JPH1035256A - 車両用暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビスカスヒータ９の使用条件を最適化するこ
とにより、エンジンの燃料消費率を低下して燃料経済性
を向上できるようにする。 【解決手段】 エンジンを冷却する冷却水が還流する冷
却水回路に、ビスカスヒータ９とこのビスカスヒータ９
の下流側にフロント側ヒータコアとを設けた。そして、
外気温センサで検出した外気温が設定外気温よりも低温
の時に電磁コイル４１をオンしてビスカスヒータ９のロ
ータ５３にエンジンの回転動力を伝えるようにして、発
熱室５０内の粘性流体に剪断力が作用し、粘性流体の発
生熱により冷却水路５１を還流する冷却水を加熱する。
また、外気温センサで検出した外気温が設定外気温より
も高温の時には、電磁コイル４１がオンされずビスカス
ヒータ９のロータ５３にエンジンの回転動力が伝わらな
いので、エンジンの負荷およびＶベルトの負荷が減る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水冷式のエンジン
を冷却する冷却水を昇温させる剪断発熱器を備えた車両
用暖房装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車両用暖房装置としては、水
冷式のエンジンを冷却した冷却水をダクト内のヒータコ
アに供給し、このヒータコアを通過することにより加熱
された空気を車室内に送り込んで、車室内の暖房を行う
ようにした車両用温水式暖房装置が一般的である。

【０００３】ところが、例えばディーゼルエンジン車や
リーンバーンエンジン車のように、エンジンの発熱量が
少なくてエンジンを冷却する冷却水を充分に加熱するこ
とができない車両の場合には、ヒータコアに供給される
冷却水の温度を所定冷却水温（例えば８０℃）に維持す
ることができないので、車室内の暖房能力が不足すると
いう不具合があった。上記のような不具合を解消する目
的で、従来より、特開平６−９２１３４号公報におい
て、エンジンからヒータコアに供給される冷却水を加熱
する剪断発熱器を冷却水回路中に設けるようにした車両
用暖房装置が提案されている。

【０００４】ここで、剪断発熱器は、エンジンの回転動
力をベルト伝動機構および電磁クラッチを介してシャフ
トに伝達し、ケース内に発熱室を設けて、その発熱室の
外周に冷却水路を形成し、更に発熱室内にシャフトと一
体的に回転するロータを配置すると共に、ロータの回転
によりその発熱室内に封入されたシリコンオイル等の粘
性流体に剪断力を作用させて熱を発生させ、その発生熱
により冷却水路内を還流する冷却水を加熱するようにし
たものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のよう
な剪断発熱器を備えた車両用暖房装置は、冷却水温が設
定冷却水温以下の時に、電磁クラッチをオンしてエンジ
ンの回転動力をシャフトおよびロータに伝達するように
しているため、夏期のエンジン始動時などのように、外
気温が高温で車室内を暖房する必要のない場合でも、冷
却水温が設定冷却水温よりも低いと電磁クラッチがオン
する。このため、剪断発熱器のシャフトおよびロータに
エンジンの回転動力（駆動トルク）が伝達されるので、
その駆動トルクによりエンジンおよびベルト伝動機構に
大きな負荷が加わる。このため、エンジンの燃料消費率
が増加してランニングコスト（燃料経済性）が悪化する
という問題が生じている。

【０００６】そこで、剪断発熱器をあまり作動させない
ように、設定冷却水温の値を下げることによって、エン
ジンの燃料経済性を向上させるようにすることが考えら
れる。ところが、このようにした場合には、ヒータコア
に供給される冷却水温を所定冷却水温に維持することが
できないので、ヒータコアの放熱量が低下する。したが
って、車室内を暖房する必要のあるときに、充分な暖房
能力が得られないという問題が生じる。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、剪断発熱器の使用条件を最適
化することにより、燃料経済性の悪化を防止することが
でき、且つ充分な暖房能力を得ることのできる車両用暖
房装置を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、車室外の空気温度に関連する物理量が設定値以
上の場合には、動力伝達手段を制御してエンジンの回転
動力を剪断発熱器のロータに伝えないようにすることに
より、エンジンの負荷が軽減されるので、エンジンの燃
料消費率が低下して燃料経済性を向上できると共に、エ
ンジンの始動性を向上できる。

【０００９】請求項２に記載の発明によれば、車室外の
空気温度に関連する物理量が設定値よりも小さく、冷却
水温検出手段で検出した冷却水温が設定冷却水温以下の
場合には、動力伝達手段を制御してエンジンの回転動力
を剪断発熱器のロータに伝えるようにすることにより、
そのロータの回転により発熱室内の粘性流体に剪断力が
作用し粘性流体が熱を発生する。これにより、エンジン
から暖房用熱交換器に供給される冷却水が加熱されるの
で、暖房用熱交換器の放熱量が増加することにより充分
な暖房能力が得られる。

【００１０】請求項３に記載の発明によれば、車室外の
空気温度に関連する物理量が設定値以上の場合には、ク
ラッチ手段によりベルト伝動手段と剪断発熱器のロータ
とを解放させることによって、エンジンの回転動力が剪
断発熱器のロータに伝わらない。これにより、エンジン
の負荷および動力伝達手段の負荷を軽減できるので、エ
ンジンの燃料消費率が低下し燃料経済性を向上できると
共に、エンジンの始動性を向上できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】

〔第１実施形態の構成〕図１ないし図８は本発明の第１
実施形態を示したもので、図１は車両用空気調和装置の
全体構造を示した図で、図２はエンジンとベルト伝動機
構を示した図である。

