(57)【要約】【課題】エンジンの吸気側領域を優先的に発熱および吸熱することが可能な化学蓄熱器を用いたエンジンの暖機装置を提供する。【解決手段】吸気ポートに対応した箇所を含む吸気側領域に反応媒体８を吸着して貯留する吸着器３が連通され、蓄熱器２の内部を吸気側領域と排気ポートに対応した箇所を含む排気側領域とに区画し、かつ開くことにより吸気側領域と排気側領域とを連通させる開閉機構６を有し、開閉機構６は、脱離温度に達した後に、排気側領域から吸着器３への反応媒体８の流通を一時的に制限するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に配置された複数のシリンダと、吸気ポートおよび排気ポートと、前記複数の各シリンダの内部に設けられたシリンダライナとを備えたエンジンと、
前記シリンダライナの底部の全周に亘って設けられ、かつ、反応媒体を化合して発熱し、ならびに脱離温度以上の温度で前記反応媒体を脱離させる蓄熱材を収容している蓄熱器とを備えたエンジンの暖機装置において、
前記吸気ポートに対応した箇所を含む吸気側領域に前記反応媒体を吸着して貯留する吸着器が連通され、
前記蓄熱器の内部を前記吸気側領域と前記排気ポートに対応した箇所を含む排気側領域とに区画し、かつ開くことにより前記吸気側領域と前記排気側領域とを連通させる開閉機構を有し、
前記開閉機構は、前記脱離温度に達した後に、前記排気側領域から前記吸着器への前記反応媒体の流通を一時的に制限するように構成されている
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】
この発明は、反応材と反応媒体との可逆的な化学反応を利用して放熱および蓄熱を行う化学蓄熱器を用いたエンジンの暖機装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンを早期に暖機することを目的とした蓄熱装置が記載されている。この特許文献１に記載された蓄熱装置は、各気筒のシリンダボア壁とシリンダブロックの外壁との間に形成されたウォータジャケット内に蓄熱材が配置されている。また、この蓄熱装置は、上記のシリンダボア壁に近い側に形成された第一室と、上記のシリンダブロックの外壁に近い側に形成された第二室とを備え、さらに、それら第一室と第二室とを隔てる仕切板、および、第一室と第二室とを連通させる連通部が設けられている。そして、この蓄熱装置では、上記の蓄熱材を保温手段として機能させるように構成されている。なお、特許文献２には、排気ガスの温度が低くても反応媒体を回収することができる化学蓄熱装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７９３１０２号公報
【特許文献２】特開２０１４−２２７８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エンジンを暖機する際は、上記の特許文献１に記載されたように、各気筒間に蓄熱材を設けてエンジンブロックのシリンダボア付近や気筒付近を昇温させることで早期に暖機することができる。しかしながら、エンジンの始動後、エンジンブロックの排気側領域と吸気側領域とのうち排気側領域の温度の上昇が速いため、排気側領域が吸気側領域より早く脱離可能温度に達する。そのため、シリンダブロックの全体の温度が脱離可能温度に達する前にエンジンが停止することなどによりシリンダブロックの温度の上昇が止まると、吸気側領域からの反応媒体の脱離が不十分となり、また吸気側領域の化合物から脱離した反応媒体が吸着器に流れにくくなるおそれがある。そのような場合、以降の発熱時に蓄熱器（反応器）へ反応媒体を十分に供給できなくなるばかりか、ひいては暖機が不十分となり、化学蓄熱装置による暖機性能が低下するおそれがある。
