(57)【要約】【課題】蓄熱材に相変化を促す発核を確実に得ることができる信頼性の高い内燃機関の暖機装置を提供する。【解決手段】シリンダブロック１のシリンダ壁１２の周囲を冷却するウォータジャケット２内にスペーサ３を収容し、このスペーサの内部に、潜熱型の蓄熱材Ｘを収容するとともに、エンジンの始動時に過冷却状態にある蓄熱材を発核させて相変化を促して放熱させるように稼動する発核装置４を設ける。この発核装置に、温度変化に応じて第１の安定状態と第２の安定状態とに変換され、蓄熱材が過冷却状態にあるときに第１の安定状態に変換されるバイメタル４１と、バイメタルに対し伝熱するように設けられ、その伝熱によりバイメタルを第２の安定状態に変換するヒータ４２とを設けている。【選択図】図２
2007255372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックのシリンダ壁の周囲を冷却するウォータジャケット内に容器が収容され、
前記容器の内部には、潜熱型の蓄熱材が収容されているとともに、内燃機関の始動時に過冷却状態にある蓄熱材を発核させて相変化を促して放熱させるように稼動する発核装置が設けられており、
前記発核装置は、
温度変化に応じて少なくとも２種類の安定した状態に変換され、蓄熱材が過冷却状態にあるときに少なくとも２種類のうちの１つの安定した状態に変換されるバイメタルと、
前記バイメタルに対し伝熱するように設けられ、その伝熱により前記バイメタルを少なくとも２種類のうちの他の１つの安定した状態に変換するヒータと
を備えていることを特徴とする内燃機関の暖機装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の暖機装置において、
前記ヒータは、前記容器の内部に設けられていることを特徴とする内燃機関の暖機装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の暖機装置において、
前記ヒータは、前記容器の外部に設けられていることを特徴とする内燃機関の暖機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の始動時に内燃機関内部の温度を急速に上昇させて暖機する暖機装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の始動時に、内燃機関の内部温度、特にシリンダ壁温や燃焼室温度が低くなっていると、ピストンの運動に対するフリクションロスが増大する上、排気組成が悪くなる。
【０００３】
そのため、従来より、内燃機関の内部に潜熱型の蓄熱材を収容し、内燃機関の運転により発生する熱を蓄熱材に蓄えておき、その蓄熱材に蓄えた熱を次の内燃機関の始動時に放熱させて内燃機関の暖機を促進するようにした暖機装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この暖機装置は、蓄熱材の内部に挿通された一対の電極を有する発核装置を備えており、この電極に対し外部から電圧を印加して発核装置を稼働させることによって、過冷却状態にある蓄熱材に相変化を促すように発核させて蓄熱材からの放熱を行うようにしている。
【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】
【０００５】
ところが、上記従来のものでは、電極に対し電圧を印加することによって過冷却状態にある蓄熱材に相変化を促すようにしているものの、電極に対し電圧を印加するだけでは蓄熱材に相変化を促す発核が思うように得られないことがあり、発核装置としての信頼性が不十分なものとなる。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄熱材に相変化を促す発核を確実に得ることができる信頼性の高い内燃機関の暖機装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明では、内燃機関の暖機装置として、シリンダブロックのシリンダ壁の周囲を冷却するウォータジャケット内に容器を収容し、前記容器の内部に、潜熱型の蓄熱材を収容するとともに、内燃機関の始動時に過冷却状態にある蓄熱材を発核させて相変化を促して放熱させるように稼動する発核装置を設ける。そして、前記発核装置に、温度変化に応じて少なくとも２種類の安定した状態に変換され、蓄熱材が過冷却状態にあるときに少なくとも２種類のうちの１つの安定した状態に変換されるバイメタルと、前記バイメタルに対し伝熱するように設けられ、その伝熱により前記バイメタルを少なくとも２種類のうちの他の１つの安定した状態に変換するヒータとを設けている。