【００１２】車両用空気調和装置１は、車両のエンジン
ルームに設置された水冷式のディーゼルエンジン（以下
エンジンと略す）Ｅ、車室内を空調する空気調和装置
（以下エアコンと呼ぶ）２、車室内のリヤ側を暖房する
リヤヒータ装置３、エンジンＥを冷却する冷却水を加熱
する剪断発熱装置４、エアコン２とリヤヒータ装置３を
制御するエアコンＥＣＵ１００、およびエンジンＥを制
御するエンジンＥＣＵ２００等を備えている。

【００１３】エンジンＥは、シリンダブロックとシリン
ダヘッドの回りにウォータジャケット１３を設けてい
る。また、エンジンＥの出力軸（クランク軸）１１に
は、後記するＶベルト６に連結するクランクプーリ１２
が取り付けられている。そして、そのウォータジャケッ
ト１３は、エンジンＥを冷却する冷却水を循環させる冷
却水回路Ｗ中に設けられている。

【００１４】冷却水回路Ｗには、冷却水を強制循環させ
るウォータポンプ１４、冷却水と空気とを熱交換して冷
却水を空冷するラジエータ（図示せず）、冷却水と空気
とを熱交換して空気を加熱するフロント側ヒータコア１
５、冷却水と空気とを熱交換して空気を加熱するリヤ側
ヒータコア１６、およびこのリヤ側ヒータコア１６への
冷却水の供給および遮断を司るウォータバルブ１７等が
取り付けられている。ウォータポンプ１４は、エンジン
Ｅのウォータジャケット１３よりも上流側に設置され、
エンジンＥの出力軸１１に回転駆動される。

【００１５】エアコン２は、フロント側ダクト２１、フ
ロント側ブロワ２２、冷凍サイクル、およびフロント側
ヒータコア１５等から構成されている。フロント側ダク
ト２１の風上側には、外気吸込口２４ａおよび内気吸込
口２４ｂを選択的に開閉して吸込口モードを切り替える
内外気切替ダンパ２４が回動自在に取り付けられてい
る。フロント側ダクト２１の風下側には、デフロスタ吹
出口２５ａ、フェイス吹出口２５ｂおよびフット吹出口
２５ｃを選択的に開閉して吹出口モードを切り替えるモ
ード切替ダンパ２５が回動自在に取り付けられている。

【００１６】フロント側ブロワ２２は、ブロワモータ２
３により回転駆動されて、フロント側ダクト２１内に車
室内へ向かう空気流を発生する送風手段である。冷凍サ
イクルは、コンプレッサ（エンジン補機、冷媒圧縮
機）、コンデンサ（冷媒凝縮器）、レシーバ（気液分離
器）、エキスパンション・バルブ（膨張弁、減圧装
置）、エバポレータ（冷媒蒸発器）２６およびこれらを
環状に接続する冷媒配管等からなる。

【００１７】コンプレッサは、電磁クラッチ（以下エア
コンクラッチと呼ぶ）２７を備え、エバポレータ２６よ
り吸入した冷媒を圧縮してコンデンサへ吐出する。エア
コンクラッチ２７は、Ｖベルト６を介してエンジンＥの
出力軸１１に取り付けられたクランクプーリ１２（図２
参照）に駆動連結され、電磁コイルへの通電により入力
部（ロータ）に出力部（アーマチャ、インナーハブ）が
吸着することによりエンジンＥの回転動力をコンプレッ
サに伝達する。エバポレータ２６は、フロント側ダクト
２１内に設置され、フロント側ダクト２１内を流れる空
気を冷却する冷却手段である。

【００１８】フロント側ヒータコア１５は、本発明の暖
房用熱交換器であって、フロント側ダクト２１内におい
てエバポレータ２６よりも空気の流れ方向の下流側（風
下側）に設置され、且つ冷却水回路Ｗにおいて剪断発熱
装置４よりも冷却水の流れ方向の下流側に接続されてい
る。このフロント側ヒータコア１５は、エバポレータ２
６を通過した空気と冷却水とを熱交換して空気を加熱す
る加熱手段である。

【００１９】なお、フロント側ヒータコア１５の風上側
には、エアミックスダンパ２８が回動自在に取り付けら
れている。このエアミックスダンパ２８は、フロント側
ヒータコア１５を通過する空気量（温風量）とフロント
側ヒータコア１５を迂回する空気量（冷風量）との風量
調節を行って車室内に吹き出す空気の温度を調節する吹
出温度調節手段である。

【００２０】リヤヒータ装置３は、リヤ側ダクト３１、
リヤ側ブロワ３２およびリヤ側ヒータコア１６等から構
成されている。リヤ側ダクト３１の風下側には、フット
吹出口（図示せず）が開口している。リヤ側ブロワ３２
は、ブロワモータ３３により回転駆動されて、リヤ側ダ
クト３１内に車室内へ向かう空気流を発生する送風手段
である。

【００２１】リヤ側ヒータコア１６は、本発明の暖房用
熱交換器であって、リヤ側ダクト３１内に設置されてい
る。そして、リヤ側ヒータコア１６は、冷却水回路Ｗに
おいて剪断発熱装置４よりも冷却水の流れ方向の下流側
にウォータバルブ１７を介して接続されている。このリ
ヤ側ヒータコア１６は、リヤ側ダクト３１内を流れる空
気と冷却水とを熱交換して空気を加熱する加熱手段であ
る。

