(57)【要約】【課題】  排気ガスの熱を利用して車室の暖房を効果的に行えるようにする。【解決手段】  エンジンＥの排気通路１１の排気ガス浄化触媒１２の下流に熱交換器１３を設けて高温の排気ガスと低温の外気との間で熱交換するので、排気ガス浄化触媒１２で発生した反応熱を有効に利用して熱交換効率を高めることができる。また外気供給通路１５に設けた第１ミキシングバルブ２１によって高温の外気に低温の外気を混合して温度低下させた後に、その外気に第２ミキシングバルブ１９で低温の外気を混合して車室内に供給するので、熱交換器１３を出た極めて高温の外気が直接第２ミキシングバルブ１９に供給されて損傷させるのを未然に防止することができる。熱交換器１３が破損して排気ガスが外気供給通路１５内に流入すると、第１ミキシングバルブ２１を閉じて熱交換器１３との連通を遮断することで、排気ガスが車室に流入するのを防止することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（Ｅ）の排気通路（１１）に設けられた排気ガス浄化触媒（１２）と、
排気ガス浄化触媒（１２）の下流の排気通路（１１）に設けられた熱交換器（１３）と、
熱交換器（１３）において排気ガスとの間で熱交換した高温の外気を供給する外気供給通路（１５）と、
外気供給通路（１５）に設けられて前記高温の外気に低温の外気を混合する第１ミキシングバルブ（２１）と、
外気供給通路（１５）の下流端に接続されて第１ミキシングバルブ（２１）から供給された外気に低温の外気を混合して車室内に供給する第２ミキシングバルブ（１９）と、
を備えたことを特徴とする自動車の暖房装置。
【請求項２】
エンジン（Ｅ）の排気通路（１１）に設けられた排気ガス浄化触媒（１２）と、
排気ガス浄化触媒（１２）の下流の排気通路（１１）に設けられた第１熱交換器（１３Ａ）と、
第１熱交換器（１３Ａ）において排気ガスとの間で熱交換した高温の媒体が循環する循環通路（２６）と、
循環通路（２６）に設けられた第２熱交換器（１３Ｂ）と、
第２熱交換器（１３Ｂ）において高温の媒体との間で熱交換した高温の外気を供給する外気供給通路（１５）と、
外気供給通路（１５）に設けられて前記高温の外気に低温の外気を混合する第１ミキシングバルブ（２１）と、
外気供給通路（１５）の下流端に接続されて第１ミキシングバルブ（２１）から供給された外気に低温の外気を混合して車室内に供給する第２ミキシングバルブ（１９）と、
を備えたことを特徴とする自動車の暖房装置。
【請求項３】
第２ミキシングバルブ（１９）に供給される高温の外気に含まれる排気ガスの濃度を検出する排気ガス濃度検出手段（２２）と、
検出された排気ガスの濃度が所定値以上の場合に第１ミキシングバルブ（２１）を閉じて第２ミキシングバルブ（１９）への高温の外気の流入を遮断する制御手段（２４）と、を備えたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車の暖房装置。
【請求項４】
第２ミキシングバルブ（１９）に供給される高温の外気に含まれる排気ガスの濃度を検出する排気ガス濃度検出手段（２２）と、
検出された排気ガスの濃度が所定値以上の場合にドライバーに警報を発する警報手段（２５）と、
を備えたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車の暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの高温の排気ガスと低温の外気とを熱交換器において熱交換させ、排気ガスにより加熱された高温の外気で車室の暖房を行う自動車の暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンと排気ガス浄化触媒との間の排気通路に熱交換器を配置し、この熱交換器で回収した排気ガスの熱エネルギーを車室の暖房に利用するものが、下記特許文献１、２により公知である。
【０００３】
また排気ガス浄化触媒に熱交換器を一体に設け、この熱交換器で回収した排気ガスの熱エネルギーを車室の暖房に利用するものが、下記特許文献３により公知である。
【特許文献１】特開平１１−１９３７５３号公報
【特許文献２】特開平１１−２１８０２０号公報
【特許文献３】特開平１１−５０８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１、２に記載されたものは、熱交換器が排気ガス浄化触媒の上流位置に設けられているため、排気ガス浄化触媒において発生する反応熱を熱交換器において有効に回収できないという問題があり、また上記特許文献３に記載されたものは、熱交換器が排気ガス浄化触媒に一体化されているため、その寸法が大型化してレイアウト性が低下する問題がある。