【０００５】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、エンジンの吸気側領域を優先的に発熱および吸熱することが可能な化学蓄熱器を用いたエンジンの暖機装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、この発明は、直列に配置された複数のシリンダと、吸気ポートおよび排気ポートと、前記複数の各シリンダの内部に設けられたシリンダライナとを備えたエンジンと、前記シリンダライナの底部の全周に亘って設けられ、かつ、反応媒体を化合して発熱し、ならびに脱離温度以上の温度で前記反応媒体を脱離させる蓄熱材を収容している蓄熱器とを備えたエンジンの暖機装置において、前記吸気ポートに対応した箇所を含む吸気側領域に前記反応媒体を吸着して貯留する吸着器が連通され、前記蓄熱器の内部を前記吸気側領域と前記排気ポートに対応した箇所を含む排気側領域とに区画し、かつ開くことにより前記吸気側領域と前記排気側領域とを連通させる開閉機構を有し、前記開閉機構は、前記脱離温度に達した後に、前記排気側領域から前記吸着器への前記反応媒体の流通を一時的に制限するように構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、吸気側領域の温度上昇が排気側領域より遅れて脱離温度に達するとしても、開閉機構によって排気側領域から吸着器に対する反応媒体の流通を制限して、吸気側領域から吸着器への反応媒体の流通を促進させることができるので、吸気側領域における反応媒体の脱離を十分に生じさせることができる。そのため、吸気側領域を再度、暖機する場合に反応媒体と蓄熱材との反応およびそれに伴う発熱を必要十分に生じさせ、暖機を十分に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明で対象とする化学蓄熱器の一例を説明するための図である。
【図２】図１の化学蓄熱器の発熱時の反応媒体の流れを説明するための図である。
【図３】図１の化学蓄熱器の吸熱時の反応媒体の流れを説明するための図である。
【図４】この発明の実施形態によって実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明を図を参照して具体的に説明する。図１に、この発明の一例を示してある。図１に示す化学蓄熱器１は、例えば、エンジンのシリンダブロックや冷却水、あるいは、エンジンの排気系統で用いられる触媒など、エンジンが稼動することによって温度が上昇する暖機対象部位の暖機を行うように構成されている。
【００１０】
化学蓄熱器１は、物質の可逆的な化学反応の反応熱を利用して暖機対象部位との間で熱を授受する蓄熱装置であり、主に、蓄熱器（反応器とも称される場合もある）２、吸着器３、配管４、開閉バルブ５、および、開閉機構６から構成されている。
【００１１】
蓄熱器２は、暖機対象部位に取り付けられており、暖機対象部位との間で熱交換するように構成されている。蓄熱器２の内部には、可逆的に発熱反応と吸熱反応とを行う蓄熱材７（化学蓄熱材あるいは反応材と称される場合もある）が収容されている。発熱反応は、蓄熱材７と反応媒体８とが化合することにより生じる。また、吸熱反応は、蓄熱材７と反応媒体８とが化学反応した反応生成物から反応媒体８が脱離する（化合物が分解される）ことにより生じる。そして、反応媒体８は、上記の反応生成物が所定の温度（いわゆる脱離温度）以上になると、その反応生成物から脱離して気相の反応媒体８に戻る。
【００１２】
蓄熱器２が取り付けられる暖機対象部位は、エンジンが稼動することによって温度が上昇する部位、すなわち、エンジンの停止状態で温度が低く、エンジンが動作することにより温度が高くなる箇所である。図１に示す例では、蓄熱器２は、四つのシリンダが直列に配置されたいわゆる直列４気筒のエンジンにおけるシリンダの内部に設けられたシリンダライナの底部に取り付けられている。また、蓄熱器２とシリンダライナとの取り付け面は、蓄熱器２とシリンダライナとの間で熱の授受が効率よく行われるように、シリンダライナの底部の全周に亘って密着あるいは一体化するように配置されている。
【００１３】
上記のような化学反応を行う蓄熱材７は、Ｍｇ、ＣａＯ、ＦｅＣｌ２など、従来の化学蓄熱器で採用されている物質であってよい。また、その蓄熱材７と化合する反応媒体８は、蓄熱材７として用いられている物質に応じて、ＮＨ３、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２など、上記のような発熱反応および吸熱反応を生じる物質が採用される。
【００１４】
