(57)【要約】【課題】本発明は、エンジンの排気熱から得られる熱を、簡易な構成で、効率よく回収することを課題とする。【解決手段】本発明のエンジン（２１）の暖機装置（１）は、熱媒体（１２）を液体状態で保持するウィック部（６ｂ）の外側表面から熱媒体（１２）を排気熱により気化する蒸発部（６）と、この気化された熱媒体（１２）を凝縮させる凝縮部（５）と、蒸発部（６）から凝縮部（５）へ熱媒体（１２）を流通させる蒸気通路（９）と、凝縮部（５）から蒸発部（６）へ熱媒体（１２）を流通させる液体通路（１０）とを有するループ型ヒートパイプ（１１）を備え、作動時に常に蒸発部（６）に液体状態の熱媒体（１２）が残存するようにループ型ヒートパイプ（１１）に熱媒体（１２）を封入している。【選択図】図１
2008255944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体を液体状態で保持するウィックの外側表面から前記熱媒体を排気熱により気化する蒸発部と、
前記気化された熱媒体を凝縮させる凝縮部と、
前記蒸発部から前記凝縮部へ熱媒体を流通させる蒸気通路と、
前記凝縮部から前記蒸発部へ熱媒体を流通させる液体通路と、
を有するループ型ヒートパイプを備えたことを特徴とするエンジンの暖機装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの暖機装置において、
前記ループ型ヒートパイプへ封入する液体状態の熱媒体の体積が、前記蒸発部を除く前記ループ型ヒートパイプの容積よりも大きいことを特徴とするエンジンの暖機装置。
【請求項３】
請求項１記載のエンジンの暖機装置において、
作動時に常に前記蒸発部に液体状態の熱媒体が残存するように前記ループ型ヒートパイプに熱媒体を封入することを特徴とするエンジンの暖機装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のエンジンの暖機装置において、
前記凝縮部をシリンダブロックに配置したことを特徴とするエンジンの暖機装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のエンジンの暖機装置において、
前記凝縮部をシリンダヘッドに配置したことを特徴とするエンジンの暖機装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のエンジンの暖機装置において、
前記凝縮部をシリンダボア壁に接触させて配置したことを特徴とするエンジンの暖機装置。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のエンジンの暖機装置において、
前記凝縮部をウォータジャケットのシリンダボア側内壁に沿わせて配置したことを特徴とするエンジンの暖機装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項記載のエンジンの暖機装置において、
エンジンの暖機中にウォータジャケット内の冷却水の循環を停止する冷却水循環停止手段を備えたことを特徴とするエンジンの暖機装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項記載のエンジンの暖機装置において、
前記ループ型ヒートパイプの管内に配置された温度検知手段と、
エンジンの作動から所定時間経過した後、前記温度検知手段によって管内の温度上昇が検知されない場合に異常を通知する異常通知手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの暖機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体又は気体の熱媒体が循環するループ型ヒートパイプを備えたエンジンの暖機装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの暖機の促進を目的とした種々の装置が提案されている。このようなエンジンには、エンジンの冷却用冷媒をエンジンから排出される排気ガスの排気熱により加熱することで、エンジンの始動後、速やかにエンジンの暖機を行うものがある。
【０００３】