【０００５】
特に、エンジンの排気ガスの温度は最大９００℃程度に達するため、その排気ガスと熱交換した外気も極めて高温になるが、その高温の外気を直接車室側の空調ユニットに供給すると、空調ユニットを損傷させる可能性がある。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、排気ガスの熱を利用して車室の暖房を効果的に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、エンジンの排気通路に設けられた排気ガス浄化触媒と、排気ガス浄化触媒の下流の排気通路に設けられた熱交換器と、熱交換器において排気ガスとの間で熱交換した高温の外気を供給する外気供給通路と、外気供給通路に設けられて前記高温の外気に低温の外気を混合する第１ミキシングバルブと、外気供給通路の下流端に接続されて第１ミキシングバルブから供給された外気に低温の外気を混合して車室内に供給する第２ミキシングバルブとを備えたことを特徴とする自動車の暖房装置が提案される。
【０００８】
また請求項２に記載された発明によれば、エンジンの排気通路に設けられた排気ガス浄化触媒と、排気ガス浄化触媒の下流の排気通路に設けられた第１熱交換器と、第１熱交換器において排気ガスとの間で熱交換した高温の媒体が循環する循環通路と、循環通路に設けられた第２熱交換器と、第２熱交換器において高温の媒体との間で熱交換した高温の外気を供給する外気供給通路と、外気供給通路に設けられて前記高温の外気に低温の外気を混合する第１ミキシングバルブと、外気供給通路の下流端に接続されて第１ミキシングバルブから供給された外気に低温の外気を混合して車室内に供給する第２ミキシングバルブとを備えたことを特徴とする自動車の暖房装置が提案される。
【０００９】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、第２ミキシングバルブに供給される高温の外気に含まれる排気ガスの濃度を検出する排気ガス濃度検出手段と、検出された排気ガスの濃度が所定値以上の場合に第１ミキシングバルブを閉じて第２ミキシングバルブへの高温の外気の流入を遮断する制御手段とを備えたことを特徴とする自動車の暖房装置。
【００１０】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、第２ミキシングバルブに供給される高温の外気に含まれる排気ガスの濃度を検出する排気ガス濃度検出手段と、検出された排気ガスの濃度が所定値以上の場合にドライバーに警報を発する警報手段とを備えたことを特徴とする自動車の暖房装置が提案される。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の構成によれば、エンジンの排気通路の排気ガス浄化触媒の下流に熱交換器を設けて高温の排気ガスと低温の外気との間で熱交換するので、排気ガス浄化触媒で発生した反応熱を有効に利用して熱交換効率を高めることができる。また外気供給通路に設けた第１ミキシングバルブによって高温の外気に低温の外気を混合して温度低下させた後に、その外気に第２ミキシングバルブで低温の外気を混合して車室内に供給するので、熱交換器を出た極めて高温の外気が直接第２ミキシングバルブに供給されて損傷させるのを未然に防止することができる。
【００１２】
請求項２の構成によれば、エンジンの排気通路の排気ガス浄化触媒の下流に熱交換器を設けて高温の排気ガスと低温の外気との間で熱交換するので、排気ガス浄化触媒で発生した反応熱を有効に利用して熱交換効率を高めることができる。また外気供給通路に設けた第１ミキシングバルブによって高温の外気に低温の外気を混合して温度低下させた後に、その外気に第２ミキシングバルブで低温の外気を混合して車室内に供給するので、熱交換器を出た極めて高温の外気が直接第２ミキシングバルブに供給されて損傷させるのを未然に防止することができる。更に、排気通路と循環通路との間に第１熱交換器を設けるとともに、循環通路と外気供給通路との間に第２熱交換器を設けたので、第１熱交換器および第２熱交換器の一方が破損しても、排気通路の排気ガスが外気供給通路に流入して車室に供給されるのを防止することができる。
【００１３】
請求項３の構成によれば、第２ミキシングバルブに供給される高温の外気に含まれる排気ガスの濃度が所定値以上になると、第１ミキシングバルブを閉じて第２ミキシングバルブへの高温の外気の流入を遮断するので、排気ガスが含まれた外気が車室内に流入するのを未然に阻止することができる。
