(57)【要約】      （修正有）【課題】蓄熱室に複数分散配置された蓄熱材と熱交換媒体との熱交換を短時間で行うことができる暖機システムを提供する。【解決手段】蓄熱装置９が、熱交換媒体の通路７を複数の分岐通路７１，７２に分岐する分岐部７３とこれら複数の分岐通路が合流する合流部７４との間に配されており、前記蓄熱材９６，９７が、複数の開口部を有する前蓄熱室９１内に複数分散配置されるものであり、前記蓄熱装置の蓄熱中または放熱中に、前記分岐部から前記合流部に至る熱交換媒体の流通経路を切り替えることにより、前記蓄熱室の一方側の開口部９２が前記熱交換媒体の流入口となるとともに前記蓄熱室の他方側の開口部９３が前記熱交換媒体の流出口となる状態と、前記蓄熱室の他方側の開口部が前記熱交換媒体の流入口となるとともに前記蓄熱室の一方側の開口部が前記熱交換媒体の流出口となる状態とを切り替えできる。【選択図】図３
2015010737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱装置の蓄熱室に配される蓄熱材に蓄えられた熱を暖機に利用する暖機システムであって、
前記蓄熱装置が、熱交換媒体の通路を複数の分岐通路に分岐する分岐部とこれら複数の分岐通路が合流する合流部との間に配されており、
前記蓄熱材が、複数の開口部を有する前記蓄熱室内に複数分散配置されるものであり、
前記蓄熱装置の蓄熱中または放熱中に、前記分岐部から前記合流部に至る熱交換媒体の流通経路を切り替えることにより、
前記蓄熱室の一方側の開口部が前記熱交換媒体の流入口となるとともに前記蓄熱室の他方側の開口部が前記熱交換媒体の流出口となる状態と、
前記蓄熱室の他方側の開口部が前記熱交換媒体の流入口となるとともに前記蓄熱室の一方側の開口部が前記熱交換媒体の流出口となる状態とを切り替えできることを特徴とする暖機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱材に蓄えられた熱を暖機に利用する暖機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の内燃機関は、液冷式（水冷式）のものが主流である。液冷式の内燃機関では、ウォータポンプが吐出する冷却液を、シリンダブロックやシリンダヘッド等の内部に形成したウォータジャケットを介して流通させて、内燃機関の各所を冷却する。そして、その冷却液をラジエータにおいて放熱させた後、ウォータポンプに吸引させ、再びシリンダブロック等に送り込むというように、冷却液の循環を行う。
【０００３】
循環中の冷却液の熱エネルギーを有効利用するべく、冷却液の流れる冷却通路中に蓄熱材を備えた蓄熱装置を配したものが種々知られている。一例として、内燃機関における冷却液等の熱交換媒体と、過冷却性を有する蓄熱材との間で熱を交換するようにしたものがある（例えば、下記特許文献１を参照）。
【０００４】
この蓄熱装置は、内燃機関の冷間始動時に、蓄熱材に蓄えられていた熱を当該蓄熱材が液相から固相に凝固する間に放出し、この放出された熱を利用して冷却液の早期昇温を図るようにしている。これにより、内燃機関の暖機に要する時間の短縮化を図ることができ、燃費の向上や排気エミッションの悪化を抑制し得る。一方、内燃機関の定常運転時には、内燃機関の冷却に利用された高温の冷却液が有する熱を、蓄熱材が固相から液相に融解する間に当該蓄熱材に蓄えるようにしている。これにより新たなエネルギーを消費しないで蓄熱材への蓄熱を実施できる。
【０００５】
ところで、過冷却性を有する蓄熱材は、蓄熱材の一部が固相のまま残っていると蓄熱材が融点で徐々に液相から固相へ相変化してしまい、過冷却現象を利用できなくなってしまうという特性を有する。そのため、蓄熱材の量が多くなると蓄熱に多大な時間を要してしまうという不具合がある。
【０００６】
