater (5), thereby effectively utilizing the heat generated in the heat engine (2). Heating capacity can be supplemented while suppressing the increase in energy consumption of 5).
[0013]
The invention according to claim 3 is characterized in that the heater (5) is stopped when the temperature of the coolant flowing out of the heat engine (2) is higher than the second predetermined temperature.
[0014]
In the invention according to claim 4, when the temperature of the coolant circulating in the heat engine (2) becomes equal to or higher than the temperature of the coolant circulating in the closed circuit, the control valve (4) is operated to generate heat. The cooling liquid circulated in the engine (2) can be circulated to the heater (1).
[0015]
Thereby, since it can prevent beforehand that the temperature of the coolant which flows into the heater (1) changes so that it may fall rapidly, it can prevent that an air-conditioning feeling deteriorates greatly.
[0016]
In invention of Claim 5, the heater (1) which heats the air which blows off indoors by using the cooling fluid which collect | recovered the heat which generate | occur | produced in the heat engine (2) mounted in the vehicle as a heat source, and flows out the heater (1) The bypass passage (3) that bypasses the heat engine (2) to the heater (1) and opens the coolant passage that flows out of the heat engine (2) and is supplied to the heater (1) side. a valve, a control valve for configuring the bypass passage (3) and a closed circuit of the cooling fluid consisting of the heater (1) (4), provided in the coolant inlet side of the heater (1) of the closed circuit A heater (5) for heating the coolant, a bypass circuit (3) in the closed circuit, a pump (6) for circulating the coolant, and a bypass channel (3) in the closed circuit, From the heat engine (2) when the control valve (4) is opened and the closed circuit is opened Cooling the coolant by exchanging heat between the check valve (7) that prevents the circulating coolant from circulating around the heater (1) and the outside air from the heat engine (2) The heat radiator (8), the flow rate control valve (9) for adjusting the amount of coolant to be circulated to the radiator (8) and the amount of coolant to bypass the radiator (8), and the power from the heat engine (2) The control valve (4) is provided between the heat engine (2) and the closed circuit, and includes a heat engine (2) and a radiator (8). ), The closed circuit is configured to be independent from the coolant circuit composed of the flow control valve (9) and the pump (10) , and is closed during preheating when heating the room before the heat engine (2) is started. It is characterized by operating a heater (5) and a pump (6) in the state which comprised the circuit.
[0017]
As a result, the heat generated in the heater (5) can be prevented from being absorbed by the heat engine (2) having a very large heat capacity, so that the temperature of the coolant flowing into the heater (1) can be reduced in a short time. The temperature can be increased to a temperature sufficient for heating, and the rapid heating capability during preheating can be effectively increased.
[0018]
Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a hot water circuit (engine coolant circuit) of the vehicle heating apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a structure of a combustion heater.
[0020]
In FIG. 1, a heater 1 is a heating heat exchanger that heats air that is blown out indoors using engine cooling water that recovers heat generated by the traveling engine 2 as a heat source, and the bypass passage 3 flows out of the heater 1. This is a coolant passage that bypasses the engine 2 to the heater 1 while bypassing the engine coolant.
[0021]
The on-off valve 4 constitutes a closed circuit for circulating hot water (engine cooling water) between the bypass passage 3 and the heater 1 by opening and closing an engine cooling water passage that flows out of the engine 2 and is supplied to the heater 1 side. This is a control valve.
[0022]
In the closed circuit, a combustion heater 5 is provided on the engine coolant inlet side of the heater 1 to form a heater for heating the engine coolant, and the engine coolant is supplied to the bypass passage 3 in the closed circuit. An electric pump 6 to be circulated and a check valve 7 for preventing the engine cooling water flowing out from the engine 2 from circulating around the heater 1 when the on-off valve 4 is opened to open the closed circuit are provided. ing. The structure of the combustion heater 5 will be described later.
[0023]
The radiator 8 is a radiator that cools the engine cooling water by exchanging heat between the engine cooling water flowing out from the engine 2 and the outdoor air, and the thermostat 9 is an engine that bypasses the radiator 8 and the amount of engine cooling water to be circulated to the radiator 8. It is a flow rate control valve for maintaining the temperature of the engine 2 at a predetermined temperature by adjusting the amount of cooling water.
