JPH0479848B2

JPH0479848B2 -

Info

Publication number: JPH0479848B2
Application number: JP57126583A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Yokooku; Shigeru Sakurai; Toshimasu Tanaka; Satoshi Yatomi
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1982-07-20
Filing date: 1982-07-20
Publication date: 1992-12-17
Also published as: JPS5918008A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、水冷エンジン搭載車の暖房装置に関
する。

車両、特に自動車において、冬期運行する際の
居住性を良好にするためには車室内の暖房が不可
欠である。現在この暖房用の装置としては、自動
車が水冷エンジン搭載車の場合には、エンジン冷
却水の熱を利用する温水式のものが用いられてい
る。しかし、従来の温水式暖房装置にあつては、
特にエンジンの冷機時に冷却水温度が十分に高く
ならず、従つて暖房も十分には効かない。

そこで、実開昭55−155608号においては、ある
程度エンジン（シリンダ）で加熱された冷却水
を、排気ガスのもつ熱を利用して更に加熱し、こ
の更に加熱された冷却水を暖房用に用いる自動車
用暖房装置が提案されている。

この公開実用新案公報に記載された暖房装置
は、エンジン（シリンダ）で加熱された冷却水
を、更に排気ガスで加熱し、この更に加熱された
冷却水を暖房用として用いているので、十分な暖
房温度を得ることができる利点を有している。本
発明はこのように排気通路に熱交換器を備えた構
成において、該熱交換器を暖房以外、例えば排気
ガス温度のコントロールやエンジン冷却水温度の
コントロール等に有効に使用しうる水冷エンジン
搭載車の暖房装置を提供することを目的とするも
のである。

本発明による水冷エンジン搭載車の暖房装置
は、エンジン本体の冷却水套から冷却水を取り出
し、排気通路に設けられ、排気ガスとの熱交換に
より、該冷却水を加熱する熱交換器および車室内
暖房用ヒータコアを経て、該冷却水と冷却水套に
戻すヒータ用冷却水循環経路と、排気通路に設け
られ、熱交換器をバイパスするバイパス通路と、
触媒の温度がその基準温度よりも高い状態または
冷却水の温度がその基準温度よりも低い状態を検
出して、かかる特定状態の発生を示す信号を発信
する特定状態検出装置と、排気通路とバイパス通
路の分岐点に設けられ、バイパス通路を自在に開
閉する切換バルブと、冷却水の水温を検出する水
温検出手段と、暖房作動時においては水温検出手
段により検出された水温が基準温度より低い場合
にはバイパス通路を閉じ、水温が基準温度より高
い場合にはバイパス通路を開くように切換バルブ
を制御するとともに、暖房不作動時においては特
定状態検出装置から特定状態を示す信号を受信し
た場合にはバイパス通路を開き、信号を受信しな
い場合にはバイパス通路を閉じるように切換バル
ブを制御する制御手段とを備えたことを特徴とす
る。

以上の構造の本発明の水冷エンジン搭載車の暖
房装置は、該暖房装置がOFFのとき、例えば上
記特定状態検出装置によつて触媒コンバータの温
度が異常に高いことを検出して、上記切換バルブ
を、排気ガスを上記熱交換器に導びくために排気
通路を開くように設定し、これによつて排気ガス
を熱交換器において冷却水との熱交換によつて冷
却し、かくして排気ガスが異常に高温となつたと
きに生ずる可能性がある熱交換器の破損を防止で
きる。更にまた、冷却水温が特定温度より低い状
態での暖機運転時、すなわち低温暖機運転時に、
上記したようにこの状態を特定状態検出装置によ
つて検出して、切換バルブを上記と同様に設定す
れば、排気ガスにより冷却水が加熱され、従つて
エンジンの暖機が効率よく促進される。

以下添付図面を参照しつつ本発明による水冷エ
ンジン搭載車の暖房装置について説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例による水冷エ
ンジン搭載車の暖房装置の概略図である。