このような不具合を解消すべく、蓄熱材を少量ずつ分けて配置することも考えられている。すなわち、蓄熱室に複数分散配置された蓄熱材を備えた蓄熱装置が種々開発されている。
【０００７】
蓄熱材が蓄熱室内に分散配置されたものであると、蓄熱室の流入口付近の蓄熱材は熱交換媒体の温度が高い状態で熱交換されるため、優先的に蓄熱され、比較的短時間で蓄熱が完了する。蓄熱材の融点は蓄熱時の熱交換媒体温度よりも低く設定されるため、蓄熱室の流入口付近の蓄熱材は蓄熱完了後も熱交換される。一方、蓄熱室の流出口付近の蓄熱材はなかなか蓄熱されないため、蓄熱装置全体として蓄熱に時間を要するという問題がある。
【０００８】
このような問題は、蓄熱材が熱を放出する際にも同様に生じ得る。すなわち、蓄熱室の流入口付近の蓄熱材は熱交換媒体に比較的早い段階で熱を供給することができるが、蓄熱室の流出口付近の蓄熱材は、蓄熱室の流入口付近の蓄熱材の熱量で暖められた熱交換媒体と接するため、しばらく時間が経過した後でないと熱交換媒体に熱を供給することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−３０９１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、蓄熱室に複数分散配置された蓄熱材と熱交換媒体との熱交換を短時間で行うことができる暖機システムを提供することを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では、蓄熱装置の蓄熱室に配される蓄熱材に蓄えられた熱を暖機に利用する暖機システムであって、前記蓄熱装置が、熱交換媒体の通路を複数の分岐通路に分岐する分岐部とこれら複数の分岐通路が合流する合流部との間に配されており、前記蓄熱材が、複数の開口部を有する前記蓄熱室内に複数分散配置されるものであり、前記蓄熱装置の蓄熱中または放熱中に、前記分岐部から前記合流部に至る熱交換媒体の流通経路を切り替えることにより、前記蓄熱室の一方側の開口部が前記熱交換媒体の流入口となるとともに前記蓄熱室の他方側の開口部が前記熱交換媒体の流出口となる状態と、前記蓄熱室の他方側の開口部が前記熱交換媒体の流入口となるとともに前記蓄熱室の一方側の開口部が前記熱交換媒体の流出口となる状態とを切り替えできることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蓄熱室に複数分散配置された蓄熱材と熱交換媒体との熱交換を短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態における内燃機関の冷却系統の構成を示す図。
【図３】同実施形態における暖機システムを概略的に示す図。
【図４】同実施形態における暖機システムを概略的に示す図。
【図５】同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。
【図６】本発明の変形例における暖機システムを概略的に示す図。
【図７】同変形例における暖機システムを概略的に示す図。
【図８】本発明の他の変形例における暖機システムを概略的に示す図。
【図９】同変形例における暖機システムを概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１５】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１６】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１７】
本実施形態の内燃機関は、液体冷却式のものである。図２に、内燃機関の冷却系統を示す。内燃機関のシリンダブロック６１の内部、及びシリンダヘッド６２の内部にはそれぞれ、冷却液（冷却水）が流通するウォータジャケットが形成されている。内燃機関の外部には、これらシリンダブロック６１及びシリンダヘッド６２を冷却する過程で昇温した冷却液の温度を低下させるための放熱手段６３、６４が配設されている。かかる放熱手段としては、車両のキャビン側に設置される暖房用のヒータ６３や、車両のフロントグリルの後背に設置されるラジエータ６４が挙げられる。
