(57)【要約】【課題】冷間始動時にヒータコアにおける暖房性能の立ち上がりの遅れを抑制する。【解決手段】排熱回収システム１００は、エンジン１１の冷却水通路１０と、冷却水通路１０に設けられ冷却水の熱を車室内への送風空気に伝達させるヒータコア１３と、冷却水通路１０と並列に設けられる排熱回収通路３０と、排熱回収通路３０に設けられエンジン１１の排気ガスの熱を回収して冷却水へ伝達する排熱回収器３１と、排熱回収通路３０における排熱回収器３１の上流側と下流側とを接続する閉回路用通路３２と、冷却水の温度がエンジン１１の冷間時の温度である場合、閉回路用通路３２と排熱回収器３１との間で冷却水を循環させる閉回路を形成する流路切換手段３３、３４と、を備える。【選択図】図１
2013241858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの冷却水通路と、
前記冷却水通路に設けられ冷却水の熱を車室内への送風空気に伝達させるヒータコアと、
前記冷却水通路と並列に設けられる排熱回収通路と、
前記排熱回収通路に設けられ前記エンジンの排気ガスの熱を回収して冷却水へ伝達する排熱回収器と、
前記排熱回収通路における前記排熱回収器の上流側と下流側とを接続する閉回路用通路と、
冷却水の温度が前記エンジンの冷間時の温度である場合、前記閉回路用通路と前記排熱回収器との間で冷却水を循環させる閉回路を形成する流路切換手段と、
を備えることを特徴とする排熱回収システム。
【請求項２】
請求項１に記載の排熱回収システムであって、
前記流路切換手段は、前記排熱回収器から流出する冷却水の温度が前記排熱回収器へ流入する冷却水の温度より高くなった場合、前記閉回路を開放する、
ことを特徴とする排熱回収システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の排熱回収システムであって、
前記流路切換手段は、前記排熱回収器から流出する冷却水の温度が暖房性能発揮温度を超えた場合、前記閉回路を開放する、
ことを特徴とする排熱回収システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の排熱回収システムであって、
前記流路切換手段は、前記排熱回収器から流出する冷却水の温度と外気温度との差が暖房性能発揮温度差を超えた場合、前記閉回路を開放する、
ことを特徴とする排熱回収システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の排熱回収システムであって、
前記排熱回収通路と前記閉回路用通路との接続部であって前記排熱回収器より上流側の前記接続部に設けられ、前記閉回路用通路と前記排熱回収器より上流側の前記排熱回収通路とを連通可能な第１バルブと、
前記排熱回収器より下流側の前記接続部に設けられ、前記閉回路用通路と前記排熱回収器より下流側の前記排熱回収通路とを連通可能な第２バルブと、
をさらに備え、
前記流路切換手段は、前記第１バルブ及び前記第２バルブを切り換えることで前記閉回路を形成する、
ことを特徴とする排熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気ガスから熱エネルギーを回収する排熱回収器が知られている。排熱回収器は、エンジンの排気通路及び冷却水通路の途中に設けられ、排気ガスとエンジンの冷却水との間で熱交換を行って排気ガスの熱を冷却水に伝達させる。
【０００３】
冷却水通路の途中に排熱回収器を設けると、排熱回収器及びこれを接続する配管の分だけ冷却水通路全体の冷却水量が増大するので、熱容量が増大する。これにより、冷却水の昇温速度が緩慢になるので、エンジンが冷間始動してから暖機が終了するまでに要する時間が長くなる。
【０００４】
特許文献１には、エンジンの冷却水通路にヒータコア、排熱回収器、及び冷却水の流路を切り換える三方弁を設けることが記載されている。特許文献１では、冷却水の加温中に三方弁を切り換え、エンジンに冷却水を流すことなくヒータコア及び排熱回収器間で冷却水を循環させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０８７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術では、冷却水の加温中、冷却水は排熱回収器によって加熱されるが、冷却水が昇温するまでの間、ヒータコアに低温の冷却水が流れる。よって、ヒータコアにおける暖房性能の立ち上がりが遅くなる。