このようなエンジンは例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されているエンジンは、冷却用冷媒を加熱する熱媒体を貯蔵する熱媒体タンクと、エンジンの排気管に装着されて排気熱により熱媒体を気化させる蒸発器と、エンジンの冷却用冷媒の循環経路内に設けられ、気化状態にある熱媒体を凝縮させるとともにその際発生する熱により冷却用冷媒を加熱する凝縮器とを備えている。この熱媒体タンクと蒸発器とは、導入管及び導出管によって接続され、この導入管を通して熱媒体が蒸発器へ導入され、導出管を通して蒸発器において気化した熱媒体が熱媒体タンクに導出される。この導入管及び導出管には、熱媒体の流通と遮断を切換える切換弁が備わり、これらの切換弁を電気的制御により切換えることで、蒸発器内の熱媒体量を調整している。また、凝縮器と蒸発器とは、パイプによって接続されており、このパイプは、蒸発器において気化した熱媒体を蒸発器から凝縮器へ導出する。一方、このパイプの一部は凝縮器が外周より覆うように装着されているので、蒸発器で蒸発して凝縮器に流入した熱媒体が凝縮器によって凝縮する。さらに、パイプの内周面は多孔構造のウィックを備えており、凝縮した熱媒体がこのウィックを通じて蒸発器へ戻る構成となっている。
【０００４】
【特許文献１】特公平６−２９５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、特許文献１のエンジンでは、蒸発器で排気熱により加熱され、蒸発した熱媒体がパイプを通じて凝縮器へ流入するとともに、凝縮器で凝縮した熱媒体がパイプ内のウィックを通じて蒸発器へ流入する。すなわち、蒸気となって熱の輸送をする熱媒体と、熱の輸送を終え、冷却されて凝縮した熱媒体とが、一本のパイプ内を行き来する構成となっている。しかしながら、このパイプ内部を流れる蒸発した熱媒体と、ウィック内を通じる凝縮した熱媒体との熱交換を抑制する断熱手段は備えられていない。このため、蒸発した熱媒体と凝縮した熱媒体とはパイプ内で熱交換する。これにより、蒸発器において排気熱から得られる熱が凝縮器において効率よく回収されないことが考えられる。また、このようなエンジンは、エンジンの冷却用冷媒を加熱し、この加熱された冷却用冷媒がエンジンを暖機する。このため、冷却用冷媒の全量を加熱するので、エンジンの暖機に時間を要し、暖機効果が低いことが考えられる。さらに、蒸発器内の熱媒体量を制御するため、複雑な制御手段を備える必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は、エンジンの排気熱から得られる熱を、簡易な構成で、効率よく回収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本発明のエンジンの暖機装置は、熱媒体を液体状態で保持するウィックの外側表面から前記熱媒体を排気熱により気化する蒸発部と、前記気化された熱媒体を凝縮させる凝縮部と、前記蒸発部から前記凝縮部へ熱媒体を流通させる蒸気通路と、前記凝縮部から前記蒸発部へ熱媒体を流通させる液体通路とを有するループ型ヒートパイプ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ることにより、蒸発部で蒸発した熱媒体と凝縮部で凝縮した熱媒体とは異なる通路を通るため、蒸発部で熱媒体が蒸発することによって回収された熱が効率よく凝縮部へ運ばれ、該部の暖機を促進することができる。
【０００８】
このようなエンジンの暖機装置は、ループ型ヒートパイプ内に封入された熱媒体が蒸発部において熱を得て蒸発する。この蒸発した熱媒体が蒸気通路を通じて凝縮部へ流入し、凝縮部において、凝縮部が接触している部位と熱交換をして凝縮する。この凝縮した熱媒体は、液体通路を通じて蒸発部に戻り、再び蒸発部で蒸発してループ型ヒートパイプ内を循環する。このように、本発明のエンジンの暖機装置は封入された熱媒体の循環によって熱の輸送を行い、排気熱からエンジンの暖機を実現している。ところが、このような熱媒体の循環による熱の輸送は、蒸発部で蒸発した熱媒体が再び蒸発部に戻る前に、蒸発部において液体状態の熱媒体が枯渇してしまうと熱の輸送が停止してしまうため、液体状態の熱媒体が蒸発部に残存していることが必要である。このため、このようなエンジンの暖機装置は、前記ループ型ヒートパイプへ封入する液体状態の熱媒体の体積が、前記蒸発部を除く前記ループ型ヒートパイプの容積よりも大きく設定されている（請求項２）。また、このようなエンジンの暖機装置では、作動時に常に前記蒸発部に液体状態の熱媒体が残存するようにループ型ヒートパイプに熱媒体を封入する構成とすることができる（請求項３）。