【００２２】次に、剪断発熱装置４を図１ないし図４に
基づいて簡単に説明する。ここで、図３および図４は剪
断発熱装置４を示した図である。剪断発熱装置４は、エ
ンジンＥの出力軸１１に駆動連結されたベルト伝動機構
５、およびシャフト８を有する剪断発熱器（以下ビスカ
スヒータと呼ぶ）９とからなる。

【００２３】ベルト伝動機構５は、本発明の動力伝達手
段であって、図１および図２に示したように、エンジン
Ｅの出力軸１１に取り付けられたクランクプーリ１２に
掛け渡された多段式のＶベルト６、およびこのＶベルト
６を介して出力軸１１（クランクプーリ１２）に駆動連
結された電磁クラッチ（以下ビスカスクラッチと呼ぶ）
７を有する動力伝達機構である。

【００２４】Ｖベルト６は、ビスカスクラッチ７を介し
てエンジンＥの回転動力（駆動力）をビスカスヒータ９
のシャフト８に伝えるベルト伝動手段である。なお、本
実施形態のＶベルト６は、エアコンクラッチ２７とビス
カスクラッチ７とに共掛けされている。

【００２５】ビスカスクラッチ７は、図３に示したよう
に、通電されると起磁力を発生する電磁コイル４１、エ
ンジンＥによって回転駆動されるロータ４２、電磁コイ
ル４１の起磁力によってロータ４２に吸着するアーマチ
ャ４３、このアーマチャ４３に板ばね４４を介して連結
され、ビスカスヒータ９のシャフト８に回転動力を与え
るインナーハブ４５等から構成されたクラッチ手段であ
る。

【００２６】電磁コイル４１は、絶縁皮膜を施した導電
線を巻回したもので、鉄等の磁性材料で形成されたステ
ータ４６内に収容され、エポキシ系樹脂によってステー
タ４６内にモールド固定されている。なお、ステータ４
６は、ビスカスヒータ９のハウジング１０の前面に固定
されている。

【００２７】ロータ４２は、外周にＶベルト６（図１お
よび図２参照）が掛け渡されるＶプーリ４７が溶接等の
接合手段により接合され、Ｖベルト６を介して伝達され
たエンジンＥの回転動力によって常時回転する回転体
（ビスカスクラッチ７の入力部）である。また、ロータ
４２は、鉄等の磁性材料により断面コの字形状に形成さ
れた第１摩擦部材であって、内周側に設けたベアリング
４８を介してビスカスヒータ９のハウジング１０の外周
に回転自在に支持されている。

【００２８】アーマチャ４３は、ロータ４２の円環板形
状の摩擦面に軸方向のエアギャップ（例えば０．５ｍｍ
の隙間）を隔てて対向する円環板形状の摩擦面を有し、
鉄等の磁性材料で円環板形状に形成された第２摩擦部材
である。なお、アーマチャ４３は、電磁コイル４１の起
磁力によりロータ４２の摩擦面に吸着（係合）されると
ロータ４２からエンジンＥの回転動力が伝達される。

【００２９】板ばね４４は、外周側がアーマチャ４３に
リベット等の固定手段により固定され、内周側がインナ
ーハブ４５にリベット等の固定手段により固定されてい
る。この板ばね４４は、電磁コイル４１の通電停止時に
アーマチャ４３をロータ４２の摩擦面から離脱（解放）
させる方向（図示左方向）へ変位させて初期位置に戻す
弾性部材である。インナーハブ４５は、入力側が板ばね
４４を介してアーマチャ４３に駆動連結し、出力側がビ
スカスヒータ９のシャフト８にスプライン嵌合により駆
動連結したビスカスクラッチ７の出力部である。

【００３０】ビスカスヒータ９は、暖房用熱源であるエ
ンジンＥに対して暖房用補助熱源を構成するもので、Ｖ
ベルト６およびビスカスクラッチ７を介してエンジンＥ
の回転動力が与えられるシャフト８、このシャフト８を
回転自在に支持するハウジング１０、このハウジング１
０の内部空間を発熱室５０と冷却水路５１とに２分割す
るセパレータ５２、およびハウジング１０内に回転可能
に配されたロータ５３等から構成されている。

【００３１】シャフト８は、ビスカスクラッチ７のイン
ナーハブ４５にボルト等の締結部材５４により締め付け
固定され、アーマチャ４３と一体的に回転する入力軸で
ある。このシャフト８は、ベアリング５５およびシール
材５６を介してハウジング１０の内周に回転自在に支持
されている。なお、シール材５６には粘性流体の漏れを
防ぐオイルシールが利用されている。

【００３２】ハウジング１０は、アルミニウム合金等の
金属部材よりなり、後端部に円環板形状のカバー５７を
ボルトやナット等の締結部材５８により締め付け固定し
ている。なお、ハウジング１０とカバー５７との接合面
には、セパレータ５２およびシール材５９が装着されて
いる。そのシール材５９には冷却水の漏れを防ぐＯリン
グが利用されている。

【００３３】セパレータ５２は、アルミニウム合金等の
熱伝導性に優れた金属部材よりなり、外周部がハウジン
グ１０の円筒状部とカバー５７の円筒状部とに挟み込ま
れタ仕切り部材である。仕切り壁５２ｂの前端面とハウ
ジング１０の後端面との間には、剪断力が作用すると発
熱する粘性流体（例えばシリコンオイル等）が封入され
た発熱室５０が形成されている。

【００３４】そして、仕切り壁５２ｂの後端面とカバー
５７の内部には、外部と液密的に区画され、エンジンＥ
を冷却する冷却水が還流する冷却水路５１が形成されて
いる。さらに、セパレータ５２の下方側の後端面には、
粘性流体の熱を冷却水に効率良く伝達するための略円弧
形状のフィン部５２ａが多数一体成形されている。

