(57)【要約】【課題】アクチュエータの押圧ピンと発核トリガーとの位置関係を検出し、蓄熱剤を発核させるために適切なアクチュエータの押圧ピンと発核トリガーとの位置関係に自動的に調節する蓄熱装置を提供することを課題とする。【解決手段】蓄熱装置（１）は、容器（３）と、この容器（３）内に封入された蓄熱剤（４）を備える。容器（３）の外壁には、発核トリガー（６）が設けられ、この発核トリガー（６）を作動させるアクチュエータ（５）がシリンダブロック２に固定されている。アクチュエータ（５）は、コイル（７）と、ロータ（８）を備える。ロータ（８）は、押圧ピン（９）の表面に形成されたウォームギア（９ａ）と噛み合う。アクチュエータ（５）はＥＣＵ（１１）によりロータ（８）の回転方向、回転数及び回転速度が制御される。ＥＣＵ（１１）は、押圧ピン（９）に発核動作と押圧ピン位置補正動作をさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に蓄熱剤を封入した容器と、
前記蓄熱剤を発核させる発核トリガーと、
当該発核トリガーを押圧する押圧ピンの初期位置補正機構を有するアクチュエータと、
を、備えたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の蓄熱装置において、
前記初期位置補正機構は、制御手段によって回転方向、回転数及び回転速度が制御され、前記押圧ピンを前進及び後進させるステップモータを備えたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項３】
請求項１記載の蓄熱装置において、
前記初期位置補正機構は、制御手段によって回転方向、回転数及び回転速度が制御され、前記押圧ピンを前進及び後進させるステップモータを備え、
当該ステップモータに含まれるロータと、前記押圧ピンの表面に形成したウォームギアとを噛み合わせたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の蓄熱装置において、
前記容器をエンジンのシリンダブロックに形成したウォータジャケット内に収容すると共に、前記アクチュエータを前記シリンダブロックに固定したことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項５】
容器内に封入された蓄熱剤を発核させる発核トリガーを作動させるアクチュエータが備える押圧ピンの初期位置補正方法であって、
発核トリガーを作動させるためにアクチュエータに発核動作をさせるステップと、
当該発核動作後に当該発核動作により発核が行われたかを確認するステップと、
当該発核が行われたか否かを確認するステップにおいて、発核が正常に行われていないと判断された場合に、押圧ピン位置補正動作をさせるステップと、
を、有することを特徴とした押圧ピンの初期位置補正方法。
【請求項６】
請求項５記載の押圧ピンの初期位置補正方法において、
前記アクチュエータを制御手段によって回転方向、回転数及び回転速度が制御されるステップモータを備えたものとし、
前記発核動作における前記ステップモータ回転速度を低速とし、
前記押圧ピン位置補正動作におけるステップモータ回転速度を高速としたことを特徴とする押圧ピンの初期位置補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱剤の潜熱を利用して加温対象物を効果的に温める、例えば、エンジンを効果的に暖機することができる蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンは、暖機が完了していない状態ではフリクションが大きい等の問題があることから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（蓄熱剤）を収納したエンジン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蓄熱剤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】
このように、蓄熱剤の潜熱を利用しようとする提案は種々なされている。例えば、特許文献２には、フレキシブルな密閉容器と、この密閉容器に入れる蓄熱剤である酢酸ナトリウム水溶液及び発核トリガーとなる弾性金属片を備えたヒートパックが開示されている。このようなヒートパックは密閉容器内部の弾性金属片を外力により押圧、圧迫して変形させ、この動作によって蓄熱剤の相変化を誘引し、潜熱を引き出す構成となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８２３９３号公報
【特許文献２】登録実用新案第３００７３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上説明したように特許文献１記載のエンジンの急速暖機装置は、冷間始動直後にシリンダ周辺を局部的に直接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。ここで、蓄熱剤は過冷却状態で液体であり、このような蓄熱剤を内燃機関の内部、より具体的には、シリンダブロックに収容する場合、蓄熱剤はエンジン冷却水と分離して収容することが求められる。この点、特許文献１記載の内燃機関の急速暖機装置は、シリンダブロックの壁内に蓄熱材収容室を形成し、この蓄熱材収容室内に蓄熱剤を収容しているので蓄熱剤とエンジン冷却水との分離は図られている。