第１図において、符号Ｅは、自動車（図示せ
ず）に搭載される水冷式エンジンを示し、このエ
ンジンＥの燃焼室の外側には、冷却水套１が設け
られている。この冷却水套１は、仕切壁Ｐにより
上下に分けられて、シリンダヘツド部水套１ａ、
シリンダブロツク部水套１ｂを構成している。

シリンダヘツド部水套１ａには、冷却水の流入
口２および流出口３が形成されている。この流入
口２および流出口３とは、暖房用冷却水循環経路
４によつて連通されており、この循環経路４に
は、車室内暖房用熱交換器であるヒータコア５が
介設されている。このヒータコア５は、ブロワ６
によつて送られてくる空気を、該ヒータコア５内
を通る加熱された冷却水との熱交換によつて加熱
するものである。この加熱された空気が、暖房用
として車室内に導入される。上記ブロワ６は、例
えばOFF、LOW、Hiのレンジを有する手動のブ
ロワスイツチ７によつて操作される。

図において符号８は、排気マニホルドを示し、
この排気マニホルド８には排気通路９が接続され
ている。この排気通路９の途中であつて、循環経
路４の流出口３とヒータコア５の間には熱交換器
１０が設けられており、循環経路４を通つてヒー
タコア５に送られる冷却水は、この熱交換器１０
において排気ガスによつて加熱される。排気通路
９には、熱交換器１０が設けられた部分をバイパ
スするバイパス通路１１が形成されている。この
バイパス通路１１は、流出口３から循環経路４内
に流入して来る冷却水の温度が十分に高く、冷却
水を熱交換器１０によつて加熱する必要がないと
きに、排気ガスを流すためのものである。このた
め、排気通路９からのバイパス通路１１の分岐部
に切換バルブ１２を設けて、排気ガスを、熱交換
器１０が設けられている排気通路９と、バイパス
通路１１の間で調節して流すようになつている。

循環経路４のヒータコア５の上流側に開閉バル
ブ１３が設けられており、この開閉バルブ１３は
暖房温度を得ることができる。

エンジンＥにはエンジン冷却水の水温を検出す
る水温検出手段としての水温センサ２７が設けら
れている。

エンジンＥの暖機がすすみ、シリンダヘツド水
套１ａ内の冷却水の温度が所定温度以上となつた
ことを水温センサ２７が検知すると、制御回路２
４は、切換スイツチ１２をバイパス通路１１を開
き、排気通路９の熱交換器１０側を閉じるように
設定する。かくして、熱交換器１０での排気ガス
による冷却水の加熱を停止し、冷却水およびエン
ジンの過熱を防止する。このとき、上記したよう
に冷却水温度が高くなつているので、切換バルブ
１６も制御回路２４により徐々に冷却水をバイパ
ス通路１４側に通すように設定される。バイパス
通路１４側に流された冷却水は、ラジエータ１５
において冷却され、循環経路４を通る冷却水と合
流し、冷却水全体の温度を下げる。かくして、こ
の点からも冷却水およびエンジンＥのシリンダヘ
ツド部出口１８とは、ラジエータ用冷却水循環経
路２０によつて連通されており、この循環経路２
０には、ラジエータ２１が設けられている。上記
暖房用の循環経路４とこのラジエータ用の循環経
路２０は、それぞれ独立したものとなつている。
従つて、循環経路４には第１のウオータポンプ２
２が、循環経路２０には第２のウオータポンプ２
３が、それぞれ別個に設けられている。第１のウ
オータポンプ２２はマイクロコンピユータからな
る制御回路２４によつて駆動制御され、一方第２
のウオータポンプ２３はエンジンＥによつて駆動
されるものである。