【００３５】なお、フィン部５２ａの代わりにセパレー
タ５２の後端面を凸凹にしたり、コルゲートフィンや微
細ピンフィン等の熱伝達促進部材をカバー５７の外壁面
に設けたりしても良い。また、セパレータ５２とロータ
５３との間でラビリンスシールを形成して、そのラビリ
ンスシールを発熱室５０としても良い。

【００３６】セパレータ５２の後端面からは、冷却水路
５１を上流側水路５１ａと下流側水路５１ｂとに区画す
るように仕切り壁５２ｂが膨出形成されている。そし
て、カバー５７の仕切り壁５２ｂ付近の外壁部には、冷
却水路５１内に冷却水を流入させる入口側冷却水配管５
７ａ、および冷却水路５１より冷却水を流出させる出口
側冷却水配管５７ｂが接続されている。

【００３７】ロータ５３は、発熱室５０内に回転可能に
配され、シャフト８の後端部の外周に固定されている。
このロータ５３の外周面または両側壁面には、複数の溝
部（図示せず）が形成され、隣設する溝部間に突起部が
形成されている。そして、ロータ５３は、シャフト８に
エンジンＥの回転動力が与えられるとシャフト８と一体
的に回転して発熱室５０内に封入されている粘性流体に
剪断力を作用させる。

【００３８】次に、エアコンＥＣＵ１００を図１、図５
ないし図７に基づいて簡単に説明する。ここで、図５は
車両用空気調和装置１の電子回路を示した図である。エ
アコンＥＣＵ１００は、本発明の暖房制御装置であっ
て、エアコン２のコンプレッサおよびビスカスヒータ９
等の冷暖房機器をコンピュータ制御するエアコン制御シ
ステム用の電子回路である。このエアコンＥＣＵ１００
は、それ自体はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを内蔵したマイ
クロコンピュータである。

【００３９】エアコンＥＣＵ１００は、ビスカススイッ
チ７０、イグニッションスイッチ７１、外気温センサ７
２、冷却水温センサ７３およびエンジンＥＣＵ２００よ
り入力する入力信号と予め記憶された制御プログラム
（図６参照）等に基づいて、ビスカスクラッチ７の電磁
コイル４１、エアコンクラッチ２７のエアコンクラッチ
リレー７５およびリヤ側ブロワ３２等の冷暖房機器を制
御して車室内の空調制御を行う。

【００４０】ここで、エアコンＥＣＵ１００は、エアコ
ン２の運転時に、車室内の温度を所望の温度に設定する
温度設定手段や、車室内の空調状態に影響を及ぼす環境
条件（例えば内気温、外気温、冷却水温、エバ後温度、
日射量または吹出温度等）を検出する環境条件検出手段
を利用して目標吹出温度ＴＡＯを算出し、その目標吹出
温度ＴＡＯに基づいてエアミックスダンパ２８の開度を
変更することにより車室内の空調状態を制御するように
している。

【００４１】ビスカススイッチ７０は、ビスカスヒータ
９を用いた車室内暖房を希望する暖房優先スイッチであ
って、投入（オン）されるとエアコンＥＣＵ１００に暖
房優先信号を出力する。また、ビスカススイッチ７０
は、エンジンＥの燃料消費率（燃料経済性）の向上を優
先させる燃費優先スイッチであって、オフされるとエア
コンＥＣＵ１００に燃費優先信号を出力する。

【００４２】イグニッションスイッチ７１は、ＯＦＦ、
ＡＣＣ、ＳＴおよびＩＧの各端子を有する。ＳＴはスタ
ータへの通電を行うスタータ通電端子で、エアコンＥＣ
Ｕ１００にスタータ通電信号を出力する。外気温センサ
７２は、本発明の物理量検出手段であって、例えばサー
ミスタが使用され、車両の車室外の空気温度（外気温）
を検出する外気温検出手段であって、エアコンＥＣＵ１
００に外気温検出信号を出力する。

【００４３】冷却水温センサ７３は、例えばサーミスタ
が使用され、冷却水回路Ｗ中の冷却水の温度（本実施形
態ではビスカスヒータ９の冷却水路５１の出口側冷却水
配管５７ｂの冷却水温）を検出する冷却水温検出手段で
あって、エアコンＥＣＵ１００に冷却水温検出信号を出
力する。エアコンクラッチリレー７５は、リレーコイル
７５ａおよびリレースイッチ７５ｂよりなり、リレーコ
イル７５ａが通電されるとリレースイッチ７５ｂが閉じ
る。これにより、エアコンクラッチ２７が通電される。

【００４４】次に、本実施形態のエアコンＥＣＵ１００
のビスカスヒータ制御を図１ないし図８に基づいて簡単
に説明する。ここで、図６はエアコンＥＣＵ１００の制
御プログラムの一例を示したフローチャートである。

【００４５】先ず、各種センサ信号やスイッチ信号等の
入力信号を読み込む（物理量検出手段、冷却水温検出手
段：ステップＳ１）。次に、ビスカススイッチ７０が投
入（ＯＮ）されているか否かを判定する。すなわち、暖
房優先信号を入力しているか燃費優先信号を入力してい
るか否かを判定する（ビスカススイッチ判定手段：ステ
ップＳ２）。この判定結果がＮＯの場合には、車室内の
暖房が不要でエンジンＥの燃料消費率の向上を優先させ
るため、ビスカスクラッチ７の電磁コイル４１をオフ
（ＯＦＦ）、つまりビスカスクラッチ７の電磁コイル４
１の通電を停止することによりビスカスヒータ９のロー
タ５３の回転を停止させる（ステップＳ３）。次に、ス
テップＳ１の処理に移行する。