[0024]
The pump 10 is a centrifugal pump such as a spiral pump that obtains power from the engine 2 and circulates engine cooling water. Since the pump 10 operates with power from the engine 2, the pump rotational speed changes in proportion to the engine rotational speed, and the operating state cannot be controlled. On the other hand, since the pump 6 is an electric type, the operating state can be controlled without being affected by the operating state of the engine 2.
[0025]
The electronic control unit (not shown) includes the temperature of engine cooling water flowing out from the engine 2, the temperature of engine cooling water flowing out from the combustion heater 5 (detected temperature of a water temperature sensor 5t described later), the indoor air temperature and the outdoor temperature. The air temperature, the desired temperature set by the passenger, and the like are input, and the electronic control unit controls the on-off valve 4, the combustion heater 5, the pump 6 and the like according to a preset program based on these detected values.
[0026]
Next, the combustion heater 5 will be described.
[0027]
In FIG. 2, the first combustion cylinder 5a is a cup-shaped one constituting a first combustion chamber 5b for igniting and burning fuel, and is generated in the first combustion cylinder 5a on the opening side of the first combustion cylinder 5a. A cylindrical second combustion cylinder 5d that constitutes a first combustion chamber 5c for expanding and burning the fired flame is welded.
[0028]
Incidentally, in the present embodiment, by making the diameter of the orifice 5e for communicating the first combustion chamber 5b and the second combustion chamber 5c smaller than the diameter of the first combustion chamber 5b and the diameter of the second combustion chamber 5c, It prevents that the flame in the 1st combustion chamber 5b blows off and misfires.
[0029]
In addition, the cylindrical portion of the first combustion cylinder 5a has a plurality of air inlets 5f for introducing combustion air into the first combustion chamber 5b, and air in a region where the fuel is rich in the first combustion chamber 5b. A plurality of outlets 5g for blowing out are provided.
[0030]
Here, as shown in FIG. 3A, the air inlet 5f opens toward the direction orthogonal to the axial direction of the first combustion cylinder 5a, that is, toward the central axis side of the first combustion cylinder 5a, As shown in FIGS. 3B and 3C, the air outlet 5g is formed by a collision plate 5i disposed at a position facing the air hole 5h opened in the same direction as the air inlet 5f with a predetermined interval. The air blowing direction is opened so as to be a circumferential direction along the inner peripheral surface of the first combustion cylinder 5a.
[0031]
Therefore, the air flowing into the first combustion chamber 5b from the air inlet 5f is directed toward the radial center of the first combustion cylinder 5a, that is, toward the central axis of the first combustion cylinder 5a, as shown in FIG. The air blown out from the blowout outlet 5g is blown out to both sides in the circumferential direction (clockwise and counterclockwise in FIG. 4) along the inner peripheral surface of the first combustion cylinder 5a by the collision plate 5i.
[0032]
Further, the outlets 5g are provided in groups of two, that is, four outlets 5g are formed on both sides for each collision plate, and are arranged side by side in the circumferential direction of the first combustion cylinder 5a. An air hole 5j is provided that opens toward a direction orthogonal to the axial direction of the first combustion cylinder 5a, that is, toward the central axis side of the first combustion cylinder 5a.
[0033]
Further, as shown in FIG. 3 (a), a substantially disc-shaped wick 5k for holding fuel is disposed on one axial end side of the first combustion cylinder 5a. The wick 5k is made of a metal mesh. Therefore, vaporization of the fuel is promoted by temporarily holding the fuel in the gap. The wick retainer 5m is formed in a ring shape that fixes the wick 5k to the first combustion cylinder 5a.
[0034]
The glow plug 5n heats and ignites the fuel held in the wick 5k when energized. The glow plug 5n extends in a direction perpendicular to the axial direction of the first combustion chamber 5b. In a state of penetrating the inside and outside of the first combustion cylinder 5a, the glow plug 5n is fixed to the first combustion cylinder 5a so that the longitudinal direction of the glow plug 5n and the wick 5k are substantially parallel.
[0035]
In FIG. 2, a cooling water passage 5p is a kind of water jacket formed so as to cover a cylindrical exhaust passage 5q formed around the second combustion cylinder 5d, and flows through this cooling water passage 5p. A heat exchanger is configured to take in heat generated by combustion into engine cooling water by exchanging heat between the cooling water and the combustion gas flowing through the exhaust passage 5q.