【００１８】
ラジエータ６４には、ファン６５が付設されている。ラジエータファン６５は、電動のファンモータにより回転駆動される。ファンモータは、車載のバッテリから電力の供給を受ける。ラジエータ６４に流入する冷却液の流量は、サーモスタット（または、流量制御バルブ）６７によって調節される。例えば、内燃機関の冷間始動直後等、冷却液温が低いときにはサーモスタット６７は閉弁し、ラジエータ６４に冷却液が流れ込まない。
【００１９】
ウォータポンプ６６は、内燃機関のクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて回転する機械式のものである。ウォータポンプ６６は、放熱手段６３、６４において放熱し温度が低下した冷却液を吸引し、その冷却液をシリンダブロック６１に向けて再び送り出す。ウォータポンプ６６による冷却液の吐出量、すなわち冷却系統を循環する冷却液の流量は、エンジン回転数に依存する。
【００２０】
しかして、本実施形態の内燃機関は、熱交換媒体である冷却液との間で熱を交換する蓄熱装置９を冷却通路７に備えている。蓄熱装置９は、冷却通路７を第一、第二の分岐通路７１、７２に分岐する分岐部７３と、これら第一、第二の分岐通路７１、７２が合流する合流部７４との間に配されたものである。この蓄熱装置９は、前記各分岐通路７１、７２に開口部たる第一、第二の出入口９２、９３がそれぞれ連通する蓄熱室９１と、この蓄熱室９１内に複数分散配置された蓄熱材９６、９７とを備えている。また、本実施形態の蓄熱装置９は、前記蓄熱室９１内に蓄熱材９６、９７の状態を検出する図示しない検出手段を備えている。
【００２１】
蓄熱室９１は、例えば、断熱性の高いケース状をなすもので、当該蓄熱室９１の一方側に設けられる第一の出入口９２と、前記蓄熱室９１の他方側に設けられる第二の出入口９３とを備えている。蓄熱室９１内には、一方側から他方側に向かって複数個の蓄熱材９６、９７が配されている。
【００２２】
各蓄熱材９６、９７は、固相及び液相間での相変化に伴う潜熱を利用して蓄熱及び放熱を行う過冷却性の潜熱蓄熱材９６、９７であり、凝固点以下になっても液状のままで固化しない性質を有する。蓄熱材９６、９７は、内燃機関が定常運転している間に潜熱を蓄え、運転が停止された際には再始動されるまでの間過冷却状態を保つもので、例えば、酢酸ナトリウム３水和物（ＣＨ3ＣＯＯＮａ・３（Ｈ2Ｏ）；融点５８℃）、水酸化バリウム８水和物（Ｂａ（ＯＨ）2・８Ｈ2Ｏ；融点７８℃）、チオ硫酸ナトリウム５水和物（ＮａＳ2Ｏ3・５Ｈ2Ｏ；融点４８℃）や、他の水和塩化合物（化学式としてＭｘ・ｎＨ2０（ｎ：整数）で表される例えばＮａ2ＳＯ4・１０Ｈ2Ｏ、ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）等を適用できる。なお、蓄熱材９６、９７としては、内燃機関の定常運転時の冷却液温と内燃機関停止時の冷却液温との間に融点が存在し、蓄熱量を多く確保できるものが好ましい。
【００２３】
蓄熱材９６、９７の過冷却状態を解除する解除手段（図示せず）は、蓄熱材９６、９７中に核を生成可能なものであればどのようなものであってもよく、例えば、蓄熱材９６、９７に電気的な刺激を与える方法、局部的に過冷却状態を維持できない程度に蓄熱材９６、９７を冷却する方法、蓄熱材９６、９７内部で何らかの機械的衝撃を与える方法等が知られている。本実施形態では、蓄熱材９６、９７に刺激を与えるための発核アクチュエータ（図示せず）が接続されている。
【００２４】