【０００７】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、冷間始動時にヒータコアにおける暖房性能の立ち上がりの遅れを抑制可能な排熱回収システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様によれば、エンジンの冷却水通路と、冷却水通路に設けられ冷却水の熱を車室内への送風空気に伝達させるヒータコアと、冷却水通路と並列に設けられる排熱回収通路と、排熱回収通路に設けられエンジンの排気ガスの熱を回収して冷却水へ伝達する排熱回収器と、排熱回収通路における排熱回収器の上流側と下流側とを接続する閉回路用通路と、冷却水の温度がエンジンの冷間時の温度である場合、閉回路用通路と排熱回収器との間で冷却水を循環させる閉回路を形成する流路切換手段と、を備えることを特徴とする排熱回収システムが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
上記態様によれば、冷却水の温度がエンジンの冷間時の温度である場合、閉回路内で冷却水を循環させるので、排熱回収器において十分に昇温されていない低温の冷却水が冷却水通路へと流れることを防止することができる。よって、冷間時におけるエンジンの暖機が促進され、ヒータコアにおける暖房性能の立ち上がりの遅れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る排熱回収システムの全体構成を示している。
【図２】排熱回収システムの処理内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態における排熱回収システム１００の全体構成を示している。
【００１３】
排熱回収システム１００は、車両に搭載されたエンジン１１の冷却水通路１０と、冷却水通路１０と並列に設けられるラジエータ通路２０と、冷却水通路１０と並列に設けられる排熱回収通路３０と、コントローラ４０と、を備える。なお、すべての通路は、エンジン１１の冷却水、例えばＬＬＣで満たされている。
【００１４】
冷却水通路１０は、エンジン１１と、トランスミッションオイルウォーマ１２と、ヒータコア１３と、ウォータポンプ１４とを、この順に接続している。
【００１５】
ウォータポンプ１４は、エンジン１１の図示しないクランクシャフトプーリにベルトを介して連結されており、エンジン１１の駆動力によって回転駆動される。ウォータポンプ１４が回転すると、冷却水通路１０内の冷却水がエンジン１１へ供給される。
【００１６】
ヒータコア１３は、冷却水の熱を車室内への送風空気へ伝達する熱交換器であり、車両の空調ユニット内に設けられる。つまり、車両の暖房性能は、ヒータコア１３を通過する冷却水の温度が高いほど向上する。
【００１７】
トランスミッションオイルウォーマ１２は、冷却水と図示しない変速機のオイルとの間で熱交換を行う熱交換器である。トランスミッションオイルウォーマ１２は、エンジン１１の冷間時は、冷却水の熱を変速機のオイルへと伝達することで変速機のフリクションロスを迅速に低減させ、エンジン１１の暖機終了後は、変速機のオイルから冷却水へと熱を伝達させることでオイルを冷却するオイルクーラとして機能する。
【００１８】
ラジエータ通路２０は、エンジン１１と、ラジエータ２１と、サーモスタット２２と、ウォータポンプ１４とを、この順に接続している。
【００１９】
サーモスタット２２は、冷却水の温度が予め設定された設定温度（例えば８０℃）に達するまではラジエータ通路２０を閉塞し、冷却水の温度が設定温度に達するとラジエータ通路２０を開放するように作動する開閉バルブである。したがって、サーモスタット２２が閉じている場合、ウォータポンプ１４から供給された冷却水はラジエータ通路２０には流れず、サーモスタット２２が開いた場合、冷却水がラジエータ通路２０に流れる。
【００２０】
ラジエータ２１は、冷却水の熱を外気へ放熱する熱交換器である。ラジエータ２１は、車両の前方に設けられ、車両の走行風及びラジエータ２１の近傍に設けられた電動ファン２３によって生成された風、の少なくとも一方によって冷却される。
【００２１】
排熱回収通路３０は、冷却水通路１０と並列に設けられ、エンジン１１と、排熱回収器３１とを、この順に接続している。排熱回収通路３０の下流端は、冷却水通路１０の途中であってエンジン１１とトランスミッションオイルウォーマ１２との間に合流している。
