CN101405491A - 蓄热装置以及发动机 - Google Patents
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Abstract
蓄热装置(1)是由弹簧(6)将第一容器(4)与第二容器(5)连接而构成的。第一容器(4)具有与汽缸筒壁(7)的形状相对应的壁形状的内侧壁。在内侧壁上，设有柔软结构部(8)。柔软结构部(8)由富有弹性的树脂成形。第二容器(5)具有同样的结构。当第一容器(4)以及第二容器(5)内的蓄热剂吸收热量而从固相向液相进行相变化时，蓄热剂的体积增加，增加的量的蓄热剂将柔软结构部(8)挤出，使第一容器(4)以及第二容器(5)与汽缸筒壁(7)离开。
Description
技术领域
本发明涉及能够有效地预热发动机的蓄热装置。
背景技术
发动机在预热没有结束的状态下具有摩擦力较大等问题，所以要求尽早使预热完成。特别是，对于汽缸筒、活塞、曲轴等具有滑动部的结构要素来说，为了实现高效的运转而希望尽早使预热完成。在通常的发动机中，当缸内爆发(作功)开始时，将汽缸体、汽缸盖等发动机结构要素以及在形成于这些发动机结构要素的油路中循环的机油加热，逐渐进行预热。以往，为了使这样的发动机的预热尽早结束，提出了在以包围汽缸的方式形成的蓄热材料收纳室内收纳有在从过冷却状态开始进行相变化时发热的蓄热剂的发动机的急速预热装置(专利文献1)。该蓄热剂具有以下的特性。首先，由运转中的发动机加热，并蓄热。此时，如果蓄热剂的温度为其熔点以上，则蓄热剂变为液相。然后，在发动机停止、发动机的温度下降时，蓄热剂的温度也下降。此时蓄热剂即使变为熔点以下的温度也不产生相变化而保持为液相状态，将所储存的热量作为潜热维持。即，变为过冷却状态。然后，在向该处于过冷却状态的蓄热剂施加相变化的契机时，一边释放出所蓄积的热量，一边产生从液相向固相的相变化。该释放出的热量被用于发动机的预热。结束了从液相向固相的相变化的蓄热剂在由运转中的发动机加热时，吸收发动机的燃烧热等，再次蓄热。在专利文献1所记载的发动机的急速预热装置中，将这样的蓄热剂收纳在设置在汽缸的周围的蓄热材料收纳室内而实现发动机的预热。
另一方面，通常在发动机上装载有使冷却水流通的水套等冷却机构。这一点，在专利文献1所记载的发动机的急速预热装置中，记载有这一情况：在汽缸体的汽缸周围形成有蓄热材料收纳室，通过收纳在该蓄热材料收纳室内的蓄热剂的吸热作用将汽缸体侧冷却。另外，记载有这一情况：通过在水套中流通的冷却水的强制循环将汽缸盖侧冷却。另外，在专利文献1中，公开了将水套设置在蓄热材料收纳室的上侧的实施例。
专利文献1：日本特开平11-182393号公报
发明内容
但是，上面所说明的专利文献1所记载的发动机的急速预热装置，在与从处于过冷却状态的液相向固相的相变化相伴的潜热的释放结束之后、再次相变化为液相时进行吸热作用。这样的吸热作用从发动机汽缸体吸取热量，所以会有有损提早预热的效率的可能。更具体地说，如发动机的高负荷高运转时那样需要进行发动机冷却的定时下的吸热作用对于发动机的冷却有效。但是，在预热还没有完全结束、发动机的燃烧热等还未有助发动机的预热的定时，配置在汽缸的周围的蓄热剂从汽缸体吸取热量、反而妨碍发动机的预热。
另外，在专利文献1所记载的发动机的急速预热装置中，在汽缸与蓄热剂之间不存在冷却水，所以在需要进行发动机的高效的冷却的情况下，不能得到适当的冷却效果。
因此，本发明的目的在于提供一种能够达成发动机的提早预热、并且能够得到发动机的高效的冷却效果的蓄热装置。
为了解决该目的，本发明的蓄热装置，其特征在于，包括：被收纳在以包围汽缸筒壁的方式设置的水套内的容器；被封入该容器内的蓄热剂；和根据发动机的运转状况调节该容器与所述汽缸筒壁的间隔的间隔调整机构。当这样的间隔调整机构工作时，能够使封入容器的蓄热剂接触到汽缸筒壁，进而在适当的定时使蓄热剂从汽缸筒壁离开，能够高效地进行发动机的提早预热。另外，在发动机的高负荷高运转时等这样的预热完成后处于很热的运转条件下时，使冷却水在容器与汽缸筒壁之间流通，所以能够确保适当的冷却效果。在这里，用于使间隔调整机构工作的参数可以设为蓄热剂或者冷却水的温度。
另外，作为蓄热剂，只要是能够处于过冷却状态、在规定的成核条件即用于使其从过冷却状态开始相变化的条件齐备时能够释放潜热的物质即可采用。例如，可以采用三水合醋酸钠(CH3COONa·3(H2O))。
