(57)【要約】【課題】  エンジン始動に際して早期に昇温し、暖機を完了することができる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（１）は、シリンダブロック（２ａ）に形成されたウォータジャケット（２ａ１）内に装着された潜熱蓄熱材ケース（３）を備えている。潜熱蓄熱材ケース（３）は、複数の収容室（３ａ〜３ｃ）に分割されている。収容室（３ａ〜３ｃ）には、潜熱蓄熱材（５）が封入されており、また、それぞれ発核装置（６）が設置されている。潜熱蓄熱材ケース（３）は容積の小さい収容室（３ａ〜３ｃ）に分割されていることにより、発核現象が迅速に伝搬し、効率よくエンジン（２）を暖機することができる。また、収容室（３ａ〜３ｃ）はシリンダブロック（２ａ）のストローク方向に分割され、積み上げられた構成であることから、重力による潜熱蓄熱材（５）の濃度分布の差が生じにくい。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の潜熱蓄熱装置であって、
シリンダブロック内に装着し、潜熱蓄熱材を収容する容器であって、複数の収容室に分割された潜熱蓄熱材ケースと、
当該収容室内に封入された潜熱蓄熱材と、
当該潜熱蓄熱材の発核を誘発する発核手段と
を備えたことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の潜熱蓄熱装置において、
前記潜熱蓄熱材ケースは、シリンダブロックのストローク方向に沿って複数の収容室に分割されていることを特徴とした潜熱蓄熱装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の潜熱蓄熱装置において、
前記潜熱蓄熱材ケースは、シリンダブロックのボア方向に沿って複数の収容室に分割されていることを特徴とした潜熱蓄熱装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置において、
前記潜熱蓄熱材ケースは、内部をメッシュ部材によって複数の収容室に分割されていることを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置において、
前記複数の収容室毎に前記発核手段が設置されたことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置において、
前記複数の収容室毎に複数の前記発核手段が設置されたことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項７】
請求項６記載の潜熱蓄熱装置において、
前記発核手段は、シリンダブロックのストローク方向に沿って、配列したことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載の潜熱蓄熱装置において、
前記複数の発核手段に発核指令をする発核制御部を備え、当該発核制御部は、発核指令を行う発核手段を選択することを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置を組み込んだ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、エンジンの早期暖機完了を図ることができる潜熱蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間始動時のエンジンは、フリクションの低下、排気組成の改善を図るため、早期の暖機完了が求められる。特に、シリンダボアやピストン、クランクシャフト等の摺動部を有する構成要素は効率のよい運転を実現するために早期暖機完了が望まれる。通常のエンジンは筒内爆発が開始されるとシリンダブロックやシリンダヘッド等のエンジン構成要素、さらに、これらのエンジン構成要素に形成された油路中を循環するエンジンオイルが温められ、徐々に暖機が進行する。
従来、このようなエンジンの早期暖機完了を達成すべく、シリンダを囲むように形成した蓄熱材収納室に、潜熱型蓄熱材（潜熱蓄熱材）を収納した内燃機関の急速暖機装置が提案されている（特許文献１）。このような急速暖機装置は、エンジンの冷間始動時に、過冷却状態となっている潜熱蓄熱材に対して電圧印加し、これにより相変化を開始させて潜熱を発生させるように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１８２３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上説明したように特許文献１記載の内燃機関の急速暖機装置は、冷間始動直後に直接シリンダ周辺を局部的に昇温することができ、効率よく機関の昇温を図ることができるものである。