循環経路２０には、ラジエータ２１をバイパス
するバイパス通路２５が設けられている。このバ
イパス通路２５は、エンジンの冷機状態等におい
て冷却水をラジエータ２１を通さずに環流させ
て、エンジンの暖機を助けるためのものである。
このため、循環通路２０とバイパス通路２５の分
岐部にサーモスタツドバルブ２６を設けて、エン
ジンが十分な暖機状態となるまで、冷却水をバイ
パス通路２５に流すようにしている。

排気通路９には、この通路９を流れる排気ガス
の浄化を行なうための触媒コンバータC_Aが設け
られている。この触媒コンバータC_Aは、触媒の
作用により排気ガスの浄化を行なうもので、この
浄化作用を十分に効率よく行なわしめるために
は、触媒の温度あるいは排気ガスの温度が所定温
度以上であることが重要である。また、この触媒
コンバータは、その温度が危険温度以上になると
破損するおそれがあるので、該危険温度以上にな
らないように注意する必要がある。

シリンダヘツド水套１ａには、この部分の冷却
水の温度を検出する水温センサ２７が、触媒コン
バータC_Aには、その内部の温度を検出する温度
センサ２８が、それぞれ設けられている。水温セ
ンサ２７によつてエンジン冷却水の水温が所定温
度よりも低くなつたことが検出され、温度センサ
２８によつて触媒コンバータC_Aの温度が危険温
度以上になつたことが検出される。すなわち、こ
の水温センサ２７と温度センサ２８とが特定状態
検出装置として作用する。上記水温センサ２７お
よび温度センサ２８の出力端は、それぞれ上記制
御回路２４の入力端に接続されている。この制御
回路２４の他の入力端には、ブロワスイツチ７が
接続されており、該制御回路２４は、ブロワスイ
ツチ７からのヒータのON、OFFを示す信号S₁、
水温センサ２７からの冷却水温を示す信号S₂、お
よび温度センサ２８からの触媒コンバータC_Aの
温度を示す信号S₃を受けて、上記切換バルブ１
２，１６および開閉バルブ１３を制御する。

次に、以上説明した構造の暖房装置の作動につ
いて説明する。

まずエンジンＥが冷機運転状態にあるときの暖
房装置の作動について説明する。暖房装置のブロ
ワスイツチ７がOFFからON状態であるLOWま
たはHiのレンジに移動され、それを示す信号S₁、
および水温センサ２７からの信号S₂が制御装置２
４に入力されると、この制御回路２４は、切換バ
ルブ１２をバイパス通路１１を閉じる位置に設定
し、開閉バルブ１３を開く。切換バルブ１６は、
ブロワスイツチ７がONとなり、冷却水の温度が
低いので、該冷却水を循環経路４側に流すように
開いている。一方、サーモスタツドバルブ２６
は、冷却水温度が低いので、該冷却水をバイパス
通路２５に流すように開いている。

また、制御回路２４は、ブロワスイツチ７から
の信号S₁によつて第１のウオータポンプ２２を駆
動して、冷却水を循環経路４内に循環させる。こ
の循環経路４内に循環させられる冷却水は、シリ
ンダヘツド水套１ａにおいてエンジンＥのシリン
ダヘツドによつて加熱される。このシリンダヘツ
ドで加熱された冷却水は、流出口３から循環経路
４内に流入し、熱交換器１０において排気通路９
を流れる排気ガスによつて更に加熱される。この
更に加熱された冷却水がヒータコア５に送られ
る。ヒータコア５は、ブロワ６から送られて来る
空気を加熱して車室内に送り、車室内を暖房す
る。ヒータコア５を通つた冷却水は、ウオータポ
ンプ２２によつて再び流入口２からシリンダヘツ
ド水套１ａへ戻される。このように、冷却水は、
比較的高温のシリンダヘツド部と熱交換器１０に
よつて十分に加熱されるので、エンジンＥの低温
時にも十分な暖房温度を得ることができる。