検出手段は、蓄熱材９６、９７が以下の４つの状態のうち、いずれの状態であるかを検出するためのもので、（１）蓄熱材９６、９７の温度が融点よりも低く、当該蓄熱材９６、９７が固相のみの状態、（２）蓄熱材９６、９７の温度が融点もしくは融点近傍であって、当該蓄熱材９６、９７が固相及び液相の平衡状態、（３）蓄熱材９６、９７の温度が融点よりも高く、当該蓄熱材９６、９７が液相のみの状態、（４）蓄熱材９６、９７の温度が融点よりも低いが、当該蓄熱材９６、９７が液相のみの過冷却状態、のいずれかを検知する。本実施形態では、検出手段として、蓄熱室９１に設けられ蓄熱材９６、９７周辺の冷却液の液温を検出する温度センサを用いている。
【００２５】
また、冷却通路７の分岐部７３及び合流部７４にはそれぞれ、冷却液の流通経路を切り替えることが可能な切換バルブを備えている。本実施形態では、これらの切換バルブとして、ソレノイド式の三方弁７５、７６を用いている。各三方弁７５、７６は、冷却通路７の上流側から流れ込んだ冷却液が以下の３つの状態のうちいずれか１つを選択的に採り得るように制御するものである。１つ目の状態は、図３に示すような、冷却通路７の上流側から流れ込んだ冷却液が、蓄熱室９１の第一の出入口９２から流入するとともに第二の出入口９３から流出して冷却通路７の下流側に流れ出る、第一の流通経路を流通する状態である。２つ目の状態は、図４に示すような、冷却通路７の上流側から流れ込んだ冷却液が、蓄熱室９１の第二の出入口９３から流入するとともに第一の出入口９３から流出して冷却通路７の下流側に流れ出る、第二の流通経路を流通する状態である。３つ目の状態は、冷却通路７の上流側から流れ込んだ冷却液が第一の分岐通路７１及び第二の分岐通路７２のいずれも流通しない閉止状態である。なお、図３及び図４では冷却液の流れを矢印で模式的に示している。
【００２６】
本実施形態の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２７】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、車載バッテリの電圧を検出するセンサから出力されるバッテリ電圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ等が入力される。
【００２８】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ等を出力する。
【００２９】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。
【００３０】
また、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、電動機（スタータモータまたはモータジェネレータ）に制御信号ｓを入力し、電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数すなわちクランクシャフトの回転速度が冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。
【００３１】
本実施形態の暖機システムは、蓄熱装置９に対して流出入する冷却液の流れを制御するものである。特に、本実施形態では、検出手段である冷却液の温度センサにより検出される蓄熱材９６、９７の状態が、蓄熱過程または放熱過程において所定の条件、具体的には、冷却液の温度が所定値を超えたという条件を満たした場合に、前記分岐部７３から合流部７４に至る冷却液の流通経路を切り替えることにより、一方側の開口部である第一の出入口９２が流入口となるとともに他方側の開口部である第二の出入口９３が流出口となる状態と、前記他方側の開口部である第二の出入口９３が流入口となるとともに前記一方の側の開口部である第一の出入口９２が流出口となる状態とを切り替えできる。
【００３２】
図５に、ＥＣＵ０がプログラムに従い実行する処理の手順例を示す。
【００３３】
まず、内燃機関の冷間始動前には、蓄熱材９６、９７は液相のまま過冷却状態を保っている。
【００３４】
