(57)【要約】【課題】エンジン停止時の冷却水の熱エネルギの有効利用を実現でき、さらにはエンジンの冷間始動時の暖機運転を短縮できるエンジンのエネルギ回収システムを提供する。【解決手段】エンジン停止時にエンジン冷却水を保温機能を有する冷却水保存タンク４により保存し、該保存されている冷却水をエンジン始動時にエンジン本体２に供給する。【選択図】      図１
2006029196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン停止時に該エンジンの有するエネルギを保存し、該保存されているエネルギをエンジン始動時に該エンジンに供給するようにしたことを特徴とするエンジンのエネルギ回収システム。
【請求項２】
請求項１において、上記エンジン停止時にエンジン冷却水を保温機能を有する冷却水保存手段により保存し、該保存されている冷却水をエンジン始動時に該エンジンに供給することを特徴とするエンジンのエネルギ回収システム。
【請求項３】
請求項２において、上記エンジン冷却水の保存開始タイミングは、エンジン停止時から冷却水温度が上昇する所定時間の経過時であることを特徴とするエンジンのエネルギ回収システム。
【請求項４】
請求項２において、上記保存されている冷却水のエンジンへの供給開始タイミングは、エンジン始動所定時間前，エンジン始動と略同時，エンジン始動後所定時間経過時の何れかに設定されていることを特徴とするエンジンのエネルギ回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン停止時にエンジンの有するエネルギを保存することにより該エネルギの有効利用を可能としたエンジンのエネルギ回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両用水冷式エンジンでは、シリンダブロックのピストン摺動部周り，シリンダヘッドの燃焼室周りに形成された各冷却水ジャケットとラジエータとの間で冷却水を循環させることによりエンジンの要所を冷却するようにしている。この場合、上記エンジンを通過した冷却水の温度は９０〜１００℃程度に上昇しており、その冷却損失は、通常、低・中速運転時で約３０％以上と相当大きい。
【０００３】
このような冷却水の熱エネルギを、従来はキャビンのヒータに利用したり、発電に利用したりしている（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２６４６３６号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の冷却水の熱エネルギ利用は、何れもエンジン運転中に限られており、エンジン停止後においては冷却水をそのまま放置して徐冷するのが一般的である。ところが、エンジン停止時の冷却水は、温度が９０〜１００℃前後に達しており、その容量からしても相当な熱エネルギを有している。このためエンジン停止後の冷却水の有効利用が期待されている。
【０００５】
一方、エンジンの冷間始動時には、エンジン本来の性能が得られるまで暖機運転を行うようにしている。この暖機運転時には濃い混合気を供給している分だけ燃費が悪化するとともに、排気ガスの性状にも影響が生じ、特にＨＣ量が増えるという問題がある。このため冷間始動時における暖機運転の短縮が要請されている。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、エンジン停止時の冷却水の熱エネルギの有効利用を実現でき、さらには冷間始動時の暖機運転を短縮できるエンジンのエネルギ回収システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、エンジン停止時に該エンジンの有するエネルギを保存し、該保存されているエネルギをエンジン始動時に該エンジンに供給するようにしたことを特徴とするエンジンのエネルギ回収システムである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、上記エンジン停止時にエンジン冷却水を保温機能を有する冷却水保存手段により保存し、該保存されている冷却水をエンジン始動時に該エンジンに供給することを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２において、上記エンジン冷却水の保存開始タイミングは、エンジン停止時から冷却水温度が上昇する所定時間の経過時であることを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２において、上記保存されている冷却水のエンジンへの供給開始タイミングは、エンジン始動所定時間前，エンジン始動と略同時，エンジン始動後所定時間経過時の何れかに設定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明に係るエネルギ回収システムによれば、エンジン停止時に該エンジンの有するエネルギを保存し、該保存されているエネルギをエンジン始動時に該エンジンに供給するようにしている。