(57)【要約】【課題】内燃機関の暖機を促進するために必要なエネルギーの増大を抑制すること。【解決手段】内燃機関温度調節装置１００は、熱移動手段として、例えば、ヒートポンプ装置１０やペルティエ素子を備える。熱移動手段は、熱媒体と接触して熱媒体の熱を吸収する吸熱部と、熱媒体と接触して吸熱部が吸収した熱媒体の熱を熱媒体に放出する放熱部と、を含んで構成される。内燃機関温度調節装置１００は、熱移動手段によって熱が移動された後の熱媒体を、燃料が燃焼して動力が取り出される内燃機関１２０に供給して、内燃機関１２０と熱媒体とが熱交換することで内燃機関１２０の温度を調節する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体と接触して前記熱媒体の熱を吸収する吸熱部と、
前記熱媒体と接触して前記吸熱部が吸収した前記熱媒体の熱を前記熱媒体に放出する放熱部と、
を含んで構成される熱移動手段を備え、
前記熱移動手段によって熱が移動された後の前記熱媒体を、燃料が燃焼して動力が取り出される内燃機関に供給して、前記内燃機関と前記熱媒体とが熱交換することで前記内燃機関の温度を調節することを特徴とする内燃機関温度調節装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、前記燃料が燃焼する燃焼空間に吸入空気を導入する吸気ポートと、
前記熱移動手段によって熱が移動された後の前記熱媒体が流れる熱交換通路と、
を有し、
前記熱交換通路は、前記吸気ポートが形成される部分であって、前記吸気ポートの内部または前記吸気ポートの外部に形成され、
前記熱媒体は、前記熱交換通路を流れることによって前記吸気ポートと熱交換することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関温度調節装置。
【請求項３】
前記内燃機関を暖機する場合、前記熱交換通路には前記吸熱部によって熱が奪われた後の前記熱媒体である低温側熱媒体が供給され、
前記内燃機関を冷却する場合、前記熱交換通路には前記放熱部から熱が与えられた後の前記熱媒体である高温側熱媒体が供給されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関温度調節装置。
【請求項４】
前記熱移動手段は、
前記冷媒を圧縮するコンプレッサーと、
前記コンプレッサーによって圧縮された前記冷媒の熱を前記熱媒体に与える前記放熱部としての放熱側熱交換器と、
前記放熱側熱交換器によって熱を放熱した前記冷媒を膨張させる膨張弁と、
前記膨張弁によって膨張させられた前記冷媒に前記熱媒体の熱を吸収させる前記吸熱部としての吸熱側熱交換器と、
を含んで構成されるヒートポンプ装置であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関温度調節装置。
【請求項５】
前記熱移動手段は、前記熱媒体の熱を吸収する吸熱部分部と、前記熱媒体に熱を放出する放熱部分とを含んで構成されるペルティエ素子であり、
前記吸熱部は前記吸熱部分であり、前記放熱部は前記放熱部分であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関温度調節装置。
【請求項６】
前記熱媒体は空気であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関温度調節装置。
【請求項７】
前記内燃機関を搭載する車両の車両室内に開口し、前記車両室内に前記吸熱部によって熱が奪われた後の前記熱媒体である低温側熱媒体を供給する暖房用通路と、
前記車両室内に開口し、前記車両室内に前記放熱部から熱が与えられた後の前記熱媒体である高温側熱媒体を供給する冷房用通路と、
前記暖房用通路に設けられて、前記車両室内へ供給される前記高温側熱媒体の流量を調節する暖房用流量調節弁と、
前記冷房用通路に設けられて、前記車両室内へ供給される前記低温側熱媒体の流量を調節する冷房用流量調節弁と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関温度調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の温度を調節する内燃機関温度調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の始動直後の暖機未完了時に、内燃機関の暖機を促進する技術がある。例えば、特許文献１には、内燃機関の始動直後に内燃機関を冷却するための冷却水を暖めて、暖機未完了時の内燃機関の暖機を促進する内燃機関の冷却システムが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６１３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に開示されている内燃機関の冷却システムは、内燃機関の温度を調節するための熱媒体として、内燃機関を冷却するための冷却水を用いている。前記冷却システムは、冷却水を加熱し、加熱された冷却水を内燃機関に供給して内燃機関の暖機を促進する。しかしながら、前記冷却水は熱容量が比較的大きく、内燃機関を暖機するために必要な温度にまで前記冷却水を暖めるためのエネルギーが増大するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内燃機関の暖機を促進するために必要なエネルギーの増大を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関温度調節装置は、熱媒体と接触して前記熱媒体の熱を吸収する吸熱部と、前記熱媒体と接触して前記吸熱部が吸収した前記熱媒体の熱を前記熱媒体に放出する放熱部と、を含んで構成される熱移動手段を備え、前記熱移動手段によって熱が移動された後の前記熱媒体を、燃料が燃焼して動力が取り出される内燃機関に供給して、前記内燃機関と前記熱媒体とが熱交換することで前記内燃機関の温度を調節することを特徴とする。
【０００７】
前記熱移動手段は、例えば、ヒーターによって熱媒体を暖める場合よりも、入力されたエネルギーによって出力できるエネルギーの大きさが大きい。これにより、前記熱移動手段は、内燃機関の温度上昇量が同一ならば、内燃機関の暖機を促進するために消費するエネルギーが、例えばヒーターによって熱媒体を暖める場合よりも小さい。これにより、前記内燃機関温度調節装置は、内燃機関の暖機を促進するために必要なエネルギーの増大を抑制できる。
【０００８】
本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関は、前記燃料が燃焼する燃焼空間に吸入空気を導入する吸気ポートと、前記熱移動手段によって熱が移動された後の前記熱媒体が流れる熱交換通路と、を有し、前記熱交換通路は、前記吸気ポートが形成される部分であって、前記吸気ポートの内部または前記吸気ポートの外部に形成され、前記熱媒体は、前記熱交換通路を流れることによって前記吸気ポートと熱交換することが望ましい。
【０００９】
本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関を暖機する場合、前記熱交換通路には前記吸熱部によって熱が奪われた後の前記熱媒体である低温側熱媒体が供給され、前記内燃機関を冷却する場合、前記熱交換通路には前記放熱部から熱が与えられた後の前記熱媒体である高温側熱媒体が供給されることが望ましい。
【００１０】
本発明の好ましい態様としては、前記熱移動手段は、前記冷媒を圧縮するコンプレッサーと、前記コンプレッサーによって圧縮された前記冷媒の熱を前記熱媒体に与える前記放熱部としての放熱側熱交換器と、前記放熱側熱交換器によって熱を放熱した前記冷媒を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁によって膨張させられた前記冷媒に前記熱媒体の熱を吸収させる前記吸熱部としての吸熱側熱交換器と、を含んで構成されるヒートポンプ装置であることが望ましい。
【００１１】
本発明の好ましい態様としては、前記熱移動手段は、前記熱媒体の熱を吸収する吸熱部分部と、前記熱媒体に熱を放出する放熱部分とを含んで構成されるペルティエ素子であり、前記吸熱部は前記吸熱部分であり、前記放熱部は前記放熱部分であることが望ましい。
【００１２】
本発明の好ましい態様としては、前記熱媒体は空気であることが望ましい。
【００１３】