ＥＣＵ０は、始動時に、冷却液の流通経路を閉止状態から第一の出入口９２が流入口となるとともに第二の出入口９３が流出口となる状態へと切り替える（ステップＳ１）。具体的には、冷却液が第一、第二の分岐通路７１、７２のいずれにも流れない状態から、図３に示すように蓄熱室９１内を第一の出入口９２から第二の出入口９３へと冷却液が流れるように、分岐部７３及び合流部７４にそれぞれ配された三方弁７５、７６に制御信号ｒを入力する。
【００３５】
始動時に、ＥＣＵ０からの信号ｐに応じて作動する発核アクチュエータにより過冷却状態の蓄熱材９６、９７に刺激が与えられると、蓄熱材９６、９７に固相の核が生じる。この固相の核が生じると、蓄熱材９６、９７が液相から固相に一気に相転移する。相転移により、蓄熱材９６、９７から潜熱が放出され、これらの蓄熱材９６、９７が収容された蓄熱室９１を流通する冷却液は蓄熱材９６、９７から熱を得る。このため、冷却液は蓄熱装置９内を通過する過程で昇温し、この昇温した冷却液は、冷却通路７を通り内燃機関のウォータポンプ６６に取り込まれる。したがって、このような蓄熱装置９を利用しないものに比べて内燃機関の始動から暖機が完了するまでに要する時間が短くなり、急速に暖機が行われる。
【００３６】
ステップＳ１で、蓄熱室９１内を第一の出入口９２から第二の出入口９３へと冷却液が流れるように制御されているため、蓄熱室９１内の第一の出入口９２からは温度の低い冷却液が次々と流入し、蓄熱室９１内の一方（第一の出入口９２）側の蓄熱材９６から放出された熱が冷却液に伝達される。一方、蓄熱室９１内の第二の出入口９３付近は前述した一方側の蓄熱材９６から熱を得た比較的温度の高い冷却液が次々と流入するため、蓄熱室９１内の他方（第二の出入口９３）側の蓄熱材９７から放出された熱は冷却液に伝達されにくい。すなわち、発核アクチュエータにより全ての蓄熱材９６、９７に刺激が与えられていても、蓄熱室９１内の一方側の蓄熱材９６から放出された熱から順に冷却液の昇温に利用されることとなる。
【００３７】
次に、ＥＣＵ０は、蓄熱室９１内に配され冷却液の温度を検出する温度センサの出力値が、第一の所定値Ｔ１を超えたかどうかを判断する（ステップＳ２）。
【００３８】
ステップＳ２で温度センサの出力値が第一の所定値Ｔ１を超えた場合には、ＥＣＵ０は、冷却液の流通経路を第一の出入口９２が流入口となるとともに第二の出入口９３が流出口となる状態から、第二の出入口９３が流入口となるとともに第一の出入口９２が流出口となる状態へと切り替える（ステップＳ３）。具体的には、図３に示すような蓄熱室９１内を第一の出入口９２から第二の出入口９３へと冷却液が流れる状態から、図４に示すような蓄熱室９１内を第二の出入口９３から第一の出入口９２へと冷却液が流れる状態となるように、分岐部７３及び合流部７４にそれぞれ配された三方弁７５、７６に制御信号ｒを入力する。
【００３９】
ステップＳ３で、第二の出入口９３から第一の出入口９２へと冷却液が流れるように制御されているため、蓄熱室９１内の第二の出入口９３からは温度の低い冷却液が次々と流入し、蓄熱室９１内の他方側、換言すれば、第二の出入口９３側の蓄熱材９７から放出された熱が冷却液に伝達される。そして、蓄熱室９１内の他方側の蓄熱材９７から放出された熱から順に冷却液の昇温に利用されることとなるため、第一の出入口９３から第二の出入口９３へと冷却液が流れるように制御されていた際に冷却液との熱交換が難しかった部分で積極的に熱交換することができる。
【００４０】
次に、ＥＣＵ０は、蓄熱室９１内に配され冷却液の温度を検出する温度センサの出力値が、第二の所定値Ｔ２を超えたかどうかを判断する（ステップＳ４）。第二の所定値Ｔ２は、蓄熱室９１内の蓄熱材９６、９７が完全に凝固して内燃機関の暖機準備が完了した状態となる温度に対応し、第一の所定値Ｔ１よりも高い値に設定されている。
【００４１】
