(57)【要約】【課題】  潜熱蓄熱材による熱を効率的に利用して、燃料の良好な微粒化特性、吸気ポート内壁面への燃料の付着の抑制を実現し、エミッションの改善を図るエンジンの潜熱蓄熱装置を提供することを課題とする。【解決手段】  潜熱蓄熱装置（５）は、吸気ポート（２）近傍のインテークマニホールド（４）の周囲に配置する潜熱蓄熱材（６）、この潜熱蓄熱材（６）を発核させる発核電極（１０）を備える。潜熱蓄熱材（６）の周囲には、シリンダヘッド（１ａ）を循環するバイパス冷却水通路（８）と連通する冷却水通路（７）が配置される。過冷却状態の潜熱蓄熱材（６）は、冷間始動時に発核し、インテークマニホールド（４）内を流通する空気を温め、エミッションを改善する。暖機後は、バイパス冷却水通路（８）から冷却水通路（７）に供給された高温の冷却水により潜熱蓄熱材（６）を過冷却状態に戻す。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのインテークマニホールドの周囲に配置する潜熱蓄熱材と、
当該潜熱蓄熱材を発核させる発核手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの潜熱蓄熱装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの潜熱蓄熱装置において、
前記潜熱蓄熱材は、エンジン本体に形成した吸気ポート近傍に設置することを特徴としたエンジンの潜熱蓄熱装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のエンジンの潜熱蓄熱装置において、
前記潜熱蓄熱材の周囲に配置した冷却水通路と、
当該冷却水通路と連通すると共にエンジン本体側を循環するバイパス冷却水通路と、
を備えたことを特徴とするエンジンの潜熱蓄熱装置。
【請求項４】
請求項３記載のエンジンの潜熱蓄熱装置において、
前記冷却水通路と前記バイパス冷却水通路との間に開閉弁を配設し、
暖機完了判定以前は当該開閉弁を閉弁状態として前記冷却水通路と前記バイパス冷却水通路との連通を遮断し、暖機完了判定以後は当該開閉弁を開弁状態として前記冷却水通路と前記バイパス冷却水通路との連通を許容することを特徴としたエンジンンの潜熱蓄熱装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載のエンジンの潜熱蓄熱装置を装着したことを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜熱蓄熱材の作用により、エンジンの良好なエミッション、始動性を実現するエンジンの潜熱蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷間状態でエンジン始動させる際、そのエミッションの悪化が問題とされている。これは、冷間状態では吸入空気や、エンジン側壁の温度が低く、燃料の微粒化が困難で壁面付着が発生する等、良好な可燃混合気が形成され難いことが原因として挙げられる。また、冷間時の始動性を高めるために混合気の空燃比を濃くすべく燃料を増量することもエミッション悪化の原因となっている。
【０００３】
このような事情を考慮して、特許文献１には以下のようなエンジンの予熱装置の提案がされている。このエンジンの予熱装置は、冷間始動時に吸気ポート側ウォータジャケット、蓄熱装置及び電動ポンプを含む第１循環経路を形成し、この第１循環経路に加熱されている冷却水を供給して、吸気ポートを温めるような構成となっている。ここで、蓄熱装置には水酸化バリウム、酢酸ナトリウム、ナフタリン等の化合物を蓄熱材として用い、冷却水を温めるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２５６１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１で提案されているエンジンの予熱装置では、蓄熱装置に用いられた蓄熱材による熱を一旦冷却水が受け取り、この熱を受け取った冷却水により吸気ポートを温める構成となっている。すなわち、吸気ポートを温めるために冷却水を介在させていることから、熱の授受の度に蓄熱材による熱の利用効率が低下するおそれがある。また、冷却水の流通過程においても熱の喪失が起こり得る。