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のようにシリンダブロックに蓄熱材収容室を形成し、さらにその中に蓄熱剤を収容することは、製造上困難であると考えられる。
【０００６】
このような事情を勘案し、例えば、特許文献２で開示されたようなヒートパックを改良してウォータジャケット内に収容する構成が考えられる。この場合、ヒートパックの表面に発核トリガーとなる弾性金属片を設け、この発核トリガーをアクチュエータの押圧ピンによって押圧することによって蓄熱剤を発核させ、潜熱を取り出す構成とすることが考えられる。
【０００７】
このような構成とする場合、押圧ピンは、発核トリガーを所定の値以上の荷重で押圧することが求められる。また、押圧ピンと発核トリガーとが適切な距離を維持していることも必要である。
【０００８】
アクチュエータ及び容器をエンジンに設置する場合には、当然、これらの適切な荷重、位置関係が得られるように調整が行われる。ところが、繰り返しの使用を続けているうちに、容器が振動や熱の影響で歪んだり、変形したりすることがある。この結果、アクチュエータの押圧ピンと発核トリガーとの位置関係が変化してしまい、押圧ピンが所定の荷重で発核トリガーを押圧することができず、蓄熱剤を発核させることができなくなることがある。
【０００９】
このような問題は、エンジンの早期暖機を目的とし、エンジンのウォータジャケット内に容器を収納する形態の蓄熱装置のみならず、弾性金属片等からなる発核トリガーをアクチュエータの押圧ピンで押圧する構成の蓄熱装置であれば生じるおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明は、アクチュエータの押圧ピンと発核トリガーとの位置関係を検出し、蓄熱剤を発核させるために適切なアクチュエータの押圧ピンと発核トリガーとの位置関係に自動的に調節することができる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】
【００１１】
かかる課題を解決するための、本発明の蓄熱装置は、内部に蓄熱剤を封入した容器と、前記蓄熱剤を発核させる発核トリガーと、当該発核トリガーを押圧する押圧ピンの初期位置補正機構を有するアクチュエータと、を、備えたことを特徴とする（請求項１）。ここで、前記初期位置補正機構は、制御手段によって回転方向、回転数及び回転速度が制御され、前記押圧ピンを前進及び後進させるステップモータを備えた構成とすることができる（請求項２）。ステップモータは、その特性上、段階的に押圧ピンを前進及び後進させることができ、その位置を変化させることができる。このため、ステップモータの駆動を制御することにより、押圧ピンの位置を調整することができる。
【００１２】
このような蓄熱装置を構成する前記初期位置補正機構では、前記ステップモータに含まれるロータと、前記押圧ピンの表面に形成したウォームギアとを噛み合わせた構成とすることにより（請求項３）、押圧ピンの前進及び後進のみならず、微妙な位置調整を実現することができる。
【００１３】
以上のような蓄熱装置は、種々のものを加温対象物とすることができるが、前記容器をエンジンのシリンダブロックに形成したウォータジャケット内に収容すると共に、前記アクチュエータを前記シリンダブロックに固定した構成として、エンジンの早期暖機に用いることができる（請求項４）。
【００１４】
次に、本発明の押圧ピンの初期位置補正方法は、容器内に封入された蓄熱剤を発核させる発核トリガーを作動させるアクチュエータが備える押圧ピンの初期位置補正方法であって、発核トリガーを作動させるためにアクチュエータに発核動作をさせるステップと、当該発核動作後に当該発核動作により発核が行われたかを確認するステップと、当該発核が行われたか否かを確認するステップにおいて、発核が正常に行われていないと判断された場合に、押圧ピン位置補正動作をさせるステップと、を、有することを特徴とする（請求項５）。蓄熱剤を発核させるべくアクチュエータを駆動しているにもかかわらず、冷却水の温度が上昇していない等、発核トリガーが正常に作動していないと考えられるような状況の場合に、押圧ピン位置補正動作をし、新たな初期位置を記憶して再び発核のための動作を行う趣旨である。
【００１５】
このような押圧ピンの初期位置補正方法では、前記発核動作における前記ステップモータ回転速度を低速とし、前記押圧ピン位置補正動作におけるステップモータ回転速度を高速とした構成とする（請求項６）。これは、ステップモータの特性を利用して発核動作、押圧ピン位置補正動作をさせようとするものである。ステップモータは、回転速度を低速とすると、大きな推力を得ることができるため、発核動作を行うときには回転速度を低速とし、蓄熱剤を発核させることができる荷重で発核トリガーを押圧する趣旨である。一方、回転速度を高速とすると推力は小さくなる。推力が小さいとステップモータが駆動されることによって前進した押圧ピンが発核トリガーに当接した状態となると押圧ピンは発核トリガーを押し込むことができずその位置で停止する。その停止した位置から数回転分戻した位置を新たな初期位置とすれば次回から押圧ピンによって発核トリガーを押圧し、蓄熱剤を発核させることができる。