例えば請求項２の発明では、エンジン停止時のエンジン冷却水を保温機能を有する冷却水保存手段により保存し、該保存されている冷却水をエンジン始動時に該エンジンに供給するようにしている。これにより、保存された冷却水の熱エネルギをエンジンの暖機運転に有効利用することができ、冷間始動時における暖機運転に要する時間を短縮することができる。その結果、燃費の悪化を抑制できるとともに、排気ガス中のＨＣ量を低減できる。
【００１２】
請求項３の発明では、エンジン停止後所定時間経過時に冷却水を保存開始するようにしたので、冷却水温度が最も高くなった状態で保存することになり、エネルギ回収効率が高い。
【００１３】
請求項４の発明では、保存した冷却水のエンジンへの供給開始タイミングは、エンジン始動所定時間前，エンジン始動と略同時，エンジン始動所定時間経過時の何れかに設定される。エンジン始動所定時間前に冷却水を供給開始した場合には、始動前に予めエンジンを温めておくことができ、エンジン始動がスムーズに行えるとともに暖機運転時間を短縮できる。またエンジン始動と同時に冷却水を供給した場合には、エンジン始動と同時に暖機運転を効率よく行うことができる。さらにエンジン始動所定時間経過時に冷却水を供給した場合には、始動直後はエンジンに冷却水がない空だき状態となるので、エンジン温度が急速に上昇し、この温度上昇に合わせて冷却水が供給されることとなり、暖機運転時間の一層の短縮が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１ないし図３は、本発明の一実施形態によるエンジンのエネルギ回収システムを説明するための図であり、図１はエネルギ回収システムの全体構成図、図２はエンジン停止時の冷却水温度と時間との関係を示す特性図、図３はエンジン始動時の潤滑油温度と時間との関係を示す特性図である。
【００１６】
図において、１は本実施形態のエネルギ回収システムを示しており、これはエンジン本体２と、該エンジン本体２を通過した冷却水を冷却するラジエータ３と、上記エンジン本体２及びラジエータ３の冷却水を保存する冷却水保存タンク（冷却水保存手段）４とを備えている。
【００１７】
上記エンジン本体２は、図示していないが、シリンダブロックのピストン摺動部及びシリンダヘッドの燃焼室周りに形成された冷却水ジャケットを有している。上記エンジン本体２には、各冷却水ジャケットに冷却水を供給する供給口２ａと、該各冷却水ジャケットを通過した冷却水を排出する排出口２ｂとが形成されている。
【００１８】
上記ラジエータ３は、アッパタンク部３ａとロアタンク部３ｂとを多数の放熱フィンを備えたウォータチューブ３ｃで連通接続した構造を有している。上記アッパタンク部３ａには冷却水が流入する流入口３ｄが形成され、ロアタンク部３ｂには冷却水を排出する流出口３ｅが形成されている。また上記ラジエータ３は冷却ファン（不図示）を備えており、該冷却ファンの冷却風で冷却水を放熱させて冷却するようになっている。
【００１９】
上記エンジン本体２の排出口２ｂとラジエータ３の流入口３ｄとは高温側冷却水ホース５により接続され、上記供給口２ａと流出口３ｅとは低温側冷却水ホース６により接続されている。
【００２０】
上記低温側冷却水ホース６の下流端部の供給口２ａ近傍にはエンジン本体２により駆動される冷却水ポンプ７が介設されている。上記高温側冷却水ホース５の上流端部の排出口２ｂ近傍にはサーモスタット８が介設されている。また高温側冷却水ホース５のサーモスタット８の上流側近傍と、上記低温側冷却水ホース６の冷却水ポンプ７の上流側近傍とはバイパス通路９により連通されている。
【００２１】
上記冷却水保存タンク４は、上記エンジン本体２及びラジエータ３の冷却水の略全量が保存可能な容量を有している。この冷却水保存タンク４は、熱伝導率の低いステンレス製の内側タンク４ａと外側タンク４ｂとの間に断熱空気層４ｃを形成した構造を有しており、これにより冷却水の保温機能を高めている。ここで、上記冷却水保存タンク４の保温機能を高めるには、内側，外側タンク４ａ，４ｂの間に中間タンクを配置して３重構造としてもよく、また断熱空気層４ｃを真空層あるいは断熱材により構成してもよい。
