JP4078742B2

JP4078742B2 - 車輌用暖房装置

Info

Publication number: JP4078742B2
Application number: JP00536399A
Authority: JP
Inventors: 孝志伴; 鈴木　　茂; 英文森; 辰幸星野; 敏夫森川; 敏浩大島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2019-01-12
Also published as: JPH11301250A; DE19906361C2; DE19906361A1; US6244232B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輌エンジンと、発熱室内に収容された粘性流体に機械仕事付与手段による仕事を加えて熱を発生させる熱発生器と、暖房用熱交換器と、これらの間で循環流体を流通させるための循環路とを備えた車輌用暖房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平２−２４６８２３号公報は、ハウジング内に封入された粘性流体（例えば、シリコーンオイル）を特殊形状のロータで剪断することで熱を発生する熱発生器を補助熱源として組み込んだ車輌用暖房装置を開示する。この補助熱源としての熱発生器によれば、ロータは駆動軸の一端部に設けられ、その駆動軸の他端部は、電磁クラッチ機構を介して、車輌エンジンからの駆動力をベルト伝達された入力プーリと選択的に連結可能となっている。
【０００３】
この熱発生器に発熱動作をさせるときには、制御部（電子制御装置）によって電磁クラッチ機構がＯＮされ、エンジンの動力が電磁クラッチを介して駆動軸及びロータに伝達される。他方、その車輌用暖房装置の温水回路を流れるエンジン冷却水（循環流体に相当）の温度が所定の設定水温以上になると、制御部は電磁クラッチ機構をＯＦＦし、エンジンから熱発生器への動力伝達を遮断する。この動力伝達の遮断は専ら、補助熱源の助けが必要ないほどにエンジン冷却水の温度が充分に高い場合に、エンジンの動力を熱発生器で無駄に消費するのを防止する目的で行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような熱発生器内の粘性流体の温度は、一般に、ロータの回転速度、即ち、エンジンの回転速度が高くなるほど上昇する傾向にある。特に、粘性流体として高粘性シリコーンオイルを使用した場合には、シリコーンオイル自体の温度が所定の上限温度（例えば２００℃）を超えると、オイルの熱劣化や剪断による機械的劣化を生じやすくなる。シリコーンオイルが熱的又は機械的に劣化すると、粘性流体の剪断発熱の効率が低下し、車室内の暖房能力が低下することが確認されている。
【０００５】
前記従来の車輌用熱発生器においては、エンジン冷却水の水温のみを参照して電磁クラッチのＯＮ／ＯＦＦ制御が行われている。このため、水温が所定の設定水温よりも低くありさえすれば、熱発生器内のシリコーンオイルは、常にロータの剪断作用に晒される。換言すれば、ロータの回転速度が極度に上昇（例えば、６０００〜８０００ｒｐｍに上昇）したとしても、そのことがエンジン冷却水の水温に反映されて設定水温に達するまでのラグタイムの間、シリコーンオイルはロータによる過剪断を受け、熱的・機械的劣化を早めることになる。
【０００６】
このような不都合を解決するために、ロータ又はエンジンの回転数が、シリコーンオイルの上限温度に対応する所定のしきい値回転数（不変値）を超えたときには、電磁クラッチ機構を常にＯＦＦするという制御も考えられる。
【０００７】
しかしながら、シリコーンオイルの温度が低くてエンジン冷却水の温度も低く、それ故、急速な加熱が求められる状況にあるときでさえ、ロータの回転数が前記しきい値回転数を超えることを許されないとするならば、必要時に多量の熱を短時間に発生する補助熱源としての熱発生器の存在価値を減殺することになる。
【０００８】