[0036]
Incidentally, the inflow port 5r is an inflow portion of the cooling water, the outflow port 5s is an outflow portion of the cooling water, and the water temperature sensor 5t detects the temperature of the cooling water in the cooling water passage 5p (near the outflow port 5s). Means.
[0037]
The cooling water side heat transfer fin 5u increases the heat transfer area with the cooling water, and the combustion gas side heat transfer fin 5v increases the heat transfer area with the combustion gas. These fins 5u The heat exchange efficiency of the heat exchanger 3 is improved by 5v.
[0038]
The first exhaust port 5w is a passage for discharging the combustion gas flowing out after the heat exchange to the outside of the combustion heater 5, and in the vicinity of the exhaust port 5w, the change of the electric resistance value is used to change the combustion gas. A flame sensor 5x that detects ignition or misfire by detecting temperature is disposed, and fuel sent from the fuel pump is supplied to the wick 5k through the fuel pipe 5y, and the air pump 5o is supplied from the suction port 5z to the air. Inhale.
[0039]
In FIG. 2, the air pump 5o is described as an axial pump, but in this embodiment, a Wesco (vortex) type air pump is used as the air pump 5o.
[0040]
Next, the characteristic operation and effects of the vehicle heating apparatus according to the present embodiment will be described.
[0041]
1. When the engine cooling water temperature is equal to or lower than the first predetermined temperature (see FIG. 5)
When the engine cooling water temperature is equal to or lower than the first predetermined temperature, the combustion heater 5 and the pump 6 are operated in a state in which the on-off valve 4 is closed and the closed circuit is configured.
[0042]
Thereby, the engine cooling water (warm water) heated by the combustion heater 5 does not circulate in the engine 2, and the combustion heater 5 → the heater 1 → the pump 6 → the check valve 7 → the combustion heater 5. It circulates in the closed circuit in order.
[0043]
Therefore, it is possible to prevent the heat generated by the combustion heater 5 from being absorbed by the engine 2 having a very large heat capacity, so that the temperature of the engine coolant flowing into the heater 1 is a temperature sufficient for heating in a short time. The rapid heating capacity can be effectively increased.
[0044]
Note that the first predetermined temperature needs to be set to a temperature that can sufficiently heat the air blown into the room. In the present embodiment, the first predetermined temperature is about 60 ° C.
[0045]
2. When the engine coolant temperature is higher than the first predetermined temperature and lower than the second predetermined temperature (see FIG. 6)
The combustion heater 5 is continuously operated in an open state in which the on-off valve 4 is opened and the engine coolant heated by the combustion heater 5 can circulate in the engine 2.
[0046]
Since the engine cooling water can be circulated also to the heater 1 by the pump 10, it is desirable to stop the pump 6, but it may continue to operate until the combustion heater 5 stops.
[0047]
Thus, the heat generated by the combustion heater 5 can be applied to the engine 2 via the engine cooling water while complementing the heating capacity with the combustion heater 5, so that the warming of the engine 2 can be performed while performing rapid heating. Machine operation can be promoted. As a result, since the warm-up operation time can be shortened, harmful substances discharged together with the exhaust gas at the cold start (during cold start) can be reduced.
[0048]
The second predetermined temperature is higher than the first predetermined temperature, and even if engine coolant on the engine 2 side flows into the heater 1 side, the temperature of the air blown out from the heating device into the room greatly decreases, and the passenger However, in this embodiment, the second predetermined temperature is set to about 80 ° C.
[0049]
3. When the temperature of the engine cooling water is higher than the second predetermined temperature, the combustion heater 5 is stopped in an open state, and the engine cooling water flowing out from the engine 2 is circulated to the heater 1 without being heated by the combustion heater 5. Let
[0050]
Thereby, since heating is performed only with the waste heat of the engine 2, the fuel required for heating can be reduced.
[0051]
In the present embodiment, the combustion heater 5 is turned on when the temperature is higher than the second predetermined temperature and can be sufficiently heated only by the engine cooling water flowing out from the engine 2 (for example, 85 ° C.). Stopped.