ステップＳ４で温度センサの出力値が第二の所定値Ｔ２を超えた場合には、ＥＣＵ０は、冷却液の流通経路を第二の出入口９３が流入口となるとともに第一の出入口９２が流出口となる状態から、閉止状態へと切り替える（ステップＳ５）。具体的には、冷却液が図４に示すような蓄熱室９１内を第二の出入口９３から第一の出入口９２へと冷却液が流れる状態から、冷却液が第一、第二の分岐通路７１、７２のいずれにも流れない状態となるように、分岐部７３及び合流部７４にそれぞれ配された三方弁７５、７６に制御信号ｒを入力する。
【００４２】
以上のステップＳ１〜Ｓ５は、本実施形態の放熱過程を説明したものである。以下、本実施形態の蓄熱過程を説明する。
【００４３】
ステップＳ５の後、ＥＣＵ０は、内燃機関の暖機が完了したか否かを判断する（ステップＳ６）。
【００４４】
ステップＳ６で暖機が完了したら、冷却液の流通経路を閉止状態から、第一の出入口９２が流入口となるとともに第二の出入口９３が流出口となる状態へと切り替える（ステップＳ７）。具体的には、冷却液が第一、第二の分岐通路７１、７２のいずれにも流れない状態から、図３に示すように蓄熱室９１内を第一の出入口９２から第二の出入口９３へと冷却液が流れるように、分岐部７３及び合流部７４にそれぞれ配された三方弁７５、７６に制御信号ｒを入力する。
【００４５】
暖機完了後の車両走行時に、蓄熱材９６、９７が収容された蓄熱室９１を流通する高温の冷却液から蓄熱材９６、９７が熱を得ると、蓄熱材９６、９７が固相から液相に相転移する。蓄熱材９６、９７は、相転移を伴いながら潜熱を蓄える。
【００４６】
ステップＳ７で、蓄熱室９１内を第一の出入口９２から第二の出入口９３へと冷却液が流れるように制御されているため、蓄熱室９１内の第一の出入口９２からは温度の高い冷却液が次々と流入し、冷却液の熱が蓄熱室９１内の一方（第一の出入口９２）側の蓄熱材９６に伝達されることとなる。一方、蓄熱室９１内の第二の出入口９３付近は前述した一方側の蓄熱材９６に熱を与えた比較的温度の低い冷却液が次々と流入し、冷却液の熱が蓄熱室９１内の他方（第二の出入口９３）側の蓄熱材９７に伝達されにくい。すなわち、蓄熱室９１内の一方側の蓄熱材９６から順に冷却液の熱が蓄熱に利用されることとなる。
【００４７】
次に、ＥＣＵ０は、蓄熱室９１内に配され冷却液の温度を検出する温度センサの出力値が、第三の所定値Ｔ３を超えたかどうかを判断する（ステップＳ８）。
【００４８】
ステップＳ８で温度センサの出力値が第三の所定値Ｔ３を超えた場合には、ＥＣＵ０は、冷却液の流通経路を第一の出入口９２が流入口となるとともに第二の出入口９３が流出口となる状態から、第二の出入口９３が流入口となるとともに第一の出入口９２が流出口となる状態へと切り替える（ステップＳ９）。具体的には、図３に示すような蓄熱室９１内を第一の出入口９２から第二の出入口９３へと冷却液が流れる状態から、図４に示すような蓄熱室９１内を第二の出入口９３から第一の出入口９２へと冷却液が流れる状態となるように、分岐部７３及び合流部７４にそれぞれ配された三方弁７５、７６に制御信号ｒを入力する。
【００４９】
ステップＳ９で、第二の出入口９３から第一の出入口９２へと冷却液が流れるように制御されているため、蓄熱室９１内の第二の出入口９３からは温度の高い冷却液が次々と流入し、冷却液の熱が蓄熱室９１内の他方側、換言すれば、第二の出入口９３側の蓄熱材９７に伝達されることとなる。そして、冷却液の熱は蓄熱室９１内の他方側の蓄熱材９７から順に蓄熱されることとなるため、第一の出入口９３から第二の出入口９３へと冷却液が流れるように制御されていた際に冷却液との熱交換が難しかった部分で積極的に熱交換することができる。
【００５０】
次に、ＥＣＵ０は、蓄熱室９１内に配され冷却液の温度を検出する温度センサの出力値が、第四の所定値Ｔ４を超えたかどうかを判断する（ステップＳ１０）。第四の所定値Ｔ４は、蓄熱室９１内の蓄熱材９６、９７が完全に融解した状態となる温度に対応し、第三の所定値Ｔ３よりも高い値に設定されている。