这样的蓄热装置中的所述容器可以设为这样的结构：包含分别具有与所述汽缸筒壁的外周形状相对应的壁形状的多个容器。收纳本发明的容器的水套形成为包围汽缸筒壁。因此，如果是单缸发动机，则沿着与活塞相对于汽缸的滑动方向垂直的方向所做的水套的剖面形状为环状。另外，如果是串联四缸发动机，则呈将四个环串联连接的形状。相对于这样的形状的水套，通过将容器设为多个，能够使相对于汽缸筒壁的离开、接近动作变得容易。另外，通过将容器的壁形状设为与汽缸筒壁的外周形状相对应的形状，能够使容器密合于汽缸筒壁，能够实现高传热效率。容器的宽度比水套的宽度、即从汽缸筒壁到汽缸体的外壁的距离小。通过设为这样的尺寸关系，能够使得容器相对于汽缸筒壁密合、离开。多个容器可以设为例如包括具有与所述汽缸筒壁的形状相对应的壁形状的第一容器以及第二容器的结构。通过至少设为这样的两片构造，能够使容器相对于汽缸筒壁密合、离开。
在这样的蓄热装置中，可以设为这样的结构：所述间隔调整机构被所述容器所具有。通过设为间隔调整机构被容器具有的结构，蓄热装置的向发动机的装载、即向汽缸体的装设变得容易。
在这里，这样的容器可以设为这样的结构：包含分别具有与所述汽缸筒壁的外周形状相对应的壁形状的多个容器。这样的多个容器可以设为由连接构件连接的结构。作为连接构件，例如可以采用弹簧。这样的连接构件可以作为间隔调整机构的构成要素。
例如，所述间隔调整机构可以设为如下结构，即，具有将形成所述容器的多个容器连接的弹簧，和设置在所述多个容器的与所述汽缸筒壁相对的壁上、伴随着所述蓄热剂的膨胀而向外部挤出的柔软结构部。在这样构成的间隔调整机构中，相当于连接构件的弹簧的拉力使容器密合在汽缸筒壁上。另外，柔软结构部向外部挤出，起到所谓衬垫的作用，由此使容器从汽缸筒壁离开。在这里，柔软结构部由能够通过蓄热剂的膨胀而向外部挤出这样的比其周边部分柔软的材料形成。蓄热剂由于从固相向液相相变化从而体积增加。例如，如果是三水合醋酸钠，由于从固相向液相的相变化，体积增加大约10％。因此，在从过冷却状态释放潜热、变成固相的蓄热剂吸收燃烧热等而相变化为液相时，蓄热剂的体积增加的部分将柔软结构部挤出。由此容器从汽缸筒壁离开。
间隔调整机构也可以设为其它的结构。例如，所述间隔调整机构也可以设为根据温度而伸缩、将形成所述容器的多个容器连接的伸缩装置。这样的伸缩装置例如可以设为由根据温度而伸缩的形状记忆合金构成、将形成所述容器的多个容器连接的连接构件。这样的连接构件在蓄热剂释放潜热的温度区域将多个容器拉近，使它们密合在汽缸筒壁上。另外，在蓄热剂进行吸热作用的温度区域以使多个容器的间隔扩大的方式工作，使容器从汽缸筒壁离开。形状记忆合金可以使用以往公知的合金。作为其它的伸缩装置，例如也可以使用压电执行器。
另外，其它的间隔调整机构可以设为包括将形成所述容器的多个容器连接的弹簧和恒温器的结构。弹簧是以使多个容器密合在汽缸筒壁上的方式进行拉近作用的构件。另一方面，恒温器当温度上升到规定温度时以针挤出而使多个容器的间隔扩大的方式动作，使容器从汽缸筒壁离开。
间隔调整机构可以进一步设为其它的结构。例如，所述间隔调整机构可以设为：具有使形成所述容器的多个容器彼此离开的弹簧，和将所述多个容器向所述汽缸筒壁侧按压的执行器。这样的结构中的弹簧被设置成在初始状态下产生推斥力。因此，容器在初始状态下为从汽缸筒壁离开的状态。另外，执行器通过ECU等控制机构而任意地将容器向汽缸筒壁侧按压。
蓄热装置通常需要用于引起被封入容器内的蓄热剂的相变化的成核触发器。因此，在设为由执行器将容器向汽缸筒侧按压的结构的情况下，可以将该执行器设为出于成核触发器的按压和向汽缸筒侧按压容器这两个目的而使用的结构。即，可以设为这样的结构：所述容器在其侧壁上具备使所述蓄热剂开始相变化的成核触发器，该多个容器由弹簧连接，以通过该弹簧的推斥力而从所述汽缸筒壁离开的方式收纳在所述水套内，并且一边由执行器按压所述成核触发器，一边被向所述汽缸筒壁侧按压。
这样的蓄热装置的执行器例如像下所述那样被控制。即，被控制成，所述执行器在冷却水温度为所述蓄热剂的熔化温度以下时进行所述容器的按压动作，直到冷却水温度到达预热完成温度之前维持该按压动作。通过进行这样的控制，在蓄热剂释放潜热时，执行器使容器密合在汽缸筒壁上。另外，在到达规定的预热完成温度之后，执行器停止按压动作，使容器从汽缸筒壁离开。由此，能够避免释放潜热后的蓄热剂由于吸热作用而从汽缸筒壁吸取热量的现象。其结果，能够实现发动机的提早预热。另外，在发动机处于如高负荷高旋转时那样的热运转条件下时，只要执行器的按压动作停止，则能提高发动机的冷却效果。
将上面所说明的那样的蓄热装置组装在以往的发动机上时，能够形成本发明的发动机。
根据本发明，在蓄热剂释放潜热时使封入有蓄热剂的容器密合在汽缸筒壁上，在蓄热剂进行吸热作用时使所述容器从汽缸筒壁离开，所以能够充分利用蓄热剂的特性而实现发动机的提早预热完成、进而实现摩擦的降低、燃料利用率(燃料消耗费性能)的提高。