【００４６】また、ステップＳ２の判定結果がＹＥＳの
場合には、記憶回路（例えばＲＯＭ）に予め記憶された
外気温に基づくビスカスヒータ制御の特性図（図７参
照）に応じてビスカスクラッチ７の電磁コイル４１のオ
ン、オフを判定する。すなわち、外気温センサ７２で検
出した外気温が設定外気温（設定値）以上の高温である
か低温であるかを判定する（外気温判定手段：ステップ
Ｓ４）。

【００４７】具体的には、外気温としては、図７の特性
図に示したように、設定外気温（Ａ：例えば２５℃）と
設定外気温（Ｂ：例えば１５℃）とでヒステリシスを持
たせており、この設定外気温以上の高温のときにビスカ
スクラッチ７の電磁コイル４１をＯＦＦし、この設定外
気温以下の低温のときにビスカスクラッチ７の電磁コイ
ル４１をＯＮする。なお、図７の特性図にはヒステリシ
スを設けたが、ヒステリシスを設けなくても良い。この
ステップＳ４の判定結果が高温の場合には、ステップＳ
３の処理に移行し、ビスカスクラッチ７の電磁コイル４
１をＯＦＦする。

【００４８】また、ステップＳ４の判定結果が低温の場
合には、記憶回路（例えばＲＯＭ）に予め記憶された冷
却水温に基づくビスカスヒータ制御の特性図（図８参
照）に応じてビスカスクラッチ７の電磁コイル４１のオ
ン、オフを判定する。すなわち、冷却水温センサ７３で
検出した冷却水温が設定冷却水温（設定値）以上の高温
であるか低温であるかを判定する（冷却水温判定手段：
ステップＳ５）。

【００４９】具体的には、設定冷却水温としては、図８
の特性図に示したように、設定冷却水温（Ａ：例えば８
０℃）と設定冷却水温（Ｂ：例えば７０℃）とでヒステ
リシスを持たせており、この設定冷却水温以上の高温の
ときにビスカスクラッチ７の電磁コイル４１をＯＦＦ
し、この設定冷却水温以下の低温のときにビスカスクラ
ッチ７の電磁コイル４１をＯＮする。なお、図８の特性
図にはヒステリシスを設けたが、ヒステリシスを設けな
くても良い。このステップＳ５の判定結果が高温の場合
には、ステップＳ３の処理に移行し、ビスカスクラッチ
７の電磁コイル４１をＯＦＦする。

【００５０】また、ステップＳ５の判定結果が低温の場
合には、エンジンＥＣＵ２００との通信（送信および受
信）を行う（ステップＳ６）。次に、ビスカスクラッチ
７の電磁コイル４１をＯＮすることを許可する許可信号
をエンジンＥＣＵ２００より受信しているか否かを判定
する（許可信号判定手段：ステップＳ７）。この判定結
果がＮＯの場合には、ステップＳ３の処理に移行し、ビ
スカスクラッチ７の電磁コイル４１をＯＦＦする。

【００５１】また、ステップＳ７の判定結果がＹＥＳの
場合には、最大暖房時の暖房能力の不足を補うため、ビ
スカスクラッチ７の電磁コイル４１をオン（ＯＮ）、つ
まりビスカスクラッチ７の電磁コイル４１を通電するこ
とによりビスカスヒータ９のロータ５３を回転させる
（ビスカスヒータ駆動手段：ステップＳ８）。次に、ス
テップＳ１の処理に移行する。

【００５２】次に、エンジンＥＣＵ２００を図１および
図５に基づいて簡単に説明する。エンジンＥＣＵ２００
は、エンジンＥをコンピュータ制御するエンジン制御シ
ステム用の電子回路で、それ自体はＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭを内蔵したマイクロコンピュータである。

【００５３】このエンジンＥＣＵ２００は、エンジン回
転速度センサ８１、車速センサ８２、スロットル開度セ
ンサ８３およびエアコンＥＣＵ１００より入力した入力
信号と予め記憶された制御プログラムに基づいて、エン
ジンＥのアイドル回転速度制御（アイドルアップ制
御）、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、吸気絞り制
御、グロープラグ通電制御等のエンジン制御を行うと共
に、エアコンＥＣＵ１００の処理に必要な信号をエアコ
ンＥＣＵ１００に送る。

【００５４】エンジン回転速度センサ８１は、エンジン
Ｅの出力軸１１の回転速度を検出するエンジン回転速度
検出手段で、エンジン回転速度信号をエンジンＥＣＵ２
００に出力する。車速センサ８２は、例えばリードスイ
ッチ式車速センサ、光電式車速センサ、ＭＲＥ（磁気抵
抗素子）式車速センサ等が用いられ、車両の速度を検出
する車速検出手段で、車速信号をエンジンＥＣＵ２００
に出力する。スロットル開度センサ８３は、エンジンＥ
の吸気管内に設けられたスロットルバルブの開度を検出
するスロットル開度検出手段で、スロットル開度信号を
エンジンＥＣＵ２００に出力する。

【００５５】次に、エンジンＥＣＵ２００のビスカスヒ
ータ制御を図１および図５に基づいて簡単に説明する。

【００５６】エンジンＥＣＵ２００は、エンジン回転速
度センサ８１、車速センサ８２およびスロットル開度セ
ンサ８３等からの各種センサ信号に基づいて、エアコン
ＥＣＵ１００へ許可信号（ビスカスクラッチ７の電磁ク
ラッチ４１をＯＮすることを許可する信号）を送信する
か、不許可信号（ビスカスクラッチ７の電磁クラッチ４
１をＯＮすることを許可しない信号）を送信するかを判
定する。ここで、許可信号を送信すると判定されたとき
には、吸入空気量を増加してアイドル回転速度をステッ
プ的に上げる制御、所謂アイドルアップ制御を行う。

