(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘性流体が導入される発熱室、前記粘性流体に剪断熱を発生させるように前記発熱室の内壁とラビリンス溝を形成して回転するロータ及び前記発熱室と熱交換可能に配設された受熱室を構成してなる暖房用温水加熱器と、  該暖房用温水加熱器の前記受熱室を作動流体路の一部とする暖房用温水回路と、
該暖房用温水回路に配設され、前記受熱室を流れて加熱された作動流体の熱を放熱し車室に放出するヒータ放熱器と、
前記発熱室との重力の位置関係及び前記ロータの回転による遠心力によって前記粘性流体を連通路を介して前記発熱室との間で相互に授受するリザーバタンクと、
前記連通路に配設され、前記粘性流体が前記発熱室に移動した状態と前記リザーバタンクに移動した状態とを暖房効果の進行程度に応じて決定する弁手段とを具備したことを特徴とする車両用暖房装置。
【請求項２】
前記弁手段は、始動後、前記暖房用温水回路の作動流体温度が所定値未満の場合、前記粘性流体が前記発熱室に移動した状態を維持すべく前記連通路を閉じ、前記暖房用温水回路の作動流体温度が所定値以上となった時に、前記粘性流体をリザーバタンクに移動させるべく前記連通路を開くことを特徴とする請求項１記載の車両用暖房装置。
【請求項３】
前記連通路は、前記リザーバタンクの粘性流体側と前記発熱室とを連通する通路と、前記リザーバタンクのエア室側と前記発熱室とを連通する通路とを有することを特徴とする請求項１記載の車両用暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、暖房用温水回路に循環させる作動流体を加熱して暖房を行う車両用暖房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷間始動時や寒冷地通常走行時等に暖房用温水回路中のエンジンの冷却水が十分に温まっていない時の暖房能力を向上する車両用暖房装置として、従来より粘性流体の剪断熱を利用した熱発生器とエンジンの冷却水とで熱交換を行って冷却水温度を急激に高める暖房用温水加熱器が提案されている。
【０００３】
上記暖房用温水加熱器は、エンジンに連動して回転するシャフトと、該シャフトを回転自在に支承しエンジンに配設された第１ハウジングと、該第１ハウジングの内部に形成された発熱室と、上記シャフトの一端に固定され上記発熱室内に配設されたロータと、上記第１ハウジングを外包し上記発熱室と連通しない冷却水通路を形成する第２ハウジングとを有し、上記発熱室を形成する第１ハウジングの内壁と上記ロータの周壁との隙間をラビリンス溝として該発熱室に粘性流体を封入したものである。
【０００４】
このような暖房用温水加熱器によれば、冷間始動時や寒冷地通常走行時等に、エンジンの回転を伝達するベルト或いは専用の回転アクチュエータによりロータを駆動することで、ラビリンス溝内の粘性流体を発熱させ、これによる発熱室の熱が第１ハウジングを介して冷却水通路の冷却水に伝導して、エンジンの燃焼熱による加熱速度以上に冷却水を温水化して、車室暖房を急速に行ったり、エンジンの燃焼熱による暖房を補助する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記暖房用温水加熱器は、車室温度が十分に高くなると、発熱動作を停止させるべくロータの回転を停止する必要がある。このため、従来の車両用暖房装置では、特開平２−２５４０１０号公報に代表されるように、電磁クラッチを用い、ベルト駆動される（エンジンに連動して回転する）シャフトとプーリとを断続するようにしているが、近年のエンジン周辺やエンジンルーム内における部品の集約化、車体重量の軽量化を考慮すると、電磁クラッチの占有積や重量が問題となるとともに、電磁クラッチを駆動する交流発電機の出力増加による体格アップやバッテリの大型化が問題となる。
【０００６】