附图说明
图1(a)是实施例1的蓄热装置的俯视图。(b)是(a)的A-A线剖视图。
图2(a)～(c)都是表示在汽缸体上组装有蓄热装置的发动机的概略结构的图，是从汽缸盖安装侧观察将汽缸盖卸下的状态的汽缸体的图。
图3是放大表示图2(b)中由虚线包围起来的区域B的图。
图4是放大表示图2(c)中由虚线包围起来的区域C的图。
图5是图3中的D-D线剖视图。
图6是图4中的E-E线剖视图。
图7是实施例2的蓄热装置的俯视图。
图8(a)、(b)都是表示在汽缸体上组装有蓄热装置的发动机的概略结构的图，是从汽缸盖安装侧观察将汽缸盖卸下的状态的汽缸体的图。
图9是放大表示图8(a)中由虚线包围起来的区域F的图。
图10是放大表示图8(b)中由虚线包围起来的区域G的图。
图11是实施例3的蓄热装置的俯视图。
图12(a)、(b)都是表示在汽缸体上组装有蓄热装置的发动机的概略结构的图，是从汽缸盖安装侧观察将汽缸盖卸下的状态的汽缸体的图。
图13是放大表示图12(a)中由虚线包围起来的区域H的图。
图14是放大表示图12(b)中由虚线包围起来的区域I的图。
图15(a)～(c)都是表示在汽缸体上组装有实施例4的蓄热装置的发动机的概略结构的图，是从汽缸盖安装侧观察将汽缸盖卸下的状态的汽缸体的图。
图16是图15中的J-J线放大剖视图。
图17是图15中的K-K线放大剖视图。
图18是表示蓄热装置的控制的一例的流程图。
具体实施方式
下面，与附图一起详细说明用于实施本发明的最佳方式。
实施例1
图1(a)是本发明的蓄热装置1的俯视图。图1(b)是图1(a)的A-A线剖视图。图2(a)～(c)都是表示在汽缸体2上组装有蓄热装置1的发动机3的概略结构的图，是从汽缸盖安装侧观察将汽缸盖卸下的状态的汽缸体2的图。图2(a)～(c)表示工作中的蓄热装置1的不同的状态。图3是放大表示图2(b)中由虚线包围起来的区域B的图。图4是放大表示图2(c)中由虚线包围起来的区域C的图。图5是图3中的D-D线剖视图。图6是图4中的E-E线剖视图。另外，本实施例中的发动机3是4缸发动机。
蓄热装置1是如图所示那样由相当于本发明的连接构件的弹簧6将第一容器4与第二容器5连接而构成的。第一容器4是金属制的，具有与汽缸筒壁7的形状相对应的壁形状的内侧壁4a。这样的内侧壁4a作为与汽缸筒壁7相对的壁。在这样的内侧壁4a上，设有柔软结构部8。该柔软结构部8由富有弹性的树脂成形。因此，虽然金属制的第一容器4不变形，但柔软结构部8容易变形。因此，形成了这样的结构：容器的容纳物即本发明中的后述的蓄热剂9的体积增加量由柔软结构部8向外侧挤出而吸收。另外，在第一容器4的外侧壁4b上，设有向被封入内部且处于过冷却状态的蓄热剂9施加相变化的契机的成核触发器11。该成核触发器11由于受到外力而变形，使内部的蓄热剂9产生相变化。
第二容器5也形成为与第一容器4同样的结构。即，具有与汽缸筒壁7的形状相对应的壁形状的内侧壁5a，在内侧壁5a上设有柔软结构部8。进而，在外侧壁5b上装设有成核触发器11。
在这样的第一容器4以及第二容器5中封入有蓄热剂9(参照图5以及图6)。本实施例中的蓄热剂9是三水合醋酸钠。三水合醋酸钠的熔点大约58℃，能够维持过冷却状态到-20℃～-30℃。另外，三水合醋酸钠通过从固相向液相变化使体积增加大约10％。蓄热剂9的封入量被调整为，在液相状态下将柔软结构部8挤出的量、且在体积减少的固相状态下不会将柔软结构部8挤出的量。
封入有这样的蓄热剂9的第一容器4以及第二容器5，其端部彼此分别由弹簧6连接而装设到汽缸体2。在汽缸体2上，以包围汽缸筒壁7的方式形成有水套10。该水套10如图2(a)～(c)所示那样被设置在形成4个汽缸的汽缸筒壁7的周围，其形状形成为串联连接4个环那样的形状。由弹簧6连接的第一容器4和第二容器5也同样形成为串联连接4个环那样的形状。这样的第一容器4以及第二容器5以由弹簧6的拉力而密合在汽缸筒壁7上的状态组装在水套10内。即，弹簧6在初始状态下为能够发挥拉力的状态。
另外，本实施例中的弹簧6以及柔软结构部8构成了本发明中的间隔调整机构。
在汽缸体2上，装设有执行器(actuator)12。该执行器12与ECU13连接。该执行器12按压装设在第一容器4以及第二容器5上的成核触发器11。由此成核触发器11进行动作，处于过冷却状态的蓄热剂9开始相变化，开始释放潜热。