【００５７】次に、本実施形態の車両用空気調和装置１
の作動を図１ないし図８に基づいて簡単に説明する。

【００５８】エンジンＥが始動することにより出力軸１
１が回転し、ベルト伝動機構５のＶベルト６を介してロ
ータ４２にエンジンＥの回転動力が伝達される。そし
て、ビスカススイッチ７０が投入され、外気温が設定外
気温よりも低温で、冷却水温が設定冷却水温よりも低温
で、且つエンジンＥＣＵ２００より許可信号を受信して
いる場合には、ビスカスクラッチ７の電磁コイル４１が
オンされる。すなわち、電磁コイル４１がオンされるの
で、電磁コイル４１の起磁力によってアーマチャ４３が
ロータ４２の摩擦面に吸着し、エンジンＥの回転動力が
インナーハブ４５およびシャフト８に伝達される。

【００５９】これにより、シャフト８と一体的にロータ
５３が回転するので、発熱室５０内の粘性流体に剪断力
が作用することにより、粘性流体が発熱する。したがっ
て、エンジンＥのウォータジャケット１３内で加熱され
た冷却水は、ビスカスヒータ９の冷却水路５１を通過す
る際に、セパレータ５２に一体成形された多数のフィン
部５２ａを介して粘性流体の発生熱を吸熱することによ
り加熱される。そして、このビスカスヒータ９で加熱さ
れた冷却水がフロント側ヒータコア１５に供給されるこ
とにより、大きい暖房能力で車室内の暖房が行われる。

【００６０】ここで、エンジンＥが始動することにより
出力軸１１が回転し、ベルト伝動機構５のＶベルト６を
介してロータ４２にエンジンＥの回転動力が伝達される
が、ビスカスヒータ９の他の使用条件が満たされていて
も、外気温が設定外気温よりも高温の時には、車室内を
暖房する必要はなく、逆に車室内を冷房する必要がある
ので、ビスカスクラッチ７の電磁コイル４１がオフされ
る。このため、アーマチャ４３がロータ４２の摩擦面に
吸着されず、エンジンＥの回転動力がインナーハブ４５
およびシャフト８に伝達されない。これにより、ロータ
４２が空転するのみで、シャフト８およびロータ５３が
回転しないので、発熱室５０内の粘性流体に剪断力が作
用しない。

【００６１】なお、ビスカスヒータ９の発熱能力は発熱
室５０内に封入された粘性流体の粘性係数により予め任
意に設定することができる。すなわち、粘性係数の高い
粘性流体程、ロータ５３の回転により作用する剪断力が
大きくなるため、ビスカスヒータ９の発熱能力が高くな
り、エンジンＥの負荷および燃料消費率が大きくなる。
一方、粘性係数の低い粘性流体程、ロータ５３の回転に
より作用する剪断力が小さくなるため、ビスカスヒータ
９の発熱能力が低くなり、エンジンＥの負荷および燃料
消費率が小さくなる。

【００６２】〔第１実施形態の効果〕以上のように、本
実施形態の車両用空気調和装置１は、ビスカススイッチ
７０が投入されていても、外気温センサ７２で検出した
外気温が設定外気温よりも高温の場合には、ビスカスク
ラッチ７の電磁コイル４１がオフされることにより、ビ
スカスクラッチ７のロータ４２の摩擦面よりアーマチャ
４３が離間する。これにより、ビスカスヒータ９のシャ
フト８およびロータ５３にエンジンＥの回転動力を伝達
するＶベルト６およびロータ４２に大きな駆動トルクが
加わらなくなる。

【００６３】したがって、暖房優先スイッチであるビス
カススイッチ７０が投入されない時や、車室内の冷房が
必要な高外気温時には、大きな暖房能力が不要のため
に、ビスカスクラッチ７の電磁コイル４１をオフするこ
とにより、エンジンＥの負荷を軽減することができる。
また、ビスカスクラッチ７の電磁コイル４１がオフされ
ることにより、ベルト伝動機構５のＶベルト６の滑りや
ビスカスクラッチ７のロータ４２とアーマチャ４３との
間の滑りが生じることによる異音の発生を防止できる。
さらに、夏期のエンジンＥの始動時に、エンジンＥの負
荷が軽減されるので、エンジンＥの始動性を向上でき
る。

【００６４】〔第２実施形態〕図９は本発明の第２実施
形態を示したもので、車両用空気調和装置の電気回路を
示した図である。

【００６５】本実施形態の車両用空気調和装置１の電気
回路には、第１実施形態のエアコンＥＣＵ１００の代わ
りに、エアコン２をアナログ制御するエアコンアナログ
回路（暖房制御手段）１０１およびビスカスクラッチ７
をアナログ制御するビスカスアナログ回路（暖房制御手
段）１０２が設けられている。

【００６６】ビスカスアナログ回路１０２の入力部に
は、イグニッションスイッチ７１のＳＴ端子およびＩＧ
端子、ビスカススイッチ７０、外気温スイッチ９０、冷
却水温スイッチ９１およびエンジンＥＣＵ２００が接続
されている。また、ビスカスアナログ回路１０２の出力
部には、エンジンＥＣＵ２００およびビスカスクラッチ
７の電磁コイル４１が接続されている。

