(57)【要約】【課題】発熱材による発熱をもって内燃機関の暖機を行い、更に小型化を図った暖機システムを提供する。【解決手段】内燃機関の暖機システムは、内燃機関の燃料により熱を発生させる発熱ユニット２を有し、該内燃機関に該発熱ユニット２で発生する熱を伝導せしめる燃料発熱手段と、該燃料発熱手段に該内燃機関の燃料を供給する燃料供給手段と、を備える。内燃機関の燃料と発熱ユニット２によって熱を発生させるため、暖機システム用に燃料貯蔵室を別途必要とせず、暖機システムの小型化を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料により熱を発生させる発熱材を有し、該発熱材で発生する熱を該内燃機関に伝導せしめる燃料発熱手段と、
該燃料発熱手段に該内燃機関の燃料を供給する燃料供給手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の暖機システム。
【請求項２】
前記発熱材は、気体状態である前記燃料が発熱材に吸着することにより発熱をする発熱材である請求項１に記載の内燃機関の暖機システム。
【請求項３】
前記燃料供給手段は、前記内燃機関の燃料を気化させる燃料気化手段を有し、該燃料気化手段により気化された燃料を前記燃料発熱手段へと供給する燃料供給手段である請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の暖機システム。
【請求項４】
前記燃料供給手段は、前記内燃機関の燃料を液体の状態で発熱材へ供給する燃料供給手段である請求項１に記載の内燃機関の暖機システム。
【請求項５】
前記燃料供給手段は、該燃料供給手段により発熱材へ供給される燃料と前記内燃機関の燃焼室に供給される燃料とが一の燃料貯蔵室から供給されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一に記載の内燃機関の暖機システム。
【請求項６】
更に、前記発熱材へ供給された燃料を発熱材から放出させる燃料放出手段を有し、該燃料放出手段によって放出された燃料を前記内燃機関の燃料貯蔵室に戻すことなく該内燃機関の燃焼室へと供給することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一に記載の内燃機関の暖機システム。
【請求項７】
更に、前記発熱材へ供給された燃料を発熱材から放出させる燃料放出手段を有し、該燃料放出手段によって放出された燃料を前記内燃機関の燃料貯蔵室に回収することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一に記載の内燃機関の暖機システム。
【請求項８】
前記燃料放出手段は、前記内燃機関における燃焼熱により前記発熱材へ供給された燃料を放出させる燃料放出手段であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の内燃機関の暖機システム。
【請求項９】
前記燃料放出手段は、前記内燃機関から排出される排気が有する排気熱により前記発熱材へ供給された燃料を放出させる燃料放出手段であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の内燃機関の暖機システム。
【請求項１０】
前記燃料発熱手段は、前記内燃機関に隣接した位置に前記発熱材を配置することを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか一に記載の内燃機関の暖機システム。
【請求項１１】
前記燃料発熱手段は、更に前記発熱材と前記内燃機関とを連結する熱伝導部材を有し、
前記発熱材で発生した熱を、前記熱伝導部材を介して前記内燃機関へ伝達せしめることを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか一に記載の内燃機関の暖機システム。
【請求項１２】
前記燃料発熱手段は、前記発熱材で発生した熱を、流体を介して前記内燃機関へ伝達せしめることを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか一に記載の内燃機関の暖機システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の暖機に関する。
【従来の技術】
自動車などのエンジンに関し、特に寒冷条件下での安定した始動や始動直後の燃費改善を目的として、あるいは暖房性能やデフロスト性能を改善することを目的として、潜熱蓄熱材を吸着材に吸着させることによって発生する吸着熱を用いた暖機システムが提案されている。