吸着器３は、反応媒体８を蓄熱材７から分解した状態で貯留しておく貯留器であって、内部に反応媒体８を吸着する吸着材９を収納している。吸着材９は、反応媒体８を物理的に吸着して貯留することが可能な物質によって構成されている。例えば、吸着材９は、反応媒体８に応じて、セラミック製もしくは合成樹脂製の多孔質体や活性炭の成形体、あるいは、反応媒体８を凝縮させる水などによって構成されている。
【００１５】
蓄熱器２がエンジンの発熱源付近、あるいは、エンジンが稼動することにより昇温する箇所に取り付けられるのに対して、吸着器３は、発熱源や昇温箇所から離れた箇所に設置されている。吸着器３の温度が高くなると、吸着材９に反応媒体８を吸着させる吸着反応が鈍化して蓄熱器２と吸着器３との間の圧力差が減少することにより、反応媒体８の移動が鈍化してしまう。そのため、吸着器３は、外部からの熱の影響を受け難い箇所に設置されるのが好ましい。したがって、吸着器３は、例えば、エンジンの発熱源から離れたオイルパン（図示せず）の付近や、車両が前進走行する際にフロントグリル（図示せず）からの走行風が当たり易い箇所に設置されている。また、図１に示す例では、エンジンの吸気ポートに対応する箇所を含む吸気側領域を早期に発熱および吸熱させるために、その吸着器３が後述する配管４を介して蓄熱器２の吸気側領域に連結されている。なお、上記の吸気側領域と対向した領域をエンジンの排気ポートに対応する箇所を含む排気側領域と称する。
【００１６】
上記のように互いに離れた箇所に設置される蓄熱器２と吸着器３とが、配管４によって連通されている。配管４は、蓄熱器２と吸着器３との間で反応媒体８を流通させる流路を構成しており、例えば、金属あるいは樹脂やゴム等を材料とした管状部材によって形成されている。
【００１７】
開閉バルブ５は、配管４内における反応媒体８の流通を選択的に遮断するように構成されており、配管４の途中に設けられている。図１に示す例では、蓄熱器２と開閉バルブ５とが、配管４における第１配管４ａによって連通され、吸着器３と開閉バルブ５とが、配管４における第２配管４ｂによって連通されている。この開閉バルブ５は、例えば、電気的に制御される流量制御バルブあるいは圧力制御バルブによって構成されている。
【００１８】
このエンジンの暖機装置に搭載されている化学蓄熱器１では、開閉バルブ５を開けて、吸着器３に保持していた反応媒体８を蓄熱器２側へ移動させると、蓄熱材７に反応媒体８が供給され、それら蓄熱材７と反応媒体８との化学反応が進行して発熱する。したがって、化学蓄熱器１は、蓄熱材７を収容して蓄熱器２から蓄熱材７と反応媒体８との発熱反応によって発生した熱を放熱することにより、シリンダブロック等の暖機対象部位を加熱する。すなわち、エンジンを暖機する。
【００１９】
一方、蓄熱材７と反応媒体８との化合物の温度が上昇して脱離温度に達すると、化合物から反応媒体８が脱離し、その際に吸熱する。脱離した反応媒体８は、蓄熱器２と吸着器３との間の圧力差によって吸着器３側へ移動し、吸着器３内の吸着材９に吸着される。その状態で開閉バルブ５を閉じることにより、反応媒体８が吸着器３内に保持される。したがって、化学蓄熱器１は、吸着器３内に保持して貯留した反応媒体８を再び蓄熱材７と反応させて発熱させることが可能な状態になる。すなわち、化学的に蓄熱された状態になる。
【００２０】
上記のように開閉バルブ５の動作により、反応媒体８と蓄熱材７とを化学反応させるこにより暖機ならびに蓄熱することができる。また、図１に示す例では、吸気側領域での反応媒体８の脱離を促進させるために、吸熱時の排気側領域から吸熱側領域への反応媒体８の流通を制限する開閉機構６が設けられている。
【００２１】
その開閉機構６は、例えば逆止弁６ａであって、図１に示す例では、複数の逆止弁６ａが各シリンダボア間の中心に設けられている。ここで、逆止弁６ａとは、気体や液体の流れを一方向のみ許容し、反対方向への流れを阻止するバルブのことをいう。図１に示すように、その逆止弁６ａは、蓄熱器２の内部を上述した吸気側領域と排気側領域とに区画している、また、その逆止弁６ａの一方向からの流通により吸気側領域と排気側領域とを連通するように構成されている。すなわち、図２に示すように、発熱時には、吸気側領域から排気側領域へと反応媒体８が流通する。一方、吸熱時には、図３に示すように発熱時とは異なり、排気側領域から吸熱側領域への流通を抑制もしくは一時的に制限するように構成されている。つまり、この逆止弁６ａにより排気側領域からの反応媒体８の流れを抑制もしくは一時的に制限することで吸気側領域での脱離が優先される。要は、この逆止弁６ａは、反応媒体８が脱離温度に達した後、排気側領域から吸着器３への反応媒体８の流通を抑制もしくは一時的に制限するように構成されている。
