(57)【要約】【課題】ヒータコアの暖房効果を高めると共に、冷却水を循環させる際における通水抵抗を抑えることの可能な冷却系システムを提供する。【解決手段】冷却系システムは、排気熱回収器が取り付けられた冷却水通路とヒータコアが取り付けられた冷却水通路とが並列に設けられており、第１の冷却水通過ルートと第２の冷却水通過ルートの２つのルートを有する。第１の冷却水通過ルートは、内燃機関と、排気熱回収器及びヒータコアとの間で冷却水が循環するルートである。第２の冷却水通過ルートは、排気熱回収器とヒータコアとの間で冷却水が循環するルートである。内燃機関の暖機時において、ユーザからの暖房要求がある場合には、冷却水の流れるルートを、第１の冷却水通過ルートに設定した後、第２の冷却水通過ルートに切り換える。これにより、ヒータコアによる暖房効果を高めることができると共に、通水抵抗を抑えることができる。【選択図】図１
2008291690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と排気熱回収器とヒータコアとの間で冷却水を循環させることで、前記内燃機関の暖機及び前記ヒータコアによる暖房を行う冷却系システムであって、
前記内燃機関に対し、前記排気熱回収器が取り付けられた冷却水通路と、前記ヒータコアが取り付けられた冷却水通路と、が並列に設けられ、
前記内燃機関と、前記排気熱回収器及び前記ヒータコアと、の間で、前記冷却水が循環する第１の冷却水通過ルートと、
前記排気熱回収器と前記ヒータコアとの間で、前記冷却水が循環する第２の冷却水通過ルートと、
前記第１の冷却水通過ルートと前記第２の冷却水通過ルートとの間で、前記冷却水の流れるルートを切り換える切換手段と、
前記切換手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の暖機時において、ユーザからの暖房要求がある場合には、前記冷却水の流れるルートを、前記第２の冷却水通過ルートに設定した後、前記第１の冷却水通過ルートに切り換えることを特徴とする冷却系システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記内燃機関の暖機時において、ユーザからの暖房要求がない場合には、前記冷却水の流れるルートを、前記第１の冷却水通過ルートに設定することを特徴とする請求項１に記載の冷却系システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気熱回収器と熱交換を行う冷却系システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行い、排気熱を回収する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、冷却水の加温時には、冷却水と排気熱回収器との間の熱交換を行うことで、暖房効果を高め、冷却水の加温後には、排気ガスを、排気熱回収器をバイパスさせることにより、熱交換を抑制する技術が記載されている。また、特許文献２には、ヒータコアをバイパスする冷却水通路が設けられた排気還流装置が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８３７１１号公報
【特許文献２】特開２００４−２８５９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、エンジンにも多量の冷却水を循環させるので、ヒータコアの暖房効果は抑えられてしまう。また、ヒータコアと排気熱回収器とは直列に接続されているので、冷却水を循環させる際における通水抵抗が高くなってしまう。特許文献２に記載の技術では、エンジンの暖機時において、冷却水がヒータコアをバイパスする場合には、ヒータコアには一切冷却水が流れないため、暖房が機能しなくなる。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ヒータコアの暖房効果を高めると共に、冷却水を循環させる際における通水抵抗を抑えることの可能な冷却系システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、内燃機関と排気熱回収器とヒータコアとの間で冷却水を循環させることで、前記内燃機関の暖機及び前記ヒータコアによる暖房を行う冷却系システムは、前記内燃機関に対し、前記排気熱回収器が取り付けられた冷却水通路と、前記ヒータコアが取り付けられた冷却水通路と、が並列に設けられ、前記内燃機関と、前記排気熱回収器及び前記ヒータコアと、の間で、前記冷却水が循環する第１の冷却水通過ルートと、前記排気熱回収器と前記ヒータコアとの間で、前記冷却水が循環する第２の冷却水通過ルートと、前記第１の冷却水通過ルートと前記第２の冷却水通過ルートとの間で、前記冷却水の流れるルートを切り換える切換手段と、前記切換手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記内燃機関の暖機時において、ユーザからの暖房要求がある場合には、前記冷却水の流れるルートを、前記第２の冷却水通過ルートに設定した後、前記第１の冷却水通過ルートに切り換える。