本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関を搭載する車両の車両室内に開口し、前記車両室内に前記吸熱部によって熱が奪われた後の前記熱媒体である低温側熱媒体を供給する暖房用通路と、前記車両室内に開口し、前記車両室内に前記放熱部から熱が与えられた後の前記熱媒体である高温側熱媒体を供給する冷房用通路と、前記暖房用通路に設けられて、前記車両室内へ供給される前記高温側熱媒体の流量を調節する暖房用流量調節弁と、前記冷房用通路に設けられて、前記車両室内へ供給される前記低温側熱媒体の流量を調節する冷房用流量調節弁と、を備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る内燃機関温度調節装置は、内燃機関の暖機を促進するために必要なエネルギーの増大を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【００１６】
（実施形態）
図１は、内燃機関温度調節装置を示す構成図である。内燃機関温度調節装置１００は、車両に搭載される。内燃機関温度調節装置１００は、図１に示す車両室内１１０の室温と内燃機関１２０の温度とを調節する。
【００１７】
なお、本実施形態では、内燃機関温度調節装置１００は、車両室内１１０の室温を調節する車両用空調装置を兼ねているが、内燃機関温度調節装置１００は、少なくとも内燃機関１２０の温度を調節できればよい。但し、内燃機関温度調節装置１００が車両室内１１０の室温と内燃機関１２０の温度との両方を調節する場合、車両は内燃機関温度調節装置１００とは別に空調装置を備える必要がない。
【００１８】
内燃機関温度調節装置１００が車両室内１１０の室温と内燃機関１２０の温度との両方を調節する場合、車両は、搭載される装置の数が低減されるため軽量化される。また、車両は、内燃機関温度調節装置１００とは別に空調装置が設けられない分、エンジンルームのスペースに余裕が生じる。よって、車両は、エンジンルーム内に設けられる装置の配置の自由度や、エンジンルーム内に設けられる装置の設計の自由度が向上する。
【００１９】
内燃機関温度調節装置１００は、熱移動手段としてのヒートポンプ装置１０を備える。ヒートポンプ装置１０は、熱媒体の熱を熱媒体の低温部分から前記低温部分よりも温度が高い熱媒体の高温部分へ移動させる手段である。なお、本実施形態では、前記熱媒体は空気である。ヒートポンプ装置１０は、例えば、従来車両が備える装置であって、車両室内１１０の室温を調節する空調装置を流用できる。
【００２０】
図２は、ヒートポンプ装置を示す構成図である。なお、図２には、ヒートポンプ装置１０を構成するために最低限必要な構成を示す。例えば、ヒートポンプ装置１０に従来の空調装置を流用した場合、ヒートポンプ装置１０には、高圧流体を蓄えるアキュムレータや、冷媒の流れの方向を切り替える四方弁等が含まれる。
【００２１】
ヒートポンプ装置１０は、ヒートポンプ装置１０の内部に有する冷媒を介して、前記熱媒体の熱を移動させる。ヒートポンプ装置１０は、コンプレッサー１１と、放熱部としての放熱側熱交換器１２と、膨張弁１３と、吸熱部としての吸熱側熱交換器１４とを含んで構成される。コンプレッサー１１、放熱側熱交換器１２、膨張弁１３、吸熱側熱交換器１４は、冷媒が循環する冷媒通路上に配置される。
【００２２】
なお、以下の説明で、説明の対象の温度の高低を、高温、低温を用いて表す。前記対象にエネルギーが与えられていない際の前記対象の温度を常温とし、常温よりも温度が高い場合を高温、常温よりも温度が低い場合を低温とする。
【００２３】
また、以下の説明で、説明の対象の圧力の大小を、高圧、低圧を用いて表す。前記対象にエネルギーが与えられていない際の前記対象の圧力を基準の圧力とし、前記基準の圧力よりも圧力が大きい場合を高圧、前記基準の圧力よりも圧力が小さい場合を低圧とする。
【００２４】
コンプレッサー１１は、冷媒を圧縮する。本実施形態では、コンプレッサー１１は、内燃機関１２０から取り出される出力によって駆動される。コンプレッサー１１によって加圧されて、高温、高圧となった冷媒は、次に、放熱側熱交換器１２に供給される。放熱側熱交換器１２は、冷媒が有する熱をヒートポンプ装置１０の外部の外気に伝える。
【００２５】
ここで、放熱側熱交換器１２は、暖気側ファン１２ａと暖気吐出口１２ｂとを有する。暖気側ファン１２ａは、放熱側熱交換器１２の本体に対して外気を送る。これにより、外気と前記本体内の冷媒とが熱交換する。放熱側熱交換器１２によって温度が常温よりも上昇した外気は、暖気吐出口１２ｂを介して吐出される。なお、以下、放熱側熱交換器１２によって、温度が常温よりも上昇した熱媒体としての空気を暖気という。
【００２６】
放熱側熱交換器１２によって、外気に熱を放出した冷媒は、次に、膨張弁１３に供給される。膨張弁１３は、冷媒を膨張させる。膨張弁１３によって膨張されて、低圧、低温の気化しやすい状態となった冷媒は、次に、吸熱側熱交換器１４に供給される。吸熱側熱交換器１４は、外気の熱を冷媒に伝える。この時、冷媒は気化する。
【００２７】
ここで、吸熱側熱交換器１４は、冷気側ファン１４ａと冷気吐出口１４ｂとを有する。冷気側ファン１４ａは、吸熱側熱交換器１４の本体に対して外気を送る。これにより、外気と前記本体内の冷媒とが熱交換する。吸熱側熱交換器１４によって温度が常温よりも低下した外気である冷気は、冷気吐出口１４ｂを介して吐出される。なお、吸熱側熱交換器１４によって、温度が常温よりも低下した熱媒体としての空気を冷気という。
【００２８】
吸熱側熱交換器１４によって、外気の熱を奪った冷媒は、コンプレッサー１１に再度供給される。ヒートポンプ装置１０は、以上のように、コンプレッサー１１、放熱側熱交換器１２、膨張弁１３、吸熱側熱交換器１４、の順に冷媒を循環させることにより、暖機用熱媒体としての暖気と冷却用熱媒体としての冷気とを作り出す。
【００２９】
なお、従来のヒートポンプ式の空調装置では、四方弁が切り替えられることで冷媒を上記の流れとは逆に流し、冷房と暖房とが切り替えられる。しかしながら、本実施形態では、図１に示す暖房用流量調節弁Ｖ０２の開弁または閉弁と、冷房用流量調節弁Ｖ０４の開弁または閉弁とが切り替えられることにより、冷房と暖房とが切り替えられる。
【００３０】
よって、ヒートポンプ装置１０は、四方弁を備えなくてもよい。また、ヒートポンプ装置１０が四方弁を備える場合、ヒートポンプ装置１０は、冷媒を流す向き、つまり四方弁の弁体の向きを固定される。
【００３１】
次に、内燃機関温度調節装置１００の構成を説明する。図１に示すように、内燃機関温度調節装置１００は、ヒートポンプ装置１０と、暖気放出弁Ｖ０１と、暖房用流量調節弁Ｖ０２と、冷気放出弁Ｖ０３と、冷房用流量調節弁Ｖ０４と、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５と、冷気第１通路ＣＬ０１と、冷気第２通路ＣＬ０２と、冷房用通路ＣＬ０３と、暖気第１通路ＨＬ０１と、暖気第２通路ＨＬ０２と、暖房用通路ＨＬ０３と、冷気暖気通路ＣＨＬ０１と、熱交換通路ＣＨＬ０２とを含んで構成される。
【００３２】
冷気第１通路ＣＬ０１、冷気第２通路ＣＬ０２、冷房用通路ＣＬ０３には、冷気が流れる。なお、以下の説明では、冷気及び暖気の流れの上流側を単に上流側といい、冷気及び暖気の流れの下流側を単に下流側という。冷気第１通路ＣＬ０１は、一方の開口端が冷気吐出口１４ｂに接続され、他方の開口端が大気に開口する。
【００３３】
冷気第２通路ＣＬ０２は、一方の開口端が冷気吐出口１４ｂと冷気放出弁Ｖ０３との間の冷気第１通路ＣＬ０１に開口し、他方の開口端が冷気暖気切り替え弁Ｖ０５に接続される。冷房用通路ＣＬ０３は、一方の開口端が冷気吐出口１４ｂと冷気放出弁Ｖ０３との間の冷気第１通路ＣＬ０１に開口し、他方の開口端が車両室内１１０に開口する。
【００３４】
冷気放出弁Ｖ０３は、冷気第１通路ＣＬ０１上に設けられる。冷気放出弁Ｖ０３が開弁の際、冷気放出弁Ｖ０３よりも上流側の冷気は、冷気放出弁Ｖ０３よりも下流側に流れる。
【００３５】
冷気放出弁Ｖ０３が開弁の際、冷気は冷気放出弁Ｖ０３を介して大気に排出される。また、冷気放出弁Ｖ０３が閉弁の際、冷気放出弁Ｖ０３よりも上流側の冷気は、冷気放出弁Ｖ０３よりも下流側には流れない。
【００３６】
冷房用流量調節弁Ｖ０４は、冷房用通路ＣＬ０３上に設けられる。冷房用流量調節弁Ｖ０４は、車両室内１１０に供給する冷気の流量を調節する。本実施形態では、冷房用流量調節弁Ｖ０４は、例えば、オンオフ弁である。冷房用流量調節弁Ｖ０４が開弁の際、冷房用流量調節弁Ｖ０４よりも上流側の冷気は、冷房用流量調節弁Ｖ０４よりも下流側に流れる。
【００３７】
これにより、冷房用流量調節弁Ｖ０４が開弁の際、冷気は冷房用流量調節弁Ｖ０４を介して車両室内１１０に供給される。また、冷房用流量調節弁Ｖ０４が閉弁の際、冷房用流量調節弁Ｖ０４よりも上流側の冷気は、冷房用流量調節弁Ｖ０４よりも下流側には流れない。
【００３８】