エンジンＥの回転数が序々に上昇し、シリンダ
ヘツド水套１ａ内の冷却水の温度が所定温度以上
となつたことを水温センサ２７が検知すると、制
御回路２４は、切換スイツチ１２をバイパス通路
１１を開き、排気通路９の熱交換器１０側を閉じ
るように設定する。かくして、熱交換器１０での
排気ガスによる冷却水の加熱を停止し、冷却水お
よびエンジンの過熱を防止する。このとき、上記
したように冷却水温度が高くなつているので、切
換バルブ１６も制御回路２４により徐々に冷却水
をバイパス通路１４側に通すように設定される。
バイパス通路１４側に流された冷却水は、ラジエ
ータ１５において冷却され、循環経路４を通る冷
却水と合流し、冷却水全体の温度を下げる。かく
して、この点からも冷却水およびエンジンＥのシ
リンダヘツド部の過熱が防止される。

一方、第２のウオータポンプ２３は、エンジン
Ｅによつて駆動されて冷却水を循環経路２０に循
環させるが、上記したようにエンジンＥの冷機時
においてはサーモスタツドバルブ２６が冷却水を
バイパス通路２５に流すように設定されているの
で、冷却水はラジエータ２１を介しては流れず、
従つて熱を放熱せず、かくしてエンジンＥの暖機
を促進する。エンジンＥの暖機がすすみ、循環経
路２０内を循環する冷却水の温度が所定温度以上
となると、サーモスタツドバルブ２６は序々にラ
ジエータ２１にも冷却水を流すように開き、かく
して冷却水はラジエータ２１において冷却され、
冷却水およびエンジンＥのシリンダブロツク部の
過熱を防止する。

また、制御回路２４は、温度センサ２８からの
信号S₃により、触媒コンバータC_Aの温度が、該
コンバータC_Aの効率よく排気ガスの浄化を行な
える最低温度より低くなつたことを検知したと
き、他の制御系に優先して切換弁１２を、排気ガ
スをバイパス通路１１側に流すように設定する。
かくして、排気ガスは冷却水との熱交換によつて
熱を損失することなく、高温のままで触媒コンバ
ータC_Aに供給され、従つて触媒コンバータC_Aの
浄化性能が維持される。

以上の暖房装置において、第１のウオータポン
プ２２は、基本的には暖房装置作動時には一定の
高速回転速度で回転させ早期暖房を図り、暖房装
置を使用しないときは水温センサ２７で検出され
る冷却水の温度、エンジン負荷または回転速度等
に応じて回転を設定し、あるいはクランキング時
には該ウオータポンプ２２を停止させてもよい。
例えば、暖房装置を使用しない時冷却水の温度に
応じてウオータポンプ２２を制御する場合は、第
２図に示すように水温センサ２７で検出される冷
却水の温度が第１の所定温度T₁になるまでは、
ウオータポンプ２２を一定の低速回転で運転し
て、循環される冷却水がエンジンＥによつて、十
分に加熱されるようになし、あるいはエンジンＥ
が局所的に過熱されるのを防止し、次いで冷却水
の温度が十分な温度T₂になるまで、冷却水の温
度上昇に応じてウオータポンプ２２の回転数を上
げるようになしてエンジンの過熱を防止し、その
後は一定回転数で運転させる。以上、冷却水温度
に応じてウオータポンプ２２の運転を制御する場
合について説明したが、負荷が増大する場合もエ
ンジンＥの局部的過熱が発生する場合があるの
で、上記とほぼ同様にして負荷の増大に応じてウ
オータポンプ２２の回転数を制御することが望ま
しい。また、エンジン始動時、すなわちクランキ
ング時には、ウオータポンプ２２の作動による電
圧低下による始動性悪化防止のため、上記したよ
うにウオータポンプ２２の作動を一時的に停止さ
せるのが望ましい。以上の制御を行なうために
は、水温センサ２７の他に、エンジン負荷セン
サ、エンジン回転数センサ、クランキングセンサ
を設け、これらのセンサの出力信号を上記制御回
路に入力するようになすことが必要である。