【０００７】
上記の冷却系システムは、内燃機関（エンジン）と排気熱回収器とヒータコアとの間で冷却水を循環させることで、前記内燃機関の暖機及び前記ヒータコアによる暖房を行い、前記内燃機関に対し、前記排気熱回収器が取り付けられた冷却水通路と、前記ヒータコアが取り付けられた冷却水通路と、が並列に設けられている。冷却系システムは、第１の冷却水通過ルートと第２の冷却水通過ルートの２つのルートを有する。前記第１の冷却水通過ルートは、前記内燃機関と、前記排気熱回収器及び前記ヒータコアと、の間で、前記冷却水が循環するルートである。前記第２の冷却水通過ルートは、前記排気熱回収器と前記ヒータコアとの間で、前記冷却水が循環するルートである。冷却系システムは、更に、切換手段と、制御手段と、を備える。切換手段は、例えば、弁や三方弁であり、前記第１の冷却水通過ルートと前記第２の冷却水通過ルートとの間で前記冷却水の流れるルートを切り換える。前記制御手段は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、前記内燃機関の暖機時において、ユーザからの暖房要求がある場合には、前記冷却水の流れるルートを、前記第２の冷却水通過ルートに設定した後、例えば、車内の温度がユーザにより要求された設定温度になった場合には、前記第１の冷却水通過ルートに切り換える。このようにすることで、本発明の冷却系システムは、一般的な冷却系システムと比較して、ヒータコアによる暖房効果を高めることができると共に、冷却水を循環させる際における通水抵抗を抑えることができる。
【０００８】
上記の冷却系システムの他の一態様は、前記制御手段は、前記内燃機関の暖機時において、ユーザからの暖房要求がない場合には、前記冷却水の流れるルートを、前記第１の冷却水通過ルートに設定する。これにより、一般的な冷却系システムと比較して、冷却水を循環させる際における通水抵抗を抑えることができると共に、エンジン１の暖機を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１０】
［第１実施形態］
まず、本発明の実施形態に係る冷却系システムについて説明する。図１、図２は、本発明の実施形態に係る冷却系システム１００の概略構成を示す図である。なお、図１においては、実線矢印が冷却水の流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。また、太線で表した実線は、冷却水が流れる通路（冷却水通路）を示している。
【００１１】
本実施形態に係る冷却系システム１００は、冷却水を用いてエンジン１の冷却を行うと共に、この冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行うことによって排気熱を回収し、エンジン１の暖機やヒータコア９の熱源に利用するシステムである。冷却水は、冷却水通路７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅを通過することによって、エンジン１の冷却及び暖機などを行う。
【００１２】
冷却水通路７ｄは、エンジン１から延びており、冷却水通路７ｅと三方弁１１を介して接続されている。冷却水通路７ａは、冷却水通路７ｅと接続されている。冷却水通路７ｃは、冷却水通路７ａと、冷却水通路７ｅから分岐して延びている冷却水通路７ｂと、サーモスタット４を介して接続されている。冷却水通路７ｃは、エンジン１に通じている。ここで、冷却水通路７ｂ上には、ラジエータ３が設けられている。
【００１３】
冷却水通路７ｅは、冷却水通路７ｅ１と冷却水通路７ｅ２とに二股に分岐した後、再び合流する構成となっている、即ち、エンジン１に対し、冷却水通路７ｅ１と冷却水通路７ｅ２とが並列に設けられた構成となっている。具体的には、冷却水通路７ｅ１と冷却水通路７ｅ２とが、冷却水通路７ｄと三方弁１１を介して接続されている。冷却水通路７ｅ１上には、電動ＷＰ８と、排気熱回収器２とが設けられ、冷却水通路７ｅ２上には、ヒータコア９が設けられている。冷却水通路７ｂは、冷却水通路７ｅ１から分岐している。