本発明の目的は、車輌用暖房システムにおける補助熱源としての熱発生器に収容された粘性流体の過加熱による劣化を未然に防止して優れた暖房性能を持続的に発揮することができると共に、暖房能力の立ち上げ性にも優れた車輌用暖房装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１の発明は、車輌エンジンと、発熱室内に収容された粘性流体に機械仕事付与手段による仕事を加えて熱を発生させる熱発生器と、暖房用熱交換器と、これらの間で循環流体を流通させるための循環路とを備えた車輌用暖房装置であって、車輌エンジンの動力を前記熱発生器の機械仕事付与手段に選択的に伝達すべく車輌エンジンと熱発生器との間に設けられたクラッチ手段と、循環流体の温度を検出すべく前記循環路に設けられた温度検出手段と、前記車輌エンジン又は機械仕事付与手段の回転数を検出する回転数検出手段と、前記温度検出手段によって検出される循環流体温度及び前記回転数検出手段によって検出される回転数に基づいて、前記クラッチ手段の作動を制御する制御手段とを備えており、該制御手段は、循環流体の許容温度範囲内において、循環流体の温度が高くなるほど遮断回転数の設定値が低くなるように、遮断回転数の設定値を可変設定すると共に、検出回転数がその設定された遮断回転数の設定値に達したときに前記クラッチ手段を介しての車輌エンジンから機械仕事付与手段への動力伝達を遮断することをその要旨とする。
【００１０】
この車輌用暖房装置によれば、循環流体の検出温度に伴って可変設定された遮断回転数と前記検出回転数との関係において、所定の条件を満たすときに、前記制御手段はクラッチ手段の作動を制御する。即ち、検出回転数が遮断回転数に達したとき、制御手段はクラッチ手段の作動を停止すべく制御され、その結果、車輌エンジンから機械仕事付与手段への動力伝達が遮断される。その場合、車輌用熱発生器における機械仕事付与手段の仕事作用は停止し、発熱室内に収容された粘性流体は機械仕事付与手段の仕事作用から解放される。
【００１１】
機械仕事付与手段の作用に基づき、熱発生器で生じた熱は、循環路を流れる循環流体に伝達されるので、循環流体の温度と、発熱室内の粘性流体の温度との間には、一定の相関性がある。そして、上述のように粘性流体が機械仕事付与手段の仕事作用に供されるか否かを決めるしきい値たる遮断回転数は、循環流体の検出温度に応じて可変設定される。このように、循環流体の温度の現状から、粘性流体の温度が過度に上昇するのを防ぎつつも、そのときどきでの機械仕事付与手段の最大回転数を可能な限り高く保つことができるため、熱発生器の発熱能力の立ち上がりを迅速なものとしつつ、粘性流体の劣化が防止される。
【００１３】
熱発生器の作動中において、循環流体の温度が高い場合には、それに対応して粘性流体の温度も高温傾向にあるものと考えられる。この構成によれば、循環流体の温度が高くなるほど遮断回転数の設定が低くなるため、検出回転数はその遮断回転数の設定値を上回りやすく、粘性流体は機械仕事付与手段のより低い回転数時点で、仕事作用から解放されることとなる。即ち、粘性流体の温度がその耐熱限界温度に近づくと共に、該熱発生器による熱供給をしぼってもよい状況に近づくにつれて、粘性流体は、機械仕事付与手段から必要以上に仕事作用を受けることがなくなり、劣化から守られる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の車輌用暖房装置において、前記遮断回転数の可変設定は、循環流体の温度と遮断回転数の設定値との関係を規定した計算式又は二次元特性マップに基づいて行われることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、理論的又は実験的に、遮断回転数の設定値と循環流体の温度との関係を規定できるため、当該遮断回転数の可変設定の特性を、熱発生器の発熱能力の立ち上がりを迅速なものとしつつ粘性流体の劣化が防止される好ましい特性とすることが容易となる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の車輌用暖房装置において、前記遮断回転数は、その回転数で機械仕事付与手段を駆動させた場合に生ずる熱に基づく発熱室内粘性流体の温度が、該粘性流体の耐熱限界温度以下の所定の上限温度となるように設定されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、回転数検出手段による検出回転数が遮断回転数以上になった場合でも、発熱室内の粘性流体の温度が上限温度、ましてや耐熱限界温度を超えるおそれはない。それ故、粘性流体の劣化を極力防止することができる。尚、上記耐熱限界温度と上限温度との差は、温度制御におけるオーバーシューティングの可能性を考慮して適宜設定すればよい。