JP2002506280A - 内燃エンジンからの排ガスの減少のための熱発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液冷内燃エンジンからの排ガスを減少させるために、内燃エンジンの作動温度が所定の値より低い間はずっと、内燃エンジンによって駆動される熱発生器によって、内燃エンジンの冷却液を加熱する。この熱発生器は、駆動される回転子（３）と固定子（４）とを有し、この熱発生器内で回転中の回転子が熱を発生させる電流を引き起こす。回転子（３）は軟質材から成り、複数の永久磁石（９、１０）を支持し、これらの永久磁石が回転子の磁界を発生させる。固定子（４）は、非磁性体で導電性を有する材質のリング（１１、１２）を有し、リングは、回転子の磁界がリングを通るように、回転子の周縁部に沿って配列されている。室（１７）が同様に回転子の周縁部に沿って延び、固定子が少なくとも室の一部を成し、液体が循環できるようになっており、回転子が回転するよう駆動されているとき、固定子リング内に発生した熱を吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は広くは内燃エンジンに関し、より詳しくは内燃エンジンからの排ガス
を減少させるための熱発生器に関する。

【０００２】 効率の向上を求め続けた結果、最近の内燃エンジンは、旧式タイプの内燃エン
ジンに比べて熱の発生が相当に低い。これはエンジンの始動の際に、エンジンの
排ガスが通常最小量となる、適切な作動温度、に達するまでにかかる時間が長引
くということで望ましくない。すなわち、エンジンの加熱時間が長引いて、内燃
エンジンの排ガスが増加し、望ましくないのである。内燃エンジン駆動の車両が
利用される気候が寒冷であればあるほど、加熱時間は長引き、排ガスの全量が増
加する。

【０００３】 クーペ（coupe）車両用の水冷熱発生器が、米国特許第４，４８４，０４９号 により公知である。この熱発生器は、車両エンジンによって駆動されるシャフト
を含み、このシャフトは交流発電機の回転子用および実際の熱発生器内の回転子
用のシャフトである。交流発電機の巻線である固定子から出る交流電流は、磁化
（magnetising）電流として熱発生器内の回転子まで整流されて伝えられる。さ らに熱発生器は、アーマチュアロッド付きの積層安定子を有し、このロッドは２
つの短絡（short circuiting）リング間で結合され、さらにこのロッドは短絡リ
ングということで、中空になっている。アーマチュアロッドは、このなかで熱発
生器の回転子がその回転中に誘導電流を発生させるものであり、短絡リングとと
もに、このリング内を循環する水によって冷却される。こうして加熱された水は
、クーぺ車両を加熱するのに用いられる。

【０００４】 この熱発生器は嵩張り、複雑で、さらに効率が低く、結局、内燃エンジンから
の排ガスを減少させるにはあまり有効でない。

【０００５】 他の車両用の熱発生器が米国特許第５，５７３，１８４号に開示されており、
ここでは、車両エンジンによって駆動される回転子を用いて強粘液が加熱され、
これがエンジンの冷却液を加熱することになる。この熱発生器は摩擦熱に基づい
たもので、効率が不充分であり、また必然的に嵩張るものである。

【０００６】 結局、本発明の目的は、望ましい作動温度までの加熱時間を短くすることによ
って、内燃エンジンからの排ガスをより効率的に減少させることができる、熱発
生器を提供することである。

【０００７】 本発明によると、この目的を達成する液冷内燃エンジン用の熱発生器は、請求
項１に記載したような特徴を有する。また熱発生器の好適な実施の形態は、従属
項に記載されている。

【０００８】 本発明によると、このようにして提供される熱発生器は、内燃エンジンによっ
て駆動される回転子と固定子とを有し、この熱発生器内で回転子は回転中に、電
流を引き起こし、この電流がエンジンの冷却液を加熱する熱を発生させる。より
特定的にはこの熱発生器は、回転子が軟磁性体から成り、複数の永久磁石を支持
し、この永久磁石が回転子の磁界を作ること、そして、固定子が導電性を有する
好ましくは非磁性体のリングを有し、このリングが、回転子の磁界がリングを通
ることができるように、回転子の周縁部に沿って配列されること、さらに、室が
同様に回転子の周縁部に沿って延びており、固定子が少なくとも室の一部を成し
、室によって内燃エンジンの冷却液の循環が可能となり、回転子の回転中に、固
定子リング内で発生した熱を吸収するようになっている。