【００１４】
また、冷却水通路７ｅ３が、冷却水通路７ｅ１と冷却水通路７ｅ２とを結んで設けられている。弁１０は、冷却水通路７ｅ３上に設けられており、開閉することで、冷却水通路７ｅ３の冷却水の流量を制御することができる。弁１０は、ＥＣＵ５０からの制御信号Ｓ１０に基づいて、弁の開閉を行う。
【００１５】
三方弁１１は、三方向に冷却水の出入り口を有し、各方向の出入り口には開閉可能な弁を有している。図１に示す例では、三方弁１１は、冷却水通路７ｄ、７ｅ１、７ｅ２の各方向に冷却水の出入り口を有しており、冷却水通路７ｄ、７ｅ１、７ｅ２の各方向の出入り口に弁を有している。三方弁１１は、ＥＣＵ５０からの制御信号Ｓ１１に基づいて、各方向の出入り口の弁の開閉を行う。
【００１６】
なお、以下では、冷却水通路７ａ〜７ｅを区別しない場合には、単に冷却水通路７として用いるものとする。
【００１７】
エンジン（内燃機関）１は、供給される燃料と空気との混合気を燃焼させることによって動力を発生する装置である。例えば、エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどによって構成される。また、エンジン１は、ハイブリッド車両などに搭載される。冷却水は、冷却水通路７ｃよりエンジン１に流入する。
【００１８】
エンジン１に流入した冷却水は、エンジン１内部のウォータージャケット（不図示）を通過した後、冷却水通路７ｄより流出する。ウォータージャケットは、エンジン１内部のシリンダ（不図示）の周囲に設けられており、シリンダは、ウォータージャケットを通過する冷却水と熱交換を行うことにより、暖機される。
【００１９】
排気熱回収器２は、エンジン１からの排気ガスが通過する排気通路（不図示）上に設けられている。排気熱回収器２は、内部に冷却水が通過し、この冷却水と排気ガスの間で熱交換を行うことによって、排気熱を回収する。これにより、冷却水は加温される。
【００２０】
電動ポンプ（以下、「電動ＷＰ」と呼ぶ。）８は、電動式のモータを備えて構成され、このモータの駆動により冷却水を冷却水通路７内で循環させる。具体的には、電動ＷＰ８は、バッテリから電力が供給され、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ８によって回転数などが制御される。
【００２１】
ヒータコア９は、内部を通過する冷却水によって、車室内の空気を暖める装置（暖房装置）である。この場合、ヒータコア９によって暖められた空気は、ブロア（不図示）と呼ばれる送風機によって車室内に送風される。
【００２２】
ラジエータ３では、その内部を通過する冷却水が外気によって冷却される。この場合、電動ファン（不図示）の回転により導入された風によって、ラジエータ３内の冷却水の冷却が促進される。
【００２３】
サーモスタット４は、冷却水の温度に応じて開閉する弁によって構成される。基本的には、サーモスタット４は、冷却水の温度が高温となったときに開弁する。この場合、サーモスタット４を介して冷却水通路７ｂと冷却水通路７ｃとが接続され、冷却水はラジエータ３を通過することとなる。これにより、冷却水が冷却され、エンジン１のオーバーヒートが抑制される。
【００２４】
これに対して、冷却水の温度が比較的低温である場合には、サーモスタット４は閉弁している。この場合には、冷却水はラジエータ３を通過しない。これにより、冷却水の温度低下が抑制されるため、エンジン１のオーバークールが抑制される。
【００２５】
ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などを備える。ＥＣＵ５０は、図示しない種々のセンサから供給された検出信号を基づいて、弁１０、三方弁１１の制御を実行する。
【００２６】
（冷却水の制御方法）
次に、冷却水の制御方法について説明する。図１の実線矢印は、弁１０が開いて、かつ、三方弁１１において、冷却水通路７ｄ、７ｅ１側の弁が開くと共に冷却水通路７ｅ２側の弁が閉じた場合における冷却水の流れ（以下、この冷却水の流れる通過ルートを「第１の冷却水の通過ルート」と称す）を示している。図２の実線矢印は、弁１０が閉じて、かつ、三方弁１１において、冷却水通路７ｅ１、７ｅ２側の弁が開くと共に冷却水通路７ｄ側の弁が閉じた場合における冷却水の流れ（以下、この冷却水の流れる通過ルートを「第２の冷却水の通過ルート」と称す）を示している。