【０００８】
この特定事項により、内燃機関の始動時にヒータからの伝熱によりバイメタルが少なくとも２種類のうちの１つの安定した状態から他の１つの安定した状態に変換されて発核装置が稼動し、蓄熱材を相変化させるように発核させることによって放熱させているので、電極に対し電圧を印加することによって蓄熱材に相変化を促す発核が思うように得られないものに比して、バイメタルの状態変換によって過冷却状態にある蓄熱材に相変化を促す発核が確実に得られる。このように、バイメタルの状態変換が確実な発核の起爆剤となり、内燃機関の暖機装置の信頼性を向上させることが可能となる。
【０００９】
特に、前記ヒータを前記容器の内部に設けている場合には、バイメタルに対しヒータが直接接することになり、ヒータに対し消費電力の少ない電流で蓄熱材を発核させることが可能となる。
【００１０】
これに対し、前記ヒータを容器の外部に設けている場合には、容器の外から容器を介して伝熱されるヒータの熱によりバイメタルが加温されることになり、ヒータの回路が容器の外に配置されてヒ−タの配線などの構成を簡素化させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
以上、要するに、内燃機関の始動時にヒータからの伝熱によりバイメタルを他の１つの安定した状態に変換させて発核装置を稼動させ、蓄熱材を相変化させるように発核させることで、バイメタルの状態変換が確実な発核の起爆剤となって過冷却状態にある蓄熱材に相変化を促す発核が確実に得られ、内燃機関の暖機装置の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る暖機装置を備えた直列４気筒エンジンの各シリンダ１１，１１，…の周辺部を示すシリンダブロック１の平面図であって、シリンダ列とウォータジャケット２の配置状態とを示している（シリンダブロック１の外縁形状については省略している）。ここでは、図１において左端に位置する気筒を第１番気筒♯１とし、その右側に位置する気筒を第２番気筒♯２、更に、その右側に位置する気筒を第３番気筒♯３、そして、右端に位置する気筒を第４番気筒♯４として説明する。また、図１における下側を吸気側とし、上側を排気側として説明する。なお、気筒番号や吸排気の形態はこれに限るものではない。
【００１４】
本実施形態に係る直列４気筒エンジンのシリンダブロック１は、アルミニウム合金製であって、直列状態で配置された４個のシリンダ１１，１１，…が一体成形されてなる。そして、図２に示すように、各シリンダ１１，１１，…の内面つまりシリンダ壁１２，１２，…には、シリンダライナ１４がそれぞれ鋳込まれている。
【００１５】
また、図１に示すように、本実施形態に係るシリンダブロック１は、オープンデッキ型に構成されている。つまり、シリンダブロック１の頂面（シリンダヘッド側）にウォータジャケット２が開放されていると共に、このウォータジャケット２が、前記各シリンダ１１，１１，…の略全周囲を囲むようにシリンダブロック１の外壁１３と各シリンダ壁１２，１２，…との間に形成されている。
【００１６】
ウォータジャケット２には、ラジエータからの冷却水が導入される冷却水入口通路２１がシリンダ列方向の一端側（図１における左端側）、つまり、第１番気筒♯１の近傍に形成されている。そして、ウォータジャケット２における冷却水の主な流れとしては、この冷却水入口通路２１から導入された冷却水が各シリンダ１１，１１，…の配列方向に沿ってシリンダブロック１の片側（図１における下側である吸気側）を第１番気筒♯１から第４番気筒♯４に向かって流れ、この第４番気筒♯４の外周囲に沿って流れ方向が反転した後、再び、各シリンダ１１，１１，…の配列方向に沿ってシリンダブロック１の他方の片側（図１における上側である排気側）を第１番気筒♯１に向かって流れるようになっている。そして、この第１番気筒♯１の周囲に戻った冷却水は、この第１番気筒♯１の近傍に形成された出口１８，１９からシリンダヘッド１５（図２に表れる）に向かって導出されることになる。シリンダブロック１とシリンダヘッド１５との間にはガスケット１６（図２に表れる）が介在されており、前記出口１８，１９は、このガスケット１６及びシリンダヘッド１５にそれぞれ形成されていて、シリンダブロック１からシリンダヘッド１５に向かって冷却水の導入が可能となっている。