【０００９】
このようなエンジンの暖機装置の凝縮部は、熱交換により接触した部位を暖機するので、エンジン内の暖機を必要とする箇所に配置する。本発明のエンジンの暖機装置は、前記凝縮部をシリンダブロックに配置した構成とすることができる。（請求項４）。また、このようなエンジンの暖機装置は、前記凝縮部をシリンダヘッドに配置した構成とすることができる（請求項５）。このような構成とすることにより、凝縮部を接触させて配置したエンジン内の各部を暖機し、エンジンを効率的に暖機することができる。
【００１０】
さらに、このようなエンジンの暖機装置は、前記凝縮部をシリンダボア壁に接触させて配置した構成とすることができ（請求項６）、前記凝縮部をウォータジャケットのシリンダボア側内壁に沿わせて配置した構成とすることができる（請求項７）。このような構成とすることにより、シリンダボア壁を暖機しフリクションの低減に寄与することができる。
【００１１】
このようなエンジンの暖機装置は、エンジンの暖機中にウォータジャケット内の冷却水の循環を停止する冷却水循環停止手段を備えた構成とすることができる（請求項８）。このような構成とすることにより、冷却水の循環を抑制し、熱媒体によって回収された熱の冷却水による持ち去りを抑え、さらなる暖機の促進を図ることができる。
【００１２】
本発明のエンジンの暖機装置は、前記ループ型ヒートパイプの管内に配置された温度検知手段と、エンジンの作動から所定時間経過した後、前記温度検知手段によって管内の温度上昇が検知されない場合に異常を通知する異常通知手段とを備えた構成とすることができる（請求項９）。このような構成とすることにより、エンジンの作動開始から所定時間が経過しているにもかかわらず、管内の温度が所定温度まで上昇していない場合には、装置になんらかの異常が発生していると判断し、その異常をユーザに通知することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のエンジンの暖機装置は、熱媒体を液体状態で保持するウィックを有した蒸発部と蒸発部で気化した熱媒体を凝縮させる凝縮部とを備えたループ型ヒートパイプを組み込んだことにより、エンジンの排気熱から得られる熱量を効率よく回収することができる。
【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１】
【００１５】
本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例のエンジン２１の暖機装置１の概略構成を示した説明図である。本発明のエンジン２１は、シリンダブロック２、シリンダヘッド３を備えており、シリンダブロック２にはシリンダ２０が配置されている。シリンダ２０の周囲にはウォータジャケット４が形成されている。また、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３の内部には本発明の凝縮部５が形成されている。この凝縮部５は、ウォータジャケット４の外側に形成されている。さらに、暖機装置１は、シリンダブロック２の外部に、蒸発部６を備えている。この蒸発部６は、暖機装置１の燃焼後の排気ガスが通じる排気管７に配置された熱回収部８と熱交換できるように配置されている。
【００１６】
蒸発部６は、気室６ａ、ウィック部６ｂ、液室６ｃとから構成されている。ウィック部６ｂは、気室６ａと液室６ｃとの境界となるように配置されて、気室６ａと液室６ｃとを分離している。すなわち、ウィック部６ｂの外側に気室６ａ、ウィック部６ｂの内側に液室６ｃが配置されている。このウィック部６ｂは多孔構造体からなり、毛細管現象により内部に液体を保持することができる。蒸発部６は、作動流体として封入される熱媒体１２を液体状態で保持するウィック部６ｂの外側表面から、熱媒体１２を排気ガスから得られる排気熱により気化させる部位である。
【００１７】