【００１４】
請求項４の構成によれば、第２ミキシングバルブに供給される高温の外気に含まれる排気ガスの濃度が所定値以上になるとドライバーに警報を発するので、排気ガスが含まれた外気が車室内に流入しないようにドライバーに対応を促すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１６】
図１および図２は本発明の第１実施例を示すもので、図１は自動車の暖房装置の構造および制御系の説明図、図２は作用を説明するフローチャートである。
【００１７】
図１に示すように、自動車の車体前部に搭載したエンジンＥから車体後方に延びる排気通路１１に、排気ガス中の有害成分を除去する排気ガス浄化触媒１２と、排気ガスおよび外気間で熱交換を行う熱交換器１３と、排気騒音を低減する消音器１４とが、排気ガスの流れ方向の上流側から下流側に順次配置される。
【００１８】
熱交換器１３は排気ガスの高温に耐えるセラミックス製のコアに多数の排気ガス流路と多数の外気流路とを相互に直交する方向に形成したもので、排気通路１１から供給された排気ガスが通過する排気ガス流路と外気供給通路１５から供給された外気が通過する外気流路との間で熱交換を行うことで、排気ガスの熱で外気を加熱するようになっている。
【００１９】
外気供給通路１５の下流端に接続される空調ユニット１６はフィルタ１７およびエバポレータ１８を介して供給される低温の外気と、外気供給通路１５から供給される高温の外気とを所定の比率で混合する第２ミキシングバルブ１９と、第２ミキシングバルブ１９で混合された適温の外気を車室内に供給するブロア２０とを備える。また熱交換器１３と空調ユニット１６との間に第１ミキシングバルブ２１が設けられており、熱交換器１３から供給された高温の外気に低温の外気を所定の比率で混合する。この混合した外気は熱交換器１３を出る外気よりは温度低下するが依然として高温である。
【００２０】
第１ミキシングバルブ２１および空調ユニット１６間の外気供給通路１５には、排気ガスの濃度を検出する排気ガス濃度検出手段２２が設けられる。制御手段２４は、前記排気ガス濃度検出手段２２で検出した排気ガスの濃度と、車室温度検出手段２３で検出した車室の温度とに基づいて第１ミキシングバルブ２１、第２ミキシングバルブ１９、ブロア２０およびチャイム、ブザー、ランプ、音声案内等の警報手段２５の作動を制御する。
【００２１】
次に、上記構成を備えた第１実施例の作用を、図２のフローチャートに基づいて説明する。
【００２２】
エンジンＥの運転により発生した高温の排気ガスは、排気ガス浄化触媒１２を通過して有害成分を除去され、かつ触媒反応により更に温度上昇した状態で、熱交換器１３およ消音器１４を通過して排出される。一方、空調ユニット１６のブロア２０が発生する負圧で外気供給通路１５に導入された低温の外気は、熱交換器１３を通過する間に高温の排気ガスとの間で熱交換することで高温に加熱される。
【００２３】
熱交換器１３を通過して高温になった外気は、第１ミキシングバルブ２１において低温の外気と所定の比率で混合して温度低下するが、依然として高温のまま空調ユニット１６に供給される。空調ユニット１６の第２ミキシングバルブ１９において、フィルタ１７およびエバポレータ１８を通過して塵および水分を除去されたクーラー用の低温の外気と、外気供給通路１５から供給される高温の外気とが所定の比率で混合され、適温となった外気がブロア２０により車室に供給されて暖房に供される。
【００２４】
このとき、ステップＳ１で乗員の操作により設定された車室の目標温度を読み込み、ステップＳ２で車室温度検出手段２３により車室温度を検出し、ステップＳ３で制御手段２４が目標温度と検出温度との偏差に基づいて空調ユニット１６の第２ミキシングバルブ１９の開度を制御する。具体的には、車室温度が目標温度よりも高い場合にはフィルタ１７およびエバポレータ１８を介して導入される低温の外気の流量を増加させて外気供給通路１５から導入される高温の外気の流量を減少させ、逆に車室温度が目標温度よりも低い場合にはフィルタ１７およびエバポレータ１８を介して導入される低温の外気の流量を減少させて外気供給通路１５から導入される高温の外気の流量を増加させる。
【００２５】