【００５１】
ステップＳ１０で温度センサの出力値が第四の所定値Ｔ４を超えた場合には、ＥＣＵ０は、冷却液の流通経路を第二の出入口９３が流入口となるとともに第一の出入口９２が流出口となる状態から、閉止状態へと切り替える（ステップＳ１１）。具体的には、冷却液が図４に示すような蓄熱室９１内を第二の出入口９３から第一の出入口９２へと冷却液が流れる状態から、冷却液が第一、第二の分岐通路７１、７２のいずれにも流れない状態となるように、分岐部７３及び合流部７４にそれぞれ配された三方弁７５、７６に制御信号ｒを入力する。
【００５２】
以上述べたように、本実施形態の暖機システムは、蓄熱装置９の蓄熱室９１に配される蓄熱材９６、９７に蓄えられた熱を暖機に利用する暖機システムであって、前記蓄熱装置９が、冷却通路７を複数の分岐通路７１、７２に分岐する分岐部７３とこれら複数の分岐通路７１、７２が合流する合流部７４との間に配されており、前記蓄熱材９６、９７が、第一、第二の出入口９２、９３を有する前記蓄熱室９１内に複数分散配置されるものであり、前記蓄熱装置の蓄熱中または放熱中に、前記分岐部７３から前記合流部７４に至る熱交換媒体の流通経路を切り替えることにより、前記第一の出入口９２が冷却液の流入口となるとともに第二の出入口９３が冷却液の流出口となる状態と、前記第二の出入口９３が冷却液の流入口となるとともに前記第一の出入口９２が冷却液の流出口となる状態とを切り替えできるものである。特に、本実施形態では、２つの出入口９２、９３がそれぞれ、流入口として使われる状態と流出口として使われる状態とで切り替わるようにしている。
【００５３】
放熱過程においては、第一の出入口９２側の冷却液温度が第二の出入口９３側の冷却液温度に比べて低く、第一の出入口９２側の蓄熱材９６の熱を得た冷却液は早期に昇温するが、本実施形態の暖機システムによれば、流通経路を切り替えて出入口９２、９３を逆にすることによって蓄熱室９１の流入口と流出口とが切り替わるので、第二の出入口９３側の蓄熱材９７と低温の冷却液との熱交換を積極的に行うことができる。したがって、蓄熱室９１内の全ての蓄熱材９６、９７を速やかに凝固させて放熱させることができ、このような切り替えのない従来のものに比べて短時間で冷却液を昇温させることができる。そして、暖機に要する時間を短縮することにより、内燃機関の冷間始動時における燃料の気化性悪化や効率悪化により燃費の悪化を引き起こす燃料の増量補正を最小限に抑えることができるため、燃費が向上する。
【００５４】
一方、蓄熱過程においては、第一の出入口９２側の冷却液温度が第二の出入口９３側の冷却液温度に比べて高く、第一の出入口９２側の蓄熱材９６が早期に蓄熱を完了するが、本実施形態の暖機システムによれば、流通経路を切り替えて出入口９２、９３を逆にすることによって蓄熱室９１の流入口と流出口とが切り替わるので、第二の出入口９３側の蓄熱材９７と高温の冷却液との熱交換を積極的に行うことができる。したがって、蓄熱室９１内の全ての蓄熱材９６、９７を速やかに融解させることができ、短時間の走行で蓄熱材９６、９７を蓄熱させることが可能となる。過冷却性を有する９６、９７において、蓄熱時に少しでも固相が残っていると過冷却状態とすることができないが、本実施形態のようなものであれば、短距離走行でも固相の蓄熱材９６、９７を完全に融解させることができ、過冷却性を確実に利用することができる。
【００５５】
このように、本実施形態の暖機システムによれば、蓄熱室９１に複数分散配置された蓄熱材９６、９７と冷却液との熱交換を短時間で行うことができる。さらに、新たなエネルギーを消費せずに次回の暖機に用いるため、熱エネルギーを効率的に利用でき、車両の始動をスムーズに行うことができる。
【００５６】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。
【００５７】