【００６７】外気温スイッチ９０は、本発明の物理量検
出手段であって、外気温が設定外気温（Ａ：例えば２５
℃）よりも高温の時に開き、外気温が設定外気温Ａまた
は設定外気温（Ｂ：例えば１５℃）よりも低温の時に閉
じる外気温検出手段である。冷却水温スイッチ９１は、
冷却水回路Ｗ中の冷却水温（本実施形態ではビスカスヒ
ータ９の冷却水路５１の出口側冷却水配管５７ｂの冷却
水温）が所定温度Ａ（例えば８０℃）よりも高温の時に
開き、冷却水温が所定温度Ａまたは所定温度Ｂ（例えば
７０℃〜７５℃）よりも低温の時に閉じる冷却水温検出
手段である。

【００６８】また、エンジンＥＣＵ２００は、ビスカス
アナログ回路１０２がビスカスクラッチ７をＯＮすると
判定した場合に送信されるＯＮ信号を受信すると、エン
ジン回転数、車速、スロットル開度または冷却水温に基
づいて演算や判定を行いエアコン２やビスカスヒータ９
をＯＮすることを許可する許可信号また不許可信号をビ
スカスアナログ回路１０２に送信する。

【００６９】本実施形態では、ビスカススイッチ７０、
冷却水温スイッチ９１がオン（閉成）、さらにエンジン
ＥＣＵ２００より許可信号を受信していても、外気温ス
イッチ９０がオフ（開成）した時点でビスカスアナログ
回路１０２によってビスカスクラッチ７の電磁コイル４
１がオフされる。これにより、第１実施形態と同様な効
果を備える。

【００７０】〔第３実施形態〕図１０は本発明の第３実
施形態を示したもので、車両用空気調和装置の電気回路
を示した図である。

【００７１】本実施形態では、車両用空気調和装置とし
てマニュアルエアコンを採用している。そして、ビスカ
スアナログ回路１０２の入力部には、第２実施形態の電
気機器に加えて、フロント側ブロワ２２のブロワモータ
２３に印加するブロワ電圧を手動操作により切り替える
ブロワスイッチ９３も接続されている。ブロワスイッチ
９３は、大風量を得るためのＨｉ端子、中風量を得るた
めのＭｅ端子、小風量を得るためのＬｏ端子、およびブ
ロワモータ２３の通電を停止するためのＯＦＦ端子を有
する。

【００７２】本実施形態では、ブロワスイッチ９３がＯ
ＦＦの時にはビスカスクラッチ７の電磁コイル４１をオ
フしてビスカスヒータ９の作動を停止することによりエ
ンジンＥの負荷を軽減する。なお、ブロワスイッチ９３
がＯＦＦでも、暖房運転の開始時（暖機・ウォームアッ
プ時）は、エンジンＥを冷却した冷却水の立ち上がりを
促進するために、ビスカスクラッチ７の電磁コイル４１
をオンしてビスカスヒータ９のロータ５３にエンジンＥ
の回転動力を伝える。

【００７３】ここで、第２、第３実施形態の場合、外気
温スイッチ９０の代わりに、第１実施形態で用いた外気
温センサ７２を用いても良い。この場合には、ビスカス
アナログ回路１０２で、外気温センサ７２で検出した外
気温が設定外気温よりも高温の時にビスカスクラッチ７
の電磁コイル４１をオンしてビスカスヒータ９のロータ
５３にエンジンＥの回転動力を伝える。逆に、外気温セ
ンサ７２で検出した外気温が設定外気温よりも低温の時
には、ビスカスクラッチ７の電磁コイル４１をオフして
ビスカスヒータ９のロータ５３にエンジンＥの回転動力
を伝えないようにする。

【００７４】〔他の実施形態〕上記各実施形態では、エ
ンジンＥの出力軸１１にベルト伝動機構５およびビスカ
スクラッチ７を駆動連結してビスカスヒータ９のシャフ
ト８を駆動したが、エンジンＥの出力軸１１にビスカス
クラッチ７を直接連結してビスカスヒータ９のシャフト
８を駆動しても良い。また、エンジンＥの出力軸１１と
ビスカスクラッチ７との間、あるいはビスカスクラッチ
７とビスカスヒータ９のシャフト８との間に一段以上の
歯車変速機やＶベルト式無段変速機等の伝動機構（動力
伝達手段）を連結しても良い。

【００７５】そして、ビスカスクラッチ７を廃止してエ
ンジンＥの出力軸１１にＶベルト式無段変速機を駆動連
結してビスカスヒータ９のシャフト８を駆動しても良
く、この場合にはＶベルト式無段変速機の入力プーリと
出力プーリとのプーリ比を最適とすることによりビスカ
スヒータ９を作動させた状態でＶベルト式無段変速機等
の伝動機構（動力伝達手段）の負荷が最小となるように
制御できる。

【００７６】上記各実施形態では、ビスカスクラッチ７
とエアコンクラッチ２７とをベルト伝動機構５のＶベル
ト６に共掛けしたが、ウォータポンプ１４、パワーステ
アリングの油圧ポンプ、自動変速機に作動油を供給する
油圧ポンプ、エンジンＥや変速機に潤滑油を供給する油
圧ポンプ、または車載バッテリを充電するオルタネータ
（交流発電機）等のエンジン補機とビスカスクラッチ７
とをベルト伝動機構５のＶベルト６に共掛けしても良
い。