对于如上所述那样构成的蓄热装置1的工作，按照顺序说明。首先，在冷起动的条件下，发出使发动机3起动的未图示的点火钥匙的ON信号时，ECU13基于该ON信号对执行器12发出动作指令。在冷起动时，蓄热剂9为过冷却状态。因此，蓄热剂9变为液相，如图2(a)所示，柔软结构部8向汽缸筒壁7侧挤出。因此，在汽缸筒壁7与第一容器4以及第二容器5之间形成了间隙。在向接受了动作指令的执行器12通电、针12a挤出时，由针12a按压成核触发器11。当按压成核触发器11时，第一容器4以及第二容器5内的蓄热剂9成核，开始相变化。开始了相变化的蓄热剂9开始释放所蓄积的潜热。
蓄热剂9由于伴随着潜热的释放的相变化，从液相变化为固相，从而体积减少。因此，柔软结构部8的形状如图2(b)、图3、图5所示，变化到与内壁面4a、5a大致同一面的状态。这样内壁面4a、5a分别变为大致同一面的第一容器4以及第二容器5由弹簧6拉紧而成为密合在汽缸筒壁7上的状态。这样的状态持续到在水套10内流通的冷却水的温度上升到蓄热剂9的熔化温度即大约58℃。由此，从蓄热装置9释放的热量高效地向密合有第一容器4以及第二容器5的汽缸筒壁7传递。其结果，实现了发动机3的提早预热。
当发动机3起动时，开始产生发动机3的燃烧热量等。这样的发动机3自身产生的热量也对预热有贡献。这样的热量经由循环的机油等也向汽缸筒壁7传递。另外，在水套10内流通的冷却水的温度也上升。
伴随着这样的发动机3的预热的进行，冷却水的温度上升，当发动机3的冷却水的温度到达蓄热剂9的熔化温度时，蓄热剂9熔化，开始从固相向液相的相变化。这样的阶段的蓄热剂9变为吸收周围的热量的状态。为了实现基于提早预热的燃料利用率的提高，有效的是使未图示的活塞滑动的汽缸筒壁7的温度提早升温而降低活塞的摩擦。因此，如果第一容器4以及第二容器5一直密合在汽缸筒壁7上，则蓄热剂9从汽缸筒壁7吸取热量，会有损预热效果。
但是，本实施例的蓄热装置1通过下面说明的动作，避免了蓄热剂9从汽缸筒壁7吸取热量。
蓄热剂9从周围的冷却水等吸热，产生从固相向液相的相变化而体积增加。因此，熔化而变成液相的蓄热剂9再次将柔软结构部8向外侧挤出。由此，第一容器4以及第二容器5如图2(c)、图4、图6所示，再次从汽缸筒壁7离开。结果，能够避免燃烧热量等的由发动机3自身产生的热在蓄热剂9的吸热作用下被吸取。
另外，第一容器4和第二容器5，如图2(c)、图4、图6所示，从汽缸筒壁7离开，由此冷却水在两者之间流通。因此，也能够应对结束了预热、在很热的条件下运转的发动机3的冷却。即，汽缸筒壁7在冷起动时要求提早升温，但在预热完成后要求适当地冷却。根据本实施例的蓄热装置1，能够满足这样的要求。
这样，从预热完成的发动机3吸取了热量的蓄热剂9，在发动机3停止、被冷却时，保持液相地温度下降。即，蓄积从发动机3吸取的热量，成为过冷却状态而准备下次的发动机起动。
实施例2
接下来，参照图7至图10，对本发明的实施例2进行说明。图7是实施例2的蓄热装置21的俯视图。图8(a)、(b)都是表示在汽缸体2上组装有蓄热装置21的发动机3的概略结构的图，是从汽缸盖安装侧观察将汽缸盖卸下的状态的汽缸体2的图。图8(a)、(b)示出了工作中的蓄热装置21的不同状态。图9是放大表示图8(a)中由虚线包围起来的区域F的图。图10(b)是放大表示图8中由虚线包围起来的区域G的图。另外，本实施例中的发动机3是4缸发动机，包含汽缸体2，与实施例1中的发动机3同样。
蓄热装置21是如图所示那样由相当于本发明的伸缩装置的由形状记忆合金形成的连接构件24将第一容器22与第二容器23连接而构成的。第一容器22是金属制的，具有与汽缸筒壁7的形状相对应的壁形状的内侧壁22a。这样的内侧壁22a作为与汽缸筒壁7相对的壁。另外，在第一容器22的外侧壁22b上，设有向被封入内部并处于过冷却状态的蓄热剂9施加相变化的契机的成核触发器11。该成核触发器11通过受到外力而变形，使内部的蓄热剂9产生相变化。以上的方面与实施例1的第一容器4同样。但是，与实施例1的第一容器4不同，没有设置柔软结构部8。
第二容器23也形成为与第一容器4同样的结构。即，具有与汽缸筒壁7的形状相对应的壁形状的内侧壁23a。另外，在外侧壁23b上装设有成核触发器11。
在这样的第一容器22以及第二容器23中封入有蓄热剂9。本实施例中的蓄热剂9是三水合醋酸钠。这一点，与实施例1的第一容器4以及第二容器5同样。
第一容器22以及第二容器23分别由连接构件24将端部彼此连接而装设在汽缸体2上。连接构件24由形状记忆合金构成，形成为板状。形状记忆合金的特性是其长度随着温度的上升而变长。因此，对于连接构件24的长度，将冷起动时的温度状态设为初始状态而设定长度。该初始状态的连接构件24的长度设为下述的长度：在将第一容器22以及第二容器23组装在水套10上时，第一容器22以及第二容器23如图8(a)、图9所示那样密合在汽缸筒壁7上。这样的连接构件24直到蓄热剂9的熔化温度为止，大致维持初始状态的长度。由此，能够维持第一容器22以及第二容器23密合在汽缸筒壁7上的状态。另外，连接构件24当处于超过蓄热剂9的熔化温度的环境下时长度逐渐地伸长，使第一容器22以及第二容器23从汽缸筒壁7离开。