【００１７】
次に、前記ウォータジャケット２の内部に装着される容器としてのウォータジャケットスペーサ３（以下、単にスペーサと呼ぶ）について説明する。
【００１８】
このスペーサ３は、ウォータジャケット２の全周囲に亘って嵌め込まれるように環状を呈しており、その略上下方向の高さ寸法がウォータジャケット２の略上下方向の高さ寸法に対して若干小さく設定されている。このスペーサ３は、断面袋状に成形され、その袋の厚さがウォータジャケット２の厚さ方向の寸法と略一致している。そして、スペーサ３の内部には、例えば酢酸ナトリウム・３水和物（ＣＨ3ＣＯＯＮａ・３Ｈ2Ｏ）からなる潜熱型の蓄熱材Ｘが封入されている。
【００１９】
このスペーサ３内に封入される蓄熱材Ｘは、融点（５８゜Ｃ）を越える温度状態から融点以下の温度状態に冷却しても液相から固相に相変化を起こさず、マイナス２０゜Ｃ〜マイナス３０゜Ｃ程度まで潜熱を蓄えたまま過冷却状態となる特性を有している。また、スペーサ３には、蓄熱材Ｘの相変化を促すように稼動する発核装置４（後述する）が配設されている。そして、エンジンの始動時においてシリンダブロック１（エンジン）の温度が低下し、蓄熱材Ｘが過冷却状態にあるときに、発核装置４が稼動すると、蓄熱材Ｘの固相への相変化が促され、速やかに潜熱が放出されるようになっている。また、蓄熱材Ｘは、固相への相変化により潜熱の放出を終えてシリンダブロック１からの熱を受け、融点を越える温度状態から液相へ相変化して潜熱を蓄え、高温になるに従い体積が増加するようになっている。この場合、蓄熱材Ｘは、温間時（融点を越える温度状態）に液相となって体積が増加する一方、冷間時（過冷却状態から融点までの温度状態）に固相となって体積が減少する上、液相状態にあるときにシリンダブロック１からの熱を受けて高温になるに従い体積が増加するようになっている。
【００２０】
そして、図２および図３に示すように、前記スペーサ３の内部には、蓄熱材Ｘの相変化を促すように稼動する単一の発核装置４が収容されている。この発核装置４は、スペーサ３内に設けられた円弧状のバイメタル４１と、このバイメタル４１の一端（図２では上端）および他端（図２では下端）にそれぞれ連結され、バイメタル４１に対し熱を伝熱するヒータ４２，４２とを備えている。図４に示すように、バイメタル４１は、熱膨張率の異なる２種類の金属板４１ａ，４１ｂを内外に張り合わせて２層に構成され、冷間時と温間時との温度変化に応じて２種類の安定した状態（図４に示す実線状態と二点鎖線状態）に変換されるようになっている。つまり、バイメタル４１は、蓄熱材Ｘが過冷却状態にあるときに２種類のうちの１つの安定した状態となる第１の安定状態（図２に示す状態）に変換される一方、外部から熱を受けて加温されたときに上記２種類のうちの残る１つの安定した状態となる第２の安定状態（図３に示す状態）に変換されるようになっている。このバイメタル４１は、内側（図４では左側）の金属板４１ａの熱膨張率が外側（図４では右側）の金属板４１ｂの熱膨張率よりも小さいために、各ヒータ４２からの伝熱によって第１の安定状態から第２の安定状態に変換される一方、過冷却状態となる蓄熱材Ｘによって冷却されて第２の安定状態から第１の安定状態に変換される。
【００２１】
また、各ヒータ４２は、シリンダブロック１の外壁１３側に位置するスペーサ３の内周面に上下方向に所定距離隔てて設けられ、その上下のヒータ４２，４２間にバイメタル４１が架設されている。この各ヒータ４２には、シリンダブロック１の外壁１３を貫通して配線が接続され、エンジンの始動時に配線を介して各ヒータ４２への通電が行われるようになっている。
【００２２】