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の内燃機関の急速暖機装置は、蓄熱材収容室をシリンダブロック中にストローク方向（ピストンが往復運動する方向）に沿って配置されていることから以下のような問題が生じると考えられる。まず、蓄熱材収容室は、シリンダブロック中のできるだけ広範囲に配置することが有効であると考えられる。しかし、蓄熱材収容室の容量を大きくしようとすると、潜熱蓄熱材全域に発核作用が伝播しづらく、全体から発熱するまでの時間がかかってしまうという問題がある。また、潜熱蓄熱材は過冷却状態と発核とを繰り返すうちに濃度分布の差が生じるおそれがある。
【０００６】
また、シリンダブロックのストローク方向は車両の上下方向とほぼ一致することが多く、蓄熱材収容室も上下に長手方向が一致するように配置されることになる。このように配置される蓄熱材収容室中では、潜熱蓄熱材は下方ほど濃度が高い物質が分布し、上方ほど濃度の低い物質が分布し易い。また、結晶化したものが下方に沈殿することも考えられる。蓄熱材収容室内でこのような濃度分布の差、結晶の沈殿が生じると、潜熱蓄熱材の発熱の効果が低下してしまうおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、迅速に潜熱蓄熱材全域に発核を伝播させることができ、潜熱蓄熱材による効率のよい暖機を行うことができる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】
【０００８】
かかる課題を解決するための、本発明の潜熱蓄熱装置は、内燃機関の潜熱蓄熱装置であって、シリンダブロック内に装着し、潜熱蓄熱材を収容する容器であって、複数の収容室に分割された潜熱蓄熱材ケースと、当該収容室内に封入された潜熱蓄熱材と、当該潜熱蓄熱材の発核を誘発する発核手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。このように収容室を分割すれば、一つ一つの室の容積を小さくすることができ、潜熱蓄熱材ケース内の潜熱蓄熱材全域を迅速に発核させることができる。このような潜熱蓄熱材ケースに封入され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。また、発核手段も、発核電極や、潜熱蓄熱材に対して出没する針体等、従来、周知の発核手段を用いることができる。
【０００９】
このような潜熱蓄熱装置では、前記潜熱蓄熱材ケースは、シリンダブロックのストローク方向に沿って複数の収容室に分割されている構成とすることができる（請求項２）。エンジンのシリンダブロックのストローク方向は車両の上下方向にとほぼ一致することが多いが、このようにシリンダブロックのストローク方向に沿って、複数の室が上下方向に重ねられた様な状態とすることにより重力による濃度分布のばらつきを抑制することができる。また、結晶化したものも上下方向に重ねられた室毎に沈殿することとなり、濃度分布を一様に近づけることができる。
【００１０】
本発明の潜熱蓄熱装置は、前記のように潜熱蓄熱材を封入する一つ一つの収容室の容積を小さくして、潜熱蓄熱材を効率よく発核させようとするものであるが、前記潜熱蓄熱材ケースは、シリンダブロックのボア方向に沿って複数の収容室に分割されている構成とすることもできる（請求項３）。例えば、直列４気筒エンジンである場合、シリンダ毎にその周囲に収容室が配置されるような構成とすることができる。
【００１１】
以上のような本発明の潜熱蓄熱材では、前記潜熱蓄熱材ケースの内部をメッシュ部材によって複数の収容室に分割する構成とすることができる（請求項４）。このような構成とした場合、メッシュ部材のメッシュ径として適切なものを選択することにより、濃度分布のばらつきを抑制することともなる。また、メッシュ部材で仕切られただけの潜熱蓄熱材ケースには最低で１個の発核手段が備えられていればよい。
【００１２】
このような潜熱蓄熱装置では、前記複数の収容室毎に前記発核手段が設置された構成とすることが望ましい（請求項５）。潜熱蓄熱材ケースを、前記のようなメッシュ部材を用いずに、潜熱蓄熱材の流通を完全に遮蔽する板材等で分割した場合は、収容室毎に発核手段を備えた構成とすることが必要であるが、メッシュ部材により分割した構成とした場合にも収容室毎に発核手段を設置した構成とすることができる。これにより、迅速な発核を実現することができる。
【００１３】