另外，装设在汽缸体2上的执行器12、与该执行器12连接的ECU13与实施例1的情况同样。
对于如上所述那样构成的蓄热装置21的工作，按照顺序说明。首先，在冷起动的条件下，发出使发动机3起动的未图示的点火钥匙的ON信号时，ECU13基于该ON信号对执行器12发出动作指令。在冷起动时，蓄热剂9为过冷却状态。连接构件24保持初始状态的长度，如图8(a)、图9所示，第一容器22以及第二容器23密合在汽缸筒壁7上。当向接受了动作指令的执行器12通电、针12a挤出时，由针12a按压成核触发器11。当按压成核触发器11时，第一容器22以及第二容器23内的蓄热剂9成核，开始相变化。开始了相变化的蓄热剂9开始释放所蓄积的潜热。
这样的状态持续到在水套10内流通的冷却水的温度上升到蓄热剂9的熔化温度即大约58℃。由此，从蓄热装置9释放的热量高效地向密合有第一容器22以及第二容器23的汽缸筒壁7传递。其结果，实现了发动机3的提早预热。
当发动机3起动时，开始产生发动机3的燃烧热量等。这样的发动机3自身产生的热量也对预热有贡献。这样的热量经由循环的机油等也向汽缸筒壁7传递。另外，在水套10内流通的冷却水的温度也上升。
伴随着这样的发动机3的预热的进行，冷却水的温度上升，在发动机3的冷却水的温度到达蓄热剂9的熔化温度时，蓄热剂9熔化，开始从固相向液相的相变化。这样的阶段的蓄热剂9变为吸收周围的热量的状态。如实施例1的说明中所述，为了实现基于提早预热的燃料利用率的提高，有效的是使未图示的活塞滑动的汽缸筒壁7的温度提早升温而降低活塞的摩擦。因此，如果第一容器22以及第二容器23一直密合在汽缸筒壁7上，则蓄热剂9从汽缸筒壁7吸取热量，会有损预热效果。
但是，本实施例的蓄热装置21通过下面说明的动作，避免了蓄热剂9从汽缸筒壁7吸取热量。
当由于蓄热剂9释放的热量、发动机3的燃烧热量等，冷却水的温度上升时，连接构件24的长度变长。由此，第一容器22以及第二容器23从图8(a)、图9所示的密合在汽缸筒壁7上的状态变为图8(b)、图10所示的从汽缸筒壁7离开的状态。其结果，能够避免燃烧热量等发动机3自身产生的热量由于蓄热剂9的吸热作用而被吸取。
另外，第一容器22以及第二容器23如图8(b)、图10所示，从汽缸筒壁7离开，由此冷却水在两者之间流通。因此，也能够应对结束了预热、在很热的条件下运转的发动机3的冷却。即，汽缸筒壁7在冷起动时要求提早升温，但在预热完成后要求适当地冷却，如果是本实施例的蓄热装置21，则与实施例1的情况同样，能够满足这样的要求。
这样，从预热完成的发动机3吸取了热量的蓄热剂9，当发动机3停止、被冷却时，保持液相地温度下降。即，蓄积从发动机3吸取的热量，成为过冷却状态而准备下次的发动机起动。这一点也与实施例1的情况同样。
实施例3
接下来，参照图11至图14，对本发明的实施例3进行说明。图11是实施例3的蓄热装置31的俯视图。图12(a)、(b)都是表示在汽缸体2上组装有蓄热装置31的发动机3的概略结构的图，是从汽缸盖安装侧观察将汽缸盖卸下的状态的汽缸体2的图。图12(a)、(b)表示工作中的蓄热装置31的不同的状态。图13是放大表示图12(a)中由虚线包围起来的区域H的图。图14是放大表示图12(b)中由虚线包围起来的区域I的图。另外，本实施例中的发动机3是4缸发动机，包含汽缸体2，与实施例1、2中的发动机3同样。
蓄热装置31是如图所示那样由相当于本发明的间隔调整机构的弹簧32和恒温器(thermostat)33将第一容器22与第二容器23连接而构成的。在这里，第一容器22以及第二容器23与实施例2中所使用的容器相同。在内部封入有蓄热剂9这一点也同样。因此，对于相同的结构要素赋予相同的符号而省略其详细的说明。
弹簧32与实施例1中的弹簧6同样，在初始状态下为能够发挥拉力的状态。通过该拉力，第一容器22和第二容器23以密合在汽缸筒壁7上的状态组装在水套10内。恒温器33包括温敏部33a和活塞33b。在温敏部33a的内部封入有蜡，该蜡由于热量而膨胀，由此将活塞33b推出从而恒温器33的整个长度变化。这样的恒温器33在冷起动时为短尺寸状态，当冷却水的温度超过蓄热剂9的熔化温度时，活塞33b被推出，变为长尺寸状态。由于恒温器33变为长尺寸状态，使第一容器22以及第二容器23从汽缸筒壁7离开。