【０００９】 好適な実施の形態においては、回転子はシャフトと軟磁性体の２つのディスク
とを含み、このディスクは固定的にシャフトに固定され軸方向に離れている。そ
れぞれの永久磁石はディスクの向き合う面のうちの一方ずつに固定的に接続され
て、永久磁石はディスクの面同士の間およびそれぞれの面に均一に分布される。
そして、固定子リングは２つの回転子ディスクの永久磁石同士の間に配列されて
いる。

【００１０】 さらに、それぞれの回転子ディスクの永久磁石は、回転子のまわりの周方向に
おいてひとつの永久磁石から次の永久磁石に動くとき、双方向に、軸方向の磁界
を発生させるように（これらは永久磁石のすぐ隣にでる）、適切に配列される。

【００１１】 固定子リングは、電導性を有する好ましくは非磁性体の軸方向に離れた２つの
環状ディスクから成っていてもよく、この場合、これらのディスクは固定的に相
互に接続され、これらのディスクの間に内燃エンジン冷却液の循環用の室が形成
される。

【００１２】 ハウジングで回転子を包囲し、たとえば固定子リングの２つのディスクを、軸
方向に離れた２つのハウジングの部品同士の間に固着させることによって、ハウ
ジング内に固定的に取り付ける。

【００１３】 こうして、内燃エンジンの作動温度が所定の値より低い間はずっと、内燃エン
ジンによって駆動される熱発生器で、内燃エンジンの冷却液を加熱することによ
って、液冷内燃エンジンからの排ガスを減少させることができる。

【００１４】 冷却液がこのようにして熱発生器を通過し、そして、エンジンの作動温度が所
定の値より低いかそうでないかによって、内燃エンジンの駆動が開始されるかど
うかが決まると好ましい。

【００１５】 以下、本発明による熱発生器の実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説
明する。

【００１６】 図１および図２に示された熱発生器は、シャフト１を有し、このシャフト１は
回転自在にハウジング２内に取り付けられている。回転子３は、シャフト１に固
定的に取り付けられ、また固定子４は、ハウジング２内に固定的に取り付けられ
ている。

【００１７】 シャフト１は、シャフト１と回転子３とが、固定ハウジング２とこのハウジン
グ２内に固定的に取り付けられた固定子４とに対して、相対的に回転するように
、車両内の内燃エンジンによって駆動されることになっている。

【００１８】 回転子３は、半径方向に延びる２つのディスク５、６によって構成され、これ
らのディスクはそれぞれハブ７、８と一体化され、さらにこれらのハブ７、８は
シャフト１に押圧され、シャフト１に対して相対的に回転しないようにロックさ
れている。ディスク５、６のそれぞれには永久磁石９、１０がそれぞれ複数個、
より特定的にはディスク５、６の向き合う面上で軸方向に、取り付けられている
。

【００１９】 永久磁石９、１０は、それぞれのディスク５、６上の物理的に個別の複数のユ
ニットから構成されていてもよいし、それぞれのディスク５、６上の単一輪形磁
石から構成されていてもよい。その場合、それぞれの輪形磁石は、周上に配列さ
れた複数個の磁石として適切に磁化され、回転子１のそれぞれのディスク５、６
のまわりの周方向においてひとつの永久磁石から次の永久磁石に動くとき、双方
向に、軸方向の磁界を有する。

【００２０】 図１および図２によると、固定子４は２つのリング１１および１２からなり、
これらは導電性を有する、好ましくはたとえばアルミニウムのような非磁性材料
から作られていると好ましい。リング１１は平板であり、いっぽうリング１２は
外側フランジ１３と内側フランジ１４とを有し、それぞれのフランジが、所定の
距離を有してリング１２に接続するための橋台（接合部）を有し、またＯリング
１５によって密閉されるようになっている。

【００２１】 リング１１、１２は合わさって、中央に半径方向に延びるカラー１６と中央室
１７とを、固定子４内で形成する。図１および図２に示されたように、この室１
７は入口１８と出口１９、そしてこの入口１８と出口１９との間に隔壁（図示せ
ず）を有し、断面が長方形のほぼ円形のダクトが、入口１８と出口１９との間に
得られる。

【００２２】 ハウジング２は、２つのカップ型シールド２１および２２から成り、それぞれ
のシールドは取り付けラグ２２を有し、シールド同士を互いに固定させ、固定子
４がシールド間に配置されるようになっている。さらに、それぞれのシールド２
０、２１内に、シャフト１の軸受け２３も備えられている。