以上の実施例においては、ウオータポンプ２２
の作動の制御をマイクロコンピユータを用いた制
御回路２４によつて行なうものを説明したが、こ
の制御は第３図に示すような電気回路で行なつて
もよい。

第３図に示す電気回路３０は、ウオータポンプ
２２の駆動制御回路であつて、差動増幅器３１お
よびこの差動増幅器３１の出力端にベースが接続
された駆動用トランジスタ３２を備えている。差
動増幅器３１の一方の入力端には、水温センサ２
７が接続されており、他方の入力端には、定電圧
V_rを発生する定電圧発生器３３が接続されてい
る。差動増幅器３１は、上記定電圧V_rと、水温
センサ２７がシリンダヘツド用水套１ａ内の冷却
水の温度を検知して出力する信号S₂と比較して差
信号S_dを出力する。トランジスタ３２は、冷却水
温がT₁以上のとき、その差信号S_d2に応じた電流
でウオータポンプ５１を第２図に示すように作動
制御する。上記したように、ポンプ２２は、冷却
水が第１の所定温度T₁になるまで、一定の低速
で回転していることが望ましいので、該ポンプ２
２は一定の低電圧を発生する電源３４にも接続さ
れている。また、トランジスタ３２のベースには
上記ブロワスイツチ７と連動する接点７′が介設
されており、この接点７′が投入されたとき、す
なわち暖房装置作動時にはポンプ２２は水温セン
サ２７の出力に関係なく一定の高回転で回転させ
られる。以上により、ポンプ２２は暖房装置を使
用しないときは全体として第２図に示されている
ように駆動されるが、クランキング時、すなわち
エンジンの始動時には、スタータS_tに多く電流を
供給するため、第３図のようにポンプ２２の手前
に、スタータS_tのON時にポンプ２２の作動回路
を断つリレー３５を設けておくことが望ましい。
なお、差動増幅器３１は、上記のある所定温度
T₁となるまでは差信号S_dを出力せず、ポンプは
一定の低速回転を行なう構成とする。

以上暖房装置がONのときの制御回路２４、熱
交換器１０等の作用について説明したが、この制
御回路２４、熱交換器１０等は、暖房装置が
OFFのときにも使用することができる。なお、
ウオータポンプ２２は、冷却水によつてエンジン
を冷却するため、暖房装置がOFFのときにも冷
却水温がT₂以上のときは一定回転で運転してい
るようにする。

例えば、暖房装置のOFF時に、温度センサ２
８からの信号S₃に基づき、制御回路２４が触媒コ
ンバータC_Aの温度が破損の危険性のある危険高
温となつたことを検知したとき、該制御回路２４
によつて切換バルブ１２を、排気通路９の熱交換
器１０が設けられた部分を閉じ、バイパス通路１
１を開く通常位置から、その逆の上記排気通路９
の部分を開き、バイパス通路１１を閉じる位置に
切換え、排気ガスを熱交換器１０において冷却水
との熱交換によつて冷却し、この冷却された排気
ガスを触媒コンバータC_Aに供給して、該触媒コ
ンバータの温度を下げ、上記危険状態を回避する
ことができる。

次に第４図を参照して切換バルブ１２を以上の
態様で制御するための電気回路３６について説明
すると、図において符号３７は電磁的に制御され
るアクチユエータであり、このアクチユエータ３
７により切換バルブ１２の切り換えを行なう。こ
のアクチユエータ３７は、触媒コンバータC_Aの
温度が上記した危険温度より上つたとき閉じる温
度スイツチ３８によつて励磁されるリレースイツ
チ３９によつて駆動されるようになつている。温
度スイツチ３８は、ブロワスイツチ７のOFFの
端子に直列に接続されている。以上の構成の電気
回路３６により、切換バルブ１２は、ブロワスイ
ツチ７がOFF状態すなわち暖房装置がOFF状態
で、かつ触媒コンバータC_Aの温度が上記危険温
度より低いときバイパス通路１１を閉じ、熱交換
器１０側の排気通路９が開くようになつている。