另外，装设在汽缸体2上的执行器12、与该执行器12连接的ECU13与实施例1、2的情况同样。
对于如上所述那样构成的蓄热装置31的动作，按照顺序说明。首先，在冷起动的条件下，发出使发动机3起动的未图示的点火钥匙的ON信号时，ECU13基于该ON信号对执行器12发出动作指令。在冷起动时，蓄热剂9为过冷却状态。另外，恒温器33保持短尺寸状态，如图12(a)以及图13所示，由弹簧32拉紧的第一容器22以及第二容器23密合在汽缸筒壁7上。当向接受了动作指令的执行器12通电、针12a挤出时，由针12a按压成核触发器11。当按压成核触发器11时，第一容器22以及第二容器23内的蓄热剂9成核，开始相变化。开始了相变化的蓄热剂9开始释放所蓄积的潜热。
这样的状态持续到在水套10内流通的冷却水的温度上升到蓄热剂9的熔化温度即大约58℃。由此，从蓄热装置9释放的热量高效地向密合有第一容器22以及第二容器23的汽缸筒壁7传递。其结果，实现了发动机3的提早预热。
当发动机3起动时，开始产生发动机3的燃烧热量等。这样的发动机3自身产生的热量也对预热有贡献。这样的热量经由循环的机油等也向汽缸筒壁7传递。另外，在水套10内流通的冷却水的温度也上升。
伴随着这样的发动机3的预热的进行，冷却水的温度上升，当发动机3的冷却水的温度到达蓄热剂9的熔化温度时，蓄热剂9熔化，开始从固相向液相的相变化。这样的阶段的蓄热剂9变为吸收周围的热量的状态。如实施例1的说明中所述，为了实现基于提早预热的燃料利用率的提高，有效的是使未图示的活塞滑动的汽缸筒壁7的温度提早升温而降低活塞的摩擦。因此，如果第一容器22以及第二容器23一直密合在汽缸筒壁7上，则蓄热剂9从汽缸筒壁7吸取热量，会有损预热效果。
但是，本实施例的蓄热装置31通过下面说明的动作，避免了蓄热剂9从汽缸筒壁7吸取热量。
当由于蓄热剂9释放的热量、发动机3的燃烧热量等，冷却水的温度上升时，恒温器33的活塞33b被推出，恒温器33变为长尺寸状态。由此，第一容器22以及第二容器23从图12(a)、图13所示的密合在汽缸筒壁7上的状态变为图12(b)、图14所示的从汽缸筒壁7离开的状态。其结果，能够避免燃烧热量等发动机3自身产生的热量由于蓄热剂9的吸热作用而被吸取。
另外，第一容器22以及第二容器23如图12(b)、图14所示，从汽缸筒壁7离开，由此冷却水在两者之间流通。因此，也能够应对结束了预热、在很热的条件下运转的发动机3的冷却。即，汽缸筒壁7在冷起动时要求提早升温，但在预热完成后要求适当地冷却，如果是本实施例的蓄热装置31，则与实施例1、2的情况同样，能够满足这样的要求。
这样，从预热完成后的发动机3吸取了热量的蓄热剂9，当发动机3停止、被冷却时，保持液相地温度下降。即，蓄积从发动机3吸取的热量，成为过冷却状态而准备下次的发动机起动。这一点也与实施例1、2的情况同样。
实施例4
接下来，参照图15(a)至图18，对本发明的实施例4进行说明。图15(a)～(c)都是表示在汽缸体2上组装有实施例4的蓄热装置41的发动机3的概略结构的图，是从汽缸盖安装侧观察将汽缸盖卸下的状态的汽缸体2的图。图15(a)～(c)表示工作中的蓄热装置41的不同的状态。图16是图15(b)中的J-J线放大剖视图。图17是图15(c)中的K-K线放大剖视图。另外，图18是表示蓄热装置41的控制的一例的流程图。另外，本实施例中的发动机3是4缸发动机，包含汽缸体2，与其它的实施例中的发动机3同样。但是，在图15中，画出了在其它的实施例的说明图中省略的水温计42。
蓄热装置41与其它的实施例不同，是将装设在汽缸体2上的执行器43、由弹簧44连接的第一容器45以及第二容器46组合而构成的。但是，第一容器45以及第二容器46自身与实施例2以及3的第一容器22与第二容器23相同。
本实施例的弹簧44与实施例1的弹簧6、实施例3的弹簧32不同，被设定为在初始状态下发挥使第一容器45以及第二容器46离开的推斥力。因此，由弹簧44连接的第一容器45以及第二容器46在初始状态下如图15(a)所示被组装成从汽缸筒壁7离开的状态。
另外，执行器43具有将处于从汽缸筒壁7离开的状态的第一容器45以及第二容器46向汽缸筒壁7侧按压的作用。这一点与其它的实施例中的执行器12不同。但是，本实施例的执行器43与其它的实施例中的执行器12同样，也具有按压设置在第一容器45和第二容器46上的成核触发器11的作用。这样的执行器43被连接在ECU47上。另外，ECU47与水温计42连接，基于来自该水温计42的水温数据对执行器43发出动作指令。
对于这样构成的蓄热装置31的动作，一边参照图18所示的流程图一边进行说明。