【００２３】 図１および図２におけるそれぞれの永久磁石９によってできる磁界および、こ
れから発生した磁束は、回転子ディスク５、固定子ディスク１１および隣接する
２つの永久磁石９のそれぞれとを介して、閉じた形になる。このことは図１およ
び図２の永久磁石１０にもあてはまる。

【００２４】 結局、回転子３の回転中、固定子４内の磁界が変化し、この変化が固定子４内
に短絡電流としての電流を引き起こし、そしてこの電流が磁界内の変化を相殺し
ようとする。このような電流によって固定子４内で熱が発生し、この熱は液体、
好ましくは水に伝えられ、ダクト１７を循環する。

【００２５】 永久磁化された回転子を有する本発明の設計構造、および導電性を有する好ま
しくは非磁性体である固定子が直接結合されていることにより、回転子３に伝達
された機械エネルギーは、ダクト１７を循環する液体内の熱エネルギーに極めて
効率的に変換される。

【００２６】 あるいはまた本発明による熱発生器は、円筒リング形状の回転子を有していて
もよく、この場合回転子は、シャフト上で回転するように軸受け内に取り付けら
れ、軟質磁性体からなっている。そして永久磁石がリングの外側に取り付けられ
ている。さらに、これらの永久磁石は、周方向に動くとき、ひとつの磁石から次
の磁石に極性を変えながら、半径方向の磁界を発生させるように磁化される。

【００２７】 このような変形例において、導電性を有する好ましくは非磁性体である同様の
円筒状固定子が、回転子とその上の永久磁石とを包囲するように配列されている
。さらに熱発生器はハウジングを有し、これは（固定子とともに）室を形成し、
この室が固定子の大部分を包囲する。この室は、入口と出口とを有し、液体が循
環できるようになっている。

【００２８】 残留磁気の高い、つまり少なくともおよそ１Ｔの残留磁気を有し、抗電界強度
（coercive field strength）の高い、つまり磁性的にハードな材質の、最近の セラミック永久磁石を使用することによって、およそ１４ｃｍの径とおよそ５ｃ
ｍの軸長を有する図１および図２による熱発生器は、２５００ｒｐｍ程度のスピ
ードでおよそ１２ｋＷの熱効果を発生させ、これはこの熱発生器を循環する水が
、２リットル／分以上の流量において２０℃から９５℃に加熱できるということ
である。

【００２９】 さらに、本発明によると、この永久磁石は、ある所定の温度たとえばおよそ９
５℃より高い温度では残留磁気がかなり低くなり、そしてこの温度より下がるや
いなや高い残留磁気を取り戻すといった、温度依存性のある残留磁気を有する物
質から成っていてもよい。つまり、残留磁気におけるこの変化は可逆性でなけれ
ばならないということである。永久磁石にそのような材質を用いると、この熱発
生器の出力はほとんど自己調整だけで、内燃エンジン内で望ましい作動温度に達
しそれを維持できるだけのものにすることができる。言い換えれば、残留磁気が
このような変化をするならば、電磁継手（magnetic coupling）の代わりに、あ るいは電磁継手を補うものとして、利用可能となるいうことである。

【００３０】 さらなる変形例によれば、固定子が、いわゆるＰＴＣ材、すなわち、たとえば
およそ９５℃から始まるある温度範囲内で急激に抵抗が増加するという変化をす
る、抵抗の温度係数が正である材質でできていてもよい。熱発生器の固定子の抵
抗がこのように変化することによって、固定子内の短絡電流がかなり減少し、か
くして熱発生器の出力もかなり減少する。抵抗におけるこのような変化は、無論
、上記の残留磁気の変化と同様に用いることができる。

【００３１】 本発明による熱発生器は、図３に示されたような内燃エンジン２６を通る水の
ための循環ループ２５内で、図１の一点鎖線で示されている温度制御された電磁
継手２４によって、接続したり接続を切ったりできる。本発明による熱発生器２
７のほかに図３は、クーペの空気を加熱するための熱交換器２８、循環ポンプ２
９および熱作動バルブ３０を示している。