【０００２】
例えば、特開２００１−２３４８３９号公報には、液状の吸着材を収容し且つ内燃機関の燃焼室近傍に設けられ、燃焼室近傍のブロックに対しては直接熱交換可能に取り付けられている吸着材ユニットと、液状の潜熱蓄熱材を貯留し且つこれを前記吸着材ユニットに蒸気で供給する蓄熱材タンクとから主として構成される暖機システムであって、潜熱蓄熱材は、吸着材に吸着されることによって発熱し、加熱によって吸着材から脱着される水を主成分とする蓄熱材である暖機システムが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
また、上記の吸着材ユニットに蓄熱材を吸着させ、その吸着熱をもってエンジンの暖機を図る手段においては、蓄熱材として、常温・常圧で液体である水、エタノール水溶液、エチレングリコール等のアルコール水溶液またはメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類等が例示されている。特にアルコール水溶液やアルコール類については、凝固点が水よりも低いため、外気温が氷点下に達する際にも凍結しにくいという点では好ましい蓄熱材である。ただし、これらの蓄熱材を使用するには、それらを貯蔵するための蓄熱材貯蔵タンクが必要となり、装置が大型化する。
【０００４】
また吸着熱を効果的に発生させるためには、蓄熱材を気体状態とし、より多くの蓄熱材を吸着材へと吸着させる必要がある。しかし、上記の蓄熱材は先述のとおり、常温・常圧では液体であるため、蓄熱材の周囲温度が低温である場合、十分な蒸気圧を確保することが困難となる場合がある。そこで、蓄熱材の十分な蒸気圧を確保するために、蓄熱材の気化を促進させるヒーター等の気化促進装置が必要となる場合もある。
【０００５】
本発明は、上記の実情に鑑みなされたものであり、その目的は、自動車のエンジン等の内燃機関における始動の際の燃焼効率を主に改善するための内燃機関の暖機システムにおいて、小型化を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の暖機システムにおいては、内燃機関で使用する燃料を蓄熱材として使用することで、蓄熱材の貯蔵に要する貯蔵室を別途設置する必要性を排除し、更に常温・常圧において気体状態である燃料である場合は、燃料の気化を促進させる気化促進装置を設置する必要性を排除することで小型化を図る。
具体的には、内燃機関の燃料により熱を発生させる発熱材を有し、該内燃機関に該発熱材で発生する熱を伝導せしめる燃料発熱手段と、該燃料発熱手段に該内燃機関の燃料を供給する燃料供給手段と、を備えることを特徴とする。
すなわち、内燃機関の燃焼室で使用する燃料と発熱材とを使用することで発熱させ、そこで発生する熱をもって内燃機関を暖機しようとするものである。
ここで、本発明である内燃機関の暖機システムに使用される蓄熱材は、先述のとおり、内燃機関における燃料である。また、発熱材として吸着材が挙げられる。この吸着材に対して気体状態にある燃料を吸着させることで、吸着熱が発生し、この吸着熱をもって内燃機関の暖機を行うものである。ここで、特に燃料が気体であることにより、吸着材に対し多くの燃料分子が吸着することが可能となるため、発熱量も増加する。従って、燃料は常温・常圧において気体状態である方が好ましい。内燃機関の燃料においては、天然ガスや液化石油ガス（ＬＰＧ）等が常温・常圧で気体状態であり、本発明に係る暖機システムに好適である。尚、常温・常圧で液体状態である内燃機関の燃料については、何らかの気化促進装置によって燃料を気化させ、その気化させた燃料を吸着材に吸着させることで吸着熱を発生させることが可能となる。
一方、吸着材に対して気体状態の内燃機関燃料を供給するのではなく、液体状態で供給することにより湿潤熱が発生する。これを利用することによって、内燃機関の暖機を図ることも可能である。例えば、吸着材が活性炭であって、燃料がガソリンである場合、その湿潤熱は約２０ｋｃａｌ／ｇとなる。従って、常温・常圧で液体であるガソリンや軽油等については、前述の気化促進装置を用いる必要もなくなり、有用な手段である。
【０００７】
また、本発明に係る内燃機関の暖機システムにおいては、蓄熱材として燃料を使用するため、一つの燃料貯蔵室から内燃機関の燃焼室と本発明に係る暖機システムとに、燃料を供給することが可能となる。結果として、蓄熱材の貯蔵室を別途設置する必要がなくなるので、暖機システムの小型化を図ることができる。