凝縮部５は、気室６ａと気体通路９で接続され、液室６ｃと液体通路１０で接続されている。凝縮部５は、蒸発部６で気化された熱媒体を凝縮させる部位である。蒸発部６、凝縮部５、気体通路９、液体通路１０は、ループ型の経路を形成して、本発明のループ型ヒートパイプ１１を構成している。このループ型ヒートパイプ１１の内部には、熱媒体１２が気化しやすいように、減圧されて封入されている。このループ型ヒートパイプ１１へ封入される液体状態の熱媒体１２の体積は、蒸発部６を除くループ型ヒートパイプ１１の容積、すなわち、凝縮部５と気体通路９と液体通路１０の合計容積よりも大きく設定されている。換言すると、作動時に常に蒸発部６に液体状態の熱媒体１２が残存するようにしている。
【００１８】
液体通路１０には、温度センサ１３が配置されている。この温度センサ１３はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１４と電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１４は、暖機装置１の異常を表示する故障表示部１５と電気的に接続されている。この温度センサ１３は、本発明の温度検知手段に相当し、ＥＣＵ１４と故障表示部１５は、本発明の異常通知手段に相当する。
【００１９】
また、ウォータジャケット４には、冷却水の循環する冷却水経路１６が流入側端部１６ａと流出側端部１６ｂとで接続されている。冷却水経路１６には、流入側端部１６ａの近い側から上流へ向かって、ポンプ１９、開閉弁１８、ラジエータ１７が順に配置されている。ラジエータ１７内の冷却水はポンプ１９の駆動によって圧送され、流入側端部１６ａからウォータジャケット４内に流入する。ウォータジャケット４内の冷却水は、流出側端部１６ｂから冷却水経路１６に流出して、ラジエータ１７に戻る構成となっている。開閉弁１８は、ＥＣＵ１４によって開閉を制御され、開閉弁１８が閉弁状態になると、冷却水経路１６の冷却水の循環を停止する。ＥＣＵ１４と開閉弁１８は、本発明の冷却水循環停止手段に相当する。
【００２０】
次に、ループ型ヒートパイプ１１内の熱媒体１２の作動について説明する。エンジン２１が始動し、燃焼が開始されると、燃焼により生じた排気ガスが排気管７を通じて熱回収部８へ流入する。熱回収部８では、排気ガスによって蒸発部６が加熱されると、ウィック部６ｂに保持されている液状の熱媒体１２が排気熱から熱を得て、ウィック部６ｂの外側表面から気化し、気室６ａを充満する。気室６ａ内は、ウィック部６ｂの熱媒体１２の気化により圧力が上昇するので、圧力の低い気体通路９へ気化した熱媒体１２が流れ始める。エンジン２１からの排気ガスの量が増加し、また、排気ガスが高温になると、ウィック部６ｂからの気化は活性化され、より多くの熱量を回収することができる。このように、ウィック部６ｂから次々と熱媒体１２が気化するので、気体通路９への流れが継続する。
【００２１】
気体通路９へ流入した気化した熱媒体１２は、蒸発部６側から流れ込む熱媒体１２に押されて、凝縮部５に流入する。凝縮部５内の気化した熱媒体１２は、シリンダブロック２と熱交換し、シリンダブロック２を暖機する。この際、熱媒体１２は凝縮する。このように、排気ガスから熱を得た熱媒体１２は、熱回収部８からシリンダブロック２へ熱を輸送し、シリンダブロック２を暖機する。
【００２２】
凝縮部５内で凝縮した熱媒体１２は、液体通路１０を通じて、液室６ｃへ流入する。液室６ｃ内の熱媒体１２は、毛細管現象によりウィック６ｂへ吸い込まれ、再び、排気ガスから熱を得て、凝縮部５へ熱の輸送を行う。
【００２３】
このように排気熱を輸送し暖機に寄与する熱媒体１２は、液体状態に換算した場合、凝縮部５と気体通路９と液体通路１０の合計容積よりも多く封入されている。このため、ループ型ヒートパイプ１１を循環する熱媒体１２は、作動時に常に蒸発部６に液体状態の熱媒体１２が残存するように構成されているので、ウィック部６ｂから気化した熱媒体１２が、液室６ｃに戻ってくる間に、液室６ｃ内に液体状態の熱媒体１２が枯渇することはない。すなわち、蒸発部６は、常にウィック部６ｂから熱媒体１２が気化することができる状態に維持されている。
【００２４】