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車輌用暖房装置において、前記熱発生器は、前記発熱室に隣接して設けられた循環流体が流れる放熱室を更に備えており、この放熱室が前記循環路の一部を構成することを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、発熱室内で粘性流体に機械仕事付与手段による仕事作用が加えられて生じた熱は、発熱室に隣接して形成される放熱室を流れる循環流体に熱交換される。加熱された循環流体は、循環路に流出すると共に、その熱を当該循環路上に設けられた暖房用熱交換器に熱伝達することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した車輌の暖房装置の一実施形態について、図１〜図５を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、車輌用暖房装置の概略構成を示す。図１に示すように、この暖房装置は、車輌エンジンＥを冷却するためのエンジン冷却回路Ｒ１と、車輌の空調システムの一部を構成する暖房回路Ｒ２とを並設したものである。尚、エンジン冷却回路Ｒ１及び暖房回路Ｒ２を流れる循環流体は、エンジン冷却用の不凍液であって、例えば、水にエチレングリコール等を入れたものである。
【００２２】
エンジン冷却回路Ｒ１には、エンジンＥとラジエータ１１とを結ぶ配管１２，１３が備えられると共に、配管１２からラジエータサーモスタット弁１４により分岐されラジエータ１１を経ずに配管１３へ直結するバイパス管１５が設けられている。かかるラジエータサーモスタット弁１４は、配管１２を介してエンジンＥから流れてきた冷却水の温度を検出し、その水温が設定温度（例えば８０℃）より低ければ冷却水をバイパス管１５側に流す一方、該設定温度より高ければラジエータ１１側へ供給するように作動する。こうして、エンジン冷却回路Ｒ１及び暖房回路Ｒ２を流れる循環流体としてのエンジン冷却水が、一定の温度を超えないように自動調節されている。
【００２３】
暖房回路Ｒ２は、車輌用熱発生器１６、電磁バルブ１７及び暖房用熱交換機としてのヒータコア１８を備え、これらは配管１９，２０，２１，２２を介して直列に接続されている。エンジンＥから配管１９に流出した冷却水が車輌用熱発生器１６、電磁バルブ１７及びヒータコア１８を経由して再びエンジンＥに戻るように暖房回路Ｒ２は設定されている。エンジンＥと車輌用熱発生器１６とを結ぶ配管１９には、そこを流れる流体の温度を検出する温度検出手段としての温度センサＳ１が備えられている。前記ヒータコア１８はダクト２３内に配設されると共に、ヒータコア１８に空気を送る送風機としてのファン２４もダクト２３内に具備されている。このファン２４はモータ２５により駆動される。尚、配管１９，２０，２１，２２は、循環路を構成し、エンジンＥの図示しないウォータジャケットも該循環路の一部を構成している。
【００２４】
更に、ダクト２３内には、冷凍サイクルのエバポレータ及び温度調節器たるエアミックスドア（いずれも図示せず）が備えられている。ファン２４からの風は、前記エバポレータによって冷却された後、ヒータコア１８によって加熱され、そして、ダクト２３に連通された吹出口から車室内に供給されるようになっている。このとき、エアミックスドアは、エバポレータにより冷却されて吹出口に向かう風量とヒータコア１８により加熱されて吹出口に向かう風量との調節を図る。このように、エアミックスドアは、吹出口から吹出される風の温度制御を司っている。
【００２５】
電磁バルブ１７は、車輌空調システムの冷暖房の状況に応じてエンジンＥからヒータコア１８へのエンジン冷却水（高温）の供給・遮断を制御するためのＯＮ／ＯＦＦ弁である。
【００２６】
車輌用熱発生器１６は、配管１９を介してエンジンＥからエンジン冷却水を導入し、これを再加熱した後、配管２０を介してヒータコア１８に供給するための補助熱源装置として位置付けられている。車輌用熱発生器１６は、クラッチ手段としての電磁クラッチ５１を介して駆動源としてのエンジンＥと作動連結されている。即ち、エンジンＥの動力シャフトに取付けられた駆動プーリ２７と、電磁クラッチ５１の一部を構成する従動プーリ５３とは、ベルト２６を介して作動連結されている。
【００２７】