[0052]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, when the temperature of the engine cooling water becomes higher than the first predetermined temperature, the on-off valve 4 is opened at once. However, in this embodiment, the temperature of the engine cooling water becomes higher than the first predetermined temperature. When this occurs, a predetermined time is spent and the state gradually shifts from the closed circuit state to the open state.
[0053]
As a result, when the temperature of the engine cooling water becomes higher than the first predetermined temperature, it is possible to prevent the temperature of the engine cooling water flowing into the heater 1 from changing so as to decrease rapidly. Can be prevented from giving a sense of incongruity.
[0054]
(Third embodiment)
In the first embodiment, the opening / closing valve 4 is opened when the temperature of the engine cooling water becomes higher than the first predetermined temperature. However, in this embodiment, the temperature of the engine cooling water circulating in the engine 2 is the closed circuit. When the temperature of the engine coolant circulating in the engine becomes higher than the temperature, the on-off valve 4 is opened to open the closed circuit.
[0055]
Thereby, since it can prevent beforehand that the temperature of the engine cooling water which flows into the heater 1 changes so that it may fall rapidly, it can prevent giving a passenger discomfort greatly.
[0056]
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, the present invention is applied to a preheat operation in which indoor heating is performed before the engine 2 is started.
[0057]
Specifically, during the preheat operation, as shown in FIG. 7, the combustion heater 5 and the pump 6 are operated in a state in which the on-off valve 4 is closed to form a closed circuit.
[0058]
As a result, it is possible to prevent the heat generated by the combustion heater 5 from being absorbed by the engine 2 having a very large heat capacity, so that the temperature of the engine coolant flowing into the heater 1 is sufficient for heating in a short time. The temperature can be increased, and the rapid heating capacity can be effectively increased.
[0059]
Note that when the engine 2 is stopped, the water flow resistance in the engine 2 is very large, so that even if the on-off valve 4 is opened, the engine coolant hardly flows to the engine 2 side. Therefore, this embodiment can be implemented even when the combustion heater 5 and the pump 6 are operated with the on-off valve 4 opened.
[0060]
(Fifth embodiment)
In the above-described embodiment, the on-off valve 4 is provided on the engine cooling water inlet side of the combustion heater 5. However, in this embodiment, as shown in FIG. 8, the bypass passage 3 and the engine cooling water outlet side of the heater 1 The on-off valve 4 is arranged on the engine 2 side from the junction.
[0061]
(Sixth embodiment)
In the above-described embodiment, the closed circuit state and the open state are switched by the on-off valve 4 that is a two-way valve. However, in this embodiment, the closed circuit state and the open state are switched by the three-way valve 4a as shown in FIG. This is a control valve that switches between states.
[0062]
In the present embodiment, in the closed circuit state, the cooling water flowing out from the engine 2 flows through the bypass passage 3a switched by the three-way valve 4a, so that the water flow resistance on the engine 2 side in the closed circuit state is reduced. Therefore, since the load of the pump 10 becomes small, the power consumption of the pump 10 becomes small and the vehicle fuel consumption improves.
[0063]
(Other embodiments)
In the above embodiment, the combustion heater is used as a heater for heating the engine coolant circulating in the heater 1, but the present invention is not limited to this, and an electric heater, for example, may be used.
[0064]
In the above-described embodiment, the first predetermined temperature is 60 ° C., but the present invention is not limited to this. If the first predetermined temperature is set low, the warm-up operation time can be further shortened.
[0065]
Moreover, although the engine which is an internal combustion engine was employ | adopted as the above-mentioned heat engine, this invention is not limited to this.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a warm water circuit (engine coolant circuit) of a vehicle heating apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing the structure of a combustion heater according to a second embodiment of the present invention.
3A is a partially enlarged view of FIG. 2, FIG. 3B is a sectional view taken along the line AA in FIG. 3A, and FIG. 3C is a sectional view taken along the line BB in FIG.
FIG. 4 is a radial sectional view of a second combustion cylinder of the combustor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a hot water flow in a hot water circuit of the vehicle heating device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a hot water flow in a hot water circuit of the vehicle heating device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a hot water flow in a hot water circuit of a vehicle heating apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a warm water circuit (engine coolant circuit) of a vehicle heating apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a warm water circuit (engine coolant circuit) of a vehicle heating apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... heater, 2 ... engine, 3 ... bypass passage, 4 ... open / close valve,
5 ... Combustion heater, 6 ... Electric pump, 7 ... Check valve, 8 ... Radiator,
9 ... Thermostat, 10 ... Mechanical pump.