また、内燃機関の暖機がその目的を達成し内燃機関が一定の温度になったときは、蓄熱材として発熱材へ供給された燃料を燃料貯蔵室へ回収し、燃料を再利用することが可能である。また燃料貯蔵室へは回収せずに、直接に内燃機関の燃焼室へと供給することも可能である。ここで、発熱材へ供給された燃料の回収方法については、内燃機関の暖機がその目的を達成した後、内燃機関の燃焼熱によって発熱材を含む燃料発熱手段を暖め、吸着等された燃料を発熱材から放出させる手段や、内燃機関から排出される排気ガスの排気熱によって発熱材を含む燃料発熱手段を温めて吸着等された燃料を発熱材から放出させる手段等が考えられる。
【０００８】
尚、発熱材と内燃機関との配置関係については、発熱材において発生した熱を内燃機関に伝達させる必要があることが考慮される。従って、その配置の態様には、発熱材を内燃機関に隣接させる配置の他にも、熱伝導部材で発熱材と内燃機関を連結し熱を伝える配置が考えられる。更に、流体である空気等の気体や水等の液体を介して、発熱材で発生した熱を内燃機関へと伝える配置態様も有用である。ここで、先述の内燃機関に隣接させる配置とは、発熱材を内燃機関の直近に配置する配置態様だけではなく、内燃機関内部に構造的に発熱材を収容する配置態様も含む。またこれらの配置態様において、発熱材を容器に収容した状態、即ち発熱材をケーシングして配置してもよい。
尚、先述までの各構成要素は可能な限り組み合わせることができるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の暖機システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。
＜実施例１＞
図１は、本発明に係る内燃機関の暖機システムの一形態を示す平面的なブロック図である。本発明の内燃機関の暖機システムにおいて、暖機の対象となる内燃機関のエンジンブロック１の近傍に発熱ユニット２が配置される。更に、この内燃機関に供給される燃料を貯蔵する燃料貯蔵室３が、開閉バルブ８、燃料配管５を介して図示されない内燃機関の蓄圧室に連通する。
更に、並行して燃料貯蔵室３は開閉バルブ７、燃料配管４を介して、エンジンブロック近傍に配置される発熱ユニット２へと連通する。更に、発熱ユニット２は開閉バルブ９、燃料配管６を介して、燃料配管５へと連通する。
【００１０】
このように構成された内燃機関の暖機システムでは、内燃機関の始動とともに開閉バルブ８が開かれて内燃機関へ燃料が供給される。この時、開閉バルブ９は閉じられている。更に、開閉バルブ７が開かれ、燃料が発熱ユニット２へ供給される。燃料が供給された発熱ユニット２は燃料との吸着現象により発生する吸着熱をエンジンブロック１に伝導せしめることによって、エンジンブロック１の暖機を図る。尚、内燃機関始動前に、発熱ユニットへ燃料を供給し、エンジンブロック１の暖機を図ってもよい。
内燃機関における燃焼が進むとともに、暖機の対象である内燃機関のエンジンブロック１が暖められる。エンジンブロック１が一定の温度に到達すると、開閉バルブ７が閉じられるとともに開閉バルブ９が開かれる。これにより、発熱ユニット２への燃料供給が停止する。更に、内燃機関の燃焼熱が発熱ユニット２に伝わり、発熱ユニット２に供給された燃料が発熱ユニット２から放出される。吸着材に吸着した蓄熱材である内燃機関の燃料の離脱は吸熱反応であるので、発熱ユニット２を加熱することで燃料の放出を図ることができる。更に、放出された燃料は燃料配管６を介して、燃料配管５へ流れ込み、最終的には内燃機関の蓄圧室、燃焼室に供給され、内燃機関での燃焼に供される。
【００１１】
ここで、発熱ユニット２は、吸着材を収容するためのケーシング構造を備えている。かかるケーシング構造としては、吸着材を密封可能な構造を備えている限り、独立したケーシングに吸着材が収容される構造、エンジンブロック１に予め形成されたケーシングとしての収容室に吸着材が収容される構造などの適宜の構造を採用し得る。
【００１２】
ここでエンジンブロック１に対する発熱ユニット２の配置の態様について図２において説明する。図２は図１にも示されている配置態様である。この態様においては発熱ユニット２とエンジンブロック１とを隣接させることや、伝導性高分子材等を介在させて発熱ユニット２をエンジンブロック１に隣接させること、更にはエンジンブロック１の一部に発熱材を収容する部位を設け、そこを発熱ユニットとして使用すること等が考えうる。この態様において、エンジンブロック１が一定の温度に到達し、暖機が完了したと判断された場合は、エンジンブロック１での燃焼熱が発熱ユニット２へと伝達し、発熱ユニット２に供給された燃料を放出させる。