【００２２】
排熱回収器３１は、エンジン１１の排気管の近傍に設けられ、エンジン１１の排気ガスの熱を冷却水へ伝達する熱交換器である。エンジン１１の排気ガスは大気放出されるので、この排気ガスから熱エネルギーを回収してエンジン１１の暖機に利用することで、エンジン１１の熱効率を向上させることができる。
【００２３】
排熱回収通路３０における排熱回収器３１の上流側と下流側とには、閉回路用通路３２が接続される。閉回路用通路３２は、排熱回収器３１の上流側に第１バルブ３３を介して接続され、排熱回収器３１の下流側に第２バルブ３４を介して接続される。排熱回収通路３０における排熱回収器３１と第１バルブ３３との間には、電動ウォータポンプ３５が設けられる。
【００２４】
第１バルブ３３は、閉回路用通路３２を遮断して排熱回収通路３０を連通させる非閉回路状態と、排熱回収通路３０を遮断して閉回路用通路３２と第１バルブ３３より下流側の排熱回収通路３０とを連通させる閉回路状態と、を切り換え可能である。第２バルブ３４は、閉回路用通路３２を遮断して排熱回収通路３０を連通させる非閉回路状態と、排熱回収通路３０を遮断して閉回路用通路３２と第２バルブ３４より上流側の排熱回収通路３０とを連通させる閉回路状態と、を切り換え可能である。
【００２５】
さらに、電動ウォータポンプ３５は、第１バルブ３３及び第２バルブ３４の状態によらずエンジン作動中は常に作動している。
【００２６】
したがって、第１バルブ３３及び第２バルブ３４を切り換えることで、閉回路用通路３２と排熱回収通路３０との間に排熱回収器３１を循環する閉回路を形成することができ、電動ウォータポンプ３５によって閉回路内の冷却水が循環される。
【００２７】
コントローラ４０は、第１温度センサ３６、第２温度センサ３７、及び外気温度センサ３８から受信した信号に基づいて、第１バルブ３３及び第２バルブ３４を切り換え制御する。
【００２８】
第１温度センサ３６は、排熱回収器３１と第１バルブ３３との間における冷却水の温度、すなわち排熱回収器３１に流入する冷却水の温度を検出する。第２温度センサ３７は、排熱回収器３１と第２バルブ３４との間における冷却水の温度、すなわち排熱回収器３１から流出する冷却水の温度を検出する。外気温度センサ３８は、外気温度を検出する。
【００２９】
次に、コントローラ４０が行う制御について図２を参照しながら説明する。
【００３０】
ステップＳ１においてコントローラ４０は、エンジン１１が冷間時であるか否かを判定する。エンジン１１が冷間時であると判定されると処理がステップＳ２へ進み、冷間時であると判定されない場合には処理が再度実行される。
【００３１】
エンジン１１が冷間時であることは、冷却水の温度が所定の温度より低いことに基づいて判定される。所定の温度は、冷却水がヒータコア１３に流れた場合に所望の暖房性能を発揮できる程度の温度であり、例えば、４０℃に設定される。
【００３２】
ステップＳ２においてコントローラ４０は、第１バルブ３３及び第２バルブ３４を閉回路状態に切り換える。これにより、閉回路用通路３２と第１バルブ３３より下流側の排熱回収通路３０とが連通するとともに、閉回路用通路３２と第２バルブ３４より上流側の排熱回収通路３０とが連通するので、冷却水が電動ウォータポンプ３５及び排熱回収器３１を循環する閉回路が形成される。
【００３３】
閉回路内の冷却水は、繰り返し排熱回収器３１に流れることで加熱されて昇温する。一方、冷却水通路１０には、排熱回収器３１及び排熱回収通路３０の低温の冷却水が流れ込まないので、冷却水通路１０内の冷却水の昇温速度の低下が抑制され、ヒータコア１３における暖房能力の発揮が促進される。
【００３４】
なお、この場合、排熱回収通路３０の第１バルブ３３より上流側及び第２バルブ３４より下流側では、通路が閉回路によって閉塞されるので冷却水の流れが停止する。
【００３５】
ステップＳ３においてコントローラ４０は、所定の温度条件が成立したか否かを判定する。所定の温度条件が成立した場合には処理がステップＳ４へ進み、成立しない場合には処理が再度実行される。
【００３６】
所定の温度条件は、以下の３つの条件のうち、少なくとも一つを満たす場合に成立すると判定される。３つの条件は、第２温度センサ３７の検出値が第１温度センサ３６の検出値より高くなった場合、第２温度センサ３７の検出値がヒータコア１３において所望の暖房性能を発揮できる程度の暖房性能発揮温度（例えば４０℃）に達した場合、第２温度センサ３７の検出値と外気温度センサ３８の検出値との温度差がヒータコア１３において所望の暖房性能を発揮できる程度の暖房性能発揮温度差（例えば３０℃）に達した場合、である。