本発明は、粘性流体のリザーバタンクを設け、このリザーバタンクと暖房用温水加熱器との間の粘性流体の出入れを簡単な手法で制御することにより、電磁クラッチを用いることなく、車室温度が十分に高くなった時の発熱動作の停止を行い得るようにした車両用暖房装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した請求項１の発明の要旨は、（ａ）粘性流体が導入される発熱室、上記粘性流体に剪断熱を発生させるように上記発熱室の内壁とラビリンス溝を形成して回転するロータ及び上記発熱室と熱交換可能に配設された受熱室を構成してなる暖房用温水加熱器と、（ｂ）該暖房用温水加熱器の上記受熱室を作動流体路の一部とする暖房用温水回路と、（ｃ）該暖房用温水回路に配設され、上記受熱室を流れて加熱された作動流体の熱を放熱し車室に放出するヒータ放熱器と、（ｄ）上記発熱室との重力の位置関係及び上記ロータの回転による遠心力によって上記粘性流体を連通路を介して上記発熱室との間で相互に授受するリザーバタンクと、（ｅ）上記連通路に配設され、上記粘性流体が上記発熱室に移動した状態と上記リザーバタンクに移動した状態とを暖房効果の進行程度に応じて決定する弁手段とを具備したことにある。
【０００８】
請求項１に従属する請求項２の発明の要旨は、上記弁手段が、始動後、前記暖房用温水回路の作動流体温度が所定値未満の場合、前記粘性流体が前記発熱室に移動した状態を維持すべく前記連通路を閉じ、前記暖房用温水回路の作動流体温度が所定値以上となった時に、前記粘性流体をリザーバタンクに移動させるべく前記連通路を開くように構成されたことにある。
【０００９】
請求項１に従属する請求項３の発明の要旨は、上記連通路が、上記リザーバタンクの粘性流体側と上記発熱室とを連通する通路と、上記リザーバタンクのエア室側と上記発熱室とを連通する通路とを有することにある。
ここで、暖房用温水加熱器の発熱室とリザーバタンクとの重力の位置関係は、リザーバタンクから発熱室に重力の法則で自然に粘性流体が移動する位置関係とする。
【００１０】
また、粘性流体は、潤滑油としてのシリコン油が好ましい。シリコン油の粘性係数は予め任意に変更することができ、発熱能力を設定することができる。
請求項１及び請求項２の発明の暖房用温水加熱器において、発熱室に導入された粘性流体は、発熱室の内壁とロータとの間に形成されたラビリンス溝にも移動し、このラビリンス溝に挟まれた粘性流体にはロータの回転数に比例した剪断力が加わる。このため、ラビリンス溝内の粘性流体は、内部エネルギーの増加及び摩擦により発熱する。そして、上記粘性流体に発生した剪断熱は、受熱室に移動する。受熱室は、暖房用温水回路の一部となっており、作動流体が粘性流体によって加熱されることになる。従って、加熱された作動流体がヒータ放熱器を発熱させて車室暖房用の暖気が得られる。
【００１１】
弁手段は、ロータが回転している状態（エンジンの稼働中）で、粘性流体が発熱室に移動した状態からリザーバタンクに移動した状態へと、暖房効果の進行程度に応じて連通路の開閉を制御することにより切替えるためのものである。即ち、暖房用温水加熱器の発熱室とリザーバタンクとは、リザーバタンクが発熱室の上側、換言すれば発熱室内のロータより外周に位置しており、ロータが停止した状態では、粘性流体は重力によって発熱室に移動し、ロータが回転した状態では、粘性流体に遠心力が働いてリザーバタンクに移動する。そこで、暖房用温水加熱器を動作させてから、十分な暖房効果が得られるまで発熱室内に粘性流体が導入された状態を維持するため、弁手段を閉じて連通路を閉状態とし、剪断熱の発生を促す。その後、暖房用温水加熱器による暖房が不要となった時に、弁手段を開いて連通路を開状態とし、遠心力によって粘性流体が発熱室からリザーバタンクに移動させれば、発熱室から受熱室への熱の伝導がなくなり、暖房用温水加熱器による暖房は停止する。暖房用温水加熱器による暖房が停止しても、エンジンの燃焼熱による暖房作用は持続する。
【００１２】
請求項３の発明において連通路は、単にリザーバタンクと受熱室とを連通しているものではなく、上記連通路が、上記リザーバタンクの粘性流体側と上記発熱室とを連通する通路と、上記リザーバタンクのエア室側と上記発熱室とを連通する通路とを有するので、遠心力によって発熱室からリザーバタンクへ移動する粘性流体は、抵抗の少ないエア室側と上記発熱室とを連通した通路を通る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の車両用暖房装置は、図１に示す一実施形態のように、水冷式エンジン１１における冷却水回路１２に暖房用温水回路１３を接続した車両に適用し、暖房用温水回路１３の作動流体は、冷却水回路１２の冷却水を共用している。