【００２７】
まず、第１の冷却水の通過ルートについて、図１を用いて説明する。このとき、三方弁１１において、冷却水通路７ｄ、７ｅ１側の弁が開き、冷却水通路７ｅ２側の弁が閉じる。従って、図１に示すように、冷却水通路７ｄより流出した冷却水は、全て冷却水通路７ｅ１に流入して電動ＷＰ８により押し出される一方、冷却水通路７ｅ２に流入することはない。そして、弁１０が開いた場合には、冷却水通路７ｅ１から冷却水通路７ｅ３へも冷却水が流れる。従って、電動ＷＰ８の駆動により押し出された冷却水は、２つのルートに別れて進む。１つは、冷却水通路７ｅ１を進んで、排気熱回収器２を通過した後、冷却水通路７ａに至るルートであり、もう１つは、冷却水通路７ｅ１から冷却水通路７ｅ３へと進んで、冷却水通路７ｅ２上のヒータコア９を通過した後、冷却水通路７ａに至るルートである。なお、三方弁１１において、冷却水通路７ｅ２側の弁が閉じているので、冷却水通路７ｅ３から冷却水通路７ｅ１の三方弁１１に向かう方向に冷却水が流れることはない。これら２つのルートを通過した冷却水は、冷却水通路７ａに至る際に合流し、冷却水通路７ａ、７ｃを通過して、エンジン１内部のウォータージャケットに流入する。そして、冷却水は、エンジン１内部のウォータージャケット（不図示）を通過した後、冷却水通路７ｄより流出し、再び、冷却水通路７ｅ１へ流入して電動ＷＰ８によって押し出される。
【００２８】
次に、第２の冷却水の通路ルートについて、図２を用いて説明する。図２に示すように、弁１０が閉じた場合には、冷却水通路７ｅ３には冷却水が流れない。従って、電動ＷＰ８の駆動により押し出された冷却水は、冷却水通路７ｅ１を進んで、排気熱回収器２を通過する。このとき、三方弁１１において、冷却水通路７ｅ１、７ｅ２側の弁が開き、冷却水通路７ｄ側の弁が閉じているので、エンジン１内部のウォータージャケット内の冷却水は流れることがない。従って、排気熱回収器２を通過した冷却水は、冷却水通路７ａには進まずに、冷却水通路７ｅ２に進み、ヒータコア９を通過する。ヒータコア９を通過した冷却水は、冷却水通路７ｅ２を進んだ後、冷却水通路７ｅ１に進み、再び、電動ＷＰ８によって押し出される。
【００２９】
つまり、本実施形態に係る冷却系システム１００では、弁１０が開いて、かつ、三方弁１１において、冷却水通路７ｄ側の弁と電動ＷＰ８が設置されている冷却水通路７ｅ１側の弁とが開くと共に冷却水通路７ｅ２側の弁が閉じることにより、排気熱回収器２とヒータコア９とは、並列に接続されて、冷却水は、エンジン１と、排気熱回収器２及びヒータコア９との間で循環する。従って、第１の冷却水の通過ルート（図１の実線矢印）が本発明の第１の冷却水の通過ルートとなる。また、弁１０が閉じて、かつ、三方弁１１において、冷却水通路７ｅ１、７ｅ２側の弁が開くと共にエンジン１に通じる冷却水通路７ｄ側の弁が閉じることにより、排気熱回収器２とヒータコア９とは、直列に接続されて、冷却水は、排気熱回収器２とヒータコア９との間で循環する。従って、第２の冷却水の通過ルート（図２の実線矢印）が本発明の第２の冷却水通過ルートとなる。また、弁１０、三方弁１１は、本発明における切換手段として機能し、ＥＣＵ５０は、本発明における制御手段として機能する。
【００３０】
一般的な車両に適用される一般的な冷却系システムでは、エンジンの暖機時に、ユーザより暖房要求があった場合、冷却水の温度が所定温度（例えば４０℃）になるまで、暖房が作動しない、即ち、ヒータコアにおけるブロアが作動しない構成となっている。そのため、ユーザがエアコンを作動させて暖房により車内を温めようとしても、冷却水の全量が加温されて所定温度になるまでの時間の間、待つ必要が出てきてしまい、ヒータコアによる暖房効果が抑えられてしまう。また、ヒータコアと排気熱回収器とは直列に接続されているので、エンジンとヒータコアと排気熱回収器との間で、冷却水を循環させる際には、その通水抵抗が大きくなってしまう。
【００３１】
そこで、本実施形態に係る冷却系システム１００では、ＥＣＵ５０は、エンジン１の暖機時に、ユーザにより暖房要求があった場合には、冷却水の流れるルートを、第２の冷却水通過ルートに設定した後、第１の冷却水通過ルートに切り換えることとする。
【００３２】