暖気第１通路ＨＬ０１、暖気第２通路ＨＬ０２、暖房用通路ＨＬ０３には、暖気が流れる。暖気第１通路ＨＬ０１は、一方の開口端が暖気吐出口１２ｂに接続され、他方の開口端が大気に開口する。
【００３９】
暖気第２通路ＨＬ０２は、一方の開口端が暖気吐出口１２ｂと暖気放出弁Ｖ０１との間の暖気第１通路ＨＬ０１に開口し、他方の開口端が冷気暖気切り替え弁Ｖ０５に接続される。暖房用通路ＨＬ０３は、一方の開口端が暖気吐出口１２ｂと暖気放出弁Ｖ０１との間の暖気第１通路ＨＬ０１に開口し、他方の開口端が車両室内１１０に開口する。
【００４０】
暖気放出弁Ｖ０１は、暖気第１通路ＨＬ０１上に設けられる。暖気放出弁Ｖ０１が開弁の際、暖気放出弁Ｖ０１よりも上流側の暖気は、暖気放出弁Ｖ０１よりも下流側に流れる。
【００４１】
暖気放出弁Ｖ０１が開弁の際、暖気は暖気放出弁Ｖ０１を介して大気に排出される。また、暖気放出弁Ｖ０１が閉弁の際、暖気放出弁Ｖ０１よりも上流側の暖気は、暖気放出弁Ｖ０１よりも下流側には流れない。
【００４２】
暖房用流量調節弁Ｖ０２は、暖房用通路ＨＬ０３上に設けられる。暖房用流量調節弁Ｖ０２は、車両室内１１０に供給する暖気の流量を調節する。本実施形態では、暖房用流量調節弁Ｖ０２は、例えば、オンオフ弁である。暖房用流量調節弁Ｖ０２が開弁の際、暖房用流量調節弁Ｖ０２よりも上流側の暖気は、暖房用流量調節弁Ｖ０２よりも下流側に流れる。
【００４３】
これにより、暖房用流量調節弁Ｖ０２が開弁の際、暖気は暖房用流量調節弁Ｖ０２を介して車両室内１１０に供給される。また、暖房用流量調節弁Ｖ０２が閉弁の際、暖房用流量調節弁Ｖ０２よりも上流側の暖気は、暖房用流量調節弁Ｖ０２よりも下流側には流れない。
【００４４】
冷気暖気通路ＣＨＬ０１及び熱交換通路ＣＨＬ０２には、冷気または暖気が流れる。冷気暖気通路ＣＨＬ０１は、一方の開口端が冷気暖気切り替え弁Ｖ０５に接続され、他方の開口端が内燃機関１２０の熱交換通路入口ＣＨＬ０２ａに接続される。
【００４５】
熱交換通路ＣＨＬ０２は、内燃機関１２０の吸気ポートが形成される部分であって、吸気ポートの外部に形成される。具体的には、熱交換通路ＣＨＬ０２は、例えば、シリンダヘッドに貫通孔として形成される。前記貫通孔の一方の開口端が熱交換通路入口ＣＨＬ０２ａであり、他方の開口端が熱交換通路出口ＣＨＬ０２ｂである。前記貫通孔は、吸気ポートの近傍を通るように形成される。
【００４６】
熱交換通路ＣＨＬ０２は、熱交換通路ＣＨＬ０２内を流れる暖気の熱がシリンダヘッドを構成する部材を介して吸気ポートに伝わる部位に形成される。さらに、熱交換通路ＣＨＬ０２は、吸気ポートの熱が前記部材を介して熱交換通路ＣＨＬ０２内を流れる冷気に伝わる部位に形成される。これにより、熱交換通路ＣＨＬ０２内を流れる冷気または暖気は、吸気ポートと熱交換をする。
【００４７】
なお、内燃機関１２０の温度を調節することに関しては、吸気ポートと熱交換通路ＣＨＬ０２との距離は、小さいほど好ましい。これにより、熱交換通路ＣＨＬ０２内の暖気の熱がより迅速に吸気ポートに伝わる。また、吸気ポートの熱が、より迅速に熱交換通路ＣＨＬ０２内の冷気に伝わる。具体的には、吸気ポートと熱交換通路ＣＨＬ０２との最短距離は、例えば、５ｍｍ以内が好ましい。
【００４８】
また、燃料を噴射するインジェクタが吸気ポート内に突出し、吸気ポート内に燃料が噴射される構成の内燃機関では、吸気ポートを形成する部分のうち、吸気ポートの壁面に燃料が付着しやすい部分に熱交換通路ＣＨＬ０２が形成されると好ましい。
【００４９】
この場合、内燃機関温度調節装置１００は、吸気ポートを形成する部分のうち、燃料が付着しやすい部分を重点的に暖める。これにより、吸気ポートの壁面に付着した燃料に熱交換通路ＣＨＬ０２から、より迅速に熱が伝えられる。結果として、内燃機関温度調節装置１００は、吸気ポートの壁面に付着した燃料の気化を促進できる。
【００５０】
なお、熱交換通路ＣＨＬ０２は、吸気ポートの内部に形成されてもよい。この場合、内燃機関温度調節装置１００は、吸気ポートと熱交換通路ＣＨＬ０２とで、例えば、二重管を構成するような構成となる。このようにして、熱交換通路ＣＨＬ０２は、熱交換通路ＣＨＬ０２を流れる暖気または冷気が吸気ポート内に混入しないように形成される。
【００５１】
この場合、熱交換通路ＣＨＬ０２を流れる暖気または冷気と、吸気ポート内の吸入空気との距離が短くなる。これにより、内燃機関温度調節装置１００は、熱交換通路ＣＨＬ０２を流れる暖気または冷気と、吸気ポート内の吸入空気との熱交換が促進される。よって、内燃機関温度調節装置１００は、より迅速に吸入空気の温度を調節できる。
【００５２】
このように、熱交換通路入口ＣＨＬ０２ａから内燃機関１２０内に導入された冷気または暖気は、吸気ポートと熱交換して熱交換通路出口ＣＨＬ０２ｂに向かって流れる。熱交換通路出口ＣＨＬ０２ｂは、大気に開口する。よって、熱交換通路ＣＨＬ０２内の冷気または暖気は、内燃機関１２０の吸気ポートと熱交換をした後、熱交換通路出口ＣＨＬ０２ｂから大気に排出される。
【００５３】
冷気暖気切り替え弁Ｖ０５は、以下に記す３つの状態のうち、いずれか１つの状態に切り替えられる。前記３つの状態とは、冷気暖気通路ＣＨＬ０１が冷気第２通路ＣＬ０２と連通する状態、または、冷気暖気通路ＣＨＬ０１が暖気第２通路ＨＬ０２と連通する状態、または、冷気暖気通路ＣＨＬ０１が暖気第２通路ＨＬ０２と冷気第２通路ＣＬ０２とのうちどちらとも連通しない状態である。
【００５４】
なお、以下、冷気暖気通路ＣＨＬ０１が冷気第２通路ＣＬ０２と連通する状態を、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５が冷却側の状態という。また、冷気暖気通路ＣＨＬ０１が暖気第２通路ＨＬ０２と連通する状態を、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５が暖機側の状態という。冷気暖気通路ＣＨＬ０１が暖気第２通路ＨＬ０２と冷気第２通路ＣＬ０２とのうちどちらとも連通しない状態を、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５が閉弁の状態という。
【００５５】
内燃機関温度調節装置１００は、運転者の冷暖房の要求や、内燃機関１２０の運転状況等の変化に対応して、暖気放出弁Ｖ０１、暖房用流量調節弁Ｖ０２、冷気放出弁Ｖ０３、冷房用流量調節弁Ｖ０４、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５の各弁を切り替える。なお、以下、暖気放出弁Ｖ０１、暖房用流量調節弁Ｖ０２、冷気放出弁Ｖ０３、冷房用流量調節弁Ｖ０４、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５を総じて各弁という。
【００５６】
以下に、各状況での各弁の状態を説明する。なお、以下の各弁の状態の説明では、車両の運転者が車両室内１１０の室温を低下させる冷房を要求する場合と、前記運転者が車両室内１１０の室温を上昇させる暖房を要求する場合と、前記運転者が冷房及び暖房を要求しない空調不要の場合と、に別けて各弁の状態を説明する。
【００５７】
また、各弁の状態は、内燃機関１２０の状況によっても変化する。よって、内燃機関１２０の暖機が完了していない暖機未完了時の場合と、内燃機関１２０の暖機が完了した暖機完了時の場合と、内燃機関１２０が高負荷運転時の場合とに別けて、各弁の状態を説明する。なお、高負荷運転時とは、例えば、車両が登り坂を走行中の場合や、車両が高速で走行中の場合をいう。高速とは、例えば、毎時８０キロメートルを超える場合である。
【００５８】
高負荷時には、内燃機関１２０の筒内燃焼空間内の熱が内燃機関１２０を構成する部材に伝わり、内燃機関１２０の温度が上昇する。ここで、内燃機関の温度が適性温度を超えると、例えば、内燃機関は、以下に記すおそれが生じる。
【００５９】
例えば、内燃機関の温度が上昇すると、内燃機関を構成する部材を介して筒内燃焼空間に導かれる吸入空気が暖められる。これにより、前記吸入空気が膨張し、筒内燃焼空間に導かれる吸入空気の密度が低下する。
【００６０】
よって、内燃機関は、筒内燃焼空間内に導かれた燃料の量とのバランスが崩れ、燃焼の安定性が低下したり、出力が低下したりするおそれがある。また、吸入空気の温度が上昇すると、燃料の不良燃焼が生じてノッキングが生じるおそれがある。よって、内燃機関の高負荷時は、内燃機関の温度の上昇を抑制するために内燃機関の冷却を強化する必要がある。
【００６１】
ここで、先述では、高負荷運転時とは、車両が登り坂を走行中の場合や車両が高速で走行中の場合をいうとした。しかしながら、例えば、内燃機関の過熱に起因して、上述のような燃焼の安定性の低下、出力の低下、ノッキングの発生等の現象が生じるときを高負荷運転時としてもよい。