従来のエンジン冷却水を熱源とする暖房装置では、エンジンを冷間始動してから冷却水の水温が充分に上昇するまでに時間が掛かるため、車室の暖房が可能になるまでの待ち時間が長くなる問題があった。それに対して本実施例では、エンジンＥの冷間始動直後においても高温である排気ガスを暖房の熱源に利用することで、エンジンＥの始動直後に速やかに車室の暖房を可能にして利便性を高めることができる。しかも熱交換器１３を排気ガス浄化触媒１２の下流に配置したので、熱交換器１３のヒートマスによって排気ガス浄化触媒１２の活性化が遅れるのを防止して有害成分の排出を抑制することができるだけでなく、排気ガス浄化触媒１２における触媒反応の熱で温度上昇した排気ガスを熱交換器１３に供給することで、その熱交換効率を高めることができる。
【００２６】
ところで、熱交換器１３のコアが破損して排気ガスが外気に混合すると、その排気ガスを含む外気が外気供給通路１５および空調ユニット１６を介して車室内に供給されてしまう可能性がある。これを防止するために、ステップＳ４で外気供給通路１５に設けた排気ガス濃度検出手段２２で排気ガスの濃度を検出し、ステップＳ５で排気ガスの濃度が所定値以上であれば、ステップＳ６で制御手段２４からの指令で第１ミキシングバルブ２１を駆動して外気供給通路１５を熱交換器１３から遮断するとともに、第２ミキシングバルブ１９を駆動してブロア２０をフィルタ１７およびエバポレータ１８から遮断して外気供給通路１５に連通させる。そしてステップＳ７でブロア２０を逆転駆動して車室内の空気を逆流させることで、外気供給通路１５内に残留する排気ガスを含む外気を第１ミキシングバルブ２１を経て外気に排出し、車室内への浸入を確実に阻止することができる。
【００２７】
これと同時に、ステップＳ８で制御手段２４からの指令でブザー、チャイム、ランプ等の警報手段２５を作動させて熱交換器１３の破損をドライバーに報知し、その修理を促すことができる。
【００２８】
次に、図３に基づいて本発明の第２実施例を説明する。尚、第２実施例において、第１実施例の構成要素に対応する構成要素に第１実施例と同じ符号を付すことで、重複する説明を省略する。
【００２９】
第１実施例は単一の熱交換器１３を備えているが、第２実施例は第１熱交換器１３Ａおよび第２熱交換器１３Ｂを備えている。第１、第２熱交換器１３Ａ，１３Ｂは閉回路を構成する循環通路２６で接続されており、循環通路２６の内部には空気のような無害の媒体がポンプ２７により循環している。従って、第１熱交換器１３Ａで高温の排気ガスと循環通路２６内の媒体との間で熱交換を行って媒体を高温に加熱し、更に第２熱交換器１３Ｂで高温の媒体と低温の外気との間で熱交換を行って外気を高温に加熱することで、その高温の外気を外気供給通路１５を介して空調ユニット１６に供給することができる。
【００３０】
このように、第１、第２熱交換器１３Ａ，１３Ｂを設けたことで、万一第１熱交換器１３Ａが破損して排気通路１１の排気ガスが循環通路２６の媒体に混入しても、第２熱交換器１３が破損しない限り外気供給通路１５に排気ガスが流入する虞はない。また万一第２熱交換器１３Ｂが破損して循環通路２６の媒体が外気供給通路１５に流入しても、その媒体は無害であるために支障はない
第１、第２熱交換器１３Ａ，１３Ｂが同時に破損すると排気通路１１の排気ガスが外気供給通路１５に流入する虞があるが、そのような確率は極めて低いものである。仮に、そのような事態が発生しても、第１実施例と同様に排気ガス濃度検出手段２２で検出した排気ガスの濃度が所定値を超えると、第１ミキシングバルブ２１で第２熱交換器１３Ｂと空調ユニット１６との連通を遮断するので、排気ガスが車室内に流入するのを確実に防止することができる。
【００３１】
第２実施例のその他の作用効果は、第１実施例のものと同じである。
【００３２】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施例に係る自動車の暖房装置の構造および制御系の説明図
【図２】作用を説明するフローチャート
【図３】第２実施例に係る自動車の暖房装置の構造および制御系の説明図
【符号の説明】
【００３４】
１１        排気通路
１２        排気ガス浄化触媒
１３        熱交換器
１３Ａ      第１熱交換器
１３Ｂ      第２熱交換器
１５        外気供給通路
１９        第２ミキシングバルブ
２１        第１ミキシングバルブ
２２        排気ガス濃度検出手段
２４        制御手段
２５        警報手段
２６        循環通路
Ｅ          エンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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