【００３７】
なお、暖房性能発揮温度及び暖房性能発揮温度差は、車両の空調ユニットの設定温度に応じて変化させてもよい。
【００３８】
ステップＳ４においてコントローラ４０は、第１バルブ３３及び第２バルブ３４を非閉回路状態に切り換える。これにより、閉回路用通路３２が遮断されて排熱回収通路３０が第１バルブ３３及び第２バルブ３４間で連通し、閉回路が開放される。したがって、閉回路内で循環中に昇温された冷却水が下流側へと流れて冷却水通路１０へ流入する。よって、冷却水通路１０に設けられるヒータコア１３を流れる冷却水温度の低下が抑制される。
【００３９】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００４０】
エンジン１１の冷間時であると判定されると、排熱回収通路３０の冷却水が排熱回収器３１のみを循環する閉回路が形成されるので、排熱回収器３１内の昇温されていない低温の冷却水が冷却水通路１０へと流れ込むことによる冷却水温度の低下を抑制することができる。よって、エンジン１１の暖機が促進され、冷却水通路１０に設けられるヒータコア１３を流れる冷却水の温度上昇速度を増加させることができるので、冷間時の暖房性能の立ち上がりの遅れを抑制することができる。
【００４１】
さらに、コントローラ４０は第２温度センサ３７の検出値が第１温度センサ３６の検出値より高くなった場合に第１バルブ３３及び第２バルブ３４を非閉回路状態へと切り換えるので、排熱回収器３１が暖機され、通過する冷却水を昇温できる状態となってから閉回路が開放される。よって、低温の冷却水が冷却水通路１０へと流れることによる暖房性能の立ち上がりの遅れをより確実に抑制することができる。
【００４２】
さらに、コントローラ４０は第２温度センサ３７の検出値がヒータコア１３において所望の暖房性能を発揮できる程度の暖房性能発揮温度に達した場合に第１バルブ３３及び第２バルブ３４を非閉回路状態へと切り換えるので、排熱回収器３１が暖機され、通過する冷却水を十分な温度まで昇温できる状態となってから閉回路が開放される。よって、低温の冷却水が冷却水通路１０へと流れることによる暖房性能の立ち上がりの遅れをより確実に抑制することができる。
【００４３】
さらに、コントローラ４０は第２温度センサ３７の検出値と外気温度センサ３８の検出値との温度差がヒータコア１３において所望の暖房性能を発揮できる程度の暖房性能発揮温度差に達した場合に第１バルブ３３及び第２バルブ３４を非閉回路状態へと切り換えるので、排熱回収器３１が暖機され、通過する冷却水を外気温度よりも十分に昇温できる状態となってから閉回路が開放される。よって、低温の冷却水が冷却水通路１０へと流れることによる暖房性能の立ち上がりの遅れをより確実に抑制することができる。
【００４４】
さらに、排熱回収通路３０における閉回路の形成及び開放を、第１バルブ３３及び第２バルブ３４の切り換えによって行うので、冷間時には閉回路を形成して排熱回収通路３０の冷却水が冷却水通路１０へ流れ込むことを防止することと、閉回路内の冷却水温度が上昇したら閉回路内の冷却水を冷却水通路１０へと流すこととを、より確実に切り換え制御することができる。特に、閉回路を形成して閉回路内の冷却水が所定の温度条件を満たすまでの間、低温の冷却水をより確実に閉回路内に留めることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例を示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、冷却水通路１０にエンジン駆動のウォータポンプ１４を設けているが、冷却水通路１０の水温を検出する水温センサの検出値を考慮して第１バルブ３３及び第２バルブ３４の切り換えを行うようにするのであれば、ウォータポンプ１４を省略して、電動ウォータポンプ３５だけですべての冷却水の循環を行ってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０  冷却水通路
１１  エンジン
１３  ヒータコア
３０  排熱回収通路
３１  排熱回収器
３２  閉回路用通路
３３  第１バルブ（流路切換手段）
３４  第２バルブ（流路切換手段）
１００  排熱回収システム
【図１】
2013241858.tif 000003
【図２】
2013241858.tif 000004