さらに、一の収容室に設置される発核手段の個数は、一に限定されず、前記複数の収容室毎に複数の前記発核手段が設置された構成とすることもできる（請求項６）。このような構成も、潜熱蓄熱材全域に亘って迅速な発核を実現するためのものである。このとき、発核手段は、シリンダブロックのストローク方向に沿って、配列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れば、ストローク方向、一般的には上下方向の発核の時間差を低減することができる。さらに、前記複数の発核手段に発核指令をする発核制御部を備え、当該発核制御部は、発核指令を行う発核手段を選択する構成（請求項８）とすれば、潜熱蓄熱装置を作動させる毎に発核指令が出される発核手段を変更したり、一部の発核手段にのみ発核指令を発したりすることができる。発核指令を発する発核手段を変更することができれば、一部の潜熱蓄熱材の濃度ばかりが上昇してしまうことを抑制でき、また、一部の発核手段にのみ発核指令を発することは、電力消費量の抑制となる。
【００１４】
以上説明したような潜熱蓄熱装置を従来あるエンジンに組み込めば、本発明のエンジンとすることができる（請求項９）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シリンダブロック内に装着し、潜熱蓄熱材を収容する潜熱蓄熱材ケースを複数の収容室に分割したので、潜熱蓄熱材の全域で迅速に発核を起こすことができ、エンジンの早期暖機完了を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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】
【００１７】
図１は、本発明の潜熱蓄熱装置１を組み込み、シリンダヘッドを取り外した状態のエンジン２の概略構成を示すものであり、（ａ）は平面視した図、（ｂ）は一部を断面とした側面から見た図である。エンジン２を構成するシリンダブロック２ａにはシリンダを囲うようにウォータジャケット２ａ１が形成されており、このウォータジャケット２ａ１内に潜熱蓄熱材ケース３が装着されている。この潜熱蓄熱材ケース３は、図１中、矢示４で示すシリンダブロック２ａのストローク方向に沿って第一収容室３ａ、第二収容室３ｂ、第三収容室３ｃに分割されている。すなわち、図２（ｂ）に示すように潜熱蓄熱材ケース３は３つの部分からなり、これを重ねて構成されている。第一収容室３ａ〜第三収容室３ｃ内にはそれぞれ潜熱蓄熱材５が封入されている。この潜熱蓄熱材５は、酢酸ナトリウム・３水和物である。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。この潜熱をエンジン２の暖機に利用することができる。このような潜熱蓄熱材５は、エンジン始動前は過冷却状態となっている。
【００１８】
潜熱蓄熱材ケース３には、第一収容室３ａ〜第三収容室３ｃのそれぞれに本発明の発核手段に相当する発核装置６が取り付けられている。発核装置６は、図３に示すように発核電極６ａを備えており、さらに本発明における発核制御部に相当する図示しないＥＣＵに接続されている。
【００１９】
以下、このように構成される潜熱蓄熱装置１の動作につき説明する。ＥＣＵは、運転者がイグニッションをＯＮ状態とすると、これに基づいて各発核装置６に対し発核指令を出す。「イグニッションＯＮ」を発核指令の条件としているのは、エンジン始動前にプレヒートを行っておくためである。発核指令が出されると発核電極６ａに電圧が印加され、潜熱蓄熱材５が発核し、発熱する。
【００２０】
図２（ａ）は、分割されていない潜熱蓄熱材ケース７とした場合の、発核の進行の様子を示した模式図であるが、発核装置６を中心として徐々に発核が伝搬するため潜熱蓄熱材ケース７の全般に発核現象が行き渡るために時間がかかる。これに対し、図２（ａ）で示した本実施例の潜熱蓄熱材ケース３の場合は、収容室毎に発核現象の伝搬が行われるため、潜熱蓄熱材ケース３全般に発核現象が行き渡る時間が短時間で済む。この結果、エンジン２は早期暖機完了が達成される。また、図２（ａ）で示したような潜熱蓄熱材ケース７の形状、すなわちシリンダブロック２ａのストローク方向（上下方向）に長い形状であると、潜熱蓄熱材５の比重の重い部分が下方に溜まり、熱材５の濃度分布が一様でなくなるおそれがあるが、本実施例の潜熱蓄熱材ケース３であれば、このような不均一な濃度分布を抑制することができる。また、結晶化したものの沈殿による影響も受けにくい。これにより、効率的な発核、さらには発熱を実現することができる。
【００２１】
以上のように発核して発熱した潜熱蓄熱材５は、暖機完了後のエンジンが発することとなる熱を受け取り、再び過冷却状態に戻り、次回の発核に備えることとなる。