電磁クラッチ５１の近傍には、回転数検出手段としての回転数センサＳ２が設けられている。この回転数センサＳ２は、熱発生器１６内に設けられたロータ４３の回転数をほぼ反映する従動プーリ５３の回転数（回転速度）を検出する。尚、本実施形態では、センサＳ２は、従動プーリ５３の回転数を検出するが、駆動プーリ２７の回転数とロータ４３の回転数との間に相関性がある限り、回転数センサＳ２によって、従動プーリ５３ではなく駆動プーリ２７の回転数を検出してもよい。
【００２８】
次に、図２及び図３を参照しつつ、車輌用熱発生器１６及び電磁クラッチ５１の詳細を説明する。
図２に示すように、車輌用熱発生器１６は前部ハウジング３１、区画プレート３２及び後部ハウジング本体３３が、区画プレート３２と後部ハウジング本体３３との間にガスケット３４を介して、各々積層された状態で複数本のボルト３５により締結されている。後部ハウジング３６は、区画プレート３２及び後部ハウジング本体３３によって構成される。
【００２９】
前部ハウジング３１の後端側に設けられた凹部は、区画プレート３２の平坦な前端面と共に発熱室３７を形成している。一方、区画プレート３２の後端面と後部ハウジング本体３３の内壁面とによって、発熱室３７に隣接する放熱室としてのウォータジャケット３８が形成されている。後部ハウジング本体３３の後部外側には、暖房回路Ｒ２からウォータジャケット３８に循環水を取り入れる入水ポート（第１のポート）３９ａと、ウォータジャケット３８から循環水を暖房回路Ｒ２に送り出す出水ポート（第２のポート）３９ｂとが並設されている。
【００３０】
図２及び図３に示すように、区画プレート３２の中央部後端には円柱状の凸部３２ａが突設され、また、区画プレート３２の後端面には入水ポート３９ａと出水ポート３９ｂとの間において凸部３２ａから図２の上側半径方向に延在する隔壁３２ｂが突設されている。更に、プレート３２の後端面には、入水ポート３９ａ近傍から出水ポート３９ｂ近傍にわたり、凸部３２ａ回りに円弧状に延在する複数のフィン３２ｃが突設されている。これらの凸部３２ａ、隔壁３２ｂ及びフィン３２ｃの頂端は後部ハウジング本体３３の内壁面に当接され、ウォータジャケット３８内における循環流体としての循環水の循環経路を形成している。
【００３１】
図２に示すように、前部ハウジング３１には、軸受装置４１が設けられ、この軸受装置４１を介して駆動軸４２が回動可能に支承されている。発熱室３７と軸受装置４１との間には軸封装置４０が配設され、かかる軸封装置４０は主としてオイルシールのような部材からなる。駆動軸４２の後端部（図２の左端部）には、発熱室３７内に収納される円板状の機械仕事付与手段としてのロータ４３が固定されている。
【００３２】
駆動軸４２の後端部及びロータ４３を収納する発熱室３７には、粘性流体としてのシリコーンオイルが充填され、発熱室３７の内壁面とロータ４３の外面との隙間には、シリコーンオイルがほぼ満遍なく介在されている。
【００３３】
駆動軸４２の前端部及び前部ハウジング３１から前方に突設された支持筒部３１ａの近傍には、クラッチ手段としての電磁クラッチ５１が設けられている。電磁クラッチ５１は、アンギュラベアリング５２を介して支持筒部３１ａ上に回転可能に支持された従動プーリ５３と、駆動軸４２の前端部に止着された支持リング５４上に駆動軸４２の軸線方向にスライド可能に設けられた円板形状のクラッチ板５５とを備えている。クラッチ板５５の背面側には、板バネ５６が配設されている。板バネ５６は、その略中央部において支持リング５４に固定されるとともに、その外端部（図２では上下両端部）はクラッチ板５５の外周部に対しリベット等で連結されている。クラッチ板５５の正面は、従動プーリ５３の側端面５３ａと対向しており、プーリ側端面５３ａがもう一つのクラッチ板としての役目を果たす。
【００３４】
前述のように、従動プーリ５３は、ベルト２６を介して車輌のエンジンＥに作動連結されている。また、前部ハウジング３１には環状のソレノイドコイル５７が支持されている。ソレノイドコイル５７は、従動プーリ５３の外周部とアンギュラベアリング５２との間において従動プーリ５３内に入り込むように配置されており、プーリ側端面５３ａを通してクラッチ板５５に電磁力を及ぼす。
【００３５】
