(57)【要約】  車両、特にディーゼルエンジン搭載車両に熱を補給するシステム。両側に異なる粘性クラッチ面を備えた被動粘性プレートが、エンジンと冷却剤ポンプとの間に設けられる。一方の側は、エンジン構造体（接地）にクラッチ式に連結されて熱を発生させ、もう一方の側は、冷却剤ポンプにクラッチ式に連結されてポンプの駆動状態を変える。両側ともエンジンコンピュータからの信号に従って作動されるバルブによって制御される。バルブは、共通容器から被動粘性プレートの両側への粘性流体の供給を別々に変える。エンジン制御ユニットからの信号は、瞬間的な所望の補助熱量および冷却剤流量に基づいている。別の実施形態では、２つの独立した粘性クラッチが利用され、冷却剤ポンプの両側に配置される。
2010519105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンによって駆動されるクランクシャフトとを有する車両用の補助加熱システムであって、
前記エンジンに供給される液体を冷却するポンプ部材と、
前記クランクシャフトおよびポンプ部材と連携動作可能に配置され、前記エンジンと前記ポンプ部材との間に配置された粘性機構とを含み、
前記粘性機構は、
一対の粘性クラッチ面、および前記一対の粘性クラッチ面間に配置された被動粘性プレートと、
粘性流体の容器と、
前記被動粘性プレートと前記粘性クラッチ面の一方との間に設けられた、粘性流体用の第１の作動チャンバ、および前記被動粘性プレートともう一方の前記粘性クラッチ面との間に設けられた、粘性流体用の第２の作動チャンバと、
前記容器と動作可能に連携し、前記容器から前記作動チャンバの一方または両方に粘性流体を選択的に供給するバルブ部材とを含む補助加熱システム。
【請求項２】
前記エンジンはディーゼルエンジンである、請求項１に記載の補助加熱システム。
【請求項３】
補助加熱が必要とされる場合に、前記被動粘性プレートと前記エンジンに隣接する前記粘性クラッチ面との間の第１の作動チャンバは満杯とされ、一方、前記被動粘性プレートと前記ポンプ部材に隣接する前記粘性クラッチ面との間の第２の作動チャンバは空とされる、請求項１に記載の補助加熱システム。
【請求項４】
補助加熱が必要とされない場合に、前記被動粘性プレートと前記エンジンに隣接する前記粘性クラッチ面との間の第１の作動チャンバは空とされ、前記被動粘性プレートと前記ポンプ部材に隣接する前記粘性クラッチ面との間の第２の作動チャンバは粘性流体で実質的に満杯とされる、請求項１に記載の補助加熱システム。
【請求項５】
内燃機関搭載車両に熱を補給する粘性クラッチ機構であって、
ハウジング部材と、
前記ハウジング部材内の被動粘性プレート部材と、
前記粘性プレート部材の一方の側に配置され、第１の作動チャンバを形成する第１の粘性クラッチ面部材と、
前記粘性プレート部材の反対側に配置され、第２の作動チャンバを形成する第２の粘性クラッチ面部材と、
粘性流体の容器と、
前記第１および第２の作動チャンバに粘性流体を選択的に供給するバルブ部材とを含む粘性クラッチ機構。
【請求項６】
前記エンジンはディーゼルエンジンである、請求項５に記載の粘性クラッチ機構。
【請求項７】
前記バルブ部材の選択動作を制御するエンジン制御ユニットをさらに含む、請求項５に記載の粘性クラッチ機構。
【請求項８】
前記エンジン制御ユニットは、所望の補助熱量および冷却剤流量を示す信号に少なくとも部分的に基づいて、前記バルブ部材の前記選択動作を制御する、請求項７に記載の粘性クラッチ機構。
【請求項９】
エンジン、前記エンジンによって駆動されるクランクシャフト、冷却ポンプ、および電子制御ユニットを有する車両用の補助加熱システムであって、
前記クランクシャフトおよび前記冷却ポンプと連携動作可能に配置された第１の粘性クラッチ部材と、
前記クランクシャフトと連携動作可能に配置された第２の粘性クラッチ部材と、
粘性流体の容器と、
前記第１および第２の粘性クラッチ部材のいずれかまたは両方に粘性流体を選択的に供給するバルブ部材とを含む補助加熱システム。
【請求項１０】
前記エンジンはディーゼルエンジンである、請求項９に記載の補助加熱システム。
【請求項１１】
前記バルブ部材の動作は前記電子制御ユニットによって制御される、請求項９に記載の補助加熱システム。
【請求項１２】