【００１６】
なお、本発明における蓄熱剤としては、過冷却状態となることができ、所定の発核条件、すなわち、過冷却状態からの相変化を開始する条件が整うことにより発熱を伴った相変化を起こすことができるものであれば採用することができる。例えば、酢酸ナトリウム３水和物を採用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、容器内の蓄熱剤を発核トリガーと、この発核トリガーを押圧する押圧ピンの初期位置補正機構を有するアクチュエータを、備えた構成としたので、アクチュエータの押圧ピンと発核トリガーとの位置関係を検出し、蓄熱剤を発核させるために適切なアクチュエータの押圧ピンと発核トリガーとの位置関係に自動的に調節することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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】
【００１９】
図１は、シリンダボア２ａ、ウォータジャケット２ｂが形成され、本発明の蓄熱装置１を装着したエンジン５０のシリンダブロック２の一部分を断面とした説明図である。蓄熱装置１は、シリンダブロック２に形成したウォータジャケット２ｂ内に収容される容器３と、この容器３内に封入された蓄熱剤４を備えている。容器３の外壁には、蓄熱剤４を発核、すなわち、過冷却状態にある蓄熱剤４の相変化を起こさせる発核トリガー６が設けられている。蓄熱装置１は、さらに、発核トリガー６を押圧し、発核トリガー６を作動させるアクチュエータ５を備えている。このアクチュエータ５は、シリンダブロック２に固定されており、押圧ピン５ａが発核トリガー６を押圧するようにセットされている。容器３内に封入される蓄熱剤４は、所定の発核条件、すなわち、過冷却状態からの相変化を開始する条件が整うことにより発熱を伴った相変化を起こすことができるものであれば従来周知のどのような蓄熱剤を用いてもよいが、本実施例では、酢酸ナトリウム３水和物を採用している。
【００２０】
ここで、アクチュエータ５の構成につき、図２に示したアクチュエータ５の断面図を参照しつつ詳説する。アクチュエータ５は、コイル７と、このコイル７に通電することにより回転するロータ８を備えている。このコイル７とロータ８が本発明におけるステップモータを構成している。アクチュエータ５は、押圧ピン９を備えている。この押圧ピン９表面にはロータ８と噛み合うウォームギア９ａが形成されている。押圧ピン９は、軸受１０に支持されており、ロータ８が回転することにより前進及び後進の動作をすることができる。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した状態から押圧ピン９が前進した状態を示している。このようなアクチュエータ５には本発明における制御手段に相当するＥＣＵ（Electronic  control  unit）１１が接続されている。ＥＣＵ１１は、ロータ８の回転方向、回転数及び回転速度を制御する。このようなＥＣＵ１１には、図１に示すようにウォータジャケット２ｂ内を流通する冷却水の温度を測定する水温センサ１２が接続されている。
【００２１】
これらの構成要素のうち、ＥＣＵ１１、コイル７とロータ８からなるステップモータ、ロータ８と噛み合う押圧ピン９の表面に形成したウォームギア９ａが本発明における押圧ピンの初期位置補正機構を構成している。
【００２２】
蓄熱装置１は、以上説明した構成とすることにより押圧ピン９の初期位置を調整することができる。なお、図５は、一般的なアクチュエータ６０の構成を示した説明図であるが、コイル６１に対する通電がオン／オフされると押圧ピン６２が矢示６３で示すように前進、後進の動きを繰り返すのみで、通電がオフされたときの初期位置を調整することはできない。
【００２３】
以上のように構成される蓄熱装置の動作、押圧ピンの初期位置補正方法につき、図３、図４を参照しつつ説明する。
【００２４】
まず、ステップＳ０１でイグニッションがオンとされると、ＥＣＵ１１は、水温センサ１２から冷却水温度Ｔｗｏを取得する（ステップＳ０２）。また、これに引き続き、ＥＣＵ１１は、取得した冷却水温度Ｔｗｏが５８℃以下であるか否かの判断を行う（ステップＳ０３）。ここで、５８℃は、蓄熱剤４の融点である。冷却水温度Ｔｗｏが５８℃以上であれば蓄熱剤４を発核させることによる生じる潜熱の利用は不要であることからステップＳ０３でＮｏと判断されたときは処理を終了する。
【００２５】