また、ＥＣＵ１４は、暖機時に、開閉弁１８を閉弁し、冷却水経路１６の循環を停止する。これにより、冷却水全量を温めることがなくなるため、暖機が促進される。
【００２５】
さらに、暖機装置１は、エンジン２１の始動から所定時間、例えば５分経過した後、液体通路１０内に所定の温度上昇がみられない場合に暖機装置１で異常が発生していると捉える。ＥＣＵ１４は、エンジン２１の始動から５分経過した後、温度センサ１３が計測する液体通路１０の温度情報に所定の温度上昇が検知されない場合に暖機装置１内に異常が発生していると判断し、故障表示部１５に異常を知られる表示をさせ、異常をユーザに通知する。
【００２６】
以上のように、本実施例のエンジン２０の暖機装置１では、蒸発部６で気化して排気熱を回収した熱媒体１２が、気体通路９を通じて、凝縮部５へ流入し、シリンダブロック２と熱交換をしてシリンダブロック２を暖機する。また、この際熱媒体１２は凝縮する。この凝縮した熱媒体１２は、気体通路９とは異なる液体通路１０を通じて、蒸発部６へ戻り、再び排気熱を回収して熱の輸送に寄与する。このように構成したことにより、気化した熱媒体１２と凝縮した熱媒体１２とが、蒸発部６とシリンダブロック２とを往来する間で熱交換することがなく、排気熱から得られる熱量を効率よく回収することができる。
【実施例２】
【００２７】
次に、本発明の実施例２について図２を参照して説明する。図２は、本実施例のエンジン２２の暖機装置２３の概略構成を示した説明図である。暖機装置２３は、実施例１の暖機装置１とほぼ同様の構成をしている。しかしながら、暖機装置１では、ウォータジャケット４の外側に凝縮部５が形成されているのに対して、暖機装置２３では、凝縮部２５がウォータジャケット４のシリンダボア２４側内壁に沿わせて形成されている点で、実施例１の暖機装置１と実施例２の暖機装置２３とは相違している。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
このように構成することにより、エンジン２２の暖機時に排気熱を回収した熱媒体１２は、凝縮部２５でシリンダボア壁２４と熱交換をして、シリンダボア壁２４を暖機する。これにより、シリンダボア壁２４は早期に暖機されるので、フリクションを低減することができる。また、このような凝縮部２５は、シリンダ２０の間を通すように構成することもできる。
【００２９】
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、さら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。
【００３０】
本発明の暖機装置の凝縮部はエンジン内部の暖機を必要とする箇所に接触して配置される。例えば、クランクシャフトなどの摺動部は温度が上昇すると、潤滑油の粘性が下がり、フリクションが低減されて、燃費が向上する。このような暖機をすべき摺動部に凝縮部を接触して配置することができる。さらに、本発明のエンジンの暖機装置は、蒸気通路を分岐し、凝縮部を複数設けることもできる。このように複数設けられた凝縮部で凝縮した熱媒体は液体通路で合流して、蒸発部へ流入する。
【００３１】
また、本発明の冷却水循環停止手段は、開閉弁とポンプに代えて、ＥＣＵが駆動と停止を制御する電動ウォータポンプとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１のエンジンの暖機装置の概略構成を示した説明図である。
【図２】実施例２のエンジンの暖機装置の概略構成を示した説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１、２３  暖機装置
２  シリンダブロック
３  シリンダヘッド
４  ウォータジャケット
５、２５  凝縮部
６  蒸発部
６ａ  気室
６ｂ  ウィック部
６ｃ  液室
７  排気管
８  熱回収部
９  気体通路
１０  液体通路
１１  ループ型ヒートパイプ
１２  熱媒体
１３  温度センサ
１４  ＥＣＵ
１５  故障表示部
１６  冷却水経路
１７  ラジエータ
１８  開閉弁
１９  ポンプ
２０  シリンダ
２１、２２  エンジン
２４  シリンダボア壁
【図１】
2008255944.tif 000003
【図２】
2008255944.tif 000004