この場合、発核装置４は、エンジンの始動時に配線を介して各ヒータ４２への通電が行われると、過冷却状態の蓄熱材Ｘに浸されて第１の安定状態に変換されているバイメタル４１が加温されて第２の安定状態に変換されることによって蓄熱材Ｘを発核させるように稼働する。この発核装置４の稼動により、蓄熱材Ｘの固相への相変化が促され、速やかに潜熱がシリンダブロック１に対し放出されるようになっている。
【００２３】
したがって、上記実施形態では、エンジンの始動時に過冷却状態の蓄熱材Ｘに浸されて第１の安定状態（図２に示す状態）に変換されているバイメタル４１が各ヒータ４２からの伝熱により第２の安定状態（図３に示す状態）に変換されることによって蓄熱材Ｘを発核させるように稼働すると、蓄熱材Ｘの固相への相変化が促されて速やかに潜熱がシリンダブロック１に対し放出されるので、電極に対し電圧を印加することによって蓄熱材に相変化を促す発核が思うように得られないものに比して、バイメタル４１の状態変換によって過冷却状態にある蓄熱材Ｘに相変化を促す発核が確実に得られる。このように、バイメタル４１の状態変換が確実な発核の起爆剤となり、エンジンの暖機装置の信頼性を向上させることができる。
【００２４】
また、各ヒータ４２がバイメタル４１を架設するようにスペーサ３の内部に設けられているので、バイメタル４１に対し各ヒータ４２が直接接することになり、各ヒータ４２に対し消費電力の少ない電流で蓄熱材Ｘを発核させることができる。
【００２５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、スペーサ３の内部に単一の発核装置４を収容したが、この発核装置の個数は特に限定されるものではなく、図５に示すように、スペーサ３の内部において第３番気筒♯３を挟んで互いに向き合う遠隔位置にも同様の発核装置４が設けられていてもよい。この場合には、バイメタル４１の状態変換によって過冷却状態にある蓄熱材Ｘに相変化を促す発核がより確実に得られることになり、第３番気筒♯３を挟んで互いに向き合う遠隔位置でのバイメタル４１の状態変換によって蓄熱材Ｘの相変化が相互に行われ、シリンダブロック１に対し蓄熱材Ｘからの潜熱がより速やかに放出されて、エンジンの暖機性能をより一層向上させることが可能となる。
【００２６】
また、上記実施形態では、発核装置４のヒータ４２をスペーサ３の内部に設けたが、ヒータがスペーサの外部に設けられていてもよい。この場合、スペーサの外部からスペーサを介して伝熱されるヒータの熱によりバイメタルが加温されることになり、ヒータの回路がスペーサの外部に配置されてヒ−タの配線などの構成を簡素化させることが可能となる。
【００２７】
そして、上記実施形態では、バイメタルを第１の安定状態と第２の安定状態とに変換されるようにしたが、バイメタルは、少なくとも２種類以上の安定した状態に変換されれば何種類の安定した状態に変換されてもよい。
【００２８】
更に、上記実施形態では、自動車用直列４気筒ガソリンエンジンに本発明を適用した場合について説明したが、エンジンとしては自動車用に限らず、その他の用途に使用されるものに対しても本発明は適用可能である。また、気筒数は４気筒に限らず、エンジン形式も直列型に限らず、Ｖ型や水平対向型等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係わる暖機装置を用いたエンジンの各シリンダ周辺部を示すシリンダブロックの平面図である。
【図２】同じく図１のＡ−Ａ線において切断したバイメタルの第１の安定状態を示す断面図である。
【図３】同じく図１のＡ−Ａ線において切断したバイメタルの第２の安定状態を示す断面図である。
【図４】同じく発核装置の拡大図である。
【図５】実施形態の変形例に係わるバイメタルの第１の安定状態を示す図２相当図である。
【符号の説明】
【００３０】
１        シリンダブロック
１２      シリンダ壁
３        スペーサ（容器）
４        発核装置
４１      バイメタル
４２      ヒータ
Ｘ        蓄熱材
【図１】
2007255372.tif 000003
【図２】
2007255372.tif 000004
【図３】
2007255372.tif 000005
【図４】
2007255372.tif 000006
【図５】
2007255372.tif 000007