【００３２】 したがってエンジンを始動したときエンジン温度の上昇が速くなり、これは望
ましくない排出煙霧や排ガスの全量が少なくなるということ、そして燃料消費量
が低くなるということとの、ふたつの利点をもたらす。内燃エンジン２６でひと
たび望ましい作動温度に達した後は、熱発生器２７の出力は、好ましくは熱的に
安定して制御された電磁継手２４を用いて、熱発生器２７の接続を内燃エンジン
から切ることによって停止させる、あるいは永久磁石９、１０の残留磁気の変化
および／または固定子４内の抵抗の変化によって、少なくともかなり減少させる
。

【００３３】 上記の実施の形態について、特許請求の範囲に述べた本発明の範囲内でいくつ
かの変形例が可能である。したがって、内燃エンジンを加熱するためとクーペ車
両を加熱するための両方に、この熱発生器を用いることができる。このような適
用では、熱作動バルブ３０の利用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による熱発生器の一実施の形態の一部を切り欠いた側面図である。

【図２】 図１の熱発生器の正面図である。

【図３】 本発明による熱発生器を利用する車両の加熱システムの概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液冷内燃エンジンからの排ガスを減少させるための熱発生器において、 内燃エンジンによって駆動される回転子（３）であって、軟磁性体から成ると
   ともに、回転子の磁界をつくる複数の永久磁石（９、１０）を支持する回転子（
   ３）と、 固定子（４）であって、導電性を有する好ましくは非磁性体のリング（１１、
   １２）を有し、このリングが、回転子の磁界がリングを通るように、そして固定
   子リング内に熱を発生させる電流を引き起こすように、回転子の周縁部に沿って
   配列されている、固定子（４）と、 室（１７）であって、同様に回転子の周縁部に沿って延びており、固定子が室
   の少なくとも一部を成し、室によって内燃エンジンの冷却液の循環が可能となり
   、回転子の回転中に、固定子リング内で発生した熱を吸収するようになっている
   室（１７）とを特徴とする、熱発生器。
2. 【請求項２】 回転子（３）が、シャフト（１）と、シャフト（１）に固定的に取り付けられ
   軟磁性体からできているディスク（たとえば５）とを有し、永久磁石（たとえば
   ９）がディスク上にその軸方向に接続され、そして固定子リング（たとえば１１
   ）が、回転子ディスクに対して軸方向反対側にて、永久磁石に並んで配列されて
   いることを特徴とする請求項１記載の熱発生器。
3. 【請求項３】 永久磁石（たとえば９）が、回転子（３）のまわりの周方向においてひとつの
   永久磁石から次の永久磁石に動くとき、双方向に、軸方向の磁界を発生させるよ
   うに、配列されていることを特徴とする請求項２記載の熱発生器。
4. 【請求項４】 回転子（３）が、シャフト（１）と、シャフト（１）に固定的に取り付けられ
   軟磁性体からできている軸方向に離れた２つのディスク（５、６）とを有し、永
   久磁石（９、１０）がディスクの向き合う面のうちの一方ずつに固定的に接続さ
   れ、そして固定子リング（１１、１２）が、２つの回転子ディスクの永久磁石同
   士の間に配列されていることを特徴とする請求項１記載の熱発生器。
5. 【請求項５】 それぞれの回転子ディスク（５、６）上の永久磁石（９、１０）が、回転子（
   ３）のまわりを周方向においてひとつの永久磁石から次の永久磁石に動くとき、
   双方向に、軸方向の磁界を発生させるように、配列されていることを特徴とする
   請求項４記載の熱発生器。
6. 【請求項６】 固定子リング（１１、１２）が、環状の軸方向に離れた２つのディスク（１１
   、１２）を含み、これらのディスクが相互に接続され、ディスク同士の間に室（
   １７）が形成されることを特徴とする請求項４または５記載の熱発生器。
7. 【請求項７】 回転子（３）のシャフト（１）がハウジング（２）内の軸受けに取り付けられ
   、このハウジングが回転子を包囲し、固定子リング（４）が固定的にこのハウジ
   ング内に取り付けられていることを特徴とする請求項６記載の熱発生器。
8. 【請求項８】 固定子リングの２つのディスク（１１、１２）が、ハウジング（２）の軸方向
   に離れた２つの部品（２０、２１）同士の間に固着されていることを特徴とする
   請求項６または７記載の熱発生器。
9. 【請求項９】 永久磁石（９、１０）が、残留磁気が温度依存性を有して所定の温度より上が
   ると残留磁気が減少する材質から成ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれ
   かに記載の熱発生器。
10. 【請求項１０】 固定子（４）がＰＴＣ材から成ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか
    に記載の熱発生器。