【００１３】
また図３は、熱伝導ブリッジ１１を介して発熱ユニット２で発生する熱をエンジンブロック１に伝える配置態様を示す。熱伝導ブリッジとは、発熱ユニット２で発生した熱をエンジンブロック１に伝達せしめる機能を有する部材であり、高い熱伝導性を有するものである。従って、金属製のブリッジや、高効率の熱伝導性を有する高分子材料性のブリッジが考えうる。この態様において、エンジンブロック１が一定の温度に到達し、暖機が完了したと判断された場合は、エンジンブロック１での燃焼熱が熱伝導ブリッジ１１を介して発熱ユニット２へと伝達し、発熱ユニット２に供給された燃料を放出させる。
【００１４】
更に図４は、温風等の流体によって熱の伝達を行う配置態様である。この態様は先述の配置態様をエンジンブロック近傍に設置する空間的余裕がない場合等に特に有用である。具体的に、図４に基づいて説明を行う。本配置態様においては、発熱ユニットケース１３内部に発熱ユニット２を少なくとも１個配置し、発熱ユニットケース１３に設置された送風ファン１２によってケース内部に風を送り込み、発熱ユニット２によって温風を発生させ、エンジンブロックケース１４に収容されているエンジンブロック１を暖機する配置態様である。発熱ユニットケース１３は、温風配管２０及び開閉バルブ１６を介してエンジンブロックケース１４に連通する。更に、エンジンブロックケース１４には、ケース内部の換気を行うために換気用配管２２及び開閉バルブ１８が設けられている。一方、本配置態様においてエンジンブロック１に連通する図示されていない排気枝管から排気配管２１が開閉バルブ１７及び排気ガスクーラーを介して発熱ユニットケース１３に連通する。更に、発熱ユニットケース１３には、ケース内部の換気を行うために換気用配管１９及び開閉バルブ１５が設けられている。
【００１５】
ここで、エンジンブロック１に温風を送り込むには、開閉バルブ１６及び開閉バルブ１８を開き、且つ開閉バルブ１５及び開閉バルブ１７を閉じ、更に送風ファン１２を駆動することで、発熱ユニット２で暖められた空気を送ることができる。一方、エンジンブロック１が一定の温度に到達し、暖機が完了したと判断された場合は、開閉バルブ１６及び開閉バルブ１８を閉じ、且つ開閉バルブ１５及び開閉バルブ１７を開くことでエンジンブロック１より内燃機関で発生する排気ガスを送ることができる。この排気ガスをもって発熱ユニット２を暖め、発熱ユニット２に供給された燃料を放出させることができる。尚、排気ガスクーラーを介することによって、排気ガスによる発熱ユニットの過熱を防止することができる。
また、排気ガスクーラーを介して排気ガスを発熱ユニットに送るのではなく、排気ガスをもって空気を暖め、その暖められた空気を発熱ユニットに送り込むようにすることで発熱ユニット２に供給された燃料を放出させることができる。この場合、間接的に発熱ユニットを暖めることになるので、排気ガスによる過熱を防止することができる。
尚、本態様においては内燃機関の排気ガスを利用して、発熱ユニットに供給された燃料を放出させているが、開閉バルブ１７及び排気配管２１に替えて別途エンジンブロックケースに送風ファンを設置し、該送風ファンとエンジンブロック１における燃焼熱をもって、発熱ユニット２に温風を送風することで、前記燃料を放出させることも可能である。更に、本態様においては、エンジンブロック１をエンジンブロックケース１４に収容し、そのエンジンブロックケース１４に温風を送り込むことでエンジンブロック１の暖機を行うが、エンジンブロック１の外周を温風が流動できるような配管を施したり、又はエンジンブロック１内部に、温風が流動する部位を設けたりすることによって、エンジンブロック１の暖機を図ることも可能である。
【００１６】
ここで、本発明である内燃機関の暖機システムに使用される蓄熱材は、内燃機関における燃料である。従って、一般的に使用されるガソリンや軽油に限らず、メタン、エタン、プロパン、ブタン等に代表される天然ガスや液化石油ガス（ＬＰＧ）、更には水素、メタノール、エタノール、バイオマス等の燃料を使用することができる。また、発熱材として吸着材が挙げられ、モレキュラーシーブ、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、ゼオライト、酸化カルシウム、多孔性炭素繊維、金属多孔体、メソ多孔体等が例示され、これらのうち一種類または複数種類を用いることができる。これらの吸着材に対して気化状態にある蓄熱材を吸着させることで、吸着熱が発生する。ここで吸着とは、気体または蒸気分子が固体または液体の表面に留まる現象をいい、その留まる要因となる物質間の相互作用力により化学吸着と物理吸着とに大別されるものである。この吸着現象が起こる際に、熱が発生する。