【実施例２】
【００２２】
次に、本発明の実施例２について図４を参照しつつ説明する。実施例２の潜熱蓄熱装置１０は実施例１の潜熱蓄熱装置１と以下の点で相違する。まず、実施例１の潜熱蓄熱装置１では、シリンダブロック２ａのストローク方向に沿って上下に分割された潜熱蓄熱材ケース３であったのに対し、実施例２の潜熱蓄熱装置１０では、矢示１１や１２で示したシリンダブロック２ａのボア方向に沿って８つの収容室１３ａに分割された潜熱蓄熱材ケース１３である点が相違する。潜熱蓄熱材ケース１３をこのような状態に分割しても各収容室１３ａの容積を小さくすることができる。本実施例では収容室１３ａは８室備えている。
【００２３】
このような収容室１３ａにはそれぞれ実施例１と同様の発核装置６が設置されている。ただし、実施例１の場合と異なり、一の収容室１３ａに対し、矢示４で示したストローク方向に沿って３つの発核装置６が設置されている。これらの発核装置は本発明における発核制御部に相当する図示しないＥＣＵに接続されている。
【００２４】
以上のように設置される発核装置６は、実施例１の場合と同様にＥＣＵによる発核指令に基づいて発核電極６ａに電圧が印加されて潜熱蓄熱材５を発核させるが、ＥＣＵは常にすべての発核装置６に発核指令を出すのではなく、指令を出す発核装置を選択することができる。例えば、ＥＣＵは前回発核指令を出した発核装置を記憶しておき、次回は異なる発核装置６に対して発核指令を出すことができる。これにより、電力の消費を抑えつつ、毎回同じ箇所で発核が開始されることによる不均一な濃度分布を回避することができる。
【００２５】
なお、他の構成については同一であるので、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。
【実施例３】
【００２６】
次に本発明の実施例３について図５、図６を参照しつつ説明する。実施例１の潜熱蓄熱装置１では、完全に分離した収容室３ａ〜３ｃを備えた潜熱蓄熱材ケース３を用いていたが、実施例３の潜熱蓄熱装置２０では、メッシュ部材２２で内部を分割した潜熱蓄熱材ケース２１を採用している。潜熱蓄熱材ケース２１はメッシュ部材２２によって７つの収容室２１ａ〜２１ｇに分割されているが、これらの収容室２１ａ〜２１ｇはメッシュ部材２２を介して連通している。
【００２７】
図６は、収容室を上下方向（ストローク方向）に分割していない潜熱蓄熱材ケース３０における潜熱蓄熱材５の濃度分布の様子を示したものであるが、図から明らかなように潜熱蓄熱材ケース３０の上側３０ａと下側３０ｂとでは濃度分布に大きな差が生じている。これでは、潜熱蓄熱材５の発核の効率低下が懸念される。これに対し、本実施例の潜熱蓄熱材ケース２１では、各収容室２１ａ〜２１ｇないで濃度分布の差は生じているが各収容室２１ａ〜２１ｇの上下方向の距離が短いことから濃度分布の差はそれ程大きなものとはなっていない。このような構成とすることにより、効率的な発核を実現することができる。
【００２８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１の潜熱蓄熱装置を組み込み、シリンダヘッドを取り外した状態のエンジンの概略構成を示すものであり、（ａ）は平面視した図、（ｂ）は一部を断面とした側面から見た図である。
【図２】（ａ）は、潜熱蓄熱材ケースをストローク方向に分割しなかった場合の発核現象の伝搬の様子を示す説明図であり、（ｂ）は実施例１の潜熱蓄熱材ケースにおける発核現象の伝搬の様子を示す説明図である。
【図３】発核電極の説明図である。
【図４】実施例２の潜熱蓄熱装置を組み込み、シリンダヘッドを取り外した状態のエンジンの概略構成を示すものであり、（ａ）は平面視した図、（ｂ）は一部を断面とした側面から見た図である。
【図５】実施例３の潜熱蓄熱装置を組み込んだエンジンの一部を拡大した潜熱蓄熱材の濃度分布の様子を示した説明図である。
【図６】潜熱蓄熱材ケースを上下方向に分割しない場合の潜熱蓄熱材の濃度分布を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１、１０  潜熱蓄熱装置
２  エンジン
２ａ  シリンダブロック
２ａ１  ウォータジャケット
３、７、１３、２１  潜熱蓄熱材ケース
３ａ〜３ｃ、１３ａ、２１ａ〜２１ｇ  収容室
５  潜熱蓄熱材
６  発核装置
【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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