首先，ECU47判断使发动机3起动的未图示的点火钥匙是否变为ON状态(步骤S01)。在这里，判断点火的ON状态是为了监视发动机3是否起动。因此，也可以代替点火的ON状态的判断，而例如将驾驶席侧的门是否打开作为判断的对象。
当在步骤S01中判断为是时，进入步骤S02。另一方面，当在步骤S01中判断为否时，反复执行步骤S01的处理。
在步骤S02中，ECU47基于来自水温计42的数据，判断冷却水的温度是否在58℃以下。在这里，58℃是蓄热剂9的熔化温度。在冷却水的温度未到达蓄热剂的熔化温度时，设为处于冷起动条件下，要利用蓄热剂9的潜热实现发动机3的提早预热。
当在步骤S02中判断为否时，即判断为冷却水的温度高于58℃、不处于冷起动条件下时，经步骤S06维持执行器43的通电OFF，结束处理(结束)。
另一方面，当在步骤S02中判断为是时，即冷却水的温度为58℃以下时，进入步骤S03，ECU47向执行器43发出将通电设为ON状态的指令。另外，向执行器43通电之前的第一容器45和第二容器46如图18(a)所示，处于从汽缸筒壁7离开的状态。
通电设为ON状态的执行器43将针43a推出，由该针43a将第一容器45和第二容器46向汽缸筒壁7侧按压。此时，针43a按压成核触发器11。由此，第一容器45和第二容器46如图15(b)和图16所示，密合在汽缸筒壁7上。另外，被封入内部的过冷却状态的蓄热剂9开始相变化，开始释放潜热。
在步骤S03中向执行器43发出通电的指令的ECU47，在步骤S04中判断发动机3是否变为运转状态。即，判断发动机3是否已起动。当在步骤S04中判断为否时，即发动机3没有起动时，ECU47经步骤S06，结束处理(结束)。
另一方面，当在步骤S04中判断为是时，即发动机3起动时，ECU47进入步骤S05。在步骤S05中，基于来自水温计42的数据，判断冷却水的温度是否变为80℃以上。在这里，80℃是作为判断预热是否结束的标准而设定的数值。当在步骤S05中判断为否时，即判断为预热还未结束时，ECU47返回到步骤S03，反复执行步骤S03～步骤S04的处理。即，到判断为预热完成之前，继续向执行器43通电，使第一容器45和第二容器46密合在汽缸筒壁7上。通过进行这样的控制，将蓄热剂9的潜热高效地向汽缸筒壁7传递，实现提早的预热完成。
另一方面，当在步骤S05中判断为是时，即在判断为预热完成时，ECU47进入步骤S06，对执行器43发出通电OFF的指令。通过该指令，执行器43的针43a被拉回，所以第一容器45和第二容器46由于弹簧44的推斥力，如图15(c)和图17所示，从汽缸筒壁7离开。在冷却水的温度超过80℃的环境下，蓄热剂9变为吸收周围的热量的状态，但由于使第一容器45和第二容器46从汽缸筒壁7离开，所以不会吸收汽缸筒壁7的热量。另外，冷却水在第一容器45以及第二容器46与汽缸筒壁7之间流通，所以即使在如高负荷高运转时那样的热运转条件下，也能实现汽缸筒壁7的冷却。
从上述的记载可知：上述实施例只是用于实施本发明的例子，本发明并不限定于这些实施例，对这些实施例进行各种变形也属于本发明的范围内，进而在本发明的范围内，可以以其它的各种实施例实施。
Claims (20)
1.一种蓄热装置，其特征在于，具有：
被收纳在以包围汽缸筒壁的方式设置的水套内的容器；
被封入该容器内的蓄热剂；和
根据发动机的运转状况调节该容器与所述汽缸筒壁的间隔的间隔调整机构。
2.一种蓄热装置，其特征在于，具有：
被收纳在以包围汽缸筒壁的方式设置的水套内的容器；
被封入该容器内的蓄热剂；和
根据所述蓄热剂或者冷却水的温度调节该容器与所述汽缸筒壁的间隔的间隔调整机构。
3.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：所述间隔调整机构为所述容器所具有。
4.如权利要求1～3中的任意一项所述的蓄热装置，其特征在于：所述容器包含分别具有与所述汽缸筒壁的外周形状相对应的壁形状的多个容器。
5.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：所述容器包含分别具有与所述汽缸筒壁的外周形状相对应的壁形状的多个容器，并且该多个容器由连接构件连接。
6.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：
所述容器包含分别具有与所述汽缸筒壁的外周形状相对应的壁形状的多个容器；
所述间隔调整机构，具有将形成所述容器的多个容器连接的弹簧，和设置在所述多个容器的与所述汽缸筒壁相对的壁上、伴随着所述蓄热剂的膨胀而向外部挤出的柔软结构部。