【００２２】
このように、逆止弁６ａを排気側領域と吸気側領域との間、すなわち、各シリンダボア間に配置することにより、吸気側領域を優先的に発熱ならびに吸熱することができる。つまり、反応媒体８が脱離可能温度に達した後に、排気側領域から吸気側領域への反応媒体８の流通を逆止弁６ａによって抑制もしくは一時的に制限することにより吸気側領域での脱離を促進させることができる。要は、排気側領域から吸着器３への反応媒体８の流通を抑制することにより、吸熱ニーズが高い吸気側領域を優先的に暖機ならびに蓄熱することができる。そのため、以降の発熱時に蓄熱器２へ反応媒体８を十分に供給でき、その結果、化学蓄熱器１による暖機性能を向上させることができる。
【００２３】
つぎに、他の実施例について説明する。上述した例では、開閉機構６は逆止弁６ａを用いたが、これに代えて、上述した開閉バルブ５と同様もしくはこれに類する圧力制御バルブ６ｂを用いてもよい。また、上記の化学蓄熱器１は、蓄熱器２内の蓄熱材７の温度を検出する温度センサ１０を備えている。温度センサ１０は、図１に示すように蓄熱器２に設置されている。さらに、蓄熱器２と開閉バルブ５との間の配管４内の圧力を検出する圧力センサ１１が設けられている。そして、これら温度センサ１０ならびに圧力センサ１１は図示しないコントローラ（ＥＣＵ）に各検出値が入力されるように構成されている。そして、そのコントローラは、入力された各種データおよび予め記憶させられているデータや計算式等を使用して演算を行い、その演算結果を基に、化学蓄熱器１の開閉バルブ５や圧力制御バルブ６ｂなどに対して制御指令信号を出力するように構成されている。
【００２４】
図４は、その図示しないコントローラによって実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。この制御のフローチャートは、上述したように、開閉機構６として圧力制御バルブ６ｂを用いた場合の制御例である。以下に、その制御例の内容について説明する。
【００２５】
先ず、反応媒体８が蓄熱材７とにより発熱可能か否かが判断される（ステップＳ１）。上述したように、反応媒体８と蓄熱材７との化学反応によって発熱する。また、その発熱可能か否かの判断は、例えば、圧力センサ１１によって検出された配管４内の圧力が所定の値（飽和蒸気圧）かつ、温度センサ１０で検出された蓄熱材７の温度が脱離可能温度未満の場合に、発熱可能と判断される。したがって、このステップＳ１で否定的に判断された場合、すなわち反応媒体８が蓄熱材７と発熱可能でないと判断された場合には、圧力制御バルブ６ｂを閉じる（ステップＳ２）。また同様に、吸着器３と蓄熱器（２との間に配置されている反応媒体８の流通を選択的に遮断する開閉バルブ５も同様に閉じる（ステップＳ３）。なお、このステップＳ２およびステップＳ３は同時に実行されてもよく、またこのステップＳ２とステップＳ３の順序は反対でもよい。
【００２６】
一方、ステップＳ１で肯定的に判断された場合、すなわち反応媒体８が蓄熱材７と発熱可能と判断された場合には、圧力制御バルブ６ｂを開く（ステップＳ４）。これは、上述したように、反応媒体８と蓄熱材７とを発熱させるために、吸着器３に保持していた反応媒体８を蓄熱器２側へ移動させ、蓄熱材７に反応媒体８を供給し、それら蓄熱材７と反応媒体８との化学反応を進行させるためである。したがって、吸気側領域と排気側領域とを連通する圧力制御バルブ６ｂを開き、発熱可能にする。また併せて、反応媒体８を蓄熱器２側に移動させ、蓄熱材７に供給されるように開閉バルブ５を開弁する（ステップＳ５）。なお、このステップＳ４およびステップＳ５は同時に実行されてもよく、またステップＳ４とステップＳ５の順序は反対でもよい。
【００２７】
ついで、上述したステップＳ１で否定的に判断され、ステップＳ２およびステップＳ３で、圧力制御バルブ６ｂならびに開閉バルブ５の双方のバルブが閉じられたら、蓄熱材７と反応媒体８との化合物から反応媒体８が吸着可能か否かが判断される（ステップ６）。また、上述したステップＳ１で肯定的に判断され、ステップＳ４およびステップＳ５で、圧力制御バルブ６ｂならびに開閉バルブ５の双方のバルブが開かれたら、同様に、蓄熱材７と反応媒体８との化合物から反応媒体８が吸着可能か否かが判断される（ステップ６）。