内燃機関と、前記内燃機関によって駆動されるクランクシャフトとを備えた車両に熱を補給する方法であって、
ハウジング部材と、
前記ハウジング部材内の被動粘性プレート部材と、
前記粘性プレート部材の一方の側に配置され、第１の作動チャンバを形成する第１の粘性クラッチ面部材と、
前記粘性プレート部材の反対側に配置され、第２の作動チャンバを形成する第２の粘性クラッチ面部材と、
粘性流体の容器と、
前記第１および第２作動チャンバに粘性流体を選択的に供給するバルブ部材と、
前記クランクシャフトと動作可能に連携する前記粘性クラッチ機構と
を含む粘性クラッチ機構を提供する工程と、
前記第２の作動チャンバを粘性流体が実質的にない状態に維持しながら、前記第１のチャンバを粘性流体で満たす工程とを含む、車両に熱を補給する方法。
【請求項１３】
流体は、最初のエンジン始動中に前記第１の作動チャンバに供給される、請求項１２に記載の車両に熱を補給する方法。
【請求項１４】
前記エンジンはディーゼルエンジンである、請求項１２に記載の車両に熱を補給する方法。
【請求項１５】
電子制御ユニットをさらに含み、前記電子制御ユニットによって前記粘性クラッチ機構を制御するステップをさらに含む、請求項１２に記載の車両に熱を補給する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の補助加熱システムに関し、より詳細には、特にディーゼルエンジン搭載車両用の補助加熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関搭載車両において、外気が低温（冬）の状態で低温始動した直後の暖機段階中に、熱を補給することが求められている。これは、ディーゼルエンジンが火花点火エンジンよりもゆっくり暖まることから、ディーゼルエンジン搭載車両に特に当てはまる。エンジンの急速暖機に関する主要な利点の１つは、ヒータおよびデフロスタ性能が改良されることである。また、中温のエンジンは、より効率的に作動し、低温のエンジンよりも排気レベルが低くなる。
【０００３】
さらに、ディーゼルエンジンには、外気が低温の状態において、交通渋滞で車両が動けなくなった場合に、十分な熱を供給するというさらなる課題がある。状況によっては、エンジンは、エンジンをその設定値に維持する冷却システムに、十分な熱を自然に放出できないことがある。これらの場合に、低温始動を行った後、長期にわたって熱補給を必要とすることがある。
【０００４】
補給用の熱を発生させる、現時点での公知の方法には、（１）電気抵抗加熱、（２）予備燃料バーナおよび熱交換器、（３）排気システム熱交換器、（４）エンジン駆動のビスカスヒータがある。
【０００５】
エンジン内にある直動式の冷却剤循環ポンプは、あらゆるエンジン回転数での全開絞りまたは最大負荷に合わせた容量とされているので、部分絞りや部分負荷で必要とされるよりも多い冷却剤流量をエンジンに送出するのは公知である。余分な吐出作業は寄生損失になるので、各種システムは、冷却剤ポンプ回転数を単なるエンジン回転数ではなく、瞬間的な出力レベルに合わせるように考案されてきた。冷却剤ポンプ回転数を連続的に可変とする公知の方法には、（１）電気モータ駆動の冷却剤ポンプ、（２）可変機械式駆動体、（３）可変粘性駆動体がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、車両エンジン用の、特に暖機段階用でディーゼルエンジン用の改良した補助熱源およびシステムが必要である。また、特に車両用の補助熱を生成するのに使用する可変冷却剤ポンプが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決し、車両内のディーゼルエンジン用の特定の用途を有する、改良された補助加熱システムを提供する。本発明は、ビスカス冷却剤ヒータ（ＶＣＨ）と粘性冷却剤ポンプ駆動体（ＶＣＰ）との機能を１つのユニットに組み込むことを含む。本発明は、ヒータ出力と冷却剤ポンプの係合度とを入力動力源から独立して制御することを可能にする。
【０００８】