【００２２】
上記冷却水保存タンク４の天壁部には圧力調整弁１０が接続されている。この圧力調整弁１０は、タンク内圧力が所定値に達すると内部圧力を外部に放出してタンク内圧力を自動的に調整するものである。
【００２３】
また上記冷却水保存タンク４内の底部には電気ヒータ１１が挿入配置されている。この電気ヒータ１１は、タンク内の冷却水温度が所定値より低くなった場合、あるいは冷却水を加熱する必要が生じたときに使用する。
【００２４】
上記冷却水保存タンク４の底部には保存冷却水供給口４ｄが形成されており、天壁部には冷却水回収口４ｅが形成されている。
【００２５】
上記冷却水供給口４ｄには保存冷却水供給ホース１２が接続され、該冷却水供給ホース１２の下流端は上記低温側冷却水ホース６の冷却水ポンプ７，バイパス通路９の上流側近傍に接続されている。この冷却水供給ホース１２の上流側端部には電動式の供給ポンプ２０が介設されており、下流側端部には第１切り換え弁２１が介設されている。
【００２６】
上記冷却水回収口４ｅには冷却水回収ホース１３が接続され、該回収ホース１３の上流端は上記エンジン本体２に形成された回収口２ｃに接続されている。この回収口２ｃは、エンジン本体２の各冷却水ジャケットに供給された冷却水を回収するようになっている。
【００２７】
上記冷却水回収ホース１３には分岐回収ホース１５が接続されており、該分岐回収ホース１５の上流端は上記高温側冷却水ホース５のサーモスタット８の下流側に接続されている。
【００２８】
上記冷却水回収ホース１３の分岐回収ホース１５の接続部の上流側及び下流側にはそれぞれ第２，第３切り換え弁１６，１７が介設されている。また冷却水回収ホース１３の第３切り換え弁１７の下流側には電動式の回収ポンプ１８が介設されている。
【００２９】
次に本実施形態のエネルギ回収システム１の動作について説明する。
【００３０】
通常のエンジン冷間始動時には、第１〜第３切り換え弁２１，１６，１７は閉じており、供給ポンプ２０，回収ポンプ１８は停止している。
【００３１】
エンジンが始動すると冷却水ポンプ７により冷却水が供給口２ａからエンジン本体２内に供給され、該エンジン本体２内に供給された冷却水は各冷却水ジャケットを通って排出口２ｂから排出され、バイパス通路９を通って冷却水ポンプ７からエンジン本体２に戻される。
【００３２】
冷却水の温度が上昇して所定値に達するとサーモスタット８が開く。これによりエンジン本体２の冷却水は高温側冷却水ホース５を通ってラジエータ３に送られ、該ラジエータ３で冷却される。この冷却された冷却水は低温側冷却水ホース６を通ってエンジン本体２に供給され、該エンジン本体２とラジエータ３との間を循環する（図１の実線矢印ａ参照）。
【００３３】
エンジン本体２の運転が停止すると、冷却水ポンプ７も停止する。該エンジン停止とともに第２，第３切り換え弁１６，１７が開き（図１に破線で示す)、回収ポンプ１８が起動する。これによりエンジン本体２内の冷却水が冷却水回収ホース１３を介して冷却水保存タンク４内に回収され、さらにラジエータ３内の冷却水が高温側冷却水ホース５，分岐回収ホース１５，回収ホース１３を介して冷却水保存タンク４内に回収される（図１の破線矢印ｂ参照）。しかる後、第２，第３切り換え弁１６，１７が閉じるとともに、回収ポンプ１８が停止する。このようにして冷却水回収タンク４内にはエンジン本体２及びラジエータ３内の冷却水が保温状態で保存され、エンジン本体２及びラジエータ３内には冷却水がない状態となっている。
【００３４】
ここで、図２に示すように、エンジン停止直後においては、エンジン本体２の有する熱量が冷却水に伝達され、冷却水の温度が徐々に上昇し、所定時間Ｔが経過すると水温がピークに達し、この後徐々に下降する傾向にある。このことから、エンジン停止時から所定時間Ｔ経過後に冷却水を回収開始するのが望ましい。これにより冷却水の熱エネルギが最も高い状態で保存できる。
【００３５】
そしてエンジン始動時には、エンジン本体２の始動とともに冷却水ポンプ７が起動し、これに伴って第１切り換え弁２１が開くとともに、供給ポンプ２０が起動する。これにより冷却水保存タンク４内に保存された冷却水は冷却水供給ホース１２を通ってエンジン本体２内に供給される（図１の一点鎖線矢印ｃ参照）。このエンジン本体２内に供給された冷却水の熱エネルギでエンジン本体２が暖められることとなり、冷間始動時の早期暖機運転が可能となる。
【００３６】
