(57)【要約】【課題】燃焼式ヒータを用いた車両用暖房装置において、急速暖房能力を確実に高める。【解決手段】エンジン冷却水の温度が第１所定温度（６０℃）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。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。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。【選択図】        図１
2004203306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記ヒータ（１）を流出した冷却液を前記熱機関（２）を迂回させて前記ヒータ（１）に導くバイパス通路（３）と、
前記バイパス通路（３）及び前記ヒータ（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、
前記閉回路に設けられ、冷却液を加熱する加熱器（５）と、
前記閉回路に設けられ、冷却液を循環させるポンプ（６）とを備え、
前記熱機関（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、前記閉回路を構成した状態で前記加熱器（５）及び前記ポンプ（６）を稼動させることを特徴とする車両用暖房装置。
【請求項２】
前記熱機関（２）から流出する冷却液の温度が、前記所定温度より高く、かつ、前記所定温度より高い第２の所定温度以下の場合には、前記制御バルブ（４）を作動させて前記加熱器（５）にて加熱された冷却液が前記熱機関（２）内を循環し得る状態として前記加熱器（５）を稼動させることを特徴とする請求項１に記載の車両用暖房装置。
【請求項３】
前記熱機関（２）から流出する冷却液の温度が前記第２の所定温度より高い場合には前記加熱器（５）を停止させることを特徴とする請求項２に記載の車両用暖房装置。
【請求項４】
前記熱機関（２）内を循環する冷却液の温度が前記閉回路内を循環する冷却液の温度以上となったときに、前記制御バルブ（４）を作動させて前記熱機関（２）内を循環した冷却液が前記ヒータ（１）に循環し得る状態とすることを特徴とする請求項１に記載の車両用暖房装置。
【請求項５】
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、
前記ヒータ（１）を流出した冷却液を前記熱機関（２）を迂回させて前記ヒータ（１）に導くバイパス通路（３）と、
前記バイパス通路（３）及び前記ヒータ（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、
前記閉回路に設けられ、冷却液を加熱する加熱器（５）と、
前記閉回路に設けられ、冷却液を循環させるポンプ（６）とを備え、
前記熱機関（２）が始動する前に室内の暖房を行うプレーヒート時には、前記閉回路を構成した状態で前記加熱器（５）及び前記ポンプ（６）を稼動させることを特徴とする車両用暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、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、閉回路に設けられ、冷却液を加熱する加熱器（５）と、閉回路に設けられ、冷却液を循環させるポンプ（６）とを備え、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、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、閉回路に設けられ、冷却液を加熱する加熱器（５）と、閉回路に設けられ、冷却液を循環させるポンプ（６）とを備え、熱機関（２）が始動する前に室内の暖房を行うプレーヒート時には、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。
【図１】
2004203306.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004203306.tif 000007
【図６】
2004203306.tif 000008
【図７】
2004203306.tif 000009
【図８】
2004203306.tif 000010
【図９】
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