【００１７】
ここで、特に蓄熱材が気体であることにより、吸着材に対し多くの蓄熱材分子が吸着することが可能となるため、発熱量も増加する。従って、蓄熱材は常温・常圧において気体状態である方が好ましい。この点において、内燃機関の燃料が天然ガスやＬＰＧである場合は、常温・常圧においてこれらの燃料は気体状態であるため、燃料を気化させる気化促進装置を設置する必要もなく、効率的な吸着熱の発生を得ることが可能となる。
尚、常温・常圧で液体状態である内燃機関燃料については、何らかの気化促進装置によって燃料を気化させ、その気化させた燃料を吸着材に吸着させることで吸着熱を発生させることが可能となる。ここで気化促進装置として考えられるものには、毛細管現象を利用して空気との接触表面積を大きくした石綿やアラミド繊維織布などの毛細構造体や超音波振動子によって蓄熱材に超音波振動を与えて気化を促進させる装置、あるいは、ヒーター等によって蓄熱材を加熱することで気化を促進する装置等が挙げられる。
【００１８】
一方、吸着材に対して、蓄熱材である内燃機関の燃料を液体状態で供給することにより湿潤熱が発生する。これを利用することによって、内燃機関の暖機を図ることも可能である。例えば、吸着材が活性炭であって、燃料がガソリンである場合、その湿潤熱は約２０ｋｃａｌ／ｇとなる。従って、常温・常圧で液体であるガソリンや軽油等については、有用な手段となる。
【００１９】
＜その他の実施例＞
図５は、図１における配管の態様を一部変更したものである。図１と図５とに共通する部位については、共通の参照番号を付してその説明と替える。以下に、相違する部位について説明をする。
ここで図５において、発熱ユニット２は開閉バルブ９、燃料配管６を経て燃料配管１０に連通し、更に燃料配管１０は燃料貯蔵室３へと連通するものである。このように構成された内燃機関の暖機システムでは、先述の図１に示された暖機システムと同様に発熱ユニット２に燃料が供給される。そしてエンジンブロック１が一定の温度に到達すると、先述の図１に示された暖機システムと同様に、発熱ユニット２に供給された燃料が発熱ユニット２から放出され、その放出された燃料は燃料配管１０を介して、燃料貯蔵室３へ戻される。
【００２０】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の暖機システムでは、内燃機関において使用される燃料を蓄熱材として、発熱材に吸着等させることによって発生する熱をもって、内燃機関を暖機することとなる。更に、暖機が完了し、内燃機関が温まった場合には、発熱材に供給された燃料を回収し、燃料を再度利用することとなる。
従って、本発明によれば、蓄熱材を燃料の貯蔵室から供給することとなるため、別途蓄熱材専用の貯蔵室を設置する必要がなくなり、暖機システムの小型化を図ることができる。また、蓄熱材は燃料であるので、それを回収し燃焼室へ供給することで再利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る内燃機関の暖機システムの一形態を示す平面的なブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る内燃機関の暖機システムにおける発熱材とエンジンブロックの配置態様を示す平面的なブロック図である。
【図３】本実施の形態に係る内燃機関の暖機システムにおける発熱材とエンジンブロックの別の配置態様を示す平面的なブロック図である。
【図４】本実施の形態に係る内燃機関の暖機システムにおける発熱材とエンジンブロックの別の配置態様を示す平面的なブロック図である。
【図５】本実施の形態に係る内燃機関の暖機システムの別の形態を示す平面的なブロック図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジンブロック
２・・・・発熱ユニット
３・・・・燃料貯蔵室
７・・・・開閉バルブ
８・・・・開閉バルブ
９・・・・開閉バルブ
【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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