Claims

A heater (1) that heats air blown into the room using a coolant that has recovered heat generated by a heat engine (2) mounted on the vehicle as a heat source;
A bypass passage (3) for guiding the coolant flowing out of the heater (1) to the heater (1) by bypassing the heat engine (2);
A valve that opens and closes a coolant passage that flows out of the heat engine (2) and is supplied to the heater (1), and is a closed circuit for the coolant that includes the bypass passage (3) and the heater (1). A control valve (4) for configuring
A heater (5) which is provided on the coolant inlet side of the heater (1) in the closed circuit and heats the coolant;
A pump (6) provided in the bypass passage (3) of the closed circuit for circulating a coolant ;
The coolant that is provided in the bypass passage (3) in the closed circuit and that flows out of the heat engine (2) when the control valve (4) is opened to open the closed circuit causes the heater (1) to flow. A check valve (7) that prevents bypassing and circulating;
A radiator (8) that cools the coolant by exchanging heat between the coolant flowing out of the heat engine (2) and outdoor air;
A flow rate control valve (9) that adjusts the amount of coolant to be circulated through the radiator (8) and the amount of coolant to bypass the radiator (8);
A pump (10) for obtaining power from the heat engine (2) and circulating the coolant ;
The control valve (4) is provided between the heat engine (2) and the closed circuit, and the heat engine (2), the radiator (8), the flow control valve (9), and the The closed circuit is configured to be independent from the coolant circuit comprising the pump (10),
When the temperature of the coolant flowing out from the heat engine (2) is equal to or lower than a predetermined temperature, the heater (5) and the pump (6) are operated in a state where the closed circuit is configured. Vehicle heating device.

When the temperature of the coolant flowing out from the heat engine (2) is higher than the predetermined temperature and equal to or lower than a second predetermined temperature higher than the predetermined temperature, the control valve (4) is operated to 2. The vehicle heating device according to claim 1, wherein the heater (5) is operated in a state in which the coolant heated by the heater (5) can circulate in the heat engine (2). .

The vehicle heating device according to claim 2, characterized in that the heater (5) is stopped when the temperature of the coolant flowing out of the heat engine (2) is higher than the second predetermined temperature.

When the temperature of the coolant circulating in the heat engine (2) becomes equal to or higher than the temperature of the coolant circulating in the closed circuit, the control valve (4) is operated to move the coolant in the heat engine (2). The vehicle heating device according to claim 1, wherein the coolant that has circulated is configured to be able to circulate to the heater (1).

A heater (1) that heats air blown into the room using a coolant that has recovered heat generated by a heat engine (2) mounted on the vehicle as a heat source;
A bypass passage (3) for guiding the coolant flowing out of the heater (1) to the heater (1) by bypassing the heat engine (2);
A valve that opens and closes a coolant passage that flows out of the heat engine (2) and is supplied to the heater (1), and is a closed circuit for the coolant that includes the bypass passage (3) and the heater (1). A control valve (4) for configuring
A heater (5) which is provided on the coolant inlet side of the heater (1) in the closed circuit and heats the coolant;
A pump (6) provided in the bypass passage (3) of the closed circuit for circulating a coolant ;
The coolant that is provided in the bypass passage (3) in the closed circuit and that flows out of the heat engine (2) when the control valve (4) is opened to open the closed circuit causes the heater (1) to flow. A check valve (7) that prevents bypassing and circulating;
A radiator (8) that cools the coolant by exchanging heat between the coolant flowing out of the heat engine (2) and outdoor air;
A flow rate control valve (9) that adjusts the amount of coolant to be circulated through the radiator (8) and the amount of coolant to bypass the radiator (8);
A pump (10) for obtaining power from the heat engine (2) and circulating the coolant ;
The control valve (4) is provided between the heat engine (2) and the closed circuit, and the heat engine (2), the radiator (8), the flow control valve (9), and the The closed circuit is configured to be independent from the coolant circuit comprising the pump (10),
Vehicle heating, characterized in that the heater (5) and the pump (6) are operated in a state in which the closed circuit is configured during preheating when heating the room before the heat engine (2) is started. apparatus.