図３に示すように、上記冷却水保存タンク４に保存されている冷却水のエンジン本体２への供給開始タイミングは、エンジン始動と同時（曲線Ａ）か、エンジン始動後所定時間経過時（曲線Ｂ）かの何れかが望ましい。
【００３７】
ここで、図３において、上記曲線Ａはエンジン始動と同時に保存した冷却水をエンジン本体２に供給開始したときの暖機特性を示している。上記曲線Ｂはエンジン始動後所定時間ｔ経過後に保存した冷却水をエンジン本体２に供給開始したときの暖機特性を示している。なお、曲線Ｃはエンジン本体内，ラジエータ内に冷却水をそのまま保存して自然冷却させた状態でエンジン始動させたときの従来の暖機特性を示している。また直線Ｄはエンジン本体内に冷却水がない空だき状態でエンジン始動させたときの暖機特性を示している。
【００３８】
エンジン始動と同時に保存した冷却水をエンジン本体２に供給開始した場合、保存された冷却水の熱エネルギがエンジンの暖機運転に有効利用され、従来の暖機に要していた時間に比べて暖機時間がＴ１だけ短縮される。
【００３９】
またエンジン始動後所定時間ｔ経過時に冷却水を供給開始した場合には、始動直後はエンジン本体２に冷却水がない空だき状態となるので、エンジン温度が急速に上昇し、この温度上昇に合わせて冷却水が供給されることとなる。よって従来の暖機時間に比べて暖機時間をＴ２だけ短縮でき、暖機運転の一層の短縮が可能となる。
【００４０】
ここで、潤滑油温度とエンジン本体の平均的温度は比例関係にあるので、潤滑油の温度からエンジン本体の暖機状態をみることも可能である。この場合には、潤滑油温度が所定値θに達した時点で保存した冷却水をエンジン本体に供給することとなる。
【００４１】
なお、エンジン始動所定時間前に保存されている冷却水をエンジン本体２に供給するようにしてもよい。この場合には、始動前に予めエンジンを温めておくことができる。
【００４２】
このように本実施形態によれば、エンジン停止時のエンジン本体２及びラジエータ３内の冷却水を保温機能を有する冷却水保存タンク４内に保存し、該保存されている冷却水をエンジン始動時にエンジン本体２に供給するようにしている。これにより、保存された冷却水の熱エネルギをエンジン本体２の暖機運転に有効利用することができ、冷間始動時における暖機運転に要する時間を短縮することができる。その結果、燃費の悪化を抑制できるとともに、排気ガス中のＨＣ量を低減できる。
【００４３】
本実施形態では、保存した冷却水のエンジン本体２への供給開始タイミングは、エンジン始動所定時間前，エンジン始動と同時，エンジン始動後所定時間経過時の何れかに設定される。エンジン始動所定時間前に冷却水を供給した場合には、始動前に予めエンジン本体２を温めておくことができ、エンジン始動がスムーズに行える。またエンジン始動と同時に冷却水を供給した場合には、エンジン始動と同時に暖機運転を効率よく行うことができる。さらにエンジン始動後所定時間経過時に冷却水を供給した場合には、始動直後はエンジン本体２に冷却水がない空だき状態となるので、エンジン温度が急速に上昇し、この温度上昇に合わせて冷却水が供給されることとなり、暖機運転の一層の短縮が可能となる。
【００４４】
なお、上記実施形態では、エンジン本体内及びラジエータ内の冷却水を保存タンク内に保存するようにしたが、何れか一方の冷却水を保存することも勿論可能である。
【００４５】
また上記実施形態では、保存した冷却水の熱エネルギをエンジンの冷間始動時の暖機運転に利用した場合を説明したが、エンジンの熱エネルギを、例えば冷間始動時に凍結しているおそれのある燃料噴射弁，気化器等に供給したり、あるいは冷間始動時にキャビンのヒータとして利用することも可能である。
【００４６】
また上記実施形態では、エンジン停止時の冷却水の熱エネルギを保存するようにしたが、本発明では、潤滑油の熱エネルギを保存することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態によるエンジンのエネルギ回収システムの全体構成図である。
【図２】エンジン停止時における冷却水温度と時間との関係を示す特性図である。
【図３】エンジン始動時における潤滑油温度と時間との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４８】
１        エネルギ回収システム
２        エンジン本体
４        冷却水保存タンク（冷却水保存手段）
【図１】
2006029196.tif 000003
【図２】
2006029196.tif 000004
【図３】
2006029196.tif 000005