【０００６】
そこで、本発明は、潜熱蓄熱材を発核させることによる熱を効率的に利用して、燃料の良好な微粒化特性、吸気ポート内壁面への燃料の付着の抑制を実現し、ひいてはエミッションの改善を図ることができるエンジンの潜熱蓄熱装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するための、本発明のエンジンンの潜熱蓄熱装置は、エンジンのインテークマニホールドの周囲に配置する潜熱蓄熱材と、当該潜熱蓄熱材を発核させる発核手段、例えば電極や針体等と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすれば冷却水等を介在させることなく潜熱蓄熱材による熱でインテークマニホールドを直接温めることができ、インテークマニホールド内を通過して吸気ポートに供給される空気を効率よく温めることができる。これによりインジェクタから噴射される燃料を微粒化し、吸気ポート内壁面の付着を抑制してエミッションの改善を図ることができる。ここで、本発明における潜熱蓄熱材としては、従来周知の潜熱蓄熱材、例えば、酢酸ナトリウム・３水和物等を採用することができる。
【０００８】
このような潜熱蓄熱装置では、前記潜熱蓄熱材は、エンジン本体に形成した吸気ポート近傍に設置する構成とすることが望ましい（請求項２）。本発明は、インテークマニホールド内を通過して吸気ポートに供給される空気を温め、これにより燃料の微粒化、吸気ポート内壁面への燃料付着の抑制を図ろうとするものである。このため、潜熱蓄熱材を吸気ポート近傍（インテークマニホールド出口近傍）に設置するようにすれば、噴射される燃料により近い所に熱源を設置することとなり都合がよい。なお、潜熱蓄熱材による熱の拡散を考慮した場合にも、インテークマニホールドの出口下流側へ拡散する熱は吸気ポート側へ拡散することになるので本発明の目的に照らせば別段潜熱蓄熱材による熱の利用効率の低下を招くものではない。一方、インテークマニホールドの出口上流側へ拡散する熱は、インテークマニホールド内を流通する空気を温め、そのようにして温められた空気は即座に吸気ポートに供給されることとなるからこの点でも別段潜熱蓄熱材による熱の利用効率の低下を招くものではない。
【０００９】
このようなエンジンの潜熱蓄熱装置では、前記潜熱蓄熱材の周囲に配置した冷却水通路と、当該冷却水通路と連通すると共にエンジン本体側を循環するバイパス冷却水通路と、を備えた構成とすることができる（請求項３）。潜熱蓄熱材は過冷却状態にあるときに、何らかの刺激を与えることにより発熱する（発核）。従って、一度発核させ発熱させた後、再び発熱させるためには外部から熱を付与し、再び過冷却状態としておくことが必要となる。そこで、前記潜熱蓄熱材の周囲に配置した冷却水通路と、当該冷却水通路と連通すると共にシリンダヘッドやシリンダブロックといったエンジン本体側を循環するバイパス冷却水通路と、を備えた構成とすれば、エンジンが始動することによってエンジン本体側に蓄積される熱を、冷却水を媒体として潜熱蓄熱材の周囲へ移動させることができる。このようにして移動した熱により潜熱蓄熱材は加熱され、再び過冷却状態となって次回の発核に備えることができる。
【００１０】
このように前記潜熱蓄熱材の周囲に配置した冷却水通路と、当該冷却水通路と連通すると共にエンジン本体側を循環するバイパス冷却水通路と、を備えた構成とした場合、前記冷却水通路と前記バイパス冷却水通路との間に開閉弁を配設し、暖機完了判定以前は当該開閉弁を閉弁状態として前記冷却水通路と前記バイパス冷却水通路との連通を遮断し、暖機完了判定以後は当該開閉弁を開弁状態として前記冷却水通路と前記バイパス冷却水通路との連通を許容する構成とすることが望ましい（請求項４）。これは、潜熱蓄熱材による熱を利用したいときに、できるだけその熱を加温対象となるインテークマニホールド、吸気ポートの近傍に留めておこうとするものである。本発明では、前記のように一旦発熱させた潜熱蓄熱材を再び過冷却状態とするために、前記潜熱蓄熱材の周囲に配置した冷却水通路と、当該冷却水通路と連通すると共にエンジン本体側を循環するバイパス冷却水通路と、を備えた構成とすることがある。