7.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：
所述容器具有分别具有与所述汽缸筒壁的外周形状相对应的壁形状的多个容器；
该多个容器，由弹簧连接，并且在与所述汽缸筒壁相对的壁上设有伴随着所述蓄热剂的膨胀而向外部挤出的柔软结构部，以通过所述弹簧的拉力而密合于所述汽缸筒壁的方式收纳在所述水套内。
8.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：所述间隔调整机构是根据温度而伸缩、将形成所述容器的多个容器连接的伸缩装置。
9.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：
所述容器具有分别具有与所述汽缸筒壁的外周形状相对应的壁形状的多个容器；
该多个容器，由根据温度而伸缩的伸缩装置连接，以密合于所述汽缸筒壁的方式收纳在所述水套内。
10.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：所述间隔调整机构是由根据温度而伸缩的形状记忆合金构成、将形成所述容器的多个容器连接的连接构件。
11.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：
所述容器具有分别具有与所述汽缸筒壁的外周形状相对应的壁形状的多个容器；
该多个容器，通过由根据温度而伸缩的形状记忆合金构成的连接构件连接，以密合于所述汽缸筒壁的方式收纳在所述水套内。
12.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：所述间隔调整机构具有将形成所述容器的多个容器连接的弹簧和恒温器。
13.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：
所述容器具有分别具有与所述汽缸筒壁的外周形状相对应的壁形状的多个容器；
该多个容器，通过恒温器以及弹簧连接，以通过该弹簧的拉力而密合于所述汽缸筒壁的方式收纳在所述水套内。
14.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于，所述间隔调整机构具有：使形成所述容器的多个容器彼此离开的弹簧，和将所述多个容器向所述汽缸筒壁侧按压的执行器。
15.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：
所述容器具有分别具有与所述汽缸筒壁的外周形状相对应的壁形状的多个容器；
该多个容器，由弹簧连接，以通过该弹簧的推斥力而从所述汽缸筒壁离开的方式收纳在所述水套内，并且由执行器向所述汽缸筒壁侧按压。
16.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：
所述容器包含分别具有与所述汽缸筒壁的外周形状相对应的壁形状的多个容器，在各个容器的侧壁上具备使所述蓄热剂开始相变化的成核触发器；
该多个容器，由弹簧连接，以通过该弹簧的推斥力而从所述汽缸筒壁离开的方式收纳在所述水套内，并且一边由执行器按压所述成核触发器，一边被向所述汽缸筒壁侧按压。
17.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：
所述容器具有分别具有与所述汽缸筒壁的外周形状相对应的壁形状的多个容器；
该多个容器，由弹簧连接，以通过该弹簧的推斥力而从所述汽缸筒壁离开的方式收纳在所述水套内，并且由执行器向所述汽缸筒壁侧按压；
该执行器，在冷却水温度为所述蓄热剂的熔化温度以下时进行所述容器的按压动作，并维持该按压动作直到冷却水温度达到预热完成温度。
18.如权利要求1或2所述的蓄热装置，其特征在于：
所述容器，包含分别具有与所述汽缸筒壁的外周形状相对应的壁形状的多个容器，在各个容器的侧壁上具备使所述蓄热剂开始相变化的成核触发器；
该多个容器，由弹簧连接，以通过该弹簧的推斥力而从所述汽缸筒壁离开的方式收纳在所述水套内，并且一边由执行器按压所述成核触发器，一边被向所述汽缸筒壁侧按压；
该执行器，在冷却水温度为所述蓄热剂的熔化温度以下时进行所述容器的按压动作，并维持该按压动作直到冷却水温度达到预热完成温度。
19.如权利要求1～18所述的蓄热装置，其特征在于，所述容器具有第一容器以及第二容器，该第一容器以及第二容器具有与所述汽缸筒壁的形状相对应的壁形状。
20.一种发动机，其特征在于：组装有如权利要求1～19中的任意一项所述的蓄热装置。
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