【００７７】上記各実施形態では、エンジンとして水冷
式のディーゼルエンジンを用いたが、エンジンとしてガ
ソリンエンジン等の他の水冷式内燃機関（水冷式エンジ
ン）を用いても良い。上記各実施形態では、本発明を車
室内の暖房と冷房とを行うことが可能な車両用空気調和
装置に適用したが、本発明を車室内の暖房のみを行うこ
とが可能な車両用温水式暖房装置に適用しても良い。

【００７８】上記各実施形態では、冷却水温検出手段と
してビスカスヒータ９の冷却水路５１の出口側冷却水配
管５７ｂの冷却水温を検出する冷却水温センサ７３を用
いたが、冷却水温検出手段としてフロント側ヒータコア
１５またはリヤ側ヒータコア１６の入口側の冷却水温を
検出する冷却水温センサや冷却水温スイッチを用いても
良い。また、エンジンＥの出口側の冷却水温を検出する
冷却水温センサや冷却水温スイッチを用いても良い。

【００７９】上記各実施形態では、物理量検出手段とし
て外気温検出手段である外気温センサ７２または外気温
スイッチ９０を用いてビスカスクラッチ７の電磁コイル
４１のオン、オフを制御したが、物理量検出手段として
エンジンＥの始動時または空調開始時の車室内空気の温
度（内気温）を検出する内気温検出手段を用いてビスカ
スクラッチ７の電磁コイル４１のオン、オフを制御して
も良い。また、外気温検出手段の代わりに、車両のボデ
ィの温度を検出する検出手段を用いてビスカスクラッチ
７の電磁コイル４１のオン、オフしても良く、さらに冷
房スイッチを備える車両においては冷房スイッチにより
冷房が指示されたときにビスカスクラッチ７の電磁コイ
ル４１をオフしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両用空気調和装置の全体構造を示した概略図
である（第１実施形態）。

【図２】エンジンとベルト伝動機構を示した概略図であ
る（第１実施形態）。

【図３】ビスカスクラッチとビスカスヒータを示した断
面図である（第１実施形態）。

【図４】ビスカスヒータを示した断面図である（第１実
施形態）。

【図５】車両用空気調和装置の電子回路を示したブロッ
ク図である（第１実施形態）。

【図６】エアコンＥＣＵの制御プログラムの一例を示し
たフローチャートである（第１実施形態）。

【図７】エアコンＥＣＵの外気温に基づくビスカスヒー
タ制御を示した特性図である（第１実施形態）。

【図８】エアコンＥＣＵの冷却水温に基づくビスカスヒ
ータ制御を示した特性図である（第１実施形態）。

【図９】車両用空気調和装置の電子回路を示したブロッ
ク図である（第２実施形態）。

【図１０】車両用空気調和装置の電気回路を示した回路
図である（第３実施形態）。

【符号の説明】

Ｅ エンジン １ 車両用空気調和装置（車両用暖房制御装置） ２ エアコン ３ リヤヒータ装置 ４ 剪断発熱装置 ５ ベルト伝動機構（動力伝達手段） ６ Ｖベルト（ベルト伝動手段） ７ ビスカスクラッチ（クラッチ手段） ８ シャフト ９ ビスカスヒータ（剪断発熱器） １５ フロント側ヒータコア（暖房用熱交換器） １６ リヤ側ヒータコア（暖房用熱交換器） ５０ 発熱室 ５３ ロータ ７２ 外気温センサ（物理量検出手段） ７３ 冷却水温センサ（冷却水温検出手段） ９０ 外気温スイッチ（物理量検出手段） ９１ 冷却水温スイッチ（冷却水温検出手段） １００ エアコンＥＣＵ（暖房制御手段） １０１ エアコンアナログ回路（暖房制御手段） １０２ ビスカスアナログ回路（暖房制御手段） ２００ エンジンＥＣＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 行志 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 伴 律文 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）車室内に空気を送るためのダクト
   と、 （ｂ）このダクト内に配され、水冷式のエンジンを冷却
   した冷却水と空気とを熱交換して車室内の暖房を行う暖
   房用熱交換器と、 （ｃ）前記エンジンの回転動力が加わると回転するロー
   タ、およびこのロータに回転動力が加わると剪断力が作
   用されて熱を発生する粘性流体を内部に収納した発熱室
   を有し、この発熱室内の粘性流体の発生熱により前記暖
   房用熱交換器に供給される冷却水を加熱する剪断発熱器
   と、 （ｄ）前記エンジンの回転動力を前記ロータに伝える動
   力伝達手段と、 （ｅ）車室外の空気温度に関連する物理量を検出する物
   理量検出手段を有し、 この物理量検出手段で検出した物理量が設定値以上の時
   に、前記エンジンの回転動力を前記ロータに伝えないよ
   うに前記動力伝達手段を制御する暖房制御手段とを備え
   た車両用暖房装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の車両用暖房装置におい
   て、 前記剪断発熱器は、前記エンジンから前記暖房用熱交換
   器に向かう冷却水が還流する冷却水路を有し、 前記暖房制御手段は、前記冷却水路より前記暖房用熱交
   換器に供給される冷却水温を検出する冷却水温検出手段
   を有し、この冷却水温検出手段で検出した冷却水温が設
   定冷却水温以下の時に、前記エンジンの回転動力を前記
   ロータに伝えるように前記動力伝達手段を制御すること
   を特徴とする車両用暖房装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の車両用暖
   房装置において、 前記動力伝達手段は、前記エンジンの出力軸に駆動連結
   されたベルト伝動手段、およびこのベルト伝動手段に駆
   動連結され、前記ベルト伝動手段と前記ロータとの間に
   おける係合および解放を行うクラッチ手段を有すること
   を特徴とする車両用暖房装置。