【００６２】
図３は、内燃機関の高負荷運転時の領域を示す図である。ここで、以下、内燃機関１２０から最大トルクを取り出せる点火時期をＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ｓｐａｒｋ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）といい、発生するノックが許容できる限界の点火次期をノック限界という。
【００６３】
図３に示す実線は、ＭＢＴがノック限界よりも進角側となる領域と、ＭＢＴがノック限界よりも遅角側となる領域とを区分する線である。実線よりも低負荷側の領域が、ＭＢＴがノック限界よりも遅角側となる領域であり、実線よりも高負荷側の領域が、ＭＢＴがノック限界よりも進角側となる領域である。
【００６４】
ここでは、ＭＢＴがノック限界よりも進角側となる領域を内燃機関１２０の高負荷運転時とする。ＭＢＴがノック限界よりも進角側となる領域では、内燃機関１２０の点火時期が進角側へ移動すると、点火時期がＭＢＴに到達する前にノック限界に達するため、内燃機関１２０は、ノッキングが生じる。
【００６５】
ここで、内燃機関温度調節装置１００が吸気ポートを冷却して吸入空気の温度を低下させることにより、ノック限界が進角側に移動する。これにより、ノック限界がＭＢＴに近づくため、内燃機関１２０は、よりＭＢＴに近い時期に点火できる。また、ノック限界がＭＢＴよりも進角側に移動すれば、内燃機関１２０は、ＭＢＴで点火できる。
【００６６】
これにより、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０にノッキングが生じるおそれを低減できる。また、内燃機関１２０は、ノック限界が進角側に移動することにより、内燃機関１２０から取り出されるトルクの低下を抑制できる。
【００６７】
ここで、図３に示すように、内燃機関１２０の機関角回転速度が低くなるほど、ＭＢＴがノック限界よりも進角側となるときの内燃機関１２０の負荷が小さくなる。よって、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０の機関角回転速度が低くなるほど、吸気ポートを冷却し始める内燃機関１２０の負荷が小さく設定される。
【００６８】
ここで、高負荷運転時、つまり、ＭＢＴがノック限界よりも進角側となる領域では、吸気ポートの最適な温度をα度とする。また、ＭＢＴがノック限界よりも遅角側となる領域では、吸気ポートの最適な温度をα度よりも温度が高いβ度とする。
【００６９】
α度及びβ度は、内燃機関温度調節装置１００の内燃機関１２０に対する冷却能力に基づいて設定される。また、α度及びβ度は、ヒートポンプ装置１０が消費するエネルギーの大きさに基づいて設定される。
【００７０】
例えば、α度が低くなるほど、内燃機関温度調節装置１００に必要とされる内燃機関１２０に対する冷却能力は高くなる。また、α度が低くなるほど、ヒートポンプ装置１０が消費するエネルギーが大きくなる。
【００７１】
内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０の温度を調節するために必要なエネルギーの増大を抑制することを目的としている。よって、内燃機関温度調節装置１００が内燃機関の温度を調節することによって奏する効果と、α度を低く設定することでヒートポンプ装置１０が消費するエネルギーの増大との兼ね合いによって、α度は設定される。
【００７２】
図４は、冷房要求時の各弁の状態を示す図表である。図４に示すように、冷房要求時であって、内燃機関１２０が暖機未完了時は、図１に示す暖気放出弁Ｖ０１が閉弁する。これにより、暖気は大気へ排出されず、暖気第２通路ＨＬ０２内と、暖気第１通路ＨＬ０１と暖房用流量調節弁Ｖ０２との間の暖房用通路ＨＬ０３とに供給される。
【００７３】
また、この時、暖房用流量調節弁Ｖ０２は閉弁する。これにより、暖気は、暖房用流量調節弁Ｖ０２よりも下流側には流れず、車両室内１１０には供給されない。また、この時、冷気放出弁Ｖ０３は閉弁する。これにより、冷気は大気へ排出されず、冷気第２通路ＣＬ０２と、冷気第１通路ＣＬ０１と冷房用流量調節弁Ｖ０４との間の冷房用通路ＣＬ０３とに供給される。
【００７４】
また、この時、冷房用流量調節弁Ｖ０４は開弁する。これにより、冷気は、冷房用流量調節弁Ｖ０４よりも下流側に流れて車両室内１１０に供給される。よって、車両室内１１０の室温が低下する。つまり、車両室内１１０に冷房が効く。
【００７５】
また、この時、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５は暖機側となる。これにより、暖気第２通路ＨＬ０２と冷気暖気通路ＣＨＬ０１とが連通する。よって、暖気第２通路ＨＬ０２内の暖気が冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導かれる。冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導かれた暖気は、熱交換通路ＣＨＬ０２に導かれて、熱交換通路ＣＨＬ０２内で内燃機関１２０の吸気ポートを暖める。これにより、内燃機関１２０の暖機が促進される。
【００７６】
次に、内燃機関１２０の暖機を促進する際に、内燃機関温度調節装置１００が奏する効果を作用と共に説明する。内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０の吸気ポートを暖める点に特徴がある。筒内燃焼空間を形成する壁面、特に吸気ポート近傍の壁面には、筒内燃焼空間に導かれた燃料が付着する。ここで、内燃機関１２０の暖機が完了していれば、前記壁面に付着した燃料は、筒内燃焼空間内で燃焼が始まる前に気化する。
【００７７】
しかしながら、暖機未完了時は、前記壁面の温度が暖機完了時よりも低い。よって、前記壁面に付着した燃料の気化が遅い。よって、前記壁面に付着した燃料の燃焼が不十分になるおそれがある。燃料の燃焼が不十分になると、未燃の炭化水素が増大する。このように、前記壁面に付着した燃料が迅速に気化しない場合、内燃機関の出力が低下するおそれや、炭化水素が増大するおそれや、内燃機関の燃焼が不安定になるおそれがある。
【００７８】
しかしながら、内燃機関温度調節装置１００は、上述のように、暖機未完了時に熱交換通路ＣＨＬ０２に暖気が導かれて吸気ポートが暖められる。よって、内燃機関１２０は、吸気ポート近傍の壁面に燃料が付着しても、吸気ポート近傍の壁面の温度が上昇しているために燃料の気化が促進される。結果として、内燃機関温度調節装置１００は、燃料の燃焼が不十分となることに起因する内燃機関１２０の出力の低下や、未燃の炭化水素の増大や、内燃機関１２０の燃焼が不安定になることを抑制できる。
【００７９】
また、内燃機関温度調節装置１００は、吸気ポートを暖めることにより、吸気ポートに伝わった暖気の熱が吸入空気にも伝わる。これにより、内燃機関温度調節装置１００は、吸気ポートを介して吸入空気を暖められる。
【００８０】
内燃機関１２０の暖機未完了時に、吸入空気の温度が迅速に上昇すると、筒内燃焼空間内での燃料の気化が促進される。よって、内燃機関温度調節装置１００は、吸気ポートに暖気を供給することにより、より好適に、燃料の気化を促進できる。
【００８１】
結果として、内燃機関温度調節装置１００は、燃料の燃焼が不十分となることに起因する内燃機関１２０の出力の低下や、未燃の炭化水素の増大や、内燃機関１２０の燃焼が不安定になることを、より好適に抑制できる。
【００８２】
また、内燃機関の暖機を促進させる手段の１つとして、内燃機関の負荷を内燃機関の暖機の完了後よりも高く設定する方法がある。具体的には、例えば、内燃機関１２０の筒内燃焼空間に導かれる燃料の量が増加される。これにより、内燃機関の暖機が促進される。
【００８３】
しかしながら、この場合、内燃機関は、通常よりも多く燃料が供給されるため燃料の消費量が増加する。また、内燃機関から取り出されるトルクが通常よりも増加するため、ドライバビリティが低下するおそれがある。これは、前記運転者が想定するトルクよりも大きなトルクが、内燃機関から取り出されるためである。
【００８４】
例えば、車両がトルクコンバータ付き電子制御トランスミッションを搭載する場合、内燃機関の暖機を促進するために通常よりも負荷が高く設定されると、クリープトルクが大きくなる。
【００８５】
ここで、例えば、運転者がブレーキを解除し、停止状態から車両を発進させようとすると、前記クリープトルクが通常よりも大きいため、車両は飛び出すように発進する。また、内燃機関から取り出されるトルクが通常よりも大きいため、運転者が通常のようにブレーキをかけても、通常よりも車両が減速しない。
【００８６】