図１に示すように、本実施形態の車輌用暖房装置は、制御手段としての制御装置７１を備えている。この制御装置７１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェイス（いずれも図示せず) を内蔵したマイクロコンピュータ類似の制御ユニットであり、そのＲＯＭには制御プログラムが予め記憶されている。この制御プログラムには、電磁バルブ１７，モータ２５のＯＮ／ＯＦＦタイミングの制御の他に電磁クラッチ５１のＯＮ／ＯＦＦ制御が含まれている。
【００３６】
この制御装置７１の入力側は、前記温度センサＳ１、前記回転数センサＳ２、車輌の室内又は室外の気温を検出する気温検出センサＳ３及びヒータスイッチ／温度設定機７２と接続されている。必要に応じ、制御装置７１の入力側に、熱発生器１６の発熱室３７内の粘性流体の温度を検出する温度センサを接続してもよい。また、制御装置７１の出力側は、電磁バルブ１７、モータ２５及び電磁クラッチ５１と接続されている。ヒータスイッチ／温度設定器７２は、車室に設けられた操作パネル内に組み込まれており、搭乗者がヒータの作動及び停止（ＯＮ／ＯＦＦ）を指令し、又、好みの車室内温度を設定するための入力装置である。
【００３７】
次に、この実施形態の車輌用暖房装置の作用を説明する。
エンジンＥが起動すると、駆動プーリ２７からベルト２６を介して従動プーリ５３にエンジンＥの回転力が伝達される。但し、スタータモータ２８によるエンジンＥの起動時には、スタータモータ２８に負荷がかからないよう、ヒータスイッチ７２のＯＮ／ＯＦＦにかかわらず、制御装置７１はソレノイドコイル５７への通電を行わない。従って、エンジンＥ起動の際には、エンジンＥから熱発生器１６への動力伝達は遮断されており、熱発生器１６は補助熱源としての機能を停止している。もちろん、エンジンＥがスタータモータ２８の助けを離れてアイドリング状態になった後もヒータスイッチ７２がＯＦＦを選択されている限り、制御装置７１は電磁クラッチ５１を遮断状態に保つ。
【００３８】
車輌エンジンＥの駆動中にヒータスイッチ７２がオンされると、制御装置７１は、電磁バルブ１７を開弁すると共に、モータ２５に給電をしてファン２４を駆動させる。更に、制御装置７１は、車輌用熱発生器１６に発熱動作をさせるべく、電磁クラッチ５１のソレノイドコイル５７への通電制御を行う。即ち、制御装置７１は、ソレノイドコイル５７への通電を開始して励磁させ、その電磁力によりクラッチ板５５が板バネ５６のバネ力に抗して従動プーリ５３の側端面５３ａに吸引接合される。そして、クラッチ板５５と従動プーリ５３との接合により、従動プーリ５３の回転がクラッチ板５５及び支持リング５４を介して駆動軸４２に伝達され、ロータ４３が回転される。ロータ４３の回転に伴い、シリコーンオイルが発熱室３７の内壁面とロータ４３の外面とのクリアランスで剪断（機械仕事）されて発熱する。この熱は区画プレート３２を介してウォータジャケット３８内を流れるエンジン冷却水に熱交換される。
【００３９】
ウォータジャケット３８内を一巡することで加熱されたエンジン冷却水は、配管２０及び電磁バルブ１７を介してヒータコア１８に送られる。ヒータコア１８に送られた冷却水はヒータコア１８を通過する間に、ファン２４から送られる空気流に熱を伝達する。そして、暖められた空気が車室内の暖房に供される。ヒータコア１８で熱が奪われたエンジン冷却水は、配管２２を介して再びエンジンＥに戻される。
【００４０】
エンジンＥの駆動中における電磁クラッチ５１のＯＮ／ＯＦＦ制御は、例えば、図４のフローチャートに従って行われる。このフローチャートに従った処理は、例えば１００ミリ秒ごとの定時割り込み処理として行われる。
【００４１】
まず、制御装置７１は、ヒータスイッチ／温度設定器７２がＯＮされているか否かを判定する（ステップＳ８１）。その判定結果が否定、即ち、ヒータスイッチ／温度設定器７２がＯＦＦの場合には、車室内の暖房が要求されていないことになる。従って、ステップＳ８２において、電磁クラッチ５１への通電は行われず、熱発生器１６は運転されないため、シリコーンオイルが剪断作用に供されることはない（ステップＳ８２）。
【００４２】
ステップＳ８１での判定が肯定、即ち、ヒータスイッチ／温度設定器７２がＯＮの場合には、車室内の暖房が搭乗者によって要求されているため、制御装置７１は、温度センサＳ１からの検出温度情報によって配管１９を流れるエンジン冷却水の水温Ｔ_Xを検知する（ステップＳ８３）。また、制御装置７１は、回転数センサＳ２からの検出回転数情報によって従動プーリ５３又はロータ４３の回転数Ｒ_Xを検知する（ステップＳ８４）。