熱交換媒体の流れを制御する方法として、分岐部及び合流部に三方弁を配するものの他、図６及び図７に示すように単一のアクチュエータ７７で、前記蓄熱装置９の蓄熱中または放熱中に、分岐部７３から合流部７４に至る熱交換媒体の流通経路を切り替えることにより、図６に示すような、一方側の開口部である第一の出入口９２が流入口となるとともに他方側の開口部である第二の出入口９３が流出口となる状態と、図７に示すような、他方側の開口部である第二の出入口９３が流入口となるとともに一方側の開口部である第一の出入口９２が流出口となる状態とを切り替えできるようなものであってもよい。図６及び図７は、上述した実施形態の図３及び図４に対応するものであり、上述した実施形態と同一または対応する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。なお、図６及び図７では熱交換媒体の流れを矢印で模式的に示している。
【００５８】
また、他の変形例として、一の開口部が流入口と流出口とを兼用しないものも考えられる。具体的には、図８及び図９に示すように、蓄熱室９１が、当該蓄熱室９１と分岐部７３とを連通する一方側の開口部である第一、第二の入口９４ａ、９４ｂ及び前記蓄熱室９１と合流部７４とを連通する他方側の開口部である第一、第二の出口９５ａ、９５ｂからなる４つの開口部を有するものである。しかして本変形例の暖機システムは、前記蓄熱装置９の蓄熱中または放熱中に、前記分岐部７３から前記合流部７４に至る熱交換媒体の流通経路を切り替えることにより、図８に示すような、一方側の開口部である第一の入口９４ａが流入口となるとともに他方側の開口部である第一の出口９５ａが流出口となる状態と、図９に示すような、他方側の開口部である第二の入口９４ｂが流入口となるとともに一方側の開口部である第二の出口９５ｂが流出口となる状態とを切り替えできるものである。図８及び図９は、上述した実施形態の図３及び図４に対応するものであり、上述した実施形態と同一または対応する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。なお、図８及び図９では熱交換媒体の流れを矢印で模式的に示している。
【００５９】
分岐部から合流部に至る熱交換媒体の流通経路を切り替えるタイミングは、蓄熱室内の冷却液の温度を検知する温度センサを用いるもの以外にも、蓄熱材の温度を直接検知する温度センサを用いて決定されるものであってもよい。また、蓄熱材の蓄熱開始または放熱開始からの経過時間を計測して、蓄熱開始または放熱開始からの経過時間が所定時間以上であるか否かによって流通経路を切り替えるようにしてもよい。さらに、蓄熱材または蓄熱室内の圧力を検知する圧力センサを用いて、圧力変化が所定値以上であるか否かによって流通経路を切り替えるようにしてもよい。
【００６０】
熱交換媒体は、冷却液に限られず、例えば自動変速機等に用いられる作動油等であってもよい。
【００６１】
蓄熱材は、余剰の熱エネルギーを蓄熱するとともに必要なときに蓄熱された熱エネルギーを再び取り出すことが可能なものであればどのようなものであってもよく、相変化に伴う潜熱を利用して蓄熱を行う潜熱蓄熱材の他、例えば、物質の温度上昇により蓄熱を行う顕熱蓄熱材や、可逆的化学反応の反応熱や吸収熱、希釈熱等により蓄熱を行う化学蓄熱材等であってもよい。
【００６２】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、車両に搭載される内燃機関の暖機システムに適用できる。
【符号の説明】
【００６４】
７１、７２…分岐通路
７３…分岐部
７４…合流部
９…蓄熱装置
９１…蓄熱室
９６、９７…蓄熱材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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