両側に異なる粘性クラッチ面を有する被動粘性プレートが提供される。粘性クラッチの両側の一方は、エンジン構造体（接地）にクラッチ式に連結されて熱を発生させる。粘性クラッチのもう一方の側は、冷却剤ポンプにクラッチ式に連結されてポンプの駆動状態を変える。２つの側は、共通容器から両側への粘性流体の供給量を別々に変えることができるバルブによって供給、制御される。本発明の動作は通常、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ、別名エンジンコンピュータ）からの信号によって制御され、瞬間的な所望の補助熱量および冷却剤流量に基づくのが好ましい。
【０００９】
好ましい実施形態の詳細な説明を添付の図面および添付の特許請求の範囲とともに考慮に入れて考察すると、本発明の他の目的および特徴が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を概略的に示している。
【図２】本発明の別の実施形態を示している。
【図３】本発明の実施形態を使用する際の１つの段階を示している。
【図４】実施形態の１つに従った本発明の動作の異なる段階を示している。
【図５】実施形態の１つに従った本発明の動作の異なる段階を示している。
【図６】実施形態の１つに従った本発明の動作の異なる段階を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ディーゼルエンジン搭載車両用の補助冷却剤ヒータでは、通常ピーク出力が２〜４ＫＷの範囲にあり、外気が低温（冬）の状態で低温始動した後、素速くヒータ／デフロスタ性能を獲得することが必要である。ディーゼルエンジンによっては、外気が低温の状況でアイドリング状態が長期にわたる際に、補助加熱を継続することも必要である。
【００１２】
ディーゼルエンジン用の冷却剤ポンプでは、発生した動力に比例して冷却剤を吐出することが必要である。車両において、（想定としてアイドル回転数での）ビスカスヒータの所要熱量散逸量と、（ピークエンジン回転数での）粘性ポンプ駆動体の全熱量伝達負荷とはほぼ同じである。
【００１３】
ディーゼルエンジンの最初の暖機段階の間、ビスカスヒータは満たされ、スリップしなければならず、粘性ポンプクラッチは、低スリップ状態と高スリップ状態との間のどこかで作動しなければならない。冷却剤が低温になればなるほど、ポンプを遅く回転させることができる。
【００１４】
本発明による一実施形態が図１に示されている。その実施形態は、全体として参照数字１０で示され、ディーゼルエンジン１４を有する車両１２で使用される。エンジンのクランクシャフト１６は、冷却剤ポンプ１８を作動させる。一対の粘性クラッチ２０、２２がポンプ１８の両側に設けられている。
【００１５】
車両１２の最初の始動状態の直後に、ある程度の粘性加熱を可能にするために、粘性クラッチ２０が満たされて、冷却ポンプ１８と最大限の連結を形成する。それと同時に、粘性クラッチ２２は一部分だけ係合し、ポンプの回転数を遅くするブレーキとして機能する。このように、クラッチ２０、２２はともに、スリップしつつ熱を発生させる。ポンプのインペラは、単に遅い回転数で作動するに過ぎないが、その回転数は熱を散逸させるのに十分である。
【００１６】
本発明のこの実施形態の場合、この状態に対して必要とされる流量は、アイドル状態における通常の冷却剤ポンプの最大ポンプ回転数での流量に近いものになると考えられる。これは、ほとんどの自動車用冷却剤ポンプが、アイドル状態での加熱／霜取り必要量に対して、ほんのわずかしか容量が大きくないからである。また、一般的に２〜３％程度である粘性クラッチの最大スリップを補うために、粘性駆動の冷却剤ポンプは通常、容量が若干大きめになっている。
【００１７】
補助加熱が不要な場合、粘性クラッチ２２は空になり、冷却剤ポンプの回転数は、単に粘性クラッチ２０によって調整される。
【００１８】
本発明の別の実施形態が図２に示されており、その動作時の幾つかの段階が図３〜６に概略的に示されている。この実施形態は、参照数字２５で全体として示されている。この実施形態では、冷却剤流れおよび粘性加熱は独立している。
【００１９】
車両３０は、クランクシャフト３４を備えたディーゼルエンジン３２を有する。クランクシャフトは冷却ポンプ３６を作動させる。粘性クラッチ３８、４０を備えた２段粘性クラッチ機構がポンプ３６に隣接して設けられている。粘性クラッチ３８は、ポンプ３６のインペラと粘性クラッチ４０との間に配置され、一方、粘性クラッチ４０は、粘性クラッチ３８とエンジン（接地）３２との間に配置されている。
【００２０】