【００４３】
そして、制御装置７１は、現在のエンジン冷却水の水温Ｔ_Xがその許容温度の上限値Ｔ_MAX（例えば８０℃）を超えているか否かを判定する（ステップＳ８５）。その判定結果が肯定、即ち、エンジン冷却水が許容温度の上限値Ｔ_MAXを超えている場合には、ステップＳ８２において制御装置７１は電磁クラッチ５１のソレノイドコイル５７への通電を停止して該熱発生器１６の発熱を中止させる。これは、エンジン冷却回路Ｒ１において、エンジン冷却水の水温が設定温度である８０℃を超えたときに、ラジエータサーモスタット弁１４がエンジン冷却水をラジエータ１１側へ供給してエンジン冷却水の熱を放熱させていることとの一貫性を図ったものである。
【００４４】
ステップＳ８５での判定が否定、即ち、エンジン冷却水が許容温度の上限値Ｔ_MAX以下である場合、制御装置７１はステップＳ８３にて検知されたエンジン冷却水温Ｔ_Xに基づき、エンジンＥからロータ４３への動力伝達を維持するか否かを判断するためのしきい値たる遮断回転数Ｒ_SETを、図５の２次元特性マップを参照して算出する（ステップＳ８６）。図５の２次元特性マップについては、後ほど詳しく説明する。
【００４５】
制御装置７１は、ステップＳ８４で検知された従動プーリ５３又はロータ４３の回転数Ｒ_XがステップＳ８６で算出された遮断回転数Ｒ_SETを超えているか否かを判定する（ステップＳ８７）。その判定結果が否定、即ち、回転数Ｒ_Xが遮断回転数Ｒ_SET以上である場合には、ステップＳ８２において、制御装置７１は電磁クラッチ５１のソレノイドコイル５７への通電を停止して該熱発生器１６の発熱を中止させる。
【００４６】
ステップＳ８７での判定が肯定、即ち、回転数Ｒ_Xが遮断回転数Ｒ_SETを超えない場合、制御装置７１は、電磁クラッチ５１のソレノイドコイル５７への通電を維持する。従って、電磁クラッチ５１を介した車輌エンジンＥから車輌用熱発生器１６への動力伝達は継続される。
【００４７】
図５は、前記ステップＳ８６において参照される２次元特性マップを表す。この２次元特性マップは、制御装置７１内のＲＯＭ又はＲＡＭ内にデジタルデータとして格納されている。
【００４８】
図５の２次元特性マップにおいて、エンジン冷却水の許容温度の上限値Ｔ_MAXは、例えば８０℃に定められている。これは、ラジエータサーモスタット弁１４によってラジエータ１１が実質的に機能する温度が８０℃に設定されていることとの相関を図ったものである。
【００４９】
図５で水温がＴ_MAXの場合に、Ｒ_SET= ２５００ｒｐｍに設定しているのは、ウォータジャケット３８を流れるエンジン冷却水の温度がＴ_MAX（＝８０℃）の状況下において、発熱室３７内のシリコーンオイルが２００℃に達するロータ４３の回転数が約２５００ｒｐｍであることが実験で確認されたことによる。換言すれば、ウォータジャケット３８内のエンジン冷却水の水温がＴ_MAXであっても、ロータ４３の回転数が２５００ｒｐｍ以下であれば、オイルの温度を２００℃以下に維持することが可能となる。
【００５０】
逆に、ウォータジャケット３８を流れるエンジン冷却水の温度が下限値Ｔ_MIN(−４０℃）の場合には、遮断回転数の設定値Ｒ_SETは、エンジンの最大回転数に近い値とすることが許される。これは、ロータ４３の回転数がかなり高くなっても、ウォータジャケット３８の温度がかなり低い場合には、ウォータジャケット３８と発熱室３７の温度との間に大きな温度隔差が生じるため、発熱室３７からウォータジャケット３８への熱伝達量が多く、発熱室３７内のシリコーンオイルは、ロータ回転数の上昇にもかかわらず、早々には２００℃という温度には達しないためである。
【００５１】
図５において、許容温度範囲（Ｔ_MIN〜Ｔ_MAX)内での特性線Ｌは、発熱室３７の外部環境たるウォータジャケット３８の温度ごとにて、シリコーンオイルが２００℃に達するのに必要なロータ回転数をプロットしたものと理解することができる。
【００５２】
因みに、特性線Ｌを定めるための２００℃という値は、シリコーンオイルの耐熱限界温度そのものではなく、むしろ、それよりもやや低いところに設定されたオイル温度の上限目安たる温度である。その上限目安温度と、耐熱限界温度との差は、温度因子のフィードバック制御にありがちなオーバーシューティングを見込んだ安全領域（マージン）としての意義を有する。
【００５３】