即ち、冷却水回路１２は、クーリングファン１４と共にベルト１５によって駆動されるウォータポンプ１６及びラジエータ１７を有し、ラジエータ１７とエンジン１１との間を冷却前管１８で接続し、ラジエータ１７とウォータポンプ１６との間を戻り管１９で接続し、更に、冷却前管１８の途中に配設されたサーモスタット弁２０と戻り管１９との間をバイパス管２１によって接続している。サーモスタット弁２０は、冷却水の水温が低い場合、冷却水をバイパス管２１側に流し、冷却水の水温が高い場合、ラジエータ１７に冷却水を流す。
【００１４】
暖房用温水回路１３は、ヒータ放熱器２２及び暖房用温水加熱器２３を有し、エンジン１１と暖房用温水加熱器２３との間を、ヒータバルブ２４をもち、かつ冷却水の温度センサ２５が取付けられた導出管２６で接続し、暖房用温水加熱器２３とヒータ放熱器２２との間を中間管２７で接続し、ヒータ放熱器２２を経た冷却水を接続用管２８を介して戻り管１９の冷却水に合流させている。ヒータ放熱器２２は、送風ファン２９の送風の下で外気に熱を放出するものであり、その外気が車室内に導風される。
【００１５】
さて、暖房用温水加熱器２３は、粘性流体が導入される発熱室３０と、該発熱室内に収納され発熱室３０の内壁とラビリンス溝を形成して粘性流体に剪断熱を誘起すべく回転するロータ３１と、該発熱室３０を外套し暖房用温水回路１３の一部となるウォータジャケットとしての受熱室３２と、暖房用温水加熱器２３を作動させない時に発熱室３０からの粘性流体を蓄えるリザーバタンク３４とを主体に構成され、リザーバタンク３４は発熱室３０より上側に設置され、かつ、リザーバタンク３４と発熱室３０との間の流体通路３５（以下、連通路という）には、制御装置３７からの駆動信号３７ａによって制御される弁手段、例えばソレノイド弁３６が介装されている。
【００１６】
上記制御装置は、ソレノイド弁３６の開閉を、上記温度センサ２５の検出信号２５ａに基づいて決定するとともに、車室内のヒータスイッチ（図示略）の操作指令を受けて上記導出管２６を開状態とする駆動信号３７ｂをヒータバルブ２４に出力している。
上記暖房用温水加熱器２３の具体例は、図２に示すように、エンジンへの取付用部４１ａをもつ半割のベースハウジング４１と、導出管２６への継手部４２ａ及び中間管２７への継手部４２ｂをもつ片側ハウジング４２とを共締めして、上側にリザーバタンク３４、外周に受熱室３２及び内周に発熱室３０を形成し、両ハウジング４１、４２にベアリング４３を介して支承されたシャフト４４にロータ３１を締着して該ロータ３１が発熱室３０内で回転するように構成されている。ロータ３１の外周部は、両ハウジング４１、４２の対応する外周内壁とでラビリンス溝４５が形成される。そして、リザーバタンク３４と発熱室３０とは、連通路３５で連通されている。連通路３５は、一端がラビリンス溝４５が形成されない発熱室３０の中心部に開口し、他端は、リザーバタンク３４のエア室３４ａへ開口した通路３５ａと、粘性流体側へ開口する通路３５ｂに分岐されている。
【００１７】
なお、上記シャフト４４にはベルトが掛止されるプーリ４６が装着される。
上記連通路３５には、通路３５ａと通路３５ｂを同時に開閉する３ポートノーマルオープン形のソレノイド弁３６が配設されている。即ち、ソレノイド弁３６は、ソレノイド３６１が非通電の状態において、弁体３６３と係合したプランジャ３６４をコイルばね３６２により押込んで３ポートを開放状態とし、通電状態において、プランジャ３６４を吸引して弁体３６３をコイルばね３６２の力に抗して押出し、３ポートを閉塞状態とする。入力ポート３６ａは連通路４６の一端側と連通され、一方の出力ポート３６ｂはエア室側へ開口した通路４６ａと連通され、他方の出力ポート３６ｃは粘性流体側へ開口した通路４６ｂと連通されている。
【００１８】
以上の構成において、エンジン１１が始動され、運転者の操作によりヒートスイッチが押されると、制御装置３７は、駆動信号３７ｂをヒータバルブ２４に送出してヒータバルブ２４を開く。このため冷却水は暖房用温水回路１３の導出管２６に流出する。導出管２６に流出した冷却水は、ウォータポンプ１６の作用により、温度センサ２５、暖房用温水加熱器２３の受熱室３２、中間管２７、ヒータ放熱器２２及び接続用管２８を通って戻り管１９に合流し、更にウォータポンプ１６に吸引されて、エンジン１１を還流する。
【００１９】