このような構成とした場合、潜熱蓄熱材による熱でインテークマニホールド内を流通する空気を温めているときは、潜熱蓄熱材の周囲に配置した冷却水通路内の冷却水へも熱が移動していることとなる。このように熱を受け取った冷却水がバイパス冷却水通路側へ流通すれば、それだけ熱が持ち去られ、インテークマニホールド内を流通する空気を温める効果が減少することになりかねない。そこで、潜熱蓄熱材による熱でインテークマニホールド内を流通する空気を温めたい暖機完了判定以前は前記冷却水通路と前記バイパス冷却水通路との連通を遮断する。これにより熱の持ち去りを抑制して効率的にインテークマニホールド内を流通する空気を温めることができる。一方、潜熱蓄熱材による熱でインテークマニホールド内を流通する空気の加温が不要となる暖機完了判定以後は、開閉弁を開弁状態として前記冷却水通路と前記バイパス冷却水通路との連通を許容する。これにより、エンジン本体側の熱で潜熱蓄熱材を加熱し、次回の発核に備えて過冷却状態としておくことができる。また、両冷却水通路に冷却水を流通させることにより暖機完了後のインテークマニホールド周辺の過熱状態を回避することができる。これにより、吸気ポートに供給される空気の過熱を回避し、ノッキング防止等の効果も期待できる。
【００１１】
なお、「暖機完了判定以前」、「暖機完了以後」とあるのは、インテークマニホールド内を流通する空気を温めることが必要となるか否かによって開閉弁の開閉状態を決定する趣旨であり、例えば、ラジエタへ通じる冷却水通路に設置されたサーモスタットの開弁温度を参照することができる。すなわち、サーモスタットの開弁温度に達したらエンジンの暖機は完了したものと判定し、それ以後、前記開閉弁を開弁状態とする構成とすることができる。
【００１２】
以上のようなエンジンの潜熱蓄熱装置をエンジンに組み込めば、本発明のエンジンを構成することができる（請求項５）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エンジンのインテークマニホールドの周囲に潜熱蓄熱材を配置するようにしたので、インテークマニホールド内を流通する空気を積極的に加温し、燃料の微粒化を促進すると共に、吸気ポート内壁への燃料の付着を抑制してエンジンの冷間始動時のエミッションを改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１（ａ）は、本発明の潜熱蓄熱装置５を装着したエンジン１のシリンダヘッド１ａの周辺を断面とした模式図であり、図１（ｂ）は、エンジン１の構成を上側から見た模式図である。エンジン１を構成するシリンダヘッド１ａには吸気ポート２が形成されており、燃料を噴射するインジェクタ３が装着されている。本実施例におけるエンジン１は、図１（ｂ）から明らかなように４気筒エンジンであるから、これらの吸気ポート２、インジェクタ３は気筒毎に備えている。また、それぞれの吸気ポート２にはインテークマニホールド４が接続されている。この吸気ポート２とインテークマニホールド４との接続部近傍には、図１（ａ）に示すようにインテークマニホールド４の周囲に潜熱蓄熱材６が設置されている。さらに、この潜熱蓄熱材６の周囲を覆うように冷却水通路７が形成されている。また、各所の潜熱蓄熱材６には本発明における発核手段に相当する発核電極１０が設置されている。この発核電極１０のリード線１０ａはそれぞれＥＣＵ１１に接続されている。
【００１６】
ここで、潜熱蓄熱材６は、酢酸ナトリウム・３水和物である。この酢酸ナトリウム・３水和物は、融点がおよそ５８℃であり、−２０℃〜−３０℃程度まで過冷却状態を維持することができる。このため、一般的な外気温、すなわち、通常の冷間始動時の外気温では過冷却状態となっている。
【００１７】
シリンダヘッド１ａの内部にはバイパス冷却水通路８が形成されており、このバイパス冷却水通路８は潜熱蓄熱材６を覆うように形成された冷却水通路７と連通し、閉じた経路を形成している。また、このバイパス冷却水通路８と冷却水通路７との間にはＥＣＵ１１によって開閉が制御される開閉弁９が配設されている。また、エンジン１にはウォータジャケットに流通する冷却水の温度を測定する水温センサ１２を備えており、この水温センサ１２はＥＣＵ１１に接続されている。