更に、前記上限目安温度（即ち、２００℃）は、熱発生器の累積使用時間を想定して（即ち性能保証時間の観点から）定めうるものである。図６のグラフは、熱発生器を連続運転した場合における発熱量低下（「Ｑ低下」と表示）とオイル温度との相関関係を模式的に示している。
【００５４】
Ｑ低下とは、次式１によって定義される概念である。
【００５５】
【数１】

ここで、Ｑ₀とは、熱発生器１６を駆動直後の初期発熱量であり、Ｑ_tとは、ｔ時間後の発熱量である。従って、式１に従えば、ｔ時間後においても、初期発熱量が発生（Ｑ_t＝Ｑ₀）しているならば、Ｑ低下は０％ということになり、経時的な発熱量低下が全くない理想的な熱発生器ということになる。しかしながら、実際には、シリコーンオイルの酸化劣化その他の原因によって、Ｑ低下は避けられない。
【００５６】
図６には、例としてＱ低下が４０％、５０％、６０％の場合における初期オイル温度と運転時間ｔとの関係を示す３本の特性線が示されている。仮に、熱発生器１６の性能保証時間をｔ_Xとし、ｔ_X時間経過後においてもＱ低下５０％に止まればよいというのであれば、図６のグラフを読み解くことで、オイルの初期上限目安値を、例えば２００℃というふうに決定できる。
【００５７】
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
○ 制御装置７１は、エンジンＥから暖房回路Ｒ２に流れ出たエンジン冷却水の水温Ｔ_Xに伴って設定された遮断回転数Ｒ_SETと従動プーリ５３又はロータ４３の回転数Ｒ_Xとの関係に基づいて、車輌用熱発生器１６の電磁クラッチ５１のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。仮に、従来技術のようにエンジン冷却水の水温のみを参照して電磁クラッチのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うと、その水温が設定温度よりも低くありさえすれば、電磁クラッチ５１のＯＮ状態は維持されたままになる。このため、発熱室内に充填されたシリコーンオイルがロータ４３による剪断作用に続けて晒され、オイルの熱的及び機械的劣化を招きやすい。
【００５８】
これに対し、本実施形態の制御装置７１では、前記遮断回転数Ｒ_SETと前記回転数Ｒ_Xと関係によって電磁クラッチ５１のＯＮ／ＯＦＦ制御がなされているため、回転数Ｒ_Xが遮断回転数Ｒ_SETを上回れば、電磁クラッチ５１がＯＦＦ制御される。従って、発熱室３７内のシリコーンオイルを遮断回転数Ｒ_SET以上の剪断作用から解放させることで、シリコーンオイルの過加熱が防止され、オイルの熱劣化や剪断による機械的劣化を可能な限り遅延させることができる。
【００５９】
○ 発明が解決しようとする課題の欄で述べたように、ロータ４３又はエンジンＥの回転数が一定不変のしきい値回転数を超えたというだけで電磁クラッチ５１のＯＦＦ制御を行うこととすると、エンジン冷却水の水温が低い状態にあってもその不変のしきい値回転数に達すれば、電磁クラッチ５１がＯＦＦ制御される。このため、熱発生器１６の発熱能力の立ち上がりが遅れがちになる。
【００６０】
これに対し、本実施形態によれば、図５の２次元特性マップに示すように、エンジン冷却水の水温が低いときほど電磁クラッチ５１のＯＦＦ制御を行うための遮断回転数Ｒ_SETが大きくなるように決められている。従って、エンジン冷却水の低温時には、より高い遮断回転数Ｒ_SET付近まで熱発生器１６のロータ４３の回転数を上昇させる余地ができるため、熱発生器１６の発熱能力の立ち上がりを迅速なものとすることができる。
【００６１】
○ 制御装置７１は、エンジン冷却水が許容温度の上限値Ｔ_MAXを超えているか否かによって電磁クラッチ５１のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。即ち、このときのシリコーンオイルの温度は、その耐熱限界温度に近い約２００℃になっており、それを超えるとシリコーンオイルが熱劣化や剪断による機械的劣化の悪影響を受けやすくなる。本実施形態では、エンジン冷却水の温度が上限値Ｔ_MAXに到れば、電磁クラッチ５１はＯＦＦ制御されて熱発生器１６の発熱が中断されるため（ステップＳ８５）、シリコーンオイルの熱的及び機械的劣化を極力遅らせることができる。
【００６２】