また、エンジンの低温暖機機運転中、暖房装置
のOFF時に冷却水の温度に応じて、切換バルブ
１２を制御して熱交換器１０側の排気通路９を開
き、該熱交換器１０において冷却水を排気ガスに
よつて加熱し、これによつてエンジンの暖機を促
進することができる。

なお、以上の実施例においては、第２のウオー
タポンプ２３をエンジンで駆動されるタイプのも
のとして説明したが電気的に制御するようにして
もよい。

また、以上の実施例においては、冷却水套１を
シリンダヘツド部とシリンダブロツク部に分割す
る仕切壁を完全仕切タイプのものとしたが、第５
図に示すように冷却水套のシリンダヘツド部とシ
リンダブロツク部の間で多少冷却水の流通ができ
るように不完全仕切壁Ｐとしてもよい。また、以
上の実施例においては、暖房用冷却水循環経路４
とラジエータ用冷却水循環経路２０とが完全に独
立したタイプのものを説明したが、第５図に示す
ように一部を共用するタイプのものとしてもよ
い。この場合は、図に示すように流出口１８をシ
リンダヘツド部１ａに設けるとともに、この流出
口１８に暖房装置を使用しないときに開くサーモ
スタツトバルブ４０を、また通路４と２０の分岐
部にサーモスタツドバルブ４１を設ける必要があ
るが、第１図に示されたラジエータ１６が不要と
なるとともに、ウオータポンプW_Pが１つですみ、
構造がシンプルなものとなる。なお、ウオータポ
ンプW_PはエンジンＥで駆動されるタイプのもの
とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例による暖房装
置の概略図、第２図は、第１のウオータポンプの
作動例を示すグラフ、第３図は、第１のウオータ
ポンプを作動する電気回路の一例を示す回路図、
第４図は、排気通路とそのバイパス通路の分岐点
に設けられた切換バルブを作動する電気回路の一
例を示す回路図、第５図は、本発明の第２の実施
例による暖房装置の概略図である。Ｅ…エンジン、１…冷却水套、１ａ…シリンダ
ヘツド水套、１ｂ…シリンダブロツク水套、４…
暖房用冷却水循環経路、５…ヒータコア、９…排
気通路、１０…熱交換器、１１…バイパス通路、
１２…切換バルブ、２０…ラジエータ用冷却水循
環経路、２２…第１のウオータポンプ、２３…第
２のウオータポンプ。

Claims

【特許請求の範囲】１エンジン本体の冷却水套から冷却水を取り出
し、排気通路に設けられ、排気ガスとの熱交換に
より、該冷却水を加熱する熱交換器および車室内
暖房用ヒータコアを経て、該冷却水と前記冷却水
套に戻すヒータ用冷却水循環経路と、前記排気通路に設けられ、前記熱交換器をバイ
パスするバイパス通路と、触媒の温度がその基準温度よりも高い状態また
は前記冷却水の温度がその基準温度よりも低い状
態を検出して、かかる特定状態の発生を示す信号
を発信する特定状態検出装置と、前記排気通路とバイパス通路の分岐点に設けら
れ、前記バイパス通路を自在に開閉する切換バル
ブと、前記冷却水の水温を検出する水温検出手段と、暖房作動時においては前記水温検出手段により
検出された水温が基準温度より低い場合には前記
バイパス通路を閉じ、水温が基準温度より高い場
合には前記バイパス通路を開くように前記切換バ
ルブを制御するとともに、暖房不作動時において
は前記特定状態検出装置から前記信号を受信した
場合には前記バイパス通路を閉じ、前記信号を受
信しない場合には前記バイパス通路を開くように
前記切換バルブを制御する制御手段と、を備えた水冷エンジン搭載車の暖房装置。