また、この場合、暖機が促進される間、内燃機関は、通常よりも機関角回転速度が高くなる。よって、内燃機関から生じる振動や、騒音が増加するおそれがある。このように、内燃機関の暖機を促進するために、内燃機関の負荷を通常よりも高く設定すると、燃料消費量の増大、ドライバビリティの低下、振動及び騒音の増加、等のおそれがある。
【００８７】
しかしながら、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０に導かれる燃料を増加させることなく内燃機関１２０の暖機を促進できる。よって、内燃機関温度調節装置１００を搭載する車両が、単位燃料量あたりで走行できる距離が増加する。つまり、内燃機関温度調節装置１００を搭載する車両は、いわゆる燃費が向上する。
【００８８】
また、内燃機関１２０の暖機を促進する最中であっても、内燃機関１２０から取り出されるトルクの大きさは、通常時に内燃機関１２０から取り出されるトルクの大きさと変わらない。よって、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関温度調節装置１００を搭載する車両のドライバビリティの低下を抑制できる。
【００８９】
また、内燃機関１２０の暖機を促進する最中であっても、内燃機関１２０の機関角回転速度は、通常時の内燃機関１２０の機関角回転速度と変わらない。よって、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０から生じる振動や、騒音を抑制できる。
【００９０】
ここで、実際は、内燃機関温度調節装置１００によって内燃機関１２０の暖機を促進する場合でも、内燃機関１２０の負荷は通常よりもわずかに大きくなる。これは、図２に示すコンプレッサー１１は、駆動力を内燃機関１２０から得ているためである。具体的には、コンプレッサー１１が消費する駆動力を補うために、内燃機関１２０は通常よりも負荷が大きくなる。
【００９１】
しかしながら、内燃機関温度調節装置１００が備えるヒートポンプ装置１０は、例えば、内燃機関の冷却水で内燃機関を暖める場合よりも、内燃機関１２０の暖機を促進するために消費するエネルギーが少ない。
【００９２】
内燃機関の冷却水で内燃機関の暖機を促進する場合、まずヒーターが冷却水を暖める。次に、本来、内燃機関を冷却するための通路に、ヒーターによって暖められた冷却水が導かれることにより、内燃機関の暖機が促進される。
【００９３】
ここで、前記ヒーターを用いて冷却水を暖め、その冷却水によって内燃機関を暖める場合、まずヒーターにＸワットの電気が供給されるとする。Ｘワットの前記電気は、ヒーターの電熱線を通過することにより熱に変換される。この熱が冷却水に伝わり、冷却水の温度が上昇する。次に、この冷却水が内燃機関に供給されることにより、内燃機関が暖められる。この時の内燃機関の温度上昇をＹ０１度とする。
【００９４】
一方、ヒートポンプ装置１０によって、内燃機関１２０を暖める場合、コンプレッサー１１にＸワットの電気が供給されるとする。すると、コンプレッサー１１は、熱媒体を圧縮して前記熱媒体が高温、高圧となる。次に、熱媒体が外気と熱交換して外気が暖気となる。この暖気によって、内燃機関１２０が暖められる。この時の内燃機関１２０の温度上昇をＹ０２度とする。
【００９５】
前記冷却水の成分や容量にもよるが、通常、Ｙ０２Ｙ０１よりも大きくなる。このように、ヒーターを用いて冷却水を暖め、前記冷却水を内燃機関に供給して内燃機関の暖機を促進する場合よりも、ヒートポンプ装置１０を用いて内燃機関１２０の暖機を促進する場合の方が、ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）値が大きくなる。なお、ＣＯＰ値とは、機器に入力されたエネルギーによって、出力できるエネルギーの大きさを数値で示した成績係数である。
【００９６】
ヒートポンプ装置１０を用いて内燃機関１２０の暖機を促進する場合のＣＯＰ値は、ヒーターを用いて冷却水を暖め、前記冷却水を内燃機関に供給して内燃機関の暖機を促進する場合のＣＯＰ値よりも３倍〜５倍の大きさになる。
【００９７】
このように、ヒートポンプ装置１０は、内燃機関１２０の暖機を促進するために必要なエネルギーが一般的なヒーターを用いる場合よりも小さい。つまり、ヒートポンプ装置１０は、一般的なヒーターを用いる場合よりもエネルギー効率がよい。
【００９８】
よって、内燃機関温度調節装置１００によって内燃機関１２０の暖機を促進する際、実際は、内燃機関１２０の負荷は通常よりもわずかに大きくなると説明したが、内燃機関温度調節装置１００は、エネルギー効率に優れるヒートポンプ装置１０を備えることにより、内燃機関１２０の負荷の増大を抑制できる。
【００９９】
また、内燃機関温度調節装置１００は、空気を熱媒体として用いることにより、一般的なヒーターによって内燃機関の暖機を促進する場合よりも、迅速に内燃機関の暖機を促進できる。一般的なヒーターによって内燃機関の暖機を促進する場合、内燃機関を暖める前に、まず冷却水を暖めなければならない。冷却水は、空気よりも比熱が大きい。
【０１００】
また、前記冷却水の容量も比較的多い。このように、冷却水は熱容量が比較的大きいため、温度の上昇速度が比較的遅い。結果として、内燃機関の暖機の完了が遅れるおそれがある。
【０１０１】
しかしながら、内燃機関温度調節装置１００は、外気温よりも温度が高い空気である暖気を熱媒体として内燃機関１２０に供給して内燃機関１２０の暖機を促進する。上述のように、空気は水よりも比熱が小さい。よって、空気は水よりも迅速に温度が上昇する。結果として、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０の暖機を迅速に促進できる。
【０１０２】
以上が、内燃機関１２０の暖機を促進する際に、内燃機関温度調節装置１００が奏する効果である。なお、内燃機関１２０の暖機を促進する際に、内燃機関温度調節装置１００が奏する上述の効果を、以下、「暖機に係る効果」という。
【０１０３】
次に、内燃機関１２０の暖機が完了した場合の各弁の状態を説明する。冷房要求時であって、内燃機関１２０の暖機完了時は、図１に示す暖気放出弁Ｖ０１が開弁する。これにより、暖気は大気へ排出される。
【０１０４】
また、この時、暖房用流量調節弁Ｖ０２は閉弁する。これにより、大気へ排出されずに、暖気第１通路ＨＬ０１と暖房用流量調節弁Ｖ０２との間の暖房用通路ＨＬ０３内及び暖気第２通路ＨＬ０２内に留まった暖気は、暖房用流量調節弁Ｖ０２よりも下流側には流れず、車両室内１１０には供給されない。
【０１０５】
また、この時、冷気放出弁Ｖ０３は閉弁する。これにより、冷気は大気へ排出されず、冷気第２通路ＣＬ０２内と、冷気第１通路ＣＬ０１と冷房用流量調節弁Ｖ０４との間の冷房用通路ＣＬ０３とに供給される。
【０１０６】
また、この時、冷房用流量調節弁Ｖ０４は開弁する。これにより、冷気は、冷房用流量調節弁Ｖ０４よりも下流側に流れて車両室内１１０に供給される。よって、車両室内１１０の室温が低下する。つまり、車両室内１１０に冷房が効く。
【０１０７】
また、この時、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５は閉弁する。これにより、冷気第２通路ＣＬ０２または暖気第２通路ＨＬ０２は、冷気暖気通路ＣＨＬ０１と連通しない。よって、冷気暖気通路ＣＨＬ０１には、冷気第２通路ＣＬ０２内の冷気または暖気第２通路ＨＬ０２内の暖気は導かれない。
【０１０８】
内燃機関１２０の暖機が完了し、かつ、内燃機関１２０が高負荷運転時ではない場合、内燃機関１２０の温度は適正な温度であるため、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０の温度を調節する必要がない。よって、内燃機関温度調節装置１００の各弁は上述の状態となり、内燃機関温度調節装置１００は、車両室内１１０の室温のみを調節する。
【０１０９】
次に、内燃機関１２０の高負荷運転時の各弁の状態を説明する。冷房要求時であって、内燃機関１２０の高負荷運転時は、図１に示す暖気放出弁Ｖ０１が開弁する。これにより、暖気は大気へ排出される。
【０１１０】
また、この時、暖房用流量調節弁Ｖ０２は閉弁する。これにより、大気へ排出されずに、暖気第１通路ＨＬ０１と暖房用流量調節弁Ｖ０２との間の暖房用通路ＨＬ０３内及び暖気第２通路ＨＬ０２内に留まった暖気は、暖房用流量調節弁Ｖ０２よりも下流側には流れず、車両室内１１０には供給されない。
【０１１１】
また、この時、冷気放出弁Ｖ０３は閉弁する。これにより、冷気は大気へ排出されず、冷気第２通路ＣＬ０２と、冷気第１通路ＣＬ０１と冷房用流量調節弁Ｖ０４との間の冷房用通路ＣＬ０３とに供給される。
【０１１２】