具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン１の暖機時に、ユーザにより暖房要求があった場合には、弁１０、三方弁１１を制御して、冷却水の流れるルートを、第２の冷却水通過ルートに設定する。これにより、図２の実線矢印に示すように、冷却水通路７ｅ１、７ｅ２の冷却水のみが、排気熱回収器２とヒータコア９との間を循環することとなるので、冷却水の全量が加温される一般的な冷却系システムと比較して、ヒータコアを通過する冷却水の水温は早く昇温することとなり、ブロアが作動する所定温度になるまでの時間を短縮することができる。このようにして、本実施形態に係る冷却系システム１００では、一般的な冷却系システムと比較して、ヒータコアによる暖房効果を高めることができる。
【００３３】
ＥＣＵ５０は、車内の温度を計測する温度センサ（不図示）などにより、例えば、車内の温度が、ユーザにより要求された設定温度になっていると判定した場合には、弁１０、三方弁１１を制御して、冷却水の流れるルートを、第２の冷却水通過ルートから第１の冷却水通過ルートに切り換える。これにより、図１の実線矢印に示すように、冷却水が、排気熱回収器２を通過するルートと、ヒータコア９を通過するルートとで分かれて流れるので、排気熱回収器とヒータコアとを直列に結んだルートを冷却水が通過する一般的な冷却系システムと比較して、冷却水を循環させる際における通水抵抗を抑えることができ、電動ＷＰ８の駆動力を低減できる。
【００３４】
なお、本実施形態に係る冷却系システム１００では、ＥＣＵ５０は、エンジン１の暖機時に、ユーザにより暖房要求がなかった場合には、弁１０、三方弁１１を制御して、冷却水の流れるルートを最初から第１の冷却水通過ルートに設定することとする。これにより、先にも述べたように、一般的な冷却系システムと比較して、冷却水を循環させる際における通水抵抗を抑えることができる。
【００３５】
また、このとき、排気熱回収器２で加温された冷却水は、冷却水通路７ｅ１から冷却水通路７ａへと通過し、冷却水通路７ｅ１から冷却水通路７ｅ２へと通過することは殆どない。なぜなら、図１に示すように、冷却水通路７ｅ２から冷却水通路７ａへと通過する冷却水の流れが存在するからである。従って、排気熱回収器２で加温された冷却水は、冷却水通路７ｅ１から冷却水通路７ａへと進んで、冷却水通路７ｃを介して、エンジン１へ流入する。つまり、排気熱回収器２において回収された熱量は、エンジン１で放熱される前に、ヒータコア９で放熱されることはない。従って、本実施形態に係る冷却系システム１００では、排気熱回収器２において回収された熱量の殆どを、エンジン１の暖機に用いることができるので、冷却水が排気熱回収器とヒータコアとを直列に結んだルートを通過した後でエンジンに流入する一般的な冷却系システムと比較して、エンジン１の暖機を促進することができる。
【００３６】
なお、本発明の冷却系システムは、図１及び図２に示した図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、電動ＷＰ８は、冷却水通路７ｅ１上に設けられるとしているが、これに限られるものではなく、代わりに、冷却水通路７ｅ２上（図１の破線８ａの位置）に設けるとしてもよい。なお、この場合には、ラジエータ３に通じる冷却水通路７ｂは、冷却水通路７ｅ２から分岐することとなる。また、この場合、弁１０が開いて、かつ、三方弁１１において、冷却水通路７ｄの側の弁と電動ＷＰ８が設置されている冷却水通路７ｅ２側の弁とが開くと共に冷却水通路７ｅ１側の弁が閉じることにより、排気熱回収器２とヒータコア９とは、並列に接続されて、冷却水は、エンジン１と、排気熱回収器２及びヒータコア９との間で循環する（第１の冷却水通過ルート）。また、弁１０が閉じて、かつ、三方弁１１において、冷却水通路７ｅ１、７ｅ２側の弁が開くと共にエンジン１に通じる冷却水通路７ｄ側の弁が閉じることにより、排気熱回収器２とヒータコア９とは、直列に接続されて、冷却水は、排気熱回収器２とヒータコア９との間で循環する（第２の冷却水通過ルート）。このようにしても、上述した本発明の効果と同様の効果が得られることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態に係る冷却系システムの概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る冷却系システムの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  エンジン（内燃機関）
２  排気熱回収器
３  ラジエータ
４  サーモスタット
８  電動ポンプ（電動ＷＰ）
７  冷却水通路
９  ヒータコア
１０  弁
１１  三方弁
【図１】
2008291690.tif 000003
【図２】
2008291690.tif 000004