尚、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 上記実施形態では、機械仕事付与手段としてロータ４３を用いた熱発生器１６が採用されたが、これを例えば、ギアポンプや油圧ポンプ形式の熱発生器に変更してもよい。この種の熱発生器では、粘性流体を封入し、吸入口及び吐出口を閉塞した状態でギアポンプや油圧ポンプが動作されると粘性流体が熱を発生させる。このような熱発生器を採用しても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
（用語の定義）「粘性流体」とは、機械仕事付与手段による仕事が加えられることによって熱を発生するあらゆる媒体を意味するものであり、高粘度の液体や半流動体に限定されず、ましてやシリコーンオイルに限定されるものではない。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように各請求項に記載の車輌用暖房装置によれば、車輌用暖房システムにおける補助熱源としての熱発生器に収容された粘性流体の過加熱による劣化を未然に防止して優れた暖房性能を持続的に発揮することができると共に、暖房能力の優れた立ち上げ性を確保することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車輌用暖房装置の概略構成図。
【図２】クラッチ切り離し状態での車輌用熱発生器の縦断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線における横断面図。
【図４】電磁クラッチのＯＮ／ＯＦＦ制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】エンジン冷却水の水温と電磁クラッチの遮断回転数の設定値との関係を定めた２次元特性マップとしてのグラフ。
【図６】各種発熱量低下率ごとに熱発生器の運転時間と初期の粘性流体温度との相関関係を示したグラフ。
【符号の説明】
１６…車輌用熱発生器、１８…暖房用熱交換器としてのヒータコア、１９，２０，２１，２２…配管（循環路を構成する）３７…発熱室、３８…放熱室としてのウォータジャケット（循環路の一部を構成する）、４３…機械仕事付与手段としてのロータ、５１…クラッチ手段としての電磁クラッチ、７１…制御手段としての制御装置、Ｅ…車輌エンジン、Ｒ１…エンジン冷却回路、Ｒ２…暖房回路、Ｒ_SET…遮断回転数、Ｒ_X…検出回転数、Ｓ１…温度検出手段としての温度センサ、Ｓ２…回転数検出手段としての回転数センサ、Ｔ_X…検出温度。

Claims

車輌エンジンと、発熱室内に収容された粘性流体に機械仕事付与手段による仕事を加えて熱を発生させる熱発生器と、暖房用熱交換器と、これらの間で循環流体を流通させるための循環路とを備えた車輌用暖房装置であって、
車輌エンジンの動力を前記熱発生器の機械仕事付与手段に選択的に伝達すべく車輌エンジンと熱発生器との間に設けられたクラッチ手段と、
循環流体の温度を検出すべく前記循環路に設けられた温度検出手段と、
前記車輌エンジン又は機械仕事付与手段の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記温度検出手段によって検出される循環流体温度及び前記回転数検出手段によって検出される回転数に基づいて、前記クラッチ手段の作動を制御する制御手段とを備えており、
該制御手段は、循環流体の許容温度範囲内において、循環流体の温度が高くなるほど遮断回転数の設定値が低くなるように、遮断回転数の設定値を可変設定すると共に、検出回転数がその設定された遮断回転数の設定値に達したときに前記クラッチ手段を介しての車輌エンジンから機械仕事付与手段への動力伝達を遮断することを特徴とする車輌用暖房装置。
前記遮断回転数の可変設定は、循環流体の温度と遮断回転数の設定値との関係を規定した計算式又は二次元特性マップに基づいて行われる請求項１に記載の車輌用暖房装置。
前記遮断回転数は、その回転数で機械仕事付与手段を駆動させた場合に生ずる熱に基づく発熱室内粘性流体の温度が、該粘性流体の耐熱限界温度以下の所定の上限温度となるように設定されている請求項１又は２に記載の車輌用暖房装置。
前記熱発生器は、前記発熱室に隣接して設けられた循環流体が流れる放熱室を更に備えており、この放熱室が前記循環路の一部を構成する請求項１〜３のいずれか一項に記載の車輌用暖房装置。