また、この時、冷房用流量調節弁Ｖ０４は開弁する。これにより、冷気は、冷房用流量調節弁Ｖ０４よりも下流側に流れて車両室内１１０に供給される。よって、車両室内１１０の室温が低下する。つまり、車両室内１１０に冷房が効く。
【０１１３】
また、この時、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５は冷却側となる。これにより、冷気第２通路ＣＬ０２と冷気暖気通路ＣＨＬ０１とが連通する。よって、冷気第２通路ＣＬ０２内の冷気が冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導かれる。
【０１１４】
冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導かれた冷気は、熱交換通路ＣＨＬ０２に導かれて、熱交換通路ＣＨＬ０２内で内燃機関１２０の吸気ポートを冷却する。これにより、内燃機関１２０が冷却される。
【０１１５】
次に、内燃機関１２０を冷却する際に、内燃機関温度調節装置１００が奏する効果を作用と共に説明する。上述したように、高負荷時には、内燃機関１２０の温度が上昇する。これにより、吸気ポートの温度も上昇し、吸気ポートを介して筒内燃焼空間に導かれる吸入空気が暖められる。よって、前記吸入空気が膨張し、筒内燃焼空間に導かれる吸入空気の密度が低下する。
【０１１６】
吸入空気の密度が低下すると、内燃機関は、充填効率が低下する。充填効率とは、筒内燃焼空間に新たに導く吸入空気である新気を、内燃機関がどの程度取り込めるかを表す値である。充填効率は、気温及び外気圧が標準状態の時の実質的な新気の体積を、内燃機関の排気量で割った値である。
【０１１７】
内燃機関は、充填効率が低下すると、出力が低下する。また、吸入空気の温度が上昇すると、吸入空気の密度が低下して、ＭＢＴがノック限界よりも遅角側に移動する。これにより、内燃機関はノッキングが生じるおそれがある。
【０１１８】
しかしながら、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０の高負荷時に、熱交換通路ＣＨＬ０２に冷気を供給して、内燃機関１２０の吸気ポートを冷却する。よって、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０の高負荷時に内燃機関１２０の吸気ポートの温度の上昇を抑制できる。
【０１１９】
これにより、内燃機関温度調節装置１００は、吸気ポートを介して、吸気ポートを通過する吸入空気を冷却できる。よって、内燃機関温度調節装置１００は、吸入空気の温度が上昇することによる吸入空気の密度の低下を抑制できる。
【０１２０】
結果として、内燃機関温度調節装置１００は、充填効率の低下を抑制して内燃機関１２０の出力の低下を抑制できる。また、内燃機関温度調節装置１００は、ノッキングの発生を抑制して、内燃機関１２０の燃焼の安定性の低下を抑制できる。
【０１２１】
以上が、内燃機関１２０を冷却する際に、内燃機関温度調節装置１００が奏する効果である。なお、内燃機関１２０を冷却する際に、内燃機関温度調節装置１００が奏する上述の効果を、以下、「冷却に係る効果」という。
【０１２２】
このように、運転者が冷房を要求する場合、図４に示すように、内燃機関１２０の暖機未完了時、暖機完了時、高負荷時にかかわらず、暖房用流量調節弁Ｖ０２は閉弁し、冷気放出弁Ｖ０３は閉弁し、冷房用流量調節弁Ｖ０４は開弁する。
【０１２３】
図５は、暖房要求時の各弁の状態を示す図表である。図５に示すように、運転者が暖房要求時であって、内燃機関１２０が暖機未完了時は、図１に示す暖気放出弁Ｖ０１が閉弁する。これにより、暖気は大気へ排出されず、暖気第１通路ＨＬ０１と暖房用流量調節弁Ｖ０２との間の暖房用通路ＨＬ０３と、暖気第２通路ＨＬ０２とに供給される。
【０１２４】
また、この時、暖房用流量調節弁Ｖ０２は開弁する。これにより、暖気は暖房用流量調節弁Ｖ０２よりも下流側に流れて車両室内１１０に供給される。よって、車両室内１１０の室温が上昇する。つまり、車両室内１１０に暖房が効く。
【０１２５】
また、この時、冷気放出弁Ｖ０３は開弁する。これにより、冷気は大気へ排出される。また、この時、冷房用流量調節弁Ｖ０４は閉弁する。これにより、大気へ排出されずに、冷気第１通路ＣＬ０１と冷房用流量調節弁Ｖ０４との間の冷房用通路ＣＬ０３内及び冷気第２通路ＣＬ０２内に留まった冷気は、冷房用流量調節弁Ｖ０４よりも下流側には流れず、車両室内１１０には供給されない。
【０１２６】
また、この時、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５は暖機側となる。これにより、暖気第２通路ＨＬ０２と冷気暖気通路ＣＨＬ０１とが連通する。よって、暖気第２通路ＨＬ０２内の暖気が冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導かれる。
【０１２７】
冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導かれた暖気は、熱交換通路ＣＨＬ０２に導かれて、熱交換通路ＣＨＬ０２内で内燃機関１２０の吸気ポートを暖める。これにより、内燃機関１２０の暖機が促進される。以上により、内燃機関温度調節装置１００は、運転者が暖房を要求する場合であっても暖機に係る効果を奏する。
【０１２８】
次に、内燃機関１２０の暖機が完了した場合の各弁の状態を説明する。運転者が暖房要求時であって、内燃機関１２０の暖機完了時は、図１に示す暖気放出弁Ｖ０１が閉弁する。これにより、暖気は大気へ排出されず、暖気第２通路ＨＬ０２と、暖気第１通路ＨＬ０１と暖房用流量調節弁Ｖ０２との間の暖房用通路ＨＬ０３とに供給される。
【０１２９】
また、この時、暖房用流量調節弁Ｖ０２は開弁する。これにより、暖気は暖房用流量調節弁Ｖ０２よりも下流側に流れて車両室内１１０に供給される。よって、車両室内１１０の室温が上昇する。つまり、車両室内１１０に暖房が効く。
【０１３０】
また、この時、冷気放出弁Ｖ０３は開弁する。これにより、冷気は大気へ排出される。また、この時、冷房用流量調節弁Ｖ０４は閉弁する。これにより、大気へ排出されずに、冷気第１通路ＣＬ０１と冷房用流量調節弁Ｖ０４との間の冷房用通路ＣＬ０３内及び冷気第２通路ＣＬ０２内に留まった冷気は、冷房用流量調節弁Ｖ０４よりも下流側には流れず、車両室内１１０には供給されない。
【０１３１】
また、この時、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５は閉弁する。これにより、冷気第２通路ＣＬ０２または暖気第２通路ＨＬ０２は、冷気暖気通路ＣＨＬ０１と連通しない。よって、冷気暖気通路ＣＨＬ０１には、冷気第２通路ＣＬ０２内の冷気または暖気第２通路ＨＬ０２内の暖気は導かれない。
【０１３２】
内燃機関１２０の暖機が完了し、かつ、内燃機関１２０が高負荷運転時ではない場合、内燃機関１２０の温度は適正な温度であるため、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０の温度を調節する必要がない。よって、内燃機関温度調節装置１００の各弁は上述の状態となり、内燃機関温度調節装置１００は、車両室内１１０の室温のみを調節する。
【０１３３】
次に、内燃機関１２０の高負荷運転時の各弁の状態を説明する。暖房要求時であって、内燃機関１２０の高負荷運転時は、図１に示す暖気放出弁Ｖ０１が閉弁する。これにより、暖気は大気へ排出されず、暖気第２通路ＨＬ０２と、暖気第１通路ＨＬ０１と暖房用流量調節弁Ｖ０２との間の暖房用通路ＨＬ０３とに供給される。
【０１３４】
また、この時、暖房用流量調節弁Ｖ０２は開弁する。これにより、暖気は、暖房用流量調節弁Ｖ０２よりも下流側に流れて車両室内１１０に供給される。よって、車両室内１１０の室温が上昇する。つまり、車両室内１１０に暖房が効く。
【０１３５】
また、この時、冷気放出弁Ｖ０３は閉弁する。これにより、冷気は大気へ排出されず、冷気第２通路ＣＬ０２と、冷気第１通路ＣＬ０１と冷房用流量調節弁Ｖ０４との間の冷房用通路ＣＬ０３とに供給される。
【０１３６】
また、この時、冷房用流量調節弁Ｖ０４は閉弁する。これにより、冷気は、冷房用流量調節弁Ｖ０４よりも下流側には流れず、車両室内１１０には供給されない。また、この時、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５は冷却側となる。これにより、冷気第２通路ＣＬ０２と冷気暖気通路ＣＨＬ０１とが連通する。
【０１３７】