２つのクラッチは、共通のシリコーン流体バルブおよび共通の流体容器とともに、１つのユニットまたはハウジングに組み込まれるのが好ましい。シリコーンなどの任意の一般的な粘性流体を利用することができる。流体バルブは、粘性流体を粘性クラッチ３８、４０のいずれか一方または両方に送るように動作可能である。
【００２１】
システム２５での最初の低温始動の間、ポンプ３６は非常にゆっくりと回転するだけでよい。したがって、粘性クラッチ３８の作動チャンバは空である。このとき、粘性クラッチ４０の作動チャンバは満杯になっていて熱を発生させるが、ポンプ入力回転数に影響を及ぼすことはない。熱が発生すると、ポンプ３６を、加熱された冷却剤を循環させる回転数にすることができる。この間、熱は主に粘性クラッチ４０で発生し、冷却剤ポンプ駆動用粘性クラッチ３８内のスリップによっても発生する。
【００２２】
システム２５の場合、エンジン３２の暖機段階中に、ビスカスヒータの冷却剤ポンプの回転数を独立して制御することができる。通常の温度であって、補助加熱が必要とされない場合、粘性クラッチ４０は、作動チャンバが空になり、粘性クラッチ３８は、ポンプ３６の回転数を調整することになる。
【００２３】
この実施形態の場合、２つの粘性機構が１つのユニットに組み込まれている。必要な補助熱を生成するために、単一のコントローラが、シリコーン流体（すなわち作動流体）を適切な側に割り当てる。
【００２４】
図３に示すように、バルブ部材５０が、作動流体容器５２と２つの粘性クラッチ３８、４０との間に配置されている。バルブ部材５０は、作動流体をクラッチの一方または両方に選択的に向ける。システム２５の動作が、図４〜６に概略的に示されている。
【００２５】
流体容器５２は、バルブ５０を通じて粘性クラッチ３８、４０に接続されている。２つの一体となったクラッチ機構３８、４０の入力部材６０は、エンジン３２のクランクシャフト３４によって入力回転数で駆動される。粘性クラッチ３８の被動部材は参照数字６２で示され、粘性クラッチ４０の被動部材は参照数字６４で示されている。冷却剤ポンプ３６は、粘性クラッチ３８の被動部材６２によって駆動される。システム２５で発生した熱は、「Ｑ  ＯＵＴ」矢印７０で示されている。粘性クラッチ４０の部分６６は固定されていて、回転しない。入力部材６０のもう一方の直径とハウジング部材６８との間の公差は非常に厳しい。この厳しい公差は、参照数字７２で示されている。
【００２６】
図４に示すように、両方の粘性クラッチの作動チャンバが満杯であると、エンジンおよびポンプは同じ回転数で回転する。
【００２７】
図５は、ヒータモードが完全に「入」状態にある状況を概略的に示している。バルブ５０は、シリコーン流体が入力部材６０と粘性クラッチ部材４０の回転出力部材６４との間の空間にのみ入ることを可能にするように、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）またはエンジンコンピュータ８０によって作動される。このとき、冷却ポンプは作動しておらず、粘性クラッチ４０から供給される熱が最大限に生成される。
【００２８】
ヒータが「切」となった状況が図６に示されている。バルブ部材５０が、電子制御ユニット８０によって作動されて、流体を粘性クラッチ３８の作動チャンバに供給したところである。作動チャンバは、参照数字３９で示され、入力部材６０と出力部材６２との間に配置されている。このとき、ポンプ部材３６は、完全に「入」状態にある。また、粘性クラッチ４０の作動チャンバは空であり、冷却剤ポンプ３６の回転数は、粘性クラッチ３８のみによって変えられ、調整される。その結果として、暖機段階中に、ビスカスヒータの冷却剤ポンプの回転数を独立して制御することができる。
【００２９】
１つまたは複数の実施形態に関連して本発明を説明したが、当然のことながら、説明した特定の機構および技術は、本発明の原理の単なる例に過ぎず、添付の特許請求の範囲で定義した本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、説明した方法および装置を様々に変更することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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