一方、ステップＳ０３でＹｅｓと判断されたときは、ステップＳ０４に進む。ステップＳ０４では、ＥＣＵ１１は、アクチュエータ５に対し、通電指令を発し、コイル７に通電される。このとき、コイル７とロータ８からなるステップモータ回転速度は、図４に示す“Ｘ”となるように制御される。図４は、ステップモータの回転速度と推力との関係を示した図であるが、ステップモータの回転速度を“Ｘ”すなわち、低速とすれば大きな推力“Ａ”を生み出すことができる。ロータ８が回転し、ロータ８と噛み合ったウォームギア９ａが形成された押圧ピン９は、推力“Ａ”により前進し、発核トリガー６側へ移動する。
ここで、ＥＣＵ１１は、このステップＳ０４における通電指令の回数Ｎを記憶する。
【００２６】
その後、ＥＣＵ１１は、Ｐ秒をカウントし（ステップＳ０５）、Ｐ秒カウント後にその時点での冷却水温度Ｔｐが初期の冷却水温度Ｔｗｏよりもα℃上昇しているか否かの判断を行う（ステップＳ０６）。ここで、ステップＳ０４において発核トリガー６が作動していればα℃の温度上昇が観られるはずである。ステップＳ０６でＹｅｓと判断されたときは、蓄熱装置１は正常に作動していると判断できることから処理を終了する（エンド）。
【００２７】
一方、ステップＳ０６でＮｏと判断されたときは、何らかの原因で蓄熱剤４の発核が行われていないと考えられる。このような場合は、ステップＳ０７を経由して再びステップＳ０４へ戻り、ＥＣＵ１１はアクチュエータ５を作動させる。このときの回転速度は、前記と同様“Ｘ”である。ここで、ステップＳ０７では、ステップＳ０４における発核動作の回数Ｎが３回以上であるか否かの判断を行う。ステップＳ０７を経由するのは、ステップＳ０４における発核動作を３回まで試してみる趣旨である。すなわち、偶発的に蓄熱剤４が発核しない可能性があることを考慮したものである。
【００２８】
ステップＳ０４における発核動作を３回行ったにもかかわらずステップＳ０６０でＮｏと判断されステップＳ０７へ進んできたときには、ステップＳ０８へ進む。ステップＳ０８では、ＥＣＵ１１は、ステップＳ０２〜ステップＳ０６までを１セットの処理と捉えたときにこのこれらの処理の回数ｎが２回よりも多いか少ないかを判断する。ステップＳ０２〜ステップＳ０６までの処理を２回行ったにもかかわらずα℃の温度上昇が観測されない場合は構成要素のいずれかに何らかの不具合が生じていると考えられることからステップＳ０９以降の処理を行う。
【００２９】
ステップＳ０９、ステップＳ１０では、ＥＣＵ１１は、図示しない検査手段によるデータに基づいてアクチュエータ５における断線の有無等を確認する。この処理によりアクチュエータ５自体の断線等の不具合が検出、発見されたときは、ステップＳ１１へ進み、異常警告等を点灯させて処理を終了する（エンド）。
【００３０】
一方、ステップＳ１０の処理において、アクチュエータ５自体の不具合が検出、発見されなかった場合はステップＳ１２へ進んで押圧ピン９の位置補正を行う。これは、アクチュエータ５自体に不具合がないにもかかわらず、蓄熱剤４の発核が確認されないときは、押圧ピン９と発核トリガー６との位置関係が適切なものとなっていないことが考えられることから両者の位置関係を補正しようとするものである。
【００３１】
位置補正の処理は、まず、回転速度“Ｙ”でステップモータを回転させて押圧ピン９を前進させ、押圧ピン９を発核トリガー６へ突き当てる。ステップモータは回転速度“Ｙ”のとき、推力“Ｂ”と小さいため、押圧ピン９は発核トリガー６に突き当たった時点で発核トリガー６を押圧することなく停止する。ＥＣＵ１１は、この状態から２回転戻す指令を出し、戻った位置を新たな初期位置として記憶する。これにより次回からはこの新たな初期位置から発核動作を起こすこととなり、押圧ピン９は確実に発核トリガー６を押圧できるようになる。
【００３２】
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。
例えば、前記実施の制御では、ステップＳ０８における判断を行っているが、このステップを省略した簡易な制御とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】蓄熱装置を装着したエンジンのシリンダブロックの一部分を断面とした説明図である。
【図２】アクチュエータの断面図であり、（ａ）は押圧ピンが後退した状態、（ｂ）は押圧ピンが前進した状態を示す図である。
【図３】押圧ピンの初期位置補正方法を実現する制御を示すフロー図である。
【図４】ステップモータの回転速度と推力との関係を示したグラフである。
【図５】一般的なアクチュエータの断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  蓄熱装置
２  シリンダブロック
２ａ  シリンダボア
２ｂ  ウォータジャケット
３  容器
４  蓄熱剤
５  アクチュエータ
６  発核トリガー
７  コイル
８  ロータ
８ａ  ウォームギア
９  押圧ピン
９ａ  ウォームギア
１０  軸受
１１  ＥＣＵ
１２  水温センサ
５０  エンジン
【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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