よって、冷気第２通路ＣＬ０２内の冷気が冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導かれる。冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導かれた冷気は、熱交換通路ＣＨＬ０２に導かれて、熱交換通路ＣＨＬ０２内で内燃機関１２０の吸気ポートを冷却する。これにより、内燃機関１２０が冷却される。以上により、内燃機関温度調節装置１００は、運転者が暖房を要求する場合であっても冷却に係る効果を奏する。
【０１３８】
図６は、空調不要時の各弁の状態を示す図表である。図６に示すように、運転者が車両室内１１０の室温の調節を不要とする空調不要時であって、内燃機関１２０が暖機未完了時は、図１に示す暖気放出弁Ｖ０１が閉弁する。これにより、暖気は大気へ排出されず、暖気第２通路ＨＬ０２内と、暖気第１通路ＨＬ０１と暖房用流量調節弁Ｖ０２との間の暖房用通路ＨＬ０３に供給される。
【０１３９】
また、この時、暖房用流量調節弁Ｖ０２は閉弁する。これにより、暖気は暖房用流量調節弁Ｖ０２よりも下流側には流れず、車両室内１１０には供給されない。また、この時、冷気放出弁Ｖ０３は開弁する。これにより、冷気は大気へ排出される。
【０１４０】
また、この時、冷房用流量調節弁Ｖ０４は閉弁する。これにより、大気へ排出されずに、冷気第１通路ＣＬ０１と冷房用流量調節弁Ｖ０４との間の冷房用通路ＣＬ０３内及び冷気第２通路ＣＬ０２内に留まった冷気は、冷房用流量調節弁Ｖ０４よりも下流側には流れず、車両室内１１０には供給されない。
【０１４１】
また、この時、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５は暖機側となる。これにより、暖気第２通路ＨＬ０２と冷気暖気通路ＣＨＬ０１とが連通する。よって、暖気第２通路ＨＬ０２内の暖気が冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導かれる。
【０１４２】
冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導かれた暖気は、熱交換通路ＣＨＬ０２に導かれて、熱交換通路ＣＨＬ０２内で内燃機関１２０の吸気ポートを暖める。これにより、内燃機関１２０の暖機が促進される。以上により、内燃機関温度調節装置１００は、運転者が車両室内１１０の室温の調節を不要とする場合であっても、暖機に係る効果を奏する。
【０１４３】
次に、内燃機関１２０の暖機が完了した場合の各弁の状態を説明する。空調不要時であって、内燃機関１２０の暖機完了時は、図１に示す暖気放出弁Ｖ０１が開弁する。これにより、暖気は大気へ排出される。
【０１４４】
また、この時、暖房用流量調節弁Ｖ０２は閉弁する。これにより、大気に排出されずに、暖気第１通路ＨＬ０１と暖房用流量調節弁Ｖ０２との間の暖房用通路ＨＬ０３内及び暖気第２通路ＨＬ０２内に留まった暖気は、暖房用流量調節弁Ｖ０２よりも下流側には流れず、車両室内１１０には供給されない。
【０１４５】
また、この時、冷気放出弁Ｖ０３は開弁する。これにより、冷気は大気へ排出される。また、この時、冷房用流量調節弁Ｖ０４は閉弁する。これにより、大気へ排出されずに、冷気第１通路ＣＬ０１と冷房用流量調節弁Ｖ０４との間の冷房用通路ＣＬ０３内及び冷気第２通路ＣＬ０２内に留まった冷気は、冷房用流量調節弁Ｖ０４よりも下流側には流れず、車両室内１１０には供給されない。
【０１４６】
また、この時、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５は閉弁する。これにより、冷気第２通路ＣＬ０２または暖気第２通路ＨＬ０２は、冷気暖気通路ＣＨＬ０１と連通しない。よって、冷気暖気通路ＣＨＬ０１には、冷気第２通路ＣＬ０２内の冷気または暖気第２通路ＨＬ０２内の暖気は導かれない。
【０１４７】
内燃機関１２０の暖機が完了し、かつ、内燃機関１２０が高負荷運転時ではない場合、内燃機関１２０の温度は適正な温度であるため、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０の温度を調節する必要がない。また、車両の運転者は、車両室内１１０の室温の調節を要求していないため、内燃機関温度調節装置１００は、暖気と冷気とを大気に排出するのみの動作となる。
【０１４８】
ここで、例えば、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０と図２に示すコンプレッサー１１との動力伝達経路上にクラッチを有してもよい。この場合、内燃機関温度調節装置１００は、コンプレッサー１１の駆動源である内燃機関１２０と、コンプレッサー１１との連結を解除できる。
【０１４９】
内燃機関温度調節装置１００は、空調不要時及び暖機完了時は、前記クラッチの係合を解除する。これにより、内燃機関１２０の出力は、コンプレッサー１１に伝わらない。よって、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０が消費するエネルギーを低減できる。これにより、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０の燃料の消費量をさらに抑制できる。
【０１５０】
次に、内燃機関１２０の高負荷運転時の各弁の状態を説明する。運転者が車両室内１１０の室温の調節を不要とする空調不要時であって、内燃機関１２０の高負荷運転時は、図１に示す暖気放出弁Ｖ０１が開弁する。これにより、暖気は大気へ排出される。
【０１５１】
また、この時、暖房用流量調節弁Ｖ０２は閉弁する。これにより、大気に排出されずに、暖気第１通路ＨＬ０１と暖房用流量調節弁Ｖ０２との間の暖房用通路ＨＬ０３内及び暖気第２通路ＨＬ０２内に留まった暖気は、暖房用流量調節弁Ｖ０２よりも下流側には流れず、車両室内１１０には供給されない。
【０１５２】
また、この時、冷気放出弁Ｖ０３は閉弁する。これにより、冷気は大気へ排出されず、冷気第２通路ＣＬ０２内と、冷気第１通路ＣＬ０１と冷房用流量調節弁Ｖ０４との間の冷房用通路ＣＬ０３に供給される。
【０１５３】
また、この時、冷房用流量調節弁Ｖ０４は閉弁する。これにより、冷気は冷房用流量調節弁Ｖ０４よりも下流側には流れず、車両室内１１０には供給されない。また、この時、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５は冷却側となる。これにより、冷気第２通路ＣＬ０２と冷気暖気通路ＣＨＬ０１とが連通する。
【０１５４】
よって、冷気第２通路ＣＬ０２内の冷気が冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導かれる。冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導かれた冷気は、熱交換通路ＣＨＬ０２に導かれて、熱交換通路ＣＨＬ０２内で内燃機関１２０の吸気ポートを冷却する。これにより、内燃機関１２０が冷却される。以上により、内燃機関温度調節装置１００は、運転者が車両室内１１０の室温の調節を不要とする場合であっても、冷却に係る効果を奏する。
【０１５５】
なお、本実施形態では、暖房用流量調節弁Ｖ０２及び冷房用流量調節弁Ｖ０４は、オンオフ弁であると説明したが、暖房用流量調節弁Ｖ０２及び冷房用流量調節弁Ｖ０４は、上流側から下流側に流す流体の流量を調節できる流量調節弁でもよい。
【０１５６】
例えば、運転者が冷房をより強く働かせたい場合、内燃機関温度調節装置１００は、冷房用流量調節弁Ｖ０４の開度を増大して車両室内１１０に導く冷気の量を増加させる。また、運転者が暖房をより強く働かせたい場合、内燃機関温度調節装置１００は、暖房用流量調節弁Ｖ０２の開度を増大して車両室内１１０に導く暖気の量を増加させる。
【０１５７】
また、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５は、冷気暖気通路ＣＨＬ０１が冷気第２通路ＣＬ０２と連通する状態、または、冷気暖気通路ＣＨＬ０１が暖気第２通路ＨＬ０２と連通する状態、または、冷気暖気通路ＣＨＬ０１が暖気第２通路ＨＬ０２と冷気第２通路ＣＬ０２とのうちどちらとも連通しない状態、のうちの１つの状態に切り替えられると説明したが、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５はこれに限定されない。
【０１５８】
冷気暖気切り替え弁Ｖ０５は、冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導く冷気と暖気との割合を調節してもよい。例えば、内燃機関１２０の暖機を促進する場合、冷気暖気切り替え弁Ｖ０５は、冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導く暖気と冷気との割合を、１００対０に設定する。この状態を最も内燃機関１２０の暖機を促進する状態とする。この状態から冷気暖気通路ＣＨＬ０１に導く冷気の割合を増加させることで、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０に与える熱量を調節できる。