【００１８】
以上のように構成される潜熱蓄熱装置５の動作をエンジン１の状態に照らしながら説明する。
【００１９】
まずエンジン１が始動していない状態では、潜熱蓄熱材６は過冷却状態となっている。また、開閉弁９は閉弁状態となっており、冷却水通路７とバイパス冷却水通路８との連通は遮断されている。このような状態で図示しないイグニッションがＯＮの状態とされるとＥＣＵ１１は水温センサ１２によって測定された水温値に基づいて潜熱蓄熱材６の発核が必要か否かの判断をする。これは、水温が十分高く、エンジン１が暖機された状態であればインテークマニホールド４も十分に温まっており、潜熱蓄熱材６による熱で改めて当該箇所を加温する必要はないからである。この判断において、ＥＣＵ１１は、エンジン１は冷間始動状態となると判断したときは、各発核電極１０に通電し、潜熱蓄熱材６を発核させる。
なお、イグニッションＯＮを制御開始の条件としているのは、運転者のエンジン始動の意思が推測されるときに、エンジン１の始動に先立って発核させる趣旨であるから、例えば、ドアを開けたとき、シートに着席したとき等を条件としてもよい。
【００２０】
このようにエンジン１の始動に先立って潜熱蓄熱材６が発核していることにより、エンジン１が始動し、インテークマニホールド４内を空気が流通し始めると、この空気は潜熱蓄熱材６の熱により即座に温められる。温められた空気は、インジェクタ３から噴射される燃料の微粒化を促進し、吸気ポート２の内壁への燃料の付着を抑制し、良好な可燃混合気を作り出し、エミッションを改善する。このときＥＣＵ１１は水温センサ１２による水温値を監視しており、水温が所定値以上となるまでは開閉弁９を閉弁状態に保つ。これにより冷却水通路７内の冷却水が移動することはなく、潜熱蓄熱材６による熱の持ち去りを抑制してインテークマニホールド４、ひいてはインテークマニホールド内を流通する空気を効率的に加温することができる。
【００２１】
エンジン１は、始動した後、シリンダ内の爆発や摩擦等の熱により温度が上昇し、これに伴って水温も上昇するが、前記のように水温センサ１２による水温値を監視しているＥＣＵ１１は、水温値が所定温度以上となったと判断したときに開閉弁９を開弁状態として冷却水通路７とバイパス冷却水通路８との連通を許容する。これによりエンジン１のシリンダヘッド１ａで加熱された冷却水が冷却水通路７側にも供給されるようになる。冷却水通路７に供給された高温の冷却水は潜熱蓄熱材６にも熱を与え、これにより潜熱蓄熱材６は再び過冷却状態となることができ、次回の発核に備えることができる。
【００２２】
図２は、本実施例の潜熱蓄熱装置５を装着していないエンジンと、本実施例の潜熱蓄熱装置５を装着したエンジン１との冷間時のエンジン始動におけるＨＣ排出量を比較したものである。この図２から明らかなように、本実施例の潜熱蓄熱装置５を装着したエンジン１では大幅にＨＣ排出量を低減することができており、エミッションを改善することができた。
【００２３】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、上記実施例では、バイパス冷却水通路８はシリンダヘッド１ａに形成しているが、エンジンブロックに形成した構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は、実施例の潜熱蓄熱装置を装着したエンジンのシリンダヘッドの周辺を断面とした模式図であり、（ｂ）は、エンジンの構成を上側から見た模式図である。
【図２】ＨＣ排出量を従来例と本実施例とで比較したグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１  エンジン
１ａ  シリンダヘッド
２  吸気ポート
３  インジェクタ
４  インテークマニホールド
５  潜熱蓄熱装置
６  潜熱蓄熱材
７  冷却水通路
８  バイパス冷却水通路
９  開閉弁
１０  発核電極
１１  ＥＣＵ
１２  水温センサ
【図１】
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【図２】
2006329089.tif 000004