【００２８】
このステップＳ６は、上述したように、蓄熱材７と反応媒体８との化合物の温度が上昇して脱離温度に達すると、化合物から反応媒体８が脱離し、その際に吸熱して吸着する。つまり、化合物から反応媒体８が脱離可能か否かが判断される。その脱離ならびに吸着可能か否かの判断は、例えば、温度センサ１０によって判断され、蓄熱材７の温度が所定の脱離可能温度以上の場合には脱離可能、すなわち吸着可能と判断される。したがって、このステップＳ６で否定的に判断された場合、つまり、蓄熱材７が脱離温度に達していないため脱離および吸着できないと判断された場合には、この図４に示す以降のステップを実行することなくこのルーチンを一旦終了する。
【００２９】
これとは反対に、このステップＳ６で肯定的に判断された場合、つまり、反応媒体８が脱離温度に達していて脱離および吸着可能と判断された場合には、圧抑制御バルブ６ｂを閉弁する（ステップＳ７）。このステップＳ７では、圧力制御バルブ６ｂが閉弁されることにより、排気側領域の反応媒体８の流れが抑制され、吸気側領域での反応媒体８の脱離が優先される。つまり、排気側領域の脱離は図３で示した点線の矢印のような流れとなり、図２に示した発熱時の反応媒体８の流れとは異なって、流通が抑制もしくは一時的に制限される。
【００３０】
そして、脱離した反応媒体８は、蓄熱器２と吸着器３との間の圧力差によって吸着器３側へ移動し、吸着器３内の吸着材９に吸着される。したがって、反応媒体８が吸着器３に移動できるように、開閉バルブ５を開弁する（ステップＳ８）。なお、既に、ステップＳ５で開閉バルブ５が開弁されている場合にはこのステップＳ８をスキップする。これにより、化学蓄熱器１は、吸着器３内に保持して貯留した反応媒体８を再び蓄熱材７と反応させて発熱させることが可能な状態になる。すなわち、化学的に蓄熱された状態になる。
【００３１】
このように、圧力制御バルブ６ｂを用いた場合であっても図４のフローチャートを実行することによって、上述した逆止弁６ａを用いた例と同様に、吸気側領域の温度上昇が排気側領域より遅れて脱離温度に達するとしても、圧力制御バルブ６ｂによって排気側領域から吸着器に対する反応媒体の流通を制限して、吸気側領域から吸着器への反応媒体の流通を促進させることができるので、吸気側領域における反応媒体の脱離を十分に生じさせることができる。そのため、吸気側領域を再度、暖機する場合に反応媒体と蓄熱材との反応およびそれに伴う発熱を必要十分に生じさせ、暖機を十分に行うことができる。
【００３２】
以上、上述した例では四つのシリンダが直列に配置されたいわゆる直列４気筒のエンジンを例として説明したが、この化学蓄熱器１を適用することが可能なエンジンの暖機装置は、上記の直列４気筒のエンジンに限定されない。例えば、直列に配置されたシリンダが軸方向に並列に配置されたいわゆるＶ型エンジンにも適用することができる。さらに、直列に配置されたシリンダが水平に対向して配置されたいわゆる水平対向エンジンにも適用することができる。なお、この発明で対象とするエンジンは、４気筒エンジン以外に３気筒あるいは６気筒などの複数の気筒からなるエンジンであってよい。
【００３３】
また、上述した逆止弁６ａや圧力制御バブル６ｂなどの開閉機構６の位置は図１に示したようなシリンダボア間の中心でなく、シリンダボア間のいずれの箇所であってもよく、さらに、この開閉機構６は全ての各シリンダボア間もしくは各気筒間の間に設けられる必要はなく、少なくとも一つ配置されていればよく、その数が多いほど、吸気側領域における脱離の優先度を高くすることができる。そして、上記の圧力制御バルブ６ｂは完全に開弁、もしくは、閉弁していなくてもよく、圧力を制御する程度によってその弁の開度を調整してよい。
【符号の説明】
【００３４】
１…化学蓄熱器、  ２…蓄熱器、  ３…吸着器、  ４…配管、  ６…開閉機構、６ａ…逆止弁、  ６ｂ…圧力制御バルブ、  ７…蓄熱材、  ８…反応媒体、  ９…吸着材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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