【０１５９】
また、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０の吸気ポートの温度及び、車両室内１１０の室温以外にも、例えば、触媒装置の温度を調節してもよい。この場合、例えば、触媒装置内に冷気及び暖気と触媒とが熱交換する通路が形成される。内燃機関温度調節装置１００は、前記通路にヒートポンプ装置１０から冷気または暖機を供給する。
【０１６０】
具体的には、内燃機関温度調節装置１００は、触媒装置を暖機する必要がある場合に、前記通路に暖気を供給する。また、内燃機関温度調節装置１００は、触媒装置を冷却する必要がある場合に、前記通路に暖気を供給する。
【０１６１】
ここで、触媒装置の温度が、触媒が活性化する活性化温度に到達していないと、触媒は、排気ガスに対して十分な浄化性能を発揮できない。よって、触媒装置の暖機が迅速に完了しないと、排気ガスの浄化性能が不十分な時間が長くなる。結果として、触媒装置は、排気ガスの浄化性能が低下するおそれがある。
【０１６２】
触媒装置を暖機する一般的な手段として、内燃機関の負荷を通常よりも高く設定し、排気ガスの熱により触媒装置の暖機を促進する方法があるが、この方法の場合、内燃機関が消費する燃料の量が増加する。
【０１６３】
しかしながら、内燃機関温度調節装置１００によって触媒装置の暖機を促進する場合、内燃機関温度調節装置１００はエネルギー効率が優れているヒートポンプ装置１０によって作り出した暖気を用いて触媒装置を暖める。よって、内燃機関温度調節装置１００は、触媒装置の暖機を促進すると共に、内燃機関１２０の消費する燃料量の増加を抑制できる。
【０１６４】
なお、触媒の活性化温度は上限もあり、触媒装置の温度が前記上限を超える場合も排気ガスの浄化性能が低下する。この場合、内燃機関温度調節装置１００は、触媒装置に冷気を供給することにより、触媒装置を冷却する。このようにして、内燃機関温度調節装置１００は、触媒装置の温度を調節し、触媒装置の浄化性能の低下を抑制できる。
【０１６５】
なお、本実施形態では、ヒートポンプ装置１０が冷気と暖気との両方を同時に作り出し、内燃機関温度調節装置１００が前記冷気と前記暖気との両方を同時に用いる場合がある点に特徴がある。
【０１６６】
従来の空調装置は、冷気と暖気とを同時には吐出しない。従来の空調装置は、媒体の流れる方向を四方弁によって切り替えることにより、冷房と暖房とが切り替わる。よって、従来の空調装置では、運転者が冷房を要求し、内燃機関は暖機を促進される必要がある場合に、車両室内の室温と、内燃機関の温度との両方を同時に調節できない。
【０１６７】
しかしながら、ヒートポンプ装置１０は、冷気と暖気とを同時に吐出する。よって、例えば、運転者は冷房を要求し、内燃機関は暖機を促進される必要がある場合でも、内燃機関温度調節装置１００は、車両室内の室温と、内燃機関の温度との両方を同時に調節できる。
【０１６８】
また、ヒートポンプ装置１０は、冷気と暖気との両方を吐出する場合と、どちらか一方を吐出する場合とでは、消費するエネルギーは変わらない。これは、ヒートポンプ装置１０は、冷気と暖気との両方を対として、常に作り出すためである。
【０１６９】
ここで、空調装置のような従来のヒートポンプ装置も、冷気と暖気との両方を作り出す。しかしながら、例えば、運転者が冷気を必要とする場合、従来のヒートポンプ装置は、暖気を大気に排出する。つまり、従来のヒートポンプ装置は、冷気と暖気とを同時に作り出すが、同時に冷気と暖気との両方を用いることはできない。
【０１７０】
このように、ヒートポンプ装置１０は、冷気と暖気との両方を吐出しても、消費エネルギーは増加しない。よって、内燃機関温度調節装置１００は、運転者が要求する空調が、暖房または冷房のどちらかに関わらず、車両室内の室温と、内燃機関の温度との両方を同時に調節できると共に、内燃機関温度調節装置１００が消費するエネルギーを低減できる。
【０１７１】
ここで、上述のように、内燃機関温度調節装置１００の駆動源は内燃機関１２０である。よって、結果として、内燃機関温度調節装置１００は、内燃機関１２０が消費する燃料量を抑制できる。
【０１７２】
図７は、ペルティエ素子を備える内燃機関温度調節装置を示す構成図である。熱移動手段は、ヒートポンプ装置１０に限定されない。例えば、図７に示すように、熱移動手段は、ペルティエ素子２０でもよい。ペルティエ素子２０は、２種類の例えば金属により構成される。ペルティエ素子２０は、吸熱部分２１と、放熱部分２２とを備える。
【０１７３】
吸熱部分２１及び放熱部分２２は、熱媒体である空気と接触する。ペルティエ素子２０は、前記２種類の金属の接合部に電流が供給されると、吸熱部分２１が空気の熱を吸収する。これにより、冷気が作りされる。一方、ペルティエ素子２０は、吸熱部分２１が吸収した空気の熱を放熱部分２２が空気に放出する。これにより、暖気が作り出される。
【０１７４】
吸熱部分２１によって熱が奪われた熱媒体である冷気は、冷気第１通路ＣＬ０１に供給される。放熱部分２２によって、熱が与えられた熱媒体である暖気は、暖気第１通路ＨＬ０１に供給される。上記構成により、内燃機関温度調節装置１００は、ヒートポンプ装置１０に代えてペルティエ素子２０を備えても、内燃機関１２０の温度を調節できる。
【０１７５】
ここで、ヒートポンプ装置１０が備えるコンプレッサー１１は、回転する部材を備える。一方、ペルティエ素子２０には、回転運動やピストン運動する部材がない。よって、ペルティエ素子２０を備えることにより、内燃機関温度調節装置１００は、騒音や振動を低減できる。
【０１７６】
また、ヒートポンプ装置１０がクランクシャフトから駆動力を取得するのに対し、ペルティエ素子２０は、バッテリーから駆動力である電気を取得する。よって、ペルティエ素子２０を備える内燃機関温度調節装置１００は、ハイブリット車両のような大容量のバッテリーを備える車両に搭載されると好ましい。
【０１７７】
なお、ヒートポンプ装置１０は、ペルティエ素子２０よりもＣＯＰ値が大きい。よって、内燃機関１２０が消費エネルギーを抑制することを、騒音や振動を抑制することよりも優先する場合、内燃機関温度調節装置１００は、ヒートポンプ装置１０を含んで構成されると好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
以上のように、本発明に係る内燃機関温度調節装置は、内燃機関の暖機を促進する装置に適しており、特に、内燃機関の暖機を促進するために必要なエネルギーの増大を抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【図１】内燃機関温度調節装置を示す構成図である。
【図２】ヒートポンプ装置を示す構成図である。
【図３】内燃機関の高負荷運転時の領域を示す図である。
【図４】冷房要求時の各弁の状態を示す図表である。
【図５】暖房要求時の各弁の状態を示す図表である。
【図６】空調不要時の各弁の状態を示す図表である。
【図７】ペルティエ素子を備える内燃機関温度調節装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１８０】
１０  ヒートポンプ装置
１１  コンプレッサー
１２  放熱側熱交換器
１２ａ  暖気側ファン
１２ｂ  暖気吐出口
１３  膨張弁
１４  吸熱側熱交換器
１４ａ  冷気側ファン
１４ｂ  冷気吐出口
２０  ペルティエ素子
２１  吸熱部分
２２  放熱部分
１００  内燃機関温度調節装置
１１０  車両室内
１２０  内燃機関
ＣＨＬ０１  冷気暖気通路
ＣＨＬ０２  熱交換通路
ＣＨＬ０２ａ  熱交換通路入口
ＣＨＬ０２ｂ  熱交換通路出口
ＣＬ０１  冷気第１通路
ＣＬ０２  冷気第２通路
ＣＬ０３  冷房用通路
ＨＬ０１  暖気第１通路
ＨＬ０２  暖気第２通路
ＨＬ０３  暖房用通路
Ｖ０１  暖気放出弁
Ｖ０２  暖房用流量調節弁
Ｖ０３  冷気放出弁
Ｖ０４  冷房用流量調節弁
Ｖ０５  冷気暖気切り替え弁
【図１】
2010043537.tif 000003
【図２】
2010043537.tif 000004
【図３】
2010043537.tif 000005
【図４】
2010043537.tif 000006
【図５】
2010043537.tif 000007
【図６】
2010043537.tif 000008
【図７】
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