一方、エンジン１１が始動されると、発熱室３０内のロータ３１が回転する。発熱室３０には、ソレノイド弁３６がオープンのため、始動前に粘性流体が重力によって導入されており、回転したロータ３１によって粘性流体には遠心力が働く。ここで、温度センサ２５の検出信号２５ａが所定値未満であると、制御装置３７は、暖房用温水加熱器２３による暖房を実行するため、駆動信号３７ａを発してソレノイド弁３６を通電し、通路３５ａ、３５ｂを閉じる。これにより粘性流体は発熱室３２内に止まり、剪断熱を発生する。発生した剪断熱は、受熱室３２を流れる冷却水を加熱し、その加熱された冷却水でヒータ放熱器２２が発熱して、送風ファン２９の送風の下で外気に熱が放出される。こうして、エンジン１１が始動された時、冷却水温度が所定値未満の寒冷時には、暖房用温水加熱器２３による暖房が行われ、車室内を急激に暖房することができる。
【００２０】
次に、冷却水温度が所定値以上になると、制御装置３７は、暖房用温水加熱器２３による暖房が不要と判定して、ソレノイド弁３６への駆動信号３７ａの送出を断ち、通路３ａ、３５ｂを同時に開状態とする。通路３５ａ、３５ｂが連通路３５として開くと、粘性流体は遠心力によってリザーバタンク３４に移動し、ロータ３１の回転にかかわらず、暖房用温水加熱器２３は発熱動作をしなくなる。よって、粘性流体がリザーバタンク３４に移動した後は、エンジン１１の燃焼熱による暖房が行われることになる。
【００２１】
このように本実施形態においては、ロータ３１を回転させたまま暖房用温水加熱器２３の発熱動作を停止させているので、ロータ３１とプーリ４６とを断続する電磁クラッチが不要となり、エンジン周辺の簡潔化と車体重量の軽量化に寄与するものである。
また、ソレノイド弁３６は、コイルばね３６２の力に抗する駆動力をもてばよく、弁体３６３が移動するときも大きな抵抗がかからないので、電磁クラッチに比べ小さな電力で動作し得、交流発電機やバッテリを大型化させるものではない。
【００２２】
他の実施形態として、リザーバタンク３４と発熱室３０の位置関係は、必ずしもリザーバタンク３４を上側にすることなく、図３に示すように、車両に設置したとき発熱室３０の底面が位置する高さに、リザーバタンク３４の底面の高さが一致するようにしてもよい。この場合、リザーバタンク３４の容積は、一実施形態のように完全に高い位置とする場合より大きくする必要がある。エンジン始動時に粘性流体が発熱室３０内に満たされていなければならず、そのためには、発熱室３０とリザーバタンク３４の両方に粘性流体を満たす必要がある。そして、遠心力で粘性流体がリザーバタンク３４に移動するときは、発熱室３０の容積分の粘性流体がリザーバタンク３４に移動するからである。
【００２３】
また、ロータ３１の駆動源は、ベルト駆動に限定せず、専用の回転アクチュエータであってもかまわない。
また、本発明は、空冷式エンジンへの適用を妨げない。
更に、一実施形態では、温度センサの検出信号に基づいて弁手段を作動させているが、マニュアルスイッチによって作動させるようにしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１〜３の発明を含む本発明の車両用暖房装置によれば、粘性流体を重力の位置関係と遠心力とによって発熱室との間で授受するリザーバタンクを設け、ロータを回転した状態で暖房用温水加熱器の発熱動作と発熱阻止状態とに切替えることができるようにしたので、ロータとその駆動源とを断続する電磁クラッチが不要となり、エンジン周辺の簡潔化と車体重量の軽量化に寄与する。
【００２５】
また、十分な暖房効果が得られるまで発熱室内に粘性流体か導入された状態を維持すべく連通路を閉状態とする弁手段の駆動力は、上記電磁クラッチに比べ小さいため、交流発電機の出力増加やバッテリの大型化を伴わず、車両の省電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用暖房装置の構成図である。
【図２】上記一実施形態に用いた暖房用温水加熱器の一例を示す断面図である。
【図３】他の実施形態に係る暖房用温水加熱器の概略図である。
【符号の説明】
１１はエンジン、１２は冷却水回路、１３は暖房用温水回路、１６はウォータポンプ、２２はヒータ放熱器、２３は暖房用温水加熱器、２４はヒータハルブ、２５は温度センサ、２９は送風ファン、３０は発熱室、３１はロータ、３２は受熱室、３４はりザーバタンク、３５は連通路、３６はソレノイド弁（弁手段）、４５はラビリンス溝であり、各図において同一又は同等の要素には共通の符号を付す。
【図１】
0003656672.tif 000002
【図２】
0003656672.tif 000003
【図３】
0003656672.tif 000004